三維模擬與重建技術在整形外科中的應用

李俊　李倩

隨著生活質量水平的提高，人們對體貌的要求也越來越高，對于因交通事故、外傷、腫瘤等原因導致的體貌不佳以及美容等原因，選擇整形外科來改善體貌缺陷的人越來越多。整形外科手術中的設計及方法受個人習慣、經驗等主觀因素影響，效果不具有預見性，隨意性和盲目性較大，同時還是一個醫療糾紛高發的學科。隨著計算機技術的發展，三維模擬與重建技術在整形外科中的應用也越來越廣泛，包括用于人體組織結構的建模、軟組織的模擬和手術虛擬環境的建立?，F就其應用綜述如下。

1三維模擬與重建技術在顱頜面部整形手術中的應用

三維重建技術應用于顱頜面外科最早見于1983年Hemmy的研究[1]。在顱頜面部外傷后，特別是一些嚴重的、粉碎性外傷，X線片或者CT無法直觀地顯示骨折和骨性碎片的位置，但進行三維重建后能夠使骨性缺損變得可視化，為骨移植物的形態、數量、大小等方面提供有用的信息，并能精確定位骨移植物的移植位置[2]。對于顱頜面部腫瘤，三維重建也有較多的應用，相鄰骨破壞的程度及腫瘤侵犯情況能有較多反映，輔助設計手術計劃。下頜角截骨手術目前在顱頜面部整形手術中占絕大多數，作為下頜角分型及截骨的參考依據，除了術前常規檢查外，還要拍攝面部正側位照片，以及顱正側位X線片和下頜曲面體層X線片[3]，檢查下頜角的肥大、外翻的程度，測量上、中、下面部的寬度以及下頜角的角度等[4]。由于二維影像數據很難設計出完全適合患者情況的截骨量和截骨線，具體操作時還主要依靠醫師的經驗[5]，這就會出現數據相差較大的問題。應用多層螺旋CT后對這一問題有了很大程度的解決[6-7]，通過三維重建，不但有一個直觀立體的三維圖像，而且還可以對三維圖像任意角度、任意平面的拆分。

2三維模擬與重建技術在軟組織深部血管瘤診療中的應用

血管瘤是整形外科的常見病，常規CT或MRI檢查即能確診，可以顯示瘤體的層次、范圍，但對細小異常血管通道的顯影欠佳[8]。三維重建可以提供瘤體的層次、范圍、異常交通血管及鄰近的重要器官，包括關節、眼眶等的情況，指導治療方法的選擇。在三維重建圖像的引導下，可以將銅針準確地留置在血竇內，并有目的地栓塞主要營養回流血管，降低血液流量，使后期硬化治療的藥物有效地分布在病灶內，防止產生的栓子隨血液流動而產生四肢或近端血管栓塞的嚴重并發癥。同時，三維圖像也可以提供眼眶及骨關節的累及情況，為術前評估手術風險，把握好手術禁忌證及手術時間提供依據。

3三維模擬與重建技術在乳房整形手術中的應用

對于乳房體積的精確測量在部分乳房整形手術中至關重要，但是乳房是一個不規則形狀的組織，彈性及敏感性較大，被按壓后形狀非常容易改變，而且其乳房體積也會發生相應的改變[9-11]，另外乳房上緣的邊界不明顯，無法明確其邊界[11]，同時胸大肌發育的程度在視覺上會影響乳房體積，以上各因素均影響了對乳房體積的準確測量。三維模擬和重建的方法可以準確測量雙側乳房的體積及體積差，為乳房假體的挑選提供客觀依據，同時利用三維重建可以直接測量乳房底面的直徑及高度，為臨床乳房假體形狀及型號的選擇起指導作用。

因胸壁肌肉缺損或胸廓畸形導致的雙側乳房不對稱患者而言，由于錯覺的原因，術后患側乳房會顯得比健側乳房大許多，采用三維模擬的方法，可以從三維各個角度進行調整，盡量使兩側乳房達到視覺上的基本對稱。對于乳房假體置入術后需要更換乳房假體的患者而言，了解原乳房假體的型號是十分必要的，但由于時隔太長或當時相關資料不詳盡導致大部分患者都無法提供原有乳房假體的資料，這為再次手術選擇乳房假體帶來了困難。利用三維重建技術可以在術前精確測量出患者已置入乳房假體的大小。另外，對于一些雙側乳房不對稱的巨乳患者，術前通過三維重建的方法對患者進行乳房體積測量，對術中切除的組織量有指導作用，術后使雙側乳房盡量對稱。

