顱頜面修復(fù)重建的計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)設(shè)計(jì)和模擬的臨床應(yīng)用研究.pdf

1、一、研究背景： 計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛，近20年來已成為外科領(lǐng)域研究應(yīng)用的方向之一。近十余年來，醫(yī)學(xué)三維影像技術(shù)與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展并相互交叉滲透，產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)輔助立體定向?qū)Ш较到y(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)設(shè)計(jì)模擬系統(tǒng)(CADS)。國(guó)外90年代后，三維CADS技術(shù)進(jìn)入臨床應(yīng)用推廣階段，特別是近年來圖像工作站和軟件技術(shù)的不斷改進(jìn)，國(guó)際上多數(shù)顱面外科中心已將手術(shù)模擬構(gòu)建術(shù)后三維藍(lán)圖作為術(shù)前手術(shù)計(jì)劃的常規(guī)內(nèi)容。目前，對(duì)醫(yī)學(xué)圖

2、象進(jìn)行三維建模的軟件3DCMFCAS、3D-DOCTOR業(yè)已開發(fā)出來，但其測(cè)量功能相對(duì)不足，且操作復(fù)雜，需要一段時(shí)間的學(xué)習(xí)才能掌握；而對(duì)三維圖像進(jìn)行測(cè)量的軟件系統(tǒng)，包括GeoMagic、3DMAX、3DStudio、RapidForm等，這些軟件主要為工業(yè)制造設(shè)計(jì)，不適合作臨床手術(shù)設(shè)計(jì)。因此，臨床上需要集成三維建模和圖像測(cè)量功能，但又易于學(xué)習(xí)和掌握的軟件系統(tǒng)。 自從DevidGreig于1924年提出眶距增寬癥(Hypertel

3、orism)的概念以來，眶距增寬癥的外科治療一直都是顱面外科的難點(diǎn)和熱點(diǎn)所在?？艟嘣鰧挵Y是指兩眼眶間骨性距離過度增寬的一種疾病，其診斷標(biāo)準(zhǔn)在于內(nèi)眶距(Interorbitaldistance，IOD)的精確測(cè)量，即兩側(cè)淚峭點(diǎn)間的距離。目前認(rèn)為，篩房竇的水平方向增寬是眶距增寬癥的主要發(fā)病機(jī)制?？艟嘣鰧挵Y的手術(shù)治療，要先探明導(dǎo)致眶距增寬的原發(fā)病的情況，再分析眶距增寬的程度，從而做出正確的選擇。顱內(nèi)外聯(lián)合徑路截骨術(shù)是1968年由法國(guó)整形醫(yī)師P

4、aulTessier首創(chuàng)了由顱內(nèi)和顱外聯(lián)合徑路做眼眶四周的完全截骨術(shù)，移動(dòng)和拼接松動(dòng)的眼眶骨架，去除眼眶之間多余的骨條以縮小骨性眶間距離。其手術(shù)過程復(fù)雜，需多科配合，安全性較差，可能有較為嚴(yán)重的并發(fā)癥發(fā)生。用計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)設(shè)計(jì)和模擬系統(tǒng)，完成顱骨三維模型的建立，并進(jìn)行精確的測(cè)量研究，確定手術(shù)截骨的范圍、路徑，并進(jìn)行術(shù)前手術(shù)模擬，以減少手術(shù)危險(xiǎn)性和可能發(fā)生的并發(fā)癥，確保手術(shù)效果，是臨床上眶距增寬癥治療的重要研究?jī)?nèi)容。 下頜角肥大是

5、顱頜面外科常見的畸形之一。在亞洲，傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為瓜子臉是美的主要特征之一。因此，對(duì)下頜角肥大的矯治一直是面部整形美容外科的一個(gè)重要內(nèi)容。根據(jù)手術(shù)入路可將下頜角肥大矯正術(shù)分為口內(nèi)入路、口外入路以及口內(nèi)外聯(lián)合入路三種方式?？趦?nèi)入路由于切口隱蔽，在臨床上廣受歡迎。其并發(fā)癥主要為術(shù)中出血、感染、神經(jīng)損傷、不對(duì)稱崎形及下頜形態(tài)不滿意。由于技術(shù)的進(jìn)步，術(shù)中出血、感染、神經(jīng)損傷等的發(fā)生率減少；而隨著患者對(duì)美的追求的不斷提高，對(duì)下頜形態(tài)不滿意的相對(duì)比例

6、增加。利用計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)完成術(shù)前的測(cè)量，完善手術(shù)截骨線的設(shè)計(jì)，在實(shí)際手術(shù)中實(shí)現(xiàn)精確定位，是提高手術(shù)效果的可靠手段。 顏面不對(duì)稱畸形臨床上通常是指面部?jī)蓚?cè)的大小不同或不協(xié)調(diào)，表現(xiàn)為顱面左右兩側(cè)標(biāo)志點(diǎn)相對(duì)正中矢狀平面的不協(xié)調(diào)。目前顏面不對(duì)稱往往靠臨床醫(yī)生對(duì)平衡的感覺和病人對(duì)不平衡的知覺來確定，因此嚴(yán)重影響了對(duì)該病的診治。對(duì)顏面不對(duì)稱畸形的診斷，主要還是通過采集病史、臨床檢查、X線圖像研究等方法來確定軟、硬組織與牙牙合功能的不對(duì)稱

