计算机辅助三维重建联合3D打印在下颌骨缺损修复中的应用效果研究

李阳 刘樱 曲卫国 裘罡 屈振宇 王吉 牛牧青 于颖 陈新娟

作者单位：1.116021 辽宁 大连，大连市口腔医院口腔颌面外科；2.大连市口腔医院八一路门诊部

人体的下颌骨解剖形态复杂，不仅参与咀嚼等多种生理功能，而且是维持面下部外形的主要骨性支架。下颌骨缺损常继发于外伤、感染或肿瘤切除术后，是口腔颌面外科常见疾病[1]。下颌骨缺损患者由于骨完整性和连续性遭到破坏，关节联动和维持面下部外形的骨性基础丧失，会导致面部畸形及咬合功能障碍，严重影响患者的生活质量。近年来，随着人们对生活质量要求的不断提高，在下颌骨缺损修复重建中，对于面部外观和咬合功能恢复的要求也逐渐增加[2]。目前，对于下颌骨缺损的治疗，临床上常采用血管化腓骨移植修复重建，这种术式具有可同时修复软组织、骨量充足以及供区并发症少等优势，但存在腓骨塑形难、手术时间长等问题[3]。本研究试探讨计算机辅助三维重建联合3D打印技术进行下颌骨缺损修复的效果。现报告如下。

1 资料与方法

1.1 临床资料 选取2015年9月—2017年3月大连市口腔医院口腔颌面外科收治的因下颌骨良恶性病变行下颌骨切除患者64例，其中男34例、女30例；年龄24～58岁，平均43岁；良性40例、恶性24例(牙龈鳞癌10例、中央型颌骨鳞癌8例、口底鳞癌5例、下颌骨软骨肉瘤1例)。所有患者经病变组织活检明确诊断；病变切除范围均未超过下颌骨中线；术前均行全口龈上洁治；均知情同意治疗方案，并签署知情同意书；术后均完成随访。本研究经医院伦理委员会批准开展。所有患者依据治疗术式的不同分为观察组(计算机辅助手术)和对照组(传统手术)各32例。观察组：男18例、女14例；平均年龄42岁；良性19例、恶性13例。对照组：男、女各16例；平均年龄44岁；良性21例、恶性11例。两组患者年龄、性别等差异均无统计学意义(P＞0.05)，具有可比性。

1.2 治疗方法 观察组行计算机辅助三维重建联合3D打印下颌骨缺损修复，对照组行传统手术修复，具体如下。

1.2.1 观察组 计算机辅助设计及3D打印：患者首先进行下颌骨及供区CT扫描(Philips Light Speed 256排螺旋CT，层厚0.625 mm，螺距1.5 mm、1.0 mm)。扫描所得CT数据以DICOM格式导入Mimics 10.01软件和Geomagic Studio 2013软件，经图像处理、模拟肿瘤切割、移植骨段塑形、截骨设计以及取骨塑形数字化3D导板等程序，生成STL格式数据，导入快速成型机。应用激光快速成型熔融沉积技术制造出模拟重建的下颌骨模型及数字化3D导板。术前对实体模型进行预弯制重建板和3D导板消毒待用。手术过程：首先切除下颌骨原发病灶，暴露下颌骨后，螺钉固定截骨导板，切除病变部位；取供区骨瓣，根据术前设计的切口线切开皮肤，固定3D导板后，进行截骨和塑形；最后进行下颌骨重建，移植骨瓣断蒂至受区，应用重建骨板固定下颌骨，完成下颌骨缺损重建。

1.2.2 对照组 结合影像学资料根据临床经验确定截骨范围，根据患者下颌骨形态弯制钛板，手术切除病变区域后进行下颌骨缺损固定及修复。

1.3 观察指标及评价方法

1.3.1 手术时间和术中出血量 记录两组患者的手术时间和术中出血量，手术时间为术中截除病变区下颌骨及弯制固定重建时间；术中出血量采取称重法对手术总出血量进行准确测量。

1.3.2 治疗效果 通过对患者外观和咬合关系恢复情况来评估手术治疗效果，具体恢复情况分为以下4个级别。Ⅰ级：患者对面部外观恢复满意，两侧面部对称；咬合关系良好，开口度恢复正常。Ⅱ级：患者面部稍有凹陷；咬合关系正常，开口度约2指。Ⅲ级：患者两侧面部不对称，患侧明显凹陷；咬合关系错乱。Ⅳ级：患者下颌后缩或假体因感染取出。

