數(shù)字化導(dǎo)板在下顎腫瘤手術(shù)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

郗睿，張軼，于強(qiáng)

1. 南京理工大學(xué)，江蘇 南京 210094；2. 江蘇捷生凱爾醫(yī)學(xué)增材制造研究院，江蘇 南京 210046

引言

在下顎腫瘤手術(shù)中傳統(tǒng)手術(shù)導(dǎo)板的定位以及貼合度不理想，導(dǎo)板常出現(xiàn)因手術(shù)時(shí)骨刀的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生脫位的現(xiàn)象，導(dǎo)板結(jié)構(gòu)的不合理也會(huì)對(duì)臨床操作產(chǎn)生不便。本方案從精準(zhǔn)定位和穩(wěn)定性的角度對(duì)下顎截骨導(dǎo)板、腓骨截骨導(dǎo)板、導(dǎo)航模板進(jìn)行設(shè)計(jì)構(gòu)思改進(jìn)，精準(zhǔn)細(xì)化三類導(dǎo)板設(shè)計(jì)的比例結(jié)構(gòu)和尺寸范圍；在江蘇省某口腔醫(yī)院的實(shí)際臨床案例中應(yīng)用實(shí)踐數(shù)據(jù)化導(dǎo)板方案，提升數(shù)據(jù)化導(dǎo)板的可用性和成熟度。

1 傳統(tǒng)下顎腫瘤手術(shù)及手術(shù)導(dǎo)板狀況

下顎腫瘤手術(shù)解決的主要問(wèn)題分為兩部分：一是切除下顎骨腫瘤浸潤(rùn)區(qū)域；二是用腓骨對(duì)切除的下顎骨進(jìn)行拼接形成比較飽滿的輪廓曲線。根據(jù)病患CT 數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，直觀的觀察出病噪面積大小并與主治醫(yī)師溝通手術(shù)方案，再以導(dǎo)板的形式對(duì)面部輪廓進(jìn)行設(shè)計(jì)[1]。

一臺(tái)下顎手術(shù)所需導(dǎo)板主要包括下顎截骨導(dǎo)板、下顎導(dǎo)航模板、腓骨截骨導(dǎo)板三部分[2]。傳統(tǒng)口腔手術(shù)中，醫(yī)生通過(guò)FDI 牙位表示法[3]或下頜孔、下顎神經(jīng)孔等特定位置指定截骨范圍，以此為基礎(chǔ)制作下顎截骨導(dǎo)板，導(dǎo)板底部需要包住下顎骨，完成與病患下顎處的定位，再使用超聲骨刀切除病灶處（圖1）。

圖1 傳統(tǒng)下顎截骨導(dǎo)板

傳統(tǒng)導(dǎo)板的定位方式是通過(guò)導(dǎo)板貼合下顎底端卡住特征位[4]，之后用刀具沿法欄方向鋸斷下顎骨，而使用這種固定方式的定位導(dǎo)板其穩(wěn)定性，貼合性都較差，醫(yī)生若使用線鋸[5]的方式鋸骨，會(huì)大幅度的影響導(dǎo)板的位置，造成手術(shù)偏差[6]。因此截骨導(dǎo)板如何設(shè)計(jì)能夠精準(zhǔn)定位且貼合牢靠，是截骨（刀口）位置符合術(shù)前方案的重要前提。

2 數(shù)據(jù)化導(dǎo)板的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

2.1 導(dǎo)板設(shè)計(jì)

本方案主要對(duì)口腔腫瘤手術(shù)中所需的三類手術(shù)導(dǎo)板按手術(shù)順序進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別為：① 下顎導(dǎo)板：輔助醫(yī)生切除下顎病灶；② 腓骨截骨導(dǎo)板：獲取健康腓骨段；③ 導(dǎo)航模板：將腓骨段與健康下顎骨進(jìn)行拼接形成完善的下顎輪廓。

2.1.1 下顎導(dǎo)板設(shè)計(jì)

