[发明专利]基于微笑表情几何特征修饰的颜面赝复体优化模型的构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种颜面赝复体优化模型的构建方法，属于机械工程和医学工程技术领域。

背景技术

传统逆向工程建模技术主要任务是完整几何特征的再现和再设计，而非完备几何特征的测量数据建模技术侧重于通过分析已知数据的信息特点，来推知缺损区域数据的信息，最大限度地恢复缺损区原貌，在医学工程、产品设计与制造、虚拟现实、人体测量、文物保存等领域有很大的应用发展潜力，已成为近年来的一个研究热点。特别是在颜面整形和缺损修复医学领域，据统计,我国每年因肿瘤、外伤、先天畸形等原因造成颌面部缺损发病率为0.24％；而战争中,颌面部战创伤高达全部战伤的23％。利用非完备几何特征的测量数据建模技术，可以准确地构建赝复体的三维设计模型。二十世纪九十年代以来，随着多种仿真赝复材料的研制成功，磁附着固位技术，种植体技术和力学分析系统的建立以及计算机颜面赝复体辅助设计与制作系统的问世，颜面缺损的赝复已不再是简单的缺损修复，形态、色彩、质感、功能仿真修复以及功能重建已成为颜面赝复的主要发展趋势，颌面赝复技术已被发达国家列为口腔修复学标志性技术。微笑作为人类所特有的一种复杂的面部表情，是容貌美的一个重要组成部分。自然、和谐的微笑被认为是容貌美的集中动态体现，带有微笑表情的颜面形态赝复己成为颜面缺损治疗的主要目标之一。

颜面赝复体可分成对称特征和非对称特征两种。对称特征颜面赝复体：颜面的中心对称面可以用来将健康颜面的数据镜像到缺损区。2009年加拿大布雷西亚大学的Sansoni等在“3D imaging acquisition,modeling,and prototyping for facial defects reconstruction”(Proceedings of SPIE Three Dimensional Imaging Metrology 2009,San Jose CA,2009：1-8)一文中采用鼻尖、额头中及鼻梁标记点组成中心对称面进行人眼赝复，但标记点的可靠性将影响最终计算的结果。2010年意大利博洛尼亚大学的Ciocca等在“Immediate facial rehabilitation in cancer patients using CAD CAM and rapid prototyping technology:a pilot study”(Supportive Care in Cancer,2010,18(6):723-728)一文中使用通用逆向工程软件Rapidform(Korea,INUS Co.)来进行镜像操作,但这些商用软件界面设计复杂，为颜面缺损修复的医生所不容易掌握。对于非对称特征颜面赝复体的修复，全鼻缺损是较常见的临床病例。2009年意大利博洛尼亚大学的Ciocca等在“CAD/CAM bilateral ear prostheses construction for Treacher Collins syndrome patients using laser scanning and rapid prototyping”(Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering,2009,(1):1-8.)一文中使用鼻手术前预先扫描的鼻数据来进行鼻赝复体的重建，但患者一般不保存手术前的三维数据。2013年博洛尼亚大学的M.Fantini等在“Design and Rapid Manufacturing of anatomical prosthesis for facial rehabilitation”(International Journal on Interactive Design and Manufacturing(IJIDeM),2013,7(1):51-62.)一文中使用鼻数据库可以根据患者颜面形貌选择合适的参考鼻。国内学者也进行了相关的研究。2010年第四军医大学董岩博士在“汉族人外鼻三维形态数据库的建立与应用”(博士学位论文，第四军医大学，2010.)一文中筛选现有CT数据分别建立了汉族人外鼻三维形态数据库以满足计算机辅助设计鼻赝复体的需要。2010年中国协和医科大学张晋光博士等在“三维形态分析技术在半侧颜面短小患者头面部软组织三维测量及外耳再造的研究”(博士学位论文，中国协和医科大学，2010.)一文中运用三维形态分析技术进行了半侧颜面短小患者头面部软组织三维测量及外耳再造的研究。2012年上海交通大学邱憬博士等在“颌面缺损结构光三维测量与螺旋CT扫描图像的配准”(Journal of Clinical Rehabilitative Tissue Engineering Research,2010,14(39).)一文中将螺旋CT扫描重建与三维打印快速成型技术相结合应用于颜面缺损赝复。扬州大学孙进博士团队对颜面部缺损的数据采集和处理技术进行了深入的研究，取得了一系列成果。其中2011年孙进博士的“基于三维视觉测量的对称特征颜面赝复体制备方法”(专利授权号：CN101292914B)和“基于三维视觉测量的非对称特征颜面赝复体制备方法”(专利授权号：CN101292915B)分别获得国家发明专利。以上的研究考虑人体颜面的柔性以及表情变化还很少报道。2006年潘景光博士在“颌面缺损结构光三维测量与螺旋CT扫描图像的配准”(博士学位论文，第四军医大学，2006.)一文中对单侧眶缺损患者进行结构光扫描,在Geomagic软件中对单侧眶缺损患者的数字化模型进行镜像、变形构建眼眶部赝复体。其中潘景光博士采用相位测量轮廓术对正常人面部微笑表情状态进行动态过程的三维测量，为重建微笑表情的面部三维数字化模型进行了初步的研究。由此可见，目前国内外的研究更多地专注于赝复体基本形状的修复，而距离融合表情修饰的颜面形态赝复也还有相当长的距离。