1.3.3 满意度调查 术后6个月对患者进行随访，让患者对其术后外貌、发音和咀嚼功能满意度进行评分，分别以0～10分代表不同满意程度，＞6分为满意。

1.4 统计学处理 计量资料用均数±标准差表示，方差齐且符合正态分布或近似正态分布的数据采用独立样本t检验；计数资料以率表示，组间比较采用χ2检验；P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组手术时间和术中出血量比较 观察组手术时间和术中出血量较对照组少，差异均具有统计学意义(P＜0.05)，见表1。

表1 对照组和观察组手术时间和术中出血量比较

2.2 两组治疗效果比较 观察组患者恢复均达到Ⅰ级(100%)，对照组患者恢复达到Ⅰ级26例、Ⅱ级6例；两组治疗后Ⅰ级恢复率差异具有统计学意义(χ2=6.62，P=0.01)。

2.3 两组满意度评分比较 术后6个月，观察组患者对外貌、发音和咀嚼功能满意度评分均高于对照组，差异均具有统计学意义(P＜0.05)，见表2。

表2 对照组和观察组术后6个月对外貌、发音和咀嚼功能满意度评分比较(分)

3 讨论

头面部骨性结构对于人类面部容貌特征的维持具有重要作用。头面部骨性结构不同于其他部位骨骼，颌面部血运丰富，结构及神经支配复杂，且骨骼个体化差异较大、形状不规则，加之颌面部因部位局限，在临床手术时通常不允许多个切口入路，这些因素给颌面部创伤后的修复带来较大难度[4]，较为严重的颌面部骨折如粉碎性骨折，因小骨块对位固定困难，导致手术效果欠佳。下颌骨创伤修复，需要制定个体化的治疗方案，对手术医师的专业技术水平要求较高。

随着科技的不断发展和进步，给医学的疾病诊断、术前评估及治疗方案带来了革新。数字医学这一新兴交叉学科，融合医学影像技术、计算机辅助设计、3D打印技术，以及数控加工和人工智能等专业领域，可实现患者治疗方案的个体化，减少术中和术后并发症，精准的植入物和先进的手术模拟系统提高了手术的安全性[5-6]和患者术后的生存质量。

计算机辅助三维重建联合3D打印技术，可重建下颌骨的形态结构，模拟病变切除范围，利用镜像和反求技术，可生成缺损区模型，继而通过3D打印技术制作出个体化实体模型。借助手术方案预演，完成并提高植入钛板的精确度。应用数字技术替代传统手术的目测和经验判断，手术方案更为科学合理。治疗过程中，可预先进行腓骨截骨和骨块制备，减少反复打磨腓骨断端次数，使移植的腓骨与下颌骨断端精密结合，术后愈合良好，利于患者的面容恢复。

本研究应用计算机辅助三维重建技术，将二维的CT影像资料通过图像处理技术，转换为三维模拟图像。三维模型的建立，可精确显示病灶位置、大小和形态，可区分病灶与邻近部位的解剖关系，为外科手术提供科学参考。3D打印技术的联合应用是制定个体化医疗方案的重要前提，将STL格式数据导入3D打印机，3D打印机将二维和平面影像转化为立体的实体模型，可更加直观地为临床医师提供形态学参考。研究表明，在诊疗过程中应用3D打印技术，可有效提高诊断准确率和手术操作准确度，同时可缩短手术操作时间[7]。

本研究结果显示，与对照组相比，联合应用计算机辅助三维重建和3D打印技术的观察组，术中出血量更少，因前期的手术模拟与计算机辅助，术中操作时间也短于对照组。更短的手术时间和更少的术中出血量为患者的预后提供了保障。临床疗效方面，观察组Ⅰ级恢复率高于对照组；术后6个月的随访结果显示，观察组对外貌等恢复满意度均高于对照组。

综上所述，计算机辅助三维重建联合3D打印技术修复下颌骨缺损，可实现精准移植修复，提高临床疗效和手术安全性，患者远期恢复效果较好、满意度较高，具有较高的临床推广价值。