刘华蔚 毕文婷 李永锋 张安东 胡 敏

颌骨是颌面部主要的骨性支架，颌骨缺损多见于外伤、肿瘤、骨髓炎及先天因素。颌骨缺损不仅影响患者的外形与美观，还会导致吞咽、咀嚼及言语等功能障碍，影响患者的生活质量，导致沉重的精神压力和心理负担[1]。因此，如何修复颌骨缺损，恢复口腔功能及改善面部外形是口腔颌面外科的重要课题。

随着功能性重建和个性化修复概念的提出，人们对颌骨缺损重建手术的修复效果提出了更高的要求，数字化技术的应用使颌骨缺损的个性化重建和精确重建成为可能[2]。这不仅降低了颌骨重建手术的学习难度，更提高了手术的精确度，更好的恢复了患者的面型及咬合关系。然而，目前口腔颌面外科的教学仍以传统的教师讲授为主，学生对于口腔颌面部的各组织结构间的解剖关系、移植骨和颌骨缺损部位的对应关系等难以深刻理解。数字化三维手术模拟结合3D打印技术应用于口腔颌面外科教学，有助于深化学生对于骨移植过程中组织结构关系，建立三维立体的形象思维，提升学习效率和教学质量[3]。

1.颌骨缺损重建三维手术模拟及3D打印模型的制备

1.1 病例资料 选择在解放军总医院口腔外科完成手术的下颌骨肿瘤患者作为研究病例。选择2例患者做典型病例，其中1例采用游离髂骨移植修复，1例采用血管化腓骨移植修复，采集患者术前螺旋CT数据及大体图像，术中及术后CT数据及图像。

1.2 数字化三维手术设计与模拟 对患者进行CT(Somatom Emotion 16，Siemens)螺旋扫描(层厚2mm，螺距1.5mm)，经三维软件图像处理后，获得颅骨及供区骨骼的三维影像，将术前CT数据以DICOM格式导入Mimics10.0软件中，分别重建出颌骨及供区骨骼的三维解剖模型(图1)。根据患者病变范围设计下颌骨切除范围，在重建好的颌骨模型上行模拟手术切除病变颌骨。通过镜像技术，利用健侧的下颌骨镜像至患侧，恢复被破坏的下颌骨外形，为下颌骨的重建提供依据。将患者供区数据导入Mimics10.0软件中，根据下颌骨缺损的位置及范围，以镜像后的颌骨为修复重建依据，将供区移植骨进行精确设计及分割，调整其长度与角度，使其在三维位置上尽量恢复颌骨缺损区的外形及功能，并将供区骨迁移至下颌骨缺损处，进行精确匹配及调整。

1.3 3D打印模板的设计及制备 根据术前在数字化软件中的虚拟设计方案，可同步设计下颌骨截骨导板、腓骨/髂骨截骨导板、塑形导板、就位导板等手术导板。根据肿瘤范围设计截骨范围，制作截骨导板，截骨导板的设计应充分考虑术中术野暴露的充分性、导板就位在实际应用中可重复性、导板对周围组织无妨碍等因素。腓骨截骨导板应考虑血管蒂的方向、腓骨三维方向的摆放、固定钛板位置的预留等；髂骨截骨导板应考虑术中所能切取髂骨的位置、髂骨与下颌骨形态的匹配、髂嵴顶的位置等因素。根据最终修复形态设计就位导板，就位导板应与截骨导板具有良好的位置重复。使用快速成型技术(Rapid Prototyping)将STL格式文件导入驱动计算机采用3D打印机打印出仿真的树脂头颅模型及颌骨修复后模型及术中截骨导板、就位导板(图1)。

图1 下颌骨数字化三维手术模拟设计及模型打印

2.方法

选取专科医师培训基地的年轻医师20名，进行颌骨缺损重建手术的教学及操作培训。随机将20名学生分为A、B组(n=10)。A组：采用常规幻灯演示进行教学；B组：数字化三维手术模拟结合3D打印模型教学。

教学效果评价：(1)课后发放测验题，共25道选择题(50分)，包含颌骨解剖及颌骨疾病相关知识点，当场收回。(2)从临床数据库中调取一例颌骨肿瘤患者病例，要求根据临床病史及影像学资料做出初步诊断，并总结颌骨病变的特点，做出鉴别诊断，陈述治疗原则，根据患者病情制定最后的治疗方案，并描述手术过程及术中术后注意事项。由2名高级职称老师进行打分(50分)。

