3D打印技术在双侧下颌升支矢状劈开截骨术中的应用

屈振宇 王茜 丰鑫 绳兰兰 马卫东 曲卫国

1.大连市口腔医院口腔放射科；2.口腔颌面外科；3.口腔正畸科，大连 116021

双侧下颌升支矢状劈开截骨术（bilateral sagittal split osteotomy，BSSO）是目前三大正颌术式中最常用的一种，其余两种包括上颌骨LeFortⅠ型截骨术和颏成形术。BSSO由下颌升支内侧水平骨切口、下颌升支前缘矢状骨切口和下颌骨体部垂直骨切口3条截骨线组成，其中下颌升支内侧水平骨切口术野狭小，操作难度最大，盲目截骨可能损伤下颌神经血管束或造成错位骨折[1]。近几年3D打印技术发展迅猛[2-4]，锥形束CT（cone beam computed tomography，CBCT）应用广泛[5-7]，本研究使用CBCT数据和3D打印技术，制作BSSO下颌升支内侧水平骨切口截骨导板，希望手术中能明确指示下颌小舌的位置并保护下颌神经血管束，同时训练年轻医师使其能更快更好地掌握手术技巧，降低手术风险。

1 材料和方法

1.1 试验对象

选择2013年1—12月在大连市口腔医院行BSSO的下颌发育不良患者32例为试验对象，其中男性17例，女性15例，年龄19～35岁，平均23.5岁。所有患者要求单独行BSSO，不进行上颌骨、颏部及颧骨等辅助手术；经临床及放射诊断为牙颌畸形而非颅面畸形综合征；既往无颌骨肿瘤手术史和正颌手术史。所有患者及家属均被告知术中使用3D打印截骨导板，并签字确认。本研究课题经大连市口腔医院伦理委员会审查通过（编号2012-0431）。

1.2 试验设计

32例患者共64侧行BSSO。选择从事正颌手术15年的主任医师1名，正颌专业博士毕业刚入院工作主治医师1名；由2名医师随机选择左侧或右侧实施手术，随机选择使用或不使用手术导板，由此形成4组研究对象：Ⅰ组为专家不用导板组，17侧；Ⅱ组为专家使用导板组，15侧；Ⅲ组为年轻医师不用导板组，14侧；Ⅳ组为年轻医师使用导板组，18侧。分别对4种组合在BSSO中完成下颌升支内侧水平骨切口进行计时。

1.3 3D打印截骨导板

术前均采用CBCT（KaVo公司，美国）进行扫描，扫描条件：0.2立体像素，37.07 mA，120 kV，获取时间26.9 s。扫描数据以DICOM格式导入Mimics 17.0软件（Materialise公司，比利时）进行下颌骨三维重建；在三维模型上标记下颌小舌，如图1所示设计截骨导板。导板前界位于下颌升支前缘颊侧2 mm，后界止于舌侧沟前缘，上界平下颌小舌上2 mm；截骨导板宽约15 mm，厚约2 mm（图1A、B）。将设计好的虚拟截骨导板数据以STL格式输入3-Matic打印机（Stratasys公司，美国），采用光敏树脂打印。下颌骨模型打印时间为6～8 h，截骨导板打印时间为1～2 h（图1C）。术前低温等离子消毒备用。

图1 下颌骨及双侧截骨导板的设计及3D打印的模型Fig 1 Design of mandible and bilateral osteotomy template and model of three-dimensional printing technique

1.4 手术操作

手术于全身麻醉鼻插管控制性降压下进行，采用磨牙后区下颌升支前缘黏膜切口，暴露下颌骨升支前缘及升支内侧骨板，在下颌升支内侧设置拉钩暴露术野。计时开始。第1种手术方式：常规寻找并确认下颌小舌，用长裂钻行升支内侧水平骨切口；第2种手术方式，戴入截骨导板，听到“卡”的一声保证准确就位，用裂钻沿导板上缘行升支内侧水平骨切口（图2）。计时结束。然后截开剩余的2条截骨线，矢状劈开下颌骨，按术前设计完成BSSO，4孔钛板坚固内固定骨断端，完善止血，严密缝合伤口。

图2 术中截骨导板的应用Fig 2 Application of osteotomy template in operation

1.5 术后评估

术后第7天，以同样条件再次拍摄CBCT，数据导入Anatomage Invivo 5三维重建图像分析软件，重建术后三维曲面断层，按照Plooij等[8]的LSS（lingual split scale）分类（图3）来评估手术效果。

1.6 统计分析

用SPSS 16.0统计学软件对各组完成下颌升支内侧水平骨切口的时间进行单因素方差分析，对4个手术分组与4种LSS分类之间的相互影响进行列联表分析和Fisher确切概率法检验；检验水准为双侧α=0.05。

