二、未来展望
计算机辅助放射学和外科学为放射科和外科医师的工作提供了许多新前景。但开展工作的前提是人体的数字模型。一方面，使用模拟和导航等先进技术的外科医生，应当具有更详细的三维解剖知识；另一方面，被研究部位的数字模型是先进技术的基础。目前有2种模型：一种是普通模型，它显示完全正常的人体解剖结构。普通模型的用途是解剖学和放射学的学习以及手术过程的训练。另一种是特殊病人模型，用于手术预演及术中成像。第一种模型的关键问题是对研究部位的详细分割。分割过程必将涉及到详细的一般模型的知识，因此研究者必须掌握人体解剖学的系统知识。典型的三维模型是由许多体积元构成的容量模型，其中每个体积元都标明了它归属哪个器官。与传统的放射学/解剖学图谱不同，计算机模型与以实现图像信息与描述性信息的完全结合用以描述结构和功能。只有包含描述性信息才能实现对所描述目标的具体定位，精确导航及对特定目标的自动染色及标注。为了这一目的，实体论的结构性描述方法发展起来了，这样就可以系统地描述特定目标及其毗邻解剖关系。在VOXEL-MAN模型中，实体论实质上是一个以特定知识为基础的语意网络，这个网络可以将实体目标模型化并能提供精确导航。各个体积元的空间解剖及放射学数据共同构成了精确的实体。一旦建立起这样一个完整的数据信息模型，必将产生广泛的用途。首先，这样一个模型是解剖教学与参考的理想工具。详细的三维解剖图像可以从各个角度观看，也可以分解为任意数目的层面，结构也可以任意添加或移除。作为一个“自我解说人体”可以提供任何详细的解剖信息。这样就把实体解剖分解与解剖平面图结合起来了。VOXEL-MAN导航计划就是三维解剖图谱的例子。放射科医生的一项基本技能就是通过三维的X线图像获取三维的解剖学信息。因为根据最初的CT数据中每个体积元对X线的吸收值，这个模型可以模拟任何角度的X线投射。基于该模型获取的信息，三维解剖可以进一步计算并显示出各个解剖结构及它们对X线的吸收情况。几何形状、视角和解剖关系（通过移走某个结构或加入某个病理占位）变化的结果就可以很容易地进行研究观察。与上面类似，该模型可以弄清二维断层解剖与三维解剖的关系。可以把三维解剖中的某个层面与相应层面的CT图像放在一起进行观察。另外，某个层面的放射学图像也可以加到三维图像中去。空间与描述相结合的模型可以自动移到任意层面以便于清晰显示目标。不用说，该系统当然可应用于内镜医学。特别需要提到的是，具有自我解剖功能的模型可以对内镜的导向及图像说明提供很大便利。使用者可以随时向系统询问在屏幕上看到的是什么部位，也可以随意变换模拟内镜的位置和焦距。在模拟内镜中，系统可以根据指令自动移到幽门或食管位置。与此相似，导管经过的路径及相应的荧光图像也可以显示在屏幕上。超声检查中的主要问题就是对倾斜的超声断层图像的理解。我们的模型可以真实地模拟超声探头的检查过程。通过系统转换，可以随时查询所显示的倾斜图像，以确保找准目标位置。另外，只要点击一下某个器官的名称就可以显示清晰完整的倾斜图像。这种训练对内镜超声特别有帮助，这种检查在体内只能靠界标定位。计算机解剖模型可以在治疗前清楚的显示任意一个解剖位置。最近，模拟系统还可以进行真实的手术预演，该系统将能提供除真病人之外的最好的训练方法。VOXEL-MAN内耳手术模拟系统就是一个典型例子，它可以提供近似真实手术的触觉操作。
对于将来人体模拟的发展前景来说，以上所述仅是冰山一角。首先，三维解剖图像的清晰度，仍不能满足放射科及外科医生的需要。目前的关键问题是如何在现有的人体空间模型上添加病理及解剖学变化 。这一步的实现比建立三维图像本身还要困难，这是解决图像分割问题的前提。另一方面，模型的描述性部分应当更加详细，应当加入功能性信息。只有这些问题解决之后，解剖学图像才能和特定病人模型结合起来应用于外科模拟和术中成像。例如，在模型中加入功能性信息之后，我们就可以审核手术的步骤并通过系统查询手术步骤的结果。对于计算机辅助放射学及外科学来说，建立功能完善的人体模型是未来研究的关键之一。
计算机辅助骨外科（CAOS）是一个新兴领域，它将计算机图像处理技术与手术机器人等外科设备相结合，为外科医生的工作提供帮助。自由CAOS被应用于临床工作以来，随着定向、导航、机器人等方面的技术、系统及商业配套产品不断发展完善，其在骨科疾病治疗中的作用也越来越广泛。由于地域的限制，骨科医生们很难获得一些罕见骨科疾病的治疗经验，例如髋关节发育不良患者的髋臼周围截骨术等。因此应该多收集有关病历资料，用以外科教育与培训。“可视人计划”的作用仍有所欠缺，因为其目的是制造出正常男性和女性的三维解剖结构资料。而CAOS工作中的CT、MRI及X线片都是显示病理情况的。因此有必要建立一个实用的，多中心的，不断更新的医学数据库来收集病例信息和病理图像资料，这个数据库可以发现现有CAOS系统的不足并提出建议和指导使CAOS系统不断完善更加实用。(https://www.daowen.com)
