个体化导板联合术中导航辅助陈旧性面中部骨折的精准整复治疗

杨成帅 回文宇 徐晓峰 吴锦阳 张勇 张诗雷

(上海交通大学医学院附属第九人民医院口腔颅颌面科，国家口腔疾病临床医学研究中心，上海市口腔医学重点实验室，上海市口腔医学研究所，上海 200011)

由于口腔颌面部血管神经丰富，解剖结构复杂，陈旧性面中部骨折的治疗一直是颌面外科领域的难点。对于该类患者的治疗，既要恢复其良好的功能，又要最大限度地改善其外观。因此，如何提高创伤修复手术的精确性和安全性，并兼顾形态与功能，对手术医生提出了更高的要求。近年来，随着数字化技术的进步，虚拟手术、3D打印以及计算机辅助导航等数字化外科技术在颌面外科领域得到了广泛应用[1-5]。由于数字化外科技术具有高效、精确及图像三维可视化等优势，其在面中部多发骨折的精准治疗中发挥了重要作用。其中，计算机辅助导航技术在口腔颌面外科领域的应用已经相当成熟，并制定了相应的临床技术操作规范，已经成为目前提高陈旧性面中部骨折手术精度和治疗效果的主要技术方法[6-10]。然而，目前并无关于导板联合术中导航治疗陈旧性面中部骨折的文献报道。因此，本研究将个体化导板联合术中导航作为一种创新性治疗手段，旨在总结评价其辅助陈旧性面中部骨折整复治疗的有效性及精确性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

2017年1月—2019年12月于我院口腔颌面外科就诊并被诊断为陈旧性面中部骨折的患者58例，男36例，女22例；年龄17～68岁，平均36.8岁。骨折部位及类型:单侧颧骨上颌骨、颧弓、眶、鼻骨骨折20例,单侧颧骨上颌骨、眶底骨折15例,单侧颧骨上颌骨、颧弓、眶骨折术后继发畸形13例，双侧颧骨上颌骨、鼻眶筛骨折10例；临床表现:面部不对称畸形、患侧颧部与眶下区塌陷伴张口受限35例，眼球内陷28例，复视20例,伴内眦间距增宽及溢泪10例。

1.2 面部骨折虚拟手术设计

首先将患者全颅脑CT扫描获得的相关数据以DICOM格式导入手术规划软件Proplan 3.0进行三维颅脑建模(图1A)，仔细分析骨折类型及骨折线的走行，对数据进行分割，完整分割出所有骨折块的数据；对于已经错位愈合的陈旧性骨折，可根据实际临床需要，在新的位置设计截骨线并分割骨折块。对于单侧面部骨折的患者，可以患者自身面中线作为参考平面，将健侧镜像叠加到患侧作为骨折块移动复位的参考依据；对于双侧面中部或全面部骨折的患者，其骨折累及到面中线致使镜像功能无法使用，要考虑面部结构的协调性并参考剩余残端骨骼的特征解剖标志点来模拟复位骨折块(图1B)。

A：颅脑CT数据三维重建，B：虚拟手术设计复位骨折块

1.3 个体化导板的设计与制作

虚拟手术方案设计完成后，可以在最终复位的虚拟模型上制作个体化导板，该导板系统包括截骨导板与固定钛板2部分。在需要截骨的位置设计表面带有定位钉孔的截骨导板(图2A、B、C)，然后利用截骨导板的钉道设计表面带有固定钉孔的固定钛板(图2D)，这样在去除截骨导板后，可将固定钛板按照截骨导板的钉道固定就位，便于骨折块的复位。在导板系统设计完成以后，将其数据以STL(stereolithography)格式导入3D打印软件打印导板。

A、B、C：截骨导板的设计，D：固定导板的设计

1.4 术中实施

截骨导板引导下的截骨：常规暴露术区，根据解剖形态使截骨导板就位，根据导板上的固位孔在骨块上打孔，使用钛钉固定截骨导板(图3A、B、C)。根据导板上的截骨线完成截骨。固定导板引导下的骨折复位固定：拆除截骨导板后根据骨块上钉道引导固定导板就位，当固定导板完全就位后即表示骨折块已复位至设计位置(图3D、E、F)。

A、B、C：截骨导板的放置及固定，D、E、F：固定导板复位骨折及固定

1.5 Accu-Navi术中导航系统验证精度

在使用固定导板复位固定所有骨折块后，可以采用导航探针验证骨折块的复位精度。根据导航系统显示屏上横断面、冠状面及矢状面三个不同的切面显示的探针实时位置来判断骨折块的实际位置与虚拟设计位置是否一致(图4)。

图4 术中导航探针实时验证骨折复位精度

1.6 术后效果评价

患者术后1周时行全颅脑CT扫描,CT数据以DICOM格式存储和导出。使用ProPlan CMF 3.0软件将CT数据三维重建并分割出上下颌骨，将颌骨模型数据以STL格式导出。将术前设计虚拟复位后的骨折模型STL数据和实际手术复位后的骨折模型STL数据同时导入Geomagic Studio软件中，以两个颅脑模型数据非术区为参照进行匹配融合，使用色谱分析功能完成手术实施精确度的评价。患者自我评价术后面型的对称程度。

