數字化導板在下顎腫瘤手術中的設計與應用

郗睿，張軼，于強

1. 南京理工大學，江蘇 南京 210094；2. 江蘇捷生凱爾醫學增材制造研究院，江蘇 南京 210046

引言

在下顎腫瘤手術中傳統手術導板的定位以及貼合度不理想，導板常出現因手術時骨刀的運動產生脫位的現象，導板結構的不合理也會對臨床操作產生不便。本方案從精準定位和穩定性的角度對下顎截骨導板、腓骨截骨導板、導航模板進行設計構思改進，精準細化三類導板設計的比例結構和尺寸范圍；在江蘇省某口腔醫院的實際臨床案例中應用實踐數據化導板方案，提升數據化導板的可用性和成熟度。

1 傳統下顎腫瘤手術及手術導板狀況

下顎腫瘤手術解決的主要問題分為兩部分：一是切除下顎骨腫瘤浸潤區域；二是用腓骨對切除的下顎骨進行拼接形成比較飽滿的輪廓曲線。根據病患CT 數據進行三維重建，直觀的觀察出病噪面積大小并與主治醫師溝通手術方案，再以導板的形式對面部輪廓進行設計[1]。

一臺下顎手術所需導板主要包括下顎截骨導板、下顎導航模板、腓骨截骨導板三部分[2]。傳統口腔手術中，醫生通過FDI 牙位表示法[3]或下頜孔、下顎神經孔等特定位置指定截骨范圍，以此為基礎制作下顎截骨導板，導板底部需要包住下顎骨，完成與病患下顎處的定位，再使用超聲骨刀切除病灶處（圖1）。

圖1 傳統下顎截骨導板

傳統導板的定位方式是通過導板貼合下顎底端卡住特征位[4]，之后用刀具沿法欄方向鋸斷下顎骨，而使用這種固定方式的定位導板其穩定性，貼合性都較差，醫生若使用線鋸[5]的方式鋸骨，會大幅度的影響導板的位置，造成手術偏差[6]。因此截骨導板如何設計能夠精準定位且貼合牢靠，是截骨（刀口）位置符合術前方案的重要前提。

2 數據化導板的設計與應用

2.1 導板設計

本方案主要對口腔腫瘤手術中所需的三類手術導板按手術順序進行設計，分別為：① 下顎導板：輔助醫生切除下顎病灶；② 腓骨截骨導板：獲取健康腓骨段；③ 導航模板：將腓骨段與健康下顎骨進行拼接形成完善的下顎輪廓。

2.1.1 下顎導板設計

本方案所述的下顎截骨導板的設計思路是能夠設計出套住牙齒頂部端固定牢靠的截骨導板。牙齒在口腔中的特征最為明顯，且牙齒相對于下顎骨的位置又是固定的，因此以牙齒為定位點能夠精準的的固定住導板位置，刀口的位置也能隨之確定。刀口處的設計需要足夠穩固以適應手術中不同刀具大幅度運轉產生的震動，因此刀口位置選擇設計在導板中間位置，刀口兩側的導板長度各為三至四個牙位，總長約7 個牙位。因此導板總體結構共分為三層：頂部套住牙齒頂端部分，底部貼合下顎部分，中間連接板塊。刀口按病灶需切除的范圍從底部中間適宜段定位一直延伸至中間層部位。經與臨床手術醫生溝通認為此種思路設計的導板相較傳統的單側下顎包裹導板能夠更好地輔助醫生完成手術（圖2）。

圖2 下顎導板設計示意圖

2.1.2 腓骨導板設計

腓骨導板[7]設計分為三部分：① 刀口處設計，腓骨兩端刀口為方形中空造型，腓骨中間連接刀口采用X 形封閉設計，用以限制運刀幅度[8]，精準化手術操作；② 截骨槽，視手術方案所需腓骨段數量而定；③ 打孔位，按鈦板孔洞軌跡擬合至導板上沿，手術中直接按導板孔位在腓骨段上打孔，最后鈦板[9]只需按腓骨段孔位對齊即可完成貼合操作，降低手術復雜性。整個導板尺寸經過與醫生商榷后確定導板厚度2 mm，高度8～10 mm，寬度30～40 mm 范圍內，每段腓骨段不少于40 mm 最為適合臨床手術（圖3）。

2.1.3 下顎導航模板設計

導航模板的功用主要是下顎病灶處切除、獲取腓骨段后為腓骨的拼接進行導航，模板設計主要包括兩塊：① 骨槽位；② 下顎連接口（圖4）。因為要拖住腓骨段底部，所以模板與下顎的定位以截后下顎骨斷面為特征處進行定位設計。如此制作的導航模板只需要醫生將腓骨段放置于槽位上并與導板孔位進行比對即可完成對腓骨段角度與位置的調整。

圖3 腓骨導板設計示意圖

圖4 下顎導航模板設計示意圖

2.2 數字化處理方法

數字化處理所需數據包括患者頭骨CT，口掃數據，腿部CT。將 頭 骨CT 導 入Mimics19.0 軟 件（Materialise 公司）截取下顎骨三維模型，再將口掃數據和下顎骨模型導入Proplan3.0 軟件進行比對，口掃模型按眶耳平面[10]特征點與頭骨數據進行拼疊（表1），結合后的模型因口掃數據更為清晰地反應牙齒輪廓特征[11]，制作出的牙套部分更為貼合牙齒頂層（圖5）。

