3D打印技術在上頜骨切除術后缺損修復中的應用

趙珍珍 皇甫輝

(1.山西醫(yī)科大學第一臨床醫(yī)學院 太原 030001；2.山西醫(yī)科大學第一醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科 太原 030001)

上頜骨參與眶底、眶下裂、顴骨上頜骨復合體、鼻腔底部和外側壁等重要結構的構成，對面中部美學形態(tài)及功能具有重要意義。頜面部骨缺損常因腫瘤切除、外傷、感染等原因引起，各種原因造成的上頜骨缺損會嚴重影響吞咽咀嚼、咬合發(fā)音、通氣等重要生理功能[1-2]。上頜骨缺損的修復方法主要包括自體組織修復和贗復體修復[3-4]。近20年來，3D打印技術的逐漸成熟使得自體組織瓣修復法日趨精準化、個性化。本文主要就3D打印技術在自體組織瓣修復上頜骨缺損中的應用現(xiàn)狀進行論述和展望。

1 重建目標

重建目標[2,5-6]：①分隔口-鼻腔、鼻腔-顱內(nèi)；②修復眼眶和(或)保留鼻淚管系統(tǒng)以防溢淚，避免術后瞼外翻、下眼瞼松弛；③修復面中部的骨性支架以保持上下頜的正常頜位關系，實現(xiàn)良好的吞咽和咀嚼功能；④為術后種植義齒以修復牙列提供骨性支撐；⑤恢復頜面部美學形態(tài)。

2 缺損分類

自Ohngren提出應對上頜骨缺損進行分類后，至目前國內(nèi)外學者提出了10余種獨立的分類方法[7-8]。Brown分類法[3,8]雖相對復雜，但缺損類型之間定義明確，易于區(qū)分；同時將修復方法和功能預后聯(lián)系起來，對上頜骨的三維缺損進行了較為準確的分類。Brown分類法在垂直方向上自牙槽突至顱底將缺損分為Ⅰ～Ⅵ類：Ⅰ，上頜骨低位切除術后，牙槽缺損不伴有口鼻瘺或口腔上頜竇瘺；Ⅱ，口腔上頜竇相通但眶底完好的上頜骨次全切術后缺損；Ⅲ，去除眶底板但保留眶內(nèi)容物的全上頜骨缺損；Ⅳ，去除眶內(nèi)容物的全上頜骨缺損；Ⅴ，去除眶內(nèi)容物及部分毗鄰的上頜骨，但保持牙槽突和硬腭完整性的眶上頜缺損；Ⅵ，保持牙槽突和硬腭完整性的鼻上頜缺損。水平方向上根據(jù)腭部和(或)牙槽部的缺損范圍分為4類：a，未累及牙槽突的單純硬腭缺損；b，內(nèi)外徑未過中線，≤50%的單側上頜骨缺損；c，前后徑≤50%的雙側上頜骨前份缺損；d，內(nèi)外徑超過中線且＞50%的上頜骨缺損。

由此可見未涉及軟硬腭的缺損可能主要影響頜面外形，而涉及硬腭和牙槽突的缺損主要影響口腔功能。缺損的分類是制訂個性化治療方案的重要依據(jù)，過于細致的分類可能會增加不必要的復雜性。Brown分類覆蓋了絕大多數(shù)臨床常見缺損，臨床契合度高，是目前國際常用的缺損分類法[3,7-8]，故以下主要討論數(shù)字化3D打印技術輔助不同自體組織瓣在Brown缺損分類中的應用。

3 3D打印輔助血管化皮瓣修復上頜骨缺損

常用于上頜骨修復的自體組織瓣包括顳肌瓣[9]、股前外側皮瓣[10]、腓骨瓣[11]、前臂肌皮瓣[12]、髂骨瓣[13]，以及異體組織如鈦網(wǎng)[14]等。小范圍的缺損常用前臂肌皮瓣及帶蒂顳肌瓣，而中等至較大范圍的缺損則采用帶血管蒂骨肌復合瓣修復[3-4,9,11]。使用傳統(tǒng)、非計算機輔助技術治療大型解剖缺陷的復合游離皮瓣，因為與正常解剖結構偏差巨大，可能會導致結果不滿意，使得骨骼的正確定位更加困難和復雜[15]。3D打印技術輔助自體組織瓣修復上頜骨缺損的原理是：術前根據(jù)影像學及鏡像技術獲得上頜骨的三維重建外形數(shù)據(jù)，利用3D打印技術預制骨瓣塑形導板用于術中骨瓣塑形。

