計算機導(dǎo)航技術(shù)在頜骨骨纖維異常增殖癥手術(shù)中的應(yīng)用

孫國文 王毓佳 韓方凱 劉澍 盧明星

計算機導(dǎo)航技術(shù)在頜骨骨纖維異常增殖癥手術(shù)中的應(yīng)用

孫國文 王毓佳 韓方凱 劉澍 盧明星

目的探討計算機導(dǎo)航技術(shù)在頜骨骨纖維異常增殖癥手術(shù)中的應(yīng)用價值。方法納入14 例頜面部骨纖維異常增殖癥患者，先將患者的術(shù)前CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入計算機導(dǎo)航系統(tǒng)中，根據(jù)頜骨鏡像原理進行術(shù)前設(shè)計及三維手術(shù)模擬，確定骨切除位置及范圍。術(shù)中，根據(jù)病變部位及手術(shù)范圍可將參考架置于患者前額或是下頜骨頦部。完成注冊與配準，使手術(shù)視野和導(dǎo)航顯示屏上的虛擬圖像完全匹配。結(jié)果面部的解剖結(jié)構(gòu)與三維重建模型完全吻合，術(shù)中順利完成實時導(dǎo)航。手術(shù)器械可實現(xiàn)空間定位，能夠明確其與手術(shù)區(qū)域解剖結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系，手術(shù)具有高度的精確性與安全性。術(shù)后療效的評估是通過術(shù)前計劃和術(shù)后CT重建影像相融合得到的，1～3 年的隨訪中沒有發(fā)現(xiàn)并發(fā)癥。結(jié)論計算機導(dǎo)航系統(tǒng)在提高頜面部骨纖維異常增殖癥的安全性與準確性方面具有較好的應(yīng)用價值。

導(dǎo)航系統(tǒng)； 實時導(dǎo)航； 骨纖維異常增殖癥(FD)

骨纖維異常增殖癥(fibrous dysplasia, FD)是一種病因不明、緩慢進展的病理性骨骼改變，常會造成面部明顯畸形，其治療主要取決于患者的年齡、性別、疾病相關(guān)功能障礙,以及病變的位置和范圍等方面。對于嚴重病變并伴有明顯畸形的患者,應(yīng)用現(xiàn)代外科技術(shù)可以達到良好的功能與美觀的效果[1-4]。然而,頜骨組織復(fù)雜的三維解剖學(xué)以及人類面容美觀要求的復(fù)雜性,結(jié)合手術(shù)進路的局限性，造成了頜面部骨纖維異常增殖癥治療具有巨大的挑戰(zhàn)性。

為了達到滿意的手術(shù)結(jié)果，術(shù)前3D設(shè)計已被廣泛應(yīng)用，然而更為高效和精確的術(shù)中反饋是必需的。近年來，計算機導(dǎo)航技術(shù)得到了長足的發(fā)展,它可以通過在手術(shù)過程中提供持續(xù)的反饋信息，進行實時監(jiān)控，顯著提高手術(shù)的準確性和安全性，尤其是在頜骨骨纖維異常增殖癥手術(shù)中，優(yōu)勢明顯[5]。

1 材料與方法

1.1 成像/術(shù)前設(shè)計

術(shù)前獲取患者CT影像數(shù)據(jù)(層厚0.625 mm)，將DICOM數(shù)據(jù)輸入導(dǎo)航工作站(AccuNavi-A手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，Multifunctional Surgical Navigation System, 上海優(yōu)醫(yī)基醫(yī)療科技有限公司)中，行矢狀面、冠狀面、橫斷面的二維評價及三維重建。在獲得的三維模型上進行手術(shù)設(shè)計、規(guī)劃及模擬手術(shù)。確定切除病變骨質(zhì)的部位與范圍以及預(yù)期的術(shù)后效果。切除的病變組織用不同顏色顯示(圖 1)。術(shù)前設(shè)計完成后,原始CT數(shù)據(jù)和虛擬重建模型都被轉(zhuǎn)移到手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)中。

圖 1 計算機導(dǎo)航系統(tǒng)模擬的上頜骨成形術(shù)，切除的病變骨質(zhì)用不同的顏色標(biāo)識

Fig 1 Operation model designed by the surigical navigation system through fusing the original image and the mirrored image in a subtraction mode, improved manually, and displayed in a different colour

1.2 注冊配準/導(dǎo)航

導(dǎo)航系統(tǒng)的紅外線追蹤系統(tǒng)根據(jù)固定在患者頭顱或頜面部參考架的位置，以頜面部骨性標(biāo)志點或牙尖的位置來完成注冊、配準(圖 2)。使患者手術(shù)區(qū)域和虛擬影像通過點配準或面配準匹配起來，通過導(dǎo)航儀的顯示屏達到與患者的解剖結(jié)構(gòu)一致,并實現(xiàn)實時監(jiān)測，使定位設(shè)備在實際手術(shù)區(qū)域的相對位置可以在電腦屏幕上實時顯示,實際手術(shù)切除的范圍與術(shù)前設(shè)計的一致性會不斷的進行驗證、檢測(圖 3～4)。手術(shù)療效和術(shù)前規(guī)劃之間的一致性可以通過術(shù)后計算機斷層圖像和術(shù)前規(guī)劃的融合來判斷(圖 5)。

