劉華蔚 畢文婷 李永鋒 張安東 胡 敏

頜骨是頜面部主要的骨性支架，頜骨缺損多見于外傷、腫瘤、骨髓炎及先天因素。頜骨缺損不僅影響患者的外形與美觀，還會導(dǎo)致吞咽、咀嚼及言語等功能障礙，影響患者的生活質(zhì)量，導(dǎo)致沉重的精神壓力和心理負(fù)擔(dān)[1]。因此，如何修復(fù)頜骨缺損，恢復(fù)口腔功能及改善面部外形是口腔頜面外科的重要課題。

隨著功能性重建和個(gè)性化修復(fù)概念的提出，人們對頜骨缺損重建手術(shù)的修復(fù)效果提出了更高的要求，數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用使頜骨缺損的個(gè)性化重建和精確重建成為可能[2]。這不僅降低了頜骨重建手術(shù)的學(xué)習(xí)難度，更提高了手術(shù)的精確度，更好的恢復(fù)了患者的面型及咬合關(guān)系。然而，目前口腔頜面外科的教學(xué)仍以傳統(tǒng)的教師講授為主，學(xué)生對于口腔頜面部的各組織結(jié)構(gòu)間的解剖關(guān)系、移植骨和頜骨缺損部位的對應(yīng)關(guān)系等難以深刻理解。數(shù)字化三維手術(shù)模擬結(jié)合3D打印技術(shù)應(yīng)用于口腔頜面外科教學(xué)，有助于深化學(xué)生對于骨移植過程中組織結(jié)構(gòu)關(guān)系，建立三維立體的形象思維，提升學(xué)習(xí)效率和教學(xué)質(zhì)量[3]。

1.頜骨缺損重建三維手術(shù)模擬及3D打印模型的制備

1.1 病例資料 選擇在解放軍總醫(yī)院口腔外科完成手術(shù)的下頜骨腫瘤患者作為研究病例。選擇2例患者做典型病例，其中1例采用游離髂骨移植修復(fù)，1例采用血管化腓骨移植修復(fù)，采集患者術(shù)前螺旋CT數(shù)據(jù)及大體圖像，術(shù)中及術(shù)后CT數(shù)據(jù)及圖像。

1.2 數(shù)字化三維手術(shù)設(shè)計(jì)與模擬 對患者進(jìn)行CT(Somatom Emotion 16，Siemens)螺旋掃描(層厚2mm，螺距1.5mm)，經(jīng)三維軟件圖像處理后，獲得顱骨及供區(qū)骨骼的三維影像，將術(shù)前CT數(shù)據(jù)以DICOM格式導(dǎo)入Mimics10.0軟件中，分別重建出頜骨及供區(qū)骨骼的三維解剖模型(圖1)。根據(jù)患者病變范圍設(shè)計(jì)下頜骨切除范圍，在重建好的頜骨模型上行模擬手術(shù)切除病變頜骨。通過鏡像技術(shù)，利用健側(cè)的下頜骨鏡像至患側(cè)，恢復(fù)被破壞的下頜骨外形，為下頜骨的重建提供依據(jù)。將患者供區(qū)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics10.0軟件中，根據(jù)下頜骨缺損的位置及范圍，以鏡像后的頜骨為修復(fù)重建依據(jù)，將供區(qū)移植骨進(jìn)行精確設(shè)計(jì)及分割，調(diào)整其長度與角度，使其在三維位置上盡量恢復(fù)頜骨缺損區(qū)的外形及功能，并將供區(qū)骨遷移至下頜骨缺損處，進(jìn)行精確匹配及調(diào)整。

1.3 3D打印模板的設(shè)計(jì)及制備 根據(jù)術(shù)前在數(shù)字化軟件中的虛擬設(shè)計(jì)方案，可同步設(shè)計(jì)下頜骨截骨導(dǎo)板、腓骨/髂骨截骨導(dǎo)板、塑形導(dǎo)板、就位導(dǎo)板等手術(shù)導(dǎo)板。根據(jù)腫瘤范圍設(shè)計(jì)截骨范圍，制作截骨導(dǎo)板，截骨導(dǎo)板的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮術(shù)中術(shù)野暴露的充分性、導(dǎo)板就位在實(shí)際應(yīng)用中可重復(fù)性、導(dǎo)板對周圍組織無妨礙等因素。腓骨截骨導(dǎo)板應(yīng)考慮血管蒂的方向、腓骨三維方向的擺放、固定鈦板位置的預(yù)留等；髂骨截骨導(dǎo)板應(yīng)考慮術(shù)中所能切取髂骨的位置、髂骨與下頜骨形態(tài)的匹配、髂嵴頂?shù)奈恢玫纫蛩?。根?jù)最終修復(fù)形態(tài)設(shè)計(jì)就位導(dǎo)板，就位導(dǎo)板應(yīng)與截骨導(dǎo)板具有良好的位置重復(fù)。使用快速成型技術(shù)(Rapid Prototyping)將STL格式文件導(dǎo)入驅(qū)動計(jì)算機(jī)采用3D打印機(jī)打印出仿真的樹脂頭顱模型及頜骨修復(fù)后模型及術(shù)中截骨導(dǎo)板、就位導(dǎo)板(圖1)。

