李晶[1]2000年在《颅颌面整形外科立体可视化和手术模拟技术研究》文中研究说明颅颌面整形外科立体可视化和手术仿真模拟系统简称（3DCMFCAS），旨在利用病人的CT、MRI、PET、DAS等多模数据，借助先进的计算机技术和图象分析技术对体数据进行三维重建，并在此基础上完成对三维图象的控制与测量并用于临床对颅颌面畸形进行准确的定位、定性和定量诊断、手术模拟设计、疗效预测，使颅颌面外科医生在术前对手术的全过程有个全面的认识，帮助医生制定科学合理准确高效的手术方案，实现术中引导、术后评价、从而提高复杂的颅颌面外科手术的科学性和治疗效果。 本文首先介绍颅颌面手术模拟系统中所涉及的概念、设计该系统的意义、研究现状和系统的构成，然后对本课题的主要研究方向，即颅颌面整形外科立体可视化和手术仿真模拟系统的研制进行了详细讨论。针对系统所要求的三大软件模块从建模、机理、算法到计算机实现作出详细阐述。 显示模块：比较体显示及表面显示的不同特点；针对系统所使用的表面显示提出三种显示方法：基于点的显示和基于多边形的显示；叙述了MC算法及其改进。 控制模块：叙述系统所涉及的各种控制，详述了控制中关键技术截骨算法的实现；阐明其创新性。 测量模块：提出并实现了三维精确测量；详述三维距离、角度、面积、体积测量的实现算法并阐述了其意义。 同时论述了术后的面相预测技术的研究，提出一种初步的面相预测模型并阐述了此领域继续研究的目标。 本系统己在中山医科大学孙逸仙纪念医院投人临床使用。已完成多个病例，取得较好的社会经济效益。
杨斌, 黄洪章, 李晶, 江贵平, 陈伟良[2]2000年在《颅颌面整形外科立体可视化和手术仿真模拟系统的建立》文中认为目的为实现颅颌面畸形解剖学研究、诊断分析、手术设计、疗效预测及颅颌面生长发育监测的计算机化、定量化、规范化 .方法应用MicrosoftVisualC++高级编程语言和计算机图形图像三维可视化算法原理 ,开发研制出颅颌面CT图像三维重建、立体结构三维测量和颅颌面整形手术模拟的系统软件 .建立了以CT数据为信息源基于多媒体微型计算机的颅颌面整形外科立体可视化、手术仿真模拟和疗效评价系统 (3DCMFCAS)及相关技术方法 .结果在 3DCMFCAS系统上构建出正常和畸形颅颌面立体结构模型 ,成功进行了颅颌面外科截骨整复手术仿真模拟 ,所创立的三维测量方法项目全面、操作简捷、准确可靠 .3DCMCAS系统的建立为颅颌面畸形基础研究和临床诊断治疗提供了实用有效的技术手段和全新的科学方法 .为整形手术立体定向导航和虚拟现实技术研究奠定了基础 .
杨斌, 黄洪章, 李晶, 江贵平[3]2000年在《颅颌面皮肤和骨组织结构立体可视化应用研究》文中研究说明【目的】为实现颅颌面结构立体可视化并对其全面、准确的定性和定量分析。【方法】应用VisualC++语言设计开发出一个多功能应用软件包 ,其功能模块包括 :三维重建、精确测量、电子解剖等。借助所开发的软件包 ,将面向多边形的表面绘制显示方法应用于颅颌面软、骨组织结构的三维重建研究。【结果】由二维断层CT图像构建出颅颌面皮肤软组织和骨组织立体结构模型 ,其立体模型可旋转以利于不同角度的观察分析 ,可用任一个剖面显示及操作其局部结构。【结论】为颅面外科临床提供了定性和定量诊断分析的新技术 ,实现了颅颌面电子解剖。为解剖学、人类学和医学美学研究提供了立体分析模型和新方法。
