康澤標(biāo)買曉雪王鑫謝富強(qiáng)，2

1.蘭州大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院口腔頜面外科教研室，蘭州730000；

2.蘭州大學(xué)第二醫(yī)院口腔科，蘭州730000

腫瘤導(dǎo)致的下頜骨畸形嚴(yán)重影響患者的咀嚼、吞咽、呼吸、美觀等功能，下頜骨功能的復(fù)雜性使得下頜骨缺損的重建成為口腔頜面外科醫(yī)生面臨的一大挑戰(zhàn)，恢復(fù)患者下頜骨形態(tài)和功能對腫瘤切除術(shù)后患者生活質(zhì)量的提高有重要意義[1]。

下頜骨重建并非簡單意義上的恢復(fù)下頜骨連續(xù)性，而是一項(xiàng)以外科為主，同時(shí)綜合口腔修復(fù)、口腔種植等多個(gè)專業(yè)的系統(tǒng)工程，具有一定的復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性[2]。近年來，計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)（computer-assisted surgery，CAS）有力地促進(jìn)了顱頜面骨骼重建手術(shù)向個(gè)性化、高精確度的方向發(fā)展，與傳統(tǒng)的手術(shù)相比，它正在成為實(shí)現(xiàn)精確對稱的骨修復(fù)的里程碑式的技術(shù)[3-7]。但目前對于CAS術(shù)后效果的評估方法還比較匱乏，大多數(shù)研究方法都是通過對比虛擬手術(shù)與實(shí)際手術(shù)的差異，進(jìn)而評估手術(shù)的精確度[8-9]，忽略了術(shù)前與術(shù)后下頜骨形態(tài)的對比及CAS對患者術(shù)后面容及功能的改善。

因此，本研究提出了一種通過對比術(shù)前與術(shù)后下頜骨三維模型在冠狀、矢狀、軸向3個(gè)方向的三維下頜角差異來精確、可重復(fù)、簡易地評估計(jì)算機(jī)輔助游離腓骨下頜骨重建術(shù)術(shù)后效果的方法。

1 材料和方法

1.1 病例選擇

選擇2015年1月—2020年1月期間因下頜骨腫瘤于蘭州大學(xué)第二醫(yī)院口腔科行計(jì)算機(jī)輔助游離腓骨下頜骨重建的20名患者作為研究對象，男性10例，女性10例；最大年齡59歲，最小年齡17歲，平均年齡38.70歲±13.72歲；病理診斷為成釉細(xì)胞瘤15例，角化囊性瘤2例，骨化纖維瘤3例；平均術(shù)中出血量230 mL±76.35 mL；平均住院時(shí)長30.25 d±5.85 d。采用Brown等[10]基于重建需求及腫瘤學(xué)原則的分類方法對下頜骨缺損進(jìn)行分類：Ⅰ類缺損7例，Ⅱ類缺損5例，Ⅱc類缺損8例（表1）。分別于術(shù)前1周、術(shù)后1月采集患者錐形束CT（cone beam computed tomography，CBCT）圖像，CBCT圖像采集選擇同一機(jī)器，掃描層厚均為1 mm。

表1 20例患者臨床資料Tab 1 Clinical data of 20 patients

1.2 手術(shù)過程

所有的手術(shù)均由2個(gè)手術(shù)小組協(xié)作完成，一組負(fù)責(zé)原發(fā)灶切除及受區(qū)準(zhǔn)備，另一組負(fù)責(zé)游離腓骨皮瓣的制取，所有的手術(shù)都是由資深的口腔頜面外科醫(yī)生完成。受區(qū)部位的準(zhǔn)備見圖1，行頜下切口暴露下頜骨后，在下頜骨切割導(dǎo)板引導(dǎo)下進(jìn)行切緣準(zhǔn)備。另一組同時(shí)切取腓骨，在腓骨切割導(dǎo)板引導(dǎo)下進(jìn)行腓骨楔形切除，然后進(jìn)行腓骨塑形（圖2）。塑形后的腓骨轉(zhuǎn)移至切除后的下頜骨缺損處，用預(yù)先彎制的重建鈦板鈦釘固定后進(jìn)行顯微血管吻合（圖3），最后分別進(jìn)行受區(qū)創(chuàng)面和供區(qū)創(chuàng)面縫合。術(shù)中對皮瓣進(jìn)行了嚴(yán)密的監(jiān)測，并立即記錄和處理發(fā)生的并發(fā)癥。

