數(shù)字化補件在單側頜面部骨缺損修復中的精確度研究

張春光 么 遠 陳 暉

隨著社會的發(fā)展，醫(yī)學水平的提高，頜面部骨缺損患者對于畸形修復重建所要達到的效果也越來越高?；诜辞蠊こ淘怼AD/CAM、快速成型技術、鏡像技術的數(shù)字化外科技術已經(jīng)較多的應用于頜面外科手術治療中[1～6]。顱頜面部骨缺損畸形致畸原因較多，比如外傷后骨缺損、腫瘤術后骨缺損等。傳統(tǒng)的修復方法包括植骨、軟組織瓣等，但修復效果并不能達到很高的對稱性。個性化鈦補件修復骨缺損是一種新型的修復方法[7，8]，通過模擬單側顴弓部分缺損，利用健側顴弓數(shù)據(jù)鏡像復制制作個性化鈦補件及樹脂補件。本文設計實驗步驟，比較個性化鈦補件、樹脂補件與健側骨標本三者間的精確度；以期為臨床應用提供參考。

資料和方法

1.實驗材料與設備

市售新鮮豬頭（基本標準:發(fā)育正常，左右對稱，無外傷缺損等畸形）4 只，游標卡尺（精度0.02mm），直徑2.0mm 鈦釘，飛利浦256 層螺旋CT，骨組織表面繪制軟件（3D MSR），快速成型機（AFS-3000型），數(shù)控銑削機。

2.實驗方法

（1）豬頭的CT 掃描及骨標本制作:切開豬頭顴弓表面軟組織，在豬頭右側顴弓顳顴縫的中間部分垂直與骨面置入鈦釘，鈦釘穿透顴弓內(nèi)側骨皮質，在顴弓內(nèi)外側皮質外均有2mm 以上鈦釘穿出，嚴密縫合軟組織，不留死腔。左側顴弓截除包括顳顴縫的部分骨組織，截除的骨塊備用，嚴密縫合軟組織。然后給豬頭行CT 檢查，掃描參數(shù)如下:電壓120Kv，電流180mA；掃描層面厚度為1mm，螺距（Pitch）為0.625，層內(nèi)像素數(shù)為512×512。CT 掃描數(shù)據(jù)導出，備用。沸水中煮豬頭，至少三個小時。去除軟組織的豬頭骨于陰涼處風干，并做防腐處理。

（2）制作顴弓缺損的補件:利用骨組織表面繪制軟件讀取CT 掃描數(shù)據(jù)。利用鈦釘密度與骨組織密度不一致，在軟件中將鈦釘影像抹除，保存釘孔形態(tài)。三維重建豬頭骨，利用鏡像技術根據(jù)右側顴弓形態(tài)恢復左側顴弓缺損外形（圖1），并生成缺損補件的數(shù)據(jù)模型（圖2）。

圖1 利用鏡像技術恢復左側顴弓缺損外形

圖2 補件的數(shù)據(jù)模型

將補件的數(shù)據(jù)模型導入快速成型機，快速成型機制作樹脂補件以聚苯乙烯粉末（顆粒直徑＜0.1mm）為成型原料，射頻CO2激光束逐層燒結選區(qū)內(nèi)的聚苯乙烯粉末，初步完成補件的模型。初成的模型質地較軟，需進行固化處理。環(huán)氧樹脂對模型表面噴涂，然后將模型置于紫外線中照射，大概45min 固化完成。

將數(shù)據(jù)導入數(shù)控銑削機，計算機控制將鈦塊銑削成補件。

（3）測量方法的驗證:驗證測量方法的可靠性，減少測量時人為因素產(chǎn)生的誤差，對測量數(shù)據(jù)的5位醫(yī)生進行培訓。在豬頭頭骨表面選取四個點，四只豬頭所選標志點相同，5 人分別測量四只豬頭頭骨兩點間直線距離，共兩組，用D-D’，E-E’表示。2周后，5 位醫(yī)生再次測量D-D’，E-E’的直線距離。

首先檢驗數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)性分布及多組間方差齊性。數(shù)據(jù)的正態(tài)性分布檢驗，統(tǒng)計學方法為Kolmogorov-Smirnov Z 法。多組間方差齊性利用Levene’s 法檢驗。數(shù)據(jù)需滿足正態(tài)性分布，并且滿足方差齊時，分別對每位測量醫(yī)生所得的第一次數(shù)據(jù)和2 周后數(shù)據(jù)按照兩獨立樣本t 檢驗方法比較兩組數(shù)據(jù)有無統(tǒng)計學差別，P＜0.10 為有統(tǒng)計學差別。然后將每位醫(yī)生前后兩側的測量數(shù)據(jù)作為一組數(shù)據(jù)，對5 組數(shù)據(jù)進行單因素方差分析，比較5 位醫(yī)生間測量結果有無統(tǒng)計學差別，P＜0.05 為有顯著性差異。