3.1 3D打印技術結合血管化腓骨瓣 1989年Hidalgo等[16]提出腓骨游離皮瓣，后成為許多外科醫(yī)師重建上頜骨缺損的主要選擇。游離腓骨瓣在腭頜重建中具有以下優(yōu)勢[17-18]:①可提供較長的血管化骨以供截骨塑形；②攜帶長屈肌，提供足夠組織量以填充上頜竇腔，完全封閉口-鼻瘺；③較易獲取，供區(qū)耐受性良好；④可團隊協(xié)作手術。血管化腓骨瓣的組織量足夠用于BrownⅠ或Ⅱ類和部分Ⅲ類缺損修復[8]。不足包括：細棍狀的腓骨瓣塑型較為困難；骨瓣過大，無法固定；骨瓣過小，骨之間連接欠佳可能導致感染性骨髓炎[19]。部分患者可出現(xiàn)供區(qū)慢性疼痛，運動靈活性及肌力的下降。在老年患者中，外周動脈的粥樣硬化可能會影響腓骨瓣的成活率，所以術前、術中評估血管狀況對于減少供區(qū)并發(fā)癥同樣具有重要意義。

目前數(shù)字化技術及3D打印輔助腓骨瓣修復上頜骨缺損具有下列優(yōu)勢[9,15,20-21]：①很大程度上避免了截骨范圍不當、移植骨就位不準、腓骨塑形困難等風險；②簡化了手術過程，縮短了手術時間；③手術流程在虛擬手術系統(tǒng)數(shù)字量化控制之下，實現(xiàn)了盡可能精準重建上頜骨外形及功能的目的；④極大地提高了患者的術后生存質量；⑤縮小了外科醫(yī)師之間修復經(jīng)驗和水平方面的差距。

何時知等[11]觀察了13例行單側上頜骨全切或次全切的缺損修復術和術后修復結果，采用3D打印輔助設計個性化游離腓骨瓣修復此類缺損，術后10例(76.9%)患者可正常進食，無鼻腔反流；全部患者均未出現(xiàn)視力下降和復視，眼位正常；11例(84.6%)患者發(fā)音效果滿意，12例(92.3%)患者對術后外觀的恢復效果滿意。李文鹿等[20]通過數(shù)字化及3D打印技術精確制作個性化鈦網(wǎng)，對8例單側上頜骨缺損患者行修復治療，隨訪觀察證實術后游離腓骨瓣全部成活。

3.2 3D打印技術結合鈦網(wǎng)和前臂皮瓣 前臂皮瓣具有血管蒂較長、管徑粗、獲取和血運重建較容易的優(yōu)點，組織薄而軟，折疊后可滿足軟、硬腭修復及磨牙后區(qū)軟組織缺損修復，術后成活率高[12,22]。

Ferrandis等[12]回顧分析了前臂橈側皮瓣用于頭頸部缺損修復的58例患者，皮瓣的存活率為82.8%。Choi等[23]應用前臂橈側游離皮瓣修復1例面頸部術后頜面缺損的患者，術后3塊前臂串聯(lián)皮瓣均成活，但患者的面部美學效果較差。

3D打印技術輔助形成個性化鈦網(wǎng)最具優(yōu)勢之處是，術后面部外形幾乎可以做到完全對稱，相較傳統(tǒng)鈦網(wǎng)，患者口-鼻腔得到更有效分隔，患者語音、吞咽功能等得到最大程度的恢復。但使用個性化鈦網(wǎng)增加了二期種植義齒的困難。張彤媚等[24]利用3D技術輔助前臂皮瓣+個性化鈦網(wǎng)即刻修復上頜骨Ⅲb類缺損，這部分患者均未能二期種植義齒。

