數(shù)字化3D打印技術(shù)在巴馬小型豬下頜角截骨模型中的應(yīng)用

常 鵬，張 宇，郭冰玉，回 薔，岳紅利，趙連前，劉曉燕，陶 凱

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實(shí)驗(yàn)研究

數(shù)字化3D打印技術(shù)在巴馬小型豬下頜角截骨模型中的應(yīng)用

常 鵬，張 宇，郭冰玉，回 薔，岳紅利，趙連前，劉曉燕，陶 凱

目的 建立小型巴馬豬的下頜角3D打印模型，為模擬臨床復(fù)雜下頜角截骨術(shù)的新型治療方法提供全面的預(yù)手術(shù)設(shè)計(jì)方案。方法 選擇12個(gè)月齡巴馬小型豬3只，采用螺旋CT在術(shù)前、術(shù)后掃描巴馬小型豬的頭部骨骼形態(tài)，應(yīng)用Mimics 10.01、Geomagic stodio 2013等軟件進(jìn)行下頜骨的三維重建并進(jìn)行3D打印，設(shè)計(jì)改良的下頜骨截骨導(dǎo)板，在導(dǎo)板引導(dǎo)下，完成下頜角截骨術(shù)。結(jié)果 經(jīng)術(shù)中驗(yàn)證，巴馬小型豬下頜骨3D打印模型能夠精確模擬下頜角形態(tài)，術(shù)前設(shè)計(jì)的截骨導(dǎo)板能夠在術(shù)中輔助進(jìn)行精確截骨。結(jié)論 數(shù)字化3D打印技術(shù)對(duì)于模擬下頜角形態(tài)，輔助術(shù)前手術(shù)方案設(shè)計(jì)，進(jìn)行精確下頜角截骨，有較大的臨床應(yīng)用價(jià)值。

下頜角截骨術(shù); 外科手術(shù); 截骨導(dǎo)板； 3D打?。?巴馬小型豬

蒙古人種的面部骨骼結(jié)構(gòu)決定其面部外觀扁平，特別是部分下頜角寬大的求美者，其面部整體缺乏立體感[1-2]。而矯正寬大的下頜角形態(tài)對(duì)于面部整體，特別是正面部的立體感形成有很重要的作用。傳統(tǒng)的下頜角截骨術(shù)多依賴術(shù)者個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，也有通過下頜骨的曲面體層X線片輔助手術(shù)方案設(shè)計(jì)[3-8]。但是，下頜骨截骨手術(shù)視野小，下頜角周圍神經(jīng)血管豐富，術(shù)中及術(shù)后并發(fā)癥嚴(yán)重，因此，整形外科醫(yī)師在不斷探索新的手術(shù)技術(shù)和方案，而且需要找到類似的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物進(jìn)行模擬操作[9-10]。巴馬小型豬頭骨大小接近成人，特別是下頜角形態(tài)與人體十分接近，因此，自2015年10月至2016年3月，沈陽軍區(qū)總醫(yī)院整形外科選擇巴馬小型豬作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，同時(shí)采用數(shù)字化3D打印技術(shù)在手術(shù)前模擬巴馬小型豬下頜骨形態(tài)，并設(shè)計(jì)截骨導(dǎo)板輔助術(shù)中精確截骨，術(shù)后再次進(jìn)行下頜骨三位重建，評(píng)估手術(shù)效果。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 雌性巴馬小型豬3只(沈陽軍區(qū)總醫(yī)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供)，平均月齡12個(gè)月，平均體質(zhì)量50.6 kg 。

1.2 數(shù)字化3D小型豬下頜角模型制作 術(shù)前應(yīng)用Light Speed VCT螺旋CT(GE公司，美國)進(jìn)行巴馬小型豬的頭部掃描，球管電流10 mA，管電壓120 kV，矩陣512×512，層厚0.625 mm,薄層三維重建，數(shù)據(jù)以DICOM格式刻盤保存。因豬的下頜骨較人略長(zhǎng)，所以選擇性去除下頜骨前部約4 cm部分，重點(diǎn)進(jìn)行下頜角部位掃描。以Mimics 10.01軟件(MATERIALISE公司，比利時(shí))進(jìn)行下頜骨三維重建，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為STL格式，輸入Z Corp 快速成型打印機(jī)(Z CORPORATION 公司，美國)，采用快速成型粉打印巴馬小型豬下頜骨模型。

