王成燾

硬組織外科臨床數(shù)字技術(shù)系統(tǒng)研究

王成燾

骨和骨組織；外科；數(shù)字技術(shù)；系統(tǒng)

1 概述

隨著現(xiàn)代科學(xué)和新技術(shù)革命的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)正在深刻地影響著社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。由于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)建立在0與1構(gòu)成的二進(jìn)制數(shù)字處理的基礎(chǔ)上，因此很多學(xué)者將其稱(chēng)為數(shù)字技術(shù)。實(shí)踐證明，一旦與數(shù)字技術(shù)相結(jié)合，傳統(tǒng)技術(shù)的水平往往得到質(zhì)的飛躍，如：以模擬信號(hào)為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)通訊與媒體技術(shù)提升為以數(shù)字信號(hào)為基礎(chǔ)的數(shù)字通訊與多媒體技術(shù)，以紙質(zhì)報(bào)表為基礎(chǔ)的醫(yī)院管理系統(tǒng)提升為基于局域網(wǎng)的數(shù)字化醫(yī)院信息系統(tǒng)（hospital information system，HIS）等等。同樣，數(shù)字技術(shù)與臨床醫(yī)學(xué)的緊密結(jié)合，將使臨床醫(yī)學(xué)提升到一個(gè)嶄新的技術(shù)層面，有力地推動(dòng)了21世紀(jì)臨床醫(yī)學(xué)向精確化、個(gè)性化、微創(chuàng)化和遠(yuǎn)程化方向的發(fā)展。

硬組織外科在這里泛指涉及人體骨組織的各種外科醫(yī)學(xué)，如骨科、整形外科、口腔科以及五官科等。骨組織具有高密度、對(duì)X線高吸收的特點(diǎn)，故其數(shù)字圖像易于與其它軟組織分割，具有天然的影像學(xué)優(yōu)勢(shì)。目前數(shù)字技術(shù)已廣泛應(yīng)用于硬組織外科臨床治療的各個(gè)階段，主要包括：計(jì)算機(jī)輔助術(shù)前手術(shù)規(guī)劃；個(gè)性化治療所需植入物的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(computer aided design/computer aided manufacturing，CAD/CAM)；用于保證手術(shù)規(guī)劃精確、可靠執(zhí)行的術(shù)中導(dǎo)航和導(dǎo)板技術(shù)；實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化手術(shù)操作和信息交互環(huán)境的數(shù)字化、一體化手術(shù)室技術(shù)；術(shù)后評(píng)定與數(shù)字化康復(fù)技術(shù)等。這些技術(shù)在硬組織外科領(lǐng)域的應(yīng)用具有很多共性，并已形成相互關(guān)聯(lián)的技術(shù)系統(tǒng)，而虛擬手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)、機(jī)器人輔助手術(shù)系統(tǒng)的臨床應(yīng)用將使這一系統(tǒng)更趨豐富和完善。

作者單位：200240上海交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)與生命質(zhì)量研究所

2 計(jì)算機(jī)輔助術(shù)前手術(shù)規(guī)劃

依據(jù)患者X線片、CT片等二維影像資料進(jìn)行術(shù)前手術(shù)規(guī)劃的傳統(tǒng)模式已不能滿足臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展的要求，它將被計(jì)算機(jī)輔助術(shù)前手術(shù)規(guī)劃逐步取代。

