数字化导板在下颚肿瘤手术中的设计与应用

郗睿，张轶，于强

1. 南京理工大学，江苏 南京 210094；2. 江苏捷生凯尔医学增材制造研究院，江苏 南京 210046

引言

在下颚肿瘤手术中传统手术导板的定位以及贴合度不理想，导板常出现因手术时骨刀的运动产生脱位的现象，导板结构的不合理也会对临床操作产生不便。本方案从精准定位和稳定性的角度对下颚截骨导板、腓骨截骨导板、导航模板进行设计构思改进，精准细化三类导板设计的比例结构和尺寸范围；在江苏省某口腔医院的实际临床案例中应用实践数据化导板方案，提升数据化导板的可用性和成熟度。

1 传统下颚肿瘤手术及手术导板状况

下颚肿瘤手术解决的主要问题分为两部分：一是切除下颚骨肿瘤浸润区域；二是用腓骨对切除的下颚骨进行拼接形成比较饱满的轮廓曲线。根据病患CT 数据进行三维重建，直观的观察出病噪面积大小并与主治医师沟通手术方案，再以导板的形式对面部轮廓进行设计[1]。

一台下颚手术所需导板主要包括下颚截骨导板、下颚导航模板、腓骨截骨导板三部分[2]。传统口腔手术中，医生通过FDI 牙位表示法[3]或下颌孔、下颚神经孔等特定位置指定截骨范围，以此为基础制作下颚截骨导板，导板底部需要包住下颚骨，完成与病患下颚处的定位，再使用超声骨刀切除病灶处（图1）。

图1 传统下颚截骨导板

传统导板的定位方式是通过导板贴合下颚底端卡住特征位[4]，之后用刀具沿法栏方向锯断下颚骨，而使用这种固定方式的定位导板其稳定性，贴合性都较差，医生若使用线锯[5]的方式锯骨，会大幅度的影响导板的位置，造成手术偏差[6]。因此截骨导板如何设计能够精准定位且贴合牢靠，是截骨（刀口）位置符合术前方案的重要前提。

2 数据化导板的设计与应用

2.1 导板设计

本方案主要对口腔肿瘤手术中所需的三类手术导板按手术顺序进行设计，分别为：① 下颚导板：辅助医生切除下颚病灶；② 腓骨截骨导板：获取健康腓骨段；③ 导航模板：将腓骨段与健康下颚骨进行拼接形成完善的下颚轮廓。

2.1.1 下颚导板设计

本方案所述的下颚截骨导板的设计思路是能够设计出套住牙齿顶部端固定牢靠的截骨导板。牙齿在口腔中的特征最为明显，且牙齿相对于下颚骨的位置又是固定的，因此以牙齿为定位点能够精准的的固定住导板位置，刀口的位置也能随之确定。刀口处的设计需要足够稳固以适应手术中不同刀具大幅度运转产生的震动，因此刀口位置选择设计在导板中间位置，刀口两侧的导板长度各为三至四个牙位，总长约7 个牙位。因此导板总体结构共分为三层：顶部套住牙齿顶端部分，底部贴合下颚部分，中间连接板块。刀口按病灶需切除的范围从底部中间适宜段定位一直延伸至中间层部位。经与临床手术医生沟通认为此种思路设计的导板相较传统的单侧下颚包裹导板能够更好地辅助医生完成手术（图2）。

图2 下颚导板设计示意图

2.1.2 腓骨导板设计

腓骨导板[7]设计分为三部分：① 刀口处设计，腓骨两端刀口为方形中空造型，腓骨中间连接刀口采用X 形封闭设计，用以限制运刀幅度[8]，精准化手术操作；② 截骨槽，视手术方案所需腓骨段数量而定；③ 打孔位，按钛板孔洞轨迹拟合至导板上沿，手术中直接按导板孔位在腓骨段上打孔，最后钛板[9]只需按腓骨段孔位对齐即可完成贴合操作，降低手术复杂性。整个导板尺寸经过与医生商榷后确定导板厚度2 mm，高度8～10 mm，宽度30～40 mm 范围内，每段腓骨段不少于40 mm 最为适合临床手术（图3）。

2.1.3 下颚导航模板设计

导航模板的功用主要是下颚病灶处切除、获取腓骨段后为腓骨的拼接进行导航，模板设计主要包括两块：① 骨槽位；② 下颚连接口（图4）。因为要拖住腓骨段底部，所以模板与下颚的定位以截后下颚骨断面为特征处进行定位设计。如此制作的导航模板只需要医生将腓骨段放置于槽位上并与导板孔位进行比对即可完成对腓骨段角度与位置的调整。

图3 腓骨导板设计示意图

图4 下颚导航模板设计示意图

2.2 数字化处理方法

数字化处理所需数据包括患者头骨CT，口扫数据，腿部CT。将 头 骨CT 导 入Mimics19.0 软 件（Materialise 公司）截取下颚骨三维模型，再将口扫数据和下颚骨模型导入Proplan3.0 软件进行比对，口扫模型按眶耳平面[10]特征点与头骨数据进行拼叠（表1），结合后的模型因口扫数据更为清晰地反应牙齿轮廓特征[11]，制作出的牙套部分更为贴合牙齿顶层（图5）。

