Name: 可读机辅助重建术后评估指南 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-01-28T12:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 42 s
Description: 了解计算机辅助下颌骨重建术后评估的标准化方法，通过三维医学软件评估下颌角度偏差和种植体位置偏差，建立可重复的准确性评价指南以促进未来研究之间的比较。

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本研究未从公共、商业或非营利部门的资助机构获得任何专项资助。

VU大学医学中心医学伦理审查委员会（在美国人类研究保护办公室[OHRP]注册编号为IRB00002991）确认，本研究不适用《涉及人类受试者的医学研究法案》（WMO）。VU大学医学中心的FWA编号为FWA00017598。
注意：本方案中的所有步骤均需由两名不同的观察者独立验证。
1. 颅骨和供体部位成像
<ol>
	<li>使用同一台设备和扫描设置，采用多探测器CT（MDCT）进行术前和术后扫描，扫描参数的层厚（ST）设定为&lt;1.25 mm。在重建手术后六周内完成术后MDCT扫描。 
	注意：若需进行辅助放疗，则采用放疗前的首次术后MDCT扫描。</li>
</ol>
2. 下颌骨缺损的分类
<ol>
	<li>根据 Brown 等人提出的分类方法对下颌骨缺损进行分类8。</li>
</ol>
3. 术后CT扫描DICOM图像的分割
<ol>
	<li>打开基于图像的三维医学软件（例如 Mimics inPrint 3.0）。点击 文件 和 从磁盘新建，此时将弹出一个文件夹窗口。选择包含术后 CT 扫描 DICOM 图像的文件夹以导入（选择整个文件夹），在列表中选择正确的检查项目，然后点击 转换。此时将弹出一个窗口，用于评估颅骨的方向。</li>
	<li>通过左键点击方向标识来调整方向；点击 确定 以确认。</li>
	<li>执行五步分割工作流程。
	<ol>
		<li>要创建感兴趣区域（ROI），点击 阈值分割 工具。通过定义一个灰度值区间内的阈值来创建 ROI，该区间包含下颌骨所有体素，其灰度值与骨组织密度成正比。通过移动左侧和右侧的两个滑块手动调整亨氏单位范围。点击绿色按钮以确认分割。 
		注意：阈值分割工具允许用户选择密度在一定范围内的骨组织，密度以亨氏单位表示。此步骤完成后，ROI 选项卡中将出现一个新的 ROI，软件将自动进入工作流程的第二步。</li>
		<li>要编辑 ROI，请选择 分离 工具；在 3D 视图中点击下颌骨，系统将自动将其从颅骨中分离并显示为绿色。选择选项 在新的 ROI 中创建结果。点击绿色按钮以确认分离，随后所有不相连的结构将消失。将 ROI 重命名为“Mandible Post-op”。 
		注意：可选地，可使用 套索 工具直接在图像或 3D 视图中编辑 ROI，以去除散射部分。当 CT 扫描质量较差时，髁突可能与颅骨相连。此时点击 分割 工具，系统将提示用户定义前景和背景。选择 前景，并通过轴向或冠状切面选择下颌骨。选择 背景，并通过轴向或冠状切面选择上颌骨和颅骨。对应前景的区域将保留在 ROI 中，而对应背景的区域将被删除。点击绿色按钮以确认。</li>
		<li>当 ROI 完成并准备转换为三维模型时，点击工作流程工具栏中的 添加部件 按钮。点击 实体部件 工具。选择实体部件 Mandible Post-op，并在 平滑 选项中选择 关闭。点击绿色按钮以确认。</li>
		<li>当部件构建完成后，软件将自动进入工作流程的第四步：编辑部件。在图像上显示已创建部件的轮廓，评估部件的准确性。跳过 平滑 工具。</li>
		<li>在工作流程的最后一步（准备打印）中，在导出菜单中选择 Mandible Post-op 部件，选择输出目录，选择 1.00 比例，然后点击绿色按钮以确认。 
		注意：“Mandible Post-op” 部件现在将以 .STL 文件格式导出。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. XYZ 轴方向
