定制型颞下颌关节-下颌骨联合假体的临床初步应用

郑吉驷， 焦子先， 白 果， 张善勇， 陈敏洁， 姜闻博， 杨 驰

1.上海交通大学医学院附属第九人民医院·口腔医学院口腔外科，国家口腔疾病临床医学研究中心，上海市口腔医学重点实验室，上海市口腔医学研究所，上海200011；2.上海交通大学医学院附属第九人民医院3D 打印医学转化中心，上海200011

颞下颌关节（temporomandibular joint, TMJ）位于耳屏前，向上毗邻颅底，向下延伸至下颌升支和下颌体，是人体唯一的双侧联动关节，其结构精细、功能复杂，作用至关重要[1-2]。TMJ 疾病是一种常见病、多发病，多为TMJ 紊乱病、强直、骨折、关节肿瘤及类肿瘤等[3]。部分病变仅涉及TMJ，但范围大时也会累及下颌升支和下颌体[4-5]。与此同时，诸如下颌骨良恶性肿瘤、骨纤维性结构不良及类肿瘤病变等多种颌骨疾病，在造成下颌骨严重的骨质破坏的同时，也往往累及TMJ，进而导致TMJ 及颌骨严重的组织缺损和功能障碍[6-8]。对于上述2 种类型的患者，治疗时往往需彻底切除病变，从而造成大范围TMJ-下颌骨联合缺损，导致患者严重的咀嚼、语言、吞咽、呼吸等功能障碍及面部畸形，甚至危及生命。因此，对于大范围TMJ-下颌骨联合缺损的治疗重点，不仅要恢复下颌骨的连续性及面部外形，更重要的是重建病变的TMJ 和建立后期牙列修复的解剖基础。

对大范围TMJ-下颌骨联合缺损，目前修复重建主要有2 种方案—自体骨移植和假体重建，而前者是目前应用较多的方式。对于自体骨移植修复大范围TMJ-下颌骨联合缺损，目前主流方法多采用血管化或非血管化的髂骨、腓骨等进行修复[9-10]。该方法的主要优点在于技术已完备和成熟、手术操作相对固定。但其也存在诸多不可避免的劣势。其一，自体骨重建取骨量大、手术区多、创伤大；其二，充当髁突头的腓骨端不稳定，易脱位，导致面部和牙列的偏斜[11-12]；其三，自体骨移植往往存在术后牙列修复骨量不足、垂直高度过低等劣势[13-15]。因此，假体重建相比自体骨移植创伤更小、疗效更稳定，是国际公认的发展趋势。其中，定制型假体根据个体不同的骨骼外形设计，具有术中无需大量磨骨、手术快捷、创伤小且精准等优点[16-20]，逐步成为修复大范围TMJ-下颌骨联合缺损的发展趋势。目前对于TMJ-下颌骨联合假体，国内外几乎同时提出了TMJ-下颌骨延伸或联合假体设计概念，主要代表为TMJ Concepts 公司和上海交通大学医学院附属第九人民医院TMJ 团队[21-23]。TMJ Concepts 公司设计的TMJ-下颌骨延伸假体，可恢复下颌骨外形和连续性、TMJ 结构和功能，但无法进行后期牙列修复[21]。基于目前亟待解决的临床问题、丰富的颅颌面假体设计应用经验及可靠的前期力学试验基础，本团队设计研发了一款新型TMJ-下颌骨联合假体，除了能够有效恢复下颌骨外形和连续性、TMJ 结构和功能，假体内侧还配合自体骨移植，为后续的牙列修复提供了足够的骨组织基础[22-23]。

