快速原型制造技術(shù)論文(2)
快速原型制造技術(shù)論文篇二
快速原型技術(shù)在下頜骨個(gè)性化重建中的應(yīng)用
作者：施斌， 林李嵩， 邱宇， 朱小峰， 林耿冰， 黃立
【摘要】 目的 探討特點(diǎn)及臨床效果。 方法 因腫瘤或外傷導(dǎo)致下頜骨缺損的患者23例，術(shù)前行三維螺旋CT掃描，通過快速原型技術(shù)制作實(shí)體模型及鏡像模型，根據(jù)模型設(shè)計(jì)截骨線并預(yù)彎重建鈦板，按設(shè)計(jì)切除腫瘤后，預(yù)彎鈦板就位，取髂骨或腓骨肌瓣按鈦板外形塑型并固定于鈦板上重建下頜骨。 結(jié)果 腫瘤無復(fù)發(fā)，移植骨成活，面型對(duì)稱，張口度2.8～3.6 cm，下頜功能正常，牙合關(guān)系良好，顳頜關(guān)節(jié)無彈響，無壓痛。術(shù)后3月復(fù)查三維CT，重建下頜骨與健側(cè)對(duì)稱，髁狀突位置正常。 結(jié)論 快速原型技術(shù)指導(dǎo)下頜骨個(gè)性化重建方法簡(jiǎn)單，成本較低，模型制作時(shí)間短，臨床效果滿意，是一種較理想的下頜骨重建方法。
【關(guān)鍵詞】 骨移植 下頜骨 移植 自體 計(jì)算 機(jī)輔助設(shè)計(jì) 腓骨 髂骨
下頜骨形態(tài)決定了人面部下1/3的容貌特征，腫瘤及外傷等原因?qū)е碌南骂M骨缺損嚴(yán)重影響患者的美觀及口腔功能。各種游離或血管化移植骨塊結(jié)合重建鈦板已廣泛應(yīng)用于下頜骨重建。臨床上通常由術(shù)者以健側(cè)外形為參照，在術(shù)中依個(gè)人經(jīng)驗(yàn)對(duì)下頜骨進(jìn)行即刻塑形，容易造成面型不對(duì)稱及髁狀突移位，影響美觀及顳頜關(guān)節(jié)功能。自2001年起，國(guó)內(nèi)少量口腔頜面外科病例開始應(yīng)用快速原型技術(shù)指導(dǎo)手術(shù)，取得滿意效果[1?4]。筆者科室自2005年1月-2007年6月對(duì)23例腫瘤及外傷導(dǎo)致下頜骨缺損的患者應(yīng)用快速原型技術(shù)進(jìn)行下頜骨個(gè)性化重建，患者面型及下頜功能恢復(fù)滿意，現(xiàn) 總結(jié) 報(bào)道如下。
1 對(duì)象與方法
1.1 對(duì)象 本組23例，男性12例，女性11例;年齡(28±12.24)歲(11～67歲)。游離髂骨移植9例，游離血管化腓骨肌瓣移植14例。臨床資料見表1。
1.2 設(shè)備 多層螺旋CT機(jī)(Aquilion，日本東芝公司)，光敏樹脂及三維打印專用“高性能復(fù)合材料”(DSM Somos ProtoTherm 14120，美國(guó)ZCORP公司)，快速成型機(jī)(ZIPPY?Ⅱ，新加坡Kinergy公司)，激光快速成型機(jī)(SPS600B，西安 交通 大學(xué))，三維模型打印機(jī)(Z510，美國(guó)ZCORP公司)，醫(yī)學(xué)工程軟件(MedGraphics及Mimics，上海交通大學(xué))，重建鈦板(Medicon，北京?？扑构?。
1.3 方法
1.3.1 快速原型模型制備 術(shù)前均進(jìn)行下頜骨及顳頜關(guān)節(jié)三維螺旋CT掃描，掃描條件120 kV，300 mA，0.5 s，層厚1 mm，螺距1.0。用MedGraphics及Mimics醫(yī)學(xué)處理軟件讀取CT數(shù)據(jù)，提取圖像邊緣輪廓矢量化線圖，通過矢量疊加重建下頜骨三維模型，并生成STL格式文件后導(dǎo)出數(shù)據(jù)。本組先后采用了層合實(shí)體制造、立體印刷成型及三維打印(3DP)三種不同技術(shù)方法制作快速原型，模型包括與患者下頜骨形態(tài)完全一致的實(shí)體模型，以及通過計(jì)算機(jī)應(yīng)用反求技術(shù)將健側(cè)下頜骨數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)到患側(cè)制作出的雙側(cè)完全對(duì)稱的鏡像模型。
