三维头颅模型在颌面外科手术中的应用研究

三维头颅模型在颌面外科手术中的应用研究 浙江大学 硕士学位论文三维头颅模型在颌面外科手术中的应用研究 姓名:王国云 申请学位级别:硕士 专业:口腔临床医学(口腔颌面外科) 指导教师:平飞云 20070401 浙江大学硕士研究生学位论文 研究背景一虚拟手术的发展 信息科学和生命科学的飞速发展，使得新技术很快应用到医学领域，越来越体现出多学科的交叉和渗透，为人类的生命健康提供了有力的保障。随着医学图像三维可视化的创建，使得图像快速多样化处理成为现实，这些新的成像技术超越了常规,,等二维图像的局限性，借助计算机图形学方法和专用软件，可以显示三维物体表面及任意剖面的全面信息。 虚拟手术(,,,,,,, ,,,,,巧，,,)是集医学、生物力学、机械学、材料学、计算机图形学、计算机视觉、数学 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 、机械力学、等诸多学科为,体的新型交叉研究领域。其在医学上的应用起源于医务人员对复杂的三维医学解剖体数据的可视化需求，进而发展到能对可视化的数据进行实时操作及重建可供手术和手术前规划使用的模型及相应环境。日本人,,,,,,，,,也提出了模拟外科(,,,,,,,,,,,,,,,,)，拘念，并将其分为经验模拟外科(即术者凭经验在头脑中模拟手术的过程)和计算机模拟外科两类。 当前，对于医疗仿真的研究多数集中于计算机模拟外科研究，国外已经有许多研究机构和商业公司对医学虚拟现实尤其是在虚拟医学手术仿真训练等方面都进行了一定的研究和实践。如美国达特茅斯医学院开发的“交互式多媒体虚拟现实系统”。对于手术训练方面处于较前沿的是美国波士顿力学研究中心，他们采用的方式是利用偏振眼镜观看场景、虚拟手术器械模拟操作，另外还有加利福尼 浙江大学硕士研究生学位论文亚的旧金山大学外科系与伯克利学院的电子工程与计算机科学系对虚拟腹腔手术的研究等项目。 在国内，大部分的研究工作集中在对医学图像的三维重建及其可视化等基础技术方面，清华大学和浙江大学等院校及研究单位在基于计算机图形学的医学图像三维可视化算法研究领域也取得了较大的成果。 虚拟现实技术改变了经验医学时代，带来了计算机医学时代，但是临床外科医生单纯在重建图像上进行模拟手术的过程无疑是局限，在模拟图像上进行手术的操作和预演，毕竟没有在实体上骨性支架上操作来得精确，模型外科最终还是需要跨越计算机模拟，走向实体仿真平台，而材料学的发展填补了这项空白。 快速成型(,,,,, ,,,,,,,,,,,，,,)技术是,,年代兴起的一种高新技术，集成了机械工程、计算机辅助设计(;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,),计算机辅助制造(;,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,;,,,,,，,,,)、数控技术、激光技术及材料科学等领域的最新成果，以材料的“逐层堆积”生产作为主要的实现手段，又被称为“增材制造技术”。其基本原理是任何三维实体都可以看作是许多等厚度的二维平面轮廓沿某一坐标方向叠加而成。摒弃了传统机械加工的方法，根据,,,生成的几何信息，将设计构思自动快速的转化为具有一定结构和功能的产品，实现高效、低耗、智能化生产，并能保证相当高的制造精度。由于目前的三维,,扫描数据格式表示与切片数据格式极其相似，计算机可以将,,数据转化成与,,系统通用的数据输入格式，从而 浙江大学硕士研究生学位论文精确的复制与生物形体同样形状的三维物体，因此,,在医学中的应用成为了一个崭新的领域，而模拟外科因为,,技术在原先计算机模拟的基础进入了实体模拟时代。二颌面模拟外科发展 颅颌面解剖结构复杂，外形极不规则，空间结构曲面变化大，加上肿瘤、外伤、畸形等因素的干扰，使颌面部的手术往往在需要在保持患者 面部美观和手术原则之间进行衡量，而手术设计成为手术的关键。早在,,,,年，,,,,,,，,,〔,,等就进行了颅面整形手术的计算机辅助三维设计与模拟，以眼球作为定位基准，在计算机生成的表面显示三维图像上模拟截骨术和骨骼移动。