虚拟手术计划及术中导航辅助的下颌骨重建——从精确走向微创

Abstract

Simultaneous restoration of function and appearance should be performed in mandibular reconstruction. Option of reconstructive techniques is determined by cause, location, extent, and classification of the mandibular defects. Vascularize bone graft is one of the most popular technique in current clinical practice of mandibular reconstruction. Fibula is the most common donor site for mandibular reconstruction. The disadvantage of low height of neo-mandible reconstructed by single fibular segment can be solved by vascularized double barrel fibula graft. Using virtual surgical planning and intraoperative navigation for mandibular reconstruction leads to simplify surgical procedure, reduce operating time and injury, and decrease donor site morbidity so that accurate mandibular reconstruction could be completed. Direction of minimal invasive surgery for mandibular reconstruction will be developed by intraoral approach and intraoral anastomosis.

下颌骨位于面下 1/3，具有复杂的形态和功能，是颌面部唯一可以活动的骨骼，双侧下颌骨髁突还参与颞下颌关节的构成。由于其上有咀嚼肌群和舌骨上肌群附着，因而下颌骨对于保持呼吸道通畅、行使咀嚼并参与吞咽和语音等口腔功能具有重要作用。下颌骨缺损的原因主要来自肿瘤切除和严重创伤等引起的获得性缺损以及先天性发育性畸形等；此外还有各种骨髓炎感染导致的骨坏死。下颌骨尤其颏部或体部缺损将对患者的面容及功能产生举足轻重的影响，进而给其生理和心理带来灾难性的打击，严重影响生存质量。因此，下颌骨缺损的重建是颌面-头颈外科医师、整形外科医师和修复科医师所面临的一项极具挑战性的难题^[1]。

下颌骨重建应兼顾功能和外形恢复的原则，并根据缺损的原因、部位、范围和类型采取有针对性的措施。理想的下颌骨重建需要达到以下目标^[1]：① 恢复面下 1/3 和下颌骨的外形；② 保持下颌骨的连续性，恢复下颌骨和周围软组织的空间位置关系；③ 重建良好的咀嚼、吞咽和语音功能；④ 维持足够的通气道。下颌骨重建的方法主要包括自体骨移植、人工植入材料、牵引成骨技术以及近年来新兴的组织工程骨和再生医学技术。由于下颌骨缺损的类型各异，使得上述方法中没有任何一种能够重建所有缺损。其中，血管化骨移植是目前临床上应用最广泛的下颌骨重建方法，其供区以腓骨、髂骨和肩胛骨为主，腓骨又因具有血供恒定、骨量充足、操作简单、并发症少及适合两组同时手术等优点而备受推崇。以下对几种治疗方式在下颌骨重建中的应用进行综述。

1. 血管化腓骨肌皮瓣在下颌骨重建中的应用

自 Hidalgo^[2]报道血管化腓骨肌（皮）瓣重建下颌骨以来，该瓣已成为下颌骨重建的主力瓣，但由于腓骨的宽度有限，必然导致常规单层腓骨重建下颌骨后的高度不足。为克服上述缺点，Horiuchi 等^[3]和 Bähr 等^[4]先后介绍了血管化腓骨肌（皮）瓣平行折叠（vascularized double barrel fibula graft）技术，显著增加了重建下颌骨的高度，更有利于种植义齿修复。Guerra 等^[5]改良为部分折叠（partial double barrel fibula graft），即在支撑口角和下唇的颏部使用折叠技术，而在下颌体及下颌支用单段腓骨重建，可以重建侧方-中央超过 8 cm 的较大下颌骨缺损。孙坚等^[6]提出采用体部折叠+人工关节重建半侧下颌骨缺损，通过在主要承担咀嚼功能的下颌体部将腓骨折叠，而在非承担咀嚼功能的下颌支使用人工关节重建，有效利用腓骨骨量恢复面下部外形；同时简化手术操作，降低术后并发症。Shen 等^[7]报道了在折叠区域垂直截骨后两侧骨膜下分离而不去除骨段的方法，来避免血管蒂的扭曲和旋转，弥补了以往常规在折叠区域去除 1～3 cm 的骨块，可能增加损伤血管蒂的风险和延长腓骨塑形时间以及造成移植腓骨损失的不足。随后，Shen 等^[8]又提出了腓骨肌皮瓣折叠的血管蒂和皮岛摆位方式，以及根据不同类型的下颌骨缺损选择相应腓骨折叠模式重建的规则。此外，有学者也作了其他尝试：如将腓骨置于牙槽嵴便于义齿及种植修复，下颌骨下缘用另一块重建板修复或者不修复^[9]；包括张陈平等^[10-11]设计开发的牙种植牵引器等对移植腓骨的垂直牵引^[12]；以及在腓骨上方加用游离骨块的 onlay 植骨^[13-14]。这些方法作为腓骨折叠技术的延伸，也取得了不错的疗效。

