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        3D打印技術(shù)在提高80例應(yīng)用血管化腓骨移植修復(fù)下頜骨缺損精確度方面的臨床探討

        2016-06-07 03:46:35張新鳳董智偉鮑海宏李延超張力
        關(guān)鍵詞:導(dǎo)板下頜骨塑形

        張新鳳,董智偉,鮑海宏,李延超,張力

        (1.遼寧醫(yī)學(xué)院中國(guó)人民解放軍沈陽(yáng)軍區(qū)總醫(yī)院研究生培養(yǎng)基地,遼寧錦州121001;2.中國(guó)人民解放軍沈陽(yáng)軍區(qū)總醫(yī)院口腔頜面外科,遼寧沈陽(yáng)110016)

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        3D打印技術(shù)在提高80例應(yīng)用血管化腓骨移植修復(fù)下頜骨缺損精確度方面的臨床探討

        張新鳳1,董智偉2,鮑海宏2,李延超1,張力2

        (1.遼寧醫(yī)學(xué)院中國(guó)人民解放軍沈陽(yáng)軍區(qū)總醫(yī)院研究生培養(yǎng)基地,遼寧錦州121001;2.中國(guó)人民解放軍沈陽(yáng)軍區(qū)總醫(yī)院口腔頜面外科,遼寧沈陽(yáng)110016)

        摘要:目的探討3D打印技術(shù)在提高80例應(yīng)用血管化腓骨移植修復(fù)下頜骨缺損精確度方面所發(fā)揮的作用。方法80例下頜骨病變患者在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件上模擬完成病變切除及腓骨移植修復(fù)重建,打印出重建后的實(shí)體模型及指導(dǎo)截骨和取骨塑形的數(shù)字化導(dǎo)板,并根據(jù)模型預(yù)彎制重建板。術(shù)后1周復(fù)查CT,再將患者的CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件,對(duì)比實(shí)際手術(shù)與模擬手術(shù)截除的下頜骨頰舌側(cè)與腓骨內(nèi)外側(cè)的長(zhǎng)度誤差。結(jié)果實(shí)際手術(shù)截除頰側(cè)下頜骨與模擬手術(shù)截除頰側(cè)下頜骨誤差(MB)為(0.99±1.06)mm;實(shí)際手術(shù)截除下頜骨舌側(cè)與模擬手術(shù)截除下頜骨舌側(cè)誤差(ML)為(1.47±1.30)mm;實(shí)際手術(shù)截除腓骨內(nèi)側(cè)與模擬手術(shù)截除腓骨內(nèi)側(cè)誤差(FM)為(1.41±0.97)mm;實(shí)際手術(shù)截除腓骨外側(cè)與模擬手術(shù)截除腓骨外側(cè)誤差(FL)為(1.62± 1.46)mm。結(jié)論3D打印技術(shù)在血管化腓骨移植修復(fù)下頜骨缺損方面可獲得較高的精度。

        關(guān)鍵詞:3D打印技術(shù);血管化腓骨移植;下頜骨缺損;數(shù)字化導(dǎo)板

        下頜骨缺損的修復(fù)重建一直是國(guó)內(nèi)外口腔頜面外科醫(yī)師研究的熱點(diǎn)問題之一[1-2]。下頜骨缺損修復(fù)重建的方法有很多種,血管化腓骨移植是目前臨床應(yīng)用較多且效果較好的一種。1989年HIDAGO[3]首次報(bào)道帶血管蒂的腓骨組織瓣游離移植修復(fù)下頜骨缺損,此后該方法在下頜骨缺損的修復(fù)重建中得到廣泛應(yīng)用[4]。腓骨組織瓣具有以下優(yōu)點(diǎn)[5]:①可攜帶皮島和肌肉,可同時(shí)修復(fù)軟硬組織缺損;②腓骨瓣骨量充足,可提供20~26 cm的長(zhǎng)度;③供區(qū)并發(fā)癥較少,對(duì)肢體功能影響小等。但在實(shí)際手術(shù)時(shí)仍存在腓骨塑形難度大、手術(shù)耗時(shí)長(zhǎng)等問題。20世紀(jì)80年代,3D打印技術(shù)的出現(xiàn)很好地解決了這些問題,特別是設(shè)計(jì)制造出的數(shù)字化導(dǎo)板的應(yīng)用,國(guó)內(nèi)外已有多篇關(guān)于3D打印技術(shù)應(yīng)用于血管化腓骨移植修復(fù)下頜骨缺損臨床報(bào)道[6-7]。但對(duì)于3D打印技術(shù)應(yīng)用于血管化腓骨修復(fù)下頜骨缺損的精確度研究卻很少報(bào)道,本文將對(duì)其術(shù)前設(shè)計(jì)和術(shù)后修復(fù)效果的精確度進(jìn)行初步研究。

