上颌截骨导板的研究及应用进展
王媛媛林阳阳侯敏
正颌外科为纠正牙颌面畸形应运而生。上颌骨是面中部的重要骨支持，对于面中部的形态和美观起决定作用，正颌手术中，上颌骨的截开和再就位关乎术上颌中线，合平面是否倾斜，鼻底丰满度，唇齿关系等众多评测指标。数字化设计的截骨导板能保证骨块截断的准确性，且能有效保护手术周围的解剖结构，减少术中并发症的发生。基于截骨导板的众多优点，各个学者对其的探索从未停止。本文现就如今上颌截骨导板的研究情况和应用进展作一系统阐述。
：正颌外科；上颌LeFortI型截骨；数字化导板；截骨导板；牵张成骨
因颌骨发育异常所引起的咬合关系异常和颜面部形态异常称为牙颌面畸形[1]。正颌外科为纠正牙颌面畸形，应运而生，治疗目标需兼顾咬合、功能和美观三个方面。上颌骨是面中部的重要组成部分，对于面中部起骨性支撑作用，不仅决定了面中部的突度，还对患者的露齿、上牙中线的偏斜、牙合平面的偏斜等产生影响，对外貌美学评价十分重要[2]。由于上颌发育异常导致的骨性错颌是临床上常见的一种牙颌面畸形，主要的手术方式包括：上颌骨前部截骨、上颌骨后部截骨、Le-FortI型截骨术、Le-FortII型截骨术、Le-FortIII型截骨术[3]，医师可根据畸形的部位及严重程度选择不同的手术方式或几种手术方式相结合。
正颌手术的流程随着三维打印技术的进步及CAD/CAM技术的发展变得更加简化且精确[4]。手术中应用的3D打印导板包括截骨导板、定位导板和合板，其中截骨导板因其能够保证截骨线的精确定位同时快速准确的去除骨质，实现骨段的精准快速移动而被广泛应用于数字化正颌手术中，不仅可以缩短手术时间，还可以减少术中出血及其他并发症发生的风险。近年来，众多学者对于上颌骨截骨导板都进行了一系列探索，本文将对这些研究成果做一系统阐述。
1.分类
1.1材料
由于不同的限制和要求，3D打印应用的材料各不相同。目前应用在截骨导板上的材料包括：树脂，金属合金，聚酰胺，塑料等，比较常见的的是树脂和金属合金，两者根据本身材料的性质，制作的导板各有优缺点。
1.1.1树脂树脂材料轻巧，造价低，对于打印设备要求较低，但是材料本身较脆，强度较低，制作的导板需要一定的厚度和体积。在上颌手术中，若软组织剥离范围较小，导板的体积过大，不仅就位困难还会影响其他手术操作；若手术中剥离范围较大，不仅损伤大，软组织的回弹力也会加大，树脂本身有一定的可让行，无论是制作截骨导板还是定位导板，就位时可能出现形变和翘动，甚至出现轻微移位。
1.1.2金属合金金属材料较多见的有钛合金和牙科钴铬合金，材料本身有良好的延展性，可以制作成不同的形状，在保证强度的基础上可使截骨导板有较小的厚度和体积，但因其不可形变，导板就位时要求较高，并且一经应用于手术，术中截骨线只能按术前设计进行；其次金属材料造价较高，对打印设备的要求也较高，由于截骨导板一般会在截骨后拆除，所以国内国外金属截骨导板都比较少见。李彪等[5]以Ti6AIV4合金为原料制作截骨导板和个性化钛板，最大限度的覆盖手术需暴露的骨质，达到稳定就位和精确截骨。Heufelder等[6]也曾提出一种金属截骨导板，左右连成一个整体，金属的基底部设计成镂空的状态，这样不仅可以减少导板的重量，也可以保证导板的强度。
1.2指导截骨部位
正颌手术中，上颌骨的截骨方式可以根据患者的实际情况灵活设计。截骨方式不同，涉及到的截骨线部位也不同。现有文献表明，数字化截骨导板主要应用于Le-FortI型截骨术中，可精确指导上颌前壁的截骨和去骨，截骨导板也多在上颌骨前壁延伸。上颌Le-FortI型分块截骨术则是在Le-FortI型截骨线基础上，根据具体分块设计，添加不同部位的截骨线，所对应的截骨导板也应有相应的分块截骨线设计。而如今报道的数字化分块截骨病例较为罕见，仅Gander等[7]报道了一例上颌中央分块的病例，该手术中截骨导板分为左右两块，由聚酰胺打印，但是只是单纯的标明了上颌骨前壁的Le-FortI型截骨线及去骨宽度，在分块部位未见截骨线设计。近年来，屈墨羱等[8]设计了一种上颌截骨导板，明确了分块截骨线的位置，应用于颌骨前部截骨纠正双颌前突的病例中。导板整体由3部分构成：合板，连接杆和与上颌骨接触的触手。触手部分总体为一长方形，宽度是分块截骨纵行去骨宽度；两侧边缘指导分块截骨线位置；上缘稍长，标记了部分水平截骨线位置。研究结果显示，所有患者的双颌前凸均得到纠正,无并发症发生，在影像学评估中,3D手术模拟结果与实际操作之间没有显著差异。该导板虽然用于上颌前部截骨，但是对于上颌Le-FortI型分块截骨导板的设计有很大启示。
