古往今来，每一次高新技术的发展都在推动着医学领域不休的前进与启发创新，回首骨科学的发展过程,前后大体经历了显微外科、微创外科及数字骨科3个阶段
。显微外科技术使临床外科医生可能克服人的天然视力限度,更精密地解剖、切开缝合各级组织，显著提高了外科手术质量，推动了外科学整体水平的前进
。20世纪末，微创外科技术的问世是现代外科学发展史上的一个里程碑，一次重大的突破，微创外科技术当前在临床得到了宽泛的利用，其中最凸起的代表就是内镜技术,使外科手术越发微创化同样是当前医学领域的重要方向［1］
。近年来，数字骨科技术在骨科领域展示出了壮大的性命力，彰显出了巨大的发展远景和临床利用价值，其中在人为智能(artificial intelli?gence, AI) 技术和3D打印技术的推动下产生了诸多新型诊疗思路，拥有极大发展潜力
。本文对近年来AI技术和3D打印技术在骨关节领域的利用和钻研进展进行综述
。

1、 AI技术在关节领域的利用进展

AI是钻研、开发用于仿照、延长和扩大人的智能的理论、步骤、技术及利用系统的一门新的技术科学，该领域的钻研蕴含机械人、说话鉴别、图像鉴别、天然说话处置和专家系统等
。。！叭宋悄堋币淮首钤绯鱿钟20世纪50年代,最初仅仅是机械展示人类智能的单一理论霍在当今这个技术急剧进取、超大数据集(“大数据”)呈指数级增长的时期,AI已经达到了前所未有的规模并从单纯的理论过渡到现实利用,已经扎根于社会的方方面面［3］o新技术发展的同时，也为医学领域注入了新的性命力，现阶段,AI技术在关节领域展示出巨大的发展与利用潜力
。

1.1 AI技术辅助关节外科临床诊断

进入21世纪后各类大局的数字成像在医学和医疗保健领域变得越来越壮大和不成或缺,X线、CT、MRI等影像技术成为了骨科医生临床诊断中重要的辅助工具，但是临床医生时时因工作忙乱、压力大而造成漏诊、误诊的风险
；贏I的子领域一机械学习(machine learning, ML)与深度学习技术作为AI的重要钻研方向,在骨科领域得以宽泛利用，可代替人类

医生大量的反复性工作,减轻工作压力，协助提高诊断率、降低误诊率、削减漏诊［4-5］
。Karnuta等问设计出一种基于X线片诊断骨关节炎的技术，该技术通过ML的一种预测算法,分析图像中的像素并鉴别骨关节炎的有关特点,将所有有关信息划分为一个模式,将其与已知的骨性关节炎模型相匹配,在遇到未知图像时即可做出诊断性决策
。髓关节骨性关节炎是中老年人群的常见病,传统上，髓关节骨性关节炎的诊断是通过人为评估X线图像,Xue等［7利用深度卷积神经网络模型(convolutional neural network , CNN )在 420 张髓部X线图像上进行测试,以自动诊断髓关节炎,了局显示该CNN模型拥有95.0%的高活络度和90.7%的高特异性，以及92.8%的正确性，该模型的机能堪比一个10年经验的主治医师
。Norman等[8]利用DenseNets模型对膝关节骨性关节炎进行评估和诊断，该神经网络的了局正确反映了骨关节炎特点，能够援手放射科医生作出更正确和精确的诊断
。

1.2 AI技术辅助关节外科手术

基于推算机的技术,蕴含软件和硬件在如今的外科手术方面阐扬着越来越重要的作用
。骨科手术机械人成为推动微创、精准骨科医治的主题技术与设备，在临床中的利用愈加宽泛
。骨科手术机械人与AI结合,使微创化、智能安全化、精准化与个性化疾病医治成为可能,在关节骨科领域获得了不错的临床成效化机械人辅助全膝关节置换术(total knee arthroplas?

ty, TKA) 与传统手术相比能削减软组织危险，提高假体植入物的精确度，并降低术后疼痛感与全身并发症产生率,从而增长患者中意度;机械人辅助单課膝关节置换术可能显著削减并发症的产生率，使患者获得更快的术后复原速度并更真实天然地感知膝关节［10-11］
。吴东等［12］研发出一套人为智能辅助全髓关节置换术三维规划系统(AIHIP),在术前对拟行单侧初次全髓关节置换术(total hip arthroplasty, THA)医治的60例股骨头坏死患者进行随机分组，其中30例使用AIHIP系统、30例使用胶片模板丈量步骤进行术前规划，了局显示AIHIP系统可实现对髓关节的全面三维评估，与传统二维模板丈量步骤相比,拥有更高的正确性和有效性
。随着云推算、3D打印技术、AI技术、大数据等技术的发展，参照我国人群骨骼解剖设计的内植物设计正不休造成现实,为患者提供最优化、个性化的内植物，使关节外科手术提供了更多的选择,预防了术后并发症的产生[13]
。

