成雨生 张红闯 王冕 张阳 王璇
【摘 要】选取2021年1月-2022年12月于徐州市第一人民医院行腭裂手术的54例患者作为研究对象，分析在腭裂手术中计算机辅助外科的应用价值。所有患者均实施计算机辅助外科，对手术治疗效果、平均手术时间、术中平均出血量、术后感染发生情况、两侧上颌结节连线至悬雍垂的垂直距离术后的延长长度等进行评估。结果显示，54例患者在计算机辅助外科实施下，均得到治愈，有效率为100.00%；平均手术时间为（69.35±15.05）min；术中平均出血量（44.20±6.70）ml；术后1例患者出现轻度感染（1.85%）；术后患者两侧上颌结节连线至悬雍垂的垂直距离术后的延长长度为（5.76±1.12）mm。可见，计算机辅助外科的应用价值、可行性较高，可以使手术趋于更加精确、微创，能够为腭裂患者提供更佳的治疗效果。
【关键词】腭裂手术；计算机辅助外科；手术时间；术中出血量
中图分类号：R782.2+2 文献标识码：A 文章编号：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
基金项目：徐州市第一人民医院“青苗工程”—中青年医学人才培育计划（编号：QMHB2021014）
计算机辅助外科（computer-assisted surgery）手术汇集多种学科领域成果，又称作虚拟外科学，可以利用多模数据，协助医生制定术前手术计划[1]。虽然先进的医疗诊断设备如CT、MRI、 PET和DSA已经能够提供人体组织和器官的精细图像，但在实践中很少充分利用如此丰富的信息。近年来，计算机辅助外科手术的应用较为广泛，且在疾病治疗中发挥了显着优势，对手术治疗效果的提升具有积极意义[2]。本文主要对我院2021年1月-2022年12月收治的50例腭裂手术患者临床资料进行分析，探究计算机辅助外科在腭裂手术中的实施效果，现报道如下。
1 资料与方法
1.1 一般资料 选取徐州市第一人民医院2021年1月-2022年12月收治的54例腭裂手术患者。纳入标准：①意识清晰者；②符合腭裂手术指征者；③知情且自愿参与本研究，并已签署知情同意书者。排除标准：①中途退出者；②合并重要脏器疾病者；③合并先天性疾病者；④凝血功能障碍者；⑤存在治疗相关禁忌症者；⑥合并恶性肿瘤者；⑦资料及数据缺失者；⑧全身感染者。纳入对象年龄10个月～4岁12个月，平均年龄（1.73±0.84）岁；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 所有患者均实施计算机辅助外科进行腭裂手术。腭裂医学图像数据的处理和三维可视化与建模：首先，对CT、MRI等断层扫描图像进行预处理。完成医学图像格式（如：DICOM）到计算机处理的图像格式转换，然后通过滤波降低图像噪声，提高信噪比，消除图像伪影，采用小波变换和零树编码图像压缩技术，以及混合整数编码和运行长编码技术进一步压缩图像，最大程度地减少图像数据存储空间。腭裂修复手术的虚拟和模拟：以数据流的方式将各种信息转换为图形数据，并将其引入图形模型，进行三维渲染和显示、场景透视转换和三维模型的平移和旋转。根据口腔颅颌面外科各种手术的具体临床需求，分析各种手术的一般功能和特征功能，进行模块化设计，实现功能丰富的软件平台手术规划模块。虚拟手术软件（IntraMirror）用于临床数据收集、数据处理、计算机辅助腭裂修复手术计划与仿真、3D打印、操作实施。临床数据收集和数据处理：术前图像处理和三维重建主要是获取患者术前成像数据，并将其转换为计算机可识别的格式。经过图像格式的转换后，可以获得清晰的冠状面、矢状面和水平面的三维成像数据。然后利用计算机重建算法得到了虚拟操作所需的三维重建模型。计算机辅助腭裂手术计划与模拟：对采集到的图像数据进行三维重建后，涉及手术的区域（术区及周围重要的组织结构、肌肉、腭板、粘骨膜、腭大神经血管束等）采用图像处理软件和相应的算法进行分割。根据以上信息，医生可以制定术前手术计划，进行虚拟手术设计，定制手术中可能使用的导向板，使外科医生可以提前预测手术的困难和风险，为手术的顺利实施提供保障。术中参考是指操作者根据术前虚拟手术设计的参考值进行的精确手术。最后，可以进行术后验证，其主要工作是收集和重建患者术后成像数据，将术后图像数据与术前虚拟手术设计方案进行分析和比较，评估患者术后疗效。
