3D打印技术在下颌骨缺损治疗中的应用

张新凤，董智伟，刘 璐，鲍海宏，曹志强，柳云恩，张 力，侯明晓

下颌骨位于人体面部的下1/3，形态极不规则，毗邻解剖关系复杂，临床仅通过X线片、CT等平面影像学资料来确定复杂的下颌骨病变性质及病变范围，存在相当大的局限性，这也给术前手术方案的制订带来了一定的困难。近年来3D打印技术在医学领域中的应用日益增多［1-3］，可准确快速地制造出复杂的实体模型和辅助手术的数字化3D导板，为术前手术方案的制订以及术中辅助手术顺利精确地进行提供了重要的实体依据。沈阳军区总医院口腔颌面外科2014年9月—2015年8月采用3D打印技术完成下颌骨缺损的个体化修复重建5例，效果满意，现报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 本组5例，均为男性;年龄23～56岁。一般资料详见表1。

表1 下颌骨缺损5例一般资料

1.2 方法

1.2.1 计算机辅助设计及3D打印:通过Philips Light Speed 256排螺旋CT扫描仪(层厚0．625 mm，螺距1．5、1.0 mm)将患者的下颌骨及供区部位进行扫描。如需要血管化骨移植，则需要用超声多普勒血流仪检测供区动、静脉直径和血流情况，并在体表标记出动脉穿支。将患者的CT扫描数据以DICOM格式依次导入Mimics 10．01软件和Geomagic Studio 2013软件，通过图像分割、模拟切割肿瘤、镜像、塑形移植骨段、设计截骨、取骨塑形数字化3D导板等一系列程序，再将数据以STL格式导入快速成型机，通过激光快速成型熔融沉积技术(FDM)制造出模拟重建的下颌骨模型及数字化3D导板。术前根据实体模型完成重建板的预弯制。最后将重建板和数字化3D导板消毒待用。

1.2.2 手术过程:①下颌骨原发病灶切除:按照术前设计暴露下颌骨后，应用螺钉固定截骨导板，切除下颌骨病变。②供区骨瓣的制取:根据术前设计切口线切开，固定取骨塑形数字化3D导板后，进行截骨、塑形。③下颌骨重建:移植骨瓣断蒂后转移至受区。应用重建板固定下颌骨，完成下颌骨缺损重建。1.3 疗效评价 患者术后7 d、1、3、6个月及1年复查CT及锥形束CT(CBCT)。记录并发症发生情况。

2 结果

本组手术均按计划成功完成。手术时间6．0～8．0 h，平均6．7 h。1 例术后半个月颌下区切口感染，张口受限，张口度2．5 cm;余4例面部外形恢复满意，左右对称，预留牙齿咬合关系良好，张口度及张口型正常，无颞下颌关节疾病，病变无局部复发，无重建板松动及断裂，无移植骨瓣坏死等并发症。修复评价分级:Ⅰ级4例，Ⅱ级1例。随访时间3～11个月，平均6．0个月。供区切口恢复良好，均未出现局部麻木、踝关节不稳定、跛足等并发症。

3 典型病例

男，28岁。因左下唇麻木1月余就诊，经活检诊断为左下颌骨造釉细胞瘤，收入院。查体:颜面部左右大致对称，口内左下颌6牙的远中至磨牙后区及颊黏膜隆起，触诊乒乓球样感。行CT及CBCT检查示:左侧下颌角至髁突颈部病变区呈多房性，边缘有半月切迹(图1)。计算机辅助设计及3D打印技术:虚拟病灶切除并由健侧的下颌骨利用镜像技术重建(图2、3)。虚拟腓骨瓣的制备和植入:与踝关节8 cm上方截取腓骨，依次截骨塑形至与虚拟重建的下颌骨吻合(图4)。3D打印出重建后的下颌骨模型及数字化导板，并根据模型进行重建板的预弯制(图5、6)。在全麻下行下颌骨左侧造釉细胞瘤病灶扩大切除术及左侧腓骨游离肌皮瓣修复术。距下颌骨下缘3 cm设计弧形切口，逐层切开后，沿颈深筋膜浅层翻瓣，暴露下颌骨后，用螺钉固定数字化3D导板于下颌骨表面，导板与术前设计的固定部位紧密贴合(图7)，用来复锯截断下颌骨。在左侧小腿外侧设计皮瓣切口线，沿穿支血管寻找腓动脉及伴行静脉，于髁关节上8 cm应用腓骨导板截取腓骨瓣并逐步塑形(图8)，腓骨瓣断蒂后置于下颌骨残端，用预弯制的重建板，稍作修改后固定(图9)。在面部探查左面动脉、面静脉及颈外静脉，将穿支血管端端吻合。术后CBCT及三维重建提示腓骨瓣准确修复双侧下颌体部及颏部缺损，下颌骨体部外形曲线基本一致(图10、11)，颜面部左右基本对称。应用Geomagic软件将术后CT数据与术前模拟设计的下颌骨进行自动匹配，观察修复误差值，误差值最大为6．2 mm(图12)。随访5个月，未发现病灶复发，患者双侧颜面部对称，术后瘢痕不明显，张口型正常，张口度4．0 cm，下颌骨前伸和侧向运动自如，双侧颞下颌关节区无疼痛不适，口腔内皮瓣愈合良好，颜色粉红。患者能正常行走，无明显功能障碍和感觉异常，未出现踝关节不稳定的表现。患者对面形和下肢功能恢复均非常满意。

