3D打印下頜骨定位及連接導(dǎo)板在下頜骨缺損修復(fù)中的應(yīng)用

徐 波,冉紅兵,林 川,楊麗俊,李 文,陳 堯

下頜骨缺損在口腔頜面外科中極為常見，可造成不同程度的面部畸形，同時(shí)伴有咀嚼、語言、吞咽、呼吸等功能障礙及全身癥狀。下頜骨缺損修復(fù)的主要目標(biāo)在于其功能的恢復(fù)，而決定下頜功能重建效果的關(guān)鍵在于將髁狀突維持在關(guān)節(jié)窩內(nèi)的正常解剖位置[1-2]。目前，在下頜骨缺損修復(fù)術(shù)中對髁狀突進(jìn)行定位的方法很少有報(bào)道，因此，我們提出了一種新的下頜骨修復(fù)技術(shù)——下頜骨定位及連接導(dǎo)板。本次研究中，我們通過3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)和制作下頜骨定位及連接導(dǎo)板，用于術(shù)中指導(dǎo)下頜骨缺損的修復(fù)重建，術(shù)后通過三維CT影像數(shù)據(jù)建立個(gè)體化三維坐標(biāo)系，測量三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)與術(shù)前進(jìn)行比較，結(jié)合臨床隨訪，從而探討和評價(jià)其臨床應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 病例選擇

本次研究病例為2017年1月至2018年9月我科收治的因下頜骨病變需要做病灶切除同期缺損修復(fù)的患者，排除惡性腫瘤及髁狀突缺損的患者，男3例，女3例，年齡19～51歲，平均年齡37.7歲，1例骨缺損小于5 cm采用游離髂骨塊修復(fù)，5例骨缺損大于5 cm采用血管化腓骨瓣修復(fù)(表1)。下頜骨缺損參照Boyd的HCL分類法[3]。

表1 納入病例一般資料

Boyd下頜骨缺損分類法：HC 包括髁狀突的半側(cè)下頜骨缺損，不穿過中線；L不包括髁狀突的半側(cè)下頜骨缺損，不穿過中線；LC包含四顆切牙和兩顆尖牙的整個(gè)下頜骨中央部分缺損；LCL為L+LC范圍的下頜骨缺損。

1.2 導(dǎo)板設(shè)計(jì)與制作

術(shù)前使用螺旋CT掃描儀(SOMATOM Definition，西門子公司，德國)將患者的頜骨及供區(qū)部位進(jìn)行掃描，如需要血管化骨移植，則需要用超聲多普勒血流儀檢測供區(qū)動、靜脈直徑和血流情況，并在體表標(biāo)記出動脈穿支。將患者CT掃描數(shù)據(jù)以DICOM格式導(dǎo)入mimics 17.0及3matic 13.0軟件，進(jìn)行虛擬下頜骨切除及修復(fù)，并設(shè)計(jì)下頜骨定位及連接導(dǎo)板，再采用具有良好生物相容性的光敏樹脂(ABS-M30iTM, Stratasys公司，美國)通過3D打印機(jī)(3D Hope 6000H，鴻普公司，中國)完成制作。

下頜骨定位及連接導(dǎo)板分為定位導(dǎo)板和連接導(dǎo)板兩部分，定位導(dǎo)板用于在病灶兩側(cè)的健康骨質(zhì)上制備定位孔，記錄下頜骨的正確空間位置(圖1A、B)，連接導(dǎo)板用于橋接留存的下頜骨兩斷端，恢復(fù)下頜骨的正確空間位置，此外，連接導(dǎo)板的中間部分形態(tài)為凹槽狀的平臺，其與完成塑形后的移植骨下緣形態(tài)吻合，為移植骨的就位提供了參照標(biāo)志，可以引導(dǎo)移植骨按照術(shù)前設(shè)計(jì)的位置準(zhǔn)確就位(圖1C、D)。定位導(dǎo)板和連接導(dǎo)板在下頜骨上的安置部位相同，其組織面與安置部位的下頜骨表面形態(tài)完全吻合，兩者的預(yù)留孔位完全一致。

A: 下頜骨定位導(dǎo)板；B: 下頜骨定位導(dǎo)板在3D打印下頜骨病灶模型上就位；C: 下頜骨連接導(dǎo)板；D: 下頜骨連接導(dǎo)板在3D打印下頜骨重建效果模型上就位

