黃 躍， 林李嵩， 黃建平， 施 斌， 黃 立， 江 燕

正頜外科是頜面部不對稱畸形治療的主要方式，傳統(tǒng)的正頜外科治療是正頜-正畸聯(lián)合治療[1]。在治療周期中，術(shù)前正畸過程時間占全部治療過程的一半[2]。而在此過程中，由于牙齒去代償?shù)脑?，患者會感覺面部畸形較治療前更嚴(yán)重。針對于此，“手術(shù)優(yōu)先”治療牙頜面畸形的概念逐步應(yīng)用于臨床實踐?！笆中g(shù)優(yōu)先”是指在牙頜面畸形治療中優(yōu)先進(jìn)行正頜手術(shù)，后再配合術(shù)后正畸治療的方法[3]。在“手術(shù)優(yōu)先”過程中要解決的首要問題是患者頜骨的位置，只有頜骨移動到適合的位置才能引導(dǎo)術(shù)后牙齒正常的咬合及合適的面型，這一切都需要良好的手術(shù)模擬[4]。筆者所在課題組將口內(nèi)牙齒石膏模型的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化處理，與頭顱CT數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)接。通過手術(shù)軟件對頭顱模型進(jìn)行上下頜的截骨、骨塊移動等操作，收集并輸出數(shù)據(jù)，經(jīng)快速原型機(jī)打印形成三維導(dǎo)板從而代替?zhèn)鹘y(tǒng)模型外科用于指導(dǎo)手術(shù)，以期為“手術(shù)優(yōu)先”模式提供一個新的參考。

1 對象與方法

1.1對象 選取2017年8月—2018年8月筆者醫(yī)院收治的6例下頜骨不對稱畸形患者，男性2例，女性4例，年齡(21.2±2.6)歲(18～25歲)，均為下頜骨髁突發(fā)育異常引起的面部不對稱畸形，病史>3年?；颊咴谡幸Ш衔缓拖骂M骨姿勢位時下頜骨都處于不對稱狀態(tài)。

1.2頭顱螺旋CT掃描與三維重建 所有患者術(shù)前均進(jìn)行層厚為1.25 mm的顱頜面部CT掃描(320排螺旋 CT 掃描機(jī)，Aquilionone，日本東芝公司)：選擇螺距為15，球管螺旋時間0.5 s/圈，球管電流350 mA，電壓120 V，圖像的視野范圍240 mm，重建圖像的間距為0.5 mm，矩陣大小為512×512。CT掃描時，需預(yù)先在患者口內(nèi)放置厚度約2～3 mm的棉球或告知患者保持輕度張口狀態(tài)，以便掃描時上下頜牙尖分開。所有數(shù)據(jù)采用容積重建法進(jìn)行三維重建。CT數(shù)據(jù)采用DICOM格式輸入電腦軟件 Proplan CMF 3.0(Materialise Medical, Leuven, Belgium)。

每位患者取1副超硬石膏上下頜牙模，修整模型，檢查保證牙齒面形態(tài)完整清晰；將術(shù)后的咬合情況與正畸科醫(yī)師確定，將該模型按照術(shù)后咬合關(guān)系妥善固定，使用國產(chǎn)Vscan130激光掃描儀掃描咬合狀態(tài)的石膏模型，形成最終的咬合關(guān)系。分別掃描上下頜牙列石膏模型，數(shù)據(jù)均以STL格式保存。將掃描數(shù)據(jù)及CT薄層掃描獲取的顱頜面部數(shù)據(jù)(DICOM)模式導(dǎo)入Proplan CMF 3.0進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到精準(zhǔn)牙齒形態(tài)和頜骨形態(tài)(圖1)。

1.3虛擬正頜外科截骨手術(shù) 選取適當(dāng)閾值及感興趣區(qū)域，通過影像的逐層分割及布爾算法，形成顱上頜骨和下頜骨兩個功能主體；選用該軟件內(nèi)含的骨截開方式，按照上下頜骨所選用的正頜手術(shù)的常規(guī)截骨線，分別對上頜骨部分及下頜骨部分進(jìn)行模擬施行手術(shù)；通過對截骨平面的三維位置不同部位進(jìn)行比對調(diào)整，確定截骨完全完成。當(dāng)骨質(zhì)分離后進(jìn)行咬合配準(zhǔn)，移動上下頜骨骨塊至所需位置；檢查移動的量和方向。根據(jù)患者術(shù)前對自己面型的要求，結(jié)合頭顱側(cè)位片中頭影測量結(jié)果，術(shù)前正頜-正畸聯(lián)合討論中擬定的手術(shù)方案選擇最佳截骨計劃。同時比較手術(shù)前后的頭影測量及石膏模型上的咬合結(jié)果，確認(rèn)硬組織的移動幅度及下頜修整的大小及范圍(圖2，3)。