（4） 測量點的選取:a 點為顴骨顳突上緣最突點，b 點為顴弓外側骨皮質鈦釘釘孔的頂點，d 點為顴弓內(nèi)側骨皮質鈦釘釘孔的頂點。分別測量a 點至b 點間直線距離、b 點至d 點間直線距離（圖3）。

圖3 測量標志點

（5）數(shù)據(jù)的測量:由經(jīng)過統(tǒng)一培訓的5 名醫(yī)生按照三盲法的原則，測量a-b 點距離、b-d 點距離，每人同一樣本測量三次取平均值。按照右側顴弓標本、樹脂補件、個性化鈦補件將數(shù)據(jù)分為三組。

（6）數(shù)據(jù)統(tǒng)計:首先應用Kolmogorov-Smirnov Z法檢驗數(shù)據(jù)的正態(tài)性分布情況，Levene’s 法檢驗三組數(shù)據(jù)方差齊性。當數(shù)據(jù)符合正態(tài)性分布且方差齊時，再利用單因素方差分析比較三組數(shù)據(jù)間是否有統(tǒng)計學差異。P＜0.05 有顯著性差異結果。

結 果

1.測量方法的驗證

參加測量的5 名人員應用同種方法測量4 只豬頭頭骨上兩對標志點間的距離（表1）。各組數(shù)據(jù)近似正態(tài)性分布，且組間方差齊。分別將5 位醫(yī)生前后兩次的測量數(shù)據(jù)進行兩獨立樣本t 檢驗，均無統(tǒng)計學差異（t1＝-0.013，P1＝0.99＞0.10；t2＝-0.010，P2＝1＞0.10；t3＝-0.021，P3＝0.984＞0.10；t4＝-0.01，P4＝0.999＞0.10；t5＝-0.022，P2＝0.965＞0.10）。將5位醫(yī)生所測量的數(shù)據(jù)進行單因素方差分析，結果F＝0.12，P＝0.99＞0.05，無統(tǒng)計學差異。

2.實驗結果

（1）分別測量得到a-b 及b-d 距離，樣本量四只豬頭，分為三組（表2）。進行正態(tài)性檢驗各組均近似正態(tài)性分布，多組間方差齊性檢驗方差齊性齊。對a-b 距離，三組間進行單因素方差分析，結果F＝0.523，P＝0.574＞0.05，無明顯統(tǒng)計學差異。對b-d距離，三組間進行單因素方差分析，結果F＝0.497，P＝0.615＞0.05，無明顯統(tǒng)計學差異。

（2）將三組數(shù)據(jù)進行兩兩相減得到各組間的實際差值（表3）。樹脂補件與右側顴弓標本間的差值范圍為1.17±0.47mm，個性化鈦補件與右側顴弓標本間差值范圍為1.16±0.39mm，個性化鈦補件與樹脂補件間差值范圍為0.00±0.26mm。

（3）將通過鏡像技術制作的鈦補件裝配到左側顴弓缺損部分（圖4），可以取得較好的修復效果。將鈦補件及樹脂補件與左側截除部分骨質比較外形相似（圖5），可以起到替代效果。

表1 測量方法驗證的測量數(shù)據(jù)

表1 測量方法驗證的測量數(shù)據(jù)

測量醫(yī)生（n＝5）第一次測量結果D-D' E-E'2 周后測量結果D-D' E-E'1 2 3 4 5 93.05±4.92 93.82±3.92 92.39±4.44 93.65±3.91 92.45±4.21 109.84±6.13 110.13±6.02 110.23±6.13 109.55±6.03 109.65±6.08 93.05±6.13 93.81±3.89 92.49±4.44 93.59±3.96 93.02±4.31 109.84±6.13 110.14±6.07 110.36±6.14 109.62±6.09 109.72±6.11

表2 實驗測量數(shù)據(jù)（）（mm）

表2 實驗測量數(shù)據(jù)（）（mm）

Group（n＝4）右側顴弓標本樹脂補件個性化鈦補件F 值P 值a-b 12.39±1.00 13.17±0.99 13.31±0.96 0.523 0.574 b-d 7.38±1.21 8.93±1.40 8.78±1.44 0.497 0.615

