王立冬 馬文 付帥 張長彬 崔慶贏 梁燕 黎明

昆明醫(yī)科大學附屬口腔醫(yī)院口腔頜面外科 昆明650000

牙頜面畸形系指因頜骨發(fā)育異常引起的頜骨的體積、形態(tài)以及上下頜骨之間及其與顱面其他骨骼之間的關系異常，和隨之伴發(fā)的牙關系及口頜系統(tǒng)功能異常與顏面形態(tài)異常[1]。板在正頜手術中是用來定位游離頜骨骨塊位置，以達良好的咬合關系，因此，板的精度是正頜外科手術定位精度以及固定穩(wěn)定性的保證，板的制作精度就成了牙頜面畸形矯正的重點，直接影響著術后的效果。

1 材料和方法

1.1 一般資料

選擇在2017年6月—2019年2月就診于昆明醫(yī)科大學附屬口腔醫(yī)院口腔頜面外科的牙頜面畸形患者10例為研究對象。

納入標準：1）需要進行包括上頜骨或（和）下頜骨手術的正頜手術治療；2）既往無頜骨外傷史、腫瘤手術史和正頜手術史；3）臨床及放射診斷為牙頜面畸形而非顱頜面畸形；4）不需要接受上頜骨或下頜骨分塊手術治療的患者；5）自愿進入本研究。

排除標準：1）唇腭裂患者；2）全身性凝血障礙患者；3）懷孕或定期藥物治療者，除口服避孕藥。

所有患者均簽署知情同意書。

1.2 數(shù)據(jù)采集、重建、測量分析、模擬手術及板制作

1.2.1 上下頜數(shù)字化三維模型數(shù)據(jù)的獲得 運用錐形束計算機斷層掃描（cone beam computed tomography，CBCT）對所有患者行術前頭顱CBCT連續(xù)掃描（120 V、60 mA、層厚0.3 mm），范圍從顱頂?shù)筋W部，患者在掃描過程中頭部處于直立的位置，自然地把頭靠在頭部的支撐上，直視前方，不咀嚼、不吞咽、不說話，掃描時患者口內磨牙區(qū)咬蠟片，咬合分開約1 mm?？趦妊拦∧＜肮嘧⑹嗄Ｐ停撃：笫嗄Ｐ瓦M行掃描前處理并進行三維激光掃描。

1.2.2 上下頜骨精確牙面復合模型、面部軟組織重建 將患者CBCT的醫(yī)學數(shù)字成像和通信標準（digital imaging and communications in medicine，DICOM）數(shù)據(jù)導入到ProPlan CMF 1.4軟件中，在Segmentation模塊利用Select Point功能通過在二維層面上選點去除頸椎及未與顱骨有鏈接的部分或通過Remove Parts功能去除多余部分，之后生成上頜骨、下頜骨及軟組織模型并給予相應的命名（圖1），之后在Orthognathic模塊中將牙弓石膏模型的單頜表面三角網(wǎng)格數(shù)據(jù)（surface triangle list，STL）及最終咬合STL數(shù)據(jù)導入軟件中（牙弓石膏模型表面信息的STL數(shù)據(jù)已經(jīng)由Geomagic studio 2014中進行前處理，過濾干擾點，去除碎邊及倒角等），并將單頜牙弓石膏模型分別通過選擇牙尖參考點擬合到上下頜骨上，并在二維層面上進行微調核實，最終生成精確牙面的復合模型（圖2）。

1.2.3 三維頭影測量分析及手術模擬 通過選擇測量標志點，利用眶耳平面擺正顱頜模型，并進行三維測量，針對錯畸形的情況，采取相應的正頜手術治療方案并進行手術模擬。首先進行上頜骨Le FortⅠ型截骨，并將上頜骨塊移動到相應的設計位置，然后進行雙側下頜升支矢狀骨劈開（bilateral sagittal split ramus osteotomy，BSSRO）手術，其次將牙弓石膏模型的最終咬合模型分別和上下頜骨牙面配準，這樣下頜骨遠心端骨塊就移動到了最終位置，之后將下頜骨近心端骨塊以顳下頜關節(jié)為中心旋轉并使其與遠心端骨塊貼合（圖3），最后依據(jù)需要進行頦成形術，并進行軟組織模擬。

圖1 ProPlan CMF 1.4中三維重建的上下頜骨模型Fig 1 3D reconstruction maxillary and mandibular models in ProPlan CMF 1.4

圖2 擬合石膏模型精確牙面的復合模型Fig 2 Composite model with the accuracy of dental surface by fusing plaster model

圖3 模擬手術后上頜骨及下頜骨移動到計劃位置Fig 3 Maxilla and mandible was moved to planned position after simulated surgery

