劉燕菲， 李運(yùn)峰， 祝頌松

口腔疾病研究國家重點實驗室 國家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心 四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院口腔頜面外科，四川成都（610041）

雙頜正頜手術(shù)，即上頜骨LeFort I 型骨切開術(shù)聯(lián)合下頜支矢狀骨劈開術(shù)（sagittal split ramus osteotomy，SSRO）或垂直骨切開術(shù)（intraoral vertical ramus osteotomy，IVRO），是一種矯治嚴(yán)重牙頜面畸形的有效方法［1］。手術(shù)的成功取決于準(zhǔn)確的手術(shù)設(shè)計和外科技術(shù)。雙頜手術(shù)的傳統(tǒng)治療方案包括二維頭影測量診斷分析、面弓轉(zhuǎn)移、石膏模型外科以及制作中間和終末咬合板。這些方案通常能獲得令人滿意的效果，但有許多限制，比如耗時性、復(fù)雜性，甚至不準(zhǔn)確性。虛擬手術(shù)設(shè)計和快速成型技術(shù)為治療方案提供了新的可能性：全面三維分析牙弓和周圍骨骼結(jié)構(gòu)，從而模擬不同手術(shù)設(shè)計并預(yù)測相應(yīng)結(jié)果，并使用3D 打印導(dǎo)板將虛擬手術(shù)設(shè)計轉(zhuǎn)移到實際手術(shù)當(dāng)中［2-3］。已發(fā)表的有關(guān)虛擬手術(shù)設(shè)計的文獻(xiàn)多為研究可行性的病例報告或是強(qiáng)調(diào)虛擬手術(shù)設(shè)計相對于傳統(tǒng)方法的潛在優(yōu)勢［4-5］，少有文獻(xiàn)報道關(guān)于虛擬手術(shù)設(shè)計在雙頜手術(shù)中的精準(zhǔn)性。本研究收集30 例行雙頜正頜手術(shù)患者的術(shù)前虛擬手術(shù)結(jié)果與術(shù)后真實手術(shù)結(jié)果，定量比較兩者之間的差異，評價以虛擬手術(shù)設(shè)計和3D 打印導(dǎo)板應(yīng)用于數(shù)字化正頜外科手術(shù)的精準(zhǔn)性。

1 資料和方法

1.1 臨床資料

本 研究 納 入2018 年1 月1 日～2018 年6 月30日四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院收治的需行雙頜正頜手術(shù)的30 個連續(xù)病例。納入病例均為19～30 歲骨性錯畸形患者，男女比例近似1∶1，其中大多數(shù)為安氏Ⅲ類錯畸形，少數(shù)患者伴有上頜骨垂直向發(fā)育過度、面部不對稱或前牙開。研究方案經(jīng)華西口腔醫(yī)院倫理審查委員會批準(zhǔn)，所有參與者均簽署知情同意書。每例患者都接受了上頜骨LeFortⅠ型骨切開術(shù)聯(lián)合雙側(cè)下頜支矢狀骨劈開術(shù)，必要時行頦成形術(shù)。

1.2 虛擬手術(shù)設(shè)計

在術(shù)前和術(shù)后1 個月（術(shù)后正畸前），對每例患者進(jìn)行CT 掃描和牙弓激光掃描（3 shape，哥本哈根，丹麥）。將來自CT 掃描的DICOM 數(shù)據(jù)和來自牙弓掃描的STL 數(shù)據(jù)擬合，構(gòu)建精確的顱頜面-牙列模型。在全面三維分析后，運(yùn)用Dolphin Imaging 11.7 Premium（Dolphin Imaging and Management Solutions，Chatsworth，美國）和Mimics 10.01（Materialise，比利時）軟件進(jìn)行虛擬手術(shù)設(shè)計和模擬（圖1）。

1.3 使用3D 打印導(dǎo)板轉(zhuǎn)移

借助系列外科導(dǎo)板將虛擬設(shè)計轉(zhuǎn)移至手術(shù)中（圖2），所用手術(shù)導(dǎo)板包括一個終末咬合板、兩對連接桿以及一對定位板（圖3a）。終末咬合板和第一對連接桿在上頜截骨術(shù)之前用于確定定位板的位置（圖3b），然后用微型螺釘將定位板固定在上頜骨，取出咬合板和連接桿（圖3c），切開上頜骨后（圖3d），連接終末咬合板、第二對連接桿和定位板，確定上頜骨新的三維空間位置（圖3e）。確定上頜骨最終位置后，進(jìn)行雙側(cè)下頜支矢狀骨劈開術(shù)并借助終末咬合板獲得正確咬合（圖3f）。

