关键词： 颅面外科；颅面畸形；计算机辅助三维手术设计

　　摘　要：目的　探讨正常颅面结构内在美学规律、研究复杂颅面畸形的解剖结构特征及其整复手术设计方法。方法　建立了颅颌面外科三维诊断分析和手术设计计算机系统（3DCMFCADS），并将系统应用于正常颅面分析和颅面畸形整复手术设计。结果　所建系统整机运行稳定，测量分析误差微小，精密度最大变异系数仅1.92%，手术模拟设计和构建的移植体或植入体三维模型形态逼真、参数准确。所建系统和方法的优特点表现在：①可同时显示硬、软组织结构并对其进行三维测量分析和手术模拟设计。②可显示颅面立体结构；可定性和定量地诊断分析颅面畸形；可进行手术模拟并设计移植或植入修复体三维模型。③可利用国内较普及的CT扫描机和微型计算机设备开展工作，系统操作方法易于为外科医生掌握使用，具有临床实用性。④定量诊断和手术设计的准确性、精密度高，且具有客观性。结论　3DCMFCAD系统和方法的建立为颅面畸形形成机制研究、诊断分析、手术设计和疗效评价提供了新的科学方法和理论依据。

　　20世纪80年代以来，随着计算机科学和CT影像学技术日新月异的发展及其在颅面外科领域的应用，出现了以CT影像为信息源的计算机三维诊断分析、手术设计系统技术［1,2］，颅面外科诊断和治疗模式在此项技术推动下正发生着重大变革。作者应用计算机图形图像处理技术和CT影像学技术，开发专用程序，建立了颅面外科三维诊断分析、手术设计计算机系统(3DCMFCADS)，旨在为颅面畸形临床诊治和基础研究提供新的科学方法和技术手段。

  　1　材料与方法

　　1.1　硬件设备

　　1.2　软件系统

　　系统操作平台为DOS6.22和WINDOWS3.11。应用软件包括测量程序、手术设计、植入修复体三维构建程序，测量程序和图像处理软件在WINDOWS环境中运行。手术设计和三维重建程序建立在DOS6.22基础上，采用C语言编程。

　　1.3　研究对象和方法

　　取完整的成人头颅标本，分别对其进行直接测量和三维CT影像测量，检测所建系统三维测量诊断的准确性、精密度以及系统的稳定性。将所建系统应用于正常青年颅面三维测量分析和颅面畸形患者的三维测量诊断、手术设计及移植组织或植入体三维模型设计。

　　1.4　系统基本工作原理

　　1.4.1　图象采集、处理和三维测量诊断分析　图象采集和处理采用统一规范方法［3］。运行三维测量程序对颅面结构二维和三维CT图像进行平面、空间距离、角度、面积和体积的测量计算，以实现颅颌面立体结构的定量化分析和诊断。

　　1.4.2　手术设计　根据畸形性质采用屏幕交互式方法和局部互补色镜像法模拟设计手术，后者的算法原理为：以镜像后正常图像为匹配模板，模板可在一定角度（±θ）范围内旋转，特定区域自动匹配即在此范围内进行。将匹配模板和待匹配区两块图像以不变矩来描述，两图像不变矩构成的矢量计为

　　则有:

　　选取D最小值时的一对匹配位置作为匹配最优结果。以此算法逐层匹配完成镜像法手术模拟设计，明确缺损畸形性质、范围、形态、大小及所需采取的截骨、植骨、生物材料植入修复的手术方案。

　　1.4.3　移植组织或植入修复体三维模型构建　以颅颌面骨、软组织缺损形态作为移植组织或植入体的原型，先根据最优化镜像匹配、影像标识，提取各断层影像中骨骼和软组织缺损的二维形态。由于颅颌面骨、软组织形态和缺损的复杂多样性，需用基于特征点自适应采样的算法进行CT断层三维内插。将初步构筑的三维模型的轮廓点、线构造成有向轮廓面，形成实体线框模型。再将模型坐标转换成观察点坐标，将坐标系中的点映射到投影平面。继之形成光照模型、RGB颜色模型。采用二维高斯平滑算子滤波处理，最后形成具有平滑曲面外观的移植或植入体三维模型。其矢状、冠状轴向径值、任意平面截面积及体积等几何参数通过三维测量获得。

责任编辑：姚红祥