計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助3D打印技術(shù)在顴骨顴弓骨折復(fù)位鈦板固定修復(fù)中的應(yīng)用*

趙瓊，高小平，王艷紅

（天水市中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院口腔頜面外科，甘肅天水741020）

顴骨顴弓骨折是臨床常見的面部骨折類型，居頜面部骨折發(fā)病率的第2 位[1-2]。顴骨顴弓骨折可破壞患者頜面形態(tài)，影響口腔咬合關(guān)系及咀嚼功能，骨折復(fù)位固定是目前較為理想的治療方法[3]。顴骨顴弓解剖結(jié)構(gòu)特殊，患者有較高的頜面形態(tài)恢復(fù)需求，只有精準(zhǔn)定位骨折位置、骨折線走行等方可實(shí)現(xiàn)精確復(fù)位，獲得滿意的手術(shù)效果。隨著科技不斷進(jìn)步，3D 打印技術(shù)、計(jì)算機(jī)導(dǎo)航逐步應(yīng)用于臨床骨折手術(shù)中。3D 打印技術(shù)通過在3D 打印模具上模擬骨折復(fù)位手術(shù)，有助于提升顴骨顴弓骨折復(fù)位精準(zhǔn)度，但術(shù)中無法實(shí)時(shí)引導(dǎo)手術(shù)者具體操作[4]。計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助顴骨顴弓骨折復(fù)位鈦板固定手術(shù)可精確定位骨折部位，引導(dǎo)手術(shù)實(shí)施，在復(fù)雜頜面部骨折復(fù)位手術(shù)中具有優(yōu)勢[5]。基于相關(guān)研究，筆者推測計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助3D打印技術(shù)應(yīng)用于顴骨顴弓骨折復(fù)位鈦板固定修復(fù)，可進(jìn)一步提升骨折復(fù)位精準(zhǔn)度，獲得滿意的手術(shù)效果，但目前國內(nèi)報(bào)道多見計(jì)算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)[6]、3D 打印技術(shù)[7]在顴骨顴弓骨折復(fù)位鈦板固定中的應(yīng)用，尚未見兩種技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用的報(bào)道。鑒于此，本研究將82 例顴骨顴弓骨折患者納入研究，通過前瞻性研究探討上述問題，以便進(jìn)一步了解上述治療方案的效果及安全性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年4月—2021年4月天水市中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院收治的82 例顴骨顴弓骨折患者為研究對(duì)象，按照隨機(jī)分組法分為研究組、對(duì)照組，各41 例。本研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者簽署知情同意書。兩組患者的性別構(gòu)成、年齡、致傷原因、Knight 和North 分型[8]及受傷側(cè)比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），具有可比性。見表1。

表1 兩組患者臨床資料比較（n=41）

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1 納入標(biāo)準(zhǔn)①年齡>18 歲；②首次行顴骨顴弓骨折復(fù)位鈦板固定修復(fù)；③單側(cè)顴骨顴弓骨折；④術(shù)前顱頜面部基本對(duì)稱。

1.2.2 排除標(biāo)準(zhǔn)①合并吸毒史、藥物濫用史、面部整形史、雙側(cè)骨折、陳舊性骨折者；②重要臟器功能障礙者；③伴有免疫缺陷性疾病、傳染性疾病、血液系統(tǒng)疾病、全身系統(tǒng)性疾病者；④伴有嚴(yán)重心律失常、肝腎疾病、惡性腫瘤疾病者；⑤伴有精神性疾病或認(rèn)知功能異常者；⑥合并控制不佳的基礎(chǔ)病者；⑦頜面部發(fā)育異常，甚至畸形者；⑧依從性差者；⑨妊娠或哺乳期女性。

