3D打印数字化外科在面中份骨折整复中的应用研究

胡 旻，曹璐璐，李 忠，马 猛，艾克拜尔·塔吉

（新疆乌鲁木齐美奥口腔医院，新疆 乌鲁木齐，830000）

面中份粉碎性骨折属于非常复杂的面中份骨折，于颅底关系紧密，骨缝众多，治疗难度大，治疗后并发症发病率高[1]。常见并发症有创伤性鼻泪管阻塞，严重的颅脑损伤可引起死亡。以往关于面中份粉碎性骨折的研究主要研究在于新型手术技术与传统手术之间的优缺点[2-3],但是,将3D打印技术运用到颌面部面中份粉碎性骨折中的研究报道较少,因此，本研究创新点在于，我们把3D打印技术(虚拟复位、预成型技术、计算机系统验证匹配程度等技术)应用到面中份粉碎性骨折整复中，探讨其优势并评价其精准性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

2017年1月至2019年12月我院收治的面中份粉碎性骨折患者17例。

1.2 术前检查及测量

1.2.1 临床检查 面部外形改善情况（是否存在面形不对称、面中部塌陷程度）、是否存在复视及眶下区麻木情况、溢脓情况、泪道是否狭窄情况等。

1.2.2 数据测量

1.3 术前准备

手术设计、打印、预弯、实施手术。

1.3.1 打印模型A 头面部骨折模型A，分析A模型的一般情况（骨折部位、骨折类型、周围组织情况等），与患者及家属沟通病情时使用A模型。3D 打印机由澳博瑞盛有限公司提供。打印材料主要成分为生物降解塑料聚乳酸(PLA)。见图1。

1.3.2 虚拟复位并打印模型B 参照正常人颌面部骨性标志，在计算机虚拟状态下，对A模型进行虚拟复位。打印虚拟复位后的1:1头面部骨折模型B。其中涉及到眼眶、鼻骨骨折等对称性解剖组，采用镜像反求技术将健侧数据反求到患侧。进行虚拟复位，部分骨折病例为双侧发生，无法使用镜像技术，则将虚拟复位参数参照正常人类解剖标志参数。此过程主刀医师全程参与。见图1。

1.3.3 钛板塑形 术前主刀医师再次在B模型上进行演练，并将B模型作为术后拟达到的程度和病患进行详细沟通。将B模型及钛板钛钉消毒后备用。内固定钛板及钛钉为纳通生产。见图1。

1.3.4 指导手术 术中将骨折断端充分暴露并松解，保护周围重要血管、神经、松解嵌塞的肌肉及周围软组织，将预弯的钛板钛钉从B模型上取出，参照B模型的复位程度，将实际骨折断端进行复位，将预弯的钛板钛钉植入术区。采集CT影像Dicom 格式数据导入计算机辅助导航系统(Brainlab 3.0)。观察实际复位情况与术前虚拟复位的匹配程度，并测量变形量。部分病例进行适当的微调，最后行坚固内固定。术后2-3天复查上下颌骨三维CT。观察复位情况，并对相关并发症进行对症及支持治疗。见图1。

1.4 术后检查及测量

1.4.1 临床检查 术后再次进行一般检查（同前）。

1.4.2 数据测量 眼球突度、睑裂对称指数、内眦鼻梁矢状高度对称指数、新技术下手术时间与传统手术时间比较。见表1、表2、表3、表5。

1.4.3 手术效果评价 患者在术前、术后5d、术后10 d、术后30d分别进行VAS面部畸形自评调查表。1-4分不满意，5-7分基本满意，8-10分非常满意。见表4。

1.5 统计学处理

本次研究数据来源于我院我科临床工作中，由课题组成员收集数据，并使用Epidata3.1软件，进行双录入数据，确保数据准确无误。检验水准取α=0.05，使用SPSS20.0统计软件进行数据分析。运用t检验等对研究内容进行统计学描述；运用配对样本t检验，对研究对象术前及术后不同时期的内眦处鼻梁矢状高度对称指数、睑裂对称指数、手术时间进行比较分析。

2 结果

2.2 临床效果

患者术前术后眼球突度差均值比较，术后眼球突度差得到明显改善（P＜0.05），见表1。术后5d,10d,30d患者睑裂对称指数均明显改善，差异具有统计学意义（P＜0.05）见表2。术后5d,10d,30d患者睑裂对称指数均明显改善（P＜0.05）见表3。分别将患者术前、术后5天、术后10天、术后30天VAS自评分进行两两比较；术后5天、10天、30天患者满意度逐渐增加（P＜0.05）。术后10天与术后30天相比较差异无统计学意义（P＞0.05）见表4。本研究17例手术时间与既往传统手术时间比较，手术时间明显缩短，使用独立样本t检验进行比较，3D打印技术手术时间比传统手术技术时间相对较短（P＜0.05），见表5。

