洪志坚
作者单位:210002 江苏 南京,南京军区南京总医院 整形外科 作者简介:洪志坚(1957-),男,浙江义乌人,主任医师,教授,博士.
述 评
颌面骨骼重塑:容貌巨变的美容外科愿景
洪志坚
作者单位:210002 江苏 南京,南京军区南京总医院 整形外科 作者简介:洪志坚(1957-),男,浙江义乌人,主任医师,教授,博士.
颌面外科; 颌面重塑; 颌面骨骼; 3D打印技术
整形美容外科的最高追求和境界是获得理想的容貌,弥补先天缺陷,改善后天不足,实现更美的追求。整形外科历经近百年的发展,人体体表的畸形修复和功能重建已取得了巨大的成功,同时它也赋予社会和个人对美好形体和容貌追求的巨大想象空间。现在我们意识到,整形外科医师不仅可以有效地处理皮肤和浅层软组织的缺陷和不足,而且还可以精确地重塑和改造颌面骨性结构,甚至能够“随心所欲”地改变个体的容貌。笔者试图从目前显露的技术革新的曙光中,分析其对颌面骨性结构改形的价值作用,构略出未来其对个体容貌重塑的现实可能性。
颌面骨性结构作为个体容貌特征的基础,决定了种族和个体的面容特色,也是美貌与否的一个决定性因素。颅颌面骨性结构(包括牙列结构)的形态,软组织成分的组成,浅层组织皮肤质地等特质,软组织不同成分的协调功能,机体健康状态在体貌上的反映,心理情绪、素质修养、文化内涵等精神因素的外显与个体容貌相关。上述的因素中,颅颌面的骨性结构是个体容貌的基础。人类进化学、法医学和人体测量学都一直强调相关骨性结构和标记的重要性[1-5]。一般认为,人类容貌特征的70%是由骨性结构决定的[6]。
上述颌面骨性结构特点使得对它的处理远远比其他骨性结构更为复杂。以创伤后修复为例,组成人体骨骼的多数部分是长骨,如果单纯的长骨骨折只要达到对位对线良好即可,但对颌面部完全不呈规则性的骨骼,如果出现骨折多呈粉碎性表现,要达到良好的复位,难度很大。相对于身体其他部位的骨骼,颌面骨骼本身结构极为复杂,不仅形态不规则和多样化,而且相对体积又小,移位和固定都较困难,面部涉及容貌又不允许设计过多的手术切口,要保证面部重要血管和神经的分布,眼球、鼻腔和口腔的功能,这些都使颌面部的骨性结构的复位和整体重建更为困难。
至今为止,纯粹为了改善容貌,而对颌面骨性结构进行大幅度改造的美容手术尚未问世,其仍是一个对整形美容外科医师极富挑战性的课题。
现代新技术发展带来了对解决这一临床课题的美好预期,我们有理由相信,在短期内,这一难题的根本性解决有可能实现。这一预测和期望建立在对以下这些方面的科学认识。
2.1 CT三维骨性结构重建 CT扫描和三维重建技术建立与以往一般的放射平片检查不同,医师不再观看重叠的骨性结构图像,现在可以直观地观察到立体的颅颌面的三维成像图,可以旋转,从多个角度观看骨性结构的异常和畸形,对于直观地认识和分辩出畸形的程度达到了一种前所未有的境界。除了对骨性畸形的认识有了清楚判断,还可以直接进行相关畸形程度的量化测量,也可以在计算机上进行模拟截骨、移位、修补等过程,最后可以通过骨性畸形的纠正将剔除的软组织重新覆盖后,判断术后的容貌效果,可以说在颌面骨性畸形的修复中,CT三维重建将给外科医师提供极大的帮助[7-8]。
2.2 3D打印技术和实体模型的再现 CT扫描和三维重建给了医师可见的颅颌面骨的立体结构,较为直观地识别出其中的畸形和异常,但那只是屏幕上或者平面纸张上的形象视觉认识。3D打印技术将其电脑中数据和资料转化成了立体和精细的真实结构,可以让整形外科医师触手可及患者真实骨性结构状态[9-11]。这一技术带来的好处不仅在于可以直接地看到颌面骨性结构、表面的畸形和异常,还可对骨性结构直接进行测量,以往该工作只能在尸体的颅颌面骨上进行,更重要的是,可以应用实体模型进行模拟手术。
2.3 应用实体模型进行模拟手术 在实体模型上进行切割、移位、填充和固定等方法的实际操作,可以在体外模拟出整个骨性结构的修复过程,如凹陷和发育不足部位的填补、移位骨块的复位固定、突出骨性结构的切割和磨削等。目前可以提供给临床医师的3D模型为激光烧融而成的合成材料, 如果研制出一种打印材料较为接近实体的骨性硬度和脆性,还可以试用固定用微板和螺钉,验证固定的位置、数量和强度等,将会为手术提供切实的帮助[12-13]。以往对于复杂和不规则形态的颌面骨性改变,困于无法精确地认识,即便认识了也无法按照医师的意愿达到良好的复位和对合,至此,我们也许可以对此困难得以解决。
