成雨生 張紅闖 王冕 張陽(yáng) 王璇

【摘 要】選取2021年1月-2022年12月于徐州市第一人民醫(yī)院行腭裂手術(shù)的54例患者作為研究對(duì)象，分析在腭裂手術(shù)中計(jì)算機(jī)輔助外科的應(yīng)用價(jià)值。所有患者均實(shí)施計(jì)算機(jī)輔助外科，對(duì)手術(shù)治療效果、平均手術(shù)時(shí)間、術(shù)中平均出血量、術(shù)后感染發(fā)生情況、兩側(cè)上頜結(jié)節(jié)連線至懸雍垂的垂直距離術(shù)后的延長(zhǎng)長(zhǎng)度等進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果顯示，54例患者在計(jì)算機(jī)輔助外科實(shí)施下，均得到治愈，有效率為100.00%；平均手術(shù)時(shí)間為（69.35±15.05）min；術(shù)中平均出血量（44.20±6.70）ml；術(shù)后1例患者出現(xiàn)輕度感染（1.85%）；術(shù)后患者兩側(cè)上頜結(jié)節(jié)連線至懸雍垂的垂直距離術(shù)后的延長(zhǎng)長(zhǎng)度為（5.76±1.12）mm。可見(jiàn)，計(jì)算機(jī)輔助外科的應(yīng)用價(jià)值、可行性較高，可以使手術(shù)趨于更加精確、微創(chuàng)，能夠?yàn)殡窳鸦颊咛峁└训闹委熜Ч?/p>

【關(guān)鍵詞】腭裂手術(shù)；計(jì)算機(jī)輔助外科；手術(shù)時(shí)間；術(shù)中出血量

中圖分類(lèi)號(hào)：R782.2+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-4949（2023）12-0081-04

Application of Computer-assisted Surgery in Cleft Palate Surgery CHENG Yu-sheng1， ZHANG Hong-chuang1， WANG Mian1， ZHANG Yang1， WANG Xuan2

（1.Department of Stomatology， the First Peoples Hospital of Xuzhou， Xuzhou 221006， Jiangsu， China；2.Department of Oral and Maxillofacial Surgery， Xuzhou Stomatological Hospital， Xuzhou 221000， Jiangsu， China）

【Abstract】From January 2021 to December 2022， 54 patients who underwent cleft palate surgery in the First Peoples Hospital of Xuzhou were selected as the research objects， and the application value of computer-assisted surgery in cleft palate surgery was analyzed. All patients underwent computer-assisted surgery， and the surgical treatment effect， average operation time， average intraoperative blood loss， postoperative infection， and the extension length of the vertical distance between the two sides of the maxillary nodules to the uvula were evaluated. The results showed that 54 patients were cured under the implementation of computer-assisted surgery， and the effective rate was 100.00%. The average operation time was （69.35±15.05） min. The mean intraoperative blood loss was （44.20±6.70）ml. One patient had mild infection after operation （1.85%）. The extension length of the vertical distance from the bilateral maxillary nodules to the uvula was （5.76±1.12）mm. It can be seen that the application value and feasibility of computer-assisted surgery are high， which can make the operation more accurate and minimally invasive， and can provide better treatment effect for patients with cleft palate.

【Key words】Cleft palate surgery； Computer-assisted surgery； Operation time； Intraoperative blood loss

基金項(xiàng)目：徐州市第一人民醫(yī)院“青苗工程”—中青年醫(yī)學(xué)人才培育計(jì)劃（編號(hào)：QMHB2021014）

計(jì)算機(jī)輔助外科（computer-assisted surgery）手術(shù)匯集多種學(xué)科領(lǐng)域成果，又稱(chēng)作虛擬外科學(xué)，可以利用多模數(shù)據(jù)，協(xié)助醫(yī)生制定術(shù)前手術(shù)計(jì)劃[1]。雖然先進(jìn)的醫(yī)療診斷設(shè)備如CT、MRI、 PET和DSA已經(jīng)能夠提供人體組織和器官的精細(xì)圖像，但在實(shí)踐中很少充分利用如此豐富的信息。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)的應(yīng)用較為廣泛，且在疾病治療中發(fā)揮了顯著優(yōu)勢(shì)，對(duì)手術(shù)治療效果的提升具有積極意義[2]。本文主要對(duì)我院2021年1月-2022年12月收治的50例腭裂手術(shù)患者臨床資料進(jìn)行分析，探究計(jì)算機(jī)輔助外科在腭裂手術(shù)中的實(shí)施效果，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取徐州市第一人民醫(yī)院2021年1月-2022年12月收治的54例腭裂手術(shù)患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：①意識(shí)清晰者；②符合腭裂手術(shù)指征者；③知情且自愿參與本研究，并已簽署知情同意書(shū)者。排除標(biāo)準(zhǔn)：①中途退出者；②合并重要臟器疾病者；③合并先天性疾病者；④凝血功能障礙者；⑤存在治療相關(guān)禁忌癥者；⑥合并惡性腫瘤者；⑦資料及數(shù)據(jù)缺失者；⑧全身感染者。納入對(duì)象年齡10個(gè)月～4歲12個(gè)月，平均年齡（1.73±0.84）歲；男24例，女30例；不完全性腭裂48例，完全性腭裂6例。

