3D打印在颅骨骨纤维结构不良中的应用

纪玉桂，李天栋，刘一兵

（广州军区广州总医院神经医学专科医院，广东 广州 510010）

3D打印在颅骨骨纤维结构不良中的应用

纪玉桂，李天栋，刘一兵

（广州军区广州总医院神经医学专科医院，广东 广州 510010）

目的评价3D打印技术在颅骨骨纤维结构不良中的应用价值。方法对23例颅骨骨纤维结构不良患者利用Mimics软件三维重建，快速成型制作出钛板模型，利用医用钛合金制造个体化修复块，术中将修复块植入缺损区域，钛钉固定。结果颅骨钛板植入物与缺损区域有良好的适配性，术中无需修正、固定即可。术后随访修复体形态良好，无感染和外露现象发生。结论3D打印能精确修复颅骨缺损和设计制造个体化假体，简化手术操作，缩短了手术时间，临床效果满意。

骨纤维结构不良；计算机辅助；快速成型；数字医学

doi∶10.3969/j.issn.1003-6350.2014.19.1146

骨纤维结构不良是一种起源于纤维组织的良性骨肿瘤，首次报道于1891年[1]，该病又称长骨骨化性纤维瘤、骨性纤维瘤、纤维性骨瘤等[2]。常规的颅骨缺损修复术是临床医生在术中根据患者颅骨纤维不良部位的大小和形状手工修剪钛网，以符合患者纤维不良切除缺损重建部位的需求。其手术操作复杂，术中塑形时间长，增加了出血量。同时，修复效果主要取决于医生的临床经验和技术水平，存在较大的不确定性，因此，能否找到一种高效、精确的修复方法成为颅骨骨纤维结构不良缺损修复术中亟需解决的问题[3]。

随着3D打印技术(Rapid-prototyping，RP)的发展，运用医学图像处理技术和逆向工程方法重建出颅骨纤维不良的三维模型，通过计算机辅助技术与3D打印技术获得个体化的颅骨骨纤维不良切除缺损重建修复块，可实现修复钛板植入物与缺损部位的精确结合，能够达到较好的治疗效果，报道如下：

1 资料与方法

1.1 一般资料选取2007年1月至2013年12月来我科救治颅骨骨纤维结构不良的患者23例，年龄10～55岁，平均(25.2±12.6)岁；男性10例，女性13例；病程10 d～18年，平均(4.1±1.3)年。

1.2 方法

1.2.1 颅骨骨结构纤维不良三维解剖模型的建立术前患者进行双源64排CT(扫面电压120 kv，电流180.52 mAs)扫描。将扫描获得的病变骨骼的断层图像保存为DICOM格式，然后将数据导入Mimics三维建模软件，运用阈值、区域增长等功能，分别重建出病变部位骨组织三维解剖模型(图1)。利用镜像功能，对骨纤维不良区域进行手动切除和重建，生成颅骨缺损区域的修复块(图2)，最后将其模型和修复块以STL格式输入3D打印机，制作出三维1∶1实物模型(图3)。观察修复体和模型的吻合程度，预测术后形态效果。进一步进行机械加工、抛光、超声清洗和消毒，钛合金修复体完成。

图1 三维重建骨纤维不良模型

图2 修复块设计

图3 3D打印模型

1.2.2 实施手术根据术前三维重建和3D打印钛板模型进行划线，分段切开头皮，电凝和头皮夹止血，沿帽状筋膜和颞肌分离，边分离边止血，形成皮肌瓣大小约8.0 cm×7.0 cm，翻向颞底部固定。分离颞肌筋膜、暴露颞肌时病变颞骨表面渗血较多，骨蜡止血、电凝止血，术区四周钻孔各一枚。按术前设计，患者颞骨鳞部异常生长较厚，厚约2.5 cm，遂用磨钻于颞骨鳞部磨成凹槽，铣开骨瓣大小约7.0 cm×6.0 cm，骨蜡于骨窗缘周围止血，硬膜张力较高，悬吊硬膜，止血纱于四周骨缘覆盖止血，咬除颞骨鳞部增厚部分，直达颧弓部。术野严密止血，并用明胶海绵覆盖硬膜表面，确认止血彻底后，填充修复块钛网材料，硬膜下悬吊三针，用15个钛钉固定颅骨材料。再次确定止血彻底后，皮下颅骨材料处放置引流管一根，自切口旁另一切除引出，并妥善固定，分层缝合颞肌、帽状筋膜和头皮。

2 结果

对23例患者经术后进行平均(41.66±24.19)个月的随访，修复体植入后稳定，未发生感染，头皮无破溃、外露，功能和外形恢复满意。术后X射线、三维CT评价修复体和缺损吻合良好，与临近骨面过度自然谐调。其中2例患者术后早期头皮下积液，经引流和局部加压包扎后治愈。与本科室传统手术方法相比，手术时间缩短约1 h，提高了手术效率，所有患者均对术后效果满意。

