颅颌面三维可视化模型的构建及应用

目的:构建基于CT影像数据的颅颌面硬软组织三维可视化模型,为进一步的三维分析诊断、手术模拟和预测构建基础平台.方法:系统获取患者CT颅颌面扫描的原始数据,经过二维预处理,三维预处理,运用改进的移动立方体算法,即移动四面体法完成基于断层图像的三维表面重建;运用基于小波的脚印法实现体重建,最终获得颅颌面三维可视化模型.结果:颅颌面三维可视化模型能够清晰地显示颅颌面复杂结构完整的形态,清楚的表面.临床医生能够对重建的三维模型动态旋转,从任意视角观察颅颌面软硬组织的畸形特征,也能通过任意切割显示颅颌面内部解剖结构.同时它具备良好的用户界面,临床医生使用方便.结论:解决了金属托槽X线反射、患者X线照射剂量及重建时间效率等问题,达到了预先设计目标,能够在临床得以实际应用.     

三维光学扫描及快速成形技术制作面部软组织三维树脂模型的初步研究

目的应用三维光学扫描及快速成形技术制作人面部软组织三维树脂模型，为研制颌面赝复体计算机辅助设计（computer aided design，CAD）与计算机辅助制作（computer aided manufacture，CAM）系统奠定基础。方法采用自主研发的三维光学测量系统对志愿者左右侧面部分别进行扫描，通过Surfcaq软件对图像数据进行转换，获得完整的点云数据。以鼻尖点、颏下点、眼眶外侧点作为标定点，在Geomagic studio软件中对点云数据进行拼接、拟合，三维重建面部软组织。将三维重建图像导入MagiCS RP软件，进行三角化，并生成2mm的厚度，利用快速成形设备制作面部软组织三维树脂模型。结果获得了志愿者面部软组织的三维重建图像，并经快速成形制作出面部软组织三维树脂模型。结论利用三维光学扫描可进行人面部软组织三维重建，利用快速成形技术制作面部软组织三维树脂模型切实可行。     

螺旋CT三维重建在复杂颌面骨折的应用

目的:探讨螺旋CT三维重建对复杂颌面骨折的临床应用价值。方法:对26例复杂颌面骨折患者行螺旋CT 扫描,层厚3 mm或5 mm,应用表面阴影显示法进行三维图像重建,用不同的旋转轴观察不同角度骨折的三维病变图像。若怀疑下颌骨骨折时,应用勾画删除技术对图像进行切割删除处理,以便单独显示下颌骨的三维图像。结果:螺旋CT三维重建能清楚显示复杂颌面骨折的立体解剖图像及与周围结构关系;应用勾画删除技术可清楚显示下颌骨骨折部位与移位,尤其是髁突骨折移位的方向和程度。结论:螺旋CT三维重建有利于确定复杂颌面骨折的程度与骨折的移位情况,有利于手术方案的设计与实施。     

基于二维DR的颅面硬组织与软组织拟合的研究

目的:以数字化X线摄影片(digital radiograph,DR)图像和激光扫描为数据源,三维重建颅面硬组织和软组织,并进行硬软组织的有效拟合,以期为治疗方案确定、手术方法选择和提高医患交流的水平提供平台.方法:在志愿者面部贴定铅点,拍摄头颅正侧位DR片.利用基于二维DR数据的颅面硬组织三维重建系统进行硬组织形变建模.获得颅面部硬组织模型.利用激光扫描数据进行面部软组织三维重建,获得面部软组织三维模型.然后通过铅点坐标的匹配,将颅面硬组织与面部软组织进行拟合.结果:分别重建了能反映真实颅面部组织结构的硬组织三维模型和面部软组织三维模型,并实现了颅面部硬组织与软组织的有效拟合.结论:本研究实现了颅颌面三维结构的有效重建和拟合,为进一步进行正颌手术模拟和容貌预测奠定了基础.拟合结果真实可靠,能够用于临床.     