2.2 典型病例

患者女性，52岁，哈萨克族，高处坠落致面部外伤25天。外伤后昏迷，在当地医院气管切开并对症治疗，生命体征平稳后转入我院我科。查体：面部畸形严重，左右面部不对称，比例不协调，张口度不足一直，口内查体欠配合，下颌咬合平面不齐。复视，面颊部及左侧下唇麻木。无鼻泪管溢泪、无溢脓情况、泪道无狭窄。诊断：鼻眶筛粉碎性骨折，双侧颧骨骨折，双侧眼眶骨折，双侧颧弓骨折，双侧上颌骨骨折，双侧颧骨上颌骨复合体骨折，下颌骨正中骨折，脑脊液漏等。治疗：术前采集影像数据，3D虚拟复位后打印模型，预弯钛板，术中导航实施手术，术后复查。疗效：通过术前、术后采集眼球突度、睑裂对称指数、内眦鼻梁矢状高度对称指数、VSA患者自评、面部外形、复视、张口度等标准。术后均得到良好的改善。术后无相关并发症发生。

表1 术前、术后眼球突度差

表2 术前、术后患者睑裂对称指数

表3 术前、术后患者内眦鼻梁矢状高度对称指数

表4 VAS患者自评表的术前术后对照

表5 3D打印技术下（新技术）手术时间与传统手术方式时间的比较

图1 本研究涉及相关图片

3 讨论

通过计算机辅助设计、虚拟复位等技术，本研究所有病例眼球突度、睑裂对称指数、内眦鼻梁矢状高度对称指数[4]在术后都恢复至正常水平，极大地改善了患者的面部畸形。极大地恢复了面部功能。新技术下手术时间较传统手术方式时间明显减少，术后并发症也明显减少。将患者术前虚拟复位及术后的影像进行匹配，测量（双侧眶内、眶外、眶底及鼻根正中）7处标记点的变形量，均小于≤2mm。术后骨折移位得到了明显的改善，其中最大移位（7.29±2.18）mm，降低到（1.29±0.48）mm。研究与李莹报道结果基本一致[5]。

本研究一大亮点为手术前的虚拟复位、钛板预弯、术中导航、术后匹配验证，3D打印机打印出实体模型后，主刀医师可以直观的了解患者骨折的部位和数量、明确骨折断端移位的距离及方向。并在打印的模型上提前预演手术，通过虚拟复位，可以采取多种不同的手术方案、对实际手术起到指导性的作用[6]。同时模拟手术将钛板预成型，术中主刀医师无需重新进行弯制，极大压缩了手术时间。本研究所有病例，在术前预成型的钛板植入后，发现与骨面贴合，仅有2例病例行局部微调，较传统手术方式的调整幅度均有减小。术中导航系统的辅助，更增加了手术的精准性。对于面中份粉碎性骨折，传统方法较单一，术前读片，临床查体，且涉及到鼻骨的解剖，鼻骨是由多块骨质拼接而成，是面部的突出点，极易首先受到外力打击。其手术复位复杂[7-8]，只能依靠主刀医生的临床经验来判断骨折的部位、数量以及移位情况等，术中还需大量时间观察、尝试。耗费大量时间和精力。对于陈旧性的面中份粉碎性骨折，治疗难度更大[9]。而利用计算机镜像技术，根据健侧的正常骨性标志打印出患侧拟复位标准形态，打印出的模型力学性能可能与人体骨组织更为匹配［10］，并且面部外形得到良好的恢复。本研究结果也提示，3D打印辅助下实施手术，能明显缩短手术时间，减少并发症。此外，术后复查上下颌三维CT，采集数据后形成模型C，将模型B于C进行重叠匹配，可以侧面了解手术精准性的程度，也可以客观的评价手术医师的诊疗水平，对提升医生手术技艺有很大的帮助，本研究基本都能达到术前预计的复位效果。

将3D打印技术运用到鼻眶筛粉碎性骨折整复时，我们也发现一些问题。首先，本研究中使用的虚拟复位技术，是一种虚拟模拟手术，是医生在计算机上通过想象完成。完全凭借手术医师个人意愿，虽然我们的评价标准有健侧解剖标准，正常男性、女性头面部骨性标准，但是标准适用于所有人群，就必然会忽略个性，且鼻眶筛骨折是一种复杂的面中份骨折类型[11-13]。其中鼻骨又由周围多处骨质拼接组[14]，向内通向诸多窦腔。骨质在遭受外力打击后会有各种各样的移位方式，不一定都具有一致性及对称性[15-17]。如果临床医师追求完美的解剖复位，过分的强调复位或者完全恢复到创伤前的面容，效果往往适得其反，增加了手术难度，在进行术中导航时，会有更大的变形量影响手术实施，增加手术风险及并发症，所以合理使用3D打印的虚拟复位技术，配合术中导航系统，制定一套符合患者自身条件的个性化方案，才是对患者最好的选择。但如何判定我们采用的复位效果是个性化的，查阅文献后发现暂无相关研究。有待于我们后续继续研究。

综上所述。3D 打印技术辅助面中份粉碎性骨折治疗[18]，给外科带来强大的技术支撑［19］。颌面部骨折、正颌手术、种植外科［20］等都有关联。正如王成焘所述［21］:一场由3D打印引起的医学革命已然开始，推荐面中份粉碎性骨折的患者使用3D打印技术协助完成手术，可提高手术复位的精准性，缩短手术时间，减少并发症，值得推广及应用。