改良配准数字导航在下颌骨三维可视化精准手术中的临床应用

王奇民 薛娇 童磊 周建华 董刚 郑建金 陈正岗 贾暮云 邱建忠 袁荣涛

(1 青岛大学附属青岛市市立医院口腔颌面外科，山东 青岛 266071； 2 青岛大学附属医院口腔颌面外科)

下颌骨疾病(如肿瘤、炎症等)常会破坏骨质，引起患者面部畸形或组织缺损[1]，同时手术切除也可致患者外貌缺陷及功能活动受限等，影响患者的身心健康[2]。通过对下颌骨缺损的精准修复重建，可以有效恢复和改善患者的容貌，提高生活质量[3]。手术导航系统(CANS)具有精准、微创、三维可视化等优点，在骨肿瘤切除修复重建、颅颌面外科手术矫治、颅颌面骨纤维异常增殖症治疗等方面已得到广泛应用[4-8]。但其中下颌骨参考架的安放是临床普遍存在的难题[9]，下颌骨参考架会干扰手术操作，影响手术效果。本研究对下颌骨手术数字导航的配准进行改良，探讨改良配准在下颌骨三维可视化手术数字导航中的临床应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

2018年5月—2020年4月就诊于青岛大学附属青岛市市立医院口腔颌面外科拟行下颌骨良恶性病变手术的患者26例及下颌骨双侧下颌升支矢状劈开截骨术(BSSRO)的患者10例，其中男15例，女21例；年龄18～73岁，中位年龄48.5岁。下颌骨良恶性病变手术的患者中,下颌骨良性病变18例,其中成釉细胞瘤7例，颌骨囊肿7例，黏液瘤2例，放射性骨髓炎2例；口腔恶性肿瘤8例，其中牙龈癌5例，颌骨中央性鳞癌2例，口底癌1例。所有病人术前随机分为经典配准下颌骨手术组(A组)与改良配准下颌骨手术组(B组)，每组18例。患者既往均未行下颌骨缺损修复手术。所有的患者术中一侧牙齿保留并有同侧稳定咬合关系，所有手术均由同一组医师完成。所有的患者以及家属均签署知情同意书。

1.2 下颌骨数字化三维重建、模拟手术与3D打印

应用AccuNavi-A 2.1手术规划软件导入DICOM格式数据并进行图像三维重建，通过软件设计病灶区截骨情况(图1A)，模拟移植腓骨的切取、塑形和固定(图1B～C)，设计腓骨截开的位置、长度、方向和角度(图1D)，设计下颌骨截骨导板、腓骨截骨导板、腓骨复位导板及重建后下颌骨，3D打印各导板及模型(图1E～F，视频1)。

视频1

A：数字化确定肿瘤边界，设计截骨线；B：患侧数字重建；C：数字化设计腓骨截开骨断；D：设计腓骨截骨导板；E：设计下颌骨腓骨复位导板；F：3D打印各导板

1.3 手术实施

根据术前规划及数字模拟手术实施手术，恶性肿瘤同期行颈淋巴清扫术，术中将打印的原发灶的截骨导板固定于下颌骨上(图2A)，按设计完整切除病变。按腓骨截骨导板制备腓骨瓣(图2B)，根据口内黏膜缺损情况，制备小腿外侧皮瓣。将复位导板固定于下颌骨上(图2C)，将制备好的腓骨瓣放置于下颌骨缺损区(图2D)，小钛板固定，根据缺损的情况行双层重建(图2E)，显微吻合腓动静脉与受区血管(视频2)。最后通过数字导航系统验证移植骨位置，A组采用经典导航配准的方法[10-11]：行上颌骨手术时，将上颌骨定位参考架安置于颅骨(图2F)，采用上颌骨牙齿进行点配准，完成上颌骨手术的术中实时导航；行下颌骨手术时下颌骨定位参考架常规安置于颏部或下颌骨下缘(图2G)，采用下颌骨牙齿及解剖点进行点配准，完成下颌骨手术的术中实时导航(图2H)。B组采用改良导航配准的方法：术前取硅橡胶咬合记录(图2I)，获取硅橡胶咬合记录状态下的颅颌面CT数据，并于下颌骨手术中戴入硅橡胶咬合记录，根据咬合记录将下颌骨固定于上颌骨，将定位参考架安装于颅骨(图2J～K)，利用上颌解剖位点进行点配准，提供颅颌面(包括下颌骨)的空间参考坐标，完成上、下颌骨手术的术中实时导航(图2L，视频3)。术中三维可视下比较腓骨重建的下颌骨形态与术前镜像重建的下颌骨外形是否吻合，选取测量位点进行吻合度测量，比较术中导航下移植腓骨位置与术前规划的差异，比较正颌术中骨移动后位置与术前规划的差异，以吻合度距离小于2 mm作为吻合度无误差的判断标准[12]。如果术中实时导航发现吻合度距离大于2 mm将对复位骨位置进行调整，直至实时导航吻合度小于2 mm。下颌骨BSSRO手术时，通过术中导航实时验证下颌骨移动的位置。

