廣州市第一人民醫(yī)院借助智能數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)下肢復(fù)雜畸形微創(chuàng)、三維精準(zhǔn)矯正

下肢畸形臨床較常見，患者不僅下肢功能受到嚴(yán)重限制，晚期還會造成關(guān)節(jié)退變引起骨關(guān)節(jié)炎，而且影響患者外觀和步態(tài)異常等造成患者心理壓力、影響患者心理健康，因此需要早診斷、早治療。

21歲的錢小姐，正值花樣年華卻遭受此病痛煩擾，由于雙下肢的嚴(yán)重畸形，且已錯過最佳診療時機(jī)，不少醫(yī)院同行都表示束手無策，不敢妄下決斷。

錢小姐經(jīng)介紹找到了華南理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授、廣州市第一人民醫(yī)院關(guān)節(jié)外科丁煥文主任醫(yī)師，在計算機(jī)技術(shù)、3D打印、虛擬仿真、XR技術(shù)以及白光三維掃描等醫(yī)工結(jié)合高新技術(shù)的配合運用之下，解決了錢小姐的人生厄運，為她開啟了美好的全新人生篇章。

錢小姐治療過程中，廣州市第一人民醫(yī)院進(jìn)行了臨床決策和手術(shù)具體實施。

國家人體組織功能重建工程技術(shù)研究中心輔助完成了手術(shù)導(dǎo)板、個性化外固定支架和鈣磷基植入體3D打印。

華南理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院解剖教研室虛擬解剖應(yīng)用研究團(tuán)隊輔助進(jìn)行了手術(shù)虛擬仿真，完善和優(yōu)化了手術(shù)方案。

諾曼數(shù)字醫(yī)療科技有限公司輔助完成了手術(shù)三維設(shè)計、手術(shù)導(dǎo)板三維設(shè)計和醫(yī)學(xué)3D模型平面三維渲染顯示。

廣州聯(lián)睿智能科技有限公司采用XR技術(shù)進(jìn)行了患者畸形狀態(tài)、手術(shù)方案、手術(shù)效果預(yù)測等3D顯示，輔助醫(yī)患溝通、病例討論和術(shù)前討論過程。

先臨三維科技股份有限公司輔助進(jìn)行了術(shù)前、術(shù)中、術(shù)后下肢外觀白光三維掃描，術(shù)前白光掃描了解下肢畸形狀態(tài)，術(shù)中白光掃描引導(dǎo)手術(shù)導(dǎo)板精準(zhǔn)安放，術(shù)后白光掃描評估患者下肢畸形矯正情況和引導(dǎo)矯形過程。

治療經(jīng)過

病例簡介：21歲女性。因雙下肢畸形、跛行步態(tài)7年余就診。

體查：患者身高148cm，雙下肢嚴(yán)重畸形，左側(cè)明顯（圖1）。

右膝關(guān)節(jié)屈曲攣縮，右膝活動度120°-25°-0°。

2019年10月行左股骨、脛骨截骨矯形+術(shù)后緩慢撐開延長術(shù)（圖2）。

2020年11月23日行右股骨、脛骨微創(chuàng)截骨三維精準(zhǔn)矯形+外固定術(shù)（圖3）。

術(shù)后1年余左股骨、脛骨正側(cè)位片顯示左股骨延長區(qū)域愈合、脛骨延長區(qū)域有明顯骨痂生長（圖4），左下肢延長12cm，遺留左小腿外旋畸形（圖5），采用3D打印個性化外固定支架非手術(shù)矯正（圖6）。

新興科技助力診療，術(shù)前精準(zhǔn)定量診斷

樹蟻智能數(shù)字精準(zhǔn)外科云服務(wù)系統(tǒng)團(tuán)隊在獲得患者CT數(shù)據(jù)之后即刻進(jìn)行了三維重建（圖7），借助3D虛擬模型，更細(xì)致了解患肢在三維層面的畸形程度。同時對下肢的解剖參數(shù)精確測量，建立了以下三維數(shù)字化定量精準(zhǔn)診斷：

1.右下肢嚴(yán)重畸形：

①雙股骨前傾角增大1.7144°

②右股骨遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)面后傾32.2495°

③右股骨遠(yuǎn)端內(nèi)翻股骨角88.3453°

④右脛骨遠(yuǎn)端外翻，脛骨角92.1646°

⑤右脛骨扭轉(zhuǎn)角減少-3.6716°

⑥右下肢短縮畸形。

2.左下肢矯形術(shù)后 

明確患情后，丁煥文教授帶領(lǐng)廣州市第一人民醫(yī)院的臨床研究團(tuán)隊制定了以下治療計劃：

1.右股骨、脛骨微創(chuàng)截骨三維精準(zhǔn)矯形外固定+術(shù)后緩慢撐開延長術(shù)

2.左小腿個性化外固定架更換遺留外“八”字畸形矯正術(shù)

 手術(shù)三維設(shè)計和虛擬仿真優(yōu)化手術(shù)方案

為更好的解決錢小姐右下肢畸形、短縮問題，丁煥文教授帶領(lǐng)樹蟻智能數(shù)字精準(zhǔn)外科研究團(tuán)隊開始緊鑼密鼓的進(jìn)行手術(shù)三維規(guī)劃，由于右下肢存在不同程度的短縮、外翻畸形和股骨遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)面后傾造成膝關(guān)節(jié)不能伸直等問題，丁煥文教授團(tuán)隊在左下肢矯正基礎(chǔ)上再次對右下肢進(jìn)行個性化手術(shù)三維設(shè)計，依次從右股骨頭對齊、確定右股骨髁上截骨位置,將股骨進(jìn)行矯形（圖8-9），包括恢復(fù)了股骨遠(yuǎn)端的前傾角和后傾角，同時對遠(yuǎn)端內(nèi)翻畸形等進(jìn)行進(jìn)行全方位精準(zhǔn)矯正。

