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关节外科运用人工智能及 3D 打印辅助实施全球最大髋翻修巨型假体植入手术

64 岁的游大叔因右髋关节疼痛,于 2009 年在当地医院接受了人工全髋关节置换术,手术仅 3 年便出现了假体失效。2012 年,再次在当地进行右侧人工髋关节翻修术。然而手术后右髋关节疼痛并未减轻,早期 X 线检查也没有发现明确异常。

不明原因疼痛让游大叔常年处于痛苦之中,需依靠口服止痛药才能缓解症状。与疼痛症状同时出现的还有更棘手的问题,游大叔股骨假体周围骨质在接下来的 8 年里逐渐被破坏、吸收,髓腔变形、扩大,直至无法正常站立和行走。

近期,经历了十余年疼痛的游大叔来到了西南医院关节外科门诊,接诊他的是西南医院关节外科陈光兴主任。陈光兴主任看到 X 线片的第一眼便被游大叔严重变形的股骨震惊,究竟是什么原因导致了如此严重的骨溶解和畸形重建?

关节外科运用人工智能及 3D 打印辅助实施全球最大髋翻修巨型假体植入手术
首次就诊于西南医院关节外科门诊时的 X 线影像

陈光兴主任在详细询问病史并进行体格检查后,总结了游大叔从第一次手术后到当前为止的症状变化规律,结合核医学骨显像检查、血液炎症指标、局部穿刺液生化检查等多学科联动分析,初步判定了疾病元凶——股骨假体周围感染。

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核医学全身骨显像检查提示右侧股骨假体周围浓聚,考虑感染

假体周围感染是人工关节置换术后最严重的并发症之一,根据统计其发生率约为 1-3%,具有确诊困难、易复发、治疗周期长、费用高的特点,一旦发生将会给患者带来巨大痛苦。

为确保有效控制感染,关节外科名誉主任杨柳教授主持疑难病例讨论,确定了一期感染清创、二期翻修的分期手术策略,很快便为患者进行了假体取出、感染清创及抗生素骨水泥占位器旷置术,术后按照常规给与抗感染治疗。

一期手术成功后,根据一期术中所见情况以及随后影像学评估,关节外科团队认为二期翻修手术存在以下难点:一是感染导致的骨破坏及改建,使右股骨全长严重扭转畸形且髓腔极度扩大;二是股骨全长「缩容术」虽可解决骨骼畸形问题,但也因畸形涉及全股骨,且骨质条件极差,手术难度大、风险高,极可能因假体周围骨折而手术彻底失败;三是如何确保预定手术方案在术中精准实现。

关节外科运用人工智能及 3D 打印辅助实施全球最大髋翻修巨型假体植入手术
一期手术后的 X 线影像

三维建模与 3D 打印技术辅助手术是西南医院关节外科的优势技术,已开展超过 15 年,团队在大量实践应用后积累了丰富的经验。为克服上述困难,团队应用 3D 技术实现双下肢高精度重建,并使用人工智能技术反复模拟手术,结果发现患者右侧股骨峡部髓腔最大直径竟达到了 30 毫米,国内现有假体型号均无法匹配患者巨大的髓腔形态。

关节外科运用人工智能及 3D 打印辅助实施全球最大髋翻修巨型假体植入手术
双下肢高精度三维重建与测量

杨柳、陈光兴教授团队与美国丹佛科罗拉多关节置换中心 DR. Charlie Yang 通过国际远程讨论,为患者制定了股骨部分缩容术联合使用组配式股骨柄的手术方案。在西南医院医务处及医学工程科协调下,为患者在国外寻找到唯一一种远端直径达到 24 mm 的股骨柄假体,团队再次通过人工智能术前模拟手术植入实现了部分匹配,确保假体可用,故以最快速度完成特殊耗材临时采购。关节外科制订了详细手术方案及术中应急预案,使用 3D 打印 1:1 模型反复演练,术中应用 3D 打印导板精准导航,最终顺利完成手术。游大叔的顽疾终于得到了根治,手术后经过积极的康复锻炼,已完全恢复了正常生活。

关节外科运用人工智能及 3D 打印辅助实施全球最大髋翻修巨型假体植入手术
3D 打印个性化导板模拟手术与术中导航
关节外科运用人工智能及 3D 打印辅助实施全球最大髋翻修巨型假体植入手术
术中 X 线透视影像提示假体匹配良好
关节外科运用人工智能及 3D 打印辅助实施全球最大髋翻修巨型假体植入手术
治疗前与治疗后双下肢全长 X 线影像

该手术使用了截至目前为止国内最大型号股骨柄假体,结合股骨近端部分「缩容」技术成功完成复杂畸形的翻修手术,表明西南医院关节外科在人工智能与 3D 打印辅助精准外科手术领域、复杂人工髋关节翻修领域达到国际先进水平。

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