,,,,年，,,,,,,〔,,结合有限元数学模型的计算机辅助面部手术模拟系统，对颜面部的直线形伤口和菱形(,形皮肤成形术在计算机上进行设计与模拟，并预测术后效果。其后又有人相继进行了建立颌面骨整形重建虚拟手术系统，在,,环境下进行各种整复手术的研究。而,,,,年，上海第九人民医院杨斌,,,等应用医学三维可视化技术和,,,,,, ,,编程语言成功开发出立体结构三维重建、三维测量和手术模拟软件，建立了,,,,,,,系统，实现了颅颌面外科经典术式的仿真模拟和定量化手术 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的制订。 因此将,,技术运用到颌面外科手术中，得到颅面结构的实体化一一三维头颅模型和颅面手术仿真模拟，成为了目前颌面外科领域研究的重点。三维头颅模型能精确复制和再现病体模型，详尽的显示颅颌面骨骼解剖结构及周围相互关系。较,,图像的可视化及计算机仿真手术平台更直观、方便及准确，使医生对疾病有更为准确的理解。 浙江大学硕士研究生学位论文大大提高了诊断的准确率。运用三维头颅模型进行颌面的手术模拟，可以检验手术设计的正确性并预测手术的效果，比较手术方法的优劣，缩短手术时间，降低手术风险。根据患者,, ,,，数据结合,,,、,,,符合每个患者解剖结构、与缺损完全适配的修复材料或种植体，功能恢复效果良好，外观形态协调，几乎可以达到解剖意义的完美修复。因此三维头颅模型使模拟外科应用在颌面外科领域很大的优越性，在提高手术精度定位，减小手术损伤，引导手术进行及提高手术成功率等同样具有十分重要的意义，并可望真正实现虚拟手术和模拟外科所追求的目标。参考文献 , ,,,,,, ,，, ,,,,,,,, ,，,,,,,, ,，,, ,,(,,,;,,, ,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,(,,,, , ,,,，,,,,，,,:,,,( , ,,,,,,,,, ,,，,,,,,,，,,,,,,, ,,，,, ,, ,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,—,,,,,,,,,,, ,,,,,,,, ,, ;,,,,,,,;,,, ,,,,,,,(,,,, ,,;,,,,, ,,,,，,,,,，,,:,,,( , ,,,,,, ,,，, ,,, , ,,,,, ,,(,,,,,,,—,,,,,,, ,,;,,, ,,,,, ,,, ,,,,,,,,,, ,,,,,,; ,,,,,,,(,,,,, ,,;,,,,, ,,,,，,,,,， ,,:,,,,( ,杨斌黄洪章张涤生等 颅面结构立体可视化和颅面整形手术仿真模拟 的研究 中华医学美容杂志,,,,(,:,,—,, 浙江大学硕士研究生学位论文 ,,,,级硕士研究生 ，雷云 孚 序 乎飞云 中文摘要 目的:三维头颅模型在颌骨手术特别是自体带血管腓骨移植、牵引成骨及粉碎性骨折中的应用研究(方法:对,,,,年到,,,,年在浙江大学附属二院口腔科就诊的,,例颌面骨性疾病患者采用;,扫描结合快速成型技术制作三维头颅模型，在三维头颅模型上进行模拟手术，并最终完成自体带血管腓骨移植、牵引成骨及粉碎性骨折的坚强内固定，并观察疗效。结果:三维头颅模型指导治疗的骨移植，牵引成骨和骨折内固定手术，均能依从术前在模型上的设计，有效完成手术操作，术后患者恢复良好，面部外型对称。结论:三维头颅模型能真实体现病灶、准确诊断、模拟手术仿真的平台，使术中操作依从术前设计，简化了手术步骤，缩短了手术时 间，大大提高了手术治疗的准确性，在颌面外科手术中有良好的辅助作用，期望成为颌面外科手术的标准术程。 