虚拟手术设计在腓骨组织瓣下颌骨重建中的应用
Review Article

虚拟手术设计在腓骨组织瓣下颌骨重建中的应用

Fernando Monsalve-Iglesias, Ángel Martinez-Sahuquillo Rico, Lydia Fraile-Ruiz

Oral and Maxillofacial Surgery, Virgen de las Nieves Hospital, Granada, Spain

Contributions: (I) Conception and design: F Monsalve-Iglesias; (II) Administrative support: None; (III) Provision of study materials or patients: L Fraile-Ruiz, Á Martinez-Sahuquillo Rico; (IV) Collection and assembly of data: L Fraile-Ruiz, Á Martinez-Sahuquillo Rico; (V) Data analysis and interpretation: F Monsalve-Iglesias; (VI) Manuscript writing: All authors; (VII) Final approval of manuscript: All authors.

Correspondence to: Fernando Monsalve-Iglesias, MD. Oral and Maxillofacial Unit, Neurorebilitacion and Traumatología Hospital, Avenida de Juan Pablo II, s/n, 18013 Granada, Spain. Email: fernando_mi@hotmail.es.

摘要：下颌骨重建一直是头颈部重建手术中的一个重点内容，其中血管化腓骨瓣移植是目前下颌骨重建的金标准。过去的二十年里，虚拟手术设计（virtual surgical planning，VSP）和计算机辅助设计与制造（Computer-aided design and manufacturing，CAD-CAM）有了巨大的发展，并且越来越受医生欢迎。从手术的虚拟实施开始，这项技术提供了巨大的可能性。三维打印模型，定制的截骨导板和预弯重建板是手术中非常实用的工具。尽管这项技术费用高昂，但是在以下方面会对术者有极大帮助：（1）肿瘤切除外科手术中，由于切缘精确性的提高，可以得到更加“无瘤”的骨切缘；（2）通过简化耗时的传统徒手重建步骤，提高了重建手术的效率。本文旨在描述我们在虚拟手术中发现的一些技巧和陷阱。总而言之，我们更推荐针对每个病例进行个性化评估来确定是否采用VSP和CAD-CAM以获得最佳的功能和美学效果。

关键词：下颌骨重建；游离腓骨瓣；虚拟手术设计（VSP）；计算机辅助设计和制造（CAD-CAM）

Received: 10 July 2020; Accepted: 28 July 2020; Published: 31 July 2020.

doi: 10.21037/fomm-2020-mr-03

引言

随着虚拟手术设计（virtual surgical planning，VSP）和计算机辅助设计和制造（Computer-aided design and manufacturing，CAD-CAM）的发展和普及，头颈部显微外科重建术在过去的20年里迅速发展。肿瘤切除后，最理想下颌骨重建需要血管化游离皮瓣，如腓骨瓣和髂骨瓣。如今游离腓骨瓣被视为下颌骨重建的金标准[1]。腓骨瓣骨量充足，血管蒂长度合适，供区并发症少，其多变性和可靠性都使其成为了最适合下颌骨重建的皮瓣[2,3]。

当下颌骨由于肿瘤或外伤需要重建时，传统的自由手技术需要非常精细的技巧来手工制作皮瓣以匹配骨缺损。在复杂缺损中这是非常耗时的，因为需要多次的截骨来完全匹配下颌骨的曲度，同时也常常导致功能性和美学上没有达到最佳效果[4–6]。

VSP和CAD-CAM在游离骨瓣中的应用提高了肿瘤切缘的精度和皮瓣的切割塑形。因此大大减少了手术时间，得到了更好的美学效果。

我院的每一台设计复杂骨切割和塑形的手术都有VSP和CAD-CAM参与。本文将展示我们在这一领域所采用的方法，并且介绍从中获得的经验和教训。

方法学

尽管各个医学中心之间所采用的VSP和CAD-CAM各有不同，但是通常都包括以下几个步骤。不同的机构所使用的工具也略有不同。由于腓骨瓣是下颌骨重建中最广泛使用的皮瓣，我们就选择腓骨瓣来作为本文描述的重点。但是这些原则和手术的步骤也可以应用于其他血管化游离皮瓣，如髂骨瓣或肩胛骨瓣。

