引用本文： 陳召陽, 羅春材, 尚驍, 韓巖. 數字化技術在耳廓再造中的應用進展. 中國修復重建外科雜志, 2017, 31(9): 1135-1140. doi: 10.7507/1002-1892.201701023 復制
耳廓位于頭顱兩側、左右對稱，除收集聲波和支撐佩戴等功能外，還兼負重要的美學效用[1]。由先天性發育異常、各種外傷和腫瘤切除等因素導致的耳廓畸形或缺失，不僅影響耳廓重要功能的發揮，還給患者造成嚴重的社交和心理負擔[2-3]。耳廓再造具有糾正畸形、重建功能和改善心理的重要作用，成功的耳廓再造，一方面要重現其復雜的三維結構及眾多的亞單位，另一方面應與健側耳廓的大小和位置基本對稱一致[4]。如選用自體肋軟骨作為支架材料進行耳廓再造，術者還必須考慮如何合理切取肋軟骨[5]。
近年來，隨著計算機技術的發展及其與醫學領域的廣泛融合，許多學者探索將以三維數據采集、三維重建和 3D 打印等為代表的數字化技術應用于耳廓再造領域。通過構建數字化耳廓模型、制作耳廓定位導板和對肋軟骨成像，起到提高耳廓再造的個性化和精確性、降低手術難度、減少手術創傷和縮短手術時間的作用。本文就耳廓再造中所涉及的主要數字化技術及其具體應用作一綜述。
1 耳廓再造中應用的數字化技術
1.1 三維數據采集技術
1.1.1 三維數據采集設備 三維數據的采集是三維重建和 3D 打印的前提和基礎，目前臨床上常用的三維數據采集設備有 CT、MRI 和三維掃描儀 3 種。
CT 成像原理是用 X 線束對人體某部位一定厚度層面進行掃描，由探測器接收透過人體的 X 線并轉換為電信號，再經模擬/數字轉換器轉換為數字，通過計算獲得每個體素的 X 線衰減系再排列成數字矩陣，經計算機重建得到顯示組織結構的 CT 斷層圖像[6]。
MRI 成像原理是將人體放置于外加的磁場中，用射頻脈沖激發人體內的質子產生共振，然后對質子發出的磁共振信號進行接收，通過對磁共振信號進行空間定位編碼和數學轉換解碼，繪制人體內部精確立體的結構圖像[7]。
三維掃描儀是通過對物體空間外形和結構進行測量，以獲得物體表面的空間坐標，并自動生成點云數據的一種三維數據采集方式。根據獲取信息時傳感方式的不同可分為接觸式和非接觸式兩種，目前用于人體的基本是非接觸式三維掃描儀，其主要是通過對投影光線所反射光線的探測和計算，來構建人體表面的三維立體圖像[8]。常用的三維掃描儀可分為利用三角形測量原理的光柵式和利用激光測距原理的激光式兩種，根據使用方式的不同又分為手持式和固定式。
1.1.2 三維數據采集設備優缺點 CT 能夠進行大范圍、快速的亞毫米級薄層連續掃描，主要以人體的橫斷面為基線采集數據，得到的數據具有各向同性的特點，經重建可獲得冠狀位、矢狀位和斜位圖像，并可根據需要行多平面重組、最大密度投影、容積重建等多種后處理技術，顯示組織的立體結構[9]。同時，CT 掃描具有空間分辨率高、對鈣化灶顯示敏感、檢查時間短和費用低等優勢，但存在電離輻射是其不足。
MRI 能夠進行多參數成像、任意方位及功能成像，對軟組織具有較高的分辨率，對人體無電離輻射傷害。但存在檢查費用高、時間長、噪聲和幽閉感等不足，用 MRI 圖像建模時為了保證建模精度，宜行薄層掃描或三維序列掃描[10]。
三維掃描儀掃描后直接生成的是三維點云數據，無需經過后續的三維重建處理，并具有數據采集方便、成本低、無電離輻射等優勢，便于進行多次采集及術后隨訪觀察測量。但只能采集人體表面結構的三維數據，對結構倒凹部分數據采集不夠理想[11]。另外，目前臨床尚未普及三維掃描儀，如有需求需另行購置。
