3D 打印技术在改良 Nagata 法中颅耳角个性化重建的应用研究

文摘   2024-08-30 22:00   辽宁  

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本文来源:中国美容整形外科杂志 2023 年 8 月第 34 卷第 8 期

DOI:10.3969/j.issn.1673-7040.2023.08.004

作者:李志斌 谢百慧 闫成祥 董海江 王喜梅

作者单位:郑州大学第一附属医院 医学美容中心,河南 郑州 450000 

通信作者:王喜梅,

Email: tracywang@zzu.edu.cn

【摘要】目的 探讨 3D 打印技术辅助个性化设计耳后支架在耳郭再造术中的应用效果。方法 自 2021 年 6 月至 2022 年 8 月,郑州大学第一附属医院医学美容中心将 3D 打印技术应用于 39 例先天性小耳畸形患者二期颅耳角重建手术。术前利用三 维扫描技术获取健侧耳郭、耳甲腔侧壁相关数据,据此设计、打印耳后支架 3D 模型,术中根据该模型雕刻肋软骨制备对应耳后 支架,完成个性化颅耳角重建。术后 6 个月,对比分析、评估两侧耳郭颅耳角的角度及形态,并评价满意度。结果 39 例患者术后获随访 6~20 个月,其中 37 例颅耳角角度及形态与健侧高度一致,对称性良好,满意度较高;2 例因术后瘢痕挛缩致颅耳角角度略小于健侧,但整体效果基本满意。结论 在耳郭再造术中,针对不同患者,3D 打印技术可辅助实现耳后支架的个性化设计、 雕刻与应用,进而提升再造耳颅耳角及形态的对称度、提高手术的满意度,并避免多次修复给患者带来的心理负担和经济压力。


【关键词】先天性小耳畸形;3D 打印;颅耳角重建

外耳具有复杂的亚单位结构、呈三维立体状, 先天性小耳畸形患者耳郭再造术一直是整形外科领域极具挑战性的手术之一。RC Tanzer(1978 年)、 B Brent(1992 年)、S Nagata(1994 年)等先后报道了 耳郭再造的手术经验及技巧,并取得较好的手术效果。目前,耳郭再造的相关临床研究主要集中于再造耳的亚单位结构、大小、位置等方面[1-3],但颅耳角为耳郭与颅侧壁之间的夹角,其对称性在耳郭再造手术效果的评价中极具意义。目前,颅耳角成形仍主要依赖于术者的技术经验,通常以健侧耳郭至乳突的高度作为参考,因此难以实现与健侧耳郭三维形态的高度相似性,而且双侧颅耳角对称性欠佳。近年来,三维扫描、3D 打印等数字化技术的出现与发展,为提高颅耳角成形的精确度及对称性提供了新的思路和方法[1-6]。自 2021 年 6 月至 2022 年8 月,郑州大学第一附属医院医学美容中心在单侧小耳 畸形颅耳角成形术中,引入 3D 打印技术,术前应用该技术,实现耳后支架模型的精准设计与个性化制备,并于术中应用该个体化模型指导耳后软骨支架的雕刻与植入,术后恢复较快,临床效果较好。现报道如下。

1

临床资料

本组共 39 例患者。男性 26 例,女性 13 例;年 龄 6~16 岁,平均 9.4 岁。左耳 12 例,右耳 27 例;耳垂型 25 例,甲腔型 14 例。

纳入标准:⑴先天性单侧小耳畸形者。⑵对侧耳郭发育正常者。⑶患耳无手术史者。排除标准:⑴随访时间 <6 个月者。⑵有精神疾病史者。⑶拒绝耳郭影像资料采集者。

手术分两期完成,一期手术采用改良 Nagata 法[4]。术中去除残耳软骨,制备耳后皮瓣,取自体肋软骨,雕刻支架,耳垂转位行耳郭再造;同时将雕刻耳支架后残余肋软骨拼接为“C”形软骨支架植于胸部皮下,备二期手术使用。所有患者一期手术术后恢复良好,再造耳郭形态良好、结构清晰,并于 6 个 月后如期行二期颅耳角成形手术。


