近年來迅速發展起來的三維激光掃描技術, 可方便、有效地獲取被測物表面的空間三維坐標并重建三維圖像, 具有速度快、精度高、信息量大、無輻射、非接觸、安全、可視化等優點, 在醫學表面測繪中表現出突出優勢。本文綜述了近年來三維激光掃描技術在醫學領域, 主要是在口腔、整形、矯形等方面的應用現狀和技術進展, 展望了其醫學應用前景, 初步探討了未來可能面臨的生物醫學工程問題。
引用本文： 張永紅, 侯賀, 韓玉川, 王寧, 張瑩, 朱險峰, 王明時. 三維激光掃描技術在醫學表面測繪中的應用進展. 生物醫學工程學雜志, 2016, 33(2): 373-377. doi: 10.7507/1001-5515.20160063 復制
引言
醫學表面測繪，是指對患者全身、局部或器官的外表面的形狀、大小等屬性進行測量并繪制其三維視圖的過程。臨床上多種場合需要對人體或器官表面的形狀、大小進行測繪。例如：牙醫通過對缺失牙齒相鄰牙齒的尺寸、位置、顏色的測量，推算出最合適的缺失牙齒的幾何尺寸和顏色，再通過自動化的計算機輔助制造(auto-computer aided manufacturing, Auto-CAM)或三維打印，快速成型缺失牙齒的牙冠；頜面外科修復之前對患者面部的精確測繪可以幫助整形師設計出最佳的治療方案；對骨折患者體表的測繪，有助于快速成型最適合患者的個性化外固定支具。
三維成像技術在醫學臨床和研究中發揮著重要作用。目前已經發展成熟的常用三維成像技術有電子計算機斷層掃描(computed tomography, CT)、磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)、超聲波成像等。它們各自都有最適用的器官、疾病和場合，但是均不太適合人體和器官的表面測繪[1]。
近年來迅速發展起來的三維激光掃描技術具有精度高、速度快、無輻射、非接觸安全、三維可視化等優點，能夠快速、準確地獲取被測物表面各點的空間三維坐標并重建出被測物表面的三維圖像，已被廣泛應用于文物修復、工業設計、地形測量、建筑測量等領域，在醫學上也獲得了日益廣泛的應用，在口腔、整形等領域顯現了突出的優勢。
本文綜述了近年來三維激光掃描技術在醫學中的應用現狀，并對其未來的醫學應用前景以及面對臨床時需要解決的生物醫學工程問題進行了初步探討。
1 三維激光掃描技術概述
早期的三維掃描儀使用一臺投影儀和兩臺照相機，要獲得被測物的精確圖像，需要花費大量時間，計算大量數據。1985年使用激光的三維掃描儀正式問世[2]。發展到現在，已經有多種成熟的市售三維激光掃描儀問世。目前專門研究用于醫學表面測繪的三維激光掃描儀的公司有丹麥的3shape、日本美能達、中國博維恒信等。
1.1 三維激光掃描原理
三維激光掃描技術的原理主要有脈沖測距法、三角測距法和相位測距法。在醫學測量中常用三角測距法。三角測距法掃描速度較慢，測量距離較短，但是精度很高，在醫學和精密加工中有很好的應用。
三角測距法的原理是：應用激光發射點、被測物反射點、接收點之間的三角關系以及它們之間的角度構成的幾何關系，求得掃描設備與被測物體之間的距離。實現方法是：激光投射器向三維空間中的被測物體投射激光，攝像機獲取經被測物體表面調制回的激光，被測物體的曲面深度變化會引起接收器端成像參數的變化，從而獲取被測物體表面的深度坐標，再通過它們之間水平和垂直方向上的幾何關系，得出被測表面每個點的三維坐標，并在軟件中實現三維重建[3]。
三維激光掃描主要步驟包括數據采集、數據預處理、三維圖像重建、數據處理。
1.2 三維激光掃描的特點
