3D打印技術在雙側下頜升支矢狀劈開截骨術中的應用

屈振宇 王茜 豐鑫 繩蘭蘭 馬衛東 曲衛國

1.大連市口腔醫院口腔放射科；2.口腔頜面外科；3.口腔正畸科，大連 116021

雙側下頜升支矢狀劈開截骨術（bilateral sagittal split osteotomy，BSSO）是目前三大正頜術式中最常用的一種，其余兩種包括上頜骨LeFortⅠ型截骨術和頦成形術。BSSO由下頜升支內側水平骨切口、下頜升支前緣矢狀骨切口和下頜骨體部垂直骨切口3條截骨線組成，其中下頜升支內側水平骨切口術野狹小，操作難度最大，盲目截骨可能損傷下頜神經血管束或造成錯位骨折[1]。近幾年3D打印技術發展迅猛[2-4]，錐形束CT（cone beam computed tomography，CBCT）應用廣泛[5-7]，本研究使用CBCT數據和3D打印技術，制作BSSO下頜升支內側水平骨切口截骨導板，希望手術中能明確指示下頜小舌的位置并保護下頜神經血管束，同時訓練年輕醫師使其能更快更好地掌握手術技巧，降低手術風險。

1 材料和方法

1.1 試驗對象

選擇2013年1—12月在大連市口腔醫院行BSSO的下頜發育不良患者32例為試驗對象，其中男性17例，女性15例，年齡19～35歲，平均23.5歲。所有患者要求單獨行BSSO，不進行上頜骨、頦部及顴骨等輔助手術；經臨床及放射診斷為牙頜畸形而非顱面畸形綜合征；既往無頜骨腫瘤手術史和正頜手術史。所有患者及家屬均被告知術中使用3D打印截骨導板，并簽字確認。本研究課題經大連市口腔醫院倫理委員會審查通過（編號2012-0431）。

1.2 試驗設計

32例患者共64側行BSSO。選擇從事正頜手術15年的主任醫師1名，正頜專業博士畢業剛入院工作主治醫師1名；由2名醫師隨機選擇左側或右側實施手術，隨機選擇使用或不使用手術導板，由此形成4組研究對象：Ⅰ組為專家不用導板組，17側；Ⅱ組為專家使用導板組，15側；Ⅲ組為年輕醫師不用導板組，14側；Ⅳ組為年輕醫師使用導板組，18側。分別對4種組合在BSSO中完成下頜升支內側水平骨切口進行計時。

1.3 3D打印截骨導板

術前均采用CBCT（KaVo公司，美國）進行掃描，掃描條件：0.2立體像素，37.07 mA，120 kV，獲取時間26.9 s。掃描數據以DICOM格式導入Mimics 17.0軟件（Materialise公司，比利時）進行下頜骨三維重建；在三維模型上標記下頜小舌，如圖1所示設計截骨導板。導板前界位于下頜升支前緣頰側2 mm，后界止于舌側溝前緣，上界平下頜小舌上2 mm；截骨導板寬約15 mm，厚約2 mm（圖1A、B）。將設計好的虛擬截骨導板數據以STL格式輸入3-Matic打印機（Stratasys公司，美國），采用光敏樹脂打印。下頜骨模型打印時間為6～8 h，截骨導板打印時間為1～2 h（圖1C）。術前低溫等離子消毒備用。

圖1 下頜骨及雙側截骨導板的設計及3D打印的模型Fig 1 Design of mandible and bilateral osteotomy template and model of three-dimensional printing technique

1.4 手術操作

手術于全身麻醉鼻插管控制性降壓下進行，采用磨牙后區下頜升支前緣黏膜切口，暴露下頜骨升支前緣及升支內側骨板，在下頜升支內側設置拉鉤暴露術野。計時開始。第1種手術方式：常規尋找并確認下頜小舌，用長裂鉆行升支內側水平骨切口；第2種手術方式，戴入截骨導板，聽到“卡”的一聲保證準確就位，用裂鉆沿導板上緣行升支內側水平骨切口（圖2）。計時結束。然后截開剩余的2條截骨線，矢狀劈開下頜骨，按術前設計完成BSSO，4孔鈦板堅固內固定骨斷端，完善止血，嚴密縫合傷口。

圖2 術中截骨導板的應用Fig 2 Application of osteotomy template in operation

1.5 術后評估

術后第7天，以同樣條件再次拍攝CBCT，數據導入Anatomage Invivo 5三維重建圖像分析軟件，重建術后三維曲面斷層，按照Plooij等[8]的LSS（lingual split scale）分類（圖3）來評估手術效果。

1.6 統計分析

用SPSS 16.0統計學軟件對各組完成下頜升支內側水平骨切口的時間進行單因素方差分析，對4個手術分組與4種LSS分類之間的相互影響進行列聯表分析和Fisher確切概率法檢驗；檢驗水準為雙側α=0.05。

