3D打印數(shù)字化外科在面中份骨折整復(fù)中的應(yīng)用研究

胡 旻，曹璐璐，李 忠，馬 猛，艾克拜爾·塔吉

（新疆烏魯木齊美奧口腔醫(yī)院，新疆 烏魯木齊，830000）

面中份粉碎性骨折屬于非常復(fù)雜的面中份骨折，于顱底關(guān)系緊密，骨縫眾多，治療難度大，治療后并發(fā)癥發(fā)病率高[1]。常見并發(fā)癥有創(chuàng)傷性鼻淚管阻塞，嚴(yán)重的顱腦損傷可引起死亡。以往關(guān)于面中份粉碎性骨折的研究主要研究在于新型手術(shù)技術(shù)與傳統(tǒng)手術(shù)之間的優(yōu)缺點(diǎn)[2-3],但是,將3D打印技術(shù)運(yùn)用到頜面部面中份粉碎性骨折中的研究報(bào)道較少,因此，本研究創(chuàng)新點(diǎn)在于，我們把3D打印技術(shù)(虛擬復(fù)位、預(yù)成型技術(shù)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)驗(yàn)證匹配程度等技術(shù))應(yīng)用到面中份粉碎性骨折整復(fù)中，探討其優(yōu)勢(shì)并評(píng)價(jià)其精準(zhǔn)性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2017年1月至2019年12月我院收治的面中份粉碎性骨折患者17例。

1.2 術(shù)前檢查及測(cè)量

1.2.1 臨床檢查 面部外形改善情況（是否存在面形不對(duì)稱、面中部塌陷程度）、是否存在復(fù)視及眶下區(qū)麻木情況、溢膿情況、淚道是否狹窄情況等。

1.2.2 數(shù)據(jù)測(cè)量

1.3 術(shù)前準(zhǔn)備

手術(shù)設(shè)計(jì)、打印、預(yù)彎、實(shí)施手術(shù)。

1.3.1 打印模型A 頭面部骨折模型A，分析A模型的一般情況（骨折部位、骨折類型、周圍組織情況等），與患者及家屬溝通病情時(shí)使用A模型。3D 打印機(jī)由澳博瑞盛有限公司提供。打印材料主要成分為生物降解塑料聚乳酸(PLA)。見圖1。

1.3.2 虛擬復(fù)位并打印模型B 參照正常人頜面部骨性標(biāo)志，在計(jì)算機(jī)虛擬狀態(tài)下，對(duì)A模型進(jìn)行虛擬復(fù)位。打印虛擬復(fù)位后的1:1頭面部骨折模型B。其中涉及到眼眶、鼻骨骨折等對(duì)稱性解剖組，采用鏡像反求技術(shù)將健側(cè)數(shù)據(jù)反求到患側(cè)。進(jìn)行虛擬復(fù)位，部分骨折病例為雙側(cè)發(fā)生，無法使用鏡像技術(shù)，則將虛擬復(fù)位參數(shù)參照正常人類解剖標(biāo)志參數(shù)。此過程主刀醫(yī)師全程參與。見圖1。

1.3.3 鈦板塑形 術(shù)前主刀醫(yī)師再次在B模型上進(jìn)行演練，并將B模型作為術(shù)后擬達(dá)到的程度和病患進(jìn)行詳細(xì)溝通。將B模型及鈦板鈦釘消毒后備用。內(nèi)固定鈦板及鈦釘為納通生產(chǎn)。見圖1。

