数字化3D打印技术在巴马小型猪下颌角截骨模型中的应用

常 鹏，张 宇，郭冰玉，回 蔷，岳红利，赵连前，刘晓燕，陶 凯



实验研究

数字化3D打印技术在巴马小型猪下颌角截骨模型中的应用

常 鹏，张 宇，郭冰玉，回 蔷，岳红利，赵连前，刘晓燕，陶 凯

目的 建立小型巴马猪的下颌角3D打印模型，为模拟临床复杂下颌角截骨术的新型治疗方法提供全面的预手术设计方案。方法 选择12个月龄巴马小型猪3只，采用螺旋CT在术前、术后扫描巴马小型猪的头部骨骼形态，应用Mimics 10.01、Geomagic stodio 2013等软件进行下颌骨的三维重建并进行3D打印，设计改良的下颌骨截骨导板，在导板引导下，完成下颌角截骨术。结果 经术中验证，巴马小型猪下颌骨3D打印模型能够精确模拟下颌角形态，术前设计的截骨导板能够在术中辅助进行精确截骨。结论 数字化3D打印技术对于模拟下颌角形态，辅助术前手术方案设计，进行精确下颌角截骨，有较大的临床应用价值。

下颌角截骨术; 外科手术; 截骨导板； 3D打印； 巴马小型猪

蒙古人种的面部骨骼结构决定其面部外观扁平，特别是部分下颌角宽大的求美者，其面部整体缺乏立体感[1-2]。而矫正宽大的下颌角形态对于面部整体，特别是正面部的立体感形成有很重要的作用。传统的下颌角截骨术多依赖术者个人经验，也有通过下颌骨的曲面体层X线片辅助手术方案设计[3-8]。但是，下颌骨截骨手术视野小，下颌角周围神经血管丰富，术中及术后并发症严重，因此，整形外科医师在不断探索新的手术技术和方案，而且需要找到类似的实验动物进行模拟操作[9-10]。巴马小型猪头骨大小接近成人，特别是下颌角形态与人体十分接近，因此，自2015年10月至2016年3月，沈阳军区总医院整形外科选择巴马小型猪作为实验动物，同时采用数字化3D打印技术在手术前模拟巴马小型猪下颌骨形态，并设计截骨导板辅助术中精确截骨，术后再次进行下颌骨三位重建，评估手术效果。

1 材料与方法

1.1 实验动物 雌性巴马小型猪3只(沈阳军区总医院实验动物中心提供)，平均月龄12个月，平均体质量50.6 kg 。

1.2 数字化3D小型猪下颌角模型制作 术前应用Light Speed VCT螺旋CT(GE公司，美国)进行巴马小型猪的头部扫描，球管电流10 mA，管电压120 kV，矩阵512×512，层厚0.625 mm,薄层三维重建，数据以DICOM格式刻盘保存。因猪的下颌骨较人略长，所以选择性去除下颌骨前部约4 cm部分，重点进行下颌角部位扫描。以Mimics 10.01软件(MATERIALISE公司，比利时)进行下颌骨三维重建，将数据转化为STL格式，输入Z Corp 快速成型打印机(Z CORPORATION 公司，美国)，采用快速成型粉打印巴马小型猪下颌骨模型。

1.3 截骨导板的设计原理 在3D打印的下颌骨模型上，取下颌骨升支前缘向下方做延长线，与下颌骨下缘相交于A点。取下颌骨咬牙合平面向后方做延长线，与下颌骨后缘相交于B点。连接A和B 2个交点，即构成下颌角截骨线。

1.4 手术步骤 ⑴麻醉及切开。气管插管全身麻醉。全身麻醉满意后，常规口内消毒。于下颌第二前磨牙至下颌咬牙合平面前方设计口腔黏膜切口，距齿龈2 cm。于切口线周围、咬肌区黏膜下和骨膜下行浸润麻醉。按切口线设计切开黏膜、黏膜下层、肌肉层和骨膜层。于骨膜下剥离，直至完全显露下颌角区骨面。⑵截骨。剥离下颌骨下缘及后缘肌肉，导板就位，钛钉固定。按导板预留截骨凹槽行摆动锯截骨。去除导板，摆动锯加深截骨。利用骨凿凿骨，至下颌角去除区完全离断。剥离下颌骨深面附着之肌肉，完整取出下颌角。⑶术后处理。创面止血，分层缝合，置负压引流管，面部加压包扎；清醒后拔除气管插管；术后应用抗生素3 d。

