下颌骨的计算机三维重建

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

利用可视人切片厚度达到0.1 mm的图片数据重建下颌骨,其精度是CT等影像设备远远达不到的,通过计算机重建真实地再现了下颌骨的解剖形态,较以往得到的下颌骨模型要精细而准确，牙齿形态逼真，下颌管位置可视化。可测量三维形态参数,使形态学的研究从定性研究向量化发展。

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.

[3]李玲,张睿,于力牛. 基于CT 断层影像的下颌骨及下牙列三维几何学仿真[J]. 上海口腔医学, 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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