CN104825235A - 腓骨瓣修复下颌骨缺损的手术导向模板及制作方法 - Google Patents

Abstract

腓骨瓣修复下颌骨缺损的手术导向模板的制作方法，包括重建下颌骨三维模型和腓骨三维模型，确定病变区域，确定目标腓骨；切除病变区域，保存颌骨非病变区域模型和病变区域模型；截颌骨定位导向模板的内表面与病变区域模型的外表面贴合；分割腓骨三维模型、腓骨分段模型摆放的区域形成腓骨修复区域；腓骨塑形导向模板的内表面与腓骨修复区域的颊侧表面完全贴合；截腓骨定位导向模板的内表面与对应腓骨分段模型的外表面完全贴合；成型截颌骨定位导向模板、腓骨塑形导向模板和截腓骨定位导向模板。本发明具有能够精确控制腓骨的截骨方案和每段腓骨的塑形位置，确保腓骨瓣移植修复下颌骨手术的精确实施，缩短手术时间的腓骨瓣修复下颌骨缺损的优点。

Description

腓骨瓣修复下颌骨缺损的手术导向模板及制作方法

技术领域

本发明涉及牙科手术用的手术导向模板及模板的制作方法，特别是一种用于数字化导航腓骨瓣修复下颌骨缺损的手术导向模板的制作方法。

技术背景

下颌骨缺损多由肿瘤、外伤、炎症及骨性关节强直等疾病所致，下颌骨的缺损直接影响患者的口腔功能及容颜。下颌骨是颜面部最大的骨骼，是颜面部外形的主要支撑结构，也是面部唯一可动性骨。下颌骨是咀嚼与语音功能的主要承担部位。下颌骨缺损治疗目的是重建下颌骨完整性，恢复其外形和功能，提高患者生存和生活质量。

自1989 年Hidalgo首次将腓骨瓣用于颌面部缺损修复重建以来，国内外对腓骨瓣的解剖和临床应用进行了大量研究。目前，以腓骨肌皮瓣为代表的血管化骨组织瓣修复重建颌骨缺损已成为下颌骨重建的主力皮瓣。在游离腓骨瓣修复下颌骨缺损时，由于下颌骨形态复杂，又具有极强个体化特征，腓骨塑形重建一直是手术瓶颈，下颌骨缺损的个体化修复也成为临床研究热点。

传统移植骨的塑形是参照预成形的下领骨重建板或根据下领骨切除标本、术前影像学资料凭临床医生经验徒手进行的,因此塑形往往不够准确且需要多次磨改调整。随着影像学和计算机辅助外科的发展，数字化技术在口腔颌面外科得到广泛应用，在数字化技术的辅助下，游离腓骨瓣修复下颌骨缺损的手术从术前设计、手术计划制定、术中腓骨塑形等各个环节均得到了精确设计实施，同时简化了手术操作步骤，缩短了手术时间。但是，目前对于下颌骨缺损修复手术，大家都集中在如何制备个体化下颌骨假体上，忽略了对腓骨的精确控制，无法精确控制腓骨的截骨方案和每段腓骨移植后塑形位置，导致手术方案很难得到精确实施，手术时间较长等问题。

发明内容

为了克服现有技术无法精确控制腓骨的截骨方案和每段腓骨移植后塑形位置的缺点，本发明提供了一种能够精确控制腓骨的截骨方案和每段腓骨的塑形位置，确保腓骨瓣移植修复下颌骨手术的精确实施，缩短手术时间的腓骨瓣修复下颌骨缺损的手术导向模板及制作方法。

腓骨瓣修复下颌骨缺损的手术导向模板的制作方法，包括以下步骤：

1）、分别采集患者的下颌骨影像数据和腓骨影像数据，重建下颌骨三维模型和腓骨三维模型，在下颌骨三维模型中确定患者的病变区域，确定用于腓骨瓣移植修复的目标腓骨；

2）、根据颌骨的实际病变区域，参考生物力学考量设计上颌骨的切除方案，将下颌骨三维模型中的病变区域切除，下颌骨模型分为病变区域模型和去除病变区域后的颌骨非病变区域模型，分别保存颌骨非病变区域模型和病变区域模型；