2.4 机器人外科的应用 因为面部涉及容貌的关系,所以要慎重地设计手术切口,切口越隐蔽且越小越好,还要充分显露骨性结构,进行调整。内窥镜技术已在整形美容手术有所应用,有学者认为对下颌角切除等手术可以做的更精确、安全[14]。口腔机器人外科(transoral robotic surgery, TORS)的创立为此提供了另一种解决途径[15-20]。目前,除了将手术机器人用于显微血管吻合(robot-assisted microsurgery, RAMS),皮(肌)瓣的切取,以及经口腔机器人外科的口咽和喉部肿瘤切除以外,至今还未应用于整形外科,尤其是颌面骨性结构的处理。
微创化和精确操作都是整形外科追求的目的,手术机器人在其领域的限制使用可能缘于手术野无自然腔隙的存在。显然,口腔是一个自然的腔隙,通过口腔切口目前已经可以完成多项整形修复和美容手术,如下颌角切除、颏部成形手术、颧骨成形手术等,我们有理由相信随着手术机器人设备的进一步更新和发展,经过整形外科医师对手术机器人的熟悉和了解过程,有可能在颌面骨性结构的修复和重塑中发挥巨大的作用。依据来自:⑴从口腔的自然通道再辅以口腔前庭黏膜切口可以分离到达下颌骨的全部,鼻根和眼眶中部以下,颧骨体以内的所有面中部骨骼,再辅以额顶部、颞部及耳前或耳后的隐蔽切口,可以到达额部、眶上缘、颧骨体和颧弓,因而可以在不产生明显手术切口痕迹的情况下开展手术;⑵虽然经口腔切口到达的不是一个自然的腔隙内,但经过广泛的剥离,可以人为地制造一个容得下机械臂的操作空间;⑶目前手术机器人的机械臂还不适用于颌面部,开发一类适用于颌面部的机械臂非常必要,并有很大的应用市场。
2.5 导航定位辅助技术 即使上述技术成熟应用以后,临床中仍然会面对一个困难,术中对骨性结构的切割、磨削、移位和固定仍然难以达到精准无误的程度,而颌面骨性结构的微细差别都可能从面容容貌上反映出来,如双侧不完全对称等。出现上述问题的主要原因在于手术切口限制无法充分显露,人为剥离产生的间隙狭小,镜下或者直视下观察到的骨面只是一个局部,无法如体外时可以与周边的结构进行充分对比判断。计算机导航定位辅助技术系统可以针对性地解决这一难题,目前在骨科创伤和脊柱手术中,都有一些成功的经验[21-22]。可以设想,术前对计算机设定好完整的操作程序,类似于加工结构复杂的机械器件时所需要的数控机床的操作程序。手术机器人在体外进行模拟的操作,这种模拟的操作是在精准的三维立体的形式上进行的,因而可以做到完全符合设计要求。其后,真实手术在计算机辅助导航过程中进行,以下颌角截骨的操作为例,医师在屏幕中指示手术器械到达设定的部位,按照预先设计好的切割角度、弧度和方向自动进行,完全可以达到预先设计高度吻合的修整。这一技术的应用,解决了手术中误操作的问题,且创伤小,一次完成,与术前设计高度吻合。可以预测,一旦各种条件具备,计算机导航定位辅助技术在颌面骨性畸形的修复作用中会大放异彩、价值巨大。
但目前手术导航系统距离真正的美容外科的应用还有很大的距离。与导航系统配套使用的软件和特殊手术器械有待开发,另一个亟待解决的问题是影像漂移,即手术进行中组织结构移位导致的导航系统与真实位置的误差,误差过大或发生概率较高,轻则难以达到满意的手术预期效果,重则导致手术风险增加,甚至手术失败[23]。
可以设想今后的整形美容技术发展到这样一个阶段,外科医师可以自由地改变一个人的颅颌面骨性结构,从而达到改善个体容貌,或做成何种模样的要求。简单地说,可以通过调查获取容貌漂亮者的颌面骨性资料,将此作为就诊求美者的比照资料,找出其中的差别,通过骨性结构的改变达到美容的目的。
为了实现以上设想,必须推进和完成以下研究步骤:⑴取得美貌人群的颅颌面骨性结构参数,集中一定样本的美貌人群,进行标准人像摄影和体表3D摄影,取得容貌的体表资料。然后进行CT扫描,获取与容貌相关的骨性数据,可以显示颅颌面骨的三维CT图像,也可以进行相关位点的测量。⑵根据美貌人群的形态特点,依据社会成员的一般评判标准对其进行分类,以利求美者对追求的容貌目标做出选择。⑶将其资料与普通人群进行比较,得知美貌人群的骨性结构的一般特点和规律。⑷求美者先行CT扫描,取得个人的骨性资料,与被选择的美貌人群的平均参数进行对比,得知差异之处。⑸在体外的3D类似的骨性模型上,根据需要提示进行骨性结构的磨削、切割、移位、填充和固定,明确各部位需要处理的精确数量,也演示各类操作处理的可行性。体外模拟后的结构再次与期望的结构进行比较,观察其吻合程度。⑹制定实际手术操作的具体步骤和方案,考虑到手术切口的设计,操作的可行程度,神经血管的保护,创伤的控制等因素,完善整体的手术方案。⑺在新鲜尸头上试行手术方案,验证其可行性。⑻选择合适的临床实例具体施行和完成骨性重塑手术。