注意：术前 STL 模型包括颅骨、（新）下颌骨以及虚拟规划的牙种植体（如已规划）。请注意，将颅骨和下颌骨的 STL 文件分别保存但保持相对位置固定时，评估操作会更加方便。当术前的颅骨与下颌骨 STL 模型被合并时，使用三维医学软件（按照上述步骤）将下颌骨从颅骨中分离。
<ol>
	<li>打开评估软件（材料表）。在弹出的界面中拖入术前STL文件（包含虚拟规划）。</li>
	<li>确定弗兰克福平面、正中矢状面和鼻根点，以实现颅骨术前STL模型在XYZ轴上的统一朝向。
	<ol>
		<li>点击 构造 | 平面 | 三点平面，使用Ctrl + 左键单击双侧内耳道和左侧眶下缘（弗兰克福平面）9，在STL模型上标记后点击 创建并关闭。</li>
		<li>点击 构造 | 直线 | 两点直线，使用Ctrl + 左键单击鼻根点和枕骨大孔前缘点（正中矢状面）10，创建一个虚拟点。</li>
		<li>点击 构造 | 点 | 点，使用Ctrl + 左键单击鼻根点，创建一个虚拟点。</li>
		<li>点击 操作 | 主对齐 | 平面-直线-点。将实际参数“平面1”与名义参数“Z平面”配对，实际参数“直线1”与名义参数“Y直线”配对，实际参数“点1”与名义参数“全局坐标系”配对。 
		注：颅骨及（新）下颌骨的术前STL模型现已固定于XYZ轴上（图1）。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. 术前与术后 STL 模型的体积评估
注意：在体积相似性方面检查术前和术后 STL 模型，以尽可能排除两个模型之间的体积误差，因为这些误差可能影响准确性测量。
<ol>
	<li>在左侧资源管理器菜单的 实际元素 下，选择仅包含术前（新）下颌骨的 STL 文件，其中显示所有“网格”。点击 操作 | CAD | 实际网格转 CAD。在弹出的菜单中选择 新建 CAD 数据，重命名文件（例如，“下颌骨术前”），然后点击 确定。 
	注意：术前 STL 模型现在在左侧资源管理器菜单的名义元素 | CAD 下可见。</li>
	<li>将术后 STL 模型拖入软件中（在本方案第 3 节期间创建）。重命名该文件（例如，“下颌骨术后”）。在左侧资源管理器菜单的 实际元素 下选择该 STL 文件，其中显示所有“网格”。点击 操作 | 对齐 | 单元素变换 | 三点对齐。</li>
	<li>在弹出的菜单中，通过按住 Ctrl 键并单击左键，将“下颌骨术前”上的 3 个“名义点”（例如，髁突上部、下颌骨的水平角和垂直角）与“下颌骨术后”上对应的 3 个“实际点”进行配对。点击 应用并关闭 进行确认。 
	注意：这两个 STL 模型将基于这 3 个标志点大致重叠。这将加快软件在后续步骤中的计算速度。</li>
	<li>在左侧资源管理器菜单中取消选中 下颌骨术前，选中 下颌骨术后。点击底部工具栏中的 在表面上选择/取消选择 工具。在残留下颌骨的外侧和内侧表面各选择一个区域（避免接触骨合成材料的区域）。</li>
	<li>点击 操作 | 对齐 | 主对齐 | 局部最佳拟合。在弹出的菜单中，将目标元素设为 所有 CAD 组，最大距离设为 10.000 mm。点击 应用并关闭 进行确认。 
	注意：所选的“下颌骨术后”残留下颌骨部分将被精确地与“下颌骨术前”上对应的部分重叠。现在，两个模型已准备好进行 STL 体积评估。</li>
	<li>点击底部工具栏中的 在表面上选择/取消选择 工具。仅在外侧表面、上一步所选区域范围内选择一个表面。点击 检测 | CAD 比较 | 实际表面比较。在弹出的菜单中设置最大距离为 10.00 mm，并点击 确定。</li>
	<li>关闭 下颌骨术后 的 切换可见性。使用 选择补丁 工具，左键点击已选中的表面。点击上方工具栏中的放大镜图标。屏幕上将弹出一个圆形工具栏。点击 检测 | 偏差标签算术平均值，即可显示以 mm 为单位的算术平均值（图 2）。</li>
	<li>若算术平均值 &lt;0.5 mm，则继续进行本方案的第 6 节。若算术平均值 &gt;0.5 mm，则需在 3D 医学软件中调整阈值，重新对术后 CT 扫描（DICOM 文件）进行分割。重复分割与重叠过程，直至算术平均值 &lt;0.5 mm。 
	注意：这两个 STL 体积现已准备好进行有效的精度比较。</li>
</ol>
6. 髁突的叠加
<ol>
