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文档简介
1、半邊小臉症之三維網格模型重建與分析系統指導老師:萬書言 副教授姓名:王俊富13D Mesh Model Reconstruction and Analysis System for Craniofacial Microsomia第1页,共23页。大綱背景動機目的相關文獻探討研究方法時程表參考資料2第2页,共23页。背景(1/3) - 二維測顱術 vs. 三維重建由於現代人對外觀越來越重視,為了讓顱顏有缺陷的患者不感到自卑,顱顏修復手術就顯得相當重要。在顱顏修復過程中,大多數顱顏醫生都欠缺三維模型的建立,仍以二維測顱術來定量人類頭部。但測顱術的基本限制在於僅能做二維的評估,而建構三維顱顏模型能提
2、供更可靠的量測結果,也能讓醫生從不同角度及曲面對病患進行評估。特別針對半邊小臉症的患者建立三維顱顏模型。3第3页,共23页。背景(2/3) - 淺談半邊小臉症半邊小臉症 (Hemifacial microsomia或Craniofacial microsomia)是指臉的一邊發育不良,看起來比正常側小。通常有下列三種組織或器官患有不同程度的發育不全:顏面骨骼耳朵皮膚、肌肉、神經發育不全 或嘴唇側裂導致大嘴症。4第4页,共23页。背景(3/3) - 半邊小臉症治療方式由於這種病波及的組織器官較多,程度可由輕微到很嚴重,因此治療原則是依各部位畸形而有所不同:顏面骨骼部分:可用下顎骨延長牽引術,運用
3、內或外固定器的牽引來改善臉型不對稱。耳部畸形:較輕微的外耳畸形手術比較簡單,不必經過多次手術。較為嚴重者可能需接受整個耳朵的重建;目前以永田悟醫師(Dr.Satoru Nagata)的兩階段重建方式為主。軟組織部分:皮膚、肌肉、神經的缺損可使用神經移植、肌肉移植等方法來加以改善。5第5页,共23页。動機(1/2)市面上三維醫學軟體大多昂貴且複雜操作,因此大部分醫生仍以二維測顱法評估,不過二維得到的資訊有限,若能提供醫生一套簡單操作且有效建構三維模型系統,醫生在診治過程中也能多一種參考方式。大多數顱顏患者的治療方式是以對稱鏡射的方式治療,不過半邊小臉症不但不對稱甚至整個臉會歪斜不正,因此無法以對
4、稱鏡射方式預估手術成果,所以提供一個平台讓醫生操作並能夠大略展現手術後成果。6第6页,共23页。動機(2/2)雖然手術前醫生對於手術的流程結果都很清楚,但病患卻無法得知手術後自己將變成如何。若能提供一個平台建立出病患手術前的三維模型,並且讓醫生在平台上進行修補的動作,使病患能在手術前能看到手術後大略的模樣,也會對手術的過程比較安心。7第7页,共23页。目的提供平台建構出三維模型,並供醫生調整工具調整模型,再以正常人臉表面比較。以CT或MRI影像建構三維影像,並對三維影像進行分割(Segmentation),找出軟組織及硬組織表面。分別建構出軟組織及硬組織的可調整網格模型。建立調整硬組織時軟組織
5、的相對關係。以解剖學及法醫學的觀點以調整後的硬組織建立出正常人的臉部表面。8第8页,共23页。相關文獻探討(1/4)二維測顱術:主要是以二維的影像描繪病患顱顏的前方、右側或左側的型態。優點:方法簡單缺點:受二維限制僅能看單一方向沒辦法表現整體三維可看不同角度,能觀察表面曲度,甚至能做放大縮小(Scaling)、旋轉(Rotation)及位移(Translation)的操作。9第9页,共23页。相關文獻探討(2/4)從正面與側面兩張人臉影像重建三維頭部模型2: 先找出臉部五官特徵位置對應到人臉通用模型上調整正面與側面影像的亮度值投影到三維模型上優點:只須兩張二維影像缺點:三維模型會失真要針對半邊
6、小臉症患者建構模型,因此要符合真實情形。10第10页,共23页。相關文獻探討(3/4)A System for Facial Reconstruction using Distraction and Symmetry Consideration3:透過Distraction與Symmetry的方式讓非對稱的臉轉換為對稱的臉,並建構成三維模型。Distraction是對下顎骨做逐步拉扯的動作並增加或移除組織及骨頭,使整個臉型能趨近於對稱。Symmetry是用鏡射(Mirroring)的方式,先隨機產生一平面,再計算兩邊特定組織結構的加總,根據產生結果再決定平面要往哪邊移動,找出平面後再以正常的一