1.3.4 指導(dǎo)手術(shù) 術(shù)中將骨折斷端充分暴露并松解，保護(hù)周圍重要血管、神經(jīng)、松解嵌塞的肌肉及周圍軟組織，將預(yù)彎的鈦板鈦釘從B模型上取出，參照B模型的復(fù)位程度，將實(shí)際骨折斷端進(jìn)行復(fù)位，將預(yù)彎的鈦板鈦釘植入術(shù)區(qū)。采集CT影像Dicom 格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航系統(tǒng)(Brainlab 3.0)。觀察實(shí)際復(fù)位情況與術(shù)前虛擬復(fù)位的匹配程度，并測(cè)量變形量。部分病例進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈⒄{(diào)，最后行堅(jiān)固內(nèi)固定。術(shù)后2-3天復(fù)查上下頜骨三維CT。觀察復(fù)位情況，并對(duì)相關(guān)并發(fā)癥進(jìn)行對(duì)癥及支持治療。見圖1。

1.4 術(shù)后檢查及測(cè)量

1.4.1 臨床檢查 術(shù)后再次進(jìn)行一般檢查（同前）。

1.4.2 數(shù)據(jù)測(cè)量 眼球突度、瞼裂對(duì)稱指數(shù)、內(nèi)眥鼻梁矢狀高度對(duì)稱指數(shù)、新技術(shù)下手術(shù)時(shí)間與傳統(tǒng)手術(shù)時(shí)間比較。見表1、表2、表3、表5。

1.4.3 手術(shù)效果評(píng)價(jià) 患者在術(shù)前、術(shù)后5d、術(shù)后10 d、術(shù)后30d分別進(jìn)行VAS面部畸形自評(píng)調(diào)查表。1-4分不滿意，5-7分基本滿意，8-10分非常滿意。見表4。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

本次研究數(shù)據(jù)來源于我院我科臨床工作中，由課題組成員收集數(shù)據(jù)，并使用Epidata3.1軟件，進(jìn)行雙錄入數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤。檢驗(yàn)水準(zhǔn)取α=0.05，使用SPSS20.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。運(yùn)用t檢驗(yàn)等對(duì)研究內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)描述；運(yùn)用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，對(duì)研究對(duì)象術(shù)前及術(shù)后不同時(shí)期的內(nèi)眥處鼻梁矢狀高度對(duì)稱指數(shù)、瞼裂對(duì)稱指數(shù)、手術(shù)時(shí)間進(jìn)行比較分析。

2 結(jié)果

2.2 臨床效果

患者術(shù)前術(shù)后眼球突度差均值比較，術(shù)后眼球突度差得到明顯改善（P＜0.05），見表1。術(shù)后5d,10d,30d患者瞼裂對(duì)稱指數(shù)均明顯改善，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）見表2。術(shù)后5d,10d,30d患者瞼裂對(duì)稱指數(shù)均明顯改善（P＜0.05）見表3。分別將患者術(shù)前、術(shù)后5天、術(shù)后10天、術(shù)后30天VAS自評(píng)分進(jìn)行兩兩比較；術(shù)后5天、10天、30天患者滿意度逐漸增加（P＜0.05）。術(shù)后10天與術(shù)后30天相比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）見表4。本研究17例手術(shù)時(shí)間與既往傳統(tǒng)手術(shù)時(shí)間比較，手術(shù)時(shí)間明顯縮短，使用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行比較，3D打印技術(shù)手術(shù)時(shí)間比傳統(tǒng)手術(shù)技術(shù)時(shí)間相對(duì)較短（P＜0.05），見表5。