圖3 LSS分類示意圖Fig 3 Schematic diagrams of LSS

2 結果

32例患者口內切口均一期愈合，無感染、血腫、張口受限等并發癥。隨診復查6～12個月，全部患者口內咬合關系良好，2例自述關節不適，3例自述下唇麻木不適，均隨時間延長癥狀減輕。

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組完成下頜升支內側水平骨切口時間分別為（92.29±6.44）、（90.13±5.11）、（130.88±23.71）、（96.29±11.75） s，4組的差異有統計學意義（F=30.059，P＜0.05），其中Ⅲ組手術用時明顯高于其他3組（P＜0.01），其余各組兩兩比較無明顯差異（P＞0.05）。

采用Anatomage Invivo 5軟件三維重建的曲面斷層圖像見圖4。

圖4 術后復查時經CBCT三維重建的術后曲面斷層圖像判斷LSS分類Fig 4 Classification of LSS with three-dimensional reconstruction panoramic postoperative CBCT scan

該圖像可360°任意旋轉，能清晰顯示BSSO舌側骨劈開線的任何細節，據此對64側舌側骨劈開線進行LSS分類統計，其結果見表1。由表1可見，盡管所有64側手術均按照標準方式進行，僅有59.38%（38/64）骨折線遵循標準Hunsuck骨劈開線（LSS1），21.88%（14/64）骨折線累及下頜神經管（LSS3），其余18.75%（12/64）是其他方式（LSS2和LSS4）。非導板組有48.39%（15/31）的舌側骨劈開線是LSS1類，而導板組LSS1類為69.70%（23/33）；兩組的LSS2類舌側骨劈開線比較接近；非導板組LSS3類舌側骨劈開線占32.26%（10/31），遠高于導板組的12.12%（4/33）；在所有64側手術中，LSS4類舌側骨劈開線僅出現2例，均由Ⅲ組不用導板的年輕醫師造成。經列聯表分析和Fisher確切概率法檢驗，術中使用導板可以增大標準Hunsuck骨劈開線（LSS1類）的概率，同時減少骨劈開線經過下頜神經管（LSS3類）的概率（χ2=4.185，P＜0.05）；其余各組兩兩比較無明顯差異（P＞0.05）。

表1 64側舌側骨劈開線的LSS分類統計Tab 1 Classification statistics of 64 splits on the LSS例數/百分比（%）

3 討論

BSSO手術3條截骨線中，下頜升支內側水平骨切口因術野狹小，解剖結構變異多，操作難度最大。如果術者操作不當，可能造成頦部感覺麻木、錯位骨折等嚴重并發癥，甚至術中及術后大出血危及生命[9]。手術經驗可以對手術結果產生巨大影響[10]。青年醫師如何盡快掌握此手術骨切口，避免嚴重并發癥的出現呢？截骨導板的應用似乎可以解決這個問題。從本研究結果可以看出：使用導板的年輕醫師組的手術時間遠遠少于不使用導板的年輕醫師組（P＜0.01），與專家組的手術時間無明顯差異（P＞0.05）。手術效果又如何呢？Plooij等[8]研究認為，在BSSO中下頜升支內側水平骨切口末端到達下頜小舌之后（也就是舌側溝前緣）時，下頜骨按照Hunsuck標準截骨線截開的概率從44%上升到63%，而截骨線經過下頜神經管的概率從43%下降至11%，這可能是降低頦部感覺遲鈍及麻木發生的原因。本研究設計截骨導板末端止于下頜升支舌側溝前緣，術中明確指示截骨線末端位置，準確引導截骨鉆針，更有利于完成標準Hunsuck截骨線，從而降低術后并發癥的發生。本試驗數據也支持這個觀點，導板組和非導板組LSS1與LSS3所占百分比存在差異（χ2=4.185，P＜0.05），術中使用截骨導板使下頜骨按照Hunsuck標準截骨線截開的概率從48.39%（15/31）上升到69.70%（23/33），而截骨線經過下頜神經管的概率從32.26%（10/31）下降至12.12%（4/33），這與Plooij等[8]的研究結果相近；同時截骨導板的應用避免了LSS4類舌側錯位截骨線的發生。

