3D打印导板用于眼眶手术钛网预成形的效果

赵峰 马景学 高彦军

[摘要] 目的 探讨3D打印导板用于眼眶手术钛网预成形的可行性并观察其初步效果。 方法 选取2013年1月～2015年12月在河北医科大学第二医院眼科行眼眶骨折手术的患者20例20只眼，术前眼球内陷均大于3 mm。所有患者术前行螺旋CT扫描，将所得数据利用Mimics软件进行三维重建，然后通过计算机辅助设计方法对眶壁缺损区域进行镜像修复，应用软件布尔运算中的减运算，以镜像后的眶壁数据减去原有的缺损眶壁数据，从而得到与眶壁缺损区域吻合的修复体模型。使用3D打印机打印修复体模型，以修复体模型作为钛网修剪及成形的导板，行眶壁修复成形术。术后观察视力、眼球突出度、复视等情况以评价手术效果。 结果 手术的20例患者术后6个月时均无视力下降；有17例患者眼球突出度之差≤2 mm；13例术前合并复视的患者，11例术后6个月时复视消失。3D打印导板有助于钛网与眶壁缺损区域更为精确的吻合，并缩短了手术中用于钛网成形的时间。 结论 3D打印的个体化手术导板可较好的用于钛网的三维预成形，有利于提高手术精确性，并缩短手术时间。

[关键词] 眼眶骨折；钛网；3D打印；手术导板；计算机辅助设计；计算机辅助制造

[中图分类号] R779 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2018）08（c）-0111-03

[Abstract] Objective To discuss the feasibility of 3D printing guide plate used for titanium mesh pre-forming in orbital surgery and observe its preliminary effect. Methods From January 2013 to December 2015， 20 patients （20 eyes） underwent orbital fracture surgery in the Second Hospital of Hebei Medical University were enrolled in the study. Preoperative eyeball invagination was greater than 3 mm. All the patients underwent spiral CT scan before operation. The data were reconstructed by Mimics software， and then the images were repaired by computer aided design. The subtraction operation in the Boolean operation of the software was applied， and the original defect orbital wall data were subtracted from the repaired image. 3D printing guide plate was used for titanium mesh pre-forming in orbital surgery. Visual acuity， exophthalmos and diplopia were observed after operation to evaluate the effect. Results No visual acuity was reduced at 6 months post surgery in the 20 patients， the difference of the protrusion of the eyes were equal to or less than 2 mm in 17 patients， diplopia disappeared in 11 patients at 6 months post operation. The 3D printing guide plate helped to achieve more precise anastomosis between titanium mesh and orbital defect area， and reduced the time required for titanium mesh formation in operation. Conclusion The individualized surgical guide plate can be used for 3D pre-forming of titanium mesh， which is helpful to improve the accuracy of operation and reduce the operation time.

[Key words] Orbital fracture； Titanium mesh； 3D printing； Surgical guide； Computer Aided Design； Computer aided manufacturing

眼眶骨折多發生于眶下壁和或眶内侧壁，如伴有眼球内陷和复视常需手术修复。在将疝入上颌窦和筛窦的眶内容物复位后，需在眶壁缺损区域衬垫钛网等植入物，以阻止眶内容物的再次疝入，恢复眼眶的正常形态和容积，解决眼球内陷和复视等问题[1-2]。由于传统的钛网多为平面形态，为更好的与缺损区吻合，术中需反复对钛网进行修剪和弯制，未经合适塑形的钛网有可能造成术后双眼眼球突出度不对称而影响外观；同时钛网与骨窗不完全吻合还易造成螺钉松动、钛网移位等潜在风险。如能在植入前对钛网进行精确的裁剪及预塑形，将有助于缩短手术时间并提高手术的精确性，从而获得更好的手术效果[3-4]。为此，本研究尝试使用3D打印导板进行钛网的预成形并进行了初步的观察，报道如下：

