CN105708549A - 一种辅助下颌区异物取出的术中实时导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及计算机辅助外科技术及颅颌面修复重建外科医疗器械领域，尤其涉及一种辅助下颌区异物取出的术中实时导航手术方法，其特征包括以下步骤：术前调制牙科自凝树胶制作张口固定导板，再口内戴用此导板对患者颌面部进行薄层螺旋CT扫描，将CT数据导入导航软件i?plan做术前计划，精确标定异物位置并设定夹持器械入路；术中，戴用张口导板进行颌面术区面注册和夹持器械注册，验证精度合格后即可行导航手术。暴露术区后，按照计划的路径和轨迹，在导航显示器上实时观察并调整器械尖端的路径，取出异物。本发明实现了下颌可移动区域的导航外科技术，所用方法便捷，附加费用低，易学易用并疗效稳定。

Description

一种辅助下颌区异物取出的术中实时导航方法

技术领域

本发明涉及术中导航系统领域，尤其涉及一种辅助下颌区异物取出的术中实时导航系统和方法。

背景技术

颌面颈部外伤后异物存留十分常见。对于浅部异物，其取出术相对容易，但如果异物存留的位置很深，或位于重要的解剖结构附近，如颞下窝/颈部神经血管束，其取出的难度和风险极大。对于异物在人体内存留位置的确定，我们可以采用B超、X平片、全景片、CBCT、CT和MRI等影像学检查的方法。在手术中，医生也可以采用实时手术导航的方法。

手术导航系统是现代影像技术、立体定向技术、电子计算机技术和人工智能技术相结合的产物，它的基本工作原理是：首先利用数字化扫描技术得到术前影像信息，通过媒介体输入至计算机工作站中，处理后重建出患者术区的三维模型，然后通过相关软件进行术前计划并模拟手术进程，并可在实际手术过程中通过红外线或者激光探头动态适时地在显示器上显示术区和追踪器械的当前位置，实现术区、器械与虚拟环境中手术与组织结构的交互动态定位。手术医生可通过显示屏有选择性地从各个方位适时观察手术入路以及手术区域的各种参数，从而精确设计手术方案，最大限度地减少创伤及术后并发症，完成真正意义上的微创的计算机辅助外科手术。手术导航系统延伸了外科医生有限的视觉范围，突破了传统外科手术的界限，更新了外科手术和手术器械的概念，对于提高手术定位精度、减少手术损伤、优化手术路径及提高手术成功率都具有十分重要的意义。

利用导航系统引导颅颌面部存留异物的取出术，在国内外已经得到较为成熟的应用，它减小了手术创伤，缩短了手术时间，提高了异物取出的成功率。但在下颌区域，由于下颌骨是一块活动骨，其在进行CT扫描和手术中难以取得完全一致的解剖学位置，依照导航基础原理，该技术难以在下颌区域实施。国外有个别学者和厂家采用了一种特殊的注册支架，将其固定在下颌骨或者下颌牙齿上，这样注册支架上的荧光反射球就随着下颌骨的移动而移动，导航技术得以实施。但其缺陷明显：1. 支架固定在下颌骨上，增加了非手术区域的创伤；2. 支架固定在牙齿上，难以获得重复的固定位置和稳定的固位；3. 支架如果经过口内固定，必定影响手术视野，干扰手术操作；4. 支架和固位螺钉的使用，增加了耗材的费用。迄今为止，国内外仍缺乏一种经济便捷的方法来实现下颌可移动区域的实时手术导航。因此，有必要找到一种经济便捷的方法来实现下颌可移动区域的实时手术导航系统和方法来解决此技术难题。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种简便高效的下颌区导航系统和方法，重点在于创新性的开发出了一种下颌区导航系统，特别是系统中的张口固定导板，实施过程中在上下颌牙列间咬住此导板，能使CT扫描时和手术中取得完全一致的下颌骨位置，并使患者呈稳定的张口位，固定了下颌骨的同时不影响手术操作，还免去了被动金属开口器的使用，保护了健康牙列，使下颌区异物取出的术中导航技术得以实施。

