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数字骨科在骨科临床的研究进展

发布时间:2019-01-11 10:02

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  [摘要]数字化技术的不断发展为医疗行业提供了新的思路,在骨科临床中,数字骨科技术由于其精确性、可靠性等优势,逐渐得到了医学行业内相关研究者的重视?;诖?,本研究以数字骨科技术的优势为基础,分析其在骨折、骨肿瘤及其他骨科手术治疗中的应用,以研究该技术在骨科中的临床进展。


  [关键词]数字骨科;优势;临床;应用


  [中图分类号]R687.3[文献标识码]A[文章编号]1674-0742(2014)09(b)-0197-02c


  目前,随着计算机技术的不断发展,其在人类社会中的应用也不断扩展、深入,其中数字骨科作为骨科临床中的新型医学学科,为骨科研究及治疗的进步提供了新的思路。数字骨科以骨科的各类临床资料为基础,通过计算机的数字处理技术与图像处理技术同骨科的临床密切结合,成为医学中一门新兴的数字化学科。在当今科学技术飞速发展的时代,多学科融合交叉式任一学科发展的必然途径与趋势。数字骨科是数字医学的一个重要组成部分,是以计算机数字化技术研究解决骨科基础与临床中的实际问题。数字骨科的近年来在临床应用中的兴起,逐渐的转化了临床骨科疾患的诊治思路,个体化手术设计(手术方法,内植物)成为其应用的主要标志,为提高临床骨科手术治疗效果具有显著效果。现有的数字技术已经渗透到医学的各个领域,从而促进医学技术向个性化,精确化,微创化与远程化方向快速发展,数字骨科的出现,实现了由二维到三维,由平面到立体,由静态到动态的技术转变,数字骨科学理论和技术的建立,有望使顾客临床逐渐系统化,标准备,立体化和可视化,数字骨科的概念提出,建立在数字医学和中国数字人技术、数字医疗设备,计算机网络平台和医疗专业软件的基础上,建立事故科数字化三维解剖图谱,从而实现两个目的,即星系共享和资源共享。由此,该研究对数字骨科在骨科临床中的研究进展进行分析。


  1数字骨科的优势


  目前数字化的骨科技术已在骨科应用及研究方面贡献了部分学术成果,成为推动骨科临床发展的重要动力之一。相比于传统骨科的研究模式,数字骨科具有明显的技术优点,主要体现在以下3点:①数字骨科采用了计算机的人体骨骼快速成型辅助技术,在该技术帮助下对于结构较为复杂的人体骨骼模件也能够制作完成,完成后的标本可用于医生学习患者的解剖特点,从而提高医生参与手术治疗时的正确性与科学性,还可有效缩短手术时间[1-2]。②数字骨科运用的CAD/CAM技术能够对患者的骨骼模件进行三维重建,为患者提供独特的假体设计,在该设计方案下制造完成的假体,与患者病变骨骼匹配程度较高,应用效果更好;CAD技术还能用于术前的手术方案设计,模拟过程,提升手术效果。③计算机的辅助设计技术还能够为患者制定个体化的手术方案设计,通过手术模拟使得较为复杂的骨折情况也能得到准确外科复位,同样该技术还可用于骨科肿瘤的切除、畸形肢体的矫正以及假体配置等[3-4]。根据上述优势,该研究对数字骨科在骨科临床中的应用进行分析。


  2数字骨科在骨科临床中的应用进展


  在李亚光等人[5]的相关研究中指出,近年来,随着国内数字骨科技术的发展,足踝、盆骨、关节骨折,脊柱侧弯、后凸治疗,四肢畸形矫正等方面均开始对数字骨科技术进行了运用,从而实现个体化定制以及生物制造水平的提升,增强手术方案的科学性与手术后相关生物力学的稳定性,基于此,该研究对其在不同领域的具体应用进行分析。


  2.1骨折治疗中的数字骨科技术


  在朱学敏等人[6]的相关研究中,对骨科技术中的CAD(计算机的辅助设计技术)、RP(骨骼快速成型技术)以及三维建模技术在跟骨骨折治疗中的应用进行了研究,首先利用Mimics等三维建模操控软件,能够根据患者的计算机影像学资料建立与之相符的骨关节三维立体模型,该建模技术避免了普通X线片检查中的重叠现象,弥补二维CT检查缺乏整体性的缺陷,清晰、完整显示跟骨结构,医师能够对骨折的移位情况有直观了解。其次,CAD-RP技术应用相关处理软件系统将二维断层的图像信息转换为数控的加工指令,在指令下相应机械能够制造1:1的骨骼实物模型,其中清晰的显示出骨折线走向、分布,方便医师制定更加有效的手术方案。最后,计算机导航技术则能够在术中为医师提供光学或影像学监测,克服医师的触觉差异与手眼协调性的问题,帮助完成精细的手术操作。


