盛健峰，唐平，胡俊，徐濤，廖昌磊，蔡永聰，李超

621000 四川 綿陽，綿陽市第三人民醫(yī)院·四川省精神衛(wèi)生中心 甲狀腺頭頸頜面外科(盛健峰、唐平、胡俊、徐濤、廖昌磊)；610041 成都，四川省腫瘤醫(yī)院·研究所，四川省癌癥防治中心，電子科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院 頭頸腫瘤外科(蔡永聰、李超)

頜骨腫瘤切除術(shù)后的骨缺損修復(fù)是頭頸腫瘤外科醫(yī)生臨床工作的重要組成部分。頜骨對人體維持頜面部外形以及行使口腔功能具有重要作用。頜骨解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，血運豐富，故腫瘤侵及范圍往往較大且不規(guī)則。此外，受術(shù)區(qū)條件限制，深在的腫瘤在手術(shù)中難以充分暴露，較小的手術(shù)操作誤差都會影響術(shù)后重建效果。對于大規(guī)模腫瘤切除術(shù)后引起的頜骨缺損，臨床醫(yī)生僅憑臨床經(jīng)驗進行缺損的精確修復(fù)困難重重，期望達到理想的頜骨外形更是不易。隨著計算機輔助設(shè)計(computer aided design，CAD)和輔助制造(computer aided manufacture,CAM)以及3D打印技術(shù)的發(fā)展成熟并應(yīng)用于頜面外科，數(shù)字化技術(shù)在輔助頜骨修復(fù)重建中發(fā)揮著日益重要的作用[1-2]。通過術(shù)前數(shù)字化模擬可以精確重建并展現(xiàn)出頜骨腫瘤的侵及范圍，再通過3D打印頜骨及腫瘤區(qū)域模型，就可根據(jù)手術(shù)需要設(shè)計制定個性化的腫瘤切除以及頜骨重建方案，從而提高腫瘤手術(shù)的精確性，縮短手術(shù)時間，進而減少手術(shù)并發(fā)癥，更好地實現(xiàn)腫瘤術(shù)后頜骨外形修復(fù)并恢復(fù)其功能[3-4]。本文結(jié)合綿陽市第三人民醫(yī)院近5年來在CAD/CAM及3D打印技術(shù)輔助下行腫瘤切除并重建頜骨的手術(shù)經(jīng)驗，回顧現(xiàn)有的國內(nèi)外相關(guān)文獻資料,系統(tǒng)地介紹CAD/CAM與3D打印在腫瘤切除術(shù)后頜骨缺損重建中的應(yīng)用。

1 CAD/CAM在頜骨腫瘤手術(shù)修復(fù)重建中的應(yīng)用流程

與傳統(tǒng)的腫瘤術(shù)后頜骨缺損修復(fù)流程相似，CAD/CAM患者術(shù)前均需對腫瘤侵及頜骨區(qū)域信息進行采集。目前，術(shù)前的信息采集已經(jīng)有一套較為標(biāo)準(zhǔn)的操作流程[5-6]。主要包括以下幾步：1)對患者術(shù)前頜骨腫瘤區(qū)域進行高分辨率CT掃描(掃描層厚為1 mm)，除了疾病診斷以外，詳實記錄患者的頜骨以及腫瘤侵及范圍信息，將CT數(shù)據(jù)導(dǎo)出至DICOM格式后，通過專門的數(shù)據(jù)處理軟件, 設(shè)定合適的閾值后，創(chuàng)建一個三維(3 dimension,3D)的頜面骨骼以及腫瘤侵及范圍的虛擬模型。對需要血管化骨移植的病例，需加做超聲多普勒血流儀檢測患者供區(qū)動、靜脈直徑和血管分布情況，并在體表做出標(biāo)記；2)手術(shù)設(shè)計與模擬。通過軟件在3D虛擬頭顱模型上進行手術(shù)模擬操作，對比各類手術(shù)方案優(yōu)劣，確定最佳手術(shù)方式；3)制作3D打印手術(shù)導(dǎo)板。將計算機輔助虛擬手術(shù)設(shè)計方案轉(zhuǎn)移到真實手術(shù)當(dāng)中需要通過手術(shù)導(dǎo)板來實現(xiàn)，通過對虛擬模型分割、模擬切除腫瘤累及區(qū)域內(nèi)的骨組織、鏡像對比之后、塑形移植骨段、設(shè)計截骨、取骨手術(shù)導(dǎo)板以及鈦釘鈦板的固定位置。將導(dǎo)板信息以STL格式導(dǎo)入快速成型機，通過熔融沉積(FDM)的方法制作出擬定的頜骨模型及3D打印手術(shù)導(dǎo)板。術(shù)前可以根據(jù)打印好的模型進行重建板以及鈦板的預(yù)彎，利于手術(shù)操作[7-8]。最后將3D手術(shù)導(dǎo)板及鈦釘鈦板消毒備用；4)手術(shù)效果評價。將患者術(shù)前虛擬設(shè)計的效果與最終手術(shù)結(jié)果進行擬合分析，評估術(shù)前設(shè)計與手術(shù)實施的精確性。

