數字化牙合板在骨性Ⅲ類錯牙合患者雙頜手術中的應用及評價

林 雯，王羽立，杜一飛，程 杰，江宏兵，萬林忠，袁 華

正頜外科手術主要適用于牙-牙槽骨或頜骨畸形的嚴重程度超過了單純正畸治療可以矯正的范圍的患者。雙頜手術是指將上頜及下頜的手術同期進行，通常是上頜Le Fort Ⅰ型截骨術與雙側下頜支矢狀骨劈開術(bilateral sagittal split ramus osteotomy，BSSRO)合并使用[1]。以往，我們通常使用模型外科來制定手術計劃及制作傳統牙合板[2-3]。隨著計算機技術的不斷發展進步，三維成像技術、計算機輔助手術模擬技術(computer-aided surgical simulation, CASS)、計算機輔助設計與計算機輔助制造(computer-aided designing/computer-aided manufacturing, CAD/CAM)技術等數字化技術逐漸興起，數字化正頜外科順應而出[4-5]。如今數字化技術已經廣泛應用于正頜外科中的各個階段，包括術前的測量診斷、手術方案設計、牙合板及導板制作、術中的精準導航以及術后的效果評價等等[6-9]。然而，對于數字化牙合板的設計制作與效果評價目前還未統一明確。因此，建立數字化正頜外科規范化流程、設計制作簡單方便且準確有效的數字化牙合板是目前正頜外科重要的發展方向之一。

本研究旨在總結敘述數字化牙合板的設計制作過程，驗證數字化牙合板在骨性Ⅲ類錯牙合患者的雙頜手術中應用的可行性與可靠性，以及分析比較傳統牙合板及數字化牙合板在指導上、下頜骨定位的精確度。

1 資料與方法

1.1 研究對象

選擇自2018年8月至2021年2月，在江蘇省口腔醫院口腔頜面外科同一正頜團隊施行正頜手術的患者共124例。納入標準：年齡大于18周歲；診斷為骨性Ⅲ類錯牙合畸形，即上頜發育不足或下頜發育過度或二者兼有；由同一正頜團隊完成雙頜手術；術前正畸已初步完善；簽署知情同意書。排除標準：唇腭裂、顏面部外傷以及腫瘤導致的頜骨畸形；有頜骨發育畸形相關的遺傳性疾病等病史；有精神心理疾病者；有全身系統性疾病者；既往有正頜手術史者；術中出現意外骨折等情況而改行其他術式。根據上述納入及排除標準選取患者共40例，按照術中所使用的牙合板分為數字化牙合板組及傳統牙合板組，各20例。本研究已被南京醫科大學附屬口腔醫院倫理委員會批準(PJ2018-061-001)。

1.2 研究方法

1.2.1 影像資料獲取及三維重建 正頜手術前后1周內分別對所有納入患者進行CBCT掃描(NewTom VG，意大利)，DICOM格式保存。使用江蘇省口腔醫院數字化中心的D2000型三維牙頜模型掃描儀(3-Shape A/S，丹麥)掃描術前與正畸醫生共同確認的終末咬合固定的上下牙列石膏模型，并轉化為數字化牙列模型，以STL格式保存。在ProPlan CMF 3.0軟件(Materialise，比利時)中導入患者頭顱CBCT數據，以550～3 071 HU進行閾值分割，獲取三維重建模型。再將數字化牙列模型數據導入軟件中進行牙列匹配，獲得牙列清晰、咬合精度高的三維重建模型。

1.2.2 正頜術前設計 由同一醫師在ProPlan CMF 3.0軟件的“正頜”模塊中對所有納入患者進行三維手術模擬，首先按照實際手術中上下頜骨的截骨線設計對三維重建模型進行切割，然后按照預先與正畸醫生共同確定的手術方案及最終咬合關系，移動上下頜切割出的骨塊，達到各個階段預期的牙頜位置。對于上頜手術效果的實現主要是通過對上頜牙頜骨塊的前移、后退、向左移動、向右移動、順時針旋轉、逆時針旋轉等[10]。而下頜則是通過先將最終咬合關系與移動后的上頜牙頜骨塊匹配，然后將下頜牙頜骨塊與最終咬合關系匹配移動實現的。選擇移動后的上頜牙頜骨塊以及原始下頜牙頜骨塊來設計中間牙合板；選擇移動后的上下頜牙頜骨塊來設計終末牙合板(圖1)，并且以STL格式導出。將數字化牙合板的數據導入ProJet 7000 HD光固化打印機(3D Systems，美國)后用3D打印材料(VisJet SL e-Stone 環氧樹脂，美國)打印制作完成(圖1)。傳統牙合板組通過模型外科制作定位牙合板，包括中間牙合板及終末牙合板，制作材料為自凝塑料(圖2)。兩種牙合板在患者口中試戴無誤后低溫等離子滅菌備用。