1.2 三維重建技術
對 CT 和 MRI 掃描獲取的斷層數據進行可視化顯示的過程稱為三維重建，三維重建的數字化模型以 STL 格式導出后可以直接 3D 打印成實體模型，或者根據需要導入 Geomagic、3D Max、Magics、3-matic 等軟件進行測量和設計[12-13]。三維重建的基礎是對圖像進行分割，分割方式包括基于閾值的自動分割和基于解剖結構的手動分割兩種；基于閾值的自動分割又包括基于圖像灰度值的分割和基于組織 CT 值分割兩種[14]。三維重建的操作可以在影像設備自帶的后處理工作站上進行，也可以在電腦上借助常用的醫學影像處理軟件（如 Mimics 和 OsiriX）完成[15]。一般來講，后處理工作站的數據處理和三維重建功能強大，在耳廓再造中主要進行肋軟骨的三維重建和測量。采用電腦常用醫學影像處理軟件，其優勢為醫生可以隨時使用，同時能對重建的三維數字模型進行解剖學測量、坐標變換和編輯修改等操作；不足之處是目前數據處理功能和速度相對較慢，尚需進一步開發和改進；在耳廓再造中主要用于重建耳廓的三維數字模型和制作耳廓定位導板。
1.3 3D 打印技術
3D 打印技術也稱為增材制造或快速成型技術，是一種以三維數字模型文件為基礎，通過逐層疊加方式快速構建三維實體的工程技術[16]。3D 打印技術中常用的成型方法有選擇性激光燒結、立體光固化成型、熔融沉積成型和分層實體制造等，常用的成型材料包括熱塑性塑料、光敏樹脂、金屬粉末、陶瓷粉末和石膏等[17]。3D 打印技術具有精度高、速度快和適宜制造復雜形狀物體等優勢，在整形修復外科領域，已廣泛應用于術前模擬和設計、個性化假體設計制作、整形外科醫師培訓等方面[18-19]。3D 生物打印技術是 3D 打印技術在生物制造領域的拓展和應用，通過精確控制含有活性細胞、生物材料和細胞因子的生物墨水，實現了在細胞水平上對組織結構的仿生，有助于解決復雜組織或器官構建中細胞準確植入和血管化的難題[20-22]。
2 數字化技術在耳廓再造中的應用
2.1 數字化耳模型的構建
用數字化技術構建的耳模型主要用于 3D 打印手術模板、制作義耳贗復體和隨訪觀察測量三方面。
應用自體肋軟骨作為支架材料進行耳廓再造時，常將參照健側耳廓繪制的二維耳模片作為雕刻耳支架的模板[23]。但平面結構的耳模片不能體現耳廓的卷曲、高低和凹陷等三維立體結構，而且精確度受繪制時頭及手部運動和耳廓受壓變形等因素的影響[24]。為克服二維耳模片的不足，給手術提供更精確指導，Park 等[25]和 Staudenmaier 等[26]利用顳部 CT 掃描數據以及國冬軍等[27]、張海林等[28]、Zhou 等[24]和 Zhu 等[29]用三維掃描數據構建了三維數字化耳模型。
用義耳贗復體進行耳廓再造適合局部皮瓣條件不佳、腫瘤切除和老年患者，傳統手工雕刻法存在制作過程復雜、精細程度低和耗時較長等問題[30]。為了簡化義耳贗復體的制作流程、提高精細度和獲得良好的貼合性，焦婷等[31]和 Turgut 等[32]利用數字化技術對制作過程進行了改進。具體流程是先用數字化技術獲取健側耳廓的三維數字化模型并在軟件中進行鏡像翻轉，然后 3D 打印成實體模型作為陽模，并以此為依據翻制成陰模后用硅膠澆注，固化后得到了供配戴的義耳贗復體。Liacouras 等[33]在此基礎上進一步改進，通過直接在軟件上設計陰模，使制作時間縮短至 1～2 d，并且三維數字化模型和模具可以長期留存，一旦有需要即可短時間內再次制作。