圖5 口掃模型與下顎骨拼疊結果圖

模型主體部分制作完成后導入3-matic 進行設計，先行制作下顎截骨導板，導板設計尺寸如下：① 導板內表面與下顎之間距離0.2 mm，留出一定間隙為手術時產生的雜質提供剩余量，導板厚度2.2 mm；② 刀口靠近導板中線位置，寬度1.2 mm，長度從導板底部延伸至頂層牙套部分；③ 導板總長7 個牙位，約55 mm。

腓骨截骨導板的截骨范圍為從距腓骨足側端75.3 mm處起始至距頭側端140 mm處結束，導板高度確定為8 mm，寬33 mm，總長140 mm（圖6），刀口寬度1 mm，刀口壁厚2 mm，導板與腓骨剩余間隙0.2 mm。

下顎導航模板需在Proplan3.0 中勾出截骨線路徑（腓骨段擺放路徑），截骨線要求根據患者的下牙槽神經血管蒂所在位置設計一側的截骨線[12]，截骨線的上方及升支后緣處不超過咬頜平面，弧形截骨線下方延伸至頦孔下，避免二次成角，之后重建出腓骨段在下顎骨拼接后的三維模型，以此為基礎制作導航模板，模板厚度2 mm，與下顎間隙0.2 mm，導板與下顎骨連接處寬度留出三個孔位（圖7）。

表1 眶耳平面特征點坐標

圖6 腓骨截骨3D方案

將三維數據通過光固化成型技術（Stereolithography Apparatus，SLA）打印出實體模型，模型通過后處理對表面進行光滑處理，防止尖角銳料會對病患產生二次傷害（圖8）。

圖7 導航模板三維模型圖

圖8 導板實體

2.3 臨床應用及術后評估

通過跟臺觀察手術，手術中有關導板的操作按順序依次是使用下顎導板切除下顎病噪，使用腓骨截骨導板獲取腓骨段，最后用導航模板拼接腓骨段及切除后的下顎骨（圖9）。所有患者手術均順利完成，手術結果與術前方案完全一致，跟臺時未發現手術過程中醫生會因為導板問題導致手術中斷的現象，10 例手術平均時間5.5 h，較傳統手術縮短15～30 min，整個手術完全按照術前方案穩固推進。

圖9 手術導板使用圖

術后通過CT 復查未發現病噪殘余，整個拼接后的下顎骨能夠保持活性，下牙槽神經血管束保留完好，未出現骨折、大出血、感染、頸部麻木等并發癥，患者恢復情況良好，手術能夠較好地控制住病情，拼接后的下顎輪廓飽滿，不會對患者面部產生太大影響。臨床醫生對此種類型的導板固定方式較為青睞，較以往的導板需要通過手按才可貼合下顎骨節省了人力，使用刀具切割時的安全性也得到了較大的提升，同時也認可該導板能更好地精準化手術操作，降低手術復雜性。

3 討論與思考

3.1 下顎塑造的飽滿度是今后數據化導板應用改進的主要方向

雖然此類手術的主要目的是為了切除腫瘤，但出于審美的角度，如何塑造出更加飽滿的下顎輪廓也同樣需要考慮[13]，正常下顎骨的厚度較腓骨段而言更高，為使面部輪廓更為接近常人，提出將腓骨段沿骨間緣方向拆分并展開以提升厚度，此思路對導板的要求更高，導航模板需要設計為能夠卡住兩段腓骨段高度的結構，同時需要增加一塊腓骨段截骨導板[14]，手術方案也需要較大的調整，手術耗時及復雜度也相繼提升。目前國內還未有相關文獻涉及這種手術思路，若能實現該方案，對于術后病人的面部影響會更小，康復效果會更佳。

3.2 輪廓對稱處理也是涉及術后審美中的一個難題

對稱是面部審美的關鍵，這對截骨手術來說是一個比較困難的問題，在三維模型操作時往往是通過鏡像比對設計截骨線，但下顎骨曲線圓滑[15]，而腓骨段都是直線型，按理論腓骨段越多，拼接的曲線越圓滑，但腓骨段太多會提升手術難度和風險，因此腓骨段的設計往往是通過主治醫生經驗判斷，設計者難以獨立完成手術方案。因此設計美學與臨床操作如何相互共融、達到最優是手術方案是否成功的關鍵。

3.3 導板材料的更新進步將決定技術應用的普及面

醫療3D 打印技術的興起和發展，離不開打印材料的更新換代，本方案所有導板材料均以SLA 通用的光敏樹脂制作完成，雖然手術導板不需要植入體內，但是刀具觸碰后會產生碎料進入人體，因此生物相容性材料的應用對于手術安全性以及術后康復來說會有較大的改善，聚乳酸的性質符合人體攝入物的要求也是目前被認為最有發展前景的醫用高分子材料：無毒、具有合適的生物降解性和良好的生物兼容性且對某些菌體有一定相互作用的能力，因此若該導板采用聚乳酸制作會大幅提升導板可用性。