2. 虚拟手术计划（virtual surgical planning，VSP）辅助的下颌骨精确重建

随着计算机辅助外科的应用，为精确构筑理想的新下颌骨形态及恢复原有功能提供了可能，并克服了以往根据术者临床经验来估计导致的重复性差的不足。计算机辅助外科包括以影像为引导的计算机辅助外科和无需影像引导的计算机辅助外科两种。前者主要包括 VSP、手术导航（surgery navigation）、机器人三类，其中目前又以 VSP 在下颌骨精确重建中应用最为广泛。

在 VSP 之前应用了许多方法来解决上述问题。如 Rohner 等^[15]根据术前牙模制作钻孔导板；Strackee 等^[16]采用模型和截骨引导系统来转移颌骨的空间关系；Moro 等^[17]使用与切除下颌骨一致的金属模板；Wang 等^[18]应用计算机辅助设计的纸模型；Cohen 等^[19]和 Yamanaka 等^[20]采用计算机辅助预制的下颌骨切除和移植骨截骨导板。李军等^[21]率先在国内报道了上海交通大学医学院附属第九人民医院将计算机辅助设计/制造和快速成型技术用于下颌骨重建的经验。但绝大多数仍不能在术中提供下颌骨切除、骨组织瓣制备、移植骨截开和塑形时用作参考的三维信息，外科医师仍需依靠自己的经验来操作，因而错误的可能性总是存在^[18]。此外，由于下颌骨本身解剖结构复杂，而手术时往往难以达到充分的三维暴露，使得下颌骨重建时较小的误差都可能影响效果。因此，为克服下颌骨精确重建的困难，也需要借助于 VSP。

VSP 能弥补传统手术中医师完全依靠临床经验制定手术方案和单纯凭借外科技能完成手术的不足，从而提高手术的精确度和质量，缩短手术时间。应用 VSP 辅助下颌骨精确重建的报道始于本世纪初^[22-28]，VSP 可帮助医师制定合理的手术方案，进行手术演练和预测手术效果；并根据模拟结果制作各种导板手术，以确保医师在实际手术中重复 VSP 的过程，从而帮助医师完成精确的颅颌面骨切除和重建手术；术后还能评价比较手术效果。主要的手术模拟包括对骨组织的切割、分离和移动，最优化的截骨线、骨移位、磨改的位置、固位接骨板和螺钉的放置定位等。

我们的团队在国内最先报道了应用 VSP 辅助的髂骨肌瓣行下颌骨精确重建的尝试^[29]，并在此基础上向国外同行作了介绍^[30-31]，指出应用 VSP 辅助能精确重建下颌骨、缩短手术时间、降低手术并发症；术前术后的影像学比较显示下颌骨缺损得到了精确重建。同期我们报道了 5 年内 16 例患者的回顾性研究^[32]，总成功率为 100%，义齿修复比率为 62.5%（10/16，种植义齿和可摘活动义齿各 5 例），15 例患者对术后面部外形十分满意。我们认为术前通过 VSP 经精确匹配选择形态与缺损下颌骨吻合的供区髂嵴部分，并根据结果三维打印模型和手术导板，术中通过手术导板引导下颌骨节断性切除、髂骨肌瓣制备和下颌骨重建，可以简化手术步骤，获得更为理想的重建下颌骨外形。借助 VSP 能更好发挥髂骨肌瓣在下颌骨重建中的特殊优势：如髂骨的天然形态与一侧下颌骨相似；最适合重建下颌体部或者下颌支缺损；髂骨丰富的骨量足够恢复下颌骨的高度，并适合种植义齿修复等^[32]。