图3 LSS分类示意图Fig 3 Schematic diagrams of LSS

2 结果

32例患者口内切口均一期愈合，无感染、血肿、张口受限等并发症。随诊复查6～12个月，全部患者口内咬合关系良好，2例自述关节不适，3例自述下唇麻木不适，均随时间延长症状减轻。

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组完成下颌升支内侧水平骨切口时间分别为（92.29±6.44）、（90.13±5.11）、（130.88±23.71）、（96.29±11.75） s，4组的差异有统计学意义（F=30.059，P＜0.05），其中Ⅲ组手术用时明显高于其他3组（P＜0.01），其余各组两两比较无明显差异（P＞0.05）。

采用Anatomage Invivo 5软件三维重建的曲面断层图像见图4。

图4 术后复查时经CBCT三维重建的术后曲面断层图像判断LSS分类Fig 4 Classification of LSS with three-dimensional reconstruction panoramic postoperative CBCT scan

该图像可360°任意旋转，能清晰显示BSSO舌侧骨劈开线的任何细节，据此对64侧舌侧骨劈开线进行LSS分类统计，其结果见表1。由表1可见，尽管所有64侧手术均按照标准方式进行，仅有59.38%（38/64）骨折线遵循标准Hunsuck骨劈开线（LSS1），21.88%（14/64）骨折线累及下颌神经管（LSS3），其余18.75%（12/64）是其他方式（LSS2和LSS4）。非导板组有48.39%（15/31）的舌侧骨劈开线是LSS1类，而导板组LSS1类为69.70%（23/33）；两组的LSS2类舌侧骨劈开线比较接近；非导板组LSS3类舌侧骨劈开线占32.26%（10/31），远高于导板组的12.12%（4/33）；在所有64侧手术中，LSS4类舌侧骨劈开线仅出现2例，均由Ⅲ组不用导板的年轻医师造成。经列联表分析和Fisher确切概率法检验，术中使用导板可以增大标准Hunsuck骨劈开线（LSS1类）的概率，同时减少骨劈开线经过下颌神经管（LSS3类）的概率（χ2=4.185，P＜0.05）；其余各组两两比较无明显差异（P＞0.05）。

表1 64侧舌侧骨劈开线的LSS分类统计Tab 1 Classification statistics of 64 splits on the LSS例数/百分比（%）

3 讨论

BSSO手术3条截骨线中，下颌升支内侧水平骨切口因术野狭小，解剖结构变异多，操作难度最大。如果术者操作不当，可能造成颏部感觉麻木、错位骨折等严重并发症，甚至术中及术后大出血危及生命[9]。手术经验可以对手术结果产生巨大影响[10]。青年医师如何尽快掌握此手术骨切口，避免严重并发症的出现呢？截骨导板的应用似乎可以解决这个问题。从本研究结果可以看出：使用导板的年轻医师组的手术时间远远少于不使用导板的年轻医师组（P＜0.01），与专家组的手术时间无明显差异（P＞0.05）。手术效果又如何呢？Plooij等[8]研究认为，在BSSO中下颌升支内侧水平骨切口末端到达下颌小舌之后（也就是舌侧沟前缘）时，下颌骨按照Hunsuck标准截骨线截开的概率从44%上升到63%，而截骨线经过下颌神经管的概率从43%下降至11%，这可能是降低颏部感觉迟钝及麻木发生的原因。本研究设计截骨导板末端止于下颌升支舌侧沟前缘，术中明确指示截骨线末端位置，准确引导截骨钻针，更有利于完成标准Hunsuck截骨线，从而降低术后并发症的发生。本试验数据也支持这个观点，导板组和非导板组LSS1与LSS3所占百分比存在差异（χ2=4.185，P＜0.05），术中使用截骨导板使下颌骨按照Hunsuck标准截骨线截开的概率从48.39%（15/31）上升到69.70%（23/33），而截骨线经过下颌神经管的概率从32.26%（10/31）下降至12.12%（4/33），这与Plooij等[8]的研究结果相近；同时截骨导板的应用避免了LSS4类舌侧错位截骨线的发生。

