改良数字化再定位导板和咬合导板辅助Le Fort Ⅰ型截骨上颌骨精准定位

doi:10.12307/2021.210

中国组织工程研究 ›› 2021, Vol. 25 ›› Issue (32): 5097-5102.doi: 10.12307/2021.210

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改良数字化再定位导板和咬合导板辅助Le Fort Ⅰ型截骨上颌骨精准定位

郑海英1，郭秀娟1，侯雪阳2，张磊1，张思庆1，李会1，惠瑞宗1，耿海霞3

济宁医学院附属医院，1口腔颌面外科，3口腔正畸科，山东省济宁市 272000；2济宁医学院·口腔医学院，山东省济宁市 272000

收稿日期:2020-11-27 修回日期:2020-12-04 接受日期:2021-03-31 出版日期:2021-11-18 发布日期:2021-07-26
通讯作者: 耿海霞，主任医师，硕士生导师，济宁医学院附属医院正畸科，山东省济宁市 272000
作者简介:郑海英，女，1983年生，2005年滨州医学院毕业，主治医师，主要从事正颌外科方向的临床研究。
基金资助:
山东省医药卫生科技发展计划项目(2016WS0179)，项目负责人：郑海英；山东省大学生创新创业训练计划项目(S202010443055)，项目负责人：侯雪阳

Clinical application of improved digital guide and occlusal guide in the precise localization for maxillary Le Fort I osteotomy

Zheng Haiying1, Guo Xiujuan1, Hou Xueyang2, Zhang Lei1, Zhang Siqing1, Li Hui1, Hui Ruizong1, Geng Haixia3 #br#

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1Department of Oral and Maxillofacial Surgery, 3Department of Orthodontics, Affiliated Hospital of Jining Medical University, Jining 272000, Shandong Province, China; 2Stomatological Department of Jining Medical University, Jining 272000, Shandong Province, China

Received:2020-11-27 Revised:2020-12-04 Accepted:2021-03-31 Online:2021-11-18 Published:2021-07-26
Contact: Geng Haixia, Chief physician, Master’s supervisor, Department of Orthodontics, Affiliated Hospital of Jining Medical University, Jining 272000, Shandong Province, China
About author:Zheng Haiying, Attending physician, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Affiliated Hospital of Jining Medical University, Jining 272000, Shandong Province, China
Supported by:
the Medical and Health Scientific Development Program of Shandong Province, No. 2016WS0179 (to ZHY); Shandong University Student Innovation and Entrepreneurship Training Program, No. S202010443055 (to HXY)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：
上颌骨Le FortⅠ型截骨：按照上颌骨Le Fort骨折分类的Ⅰ型骨折线的走向和部位(梨状孔外侧斜向外下，经过牙槽突上方，延伸至双侧上颌翼突缝)，截开上颌骨各壁，行Downfractrue操作，保护腭大血管神经束，保留腭侧粘骨膜软组织蒂，使离断的上颌骨段在三维方向上活动自如，以此矫正上颌骨的位置异常，并常与下颌骨的正颌外科手术配合矫治各种牙颌面畸形。
数字化定位导板(骨科定位片，粤深械备20190299号)：是在数字化3D头模上按照手术方案设计的辅助进行截骨操作的3D打印数字化定位导板。使用数字化定位导板辅助进行上颌骨Le Fort Ⅰ型截骨操作可以更精准地截骨和上颌骨定位，并可避免损伤重要的解剖结构。

背景：上颌骨Le Fort Ⅰ型截骨是矫正上颌骨畸形及与颅骨位置关系异常最常见的手术方法，以往采用传统模型外科进行手术设计及手工制作咬合板的方法，人为操作误差大，难以精准地实施手术设计方案。近年来3D打印数字化定位导板在正颌外科中的应用显著提高了手术操作的精准度。
目的：探讨改良数字化定位导板在上颌骨Le Fort Ⅰ型截骨中的应用效果。
方法：选择20例因上颌骨发育异常行上颌骨LeFort Ⅰ型截骨的患者，术前行薄层颅颌面CT扫描，将CT数据导入Mimics 20.0软件建立数字化模型，并进行虚拟手术设计。同时设计打印出改良数字化上颌骨截骨导板、上颌骨再定位导板和咬合定位导板，术中联合应用3种导板行上颌骨的截骨及再定位。术后1周复查颅颌面CT并进行设计方案的术后验证。
结果与结论：①上颌骨模拟位置和术后实际位置距离偏差中位数的绝对值小于 1 mm，牙合平面角度偏差中位数的绝对值小于1°；②图像融合偏差分析中，均方根值=(0.789±0.275) mm，其均数小于1 mm；③提示应用改良数字化上颌骨截骨导板、上颌骨再定位导板及咬合定位导板能够安全、便捷、精准地完成上颌骨Le FortⅠ截骨。

https://orcid.org/0000-0003-3010-3900 (郑海英)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

