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探析快速原型技术在下颌骨个性化重建中的应用
摘要： 目的 探讨快速原型技术在下颌骨个性化重建中的应用特点及临床效果。 方法 因肿瘤或外伤导致下颌骨缺损的患者23例，术前行三维螺旋CT扫描，通过快速原型技术制作实体模型及镜像模型，根据模型设计截骨线并预弯重建钛板，按设计切除肿瘤后，预弯钛板就位，取髂骨或腓骨肌瓣按钛板外形塑型并固定于钛板上重建下颌骨。 结果 肿瘤无复发，移植骨成活，面型对称，张口度2.8～3.6 cm，下颌功能正常，牙合关系良好，颞颌关节无弹响，无压痛。术后3月复查三维CT，重建下颌骨与健侧对称，髁状突位置正常。 结论 快速原型技术指导下颌骨个性化重建方法简单，成本较低，模型制作时间短，临床效果满意，是一种较理想的下颌骨重建方法。
关键词： 骨移植 下颌骨 移植 自体 计算机辅助设计 腓骨 髂骨
下颌骨形态决定了人面部下1/3的容貌特征，肿瘤及外伤等原因导致的下颌骨缺损严重影响患者的美观及口腔功能。各种游离或血管化移植骨块结合重建钛板已广泛应用于下颌骨重建。临床上通常由术者以健侧外形为参照，在术中依个人经验对下颌骨进行即刻塑形，容易造成面型不对称及髁状突移位，影响美观及颞颌关节功能。自2001年起，国内少量口腔颌面外科病例开始应用快速原型技术指导手术，取得满意效果[1?4]。笔者科室自2005年1月-2007年6月对23例肿瘤及外伤导致下颌骨缺损的患者应用快速原型技术进行下颌骨个性化重建，患者面型及下颌功能恢复满意，现总结报道如下。
1 对象与方法
1.1 对象 本组23例，男性12例，女性11例;年龄(28±12.24)岁(11～67岁)。游离髂骨移植9例，游离血管化腓骨肌瓣移植14例。临床资料见表1。
1.2 设备 多层螺旋CT机(Aquilion，日本东芝公司)，光敏树脂及三维打印专用“高性能复合材料”(DSM Somos ProtoTherm 14120，美国ZCORP公司)，快速成型机(ZIPPY?Ⅱ，新加坡Kinergy公司)，激光快速成型机(SPS600B，西安交通大学)，三维模型打印机(Z510，美国ZCORP公司)，医学工程软件(MedGraphics及Mimics，上海交通大学)，重建钛板(Medicon，北京福科斯公司)。
1.3 方法
1.3.1 快速原型模型制备 术前均进行下颌骨及颞颌关节三维螺旋CT扫描，扫描条件120 kV，300 mA，0.5 s，层厚1 mm，螺距1.0。用MedGraphics及Mimics医学处理软件读取CT数据，提取图像边缘轮廓矢量化线图，通过矢量叠加重建下颌骨三维模型，并生成STL格式文件后导出数据。本组先后采用了层合实体制造、立体印刷成型及三维打印(3DP)三种不同技术方法制作快速原型，模型包括与患者下颌骨形态完全一致的实体模型，以及通过计算机应用反求技术将健侧下颌骨数据翻转到患侧制作出的双侧完全对称的镜像模型。
1.3.2 手术过程 术前以实体模型为参考，结合曲面断层片和CT片设计截骨线，以镜像模型为模板对重建钛板预成型，使之与镜像模型患侧下颌骨下缘外形贴合(图1)，并保证在两侧余留骨上分别有3～4个固定孔，模型上标记固定孔位置。重建钛板、实体及镜像模型高压消毒后备用。患者在全麻下分两组同时进行手术，一组下颌骨常规手术切口，逐层进入暴露下颌骨及肿瘤，按实体模型上设计的截骨线及固定孔位置，在患者下颌骨上准确标记后截骨，预成型重建钛板精确就位;另一组按术前设计的去骨长度，制备游离或血管化移植骨，按钛板外形塑形后用钛钉固定于钛板舌侧并使移植骨块下边缘与下颌骨下缘平齐(图2)。血管化移植骨块吻合血管建立血液供应，检查牙合关系及下颌运动正常后放置引流，逐层关创。