自體肋軟骨耳廓再造術后再造耳廓的生長情況，對構建耳廓支架的大小和選擇合適的手術年齡具有重要指導意義，但以往實體或耳模片測量法存在誤差和主觀差異性大的問題。燕靜杰等[34]將三維掃描技術用于再造耳廓遠期變化的測量，通過三維掃描構建了高精度的三維數字化耳廓模型，然后選取標志點對其長度及寬度進行了精確測量和統計。另外還可以運用三維掃描技術建立三維數字化耳模型數據庫，對正常耳廓發育情況和形態學特點進行精確觀察和測量，以更好的指導各種耳部畸形修復和重建[35]。
2.2 耳廓定位導板的制作
對再造耳廓進行準確定位，獲取與健側耳廓對稱一致的位置和軸向，是確保再造耳廓獲得良好視覺效果的一個重要方面[4]。傳統的目測測量定位方法是將依據健側耳廓制作的耳模片放置于患耳處，通過反復調整膠片位置來確定再造耳廓的位置和軸向，存在主觀性強和個體差異性大的問題。另外，術中術者為了確定支架植入后再造耳廓的位置，需多次扭轉患者頭頸部進行左右對比，增加了造成患者頸部損傷和術區污染的風險。此外，種植式義耳安裝時還需考慮乳突區骨質情況，以獲取良好穩定性。
數字化耳廓定位導板的制作和應用為解決上述問題提供了新的思路。陳克光等[36]用 Mimics 軟件對患者頭部 CT 掃描數據進行分割、鏡像、膨脹等處理，并結合 3D 打印技術制作了數字化耳廓導板，用于指導術中自體肋軟骨耳廓支架的精確定位。Kolodney 等[37]在醫學影像處理軟件上用頭影測量方法來確定再造耳廓的位置，并將設計的鈦釘植入位置標記于數字化耳廓定位導板，然后用 3D 打印技術制作義耳植入的定位導板。Bai 等[38]先用 CT 掃描數據三維重建患者的頭顱模型，并根據乳突區骨質確定鈦釘植入位置并設計導板，再用三維掃描的方法獲取患者上頜牙模的三維數字模型，然后將兩者在軟件上進行布爾運算，得到三維數字化的義耳種植導板，最后 3D 打印成實體導板；術中將消毒的導板一側置入口腔內，起到牢固固定、防止移位的作用，另一側耳廓部分用于標記鈦釘植入的位置。
2.3 肋軟骨成像
用自體肋軟骨雕刻支架進行耳廓再造是目前最常用和安全的選擇，肋軟骨的形態、長度、寬度、厚度及發育和鈣化情況是影響肋軟骨采集和耳廓支架構建的重要因素[39]。術前獲取肋軟骨的三維形態，對肋軟骨的形態和質量進行測量和評估，有利于術前設計手術方案并模擬手術操作，提高肋軟骨采集的質量和效率，增加耳廓支架的立體感，降低由于肋軟骨不合理采集造成的術后胸廓畸形和再造耳廓形態不良的發生率[40]。
肋軟骨位于胸部皮下且表面有皮膚、脂肪和肌肉組織覆蓋，術前觸診只能大致確定肋軟骨的位置和走向[41]。另外，除非存在大面積的鈣化，肋軟骨在常規胸部 X 線片基本不顯影[42]。為此，許多學者探索使用 CT 掃描和三維重建的方式對肋軟骨進行精確成像，以準確評估肋軟骨形態和鈣化情況。Moon 等[43]通過在胸部三維 CT 圖像上測量用于構建耳輪的第 8 肋軟骨的長度，以評估耳廓再造的手術時機；結果發現，肋軟骨術前三維 CT 圖像測量值與術中實際測量值具有很高相關性，提示其測量結果可以用于指導耳廓再造手術時機的選擇。Andreoli 等[44]通過在三維 CT 圖像對肋軟骨進行測量來研究正常的肋軟骨生長特點，通過對 360 例 3～20 歲正常人群第 6、7、8 肋軟骨長度和第 6、7 肋軟骨聯合寬度測量分析，發現 6～8 歲兒童肋軟骨基本呈線性生長，肋軟骨聯合寬度在 8 歲時達到耳廓寬度。王永振等[45]采用 CT 掃描及三維重建技術觀察肋軟骨的形態，結果提示容積重建圖像顯示肋骨及肋軟骨的形態清晰逼真、立體感強；通過對 75 例患者的 192 根肋軟骨寬度和長度測量發現，CT 圖像測量值與實際測量值之間符合度達 95% 以上。