計算機(jī)技術(shù)在髖臼骨折中的應(yīng)用進(jìn)展

個性化，精確化，微創(chuàng)化是21世紀(jì)骨科學(xué)的發(fā)展方向，這非常依賴于計算機(jī)信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用。由于髖臼骨折的復(fù)雜性，傳統(tǒng)輔助治療技術(shù)的效果受到很大限制，而計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展為這類復(fù)雜骨折的處理提供了很好的便利性，本文試簡述這方面的進(jìn)展。

1 三維成像技術(shù)的廣泛應(yīng)用

髖臼結(jié)構(gòu)復(fù)雜，髖臼骨折屬于關(guān)節(jié)內(nèi)骨折、治療要求高，需要在術(shù)前利用影像學(xué)資料對骨折進(jìn)行充分準(zhǔn)確的評估，制定詳細(xì)的手術(shù)計劃。X線平片對絕大多數(shù)骨折可做出診斷，但圖像重疊，有時因為患者病情難以加拍骨盆出、入口位及髖臼髂骨斜位、閉孔斜位片；二維CT能發(fā)現(xiàn)普通平片難以發(fā)現(xiàn)的骨折線和碎骨塊，但不能提供骨折部位的立體結(jié)構(gòu)；三維CT圖像能直觀顯示骨折處的立體結(jié)構(gòu)，可得到骨折處的空間信息。

Fadero PE等[1]認(rèn)為骨科手術(shù)依賴于影像學(xué)，在創(chuàng)傷骨科領(lǐng)域，對于類似于髖臼骨折等的復(fù)雜骨折，3D影像重建術(shù)方便術(shù)者制定術(shù)前計劃，比如選擇合適的手術(shù)入路、恰當(dāng)?shù)墓钦蹚?fù)位及適當(dāng)?shù)膬?nèi)固定。O'Toole RV等[2]的研究證實，CT成像對于髖臼骨折的診斷準(zhǔn)確性比平片要高，觀察者間一致性比平片好。但影像軟件操作對外科醫(yī)生來說掌握不易，3D影像重建術(shù)應(yīng)該有進(jìn)一步的發(fā)展，以使其更加簡單和易于掌握，擴(kuò)大應(yīng)用范圍[1]。

Gabbe BJ等[3]研究了嚴(yán)重骨盆環(huán)損傷患者在兩個一級創(chuàng)傷中心就診時的影像學(xué)技術(shù)的使用情況，在平片和三維CT重建影像學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)上使用骨折分型系統(tǒng)對這類嚴(yán)重骨折進(jìn)行分析，觀察者間一致性也得到了評估，結(jié)果表明使用Tile/AO 和Young-Burgess分型系統(tǒng)的觀察者間一致性都非常低，非常嚴(yán)重的損傷由于骨折的復(fù)雜性而難以進(jìn)行分型。這表明傳統(tǒng)骨折分型方法已經(jīng)不適用于現(xiàn)代創(chuàng)傷骨科的發(fā)展，骨折的數(shù)字化分型是發(fā)展趨勢。

2 術(shù)中導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用

醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的發(fā)展不但術(shù)前及術(shù)后可以獲得人體解剖結(jié)構(gòu)的三維信息，也可以使骨科醫(yī)生在術(shù)中即時獲得人體解剖結(jié)構(gòu)的三維信息，更好、更快的進(jìn)行手術(shù)。

Gras F等[4]的實驗證實，盡管都沒有發(fā)生錯誤的置釘于關(guān)節(jié)內(nèi)情況，但使用3D影像導(dǎo)航技術(shù)的置釘時間較使用2D影像導(dǎo)航技術(shù)所用時間明顯減少（盡管3D影像技術(shù)采集圖像的時間比2D影像技術(shù)長），置釘精度更高，因此他們特別推薦在狹窄區(qū)域置釘時使用3D影像導(dǎo)航技術(shù)。Grossterlinden L等[5]的研究證明，3D術(shù)中增強導(dǎo)航技術(shù)對于髖臼上置釘技術(shù)幫助很大，共有3例錯誤的置釘案例在實驗中被這種技術(shù)所發(fā)現(xiàn)。他們認(rèn)為經(jīng)驗較少的外科醫(yī)生進(jìn)行骨盆手術(shù)時，3D術(shù)中增強導(dǎo)航技術(shù)是一個有益的工具。

阮志勇等[6]認(rèn)為Arcadis orbic 3D術(shù)中三維導(dǎo)航系統(tǒng)在對皮質(zhì)骨的顯示方面可以與CT相媲美，對關(guān)節(jié)軟骨下的軟骨下骨顯示比較清楚，判斷關(guān)節(jié)面的復(fù)位及螺釘是否進(jìn)入關(guān)節(jié)腔的臨床診斷價值可以與CT相當(dāng)。其缺點是設(shè)備昂貴、術(shù)中射線量大、對軟組織及松質(zhì)骨成像效果差，最明顯的缺點是成像范圍太小，術(shù)中使用不方便。