当然我们也要认识到,颌面部骨性结构的改变也只能达到容貌的很大程度的改善,但还不能达到普通人群所想象的那样随心所欲地要想变成怎样都可以的程度。这里的难处在于除了骨性结构以外的软组织构成和成分,尤其是浅表软组织的结构,如皮肤的质地、弹性、色泽等,现代整形美容技术还不能达到完全美容意义上的完全修复和彻底改变。如面部不同表情肌的活动和协调,上唇的人中和人中嵴等还无法精确创造等。此外,个人修养、素质、文化和情感等精神因素反映出来的气质、亲和力、魅力等也会影响人的容貌。改变了的颌面骨性结构,对于软组织轮廓的影响并非是一个直接的作用,不同颌面骨骼的变动如何影响体表容貌的相应变化,特别是较为精细微妙的改善,我们仍不清楚,尚有待于计算机模拟演示预测或者实际临床验证来解决。目前,所用的CT和MRI扫描软组织三维重建对于软组织的评价具有一定的指导意义[24-25],但更精确、抗干扰性强、重建速度快和对人体伤害小的激光三维扫描技术[26]用于面部软组织轮廓的重建可能具有更好的前景。
虽然各种技术进步提供了可靠的科学和理论基础,但临床探索是一项实践性很强的工作,每一环节、步骤的实际验证和改进都是逐渐接近和攻克临床难题的必不可少的历程。美容外科赋予人们更高的追求,同时也对手术安全性和可靠性有着非同一般的要求,因此,期待在不远的将来能解决颌面骨性结构的重塑难题,为人类求美和容貌改善方面开拓美好的前景,需要我们和其他学科间的广泛合作和共同努力、扎实工作、精益求精、不断探索、才能迎来美好未来,实现美容外科的伟大梦想。
[1] Markiewicz MR, Bell RB. The use of 3D imaging tools in facial plastic surgery[J]. Facial Plast Surg Clin N Am, 2011,19(4):655-682.
[2] Claes P, Walters M, Shriver MD, et al. Sexual dimorphism in multiple aspects of 3D facial symmetry and asymmetry defined by spatially dense geometric morphometrics[J]. J Anat, 2012,221(2):97-114.
[3] Mahdi E. Assessment of facial and cranial development and comparison of anthropometric ratios[J]. J Craniofac Surg, 2012,23(2):75-83.
[4] Amirlak B, Tang CJ, Becker D, et al. Volumetric analysis of simulated alveolar cleft defects and bone grafts using cone beam computed tomography[J]. Plast Reconstr Surg, 2013,131(4):854-859.
[5] Foley BD, Thaver WP, Honeybrook A, et al. Mandibular reconstruction using computer-aided design and computer-aided manfacturing: an analysis of surgical results[J]. J Oral Maxillofac Surg, 2013,71(2):111-119.
[6] Becking AG, Tuinzing DB, Hage JJ, et al. Transgendr feminization of the facial skeleton[J]. Clin Plast Surg, 2007,34(3):557-564.