        1 資料與方法

        1.1一般資料

        選取2014年01月-2015年10月就診于沈陽(yáng)軍區(qū)總醫(yī)院口腔頜面外科,因下頜骨良惡性病變行下頜骨切除后,應(yīng)用血管化腓骨移植修復(fù)患者80例。其中,男性43例,女性37例。年齡23~68歲,平均45歲。所選患者的病變切除范圍均未超過下頜骨中線。

        1.2手術(shù)方法

        1.2.1虛擬手術(shù)與模型外科通過Philips Light Speed 256排螺旋CT掃描儀(層厚0.625 mm,螺距為1.5 mm)掃描,將患者的下頜骨及小腿平掃,再對(duì)小腿進(jìn)行動(dòng)脈造影。用超聲多普勒血流儀檢測(cè)一側(cè)脛前、脛后及腓動(dòng)、靜脈的血管直徑和血流情況,并在體表標(biāo)記出腓動(dòng)脈穿支。將患者的CT掃數(shù)據(jù)以DICOM格式導(dǎo)入Mimics 10.0(Materialise公司,比利時(shí))軟件,通過圖像分割、模擬切割腫瘤(切割平面的厚度設(shè)置與手術(shù)截骨的擺鋸厚度一致)、鏡像、設(shè)計(jì)截骨導(dǎo)板等程序后,將一側(cè)腓骨數(shù)據(jù)以STL格式導(dǎo)入下頜骨重建窗口,截骨位置均設(shè)計(jì)在外髁8 cm以上,調(diào)試塑形并通過Geomagic studio 2013(Geomagic公司,美國(guó))軟件設(shè)計(jì)腓骨取骨塑形導(dǎo)板。再將數(shù)據(jù)以STL格式導(dǎo)入快速成型機(jī),通過激光快速成型FDM(熔融沉積技術(shù))制造出模擬手術(shù)重建的下頜骨模型及數(shù)字化導(dǎo)板。根據(jù)實(shí)體模型進(jìn)行模型外科,明確重建板預(yù)留在下頜骨殘端上孔釘?shù)臄?shù)量(通常為3孔3釘)及位置,完成重建板的預(yù)彎制。最后將重建板和數(shù)字化導(dǎo)板進(jìn)行消毒,待術(shù)中使用。

        1.2.2手術(shù)過程①下頜骨原發(fā)病灶切除:一組醫(yī)生按照術(shù)前設(shè)用2枚螺釘固定截骨導(dǎo)板,進(jìn)行下頜骨病變的切除。常規(guī)預(yù)備1根動(dòng)脈和2根靜脈供吻合。②腓骨瓣制?。毫硪唤M醫(yī)生同時(shí)行腓骨瓣的制備。根據(jù)術(shù)前設(shè)計(jì)切口線進(jìn)行切開,尋找適合的穿支血管,沿穿支血管尋找腓動(dòng)脈及伴行靜脈。根據(jù)移植骨段長(zhǎng)短用1~2枚螺釘固定取骨塑形導(dǎo)板,進(jìn)行截骨、塑形后備用。③下頜骨重建:將已完成塑形的腓骨瓣斷蒂并轉(zhuǎn)移至受區(qū)進(jìn)行顯微血管吻合術(shù),重建血循環(huán)。根據(jù)術(shù)前預(yù)彎制重建板預(yù)留的孔釘數(shù)量初步定位重建板于下頜殘端上,然后根據(jù)重建板預(yù)彎的形狀精細(xì)調(diào)整重建板與下頜骨殘端的關(guān)系,與下頜骨緊密貼合后,鈦釘固定,完成下頜骨缺損重建。

