【摘要】： 由于受到傳統(tǒng)的二維分析、診斷和手術模擬的限制，，目前對復雜的頜面部畸形的矯治仍然是一個挑戰(zhàn)。令人欣喜的是計算機斷層、三維重建和圖像技術給現(xiàn)代醫(yī)學帶來了一場革命。采用適當?shù)挠嬎銠C軟件及其環(huán)境的三維圖像技術已經(jīng)可以用來進行診斷、外科計劃和手術模擬。鑒于此，我們初步建立了計算機輔助三維正頜手術預測和模擬系統(tǒng)，以期能夠提高臨床診斷和治療水平，促進醫(yī)患的交流與合作。 本系統(tǒng)是以Windows98為操作平臺，利用面向對象的計算機語言VisualC~(++)6.0實現(xiàn)的。整個軟件系統(tǒng)的設計遵從了面向對象的指導思想，從而保證了系統(tǒng)的模塊化和系統(tǒng)的可維護性。由于模塊具有良好的接口，因此保證了系統(tǒng)的可持續(xù)開發(fā)性。本研究共包括四個部分： 1．面部三維模型的重建 首先通過基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)，采用FTP命令將位于CT工作站上的患者所有的CT原始資料下載到PC機上，因此不會有任何信息的丟失。接下來是對原始資料的二維和三維預處理，并采用MC方法進行頜面部軟硬組織的三維重建。采用OpenGL工具顯示重建的圖像，采用VTK工具包進行圖像表面處理以及簡化運算。重建后的頜面部軟硬組織三維模型可以從任意一個角度進行觀察。 2．三維測量 為了便于進一步的測量和手術模擬，首先需要對系統(tǒng)的三維空間坐標加以定義。因此我們選取了五個常用的硬組織標志點(包括鼻根點、左右耳點和左右眶點)用以建立空間的三維坐標。系統(tǒng)結合國內(nèi)外研究結果，在三維硬組織模型上交互選取63個特征點，并設立82個特征值(包括線距和角度)。通過對特征值的測量并結合臨床經(jīng)驗，可以對患者作出診斷以及制定手術計劃。 3．三維截骨手術模擬 該步驟需要對三維骨骼體數(shù)據(jù)進行切割。本研究使用的是一到幾個平面對目標骨進行切割。被分開后的骨塊有其特定的臨床 第四軍醫(yī)大學博士學位論文 含義，并可對它進行以下操作包括平移、旋轉、升高、變換族中 心等，系統(tǒng)還可以計算出以上的運動參數(shù)值。本研究成功地采用 交互方式對正頜外科經(jīng)典的幾種手術截骨方式進行了模擬，包括 Lefort截骨術、Lefort 11截骨術、下頜矢狀劈開截骨術和額成形 術等。系統(tǒng)可以反復進行手術模擬，直到結果滿意為止。 4．三維面部軟組織模擬和預測 將截開的骨塊移動到新的位置后，軟組織的模型也會發(fā)生相 應的變化。由于軟組織形變的非線性和復雜性，我們根據(jù)文獻有 關的研究結果采用以下原則：在骨塊移動區(qū)域，軟組織相對于硬 組織的移動比例最大，該比例是參考以往的研究數(shù)據(jù)，本實驗中 簡化為1：l的移動比例；向兩側遠離骨移動區(qū)的軟組織的移動量 呈線性逐漸遞減。采用的具體算法是基于線投影模型形變算法（阿 pYOJectlon七ased model deformation＼系統(tǒng)可以交互地重復軟組織模 擬結果直到滿意為止。模擬后的軟組織模型可以旋轉并從任意一 個方向進行觀察。 本研究至今尚未能建立成為一個完整的計算機系統(tǒng)，進行手 術預測和模擬時還需要輸入復雜的參數(shù)，對于外科醫(yī)生來說使用 起來仍然不容易。另外，還需要通過表面人體測量來定量判定該 系統(tǒng)的精確程度。而更為重要的是，在進一步的研究中我們要將 現(xiàn)有的系統(tǒng)和程序結合起來，為正頜外科臨床建立一個界面友好 的計算機輔助三維虛擬現(xiàn)實的手術計劃和軟組織預測工作臺。
【圖文】：

本研究基于二維CT切片實現(xiàn)了顱領面結構硬軟組織表面的三維重建，重建效果較二維X線片更加形象、直觀，便于外科醫(yī)生接受和理解。它可以從任意視角觀察頭顱軟硬組織的結構(圖1一圖10)。通過該模型不僅可以明確畸形的特征和部位，同時也為進一步的手術計劃和模擬奠定了基礎。圖卜l硬組織正位像圖l一2硬組織側位像(右)圖卜3硬組織側位像(左)圖1一4硬組織顱底觀像圖卜5硬組織后面觀像圖1一6軟組織正位像圖1一7軟組織側位像(右)圖l一8軟組織側位像(左)

本研究基于二維CT切片實現(xiàn)了顱領面結構硬軟組織表面的三維重建，重建效果較二維X線片更加形象、直觀，便于外科醫(yī)生接受和理解。它可以從任意視角觀察頭顱軟硬組織的結構(圖1一圖10)。通過該模型不僅可以明確畸形的特征和部位，同時也為進一步的手術計劃和模擬奠定了基礎。圖卜l硬組織正位像圖l一2硬組織側位像(右)圖卜3硬組織側位像(左)圖1一4硬組織顱底觀像圖卜5硬組織后面觀像圖1一6軟組織正位像圖1一7軟組織側位像(右)圖l一8軟組織側位像(左)
【學位授予單位】：中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2003
【分類號】：R782

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本文編號：2643324