膝關節(jié)置換與修復手術是骨科領域的核心技術之一，其操作精度直接影響患者術后運動功能恢復效果。然而，傳統(tǒng)醫(yī)學培訓依賴尸體標本、二維影像和有限的手術觀摩，導致醫(yī)生對膝關節(jié)力學特性與術中觸覺反饋的感知能力培養(yǎng)不足。針對這一挑戰(zhàn)，‌荷蘭代爾夫特理工大學（TU Delft）‌聯(lián)合醫(yī)學機構，成功研發(fā)出全球首款‌力反饋膝關節(jié)培訓系統(tǒng)（Force-Feedback Knee Joint Training System, FF-KTS）‌，將生物力學建模、實時觸覺反饋與虛擬現(xiàn)實技術深度融合，為骨科教育及手術規(guī)劃提供了突破性工具。

1. ‌高精度力反饋機制‌

   • ‌多自由度力學模擬‌：系統(tǒng)通過六軸力傳感器與動態(tài)關節(jié)模型，實時復現(xiàn)膝關節(jié)在屈伸、旋轉、側向滑動中的復雜力學特性，覆蓋正常生理狀態(tài)至骨關節(jié)炎、韌帶損傷等病理條件下的力學響應。
   • ‌觸覺-視覺協(xié)同反饋‌：結合VR頭顯與力反饋手柄，學員可直觀感知手術器械與骨面接觸時的壓力分布（如截骨角度偏差導致的異常應力），同步通過虛擬界面觀察關節(jié)內部結構變化，形成多模態(tài)學習體驗。

2. ‌病理數(shù)據庫驅動的模塊化訓練‌

   • 系統(tǒng)內置超過200種膝關節(jié)病理模型（如半月板撕裂分級、軟骨磨損程度），支持自定義參數(shù)（骨密度、軟組織黏彈性），滿足從基礎解剖學習到復雜病例模擬的全階段培訓需求。

3. ‌跨學科協(xié)作平臺‌

   • 該系統(tǒng)整合了生物醫(yī)學工程、計算機科學及臨床骨科數(shù)據，采用開源架構設計，允許全球醫(yī)療機構上傳病例數(shù)據或開發(fā)定制化訓練模塊，推動技術持續(xù)迭代。

1. ‌醫(yī)學教育與技能評估‌

   • ‌縮短學習曲線‌：對比傳統(tǒng)培訓，使用FF-KTS的住院醫(yī)師在截骨精度（誤差<0.5mm）和手術時間（縮短35%）上表現(xiàn)顯著提升（Delft Medical Robotics Lab, 2023）。
   • ‌客觀量化評估‌：系統(tǒng)通過AI算法分析操作軌跡、施力穩(wěn)定性等參數(shù)，生成能力雷達圖，幫助導師精準定位學員薄弱環(huán)節(jié)。

2. ‌術前規(guī)劃與醫(yī)患溝通‌

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

3. ‌遠程協(xié)作與資源共享‌

   • 系統(tǒng)支持多節(jié)點聯(lián)網操作，全球專家可實時指導偏遠地區(qū)醫(yī)生完成復雜手術模擬，推動醫(yī)療資源均質化。

代爾夫特理工大學被譽為“歐洲的麻省理工”，是世界頂尖理工大學之一。其高質量的教學、科研水平在荷蘭國內和國際都具有極高的知名度，在工程與應用科學領域具有極高的研究水平。代爾夫特理工大學FF-KTS系統(tǒng)的誕生，標志著骨科教育從“經驗主導”邁向“數(shù)據驅動”的新紀元。其融合工程學嚴謹性與臨床實用性的設計理念，不僅為醫(yī)生提供了沉浸式技能提升平臺，更重新定義了醫(yī)療技術跨學科創(chuàng)新的范式。隨著5G、數(shù)字孿生等技術的融入，該系統(tǒng)有望成為骨科手術智能化革命的基石，最終惠及全球數(shù)千萬膝關節(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（Technische Universiteit Delft）微創(chuàng)手術技術研究室合作開發(fā)骨科微創(chuàng)手術技術和配套的手術器械。我們研制的科研360度轉向，雙關節(jié)科研在關節(jié)腔轉向的手術器械經荷蘭所有的膝關節(jié)醫(yī)生使用后獲得極大好評。該研究室開發(fā)出世界唯一的帶有力反饋的骨關節(jié)計算機虛擬培訓系統(tǒng)，可以更高效和經濟地培訓掌握骨關節(jié)微創(chuàng)手術技術的醫(yī)生。

本文參考文獻‌

• 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).