快速成形技术在全耳再造术中的临床应用

褚燕军 王明刚 柴岗

快速成形技术在全耳再造术中的临床应用

褚燕军 王明刚 柴岗

目的探讨快速成形技术在全耳再造术中的临床应用。方法螺旋CT扫描获取患者健侧外耳影像数据，经Mimics软件转换成STL格式文件，建模后通过镜像技术应用于快速成形系统，构建患侧外耳三维模型，在二期法全耳再造中用于术中指导一期患侧小耳的自体肋软骨耳支架的雕刻及二期颅耳角的个性化重建。结果自2012年至今采用快速成形技术构建患侧小耳模型9例，重建外耳亚结构单位大于10个，颅耳角成形稳定。随访6~13个月，患者及家属满意。结论应用快速成形技术构建外耳三维模型，相对于传统二维胶片模型更为直观、立体，值得临床应用。

快速成形技术全耳再造三维模型二维胶片

先天性小耳畸形是较常见的耳廓先天缺陷，发病率接近0.5‰[1]，常伴有外耳道闭锁、中耳畸形和颌面部畸形[2]。耳是人体三维立体结构最为复杂的体表器官，这不仅表现为耳在头颅两侧前后、左右、上下等位置的三维立体变化上，更体现在耳廓本身复杂、多变和多层次的解剖特点[3]。

1 临床资料和方法

1.1 临床资料

自2012年至今，我科采用快速成形技术构建患侧小耳模型9例，其中男6例，女3例；年龄6~20岁，平均13岁；左侧4例，右侧5例。

1.2 方法

9例患者均行图像扫描与三维重建，采用美国GE light speed 64层GE64排128层螺旋CT机（VCT）。受检者取仰卧位，下颌稍内收，瞳间线与扫描内定位线平行，扫描基线为上眶耳线（避免晶体过度受照辐射），扫描范围从颅顶至下颌。扫描模式：Helical；旋转时间（Rotation Time）：0.8 sec；扫描层厚及层间隔为：1.25/0.625 mm；螺距（Pitch）：1.375∶1；电压：120 KV；电流：300 mA。原始资料采用1.25 mm薄层重建，重建模式为标准重建。重建数据传入GE adw4.4或4.5工作站进行多平面重建（Multi planarreconstruction，MPR）、最大密度投影（Maxim intensity projection，MIP）及容积重建（Volume rendering，VR）。

根据CT影像DICOM标准数据格式，采用DICOM的浏览软件Efilm得到CT影像的二维图像，将健侧耳的系列边界曲线输入三维CAD系统3D SMAX，根据CT扫描的层间距离进行拉伸、重叠和布尔运算等步骤即得到健侧耳的三维重建（3D数字模型），通过镜像功能得到患侧耳的重建模型，将3D数字模型转换成快速成形标准图形格式STL，应用于快速成形系统建造患耳的三维模型。

一期手术，术前用X线胶片临摹健侧耳形状，裁剪后翻转即为患侧外耳的二维模板。将三维耳模型和二维模板环氧乙烷消毒，备用。术中切取右侧第7、8肋软骨，仔细参照患侧外耳的三维耳模型进行雕刻，雕刻时将联合部作为再造耳的底板，显示对耳轮及其上、下脚和对耳屏，可以另将制成Y形的软骨加在对耳轮及其上下脚，突出该部位的解剖形态，多数对耳轮上脚柔和，对耳轮下脚较锐利，注意三角窝的深浅。将第8肋外缘部分修薄后，沿底板外缘的弧度固定，形成外耳轮、耳轮脚及耳甲艇。耳轮脚要足够长，延伸到近对耳轮深部，注意外耳轮的锐度及外耳轮曲线的变化，耳轮脚及上段线条较为分明，中下段较为柔和，外耳轮曲线上端突出于对耳轮，中间多与对耳轮平齐，下端亦稍突出于对耳轮，隐于耳垂中。耳舟深浅不一，一般上段较深，中下段较浅。余下软骨或使用剔除的变形耳软骨构建耳屏，为突出耳屏结构，利于加深耳甲腔，耳屏由两部分组成，除突出于皮肤表面的结构，在底板的背面、对耳轮的深面沿耳甲腔的弧度再斜形附加一小块月牙形软骨。用细钢丝完成软骨间的拼接和固定。剥离乳突区皮瓣，保留真皮下血管网，剔除残留的卷曲变形的耳软骨。转移耳垂的同时应将耳垂远端劈开，以便软骨支架的插入和固定，使耳垂与再造耳自然衔接。

