3D打印技术在个性化一期耳廓再造术中的应用

许天人，李志斌，谢百慧，张聪，陆心洁，王喜梅

（郑州大学第一附属医院医学美容中心 河南 郑州 450052）

小耳畸形综合征是一种先天性耳廓缺损异常，通常表现为耳廓结构部分缺如或完全缺如，多伴有外耳道闭锁或（和）中耳结构发育不完全，听力减弱或完全消失，单纯性小耳畸形仅表现不同程度的耳廓结构异常，非单纯性小耳畸形除耳畸形外还伴有其他部位的发育异常[1-2]。各地关于小耳畸形报道的发病率均有不同，从0.83/10 000胎到17.4/10 000胎不等，西班牙人、亚洲人、美洲土著人和安第斯人的发病率较高[3]，在中国的发病率约为3.06/10 000胎[4]。1959年，Tanzer开始利用自体肋骨雕刻耳支架重建外耳廓，后经Brent和Nagata等人不断改良，利用肋软骨雕刻耳支架的耳廓再造手术已经成为治疗小耳畸形的主流方法[5-7]，但是如何雕刻出形象立体、轮廓清晰的耳支架是一大难题。大多数医师在雕刻耳支架时选择以健侧耳为参照制作外耳模片，但模片为二维结构[7-8]，不能反映出如耳上基点、耳下基点的位置以及耳屏、三角窝等其他各亚单位立体形态。需要术者依赖自身记忆还原健侧耳形态，雕刻与之大小形态接近的耳支架。这对于大部分整形外科医生来说是个不小的挑战。目前笔者科室使用3D打印技术，以健侧耳为模型制备3D外耳模型，对25例先天小耳畸形患者行一期耳廓再造术，效果满意，现报道如下。

1 资料和方法

1.1 一般资料：选取2018年1月-2020年12月郑州大学第一附属医院医学美容中心就诊的单侧小耳畸形患者为研究对象。25例患者制备3D外耳模型后行一期耳廓再造术（3D组），其中男18例，女7例；年龄6～26岁，平均9.7岁；左侧6例，占24%，右侧19例，占76%；Ⅰ度1例，Ⅱ度17例，Ⅲ度7例（根据耳廓畸形长度对患者进行分度，Ⅰ度为耳廓结果尚可辨认，有小耳甲腔及耳道口，轮廓较小，耳道内面常为盲端；Ⅱ度为耳廓多数结构无法辨认，残耳不规则，呈花生状、舟状和腊肠状，外耳道常闭锁；Ⅲ度表现为残耳仅为小的皮赘或呈小丘状，或者仅有异味的耳垂[9]）。18例患者以外耳模片为模板行一期耳廓再造术后半年以上患者（模片组），其中男12例，女6例；年龄6～27岁，平均10.2岁；左侧5例，占27.8%，右侧13例，占72.2%；Ⅰ度0例，Ⅱ度11例，Ⅲ度7例。两组患者一般资料进行比较差异均无明显统计学意义（P＞0.05），见表1。

表1 两组患者一般资料比较 （例）

1.2 纳入标准：①确诊为单侧小耳畸形的患者；②初次行耳廓再造术的患者；③发育正常，满足手术条件的患者；④临床资料完整无缺失的患者。

1.3 排除标准：①既往进行过耳廓再造术的患者；②因其他疾病长期服药，不能耐受手术的患者；③临床资料不全的患者。

1.4 方法

1.4.1 设备和软件资料：扫描仪器EinScan Pro 2X Plus多功能手持3D扫描仪（杭州先临三维科技股份有限公司，精度0.04 mm，测量范围312 mm×204 mm，光源为白光LED）；打印仪器FS403P-M[湖南华曙高科技有限责任公司，材料为聚酰胺（尼龙）]；处理软件3-matic 15.0（x64）；Geomagic Wrap 2017。

1.4.2 外耳模型的制备：术前使用EinScan Pro 2X Plus多功能手持3D扫描仪扫描全头部，将得到的影像数据导入计算机，使用3-matic 15.0（x64）及Geomagic Wrap 2017软件整理头部三维数据，构建三维可视模式。在该模式下，以健侧耳廓为模板，正中矢状面为轴，镜像翻转制备患侧耳廓模型，修改细节至满意，将重建的耳廓模型数据输入3D打印机，打印出三维实体模型（见图1），最终制备的实体模型与健侧耳比较，外观高度类似，细节高度还原，模拟效果理想。外耳模片的制备：术前依据患者健侧耳外形，用透明的X线胶片修剪出大致耳轮廓（见图2）。