Kim 等[46]對 37 例合并有胸部創傷史、肋軟骨鈣化和懷疑有肋骨畸形及需二次手術修整的耳廓再造患者進行術前肋軟骨三維 CT 成像，評估肋軟骨的形態和鈣化情況，用于指導制定個性化的肋軟骨采集和耳廓支架構建方案，均獲得了較滿意手術效果，認為術前肋軟骨三維 CT 成像有助于手術方案的制定，特別是在不能確定肋軟骨發育和鈣化狀態時。李崇照等[47]將肋軟骨三維 CT 重建技術用于指導成人先天性小耳畸形患者耳廓再造術中的肋軟骨切取，術前測量第 6、7、8 肋軟骨的形態和 CT 值，并根據測量結果選擇雕刻耳支架的肋軟骨量，結果顯示肋軟骨三維 CT 重建可以準確評估肋軟骨情況，有助于提高耳廓再造術中肋軟骨切取的效率及質量，并能降低術后并發癥的發生率。Miyamato 等[48]報道了術前制作肋軟骨三維模型的方法，具體步驟：首先用 Mimics 軟件對肋軟骨 CT 掃描數據進行三維重建獲取數字模型并以 STL 格式導出，然后 3D 打印成實體模型，術前根據肋軟骨的三維形態決定具體的切取方法，通過在 2 例行自體肋軟骨耳廓再造病例中的應用，發現三維重建的肋軟骨模型可以降低肋軟骨的采集量，并且模型可用于手術醫師培訓及與患者交流手術方案。
2.4 耳軟骨的 3D 生物打印
3D 生物打印是將 3D 打印的原理應用于組織工程領域，通過噴墨、激光或微擠壓等打印技術手段，將含有活性細胞、生物材料和細胞因子的生物墨水進行三維立體組裝，從而實現活性組織或器官的體外構建[20-22]。目前，通過 3D 生物打印構建的組織和器官已廣泛用于組織工程、再生醫學、藥物篩選、癌癥或疾病模型研究等領域，在整形外科創面修復、器官再造和組織移植等方面，3D 生物打印也顯示出了廣闊的應用前景[19, 49]。
用組織工程耳軟骨移植進行耳再造可使再造耳廓具有良好的外形和彈性，同時避免自體肋軟骨切取造成的創傷、用 Medpor 耳支架再造的高外露率和佩戴義耳造成的不適感等問題，是臨床研究目標，也是組織工程領域研究的重點方向[50-51]。與傳統的將種子細胞接種到預制支架的組織工程技術相比，3D 生物打印通過對生物墨水的精確控制，實現了在細胞水平上對組織結構的仿生，有助于解決復雜組織或器官構建中細胞準確植入和血管化等難題，為耳軟骨的體外構建提供了新的技術手段。Mannoor 等[52]在用含有細胞的水凝膠 3D 生物打印的耳廓中整合了由銀納米顆粒構成的傳導性聚合物，體外構建了同時具有耳軟骨結構和聲音傳導功能的仿生耳。Lee 等[53]應用 3D 生物打印技術，通過分別在耳廓軟骨部位打印載有軟骨細胞水凝膠和在耳垂部位打印載有脂肪細胞水凝膠的方法，完成了耳廓復合組織體外構建，構建的耳廓復合組織具有正常的幾何和解剖結構，同時經組織學檢測發現有軟骨和脂肪組織形成。Kang 等[54]報道了用整合式組織-器官 3D 生物打印機進行耳軟骨 3D 生物打印的研究，他們的方法是先用計算機輔助設計軟件對 CT 或 MRI 掃描數據三維重建，以獲取正常的耳廓外形的三維數據，然后通過將生物墨水與可降解物整合并放置支撐層以獲得機械穩定性，最后將微管道整合到打印結構以利于營養物質的彌散，來解決打印后細胞成活問題。
3 展望
應用數字化技術是提高耳廓再造精確性和個性化的有效手段，隨著數據獲取和處理技術的進步，以及 3D 打印技術在臨床的應用，數字化耳廓模型、耳廓定位導板和肋軟骨成像在提高耳廓再造效果和降低手術創傷方面發揮著重要作用。耳軟骨的 3D 生物打印雖然目前仍處于實驗研究階段，缺乏臨床應用研究報道，但在耳廓再造方面具有廣闊前景，因此有待進一步深入研究。