杨斌, 黄洪章, 张涤生, 李晶, 江贵平[4]2001年在《颅面结构立体可视化和颅面整形手术仿真模拟的研究》文中提出目的 为研究颅面畸形的诊断分析、手术设计、疗效预测及颅颌面生长发育监测的数字化、定量化和可视化。方法 应用VisualC+ + 编程语言和计算机图形图像三维可视化算法原理 ,研制出颅面CT图像三维重建、立体结构三维测量和颅面整形手术模拟的系统软件。建立了以CT数据为信息源基于多媒体微型计算机的颅面畸形三维仿真模拟系统 ( 3DCMFCAS)达到诊断分析、手术设计的可视化。选用了适合于颅面整形外科特点的面向多边形的表面绘制显示方法作为系统建模方法 ;提出了适合于在微型计算机环境中进行手术模拟操作的空间子区域目标结构体数据操作方法。结果 在 3DCMFCAS系统上构建出颅面骨、软组织立体结构模型 ,建立了颅面图像及电子解剖数据库 ,实现了经典颅面截骨整复手术仿真模拟。结论 3DCMFCAS系统方法的建立及应用为颅面外科临床诊断和整形手术设计提供了实用有效的技术手段。
顾泽旭[5]2006年在《基于CT三维重建的正颌外科诊断分析手术模拟及术后预测系统的应用研究》文中进行了进一步梳理随着正颌外科的不断发展，传统的二维空间研究方法及手段已不能满足临床工作需要。人们期待对颜面结构形态进行三维的分析研究，从而为临床诊断分析、手术矫治设计、术后追踪观察及手术效果评价提供更多的信息和客观依据。鉴于此，本研究开发了基于CT三维重建的正颌外科诊断分析、手术模拟及术后预测系统，并将其临床实用化。为临床医生提供计算机生成的三维模型，帮助医生模拟手术的过程，预测手术的效果，选择合理的手术方案。从而提高临床诊断和治疗水平，促进医患的交流与合作。 系统以Windows 2000 Professional为平台，利用VC++6.0、VTK为工具进行开发。分为三个功能模块：基于CT影像数据的颅颌面硬软组织三维重建系统；颅颌面结构三维测量分析系统及颅颌面硬组织虚拟手术及术后软组织变化预测系统。各模块可根据临床需要独立运行。整个系统的设计遵循了面向对象的指导思想，各模块具有良好接口，因此保证了系统的可维护性和扩充性。整个研究分为三个部分： 1．基于CT影像数据的颅颌面硬软组织三维重建系统的开发及其在临床中的应用 此研究构建了基于CT影像数据的具有自主知识产权的颅颌面硬软组织三维重建系统。系统获取患者CT颅颌面扫描的原始数据，经过二维预处理，三维预处理，运用改进的移动立方体法，即移动四面体法完成基于断层图像的三维表面重建；用基于小波的脚印法实现体重建。
杨斌, 黄洪章, 李晶[6]2003年在《颅面立体结构三维可视化研究及其意义》文中认为目的 :为实现颅面结构三维可视化并对其全面、准确的定性和定量分析。方法 :应用VisualC+ + 语言设计开发出一个多功能应用软件包 ,其功能模块包括 :三维重建、精确测量、电子解剖等。借助所开发的软件包 ,将面向多边形的表面绘制显示方法应用于颅面软组织、骨组织结构的三维重建研究。结果 :由二维断层CT图像构建出颅面皮肤软组织和骨组织立体结构模型 ,其立体模型可旋转以利于不同角度的观察分析 ,可以任一剖面显示及操作其局部结构。结论 :为颅面外科临床提供了定性和定量诊断分析的新技术 ,实现了颅面电子解剖。为解剖学、人类学和医学美学研究提供了立体分析模型和新方法
张海林[7]2007年在《基于逆向工程技术的体表器官仿真修复重建研究》文中研究说明体表器官缺损是现代整形外科领域的治疗重点和难点，体表器官的仿真修复重建是整形外科水平的最高体现。在传统的整形外科模式中，医生主要依靠自己的主观经验完成诊断分析和手术设计，整个过程缺乏客观评判指标和有效辅助手段，极大地影响到手术的效果和安全性。本研究借鉴工业领域逆向工程思想的先进技术，建立体表快速立体成像、手术仿真模拟设计、疗效客观评价系统，以期为体表组织器官修复重建提供一种全新的治疗模式，达到个性化治疗的目的。论文主要研究内容如下：1人体体表组织器官的三维数据采集高效、高精度地实现被测对象的三维数据获取，是逆向工程的第一环节，也是实现计算机辅助手术模拟的基础。基于相位偏移测量原理的莫尔条纹测量方法解决了传统测量方法不适合采集活体表面三维数据采集的问题。应用CT扫描获取器官内部结构的二维图像信息，用数学方法经过电子计算机处理而重建断层截面图象，根据不同位置的断层图像建立被测器官的三维信息。