2.2 典型病例

患者女性，52歲，哈薩克族，高處墜落致面部外傷25天。外傷后昏迷，在當(dāng)?shù)蒯t(yī)院氣管切開并對(duì)癥治療，生命體征平穩(wěn)后轉(zhuǎn)入我院我科。查體：面部畸形嚴(yán)重，左右面部不對(duì)稱，比例不協(xié)調(diào)，張口度不足一直，口內(nèi)查體欠配合，下頜咬合平面不齊。復(fù)視，面頰部及左側(cè)下唇麻木。無鼻淚管溢淚、無溢膿情況、淚道無狹窄。診斷：鼻眶篩粉碎性骨折，雙側(cè)顴骨骨折，雙側(cè)眼眶骨折，雙側(cè)顴弓骨折，雙側(cè)上頜骨骨折，雙側(cè)顴骨上頜骨復(fù)合體骨折，下頜骨正中骨折，腦脊液漏等。治療：術(shù)前采集影像數(shù)據(jù)，3D虛擬復(fù)位后打印模型，預(yù)彎鈦板，術(shù)中導(dǎo)航實(shí)施手術(shù)，術(shù)后復(fù)查。療效：通過術(shù)前、術(shù)后采集眼球突度、瞼裂對(duì)稱指數(shù)、內(nèi)眥鼻梁矢狀高度對(duì)稱指數(shù)、VSA患者自評(píng)、面部外形、復(fù)視、張口度等標(biāo)準(zhǔn)。術(shù)后均得到良好的改善。術(shù)后無相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生。

表1 術(shù)前、術(shù)后眼球突度差

表2 術(shù)前、術(shù)后患者瞼裂對(duì)稱指數(shù)

表3 術(shù)前、術(shù)后患者內(nèi)眥鼻梁矢狀高度對(duì)稱指數(shù)

表4 VAS患者自評(píng)表的術(shù)前術(shù)后對(duì)照

表5 3D打印技術(shù)下（新技術(shù)）手術(shù)時(shí)間與傳統(tǒng)手術(shù)方式時(shí)間的比較

圖1 本研究涉及相關(guān)圖片

3 討論

通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、虛擬復(fù)位等技術(shù)，本研究所有病例眼球突度、瞼裂對(duì)稱指數(shù)、內(nèi)眥鼻梁矢狀高度對(duì)稱指數(shù)[4]在術(shù)后都恢復(fù)至正常水平，極大地改善了患者的面部畸形。極大地恢復(fù)了面部功能。新技術(shù)下手術(shù)時(shí)間較傳統(tǒng)手術(shù)方式時(shí)間明顯減少，術(shù)后并發(fā)癥也明顯減少。將患者術(shù)前虛擬復(fù)位及術(shù)后的影像進(jìn)行匹配，測(cè)量（雙側(cè)眶內(nèi)、眶外、眶底及鼻根正中）7處標(biāo)記點(diǎn)的變形量，均小于≤2mm。術(shù)后骨折移位得到了明顯的改善，其中最大移位（7.29±2.18）mm，降低到（1.29±0.48）mm。研究與李瑩報(bào)道結(jié)果基本一致[5]。

本研究一大亮點(diǎn)為手術(shù)前的虛擬復(fù)位、鈦板預(yù)彎、術(shù)中導(dǎo)航、術(shù)后匹配驗(yàn)證，3D打印機(jī)打印出實(shí)體模型后，主刀醫(yī)師可以直觀的了解患者骨折的部位和數(shù)量、明確骨折斷端移位的距離及方向。并在打印的模型上提前預(yù)演手術(shù)，通過虛擬復(fù)位，可以采取多種不同的手術(shù)方案、對(duì)實(shí)際手術(shù)起到指導(dǎo)性的作用[6]。同時(shí)模擬手術(shù)將鈦板預(yù)成型，術(shù)中主刀醫(yī)師無需重新進(jìn)行彎制，極大壓縮了手術(shù)時(shí)間。本研究所有病例，在術(shù)前預(yù)成型的鈦板植入后，發(fā)現(xiàn)與骨面貼合，僅有2例病例行局部微調(diào)，較傳統(tǒng)手術(shù)方式的調(diào)整幅度均有減小。術(shù)中導(dǎo)航系統(tǒng)的輔助，更增加了手術(shù)的精準(zhǔn)性。對(duì)于面中份粉碎性骨折，傳統(tǒng)方法較單一，術(shù)前讀片，臨床查體，且涉及到鼻骨的解剖，鼻骨是由多塊骨質(zhì)拼接而成，是面部的突出點(diǎn)，極易首先受到外力打擊。其手術(shù)復(fù)位復(fù)雜[7-8]，只能依靠主刀醫(yī)生的臨床經(jīng)驗(yàn)來判斷骨折的部位、數(shù)量以及移位情況等，術(shù)中還需大量時(shí)間觀察、嘗試。耗費(fèi)大量時(shí)間和精力。對(duì)于陳舊性的面中份粉碎性骨折，治療難度更大[9]。而利用計(jì)算機(jī)鏡像技術(shù)，根據(jù)健側(cè)的正常骨性標(biāo)志打印出患側(cè)擬復(fù)位標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)，打印出的模型力學(xué)性能可能與人體骨組織更為匹配［10］，并且面部外形得到良好的恢復(fù)。本研究結(jié)果也提示，3D打印輔助下實(shí)施手術(shù)，能明顯縮短手術(shù)時(shí)間，減少并發(fā)癥。此外，術(shù)后復(fù)查上下頜三維CT，采集數(shù)據(jù)后形成模型C，將模型B于C進(jìn)行重疊匹配，可以側(cè)面了解手術(shù)精準(zhǔn)性的程度，也可以客觀的評(píng)價(jià)手術(shù)醫(yī)師的診療水平，對(duì)提升醫(yī)生手術(shù)技藝有很大的幫助，本研究基本都能達(dá)到術(shù)前預(yù)計(jì)的復(fù)位效果。

