俞哲元 曹德君 柴崗 韋敏 穆雄錚

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)定制化植入體在復(fù)雜眶周畸形治療中的應(yīng)用

俞哲元 曹德君 柴崗 韋敏 穆雄錚

目的探討計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)定制化植入體，對(duì)復(fù)雜眶周畸形患者治療的準(zhǔn)確性和安全性。方法本文回顧了2009年1月至2012年12月，于我科接受計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)定制化植入體治療的眶周復(fù)雜畸形患者共106例，將患者術(shù)后6月CT掃描重建影像與術(shù)前計(jì)算機(jī)模擬設(shè)計(jì)行表面幾何學(xué)差異分析，判斷植入體與術(shù)前設(shè)計(jì)間的差異，并統(tǒng)計(jì)患者并發(fā)癥的發(fā)生情況。結(jié)果106例患者中，采集6個(gè)月后隨訪CT共105例，植入體形態(tài)平均誤差（1.32±1.64）mm，85.72%的患者誤差小于2 mm。除1例患者由于反復(fù)的額竇感染，在術(shù)后2個(gè)月取出植入體，其余患者均未發(fā)生嚴(yán)重的并發(fā)癥。結(jié)論計(jì)算機(jī)輔助定制化植入體，治療眶周復(fù)雜畸形高效、準(zhǔn)確、安全，可作為復(fù)雜眶周畸形臨床治療的推薦方案之一。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)定制化植入體眶周畸形數(shù)字醫(yī)學(xué)

眶周畸形是整形外科常見的顱面部畸形，多由于外傷、先天畸形或各種醫(yī)源性繼發(fā)癥造成。由于眶緣本身為復(fù)雜而不規(guī)則的連續(xù)曲面結(jié)構(gòu)，表面的軟組織覆蓋亦相當(dāng)菲薄，難以遮蓋骨面的不規(guī)則畸形，通過(guò)臨床手工塑形的方法，無(wú)論是采用自體組織還是人工材料，都很難在保證與對(duì)側(cè)一致的情況下，塑造眶周的完美輪廓。故而在既往針對(duì)復(fù)雜眶周畸形的病例治療中，往往選擇采用截骨重排間隙嵌插植骨的手段，利用眶周骨緣原本的輪廓來(lái)重塑眶周外形。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)定制化植入體的推廣，這類復(fù)雜病例的治療有了更為簡(jiǎn)便的解決方案。

1 資料與方法

本文回顧了2009年1月至2012年12月，于我科接受計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)定制化植入體治療的復(fù)雜眶周畸形患者共106例，排除早期顱眶顴外傷患者（表1）。其中，男性63例，女性43例。8～14歲2例，15～24歲14例，25～40歲51例，41～60歲36例，60歲以上3例。

表1 病因分布Table 1Etiologic distribution

患者均于術(shù)前接受顱面部螺旋CT掃描（GE LigntSpeed16，GE，美國(guó)），掃描參數(shù)120 KV、250 mA，掃描層厚1.25 mm，所得數(shù)據(jù)保存為DICOM 3.0格式，導(dǎo)入三維重建設(shè)計(jì)軟件Mimics 10.01（Materialise Inc，比利時(shí)），取CT閾值大于225的體素行三維重建，獲得骨骼數(shù)字模型。切割模型獲得正常側(cè)眶周形態(tài)部分，以正中矢狀面作鏡像重疊至患側(cè)，檢查鏡像模型六維度形態(tài)與對(duì)側(cè)一致后，行布爾運(yùn)算并拋棄冗余碎片后，得到植入體形態(tài)，并根據(jù)手術(shù)切口限制及植入固定需要，加以必要的分割和其他手術(shù)模擬設(shè)計(jì)。將設(shè)計(jì)好的植入體以及重建的骨骼數(shù)字模型分別以STL格式保存。

將STL文件輸入快速成型裝置Z-printer 510（Z-corp Technology Inc，美國(guó)）打印成三維實(shí)體模型，在患者骨骼模型上檢測(cè)植入體模型，并加以必要的修整以保證植入過(guò)程中沒有異常阻擋，通過(guò)硅膠翻模將植入體模型翻制成EH復(fù)合型骨水泥植入體（倍爾康生物科技有限公司，上海）。再一次于骨骼模型上檢驗(yàn)植入與安置程序無(wú)異常后，植入體徹底清洗消毒備用。

根據(jù)植入體位置選擇手術(shù)切口。對(duì)于眶外、下側(cè)部位多選用瞼緣切口徑路，而眶內(nèi)、上側(cè)植入體多選用冠狀切口徑路，循常規(guī)分離徑路將植入?yún)^(qū)表面骨膜充分分離后，植入體植入并固定于骨膜下設(shè)計(jì)位置，予以完善的軟組織覆蓋。對(duì)于有眼球凹陷表現(xiàn)的患者，同期行高密度多孔聚乙烯或膨體聚四氟乙烯植入體眶內(nèi)充填，以矯正突眼度。

