计算机导航结合个性化钛网在颧上颌复合体伴眶壁骨折重建手术中的应用

孙亚威， 张兴伟， 吴朱昊， 陈 欣， 蒲玉梅， 孙国文

（南京大学医学院附属口腔医院，南京市口腔医院口腔颌面外科，江苏 南京 210008）

颧上颌复合体（ZMC）位于面中部外侧，涉及口腔咀嚼和眼眶视觉等多种功能，同时也是外形对称性要求极高的部位。严重的ZMC骨折常伴有眶壁骨折，可导致面型塌陷、眼球内陷、视力改变和眼球运动受限等[1]。手术治疗是治疗ZMC骨折的常规方式，手术治疗的关键及难点在于重建因外力导致的缺损或凹陷的眼眶壁，恢复眶容积，减轻眼球内陷，改善眼球运动受限，改善颜面部外形[2]。眼眶的解剖结构复杂，传统的影像显影方式如CT、MRI等难以全面显示眼眶周围血管、神经等软组织，并且这些解剖结构容易在手术中因分离、牵拉、挤压等操作造成不可逆性损伤，同时眼眶腔容积小、手术视野局限、手术可操作空间有限、部分骨折区域在术中难以在直视下显露，这些都使眶壁骨折修复手术变得困难，特别是眶底壁及眶内侧壁的骨折，该部位骨折碎片通常细小菲薄而无法复位固定，因此需采用各种自体或人工材料进行眶底重建。自体材料塑形困难并且需要开辟第二手术野，而钛网因其良好的生物相容性及可塑性成为目前眶底缺损修复重建最常用和有效的修复材料[3-4]。目前报道的一种较好的手术方式是以健侧眼眶CT的镜像作为参考进行患侧眼眶的三维重建，并将重建后的模型进行3D打印，在此基础上制作预成型钛网[5]。应用该技术预成型出的钛网形状与健侧形状是对称的，但由于眶底骨折碎片菲薄细小并且缺少解剖标志，钛网的精确就位则成为另一挑战。计算机辅助手术导航通过术前规划、术中导航及术后的图像融合可以大幅度提高手术的准确度及安全性，具有精准、微创、三维可视化等优点，在口腔颌面部手术中运用越来越广泛[6-7]，但其在眶壁骨折中的报道较少。本研究通过回顾性研究探讨计算机辅助手术导航结合个性化钛网在ZMC伴眶壁骨折重建手术中的应用价值。

1 资料和方法

1.1 一般资料

选择2018—2020年本院收治的6例ZMC伴眶壁骨折的患者作为研究对象。其中，男性5例、女性1例，年龄38～69岁；致伤原因：交通意外3例、高空坠落2例、钝物击伤1例；6例均为ZMC骨折且伴有眶底壁骨折。纳入标准：①CT检查显示单侧ZMC伴眶壁骨折，对侧ZMC及眶壁形态正常；②眼球完整、无破裂；③存在复视、眼球运动受限、眼球内陷等症状；④导航指导下完成眶壁重建。排除标准：①单侧ZMC骨折但不伴复视、眼球运动受限及眼球内陷等症状；②双侧ZMC均骨折；③妊娠及哺乳期妇女；④既往或目前患者患有眼部疾病或全身性疾病，影响观察者评估术后相关指标。

1.2 术前设计与准备

所有患者入院后完善各项常规术前检查，拍摄颌面部螺旋CT（层厚0.625 mm）并行影像三维重建（图1A、B）。然后将CT扫描原始数据以DICOM格式保存，参照正常侧眼眶对缺损的眶底进行镜像重建，因骨折侧眶底骨碎片菲薄细小，通常无法完全恢复原有眶底形态，所以我们在对骨折侧眶底进行三维重建时，只将眶底部修饰平整，原有筛孔样解剖结构不进行重建，这样更有利于钛网预成型为原有的解剖形态。随后将DICOM格式的文件转换为STL格式，以1∶1的比例打印镜像模型，将厚度为0.3 mm的眶底钛网（史赛克公司，美国）在重建模型上进行塑形，这样预成型的钛网会更加符合原有的解剖形态（图1C）。将三维重建后的CT数据导入Accunavi-A数字化导航系统（上海优益基医疗器械有限公司，中国）中，并在此基础上进行手术设计、规划及模拟手术。确定手术范围及预期的术后效果。

