下頜骨的計算機三維重建
【摘要】 目的 建立下頜骨的三維數(shù)字化模型。方法 選擇1具合適的尸體標本,經(jīng)固定、動脈灌注、包埋、數(shù)據(jù)采集,獲得數(shù)字人數(shù)據(jù)集,取其切片數(shù)據(jù)圖像中與下頜骨有關(guān)的二維圖像，在計算機上去噪、描邊、提取其輪廓線,導入Amira醫(yī)學三維重建軟件進行三維重建,生成的下頜骨三維模型行表面光滑處理并渲染。結(jié)果 利用數(shù)字人數(shù)據(jù)得到了下頜骨精細的三維模型,在三維方向上真實地再現(xiàn)了下頜骨、下頜牙的解剖形態(tài)，并準確地顯示下頜管的位置。結(jié)論 應用軟件重建方法獲得的下頜骨三維模型, 為下頜骨的影像診斷及正頜外科手術(shù)治療、下頜牙齒種植等提供了解剖學依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】 下頜骨 三維重建 計算機
［ABSTRACT］ObjectiveTo reconstruct a 3D digitizing model of mandible.MethodsA special specimen was choosed, after fixation, perfusion, section and other steps, a digital human data set obtained. Selecting mandible part image data of digital human to reconstruct 3D model of mandible by using Amira medical reconstruction software. The 3D mandible model was flatted and rendered by software. ResultsA 3D model of mandible was established by using digital human data. The model was fine to show the mandible, teeth and mandiblar cannel.ConclusionA digital 3D model of mandible has been completed, which provides an anatomical basis for imaging diagnosis of mandible, orthognathic surgery and mandible tooth plantation.
［KEY WORDS］mandible; there?dimensionl reconstruction; computer
自計算機技術(shù)與醫(yī)學結(jié)合以來,三維建模技術(shù)以及三維醫(yī)學模型開始應用于生物醫(yī)學重建，其中包括人體和解剖臟器的模型。在下頜骨三維重建領域,有很多研究運用不同的方法獲得人體下頜骨三維模型[1～3],如利用MRI、CT 以及一些機械化系統(tǒng)重建下頜骨三維模型[4]。本研究利用可視人數(shù)據(jù)重建下頜骨精細的三維模型,在三維方向上真實地再現(xiàn)了下頜骨、下頜牙的解剖形態(tài)，并準確地顯示下頜管的位置，為下頜骨的影像診斷、正頜外科手術(shù)治療及下頜牙齒的種植等提供了解剖學依據(jù)。
1 材料和方法
1.1 材料來源
尸體標本為男性,56歲,死因為急性食物中毒,死后3 h,-10 ℃保存,家屬自愿捐獻供醫(yī)學研究。
1.2 研究方法
1.2.1 標本固定 利用發(fā)泡劑在膠合板容器中發(fā)泡,再將尸體按正常解剖學姿勢放置,發(fā)泡劑逐漸變硬時將尸體有效固定。
1.2.2 標本動脈灌注和定型 將標本浸泡在20 ℃的清水中復溫解凍[5],股動脈灌注配好的灌注溶液適量，放入-10 ℃高滲鹽水中冷凍72 h 至完全凍硬,轉(zhuǎn)入包埋程序[6]。
1.2.3 標本的包埋 先配制50 g/L的明膠溶液（加粉紅水彩染料），用作定位桿的充填。配制30 g/L的明膠溶液（加食用藍色染色劑），填充藍色明膠溶液至距離包埋容器底7 cm處（第一層明膠）。然后包埋容器放入-15 ℃洗削室內(nèi)使明膠凝固并變硬。24 h后，將已凍硬的標本放入包埋容器內(nèi)已凍硬的明膠上面，使標本背部的平面和已凍硬的明膠上表面相對，調(diào)整標本的位置，使標本下肢末端靠近包埋容器的一端，距離包埋容器的側(cè)壁5 cm，盡量使標本頭部上方留下足夠長度的包埋劑，用于標本洗削到最后時固定標本。同法包埋第2、3、4層明膠，冷凍48 h。