二期手术在6个月后进行。术中仍使用患侧三维耳模型为参照物。在耳后筋膜浅层锐性剥离掀起耳廓支架，保护好支架表面的筋膜覆盖，软骨支架不能外露，剥离至耳甲腔的深面，注意不要损伤耳后动脉的主干。上下分离到位，至颅耳角形成后无明显牵拉。术中参考已制作的三维耳模型，并测量模型中上、中、下三点耳轮缘至乳突的距离，便于调整患侧耳立起的高度，注意上、中、下的高度不一。将一期术后埋置的自体肋软骨或L型TD55固态硅橡胶鼻假体支架（广州万和）进行塑形，形成柳叶形支架，凸面向前，凹面向后，大小（5.5~6.5）cm×（1.0~1.5）cm，敷贴嵌入颅耳角，上、下极用3/0编织线缝合固定于颅耳沟处的耳软骨支架和筋膜，并与耳廓背面筋膜和乳突区耳后筋膜水平缝合2~3针固定，不要影响耳后筋膜血运，使软骨或硅橡胶支架平整敷贴起到支撑作用。在支撑支架相对应的乳突区设计耳后筋膜瓣，以位于颅耳角深面纵向走形的耳后动脉为蒂，上下超过支撑支架1.0 cm，向耳后延伸1.5~2.5 cm，筋膜瓣翻转无张力完全包被支撑支架，6/0薇荞线与耳廓背面筋膜连续缝合固定。切取9 cm×6 cm皮片，修剪成全厚皮，乳突区创面和耳廓背面分区植皮，颅耳沟处作皮片间断固定，适当加压打包。拆线后佩戴定型耳支架3个月，维持良好的颅耳角。

2 结果

通过术前螺旋CT扫描、相关软件及快速成形设备构建出患侧三维外耳模型，成功完成9例外耳再造，重建外耳亚结构单位大于10个，颅耳角成形稳定。随访6~12个月，再造耳郭外形满意。

3 典型病例

患者，女，11岁，先天性小耳畸形。2012年7月行一期耳再造术，制作3D模型，取自体肋软骨雕刻耳支架埋置于左耳区皮下，术后恢复良好，耳形态结构自然。2013年1月行二期再造术，使用耳后筋膜包被耳后硅橡胶支撑支架，术后筋膜及植皮完全成活，颅耳角形态正常，耳后瘢痕平整，不明显。颞区无附加瘢痕及脱发现象（图1）。

图1 典型病例Fig.1Typical case

4 讨论

外耳位于头颅两侧，在头面部的上下、前后和角度的大体三维位置，具有对称性和一致性。外耳又是具有三维结构最为复杂的体表器官，其螺旋状的软骨盘旋结构，高低错落，勾出了三层复杂的复合体和拥有15～16个亚单位结构。外耳再造是整形外科最具挑战性的手术之一，几乎囊括了整形外科的所有基本技术，如皮瓣设计、筋膜瓣切取、肋软骨支架雕刻、皮片移植和生物材料应用等[4]。自体肋软骨二期法全耳再造术是目前全耳再造术的首选术式[5]，自体肋软骨则是构建的首选材料[6]。

首先，在进行第一期耳廓再造术时，术者需在术中按照一定的模型对自体肋软骨进行雕刻、拼接和组装，形成软骨性的耳廓外形，然后将该支架埋置于皮下，通过负压吸引显示出耳廓的各亚单位结构。三维立体的肋软骨支架的雕刻是耳再造的主要难点，而雕刻所参照的模型则是决定支架仿真程度的关键。传统的肋软骨支架雕刻采用的是二维胶片取样方法，因此若要在全耳再造的临床技术上有所突破，就迫切需要应用三维模型来指导术中支架的雕刻。应用三维模型可以避免在绘制二维胶片模板时由于各种人为因素所造成的误差；可以充分估计雕刻支架所需软骨量，避免浪费肋软骨以最大程度地减轻切取肋软骨所造成的胸廓畸形；可以在三角窝和耳甲腔的深度、耳轮及对耳轮的高度和方向、颅耳角的高度等细节方面尽量接近健侧耳廓；对于术后再造耳廓形态的变化，儿童患者再造耳是否生长，生长情况如何，都可以通过在术前建立三维耳廓数据库加以测量、对比，为临床研究提供科学依据。

