周洪 张艳宁 冯耀普 侯玉霞

    基于X线和激光扫描的颅面部三维重建与手术模拟系统的研究

    周洪1张艳宁2冯耀普1侯玉霞1

    (1.西安交通大学口腔医院 正畸科，西安 710004；2.西北工业大学 计算机学院，西安 710068)

    牙颌面畸形的发病与治疗均涉及颅面部颌骨、牙齿、软组织的三维空间结构改变。对颅面部形态进行三维的测量与分析多年来一直是国内外学者研究的热点问题。目前，对于单一组织都能较为精确捕获它们的三维信息，但是单一组织不能全面反映颅颌面各部分之间的解剖关系，因此多结构多方法联合重建成为形态学研究的方向。本课题组用头颅定位X线片和激光扫描获取颅面部软硬组织图像数据，研究开发颅面部软硬组织三维重建及正颌手术模拟、预测系统，为颅面畸形的诊断、治疗方案确定和定量控制、预后评估提供新的途径。

    头颅定位X线片； 三维重建； 激光扫描； 颅面复合体

    颅颌面的畸形常表现为颌骨、牙齿、软组织三维空间结构的异常，三维的颅面部形态分析能够提供更准确和全面的信息用于畸形的诊断和治疗方案的制定。以往对于颅面部三维形态重建的方法包括X线片、CT扫描、核磁共振、莫尔云纹、立体摄影、激光扫描等。这些方法虽然都可以建立三维模型，但都存在着一定的缺点，如精度不足、射线暴露多、重建技术复杂等，阻碍了它们在临床上的推广使用。

    X线头影测量技术自1931年由Broadbent开创以来，在正畸与正颌外科临床中应用最为广泛，是研究颅面生长发育、牙颌畸形的重要手段。随着数字化头影X线片的问世，为基于X线片的三维重建带来更好的应用前景[1]。激光扫描三维重建技术是目前最先进的形态学研究技术，具有成像快、精度高、操作方便的特点。本课题组拟采用数字化X线摄影和激光扫描的方法，建立一种易于操作、快速重建、射线暴露少的面部软硬组织三位重建和测量分析系统，为颅面畸形的诊断、治疗计划制定和定量控制、预后评估提供新的途径。

    1 基于X线片的颅面部硬组织三维重建

    双平面X线立体摄影技术是目前常用的三维重建方法，它基于双目视觉的原理，用2张同期拍摄的正交X线片建立三维坐标系，获得颅面部标志点的三维坐标，从而进行距离、角度及比例指数的测量，将标志点连接描绘颅颌骨骼结构的三维框线图[2-3]。Nguyen等[4]在干头颅的正侧位片上选定121个特征点，在三维坐标系中将这些点连接，特征点之间通过线性平滑处理，最终生成骨组织的三维轮廓图。由于受标志点数量的制约，故三维框线图及轮廓图都不能准确地反映颅面部三维形态，不利于牙颌畸形的观察、手术模拟和形态预测 ......