1.3.2 手術(shù)過程 術(shù)前以實(shí)體模型為 參考 ，結(jié)合曲面斷層片和CT片設(shè)計(jì)截骨線，以鏡像模型為模板對(duì)重建鈦板預(yù)成型，使之與鏡像模型患側(cè)下頜骨下緣外形貼合(圖1)，并保證在兩側(cè)余留骨上分別有3～4個(gè)固定孔，模型上標(biāo)記固定孔位置。重建鈦板、實(shí)體及鏡像模型高壓消毒后備用?；颊咴谌橄路謨山M同時(shí)進(jìn)行手術(shù)，一組下頜骨常規(guī)手術(shù)切口，逐層進(jìn)入暴露下頜骨及腫瘤，按實(shí)體模型上設(shè)計(jì)的截骨線及固定孔位置，在患者下頜骨上準(zhǔn)確標(biāo)記后截骨，預(yù)成型重建鈦板精確就位;另一組按術(shù)前設(shè)計(jì)的去骨長(zhǎng)度，制備游離或血管化移植骨，按鈦板外形塑形后用鈦釘固定于鈦板舌側(cè)并使移植骨塊下邊緣與下頜骨下緣平齊(圖2)。血管化移植骨塊吻合血管建立血液供應(yīng)，檢查牙合關(guān)系及下頜運(yùn)動(dòng)正常后放置引流，逐層關(guān)創(chuàng)。
2 結(jié) 果
隨訪(17.9±7.4)月(3～33月)，均未見腫瘤復(fù)發(fā)，移植骨全部成活，面型對(duì)稱，患者對(duì)外形滿意，張口度2.8～3.6 cm，語言、咀嚼、下頜運(yùn)動(dòng)功能正表1 23例個(gè)性化下頜骨重建患者臨床資料常，牙合關(guān)系良好(圖3)，顳頜關(guān)節(jié)無彈響，無壓痛。術(shù)后3月行下頜骨三維CT重建，重建下頜骨與健側(cè)對(duì)稱性好，保留的髁狀突位置正常(圖4)。
3 討 論
快速原型是一種融合信息 科學(xué) 、材料科學(xué)、自動(dòng)化技術(shù)等前沿技術(shù)的全新成形制造技術(shù)，能大大后提高疾病診斷的準(zhǔn)確率及操作精確度，在疾病輔圖2 術(shù)中髂骨植入后助診斷、制定 治療 計(jì)劃、模擬手術(shù)操作等方面發(fā)揮了重要作用，其臨床應(yīng)用效果取決于模型的精密度，而工藝中數(shù)據(jù)采集傳送的完好及工藝精度都可能影響模型的精密度[5?6]。因此快速原型能否精確地復(fù)制原型并滿足臨床應(yīng)用要求曾受到學(xué)者們的關(guān)注。林李嵩等對(duì)顱面部三維結(jié)構(gòu)最為細(xì)致復(fù)雜、骨壁菲薄的眼眶通過實(shí)體、CT三維圖像及快速原型模型進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)量對(duì)比，發(fā)現(xiàn)三者間無明顯統(tǒng)計(jì)A：術(shù)前正面像;B：術(shù)前側(cè)位像，顯示面?zhèn)劝枷莼?C：術(shù)后正面像;D：術(shù)后側(cè)面像，面?zhèn)韧庑瘟己?E：術(shù)后牙合像.學(xué)差異[7]。本研究結(jié)果顯示，患者手術(shù)前后外形對(duì)稱，關(guān)節(jié)位置及功能正常，提示快速原型模型無論在解剖外形還是在精確度上，均能滿足臨床需要。