圖1 在下頜骨切割導(dǎo)板引導(dǎo)下進(jìn)行切緣準(zhǔn)備Fig 1 Preparation of the excision edges under the guidance of the mandibular cutting guide plate

圖2 在腓骨切割導(dǎo)板的引導(dǎo)下行腓骨楔形切除塑形Fig 2 Wedge resection and shaping of fibula under the guidanceof fibulacutting guide plate

圖3 腓骨塑形后重建鈦板、鈦釘固定，行顯微血管吻合Fig 3 Microvascular anastomosis after fibulareconstruction plate and titanium nail fixation

1.3 研究方法

將采集的CBCT圖像導(dǎo)出為DICOM圖像集后導(dǎo)入Mimics Research 21.0軟件中進(jìn)行下頜骨的三維重建，然后將重建得到的下頜骨模型以STL文件格式導(dǎo)入3-matic Research 13.0軟件。利用點(diǎn)對齊工具在術(shù)前、術(shù)后的下頜骨模型上確定多個(gè)特征性標(biāo)記點(diǎn)將患者術(shù)前及術(shù)后下頜骨模型對齊（圖4）。

圖4 術(shù)前與術(shù)后下頜骨模型的對齊Fig 4 Align the mandibular model before and after operation

在對齊后的下頜骨模型上建立3個(gè)平面以確定下頜骨的三維空間坐標(biāo)系（圖5），水平面采用法蘭克福平面，通過繪制一個(gè)通過內(nèi)耳道和眶下緣的最低點(diǎn)的平面來確定[11]，正中矢狀面是通過繪制一個(gè)通過眉尖、基底孔和切牙孔的平面來確定[12]，將通過鼻根點(diǎn)并垂直于矢狀面和水平面的平面確定為冠狀面。

圖5 通過繪制正中狀面、水平面、冠狀面確定下頜骨的三維空間坐標(biāo)系Fig 5 Determine the three-dimensional coordinate system of the mandible by the median sagittal plane，horizontal planeand coronal plane

將髁突內(nèi)外極與垂直角確定的平面定義為冠狀小平面，將髁突上緣中點(diǎn)、水平角、頦頂點(diǎn)3個(gè)點(diǎn)確定的平面定義為矢狀小平面，將垂直角、水平角與頦頂點(diǎn)確定的平面定義為軸向小平面。當(dāng)手術(shù)切除髁突、水平角、垂直角及頦頂點(diǎn)時(shí)的處理方法如下：1）如果切除垂直角，則應(yīng)選擇兩段植骨節(jié)段之間截骨面的最下點(diǎn)作為垂直角；2）水平角缺失時(shí)，應(yīng)在植骨水平段的最前最下部創(chuàng)建一個(gè)虛擬點(diǎn)，并將其作為水平角；3）對于切除髁突的病例，則選擇植骨節(jié)段上緣中點(diǎn)及最內(nèi)側(cè)、最外側(cè)作為虛擬點(diǎn)；4）對于切除頦頂點(diǎn)的病例，在植骨節(jié)段最前、最下緣建立一個(gè)虛擬點(diǎn)，將其作為頦頂點(diǎn)。水平角與垂直角根據(jù)Brown等[10]的分類方法可以確認(rèn)。

冠狀小平面與冠狀面的夾角記為冠狀下頜角，矢狀小平面與正中矢狀面的夾角記為矢狀下頜角，軸向小平面與冠狀小平面的夾角記為軸向下頜角。根據(jù)以下公式，使用水平面、正中矢狀面、冠狀面、冠狀小平面、矢狀小平面、軸向小平面的法向量來計(jì)算角度（圖6）。

圖6 確定矢狀小平面、冠狀小平面、軸向小平面Fig 6 Determine the sagittal plane，the coronal plane and the axial plane

其中α表示2個(gè)平面之間的夾角，n1和n2表示這2個(gè)平面的法向量，根據(jù)冠狀小平面的法向量與冠狀面的法向量計(jì)算得到冠狀下頜角，矢狀小平面的法向量與正中矢狀面的法向量計(jì)算得到矢狀下頜角，軸向小平面法向量與冠狀小平面的法向量計(jì)算得到軸向下頜角。

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算與評估

計(jì)算術(shù)前、術(shù)后的健側(cè)和患側(cè)三維下頜角：比較術(shù)前健側(cè)和患側(cè)三維下頜角的差異，評估腫瘤對下頜骨三維形態(tài)的影響；比較術(shù)后健側(cè)和患側(cè)三維下頜角的差異，評估手術(shù)后下頜骨健患側(cè)形態(tài)的對稱性。