图5 口扫模型与下颚骨拼叠结果图

模型主体部分制作完成后导入3-matic 进行设计，先行制作下颚截骨导板，导板设计尺寸如下：① 导板内表面与下颚之间距离0.2 mm，留出一定间隙为手术时产生的杂质提供剩余量，导板厚度2.2 mm；② 刀口靠近导板中线位置，宽度1.2 mm，长度从导板底部延伸至顶层牙套部分；③ 导板总长7 个牙位，约55 mm。

腓骨截骨导板的截骨范围为从距腓骨足侧端75.3 mm处起始至距头侧端140 mm处结束，导板高度确定为8 mm，宽33 mm，总长140 mm（图6），刀口宽度1 mm，刀口壁厚2 mm，导板与腓骨剩余间隙0.2 mm。

下颚导航模板需在Proplan3.0 中勾出截骨线路径（腓骨段摆放路径），截骨线要求根据患者的下牙槽神经血管蒂所在位置设计一侧的截骨线[12]，截骨线的上方及升支后缘处不超过咬颌平面，弧形截骨线下方延伸至颏孔下，避免二次成角，之后重建出腓骨段在下颚骨拼接后的三维模型，以此为基础制作导航模板，模板厚度2 mm，与下颚间隙0.2 mm，导板与下颚骨连接处宽度留出三个孔位（图7）。

表1 眶耳平面特征点坐标

图6 腓骨截骨3D方案

将三维数据通过光固化成型技术（Stereolithography Apparatus，SLA）打印出实体模型，模型通过后处理对表面进行光滑处理，防止尖角锐料会对病患产生二次伤害（图8）。

图7 导航模板三维模型图

图8 导板实体

2.3 临床应用及术后评估

通过跟台观察手术，手术中有关导板的操作按顺序依次是使用下颚导板切除下颚病噪，使用腓骨截骨导板获取腓骨段，最后用导航模板拼接腓骨段及切除后的下颚骨（图9）。所有患者手术均顺利完成，手术结果与术前方案完全一致，跟台时未发现手术过程中医生会因为导板问题导致手术中断的现象，10 例手术平均时间5.5 h，较传统手术缩短15～30 min，整个手术完全按照术前方案稳固推进。

图9 手术导板使用图

术后通过CT 复查未发现病噪残余，整个拼接后的下颚骨能够保持活性，下牙槽神经血管束保留完好，未出现骨折、大出血、感染、颈部麻木等并发症，患者恢复情况良好，手术能够较好地控制住病情，拼接后的下颚轮廓饱满，不会对患者面部产生太大影响。临床医生对此种类型的导板固定方式较为青睐，较以往的导板需要通过手按才可贴合下颚骨节省了人力，使用刀具切割时的安全性也得到了较大的提升，同时也认可该导板能更好地精准化手术操作，降低手术复杂性。

3 讨论与思考

3.1 下颚塑造的饱满度是今后数据化导板应用改进的主要方向

虽然此类手术的主要目的是为了切除肿瘤，但出于审美的角度，如何塑造出更加饱满的下颚轮廓也同样需要考虑[13]，正常下颚骨的厚度较腓骨段而言更高，为使面部轮廓更为接近常人，提出将腓骨段沿骨间缘方向拆分并展开以提升厚度，此思路对导板的要求更高，导航模板需要设计为能够卡住两段腓骨段高度的结构，同时需要增加一块腓骨段截骨导板[14]，手术方案也需要较大的调整，手术耗时及复杂度也相继提升。目前国内还未有相关文献涉及这种手术思路，若能实现该方案，对于术后病人的面部影响会更小，康复效果会更佳。

3.2 轮廓对称处理也是涉及术后审美中的一个难题

对称是面部审美的关键，这对截骨手术来说是一个比较困难的问题，在三维模型操作时往往是通过镜像比对设计截骨线，但下颚骨曲线圆滑[15]，而腓骨段都是直线型，按理论腓骨段越多，拼接的曲线越圆滑，但腓骨段太多会提升手术难度和风险，因此腓骨段的设计往往是通过主治医生经验判断，设计者难以独立完成手术方案。因此设计美学与临床操作如何相互共融、达到最优是手术方案是否成功的关键。

3.3 导板材料的更新进步将决定技术应用的普及面

医疗3D 打印技术的兴起和发展，离不开打印材料的更新换代，本方案所有导板材料均以SLA 通用的光敏树脂制作完成，虽然手术导板不需要植入体内，但是刀具触碰后会产生碎料进入人体，因此生物相容性材料的应用对于手术安全性以及术后康复来说会有较大的改善，聚乳酸的性质符合人体摄入物的要求也是目前被认为最有发展前景的医用高分子材料：无毒、具有合适的生物降解性和良好的生物兼容性且对某些菌体有一定相互作用的能力，因此若该导板采用聚乳酸制作会大幅提升导板可用性。