董智偉，王 帥，華澤權(quán)，張新鳳，鮑海宏，朱 浩，陳春艷，侯明曉，張 力

下頜骨良、惡性腫瘤為口腔頜面外科的常見病、多發(fā)病，腫瘤切除后的修復(fù)重建成為目前國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)問題之一［1-2］。然而腫瘤切除邊界的選擇是手術(shù)難點(diǎn)之一，是決定手術(shù)是否成功的關(guān)鍵。王旭東［3］發(fā)現(xiàn)數(shù)字外科技術(shù)中軟組織的漂移體會產(chǎn)生較大定位誤差，筆者所在課題組在臨床工作中也發(fā)現(xiàn)了術(shù)前預(yù)判軟組織邊界與實(shí)際邊界不符合的現(xiàn)象。因此，如何利用3D打印技術(shù)切除腫物及重建下頜骨缺損同時(shí)達(dá)到快速、精確的目的，成為本課題組研究的課題之一。本研究擬在軟組織邊界預(yù)判不足的基礎(chǔ)上，利用3D打印技術(shù)從理論上制作出改良的3D打印腫瘤切割導(dǎo)板及相應(yīng)的腓骨截骨導(dǎo)板，力爭在精準(zhǔn)切割腫瘤的同時(shí)精確修復(fù)下頜骨缺損，為3D打印的臨床應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)器材與軟件環(huán)境 Lenovo x200筆記本(操 作 系 統(tǒng) Windows7)，Geomagic studio 2013(Geomagic公司，美國);Mimics 10.0(Materialise公司，比利時(shí))，Philips Light Speed 256排螺旋CT掃描儀。

1.2 腫瘤截骨導(dǎo)板及腓骨截骨導(dǎo)板的設(shè)計(jì) 通過Philips Light Speed 256排螺旋 CT掃描儀(層厚0.625 mm，螺距1.5、1.0 mm)掃描，對患者的下頜骨及供區(qū)腓骨部位進(jìn)行掃描。將CT掃描數(shù)據(jù)以DICOM格式導(dǎo)入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)Mimics10.01軟件和Geomagic Studio 2013軟件，通過圖像分割對錐形束CT(CBCT)、MRI、CT等軟硬組織影像學(xué)資料分析后，最終確定腫瘤的切割邊界。然后利用計(jì)算機(jī)模擬切割腫瘤、塑形移植腓骨、設(shè)計(jì)腫瘤截骨導(dǎo)板(圖1)、腓骨截骨導(dǎo)板(圖3)，最終形成下頜骨硬組織重建的數(shù)字模型(圖5)。

1.3 改良的腫瘤截骨導(dǎo)板及腓骨截骨導(dǎo)板的設(shè)計(jì)在上述步驟制作的兩個(gè)導(dǎo)板的基礎(chǔ)上，模擬術(shù)中下頜骨腫瘤可能向前延伸10 mm，需準(zhǔn)備改良的腫瘤截骨導(dǎo)板(圖2)、改良的腓骨截骨導(dǎo)板(圖4)及最終形成下頜骨硬組織重建的數(shù)字模型(圖6)。

2 結(jié)果

改良的腫瘤截骨導(dǎo)板及腓骨截骨導(dǎo)板設(shè)計(jì)小巧，可沿下頜骨、腓骨截骨切口放入，無需延長切口。導(dǎo)板與下頜骨、腓骨骨面貼合緊密，利用下頜骨及腓骨自然的解剖標(biāo)志作為定位點(diǎn)，定位準(zhǔn)確。改良的導(dǎo)板根據(jù)預(yù)判術(shù)中可能存在的腫瘤邊界變化，設(shè)定兩套預(yù)手術(shù)方案，極大地降低了由于術(shù)前對CBCT、MRI、CT等影像學(xué)軟件解讀誤差造成的準(zhǔn)備不足，從理論上提高了精度、縮短了手術(shù)時(shí)間、完善了術(shù)后效果。

