人体的下颌骨不仅形状的个体差异大，而且骨骼外形对人体面部形状及其工作性能的影响也很明显。传统的通用型金属植入体不仅无法为患者提供具有定制化外形的骨替代物，而且由于不具有生物活性，植入体无法与邻接的人骨自然弥合和生长。纯粹的生物活性材料由于强度较低，在用于大块骨移植中容易发生早期的人工骨骨折。
3D打印技术在辅助颌面修复手术中有两方面的应用：一是为规划修复手术方案提供实体模型，二是直接打印成型具有生物相容性的植入假体。
1.手术规划模型
因肿瘤切除、外伤、炎性反应以及发育性因素等所致的颅颌面骨缺损与畸形，均不可避免地会导致颜面畸形与功能障碍，需通过各种修复手段恢复其连续性、外形与功能。由于颅颌面骨骼的形状不规则、毗邻解剖关系复杂和功能上的特殊性，通过X片、CT等平面影像学检查来确定复杂性颅颌骨病变性质及范围存在相当大的局限性，这给术前手术方案的制定带来极大的困难，特别是对于需要骨修复重建的病例，无论是采用自体骨移植、生物材料植入及金属支架成型等方法，对于如何恢复满意的颅颌面骨三维解剖结构以及重建良好的咬合关系仍然存在着相当大的困难。3D打印技术具有快速、准确以及擅长制造复杂实体的特点，它与计算机CT图像处理技术相结合形成包括设计、制造、检测的闭环反馈系统，近年来被运用于颅颌面骨畸形与缺损的修复领域，尤其在修复假体的形状匹配中具有独特的优势。
基于CT技术和3D打印技术的人体颌面部缺损修复手术，是3D打印技术在医学领域里比较有价值的临床应用。对患者头部进行螺旋CT扫描，得到最小间距的二维CT数据。通过设定骨骼的灰度阈值，提取CT图像中的骨骼轮廓，得到患者病变区域的头颅模型，如图7-22所示。图像中左侧因肿瘤病变进行了切除。手术的目的就是通过切取病人体内的腿骨修复左侧下颌的缺损。在数据处理时还进行了右侧下颌骨的提取并镜像，用于制作模型以辅助手术。
图7-22 患者病变区域的头颅骨模型
将上述处理完毕的数据文件按要求的格式输入3D打印系统中进行加工制作。图7-23为具有缺损的患者头颅骨SLA模型、患者小腿腓骨SLA模型及患者左侧完好的下颌骨模型的镜像颌骨SLA模型。
图7-23 颌面缺损的局部颅骨、下颌骨及小腿腓骨SLA模型
手术方案是以对应缺损部位的正常部位的镜像体为参考模型，对从腿部切下的小腿骨进行分割拼凑到缺损部位，然后用金属植入体进行相应的固定和定位。具体步骤如下：
1）将颌面部缺损的局部头盖骨原型和对应缺损部位的正常部位的镜像体拼合到一起，如图7-24a所示，观察结合部位上下牙齿咬合的程度，如果咬合程度好，就可以定型作为手术规划和演练的目标实体。
2）将成型钛板支架固定在吻合好的下颌模型上，定型后采用螺钉固定，如图7-24b所示。
3）将小腿腓骨SLA模型进行切割拼凑处理，使切割骨的形状与钛板形状吻合，测量每一段小腿腓骨模型的长度并标记对应于整体腓骨的位置，作为手术过程的依据，如图7-24c所示。
4）按照上述手术规划和方案，实施下颌骨修复手术，如图7-24d所示。
由于术前可以借助SLA原型进行手术规划和方案制定与手术演练，因此会显著节省手术时间，确保修复质量。
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图7-24 借助3D打印技术辅助颌骨修复手术
2.下颌骨植入体直接制造
