數字化外科技術及術中導航在上頜骨腫瘤手術中的應用

施友元， 張海林， 林秀安， 邊聰， 左良

近年來，數字化外科技術(digital surgical techniques， DST)在頭頸腫瘤外科手術修復重建中得到廣泛應用。而術中導航在頭頸部手術特別是復雜的鄰近顱底或重要器官的腫瘤切除中起到很大的作用[1]。頭頸部腫瘤位置深，毗鄰關系復雜，周圍重要器官眾多，通常為致殘性手術，手術中不但要完整切除腫瘤，還要注意對重要器官如頸內動脈、顱神經等進行保護。頭頸部腫瘤切除后常伴有大的組織缺損，如不加以修復，對患者的生活質量及心理均產生重大的影響。以往大多是外科醫生根據缺損的范圍進行經驗性的修復，很難做到精確完美的重建。本研究將DST和手術導航結合起來。術前通過計算機軟件進行虛擬設計(virtual surgical planning，VSP)及快速成型技術(rapid prototype， RP)制作個性化的術中輔助模型/導板，或打印預成型鈦網，將導板用于指導截骨、骨瓣塑形及游離組織瓣就位等。

手術導航則在手術中起保駕護航的作用，將術前的CT或MR導入，在術中指導切除腫物，保護和避讓重要解剖結構，同時將術前虛擬設計的手術計劃實時轉化到術中，引導游離組織瓣就位及驗證重建效果[2-4]。現報道如下。

1 對象與方法

1.1 對象 收集筆者醫院2017年1月—2019年1月收治的上頜骨腫瘤患者8例，其中男性6例，女性2例，年齡中位數45.5歲(35～68歲)。上頜骨缺損修復重建參照James Brown分類：Ⅱ a類3例，Ⅱ b類 3例，Ⅲ b類缺損2例；參照病理類型分類：黏液表皮樣癌1例，腺泡細胞癌1例，腺樣囊性癌1例，牙齦癌2例，造釉細胞瘤1例，上頜骨肉瘤2例。臨床資料見表1。本研究經福建省腫瘤醫院倫理委員會審查同意(SQ2016-047-01)，患者均簽署知情同意書。

表1 8例患者的臨床資料

1.2 方法

1.2.1 術前虛擬設計 所有患者術前均行頜面部CT平掃加增強，對于準備做游離骨皮瓣修復者加做腓骨、頜面部及腓骨CT掃描，結果以DICOM格式輸出。

1.2.1.1 數字化準備階段 用Proplan三維重建軟件，對之前獲取的DICOM數據進行數字化分割及三維模型重建，以獲取上頜骨病灶及腓骨三維重建模型，后在虛擬系統輔助下進行手術設計(包括截骨導板、腓骨塑形的骨段及角度、腓骨就位導板的設計)。

1.2.1.2 模擬手術過程階段 將完成的設計文件通過STL(stereolithography)格式進行存儲，將儲存文件導至3D打印機，打印出上頜骨模型、就位導板、塑形導板及截骨導板，并在模型上預彎好重建板或小鈦板，消毒備用。

1.2.2 手術導航準備 將術前虛擬設計文件和術前上頜骨CT或MR的DICOM數據共同導入 iPlan CMF(BrainLab，Germany)軟件中，將STL數據與CT進行配準，生成導航文件。術前將導航文件導入手術室的導航工作站(加拿大Navient Workstation公司)中，經過注冊后將患者頭位與導航工作站中的相應CT影像匹配。將手術所需的器械如磨鉆、銑刀先進行導航注冊成導航探針。

1.2.3 典型病例

1.2.3.1 病例1 患者，女性，68歲，Ⅱb類缺損。因“發現右面部隆起半年”入院。入院CT示右側上頜竇區域見一大小3.5 cm×3.0 cm實性腫塊，上頜骨骨質部分破壞，入院后病理活檢示腺泡細胞癌，患者因對外表及功能要求不高，拒絕行腓骨肌皮瓣修復術，術前先3D打印出截骨導板，應用術中導航，在導航輔助下進行上頜骨切除，然后游離股前外側皮瓣修復術，供體動脈與受區甲狀腺上動脈行端端吻合、靜脈與受區頸內靜脈分別行端側吻合。術后病理：右側上頜竇腺泡細胞癌(圖1)。