【关键词】 三维头颅模型 自体血管化腓骨牵引成骨 浙江大学硕士研究生学位论文 ,,,,,;,, ,,,,,,,, ,, ,,, ,,,,;,,,,, ,, ,,,,, ,,,,,,,,,,, ;,,,,,,,;,,, ,,,,, ,, ,,,,,,,,,,,,,,;,,, ,,,,,,, ,(, ;,,,,,,,, ,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,, 【,,,,,,;,】,,,,,,,:,, ,,,,,,, ,,, ,,,,, ,,,,,,,,,,, ;,,,,,,,;,,， ,,,,, ,,;,,,？,, ,,, ,,,,, ,, ,,,卜,,,,,,,,,;,,， ,,,,,,,， ,,,,;,,, ,, ,, ,,,, ,, ,;,,,,,,,, ,,,,,, ,,,,,,,,,,(,,,,,,;, ,,, ,,,,,,,,,,, , ,,, ,,,,，,,,,;,,, ;,,,,,;,,,, ,,,;,,,,,(,,,,,,,:,,,,, ,, ,,, ,,,,, ,,,,,,,,, ,,;,,,？,, ,, ,,,, ,,,,, ,,,,,,,,,,, ;,,,,,,,;,,, ,,,,， ,,, ,, ,,,,,,,, ,,,, ,,,, ,, ,,,,，,,;,,,,,, ,, ,,,,,,,, ,,, ,,,, ,,,;,,,,,,,, ,,,,,, ,,,,,,，,,,,，, ,,, ,,,,, ,,, ,, 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对象与方法,(,临床资料:,,例患者均为浙江大学医学院附属二院口腔颌面外科就诊的患者，其中男性,,例，女性,,例，年龄,,,,,岁，平均年龄,,岁。,,例患者因为单侧下颌骨良性肿瘤(,例成釉细胞瘤，,例骨化纤维瘤)行自体血管化腓骨移植，,例患者因小颌畸形伴或不伴颞下颔关节强直行双侧下颌骨牵弓,成骨术加关节成形术，,例患者因上下颌骨粉碎性骨折行上下颌骨骨折切复内固定术。,(,术前准备:影像学检查，三维头颅模型制作，模型外科。,(,手术方式:,,例自体腓骨移植患者行下颌骨病灶切除，下颌骨部分切除，血管化白体腓骨移植，医用重建钛板植入。,例小颌畸形伴或不伴颞下颌关节强直患者行双侧下颌骨体部、升支劈开牵引成骨术或加上关节成形术。,例上下颌骨粉碎性骨折患者行上下颌骨切复内固定术。 浙江大学硕士研究生学位论文,(三维头颅模型制作:患者行上、下颌骨;,扫描，扫描方式采用螺旋扫描，层厚，,,，螺距,(,，,,,重建，选择骨窗，经三维软件图像处理后，获得上、下颌骨正位、侧位、侧斜位、颅底位的立体照片。从各个角度观察上、下颌骨，然后将患者的,,扫描数据从,,室经,,,,;软件处理后传输至,,机上，以标准格式(,,;,,)刻录存盘，送到浙江大学机械设计研究所快速成型中心。通过,,,,;,软件将,,的二维数据转化成三维数字模型，并且将生成的三维数字模型修整后以,,,的格式输出(快速成形机所能接受的标准通用文件格式)，将转化后的数据输入到,,,,,,,,激光快速成形机，快速成形机运用自带的分层软件,,,,,以,(,,,,间距重新分层并且完成各层的轮廓编辑和激光的运动轨迹计算，(纸机成型同样采用“分层制造，逐层叠加”的原理制造出三维实体模型。所采用的特种纸，其背面涂有极薄的热熔胶，常温下其基本不具粘贴性，“逐层叠加”通过加热至,,,摄氏度使该热熔胶熔化，发挥粘贴性，完成纸与纸之间的粘结。)快速成形机以预先计算好的加工程序(运动轨迹)加工模型，模型修正，拔除废料，并在模型表面涂上环氧树脂，以起到加强结构和防水的功能。上述完成的模型为原发灶头颅模型。部分患者利用上下颌骨的结构为基本左右对称的特点，利用正常一侧的上下颌的数据反求缺损侧上下颌的图像，再次制作头颅模型为镜像头颅模型。 浙江大学硕士研究生学位论文,典型手术病例 ,(,白体带血管腓骨移植患者，男,,岁，左下颌骨无痛渐大肿块一年入院，入院诊断:左下颌良性肿瘤;,示左下颌骨颏部切牙到体部第一磨牙近中骨化纤维瘤，术前常规检查排除手术禁忌，作腓骨动静脉，胫前胫后动脉,超排除下肢腓动脉同胫后动脉共干。