7、邊映射到受創的一邊。11第11页,共23页。相關文獻探討(4/4)優點:結果不錯。缺點:非專業醫生,無法對下顎骨調整 方向。半邊小臉症的整張臉都歪斜不正用鏡射對稱法會有誤差。若能提供工具讓醫生調整,病人對結果較能信服。12第12页,共23页。研究方法(1/8)流程圖:13第13页,共23页。研究方法(2/8)直接採用醫院得到的CT與MRI影像。要讓顱顏醫生準確評估患者,採用體積成像(Volume Rendering)的方式建構三維模型。體積成像是由很多張二維影像堆疊所形成的三維影像。14第14页,共23页。研究方法(3/8)透過影像灰階(Gray Level)的閥值(Threshold Val
8、ue)區分每張二維影像的硬組織與軟組織部分。得到軟、硬組織影像後,可組成人臉及頭骨的表面。15第15页,共23页。研究方法(4/8)在實際影像序列為依據之人臉動作模擬4 論文中探討不同建構表面的方式,比較後發現以多邊形表面(Polygonal surfaces)方式建構最能貼近人臉的變化。其中多邊形以三角形最好,因為三點共面,以三角形為可調整網格(Mesh)模型。16第16页,共23页。研究方法(5/8)建構完三維網格模型後,得到頭骨與人臉網格模型讓醫生調整,醫生選擇手動或自動調整人臉表面,若選擇自動,醫生調整頭骨部分,沿著法線方向更改人臉表面部份。17第17页,共23页。研究方法(6/8)在
9、基於肌肉與頭骨結構的人臉塑形與表情合成5這篇論文中提出以解剖學、法醫學及考古學觀點,讓調整完的頭骨以臉部的二十一個特徵點建構出正常人臉的皮膚厚度。18第18页,共23页。研究方法(7/8)建構出正常人的皮膚厚度再與調整完後的臉部表面網格模型比較,讓醫生判斷是否需要對病患進行額外的皮肉移植。19第19页,共23页。研究方法(8/8)病患能從醫生調整完的頭骨與人臉表面部分看出手術後外觀的大略情形,對手術也更加安心。在三維成像採用Visualization Toolkit(VTK)來輔助建構出三維模型。20第20页,共23页。時程表21第21页,共23页。參考資料1王祥亞 “淺談半邊小臉症,”長庚醫
10、訊, vol. 29, no. 10, August 1, 2008.2蘇明信, 陳俊諺, 鄭國揚, “從正面與側面兩張人臉影像重建三維頭部模型,” Department of Computer Science and Information Engineering, National Taiwan University, Institute of Information Science, Academia Sinica, Taiwan.3O. Burgert, T. Salb, T. Gockel, R. Dillmann, S. Hassfeld, J. Brief, R. Krempie
11、n, S. Walz, J. Mhling, “A System for Facial Reconstruction using Distraction and Symmetry Consideration,” Institute of Real-Time Computer Systems & Robotics, University of Karlsruhe, D-76128 Karlsruhe, Germany, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, University of Heidelberg, D-69120 Heidelberg, Germany, Department of Radiology, University of Heidelberg, D-69120 Heidelberg, Germany.
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