《复杂脊柱疾病及脊髓损伤的治疗相关数字化技术的建立及开发》

(1)任务来源及所属技术领域:

任务来源:河南省科技创新杰出人才计划,项目名称:复杂脊柱疾病及脊髓损伤的治疗相关数字化技术的建立及开发,编号:154200510027

所属技术领域:临床医学,外科学

(2)意义及背景:

数字骨科技术就是通过计算机等高科技数字化新技术手段帮助骨科医生进行疾病的诊断和手术治疗。它包括3D打印立体模型、术前虚拟仿真手术、设计和使用导板、术中导航及机器人。脊柱畸形,侧弯、脊柱肿瘤等各种复杂脊柱疾病临床常见多发,严重影响患者的外观,生活能力。复杂的脊柱畸形,局部解剖结构变异大,定位困难,手术方案设计困难,风险极大。

(3)开展的研究工作及创新点:

工作内容:

整理2007年7月至2014年9月河南省人民医院收治的脊柱畸形病例资料(手术前后MR、CT、CT二维重建、三维重建,CTA)。排除资料不全的病例,得到56例枕颈畸形病例资料。通过回顾性分析,测量手术前后相关解剖学数据,初步评估不同分型畸形手术的风险率。基于重建三维模型,采用曲面增长技术,再现骨性结构的三维形态,系统探讨上颈椎的解剖参数,置钉角度和毗邻血管位置。

收集2015年1月至2018年12月河南省人民医院收治的脊柱畸形400例资料。结果:采用数字化技术可清楚、直观的识别脊柱畸形的骨性结构异常和各种动脉变异;可以准确观测、测量复杂脊柱畸形的各种解剖异常。通过计算机虚拟-现实互动技术模拟术中钉道的数字化测量,术前可准确规划置钉参数,有助于优化手术方案设计,降低手术风险。

2015年1月至2018年12月,使用自主研发的软件筛查义诊学龄儿童9000余例,筛查对象来自于该院协作医院太康县人民医院、淇县人民医院、郸城县人民医院等。对筛查出的脊柱畸形患者在自愿选择原则下进行X线检查和进一步手术治疗。

主要创新点:

1)数字化技术辅助寰枢椎病变术前评估,使复杂手术简单化,疑难手术安全化,大大提高疗效。

2)使用3D打印技术在复杂脊柱疾病中进行术前设计,模拟及设计椎弓根导板、截骨导板、人工椎体应用于临床,提升手术安全性。

3)研究开发了脊柱手术机器人相关软件及技术,研发了脊柱畸形筛查软件,建立了脊柱畸形数据库。

4)O-Arm及导航系统在上颈椎及复杂脊柱畸形手术中的引导置钉,矫形,提升手术精准性,安全性。

(4)整体评价

该课题利用3D打印技术、O臂导航技术以及骨科机器人技术相结合的方法,成功建立了一套有效的复杂技术疾病的外科治疗相关数字化流程:通过术前CT扫描及三维重建获得患者的脊柱相关信息;利用3D打印技术打印出复杂脊柱的等比例模型从而为手术操作提高参考;采用O臂导航技术可以较精确的实现复杂椎弓根钉的植入,大大提高了手术安全性;采用手术机器人技术也为准确置钉提供了又一有效保障。发表SCI论文十余篇,累积影响因子27分。

(5)应用情况

该研究成果经国内多家知名医学院附属医院:河北医科大学第三医院、西安交通大学红会医院、山西医科大学第二附属医院临床采用,反馈效果良好。

(6)前景

3D打印技术可以将复杂的技术畸形进行等比例重建,使术者较为详细、全面的评估疾病特点,制定安全、有效的手术方案;O臂导航技术可以在计算机辅助下提前进行椎弓根钉的钉道设计,大大降低了手术风险;手术机器人技术可以避免徒手置入螺钉导致的方向、位置偏差,使置钉更为高效、安全,避免脊髓损伤和大出血的手术风险。该项目研究成果在脊柱疾病治疗中,采用多种数字化、智能化技术和方法,大大提高手术精准性和安全性,具有非常广阔的应用推广前景。

成果说明

河南省人民医院高延征教授的课题“复杂脊柱疾病及脊髓损伤的治疗相关数字化技术的建立及开发”的研究成果,在2016年-2018年期间,经国内知名医学院附属医院:河北医科大学第三医院、西安交通大学红会医院、山西医科大学第二附属医院等多家医院共计1860例手术对复杂脊柱畸形矫正和上颈椎高难度疾病治疗,采用河南省人民医院设计的科研手术方案,取得了非常显著的临床效果,对复杂畸形和准弓根发育异常的患者,置入椎弓根螺钉的准确率和畸形矫正的准确率达99.3%,截骨手术准确率99.1%,无一例神经和血管损伤并发症。大大提高了

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