一种个性化下颌角肥大手术导航实体的制造方法

摘要

本发明涉及一种下颌骨精确截骨的导航实体系统，特别是一种个性化下颌角肥大手术导航实体的制造方法。本发明针对下颌角肥大截骨这一常见的颅颌面手术，通过快速制造技术形成个性化的手术导航实体，实现下颌角三维精确截骨，提高手术质量，减少并发症。与常规技术相比，本发明的优点为快速制造技术形成个性化的手术导航实体，从而引导截骨的精确性和双侧对称性。同时在此基础上采用快速成型实现精确手术导航的技术同样可以应用于其它颅颌面骨整形手术，实现手术的数字化和精确化。

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种下颌骨精确截骨的导航实体系统，特别是个性化下颌角肥大手术导航实体的制造方法。

【背景技术】

随着社会经济发展水平和人民生活水平的提高，要求面部轮廓整形的患者日益增多，下颌角肥大截骨手术是最常见的面部轮廓整形手术之一。用各类整形外科技术，颅面外科技术开展面部轮廓整形、美容，将是今后的发展趋势。21世纪，人们的新生活观是“创意全新自我，增强自信，打造精致生活。”因此人们对整形美容提出了新的要求和主张，美容手术更趋向于精确化，个性化，数字化。

常用的下颌角截骨手术采用口内切口，截除骨量包括下颌角区和部分下颌骨外板，这样才能有效改善面下1/3宽度和侧面角区的形态。下颌骨的重要结构是下齿槽神经，其处于内外骨板中间。手术前只能根据放射科影像学手段确定其位置。手术过程中，暴露下颌骨外板和角区后，手术者只能看到下颌骨外板，神经的空间位置只能通过医生的经验来估计。去除外板时往往截骨线的位置在下齿槽神经投影的上方，因此，合适的截骨角度才能避免手术中损伤神经。目前临床上多根医师个人的经验决定截骨的角度和大小，由于口内切口视野小，截骨的角度和大小多靠医生手持电锯通过经验来控制，截骨双侧不均或截骨过多造成的颜面的不对称和下齿槽神经的损伤其主要的并发症。

虚拟手术和计算机辅助手术导航系统融合医学、计算机科学及生物医学工程等学科的优势，在提高外科手术质量及可靠性方面具有很大的作用及发展潜力。目前国内外多家研究机构均能通过CT数据建立患者的个性化三维颅骨数字模型，实现下齿槽神经的空间定位，完成准确的手术前设计和虚拟的截骨手术，但这些PC上的精确截骨仅通过医生手持电锯无法达到。要根据手术前模拟完成精确的手术中定位操作，必须借助计算机辅助导航系统。该系统是个复杂的体系，包括定位、监控和操作等多个体系构成，典型的有DiGioia开发的Hip-Nav导航系统，德国的Ortho-pilot系统等。手术中通过定位跟踪器获得手术工具与解剖结构之间的空间位置关系，并于手术前的CT图像进行配准，在计算机中实时显示手术工具在仿真模型中的位置关系，指导医生实施手术操作，未来可通过机械手臂完成截骨手术。空间定位技术是其关键，必须在手术中实时确定手术器械及患者解剖结构之间的空间位置关系，实现该技术的方法主要有CT定位，光学定位法等。在颅颌面外科领域，Hassfeld(2001年)完成颌面部肿瘤手术，Evertt(2002)建立颌骨立体三维可视化和手术模拟交互式截骨。尽管在临床上积累了一定成功的案例，但目前仍存在一系列技术难点严重影响其实际的应用，首先在手术时术前CT扫描数据-术中实体的配准过程大大影响手术的精度，造成配准实时性差，手术时间长，另外手术中的组织移位问题至今还没用很好的解决方法，同时对设备要求高，不利于推广。因此计算机辅助导航系统主要应用于某些特定手术，手术部位往往需要固定，例如神经外科等。然而相对于下颌角截骨手术而言，手术为口内切口且术中牵涉到头部的大范围移位，按现有的条件很难实现手术中截骨和手术前模拟实时配准。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对下颌角肥大截骨这一常见的颅颌面手术，通过快速制造技术形成个性化的手术导航实体，实现下颌角三维精确截骨，提高手术质量，减少并发症，在此基础上有助于实现其他颅颌面手术的个性化精确截骨及手术导航。导航实体采用快速成型技术制造，该技术指在计算机的控制下，根据物体的CAD(计算机辅助设计)数学模型，通过材料的精确堆积制造原型，直接生成三维实体，具有快速、准确以及擅长制造复杂实体的优点。