1.3 方法

兩組患者術(shù)前均應(yīng)用3D 打印技術(shù)制作3D 骨折模型，在模型的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)、實(shí)施手術(shù)方案。所有患者術(shù)前行Brilliance 64 層螺旋CT 掃描（荷蘭飛利浦公司），層厚0.625 mm，掃描結(jié)果用DICOM 格式儲(chǔ)存，導(dǎo)入Mimics 10.01 軟件，通過閾值分割等進(jìn)行三維重建。利用Edit Mask in 3D 軟件設(shè)計(jì)顴骨顴弓骨折患者3D 骨折模型，完成3D 模型后，Mimics 10.01 軟件導(dǎo)出數(shù)據(jù)，用STL 格式儲(chǔ)存。用3D 快速成型機(jī)打印出1∶1 比例的骨折模型、鏡像反求的理想“復(fù)位”正常顴骨顴弓模型[9]。參照骨折模型分析顴骨顴弓骨折患者骨折移位、骨折線走形等情況，選擇合適的鈦板并進(jìn)行個(gè)體化鈦板塑型[10]。根據(jù)顴骨顴弓骨折模型分析骨折塊、血管、神經(jīng)等位置關(guān)系，設(shè)計(jì)個(gè)體化最佳復(fù)位方案、內(nèi)固定方案。所有術(shù)前設(shè)計(jì)由同一手術(shù)者進(jìn)行。術(shù)后常規(guī)抗感染治療。

對(duì)照組行常規(guī)3D 打印顴骨顴弓骨折復(fù)位鈦板固定修復(fù)治療?；颊呷砺樽?，取耳屏前為手術(shù)切口，手術(shù)者依次切開皮膚、筋膜，充分暴露顳淺動(dòng)脈、靜脈，然后依次切開顳淺筋膜、顳深筋膜，將深筋膜分離至顴弓表面，向前剝離，進(jìn)入內(nèi)鏡，分離骨表面軟組織，充分暴露骨折部位，行解剖復(fù)位后在患者顴弓中份面部投影位置做一切口，建立至顴弓骨折表面通道，經(jīng)該通道運(yùn)送個(gè)體化預(yù)成型鈦板，內(nèi)固定鈦板后，清洗、縫合、包扎切口。

研究組在對(duì)照組基礎(chǔ)上予以計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助技術(shù)。將患者CT 掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入術(shù)前計(jì)劃軟件iPlan CMF 3.0 行三維重建，再導(dǎo)入STL 格式文件（3D 骨折模型數(shù)據(jù)），整理數(shù)據(jù)，分割健側(cè)顴骨顴弓，利用鏡像工具（以中線為軸）將健側(cè)顴骨顴弓翻轉(zhuǎn)至患側(cè)作為導(dǎo)板，指導(dǎo)、模擬患側(cè)顴骨顴弓骨折塊復(fù)位，導(dǎo)出數(shù)據(jù)形成導(dǎo)航手術(shù)計(jì)劃，并將導(dǎo)航手術(shù)計(jì)劃導(dǎo)入Vector VisionTM導(dǎo)航工作站?；颊呷砺樽砗蠊潭B骨，采用激光表面輪廓配準(zhǔn)法完成患者實(shí)際解剖結(jié)構(gòu)與導(dǎo)航影像的對(duì)應(yīng)聯(lián)系[11]，配準(zhǔn)誤差<1.5 mm。骨折復(fù)位鈦板內(nèi)固定修復(fù)方法同對(duì)照組一致，但需在手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)時(shí)引導(dǎo)下進(jìn)行。

1.4 觀察指標(biāo)

1.4.1 手術(shù)及骨愈合情況統(tǒng)計(jì)兩組患者手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、骨折愈合時(shí)間（無局部壓痛、叩擊痛；X 射線檢查顯示骨折線模糊，有連續(xù)性骨痂通過骨折線）

