引用本文： 朱明, 柴崗, 李青峰. 3-D打印技術在下頜前突畸形治療中的應用. 中國修復重建外科雜志, 2014, 28(3): 296-299. doi: 10.7507/1002-1892.20140067 復制
下頜前突畸形是常見頜面畸形，約占各類牙、頜面畸形患者的35%[1]。自1957年Obwegeser首次報道經口內入路行下頜骨升支矢狀劈開術（sagittal splint ramous osteotomy，SSRO）治療下頜骨畸形，該術式已成為矯正下頜前突畸形的標準術式[2]。但在下頜骨截開骨段后移重新固定過程中，近心端缺乏有效參照，若鈦板彎制不當會引起髁狀突位置改變，導致咀嚼障礙、顳頜關節功能紊亂等并發癥。因此，術前確定牙-骨段的移動位置及術中堅固內固定，對保證髁狀突位置具有重要意義。通過參考應用3-D打印技術制作模型、在模型上進行鈦板預塑形以指導髖臼骨折精確復位的相關研究，我們提出術前應用3-D打印技術制備頭顱三維模型，在該模型上預塑形鈦板，術中根據鈦板形狀及角度來移動和固定近心端骨塊，從而確保髁狀突位置，避免相關并發癥發生，提高SSRO手術的安全性和精確性。2012年1月－2013年5月，我們采用該技術對12例患者實施SSRO矯正下頜前突畸形，取得較好療效。報告如下。
1 臨床資料
1.1 一般資料
本組男9例，女3例；年齡19～35歲，平均25.6歲。患者因下頜前突畸形入院。入院檢查：患者均為Angle Ⅲ類錯頜，上頜第1磨牙和尖牙為完全近中關系，前牙反頜或全牙列反頜。術前患者均接受正畸治療9～13個月，平均11.6個月。
1.2 術前設計
1.2.1 模型制備
應用Light Speed 16排螺旋CT（GE公司，美國）掃描患者頭顱，球管電流180 mA，電壓120 kV，矩陣512 × 512，層厚1.25 mm。數據以DICOM格式保存并導入Mimics10.01軟件（Materalise公司，比利時）進行頭顱骨三維重建，分離上頜骨與下頜骨，并固定顳頜關節位置，模擬SSRO手術過程。導出STL格式文件，輸入Z Corp快速成型打印機（Z Corporation公司，美國），采用快速成型粉打印頭顱三維模型。
在下頜骨模型上施行SSRO，舌側水平截骨線從下頜骨內側面乙狀切跡與下頜孔之間的水平骨皮質切開，矢狀截骨線從舌側切開處自上向下并逐漸向外、轉向下頜第2磨牙頰側沿矢狀方向切開，頰側垂直截骨線從矢狀切開處向下頜下緣方向作垂直骨皮質切開，將完整的下頜骨分為兩側升支骨段和中間牙-體部骨 段。
1.2.2 鈦板預塑形
以頜板固定遠心端骨段，前移牙-體部骨段至理想位置，與雙側下頜骨升支骨段合并。在模型上塑形鈦板，通過鈦板固定，使雙側升支骨段和牙-體部骨段重新形成整體，恢復下頜骨的連續性。鈦板預塑形后高溫消毒，備用。
1.3 手術方法
患者經鼻氣管插管全麻下，經口內下頜支前緣切開，切口下端斜向下達第1磨牙近中頰側前庭溝底，深達骨面，用骨膜剝離器于升支內、外側骨膜下剝離，注意保護下牙槽神經血管束；用電鋸垂直切開下頜第1、2磨牙之間外側骨板，內側在下頜小舌上方1 cm處水平截斷內側骨板，用骨刀切開松質骨并仔細劈開下頜升支內、外側骨板。同法行對側截骨，使下頜骨體與雙側升支完全游離，形成兩側升支骨段和中間牙-體部骨段。利用頜板重新建立咬合關系，固定牙-體部骨段后，放置預塑形鈦板，順應鈦板移動升支骨段，骨塊與鈦板達緊密貼合后牢固固定。沖洗術野，分層縫合切口。
1.4 術后處理及療效評價