1.3 導(dǎo)板使用方法

術(shù)中暴露下頜骨，在病灶兩側(cè)的健康骨表面按照術(shù)前設(shè)計(jì)位置安置下頜骨定位導(dǎo)板(圖2A)，依照導(dǎo)板上的預(yù)留孔位在下頜骨上制備定位孔(圖2B)。拆除定位導(dǎo)板，按術(shù)前計(jì)算機(jī)虛擬手術(shù)計(jì)劃精確切除病灶，在下頜骨相同位置安置連接導(dǎo)板，通過預(yù)留孔位直接固定于定位孔上，橋接下頜骨兩側(cè)斷端，恢復(fù)其自然解剖位置(圖2C)。最后，將在腓骨截骨塑形導(dǎo)板指導(dǎo)下截取并完成塑形的腓骨瓣放置于連接導(dǎo)板中間的凹槽狀平臺上，按照術(shù)前設(shè)計(jì)的位置準(zhǔn)確就位，恢復(fù)下頜骨下緣的正常輪廓形態(tài)(圖2D)，再以微型鈦板進(jìn)行固定連接后拆除連接導(dǎo)板。

A: 安置下頜骨定位導(dǎo)板；B: 依照預(yù)留孔位制備定位孔；C: 切除病灶后安置下頜骨連接導(dǎo)板；D: 完成塑形的腓骨瓣在連接導(dǎo)板上就位

1.4 術(shù)后評估

1.4.1 術(shù)后臨床隨訪 術(shù)后1、3、6個(gè)月定期復(fù)診，復(fù)查CT，檢查患者面部外形是否對稱，張口度、張口型及余留牙咬合關(guān)系是否正常，有無顳下頜關(guān)節(jié)疾病，做好追蹤隨訪記錄。

1.4.2 CT數(shù)據(jù)測量分析 術(shù)后再次對患者進(jìn)行頜面部CT掃描，將術(shù)前、術(shù)后CT的DICOM格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics 19.0軟件完成三維重建，建立個(gè)體化三維坐標(biāo)系，具體方法為：以左眶下孔上緣點(diǎn)(left-suborbital foramina, LSF)、右眶下孔上緣點(diǎn)(right-suborbital foramina, RSF)、前鼻嵴點(diǎn)(anterior nasal spine, ANS)三點(diǎn)確定平面RSF-LSF-ANS，ANS向RSF-LSF連線做垂線，垂點(diǎn)足為A，過A-ANS做與平面RSF-LSF-ANS垂直的平面A-ANS-ANS′-A′，建立三維坐標(biāo)系，RSF-LSF為X軸，A-A′為Y軸，A-ANS為Z軸。選取下頜骨相關(guān)解剖標(biāo)志點(diǎn)：左側(cè)下頜骨髁狀突中心點(diǎn)(left-condylar process of mandible, LCo)、右側(cè)下頜骨髁狀突中心點(diǎn)(right-condylar process of mandible, RCo)、左側(cè)下頜骨喙突頂點(diǎn)(left-coronoid process of mandible, LCor)、右側(cè)下頜骨喙突頂點(diǎn)(right-coronoid process of mandible, RCor)(圖3)。測量上述解剖標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)值，術(shù)前測量值與術(shù)后測量值相比較，得到解剖標(biāo)志點(diǎn)在各三維方向上的位移值，綜合分析髁突位移情況。

A:個(gè)體化三維坐標(biāo)系示意圖；B:計(jì)算機(jī)三維重建模型上的個(gè)體化三維坐標(biāo)系及下頜骨相關(guān)解剖標(biāo)志點(diǎn)

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行描述性分析，術(shù)后下頜骨相關(guān)解剖標(biāo)志點(diǎn)的三維方向位移使用絕對值均值、標(biāo)準(zhǔn)差、標(biāo)準(zhǔn)誤、95%置信區(qū)間表示。

2 結(jié) 果

所有病例均按照術(shù)前設(shè)計(jì)完成手術(shù)，術(shù)后1、3、6個(gè)月定期復(fù)診，所有患者均面部外觀對稱，外形恢復(fù)滿意，張口度、張口型及余留牙咬合關(guān)系正常，無顳下頜關(guān)節(jié)癥狀，術(shù)區(qū)無感染，固定鈦板無松動及斷裂，病灶無復(fù)發(fā)。納入患者術(shù)后下頜骨相關(guān)解剖標(biāo)志點(diǎn)的三維方向位移絕對值見表2。術(shù)后各相關(guān)解剖標(biāo)志點(diǎn)在各個(gè)三維方向上的位移絕對值均值最大為1.08 mm，是右側(cè)下頜骨喙突在左右方向的位移，標(biāo)準(zhǔn)差最大為0.82，標(biāo)準(zhǔn)誤最大為0.33。