3 讨论

骨纤维结构不良(Fibrous dysplasia，FD)又称骨纤维异常增殖症，是一组以骨纤维变性为特征的类肿瘤疾患，约占类肿瘤疾病的7%。颅骨纤维结构不良是FD中常见的一类。主要是出现外形改变与颅神经功能障碍两类症状。如：无痛性的包块或肿胀、颅面部不对称、突眼、眼斜视、溢泪、鼻塞、面部麻痹、顽固性头痛、视力下降、听力下降等。颅骨纤维结构不良的治疗目的主要分为两大类，一类是为了改善外形或外貌；另一类是为了挽救受损害的视神经，因而手术主要是通过视神经管减压[4]。

常规在修复颅骨骨纤维结构不良手术中，医生需要进行钛板的裁剪，增加了手术时间和术者暴露射线量，而且手术效果不理想[5-6]。我们科室采用3D打印技术对23例骨纤维结构不良患者进行了数字化技术设计，根据病变切除范围重新校正数据，使成形设计趋于完美，实践证明效果良好。同时本组采用数字化技术后，术后CT评价修复体和缺损吻合良好，与临近骨面过度自然谐调。患者术中的出血量约减少200 ml，手术时间缩短约1 h，同时术后随访显示修复体植入后稳定，未发生感染，头皮无破溃、外露等现象，手术效果满意。本研究表明在术前对照头颅模型反复对比，术中将模型进行参考，能够找出可以稳定对合的位置，使钛片更加稳定地沿着骨缺损的边缘固定以提供更好的稳定性和美容效果。国内外一些学者利用快速成型技术辅助颅骨缺损修复做了相关的研究。高全文等[4]报道了针对肿瘤和外伤所致颅骨大面积缺损患者7例，利用快速成型技术制作患者的颅骨树脂模型，应用铸造技术制备修复颅骨缺损的钛合金，术中应用、术后随访效果满意。夏德林等[7]针对创伤后颅骨缺损26例患者采用CAD/CAM预制个体化钛合金修复体，进行颅骨缺损修复术，术后随访4年，修复体形态良好，无感染和修复体外露发生。结果表明计算机辅助设计与制造预制个体化修复体对于创伤后颅骨能最大限度的恢复患者外形，术中无需修剪，缩短手术时间，修复效果良好。Rotaru等[8]报道了一位53岁的男性患者，通过羟基磷灰石个性化设计和快速成型，术中进行植入，术后随访效果满意。

针对临床实践中颅骨骨纤维结构不良手术，术后出现植入物和缺损区域不匹配、容易出现外露现象等缺点，本课题利用先进的3D打印技术提供了一种崭新的途径。通过双源CT扫描、数据获取、医学图像处理、个体化修复体设计、医用钛合金精密铸造序列程序化的技术路线，将其有机的结合构成一套完整设计及制造系统。运用该技术方法，术前根据骨纤维不良情况进行缺损区域预制个体化修复体设计与制造，并在术中应用。与传统方法比较，其具有减化手术操作、缩短手术时间、降低手术风险和并发症发生率、使手术效果具有预见性等优点，所有患者术后效果满意，值得在临床推广应用。

[1]Edgerton MT,Persing JA,Jane JA.The surgical treatment of fibrous dysplasia with emphasis on recent contributions from cranio-maxillo-facial surgery[J].Ann Surg,1985,202(4)∶459-479.

[2]Lichtenstein L.Polyostotic fibrous dysplasia[J].Arch Surg,1938, 36∶874-898.

[3]章然,张子群,宋志坚.基于水平集的快速成型技术在颅骨缺损修复中的应用[J].中国生物医学工程学报,2013,32(3)∶373-377.

[4]高全文,柳春明,宋慧锋,等.利用计算机辅助设计/计算机辅助制造技术制造的钛合金补片修复颅骨大面积缺损[J].中华医学美学美容杂志,2010,16(1)∶16-18.

[5]Dean D,Min KJ,Bond A.Computer aided design of large-format prefabricated cranial plates[J].J Craniofac Surg,2003,14(6)∶819-832.

[6]van Putten MC Jr,Yamada S.Alloplastic cranial implants made from computed tomographic scan-generated casts[J].J Prosthet Dent,1992,68(1)∶103-108.

[7]夏德林,付光新,马征,等.CAD/CAM预制个体化钛合金修复体颅骨缺损术[J].中国组织工程研究与临床康复,2010,14(39)∶7254-7258.

[8]Rotaru H,Baciut M,Stan H,et al.Silicone rubber mould cast polyethylmethacrylate-hydroxyapatite plate used for repairing a large skull defect[J].J Craniomaxillofac Surg,2006,34(4)∶242-246.

R738.1

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1003—6350（2014）19—2913—02

2014-01-03)

纪玉桂。E-mail：yumimian520@163.com