沈阳市骨科医院 辽宁沈阳 110000
摘要：在我国快速发展过程中，数字技术的飞速发展为骨科疾病的临床诊疗和基础研究提供新的手段，其与传统骨科互相融合、互相促进、互相影响，逐渐形成具有时代特征的现代数字骨科。目前应用于骨科的数字技术主要包括医学影像处理与三维建模技术、三维虚拟仿真与可视化技术、临床计算机辅助设计/计算机辅助制造（computerassisteddesign/computerassistedmanufacturing，CAD/CAM）技术、有限元技术、手术导航与机器人辅助技术、人体骨肌系统力学仿真技术等。作为骨科的一大分支，创伤骨科具有与脊柱外科、关节外科等专业不同的特点，数字技术在创伤骨科的应用也日趋广泛。现将创伤骨科领域运用的主要数字技术介绍如下。
关键词：数字骨科;3D打印;虚拟现实
引言
数字骨科是将计算机数字技术与骨科临床相结合的一门交叉学科，即通过计算机进行辅助的数字处理和图像处理骨科基础与临床中的实际问题。近10年来，数字骨科技术的飞速发展，使得创伤骨科的医学诊疗操作朝着个性化、智能化、微创化的方向发展。目前，数字骨科技术主要包括以下几个方面:(1)骨科有限元分析;(2)骨科三维重建技术;(3)骨科虚拟现实(virtualreality，VＲ)、增强现实(augmentedreality，AＲ)和混合现实(mixedreality，MＲ)技术;(4)骨科增材制造技术(3D打印技术);(5)计算机辅助设计(computeraideddesign，CAD)与计算机辅助制造(computeraidedmanufacturing，CAM)技术;(6)计算机辅助骨科导航手术(computerassistedorthopedicsurgery，CAOS);(7)骨科机器人技术;(8)骨科远程手术;(9)骨科人工智能技术。
1数字技术在骨科的基本功能
数字骨科技术就是在对人体进行骨骼解剖以及处理的过程中，通过和使用了三维重建技术以及计算机中利用模型处理数据，通过模型的建立，实现了诊断以及判断骨折的类型的目的。随着数字技术的发展，在设计上的置入物以及置钉导向模板进行了优化，将为骨科手术范围实现拓展，在以后的治疗过程中更为安全，使治疗更准确。可以利用数字技术在关节假体中实现了应用，可以进行个性化定制，当骨科在诊断、治疗以及评估的过程中应用数字技术，实现了思路的创新以及骨科技术的发展。
2数字骨科技术在创伤骨科的应用及前景
2.13D数字骨科技术在治疗中的应用
利用计算机分析得出的数据，对手术前的治疗方案的应用达到辅助作用，对三维数据模型进行分析与测量，解剖骨骼的各个层次，更好的观察骨骼的错位与破碎情况。进行电脑手术模拟，在模拟中进行钢板内固定与相应的手术设备植入过程，而制作出与实体比例一样的三维的骨盆模型为直观的观察于手术实体的模拟操作打下了良好的基础。模拟后，就能找到手术的最佳方法，因为熟悉其手术的流程，手术的效率也大大增加。而在我们采集的数据中也体现了计算机辅助的重要性，计算机的辅助对髋臼骨折的安全性与准确性的意义十分重大。
2.2四肢矫形外科
目前，髋臼发育不良并髋关节脱位的主要治疗方法是髋关节切开复位、髋臼周围截骨和股骨截骨等髋关节重建手术。髋臼发育不良的畸形程度个体差异性很大，截骨块不同旋转角度的轻微变化很可能明显改变了股骨头的覆盖情况。许多学者探讨了截骨手术前进行常规的个体化手术设计的重要性，良好的术前设计可增加截骨手术的精确性，减少手术并发症，提高疗效。目前，基于传统的X片，三维CT扫描数据，重建数字模型，利用3D打印技术生成实物模型，可以预演手术过程。
