数字化补件在单侧颌面部骨缺损修复中的精确度研究

张春光 么 远 陈 晖

随着社会的发展，医学水平的提高，颌面部骨缺损患者对于畸形修复重建所要达到的效果也越来越高。基于反求工程原理、CAD/CAM、快速成型技术、镜像技术的数字化外科技术已经较多的应用于颌面外科手术治疗中[1～6]。颅颌面部骨缺损畸形致畸原因较多，比如外伤后骨缺损、肿瘤术后骨缺损等。传统的修复方法包括植骨、软组织瓣等，但修复效果并不能达到很高的对称性。个性化钛补件修复骨缺损是一种新型的修复方法[7，8]，通过模拟单侧颧弓部分缺损，利用健侧颧弓数据镜像复制制作个性化钛补件及树脂补件。本文设计实验步骤，比较个性化钛补件、树脂补件与健侧骨标本三者间的精确度；以期为临床应用提供参考。

资料和方法

1.实验材料与设备

市售新鲜猪头（基本标准:发育正常，左右对称，无外伤缺损等畸形）4 只，游标卡尺（精度0.02mm），直径2.0mm 钛钉，飞利浦256 层螺旋CT，骨组织表面绘制软件（3D MSR），快速成型机（AFS-3000型），数控铣削机。

2.实验方法

（1）猪头的CT 扫描及骨标本制作:切开猪头颧弓表面软组织，在猪头右侧颧弓颞颧缝的中间部分垂直与骨面置入钛钉，钛钉穿透颧弓内侧骨皮质，在颧弓内外侧皮质外均有2mm 以上钛钉穿出，严密缝合软组织，不留死腔。左侧颧弓截除包括颞颧缝的部分骨组织，截除的骨块备用，严密缝合软组织。然后给猪头行CT 检查，扫描参数如下:电压120Kv，电流180mA；扫描层面厚度为1mm，螺距（Pitch）为0.625，层内像素数为512×512。CT 扫描数据导出，备用。沸水中煮猪头，至少三个小时。去除软组织的猪头骨于阴凉处风干，并做防腐处理。

（2）制作颧弓缺损的补件:利用骨组织表面绘制软件读取CT 扫描数据。利用钛钉密度与骨组织密度不一致，在软件中将钛钉影像抹除，保存钉孔形态。三维重建猪头骨，利用镜像技术根据右侧颧弓形态恢复左侧颧弓缺损外形（图1），并生成缺损补件的数据模型（图2）。

图1 利用镜像技术恢复左侧颧弓缺损外形

图2 补件的数据模型

将补件的数据模型导入快速成型机，快速成型机制作树脂补件以聚苯乙烯粉末（颗粒直径＜0.1mm）为成型原料，射频CO2激光束逐层烧结选区内的聚苯乙烯粉末，初步完成补件的模型。初成的模型质地较软，需进行固化处理。环氧树脂对模型表面喷涂，然后将模型置于紫外线中照射，大概45min 固化完成。

将数据导入数控铣削机，计算机控制将钛块铣削成补件。

（3）测量方法的验证:验证测量方法的可靠性，减少测量时人为因素产生的误差，对测量数据的5位医生进行培训。在猪头头骨表面选取四个点，四只猪头所选标志点相同，5 人分别测量四只猪头头骨两点间直线距离，共两组，用D-D’，E-E’表示。2周后，5 位医生再次测量D-D’，E-E’的直线距离。

首先检验数据是否符合正态性分布及多组间方差齐性。数据的正态性分布检验，统计学方法为Kolmogorov-Smirnov Z 法。多组间方差齐性利用Levene’s 法检验。数据需满足正态性分布，并且满足方差齐时，分别对每位测量医生所得的第一次数据和2 周后数据按照两独立样本t 检验方法比较两组数据有无统计学差别，P＜0.10 为有统计学差别。然后将每位医生前后两侧的测量数据作为一组数据，对5 组数据进行单因素方差分析，比较5 位医生间测量结果有无统计学差别，P＜0.05 为有显著性差异。