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方法

2.1 个体化耳后支架模型的数字化设计与 3D 打印术前采用 EinScan Pro 2X Plus 多功能手持 3D 扫描仪(杭州先临三维科技股份有限公司,精度:0.04 mm, 测量范围:312 mm×204 mm,光源:白光 LED)采集全头部三维数据,并导入计算机,采用 3-matic 15.0(x64)及 Geomagic Wrap 2017 软件整理数据,构建三维可视模式,并在该模式下,以健侧耳郭为模板,以正中矢状面为轴,镜像翻转制备患侧耳郭模型,进一步利用软件提取耳甲腔数据 (即耳后支架),将重建的耳后支架模型数据输入 3D 打印机 (FS403P-M,湖南华曙高科技有限责任公司;打印材料:尼龙),打印出三维实体模型,所得个体化实体模型与健侧耳甲腔相比,外观高度相似,细节高度还原,模拟效果理想。见图 1。

图 1 数字化设计 3D 模型 a. 患侧耳郭三维重建 b~d. 耳后支架三维重建 e. 三维实体模型

2.2 二期颅耳角成形手术 于胸部原手术瘢痕区域设计梭形手术切口,大小 4.5 cm×9.0 cm,切取全厚皮片并修剪为一般中厚皮片备用;同时,将一期手术预埋软骨取出待用。沿再造耳耳轮外缘 5 mm 依次切开皮肤、皮下至耳后筋膜浅面,于耳后筋膜浅面向前掀起再造耳皮肤软骨瓣,分离范围达耳 甲腔处,于耳后筋膜浅面向枕部、颞部锐性分离约3.5 cm,切开耳后筋膜,于骨膜浅面向前掀起,形成蒂在前的耳后筋膜瓣。

根据 3D 打印所得相应个体化耳后支架模型, 将待用软骨雕刻成适用于该患者的相应耳后软骨支架,并移植于耳颅沟处,进一步调整支架的位置,以使再造耳的角度、位置、轴向极大接近健侧,随后将耳后软骨支架上极固定于对耳轮下脚处,下极固定于对耳屏切迹处,用耳后筋膜瓣包裹支架并固定于耳轮缘,耳后创面以中厚皮片覆盖,5-0 丝线打包 缝合。

2.3 术后评价 颅耳角成形术后 6 个月,由 2 名未参与手术的医师对再造耳郭的颅耳角和耳颅沟形态进行评价。通过与健侧颅耳角和耳颅沟形态比较,得出以下评分标准:1 分为较差;2 分为一般;3 分 为良好;4 分为优秀。其中 3~4 分为效果满意,2 分为基本满意,1 分为不满意。


3

结果

39 例患者术后获随访 6~20 个月,平均 12 个 月。其中,36 例耳后筋膜瓣及皮片成活良好;3 例再造耳下极近耳轮处皮片成活不良,面积 <2 cm² ,经换药后自行愈合;无血肿、感染等其他并发症发生。16 例患者评分为 4 分,21 例患者评分为 3 分;且颅耳角角度及耳颅沟形态与健侧对称性好,形态佳, 效果满意。2 例患者因瘢痕挛缩致颅耳角角度较健侧略小,评分为 2 分,效果基本满意。


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典型病例

患儿男性,8 岁。先天性左侧小耳畸形,左侧残耳呈花生状,右侧耳郭正常(图 2)。采用改良 Nagata 法行耳郭再造术,一期术后 6 个月行颅耳角成形术。术前采用数字化技术 3D 打印耳后支架模型;术中利用该模型辅助肋软骨耳后支架的雕刻(图 3)与植入;术后随访 1 年,再造耳颅耳角及形态与健侧对称性程度高,形态佳。患者及家属均非常满意。见图 4。

图 2 先天性左侧小耳畸形术前 

图 3 模拟耳后支架 a. 形状 b. 高度 

图 4 先天性左侧小耳畸形术后 1 年


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讨论

自体肋软骨法耳郭再造是治疗先天性小耳畸形的重要手段之一,由于外耳具有多个三维立体结构,而再造耳郭形态满意、大小和位置对称、轮廓逼真,对整形外科医师而言无疑是一个很大的挑战(B Brent, 1992 年)。其中,颅耳角是影响再造耳郭对称性的重要结构,目前该结构的重建效果尚不理想[7-8]。耳后支架的选择和细节处理是重建术中影响 颅耳角形态效果重要且直接的因素。耳后支架材料主要包括钛网(D Li, 2012 年 )、羟基磷灰石(Y Tai, 2006 年)、骨水泥[6]、复合人工骨[9]等人工材料以及自体肋软骨[10-11]。人工材料虽然可以提供强有力的耳后支撑,但却可能出现排异、感染等严重的术后并发症[9,12];而自体肋软骨则无排异反应,远期效果稳定,但因需要对其进行雕刻、拼接和塑形,对术者手术技术有很高的要求,且具有一定难度[7,10,13]。传统的颅耳角重建主要依赖于术者的主观经验,缺少针对不同患者个性化的精准设计。