快速原型技術(shù)采用的技術(shù)方法及材料有多種。臨床 文獻(xiàn) 報(bào)道中以立體印刷成型及層合實(shí)體制造較多[1?3]。本組亦先后采用了3種不同技術(shù)方法及材料來制作快速原型模型。筆者體會(huì)不同材質(zhì)模型在臨床使用中各有優(yōu)缺點(diǎn)：樹脂模型材質(zhì)觀感好，質(zhì)地較脆，受壓易斷，表面精密度及成本較高;紙質(zhì)模型成本最低，但材質(zhì)觀感及表面精密度差。樹脂磨改時(shí)若冷卻不足易造成材料融化變形，紙質(zhì)模型磨改易造成模型分層剝脫，均會(huì)破壞模型表面結(jié)構(gòu)，影響手術(shù)精確度。近來使用的三維打印模型每層打印厚度僅為0.1 mm，模型精度高，細(xì)節(jié)清晰，1 h可打印高度為25 mm，制作速度快，且成本低，易于磨改，有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。
快速原型技術(shù)在口腔頜面外科的應(yīng)用價(jià)值已得到公認(rèn)[1?4,6]。它能直觀顯現(xiàn)病變部位，利于診斷及制定 治療 措施，方便醫(yī)患交流，有助于術(shù)前準(zhǔn)確預(yù)測(cè)手術(shù)范圍，模擬手術(shù)，節(jié)約手術(shù)時(shí)間，減少手術(shù)創(chuàng)傷等，特別在下頜骨個(gè)性化重建中有獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。由于下頜骨具有復(fù)雜的、極具個(gè)性化的三維生理曲度，表面高低不平，大塊移植骨的手工塑形極難恢復(fù)其原有的表面解剖特征。以鏡像模型為模板預(yù)彎的重建鈦板支架不僅能在術(shù)中為移植骨塑形提供 參考 ，支撐面下1/3的外形高點(diǎn)，完美地恢復(fù)患者的面容特征，而且能正確保持余留骨及髁狀突的生理位置，預(yù)防術(shù)后顳頜關(guān)節(jié)疾病的發(fā)生。盡管如此，臨床使用中仍有一些需要解決的問題。首先快速原型技術(shù)較適合應(yīng)用于病變局限于一側(cè)的下頜骨重建病例，對(duì)于病變過中線的病例，因病變侵蝕而導(dǎo)致中線雙側(cè)相應(yīng)區(qū)域正常解剖數(shù)據(jù)喪失， 計(jì)算 機(jī)反求時(shí)，只能選擇將病變范圍小的一側(cè)數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)到病變范圍大的一側(cè)，構(gòu)建出中線兩側(cè)病變區(qū)對(duì)稱存留的鏡像模型。預(yù)彎鈦板時(shí)，術(shù)者只能先按預(yù)測(cè)外形磨改鏡像模型后再?gòu)澲?，可能造成術(shù)后頦部形態(tài)與病前不一致。其次正常下頜骨兩側(cè)對(duì)稱區(qū)域表面細(xì)微形態(tài)并非絕對(duì)一致，導(dǎo)致術(shù)中有時(shí)出現(xiàn)預(yù)彎鈦板與患側(cè)余留骨表面不十分貼合，此時(shí)需嚴(yán)格按術(shù)前設(shè)計(jì)固定孔定位后微調(diào)鈦板局部曲度，使之與骨面貼合就位，否則易造成余留骨和髁狀突移位。
龔振宇等有采用基于快速原型技術(shù)的個(gè)性化鈦鑄件連接種植體重建下頜骨的報(bào)道[4]。筆者采用的快速原型技術(shù)指導(dǎo)下頜骨個(gè)性化重建的技術(shù)方法則與楊連平、李軍等相同[2?3]?？焖僭图夹g(shù)方法簡(jiǎn)單，成本較小，模型制作時(shí)間短，效果顯著，患者易于接受，適合在臨床大量推廣應(yīng)用，是一種較理想的下頜骨重建方法。
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