表2 術(shù)后下頜骨相關(guān)解剖標(biāo)志點(diǎn)的三維方向位移絕對值

上述結(jié)果說明，術(shù)后髁狀突的位移被控制在了臨床可接受的范圍內(nèi)，其三維空間位置與術(shù)前相比變動輕微。

3 典型病例

患者女，19歲，因發(fā)現(xiàn)左下頜牙齦腫物伴下唇麻木11個(gè)月余入院(表1，病例4)。查體：頜面部外觀不對稱，左側(cè)下頜骨區(qū)面部膨隆， 口內(nèi)左下頜D4的遠(yuǎn)中至下頜升支頰側(cè)前庭溝隆起， D4D5向遠(yuǎn)中傾斜，松動Ⅱ度，D6D7缺失，表面黏膜粗糙?；顧z診斷為左下頜骨造釉細(xì)胞瘤。CT檢查顯示：左側(cè)下頜體至左側(cè)下頜升支髁突頸部骨質(zhì)破壞，伴軟組織團(tuán)塊影，病變區(qū)呈多房性(圖4A)。術(shù)前將患者CT掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)軟件，完成下頜骨定位導(dǎo)板(圖4E)及連接導(dǎo)板的設(shè)計(jì)(圖4F)及打印。術(shù)中暴露左側(cè)下頜骨病灶，安置定位導(dǎo)板，制備定位孔(圖4G)，切除病灶骨后在下頜骨相同位置通過預(yù)留孔位將連接導(dǎo)板固定于定位孔上，橋接兩側(cè)骨斷端，恢復(fù)下頜骨正確空間位置(圖4H)，在連接導(dǎo)板的引導(dǎo)下完成塑形后腓骨瓣的就位，以微型鈦板固定(圖4I)，拆除連接導(dǎo)板，將腓骨瓣穿支血管與左側(cè)面動、靜脈端端吻合(圖4J)。術(shù)后復(fù)查CT，重建下頜骨左右對稱(圖4B)，將術(shù)前術(shù)后CT影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)軟件，進(jìn)行三維模型配準(zhǔn)，建立三維坐標(biāo)系，確定相關(guān)解剖標(biāo)志點(diǎn)(圖4K～L)，測量分析后顯示術(shù)后髁狀突在各個(gè)三維方向上的位移絕對值均小于1 mm(表3)。術(shù)后3個(gè)月復(fù)診，患者面部外形對稱，外觀恢復(fù)正常，余留牙咬合關(guān)系良好(圖4M～O)，張口度約為36 mm，張閉、前伸和側(cè)向運(yùn)動自如，無關(guān)節(jié)絞鎖癥狀，雙側(cè)髁狀突動度一致，顳下頜關(guān)節(jié)區(qū)無疼痛、彈響，下肢行走正常?；颊邔γ娌客庑渭跋轮δ芑謴?fù)均非常滿意。術(shù)后3個(gè)月及10個(gè)月復(fù)查CT，腫瘤無復(fù)發(fā)，腓骨瓣愈合良好，無吸收破壞(圖4C～D)。

A：術(shù)前的頜面部三維CT影像；B： 術(shù)后2周的頜面部三維CT影像；C: 術(shù)后3個(gè)月的頜面部三維CT影像；D: 術(shù)后10個(gè)月的頜面部三維CT影像；E: 計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)下頜骨定位導(dǎo)板；F: 計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)下頜骨連接導(dǎo)板；G: 安置定位導(dǎo)板并制備定位孔；H: 切除病灶后安置下頜骨連接導(dǎo)板；I: 塑形后腓骨瓣的就位固定；J: 拆除連接導(dǎo)板并完成血管吻合；K: 在術(shù)前的計(jì)算機(jī)三維重建模型上建立三維坐標(biāo)；L: 在術(shù)后的計(jì)算機(jī)三維重建模型上建立三維坐標(biāo)； M、N: 術(shù)后3個(gè)月口內(nèi)像；O: 術(shù)后3個(gè)月面像

表3 典型病例術(shù)前術(shù)后下頜骨相關(guān)解剖標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)測量值對比分析