与此同时，VSP 也被用于辅助腓骨肌（皮）瓣行下颌骨的精确重建。尽管血管化髂骨肌瓣在重建长度不超过 9 cm 的下颌骨缺损时，具有天然形态和骨量的优势；但对于长度>9 cm 的下颌骨缺损，血管化腓骨肌（皮）瓣仍是最佳的选择之一。我们报道了在 VSP 辅助下应用腓骨肌（皮）瓣精确重建 42 例不同类型下颌骨缺损的临床资料^[33]，其中 39 例缺损长度超过 9 cm，通过虚拟手术将移植腓骨截成 2～4 段塑形，所有手术均在导板辅助下顺利完成，皮瓣成功率为 100%，种植义齿修复比率为 40.5%（17/42）；患者术后 1 年对面部外形的满意度自评显示，25 例即刻重建者非常满意，9 例二期重建者满意。我们对应用 VSP 辅助的自体血管化骨移植上、下颌骨重建作了全面的回顾性研究^[34]，其中 60 例为下颌骨重建，所用供区分别为腓骨 42 例、髂骨 16 例、肩胛骨 2 例。在手术导板的引导下，所有的下颌骨截开、塑形和固定时间都在 45 min 内完成，未发生因手术方案改变而不能使用导板的情况。皮瓣成功率为 100%，术后 CT 与术前 VSP 的比较显示实际误差为（0.56±0.44）mm，下颌种植义齿修复比率为 45.0%（27/60）。术后 1 年患者对面部外形的满意度自评结果显示，总满意度为 86.7%（52/60）。我们的经验显示，VSP 辅助下颌骨精确重建具有模拟逼真、预测性强、精确度高、重复性好的优点，其过程可概括为术前可视化设计手术计划、术中引导精确完成手术计划、评价术后效果与手术计划的一致性这 3 个步骤^[34]。此外，Liu 等^[35]通过对腓骨肌（皮）瓣下颌骨重建的研究证实了切缘阴性对于术中不改变 VSP 方案的重要性。Zheng 等^[36]介绍了采用 VSP 辅助腓骨折叠重建下颌骨的经验。

然而，对于 VSP 在肩胛骨肌皮瓣中的应用则鲜有文献报道。除我们报道的 2 例外^[34]，Cornelius 等^[37]介绍了应用 VSP 辅助的 12 例肩胛骨肌皮瓣行颌骨重建，其中 10 例为下颌骨重建，发现同样能达到精确重建的效果，而又不破坏移植肩胛骨的血供。目前，VSP 辅助的下颌骨重建已在国内、外广泛开展，均获得了满意的效果，此处不再赘述。

3. VSP 结合术中导航辅助的下颌骨精确重建

VSP 辅助的下颌骨精确重建也不可避免地存在缺点，如费用较高；包括手术模拟、模型和手术导板制作在内的整个过程较复杂、费时，由专业操作人员才能顺利完成；当术中情况与术前计划不符时，往往需要依靠手术医师的经验来调整，但调整的难度较大。重建的上、下颌骨有时在矢状位上的空间关系会有误差；重建的实际位置与术前计划有时会出现差异，特别是重建下颌支和髁突时；口内或小切口入路重建上、下颌骨时，多数情况下较难精确实施术前的手术计划^[25-26]。后两者通常需要借助于术中实时导航来解决。

外科医师在术中借助手术导航，可提高对复杂解剖区域的空间定位能力和改善手术效果，为肿瘤手术、缺损修复和截骨术创造了更好的条件和视野。而将 VSP 与手术导航相结合，能够实现术前手术模拟和术中实时监控，给外科医师提供实时的空间位置参考信息，有利于校正术前模拟和术中操作可能产生的误差，从而进一步提高手术的安全性和精确性。具体到下颌骨重建，由于精确控制下颌角的宽度、升支的高度以及髁突的位置，是下颌骨重建时恢复其对称性和功能的关键，因而应用手术导航将有助于提高下颌角及髁突位点的精度，从而提高下颌骨重建精准性^[38]。

Wu 等^[38]报道了将手术导航用于腓骨肌皮瓣行下颌骨精确重建的经验，主要步骤包括术前准备时，局麻下在患者颊侧牙槽骨植入 5 枚自攻钛钉，作为术中配准参考点，钛钉尽量分散，以保证术中的配准精度，提高导航精度的可信空间；术前制作（牙合）板，让患者轻咬拍摄 CT，以保证术前 CT 与术中的上下颌骨位置保持一致；术中于患者额部安装导航参考架，利用（牙合）板行颌间固定，通过钛钉完成配准，确认导航精度符合临床需求后开始手术；当将腓骨肌皮瓣转移至下颌骨缺损后，在钛板固定前，利用导航探针确定下颌角和髁突的位置；如果位置未达到术前设计的要求，根据导航提供的三维图像信息进行调整，从而保证术前手术方案能够在术中得到精准实施。他们共采用此方法完成了 8 例腓骨肌皮瓣下颌骨重建的术中实时验证，术前与术后的影像学对比显示，下颌角的实际位置与术前 VSP 中位置的平均误差为（1.92±0.97）mm。Wu 等^[38]认为，即使术前利用三维模型预弯钛板，由于术中钛钉固定时的位点多变，腓骨的位置仍有不确定性，需要经验丰富的外科医师来把控。他们指出^[38]手术导航的应用能在术中提供实时的三维空间信息，指导腓骨的就位，也能根据术区的实际情况及时调整腓骨的位置，从而保证重建的下颌角和髁突与术前计划一致，提高颌骨重建的精度。在我们报道的 60 例 VSP 辅助的自体骨移植下颌骨重建中^[34]，对于行腓骨重建的累及髁突的 10 例下颌骨缺损，也加用了术中实时导航验证重建的髁突是否位于关节窝内，重建的下颌角有无向外移位等，导航证实重建的髁突位于关节窝内，双侧下颌角基本对称。我们的经验显示，术前通过 VSP 精确设计移植骨的制备塑形并打印模型和手术导板，术中在导板和模型辅助下精确再现手术计划，并通过导航实时验证手术效果和修正可能的误差，简化了颌骨重建的手术操作、缩短了手术时间和创伤、降低了供区并发症，也提高了颌骨重建的精确性，为种植体植入和咬合重建创造了良好的条件^[34]。

