3D 打印耳廓模型在耳廓再造軟骨支架雕刻成形中的應用

李騰海, 楊田野, 彭維海

（吉林大學第一醫(yī)院整形外科，吉林 長春 130021）

小耳畸形是頜面部最常見的先天畸形之一，耳廓再造術是治療小耳畸形的主要方法之一。外耳廓是體表最復雜的三維立體器官，在截面積上展現(xiàn)出外耳輪廓高低錯落的14 個解剖結構，因此耳廓再造術被認為是整形外科最復雜和最具挑戰(zhàn)性的手術之一。耳廓再造術的關鍵是耳廓支架的精細雕刻。傳統(tǒng)耳廓支架雕刻模型的制作方法是參照健側耳廓，以X 線膠片為材料臨摹成二維平面耳廓模型。但耳廓是三維立體器官，膠片耳模是二維平面的，因此與3D 耳廓模型（3D 耳模）比較，膠片耳模缺乏精確度和立體感，尤其是耳甲腔、耳舟和三角窩的曲面度及深度導致再造耳廓的精確性較差。數(shù)字化3D 打印技術在顱頜面和骨關節(jié)外科領域的廣泛應用為3D 耳模在耳廓再造術中的應用提供了可能［1-4］。1993 年KANEKO［5］首次在耳廓再造術中采用3D 耳模。隨著3D 打印技術應用的深入，目前較多臨床醫(yī)生采用3D 打印耳模指導耳廓支架的雕刻成形，并取得了良好的療效［6-13］。然而關于3D耳模的量化指標尚不完善，目前的量化指標尚無法精確評估3D 耳模的臨床應用。本研究回顧性分析3D 耳模應用于耳廓再造術患者的臨床資料，對患者術后再造耳廓的量化指標進行精細化評估，旨在為評價3D 耳模的臨床應用提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究對象回顧性分析2018 年2 月—2021 年2 月于吉林大學第一醫(yī)院整形外科行Nagata 法耳廓再造術76 例先天性單側小耳畸形患者的臨床資料。男性41 例，女性35 例，年齡8～36 周歲，平均年齡（12.0±1.5）周歲。右側耳畸形46例，左側30例。依據(jù)Nagata 耳分型分為耳垂型36 例、小耳甲腔型25 例和耳甲腔型15 例。納入標準：①單側小耳畸形，對側耳廓正常；②8 周歲以上或胸圍＞68 cm；③患者及其家屬支持3D 打印耳模；④能夠完成術后半年以上隨訪；⑤所有手術均由同一手術團隊完成。排除標準：①雙側小耳畸形；②既往有精神疾病或認知障礙者；③嚴重的半側顏面短小癥患者。本研究經(jīng)吉林大學第一醫(yī)院倫理委員會備案（倫理備案號2020-704），與所有患者及其家屬進行溝通，并簽署知情同意書。

1.2 3D 耳模制備患者取平臥位，采用256 排電子計算機斷層掃描（computed tomography，CT）（德國西門子股份公司）進行健側耳廓數(shù)據(jù)采集，圖像層厚 1 mm，層間隔 1 mm，掃描范圍為整個頭面部，數(shù)據(jù)格式為DICOM。將選取的健側耳廓及其鄰近的耳廓周圍顳區(qū)結構采用Mimics 19.0 軟件進行三維重建，以光固化立體造型術（stereolithography，STL）格式存儲，并采用Cura 3D 打印切片軟件將STL 文件作鏡像及平滑處理，將重建耳廓邊緣縮小2 mm，耳甲腔縮小1 mm，獲得與健側耳廓形態(tài)相同的三維解剖圖像，導入A8S3D 打印機（深圳市極光爾沃科技股份有限公司），打印層厚0.1 mm，精度0.2 mm，噴頭流速約為24 cc·h－1，噴頭溫度為200 ℃，熱床溫度為60 ℃，打印原料為聚乳酸，打印出3D 耳模，見圖1。術前參照3D 耳模與患者及其家屬充分溝通再造耳廓的形態(tài)。