相比其他的測量方法，三維激光掃描具有如下特點：①掃描速度快，可實現實時測量，測量數據完整且測量精度高。②適用領域廣，可用于醫學、文物修復、工業設計、地形測繪等。③非接觸式，能夠避免在接觸過程中導致的表面變形，并且便于實現無菌操作。④安全性高，尤其應用于醫學領域時，相對于CT和MRI更加安全。⑤全數字化，分析處理保存更加便捷，尤其可為患者病情發展和疾病的長期研究提供可靠的素材[4]。
2 三維激光掃描技術在醫學中的應用進展
2.1 口腔修復
口腔修復是三維激光掃描技術的一個很重要的應用領域，早期對牙頜的測量使用卡尺等簡單工具，多以二維描述為主。隨著三維測量技術的發展，已能夠對口腔內三維空間進行準確的測量和描述。應用三維激光掃描儀可以對牙頜進行掃描，得到其三維數據，從而更加有利于口腔疾病的診斷、治療和數據保存。Li等[5]應用三維激光掃描技術和快速成型技術制作出了全口義齒，三維數字化的牙頜模型方便存儲，可以多角度地觀察和測量，也為快速成型提供了數據文件。如圖 1所示為單顆牙齒和全口牙齒的三維重建模型。Kim等[6]用錐形束CT(cone beam CT, CBCT)掃描、三維激光掃描、游標卡尺三種方法測量牙頜表面，并對數據進行處理分析，結果顯示，三維激光掃描比另外兩種有更高的精確度。萬賢鳳等[7]用CBCT和三維激光掃描儀聯合重建三維牙頜模型，將兩者得到的圖像整合到一個空間，最終得到的圖像平滑精細，解剖細節非常清晰，這對正畸治療方案的確立和治療效果的評估有重大意義。郭秋云等[8]應用CT掃描技術、三維激光掃描技術相結合制作出來的牙種植導板定位準確，為提高牙齒種植的成功率提供了保證。目前市場上已出現了口內三維掃描儀，口內掃描不需要制作石膏模型，真正實現了非接觸式掃描，可實時地從各個角度進行測量，減少了石膏模型帶來的誤差，精確度更高、周期更短[9]。
圖1
單顆牙齒和全口牙齒的三維模型
Figure1.
Three-dimensional models of a single tooth and full mouth teeth
2.2 鼻整形
因外傷或疾病造成的鼻缺損是整形外科常見的病例，而鼻缺損對患者的外貌及心理會造成嚴重的影響，因而鼻整形手術及其效果對患者來說至關重要。三維激光掃描儀在術前可以重建出患者面部的三維圖像，并測量出相應數據；用軟件進行手術模擬，用于制定手術方案的參考；術后再次測量，并與術前模擬進行比較，可以對術后效果進行評估。蔣承安等[10]用三維激光掃描儀掃描了鼻缺損患者術前術后的外鼻形態，獲得了精細的三維圖像，達到了術前模擬、術后評估鼻整形手術的目的。Ersyad等[11]應用三維激光掃描裝置獲取患者面部的數據，并將其應用于假鼻體的設計和制作，并組織學生成立了“耳朵和鼻子的數字圖書館”，保存了大量的人體面部三維數據。
2.3 耳假體制作
耳廓結構復雜，產生的畸形也各種各樣，耳廓畸形不僅影響面容，嚴重的還會影響聽力，只能進行義耳修復。傳統的制作方法是技師根據正常耳側雕刻臘耳，再鏡像制作出假耳。此法加工復雜、費力、耗時，且假耳質量主要取決于操作者的技巧和經驗。CT掃描制作的假耳有很好的效果，但是有一個弊端：它可能會令患者暴露在高劑量的輻射之下[12]。三維激光掃描能夠非接觸安全地獲得耳廓的三維數據，快速精準地制作出耳假體。Watson等[13]應用3shape的三維激光掃描儀掃描并記錄了3名單側小耳畸形患者的正常耳廓的三維數據，利用軟件重建三維圖像，鏡像出另一側的耳廓，并應用快速成型技術制作出耳假體，精確地再現了耳廓的形狀、紋理和顏色，縮短了治療時間，并且數字化保存數據有利于病情的長期觀察和分析。如圖 2所示是三維激光掃描并重建出的正常耳的三維模型。燕靜杰等[14]用三維激光掃描儀對先天性單側小耳畸形患者應用肋軟骨為材料的再造耳和正常耳進行掃描、處理，在重建出的三維耳廓模型上進行測量、對比，對再造耳和正常耳的相關數據進行統計學分析，最終能夠精準、客觀地得出再造耳的生長規律。
圖2
正常耳的三維模型
Figure2.