圖1 3D下頜骨腫瘤截骨導(dǎo)板模型

圖2 改良的3D下頜骨腫瘤截骨導(dǎo)板模型

圖3 3D腓骨截骨導(dǎo)板模型

圖4 改良的3D腓骨截骨導(dǎo)板模型

圖5 下頜骨硬組織重建的數(shù)字模型

圖6 經(jīng)改良導(dǎo)板切割后最終形成下頜骨硬組織重建的數(shù)字模型

3 討論

3D打印技術(shù)是快速成型技術(shù)之一，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和3D打印等幾個(gè)步驟。可應(yīng)用CT、MRI采集患者影像學(xué)數(shù)據(jù)，存儲為DICOM格式，導(dǎo)入Mimics、Geomagics等三維重建軟件進(jìn)行加工處理，最終應(yīng)用3D打印機(jī)將模型打印出來。3D打印可用于術(shù)前模擬手術(shù)、制訂手術(shù)計(jì)劃，打印術(shù)中定位導(dǎo)板、輔助手術(shù)，設(shè)計(jì)患者個(gè)體化實(shí)體模型、完成手術(shù)效果預(yù)測［4］。

在口腔頜面外科領(lǐng)域，3D打印技術(shù)已廣泛應(yīng)用于下頜骨重建、正頜外科矯治、頜面部創(chuàng)傷修復(fù)、顳下頜關(guān)節(jié)重建等手術(shù)［5-8］。3D打印技術(shù)有著傳統(tǒng)外科無法比擬的優(yōu)勢:①手術(shù)方案已在術(shù)前模擬，并利用打印導(dǎo)板輔助手術(shù)，減少手術(shù)時(shí)間和創(chuàng)傷，縮短住院和術(shù)后的康復(fù)時(shí)間，降低醫(yī)療費(fèi)用;②手術(shù)精度的提高可減少手術(shù)時(shí)間，完善修復(fù)效果，對下頜骨病變能最大限度地避免髁狀突的移位［9］;③手術(shù)精度的提高可增加術(shù)后治療的精度(如惡性腫瘤術(shù)后放療)［10］;④對術(shù)后效果進(jìn)行預(yù)測，患者可直觀了解療效，積極配合手術(shù)，獲得其理解與支持［11］;⑤減少輸血比率，進(jìn)而減少輸血并發(fā)癥;⑥減輕醫(yī)護(hù)人員和患者的負(fù)擔(dān);⑦降低傳染病感染醫(yī)護(hù)人員的風(fēng)險(xiǎn)［12］。

本課題組已應(yīng)用3D打印技術(shù)成功開展了頜骨腫瘤的切除和修復(fù)重建、頜骨復(fù)雜骨折的復(fù)位固定、牙頜面畸形的正頜外科矯治等復(fù)雜手術(shù)，取得了良好的療效。然而在3D打印技術(shù)應(yīng)用于游離腓骨重建下頜骨中遇到一些實(shí)際問題:原有的3D打印技術(shù)重建下頜骨缺損方法是確定截骨邊界后，根據(jù)截骨線制作腓骨截骨導(dǎo)板，以重建下頜骨缺損，一旦術(shù)中發(fā)現(xiàn)腫瘤邊界大于“預(yù)期值”，腫瘤截骨導(dǎo)板及腓骨截骨導(dǎo)板就無法再使用，術(shù)前的數(shù)字外科模擬手術(shù)“功虧一簣”。目前很多頜面外科醫(yī)生確定截骨邊界的方法是根據(jù)CT、MRI等影像學(xué)資料進(jìn)行術(shù)前預(yù)判腫瘤邊界，經(jīng)術(shù)前討論后，根據(jù)術(shù)中腫瘤的臨床特征或冷凍切片病理結(jié)果“經(jīng)驗(yàn)式”地切取腫瘤邊界。往往對腫瘤硬組織邊界判斷較為準(zhǔn)確，軟組織邊界預(yù)判不足，過小的腫瘤切除邊界易導(dǎo)致腫瘤切除不干凈、術(shù)后復(fù)發(fā)等問題，過大的腫瘤切除邊界會造成術(shù)后修復(fù)重建困難、不符合微創(chuàng)原則等問題。王旭東［3］也認(rèn)為數(shù)字外科技術(shù)中軟組織的導(dǎo)航仍不成熟，源于軟組織的漂移體產(chǎn)生較大定位誤差。在多數(shù)情況下，硬組織邊界的預(yù)判相對準(zhǔn)確，而軟組織因其與正常組織分界不清，有時(shí)需術(shù)中行冷凍切片病理檢查仔細(xì)“辨認(rèn)”，難免造成術(shù)前解讀影像學(xué)資料不精確的情況。一旦出現(xiàn)上述情況，臨時(shí)改變手術(shù)切割部位會造成模擬手術(shù)的腫瘤截骨導(dǎo)板“失效”、原有的腓骨截骨導(dǎo)板不準(zhǔn)確等結(jié)果，術(shù)者不得不應(yīng)用傳統(tǒng)的“經(jīng)驗(yàn)式”方法重建下頜骨。根據(jù)本課題組的臨床經(jīng)驗(yàn)，盡管有CBCT、MR、CT等諸多軟硬組織影像學(xué)分析手段，很多下頜骨腫瘤患者的軟組織邊界仍較難預(yù)判精確，術(shù)前制訂一套腫瘤截骨導(dǎo)板及腓骨截骨導(dǎo)板的設(shè)計(jì)很難滿足術(shù)中千變?nèi)f化的實(shí)際情況。因此，本課題組采用改良式導(dǎo)板來盡可能滿足臨床需求，減少了因腫瘤邊界解讀誤差造成的導(dǎo)板廢棄的情況，節(jié)約了人力、物力、時(shí)間等醫(yī)療資源，從理論上達(dá)到了提高精度、縮短手術(shù)時(shí)間、完善術(shù)后效果的目的。

