数字化技术在颧骨复合体骨折中应用的进展

2020年5月27日 口腔颌面外科杂志

    颧骨与上颌骨、蝶骨、额骨和颞骨相连接,颧骨体本身很少发生骨折,骨折常发生在周围薄弱骨及骨连接处,形成以颧骨为中心的骨折,包括眶颧骨复合体骨折、颧上颌骨复合体骨折等,此类骨折统称为颧骨复合体骨折(zygomatic complex fracture,ZCF)。本病发生最常见的年龄段是20~40岁,病因主要是交通事故和斗殴,不仅会造成颌面部功能异常,如张口受限、感觉异常、复视、眼球运动障碍等,对于面中部的宽度及突度的轮廓外形亦影响甚大。

    针对该类型骨折,特别是粉碎性骨折及陈旧性骨折的治疗一直存在争议,传统手术方式很难同时兼顾形态和功能,如何提高创伤修复手术的精确性和个性化,实现形态与功能并举,对于颌面外科医生来说也是一种挑战。借助医学影像技术及计算机技术的发展,基于医学影像数据的数字化外科技术逐渐应用于颌面部创伤治疗中。因此,如何制定周密的治疗计划和选用合理的技术方法以最大限度地恢复患者功能和外形,消除患者精神心理上的痛苦,是我们外科医生亟须解决的问题。本文就数字化技术在临床中的应用分别从手术模拟、辅助手术、效果评价3个方面进行综述,并对其应用选择进行总结。

    1.手术模拟

    数字化技术在颌面部应用中最基础的部分便是手术模拟,通过术前的虚拟设计才能实现后续对治疗过程的指导。在获得病人的颌面部CT或CBCT数据后,我们可以借助Simplant、Proplan、Mimics等软件三维重建颌面骨形态,通过切割分离骨折区域与正常结构。对于单侧ZCF患者,一般采用镜像技术恢复患侧形态;对于双侧ZCF患者,可以通过数据库匹配或者患者既往正常颌面部CT数据辅助复位骨折块;对于涉及眶壁骨折的患者,要考虑到术中的同期重建,避免术后眼球功能障碍。

    手术模拟不仅可以让术者洞悉原骨折块移位及术后复位情况,同时也有助于同患者及其家属解释沟通。考虑到其与实际手术之间存在的差异,如何在尽可能小的创伤下选择合适的数字化手术辅助系统,如术中导航或导板技术实现设计,需要外科医生的决策。我们还可以将重建后的颌面骨3D打印头模,这一技术让外科医生更直观地了解患者的情况,通过切割拼接等“预手术”的方式辅助固定钛板或钛网的预弯制,有利于减少手术时间和创伤。

    虽然3D打印精度对设计会有一定的影响,但是Brown等通过比较藻酸盐印模和口扫后使用喷射技术3D打印牙模后,指出现阶段3D打印精度已基本满足临床使用;Shaheen等比较了20例正颌患者的3D打印咬合导板和常规制作的咬合导板,平均绝对距离误差为0.4mm(标准偏差0.17mm),符合临床可接受的误差范围。当然,3D打印头模的打印精度的提高,展示更加细节化的解剖结构,对于颌面部外伤修复具有更大的指导意义。但是,经济成本因素一定程度上限制了其广泛应用。

    2.辅助手术

    手术导航技术是在术前虚拟设计的基础上,结合术中定位跟踪系统,交互配准术前设计的三维图像和实际颌面骨,在定位器的连续实时跟踪下,引导手术器械进行精确手术操作。在临床使用中,导航技术的使用主要体现在2个方面,一是作为检验手段,外科医生分离骨块后,根据术前设计凭借经验复位骨折,利用导航进行复位效果的验证以作调整,这样既能减少导航操作对手术时间的延长,也能达到较良好精确的复位效果。

    Bao等定量分析了15例使用导航辅助校准后的复杂ZMC骨折的面部对称性及眶容积,通过与10例常规手术患者对比,认为导航技术的辅助有利于提高骨折复位后的对称性。另一方面是使用导航技术进行手术,在导航定位器的指引下,进行骨折复位、钻孔、固定,这一方法对于没有丰富经验的手术医生,也能获得和术前设计基本相同的复位效果。

    He等介绍了一种新的通过颧骨表面标记的方式导航复位单侧陈旧性骨折的方法,6例病人的术后拟合评价及对称性的结构令人满意。然而,手术导航技术不可避免地存在一些不足。Widmannn等回顾分析了图像引导技术的误差来源,主要包括导航系统本身的误差、图像质量的误差、配准的误差等;同时强调了在导航手术中配准误差对结果的影响最大。另外,导航手术需要导航仪,需要额外的人进行导航仪的操作;导航手术也需要专业的培训,临床经验不足会导致手术时间的延长;甚至有可能因术前设计问题导致手术的失败等。

