[发明专利]一种保留颌骨骨折线的3D模型重构方法

说明书

技术领域

本发明属于医学图像的技术领域，涉及一种保留颌骨骨折线的3D模型重构方法。

背景技术

随着现代文明的迅猛发展，尤其是交通运输水平的不断提高，颅颌骨面创伤的发生率也逐年递增。由于人的颌骨是维持面部外形和行使口腔功能的重要结构，具有复杂的生理功能，颌骨的缺损和错位会很轻易的导致患者面部畸形，重者丧失咀嚼、语言和吞咽等口腔功能，极大地打击了患者的生理和心理健康，影响了患者的生存质量。

目前颌骨修复最主要的治疗方式为外科手术治疗，是通过对脱离或缺失的骨块重新定位，使得患者的面部得到恢复。传统的颌骨修复手术中需要花费大量的手术时间，对破损的骨块进行拼对，钛板的预弯，固定点位置的确定，这些都完全由手术医生在术中根据经验决定，具有准确性差和不易掌握等缺点。

随着计算机技术的发展，计算机辅助外科技术在外科领域有了越来越广泛的应用。医生可以根据患者CT数据重建患者头部的三维实体模型，对模型进行手术设计，模拟手术及钛板的预弯，让医生更快速、立体、准确的了解病患的骨折部位的信息。

目前重构完整模型的方法主要是镜像的方法，根据生物对称性原理，利用患者健全侧的颌骨模型，做镜像处理，获得患者缺损侧的颌骨假体模型。但是由于人颌骨结构形状复杂，缺少缺损侧的骨折信息，在实际手术过程中，很难依据假体模型将脱离的破损骨块与主骨块完全拼接，存在一定的误差，甚至完全放反，这大大延迟了手术时间，术后钛板的位置也与术前设计不相符，降低了手术的效果，个别严重的情况，很可能重新手术。可见骨折线信息对于医生预弯钛板，规划打孔位置具有重大的参考意义，如何保留颌骨缺损部位的骨折线信息，降低实际手术中的误差，减少病人的创伤，加快手术进程，成为一个重要问题。

另一方面随着3D打印技术的成熟，制作修复完整的颌骨树脂模型越来越容易，但较大的模型对仪器设备的要求也较高，难以一次性打印成型等问题依然存在，同时在打印出来的树脂模型上也难以准确表达出缺损部位的骨折线信息。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的不足之处，提供一种保留颌骨骨折线的3D模型重构方法，以期能在颌骨修复手术中，尤其是在破损骨块之间及与主骨块嵌合固定修复时，保留缺损部位的骨折线信息，从而降低手术中的误差，减少病人的创伤，加快手术进程，确保手术的效果。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

本发明一种保留颌骨骨折线的3D模型重构方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1：采集数据

对患者的整个颌骨进行CT断层扫描，获得的扫描数据按DICOM协议进行保存，从而获得DICOM数据；

步骤2：提取表面模型

利用等值面提取算法对所述DICOM数据进行提取，获得颌骨表面模型，记为S；所述颌骨表面模型S用由三角面片所构成的网格来表示；

步骤3：分割骨块

利用基于笔触绘制的渐进式交互分割方法分割所述颌骨表面模型S，获得n+1个分离的部分，将所述n+1个分离的部分称为骨块集；从所述骨块集中选取处于正常位置的骨块作为主骨块，记为M，所述主骨块M有且仅有一个；其余偏离正常位置的所有骨块作为破损骨块集，记为P＝{P₁,P₂,...,P_i,...,P_n}，P_i表示所述破损骨块集P中第i个破损骨块，n表示所述破损骨块的个数，1≤i≤n；

步骤4：破损骨块复位

步骤4.1、采用基于对称性检测方法计算所述主骨块M的主对称面，将所述主对称面的对称变换矩阵记为主对称面矩阵H；

步骤4.2、采用基于对称性检测方法计算所述第i个破损骨块P_i相对于所述主骨块M的位移，获得第i个破损骨块P_i的变换矩阵T_i；

步骤4.3、利用式(1)获得所述第i个破损骨块P_i的位移矩阵Q_i；利用所述第i个破损骨块P_i的位移矩阵Q_i对所述第i个破损骨块P_i进行处理，获得所述第i个破损骨块P_i恢复正常位置时的拟正常骨块Q(P_i)；

Q_i＝T_i·H(1)