2.1 基于軟件的術(shù)前手術(shù)規(guī)劃

目前市場(chǎng)上出現(xiàn)多種可用于手術(shù)規(guī)劃的軟件，如比利時(shí)的Mimics、英國(guó)的Simpleware等。醫(yī)生通過(guò)這類(lèi)軟件對(duì)患者的CT（或MRI）影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，建立三維解剖模型。手術(shù)規(guī)劃軟件一般都具有對(duì)模型進(jìn)行縮放、旋轉(zhuǎn)、切割、鏡像處理、幾何測(cè)量（如體積、面積計(jì)算）等功能，醫(yī)生可以運(yùn)用這些功能針對(duì)所建立的數(shù)字模型進(jìn)行手術(shù)仿真與規(guī)劃。一些專(zhuān)用的手術(shù)規(guī)劃軟件帶有相關(guān)產(chǎn)品的模型庫(kù)，醫(yī)生可調(diào)用這些產(chǎn)品模型，將其植入患體模型中，形成完整的手術(shù)規(guī)劃方案。必要時(shí)還可將工程設(shè)計(jì)常用的CAD軟件用于個(gè)性化骨科植入物設(shè)計(jì)，調(diào)用到規(guī)劃軟件中進(jìn)行虛擬置換。圖1為上海交通大學(xué)研發(fā)的顱頜面手術(shù)規(guī)劃軟件，醫(yī)生利用該軟件構(gòu)建患者頜面骨骼的三維數(shù)模，根據(jù)該模型設(shè)計(jì)個(gè)性化的上頜修復(fù)支架，通過(guò)種植釘固定在顴骨等部位，用以支撐植入缺損部位的自體骨，由此形成完整的上頜修復(fù)手術(shù)方案（圖1A）；該軟件還可用于牙種植手術(shù)規(guī)劃，醫(yī)生通過(guò)調(diào)用模型庫(kù)中的種植體產(chǎn)品三維數(shù)模進(jìn)行模擬植入，確定種植體植入的位置、個(gè)數(shù)、距離、深度等，形成完整的種植方案（圖1B）。

2.2 基于快速成型模型的手術(shù)規(guī)劃

快速成型技術(shù)（rapid prototyping technology）簡(jiǎn)稱(chēng)RP技術(shù)，是20世紀(jì)末出現(xiàn)的一種新型制造技術(shù)。其基本原理是將完整的三維機(jī)械零件數(shù)字模型分解為具有一定厚度的、相互疊加的斷面，然后采用光敏樹(shù)脂、塑膠、金屬粉末、特殊紙材等專(zhuān)用材料，通過(guò)激光或電子束逐一制作這些斷面薄片，通過(guò)有序疊加，最終制作出三維模型實(shí)物。每層斷面的厚度為0.1 mm甚至更薄，因此制造出來(lái)的實(shí)物具有很好的表面質(zhì)量和精度。醫(yī)生通過(guò)CT數(shù)據(jù)處理建立患者硬組織的三維數(shù)字模型并輸入RP設(shè)備，制成的1：1 RP模型與實(shí)際硬組織并無(wú)二致，從而有助于醫(yī)生準(zhǔn)確理解硬組織的細(xì)微解剖結(jié)構(gòu)，精確制定手術(shù)方案。圖2是上海交通大學(xué)數(shù)字醫(yī)學(xué)教育部工程研究中心醫(yī)工合作完成的一個(gè)臨床案例。一位女性“麻花腿”患者下肢從髖部開(kāi)始扭曲生長(zhǎng)，致使足部呈90°以上外旋（圖2A）；CT三維圖形無(wú)法看清扭轉(zhuǎn)的細(xì)部（圖2B）；利用RP模型（圖2C）制定詳細(xì)的矯形手術(shù)方案，手術(shù)獲得成功（圖2D）。

圖1 顱頜面手術(shù)規(guī)劃軟件及其運(yùn)用

圖2 基于RP骨模型的手術(shù)規(guī)劃案例

3 個(gè)性化骨外科植入物CAD/CAM技術(shù)

骨科領(lǐng)域目前大多采用制造商提供的、具有不同尺寸規(guī)格的成品植入物，但這些產(chǎn)品往往不能滿足患者的個(gè)性特點(diǎn)，需要制作“量體裁衣，度身定做”的個(gè)性化植入物，如個(gè)性化人工關(guān)節(jié)、接骨板、骨缺損修復(fù)體等。臨床治療的個(gè)性化是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展的重要方向之一，以CAD和CAM為核心的數(shù)字制造技術(shù)已經(jīng)具備個(gè)性化產(chǎn)品制造能力，且其成本和制造速度可與大規(guī)模生產(chǎn)相媲美。個(gè)性化植入物的設(shè)計(jì)制造流程如下：首先攝取患者的CT/MRI醫(yī)學(xué)影像，經(jīng)圖像處理建立三維數(shù)字模型；針對(duì)患者個(gè)性特點(diǎn)由醫(yī)生提出個(gè)性化植入物的概念設(shè)計(jì)，由工程師進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，醫(yī)工結(jié)合進(jìn)行術(shù)前手術(shù)規(guī)劃，形成最終設(shè)計(jì)；將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸給CAM系統(tǒng)進(jìn)行植入物數(shù)控加工；對(duì)成品進(jìn)行后續(xù)處理，交付臨床使用。