  2.2骨肿瘤手术中的数字骨科技术


  张余等人[7]的相关研究表明,数字骨科技术在骨肿瘤手术中的应用主要包括肿瘤三维模型构建、截骨手术模拟、计算机辅助设计数字化模板、RP技术及术中计算机导航技术。以骨盆肿瘤手术为例,首先,术前将CT、MRI检查的数据输入三维建模软件系统中,将其转换为三维数据,重建骨盆中的发生肿瘤病变的骨关节解剖模型,根据其展现出的肿瘤性质明确外科切除的范围。其次根据病灶解剖形状制作手术切除的辅助模板,便于术中进行切除时异体骨的修剪形状与骨缺损的形状一致。最后,利用计算机数字化技术对肿瘤的切除及骨组织重建的过程进行模拟,验证手术方案的可行性,利用3D打印技术进行骨科手术模拟和固定内植物设计,使以往单纯的依靠CT二维影像学诊治疾病到三维实体模型,无论对于提高医生手术方案的准确性和对患者的个体化医疗方案的高效实施都是大有裨益。


  2.3其他骨科手术中的数字骨科技术


  除上述复杂性骨折及骨肿瘤手术中应用数字骨科技术外,在关节手术、脊柱外科手术、寰枢椎手术、创伤性骨损伤手术中也展开了应用。在王智运等人[8]关于脊柱外科手术运用数字化技术的相关研究中,同样认为主要依赖于3D技术、CAD/CAM技术、RP技术等,首先通过3D技术对畸形、脱位、骨折、结构破坏的脊柱进行三维模型的重建,为医师体检了解患者损伤处的三维立体结构提供有力依据,完善手术方案;其次,利用计算机辅助技术对三维的立体模型进行研究,例如测量尺寸、体积、面积,明确手术路径与组织移位等,使得手术方案能够得到精确呈现;最后在数字化导航技术的辅助下完成手术。而在王建华等人[9]关于寰枢椎手术应用数字骨科技术的研究中,则对术中个性化置钉的效果进行了分析,将图像的二维数据输入三维重建模型软件中,利用软件技术明确最佳的寰枢椎进钉点与钉道,并将三维模型与其进行拟合,提升对应准确性;通过计算机导航技术进行模板打印,术中根据模板打印所提供的入钉点进行磨钻开孔,并建立钉道,实现固定。


  2.4骨科生物力学研究


  骨作为人体运动系统的重要组成部分,不但完成静止状态下力学支持,而且在不同运动状态下完成力学传递,因此骨科生物力学研究对于骨科临床具有重要的意义和价值。由于人类骨骼多为不规则体,而且受力方式较为复杂,因此对于其研究较为困难。数字化有限元分析技术成为解决这一难题的有效办法,其基本原理为将不规则的人体骨骼分解成有限个规则的正三棱锥形,通过分析三棱锥行的受力特点来分析整体骨科的力学特性。其现有的主要应用软件有ANSYS,ABQUES等,主要研究的领域有寰枢椎骨骼不同置钉钉道下螺钉应力应变,骨盆骨折固定后,不同拉力钉固定应力应变变化,股骨远端外侧锁定钢板固定不同固定方式应力应变特性等。以上的研究不但为骨科手术术式选择提供有益的借鉴,更为内植物的设计和改良提供新的思路,为降低手术失败和二次手术提供科学依据。


  3展望


  随着信息化技术的不断发展,数字骨科逐渐成为骨科学基础研究及临床手术技术改进的重要手段之一,为医疗行业及人类生存质量的提高创造了有利条件。在未来的发展中,数字骨科技术还将依赖于更加先进、强大、完备的计算机及软件系统支持[10]。例如自动提取MRI或CT检查数据中特征性的参数,直接生成三维立体骨骼模型,再如通过人机交互法完成材料与假体的植入,数字化机械臂,远程会诊及远程手术等[11-13]。数字骨科技术作为新兴的研究与治疗技术,具有广阔的发展前景,由此,该技术还应当不断发展完善,为医疗事业及人类生活的进步作出更大贡献,数字化技术将成为21世纪优秀骨科医生的临床床基本技能。


  作者:王剑,云文科本文来自《中华骨科》杂志

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