中面部牵引成骨疗效的计算机辅助评估

徐海淞 王衡健 俞哲元 袁捷 曹德君 柴岗 韦敏 穆雄铮

中面部牵引成骨疗效的计算机辅助评估

徐海淞 王衡健 俞哲元 袁捷 曹德君 柴岗 韦敏 穆雄铮

目的应用计算机辅助的三维影像重建及测量技术，评估牵引成骨矫治中面部发育不良畸形的手术疗效。方法自2005年至2010年，对11例严重中面部发育不良患者，采用Le FortⅢ型颅面部截骨和牵引成骨术进行治疗，术前、术后运用计算机辅助的三维影像测量技术，行上气道CT三维重建，分析气道变化；头颅CT三维重建，分析突眼度、上下颌关系改变，及中面部在前颅底平面牵引前移的量，进而评估牵引成骨术在矫治中面部严重发育不良中的临床价值。结果11例患者经Le FortⅢ型颅面部截骨和牵引成骨术治疗后，气道梗阻情况得到解除，面部外形明显改善。术后上气道平均体积增加（9.13±6.94）cm3，气道梗阻较术前明显改善（P＜0.01）；术前平均突眼度（21.23±3.3）mm，术后（11.4±3.5）mm，症状改善明显（P＜0.01）；术后ANB矫正到平均（7.16±3.41）°，SNA矫正至平均（83.06±5.85）°，咬牙合关系改善（P＜0.01）；术后中面部在前颅底平面平均前移（20.27±8.04）mm，术后平均随访5.4个月，CT示前移部分新生骨组织形成。结论Le FortⅢ型截骨、牵引成骨手术治疗儿童中面部严重发育不良，可有效解除气道梗阻情况，改善面部外形。三维影像重建及测量技术是一种理想的评估方法。

牵引成骨中面部发育不良三维重建计算机辅助测量

颅面部畸形可通过各类颅面外科截骨重建手术以改善面部形态及功能[1]。长期以来，手术疗效的评价主要基于临床医师的经验及传统的二维头影测量，上世纪80年代中后期，颌面外科、整形外科医生认识到基于二维环境的X线计算机手术模拟设计系统存在着误差大、不能形象地模拟各种颅颌面截骨手术等弊端，由此推动了基于三维界面的计算机辅助外科技术的迅速发展。近年来，利用X线摄影、CT、MRI、DSA、CTA、MRA、PET等提供的图像信息，借助计算机虚拟现实技术，对获取的医学图像信息进行三维重建、配准和定位，可以辅助外科医生进行手术规划、手术模拟，以及术前、术后的评估[2-3]。

本研究利用计算机辅助三维影像重建和测量技术，对我院行截骨、牵引成骨治疗中面部发育不良患者治疗前后的上气道体积变化、突眼程度、牵引前移量，以及上下颌关系等指标，进行了测量与分析，评估牵引成骨技术在治疗严重中面部发育不良畸形中的临床应用价值。

1 材料与方法

1.1 研究对象

选取2005年至2010年，在我科治疗的严重中面部发育不良患者共11例，其中男性4例，女性7例。年龄5~16岁，平均年龄10.2岁，所有患者术前术后行头颅三维CT检查。

1.2 研究方法

1.2.1 扫描

采用GE公司的16层螺旋CT检查。参数：电流120 mA，电压120 KV，准直器宽度1.25 mm×16 mm，螺距1.375 mm，床速27.5 mm/s；方法：患者仰卧位、颈后伸、平静呼吸，嘱患者勿做咳嗽和吞咽动作，扫描角度平行于喉室，作轴位扫描。

1.2.2 气道体积的改变及测量

考虑到气道的开放性及手术前后定位，我们截取上气道的范围为：上至S-N平面，前至鼻前庭，下至会厌平面，其余为自然气道壁。应用AMIRA 5.2.1软件行气道容积重建，重建层厚：1.25 mm，重建上限阈值-500 HU，可直接获得气道形态及体积（图1）。

图1 上气道三维CT重建Fig.13D reconstruction of upper airway

1.2.3 突眼度的定位方法及测量

本研究利用头颅CT三维重建后精确定位双侧眶外缘，截取过双侧眶外缘的平面X，根据眼球三维空间定位测量法的原理，截取过视神经－眼平面的二维CT截面图像，作平行于平面X的平面，使其与角膜相切于点C，过C作垂直平面X的垂线CD，在三维坐标即可得出突眼度测量值CD（图2）。每只眼球突眼度测量3次，取平均值以减少误差。