解决以上技术问题的本发明中的一种辅助下颌区异物取出的术中实时导航方法，包括以下步骤：

（1）术前制作张口固定导板：调制聚丙烯酸自凝树胶，在其处于橡胶期时初步塑形后置于最大张口状态下的健侧上下颌牙列之间，患者轻咬合对树胶进行按压最终成型，使其外边缘处包裹少量牙体组织，取出待树脂固化成型；

反复试戴已固化成型的导板，检查其支撑张口状态的可重复性和稳定性，从而提高后续操作步骤的准确性和可操作性。初步塑形时可为长方体形，厚度约为后牙颌面颊舌径的2倍，2cm，固化时亦可置于热水中加速其固化。

（2）对患者颌面部进行术前的螺旋CT扫描：患者在CT扫描时戴上张口固定导板，处于被动和稳定的张口位，扫描范围为眶上缘至舌骨水平，获取足够范围的面部影像学数据以便术中导航仪的精确注册，将CT数据保存为DICOM格式拷盘备用；

（3）导航标定：在导航系统工作站的主机上，将DICOM数据导入i-plan软件，重建颌面部软硬组织的三维模型，分析下颌区异物的特征，用特殊颜色标识出其具体位置和外形大小，并设计器械进入路径和轨迹；最短路径即为异物点到口腔内或体表的最短连线，但要避开明显阻挡的硬组织和其他重要组织，如血管、神经、腺体导管等。

此步骤中，可以利用商业化的成熟的手术导航系统，如德国BrainLAB颌面外科手术导航系统，其术前计划工作站中有i-plan软件，CT数据导入后可以进行颌面骨骼的三维重建，在重建模型上标注出异物的具体位置，再设定夹持器械进入组织的路径，指导术中操作。

（4）注册并验证精度：手术开始时给患者戴上张口固定导板，使下颌骨处于与术前CT扫描时同样的被动和稳定的张口位。将参考支架用头带稳定的固定在患者头额部，调整导航仪定位器使其能感应到参考支架上的示踪球，然后使用激光扫描笔采用面注册的方法进行导航注册（扫描面部表面的范围主要为眶周和额部，主要使患者真实的解剖位置与导航系统中立体模型做空间上的三维对应），用指示杆验证注册的精度，达到< 1.0 mm即为注册成功。

参考支架的固定可以避免使用传统的、有创的螺钉颅骨固定法，因为手术全程患者头部固定不动，使用头带固定也可以保证其术中的稳定性，降低了导航手术的附加创伤，减少了影响导航精度的影像漂移误差。本发明中的方法在准确的颌面术区面注册后，使用指示探针验证注册精度很容易达到< 1.0 mm的要求。

（5）术中导航：依照术前计划的最短路径和轨迹，明确异物的位置，在导航系统的引导下实现术中实时导航。

依照术前计划的路径和轨迹，在口腔粘膜或皮肤上做微创切口，切口大小以能够置入夹持器械为准，可以先顺着路径置入导航探针，明确异物的位置。随后使用带有注册器的血管钳或镊子等夹持器械，在导航系统的引导下进行异物夹持操作（此过程无需操作导航系统，只需在显示器上实时观察器械尖端的位置，沿着预定的路径深入组织内，期间可不断调整行进路径），即可实现术中实时导航取异物手术。

所述聚丙烯酸自凝树胶与水以0.8-1.2:1的水粉比例混合，在常温下经过约5 -7min固化。

所述聚丙烯酸自凝树胶与水以1:1的水粉比例混合。

所述张口固定导板为长方体形，厚度为2 cm，长宽比3:2，宽度根据患者最大张口度来确定，一般为3-4cm，使整个导板具有一定的机械强度，并能稳定支撑下颌骨在一固定张口解剖位置。

所述步骤（2）中CT扫描参数为分辨率512×512，层厚≤0. 9 mm，扫描电压和电流分别为140 kV 和171 mAs。

术前获取影像学资料而进行三维重建模型的精度将影响术中导航的精度，所以，CT数据尽量采用分辨率高，层间距和层厚较薄的数据。扫描前戴上张口固定导板，使下颌骨处于稳定可以重复的张口位是术前CT扫描的关键点。扫描的范围包括要在术中进行面注册的面部范围。