由此可見，血管化前臂橈側肌瓣聯(lián)合個性化鈦網(wǎng)是修復BrownⅢ類缺損的適宜方法；若為BrownⅡ類缺損，采用血管化組織瓣重建能獲得較為滿意的外形和發(fā)音，口鼻腔封閉。與腓骨肌皮瓣、髂骨肌皮瓣、肩胛骨肌皮瓣相比，血管化前臂肌瓣修復技術難度低、供區(qū)并發(fā)癥少、皮瓣成活率較高[12,17,22]。但由于前臂肌皮瓣不能攜帶大量骨組織，其可塑性不高，需要后期種植體植入的患者需選擇骨肌游離組織瓣；另外取橈側前臂皮瓣的患者對供區(qū)皮膚外觀的接受度較低，使得其在頭頸部缺損修復中的應用受限。

由上述研究可見，對眶底骨的缺損修復是為了維持鼻腔結構和眼眶容積，避免面中部畸形。3D打印輔助鈦網(wǎng)適合用于修復 BrownⅤ和Ⅵ類上頜骨缺損，相較于軟組織瓣，帶骨組織的復合瓣更具優(yōu)勢。

3.3 3D打印技術結合旋髂深動脈游離皮瓣 對于BrownⅡb～Ⅲ d類且伴有面中部皮膚缺損，游離骨肌皮瓣難以提供更大的皮膚軟組織瓣，或者無法在修復面部皮膚缺損的同時很好地充填上頜骨缺損。股前外側皮瓣雖有組織豐富、可攜帶闊筋膜、設計形態(tài)多變等優(yōu)點，但無法提供一個穩(wěn)定的骨架平臺以關閉口鼻交通恢復口腔功能，為眼球提供骨性支撐。腓骨游離皮瓣在顴骨復合體、眶底和牙槽嵴等較大的上頜缺損的應用是有限的。而相較腓骨骨肌瓣，即使是在眶內(nèi)容物缺失的情況下，旋髂深動脈(deep circumflex iliac artery，DCIA)游離皮瓣也可以獲得更自然的面部輪廓[13]。根據(jù)Brown等[8]的觀點，對于Ⅲa類缺損患者應優(yōu)先考慮重建硬腭和眶底，而腓骨及肩胛骨瓣的高度和骨量都不足以支撐整個上頜骨。因此涉及軟硬腭且缺損超過同側顴部皮膚的上頜缺損重建術需要大量的骨骼和軟組織，骨皮復合游離皮瓣則必不可少。

1979年Taylor等[25]首次報道了以DCIA為蒂的血管化骨骼瓣的優(yōu)越性，后被廣泛應用于下頜骨缺損的修復，但上頜骨的重建遠難于下頜骨。DCIA皮瓣修復較大上頜骨缺損具有以下優(yōu)勢：①足夠的骨量來重建眶緣底部、上頜骨前壁和牙槽突；②髂嵴的自然曲度利于重現(xiàn)上頜骨的輪廓；③供區(qū)并發(fā)癥少，攜帶腹內(nèi)斜肌時重建腭體，能很好地進行黏膜化，為種植體的康復提供了一個理想的軟組織平臺。1996年Brown[26]將以DCIA為蒂的髂骨-腹內(nèi)斜肌瓣應用于上頜骨Ⅲ類缺損，效果良好，使得髂骨復合組織瓣逐漸成為修復上頜骨較大缺損的主要組織瓣之一；2004年廖貴清等[27]利用血管化髂骨復合組織瓣對2例分別為BrownⅡa類和Ⅲb類缺損的患者行上頜骨修復重建，經(jīng)術后隨訪，組織瓣均成活，總體臨床效果滿意。2015年Grinsell等[13]回顧分析了11例利用改良DCIA皮瓣行上頜骨缺損修復的患者，術后皮瓣大多成活、吞咽及言語功能均恢復良好，2例復發(fā)，僅1例出現(xiàn)皮瓣相關并發(fā)癥，1例對頜面外形的恢復不滿意。