耳廓位于頭顱兩側、左右對稱，除收集聲波和支撐佩戴等功能外，還兼負重要的美學效用[1]。由先天性發育異常、各種外傷和腫瘤切除等因素導致的耳廓畸形或缺失，不僅影響耳廓重要功能的發揮，還給患者造成嚴重的社交和心理負擔[2-3]。耳廓再造具有糾正畸形、重建功能和改善心理的重要作用，成功的耳廓再造，一方面要重現其復雜的三維結構及眾多的亞單位，另一方面應與健側耳廓的大小和位置基本對稱一致[4]。如選用自體肋軟骨作為支架材料進行耳廓再造，術者還必須考慮如何合理切取肋軟骨[5]。
近年來，隨著計算機技術的發展及其與醫學領域的廣泛融合，許多學者探索將以三維數據采集、三維重建和 3D 打印等為代表的數字化技術應用于耳廓再造領域。通過構建數字化耳廓模型、制作耳廓定位導板和對肋軟骨成像，起到提高耳廓再造的個性化和精確性、降低手術難度、減少手術創傷和縮短手術時間的作用。本文就耳廓再造中所涉及的主要數字化技術及其具體應用作一綜述。
1 耳廓再造中應用的數字化技術
1.1 三維數據采集技術
1.1.1 三維數據采集設備 三維數據的采集是三維重建和 3D 打印的前提和基礎，目前臨床上常用的三維數據采集設備有 CT、MRI 和三維掃描儀 3 種。
CT 成像原理是用 X 線束對人體某部位一定厚度層面進行掃描，由探測器接收透過人體的 X 線并轉換為電信號，再經模擬/數字轉換器轉換為數字，通過計算獲得每個體素的 X 線衰減系再排列成數字矩陣，經計算機重建得到顯示組織結構的 CT 斷層圖像[6]。
MRI 成像原理是將人體放置于外加的磁場中，用射頻脈沖激發人體內的質子產生共振，然后對質子發出的磁共振信號進行接收，通過對磁共振信號進行空間定位編碼和數學轉換解碼，繪制人體內部精確立體的結構圖像[7]。
三維掃描儀是通過對物體空間外形和結構進行測量，以獲得物體表面的空間坐標，并自動生成點云數據的一種三維數據采集方式。根據獲取信息時傳感方式的不同可分為接觸式和非接觸式兩種，目前用于人體的基本是非接觸式三維掃描儀，其主要是通過對投影光線所反射光線的探測和計算，來構建人體表面的三維立體圖像[8]。常用的三維掃描儀可分為利用三角形測量原理的光柵式和利用激光測距原理的激光式兩種，根據使用方式的不同又分為手持式和固定式。
1.1.2 三維數據采集設備優缺點 CT 能夠進行大范圍、快速的亞毫米級薄層連續掃描，主要以人體的橫斷面為基線采集數據，得到的數據具有各向同性的特點，經重建可獲得冠狀位、矢狀位和斜位圖像，并可根據需要行多平面重組、最大密度投影、容積重建等多種后處理技術，顯示組織的立體結構[9]。同時，CT 掃描具有空間分辨率高、對鈣化灶顯示敏感、檢查時間短和費用低等優勢，但存在電離輻射是其不足。
MRI 能夠進行多參數成像、任意方位及功能成像，對軟組織具有較高的分辨率，對人體無電離輻射傷害。但存在檢查費用高、時間長、噪聲和幽閉感等不足，用 MRI 圖像建模時為了保證建模精度，宜行薄層掃描或三維序列掃描[10]。
三維掃描儀掃描后直接生成的是三維點云數據，無需經過后續的三維重建處理，并具有數據采集方便、成本低、無電離輻射等優勢，便于進行多次采集及術后隨訪觀察測量。但只能采集人體表面結構的三維數據，對結構倒凹部分數據采集不夠理想[11]。另外，目前臨床尚未普及三維掃描儀，如有需求需另行購置。
1.2 三維重建技術