网络技术尤其是广域网（WWW）的发展为技术进步和信息传播提供了良好的平台。欧洲VOEU计划的工作框架就包括一个名为“实用可视系统”的数据库，它将能够实现骨科疾病病例的多中心收集，尤其多收集CAOS的疑难疾病和外科治疗方法。实用可视系统是一个以网络为基础的服务性数据库系统。这个系统能为顾客提供交互平台支持，可以支持多媒体设备使用而不仅是提供文字，其功能可分为两个方面。①后方终端：由中心服务器和数据存储系统组成，负责储有病例数据，处理顾客的问题并完成其他的管理任务。②前方终端：在网络上为顾客提供一个“使用者图表界面”，通过这个界面使用者可以输入问题查找答案。实用可视系统由分布在许多临床治疗中心的数个数据存储系统和一个中心服务器组成。中心服务器包含一个WWW服务器和一个问题结构语言（SQL）服务器，它是VO数据库的核心。SQL数据库掌握着病例资料的结构信息，而完整的病例资料信息由于内容太多存储量太大被分别储存在多个治疗中心的数据存储系统中。因特网为远方的网络用户接受VO数据库的信息提供界面。因为系统的不可分割性，微软的网络信息服务器（IIS）和微软的SQL服务器被采用作为网络服务器和数据库的程序软件。微软的SQL服务器是一个相关数据库管理系统，是中心服务器的核心部件。它是储存各个病例信息的多个数据库的管理者，它同时将临床上的观点及治疗过程加以解释，以简化并促进数据库的运行。SQL还执行其他管理功能，如使用者登记，数据库的维护更新等。在网络服务器中，“实用连接器”是远程用户与中心SQL服务器之间的界面，它允许使用者提出问题并将问题通过HTTP传入SQL并转化为SQL语言，然后将标准化的答案传给使用者，例如，一个使用者想查找髋臼周围截骨的病例，使用者应该在“使用连接器”界面上以HTML文件输入关键词，选项等一些参数。“使用连接器”会处理这些问题并将其转化为SQL语言，核查使用者的使用权之后，将SQL语言的问题传递给SQL服务器，SQL服务器将问题处理好后将答案传递给“使用连接器”，“使用连接器”将答案转化为HTML文件传达给使用者。最后使用者可以在浏览器上看到HTML格式的答案。用户还可以用鼠标点击超级链接以获取更详细的信息。“使用连接器”的功能就是将网络数据库的复杂运行过程转化为一个友好的用户终端。用户与VO数据库中的交流都是通过WWW浏览器。从用户视角看来，实用连接器与SQL服务器一起组成了一个数据库，这个数据库可以通过HTTP协议使用。“使用连接器”的实现需要采用主动服务器页面（ASP）。ASP是一个以服务器为基础的输入环境，对用户来讲是完全透明的。其采用标准的公共数据库连接系统（ODBC），便于动态网络数据库的申请，同时，ASP可以和HTML相结合使格式化过程及答案的传送更加迅速。最重要的是，它在微软网络服务器IIS与微软SQL服务器之间建立了很好的联系。数据呈递是指数据库结构建立后的数据输入问题。基于已经建立的标准，XML文件和DTD文件将被用来呈递数据。与欧洲的骨科医生协作可以建立一套VOEU，通过专用的DTD语言用以控制XML文件的语句及语意。总体上讲，数据呈递可以分为两步。①数据输入：将一些需要系统与病例信息的呈递者相配合。呈递者以HTML的形式输入病例的病情描述、病情评价、检查单等医疗数据，然后这些数据与SQL服务器中定义好的观点进行交流，一些相关图像，包括CT、X线片和其他文件可以被地方的临床治疗中心收集起来做进一步的处理。②计算机处理：这一步使用者并不参与。参照VOEU-DTD提取标题信息后计算机可以自动将原始资料转换为XML文件，并呈递给VO数据库，同时在数据系统中产生一个匿名数据夹保护病人的私人信息。以HTML形式的信息会直接储存在中央数据库的特定部分中。呈递的病例要先经过审核以确保信息的质量然后他们才能被用户使用。SQL服务器具有管理功能，可以分两类人群：审核者和普通使用者，这两种人享有不同的权利和行为许可。信息呈递之后会标上“尚未审核”的标签，然后存入数据库。这类数据只有审核者才能接触到，普通使用者无法看到。“使用连接器”为不同的使用者提供不同的查阅范围。审核之后，病例会标上“接受”“修改”或“退回”。如果标上“接受”该病例就可被普通用户使用。如果标上“修改”，就应该在做出修改后重新审核。如果标上“退回”，该病例就会立即在数据库中删除。实用可视系统的设计理念就是将CAOS病例的多媒体信息收集并集中起来进行网上审核。各个临床治疗中心及其他提供者提供的大量的匿名病例数据夹组合起来形成一个数据库。这些病例可以用于教育、研究和发展等多个方面。这个数据库提供的是“病理可视人”，这是对“可视人计划”的有益补充。通过因特网技术和中央数据管理可以实现动态数据库在世界范围内的应用，该数据库也可以帮助处理CAOS的网上审核评价机制。目前，实用可视系统数据库仍未建立起来，但其系统结果和系统部件的设计理念已形成，不同的方法和技术已经检验并准备好，其原型正在评价和发展中。
未来的计算机辅助矫形外科和创伤外科是什么样的呢？在脊柱外科中，导航技术已经证明了其临床价值，特别是在创伤骨科手术中，CAS将被广泛运用。对于普通创伤骨科手术来说，现有的导航技术可能用时太长，价格也太高。只要骨折复位的实时监测系统与内置物的导航安放技术结合起来，CAS就会对骨折治疗产生重大影响。随着导航技术的发展，矫形外科和创伤骨科就会从一种依赖于三维图像和手术经验的外科技术转变为计算机介导的重建及操作基础上的介入治疗。将来这些技术被广泛采用时一定会变得更直观，更简单易学。CAS导航系统的推广与发展仍然需要大量的工作，需要工程师与外科医生长期合作，相互了解对方的视野、目标及局限性。
（周东生）