3D打印導(dǎo)板用于眼眶手術(shù)鈦網(wǎng)預(yù)成形的效果

趙峰 馬景學(xué) 高彥軍

[摘要] 目的 探討3D打印導(dǎo)板用于眼眶手術(shù)鈦網(wǎng)預(yù)成形的可行性并觀察其初步效果。 方法 選取2013年1月～2015年12月在河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院眼科行眼眶骨折手術(shù)的患者20例20只眼，術(shù)前眼球內(nèi)陷均大于3 mm。所有患者術(shù)前行螺旋CT掃描，將所得數(shù)據(jù)利用Mimics軟件進行三維重建，然后通過計算機輔助設(shè)計方法對眶壁缺損區(qū)域進行鏡像修復(fù)，應(yīng)用軟件布爾運算中的減運算，以鏡像后的眶壁數(shù)據(jù)減去原有的缺損眶壁數(shù)據(jù)，從而得到與眶壁缺損區(qū)域吻合的修復(fù)體模型。使用3D打印機打印修復(fù)體模型，以修復(fù)體模型作為鈦網(wǎng)修剪及成形的導(dǎo)板，行眶壁修復(fù)成形術(shù)。術(shù)后觀察視力、眼球突出度、復(fù)視等情況以評價手術(shù)效果。 結(jié)果 手術(shù)的20例患者術(shù)后6個月時均無視力下降；有17例患者眼球突出度之差≤2 mm；13例術(shù)前合并復(fù)視的患者，11例術(shù)后6個月時復(fù)視消失。3D打印導(dǎo)板有助于鈦網(wǎng)與眶壁缺損區(qū)域更為精確的吻合，并縮短了手術(shù)中用于鈦網(wǎng)成形的時間。 結(jié)論 3D打印的個體化手術(shù)導(dǎo)板可較好的用于鈦網(wǎng)的三維預(yù)成形，有利于提高手術(shù)精確性，并縮短手術(shù)時間。

[關(guān)鍵詞] 眼眶骨折；鈦網(wǎng)；3D打??；手術(shù)導(dǎo)板；計算機輔助設(shè)計；計算機輔助制造

[中圖分類號] R779 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673-7210（2018）08（c）-0111-03

[Abstract] Objective To discuss the feasibility of 3D printing guide plate used for titanium mesh pre-forming in orbital surgery and observe its preliminary effect. Methods From January 2013 to December 2015， 20 patients （20 eyes） underwent orbital fracture surgery in the Second Hospital of Hebei Medical University were enrolled in the study. Preoperative eyeball invagination was greater than 3 mm. All the patients underwent spiral CT scan before operation. The data were reconstructed by Mimics software， and then the images were repaired by computer aided design. The subtraction operation in the Boolean operation of the software was applied， and the original defect orbital wall data were subtracted from the repaired image. 3D printing guide plate was used for titanium mesh pre-forming in orbital surgery. Visual acuity， exophthalmos and diplopia were observed after operation to evaluate the effect. Results No visual acuity was reduced at 6 months post surgery in the 20 patients， the difference of the protrusion of the eyes were equal to or less than 2 mm in 17 patients， diplopia disappeared in 11 patients at 6 months post operation. The 3D printing guide plate helped to achieve more precise anastomosis between titanium mesh and orbital defect area， and reduced the time required for titanium mesh formation in operation. Conclusion The individualized surgical guide plate can be used for 3D pre-forming of titanium mesh， which is helpful to improve the accuracy of operation and reduce the operation time.