目前為了實現(xiàn)個體化、微創(chuàng)和功能性重建上頜骨缺損，在3D打印手術導板引導下收集并成形的DCIA皮瓣廣泛應用于單側或者雙側上頜骨較大缺損的修復。

Jang等[28]報道了1例因上頜竇鱗狀細胞癌行單側全上頜骨切除術后，3D打印技術輔助血管化髂骨瓣成形，骨瓣與缺損部位幾乎重疊，確定了合適的三維解剖位置來支撐眶緣和面頰，同時實現(xiàn)了上頜弓形狀的重建。對于雙側上頜骨缺損的患者，3D打印技術輔助血管化髂骨瓣修復可獲得比較精準的頜位關系；白石柱[29]報道了1例典型雙側上頜骨缺損修復病例，其利用3D打印技術將血管化自體髂骨瓣骨塊準確塑形并固定于缺損區(qū)，術后患者及家屬對外形容貌恢復效果滿意，同時咬合功能恢復良好。Breik等[30]通過利用3D打印技術精確塑造髖部DCIA節(jié)段重建了1例左側上頜骨缺損，2周后黏膜化良好，術后6周移植部位美學及功能均恢復滿意。

總之，DCIA皮瓣可用來修復BrownⅡ～Ⅳ類缺損[13，28]，主要通過調(diào)整髂骨的截取深度，必要時利用鈦網(wǎng)輔助重建眶底，攜帶腹內(nèi)斜肌來填充眶腔。主要不足之處有2點：其一，血管蒂較短，吻合后過大的血管張力可能是導致吻合口出血或血管閉塞和血栓形成的主要原因；其二，對于肥胖患者獲取DCIA瓣較為困難。值得注意的是，髂骨的骨質多為松質骨，要保證種植體良好的一期穩(wěn)定性，選定適當?shù)慕毓欠秶葹橹匾?/p>

4 3D打印在鼻內(nèi)鏡聯(lián)合傳統(tǒng)手術路徑切除部分上頜骨術中的應用前景

對于部分上頜竇惡性腫瘤患者，傳統(tǒng)開放式手術難以發(fā)現(xiàn)鼻竇“腔洞”或隱窩內(nèi)的病變。單純鼻內(nèi)鏡入路又難以明確切除腫物的安全界。采用鼻內(nèi)鏡聯(lián)合傳統(tǒng)開放式上頜骨切除術可使腔洞內(nèi)微小病灶及可疑病灶得以放大，以期達到徹底清理惡性腫瘤病灶的目的。李慧等[31]聯(lián)合鼻內(nèi)鏡和傳統(tǒng)手術完整切除上頜竇惡性腫瘤及部分上頜骨29例，3年存活率和5年存活率分別為72%和61%，生存率與傳統(tǒng)手術相比未見下降，且盡可能保全了上頜骨結構及鼻竇功能，可見內(nèi)鏡輔助上頜骨部分切除術或上頜骨全切術治療上頜骨惡性腫瘤是可行的。陳敏等[32]回顧分析了9例采用3D打印輔助鼻內(nèi)鏡下經(jīng)鼻入路開放鼻竇手術，術后隨訪6月余，均未見腫瘤復發(fā)。3D打印輔助鼻內(nèi)鏡下行鼻顱底手術，實現(xiàn)了術前設計、模擬及術后預測，有助于腫瘤切除范圍的確定和缺損重建，可提高手術治療的精確度及患者術后的生活質量。陳秀峰等[33]報道了1例3D打印聯(lián)合內(nèi)鏡輔助下巨大含牙囊腫切除+上頜骨重建手術，打印材料選擇聚醚醚酮(polyetheretherketone，PEEK)，術后未出現(xiàn)面容畸形、面頰部麻木、牙齒脫落、鼻腔黏膜粘連等并發(fā)癥。