Three-dimensional model of the normal ear
2.4 唇腭裂修復
先天性唇腭裂會妨礙患兒語言功能的提升，還可造成嚴重的面部畸形和其他相關疾病。治療唇腭裂的手術方法有很多，但是沒有一種客觀可行的評價方法來判斷術后效果。三維激光掃描儀可以在術前和術后分別對患兒面部進行掃描，重建出面部尤其是鼻和上唇的三維圖像，能快速準確地測量數據，與在面部直接測量和對石膏模型進行測量相比，三維掃描為唇腭裂的研究提供了一種精確的測量方法。Djordjevic等[15]選取了12名已完成修復的單側唇腭裂兒童和35名健康兒童，分別對他們進行面部三維激光掃描，獲得精確的面部三維模型。然后通過數據對比，很好地對唇腭裂術后的修復進行了客觀可靠的評估，并且利用鏡像方法分析了患兒面部的不對稱性。屈文靜[16]開發出一套包含三維激光掃描儀的對面部軟組織進行三維掃描、重建、測量和診斷的系統，對研究唇腭裂術后面部的生長規律、評價手術效果等有很好的指導意義。
2.5 顱面手術
顱面畸形手術需要詳細的術前規劃，而傳統的術前預測是有限的，特別是面部軟組織的預測。Gerbino等[17]用三維激光掃描儀對10例重癥睡眠呼吸暫停綜合征患者進行下頜前移手術術前和術后一年的面部軟組織掃描，得出下頜前移的精準數據，術前能模擬術后最佳效果，術后通過和對照組進行比對，對手術質量進行評估。
2.6 乳房手術
目前，對巨乳縮小術的術后評估，主要依靠外科醫生帶有經驗的主觀判斷和患者自己的感受，并沒有能對乳房相關參數進行直接測量的方法。Eder等[18]應用三維激光掃描儀分別在術前和術后的幾個特定時間對乳房進行三維數據采集，并由三維圖像測出乳房的表面積、體積、軟組織的分布，建立起術前和術后諸參數精準的變化關系。通過這些關系，外科醫生在術前可以更好地確定治療方案，保證治療效果。與巨乳縮小術類似，隆胸術的目的是為了獲得美觀的術后效果，但醫生以往只能依賴于視覺和經驗預估。而過去術前假體體積和形狀的選取方法比較繁瑣、花費也多，且對外科醫生的幫助是有限的。Georgii等[19]試驗了一種基于高分辨率三維激光掃描方法的手術方案，在術前對患者的胸型進行三維掃描，并且應用相應的軟件對隆胸術進行了一個模擬仿真，為手術提供參考。術后再對乳房進行掃描，測量出相關數據與模擬的結果進行比對，評估術后結果。
2.7 臉部塑形
有些患者咬肌過分肥厚需要減小，常用方法是手術復位，但向咬肌中注射肉毒桿菌毒素的方法比手術創傷小，最近漸漸普及。Cha等[20]將A型肉毒毒素注入10名志愿者單側咬肌內，并用三維激光掃描儀記錄下注射前和注射后第4、8、12周后的面部三維數據，通過對重建后的三維圖像的分析，發現未注射的一側始終沒有變化，但是在注射側，每個時間點咬肌的體積和厚度都有非常顯著的減少，并給出了詳細的減少數據。
2.8 肥胖測量
肥胖嚴重影響著一個人的生活質量，甚至會引發糖尿病和各種心血管疾病。測量肥胖程度的方法有多種，Carniciu等[21]應用一個三維激光掃描室對429名受試者進行全身的三維數據采集，包括頭圍、胸圍、腰圍等16個身體不同部位的周長，最終分析出受試者的肥胖程度和易引發Ⅱ型糖尿病和心血管疾病的幾個主要指標。
2.9 脊柱穩定性測量
脊柱的穩定性有很重要的意義，在活動或負荷時，穩定性相對較強的脊柱發生危險的風險較低，而穩定性弱的脊柱患多種疾病的危險較高。李鑒鐵等[22]用激光掃描儀掃描了一段人體頸枕段，在三維重建圖像中能夠高精度地觀察其運動軌跡，用以測量脊柱的穩定性，精度在0.1°和0.1 mm以內。脊柱側凸會影響青少年的身體發育，嚴重的會影響心肺功能。Liu等[23]用三維激光掃描儀等組成的測量系統對10名受試者的后背進行掃描，以得到可靠和準確的數據支持脊柱畸形的研究調查和臨床應用。
2.10 踝足矯形器的制作
踝足矯形器是在踝關節受傷之后，用來對踝關節進行運動控制的矯形器。通常的設計方法有兩種。一種是人工定制，既費時又費力，而且對制作人員的技術要求很高。一種是按一定的型號設計一批，這樣并不能滿足個性化的舒適感和功能性。Fantini等[24]應用三維激光掃描儀獲取腳的幾何數據，用這些精準的數據，加上逆向工程軟件設計出了具有出色舒適度和功能性的個性化踝足矯形器，并設計和分析了不同患者的步態實驗，結論是它能很好地完成預期功能，滿足不同患者的具體需求。如圖 3所示為足的三維圖像模型。
圖3
足的三維模型
Figure3.