［1］ Modabber A，Ayoub N，M?hlhenrich SC，et al.The accuracy of computer-assisted primary mandibular reconstruction with vascularizedbone flaps:iliac crest bone flap versus osteomyocutaneous fibula flap［J］.Med Devices(Auckl)，2014，7:211-217.

［2］ Rodby K A，Turin S，Jacobs R J，et al.Advances in oncologic head and neck reconstruction:systematic review and future considerations of virtual surgical planning and computer aided design/computer aided modeling［J］.J Plast Reconstr Aesthet Surg，2014，67(9):1171-1185.

［3］ 王旭東.數(shù)字化外科技術(shù)在口腔顱頜面領(lǐng)域中的應(yīng)用［J］.中華口腔醫(yī)學(xué)雜志，2014，49(8):506-509.

［4］ 孫成，于金華.3D打印技術(shù)在口腔臨床的應(yīng)用［J］.口腔生物醫(yī)學(xué)，2014，5(1):49-52.

［5］ Antony A K，Chen WF，Kolokythas A，et al.Use of virtual surgery and stereolithography-guided osteotomy for mandibular reconstruction with the free fibula［J］.Plast Reconstr Surg，2011，128:1080-1084.

［6］ Bai S，Bo B，Bi Y，et al.CAD/CAM surface templates as an alternative to the intermediate wafer in orthognathic surgery［J］.Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod，2010，110(5):e1-e7.

［7］ Lim CG，Campbell D I，Clucas D M.Rapid prototyping technology in orbital floor reconstruction:Application in three patients［J］.Craniomaxillofac Trauma Reconstr，2014，7(2):143-146.

［8］ Levine JP，Patel A，Saadeh PB，et al.Computer-aided design and manufacturing in craniomaxillofacial surgery:The new state of the art［J］.J Craniofac Surg，2012，23(1):288-293.

［9］ Roser SM，Ramachandra S，Blair H，et al.The accuracy of virtual surgical planning in freefi bula mandibular reconstruction:comparison of planned and final results［J］.JOral Maxillofac Surg，2010，68(11):2824-2832.

［10］ Bittermann G，Wiedenmann N，Voss P，et al.Marking of tumor resection borders for improved radiation planning facilitates reduction of radiation dose to free flap reconstruction in head and neck cancer surgery［J］.J Craniomaxillofac Surg，2015，43(4):567-573.

［11］沈國芳.數(shù)字化技術(shù)與正頜外科［J］.中國實(shí)用口腔科雜志，2014，7(6):324-328.

［12］孫堅(jiān).計(jì)算機(jī)輔助外科技術(shù)在口腔頜面外科中的應(yīng)用［J］.中國實(shí)用口腔科雜志，2014，7(6):329-334.