目的:基于可变图结构配准网络（DGRNet）模型，建立一种可实现三维点云智能配准的本体-镜像关联深度学习算法，以实现三维颜面正中矢状面的自动化构建，为口腔临床数字化设计与分析提供参考。方法:收集200例2020年10月至2022年10月就诊于北京大学口腔医学院·口腔医院修复科、正颌外科和口腔正畸科的无明显颜面畸形的牙体缺损或缺失或错 畸形患者的三维颜面数据。通过数据增强（平移和旋转）的方式获得1 200例三维颜面数据，分为训练集（800例）、验证集（200例）、测试集（200例），用于DGRNet模型训练与测试。DGRNet模型包含构造本体与镜像点云中关键点的特征向量、基于特征向量获取本体和镜像点云中关键点的对应关系，并通过奇异值分解计算旋转矩阵和平移矩阵。基于DGRNet模型实现本体点云与镜像点云的智能配准，获得本体-镜像联合点云，并采用主成分分析算法获得DGRNet模型正中矢状面。基于决定系数R 2指标对测试集平移及旋转矩阵进行模型评价，以迭代最近点（ICP）算法构建的三维颜面正中矢状面作为真值。选择上述200例临床患者中的50例数据，对DGRNet模型与ICP算法构建的三维颜面正中矢状面进行角度误差评价。 结果:基于200例三维颜面数据测试DGRNet模型旋转矩阵R 2为0.90，平移矩阵R 2为0.94。构建50例三维颜面数据正中矢状面共用时3 s，DGRNet模型与ICP算法构建的三维颜面正中矢状面角度误差为1.05°±0.56°，最小误差为0.13°，1.50°以内的准确率为78%（39/50），2.00°以内的准确率为90%（45/50）。 结论:本项研究提出的基于三维点云智能配准的DGRNet模型可构建三维颜面正中矢状面，并在一定程度上提升诊疗效率和效果。

目的 探讨本体/镜像关联法和点构法所构建的三维头颅的正中矢状面(median sagittal plane,MSP)在面部畸形患者中的准确性,为颌面部对称性分析提供依据.方法 本研究通过医院伦理委员会批准.选取30例面部畸形患者的锥形束CT数据,以DICOM格式保存输出,在Mimics21.0下完成数据分割获取数字化三维头颅,将所生成数字化头颅数据导入逆向工程软件geomagic studio 2014中.分别使用本体/镜像关联法、点构法构建头颅的MSP.本体/镜像关联法对数字化头颅数据进行左右镜像后合并,获取对称特征平面即为所构建的MSP平面(S1).点构法通过Mimics21.0在数字化头颅数据中选取鼻根点(nasion,N)、鸡冠点(crista galli,CG)、蝶鞍点(sella,S)、颅底点(basion,Ba)、梨骨点(vomer,V)、后鼻棘点(posterior nasal spine,PNS)、切牙孔点(incisive foramen,IF)、前鼻棘点(anterior nasal spine,ANS);一并导入geomagic studio 2014中,获取的最佳拟合平面即为所构建的MSP平面(S2).由5位颌面外科高年资医生,采用单盲法对两种方法构建的S1、S2结果进行主观评分,对两组评分进行配对t检验.再次重复实验评分,对5位颌面外科高年资医生的前后两次评分进行一致性分析,验证专家评价法的可重复性.结果 本体/镜像关联法构建S1平均得分为65.73,点构法构建S2平均得分为75.90.S1、S2组配对t检验得出点构法得分高于本体/镜像关联法,差异具有统计学意义(P＜0.01).一致性分析检验结果表明本研究的专家评分具有可重复性及一致性.结论 在面部畸形患者中,点构法所构建的MSP优于本体/镜像关联法所构建的MSP,可为颌面部对称性分析提供依据,具有临床可行性.

针对增强现实血管介入手术系统中,柔性导丝在血管中运动时位姿动态变化影响主-从位姿配准精度及迭代效率低下的问题,提出一种快速迭代自适应阈值最近点迭代(ICP)算法.首先通过建立血管和导丝物理模型,获取运动点位置数据.然后充分考虑迭代中系统状态的变化,通过对主手端和从手端点的重叠率进行判断,设计自适应动态阈值ICP算法进行精配准,提高配准精度.同时快速选点迭代,提高配准效率.最后进行仿真模拟,与经典ICP算法进行对比分析.结果表明,本研究提出的动态高精度配准算法能将配准速度和精度分别提高57%和70%.该方法能提高配准方法的动态特性,抑制术中导丝形态变化对配准精度及配准效率的影响,更加适合增强现实血管介入手术情况.