A：上頜Le Fort Ⅰ型截骨術的截骨設計；B：上頜骨目標骨塊的移動；C：數字化中間牙合板的設計；D：數字化中間牙合板的打??；E：BSSRO截骨設計；F：下頜骨目標骨塊的移動；G：數字化終末牙合板的設計；H：數字化終末牙合板的打印

A:上頜模型外科設計；B：下頜模型外科設計；C：傳統中間牙合板；D：傳統終末牙合板

1.2.3 手術治療 患者在全麻下經鼻插管后施行雙頜手術。先行上頜Le Fort Ⅰ型截骨術，再行BSSRO。術中常規切開翻瓣、離斷上下頜骨，然后使用傳統牙合板或數字化牙合板將上下頜骨移動至術前設計的位置并用鈦板鈦釘固定(圖3)。所有患者術后予以抗炎消腫治療5 d，術后1周拍攝復查CBCT。

A：數字化中間牙合板的應用；B：數字化終末牙合板的應用；C：傳統中間牙合板的應用；D：傳統終末牙合板的應用

1.2.4 測量項目 對所有納入患者的基本信息，包括年齡、性別、術前準備時間以及手術時間進行數據收集以及統計分析。記錄年齡為患者施行正頜手術時的年齡；傳統牙合板組術前準備時間為患者進行模型外科的時長，而數字化牙合板組術前準備時間為患者進行計算機模擬手術設計以及數字化牙合板設計時長；手術時間為手術記錄中手術開始與結束時間之差。

在ProPlan CMF軟件中，對模擬手術以及實際手術后的上下頜骨三維重建模型，按照以下要求建立三維坐標系[11](圖4)：水平面(X)：眶耳平面，雙側眶下緣點和左側骨性外耳道上緣點建立平面作為水平面。矢狀面(Y)：通過鼻根點和雙側眶下緣點連線的中點建立垂直于眶耳平面的平面。冠狀面(Z)：通過蝶鞍點建立垂直于水平面與矢狀面的平面。

A：正面圖；B：側面圖

為評價上下頜骨在三維坐標系中的空間位置差異，本研究共選取了14個硬組織測量標志點即上牙槽座點(A)、下牙槽座點(B)、上下中切牙點(U1/L1)、左右上頜第一恒磨牙點(U6L/U6R)、左右下頜第一恒磨牙點(L6L/L6R)、左右側下頜角點(GoL/GoR)、左右側髁頂點(CoL/CoR)；頦前點(Pog)；頦下點(Me)進行標記，并分別記錄其與水平面、矢狀面及冠狀面的距離[12-13]。同時，選取了3個測量平面即上頜牙合平面(UOP)、下頜牙合平面(LOP)、下頜平面(MP)，分別記錄其與水平面、矢狀面及冠狀面之間的角度[14]。所有標記測量均有同一名醫師在三維重建模型上完成，并且重復標記三次，取測量平均值。

此外，將術前模擬與術后實際的三維重建顱頜模型導入至Geomagic design X 2019軟件中，利用其未移動的顱骨部分對其進行對齊操作。在“面片偏差”模塊中進行偏差分析，生成誤差等級彩色分布圖。

1.3 統計學分析

本研究采用SPSS 22.0 統計軟件進行統計學處理。用Kolmogorov-Smimov正態性檢驗，對于服從正態分布的指標，組間采用獨立樣本t檢驗或卡方檢驗，組內采用配對樣本t檢驗進行數據分析；對于不服從正態分布的指標，采用兩個獨立樣本的非參數秩和檢驗，檢驗標準為α=0.05。

2 結 果

2.1 患者情況

所有納入患者均成功施行雙頜手術并且無嚴重術后并發癥。所有患者術后均獲得穩定的咬合關系并且對手術效果表示滿意，其基本信息見表1。傳統牙合板組與數字化牙合板組的年齡、性別及手術時間之間沒有統計學差異(P>0.05)，而術前準備時間的差異具有統計學意義(P<0.001)。

表1 傳統牙合板組與數字化牙合板組患者的基本信息Tab.1 Basic information of patients in the traditional splint group and digital splint group

2.2 數字化牙合板組各項指標術前模擬與實際術后的差異

具體數據見表2。

表2 數字化牙合板組的測量指標模擬手術與實際術后測量值Tab.2 Quantitative results of measurement indicators of the virtually simulated and actual postoperative models in digital splint group

如表2所示，數字化牙合板組術前模擬與術后實際顱頜模型的所有線性測量指標之間的差值均小于2 mm，角度測量指標的差值均小于4°。在水平面上，術前模擬與術后實際顱頜重建模型的GoL、GoR測量點具有統計學差異(P<0.01)。在矢狀面上，測量點GoL、GoR、CoL、CoR的術前模擬與術后實際之間的差異具有統計學意義(P<0.05)。各測量指標在冠狀面上均無顯著性差異(P>0.05)。

2.3 傳統牙合板組與數字化牙合板組模擬與實際之間差異值的比較

圖5分別展示了在水平面、矢狀面和冠狀面上傳統牙合板組與數字化牙合板組的術前模擬與術后實際顱頜重建模型上17個測量指標的差異值之間的比較。在L6L-X、GoR-X、LOP-X、MP-X、GoL-Y、MP-Z這些測量指標中傳統牙合板組與數字化牙合板組之間有統計學差異(P<0.05)，數字化牙合板組的偏差值明顯小于傳統牙合板組。

