《数字医学导论》是一本较为系统、比较全面介绍数字医学这一新兴前沿交叉学科的基本概念、基本技术、基本知识、基本理论以及主要研究与应用成果、前沿进展的一本学术专著。编写的要求为要使《数字医学导论》具有引领性、前沿性、预见性、权威性。编写的目的是为广大读者了解和掌握有关数字医学的发展脉络、有关概念、技术方法、知识理论和前沿进展，推动数字医学的普及和研究以及应用水平的提高。《数字医学导论》内容丰富，重点介绍了数字化诊断与治疗这一数字医学的核心内容，同时，数字化医疗仪器设备和数字化医院建设及医政管理也占了必要的篇幅。《数字医学导论》包括绪论共有24章，其中，绪论介绍数字医学的基本概念、内涵、理论基础和发展趋势等；**至六章介绍数字医学技术方法；第七至十二章介绍数字化人体解剖与组织结构研究，以及数字化制造、手术导航、手术机器人和虚拟技术的原理与实践；第十三至二十一章较详细地介绍了数字技术在临床各领域的应用；第二十二、二十三章讨论数字化临床决策和数字化医院的构建。
《数字医学导论》是国内**部重点阐述数字医学核心内容的学术专著。既可作为数字医学学术研究和临床应用的权威参考书，也可作为临床医学、基础医学、生物医学工程学等专业研究生和本科生数字医学课程的教科书。
绪论（1）
第一节数字医学的概念与基本内涵（1）
第二节数字医学的基本特征（3）
第三节数字医学产生的理论与实践基础（5）
第四节国外数字医学研究与发展现状（11）
第五节我国数字医学研究现状与数字医学新学科的诞生（14）
第六节数字医学的发展趋势（18）
第一章数字化影像技术（21）
第一节数字化X线影像技术（21）
第二节CT影像技术（28）
第三节数字减影血管造影技术和介入放射学影像技术（54）
第四节超声影像技术（72）
第五节磁共振影像技术（87）
第六节核医学影像技术（118）
第七节分子影像学技术（137）
第八节数字化医学影像学网络技术（150）
第二章数字化断层解剖学的研究现状与发展趋势（157）
第一节断层解剖学的发展历史（157）
第二节断层解剖学的研究现状（158）
第三节断层解剖学发展趋势（162）
第三章数字化人体数据集采集（164）
第一节概述（164）
第二节美国VHP数据集的构建（166）
第三节人体管道铸型技术（168）
第四节中国数字化人体标本的遴选和处理（173）
第五节数字化人体数据的采集设备（176）
第六节断层数据的采集和存储（181）
第四章医学图像处理与分析（185）
第一节医学图像的发展（185）
第二节图像变换（189）
第三节图像的运算（196）
第四节图像增强（202）
第五节图像复原（209）
第六节图像分割（211）
第七节图像描述与分析（218）
第五章医学图像的计算机三维重建与可视化（223）
第一节概述（223）
第二节数据源及医学图像处理（231）
第三节医学图像配准（231）
第四节医学图像分割（235）
第五节图像测量与数据重采样（239）
第六节计算机三维重建与可视化算法（240）
第七节常用三维重建与可视化软件（254）
第六章生物医学研究中的定量分析与仿真计算（256）
第一节生物医学定量研究中的体视学方法（256）
第二节数字技术在血管病变研究中的应用（273）
第三节肌骨生物力学数值模拟及应用（278）
第七章数字解剖学（288）
第一节概述（288）
第二节数字人（292）
第三节数字解剖学教学（306）
第四节数字解剖学的典型应用（319）
第五节未来发展趋势与展望（321）
第八章组织微细结构的三维可视化（323）
第一节显微标本制备及图像采集（323）
第二节显微图像加工和配准（327）
第三节配准后肾小管程序追踪与三维可视化（329）
第四节建立在肾小管走行追踪基础上的膜蛋白定位（331）
第五节建立在肾小管走行追踪基础上的各节段亚细胞结构分析（332）
第九章数字解剖学图谱在小动物研究中的应用（334）
第一节概述（334）