[Key words] Orbital fracture； Titanium mesh； 3D printing； Surgical guide； Computer Aided Design； Computer aided manufacturing

眼眶骨折多發(fā)生于眶下壁和或眶內(nèi)側(cè)壁，如伴有眼球內(nèi)陷和復(fù)視常需手術(shù)修復(fù)。在將疝入上頜竇和篩竇的眶內(nèi)容物復(fù)位后，需在眶壁缺損區(qū)域襯墊鈦網(wǎng)等植入物，以阻止眶內(nèi)容物的再次疝入，恢復(fù)眼眶的正常形態(tài)和容積，解決眼球內(nèi)陷和復(fù)視等問題[1-2]。由于傳統(tǒng)的鈦網(wǎng)多為平面形態(tài)，為更好的與缺損區(qū)吻合，術(shù)中需反復(fù)對鈦網(wǎng)進行修剪和彎制，未經(jīng)合適塑形的鈦網(wǎng)有可能造成術(shù)后雙眼眼球突出度不對稱而影響外觀；同時鈦網(wǎng)與骨窗不完全吻合還易造成螺釘松動、鈦網(wǎng)移位等潛在風(fēng)險。如能在植入前對鈦網(wǎng)進行精確的裁剪及預(yù)塑形，將有助于縮短手術(shù)時間并提高手術(shù)的精確性，從而獲得更好的手術(shù)效果[3-4]。為此，本研究嘗試使用3D打印導(dǎo)板進行鈦網(wǎng)的預(yù)成形并進行了初步的觀察，報道如下：

1 對象與方法

1.1 研究對象

收集2013年1月～2015年12月在河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院眼科就診，并經(jīng)眼眶CT確診為眼眶內(nèi)側(cè)壁和下壁骨折患者20例20只眼，其中男16例16只眼，女4例4只眼；年齡21～53歲，平均（42.09±8.45）歲；致傷原因：車禍傷13例，拳擊傷4例，摔傷3例；術(shù)前最佳矯正視力0.1～1.0，平均（0.30±0.25）；患者主要臨床表現(xiàn)為眼球內(nèi)陷、復(fù)視、運動障礙。所有患者均完善術(shù)前輔助檢查，排除手術(shù)禁忌。所有患者術(shù)前沖淚道通暢。從受傷到手術(shù)，患病時間最短為8 d，最長為3個月，平均（16.82±5.77）d。納入標(biāo)準(zhǔn)：術(shù)前眼球內(nèi)陷大于3 mm。排除標(biāo)準(zhǔn)：未能按時隨訪的患者及合并甲亢等眼眶疾病的患者。該研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 儀器設(shè)備

CT掃描儀（美國GE公司Prospeed F Ⅱ雙排螺旋CT機）；三維重建軟件為Mimics 17.0軟件（比利時Materialise公司）；逆向工程軟件Geomagic Studio（美國Geomagic公司）；3D打印機（太爾時代UP Mini 2），打印材料為ABS。

1.3 修復(fù)體模型獲得方法

所有患者術(shù)前均行螺旋CT掃描，將所得數(shù)據(jù)用DICOM格式導(dǎo)出，由同一操作者利用Mimics軟件進行三維重建，然后通過Mimics或Geomagic Studio軟件利用健側(cè)數(shù)據(jù)進行鏡像修復(fù)，應(yīng)用軟件布爾運算中的減運算，以鏡像修復(fù)后的眶壁數(shù)據(jù)減去原始眶壁數(shù)據(jù)，從而得到與眶壁缺損區(qū)域吻合的個體化修復(fù)體模型（見封底）。

1.4 手術(shù)方法

淚阜內(nèi)側(cè)結(jié)膜和下穹隆結(jié)膜連續(xù)切口，分離內(nèi)側(cè)結(jié)膜下組織達(dá)骨膜，切開內(nèi)側(cè)骨膜，在骨膜下分離，暴露內(nèi)側(cè)壁骨折前界，沿骨折上緣分離骨膜，暴露骨折上緣；下穹隆結(jié)膜切口位于下瞼板下方，切開結(jié)膜和下瞼縮肌達(dá)眶隔，在眶隔和輪匝肌間分離達(dá)下眶緣，切開骨膜，在骨膜下向下分離暴露下壁骨折前界和外側(cè)緣，向內(nèi)側(cè)分離，暴露下斜肌并在下斜肌近附著點處做一對雙套環(huán)縫線，在兩個雙套環(huán)縫線之間切斷下斜肌，暴露淚后脊，在淚后脊后切開骨膜，在骨膜下分離，暴露下壁和內(nèi)側(cè)壁骨折交界處的前界，還納脫出的眶內(nèi)組織，暴露骨折的后緣。利用修復(fù)體模型作為導(dǎo)板修剪并成形鈦網(wǎng)，將鈦網(wǎng)置于骨缺損處，觀察眼球突出度，使術(shù)眼較健眼突出1～2 mm，如果眼球突出度不夠，可以再次塑形鈦網(wǎng)，調(diào)整眼球突出度至滿意后用鈦釘固定鈦網(wǎng)，縫合骨膜和下斜肌，縫合下瞼縮肌和結(jié)膜切口。