	<li>在左侧资源管理器菜单中取消选中Mandible Pre-op，并选中Mandible Post-op。单击底部工具栏中的表面选择/取消选择工具。从下颌切迹（下颌切迹最尾侧点）向髁突与垂直角交界后缘垂直的方向绘制平面（外侧和内侧），以选中双侧髁突的整个表面。</li>
	<li>单击操作 | 对齐 | 主对齐 | 局部最佳拟合。在弹出菜单中选择所有CAD组作为目标元素。设置最大距离为10.000 mm。点击应用并关闭进行确认。 
	注意：“Mandible Post-op”的所选髁突将被精确地叠加到“Mandible Pre-op”的髁突上（图3）。</li>
</ol>
7. 下颌骨冠状面、轴向面和矢状面角度的计算
注意：在“下颌骨术前”和“下颌骨术后”STL 模型上分别进行骨性标志点的识别。在识别“下颌骨术前”模型的骨性标志点时，需取消选中 Mandible Post-op，反之亦然。
<ol>
	<li>在左侧资源管理器菜单中选择 下颌术前。点击 构建 | 点 | 表面点，根据 Brown 等人8的分类法，在髁突上缘（CS）、髁突后缘（CP）、垂直角（VC）和水平角（HC）处确定虚拟点。</li>
	<li>在左侧资源管理器菜单中选择 下颌术后。点击 构建 | 点 | 投影点，根据 Brown 等人8的分类法，在 CS、CP、VC 和 HC 处确定虚拟点。 
	注意：对于 Brown Ic、IIc 或 IVc 类型的缺损，应在骨移植垂直段或钛/假体髁突最上缘和最后缘处确定虚拟点。如果下颌骨切除包括一个或多个角，则在两个骨移植段之间的截骨平面选择最低点作为虚拟点。当下颌骨切除仅包括水平角或垂直角的一半时（骨移植段旁残留下颌骨），在骨移植段的截骨平面最低处确定一个虚拟点。对于 Brown I 类下颌骨缺损，应在水平骨移植段最前下方确定一个虚拟点，并将该虚拟点视为水平角。当下颌骨截骨位于解剖学垂直或水平角之外时（额外截骨），应将最接近这些角的截骨位置定义为垂直角或水平角。</li>
	<li>要创建两个虚拟点之间的连线，请点击 构建 | 线 | 两点连线。在弹出菜单的 构建元素 下选择两个点以连接成线，然后点击 创建并关闭。</li>
	<li>通过点击 构建 | 平面 | 视图方向平面，在 下颌术前 和 下颌术后 模型中分别创建正中矢状面。选择 Z 轴上的两个点。</li>
	<li>要创建两条线之间或一条线与一个平面之间的夹角，请点击 构建 | 角度 | 两方向夹角。随后在弹出菜单中选择 线1 和 线/平面2，然后点击 创建并关闭。</li>
	<li>通过在资源管理器菜单中选择一个下颌术前角度，然后点击 放大镜 | 测量原理 | 链接到实际元素，将所有 下颌术前角度 与对应的 下颌术后角度 进行连接。选择相应的下颌术后角度，点击 确定。</li>
	<li>基于上述操作，确定右侧和左侧冠状面下颌角，即从 CS 到 VC 的连线与正中矢状线（ML）之间的夹角。
	<ol>
		<li>确定右侧和左侧轴状面下颌角，即从 VC 到 HC 的连线与 ML 之间的夹角。</li>
		<li>确定矢状面下颌角，即从 CP 到 VC 的连线与从 VC 到 HC 的连线之间的夹角。</li>
		<li>计算并报告术后角度与虚拟规划角度之间的偏差（以度（°）为单位）。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
8. 虚拟规划牙科种植体的 XYZ 偏差与 XYZ 距离的计算
注意：术前规划时应使用正确直径和高度（包括覆盖螺丝）的牙种植体，以确保正确比较。
<ol>
	<li>单击 构造 | 点 | 点，在 下颌术前 文件中使用 Ctrl + 左键单击种植体覆盖螺丝的中部和顶部，创建一个虚拟点。</li>
	<li>单击 构造 | 点 | 表面点，在 下颌术后 文件中使用 Ctrl + 左键单击种植体覆盖螺丝的中部和顶部，创建一个虚拟点。</li>
	<li>在 下颌术前 文件中，右键单击第一个种植体，选择 测量原理 | 链接到实际元素，然后选择 下颌术后 文件中对应的同一种植体。对所有种植体重复此操作。</li>
	<li>在左侧资源管理器菜单中，选中 下颌术前 和 下颌术后 文件中所有种植体上的点，单击上方工具栏中的放大镜图标，屏幕上将弹出一个圆形工具栏。单击 检查，选择 dXYZ，以显示每个种植体在 X、Y、Z 方向上的距离（mm），计算公式如下： 
	 