表3 實際誤差結果（）（mm）

表3 實際誤差結果（）（mm）

Group（n＝4）a-b b-d平均差值樹脂補件-顴弓標本0.78±0.22 1.55±0.26 1.17±0.47鈦補件-顴弓標本0.92±0.29 1.41±0.33 1.16±0.39鈦補件-樹脂補件0.14±0.18-0.14±0.28 0.00±0.26

圖4 裝配補件效果

圖5 補件與截除骨塊對比

討 論

依據(jù)實驗結果健側顴弓標本、樹脂補件、個性化鈦補件間無統(tǒng)計學差異，可以得出結論:按照鏡像技術復制健側骨組織數(shù)據(jù)，快速成型技術制作的樹脂補件及數(shù)控銑削技術制作的個性化鈦補件可以反映出健側骨組織的形態(tài)。在臨床應用中利用此方法制作的個性化鈦補件用于修復不對稱性骨缺損時可以達到雙側外形對稱的目的，并且數(shù)據(jù)易于采集，制作均于術前完成，手術僅為暴露安裝過程。

樹脂補件及個性化鈦補件與健側顴弓標本比較，在數(shù)值上均有所增大，增大的范圍均在2mm 以內(nèi)。這樣的誤差在臨床修復中是可以接受的，因為手術以后面型對稱與否取決于骨組織與軟組織的共同作用，軟組織術后可以出現(xiàn)輕微組織萎縮、瘢痕等減量改變，這樣軟組織可以起到緩沖的作用。一般肉眼很難分辨小于2mm 的誤差，補件可以將誤差控制在2mm 以內(nèi)，加之軟組織的緩沖，可以達到視覺對稱的效果。所以通過鏡像技術制作個性化鈦補件修復骨缺損的方法可靠，修復效果比較理想。

根據(jù)鏡像復制健側顴弓形態(tài)制作左側顴弓缺損的樹脂補件及個性化鈦補件與健側顴弓骨質比較，外形相似程度較高。個性化鈦補件在細節(jié)上具有很高的相似度，而樹脂補件在細節(jié)上不如個性化鈦補件那樣相似度高[9，10]。在臨床中選擇應用個性化鈦補件修復不對稱性骨缺損，在細節(jié)方面更加接近骨組織的形態(tài)。

在臨床中應用鏡像技術制作手術導板治療骨折[11，12]的方法，通過快速成型技術制作手術導板，材料為樹脂。通過實驗結果可以看出樹脂補件與健側間存在誤差大小為1.17±0.47mm。所以手術導板是存在誤差的，這種誤差比較小。但手術導板在恢復外形細節(jié)方面與常規(guī)手術方法治療骨折[13，14]相比，在單側粉碎性骨折治療中具有明顯的優(yōu)勢，術后外形的恢復更加對稱，手術時間可以大大縮短，手術創(chuàng)傷更小等。

個性化鈦補件與樹脂補件間具有高度的相似性，具體誤差范圍為0.00±0.26mm。無論從大小還是形態(tài)方面均無明顯差異[15]。樹脂補件可以作為個性化鈦補件替身，首先完成樹脂補件，在利用CT 數(shù)據(jù)制作的樹脂頭模[16]上進行裝配，直觀觀察補件有無缺陷，與缺損周邊骨組織是否契合，固定位置是否合適等，然后進一步修改補件直至補件制作完成。樹脂補件制作相對簡單，節(jié)省時間，制作材料成本較低。

個性化鈦補件與樹脂補件均需通過采集CT 數(shù)據(jù)、三維重建技術，最終完成制作，誤差的來源于數(shù)據(jù)轉換的過程，提高各種軟件的數(shù)據(jù)提取精確度，比如提高CT 的掃描精度，增加組織的分辨能力，更好的做到邊緣提取，三維重建技術減少軟件的模糊處理數(shù)據(jù)，從而減少系統(tǒng)性誤差?？梢蕴岣哐a件的制作精度。另外，人體在接受CT 檢查時，射線會通過身體組織，采集圖像。射線的能量會有一部分被身體組織吸收削減，射線削減的程度與人體組織的密度呈正比。而骨組織缺損表面的軟組織量不同、密度不同，均可以對數(shù)字化補件的準確性有一定的影響。

本實驗的整個流程適用于頜面部單側截骨即刻修復的手術過程，術前在樹脂頭模上進行截骨范圍的設計，在電腦上利用三維重建影像進行模擬截骨，在利用CT 數(shù)據(jù)將截除部分進行補件制作。所以在一次手術時間里可以同時完成病灶切除及骨缺損修復，減少了手術次數(shù)，患者術后無明顯畸形期，心理上更容易接受，對于提高患者術后生活質量具有意義。但個性化鈦補件的制作周期較長，術前等待時間較長，并且費用增加，均需進一步改進。