對 CT 和 MRI 掃描獲取的斷層數據進行可視化顯示的過程稱為三維重建，三維重建的數字化模型以 STL 格式導出后可以直接 3D 打印成實體模型，或者根據需要導入 Geomagic、3D Max、Magics、3-matic 等軟件進行測量和設計[12-13]。三維重建的基礎是對圖像進行分割，分割方式包括基于閾值的自動分割和基于解剖結構的手動分割兩種；基于閾值的自動分割又包括基于圖像灰度值的分割和基于組織 CT 值分割兩種[14]。三維重建的操作可以在影像設備自帶的后處理工作站上進行，也可以在電腦上借助常用的醫學影像處理軟件（如 Mimics 和 OsiriX）完成[15]。一般來講，后處理工作站的數據處理和三維重建功能強大，在耳廓再造中主要進行肋軟骨的三維重建和測量。采用電腦常用醫學影像處理軟件，其優勢為醫生可以隨時使用，同時能對重建的三維數字模型進行解剖學測量、坐標變換和編輯修改等操作；不足之處是目前數據處理功能和速度相對較慢，尚需進一步開發和改進；在耳廓再造中主要用于重建耳廓的三維數字模型和制作耳廓定位導板。
1.3 3D 打印技術
3D 打印技術也稱為增材制造或快速成型技術，是一種以三維數字模型文件為基礎，通過逐層疊加方式快速構建三維實體的工程技術[16]。3D 打印技術中常用的成型方法有選擇性激光燒結、立體光固化成型、熔融沉積成型和分層實體制造等，常用的成型材料包括熱塑性塑料、光敏樹脂、金屬粉末、陶瓷粉末和石膏等[17]。3D 打印技術具有精度高、速度快和適宜制造復雜形狀物體等優勢，在整形修復外科領域，已廣泛應用于術前模擬和設計、個性化假體設計制作、整形外科醫師培訓等方面[18-19]。3D 生物打印技術是 3D 打印技術在生物制造領域的拓展和應用，通過精確控制含有活性細胞、生物材料和細胞因子的生物墨水，實現了在細胞水平上對組織結構的仿生，有助于解決復雜組織或器官構建中細胞準確植入和血管化的難題[20-22]。
2 數字化技術在耳廓再造中的應用
2.1 數字化耳模型的構建
用數字化技術構建的耳模型主要用于 3D 打印手術模板、制作義耳贗復體和隨訪觀察測量三方面。
應用自體肋軟骨作為支架材料進行耳廓再造時，常將參照健側耳廓繪制的二維耳模片作為雕刻耳支架的模板[23]。但平面結構的耳模片不能體現耳廓的卷曲、高低和凹陷等三維立體結構，而且精確度受繪制時頭及手部運動和耳廓受壓變形等因素的影響[24]。為克服二維耳模片的不足，給手術提供更精確指導，Park 等[25]和 Staudenmaier 等[26]利用顳部 CT 掃描數據以及國冬軍等[27]、張海林等[28]、Zhou 等[24]和 Zhu 等[29]用三維掃描數據構建了三維數字化耳模型。
用義耳贗復體進行耳廓再造適合局部皮瓣條件不佳、腫瘤切除和老年患者，傳統手工雕刻法存在制作過程復雜、精細程度低和耗時較長等問題[30]。為了簡化義耳贗復體的制作流程、提高精細度和獲得良好的貼合性，焦婷等[31]和 Turgut 等[32]利用數字化技術對制作過程進行了改進。具體流程是先用數字化技術獲取健側耳廓的三維數字化模型并在軟件中進行鏡像翻轉，然后 3D 打印成實體模型作為陽模，并以此為依據翻制成陰模后用硅膠澆注，固化后得到了供配戴的義耳贗復體。Liacouras 等[33]在此基礎上進一步改進，通過直接在軟件上設計陰模，使制作時間縮短至 1～2 d，并且三維數字化模型和模具可以長期留存，一旦有需要即可短時間內再次制作。