1.4.2 骨折復(fù)位效果所有患者術(shù)后3 個(gè)月評(píng)價(jià)骨折復(fù)位效果。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[12]：①患者術(shù)后Ⅰ期愈合、無感染事件發(fā)生、頜面形態(tài)協(xié)調(diào)、咬合及咀嚼功能正常，影像學(xué)檢查顯示骨折段解剖復(fù)位為優(yōu)；②患者術(shù)后Ⅰ期愈合、無感染事件發(fā)生、頜面形態(tài)基本對(duì)稱、咬合及咀嚼功能基本正常，影像學(xué)檢查顯示骨折段解剖復(fù)位，但有輕微錯(cuò)位為良；③患者術(shù)后出現(xiàn)傷口感染，頜面形態(tài)、咬合關(guān)系、咀嚼功能不佳，影像學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)骨折段明顯錯(cuò)位為差。優(yōu)良率=（優(yōu)+良）例數(shù)/總例數(shù)×100%。

1.4.3 骨愈合相關(guān)因子所有患者分別于術(shù)前、術(shù)后1 個(gè)月抽取靜脈血液3 mL，離心分離血清，采用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)測定血清骨形態(tài)生成蛋白2（bone morphogenetic protein-2,BMP-2）、轉(zhuǎn)化生長因子β1（transforming growth factor-β1,TGF-β1）。

1.4.4 骨痂骨密度所有患者分別于術(shù)后1 個(gè)月和3 個(gè)月用雙能X 射線骨密度儀（美國HOLOGIC 公司Discovery Ci 型）測定骨痂骨密度值。

1.4.5 顴骨顴弓復(fù)位精確度術(shù)后3 個(gè)月參照文獻(xiàn)[13]的方法，在Mimics 軟件三維重建的頜骨上測量健、患雙側(cè)顴弓寬度差值、顴骨突度差值。

1.4.6 術(shù)后并發(fā)癥統(tǒng)計(jì)患者術(shù)后3 個(gè)月內(nèi)感染、面神經(jīng)損傷、鈦板排異、內(nèi)固定物松動(dòng)、內(nèi)固定物移位等并發(fā)癥發(fā)生情況。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

數(shù)據(jù)分析采用SPSS 18.0 統(tǒng)計(jì)軟件。計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，比較用t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料以構(gòu)成比或率（%）表示，比較用χ2檢驗(yàn)。P<0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組手術(shù)時(shí)間、出血量及骨愈合時(shí)間比較

兩組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量比較，經(jīng)t檢驗(yàn)，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。兩組骨折愈合時(shí)間比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），研究組短于對(duì)照組。見表2。

表2 兩組患者手術(shù)及骨愈合時(shí)間比較（n=41，±s）

表2 兩組患者手術(shù)及骨愈合時(shí)間比較（n=41，±s）

組別對(duì)照組研究組t 值P 值手術(shù)時(shí)間/min 140.51±21.48 148.29±23.01 1.583 0.117術(shù)中出血量/mL 75.44±13.28 79.85±15.02 1.408 0.163骨折愈合時(shí)間/周5.71±1.10 5.18±0.89 2.398 0.019

2.2 兩組患者骨折復(fù)位效果相同

兩組患者骨折復(fù)位優(yōu)良率比較，經(jīng)χ2檢驗(yàn)，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=0.719，P=0.396）。見表3。

表3 兩組患者骨折復(fù)位效果比較[n=41，例（%）]

2.3 兩組患者手術(shù)前后骨愈合相關(guān)因子差值比較

兩組患者手術(shù)前后BMP-2、TGF-β1的差值比較，經(jīng)t檢驗(yàn)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），研究組大于對(duì)照組（P<0.05）。見表4。

表4 兩組患者手術(shù)前后骨愈合相關(guān)因子的差值比較（n=41，±s）

表4 兩組患者手術(shù)前后骨愈合相關(guān)因子的差值比較（n=41，±s）

組別對(duì)照組研究組t 值P 值BMP-2/（ng/L）17.50±3.02 21.22±3.48 5.170 0.000 TGF-β1/（ng/mL）8.51±1.26 13.20±1.84 13.466 0.000