1.5 术后效果评估 术后2周，应用相同方法，进行巴马小型猪下颌骨扫描，应用Mimics 10.01软件进行下颌骨三维重建，对比术前图像，评估骨性改变效果。

2 结果

2.1 巴马小型猪下颌骨模型及截骨导板的3D打印 巴马小型猪的下颌骨略长于人下颌骨，但其下颌角与人体类似(图1)。应用3D打印技术，巴马小型猪的下颌骨被精确模拟出来，在此基础上，进一步设计截骨导板(图2)。

2.2 下颌骨截骨导板的术中应用效果 术中应用截骨导板，能够精确进行双侧对称性截骨(图3)，同时避免术中盲目截骨，减少了出血和意外损伤。

2.3 下颌骨形态 术后下颌角弧度适当，避开主要神经，保护易损伤血管，达到了预期手术效果(图4)。

3 讨论

3.1 下颌角截骨术的难点 下颌角截骨术在技术操作上，主要有2个方面的难度：一是术中视野狭小，无法在直视下进行手术操作，易损伤重要的血管和神经，甚至因为出血和肿胀等原因危及生命。二是无法正面显示截骨范围，较难保证两侧对称性截骨[11-15]。因此，术前精确模拟下颌骨形态，定位骨性标记，明确截骨位置，有助于术前诊断与评估。同时，通过设计截骨导板，可以更好的控制截骨线和截骨区域，避免盲目截骨，进而有效避免上述两方面问题发生。

3.2 巴马小型猪作为下颌骨截骨术动物模型的优势 通过研究显示，12个月龄巴马小型猪下颌骨发育基本接近人体下颌骨大小，下颌角形态与人体十分相似，是非常理想的下颌角截骨动物模型。同时，其麻醉流程、饲养流程接近标准化，利于重复对比，得出数据比较有说服力。

3.3 数字化3D打印技术在下颌角截骨术中的应用前景 3D打印技术的兴起和技术的成熟，为精确下颌角截骨术提供了技术基础和保障，将帮助整形外科医师告别完全凭经验截骨的时代，提高手术安全性、可靠性和可预见性。本实验不仅筛选出理想的下颌骨手术模型(巴马小型猪)，而且将3D打印技术成功应用于对巴马小型猪下颌骨的模拟，取得了很好的应用效果。在动物实验中，暴露出来的一些技术细节的问题，如下颌骨导板固定问题和树脂材料钻孔中的碎屑问题，都需要进一步研究解决，以期形成较成熟的临床应用方案，为广大求美者服务。

图1 巴马小型猪头部形态 图2 下颌骨3D模型及截骨导板
Fig 1 Head of Bama miniature pig. Fig 2 3D printing of the mandibular and the osteotomy templates.

图3 巴马小型猪下颌骨截骨术后 a.正位观 b.侧位观 图4 巴马小型猪术前和术后下颌骨形态对比 a.术前 b.术后1周
Fig 3 Postview of Bama miniature pigs osteotomy. a.orthotopic postview. b.lateral postview. Fig 4 Comparison between the preview and the postview of CT results of Bama miniature pigs. a.preview. b.postview at 1 week.

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Application of 3D printing technology on Bama miniature pigs mandibular angle osteotomy

CHANGPeng,ZHANGYu,GUOBing-yu,HUIQiang,YUEHong-li,ZHAOLian-qian,LIUXiao-yan,TAOKai.

(DepartmentofPlasticSurgery,GeneralHospitalofShenyangMilitaryCommand,Shenyang110084,China)

TAOKai,Email:taokaizx123@163.com

Objective To establish a 3D printing model of the mandibular angel using Bama miniature pigs to provide whole preoperative design for the newly invented osteotomy templates by simulating complex clinical mandibular angle osteotomy.Methods Three 12-month Bama miniature pigs were selected and CT was used for scanning the 3D form of the cephalic skeleton.Mimics 10.01 and Geomagic Studio 2013 software were used to 3D reconstruct and print,then the mandibular angle osteotomy was completed,guided by the improved plate of mandibular bone ostectomy template.Results With the application of osteotomy templates,osteotomy of mandibular operations can be more accurate.Conclusion Bama miniature pigs are the ideal animal model for mandibular angle osteotomy.3D printing technology and osteotomy template are useful in clinical application.

Mandibular angel osteotomy; Surgery; Ostectomy template; 3D printing; Bama miniature pigs

110084 辽宁 沈阳，沈阳军区总医院 整形外科

常 鹏(1982-)，男，辽宁沈阳人，主治医师，博士.

陶 凯，110084，沈阳军区总医院 整形外科，电子信箱:taokaizx123@163.com

10.3969/j.issn.1673-7040.2016.06.014

R-332

A

1673-7040(2016)06-0365-03

2016-04-14)