首先，如果选择了腓骨瓣进行下颌骨重建，那么应该为颌面部和下肢拍摄高分辨率的血管增强CT（图层厚度1mm）。拍摄时间不超过手术前3周（术前2周最合适），以提高肿瘤边缘的精确性，避免可能的误差。下肢的CT应该确认腿部3支血管束的通畅性。将所有影像学数据发送给重建公司设计VSP。

手术前2周左右安排线上会议。公司的生物医学工程师，重建手术和肿瘤切除的外科医生通常列席并讨论每个病例。首先，在肿瘤外科医生的建议下进行模拟肿瘤切除。如果需要的话，可以设计下颌骨切除导板。在设计完成下颌骨缺损后，由重建外科医生使用腓骨重建下颌骨。此时需要作出以下重要决定：（1）腓骨瓣的左右腿选择和前后放置方向，来防止血管蒂位置错置；（2）对腓骨瓣进行截骨来形成下颌骨轮廓，并固定各段骨块（多块小型钛板还是单块重建钛板）；（3）骨内种植体的位置。在传统外科中，这些都是通过术中观察才做出决定，VSP出现后的最大不同是提供了三维立体的腓骨瓣截骨设计，能够更精确的还原下颌骨本身的形态。基于以上讨论决定就能设计出腓骨的截骨导板，接骨板同样也可以虚拟设计（图1、2）。

图1 病例1，58岁男性患者，诊断为下颌骨牙槽嵴鳞状细胞癌，几乎浸润了整个下颌。距离肿瘤边缘2cm处的正常骨质做切口边缘。VSP设计3段式的腓骨瓣来重建下颌骨缺损
图2 病例2，45岁男性患者，诊断为巨细胞肉芽肿，距离肿物边缘1cm处做切口，VSP设计采用2段式腓骨瓣来重建下颌骨缺损，下颌骨和腓骨的采用截骨导板进行手术

接下来的步骤涉及3D模型的制造。模型公司通常需要7-10天把模型送到医院。在处理复杂重建病例时（下颌前牙区的大面积切除，放疗后的延迟重建等），我们通常会制作立体光刻模型和下颌骨截骨导板来保证切除手术的精确性，以及腓骨截骨导板和预弯重建板来减少重建时间，提升美学效果。在简单病例中，仅需要立体光刻模型和下颌骨截骨导板。腓骨截骨术更多凭借直觉，导板也可以直接在立体光刻模型上手动弯制（图3）。

图3 病例1，CAD-CAM制作的立体光刻模型、下颌骨截骨导板、腓骨截骨导板、预弯重建板

手术在2个外科团队合作下同时进行。下颌骨切除中用单皮质螺丝钉固定预先设计的截骨导板。腓骨瓣的获取和传统手术相似，单皮质螺丝钉固定腓骨截骨导板，在夹闭血管蒂之前仔细截骨。这样与传统的手动塑形技术相比，皮瓣的缺血时间就被大大缩短了。

陷阱

如果VSP的影像学资料是在手术前3周之前拍摄的，那么在切缘设计上很可能存在误差，这可能会在术中临时放弃所有的虚拟重建计划。否则切缘可能不够充足而导致肿瘤复发。

在VSP线上会议前应仔细评估下肢的CT血管造影。我们建议检查腿部3支血管束是否通畅。腓动脉畸形一类的血管畸形可能会妨碍这一侧腓骨的使用，因为会有极高的风险导致下肢缺血。