Three-dimensional model of the foot
2.11 假肢接受腔的制作
假肢接受腔是連接假肢和殘肢軟組織的腔體，是很關鍵的假肢部件。若用傳統制作方法需要長時間反復修型，才能達到讓患者滿意的程度，且數字化程度低，勞動強度大，需要假肢制造者有多年的工作經驗[25]。鄭淑嫻等[26]采用三維激光掃描設備對接受腔的石膏模型進行三維掃描，并輔以快速成型設備制作出假肢接受腔。相對于傳統方法，三維激光掃描技術具有高度數字化、降低成本和縮短制作周期等優點。
3 三維激光掃描技術在醫學表面測繪應用中面臨的問題與展望
三維激光掃描用于醫學表面測繪面臨著一些其他領域所沒有的難題。與機械零件不同，生物組織有其特點：生物體表面極不規則，皮膚薄而柔軟，易于伸縮移動，并且有一定彈性，掃描過程中因心跳或呼吸會造成生物體表面變形或移動，體位的變化可造成生物體表面的形狀變化等，這些給三維掃描帶來干擾，所以掃描儀設計時應重點考慮這些因素。三維激光掃描只能進行表面掃描，而且可能會存在盲區，所以應該擴大掃描范圍與掃描角度，全方位地對空間里的被測物進行三維重建。應用軟件目前還沒有統一化的標準，不同的三維激光掃描儀帶有不同的掃描軟件和處理軟件，所以未來的應用軟件應能夠互相兼容，實現數據資源共享[4]。
三維激光掃描技術目前在口腔科的應用已經日漸成熟，在鼻整形、耳假體制作、唇裂修復、假肢接受腔制作等方面已經獲得了初步應用。隨著三維激光掃描技術和處理軟件的日益成熟，結合其他成像技術和三維打印技術，相信未來它在顱骨修復、個性化外固定支具和隱形式助聽器外形成型、燒傷后皮膚移植、微創手術等臨床應用方面會獲得日益廣泛的應用，專用醫用軟件也會很快開發出來。
引言
醫學表面測繪，是指對患者全身、局部或器官的外表面的形狀、大小等屬性進行測量并繪制其三維視圖的過程。臨床上多種場合需要對人體或器官表面的形狀、大小進行測繪。例如：牙醫通過對缺失牙齒相鄰牙齒的尺寸、位置、顏色的測量，推算出最合適的缺失牙齒的幾何尺寸和顏色，再通過自動化的計算機輔助制造(auto-computer aided manufacturing, Auto-CAM)或三維打印，快速成型缺失牙齒的牙冠；頜面外科修復之前對患者面部的精確測繪可以幫助整形師設計出最佳的治療方案；對骨折患者體表的測繪，有助于快速成型最適合患者的個性化外固定支具。
三維成像技術在醫學臨床和研究中發揮著重要作用。目前已經發展成熟的常用三維成像技術有電子計算機斷層掃描(computed tomography, CT)、磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)、超聲波成像等。它們各自都有最適用的器官、疾病和場合，但是均不太適合人體和器官的表面測繪[1]。
近年來迅速發展起來的三維激光掃描技術具有精度高、速度快、無輻射、非接觸安全、三維可視化等優點，能夠快速、準確地獲取被測物表面各點的空間三維坐標并重建出被測物表面的三維圖像，已被廣泛應用于文物修復、工業設計、地形測量、建筑測量等領域，在醫學上也獲得了日益廣泛的應用，在口腔、整形等領域顯現了突出的優勢。
本文綜述了近年來三維激光掃描技術在醫學中的應用現狀，并對其未來的醫學應用前景以及面對臨床時需要解決的生物醫學工程問題進行了初步探討。
1 三維激光掃描技術概述
早期的三維掃描儀使用一臺投影儀和兩臺照相機，要獲得被測物的精確圖像，需要花費大量時間，計算大量數據。1985年使用激光的三維掃描儀正式問世[2]。發展到現在，已經有多種成熟的市售三維激光掃描儀問世。目前專門研究用于醫學表面測繪的三維激光掃描儀的公司有丹麥的3shape、日本美能達、中國博維恒信等。
1.1 三維激光掃描原理
三維激光掃描技術的原理主要有脈沖測距法、三角測距法和相位測距法。在醫學測量中常用三角測距法。三角測距法掃描速度較慢，測量距離較短，但是精度很高，在醫學和精密加工中有很好的應用。
三角測距法的原理是：應用激光發射點、被測物反射點、接收點之間的三角關系以及它們之間的角度構成的幾何關系，求得掃描設備與被測物體之間的距離。實現方法是：激光投射器向三維空間中的被測物體投射激光，攝像機獲取經被測物體表面調制回的激光，被測物體的曲面深度變化會引起接收器端成像參數的變化，從而獲取被測物體表面的深度坐標，再通過它們之間水平和垂直方向上的幾何關系，得出被測表面每個點的三維坐標，并在軟件中實現三維重建[3]。
