基于数据的外科手术规划在唇裂修复中的应用：利用三维有限元仿真优化个性化切口设计，并通过临床转化验证其有效性

《Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery》：Data-driven surgical planning for cleft lip repair: Optimization of individualized incisions using 3D finite element simulation and clinical translational validation

唇裂修复中不同切口面积的3D有限元分析表明，中等切口（77 mm2）在组织变形、Cupid's bow位移及切口张力分布间取得最佳平衡，既能有效矫正唇部形态，又避免过大张力导致瘢痕增生和愈合不良。研究通过患者特异性三维模型模拟机械响应，为个性化手术方案设计提供量化依据

　　本研究围绕唇裂修复手术中的直线闭合技术展开，旨在通过三维有限元模型对不同切除面积下的机械反应进行模拟分析，从而揭示手术设计对修复效果的影响。唇裂是一种常见的先天性面部畸形，其发生与胚胎发育过程中面部组织融合失败有关，对患者的进食、语言、听力以及社会适应能力造成严重影响。手术修复仍然是治疗唇裂的主要手段，其中直线闭合技术因其简单、自然的疤痕形成以及对轻度单侧唇裂的良好适应性而被广泛使用。尽管近年来一些更为先进的手术方法（如Millard旋转推进术、Z形术和Fisher术）逐渐取代了直线闭合技术，但其在某些特定情况下的应用依然具有重要意义。

直线闭合技术的核心在于通过对唇裂边缘组织进行对称切除并直接缝合，以实现组织的自然恢复。其手术设计符合解剖结构，有助于恢复嘴唇的自然形态，同时减少疤痕的明显程度。然而，手术过程中所涉及的组织应力和变形情况，对术后愈合和修复效果具有决定性影响。如果手术缝合处的应力过高，可能会导致伤口裂开、疤痕增生，甚至引发二次鼻部畸形；而如果组织变形不足或肌肉重建不充分，则可能导致嘴唇形态不对称、人中模糊以及上唇塌陷等问题。因此，如何在手术设计中找到最佳的平衡点，是提升唇裂修复质量的关键。

为了更准确地模拟直线闭合技术在唇裂修复中的机械行为，研究团队利用患者的CT扫描图像数据，借助Mimics软件进行三维重建，构建了符合个体解剖特征的几何模型。在此基础上，设计了三种不同面积的切除模型，分别对应34 mm2、77 mm2和94.8 mm2的手术范围。通过这些模型，研究者可以模拟手术前后不同结构的机械变化，包括组织变形、人中下降、切口张力以及对未来发育的影响。这种方法不仅能够预测术后组织的变化趋势，还能为手术方案的设计提供定量依据，从而提高修复效果的可控性和可预测性。

研究结果表明，不同面积的切口对修复效果的影响显著。34 mm2的切口在纯机械数据下表现出最小的平均变形（5.37 mm）、应变（0.26 mm）和应力（0.31 MPa），这有助于减少术后疤痕形成的风险。然而，这种切口面积可能导致人中下降不足，影响唇部的整体形态。相比之下，77 mm2的切口在临床效果上表现出最佳的平衡，既能够实现人中位置的自然恢复，又能保持适度的组织变形和均匀的切口张力，从而在组织重建和术后愈合之间取得良好的协调。94.8 mm2的切口虽然能够实现最大程度的唇部矫正，但其带来的组织变形程度较高，人中下降明显，切口张力集中，这可能增加术后愈合和疤痕形成的风险。

基于这些发现，研究团队提出了一种关键概念，即“最佳平衡点”。这一概念为理解不同切口面积对修复效果的影响提供了新的视角。在手术设计中，如何在组织重建和术后愈合之间找到最佳的切口面积，是提升修复质量的核心问题。此外，三维有限元模型的建立和应用，不仅能够帮助医生更直观地评估手术中的潜在问题，如组织瓣对位不良、切口张力过高或变形不足，还能为不同手术方法之间的比较提供依据，从而指导医生选择最适合患者的手术方案。

随着医学技术的发展，三维有限元模型在手术模拟中的应用越来越广泛。这种方法能够动态模拟复杂解剖结构在不同手术条件下的生物力学响应，为手术设计提供科学支持。特别是在处理软组织时，三维有限元模型能够帮助医生更清晰地观察和分析手术过程中可能产生的机械问题，如组织变形不足导致的矫正不完全、组织瓣对位不良引发的唇峰偏移以及切口张力过高导致的缝合线断裂等。这些信息对于优化手术设计、提高修复质量具有重要的指导意义。

研究团队还指出，未来的临床应用中，可以将人工智能技术引入三维有限元模型的构建和分析过程中，实现手术方案的自动化优化和个性化调整。通过数据驱动的精准手术方法，医生可以在术前更准确地预测组织的机械行为，从而制定更加科学和合理的手术计划。这种技术的发展不仅能够提高唇裂修复的效果，还能够减少手术风险，改善患者的术后生活质量。

在手术过程中，医生需要综合考虑多种因素，包括患者的个体解剖特征、手术方法的选择以及术后康复的预期效果。直线闭合技术虽然在某些方面存在局限性，如对唇部肌肉和红唇的重建效果不佳，但其简单、可预测的特性使其在轻度单侧唇裂的修复中仍然具有重要价值。此外，该技术在分期手术中的应用，如在第一阶段进行直线闭合，第二阶段结合改良的Millard手术，可以显著改善鼻翼宽度和唇部对称性，从而提高整体修复效果。

为了进一步提升手术修复的精准性和安全性，研究团队建议在术前进行全面的生物力学评估，利用三维有限元模型对不同手术方案进行模拟分析。这种方法不仅能够帮助医生更直观地了解组织在手术过程中的反应，还能为手术设计提供科学依据。特别是在处理复杂的软组织结构时，三维有限元模型能够提供定量化的数据支持，使医生能够更准确地预测术后组织的变化趋势，从而优化手术方案。

此外，研究团队还强调了患者个体差异的重要性。不同患者的唇裂程度、解剖结构以及美学需求各不相同，因此手术方案需要根据具体情况进行调整。通过三维有限元模型的构建和分析，医生可以更精准地评估不同手术方法对患者个体的影响，从而制定更加个性化的修复方案。这种方法的应用，不仅能够提高手术的成功率，还能够改善患者的术后生活质量，减少长期并发症的发生。

在临床实践中，三维有限元模型的应用正在逐步扩大。除了用于唇裂修复，这种方法还可以用于其他类型的面部手术，如鼻整形、耳廓整形等。通过三维有限元模型，医生可以在术前对不同手术方案进行模拟分析，从而优化手术设计，提高手术的精准性和安全性。这种方法的应用，不仅能够提升手术效果，还能够减少术后并发症的发生，提高患者的满意度。

综上所述，本研究通过三维有限元模型对直线闭合技术在唇裂修复中的应用进行了深入分析，揭示了不同切口面积对术后效果的影响。研究结果表明，77 mm2的切口在临床效果上表现最佳，能够在组织重建和术后愈合之间取得良好的平衡。同时，研究团队提出了一种新的概念，即“最佳平衡点”，为理解不同手术方法对修复效果的影响提供了新的视角。未来，随着人工智能技术的引入，三维有限元模型的应用将进一步拓展，为精准手术提供更加科学和高效的解决方案。