A，B：原始CT數(shù)據(jù)；C：數(shù)據(jù)擬合；D：擬合完成重建的效果.圖1 在CMF軟件中擬合模型及CT數(shù)據(jù)Fig 1 The data from CT scan and laser scan were imported into ProPlan CMF software

A：術(shù)前軟組織面型； B：術(shù)前頜骨影像； C：術(shù)后軟組織面型模擬； D：模擬手術(shù)后的頜骨形態(tài).圖2 在軟件中行截骨、骨移動Fig 2 The preoperative planning including segmentation, osteotomies and movements of the jaw bones was simulated using the ProPlan CMF

1.4三維導(dǎo)板的制備 在之前確定的手術(shù)方案基礎(chǔ)上，將得到的導(dǎo)板信息以STL文件導(dǎo)入到多功能快速原型機(jī)(RS Pro450 型光固化三維打印機(jī))，通過快速原型技術(shù)制作三維導(dǎo)板(中間板和終末板，圖4)。

1.5傳統(tǒng)導(dǎo)板制備 為比較三維導(dǎo)板的臨床實用性，對每位入選的患者進(jìn)行傳統(tǒng)模型外科設(shè)計準(zhǔn)備，參考文獻(xiàn)[2]得到手工制作的導(dǎo)板：上下頜牙齒用硬石膏取模，咬合關(guān)系通過面弓轉(zhuǎn)移至半解剖架，石膏模型的切開、移動同術(shù)前手術(shù)設(shè)計，用自凝塑料制作導(dǎo)板(也包括中間板和終末板)。

A，B，C：冠狀位、平掃及矢狀向上的頜骨形態(tài)；D：圖下方加矩形標(biāo)記的藍(lán)色部分為模擬后頦部的修整范圍.圖3 在軟件中選擇頦部修整的大小范圍Fig 3 Genioplasty was simulated by using the Proplan CMF

A，C：導(dǎo)板與上下頜骨的匹配情況；B：導(dǎo)板的形態(tài).圖4 在軟件中設(shè)計三維導(dǎo)板Fig 4 The digital guide plate were designed by ProPlan CMF

1.6兩種導(dǎo)板的比較 手術(shù)時將三維導(dǎo)板及傳統(tǒng)導(dǎo)板同時帶入手術(shù)室。當(dāng)完成手術(shù)截骨后，先應(yīng)用傳統(tǒng)導(dǎo)板指導(dǎo)移動骨塊進(jìn)行頜間固定，鋼絲結(jié)扎，并按常規(guī)進(jìn)行鈦板鈦釘堅固內(nèi)固定；骨塊固定后打開頜間結(jié)扎，戴入三維打印導(dǎo)板，模擬咬合運(yùn)動，檢查所固定的骨塊是否與傳統(tǒng)導(dǎo)板相匹配。如果兩者相一致，則證明三維導(dǎo)板和傳統(tǒng)導(dǎo)板匹配；如果發(fā)現(xiàn)咬合位置與導(dǎo)板不一致，則證明二者不能互相吻合。拆除原來的固定鈦板，測量頜骨移動的數(shù)據(jù)，以術(shù)前模擬的最終測量數(shù)據(jù)作為頜骨移動的位置標(biāo)準(zhǔn)，判定該選用哪種導(dǎo)板重新行鈦板固定(圖5)。