本方案所述的下顎截骨導(dǎo)板的設(shè)計(jì)思路是能夠設(shè)計(jì)出套住牙齒頂部端固定牢靠的截骨導(dǎo)板。牙齒在口腔中的特征最為明顯，且牙齒相對(duì)于下顎骨的位置又是固定的，因此以牙齒為定位點(diǎn)能夠精準(zhǔn)的的固定住導(dǎo)板位置，刀口的位置也能隨之確定。刀口處的設(shè)計(jì)需要足夠穩(wěn)固以適應(yīng)手術(shù)中不同刀具大幅度運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的震動(dòng)，因此刀口位置選擇設(shè)計(jì)在導(dǎo)板中間位置，刀口兩側(cè)的導(dǎo)板長(zhǎng)度各為三至四個(gè)牙位，總長(zhǎng)約7 個(gè)牙位。因此導(dǎo)板總體結(jié)構(gòu)共分為三層：頂部套住牙齒頂端部分，底部貼合下顎部分，中間連接板塊。刀口按病灶需切除的范圍從底部中間適宜段定位一直延伸至中間層部位。經(jīng)與臨床手術(shù)醫(yī)生溝通認(rèn)為此種思路設(shè)計(jì)的導(dǎo)板相較傳統(tǒng)的單側(cè)下顎包裹導(dǎo)板能夠更好地輔助醫(yī)生完成手術(shù)（圖2）。

圖2 下顎導(dǎo)板設(shè)計(jì)示意圖

2.1.2 腓骨導(dǎo)板設(shè)計(jì)

腓骨導(dǎo)板[7]設(shè)計(jì)分為三部分：① 刀口處設(shè)計(jì)，腓骨兩端刀口為方形中空造型，腓骨中間連接刀口采用X 形封閉設(shè)計(jì)，用以限制運(yùn)刀幅度[8]，精準(zhǔn)化手術(shù)操作；② 截骨槽，視手術(shù)方案所需腓骨段數(shù)量而定；③ 打孔位，按鈦板孔洞軌跡擬合至導(dǎo)板上沿，手術(shù)中直接按導(dǎo)板孔位在腓骨段上打孔，最后鈦板[9]只需按腓骨段孔位對(duì)齊即可完成貼合操作，降低手術(shù)復(fù)雜性。整個(gè)導(dǎo)板尺寸經(jīng)過(guò)與醫(yī)生商榷后確定導(dǎo)板厚度2 mm，高度8～10 mm，寬度30～40 mm 范圍內(nèi)，每段腓骨段不少于40 mm 最為適合臨床手術(shù)（圖3）。

2.1.3 下顎導(dǎo)航模板設(shè)計(jì)

導(dǎo)航模板的功用主要是下顎病灶處切除、獲取腓骨段后為腓骨的拼接進(jìn)行導(dǎo)航，模板設(shè)計(jì)主要包括兩塊：① 骨槽位；② 下顎連接口（圖4）。因?yàn)橐献‰韫嵌蔚撞?，所以模板與下顎的定位以截后下顎骨斷面為特征處進(jìn)行定位設(shè)計(jì)。如此制作的導(dǎo)航模板只需要醫(yī)生將腓骨段放置于槽位上并與導(dǎo)板孔位進(jìn)行比對(duì)即可完成對(duì)腓骨段角度與位置的調(diào)整。

圖3 腓骨導(dǎo)板設(shè)計(jì)示意圖

圖4 下顎導(dǎo)航模板設(shè)計(jì)示意圖

2.2 數(shù)字化處理方法

數(shù)字化處理所需數(shù)據(jù)包括患者頭骨CT，口掃數(shù)據(jù)，腿部CT。將 頭 骨CT 導(dǎo) 入Mimics19.0 軟 件（Materialise 公司）截取下顎骨三維模型，再將口掃數(shù)據(jù)和下顎骨模型導(dǎo)入Proplan3.0 軟件進(jìn)行比對(duì)，口掃模型按眶耳平面[10]特征點(diǎn)與頭骨數(shù)據(jù)進(jìn)行拼疊（表1），結(jié)合后的模型因口掃數(shù)據(jù)更為清晰地反應(yīng)牙齒輪廓特征[11]，制作出的牙套部分更為貼合牙齒頂層（圖5）。