1 对象与方法

1.1 研究对象

收集2013年1月～2015年12月在河北医科大学第二医院眼科就诊，并经眼眶CT确诊为眼眶内侧壁和下壁骨折患者20例20只眼，其中男16例16只眼，女4例4只眼；年龄21～53岁，平均（42.09±8.45）岁；致伤原因：车祸伤13例，拳击伤4例，摔伤3例；术前最佳矫正视力0.1～1.0，平均（0.30±0.25）；患者主要临床表现为眼球内陷、复视、运动障碍。所有患者均完善术前辅助检查，排除手术禁忌。所有患者术前冲泪道通畅。从受伤到手术，患病时间最短为8 d，最长为3个月，平均（16.82±5.77）d。纳入标准：术前眼球内陷大于3 mm。排除标准：未能按时随访的患者及合并甲亢等眼眶疾病的患者。该研究经医院医学伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书。

1.2 仪器设备

CT扫描仪（美国GE公司Prospeed F Ⅱ双排螺旋CT机）；三维重建软件为Mimics 17.0软件（比利时Materialise公司）；逆向工程软件Geomagic Studio（美国Geomagic公司）；3D打印机（太尔时代UP Mini 2），打印材料为ABS。

1.3 修复体模型获得方法

所有患者术前均行螺旋CT扫描，将所得数据用DICOM格式导出，由同一操作者利用Mimics软件进行三维重建，然后通过Mimics或Geomagic Studio软件利用健侧数据进行镜像修复，应用软件布尔运算中的减运算，以镜像修复后的眶壁数据减去原始眶壁数据，从而得到与眶壁缺损区域吻合的个体化修复体模型（见封底）。

1.4 手术方法

泪阜内侧结膜和下穹隆结膜连续切口，分离内侧结膜下组织达骨膜，切开内侧骨膜，在骨膜下分离，暴露内侧壁骨折前界，沿骨折上缘分离骨膜，暴露骨折上缘；下穹隆结膜切口位于下睑板下方，切开结膜和下睑缩肌达眶隔，在眶隔和轮匝肌间分离达下眶缘，切开骨膜，在骨膜下向下分离暴露下壁骨折前界和外侧缘，向内侧分离，暴露下斜肌并在下斜肌近附着点处做一对双套环缝线，在两个双套环缝线之间切断下斜肌，暴露泪后脊，在泪后脊后切开骨膜，在骨膜下分离，暴露下壁和内侧壁骨折交界处的前界，还纳脱出的眶内组织，暴露骨折的后缘。利用修复体模型作为导板修剪并成形钛网，将钛网置于骨缺损处，观察眼球突出度，使术眼较健眼突出1～2 mm，如果眼球突出度不够，可以再次塑形钛网，调整眼球突出度至满意后用钛钉固定钛网，缝合骨膜和下斜肌，缝合下睑缩肌和结膜切口。

1.5 效果评价

观察术后2周、3个月、6个月患者的视力、复视、眼球突出度，复查眼眶CT观察钛网植入位置，并将6个月时的上述指标与术前对比。双眼眼球突出度的测量：在CT水平位图像上选择眼球直径最大的层面图像，测量角膜顶点到双侧眶外缘顶点连线间的垂直距离，在眼球最大径层面相邻上下层分别测量眼球突出度，每只眼眼球突出度为3个层面眼球突出度平均值，和健侧眼相比，眼球突出度的差值≤2 mm为矫正，>2 mm为好转。观察术后复视的改善情况：复视像依据复视程度和对视功能的影响分为：0级无复视；I级周边视野复视（大于150）；Ⅱ级正前方及阅读位（向下小于150）无复视，其余方向复视；Ⅲ级正前方及阅读位（向下小于150）复视；0级为治愈。