数字化技术的应用可以进一步提高手术的精确性[1-5,14],这为有效实现颅耳角形态的个性化和对称性提供了新的思路。目前已有研究[1,3-4,14-16]将数字化技术应用于耳郭再造,通过激光扫描和快速成形技术制作三维耳郭模型,指导耳支架雕刻,但是这些研究主要集中于耳郭前外侧面亚单位结构的构 建[17],而忽视了可影响再造耳形态结构的颅耳角这 一亚单位结构的精准性和对称性问题。现有文献报道中,耳后软骨支架有多种形状,包括新月形、C 形、柱状形等类型,包括一块或多块软骨支撑等[7,10-18,13]。我们认为,稳定的颅耳角需要对由再造耳的对耳轮下脚、对耳轮和耳屏间切迹所围成的弧形区域,进行连续且强有力的支撑,同时需要一定的高度。因此,理想的耳后软骨支架其形态、高度、厚度理应与健侧耳甲腔侧壁一致。但是,若耳后软骨支架厚度不足,则支架稳定性差,并因此不能对抗皮片挛缩 所致或外部压力,从而导致颅耳角变小而不能达到满意效果[8,18];另一方面,如果耳后软骨支架过厚,则耳颅沟不明显,从而导致形态欠佳,同样不能达到满意效果。因此,在保证支架稳定的前提下,应尽可能减小其厚度[7]。在本研究中,术前对健侧耳郭耳甲腔侧壁的三维数据进行采集、镜像、分割、提取等处理,并 3D 打印个体化耳后支架模型,该模型可于术中精准指导肋软骨耳后支架的雕刻、拼接和塑形, 从形态、高度及厚度等多方面实现该结构的个性化精准重建,有效提升手术效果、提高患者满意度,极大地减轻患者心理负担。但同时,本研究也存在纳入例数较少,部分病例随访时间短等问题;未来,我们可通过扩大样本量,进一步深入研究验证。

综上所述,将数字化技术[19]和 3D 打印技术[4,6,15-16] 应用于自体肋软骨耳郭再造术,可以让耳后支架的雕刻从二维转变为三维,颅耳角重建更加精准直观降低手术操作难度,提高术后满意度。未来,随着组织工程技术和生物 3D 打印技术的进展[20-22],有望于体外间接或体内直接制备出具有良好生物相容性的个性化耳后支架,进而避免切取自体肋软骨的缺点,开辟小耳畸形治疗的新篇章。


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结论

本研究结果表明,在耳郭再造术中,引入数字化技术和 3D 打印技术可有效实现耳后支架的个性化设计与雕刻,为颅耳角的精准重建创造了更加有利的条件,并从多方面提升再造耳郭的仿真度,提高患者满意度,减少可能后续修复的次数,并因此减轻患者心理和经济负担。

参考文献:... ...

本期编委 王喜梅


王喜梅

医学博士 二级教授 主任医师 硕士研究生导师

原郑州大学第一附属医院整形美容外科主任

郑州市组织工程与整形修复重点实验室主任

美国弗吉尼亚大学医疗中心整形美容外科高级访问学者

挪威王国奥斯陆大学附属医院高级访问学者。


研究方向:生物打印与再生医学 3D打印与体表器官再造之耳郭再造、鼻再造、乳房再造、阴道再造。半侧颜面萎缩的序贯治疗。


社会兼职:中华医学会整形外科分会委员 中华医学会整形外科分会乳房学组委员 中华医学会整形外科分会会阴整形学组副组长。中华医学会医学美学与美容学分会乳房整形学组副组长;中国医师协会美容与整形分会常委;中国康复医学会修复重建专业委员会常委;中国女医师协会整形外科分会副主任委员;中国研究性医院整形外科学专业委员会常委;第八届河南省医学会整形外科学会主任委员;河南省康复医学会修复重建专业委员会主任委员;美国整形外科学会委员。《中华整形外科杂志》编委,《中国美容整形外科杂志》编委。

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