计算机导航技术在颌骨骨纤维异常增殖症手术中的应用

2017-11-13孙国文王毓佳韩方凯刘澍卢明星

实用口腔医学杂志 2017年5期

孙国文王毓佳韩方凯刘澍卢明星

孙国文王毓佳韩方凯刘澍卢明星

目的探讨计算机导航技术在颌骨骨纤维异常增殖症手术中的应用价值。方法纳入14 例颌面部骨纤维异常增殖症患者，先将患者的术前CT数据导入计算机导航系统中，根据颌骨镜像原理进行术前设计及三维手术模拟，确定骨切除位置及范围。术中，根据病变部位及手术范围可将参考架置于患者前额或是下颌骨颏部。完成注册与配准，使手术视野和导航显示屏上的虚拟图像完全匹配。结果面部的解剖结构与三维重建模型完全吻合，术中顺利完成实时导航。手术器械可实现空间定位，能够明确其与手术区域解剖结构的位置关系，手术具有高度的精确性与安全性。术后疗效的评估是通过术前计划和术后CT重建影像相融合得到的，1～3 年的随访中没有发现并发症。结论计算机导航系统在提高颌面部骨纤维异常增殖症的安全性与准确性方面具有较好的应用价值。

导航系统；实时导航；骨纤维异常增殖症(FD)

骨纤维异常增殖症(fibrous dysplasia, FD)是一种病因不明、缓慢进展的病理性骨骼改变，常会造成面部明显畸形，其治疗主要取决于患者的年龄、性别、疾病相关功能障碍,以及病变的位置和范围等方面。对于严重病变并伴有明显畸形的患者,应用现代外科技术可以达到良好的功能与美观的效果[1-4]。然而,颌骨组织复杂的三维解剖学以及人类面容美观要求的复杂性,结合手术进路的局限性，造成了颌面部骨纤维异常增殖症治疗具有巨大的挑战性。

为了达到满意的手术结果，术前3D设计已被广泛应用，然而更为高效和精确的术中反馈是必需的。近年来，计算机导航技术得到了长足的发展,它可以通过在手术过程中提供持续的反馈信息，进行实时监控，显著提高手术的准确性和安全性，尤其是在颌骨骨纤维异常增殖症手术中，优势明显[5]。

1 材料与方法

1.1 成像/术前设计

术前获取患者CT影像数据(层厚0.625 mm)，将DICOM数据输入导航工作站(AccuNavi-A手术导航系统，Multifunctional Surgical Navigation System, 上海优医基医疗科技有限公司)中，行矢状面、冠状面、横断面的二维评价及三维重建。在获得的三维模型上进行手术设计、规划及模拟手术。确定切除病变骨质的部位与范围以及预期的术后效果。切除的病变组织用不同颜色显示(图 1)。术前设计完成后,原始CT数据和虚拟重建模型都被转移到手术导航系统中。

图 1 计算机导航系统模拟的上颌骨成形术，切除的病变骨质用不同的颜色标识

Fig 1 Operation model designed by the surigical navigation system through fusing the original image and the mirrored image in a subtraction mode, improved manually, and displayed in a different colour

1.2 注册配准/导航

导航系统的红外线追踪系统根据固定在患者头颅或颌面部参考架的位置，以颌面部骨性标志点或牙尖的位置来完成注册、配准(图 2)。使患者手术区域和虚拟影像通过点配准或面配准匹配起来，通过导航仪的显示屏达到与患者的解剖结构一致,并实现实时监测，使定位设备在实际手术区域的相对位置可以在电脑屏幕上实时显示,实际手术切除的范围与术前设计的一致性会不断的进行验证、检测(图 3～4)。手术疗效和术前规划之间的一致性可以通过术后计算机断层图像和术前规划的融合来判断(图 5)。

1.3 患者基本情况

图 2 以牙尖的位置形成标志点进行导航的注册、配准

图 3 导航探针显示实际手术切除的范围和术前规划完全一致

图 4 导航探针显示眶下孔处实际手术切除的范围和术前规划一致，眶下神经得到很好的保护

图 5 图像融合来评价手术的精确性

Fig 5 Accuracy of the operation evaluated by the merge of preoperative and postoperative

从2012-08～2015-08，14 例颌骨骨纤维异常增殖症患者在该院接受颌骨畸形成形术+术中导航术。其中男性6 例，女性8 例，年龄在17～62 岁，平均年龄28.4 岁。9 例为上颌骨骨纤维异常增殖症，5 例为下颌骨骨纤维异常增殖症。

2 结果

本组14 例都顺利完成了术前规划和术中实时导航。通过术中导航图像在屏幕上实时显示，术者得以不断验证、核实，确定病变骨质的切除部位与范围及其与周围解剖结构的关系，以保证手术与规划方案的一致性。术后使用计算机断层图像和术前设计的融合来判断手术效果，取得了满意的效果。

3 讨论

骨纤维异常增殖症可引起严重的颌面部形态与功能障碍,通常采取手术治疗[1,6-7]。主要的手术方式是颌骨成形术，切除部分病变组织，达到颌面部左右的对称性，然后进行长期的随访、观察。同时，颌面部有许多重要的血管、神经和器官,如面动脉、面神经、眶下神经、下颌神经管、颏孔、眼睛和牙根等，骨性结构比身体任何一部分都复杂。因此，由于颌面部复杂的三维解剖结构，以及极为重要的的美学和功能要求，精确的术前设计和精准的术中定位在此类手术中至关重要。

