3D正顎手術

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什麼是「3D正顎手術」?

3D正顎手術三維正顎手術指的是透過取得患者的電腦斷層臉骨及臉部外觀資料、數位3D齒模,搭配電腦輔助手術模擬軟體(computer assisted surgical simulation software, CASS software),將正顎手術分析、計畫、及執行的過程,透過電腦以三維空間物件影像方式,呈現、紀錄、模擬及對應的客製化治療方式。

電腦斷層

3D電腦斷層

將患者臉骨結構3D立體影像如實呈現,需要電腦斷層掃描,是3D正顎手術的必要元素之一,目前以錐束電腦斷層掃描為主。

電腦斷層的發明

電腦斷層掃描(Computed axial tomography scan, CAT scan)於1967年由英國電機工程師高弗雷·豪斯費爾德爵士(Sir Godfrey Hounsfield)所發明註1,1971年於英國開始於臨床應用。

3D電腦斷層

文獻紀錄最早將ㄧ系列2D電腦斷層影像,擷取重要部位並重組成3D立體影像(3D CT)作為臨床評估及治療指引之用,開始於1977年使用在顱底腫瘤的放射治療註2

錐束電腦斷層

2001年,一種新型態的錐束電腦斷層掃描(Cone beam computerized tomography, CBCT)於美國開始啟用,因為其輻射劑量低、相對便宜金屬成像干擾少等優點,常規應用於3D正顎手術

錐束電腦斷層掃描
錐束電腦斷層掃描

上圖取自 AO SURGERY REFERENCE

數位3D齒模

3D電腦斷層所提供的齒列資料,解析度不足,無法應用於3D正顎手術,因此需要另外取得更精細的數位3D齒模,輸入電腦軟體內與電腦斷層臉骨資料組合,方能以3D影像呈現3D正顎手術的分析、計畫與模擬操作。
3D電腦斷層-3D正顎手術
電腦斷層的齒列資料解析度不足
3D模擬手術模型-3D正顎手術
需要更精細的數位3D齒模,組合成3D頭顱複合式模型(3D模擬手術模型
數位3D齒模取得方式有二:
(1) 取得上下齒列石膏模型(dental casts)之後,再以牙模數位掃瞄儀轉換獲得;
(2) 直接以口內數位掃描儀,掃描後取得。
牙模數位掃瞄機
牙模數位掃瞄儀
口內數位掃瞄機
口內數位掃瞄儀
Play Video about 3D齒模-3正顎手術-銘妍診所

數位3D齒模

3D影像手術模擬呈現正顎手術

3D正顎手術計畫

運用 3D CT 於正顎手術計畫擬定,文獻紀錄最早開始於1983年註3,電腦輔助3D手術計畫軟體應用於正顎手術一直要到2000年之後進入快速發展,進入成熟期並開始廣泛運用約莫是 2013 年後。

當今3D正顎手術計畫擬定步驟簡述如下:

STEP 1. 牙模與臉骨結合以建立3D模擬手術模型

3D正顎手術-牙模臉骨結合
3D數位牙模與CBCT臉骨資料結合
將數位化的上下牙模取代電腦斷層3D臉骨對應的的牙齒部分,然後與電腦斷層的臉骨部分組合,建立3D頭顱複合式模型3D模擬手術模型),目的是提供手術執行所必要的準確度,其次是便於將上下顎骨分離,進一步執行模擬切割及移動。

STEP 2. 上下顎骨的模擬切割

勒福氏第一型上顎截骨術-3D正顎手術
勒福氏第一型上顎截骨術
下顎升枝矢狀截骨術-下巴截骨術-3D正顎手術
下顎升枝矢狀截骨術 - 下巴截骨術

依據主訴、討論、觀察、矯正優先療程患者的術前矯正資料,統整分析,擬定正顎手術的術式,在3D頭顱複合式模型上,執行上下顎骨的預定手術模擬切割,如勒福氏第一型上顎截骨術、下顎升枝矢狀截骨術及下巴截骨術。