关键词: 关键词：数字化定位导板, 上颌骨, Le FortⅠ型截骨, 3D打印, 咬合定位

Abstract: BACKGROUND: Maxillary Le Fort I osteotomy is the most common method to correct the upper jaw deformity and abnormal position. Traditional model surgery is difficult to accurately implement the operation plan in the operation. In recent years, 3D-printed digital guides have been widely used in orthognathic surgery.
OBJECTIVE: To discuss the application efficacy of improved digital guide in the precise localization for maxillary Le Fort I osteotomy.
METHODS: Twenty patients with maxillary hypoplasia who underwent Le Fort I osteotomy were enrolled. All the patients underwent preoperative cranial-maxillofacial CT scanning, and the CT data were imported into Mimics 20.0 software to establish a digital model, and the surgical virtual design was carried out. At the same time, the digital osteotomy guide, repositioning guide and occlusal guide were designed and printed, and these three guides were combined to perform the maxillary osteotomy and repositioning. One week after the operation, the cranial-maxillofacial CT was reviewed and the design scheme was verified.
RESULTS AND CONCLUSION: The absolute value of the median distance deviation between the simulated maxillary position and the actual postoperative position was less than 1 mm. The absolute value of the median angle deviation in the occlusal plane was less than 1°. In the analysis of image fusion deviation, root mean square value was (0.789±0.275) mm, whose mean was less than 1 mm. These findings indicate that the combined application of digital guides in maxillary Le Fort I osteotomy is safe, convenient and accurate.

Key words: Key words: digital guide, maxillary, Le Fort I osteotomy, 3D printing, occlusal positioning

中图分类号:

郑海英, 郭秀娟, 侯雪阳, 张磊, 张思庆, 李会, 惠瑞宗, 耿海霞. 改良数字化再定位导板和咬合导板辅助Le Fort Ⅰ型截骨上颌骨精准定位[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(32): 5097-5102.

Zheng Haiying, Guo Xiujuan, Hou Xueyang, Zhang Lei, Zhang Siqing, Li Hui, Hui Ruizong, Geng Haixia. Clinical application of improved digital guide and occlusal guide in the precise localization for maxillary Le Fort I osteotomy[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2021, 25(32): 5097-5102.

图/表（结果） 4

参考文献

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引言

材料方法

1.1 设计三维数字化建模，计算机模拟实验，Wilcoxon符号秩和检验。
1.2 时间及地点于2019年1月至2020年10月在济宁医学院附属医院口腔颌面外科完成。
1.3 对象选择2019年1月至2020年10月因上颌骨发育异常在济宁医学院附属医院行上颌骨LeFort Ⅰ 型截骨的20例患者，其中男12例，女8例；年龄18-40岁，平均23.4岁；上颌骨后缩患者11例，上颌骨前突患者3例，上颌骨不对称畸形(分类参照文献[11])患者6例。试验方案获得济宁医学院附属医院伦理委员会批准，批准号：2020C068。
纳入标准：①所有患者均行双颌手术，即上颌骨LeFort Ⅰ型截骨术+下颌骨矢状劈开术；②上颌骨LeFort Ⅰ型截骨术不包括分块截骨；③所有患者及家属均知情同意，并签字确认。
排除标准：①肿瘤、创伤等继发性颌骨畸形；②严重颞下颌关节病患者。
1.4 材料数字化定位导板(骨科定位片)及上颌骨植入物材料介绍见表1。