根據(jù)不同的缺損類型將病例分為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅱc類，計(jì)算不同缺損類型術(shù)前、術(shù)后的健側(cè)和患側(cè)三維下頜角：分類比較不同缺損類型術(shù)前健側(cè)和患側(cè)三維下頜角的差異，評估腫瘤在不同缺損類型中對下頜骨三維形態(tài)的影響；分類比較不同缺損類型術(shù)后健側(cè)和患側(cè)三維下頜角的差異，評估手術(shù)后下頜骨健側(cè)和患側(cè)形態(tài)的對稱性。

計(jì)算術(shù)前、術(shù)后的健側(cè)和患側(cè)三維下頜角差值的絕對值：比較術(shù)前、術(shù)后健側(cè)和患側(cè)三維下頜角差值的絕對值，評估手術(shù)對下頜骨三維方向畸形的改善效果，進(jìn)而評估手術(shù)的精確度。

根據(jù)缺損類型分類計(jì)算不同的缺損類型術(shù)前、術(shù)后的健側(cè)和患側(cè)三維下頜角差值的絕對值：分類比較不同缺損類型術(shù)前、術(shù)后健側(cè)和患側(cè)三維下頜角差值的絕對值，評估手術(shù)對不同缺損類型下頜骨三維方向畸形的改善效果，進(jìn)而評估手術(shù)在不同類型的下頜骨缺損中的精確度。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

上述測量數(shù)據(jù)收集整理后，統(tǒng)一編碼，采取雙人核對錄入法錄入數(shù)據(jù)以控制錄入質(zhì)量，所得數(shù)據(jù)應(yīng)用SPSS 26.0軟件進(jìn)行分析。采用配對樣本T檢驗(yàn)的方法評價(jià)：術(shù)前、術(shù)后的健側(cè)和患側(cè)三維下頜角差異；不同缺損類型術(shù)前、術(shù)后的健側(cè)和患側(cè)三維下頜角差異；術(shù)前、術(shù)后健側(cè)和患側(cè)三維下頜角差值的絕對值差異；不同的缺損類型術(shù)前、術(shù)后的健側(cè)和患側(cè)三維下頜角差值的絕對值差異。當(dāng)P＜0.05時(shí)，認(rèn)為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。計(jì)量資料采用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行表示。

2 結(jié)果

2.1 成功率及并發(fā)癥

在納入研究的20例病例中，發(fā)生并發(fā)癥5例，其中術(shù)后供區(qū)感染3例，受區(qū)感染1例，術(shù)后呼吸困難1例，給予及時(shí)的對癥處理后均消除了對應(yīng)的并發(fā)癥。所有患者術(shù)后1年內(nèi)均得以保留植入骨塊，未發(fā)現(xiàn)因骨塊感染取出植入骨塊者。

2.2 術(shù)前、術(shù)后三維下頜角的比較

在納入研究的20例病例中，術(shù)前健側(cè)冠狀下頜角平均為16.43°±5.80°，矢狀下頜角平均為26.18°±6.50°，軸向下頜角平均為66.54°±9.12°。術(shù)前患側(cè)冠狀下頜角平均為16.24°±5.46°，矢狀下頜角平均為29.90°±5.13°，軸向下頜角平均為65.00°±9.46°。術(shù)前健側(cè)和患側(cè)下頜角在冠狀向、及軸向差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），術(shù)前健側(cè)和患側(cè)下頜角在矢狀向差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），表明腫瘤造成的下頜骨畸形在冠狀向及軸向表現(xiàn)不明顯而在矢狀向則表現(xiàn)較為明顯。

術(shù)后健側(cè)冠狀下頜角平均為16.79°±5.76°，矢狀下頜角平均為26.43°±6.31°，軸向下頜角平均為66.76°±8.98°。術(shù)后患側(cè)冠狀下頜角平均為17.03°±5.06°，矢狀下頜角平均為27.35°±5.36°，軸向下頜角平均為66.11°±8.16°。術(shù)后健側(cè)和患側(cè)下頜角在冠狀向、矢狀向及軸向差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），表明術(shù)后下頜骨健側(cè)和患側(cè)形態(tài)在三維方向上均沒有顯著的差異，下頜骨健側(cè)和患側(cè)的形態(tài)對稱，手術(shù)有效地改善了腫瘤造成的下頜骨三維方向的畸形（表2）。

表2 術(shù)前和術(shù)后下頜骨模型冠狀、矢狀、軸向下頜角統(tǒng)計(jì)分析Tab 2 Statistical analysis of coronal，sagittal and axial mandibular angle of mandibular model before and after operation