本发明中使用牙科常用聚丙烯酸自凝树胶制作的个性化张口固定导板，其作用为使下颌骨在CT扫描时和手术中处于同一生理解剖学位置，同时下颌为开口位，便于经口内途径行异物取出术。张口固定导板制作过程简单，费用低廉，易学易用，并且效果稳定。进一步，此种导航方法可以用在任何下颌骨相关导航手术中，比如下颌牙种植术。

本发明是一种辅助下颌区异物取出的术中实时导航手术方法，该方法克服了术前颌面解剖影像数据与术中真实解剖的位置差异，使传统导航方法不能实施在下颌可动区域的导航技术得以实现，避免了影像漂移对导航精度的影响，在不干扰手术区域的情况下实施导航辅助技术，至今按照此方法进行下颌区异物取出术的患者，成功率达到95%，所有患者术后恢复良好，未有出现严重的术中及术后并发症。手术耗时与传统手术方法相比，明显减少，同时手术达到微创化要求，患者的满意度高。

说明书附图

图1为本发明中的流程图

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

实施例1

本发明中所用导航系统，包括三维图像、外科手术导航系统、电脑系统、结构光扫描仪、激光扫描笔、控制器和参考支架，外科手术导航系统包括定位仪、导航显示器和导航探针，定位仪与导航显示器连接；系统还设有针对个体患者特制的个性化张口固定导板，张口固定导板使患者处于大张口位，参考支架和扫描笔是注册用的，参考支架与手术区域固定在一起，其上的跟踪球就是定位手术区域的，跟踪球反射定位器发出的红外线，定位器就知道手术区域的具体位置。术中观察显示器，术者手上拿着带有跟踪球的探针，就知道探针在患者身体里的位置和深度。

在患者行术前CT扫描时即戴用个性化张口固定导板，在手术中患者也戴用此张口固定导板，使患者处于大张口位，同时也使患者在手术中的颌面解剖位置与术前获取的面部影像学数据高度一致，手术按照常规导航外科流程和参数设置，参考支架固定和注册后，在显示器界面实时显示异物和器械相对位置的辅助下，依照术前计划的路径取出异物。

辅助下颌区异物取出的术中实时导航方法，包括以下步骤：

（1）术前制作张口固定导板：准备聚丙烯酸自凝树胶约30ml，水约30ml，常温条件下调制聚丙烯酸自凝树胶和水使其充分混合，再经过5 -7min固化，其处于橡胶期时初步塑形成厚度约为后牙颌面颊舌径的2倍的长方形后置于最大张口状态下的健侧上下颌牙列之间，患者轻咬合对树胶进行按压最终成型，使其外边缘处包裹少量牙体组织，取出待树脂固化成型；

反复试戴已固化成型的导板，检查其支撑张口状态的可重复性和稳定性，从而提高后续操作步骤的准确性和可操作性。

成型后的张口固定导板为长方体形，厚度约2 cm，长宽比3:2，宽度根据患者最大张口度来确定，可设为3-4cm，使整个导板有一定强度，并能稳定支撑下颌骨在一固定张口解剖位置。

外科导航手术的前提是术前获取的影像学数据与术中实际的解剖组织完全一致，手术开始前精确的注册程序也是取得高精度术中引导的必要条件，分为面注册和点注册，前者简便，准确而较为常用。人体在闭口和张口时，面部外形是不一致的。此步骤中制作的张口固定导板是为了将下颌骨固定在完全一致的位置上，使得面部外形在诊疗计划的每个环节也是一致的，这样才能进行精确的注册程序，从而实施术中导航。

（2）对患者颌面部进行术前的螺旋CT扫描：患者在CT扫描时戴上张口固定导板，处于被动和稳定的张口位，扫描范围为眶上缘至舌骨水平，获取足够范围的面部影像学数据以便术中导航仪的精确注册，将CT数据保存为DICOM格式拷盘备用；