2.3颈椎椎弓根置入中的应用
在目前的颈椎椎弓根置入过程中，采用的方法因为较小的椎弓根以及非常繁琐的比邻结构，结合产生非常大的解剖变异，就会导致对其神经血管进行重大的损伤。这是因为椎弓根螺钉穿透力较强，对此当在作手术之前，就要对内固定进行设置，实现在手术的过程中进行装置。相关的人员对此有所研究，如Murakami等人当在内侧的10度位置时进行C1螺钉置入就是利用三维模型发现可以使其颈内动脉免遭危害。李严兵等人就进行建立颈椎数字解剖的模型中利用了用Mimics8.11软件，对于椎弓根的三维空间通道当螺钉进行投影时，可以通过Imageware10.0实现椎板中心轴入点位置的优化以及投影边界的确定。当陆声等人对C3单关节交锁伴关节突骨折模型进行建立以及评估的过程中应用了导航模板实现了置钉模拟。脊柱实现了椎弓根在进钉通道的最优选择，在模板的建立中应用了椎板表面解剖学的形态参考，实现了椎弓根定位的导航模板。在生产两者的模板过程中又通过快速成型技术进行。紧密地利用了椎弓根定位导航模板，当在模拟的过程中，结合脊柱实物模型，使导航模板置钉更为精准确。椎弓根螺钉进钉后，观察其模型，在椎体后部放置椎弓根定位导航模板之前，一定要进行消毒处理。对此在植入椎弓根螺钉的过程中，根据报道，将颈椎椎弓根螺钉通过在3例外伤后颈椎脱位患者中进行应用，12枚螺钉植入都进展顺利。当手术完成之后，通过透视、CT以及X射线等，实现了准确定位椎弓根螺钉进钉的整个过程。
2.4骨科机器人技术
近年来，机器人技术快速发展，与骨科相互融合，逐渐形成了骨科机器人。目前，应用于创伤骨科的机器人按其在手术中的功能分为定位机器人和复位机器人。定位机器人可显示骨通道同瞄准器位置的三维动画，主要应用于股骨近端骨折、骨盆骨折及髋臼骨折等骨折手术。骨科手术机器人导航下可提高髓内钉内固定治疗股骨转子间骨折手术的精准度，术后髋关节功能恢复好，是进行转子间骨折复位髓内钉内固定手术较为理想的方法。在骨科手术机器人导航下进行骨折内固定手术可获取准确的手术路径和手术精准度，减小手术伤害。但术中骨折端的移动，会使术前和术中影像的匹配度降低，旋转角的存在导致固定不牢靠，光学相机和示踪器之间也容易被遮挡。因此，提升定位和固定能力非常重要。
2.5数字骨科技术在创伤骨科临床教学中的应用
复杂的创伤骨折一直是创伤骨科教学的难点，对于一些复杂的骨折，如果只依据传统的X线、CT平扫、MＲI等检查的平面图像，年轻医生及学生就很难对创伤骨折有直观、形象、深刻的认识。数字骨科技术极大地丰富了创伤骨科的教学内容，重建的三维图像可清晰地再现骨骼的解剖结构特征及空间毗邻结构，而且利用计算机软件进行重组、拆分，使得对复杂骨科的成因、分型及解剖的理解更加透彻，还能节约尸体标本及实验资源。3D打印技术打印出的三维立体模型可提供直观、立体的骨骼解剖特征和创伤骨折的病理特点，提高对骨折的认识。VＲ技术可以有效地解决临床教学资源不足的问题，可利用VＲ移动设备虚拟各种外伤受伤过程，可重复多次的提供实践操作机会。数字骨科在创伤骨科中的教学中也有不足之处:课件制作复杂，且制作成本较高，缺少熟练掌握数字骨科技术的师资。
结语
综上所述，在研究数字化骨科学上，已经秉承着比较成熟的科学理论，在逐步将传统模式进行优化，实现临床上的应用。对此，相信在未来的临床骨科方面，数字骨科学会更加完善，实现对人类的贡献。
参考文献
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