1.2 方法 所有患者均實(shí)施計(jì)算機(jī)輔助外科進(jìn)行腭裂手術(shù)。腭裂醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)的處理和三維可視化與建模：首先，對(duì)CT、MRI等斷層掃描圖像進(jìn)行預(yù)處理。完成醫(yī)學(xué)圖像格式（如：DICOM）到計(jì)算機(jī)處理的圖像格式轉(zhuǎn)換，然后通過(guò)濾波降低圖像噪聲，提高信噪比，消除圖像偽影，采用小波變換和零樹(shù)編碼圖像壓縮技術(shù)，以及混合整數(shù)編碼和運(yùn)行長(zhǎng)編碼技術(shù)進(jìn)一步壓縮圖像，最大程度地減少圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。腭裂修復(fù)手術(shù)的虛擬和模擬：以數(shù)據(jù)流的方式將各種信息轉(zhuǎn)換為圖形數(shù)據(jù)，并將其引入圖形模型，進(jìn)行三維渲染和顯示、場(chǎng)景透視轉(zhuǎn)換和三維模型的平移和旋轉(zhuǎn)。根據(jù)口腔顱頜面外科各種手術(shù)的具體臨床需求，分析各種手術(shù)的一般功能和特征功能，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)功能豐富的軟件平臺(tái)手術(shù)規(guī)劃模塊。虛擬手術(shù)軟件（IntraMirror）用于臨床數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)輔助腭裂修復(fù)手術(shù)計(jì)劃與仿真、3D打印、操作實(shí)施。臨床數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)處理：術(shù)前圖像處理和三維重建主要是獲取患者術(shù)前成像數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的格式。經(jīng)過(guò)圖像格式的轉(zhuǎn)換后，可以獲得清晰的冠狀面、矢狀面和水平面的三維成像數(shù)據(jù)。然后利用計(jì)算機(jī)重建算法得到了虛擬操作所需的三維重建模型。計(jì)算機(jī)輔助腭裂手術(shù)計(jì)劃與模擬：對(duì)采集到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建后，涉及手術(shù)的區(qū)域（術(shù)區(qū)及周?chē)匾慕M織結(jié)構(gòu)、肌肉、腭板、粘骨膜、腭大神經(jīng)血管束等）采用圖像處理軟件和相應(yīng)的算法進(jìn)行分割。根據(jù)以上信息，醫(yī)生可以制定術(shù)前手術(shù)計(jì)劃，進(jìn)行虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)，定制手術(shù)中可能使用的導(dǎo)向板，使外科醫(yī)生可以提前預(yù)測(cè)手術(shù)的困難和風(fēng)險(xiǎn)，為手術(shù)的順利實(shí)施提供保障。術(shù)中參考是指操作者根據(jù)術(shù)前虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)的參考值進(jìn)行的精確手術(shù)。最后，可以進(jìn)行術(shù)后驗(yàn)證，其主要工作是收集和重建患者術(shù)后成像數(shù)據(jù)，將術(shù)后圖像數(shù)據(jù)與術(shù)前虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析和比較，評(píng)估患者術(shù)后療效。

1.3 觀察指標(biāo) 對(duì)患者治療有效率進(jìn)行評(píng)估；記錄術(shù)中平均出血量；統(tǒng)計(jì)手術(shù)時(shí)間，計(jì)算感染發(fā)生率，并測(cè)量?jī)蓚?cè)上頜結(jié)節(jié)連線至懸雍垂的垂直距離術(shù)后的延長(zhǎng)長(zhǎng)度。

2 結(jié)果

54例患者在計(jì)算機(jī)輔助外科實(shí)施下，均得到治愈，有效率為100.00%；平均手術(shù)時(shí)間為（69.35±15.05）min，術(shù)后1例患者出現(xiàn)輕度感染，占比為1.85%，術(shù)中平均出血量（44.20±6.70）ml；術(shù)后患者兩側(cè)上頜結(jié)節(jié)連線至懸雍垂的垂直距離術(shù)后的延長(zhǎng)長(zhǎng)度為（5.76±1.12）mm。