其次，在进行第二期手术（颅耳角重建）时，需在肋软骨支架的背面植入一支撑物以维持颅耳角的高度，自体肋软骨块仍是首选材料[6-7]。然而，该结构重建的雕刻过程依旧是具有高度主观性的，无法满足个性化的要求；且由于受到肋软骨取材量和质的限制，以及不可预估的软骨吸收，而最终导致颅耳角高度往往低于健侧甚至完全消失。我们采用人工材料较好地解决了支撑物取材的问题[8]，但仍需解决个性化塑形问题。我们术前应用螺旋CT扫描健侧外耳，获取的数据以DICOM格式保存，通过Mimics软件转换成快速成形设备识别的STL格式，从而制作出患侧外耳的三维模型，通过术中即时测量外耳轮到乳突的上、中、下三点的距离，对耳后支撑软骨或生物材料进行个性化的雕刻，达到与健侧颅耳角高度、弧度等各方面形态尽可能对称的目的。

快速成形（Rapid prototyping，RP）是一种基于离散堆积成形原理[9]，综合了计算机辅助设计、数控、激光和新材料等多门技术的新兴数字化成形技术。

快速成形技术与基于CT、MRI扫描数据的三维重构技术相结合，能够形成精度极高、外形极其逼真的解剖结构模型，不仅可以在手术前提供患者的三维实体，也可以作为手术示范模型和教学模型，并且可以利用快速成形模型对手术的实际效果与预期效果之间的吻合程度进行分析。也可把消毒后的模型带进手术室，作为有直接目的的可视化立体模型使用，从而实现个体化的重建。这种个体化的制造对于整形外科是非常重要的，在整形外科的外耳再造、颅颌面外科、眶骨缺损和颅骨缺损的修复、美容外科等均可广泛应用。同时，该技术也是制备组织工程细胞外支架结构材料的一个理想解决途径。它不仅能够实现化学方法无法实现的复杂空间结构，而且成形过程中不需要任何工、装、夹具，比传统的机械加工更具优势。尤其是在人体器官这样没有任何规则表面的空间实体的制造上，其优势更是不可比拟[10]。

通过应用快速成形技术制作出患侧外耳的三维模型，对于一期手术中雕刻自体肋软骨耳支架和二期颅耳角个性化的重建起到重要作用，快速成形技术的深入研究必将推动全耳再造水平。

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Clinical Application of Rapid Prototyping Technology in Ear Reconstruction

ObjectiveTo explore the clinical application of rapid prototyping technology in ear reconstruction.Methods Image data of spiral CT scanning of normal side ear was converted into STL format files by the Mimics software.3D model of affected ear was obtained by rapid prototyping system after modeling through image technique.Then the 3D model was guided for autologous rib cartilage bracket carving in stage one of ear reconstruction and individual reconstruction of cranioauricular angle in stage two of ear reconstruction.ResultsSince 2012,9 models of microtia were built by rapid prototyping technology.More than 10 substructure units of external ear were reconstructed.Cranio-auricular angle was stable.Patients were followed up for 6-13 months and were satisfied with the ear appearance.ConclusionComparing with traditional twodimensional film model,using rapid prototyping technology for the reconstruction of 3-D model of external ear is more intuitive and stereoscopic,and is worthy of clinical application.

Rapid prototyping technology;Ear reconstruction;Three-dimensional model;Two-dimensional film

R319

A

1673－0364（2014）01－0040－03

CHU Yanjun1,WANG Minggang1,CHAI Gang2.
1 Department of Burn and Plastic Surgery,The Anhui Provincal Hospital of Anhui Medical University,Hefei 230001, China;2 Department of Plastic and Reconstruction Surgery,Shanghai Ninth People's Hospital,Shanghai Jiaotong University School of Medicine,Shanghai 200011,China.Corresponding author:CHAI Gang(E-mail:13918218178@163.com).

2013年12月20日；

2014年1月16日）

10.3969/j.issn.1673-0364.2014.01.012

230001合肥市安徽省立医院烧伤整形科（褚燕军，王明刚）；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（柴岗）。

柴岗（E-mail：13918218178@163.com）。