国产三维颅颌面数据激光测量系统可靠性和稳定性研究

目的　研究国内首台由卫生部口腔医学计算机应用工程技术研究中心与中国科学院自动化所共同研制开发的三维颅颌面数据激光测量与重建系统的可靠性和稳定性。方法　对同一重建图像间隔 3周的 2次激光测量结果、同一石膏头像间隔 3周的 2次激光扫描重建图像测量结果、同一石膏头像的手工与激光扫描测量结果进行配对T检验。结果　同一重建图像间隔 3周的前后 2次测量结果 ,差异无显著性 (P >0 0 5) ;同一石膏头像间隔 3周的前后 2次激光扫描重建图像测量结果 ,差异无显著性 (P >0 0 5) ;同一石膏头像的手工与激光扫描测量结果 ,差异无显著性 (P >0 0 5)。结论　作者对重建后图像上点的辨认是可靠的 ,三维颅颌面数据激光扫描测量与重建系统的可靠性和稳定性好 ,能够对以往难以测量的内容进行测量 ,可以初步应用于临床研究     

国产三维颅颌面数据激光测量系统的可靠性和稳定性研究

目的 研究国内首台由卫生部口腔医学计算机应用工程技术研究中心与中国科学院自动化所共同研制开发的三维颅颌面数据激光测量与重建系统的可靠性和稳定性。方法 对同一重建图像间隔3周的2次激光测量结果、同一石膏头像间隔3周的2次激光扫描重建图像测量结果、同一石膏头像的手工与激光扫描结果进行配对T检验。结果 同一重建图像间隔3周的前后2次测量结果，差异无显著性（P＞0.05)；同一石膏头像间隔3周的前后2次激光扫描重建图像测量结果，差异无显著性（P＞0.05)；同一石膏头像的手工与激光扫描测量结果，差异无显著性（P＞0.05)。结论 作者对重建后图像上点的辨认是可靠的，三维颅颌面数据激光扫描测量与重建系统的可靠性和稳定性好，能够对以往难以测量的内容进行测量，可以初步应用于临床研究。     

面部软组织数字化立体摄影三维重建系统的建立

目的　研究和开发一套数字化立体摄影面部软组织三维重建系统 ,可以在计算机中重建面部三维图象。方法　应用数码相机和我们研制的一套数字化立体摄影测量硬件系统 ,在专业计算机立体显示卡上开发面部软组织三维重建和测量软件系统 ,完成面部软组织数字化摄影三维重建系统。结果　可以用显示卡立体眼镜在计算机中观看并且任意旋转、移动、缩放重建的面部软组织三维图像。结论　本研究所建立的面部软组织三维重建系统 ,可进行面部软组织三维形态的重建和数字化储存 ,为口腔正畸学面部软组织三维立体特征的诊断和研究提供了一个有效的方法     

应用激光快速成型方法复制下颌骨--(1)下颌骨CT断层像的三维重建

目的 :实施离体下颌骨螺旋 CT断层像的三维重建。方法 :用透射式扫描仪读取用螺旋 CT平扫的层距1mm的下颌骨断层图象胶片 ,在个人计算机中 ,经图象预处理和配准后 ,用自编的图象处理软件由下颌骨断层像的边缘轮廓数据重建下颌骨。结果 :得到了下颌骨的三维重建数据模型并能三维显示、存储。结论 :重建方法可行 ,在颌面外科具有很好的应用前景。     

应用结构光三维扫描技术重建面部软组织形态的初步研究

目的评价结构光三维扫描技术对面部软组织形态三维重建的可行性。方法应用基于格雷码和相位移动技术原理的结构光三维扫描技术，对1名志愿者面部及其面部石膏模型进行扫描，通过Imageware和Geomagic软件对获取的三维点云信息进行去噪、精简、平滑、三角化等数字化处理，重建面部和石膏模型的三维图像。比较三维重建图像测量项目结果和面部实际测量结果的差异。结果结构光三维扫描技术可完整重建志愿者面部的软组织形态，能较好地还原面部实际情况。结论基于格雷码和相位移动技术原理的结构光三维扫描技术能准确地重建面部软组织形态，可为面部缺损的三维重建奠定基础。     

应用核磁共振(MRI)采集及三维重建面部表面软组织形态的研究

目的:对MRI在面部软组织的三维扫描与重建图像效果进行研究,以判断其在颌面重建领域中的应用价值。方法:对2名健康志愿者头部进行MRI扫描,扫描数据以DICOM格式储存。在诊断工作站上以SSD法对图像进行重建。结果:在扫描层厚较小的情况下,MRI能完成面部大部分软组织的三维扫描与重建,但图像质量较粗糙。结论:MRI能完成面部软组织的三维扫描与重建,但不应作为颌面重建首选的重建方式。     