AI技术辅助临床诊断，提高了诊断效能,缓解了临床医生的压力,让有限的医疗资源能更好地分配到每一个患者身上
。同时，随着AI结合手术机械人等技术在临床的利用愈发普遍,让手术过程变得越发精密化、微创化,缩短了整个手术过程、削减了出血功夫和并发症，让患者可能早日获得康复
。

2 、3D打印技术在关节领域的利用进展

3D打印技术又称为急剧成型技术，是以一种数字资料为基础，凭据熔融沉积制作、光固化立体成型术等各类分歧的成型方式，使用粉末状金属或塑料等粘合伙料,通过度层加工、逐层堆叠累积等方式创建三维实体的新兴技术网
。近年来，随着推算机、大数据、数字影像等技术的急剧发展，尤其是合金资料的利用,3D打印技术在关节骨科领域中得到了宽泛的发展,蕴含术前规划、术中导航、个性化关节置换模型和假体的制作等，深受医生和患者的青睐，拥有极大的发展潜力
。

2.1 3D打印技术在关节外科手术中的利用

传统的关节外科手术时,在螺钉置入和截骨时为了保障其正确性,预防危险血管、神经及周围重要脏器等结构,往往必要依附术中屡次透视及主刀医师的手术经验,造成手术功夫过长,并存在螺钉松动的风险
；3D打印技术制作的截骨导板在术前对CT等影像资料进行三维重建，确定术中螺钉置入的地位、深度和方向，进行个性化手术设计，能够削减术中透视次数,简化手术过程，同时提高手术效能和精度叫Sun等购设计了一种3D打印专用髓内导向器,对纳入尺度80例膝关节骨性关节炎患者尝试随机分配，并别离执行3D打印个别化辅助TKA和通例TKA,术后发现3D打印个别化组的髌骨活动轨迹更好，能够更正确地辅助髓内疏导，拥有更好的假体置入精度
。王跃辉等切使用3D打印髓关节旋转中心定位器辅助进行THA,术后发现3D打印髓关节旋转中心定位器,可有效协助髓关节旋转中心的重建，精准植入髓臼假体，拥有优良的手术精度
。Wang等两为髓臼盆腔恶性肿瘤设计了一系列3D打印、定制的多孔结构半骨盆一体化内假体，术后了局显示该定制一体化设计,正确并齐全地植入骨盆,无假体脱位、假体断裂、假体无菌性松动或部门复发等并发症,为盆腔重建患者提供了可接受的早期了局
。

2.2 3D打印技术在术前宣教、人为假体、骨关节危险修复中的利用

通过3D打印制作出的1
：：：1模型，在关节外科术前沟通中同样阐扬着积极的作用,以膝关节置换为例子,通过所打印出的3D模型可能可能使患者越发直观地理解医学专业知识,实现有效的术前沟通,让患者可能越创造显地相识自身的病情情况,进而有效地削减医患矛盾的产生
。同时3D模型及术前的操作演示也有助于团队在体外实现手术预操作并有针对性地提出其中存在的风险和相应预案，使整个手术规划越发成熟，进而援手骨科医生缩短手术功夫，改善临床了局凹
。关节假体与骨头的匹配度直接影响人为关节置换术的成效,关节假体若是不能较好地和骨与软组织匹配的话，髓腔与假体之间可能留有间隙，并可能此而产生关节松动，甚至导致假体滑脱影响疗效
。

因而人为关节个别化的要求越来越高，目前3D打印个性化设计假体在骨科临床上已得到宽泛利用,凭据患者自身影像学数据设计出与其生理解剖相匹配且高精度的个别化假体能够显著提高手术成功率，削减术后并发症㈣
。在骨关节危险修复重建方面，关节软骨再生能力较差,关节腔内血管散布较少,只能依附滑膜排泄的滑液滋养，因而软骨一旦危险后,修复较为缓慢
。3D打印技术可选取聚合物资料、生物陶瓷、天然资料等生物活性资料对复杂组织超微结构进行仿生构建,并可通过对支架资料的力学机能调控及内部结构设计,构建适合细胞成长的微环境,若是该细胞支架切合软骨细胞成长的特点,细胞与滑液就能进行充分的接触,从而推进软骨细胞成长［21］
。

3、 AI结合3D打印在关节外科的利用

膝髓关节置换术是医治终末期膝髓骨关节炎的重要步骤，可复原关节的状态、职能
。据不齐全统计,我国髓膝关节置换的手术量已由2011年的22万台上升到2019年的95万台,并以每年超过19%的速度增长,为数百万的患者解决了问题2］
。只管近年来我国人为膝、髓关节置换手术水平获得了飞速发展
。只管已经被以为是20世纪外科手术中最成功、最重要

