颌面CAS设计中若干关键问题研究

The system of CAS, as an important technique in the field of Stomatology, is pushing the Science of Oral and Maxillofacial Surgery towards digitization and precision. Yet there are some crucial problems which impede the application and development of CAS system, among them are the unnecessary radiation injuries made to the patients when obtaining data by the current CT scanning method, the difficulties in the determination of reference plane in the design of surgery plan, and the problems in the prognosis of post-surgery apperance. Based on our former work, this project is to adopt the LDCT technique to abtain 3-D data of the oral and maxillofacial region, then screen out proper scan parameters and denoising algorithm by feasibility assessment. The clinical trials will be implemented when the safety is confirmed, and thus establish a sound and stable LDCT scanning method in the Oral and Maxillofacial CAS. Then, NHP calibration based on standard photographs will be explored and automatic calibrating software will be developed. Analysis on the post-surgery NHP change law will be carried out, followed by the evaluation of the feasibility of surgery plan design according to such law. The ANN model will be designed properly on the basis of oral and maxillofacial defect and malformation data base, and through optimization training help them grasp the post-surgery change law of oral and maxillofacial soft tissues, and achieve the prognosis of post-surgery appearance by the ANN system. Finally comes to the clinical application, and the intergration of the techniques discussed above will provide scientific guidances to the oral and maxillofacial surgery plan making.

CAS系统使颌面外科向数字化精确化方向前进，是口腔医学领域的一项重要新技术；然而仍存在一些关键问题影响其应用与发展，如现有CT扫描方法获取数据时可能对患者造成不必要的放射损伤、手术方案设计中参照基准不易确定、较难准确预测术后容貌等。基于以往的工作基础，本项目拟采用LDCT技术获取颌面三维数据，通过可行性评价筛选出适当的扫描参数与去噪算法，安全性得到确认后进行临床应用验证，建立科学合理的颌面CAS中LDCT扫描方法；然后探索以标准照片为基准实现NHP的校准，编写自动校准软件，在此基础上对颌面手术后NHP的变化规律进行分析，进而评价结合此规律进行手术方案设计的可行性；在建立颌面缺损畸形病例资料数据库的基础上，设计适当的ANN模型，通过训练优化使其基本掌握颌面软组织术后三维形态变化规律，构建ANN系统实现颌面手术的容貌预测；最后开展临床应用，综合本研究成果为颌面手术制定合理治疗计划提供科学指导。

计算机辅助手术技术可以为口腔颌面外科治疗提供更好的功能和美学效果，使手术方案能够更为准确的复制到术中，也使手术操作更为便利，使患者满意度增加，然而仍存在一些问题影响其应用与发展，如普通CT扫描方法获取数据时可能对患者造成不必要的放射损伤、手术方案设计中参照基准不易确定、现有三维牙颌融合模型建立方法比较复杂存在较大误差、较难准确预测术后容貌等。本项目针对上述关键问题开展系列研究。首先分析不同扫描参数下获取的颌面部软硬组织三维模型表面形态的差异，对LDCT扫描用于重建颌面部软硬组织三维模型的可行性进行了研究，筛选出适宜的扫描参数；通过扫描标准头部剂量模体，检测该扫描参数下的实际放射剂量；然后对临床实际应用进行评价，探索出颌面部软硬组织三维模型重建中CT扫描的最佳参数，初步确定了科学合理的颌面CAS中LDCT扫描方法。本项目建立了一种简易通用，且不对患者头部附加任何装置的三维模型NHP记录与校正方法，搭建了NHP标准照片的拍摄平台，编写自动校准软件，以患者处于完全放松状态时的NHP正面照片为基准，对3dMD face 扫描仪拍摄的三维面部照片进行NHP校正，最终利用经校正的三维面部照片将颌面部CT三维模型校准至NHP，明确了具有代表性的颌面缺损畸形手术后NHP的变化规律，并结合此规律进行了手术设计。通过本项目还探索出一种新的三维牙颌融合模型建立方法，能够精确简便地实现正常咬合状态下牙颌融合模型的配准与融合，并对所建立的融合模型精度进行了评价，在此基础上对临床张口受限患者采集牙列信息的方法进行了改进，创立了一种分段取模计算机配准组合获取完整牙列模型的方法，并对此方法的精度进行评价，为其临床应用提供指导了依据。通过本项目的研究初步构建了颌面手术容貌预测ANN系统，进行了颌面手术的术前容貌预测。通过本项目研究所建立的几种方法，均已在临床实践中得到应用，有效减少了患者的辐射危害，简化了设计过程，提高了手术精度，保证了治疗效果。