快速成型手术式 让身体不再有任何残缺

　　快速成型手术式在整形美容业一大亮点，快速成型手术式是一种利用材料逐层或逐点堆积法来制造实物的制造手术式（ｍｐｉｄ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ，简称ＲＰ），诞生于８０年代后期，它根据ｃＴ数据或物体的ＣＡＤ（计算机辅助设计）模型，通过材料的堆积制造原型，是一种基于离散、堆积成型原理的新的数字化成型手术式，集中体现了计算机辅助设计及制造手术式ＣＡＤ，激光加工、逆向工程手术式、分层制造手术式（ｓＦＦ）、材料去除成形（ＭＰＲ）材料增加成形（ＭＡＰｌ手术式、数控和新材料开发等多学科、多手术式的综合应用。１９８８年美国的３Ｄ－Ｓｙｓｔｅｍｓ公司生产了较台快速成型机，在随后的十年中，涌现了。１０多种不同的快速成型手术式和相应的设备，成为现代制造业必不可少的支柱之一。进入二十一世纪，随着快速成型手术式的成熟，模型制作精度有很大地提高，制备时间大大地缩短，三维彩色模型逐渐成为主流，其在医学各学科的应用也从较初只用于疑难病例的，逐渐成为临床治的常规辅助手术式之一。本文主要介绍其原理及其在整形外科中的应用：
 

　　ＲＰ手术式的基本原理：ＲＰ手术式是用离散分层的原理制作产品原型的总称（产品三维ＣＡＤ模型→分层离散一按离散后的平面几何信息逐层加工堆积原材料→生成实体模型。）将计算机内的三维实体模型进行分层切片得到各层截面的轮廓，计算机据此信息控制激光器（或喷嘴）有选择性地切割一层又一层的片状材料（或固化一层层的液态光敏树脂，烧结一层层的粉末材料，或喷射一层层的热熔材料或粘合品等方法）形成一系列具有一个微小厚度的片状实体，再采用粘接、聚合、熔结、焊接或化学反应等手段使其逐层堆积成一体制造出所设计的三维模型或样件。
 

　　快速原型制造手术式按成型材料及手术式不同，主要有以下几类手术式，光固化法（ＳＬＡ），粉末烧结法（ｓＬｓ）’熔堆法（ＦＤＭ），层迭法（ＬＯＭ），三维打印法（３ＤＰ），逐层固化法（ＳＧＣ）等。根据不同手术式成型物体的特点，三维打印所需的原料成本低廉，成形速度快，精度高比较适合医学的应用。三维打印又称为立体喷墨印刷（Ｉｎｋ－Ｊｅｔ　Ｐｒｉｎｔｉｎｇ）手术式，采用喷墨打印的原理，将液态造型墨水由打印头喷出，逐层堆积而形成一个三维实体。该项手术式的主要特点是非常精细，可以在实体上造出小至０。１ｍｍ的孔。
 

　　为了支持空腔和悬臂结构，必须使用两种墨水，一种用于支持空腔，而另一种则用于实体造型。三维打印法的工艺过程是这样的： 先在成型机的工作台上覆盖一层氧化铝粉，然后一股微细的硅胶沿着工件的外廓喷射在这层粉末上。硅胶将氧化铝粉固定在当前层上，并为下一层的氧化铝粉提供粘着层。每一层完成后’工作台就下降一个层的高度，使下一层的粉末继续复敷和粘固。未粘固在模型上的粉末就堆积在模型的周围和空腔内，起着支撑的作用。整个模型完成后，型腔内所充填的粉末必须去除。
 

　　采用ＲＰ手术式可以根据ＣＴ或激光扫描仪的数据制作个性化三维模型，可以作为手术前模拟和设计数字化平台。
 

　　ＲＰ手术式在整形外科中主要应用于以下的方面：
　　病例诊断和医患沟通：整形外科特别是颅颌面外科颅颌面外科主要的治对象是各种先天和后天因素造成的颅面骨和软组织的严重畸形，颅颌面区解剖关系相当复杂。其周围解剖关系复杂，通过平面图像来确定颌骨病灶部位及病变范围常常是十分困难的，这给手术前手术方案的制定带来了很大的困难。因此，如果手术前应用快速成型手术式，获得一个三维立体的模型，可为医生提供了可视的患者骨骼结构，很直观的对骨性疾病做出正确的诊断，为后期治打下基础。其病变或畸形部位的所有细节都可以清晰的表现出来，可进行的三维测量和准确的临床诊断，为准确了解畸形情况、制定合理的手术治计划提供了为重要的依据（１）。目前ＣＴ大都可提供三维影像图片，但与面透视图像（假三维图象）的比较，立体模型常常能显示出一些隐藏信息，比单纯利用计算机生成人体组织的三维影像模型能够提供更直观的信息。更多的医生和患者还是偏爱可触摸的实体模型。实物模型易于测量，利于深入研究，从而使手术操作者之间、医患者之间的交流更方便，国外有些医院直接把快速成型机作为诊断设备与ＣＴ相连，在为患者提供图片的同时或稍后，可提供相应部位的实物模型。目前新型的快速成型机的成型精度均可达到０。１ｍｍ，根据ＣＴ数据制作的三维模型能立体、地显示颅面三维解剖结构及其相互关系。模型与真实个体之间的误差主要由ＣＴ及相应软件对特定组织选择的精度决定（２）。另外快速成型并不局限于骨骼模型的制作，对于血管、肿瘤均可提供实物模型。同时由于人眼对彩色的分辨能力远远高于对黑白灰度的分辨能力（３），可以利用彩色模型，提高对病变细节的辨别力。
 

