王立冬 馬文 付帥 張長(zhǎng)彬 崔慶贏 梁燕 黎明

昆明醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院口腔頜面外科 昆明650000

牙頜面畸形系指因頜骨發(fā)育異常引起的頜骨的體積、形態(tài)以及上下頜骨之間及其與顱面其他骨骼之間的關(guān)系異常，和隨之伴發(fā)的牙關(guān)系及口頜系統(tǒng)功能異常與顏面形態(tài)異常[1]。板在正頜手術(shù)中是用來(lái)定位游離頜骨骨塊位置，以達(dá)良好的咬合關(guān)系，因此，板的精度是正頜外科手術(shù)定位精度以及固定穩(wěn)定性的保證，板的制作精度就成了牙頜面畸形矯正的重點(diǎn)，直接影響著術(shù)后的效果。

1 材料和方法

1.1 一般資料

選擇在2017年6月—2019年2月就診于昆明醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院口腔頜面外科的牙頜面畸形患者10例為研究對(duì)象。

納入標(biāo)準(zhǔn)：1）需要進(jìn)行包括上頜骨或（和）下頜骨手術(shù)的正頜手術(shù)治療；2）既往無(wú)頜骨外傷史、腫瘤手術(shù)史和正頜手術(shù)史；3）臨床及放射診斷為牙頜面畸形而非顱頜面畸形；4）不需要接受上頜骨或下頜骨分塊手術(shù)治療的患者；5）自愿進(jìn)入本研究。

排除標(biāo)準(zhǔn)：1）唇腭裂患者；2）全身性凝血障礙患者；3）懷孕或定期藥物治療者，除口服避孕藥。

所有患者均簽署知情同意書。

1.2 數(shù)據(jù)采集、重建、測(cè)量分析、模擬手術(shù)及板制作

1.2.1 上下頜數(shù)字化三維模型數(shù)據(jù)的獲得 運(yùn)用錐形束計(jì)算機(jī)斷層掃描（cone beam computed tomography，CBCT）對(duì)所有患者行術(shù)前頭顱CBCT連續(xù)掃描（120 V、60 mA、層厚0.3 mm），范圍從顱頂?shù)筋W部，患者在掃描過(guò)程中頭部處于直立的位置，自然地把頭靠在頭部的支撐上，直視前方，不咀嚼、不吞咽、不說(shuō)話，掃描時(shí)患者口內(nèi)磨牙區(qū)咬蠟片，咬合分開(kāi)約1 mm?？趦?nèi)牙弓取模及灌注石膏模型，脫模后石膏模型進(jìn)行掃描前處理并進(jìn)行三維激光掃描。

1.2.2 上下頜骨精確牙面復(fù)合模型、面部軟組織重建 將患者CBCT的醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信標(biāo)準(zhǔn)（digital imaging and communications in medicine，DICOM）數(shù)據(jù)導(dǎo)入到ProPlan CMF 1.4軟件中，在Segmentation模塊利用Select Point功能通過(guò)在二維層面上選點(diǎn)去除頸椎及未與顱骨有鏈接的部分或通過(guò)Remove Parts功能去除多余部分，之后生成上頜骨、下頜骨及軟組織模型并給予相應(yīng)的命名（圖1），之后在Orthognathic模塊中將牙弓石膏模型的單頜表面三角網(wǎng)格數(shù)據(jù)（surface triangle list，STL）及最終咬合STL數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件中（牙弓石膏模型表面信息的STL數(shù)據(jù)已經(jīng)由Geomagic studio 2014中進(jìn)行前處理，過(guò)濾干擾點(diǎn)，去除碎邊及倒角等），并將單頜牙弓石膏模型分別通過(guò)選擇牙尖參考點(diǎn)擬合到上下頜骨上，并在二維層面上進(jìn)行微調(diào)核實(shí)，最終生成精確牙面的復(fù)合模型（圖2）。

1.2.3 三維頭影測(cè)量分析及手術(shù)模擬 通過(guò)選擇測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)，利用眶耳平面擺正顱頜模型，并進(jìn)行三維測(cè)量，針對(duì)錯(cuò)畸形的情況，采取相應(yīng)的正頜手術(shù)治療方案并進(jìn)行手術(shù)模擬。首先進(jìn)行上頜骨Le FortⅠ型截骨，并將上頜骨塊移動(dòng)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)位置，然后進(jìn)行雙側(cè)下頜升支矢狀骨劈開(kāi)（bilateral sagittal split ramus osteotomy，BSSRO）手術(shù)，其次將牙弓石膏模型的最終咬合模型分別和上下頜骨牙面配準(zhǔn)，這樣下頜骨遠(yuǎn)心端骨塊就移動(dòng)到了最終位置，之后將下頜骨近心端骨塊以顳下頜關(guān)節(jié)為中心旋轉(zhuǎn)并使其與遠(yuǎn)心端骨塊貼合（圖3），最后依據(jù)需要進(jìn)行頦成形術(shù)，并進(jìn)行軟組織模擬。

圖1 ProPlan CMF 1.4中三維重建的上下頜骨模型Fig 1 3D reconstruction maxillary and mandibular models in ProPlan CMF 1.4

圖2 擬合石膏模型精確牙面的復(fù)合模型Fig 2 Composite model with the accuracy of dental surface by fusing plaster model

圖3 模擬手術(shù)后上頜骨及下頜骨移動(dòng)到計(jì)劃位置Fig 3 Maxilla and mandible was moved to planned position after simulated surgery

圖4 單軟件數(shù)字化板的設(shè)計(jì)制作Fig 4 Design and manufacture of single software digital occlusal splint