图1 3D外耳模型制备

图2 X线胶片制备的外耳模片

1.4.3 手术方法

1.4.3.1 术前检查和设计：所有患者均行术前常规检查，包括血常规，凝血功能，传染病，肝肾功能检测，评估患者身体状况，能否耐受该手术。同时行“头颅及胸廓CT平扫”以及“肋软骨的三维重建”，评估患者颌面以及肋软骨发育情况。术前使用3D外耳模型或外耳膜片为再造耳廓定位，设计肋软骨耳支架置入区域并做好标记，设计残耳下部前切口线为弧形，残耳后及乳突部切口线与之延续形成“W”形。根据肋软骨体表标志在健侧耳同侧胸部设计一长约4 cm的手术切口。1.4.3.2 一期耳廓再造术中操作：全麻后，常规消毒患侧耳及胸部。沿胸部切口设计线切开皮肤、皮下组织、肌层，广泛剥离后暴露出第6、第7、第8肋软骨，参考患者术前检查，以及雕塑耳支架所需要软骨量，取出合适体积的肋软骨。依据3D外耳模型或外耳模片雕刻耳支架，设计第6、第7肋软骨为基坐，挖空出耳舟、三角窝、耳甲等结构，将取出的条状软骨一端劈开修成对耳轮。根据第8肋软骨的大小形态制备耳轮，注意其长度，宽度，高度以及螺旋形态；部分剩余软骨雕刻成耳屏，将雕刻好的基座，耳轮，耳屏按模型组合，并借钛丝线和PDS线缝合（见图3）。余下软骨碎片依据对耳轮形态组合成“C”字形的软骨支架（见图4），PDS线缝合后植入胸部切口皮下，于二期耳再造手术备用。沿残耳切口设计线切开皮肤形成耳垂瓣，向后在乳突区皮下潜行分离出乳突区皮瓣，耳甲腔部位皮瓣下方保留一宽约1 cm的皮下蒂，向前潜行分离出耳屏皮瓣，并完全剥离残耳软骨。在皮瓣下旋转放入肋软骨支架，耳垂转位至后方，耳后方放入负压引流管，负压吸引显露耳廓外，对比模型满意后，去除多余皮瓣后对位缝合（见图5）。

图3 肋软骨雕刻的耳支架

图4 “C”字形软骨支架

图5 耳廓再造一期手术术后即刻

1.5 评价指标：对患者进行随访调查。取坐位，测量每位患者健侧耳及再造耳的容貌耳长、容貌耳宽、形态耳宽、耳垂长以及耳垂宽[10]（见图6）。测量值读数3遍，取平均值，精确至0.1 mm。所有数据均以游标卡尺测量完成。

图6 耳廓标记点以及测量线

1.6 统计学分析：采用SSPS 21.0统计软件对数据进行分析，计量资料以均数±标准差（）表示，采用t检验进行两组间数据比较，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

术后3D组患者及模片组患者均恢复良好，再造耳外形满意逼真，未发生感染，支架暴露等并发症。两组再造耳形态耳宽/健侧耳形态耳宽及再造耳耳垂宽/健侧耳耳垂宽比较差异有统计学意义（P＜0.05）；但两组再造耳容貌耳长/健侧耳容貌耳长、再造耳容貌耳宽/健侧耳容貌耳宽和再造耳耳垂长/健侧耳耳垂长比较差异无统计学意义（P＞0.05）。见表2。3D组典型病例见图7。

图7 小耳畸形患者术前和一期再造耳术后半年（3D组）

表2 两组术后耳部相关指标比较 （）

表2 两组术后耳部相关指标比较 （）

3 讨论

先天性小耳畸形表现为耳廓结构的部分缺如或完全缺如以及其他亚单位发育异常，并多伴有听力减弱甚至消失。随着患儿年龄增大心智逐渐成熟，同时进入学校建立家庭外的人际关系，该病带来的心理压力逐渐增大，给患儿生活，学习带来巨大的影响，尽可能早的进行手术干预有利于改善这一情况[11-13]。耳再造的历史可以追溯到公元前600年，而近现代以肋软骨为耳再造支架始于20世纪50年代。就目前而言，自体肋软骨被认为是最可靠的修复材料[5]。