1.3 观察指标 对患者治疗有效率进行评估；记录术中平均出血量；统计手术时间，计算感染发生率，并测量两侧上颌结节连线至悬雍垂的垂直距离术后的延长长度。
2 结果
54例患者在计算机辅助外科实施下，均得到治愈，有效率为100.00%；平均手术时间为（69.35±15.05）min，术后1例患者出现轻度感染，占比为1.85%，术中平均出血量（44.20±6.70）ml；术后患者两侧上颌结节连线至悬雍垂的垂直距离术后的延长长度为（5.76±1.12）mm。
3 讨论
计算机辅助外科是随着成像技术的发展、计算机技术的进步而产生的，是信息科学和生命科学的产物。计算机辅助外科可以通过计算机处理各种图像数据，设计模拟操作和术中导航，引入机器人操作，使手术更加准确、微创。计算机辅助外科是一种基于计算机对大量数据信息的高速处理和控制能力的新技术[3]。通过虚拟手术环境为外科医生提供技术支持，使手术更安全、更准确。计算机辅助外科可以重建DSA、PET、CT、MRI等提供的图像信息，为外科医生提供直观的手术模拟、准确的手术定位，并制定合理的手术方案，推动了临床手术治疗向个性化、精确、微创的方向发展[4]。计算机辅助外科有以下目标[5]：制定手术方案，选择最佳手术路径，进行手术模拟；多模图像配准、定位，有利于手术精确性；获取多种影像信息，以提高诊断水平；完成手术医师无法用肉眼看到、难以触及的组织器官的操作，并替代医务人员进行较危险的操作；借助导航系统，依靠术中图像信息，执行预定手术方案。
临床上主要涉及的计算机辅助外科技术包括[6]：机器人辅助外科（RAS）、手术导航技术（SN）、快速成型技术（RP）、计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术等。虚拟手术（VS）是新型交叉研究领域，集材料学、计算机图形学、医学、材料学、机器人、生物力学、数学分析、计算机视觉、机械学、机械力学诸多学科为一体，其目的是利用计算机技术模拟和指导医疗手术的各种过程，包括术前、术中、术后，实现手术技能培训、术中指导、手术计划、手术演练、术后康复以及手术教学等目的。国内外虚拟操作系统多种，主要集中于操作辅助、操作培训。一方面，用计算机代替医生进行手术计划的三维概念是客观、定量的；另一方面，整个手术团队也可以共享相关信息。结合CT、MRI等三维图像，可以在虚拟空间中进行三维手术模拟，从而有利于制定出相对完整的手术方案。如果想象的空间能够与真实空间及其位置正确对应，则可以实现虚拟现实与增强现实的统一，在手术过程中随时作为参考[7]。VS在很大程度上可以弥补医生在制定和实施手术计划时完全依靠主观临床经验和手术技能的不足，从而缩短手术时间，提高手术的准确性。
腭裂整复术是口腔颌面外科的一种常见手术，腭裂手术的最终目标是腭咽闭合。需要完成几个客观任务[8]：重建软腭的位置和形态；重建软腭肌环的包容性功能；实现腭裂的封闭。同时，有必要避免对上颌生长发育产生消极影响。腭裂分类在临床诊断和治疗中起着重要的作用。然而，国内外使用的腭裂分类标准并不统一，在临床和研究工作中缺乏统一的平台。临床常用的Veau分类分为Ⅰ类软腭裂、Ⅱ类硬腭裂、Ⅲ类单侧完全性腭裂伴牙槽嵴裂和Ⅳ类双侧完全性腭裂伴牙槽嵴裂，其根据为最前端的软组织裂隙的位置。随着CT等检查技术在临床应用中的普及，临床发现腭裂软组织畸形的程度与骨组织畸形的程度并不完全一致。