2.4 兩組患者術(shù)后骨痂骨密度比較

術(shù)后1 個(gè)月和3 個(gè)月時(shí)，兩組患者的骨痂骨密度比較，經(jīng)t檢驗(yàn)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），研究組均高于對(duì)照組。見表5。

表5 兩組患者術(shù)后骨痂骨密度比較（n=41，g/cm2，±s）

表5 兩組患者術(shù)后骨痂骨密度比較（n=41，g/cm2，±s）

組別對(duì)照組研究組t 值P 值術(shù)后1個(gè)月0.39±0.05 0.42±0.08 2.036 0.045術(shù)后3個(gè)月0.48±0.08 0.52±0.09 2.127 0.037

2.5 兩組患者顴骨顴弓復(fù)位精確度比較

兩組患者術(shù)后雙側(cè)顴弓寬度差值、顴骨突度差值比較，經(jīng)t檢驗(yàn)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），研究組小低于對(duì)照組。見表6。

表6 兩組患者術(shù)后顴骨顴弓復(fù)位精確度比較（n=41，mm，±s）

表6 兩組患者術(shù)后顴骨顴弓復(fù)位精確度比較（n=41，mm，±s）

組別對(duì)照組研究組t 值P 值雙側(cè)顴弓寬度差值0.93±0.17 0.82±0.14 3.198 0.002雙側(cè)顴骨突度差值0.95±0.13 0.89±0.11 2.256 0.027

2.6 術(shù)后并發(fā)癥

對(duì)照組術(shù)后2 例感染、1 例面神經(jīng)損傷，總并發(fā)癥發(fā)生率為7.32%；研究組術(shù)后1 例感染，總并發(fā)癥發(fā)生率為2.44%；經(jīng)χ2檢驗(yàn)，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=0.263，P=0.608）。

2.7 典型病例

31 歲女性患者，因面部撞擊傷6 h 入院。入院后三維重建CT 提示左側(cè)顴骨顴弓、眼眶外側(cè)壁粉碎性骨折（見圖1A）。術(shù)前3D 打印骨折模擬（見圖1B、C）。術(shù)后3D 三維重建CT 提示顴骨、顴弓、眶外側(cè)緣、眶下緣復(fù)位良好（見圖2）。

圖1 患者術(shù)前影像

圖2 患者術(shù)后影像

3 討論

頜面部的骨骼、軟組織特點(diǎn)決定了個(gè)體頜面形態(tài)特征，顴骨顴弓骨折復(fù)位效果影響患者頜面形態(tài)，目前骨折復(fù)位內(nèi)固定是治療該類骨折的首選。顴骨顴弓骨折精準(zhǔn)復(fù)位要保障顴牙槽嵴、眶外緣、眶下緣、顴弓4 點(diǎn)中至少3 點(diǎn)達(dá)到解剖復(fù)位[14]。3D 打印技術(shù)是三維重建技術(shù)、虛擬模擬技術(shù)等多種技術(shù)相互融合的產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)了虛擬手術(shù)方案向現(xiàn)實(shí)手術(shù)實(shí)施的轉(zhuǎn)化，是提高骨折復(fù)位手術(shù)效果的有效途徑之一。計(jì)算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)可精確定位骨折部位，引導(dǎo)手術(shù)實(shí)施，提升手術(shù)精度。