第二节小动物数字解剖图谱的研究进展（334）
第三节小动物数字图谱的应用（348）
第四节小动物数字图谱的发展趋势展望（353）
第十章数字化制造技术在医学中的应用（354）
第一节几何建模技术（354）
第二节逆向工程与快速原型技术（357）
第三节虚拟现实技术及其应用（360）
第十一章手术导航技术（369）
第一节手术导航定义及工作原理（369）
第二节相关软件（376）
第三节手术导航技术的历史（376）
第四节IGI的应用（376）
第五节展望（378）
第十二章骨科手术机器人技术（379）
第一节概述（379）
第二节骨科手术机器人的分类和技术特点（380）
第三节骨科机器人手术的一般工作流程（383）
第四节骨科手术机器人技术研发的关键技术（383）
第五节未来发展趋势与展望（389）
第十三章数字虚拟技术在骨科的应用（391）
第一节数字技术在创伤骨科的应用（391）
第二节数字技术在关节外科的应用（412）
第三节数字技术在脊柱外科的应用（424）
第四节数字技术在骨肿瘤外科的应用（436）
第五节数字技术在骨科器械研发中的应用（453）
第十四章三维可视化和虚拟仿真手术技术在肝胆胰外科中的应用（461）
第一节国内外研究概况（461）
第二节肝胆胰外科中的数字化技术（465）
第三节肝胆胰外科疾病解剖数字化（473）
第四节肝胆胰外科疾病手术可视化（491）
第五节数字化技术在肝胆外科教学及培训中的应用（555）
第十五章数字与信息技术在精确放射治疗中的应用（558）
第一节概述（558）
第二节数字成像与精确放射治疗（560）
第三节放射治疗信息系统（567）
第十六章数字化技术在眼科中的应用（571）
第一节概述（571）
第二节眼科图像数字化处理和形态建模技术（571）
第三节人眼及其关键结构的物理特性数字化建模（585）
第四节眼内病生理过程的生物功能数字化仿真技术（613）
第五节数字化技术在眼科临床中的应用（621）
第十七章数字技术在耳鼻咽喉 头颈外科中的应用（629）
第一节概述（629）
第二节耳鼻咽喉器官的形态结构建模与分析（630）
第三节计算机辅助手术在耳鼻咽喉 头颈外科中的应用（638）
第四节耳鼻咽喉器官的功能建模与数值模拟（643）
第五节展望（650）
第十八章数字医学在整形外科的研究与应用（651）
第一节概述（651）
第二节研究进展（652）
第三节趋势与展望（662）
第十九章数字化技术在口腔医学中的应用（663）
第一节数字牙的构建（663）
第二节数字化X线技术（668）
第三节数字化技术在口腔医学中的应用（669）
第二十章数字交通医学（672）
第一节概述（672）
第二节国内外研究进展（673）
第三节我国数字交通医学的研究现状与地位（679）
第四节我国数字交通医学研究特色（680）
第五节未来发展趋势与展望（688）
第二十一章数字中医药（690）
第一节中医理论与数字科学（690）
第二节中医基础理论数字化（692）
第三节中医诊断数字化（695）
第四节中医传统疗法数字化（697）
第五节中药数字化（698）
第六节中医教育、文献数字化（698）
第七节数字中医药研究问题与展望（699）
第二十二章临床决策支持系统（700）
第一节临床决策支持系统概述（700）
第二节医学知识库（702）
第三节决策推理技术（706）
第四节临床决策支持系统与电子病历的集成（715）
第五节基于数据挖掘的知识发现与优化（718）
第六节临床决策支持系统应用评估（721）
第七节临床决策支持系统案例分析（724）
第八节面向骨科临床的数字医疗辅助诊断与决策支持系统（737）
第九节临床决策支持系统的发展趋势与展望（751）
第二十三章数字化医院建设（754）
第一节数字化医院的定义（754）
第二节数字化医院发展现状与趋势（754）
第三节数字化医院的建设要点（755）
第四节医院数字化的应用（758）