颜面形态激光高精度三维扫描与重构

在三维扫描测量仪中设计了一个装配有激光二极管和线阵列光电偶合元件ＣＣＤ的旋转框，该旋转框在沿着头颅做圆周运动的同时，可沿着长轴做精细的轴向运动，能准确地采集出颜面部每个部分的立体信息。为了解决测量死区的问题，在信息的接受部分设计了两个ＣＣＤ元件。为了解决机械部分动与静的矛盾以及测量信号的输出问题，还专门设计了测量信号的红外输出方法。该三维测量方法与现有的三维测量方法相比，测量精度高、抗干扰能力强、适用范围广、使用方便。使用该方法可以方便地重构出颜面部多角度的三维图象，并可给出各种测量参数供医生参考。     

A method for three-dimensional image reformation for quantitative cephalometric analysis

Recognition and treatment of craniofacial deformities require an understanding of complex skeletal structures in three planes of space. Traditional imaging techniques rely on biplanar radiographs which provide only two-dimensional data. The introduction of three-dimensional image display (3DIR) has provided a method of object analysis in three planes of space, obviating the need for mental reconstruction, and yielding more spatial information than was previously available. This study was undertaken to investigate the quantitative value of three-dimensional images compared with cephalometric techniques in assessing a craniofacial deformity. Metallic marker references were placed on a deformed skull. Measurements taken from cephalograms and three-dimensional images were compared with corresponding digitized and manual measurements taken from the skull. Three-dimensional image reformation provided a more accurate representation of the deformity than the cephalometric methods. Because all structural relationships are preserved in the CT data matrix, measurements are inherently accurate and reproducible. 3DIR offers dynamic advantages over cephalometric methods because data can be manipulated interactively. Further investigation is needed to study the importance of head position and to develop patient selection criteria, scan protocols, and surgical treatment planning algorithms.     

用螺旋CT资料建立颅面三维模型

目的：用螺旋CT数据资料建立颅面三维模型，并探讨了该模型在颅颌面外科领域的应用。方法：患者行螺旋CT扫描，层厚2mm，螺距1.0，利用工作站，进行扫描图像的容积三维重建后，重新间隔分层，利用CuteFTP4.0软件以BMP格式下载。应用课题组自主开发的CT图像处理软件对已下载的二维图像进行过滤、筛减、降噪、校正失真等处理，对图像的边缘轮廓进行提取，得到面颅骨皮质骨边缘轮廓的矢量化线图，将该线图数据输入Surfacer9．0重建软件，对轮廓曲线进行矢量增加，从而得到面颅骨的三维三角形面片（triangular facts）线框模型及实体模型。进一步在该模型上按镜像关系重构衬垫物的三维模型。结果：得到了颅面骨骼表面轮廓的三维实体模型，并在其上进行了整形手术的计算机辅助设计，通过快速成型技术（rapid prototyping,RP)加工出衬垫物模板。结论：用螺旋CT数据资料可以建立颅面三维模型，该模型在颅颌面畸形损伤肿瘤等的诊断和治疗中将发挥重要作用。     

Multimodality imaging for precise localization of craniofacial osteomyelitis

Functional imaging identifies areas of abnormal bone turnover, providing a useful adjunct in the treatment of osteomyelitis and bone tumors. The low resolution and lack of anatomical detail limit the application of bone scans in craniofacial surgery, however. Multimodality image registration addresses this problem by fusing functional images (single photon emission computed tomography [SPECT]) to high-resolution structural images (computed tomography [CT]) for precise anatomical delineation of bone activity. This article describes a technique for spatial registration of CT and SPECT images to provide precise anatomical delineation of abnormal bone turnover, thereby guiding the extent of resection in the management of craniofacial osteomyelitis. Standard CT and SPECT imaging protocols were used in imaging the skull from the vertex to the mentum. Image data were imported into Analyze (Biomedical Imaging Resource; Mayo Foundation, Rochester, MN) on a dedicated Windows NT (Microsoft Corporation, Redmond, WA) workstation. Using the CT data, the craniofacial skeleton, osteotomy segments, and bone grafts were interactively mapped out. Consecutive axial slices were then reconstructed to form a three-dimensional volume of interest. The CT-derived volume of interest was registered to the technetium Tc 99m-methylene diphosphonate SPECT scan using the Analyze program to provide a fused multimodality image. The imaging technique was used to localize osteomyelitis in a complex craniofacial reconstruction. The fused images guided the extent of resection during surgery, and postoperative microbiological and histological testing confirmed the diagnosis. Multimodality image registration provides a readily available method to relate facial skeletal anatomy and physiology. This technique is valuable in planning and monitoring therapeutic interventions in clinical conditions in which bone turnover is abnormal.     