目的 针对三维颅骨模型在初始姿态和分辨率上差异较大的情况,提出一种基于特征轮廓线的颅骨配准方法.方法 首先,提取三维颅骨模型的眼眶、鼻框、颞骨、上颌骨以及下颌骨等轮廓线;然后,根据轮廓线的长度以及轮廓间的最短距离判断轮廓线的类型,并建立两个待配准颅骨在轮廓线上的对应关系,从而实现颅骨的粗配准;最后,通过添加权值的方式来改进迭代最近点(iterative closest point, ICP)算法,并采用该改进的ICP算法实现颅骨的细配准,从而达到两个颅骨精确配准的目的.结果 通过将一个未知颅骨与颅骨数据库中的300个颅骨的配准实验表明,提出的基于特征轮廓线的配准算法可以实现三维颅骨模型的精确配准,并在细配准阶段取得了较高的配准精度和收敛速度.结论 基于特征轮廓线的配准算法是一种快速、高精度的三维颅骨模型配准方法.

目的 介绍一种基于成人高分辨率骨盆CT数据三维重建骨盆模型测量骨盆指数(PI)的方法,并描述PI在样本人群中的分布特征及与年龄的相关性.方法 回顾性收集上海交通大学医学院附属第九人民医院影像数据库中因非骨科疾患而行骨盆CT检查的304例成人患者数据,进行模型重建,利用最近点迭代法等算法确定前平面、中矢状面等参考面与相关骨性标志,完成PI测量.分析PI值在性别之间的差异及与年龄的相关性.使用简单随机抽样法选取30位研究对象的CT数据,通过计算组间和组内相关系数进行可靠性分析.结果 304例研究对象中,178例女性PI为46.03°±9.05°与126例男性的PI值(44.12°±8.04°)无差异(t=1.895,P=0.059).PI与年龄在样本人群中存在较弱相关性(r=0.120,P=0.037).小于40岁年龄组PI值为43.83°±7.33°显著小于40～80岁年龄组PI值(46.14°±9.35°)(t=-2.409,P=0.017).对随机抽取的30例研究对象进行PI算法的可靠性研究显示,组内相关系数和组间相关系数分别为0.961 2(95％ CI为0.891 7～0.989 3,P＜0.001)和0.986 7(95％ CI为0.961 1～0.996 4,P＜0.001).结论 基于三维重建骨盆模型的PI测量方法具有较高的可靠性与精确性.在本研究样本人群中,PI无性别差异,与年龄有弱相关性,40～80岁个体PI值大于年轻个体PI值.

目的·应用点构法将下颌骨多个区域骨性标志点组合构建不同平面,从中筛选出对称性最佳者作为下颌骨正中矢状平面.方法·随机选取40例成年患者,依据颏部偏斜程度分为偏斜组(MA组,20例)和非偏斜组(MS组,20例),应用Mimics 19.0软件重建下颌骨3D模型并描记10组同名标志点,通过点构法构建出120个待定平面.以迭代最近点(iterative closest point,ICP)算法所构平面作为参考标准,在MS组中依据角度、点距、面积等几何偏差指标进行排序初筛,在MA组、MS组中通过对应点点距、表面积及体积差值、3D偏差定值区间比率等临床对称性分析指标进行细筛,找出待定平面中对称性最佳者作为下颌骨正中矢状平面.结果·以正中联合前部、下颌角、喙突等区域标志点共同构建的平面排序位居总体前5％.其中由下牙槽座点(supramentale,B)、喙突顶点(coronoid superius,Cor)、下颌角外侧凸点(gonion lateralis,Golat)所构平面(B-Cor-Golat)与ICP平面间各项指标差值最小,且差异无统计学意义(P＞0.05),其余平面与参考平面间差异具有统计学意义(P＜0.05).结论·B-Cor-Golat平面能较好地反映下颌骨对称程度,在临床中可作为下颌骨正中矢状平面.

目的 通过成人股骨CT数据精确重建三维模型,并实现股骨解剖学参数自动化测量,研究国人股骨解剖学参数特点.方法 在148例成年患者中应用Mimics17.0软件根据CT数据实行建模,把建成的模型导入Geomagic Studio软件中,提取股骨解剖学标志建立三维坐标系,统一坐标系;利用Matlab软件自编程序,采用最近点迭代ICP算法和解剖学标志点的三维自动提取算法进行精确定位,自动测量股骨解剖学参数,最后对数据进行分析比较.研究数据采用独立样本t检验进行比较.结果 本组股骨髁左右径男性为(84.1±3.6)mm,女性为(74.8±3.3)mm;股骨髁前后径男性为(66.5±3.7)mm,女性为(61.2±3.5)mm;球头直径男性为(48.8±2.1)mm,女性为(43.4±2.2)mm,差异均有统计学意义(t=16.21、8.84、15.20,均P<0.05);而股骨矩弧度半径男性为(112.5±24.5)mm,女性为(124.7±19.2)mm(t=3.30,P=0.002).颈干角男性为124.9°±4.0°,女性为126.1°±5.5°(t=1.40,P>0.05).随着身高增长,大部分解剖参数均随着增加.结论 股骨解剖参数三维自动测量数据较手动测量重复性高、精度高.建立和丰富股骨解剖数据库,设计研发符合国人的内固定产品十分必要.