1.3 导航指导下进行眶壁重建手术

1.3.1 导航注册、配准 将原始CT数据和虚拟重建模型都转移到导航工作站中，待患者全身麻醉完成后，将导航参考架固定于额部（图2A），以颌面部骨性标志点或牙尖的位置来完成注册、配准，使现实中颅颌面骨与CT图像的三维坐标系吻合，患者术区和三维虚拟图像匹配完成后,我们就可以通过移动导航探针来定位手术区域中的各个位置了。

1.3.2 术中导航 采用眼缘下切口入路、原外伤创口入路或冠状切口暴露骨折眶壁，在探针指示的安全界限内剥离眶壁，充分暴露缺损范围，将预成型钛网植入缺损区，在导航系统中显示患侧眼眶重建数据（图2B、C），以探针尖端分别指示重建后的内壁和下壁，在冠状位、轴位和矢状位CT上检验探针所在位置和术前设计的眶壁重建形态是否重叠，并确认钛网边界覆盖全部缺损区域，且视神经未受损伤（图2D—G）。位置满意后，以钛钉固定钛网于眶缘，完成被动牵拉试验，其他部位骨折均在导航辅助下行坚固内固定术，充分止血后关闭创口并取下参考架。

图2 计算机导航辅助下进行手术Figure 2 Operation was conducted by computer-assisted navigation

1.4 疗效和精确性评价

术后1周内拍摄CT，对比术前、术后的测量结果，术后随访3～12个月，由以下几个结果评价治疗效果和重建精确性。

1.4.1 术前、术后健侧与患侧眼球的容积差 将CT原始数据导入医学影像控制系统Mimics 19.0（Materialise公司，比利时）。在眼眶的水平位层面上，选择图像所需的色阶阈值，将所需的阈值改为眼眶内软组织的阈值。然后在每一个层面用Editmask工具（内置于Mimics 19.0系统）进行删减，将眼眶的软组织标记出来，每一层删减的范围根据解剖标志，眼眶容积的前界为眶外缘与上颌骨额突最外缘点之间的连线，后界为视神经孔前端，两侧为眶内外壁（图1D—G）。将眼眶每一个层面的软组织标记出来后，进行眼眶三维重建，软件将自动显示眶腔容积。通过这种方式测算出患侧、健侧术前与术后的眼眶容积。正常人左右两侧眼眶容积基本相等，患侧与健侧眼眶容积之差即眼眶容积差[8]。

图1 术前手术方案设计及眶容积测量Figure 1 Preoperative design of surgical procedures and measurements of orbital volume

1.4.2 术后复视情况 依据复视程度和对视功能的影响，将复视分为3级[9]。0级：无复视；1级：周边视野复视（＞15°）；2级：正前方及阅读位（＜15°）无复视，其余方向复视；3级：正前方及阅读位（＜15°）复视。术后3个月行复视检查，疗效评价：术前存在复视，术后复视消失为治愈；复视较术前范围缩小为好转；术后较术前无变化为无效。

1.4.3 瞳孔位置变化、眼球运动功能障碍及并发症发生情况 术前、术后拍摄患者颜面部照片及视频，观察并记录瞳孔位置及眼球运动情况，将术前、术后情况进行对比。随访时统计患者是否发生钛网松动、感染、视神经损伤、排斥反应等并发症。

2 结果

患者术前健侧与患侧的眶容积差为（5.25±2.34）mL，术后为（1.98±1.21）mL，两者差异有统计学意义（P＜0.05）；术后复视情况：5例治愈（2例术前2级转为术后0级，3例术前1级转为术后0级），1例好转（术前3级转为术后1级）；所有患者术前均有不同程度瞳孔位置变化及眼球运动功能障碍，术后所有患者瞳孔位置变化及眼球运动受限均得到明显改善；所有患者均未发生钛网松动、感染、视神经损伤、排斥反应等严重并发症。典型病例见图3、4。

图3 患者1术后CT及手术前后正面照Figure 3 Postoperative CT images and comparison of full-face photographs before and after reconstruction surgery in case 1

