数字医学技术在我国普通外科中的应用已有近10年的时间，目前以三维可视化技术、虚拟现实、仿真手术、三维打印等为代表的数字医学技术正在改变着传统的诊治模式，在准确高效诊断疾病、选择合理治疗方案、提高手术成功率和降低手术风险等方面发挥了积极作用，同时也对培训医学生和年轻医师产生了重大影响。
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数字医学作为一门新兴的交叉学科，在我国普通外科中的应用已近10年。个体化、精确化和微创化是外科学发展的趋势[1,2]，而数字医学正好符合这一需求，其可为外科医师诊治疾病提供精确的个体化数据。目前以三维(three dimentional，3D)可视化、虚拟现实及3D打印技术为代表的数字医学技术已经广泛应用于普通外科疾病的诊疗之中，为外科学的发展带来了新的思路和契机。
传统肝切除手术多通过二维影像学资料(超声、CT、MRI等)对肝脏肿瘤进行术前评估，而从二维图像中很难细致、准确地分析肝内管道、肿瘤、肝段血管之间的关系，无法在术前准确评估切除范围，不能在根治性切除肿瘤的同时保证剩余肝脏的血液供应及其代偿功能[3,4,5,6]。通过3D可视化技术可以对断层扫描影像学资料进行深度分析和3D重建，使外科医师能够立体化、全方位地观察病灶部位、形态及大小；根据患者个体化血流拓扑关系进行肝脏分段和体积计算，经过仿真手术的"演练" 、"彩排" ，由此制定出最佳的手术方案，指导精准手术的实施[7,8]。
该病病情复杂，术后结石残留率高、复发率高。现代影像学技术在肝胆管结石的术前诊断中有重要作用，但对该种疾病的精准诊疗方面还存在不同程度的弊端。3D可视化技术可以清晰再现患者肝脏的立体形态、有无肥大和萎缩；肝脏内一、二、三级胆管树的3D立体形态、扩张或狭窄；结石的数量、大小及在肝内外胆管的分布情况，结合仿真手术操作，可以确定最佳的手术方案和路径，选择合理有效的治疗方式，达到最满意的手术效果[9,10]。
肝脏脉管的正常解剖及解剖变异是影响肝门部胆管癌手术决策的重要因素之一，3D可视化技术可在术前灵敏地识别胆管和血管变异，解决上述难题。以门静脉变异为例：正常情况下门静脉分离极限点[11](U点：门静脉左支水平部与矢状部的转角处；P点：门静脉右前支、右后支分叉部)指肝切除术中胆管能从并行的门静脉及肝动脉中剥离出来的极限部位，在这个极限点上游的胆管不能单独分离和切断。在1~3型门静脉变异中，P点的位置均会前移，此时行右半肝切除术，必须分离出门静脉主干、右前支和左支，将门静脉主干、左支均置带保护后，才可以切断门静脉右前支。应用3D可视化模型辨析各型肝内脉管结构的变异及确定肝切除极限点的位置，以制定个体化手术方案，保证手术的安全实施[12]。
术前正确评估胰腺肿瘤能否切除对临床医师选择科学、合理、安全、有效的治疗方案，避免不必要的手术探查造成的创伤具有重要意义。通过对胰腺及胰周结构的3D可视化研究，可显示胰腺肿瘤和胰周血管、组织的关系；通过不同透明度的设置，可对深层结构进行细致观察。在此基础上可进行仿真手术下胰腺任意角度的切割。通过3D模型多维度观察肿瘤和血管的形态，充分评估肿瘤的可切除性，详尽了解变异肝动脉的走行、是否经过胰腺实质及肿瘤浸润包绕情况，选择合理的手术方案，均是精确施行外科手术，减少手术中意外损伤的有效措施[13,14]。
3D可视化技术在腹膜后肿瘤切除、腹主动脉瘤手术、肾脏肿瘤切除、妇科肿瘤手术、腹主动脉旁淋巴结切除及下腔静脉介入疗法中有重要指导意义。数字医学技术重建的3D图像可更形象、具体、直观地展现出患者的病情，进一步精确测量血管长度、管径、夹角等解剖学参数，以避免术中不必要的血管损伤[15]。(1)行肾切除术时，处理肾蒂时应注意有无下腔静脉变异，切勿损伤变异的左侧下腔静脉；(2)行广泛性子宫切除术+盆腔淋巴结切除术时要注意变异的下腔静脉，切勿在电切分离淋巴结时损伤；(3)双下腔静脉要注意与左下腔静脉、左侧扩张的生殖腺静脉、增大的脊柱旁腰淋巴结及多脾综合征相鉴别。
