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、CT 8
三、MRI 8
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VrmlPad 66
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