基于二维骨折模式引导的三维骨模型碎片化：一种精准模拟骨折的综合方法

本研究针对骨科研究中骨折几何形态精准复现的难题，开发了一种通过二维骨折模式投影实现三维骨模型碎片化的创新方法。研究团队结合三角剖分（Delaunay triangulation）和扰动技术，在无需个体CT成像条件下生成高保真骨折模型。验证显示模拟与真实骨折表面高度吻合（高度图平均差异-0.36至1.44 mm），该方法可应用于手术规划、医学教育及个性化医疗，显著提升骨折治疗的精准度。

　　

骨骼骨折的精准模拟一直是骨科领域的重大挑战。传统方法如有限元分析（FEA）虽能复现复杂骨折几何形态，但依赖患者特异性CT影像和繁琐的材料参数化过程；而基于尸体骨的机械测试又难以反映临床实际骨折形态。更关键的是，现有技术无法在避免辐射暴露的前提下，快速生成具有临床可信度的骨折模型。这种技术瓶颈严重制约了手术规划、医生培训和生物力学研究的发展。

针对这些问题，Gema Parra-Cabrera团队在《Medical》发表的研究提出了一种革命性的解决方案。研究人员通过将二维骨折模式（包括临床病例提取、参数化生成或人工设计模式）投影到完整骨模型，结合三角剖分与表面扰动技术，实现了无需新CT扫描的骨折模拟。该方法特别强调内外皮质层的同步建模，通过高度图验证显示模拟与真实骨折的形态偏差仅-0.36至1.44 mm，误差率控制在3.32%至-11.05%区间。

关键技术方法包括：1）基于3D Slicer的皮质骨CT图像分割与网格重建；2）采用Luque算法从真实骨折CT中提取二维模式；3）圆柱投影法将模式映射至三维骨模型；4）基于质量指标（r/R三角质量比）的混合细分策略；5）Delaunay三角化连接皮质层并施加随机扰动（0.1-1.0 mm位移）模拟表面粗糙度。验证阶段通过生成三维高度图（MMAR/MMAS指标）和临床专家评估（Likert 3分量表）确保解剖合理性。

骨折模拟与几何生成

研究团队成功在股骨、肱骨等长骨上复现了螺旋、斜行和横行骨折。通过将腓骨骨折模式投影至股骨模型，证实了跨骨骼的模式适应性。

显示断裂区几何形态与真实骨折高度一致。

高度图验证

量化分析表明，缩放后的模拟高度图（MMAS）与真实骨折（MMAR）差异极小。例如腓骨-股骨组合的百分比变异仅-2.22%，而低分辨率肱骨模型因尺寸差异导致变异较大（-11.05%），证实该方法对常规尺寸骨骼具有更高精度。

临床评估

四位专家从解剖一致性（平均2.92分）、视觉合理性（2.42分）和临床相似性（2.33分）三个维度进行盲评，特别肯定断裂区扰动技术对提升真实感的贡献。

直观展示了模拟表面的微观不规则特征。

该研究的突破性在于建立了一套可扩展的骨折模拟框架，其核心价值体现在三方面：首先，通过解耦骨折模式与个体影像的依赖关系，使手术规划摆脱CT扫描限制；其次，混合细分策略（结合近似与细分法）在保证1.0-1.3三角质量系数的同时，实现断裂线亚毫米级精度；最后，扰动技术的引入填补了几何模型与生物组织力学特性间的表征鸿沟。这些成果为虚拟现实培训系统、个性化植入物设计和数字孪生（Digital Twins）应用提供了关键技术支撑。

未来研究可向三个方向拓展：将方法扩展至不规则骨（如椎骨和骨盆），整合小梁骨微观结构建模，以及开发基于机器学习