術后給予常規抗感染治療；術后1周全流食，之后改軟食，并逐步恢復正常飲食。術后正畸治療4～7 個月，平均6.3個月。術后6周行CT掃描及三維重建，評價髁狀突有無移位。隨訪6個月時，觀察患者咀嚼功能，有無顳頜關節功能紊亂并發癥發生。
2 結果
本組術前采用3-D打印技術順利完成頭顱三維模型制作及鈦板預塑形；術中根據鈦板形狀，骨塊移動角度及固定位置均按術前模擬結果完成。本組共放置24塊鈦板，預塑形鈦板均貼附良好。術后6周CT三維重建檢查示，與術前比較髁狀突無位置改變。 患者均獲隨訪，隨訪時間7～12個月，平均10.6個月。患者面部比例協調、左右對稱，下頜前突畸形均得到明顯改善；牙頜關系穩定，顳頜關節區無不適癥狀，張口、咀嚼功能良好。
3 典型病例
患者 男，26歲。因下頜前突畸形入院。接受正畸治療1年。術前行頭顱CT掃描，數據導入Mimics10.01軟件模擬SSRO手術過程（圖 1），制作頭顱三維模型，在按頜板模擬后調整牙-體部骨段至理想位置后，預塑形鈦板，實施固定（圖 2）。全麻下行雙側SSRO，精確截骨，并使用預塑形鈦板牢固固定骨斷端。術后正畸治療4個月。術后6周CT三維重建檢查示髁狀突位置準確，鈦板貼附良好（圖 3）。患者下頜前突畸形明顯改善，術后1年復查患者面部比例協調、左右對稱，牙頜關系穩定，顳頜關節功能良好（圖 4）。
圖1
術前CT三維重建模擬SSRO ? 正位 ? 手術截骨平面 ? 下頜骨分為兩側升支骨段和中間牙-體部骨段 ? 側位 ? 模擬骨塊移動效果 ? ?4 討論
下頜前突畸形除嚴重影響患者外觀外，還在一定程度上影響語言及咀嚼功能，是頜面外科中一類重要的疾病[3]。在確定無腫瘤和髁狀突活躍生長的情況下，可以采取下頜升支手術進行矯正。Obwegeser創建的SSRO被認為是頜面外科的里程碑，截骨后下頜骨體部及下牙列可整體移動，保證了下齒槽神經血管束的完整性，使近、遠心端骨段有較大接觸面，方便施行堅固內固定，是目前國際上公認的療效最佳、使用最廣泛的下頜前突畸形矯正術式[2]。SSRO術中可使用頜板精確固定下頜骨的遠心端骨段，但近心端骨段由于缺乏參照，一旦鈦板塑形不當將導致髁狀突位置改變，影響具有特殊解剖結構的顳下頜關節穩定性，從而引起關節功能紊亂等并發癥，甚至由于骨段固定不穩定，導致畸形復發 [4]。
Hu等[5]報道了50例患者經SSRO前移下頜骨后出現髁狀突后移位，其中8%術后發生關節癥狀者術前無相關癥狀。Will等[6]認為髁狀突移位會影響術后顳頜關節功能，髁狀突輕微的矢狀方向上位置改變可通過術后咬合功能的生理適應得到糾正，但其橫向位置改變時無法自行調整，會引起顳頜關節紊亂發生。由于骨塊的移動髁狀突上斜面承受了過大壓力，使顳頜關節及周圍組織的生物力學機制發生改變，甚至會引起髁狀突吸收[7-8]，導致更嚴重并發癥。因此術前精確設計確定骨塊移動的方向和角度，預塑形鈦板尤為重要。
理論上講，SSRO打破了口頜系統原有結構關系的動態平衡，必定會引起髁狀突位置變化。近年關于SSRO對髁狀突位置影響的研究較多[9-10]，但如何消除手術對顳頜關節的這一影響缺乏確實有效的方法。日益興起的3-D打印技術因能提供個性化三維實物模型進行術前預演，為術前精確設計、解決鈦板預塑形難題提供了新思路，利用預塑形鈦板有望確保術后髁狀突位置保持不變。
3-D打印技術又稱快速成型技術，是在現代計算機輔助設計技術、激光技術、計算機數控技術、精密伺服驅動技術以及新材料技術基礎上發展起來的高新技術。最早由麻省理工學院Scans等[11]提出，是一種以數字化模型為基礎，運用微噴射原理，從噴嘴噴射出液態微滴，按一定路徑逐層打印，最終堆積成三維立體實體的技術，即“分層制造，逐層疊加”。20世紀90年代以來，該技術在顱頜面外科得到廣泛應用[12-14]。臨床醫師可借助該技術獲得個性化實物模型，直觀地在三維模型上進行手術設計和手術模擬，幫助醫師制定最佳手術方案，規避手術風險，提高手術安全性和精確 性。