圖1 下頜骨數(shù)字化三維手術(shù)模擬設(shè)計(jì)及模型打印

2.方法

選取?？漆t(yī)師培訓(xùn)基地的年輕醫(yī)師20名，進(jìn)行頜骨缺損重建手術(shù)的教學(xué)及操作培訓(xùn)。隨機(jī)將20名學(xué)生分為A、B組(n=10)。A組：采用常規(guī)幻燈演示進(jìn)行教學(xué)；B組：數(shù)字化三維手術(shù)模擬結(jié)合3D打印模型教學(xué)。

教學(xué)效果評價(jià)：(1)課后發(fā)放測驗(yàn)題，共25道選擇題(50分)，包含頜骨解剖及頜骨疾病相關(guān)知識點(diǎn)，當(dāng)場收回。(2)從臨床數(shù)據(jù)庫中調(diào)取一例頜骨腫瘤患者病例，要求根據(jù)臨床病史及影像學(xué)資料做出初步診斷，并總結(jié)頜骨病變的特點(diǎn)，做出鑒別診斷，陳述治療原則，根據(jù)患者病情制定最后的治療方案，并描述手術(shù)過程及術(shù)中術(shù)后注意事項(xiàng)。由2名高級職稱老師進(jìn)行打分(50分)。

3.結(jié)果

應(yīng)用SPSS12.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行兩組學(xué)生考試分?jǐn)?shù)的數(shù)據(jù)分析，計(jì)量資料采用t檢驗(yàn)，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。統(tǒng)計(jì)顯示，A組學(xué)生的考試分?jǐn)?shù)(84.4±6.08)高于B組(73.1±4.28)(P＜0.05)。證明數(shù)字化三維手術(shù)模擬結(jié)合3D打印技術(shù)應(yīng)用于頜骨缺損重建手術(shù)教學(xué)效果良好，高于傳統(tǒng)教學(xué)。

4.討論

口腔頜面外科手術(shù)因手術(shù)部位血運(yùn)豐富、臨近呼吸道及頸部重要血管神經(jīng)，手術(shù)出血多，易損傷周圍的重要解剖結(jié)構(gòu)，可能出現(xiàn)嚴(yán)重的并發(fā)癥，甚至危及患者生命安全[4]。因此，年輕醫(yī)師在進(jìn)行臨床實(shí)際操作前，應(yīng)盡可能地掌握頜面部解剖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及各種手術(shù)操作技能，熟悉手術(shù)操作流程及要點(diǎn)。頜骨缺損的病因常見于腫瘤、放射性骨髓炎、慢性骨髓炎及外傷，目前臨床上最常用的修復(fù)方法為自體骨移植，常見的取骨區(qū)域?yàn)槔吖恰Ⅶ墓?、腓骨等。因髂骨及腓骨骨量可滿足下頜骨移植修復(fù)的需要，且移植后均有條件術(shù)后行種植義齒修復(fù)，恢復(fù)患者咬合關(guān)系及咀嚼功能，因此，髂骨及腓骨移植是目前臨床上主流的下頜骨缺損修復(fù)的自體骨移植方法[5，6]。

頜骨缺損修復(fù)一直以來都是相對抽象化的教學(xué)內(nèi)容，如果單從課本上學(xué)習(xí)，掌握起來非常困難。從臨床角度而言，手術(shù)過程術(shù)區(qū)暴露有限、視野狹小、解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于觀摩學(xué)習(xí)，在一定程度上加大了學(xué)習(xí)難度。傳統(tǒng)教學(xué)模式多以圖片、文字以及手術(shù)視頻等方式為主，但教學(xué)效果并不理想，學(xué)生對整個(gè)手術(shù)過程缺乏直觀性，無法形成立體印象，因此學(xué)生學(xué)習(xí)效率較低且無法對各知識點(diǎn)充分理解。對于頜面部較為復(fù)雜、精確度要求較高并且手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)較大的頜骨移植修復(fù)手術(shù)，所需要的培訓(xùn)周期相對更長。

