基于钉孔共用理念的数字化导板在口腔颌面外科中的应用

王立冬 马文 付帅 张长彬 崔庆赢 彭灿邦 黎明

昆明医科大学附属口腔医院口腔颌面外科，昆明650000

随着数字化技术的发展，各类导板在口腔颌面外科领域应用越来越广泛，包括正颌、下颌骨重建、异物定位取出等方面，都取得了较好的临床应用效果[1-3]。导板主要的作用在于将计算机中的数字化设计方案转移到手术中，其精确性直接影响着手术最终效果。导板的定位主要基于某一特定的解剖标志位置，而当解剖标志不明确时导板的定位就可能出现不准确的现象。本文将基于钉孔共用理念设计的数字化导板分别应用于正颌外科及颌骨重建，评估其精确性及临床应用价值。

1 材料和方法

1.1 一般资料

选择2018年6月—2021年3月就诊于昆明医科大学附属口腔医院口腔颌面外科的需行正颌手术的牙颌面畸形患者16例，需要自体血管化腓骨、髂骨移植修复重建下颌骨缺损的患者各10例为研究对象。患者的临床资料见表1、2。所有患者均签署知情同意书。

表1 正颌手术患者临床资料Tab 1 Clinical data of patients undergoing orthognathic surgery

表2 下颌骨重建患者临床资料Tab 2 Clinical data of patients with mandibular reconstruction

1.2 数据采集、重建分析

1.2.1 牙颌面畸形患者 对患者行术前颌面部CT（Siemens Somatom Definition AS,Siemens公司，德国）平扫扫描，扫描层厚为1.25 mm，范围从颅顶到颏部，在扫描过程中口内磨牙区咬蜡片将咬合分开约1 mm。口内上下颌牙弓取模及灌注石膏模型，脱模后石膏模型进行扫描前处理并进行激光扫描。将CT数据以DICOM（digital imaging and communications in medicine）格式导入ProPlan CMF 2.0软件（Materialise公司，比利时）进行图像分割和重建，以生成上、下颌骨及面部软组织的3D数字化模型。将激光扫描获得的数字化牙列模型与CT数据重建获得的上、下颌骨模型进行匹配，替换CT数据来源的牙列部分，以得到骨性结构及牙列部分都较为精确的数字化模型[4-5]。之后进行测量分析，并制定手术方案。

1.2.2 腓骨重建下颌骨患者 采用相同的方法对患者颌面部进行CT平扫扫描。此外对患者双下肢（髌骨至外踝）行平扫加增强扫描。将所有CT数据以DICOM格式导入ProPlan CMF 2.0软件中，进行图像分割和重建，以生成上、下颌骨及带血管（腓动脉）的腓骨3D数字化模型。

1.2.3 髂骨重建下颌骨患者 采用相同的方法对患者颌面部进行CT平扫扫描。此外对患者髂前上棘至耻骨联合行平扫加增强扫描。将所有CT数据以DICOM格式导入Mimics 19.0软件（Materialise公司，比利时）进行图像分割和重建，以生成上、下颌骨及带血管（旋髂深动脉）的髂骨3D数字化模型。

1.3 模拟手术、导板制作及应用

1.3.1 上颌骨LeFortⅠ型截骨手术导板设计及应用 依据手术方案进行手术模拟，将颌骨三维模型数据导入3-Matic research 11.0软件（Materialise公司，比利时）中设计牙支持式LeFortⅠ型截骨导板及就位导板，其中截骨导板和就位导板钉孔共用（图1）。同时基于上下颌骨骨块移至终末位置的三维模型在ProPlan CMF 2.0软件中设计终末咬合导板。将设计好的虚拟导板3D打印成型，术前低温等离子消毒备用，之后进行手术（图1）。

图1 LeFortⅠ型截骨导板及就位导板Fig 1 Thecutting guide and repositioning guide for LeFortⅠosteotomy

1.3.2 颏成形手术导板设计及应用 依据手术方案进行手术模拟，同样设计牙支持式颏成形截骨导板及就位导板，其中截骨导板和就位导板钉孔共用。将设计好的虚拟导板3D打印成型，术前低温等离子消毒备用，之后进行手术（图2）。

图2 颏成形截骨导板及就位导板Fig 2 Thecutting guideand repositioning guide for genioplasty

1.3.3 腓骨重建下颌骨导板设计及应用 分别在冠状面、矢状面、水平面查看病变范围标记病变位置，并设计截骨线，将对侧腓骨模拟打折成一定角度拟合至下颌骨缺损区，根据镜像及对位咬合情况调整位置，行虚拟截骨及重建手术。将模拟手术数据导入3-Matic research 11.0软件中设计下颌骨截骨导板、腓骨截骨导板（本文中不重点显示）及腓骨骨块就位导板，其中截骨导板和就位导板钉孔同样共用。将设计好的虚拟导板3D打印成型，术前低温等离子消毒备用，之后进行手术（图3）。

