一、研究背景鼻鼻窦位于面部中央,周围与眼眶、颅脑毗邻。其在解剖上的特点是结构复杂、神经血管丰富。在生理功能方面与呼吸、发音、吞咽和咀嚼等密切相关。鼻-鼻窦恶性肿瘤(nasal sinus malignant tumors,NSMT/sinonasal malignancies,SNM)在耳鼻咽喉科较为常见,发病率约占头颈部恶性肿瘤的5%,占全身恶性肿瘤的1%。其临床表现往往局限于单侧,但早期临床症状不典型,易与炎性疾病混淆。待至症状明显得以确诊时,肿瘤已侵犯周围结构,如颅内、眶内。鼻鼻窦恶性肿瘤治疗主要以手术切除为主的综合治疗。NSMT切除术后的遗留的组织缺损,可导致患者局部生理功能的严重障碍及颜面部畸形,影响其心理健康和生存质量。从生物-心理-社会医学模式角度出发,鼻鼻窦恶性肿瘤精准手术切除原则是在确保肿瘤病灶彻底切除干净的前提下尽可能保留具有重要功能的结构(如眼等),同时解决肿瘤病灶切除后组织、器官缺损的修复和功能重建问题,最大限度满足美学要求、恢复重建重要功能。因此,精确的术前评估、保留重要结构的手术方式及缺损的修复重建是鼻鼻窦恶性肿瘤手术的关键。医学影像学检查对于准确判定鼻鼻窦肿瘤的原发部位、病灶大小及侵犯范围至关重要。X线平片检查具有一定的局限性,在鼻鼻窦肿瘤病变的影像学检查中已逐渐被淘汰。核磁共振成像(Magnetic resonance imaging,MRI)检查可以清楚地观察肿瘤是否侵犯视神经、脑膜等软组织,同时可以在早期发现鼻窦周围软组织尤其是脂肪的信号改变,有利于鼻鼻窦良、恶性肿瘤的鉴别诊断。计算机断层由于具有较高的特异和敏感度,扫描(Computed tomography,CT)已成为鼻鼻窦病变尤其是鼻鼻窦恶性肿瘤的诊断中常规的影像学检查手段。鼻鼻窦恶性肿瘤具有的CT征像往往单侧、单个鼻窦实质性病变,即使在范围较广的情况下也会表现为以某个鼻窦为中心,窦壁骨质侵蚀破坏,窦壁外脂肪间隙的改变,窦壁外软组织肿块。随着多层螺旋CT技术的日臻完善以及计算机图像重建技术在医学影像学的广泛应用,CT图像三维重建得以开展。它借助于计算机图像重建技术将CT扫描获得的数据进行后处理获得三维模型,并实施一系列的定量测定。3D(Three-Dimensional)打印技术的依据是“分层制造、逐层叠加”原理。首先在计算机辅助下设计三维模型,再由数字模型直接驱动在快速成形设备里将合适材料通过增量制造法(additive manufacturing,AM)以逐层叠加的方式来制作所需物件三维实体模型。在生物医学领域,3D打印技术在计算机中生成反映组织器官的真实三维结构图像、建立三维有限元模型,通过对重建的三维结构进行测量,获得长度、面积、体积和角度等大量精确的解剖参数,使手术医生在术前对患者的病灶范围及其与毗邻结构的关系有更详尽的了解,从而制定精准的手术方案。3D打印技术使得手术仿真模拟操作成为现实,通过在病态三维模型上进行病变切除、修复材料的植入、对位固位等模拟操作,很大程度上实现手术的精准和微创,对术中精准植入修复材料、避免术后移位有重要意义。对于病情严重、手术操作复杂病例,手术者可以在模型上反复模拟手术操作过程、调整术式,选择最佳手术径路与方案。根据反复手术模拟与修正的数据,3D打印技术可以制造出与人体解剖结构表面完全匹配的个体化缺损修复材料,有效缩短手术时间、满足个性化精准修复的需求。在鼻鼻窦恶性肿瘤中以上颌窦恶性肿瘤最为多见,可高达60%~80%,且有1/3上颌窦癌患者伴有筛窦癌。上颌窦恶性肿瘤的手术切除往往包括上颌骨、眶壁,造成上颌骨、眶底、眶纸板骨质缺损,导致颌面畸形,严重影响患者的视觉、咀嚼、语言、吞咽、呼吸等功能。因此,上颌窦恶性肿瘤术后的上颌骨、眶壁骨质缺损需修复以矫正畸形、恢复功能。二、研究目的本课题旨在:(一)通过上颌窦及其周围结构的三维重建,构建并打印三维模型,获取上颌窦切除术及术后缺损修复重建相关的解剖参数,为应用3D打印技术修复重建鼻鼻窦恶性肿瘤术后的骨框架结构缺损提供解剖依据和技术支持。(二)应用3D打印技术修复重建鼻鼻窦恶性肿瘤术后的上颌骨缺损。(三)应用3D打印技术修复重建鼻鼻窦恶性肿瘤术后的眶壁骨质缺损。