荷兰医生给一名83岁老妪安装了一块用3D打印技术打印出来的金属下颌骨。这名老妪患有慢性骨关节感染。医生认为她年纪太大，不适合接受下颌骨重建手术。金属下颌骨的3D打印技术由比利时的LayerWise公司连同哈瑟尔特大学的科学家共同研制而成。这块下颌骨并非一个简单的金属零件。它包括多个人工关节，上面还有让肌肉附着的空腔以及引导神经和血管生长的凹槽。为了避免排斥反应的发生，科研人员在制作完成的下颌骨上涂上了生物陶瓷涂层。LayerWise公司收到下颌骨3D设计后，采用SLM工艺，由激光烧结钛合金粉末制作出与设计一致的一块完整的“下颌骨”，它里边的每层都熔合了钛粉层，不含任何胶合物和粘结剂液体，如图7-25所示。采用3D打印技术制出的人工下颚质量约为107g，仅比活体下颚重30g，因而十分方便患者使用与操作。手术后数小时内，患者就可以正常讲话和咀嚼食物了。该手术是世界上首次将病人的下颌骨全部由人造颧骨替换的手术。最为特别的是，这个3D下颌骨不仅可以替换病坏的下颌骨，还有很多其他的功能，包括在面部形成美丽的酒窝，提高口腔周围的肌肉强健度，引导下颌骨神经等。专家在下颌骨植入手术前还做了精心的准备，以备在后期可直接插入牙环，并能顺利搭建“添加生产”类型结构物。
图7-25 钛粉制作的下颌骨
3.颅骨修复
因各种原因所致的颅骨缺损在临床工作中十分常见，对患者身心危害极大，发病率高，而且有逐年增多的趋势。颅颌面骨骼解剖结构复杂，曲面变化大，修复要求较高，巨大、复杂部位的颅骨缺损的修复一直是颅颌面外科具有挑战性的课题之一。常规的颅骨修复手术是医生根据病人颅骨缺损部位的大小和形状手工修剪钛网，以符合病人缺损部位的需求。这只是在一定程度上恢复了颅腔的完整性，操作复杂，术中塑形时间长，修复效果取决于医生的经验和技术水平，存在较大的不确定性，外形效果难尽人意。
随着医学图像处理技术和3D打印技术的发展，基于两者结合的颅骨缺损修复技术得到广大医疗工作者的关注。该方法的基本思想是根据患者颅骨缺损的状况，模拟颅骨的自然形态，运用医学图像处理技术和逆向工程方法，重建出缺损颅骨的三维模型，通过3D打印技术获得个性化的颅骨缺损修复假体。这项技术实现了修复假体与缺损部位的精确结合，能够达到较好的治疗效果，并且结合生物活性人工骨材料的应用，为复制出与患者颅骨缺损部位几何形态高度吻合、具有良好骨融合性的颅骨定制体提供了强有力的技术保障；另外，上述手段制作的颅骨定制体也便于医生的临床操作。3D打印技术的应用不仅可有效缩短临床手术时间，而且可明显提高临床治疗效果和修复美学效果。
选取带缺损清晰可见的CT薄层扫描数据，将其输入医学图像处理系统，由DCM格式文件转换得到bmp格式文件，获取颅骨缺损病人的数据。经过处理后获取颅骨缺损部位的轮廓图像，将处理后所得颅骨缺损部位图像导入专用处理软件中，进行阈值选取、区域增长、三维重建，得到颅骨缺损修复体的三维模型，如图7-26所示。重建后的颅骨缺损修复假体可以任意旋转及编辑。
图7-26 颅骨缺损修复体的三维模型
经光固化成型机Eden 250打印完成树脂模型。从图7-27b中可见，个体化颅骨缺损修复假体与带缺损头颅（图7-27a）适配完好。
引入脑组织信息建模并使用3D打印技术预制的颅骨修复体与缺损的颅骨较好地粘结在一起，并具有较好的美容效果。基于三维重建技术和3D打印技术的数字化颅骨缺损修复方法，以其个性化修复、精确度高、治疗效果好等优点得到广大医疗工作者的认可。
图7-27 颅骨缺损及3D打印修复体的修复结果
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