下頜骨的計算機三維重建

自計算機技術與醫學結合以來,三維建模技術以及三維醫學模型開始應用于生物醫學重建，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重建下頜骨三維模型[4]。本研究利用可視人數據重建下頜骨精細的三維模型,在三維方向上真實地再現了下頜骨、下頜牙的解剖形態，并準確地顯示下頜管的位置，為下頜骨的影像診斷、正頜外科手術治療及下頜牙齒的種植等提供了解剖學依據。

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,家屬自愿捐獻供醫學研究。

1.2 研究方法

1.2.1 標本固定 利用發泡劑在膠合板容器中發泡,再將尸體按正常解剖學姿勢放置,發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,調整相機光圈值：f=16，采用AV光圈優先自動曝光，同時使用交流電適配器，采用自帶IFC400 PCU接口連線電纜（USB2.0）與裝有Windows XP專業版的計算機連接，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）。 切片圖像數據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:根據原始圖像中的4個標定點對圖像進行標定， 然后將圖像統一分割為3 504×2 336 像素。②色彩模式轉化:將RGBA 色彩模式轉化為灰度模式,并保存。

1.2.6 三維重建 對685 張圖片區分結構輪廓(下頜骨、牙齒、下頜管),描取每層下頜骨的皮質骨外形、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,賦予紋理材質并真實感渲染。

2 結 果

利用可視人的數據得到了下頜骨精細的三維模型, 在三維方向上真實地再現了下頜骨、下頜牙的解剖形態，并準確地顯示下頜管的位置。經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據的質量及切片的厚度。本實驗采用低溫冷凍銑切,斷面連續,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

利用可視人切片厚度達到0.1 mm的圖片數據重建下頜骨,其精度是CT等影像設備遠遠達不到的,通過計算機重建真實地再現了下頜骨的解剖形態,較以往得到的下頜骨模型要精細而準確，牙齒形態逼真，下頜管位置可視化?？蓽y量三維形態參數,使形態學的研究從定性研究向量化發展。

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、下頜骨骨折堅強內固定術、下頜骨牽引成骨術、下頜骨腫瘤切除術及下頜后牙種植術是常見手術。術后可產生下唇麻木、功能障礙等并發癥。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。同時，為人體多器官、多組織重建奠定了基礎，下頜骨結構的數字化與可視化，為下頜骨的影像診斷、頜面外科手術、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]. 華西口腔醫學雜志, 2002,20:212213.

[2]楊輝,劉洪臣,程流泉,等. 顳下頜關節及下頜骨的磁共振三維重建[J]. 現代口腔醫學雜志, 2000,14:107108.

[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?？谇会t學, 2000,9:235236.

[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, 1998,80:346353.

[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, 2002,20:327329.

[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, 2002,20:336337.

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