7、范圍和程度。頭顱定位后前位片，對(duì)研究雙側(cè)面部不對(duì)稱畸形的價(jià)值已基本得到公認(rèn)，但在對(duì)下頜骨的對(duì)稱性與長(zhǎng)度變化的定量診斷還不是最佳的。為使對(duì)顏面不對(duì)稱畸形的診斷能更充分、更全面，在臨床中對(duì)顏面不對(duì)稱畸形患者的檢查診斷不應(yīng)默守常規(guī)，還應(yīng)尋找更好的方法。利用計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)對(duì)顏面不對(duì)稱畸形患者頭顱三維模型進(jìn)行精確的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)顏面不對(duì)稱畸形的定量化診斷，并通過計(jì)算機(jī)輔助完成術(shù)前設(shè)計(jì)，是目前的發(fā)展方向。 二、研究目的 (一)設(shè)計(jì)開

8、發(fā)安琪兒數(shù)字圖像處理分析系統(tǒng)(AngelDigitalImagesStudio，ADIS)，為顱頜面修復(fù)重建計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量、診斷、手術(shù)設(shè)計(jì)及模擬提供一套操作簡(jiǎn)潔和便利的系統(tǒng)。 (二)通過安琪兒數(shù)字圖像處理分析系統(tǒng)在眶距增寬癥典型病例的臨床應(yīng)用，研究對(duì)手術(shù)設(shè)計(jì)有指導(dǎo)意義的術(shù)前三維測(cè)量指標(biāo)，手術(shù)設(shè)計(jì)和模擬及效果比較分析的方法。 (三)通過安琪兒數(shù)字圖像處理分析系統(tǒng)在下頜角肥大典型病例的臨床應(yīng)用，研究下頜角整形術(shù)前診斷、設(shè)計(jì)和

9、手術(shù)前后效果對(duì)比的測(cè)量指標(biāo)、方法以及臨床手術(shù)精確定位的的方法。 (四)通過安琪兒數(shù)字圖像處理分析系統(tǒng)在顏面不對(duì)稱畸形典型病例的臨床應(yīng)用，探討顏面不對(duì)稱畸形數(shù)字化定量診斷的的步驟、測(cè)量指標(biāo)和方法以及輔助手術(shù)設(shè)計(jì)的方法。 三、研究?jī)?nèi)容 第一章：描述顱頜面修復(fù)重建的計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)設(shè)計(jì)和模擬系統(tǒng)的硬件和軟件構(gòu)成、工作流程；闡述安琪兒數(shù)字圖像處理分析系統(tǒng)中重要功能的理論依據(jù)和方法，介紹系統(tǒng)的特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)的基本功能。

10、第二章：(1)描述用安琪兒數(shù)字圖像處理分析系統(tǒng)在眶距增寬癥顱骨三維模型中骨性眶距、篩骨寬度和水平板高度、眼球突度和內(nèi)外長(zhǎng)徑的測(cè)量方法，探討其測(cè)量意義。(2)通過術(shù)前測(cè)量值，計(jì)算手術(shù)參數(shù)，了解眶距增寬癥計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)設(shè)計(jì)的具體方法和依據(jù)。(3)在安琪兒系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)眶距增寬癥計(jì)算機(jī)輔助模擬手術(shù)的步驟。(4)進(jìn)行手術(shù)前、手術(shù)模擬和實(shí)際手術(shù)后的內(nèi)眶距、外眶局、顳間距、眼球突度和眼球內(nèi)外長(zhǎng)徑的測(cè)量值及正常對(duì)照值的比較，分析手術(shù)模擬與實(shí)際手術(shù)的效果。

11、 第三章：(1)描述用安琪兒數(shù)字圖像處理分析系統(tǒng)在下頜角肥大顱骨三維模型中下頜骨的骨性指標(biāo)的測(cè)量方法，探討其測(cè)量意義。(2)研究下頜角肥大整形手術(shù)中實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)設(shè)計(jì)、精確定位的具體方法和步驟。(3)術(shù)前和實(shí)際手術(shù)后相關(guān)指標(biāo)的對(duì)比分析，手術(shù)效果分析。 第四章：(1)描述用安琪兒數(shù)字圖像處理分析系統(tǒng)在顏面不對(duì)稱畸形顱骨三維模型中對(duì)顱骨進(jìn)行形態(tài)學(xué)觀察的方法，探討其實(shí)際意義。(2)研究用安琪兒數(shù)字圖像處理分析系統(tǒng)進(jìn)行顏面不