圖1 3D 打印耳廓模型Fig.1 3D printing auricle model

1.3 手術方法所有患者均采用Nagata 法耳廓再造術，所有手術均由同一術者和團隊完成。第一期手術依據(jù)術前肋軟骨三維成像評估，適當截取第6～8 肋軟骨。術中參照已消毒的3D 耳模進行耳廓支架雕刻。將第6 和第7 肋的聯(lián)合部及部分第7 肋設計為耳廓支架基底，精細雕刻出對耳輪及其上下腳、耳舟、對耳屏和三角窩等結構。將第8 肋精細雕刻成耳輪和耳輪腳，若第8 肋長度不夠，將部分第7 肋用作耳輪的拼接，耳輪腳延伸至耳甲腔。根據(jù)3D 耳模對耳輪的長度、銳度和曲線變化，取部分第7 肋修剪成對耳輪，疊加在耳廓支架基底相應位置上。若為耳垂型小耳畸形，則利用剩余的第6 和7 肋軟骨精細雕刻成耳屏及耳屏切跡；若為小耳甲腔型或耳甲腔型，則無需雕刻耳屏及耳屏切跡。將第6 肋近胸骨端一條形軟骨埋置在胸部皮下，以備二期手術使用。最后參照3D 耳模將各結構邊緣打磨光滑，力求耳廓支架形態(tài)自然和精確。所有軟骨的拼接和固定均采用鋼絲及可吸收縫線固定。依據(jù)殘耳和乳突區(qū)皮膚條件及雕刻的耳廓支架制備乳突區(qū)皮瓣，并保留一筋膜蒂，將耳廓支架放置于乳突皮瓣下，同時行耳垂轉位，觀察耳廓形態(tài)，位置良好后，放置1～2 根負壓引流管。術后6 個月以后行第二期耳廓提升術，參照3D 耳模，將第一期保留的肋軟骨雕刻成底座，墊高耳廓，形成與健側耳廓一致的耳顱角。

1.4 評價指標所有病例隨訪6～12 個月，平均隨訪8 個月，分別測量再造耳廓和健側耳廓的長度和寬度，耳甲腔長度、寬度和深度，三角窩深度和耳顱角。見圖2。測量采用同一工具，由3 名觀察員進行數(shù)據(jù)測量，將再造耳廓數(shù)據(jù)與健側耳廓數(shù)據(jù)進行比較。依據(jù)ZHANG 等［14］和BAUER［15］提出的良好再造耳廓標準制定調查問卷。術后6 個月后對76 例患者或患者家屬進行滿意度調查，分析患者及其家屬對再造耳廓位置、大小、耳顱角、對稱性和穩(wěn)定性的滿意度，設為非常滿意、滿意、尚可和不滿意4 項，非常滿意和滿意均計為患者滿意，計算患者滿意率。滿意率=滿意患者數(shù)/患者總數(shù)×100%。

圖2 耳廓測量點Fig.2 Measured sites of auricle

1.5 統(tǒng)計學分析采用 SPSS 19.0 統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計學分析。再造耳廓和健側耳廓的長度和寬度，耳甲腔長度、寬度和深度，三角窩深度和耳顱角均符合正態(tài)分布，以±s 表示，樣本均數(shù)比較采用配對t檢驗。以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結 果

2.1 患者滿意率術后隨訪76 例患者。所有再造耳廓均成活；8 例患者術后出現(xiàn)皮瓣尖端血運差，部分結痂，未有支架軟骨外露，后經(jīng)清創(chuàng)和局部換藥后愈合；3 例患者出現(xiàn)術后血腫，及時發(fā)現(xiàn)清除血腫后，正常愈合。患者滿意度調查結果顯示：患者及其家屬對再造耳廓的對稱性滿意率為85.5%，對再造耳廓大小、位置和穩(wěn)定性滿意率均＞90%，對耳顱角的滿意率為68.4%，平均滿意率為87.4%。見表1。