2.3 不同缺損類型術(shù)前、術(shù)后三維下頜角之間的比較

在對Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅱc類病例的統(tǒng)計(jì)分析中，Ⅰ類缺損術(shù)前健側(cè)和患側(cè)矢狀下頜角、術(shù)后健側(cè)和患側(cè)軸向下頜角差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），其余各類缺損術(shù)前與術(shù)后健側(cè)和患側(cè)三維下頜角差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），提示在Ⅰ類缺損時(shí)，術(shù)前方案的設(shè)計(jì)需要特別關(guān)注下頜骨軸向的對稱性（表3）。

表3 不同缺損類型術(shù)前和術(shù)后下頜骨模型冠狀、矢狀、軸向下頜角統(tǒng)計(jì)分析Tab 3 Statistical analysis of coronal，sagittal and axial mandibular angles of mandibular models with different types of defects before and after operation

2.4 不同缺損類型術(shù)前、術(shù)后三維下頜角差值的絕對值的比較

Ⅰ類缺損術(shù)前與術(shù)后健側(cè)和患側(cè)矢狀、冠狀下頜角差值的絕對值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），其余各類缺損術(shù)前與術(shù)后健側(cè)和患側(cè)三維下頜角差值的絕對值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），提示Ⅰ類缺損的病例在術(shù)前設(shè)計(jì)時(shí)，需要特別注意恢復(fù)下頜骨矢狀向與冠狀向的對稱性（表4）。

表4 不同缺損類型術(shù)前與術(shù)后冠狀、矢狀、軸向下頜角差值的絕對值統(tǒng)計(jì)分析Tab 4 Statistical analysis of the absolute value of the difference of coronal，sagittal and axial mandibular angle between different types of defects before and after operation

2.5 術(shù)前、術(shù)后三維下頜角差值的絕對值的比較

術(shù)前健側(cè)和患側(cè)冠狀下頜角差值的絕對值平均為6.15°±4.88°，術(shù)后健側(cè)和患側(cè)冠狀下頜角的差值的絕對值平均為1.35°±1.03°。術(shù)前健側(cè)和患側(cè)矢狀下頜角的差值的絕對值平均為6.44°±5.27°，術(shù)后健側(cè)和患側(cè)矢狀下頜角的差值的絕對值平均為1.97°±1.23°。術(shù)前健側(cè)和患側(cè)軸向下頜角差值的絕對值平均為5.43°±3.66°，術(shù)后健側(cè)和患側(cè)軸向下頜角的差值的絕對值平均為1.53°±1.08°。術(shù)前與術(shù)后健側(cè)和患側(cè)冠狀、矢狀、軸向下頜角差值絕對值之間的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01），表明手術(shù)對于腫瘤造成的三維方向的頜骨畸形均有極為明顯的改善，能有效恢復(fù)下頜骨解剖結(jié)構(gòu)的精確對稱（表5）。

表5 術(shù)前與術(shù)后冠狀、矢狀、軸向下頜角差值的絕對值統(tǒng)計(jì)分析Tab 5 Statistical analysis of the absolute value of the difference of coronal，sagittal and axial mandibular angle before and after operation

3 討論

自2009年由Hirsch等[13]引入以來，CAS獲得了廣泛的臨床應(yīng)用。CAS的流程包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、數(shù)據(jù)操作和虛擬手術(shù)、手術(shù)計(jì)劃和輔助工具的準(zhǔn)備。手術(shù)計(jì)劃和輔助工具包括手術(shù)藍(lán)圖、切割指南、患者的個(gè)性化植入物（patient-specific implant，PSI）等[14]。目前大多數(shù)的CBCT都能獲得足夠的數(shù)據(jù)來完成手術(shù)的設(shè)計(jì)。CAS允許外科醫(yī)生在手術(shù)前進(jìn)行虛擬手術(shù)，并在腦海中提前規(guī)劃，進(jìn)而預(yù)測可能的困難和并發(fā)癥，縮短實(shí)際手術(shù)的時(shí)間。其次，可以規(guī)劃腫瘤的切除邊緣，從而根據(jù)腫瘤切除后預(yù)期的缺陷對重建進(jìn)行分類。第三，使用鏡像功能，可以創(chuàng)建精確對稱的模型。與傳統(tǒng)重建手術(shù)相比，CAS能夠有效縮短手術(shù)時(shí)間、降低術(shù)中發(fā)生錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)，降低手術(shù)成本。

