顱頜面外科手術術前預測模擬相關技術研究

《顱頜面外科手術術前預測模擬相關技術研究》是依託四川大學，由郭際香擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：顱頜面外科手術術前預測模擬相關技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：郭際香
• 依託單位：四川大學

項目摘要

隨著計算機輔助正頜外科技術的發展，研究分析顱頜面軟硬組織模型及形態，已經成為顱頜面外科手術治療的重要組成部分。軟硬組織的三維建模、測量分析及手術效果仿真，為最佳化手術方案、增進醫患交流提供了重要的參考依據。其中軟組織容貌的預測尤為重要。本項目將重點研究如何實時、準確地反映骨骼移位、缺失、填充造成的軟組織形變模擬的相關關鍵技術問題，並建立一個完整的顱頜面術前輔助模擬預測平台。重點研究建立一種理想的軟硬組織三維數據模型，既能真實體現頜面軟硬組織的解剖結構，軟硬組織附著關係，又能直接套用於建立面部軟組織模型。重點研究顱頜面生理特性，分析現有的物理形變算法，建立多層軟組織物理形變模型，以實時精確地顯示骨組織重置導致的顱頜面容貌變化。並進一步在臨床實際套用中，驗證預測模型的準確性，對形變模擬加以改進完善。若研究目標能夠順利實現，將在計算機輔助頜面外科術前設計與術後評估方面都具有重要的套用價值。

結題摘要

本項目研究和分析了顱頜面軟硬組織模型及形態，包括軟硬組織的三維建模、測量分析及手術效果仿真，為最佳化手術方案、增進醫患交流提供參考依據。本項目詳細研究了如何實時、準確地反映骨骼移位、缺失、填充造成的軟組織形變模擬的相關關鍵技術問題，並建立了一個顱頜面術前輔助模擬預測平台。首先，本項目研究了軟硬組織三維模型生成技術，針對面部皮膚的特殊結構，提出了一種基於3D掃描數據生成體格線的方法(簡稱為ST算法)，該算法保證了面部軟組織的結構特性，並且生成的模型可以直接作為後續形變的幾何模型套用於建立軟組織形變模型。其次，在形變模型方面，本項目分析了傳統的質點彈簧算法和有限元算法，質點彈簧模型雖然易於實現但是算法精度不高，而有限元方法雖然計算量大但算法精度高，本項目通過設計實驗分析了兩種方法模擬皮膚組織的效果，在模擬預測平台中採用有限元方法作為形變建模方法。最後，本項目基於C++語言，OpenGL圖形開發包和QT用戶界面應用程式開發框架設計搭建了顱頜面術前輔助模擬預測平台，並通過真實數據的實驗驗證了顱頜面外科手術術前輔助模擬預測系統。