A：術前磁共振；B：術前設計截骨導板；C：腫瘤切除后創面；D：腫瘤標本；E：股前外側皮瓣修復；F：術后外觀。圖1 上頜骨切除后行股前外側皮瓣修復Fig.1 Anterolateral femoral flap repair was performed after maxillary resection

1.2.3.2 病例2 患者，女性，35歲，Ⅲb類缺損。因“發現左側面部膨隆5個月”入院。CT檢查：左側上頜竇區見一大小4.5 cm×5.0 cm實性腫塊影，上頜骨骨質、鼻中隔及右側硬腭受侵。術前應用3D技術打印出模型、鈦網及手術導板，設計上頜骨截骨線、腓骨塑形導板及就位導板，按照術前設計，在術中導航引導下進行一側上頜骨全切加對側1—6齒牙槽切除+游離腓骨皮瓣修復術。最終診斷：左側鼻腔、鼻竇黏液表皮樣癌侵犯硬腭、上頜牙槽(圖2)。

2 結 果

手術均按照術前設計順利完成，8例手術均獲成功。6例中腓骨肌皮瓣修復者受區動脈均為面動脈，受區靜脈為面靜脈；2例股前外側皮瓣移植者受區動脈為甲狀腺上動脈，受區靜脈為頸內靜脈。所有患者上頜骨重建的塑形和固定時間不超過80 min。未發現其他并發癥。平均隨訪25.5個月(12～45個月)，行骨重建的上頜骨均愈合良好、咬合關系較正常，患者張口無受限，無吞咽和發音困難，可經口進食。行股前外側皮瓣修復者均能正常進食，無鼻腔返流，發音正常，8例患者對外形均較滿意。

A～B：術前設計的導板；C:術前影像學；D：術中導航校正；E：截骨導板術中使用；F：術后臉部外觀。圖2 上頜骨切除后游離肌腓骨皮瓣修復Fig.2 Free fibular flap repair after maxilla resection

3 討 論

上頜骨缺損尤其是大型缺損的修復對頭頸外科醫生而言一直是一個極具挑戰的任務，主要原因為上頜骨缺損除導致面部畸形，影響外觀，還對患者的進食和發音造成很大的影響，給患者的工作生活帶來極大不便，對其心理帶來巨大打擊，嚴重影響患者的生存質量。傳統的重建手術主要依賴手術醫生的臨床經驗和手術技巧，可重復性不高，不可復制，重建的效果可能并不理想。

近年來，DST和手術導航技術開始應用于臨床，特別是頭頸部、顱底等結構復雜、器官密集的部位，其應用給頭頸部腫瘤手術后的重建帶來希望，使手術切除的范圍更加準確，對重要器官的保護更加安全，重建更加精準，從而縮短了手術時間，減少了手術并發癥。

DST在臨床應用中主要由術前虛擬設計和術中轉化兩個步驟構成。本組病例中，需骨性重建者先進行術前虛擬骨性重建設計。術前行MR及CT檢查，將MR及CT數據通過快速成型技術打印出模型，虛擬設計手術切除范圍，并可根據模型進行術中植入物(如鈦網、鈦板)的預彎[5-6]。為了快速精準完成手術，還可根據手術設計打印出手術導板如截骨導板、腓骨塑形導板、固定導板等[6-8]。如有條件還可通過快速成型技術直接打印鈦網、鈦板等植入物[9-10]。對于累及眶底的上頜骨缺損患者，需要對眶底進行重建。目前重建主要有以下幾種方法：(1)自體軟組織瓣移植聯合贗復體修復；(2)非血管化骨移植聯合帶蒂或游離皮瓣；(3)帶蒂肌骨瓣或游離血管化骨肌皮瓣移植。第1種方法雖然簡單易行，但缺乏骨性支持，眶內容物可向下移位，目前多用于單純的腭部缺損。第2種非血管化自體骨移植優勢明顯，其良好的硬度可為眶內容物提供有效的支持，并且可與周圍骨質生長融合，避免了排斥反應的發生，但存在術后骨吸收和感染的風險。第3種是目前較公認的方法。一般是用3D打印或在3D打印的上頜骨上彎制的鈦網，重建眶底及上頜骨前壁，腓骨重建牙槽嵴及顴突支柱，攜帶比目魚肌及皮島修復軟組織缺損。鈦網修復上頜骨缺損仍然存在著鈦網逐漸暴露、感染等風險。為避免鈦網外露，最好選擇具有一定厚度的軟組織瓣，如肌皮瓣，以避免遠期鈦網外露[11-12]。一旦發生鈦網暴露，則必須去除鈦網，給患者帶來不必要的二次創傷，所以有學者采用冠突顳肌瓣聯合血管化腓骨肌皮瓣進行眶底及上頜骨重建，不失為一種好辦法，但操作較為復雜[13]。有文獻[14]報道，選用髂骨瓣、髂嵴用于重建眶下緣，內斜肌用于修復腭部及鼻腔側壁缺損。此方法操作較復雜，髂骨血管蒂較短，且旋髂深動脈升支變異較大，可能需要做血管移植搭橋。還有一些生物材料如聚醚酮等重建上頜骨，能夠個性化地設計，但存在排異、感染、生物相容性等問題，需要更多的數據證實其適用性。