STEP 3. 3D測顱分析

3D測顱分析-前後向
3D測顱分析-前後向
3D測顱分析-側向

將顱顏骨骼及牙齒上的重要標記點一一標註,可以取得手術前所需要的分析與測量值,提供擬定手術計畫所需要的資料。

傳統做法,則是在測顱X光片上描繪骨骼牙齒外型,依據分析方法標注標記點,不像在3D頭顱複合式模型上標記來的直接、直覺、精確,甚至X光片上多重結構重疊、假牙及手術後金屬成像干擾,都會增加更多誤差。

STEP 4. 制定手術計畫

3D正顎手術計畫1
3D正顎手術計畫2
綜合所有分析及患者與醫師的討論,將模擬切割的3D骨塊,透過一系列的移動與旋轉,達成對稱以及理想咬合,並在微笑曲線、臉部比例以及側影上,達成患者與醫師的共識,擬定出正顎手術計畫。

STEP 5. 3D影像手術模擬

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3D影像正顎手術模擬 - 上顎突出、下顎後縮

在電腦輔助手術模擬軟體,可以藉由3D影像將模擬切割後的上下顎骨,從初始位置移動至手術計畫預定位置,並模擬出外觀的可能相應變化。

相較於艱澀的醫學專有名詞以及X光片上多重結構的灰階呈現,3D影像的動態展示,對於患者了解醫師所以要提供的治療,無疑地是顯著的進步,也的確讓患者更能提出他們的想法,治療計畫也能更符合患者需要。

傳統正顎手術

前後向測顱X光片
前後向測顱X光片
側向測顱X光片
側向測顱X光片
全口X光片
全口X光片
顳顎關節X光片
顳顎關節X光片

相對於當今「3D正顎手術」,在這之前的方法稱之為「傳統正顎手術」。

傳統的做法的不同之處在於,(ㄧ)影像資料由電腦斷層變為顱顏面X光影像,包含全口X光片、測顱X光片和顳顎關節X光片,是2D的多重結構疊加影像。(二)針對取自患者的上下齒列石膏模型(dental casts),定位後執行模型手術(model surgery),來擬定並輸出手術計畫。

 

模型手術

利用面弓(facebow),取得患者咬合關係(bite registration)及其與外耳道轉軸的關係,透過這個資料把上下齒列石膏模型轉移到咬合器(articulator)上,模擬患者的齒列與顳顎關節轉動(hinge axis)關係(可參考註4-6)。

依據臨床檢查分析與X光資料分析…等綜合判斷,執行模型切割,定案手術計畫的齒列與咬合,據以製作手術計畫及咬合板,這本質上是3D操作,因此稱傳統方法為2D正顎手術也不全然正確

面弓-咬合關係
面弓-咬合關係
牙齒石膏模型
齒列石膏模型
咬合器

3D 與 傳統 的主要差異性

面弓以外耳道作為顳顎關節的轉軸(hinge axis)。

X光影像所提供的牙齒骨骼結構,為數個結構的重疊訊號。

左右對稱性的測量上,傳統方式量測患者的臉部標記與牙齒標記的差異,與X光上的標記對應。

傳統方法無法同時與即時看到骨骼、牙齒、軟組織的連動。

3D列印與正顎手術

  1. 高弗雷·豪斯費爾德爵士(Sir Godfrey Hounsfield,1919年8月28日-2004年8月12日),英國電機工程師 ,因為研究X射線斷層成像與相關技術與發明,而與阿蘭·科馬克(Allan MacLeod Cormack,1924年2月23日-1998年5月7日)共同獲得1979年的諾貝爾醫學獎。
  2. The value of computed tomography in the radiotherapeutic management of juxtasellar tumors.
    Lee KF, Suh JH, Mazziotta JC, Huang HK.
    Comput Tomogr. 1977;1(1):111-20.
  3. Three-dimensional analysis for prediction and assessment of mandibular movement in orthognathic surgery in the ramus.
    Ueda K.
    J Maxillofac Surg. 1983 Oct;11(5):216-26.
  4. STEP BY STEP : Articulator mounting
    https://www.youtube.com/watch?v=6oq6LK53aZs
  5. How to make and mount Diagnostic Casts – Facebow Transfer Tutorial https://www.youtube.com/watch?v=z2uvDUGhlJ4
  6. How to Transfer the Whip Mix Facebow from Patient to Articulator https://www.youtube.com/watch?v=QvqkUVrhhhM

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