12、對(duì)稱畸形病例實(shí)現(xiàn)定量化診斷的測(cè)量指標(biāo)、測(cè)量方法，探討其診斷意義。(3)研究用安琪兒軟件進(jìn)行圖象對(duì)稱復(fù)制進(jìn)行手術(shù)圖象模擬的方法。 四、研究結(jié)果 第一章：(1)顱頜面修復(fù)重建的計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)和設(shè)計(jì)系統(tǒng)充分利用了醫(yī)院現(xiàn)有的設(shè)備和商用軟件，通過軟件的二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了三維建模和測(cè)量功能的集成。(2)安琪兒數(shù)字圖像處理分析系統(tǒng)中重要功能的實(shí)現(xiàn)具有較成熟的理論基礎(chǔ)和可靠的方法。(3)安琪兒數(shù)字圖像處理分析系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了DICOM圖像的讀

13、取、測(cè)量、三維模型的建模、三維模型的任意坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、三維圖像的切割、拼接、數(shù)據(jù)分類保存、導(dǎo)出和統(tǒng)計(jì)分析、圖像對(duì)比分析等功能。 第二章：(1)通過安琪兒軟件系統(tǒng)可以精確測(cè)量?jī)?nèi)眶距、外眶距、顴間距、篩骨寬度和水平板高度、眼球突度和內(nèi)外側(cè)長(zhǎng)徑，其測(cè)量值有助于明確術(shù)前診斷，是手術(shù)設(shè)計(jì)和手術(shù)效果對(duì)比分析的基礎(chǔ)。(2)通過安琪兒軟件系統(tǒng)，在測(cè)量的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助眶周截骨線的設(shè)計(jì)。(3)在安琪兒軟件系統(tǒng)中，通過菜單操作實(shí)現(xiàn)了眶周截骨的

14、手術(shù)模擬。(4)通過患者手術(shù)前、模擬手術(shù)及手術(shù)后的測(cè)量值比較發(fā)現(xiàn)，患者手術(shù)后內(nèi)眶距、外眶距、顳骨內(nèi)間距均恢復(fù)到正常范圍，且手術(shù)模擬結(jié)果與手術(shù)實(shí)際效果基本一致。而在眼球突度和眼球內(nèi)外徑等指標(biāo)上，手術(shù)模擬與手術(shù)實(shí)際效果有一定的差距。 第三章：(1)安琪兒軟件系統(tǒng)可以直接測(cè)量下頜角角度，下頜角外翻程度需要通過下頜支高和下頜角間距與正常值的比較進(jìn)行推斷。(2)在安琪兒軟件系統(tǒng)中，通過測(cè)量定位點(diǎn)的坐標(biāo)和截骨點(diǎn)與原點(diǎn)的距離，可以方便的實(shí)現(xiàn)手

15、術(shù)中截骨線的定位。(3)通過比較患者手術(shù)前后左右兩側(cè)對(duì)稱點(diǎn)測(cè)量值的差值可以判定手術(shù)后兩側(cè)下頜角的不對(duì)稱性和外翻的改善程度。 第四章：(1)安琪兒軟件系統(tǒng)軟件中可以實(shí)現(xiàn)對(duì)顏面不對(duì)稱畸形患者顱骨三維模型中顱骨各部分的多角度、多方位的形態(tài)觀察。(2)在安琪兒軟件系統(tǒng)軟件中可以測(cè)量上下牙中線偏移度、顱骨三維模型中左右兩側(cè)標(biāo)志點(diǎn)相對(duì)正中矢狀面的距離，并可計(jì)算非對(duì)稱率；通過下頜骨下頜升支高度、下頜綜合長(zhǎng)度、下頜升支寬度的測(cè)量判斷下頜骨的發(fā)育

16、情況。(3)利用安琪兒軟件系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)顏面不對(duì)稱畸形患者三維圖象的左右對(duì)稱性復(fù)制。 五、研究結(jié)論 第一章：安琪兒數(shù)字圖像處理分析系統(tǒng)軟件是一款易于使用、集成了醫(yī)學(xué)圖象三維建模和測(cè)量功能，適于顱頜面修復(fù)重建的計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量、設(shè)計(jì)和手術(shù)模擬的軟件。通過窗口的菜單操作即可實(shí)現(xiàn)DICOM圖像的讀取、測(cè)量、三維模型的建模、三維模型的任意坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、三維圖像的切割、拼接、數(shù)據(jù)分類保存、導(dǎo)出和統(tǒng)計(jì)分析、圖像對(duì)比分析等功能。 第

17、二章：安琪兒數(shù)字圖像處理分析系統(tǒng)在眶距增寬癥的臨床應(yīng)用中，通過術(shù)前精確測(cè)量，可以明確術(shù)前診斷，完善手術(shù)設(shè)計(jì)，計(jì)算手術(shù)參數(shù)；并能完成手術(shù)過程模擬，取得與實(shí)際手術(shù)基本一致的結(jié)果。 第三章：安琪兒數(shù)字圖像處理分析系統(tǒng)在下頜角肥大整形術(shù)的臨床應(yīng)用中，通過病人術(shù)前頭顱CT三維模型精確測(cè)量，能明確術(shù)前診斷，可以輔助實(shí)現(xiàn)手術(shù)中下頜角截骨線的精確定位，并取得了較好的應(yīng)用效果。 第四章：安琪兒軟件系統(tǒng)軟件在顏面不對(duì)稱畸形病例的臨床應(yīng)用中，