臨床上，顏面贗復(fù)體形態(tài)制作一直沿用傳統(tǒng)落后的臨床觀摩、現(xiàn)場手工雕刻蠟型的方法，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足患者希望修復(fù)后容貌高度和諧、仿真的要求。本研究將反求工程和快速成型技術(shù)兩種先進(jìn)方法聯(lián)合應(yīng)用到顏面贗復(fù)領(lǐng)域，分別就單側(cè)眼眶部缺損、單側(cè)耳廓缺失、外鼻缺損等主要顏面缺損類型進(jìn)行三維仿真修復(fù)設(shè)計和個體化快速制作研究，實現(xiàn)了顏面部器官數(shù)字化印模的自動采集，完成缺損器官修復(fù)的三維仿真設(shè)計，最大限度地復(fù)原出患者原有容貌，并通過快速成型系統(tǒng)快捷地加工出器官修復(fù)體樹脂模具，從而為建立顏面部器官缺損智能化仿真修復(fù)系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)，同時還可望在頜面外科、整形外科等其他學(xué)科有廣闊應(yīng)用。 數(shù)字化印模采集是反求工程的第一環(huán)節(jié)，也是實現(xiàn)顏面贗復(fù)虛擬設(shè)計的基礎(chǔ)。眼眶、耳廓、外鼻等顏面器官外形復(fù)雜，個體差異極大，美學(xué)要求高，使用單一的三維測量方法顯然不能實現(xiàn)所有顏面器官的精確測量。本文針對不同缺損器官的實際情況，分別應(yīng)用三種先進(jìn)的反求三維測量方法，進(jìn)行數(shù)字化印模自動采集，獲得了理想的器官三維重建模型。實驗結(jié)果表明： 1．眼眶部、外鼻等顏面器官表面形態(tài)較平緩，激光束可以直接投射至其全部表面，采用三維激光表面掃描方法測量可以獲得精度最佳(±0.01mm)的測量結(jié)果，但缺點是對器官表面形態(tài)有較高要求以及不能測量器官內(nèi)部的數(shù)據(jù)。 2．對于顏面缺損比較嚴(yán)重的類型如外鼻大部缺損，采用螺旋 第四軍醫(yī)大學(xué)博士學(xué)位論文 CT掃描法直接進(jìn)行活體軟組織斷層測量，可以避免組織倒凹和翻 制器官石膏模型誤差等對測量的干擾，獲得理想的器官重建輪廓 模型。但是斷層層厚(士Illun)相對較厚，可能會影響測量精度。 3.本文首次將三維層析測量法這一新型的三維測量方法引入 顏面鷹復(fù)領(lǐng)域，該法能夠測量任意形態(tài)物體內(nèi)外輪廓的所有數(shù)據(jù)， 實驗中作者利用層析法精確測量了耳廓石膏模型，實驗結(jié)果精度 較高(士0.05llun)，特別是復(fù)雜耳紋內(nèi)的形態(tài)數(shù)據(jù)十分完整。該法 不受任何器官形態(tài)影響，具有一定先進(jìn)性。層析測量法缺點是屬 于一種破壞性測量方法，精確測量的同時被測物體也被完全破壞。 本文根據(jù)實驗要求和不同研究對象的靈活選用了三種反求測 量方法，獲得了理想的實驗結(jié)果。 三維測量獲得的原始數(shù)據(jù)完整致密，器官輪廓清晰精確，能 夠保證采集的數(shù)據(jù)盡量反映器官的實際表面信息。但是龐大的原 始數(shù)據(jù)，不利于后續(xù)模型曲面定義和以D/以M加工，因此，在構(gòu) 造缺損器官重建模型前，本文首先選用適宜的反求軟件對數(shù)據(jù)進(jìn) 行過濾、去噪、優(yōu)化、平滑、編輯等預(yù)處理，以滿足后續(xù)模型重 建的需要。在反求工程軟件中，器官原始測量數(shù)據(jù)可以顯示出沿 任意方向旋轉(zhuǎn)、逼真的顏面器官立體形態(tài)圖，還可以根據(jù)設(shè)計要 求任意處理(截取、放大、旋轉(zhuǎn)、鏡面反射等)缺損器官的部分 數(shù)據(jù).反求工程軟件系統(tǒng)還可以通過通用接口與其他CAD工程軟 件兼容，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、三維重構(gòu)、插值平滑和測量分析，實現(xiàn) 缺損器官三維重建和后續(xù)設(shè)計。 缺損器官數(shù)字化印模信息經(jīng)預(yù)處理后，本研究精心挑選出多 種滿足實驗特殊設(shè)計要求的的CAD軟件，用于處理測量原始數(shù)據(jù)， 重新擬合構(gòu)建出模型的曲線和曲面，并且分析曲面幾何差異，讓 設(shè)計者快速完成缺損器官三維重建模型，反求出器官原有的表面 形態(tài)。對于激光掃描原始點云數(shù)據(jù)，軟件基于矩形域或三角域參 數(shù)曲面擬合技術(shù)，可以將致密的原始點數(shù)據(jù)自動連成由無數(shù)彼此 相連的小網(wǎng)格，再將各網(wǎng)格拼接成一體的器官表面曲面。而針對 螺旋cr掃描、三維層析等設(shè)備提取的斷層圖像數(shù)據(jù)，本文利用 第四軍醫(yī)大學(xué)博士學(xué)位論文 IlnageManager圖像處理程序和Mimics醫(yī)學(xué)圖像重建軟件等對圖片 自動進(jìn)行批處理，通過二值化處理，去除所有冗余數(shù)據(jù)，僅提取 器官表面輪廓線并自動疊加成矢量化線框模型. 在反求三維模型過程中，反求軟件還可以隨意截取某一部位 數(shù)據(jù)或變換數(shù)據(jù)格式，為下一步進(jìn)行缺損器官修復(fù)體設(shè)計和實體 模型構(gòu)造奠定基礎(chǔ)。在網(wǎng)格曲面或線框模型基礎(chǔ)上，本文利用三 維數(shù)據(jù)模型和人顏面器官的對稱性原理，利用三維設(shè)計軟件將患 者健側(cè)組織數(shù)據(jù)通過改變其空間坐標(biāo)方式翻轉(zhuǎn)復(fù)制到對側(cè)缺損部 位，從而快捷、精確地完成了單側(cè)眼眶部缺損、單側(cè)外鼻組織缺 損和單側(cè)耳廓缺失的仿真修復(fù)設(shè)計。傳統(tǒng)上這些器官修復(fù)體的外 形設(shè)計主要通過修復(fù)醫(yī)師的主觀評估和經(jīng)驗積累，本課題的研究 工作為此類顏面器官缺損修復(fù)提供了一種高效、快捷、仿真、可 視化的先進(jìn)設(shè)計方法。設(shè)計出的缺損器官修復(fù)體表面形態(tài)與器官 對側(cè)健康組織完全對稱，能夠滿足患者對容貌恢復(fù)后的審美要求。 外鼻大部分缺損屬于單一性器官的組織缺損，與眼眶、耳廓 等對稱性器官缺損不同，此類缺損由于顏面缺損嚴(yán)重、缺乏對稱 的器官形態(tài)作為設(shè)計參考，是顏面質(zhì)復(fù)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)公認(rèn)的國際性難 題，目前尚未有理想的解決方法。本文首次提出一套新型的虛擬 設(shè)計方案:首先建立一個國人正常外鼻形態(tài)三維數(shù)據(jù)庫(該部分 工作由本課題組其他成員承擔(dān)完成):從外鼻形態(tài)數(shù)據(jù)庫中調(diào)取與 缺損外鼻解剖形態(tài)特征相匹配的正常外鼻模型;在特殊三維軟件
【學(xué)位單位】：第四軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2004
【中圖分類】：R782
【部分圖文】：