表1 再造耳廓患者滿意率Tab.1 Satisfaction rates of patients with reconstructive auricles

2.2 一般資料［病例1］患兒，男性，10 歲，右側小耳甲腔型小耳畸形。采用Nagata 法耳廓再造術，術中采用3D 耳模輔助耳廓支架雕刻，術后各亞單位結構清晰，外形良好，患兒及其家屬滿意。再造耳廓和健側耳廓長度為60.5 和60.6 mm，寬度分別為33.1 及33.2 mm。再造耳廓和健側耳廓的耳甲腔長度、寬度和深度分別為22.6 和23.5 mm，13.5 和13.9 mm，13.8 和14.0 mm。再造耳廓和健側耳廓的三角窩深度分別為6.5 和6.6 mm。再造耳廓和健側耳廓耳顱角分別39°和42°。見圖3。

圖3 3D 打印耳模治療小耳畸形示意圖(病例1)Fig.3 Sketch map of microtia treated with 3D printing auricular model（Case 1）

［病例2］患兒，女性，15 歲，右側小耳甲腔型小耳畸形。采用Nagata 法耳廓再造術，術中采用3D 耳模輔助耳廓支架雕刻，術后耳廓外形良好，各亞單位結構清晰，尤其是耳舟、三角窩和對耳輪，患兒及其家屬對再造耳廓滿意度較高。再造耳廓和健側耳廓長度為63.8 和64.0 mm，寬度分別為35.1 和35.2 mm。再造耳廓和健側耳廓的耳甲腔長度、寬度和深度分別為23.9 和23.7 mm，14.2 和14.5 mm，14.3 和14.2 mm。再造耳廓和健側耳廓的三角窩深度分別為6.8和6.6 mm。再造耳廓和健側耳廓耳顱角分別44°和45°。見圖4。

圖4 3D 打印耳模治療小耳畸形示意圖（病例2）Fig.4 Sketch map of microtia treated with 3D printing auricular model(Case 2)

2.3 再造耳廓和健側耳廓測量指標 與健側耳廓比較，再造耳廓的長度和寬度，耳甲腔長度、寬度和深度，三角窩深度差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。證實再造耳廓和健側耳廓外形相似度較高，耳廓精細結構相似度也較高。與健側耳廓的耳顱角（38.3°±4.7°）比較，再造耳廓的耳顱角（32.5°±5.2°）縮小（P=0.014 1）。見表2。

表2 健側耳廓和再造耳廓測量指標Tab.2 Measurment indexes of normal and reconstructive auricles (n=76,±s)

表2 健側耳廓和再造耳廓測量指標Tab.2 Measurment indexes of normal and reconstructive auricles (n=76,±s)

Group Cranioauricular angle(θ/°)Normal auricle Reconstructive auricle P Length of auricle（l/mm）60.9±4.1 61.8±4.3 0.634 9 Width auricle（l/mm）33.2±2.7 31.9±2.9 0.124 8 Length of concha（l/mm）24.1±3.3 23.6±3.5 0.511 5 Width of concha（l/mm）14.5±3.5 13.9±3.2 0.556 4 Depth of concha（l/mm）14.8±3.4 14.1±3.9 0.785 4 Depth of triangular fossa（l/mm）6.5±1.3 6.8±1.1 0.645 6 38.3±4.7 32.5±5.2 0.014 1

3 討 論

先天性小耳畸形發(fā)病率為0.008%～0.017%，是頜面部發(fā)病率排名第二位的先天性畸形。小耳畸形患者除存在外觀上的畸形外，還伴有聽力下降，部分患者會產(chǎn)生心理方面的障礙，累及雙側的患者甚至會導致言語發(fā)育遲緩，嚴重者會影響智力發(fā)育。

耳廓是體表結構最為復雜的器官，盡管其體積較小，但存在14 個解剖結構，因此耳廓再造術被認為是整形外科難度較大的手術之一，需要醫(yī)生有精湛的技術和良好的藝術審美觀［16-18］。再造耳廓的對稱性是耳廓再造術成功的決定性因素之一，提高再造耳廓的對稱性對整形醫(yī)生較為重要。耳廓支架的精準成形是再造耳廓對稱性的核心要素之一，耳廓支架的雕刻是參照耳模進行的。傳統(tǒng)的耳模采用透明的X 線膠片，將膠片置于健側耳廓上，根據(jù)健側耳廓的形狀進行臨摹。這種2D 膠片耳模存在一定的局限性：制備膠片耳模的過程中，由于需要將膠片施壓在耳廓表面進行臨摹，壓力會導致耳廓輕微變形，從而產(chǎn)生一定的誤差；膠片耳模反映耳廓的二維大體輪廓，正常耳廓是三維立體器官，膠片耳模無法反映真實耳廓的三維解剖結構，尤其是其凹凸結構［19］。