3 讨论

ZMC伴眶壁骨折常常导致一些严重的并发症，如复视、眼球运动障碍等，从而造成容貌及功能障碍，是颌面创伤领域的热点问题之一[10]。但由于眼眶解剖结构复杂、术区视野局限、伤后局部软组织肿胀、缺乏骨折复位或重建的标准等原因，使得眼眶结构的重建手术效果不如预期，眼眶骨折，尤其是眶底壁及眶内壁骨折的修复重建对外科医生来说仍是一项挑战。眼眶骨折得到良好的治疗效果取决于精确的眶壁重建和利用适当的材料进行眶内组织扩容。

图4 患者2手术前后对比Figure 4 Preoperative and postoperative comparison in case 2

在移植材料方面，钛网是目前应用最多的材料之一，它具有良好的生物相容性和可塑性，可以满足大面积眶壁缺损重建，缺点是其厚度有限，无法充分补偿眶内软组织萎缩[11-12]。羟基磷灰石或曼特波（Medpor）材料可以增加眶内组织容积的厚度，但塑形性较差，适用于修复小型缺损[13-14]。因本组纳入病例均为多眶壁骨折，故选择钛网进行修复。常规的钛网植入方式为术者凭借自身经验在术中将钛网成型，但由于眼眶容积小、手术视野比较局限，术中可能无法观察到骨折区域的全界，所以术者很难将骨折形状精确地想象出来，狭小的手术空间也使得在眶内放入和对齐植入物的过程费时、费力。由于对骨折形态无法精确把握，导致植入物放置过程经常重复，且植入物需反复修剪和弯制，会增加手术风险并加重术后水肿程度，术者经验对患者术后疗效影响较大，同时眼眶壁复杂的解剖结构和形态也使得术中对钛网的精确塑型和修剪变得非常困难。本研究以健侧眼眶CT的镜像作为参考，对患侧眼眶的三维结构进行重建，并将重建后的模型进行3D打印，术前在3D打印出的头颅模型上制作预成型钛网，因骨折侧眶底骨折碎片菲薄细小，通常无法完全恢复原有眶底形态，所以我们在对骨折侧眶底进行三维重建时，只将眶底部修饰平整，原有筛孔样解剖结构不进行重建，这样更有利于将钛网预成型为原有解剖形态。但是，如何将预成型的钛网按术前设计精确就位，仍是临床难题。在眼眶骨折手术中，眶底和眶内壁的重建尤为重要，由于操作空间狭小，周围骨壁菲薄细小，易损伤视神经，常规方式固定钛网时通常会存在偏差[15]。而计算机辅助手术导航可以很好地解决这一问题。计算机辅助手术导航最初是为神经外科手术而研发的，它可以同时使手术部位和手术器械可视化，并将它们与患者的图像相关联[16]。从理论上讲，计算机辅助手术导航是有效引导骨折复位及精确安放钛网的工具；在实际手术中，术者可以按术前设计将骨折块安放至术前规划的部位，对手术者手术经验的要求不会像传统手术那么高[17]。不仅如此，将计算机辅助手术导航技术应用于眶壁骨折的手术治疗还可以整体把握骨折复位的程度，减少手术的盲目性，并实时、动态反复验证解剖标志点的复位效果，为精确解剖复位眶壁解剖结构提供了技术保障。在临床使用中，术中一方面在分离骨块后，术者根据术前设计凭借经验复位骨折，利用导航进行复位效果的验证以作调整，可以达到较精确的复位效果[18]；另一方面在导航系统的指引下进行骨折复位、钻孔、固定，能获得与术前设计基本相同的复位效果[19]。

术中利用导航系统实时确定眼眶三维空间的位置，在引导下更精确地置入植入物，提高了手术的安全性。但是，由于在手术规划中需要应用到镜像技术恢复患侧的眼眶解剖结构，因此对于双侧均累及的眶壁骨折，计算机辅助手术导航的应用则受到了一定的限制。此外，术前CT、术前规划或患者注册环节若出现问题，则有可能影响计算机辅助导航下手术的精确度，甚至在手术中造成误差或差错。因此，在计算机辅助导航下的眶壁骨折修复手术中，应强调反复多次验证系统对标志性解剖位置定位的准确性。

综上所述，本研究表明，计算机导航结合个性化钛网进行ZMC伴眶壁骨折修复重建是一种较为精确、可行的方法，可以精确恢复眶壁解剖外形及眶容积，明显改善患者复视及眼球运动障碍，使眶部功能和感觉得到较好的维护，同时患者的面部外形也得到了一定的恢复。