本研究結(jié)果顯示，研究組骨折愈合時(shí)間短于對(duì)照組，兩組骨折復(fù)位優(yōu)良率無差異，研究組術(shù)后3 個(gè)月的雙側(cè)顴弓寬度差值、顴骨突度差值均小于對(duì)照組（兩組差值的絕對(duì)值均<2 mm），說明在顴骨顴弓骨折復(fù)位鈦板固定修復(fù)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助3D打印技術(shù)、3D 打印技術(shù)均可獲取滿意手術(shù)復(fù)位效果，但應(yīng)用計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助3D打印技術(shù)可提高骨折復(fù)位精確度、促進(jìn)骨折愈合。研究組手術(shù)前后BMP-2、TGF-β1的差值均大于對(duì)照組，研究組術(shù)后1 個(gè)月和3 個(gè)月的骨痂骨密度均高于對(duì)照組，再次提示在顴骨顴弓骨折復(fù)位鈦板固定修復(fù)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助3D打印技術(shù)可促進(jìn)骨折愈合。3D 打印技術(shù)利用術(shù)前資料雖然可幫助手術(shù)者精確定位顴骨顴弓骨折位置、了解骨折端周圍解剖關(guān)系，但是術(shù)中也很難做到迅速、精確復(fù)位顴骨顴弓骨折。計(jì)算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)用于顴骨顴弓骨折復(fù)位鈦板固定中，不僅可通過術(shù)前手術(shù)復(fù)位模擬計(jì)劃簡化手術(shù)流程，縮短手術(shù)時(shí)間，保證患者手術(shù)安全性，而且可在術(shù)中將手術(shù)骨折復(fù)位過程投射到導(dǎo)航工作站，工作站顯示屏實(shí)時(shí)顯示手術(shù)器械、骨折解剖結(jié)構(gòu)等相對(duì)空間的情況，在可視下開展手術(shù)。計(jì)算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)用于顴骨顴弓骨折復(fù)位鈦板固定中，不僅提高了手術(shù)視野清晰度，而且實(shí)時(shí)精確顯示與術(shù)前顴骨顴弓骨折手術(shù)復(fù)位計(jì)劃有差異的三維圖像，實(shí)時(shí)引導(dǎo)、驗(yàn)證顴骨顴弓骨折復(fù)位情況，降低手術(shù)區(qū)的解剖結(jié)構(gòu)損傷風(fēng)險(xiǎn)，有利于提升顴骨顴弓骨折復(fù)位的精確度，促進(jìn)骨折愈合。顴骨顴弓骨折復(fù)位后，可通過計(jì)算機(jī)導(dǎo)航即刻查看骨折復(fù)位情況，便于精準(zhǔn)調(diào)整骨折端位置，實(shí)現(xiàn)顴骨顴弓骨折精準(zhǔn)復(fù)位，促進(jìn)骨折愈合。計(jì)算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)的臨床應(yīng)用主要涉及對(duì)稱平面、注冊(cè)配準(zhǔn)、術(shù)中導(dǎo)航3 個(gè)方面，其中注冊(cè)配準(zhǔn)可直接影響術(shù)中導(dǎo)航的精確度。注冊(cè)配準(zhǔn)是將顴骨顴弓骨折患者頜面部三維空間坐標(biāo)與術(shù)前導(dǎo)航系統(tǒng)生成的三維模型互相匹配，進(jìn)一步精準(zhǔn)對(duì)應(yīng)頜面部解剖結(jié)構(gòu)與導(dǎo)航系統(tǒng)影像，便于術(shù)中導(dǎo)航實(shí)時(shí)探查顴骨顴弓骨折復(fù)位情況，可根據(jù)差異情況精確、微調(diào)整骨折復(fù)位位置。對(duì)照組術(shù)后4例患者發(fā)生并發(fā)癥，研究組有2 例，兩組總并發(fā)癥發(fā)生率無差異，安全性良好。董騏源等[15]的研究也印證了3D 打印及導(dǎo)航技術(shù)在骨科手術(shù)中的安全性。

綜上所述，在顴骨顴弓骨折復(fù)位鈦板固定修復(fù)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助3D打印技術(shù)、3D 打印技術(shù)均可獲取滿意手術(shù)復(fù)位效果，但應(yīng)用計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助3D打印技術(shù)可提高骨折復(fù)位精確度、促進(jìn)骨折愈合。后期研究可開展多中心、大樣本量研究，并延長隨訪時(shí)間進(jìn)一步驗(yàn)證本研究結(jié)論。