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.     

基于X线和激光扫描的颅面部三维重建与手术模拟系统的研究

牙颌面畸形的发病与治疗均涉及颅面部颌骨、牙齿、软组织的三维空间结构改变,对颅面部形态进行三维的测量与分析多年来一直是国内外学者研究的热点问题.目前,对于单一组织都能较为精确捕获它们的三维信息,但是单一组织不能全面反映颅颌面各部分之间的解剖关系,因此多结构多方法联合重建成为形态学研究的方向.本课题组用头颅定位X线片和激光...     

X线头颅定位片硬组织形态 三维有限元分析模型的建立

目的：建立颅颌面硬组织形态三维有限元分析模型。方法：基于有限元分析和Ｂａｕｎｒｉｎｄ用头颅正、侧位定位片获取标志点三维坐标的原理,以硬组织标志点作为节点,按照解剖结构及结构间关系对硬组织进行单元划分。结果：选择头影测量硬组织标志点２３个作为节点,颅颌面硬组织划分成１３个四节点四面体单元,初步建立了一个颅颌面硬组织形态三维有限元分析模型。结论：该模型可用于颅颌面硬组织在三维方向上的形态特征及因生长、正畸矫治、正颌手术引起的形态变化研究。     

颅颌面点云数据解剖标志点及对称参考平面的构建算法浅析

点云数据是口腔虚拟手术设计、颜面不对称分析等环节的基础, 颅颌面三维特征在口腔颌面外科、正畸矫治设计中发挥关键作用。随着口腔数字化技术临床应用的普及, 颅颌面三维特征的自动化构建成为研究发展趋势, 因而基于颅颌面点云数据的三维解剖标志点定点和对称参考平面构建算法备受关注。本文结合笔者团队研究及国内外研究进展, 论述基于颅颌面点云数据, 构建解剖标志点和对称参考平面特征的数学算法和深度学习算法, 阐述该领域的发展历程和最新研究进展, 分析探讨各种方法的优势及局限, 以期为口腔临床研究和应用提供参考。     

基于虚拟现实技术的正颌手术模拟预测方法的建立

目的:探索建立基于虚拟现实技术的正颌手术模拟研究方法.方法:将颌面畸形患者CT断层图像利用Simplant软件行颅颌面骨组织三维重建,截骨,构建颅颌面骨树状结构模型.在虚拟环境碰撞模型上行上颌骨Le Fort Ⅰ型截骨、双侧下颌支矢状劈开及颏成形的手术模拟.结果:该系统形成的三维立体虚拟影像,可从任意视角观察,清晰逼真.运用系统工具进行骨组织的旋转、平移等手术模拟操作,实现了操作者与模型的交互作用,图像及触觉感知实时反馈,沉浸感强.应用该方法实现了正颌手术设计、虚拟操作及术后效果预测.结论:颅面三维虚拟正颌手术系统可以行正颌手术模拟及手术操作训练,在虚拟环境下实现图像反馈和力、触觉感知的手术模拟,具有较高的临床应用价值.     

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.     

三维颅颌面测量器的设计及初步鉴定

目的:设计并制作一种可对颅颌面进行精确测量的工具,并对其进行初步鉴定。方法:使用游标卡尺和千分尺的工艺,设计并制作三维颅颌面测量器;采用所研制的三维颅颌面测量器对10名男性志愿者进行颅颌面三维测量。结果:采用三维颅颌面测量器,成功获得10位自愿者10个测量点的三维空间坐标数值。结论:三维颅颌面测量器可以对正常人颅面部进行三维空间数据进行测量,可能为复杂颅颌面骨折、颅颌面发育异常等颅颌面三维畸形提供治疗参考。     

锥形束CT应用于头影测量的研究进展

锥形束CT(CBCT)与传统头颅定位侧位片相比,能够对人的颅颌面影像进行三维重建,可提供更多的解剖信息,近年来被越来越多地应用于颅面部形态、结构的分析,但是目前尚没有一套完善的用于颅面部三维结构分析的标准。该文综述了CBCT三维重建图像、CBCT转化侧位片和传统头颅定位侧位片在线距、角度测量结果的对比,以期对临床CBCT在头影测量中的运用提供参考。     