3）、以病变区域模型的外表面获得截颌骨定位导向模板，截颌骨定位导向模板的内表面与病变区域模型的外表面贴合；

4）、依据颌骨非病变区域模型和腓骨三维模型，设计切除病变区域后的颌骨修复方案，保持颌骨非病变区域模型的空间位置不变，移动腓骨三维模型，将腓骨三维模型分割成若干段，将各腓骨分段模型摆放拼接至被切除的区域内，每一段腓骨分段的长度均与其摆放位置的长度适配，腓骨分段模型摆放的区域形成腓骨修复区域；保存修复后的颌骨模型；

5）、以修复后的颌骨模型中腓骨修复区域的颊侧表面获得腓骨塑形导向模板，腓骨塑形导向模板的内表面与腓骨修复区域的颊侧表面完全贴合；

6）、以各腓骨分段模型的外表面获得截腓骨定位导向模板，截腓骨定位导向模板的内表面与对应腓骨分段模型的外表面完全贴合；

7）、快速成型患者下颌骨三维模型、腓骨三维模型、修复后的颌骨模型、截颌骨定位导向模板、腓骨塑形导向模板和截腓骨定位导向模板。

进一步，步骤3）中截颌骨定位导向模板的获得方法包括以下步骤：

（3.1）拾取需要生成导向模板的颌骨曲面，颌骨曲面上具有颌骨自定位特征；该颌骨曲面为病变区域模型的外表面；

（3.2）颌骨曲面的侧线与截骨线一致；

（4.3）将颌骨曲面加厚、形成截颌骨定位导向模板模型，保存该截颌骨定位导向模板模型。

进一步，步骤5）中腓骨塑形导向模板的获得方法为：提取修复后的颌骨模型中腓骨修复区域的颊侧表面，腓骨修复区域的颊侧表面由各段腓骨的颊侧表面拼接形成；将腓骨修复区域的颊侧表面加厚、形成腓骨塑形导向模板。

进一步，步骤6）中截腓骨定位导向模板的获得方法为：

（6.1）将颌骨修复方案中的腓骨分段模型移动回到腓骨三维模型中进行还原，再将移动后的腓骨分段模型和腓骨三维模型进行配准；

（6.2）腓骨分段模型和腓骨三维模型配准还原后，提取该配准还原后空间位置下的各个分段腓骨模型的外表面，分别加厚各个分段腓骨模型的外表面获得截腓骨定位导向块，相邻的截腓骨定位导向模板块之间设置固定两个截腓骨定位导向块的相对位置的连接件，所有截腓骨定位导向块和连接件组成截腓骨定位导向模板。

由上述方法制得的截颌骨定位导向模板，包括至少一个模板单元，模板单元的内表面与患者的下颌骨颊侧面吻合，模板单元远离病变区域的端面作为截颌骨的定位面，定位面与患者的下颌骨病变区域的切割路径吻合。

进一步，本体上设有用于置入固定钉的钉孔。

进一步，截颌骨定位导向模板由一对模板单元组成，两个模板单元的定位面围成的区域覆盖患者的下颌骨病变区域，每个定位面形成一个模板单元。

由上述方法制得的腓骨塑形导向模板，包括模板基体，模板基体的内表面与腓骨修复区域的颊侧表面吻合，模板基体的内表面由各段腓骨的颊侧表面拼接形成。

由上述方法制得的截腓骨导向模板，包括基体，基体由多个分段组成，每个分段的内表面分别与对应的腓骨段的外表面吻合，每个分段的侧边分别与腓骨段的切割路径吻合；相邻分段互相固定。