CT扫描参数为分辨率512×512，层厚约为0.9mm，扫描电压和电流分别为140kV和171mAs。

术前获取影像学资料而进行三维重建的模型精度将影响术中导航的精度，所以，CT数据尽量采用分辨率高，层间距和层厚较薄的数据。扫描前戴上张口固定导板，使下颌骨处于稳定可以重复的张口位，扫描的范围包括要在术中进行面注册的面部范围。

（3）导航标定：标定下颌区异物的具体位置，并设计器械进入路径和轨迹；

在导航系统工作站的主机上，将DICOM数据导入i-plan软件，重建颌面部软硬组织的三维模型，分析下颌区异物的特征，用特殊颜色标识出其具体位置和外形大小，并设计器械进入路径和轨迹；最短路径即为异物点到口腔内或体表的最短连线，但要避开明显阻挡的硬组织和其他重要组织，如血管、神经、腺体导管等。

此步骤中，可以利用商业化的成熟的手术导航系统，如德国BrainLAB颌面外科手术导航系统，其术前计划工作站中有i-plan软件，CT数据导入后可以进行颌面骨骼的三维重建，在重建模型上标注出异物的具体位置，在计划夹持器械进入组织的路径，指导术中操作。

（4）注册并验证精度：手术开始时给患者戴上张口固定导板，使下颌骨处于与术前CT扫描时同样的被动和稳定的张口位。将参考支架用头带稳定的固定在患者头额部，调整导航仪定位器使其能感应到参考支架上的示踪球，然后使用激光扫描笔采用面注册的方法进行导航注册（扫描面部表面的范围主要为眶周和额部，主要使患者真实的解剖位置与导航系统中立体模型做空间上的三维对应），用指示杆验证注册的精度，达到< 1.0 mm即为注册成功。

参考支架的固定避免使用传统的、有创的螺钉颅骨固定法，因为手术全程患者头部固定不动，使用头带固定也可以保证其术中的稳定性，降低了导航手术的附加创伤，减少了影响导航精度的影像漂移误差。本发明中的方法在准确的面注册后，使用指示探针验证注册精度很容易达到小于1mm的要求。

（5）术中导航：依照术前计划的最短路径和轨迹，明确异物的位置，在导航系统的引导下实现术中实时导航。

依照术前计划的路径和轨迹，在导航探针的引导下进行异物术，术中可在显示器上实时观察器械尖端的位置，调整行进的路径，取出异物。比如在口腔粘膜或皮肤上做微创切口，切口大小以能够置入夹持器械为准，可以先顺着路径置入导航探针，明确异物的位置。随后使用带有注册器的血管钳或镊子等夹持器械，在导航系统的引导下进行异物夹持操作（此过程无需操作导航系统，只需在显示器上实时观察器械尖端的位置，沿着预订的路径深入组织内，期间可不断调整行进路径），即可实现术中实时导航取异物手术。

注册完成后，即可以开始导航取异物。也可以将取异物的工具，如血管钳，镊子等，在尾部固定一个跟踪支架后进行注册。这样，经过注册的工具尖端相对手术区域组织结构的相对位置，便能在显示器上实时显示。依照术前计划的入路，便能在微创操作下取出异物。

所述方法中所用导航设备为BrainLAB导航仪，张口固定导板材质是自凝树脂（聚甲基丙烯酸甲酯）。

实施例2

其它步骤内容如实施例1，其中聚丙烯酸自凝树胶30ml，水24ml，，且固化时亦可置于热水中加速其固化，热水温度40-60度。

步骤（4）的注册步骤中，术前可以使用专用的头带固定荧光跟踪支架于患者头部，因为手术全程患者头部不会移动，保证了支架的稳定性，减少了影响导航精度的影像漂移误差。在准确的面注册后，使用指示探针验证注册精度很容易达到小于1mm。