	<img src="/files/ftp_upload/60363/60363eq1.jpg" alt="距离公式方程，dXYZ=sqrt((x2-x1)²+(y2-y1)²+(z2-z1)²)，数学概念示意图。" data-altupdatedat="1788282455000"></li>
</ol>

<ol><li>Rodby, K. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advances+in+oncologic+head+and+neck+reconstruction%3A+systematic+review+and+future+considerations+of+virtual+surgical+planning+and+computer+aided+design%2Fcomputer+aided+modeling%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Plastic%2C+Reconstructive+%26+Aesthetic+Surgery%22%5BJournal%5D)">Advances in oncologic head and neck reconstruction: systematic review and future considerations of virtual surgical planning and computer aided design/computer aided modeling.</a> Journal of Plastic, Reconstructive & Aesthetic Surgery. 67 (9), 1171-1185 (2014).</li>
<li>Rengier, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+printing+based+on+imaging+data%3A+review+of+medical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Computer+Assisted+Radiology+and+Surgery%22%5BJournal%5D)">3D printing based on imaging data: review of medical applications.</a> International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery. 5 (4), 335-341 (2010).</li>
<li>Marro, A., Bandukwala, T., Mak, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-Dimensional+Printing+and+Medical+Imaging%3A+A+Review+of+the+Methods+and+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Problems+in+Diagnostic+Radiology%22%5BJournal%5D)">Three-Dimensional Printing and Medical Imaging: A Review of the Methods and Applications.</a> Current Problems in Diagnostic Radiology. 45 (1), 2-9 (2016).</li>
<li>Mitsouras, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Medical+3D+Printing+for+the+Radiologist%5BTitle%5D)+AND+%22Radiographics%22%5BJournal%5D)">Medical 3D Printing for the Radiologist.</a> Radiographics. 35 (7), 1965-1988 (2015).</li>
<li>van Baar, G. J. C., Forouzanfar, T., Liberton, N., Winters, H. A. H., Leusink, F. K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accuracy+of+computer-assisted+surgery+in+mandibular+reconstruction%3A+A+systematic+review%5BTitle%5D)+AND+%22Oral+Oncology%22%5BJournal%5D)">Accuracy of computer-assisted surgery in mandibular reconstruction: A systematic review.</a> Oral Oncology. 84, 52-60 (2018).</li>
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<li>van Baar, G. J. C., Liberton, N., Forouzanfar, T., Winters, H. A. H., Leusink, F. K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accuracy+of+computer-assisted+surgery+in+mandibular+reconstruction%3A+A+postoperative+evaluation+guideline%5BTitle%5D)+AND+%22Oral+Oncology%22%5BJournal%5D)">Accuracy of computer-assisted surgery in mandibular reconstruction: A postoperative evaluation guideline.</a> Oral Oncology. 88, 1-8 (2019).</li>
<li>Brown, J. S., Barry, C., Ho, M., Shaw, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+classification+for+mandibular+defects+after+oncological+resection%5BTitle%5D)+AND+%22Lancet+Oncology%22%5BJournal%5D)">A new classification for mandibular defects after oncological resection.</a> Lancet Oncology. 17 (1), e23-e30 (2016).</li>
<li>Pittayapat, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+Frankfort+horizontal+plane+for+3D+cephalometry%3A+a+comparative+assessment+of+conventional+versus+novel+landmarks+and+horizontal+planes%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Orthodontics%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional Frankfort horizontal plane for 3D cephalometry: a comparative assessment of conventional versus novel landmarks and horizontal planes.</a> European Journal of Orthodontics. 40 (3), 239-248 (2018).</li>
<li>Green, M. N., Bloom, J. M., Kulbersh, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+simple+and+accurate+craniofacial+midsagittal+plane+definition%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Orthodontics+and+Dentofacial+Orthopedics%22%5BJournal%5D)">A simple and accurate craniofacial midsagittal plane definition.</a> American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 152 (3), 355-363 (2017).</li>
<li>van Eijnatten, M. B. F., de Graaf, P., Koivisto, J., Forouzanfar, T., Wolff, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+ct+parameters+on+stl+model+accuracy%5BTitle%5D)+AND+%22Rapid+Prototyping+Journal%22%5BJournal%5D)">Influence of ct parameters on stl model accuracy.</a> Rapid Prototyping Journal. 24 (4), 679-685 (2017).</li>
<li>Whyms, B. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+computed+tomographic+scanner+parameters+and+3-dimensional+volume+rendering+techniques+on+the+accuracy+of+linear%2C+angular%2C+and+volumetric+measurements+of+the+mandible%5BTitle%5D)+AND+%22Oral+Surgery%2C+Oral+Medicine%2C+Oral+Pathology%2C+and+Oral+Radiology%22%5BJournal%5D)">The effect of computed tomographic scanner parameters and 3-dimensional volume rendering techniques on the accuracy of linear, angular, and volumetric measurements of the mandible.</a> Oral Surgery, Oral Medicine, Oral Pathology, and Oral Radiology. 115 (5), 682-691 (2013).</li>
<li>Taft, R. M., Kondor, S., Grant, G. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accuracy+of+rapid+prototype+models+for+head+and+neck+reconstruction%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Prosthetic+Dentistry%22%5BJournal%5D)">Accuracy of rapid prototype models for head and neck reconstruction.</a> Journal of Prosthetic Dentistry. 106 (6), 399-408 (2011).</li>
<li>Disa, J. J., Winters, R. M., Hidalgo, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-term+evaluation+of+bone+mass+in+free+fibula+flap+mandible+reconstruction%5BTitle%5D)+AND+%22The+American+Journal+of+Surgery%22%5BJournal%5D)">Long-term evaluation of bone mass in free fibula flap mandible reconstruction.</a> The American Journal of Surgery. 174 (5), 503-506 (1997).</li>
<li>Jereczek-Fossa, B. A., Orecchia, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Radiotherapy-induced+mandibular+bone+complications%5BTitle%5D)+AND+%22Cancer+Treatments+Reviews%22%5BJournal%5D)">Radiotherapy-induced mandibular bone complications.</a> Cancer Treatments Reviews. 28 (1), 65-74 (2002).</li>
<li>Tarsitano, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accuracy+of+CAD%2FCAM+mandibular+reconstruction%3A+A+three-dimensional%2C+fully+virtual+outcome+evaluation+method%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Cranio-Maxillofacial+Surgery%22%5BJournal%5D)">Accuracy of CAD/CAM mandibular reconstruction: A three-dimensional, fully virtual outcome evaluation method.</a> Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery. 46 (7), 1121-1125 (2018).</li>
<li>Roser, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+accuracy+of+virtual+surgical+planning+in+free+fibula+mandibular+reconstruction%3A+comparison+of+planned+and+final+results%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Oral+and+Maxillofacial+Surgery%22%5BJournal%5D)">The accuracy of virtual surgical planning in free fibula mandibular reconstruction: comparison of planned and final results.</a> Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 68 (11), 2824-2832 (2010).</li>
<li>De Maesschalck, T., Courvoisier, D. S., Scolozzi, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Computer-assisted+versus+traditional+freehand+technique+in+fibular+free+flap+mandibular+reconstruction%3A+a+morphological+comparative+study%5BTitle%5D)+AND+%22European+Archives+of+Oto-Rhino-Laryngology%22%5BJournal%5D)">Computer-assisted versus traditional freehand technique in fibular free flap mandibular reconstruction: a morphological comparative study.</a> European Archives of Oto-Rhino-Laryngology. 274 (1), 517-526 (2017).</li>
<li>Hidalgo, D. A., Pusic, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Free-flap+mandibular+reconstruction%3A+a+10-year+follow-up+study%5BTitle%5D)+AND+%22Plastic+and+Reconstructive+Surgery%22%5BJournal%5D)">Free-flap mandibular reconstruction: a 10-year follow-up study.</a> Plastic and Reconstructive Surgery. 110 (2), 438-451 (2002).</li>
<li>Schepers, R. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accuracy+of+secondary+maxillofacial+reconstruction+with+prefabricated+fibula+grafts+using+3D+planning+and+guided+reconstruction%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Cranio-Maxillofacial+Surgery%22%5BJournal%5D)">Accuracy of secondary maxillofacial reconstruction with prefabricated fibula grafts using 3D planning and guided reconstruction.</a> Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery. 44 (4), 392-399 (2016).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

