本方案描述了磁性连接、患者特异性截骨导板的数字化设计、三维（3D）打印及其在术中的应用，用于三段式Le Fort I截骨术中精确转移虚拟手术计划并改善骨段对位。
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摘要
摘要
本研究介绍了一种新型磁性连接数字化截骨导板的设计及其在上颌骨节段截骨术中的临床应用，旨在提高手术的精确性与效率。节段性Le Fort I型截骨术是矫正复杂横向及垂直向牙颌面畸形的关键技术，然而传统的手工石膏模型外科方法易产生显著误差。为解决这些问题，本方案结合CT扫描与专用建模软件进行虚拟手术规划（VSP），从而构建一种患者特异性的、3D打印的两部分导板系统。主导板用于引导水平方向的Le Fort I型截骨线及双侧前磨牙拔除线。当下颌骨完成下折后，通过四个嵌入式钕铁硼磁体（直径3 mm，厚度1.5 mm）将次级节段导板与主导板连接。该磁性连接方式提供稳定、快速且无干扰的固定，可精确引导腭侧及中线截骨线的定位。本方案展示了模块化磁性导板系统在上颌前突及牙弓宽度不调患者中实现虚拟截骨计划向术中转移的临床应用。术后色图分析显示，在可见截骨边缘区域的局部表面偏差约为0.5–0.9 mm，验证了截骨区域转移的初步准确性。该模块化磁性设计实现了分阶段截骨引导，可能减少重复调整、不必要的骨质去除及软组织操作，符合血管保护原则，尽管未直接评估节段灌注情况。钕铁硼磁体具有良好的生物相容性，灭菌后仍能保持稳定，且因可重复使用而具备成本效益。尽管当前三维（3D）打印树脂材料可能存在一定脆性，磁性连接数字化截骨导板在连接虚拟规划与外科执行方面仍具有重要临床价值。该方法确保了骨质切除与定位的高度准确性，代表了复杂正颌外科手术的一项有前景的技术进步。
引言
分段式上颌Le Fort I截骨术是一种成熟的外科手术方法，用于矫正骨骼发育成熟患者的横向上颌骨差异。在三段式Le Fort I截骨术中，首先通过Le Fort I截骨术松解上颌骨，然后经由牙间和腭侧截骨将其分为三个骨段。这使得外科医生能够根据预定的咬合关系和横向矫正方案，重新定位前部和后部上颌骨段。根据上颌骨段的预期移动方式，该技术可用于横向扩弓、矫正不对称的横向畸形，或缩小过宽的上颌牙弓宽度1,2。与整体式Le Fort I截骨术相比，分段式Le Fort I截骨术需要额外的牙间和腭侧截骨线，这些附加截骨增加了虚拟手术规划和术中操作的复杂性2,3。
虚拟手术规划和计算机辅助设计/计算机辅助制造技术在正颌外科中日益广泛应用，用于将术前计划准确转移至手术区域4,5。患者特异性截骨导板有助于将计划的截骨线转移至手术部位，并减少徒手标记的需求5,6。然而，在三段式Le Fort I截骨术中，初始的Le Fort I截骨、牙间截骨以及腭部截骨通常在不同的手术阶段进行3。上颌骨下折后，手术入路、视野以及导板稳定的条件均与下折前不同。这可能导致在整个截骨过程中难以使用传统的单件式导板。因此，一种可在下折前后依次使用、同时保持各导板组件之间稳定关系的模块化导板，可能更适用于该手术操作。
本文介绍了一种磁性连接的、患者特异性的三段式Le Fort I截骨导板系统。本方案的典型应用针对上颌牙弓过宽的患者，旨在缩小牙弓宽度。第一个导板组件用于引导Le Fort I截骨以及通过双侧上颌第一前磨牙拔除部位的牙间截骨。上颌骨下折后，第二个导板组件通过磁性与第一个组件连接，并用于引导腭侧截骨及预定的腭部骨组织去除。该方法的目标是提供一套可重复的操作流程，涵盖术前虚拟规划、数字化导板设计、三维（3D）打印、磁体组装以及导板系统在手术中的分步应用。
方案
本研究经昆明医科大学机构审查委员会批准（批准号：KYKQ2024MEC0087），所有患者均签署了书面知情同意书。
1. 指南设计前的准备工作
- 将患者的术前计算机断层扫描（CT）数据保存为医学数字成像和通信（DICOM）格式。
注意：应尽可能使用薄层CT数据，以提供足够的图像层数用于精确的三维重建。图像质量差、层厚过大或层数不足可能会降低重建上颌模型的准确性，并影响后续的虚拟截骨和导板设计。在本代表性病例中，术前CT图像的层厚为0.3 mm。 - 将DICOM数据导入三维重建软件（如Mimics Research 21.0），选择合适的分割阈值，并重建颅面骨结构。