經(jīng)過近十幾年的發(fā)展，CAS已經(jīng)發(fā)展相對成熟，并被廣泛用于節(jié)段性下頜骨缺損的重建。但是目前對于下頜骨重建的術(shù)后效果及精確度缺乏系統(tǒng)的評估方法。van Baar等[15]從成像、數(shù)據(jù)比較、三維模型的體積評估、缺陷的分類提出了一種可重復(fù)的精確評估指南。但是這一評估指南只能用于評估虛擬手術(shù)與實(shí)際手術(shù)的精確度差異，無法評估手術(shù)對腫瘤造成下頜骨畸形的改善效果。而本研究通過術(shù)前與術(shù)后下頜骨模型三維下頜角的對比可以評估CAS對于腫瘤造成的下頜骨畸形的改善效果，可以有效地彌補(bǔ)該評估指南的不足。

本研究對比了術(shù)前患者健側(cè)和患側(cè)下頜骨冠狀、矢狀、軸向下頜角的差異，發(fā)現(xiàn)術(shù)前健側(cè)和患側(cè)矢狀下頜角差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），提示腫瘤造成的畸形主要表現(xiàn)在下頜骨的矢狀向，這與腫瘤的頰舌側(cè)生長造成的頰舌側(cè)骨板的膨隆是相符的，而術(shù)前的健側(cè)和患側(cè)下頜角在冠狀向及軸向差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），提示腫瘤造成的畸形在下頜骨的冠狀向及軸向表現(xiàn)不明顯。而術(shù)后健側(cè)和患側(cè)下頜角在冠狀向、矢狀向及軸向差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），說明手術(shù)有效改善了下頜骨的畸形，特別是矢狀向的下頜骨畸形。

此外，本研究還對比了術(shù)前健側(cè)和患側(cè)下頜角與術(shù)后健側(cè)和患側(cè)下頜角差值的絕對值，用于評估手術(shù)對于患者下頜骨對稱性的改善程度。結(jié)果顯示在納入研究的20例病例中，術(shù)后健側(cè)和患側(cè)冠狀下頜角差值的絕對值較術(shù)前縮小了78%（P＜0.01），術(shù)后健側(cè)和患側(cè)矢狀下頜角差值的絕對值較術(shù)前縮小了69%（P＜0.01），術(shù)后健側(cè)和患側(cè)軸向下頜角的差值的絕對值較術(shù)前縮小了72%（P＜0.01）。

最后本研究對不同缺損類型的病例進(jìn)行了分組討論，結(jié)果提示在Ⅰ類缺損的病例中，術(shù)后健側(cè)和患側(cè)冠狀下頜角之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），術(shù)前與術(shù)后健側(cè)和患側(cè)矢狀、冠狀下頜角差值的絕對值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。結(jié)果表明，雖然Ⅰ類缺損相對簡單，但是容易導(dǎo)致手術(shù)設(shè)計(jì)者忽略術(shù)前下頜骨三維方向的對稱性。提示手術(shù)設(shè)計(jì)者在面對Ⅰ類缺損病例的術(shù)前設(shè)計(jì)時(shí)，需要對待下頜骨三維方向的對稱性的設(shè)計(jì)更加謹(jǐn)慎。

本研究結(jié)果表明計(jì)算機(jī)輔助游離腓骨移植手術(shù)是一項(xiàng)高度精確的下頜骨重建手術(shù)，能有效地改善腫瘤造成的下頜骨三維方向的畸形，恢復(fù)下頜骨形態(tài)的精確對稱，恢復(fù)患者面容的美觀。本研究的評估方法能夠有效地評估計(jì)算機(jī)輔助游離腓骨下頜骨重建手術(shù)的術(shù)后效果，定量評價(jià)手術(shù)對于下頜骨健側(cè)和患側(cè)對稱性的改善效果，間接地評價(jià)手術(shù)對患者術(shù)后面容的改善效果，且本研究的方法相對簡易，可以為臨床醫(yī)生提供一種實(shí)用、標(biāo)準(zhǔn)化的評估方法。

在本研究中，由于病例數(shù)量的限制，缺少Ⅲ類、Ⅳ類缺損的病例資料，未能對Ⅲ類、Ⅳ類缺損病例下頜角按缺損類型進(jìn)行評估。在后續(xù)的研究中，本研究團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)完善病例資料，進(jìn)一步研究手術(shù)對不同類型的缺損的術(shù)后效果。同時(shí)，本研究團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)依托計(jì)算機(jī)輔助分析軟件，嘗試對患者術(shù)前與術(shù)后軟組織的差異進(jìn)行進(jìn)一步的探索研究。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。