        1.3統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

        每個(gè)患者術(shù)后7 d復(fù)查CT,數(shù)據(jù)以STL格式與術(shù)前CT同時(shí)導(dǎo)入Mimics 10.01,使術(shù)前術(shù)后下頜骨自動(dòng)重疊,顯示出術(shù)前設(shè)計(jì)的截骨導(dǎo)板,將移植的腓骨與下頜骨的左側(cè)和右側(cè)分離后,依次測(cè)量下頜骨頰側(cè)(mandibuler buccal,MB)和舌側(cè)(mandibuler lingual,ML)誤差最大值;腓骨的內(nèi)側(cè)面(fibula medialis,F(xiàn)M)和外側(cè)面(fibula lateral,F(xiàn)L)截骨誤差最大值。采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,對(duì)下頜骨頰側(cè)和舌側(cè)截骨誤差、腓骨內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面截骨誤差分別用配對(duì)t檢驗(yàn)進(jìn)行比較,P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

        2 結(jié)果

        所有手術(shù)按照模擬手術(shù)設(shè)計(jì)成功完成,腓骨瓣均成活?;颊哳伱娌孔笥覍?duì)稱,全部患者供區(qū)切口恢復(fù)良好,均未出現(xiàn)局部麻木、踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定等并發(fā)癥。使術(shù)前術(shù)后下頜骨自動(dòng)重疊(見圖1)。實(shí)際手術(shù)截除頰側(cè)下頜骨與模擬手術(shù)截除頰側(cè)下頜骨誤差(MB)為(0.99±1.06)mm,實(shí)際手術(shù)截除下頜骨舌側(cè)與模擬手術(shù)截除下頜骨舌側(cè)誤差(ML)為(1.47± 1.30)mm;實(shí)際手術(shù)截除腓骨內(nèi)側(cè)與模擬手術(shù)截除腓骨內(nèi)側(cè)誤差(FM)為(1.41±0.97)mm,實(shí)際手術(shù)截除腓骨外側(cè)與模擬手術(shù)截除腓骨外側(cè)誤差(FL)為(1.62±1.46)mm。各個(gè)部位的截骨見圖2。

        圖1 術(shù)前術(shù)后下頜骨重疊圖像

        圖2 各個(gè)部位的截骨誤差

        3 討論

        下頜骨對(duì)于人類咀嚼、吞咽和呼吸等功能起著重要作用。下頜骨缺損對(duì)患者的生存質(zhì)量有嚴(yán)重的影響,對(duì)于下頜骨的缺損進(jìn)行修復(fù)重建一直是研究的熱點(diǎn)問題之一。下頜骨缺損修復(fù)重建的方法有很多種,包括自體骨移植、異體(種)骨移植和生物材料等。異體(種)骨移植容易發(fā)生慢性免疫排斥反應(yīng)。生物材料因臨床操作困難、效果不穩(wěn)定等原因,不被臨床廣泛使用。隨著顯微外科在口腔頜面外科的應(yīng)用與發(fā)展,自體血管化腓骨移植技術(shù)日趨成熟,其顯示出諸多優(yōu)點(diǎn)。但腓骨的塑形難度大、手術(shù)耗時(shí)長(zhǎng)、并且要求臨床醫(yī)生有高超的臨床技術(shù)與良好的審美。近年來(lái),3D打印技術(shù)在下頜骨重建、正頜外科、頜面部創(chuàng)傷和顳下頜關(guān)節(jié)重建等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[8-11]。在下頜骨重建方面特別是數(shù)字化導(dǎo)板的應(yīng)用,很好地解決了截骨和取骨塑形等問題,并使血管化腓骨移植修復(fù)下頜骨缺損的手術(shù)日臻簡(jiǎn)便化、精確化。但實(shí)際手術(shù)操作中如何才能精確地按照模擬手術(shù)進(jìn)行,主要取決于下頜骨截骨的精確性、腓骨截骨的精確性、正確的設(shè)計(jì)和應(yīng)用數(shù)字化導(dǎo)板以及精確的預(yù)彎制重建板等。