1.3 截骨導(dǎo)板的設(shè)計(jì)原理 在3D打印的下頜骨模型上，取下頜骨升支前緣向下方做延長(zhǎng)線，與下頜骨下緣相交于A點(diǎn)。取下頜骨咬牙合平面向后方做延長(zhǎng)線，與下頜骨后緣相交于B點(diǎn)。連接A和B 2個(gè)交點(diǎn)，即構(gòu)成下頜角截骨線。

1.4 手術(shù)步驟 ⑴麻醉及切開。氣管插管全身麻醉。全身麻醉滿意后，常規(guī)口內(nèi)消毒。于下頜第二前磨牙至下頜咬牙合平面前方設(shè)計(jì)口腔黏膜切口，距齒齦2 cm。于切口線周圍、咬肌區(qū)黏膜下和骨膜下行浸潤(rùn)麻醉。按切口線設(shè)計(jì)切開黏膜、黏膜下層、肌肉層和骨膜層。于骨膜下剝離，直至完全顯露下頜角區(qū)骨面。⑵截骨。剝離下頜骨下緣及后緣肌肉，導(dǎo)板就位，鈦釘固定。按導(dǎo)板預(yù)留截骨凹槽行擺動(dòng)鋸截骨。去除導(dǎo)板，擺動(dòng)鋸加深截骨。利用骨鑿鑿骨，至下頜角去除區(qū)完全離斷。剝離下頜骨深面附著之肌肉，完整取出下頜角。⑶術(shù)后處理。創(chuàng)面止血，分層縫合，置負(fù)壓引流管，面部加壓包扎；清醒后拔除氣管插管；術(shù)后應(yīng)用抗生素3 d。

1.5 術(shù)后效果評(píng)估 術(shù)后2周，應(yīng)用相同方法，進(jìn)行巴馬小型豬下頜骨掃描，應(yīng)用Mimics 10.01軟件進(jìn)行下頜骨三維重建，對(duì)比術(shù)前圖像，評(píng)估骨性改變效果。

2 結(jié)果

2.1 巴馬小型豬下頜骨模型及截骨導(dǎo)板的3D打印 巴馬小型豬的下頜骨略長(zhǎng)于人下頜骨，但其下頜角與人體類似(圖1)。應(yīng)用3D打印技術(shù)，巴馬小型豬的下頜骨被精確模擬出來，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步設(shè)計(jì)截骨導(dǎo)板(圖2)。

2.2 下頜骨截骨導(dǎo)板的術(shù)中應(yīng)用效果 術(shù)中應(yīng)用截骨導(dǎo)板，能夠精確進(jìn)行雙側(cè)對(duì)稱性截骨(圖3)，同時(shí)避免術(shù)中盲目截骨，減少了出血和意外損傷。

2.3 下頜骨形態(tài) 術(shù)后下頜角弧度適當(dāng)，避開主要神經(jīng)，保護(hù)易損傷血管，達(dá)到了預(yù)期手術(shù)效果(圖4)。

3 討論

3.1 下頜角截骨術(shù)的難點(diǎn) 下頜角截骨術(shù)在技術(shù)操作上，主要有2個(gè)方面的難度：一是術(shù)中視野狹小，無法在直視下進(jìn)行手術(shù)操作，易損傷重要的血管和神經(jīng)，甚至因?yàn)槌鲅湍[脹等原因危及生命。二是無法正面顯示截骨范圍，較難保證兩側(cè)對(duì)稱性截骨[11-15]。因此，術(shù)前精確模擬下頜骨形態(tài)，定位骨性標(biāo)記，明確截骨位置，有助于術(shù)前診斷與評(píng)估。同時(shí)，通過設(shè)計(jì)截骨導(dǎo)板，可以更好的控制截骨線和截骨區(qū)域，避免盲目截骨，進(jìn)而有效避免上述兩方面問題發(fā)生。

