虚拟现实技术赋能全髋表面置换术：创新应用与前景展望.docxVIP

虚拟现实技术赋能全髋表面置换术：创新应用与前景展望

一、引言

1.1研究背景与意义

随着社会老龄化的加剧以及人们生活方式的改变，髋关节疾病的发病率呈上升趋势，严重影响患者的生活质量。全髋表面置换术（TotalHipSurfaceReplacement，THSR）作为治疗髋关节疾病的有效手段之一，旨在通过保留股骨头、颈骨块，恢复髋关节正常的生物力学特性及关节的稳定性，并由于未破坏股骨髓腔结构而具有易翻修的潜力。然而，传统的全髋表面置换术在实际应用中仍面临诸多挑战。从假体系统来看，尽管在材料、设计及固定方法等技术参数方面已获得长足改进，但仍存在如假体松动、磨损碎屑导致的骨溶解等尚待解决的问题，这些问题严重影响了手术的长期疗效和患者的生活质量。在手术操作方面，传统手术主要依赖于术前常规拍摄的骨盆正位片及双髋关节螺旋CT扫描，从二维平面评估骨质破坏情况、头颈比率、确定假体的大小及初步评价股骨头塌陷对于髋关节表面置换术后的可能影响。但二维结构很难完全反应病变的真实形态，特别是股骨头塌陷的范围，囊性变和硬化带的量化及术后截骨后骨质保留之间的相互关系未能给予一量化的评估，这在一定程度上增加了手术的风险和不确定性。

与此同时，虚拟现实技术（VirtualReality，VR）作为一种融合了计算机技术、多媒体技术和图形图像技术为一体的新兴计算机技术，近年来在医疗领域的应用逐渐兴起并展现出巨大的潜力。在医学教育方面，它可以帮助医学生和医务人员学习和练习医学手术，通过虚拟环境进行反复操作，提高手术技能和诊断能力，减少在真实手术中可能出现的失误。在心理治疗领域，虚拟现实可用来治疗心理疾病，如恐惧症等，通过模拟特定场景，让患者在安全的虚拟环境中面对恐惧，逐渐克服心理障碍。在康复训练中，虚拟现实技术能够为患者提供个性化的康复方案，通过沉浸式的训练环境，提高患者的参与度和康复效果。

将虚拟现实技术引入全髋表面置换术具有重要的现实意义。在术前规划阶段，虚拟现实技术能够利用患者的影像学数据，如髋关节64排螺旋CT的原始扫描数据，通过专业软件（如mimics）进行三维重建，真实再现髋臼和股骨近端的结构。医生可以在虚拟环境中多角度观察病变部位，精确测量各项数据，量化评估股骨头塌陷的范围、囊性变和硬化带的情况，以及术后截骨后骨质保留之间的关系，从而制定出更加科学、精准的手术方案，提高手术的成功率。在手术操作过程中，虚拟现实技术可以为医生提供实时的导航和辅助，通过与手术器械的交互，帮助医生更准确地放置假体，减少手术误差，降低手术风险。对于年轻的骨科医生来说，虚拟现实技术提供的虚拟手术模拟环境，是一个极佳的学习和训练平台。他们可以在虚拟环境中反复练习全髋表面置换术的操作流程，熟悉手术器械的使用，提高手术技能，缩短学习曲线。虚拟现实技术还可以应用于临床教学，让医学生更直观地了解全髋表面置换术的手术过程和原理，提高教学效果。

1.2国内外研究现状

近年来，虚拟现实技术在全髋表面置换术中的应用研究在国内外都取得了显著进展，展现出其在术前规划、手术模拟及手术导航等方面的独特优势。

在国外，研究起步相对较早，技术应用和研究深度处于领先地位。早期的研究主要集中在利用虚拟现实技术构建髋关节的三维模型，为手术提供更直观的解剖结构信息。例如，一些研究团队通过对患者髋关节的CT数据进行处理，运用专业的三维重建软件，成功构建出高精度的髋关节三维模型，使医生能够从多个角度观察髋关节的病变情况，包括股骨头的形态、髋臼的磨损程度等，为手术方案的制定提供了更全面的依据。随着研究的深入，虚拟现实技术在手术模拟方面的应用逐渐成熟。国外学者开发了多种基于虚拟现实技术的手术模拟系统，这些系统不仅能够模拟全髋表面置换术的操作过程，还能对手术过程中的各种参数进行实时监测和分析。在模拟手术中，系统可以根据设定的手术方案，实时计算假体的放置位置、角度等参数，并通过可视化的方式展示给医生，帮助医生提前评估手术效果，及时调整手术方案。一些先进的手术模拟系统还具备力反馈功能，医生在操作虚拟手术器械时，能够感受到与真实手术相似的阻力和触感，进一步提高了手术模拟的真实感和实用性。在手术导航方面，国外的研究也取得了重要突破。一些研究团队将虚拟现实技术与手术导航系统相结合，开发出了具有实时导航功能的手术辅助系统。在手术过程中，该系统可以通过对患者髋关节的实时影像监测，将手术器械的位置和运动轨迹与术前规划的手术方案进行实时对比，为医生提供精准的导航信息，帮助医生更准确地完成手术操作，减少手术误差。

国内对虚拟现实技术在全髋表面置换术中应用的研究虽然起步较晚，但发展迅速。许多科研机构和医院积极开展相关研究，并取得了一系列成果。在三维模型构建方面，国内学者通过改进三维重建