1861年，Von Langenback采用的腭裂修复法是通过硬腭缘两侧的松弛切口来降低张力，闭合软组织裂隙，此后许多学者一直在使用或改进该方法[9]。本方法中描述的切口从裂隙处的牙槽突开始，并根据需要延伸到软腭和牙槽突。在一个硬腭的牙龈边缘与口腔粘骨膜之间做切口，避开较大的腭神经血管束。切口深于硬腭表面，可以有效地转动和移动腭粘骨膜瓣，手术过程中应切开腭腱膜[10]。后退法发明于1937年，通过对硬腭粘盖膜的V形切口和Y形缝合来延长软腭，以提高语音效果。事实上，该方法并不能有效改善言语效果，并会引起许多并发症，如骨表面裸露、腭骨水平向塌陷、上颌前生长抑制、牙槽突失去神经支配和血供、术后腭瘘位于前硬腭，难以修复。两瓣法是将由腭大神经血管束支配的两瓣，并向前延伸至牙槽突缘。但上述手术是否会导致上颌和牙颌畸形有待进一步观察。Furlow的反向双Z瓣法创建于1986年，已经成为当今世界上最流行的外科手术之一。该方法更适用于隐形腭裂和软腭裂，可显着延长软腭的长度，但难以实现腭提提肌的解剖复位[11]。2003年，Sommerlad发展起来的免作松弛切口腭裂整复术，是第一个实现不作硬腭松弛切口的腭帆提肌的解剖重建与复位的手术[12，13]。总之，不同程度的腭裂应采用不同的修复方法，可实现组织剥离范围和肌肉重建的个体化精确治疗，从而获得最佳的、最小创伤的手术效果[14]。
本研究结果显示，54例患者治疗有效率为100.00%；术后1例患者出现轻度感染；平均手术时间短，出血量少，术后患者两侧上颌结节连线至悬雍垂的垂直距离术后的延长长度为（5.76±1.12）mm，说明计算机辅助外科治疗的实施安全性较高，可以降低感染的发生风险，平均手术时间短，出血量少，有效率较高，治疗及预后价值理想，可以作为腭裂手术首选辅助治疗措施。分析其原因为：计算机辅助外科的实施可以提供多模式图像数据、预先确定的手术计划、结合参考系统、图像定位、术前手术模拟。这些对于寻找最佳的手术路径、减少手术过程中对患者的损害、提高手术的准确性、确保手术的成功率均具有积极意义。完成这些任务需要基本的数据、模型和先验知识作为必要的前提。使用一定的引导系统，在图像监测下进行预先确定的手术方案。在无计算机辅助手术辅助的情况下，外科医生必须自己匹配来自不同参考系统的几何信息。这些不同的参考系统主要是获取术前和术中图像的医疗设备。在这个复杂的匹配过程中，计算机辅助手术起着至关重要的作用，它将与医生合作，共同完成工作并执行手术计划。在降低手术室费用的同时，通过计算机辅助还可以提高手术效率，减少对邻近组织的损害，增强手术的准确性，降低死亡率，减少并发症，提高患者舒适度，增加微创手术的可能性[15]。而使用计算机也可以传输相同的患者信息，方便不同地区的专参与诊疗，共同进行序列治疗。例如，访问多媒体医疗记录可以简化诊断过程，并帮助操作医生做出正确的手术及诊疗方案。未来配合手术机器人可以使医生在无辐射和感染风险的环境中，更微创地完成既往因视野或操作受限等原因的高风险手术。
虚拟现实系统不仅在外科手术中发挥着重要的作用，而且有助于远程医疗，并为外科教学、培训提供了理想的平台，为学员提供了一个比较仿真的临床培训环境，学员可以在虚拟外科系统上反复观察外科专家的手术过程，并重复实践。这种手术在虚拟环境中进行，给学员身临其境的感觉，且不会发生严重事故，可以缩短外科医生的培训时间，在实际手术中获得操作经验。在远程医疗中，专家或顾问使用虚拟系统，甚至是远程控制来指导和协助医疗操作，并提供实时支持，可突破时间和空间的限制，促进医疗效果的最大化。以往的腭裂修复手术严重依赖于外科医生的经验，在一定程度上缺少循证条件，在实际操作过程中由于过度剥离导致上颌发育不足，瘢痕增生导致气道狭窄、软腭运动不良，或过度张力引起腭瘘、复裂等，如软腭肌肉解剖复位欠佳则导致腭咽功能不全等，会对患者产生医源性损伤，对疾病治疗及恢复产生消极影响。除此之外，相关的影像学研究侧重于术后评价术后效果，比较不同手术方法的优缺点，忽略了个体差异带来的分析和总结。本研究旨在通过医学影像的三维可视化和建模，探索腭裂手术的虚拟和模拟方法，可扩展到唇裂、腭咽错咬合、牙合面畸形、牙槽裂、唇裂术后畸形和组织缺损的一般治疗程序，最终建立唇腭裂通用虚拟手术平台，也可用于不同群体间的交流和讨论，通过总结大数据，推进整个学科的进步，并使用完善的计算辅助技术指导精准的手术操作，帮助腭裂患者实现最佳的疾病治疗及预后效果。
综上所述，计算机辅助外科在腭裂手术中应用价值高，感染发生率低，疗效确切。
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编辑 张孟丽