注意：分割阈值应保留重要的解剖结构，包括上颌骨、牙根、鼻底和腭骨，同时避免因阈值过低导致骨表面失真。在本代表性病例中，阈值范围设定为226–31743 HU。在导出前应仔细检查重建模型，并清除任何明显的伪影。 - 在三维重建软件中进行模型预处理，包括分割、平滑处理以及去除不必要的结构。
注意：若CT图像质量足够高，应尽可能避免对重建的上颌模型进行平滑处理。过度平滑可能改变表面形态，影响骨支持式导板的就位。 - 将上下颌牙科石膏模型的扫描数据导入虚拟手术规划软件（如ProPlan CMF 3.0）。
注意：在本代表性病例中，牙科模型使用精度小于10 µm的牙科模型扫描仪进行扫描。 - 将上颌和下颌骨模型与相应的上下颌牙科扫描模型进行配准，以获得复合的骨-牙模型。
- 应尽可能使用稳定的牙齿表面进行配准。配准后需检查咬合面、牙弓形态及牙根位置，以确认骨骼与牙科数据已正确匹配。
- 结合临床检查结果、咬合分析及三维头影测量分析，评估上下颌骨畸形情况。
注意：此步骤的目的不仅在于诊断畸形，还在于判断患者是否适合接受三段式Le Fort I截骨术及牙弓宽度缩窄术。
三段式 Le Fort I 截骨术的虚拟手术规划
- 为三段式Le Fort I截骨术创建虚拟手术计划。
注意：本方案中的代表性病例涉及因上颌牙弓过宽而进行的牙弓宽度缩减。可根据患者的分段模式和计划去除的骨量，对相同的设计逻辑进行相应调整。 - 在确定上颌骨段最终位置之前，先确定术后咬合关系。
注意：在正式进行虚拟截骨设计前，需先在牙科模型上进行模型手术。模拟截骨操作，重新拼接上颌各骨段，并检查是否能够实现稳定的术后咬合。利用此步骤粗略估算需去除的骨量及截骨位置。在设计最终截骨线前，应先确定最终的咬合关系。 - 根据传统的Le Fort I截骨方法设计Le Fort I截骨线。同时，根据计划的正颌外科手术方案，在下颌骨上进行虚拟双侧矢状劈开升支截骨术（BSSRO）。
注意：尽管本方案重点在于上颌截骨导板的设计，但在计划进行双颌手术时，仍需进行虚拟下颌截骨。这可使下颌远端骨段根据最终咬合关系进行移动。 - 完成虚拟Le Fort I截骨后，在上颌骨上创建临时分离线，将其分为三个骨段。
注意：在本方案中，计划将双侧第一前磨牙区域纳入分段及去骨范围。第一前磨牙及其周围牙槽骨将随上颌骨段一同被虚拟分离，而非作为独立的拔牙步骤单独去除。 - 将临时分离线的宽度设置为约0.01 mm。
注意：这些临时线仅用于将虚拟上颌骨划分为三个骨段，不代表最终截骨的宽度或最终去骨量。 - 扫描来自模型手术的三段式上颌牙科模型、下颌牙科模型以及咬合记录。
注意：这些扫描数据代表了由模型手术确定的稳定术后咬合状态，应作为虚拟咬合配准的参考依据。 - 将扫描获得的模型手术数据导入虚拟手术规划软件中。
- 通过咬合配准，将虚拟分割后的上颌模型和虚拟截骨后的下颌模型与扫描所得的模型手术咬合数据进行配准。
注意：此步骤将模型手术中确定的最终咬合关系转移至虚拟手术计划中。配准完成后，牙齿的位置将决定三个上颌骨段及下颌远端骨段的最终位置。 - 去除重新定位后的上颌各骨段之间重叠的骨质。保留匹配后的上颌骨段，作为计划中术后三个上颌骨段的位置和大小。
注意：重叠区域指示了为实现虚拟手术计划中骨段拼接所必须去除的骨质。应结合邻近牙根、鼻底及腭侧骨质等结构仔细检查该区域。计划的截骨和去骨范围应避开邻近牙根，并需仔细评估其与重要解剖结构（包括鼻底、梨状孔、眶下区及腭侧骨质）的关系。 - 将三个上颌骨段在虚拟Le Fort I截骨后移回其原始位置。利用骨段之间的间隙作为计划去骨区域，执行布尔减法运算，以获得截骨及去骨区域的STL数据（图1）。
注意：该STL文件将作为设计截骨槽及导板系统磁性连接区域的基础。在后续导板设计过程中，导板基底和截骨槽应仅限于必要的骨暴露区域，不得无必要地向牙根、鼻底、眶下区或腭侧软组织方向延伸。
3. 磁性连接截骨导板系统的设计
注意：首个向导组件的设计工作流程如图2所示。
- 从虚拟手术规划软件中导出所需的模型，包括带有配准上颌牙列的颅骨和上颌骨模型、虚拟Le Fort I型截骨后的上颌骨模型、Le Fort I型截骨线以及计划去除的上颌骨区域。