3.结果

应用SPSS12.0统计软件进行两组学生考试分数的数据分析，计量资料采用t检验，检验水准α=0.05。统计显示，A组学生的考试分数(84.4±6.08)高于B组(73.1±4.28)(P＜0.05)。证明数字化三维手术模拟结合3D打印技术应用于颌骨缺损重建手术教学效果良好，高于传统教学。

4.讨论

口腔颌面外科手术因手术部位血运丰富、临近呼吸道及颈部重要血管神经，手术出血多，易损伤周围的重要解剖结构，可能出现严重的并发症，甚至危及患者生命安全[4]。因此，年轻医师在进行临床实际操作前，应尽可能地掌握颌面部解剖结构特点及各种手术操作技能，熟悉手术操作流程及要点。颌骨缺损的病因常见于肿瘤、放射性骨髓炎、慢性骨髓炎及外伤，目前临床上最常用的修复方法为自体骨移植，常见的取骨区域为肋骨、髂骨、腓骨等。因髂骨及腓骨骨量可满足下颌骨移植修复的需要，且移植后均有条件术后行种植义齿修复，恢复患者咬合关系及咀嚼功能，因此，髂骨及腓骨移植是目前临床上主流的下颌骨缺损修复的自体骨移植方法[5，6]。

颌骨缺损修复一直以来都是相对抽象化的教学内容，如果单从课本上学习，掌握起来非常困难。从临床角度而言，手术过程术区暴露有限、视野狭小、解剖结构复杂，不利于观摩学习，在一定程度上加大了学习难度。传统教学模式多以图片、文字以及手术视频等方式为主，但教学效果并不理想，学生对整个手术过程缺乏直观性，无法形成立体印象，因此学生学习效率较低且无法对各知识点充分理解。对于颌面部较为复杂、精确度要求较高并且手术风险较大的颌骨移植修复手术，所需要的培训周期相对更长。

数字化虚拟手术是利用计算机技术将各种医学影像数据导入计算机中，建立一个数字化三维模型，在虚拟环境中进行手术设计与模拟操作。利用该技术教学，可以使学生更直观的认识手术过程，熟悉手术流程及解剖结构，完成技能训练，为临床实际手术操作打下坚实的基础[7-10]。刘冰等[11]在颌骨缺损重建临床教学中引入快速原型技术，发现能使学生较好地理解和掌握教学内容，提高了解决实际问题的能力。蔡卜磊等[12]采用数字化三维手术设计与模拟系统在正颌外科教学中应用，发现其能提高学生对正颌手术的认识，是一种更加有效的教学方式。

3D打印技术是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。颌骨3D打印是将设计好的STL格式文件导入计算机，3D打印颌骨模型及导板。通过对模型的观察，受训医师可加深印象，更直观的观察手术截骨植骨的过程，对手术方案及植骨块三维方向的摆放有更清晰的认识，进一步加深对该手术方式及过程的理解。彭歆等[13]利用数字化技术辅助游离髂骨瓣/腓骨瓣修复下颌骨缺损，术后显示髁状突位置、下颌骨形态、义齿修复及患者外形满意度均明显高于对照组，显示其临床应用的优势。陈鹏等[14]利用3D打印技术在颌骨缺损修复教学中应用，发现能使学生能更好的理解和掌握内容，提高解决问题的能力。

数字化三维手术设计与模拟培训具有可重复性，受训医师可在虚拟模型上进行反复的截骨移动尝试，确定最终的手术方案。在三维空间可加深对颌骨手术切除及腓骨/髂骨移植修复的理解。通过在3D打印模型上进行模型外科教学，可以使受训医师对颌骨缺损重建具有更直观的认识，加深对颌骨解剖形态的理解及咬合重建重要性的认识，具有较高的手术教学意义。本组医师通过数字化三维手术模拟结合3D打印技术教学培训，教学效果明显好于对照组，特别是在临床病例分析环节，该组学生对颌骨缺损重建手术过程及术中注意事项的理解明显优于对照组，显示出该教学方法的明显优势。

总之，本研究发现，将数字化技术应用到颌骨缺损教学中是一种很好的尝试，在将来的教学中值得推广应用。但是数字化技术也有其不足之处，学习过程中必须使用专业的电脑软件；3D打印需要专业设备与材料，虽为即刻成型技术却仍需制作周期，资金与时间投入较多；目前技术及材料所限尚无法实现软组织的特性。此外，数字化模拟手术中复位骨块以及定点测量也存在一定误差，必须要有一定手1术经验的教师进行现场指导，这些问题都有待于进一步的研究解决。