术后所有的患者均行全颅脑三维CT扫描，CT扫描数据以DICOM格式存储导出。使用ProPlan CMF 3.0软件将CT数据三维重建并将全颅脑数据以STL格式导入Geomagic Studio软件中，与术前的设计方案进行配准融合，使用偏差光谱分析功能评价虚拟手术设计方案应用到手术实操中的精确度(图5)。

图5 术后颅脑三维CT光谱偏差分析

2 结 果

术前手术规划及个性化导板均能够顺利完成。58例患者均按照术前虚拟手术设计方案实施手术，术中未发生意外骨折、大出血等并发症，导板无意外断裂。最终，在Accu-Navi手术导航辅助下通过对解剖标志点的反复验证，实现了骨折块的精准复位。所有患者在术后半年随访临床检查评估时，功能及外形均得到良好恢复。通过术后CT与术前虚拟设计拟合评估术后骨折复位精度,平均误差为(0.65±1.35)mm。

3 讨 论

陈旧性面中部骨折的整复治疗一直是颌面外科领域的难点[11-13]。主要由于面中部多发骨折常累及颅脑、眼眶、鼻腔等多个解剖区域，多数患者伤情较重，合并伤较多。许多患者因早期处理不当或者处理不及时，就诊时已经转化为陈旧性骨折，导致严重的颌面部畸形以及功能障碍，为后期治疗带来很大困难[14-15]。此外，陈旧性面中部骨折术中通常会因存在骨折的错位愈合，而需要先行截骨松解骨折块，术中截骨线的确定及骨折块复位参考标志点的选择会因为骨痂的长入而受到影响。因此，无论是由于早期处理不当导致一期骨折术后继发畸形还是全身复合伤等原因导致未及时手术治疗引起骨折断端畸形愈合的陈旧性面中部骨折，若按照传统手术方法行经验性切开复位内固定，术中则存在无法明确截骨线位置、复位参考标志点及即刻验证骨折复位精度等难点。本研究旨在通过个体化手术导板及手术导航系统的联合使用来解决目前陈旧性面中部骨折整复治疗中存在的问题。

目前术中导航技术已经十分成熟，并在口腔颌面外科领域得到了广泛应用，如陈旧性骨折继发畸形整复、颞下颌关节强直的关节成形术、骨纤维结构不良的修整、颌骨肿瘤切除与重建及深部异物取出等骨性手术[16-21]。特别是对于颌面部骨折治疗精度的提高起到了重要作用。借助导航系统可以按照术前计划精确实现骨折段的复位，术中导航可以实时反馈骨折块复位是否与设计方案一致并及时修正调整骨折块的位置，帮助口腔颌面外科医生术中即刻验证骨折复位精度，使得手术医生对于术后效果有更加直接的预判[22-25]。对于陈旧性面中部骨折的整复治疗，实时导航系统可以将术前虚拟的手术规划准确地应用到术中，大大提高了手术精度，使得颅颌面外科手术更加安全准确，减少了手术损伤及术后并发症。但也存在着一定的局限性：①术中截骨线的定位误差较大，导致术前设计的截骨位置无法精准应用到手术操作中；②手术操作难度大，操作步骤多会导致导航验证较复杂，配准误差叠加操作误差，从而导致手术精度降低。

本研究在术中导航的基础上联合3D打印个体化导板(截骨导板与固定导板两部分)，进一步优化了陈旧性面中部骨折整复治疗的数字化流程。个体化手术导板术中使用简单、操作便捷，能精确地将虚拟手术规划应用到实际手术操作中，提高手术精度。目前常用的制作手术导板的材料有两种：一是光敏树脂材料；二是钛合金金属粉末材料。其中金属导板的优势主要有：①使用金属截骨导板引导术中截骨，避免了术中导航定位截骨线的误差，提高了截骨精度，缩短了手术时间；②金属导板既能作为截骨导板又可以作为内固定植入物使用。

目前，使用个体化导板结合术中导航的方法多用于单侧陈旧性面中部骨折的患者，主要原因有二：一是因为新鲜的面部骨折多数可以参考解剖标志点进行解剖复位，无需导板辅助定位截骨及复位，术中单独使用导航系统验证复位精度即可；二是因为如果骨折累及双侧面中部的重要解剖标志点，虚拟手术设计时骨折复位就无法再参考健侧镜像进行虚拟重建，主要依靠医师手法移动进行经验性复位，从而加大了虚拟手术设计的难度。

个体化导板仍存在不足之处：①术前准备时间较长，从手术导板设计制作到3D打印的准备时间约1周左右，增加了患者术前等待时间。②患者费用增加，患者使用金属导板系统的费用约为普通光敏树脂导板导航的2～3倍。希望在将来通过数字化技术的不断完善和普及，减少导板制作的时间和成本。③金属导板的韧性较差，术中如果进行弯折容易发生断裂，因此术中通常要另备一套商品化预成型钛板备用。希望可以通过个体化金属导板表面改性等的措施来提高其韧性及抗疲劳强度。

个体化导板联合术中导航是一种切实可行的治疗陈旧性面中部骨折的方法，避免了传统手术的经验复位，使得骨折复位更加准确，减小了手术创伤，缩短了手术时间，显著改善了面部形状和功能，为单侧陈旧性面中部骨折的精准整复治疗提供了新的选择，具有较高的临床价值。