1.3 患者基本情況

圖 2 以牙尖的位置形成標(biāo)志點進行導(dǎo)航的注冊、配準

圖 3 導(dǎo)航探針顯示實際手術(shù)切除的范圍和術(shù)前規(guī)劃完全一致

圖 4 導(dǎo)航探針顯示眶下孔處實際手術(shù)切除的范圍和術(shù)前規(guī)劃一致，眶下神經(jīng)得到很好的保護

圖 5 圖像融合來評價手術(shù)的精確性

Fig 5 Accuracy of the operation evaluated by the merge of preoperative and postoperative

從2012-08～2015-08，14 例頜骨骨纖維異常增殖癥患者在該院接受頜骨畸形成形術(shù)+術(shù)中導(dǎo)航術(shù)。其中男性6 例，女性8 例，年齡在17～62 歲，平均年齡28.4 歲。9 例為上頜骨骨纖維異常增殖癥，5 例為下頜骨骨纖維異常增殖癥。

2 結(jié) 果

本組14 例都順利完成了術(shù)前規(guī)劃和術(shù)中實時導(dǎo)航。通過術(shù)中導(dǎo)航圖像在屏幕上實時顯示，術(shù)者得以不斷驗證、核實，確定病變骨質(zhì)的切除部位與范圍及其與周圍解剖結(jié)構(gòu)的關(guān)系，以保證手術(shù)與規(guī)劃方案的一致性。術(shù)后使用計算機斷層圖像和術(shù)前設(shè)計的融合來判斷手術(shù)效果，取得了滿意的效果。

3 討 論

骨纖維異常增殖癥可引起嚴重的頜面部形態(tài)與功能障礙,通常采取手術(shù)治療[1,6-7]。主要的手術(shù)方式是頜骨成形術(shù)，切除部分病變組織，達到頜面部左右的對稱性，然后進行長期的隨訪、觀察。同時，頜面部有許多重要的血管、神經(jīng)和器官,如面動脈、面神經(jīng)、眶下神經(jīng)、下頜神經(jīng)管、頦孔、眼睛和牙根等，骨性結(jié)構(gòu)比身體任何一部分都復(fù)雜。因此，由于頜面部復(fù)雜的三維解剖結(jié)構(gòu)，以及極為重要的的美學(xué)和功能要求，精確的術(shù)前設(shè)計和精準的術(shù)中定位在此類手術(shù)中至關(guān)重要。

在頜面骨纖維異常增殖癥的治療中曾經(jīng)有人嘗試應(yīng)用三維仿真設(shè)計模型[8-9]，以增加精確性，改善治療效果；Osada[9]應(yīng)用薄層切割技術(shù)，結(jié)合圖像指導(dǎo)模板與術(shù)中定位深度的孔洞指導(dǎo)骨纖維異常增殖癥的再成形手術(shù)；但這些方法沒有一個能夠為手術(shù)者提供直接、精確、三維和即時的反饋信息，也沒有一個方法可以像計算機導(dǎo)航技術(shù)那樣精確的消除術(shù)前計劃和手術(shù)結(jié)果之間的差距。

計算機導(dǎo)航系統(tǒng)，可以為外科醫(yī)生提供精確的術(shù)前規(guī)劃、術(shù)中實時導(dǎo)航監(jiān)測，以及避免重要結(jié)構(gòu)的損傷，已被廣泛應(yīng)用于頜面外科手術(shù)，如腫瘤切除[10]、骨折復(fù)位[11]、正頜手術(shù)[12-13]、異物取出[14]、顱面部重建[15]、顳下頜關(guān)節(jié)強直[16]矯正等等，也有散在報道在骨纖維異常增殖癥手術(shù)治療中應(yīng)用計算機導(dǎo)航技術(shù)[17-19]，均取得了較好的手術(shù)效果。