Stoker等[15]率先將3-D打印模型應用于顱頜面手術的術前模擬，首次將3-D打印技術與顱頜面外科領域相結合。隨后D’Urso等[16]對3-D打印模型的精確性進行了驗證，將45例術前應用3-D打印模型診斷和手術設計的患者與傳統影像學診斷的患者進行比較，結果顯示診斷準確率由影像學的65.5%提高至3-D打印模型的95.2%，測量誤差從影像學的44%降低至3-D打印模型的8%，而且手術時間明顯縮短。證明3-D打印模型是直觀測量工具，也是手術設計的仿真模具，有助于各種先、后天因素造成的嚴重畸形病例的診斷、治療、術前設計和手術模擬。Levine等[17]將患者術前CT數據輸入CAD軟件進行手術模擬，得到截骨線、骨塊移動的目標位置等信息，利用3-D打印技術制作的術中引導裝置，在術中實時提示截骨線、骨塊移動的位置信息等，起指導手術的作用；并將這一技術應用于70多例手術，包括下頜骨重建術、正頜手術、頜面部創傷修復和顳頜關節重建術，均達到良好重建效果。部分學者已初步應用3-D打印模型進行鈦板預塑形來指導髖臼骨折修復手術，復雜性骨折均得到精確復位，手術時間明顯縮短[18-19]。
受這些研究啟發，我們嘗試將3-D打印技術應用于SSRO，根據患者的CT掃描數據重建頭顱三維模型，利用3-D打印技術制造下頜骨個性化實物模型，在模型上實施手術，在骨塊移動至理想位置后預塑形鈦板。由于顳下頜關節被固定，髁狀突在手術前后保持原位。以預塑形鈦板作為導引，指導術中骨塊移動位置，確保了髁狀突位置保持不變，保持了顳頜關節穩定性，防止相關并發癥發生，提高了手術安全性和精確性。但目前該技術臨床應用例數較少，隨訪時間較短，其療效及優勢有待進一步觀察明確。
下頜前突畸形是常見頜面畸形，約占各類牙、頜面畸形患者的35%[1]。自1957年Obwegeser首次報道經口內入路行下頜骨升支矢狀劈開術（sagittal splint ramous osteotomy，SSRO）治療下頜骨畸形，該術式已成為矯正下頜前突畸形的標準術式[2]。但在下頜骨截開骨段后移重新固定過程中，近心端缺乏有效參照，若鈦板彎制不當會引起髁狀突位置改變，導致咀嚼障礙、顳頜關節功能紊亂等并發癥。因此，術前確定牙-骨段的移動位置及術中堅固內固定，對保證髁狀突位置具有重要意義。通過參考應用3-D打印技術制作模型、在模型上進行鈦板預塑形以指導髖臼骨折精確復位的相關研究，我們提出術前應用3-D打印技術制備頭顱三維模型，在該模型上預塑形鈦板，術中根據鈦板形狀及角度來移動和固定近心端骨塊，從而確保髁狀突位置，避免相關并發癥發生，提高SSRO手術的安全性和精確性。2012年1月－2013年5月，我們采用該技術對12例患者實施SSRO矯正下頜前突畸形，取得較好療效。報告如下。
1 臨床資料
1.1 一般資料
本組男9例，女3例；年齡19～35歲，平均25.6歲。患者因下頜前突畸形入院。入院檢查：患者均為Angle Ⅲ類錯頜，上頜第1磨牙和尖牙為完全近中關系，前牙反頜或全牙列反頜。術前患者均接受正畸治療9～13個月，平均11.6個月。
1.2 術前設計
1.2.1 模型制備