注意：所有模型必须在同一坐标系下导出。导出后不得移动、旋转或重新对齐模型，以免影响导板设计的准确性。 - 将所有导出的模型导入3D设计软件（如3-matic Research 13.0）中。
- 对带有配准上颌牙列的颅骨和上颌骨模型进行裁剪，仅保留导板设计所需的眶下区和上颌区域（图2A）。
注意：裁剪模型可降低软件的计算负荷。保留足够用于导板就位的上颌骨表面，但去除不必要的颅骨结构。 - 对裁剪后的上颌骨模型应用包裹（Wrap）功能（图2B）。
注意：包裹操作可在导板与骨面之间形成微小间隙，有助于术中导板更顺畅地就位。在本代表性案例中，包裹产生的间隙保持在1 mm以下。应根据导板贴合度、打印精度及临床需求调整该间隙大小。 - 使用标记（Mark）功能选择第一个导板组件的基底区域（图2B）。
注意：选择的区域应略大于预期最终导板边缘，并包含有助于导板固位的稳定骨性区域。梨状孔周围的凹陷及其他不规则骨面可增强骨支持导板的稳定性。选择较大区域还可为后续导板边缘修整提供余地。 - 对选定区域进行包裹，生成初始导板表面（图2C）。
注意：该包裹表面将在下一步用于消除倒凹。 - 根据导板计划插入方向去除倒凹（图2D）。
- 将无倒凹的表面进行反转并加厚，形成第一个导板组件的实体基底。
- 修整第一个导板组件的边缘（图2E）。
- 利用计划去除的上颌骨区域修整第一个导板组件的双侧连接区域（图3）。
注意：每个连接区域的宽度应与对应第一前磨牙区域的计划骨去除宽度一致。不得仅为了减小导板尺寸而缩小该区域，也不得过度延伸，以免需要不必要的软组织剥离。 - 将修整后的第一个导板组件导入虚拟手术规划软件中。
- 根据导板设计调整Le Fort I型截骨线的范围和宽度，创建用于Le Fort I型截骨的截骨槽，并在第一个导板组件上添加用于术中钛钉固定的固定孔（图2F）。
注意：截骨槽应足够宽以容纳锯片进入，但又不能过宽而丧失引导作用。本方案中槽宽为1 mm。固定孔应置于稳定的骨区，且不得干扰截骨槽、牙根或计划使用的固定板。 - 以虚拟Le Fort I型截骨后的上颌骨作为参考模型，设计第二个导板组件。
- 采用上述相同方法生成第二个导板组件的基底，包括裁剪、包裹、标记、去除倒凹、反转和加厚（图4A–E）。
- 根据计划的腭侧截骨和骨去除区域修整第二个导板组件的边缘。
注意：第二个导板组件的宽度应与计划骨去除区域相对应。该宽度由虚拟手术方案确定，未经重新核对方案前不得更改。 - 标记第一个导板组件的内侧连接区域。从标记区域生成表面，复制至新部件中，并将该复制表面加厚，形成第二个导板组件的连接实体（图4F 和 图5）。
注意：第二个导板组件的连接实体应与第一个导板组件的连接区域匹配。两个区域均应对应于双侧第一前磨牙区域的计划骨去除宽度。 - 将修整后的第二个导板基底与连接实体合并，形成最终的第二个导板组件。
4. 钕磁铁连接结构的设计
- 确定第一个和第二个导板组件上对应的连接表面。
- 根据钕磁铁的尺寸，在每个导板组件上设计两个磁铁槽。
注意：在本方案中，每个槽用于容纳直径为 3 mm、厚度为 1.5 mm 的钕磁铁。槽的尺寸应与实际磁铁尺寸相匹配。两个导板组件上的配对槽应精确对齐。若槽过浅，磁铁可能突出并干扰导板连接；若槽过深或未对齐，可能影响磁吸力或导板的贴合。 - 使用布尔减运算或类似的切割功能，在两个导板组件上生成最终的磁铁槽（图 6）。
5. 3D打印与磁体组装
- 以 STL 格式导出最终的导板设计。
- 使用生物相容性外科导板树脂 3D 打印第一和第二导板组件。
注意：在本方案中，导板组件采用生物相容性外科导板树脂打印，分辨率为 5760 × 3600 像素。打印材料和参数应根据打印机制造商的说明以及机构对术中手术导板制作的要求进行选择。 - 根据制造商说明拆除支撑结构并完成后处理。使用制造商推荐的清洗剂清洁导板组件，干燥后在固化装置中对每个表面进行后固化处理。后固化完成后，打磨导板表面残留的支撑痕迹。
注意：在代表性案例中，每个表面的后固化时间为 2 分钟。后固化时间可能因所用树脂材料、打印机和固化装置的不同而有所变化。后处理完成后，应仔细检查截骨槽、导板基底和磁体凹槽区域。这些区域内的残留树脂或支撑材料可能影响导板就位或磁性连接。打磨应仅限于残留支撑痕迹和非功能表面；截骨槽、导板基底和磁体凹槽不得修改。 - 将四个直径为 3 mm、厚度为 1.5 mm 的钕铁硼磁体嵌入预留的凹槽中。