將3D打印技術(shù)運(yùn)用到鼻眶篩粉碎性骨折整復(fù)時(shí)，我們也發(fā)現(xiàn)一些問題。首先，本研究中使用的虛擬復(fù)位技術(shù)，是一種虛擬模擬手術(shù)，是醫(yī)生在計(jì)算機(jī)上通過想象完成。完全憑借手術(shù)醫(yī)師個(gè)人意愿，雖然我們的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有健側(cè)解剖標(biāo)準(zhǔn)，正常男性、女性頭面部骨性標(biāo)準(zhǔn)，但是標(biāo)準(zhǔn)適用于所有人群，就必然會(huì)忽略個(gè)性，且鼻眶篩骨折是一種復(fù)雜的面中份骨折類型[11-13]。其中鼻骨又由周圍多處骨質(zhì)拼接組[14]，向內(nèi)通向諸多竇腔。骨質(zhì)在遭受外力打擊后會(huì)有各種各樣的移位方式，不一定都具有一致性及對(duì)稱性[15-17]。如果臨床醫(yī)師追求完美的解剖復(fù)位，過分的強(qiáng)調(diào)復(fù)位或者完全恢復(fù)到創(chuàng)傷前的面容，效果往往適得其反，增加了手術(shù)難度，在進(jìn)行術(shù)中導(dǎo)航時(shí)，會(huì)有更大的變形量影響手術(shù)實(shí)施，增加手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)及并發(fā)癥，所以合理使用3D打印的虛擬復(fù)位技術(shù)，配合術(shù)中導(dǎo)航系統(tǒng)，制定一套符合患者自身?xiàng)l件的個(gè)性化方案，才是對(duì)患者最好的選擇。但如何判定我們采用的復(fù)位效果是個(gè)性化的，查閱文獻(xiàn)后發(fā)現(xiàn)暫無相關(guān)研究。有待于我們后續(xù)繼續(xù)研究。

綜上所述。3D 打印技術(shù)輔助面中份粉碎性骨折治療[18]，給外科帶來強(qiáng)大的技術(shù)支撐［19］。頜面部骨折、正頜手術(shù)、種植外科［20］等都有關(guān)聯(lián)。正如王成燾所述［21］:一場(chǎng)由3D打印引起的醫(yī)學(xué)革命已然開始，推薦面中份粉碎性骨折的患者使用3D打印技術(shù)協(xié)助完成手術(shù)，可提高手術(shù)復(fù)位的精準(zhǔn)性，縮短手術(shù)時(shí)間，減少并發(fā)癥，值得推廣及應(yīng)用。