摘要：针对国内种牙手术中普遍存在的依赖医生(2)
2013-07-15 01:12
导读：针对目前国内牙种植的现状和世界种牙技术的发展趋势，基于医学图像处理、三维模型重建、复杂产品快速设计与快速制造等工程技术，构建精确种牙技术
针对目前国内牙种植的现状和世界种牙技术的发展趋势，基于医学图像处理、三维模型重建、复杂产品快速设计与快速制造等工程技术，构建精确种牙技术体系，重点研究利用现代设计和制造技术解决其中的种牙方案制定、数据处理、导板设计、导板制造等关键问题，使先进的工程技术在种牙中得到应用，提高牙种植的精确性、手术效率和质量，减小手术过程中对医生经验的依赖，实现精确种牙，并为国内精确外科手术的发展提供借鉴。
1 精确种牙体系框架
精确种牙是利用图像处理、三维模型重建、曲面与实体造型设计、有限元分析等现代设计技术和快速成形、数控加工等现代制造技术，基于三维计算机模型和快速成形的实体模型以及手术辅助导板，辅助完成种牙的外科手术，使手术基于一定的理论计算和分析，并通过一系列精度保障方案得到精准实施。
精确种牙需要在医生、患者和工程技术人员的协作和参与下，以计算机断层扫描(Computerizedtomography，CT)／核磁共振(Nuclear magnetic resonanceimaging，MRI)图像设备、计算机工作站、快速成形设备、三维激光扫描设备、图像处理软件、三维设计和有限元分析软件等软硬件为基础，，将医学图像获取、模型重建、导板设计与制造等功能模块统一在一个平台下，实现其总体流程和框架，如图2所示。前期的诊断、石膏模型制作、CT测量由医生完成，然后在医生的指导下进行医学图像数据处理、数据分离和人体组织三维重建；在此基础上进行手术方案设计，通过有限元分析、骨量测量等确定种牙的数量、角度、深度等参数并设计出手术导板；然后利用快速成形技术和数控加工技术制造出导板基体和钻套；最后由医生在导板的支持下完成植入手术。另外，在方案设计和手术模拟时，可以通过快速成形技术制造出患部的骨骼模型，医生可以在此模型上进行外科手术的预演，以检验所设计的方案可行性，并提高医生手术的效率。虽然现在通过软件进行虚拟种牙的修复设计已经可以实现，但医生在面弓、咬合架等工具的辅助下进行修复设计仍然是比较常用、有效的方法。因此在术前通过医生获取患者口腔表面数据做成石膏模型，在此基础上进行缺失牙的修复，获得未来修复后的牙冠数据，用于加工修复牙冠，可以加速种植牙修复的进程。另外，为了得到口腔表面和修复石膏模型比较精确的CT图像，需要对修复石膏模型进行显影处理，一般是在其中加入一定比例的硫酸钡作为显影剂。
（转载自http://www.ＮＳＥＡＣ.com中国科教评价网） 2 精确种牙体系中的设计技术
2．1 口腔的三维模型重建CT／MRI由于支持组织的三维重建，是近年来应用最广泛的医学图像之一，国内外对基于CT／MRI的组织三维重建进行了广泛而深入的研究，在图像配准、融合、感兴趣区域(Region ofinteresting，ROI)提取、三维生长与分离等核心算法方面取得了丰富的研究成果，这些算法已在相关的图像处理和三维重建软件中实现，如比利时口腔组织三维重建流程如下所述。
(1)放射板设计：由牙医根据患者口腔病变情况制定修复计划，设计并制作出修复放射模板，该模型是医生在咬合架上根据患者口腔的结构和缺牙情况制作出可以用于CT扫描的假牙(含部分硫酸钡在CT中显影)。通过佩戴l临时假牙，为种植与修复之间架起桥梁，得到美观修复的效果。
(2)数据测量：分剐测量口腔(自然咬合状态)、口腔加戴放射模板的CT图像，以及放射模板的三维表面点云数据。
(3)组织重建：CT图像利用Mimics软件进行三维重建，得到颌骨和牙齿等硬组织的三维模型，放射模板的点云数据则用专业的反求工程软件如Geomagic进行处理。然后通过三维模型间的布尔运算，得到口腔黏膜组织的表面模型。由于CT扫描存在切层厚度问题，因此牙齿特别是咬合面的细节很难通过CT精确重建，而通过三维激光扫描修复放射模型得到的点云数据可以重建出精确的牙齿形状。7重建的三维模型可以通过快速成形三角网格文件(Sterolithography,STL)格式输出到3-marie、MagicRP、Geomagic等基于三角网格的软件中进行设计和修改，用于设计种牙导板，也可以直接将STL文件输出到快速成形机中用于物理模型的制作。