A：术中放置下颌骨截骨导板；B：术中放置腓骨截骨导板；C：术中放置下颌骨复位导板；D：腓骨瓣塑形固定；E：双层腓骨修复下颌骨缺损；F：参考架固定于颅骨，行上颌骨导航；G：参考架固定于颏部，下颌骨导航；H：A组经典配准实时导航验证；I：术前取硅橡胶咬合记录；J：术中放置咬合记录，参考架固定于颅骨，行下颌骨导航；K：术中戴入硅橡胶胶合记录；L：B组采用改良配准实时导航验证

1.4 术前与术后满意度调查

患者及家属填写开放式调查问卷。术前调查问卷包括4个问题：①您对这次术前谈话的总体评价；②对3D打印模型联合手术导航进行讲解对了解病情是否有用；③对3D打印模型联合手术导航进行讲解对理解手术是否有用；④您是否希望医生使用3D打印模型联合手术导航相关知识与您交流病情。评分从高到低依次为1～10分，1分为根本没用，10分为非常有用。术后随访评估患者的容貌、咬合关系及功能恢复情况，包括咀嚼、吞咽、语音等，并对患者满意度进行调查，评分从低到高依次为1～10分，1分为很不满意，10分为非常满意。

2 结 果

2.1 手术过程及数字导航情况

所有手术均按照模拟手术设计成功完成。A组、B组两组顺利完成手术实时导航验证。通过测量位点与术前设计位置的术中导航验证，比较术中导航下移植腓骨位置与术前规划的差异，比较正颌术中骨移动后位置与术前规划的差异，两组均与术前设计位置基本吻合，两组比较差异无显著性(P>0.1)。见表1、2。但B组导航配准中去除了参考架对下颌术区的遮挡，术野清晰；在双颌手术中，减少了手术步骤及对患者的创伤。

表1 两组术中导航下移植腓骨位置与术前规划位置差异比较(n=18,l/mm)

2.2 术后随访结果

A组与B组患者术后治疗效果一致，面型均恢复良好，下颌骨外形、髁突位置恢复良好，咬合关系、开口度良好，软组织愈合好，吞咽、言语功能良好。两组患者下颌骨CT扫描及数字三维重建显示腓骨骨段的位置以及高度与术前设计相吻合(图3A～C)。腓骨移植患者术后双层腓骨移植修复术后6～9个月，应用种植导板在移植骨上行种植牙修复，咬合关系稳定，咀嚼功能恢复良好(图4A～H)。

A：下颌骨成釉细胞瘤术前全景片；B：腓骨重建下颌骨术后全景片；C：腓骨重建下颌骨术后数字三维重建

A：下颌骨黏液瘤切除腓骨重建术后全景片；B～C：腓骨重建下颌骨术后8个月口内照；D：二期种植术中应用3D打印种植导板；E：拆除钛板后种植体植入；F：种植体植入术后8个月全景片；G～H：种植体上部烤瓷冠桥修复，恢复咬合关系

2.3 患者满意度调查

A组、B组患者及其家属术前对病情、手术方案理解度和满意度均较高，术后对于容貌、功能恢复满意度均较高，两组比较差异无显著性。见表3、4。

表2 两组正颌术中骨移动后位置与术前规划差异比较(n=18,l/mm)