- 将磁体牢固粘接在凹槽内。
注意：粘接前需再次确认所有磁体的极性。在本方案中，使用牙科树脂水门汀将磁体粘接至导板凹槽中。树脂水门汀的使用和聚合应遵循制造商说明。粘接完成后，测试两个导板组件是否能顺畅连接并保持稳定。在灭菌后、术前使用前，还应检查已粘接磁体的保留情况和粘接稳定性。 - 在 3D 打印的上颌模型上测试完成的导板系统（图 7）。
- 确认第一导板组件与上颌骨表面贴合良好，无明显晃动或干扰。
- 将第二导板组件连接至第一导板组件，并确认磁性连接稳定。
注意：若导板无法顺利就位，应检查导板基底、软组织间隙、磁体嵌入深度及连接面。可在灭菌前修剪轻微的非功能边缘，但涉及骨切除的截骨槽和连接区域不得修改，除非重新核对虚拟手术计划。 - 根据批准的临床灭菌规程在手术前对导板系统进行灭菌。
注意：在本方案中，组装完成的导板系统在术前采用低温过氧化氢等离子体灭菌。灭菌方法应根据树脂材料、磁体特性、粘合剂兼容性以及机构对术中使用的相关要求进行选择。灭菌后，应检查完整的导板-磁体组件，确认导板完整性、磁体保留情况及磁性连接的稳定性。若磁体在实验室测试或临床准备中重复使用，必须遵循机构的灭菌和感染控制规定。磁体涂层破损、腐蚀或磁力减弱者不得重复使用。
6. 导引系统在术中的应用
- 根据既定手术方案在全身麻醉下进行正颌手术。
注：在代表性病例中，手术方案包括上颌三段式Le Fort I型截骨术、双侧矢状劈开升支截骨术以及双阶颏成形术。 - 根据手术计划拔除双侧上颌第一前磨牙。
- 暴露上颌截骨区域。
- 将第一导板组件放置于暴露的上颌骨表面（图8A）。
- 通过预设的固定孔，使用钛钉将第一导板组件固定于骨面。
- 沿第一导板组件的截骨槽完成Le Fort I型截骨术（图8B）。
- 完成Le Fort I型截骨后，进行上颌骨下折。
- 上颌骨下折后，放置第二导板组件，并通过磁力与第一导板组件连接（图8C）。
- 在进行节段性截骨前，确认第二导板组件已完全就位，且磁性连接稳定。
- 由于第一导板组件已通过钛钉固定于上颌骨，第二组件的稳定性依赖于预设的磁性界面及其与暴露的腭侧骨面的接触。
- 截骨前应检查导板与骨面之间是否存在软组织、血凝块或骨碎片。若无法实现稳定就位，切勿强行安装第二组件。
- 在第二导板组件引导下完成牙间及腭侧截骨（图8D）。
- 完成引导截骨后，移除导板系统，并根据手术计划继续完成其余正颌手术步骤。
7. 术后准确性评估
- 使用与术前重建相同的3D重建软件，从术后CT数据中重建术后颌面模型，并将重建后的模型以STL格式导出。采用与术前模型重建相同的分割阈值。
注：在代表性案例中，术后CT模型的重建使用了与术前模型相同的阈值范围（226–31743 HU），以确保术前规划与术后准确性评估之间的一致性。 - 将术后模型和术前虚拟手术设计导入3D数据分析软件（如Geomagic Wrap 2021）中。
- 利用稳定的、未受手术影响的颅面区域作为参考区域，将术后模型配准至术前虚拟手术设计。
注：不应使用手术涉及的上颌骨段作为配准参考。参考区域应选自未受手术影响的稳定区域，例如鼻根点（N）、眶下缘/眶点（Or）以及外耳道上缘/耳点（Po）附近区域。 - 完成配准后，选择感兴趣区域，并对术后模型与术前虚拟手术设计之间进行表面偏差分析。
- 生成彩色偏差图以可视化计划表面与术后实际表面之间的偏差。记录软件提供的最大距离、平均距离、标准差及均方根（RMS）估计值。
注：应分别报告平均距离和均方根估计值，因为平均距离可能受到正负偏差相互抵消的影响。若软件支持，应分别记录最大正偏差和最大负偏差。本方案中，感兴趣区域主要聚焦于截骨区域及可见的截骨边缘，而非整个上颌骨段的最终位置。 - 为评估观察者内重复性，由同一名经过培训的观察者在间隔一段时间后重复进行配准、感兴趣区域选择及偏差分析。采用双因素混合效应模型计算组内相关系数（ICC），以评估绝对一致性。
结果