图2 三维影像重建后突眼度测量示意图Fig.2The measurement of exophthalmos after 3D reconstruction

1.2.4 中面部形态改变的测量

头颅三维影像重建及三维测量特征标志点的选定如下。

鼻根点（N）：额缝最高点（XOY）；额鼻骨交界处最凹点（YOZ）。

上齿槽座点（A）：两上切牙槽缘交界点与前鼻棘连线上（XOY）；前鼻棘与上牙槽缘点间之骨部最凹处（YOZ）。

下齿槽座点（B）：两下切牙槽缘交界点与颏前点连线上（XOY）；下牙槽缘与颏前点间之骨部最凹处（YOZ）。

蝶鞍点（S）：蝶鞍中心点。

1.2.5 上下颌关系的改变及测量

本组病例行三维重建后，在三维影像基础上参考头影测量原理，分别测量3次，取平均值，来评估上下颌关系的改变（图3）。

图3 角SNA（左）、ANB（右）测量示意图Fig.3The measurement of SNA(left)and ANB(right)

1.2.6 中面部术前术后前移距离的测量

考虑到术前术后前颅底平面、蝶鞍点S无改变，而上齿槽座点A术后相对位置改变，故通过测量A点在前颅底平面相对于S点的位移评估中面部前移的距离。本组病例选用头颅CT三维重建后精确定位上齿槽座点A，过点A作前颅底平面的垂线交平面于点E，连接E点和S点得E-S，术后同样方法得到E’-S，两者差值即为中面部前移距离（图4）。测量3次，取平均值。

图4 面中部前移距离测量示意图Fig.4The measurement of antedisplacement of midface

1.2.7 统计学分析

实验中所测量得到的数据以x±s表示，利用SPSS 16.0软件对计量资料采用配对t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 气道体积的改变

所有患者均行术前、术后上气道三维CT重建，三维影像能精确显示整个上气道的解剖结构，并可获得术前、术后三维气道容积数据。测量显示，术后上气道平均体积增加（9.13±6.94）cm3，气道梗阻较术前明显改善（P＜0.01）。

2.2 突眼度的改变

患者术前平均突眼度（21.23±3.3）mm，术后矫正至（11.4±3.5）mm，术后突眼症状明显改善（P＜0.01）。

2.3 上下颌关系的改变

术前患者均有不同程度反牙合畸形（骨性安氏Ⅲ类），3例严重反颌患者伴开牙合及咬牙合紊乱，术后ANB矫正至平均（7.16±3.41）°，均达到安氏Ⅰ类咬牙合；SNA矫正至平均（83.06±5.85）°，增加（9.84±7.26）°，咬牙合关系改善（P＜0.01）。

2.4 中面部术前术后前移距离

本研究中，术后中面部在前颅底平面平均前移（20.27±8.04）mm。术后平均随访5.4个月，CT示前移部分新生骨组织形成。

3 讨论

Le FortⅢ型截骨一次前移术是一个较复杂和困难的手术，具有一定危险性，手术时间亦较长[4]。现在运用牵引成骨技术[5]，术中不必一次前移中面部，不必取肋骨或颅骨植骨固定，不必颌间结扎，使得手术可在准确、高效、时间短、出血少的情况下完成，提高了手术的操作性和安全性。外置式牵引通过增加牵引螺杆的数量或变换牵引方向，可以实现三维牵引，是内置式牵引不能与之相比的[6]。外置式牵引受牵引装置长度的限制较少，骨的前徙量较大，前移中面部距离回缩复发率小，特别适用于矫正严重的中面部后缩[7]。

我们应用三维影像重建及测量技术，评价了中面部牵引成骨的疗效。评估显示，中面部平均前移达到（20.27±8.04）mm。实验证明,骨组织具有较强的可塑性，即骨组织受压会吸收，受牵拉则会增生，缓慢牵拉活组织产生的应力可以刺激某些组织结构的再生和活跃生长，在适当条件下，骨内大多数细胞群可以分化为具有修复作用的成骨细胞或成软骨细胞，随着间歇性牵引力的作用，新骨逐渐形成并成熟。平均随访5.4个月，未见复发病例，CT三维重建后可见前移部分被新生骨组织代替，新生骨组织足以支撑前徙的骨段，避免了植骨手术和与植骨相关的并发症。在中面部骨架前徙的同时，患者气道、突眼程度及上下颌关系均得到了有效的矫正，面部形态改善的同时骨相关的软组织张力被释放，软组织得到适应性扩张，减少了一个重要的复发因素，也减少了积血积液的机会。可见牵引技术对于颅颌面部软硬组织的作用具有双效性，较传统的一次前移术后的复发率大为减少。