圖5 數(shù)字化板的模型和實(shí)體Fig 5 Digital occlusal splint model and entity

1.3 牙弓石膏模型牙面陰模的制作（參考標(biāo)準(zhǔn)）

將激光掃描的石膏模型STL數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Mimics 19.0中利用布爾邏輯減工具直接制作其牙面陰模，形態(tài)和數(shù)字化板形態(tài)相當(dāng)。

1.4 精確性及時(shí)間分析

2 結(jié)果

手術(shù)由同一術(shù)者完成，共10例患者，其中，骨性Ⅱ類2例、Ⅲ類8例。

圖6 單軟件vs標(biāo)準(zhǔn)組與多軟件vs標(biāo)準(zhǔn)組上下頜間的擬合誤差Fig 6 Fusing error between single software vs standard group and multi-software vs standard group in maxilla and mandible

表1 單軟件vs標(biāo)準(zhǔn)組與多軟件vs標(biāo)準(zhǔn)組誤差的比較Tab 1 Error comparison between single software vs standard group and multi-software vs standard group

圖7 術(shù)中對(duì)比Fig 7 Intraoperative contrast

表2 手術(shù)方式及術(shù)中板的比較結(jié)果Tab 2 Operative methods and results of intraoperative plate comparison

表2 手術(shù)方式及術(shù)中板的比較結(jié)果Tab 2 Operative methods and results of intraoperative plate comparison

手術(shù)方式BSSRO Le FortⅠ型截骨+BSSRO Le FortⅠ型截骨+BSSRO+頦成形術(shù)例數(shù)/例結(jié)果1 7 2板無(wú)偏差板無(wú)偏差板無(wú)偏差

手術(shù)模擬時(shí)間均值如下。1）單頜手術(shù)：?jiǎn)诬浖?3 min，多軟件為95 min；2）雙頜手術(shù)：?jiǎn)诬浖?08 min，多軟件為155 min。無(wú)論是單頜還是雙頜手術(shù)，單軟件手術(shù)模擬時(shí)間均少于多軟件手術(shù)模擬時(shí)間。單頜手術(shù)模擬時(shí)間少于雙頜。

3 討論

隨著計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的發(fā)展，正頜外科計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)模擬（computer aided surgical simulation，CASS）已逐漸成熟。早期研究主要集中于在計(jì)算機(jī)上可視化手術(shù)計(jì)劃的術(shù)后結(jié)果，之后2005年以來(lái)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造（computer aided design and computer aided manufacturing，CAD/CAM）的手術(shù)導(dǎo)板開(kāi)始作為一種將計(jì)算機(jī)輔助計(jì)劃轉(zhuǎn)移給患者的方式使用[3]。自那時(shí)起，正頜外科的CASS已經(jīng)進(jìn)入了現(xiàn)代，大量商業(yè)軟件的開(kāi)發(fā)，如：ProPlan CMF 1.4軟件（Materialize公司，比利時(shí)）、Dolphin 3D軟件（Dolphin Imaging and Management Solution公司，美國(guó)）和3dMDvultus軟件（3dMD公司，美國(guó)）等，給研究者提供了多種處理數(shù)據(jù)的方式，可以根據(jù)自己的需要選擇不同的軟件進(jìn)行手術(shù)模擬。從技術(shù)上講，任何圖形或建模軟件都可以作為規(guī)劃軟件使用，由于各個(gè)軟件系統(tǒng)的特性，通常醫(yī)生模擬手術(shù)會(huì)在多個(gè)軟件中實(shí)現(xiàn)模擬手術(shù)所需要的每一項(xiàng)任務(wù)。

但是，目前尚缺乏一致的、統(tǒng)一的數(shù)字化正頜外科流程，而規(guī)范的操作流程對(duì)于建立治療指南、推動(dòng)數(shù)字化正頜外科的普及、提高治療效果具有十分重要的作用[4-6]。此外，Huotilainen等[7]的研究證明：制作患者特定的生物模型的過(guò)程可以被劃分成3步（數(shù)據(jù)采集、圖像處理和模型制造），該過(guò)程中的每個(gè)步驟都可能是最終醫(yī)學(xué)模型的幾何錯(cuò)誤和失真的潛在來(lái)源，并證明同一個(gè)體的醫(yī)用顱骨模型可根據(jù)DICOM與STL數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件及技術(shù)參數(shù)的不同而有明顯差異。無(wú)論使用何種技術(shù)，在制造過(guò)程中的任何幾個(gè)步驟中都可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，如從DICOM數(shù)據(jù)獲取到圖像處理，再到制造和結(jié)束進(jìn)程。因此，無(wú)疑需要進(jìn)一步研究其誤差的大小及影響。

一些學(xué)者[11-12]指出，在計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)中布爾邏輯算法簡(jiǎn)化了手術(shù)模擬過(guò)程，并證明了該算法的有效性、準(zhǔn)確性。故評(píng)價(jià)板精確性時(shí)，以在Mimics 19.0中利用布爾邏輯制作的牙面陰模信息作為參考標(biāo)準(zhǔn)是可靠的。本實(shí)驗(yàn)虛擬手術(shù)時(shí)保證髁突中心位置無(wú)移動(dòng)，此外，本實(shí)驗(yàn)評(píng)估的是術(shù)前不同方法制作數(shù)字化板的精確性差異，避免術(shù)中髁突移動(dòng)對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。

隨著CBCT成像、三維攝影和三維表面激光掃描技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，以及計(jì)算機(jī)輔助通信平臺(tái)的建立，一個(gè)創(chuàng)新的解決方案將使計(jì)算機(jī)輔助正頜外科規(guī)范化、精確化、流程化、高效化成為可能。

利益沖突聲明：作者聲明本文無(wú)利益沖突。