本組病例術(shù)前規(guī)劃是在手術(shù)之前，將健側(cè)的影像通過鏡像原理投射到病變的一側(cè)，利用圖像融合的方法合成在一個減法模式中，用不同的顏色顯示切除區(qū)域，并將要切除病變骨質(zhì)的位置和范圍展示在多平面和三維視圖中，術(shù)中實時識別解剖結(jié)構(gòu)。術(shù)中患者和導(dǎo)航系統(tǒng)完成注冊、配準后,使在手術(shù)區(qū)域中定位設(shè)備所示的相對位置可以在電腦屏幕上的多維(軸向、冠狀、矢狀)視圖和3D視圖上顯示。使虛擬影像和患者之間的差異小于1 mm,并且可以通過聯(lián)合應(yīng)用多個配準方法包括點配準和面配準來證明,并且在手術(shù)中操作校準來糾正圖像漂移[17]。通過用定位設(shè)備不斷檢查骨表面,可以在屏幕上確定切除區(qū)域,從而揭示其與術(shù)前設(shè)計的一致性。骨切除的位置和手術(shù)器械運動軌跡的即時信息可以在導(dǎo)航系統(tǒng)中不斷更新、顯示,保護重要的解剖結(jié)構(gòu)和手術(shù)療效與術(shù)前計劃之間的一致性得到及時保證。與傳統(tǒng)的依賴經(jīng)驗進行手術(shù)的方法相比, 計算機導(dǎo)航系統(tǒng)實時導(dǎo)航,可以花費更少的精力實現(xiàn)更精確的切除和避免重要結(jié)構(gòu)的損傷，手術(shù)的精度和安全性都明顯提高。應(yīng)用導(dǎo)航系統(tǒng)需要花費額外的時間,但是根據(jù)我們的經(jīng)驗和其他的研究這個時間是可以接受的[11]。

對于上頜骨、顴骨的骨纖維異常增殖癥患者，參考架可以固定在顱骨上。成功地完成個人注冊、配準后，切除病變的骨質(zhì)并保持用導(dǎo)航探針檢查手術(shù)結(jié)果以確保與手術(shù)設(shè)計的一致性。通過查看在屏幕上的顯示，實現(xiàn)對重要解剖結(jié)構(gòu)如血管、神經(jīng)組織和眼眶結(jié)構(gòu)等的精確定位和保護。在進行導(dǎo)航操作時，應(yīng)始終保持參考架各個部件與顱骨的剛性連接，如出現(xiàn)松動會引起明顯的手術(shù)誤差。如出現(xiàn)了參考架的松動需通過牙尖和配準恢復(fù)點重新進行配準恢復(fù)。而對于下頜骨骨纖維異常增殖癥患者，可將參考架固定在下頜骨上，因為下頜骨是頜面部唯一的可活動部分，導(dǎo)航系統(tǒng)可隨下頜骨活動而進行實時、動態(tài)導(dǎo)航監(jiān)測。如設(shè)計將參考架固定在顱骨上，那么術(shù)前拍攝CT檢查時需進行頜間結(jié)扎或咬緊牙關(guān)，術(shù)中亦需進行頜間結(jié)扎，使上下頜骨形成剛性連接才能順利完成導(dǎo)航手術(shù)。因此，我們通常是在不影響手術(shù)的情況下將參考架固定在下頜骨頦部，來完成下頜骨的骨纖維異常增殖癥手術(shù)。

總之，計算機導(dǎo)航技術(shù)，用其術(shù)前計算機鏡像技術(shù)和術(shù)中實時導(dǎo)航為外科醫(yī)生提供準確的術(shù)前規(guī)劃、術(shù)中精確定位和回避重要結(jié)構(gòu)，可以提高面部重建的安全性和準確性。

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Applicationofsurgicalnavigationsystemintheoperationformaxillofacialfibrousdysplasia

SUNGuowen1,WANGYujia1,HANFangkai2,LIUShu2,LUMingxing1.

1. 210008,DepartmentofOralandMaxillofacialSurgery, 2.DepartmentofOralandDentomaxillofacialRadiology,InstituteandHospitalofStomatology,NanjingUniversityMedicalSchool,NanjingStomatologicalHospital,China

Objective: To present our experience of the surgical treatment of maxillofacial fibrous dysplasia(FD) using surgical navigation technology.Methods14 patients with maxillofacial FD were included. Preoperative CT scanning data were obtained and a virtual plan based on the patient's mirrored anatomy was realized. Intraoperatively, a digital reference frame was fixed rigidly to patient's forehead or mandible depending on the location of the lesion. During operation each patient and the virtual image were matched through individual registration technique. A pointing device was constantly used to determine whether the extent of resection was consistent with the preoperative design. The surgical outcome was assessed through fusion of the preoperative planning and postoperative CT reconstruction image.ResultsThe application of surgical navigation system enhanced the safety and the accuracy of the surgery for the resection of the focal lesion and for the recontour of the profile. There was no complications during 1-3 years follow up.ConclusionSurgical navigation based on a virtual plan proves to be safe and accurate, and is of great value in managing maxillofacial fibrous dysplasia.

Surgicalnavigation;Real-timenavigation;Fibrousdysplasia(FD)

江蘇省衛(wèi)生廳課題項目(編號： H201441)； 江蘇省臨床醫(yī)學(xué)科技專項項目(編號： BL2013005)； 南京市科技發(fā)展計劃(編號： 201503038)

210008， 南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院， 南京市口腔醫(yī)院口腔頜面外科(孫國文 王毓佳 盧明星)； 口腔放射科(韓方凱 劉澍)

孫國文 025-83620326 E-mail: guowensun@yahoo.com

R782.2

A

10.3969/j.issn.1001-3733.2017.05.023

(收稿： 2017-02-24 修回： 2017-04-06)