自體肋軟骨耳廓再造術后再造耳廓的生長情況，對構建耳廓支架的大小和選擇合適的手術年齡具有重要指導意義，但以往實體或耳模片測量法存在誤差和主觀差異性大的問題。燕靜杰等[34]將三維掃描技術用于再造耳廓遠期變化的測量，通過三維掃描構建了高精度的三維數字化耳廓模型，然后選取標志點對其長度及寬度進行了精確測量和統計。另外還可以運用三維掃描技術建立三維數字化耳模型數據庫，對正常耳廓發育情況和形態學特點進行精確觀察和測量，以更好的指導各種耳部畸形修復和重建[35]。
2.2 耳廓定位導板的制作
對再造耳廓進行準確定位，獲取與健側耳廓對稱一致的位置和軸向，是確保再造耳廓獲得良好視覺效果的一個重要方面[4]。傳統的目測測量定位方法是將依據健側耳廓制作的耳模片放置于患耳處，通過反復調整膠片位置來確定再造耳廓的位置和軸向，存在主觀性強和個體差異性大的問題。另外，術中術者為了確定支架植入后再造耳廓的位置，需多次扭轉患者頭頸部進行左右對比，增加了造成患者頸部損傷和術區污染的風險。此外，種植式義耳安裝時還需考慮乳突區骨質情況，以獲取良好穩定性。
數字化耳廓定位導板的制作和應用為解決上述問題提供了新的思路。陳克光等[36]用 Mimics 軟件對患者頭部 CT 掃描數據進行分割、鏡像、膨脹等處理，并結合 3D 打印技術制作了數字化耳廓導板，用于指導術中自體肋軟骨耳廓支架的精確定位。Kolodney 等[37]在醫學影像處理軟件上用頭影測量方法來確定再造耳廓的位置，并將設計的鈦釘植入位置標記于數字化耳廓定位導板，然后用 3D 打印技術制作義耳植入的定位導板。Bai 等[38]先用 CT 掃描數據三維重建患者的頭顱模型，并根據乳突區骨質確定鈦釘植入位置并設計導板，再用三維掃描的方法獲取患者上頜牙模的三維數字模型，然后將兩者在軟件上進行布爾運算，得到三維數字化的義耳種植導板，最后 3D 打印成實體導板；術中將消毒的導板一側置入口腔內，起到牢固固定、防止移位的作用，另一側耳廓部分用于標記鈦釘植入的位置。
2.3 肋軟骨成像
用自體肋軟骨雕刻支架進行耳廓再造是目前最常用和安全的選擇，肋軟骨的形態、長度、寬度、厚度及發育和鈣化情況是影響肋軟骨采集和耳廓支架構建的重要因素[39]。術前獲取肋軟骨的三維形態，對肋軟骨的形態和質量進行測量和評估，有利于術前設計手術方案并模擬手術操作，提高肋軟骨采集的質量和效率，增加耳廓支架的立體感，降低由于肋軟骨不合理采集造成的術后胸廓畸形和再造耳廓形態不良的發生率[40]。
肋軟骨位于胸部皮下且表面有皮膚、脂肪和肌肉組織覆蓋，術前觸診只能大致確定肋軟骨的位置和走向[41]。另外，除非存在大面積的鈣化，肋軟骨在常規胸部 X 線片基本不顯影[42]。為此，許多學者探索使用 CT 掃描和三維重建的方式對肋軟骨進行精確成像，以準確評估肋軟骨形態和鈣化情況。Moon 等[43]通過在胸部三維 CT 圖像上測量用于構建耳輪的第 8 肋軟骨的長度，以評估耳廓再造的手術時機；結果發現，肋軟骨術前三維 CT 圖像測量值與術中實際測量值具有很高相關性，提示其測量結果可以用于指導耳廓再造手術時機的選擇。Andreoli 等[44]通過在三維 CT 圖像對肋軟骨進行測量來研究正常的肋軟骨生長特點，通過對 360 例 3～20 歲正常人群第 6、7、8 肋軟骨長度和第 6、7 肋軟骨聯合寬度測量分析，發現 6～8 歲兒童肋軟骨基本呈線性生長，肋軟骨聯合寬度在 8 歲時達到耳廓寬度。王永振等[45]采用 CT 掃描及三維重建技術觀察肋軟骨的形態，結果提示容積重建圖像顯示肋骨及肋軟骨的形態清晰逼真、立體感強；通過對 75 例患者的 192 根肋軟骨寬度和長度測量發現，CT 圖像測量值與實際測量值之間符合度達 95% 以上。