实施例3

其它步骤内容如实施例1，其中聚丙烯酸自凝树胶30ml，水36ml，，且固化时亦可置于热水中加速其固化，热水温度40-60度。

成型后的张口固定导板为长方体形，厚度约2 cm，长宽比3:2，宽度设为3-4cm，使整个导板有一定强度，并能稳定支撑下颌骨在一固定张口解剖位置。

试验一

如实施例1中的操作步骤，对不同患者进行术中导航，具体如下表1：

表1. 临床病例中，采用此外科导航方法取得的诊疗效果。

试验二

如实施例1中的操作步骤，对8例下颌区域异物存留患者的诊疗中，应用此导航方法，手术均取得满意的效果，相关的客观数据结果如表2：

表2. 8例患者下颌区导航的客观数据结果

（准备工作的耗时，包括：术前计划和术中注册；整个手术耗时为：从注册完成开始手术到完成关闭创面的时间。）

本发明在患者行术前CT扫描时即戴用个性化张口固定导板，在手术中患者也戴用此张口固定导板，使患者处于大张口位，同时也使患者在手术中的颌面解剖位置与术前获取的面部影像学数据高度一致，手术按照常规导航外科流程和参数设置，参考支架固定和注册后，在显示器界面实时显示异物和器械相对位置的辅助下，依照术前计划的路径取出异物。

本发明实现了下颌可移动区域的导航外科，所用方法便捷，附加费用低，易学易用并疗效稳定。至今在临床8例患者的应用中，手术均完整、迅速、微创的取出下颌区域的异物，患者术后恢复良好，未出现严重的术中及术后并发症，医患双方均满意。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

以上所述仅为本发明的优选实施例，对本发明而言仅是说明性的，而非限制性的；本领域普通技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效变更，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种辅助下颌区异物取出的术中实时导航方法，包括导航系统，其特征在于：包括以下步骤：

（1）术前制作张口固定导板：调制聚丙烯酸自凝树胶，在其处于橡胶期时初步塑形成长方块形后，置于最大张口状态下的健侧上下颌牙列之间，嘱患者轻咬合对树胶进行按压最终成型，使树胶的外边缘处包裹少量牙体组织，取出待树脂固化成型；

（2）对患者颌面部进行术前的薄层螺旋CT扫描：患者在CT扫描时戴上张口固定导板，使下颌骨处于被动和稳定的张口位，将CT数据保存为DICOM格式拷盘备用；

（3）导航标定：在导航系统工作站的主机上，将DICOM数据导入i-plan软件，重建颌面部软硬组织的三维模型，分析下颌区异物的特征，用特殊颜色标识出其具体位置和外形大小，并设计器械进入的最短路径和轨迹，最短路径即为异物点到口腔内或体表表面的最短连线；

（4）注册并验证精度：给患者戴上张口固定导板，使下颌骨处于与术前CT扫描时同样的被动和稳定的张口位，将参考支架用头带稳定的固定在患者头额部，调整导航仪定位器使其能感应到参考支架上的示踪球，然后使用激光扫描笔采用面注册的方法进行导航注册，扫描面部表面的范围主要为眶周和额部，使患者解剖位置与导航系统中立体模型做空间上的三维对应，用指示杆验证注册的精度，达到< 1.0 mm即为注册成功；

（5）术中导航：依照术前计划的最短路径和轨迹，明确异物的位置，在导航系统的引导下实现术中实时导航。

2.根据权利要求1所述的一种辅助下颌区异物取出的术中实时导航方法，其特征在于：所述聚丙烯酸自凝树胶与水以0.8-1.2:1的水粉比例混合，在常温下经过约5 -7min固化。

3.根据权利要求2所述的一种辅助下颌区异物取出的术中实时导航方法，其特征在于：所述聚丙烯酸自凝树胶与水以1:1的水粉比例混合。

4.根据权利要求1所述的一种辅助下颌区异物取出的术中实时导航方法，其特征在于：所述所述张口固定导板为长方体形，厚度2cm，长宽比3:2，宽度根据患者最大张口度来确定。

5.根据权利要求1中所述的一种辅助下颌区异物取出的术中实时导航方法，其特征在于：所述步骤（2）中CT扫描参数为分辨率512×512，层厚为≤0. 9 mm，扫描电压和电流分别为140 kV 和171 mAs。