本組病例術前先用數字化技術打印出三維骨性及腫瘤模型，后在模型上預彎鈦板、鈦網的方法，這樣預制的植入物能與殘留骨段處準確地貼附。采用術中導航確認游離皮瓣的固定位置，可直觀提示移植骨瓣的固定位置。另外，術前預彎鈦網可與眶底的弧線形態做到盡可能一致，從而使眶腔容積與術前相吻合，減少了對眶內容物的擠壓產生的不適甚至復視等。

對于手術導航的應用，術前將虛擬設計文件(STL數據)和上頜骨CT的DICOM數據共同導入軟件中，將數據與CT進行配準，生成導航文件，后在手術室的導航工作站中導入文件以備術中使用。手術開始后將患者頭位與導航工作站中的相應CT或MR影像匹配，將手術所需的器械如磨鉆、銑刀先進行導航注冊，這樣可以根據導航實時追蹤手術器械的位置，一方面避免損傷重要的神經血管，另一方面可精準有效地切除腫瘤，從而實現手術區域、器械與虛擬環境的動態定位，實現術前設計文件中的位置和形態信息轉化至術中，進而在重建完成后進行驗證[4]。隨著配準技術的進步，導航系統的精確性明顯提高，本研究使用的Navient導航的精度已達0.2 mm，而目前國內現有的數據采用Proplan軟件，根據術后復查的CT顯示，腓骨的位置偏差控制在4 mm內[15]。故術中導航能更有效地提高重建的精確度。

導航手術輔助上頜骨缺損重建手術有以下優點：(1)術中通過導航探針對解剖標志定位，能夠與術前CT或MR圖像融合，明確腫瘤所在的部位，保證了腫瘤的切除邊界，并且可以有效保護重要解剖結構。特別是Navient導航系統能在術前對手術器械如磨鉆、銑刀先進行導航注冊，在術中切除腫瘤時就能做到實時指導腫瘤的切除位置及范圍，并能保障重要器官的安全。以往在上頜骨切除時(特別腫瘤侵犯篩竇、眶板時)，容易出現腦脊液漏或損傷眶內容物和視神經等，而在導航的引導下則可以避免這些并發癥的產生。(2)通過術前設計的形態和位置信息，在重建時應用導航確定骨段的重要標志點實時提示，可獲得精確的形態及位置重建，對重建的精確與否進行實時驗證。相對于虛擬手術結合三維打印導板輔助頜骨重建，本研究方法更具靈活性和準確性，因為前者只能在手術后復查三維CT，然后再用Proplan軟件進行數據融合比較，驗證重建的準確度，而術后驗證對患者獲益不大，且Proplan軟件費用較貴，大多數醫院并未購買該軟件[16]。另外，筆者發現，部分患者因為影像學的局限性，術中發現腫瘤實際侵犯范圍大于影像學范圍，導致術前預制的鈦板或鈦網不可用，只能根據臨床經驗進行腫瘤的切除和重建。

對于上頜骨術后缺損的患者，應用數字化技術與術中導航進行重建，特別是骨性肌皮瓣重建具有指導性的作用，尤其對于Ⅲb缺損患者，相對于股前外側皮瓣，骨性肌皮瓣重建面部對稱度更好，術后更為美觀，功能也恢復得較好。對于一些良性或低度惡性患者，如果經濟能力允許，術后行種植牙修復，則能更好地恢復咀嚼功能，提高生活質量。