进一步，截腓骨导向模板的相邻分段局部相连。

或者，截腓骨导向模板的相邻分段之间有空隙，相邻分段通过连接件相对固定，第一分段固定于连接件的第一连接端，第二分段固定于连接件的第二连接端。

本发明的技术构思在于：传统腓骨瓣修复颌骨缺损的手术随意性大、操作稳定性差、移植骨段与重建钛板往往不贴合。颌骨修复对移植骨段的塑形操作是颌骨修复术的关键步骤和难点所在，而腓骨瓣由于其独特的解剖结构是目前颌骨修复公认的一线主力皮瓣。因此采用数字化技术来进行术前手术方案规划与术中导向模板的制作极大的解决了这一现状，提高了手术的准确性与效率，有利于进一步的推广应用，在去除病症的同时对美学的追求和生活质量的提高也得到了保障。

本发明首先是采集病人的CT数据，运用医学图像处理软件重建病人的颌骨与腓骨模型。在这个过程中，要对医学图像数据进行三维重建。CT数据的层厚对三维模型的重建与导向模板的制作精度有影响，层厚越小导向模板的精度越高。重建完成后将所有数据以通用格式（如STL格式）导出保存。然后根据手术方案设计出合理的腓骨瓣数量、长短、截骨线以及各腓骨瓣之间的拼接形式。最后根据设计好的腓骨瓣进行截骨导向模板和塑形模板的制作。

本发明能够制得截颌骨定位导向模板、腓骨塑形导向模板和截腓骨定位导向模板，从切除患者下颌骨的病变区域到在目标腓骨上截取适配的腓骨段，到最后用腓骨段修复下颌骨病变区域均有匹配的数字化手术导向模板，全面实现手术设计方案、减少组织创伤、缩短手术时间、降低手术异常损伤的风险、全面提高颌面整形外科手术的精确性和安全性。

本发明具有能够精确控制腓骨的截骨方案和每段腓骨的塑形位置，确保腓骨瓣移植修复下颌骨手术的精确实施，缩短手术时间的腓骨瓣修复下颌骨缺损的优点。

附图说明

图1是病变模型示意图。

图2是颌骨一端被截的截颌骨定位导向模板和病变模型示意图。

图3是颌骨一端被截时腓骨和截腓骨定位导向模板示意图。

图4是颌骨一端被截时截颌骨定位导向模板示意图。

图5是颌骨一端被截时塑形导向模板示意图。

图6是颌骨一端被截时修复模型示意图。

图7是颌骨一端被截时截腓骨定位导向模板示意图。

图8是颌骨中间区域被截的截颌骨定位导向模板和病变模型示意图。

图9是颌骨中间区域被截时腓骨和截腓骨定位导向模板示意图。

图10是颌骨中间区域被截时腓骨塑形导向模板的示意图。

图11是颌骨中间区域被截、腓骨塑形后的示意图。

具体实施方式

腓骨瓣修复下颌骨缺损的手术导向模板的制作方法，包括以下步骤：

1）患者颌骨的和腓骨的影像数据采集。该资料的采集可以通过CT、MRI等手段来采集。以CT来举例，可以采用螺旋CT薄层扫描，扫描后将断层数据以DICOM格式存储到存储装置。

2）颌骨、腓骨三维模型重建。将存储的影像数据导入到医学设计软件中，例如Materlise公司的Mimics或者杭州六维公司的6D软件等其他具有类似功能的软件。在此分别进行颌骨影像和腓骨影像的三维重建。在软件中分析确定患者的病变区域，提出初步颌骨切除方案，确定左脚或右脚的腓骨作为目标腓骨用于腓骨瓣移植修复，如图1所示。

3）根据颌骨的实际病变区域，参考生物力学考量设计颌骨的切除方案。依据临床的诊断最终确定患者的病变区域，确定颌骨的切除方案。在工业设计软件中，例如Materlise公司的Magics中，将患者的颌骨的病变区域完整切除。

4）根据颌骨的切除方案，设计截颌骨定位导向模板2。将切除后的颌骨，分成病变区域和非病变区域两部分三维模型以STL格式输出。根据临床的实际情况选择确定在病变区域或非病变区域三维模型上设计截颌骨导向模板2。