1.3支持固位方式
1.3.1骨表面支持上颌骨为不规则骨，截骨导板可以通过牙根表面骨质、梨状孔，前鼻嵴和颧牙槽嵴等解剖结构进行扣锁贴合。导板若单纯使用骨表面支持固位，需注意选择延伸面积，扣锁结构既不能过少，影响导板就位唯一性；也不能过多，由于倒凹存在，反而使导板不能就位。
1.3.2固位钉固位此种固位方式需要在导板上设计合适钉孔，不仅可以用来固定导板，还可以做术前术后准确性评估的骨性标志点。钉孔位置要避开牙根等重要解剖结构，选择有一定厚度的骨质部位，使固位钉有足够的稳定性。一般来说，钉孔的位置要和定位导板保持一致，若定位导板为最终固定的预弯或个性化钛板，钉孔位置要选择在骨质较厚的颧骨旁和梨状孔侧方[9]，否则要选择不影响钛板固定的上颌窦前部，此处骨质较薄，可多打几个孔，防止固定导板时骨质破损[10]。钉孔的方向也很重要，He等[11]提出，不恰当方向的固位钉会产生不良内部应力，从而影响固定的稳定性和准确性，因此他们设计了一种截骨导板，在钉孔处有适宜方向的管道结构，以保证钉孔的方向。
1.3.3部分或全牙列的单颌合板固位有些患者的上颌骨表面较平坦，单纯使用上颌骨表面的支持方式，没有梨状孔或前鼻嵴等明显解剖结构的加持，并不能达到导板的就位唯一性。要想既减少骨表面导板面积，又有良好的稳定性，常需和部分或全牙列单颌导板结合，通过连接杆或者连接板连接，此种导板称为牙-骨支持式导板[12]。Seeberger等[13]设计了一种立体截骨导板，连接板跨过牙龈和软组织，牙列部分包绕上颌骨前牙列，骨覆盖部分位于两侧上颌骨前壁，标记Le-FortI型截骨线。另外此种截骨导板包含的单颌合板不需要特别精确，有一定的就位稳定性即可。Li等[14]设计了一种牙-骨支持式截骨导板，不需要牙模扫描，仅取ct扫描上颌牙列数据，制作截骨和定位导板，手术效果良好。但是牙-骨支持式导板虽优点明确，却有一些弊端，比如体积较大，设计复杂，操作难度较大，同时仍然不能避免ct扫描过程中金属托槽和修复体伪影对于导板制作的影响[15]。
设计截骨导板时，可单纯选择某一种支持固位方式，也可将几种固位方式相互组合，根据手术需要设计成复合式截骨导板，既能精确转移手术方案，又能简化手术操作，各导板部分还可以组装以达到目的。Lee等[16]设计了一种钥孔系统，由连接固定于上颌牙合板的钥孔和固定于梨状孔上缘骨面的钥匙两部分构成，二者通过十字螺纹嵌锁在一起，均由3D打印技术制作，指导截骨及上颌骨的固定。但是这种类型的截骨导板要求手术相当精确，反而可能延长手术时间。
2.制作流程及制作软件
目前常用的制作截骨导板的软件主要有Proplan、Mimcs和GeoMagic，以Mimcs为例，制作带有钉孔的骨支持截骨导板时，先将患者CT或CBCT数据以DICOM格式导入mimics软件中，将患者的颅颌面骨进行重建，尤其是导板覆盖区域，一定保证光滑、完整。重建完成后，根据导板类型选择是否匹配数字化牙模数据。然后将上颌骨分离出来，将处理好的上颌骨数据的stl文件导入3-matic软件中，用“brush”工具选择导板覆盖的区域，然后选择“separate“复制出一个导板的基底面，再进行”offset“等操作创建所需厚度的母导板。3-matic中”createcylinder“工具生成圆柱体，用于确定钉孔的位置，运用布尔运算将圆柱体和设计的截骨线减去，随后进行边缘修整，即可得到初始截骨导板。经过“fix“修补和降噪处理后，就可根据需要选择适当材料打印截骨导板实体，经调磨消*后可应用于手术。
患者的三维信息采集可用CT或者CBCT，CBCT对比CT，由于放射剂量较低，扫描时间较短，价格较便宜，被普遍应用在正颌手术中[2、17]，但是CBCT的对比度较低，薄弱的骨质比如上颌窦前壁、后壁和鼻腔外侧壁会影响截骨导板的制作[18]。所以，应用CBCT的病例颌面骨重建时需格外注意。