牵引成骨技术促进了微创与再生医学技术的发展，是对传统截骨植骨手术治疗中面部发育不良的补充和改进。虽然该技术运用于颅面外科临床只有短短的十几年时间，但是极大地丰富了颅面外科的治疗方法和范围。牵引技术对于骨组织整复的贡献，与“扩张器”对于软组织整复的意义同样深远。随着计算机技术进一步发展，外科手术可视化已逐步显现出实用性及重要性。三维精确测量通过人机交互，在显示形体上可直接度量所需要部位的三维距离、角度、面积、体积等，是计算机手术模拟中定量诊断、准确评估手术疗效的关键。颅颌面计算机辅助评估系统，体现了当今医工结合的方向，成功地实现了三维精确测量点之间的距离、线之间的夹角、区域的面积、形体的体积，使复杂的颅颌面外科手术直观化，较传统的二维影像测量有创新性，数据客观准确，有效地将计算机辅助测量与临床实际应用相结合，为颅面畸形治疗的个体化、精确化打下了扎实的基础。

[1]张涤生.颅面外科学[M].上海:上海科学技术出版社,1997.

[2]Vannier MW,Marsh JL,Warren JO.Three-dimensional computer graphics for craniofacial surgical planning and evaluation[J]. ACM Comput Graph,1983,17(3):263-273.

[3]Gateno J,Teichgraeber JF,Aguilar E.Computer planning for distraction osteogenesis[J].Plast Reconstr Surg,2000,105(3):873-882.

[4]Karian LS,Phillips BZ,Morrison CS,et al.Technology to minimize the morbidity of Le FortⅢosteotomies[J].Plast Reconstr Surg, 2012,130(1):210e-212e.

[5]McCarthy JG,Schreiber J,Karp N,et al.Lengthening the human mandible by gradual distraction[J].Plast Reconstr Surg,1992,89 (1):1-8.

[6]Holmes AD,Wright GW,Meara JG,et al.Le FortⅢinternal distraction in syndromic craniosynostosis[J].J Craniofac Surg, 2002,13(2):262-272.

[7]Kuroda S,Watanabe K,Ishimoto K,et al.Long-term stability of LeFortⅢdistraction osteogenesis with a rigid external distraction device in a patient with Crouzon syndrome[J].Am J Orthod Dentofacial Orthop,2011,140(4):550-561.（收稿日期：2013年12月20日；修回日期：2014年1月24日）

Computer Assistant Evaluation of the Therapeutic Effects of Midface Distraction Osteogenesis

ObjectiveTo evaluate the therapeutic effects of midface distraction osteogenesis in the treatment of midface hypoplasia by 3D reconstruction and measurement.MethodsFrom 2005 to 2010,11 cases with severe midface hypoplasia were treated with Le FortⅢosteotomy and distraction osteogenesis.The change of upper airway,eyeball position,occlusion and midface position were all measured by 3D reconstruction and measurement pre-and postoperatively.ResultsAfter Le FortⅢosteotomy and distraction osteogenesis,airway obstruction was effectively relieved and facial appearance was improved significantly.The upper airway volume was increased to(9.13±6.94)cm3on average,and airway obstruction was effectively relieved comparing with preoperative values(P＜0.01).The degree of exophthalmos was about(21.23±3.3)mm before operation,and(11.4±3.5)mm after operation.The proptosis was improved significantly(P＜0.01).The ANB was(7.16±3.41)° after operation,and SNA was(83.06±5.85)°after operation.The occlusion was corrected.The midface was antedisplaced about(20.27±8.04)mm on average,and the new bone formation was observed by CT scanning after 5.4 months’follow-up. ConclusionLe FortⅢosteotomy and distraction osteogenesis in treating midface hypoplasia can improve the function of upper airway and the appearance of midface.3D reconstructive and measurement is an ideal evaluation method.

Distraction osteogenesis;Midface hypoplasia;Three dimensional reconstruction;Computer-aided measurement

R319

A

1673－0364（2014）01－0026－04

XU Haisong1,WANG Hengjian1,YU Zheyuan1,YUAN Jie1,CAO Dejun1,CHAI Gang1,WEI Min1,MU Xiongzheng2.
1 Department of Plastic and Reconstructive Surgery,Shanghai Ninth People's Hospital,Shanghai Jiaotong University School of Medicine,Shanghai 200011,China;2 Department of Plastic Surgery,Huashan Hostital,Fudan University School of Medcine,Shanghai 200031, China.Corresponding author:MU Xiongzheng(E-mail:craniomu@gmail.com).

10.3969/j.issn.1673-0364.2014.01.008

200011上海市上海交通大学医学院附属第九人民医院（徐海淞，王衡健，俞哲元，袁捷，曹德君，柴岗，韦敏）；200031上海市复旦大学上海医学院附属华山医院（穆雄铮）。

穆雄铮（E-mail：craniomu@gmail.com）。