應用Light Speed 16排螺旋CT（GE公司，美國）掃描患者頭顱，球管電流180 mA，電壓120 kV，矩陣512 × 512，層厚1.25 mm。數據以DICOM格式保存并導入Mimics10.01軟件（Materalise公司，比利時）進行頭顱骨三維重建，分離上頜骨與下頜骨，并固定顳頜關節位置，模擬SSRO手術過程。導出STL格式文件，輸入Z Corp快速成型打印機（Z Corporation公司，美國），采用快速成型粉打印頭顱三維模型。
在下頜骨模型上施行SSRO，舌側水平截骨線從下頜骨內側面乙狀切跡與下頜孔之間的水平骨皮質切開，矢狀截骨線從舌側切開處自上向下并逐漸向外、轉向下頜第2磨牙頰側沿矢狀方向切開，頰側垂直截骨線從矢狀切開處向下頜下緣方向作垂直骨皮質切開，將完整的下頜骨分為兩側升支骨段和中間牙-體部骨 段。
1.2.2 鈦板預塑形
以頜板固定遠心端骨段，前移牙-體部骨段至理想位置，與雙側下頜骨升支骨段合并。在模型上塑形鈦板，通過鈦板固定，使雙側升支骨段和牙-體部骨段重新形成整體，恢復下頜骨的連續性。鈦板預塑形后高溫消毒，備用。
1.3 手術方法
患者經鼻氣管插管全麻下，經口內下頜支前緣切開，切口下端斜向下達第1磨牙近中頰側前庭溝底，深達骨面，用骨膜剝離器于升支內、外側骨膜下剝離，注意保護下牙槽神經血管束；用電鋸垂直切開下頜第1、2磨牙之間外側骨板，內側在下頜小舌上方1 cm處水平截斷內側骨板，用骨刀切開松質骨并仔細劈開下頜升支內、外側骨板。同法行對側截骨，使下頜骨體與雙側升支完全游離，形成兩側升支骨段和中間牙-體部骨段。利用頜板重新建立咬合關系，固定牙-體部骨段后，放置預塑形鈦板，順應鈦板移動升支骨段，骨塊與鈦板達緊密貼合后牢固固定。沖洗術野，分層縫合切口。
1.4 術后處理及療效評價
術后給予常規抗感染治療；術后1周全流食，之后改軟食，并逐步恢復正常飲食。術后正畸治療4～7 個月，平均6.3個月。術后6周行CT掃描及三維重建，評價髁狀突有無移位。隨訪6個月時，觀察患者咀嚼功能，有無顳頜關節功能紊亂并發癥發生。
2 結果
本組術前采用3-D打印技術順利完成頭顱三維模型制作及鈦板預塑形；術中根據鈦板形狀，骨塊移動角度及固定位置均按術前模擬結果完成。本組共放置24塊鈦板，預塑形鈦板均貼附良好。術后6周CT三維重建檢查示，與術前比較髁狀突無位置改變。 患者均獲隨訪，隨訪時間7～12個月，平均10.6個月。患者面部比例協調、左右對稱，下頜前突畸形均得到明顯改善；牙頜關系穩定，顳頜關節區無不適癥狀，張口、咀嚼功能良好。
3 典型病例
患者 男，26歲。因下頜前突畸形入院。接受正畸治療1年。術前行頭顱CT掃描，數據導入Mimics10.01軟件模擬SSRO手術過程（圖 1），制作頭顱三維模型，在按頜板模擬后調整牙-體部骨段至理想位置后，預塑形鈦板，實施固定（圖 2）。全麻下行雙側SSRO，精確截骨，并使用預塑形鈦板牢固固定骨斷端。術后正畸治療4個月。術后6周CT三維重建檢查示髁狀突位置準確，鈦板貼附良好（圖 3）。患者下頜前突畸形明顯改善，術后1年復查患者面部比例協調、左右對稱，牙頜關系穩定，顳頜關節功能良好（圖 4）。
圖1
術前CT三維重建模擬SSRO ? 正位 ? 手術截骨平面 ? 下頜骨分為兩側升支骨段和中間牙-體部骨段 ? 側位 ? 模擬骨塊移動效果 ? ?4 討論
下頜前突畸形除嚴重影響患者外觀外，還在一定程度上影響語言及咀嚼功能，是頜面外科中一類重要的疾病[3]。在確定無腫瘤和髁狀突活躍生長的情況下，可以采取下頜升支手術進行矯正。Obwegeser創建的SSRO被認為是頜面外科的里程碑，截骨后下頜骨體部及下牙列可整體移動，保證了下齒槽神經血管束的完整性，使近、遠心端骨段有較大接觸面，方便施行堅固內固定，是目前國際上公認的療效最佳、使用最廣泛的下頜前突畸形矯正術式[2]。SSRO術中可使用頜板精確固定下頜骨的遠心端骨段，但近心端骨段由于缺乏參照，一旦鈦板塑形不當將導致髁狀突位置改變，影響具有特殊解剖結構的顳下頜關節穩定性，從而引起關節功能紊亂等并發癥，甚至由于骨段固定不穩定，導致畸形復發 [4]。
