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第一篇 数字骨科学基础3

第一章 数字骨科学的建立3

第一节 数字骨科学建立3

第二节 数字骨科学的范围3

第三节 数字骨科学的现状4

第四节 数字骨科学的发展趋势4

第二章 数字医学图像基础8

第一节 数字医学图像基本设备8

一、X线8

二、CT8

三、MRI8

第二节 数字图像基础9

一、视觉和图像的基本概念9

二、图像处理常用软件9

第三节 图像标准10

一、像素、分辨率和像素尺寸10

二、颜色深度10

三、图像文件的色彩模式10

四、图像格式11

五、DICOM格式11

第四节 中国数字人图像质量控制12

一、切削层距与像素的关系12

二、色彩管理12

三、数据存储与备份12

第五节 图像配准13

一、医学图像配准基础理论13

二、医学图像配准方法13

三、连续断层图像的配准14

四、中国数字人连续断层图像配准14

第六节 图像分割15

一、医学图像分割概述15

二、数字人研究中图像分割方法17

第三章 虚拟现实技术19

第一节 基于序列断层图像的三维重建技术19

一、三维重建技术概述19

二、螺旋CT三维重建技术19

三、Amira软件介绍20

四、Mimics软件介绍35

五、3D Med软件介绍60

六、3D Slicer软件简介62

七、其他63

第二节 虚拟现实建模语言VRML简介64

一、概述64

二、基本原理65

三、VRML的建模66

四、虚拟现实开发工具VrmlPad66

五、VRML浏览器66

第四章 有限元分析技术69

第一节 生物力学概论69

一、皮质骨的生物力学69

二、松质骨的生物力学70

三、骨的生物力学70

第二节 有限元分析的基本概念与方法72

一、有限元分析的发展过程73

二、有限元分析中的关键问题75

三、有限元分析的对象76

四、有限元分析的基本步骤77

第五章 计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造技术（CAM）87

第一节 CAD/CAM的基本概念87

第二节 CAD/CAM技术的应用96

第六章 增材制造技术105

第一节 增材制造的基本原理105

第二节 增材制造的工艺方法107

第三节 增材制造技术的发展110

第四节 增材制造技术的应用110

第七章 逆向工程技术114

第一节 逆向工程的基本理论114

一、逆向工程的概念114

二、逆向工程的主要流程114

三、逆向工程的应用领域114

第二节 数据采集方法115

一、几种数字化方法的介绍115

二、两种最常见的数据采集方式比较116

第三节 利用逆向工程CAD软件进行模型重建116

一、曲面重建方法116

二、模型重建的流程117

三、几种逆向工程CAD软件的介绍与比较117

四、模型重建过程中关键步骤118

第二篇 数字骨科学研究123

第八章 骨科中的数字化技术研究123

第一节 骨科硬组织数字化技术123

一、计算机辅助术前手术规划123

二、手术导板及个体化植入物124

三、手术导航技术125

四、手术机器人技术126

五、手术室信息集成技术126

六、计算机辅助术后评估与康复规划127

七、虚拟现实与虚拟手术128

第二节 虚拟现实技术及其应用128

一、虚拟现实技术概述128

二、虚拟现实研究现状129

三、虚拟手术系统130

四、膝关节知识系统建立及运动仿真131

第九章 数字技术在骨科的初步应用138

第一节 数字化皮瓣、肌瓣及骨瓣的可视化138

一、数字化背阔肌皮瓣的可视化138

二、数字化股前外侧皮瓣的可视化140

三、数字化腓肠肌皮瓣的可视化150

四、数字化足背皮瓣的可视化151

五、数字化髂骨瓣的可视化151

六、数字化腓骨瓣的可视化154

第三节 穿支皮瓣的三维可视化158

一、穿支皮瓣的相关概念及临床应用原则158

二、穿支皮瓣的数字化构建159

三、数字化穿支皮瓣的临床应用165

第四节 周围神经的三维可视化167

一、概述167

二、臂丛神经的三维重建及可视化168

三、腰骶丛神经的三维重建及可视化172

四、腰丛神经断层解剖学及可视化研究174

第五节 数字技术在儿童颈椎椎弓根螺钉内固定术中的应用研究177

一、应用数字技术对儿童寰枢椎椎弓根形态及其置钉方式的初步研究178

二、儿童下颈椎（C3～C7）椎弓根螺钉内固定置入术的数字化研究181

三、个性化导航模板辅助儿童颈椎椎弓根螺钉置入与徒手置入187

第十章 有限元仿真在骨科生物力学研究中的应用193

第一节 骨科三维有限元力学仿真建模193

一、获取模型对象的空间结构坐标193

二、有限元几何结构模型的三维重建194

三、有限元分析模型的建立194

四、模型的初步分析和有效性验证195

第二节 有限元建模及实例195

一、不同材料属性分配梯度对椎体有限元模型力学性能的影响195

二、应用Mimics软件辅助重建人体胸廓三维有限元模型的研究196

三、不同长度远端锁钉对不稳定桡骨远端骨折内固定系统的影响197

四、颈前路蝶型钢板的有限元法分析200

五、一种新型寰枢前路锁定钢板系统的力学稳定性202

六、腰椎小关节接触模型的有限元分析204

七、腰椎微创前路融合后不同固定方式生物力学特性的比较206

八、骨质疏松椎体增强后对相邻椎体生物力学影响的有限元研究210