完成成右股骨矯形之后，進(jìn)一步對右脛骨進(jìn)行三維精準(zhǔn)截骨矯形設(shè)計，包括截骨位置的選擇，矯正恢復(fù)下肢力線（圖10），再利用CAD軟件進(jìn)行外固定架置釘與截骨導(dǎo)板的設(shè)計與3D打印制作（圖11）。

最后，華南理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院虛擬解剖應(yīng)用研究團(tuán)隊進(jìn)行了雙下肢畸形三維精準(zhǔn)矯形手術(shù)虛擬仿真，優(yōu)化和完善了手術(shù)方案。

 VR科技術(shù)前引熱議

所有術(shù)前準(zhǔn)備妥當(dāng)之后在手術(shù)當(dāng)日交班現(xiàn)場，丁煥文教授還拿出了一項吸引眼球的新興科技，那就是虛擬仿真技術(shù)，丁煥文教授與樹蟻精準(zhǔn)外科云輔助系統(tǒng)、廣州聯(lián)睿智能科技有限公司聯(lián)合攻關(guān)建立了醫(yī)學(xué)3D模型XR顯示系統(tǒng)，一排VR眼鏡擺在交班室的會議桌上，各位醫(yī)生護(hù)士爭相觀看，在該系統(tǒng)輔助下VR遠(yuǎn)程顯示病變狀態(tài)、手術(shù)方案和手術(shù)效果等。

在VR眼鏡系統(tǒng)里鑲嵌了錢小姐完整的手術(shù)設(shè)計過程，借助VR眼鏡進(jìn)行了一次完美的術(shù)前討論。（圖12）

白光掃描術(shù)中放異彩

術(shù)中為了將設(shè)計的置釘定位導(dǎo)板安裝妥帖，丁教授使用先臨三維白光三維掃描技術(shù)——EinScan Pro 2X Plus多功能手持三維掃描儀對患者腿部進(jìn)行掃描（圖13），EinScan Pro 2X Plus采用非接觸式白光掃描技術(shù)，掃描幅面大，細(xì)節(jié)精度高，因此可以無創(chuàng)、快速高效的獲取患者腿部表面高精數(shù)據(jù)（圖14），形成相應(yīng)的文件。然后利用3D數(shù)據(jù)在電腦上進(jìn)行畸形狀態(tài)評估、術(shù)中輔助手術(shù)導(dǎo)板快速匹配和精準(zhǔn)安放，評估術(shù)后畸形矯形手術(shù)效果和引導(dǎo)術(shù)后矯形過程。

 術(shù)中AR配準(zhǔn)引導(dǎo)手術(shù)導(dǎo)板精準(zhǔn)定位

為了進(jìn)一步驗證術(shù)中導(dǎo)板與體表的貼合位置，丁煥文教授術(shù)中放置手術(shù)導(dǎo)板后將正側(cè)位外觀照片網(wǎng)上傳送給華南理工大學(xué)自動化學(xué)院李彬教授實驗室，進(jìn)行手術(shù)導(dǎo)板術(shù)中AR即時配準(zhǔn)（圖15），通過這種跨越空間的遠(yuǎn)程交流，進(jìn)一步體現(xiàn)了創(chuàng)新科技的優(yōu)越性，進(jìn)行了遠(yuǎn)程醫(yī)療創(chuàng)新形式的探索，也成功讓手術(shù)導(dǎo)板能夠更準(zhǔn)確的貼合患肢，提高了外固定置釘精準(zhǔn)度，防止截骨位置發(fā)生偏差。

 個性化手術(shù)導(dǎo)板引導(dǎo)完成微創(chuàng)截骨與三維精準(zhǔn)矯形手術(shù)

在王迎軍院士領(lǐng)銜的國家人體組織重建工程技術(shù)研究中心趙娜如教授、刁靜靜博士等輔助下，完成了個性化磷酸鈣可再生修復(fù)體、手術(shù)導(dǎo)板和個性化外固定架的CAD設(shè)計和3D打印。

借助這一系列新興科技手段，錢小姐的手術(shù)按時順利完成，導(dǎo)板引導(dǎo)外固定螺針（圖16）準(zhǔn)確打入股骨與脛骨，截骨位置選擇十分準(zhǔn)確，通過短于2cm的小切口完成微創(chuàng)截骨，安裝外固定架后完成矯形。遺留部分畸形采用個性化外固定架非手術(shù)矯正（圖17）。

術(shù)后三維評估針對左下肢術(shù)后殘留的外”八“字畸形和輕微小腿向內(nèi)成角畸形（圖18），CAD設(shè)計和3D打印個性化外固定進(jìn)行非手術(shù)矯正，使患者避免了再次手術(shù)（圖19）。

就這樣，一臺復(fù)雜疑難下肢畸形矯正手術(shù)得以精準(zhǔn)、安全和輕松解決。

 外固定架矯形成功，下肢延長未來可期

在手術(shù)完成的第二天，錢小姐精神狀態(tài)良好，還在麻醉中的雙下肢也沒有絲毫不適。

進(jìn)行術(shù)后的X線片與CT掃面以及三維重建評估，都提示下肢矯形效果很好。為了下肢功能更好康復(fù)，指導(dǎo)、鼓勵其積極進(jìn)行床邊、床旁運動。

身高148cm的患者術(shù)后搖身一變成為160cm的窈窕淑女。術(shù)后三維評估患者雙下肢解剖參數(shù)完全恢復(fù)（圖20）。