予以头颅模型制作，在镜像头颅模型上根据下颌骨形状预制医用下颌重建钛板，根据原发灶头颅模型确定下颌骨节段截骨范围约,(, ;,，进一步确定医用重建钛板的长度、弯曲度、截骨后断端固定的部位，在模型上预制的下颌医用重建钛板直接经消毒后带入手术中，术中取腓骨长,(,;,，根据原模型外科设计的下颌重建钛板形状，血管化腓骨切断塑形，与重建钛板固定，腓静脉与面前静脉、腓动脉与颌外动脉用“,,,”无创伤缝线吻合，置负压引流管，完成手术。 浙江大学硕士研究生学位论文图,,, 上、下颌骨,,扫描三维重建快速制作原发灶头颅模型。图,,,在模型设计截骨范围。图,,,镜像模型上预制个性化医用重建钛板。 图,,,取腓骨切口示意图。图,,,腓骨带血管，取约,(,,,长。图,石血管化腓骨移植，个性化医用重建钛板植入，吻合血管。图,,,口腔全景片示:移植的腓骨与下颌蛋完全骨性愈合。图 ,,,三维,,扫描显示:下颌骨外形恢复良好，移植骨和下颌骨呈骨性愈合。 ,(,牵引成骨术患者，女,,岁，下颌后缩伴渐进性张口困难,,年入院，,,岁时曾因张口困难在他院做过双侧颞下颌关节成形术。入院诊断小颌畸形、左侧颞下颌关节纤维强直，右侧颞下颌关节骨性强直，,,,,。专科见张口度,,,,,,”,，口内前牙呈扇形、深覆合深覆盖，双侧磨牙关系呈中性关系。,,示小颌畸形，左侧颞下颌关节成形术后纤维强直，右侧颞下颌关节成形术后骨性增生强直。术前予 ,, 浙江大学硕士研究生学位论文以头颅模型设计牵引截骨，安放牵引器，术中用定位 模板 个人简介word模板免费下载关于员工迟到处罚通告模板康奈尔office模板下载康奈尔 笔记本 模板 下载软件方案模板免费下载 引导，在全麻下行右侧颞下颌关节成形术，双侧下颌升支体部牵引成骨术。术程顺利，术后影像学复查达到术前设计效果。 浙江大学硕士研究生学位论文 图,—,术前,,示患者小颌畸形，左侧颞下颌关节纤维强直，右侧颞下颌关节骨性强直。图,一,示患者按照,,图像重建头颅模型。图,一,、,示在模型上设计截骨线位置和牵引器设计安放方向。图,一,示双侧升支，体部四个牵引器放置后，下颌角部预制定位模板，用来引导术中牵引器按设计固位。图,一,示术中按设计在下颌骨升支和体部放置牵引器。图,一,示术后八个月头颅侧位片示升支部和体部牵引到位，新骨形成，侧面观患者张,,受限和小颌畸形改善。 图,,,术后八个月拆除牵引器时，予以头颅模型见牵引到位，患者张口度，小颌畸形改善均达到术前要求，体部和升支部均见新骨形成。 ,(,上下颌骨粉碎性骨折内固定术患者，女,,岁，车祸致颜面部出血疼痛咬合错乱三小时入院。入院诊断:左上颌骨、颧骨骨折、下颌骨骨折。予以头颅模型制作，在模型上见左眶下缘、左上颌窦前壁、左颧、颌骨、下颌颏部、左下颌角部升支骨折。骨折块移位明显，左侧颌骨眶弧度、颧骨弧度断裂，下颌骨不连续，咬合关系丧失。在模型上进行骨折段撬动复位，预制钛板固位，按照对侧颌骨弧度，预弯制钛板，使骨折段固位，将弯制钛板消毒，直接带入术中，术中做下眼睑切口和口内切口，依照模型上设计分离骨折段，用预制钛板予以固位，颌间牵引钉植入固定咬合，完成手术。 ,,浙江大学硕士研究生学位论文 ,, 浙江大学硕士研究生学位论文 图,,，示患者术,,三维重建见左上颌骨，左颧骨，左下颌骨角部升支，颏部骨折。图,,,示患者头颅模型见左上颌骨，左颧骨，下颌骨角部升支，颏部骨折，骨折断端移位明显，咬合关系紊乱。图;一,、,示在模型上撬动骨折块，复位，注意恢复左眶下缘，左颧面颧颌突弧度，恢复咬合关系(红线表示)。图;一,示术前在模型上按照骨折复位预弯制钛板，达到固定效果。图,一,示术后半月,,三维重建，见骨折段固定良好，左眶下缘，左颧面颧颌突弧度左右对称，钛板固定良好。 结果 ,,例自体血管化腓骨移植病人术中即达到了术前设计目的，在模型指导下，移植骨切断塑型拼对顺利，固位良好，术后一期愈合创口，张口度,(,;,，面部外形左右对称，下肢活动无任何障碍，患者对疗效十分满意。术后口腔全景片示:移植的腓骨与下颌骨已完全骨性愈合，没有一例发生骨不连和骨坏死，没有一例发生钛板排异和断裂。三维,,扫描显示:下颌骨外形恢复良好，移植骨和下颌骨呈骨性愈合。