图1 术前CBCT片示病变累积左侧下颌角及髁突颈部;图2 术前CT片示病变的下颌骨;图3 利用镜像技术重建健侧镜像的下颌骨;图4 腓骨截骨塑形至与虚拟重建的下颌骨吻合;图5 3D打印制作的数字化导板;图6 术前根据模型进行重建板的预弯制;图7 截骨导板按照术前设计就位;图8 应用腓骨导板截取并逐步塑形后的腓骨瓣;图9 重建后的下颌骨;图10 术后CT片;图11 术后CBCT片;图12 术前、术后下颌骨应用Geomagic软件进行自动匹配，误差值最大为6．2 mm

4 讨论

3D打印技术诞生于20世纪90年代，最初应用于制造业、工程及航空航天模型设计等领域。3D打印技术的核心是数字化、智能化制造与材料科学的结合［4］。其主要采用分层加工、叠加成型的方式来“制造”产品［5］。3D打印不像传统的机械加工那样需要模具或原胚，而是通过打印一次成型，开创了制造业的崭新时代［6］。随着3D打印技术的不断发展，研究人员不再满足这种先进技术只局限在原型制造和模具生产等方面，开始向更广阔的领域拓展，特别是在医学领域的实践应用和发展前景引起了全球的广泛关注。经过20多年的发展，现已应用于口腔种植、骨科、口腔颌面外科手术中［7-8］。

3D打印技术应用于下颌骨的缺损修复手术，优化了术后修复效果，而且减少了并发症，获得了满意的临床效果。3D打印技术制造出个体化的患者头颅模型，精确实现了从二维图像到三维实物的转换，一方面，为手术方案提供直观的演示，可使术者对手术方案进行讨论并加深对手术方案的认识，更好地施行手术;另一方面，利用模型可向患者及其家属进行模拟展示，减轻患者和家属的心理负担，提高患者的信心。3D打印的头颅模型为医用重建板等内固定材料预成型提供了实体依据，利用头颅模型可从多个角度进行观察和对比，确定最适合的固定位置，避免了术中视野不佳、体位摆放困难等因素对医用重建板弯制的影响，为术者和患者赢得了宝贵的时间，也避免了术中反复弯制、调改医用重建板，造成医用重建板疲劳。其次，3D打印技术制做出的数字化3D导板是将设计方案准确转移到实际手术中的有力辅助工具。截骨导板可以准确引导术中精确切除肿瘤［9-11］，与传统术式相比，省去了手中观察设计截骨线的时间，增加了手术的精确度，取骨塑形导板可准确切取移植骨，避免了反复磨改移植骨，减少了移植骨的离体时间，降低了移植骨吸收的发生率。切除的骨段与移植的骨段长度相当，保证了髁突在关节窝中的位置基本保持不变，大大减少了颞下颌关节疾病的发生。

局限性3D打印技术发展至今，虽然有了很高的精度，但对于诊断下颌骨肿瘤的边界仍然存在一定的误差。如果术前不能精确重建出下颌骨肿瘤边界，可能影响术中截骨量，从而影响手术方案的进行，因此要求临床医生在确定肿瘤切除边界时应参考其他影像学资料，如CT、CBCT等。

由于笔者所在科室应用3D打印技术的时间不长，收集的临床病例数量较少，在今后的研究中，应加大样本量进行更深入的研究探讨，相信3D打印技术的成熟，一定会为口腔颌面外科的未来带来巨大的发展。

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