计算机辅助设计定制化植入体在复杂眶周畸形治疗中的应用

俞哲元 曹德君 柴岗 韦敏 穆雄铮

计算机辅助设计定制化植入体在复杂眶周畸形治疗中的应用

俞哲元 曹德君 柴岗 韦敏 穆雄铮

目的探讨计算机辅助设计定制化植入体，对复杂眶周畸形患者治疗的准确性和安全性。方法本文回顾了2009年1月至2012年12月，于我科接受计算机辅助设计定制化植入体治疗的眶周复杂畸形患者共106例，将患者术后6月CT扫描重建影像与术前计算机模拟设计行表面几何学差异分析，判断植入体与术前设计间的差异，并统计患者并发症的发生情况。结果106例患者中，采集6个月后随访CT共105例，植入体形态平均误差（1.32±1.64）mm，85.72%的患者误差小于2 mm。除1例患者由于反复的额窦感染，在术后2个月取出植入体，其余患者均未发生严重的并发症。结论计算机辅助定制化植入体，治疗眶周复杂畸形高效、准确、安全，可作为复杂眶周畸形临床治疗的推荐方案之一。

计算机辅助设计定制化植入体眶周畸形数字医学

眶周畸形是整形外科常见的颅面部畸形，多由于外伤、先天畸形或各种医源性继发症造成。由于眶缘本身为复杂而不规则的连续曲面结构，表面的软组织覆盖亦相当菲薄，难以遮盖骨面的不规则畸形，通过临床手工塑形的方法，无论是采用自体组织还是人工材料，都很难在保证与对侧一致的情况下，塑造眶周的完美轮廓。故而在既往针对复杂眶周畸形的病例治疗中，往往选择采用截骨重排间隙嵌插植骨的手段，利用眶周骨缘原本的轮廓来重塑眶周外形。近年来，随着计算机辅助设计定制化植入体的推广，这类复杂病例的治疗有了更为简便的解决方案。

1 资料与方法

本文回顾了2009年1月至2012年12月，于我科接受计算机辅助设计定制化植入体治疗的复杂眶周畸形患者共106例，排除早期颅眶颧外伤患者（表1）。其中，男性63例，女性43例。8～14岁2例，15～24岁14例，25～40岁51例，41～60岁36例，60岁以上3例。

表1 病因分布Table 1Etiologic distribution

患者均于术前接受颅面部螺旋CT扫描（GE LigntSpeed16，GE，美国），扫描参数120 KV、250 mA，扫描层厚1.25 mm，所得数据保存为DICOM 3.0格式，导入三维重建设计软件Mimics 10.01（Materialise Inc，比利时），取CT阈值大于225的体素行三维重建，获得骨骼数字模型。切割模型获得正常侧眶周形态部分，以正中矢状面作镜像重叠至患侧，检查镜像模型六维度形态与对侧一致后，行布尔运算并抛弃冗余碎片后，得到植入体形态，并根据手术切口限制及植入固定需要，加以必要的分割和其他手术模拟设计。将设计好的植入体以及重建的骨骼数字模型分别以STL格式保存。

将STL文件输入快速成型装置Z-printer 510（Z-corp Technology Inc，美国）打印成三维实体模型，在患者骨骼模型上检测植入体模型，并加以必要的修整以保证植入过程中没有异常阻挡，通过硅胶翻模将植入体模型翻制成EH复合型骨水泥植入体（倍尔康生物科技有限公司，上海）。再一次于骨骼模型上检验植入与安置程序无异常后，植入体彻底清洗消毒备用。

根据植入体位置选择手术切口。对于眶外、下侧部位多选用睑缘切口径路，而眶内、上侧植入体多选用冠状切口径路，循常规分离径路将植入区表面骨膜充分分离后，植入体植入并固定于骨膜下设计位置，予以完善的软组织覆盖。对于有眼球凹陷表现的患者，同期行高密度多孔聚乙烯或膨体聚四氟乙烯植入体眶内充填，以矫正突眼度。

术后6个月，患者再次行螺旋CT扫描，所得影像导入软件Rapidform 2006中（Inus Technology Inc，韩国），与术前影像及设计数据进行表面几何学差异分析，判断植入体与术前设计间的差异，并统计患者术后并发症的发生情况（图1-7）。