3 討論

計(jì)算機(jī)輔助外科是隨著成像技術(shù)的發(fā)展、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步而產(chǎn)生的，是信息科學(xué)和生命科學(xué)的產(chǎn)物。計(jì)算機(jī)輔助外科可以通過(guò)計(jì)算機(jī)處理各種圖像數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)模擬操作和術(shù)中導(dǎo)航，引入機(jī)器人操作，使手術(shù)更加準(zhǔn)確、微創(chuàng)。計(jì)算機(jī)輔助外科是一種基于計(jì)算機(jī)對(duì)大量數(shù)據(jù)信息的高速處理和控制能力的新技術(shù)[3]。通過(guò)虛擬手術(shù)環(huán)境為外科醫(yī)生提供技術(shù)支持，使手術(shù)更安全、更準(zhǔn)確。計(jì)算機(jī)輔助外科可以重建DSA、PET、CT、MRI等提供的圖像信息，為外科醫(yī)生提供直觀的手術(shù)模擬、準(zhǔn)確的手術(shù)定位，并制定合理的手術(shù)方案，推動(dòng)了臨床手術(shù)治療向個(gè)性化、精確、微創(chuàng)的方向發(fā)展[4]。計(jì)算機(jī)輔助外科有以下目標(biāo)[5]：制定手術(shù)方案，選擇最佳手術(shù)路徑，進(jìn)行手術(shù)模擬；多模圖像配準(zhǔn)、定位，有利于手術(shù)精確性；獲取多種影像信息，以提高診斷水平；完成手術(shù)醫(yī)師無(wú)法用肉眼看到、難以觸及的組織器官的操作，并替代醫(yī)務(wù)人員進(jìn)行較危險(xiǎn)的操作；借助導(dǎo)航系統(tǒng)，依靠術(shù)中圖像信息，執(zhí)行預(yù)定手術(shù)方案。

臨床上主要涉及的計(jì)算機(jī)輔助外科技術(shù)包括[6]：機(jī)器人輔助外科（RAS）、手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)（SN）、快速成型技術(shù)（RP）、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）技術(shù)等。虛擬手術(shù)（VS）是新型交叉研究領(lǐng)域，集材料學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料學(xué)、機(jī)器人、生物力學(xué)、數(shù)學(xué)分析、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、機(jī)械學(xué)、機(jī)械力學(xué)諸多學(xué)科為一體，其目的是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬和指導(dǎo)醫(yī)療手術(shù)的各種過(guò)程，包括術(shù)前、術(shù)中、術(shù)后，實(shí)現(xiàn)手術(shù)技能培訓(xùn)、術(shù)中指導(dǎo)、手術(shù)計(jì)劃、手術(shù)演練、術(shù)后康復(fù)以及手術(shù)教學(xué)等目的。國(guó)內(nèi)外虛擬操作系統(tǒng)多種，主要集中于操作輔助、操作培訓(xùn)。一方面，用計(jì)算機(jī)代替醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)計(jì)劃的三維概念是客觀、定量的；另一方面，整個(gè)手術(shù)團(tuán)隊(duì)也可以共享相關(guān)信息。結(jié)合CT、MRI等三維圖像，可以在虛擬空間中進(jìn)行三維手術(shù)模擬，從而有利于制定出相對(duì)完整的手術(shù)方案。如果想象的空間能夠與真實(shí)空間及其位置正確對(duì)應(yīng)，則可以實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的統(tǒng)一，在手術(shù)過(guò)程中隨時(shí)作為參考[7]。VS在很大程度上可以彌補(bǔ)醫(yī)生在制定和實(shí)施手術(shù)計(jì)劃時(shí)完全依靠主觀臨床經(jīng)驗(yàn)和手術(shù)技能的不足，從而縮短手術(shù)時(shí)間，提高手術(shù)的準(zhǔn)確性。