*：獨立樣本t檢驗，P<0.05

2.4 誤差等級彩色分布圖

在數字化牙合板組的誤差等級彩色分布圖(圖6)中可以看出，除了鈦板鈦釘及牽引釘的位置，其最大誤差主要集中于上頜后牙區及下頜支等部位。

圖6 數字化牙合板組的誤差等級彩色分布圖Fig.6 Color distribution map of the digital splint group

3 討 論

本研究通過比較術前模擬與術后實際顱頜模型在三維空間坐標系中頜骨位置的差異來驗證數字化牙合板在術中實現手術方案的可行性與可靠性。目前手術方案精確實現的評判標準為模擬與實際之間2 mm以內的線性差異以及4°以內的角度差異[15-16]。從三維模型測量結果中可以看出數字化牙合板組精確地實現了手術方案，這與其他學者的研究結果相符[17-20]。Vale等[18]在一名顱面巨大癥患者治療中應用了CASS和數字化牙合板，并通過預測與實際之間的線性偏差證實該技術的臨床可行性和精度。Shaheen等[19]提出并驗證了基于CASS制作數字化牙合板的方法，研究中所有偏頜畸形患者的面部不對稱性均得到改善，并且其臨床誤差在可接受范圍內。然而，仍有部分測量標志點如GoL-X、GoL-Y、GoR-X、GoR-Y、L1-Y、CoL-Y、CoR-Y的模擬與實際之間差異存在統計學意義，術前模擬顱頜模型中的這些標志點到水平面或矢狀面的距離明顯小于術后實際顱頜模型中的距離，此與誤差等級彩色分布圖結果相互印證。這些差異可能的原因是：①三維重建與人工測量的誤差[21]。②患者拍攝CBCT時體位的影響。③下頜骨位置的不穩定增加了上下頜骨再定位偏差可能[22-23]。④在下頜骨遠心端后退并固定時，雙側近心端骨塊有可能會被遠心端骨塊頂至翹起，從而導致下頜角區的外翻。

據表1可以看出，數字化牙合板的設計與制作時間遠遠小于傳統牙合板的設計與制作時間，與Steinhuber、Park等的研究中的結果相符[24-25]。在圖4中，傳統牙合板組與數字化牙合板組之間大部分測量指標的模擬與實際的差值是沒有統計學差異的。僅在L6L-X、GoR-X、LOP-X、MP-X、GoL-Y、MP-Z等下頜骨指標中，數字化牙合板組的差值的絕對值明顯小于傳統牙合板組，這提示數字化牙合板與傳統牙合板的精準度相似，甚至在一定程度上數字化牙合板比傳統牙合板更能準確地在BSSRO中實現術前設計方案。本部分的研究結果與以往的研究結果相符，Schneider等[26]研究認為與傳統正頜外科相比，虛擬手術設計、數字化牙合板與術前預彎鈦板這一流程可以在減少手術時間的同時增加手術效果的準確性。Chen等[27]通過對選定點的模擬和實際平均線性距離差的計算比較了傳統牙合板、數字化牙合板與數字化導板在雙頜手術中上頜骨定位的精準度。該研究結果顯示傳統牙合板組與數字化牙合板組之間沒有明顯的差異。

然而，本研究仍然存在著一些不足。首先本研究樣本量較少且單一，其次終末咬合的確定仍然需要上下牙列模型來實現，未能實現全數字化正頜外科。同時本研究僅測量了顱頜重建模型中硬組織的變化量，并未對術后面型軟組織進行評價。此外，數字化牙合板在上、下頜骨截骨時沒有任何指導作用，上、下頜骨再定位時是依靠上、下頜骨之間的咬合關系來確定移動頜骨的空間位置的，但是下頜骨的位置并不穩定可靠，此為上、下頜骨的再定位存在偏差的重要原因之一。今后我們將繼續致力于研究設計方便易操作、經濟適用、精準度高的數字化牙合板并且將其應用于更多的患者，收集測量臨床資料，建立數字化正頜外科數據庫。同時，可以把數字化截骨導板與再定位導板設計、口掃技術、導航技術等數字化技術應用于正頜外科手術過程中，探索更為精準便捷的全數字化正頜外科手術流程，并將更加全面客觀地測量評價正頜外科手術效果，綜合評估各項數字化技術在正頜外科手術中的作用。

4 結 論

本研究詳細敘述了我院數字化正頜外科的常規流程，并驗證了數字化牙合板臨床中應用的可行性與可靠性。此外，與傳統牙合板相比，數字化牙合板可以節省術前準備時間、減少人力成本及提高手術的準確性。我們將進一步探索數字化牙合板的設計方法與制作工藝，以期能夠減少時間、人力與物力成本，提高數字化牙合板的精度，在臨床中徹底取代傳統牙合板。