【作 者】張欽虎，劉蘭娟，趙寧輝，趙金喜，高蓮，孫鶴，施心陵

1 云南大學信息學院電子工程系，昆明市，650091

2 昆明醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院神經(jīng)外科，昆明市， 650118

臨床研究表明對去骨瓣減壓術后缺損區(qū)域頭皮表面積的精確估算對于提高后期顱骨修補術的成功率具有重要意義。但目前針對不同人群在不同顱腦損傷位置處的缺損區(qū)域頭皮表面積測量方法眾多且不具有通用性。隨著Mimics軟件在臨床應用領域研究的不斷深入，Mimics軟件可將人體顱腦CT掃描數(shù)據(jù)轉化成三維幾何模型，為臨床診斷數(shù)據(jù)的提取提供便利。本文利用薄層CT掃描技術獲得去骨瓣手術病人的Dicom醫(yī)學數(shù)字圖像，然后基于Mimics軟件[1-2]快速、精確地建立顱腦和顱骨三維模型，最后使用相關數(shù)學方法快速估算出去骨瓣區(qū)域頭皮表皮面積。

1 材料和方法

1.1 CT圖像數(shù)據(jù)的采集

CT掃描、CT圖像數(shù)據(jù)的采集均是在患者去骨瓣減壓術后，并在昆明醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院完成的。標本來源于該醫(yī)院住院患者，均征得患者同意。標本包括2男2女，共4名顱腦損傷患者，損傷位置分別為顱腦左側、顱腦左側、顱腦右側以及前額。對該4名顱腦損傷患者應用GE Lightspeed 64排螺旋CT以層厚5 mm，間隔5 mm方式進行由基線（聽眥線）至顱頂掃描，獲得512×512矩陣的CT圖像 ，共242層，掃描數(shù)據(jù)以Dicom3.0格式存儲[3]。

1.2 CT圖像的處理和幾何模型建立

通過導入模塊(Import images)，直接將Dicom格式的CT斷層圖像導入Mimics軟件，經(jīng)定位圖像(Change orientation)、組織圖片(Organize images)、內(nèi)插值處理、界定閾值(Threshoiding)，軟件自動形成各層面骨組織窗輪廓曲線(如圖1(a))。然后選定并使用骨組織的閾值范圍，得到顱骨原始蒙罩(Masks)。但由于掃描機架的密度與顱骨密度相近，可能也將其包括在原始蒙罩中，因此進一步對其進行區(qū)域增長(Region growing)操作，選取欲重建的顱骨區(qū)域，得到僅包含顱骨的蒙罩。隨后，在分割模塊(Segmentation)中選擇創(chuàng)建三維模型(Calculate 3D)，并在Calculate 3D界面設置合理的重建參數(shù)：(1)選取適合于醫(yī)學圖像處理的輪廓內(nèi)插值法來修補圖像；(2)若不輸入光滑參數(shù)，可保持重建模型的原始信息；否則輸入光滑插值30、光滑因子0.8的光滑參數(shù)，并選擇縮減補償程序[4]，建立顱骨的三維幾何模型（如圖1(b)）。同樣采用上述操作流程建立顱腦三維幾何模型(如圖1(c))，顱骨上的軟組織可通過設定閾值范圍，調低閾值下界顯現(xiàn)出來。

圖1 去骨瓣手術后CT掃描圖片及三維模型Fig.1 CT image after decompressive craniectomy and its 3D models