首先通过CT获得三维颌骨数字模型，3D虚拟手术平台进行虚拟下颌角截骨，按下颌骨的形状和截骨的角度和大小设计个性化的导航实体，导航实体内侧面和下颌骨紧密接触，导航实体外侧面由下颌角截骨角度和大小决定。通过导航实体引导电锯进行精确的截骨，这样无需为实现精确导航而在手术中采用CT定位和光学定位，避免了手术前模拟—手术中实时配准这一技术难点。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

(一)患者下颌角肥大3D数字化虚拟截骨手术。

a)根据下颌角肥大患者手术前CT建立个性化三维数字模型；

b)下齿槽神经管在颅骨三维数字模型上的精确定位；

c)下颌角肥大患者3D数字化虚拟截骨手术。

根据患者不同类型下颌角肥大设计截骨的角度和大小，注意截骨设计的避开下齿槽神经管的走行。

(二)个性化手术导航实体的制造。

d)3D虚拟手术平台进行虚拟下颌角截骨，按下颌骨的形状和截骨的角度和大小设计个性化的导航实体，导航实体内侧面和下颌骨紧密接触，导航实体外侧面由下颌角截骨角度和大小决定。

e)快速成型技术制作下颌骨实体模型及个性化的导航实体。电锯在导航实体引导下实现下颌骨的精确截骨。

本发明所公开的个性化下颌角肥大手术导航实体的制造方法，其优点表现在：

(一)本技术创新点：快速制造技术形成个性化的手术导航实体，实现下颌角精确截骨。主要和以下三种技术相比较：

①常规手术：医生根据X片及CT片估计下齿槽位置，手术中根据经验在下颌骨表面决定截骨线，手持电锯控制截骨角度，截骨无法在直视下进行。截骨的大小和对称性取决于医生的经验。双侧不可能做到很好的对称性。

②第II种方法：手术前在下颌骨全景片上据下颌神经管位置标记截骨线，按截去骨的大小手工剪出平面模板，但手术中只能根据模板决定截骨线，无法精确截骨角度和方向。

③大型手术导航技术：目前只在特定手术中应用，不适合口内切口，手术部位不能固定区域，现阶段在下颌角手术中无法应用。

本方法与以上技术相比，通过三维虚拟手术精确设计截骨大小和方向，快速成形技术设计导航实体，精确引导截骨的精确性和双侧对称性。

(二)效益分析：目前，整形外科手术操作的量化、可控制化、易引导化的研究是医学与图形工程学科相结合的重要领域，从本学科最常见的骨整形手术的下颌骨截骨开展研究工作，建立3D数字化虚拟手术，通过快速成型技术实现结合快速成型技术实现下颌角截骨精确手术导航，提高手术质量，减少并发症。在此基础上采用快速成型实现精确手术导航的技术同样可以应用于其它颅颌面骨整形手术，实现手术的数字化和精确化，同时下颌角精确截骨个性化的手术导航实体产业化后也必将取得良好的社会和经济效益。

【具体实施方式】

以下通过实施例，对本发明进行详细的描述。

首先对患者的颌骨进行CT扫描，进而获得患者的三维颌骨数字模型，然后再在3D虚拟手术平台进行虚拟下颌角截骨，接下来按下颌骨的形状和截骨的角度和大小设计个性化的导航实体。在此过程中，根据患者的下颌角肥大设计截骨的角度和大小，要格外注意截骨设计的避开下齿槽神经管的走行。导航实体采用快速成型技术制造，具体是在计算机的控制下，根据物体的CAD(计算机辅助设计)数学模型，通过材料的精确堆积制造原型，直接生成三维实体。同时，导航实体的制备还必须满足下面的条件：导航实体内侧面和下颌骨紧密接触，导航实体外侧面由下颌角截骨角度和大小决定。个性化的导航实体设计完成后，再通过导航实体引导电锯进行精确的截骨。