利用数字3D技术重建乳房模型，结合CT扫描原始数据，可以从不同角度观察乳腺肿瘤，确定其最长及最短径线，观察乳腺肿瘤的大小、形态、包膜是否完整、密度是否均匀、有无钙化、边缘轮廓是否清楚、与胸大肌或皮肤有无粘连、皮肤有无水肿或橘皮样变等。联合3D可视化技术和亚甲蓝染色辅助定位前哨淋巴结，可指导临床开放或腔镜前哨淋巴结活检术，评估腋窝淋巴结状态，指导确定实际手术中淋巴结清扫的范围[16]。
3D重建、虚拟现实、仿真手术为医学生和年轻医师的培养提供了全新的思路和模式，改变了传统依靠素描图谱、尸体标本教学的手段。通过影像学技术搜集人体二维图像信息，运用3D可视化技术构建3D解剖学模型，医学生和年轻外科医师可以对模型进行移动、旋转、透明化等操作，任意调整观察角度，更加直观地了解解剖结构和病灶，实现真实、立体的数字化解剖学教学。仿真手术系统为医学生和年轻外科医师提供了一个具有真实感的虚拟手术环境，操作者可在其中重复练习和观察、模仿专家手术过程，设计、预演和修正手术的整个过程。虚拟现实是计算机技术和仿真技术结合生成的逼真的包含视觉、听觉、触觉的多媒体环境，用户可以身临其境，并与之发生交互作用。手术模拟系统实现了由单一的结构器官辨识向系统解剖方向发展，由平面显示向3D方向发展，由"只能看"向"还能动"的虚拟解剖方向发展。在手术器械上安装反馈装置后，受训者不但可以从虚拟眼镜中看到手术部位，还可以感觉到虚拟患者的肢体和器官。该项技术突破了伦理约束和资源缺乏的限制，既降低了成本，又可提高医疗服务质量[19,20]。
随着定量影像分析技术越来越受关注，放射影像组学应运而生[21,22,23]。有学者从结直肠癌术前常规CT图像中提取影像组学特征，并结合临床资料建立淋巴结转移预测模型，与传统CT影像学评估相比，术前淋巴结预测准确率提高了14.8%，可为后续个性化精准治疗提供辅助工具[24]。Simpson等[25]利用同样的方法分析结直肠癌肝转移行肝切除术患者的术前CT资料，发现CT图像中像素变化的纹理分析结果同肝切除术后肝功能不全的发生有一定的联系。放射影像组学是数字医学技术发挥术前预测作用的一个重要方向，有待进一步的实验室和多中心研究结果进行验证。
3D可视化技术为术前制定精细手术规划提供了保障。在实际手术过程中，预定手术方案的实施需要依赖实时、可靠的术中导航系统[26]。手术导航系统将患者术前或术中影像学数据与手术床上患者解剖结构准确对应，术中跟踪手术器械，并将手术器械的位置在患者影像上以虚拟探针的形式实时更新显示，使医师对手术器械对应的患者解剖结构一目了然，使外科手术更精确和安全。目前常用的导航技术主要有电磁导航和光学导航，光学分子影像导航已经应用于肝脏肿瘤手术之中[27]。采用吲哚氰绿作为近红外荧光探针，利用其荧光特性和能够在肝癌组织中聚集的特点，使癌组织与正常组织形成光强对比，有助于实时初步鉴别癌灶的不同分化程度和发现微小肝脏肿瘤及难以鉴别的卫星病灶。但该技术主要有两个缺点：(1)有一定的假阳性率，需结合术中病理等综合结果实时修正，以确定具体的手术方式。(2)在人体组织内穿透能力有限(1 cm左右)，面对位置较深的肿瘤，尚需结合术中超声确定范围[28,29]。呼吸运动和软组织变形是普通外科手术导航面临的两大难点，可尝试通过四维CT、呼吸运动建模等方法进行克服[30,31,32]。
利用此技术可以打印出具有生理功能的人工器官，有望解决移植手术中供体缺乏的难题。以肝脏为例，这一技术需要克服两个瓶颈难题：(1)如何构建肝脏内部复杂的脉管系统；(2)如何在3D结构内分布3种以上高密度功能细胞并使其形成组织。有文献报道，美国Organovo公司利用3D打印机叠加了约20层肝实质细胞和肝星状细胞，并添加来自血管内皮的细胞形成一张精妙的管道网向肝细胞提供氧气和养分，生产出一个厚0.5 mm、长宽均4 mm的微型肝脏[33]。这是人工肝脏制造史上的一个重大突破，但有待进一步探究。
数字医学的发展在准确高效地诊断疾病、选择合理的治疗方法、提高手术成功率、降低手术风险等方面发挥了积极作用，实现了外科疾病解剖数字化、诊断程序化和手术可视化的有机结合。传统外科学已经受到了极大的冲击而面临变革，现代的外科医师不仅要熟练掌握外科知识与专业技能，还需要掌握数字化技术等，整合各学科的知识，成为一名复合型人才。