手术中截骨导板的摆放极其重要。合适的位置才能保证虚拟手术转化成现实。截骨线以外还需暴露几个厘米的骨面，以便轻松地放置和固定截骨板。用单皮质螺丝钉固定，以便于用同一个孔拧入双皮质螺丝钉固定最终钛板（图4）。

图4 病例2，肿物切除的术中照，左图，固定下颌骨截骨导板，右图，根据VSP切除肿物

由于丙烯酸材料制成的截骨导板强度较低，操作过程中务必要非常小心。所有外科团队的成员，包括护士在术前都应该知晓这一特点。这些配件的损坏会造成导板之间的不匹配和切割精度的下降（图5）。

图5 病例2，术中所见腓骨瓣的制备情况，过大的压力导致导板中间折裂，使用超声骨刀避免损坏血管蒂，在夹闭血管蒂之前对腓骨块进行塑形和固定

截骨导板的插槽通常比看起来要宽。细小的切割角度的误差是被允许的。当需要进行多次切割时，多个小的角度误差会导致骨块之间的不匹配。根据我们的经验，要求VPS/CAD-CAM公司提供更窄的截骨导板插槽，再加上超声骨刀的使用，会使切割更加精确（图5）。

尽管不是强制性的，但是有些重建显微外科医生喜欢在夹闭血管蒂和获取皮瓣之前先进行截骨。应该格外小心操作避免损伤血管蒂。根据我们的经验，超声骨刀截骨会更加精确。

优点

  • 清楚的外科切缘；
  • 减少局部缺血时间和整体手术时间；
  • 美学和功能效果更好。

缺点

  • 增加了手术前准备工作（虚拟设计）；
  • 增加了手术费用；
  • 对术后并发症发生率没有显著改善。

讨论

游离皮瓣构造和天然下颌骨形态之间的匹配是下颌骨重建中最具有挑战性的一点。3D VSP的发展和流行已经为重建外科医生提供了一个工具，来提高术后的功能和美学效果（图6）。重建的精度可能是最具争议性的结果。大多数的重建外科医生都承认了VSP和CAD-CAM在高精度重建上的优点，尤其是需要多次截骨的复杂病例。在这一方面，有多项研究报道了两者之间的统计学差异。有些方法已经被用于检验重建的精确性，包括髁突和下颌角的移动，下颌角之间的角度变化，或髁突-下颌角，下颌角-颏顶点的距离。对这些下颌骨和腓骨瓣的参数在术前和术后进行比较，发现虚拟计划手术引导下的结果更好，与对侧具有更好的镜像关系。尽管研究者如Hanasono等，Bouchet等，Weitz等，De Maesschalck等都发现在使用CAD-CAM进行下颌骨重建后，精度都好于都比自由手重建，由于缺乏标准化的评估流程（解剖标志，术后CT拍摄时间等），不能得出具有同质性的统计学差异[7–10]。但是Chang等人认为理想的精度结果在没有VSP情况下也能得到[11]。根据我们的经验，一个经验丰富的外科医生在仅需要一次截骨的简单重建术中是不需要VSP的。

图6 病例2，VSP设计与临床、影像学检查之间的对比

在大量研究中VSP中最不可置疑的一点是减少局部缺血和整体的手术时间。将截骨、塑形、重置、固定过程简化都会对重建手术时间有直接影响[8,12–14]。并且，在夹闭血管蒂之前对腓骨瓣进行塑形也减少了缺血时间[8,12–16]。既然VSP能减少重建手术时间，它也同样减少了整体手术时间。但是目前没有很强的循证依据来证明VSP能够在术后临床效果产生明显优势，包括术后住院天数。

重建显微外科医生总是格外关注术后并发症，比如皮瓣坏死，瘘管或感染[9,13,17,18]。有一些病例报导了VSP下颌骨重建术后的并发症概率。同时有研究发现计算机辅助的重建术后并发症发生率更低，Powcharoen等和Tang等人发表的meta分析则发现VSP游离瓣重建和传统手术之间没有显著的差异[19–22]。

