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虚拟现实结合3D打印 引领数字化外科新潮流

作者:左良 蔡旭发布时间:2017-05-19来源:头颈外二科点击量:

近日,我院头颈外二科接收了一位特殊的患者。年近半百的欧阳先生,发现腭部肿块20余年,当时病检考虑“低度恶性肿瘤”,因无特殊不适,加上医疗条件的限制,未接受正规治疗。随着肿瘤的逐步增大,该患者出现了明显的鼻塞、吞咽不适,并且睡眠时“鼾声如雷”,严重影响到自己和家人的正常生活。期间,患者到多家大型医院就诊,得到的答复均是需要手术切除大部分上颌骨,面型和术后进食功能均有很大的影响。欧阳先生一再犹豫,肿瘤却越来越大,最终他慕名来到我院就诊。

 

“我要保留全部的牙齿和骨头,只切肿瘤。如果不能保持原来的面型,我就不做手术,”第一次查房,欧阳先生的一番话就使得主诊医生我院头颈外二科田皞副主任医师十分震惊:显然,患者根本不了解病情的严重程度。田医生一边解释沟通,一边将患者影像学数据进行重建,当患者在电脑上看到自己病变的三维结构动画以及上颌骨破损的范围后,立即陷入了沉思,良久,他轻轻的说道:“我还年轻,是家里的主要劳动力,这么大的手术后我肯定会很丑陋,没有牙齿也吃不了东西,我不能成为废人,我还得撑起这个家呀!”

 

“手术的确非常复杂,但我们会竭尽全力用最好的方法,争取给你一个满意的效果。”田医生的一番话让欧阳先生安心了,但是作为主刀医生的他内心其实不太平静。欧阳先生的病情需要切除大部分上颌骨和一半软腭,切除后仅剩右上3颗牙齿,面部塌陷严重。而单纯的软组织修复不能恢复面中1/3的骨性结构,必须行骨组织修复。为此,我院党委书记周晓主任医师、头颈外二科主任喻建军主任医师多次组织会诊,并提出方案:“该患者病变范围大,年轻、要求高,不仅仅要恢复患者的外貌,还须考虑将来为患者种植牙齿,恢复咀嚼功能。建议多部门紧密合作,使用混合现实技术(MR)结合3D打印技术来实现上颌骨的精确重建。”

 

为了保证患者的手术效果,喻建军主任医师组织了治疗团队,团队成员为由头颈外二科田皞副主任医师、头颈外二科左良主治医师、肿瘤整形外科蔡旭博士以及肝胆外科石磊主治医师、影像科陈学军副主任医生、宋波医生及神经外科的专家们组成,他们经过数十次的沟通和讨论,最终重建了病灶区域、游离腓骨瓣的三维模型,设计了精确的截骨导板及就位导板,并首次打印了个性化重建钛链,确定了详细的手术方案。手术前一天的晚上,团队成员在手术室进行了最后流程演练以尽可能保证手术的顺利进行。

 

4月24日,手术如期进行,术中利用Hololens眼镜的增强现实功能把虚拟图像叠加在真实图像上,反复进行指导定位及验证。结合3D打印的钛链、截骨导板及就位导板,完美的进行了颌骨的精确切除及重建,并且重建时间远远短于传统手术。

 

“这个手术做得比我想象的好多了啊,谢谢医生们了,”欧阳先生在镜子看到自己术后的样子无比高兴。田皞副主任医师介绍:“欧阳先生目前恢复顺利,面部外形得到了较好的恢复。此次颌骨重建我们是基于功能重建的基础上进行的,等时机成熟,为患者种植牙以恢复咬合功能是我们的最终目标。”

 

对于此次手术的成功开展,喻建军介绍:“传统游离腓骨皮瓣重建颌骨的方法操作繁杂,耗时长,且容易出现误差,重建后的上颌骨形态欠佳,且难以种植牙。随着3D打印技术广泛应用于头颈及肿瘤整形外科,三维建模在肿瘤切除和修复中的应用有助于进行精确的术前规划,指导手术方案的制定,提高手术的安全性合理性。2012年1月开始我科引进计算机辅助设计和制作技术(CAD/CAM),省内独家引进比利时Synthes ProPlan CMF颅颌面骨虚拟手术软件系统,已在临床大规模开展,但在某些情况下存在术中无法精确还原手术计划的缺点,而Hololens的出现很好的弥补了这一不足。Hololens全息眼镜是微软推出的一款虚拟现实装置,为头戴式增强现实装置,可以完全独立使用,无需线缆连接、无需同步电脑或智能手机。Hololens及混合现实技术(MR)是连接虚拟现实与增强现实间的跨界桥梁。MR结合3D打印技术,可以术前在虚拟模型上预演和规划,并得出精确的客观数据,Hololens在术中可以实时进行调控和验证,使预演的最佳手术方案能够在手术中得到精确的复制。同时,本次手术的首次在上颌骨重建中使用3D打印的个性化钛链,进一步保证了颌骨重建的形态及将来真正实现种植牙的咬合位,打破了以前完全依靠术者经验实施手术的传统习惯,使数字化外科技术完全贯彻于手术始终,是外科领域的一次革命。”

3D打印术前肿瘤模型
 
3D打印肿瘤切除后颌骨重建模型
 
3D打印个性化钛链
 
截骨导板
 
术前调试HoloLens系统

 

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