4三維模擬與重建技術在皮瓣移植中的應用

皮瓣移植是整形外科對人體組織、器官的缺損、畸形進行修復和重建的最主要方法之一，是修復各種先天性、創傷性及感染性的缺損和畸形以及人體組織、器官功能重建的最基本手段之一。利用血管三維重建技術獲取不同部位組織瓣及相關術區重要血管解剖信息，為創面修復與器官再造手術方案的設計提供了一種的新的輔助檢查手段。如今，通過專業計算機，對組織瓣營養血管三維信息進行分析和圖像重建，使得手術醫師在術前就掌握了重要而準確的皮瓣源血管和穿支血管的解剖特征。如：通過計算穿支血管穿出深筋膜的位置與軀體標志物的距離來精確定位血管穿出點，通過軟件測量血管直徑，重建血管明確血管走形等，為組織瓣的設計、術中解剖、術后存活判定提供了客觀而準確的依據。

目前臨床中廣泛應用的組織瓣，如：胸背動脈及其穿支、腹壁下動脈及其穿支、旋股外動脈降支及其穿支，其穿支血管的類型、解剖位置、數量、血管口徑、分支分布范圍及血管蒂長度等要素均不恒定[12-13]，術中易出現血管識別錯誤而造成穿支血管和周圍組織的損傷[14]，術后皮瓣血供不佳，變薄、纖維化，甚至部分缺血壞死[15]，極大地影響了手術操作和術后效果。對于有先天性發育畸形、手術、外傷等可能導致血管解剖特征異常病史的患者，術前受區血管的評估尤其重要。

5三維模擬與重建技術在唇腭裂治療中的應用

先天性唇腭裂是頜面部畸形中常見的一類疾病，對兒童正常的心理成長起到很大的影響，隨著治療觀念的不斷進展，正畸與矯形已經成為唇腭裂治療中一個重要的環節。傳統的矯形外科是在二維空間上進行分析的，但人的頜面結構并非左右完全對稱，因此預測精度會受到限制。利用三維圖像重建技術，可以立體、直觀、細致地顯示三維解剖結構，進行體積重建、表面重建，精確測量選型區域的面積和體積，可以準確模擬正頜手術并能對術后效果進行評價[16]。

6三維模擬與重建技術在陰莖整形手術中的應用

陰莖是男性重要的器官，因先天畸形、外傷、手術等原因導致其完全或部分缺失，會造成男性生理上及心理上的障礙，因此，從形態及功能上恢復正常對于患者的生活及心理恢復起重大作用。因涉及到術后功能及外觀的雙重要求，手術的難度較高，三維模擬與重建技術的參與使得陰莖整形手術的設計方案、治療效果更具有預見性。陳華等[17]利用三維軟件，重建成人陰莖及其毗鄰結構的三維模型，虛擬陰莖的一些整形手術，指導臨床醫生選擇創傷最小、效果最好的治療方案。

三維重建技術是將獲取的患者數據用圖形工作站進行處理后，達到可視化，并能將重建的組織進行動態觀察及分析。隨著計算機技術的不斷發展，因三維模擬與重建技術的可重復性、準確性及操作便捷性，使其在整形外科中得到越來越廣泛的應用。計算機輔助外科手術計劃和結果預測系統，可以通過對醫學圖像數據的收集，輔助手術方案的制定，幫助進行術中監護，對于選擇最佳的手術途徑、減少對臨近組織的損害、提高手術定位的精確度、減小手術的損傷和提高手術的成功率等均具有指導作用，并起到降低手術費用、改善治療效果等作用，符合衛生經濟學的要求及發展。但是在實際應用中，仍存在一些亟待解決的問題：①對三維掃描儀器設備的要求較高，目前只能在一些大型醫院內開展，不利用醫學資源的共享；②對相關從業人員有一定專業技術要求及操作技能上的條件限制，具有相關資質的人員較少，同時可能因操作者的失誤導致三維成像不良，從而不能準確反映手術區域，無法起到指導手術的作用；③手術效果的預估與模擬在最終達成的結果之間不可避免地存在一些差別，手術醫師若過分依賴，使得患者術前期望值過高，術后可能會導致患者失望。總之，三維模擬與重建技術應用于整形外科作為一門新興發展學科，促進了整形外科的發展，同時也存在一些問題需要解決，相信隨著計算機技術與整形外科技術的不斷發展，這些問題將會得到良好的解決。

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[收稿日期]2012-05-22[修回日期]2012-07-30

編輯/李陽利