　　个性化假体设计制作：在颅面骨缺损或面部不对称的治中，可 先建立骨的三维数字模型，并通过镜像复制原理及数据插补原理建立骨缺损的数字模型，再由快速成型机制造颅面骨三维实体模型以及个体化预制的修复体模型（４），在体外将假体和患者原骨骼模型进行了连接试装配，通过体外手术模拟进行练习，还可以发现假体设计和制作中的缺陷（５）。显然，这对提高实际的手术质量和缩短手术时间非常有帮助，并且个体化预制的修复体能够实现的外形匹配，在修复骨缺损的同时使患者恢复外表的美观，这也是单纯影像模型的所不具备的功能（６）。以颅骨缺损治为例，可以根据颅骨缺损部位和对侧颅骨比较，通过用镜像复制和ＣＡＤ手术式，根据骨缺损的实际需要，制作个性化和颅骨缺损密切匹配的骨修复材料模型骨修复材料模型，手术前将修补材料，例如钛板、人工骨，Ｍｅｄｐｏｒｅ等材料预塑形，避免手术中临时的匹配塑形过程；另外也可通过模具或精密铸造制作各种材料的个性化植入物假体，例如羟基磷灰石，骨水泥等等，而这些材料往往在手术中不易塑形。相对颅面骨不对称的患者，例如先天性半面短小及颅面骨折后面部不对称畸形，可以将对侧数据通过镜像和布尔等三维运算，计算出两者之间的差值来制造个体化填充假体模型。目前ＳＬＳ手术式已经能够将钛粉末直接烧结成特定的形状，可根据对侧的下颌骨数据直接制备包括髁状突在内的人工钛金属下颌骨植入物。
 

　　三维手术模拟：颅面外科主要牵涉到颅颌面骨的分块移动，颅颌面骨骼解剖关系比较复杂，不同个体颅颌面骨骼的大小形态又存在一定差别，且邻近组织器官都为重要，实物模型的手术前模拟和练习对保障手术治效果和降低手术风险具有积意义。ＲＰ模型较早由Ｂｒｉｘ　ａｎｄ　Ｌａｍｂｒｅｃｈｔ于１９８５年报道用于颅面外科的手术模拟（７），早期由于模型价格昂贵，只能用于复杂性手术的规划，Ａｎｄｅｒ（８）１９９４年报道用于面中劈开手术的手术前模拟，随后各类颅面外科经典手术式均有采用ＲＰ模型进行手术预设计，通过实体模型的模拟，可以明确截骨移动后的情况，估计需要自体骨移植的大小。以半面短小拟形下颌骨延长手术的病人为例，可以根据下颌骨ＲＰ的模型选择合适的下颌骨延长器，并可模拟截断、安装延长器模拟整个骨延长过程，可以用来调整骨延长的角度，长度以及合适的截骨部位（９）。对颅颌面骨骨折的复位手术，由于颅面骨的解剖特点，不象四肢长干股有明确的对位对线标志，可以根据健侧的骨骼镜像后制作模型，将固定钛板预成型，通过之引导患侧移位骨复位，恢复对称外形。
 

　　个性化膺复体的设计和制造：由于先天、外伤或肿瘤手术后所导致的复杂性，复合型组织缺损，往往由于局部组织床条件差，通过重建外科尚无法获得良好的外形，必须采用赝复体修复。
 

　　例如烧伤后的耳缺损，眼部恶性肿瘤手术后包括眼睑的全眼缺失等。
　　传统的制作 先根据健侧经过３－４次取模、翻模的过程，周期长、中间环节多，赝复体逼真程度和技师经验有很大的关系。采用各种ＲＰ方法均可免除患者健侧的取模过程，可根据三维数据直接生成实体模型，同时由于赝复体的老化现象目前还不可避免。患者需要在３－５年后更换一次赝复体。采用ＲＰ手术式后，医师不再需要重新雕刻，而只需将以前储存的数据重新加工即可制得与原赝复体同样的赝复体。目前各手术式的应用发展分为三个阶段，较阶段：通过ＲＰ生成模型，再通过传统２次翻模形成硅橡胶赝复体；第二阶段：直接制作出赝复体原型蜡模，采用ＳＬＳ快速成型方法直接制取生物赝复体用蜡模，再结合石膏型充填注射硅橡胶成模手术式得到病人可直接佩戴的赝复体：第三阶段，通过真彩色三维打印手术式直接一步制备可佩戴赝复体，尚处于研究阶段，Ｅｇｇｂｅｅｒ等己在设计时考虑和骨种植钉结合的锚着系统。本单位目前已能根据激光扫描仪的三维数据设计一步法制造耳膺复体，颜色和肤色接近且具有一定弹性。