耳廓再造一直是一个独特而富有挑战性的问题，外耳轮廓是人体表面器官中最为复杂精密的结构，在不同的层次分布着14个解剖结构，重建出一个轮廓清晰，外形相似的耳朵难度很大[14]。而一期手术是小耳再造手术的关键，外科医生必须完成耳支架的精确雕刻，以达到后续满意效果。以往笔者科室使用外耳模片作为术中参照模板，该模片仅能提供耳廓的大致轮廓，无法反映出独特而复杂的三维形态，比如上下耳基点、耳屏高度、耳甲腔深度、耳颅角高度等细节[15]。而在术中患者健侧耳位于盲区，术者无法再次查体，只能依赖外耳模片和记忆来雕刻耳支架，主观性较大，容易导致矫正不足或矫枉过正。

在耳廓再造术中，利用3D打印技术制备的3D外耳模型是健侧耳的再现。该模型的制备和使用与外耳膜片相比有以下优势：①术前通过使用EinScan Pro 2X Plus多功能手持3D扫描仪扫描全头部，安全无辐射，可多角度采集数据，避免伪影，减小数据误差；②在使用X胶片描摹健侧耳外形时，可能会导致正常耳廓受压后推变形展宽，而使用3D扫描仪采集数据时不接触患者，健侧耳处于自然状态，数据不曾失真，精度高；③术者在术前可以此模型比对肋软骨三维影像，判断各结构的空间关系，确定耳上基点、耳下基点和耳屏切迹最低点，对雕刻耳支架有更充分的准备，术中无需依赖记忆更客观的进行耳支架的精细化雕刻，缩短手术时间；④二期手术可以依赖该模型调整耳颅角，避免术者通过目测和主观感受设计患侧耳颅角高度导致双侧耳高度不对称。这样保证重建的耳廓外形逼真，双侧耳颅角对称，符合个性化精准医疗的要求。需要注意的是：①由于该3D外耳模型未去除皮肤软组织，以及考虑到术中肿胀液和充血水肿对皮瓣的影响。在术中剥离皮瓣厚度约2 mm，在雕刻耳舟，三角窝时会适度夸大深度。雕刻耳轮，对耳轮时在模拟3D模型的同时注意保持线条流畅，弧度自然，避免耳轮在弯曲以及皮瓣收缩时导致成角畸形。雕刻完成后，将耳支架放入皮瓣下方负压吸引成形，术中直接与外耳模型比照。耳轮、对耳轮、耳屏等立体结构的的即刻外观稍大，如差别巨大则及时取出继续调整，术后3个月再造耳形态良好；②对于患侧颜面短小，颞部发育不全的患者，直接翻转健侧耳制备模型并以此手术，术后可能会导致再造耳较健侧耳低平。术前需结合头颅CT影像结果调整3D外耳模型，修整高度，使之更加自然，对称。

以前的一些文章也报道了3D模型相关研究，普遍认为3D拟合效果更佳，可以作为辅助雕刻的优质模板，但是大部分研究对于临床效果的评价是依据整形外科医生和患者或其家属对再造耳的满意度[16]。本次测量每位患者再造耳的容貌耳长、容貌耳宽、形态耳宽、耳垂长以及耳垂宽同健侧耳进行对比，从更客观的角度评价在一期耳廓再造术中使用3D模板的效果。但本研究纳入例数较少，且随访时间较短，部分患者年龄较小，健侧耳可能还有生长趋势，以及再造耳愈合时的瘢痕形成，皮瓣的收缩都可能对结果产生影响，将在下一步研究中使用手持3D扫描仪采集二期耳廓再造术后患者耳颅角等结构信息，扩大纳入例数，延长随访时间，获取更多的客观数据。

耳廓再造术是整形外科修复先天性小耳畸形的常规手术，由于耳朵的复杂的外形和小耳畸形的不同临床表现，耳廓重建对于整形外科医生来说仍然是一项难题。3D打印技术为耳廓再造的研究和临床应用带来了巨大的突破，用于模板制作可获得满意手术效果。在未来随着3D生物打印技术及器官打印技术的研究和发展，有望直接制备出个性化的生物相容性可置入的耳支架，实现精细个体化修复，解决自体移植的局限性，迈入耳廓再造的新纪元。