1.3 缺損區(qū)頭皮表面積的估算

建立好顱骨和顱腦三維幾何模型后，即可對顱骨缺損區(qū)域表皮面積進行估算。(1)讓全屏顯示兩個三維幾何模型，固定缺損區(qū)域的位置；(2)調整這兩個三維模型的透明度，顱骨的透明度選為不透明(Opaque)，顱腦的透明度選為中等(Medium)，便于清晰顯現(xiàn)顱骨缺損區(qū)域的輪廓（如圖2(a))；(3)使用仿真模塊(CMF/Simulation)中的多義線切割工具(Cut with polyplane)，沿著顱骨缺損區(qū)域的輪廓線對該模型進行畫線切割，在切割的過程中可以對模型進行適當?shù)姆糯蠡蚩s小，以便能更精確地對缺損區(qū)進行畫線切割；(4)設置多義線的深度系數(shù)，使切割線能夠徹底貫穿整個模型；(5)切割完成后，使用仿真模塊中的分離工具(Split)對已切割好的顱腦模型進行分離，從而得到兩個不同部分的三維模型，并以不同的顏色對它們進行區(qū)別，藍色部分就是分離出來的缺損區(qū)域模型，黃色部分就是減去藍色部分剩下的顱腦模型(如圖2(b))；(6)在三維視角中按豎直方向固定好缺損部分模型(藍色)，使用仿真模塊中的帶切割面的多義線切割工具(Cut Orthgonal to Screen)對其沿水平方向進行切割，得到紅、淺灰色兩部分(紅色部分在上，淺灰色部分在下，如圖2(c))，其中紅色部分包含待估計缺損表面區(qū)域；(7)通過數(shù)學方法對缺損部分表皮面積進行估算。

具體數(shù)學參數(shù)含義為：Sblue表示缺損部分整體表面積，Sred表示紅色部分的整體表面積，Slightgray表示淺灰色部分的整體表面積，Ssurface表示目標表面積，Sbase表示紅色部分的底面積(即淺灰色部分的上表面積)， Sside表示紅色部分的側面積。具體計算過程為：(1)在Mimics中，通過讀取各三維模型的屬性值直接得到Sblue、Sred和Slightgray的值，再使用Sbase=(Sred+Slightgray-Sblue)/2得到紅色部分的底面面積；(2)將紅色部分的側面近似看成是由多個梯形連接而成，使用Mimics軟件自帶的三維測量工具測出各個梯形的上底、下底和高，并運用數(shù)學方法算出Sside；(3)利用Ssurface=Sred-Sside-Sbase得到目標表面積(紅色部分的上表面)。

圖2 缺損骨瓣處的輪廓線及三維模型Fig.2 The contour line of the defect bone flap and its 3D models

2 結果

基于Dicom 醫(yī)學數(shù)字圖像，使用Mimics圖像識別分割建模軟件，建立比較精確并接近原始形態(tài)的顱骨和顱腦三維幾何模型；并在此基礎上，應用本文所述測量方法對昆明醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院所提供的4名顱腦損傷患者（如圖3）的缺損區(qū)域頭皮表面積進行了測量。并由圖3可以看出：患者在去骨瓣減壓術后，其缺損區(qū)域頭皮出現(xiàn)了不同程度的凹凸：全凹、全凸以及凹凸三種類型，本文所述測量方法都可適用。利用本文方法得到了不同凹凸類型以及不同損傷位置的測量結果，如表1所示。

表1 不同凹凸類型以及不同損傷位置的測量結果(mm2)Tab.1 The measuring results of patients with different concave-convex type and different position of craniocerebral trauma(mm2)

圖3 顱腦凹凸情況Fig.3 The brain with concave-convex

3 討論

本文闡述了一種測量顱腦缺損區(qū)域頭皮表面積估算方法。此方法使用Mimics軟件對CT掃描圖像進行三維實體重建得到顱骨和顱腦三維幾何模型，并使用Mimics自帶的分割和測量工具以及相關數(shù)學方法估算出缺損區(qū)域的表皮面積。實驗結果表明此測量方法是一種簡單、快速、通用的方法，具有一定的應用前景，為測量顱骨缺損區(qū)域頭皮面積提供了一種新的方法。

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[4]范蘆芳,徐浩銅,張正治,等.利用Mimics軟件構建人顱骨缺損區(qū),植入體的參數(shù)設置研究[J].第三軍醫(yī)大學學報,2011,33(19): 2093-2095.