5 3D打印生物材料、3D打印軟骨、骨支架在上頜骨術后缺損修復中的應用

鑒于鈦網(wǎng)在上頜骨修復應用中存在易變性、抗力不足等缺點，PEEK作為可精確塑形又具有良好生物相容性及抗感染能力的人工骨組織替代材料應用越來越多，它可防止術后組織攣縮和張力增加引起的皮膚破潰和感染，臨床中利用PEEK材料對上頜骨術后缺損的患者進行個性化修復,其美學和功能恢復效果較為理想，3D打印技術可輔助PEEK精確塑形。呂明明等[34]利用3D打印輔助制備個性化PEEK，聯(lián)合股前外側穿支皮瓣二期修復單側上頜骨較大缺損，可以完全分割口-鼻腔；聯(lián)合腓骨肌皮瓣及種植義齒的患者可極大限度重建咬合關系,恢復口腔語音、咀嚼等功能，13例患者修復術后眼球內(nèi)陷、下移癥狀均明顯改善。Mishra等[35]總結研究發(fā)現(xiàn)PEEK的表面修飾似乎能夠增強其植入材料的細胞黏附、增殖、生物相容性和成骨性能，PEEK還可影響生物膜結構，減少種植體周圍炎癥的發(fā)生率。在不久的將來，PEEK植入物還需要進一步的研究和更多的臨床對照試驗，以在未來替代鈦,但PEEK的價格較為昂貴,限制了其臨床應用。在頜面骨修復領域，鈦網(wǎng)、PEEK、高密度聚乙烯等不可降解人工材料用于修復較大面積缺損，對于小面積缺損，常用羥基磷灰石、礦化膠原等人工合成骨修復材料。

對于BrownⅥ類缺損涉及鼻上頜骨及軟骨的缺損，傳統(tǒng)修復手段的供體并發(fā)癥較多，對供體組織量和形狀的要求較高。目前缺乏用于鼻腔重建的自體軟骨類似物。3D生物打印支架是一種將活細胞和生物材料結合在一起生成三維結構的方法，可控制細胞在三維結構中的增殖、附著、分化和遷移，其在鼻軟骨缺損修復中的應用促進了上頜骨術后缺損修復的發(fā)展。Xu等[36]首次將體外培養(yǎng)的鼻軟骨細胞與聚乙醇酸/聚l-乳酸的混合物(3D打印獲得的鼻外側軟骨模具)植入裸鼠皮下組織，工程軟骨的組織學檢查顯示，工程軟骨的細胞和組織形態(tài)學特征與天然鼻外側軟骨相似。結果表明三維打印輔助組織工程可以實現(xiàn)人類鼻翼軟骨的精確三維形態(tài)。目前最常用的鼻軟骨支架材料是聚己內(nèi)酯(PCL)，用于軟骨支架構建的其他材料有明膠-甲基丙烯酰胺和聚l-乳酸[37]。

借助3D打印技術制作個性化骨修復體修復顴眶-上頜復合體骨缺損，為臨床頜面部復雜骨缺損修復提供新的選擇。一項前瞻性研究[38]報道了5例顴眶-上頜復合體骨缺損的患者，術中對修復體的重建效果進行對比，2種修復體固定端偏移誤差為2～3 mm；術后患者面部外形均恢復滿意。這表明3D打印個性化修復體修復顴眶-上頜復合體骨缺損效果良好，但針對復雜結構的設計和制備，需考慮多種因素對最終修復效果的影響。

6 展望

實現(xiàn)頜面部功能重建和精準恢復患者容貌是修復的核心目標，也是外科富有挑戰(zhàn)性的難題之一。目前用于上頜骨缺損修復的主要是多種血管化骨-肌復合組織瓣，不同皮瓣在不同缺損中的應用不同，對于哪種方法最優(yōu)尚未形成共識。3D打印技術的逐漸成熟直接或間接提高了自體組織瓣在上頜骨缺損修復中的手術精確度，滿足了微創(chuàng)性和個性化要求，復合精準醫(yī)學的理念。近年來，部分國家已經(jīng)開始了頜面部手術機器人的研制，該技術的臨床應用相信能提供更加精準完美的治療，同時3D打印器官和組織的準入問題也亟待解決。