[科普中國]-數(shù)字骨科學

數(shù)字骨科學是計算機科學與骨科學相結(jié)合的一門新興交叉學科。數(shù)字骨科技術(shù)可以精確地顯示正常或病變骨骼復雜的三維結(jié)構(gòu)，并可進行任意旋轉(zhuǎn)、剖切等觀察和操作；可以對重建的三維結(jié)構(gòu)進行測量，獲得長度、面積、體積和角度等大量精確的解剖參數(shù)；可以用于臨床輔助診斷、輔助手術(shù)設計和手術(shù)模擬等方面。數(shù)字骨科的發(fā)展讓骨科手術(shù)更為精確，有力提升了骨科技術(shù)水平，已逐步在骨科臨床應用和拓展。

數(shù)字骨科概念計算機科學與骨科學相結(jié)合的一門新興交叉學科。它涉及到人體解剖學、立體幾何學、生物力學、材料學、信息學、電子學及機械工程學等領(lǐng)域。數(shù)字骨科學涵蓋的范圍較廣，簡單地講凡是骨科或與骨科相關(guān)的、采用數(shù)字化技術(shù)的項目均屬于數(shù)字骨科學的范疇，具體包括骨科有限元分析、骨科數(shù)字解剖(三維重建)、骨科虛擬仿真手術(shù)、骨科快速成型技術(shù)、骨科逆向工程技術(shù)、計算機輔助設計與制造(CAD/CAM)技術(shù)、術(shù)前規(guī)劃、計算機輔助骨科導航手術(shù)、骨科遠程手術(shù)及骨科機器人手術(shù)等。

數(shù)字骨科研究范疇數(shù)字骨科主要包括以下內(nèi)容：

計算機導航手術(shù)，是指利用X線裝置、CT、MR I等提供的圖像信息、先進的立體定位系統(tǒng)進行配準、定位， 輔助外科醫(yī)生進行各種手術(shù)干預。計算機導航手術(shù)已經(jīng)遍及到矯形和創(chuàng)傷外科的各個領(lǐng)域。

3D打印技術(shù)，自上世紀80年代末以來, 這項起源于先進制造技術(shù)的建模方法迅速得到醫(yī)學領(lǐng)域的高度重視。在骨科首先被應用于術(shù)前模擬椎弓根的定位。隨之被應用于骨盆及其腫瘤切除后假體的制作。通過與快速成形技術(shù)和逆向工程軟件的結(jié)合, 不但可以重建骨折的模型, 還可以設計出與之相對應的陰模, 實現(xiàn)個體化模板, 從而進行內(nèi)固定材料的預塑形或數(shù)字化導航模板，這樣大大節(jié)省了術(shù)中的時間, 提高手術(shù)精確度。

虛擬手術(shù)規(guī)劃，基于CT數(shù)據(jù)重建三維模型，在術(shù)前模擬手術(shù)，為骨折的復位、內(nèi)固定的選擇、手術(shù)設計、手術(shù)模擬等提供更為準確的依據(jù)。

有限元分析，工程上廣泛使用的有限元法也是生物力學重要的研究手段之一。由于人體結(jié)構(gòu)的復雜且難于直接測量，所以最初的有限元模型都是二維模型。醫(yī)學影像科學的進步使得現(xiàn)在研究者可以借助醫(yī)學圖像來建立三維有限元模型。

數(shù)字解剖學，新的計算機技術(shù)可以利用連續(xù)斷層圖像進行三維重建，可以精確地顯示生物組織復雜的三維結(jié)構(gòu)，并可進行任意旋轉(zhuǎn)、剖切等觀察和操作；可以對重建的三維結(jié)構(gòu)進行測量，獲得長度、面積、體積和角度等大量精確的解剖參數(shù)?；跀?shù)字人數(shù)據(jù)集的高精度三維人體解剖模型，可以更好的觀察人體解剖結(jié)構(gòu)及其毗鄰關(guān)系。

虛擬現(xiàn)實，能使學生在虛擬的人體標本上進行解剖觀察和學習，可緩解尸體標本缺乏的狀態(tài)，降低教學成本，提高教學質(zhì)量。虛擬現(xiàn)實技術(shù)不但對醫(yī)學和輔助醫(yī)學專業(yè)的解剖教學至關(guān)重要，而且虛擬手術(shù)可以幫助外科醫(yī)學進行計算機輔助診斷，手術(shù)仿真模擬等操作，從而實現(xiàn)手術(shù)的精確和微創(chuàng)。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

牛文鑫 - 助理教授 - 同濟大學醫(yī)學院蘇秀云 - 主治醫(yī)師 - 解放軍307醫(yī)院