腭裂整復(fù)術(shù)是口腔頜面外科的一種常見(jiàn)手術(shù)，腭裂手術(shù)的最終目標(biāo)是腭咽閉合。需要完成幾個(gè)客觀任務(wù)[8]：重建軟腭的位置和形態(tài)；重建軟腭肌環(huán)的包容性功能；實(shí)現(xiàn)腭裂的封閉。同時(shí)，有必要避免對(duì)上頜生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生消極影響。腭裂分類(lèi)在臨床診斷和治療中起著重要的作用。然而，國(guó)內(nèi)外使用的腭裂分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一，在臨床和研究工作中缺乏統(tǒng)一的平臺(tái)。臨床常用的Veau分類(lèi)分為Ⅰ類(lèi)軟腭裂、Ⅱ類(lèi)硬腭裂、Ⅲ類(lèi)單側(cè)完全性腭裂伴牙槽嵴裂和Ⅳ類(lèi)雙側(cè)完全性腭裂伴牙槽嵴裂，其根據(jù)為最前端的軟組織裂隙的位置。隨著CT等檢查技術(shù)在臨床應(yīng)用中的普及，臨床發(fā)現(xiàn)腭裂軟組織畸形的程度與骨組織畸形的程度并不完全一致。

1861年，Von Langenback采用的腭裂修復(fù)法是通過(guò)硬腭緣兩側(cè)的松弛切口來(lái)降低張力，閉合軟組織裂隙，此后許多學(xué)者一直在使用或改進(jìn)該方法[9]。本方法中描述的切口從裂隙處的牙槽突開(kāi)始，并根據(jù)需要延伸到軟腭和牙槽突。在一個(gè)硬腭的牙齦邊緣與口腔粘骨膜之間做切口，避開(kāi)較大的腭神經(jīng)血管束。切口深于硬腭表面，可以有效地轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)腭粘骨膜瓣，手術(shù)過(guò)程中應(yīng)切開(kāi)腭腱膜[10]。后退法發(fā)明于1937年，通過(guò)對(duì)硬腭粘蓋膜的V形切口和Y形縫合來(lái)延長(zhǎng)軟腭，以提高語(yǔ)音效果。事實(shí)上，該方法并不能有效改善言語(yǔ)效果，并會(huì)引起許多并發(fā)癥，如骨表面裸露、腭骨水平向塌陷、上頜前生長(zhǎng)抑制、牙槽突失去神經(jīng)支配和血供、術(shù)后腭瘺位于前硬腭，難以修復(fù)。兩瓣法是將由腭大神經(jīng)血管束支配的兩瓣，并向前延伸至牙槽突緣。但上述手術(shù)是否會(huì)導(dǎo)致上頜和牙頜畸形有待進(jìn)一步觀察。Furlow的反向雙Z瓣法創(chuàng)建于1986年，已經(jīng)成為當(dāng)今世界上最流行的外科手術(shù)之一。該方法更適用于隱形腭裂和軟腭裂，可顯著延長(zhǎng)軟腭的長(zhǎng)度，但難以實(shí)現(xiàn)腭提提肌的解剖復(fù)位[11]。2003年，Sommerlad發(fā)展起來(lái)的免作松弛切口腭裂整復(fù)術(shù)，是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)不作硬腭松弛切口的腭帆提肌的解剖重建與復(fù)位的手術(shù)[12，13]?？傊?，不同程度的腭裂應(yīng)采用不同的修復(fù)方法，可實(shí)現(xiàn)組織剝離范圍和肌肉重建的個(gè)體化精確治療，從而獲得最佳的、最小創(chuàng)傷的手術(shù)效果[14]。