2 結(jié) 果

2.1術(shù)中情況 6例中，3例行單頜手術(shù)，即雙側(cè)下頜升支矢狀劈開截骨術(shù)(bilateral saggital split ramus osteotomy, BSSRO)，3例行上頜骨Le Fort-I型截骨術(shù)與BSSRO。其中，3例患者通過三維導(dǎo)板進(jìn)行移動和固定的頜骨位置與傳統(tǒng)導(dǎo)板達(dá)到的位置完全符合；另有1例單頜手術(shù)患者終末咬合的三維導(dǎo)板與傳統(tǒng)導(dǎo)板出現(xiàn)較大偏差，拆除之前固定的鈦板鈦釘，重新檢查移動數(shù)據(jù)后以傳統(tǒng)導(dǎo)板作為骨塊移動的標(biāo)準(zhǔn)，在該位置重新行內(nèi)固定。

圖5 三維導(dǎo)板(左)及傳統(tǒng)導(dǎo)板(右)對比圖Fig 5 The digital guide plate(left) and the traditional surgical plate (right)

2.2術(shù)后評估 6 例中，5例術(shù)前建立三維打印數(shù)字化導(dǎo)板能起到引導(dǎo)手術(shù)，軟件術(shù)前能達(dá)到預(yù)測手術(shù)效果的作用。術(shù)中及術(shù)后兩側(cè)髁突在關(guān)節(jié)窩的位置均無明顯改變。術(shù)后咬合關(guān)系、頜骨突度及頦部對稱性均得到明顯改善。術(shù)后隨訪3月，所有患者均對術(shù)后的外形感到滿意，頜面下頜骨畸形無復(fù)發(fā)，咬合關(guān)系穩(wěn)定，無顳下頜關(guān)節(jié)病等并發(fā)癥的產(chǎn)生。

3 討 論

在“手術(shù)優(yōu)先”治療中，預(yù)測術(shù)后頜骨的位置是治療的關(guān)鍵點(diǎn)[5]。在傳統(tǒng)術(shù)前正畸治療過程中，漫長的術(shù)前正畸讓牙齒去代償，使得正頜手術(shù)時可以相對容易地獲得較為穩(wěn)定的術(shù)中咬合關(guān)系，從而確定術(shù)后的頜骨位置，實現(xiàn)相對準(zhǔn)確的術(shù)中頜骨三維移動。然而，“手術(shù)優(yōu)先”方式因為缺少相對穩(wěn)定可靠的、可供參考的咬合關(guān)系和頜骨位置，使得手術(shù)設(shè)計變得不確定[6]，這就需要頜面外科醫(yī)生及正畸科醫(yī)師的密切配合，共同確定手術(shù)達(dá)到的咬合關(guān)系和術(shù)后的頜骨位置[7]。

傳統(tǒng)的正頜手術(shù)預(yù)測方法包含三維的模型外科和二維的模板外科[1]。模板外科僅為患者面部外形(正側(cè)面)的二維表現(xiàn)形式，模型外科通過全口牙石膏模型將咬合關(guān)系、上下頜骨相對于顱底的關(guān)系轉(zhuǎn)移到半解剖架上；在石膏模型上根據(jù)二維的模板外科預(yù)測的結(jié)果移動上下頜骨與牙列進(jìn)行模擬截骨，根據(jù)移動后上下頜牙齒模型的相對位置，制作咬合導(dǎo)板來指導(dǎo)手術(shù)中頜骨移動和固定的位置[2]。雖然基于牙齒石膏模型的模型外科操作是一項經(jīng)典的技術(shù)，但這項技術(shù)理論上存在一定的錯誤和不精確性，表現(xiàn)在指導(dǎo)模型外科移動情況的頭影測量分析是二維性的結(jié)果，某些解剖標(biāo)志點(diǎn)如鼻根點(diǎn)、外耳道點(diǎn)定點(diǎn)的主觀性較大，是不精確性的來源；其次，在咬合平面轉(zhuǎn)移過程中，尤其是嚴(yán)重的下頜骨不對稱畸形累及上頜骨的患者，兩側(cè)外耳道位置的不對稱畸形使得面弓的不正確操作帶來誤差；再者，石膏模型的操作有一定難度，模型的定點(diǎn)和測量有一定的主觀性。另外，模型的旋轉(zhuǎn)和移動由于周圍硬石膏材料的懸突等部分的阻擋使得術(shù)后模擬得到的數(shù)據(jù)難以控制；這些所有的誤差在最后制作咬合導(dǎo)板時都會有所表現(xiàn)甚至被人為擴(kuò)大。