这两种方法相互补充，可以根据不同需求分别获取器官表面或内部结构的三维数据信息，充分满足器官再造的需求。2数据预处理针对相位偏移测量原理采集的人体点云数据，数据处理主要包括滤波和拼接。结合人体数据的自身特点，设计了矩形窗口加权中值滤波器，使用滤波器可以以较高的精度剔出大部分噪声数据。3构建三维曲面模型将经预处理后的一组点云数据导入逆向工程软件，通过对多视点云的拼接拟合，融合构建成为三角面片组成的曲面；再将构成曲面进行补洞、平滑、细分、曲面拟合、曲面光顺等处理，构建精确完整的数字化曲面模型。应用数据转换软件和三维重建软件完成了基于DICOM标准的CT图像数据采集和三维重建，获得了颅骨模型的三维数字化曲面模型。4制作三维实体模型将三维数字化曲面模型转换为STL格式后输入到激光快速成型机，制造出三维实体模型。实体模型能够精确地复制和再现被测对象的形貌状态，直观、详尽的表达解剖结构和周围关系。对于复杂病例，手术前可以在三维实体模型上进行手术模拟。5精度和误差分析对精度的追求是逆向工程技术在人体体表器官仿真修复重建中应用的首要目标。本研究通过对人体器官相应三维形貌信息进行传统方法测量和计算机辅助测量，验证构建的三维数字化模型和三维实体模型的精度均小于0.2mm，能够满足临床应用的要求。6临床应用研究本研究分别对颜面部软组织畸形、小耳畸形、颅骨缺损以及乳房整形进行了临床应用研究。(1)在逆向工程软件中对三维数字模型人工交互曲面变形方法或镜像模拟法设计手术后效果，并测量分析出需要整形修复的量化数据，为手术提供参考。(2)应用快速原型技术，制作正常的实体模型，为手术前设计和手术中修复重建提供直观的参考。(3)应用CAD软件分析缺损和畸形部位，设计植入体的三维数字模型，应用数控机床生产出与缺损或畸形部位完全契合的个性化植入体，无需再在手术台上对植入体进行裁剪、塑形，缩短手术时间，降低手术难度，提高手术安全性。(4)将患者手术前、手术模拟和手术后的三维数字模型应用逆向工程软件进行配准、分析，验证手术效果和手术设计方案的实现程度，(5)将患者手术后的颜面部数字化曲面模型和模拟的手术后曲面模型导入逆向工程软件，进行配准比较，验证手术设计方案的实现程度。课题引入逆向工程思想的先进知识，建立了体表快速立体成像、手术仿真模拟设计、疗效客观评价系统。经精度验证完全可以满足临床需求。通过试验研究和临床应用研究验证了该系统在体表组织器官仿真修复重建中的可行性，获得了良好的手术效果。但是本研究尚未能建立成为一个完整的计算机系统，进行手术预测和模拟时还比较复杂。此外，器官再造手术前后组织的形态变化是手术精确化的重大障碍，手术前模拟以及模型外科都是将组织器官认为是刚性结构，预测不够精确。在进一步地研究中我们要将现有的系统和程序结合起来，并构建人体体表器官的三维数据库和数据自动分析程序，建立组织生物力学的三维有限元分析模型，为体表组织器官的修复重建建立一个界面友好的计算机辅助三维虚拟现实的计算机系统。
任忠宝[8]2005年在《颅颌面整形手术方案可视化技术研究》文中认为本文将计算机辅助设计等工程技术应用到颅颌面整形手术方案制定过程,为医生和患者提供形象的可视化三维颅面整形效果。在分析和总结前人工作的基础上,深入研究了颅面的解剖特征、面部肌肉组织结构,以及颧骨的解剖结构,提出了三维颅面几何模型,并且创造性地把弹性变形理论引入到颅面整形后预测面皮变化状态的方法中。文章主要包括为以下几个方面内容。1.利用颅面的计算机断层图像(CT)重构颅面骨与面皮的三维模型,同时对其添加了光照、材质等属性,达到真实感效果。通过对三维模型的放大、平移、旋转等操作,实现了从任何角度、位置观察图形,甚至是一些局部的细节。2.提出一种基于弹性变形的面皮网格模型,利用该模型使面皮可以产生连续、自然的变形,从而真实地再现颅颌面整形效果。3.研究了从颅面骨到表皮变形的算法。该算法运用最小距离法揭示出了颅面从骨到面皮的关系。为实现从骨到面皮的变形即预测在颧骨做完整形后面皮的变化状态提供了一种算法上的思路。4.最后用上述方法结合可视化编程语言VC++及OpenGL图形库实现了颅面整形效果的可视化。