参考文献（770）
第一节
数字医学的概念与基本内涵
当前，在科学技术前沿的重要领域中，生命科学和信息科学的发展都非常迅速。信息科学尤其是计算机科学与技术的快速发展使得人类社会进入了数字化时代，由计算机和网络技术引发的数字化技术革命，已经深入到各个不同的领域。生命科学运用数字化技术大大加快了自身的发展。这两大前沿科学的有关技术交叉、渗透、融合后，涌现出很多新的学科生长点和热点研究领域。
数字医学(digital medicine)是应用现代数字化技术，解释医学现象、解决医学问题、探讨医学机理、提高生命质量的一门科学。它是现代医学和数字化高新技术相结合，以医学为主体，涵盖了计算机科学、数学、信息学、电子学、机械工程学、生物医学工程学等多学科的一门新兴的前沿交叉学科领域（绪图1）。数字医学的核心是采用数字化高新技术提高临床诊断和治疗的水平。
绪图1数字医学的产生（学科的交叉与融合）
以临床医学专家为主体，结合基础医学、预防医学、中医学、计算机科学、数学、物理学、信息学、电子学、机械工程学、生物医学工程学等多学科学者的参与，对数字医学所包含的一系列技术、方法、知识、理论进行研究，并在临床诊断和临床治疗中应用，提高临床诊断和治疗水平，是数字医学的基本内涵。
数字医学的概念有广义和狭义之分，其内涵也有大小之不同。狭义的数字医学概念是指运用现代数字化技术，解决临床医学、基础医学、预防医学、中医学等医学范畴内的基础研究和临床应用问题，提高对生命现象和疾病本质的认识，提高诊断和治疗的水平的一切理论、知识、技术、方法。广义的数字医学概念，除了包含狭义数字医学的内容外，还包含了数字化医疗设备的研发和应用、数字化医院建设和数字化医政管理这两个方面的内容。广义和狭义两个概念之间的关系请见绪图2。
绪图2 广义数字医学和狭义数字医学的概念
就狭义数字医学而言，它是近十年来随着计算机科学和技术的发展以及在临床诊疗中越来越广泛的应用而发展起来的。例如，在临床影像诊断中，传统的主要手段是X线检查，是X线穿过人体在胶片上曝光后留下的影像，没有数字化的成分。而CT则是在计算机技术出现以后通过对人体进行X射线断层扫描重建出人体断层图像，MRI则是将人体置于外加磁场中使原子核自旋系统受到外界作用引起共振效应，同时释放出微弱的能量，成为射电信号，把这些信号检出，并使之能进行空间分辨，就得到运动中原子核分布图像，经过计算机重建和显示，得到磁共振图像。因此，CT、MRI都是数字图像，需要进行计算机处理，方能为肉眼可见图像，这就含有了数字医学的成分。又如，在临床外科手术中，传统的剖腹探查，即先切开，后观察(cut，then see)，没用数字化的成分。而采用CT、MRI先行检查，先看到病灶，甚至把病灶三维重建出来看清它与周围解剖结构的关系，然后切开手术(see，then cut)，这就属于数字医学的范畴了。
就广义数字医学而言，除了包含狭义数字医学的内涵外，一切运用现代数字化技术进行医疗诊断、治疗和康复仪器设备的开发和应用（如PET、手术机器人等），一切运用现代信息技术进行数字化医院建设和医政管理以及区域化医疗卫生网络建设和远程诊断和治疗等，都属于数字医学的范畴。
数字医学的内涵是以数字化技术为核心，以信息技术和通信技术为基础，全方位渗透到基础医学、临床医学、预防医学、康复医学等医学领域的各个学科，多角度辐射到医疗卫生机构、医学科研院校、医疗行政主管部门、基层医疗卫生单位等，深层次覆盖到教学、科研、临床医疗、疾病防控、康复保健等各个专业。
数字医学导论绪论数字化技术，尤其是网络技术，特别是互联网技术和移动互联网技术，已经改变了或正在改变着原有的理论知识、技术方法、工作流程、业务模式和运行机制，甚至人们的思维观念、行为意识和价值取向也在悄然发生着变化。现代数字化条件下创造的新理论、新知识、新技术、新方法和新产品，诸如数字化影像诊断、数字化手术规划与设计、数字化手术模拟与导航、数字化医院、数字化手术室、数字化医疗设备、数字化医学教育、数字化管理等在医学领域深入而又广泛的应用，极大地提高了医疗、科研、教学、管理等各方面的技术水平、工作质量和工作效率，取得了显著的社会效益、管理效益和经济效益。
