数字骨科技术在创伤骨科的应用

数字骨科技术在创伤骨科的应用

张宣

首都机场集团紧急医学救援中心 北京市 100000

摘要：近几年，随着数字化技术的迅速发展，骨科疾病的诊断和基础研究都得到了新的发展，并与骨科的融合、促进、互动，逐步形成了具有时代特色的现代骨科。

关键词：数字骨科技术；创伤骨科；应用

引言

目前医学影像处理与三维建模技术以及计算机辅助制造技术等新型技术都应用到了骨科数字技术中，除此之外，数字骨科技术还包含了人体骨肌系统力学仿真技术，以及手术导航技术等。创伤骨科是骨科的一个重要分支，它与脊柱外科、关节外科等学科有着明显的区别。本文简要介绍了目前应用于创伤矫形外科中的几种主要数字化技术，希望能给有关人员带来帮助和参考。

1术前骨折图像处理与3D模型的建立

这是一种基于 Mimics等3D打印技术，利用病人的影像资料，在电脑上构建出相应的3D骨骼模型。在传统的骨折诊断和治疗中，外科复位和固定的参考标准有术前 X线片、 术中透视等。但对复杂骨折的患者，通过三维 CT重建，可以在术前对骨折、尤其是复杂骨折进行三维建模；全面了解骨折的详细状况，并据此做出正确的判断；该方法能为临床合理的骨折处理提供明确、可靠的基础，以保证术后的复位及固定效果，并能有效地保证骨折的血液循环，提高术后疗效；有利于病人和家人了解病情，增强教育的有效性。骨盆髋臼骨折，尤其是各个部位的骨折，其临床表现较为复杂。结论：骨盆骨折具有较高的危害性，其诊断和分类是决定手术方案的重要依据。过去通过摄取髂骨斜位和闭孔斜位 X线片来判定臼壁骨折， CT是当前临床上的首选检查手段。应用计算机三维模型技术，能较好地反映出骨盆髋臼骨折的真实状况，为临床上对复杂骨折的正确诊断及正确处理提供了可靠的数据。对于四肢复杂骨折，如肱骨、胫骨等骨折，利用 CT三维重建的方法，可以更好地了解骨折部位的解剖结构、位置和骨折类型，从而方便整体治疗工作的有效进行。

2术前计算机模拟手术技术

在手术前建立了三维骨折模型后，利用该软件对所建立的模型进行模拟测量、复位、固定等操作。在计算机辅助设计中，根据预先设定的手术路径，将三维模型转动到合适的角度，再对其进行虚拟复位。由于暴露条件的限制，在术中骨折的复位要比仿真的要难，所以在模拟的过程中应该注意到这一点。同时，还要考虑切口的方向、软组织的阻挡、神经和血管的保护。比如肱骨近端骨折，因为肱骨头的血液主要来源于旋臂前动脉的前部，所以为了降低术后肱骨头缺血坏死的危险，模拟手术应该选择在前外侧。肘部骨折的外科治疗一般采用侧方或侧方切口，同时要注意桡神经的走行和保护。对于股骨髁上骨折，可以进行复位、固定等模拟手术，对于合并短缩和成角的粉碎性股骨髁上骨折，可以进行模拟矫正。由此可以看出，术前计算机模拟手术技术的应用是至关重要的，对于整个手术过程来说，起到了不可代替的作用。

3人体骨骼快速成型技术

人体骨骼快速成形技术是二十世纪八十年代末在国外兴起的一项新技术，它是以 CAD模型为基础，对各种复杂的三维实体进行快速加工的技术。在骨科学方面，它是将逆向工程技术、人体骨骼解剖学结合起来，根据离散-堆积成形的理论，在电脑的控制下，实现了实体 CAD的实时仿真。其实现方法为：通过软件对骨折位置进行 CT扫描，并将 CT数据直接导入 RP机上，实现了对外科手术部位的三维立体建模。此项技术可使术者在术前更直观地了解病人的骨骼结构，对复杂骨折做出正确的判断，并能正确选择不同类型的植入物，制定合理的手术计划，评估术后的生物力学稳定性。为手术中的实体对比和实时参考提供了帮助。对于肱骨近侧骨折，螺钉必须深入到软骨下骨才能达到最大的稳定，我们可以通过 RP模型和仿真程序来测量肱骨头的直径，以便在实际操作中选用合适的螺钉。对于肘关节和手腕骨折，可以根据骨折的实际尺寸进行预测，从而确定最优的固定方法。对于复杂骨盆骨折，建立准确的实体模型，不但能直观地反映出骨折的具体情况，而且可以通过 DSA的影像资料，了解髂动脉的位置和与骨折的关系，从而提高手术的安全性。由此可以看出，人体骨骼快速成型技术在具体应用过程中能够保证整体的治疗工作更加的有效，对于骨折的具体情况能够有效的科学的进行掌握，从而方便治疗工作的进行。

4计算机辅助制造技术

CAD技术是以 CAD为基础，通过 CAD的结果，生成 CAM NC加工指令，再通过微机实现人工假体的个性化生产。目前，这种技术已在骨科手术设备的开发与设计中得到了广泛的应用，特别是在个性化手术模板、内固定设备的制作、钢板的设计、手术方式的改进等方面。以广州广州总医院为例，应用 CAM技术，在广州总医院进行了一次成功的应用。在人工假体工程领域，利用高科技 RP加工设备和高质量的3D打印技术，可以将植入物（人工骨、金属植入体）3D打印出来，进行仿真、植入、植骨、内固定。

5生物力学计算——有限元技术

有限元是一种将复杂、不规则的力学问题用计算机进行离散，并将其分解为有限元的一种力学分析方法。在创伤矫形器中，可以对任何正常或受损的软组织、神经、血管、肌腱等进行三维建模，并在软件中进行网格划分和赋值。通过对各种力学状态的模拟，测量其应力、位移等的变化趋势，对损伤机理进行分析，并对各种手术方法及器械的稳定性进行对比，为临床创伤的处理提供了理论和生物力学的基础。为规范化治疗提供了强有力的保证。

6计算机辅助导航技术

计算机辅助外科技术是一种计算机辅助技术，它通过空间定位技术来确定外科手术部位的组织结构，并对其进行准确的追踪。此项技术能在术中实时显示手术设备与病人的解剖学关系，避免重要的解剖部位，保证手术的安全性；该系统还能模拟外科器械的进、退、直径等。

7机器人辅助手术技术

通过操作电脑，让医疗机械手臂在图像/光学装置的监视下完成精细的外科操作，这被称为“机器人”。手术中手与眼的协调性、触觉的差异、手的不自主震颤等因素都会对手术的准确性产生一定的影响。目前，手术机器人导航机器人已经在关节腔内植入、骶髂关节螺钉、髋螺钉植入等手术中得到了广泛的应用，手术的可视化、视野广阔，可以在虚拟的环境中进行手术模拟，从而提高手术的准确性和安全性。

结束语

综上所述，数字化骨科技术在具体应用过程中能够很好的促进骨科医学的良好发展和进步，面临不好处理以及不可见的骨折问题，数字化骨科技术的应用能够发挥非常重要的作用，在进行外科手术时，可以充分的结合数字化骨科技术，这样能够实现整个手术过程的可视化，不仅能够提升整体的教学效果，还能够提高治疗的效果，从而促进整个医疗行业的发展和进步，也能够为医院树立良好的形象。

参考文献：

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