圖4 單軟件數(shù)字化板的設計制作Fig 4 Design and manufacture of single software digital occlusal splint

圖5 數(shù)字化板的模型和實體Fig 5 Digital occlusal splint model and entity

1.3 牙弓石膏模型牙面陰模的制作（參考標準）

將激光掃描的石膏模型STL數(shù)據(jù)導入到Mimics 19.0中利用布爾邏輯減工具直接制作其牙面陰模，形態(tài)和數(shù)字化板形態(tài)相當。

1.4 精確性及時間分析

2 結果

手術由同一術者完成，共10例患者，其中，骨性Ⅱ類2例、Ⅲ類8例。

圖6 單軟件vs標準組與多軟件vs標準組上下頜間的擬合誤差Fig 6 Fusing error between single software vs standard group and multi-software vs standard group in maxilla and mandible

表1 單軟件vs標準組與多軟件vs標準組誤差的比較Tab 1 Error comparison between single software vs standard group and multi-software vs standard group

圖7 術中對比Fig 7 Intraoperative contrast

表2 手術方式及術中板的比較結果Tab 2 Operative methods and results of intraoperative plate comparison

表2 手術方式及術中板的比較結果Tab 2 Operative methods and results of intraoperative plate comparison

手術方式BSSRO Le FortⅠ型截骨+BSSRO Le FortⅠ型截骨+BSSRO+頦成形術例數(shù)/例結果1 7 2板無偏差板無偏差板無偏差

手術模擬時間均值如下。1）單頜手術：單軟件為73 min，多軟件為95 min；2）雙頜手術：單軟件為108 min，多軟件為155 min。無論是單頜還是雙頜手術，單軟件手術模擬時間均少于多軟件手術模擬時間。單頜手術模擬時間少于雙頜。

3 討論

隨著計算機輔助技術的發(fā)展，正頜外科計算機輔助手術模擬（computer aided surgical simulation，CASS）已逐漸成熟。早期研究主要集中于在計算機上可視化手術計劃的術后結果，之后2005年以來計算機輔助設計和計算機輔助制造（computer aided design and computer aided manufacturing，CAD/CAM）的手術導板開始作為一種將計算機輔助計劃轉移給患者的方式使用[3]。自那時起，正頜外科的CASS已經(jīng)進入了現(xiàn)代，大量商業(yè)軟件的開發(fā)，如：ProPlan CMF 1.4軟件（Materialize公司，比利時）、Dolphin 3D軟件（Dolphin Imaging and Management Solution公司，美國）和3dMDvultus軟件（3dMD公司，美國）等，給研究者提供了多種處理數(shù)據(jù)的方式，可以根據(jù)自己的需要選擇不同的軟件進行手術模擬。從技術上講，任何圖形或建模軟件都可以作為規(guī)劃軟件使用，由于各個軟件系統(tǒng)的特性，通常醫(yī)生模擬手術會在多個軟件中實現(xiàn)模擬手術所需要的每一項任務。

但是，目前尚缺乏一致的、統(tǒng)一的數(shù)字化正頜外科流程，而規(guī)范的操作流程對于建立治療指南、推動數(shù)字化正頜外科的普及、提高治療效果具有十分重要的作用[4-6]。此外，Huotilainen等[7]的研究證明：制作患者特定的生物模型的過程可以被劃分成3步（數(shù)據(jù)采集、圖像處理和模型制造），該過程中的每個步驟都可能是最終醫(yī)學模型的幾何錯誤和失真的潛在來源，并證明同一個體的醫(yī)用顱骨模型可根據(jù)DICOM與STL數(shù)據(jù)轉換軟件及技術參數(shù)的不同而有明顯差異。無論使用何種技術，在制造過程中的任何幾個步驟中都可能會出現(xiàn)錯誤，如從DICOM數(shù)據(jù)獲取到圖像處理，再到制造和結束進程。因此，無疑需要進一步研究其誤差的大小及影響。

一些學者[11-12]指出，在計算機輔助技術中布爾邏輯算法簡化了手術模擬過程，并證明了該算法的有效性、準確性。故評價板精確性時，以在Mimics 19.0中利用布爾邏輯制作的牙面陰模信息作為參考標準是可靠的。本實驗虛擬手術時保證髁突中心位置無移動，此外，本實驗評估的是術前不同方法制作數(shù)字化板的精確性差異，避免術中髁突移動對實驗的影響。

隨著CBCT成像、三維攝影和三維表面激光掃描技術的進一步改進，以及計算機輔助通信平臺的建立，一個創(chuàng)新的解決方案將使計算機輔助正頜外科規(guī)范化、精確化、流程化、高效化成為可能。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。