三维模拟与重建技术在整形外科中的应用

李俊　李倩

随着生活质量水平的提高，人们对体貌的要求也越来越高，对于因交通事故、外伤、肿瘤等原因导致的体貌不佳以及美容等原因，选择整形外科来改善体貌缺陷的人越来越多。整形外科手术中的设计及方法受个人习惯、经验等主观因素影响，效果不具有预见性，随意性和盲目性较大，同时还是一个医疗纠纷高发的学科。随着计算机技术的发展，三维模拟与重建技术在整形外科中的应用也越来越广泛，包括用于人体组织结构的建模、软组织的模拟和手术虚拟环境的建立。现就其应用综述如下。

1三维模拟与重建技术在颅颌面部整形手术中的应用

三维重建技术应用于颅颌面外科最早见于1983年Hemmy的研究[1]。在颅颌面部外伤后，特别是一些严重的、粉碎性外伤，X线片或者CT无法直观地显示骨折和骨性碎片的位置，但进行三维重建后能够使骨性缺损变得可视化，为骨移植物的形态、数量、大小等方面提供有用的信息，并能精确定位骨移植物的移植位置[2]。对于颅颌面部肿瘤，三维重建也有较多的应用，相邻骨破坏的程度及肿瘤侵犯情况能有较多反映，辅助设计手术计划。下颌角截骨手术目前在颅颌面部整形手术中占绝大多数，作为下颌角分型及截骨的参考依据，除了术前常规检查外，还要拍摄面部正侧位照片，以及颅正侧位X线片和下颌曲面体层X线片[3]，检查下颌角的肥大、外翻的程度，测量上、中、下面部的宽度以及下颌角的角度等[4]。由于二维影像数据很难设计出完全适合患者情况的截骨量和截骨线，具体操作时还主要依靠医师的经验[5]，这就会出现数据相差较大的问题。应用多层螺旋CT后对这一问题有了很大程度的解决[6-7]，通过三维重建，不但有一个直观立体的三维图像，而且还可以对三维图像任意角度、任意平面的拆分。

2三维模拟与重建技术在软组织深部血管瘤诊疗中的应用

血管瘤是整形外科的常见病，常规CT或MRI检查即能确诊，可以显示瘤体的层次、范围，但对细小异常血管通道的显影欠佳[8]。三维重建可以提供瘤体的层次、范围、异常交通血管及邻近的重要器官，包括关节、眼眶等的情况，指导治疗方法的选择。在三维重建图像的引导下，可以将铜针准确地留置在血窦内，并有目的地栓塞主要营养回流血管，降低血液流量，使后期硬化治疗的药物有效地分布在病灶内，防止产生的栓子随血液流动而产生四肢或近端血管栓塞的严重并发症。同时，三维图像也可以提供眼眶及骨关节的累及情况，为术前评估手术风险，把握好手术禁忌证及手术时间提供依据。

3三维模拟与重建技术在乳房整形手术中的应用

对于乳房体积的精确测量在部分乳房整形手术中至关重要，但是乳房是一个不规则形状的组织，弹性及敏感性较大，被按压后形状非常容易改变，而且其乳房体积也会发生相应的改变[9-11]，另外乳房上缘的边界不明显，无法明确其边界[11]，同时胸大肌发育的程度在视觉上会影响乳房体积，以上各因素均影响了对乳房体积的准确测量。三维模拟和重建的方法可以准确测量双侧乳房的体积及体积差，为乳房假体的挑选提供客观依据，同时利用三维重建可以直接测量乳房底面的直径及高度，为临床乳房假体形状及型号的选择起指导作用。

因胸壁肌肉缺损或胸廓畸形导致的双侧乳房不对称患者而言，由于错觉的原因，术后患侧乳房会显得比健侧乳房大许多，采用三维模拟的方法，可以从三维各个角度进行调整，尽量使两侧乳房达到视觉上的基本对称。对于乳房假体置入术后需要更换乳房假体的患者而言，了解原乳房假体的型号是十分必要的，但由于时隔太长或当时相关资料不详尽导致大部分患者都无法提供原有乳房假体的资料，这为再次手术选择乳房假体带来了困难。利用三维重建技术可以在术前精确测量出患者已置入乳房假体的大小。另外，对于一些双侧乳房不对称的巨乳患者，术前通过三维重建的方法对患者进行乳房体积测量，对术中切除的组织量有指导作用，术后使双侧乳房尽量对称。

