本書共分為三篇:第一篇數(shù)字骨科學基礎;第二篇數(shù)字骨科學研究;第三篇數(shù)字骨科學應用。詳細、全面介紹了近幾年數(shù)字骨科技術的新進展,數(shù)字化組織瓣及周圍神經的三維可視化應用研究,3D打印骨科模型的應用,手術導航模板的應用,計算機輔助導航技術在骨折、脊柱外科、髖、膝關節(jié)置換術及骨腫瘤手術中的應用,機器人在創(chuàng)傷骨科、脊柱外科及關節(jié)外科手術中的實際應用等。
20年來數(shù)字骨科技術已有了長足的發(fā)展。2006年我們提出了“數(shù)字骨科學”的概念,旨在將用于骨科領域種類繁多、內容寬泛的數(shù)字化技術屬性歸類、凝煉提升,以便于數(shù)字化技術在骨科領域更高、更快的發(fā)展。近10年來“數(shù)字骨科學”概念的理論支撐、意義價值,已在骨科臨床得到了充分的驗證與展示!皵(shù)字骨科學”作為骨科學的重要分支與組成,已成為骨科學學科發(fā)展最為迅速、新技術含量最高的亞專科之一,具有巨大的發(fā)展前景。
2008年我們編撰出版了《數(shù)字骨科學》一書,由人民衛(wèi)生出版社出版。近年來,數(shù)字骨科學有了迅猛的發(fā)展,新的設備陸續(xù)問世,新的技術層出不窮,特別是數(shù)字骨科技術全面的臨床應用,更為近年來數(shù)字骨科學的一大進展。為了及時介紹數(shù)字骨科學的最新理論、知識與技術,更有效地推動數(shù)字骨科技術的臨床應用,對此,我們特組織有關專家編寫了這部《數(shù)字骨科學》第2版。
本版分為三篇:第一篇數(shù)字骨科學基礎;第二篇數(shù)字骨科學研究;第三篇數(shù)字骨科學應用,共計18章。在第1版的基礎上,第2版增加了“計算機輔助設計(CAD)與計算機輔助制造(CAM)”、“增材制造技術”、“逆向工程技術”等近幾年發(fā)展迅速、在臨床已得到實際應用的技術。本版另一最大特點就是作為一整篇專題,重點介紹了近幾年數(shù)字骨科技術在臨床的應用研究與實際應用。如數(shù)字化皮瓣、肌瓣及骨瓣、穿支皮瓣及周圍神經的三維可視化應用研究;3D打印骨科模型的應用;手術導航模板的設計與應用、計算機輔助骨科術前規(guī)劃與虛擬手術;擴增實境技術在數(shù)字骨科中的應用;計算機輔助導航骨科技術在骨折、脊柱外科、髖、膝關節(jié)置換術及骨腫瘤手術的中的應用;機器人在創(chuàng)傷骨科、脊柱外科及關節(jié)外科手術中的實際應用等,這些都是近幾年數(shù)字骨科的最新進展。這些新技術的應用,擴大了骨科手術的范圍,提升了骨科手術的質量,充分體現(xiàn)了骨科個性化、精準化手術的最新治療理念與要求,是骨科學發(fā)展的重要方向。
本書是系統(tǒng)介紹數(shù)字骨科技術的專著,反映了數(shù)字骨科技術最近幾年來的最新進展,代表了目前國際上該領域的最新技術水平。本書作者由生物力學、材料學、3D打印、基礎研究與臨床骨科醫(yī)師組成,是一部系統(tǒng)、新穎、實用的權威性專著,有較強的實際參考價值。在本書付梓之際,特別感謝為本書付出辛勤勞動的各位編者、研究生及人民衛(wèi)生出版社編輯的悉心指導和全力支持。本書不妥之處,還望同道不吝雅正,以便再版時予以更正和補充。
裴國獻,醫(yī)學博士,主任醫(yī)師,軍隊專業(yè)技術二級,文職一級教授,博士研究生導師,F(xiàn)任第四軍醫(yī)大學西京骨科醫(yī)院院長、全軍骨科研究所所長、《中華創(chuàng)傷骨科雜志》總編輯。曾先后擔任第五屆國務院學位委員會學科評議組成員、國家生物材料與組織器官修復主題專家組成員、國家科學技術進步獎評審專家、國家自然科學基金委員會評審專家、中華醫(yī)學科技獎評審專家、國際首屆復合組織異體移植學會秘書長、亞洲創(chuàng)傷骨科學會理事、中華醫(yī)學會醫(yī)學工程學分會數(shù)字骨科學組組長、中華醫(yī)學會顯微外科學分會第七屆委員會主任委員等學術職務。
主編專著16部,主持國家863重大專項、國家973項目、國家自然科學基金重點項目、軍隊杰出中青年人才基金、軍隊重點基金等21項。先后被授予“全國首屆中青年醫(yī)學科技之星”、“國家有突出貢獻的中青年科學技術專家”、“全國百千萬人才工程首批人選”等稱號;2000年獲“軍隊科技金星”;2001年被總后勤部確定為首批“總后院士后備人選”;2002年獲“軍隊專業(yè)技術重大貢獻獎”;2003年獲“軍隊優(yōu)秀人才I類崗位津貼”;2006年被中央組織部批準為“中央直接掌握聯(lián)系的高級專家”;2014年領銜骨科團隊榮獲總后勤部“三星人才創(chuàng)新團隊”獎。
第一篇 數(shù)字骨科學基礎
第一章 數(shù)字骨科學的建立
第一節(jié) 數(shù)字骨科學建立
第二節(jié) 數(shù)字骨科學的范圍
第三節(jié) 數(shù)字骨科學的現(xiàn)狀
