下颌骨的计算机三维重建
【摘要】 目的 建立下颌骨的三维数字化模型。方法 选择1具合适的尸体标本,经固定、动脉灌注、包埋、数据采集,获得数字人数据集,取其切片数据图像中与下颌骨有关的二维图像，在计算机上去噪、描边、提取其轮廓线,导入Amira医学三维重建软件进行三维重建,生成的下颌骨三维模型行表面光滑处理并渲染。结果 利用数字人数据得到了下颌骨精细的三维模型,在三维方向上真实地再现了下颌骨、下颌牙的解剖形态，并准确地显示下颌管的位置。结论 应用软件重建方法获得的下颌骨三维模型, 为下颌骨的影像诊断及正颌外科手术治疗、下颌牙齿种植等提供了解剖学依据。
【关键词】 下颌骨 三维重建 计算机
［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
自计算机技术与医学结合以来,三维建模技术以及三维医学模型开始应用于生物医学重建，其中包括人体和解剖脏器的模型。在下颌骨三维重建领域,有很多研究运用不同的方法获得人体下颌骨三维模型[1～3],如利用MRI、CT 以及一些机械化系统重建下颌骨三维模型[4]。本研究利用可视人数据重建下颌骨精细的三维模型,在三维方向上真实地再现了下颌骨、下颌牙的解剖形态，并准确地显示下颌管的位置，为下颌骨的影像诊断、正颌外科手术治疗及下颌牙齿的种植等提供了解剖学依据。
1 材料和方法
1.1 材料来源
尸体标本为男性,56岁,死因为急性食物中毒,死后3 h,-10 ℃保存,家属自愿捐献供医学研究。
1.2 研究方法
1.2.1 标本固定 利用发泡剂在胶合板容器中发泡,再将尸体按正常解剖学姿势放置,发泡剂逐渐变硬时将尸体有效固定。
1.2.2 标本动脉灌注和定型 将标本浸泡在20 ℃的清水中复温解冻[5],股动脉灌注配好的灌注溶液适量，放入-10 ℃高渗盐水中冷冻72 h 至完全冻硬,转入包埋程序[6]。
1.2.3 标本的包埋 先配制50 g/L的明胶溶液（加粉红水彩染料），用作定位杆的充填。配制30 g/L的明胶溶液（加食用蓝色染色剂），填充蓝色明胶溶液至距离包埋容器底7 cm处（第一层明胶）。然后包埋容器放入-15 ℃洗削室内使明胶凝固并变硬。24 h后，将已冻硬的标本放入包埋容器内已冻硬的明胶上面，使标本背部的平面和已冻硬的明胶上表面相对，调整标本的位置，使标本下肢末端靠近包埋容器的一端，距离包埋容器的侧壁5 cm，尽量使标本头部上方留下足够长度的包埋剂，用于标本洗削到最后时固定标本。同法包埋第2、3、4层明胶，冷冻48 h。
1.2.4 铣切和图像采集 将机床铣头Z轴进刀量设定为0.1 mm 进行等间距洗削,每一断面标示断面序号、标准色和长度比例,调整相机光圈值：f=16，采用AV光圈优先自动曝光，同时使用交流电适配器，采用自带IFC?400 PCU接口连线电缆（USB2.0）与装有Windows XP专业版的计算机连接，通过计算机自带的Canon Utilities EOS Capture软件控制相机拍摄。拍摄图像文件为RAW格式，图像大小为3 504×2 336像素（大约820万像素）。 切片图像数据选取从颏部到下颌骨髁突部共计685张图像资料,水平分辨率3 504 pixel ×2 336 pixel ,以JPG格式保存。
1.2.5 二维图像软件处理 ①压缩:在Adobe Photoshop 中,以等分辨率、等尺寸将原始的JPG格式图片进行修整压缩。图像定位和切割:根据原始图像中的4个标定点对图像进行标定， 然后将图像统一分割为3 504×2 336 像素。②色彩模式转化:将RGBA 色彩模式转化为灰度模式,并保存。
1.2.6 三维重建 对685 张图片区分结构轮廓(下颌骨、牙齿、下颌管),描取每层下颌骨的皮质骨外形、牙槽窝轮廓线及下颌管,各层轮廓线均形成闭合曲线。利用Amira 进行下颌骨的表面重建及下颌管的重建,得到三维线框模型和实体模型。对于所得下颌骨三维模型进行表面光滑处理,赋予纹理材质并真实感渲染。
2 结 果
利用可视人的数据得到了下颌骨精细的三维模型, 在三维方向上真实地再现了下颌骨、下颌牙的解剖形态，并准确地显示下颌管的位置。经渲染获得了下颌骨三维模型(图1、2 )。
3 讨 论
三维重建图像的效果取决于二维数据的质量及切片的厚度。本实验采用低温冷冻铣切,断面连续,无锯耗,铣切厚度为0.1 mm ,每个断面用820万像素高分辨率数码相机拍摄,每张图片大小为3 504×2 336像素(约820万像素) ,尽可能保证了二维图像的完整性,提高了重建图像的细致性和准确性。
获得的三维模型可从任意角度进行整体或局部三维显示,其最大特点是可编辑性强,模型可进行任意分割、复制和存储。
下颌骨是颌面部惟一能运动的骨骼，其外伤在临床中常见，下颌支矢状劈开或斜形截骨术、下颌骨骨折坚强内固定术、下颌骨牵引成骨术、下颌骨肿瘤切除术及下颌后牙种植术是常见手术。术后可产生下唇麻木、功能障碍等并发症。若处理不当，可能会造成极其严重的后果。充分了解下颌骨的解剖，了解下颌骨的薄弱部位，了解下颌管的位置，对于下颌骨外科设计及骨折发生有重要的意义。下颌骨三维重建提供了详细的下颌骨解剖资料，为下颌骨疾病的诊断治疗提供了可视化的解剖学依据。同时，为人体多器官、多组织重建奠定了基础，下颌骨结构的数字化与可视化，为下颌骨的影像诊断、颌面外科手术、下颌牙的种植等提供了解剖基础，建立起能够被计算机处理的数字化模型，使计算机的定量分析计算和精确模拟成为可能。
【参考文献】
[1]赵保东,李宁毅,周仰光,等. 下颌骨的三维重建及实体解剖研究[J]. 华西口腔医学杂志, 2002,20:212?213.
[2]杨辉,刘洪臣,程流泉,等. 颞下颌关节及下颌骨的磁共振三维重建[J]. 现代口腔医学杂志, 2000,14:107?108.
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[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]王兴海,傅群武,刘畅,等. “虚拟中国人”建模的动脉灌注研究[J]. 中国临床解剖学杂志, 2002,20:327?329.
[6]黄文华,原林,唐雷,等. “虚拟中国人Ⅰ号”铣削前尸体材料的预处理[J]. 中国临床解剖学杂志, 2002,20:336?337.
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