下頜骨的計(jì)算機(jī)三維重建

自計(jì)算機(jī)技術(shù)與醫(yī)學(xué)結(jié)合以來,三維建模技術(shù)以及三維醫(yī)學(xué)模型開始應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)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(lǐng)域,有很多研究運(yùn)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(jī)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(xì)的三維模型,在三維方向上真實(shí)地再現(xiàn)了下頜骨、下頜牙的解剖形態(tài)，并準(zhǔn)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(xué)依據(jù)。

1  材料和方法

1.1  材料來源

尸體標(biāo)本為男性,56歲,死因?yàn)榧毙允澄镏卸?死后3 h,-10 ℃保存,家屬自愿捐獻(xiàn)供醫(yī)學(xué)研究。

1.2  研究方法

1.2.1  標(biāo)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(xué)姿勢放置,發(fā)泡劑逐漸變硬時將尸體有效固定。

1.2.2  標(biāo)本動脈灌注和定型  將標(biāo)本浸泡在20 ℃的清水中復(fù)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(biāo)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(lán)色染色劑），填充藍(lán)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(biāo)本放入包埋容器內(nèi)已凍硬的明膠上面，使標(biāo)本背部的平面和已凍硬的明膠上表面相對，調(diào)整標(biāo)本的位置，使標(biāo)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(biāo)本頭部上方留下足夠長度的包埋劑，用于標(biāo)本洗削到最后時固定標(biāo)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(jī)床銑頭Z軸進(jìn)刀量設(shè)定為0.1 mm 進(jìn)行等間距洗削,每一斷面標(biāo)示斷面序號、標(biāo)準(zhǔn)色和長度比例,調(diào)整相機(jī)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(jì)算機(jī)連接，通過計(jì)算機(jī)自帶的Canon Utilities EOS Capture軟件控制相機(jī)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(jì)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(jìn)行修整壓縮。圖像定位和切割:根據(jù)原始圖像中的4個標(biāo)定點(diǎn)對圖像進(jìn)行標(biāo)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(jìn)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(shí)體模型。對于所得下頜骨三維模型進(jìn)行表面光滑處理,賦予紋理材質(zhì)并真實(shí)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(xì)的三維模型, 在三維方向上真實(shí)地再現(xiàn)了下頜骨、下頜牙的解剖形態(tài)，并準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)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(jī)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(xì)致性和準(zhǔn)確性

利用可視人切片厚度達(dá)到0.1 mm的圖片數(shù)據(jù)重建下頜骨,其精度是CT等影像設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到的,通過計(jì)算機(jī)重建真實(shí)地再現(xiàn)了下頜骨的解剖形態(tài),較以往得到的下頜骨模型要精細(xì)而準(zhǔn)確，牙齒形態(tài)逼真，下頜管位置可視化?？蓽y量三維形態(tài)參數(shù),使形態(tài)學(xué)的研究從定性研究向量化發(fā)展。

獲得的三維模型可從任意角度進(jìn)行整體或局部三維顯示,其最大特點(diǎn)是可編輯性強(qiáng),模型可進(jìn)行任意分割、復(fù)制和存儲。

下頜骨是頜面部惟一能運(yùn)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(jiān)強(qiáng)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(dāng)，可能會造成極其嚴(yán)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(shè)計(jì)及骨折發(fā)生有重要的意義。下頜骨三維重建提供了詳細(xì)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(xué)依據(jù)。同時，為人體多器官、多組織重建奠定了基礎(chǔ)，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(chǔ)，建立起能夠被計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字化模型，使計(jì)算機(jī)的定量分析計(jì)算和精確模擬成為可能。

【參考文獻(xiàn)】

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[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(xué)仿真[J]. 上海口腔醫(yī)學(xué), 2000,9:235?236.

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[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(yù)處理[J]. 中國臨床解剖學(xué)雜志, 2002,20:336?337.

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