三維激光掃描主要步驟包括數據采集、數據預處理、三維圖像重建、數據處理。
1.2 三維激光掃描的特點
相比其他的測量方法，三維激光掃描具有如下特點：①掃描速度快，可實現實時測量，測量數據完整且測量精度高。②適用領域廣，可用于醫學、文物修復、工業設計、地形測繪等。③非接觸式，能夠避免在接觸過程中導致的表面變形，并且便于實現無菌操作。④安全性高，尤其應用于醫學領域時，相對于CT和MRI更加安全。⑤全數字化，分析處理保存更加便捷，尤其可為患者病情發展和疾病的長期研究提供可靠的素材[4]。
2 三維激光掃描技術在醫學中的應用進展
2.1 口腔修復
口腔修復是三維激光掃描技術的一個很重要的應用領域，早期對牙頜的測量使用卡尺等簡單工具，多以二維描述為主。隨著三維測量技術的發展，已能夠對口腔內三維空間進行準確的測量和描述。應用三維激光掃描儀可以對牙頜進行掃描，得到其三維數據，從而更加有利于口腔疾病的診斷、治療和數據保存。Li等[5]應用三維激光掃描技術和快速成型技術制作出了全口義齒，三維數字化的牙頜模型方便存儲，可以多角度地觀察和測量，也為快速成型提供了數據文件。如圖 1所示為單顆牙齒和全口牙齒的三維重建模型。Kim等[6]用錐形束CT(cone beam CT, CBCT)掃描、三維激光掃描、游標卡尺三種方法測量牙頜表面，并對數據進行處理分析，結果顯示，三維激光掃描比另外兩種有更高的精確度。萬賢鳳等[7]用CBCT和三維激光掃描儀聯合重建三維牙頜模型，將兩者得到的圖像整合到一個空間，最終得到的圖像平滑精細，解剖細節非常清晰，這對正畸治療方案的確立和治療效果的評估有重大意義。郭秋云等[8]應用CT掃描技術、三維激光掃描技術相結合制作出來的牙種植導板定位準確，為提高牙齒種植的成功率提供了保證。目前市場上已出現了口內三維掃描儀，口內掃描不需要制作石膏模型，真正實現了非接觸式掃描，可實時地從各個角度進行測量，減少了石膏模型帶來的誤差，精確度更高、周期更短[9]。
圖1
單顆牙齒和全口牙齒的三維模型
Figure1.
Three-dimensional models of a single tooth and full mouth teeth
2.2 鼻整形
因外傷或疾病造成的鼻缺損是整形外科常見的病例，而鼻缺損對患者的外貌及心理會造成嚴重的影響，因而鼻整形手術及其效果對患者來說至關重要。三維激光掃描儀在術前可以重建出患者面部的三維圖像，并測量出相應數據；用軟件進行手術模擬，用于制定手術方案的參考；術后再次測量，并與術前模擬進行比較，可以對術后效果進行評估。蔣承安等[10]用三維激光掃描儀掃描了鼻缺損患者術前術后的外鼻形態，獲得了精細的三維圖像，達到了術前模擬、術后評估鼻整形手術的目的。Ersyad等[11]應用三維激光掃描裝置獲取患者面部的數據，并將其應用于假鼻體的設計和制作，并組織學生成立了“耳朵和鼻子的數字圖書館”，保存了大量的人體面部三維數據。
2.3 耳假體制作
耳廓結構復雜，產生的畸形也各種各樣，耳廓畸形不僅影響面容，嚴重的還會影響聽力，只能進行義耳修復。傳統的制作方法是技師根據正常耳側雕刻臘耳，再鏡像制作出假耳。此法加工復雜、費力、耗時，且假耳質量主要取決于操作者的技巧和經驗。CT掃描制作的假耳有很好的效果，但是有一個弊端：它可能會令患者暴露在高劑量的輻射之下[12]。三維激光掃描能夠非接觸安全地獲得耳廓的三維數據，快速精準地制作出耳假體。Watson等[13]應用3shape的三維激光掃描儀掃描并記錄了3名單側小耳畸形患者的正常耳廓的三維數據，利用軟件重建三維圖像，鏡像出另一側的耳廓，并應用快速成型技術制作出耳假體，精確地再現了耳廓的形狀、紋理和顏色，縮短了治療時間，并且數字化保存數據有利于病情的長期觀察和分析。如圖 2所示是三維激光掃描并重建出的正常耳的三維模型。燕靜杰等[14]用三維激光掃描儀對先天性單側小耳畸形患者應用肋軟骨為材料的再造耳和正常耳進行掃描、處理，在重建出的三維耳廓模型上進行測量、對比，對再造耳和正常耳的相關數據進行統計學分析，最終能夠精準、客觀地得出再造耳的生長規律。
圖2
正常耳的三維模型
Figure2.