目前可供選用的數(shù)字制造手段較多，主要包括：（1）數(shù)控機(jī)床或多軸數(shù)控加工中心 可以使刀具相對(duì)工件在X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸方向作數(shù)控移動(dòng)，或沿其作數(shù)控回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，每一項(xiàng)數(shù)控運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為沿一個(gè)軸的自由度。加工中心通常具有多種刀具組成的刀庫(kù)，通過(guò)機(jī)械手換刀，實(shí)現(xiàn)車(chē)、銑、鉆、鏜等各種切削工藝。目前人工膝關(guān)節(jié)加工通常需要5自由度加工中心，用以精確制造人工膝關(guān)節(jié)空間復(fù)雜的髁表面。（2）RP設(shè)備 骨缺損修復(fù)體通常由人工骨材料制成，可運(yùn)用RP技術(shù)制作修復(fù)體的模型，翻制成陰模，將人工骨材料填充燒結(jié)成型。若修復(fù)體為三維曲面鈦網(wǎng)材料時(shí)，可根據(jù)手術(shù)規(guī)劃的設(shè)計(jì)，用加工中心制作塑料或軟金屬曲面壓模，進(jìn)行壓制；依托RP技術(shù)的現(xiàn)代柔性模具還可根據(jù)修復(fù)體的曲面形狀進(jìn)行變換，實(shí)現(xiàn)較厚金屬板材的一次性曲面壓制。（3）金屬粉末燒結(jié)RP技術(shù) 是近幾年迅速發(fā)展起來(lái)的最為先進(jìn)的RP技術(shù)之一。用戶可以根據(jù)植入物需要的合金材料，選擇相應(yīng)的金屬粉末按比例混合，RP設(shè)備層層鋪敷所制備的粉料，然后按植入物斷面形狀用高溫電子束進(jìn)行層層燒結(jié)，直接提供用所需材料制成的植入物。上海交通大學(xué)自2001～2010年10年間為全國(guó)醫(yī)院提供了2 500件個(gè)性化骨科植入物，圖3顯示了其中的部分案例：個(gè)性化人工骨盆（圖3A）、顱骨破損修復(fù)用人工骨（圖3B）、頜面修復(fù)用成型鈦網(wǎng)（圖3C）等，圖3D是合作企業(yè)采用金屬直接RP技術(shù)制作的髖臼修復(fù)體。

4 圖像引導(dǎo)下的術(shù)中導(dǎo)航技術(shù)

手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)是實(shí)現(xiàn)手術(shù)精確化的重要手段，患體和手術(shù)器械的空間精確定位是該技術(shù)的核心，目前主要包括紅外光學(xué)定位、電磁定位和超聲定位3種定位技術(shù)。紅外光學(xué)定位技術(shù)采用立體視覺(jué)原理，用兩個(gè)呈一定角度設(shè)置的紅外攝像機(jī)捕捉空間一個(gè)紅外光點(diǎn)的位置坐標(biāo)，該光點(diǎn)可以是紅外發(fā)光二極管，也可以是在外界紅外光源照射下反射紅外光的小球，據(jù)此分為主動(dòng)型和被動(dòng)型紅外光學(xué)定位系統(tǒng)兩類(lèi)。這種系統(tǒng)只認(rèn)知紅外光，不受室內(nèi)其它光線的干擾，是目前使用最廣泛的定位技術(shù)，但必須保證使用中的紅外光線不受遮擋。電磁定位技術(shù)是在手術(shù)床區(qū)域設(shè)置X、Y、Z三個(gè)定向電磁感應(yīng)線圈，用于確定空間一個(gè)鐵磁體的位置坐標(biāo)，其優(yōu)點(diǎn)是無(wú)光線遮擋問(wèn)題，可深入到人體內(nèi)部，缺點(diǎn)是易受周邊電磁場(chǎng)的干擾。超聲定位技術(shù)目前尚處于研究階段，我們與上海市第一人民醫(yī)院合作，正在致力于有關(guān)使用手術(shù)室超聲裝置在無(wú)損狀態(tài)下確定患骨空間位置的相關(guān)研究。