        3.1下頜骨截骨的精確性

        準(zhǔn)確設(shè)計(jì)截骨線是保證精確截骨的第一步。截骨線的設(shè)計(jì)首先要結(jié)合頭顱實(shí)體模型、CT及CBCT等影像學(xué)資料以及腫瘤的性質(zhì)、臨床檢查等多方面因素。頭顱實(shí)體模型在計(jì)算機(jī)輔助外科中發(fā)揮著不可替代的作用,為截骨線的設(shè)計(jì)提供了實(shí)體依據(jù),據(jù)ARIVER等[12]報(bào)道,頭顱模型的準(zhǔn)確性與CT掃描參數(shù)有關(guān),掃描像素越小,準(zhǔn)確性越高,圖像及模型不會(huì)失真。何冬梅等[13]也報(bào)道,CT螺旋掃描層厚2 mm,螺距為1.5 mm和1.0 mm,重建頭顱模型誤差為0.54% (0.05 mm)。本研究中螺旋CT掃描厚度為0.625 mm,螺距為1.5 mm和1.0 mm,充分保證了頭顱模型的精確度。其次也要將影像學(xué)(如CT及CBCT)等資料為數(shù)據(jù)源導(dǎo)入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件,逐層觀察病變范圍,并測(cè)量與截骨線之間的距離,避免切破腫瘤,保證有足夠的腫瘤安全邊界,又要保證保留最多的健康組織。對(duì)下頜骨頰側(cè)和舌側(cè)截骨誤差用配對(duì)t檢驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),下頜骨舌側(cè)的截骨誤差大于頰側(cè)誤差。這是由于下頜骨舌側(cè)不容易直視觀察,造成實(shí)際的截骨方向與模擬手術(shù)設(shè)計(jì)的截骨方向不一致,形成截骨角度造成誤差。為了避免形成截骨角度誤差,術(shù)前術(shù)者應(yīng)根據(jù)模型及三維重建圖像仔細(xì)觀察測(cè)量下頜骨舌側(cè)的截骨位置及截骨角度。在導(dǎo)板設(shè)計(jì)方面,可以根據(jù)手術(shù)方式和手術(shù)部位暴露等情況將引導(dǎo)擺鋸入位的槽邊緣盡可能地設(shè)計(jì)制作得高一些,充分引導(dǎo)擺鋸以正確的角度入位。

        3.2腓骨截骨的精確性

        精確地截取腓骨首先要保證導(dǎo)板準(zhǔn)確的固定在模擬手術(shù)設(shè)計(jì)的部位。腓骨長(zhǎng)骨形態(tài)較規(guī)則,不如下頜骨形態(tài)復(fù)雜,導(dǎo)板就位是否準(zhǔn)確很難把握。一方面要求臨床醫(yī)生術(shù)前準(zhǔn)確地了解腓骨導(dǎo)板就位的位置,另一方面術(shù)中盡可能地剝離骨表面的軟組織,讓導(dǎo)板固定在最貼合的部位。術(shù)前行下肢動(dòng)脈的血管造影是必要的[14-15],排除患者下肢血管的變異和栓塞性疾?。?6],避免因血管變異等情況,術(shù)中更改導(dǎo)板的位置。此外研究還發(fā)現(xiàn),腓骨截骨的精確性與截骨塑形次數(shù)有關(guān),截骨塑形次數(shù)越多,截骨段越短,骨段間所成的角度越大,誤差就越大,骨段的截骨塑形的長(zhǎng)度最好≥2 cm,這樣也可以為移植骨提供充足的血供,保證移植骨的成活。對(duì)于腓骨內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面截骨誤差用配對(duì)t檢驗(yàn),差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),腓骨內(nèi)、外側(cè)面的截骨誤差無(wú)差異。

