【摘要】： 由于受到傳統(tǒng)的二維分析、診斷和手術(shù)模擬的限制，，目前對復(fù)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(jī)斷層、三維重建和圖像技術(shù)給現(xiàn)代醫(yī)學(xué)帶來了一場革命。采用適當(dāng)?shù)挠嬎銠C(jī)軟件及其環(huán)境的三維圖像技術(shù)已經(jīng)可以用來進(jìn)行診斷、外科計劃和手術(shù)模擬。鑒于此，我們初步建立了計算機(jī)輔助三維正頜手術(shù)預(yù)測和模擬系統(tǒng)，以期能夠提高臨床診斷和治療水平，促進(jìn)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?qū)ο蟮挠嬎銠C(jī)語言VisualC~(++)6.0實(shí)現(xiàn)的。整個軟件系統(tǒng)的設(shè)計遵從了面向?qū)ο蟮闹笇?dǎo)思想，從而保證了系統(tǒng)的模塊化和系統(tǒng)的可維護(hù)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(jī)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(yù)處理，并采用MC方法進(jìn)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(jìn)行圖像表面處理以及簡化運(yùn)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(jìn)行觀察。 2．三維測量 為了便于進(jìn)一步的測量和手術(shù)模擬，首先需要對系統(tǒng)的三維空間坐標(biāo)加以定義。因此我們選取了五個常用的硬組織標(biāo)志點(diǎn)(包括鼻根點(diǎn)、左右耳點(diǎn)和左右眶點(diǎn))用以建立空間的三維坐標(biāo)。系統(tǒng)結(jié)合國內(nèi)外研究結(jié)果，在三維硬組織模型上交互選取63個特征點(diǎn)，并設(shè)立82個特征值(包括線距和角度)。通過對特征值的測量并結(jié)合臨床經(jīng)驗(yàn)，可以對患者作出診斷以及制定手術(shù)計劃。 3．三維截骨手術(shù)模擬 該步驟需要對三維骨骼體數(shù)據(jù)進(jìn)行切割。本研究使用的是一到幾個平面對目標(biāo)骨進(jìn)行切割。被分開后的骨塊有其特定的臨床 第四軍醫(yī)大學(xué)博士學(xué)位論文 含義，并可對它進(jìn)行以下操作包括平移、旋轉(zhuǎn)、升高、變換族中 心等，系統(tǒng)還可以計算出以上的運(yùn)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(shù)截骨方式進(jìn)行了模擬，包括 Lefort截骨術(shù)、Lefort 11截骨術(shù)、下頜矢狀劈開截骨術(shù)和額成形 術(shù)等。系統(tǒng)可以反復(fù)進(jìn)行手術(shù)模擬，直到結(jié)果滿意為止。 4．三維面部軟組織模擬和預(yù)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(yīng)的變化。由于軟組織形變的非線性和復(fù)雜性，我們根據(jù)文獻(xiàn)有 關(guān)的研究結(jié)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(shí)驗(yàn)中 簡化為1：l的移動比例；向兩側(cè)遠(yuǎn)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(fù)軟組織模 擬結(jié)果直到滿意為止。模擬后的軟組織模型可以旋轉(zhuǎn)并從任意一 個方向進(jìn)行觀察。 本研究至今尚未能建立成為一個完整的計算機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行手 術(shù)預(yù)測和模擬時還需要輸入復(fù)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(jìn)一步的研究中我們要將 現(xiàn)有的系統(tǒng)和程序結(jié)合起來，為正頜外科臨床建立一個界面友好 的計算機(jī)輔助三維虛擬現(xiàn)實(shí)的手術(shù)計劃和軟組織預(yù)測工作臺。
【圖文】：

本研究基于二維CT切片實(shí)現(xiàn)了顱領(lǐng)面結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)(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(jìn)一步的手術(shù)計劃和模擬奠定了基礎(chǔ)。圖卜l硬組織正位像圖l一2硬組織側(cè)位像(右)圖卜3硬組織側(cè)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(cè)位像(右)圖l一8軟組織側(cè)位像(左)

本研究基于二維CT切片實(shí)現(xiàn)了顱領(lǐng)面結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)(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(jìn)一步的手術(shù)計劃和模擬奠定了基礎(chǔ)。圖卜l硬組織正位像圖l一2硬組織側(cè)位像(右)圖卜3硬組織側(cè)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(cè)位像(右)圖l一8軟組織側(cè)位像(左)
【學(xué)位授予單位】：中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2003
【分類號】：R782

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