以在病变区域上设计导向模板为例，将病变区域的三维模型导入到Geomagic Studio软件（或者其他具有类似功能软件）中。在该三维模型的空间三维位置不做任何改变的情况下，提取病变区域或非病变区域的表面，并进行加厚3mm处理来设计截颌骨导向模板，如图2所示。加厚的厚度只是举例说明，实际加厚厚度不局限于本实施例的举例。加厚厚度由设计者视情况选择。此外，设计的导向模板应当包括某个或几个标志性的解剖点，使得导向模板与骨面以更好贴附。

截颌骨定位导向模板上需设置定位孔用来手术时对导向模板的固定。

5）依据切除病变区域后的颌骨和腓骨的三维模型，在计算机中设计切除病变区域后的颌骨修复方案。将颌骨非病变区域和腓骨的三维模型数据导入到Mimics或杭州六维公司的6D软件等有类似功能的软件中，保持颌骨非病变区域模型的空间位置不变，在软件中移动腓骨模型，分段摆放拼接至被切除的区域内，确定最终的颌骨修复方案。

6）根据颌骨的修复方案，设计颌骨塑形导向模板8。将修复模型9导入到Geomagic Studio软件中，提取颌骨修复模型9中分段腓骨的颊侧表面，加厚2.5mm处理来设计塑形导向模板8，加厚的厚度只是举例说明，实际加厚厚度不局限于本实施例的举例。设计的导向模板应与分段的腓骨完全贴附，且不存在干涉。

7）将颌骨修复方案中的分段腓骨还原到初始腓骨4的三维模型中，设计截腓骨定位导向模板5。在Mimics或杭州六维公司的6D软件等有类似功能的软件中，将颌骨修复上的分段腓骨移动回初始导入的腓骨上，进行还原。再将移动后的分段腓骨和初始腓骨导入到Geomagic Studio软件中，进行配准。待完全配准还原后，提取该空间位置下的分段腓骨的外表面，加厚2.5mm处理来设计截取腓骨的定位导向模板5，如图3所示，加厚的厚度只是举例说明，实际加厚厚度不局限于本实施例的举例。设计的导向模板5应与初始的腓骨4完全贴附，且不存在干涉。

8）通过快速成型制造技术加工患者下颌骨三维模型1、腓骨三维模型4、截颌骨定位导向模板2、腓骨塑形导向模板8和截腓骨定位导向模板5。将设计好的修复后的颌骨模型9、患者下颌骨三维模型1、腓骨三维模型4分别以STL形式直接输入到快速成型机中，加工制造模型。将设计的截颌骨定位导向模板2、腓骨塑形导向模板8和截腓骨定位导向模板5数据以STL形式输入到快速成型机中，用医用材料加工制造模型。

9）在颌骨修复模型9上实现钛板的预弯成型，在病变模型1及腓骨模型4上完成腓骨瓣移植手术方案的模拟。

本发明是利用医学设计软件和工业设计软件进行衔接，根据每一个患者的实际情况，通过患者的CT数据来进行颌骨修复方案的设计。依据修复方案，设计与颌骨、腓骨分别完全贴合的两种定位导向模板以及用于截取后的分段腓骨进行颌面塑形的塑形导向模板8。最终通过3D打印的方式，加工相应的模型和上述三种导向模板来辅助腓骨瓣移植手术。所有手术操作与术前设计精确拟合，精确实现手术设计的思想。本发明还可以减小手术创伤，缩短手术时间，操作时避开颌骨1及腓骨4的一些重要解剖结构，降低手术异常损伤的风险，最大限度避免可能发生的缺血坏死，创面感染等并发症，全面提高腓骨瓣移植手术的精确性和安全性。