1.1實驗材料單側(cè)眼眶部缺損患者面部石膏模型一個，第四軍醫(yī)大學(xué)口腔醫(yī)院修復(fù)科提供(見圖3)。1.2實驗設(shè)備四軸CNC高速激光掃描儀(ChitaiLSH300，臺灣)，西安交通大學(xué)先進(jìn)技術(shù)研究所提供。系統(tǒng)參數(shù):波長65OIun;掃描寬度SOnln;測量景深15Onln;測l精度士0.01瀏耐200mm;CCD雙排列:控制方式為計算機(jī)控制三軸平移，一軸旋轉(zhuǎn);掃描步距0.5。:激光點距:0.smm。圖3單側(cè)眼眶部缺損石膏模型2.方法將石膏模型固定于激光掃描儀的工作臺上進(jìn)行掃描，設(shè)置系

實驗獲得了單側(cè)眼眶部缺損面部石膏模型的數(shù)字化印模(激光掃描點云原始數(shù)據(jù))，點云數(shù)據(jù)完整致密，面部輪廓清晰精細(xì).面部點云共由474862個點數(shù)據(jù)構(gòu)成了完整的面部三維模型(圖4)，每個點數(shù)據(jù)均具有獨立的空間坐標(biāo)，點與點X軸坐標(biāo)間距為0.O5nun，Z軸間距0.2Inzn。在激光掃描儀自帶的系統(tǒng)軟件中，面部模型可以自由旋轉(zhuǎn)、放大、縮小或按百分比的增減數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以永久保存并轉(zhuǎn)換成多種通用文件格式(如.scn、.asc、.iges等)o圖4激光掃描缺損面部三維模型4.討論光切三維輪廓測量方法是目前國際上最先進(jìn)的物體表面測童

圖6原始點云數(shù)據(jù)的渲染效果圖3.2利用Digis耐逆向工程軟件“鏡像翻轉(zhuǎn)”的反求功能，獲得了復(fù)原的患者缺損區(qū)域修復(fù)后的組織曲面網(wǎng)格數(shù)據(jù)(圖7、圖8)，圖中紅色區(qū)域代表健側(cè)眼眶部組織的表面網(wǎng)格數(shù)據(jù)，藍(lán)色區(qū)域代表所修復(fù)的患側(cè)組織表面數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)與健康側(cè)眼眶部數(shù)據(jù)完全對稱一致，呈“鏡像對稱”關(guān)系，恰恰能夠滿足仿真修復(fù)的審美要求。在此基礎(chǔ)上，實驗獲得了眼眶部修復(fù)體的曲面網(wǎng)格文件(圖9)。圖7眼眶部修復(fù)體曲面網(wǎng)格數(shù)據(jù)模型
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本文編號：2881382