1.5 方法
1.5.1 虚拟手术设计所有入选患者术前均行颅面薄层CT扫描(Siemens 公司，德国，像素矩阵：512×512，电压： 120 kV，电流：150 mA，扫描层厚 0.5 mm)，数据以DICOM格式导入Mimics Medical 20.0(Materialise，Leuven，Belgium)软件，进行颅面三维重建数字化建模，在3D数字化模型上进行上颌骨LeFortⅠ型截骨手术方案设计。
1.5.2 数字化定位导板的设计及3D打印将上颌骨虚拟截骨移动后的数字化模型导入3-matic Medical 12.0 (x64)(Materialise，Leuven，Belgium)软件中，设计出数字化上颌骨截骨导板、上颌骨再定位导板和咬合定位导板。具体方法：①数字化上颌骨截骨导板设计：根据虚拟截骨位置和截骨区域，在两个截骨线的两侧设计出条带状导板区域，依照骨表面自然形态覆盖骨壁表面，前端覆盖至梨状孔边缘，后端覆盖至颧牙槽嵴后方；②数字化上颌骨再定位导板设计：按照上颌远心骨块虚拟设计的位置，在上颌骨前壁中间区域，沿截骨线的两侧做条带状导板区域，中间以台阶导板形式覆盖截骨面连接，形成上颌骨再定位导板；③数字化咬合导板设计：通过移动后的上颌骨与未移动的下颌骨之间的牙牙合信息进行咬合定位导板的设计；数字化导板数据以STL格式导入FormlabsForm2 3D打印机(Formlabs公司，美国)，进行3D打印制作，见图1。

1.5.3 数字化定位导板的术中应用所有患者的手术均由同一名具有丰富正颌手术经验的高年资医生完成。手术在全麻控制性降压下进行，上颌前庭沟软组织手术切口入路，充分暴露上颌骨前壁及侧壁，以利于数字化上颌骨截骨导板在骨面上能够充分就位，完成上颌骨Le FortⅠ型截骨，按照常规操作降下折断(Downfrature)上颌骨块，去除骨干扰，戴入并固定数字化咬合定位导板，上颌远心骨块与下颌骨之间进行颌间结扎，接着在上颌骨前壁处就位固定数字化上颌骨再定位导板，数字化上颌骨再定位导板及咬合定位导板共同引导上颌骨块到达设计的位置并用钛板固定，见图2。

1.5.4 术后处理术后根据病情预防性应用抗生素，予以冷敷、止痛、消肿等处理，48 h 内去除引流管，并适当颌间牵引。术后1个月复查，根据情况行术后正畸微调进一步改善咬合关系。
1.6 主要观察指标术后第7天，20例患者以同样条件再次行颅颌面薄层CT 扫描，使用Mimics Medical 20.0软件进行三维重建，并利用软件里的“Global Registration”模块以颅底结构为基准将虚拟手术图像与实际手术图像配准叠加。此次研究进行了两种方法测量分析：①骨标志点及牙合平面的偏差分析：在头颅部确定3个基准平面，上颌骨选择6个骨标志点及确定1个牙合平面(表2及图3)，通过测量比较术前虚拟手术与实际手术中上颌骨标志点的位移偏差及牙合平面的角度偏差，来评估上颌骨截骨和再固定的准确性；②图像融合偏差分析：将配准叠加的虚拟手术图像与实际手术图像数据导入3-Matic Medical 12.0软件中，利用“偏差分析”模块进行统计分析，得到三维色阶模式的分析报告，以分析报告中的均方根(root mean square，RMS)值评价上颌骨再定位的准确性(图4)。

1.7 统计学分析采用SPSS 25.0统计软件进行数据处理，对于计量资料，服从正态分布的用x±s描述；不服从正态分布采用M(P25，P75)描述，虚拟手术和实际手术的偏差比较采用Wilcoxon符号秩和检验进行分析。