孙应明, 王晓波, 李新军, 丁加根[9]2008年在《计算机辅助三维颅颌面硬组织手术模拟系统的初步研究》文中研究指明目的:基于个人计算机实现三维颅颌面硬组织手术模拟,以期能够为颌面颅畸形术前诊断和制定定量化的手术方案提供参考。方法:以Windows98为操作平台,采用医学三维可视化技术和VisualC++6.0编程语言开发三维颅颌面硬组织手术模拟系统。结果:以CT为原始资料,成功地采用交互方式对颅颌面经典的几种手术截骨方式进行了模拟,系统可以反复进行手术模拟,直到结果满意为止。结论:该系统的建立将为提高颅颌面临床诊断和治疗水平,促进医患的交流与合作发挥作用。
唐震[10]2004年在《CT三维表面重建辅助颌面部整形手术系统的研究》文中研究指明前 言颅面部结构复杂,是多个重要器官集中区,同时又关系到容貌,涉及颅面部的外科手术难度高,危险性大,而且必须容貌与功能兼顾。颅面部整形外科对影像学提出了较高的要求,要求术前必须准确诊断,确定病变范围,提供三维立体视觉,显示复杂的空间结构,准确测量三维形态参数,设计手术径路和方案,模拟手术,预测手术对面容的影响等。为了满足颅面部整形外科的临床需求,CT三维重建辅助颅面部整形手术系统开始出现,它是最近的10多年间兴起的新兴交叉学科,正方兴未艾,特别是在最近几年得到了广泛的应用,发展非常迅速,一直是国内外研究与应用的热点。但是,目前所有虚拟颅面部整形手术系统都存在这样或那样的不足或缺陷,临床使用的虚拟手术系统远没有达到理想的目的,多数也只是进行切割,旋转,测量,观察器官间的比邻关系。操作比较麻烦,使临床应用受到了限制和不方便。面部三维计算机手术设计和结果预测的研究目前尚处于起步阶段,不能达到交互式和实时。手术预测也仅局限于骨性部分,而且不能预测软组织改变。本研究利用三维影像可视化和计算机技术,通过CT扫描得到患者的头颅断面数据,将采集到的数据传入自行开发的计算机虚拟颅面部虚拟手术和预测系统,目的是开发一种使用方便,能虚拟手术和预测手术对面容的影像的系统。<WP=9>第一部分:建立颅面部虚拟手术系统目的:建立一个可以进行虚拟颅面部整形手术的计算机系统。材料与方法:在上海英迈吉东影图像设备有限公司的帮助下,在计算机Windows 2000环境下,采用面向对象的设计和软件工程规范,用C++语言编写。要求具有丰富的图形图像处理与分析功能,不仅具有完善的二维图像处理分析功能,而且具有强大的三维处理与分析、网络传输与数据存储等功能。在软件开发过程中,借鉴了国内外优秀图像工作站的相关技术,还集成了大量课题组成员自己过去的研究成果。系统采用全中文用户图形界面。结果:该系统实现的功能如下:1.全面的数据接口解决方案(1)支持网络环境。(2)支持DICOM通信网关方式从网络获取影像数据,可以直接读取标准DICOM 3.0格式文件。(3) 可以直接读取多数厂家以ACR-NEMA2.0格式为主体的数据文件。(4) 支持各种通用图像格式如BMP/JPEG/TIFF等。2.强大的二维和三维影像操作处理功能。(1) 丰富的二维图像处理功能,能对影像进行窗宽/窗位调整、滤波、去噪、缩放、翻转、CT值的读取、镜像、多部位同步播放与放大等操作。(2) 具有对正常组织和异常病变部位的分割功能和三维重建等功能。(3) 具有对三维模型进行旋转变换及多层组织的面显示、体<WP=10>显示功能。(4) 可以实现切片重组、手术模拟等操作。(5) 具有对象、标注、测量功能。3.灵活的数据管理方式(1) 用户可以选择数据库或文件管理方式。(2) 本地数据库,可以管理10000个病人资料。