图3 腓骨重建下颌骨截骨导板和就位导板Fig 3 The cutting guide and repositioning guide for fibula reconstruction of mandible

1.3.4 髂骨重建下颌骨导板设计及应用 同样分别在冠状面、矢状面、水平面查看病变范围标记病变位置，并设计截骨线，拟合同侧髂骨至下颌骨缺损区，根据镜像及对位咬合情况调整位置，行虚拟截骨及重建手术。同样将模拟手术数据导入3-Matic research 11.0软件中设计下颌骨截骨导板、髂骨截骨导板（本文中不重点显示）及髂骨块就位导板，其中截骨导板和就位导板钉孔同样共用。将设计好的虚拟导板3D打印成型，术前低温等离子消毒备用，之后进行手术（图4）。

图4 髂骨重建下颌骨截骨导板和就位导板Fig 4 The cutting guide and repositioning guide for iliac reconstruction of mandible

1.4 精确性分析

术后所有患者均行颌面部CT检查，将扫描结果导入Mimics 19.0软件中，重建术后三维模型。通过测量相应标志点、线在术前虚拟手术与术后实际手术结果的误差，评估导板的准确性。上颌骨LeFortⅠ型截骨患者测量指标包括：术前术后上颌中切牙近中切点中点（Is1u）、左上颌第一磨牙近中颊尖（B6L）、右上颌第一磨牙近中颊尖（B6R）到3个基准平面的改变情况。颏成形患者测量指标包括：术前术后颏前点（Pog）、颏部骨块左侧边缘点（Chin L）、颏部骨块右侧边缘点（Chin R）到3个基准平面的改变情况[6]。3个基准平面为：眶耳平面、矢状面、冠状面。颌骨重建患者冠状面测量的指标包括：术前术后髁突间距离（CoL-CoR）、双侧下颌角点间距离（GoLGoR）的改变情况；矢状面测量的指标包括：术前术后下颌骨颏前点至髁突连线中点的距离（Pog-CoLR）改变情况。采用SPSS 25.0软件对数据进行描述性分析，误差使用均值、标准差、标准误、95%可信区间表示[6-8]。

2 结果

所有患者手术均顺利完成，伤口愈合良好，无明显并发症。所有截骨导板及就位导板术中均顺利就位。

LeFortⅠ型截骨位移误差均值最大为0.84 mm，是B6L到冠状面的位移误差；标准差最大为0.23 mm。颏成形位移误差均值最大为0.64 mm，是Chin R到冠状面的位移误差；标准差最大为0.25 mm。腓骨重建下颌骨位移误差均值最大为1.27 mm，是Pog-CoLR的距离误差；标准差最大为0.35 mm。髂骨重建下颌骨位移误差均值最大为1.18 mm，是GoL-GoR的距离误差；标准差最大为0.26 mm（表3、4）。位移误差均在临床所接受范围。

表3 虚拟与实际正颌手术中标志点到3个基准平面的位移误差Tab 3 Comparison of the virtual and the actual orthognathic surgery results based on distances at landmarks from the maxilla to three base planes mm

3 讨论

3D打印的数字化导板与术前虚拟设计两者密不可分。导板主要作用在于将计算机中的数字化设计方案转移到手术中，其精确性直接影响着手术最终效果。目前，导板的固位方法主要有3种：一是导板的边缘附着或包绕颌骨表面凹凸不平的解剖标志从而产生固位力；二是依靠导板上的钉孔；三是通过连接全牙列或局部牙列的单面咬合板辅助固位。前2种方法联合使用时称为骨支持导板；当3种固位方法同时使用时则称之为复合式导板[9]。本文设计导板时根据实际情况选择合适的固位方式，但始终保证截骨导板及就位导板钉孔共用。研究分析结果表明，基于共用钉孔理念设计的导板准确性在临床上是可以接受的。

表4 虚拟与实际颌骨重建手术中两标志点距离的误差Tab 4 Comparison of the virtual and the actual mandibular reconstruction results based on distances between two landmarks mm