    除了导航之外,导板技术由于不需要术中导航仪等设备的辅助,在临床上也得到了广泛应用。其基于术前手术模拟来设计术中导板,从而辅助骨折复位。Li等对1名颧眶上颌骨复合体骨折的患者根据术前手术模拟的颌骨表面设计了定位导板,再利用3D打印技术打印导板和头模用于术中引导骨折复位取得了良好的手术效果,但是导板体积过大无法同时进行固定操作。

    BujtarP等展示了使用上颌支柱设计复位导板解决复杂颧骨骨折的方法,既具有稳定性和精确性,又能方便术者固定骨折块。由于树脂打印体容易断裂变形,故打印导板体积较大,对于仅需口内入路切口颧上颌缝处的骨折指导意义较大;而对较复杂的骨折,则必须使用冠状切口达到较完整地暴露后,使用导板复位,这又违背了微创外科地理念。

    Schouman等从虚拟规划出发,设计了个性化微型板和预钻导向板,术中采用小切口利用预钻导向板来确定钉孔位置,然后直接使用个性化钛板固定复位骨块,11例病例的术后效果平均误差仅0.2mm。个性化金属导板的使用,极大地缩小了导板体积的同时又能保证其不变形,但是由于成本较大及现阶段伦理审批问题,其推广应用受到了一定的限制。同时预钻导向板的使用,并以个性化钛板代替了常规钛板,减少了手术步骤,手术效率明显增加。但是仍可能存在术前模拟与真实手术的差异造成导板就位困难以及出现导板折裂、变形等情况,导致手术出现误差。

    3.效果评价

    术中即刻影像检查可以及时评估ZCF复位情况,必要时加以调整,从而避免了二次手术的风险。常用的手段包括X光、螺旋CT、CBCT、超声等,其中螺旋CT和CBCT可以通过三维成像更直观地展现手术效果,同时对于评价眶壁是否需要重建具有一定的价值。Gander等回顾了48例颧骨骨折患者的术中CBCT评估结果对于术中决策的影响,其中6例患者的颧骨复位情况被重新调整,7例患者的眶壁重建与否重新进行了确定,从而有效地避免了不必要的眶壁重建,并降低了术前未确定需要重建的病例的概率。

    Buller等通过病例对照实验发现16例术中使用超声评估的颧弓骨折患者的复位效果较对照组有一定提高,特别是非M型颧弓骨折较常规手段效果更明显。Shaye等对38例颌面重建病人回顾了术中即刻CT所额外增加的时间发现平均用时仅为14.5min,经验丰富的医生甚至可以把时间缩短到3.78min。Wilde等认为在术中使用CBCT或螺旋CT作为术中检验没有问题后,术后CT的评估就显得不必要,这样可以避免患者承受二次辐射,同时也有助于手术的精准复位;当然,对于术中需要调整或重建的患者,二次评估是可以接受的,也是有意义的。

    值得一提的是,术中即刻影像技术目前并没有成为颌面复杂骨折复位手术的常规流程,除了经济成本的问题外,更大的原因在于当前对其临床评价证据的匮乏,仍需要更多的更大样本的临床试验的支持,才能使该技术得到推广应用。术后影像检查的三维重建与术前设计拟合匹配的评价是被广为接受的评价方法,目前最常用的还是色谱图分析法,但这一方法只能显示术前术后颌骨表面的点与点的距离差异,最终给出的结果包括最大偏差、最小偏差、平均偏差、标准偏差等,而且由于钛板等固定装置的干扰,有一些区域的数据并不能真实显示,这也会影响给出的结果,更无法客观地展示骨块的三维方向的位移和旋转。

    Pierrefeu等指出了目前评价骨折复位效果的文献中,并没有阐明具体评价手段,他提出使用软件建立一个原点来测量设计及术后骨面到点的距离偏差以及色谱图共同作为评价手段,并使用该手段证明当使用中位数、四分位数评价结果时会出现偏倚。Wang等通过3D打印头模,将术前设计的骨块位置使用预制钛板固定,从而确定了钛钉孔,然后利用软件将钉孔转移至原始骨折块上,使用导航定位钉孔复位骨折,术后选取3个钉孔作为颌骨位置的评价。这一方法要注意的是如何使选取的的3个点要具有代表性,从而以三角形的中心代替骨块的中心定量分析骨块的移动,另外点与点之间的对应关系要得到保证。

