在口腔颌面外科领域,严重下颌骨发育不足(mandibular hypoplasia)的治疗一直是个棘手难题。传统下颌骨牵引成骨(mandibular distraction osteogenesis, MDO)技术虽然能通过逐渐牵拉刺激新骨形成,但手术精度难以保障,稍有不慎就可能导致下牙槽神经损伤、牙胚受损甚至前牙开颌等严重并发症。更棘手的是,牵张器的放置角度直接决定了牵张向量(distraction vector),即便是微小的偏差也可能造成术后下颌不对称或咬合关系错乱。
目前临床上为提高手术精度尝试了多种方法:虚拟手术规划(virtual surgical planning, VSP)能进行精准的术前设计,但无法指导术中操作;手术导板(surgical guides, SG)依赖骨骼表面的完美贴合,在软组织干扰下容易位移;传统光学导航(traditional navigation, TN)虽然能提供三维引导,却要求医生在手术区域和外部屏幕间反复切换视线,增加了认知负荷。而新兴的混合现实(mixed reality, MR)技术虽能将虚拟信息融入真实场景,但现有系统多采用覆盖式显示,持久存在的全息影像反而可能遮挡术野,加之缺乏手术器械的动态追踪功能,限制了其在复杂手术中的应用。
为解决这些痛点,广西医科大学口腔医学院的研究团队开发了一套创新的MR动态导航系统。该系统采用相邻显示(adjacent-display)方案,将导航信息与真实术野空间分离,同时整合光学追踪技术和患者特异性注册装置,实现了手术器械的实时动态追踪。研究人员通过三阶段实验验证系统性能:首先在30个三维打印下颌模型上对比MR、SG和自由手(freehand, FH)三种术式;随后在32只比格犬中增加传统导航组进行四组对照;最后在10具人体头颈标本上模拟临床操作。所有手术均由同一团队完成,评估指标涵盖截骨精度、牵张向量偏差、牵张器放置准确性、术中调整次数和手术时间等关键参数。
在技术方法上,研究团队构建了由近红外光学追踪仪、Microsoft HoloLens 2、校准标记物和计算工作站组成的硬件系统。创新性地设计了基于定制牙合垫的患者特异性自动注册装置,通过口内组件固定于牙列,口外部分设置四个红外反射标记实现精准光学追踪。软件平台基于Unity 3D开发,提供可交互的可视化界面,支持术中对全息影像进行位置、缩放和透明度的实时调整。
模型实验结果显示,MR组在牵张器角度误差(2.24°±0.76°)、矢状面偏差(2.14°±0.62°)和截骨点定位精度(点A:0.87±0.39mm)等方面显著优于FH组(P<0.001),且与SG组无统计学差异。这表明在理想条件下,MR导航能达到与定制导板相当的精准度。
动物实验进一步验证了系统的临床适用性。在存在软组织干扰和生理运动的活体环境中,MR组依然保持优异表现:牵张器 centroid 偏差仅0.63mm,显著低于SG组(1.88mm)和TN组(1.32mm);截骨点A定位误差(1.05±0.54mm)明显优于其他各组。更值得注意的是,MR组总手术时间(108.90±15.89分钟)和牵张器放置时间(71.00±16.51分钟)均显著短于TN组,术中调整次数(5.63±3.16次)也呈现减少趋势,体现了其在提升手术效率方面的优势。
人体头颈标本实验最终证实了系统的临床转化潜力。MR导航下的牵张器矢状面误差为1.99°±0.67°,横断面误差1.63°±0.88°,截骨角度偏差1.74°±0.50°,各项指标均达到临床可接受精度水平。平均手术时间85.23±13.04分钟,牵张器定位耗时54.08±15.71分钟,术中校正次数6.80±1.87次,展现出良好的操作可行性。
讨论部分深入分析了该技术的创新价值。与传统覆盖式MR系统不同,本研究采用的相邻显示方案有效避免了全息影像对术野的遮挡。通过患者特异性注册装置实现的自动配准,简化了传统导航依赖解剖标志的繁琐流程。可切换的显示模式(钻孔模式与截骨模式)使医生既能关注关键靶点,又能通过透明化视图观察相邻解剖结构,显著提升了手术安全性。
研究同时指出了现有系统的局限性:样本量尤其是人体标本数量有限,注册装置的组装可能引入误差,外部光学追踪系统增加了硬件复杂性等。未来研究方向包括提高3D打印部件精度、开发基于HoloLens内置传感器的自主导航系统,以及探索人工智能辅助的可视化方案。
该研究首次系统比较了MR导航与SG、TN、FH四种术式在MDO中的表现,通过多层级实验设计提供了扎实的循证依据。研究成果发表于《International Dental Journal》,为混合现实技术在口腔颌面外科的临床应用树立了新标杆,标志着精准颌面外科向智能化、可视化方向迈出了重要一步。随着技术的不断优化,这种融合现实与虚拟的导航模式有望在正颌手术、肿瘤切除等更多复杂术式中发挥重要作用,最终实现外科手术从"经验依赖"到"数据驱动"的范式转变。