4 討 論

下頜骨是人體面下1/3的主要構(gòu)成骨，形態(tài)極不規(guī)則，在咀嚼、吞咽、發(fā)音功能和面部美觀性方面起著關(guān)鍵作用，且毗鄰的組織解剖結(jié)構(gòu)精細(xì)而復(fù)雜。病理性損害、創(chuàng)傷和感染是導(dǎo)致下頜骨缺損的主要病因[4]。下頜骨缺損的修復(fù)一直是口腔頜面外科領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，已有很多學(xué)者對其進(jìn)行了研究報(bào)道[5-7]，面部外形的對稱，患者可接受的術(shù)后容貌外觀和口腔頜面部正常功能的維持是下頜骨修復(fù)重建的主要目標(biāo)，但目前仍然難以取得令人滿意的修復(fù)效果[8]。3D打印技術(shù)作為一種新興技術(shù)在口腔頜面外科領(lǐng)域的應(yīng)用正在不斷擴(kuò)大，已廣泛應(yīng)用于下頜骨的重建修復(fù)[9]。該技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了解剖結(jié)構(gòu)可視化，術(shù)前預(yù)彎和塑形重建鈦板，打印截骨導(dǎo)板以精確切除病灶骨和切取移植骨，可以有效縮短手術(shù)和麻醉時(shí)間，減少手術(shù)創(chuàng)傷和手術(shù)失血量，優(yōu)勢顯著[10-11]。

下頜骨形態(tài)復(fù)雜，截?cái)嗪笫Ｓ喔街∪鉅坷α康氖Ш鈺?dǎo)致髁狀突移位，對下頜骨重建術(shù)后形態(tài)和功能的恢復(fù)是一大挑戰(zhàn)[12]。傳統(tǒng)方法是根據(jù)術(shù)前CT影像確定病灶骨切除范圍， 預(yù)估移植骨長度，誤差較大[13]，加上下頜骨截?cái)嗪笠莆?，難以準(zhǔn)確還原髁狀突在關(guān)節(jié)窩內(nèi)的正確解剖位置，改變了髁狀突的正常運(yùn)動軌跡，常常導(dǎo)致術(shù)后患者面部外形對稱性欠佳，出現(xiàn)張口受限、咬合關(guān)系紊亂、顳下頜關(guān)節(jié)彈響、疼痛等癥狀[14]。Sawh-Martinez[15]的研究證明，術(shù)前使用計(jì)算機(jī)軟件制定虛擬手術(shù)計(jì)劃可以提高下頜骨重建術(shù)的精度，減少術(shù)后髁狀突的移位，保持正常的解剖關(guān)系。

為了保持髁狀突的正常解剖位置，目前國內(nèi)外的研究者大多使用在3D打印下頜骨模型上進(jìn)行重建板預(yù)彎成型的方法[16-17]。但是，Marchetti等回顧了根據(jù)下頜骨頰側(cè)骨板、舌側(cè)骨板、頰舌側(cè)骨板(雙板技術(shù))外形預(yù)彎重建板或制作髁狀突定位板(Lhur method)4種保持下頜骨斷端和髁突空間位置的方法，認(rèn)為這些方法都有缺點(diǎn)，并不適合所有的臨床情況，前兩種方法不適用于因下頜骨正常外形破壞而無法預(yù)彎重建板的情況，雙板技術(shù)的缺點(diǎn)是可能無法正確恢復(fù)下頜骨的外形輪廓，特別是在下頜骨頦部缺損的情況下，髁狀突定位板穩(wěn)定性較差，常常會導(dǎo)致髁狀突空間位置重建的錯(cuò)誤[18]。而我們也在臨床研究中發(fā)現(xiàn)，由于重建板極為堅(jiān)硬，而下頜骨形態(tài)為復(fù)雜的多曲度弧形，表面還有不規(guī)則的骨性隆起，加上截?cái)嗪蟮囊莆?，即使?D打印下頜骨模型上預(yù)彎的重建板術(shù)中也很難與其完全貼合，極易在骨面滑動，很難按照術(shù)前設(shè)計(jì)精確連接固定下頜骨，并不能理想地控制髁狀突移位。因此，我們設(shè)計(jì)了新的3D打印導(dǎo)板——下頜骨定位及連接導(dǎo)板，術(shù)中用來記錄和恢復(fù)下頜骨的正?？臻g位置關(guān)系，橋接兩側(cè)骨斷端，并引導(dǎo)移植骨就位和固定。這種方法的關(guān)鍵在于，得益于3D打印技術(shù)在顱頜面外科應(yīng)用中具有極高的精確性[19]，導(dǎo)板的組織面三維形態(tài)與固定部位的下頜骨表面形態(tài)完全吻合，導(dǎo)板就位后不會發(fā)生滑動，而且下頜骨定位導(dǎo)板和連接導(dǎo)板上的預(yù)留孔位是完全一致的。我們根據(jù)定位導(dǎo)板的預(yù)留孔位在健康下頜骨上制備定位孔，記錄下頜骨的正確空間位置，然后使用連接導(dǎo)板通過預(yù)留孔位固定于定位孔上，橋接截?cái)嗟南骂M骨，從而恢復(fù)下頜骨的正確空間位置，將髁狀突定位于關(guān)節(jié)窩內(nèi)的正常解剖位置，并引導(dǎo)移植骨按術(shù)前設(shè)計(jì)準(zhǔn)確就位，恢復(fù)下頜骨的正常外形輪廓，最后使用微型鈦板進(jìn)行連接固定。與重建板相比較，微型鈦板小巧輕薄，易于塑形，而且采用分段連接的固定方式，在術(shù)中很容易將其調(diào)整到與骨面完全貼合，此外由于完成塑形的移植骨下緣形態(tài)與連接導(dǎo)板中間的凹槽狀平臺吻合，移植骨按照術(shù)前設(shè)計(jì)的位置在連接導(dǎo)板上就位后會受到一個(gè)嵌入性的固位力，不會滑動移位，所以對微型鈦板進(jìn)行塑形時(shí)移植骨不會因?yàn)槭芰Χ淖兾恢?。?dāng)微型鈦板完成塑形并行連接固定后，再拆除連接導(dǎo)板，移植骨就固定在了術(shù)前設(shè)計(jì)的位置。