高昂的费用是VSP和CAD-CAM技术的一个主要缺点。根据我们的认识，只有2个研究调查了计算机辅助重建的经济效益[19,23]。尽管使用免费开源的软件可以使这项技术更高效，但是一个专门的医学公司通常是以该项目为营收。在美国，每个病例在VSP和CAD-CAM下颌骨重建上的费用支出从3000-12000美元不等，取决于医学公司和硬件的不同[7,24]。目前没有明确的计算VSP指导下手术时间减少所带来的经济效益。在美国，一个手术间每分钟需支出50-100美元[25]。因此，任何受益的增加都能够抵消技术本身的花费。但是，各个国家和医疗中心之间对手术时间的医疗保险覆盖各不相同。并且VSP肿瘤切除手术可以减少中/长期的肿瘤治疗，虽然这方面需要更长期的研究。我们希望目前CAD-CAM软件的流行会在将来使VSP公司之间形成竞争，从而降低这一技术的价格。

结论

VSP和CAD-CAM技术已经到来。技术本身的精确性，减少缺血时间、重建时间、整体手术时间的高效性，使该技术成为了重建显微外科医生中的得力的工具。高费用也可以通过减少手术时间来弥补。需要前瞻性的随机对照实验来证明该技术相比传统自由手重建的精确性，并且建立计算机辅助重建的基本原则与流程。我们建议对每个病例都进行评估，再选择能够在VSP帮助下达到最高功能和美学要求的患者。

Acknowledgments

The authors would like to acknowledge Eric Wizauer for critical assistance with image procurement and figure development.

Funding: None.

Footnote

Provenance and Peer Review: This article was commissioned by the Guest Editor (Paolo Cariati) for the series “Microvascular reconstruction of head and neck oncological defects—state of the art” published in Frontiers of Oral and Maxillofacial Medicine. The article was sent for external peer review organized by the Guest Editor and the editorial office.

Conflicts of Interest: All authors have completed the ICMJE uniform disclosure form (available at https://fomm.amegroups.org/article/view/10.21037/fomm-2020-mr-03/coif). The series “Microvascular reconstruction of head and neck oncological defects—state of the art” was commissioned by the editorial office without any funding or sponsorship. The authors have no other conflicts of interest to declare.

Ethical Statement: The authors are accountable for all aspects of the work in ensuring that questions related to the accuracy or integrity of any part of the work are appropriately investigated and resolved.

Open Access Statement: This is an Open Access article distributed in accordance with the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 International License (CC BY-NC-ND 4.0), which permits the non-commercial replication and distribution of the article with the strict proviso that no changes or edits are made and the original work is properly cited (including links to both the formal publication through the relevant DOI and the license). See: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/.

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译者介绍

周锦翰。目前是浙江大学口腔医学院专业硕士研究生；参与国家自然科学基金，间充质干细胞衍生的白细胞介素-6调控口腔鳞癌侵袭转移的机制研究。（更新时间：2022-02-25）
审校介绍

曹健。口腔颌面外科医学博士，上海交通大学医学院附属第九人民医院副主任医师。美国Case Western Reserve University访问学者。以第一作者（含共同）发表SCI论文9篇，曾主持国家自然科学基金青年项目1项，军队医学青年项目1项。获省级科技进步一等奖（排名第五）1项。担任中华医学会整形外科学分会颅颌面学组及唇腭裂学组委员、中国整形美容协会精准与数字化分会理事、中国生物医学工程学会组织工程与再生医学分会青年委员。（更新时间：2022-02-25）

(本译文仅供学术交流，实际内容请以英文原文为准。)

doi: 10.21037/fomm-2020-mr-03
Cite this article as: Monsalve-Iglesias F, Martinez-Sahuquillo Rico Á, Fraile-Ruiz L. Virtual surgical planning in fibula flap mandibular reconstruction. Front Oral Maxillofac Med 2020;2:12.

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