膝關(guān)節(jié)置換與修復(fù)手術(shù)是骨科領(lǐng)域的核心技術(shù)之一，其操作精度直接影響患者術(shù)后運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)效果。然而，傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)培訓(xùn)依賴尸體標(biāo)本、二維影像和有限的手術(shù)觀摩，導(dǎo)致醫(yī)生對(duì)膝關(guān)節(jié)力學(xué)特性與術(shù)中觸覺反饋的感知能力培養(yǎng)不足。針對(duì)這一挑戰(zhàn)，‌荷蘭代爾夫特理工大學(xué)（TU Delft）‌聯(lián)合醫(yī)學(xué)機(jī)構(gòu)，成功研發(fā)出全球首款‌力反饋膝關(guān)節(jié)培訓(xùn)系統(tǒng)（Force-Feedback Knee Joint Training System, FF-KTS）‌，將生物力學(xué)建模、實(shí)時(shí)觸覺反饋與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)深度融合，為骨科教育及手術(shù)規(guī)劃提供了突破性工具。

1. ‌高精度力反饋機(jī)制‌

   • ‌多自由度力學(xué)模擬‌：系統(tǒng)通過六軸力傳感器與動(dòng)態(tài)關(guān)節(jié)模型，實(shí)時(shí)復(fù)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)在屈伸、旋轉(zhuǎn)、側(cè)向滑動(dòng)中的復(fù)雜力學(xué)特性，覆蓋正常生理狀態(tài)至骨關(guān)節(jié)炎、韌帶損傷等病理?xiàng)l件下的力學(xué)響應(yīng)。
   • ‌觸覺-視覺協(xié)同反饋‌：結(jié)合VR頭顯與力反饋手柄，學(xué)員可直觀感知手術(shù)器械與骨面接觸時(shí)的壓力分布（如截骨角度偏差導(dǎo)致的異常應(yīng)力），同步通過虛擬界面觀察關(guān)節(jié)內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，形成多模態(tài)學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

2. ‌病理數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)的模塊化訓(xùn)練‌

   • 系統(tǒng)內(nèi)置超過200種膝關(guān)節(jié)病理模型（如半月板撕裂分級(jí)、軟骨磨損程度），支持自定義參數(shù)（骨密度、軟組織黏彈性），滿足從基礎(chǔ)解剖學(xué)習(xí)到復(fù)雜病例模擬的全階段培訓(xùn)需求。

3. ‌跨學(xué)科協(xié)作平臺(tái)‌

   • 該系統(tǒng)整合了生物醫(yī)學(xué)工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)及臨床骨科數(shù)據(jù)，采用開源架構(gòu)設(shè)計(jì)，允許全球醫(yī)療機(jī)構(gòu)上傳病例數(shù)據(jù)或開發(fā)定制化訓(xùn)練模塊，推動(dòng)技術(shù)持續(xù)迭代。

1. ‌醫(yī)學(xué)教育與技能評(píng)估‌

   • ‌縮短學(xué)習(xí)曲線‌：對(duì)比傳統(tǒng)培訓(xùn)，使用FF-KTS的住院醫(yī)師在截骨精度（誤差<0.5mm）和手術(shù)時(shí)間（縮短35%）上表現(xiàn)顯著提升（Delft Medical Robotics Lab, 2023）。
   • ‌客觀量化評(píng)估‌：系統(tǒng)通過AI算法分析操作軌跡、施力穩(wěn)定性等參數(shù)，生成能力雷達(dá)圖，幫助導(dǎo)師精準(zhǔn)定位學(xué)員薄弱環(huán)節(jié)。

2. ‌術(shù)前規(guī)劃與醫(yī)患溝通‌

   • 臨床醫(yī)生可導(dǎo)入患者CT/MRI數(shù)據(jù)，生成個(gè)性化膝關(guān)節(jié)模型，模擬不同假體植入方案對(duì)關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的影響，輔助制定最優(yōu)手術(shù)策略。
   • 患者通過VR可視化界面理解手術(shù)原理，提升治療依從性。

3. ‌遠(yuǎn)程協(xié)作與資源共享‌

   • 系統(tǒng)支持多節(jié)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)操作，全球?qū)＜铱蓪?shí)時(shí)指導(dǎo)偏遠(yuǎn)地區(qū)醫(yī)生完成復(fù)雜手術(shù)模擬，推動(dòng)醫(yī)療資源均質(zhì)化。

代爾夫特理工大學(xué)被譽(yù)為“歐洲的麻省理工”，是世界頂尖理工大學(xué)之一。其高質(zhì)量的教學(xué)、科研水平在荷蘭國(guó)內(nèi)和國(guó)際都具有極高的知名度，在工程與應(yīng)用科學(xué)領(lǐng)域具有極高的研究水平。代爾夫特理工大學(xué)FF-KTS系統(tǒng)的誕生，標(biāo)志著骨科教育從“經(jīng)驗(yàn)主導(dǎo)”邁向“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”的新紀(jì)元。其融合工程學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性與臨床實(shí)用性的設(shè)計(jì)理念，不僅為醫(yī)生提供了沉浸式技能提升平臺(tái)，更重新定義了醫(yī)療技術(shù)跨學(xué)科創(chuàng)新的范式。隨著5G、數(shù)字孿生等技術(shù)的融入，該系統(tǒng)有望成為骨科手術(shù)智能化革命的基石，最終惠及全球數(shù)千萬膝關(guān)節(jié)疾病患者。
      錦瑞恒創(chuàng)（山東）醫(yī)療器械有限公司和荷蘭著名的代爾夫特理工大學(xué)（Technische Universiteit Delft）微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)研究室合作開發(fā)骨科微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)和配套的手術(shù)器械。我們研制的科研360度轉(zhuǎn)向，雙關(guān)節(jié)科研在關(guān)節(jié)腔轉(zhuǎn)向的手術(shù)器械經(jīng)荷蘭所有的膝關(guān)節(jié)醫(yī)生使用后獲得極大好評(píng)。該研究室開發(fā)出世界唯一的帶有力反饋的骨關(guān)節(jié)計(jì)算機(jī)虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)，可以更高效和經(jīng)濟(jì)地培訓(xùn)掌握骨關(guān)節(jié)微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)的醫(yī)生。

本文參考文獻(xiàn)‌

• TU Delft Robotics Institute. (2023). Force Feedback Surgical Training: A Paradigm Shift in Orthopaedic Education. Journal of Medical Robotics Research.
• WHO Global Guidelines on Simulation-Based Medical Education (2024).