        3.3數(shù)字化導(dǎo)板和預(yù)彎制重建板的應(yīng)用

        數(shù)字化導(dǎo)板是將復(fù)雜的手術(shù)方案精確地轉(zhuǎn)移到真實(shí)手術(shù)中的橋梁與紐帶,保證了外科手術(shù)能夠按計(jì)劃精確地進(jìn)行,同時(shí)也簡(jiǎn)化了手術(shù)。導(dǎo)板可根據(jù)病變的不同情況,設(shè)計(jì)成不同的形狀,如腫瘤靠近下頜骨下緣,截骨形狀就可以設(shè)計(jì)成梯形;口底癌患者,舌側(cè)黏膜病變范圍較頰側(cè)大,設(shè)計(jì)的截骨方向可以向舌側(cè)多傾斜一些,盡可能多地保留頰側(cè)健康的黏膜。這些都充分體現(xiàn)了數(shù)字化導(dǎo)板的個(gè)性化截骨。導(dǎo)板設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵是導(dǎo)板固部位骨骼的唯一性[17],通常設(shè)計(jì)頦部及下頜角等三維生理曲度大的部位為導(dǎo)板的固定部位,應(yīng)盡量避開下頜骨體部等骨骼形態(tài)規(guī)則的部位作為導(dǎo)板固定部位。術(shù)前預(yù)彎制重建板,根據(jù)術(shù)前預(yù)彎制重建板預(yù)留的孔釘數(shù)量初步定位重建板于下頜殘端上,然后根據(jù)術(shù)前重建板預(yù)彎的形狀精細(xì)調(diào)整重建板與下頜骨殘端的關(guān)系,重建板按照術(shù)前設(shè)計(jì)的位置準(zhǔn)確就位時(shí),與重建后的下頜骨緊密貼合,對(duì)稱地恢復(fù)了面部外形,保證了手術(shù)效果。本組病例未對(duì)重建板設(shè)計(jì)就位導(dǎo)板,減少了術(shù)前模擬設(shè)計(jì)的步驟和時(shí)間,節(jié)省了術(shù)中固定重建板就位導(dǎo)板的時(shí)間,簡(jiǎn)化了手術(shù)步驟,研究結(jié)果表明并未對(duì)手術(shù)修復(fù)效果和精確度造成明顯的影響。

        綜上所述,計(jì)算機(jī)輔外科在血管化腓骨移植修復(fù)下頜骨缺損方面,通過數(shù)字化導(dǎo)板的應(yīng)用,讓復(fù)雜的手術(shù)方案精確的轉(zhuǎn)移到真實(shí)手術(shù)中,成為計(jì)算機(jī)輔助外科技術(shù)有力的輔助工具。但本研究病例數(shù)量不多,未能對(duì)精確度進(jìn)行更深入的探討研究。其次本組實(shí)驗(yàn)沒有一期設(shè)計(jì)種植體,因此對(duì)種植體植入精確度并未研究。

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        (張西倩編輯)

        論著

        Clinical application of 3D printing technology to improving accuracy of vascularized fibular graft for repairment of mandibular defect in 80 cases

        Xin-feng Zhang1,Zhi-wei Dong2,Hai-hong Bao2,Yan-chao Li1,Li Zhang2
        (1. Graduate Training Base,General Hospital of Shenyang Military Command of Chinese PLA,Liaoning Medical University,Jinzhou,Liaoning 121001,China;2. Department of Oral and Maxillofacial Surgery,General Hospital of Shenyang Military Command of Chinese PLA,Shenyang,Liaoning 110016,China)

        Abstract:Objective To explore the role of 3D printing technology in improving accuracy of the reconstruction of mandibular defect with vascularized fibula graft in 80 cases. Methods For 80 cases of mandibular disease patients simulation of lesion resection and repair and reconstruction with fibular graft were completed using computer-aided design software. The entity model after reconstruction and digital guide for guidance of bone section and bone remodeling were printed out,and then reconstruction plates were made according to pre-bending of the model. The patients had CT scan again one week after operation. The patients' CT data were input to the computer-aided design software,then the lateral length errors of mandible buccal lingual side and medial and lateral fibula sides were compared between the actual operation and simulated osteotomy. Results The mandible buccal side error between actual surgical resection of the mandible and simulated surgery resection was(0.99±1.06)mm,while the mandibular lingual side error was(1.47±1.30)mm between actual and simulated surgical osteotomy of mandibula. The fibula me-book=52,ebook=57dial side error between the actual operation excision and simulated surgical excision was(1.41±0.97)mm,while the fibula lateral error between the actual operation excision and simulated surgical excision was(1.62±1.46)mm. Conclusions The use of 3D printing technology can obtain high accuracy in the reconstruction of mandibular defect with vascularized fibula graft.

        Keywords:3D printing technology;vascularized fibular graft;mandibular defect;digital guide

        中圖分類號(hào):R782.4

        文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        DOI:10.3969/j.issn.1005-8982.2016.10.011

        文章編號(hào):1005-8982(2016)10-0051-05

        收稿日期:2015-10-30

        [通信作者]張力,E-mail:13309882712@163.com;Tel:024-28851333

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