本研究結(jié)果顯示，54例患者治療有效率為100.00%；術(shù)后1例患者出現(xiàn)輕度感染；平均手術(shù)時(shí)間短，出血量少，術(shù)后患者兩側(cè)上頜結(jié)節(jié)連線至懸雍垂的垂直距離術(shù)后的延長(zhǎng)長(zhǎng)度為（5.76±1.12）mm，說(shuō)明計(jì)算機(jī)輔助外科治療的實(shí)施安全性較高，可以降低感染的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，平均手術(shù)時(shí)間短，出血量少，有效率較高，治療及預(yù)后價(jià)值理想，可以作為腭裂手術(shù)首選輔助治療措施。分析其原因?yàn)椋河?jì)算機(jī)輔助外科的實(shí)施可以提供多模式圖像數(shù)據(jù)、預(yù)先確定的手術(shù)計(jì)劃、結(jié)合參考系統(tǒng)、圖像定位、術(shù)前手術(shù)模擬。這些對(duì)于尋找最佳的手術(shù)路徑、減少手術(shù)過(guò)程中對(duì)患者的損害、提高手術(shù)的準(zhǔn)確性、確保手術(shù)的成功率均具有積極意義。完成這些任務(wù)需要基本的數(shù)據(jù)、模型和先驗(yàn)知識(shí)作為必要的前提。使用一定的引導(dǎo)系統(tǒng)，在圖像監(jiān)測(cè)下進(jìn)行預(yù)先確定的手術(shù)方案。在無(wú)計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)輔助的情況下，外科醫(yī)生必須自己匹配來(lái)自不同參考系統(tǒng)的幾何信息。這些不同的參考系統(tǒng)主要是獲取術(shù)前和術(shù)中圖像的醫(yī)療設(shè)備。在這個(gè)復(fù)雜的匹配過(guò)程中，計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)起著至關(guān)重要的作用，它將與醫(yī)生合作，共同完成工作并執(zhí)行手術(shù)計(jì)劃。在降低手術(shù)室費(fèi)用的同時(shí)，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助還可以提高手術(shù)效率，減少對(duì)鄰近組織的損害，增強(qiáng)手術(shù)的準(zhǔn)確性，降低死亡率，減少并發(fā)癥，提高患者舒適度，增加微創(chuàng)手術(shù)的可能性[15]。而使用計(jì)算機(jī)也可以傳輸相同的患者信息，方便不同地區(qū)的專(zhuān)參與診療，共同進(jìn)行序列治療。例如，訪問(wèn)多媒體醫(yī)療記錄可以簡(jiǎn)化診斷過(guò)程，并幫助操作醫(yī)生做出正確的手術(shù)及診療方案。未來(lái)配合手術(shù)機(jī)器人可以使醫(yī)生在無(wú)輻射和感染風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境中，更微創(chuàng)地完成既往因視野或操作受限等原因的高風(fēng)險(xiǎn)手術(shù)。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)不僅在外科手術(shù)中發(fā)揮著重要的作用，而且有助于遠(yuǎn)程醫(yī)療，并為外科教學(xué)、培訓(xùn)提供了理想的平臺(tái)，為學(xué)員提供了一個(gè)比較仿真的臨床培訓(xùn)環(huán)境，學(xué)員可以在虛擬外科系統(tǒng)上反復(fù)觀察外科專(zhuān)家的手術(shù)過(guò)程，并重復(fù)實(shí)踐。這種手術(shù)在虛擬環(huán)境中進(jìn)行，給學(xué)員身臨其境的感覺(jué)，且不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重事故，可以縮短外科醫(yī)生的培訓(xùn)時(shí)間，在實(shí)際手術(shù)中獲得操作經(jīng)驗(yàn)。在遠(yuǎn)程醫(yī)療中，專(zhuān)家或顧問(wèn)使用虛擬系統(tǒng)，甚至是遠(yuǎn)程控制來(lái)指導(dǎo)和協(xié)助醫(yī)療操作，并提供實(shí)時(shí)支持，可突破時(shí)間和空間的限制，促進(jìn)醫(yī)療效果的最大化。以往的腭裂修復(fù)手術(shù)嚴(yán)重依賴(lài)于外科醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)，在一定程度上缺少循證條件，在實(shí)際操作過(guò)程中由于過(guò)度剝離導(dǎo)致上頜發(fā)育不足，瘢痕增生導(dǎo)致氣道狹窄、軟腭運(yùn)動(dòng)不良，或過(guò)度張力引起腭瘺、復(fù)裂等，如軟腭肌肉解剖復(fù)位欠佳則導(dǎo)致腭咽功能不全等，會(huì)對(duì)患者產(chǎn)生醫(yī)源性損傷，對(duì)疾病治療及恢復(fù)產(chǎn)生消極影響。除此之外，相關(guān)的影像學(xué)研究側(cè)重于術(shù)后評(píng)價(jià)術(shù)后效果，比較不同手術(shù)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，忽略了個(gè)體差異帶來(lái)的分析和總結(jié)。本研究旨在通過(guò)醫(yī)學(xué)影像的三維可視化和建模，探索腭裂手術(shù)的虛擬和模擬方法，可擴(kuò)展到唇裂、腭咽錯(cuò)咬合、牙合面畸形、牙槽裂、唇裂術(shù)后畸形和組織缺損的一般治療程序，最終建立唇腭裂通用虛擬手術(shù)平臺(tái)，也可用于不同群體間的交流和討論，通過(guò)總結(jié)大數(shù)據(jù)，推進(jìn)整個(gè)學(xué)科的進(jìn)步，并使用完善的計(jì)算輔助技術(shù)指導(dǎo)精準(zhǔn)的手術(shù)操作，幫助腭裂患者實(shí)現(xiàn)最佳的疾病治療及預(yù)后效果。

綜上所述，計(jì)算機(jī)輔助外科在腭裂手術(shù)中應(yīng)用價(jià)值高，感染發(fā)生率低，療效確切。

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編輯 張孟麗