应用逆向工程技术构建三维耳郭模型(2)
速、准确的建立实体几何模型，在工程分析的基础上，数控加工制成产品。将工业中的逆向工程的思想引入到整形医学领域，对整形医学的发展将具有巨大的推动作用。例如，口腔模型的数字化，三维医疗定位诊断与治疗，面部整形和面部美容的评价和模拟，人体整形和整体美容的评价和模拟等。
高效、高精度地实现被测对象表面的数据获取，是逆向口程实现的基础和关键技术之一，是逆向工程中最基本、最不可缺少的步骤。随着三维光学传感技术和计算机技术的发展，尤其是高分辨率CCD摄像机的出现，使得计算机能借助各种视觉传感器获取物体的图像，由计算机直接对数字图像进行处理，从而恢复物体在三维环境中的姿态结构、几何尺寸以及相互位置等，极大地提高了测量的速度和效率，为快速建立物体的三维数字化模型和快速制作精准的三维实体模型提供了一种全新的技术手段。而且，基于结构光法的测量设备被认为是目前测量速度和精度最高的扫描测量系统。
3.2 构建耳郭三维模型的意义：耳郭再造术一直是整形外科最具挑战的手术之一，其中耳郭支架的雕刻是手术成功的关键步骤和主要难点。由于耳郭的各种结构精细而复杂，术者除具备一定的审美观点和良好的雕刻水平以外，还必须准确地把握健侧耳郭的立体结构特征。传统的耳郭支架雕刻采用胶片取样方法，只能呈现二维平面结构，因而支架雕刻在很大程度上要依赖于术者的经验。因此，将耳郭的三维姿态信息数字化和制备精确的三维耳郭模型对于提高耳郭再造水平具有重要意义。此外，部分后天性耳缺损的患者由于受局部组织床、患者身体条件及修复技术等多种因素的限制无法进行耳郭再造手术，则需采用赝复体进行修复。逆向工程技术、快速原形技术以及CAD技术为赝复体的制作提供了‘种全新的方法。有望实现赝复体耳的形态仿真、色彩仿真、质感仿真以及功能仿真，达到了以假乱真的程度。
, 百拇医药
3.2 数据测量的误差分析：对于逆向工程技术在耳郭再造中的应用，对精度的追求是测量技术的首要目标。影响测量精度的因素很多，如测量的原理误差、测量系统的精度以及测量过程中的随机因素等，都会对测量结果造成影响，从而产生测量误差。由于我们所采用的人体三维扫描系统是由工业下应用的三维扫描仪改装而来，其测量精度己经过验证，测量精度为0.06mm，完全能够满足临床上对精度的要求，可以基本上忽略测量系统的测量误差。
在物体的三维测量中，被测物体本身的材料、颜色、粗糙度、光学性质及表面形状，对光的反射和吸收程度有很大的差异。我们在测量时，首先制作患者健侧耳郭的石膏模型，从而大大减少了测量物体自身因素对测量精度的影响。
此外，由于耳郭结构的复杂性，三维图像获取中在不同的角度采集会有光学盲区的存在，因此常常需要对被测物体在多个角度采集图像，然后将几个三维图像进行配准、融合，形成完整的耳郭三维数字化模型。这就要求被测者保持在一定位置和姿势较长时间，患者很难完全配合，对于数据采集和数据拼接的精度影响也比较大。而应用制作的石膏模型进行数据采集则可以克服这些因素引起的误差。
, 百拇医药
4 结论
本项研究应用结构光三维测量方法快速、精确的构建了先天性小儿畸形患者健侧耳郭的三维数字化模型和与之完全对称的耳郭树脂实体模型，三维模型表面平滑、形象逼真，耳郭的精细结构能够清晰呈现，测量误差小于0.1mm，完全能够满足临床上对测量精度的要求。这不仅可以用于指导手术者在耳郭再造手术中准确雕刻耳郭支架，真正做到了耳郭个性化再造；另外还可以为耳郭赝复体的制作也提供了一种全新的方法，大大减少了制作工序，并可以达到了以假乱真的程度。
编辑 张惠娟
基金项目：高等学校博士点基金资助项目(20050023005)：体表组织器官修复重建的二维仿真基础研究。
通讯作者：乔群，教授，医学博士，博士研究生导师；研究方向：乳房、面部组织器官的修复重建，巨大体表肿瘤与难治性创面的整形外科治疗等。E-mail：qiaoqun925@hotmail.com