手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備的主要功能是將術(shù)中患體和手術(shù)器械的位置準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地顯示到計(jì)算機(jī)屏幕上，醫(yī)生通過(guò)觀看屏幕中的患體和器械來(lái)實(shí)施精確手術(shù)。手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：（1）利用計(jì)算機(jī)圖形與圖像的豐富功能，使醫(yī)生得以觀察患者的深層解剖結(jié)構(gòu)，提高手術(shù)操作的主動(dòng)性和安全可靠性；（2）使醫(yī)生得以運(yùn)用手中的工具按照術(shù)前規(guī)劃的、通常標(biāo)明在患體上的路徑或方位進(jìn)行操作，使患骨精確復(fù)位，保證手術(shù)依術(shù)前方案精確執(zhí)行；（3）使大部分手術(shù)的微創(chuàng)化成為可能，從而達(dá)到減少手術(shù)創(chuàng)傷、縮短住院時(shí)間、提高手術(shù)效率的目的。

近年來(lái)本領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)是在術(shù)中導(dǎo)航的基礎(chǔ)上進(jìn)一步引入增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)。醫(yī)生依然保持傳統(tǒng)手術(shù)操作姿態(tài)，通過(guò)佩戴的光學(xué)穿透式3D頭盔（head mounted display，HMD），將虛擬場(chǎng)景同外部世界在人眼中融合，從而使臨床醫(yī)生可以同時(shí)看到真實(shí)的手術(shù)現(xiàn)場(chǎng)和計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的虛擬解剖組織圖像，產(chǎn)生“實(shí)時(shí)X線透視眼”的效果。這樣，醫(yī)生就擺脫了傳統(tǒng)導(dǎo)航環(huán)境下不得不在患者手術(shù)現(xiàn)場(chǎng)和導(dǎo)航設(shè)備的計(jì)算機(jī)屏幕之間來(lái)回切換視野，從而影響手術(shù)實(shí)際操作與進(jìn)程的煩惱。因此，借助增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將部分導(dǎo)航信息直接反映到患者身上以提高導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)用性，使現(xiàn)代技術(shù)與醫(yī)生的習(xí)慣需求相融合，是當(dāng)前國(guó)際上導(dǎo)航產(chǎn)品研發(fā)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。

圖3 個(gè)性化植入物臨床案例

圖4 下頜角整形導(dǎo)航手術(shù)案例 4A患者術(shù)前照片 4B導(dǎo)航手術(shù)規(guī)劃 4C導(dǎo)航手術(shù)術(shù)中照片 4D患者術(shù)后照片

圖4為上海交通大學(xué)開(kāi)發(fā)的顱頜面外科手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)在下頜角整形手術(shù)中的臨床應(yīng)用案例。醫(yī)生利用患者的CT影像建立整個(gè)顱頜面三維數(shù)字模型，用手術(shù)規(guī)劃軟件制定了該女性下頜角整形切除方案，然后利用鈦釘配準(zhǔn)和導(dǎo)航設(shè)備從口腔內(nèi)部施行下頜角整形手術(shù)，醫(yī)生可以在術(shù)中清晰直觀地看到手術(shù)刀具的位置及切割路徑，大大提高了手術(shù)的計(jì)劃性和安全可靠性。

圖5 牙種植導(dǎo)板的設(shè)計(jì)制作及臨床案例

5 基于RP制造的手術(shù)導(dǎo)板技術(shù)

術(shù)中導(dǎo)航是實(shí)現(xiàn)手術(shù)精確化的重要手段，但導(dǎo)航設(shè)備價(jià)格昂貴，使該項(xiàng)技術(shù)難以得到普及和推廣。近年來(lái)我國(guó)骨科領(lǐng)域廣泛采用導(dǎo)板技術(shù)施行骨科手術(shù)，為手術(shù)精確化提供了較好的選擇。如：利用導(dǎo)板的廓線引導(dǎo)手術(shù)擺鋸截骨，或利用脊突定位鉆套施行椎弓根釘植入手術(shù)。該方法的最大優(yōu)點(diǎn)是醫(yī)生只需進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃和導(dǎo)板設(shè)計(jì)，導(dǎo)板的制作可以交由醫(yī)院內(nèi)的專(zhuān)業(yè)RP制作部門(mén)或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)給專(zhuān)業(yè)制作公司完成。圖5是上海交通大學(xué)自行開(kāi)發(fā)的牙科種植手術(shù)導(dǎo)板（國(guó)家二類(lèi)醫(yī)療器械）技術(shù)。借助手術(shù)規(guī)劃軟件（圖1B）完成種植規(guī)劃，采用種植導(dǎo)板對(duì)牙鉆的深度及方位進(jìn)行精確引導(dǎo)，導(dǎo)板可利用牙槽骨或周邊的鄰牙定位，按種植規(guī)劃中的牙列模型設(shè)計(jì)（圖5A）；RP技術(shù)制作導(dǎo)板的主體部分置入與牙鉆直徑相配的金屬鉆套（圖5B），因與牙槽骨及血液接觸，故所有材料均需經(jīng)主管部門(mén)進(jìn)行生物相容性測(cè)定，合格后方可使用；圖5C是我們與上海市東方醫(yī)院合作完成的采用種植導(dǎo)板施行種植手術(shù)臨床案例之一，圖5D為其術(shù)后X線圖片。