计算机辅助模型外科设计及虚拟[牙合]板的临床应用

目的：通过计算机辅助软件进行正颌手术模型外科设计，经快速原型技术制作[牙合]板，探讨该[牙合]板的临床应用价值。方法：15例颌面畸形需要正颌手术的患者均进行全头颅三维CT扫描（层厚0．625mm），将DICOM格式的CT数据输入电脑软件Simplant CMF（Materialise Medical，Leuven，Belgium）。通过软件对头颅模型进行上下颌骨的分离、截骨线的设计、截骨、骨块移动等操作，收集并输出数据，经快速原型机制作[牙合]板（虚拟[牙合]板）。同时，每例患者还进行传统石膏模型外科以及传统[牙合]板制作。术中首先利用虚拟[牙合]板进行骨块的移动和固定，然后应用传统[牙合]板检验骨块的新位置，验证虚拟[牙合]板的临床实用性。结果：15例患者中．4例单颌手术（双侧下颌支矢状劈开术）、10例双颌手术（LeFortⅠ型整体截骨术＋双侧下颌支矢状劈开术）以及1例双颌手术（LeFortⅠ型分块截骨术＋双侧下颌支矢状劈开术）。手术中，12例患者的虚拟[牙合]板完全符合临床要求。3例患者（包括1例双侧下颌支矢状劈开术和2例LeFortⅠ型整体截骨术＋双侧下颌支矢状劈开术）的虚拟[牙合]板与传统[牙合]板之间有部分偏差，遂通过传统[牙合]板进行骨块的重新固定。结论：计算机辅助设计可完成LeFortⅠ型整体（或分块）截骨术和双侧下颌支矢状劈开术的模型外科，虚拟[牙合]板基本可实现传统[牙合]板的功能。通过对软件的进一步熟悉、更多病例的积累，计算机辅助模型外科可能取代传统的石膏模型外科。     

Virtual planning of composite mandibular reconstruction with free fibula bone graft

Functional mandibular reconstruction after tumor resection is challenging. Currently, voxel-based craniofacial surgery and virtual planning of craniofacial surgical procedures are becoming increasingly popular. We report on a 56-year-old patient with an infiltrating recurrent squamous cell carcinoma of the mandible and buccal mucosa. Virtual resection of the mandible was accomplished using virtual reality techniques. Based on virtual geometric data, a metal template was configured for optimal contouration of a fibular bone graft while it was still pedicled in the donor field. Our operative procedure demonstrates the usefulness of voxel-based three-dimensional cephalometry in virtual planning of microsurgical bone transfer for mandibular reconstruction.     

New strategies for craniofacial repair and replacement: a brief review

Craniofacial anomalies can severely affect the appearance, function, and psychosocial well being of patients; thus, tissue engineers are developing new techniques to functionally and aesthetically rebuild craniofacial structures. In the past decade, there have been tremendous advances in the field of tissue engineering that will substantially alter how surgeons approach craniofacial reconstruction. In this brief review, we highlight some of the preclinical recombinant protein, gene transfer, and cell-based strategies currently being developed to augment endogenous tissue repair or create structures for replacement. In addition, we discuss the importance of studying endogenous models of tissue induction and present some of the current in vitro and in vivo approaches to growing complex tissues/organs for craniofacial reconstruction.     

唇腭裂新生儿颅面骨三维重建的研究

目的　为建立唇腭裂新生儿颅面骨的计算机辅助三维重建技术并探讨其准确性和可靠性。方法　对6例正常胎儿及 5例唇裂新生儿标本颅面形态结构作立体的定量的分析比较。结果　所得重建体图像真实 ,可任意剖面 ,多视角变换 ,以显示颅面骨的空间位置关系和定量测量分析。结论　建立的计算机辅助三维重建技术为唇腭裂固有畸形特征的研究提供了新的研究手段 ,并建立了一种新的形态数据资料的储存方式。