    4.数字化技术的选择

    在临床上使用最为广泛的颧骨骨折分类方法是由Zingg等于1992年提出的,包括A型(不完全性颧骨骨折,颧骨复合体不移位)、B型(完全性单发颧骨骨折,颧骨复合体与周围骨分离移位)、C型(颧骨粉碎性骨折)。临床上又根据骨折后时间是否超过4周,分为新鲜骨折和陈旧性骨折。对于新鲜的A型骨折由于临近结构的完整,一般解剖复位即可取得理想的结果,但是颧弓骨折由于常规采用口内切口或面部小切口,视野受限,同时会出现导板无法使用,导航探针定点困难等情况,一般只能通过医生凭借经验触诊来确定效果,这使得复杂的颧弓骨折可能出现复位效果不理想的情况。

    Baek等对一名颧弓骨折患者采用口内切口,术中使用面部软组织来校准复位效果。考虑到患侧软组织伤后形态改变的干扰,使用针状探针直接刺破软组织达到骨面检查可能会有更好的效果,但这需要试验来检验。Dai等采用了半侧冠状切口利用导航技术使用拉力螺钉复位了颧弓根部骨折,术后CT显示精确复位及固位稳定。因此就目前来看在采用口内及小切口的情况下,导航发挥的作用有限,导板则基本无法应用;而对于陈旧性颧弓骨折,骨断端的愈合使得局部小切口很难做到骨段的精准复位,可以借助冠状切口的暴露来应用数字化技术从而取得精准复位。

    但这也要权衡手术创伤、功能障碍及患者要求,来确定精确复位的必要性。新鲜的B型骨折涉及颧骨复合体的分离位移,经验不丰富的外科医生在使用口内或面部小切口进行手术时,经常会出现复位效果不理想。Yang等回顾的28例新鲜颧骨骨折患者,其中14例术中导航辅助以口内切口仅做单点固定后效果优于普通手术组,证明了导航技术在早期治疗中的有效性和安全性,并降低了手术创伤。

    Wang等采用了预先弯制的L型0.6mm薄钛网来辅助复位上颌骨前壁及颧牙槽支柱处的复杂骨折,相对普通钛板固定,具有降低骨折块的不稳定性,提供复位效率的优点。而陈旧性B型骨折由于骨断端解剖形态的消失及错位愈合,使得截骨位置的选择及骨块的复位更加困难,面部小切口很难暴露合适的截骨线。

    Gong等针对单侧陈旧性颧上颌骨复合体骨折设计了随机对照试验,纳入的78例患者骨折使用半侧冠状切口进行手术,结果显示导航技术提高了陈旧性骨折的复位效果。Herlin等采用术前设计3D打印截骨导板的方式对1名陈旧性骨折患者,使用面部小切口来进行手术,效果令人满意,但我们可以看出树脂导板对术野的遮挡及对操作的干扰。Schouman等提出的3D打印预钻金属导向板和个性化钛板的方式使得面部小切口复位B型骨折更方便和稳定。而导航在使用面部小切口对陈旧性骨折的应用方面还需要试验进一步确认。

    C型粉碎性颧骨复合体骨折由于周围相对解剖标志的丧失,无论是新鲜的还是陈旧性的,常规手术的方式都很难做到良好的复位,同时冠状切口也是必要的。导航一直被认为是应对陈旧性骨折和粉碎性骨折的利器。Zhang等随机对照了20例单侧复杂颧上颌复合体骨折,术后效果良好。但是我们知道导航术中需要助手稳定骨块,而当碎骨块较多时,则更容易出现偏差。而导板则通过截骨导板或定位导板直接确定钉孔位置,再使用个性化钛板固定,减少术中弯制钛板的时间,并降低了人为因素导致的骨块移位的可能性。Wang等在头模上演示上使用导航来确定钉孔,用预弯钛板来固定骨块的方式,避免了应用定位导板需要扩大剥离范围的缺点,为小创口复位各种新鲜颧骨骨折创造了可能。

    5.总结

    基于目前文献,我们可以看出,导航及导板技术对于不同骨折的辅助复位基本均能胜任,两者都需要术前手术模拟,但是导航器材价格高昂,需要更多的人力成本;导板则需要时间提前3D打印或者预弯。因此,这两者的之间的选择在参考各自医院条件的同时,还要考虑数字化技术使用的必要性、切口的选择、患者自身的要求等。虽然,术中影像在直接辅助骨折复位上无用武之地,但这一术中评价技术可以帮助术者及时了解骨折复位情况,且在眶壁重建的决策上也有着独特的优势。由于固定导航仪或者导板会对患者造成额外的损伤,因此对于它们的应用选择及改良升级,还有术中影像技术的实际应用价值,需要更多的试验来研究验证。

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