三维颅颌面测量器的实验研究

目的研究三维颅颌面测量器对颅面部测量的应用价值及可靠性。方法男女各20个共40个成人头颅骨标本,每个标本选取34个点进行测量,采用SPSS10.0对各测量点的三维空间坐标数值进行统计分析,计算其参考值范围,并对双侧和性别差异进行比较。采用∧NSYS绘制各测量点的散点图。结果采用三维颅颌面测量器,成功获得各测量点的三维空间数值,SPSS10.0和∧NSYS分析、绘图得出各测量点参考值、两侧面部具对称性和男女性别差异。结论正常成人颅面部具有对称,但是有性别差异,综合得出的正常人参考值范围,采用三维颅颌面测量器可能为复杂颅颌面骨折、颅颌面发育异常等颅颌面三维畸形提供治疗参考。     

包含颞下颌关节的颅面三维有限元模型建立

目的　建立包括颞下颌关节在内的颅面三维有限元模型。为日后通过前方牵引矫治力的加载,探讨前牵引矫治力及反作用力在颅上颌复合体、下颌骨、髁状突和关节窝内的应力分布。方法　通过螺旋CT扫描正常志愿者颅面部,将所获得的DICOM格式的图像导入Mimics软件,对包含颞下颌关节的颅面部进行网格划分。结果　成功建立起包括下颌骨颞下颌关节在内的颅骨三维有限元模型。所建立颅骨三维有限元模型共包含110 770个节点和28 740个单元,其中中上颌骨由76892个节点和20 387个单元构成,下颌骨由33 878个节点8 353个单元构成。该模型结构相对比较完整,网格质量良好,与生物实体真实结构具有良好的几何相似性。结论　成功建立了包括颞下颌关节在内的颅颌面三维有限元模型,所建模型具有很高的精确性,为日后进行模拟加载试验奠定了基础。     

Computer-assisted three-dimensional surgical planning and simulation: 3D color facial model generation

A scheme for texture mapping a 3D individualized color photo-realistic facial model from real color portraits and CT data is described. First, 3D CT images including both soft and hard tissues should be reconstructed from sequential CT slices, using a surface rendering technique. Facial features are extracted from 3D soft tissue. A generic mesh is individualized by correspondence matching and interpolation from those feature vertices. Three digitized color portraits with the "third" dimension from reconstructed soft tissue are blended and texture-mapped onto the 3D head model (mesh). A color simulated human head generated from frontal, right and left real color portraits can be viewed from an arbitrary angle in an inexpensive and user-friendly conventional personal computer. This scheme is the basic procedure in 3D computer-assisted simulation surgery.     

Virtual planning for craniomaxillofacial surgery – 7 Years of experience

Contemporary computer-assisted surgery systems more and more allow for virtual simulation of even complex surgical procedures with increasingly realistic predictions. Preoperative workflows are established and different commercially software solutions are available. Potential and feasibility of virtual craniomaxillofacial surgery as an additional planning tool was assessed retrospectively by comparing predictions and surgical results. Since 2006 virtual simulation has been performed in selected patient cases affected by complex craniomaxillofacial disorders (n = 8) in addition to standard surgical planning based on patient specific 3d-models. Virtual planning could be performed for all levels of the craniomaxillofacial framework within a reasonable preoperative workflow. Simulation of even complex skeletal displacements corresponded well with the real surgical result and soft tissue simulation proved to be helpful. In combination with classic 3d-models showing the underlying skeletal pathology virtual simulation improved planning and transfer of craniomaxillofacial corrections. Additional work and expenses may be justified by increased possibilities of visualisation, information, instruction and documentation in selected craniomaxillofacial procedures.     

Computer-assisted three-dimensional surgical planing and simulation. 3D soft tissue planning and prediction

The purpose of this paper is to report a new technique for three-dimensional facial soft-tissue-change prediction after simulated orthognathic surgical planning. A scheme for soft tissue deformation, "Computer-assisted three-dimensional virtual reality soft tissue planning and prediction for orthognathic surgery (CASP)", is presented. The surgical planning was based on three-dimensional reconstructed CT visualization. Soft tissue changes were predicted by two newly devised algorithms: Surface Normal-based Model Deformation Algorithm and Ray Projection-based Model Deformation Algorithm. A three-dimensional color facial texture-mapping technique was also used for generating the color photo-realistic facial model. As a final result, a predicted and simulated patient's color facial model can be visualized from arbitrary viewing points.     