结论:手术仿真操作的过程即是交互式目标结构数据操作的过程。首先将三维体数据分解成若干空间子区域,在每个子区域内选择不同的目标,对子区域内指定目标进行空间平移和旋转显示。在本系统中,这种空间子区域用一个多面体来进行定义,运用计算机图像图形学方法,不必对原始数据作任何改动,即可对该多面体内的指定目标进行任意方向移动和旋转,不将其简单的消隐,而是与余下的部分同屏显示。所谓切割即将某集合内的数据去除,而让其两边的数据分开。而所谓移动,即是将该集合内的数据搬走。由于将原始三维数据完好地保存着,改变的只是子区域的多面体描绘结构,因此可反复模拟操作。第二部分:辅助颅面部虚拟手术系统准确性检测目的:通过计算机三维模型测量和直接测量的比较,检测辅助颅面部整形手术系统的准确性,以便应用于临床。资料与方法:1.CT图像采集:(1) CT检查对象:5名,男10,女5,年龄8～67岁,平均58岁。10名是因头晕、头痛等症状来检查,需要进行头部、鼻<WP=11>咽部CT扫描,但CT检查结果正常的患者。(2) CT扫描方法:用螺旋CT对检查对象进行常规CT扫描,电压125KV,电流150mA,1.0s,slice 3mm,pitch 1:1.5,矩阵 512×512,重建算法为标准算法。扫描支架无角度,扫描时检查者仰卧于检查床,扫描范围从下颌骨最低点连续向上扫描至颅顶,包括整个头颅,行水平扫描。扫描后,将CT图像的原始数据进行厚层到薄层再重建,重建成为1mm层厚的图像。2.重建模型三维测量:分别将每人的二维CT扫描图像输入CT工作站和虚拟手术工作站,进行三维表面重建。然后用工作站上的测量软件对重建的三维模型进行三维测量,包括纵向、横向和前后方向的测定。具体有头最大长、头最大宽、全头高和头矢状弧等4项。3.人体头面部直接测定:分别对上述10人进行头面部直接测定,按经典人类学测量方法选定解剖标志点。测量项目与CT工作站、虚拟手术工作站三维重建模型测量一致,由另一高年资主治医生测定。将二种测量方法所得结果用双盲法进行比较,用配对t检验统计方法处理。结果:对头最大长、头最大宽、全头高和头矢状弧等分别用人体直接测量、CT工作站测量和计算机辅助三维系统测量三种方法测量的结果进行比较。发现所有4项测量项目的三维重建模型测量值与直接测量值略有差别,有的值直接测量略大,有的
参考文献：
[1]. 颅颌面整形外科立体可视化和手术模拟技术研究[D]. 李晶. 第一军医大学. 2000
[2]. 颅颌面整形外科立体可视化和手术仿真模拟系统的建立[J]. 杨斌, 黄洪章, 李晶, 江贵平, 陈伟良. 现代临床医学生物工程学杂志. 2000
[3]. 颅颌面皮肤和骨组织结构立体可视化应用研究[J]. 杨斌, 黄洪章, 李晶, 江贵平. 中山医科大学学报. 2000
[4]. 颅面结构立体可视化和颅面整形手术仿真模拟的研究[J]. 杨斌, 黄洪章, 张涤生, 李晶, 江贵平. 中华医学美容杂志. 2001
[5]. 基于CT三维重建的正颌外科诊断分析手术模拟及术后预测系统的应用研究[D]. 顾泽旭. 第四军医大学. 2006
[6]. 颅面立体结构三维可视化研究及其意义[J]. 杨斌, 黄洪章, 李晶. 中国临床解剖学杂志. 2003
[7]. 基于逆向工程技术的体表器官仿真修复重建研究[D]. 张海林. 中国协和医科大学. 2007
[8]. 颅颌面整形手术方案可视化技术研究[D]. 任忠宝. 天津大学. 2005
[9]. 计算机辅助三维颅颌面硬组织手术模拟系统的初步研究[J]. 孙应明, 王晓波, 李新军, 丁加根. 中国美容医学. 2008
[10]. CT三维表面重建辅助颌面部整形手术系统的研究[D]. 唐震. 第三军医大学. 2004
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