【关键词】  颅颌面

　　Rebuilding of digitized threedimensional model of skull

　　【Abstract 】 AIM: To create a digitized threedimensional (3D) model of skull by using Broadbentbolton lateral and frontal biorthogonal radiographic planes. METHODS:  3D landmarks were located from the conventional lateral and posteroanterior cephalograms and 3D model was fitted by using BSpline curve. RESULTS:  Model of 3Dsurface of skull was made by BSpline curve. CONCLUSION:  Rebuilding the 3D surface of skull lays the basis for 3D measurement and analysis.

　　【Keywords】 cephalometry; BSpline function; geometric modeling; skull； threedimensional rebuilding

　　【摘要】 目的：利用头颅定位X线正侧位两张平片重建颅颌面的三维形态. 方法： 选取72个颅面硬组织的骨性标志点，信捷职称论文写作发表网，由两张相互垂直的定位头颅正侧位X线片上同一标志点的二维坐标,即可计算出该点的三维坐标. 通过B样线条的生成原理拟合出颅颌面硬组织的三维表面. 结果：通过B样线条的生成原理拟合出了颅颌面硬组织的三维表面，并可以作出基本的旋转及缩放. 结论：利用头颅定位X线正侧位两张平片可初步重建颅颌面的三维形态，为最终实现三维分析、三维测量奠定了基础.

　　【关键词】 头影测量； B样条函数； 几何造型； 颅颌骨； 三维重建

　　0引言

　　自Broadbent 1931年将X线头影测量应用于口腔正畸的研究和临床以来，这一诊断技术取得了巨大的发展，但却一直局限于二维影像上，三维颅颌面结构被投照在二维X线胶片上，这个过程产生了患者本身并不存在的头影测量结构和标志点，这些结构是颅颌面解剖结构的视觉错觉. 全世界的口腔医生参照这些结构的所谓解剖标志点，事实上是头影测量技术的加工品，另外，当双侧面结构平均产生一个单一解剖轮廓，如这个过程是平均左右下颌下缘，产生下颌平面，这样平均双侧结构产生两个问题：第一，创造的平面实际是一条线，是基于患者解剖结构的抽像化. 第二，平均结构导致失去了较多下颌升支信息，且颜面不对称患者的真实情况丢失了. 丢失了如此重要的信息来确定诊断和治疗计划是不可能的. 因此仅用二维平面的影像来反映三维体的情况存在很大的局限性，对颅面形态进行三维重建与测量分析无论对科研还是临床都有重要意义. 我们利用头颅定位X线正侧位两张平片重建了颅颌面的三维形态.

　　1材料和方法

　　1．1硬件系统带有头颅定位仪的曲面断层X光机（SIEMENS ORTHOCEPH 10s）；主机Pentium III 750；图像输入设备：扫描仪（Microtek  ScanMaker E6+TMA），扫描的分辨率为72dpi，灰阶为256级，亮度为0%~10%，图像存取格式为BMP；图像输出设备：监视器，激光打印机（HP Laser　jet４Ｍ）.

　　1．2软件系统操作系统软件：Windows 98或2000，提供应用软件运行的环境；支持软件：Photoshop7.0；Scanwizard为数字图像的输入、方位校准及存取的支持系统；功能软件：①计算机自动化X线头影测量分析系统，上海交通大学图像所协助开发，具有自动和人机交互识别头颅正侧位片上的骨性标志点，并能计算出其二维的坐标值，自动比手工和人机交互识别标志点更精确；②三维重建系统，建立在Windows 98或2000操作系统基础上，由同济大学CAD中心协助开发. 提供人机对话方式的菜单窗口界面，能够根据提供的标志点的三维坐标初步重建颅颌面的三维形态.

　　1．3头颅定位正侧位X线片的摄取拍摄时用定位仪将头颅严格定位，使眶耳平面与地平面平行. 牙齿咬合于正中合，唇部自然放松. 拍完侧位片后，头部与定位仪均向左旋转90°拍摄正位片，眶点指针尖端的位置同前. 此时仍保持眶耳平面与地平面平行.