数字医学是当代医学领域理论、知识、技术和方法创新*活跃、**代表性的新兴学科，它把计算机科学、信息科学为代表的当代科学的**理论、****和**产品应用到医学领域，正在颠覆着一些传统理论、概念、技术和方法以及诊疗模式和诊疗流程。例如，数字化人体对传统医疗、科研、教学的冲击就是其中的一个例子。数字化人体在技术上将人体器官、组织化约为0和1的排列组合之后，就可被计算机认知和处理，并可通过互联网进行广泛的传播；手术机器人的出现，使得外科医生的手不再直接操作手术刀；3D打印和快速成形技术正在使个性化医疗成为现实；数字化影像是诊断由大体形态学为主的阶段，向生理、功能、代谢或基因成像过渡；图像分析由“定性”向“定量”发展；影像诊断模式已经由胶片采集和读片诊断改变为数字采像、电子化传输、个人电脑或手机阅读；介入诊断和治疗正在向实时可视化、立体显示、微无创和无射线方向发展
数字医学作为一个新兴的多学科交叉领域，在知识结构、学科内涵、研究内容、研究方法、开拓范围、学术体系、发展规律等多个方面与其来源的各个老学科相比，都具有许多的不同点，一旦脱胎出来，更具有全新的发展方向和自身特点。纵观以往新学科的诞生，往往都是从多学科的交叉领域突破的。数字医学虽然仍是医学科学范畴，但它所包含的一系列技术、方法、知识、理论，在医学领域原有各学科中从未有过，有些还是完全改变传统概念、思路、体系、规律的革命性变化。例如，在数字化技术支撑下的手术导航技术、微创外科技术、个性化人工器官（如关节、骨盆等）技术、三维影像诊断技术等等都与原有的临床医学理论、技术操作、业务流程大不相同。如果拘泥于老学科、老知识而仅仅略加一点新技术、新工具，那就必然适应不了数字化时代医学发展的要求。
数字化技术在医学领域的广泛应用，使得临床诊断和治疗的水平大为提高。一些以前诊断不了的疾病现在用数字化技术可以诊断了，以前无法做到的治疗操作现在用数字化技术可以做到了。以影像诊断为例，由X线、CT、MRI的二维图像到三维、四维图像，使影像诊断的准确性和精细性大为提高；以外科手术为例，导航技术和个性化手术计算机设计使得手术的准确性和个体匹配性大为提高 随着数字化技术研究的深入和应用的广泛，外科学乃至整个医学正朝着“精准化、个性化、微创化和远程化”的方向发展。随着进一步的发展，医学本身的面貌会发生很大变化。我国著名外科学家黄志强教授曾预言“当数字医学发展到一定水平的时候，原来医学基础理论和临床经验都很好的医生和护士，如果不接受和学习数字医学的新知识、新方法，面对数字化工作条件就会不知道怎样操作、怎样运行，就会成为一个落伍的医学工作者。将来的外科医生可能不得不与机器人为伍”，预见了数字医学的重要性。
在医学发展的历史中，医学与工程技术的结合产生了生物医学工程学这一新的学科，现已成为医学门类的一级学科。随着这一学科的发展，又相应产生了医学影像学、放射物理学、临床医学工程等一批新的学科专业。这些新的学科专业的产生反过来又对医学的快速发展起到巨大的推动作用。现在，计算机科学与技术、网络通讯技术、数字化信息技术等正日益广泛而深入地渗透到医学的各个领域，使得原有的学科布局、人才培养、机构设置都需要进行进一步的调整以适应数字医学发展的需要。医学科学技术、医学工程技术、医学数字技术的进一步结合、融合和研究力量的重组，不论是在大学、科研单位还是医院，都已经势在必行。以网络环境下的数字影像技术为例，从临床成像到影像诊断，影像诊断的信息流和工作流已经超越了原来传统的影像科室，而出现了临床科室、各影像科室、医学工程、信息工程等科室和部门为了某一项影像学检查同时在同一个数字化技术平台上工作的情况，传统的工作流程和机构设置作相应的改革也就变得很有必要了