4. 微创理念在下颌骨精确重建中的应用

当下颌骨精确重建成为现实后，国内、外学者开始关注更高层面的细节问题，诸如手术入路和手术切口的隐蔽性等。近年来，国外文献报道了关于口内入路行颌骨良性肿瘤术后缺损、严重创伤后颌骨缺损、牙槽骨重度萎缩吸收等重建和口内显微血管吻合^[39-45]，取得了良好的效果。不需要口外切口的完全口内血管吻合最早由 Gaggl 等^[39]报道，他们成功对 9 例牙槽嵴缺损采用口内显微吻合的血管化骨移植重建，并行二期种植义齿修复完成了咀嚼功能重建。随后，Nkenke 等^[40-41]报道了 2 例下颌骨成釉细胞瘤经口内入路行下颌骨节断性切除和口内显微吻合的血管化腓骨肌瓣重建。Brandtner 等^[42]总结了 70 例口内显微吻合的经验，其中 15 例为下颌骨重建，皮瓣总成功率为 98.6%（69/70）。Brandtner 等^[42]认为采用口内入路行下颌骨病灶切除和口内显微吻合的主要优势，除了避免口外切口和术后瘢痕外，还能避免原口外入路可能导致的面神经下颌缘支损伤，以及避免一些血管蒂长度不够的皮瓣的血管移植。至于口内吻合的受区血管，面动、静脉由于其位置关系成为不二选择；并建议通常应将面动、静脉游离至约 4 cm 的长度，以便于将其转至口角区与皮瓣血管蒂行显微吻合^[42]。

我们在国内率先介绍了 4 例经口内入路行下颌骨良性肿瘤切除和 VSP 结合术中导航辅助的腓骨肌瓣重建^[46]，真正意义上实现了精确重建。均顺利完成经口内入路下颌骨节断性切除、腓骨重建，除 1 例因术区瘢痕面静脉不理想而经颌下的附加小切口吻合血管外，其余 3 例均经口内显微血管吻合；术中都精确再现了术前计划，导航验证重建下颌骨的位置准确。术后全景片显示重建的下颌骨位置理想，咬合关系正常，面部外形对称，张口无明显受限，无面瘫症状，患者均对手术效果十分满意。我们对于腓骨肌瓣血管蒂的摆位与吻合的部位与国外文献不同，将腓动、静脉血管蒂自前向后摆放在颊部后方咬肌前缘，避免了患者张、闭口时对吻合血管的不利影响。该手术的难度除口内入路操作空间狭小困难，对术者的显微外科技术要求较高外；在受区血管的寻找和解剖上，寻找面静脉的难度上明显高于面动脉。我们通过尸体解剖研究显示面静脉常规位于面动脉内后方，与面动脉呈“V”字沿咬肌前缘上行。面静脉与动脉相比，从口内解剖的深度更深和靠后，为寻找面静脉通常需要在颊黏膜作纵行切口并延伸至上颌前庭沟，将黏膜瓣翻起后仔细寻找，但仍有无法找到面静脉的可能。因而首次手术与再次手术的患者，在解剖受区血管时，应先行血管解剖并保护，特别是面静脉。此外，采用术中实时导航是确保术前 VSP 得以再现和完成下颌骨精确重建的关键，能弥补口内入路对于重建髁突和下颌角暴露不够的不足，通过验证重建的髁突是否位于关节窝内，重建的下颌角和下颌体部、颏部外形高点有无向外或向内移位等，达到验证重建下颌骨空间位置的目的^[46]。

总之，随着 VSP 及术中导航的广泛应用，真正意义上实现了下颌骨重建的精确化和个体化，目前已朝着微创、切口隐蔽，甚至面部无瘢痕，达到功能恢复最大化的方向努力。

Biography

孙坚：主任医师，博士，博士研究生导师。从事口腔颌面-头颈部肿瘤的诊治及缺损重建，率先在国内成功开展多项高难度、开创性手术。现任科副主任，兼任中国医学促进会肿瘤整形与功能性外科分会副主任委员，任中国康复医学会修复重建外科专业委员会常委、头颈外科学组组长。主编专著 3 部，发表 SCI 论文 40 余篇