2 结 果
随访(17.9±7.4)月(3～33月)，均未见肿瘤复发，移植骨全部成活，面型对称，患者对外形满意，张口度2.8～3.6 cm，语言、咀嚼、下颌运动功能正表1 23例个性化下颌骨重建患者临床资料常，牙合关系良好(图3)，颞颌关节无弹响，无压痛。术后3月行下颌骨三维CT重建，重建下颌骨与健侧对称性好，保留的髁状突位置正常(图4)。
3 讨 论
快速原型是一种融合信息科学、材料科学、自动化技术等前沿技术的全新成形制造技术，能大大后提高疾病诊断的准确率及操作精确度，在疾病辅图2 术中髂骨植入后助诊断、制定治疗计划、模拟手术操作等方面发挥了重要作用，其临床应用效果取决于模型的精密度，而工艺中数据采集传送的完好及工艺精度都可能影响模型的精密度[5?6]。因此快速原型能否精确地复制原型并满足临床应用要求曾受到学者们的关注。林李嵩等对颅面部三维结构最为细致复杂、骨壁菲薄的眼眶通过实体、CT三维图像及快速原型模型进行定点测量对比，发现三者间无明显统计A：术前正面像;B：术前侧位像，显示面侧凹陷畸形;C：术后正面像;D：术后侧面像，面侧外形良好;E：术后牙合像.学差异[7]。本研究结果显示，患者手术前后外形对称，关节位置及功能正常，提示快速原型模型无论在解剖外形还是在精确度上，均能满足临床需要。
快速原型技术采用的技术方法及材料有多种。临床文献报道中以立体印刷成型及层合实体制造较多[1?3]。本组亦先后采用了3种不同技术方法及材料来制作快速原型模型。笔者体会不同材质模型在临床使用中各有优缺点：树脂模型材质观感好，质地较脆，受压易断，表面精密度及成本较高;纸质模型成本最低，但材质观感及表面精密度差。树脂磨改时若冷却不足易造成材料融化变形，纸质模型磨改易造成模型分层剥脱，均会破坏模型表面结构，影响手术精确度。近来使用的三维打印模型每层打印厚度仅为0.1 mm，模型精度高，细节清晰，1 h可打印高度为25 mm，制作速度快，且成本低，易于磨改，有其独特的优点。
快速原型技术在口腔颌面外科的应用价值已得到公认[1?4,6]。它能直观显现病变部位，利于诊断及制定治疗措施，方便医患交流，有助于术前准确预测手术范围，模拟手术，节约手术时间，减少手术创伤等，特别在下颌骨个性化重建中有独特的应用价值。由于下颌骨具有复杂的、极具个性化的三维生理曲度，表面高低不平，大块移植骨的手工塑形极难恢复其原有的表面解剖特征。以镜像模型为模板预弯的重建钛板支架不仅能在术中为移植骨塑形提供参考，支撑面下1/3的外形高点，完美地恢复患者的面容特征，而且能正确保持余留骨及髁状突的生理位置，预防术后颞颌关节疾病的发生。尽管如此，临床使用中仍有一些需要解决的问题。首先快速原型技术较适合应用于病变局限于一侧的下颌骨重建病例，对于病变过中线的病例，因病变侵蚀而导致中线双侧相应区域正常解剖数据丧失，计算机反求时，只能选择将病变范围小的一侧数据翻转到病变范围大的一侧，构建出中线两侧病变区对称存留的镜像模型。预弯钛板时，术者只能先按预测外形磨改镜像模型后再弯制，可能造成术后颏部形态与病前不一致。其次正常下颌骨两侧对称区域表面细微形态并非绝对一致，导致术中有时出现预弯钛板与患侧余留骨表面不十分贴合，此时需严格按
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