3D打印技术又被称快速成型技术（rapid prototyping，RP），是根据“分层制造，逐层叠加”原理，快速制作所需物件三维实体的一种分层制造技术[11]。3D打印模型数据可以通过CT、磁共振成像、激光扫描、立体测量技术和其他光学扫描方法获得，其准确性决定了模型制作的精确程度[12]，但绝大多数口腔专科医院和数量巨大的民营口腔诊所都没有条件配备这些大型医疗设备。在本研究中，CBCT数据作为3D打印模型数据和术后测量评估数据完全能满足要求，可见一般基层的口腔医学工作者也可以比较容易地使用CBCT数据从事3D打印的临床应用工作。本研究的下颌骨模型和截骨导板模型均使用3D打印机打印，速度快、精度高，完全满足术中需要。3D打印技术可以节省手术时间，减少术后并发症，并使术中操作更加准确[13]。本研究中，操作Mimics软件设计截骨导板约需1 h，用3D打印机打印导板时间为1～2 h，这个时间对临床医生来讲完全能接受并可以在临床推广应用。术中截骨导板帮助年轻医师缩短了手术时间，保证了手术质量，达到了预期目的。本研究中的截骨导板是一项很有实用价值的技术，可将虚拟设计的截骨位置准确转移到现实手术中来[14]。截骨导板的术中准确就位和稳定固位是保证手术准确度的关键。本研究设计的截骨导板厚2 mm，既不影响术区视野，又能托住长裂钻稳定截骨[15]。因为下颌小舌骨质向外凸起，舌侧沟又凹陷下去，对于截骨导板相当于牙齿邻间隙的倒凹。操作导板就位时，只要卡在“倒凹”处，发出“卡”的声响，就能保证完全就位。这样的截骨导板不需要辅助固位装置，节省了设计和手术操作时间。

综上所述，对拟行BSSO的患者采用术前CBCT检查，Mimics软件设计下颌升支内侧水平骨切口截骨导板，并使用3D打印机打印导板以在手术中应用，可以帮助年轻医师更快更好地完成手术，并避免错位截骨的发生。在接下来的研究中，笔者将继续使用颌骨CBCT数据，设计简单有效的BSSO全截骨线导板，指导BSSO手术完全按照术前设计进行截骨、固定，使术前设计预测与术后结果达到完美的统一。

[1]胡静, 王大章. 正颌外科[M]. 北京: 人民卫生出版社, 2006:109-113.

[2]Levine JP, Patel A, Saadeh PB, et al. Computer-aided design and manufacturing in craniomaxillofacial surgery: the new state of the art[J]. J Craniofac Surg, 2012, 23(1):288-293.

[3]Bai S, Bo B, Bi Y, et al. CAD/CAM surface templates as an alternative to the intermediate wafer in orthognathic surgery[J]. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod,2010, 110(5):e1-e7.

[4]Li B, Zhang L, Sun H, et al. A novel method of computer aided orthognathic surgery using individual CAD/CAM templates: a combination of osteotomy and repositioning guides[J]. Br J Oral Maxillofac Surg, 2013, 51(8):e239-e244.

[5]Naudi KB, Benramadan R, Brocklebank L, et al. The virtual human face: superimposing the simultaneously captured 3D photorealistic skin surface of the face on the untextured skin image of the CBCT scan[J]. Int J Oral Maxillofac Surg,2013, 42(3):393-400.

[6]Guijarro-Martínez R, Swennen GR. Cone-beam computerized tomography imaging and analysis of the upper airway:a systematic review of the literature[J]. Int J Oral Maxillofac Surg, 2011, 40(11):1227-1237.

[7]Hendrikx AW, Maal T, Dieleman F, et al. Cone-beam CT in the assessment of mandibular invasion by oral squamous cell carcinoma: results of the preliminary study[J]. Int J Oral Maxillofac Surg, 2010, 39(5):436-439.

[8]Plooij JM, Naphausen MT, Maal TJ, et al. 3D evaluation of the lingual fracture line after a bilateral sagittal split osteotomy of the mandible[J]. Int J Oral Maxillofac Surg, 2009,38(12):1244-1249.

[9]王兴, 张震康, 张熙恩. 正颌外科手术学[M]. 济南: 山东科学技术出版社, 1999:247-253.

[10]Whitlock EL, Kasukurthi R, Yan Y, et al. Fibrin glue mitigates the learning curve of microneurosurgical repair[J].Microsurgery, 2010, 30(3):218-222.

[11]Derby B. Printing and prototyping of tissues and scaffolds[J]. Science, 2012, 338(6109):921-926.

[12]Peltola SM, Melchels FP, Grijpma DW, et al. A review of rapid prototyping techniques for tissue engineering purposes[J]. Ann Med, 2008, 40(4):268-280.

[13]沈聪聪, 张艳, 李青峰, 等. 3-D打印技术制备人工骨修复下颌角截骨整形术后骨缺损[J]. 中国修复重建外科杂志,2014, 28(3):300-303.

[14]周洪, 张艳宁, 冯耀普, 等. 基于X线和激光扫描的颅面部三维重建与手术模拟系统的研究[J]. 华西口腔医学杂志, 2011, 29(4):339-343.

[15]陈霞云, 陈松龄, 张兴, 等. 计算机辅助设计个体化模板在口内进路下颌升支垂直截骨术中准确性研究及临床应用[J/CD]. 中华口腔医学研究杂志: 电子版, 2009, 3(6):33-35.