基于此，本研究初步总结自行研发的3D 打印定制型TMJ-下颌骨联合假体的设计制造过程，同时评估其临床初步应用的安全性、有效性和精准性。

1 资料与方法

1.1 病例资料

选择2016 年10 月—2019 年10 月就诊于上海交通大学医学院附属第九人民医院口腔外科的TMJ-下颌骨联合病变患者为临床试验对 象。排除标准：①对钛合金、钴铬钼合金以及超高分子聚乙烯内植物过敏者。②急性感染、严重感染或慢性感染处于急性发作期者。③ 合并心、肺、脑、肾等重要脏器原发性疾病未控制者。④妊娠、哺乳期女性。⑤中晚期恶性肿瘤、肿瘤远处转移、肿瘤复发患者。⑥严重免疫功能不全的患者[22-23]。

所有患者均告知需切除TMJ 和部分下颌骨，均同意使用3D 打印定制型TMJ-下颌骨联合假体，并签署临床试验知情同意书。研究经上海交通大学医学院附属第九人民医院伦理委员会批准（沪九院伦审［2015］18 号）。

1.2 TMJ-下颌骨联合假体的设计

图1 定制型TMJ-下颌骨联合假体设计Fig 1 Design of custom-made TMJ-mandible combined prosthesis

获取颌面部、髂骨或腓骨CT 影像，将数据导入Mimics 18.0 软件中，重建颅颌面三维模型（图1A）；切除病变的髁突和下颌骨，必要时需切除部分关节结节（图1B）；对于需切除部分牙列者，按照自体骨移植原则，模拟重建髂骨或腓骨修复下颌体部或部分升支（图1C）；利用3-matic Medical 9.0 软件设计定制型TMJ-下颌骨联合假体，其主要包括关节窝假体、关节头假体和下颌假体（图1D）。关节窝假体能与颧弓外侧和关节窝个性化贴合，其上有5 ～7 个钉孔用于固定；关节窝假体和关节头假体形成关节运动功能面，用于恢复关节运动功能；下颌假体又分为升支部和体部，分别用于恢复下颌升支和体部的完整性和连续性，其内侧能与移植的自体骨（髂骨或腓骨）个性化贴合，体部前端与正常下颌骨下端表面个性化贴合，其上有6 ～10 个钉孔用于固定[22-23]。

1.3 TMJ-下颌骨联合假体的制作

TMJ-下颌骨联合假体各部件所选的医用材料主要包括钛合金（Ti6Al4V alloy，GB/T13810）、超高分子聚乙烯（UHMWP，GB/T19701.2）和钴铬钼合金（Co-Cr-Mo alloy，YY0117.3）。关节窝假体选用UHMWP，关节头假体选用Co-Cr-Mo 合金，两者均利用五轴精加工机器（DMU60，DGM，德国）制作而成；下颌假体选用Ti6Al4V 合金，通过金属3D 打印机器（Arcam A1，MÖlnda，瑞典）加工而成。关节头假体和下颌假体通过莫氏锥度牢固结合（图2A）。下颌假体与骨接触的内侧面利用喷砂技术进行表面粗糙化处理，利于假体和骨形成良好的骨整合。完成联合假体制作后，对假体进行静态力学、疲劳和磨损试验，其需满足以下条件：①静态力学测试 中最大受力不低于2 500 N。②磨损测试中负载497 ～0 N，12 Hz 为周期，循环1 000 万次，在荧光透视中未见明显 失败和裂隙，经荧光渗透检验下表面不得有不连续缺陷。③磨损测试中在牛血清中以持续9 kg 负载循环500万圈，其平均渗透性和体积磨损率每100 万圈分别不低于0.01 mm。力学检测合格后需要在头模上试装，观察假体就位是否顺利、与骨贴合是否紧密，关节窝和关节头相对位置是否正确以及固定是否牢固（图2B）。试装成功后，将假体各部件进行消毒和包装，其UHMWP 的关节窝假体利用环氧乙烷消毒；Co-Cr-Mo 合金的关节头假体和Ti6Al4V 合金的下颌假体选用高温高压消毒，并通过生物检测合格后备用[22-23]。

图2 定制型TMJ-下颌骨联合假体的制造和试装Fig 2 Manufacture of TMJ-mandible combined prosthesis and simulation in skull model