6 手術(shù)過(guò)程中的信息交互

隨著醫(yī)學(xué)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，手術(shù)過(guò)程中的信息交互量迅速增長(zhǎng)，各種先進(jìn)醫(yī)療設(shè)備相繼進(jìn)入手術(shù)室，傳統(tǒng)的手術(shù)室工作模式已不能適應(yīng)現(xiàn)代化外科手術(shù)的需要，數(shù)字化、一體化手術(shù)室的工作模式正在逐步建立，醫(yī)生的手術(shù)操作和信息交互技術(shù)環(huán)境發(fā)生了深刻的變化。目前數(shù)字化一體化手術(shù)室還是一個(gè)新生事物，尚沒(méi)有明確的定義和統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，其核心是利用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)術(shù)中信息的交互和設(shè)備的集成。它的主要功能包括：（1）通過(guò)局域網(wǎng)和因特網(wǎng)將手術(shù)室與醫(yī)院內(nèi)外信息系統(tǒng)連接。醫(yī)生或助手可在手術(shù)床前的控制屏上調(diào)用或組織手術(shù)相關(guān)信息，如：調(diào)閱HIS、醫(yī)學(xué)影像存儲(chǔ)與傳輸系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)中患者的相關(guān)信息；調(diào)用計(jì)算機(jī)中自行制定的手術(shù)規(guī)劃，并根據(jù)手術(shù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行修正；有計(jì)劃地記錄手術(shù)過(guò)程中的數(shù)據(jù)信息，形成自己工作和科學(xué)研究中的數(shù)據(jù)資料；組織手術(shù)文檔，將手術(shù)過(guò)程信息納入HIS中。（2）建立手術(shù)室和醫(yī)院內(nèi)外的視音頻信息交互功能。醫(yī)生在助理人員幫助下對(duì)全景攝像機(jī)、術(shù)野攝像機(jī)和內(nèi)窺鏡拍攝的圖像，以及手術(shù)室內(nèi)各種醫(yī)療器械的相關(guān)顯示有目的地進(jìn)行采集與編輯，發(fā)至示教室、相關(guān)辦公室、學(xué)術(shù)會(huì)議現(xiàn)場(chǎng)或院外專(zhuān)家處，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)、手術(shù)觀摩、遠(yuǎn)程會(huì)診以及會(huì)議交流等。目前大醫(yī)院普遍構(gòu)建醫(yī)院集群，這種異地醫(yī)院間的手術(shù)信息交互方式已成為一種重要的工作手段，其核心技術(shù)是大信息量、高清醫(yī)學(xué)圖像的遠(yuǎn)程保真?zhèn)鬏?，現(xiàn)正處于迅速發(fā)展完善階段。（3）對(duì)手術(shù)室醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行集成管理，將其融入手術(shù)室的一體化設(shè)計(jì)中。隨著手術(shù)室內(nèi)醫(yī)療設(shè)備的增多和醫(yī)務(wù)人員的精簡(jiǎn)，醫(yī)療設(shè)備的信息集成顯示與集中控制已成為現(xiàn)代化手術(shù)室的必然趨勢(shì)。醫(yī)生將從熟悉使用各種醫(yī)療器械轉(zhuǎn)為熟悉使用多功能集成的一體化手術(shù)室，大大提高復(fù)雜手術(shù)操作的條理性和安全性。這種手術(shù)室通常帶有記憶功能，醫(yī)生可針對(duì)自己的手術(shù)需求進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置，包括手術(shù)床的高度和姿態(tài)、手術(shù)燈的顏色和亮度、相關(guān)器械參數(shù)等，并存儲(chǔ)在自己的文件名下，使術(shù)前準(zhǔn)備和手術(shù)操作過(guò)程更為專(zhuān)業(yè)、有序、方便、快捷。借助CT、MRI和手術(shù)機(jī)器人技術(shù)，一體化手術(shù)室的水平將得到進(jìn)一步的提升。