第三篇 数字骨科学应用217

第十一章 数字化骨折分类217

第一节 数字化骨折分类的产生及意义217

第二节 肩胛带与上肢数字化骨折分类218

一、肩胛骨骨折分类218

二、锁骨骨折Craig分类223

三、肩锁关节脱位Rockwood分类230

四、肩关节脱位解剖分类232

五、肱骨骨折分类236

六、肘关节脱位240

七、尺桡骨骨折分类242

八、腕、手部骨折分类246

第三节 脊柱数字化骨折分类248

一、颈椎骨折分类248

二、胸腰椎骨折分类254

第四节 骨盆与髋臼数字化骨折分类258

一、骨盆骨折分类258

二、髋臼骨折分类262

三、骶骨骨折Denis分类265

第五节 下肢数字化骨折分类266

一、股骨骨折分类266

二、胫腓骨骨折分类269

三、踝关节骨折分类270

四、足部骨折分类272

第十二章 快速成型技术在骨科的应用275

第一节 快速成型技术概念275

一、快速成型技术的产生275

二、快速成型技术的基本成型原理275

三、快速成型制造的特点276

第二节 快速成型技术的应用276

一、快速成型技术在个性化植入物制造中的应用276

二、快速成型技术在骨组织工程支架制造中的应用278

三、快速成型技术在创伤骨科的应用280

四、快速成型技术在关节外科的应用286

五、快速成型技术在脊柱外科的应用297

六、3D打印导板在骨肿瘤切除重建手术中的应用305

七、快速成型技术在关节软骨损伤修复中的探索311

第十三章 逆向工程技术在骨科的应用318

第一节 逆向工程在个性化假体设计中的应用318

一、基于逆向工程的个性化假体设计过程318

二、逆向工程在个性化假体中的应用319

第二节 基于逆向工程技术的骨修复研究323

一、逆向工程技术的骨与关节的结构特征获取323

二、基于逆向工程的骨与关节的设计与应用326

第十四章 计算机辅助骨科术前规划与虚拟手术332

第一节 计算机辅助术前规划概述332

一、计算机辅助骨科术前评估临床价值332

二、结合二维、三维影像与模型的骨组织显示与操作333

三、仿真术中作业的术前评估与规划334

第二节 计算机辅助骨科术前规划系统337

一、TraumaCad软件337

二、M3D医学可视化平台341

三、PhysiGuide骨创伤术前评估与规划软件344

第三节 骨创伤的术前规划应用实例349

一、以X光为主的计算机辅助术前规划范例349

二、以CT影像为主的计算机辅助术前规划范例351

第十五章 扩增实境技术在数字骨科中的应用359

第一节 计算机辅助手术与扩增实境简介359

一、扩增实境手术简介362

二、扩增实境的显示技术365

三、扩增实境应用于骨科手术366

第二节 三维模型和手术场景的对位方法368

一、影像对位简介368

二、几何变换372

三、三维模型与术中场景对位373

第三节 即时扩增实境系统临床试验375

一、扩增实境技术用于微创手术375

二、ARCASS系统376

三、扩增实境骨科应用的临床试验379

第十六章 计算机辅助导航骨科手术388

第一节 计算机辅助导航骨科手术概述388

一、导航技术发展史388

二、计算机辅助导航骨科手术发展史390

三、导航技术面临的问题与展望394

第二节 计算机辅助导航骨科手术的基本工作原理与应用原则396

一、基本工作原理与应用原则397

二、导航手术系统分类399

第三节 计算机辅助导航骨科手术系统的组成及应用要点401

一、计算机辅助导航骨科手术的系统组成及基本设备401

二、计算机辅助导航在骨科手术中的关键技术和操作要点403

三、计算机辅助导航在骨科临床应用的优缺点404

第四节 计算机辅助导航骨科技术的临床应用406

一、计算机辅助导航骨科技术在创伤骨科的应用406

二、计算机辅助导航骨科技术在脊柱外科的应用459

三、计算机辅助导航骨科技术在髋、膝关节置换术的应用473

四、计算机辅助导航骨科技术在骨肿瘤手术的应用479

五、新型计算机辅助骨科手术模式的临床应用498

第十七章 机器人骨科手术510

第一节 机器人工作的基本原理510

第二节 脊柱机器人辅助手术示例512

第三节 机器人创伤骨科手术516

一、机器人在创伤骨科手术中的作用516

二、机器人创伤骨科手术流程517

三、核心技术517

四、典型系统520

第四节 机器人脊柱外科手术522

一、椎弓根螺钉内固定术522

二、椎体成形术与活检529

三、椎板切除术533

四、适用于内镜手术的脊柱机器人533

五、放射手术机器人系统534

六、小结534

第十八章 数字化技术在骨科中的其他应用536

第一节 骨科影像电子病历系统536

一、医疗数据的交换与共享标准536

二、PACS系统与HIS/RIS系统的集成538

三、骨科影像电子病历系统及其实施案例539

第二节 骨科临床辅助诊断技术与应用541

一、计算机辅助人体骨骼解剖测量和三维可视化工具541

二、计算机辅助人工关节的术前规划与模拟543

第三节 计算机辅助骨折诊断与治疗决策支持系统546

一、三维人体骨折模型数据库546

二、跨平台应用的骨折诊断与治疗临床决策支持系统548

第四节 数字化骨库的建立及应用551

一、数字化骨库的建立551

二、数字化骨库的使用流程551

三、数字化骨库临床应用实例552

四、关于数字化骨库建立与临床应用的心得555

五、小结555