表3 患者术前满意度调查

表4 患者术后满意度调查

3 讨 论

颌骨在颜面容貌及生理功能维持中起着重要作用[13]，下颌骨病变引起大面积组织缺损及畸形的精准修复重建是头颈重建领域的重点与难点[14]。腓骨允许多段截骨和塑形，是修复大型下颌骨缺损的首选方法[15]，结合小腿外侧皮瓣构成复合骨肌皮瓣也用于修复口内软组织缺损。近年来，3D打印技术广泛应用于下颌骨重建、正颌外科测量及评估、颌面部创伤和颞下颌关节重建等诸多领域[16-18]，应用3D打印技术，手术时间缩短17.63%[19]。

数字导航系统涉及多个学科范畴，如虚拟现实、镜像、匹配、传感器遥感等技术[20]。术前进行手术模拟和手术效果预测，可针对不同个体具体情况制定最佳的手术方案，减少手术的盲目性。手术过程中根据实时显示，可严格按照术前手术规划执行手术，实现原本不可见解剖位置的可视化，使外科手术操作方式发生革命性的变革，从而使手术更加安全、微创[21]。术中利用导航系统记录的数据，结合术前规划和术后影像学资料，可以对手术效果进行客观的评价[22]。利用该系统，治疗组成员间也可以沟通交流，进行临床教学及手术操作训练。

目前口腔颌面导航技术已在多种临床操作中得到广泛应用，包括上/下颌骨缺损修复重建手术、颅脑外科、颅颌面部骨折手术复位、颅颌面部与颈部深部穿刺或异物取出、颌面部畸形矫正手术、种植外科手术、颌骨复杂骨性埋伏牙的拔除手术等[23]。

经典的配准方式是将上颌的参考架放置于颅骨，优点是稳固，对手术的影响小，但在颅颌面手术中不能完成对下颌骨的空间定位，下颌骨的参考架需要放置于颏部或者下颌骨下缘，下颌骨实时手术导航时限制了下颌骨手术的操作空间，难以操作，并发症多[24-25]。本研究采用改良的配准方式，术前下颌骨利用硅橡胶咬合记录可以获得相对于颅颌面诸骨唯一稳定固定的位置，以此获得三维CT数据，下颌骨手术导航时将参考架仍然置于颅骨，利用咬合记录将下颌骨固定于上颌骨，固定一次参考架、完成一次配准，就可进行上、下颌骨手术术中实时导航。从而简化了配准流程，降低了参考架的安放难度，解除了下颌骨参考架放置位置对于下颌骨实时手术导航的干扰，成功实施了术中导航。在正颌的双颌手术中，改变了以往上颌骨手术、下颌骨手术分别进行参考架固定的复杂流程，双颌手术时只需安置一次参考架于颅骨就可以实现上颌骨与下颌骨的导航，减少了手术创伤。本研究中两种配准方式均可以顺利完成实时手术导航，术后手术效果、满意度调查等无差异，改良配准较经典配准具有更明显的操作简便性、手术舒适性、创伤微创性。

本研究中数字三维重建联合3D打印技术的应用，使术者术前根据计算机模拟手术，设计病灶区截骨线、供体骨术区截骨塑形线，并打印手术截骨导板、塑形导板，术中根据手术规划进行精准、微创病变骨段截骨，有效避免时间浪费[26]。通过腓骨截骨导板的应用可精确制备腓骨瓣，减少了打磨移植腓骨的次数，降低了对骨血运的破坏，提高了骨移植的成功率。复位导板的应用保证了移植骨就位于理想位置，移植腓骨与下颌骨断端精密接合，患者骨愈合良好，面型恢复良好。术中采用双层移植腓骨，恢复下颌骨高度，为后期种植义齿的固位创造了有利条件。二期植入种植体后，种植体与腓骨结合良好，咬合关系恢复正常，既美观又恢复了良好的咀嚼功能。

在与患者及家属进行术前谈话中，使用数字技术进行讲解，使患者和家属对病情及手术治疗有深入认识，增加医患信任，减少医疗纠纷的发生。

总之，改良配准数字导航，解决了下颌骨配准导航的难点，获得与经典配准无差异的手术效果，具有极大的临床应用价值，引领颅颌面外科真正进入数字精准治疗时代。