[7] Druelinger L, Guenther M, Marchand EG. Radiographic evaluation of the facial complex[J]. Emerg Med Clin North Am, 2000,18(3):393-410.
[8] Sitzman TJ, Hanson SE, Alsheik NH, et al. Clinical criteria for obtaining maxillofacial computed tomographic scans in trauma patients[J]. Plast Reconstr Surg, 2011,127(3):1270-1278.
[9] Poukens J, Haex J, Riediger D. The use of rapid prototyping in the preperative planning of distraction osteogenesis of the cranio-maxillofacial skeleton[J]. Comput Aided Surg, 2003,8(3):146-154.
[10] Li WZ, Zhang MC, LI SP, et al. Application of computer-aided three-dimensional skull model with rapid prototyping technique in repair of zygomatico-orbito-maxillary complex fracture[J]. Int J Med Robot, 2009,5(2):158-163.
[11] Olszewski R, Tranduv K, Reychler H. Innovative procedure for computer-assisted geniplasty:three-dimensional cephalometry, rapid-prototyping model and surgical split[J]. Int J Oral Maxillofac Surg, 2010,39(7):721-724.
[12] Guevara-Rojas G, Figl M, Schicho K, et al. Patient-specific polyetheretherkenone facial implants in a computer-aided planning workflow[J]. J Oral Maxillofac Surg, 2014,72(9):1801-1812.
[13] Salmi M, Paloheimo KS, Tuomi J, et al. Accuracy of medical models made by additive manufacturing (rapid manufacturing) [J]. J Craniomaxillofac Surg, 2013,41(7):603-609.
[14] 艾玉峰, 成 铤. 面部轮廓整形美容手术的效果及严重并发症的预防[J]. 中国美容整形外科杂志, 2011,22(4):193-195.
[15] Genden EM, Desai S, Sung CK. Transoral robotic surgery for the management of head and neck cancer : a preliminary experience[J]. Head Neck, 2009,31(3):283-289.
[16] Iloreta AM, Anderson K, Miles BA. Mandibular osteotony for expanded transoral robotic surgery: a novel technique[J]. Laryngoscope, 2014,124(8):1836-1842.
[17] White HN, Moore EJ, Rosenthal EL, et al. Transoral robotic-assisted surgery for head and neck squamous cell carcinoma: one- and 2-year survival analysis[J]. Arch Otolaryngol Head Neck Surg, 2010,136(12):1248-1252.
[18] De Almeida JR, Genden EM. Robotic surgery for oropharynx cancer: promise,challenges, and future directions[J]. Curr Oncol Rep, 2012,14(2):148-157.
[19] Garfein ES, Greaney PJ Jr, Easterlin B, et al. Transoral robotic reconstructive surgey reconstruction of a tougue base defect with a radial forearm flap[J]. Plast Reconstr Surg, 2011,127(6):2352-2354.
[20] Mukhija VK, Sung CK, Desai SC, et al. Transoral robotic assisted free flap reconstruction[J]. Otalaryngol Head Neck Surg, 2009,140(1):124-125.
[21] Ieguchi M, Hoshi M, Takada J, et al. Navigation-assisted surgery for bone and soft tissue tumous with bony extension[J]. Clin Orthop Relat Res, 2012,470(1):275-283.
[22] Sadiq Z, Collver J, Sneddon K, et al. Orthoganthic treatment of asymmetry: two cases of“waferless”stereotactic maxillary positioning[J]. Br J Oral M axillofac Surg, 2012,50(2):e27-e29.
[23] Essig H, Rana M, Kokemuekker H, et al. Referenceing of markerless CT data sets with cone beam subvolume including registration markers to ease computer-assisted surgery- a clinical and technical research[J]. Int J Med Robot, 2013,9(3):e39-e45.
[24] Röhrle O, Pullan AJ. Three-dimensional finite element modelling of muscle forces during mastication[J]. J Biomech, 2007,40(15):3363-3372.
[25] Mazza E, Barbarino GG. 3D mechanical modeling of facial soft tissue for surgery simulation[J]. Facial Plast Surg Clin North Am, 2011,19(4):623-637.
[26] Kovacs L, Nimmmermann A, Brockmann G, et al. Accuracy and precision of the three-dimensional assessment of the facial surface using a 3-D laser scanner[J]. IEEE Trans Med Imaging, 2006,25(6):742-754.
10.3969/j.issn.1673-7040.2015.07.001
2015-04-12)