目前，國內(nèi)外已有很多關(guān)于3D打印技術(shù)引導(dǎo)下頜骨缺損修復(fù)的相關(guān)報(bào)道[20-22]，但在療效評估上多以主觀性較強(qiáng)的臨床觀察描述為主，缺乏客觀性，很少有報(bào)道對術(shù)后療效進(jìn)行量化檢測和評估。Numajiri在12個(gè)3D打印模型上使用3D打印截骨導(dǎo)板進(jìn)行模擬的下頜骨節(jié)段截骨和腓骨移植重建手術(shù)，以檢驗(yàn)導(dǎo)板引導(dǎo)手術(shù)的準(zhǔn)確性，結(jié)果顯示下頜骨截骨的偏差約為1.3 mm，腓骨截骨的偏差小于1 mm，而下頜骨重建的偏差則達(dá)到了3 mm以內(nèi)[23]。我們在研究中提出了一種新的量化評估方法，將術(shù)前術(shù)后的頜面部CT影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維重建軟件，建立個(gè)體化三維坐標(biāo)系，測量相關(guān)解剖標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，對術(shù)前術(shù)后的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，評估術(shù)后髁狀突的位移變化。同時(shí)我們結(jié)合術(shù)后臨床隨訪，對下頜骨定位及連接導(dǎo)板在下頜骨缺損修復(fù)中的臨床應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行綜合評估。

本次研究結(jié)果顯示，下頜骨定位及連接導(dǎo)板引導(dǎo)下頜骨缺損修復(fù)術(shù)后下頜骨相關(guān)解剖標(biāo)志點(diǎn)在各個(gè)三維方向上的位移絕對值均值最大為1.08 mm，效果優(yōu)于Numajiri設(shè)計(jì)的導(dǎo)板，將術(shù)后髁狀突的位移控制在臨床可接受的范圍內(nèi)，有效地減少了下頜骨截?cái)嗪蟮奈灰朴绊?，使術(shù)后髁狀突的位置恢復(fù)到自然狀態(tài)，維持下頜骨的正確空間位置，極大地改善了患者下頜骨功能重建及面部外形恢復(fù)的效果。

需要說明的是，由于我們開展3D打印技術(shù)的時(shí)間較短，本次研究納入的病例數(shù)較少，沒有對相關(guān)解剖標(biāo)志點(diǎn)術(shù)前術(shù)后的三維坐標(biāo)測量值是否具有顯著性差異進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，無法說明術(shù)后髁狀突的位移是由于建立三維坐標(biāo)系時(shí)的定點(diǎn)誤差所致還是導(dǎo)板設(shè)計(jì)本身的不足導(dǎo)致。在今后的研究中我們會納入更多的病例，以進(jìn)一步驗(yàn)證我們的結(jié)論和完善導(dǎo)板的設(shè)計(jì)。