3.2 巴馬小型豬作為下頜骨截骨術(shù)動(dòng)物模型的優(yōu)勢(shì) 通過研究顯示，12個(gè)月齡巴馬小型豬下頜骨發(fā)育基本接近人體下頜骨大小，下頜角形態(tài)與人體十分相似，是非常理想的下頜角截骨動(dòng)物模型。同時(shí)，其麻醉流程、飼養(yǎng)流程接近標(biāo)準(zhǔn)化，利于重復(fù)對(duì)比，得出數(shù)據(jù)比較有說服力。

3.3 數(shù)字化3D打印技術(shù)在下頜角截骨術(shù)中的應(yīng)用前景 3D打印技術(shù)的興起和技術(shù)的成熟，為精確下頜角截骨術(shù)提供了技術(shù)基礎(chǔ)和保障，將幫助整形外科醫(yī)師告別完全憑經(jīng)驗(yàn)截骨的時(shí)代，提高手術(shù)安全性、可靠性和可預(yù)見性。本實(shí)驗(yàn)不僅篩選出理想的下頜骨手術(shù)模型(巴馬小型豬)，而且將3D打印技術(shù)成功應(yīng)用于對(duì)巴馬小型豬下頜骨的模擬，取得了很好的應(yīng)用效果。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，暴露出來的一些技術(shù)細(xì)節(jié)的問題，如下頜骨導(dǎo)板固定問題和樹脂材料鉆孔中的碎屑問題，都需要進(jìn)一步研究解決，以期形成較成熟的臨床應(yīng)用方案，為廣大求美者服務(wù)。

圖1 巴馬小型豬頭部形態(tài) 圖2 下頜骨3D模型及截骨導(dǎo)板
Fig 1 Head of Bama miniature pig. Fig 2 3D printing of the mandibular and the osteotomy templates.

圖3 巴馬小型豬下頜骨截骨術(shù)后 a.正位觀 b.側(cè)位觀 圖4 巴馬小型豬術(shù)前和術(shù)后下頜骨形態(tài)對(duì)比 a.術(shù)前 b.術(shù)后1周
Fig 3 Postview of Bama miniature pigs osteotomy. a.orthotopic postview. b.lateral postview. Fig 4 Comparison between the preview and the postview of CT results of Bama miniature pigs. a.preview. b.postview at 1 week.

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Application of 3D printing technology on Bama miniature pigs mandibular angle osteotomy

CHANGPeng,ZHANGYu,GUOBing-yu,HUIQiang,YUEHong-li,ZHAOLian-qian,LIUXiao-yan,TAOKai.

(DepartmentofPlasticSurgery,GeneralHospitalofShenyangMilitaryCommand,Shenyang110084,China)

TAOKai,Email:taokaizx123@163.com

Objective To establish a 3D printing model of the mandibular angel using Bama miniature pigs to provide whole preoperative design for the newly invented osteotomy templates by simulating complex clinical mandibular angle osteotomy.Methods Three 12-month Bama miniature pigs were selected and CT was used for scanning the 3D form of the cephalic skeleton.Mimics 10.01 and Geomagic Studio 2013 software were used to 3D reconstruct and print,then the mandibular angle osteotomy was completed,guided by the improved plate of mandibular bone ostectomy template.Results With the application of osteotomy templates,osteotomy of mandibular operations can be more accurate.Conclusion Bama miniature pigs are the ideal animal model for mandibular angle osteotomy.3D printing technology and osteotomy template are useful in clinical application.

Mandibular angel osteotomy; Surgery; Ostectomy template; 3D printing; Bama miniature pigs

110084 遼寧 沈陽，沈陽軍區(qū)總醫(yī)院 整形外科

常 鵬(1982-)，男，遼寧沈陽人，主治醫(yī)師，博士.

陶 凱，110084，沈陽軍區(qū)總醫(yī)院 整形外科，電子信箱:taokaizx123@163.com

10.3969/j.issn.1673-7040.2016.06.014

R-332

A

1673-7040(2016)06-0365-03

2016-04-14)