脂肪间充质干细胞在颅颌面修复重建中的应用

颅颌面软硬组织缺损是临床常见病和多发病,对患者容貌和功能均有严重妨碍。其修复重建是涉及多学科的综合性临床难题,目前仍有不少问题亟待解决。组织工程的发展为颅颌面修复重建带来了新的思路,而种子细胞来源是组织工程研究的首要问题。近年来,脂肪间充质干细胞因其具有来源广泛、取材方便、诱导条件下多向分化、扩增能力强等优点而成为较为理想的种子细胞。本文就脂肪间充质干细胞在颅颌面修复重建中的应用进展作一综述。     

Mathematical modeling and numerical simulation in maxillo-facial virtual surgery (VISU)

Computer-based surgery simulation is a rapidly emerging and increasingly important area of research that combines a number of disciplines for the common purpose of improving healthcare. The objective of this paper is to provide a virtual surgery (VISU) tool for accurately planning the aesthetic impact of hard and soft tissue movements in dento-skeletal malocclusions. The approach proposed here allows direct interaction with a completely three-dimensional (3-D) computed tomography (CT) model of a solid, highly detailed structure of the head to obtain a realistic prediction of soft tissue behavior.We studied 25 patients who had facial malformations pre- and postoperatively with 3-D hard and soft tissue CT studies, and maxillary or mandibular osteotomies were simulated. The postoperative 3-D CT and facial outcomes were compared with the simulations. In 80% of the cases studied, the simulation-predicted changes, when compared with the clinical outcomes, were within the tolerance level (2 mm) established by maxillo-facial surgeons.     

前方牵引反作用力对颞下颌关节区受力状况影响的有限元研究

目的：建立并使用颅颌面三维有限元模型,研究前方牵引反作用力对颞下颌关节区以及整个下颌骨的应力分布和位移变化状况的影响。方法：选择1例健康成年男性志愿者,采用薄层螺旋CT扫描获取其颅颌面复合体二维图像原始DICOM数据,利用Mimics、Magics、MSC．Marc等图像处理软件建立颅颌面复合体三维有限元模型。利用AN-SYSIO．0软件,在下颌骨颏顶点处施加与耠平面成37。角,大小为5N的力并分析其受力状况。结果：①获得了精确细致的颅颌面复合体三维几何模型,其网格划分准确合理,与重建生物模型的形态相似性好,力学特性体现准确性高。②下颌骨的应力集中区域位于髁突顶部及颈部,髁突表面最大受力区域位于髁突前斜面。上颌骨表面应力集中区域位于关节窝,其中关节窝表面受力最大区域位于关节结节后斜面。③下颌骨的位移图显示位移大小从颏部至髁突逐级递减,其方向与施力方向一致。下颌骨位移变化最大处位于节点力加载部位,髁突部位位移变化量最小。结论：成功建立了包括颞下颌关节在内的颅颌面三维有限元模型,该模型具有很高的精确性,可用于前方牵引反作用力的相关研究。前方牵引反作用力会对颞下颌关节区以及下颌骨的应力分布和位移状况产生影响,但其是否会造成颞下颌关节紊乱还有待进一步研究。     

正常(牙合)人群面部软组织三维测量与X线头影测量的相关性分析

目的　比较正常的面部软组织三维测量与X线头影测量结果。方法　应用面部软组织数字化立体摄影测量与X线头影测量对标准正常进行面部软组织三维测量 ,并进行相关性分析。结果　面部软组织三维测量项目与对应的X线头影测量项目具备相关性。结论　面部软组织三维测量结果能够部分的反映其下硬组织的情况。     

江浙沪地区正常[牙合]成人颅颌面的三维CT测量

目的：探讨江浙沪地区正常[牙合]成年人颅颌面部结构形态特征的美学关系及其内在规律。方法：选取江浙沪地区正常[牙合]者50例（男22例,平均年龄22．9岁;女28例,平均年龄21．2岁）,拍摄颅面部CT,运用SimPlant12．02软件（比利时）对颅面部CT影像进行三维重建及测量研究,建立数据库,采用SPSS11．0软件包进行成组t检验及直线同归分析。结果：软组织测量值较硬组织测量值个体差异明显。颅颌面软硬组织结构均表现出显著的性别特征差异（P〈0．05）,但结构间的比例关系在男女间极为相近。结论：正常颅颌面三维结构间存在着比例协调的特征规律,研究建立的数据库可为颅颌面畸形的诊断分析、治疗方案设计提供参考。