Kim 等[46]對 37 例合并有胸部創傷史、肋軟骨鈣化和懷疑有肋骨畸形及需二次手術修整的耳廓再造患者進行術前肋軟骨三維 CT 成像，評估肋軟骨的形態和鈣化情況，用于指導制定個性化的肋軟骨采集和耳廓支架構建方案，均獲得了較滿意手術效果，認為術前肋軟骨三維 CT 成像有助于手術方案的制定，特別是在不能確定肋軟骨發育和鈣化狀態時。李崇照等[47]將肋軟骨三維 CT 重建技術用于指導成人先天性小耳畸形患者耳廓再造術中的肋軟骨切取，術前測量第 6、7、8 肋軟骨的形態和 CT 值，并根據測量結果選擇雕刻耳支架的肋軟骨量，結果顯示肋軟骨三維 CT 重建可以準確評估肋軟骨情況，有助于提高耳廓再造術中肋軟骨切取的效率及質量，并能降低術后并發癥的發生率。Miyamato 等[48]報道了術前制作肋軟骨三維模型的方法，具體步驟：首先用 Mimics 軟件對肋軟骨 CT 掃描數據進行三維重建獲取數字模型并以 STL 格式導出，然后 3D 打印成實體模型，術前根據肋軟骨的三維形態決定具體的切取方法，通過在 2 例行自體肋軟骨耳廓再造病例中的應用，發現三維重建的肋軟骨模型可以降低肋軟骨的采集量，并且模型可用于手術醫師培訓及與患者交流手術方案。
2.4 耳軟骨的 3D 生物打印
3D 生物打印是將 3D 打印的原理應用于組織工程領域，通過噴墨、激光或微擠壓等打印技術手段，將含有活性細胞、生物材料和細胞因子的生物墨水進行三維立體組裝，從而實現活性組織或器官的體外構建[20-22]。目前，通過 3D 生物打印構建的組織和器官已廣泛用于組織工程、再生醫學、藥物篩選、癌癥或疾病模型研究等領域，在整形外科創面修復、器官再造和組織移植等方面，3D 生物打印也顯示出了廣闊的應用前景[19, 49]。
用組織工程耳軟骨移植進行耳再造可使再造耳廓具有良好的外形和彈性，同時避免自體肋軟骨切取造成的創傷、用 Medpor 耳支架再造的高外露率和佩戴義耳造成的不適感等問題，是臨床研究目標，也是組織工程領域研究的重點方向[50-51]。與傳統的將種子細胞接種到預制支架的組織工程技術相比，3D 生物打印通過對生物墨水的精確控制，實現了在細胞水平上對組織結構的仿生，有助于解決復雜組織或器官構建中細胞準確植入和血管化等難題，為耳軟骨的體外構建提供了新的技術手段。Mannoor 等[52]在用含有細胞的水凝膠 3D 生物打印的耳廓中整合了由銀納米顆粒構成的傳導性聚合物，體外構建了同時具有耳軟骨結構和聲音傳導功能的仿生耳。Lee 等[53]應用 3D 生物打印技術，通過分別在耳廓軟骨部位打印載有軟骨細胞水凝膠和在耳垂部位打印載有脂肪細胞水凝膠的方法，完成了耳廓復合組織體外構建，構建的耳廓復合組織具有正常的幾何和解剖結構，同時經組織學檢測發現有軟骨和脂肪組織形成。Kang 等[54]報道了用整合式組織-器官 3D 生物打印機進行耳軟骨 3D 生物打印的研究，他們的方法是先用計算機輔助設計軟件對 CT 或 MRI 掃描數據三維重建，以獲取正常的耳廓外形的三維數據，然后通過將生物墨水與可降解物整合并放置支撐層以獲得機械穩定性，最后將微管道整合到打印結構以利于營養物質的彌散，來解決打印后細胞成活問題。
3 展望
應用數字化技術是提高耳廓再造精確性和個性化的有效手段，隨著數據獲取和處理技術的進步，以及 3D 打印技術在臨床的應用，數字化耳廓模型、耳廓定位導板和肋軟骨成像在提高耳廓再造效果和降低手術創傷方面發揮著重要作用。耳軟骨的 3D 生物打印雖然目前仍處于實驗研究階段，缺乏臨床應用研究報道，但在耳廓再造方面具有廣闊前景，因此有待進一步深入研究。