2 结果

106例患者中，随访6个月后采集CT共105例，植入体形态平均误差（1.32±1.64）mm，85.72%的患者误差小于2 mm（表2）。综合105例植入体误差表现，发现植入体面积＞7 cm×8 cm时，其表面形态误差较为明显。

106例患者中，发生感染2例，其中1例患者由于反复的额窦感染，在术后2个月时取出植入体，其余患者均未发生严重的并发症。有6例患者由于术中暴露牵拉过度，发生了眶下区麻木，并在术后6个月时麻木感未能完全消失（表3）。

所有患者均表示外观获得了明显的改善。有63例患者在植入术后无需接受进一步的手术治疗。有14例患者在术后6个月时接受了自体脂肪注射移植，以进一步改善软组织对称性。其余患者接受了包括重睑、颌骨充填、瘢痕修整、提眉等序列治疗手术。

图1 一例复杂晚期颅眶外伤患者术前CT三维重建图像Fig.1The pre-surgical CT reconstructive image of one complex frontal-orbital injury

图2 左眶颧复合体截骨复位模拟设计Fig.2Digital simulation of left zygoma-orbit reposition

图3 根据健侧镜像与曲面拟合技术设计植入体Fig.3Implant design according to the mirrored image of right side and surface fitting technique

图4 快速成型输出的患者头颅模型与制作完成的EH复合骨水泥定制化植入体Fig.4The EH compound implant placed on the patient's rapid prototyping model

图5 患者随访CT的三维重建图像Fig.5The reconstructive CT image of the patient after followed up for 6 months

图6 随访CT图像与术前计算机设计植入体配准对位后，行表面几何学差异分析Fig.6Surface geometric deviation analysis of the follow-up image and the pre-surgical design

图7 几何学差异分析结果，此患者临床随访结果与术前设计植入体表面几何学差异为（0.64±0.61）mmFig.7Result of the surface geometric deviation analysis.In this case the result was(0.64±0.61)mm

表2 术后6个月CT图像与术前植入体设计的表面几何学误差分析结果（n=105）Table 2Results of the surface geometric deviation analysis between the CT image 6 months after surgery and pre-surgical implant design(n=105)

表3 患者随访3～6个月并发症统计情况（n=106）Table 3Complication observation after 3 to 6 months'follow-up(n=106)

3 讨论

EH复合骨水泥材料是一种有效的临床骨替代材料，至今已经过了近15年的临床应用检验，证明了其安全性和可靠性。基于此材料的计算机辅助设计定制化植入体是对材料应用的一大突破，可以明显缩短手术时间、提高手术精度、减少患者损伤[1]，为手术治疗带来了极大的便利。

眶周骨骼形态涉及大量复杂而连续的颅、眶、颞、颧部曲面，表面覆盖菲薄易于为患者本人触及并双侧比较。现有的成型植入体难以通过手工修整、塑形来重塑圆润光滑的眶缘形态，故而临床既往多采用截骨重排的方法，利用残留眶缘骨骼自身的弧度和曲面形态重建患侧形态，并在其深面嵌插植骨内固定，手术难度高、时间长，术后对称性取决于医师的临床经验。目前，通过手术导航、快速成型引导等技术，可以极大地提高手术后的对称性[2-3]，但硬件设备成本高，需经过较长时间的操作培训，且并不能降低手术难度，仅在各大主要的颅颌面外科中心应用。自体骨移植后吸收对治疗的远期效果也会带来不稳定的影响。

计算机辅助设计定制化植入体可以安全有效地重建患者的眶缘形态结构，手术操作便捷，易学习掌握，只需经过短期培训就可以被有资质的整形外科、眼科、耳鼻喉科、口腔颌面外科等医师所掌握，可以快速培训相关的应用人才，亦无远期吸收问题。结合远程会诊和集成服务中心的工作流程，有望通过一个服务中心为大量的周边医疗机构提供医疗解决方案，在不增加医疗单位硬件投入的基础上帮助相关科室医师实施更高精度的手术。

同时，计算机辅助设计定制化植入体，可以极大地降低眶面部骨结构重建的手术难度，帮助医师将更多的精力集中于外观细节的调整。在我们的医疗过程中，以放射性颧眶颞发育不全患者为例，既往手术医师需要在6~7 h的颅内外联合径路眶腔扩大手术后，再耗费5 h左右行足背筋膜皮瓣游离移植结膜囊重建手术[4]，对手术医师的临床能力、体力、精力和毅力都是巨大的考验。而采用了定制化植入体后，整体手术时间被缩短到7 h以内，医师可以更详尽仔细地调整患者容貌表现，同时也避免了术后预防脑水肿与显微皮瓣术后护理之间的矛盾，为临床治疗带来了积极的改变。