術(shù)后6個(gè)月，患者再次行螺旋CT掃描，所得影像導(dǎo)入軟件Rapidform 2006中（Inus Technology Inc，韓國(guó)），與術(shù)前影像及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行表面幾何學(xué)差異分析，判斷植入體與術(shù)前設(shè)計(jì)間的差異，并統(tǒng)計(jì)患者術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生情況（圖1-7）。

2 結(jié)果

106例患者中，隨訪6個(gè)月后采集CT共105例，植入體形態(tài)平均誤差（1.32±1.64）mm，85.72%的患者誤差小于2 mm（表2）。綜合105例植入體誤差表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)植入體面積＞7 cm×8 cm時(shí)，其表面形態(tài)誤差較為明顯。

106例患者中，發(fā)生感染2例，其中1例患者由于反復(fù)的額竇感染，在術(shù)后2個(gè)月時(shí)取出植入體，其余患者均未發(fā)生嚴(yán)重的并發(fā)癥。有6例患者由于術(shù)中暴露牽拉過(guò)度，發(fā)生了眶下區(qū)麻木，并在術(shù)后6個(gè)月時(shí)麻木感未能完全消失（表3）。

所有患者均表示外觀獲得了明顯的改善。有63例患者在植入術(shù)后無(wú)需接受進(jìn)一步的手術(shù)治療。有14例患者在術(shù)后6個(gè)月時(shí)接受了自體脂肪注射移植，以進(jìn)一步改善軟組織對(duì)稱性。其余患者接受了包括重瞼、頜骨充填、瘢痕修整、提眉等序列治療手術(shù)。

圖1 一例復(fù)雜晚期顱眶外傷患者術(shù)前CT三維重建圖像Fig.1The pre-surgical CT reconstructive image of one complex frontal-orbital injury

圖2 左眶顴復(fù)合體截骨復(fù)位模擬設(shè)計(jì)Fig.2Digital simulation of left zygoma-orbit reposition

圖3 根據(jù)健側(cè)鏡像與曲面擬合技術(shù)設(shè)計(jì)植入體Fig.3Implant design according to the mirrored image of right side and surface fitting technique

圖4 快速成型輸出的患者頭顱模型與制作完成的EH復(fù)合骨水泥定制化植入體Fig.4The EH compound implant placed on the patient's rapid prototyping model

圖5 患者隨訪CT的三維重建圖像Fig.5The reconstructive CT image of the patient after followed up for 6 months

圖6 隨訪CT圖像與術(shù)前計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)植入體配準(zhǔn)對(duì)位后，行表面幾何學(xué)差異分析Fig.6Surface geometric deviation analysis of the follow-up image and the pre-surgical design

圖7 幾何學(xué)差異分析結(jié)果，此患者臨床隨訪結(jié)果與術(shù)前設(shè)計(jì)植入體表面幾何學(xué)差異為（0.64±0.61）mmFig.7Result of the surface geometric deviation analysis.In this case the result was(0.64±0.61)mm

表2 術(shù)后6個(gè)月CT圖像與術(shù)前植入體設(shè)計(jì)的表面幾何學(xué)誤差分析結(jié)果（n=105）Table 2Results of the surface geometric deviation analysis between the CT image 6 months after surgery and pre-surgical implant design(n=105)

表3 患者隨訪3～6個(gè)月并發(fā)癥統(tǒng)計(jì)情況（n=106）Table 3Complication observation after 3 to 6 months'follow-up(n=106)

3 討論

EH復(fù)合骨水泥材料是一種有效的臨床骨替代材料，至今已經(jīng)過(guò)了近15年的臨床應(yīng)用檢驗(yàn)，證明了其安全性和可靠性?；诖瞬牧系挠?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)定制化植入體是對(duì)材料應(yīng)用的一大突破，可以明顯縮短手術(shù)時(shí)間、提高手術(shù)精度、減少患者損傷[1]，為手術(shù)治療帶來(lái)了極大的便利。

眶周骨骼形態(tài)涉及大量復(fù)雜而連續(xù)的顱、眶、顳、顴部曲面，表面覆蓋菲薄易于為患者本人觸及并雙側(cè)比較?，F(xiàn)有的成型植入體難以通過(guò)手工修整、塑形來(lái)重塑圓潤(rùn)光滑的眶緣形態(tài)，故而臨床既往多采用截骨重排的方法，利用殘留眶緣骨骼自身的弧度和曲面形態(tài)重建患側(cè)形態(tài)，并在其深面嵌插植骨內(nèi)固定，手術(shù)難度高、時(shí)間長(zhǎng)，術(shù)后對(duì)稱性取決于醫(yī)師的臨床經(jīng)驗(yàn)。目前，通過(guò)手術(shù)導(dǎo)航、快速成型引導(dǎo)等技術(shù)，可以極大地提高手術(shù)后的對(duì)稱性[2-3]，但硬件設(shè)備成本高，需經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的操作培訓(xùn)，且并不能降低手術(shù)難度，僅在各大主要的顱頜面外科中心應(yīng)用。自體骨移植后吸收對(duì)治療的遠(yuǎn)期效果也會(huì)帶來(lái)不穩(wěn)定的影響。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)定制化植入體可以安全有效地重建患者的眶緣形態(tài)結(jié)構(gòu)，手術(shù)操作便捷，易學(xué)習(xí)掌握，只需經(jīng)過(guò)短期培訓(xùn)就可以被有資質(zhì)的整形外科、眼科、耳鼻喉科、口腔頜面外科等醫(yī)師所掌握，可以快速培訓(xùn)相關(guān)的應(yīng)用人才，亦無(wú)遠(yuǎn)期吸收問(wèn)題。結(jié)合遠(yuǎn)程會(huì)診和集成服務(wù)中心的工作流程，有望通過(guò)一個(gè)服務(wù)中心為大量的周邊醫(yī)療機(jī)構(gòu)提供醫(yī)療解決方案，在不增加醫(yī)療單位硬件投入的基礎(chǔ)上幫助相關(guān)科室醫(yī)師實(shí)施更高精度的手術(shù)。

