一、概论

数字骨科:是骨科临床与计算机数字技术紧密结合的一门新型数字化医学学科，以计算机图像处理技术为辅助，骨科为基础，涉及到生物力学、人体解剖学、材料学、机械工程学、立体几何学、电子学、信息学等领域内容的交叉学科。

应用于骨科的数字技术:主要包括临床计算机辅助设计/计算机辅助制造技术、人体骨肌系统力学仿真技术、三维虚拟仿真与可视化技术、有限元技术、

手术导航与机器人辅助技术、医学影像处理与三维建模技术等。

三维立体重建与计算机手术模拟:就是将患者的二维影像学资料(CT、MR)，利用计算机的图像叠加原理进行叠加，即形成三维立体图像，由于骨质影像学显影明显，计算机软件容易识别，因此人体结构三维立体重建最先应用到骨科研究，应此诞生了数字骨科，最初的CT三维重建只能在CT机所附带的工作站中进行，由于工作站需要专业的影像科医生操作，且操作程序复杂，其三维数据兼容性差，所以对于临床骨科医生应用其进行手术设计非常有限。随着现代软件技术的发展，许多软件能将CT资料中的二维断面数据直接在个人PC上进行重建分析测量，且对计算机的硬件要求不高，操作界面友好，容易被骨科医生学习。

二、计算机生物力学

计算生物力学:采用三维图像重建后有限元分析的虚拟仿真实验可以解决传统生物力学实验难以解决的需要大量人体标本，以及全面的解释标本各个部分内在的相互作用机制等问题。

有限元法:通过利用计算机把不规则的、复杂力学分析对像离散化成有限个几何单元体进行分解计算，能够反映机体内部的应力变化情况，对形状、载荷、材料力学性能和结构较复杂的物体进行应力、应变分析。并可在持续性研究中改变部分参数或者重复模拟实验，并反映变化后的情况，这是其他实验技术难以实现的。

有限元法应用:已应用于运动损伤的机制分析、手术治疗规划、术后效果评价、矫形及器械优化设计等众多方面。通过人体虚拟技术，撞击性损伤的应力应变分布的有限元研究，在骨科基础理论研究上已经初步取得成效，对预防损伤和损伤机制的研究具有重要的指导意义。

实验生物力学技术与计算生物力学技术都在不断地发展，二者互为补充、相辅相成。计算生物力学为实验力学提供了新的发展空间，应用起来快捷、经济;而实验生物力学则是基础，为计算生物力学提供辅助条件。由于理论始终有假设和简化的成分存在，因此计算生物力学必须与临床资料进行比较、与大体标本力学实验进行对照分析，从而互相促进，使二者结合更为紧密。

三、术前骨折的影像处理和三维建模

计算机CT三维建模技术即在骨折手术前利用患者的影像学数据，通过Mimics等三维操控软件系统在计算机中建立相应的骨关节三维模型。

CT三维建模技术在复杂粉碎性骨折中的应用，建立CT三维重建骨关节模型可以使术者在术前即对复杂骨折形成一个直观的立体的概念，掌握骨折的细节和全面情况，在此基础上作出准确判断;从而术者有更充分的证据来进行手术设计，能够更大限度地提高复位和固定效果，保护骨折部位的血运。

CT三维建模技术在骨盆髋臼骨折的应用，对于不稳定性骨盆骨折尤其情况较严重者，以往常通过拍摄闭孔斜位及髂骨斜位X射线片来判断臼壁的骨折情况，目前通过采用计算机三维建模技术可以更直观地展示骨盆髋臼骨折的实际情况包括骨折的位置、类型、骨