（4） 测量点的选取:a 点为颧骨颞突上缘最突点，b 点为颧弓外侧骨皮质钛钉钉孔的顶点，d 点为颧弓内侧骨皮质钛钉钉孔的顶点。分别测量a 点至b 点间直线距离、b 点至d 点间直线距离（图3）。

图3 测量标志点

（5）数据的测量:由经过统一培训的5 名医生按照三盲法的原则，测量a-b 点距离、b-d 点距离，每人同一样本测量三次取平均值。按照右侧颧弓标本、树脂补件、个性化钛补件将数据分为三组。

（6）数据统计:首先应用Kolmogorov-Smirnov Z法检验数据的正态性分布情况，Levene’s 法检验三组数据方差齐性。当数据符合正态性分布且方差齐时，再利用单因素方差分析比较三组数据间是否有统计学差异。P＜0.05 有显著性差异结果。

结 果

1.测量方法的验证

参加测量的5 名人员应用同种方法测量4 只猪头头骨上两对标志点间的距离（表1）。各组数据近似正态性分布，且组间方差齐。分别将5 位医生前后两次的测量数据进行两独立样本t 检验，均无统计学差异（t1＝-0.013，P1＝0.99＞0.10；t2＝-0.010，P2＝1＞0.10；t3＝-0.021，P3＝0.984＞0.10；t4＝-0.01，P4＝0.999＞0.10；t5＝-0.022，P2＝0.965＞0.10）。将5位医生所测量的数据进行单因素方差分析，结果F＝0.12，P＝0.99＞0.05，无统计学差异。

2.实验结果

（1）分别测量得到a-b 及b-d 距离，样本量四只猪头，分为三组（表2）。进行正态性检验各组均近似正态性分布，多组间方差齐性检验方差齐性齐。对a-b 距离，三组间进行单因素方差分析，结果F＝0.523，P＝0.574＞0.05，无明显统计学差异。对b-d距离，三组间进行单因素方差分析，结果F＝0.497，P＝0.615＞0.05，无明显统计学差异。

（2）将三组数据进行两两相减得到各组间的实际差值（表3）。树脂补件与右侧颧弓标本间的差值范围为1.17±0.47mm，个性化钛补件与右侧颧弓标本间差值范围为1.16±0.39mm，个性化钛补件与树脂补件间差值范围为0.00±0.26mm。

（3）将通过镜像技术制作的钛补件装配到左侧颧弓缺损部分（图4），可以取得较好的修复效果。将钛补件及树脂补件与左侧截除部分骨质比较外形相似（图5），可以起到替代效果。

表1 测量方法验证的测量数据

表1 测量方法验证的测量数据

测量医生（n＝5）第一次测量结果D-D' E-E'2 周后测量结果D-D' E-E'1 2 3 4 5 93.05±4.92 93.82±3.92 92.39±4.44 93.65±3.91 92.45±4.21 109.84±6.13 110.13±6.02 110.23±6.13 109.55±6.03 109.65±6.08 93.05±6.13 93.81±3.89 92.49±4.44 93.59±3.96 93.02±4.31 109.84±6.13 110.14±6.07 110.36±6.14 109.62±6.09 109.72±6.11

表2 实验测量数据（）（mm）

表2 实验测量数据（）（mm）

Group（n＝4）右侧颧弓标本树脂补件个性化钛补件F 值P 值a-b 12.39±1.00 13.17±0.99 13.31±0.96 0.523 0.574 b-d 7.38±1.21 8.93±1.40 8.78±1.44 0.497 0.615

表3 实际误差结果（）（mm）

表3 实际误差结果（）（mm）

Group（n＝4）a-b b-d平均差值树脂补件-颧弓标本0.78±0.22 1.55±0.26 1.17±0.47钛补件-颧弓标本0.92±0.29 1.41±0.33 1.16±0.39钛补件-树脂补件0.14±0.18-0.14±0.28 0.00±0.26