圖6是上海交通大學(xué)與常州久信集團(tuán)合作開(kāi)發(fā)的數(shù)字化一體化手術(shù)室系統(tǒng)RODOR，除部分醫(yī)療設(shè)備反饋控制尚未完成外，上述的手術(shù)室功能全部得以實(shí)現(xiàn)，因此打破了國(guó)外數(shù)字化一體化手術(shù)室在國(guó)內(nèi)醫(yī)學(xué)市場(chǎng)的壟斷局面，但由于醫(yī)療設(shè)備控制端口制造商之間未能統(tǒng)一，因此集中控制仍是一體化手術(shù)室目前發(fā)展的最大瓶頸。

圖7 人體骨肌系統(tǒng)生物力學(xué)仿真軟件CMVHuman 1.0 7A主操作界面 7B動(dòng)力學(xué)功能模塊的操作界面

7 骨外科術(shù)后評(píng)定與康復(fù)中的數(shù)字技術(shù)

骨科學(xué)和骨肌系統(tǒng)生物力學(xué)密切相關(guān)，很多臨床治療手段的開(kāi)發(fā)需要運(yùn)用生物力學(xué)知識(shí)，而術(shù)后效果評(píng)定和康復(fù)計(jì)劃的制定也迫切需要現(xiàn)代生物力學(xué)技術(shù)的支撐。我們?cè)诮⑷梭w全身骨肌系統(tǒng)生物力學(xué)仿真模型的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了人體骨肌系統(tǒng)生物力學(xué)仿真軟件CMVHuman 1.0（圖7）。利用該軟件，可以對(duì)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)測(cè)得的人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)人體骨肌系統(tǒng)的仿真運(yùn)動(dòng)，并可進(jìn)一步計(jì)算分析人體運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和肌力，還可調(diào)用模型庫(kù)中骨骼的有限元模型，進(jìn)行有限元分析。在數(shù)據(jù)庫(kù)中還儲(chǔ)存了正常人步行、慢跑、上下樓梯、下蹲、下跪、騎自行車(chē)等典型行為的運(yùn)動(dòng)譜。利用這一軟件，可以對(duì)患者人工關(guān)節(jié)置換手術(shù)前后的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)對(duì)手術(shù)前后各個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)曲線以及其與正常人各個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)曲線的比較，對(duì)手術(shù)效果進(jìn)行現(xiàn)代化定量評(píng)估；軟件還可針對(duì)患者運(yùn)動(dòng)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，計(jì)算關(guān)節(jié)力和肌力，并結(jié)合肌電測(cè)量結(jié)果，對(duì)哪些部位的肌肉需行康復(fù)鍛煉作出綜合評(píng)判，從而制定合理的康復(fù)訓(xùn)練計(jì)劃，并在每個(gè)康復(fù)治療過(guò)程結(jié)束時(shí)進(jìn)行對(duì)比測(cè)量，定量評(píng)估康復(fù)治療的效果。

8 小結(jié)

目前數(shù)字技術(shù)已成功應(yīng)用于硬組織外科臨床治療的各個(gè)階段，隨著虛擬手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)和手術(shù)機(jī)器人技術(shù)的不斷成熟和介入，必將使其進(jìn)一步構(gòu)成一個(gè)完整的技術(shù)系統(tǒng)。我們堅(jiān)信，未來(lái)許多的創(chuàng)新手術(shù)將由熟練掌握數(shù)字技術(shù)的醫(yī)生所創(chuàng)造，醫(yī)學(xué)界和工程界的密切合作將是推動(dòng)骨外科臨床數(shù)字技術(shù)發(fā)展的重要保證。

TP391.41

A

1674-666X(2010)02-0087-05

2010-05-27；

2010-06-11）

（本文編輯 白朝暉）

10.3969/j.issn.1674-666X.2010.02.002

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