计算机辅助设计定制化植入体是数字医学技术的一个良好代表。以往数字医学总给人们带来高精尖、高投入的印象，但事实上，同样具有平民化、普及化的发展潜力[5-6]，可以较低的成本投入为更加广大的中、基层医疗单位和更多的患者带来实际的帮助，而非少数大型医疗中心的专利。临床医师与数字工程人员之间更好的学术交流、技术融合必将给我们带来更多的发展。

计算机辅助定制化植入体是一种安全、便捷、有效的颅颌面骨替代治疗方案，对眶周复杂畸形患者而言，可以在更大的适应症范围内取代传统的截骨重排手术，可作为眶周复杂畸形临床治疗的最佳方案之一，应当引起临床医师的重新认识和积极重视。

[1]Cao D,Yu Z,Chai G,et al.Application of EH compound artificial bone material combined with computerized three-dimensional reconstruction in craniomaxillofacial surgery[J].J Craniofac Surg, 2010,21(2):440-443.

[2]Yu H,Shen SG,Wang X,et al.The indication and application of computer-assisted navigation in oral and maxillofacial surgery-Shanghai's experience based on 104 cases[J].J Craniomaxillofac Surg,2013,41(8):770-774.

[3]Gordon CR,Murphy RJ,Coon D,et al.Preliminary development of a workstation for craniomaxillofacial surgical procedures:introducing a computer-assisted planning and execution system[J].J Craniofac Surg,2014,25(1):273-283.

[4]Ruhong Z,Xiongzheng M,Ming W,et al.Reconstruction of the anophthalmic orbit by orbital osteotomy and free flap transfer[J]. J Craniofac Surg,2005,16(6):1091-1098.

[5]Jalbert F,Boetto S,Nadon F,et al.One-step primary reconstruction for complex craniofacial resection with PEEK custom-made implants[J].J Craniomaxillofac Surg,2013,42(2):141-148.

[6]Grauer D,Cevidanes LS,Proffit WR.Working with DICOM craniofacial images[J].Am J Orthod Dentofacial Orthop,2009, 136(3):460-470.（收稿日期：2013年10月23日；修回日期：2013年12月17日）

Computer Assistant Designed Implant:A Solution to Complex Orbital Deformities

ObjectiveTo investigate the efficiency and safety of computer assistant designed implants(CADI)in the treatment of complex orbital abnormalities.MethodsA retrospective study was applied on 106 cases suffered from complex orbital deformity and treated with CADI during Jan.2009 to Dec.2012.The 6 months’postoperative CT image was compared to the pre-operative design.The surface geometric deviation was analyzed to evaluate the accuracy of CADI in orbital reconstruction.And the complications were documented.ResultsAmong 106 cases,the CT images of 105 cases were obtained.The average deviation of the 105 cases was(1.32±1.64)mm.In 85.72%cases,the deviation was less than 2 mm.Only in one case the implant was taken out due to severe frontal sinus infection.No other serious complications were observed.ConclusionComputer assistant designed implant is an efficient,accurate and safe solution to complex orbital deformities.It might be one of the first choices in the treatment of complex orbital deformities.

Computer aided design;Customized implant;Orbital deformity;Digital medicine

R319

A

1673－0364（2014）01－0022－04

YU Zheyuan1,CAO Dejun1,CHAI Gang1,WEI Min1,MU Xiongzheng2.
1 Department of Plastic and Reconstructive Surgery,Shanghai Ninth People's Hospital, Shanghai Jiaotong University School of Medicine,Shanghai 200011,China;2 Department of Plastic Surgery,Huashan Hospital,Fudan University,Shanghai 200040,China.Corresponding author:YU Zheyuan(E-mail:cranioyu@gmail.com).

10.3969/j.issn.1673-0364.2014.01.007

上海市科学技术委员会医学引导项目（134119a9600）。

200011上海市上海交通大学医学院附属第九人民医院整复外科（俞哲元，曹德君，柴岗，韦敏）；200040上海市复旦大学附属华山医院整形外科（穆雄铮）。

俞哲元（E-mail：cranioyu@gmail.com）。