本发明将患者的CT数据导入医学设计软件中，进行三维重建，模拟腓骨4分段移植到颌骨后的修复效果。将手术方案数据导入到工业设计软件中，设计紧密贴合颌骨表面和腓骨表面的手术导向模板，根据颌骨的修复方案设计塑形导向模板8。将病变模型1、修复模型9、腓骨模型4及上述三种导向模板的STL格式数据导入快速成型机中进行3D打印加工。加工完成后，医生术前在模型上完成腓骨瓣移植修复的模拟手术操作，并依据模型进行钛板的预成型。手术中将消毒后的颌骨导向模板2置于剥离好的颌骨骨面上，紧密贴附，然后按导向模板的截骨线进行截骨操作。同时，将消毒好的截腓骨导向模板5置于剥离好的腓骨4骨面上，紧密贴附，然后按导向模板5的截骨线进行腓骨操作。完成相应的截骨后，将截取的几段腓骨通过塑形导向模板8移植到患者的颌骨缺损部分，用预成型的钛板完成固定。手术完成后导向模板可以随医疗垃圾一并处理丢弃。

如图4所示，由上述方法制得的截颌骨定位导向模板，包括至少一个模板单元，模板单元的内表面与患者的下颌骨颊侧面吻合，模板单元远离病变区域的端面作为截颌骨的定位面，定位面与患者的下颌骨病变区域的切割路径吻合。

本体上设有用于置入固定钉的钉孔7。固定钉将截颌骨定位导向模板固定在待切除的颌骨病变区域上，按照截颌骨定位导向模板的定位面切除颌骨病变区域后，截颌骨定位导向模板与病变区域一起脱离非病变区域，而无需从非病变区域上拆除截颌骨定位导向模板，缩短手术时间，降低病人痛苦。

当颌骨的病变区域为颌骨中间的某一部分时，截颌骨定位导向模板由一对模板单元组成，两个模板单元的定位面围成的区域覆盖患者的下颌骨病变区域，如图8所示。

一个截颌骨定位面对应一个模板单元。也就是说：一个截颌骨定位面形成一个模板单元。如图8所示，虽然截颌骨定位导向模板是一个整体，但是左右两个端面均为截颌骨定位面，该截颌骨定位导向模板具有两个模板单元。

如图5所示，由上述方法制得的腓骨塑形导向模板8，包括模板基体，模板基体的内表面与腓骨修复区域的颊侧表面吻合，模板基体的内表面由各段腓骨的颊侧表面拼接形成。修复后下颌骨模型如图6所示。如图7所示，由上述方法制得的截腓骨导向模板5，包括基体，基体由多个分段组成，每个分段的内表面分别与对应的腓骨段的外表面吻合，每个分段的侧边分别与腓骨段的切割路径吻合；相邻分段互相固定。截腓骨导向模板5的相邻分段局部相连。

或者，截腓骨导向模板5的相邻分段之间有空隙，相邻分段通过连接件6相对固定，第一分段固定于连接件的第一连接端，第二分段固定于连接件的第二连接端。

本实施例中的图3-图7是以颌骨一端被截的情况下、用腓骨修复时颌骨的截腓骨导向模板和腓骨塑形导向模板的示意图。

图8-图11是以颌骨中间区域被截的情况下、用腓骨修复时颌骨的截腓骨导向模板和腓骨塑形导向模板的示意图。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.腓骨瓣修复下颌骨缺损的手术导向模板的制作方法，包括以下步骤：

1）、分别采集患者的下颌骨影像数据和腓骨影像数据，重建下颌骨三维模型和腓骨三维模型，在下颌骨三维模型中确定患者的病变区域，确定用于腓骨瓣移植修复的目标腓骨；

2）、根据颌骨的实际病变区域，参考生物力学考量设计上颌骨的切除方案，将下颌骨三维模型中的病变区域切除，下颌骨模型分为病变区域模型和去除病变区域后的颌骨非病变区域模型，分别保存颌骨非病变区域模型和病变区域模型；

3）、以病变区域模型的外表面获得截颌骨定位导向模板，截颌骨定位导向模板的内表面与病变区域模型的外表面贴合；

4）、依据颌骨非病变区域模型和腓骨三维模型，设计切除病变区域后的颌骨修复方案，保持颌骨非病变区域模型的空间位置不变，移动腓骨三维模型，将腓骨三维模型分割成若干段，将各腓骨分段模型摆放拼接至被切除的区域内，每一段腓骨分段的长度均与其摆放位置的长度适配，腓骨分段模型摆放的区域形成腓骨修复区域；保存修复后的颌骨模型；