隨著科技的進步，3D 打印技術聯(lián)合數(shù)字醫(yī)學能夠將復雜的人體器官數(shù)字化并精確打印為實物，并在許多醫(yī)學領域得到了廣泛應用［20］。目前，3D打印技術在整形外科領域，尤其是在小耳畸形的診治方面應用較多。外耳再造手術中，采用3D 打印耳?？蓪ΧЪ艿窨坛尚芜M行指導，并對術后效果進行比較，3D 打印耳模可幫助再造耳廓獲得更加精確和對稱的美觀效果［21-26］。采用生物3D 打印技術構建再生耳軟骨用于耳廓重建的應用也較為廣泛。美國康奈爾大學采用3D 打印技術，以患者耳廓為模板，將異種膠原質和成軟骨細胞制備成高密度水凝膠，并通過打印機形成軟骨框架，經(jīng)培育后凝膠中的活細胞逐漸發(fā)育成為具有生物活性的耳軟骨組織，外形與原始耳廓基本保持一致［27］。研究者［28-29］嘗試采用雜交融合技術，將水凝膠與靜電紡絲共同形成軟骨支架，提高支架穩(wěn)定性的同時，保證其具有一定的柔韌度，可使人成軟骨細胞的生長發(fā)育不受影響。LEE 等［30］采用更為輕質的人工材料作為支架，其內填充成軟骨細胞后被埋植在患者手臂皮下組織內，經(jīng)過一段時間的生長，待軟骨組織基本成形后，將其取出通過手術移植到患者身上。

以往大部分研究［9-11］采用3D 打印耳模作為耳廓支架雕刻的模板，僅對耳廓長度和寬度及耳顱角進行比較，然而這些指標并不能完全反映耳廓解剖亞單位的精細結構。因此本研究增加了耳甲腔的長度、寬度和深度及三角窩深度等指標，可以有效補充以往指標的不足，更能充分反映健側耳廓與再造耳廓各解剖結構的相似性。本研究結果顯示：耳廓寬度和長度，耳甲腔長度、寬度和深度及三角窩深度均與健側耳廓各項指標接近，且組間比較差異均無統(tǒng)計學意義。再造耳廓的耳顱角明顯縮小，可能是由于植皮區(qū)后期瘢痕攣縮，導致再造耳廓耳顱角縮小。因此可以在二期耳廓抬高術時，將耳顱角適當增加5°～10°，以便后期植皮攣縮后可達到理想對稱的耳顱角。術后隨訪結果顯示：3D 打印耳?？梢跃_呈現(xiàn)耳輪和對耳輪的走向、長短、高度、銳度和曲線變化及三角窩的深度、耳甲的深度和耳顱角等解剖結構的細節(jié)和空間構造，有利于指導醫(yī)生利用肋軟骨制作精細化和個性化的三維耳廓支架，從而提高再造耳廓與健側耳廓的對稱性和相似程度，使患者及其家屬的滿意度提高。

本研究通過術前三維肋軟骨成像結合3D 打印耳模，可以充分評估所需肋軟骨量，適量獲取，避免浪費，因此可以最大限度地減輕切取肋軟骨所導致的胸廓畸形，該畸形也是耳廓再造術后比較嚴重的并發(fā)癥之一，這與其他研究［31］報道的結果一致。

綜上所述，基于數(shù)字化3D 打印技術的3D 打印耳模可指導醫(yī)生進行個性化和精準化的耳支架雕刻成形，可使再造耳廓獲得良好的對稱性和精美性，甚至媲美健側耳廓，值得臨床推廣應用。