图4 装配补件效果

图5 补件与截除骨块对比

讨 论

依据实验结果健侧颧弓标本、树脂补件、个性化钛补件间无统计学差异，可以得出结论:按照镜像技术复制健侧骨组织数据，快速成型技术制作的树脂补件及数控铣削技术制作的个性化钛补件可以反映出健侧骨组织的形态。在临床应用中利用此方法制作的个性化钛补件用于修复不对称性骨缺损时可以达到双侧外形对称的目的，并且数据易于采集，制作均于术前完成，手术仅为暴露安装过程。

树脂补件及个性化钛补件与健侧颧弓标本比较，在数值上均有所增大，增大的范围均在2mm 以内。这样的误差在临床修复中是可以接受的，因为手术以后面型对称与否取决于骨组织与软组织的共同作用，软组织术后可以出现轻微组织萎缩、瘢痕等减量改变，这样软组织可以起到缓冲的作用。一般肉眼很难分辨小于2mm 的误差，补件可以将误差控制在2mm 以内，加之软组织的缓冲，可以达到视觉对称的效果。所以通过镜像技术制作个性化钛补件修复骨缺损的方法可靠，修复效果比较理想。

根据镜像复制健侧颧弓形态制作左侧颧弓缺损的树脂补件及个性化钛补件与健侧颧弓骨质比较，外形相似程度较高。个性化钛补件在细节上具有很高的相似度，而树脂补件在细节上不如个性化钛补件那样相似度高[9，10]。在临床中选择应用个性化钛补件修复不对称性骨缺损，在细节方面更加接近骨组织的形态。

在临床中应用镜像技术制作手术导板治疗骨折[11，12]的方法，通过快速成型技术制作手术导板，材料为树脂。通过实验结果可以看出树脂补件与健侧间存在误差大小为1.17±0.47mm。所以手术导板是存在误差的，这种误差比较小。但手术导板在恢复外形细节方面与常规手术方法治疗骨折[13，14]相比，在单侧粉碎性骨折治疗中具有明显的优势，术后外形的恢复更加对称，手术时间可以大大缩短，手术创伤更小等。

个性化钛补件与树脂补件间具有高度的相似性，具体误差范围为0.00±0.26mm。无论从大小还是形态方面均无明显差异[15]。树脂补件可以作为个性化钛补件替身，首先完成树脂补件，在利用CT 数据制作的树脂头模[16]上进行装配，直观观察补件有无缺陷，与缺损周边骨组织是否契合，固定位置是否合适等，然后进一步修改补件直至补件制作完成。树脂补件制作相对简单，节省时间，制作材料成本较低。

个性化钛补件与树脂补件均需通过采集CT 数据、三维重建技术，最终完成制作，误差的来源于数据转换的过程，提高各种软件的数据提取精确度，比如提高CT 的扫描精度，增加组织的分辨能力，更好的做到边缘提取，三维重建技术减少软件的模糊处理数据，从而减少系统性误差。可以提高补件的制作精度。另外，人体在接受CT 检查时，射线会通过身体组织，采集图像。射线的能量会有一部分被身体组织吸收削减，射线削减的程度与人体组织的密度呈正比。而骨组织缺损表面的软组织量不同、密度不同，均可以对数字化补件的准确性有一定的影响。

本实验的整个流程适用于颌面部单侧截骨即刻修复的手术过程，术前在树脂头模上进行截骨范围的设计，在电脑上利用三维重建影像进行模拟截骨，在利用CT 数据将截除部分进行补件制作。所以在一次手术时间里可以同时完成病灶切除及骨缺损修复，减少了手术次数，患者术后无明显畸形期，心理上更容易接受，对于提高患者术后生活质量具有意义。但个性化钛补件的制作周期较长，术前等待时间较长，并且费用增加，均需进一步改进。