在颌面骨纤维异常增殖症的治疗中曾经有人尝试应用三维仿真设计模型[8-9]，以增加精确性，改善治疗效果；Osada[9]应用薄层切割技术，结合图像指导模板与术中定位深度的孔洞指导骨纤维异常增殖症的再成形手术；但这些方法没有一个能够为手术者提供直接、精确、三维和即时的反馈信息，也没有一个方法可以像计算机导航技术那样精确的消除术前计划和手术结果之间的差距。

计算机导航系统，可以为外科医生提供精确的术前规划、术中实时导航监测，以及避免重要结构的损伤，已被广泛应用于颌面外科手术，如肿瘤切除[10]、骨折复位[11]、正颌手术[12-13]、异物取出[14]、颅面部重建[15]、颞下颌关节强直[16]矫正等等，也有散在报道在骨纤维异常增殖症手术治疗中应用计算机导航技术[17-19]，均取得了较好的手术效果。

本组病例术前规划是在手术之前，将健侧的影像通过镜像原理投射到病变的一侧，利用图像融合的方法合成在一个减法模式中，用不同的颜色显示切除区域，并将要切除病变骨质的位置和范围展示在多平面和三维视图中，术中实时识别解剖结构。术中患者和导航系统完成注册、配准后,使在手术区域中定位设备所示的相对位置可以在电脑屏幕上的多维(轴向、冠状、矢状)视图和3D视图上显示。使虚拟影像和患者之间的差异小于1 mm,并且可以通过联合应用多个配准方法包括点配准和面配准来证明,并且在手术中操作校准来纠正图像漂移[17]。通过用定位设备不断检查骨表面,可以在屏幕上确定切除区域,从而揭示其与术前设计的一致性。骨切除的位置和手术器械运动轨迹的即时信息可以在导航系统中不断更新、显示,保护重要的解剖结构和手术疗效与术前计划之间的一致性得到及时保证。与传统的依赖经验进行手术的方法相比, 计算机导航系统实时导航,可以花费更少的精力实现更精确的切除和避免重要结构的损伤，手术的精度和安全性都明显提高。应用导航系统需要花费额外的时间,但是根据我们的经验和其他的研究这个时间是可以接受的[11]。

对于上颌骨、颧骨的骨纤维异常增殖症患者，参考架可以固定在颅骨上。成功地完成个人注册、配准后，切除病变的骨质并保持用导航探针检查手术结果以确保与手术设计的一致性。通过查看在屏幕上的显示，实现对重要解剖结构如血管、神经组织和眼眶结构等的精确定位和保护。在进行导航操作时，应始终保持参考架各个部件与颅骨的刚性连接，如出现松动会引起明显的手术误差。如出现了参考架的松动需通过牙尖和配准恢复点重新进行配准恢复。而对于下颌骨骨纤维异常增殖症患者，可将参考架固定在下颌骨上，因为下颌骨是颌面部唯一的可活动部分，导航系统可随下颌骨活动而进行实时、动态导航监测。如设计将参考架固定在颅骨上，那么术前拍摄CT检查时需进行颌间结扎或咬紧牙关，术中亦需进行颌间结扎，使上下颌骨形成刚性连接才能顺利完成导航手术。因此，我们通常是在不影响手术的情况下将参考架固定在下颌骨颏部，来完成下颌骨的骨纤维异常增殖症手术。

总之，计算机导航技术，用其术前计算机镜像技术和术中实时导航为外科医生提供准确的术前规划、术中精确定位和回避重要结构，可以提高面部重建的安全性和准确性。

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Applicationofsurgicalnavigationsystemintheoperationformaxillofacialfibrousdysplasia

SUNGuowen1,WANGYujia1,HANFangkai2,LIUShu2,LUMingxing1.

1. 210008,DepartmentofOralandMaxillofacialSurgery, 2.DepartmentofOralandDentomaxillofacialRadiology,InstituteandHospitalofStomatology,NanjingUniversityMedicalSchool,NanjingStomatologicalHospital,China

Objective: To present our experience of the surgical treatment of maxillofacial fibrous dysplasia(FD) using surgical navigation technology.Methods14 patients with maxillofacial FD were included. Preoperative CT scanning data were obtained and a virtual plan based on the patient's mirrored anatomy was realized. Intraoperatively, a digital reference frame was fixed rigidly to patient's forehead or mandible depending on the location of the lesion. During operation each patient and the virtual image were matched through individual registration technique. A pointing device was constantly used to determine whether the extent of resection was consistent with the preoperative design. The surgical outcome was assessed through fusion of the preoperative planning and postoperative CT reconstruction image.ResultsThe application of surgical navigation system enhanced the safety and the accuracy of the surgery for the resection of the focal lesion and for the recontour of the profile. There was no complications during 1-3 years follow up.ConclusionSurgical navigation based on a virtual plan proves to be safe and accurate, and is of great value in managing maxillofacial fibrous dysplasia.

Surgicalnavigation;Real-timenavigation;Fibrousdysplasia(FD)

江苏省卫生厅课题项目(编号： H201441)；江苏省临床医学科技专项项目(编号： BL2013005)；南京市科技发展计划(编号： 201503038)

210008，南京大学医学院附属口腔医院，南京市口腔医院口腔颌面外科(孙国文王毓佳卢明星)；口腔放射科(韩方凯刘澍)

孙国文 025-83620326 E-mail: guowensun@yahoo.com

R782.2

10.3969/j.issn.1001-3733.2017.05.023

(收稿： 2017-02-24 修回： 2017-04-06)