快速原型制造技術論文(2)
快速原型制造技術論文篇二
快速原型技術在下頜骨個性化重建中的應用
作者：施斌， 林李嵩， 邱宇， 朱小峰， 林耿冰， 黃立
【摘要】 目的 探討特點及臨床效果。 方法 因腫瘤或外傷導致下頜骨缺損的患者23例，術前行三維螺旋CT掃描，通過快速原型技術制作實體模型及鏡像模型，根據(jù)模型設計截骨線并預彎重建鈦板，按設計切除腫瘤后，預彎鈦板就位，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。 結果 腫瘤無復發(fā)，移植骨成活，面型對稱，張口度2.8～3.6 cm，下頜功能正常，牙合關系良好，顳頜關節(jié)無彈響，無壓痛。術后3月復查三維CT，重建下頜骨與健側對稱，髁狀突位置正常。 結論 快速原型技術指導下頜骨個性化重建方法簡單，成本較低，模型制作時間短，臨床效果滿意，是一種較理想的下頜骨重建方法。
【關鍵詞】 骨移植 下頜骨 移植 自體 計算 機輔助設計 腓骨 髂骨
下頜骨形態(tài)決定了人面部下1/3的容貌特征，腫瘤及外傷等原因導致的下頜骨缺損嚴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合重建鈦板已廣泛應用于下頜骨重建。臨床上通常由術者以健側外形為參照，在術中依個人經(jīng)驗對下頜骨進行即刻塑形，容易造成面型不對稱及髁狀突移位，影響美觀及顳頜關節(jié)功能。自2001年起，國內少量口腔頜面外科病例開始應用快速原型技術指導手術，取得滿意效果[1?4]。筆者科室自2005年1月-2007年6月對23例腫瘤及外傷導致下頜骨缺損的患者應用快速原型技術進行下頜骨個性化重建，患者面型及下頜功能恢復滿意，現(xiàn) 總結 報道如下。
1 對象與方法
1.1 對象 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 設備 多層螺旋CT機(Aquilion，日本東芝公司)，光敏樹脂及三維打印專用“高性能復合材料”(DSM Somos ProtoTherm 14120，美國ZCORP公司)，快速成型機(ZIPPY?Ⅱ，新加坡Kinergy公司)，激光快速成型機(SPS600B，西安 交通 大學)，三維模型打印機(Z510，美國ZCORP公司)，醫(yī)學工程軟件(MedGraphics及Mimics，上海交通大學)，重建鈦板(Medicon，北京?？扑构?。
1.3 方法
1.3.1 快速原型模型制備 術前均進行下頜骨及顳頜關節(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格式文件后導出數(shù)據(jù)。本組先后采用了層合實體制造、立體印刷成型及三維打印(3DP)三種不同技術方法制作快速原型，模型包括與患者下頜骨形態(tài)完全一致的實體模型，以及通過計算機應用反求技術將健側下頜骨數(shù)據(jù)翻轉到患側制作出的雙側完全對稱的鏡像模型。
1.3.2 手術過程 術前以實體模型為 參考 ，結合曲面斷層片和CT片設計截骨線，以鏡像模型為模板對重建鈦板預成型，使之與鏡像模型患側下頜骨下緣外形貼合(圖1)，并保證在兩側余留骨上分別有3～4個固定孔，模型上標記固定孔位置。重建鈦板、實體及鏡像模型高壓消毒后備用?；颊咴谌橄路謨山M同時進行手術，一組下頜骨常規(guī)手術切口，逐層進入暴露下頜骨及腫瘤，按實體模型上設計的截骨線及固定孔位置，在患者下頜骨上準確標記后截骨，預成型重建鈦板精確就位;另一組按術前設計的去骨長度，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，檢查牙合關系及下頜運動正常后放置引流，逐層關創(chuàng)。
2 結 果
隨訪(17.9±7.4)月(3～33月)，均未見腫瘤復發(fā)，移植骨全部成活，面型對稱，患者對外形滿意，張口度2.8～3.6 cm，語言、咀嚼、下頜運動功能正表1 23例個性化下頜骨重建患者臨床資料常，牙合關系良好(圖3)，顳頜關節(jié)無彈響，無壓痛。術后3月行下頜骨三維CT重建，重建下頜骨與健側對稱性好，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 、材料科學、自動化技術等前沿技術的全新成形制造技術，能大大后提高疾病診斷的準確率及操作精確度，在疾病輔圖2 術中髂骨植入后助診斷、制定 治療 計劃、模擬手術操作等方面發(fā)揮了重要作用，其臨床應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制原型并滿足臨床應用要求曾受到學者們的關注。林李嵩等對顱面部三維結構最為細致復雜、骨壁菲薄的眼眶通過實體、CT三維圖像及快速原型模型進行定點測量對比，發(fā)現(xiàn)三者間無明顯統(tǒng)計A：術前正面像;B：術前側位像，顯示面?zhèn)劝枷莼?C：術后正面像;D：術后側面像，面?zhèn)韧庑瘟己?E：術后牙合像.學差異[7]。本研究結果顯示，患者手術前后外形對稱，關節(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。
快速原型技術采用的技術方法及材料有多種。臨床 文獻 報道中以立體印刷成型及層合實體制造較多[1?3]。本組亦先后采用了3種不同技術方法及材料來制作快速原型模型。筆者體會不同材質模型在臨床使用中各有優(yōu)缺點：樹脂模型材質觀感好，質地較脆，受壓易斷，表面精密度及成本較高;紙質模型成本最低，但材質觀感及表面精密度差。樹脂磨改時若冷卻不足易造成材料融化變形，紙質模型磨改易造成模型分層剝脫，均會破壞模型表面結構，影響手術精確度。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，有其獨特的優(yōu)點。
快速原型技術在口腔頜面外科的應用價值已得到公認[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，有助于術前準確預測手術范圍，模擬手術，節(jié)約手術時間，減少手術創(chuàng)傷等，特別在下頜骨個性化重建中有獨特的應用價值。由于下頜骨具有復雜的、極具個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其原有的表面解剖特征。以鏡像模型為模板預彎的重建鈦板支架不僅能在術中為移植骨塑形提供 參考 ，支撐面下1/3的外形高點，完美地恢復患者的面容特征，而且能正確保持余留骨及髁狀突的生理位置，預防術后顳頜關節(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。首先快速原型技術較適合應用于病變局限于一側的下頜骨重建病例，對于病變過中線的病例，因病變侵蝕而導致中線雙側相應區(qū)域正常解剖數(shù)據(jù)喪失， 計算 機反求時，只能選擇將病變范圍小的一側數(shù)據(jù)翻轉到病變范圍大的一側，構建出中線兩側病變區(qū)對稱存留的鏡像模型。預彎鈦板時，術者只能先按預測外形磨改鏡像模型后再彎制，可能造成術后頦部形態(tài)與病前不一致。其次正常下頜骨兩側對稱區(qū)域表面細微形態(tài)并非絕對一致，導致術中有時出現(xiàn)預彎鈦板與患側余留骨表面不十分貼合，此時需嚴格按術前設計固定孔定位后微調鈦板局部曲度，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的個性化鈦鑄件連接種植體重建下頜骨的報道[4]。筆者采用的快速原型技術指導下頜骨個性化重建的技術方法則與楊連平、李軍等相同[2?3]。快速原型技術方法簡單，成本較小，模型制作時間短，效果顯著，患者易于接受，適合在臨床大量推廣應用，是一種較理想的下頜骨重建方法。
【參考文獻】
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