Hu等[5]報道了50例患者經SSRO前移下頜骨后出現髁狀突后移位，其中8%術后發生關節癥狀者術前無相關癥狀。Will等[6]認為髁狀突移位會影響術后顳頜關節功能，髁狀突輕微的矢狀方向上位置改變可通過術后咬合功能的生理適應得到糾正，但其橫向位置改變時無法自行調整，會引起顳頜關節紊亂發生。由于骨塊的移動髁狀突上斜面承受了過大壓力，使顳頜關節及周圍組織的生物力學機制發生改變，甚至會引起髁狀突吸收[7-8]，導致更嚴重并發癥。因此術前精確設計確定骨塊移動的方向和角度，預塑形鈦板尤為重要。
理論上講，SSRO打破了口頜系統原有結構關系的動態平衡，必定會引起髁狀突位置變化。近年關于SSRO對髁狀突位置影響的研究較多[9-10]，但如何消除手術對顳頜關節的這一影響缺乏確實有效的方法。日益興起的3-D打印技術因能提供個性化三維實物模型進行術前預演，為術前精確設計、解決鈦板預塑形難題提供了新思路，利用預塑形鈦板有望確保術后髁狀突位置保持不變。
3-D打印技術又稱快速成型技術，是在現代計算機輔助設計技術、激光技術、計算機數控技術、精密伺服驅動技術以及新材料技術基礎上發展起來的高新技術。最早由麻省理工學院Scans等[11]提出，是一種以數字化模型為基礎，運用微噴射原理，從噴嘴噴射出液態微滴，按一定路徑逐層打印，最終堆積成三維立體實體的技術，即“分層制造，逐層疊加”。20世紀90年代以來，該技術在顱頜面外科得到廣泛應用[12-14]。臨床醫師可借助該技術獲得個性化實物模型，直觀地在三維模型上進行手術設計和手術模擬，幫助醫師制定最佳手術方案，規避手術風險，提高手術安全性和精確 性。
Stoker等[15]率先將3-D打印模型應用于顱頜面手術的術前模擬，首次將3-D打印技術與顱頜面外科領域相結合。隨后D’Urso等[16]對3-D打印模型的精確性進行了驗證，將45例術前應用3-D打印模型診斷和手術設計的患者與傳統影像學診斷的患者進行比較，結果顯示診斷準確率由影像學的65.5%提高至3-D打印模型的95.2%，測量誤差從影像學的44%降低至3-D打印模型的8%，而且手術時間明顯縮短。證明3-D打印模型是直觀測量工具，也是手術設計的仿真模具，有助于各種先、后天因素造成的嚴重畸形病例的診斷、治療、術前設計和手術模擬。Levine等[17]將患者術前CT數據輸入CAD軟件進行手術模擬，得到截骨線、骨塊移動的目標位置等信息，利用3-D打印技術制作的術中引導裝置，在術中實時提示截骨線、骨塊移動的位置信息等，起指導手術的作用；并將這一技術應用于70多例手術，包括下頜骨重建術、正頜手術、頜面部創傷修復和顳頜關節重建術，均達到良好重建效果。部分學者已初步應用3-D打印模型進行鈦板預塑形來指導髖臼骨折修復手術，復雜性骨折均得到精確復位，手術時間明顯縮短[18-19]。
受這些研究啟發，我們嘗試將3-D打印技術應用于SSRO，根據患者的CT掃描數據重建頭顱三維模型，利用3-D打印技術制造下頜骨個性化實物模型，在模型上實施手術，在骨塊移動至理想位置后預塑形鈦板。由于顳下頜關節被固定，髁狀突在手術前后保持原位。以預塑形鈦板作為導引，指導術中骨塊移動位置，確保了髁狀突位置保持不變，保持了顳頜關節穩定性，防止相關并發癥發生，提高了手術安全性和精確性。但目前該技術臨床應用例數較少，隨訪時間較短，其療效及優勢有待進一步觀察明確。