本术后评估指南旨在提高下颌骨计算机辅助重建准确性分析的一致性。重点包括决定下颌骨重建成功的四个组成部分：（1）双侧髁突的位置，（2）截骨平面的角度，（3）骨移植段的大小、位置及固定情况，以及（4）引导式种植牙的位置（若已即刻实施并包含在虚拟规划中）。
在本方案的第一步中，我们建议在术前和术后成像时均采用多层螺旋CT（MDCT）扫描，因为CT图像的质量会影响分割所得STL模型的体积准确性。使用锥形束CT（CBCT）扫描仪获取的DICOM数据所分割出的STL模型，其体积偏差最大11。这些体积偏差会影响3D打印模板和导板的精度与贴合度，从而也影响术前与术后STL模型之间术后精度的测量结果。因此，我们建议在采用计算机辅助外科（CAS）进行下颌骨重建时，术前和术后成像均使用MDCT扫描仪。切片厚度是影响STL模型体积准确性的最主要因素，应设置为&#60;1.25 mm。较高的切片厚度会导致STL模型细节丢失，并影响精度测量结果12,13。最近一项关于CAS辅助下颌骨重建精度的系统综述显示，多数研究在材料与方法部分对所用CT扫描仪参数的描述不足5。我们认为，所有CAS相关研究均应在材料与方法部分明确说明术前和术后成像设备的类型及参数。为避免骨移植段在体积、形态和位置上的长期变化，术后MDCT扫描应在重建术后六周内完成14。若需进行辅助性放射治疗，应使用放疗前的首次术后MDCT扫描数据，以避免下颌骨出现与放射治疗相关的病理改变15。
为了比较具有相似复杂程度的下颌骨重建效果，需要对下颌骨缺损进行分类。2016年，Brown 等人8提出了一种下颌骨缺损分类方法，包含四个类别，类别编号与重建的复杂程度相关。在计算机辅助手术（CAS）软件中对术前和术后STL模型进行配准以评估重建精度时，会遇到一些困难。配准软件工具采用迭代最近点算法，将一个STL模型的选定部分（源模型）移动至与另一个固定STL模型的固定部分（参考模型）最佳匹配。然而，由于重建板的位置可能发生散射，对整个（新）下颌骨进行配准会导致整个重建结构发生位移，无法真实反映下颌骨的术后临床位置，因此该方法不准确16。在对重建的孤立部分进行配准时，同样会引入这一问题17。若将下颌骨与上颌骨及颅骨一起进行配准，也会因术前和术后扫描时张口程度必然不同而导致配准不准确。因此，为了评估（新）下颌骨的术后位置，我们决定分别在术前和术后STL模型上单独构建下颌角（由 De Maesschalck 等人18首创），以规避配准过程中的问题。然而，为了评估种植体的位置，我们仍需使用配准工具对两个模型进行对齐。为了使术前和术后STL模型的对齐尽可能接近临床实际的术后颌间关系，我们认为仅对双侧髁突进行配准是最可行、最标准化且可重复的方法。尽管术后双侧髁突的位置可能受到新下颌骨重建不准确的影响，但颌间关系会趋向中线，从而使双侧髁突在正中矢状面周围的位置趋于平均19。在本方案中，仅将术前STL模型通过CAS软件中的平面-直线-点工具快速固定于XYZ轴上，作为评估种植体术后偏差的基准。尽管固定于XYZ轴上的颅骨位置可能导致不同病例之间存在轻微的头影测量学差异，但这对种植体的测量结果并无影响，因为在将术后3D模型与固定的术前3D模型进行配准时，若仅选择双侧髁突用于迭代最近点算法，则种植体位置之间的XYZ距离（单位：mm）不会受到影响。
如上所述，De Maesschalck 等人18率先提出了一种评估计算机辅助手术（CAS）下颌骨重建硬组织精度的方法，该方法无需确定截骨平面，也无需使用重叠配准工具。该方法最严重的缺点是未明确说明用于确定正中矢状面的具体方法，而该平面的确定需要具备标准化和可重复性。此外，该方法未包含虚拟规划的牙种植体，也缺乏对下颌骨重建复杂程度的区分。我们在本方案中纳入了对虚拟规划牙种植体术后位置的评估，因为未来应用导板引导种植技术的学者数量可能不断增加。2016年，Schepers 等人20提出了一种优秀的术后评估方法，用于评估CAS辅助下颌骨重建中虚拟规划牙种植体的准确性，其通过测量每个牙种植体的中心点偏差（mm）和角度偏差（°）来实现。该方法的主要局限在于每个种植体所需测量的参数较多，降低了操作可行性，并导致难以全面掌握整个重建的精度情况。我们提出了一种更为简化的评估方法，即通过测量每个牙种植体的三维空间距离（dXYZ，单位为 mm）得出一个综合性的量化数值。在牙科修复方面，牙种植体颈部的位置对未来的修复体设计具有决定性作用。因此，我们的评估方案建议在术前和术后的STL模型中，于牙种植体颈部创建虚拟点。为了确保牙种植体评估的可行性，我们决定省略角度偏差的测量，因为高达15°的角度偏差可通过使用角度基台进行矫正。
我们提出的评估指南适用于所有类型的供区，并允许采用不同的骨移植固定方式。此外，术后影像中金属固定部件产生的CT散射不会影响该指南的测量结果5。在本评估指南中，我们使用了Mimics inPrint 3.0和GOM Inspect Professional 2019软件。然而，该方案所描述的软件工具在所有计算机辅助手术（CAS）软件包中均具备。本指南旨在推动在CAS各阶段中，对准确性与各种不同操作方法之间关系的评估实现更高程度的标准化和一致性。针对不同Brown分类下可接受的下颌角偏差、其与术前虚拟规划种植体术后实际位置的关系，以及未来修复治疗中可接受的种植体偏差（dXYZ），仍有广阔的研究空间。目前，我科正在开展一项多中心研究，以在大样本队列中验证该指南，并综合考虑上述所有变量。