,例牵引成骨术病人术中放置牵引器顺利到位，术后牵引顺利，均可牵引到术前模拟位置，半年复诊，患者面型改变明显，完全解除小颌畸形带来的面部畸形痛苦和,,,,症状，都达到术前预测水平， ,,复查牵引骨呈骨性生长，患者对疗效十分满意。,例复杂骨折病人术中均能依从模型设计完成骨折断端固定及咬合关系。术后半月面部外形左右对称，开口度均大于,(,;,，咬合关系佳，一例患者因 有鼻骨根部及颅底骨折，术后眶外侧壁略有塌陷，外眦移位有,(,,,，但患者对术后面型和功能恢复均十分满意。 浙江大学硕士研究生学位论文 讨论,头颅模型的应甩 传统的模型外科在咬合模型上对上下领关系进行修改，通过咬合导板将设计信息传递至术中。然而这仅局限于上下颌关系的调整，通过头影测量，颌架等手段寻找颌骨与颅骨的关系，但是中间经过多次转换，误差增加，对于颌骨的手术模拟更是无法施行。本研究的这种集中了三维重建技术和快速成形制造技术的三维头颅模型成为了现代模型外科的核心，其较,,图像的可视化更直观、方便及准确，使医生对疾病有更为准确的理解，可以详尽、立体地显示头颅骨每个部位的细微结构，其精度已经被许多学者证实,,,。就质感而言，纸模型与骨的质地比较接近，这种模型可以允许钻、骨凿等真实的器械操作，术前操作过程完全可以模拟术中过程，在颌骨整复中对骨块进行旋转、平移、截骨、固定等操作， 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 骨块移动的距离、旋转角度、截骨位置等数据，可以通过移动骨块模型，关闭骨折线，恢复颌面骨外型，直接在模型上设计小钛板固定，操作具有逼真的模拟效果，大大提高了手术的精确率。何冬梅等人脚利用,,扫描制作头颅模型，扫描方式采用螺旋扫描，层厚,,,，螺距,(,，,,,重建，头模误差为,(,,,,。本研究采用螺旋扫描，层厚,,,，螺距,(,，,,,重建，头模误差应小,(,,,,,。因此本研究的颅颌面骨组织得到了精确复制，准确性较高，结合患者骨骼模型，使医生较易讲清楚手术的全过程，使患者对将要进行的手术有一个清楚的了解。经验医学时代，医师因为于无法看到患者内部，只好依靠临床检查和经验积累来进行诊断治疗。而现代医学，医师则是凭借可见的静态医学图像 浙江大学硕士研究生学位论文和检验数据及经验来诊断疾病。而头颅模型的使用，使医师不仅能见到患者的颌面骨内病变，还可利用计算机三维重建将其配准整合为动态的、立体的模型中，从而进行即时的、有效的模拟手术，使颌面外科手术更趋于精确和微创，为颌面外科技术的发展开辟了一个崭新的领域。,镜像技术应用同骨缺损重建 对于颌面骨缺损病例，如何在修复骨缺损及功能的同时又能最大程度恢复患者面型成为手术的关键。镜像技术通过健侧镜像法构建缺损侧的数据，可以通过差值得到修补体的数据和实体;对于需要植入自体骨或人工材料的病例，利用健侧曲面进行编辑，使患侧修复曲面符合患者个体解剖?嘲。目前颌骨缺损特别使下颌骨的修复以移植带血管的腓骨为主，其优势主要为血管化腓骨移植术后骨高度降低非常小，与下颌骨愈合后基本不会发生骨吸收，有利于二期的修复和咬合功能恢复。,,,因此如何正确设计腓骨截骨量和塑型成为移植骨手术的关键。头颅模型直观成型，首先可以在实体上可以明确病灶的范围，在模型上设计截骨线，通过镜像技术获得健侧对称模型，直接获取了移植骨的长度及曲面弧度，在模型上利用重建钛板塑型，避免了术中移植骨的反复塑型和拼对，使移植骨贴合颌骨弧度，在重建颌骨缺损、恢复连续性的同时又恢复了患者的颌骨弧型，当软组织复位后很好地保持了患者的面形，同时也避免了由于移植骨长度设计不准确带来的腓骨切取长度不准和术中腓骨分段塑型时的不精确，在节省手术时间的同时，预防了腓骨切除过多的并发症。在本研究的临床应用中，术 浙江大学硕士研究生学位论文后影像学的检查也证实了依靠头颅模型在术前的设计和模拟，腓骨移植的各项指标及临床效果也都达到了术前要求。除了移植骨修复颌骨缺损外，根据患者,,,,,,数据结合镜像技术可以制作符合每个患者解剖结构、与缺损完全适配的修复材料或种植体，功能恢复效果良好，外观 形态协调，几乎可以达到解剖意义的完美修复。,在颌面畸形矫正.