王立冬 马文 付帅 张长彬 崔庆赢 梁燕 黎明

昆明医科大学附属口腔医院口腔颌面外科 昆明650000

牙颌面畸形系指因颌骨发育异常引起的颌骨的体积、形态以及上下颌骨之间及其与颅面其他骨骼之间的关系异常，和随之伴发的牙关系及口颌系统功能异常与颜面形态异常[1]。板在正颌手术中是用来定位游离颌骨骨块位置，以达良好的咬合关系，因此，板的精度是正颌外科手术定位精度以及固定稳定性的保证，板的制作精度就成了牙颌面畸形矫正的重点，直接影响着术后的效果。

1 材料和方法

1.1 一般资料

选择在2017年6月—2019年2月就诊于昆明医科大学附属口腔医院口腔颌面外科的牙颌面畸形患者10例为研究对象。

纳入标准：1）需要进行包括上颌骨或（和）下颌骨手术的正颌手术治疗；2）既往无颌骨外伤史、肿瘤手术史和正颌手术史；3）临床及放射诊断为牙颌面畸形而非颅颌面畸形；4）不需要接受上颌骨或下颌骨分块手术治疗的患者；5）自愿进入本研究。

排除标准：1）唇腭裂患者；2）全身性凝血障碍患者；3）怀孕或定期药物治疗者，除口服避孕药。

所有患者均签署知情同意书。

1.2 数据采集、重建、测量分析、模拟手术及板制作

1.2.1 上下颌数字化三维模型数据的获得 运用锥形束计算机断层扫描（cone beam computed tomography，CBCT）对所有患者行术前头颅CBCT连续扫描（120 V、60 mA、层厚0.3 mm），范围从颅顶到颏部，患者在扫描过程中头部处于直立的位置，自然地把头靠在头部的支撑上，直视前方，不咀嚼、不吞咽、不说话，扫描时患者口内磨牙区咬蜡片，咬合分开约1 mm。口内牙弓取模及灌注石膏模型，脱模后石膏模型进行扫描前处理并进行三维激光扫描。

1.2.2 上下颌骨精确牙面复合模型、面部软组织重建 将患者CBCT的医学数字成像和通信标准（digital imaging and communications in medicine，DICOM）数据导入到ProPlan CMF 1.4软件中，在Segmentation模块利用Select Point功能通过在二维层面上选点去除颈椎及未与颅骨有链接的部分或通过Remove Parts功能去除多余部分，之后生成上颌骨、下颌骨及软组织模型并给予相应的命名（图1），之后在Orthognathic模块中将牙弓石膏模型的单颌表面三角网格数据（surface triangle list，STL）及最终咬合STL数据导入软件中（牙弓石膏模型表面信息的STL数据已经由Geomagic studio 2014中进行前处理，过滤干扰点，去除碎边及倒角等），并将单颌牙弓石膏模型分别通过选择牙尖参考点拟合到上下颌骨上，并在二维层面上进行微调核实，最终生成精确牙面的复合模型（图2）。

1.2.3 三维头影测量分析及手术模拟 通过选择测量标志点，利用眶耳平面摆正颅颌模型，并进行三维测量，针对错畸形的情况，采取相应的正颌手术治疗方案并进行手术模拟。首先进行上颌骨Le FortⅠ型截骨，并将上颌骨块移动到相应的设计位置，然后进行双侧下颌升支矢状骨劈开（bilateral sagittal split ramus osteotomy，BSSRO）手术，其次将牙弓石膏模型的最终咬合模型分别和上下颌骨牙面配准，这样下颌骨远心端骨块就移动到了最终位置，之后将下颌骨近心端骨块以颞下颌关节为中心旋转并使其与远心端骨块贴合（图3），最后依据需要进行颏成形术，并进行软组织模拟。

图1 ProPlan CMF 1.4中三维重建的上下颌骨模型Fig 1 3D reconstruction maxillary and mandibular models in ProPlan CMF 1.4

图2 拟合石膏模型精确牙面的复合模型Fig 2 Composite model with the accuracy of dental surface by fusing plaster model

图3 模拟手术后上颌骨及下颌骨移动到计划位置Fig 3 Maxilla and mandible was moved to planned position after simulated surgery