通过该工作流程，完成了针对三段式Le Fort I型截骨术的患者特异性虚拟手术计划及磁性连接截骨导板系统。整合术前CT数据与牙科模型扫描，构建出综合的骨骼-牙科模型。在代表性病例中，针对上颌牙弓过宽的患者进行了牙弓宽度缩小的虚拟手术规划。将双侧第一前磨牙拔除部位作为牙间截骨区域，并根据最终咬合关系及计划的骨段位置，设计腭侧截骨线及楔形骨切除区域。在截骨线最终确定后，使用3-matic Research 13.0软件设计导板系统。第一个导板组件用于引导Le Fort I型截骨及牙间截骨，第二个导板组件用于上颌骨下折后引导腭侧截骨。导板中预留直径约3 mm、深度1.5 mm的孔槽，用于嵌入钕磁铁。经三维打印后，将四枚钕磁铁嵌入并粘接固定于导板组件中。完成后的导板显示出稳定的磁性连接，可稳固地就位于打印的上颌模型上，无明显晃动或干扰。
通过CT数据重建术后颌面模型，并使用三维数据分析软件（如Geomagic Wrap 2021）将其与术前虚拟手术设计进行叠加，从而评估术后准确性。在采用本方案治疗的五名患者中，采用色图分析评估截骨区域周围及可见截骨边缘的局部表面偏差。在代表性病例中，可见截骨边缘邻近区域在色图上主要呈绿色至青色，对应约0.5–0.9 mm的局部表面偏差（图9）。基于主要感兴趣区域（ROI）的表面偏差分析结果显示，平均有符号偏差为0.379 mm，平均正偏差和负偏差分别为1.133 mm和-0.865 mm，标准差为1.321 mm，均方根（RMS）偏差为1.374 mm，最大正偏差和负偏差分别为3.560 mm和-3.560 mm。这些定量参数可能受到术后骨段位置的显著影响，不应被解释为截骨线转移准确性的直接测量指标。在其余四名患者中也观察到类似的截骨区域偏差模式，截骨边缘周围的局部偏差范围大致相似。重复进行的感兴趣区域（ROI）偏差分析显示出优异的观察者内重复性，组内相关系数（ICC）值>0.90。在采用本方案治疗的全部五名患者中，术后咬合关系和面部轮廓均得到改善，导板就位顺利，术中无需修改导板或因导板问题导致手术失败。随访期间未观察到与导板相关的并发症、牙根损伤、感染、伤口裂开或复发情况。
图 1：三段式Le Fort I型截骨术的虚拟手术规划。（A）用于三段式Le Fort I型截骨术规划的虚拟上颌模型的腭侧视图。绿色区域表示计划的截骨及去骨范围。（B）计划截骨及去骨区域的侧位视图。上颌骨段被设为透明以显示牙根结构，从而展示邻近牙根与计划截骨区域之间的关系。（C）去骨区域的独立视图。请点击此处查看该图的放大版本。
图 2：首个导板组件的设计流程。 （A）对包含配准后上颌牙列的颅骨和上颌模型进行裁剪，仅保留导板设计所需的眶下区和上颌区域。（B）对裁剪后的上颌模型进行包裹，并使用 Mark 功能选择首个导板组件的基底区域。（C）对选定区域进行包裹，生成初始导板表面。（D）根据导板预设的插入方向去除倒凹。（E）将无倒凹的表面进行反转、增厚和修剪，形成首个导板组件的实体基底。（F）在首个导板组件上添加 Le Fort I 截骨槽和固定孔，用于术中截骨引导和钛钉固定。请点击此处查看该图的放大版本。
图3：第一导板组件连接区域的设计。（A，B）双侧连接区域根据预定的上颌骨切除范围进行修整。每个连接区域的宽度与相应第一前磨牙区域的预定截骨及骨切除宽度一致。（C）第一导板组件的正面视图，显示截骨槽、钛钉固定孔以及预定的骨切除区域。绿色区域表示预定的骨切除区域，红色“W”表示其预定宽度，橙色虚线表示截骨线，蓝色箭头表示钛钉固定孔。请点击此处查看此图的放大版本。
图4：第二导向组件的设计流程。（A–E）第二导向组件的基础部分采用与第一导向组件相同的设计流程生成，包括裁剪、包裹、标记、去除凹槽、翻转和加厚。随后根据预定的腭部截骨及骨质去除区域对第二导向组件的边缘进行修剪。（F）标记第一导向组件的内侧连接区域，并用于生成第二导向组件的连接实体。请点击此处查看该图的放大版本。
图5：第二个导板组件连接区域的设计。 （A，B）标记第一个导板组件的内侧连接区域，并将该标记表面复制到一个新零件中。随后将此复制的表面加厚，形成第二个导板组件的连接实体。该连接实体的设计与第一个导板组件的连接表面及规划的骨切除宽度相对应。（C）第二个导板组件的顶视图，显示规划的腭侧截骨线及骨切除区域。绿色区域表示规划的骨切除区域，橙色虚线表示腭侧截骨线。请点击此处查看此图的放大版本。