2 结果

2.1 手术效果

术后6个月，所有患者视力无明显变化，眼球突出度及复视情况见表1。

2.2 其他效果

相较于传统制备方法，新方法仅需打印出缺损区域的骨块模型，降低了3D打印所需的时间和费用，多数病例可以在一天内完成术前设计及导板打印；对于眶壁缺损位置较深的骨折，利用打印的骨块模型作为导板，使得钛网的修剪和预成形更为简单，缩短了手术时间。

3 讨论

钛网是目前最为适合眼眶骨折修复的材料之一[5]，为了更好地贴合眼眶的三维形态，常规的平面钛网常需术者在术中进行修剪和塑形，但在眼眶骨折修复中，为了保持较好的外观，目前越来越多采用微切口，手术视野较为狭窄，术中很难观察到完整的骨折区域形态，而狭小的手术空间使得在眶内尝试放入和对齐植入物的过程相当费时费力，这使得手术医生在术中需要对植入物反复修剪及比对，增加了手术时间和风险。

为了解决上述问题，目前的常见解决方案有以下几种：①根据一般CT扫描数据来批量生产若干型号的三维预成形钛网，然后术者根据患者术前CT资料选择较为合适的型号，从而减少术中操作[6-8]。但这种方法得到的预成形钛网接近于人类眼眶平均解剖数据的三维形态，并非完全的个体化设计，钛网的边缘无法与骨折边缘及眶壁弯曲弧度精确吻合。②根据患者术前CT扫描结果进行三维重建并打印出个体的1∶1比例的三维眼眶或头颅模形，然后在该模型上进行术前模拟，对平面钛网或三维钛网进行弯制和修剪[9-10]。这种方法可实现钛网的个体化制作并缩短术中钛网塑形的时间，但仍有一些缺点：在打印较为复杂的眼眶或头颅模形时，由于体积较大且需要保持较好的精度，这就造成3D打印耗时非常长，熔融沉积成型或光固化立体成型平均所需时间都在8 h以上，甚至大于24 h。由于所需设备较为昂贵，一般需将CT数据交给专业的3D打印公司来制作，如果加上双方沟通及模型修整的时间，整个过程常需数天，且患者需要支付较高的费用。其次，對于一些较深的眶壁缺损，将钛网伸入打印的眼眶模型进行精确裁剪和塑形仍有一些不便，常需多次核对。③直接用金属3D打印机打印出与缺损区匹配的钛网，术中无需塑形直接植入[11-12]。这种方法从理论上讲是最为理想的，也是未来眶壁缺损修复的重要发展方向。但在目前，我国对眼眶手术3D打印植入物的管理尚无明确规定[13]，另外金属3D打印所需的设备及耗材均非常昂贵，在解决法规及成本问题之前，临床应用尚有较多困难。

随着3D打印技术在医疗领域的应用日渐深入，国内已有较多的医师在眼眶修复术前3D打印等比例的三维眼眶或头颅模型，然后在该模型上进行术前模拟，对钛网进行初步的弯制和修剪[14-17]。为进一步优化相关技术在眼眶手术中的应用，本研究调整了相关流程，利用Mimics等软件进行手术的设计及模拟，得到眶壁缺损区域的三维模形用于3D打印，以减少3D打印所需的时间和耗材。此外，3D打印机的价格主要与打印精度及最大可打印尺寸相关[18-20]，由于这种方法所需打印的模型体积较小，从而降低了对3D打印设备的要求，有利于相关技术的推广。

从初步的应用情况来看，对于眶壁缺损位置较深的骨折，利用打印的导板引导钛网的修剪和弯制，使得钛网的预塑形更为简单方便，从而缩短了术中用于钛网塑形的时间，使总体手术时间缩短。在金属3D打印个体化的钛网植入物普及之前，这种方法有一定的实用价值。但应该注意到的是，这种方法要求手术医生有较好的医学影像处理经验，否则易导致制作的手术导板尺寸及形状不精确，考虑到本组患者的例数较少，这种方法的效果及优缺点尚需更多的跟踪观察。

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（收稿日期：2018-01-03 本文编辑：金 虹）