3D打印技術又被稱快速成型技術（rapid prototyping，RP），是根據“分層制造，逐層疊加”原理，快速制作所需物件三維實體的一種分層制造技術[11]。3D打印模型數據可以通過CT、磁共振成像、激光掃描、立體測量技術和其他光學掃描方法獲得，其準確性決定了模型制作的精確程度[12]，但絕大多數口腔專科醫院和數量巨大的民營口腔診所都沒有條件配備這些大型醫療設備。在本研究中，CBCT數據作為3D打印模型數據和術后測量評估數據完全能滿足要求，可見一般基層的口腔醫學工作者也可以比較容易地使用CBCT數據從事3D打印的臨床應用工作。本研究的下頜骨模型和截骨導板模型均使用3D打印機打印，速度快、精度高，完全滿足術中需要。3D打印技術可以節省手術時間，減少術后并發癥，并使術中操作更加準確[13]。本研究中，操作Mimics軟件設計截骨導板約需1 h，用3D打印機打印導板時間為1～2 h，這個時間對臨床醫生來講完全能接受并可以在臨床推廣應用。術中截骨導板幫助年輕醫師縮短了手術時間，保證了手術質量，達到了預期目的。本研究中的截骨導板是一項很有實用價值的技術，可將虛擬設計的截骨位置準確轉移到現實手術中來[14]。截骨導板的術中準確就位和穩定固位是保證手術準確度的關鍵。本研究設計的截骨導板厚2 mm，既不影響術區視野，又能托住長裂鉆穩定截骨[15]。因為下頜小舌骨質向外凸起，舌側溝又凹陷下去，對于截骨導板相當于牙齒鄰間隙的倒凹。操作導板就位時，只要卡在“倒凹”處，發出“卡”的聲響，就能保證完全就位。這樣的截骨導板不需要輔助固位裝置，節省了設計和手術操作時間。

綜上所述，對擬行BSSO的患者采用術前CBCT檢查，Mimics軟件設計下頜升支內側水平骨切口截骨導板，并使用3D打印機打印導板以在手術中應用，可以幫助年輕醫師更快更好地完成手術，并避免錯位截骨的發生。在接下來的研究中，筆者將繼續使用頜骨CBCT數據，設計簡單有效的BSSO全截骨線導板，指導BSSO手術完全按照術前設計進行截骨、固定，使術前設計預測與術后結果達到完美的統一。

[1]胡靜, 王大章. 正頜外科[M]. 北京: 人民衛生出版社, 2006:109-113.

[2]Levine JP, Patel A, Saadeh PB, et al. Computer-aided design and manufacturing in craniomaxillofacial surgery: the new state of the art[J]. J Craniofac Surg, 2012, 23(1):288-293.

[3]Bai S, Bo B, Bi Y, et al. CAD/CAM surface templates as an alternative to the intermediate wafer in orthognathic surgery[J]. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod,2010, 110(5):e1-e7.

[4]Li B, Zhang L, Sun H, et al. A novel method of computer aided orthognathic surgery using individual CAD/CAM templates: a combination of osteotomy and repositioning guides[J]. Br J Oral Maxillofac Surg, 2013, 51(8):e239-e244.

[5]Naudi KB, Benramadan R, Brocklebank L, et al. The virtual human face: superimposing the simultaneously captured 3D photorealistic skin surface of the face on the untextured skin image of the CBCT scan[J]. Int J Oral Maxillofac Surg,2013, 42(3):393-400.

[6]Guijarro-Martínez R, Swennen GR. Cone-beam computerized tomography imaging and analysis of the upper airway:a systematic review of the literature[J]. Int J Oral Maxillofac Surg, 2011, 40(11):1227-1237.

[7]Hendrikx AW, Maal T, Dieleman F, et al. Cone-beam CT in the assessment of mandibular invasion by oral squamous cell carcinoma: results of the preliminary study[J]. Int J Oral Maxillofac Surg, 2010, 39(5):436-439.

[8]Plooij JM, Naphausen MT, Maal TJ, et al. 3D evaluation of the lingual fracture line after a bilateral sagittal split osteotomy of the mandible[J]. Int J Oral Maxillofac Surg, 2009,38(12):1244-1249.

[9]王興, 張震康, 張熙恩. 正頜外科手術學[M]. 濟南: 山東科學技術出版社, 1999:247-253.

[10]Whitlock EL, Kasukurthi R, Yan Y, et al. Fibrin glue mitigates the learning curve of microneurosurgical repair[J].Microsurgery, 2010, 30(3):218-222.

[11]Derby B. Printing and prototyping of tissues and scaffolds[J]. Science, 2012, 338(6109):921-926.

[12]Peltola SM, Melchels FP, Grijpma DW, et al. A review of rapid prototyping techniques for tissue engineering purposes[J]. Ann Med, 2008, 40(4):268-280.

[13]沈聰聰, 張艷, 李青峰, 等. 3-D打印技術制備人工骨修復下頜角截骨整形術后骨缺損[J]. 中國修復重建外科雜志,2014, 28(3):300-303.

[14]周洪, 張艷寧, 馮耀普, 等. 基于X線和激光掃描的顱面部三維重建與手術模擬系統的研究[J]. 華西口腔醫學雜志, 2011, 29(4):339-343.

[15]陳霞云, 陳松齡, 張興, 等. 計算機輔助設計個體化模板在口內進路下頜升支垂直截骨術中準確性研究及臨床應用[J/CD]. 中華口腔醫學研究雜志: 電子版, 2009, 3(6):33-35.