目的:建立一种基于三维形态学分析的赋权普氏分析(weighted Procrustes analysis,WPA)方法,实现对下颌偏斜患者面部解剖标志点不对称程度量化赋权的三维面部对称参考平面自动化构建.方法:临床收集下颌偏斜患者30例,基于本体-镜像关联法的普氏分析(Procrustes analysis,PA)算法和自主研发的WPA算法,分别构建每名患者三维面部模型的对称参考平面(实验组一和二),以专家定义的区域迭代最近点(iterative closest point,ICP)算法(选取对称性良好的区域)构建的对称参考平面为"真值平面",作为参考组.以实验组与参考组的平面角度误差作为评价指标,分别比较两个实验组与参考组的差异,评价WPA算法构建对称参考平面的临床适用性.结果:30例下颌偏斜患者WPA算法构建的对称参考平面与真值平面的角度误差为1.53°±0.84°,PA算法构建的对称参考平面与真值平面的角度误差为2.06°±0.86°.对于下颌偏斜大于12 mm的患者,WPA算法比PA算法的平均平面角度误差小0.86°.结论:基于三维面部形态学分析的WPA算法对下颌偏斜面部不对称畸形患者构建三维面部对称参考平面的临床应用效果比传统PA算法有显著提高,初步达到了口腔临床专家级诊断策略的效果.

目的 建立牙齿三维冠根整合数字化模型并进行虚拟排牙,探讨其在口腔临床中的应用.方法 获取15例患者锥形束CT(CBCT)的全牙列模型和结构光的牙冠模型,行迭代最近点算法对两种模型进行全局配准,在最佳匹配后截取CBCT牙根和基于结构光扫描的牙冠整合成新的牙齿模型.利用自行研发软件Teeth Arrangement对整合后的牙齿模型按照理想(牙合)标准进行排列并导入颌骨进行在线验证.最后采用同行评估等级(peer assessment rating,PAR)指数评价排牙效果.结果 15例患者的结构光扫描模型与CBCT配准偏差数据符合正态分布,上颌配准偏差为(0.135 ±0.015)mm,下颌配准偏差为(0.130±0.022)mm.15例患者的排牙模型导入颌骨中,全部出现了不同程度的牙根突出颌骨.采用PAR指数对排牙前数字化模型与石膏模型错(牙合)程度分析,两者具有高度一致性(ICC ＞0.800).全部患者排牙前后模型PAR加权值减少90％以上,排牙前后效果比较为改善;2/3患者PAR加权值减少22分以上,排牙前后效果比较为极大改善.结论 将牙齿三维冠根整合数字化模型应用到口腔临床具有可行性及必要性.

目的:探索数字化技术构建姿势微笑(posed smile)位口唇对称参考平面(symmetry reference plane,SRP)的方法,实现姿势微笑位口唇SRP的自动化构建,并评价其初步应用效果.方法:收集18名研究对象的三维面部和牙列数据,基于赋权普氏分析(weighted Procrustes analysis,WPA)算法和区域迭代最近点(iterative closest point,ICP)算法,分别构建每位受试者WPA算法和初学者ICP算法的姿势微笑位口唇SRP作为实验组,以专家定义的"真值平面(truth plane,TP)"作为对照组,比较WPA算法和初学者ICP算法确定的SRP与TP间的角度差异.将姿势微笑位下WPA算法自动获得的口唇SRP应用于前牙美学修复的数字化设计,进行临床初步应用评价.结果:18名受试者姿势微笑位下WPA算法建立的口唇SRP与TP角度差异为1.78°±1.24°,初学者ICP算法建立的口唇SRP与TP角度差异为7.41°±4.31°,二者差异有统计学意义(P＜0.05).在前牙美学设计时,参照姿势微笑位下WPA算法自动获得的口唇SRP进行前牙修复体美学设计,受试者评分为(8.48±0.57)分;常规数字化方案按照原有牙列对称平面进行修复体设计,受试者评分为(5.20±1.31)分,二者差异有统计学意义(P＜0.01).结论:WPA算法自动构建的姿势微笑位口唇SRP较初学者ICP算法更准确,与"真值平面"非常相近,可以为口腔美学分析和设计提供重要参考,参照WPA算法自动构建的口唇SRP进行前牙修复体设计,能有效促进医患交流,提高患者对修复效果的满意度.