图4 单软件数字化板的设计制作Fig 4 Design and manufacture of single software digital occlusal splint

图5 数字化板的模型和实体Fig 5 Digital occlusal splint model and entity

1.3 牙弓石膏模型牙面阴模的制作（参考标准）

将激光扫描的石膏模型STL数据导入到Mimics 19.0中利用布尔逻辑减工具直接制作其牙面阴模，形态和数字化板形态相当。

1.4 精确性及时间分析

2 结果

手术由同一术者完成，共10例患者，其中，骨性Ⅱ类2例、Ⅲ类8例。

图6 单软件vs标准组与多软件vs标准组上下颌间的拟合误差Fig 6 Fusing error between single software vs standard group and multi-software vs standard group in maxilla and mandible

表1 单软件vs标准组与多软件vs标准组误差的比较Tab 1 Error comparison between single software vs standard group and multi-software vs standard group

图7 术中对比Fig 7 Intraoperative contrast

表2 手术方式及术中板的比较结果Tab 2 Operative methods and results of intraoperative plate comparison

表2 手术方式及术中板的比较结果Tab 2 Operative methods and results of intraoperative plate comparison

手术方式BSSRO Le FortⅠ型截骨+BSSRO Le FortⅠ型截骨+BSSRO+颏成形术例数/例结果1 7 2板无偏差板无偏差板无偏差

手术模拟时间均值如下。1）单颌手术：单软件为73 min，多软件为95 min；2）双颌手术：单软件为108 min，多软件为155 min。无论是单颌还是双颌手术，单软件手术模拟时间均少于多软件手术模拟时间。单颌手术模拟时间少于双颌。

3 讨论

随着计算机辅助技术的发展，正颌外科计算机辅助手术模拟（computer aided surgical simulation，CASS）已逐渐成熟。早期研究主要集中于在计算机上可视化手术计划的术后结果，之后2005年以来计算机辅助设计和计算机辅助制造（computer aided design and computer aided manufacturing，CAD/CAM）的手术导板开始作为一种将计算机辅助计划转移给患者的方式使用[3]。自那时起，正颌外科的CASS已经进入了现代，大量商业软件的开发，如：ProPlan CMF 1.4软件（Materialize公司，比利时）、Dolphin 3D软件（Dolphin Imaging and Management Solution公司，美国）和3dMDvultus软件（3dMD公司，美国）等，给研究者提供了多种处理数据的方式，可以根据自己的需要选择不同的软件进行手术模拟。从技术上讲，任何图形或建模软件都可以作为规划软件使用，由于各个软件系统的特性，通常医生模拟手术会在多个软件中实现模拟手术所需要的每一项任务。

但是，目前尚缺乏一致的、统一的数字化正颌外科流程，而规范的操作流程对于建立治疗指南、推动数字化正颌外科的普及、提高治疗效果具有十分重要的作用[4-6]。此外，Huotilainen等[7]的研究证明：制作患者特定的生物模型的过程可以被划分成3步（数据采集、图像处理和模型制造），该过程中的每个步骤都可能是最终医学模型的几何错误和失真的潜在来源，并证明同一个体的医用颅骨模型可根据DICOM与STL数据转换软件及技术参数的不同而有明显差异。无论使用何种技术，在制造过程中的任何几个步骤中都可能会出现错误，如从DICOM数据获取到图像处理，再到制造和结束进程。因此，无疑需要进一步研究其误差的大小及影响。

一些学者[11-12]指出，在计算机辅助技术中布尔逻辑算法简化了手术模拟过程，并证明了该算法的有效性、准确性。故评价板精确性时，以在Mimics 19.0中利用布尔逻辑制作的牙面阴模信息作为参考标准是可靠的。本实验虚拟手术时保证髁突中心位置无移动，此外，本实验评估的是术前不同方法制作数字化板的精确性差异，避免术中髁突移动对实验的影响。

随着CBCT成像、三维摄影和三维表面激光扫描技术的进一步改进，以及计算机辅助通信平台的建立，一个创新的解决方案将使计算机辅助正颌外科规范化、精确化、流程化、高效化成为可能。

利益冲突声明：作者声明本文无利益冲突。