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湘雅医院开展全国首例“MR+3D打印”人工关节置换术
2018/10/12 12:03:59
党总支:第二党总支    科室:党委宣传办 骨科    作者:王洁    点击数:

湘雅医院开展全国首例“MR+3D打印”人工关节置换术

国际领先的“黑科技”精准助力花甲老人“拉齐”60年“长短腿”

    在外科手术中,创口附近非常细微的神经组织可谓是一个“易燃易爆炸”的存在,医生一不小心触碰到就会引发很多手术后遗症。如果像科幻电影一样,医生有一双“透视眼”,能够以肉眼看到病人的骨骼、血管、神经组织,这样很多高难度的手术将迎刃而解。

    在MR(增强现实)和3D打印“黑科技”强强联手下,这一设想成为了现实。中南大学湘雅医院骨科专家开展全国首例MR技术与3D打印技术结合下的人工关节置换术,精准力助花甲老人“拉齐”60年“长短腿”。据悉,这一技术达到了国际领先水平,目前正在申请国家专利。

“MR+3D打印”技术给医生一双透视眼

    “长短腿”跛行60年又不幸骨折,渴望恢复正常行走

    来自湖南祁东的周先生(化名)已饱受“长短腿”之苦60年。8岁那年,因身患小儿麻痹症,家里经济条件差,耽误了治疗,此后便落下了这一病根。因为“长短腿”,他没少受过别人在背后的指指点点。他年轻时曾数次就医,可每次看着医生摇摇头表示无能为力,周先生的信心就会更小一点,慢慢地就放弃了。可他的内心深处,却一直渴望能够正常行走。

    不幸的是,今年9月15日,周先生不慎在家摔了一跤导致左股骨骨折,本来就行动不便的左腿,更是完全无法行走了。在家人的陪同下,他来到了当地的医院,再三犹豫后,他还是跟医生提出了他想要恢复正常行走的心愿。

    然而,毕竟他的腿已经跛行60年之久,要想恢复谈何容易?医生建议他来到中南大学湘雅医院找骨科主任胡懿郃教授。

术前设计手术方案

    手术位置距离坐骨神经仅0.4厘米,风险高难度大

    在看过周先生的检查影像资料后,胡懿郃教授陷入了沉思。周先生的骨折很好处理,只要接上去就行,但他恢复正常行走的愿望却是一个大难题。

    周先生幼年患病导致左髋关节融合,关节消失了变成了一整块骨头,左边大腿关节几乎不能活动。大腿和骨盆一直固定在60度,并且往内收13度,左腿只能以一个固定的姿势僵硬地抬起,无法放下或左右活动,导致左右腿之间出现了近20厘米的距离差。

    如果只是简单地处理骨折,周先生痊愈后还是只能一高一低地走路,仍然十分不便。能否通过一次手术解决周先生的2大问题呢?

    要达成这个愿望,医生们则需要为周先生进行人工关节置换手术。然而,由于周先生关节融合程度较严重,需要先在患处截出一部分骨头,再做人工关节置换术。最大的问题在于,截骨面离周先生的左坐骨神经最近只有0.4cm的距离,一旦伤及坐骨神经,周先生有可能会面临左腿萎缩甚至瘫痪,再加上附近肌肉、血管等组织结构复杂,手术难度和风险非常大。

“黑科技”助力“拉齐”老人60年“长短腿”

    “黑科技”给医生一双“透视眼”,精准手术降低风险

    骨科钟达副教授正在研究的MR技术+3D打印的“黑科技”,为周先生带来了希望。

    “MR技术可以给医生一双‘透视眼’,清楚地‘走进’患者的虚拟身体内部,可以让手术医生对病人体内的骨骼、血管、神经组织有更准确的判断,从而避开重要的位置,极大减小出血量和手术风险。”钟达副教授介绍。

    手术前,医生将患者的CT、磁共振等影像资料事先输入到系统里。术中佩戴MR眼镜,眼镜可发出一小束光,直接投射到医生的视网膜上,呈现出患者骨骼、血管、神经等虚拟图像。只要将虚拟的全息影像图与患者真实的手术部位对准重合,医生就可以直接“透视”患处的内部结构,更为精准地开展手术。此外,MR技术还可根据手术步骤,实时提示医生需要注意的点,比如重要的血管、神经等位置,或是下一步手术方案要如何做。

    除了降低手术风险,手术的精准度也将大大提高。“人工髋关节置换术前,我们按照最佳位置为患者设计一个适合的关节角度。然而光凭医生的经验,很难精确做到设计的角度,比如外展角和前倾角都有20度的范围,这在传统手术中都是可以接受的。有了MR技术和3D打印技术,术前设计的角度是多少,手术做出来就是多少度,可能只有1-2度的误差,可以精准实现最佳的手术效果。”钟达副教授表示。

    MR技术+3D打印取长补短,助老人“拉齐”60年“长短腿”

    然而,这种看似科幻的“黑科技”,却仍然面临着实际应用中的“配准”痛点。

    “虚拟和现实之间需要一个重叠的过程,这样手术部位的内部结构才能对应得上。比如患者腿内部的血管可以通过虚拟影像呈现出来,但是具体某一条血管在哪个位置,则需要扫描手术部位的若干个点进行配准。”钟达副教授介绍,坚硬的骨骼就是最好的“定位点”,而皮肤、血管等有弹性,容易因手术操作移位而产生误差。然而,现实手术中只有一个很小的创口,患者的骨头也只会显示出一小部分,MR技术无法根据这仅有的信息自动配准整个过程。这就需要医生依靠临床经验手动慢慢配准,无形中就降低了精准度,甚至可能因此拉长手术时间。

    如何让MR技术自动配准更快?钟达副教授想到了已经在临床上广泛应用的3D打印技术,二者的结合正好可以取长补短。

    既然患者真实的骨头无法显示,医生则可以用3D打印技术1:1打印出患者的骨骼模型导板。将这个导板固定在患者创口显露的一部分骨骼上,未显示出来的骨骼就由这一导板代替,再由MR技术来扫描导板,就能有足够的信息迅速自动对准,将虚拟的“全息影像图”覆盖在患者需要做手术的真实部位,让手术医生更加清晰的看到自己正在动手“切”的位置和深度。

    “这样一来,两种技术的痛点都能得到解决,从而让手术更精确、更顺畅。”钟达副教授表示,以往用3D打印制造出来的导板虽然也有助于指导精准手术,但需要占据手术切口的位置,医生手术操作的空间就会变得很小。MR技术可以将这些导板虚拟化,通过全息影像图来指导,医生做手术时就可以在切口空间自由操作了。

    9月27日,是周先生手术的日子,对比两个儿子紧张的神情,周先生却显得很淡定:“昨天我自己用那个眼镜看了我腿里面的骨头了,清清楚楚,又是高科技,又是高明的医生,我百分之百放心!”

    在胡懿郃教授的全程现场指导下,钟达副教授为周先生顺利实施了手术。目前,他已经可以尝试下地行走,至此,困扰了他60年的“长短腿”之苦终于得以解决。

    “我们还在继续探索如何让现实和虚拟进一步互动,让手术操作更直观方便。通过这些高科技的应用,未来高难度手术可以做得更好更准,也能让更多普通医生做高难度手术,造福更多患者。”钟达副教授表示。

 


责编:佘丽莎

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