数字骨科学在临床骨科的研究进展

数字骨科学在临床骨科的研究进展

王建

江苏省连云港灌云仁济医院江苏连云港222200

摘要：数字骨科学是一门结合现代计算机技术信息技术，图像处理技术，医学物理技术，医学教学、临床和科研需求为一体的前沿性交叉学科。数字化是信息社会的技术基础，是信息通讯技术的核心，数字化技术引发的是一场包罗万象且具有深远影响的“产业革命”，其与医学的结合日益紧密。数字化技术融入医学领域是必然趋势，同时亦会使数字骨科学更进一步发展。本文主要就对数字骨科学在临床骨科的研究进展进行分析和探讨。

关键词：数字骨科学；临床骨科；研究进展

1数字骨科学在临床骨科的优势

因为数字化技术可对骨科手术带来巨大的优势：（1）更好地计划和模拟手术步骤；（2）提高手术的准确性；（3）减少手术创伤，减轻手术痛苦，缩短住院时间，避免长期卧床，缩短术后康复时间，降低医疗费用；（4）使以往不能治疗或治疗困难的疾病得以治愈；（5）减少术中手术医生和病人放射线辐射剂量；（6）无需输血，减少输血感染事故；（7）减轻医护人员负担，缩短护理时间，避免医护人员感染病毒性肝炎、艾滋病等。然而，目前计算机辅助骨科手术的高新技术在国际上处于起步阶段，在我国才处于临床摸索阶段，缺乏大样本的系统的临床应用研究。因此，很有必要进行相关的技术和理论研究，接受这一新的外科理念，使骨科手术向直观、可视化发展，使经验化的手术量化。

2数字骨科的临床应用

2.1创伤骨科的临床应用

现阶段，随着骨科内部固定的材料在设计中和生物学力学特征相符合，骨科手术也逐渐朝向精准化以及微创方向发展，除了对骨关节的骨折之外，很多数四肢骨干骨折都可以应用这些新技术，借助新型医疗辅助设备，骨外科医生可以准确判断骨折端对位、对线等解剖关系，清晰观看手术器械及植入物的实时图像信息。计算机导航技术在创伤骨科的主要应用有：股骨干、胫骨干、肱骨干的髓内钉交锁固定；股骨颈骨折空心钉固定；股骨远端、胫骨平台周围骨折的微创内固定稳定系统钢板固定；股骨转子周围骨折股骨近端髓内钉固定；骶髂关节螺钉置入等。这种技术不但能够达到精确定位和准确引导，还可以使创伤骨科手术操作向微创化发展成为可能，骨外科医生通过采取微小切口将骨科器械植入人体，进而使手术变得更加快捷、安全、可靠，减轻了病人的痛苦，降低了手术的难度。

2.2骨关节外科的临床应用

现阶段，在骨关节外科手术中主要采用的是人工膝以及髋关节置换技术，并且其技术也逐渐成熟，成为当前对老年人骨关节治疗的主要终极理想方式。对于人工关节置换术后比较常见的并发症主要有：关节假体早期松动，慢性疼痛，关节伸屈功能障碍等。其主要原因包括术者操作技术和厂家假体设计两大方面。术者的操作熟练程度及治疗经验不同，出现假体安放不妥，下肢轴向力线控制不准，软组织不平衡等操作偏差，影响手术效果。数字技术利用相关软件，术前应用患髋、膝关节的CT/MＲI数据进行三维建模，通过快速打印技术生成1：1的实体模型，术前在模型上确定截骨数值、假体大小，并制作个性化的导向截骨模板；应用骨肌系统生物力学数字仿真技术，求解关节、肌肉和相关软组织的力学信息，为术中平衡软组织提供有力参数；手术导航系统利用专用软件，对患髋、患膝截骨的位置，假体大小，假体安放角度及位置作出客观、准确的设计、引导，进行实时监控，保证每一步操作的准确性。随着计算机技术和数控机床的发展而出现的CAD/CAM技术，制造出与患者解剖特征匹配的数字化骨关节假体，假体柄外部进行涂层处理，利于骨细胞长入，达到生物固定，从而减少引起松动的生物学因素，还可以术前利用计算机技术进行假体与骨接触的有限元计算，以确定应力遮挡程度，进一步从设计层面上降低因力学因素引起的松动，骨吸收。

2.3四肢矫形外科的临床应用

现阶段，对于髋臼发育不良并髋关节脱位的治疗方式主要就是髋关节切开复位以及髋臼周围截骨、股骨截骨等髋关节重建手术。对于髋臼发育不良所产生的畸形之间的差异非常大，对于截骨块不同旋转角度的小型变化在一定意义上都会将股骨头的覆盖状况进行改变。当前，很多学者对截骨手术前进行常规的个体化手术设计，完善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。现阶段，在传统的X片，三维CT扫描数据基础上，重建数字模型，采用3D打印技术生成实物模型，能够对手术过程实现预演。

2.4脊柱外科的临床应用

现阶段脊柱经椎弓根内固定技术被认为是一种较为成熟以及有效的脊柱手术方法，在椎弓根螺钉技术当中其主要问题就是螺钉植入的安全性。颈椎、腰椎椎弓根解剖结构上的变化，对于手术难度以及危险性来讲其也有一定的差异。对于脊柱侧弯、后凸畸形产生时，椎弓根的解剖结构也能够产生很大的变异，根据传统的进钉点、进钉方向实施椎弓根螺钉植入，很难成功，并且在这当中每一个脊柱外科医生的手法操作也是不相同的，若是产生失误就会使得神经产生不可逆损害。所以，经椎弓根置钉技术安全性面临的挑战是如何提高椎弓根进钉点以及进钉角度的准确性，防止穿破椎弓根皮质所造成的并发症。运用数字骨科技术，将现代影像学、计算机三维重建、逆向工程原理及快速成形技术相结合，设计新型的脊柱椎弓根置钉导航模板，进而在手术中直接应用导向钻套模板钻孔，从而避免了以往手术时仅仅依靠徒手技术的手感，使复杂的手术简单化，可为脊柱椎弓根定位提供一种全新的数字化方法。临床上颅脊交界疾患常伴有寰枢椎脱位，是脊柱外科治疗上的难点。

2.5骨肿瘤治疗的临床应用

现阶段人们越来越重视数字化骨肿瘤切除重建假体，在这当中，对于骨肿瘤患者来讲在手术之前采用CT、MＲI影像获得相应的数据，输入Mimics软件，建立病变骨骼的三维模型，同事采用快速打印技术得到骨骼实物模型，在实际的模型演练当中，模拟肿物切除、截骨，了解瘤体边界截骨面的骨质情况，为术中截骨提供重要依据，实现骨肿瘤的个性化切除与重建。精确化、个体化体现了数字技术在骨肿瘤外科应用中的两个重要优势。

结语

当前，虽然我国的数字化骨科学基础研究以及实际的临床还不是很成熟，然而随着信息技术的不断发展，数字骨科学正在以崭新的科学理念以及夯实的理论基础逐渐的对传统的医疗模式进行替代。因此，我们要相信，随着数字化技术的进步，骨科学也能够得到有效的发展。

参考文献：

[1]孙竹清.数字化骨科手术新方法的建立及其临床应用[J].当代医学，2016，22（12）：80-81.

[2]王簕，张志，张亮，潘永谦，尹飚，杨波，赵洪普，周颖芳.Mimics数字化软件在临床骨科教学工作中的应用和体会[J].中国医学教育技术，2014，28（05）：527-529.

[3]许婉露.计算机辅助骨科手术系统关键技术研究[D].华南理工大学，2013.