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数字化骨科学是临床骨科与计算机技术紧密结合的新兴交叉学科,具体包含虚拟仿真手术、虚拟现实与可视化技术、骨科有限元分析技术、3D打印技术等,被广泛应用于骨科辅助治疗方面,具有巨大的应用前景及意义。本文主要研究了三个方面的内容。1、研究了骨骼的3D打印模型精度误差。从骨骼的DICOM医学数字图像到骨骼的3D打印模型,引起误差的原因主要有扫描层距、拟合参数、打印层厚累积、材料自身性能等。分析结果表明减小CT扫描层距可提高三维重建模型精度;在Mimics中三维重建时,拟合参数的选择也会对三维重建模型的精度产生影响;3D打印加工工艺对骨骼的3D打印模型有很大影响,不同的材料对精度的影响不同,应该根据骨骼模型的用途选择合适的加工工艺。2、研究了虚拟现实技术、3D打印技术在骨折辅助治疗中的应用。利用CT数据DICOM医学图像,对Pilon骨折进行三维重构,通过对每层mask进行细致的编辑实现骨折碎块的分离,建立骨折碎块三维模型,并对其进行处理以获取高质量的三维模型。(1)在虚拟现实系统中,利用各个骨折碎块三维模型完成术前策划;(2)采用3D打印加工工艺打印出重构的三维模型,利用3D打印模型进行术前策划。通过术前策划,手术医生能够直观地观察到手术部位,提前规划手术方案,为治疗提供可靠的依据。术前策划具有重要的参考价值,尤其是在选择合适的手术入路及接骨板方面。相比虚拟现实系统中进行术前策划,3D打印模型进行术前策划更方便、直观。3、研究了人体脊柱-椎间融合钉棒系统中椎间融合材料的力学性能。建立脊柱-椎间融合钉棒系统有限元模型、人体脊柱有限元模型,其中有限元模型中椎间融合材料分别为自体颗粒骨、PEEK椎间融合器、空白,分析PEEK椎间融合器、自体颗粒骨的应力变化,并与正常人体脊柱对比,验证在站姿状态下,自体颗粒骨的力学性能与PEEK椎间融合器的力学性能相近,椎间融合材料采用自体骨进行腰椎后路手术时,自体骨能起到有效的力学支撑。