3 數(shù)字技術(shù)在醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

醫(yī)學(xué)是一門實踐科學(xué)，需要通過漫長的學(xué)習(xí)才能逐步掌握治療技能，對于外科醫(yī)生尤其如此。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可使醫(yī)學(xué)生及低年資醫(yī)生的實踐機(jī)會成倍增加，大大提高學(xué)習(xí)效率。對于類似髖臼骨折這樣復(fù)雜的骨折，虛擬現(xiàn)實技術(shù)對有經(jīng)驗的醫(yī)生也有很大幫助。Garrett J等[7]的研究表明，在骨科住院醫(yī)生培訓(xùn)中、對于復(fù)雜的骨盆立體結(jié)構(gòu)的的理解是個難點，而3D影像技術(shù)是一個有效的培訓(xùn)工具，有助于髖臼骨折類型的學(xué)習(xí)及正確運用骨折分型系統(tǒng)，在的不同培訓(xùn)階段，學(xué)習(xí)效果都明顯優(yōu)于平片和二維CT，對初級住院醫(yī)師的幫助尤其顯著。Hansen E等[8]認(rèn)為骨科住院醫(yī)師的學(xué)習(xí)過程中，與單純使用非信息化的教學(xué)板相比，使用可\"實踐\"的三維骨盆模型有助于增進(jìn)他們準(zhǔn)確判斷髖臼骨折類型的能力。Pahuta MA等[9]將醫(yī)學(xué)生及住院醫(yī)生分成對照組、模型組及虛擬現(xiàn)實組，觀察他們學(xué)習(xí)髖臼雙柱骨折的情況。結(jié)果表明，虛擬現(xiàn)實組的表現(xiàn)明顯比對照組和模型組好，而對照組和模型組的學(xué)習(xí)情況沒有顯著性差異。他們認(rèn)為，在幫助外科醫(yī)生理解復(fù)雜骨折的三維空間結(jié)構(gòu)方面，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在定性和定量上均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的術(shù)前計劃及策略制定方法。

計算機(jī)信息技術(shù)在醫(yī)學(xué)生及住院醫(yī)師培訓(xùn)上的應(yīng)用，將明顯減輕醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)、加快年輕醫(yī)生的成長速度，使醫(yī)生更深刻清晰的理解損傷的本質(zhì)。

4 計算機(jī)模擬手術(shù)技術(shù)的應(yīng)用

計算機(jī)輔助設(shè)計、制造及分析技術(shù)使骨科醫(yī)師可以在計算機(jī)中模擬、預(yù)測和評估手術(shù)效果。外科醫(yī)生在真正動手術(shù)之前，通過計算機(jī)信息技術(shù)的幫助，在顯示器上重復(fù)地模擬手術(shù)，移動人體內(nèi)的器官，能尋找最佳手術(shù)方案并提高熟練度。

Mendel T等[10]在CT掃描基礎(chǔ)上，利用Amira 4.2三維可視化軟件的虛擬技術(shù)，測量了骶髂螺釘植入的安全區(qū)。他們認(rèn)為安全區(qū)的可視化和最恰當(dāng)釘?shù)赖挠嬎悖兄谟?xùn)練外科醫(yī)生的空間思維能力、完善術(shù)前計劃。Puchwein P等[11]利用MIMICS軟件模擬經(jīng)皮植入前柱螺釘（恥骨上支）、后柱螺釘（坐骨）及髖臼上區(qū)域螺釘固定手術(shù)，測量了釘?shù)篱L度、植入?yún)^(qū)最狹窄區(qū)域大小、釘?shù)乐馏y關(guān)節(jié)的距離。結(jié)果表明由于置釘區(qū)域非常狹窄，經(jīng)皮行螺釘固定技術(shù)非常具有挑戰(zhàn)性，術(shù)前計劃中利用計算機(jī)影像技術(shù)確定置釘角度，有助于安全置釘，且可減少手術(shù)時間和減少放射損傷。

因此，計算機(jī)模擬手術(shù)明顯較傳統(tǒng)的術(shù)前規(guī)劃方式（透明圖紙在X線片上繪圖等方式）優(yōu)越，術(shù)前準(zhǔn)備更為充分、細(xì)致。但其推廣有賴于軟件的進(jìn)一步優(yōu)化，有利于臨床醫(yī)生的掌握和使用。

5 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在骨科的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實是多種技術(shù)的綜合，包括實時三維計算機(jī)圖形技術(shù)，廣角（寬視野）立體顯示技術(shù)，對觀察者頭、眼和手的跟蹤技術(shù)，以及觸覺/力覺反饋、立體聲、網(wǎng)絡(luò)傳輸、語音輸入輸出技術(shù)等，在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實意義。在虛擬環(huán)境中建立虛擬的人體模型，借助于跟蹤球、HMD（頭盔顯示器）、感覺手套，可以模擬實際情況進(jìn)行操作。

石晶晟等[12]的研究表明虛擬現(xiàn)實技術(shù)可成功融合多種醫(yī)學(xué)影像資源，骨骼和皮膚的提取顯像效果最好，血管重建也能獲得較好的效果，軟組織如肌肉纖維等效果較差。骨科患者的個性化解剖結(jié)構(gòu)均能通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)成功重建，能利用Dextroscope系統(tǒng)簡單模擬相關(guān)手術(shù)入路，但模擬過程較為簡易及粗糙，與實際手術(shù)過程仍有較大的差距，目前還難以與真實手術(shù)過程相比擬，制約其發(fā)展的因素是多方面的，仍需要進(jìn)一步的探索。

計算機(jī)技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用越來越廣泛，其核心問題是三維建模，三維建模的關(guān)鍵是圖像分割，醫(yī)學(xué)研究者的解剖學(xué)知識使其能判斷圖像分割的準(zhǔn)確性，工科研究人員則無法對計算機(jī)自動分割結(jié)果進(jìn)行修正。因此，臨床醫(yī)師掌握一定的醫(yī)用圖像軟件操作技能，能親自進(jìn)行圖像的分割和分析是必要的。

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編輯/哈濤