口腔医疗设计方案[口腔医院设计方案]

　　随着科技的进步，影像学技术、计算机辅助设计技术都得到了长足的发展，这些新技术为正颌外科的手术设计提供了更加精确、形象的方法。尤其是近年来计算机辅助设计及制作（CAD/CAM）的技术逐渐走入口腔医疗领域，以三维CT数据为基础的3D手术规划逐步替代了传统的模型外科和X线头影测量，成为正颌外科设计的新技术。本期《今日口腔》特邀北京大学口腔医院刘筱菁副主任医师、李自力主任医师及吴灵医师详解三维数字化正颌外科的发展及其在临床中的应用。

　　作者：刘筱菁 李自力 吴灵

　　北京大学口腔医院正颌外科

概 述

　　正颌外科手术诞生已久，有着将近60年的历史。1951年，丁曼（Dingman）和哈丁（Harding）首次在进行Le Fort I 型截骨手术时离断翼上颌连接，1957年正颌外科之父奥博威格瑟（Obwegeser）首次报道了下颌升支矢状劈开手术，这两个时间标志了正颌外科手术走过了摸索期，成为成熟的手术方式（图1）。

　　图1 传统模型外科设计方法

　　在正颌外科技术诞生早期，影像学检查水平比较初级，只能拍摄二维头影测量片，手术设计只能基于X线头影测量分析和模型外科进行。

　　60年过去了，影像学技术、计算机辅助设计技术都得到了长足的发展，这些新技术为正颌外科的手术设计提供了更加精确、形象的方法。

　　与此同时，患者对于手术的需求也发生了较大改变。患者的就诊或求治需求从最初的重建或改善咬合关系，能够正常吃饭、说话，到现在追求脸型的协调甚至气质的改变。随着人们生活水平的提高和“整形”观念日益深入人心，患者对脸型的诉求远远超过了对咬合关系的需求。目前，咬合关系大致正常，单纯为了改善脸型接受正颌外科手术治疗的患者也不乏少数。

传统手术设计流程的不足

　　手术要求的改变对正颌外科术前设计提出了新的、更高的要求。传统模型外科可能在如下方面不满足现代正颌外科设计的要求。

　　面弓转移的误差可能干扰医师对畸形程度的判断一些畸形程度较低的患者中线、合平面的偏差本来就在毫离之间，面弓转移的误差导致无法反映患者真实的畸形程度。

　　无法对矫正效果进行三维方向的量化评估 传统头影测量大多基于头颅定位侧位片进行，该方法是评价患者侧貌轮廓的经典方法。但由于影像本身无法反映三维方向的偏斜、不对称等信息，因此无法呈现术前术后面部不对称的矫正程度和脸型宽窄的改变，这部分信息只能根据医师经验来判定。

　　各个环节的累计误差无法达到医、患双方对手术的高要求模型制取、面弓转移、模型外科、手工咬合导板制作等各个步骤都会产生误差，累积后可能使手术方案的制定失之千里。只能看到牙齿，对于脸型和骨骼轮廓的预测只能凭想象 基于模型外科的手术设计，在合架上只能看到牙齿的移动，而不能看到骨骼形态的变化，有经验的正颌医师会在石膏模型上大概标记相当于上齿槽座点（A点），下齿槽座点（B点）等。但是这些点无法形象反映骨骼细微情况的变化，尤其是当患者对于正颌外科的预期效果包含了眶下区突度、鼻唇沟深度、鼻唇角度和下颌骨“V形”轮的时候，传统的模型外科就不能满足术前设计的要求了。

全息三维数字化正颌外科设计流程

　　随着现代影像学的发展和数字化医疗技术的进步，尤其是近年来CAD/CAM的技术逐渐走入口腔医疗领域，以三维CT数据为基础的3D手术规划逐步替代了传统的模型外科和二维头影测量，成为正颌外科设计的主流技术。以头颅CT数据为基础的正颌外科3D设计包含以下步骤。

　　确定自然头位

　　自然头位指人在注视与眼球等高物体时自然平衡的头颅位姿。自然头位记录和转移是获取三维手术规划设计的参考坐标系不可缺少的步骤。记录自然头位的方法包括陀螺仪法和三维照相法两种（图2）。

　　图2 患者自然头位记录方法，注：图中使用的陀螺仪由美国3D Model 公司购置；图中使用的三维照相机为3DMD公司购置

　　制取咬合模型和初始咬合关系

　　采用硅胶取模，硬石膏灌模，得到的咬合模型才能准确、清晰。获取患者生理状态下的初始咬合关系也是重要的步骤。

　　数据合成

　　将咬合模型三维扫描数据、CT数据、三维照相数据进行拼接融合。在虚拟设计软件中形成“虚拟患者”（图3）。

　　图3 数据合成，注：图中使用的三维重建、手术虚拟软件由北京大学口腔医院与北京百特康科技有限公司共同研发

　　模拟截骨

　　将上下颌骨按照手术中实际操作的模式进行“切割”。在软件中可以仿真模拟上颌Le Fort I 型（分块）截骨，下颌升支矢状劈开，颏成型，下颌角弧形截骨等手术（图4）。

　　图4 在软件中实现虚拟截骨

　　数据测量

　　在自然坐标系下，测量咬合平面偏离情况、上下颌骨突度、上下颌骨在三维方向的对称性（图5）。

　　图5 三维头颅测量

　　制定手术计划

　　根据三维头影测量的结果，主刀医师结合患者的临床情况制定手术方案。手术方案的制定包含两个部分，首先根据咬合关系确定上、下颌骨之间的位置关系；然后将上下颌骨作为一个相互关联的整体，根据面型的需要确定它们相对于颅底的位置关系。