1.5 效果評價

觀察術(shù)后2周、3個月、6個月患者的視力、復(fù)視、眼球突出度，復(fù)查眼眶CT觀察鈦網(wǎng)植入位置，并將6個月時的上述指標(biāo)與術(shù)前對比。雙眼眼球突出度的測量：在CT水平位圖像上選擇眼球直徑最大的層面圖像，測量角膜頂點到雙側(cè)眶外緣頂點連線間的垂直距離，在眼球最大徑層面相鄰上下層分別測量眼球突出度，每只眼眼球突出度為3個層面眼球突出度平均值，和健側(cè)眼相比，眼球突出度的差值≤2 mm為矯正，>2 mm為好轉(zhuǎn)。觀察術(shù)后復(fù)視的改善情況：復(fù)視像依據(jù)復(fù)視程度和對視功能的影響分為：0級無復(fù)視；I級周邊視野復(fù)視（大于150）；Ⅱ級正前方及閱讀位（向下小于150）無復(fù)視，其余方向復(fù)視；Ⅲ級正前方及閱讀位（向下小于150）復(fù)視；0級為治愈。

2 結(jié)果

2.1 手術(shù)效果

術(shù)后6個月，所有患者視力無明顯變化，眼球突出度及復(fù)視情況見表1。

2.2 其他效果

相較于傳統(tǒng)制備方法，新方法僅需打印出缺損區(qū)域的骨塊模型，降低了3D打印所需的時間和費用，多數(shù)病例可以在一天內(nèi)完成術(shù)前設(shè)計及導(dǎo)板打?。粚τ诳舯谌睋p位置較深的骨折，利用打印的骨塊模型作為導(dǎo)板，使得鈦網(wǎng)的修剪和預(yù)成形更為簡單，縮短了手術(shù)時間。

3 討論

鈦網(wǎng)是目前最為適合眼眶骨折修復(fù)的材料之一[5]，為了更好地貼合眼眶的三維形態(tài)，常規(guī)的平面鈦網(wǎng)常需術(shù)者在術(shù)中進行修剪和塑形，但在眼眶骨折修復(fù)中，為了保持較好的外觀，目前越來越多采用微切口，手術(shù)視野較為狹窄，術(shù)中很難觀察到完整的骨折區(qū)域形態(tài)，而狹小的手術(shù)空間使得在眶內(nèi)嘗試放入和對齊植入物的過程相當(dāng)費時費力，這使得手術(shù)醫(yī)生在術(shù)中需要對植入物反復(fù)修剪及比對，增加了手術(shù)時間和風(fēng)險。