重建外科中的计算机辅助手术（CAS）包含四个连续阶段：虚拟规划阶段、三维（3D）建模阶段、手术阶段和术后评估阶段1。规划阶段始于获取颅面部位的计算机断层扫描（CT）图像，以及供体部位的CT或CT血管造影（CTA）图像。不同类型的组织对应不同的X射线衰减程度，从而产生以Hounsfield单位（HU）表示特定灰度值的扫描体素（人骨 [+1000 HU]，水 [0 HU]，空气 [-1000 HU]）。这些图像以医学数字成像与通信（DICOM）文件格式存储。通过在分割软件中选择感兴趣区域（ROIs），可生成三维模型2。目前最常用且可行的分割技术是阈值法：将高于选定HU阈值的体素纳入感兴趣区域。随后，这些体素被转换为标准三角网格语言（STL）文件格式的三维模型3，并上传至CAS软件中用于规划截骨术及设计三维装置4。在建模阶段，所设计的装置被三维打印并灭菌，随后进入手术阶段。最后的评估阶段包括对患者颅骨进行术后CT扫描，并通过准确性分析将术后结果与术前虚拟规划进行比较。
我们近期发表的一项关于计算机辅助下颌重建准确性的系统综述显示，在影像采集、下颌缺损分类以及评估方法学方面存在异质性。这种异质性限制了不同研究之间术后硬组织准确性结果的有效比较5。由于新的欧盟医疗器械法规（MDR）要求对所有不同的计算机辅助手术（CAS）流程进行欧洲合格评定（CE）认证，且该法规自2020年春季起生效，因此在下颌重建过程中对CAS各阶段进行标准化显得尤为重要6。本文提出了一套实用、可行且可重复的下颌计算机辅助重建评估指南，旨在统一各研究在术后准确性评估方面的标准。本方案延续并细化了此前发表的该评估指南的版本7，目前该指南正在一项大型多中心队列研究中进行验证，该研究将分析各类下颌重建术式的准确性，以期明确功能相关结果的可接受范围。

<table><tbody><tr><td>GOM Inspect Professional 2019</td><td>GOM</td><td></td><td>评估软件</td></tr><tr><td>Mimics inPrint 3.0</td><td>Materialise</td><td></td><td>基于图像的 3D 医学软件</td></tr></tbody></table>

下颌骨计算机辅助重建术后评估指南

A Postoperative Evaluation Guideline for Computer-Assisted Reconstruction of the Mandible