5）、以修复后的颌骨模型中腓骨修复区域的颊侧表面获得腓骨塑形导向模板，腓骨塑形导向模板的内表面与腓骨修复区域的颊侧表面完全贴合；

6）、以各腓骨分段模型的外表面获得截腓骨定位导向模板，截腓骨定位导向模板的内表面与对应腓骨分段模型的外表面完全贴合；

7）、快速成型患者下颌骨三维模型、腓骨三维模型、修复后的颌骨模型、截颌骨定位导向模板、腓骨塑形导向模板和截腓骨定位导向模板。

2.如权利要求1所述的腓骨瓣修复下颌骨缺损的手术导向模板的制作方法，其特征在于：步骤3）中截颌骨定位导向模板的获得方法包括以下步骤：

（3.1）拾取需要生成导向模板的颌骨曲面，颌骨曲面上具有颌骨自定位特征；该颌骨曲面为病变区域模型的外表面；

（3.2）颌骨曲面的侧线与截骨线一致；

（4.3）将颌骨曲面加厚、形成截颌骨定位导向模板模型，保存该截颌骨定位导向模板模型。

3.如权利要求2所述的腓骨瓣修复下颌骨缺损的手术导向模板的制作方法，其特征在于：步骤5）中腓骨塑形导向模板的获得方法为：提取修复后的颌骨模型中腓骨修复区域的颊侧表面，腓骨修复区域的颊侧表面由各段腓骨的颊侧表面拼接形成；将腓骨修复区域的颊侧表面加厚、形成腓骨塑形导向模板。

4.如权利要求3所述的腓骨瓣修复下颌骨缺损的手术导向模板的制作方法，其特征在于：步骤6）中截腓骨定位导向模板的获得方法为：

（6.1）将颌骨修复方案中的腓骨分段模型移动回到腓骨三维模型中进行还原，再将移动后的腓骨分段模型和腓骨三维模型进行配准；

（6.2）腓骨分段模型和腓骨三维模型配准还原后，提取该配准还原后空间位置下的各个分段腓骨模型的外表面，分别加厚各个分段腓骨模型的外表面获得截腓骨定位导向块，相邻的截腓骨定位导向模板块之间设置固定两个截腓骨定位导向块的相对位置的连接件，所有截腓骨定位导向块和连接件组成截腓骨定位导向模板。

5.由权利要求1-4之一的方法制得的截颌骨定位导向模板，其特征在于：包括至少一个模板单元，模板单元的内表面与患者的下颌骨颊侧面吻合，模板单元远离病变区域的端面作为截颌骨的定位面，定位面与患者的下颌骨病变区域的切割路径吻合。

6.如权利要求5所述的截颌骨定位导向模板，其特征在于：本体上设有用于置入固定钉的钉孔。

7.如权利要求6所述的截颌骨定位导向模板，其特征在于：截颌骨定位导向模板由一对模板单元组成，两个模板单元的定位面围成的区域覆盖患者的下颌骨病变区域，每个定位面形成一个模板单元。

8.由权利要求1-4之一的方法制得的腓骨塑形导向模板，包括模板基体，模板基体的内表面与腓骨修复区域的颊侧表面吻合，模板基体的内表面由各段腓骨的颊侧表面拼接形成。

9.由权利要求1-4之一的方法制得的截腓骨导向模板，其特征在于：包括基体，基体由多个分段组成，每个分段的内表面分别与对应的腓骨段的外表面吻合，每个分段的侧边分别与腓骨段的切割路径吻合；相邻分段互相固定。

10.如权利要求9所述的截腓骨导向模板，其特征在于：截腓骨导向模板的相邻分段局部相连；或者，截腓骨导向模板的相邻分段之间有空隙，相邻分段通过连接件相对固定，第一分段固定于连接件的第一连接端，第二分段固定于连接件的第二连接端。