本研究中LeFortⅠ型截骨患者截骨导板和就位导板设计采用复合式导板设计，相比屈振宇等[10]设计的骨支持式导板虽然设计复杂一些，但由于有固位，钉孔数量较少，创伤小，精确性也更有保证。颏成形患者导板设计同样采用复合式导板设计[6]，其设计方式与Li等[11]设计类似，手术精确性也保持一致。国内已有报道基于数字化技术行腓骨重建下颌骨，但其主要设计下颌骨截骨导板及腓骨塑形导板，无就位导板，且钉孔未有共用[12-13]。Elsharabasy等[14]设计基于钉孔共用的导板进行腓骨重建下颌骨，但设计较为复杂，导板体积也比较大。本研究中主要采用骨支持式导板，导板体积较小，钉孔共用，术后结果精确性较高。在腓骨重建下颌骨术前设计中发现下颌骨缺损对侧下肢腓骨行重建时腓骨塑形及摆位均较好。部分患者由于肿瘤巨大，越过颌骨中线，髁突发生移位，设计时采用以患者同体型的兄弟姐妹下颌骨为基准进行腓骨塑形摆位。并且移位髁突以髁突顶点为圆心移动升支至正常位置，在此基础上行腓骨就位导板设计。国内学者[2]有报道利用个性化原位塑形导板行髂骨颌骨重建，取得较好手术效果，但未有就位导板详细描述。本研究设计全套钉孔共用导板，同时在髂骨重建下颌骨设计时发现下颌骨缺损同侧髂骨行重建时髂骨塑形及摆位均较好，设计骨支持式导板共用钉孔，手术精确性较高。低温等离子对导板进行消毒，尽管是低温，不同材料仍有可能形变。导板消毒应考虑打印技术及材料特性差别[15]。本研究中使用导板时对导板就位位置及贴合度进行验证，避免导板变形影响手术，但消毒对导板形变的影响有待进一步研究。

本研究设计的导板有以下优点：1）常规设计的手术导板，可能需要3套螺钉孔。一组螺钉孔用于截骨导板，一组螺钉孔用于就位导板，还有一组螺钉孔用于钛板的固定。然而，本研究中2套导板钉孔共用，只需要一组螺钉孔，就可以定位骨块最终位置，从而减少了额外的操作时间和损伤。将来钉孔共用的导板与钛板的预成型相结合，可能更有临床价值并且将进一步减少创伤和手术时间，有待进一步研究。2）当就位导板上的螺钉安装好后，就位基于截骨导板截骨骨块就可以达到所规划的最终位置，同时完成钛板固定。近年来已有学者设计个性化的植入物，替代了就位导板，仅需要一套螺钉孔就可最终定位骨块，进一步缩短了手术时间，减少了创伤。虽然研究的结果令人鼓舞，但研究的样本量相当小，有必要进行更大样本和对照组的前瞻性研究，而且同样存在设计耗时、经济成本高的缺点[16-17]。3）对于解剖位置不明确的颌骨表面（颏成形中），本研究设计以为固位标准同时钉孔共用保证了导板的精确性[6,11,18]。4）在颌骨重建中，不论腓骨还是髂骨进行颌骨重建，腓骨或髂骨截骨导板对相应骨块进行截骨塑形后就位于下颌缺损时，一旦相应的就位导板固定于下颌骨，如果其截骨不精确或塑形不到位，骨块将无法就位，进一步提高了对精确性的要求。5）Yu等[19]利用导航技术进行颌骨重建，获得较精确的手术结果，但手术过程操作较为繁琐耗时，费用也较高。如果术中颌骨位置改变需要重新校对位置，而且在很多单位没有手术导航系统。本研究结果表明，利用钉孔共用的手术导板同样可以获得较高精确度的手术结果，基层单位也可运用。

本研究同样也有相应的缺点：1）相比传统手术，增加了术前准备时间和经济成本。术前手术模拟和导板的设计和制作需要近1周的准备工作。2）如果术中想改变手术方案将导致骨块定位困难，这是所有导板定位技术的共同问题。由于3D打印后的导板在手术过程中无法弯曲重塑，所以骨块的位置无法改变，除非外科医生放弃使用导板，凭经验通过不断测量以完成手术。3）对于LeFortⅠ型截骨患者，术中虽然使用导板单独定位上颌，但仍然是以上、下牙咬合关系作为下颌骨位置的参考，不能避免由于下颌骨髁突关节囊的不稳定性带来的下颌位置移动。

本研究表明，钉孔共用技术设计的导板可以作为一种准确的方法，将计算机中的虚拟计划更好地转移到现实手术中。本研究中所描述的钉孔共用理念的设计和导板应用对手术精度有较高要求的牙颌面畸形患者和颌骨重建患者来说是有价值的。然而，这项研究目前的样本量仍然较小，为了进一步验证该技术，还需要大样本的对比研究。

利益冲突声明：作者声明本文无利益冲突。