4三维模拟与重建技术在皮瓣移植中的应用

皮瓣移植是整形外科对人体组织、器官的缺损、畸形进行修复和重建的最主要方法之一，是修复各种先天性、创伤性及感染性的缺损和畸形以及人体组织、器官功能重建的最基本手段之一。利用血管三维重建技术获取不同部位组织瓣及相关术区重要血管解剖信息，为创面修复与器官再造手术方案的设计提供了一种的新的辅助检查手段。如今，通过专业计算机，对组织瓣营养血管三维信息进行分析和图像重建，使得手术医师在术前就掌握了重要而准确的皮瓣源血管和穿支血管的解剖特征。如：通过计算穿支血管穿出深筋膜的位置与躯体标志物的距离来精确定位血管穿出点，通过软件测量血管直径，重建血管明确血管走形等，为组织瓣的设计、术中解剖、术后存活判定提供了客观而准确的依据。

目前临床中广泛应用的组织瓣，如：胸背动脉及其穿支、腹壁下动脉及其穿支、旋股外动脉降支及其穿支，其穿支血管的类型、解剖位置、数量、血管口径、分支分布范围及血管蒂长度等要素均不恒定[12-13]，术中易出现血管识别错误而造成穿支血管和周围组织的损伤[14]，术后皮瓣血供不佳，变薄、纤维化，甚至部分缺血坏死[15]，极大地影响了手术操作和术后效果。对于有先天性发育畸形、手术、外伤等可能导致血管解剖特征异常病史的患者，术前受区血管的评估尤其重要。

5三维模拟与重建技术在唇腭裂治疗中的应用

先天性唇腭裂是颌面部畸形中常见的一类疾病，对儿童正常的心理成长起到很大的影响，随着治疗观念的不断进展，正畸与矫形已经成为唇腭裂治疗中一个重要的环节。传统的矫形外科是在二维空间上进行分析的，但人的颌面结构并非左右完全对称，因此预测精度会受到限制。利用三维图像重建技术，可以立体、直观、细致地显示三维解剖结构，进行体积重建、表面重建，精确测量选型区域的面积和体积，可以准确模拟正颌手术并能对术后效果进行评价[16]。

6三维模拟与重建技术在阴茎整形手术中的应用

阴茎是男性重要的器官，因先天畸形、外伤、手术等原因导致其完全或部分缺失，会造成男性生理上及心理上的障碍，因此，从形态及功能上恢复正常对于患者的生活及心理恢复起重大作用。因涉及到术后功能及外观的双重要求，手术的难度较高，三维模拟与重建技术的参与使得阴茎整形手术的设计方案、治疗效果更具有预见性。陈华等[17]利用三维软件，重建成人阴茎及其毗邻结构的三维模型，虚拟阴茎的一些整形手术，指导临床医生选择创伤最小、效果最好的治疗方案。

三维重建技术是将获取的患者数据用图形工作站进行处理后，达到可视化，并能将重建的组织进行动态观察及分析。随着计算机技术的不断发展，因三维模拟与重建技术的可重复性、准确性及操作便捷性，使其在整形外科中得到越来越广泛的应用。计算机辅助外科手术计划和结果预测系统，可以通过对医学图像数据的收集，辅助手术方案的制定，帮助进行术中监护，对于选择最佳的手术途径、减少对临近组织的损害、提高手术定位的精确度、减小手术的损伤和提高手术的成功率等均具有指导作用，并起到降低手术费用、改善治疗效果等作用，符合卫生经济学的要求及发展。但是在实际应用中，仍存在一些亟待解决的问题：①对三维扫描仪器设备的要求较高，目前只能在一些大型医院内开展，不利用医学资源的共享；②对相关从业人员有一定专业技术要求及操作技能上的条件限制，具有相关资质的人员较少，同时可能因操作者的失误导致三维成像不良，从而不能准确反映手术区域，无法起到指导手术的作用；③手术效果的预估与模拟在最终达成的结果之间不可避免地存在一些差别，手术医师若过分依赖，使得患者术前期望值过高，术后可能会导致患者失望。总之，三维模拟与重建技术应用于整形外科作为一门新兴发展学科，促进了整形外科的发展，同时也存在一些问题需要解决，相信随着计算机技术与整形外科技术的不断发展，这些问题将会得到良好的解决。

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[收稿日期]2012-05-22[修回日期]2012-07-30

编辑/李阳利