由于不同研究之间在影像学方法、下颌骨缺损分类以及评估方法上存在异质性，因此对计算机辅助下颌骨重建术后准确性结果进行有效比较十分困难。本指南采用逐步操作的方法，指导影像获取、下颌骨缺损分类以及三维（3D）模型体积评估的全过程，从而可在术后临床情况与术前虚拟计划之间实施标准化的定量准确性评估。在计算机辅助手术（CAS）软件中，以髁突及下颌骨的垂直和水平角作为骨性解剖标志点，用于定义虚拟参考线。基于这些参考线，分别在术前和术后的（新）下颌骨三维模型上计算下颌骨的轴向、冠状向以及双侧矢状向角度，并进一步计算各角度之间的偏差值。通过将术后三维模型叠加至固定于XYZ轴的术前虚拟计划三维模型，可计算术前计划与术后实际种植体位置之间的偏差。本方案延续并细化了此前发表的该评估指南内容。

我科采用腓骨游离皮瓣作为供区，修复了一例 James Brown Ⅲ类下颌骨缺损。利用包含牙种植体导向装置的腓骨切割导板，直接引导完成牙种植体的植入。根据所介绍的评估指南对修复效果进行评价，计算并报告了冠状位、轴位和矢状位的下颌角偏转角度（°），以及六个牙种植体的 XYZ 方向距离（mm）（图4 和 图5）。
<img alt="正面和侧面视图的3D颅骨模型，解剖结构分析，医学影像。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60363/60363fig1.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="图1"> 
图1：颅骨术前STL模型在XYZ轴上的统一朝向，其中法兰克福平面投影至Z轴（红线），正中矢状面投影至Y轴（绿线），鼻根点投影至X轴（蓝线）。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60363/60363fig1large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="三维彩色编码形变分析图，含比例尺；结构工程研究。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60363/60363fig2.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="图 2"> 
图 2：将术前虚拟规划的 STL 模型中下颌骨右侧部分（未包含引起散射的骨合成材料）叠加于术后 STL 模型上。 随后使用计算机辅助手术（CAS）软件计算算术平均值。本示例中两个体积之间的 0.02 mm 偏差在可接受范围（&lt;0.5 mm）内，可继续进行评估指南的下一步。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60363/60363fig2large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="3D下颌骨模型可视化，牙科解剖分析，骨骼重建技术。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60363/60363fig3.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="图3"> 
图3：术后STL模型（灰色）与术前根据虚拟手术计划修正的STL模型（蓝色）的叠加。 仅选取双侧髁突结构用于迭代最近点算法（红色）。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60363/60363fig3large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="下颌角分析示意图；术前虚拟规划与术后结果对比；Brown III 类缺损。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60363/60363fig4a.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="图 4"> 
图 4：使用腓骨游离瓣作为供体部位重建 Brown III 类缺损。 本例中，在重建过程中通过 3D 导板同期植入六颗经虚拟规划的牙种植体。冠状面、轴向面和矢状面角度均在术前虚拟规划的 3D 模型与术后 3D 模型上进行计算，并显示角度之间的偏差（以度（°）表示）。CS，髁突上点；CP，髁突后点；VC，垂直角点；HC，水平角点；ML，正中矢状线；FFF，腓骨游离瓣。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60363/60363fig4large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="下颌骨变形分析；数据表；三维扫描；结构偏差；解剖学研究。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60363/60363fig5.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="图 5"> 
图 5：六颗导板植入的种植体在 X、Y 和 Z 轴上的偏差及其空间距离 XYZ（dXYZ）。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60363/60363fig5large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>