　　合板设计/制作

　　设计过程完成后，工程师根据医师对手术的具体要求进行中间合板和终末咬合导板的设计（图6）。设计数据输入三维打印机，就可以得到看得见摸得着的实体合板了。CAD/CAM过程实现了从手术设计到信息载体加工的无缝连接，最大程度避免了过程误差和信息损失。3D打印得到的数字化咬合引导板从形式上看起来与传统的咬合引导板并无二致，但它其中承载了更为精确、细致的设计信息。

　　图6 数字化咬合引导板的设计和制作，注：数字化咬合引导板由北京百特康科技有限公司提供

　　外科手术

　　在外科手术中，医师只需要按照常规的双颌手术流程，分别采用中间合板和终末合板分别定位上、下颌骨即可（图7）。

　　图7 CAD/CAM 技术制作的数字化导板在术中引导骨块定位

数字化正颌外科设计的优势

　　三维全息数字化手术设计流程相对于传统的模型外科流程无论在资料采集、操作流程、技术应用上都有着很大区别。那么这种新的设计流程相对于传统模型外科进行手术设计有何区别和优势呢？

　　患者的参与度更强 以数字化全息影像为基础的正颌外科手术设计对于患者来说最大的优势就是“形象、易懂”。直观的面部纹理数据和立体CT重建数据使患者对于术前术后的变化一目了然。患者能够对于手术设计提出自己的想法，甚至参与到术前设计过程中，使得整个手术过程不再是“黑匣子”（图8）。这种沟通方式有利于患者对于手术方案的理解和接纳，在一定程度上避免因为沟通误解造成的医患纠纷。

　　全息影像数据精确测量工具准确量化评估牙、骨形态 使用CT数据重建颌骨外形，与扫描牙列数据融合后，可同时直观呈现患者的牙列信息和颌骨信息，对于全面量化评估患者颌面畸形的程度、面型特征，以及牙、颌骨畸形的相关性比传统的头影测量技术均具有优势。三维手术设计规划软件的多维度点、线、面测量能够满足医师精确评估面部骨骼形态轮廓的要求。

　　三维方向量化纠正面部形态由于能够看到骨骼的实际轮廓，因此医师能够通过上、下颌骨在三个平面的旋转精确纠正颌面部结构。通过上下颌骨在矢状平面旋转调整嘴唇角、鼻旁区和眶下区的突度和下颌骨突度、形态，获得最佳侧貌美学效果（图 9）；通过在水平面旋转上颌骨矫正患者正面观的对称性（图10）；通过冠状面的旋转纠正咬合平面的偏斜（图11）。

　　3D打印咬合导板，精确传递手术设计信息再完美的术前设计，如果没有好的信息载体，也无法精确地表达到真实外科手术中。有了CAD/CAM技术支持，基于手术设计信息制作信息载体是很容易实现的技术过程，由于手术设计与导板设计的无缝连接，保证了手术实施的准确性。而且，相较于传统人工咬合导板的制作，也大大节约了时间成本。

　　合理的分工合作，解放医师，降低数字技术门槛以往的模型外科操作全部由医师来完成，由于操作步骤繁杂为医师带来很大工作负担；疲劳状态下工作也会影响模型外科操作准确性。全息数字化外科技术流程的一大优势就是引入了医学工程师的角色，工程师更加擅长三维重建、数据合成、分割、CAD设计等工程技术类操作，医师只需要在此基础上花10~15分钟的时间完成设计。这就好像做饭的过程，工程师把“买菜”、“洗菜”、“切菜”等繁杂的过程全部承包下来，医师只负责完成“炒菜”的工作（图12）。

　　图12 数字化设计流程的角色分工

　　这种流程的分解不仅节省了医师的工作时间，而且体现了人力资源的最优化配置，保证了整个工作流程的质量。在新流程的运行模式下北京大学口腔医院数字化外科实验室逐步演化成“数字化技工室”。

　　互联网+医疗的服务模式有了这种全新分工的流程，正颌外科术前设计有望转化为“服务”模式。这样地方医院和兄弟院校的医师不必购买昂贵的手术设计软件、打印机等设备，可以通过远程服务完成精确的正颌外科设计和数字化咬合导板的制作，大大节约了地方医院甚至诊所的医疗投入，实现了“医疗共同体”模式。

案例分享

　　基于三维数字的手术模拟设计改变了医师传统的诊疗模式，它建立了一种新的手术设计思维模式，让主刀医师从开始的测量评估就进入到手术设计中，督促医师对于手术方案进行更加细致的思索，同时对于患者的美学要求能够做出更为精确的判断和相应。与此同时全息资料留存系统对于医师总结手术效果、凝炼新规律、总结新术式方面也有不可磨灭的功效。

　　专家简介

　　刘筱菁，整形外科博士，副主任医师。现任北京大学口腔医院激光整形美容室主任，数字化外科实验室负责人。临床专业特长包括正颌外科、软组织整形美容手术、注射美容、激光治疗等。社会兼职包括中华口腔医学会计算机专业委员会委员、中国整形美容协会美容与再生分会常务理事、北京医学会激光医学分会委员、国际坚固内固定协会 （AO）亚太讲师、世界临床激光学院（WCLI）研究员（Fellow） 等。承担科技部863项目、自然科学基金、AO-CMF研究基金等多项科研项目。

　　李自力，男，主任医师、教授，硕士研究生导师。现任口腔颌面外科一病区主任，北京大学口腔医院感染管理科主任；主要社会兼职包括北京口腔医学会口腔颌面外科专业委员会常委。临床专业特长：骨性牙颌面畸形、口腔颌面部创伤。研究方向：数字外科技术在正颌外科领域中的应用。承担首都特色研究项目等多项临床研究课题。

来自《中国医学论坛报·今日口腔》第122期第03-05版

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