的手术，但人为髓、膝置换术中仍存在好多尚未解决的问题
。目前临床中关节置换手术打算的制订多是凭据临床影像学资料，难以正确、全面地反映病变关节的具体信息,尤其是截骨角度的把握,无数依赖主刀医生的个别临床经验，别的患者中意度及远期假体生计率的重要成分蕴含肢体不等长、关节不不变、力线欠安、假体地位不良等,而造成这些问题的原因除了手术医生的技术外,还跟假体的设计精度及资料亲昵有关㈤
。为了能更好地解决这些问题，达到当前关节外科微创化、精准化、个性化的指标，越来越多的数字技术被利用到关节外科手术中
。当前,AI结合3D打印技术已经被利用于临床实际中,给临床工作带来了全新的思路
。

3D 打印辅助工具在术前凭据患者的病情定制化设计，在术中作为医生的得力助手进行精确丈量，辅助实现术中精准装置假体、截骨等操作，削减手术功夫和出血量，使假体可能更好地贴合生理解剖结构
。

AI技术可在术前进行三维重建、人为智能鉴别和宰割、人为智能改过和丈量、假体预搁置,并在此基础上个性化定制3D打印辅助工具，为关节置换手术的整个过程进行全面和精确的个性化术前规划
。刘帅［24］将3D打印个性化截骨导板与推算机设计技术相结合辅助TKA,了局显示3D打印个性化截骨导板与推算机辅助技术相结合可能提高假体精准度,拥有优良的临床实用价值，提供精准的个别化手术规划
。吴东等㈤将3D打印技术与推算机辅助技术相结合，利用推算机辅助技术导入患者术前影像学查抄数据,在此基础上获得个性化的三维重建手术规划，并利用3D打印技术提供精准的手术定位导航,了局显示此全新的个性化定制THA手术导板可能越发贴合患者的生理解剖,降低THA手术难度,提高手术精度,经临床证实后，拥有优良的有效性和安全性
Ｎ靼彩腥嗣褚皆汗强仆哦邮褂谩叭宋悄+3D打印技术+直接前方入路”三合一技术,成功实现了国内首例三合一技术全髓关节置换术，术后当天患者即可下地活动,获得了令人中意的临床疗效
。三种技术共同使用的主张是让手术的创口更小、让关节置换的过程更精确、让患者在术后能获得与假体更好的匹配度，更舒服地行走
。别的,AI结合3D打印在年轻医生的讲授工作中同样阐扬着重要的作用,医学操作自身拥有侵袭性，在当今社会中患者自我；ひ馐肚炕、医患关系敏作用、手术室资源利用尽可能最大化的布景下，以患者为对象进行直接临床技术操作讲授的传统讲授模式已经逐步被裁减,膝髓关节置换对好多年轻的外科学员来说，手术设计和持久的培训获得经验的机遇有限，培训难度较大
。有钻研批注西，仿照讲授可能提高年轻医生的临床操作信心，这对年轻医生的成长至关重要，利用机械人系统和3D打印产生的真切仿真进行训练的结合手术设计的混合模型，能够降低年轻医生的成长周期,提高医学教育水平,为患者提供安全、有效的医治[27]
。

4、小结

高新技术的发展为临床骨科的诊疗工作带来了众多的新型诊疗思路，给传统骨科的诊疗模式带来了巨大的刷新和发展
？萍冀〈戳嘶狄泊戳颂粽，首先，临床大数据是AI发展的重要基石,但是若何将非结构化数据和大数据集变得直观可视化，最终转化为通用性工具供医护人员在临床中使用至为重要，基于AI算法的利用通；岬贾赂丛邮莸牟，

这些数据的处置与融合必要跨科合作,开发团队势必重大，必要多个学科共同共同
。其次前期的数据录入与机械投入相对较高,医学数据的多样性、不齐全性、隐衷性，以及当医学数据泄露后可能涉及的伦理等问题同样必要解决
。3D打印也存在着有关问题,如关节软骨修复现阶段仍停顿在动物尝试和体外阶段，其临床有效性与安全性仍必要持续钻研，实物模型耗费贵,有关司法文件仍有待美满,不足切实可行的政策性文件,对于现有的前期利用尚不足拥有说服力的持久随访数据,将来仍有待发展更多高证据级此外临床钻研
。数字骨科蓬勃发展的同时固然也存在着局限性，但是古往今来每一次高新技术的进取都为医学领域带来了前所未有的发展，相信随着骨科临床医生、骨科科研人员甚至机械工程师等的共同致力,智能骨科时期很快就会来临
。

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