1.4 手术方法

患者常规鼻腔插管全身麻醉，采用改良耳前、颌后、颌下切口入路，分别显露关节、下颌升支及下颌体。利用导板定位截骨，完成肿瘤、关节及部分下颌骨的完整切除；若病变为良性，可进行分块切除，保留下牙槽神经血管束（图3）。病变完整切除后，封闭切口进行口内颌间结扎。重新消毒、铺巾，植入关节窝假体，使其稳定地贴合关节窝和颧弓的骨性解剖结构，并以5 ～6 枚钛钉固定（图4A）。再放入下颌假体，当下颌假体内侧面稳定地贴合在下颌体下端表面，关节头假体位于关节窝假体的后中位置，以及关节头和关节窝假体形成良好且稳定的接触，以5 ～6 枚钛钉固定下颌假体（图4B）。取髂骨或腓骨，分块贴合移植于联合假体内侧面，并以2 ～3 枚钛钉/块固定移植骨（若为带蒂骨瓣，还需吻合血管）（图4C）。取颊脂垫或腹部脂肪，填塞假体周围死腔（图4D）。打开颌间结扎并检查咬合关系良好后，重新消毒、铺巾，严密分层缝合口内外创面，留置负压[22-23]。

图3 TMJ-下颌骨联合切除步骤Fig 3 Surgical procedure of TMJ-mandible combined resection

图4 TMJ-下颌骨联合假体的安装步骤Fig 4 Surgical procedure of TMJ-mandible combined fixation

1.5 效果评价

术中观察假体能否顺利就位及与骨面贴合情况。术后采用视觉模拟评分法（visual analogue scale, VAS）评价张口度、疼痛、饮食及下颌运动功能等指标[22]。术后拍摄X线片（全景片，正侧位片）观察假体是否移位、松动、断裂，关节周围是否有异位骨化、关节强直等不良反应发生。术后拍摄颌面部CT，数据导入Mimics 18.0 软件后，分离关节头、关节窝和下颌假体，再次导入关节窝假体，利用固位螺钉的位置，确定关节窝假体的术后位置，分别匹配并拟合术后实际和术前设计的关节头、关节窝和下颌假体位置，对各部件进行色谱分析，计算其植入的平均误 差[22-23]。

1.6 统计学分析

采用SPSS 17.0 软件进行统计学分析。所有数据均测量2 次。定量资料以x±s 表示。数据比较采用配对t 检验，P＜0.05 表示差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 患者基本情况

共计入组6 例患者，男、女各3 例，平均年龄（34.3±13.9）岁；2 例右侧病变，4 例左侧病变；2 例为成釉细胞瘤，1 例为髁突软骨肉瘤，1 例为滑膜软骨瘤病，1 例为骨性强直术后，1 例为巨细胞病变；平均随访（22.5±17.9）个月（其中最长48 个月，最短8 个月）。患者基本信息见表1。

表1 患者基本信息 Tab 1 Basic information of the patients

2.2 手术情况

6 例患者中，1 例截骨至对侧颏部和颏孔间、2 例至同侧下颌角和颏孔间、3 例至同侧下颌孔和下颌角间。2例涉及牙列缺损，同期利用游离髂骨和带蒂腓骨肌皮瓣修复（表1）。除1 例软骨肉瘤未保存下牙槽神经血管束外，其余5 例均得到有效保存。术中假体均就位顺利，且与关节窝、颧弓、移植骨、下颌骨下端骨面均贴合良好。关节头假体均位于关节窝假体的后中部，且接触良好。术后X线片均未见异位骨化、关节强直表现，未见假体移位、松动、断裂。术中和术后咬合关系均稳定（图5）。

2.3 临床效果评价

6例患者术前疼痛VAS评分为7.3±1.8，术后为1.7± 0.8 术前张口度为（13.3±9.1）mm，术后为（31.0± 6.8）mm 术前下颌运动功能评分为6.3±2.1，术后为2.3± 1.4；术前饮食评分为7.2±1.9，术后为2.7±1.4。上述指标术前与术后的差异均有统计学意义（均P=0.000）。