[ 上 页 ], 百拇医药(王晓军)
高效、高精度地实现被测对象表面的数据获取，是逆向口程实现的基础和关键技术之一，是逆向工程中最基本、最不可缺少的步骤。随着三维光学传感技术和计算机技术的发展，尤其是高分辨率CCD摄像机的出现，使得计算机能借助各种视觉传感器获取物体的图像，由计算机直接对数字图像进行处理，从而恢复物体在三维环境中的姿态结构、几何尺寸以及相互位置等，极大地提高了测量的速度和效率，为快速建立物体的三维数字化模型和快速制作精准的三维实体模型提供了一种全新的技术手段。而且，基于结构光法的测量设备被认为是目前测量速度和精度最高的扫描测量系统。
3.2 构建耳郭三维模型的意义：耳郭再造术一直是整形外科最具挑战的手术之一，其中耳郭支架的雕刻是手术成功的关键步骤和主要难点。由于耳郭的各种结构精细而复杂，术者除具备一定的审美观点和良好的雕刻水平以外，还必须准确地把握健侧耳郭的立体结构特征。传统的耳郭支架雕刻采用胶片取样方法，只能呈现二维平面结构，因而支架雕刻在很大程度上要依赖于术者的经验。因此，将耳郭的三维姿态信息数字化和制备精确的三维耳郭模型对于提高耳郭再造水平具有重要意义。此外，部分后天性耳缺损的患者由于受局部组织床、患者身体条件及修复技术等多种因素的限制无法进行耳郭再造手术，则需采用赝复体进行修复。逆向工程技术、快速原形技术以及CAD技术为赝复体的制作提供了‘种全新的方法。有望实现赝复体耳的形态仿真、色彩仿真、质感仿真以及功能仿真，达到了以假乱真的程度。
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3.2 数据测量的误差分析：对于逆向工程技术在耳郭再造中的应用，对精度的追求是测量技术的首要目标。影响测量精度的因素很多，如测量的原理误差、测量系统的精度以及测量过程中的随机因素等，都会对测量结果造成影响，从而产生测量误差。由于我们所采用的人体三维扫描系统是由工业下应用的三维扫描仪改装而来，其测量精度己经过验证，测量精度为0.06mm，完全能够满足临床上对精度的要求，可以基本上忽略测量系统的测量误差。
在物体的三维测量中，被测物体本身的材料、颜色、粗糙度、光学性质及表面形状，对光的反射和吸收程度有很大的差异。我们在测量时，首先制作患者健侧耳郭的石膏模型，从而大大减少了测量物体自身因素对测量精度的影响。
此外，由于耳郭结构的复杂性，三维图像获取中在不同的角度采集会有光学盲区的存在，因此常常需要对被测物体在多个角度采集图像，然后将几个三维图像进行配准、融合，形成完整的耳郭三维数字化模型。这就要求被测者保持在一定位置和姿势较长时间，患者很难完全配合，对于数据采集和数据拼接的精度影响也比较大。而应用制作的石膏模型进行数据采集则可以克服这些因素引起的误差。
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4 结论
本项研究应用结构光三维测量方法快速、精确的构建了先天性小儿畸形患者健侧耳郭的三维数字化模型和与之完全对称的耳郭树脂实体模型，三维模型表面平滑、形象逼真，耳郭的精细结构能够清晰呈现，测量误差小于0.1mm，完全能够满足临床上对测量精度的要求。这不仅可以用于指导手术者在耳郭再造手术中准确雕刻耳郭支架，真正做到了耳郭个性化再造；另外还可以为耳郭赝复体的制作也提供了一种全新的方法，大大减少了制作工序，并可以达到了以假乱真的程度。
编辑 张惠娟
基金项目：高等学校博士点基金资助项目(20050023005)：体表组织器官修复重建的二维仿真基础研究。
通讯作者：乔群，教授，医学博士，博士研究生导师；研究方向：乳房、面部组织器官的修复重建，巨大体表肿瘤与难治性创面的整形外科治疗等。E-mail：qiaoqun925@hotmail.com
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