3D打印技术在下颌骨肿瘤治疗中的应用——一种改良的肿瘤截骨导板及腓骨截骨导板

董智伟，王 帅，华泽权，张新凤，鲍海宏，朱 浩，陈春艳，侯明晓，张 力

下颌骨良、恶性肿瘤为口腔颌面外科的常见病、多发病，肿瘤切除后的修复重建成为目前国内外的研究热点问题之一［1-2］。然而肿瘤切除边界的选择是手术难点之一，是决定手术是否成功的关键。王旭东［3］发现数字外科技术中软组织的漂移体会产生较大定位误差，笔者所在课题组在临床工作中也发现了术前预判软组织边界与实际边界不符合的现象。因此，如何利用3D打印技术切除肿物及重建下颌骨缺损同时达到快速、精确的目的，成为本课题组研究的课题之一。本研究拟在软组织边界预判不足的基础上，利用3D打印技术从理论上制作出改良的3D打印肿瘤切割导板及相应的腓骨截骨导板，力争在精准切割肿瘤的同时精确修复下颌骨缺损，为3D打印的临床应用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 实验器材与软件环境 Lenovo x200笔记本(操 作 系 统 Windows7)，Geomagic studio 2013(Geomagic公司，美国);Mimics 10.0(Materialise公司，比利时)，Philips Light Speed 256排螺旋CT扫描仪。

1.2 肿瘤截骨导板及腓骨截骨导板的设计 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)扫描，对患者的下颌骨及供区腓骨部位进行扫描。将CT扫描数据以DICOM格式导入计算机辅助设计Mimics10.01软件和Geomagic Studio 2013软件，通过图像分割对锥形束CT(CBCT)、MRI、CT等软硬组织影像学资料分析后，最终确定肿瘤的切割边界。然后利用计算机模拟切割肿瘤、塑形移植腓骨、设计肿瘤截骨导板(图1)、腓骨截骨导板(图3)，最终形成下颌骨硬组织重建的数字模型(图5)。

1.3 改良的肿瘤截骨导板及腓骨截骨导板的设计在上述步骤制作的两个导板的基础上，模拟术中下颌骨肿瘤可能向前延伸10 mm，需准备改良的肿瘤截骨导板(图2)、改良的腓骨截骨导板(图4)及最终形成下颌骨硬组织重建的数字模型(图6)。

2 结果

改良的肿瘤截骨导板及腓骨截骨导板设计小巧，可沿下颌骨、腓骨截骨切口放入，无需延长切口。导板与下颌骨、腓骨骨面贴合紧密，利用下颌骨及腓骨自然的解剖标志作为定位点，定位准确。改良的导板根据预判术中可能存在的肿瘤边界变化，设定两套预手术方案，极大地降低了由于术前对CBCT、MRI、CT等影像学软件解读误差造成的准备不足，从理论上提高了精度、缩短了手术时间、完善了术后效果。

图1 3D下颌骨肿瘤截骨导板模型

图2 改良的3D下颌骨肿瘤截骨导板模型

图3 3D腓骨截骨导板模型

图4 改良的3D腓骨截骨导板模型

图5 下颌骨硬组织重建的数字模型

图6 经改良导板切割后最终形成下颌骨硬组织重建的数字模型

3 讨论

3D打印技术是快速成型技术之一，包括数据采集、数据处理和3D打印等几个步骤。可应用CT、MRI采集患者影像学数据，存储为DICOM格式，导入Mimics、Geomagics等三维重建软件进行加工处理，最终应用3D打印机将模型打印出来。3D打印可用于术前模拟手术、制订手术计划，打印术中定位导板、辅助手术，设计患者个体化实体模型、完成手术效果预测［4］。

在口腔颌面外科领域，3D打印技术已广泛应用于下颌骨重建、正颌外科矫治、颌面部创伤修复、颞下颌关节重建等手术［5-8］。3D打印技术有着传统外科无法比拟的优势:①手术方案已在术前模拟，并利用打印导板辅助手术，减少手术时间和创伤，缩短住院和术后的康复时间，降低医疗费用;②手术精度的提高可减少手术时间，完善修复效果，对下颌骨病变能最大限度地避免髁状突的移位［9］;③手术精度的提高可增加术后治疗的精度(如恶性肿瘤术后放疗)［10］;④对术后效果进行预测，患者可直观了解疗效，积极配合手术，获得其理解与支持［11］;⑤减少输血比率，进而减少输血并发症;⑥减轻医护人员和患者的负担;⑦降低传染病感染医护人员的风险［12］。

本课题组已应用3D打印技术成功开展了颌骨肿瘤的切除和修复重建、颌骨复杂骨折的复位固定、牙颌面畸形的正颌外科矫治等复杂手术，取得了良好的疗效。然而在3D打印技术应用于游离腓骨重建下颌骨中遇到一些实际问题:原有的3D打印技术重建下颌骨缺损方法是确定截骨边界后，根据截骨线制作腓骨截骨导板，以重建下颌骨缺损，一旦术中发现肿瘤边界大于“预期值”，肿瘤截骨导板及腓骨截骨导板就无法再使用，术前的数字外科模拟手术“功亏一篑”。目前很多颌面外科医生确定截骨边界的方法是根据CT、MRI等影像学资料进行术前预判肿瘤边界，经术前讨论后，根据术中肿瘤的临床特征或冷冻切片病理结果“经验式”地切取肿瘤边界。往往对肿瘤硬组织边界判断较为准确，软组织边界预判不足，过小的肿瘤切除边界易导致肿瘤切除不干净、术后复发等问题，过大的肿瘤切除边界会造成术后修复重建困难、不符合微创原则等问题。王旭东［3］也认为数字外科技术中软组织的导航仍不成熟，源于软组织的漂移体产生较大定位误差。在多数情况下，硬组织边界的预判相对准确，而软组织因其与正常组织分界不清，有时需术中行冷冻切片病理检查仔细“辨认”，难免造成术前解读影像学资料不精确的情况。一旦出现上述情况，临时改变手术切割部位会造成模拟手术的肿瘤截骨导板“失效”、原有的腓骨截骨导板不准确等结果，术者不得不应用传统的“经验式”方法重建下颌骨。根据本课题组的临床经验，尽管有CBCT、MR、CT等诸多软硬组织影像学分析手段，很多下颌骨肿瘤患者的软组织边界仍较难预判精确，术前制订一套肿瘤截骨导板及腓骨截骨导板的设计很难满足术中千变万化的实际情况。因此，本课题组采用改良式导板来尽可能满足临床需求，减少了因肿瘤边界解读误差造成的导板废弃的情况，节约了人力、物力、时间等医疗资源，从理论上达到了提高精度、缩短手术时间、完善术后效果的目的。

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