图5 术前和术后面型对比及术后X-ray 和CT 重建Fig 5 Comparison of pre and post clinical examinations and postoperative X-ray and CT reconstruction

2.4 影像学评价

术前设计和术后实际效果拟合结果显示，关节窝假体植入的平均误差为（0.891±0.127）mm，下颌假体植入的平均误差为（1.240±0.246）mm，总体平均误差为（1.122±0.198）mm（图6）。

图6 联合假体植入位置精度分析Fig 6 Accuracy analysis of TMJ-mandible combined prosthesis

3 讨论

定制型人工关节假体，需按照骨骼结构和运动特征进行个性化设计，是目前骨和关节重建的主要趋势。定制型TMJ 假体最早由美国TMJ Concepts 公司推出，并得到国际认可和应用[17]。上海交通大学医学院附属第九人民医院TMJ 团队自2009 年开始研发TMJ 假体，目前拥有了较成熟的定制型TMJ 假体产品，临床初步应用获得良好的效果[22-23]。但对TMJ 和下颌骨大范围病变，常规定制型TMJ假体无法对其进行修复[21]。针对这一问题，TMJ Concepts公司和上海交通大学医学院附属第九人民医院TMJ 团队几乎同时设计制造了TMJ-下颌骨延伸或联合假体，为TMJ、下颌升支、下颌体，甚至涉及对侧的TMJ-下颌骨联合病变提供了一种新的治疗方案。

TMJ Concepts 公司和上海交通大学医学院附属第九人民医院TMJ 团队设计的TMJ-下颌骨延伸或联合假体有显著的差异。在设计理念上，前者关节窝假体由钛网和超高分子聚乙烯共同连接而成，后者为纯超高分子聚乙烯材质[17]；前者下颌假体内侧面不结合自体骨，对涉及牙列缺损的病例，无法进行后期种植牙列修复；后者下颌假体内侧让出自体骨空间，且能与自体骨个性化贴合和固定，使后期种植修复成为可能。在制作方法上，前者利用五轴精加工和锻造技术制作假体各部件[17,21]；后者对于不同部件采用不同加工方法，对于关节窝和关节头假体利用五轴精加工，下颌假体采用增材制造技术，缩短假体制作时间，节省假体制备材料。在手术方法上，前者切除病变后，植入假体即完成手术[17]；后者必要时还要制备自体骨并进行移植，且术后还需进行种植牙列修复，手术步骤稍复杂，但能同期恢复TMJ 结构和功能，保证下颌骨连续性及牙列完整性，达到关节-颌骨-咬合联合治疗的目的。

对于临床应用效果，TMJ Concepts 公司的TMJ-下颌骨延伸假体仅为案例报道，无完整的随访数据。上海交通大学医学院附属第九人民医院研发的TMJ-下颌骨联合假体连续应用6 例患者，并对其假体设计、制造、手术方案、临床安全性和有效性、假体植入精确度进行了系统性评价。从随访结果可以看出，该假体对大范围TMJ-下颌骨联合缺损的修复具有较好的治疗效果，术后的疼痛、张口度、饮食、下颌运动功能得到明显改善，术后面型、咬合关系等得到有效保持，同时假体植入精度仅在1.122 mm 左右。可见，通过数字医学、3D 打印等新技术，结合精准医学、关节-颌骨-咬合联合重建等新理念，可达到颅颌面骨及关节的高效修复和精准重建。本研究后续将扩大样本量和延长随访时间，进一步验证TMJ-下颌骨联合假体临床应用的可行性[22]。

综上所述，该3D 打印定制型TMJ-下颌骨联合假体设计上与国外同类的产品有明显的区别，在加工方面结合新型的3D 打印技术，在治疗方面达到关节-颌骨-咬合联合重建的目的，临床应用安全、有效、精准，为后期国内大范围应用和推广奠定基础。

参·考·文·献

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