圖5 口掃模型與下顎骨拼疊結(jié)果圖

模型主體部分制作完成后導(dǎo)入3-matic 進(jìn)行設(shè)計(jì)，先行制作下顎截骨導(dǎo)板，導(dǎo)板設(shè)計(jì)尺寸如下：① 導(dǎo)板內(nèi)表面與下顎之間距離0.2 mm，留出一定間隙為手術(shù)時(shí)產(chǎn)生的雜質(zhì)提供剩余量，導(dǎo)板厚度2.2 mm；② 刀口靠近導(dǎo)板中線位置，寬度1.2 mm，長(zhǎng)度從導(dǎo)板底部延伸至頂層牙套部分；③ 導(dǎo)板總長(zhǎng)7 個(gè)牙位，約55 mm。

腓骨截骨導(dǎo)板的截骨范圍為從距腓骨足側(cè)端75.3 mm處起始至距頭側(cè)端140 mm處結(jié)束，導(dǎo)板高度確定為8 mm，寬33 mm，總長(zhǎng)140 mm（圖6），刀口寬度1 mm，刀口壁厚2 mm，導(dǎo)板與腓骨剩余間隙0.2 mm。

下顎導(dǎo)航模板需在Proplan3.0 中勾出截骨線路徑（腓骨段擺放路徑），截骨線要求根據(jù)患者的下牙槽神經(jīng)血管蒂所在位置設(shè)計(jì)一側(cè)的截骨線[12]，截骨線的上方及升支后緣處不超過(guò)咬頜平面，弧形截骨線下方延伸至頦孔下，避免二次成角，之后重建出腓骨段在下顎骨拼接后的三維模型，以此為基礎(chǔ)制作導(dǎo)航模板，模板厚度2 mm，與下顎間隙0.2 mm，導(dǎo)板與下顎骨連接處寬度留出三個(gè)孔位（圖7）。

表1 眶耳平面特征點(diǎn)坐標(biāo)

圖6 腓骨截骨3D方案

將三維數(shù)據(jù)通過(guò)光固化成型技術(shù)（Stereolithography Apparatus，SLA）打印出實(shí)體模型，模型通過(guò)后處理對(duì)表面進(jìn)行光滑處理，防止尖角銳料會(huì)對(duì)病患產(chǎn)生二次傷害（圖8）。

圖7 導(dǎo)航模板三維模型圖

圖8 導(dǎo)板實(shí)體

2.3 臨床應(yīng)用及術(shù)后評(píng)估

通過(guò)跟臺(tái)觀察手術(shù)，手術(shù)中有關(guān)導(dǎo)板的操作按順序依次是使用下顎導(dǎo)板切除下顎病噪，使用腓骨截骨導(dǎo)板獲取腓骨段，最后用導(dǎo)航模板拼接腓骨段及切除后的下顎骨（圖9）。所有患者手術(shù)均順利完成，手術(shù)結(jié)果與術(shù)前方案完全一致，跟臺(tái)時(shí)未發(fā)現(xiàn)手術(shù)過(guò)程中醫(yī)生會(huì)因?yàn)閷?dǎo)板問(wèn)題導(dǎo)致手術(shù)中斷的現(xiàn)象，10 例手術(shù)平均時(shí)間5.5 h，較傳統(tǒng)手術(shù)縮短15～30 min，整個(gè)手術(shù)完全按照術(shù)前方案穩(wěn)固推進(jìn)。