為了解決上述問題，目前的常見解決方案有以下幾種：①根據(jù)一般CT掃描數(shù)據(jù)來批量生產(chǎn)若干型號的三維預(yù)成形鈦網(wǎng)，然后術(shù)者根據(jù)患者術(shù)前CT資料選擇較為合適的型號，從而減少術(shù)中操作[6-8]。但這種方法得到的預(yù)成形鈦網(wǎng)接近于人類眼眶平均解剖數(shù)據(jù)的三維形態(tài)，并非完全的個體化設(shè)計，鈦網(wǎng)的邊緣無法與骨折邊緣及眶壁彎曲弧度精確吻合。②根據(jù)患者術(shù)前CT掃描結(jié)果進行三維重建并打印出個體的1∶1比例的三維眼眶或頭顱模形，然后在該模型上進行術(shù)前模擬，對平面鈦網(wǎng)或三維鈦網(wǎng)進行彎制和修剪[9-10]。這種方法可實現(xiàn)鈦網(wǎng)的個體化制作并縮短術(shù)中鈦網(wǎng)塑形的時間，但仍有一些缺點：在打印較為復(fù)雜的眼眶或頭顱模形時，由于體積較大且需要保持較好的精度，這就造成3D打印耗時非常長，熔融沉積成型或光固化立體成型平均所需時間都在8 h以上，甚至大于24 h。由于所需設(shè)備較為昂貴，一般需將CT數(shù)據(jù)交給專業(yè)的3D打印公司來制作，如果加上雙方溝通及模型修整的時間，整個過程常需數(shù)天，且患者需要支付較高的費用。其次，對于一些較深的眶壁缺損，將鈦網(wǎng)伸入打印的眼眶模型進行精確裁剪和塑形仍有一些不便，常需多次核對。③直接用金屬3D打印機打印出與缺損區(qū)匹配的鈦網(wǎng)，術(shù)中無需塑形直接植入[11-12]。這種方法從理論上講是最為理想的，也是未來眶壁缺損修復(fù)的重要發(fā)展方向。但在目前，我國對眼眶手術(shù)3D打印植入物的管理尚無明確規(guī)定[13]，另外金屬3D打印所需的設(shè)備及耗材均非常昂貴，在解決法規(guī)及成本問題之前，臨床應(yīng)用尚有較多困難。

隨著3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用日漸深入，國內(nèi)已有較多的醫(yī)師在眼眶修復(fù)術(shù)前3D打印等比例的三維眼眶或頭顱模型，然后在該模型上進行術(shù)前模擬，對鈦網(wǎng)進行初步的彎制和修剪[14-17]。為進一步優(yōu)化相關(guān)技術(shù)在眼眶手術(shù)中的應(yīng)用，本研究調(diào)整了相關(guān)流程，利用Mimics等軟件進行手術(shù)的設(shè)計及模擬，得到眶壁缺損區(qū)域的三維模形用于3D打印，以減少3D打印所需的時間和耗材。此外，3D打印機的價格主要與打印精度及最大可打印尺寸相關(guān)[18-20]，由于這種方法所需打印的模型體積較小，從而降低了對3D打印設(shè)備的要求，有利于相關(guān)技術(shù)的推廣。

從初步的應(yīng)用情況來看，對于眶壁缺損位置較深的骨折，利用打印的導(dǎo)板引導(dǎo)鈦網(wǎng)的修剪和彎制，使得鈦網(wǎng)的預(yù)塑形更為簡單方便，從而縮短了術(shù)中用于鈦網(wǎng)塑形的時間，使總體手術(shù)時間縮短。在金屬3D打印個體化的鈦網(wǎng)植入物普及之前，這種方法有一定的實用價值。但應(yīng)該注意到的是，這種方法要求手術(shù)醫(yī)生有較好的醫(yī)學(xué)影像處理經(jīng)驗，否則易導(dǎo)致制作的手術(shù)導(dǎo)板尺寸及形狀不精確，考慮到本組患者的例數(shù)較少，這種方法的效果及優(yōu)缺點尚需更多的跟蹤觀察。

[參考文獻]

[1] 孫紅，吳鵬森，宋麗媛，等.開放性眼眶骨折早期治療的臨床觀察[J].中華眼科雜志，2016，52（4）：273-277.

[2] 孫凱建，王春霞，王雅文，等.應(yīng)用個體化預(yù)成形鈦網(wǎng)修復(fù)眶下壁骨折的臨床分析[J].國際眼科雜志，2016，16（4）：745-747.