优化上颌窦切除术及术后缺损修复重建的临床手术方案,观察、分析3D打印技术修复重建上颌骨切除手术后骨框架结构缺损的有效性和安全性。三、研究方法(一)上颌窦三维影像重建、三维模型构建打印:对所有11例因鼻鼻窦恶性肿瘤住院拟行手术治疗的患者行多层螺旋CT扫描。既往无鼻部外伤及手术史。以听眦线为扫描基线,行SIEMENS 64层螺旋CT扫描,扫描范围包括头颅骨。64排螺旋CT扫描厚度为0.75mm,层间距0.75mm,得到CT图像序列172张。将其CT扫描图像数据以Dicom格式存入光盘。利用逆向工程软件Mimics 15.0读取CT原始图像,对上颌窦及其周围结构进行域值划分和图像分割分别生成掩膜,然后重建三维模型。使用3-Matic 7.0软件对Mimics生成的重建模型进行与上颌窦切除、上颌骨及眶壁修复重建相关的解剖定量测定。将上颌窦三维重建模型数据转换为STL格式后传送至3D打印机,打印出上颌窦树脂模型。根据螺旋CT扫描获得的数据,利用Geomagic Studio 12.0软件及镜像反求技术,以健侧上颌窦为模板进行患侧上颌窦形态计算机重塑、树脂模型打印,然后进行正常上颌窦树脂模型及镜像重塑模型比较。在上颌窦树脂模型上模拟上颌骨切除手术、个体化设计鼻鼻窦肿瘤的手术方案;根据模拟手术截骨范围打印、并在模型上预制重建修复材料。(二)应用3D打印技术修复重建鼻鼻窦恶性肿瘤术后的上颌骨缺损:对5例因上颌窦恶性肿瘤行手术治疗的患者,根据术前CT扫描数据,应用镜像和反求及快速成型技术,3D打印出患侧上颌窦的树脂模型,在此模型上对钛网进行塑形,制备出个性化钛网,将个性化钛网植入缺损区。通过临床和CT检查,评价其颌面部外形与功能。(三)应用3D打印技术修复重建鼻鼻窦恶性肿瘤术后的眶壁骨质缺损:鼻窦恶性肿瘤破坏眶壁的患者6例,根据术前CT扫描数据,应用3D技术打印出患侧眼眶的树脂模型,在此模型上对钛网进行塑形、修剪,术中将预成形钛网植入眶壁缺损区。术后3月复查CT扫描,根据钛网重建之眶壁形态、与健侧眶壁的对称性、眼球容积和眼球突出度等指标评价眶壁重建修复情况。四、结果(一)顺利建立并3D打印了上颌窦及其周围结构的三维模型。模型图像清晰、外观逼真。获得与上颌窦切除、上颌骨及眶壁修复重建相关的解剖测量数据。上颌窦三维模型测量数据与CT图像测量结果一致。利用镜像反求原理根据对侧上颌窦重塑的三维模型与正常上颌窦模型高度吻合。成功打印、预制重建模拟手术后缺损部位所需修复材料。(二)5例患者均顺利完成手术肿瘤切除,术中切除范围与术前在3D打印模型上制定的范围符合。预制的钛网无需在术中再次塑形和修剪,植入的钛网与缺损周边骨床贴合紧密。患者术后颌面部外形恢复良好,两侧对称,未见复视及眼球内陷,鼻腔通畅,牙槽突和腭部形态恢复良好,语音清淅,可正常进食,未见明显食物鼻腔反呛等现象。术后随访12~36个月,经临床和CT检查未见肿瘤复发。CT扫描显示植入的钛网在位。(三)6例患者均成功完成钛网修复眶壁骨质缺损。预成形的钛网无需术中再次修整,植入的钛网与缺损周边骨床贴合紧密。术后除1例患者存在一个象限复视,未发生严重并发症。术后3月CT检查显示所有病例患侧眶壁形态完整、与健侧眶壁对称。6例患者眼球内陷矫正在3 mm内,无眼球内陷。患侧眼眶容积、眼球突度与健侧相近,无显著差异(P>0.05)。随访12-36个月,未见肿瘤复发。五、结论(一)通过CT扫描图像序列进行三维重建,重建效果好,能清晰成像上颌窦骨组织。通过个体化上颌窦的三维模型分析得出的数据,可用于设计和规划上颌窦恶性肿瘤切除及术后缺损修复重建。3D打印的上颌窦实体树脂模型有利于模拟上颌骨切除手术、打印预制重建术后缺损部位所需修复材料。对于指导临床彻底切除肿瘤组织、修复缺损具有重要意义。(二)按照术前制定的方案,顺利完成上颌窦恶性肿瘤切除手术,应用3D打印技术修复重建术后的上颌骨、眶壁骨质缺损,有效缩短手术时间,减少避免并发症,获得良好的框架结构重建、生理功能的保留和恢复。综上所述,我们首次应用3D打印技术在鼻鼻窦恶性肿瘤外科精准治疗中具有重要的临床意义,有助于精密的术前设计、准确的术中控制以及可靠的术后预测,具有临床推广应用价值。