2 CAD/CAM與傳統(tǒng)手術(shù)方式在腫瘤術(shù)后頜骨缺損應(yīng)用中的優(yōu)缺點比較

傳統(tǒng)的腫瘤術(shù)后頜骨缺損修復(fù)過程存在著諸多問題，比如腫瘤的切除范圍更多憑借經(jīng)驗進行，不可預(yù)見性大，為了根治往往進行大范圍截骨，人為增大了術(shù)后骨缺損體積。對于自體骨移植的病例，手術(shù)取骨量難以量化，手術(shù)精度差。下面通過術(shù)前準(zhǔn)備、手術(shù)模擬、手術(shù)實施、手術(shù)時間、術(shù)后評價、醫(yī)患溝通等角度對CAD/CAM病例與傳統(tǒng)手術(shù)進行綜合對比(表1)。

2.1 術(shù)前準(zhǔn)備

常規(guī)頜骨腫瘤患者術(shù)前準(zhǔn)備主要是完善術(shù)前檢查，以排除手術(shù)禁忌證。術(shù)前討論主要根據(jù)術(shù)前影像學(xué)檢查預(yù)估設(shè)計頜骨切除范圍以及術(shù)中修復(fù)重建的取骨量，對于牽涉到咬合的病例則需進行口內(nèi)制取牙模，灌注石膏模型等環(huán)節(jié)。CAD/CAM病例的術(shù)前準(zhǔn)備除常規(guī)術(shù)前準(zhǔn)備項目以外，還包括數(shù)據(jù)采集后的虛擬手術(shù)設(shè)計、打印手術(shù)導(dǎo)板，評價手術(shù)效果等步驟。數(shù)據(jù)采集主要包括術(shù)區(qū)螺旋CT，牽涉到咬合時需加做牙列掃描并轉(zhuǎn)換成STL格式進行重新擬合重建，確定腫瘤侵及范圍[9-10]。根據(jù)術(shù)前檢查的數(shù)字化信息進行頜骨及腫瘤范圍重建后進行虛擬手術(shù)模擬。傳統(tǒng)手術(shù)的術(shù)前準(zhǔn)備完成后，無法預(yù)測手術(shù)區(qū)域解剖結(jié)構(gòu)的具體情況，對于累及范圍小的腫瘤尚可以做到較為理想的治療效果，但對于腫瘤累及范圍廣且涉及結(jié)構(gòu)多的復(fù)雜病例，CAD/CAM的優(yōu)勢則就更為明顯。不論是腫瘤累及范圍的精準(zhǔn)判斷還是術(shù)后骨缺損區(qū)所需骨量的設(shè)計,CAD/CAM輔助下均可實現(xiàn)與真實手術(shù)過程較高的一致性，這一點對于大范圍的腫瘤切除以及頜骨重建的高精度要求具有重要的指導(dǎo)意義[11]。

表1 CAD/CAM與傳統(tǒng)手術(shù)病例在頜骨缺損手術(shù)應(yīng)用中的比較

Table 1. Comparison of CAD/CAM and Traditional Surgical Cases in Jaw Defect Surgery

CategoryTraditional surgeryCAD/CAM Preoperative preparationPanoramic film | spiral CT | B-scan ultrasonographyDigital spiral CT | 3D photographySurgical simulationSurgeons discussed the operation plan according to results of examinationAccurately simulate surgical procedure through dedicated software on 3D virtual skull modelSurgical procedureDonor site bone extraction and recipient site bone re-pair and fixation with the help of the clinical experi-ence of surgeonsWith the help of surgical guide plate, precise bone removal from donor site and repairing and fixing of recipient site were achievedOperation durationLonger donor site preparationShorter donor site preparationPostoperative evaluationQualitative judgment was made according to postop-erative imaging data and functional recoveryQuantitative evaluation of surgical effect based on postoper-ative imaging dataDoctor-patient communicationAbstract | not comprehensible | low communication efficiencySpecific and explicit | comprehensible | high communica-tion efficiency