圖9 手術(shù)導(dǎo)板使用圖

術(shù)后通過(guò)CT 復(fù)查未發(fā)現(xiàn)病噪殘余，整個(gè)拼接后的下顎骨能夠保持活性，下牙槽神經(jīng)血管束保留完好，未出現(xiàn)骨折、大出血、感染、頸部麻木等并發(fā)癥，患者恢復(fù)情況良好，手術(shù)能夠較好地控制住病情，拼接后的下顎輪廓飽滿，不會(huì)對(duì)患者面部產(chǎn)生太大影響。臨床醫(yī)生對(duì)此種類型的導(dǎo)板固定方式較為青睞，較以往的導(dǎo)板需要通過(guò)手按才可貼合下顎骨節(jié)省了人力，使用刀具切割時(shí)的安全性也得到了較大的提升，同時(shí)也認(rèn)可該導(dǎo)板能更好地精準(zhǔn)化手術(shù)操作，降低手術(shù)復(fù)雜性。

3 討論與思考

3.1 下顎塑造的飽滿度是今后數(shù)據(jù)化導(dǎo)板應(yīng)用改進(jìn)的主要方向

雖然此類手術(shù)的主要目的是為了切除腫瘤，但出于審美的角度，如何塑造出更加飽滿的下顎輪廓也同樣需要考慮[13]，正常下顎骨的厚度較腓骨段而言更高，為使面部輪廓更為接近常人，提出將腓骨段沿骨間緣方向拆分并展開以提升厚度，此思路對(duì)導(dǎo)板的要求更高，導(dǎo)航模板需要設(shè)計(jì)為能夠卡住兩段腓骨段高度的結(jié)構(gòu)，同時(shí)需要增加一塊腓骨段截骨導(dǎo)板[14]，手術(shù)方案也需要較大的調(diào)整，手術(shù)耗時(shí)及復(fù)雜度也相繼提升。目前國(guó)內(nèi)還未有相關(guān)文獻(xiàn)涉及這種手術(shù)思路，若能實(shí)現(xiàn)該方案，對(duì)于術(shù)后病人的面部影響會(huì)更小，康復(fù)效果會(huì)更佳。

3.2 輪廓對(duì)稱處理也是涉及術(shù)后審美中的一個(gè)難題

對(duì)稱是面部審美的關(guān)鍵，這對(duì)截骨手術(shù)來(lái)說(shuō)是一個(gè)比較困難的問(wèn)題，在三維模型操作時(shí)往往是通過(guò)鏡像比對(duì)設(shè)計(jì)截骨線，但下顎骨曲線圓滑[15]，而腓骨段都是直線型，按理論腓骨段越多，拼接的曲線越圓滑，但腓骨段太多會(huì)提升手術(shù)難度和風(fēng)險(xiǎn)，因此腓骨段的設(shè)計(jì)往往是通過(guò)主治醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)判斷，設(shè)計(jì)者難以獨(dú)立完成手術(shù)方案。因此設(shè)計(jì)美學(xué)與臨床操作如何相互共融、達(dá)到最優(yōu)是手術(shù)方案是否成功的關(guān)鍵。

3.3 導(dǎo)板材料的更新進(jìn)步將決定技術(shù)應(yīng)用的普及面

醫(yī)療3D 打印技術(shù)的興起和發(fā)展，離不開打印材料的更新?lián)Q代，本方案所有導(dǎo)板材料均以SLA 通用的光敏樹脂制作完成，雖然手術(shù)導(dǎo)板不需要植入體內(nèi)，但是刀具觸碰后會(huì)產(chǎn)生碎料進(jìn)入人體，因此生物相容性材料的應(yīng)用對(duì)于手術(shù)安全性以及術(shù)后康復(fù)來(lái)說(shuō)會(huì)有較大的改善，聚乳酸的性質(zhì)符合人體攝入物的要求也是目前被認(rèn)為最有發(fā)展前景的醫(yī)用高分子材料：無(wú)毒、具有合適的生物降解性和良好的生物兼容性且對(duì)某些菌體有一定相互作用的能力，因此若該導(dǎo)板采用聚乳酸制作會(huì)大幅提升導(dǎo)板可用性。