图6：两个导向组件的磁体凹槽设计。 使用布尔减法在第一和第二导向组件相应的连接区域创建了磁体凹槽。该图显示了已完成导向组件的内侧面。其中一侧用黄色模型填充，以模拟钕磁体的放置位置，而另一侧则直接显示预留的磁体凹槽。蓝色箭头指示预留的磁体凹槽。请点击此处查看此图的放大版本。
图7：打印导板系统与最终数字化设计的对比。（A–D）上排显示了钕磁铁组装后的三维打印导板部件，以及完整导板系统安装在打印的上颌模型上的情况。（E–H）下排显示了导板部件在虚拟上颌模型上的相应最终数字化设计及其连接方式。完成的打印导板系统与数字化设计一致，可在术前顺利安装于上颌模型上。请点击此处查看该图的放大版本。
图8：术中依次使用第一和第二导板组件的示意图。（A）切开并翻起黏骨膜瓣后，将第一导板组件放置于暴露的上颌骨表面，并通过固定孔用钛钉固定于骨面，随后进行Le Fort I型截骨。黄色箭头指示第一导板组件，蓝色箭头指示钛固定螺钉。（B）在第一导板组件引导下完成的Le Fort I型截骨线。（C）上颌骨下折后，将第二导板组件就位于第一导板组件上，并通过磁性接口实现磁性连接。黄色箭头指示第二导板组件，蓝色箭头指示包含钕磁铁的磁性连接界面。（D）依次使用两个导板组件后，所形成的牙间截骨线及腭侧截骨线。 请点击此处查看该图的放大版本。
图9：术前设计模型与术后模型的叠加及彩色图谱分析。 基于术后CT的颅颌面模型通过未手术区域中稳定的颅面结构作为参考区域，与术前虚拟手术设计模型进行配准。稳定的参考区域主要呈绿色，而重新定位的上颌骨片段及固定区域则显示出较大的偏差。Le Fort I截骨及节段性截骨区域主要为绿色至蓝色，根据与彩色标尺的视觉对比，估计局部表面偏差幅度约为0.5–0.9 mm。该数值是基于彩色图谱的近似估计值，而非直接计算的平均偏差，可能受术后骨段位置的影响。请点击此处查看该图的放大版本。
讨论
三段式Le Fort I型截骨术比单段式Le Fort I型截骨术更为复杂。在此手术中，上颌骨不仅需要被游离，还需被分割成独立的骨段。分割后，每个上颌骨段都必须重新定位，以实现稳定的术后咬合关系及预定的横向矫正效果。7,8因此，该手术的准确性取决于两个主要步骤：术前对最终骨段位置的精确规划，以及术中对计划截骨线和骨切除区域的精确转移。4,9磁力连接导板系统在此方案中被设计用于连接虚拟手术规划与术中序列化导板应用，以支持上述两个步骤。第一步关键操作是基于稳定的术后咬合关系建立虚拟手术计划。在本方案中，通过模型手术及牙科模型上𬌗操作，可对三段式Le Fort I型截骨术后的术后咬合关系进行直接的视觉与手动验证。10确认咬合关系后，可在软件中确定每个骨段的最终位置。此时应根据各骨段的最终位置来规划牙槽骨及腭侧骨质的去除量，而不仅仅依赖视觉估计。在设计导板之前，应检查截骨线与邻近牙根、鼻底及腭侧骨面之间的关系。此步骤旨在降低对周围结构造成损伤的风险，并有助于将计划去除的骨量准确转移至手术区域。若截骨线距离牙根过近，或计划去除的腭侧骨量不足以实现牙弓宽度的缩小，则应在打印导板前对虚拟方案进行调整。第二个关键步骤是确保骨支持式导板的稳定就位。与牙支持式导板不同，骨支持式导板可能缺乏足够的解剖倒凹以提供固位力。因此，在可行的情况下，应将导板基底延伸至稳定且不规则的骨性区域。在上颌，梨状孔周围凹陷区域及其他不规则骨面有助于提高导板定位的稳定性。11平面骨表面单独放置导板可能增加截骨过程中晃动或移位的风险。因此，在截骨前应确认导板的稳定性以及分阶段组件的装配情况，而针对导板晃动、磁性连接及组件就位等问题的详细故障排查则需另行处理。除了上述术前规划与术中转移步骤外，术后评估为判断该方案是否成功实施提供了重要依据。评估中的另一关键步骤是根据导板系统的设计目的来解读术后准确性。由于该导板旨在转移预设的截骨线和骨切除区域，因此应将截骨区域的转移准确性与上颌骨整体骨段的重新定位区分开来，后者可能受到骨段就位、固定方式、术后钢板以及模型重建等因素的影响。尽管为完整性起见报告了基于感兴趣区域（ROI）的定量表面偏差参数，但这些数值也可能反映了术后骨段位置变化的影响，因此不应将其解释为截骨线转移准确性的直接度量指标。据此，本方案中的彩色图谱结果应视为对计划与术后截骨区域局部表面匹配情况的初步评估，而非上颌骨整体骨段定位准确性的直接证据。