1.2.4 銑切和圖像采集 將機床銑頭Z軸進刀量設定為0.1 mm 進行等間距洗削,每一斷面標示斷面序號、標準色和長度比例,調(diào)整相機光圈值：f=16，采用AV光圈優(yōu)先自動曝光，同時使用交流電適配器，采用自帶IFC?400 PCU接口連線電纜（USB2.0）與裝有Windows XP專業(yè)版的計算機連接，通過計算機自帶的Canon Utilities EOS Capture軟件控制相機拍攝。拍攝圖像文件為RAW格式，圖像大小為3 504×2 336像素（大約820萬像素）。 切片圖像數(shù)據(jù)選取從頦部到下頜骨髁突部共計685張圖像資料,水平分辨率3 504 pixel ×2 336 pixel ,以JPG格式保存。
1.2.5 二維圖像軟件處理 ①壓縮:在Adobe Photoshop 中,以等分辨率、等尺寸將原始的JPG格式圖片進行修整壓縮。圖像定位和切割:根據(jù)原始圖像中的4個標定點對圖像進行標定， 然后將圖像統(tǒng)一分割為3 504×2 336 像素。②色彩模式轉(zhuǎn)化:將RGBA 色彩模式轉(zhuǎn)化為灰度模式,并保存。
1.2.6 三維重建 對685 張圖片區(qū)分結(jié)構(gòu)輪廓(下頜骨、牙齒、下頜管),描取每層下頜骨的皮質(zhì)骨外形、牙槽窩輪廓線及下頜管,各層輪廓線均形成閉合曲線。利用Amira 進行下頜骨的表面重建及下頜管的重建,得到三維線框模型和實體模型。對于所得下頜骨三維模型進行表面光滑處理,賦予紋理材質(zhì)并真實感渲染。
2 結(jié) 果
利用可視人的數(shù)據(jù)得到了下頜骨精細的三維模型, 在三維方向上真實地再現(xiàn)了下頜骨、下頜牙的解剖形態(tài)，并準確地顯示下頜管的位置。經(jīng)渲染獲得了下頜骨三維模型(圖1、2 )。
3 討 論
三維重建圖像的效果取決于二維數(shù)據(jù)的質(zhì)量及切片的厚度。本實驗采用低溫冷凍銑切,斷面連續(xù),無鋸耗,銑切厚度為0.1 mm ,每個斷面用820萬像素高分辨率數(shù)碼相機拍攝,每張圖片大小為3 504×2 336像素(約820萬像素) ,盡可能保證了二維圖像的完整性,提高了重建圖像的細致性和準確性。
獲得的三維模型可從任意角度進行整體或局部三維顯示,其最大特點是可編輯性強,模型可進行任意分割、復制和存儲。
下頜骨是頜面部惟一能運動的骨骼，其外傷在臨床中常見，下頜支矢狀劈開或斜形截骨術(shù)、下頜骨骨折堅強內(nèi)固定術(shù)、下頜骨牽引成骨術(shù)、下頜骨腫瘤切除術(shù)及下頜后牙種植術(shù)是常見手術(shù)。術(shù)后可產(chǎn)生下唇麻木、功能障礙等并發(fā)癥。若處理不當，可能會造成極其嚴重的后果。充分了解下頜骨的解剖，了解下頜骨的薄弱部位，了解下頜管的位置，對于下頜骨外科設計及骨折發(fā)生有重要的意義。下頜骨三維重建提供了詳細的下頜骨解剖資料，為下頜骨疾病的診斷治療提供了可視化的解剖學依據(jù)。同時，為人體多器官、多組織重建奠定了基礎，下頜骨結(jié)構(gòu)的數(shù)字化與可視化，為下頜骨的影像診斷、頜面外科手術(shù)、下頜牙的種植等提供了解剖基礎，建立起能夠被計算機處理的數(shù)字化模型，使計算機的定量分析計算和精確模擬成為可能。
【參考文獻】
[1]趙保東,李寧毅,周仰光,等. 下頜骨的三維重建及實體解剖研究[J]. 華西口腔醫(yī)學雜志, 2002,20:212?213.
[2]楊輝,劉洪臣,程流泉,等. 顳下頜關(guān)節(jié)及下頜骨的磁共振三維重建[J]. 現(xiàn)代口腔醫(yī)學雜志, 2000,14:107?108.
[3]李玲,張睿,于力牛. 基于CT 斷層影像的下頜骨及下牙列三維幾何學仿真[J]. 上海口腔醫(yī)學, 2000,9:235?236.
[4]WILLER J, ROSSBACH A, WEBER H P. Computer assisted milling of dental restorations using a new CAD/CAM data acquisition system[J]. J Prosthet Dent, 1998,80:346?353.
[5]王興海,傅群武,劉暢,等. “虛擬中國人”建模的動脈灌注研究[J]. 中國臨床解剖學雜志, 2002,20:327?329.
[6]黃文華,原林,唐雷,等. “虛擬中國人Ⅰ號”銑削前尸體材料的預處理[J]. 中國臨床解剖學雜志, 2002,20:336?337.
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