第四節(jié) t數(shù)字骨科學的發(fā)展趨勢
第二章 數(shù)字醫(yī)學圖像基礎
第一節(jié) 數(shù)字醫(yī)學圖像基本設備
一、X線
二、CT
三、MRI
第二節(jié) 數(shù)字圖像基礎
一、視覺和圖像的基本概念
二、圖像處理常用軟件
第三節(jié) 圖像標準
一、像素、分辨率和像素尺寸
二、顏色深度
三、圖像文件的色彩模式
四、圖像格式
五、DICOM格式
第四節(jié) 中國數(shù)字人圖像質量控制
一、切削層距與像素的關系
二、色彩管理
三、數(shù)據(jù)存儲與備份
第五節(jié) 圖像配準
一、醫(yī)學圖像配準基礎理論
二、醫(yī)學圖像配準方法
三、連續(xù)斷層圖像的配準
四、中國數(shù)字人連續(xù)斷層圖像配準
第六節(jié) 圖像分割
一、醫(yī)學圖像分割概述
二、數(shù)字人研究中圖像分割方法
第三章 虛擬現(xiàn)實技術
第一節(jié) 基于序列斷層圖像的三維重建技術
一、三維重建技術概述
二、螺旋CT三維重建技術
三、Amira軟件介紹
四、Mimics軟件介紹
五、3DMed軟件介紹
六、3DSlicer軟件簡介
七、其他
第二節(jié) 虛擬現(xiàn)實建模語言VRML簡介
一、概述
二、基本原理
三、VRML的建模
四、虛擬現(xiàn)實開發(fā)工具VrmlPad
五、VRML瀏覽器
第四章 有限元分析技術
第一節(jié) 生物力學概論
一、皮質骨的生物力學
二、松質骨的生物力學
三、骨的生物力學
第二節(jié) 有限元分析的基本概念與方法
一、有限元分析的發(fā)展過程
二、有限元分析中的關鍵問題
三、有限元分析的對象
四、有限元分析的基本步驟
第五章 計算機輔助設計(CAD)與計算機輔助制造技術(CAM)
第一節(jié) CAD/CAM的基本概念
第二節(jié) CAD/CAM技術的應用
第六章 增材制造技術
第一節(jié) 增材制造的基本原理
第二節(jié) 增材制造的工藝方法
第三節(jié) 增材制造技術的發(fā)展
第四節(jié) 增材制造技術的應用
第七章 逆向工程技術
第一節(jié) 逆向工程的基本理論
一、逆向工程的概念
二、逆向工程的主要流程
三、逆向工程的應用領域
第二節(jié) 數(shù)據(jù)采集方法
一、幾種數(shù)字化方法的介紹
二、兩種最常見的數(shù)據(jù)采集方式比較
第三節(jié) 利用逆向工程CAD軟件進行模型重建
一、曲面重建方法
二、模型重建的流程
三、幾種逆向工程CAD軟件的介紹與比較
四、模型重建過程中關鍵步驟
第二篇 數(shù)字骨科學研究
第八章 骨科中的數(shù)字化技術研究
第一節(jié) 骨科硬組織數(shù)字化技術
一、計算機輔助術前手術規(guī)劃
二、手術導板及個體化植人物
三、手術導航技術
四、手術機器人技術
五、手術室信息集成技術
六、計算機輔助術后評估與康復規(guī)劃
七、虛擬現(xiàn)實與虛擬手術
第二節(jié) 虛擬現(xiàn)實技術及其應用
一、虛擬現(xiàn)實技術概述
二、虛擬現(xiàn)實研究現(xiàn)狀
三、虛擬手術系統(tǒng)
四、膝關節(jié)知識系統(tǒng)建立及運動仿真
第九章 數(shù)字技術在骨科的初步應用
第一節(jié) 數(shù)字化皮瓣、肌瓣及骨瓣的可視化
一、數(shù)字化背闊肌皮瓣的可視化
二、數(shù)字化股前外側皮瓣的可視化
三、數(shù)字化腓腸肌皮瓣的可視化
四、數(shù)字化足背皮瓣的可視化
五、數(shù)字化髂骨瓣的可視化
六、數(shù)字化腓骨瓣的可視化
第三節(jié) 穿支皮瓣的三維可視化
一、穿支皮瓣的相關概念及臨床應用原則
二、穿支皮瓣的數(shù)字化構建
三、數(shù)字化穿支皮瓣的臨床應用
第四節(jié) 周圍神經的三維可視化
一、概述
二、臂叢神經的三維重建及可視化
三、腰骶叢神經的三維重建及可視化
四、腰叢神經斷層解剖學及可視化研究
第五節(jié) 數(shù)字技術在兒童頸椎椎弓根螺釘內固定術中的應用研究
一、應用數(shù)字技術對兒童寰樞椎椎弓根形態(tài)及其置釘方式的初步研究
二、兒童下頸椎(C3~C7)椎弓根螺釘內同定置人術的數(shù)字化研究
三、個性化導航模板輔助兒童頸椎椎弓根螺釘置人與徒手置人
第十章 有限元仿真在骨科生物力學研究中的應用
第一節(jié) 骨科三維有限元力學仿真建模
一、獲取模型對象的空間結構坐標
二、有限元幾何結構模型的三維重建
三、有限元分析模型的建立
四、模型的初步分析和有效性驗證
第二節(jié) 有限元建模及實例
一、不同材料屬性分配梯度對椎體有限元模型力學性能的影響
二、應用Mimics軟件輔助重建人體胸廓三維有限元模型的研究
三、不同長度遠端鎖釘對不穩(wěn)定橈骨遠端骨折內固定系統(tǒng)的影響
……
第三篇 數(shù)字骨科學應用