同時(shí)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)定制化植入體，可以極大地降低眶面部骨結(jié)構(gòu)重建的手術(shù)難度，幫助醫(yī)師將更多的精力集中于外觀細(xì)節(jié)的調(diào)整。在我們的醫(yī)療過(guò)程中，以放射性顴眶顳發(fā)育不全患者為例，既往手術(shù)醫(yī)師需要在6~7 h的顱內(nèi)外聯(lián)合徑路眶腔擴(kuò)大手術(shù)后，再耗費(fèi)5 h左右行足背筋膜皮瓣游離移植結(jié)膜囊重建手術(shù)[4]，對(duì)手術(shù)醫(yī)師的臨床能力、體力、精力和毅力都是巨大的考驗(yàn)。而采用了定制化植入體后，整體手術(shù)時(shí)間被縮短到7 h以內(nèi)，醫(yī)師可以更詳盡仔細(xì)地調(diào)整患者容貌表現(xiàn)，同時(shí)也避免了術(shù)后預(yù)防腦水腫與顯微皮瓣術(shù)后護(hù)理之間的矛盾，為臨床治療帶來(lái)了積極的改變。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)定制化植入體是數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)的一個(gè)良好代表。以往數(shù)字醫(yī)學(xué)總給人們帶來(lái)高精尖、高投入的印象，但事實(shí)上，同樣具有平民化、普及化的發(fā)展?jié)摿5-6]，可以較低的成本投入為更加廣大的中、基層醫(yī)療單位和更多的患者帶來(lái)實(shí)際的幫助，而非少數(shù)大型醫(yī)療中心的專利。臨床醫(yī)師與數(shù)字工程人員之間更好的學(xué)術(shù)交流、技術(shù)融合必將給我們帶來(lái)更多的發(fā)展。

計(jì)算機(jī)輔助定制化植入體是一種安全、便捷、有效的顱頜面骨替代治療方案，對(duì)眶周復(fù)雜畸形患者而言，可以在更大的適應(yīng)癥范圍內(nèi)取代傳統(tǒng)的截骨重排手術(shù)，可作為眶周復(fù)雜畸形臨床治療的最佳方案之一，應(yīng)當(dāng)引起臨床醫(yī)師的重新認(rèn)識(shí)和積極重視。

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Computer Assistant Designed Implant:A Solution to Complex Orbital Deformities

ObjectiveTo investigate the efficiency and safety of computer assistant designed implants(CADI)in the treatment of complex orbital abnormalities.MethodsA retrospective study was applied on 106 cases suffered from complex orbital deformity and treated with CADI during Jan.2009 to Dec.2012.The 6 months’postoperative CT image was compared to the pre-operative design.The surface geometric deviation was analyzed to evaluate the accuracy of CADI in orbital reconstruction.And the complications were documented.ResultsAmong 106 cases,the CT images of 105 cases were obtained.The average deviation of the 105 cases was(1.32±1.64)mm.In 85.72%cases,the deviation was less than 2 mm.Only in one case the implant was taken out due to severe frontal sinus infection.No other serious complications were observed.ConclusionComputer assistant designed implant is an efficient,accurate and safe solution to complex orbital deformities.It might be one of the first choices in the treatment of complex orbital deformities.

Computer aided design;Customized implant;Orbital deformity;Digital medicine

R319

A

1673－0364（2014）01－0022－04

YU Zheyuan1,CAO Dejun1,CHAI Gang1,WEI Min1,MU Xiongzheng2.
1 Department of Plastic and Reconstructive Surgery,Shanghai Ninth People's Hospital, Shanghai Jiaotong University School of Medicine,Shanghai 200011,China;2 Department of Plastic Surgery,Huashan Hospital,Fudan University,Shanghai 200040,China.Corresponding author:YU Zheyuan(E-mail:cranioyu@gmail.com).

10.3969/j.issn.1673-0364.2014.01.007

上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)醫(yī)學(xué)引導(dǎo)項(xiàng)目（134119a9600）。

200011上海市上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院整復(fù)外科（俞哲元，曹德君，柴崗，韋敏）；200040上海市復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院整形外科（穆雄錚）。

俞哲元（E-mail：cranioyu@gmail.com）。