　　1．4标志点的选取、定位及三维坐标的计算选用72个骨性标志点（颅面三维重建至少需要50个特征标志点）作为颅面硬组织的测量标志点（图1）. 将X线正侧位片经扫描、图像预处理后，采用CACAS系统及人机交互的方法分别确定正侧位片上的72个骨性特征标志点，并得出两张头影片上同一标志点的二维坐标. 根据三维坐标的重建原理：颅颌骨上任意一点均会在正位和侧位X线片上形成相应的投照点，如能在正侧位定位头颅片上分别确定出投照点的位置，根据正侧位X线片所提供的3个方向坐标及已知系统参数，即可计算出该点的真实三维坐标（图2）.

　　1．5面部轮廓的构形原理相比较而言，面部的三维复杂度要比身体其它部位的复杂度高. 从医学角度讲，至少需要保证面部约50个点的数据是准确的，这50个点就是人体头部最明显的特征点. 生成头部三维模型的基本思路是：首先生成头部特征轮廓线；再以轮廓线为基础，根据面部的特点，生成面部的三维曲面.

　　从头颅骨的模型分析可以看出：面部基本上有以下几种轮廓线(图3).

　　根据以上轮廓线生成曲面时，并不是简单的曲面拼接，还要依照曲面的走向来拼接. 仔细按照面部的纹理走向，由线构造出曲面；给视图加上灯光（最好是phong光照模型），着色，并作出基本的旋转，缩放功能，以利于观察.

　　2结果

　　我们选取72个颅面硬组织的骨性标志点，由两张相互垂直的定位头颅正侧位X线片上同一标志点的二维坐标,即可计算出该点的三维坐标. 通过B样线条的生成原理拟合出颅颌面硬组织的三维表面，并可以作出基本的旋转及缩放（图5）.

　　3讨论

　　X线头影测量技术已广泛应用于口腔正畸、正颌外科及颅颌面外科的研究和临床，并取得了巨大的发展. 但X线影像却一直局限于二维的影像上. 就定位X线片来讲，单用侧位片只能提供颅颌骨前后向和垂直向的情况，而对颅面宽度的改变和不对称畸形就较为局限. 正位片虽能反映颅颌骨左右两侧及垂直向的情况，但难以显示前后向上的情况. 人体器官包括头颅本身是三维体，仅用二维平面的影像来反映三维体的情况，多少存在着局限性.

　　颅颌骨结构的三维重建技术主要有：三维CT重建、锥型光束CT（cone beam computer tomography）、断层合成（tomosynthesis）和解剖重建四种途径［1-5］. 三维CT由于放射剂量高，费用昂贵，扫描的层面太厚对牙齿和颌骨成像较差而难以广泛应用；锥型光束CT是一种较好的颅颌面三维成像系统，射线量低、扫描时间短 、精确度高，但设备昂贵，尚未在临床应用. 我们在研究中采用了一台全景X光机，分别拍出相互垂直的正侧位头影片. 拍摄时除了采用头颅定位仪严格定位外，还使用了颅骨标志点定位器. 理想的情况下眶点与机械耳点应位于同一水平线上, 然而,在拍摄正位片时，头部或多或少会绕耳杆旋转，造成各标志点投影高度的改变, 为了纠正这种误差，我们设置了定位误差修正程序. 若正位片上眶点与机械耳点不在同一水平线上并引起其它标志点位置发生改变时，计算机可自动将各标志点的位置恢复到眶点与机械耳点在同一水平线上的情况. 用B样条曲线的生成原理拟合出颅颌面硬组织的三维表面，并可以旋转，初步重建了颅颌面的三维形态，为最终实现三维分析、三维测量奠定了基础.

　　【参考文献】

　　［1］ Herman GT, Liu HK. Three dimensimal display of human organs from computed tomograms［J］. Comp Graph Image Proc, 1979,9（1）:1-21.

　　［2］ David E, Altobelli E, John B, et al. Computer  assisted three dimensional planning in craniofacial surgery［J］. Plast Reconstr Surg, 1993,9(4):576-582.

　　［3］ Baumrind S. Integrated three demensional and craniofacial mapping: Background, principles and perspectives ［J］. Semin Orthod, 2001,7(4):223-232.

　　［4］ Mozzo P, Procacci C,Tacconi A,et al. A new volumetric CT machine for dental imaging based on the conebeam technique: Preliminary results［J］. Eur Radiol, 1998,8（3）:1558-1564.

　　［5］ Mah J, Bumann A. Technology to create the threedimensional patient record［J］. Semin Orthod, 2001,7(4):251-257.