2.2 手術(shù)模擬設(shè)計

傳統(tǒng)頜骨腫瘤患者術(shù)前手術(shù)設(shè)計更多的停留在抽象討論以及設(shè)想階段，綜合患者術(shù)前檢查結(jié)果結(jié)合術(shù)者既有的臨床經(jīng)驗進行手術(shù)設(shè)計，參與者以主刀醫(yī)生為主，且這一過程并未落實到具體患者的手術(shù)中。對于復(fù)雜腫瘤術(shù)后頜骨缺損病例，依托傳統(tǒng)的手術(shù)經(jīng)驗設(shè)計缺點十分顯著，無法進行精確的手術(shù)預(yù)測，導(dǎo)致手術(shù)不確定性增大。而通過螺旋CT數(shù)據(jù)虛擬重建患者頜骨腫瘤模型后，通過3D打印的方法打印出患者腫瘤侵及區(qū)域，以及精確模擬出切除后頜骨缺損的模型，使術(shù)后骨缺損的形態(tài)更加直觀。而根據(jù)術(shù)前虛擬的術(shù)后骨缺損模型，預(yù)先設(shè)計好供區(qū)取骨范圍，精確取骨。除了精確取骨量以外，功能性外科也應(yīng)在術(shù)前充分考慮，主要體現(xiàn)在患者術(shù)后咬合功能的恢復(fù)上。腓骨具有骨膜和骨內(nèi)雙重供血的特點，可作多處截骨后行各種形狀的三維立體塑形，腓骨移植時可選腓骨的前緣(嵴)作為齒槽突，利于以后義齒的固位及種植義齒對牙槽突高度的需求，亦可采用雙層腓骨重建下頜骨。因此，在開展CAD/CAM輔助手術(shù)時，采用腓骨修補缺損有著顯著的優(yōu)勢[12-13]。

此外，術(shù)前手術(shù)模擬也將手術(shù)過程程序化，而此過程可以讓年輕醫(yī)生參與進來，更有助于提高年輕醫(yī)生的臨床技能。利用虛擬手術(shù)軟件，可以模擬真實的手術(shù)操作，精準(zhǔn)判斷腫瘤侵及范圍，并進行虛擬腫瘤切除，評估對比不同手術(shù)方案的優(yōu)缺點。另外，術(shù)前模擬能夠更好地評估每一個手術(shù)過程的難易程度，從而規(guī)避手術(shù)風(fēng)險，幫助醫(yī)生制定最優(yōu)的手術(shù)計劃。通過手術(shù)模擬，可以有效降低腫瘤侵及區(qū)域重要結(jié)構(gòu)(如大血管和神經(jīng))的損傷率，減輕手術(shù)創(chuàng)傷，利于患者術(shù)后功能恢復(fù)[10, 14-15]。

2.3 手術(shù)實施

對于數(shù)字化手術(shù)設(shè)計的病例而言，手術(shù)是借助導(dǎo)板將術(shù)前設(shè)計按步驟轉(zhuǎn)移到真實手術(shù)當(dāng)中的過程。具體過程可分為3步，即受區(qū)準(zhǔn)備、供區(qū)骨組織準(zhǔn)備，以及骨塊的移植和固定。供區(qū)準(zhǔn)備主要包括完整徹底地切除腫瘤，以及修整術(shù)區(qū)骨缺損區(qū)域，每一步均在手術(shù)導(dǎo)板的引導(dǎo)下進行。供區(qū)骨組織準(zhǔn)備主要包括在導(dǎo)板引導(dǎo)下進行取骨并根據(jù)手術(shù)設(shè)計位置取骨塑形于，導(dǎo)板引導(dǎo)下在術(shù)前設(shè)計位置進行內(nèi)固定。對于傳統(tǒng)的頜骨腫瘤術(shù)后骨缺損修復(fù)的患者,手術(shù)很大一部分時間用于供區(qū)骨塊制取和修整塑形，供區(qū)移植骨塊往往需要根據(jù)術(shù)區(qū)范圍反復(fù)比對和修整，耗時費力，效率低下。根據(jù)術(shù)區(qū)骨缺損范圍確定供區(qū)的取骨量主要依靠術(shù)者的經(jīng)驗，無法精確量化，取骨量不確定性大，為了便于塑形往往需要切取大于所需量的骨體積,一定程度上增加了手術(shù)創(chuàng)傷。術(shù)前模擬將取骨與塑形的步驟在手術(shù)前已經(jīng)設(shè)定好，術(shù)前對重建板進行預(yù)彎與塑形，有效減少了手術(shù)時間和術(shù)者操作難度,不僅減輕手術(shù)創(chuàng)傷，也提高了手術(shù)的精準(zhǔn)性[6,16-17]。