讨论

随着专业手术设计软件、CAD/CAM、3D打印等数字化技术的迅猛发展，数字化正颌外科手术设计也逐渐代替了传统的面弓转移、石膏模型外科和模板外科手术设计方法[12-13]，但如何将数字化手术方案设计的上颌骨位置在手术中精准实现，仍是当今正颌手术操作中面临的难题。有学者尝试将骨支持式3D打印导板应用于上颌骨LefortⅠ型截骨术中，上颌骨的距离偏差控制在1 mm内，但大部分装置较为庞大，并有多个零件，术中操作及拆卸困难，增加了手术时间及手术创伤，为临床推广带来了困难[10，14-15]。部分学者使用3D打印的个体化钛板直接再定位及固定上颌骨，此技术减少了手术步骤，但3D打印的钛板尺寸较大，价格高昂，可增加术后钛板排异的概率，并且钛板的强度要求较高，术中可能无法随意更改手术方案[16-18]。还有学者在正颌手术中应用数字化导航技术，但是需要昂贵的设备、操作复杂，而且存在影像漂移及配准所造成的误差，直接影响验证精度[19-23]。此次研究中探索将数字化上颌骨截骨导板、上颌骨再定位导板及咬合定位导板联合应用于正颌手术中，得到了良好的临床效果，手术操作中易于实现，并能较为精准地再定位上颌骨。
此次研究中数字化上颌骨再定位导板及咬合定位导板的联合应用取得了良好的临床效果。传统上颌骨的再定位大多通过咬合定位导板借助下颌骨来实现，由于髁状突的活动势必会带来上颌骨再定位的误差[24-25]。此次研究仍保留咬合定位导板通过牙合信息来再定位上颌骨，考虑到单纯应用数字化咬合定位导板时下颌骨不稳定性造成的误差[6]，而且误差主要体现在远离咬合定位导板的上颌骨截骨线处；所以术中首先戴入数字化咬合定位导板，上下颌行颌间结扎，最后就位固定数字化上颌骨再定位导板，来补偿因下颌骨不稳定所造成的上颌骨再定位误差。数字化咬合导板和再定位导板一起联合应用于上颌骨再定位，提高了上颌骨上端再定位的精度，弥补了单纯应用咬合导板造成的误差；同时作者将上颌骨再定位导板设计的较为小巧，适合正颌小切口、小视野手术，并放置在上颌骨前壁的中间位置，不影响钛板钛钉的固定，操作简便，创伤小，易于推广使用。
此次研究中应用两种评估体系对虚拟规划位置及术后实际位置进行统计分析：①一种为相对于基准平面上颌骨标志点的距离偏差及平面的角度偏差，这种评估方法是现在较为公认的术前规划与术后实际位置的比较方法。以往的研究认为，如果实际手术和虚拟手术结果之间的距离差异小于 2 mm，而角度差异小于4°，是临床上可以接受的范围[26-27]。CHEN等[4]在上颌骨再定位中联合应用数字化导板，上颌牙面8个点的规划位置与术后实际位置之间的平均线性距离为(1.17±0.66) mm，明显小于传统树脂咬合夹板组与单纯应用数字化咬合夹板组。SUN等[28]使用3D打印机制作的正颌手术导板进行了临床研究，报告了上颌骨垂直向、左右向和前后向误差的平均值分别为0.57，0.35和0.5 mm；此次研究的误差基本与SUN等[28]的研究相似，差异可能是由于使用了不同的测量方法。此次研究中上颌磨牙处的距离偏差要高于前牙区及A点处的距离偏差，可能与数字化再定位导板与咬合导板对于上颌骨前部的控制优于上颌骨后部有关；同时上颌牙合平面在三维方向上的角度偏差都在1°以内，符合临床精度接受范围。②另一种方法为图像融合偏差分析，图像融合是指将多源图像传感器所采集到的关于同一目标的图像经过一定的图像处理，提取各自的有用信息，最后综合成同一图像以供观察或进一步处理[29-30]。医学图像融合技术是目前较新的正颌术后验证评估位置方法，迭代最近点算法提供了一种可重复的三维模型对齐方法，并生成三维色阶来评估模型一致性，图像融合偏差分析更能体现上颌骨整体位移偏差[31]。ENDER等[32]将准确度定义为与原始物体的偏离程度，RMS值可用来评价两种不同模型间的偏离程度[33]。此次研究的结果显示，图像融合RMS值=(0.789±0.275) mm，其均数小于 1 mm，符合临床精度接受范围，但RMS值指标与骨标志点的距离偏差偏大，可能原因为：手术中上颌骨后壁是截骨导板无法控制的地方，需要降下折断(downfrature)上颌骨块，存在错位截骨的可能；而且术后1周的实际手术图像受到牵引钉、钛板、钛钉的干扰，对图像融合的数据有一定影响，所以图像融合RMS值偏大，但仍在临床精度接受范围内。两种评估体系结果显示，联合应用数字化导板达到了上颌骨再定位精度的要求。
此次研究尚存在不足之处：首先样本量较少，在后续的研究中需增加样本量并进行大样本的分析研究；另外数字化咬合定位导板需CT三维重建模型和石膏牙模的光学扫描数据配准，也存在一定的误差[34]，这些误差也可能导致数字化咬合定位导板在术中出现咬合偏差，这些都需在术前分析设计时反复匹配核对，尽量把误差降到最低。
综上所述，联合应用数字化再定位导板和咬合导板辅助LefortⅠ型截骨上颌骨定位，是一种操作简便、精度高、且易于在临床上推广应用的方法。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

改良数字化再定位导板和咬合导板辅助Le Fort Ⅰ型截骨上颌骨精准定位

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