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混合现实、3D打印和机器人辅助导航整合的精准下颌骨重建

期刊:The Journal of Craniofacial SurgeryDOI:10.1097/scs.0000000000008603

本文档属于类型a,即报告了一项原创性研究。以下是对该研究的详细介绍:

第一,主要作者和研究机构、发表期刊及时间
本研究由Quan-Quan Lin、Feng Wang、Jin-Long Sun、Hai-Zhong Zhang和Qing Xi共同完成,研究机构包括中国人民解放军总医院第一医学中心口腔科和第六医学中心口腔科。该研究于2022年9月发表在《The Journal of Craniofacial Surgery》上。

第二,学术背景
下颌骨重建是口腔颌面外科中最复杂的手术之一,涉及患者术后面部形态和咬合功能的恢复。传统手术高度依赖医生的经验,且操作复杂,术后并发症较多。近年来,数字化辅助技术(如混合现实、3D打印和机器人辅助导航)为下颌骨重建提供了更精确和便捷的解决方案。本研究旨在通过整合混合现实(Mixed Reality, MR)、3D打印和机器人辅助导航(Robotic-Assisted Navigation, RAN)技术,开发一种新型数字化手术流程,以提高手术精确度并简化操作。

第三,详细工作流程
本研究分为以下几个步骤:
1. 术前数据采集与重建
患者为一名67岁男性,诊断为右下颌骨成釉细胞瘤,曾接受肿瘤切除、下颌骨截骨术及钛板重建。术前采集了包括3D计算机断层扫描(CT)、增强CT和口内光学扫描在内的多种影像数据,并将数据导入Mimics系统和3-matic系统进行下颌骨形状重建。通过匹配CT重建影像与口内扫描数据,确保患者咬合位置的准确性和稳定性。
2. 混合现实技术的应用
通过混合现实眼镜,医生可以在术前直观地查看手术区域的解剖结构,模拟手术过程,并与患者进行术前沟通。MR技术为手术提供了更真实的场景,帮助医生制定手术计划。
3. 3D打印技术的应用
基于重建的数字化模型,使用3D打印技术制作手术导板和假体。3D打印导板用于术中辅助截骨、塑形和固定,确保手术的精确性。
4. 机器人辅助导航的应用
手术当天,将CT数据导入神经外科机器人系统(RM200),并通过机器人辅助导航系统(RAN)进行手术方案的导航和定位。术中,机器人辅助导航用于引导血管化腓骨自体移植和即刻种植牙的精确位置。
5. 手术实施
手术分为两个组:头颈组负责切除并塑形腓骨,腓骨组则通过MR模拟截骨范围和切口。术中,使用3D打印导板辅助腓骨截骨和塑形,并通过机器人辅助导航验证腓骨和下颌骨连接孔的位置。最后,使用种植导板在腓骨水平段植入4颗种植牙,并通过机器人辅助导航验证最终位置。

第四,主要结果
1. 术前设计与模拟
MR技术成功实现了手术区域的3D可视化,帮助医生制定了精确的手术计划。3D打印导板确保了术中截骨和塑形的准确性。
2. 术中导航与定位
机器人辅助导航系统在术中实现了腓骨移植和种植牙的精确位置,误差控制在毫米级别。
3. 术后效果
患者术后1周、1个月和6个月的复查结果显示,双侧髁突在关节窝中的位置正确,口腔黏膜健康,咬合关系正常。CT结果显示重建骨连接和人工髁突位置准确,未出现骨暴露或皮肤瘘管等并发症。

第五,结论
本研究通过整合混合现实、3D打印和机器人辅助导航技术,开发了一种新型数字化手术流程,显著提高了下颌骨重建的精确度,缩短了手术时间,减少了术中出血和术后并发症。该研究为颌面部组织缺损的重建提供了新的策略,具有重要的临床应用价值。

第六,研究亮点
1. 技术整合
本研究首次将混合现实、3D打印和机器人辅助导航技术整合应用于下颌骨重建,开创了数字化手术的新模式。
2. 精确性与简化操作
通过机器人辅助导航,手术的精确性显著提高,同时简化了传统手术的复杂操作。
3. 术后效果验证
术后复查结果验证了手术设计的准确性,证明了数字化技术的可靠性。

第七,其他有价值的内容
本研究还探讨了混合现实和3D打印技术在实际应用中的局限性。例如,混合现实设备的重量和分辨率问题,以及3D打印材料的脆性和表面精度问题。未来研究将致力于开发更轻便、更高分辨率的混合现实设备,以及更耐用的3D打印材料。此外,机器人辅助导航系统的改进也将是未来研究的重点,特别是在触觉反馈和远程手术方面的应用。

本研究通过整合多种数字化技术,为下颌骨重建提供了一种更精确、更高效的手术方法,具有重要的科学价值和临床应用前景。

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