Figure 2 Design of a series of surgical guides to help the virtual design transfer to the actual operation圖2 設(shè)計系列手術(shù)導(dǎo)板以幫助虛擬設(shè)計轉(zhuǎn)移到實際手術(shù)中

1.4 虛擬外科手術(shù)設(shè)計的精準(zhǔn)性評估

選擇3 個平面：眶耳平面（FHP）、面中平面（垂直于FHP 且通過鼻根點）和冠狀面（垂直于FHP 且通過蝶鞍點）。

選擇6 個標(biāo)志點：上、下頜中切牙的近中接觸點（UI、LI）以及上下頜第一磨牙的近中頰尖（U6-R、U6-L、L6-R、L6-L）（圖4）。

在虛擬手術(shù)模型和真實術(shù)后模型上測量選定標(biāo)志點和對稱平面之間的距離，并計算兩模型之間的線性差異。

總體平均線性差異：UI、LI、U6-R、U6-L、L6-R、L6-L 分別與眶耳平面、面中平面和冠狀面之間距離的平均差異。

上頜標(biāo)志點的平均線性差異：UI、U6-R、U6-L分別與眶耳平面、面中平面和冠狀面之間距離的平均差異。下頜標(biāo)志點的平均線性差異：LI、L6-R、L6-L 分別與眶耳平面、面中平面和冠狀面之間距離的平均差異。

確定由咬合平面、腭平面和下頜平面分別與眶耳平面和面中平面構(gòu)成的角度值，并計算虛擬手術(shù)模型和真實術(shù)后模型之間的角度差異。

1.5 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS 12.0 版本（SPSS，Chicago，IL，SA）分析所有數(shù)據(jù)，利用配對t檢驗分析頜骨和牙的虛擬位置與實際位置之間的差異，檢驗水平為雙側(cè)α＝0.05。

2 結(jié) 果

2.1 整體結(jié)果

在3D 系列外科手術(shù)導(dǎo)板的輔助下，虛擬手術(shù)設(shè)計被成功轉(zhuǎn)移至所有患者的實際術(shù)中，所有患者對包括面型和咬合在內(nèi)的術(shù)后效果表示滿意。典型病例是診斷為安氏Ⅲ類錯伴開的22 歲女性（圖5）。該患者進(jìn)行了上頜LeFort I 型骨切開術(shù)后的上頜上抬、前移和固定，以及下頜支矢狀骨劈開術(shù)后的下頜骨后退，術(shù)后一個月的軟組織腫脹仍然明顯，但面型和咬合令人滿意。

Figure 3 A series of surgical templates were fabricated by rapid prototyping technology to support the intraoperative translation of the virtual plan to actual surgery圖3 利用快速成型技術(shù)制作系列手術(shù)導(dǎo)板，在實際手術(shù)中實現(xiàn)虛擬設(shè)計的轉(zhuǎn)移

Figure 4 The symmetry planes and landmarks on the surface of the skull圖4 顱骨表面的對稱平面和標(biāo)志點

2.2 定量分析

表1 展示了虛擬手術(shù)模型和真實術(shù)后模型之間的線性差異，總體平均線性差異是（0.81 ± 0.40）mm，上頜標(biāo)志點的平均線性差異是（0.71 ± 0.30）mm，下頜標(biāo)志點的平均線性差異是（0.91 ± 0.40）mm；上頜骨和下頜骨的標(biāo)志點相對于眶耳平面的總體平均線性差異為（0.92 ± 0.40）mm，相對于面中平面是（0.55 ± 0.30）mm，相對于冠狀面是（0.97±0.40）mm。

表2 為虛擬手術(shù)模型與真實術(shù)后模型的角度差異，總體平均角度差異為0.95° ± 0.50°，相對于眶耳平面的平均角度差異為1.10° ± 0.50°，相對于面中平面的平均角度差異為0.83°±0.40°。

Figure 5 Images of representative patient圖5 典型病例圖片

表1 虛擬手術(shù)模型和真實術(shù)后模型之間的線性差異定量比較結(jié)果Table 1 Quantitative results of linear differences between virtually simulated and actual postoperative models ±s,mm

表1 虛擬手術(shù)模型和真實術(shù)后模型之間的線性差異定量比較結(jié)果Table 1 Quantitative results of linear differences between virtually simulated and actual postoperative models ±s,mm