在术中使用磁性导向系统之前，应考虑多项安全检查、修改措施和故障排除步骤。磁性连接用于简化导向系统的分阶段应用。小尺寸的钕磁铁可在有限空间内提供足够的吸引力，已广泛应用于医疗和牙科领域12,13,14。在本方案中，磁铁被嵌入导向组件中，并不作为植入式有源设备使用。然而，仍需考虑磁性安全问题。由于正颌手术通常在年轻成人中进行，该患者群体中起搏器、植入式心律转复除颤器及其他对磁敏感的植入设备较为罕见15,16。尽管如此，术前仍应对患者进行筛查。若患者存在此类设备，应与麻醉科医师、心脏病专家及外科团队讨论是否使用含磁性组件的系统17,18。对于有磁敏感植入设备的患者，除非相关专科团队批准使用磁性组件，否则应考虑采用非磁性导向设计或其他替代引导方法。既往研究表明，灭菌过程不会显著降低钕磁铁的保持力19。然而，完整的导向-磁铁组件在灭菌后及术前使用前均应进行检查。尽管磁铁被嵌入导向组件中，且仅在开放手术野中短期使用，但仍需考虑腐蚀风险，因为若其保护涂层受损，钕铁硼（NdFeB）磁铁可能发生腐蚀20。在三维打印模型上进行术前测试时，应确认磁铁数量、位置、极性、方向及固定情况。任何存在磁铁极性错误、磁铁松动、粘接失效、涂层损伤、腐蚀、晃动或就位不稳定的导向组件均不得使用，必须在术前重新制作。虽然患者特异性导向器为一次性使用，但如果机构允许磁铁重复使用，则必须遵循机构规定的再处理和感染控制规程，且对出现涂层损伤、腐蚀或保持力下降的磁铁应予以丢弃。在该导向系统中，磁性连接区域的宽度对应于节段性截骨术中计划去除骨组织的宽度。一旦根据术后咬合关系和最终骨段位置确定了截骨宽度，不应仅为了减小导向器体积而更改该宽度。因此，钕磁铁的尺寸和数量受限于可用的连接空间、导向器厚度以及软组织暴露程度。如果在术前测试中发现磁性连接不稳定，应首先检查连接面、磁铁方向、磁铁埋入深度及导向器贴合度。单纯增加磁铁尺寸或数量可能导致导向器体积增大，进而需要更广泛的软组织剥离。如果导向器难以插入或取出，可修整其外轮廓和非功能边缘，但在未重新核对虚拟手术计划前，不得更改与骨切除相关的截骨槽和连接区域。如果术中导向器出现晃动，或上颌骨下折后第二部分组件无法就位，不应强行置入。在重新安置导向器前，应检查是否存在软组织嵌入、骨暴露不全、血凝块、骨碎屑、第一部分组件稳定性以及磁铁方向等问题。若无法实现稳定就位，应放弃使用该导向器，并改用其他替代引导方法。如果腭部截骨线显示不清，应在继续操作前改善暴露、冲洗、止血及软组织牵拉。若在截骨过程中磁铁脱落或树脂导向器发生断裂，应立即移除导向器，并在关闭切口前取出并清点所有磁铁或导向器碎片。应尽可能准备一份已灭菌的患者特异性导向器备用副本；否则，应依据术前计划、解剖标志或其他可用的引导方法完成截骨。若使用传统磨头或锯具难以完成腭部截骨，可考虑使用超声骨刀。这一选择可能更为合适，因为硬腭骨质较薄且致密，同时腭侧软组织也较薄。压电仪器可在较低软组织损伤风险下切割矿化组织，但切割速度可能较慢21,22。应充分使用冲洗以减少产热23。此外，用于三维打印的树脂材料可能较脆，在术中过度受力时可能发生断裂24。在未来的研究中，可考虑采用金属三维打印技术（如钛合金打印）以提高导向系统的机械强度，但其精度、成本、可制造性及临床适用性仍需进一步评估25,26。
该方法存在若干局限性。尽管其设计原理可适用于不同的三段式Le Fort I截骨模式，但本方案中的代表性应用主要聚焦于通过双侧第一前磨牙拔除位点实现牙弓宽度缩小。在将该工作流程应用于其他分割模式或横向扩弓病例之前，仍需进一步验证。此外，第二个导板组件在上颌骨下骨折后仍需要充分暴露并稳定就位。暴露不足或就位不稳可能影响腭侧截骨的准确性。最后，当前方案主要评估了截骨线转移和导板可行性的效果，并未证明该方法能够减少手术时间、出血量、术后肿胀或并发症发生率。这些临床结局应在未来更大样本量且具有对照设计的临床研究中加以评估。