2.4 術(shù)后評價

傳統(tǒng)的頜骨腫瘤切除術(shù)手術(shù)很難達到較為理想的外形，手術(shù)評價也主要根據(jù)術(shù)后檢查結(jié)果和患者的滿意度進行主觀評價，如患者面型對稱情況、咬合以及手術(shù)滿意度等指標(biāo)，主觀性強，難以獲得手術(shù)的量化指標(biāo)，精確度有待提升。而使用數(shù)字化的病例則可以對虛擬手術(shù)和真實手術(shù)之間的線性差異以及重要結(jié)構(gòu)的角度進行對比，獲得精確數(shù)據(jù)，從而量化分析手術(shù)的精確性。有文獻報道，采用該方法時，腫瘤術(shù)后骨缺損修復(fù)與術(shù)前手術(shù)設(shè)計的差異在1mm左右，達到臨床手術(shù)成功的標(biāo)準(zhǔn)[18-20]。

2.5 醫(yī)患溝通與醫(yī)師培養(yǎng)

復(fù)雜頜骨腫瘤病例術(shù)前數(shù)字化手術(shù)設(shè)計可以精確模擬手術(shù)過程，設(shè)計之后將腫瘤切除范圍以及術(shù)后擬修復(fù)效果通過3D打印的方法制作出來，更為直觀地向患者展示手術(shù)的效果，便于醫(yī)生與患者溝通，提高溝通效率，一定程度上避免因溝通不足而造成的醫(yī)患糾紛[21]。此外，術(shù)前手術(shù)模擬過程可以交由年資較低的年輕醫(yī)師進行，虛擬手術(shù)過程可以更好地鍛煉年輕醫(yī)師的手術(shù)技能，增進其對手術(shù)的理解。術(shù)前手術(shù)模擬可以作為年輕醫(yī)師進入手術(shù)室前的最后培訓(xùn)環(huán)節(jié)，提高年輕醫(yī)師的手術(shù)參與度與積極性，利于其提高手術(shù)技能。目前我院也已經(jīng)開始將這一過程納入年輕醫(yī)生規(guī)范化培養(yǎng)課程當(dāng)中[22]。

3 CAD/CAM在腫瘤術(shù)后頜骨缺損修復(fù)中應(yīng)用的典型病例

患者：蔣某，女，55歲，診斷：下頜骨成釉細胞瘤。

手術(shù)計劃：擬于全麻下行右側(cè)下頜骨病變組織局部擴大切除術(shù)(病變組織外0.5 cm正常骨組織內(nèi)擴大切除)，加腓骨游離肌皮瓣修復(fù)下頜骨缺損。

手術(shù)設(shè)計：首先，根據(jù)術(shù)前高分辨率螺旋CT檢查確定腫瘤侵及范圍，該患者腫瘤位于下頜骨中部偏右側(cè)(圖1A)，距離右側(cè)頦孔區(qū)較近。出于根治考慮，需擴大切除患區(qū)下頜骨，重建透露模型后，根據(jù)腫瘤侵及范圍確定手術(shù)切除范圍，右側(cè)距離頦孔區(qū)太近，考慮犧牲右側(cè)頦神經(jīng)，左側(cè)頦神經(jīng)予以保留(圖1B,C)。根據(jù)確定的下頜骨截骨范圍，確定長度后利用設(shè)計制作腓骨截骨導(dǎo)板，根據(jù)該患者的情況，我們采用腓骨中下段進行下頜骨修復(fù)重建(圖1D)，按照截骨線取骨修整后移植至下頜骨缺損區(qū)，較長一段腓骨置于右側(cè)，與腫瘤侵及范圍相一致(圖1E)?；颊哌x擇術(shù)后活動義齒修復(fù)，故術(shù)前設(shè)計為單層腓骨移植。下頜骨對于面下三分之一的形態(tài)至關(guān)重要，頦部偏斜嚴(yán)重影響美觀。因此，我們在設(shè)計腓骨修復(fù)時不僅要從前后向進行評估，更要從冠狀位進行評價，確保移植腓骨骨塊轉(zhuǎn)折點位于頦部正中位，以恢復(fù)下頜骨的生理彎曲，利于術(shù)后功能恢復(fù)(圖1F)

圖1 3D重建過程圖

Figure1.3DReconstructionProcess

A.Tumor range；B.Right mandibular osteotomy line；C.Left mandibular osteotomy line；D.The humeral osteotomy guide plate, the middle of the guide plate is the tibial dressing to reconstruct the mandibular turning point；E.Humerus repair design；F.Repair of mandible with fibula.