三維打印技術(shù)又稱快速成型技術(shù)(rapid prototyping，RP)，是上個世紀(jì)末隨著計算機(jī)技術(shù)制作工業(yè)發(fā)展起來的一種技術(shù)[8-9]。計算機(jī)輔助正頜外科是近年來口腔頜面外科領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一?，F(xiàn)有的數(shù)字化外科軟件已在臨床上得到應(yīng)用。但其基于CT數(shù)據(jù)建模，在牙面形態(tài)和精確度方面仍需要進(jìn)一步提高。為克服這些缺點(diǎn)，筆者采用顱頜面部三維打印模型與石膏模型等比例復(fù)合利用標(biāo)識線進(jìn)行嫁接，通過這種方法去除三維打印模型在牙弓區(qū)域的不精確性，使三維打印模型外科更為精確，從而更好地預(yù)測頜骨不對稱畸形患者術(shù)后面部外形的改變，為該類患者的“手術(shù)優(yōu)先”治療模式提供合理的參考[10]。這個方法雖然直觀，但目前尚無法模擬面部軟組織的外形輪廓，而且該方法尚無法形成精確的導(dǎo)板用以準(zhǔn)確指導(dǎo)手術(shù)，與測量軟件相比有一定差距。

Materialise公司發(fā)布的ProPlan CMF是專門為顱頜面外科設(shè)計的一款軟件,目前已發(fā)展到3.0版本，其前身為SurgiCase CMF。ProPlan CMF除擁有SurgiCase軟件的三維測量功能外，還具有對手術(shù)骨移位、術(shù)中截骨、頜骨牽引、頜骨重建與及正頜外科等手術(shù)進(jìn)行模擬的功能。筆者通過這款軟件，運(yùn)用之前實驗得到的將三維打印模型與石膏模型復(fù)合體進(jìn)行嫁接的原理和經(jīng)驗，在該計算機(jī)軟件中將患者的石膏模型掃描數(shù)據(jù)與頭顱CT數(shù)據(jù)進(jìn)行連接。通過該軟件對頭顱模型進(jìn)行上下頜的截骨、骨塊移動等操作，收集并輸出數(shù)據(jù)，經(jīng)快速原型機(jī)打印形成三維導(dǎo)板指導(dǎo)手術(shù)。經(jīng)過對下頜骨不對稱畸形矯正患者的治療，筆者發(fā)現(xiàn)：(1)該軟件可以真實模擬正頜手術(shù)設(shè)計，形象地展示出上下頜骨骨塊的切割和移動，較傳統(tǒng)模型外科具有很大的優(yōu)勢。同時，該模擬手術(shù)過程直觀易懂，方便醫(yī)師和患者直觀交流。(2)通過模擬過程可以觀察手術(shù)后下頜骨輪廓的對稱性，從而預(yù)測是否需要同期行頦成形手術(shù)以及面部輪廓修整手術(shù)。(3)通過三維打印形成的數(shù)字化導(dǎo)板精確性較傳統(tǒng)導(dǎo)板高，能提高與上下頜牙齒的密合度，通過密合的牙齒更好地確定頜骨的位置，方便正畸醫(yī)生開始術(shù)后正畸。但是，數(shù)字化模型外科需對CT重建顱頜面模型以及激光掃描的牙列石膏模型進(jìn)行多次掃描及配準(zhǔn)，包括兩個單獨(dú)石膏模型的分別掃描及正畸醫(yī)生一起確認(rèn)咬合狀態(tài)下的掃描，在石膏模型咬合關(guān)系對位后如果石膏模型的固定方式處理不好，則此時的咬合關(guān)系易發(fā)生偏移，在激光掃描過程后會產(chǎn)生較大誤差，影響術(shù)后頜骨的移動。本研究中，1例患者三維導(dǎo)板與傳統(tǒng)導(dǎo)板出現(xiàn)較大偏差的原因即是石膏模型激光掃描時發(fā)生了位置移動，當(dāng)時掃描人員未發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致終末合板階段出現(xiàn)偏差。另外，數(shù)字化模型外科需要配套軟硬件支持及相應(yīng)多學(xué)科參與的操作人員，如激光掃描儀、三維打印機(jī)等，由此產(chǎn)生購買以及維護(hù)、升級軟件的費(fèi)用、人員培訓(xùn)及磨合的問題，需在臨床實踐中注意。