3.应用
正颌手术中，轻中度的上颌骨畸形可以用常规正颌手术解决，严重的上颌骨发育不足则需要用到上颌牵张成骨术，两种手术类型都可采用计算机设计，通过数字化导板转移到实际手术中。
3.1上颌正颌手术
常规正颌手术中，截骨导板常与定位导板结合使用，确保数字化手术方案完美实施。两种导板联系的密切程度有所不同。若手术中使用定位导板，且定位导板辅助上颌就位后用钛板固定，此时截骨导板和定位导板则共用一套钉孔，一些学者更是在两种导板的组合方式上进行了一些创新，比如Lee等[16]设计的钥孔系统；比如Li等[14]设计了一种组合，截骨导板随截骨操作截开后，仅去掉上颌牙骨段的导板部分，定位导板和颅骨段上的残余导板进行组装，从而确定牙骨段的位置；比如Li等[19]设计了一种牙-骨支持式导板，骨面部分、连接杆、合板部分可以拆开，通过两套连接杆，组装出截骨导板和定位导板。若手术不用定位导板，截骨导板只用来标记截骨线或者骨性标志点，并且随后采用预弯钛板固定，此时的截骨导板的钉孔则需避开预弯钛板[20]，此类病例中由于没有定位导板，所以可以减少手术操作，节省手术时间。随后，随着3D打印技术的进步，金属合也可以成为打印材料，这样截骨导板就和3D打印个性化钛板结合起来，共同定位上颌骨段，此时截骨导板的钉孔和个性化钛板钉孔一致[5-7、10-11、18、21-23]。有了个性化钛板的加入，不仅可以减少手术操作，定制钛板也更加精确，但是价钱也更高。
应用数字化导板定位上颌的准确性评价有很多，但是单纯评估截骨导板就位和截骨准确性尚未见报道。仅Mazzoni等[10]在实验中，截骨导板就位时用图像导航技术控制，提出有30%的截骨导板就位后需要轻微调整。但是实验中仅观察了10个患者，样本量较小，并且Zinse等[24]实验曾得出在上颌骨定位方面，图像导航技术没有使用数字化导板定位精确，所以是否可以用图像导航技术评估截骨导板的就位精确性，尚需进一步研究。
3.2上颌牵张成骨
牵张成骨手术中，截骨线的设计至关重要，不仅要避免组织损伤，还关系到牵引方向的控制[25-27]。3D虚拟设计的出现极大的促进了口内牵张成骨的发展，目前对于下颌骨牵张成骨的数字化设计应用较多[26-28]，但是矫正上颌严重发育不足进行的数字化牵张成骨术设计报道比较少见。Scolozzi等[29]报道了3例上颌牵张成骨的患者，设计了截骨导板和带有25mm轨道的牵引器，术后均有理想、稳定的外观，期间未发生感染或神经症状等并发症。并且他们还总结了CAD/CAM技术应用于牵张成骨的优势：一、上颌骨理想位置的可视化，以恢复适当的前后关系，避免损伤牙根，避免出现骨性干扰；二、可以选择适当大小的牵引器，并且确定理想的空间位置；三、通过制作个性化截骨导板和合板，使手术精确实施，确定牵引方向；四、在3D打印的头颅模型上可以预弯牵引器的固定翼；五、可以减少手术操作，从而减少大约45-60min的手术时间，可将时间花在术前设计上。
4.小结
正颌手术成功包含三个因素：准确的诊断、完善的治疗计划和治疗计划的完美实现[25]。传统正颌手术的诊断和治疗设计很大程度上依赖个人经验，二维投影和手工石膏模型外科，尤其是缺少相关结构的三维信息，比如颅颌面部中线和颞下颌关节等[6]。拍摄CT或者CBCT，然后应用到三维规划软件中，可以使我们绕过耗时和容易出错的诊断和规划步骤，包括投影测量，面弓转移，建模和石膏模型外科等[7]，使诊断和手术设计方便化、精准化、可预测化。其次，要想将手术设计又好又快转移到实际手术中，就需要应用导板。尤其截骨导板导板可以为手术提供诸多便利。McMllister等[4]更是猜测，使用个性化截骨导板的数字化正颌外科设计很可能成为“金标准“，使手术医师定位理想的截骨线，并且更好的预测手术效果。但是，现存的截骨导板一般只能确定上颌骨前壁的截骨和去骨量，对于上颌后壁，内侧壁甚至翼上颌联合的截骨的把控及矢状截骨方向的控制仍有很大不足，不利于经验少的医师使用；且单纯涉及截骨导板性能评估的实验较少，此方向可以继续进行深入的探索。
[1]胡静，王大章．正颌外科[M]．北京：人民卫生出版社，.
[2]LinHH，LoLJ．Three-dimensional