本文提出了一种实用、可行且可重复的下颌骨计算机辅助重建评估指南，旨在统一术后准确性评估方面的研究标准。本方案延续并细化了此前发表的该评估指南。

由于成像技术的异质性，对下颌骨计算机辅助重建术后准确性结果进行有效比较十分困难……

在近期发表的一项系统性综述中，我们分析了评估下颌骨计算机辅助重建准确性的相关研究。由于在规划和评估方法上缺乏统一性，术后结果的比较能力受到限制。因此，我们提出了一套实用、可行且可重复的评估指南。通过本指南，我们旨在为今后关于术后准确性评估的研究建立统一标准。我们认为，在确定可接受的下颌角偏差范围以及虚拟规划的牙种植体相对于未来修复体的偏差范围方面，仍有很大的改进空间。本操作流程将由我们口腔重建研究小组成员、牙科学生 Lars Leeuwrik 进行演示。首先打开基于图像的3D医学软件。点击文件，然后选择从磁盘新建。接着选择包含术后扫描DICOM图像的文件夹。从列表中选择研究项目并点击转换。将弹出一个窗口用于评估颅骨的方向。通过左键点击方向标记来调整方向。然后单击“确定”以确认。要创建感兴趣区域（ROI），请单击阈值工具，并定义一个包含下颌骨所有体素且具有一定灰度值区间的阈值。手动调整亨氏单位（Hounsfield）范围。然后单击绿色按钮以验证分割结果。如需编辑感兴趣区域（ROI），请选择隔离工具，然后在3D视图中单击下颌骨。选择“在新 ROI 中创建结果”，然后单击绿色按钮以验证隔离，这将使所有不相连的结构消失。完成 ROI 后，单击工作流程工具栏上的“添加部件”按钮。然后单击实体部件工具，选择下颌骨术后模型，并在平滑选项中选择“关闭”。单击绿色按钮进行验证。最后，在导出菜单中选择下颌骨术后部分，选择输出目录，并使用标准比例一。单击绿色对勾标记以完成验证。为了确定前颅底平面（Frankfurt平面）、正中矢状面和鼻根点，以实现颅骨术前STL模型的统一方位定位，请打开评估软件，将术前STL文件拖入弹出的界面中。点击“构建”、“平面”和“三点平面”，通过按住Control键并单击双侧内听道及左侧眶下缘来创建虚拟点。然后点击“创建”并关闭。然后从构造菜单中选择直线和两点线，通过按住 Control 键并单击鼻根点和颅底点来创建一个虚拟点。最后，选择点工具，并按住 Control 键单击鼻根点。点击操作、主对齐、平面-直线-点，并将参数平面一指定为名义参数平面 Z，直线一指定为直线 Y，0.1 指定为全局坐标系。选择术前下颌骨的STL文件。然后点击操作、CAD，以及实际网格转CAD。在弹出菜单中选择新的CAD数据，并重命名该文件。将术后STL模型拖入软件中，重命名文件，然后在左侧资源管理器菜单的“meshes”下的实际元素中选择该STL文件。点击“operations”（操作），定义实际主件。然后依次点击“operations”（操作）、“alignment”（对齐）、“single element transformation”（单元素变换）和“three-point alignment”（三点对齐）。在弹出菜单中，使用 Ctrl + 左键单击，将术前下颌骨的三个名义点与术后下颌骨上对应的三个实际点进行配准。然后选择“应用”并关闭。在左侧资源管理器菜单中，取消选择术前下颌骨，并选择术后下颌骨。使用表面选择/取消选择工具，在下颌骨残余部分的外侧和内侧选择表面。依次点击操作、对齐、主对齐和局部最佳拟合。选择所有CAD组作为目标元素，并设置最大距离为10毫米。接下来，点击表面选择/取消选择工具，仅在上一步所选表面范围内选择外侧的一个表面。依次点击检测、CAD 比较和实际表面比较。在弹出菜单中，设置最大距离为 10 毫米，然后点击确定。关闭下颌骨术后模型的可见性切换开关。使用选择修补工具，左键单击表面，然后点击工具栏上的放大镜。当圆形工具栏弹出时，点击“检查”和“偏差标签算术平均值”，以显示以毫米为单位的平均值。取消选择术前下颌，选择术后下颌。然后根据手稿说明选择表面。依次点击操作、对齐、主对齐和局部最佳拟合。确保仅选择两个髁突用于软件的叠加算法。选择所有CAD组合作为目标元素，并设置最大距离为10毫米。选择术前下颌骨，然后依次点击构造、点和表面点，以确定髁突上缘、髁突后缘、垂直角和水平角处的虚拟点。接下来，通过点击构造、点和投影点，确定术后下颌骨上的虚拟点。要在两个虚拟点之间创建一条直线，请点击“构建”、“直线”和“两点直线”。在构建元素下选择两个点，然后点击“创建”并关闭。要创建两条直线之间的夹角，请单击“构造”、“角度”、“两个方向的角度”。选择第一条直线和第二条直线，然后单击“创建”并关闭。使用此流程确定右侧和左侧矢状面下颌角。通过点击构造、平面、平面和视图方向来创建中矢状面。在Z轴上选择两个点。使用该平面创建冠状面和轴向角度。与前一步骤类似，为术前下颌创建正中矢状面。在术前下颌上确定相同的下颌角度。在资源管理器菜单中选择下颌术前角度，然后单击放大镜、测量原理，链接至实际元素，将下颌术前角度与下颌术后角度连接。在操作下颌术前文件时，从构建菜单中选择点，并通过在牙种植体覆盖螺丝的中部和顶部按住 Ctrl 键并单击鼠标左键，创建一个虚拟点。然后在构造菜单中选择点，并在下颌骨术后文件中种植牙覆盖螺丝的中部和顶部位置按住 Control 键并单击。在下颌骨术前文件中，右键单击第一个种植牙，然后点击测量原理并链接到实际元素。选择下颌骨术后文件中对应的同一颗种植牙，并对所有种植牙重复此操作。单击检查并选择 dXYZ，以显示牙种植体的毫米距离。采用所述方案评估了詹姆斯·布朗三类下颌骨缺损的重建效果。计算了下颌角的冠状位、轴向位和矢状位偏差，以及六个牙种植体的 XYZ 距离。该指南适用于 James Brown 分类法中的所有不同类型下颌骨缺损，以及所有不同类型的骨瓣和固定方法。目前，我们团队正在开展一项全球多中心研究，以在大样本队列中验证该指南。我们预计将于2020年夏季公布首批研究结果。

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医学

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下颌骨计算机辅助重建术后评估指南

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