与徒手标记相比，该方法将虚拟截骨计划转化为患者特异性的术中导板。在三段式上颌骨Le Fort I截骨术中，该方法可减少对视觉估计、反复修整骨组织以及经验性调整的依赖6。通过在术前明确截骨线和骨切除区域，该导板还可减少不必要的骨组织切除，并提高骨段拼接的可控性。与传统的单件式导板相比，该方法的主要优势在于其分阶段模块化设计。第一个导板组件在上颌骨下折前使用，用于引导Le Fort I截骨及牙间截骨；第二个组件在下折后连接，用于引导腭部截骨。该操作顺序与三段式Le Fort I截骨术的手术流程相匹配，避免了在同一导板上应对不同手术条件的情况。由于在节段性Le Fort I截骨术中，保留腭部黏膜、腭降血管及骨段血供至关重要，这种分阶段方法可通过减少不必要的暴露和操作，有助于支持保护血管的外科原则。然而，本方案未直接评估骨段血供情况。患者特异性设计还允许根据最终咬合关系和骨段位置，分别规划左右侧的骨切除宽度。因此，该导板系统可适应三段式Le Fort I截骨术中常见的非对称性骨切除，尤其适用于需要缩小上颌牙弓宽度的上颌牙弓过宽患者。
总体而言，该方法提供了一种可重复的工作流程，将虚拟手术规划、数字化导板设计、三维打印、磁体组装及术中应用联系起来。该方法可能有助于外科医生更一致地实现计划中的截骨操作，也可能适用于外科培训。未来的研究应比较该方法与徒手截骨或传统导板的差异，以确定其是否能够减少手术时间、手术创伤及并发症。
披露
作者声明无任何利益冲突。
致谢
本研究获得了昆明医科大学颅颌面复杂畸形诊疗团队（2024XKTDTS08）、云南省临床医学中心研究项目（2024YNLCYXZX0227，2024YNLCYXZX0229）、云南省口腔疾病临床研究中心（202505AJ310001）以及云南省高层次人才培养支持计划（YNWR-MY-2020-086）的资助。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 3-matic Research 13.0 | Materialise | 版本 13.0 | 用于导板组件的数字化设计，包括裁剪、包裹、标记、去除倒凹、翻转、加厚、修剪及布尔运算。 |
| Autoscan-DS-EX pro | SHINING 3D | https://www.shining3ddental.com/solution/ds-ex-pro-lab-sacnner/ | 3D扫描仪；用于扫描上下牙模及咬合记录 |
| Calibra 通用型双固化自粘接 | 登士柏西诺德 | https://www.dentsplysirona.com/zh-cn/discover/discover-by-brand/calibra-cements/calibra-universal.html | 树脂水泥；用于将钕磁铁粘接至3D打印手术导板中。 |
| CT扫描仪 | 西门子医疗，德国埃尔朗根 | https://www.siemens-healthineers.com/computed-tomography | 64排/128层；用于颅面/上颌模型的三维重建。 |
| Edge MAX/Edge E2 | RAYSHAPE | https://www.rayshape3d.com/3d-printers/edge-e2/ | 3D 打印机；用于打印第一和第二导向部件。 |
| Geomagic Wrap 2021 | 3D Systems | 版本 2021 | 用于术后模型叠加及彩色图偏差分析。 |
| Mimics Research 21.0 | Materialise | Version 21.0 | 用于分割、三维重建以及去除不必要的结构。 |
| 钕磁铁 | 购自金一新磁业 | https://jingxin-magnet.com/ | 3 mm 直径 × 1.5 mm 厚度；嵌入预留的磁体凹槽中，以连接第一和第二导向部件。 |
| ProPlan CMF | Materialise | 版本 3.0.1 | 用于虚拟正颌外科手术规划，包括Le Fort I型截骨术、BSSRO规划、分割及咬合记录。 |
| 树脂 | RAYSHAPE | SGV2/Model 1 lvory | 用于制作术中磁性连接截骨导板组件。 |
| ShapeCure | RAYSHAPE | https://www.rayshape3d.com/post-processing/uv-curing-machine-shapecure/ | 固化仪 |
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