數(shù)字化虛擬手術(shù)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將各種醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中，建立一個(gè)數(shù)字化三維模型，在虛擬環(huán)境中進(jìn)行手術(shù)設(shè)計(jì)與模擬操作。利用該技術(shù)教學(xué)，可以使學(xué)生更直觀的認(rèn)識手術(shù)過程，熟悉手術(shù)流程及解剖結(jié)構(gòu)，完成技能訓(xùn)練，為臨床實(shí)際手術(shù)操作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[7-10]。劉冰等[11]在頜骨缺損重建臨床教學(xué)中引入快速原型技術(shù)，發(fā)現(xiàn)能使學(xué)生較好地理解和掌握教學(xué)內(nèi)容，提高了解決實(shí)際問題的能力。蔡卜磊等[12]采用數(shù)字化三維手術(shù)設(shè)計(jì)與模擬系統(tǒng)在正頜外科教學(xué)中應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)其能提高學(xué)生對正頜手術(shù)的認(rèn)識，是一種更加有效的教學(xué)方式。

3D打印技術(shù)是快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。頜骨3D打印是將設(shè)計(jì)好的STL格式文件導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，3D打印頜骨模型及導(dǎo)板。通過對模型的觀察，受訓(xùn)醫(yī)師可加深印象，更直觀的觀察手術(shù)截骨植骨的過程，對手術(shù)方案及植骨塊三維方向的擺放有更清晰的認(rèn)識，進(jìn)一步加深對該手術(shù)方式及過程的理解。彭歆等[13]利用數(shù)字化技術(shù)輔助游離髂骨瓣/腓骨瓣修復(fù)下頜骨缺損，術(shù)后顯示髁狀突位置、下頜骨形態(tài)、義齒修復(fù)及患者外形滿意度均明顯高于對照組，顯示其臨床應(yīng)用的優(yōu)勢。陳鵬等[14]利用3D打印技術(shù)在頜骨缺損修復(fù)教學(xué)中應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)能使學(xué)生能更好的理解和掌握內(nèi)容，提高解決問題的能力。

數(shù)字化三維手術(shù)設(shè)計(jì)與模擬培訓(xùn)具有可重復(fù)性，受訓(xùn)醫(yī)師可在虛擬模型上進(jìn)行反復(fù)的截骨移動嘗試，確定最終的手術(shù)方案。在三維空間可加深對頜骨手術(shù)切除及腓骨/髂骨移植修復(fù)的理解。通過在3D打印模型上進(jìn)行模型外科教學(xué)，可以使受訓(xùn)醫(yī)師對頜骨缺損重建具有更直觀的認(rèn)識，加深對頜骨解剖形態(tài)的理解及咬合重建重要性的認(rèn)識，具有較高的手術(shù)教學(xué)意義。本組醫(yī)師通過數(shù)字化三維手術(shù)模擬結(jié)合3D打印技術(shù)教學(xué)培訓(xùn)，教學(xué)效果明顯好于對照組，特別是在臨床病例分析環(huán)節(jié)，該組學(xué)生對頜骨缺損重建手術(shù)過程及術(shù)中注意事項(xiàng)的理解明顯優(yōu)于對照組，顯示出該教學(xué)方法的明顯優(yōu)勢。

總之，本研究發(fā)現(xiàn)，將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用到頜骨缺損教學(xué)中是一種很好的嘗試，在將來的教學(xué)中值得推廣應(yīng)用。但是數(shù)字化技術(shù)也有其不足之處，學(xué)習(xí)過程中必須使用專業(yè)的電腦軟件；3D打印需要專業(yè)設(shè)備與材料，雖為即刻成型技術(shù)卻仍需制作周期，資金與時(shí)間投入較多；目前技術(shù)及材料所限尚無法實(shí)現(xiàn)軟組織的特性。此外，數(shù)字化模擬手術(shù)中復(fù)位骨塊以及定點(diǎn)測量也存在一定誤差，必須要有一定手1術(shù)經(jīng)驗(yàn)的教師進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)，這些問題都有待于進(jìn)一步的研究解決。