[3] 宋楠，葉信海.眼眶骨折重建技術(shù)進展[J].中國眼耳鼻喉科雜志，2018，18（1）：15-17.

[4] 季中錕，趙云，于莎莎，等.眼眶爆裂性骨折修復(fù)手術(shù)模擬的眼眶3D打印模形和外科種植體模形的研究[J].眼科新進展，2017，37（7）：662-666.

[5] 孫黎波，蘭玉燕，張力，等.數(shù)字化模形制備個性化鈦網(wǎng)修復(fù)眼眶骨折的應(yīng)用[J].中國組織工程研究，2017，21（14）：2158-2162.

[6] 張翔，陳偉，曹罡，等.計算機輔助快速成形鈦網(wǎng)在眼眶爆裂骨折整復(fù)中的應(yīng)用[J].醫(yī)學(xué)研究生學(xué)報，2016，29（4）：407-410.

[7] 李春威，陳珺.個體化3D打印眼眶模形輔助AO三維預(yù)成形鈦網(wǎng)用于眼眶骨折手術(shù)臨床觀察[J].山東醫(yī)藥，2016， 56（48）：71-73.

[8] 李桂芬，易麗娜.預(yù)塑形鈦網(wǎng)植入對眼眶骨折手術(shù)治療預(yù)后的影響[J].國際眼科雜志，2017，17（3）：516-518.

[9] Kozakiewicz M，Szymor P. Comparison of pre-bent titanium mesh versus polyethylene implants in patient specific orbital reconstructions [J]. Head Face Med，2013，9：32.

[10] Callahan AB，Campbell AA，Petris C，et al. Low-Cost 3D Printing Orbital Implant Templates in Secondary Orbital Reconstructions [J]. Ophthalmic Plast Reconstr Surg，2017， 33（5）：376-380.

[11] Heufelder M，Wilde F，Pietzka S，et al. Clinical accuracy of waferless maxillary positioning using customized surgical guides and patient specific osteosynthesis in bimaxillary orthognathic surgery [J]. J Craniomaxillofac Surg，2017， 45（9）：1578-1585.

[12] 馮辰棟，夏宇，李祥，等.3D打印多孔鈦支架微觀孔隙結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能[J].醫(yī)用生物力學(xué)，2017，32（3）：256-260.

[13] 李靖，楊龍，王建吉，等.基于DICOM數(shù)據(jù)三維重建及其對骨科植入物的指導(dǎo)應(yīng)用[J].中國組織工程研究，2017， 21（7）：1046-1051.

[14] 向琳，代群霞，鐘沐睿，等.爆裂性眼眶骨折修復(fù)手術(shù)前后眼外肌功能變化的臨床特點分析[J].臨床眼科雜志，2017，25（5）：456-458.

[15] 段春青，孫斌.眼球挫傷及伴眶爆裂性骨折者并發(fā)癥臨床分析[J].中華眼外傷職業(yè)眼病雜志，2018（1）：23-25.

[16] 李桂芬，易麗娜.預(yù)塑形鈦網(wǎng)植入對眼眶骨折手術(shù)治療預(yù)后的影響[J].國際眼科雜志，2017，17（3）：516-518.

[17] 胡艷.老年人眼眶腫瘤摘除術(shù)后預(yù)后的影響因素分析[J].臨床眼科雜志，2017，25（2）：145-147.

[18] 韋超兵，趙立宇，方嚴(yán)，等.眼眶黏膜相關(guān)性淋巴樣組織淋巴瘤的MRI成像特征及臨床分析[J].臨床眼科雜志，2017，25（4）：350-352.

[19] 姚登明，陳明，柴廣睿，等.眼眶骨折修復(fù)術(shù)的臨床應(yīng)用研究進展[J].眼科新進展，2018，38（3）：290-294.

[20] 朱昭亮，馬波.眼眶組織淀粉樣變易誤診臨床分析[J].中國醫(yī)藥導(dǎo)報，2016，13（30）：118-121.

（收稿日期：2018-01-03 本文編輯：金 虹）