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口腔颌面外科

 

3D打印技术在外科矫治颌面部不对称畸形中的应用

科学意义与效益

将3D打印技术合理应用于正颌外科治疗颌面部部对称畸形的病例,通过临床应用研究,开发该技术应用在正颌外科治疗复杂牙颌面畸形的最佳策略。3D打印技术为正颌外科领域的畸形诊治提供了一个新的工具,真正实现了数字化和精确化,对统一医患之间的审美观、提高手术矫治质量具有深远的临床意义,是现代正颌外科技术发展的新趋势,具有广泛的应用前景。

国内外发展现状与趋势

3D 打印技术是快速成型技术之一,20世纪80年代首先在工程领域应用,它利用重建的三维数字模型,将其分割成层状,然后逐层堆积成实体模型。3D打印技术具有个性化和精准化的优点,特别适用于医学领域,其在外科领域的成功应用使外科手术由传统的纯经验方式向数字化和精确化发展,使外科治疗水平有了质的提高。20世纪90年代,国外学者开始尝试把3D打印技术应用于颅颌面外科的术前评估、手术计划制定和手术模拟。有学者研究证实,3D打印技术的应用,诊断正确率提高29.60%,操作准确度提高36.23%,手术时间缩短17.63%。进入21世纪,3D打印技术被应用于正颌外科领域,随着3D打印技术的进步以及高性能、高质量、低价格材料的出现以及计算机辅助设计软件的普及,该技术在正颌外科领域的应用前景将非常广阔。

人体的颅颌面结构是复杂的三维结构,往往涉及牙、牙弓、牙槽骨、颌骨等多个部位,在矢状向、垂直向、横向三维上均可能存在结构畸形的问题。传统的二维图像往往会丢失很多信息量,尤其是对于正颌外科手术矫治不对陈畸形的患者,传统的二维图像根本无法准确地进行分析、手术模拟和疗效预测。随着3D打印技术的出现、发展和成熟,传统二维图像的困局被迎刃而解,3D打印技术改变了传统影像学模式,是数字医学发展进程中的一个重要环节。

3D打印技术的优势:①不损失信息,没有两侧或前后结构的重叠,全面对三维结果作出分析诊断;②真实还原,没有放大失真,图像与真实物体的比例为1:1;③真实模拟手术设计和过程,形象地显示骨块的切割和移动情形,可以真实准确地从各个方向观察模拟骨块的移动,较二维有无法比拟的优势;④对容貌的预测,可以全方位地预测疗效,如果说从线条剪影到侧面彩色照是质变,那么从二维到三维则是飞跃;⑤结合CAD/CAM技术可以打印数字化的手术模板,完全实现分析、诊断、设计和手术的精确化。

目前,3D打印技术在正颌外科领域的应用还处于初期阶段,需要深入的进行临床研究、经验积累和应用开发,还有很多问题需要解决和完善。例如:①正常牙合头影测量三维数据库的建立才刚刚开始;②2D或3D面像的重叠拟合到三维骨性结构是至关重要的一步,如何简单、快捷地实现相片重叠技术还需要不断的探索;③模型的重叠拟合到三维骨性结构是实现数字化模型外科的前提,目前CT还无法达到必要的精度,该项技术的应用仍较复杂,仍需不断地优化和简化;④正颌外科治疗完成前后三维数据库数据的积累是预测最重要的前提条件,否则无法进行精确的三维面形预测,所以还需要大量的数据积累和经验的总结。

3D打印技术在正颌外科领域的应用已显示出了无与伦比的优势和前景,真正实现了正颌外科的数字化和精确化,对统一医患之间的审美观、提高医疗质量具有重要作用,其必将成为现代正颌外科发展的标志之一。

我院已引进了以色列生产的Objet Eden 250 3D立体打印平台,配有CT和CBCT放射线设备和系统分析软件,为3D打印技术临床应用于正颌外科的顺利开展提供了高端的硬件支持,三维计算机辅助设计矫治颌面不对称畸形的临床工作在我院已常规开展,临床已积累了大量病例,颏成形精确定位器也已设计完成,并申请了国家级发明专利。

Figure 2 Figure 3

 

颏成形精确定位器

技术原理:

颏成形术包括矫正颏部发育过度、发育不良及颏部偏斜等涉及颏部前后、上下及左右等三维方向异常的手术。矫正颏部三维方向的异常需要手术三维方向调整颏部骨块达到理想的位置,从而纠正患者存在的颏部畸形,但术中达到颏部骨块三维方向的精确移动和定位较难。我们术中应用自己发明的颏成形精确定位器对实现颏部骨块的精确移动和定位非常有帮助,术中将颏成形精确定位器固定在颏部骨块的上、下部,完成颏部骨块中线和面中线的准确定位及颏下部骨块三维方向的准确移动,颏下部移动到理想位置后行钛板植入固定移动的骨块,然后拆除颏成形精确定位器。

具体应用见下面的示意图:

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临床应用的病例:

下图为手术实际应用颏成形精确定位器情景:a、将颏成形精确定位器的上部定位元件和下部定位元件分别固定的截骨线的上下,上部定位元件的面中线定位杆与面中线一致,下部定位元件的颏中线定位杆与颏中线一致;b、将颏部骨质按画线截开形成可以移动的颏下部骨块;c、将颏中线定位杆与面中线定位杆一致,完成颏下部骨块的前徙和摆正,用梯形钛板将颏部骨块固定,此时即达到了颏部中线与面中线完全一致;d、拆除颏成形精确定位器,完成手术。

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技术优点

⑴、临床应用方便,方法简单,易于操作。

⑵、能够达到颏部骨块中线和面中线的准确定位及颏下部骨块三维方向移动的精确定位。

颏成形精确定位器的设计图:

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颏成形精确定位器已获国家级发明专利授权:

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