世间万物，永远处于发展变化的历史长河之中。数字医学是一个刚刚诞生的新兴前沿交叉学科，发展变化势如破竹、一日千里。数字医学的概念和基本内涵，现在只是一个初生的面貌，也必将快速地发展和变化。因为当今科学技术的发展日新月异，新的理论和技术层出不穷；人们对计算机科学技术、信息科学技术、现代制造技术等高新科技在医学领域研究与应用的认识、理解和掌握是一个永无穷尽的过程；高科技在医学领域的实践活动的深入程度、创新程度和研究深度等都在快速发展。因此，数字医学的概念、基本内涵甚至外延都会不断发展和升华，永无一成不变的道理。
第二节数字医学的基本特征
数字医学体现了数字化、信息化、网络化的基本特征，即学科之间的交叉性、数字技术应用的广泛性、信息技术渗透的全面性、信息传递的快速性、信息选择的多样性、信息共享的便捷性和研究与实践的同步性等。
一、 学科交叉与融合性
数字医学是在计算机科学与技术、信息科学与技术等当今科技快速发展的大背景下，当代医学与这些快速发展的科学与技术交叉融合应运而生的新兴前沿交叉学科。因此，它呈现出多学科相互交叉、相互渗透、高度融合以及系统化、整体化发展的基本特征。实质上，数字医学交叉学科的特征是理论体系和知识体系的融合，是知识、技术、方法的集成，是不同思维、观念、理念的碰撞。目前，数字医学在推动并促进传统医学发展的同时，已经成为医学学科发展的主要驱动力之一。这是由于数字医学不是一项、两项简单技术的组合，而是多学科、多技术、工程*前沿新技术群的“结晶体”。这个“结晶体”的各种成分互相影响，互相补充，相互促进，共同发展。计算机技术*初在医学领域是单机、单系统的简单应用。如今，系统化、数字化、网络化渗透到医学领域各个学科和专业之中，越来越多地与医学其他学科密切联系、高度结合，形成了相互交叉、相互融合的格局，促使新学科、新知识层出不穷。学科的交叉逐渐形成科学上的新理论、新发明的产生和新的工程技术的出现。如数字技术、电子技术与医疗设备交叉，形成了新型的数字医疗设备；数字技术与医学成像技术结合，形成了数字医学影像技术等。数字化渗透到医学领域，促进了基础医学、临床医学、社会医学等学科的飞速发展，无论是科研、教学和临床，还是管理模式、工作流程和运行机制等，都已经或正在发生着革命性的变化，极大地改变了传统医学理论、方法和模式。数字化渗透到医学科研、管理、教育和医疗等各项活动之中，各种医学模式都正在从量变走向质变。这必然会引起人们生活习惯、工作方式、价值观念以及思维方式等诸多方面的深刻变革，加快了医学科学前进的步伐和医疗技术的尖端化，促进了医学领域的全面进步与发展。
交叉与融合乃结合的程度之不同，交叉是**步，结果可能是混合物，融合是更进一步，结果是化合物，孕育出新的学科。当今学科发展相互渗透，用其所长，强强联合，1+1＞2，已经成为新常态。
二、 数字技术应用的广泛性
随着数字化技术研究的深入和应用的广泛，从计算机辅助诊断、计算机辅助治疗、计算机辅助设计和制造、手术机器人应用、3D打印技术个性化制造、智能康复机器人、智能腔囊检测或释药微系统等到网上挂号、手术导航、虚拟教学、远程医疗；从电子处方、电子病历、就医“一卡通”，到数字化手术室、数字化医院等，有线网络、无线网络、卫星网络纵横交错，数字技术、信息技术越来越广泛地应用在医学领域各个层次和角落。
数字技术广泛应用于基础医学、临床医学、预防医学和康复医学等各个学科，并与之结合、交叉、融合，产生了新型的数字医疗检测技术、数字医疗诊断技术、数字医疗治疗技术、数字医疗监控技术、远程医疗技术等，另外，还有数字化医院、虚拟仿真教学与手术操作培训等。数字技术应用的广泛性，极大地改变了传统医学理论、知识、技术和方法，也影响了人们对诊断治疗、疾病预防、康复保健的思维方式，使医疗业务、科研教学、疾病预防、康复保健等各项工作实现了“数字化、可视化、自动化”，产生了巨大的管理效益、经济效益
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