4 討 論

因頜骨的解剖結(jié)構(gòu)特點，頜骨腫瘤常伴有侵襲范圍大、易復(fù)發(fā)、容易傷及重要結(jié)構(gòu)、手術(shù)風(fēng)險高以及與周圍解剖關(guān)系復(fù)雜等特點，故頜面部骨腫瘤一直被認為是頜面外科診斷與治療的疑難問題之一。以CAD/CAM為代表的數(shù)字化輔助手術(shù)以及3D打印手術(shù)導(dǎo)板的應(yīng)用，一定程度上較為有效地解決了頜骨腫瘤術(shù)后骨缺損修復(fù)的難題。術(shù)前手術(shù)模擬可以實現(xiàn)多種手術(shù)方案的對比，擇優(yōu)選用?，F(xiàn)有研究已證實數(shù)字化輔助下進行手術(shù)的精確性可以達到理想的效果。此外，CAD/CAM的使用縮短了手術(shù)時間，從而縮短了腫瘤切除以及供區(qū)取骨時間，減少了術(shù)區(qū)暴露的機會，降低了術(shù)后感染風(fēng)險。數(shù)字化手術(shù)設(shè)計以及手術(shù)導(dǎo)板的應(yīng)用可以提高頜骨腫瘤切除修復(fù)重建的手術(shù)效率，使手術(shù)過程變得更加精準(zhǔn)和高效[3-4,8,10,23]。盡管CAD/CAM輔助頜骨腫瘤術(shù)后骨缺損修復(fù)的優(yōu)點很多，我們也應(yīng)該看到CAD/CAM在頜骨腫瘤手術(shù)應(yīng)用中的不足之處。該方法不僅術(shù)前準(zhǔn)備較傳統(tǒng)手術(shù)更復(fù)雜，還需要一定的硬件和軟件支持，比如對螺旋CT精度的要求和對手術(shù)設(shè)計軟件版本的要求。CAD/CAM手術(shù)設(shè)計所需的經(jīng)濟成本也是阻礙其廣泛應(yīng)用的原因之一[16,24]。此外，對于一些惡性腫瘤或者侵及范圍大、涉及組織多的腫瘤病例，一旦術(shù)中發(fā)現(xiàn)與術(shù)前設(shè)計有差異而需更改手術(shù)方案，則整個手術(shù)過程將無法按照術(shù)前設(shè)計方案進行手術(shù)。此外，對于腫瘤深在而術(shù)野不佳的病例，安放手術(shù)導(dǎo)板也存在一定困難，并且手術(shù)導(dǎo)板使用不準(zhǔn)確將影響手術(shù)效果。這也要求在術(shù)前設(shè)計時醫(yī)生應(yīng)該對患者病情有充分預(yù)估，盡量避免術(shù)中更改手術(shù)方案，以免影響手術(shù)。不同病例的下頜骨重建方式也應(yīng)根據(jù)實際情況進行設(shè)計，特別是術(shù)后需要進行種植牙修復(fù)的病例，術(shù)前應(yīng)對重建的下頜骨骨量進行充分預(yù)估。若術(shù)后出現(xiàn)骨吸收以及牙槽嵴高度不足，可采用牽張成骨的方式進行改進，可以達到滿意的效果[25]。

雖然數(shù)字化術(shù)前手術(shù)設(shè)計存在不足之處，但以CAD/CAM為代表的數(shù)字化輔助外科手術(shù)的發(fā)展方興未艾。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，計算機輔助診斷將會在未來疾病診斷中發(fā)揮越來越重要的作用[26-28]。雖然數(shù)字化技術(shù)在手術(shù)設(shè)計中的應(yīng)用開始普及，但是具體流程規(guī)范性有待進一步提高，只有規(guī)范化的診療流程才能更好地輔助手術(shù)，從而達到理想的治療效果。與傳統(tǒng)醫(yī)生憑借臨床經(jīng)驗進行診斷治療相比，計算機在設(shè)計手術(shù)方案的容錯率更小，隨著醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)的構(gòu)建以及人工智能技術(shù)在臨床診斷的普及和應(yīng)用，在不遠的將來頜骨腫瘤手術(shù)過程將變得更加精準(zhǔn)和高效。

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