Landmarks UI LI U6-R U6-L L6-R L6-L Difference in the distance to FHP 0.7±0.3 1.1±0.5 0.8±0.4 0.7±0.3 1.0±0.4 1.2±0.5 t 0.282 0.464 0.029 0.893 0.572 0.298 P 0.780 0.646 0.977 0.379 0.572 0.768 Difference in the distance to midfacial plane 0.4±0.1 0.5±0.3 0.6±0.2 0.5±0.2 0.7±0.3 0.6±0.3 t 0.694 0.076 0.487 0.667 1.364 2.717 P 0.493 0.940 0.630 0.510 0.183 0.011 Difference in the distance to coronal plane 0.8±0.4 1.0±0.4 0.9±0.3 1.0±0.5 1.1±0.6 1.0±0.5 t 0.491 0.997 0.739 0.234 1.808 0.419 P 0.627 0.327 0.466 0.817 0.081 0.678

表2 虛擬手術(shù)模型和真實術(shù)后模型之間的角度差異定量比較結(jié)果Table 2 Quantitative comparison of angular differences between virtually simulated and actual postoperative models x±s，°

3 討 論

關(guān)于正頜外科手術(shù)中的虛擬手術(shù)設(shè)計文獻(xiàn)資料，多為報告一個或幾個病例以強(qiáng)調(diào)實踐可行性。由于表示數(shù)據(jù)的差異，幾乎不可能進(jìn)行meta分析［6］。本研究通過比較30 例患者的虛擬設(shè)計和實際結(jié)果之間的線性與角度差異，分析了正頜外科手術(shù)中虛擬手術(shù)設(shè)計的精準(zhǔn)性。利用系列手術(shù)導(dǎo)板使得上頜骨能夠獨立于下頜骨而固定在新的三維位置上。因此，不需要進(jìn)行面弓轉(zhuǎn)移、上頜架等復(fù)雜的操作，也不需要進(jìn)行模型外科和制作中間咬合板。Lin 等［7］回顧了過去十年間涉及正頜外科手術(shù)中使用計算機(jī)輔助技術(shù)的文獻(xiàn)，包括虛擬手術(shù)設(shè)計、術(shù)中虛擬設(shè)計的轉(zhuǎn)化以及術(shù)后評估分析，最后得出結(jié)論：在正頜外科手術(shù)中使用計算機(jī)輔助技術(shù)有利于提高手術(shù)的可預(yù)見性和精確度、提高患者滿意度、降低手術(shù)難度。

雙頜正頜手術(shù)后，將設(shè)計模型與實際模型進(jìn)行比較，已報道的數(shù)據(jù)表示方式各不相同，比如組內(nèi)相關(guān)系數(shù)、三維表面積差異、三維線性和角度差異［8-11］。本研究分析了虛擬結(jié)果與實際結(jié)果之間的線性和角度差異。多數(shù)文獻(xiàn)將臨床成功標(biāo)準(zhǔn)定為線性差異2 mm，角度差異4°［11-12］。本研究中，30例患者的總體平均線性差異為0.81 mm，角度差異為0.95°。筆者還發(fā)現(xiàn)虛擬設(shè)計和3D 打印手術(shù)導(dǎo)板用于上頜（平均線性差異0.71 mm）的效果比下頜（平均線性差異0.91 mm）更好；在控制偏差方面，面中平面（0.55 mm）比眶耳平面（0.92 mm）和冠狀面（0.97 mm）的效果更好。盡管虛擬手術(shù)設(shè)計被廣泛報道，仍有其他方式可將治療計劃轉(zhuǎn)移至術(shù)中。Mazzoni 等［13］開發(fā)了計算機(jī)輔助設(shè)計（computer aided design，CAD）和計算機(jī)輔助制造（computer aided manufacturing，CAM）技術(shù)，可以制作外科手術(shù)切割導(dǎo)板和鈦固定板，使正頜患者的上頜骨不借助于外科夾板也能夠正確再定位。Kim等［14］開發(fā)了一種具有3D 虛擬設(shè)計和圖像引導(dǎo)傳輸?shù)募烧M外科手術(shù)系統(tǒng)，在虛擬設(shè)計中，參考點的位移通過傳統(tǒng)文獻(xiàn)中手術(shù)每個步驟的位移來確認(rèn)，虛擬手術(shù)的結(jié)果直接通過圖像引導(dǎo)被轉(zhuǎn)移到物理模型上。虛擬手術(shù)設(shè)計有助于增加雙頜正頜手術(shù)中骨塊定位的精準(zhǔn)性，其誤差在臨床上是可接受的。但將虛擬設(shè)計轉(zhuǎn)移到實際手術(shù)的方法不同會影響最終實際結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此仍需進(jìn)一步研究不同術(shù)中轉(zhuǎn)移方法的優(yōu)缺點。