Three-dimensional model of the normal ear
2.4 唇腭裂修復
先天性唇腭裂會妨礙患兒語言功能的提升，還可造成嚴重的面部畸形和其他相關疾病。治療唇腭裂的手術方法有很多，但是沒有一種客觀可行的評價方法來判斷術后效果。三維激光掃描儀可以在術前和術后分別對患兒面部進行掃描，重建出面部尤其是鼻和上唇的三維圖像，能快速準確地測量數據，與在面部直接測量和對石膏模型進行測量相比，三維掃描為唇腭裂的研究提供了一種精確的測量方法。Djordjevic等[15]選取了12名已完成修復的單側唇腭裂兒童和35名健康兒童，分別對他們進行面部三維激光掃描，獲得精確的面部三維模型。然后通過數據對比，很好地對唇腭裂術后的修復進行了客觀可靠的評估，并且利用鏡像方法分析了患兒面部的不對稱性。屈文靜[16]開發出一套包含三維激光掃描儀的對面部軟組織進行三維掃描、重建、測量和診斷的系統，對研究唇腭裂術后面部的生長規律、評價手術效果等有很好的指導意義。
2.5 顱面手術
顱面畸形手術需要詳細的術前規劃，而傳統的術前預測是有限的，特別是面部軟組織的預測。Gerbino等[17]用三維激光掃描儀對10例重癥睡眠呼吸暫停綜合征患者進行下頜前移手術術前和術后一年的面部軟組織掃描，得出下頜前移的精準數據，術前能模擬術后最佳效果，術后通過和對照組進行比對，對手術質量進行評估。
2.6 乳房手術
目前，對巨乳縮小術的術后評估，主要依靠外科醫生帶有經驗的主觀判斷和患者自己的感受，并沒有能對乳房相關參數進行直接測量的方法。Eder等[18]應用三維激光掃描儀分別在術前和術后的幾個特定時間對乳房進行三維數據采集，并由三維圖像測出乳房的表面積、體積、軟組織的分布，建立起術前和術后諸參數精準的變化關系。通過這些關系，外科醫生在術前可以更好地確定治療方案，保證治療效果。與巨乳縮小術類似，隆胸術的目的是為了獲得美觀的術后效果，但醫生以往只能依賴于視覺和經驗預估。而過去術前假體體積和形狀的選取方法比較繁瑣、花費也多，且對外科醫生的幫助是有限的。Georgii等[19]試驗了一種基于高分辨率三維激光掃描方法的手術方案，在術前對患者的胸型進行三維掃描，并且應用相應的軟件對隆胸術進行了一個模擬仿真，為手術提供參考。術后再對乳房進行掃描，測量出相關數據與模擬的結果進行比對，評估術后結果。
2.7 臉部塑形
有些患者咬肌過分肥厚需要減小，常用方法是手術復位，但向咬肌中注射肉毒桿菌毒素的方法比手術創傷小，最近漸漸普及。Cha等[20]將A型肉毒毒素注入10名志愿者單側咬肌內，并用三維激光掃描儀記錄下注射前和注射后第4、8、12周后的面部三維數據，通過對重建后的三維圖像的分析，發現未注射的一側始終沒有變化，但是在注射側，每個時間點咬肌的體積和厚度都有非常顯著的減少，并給出了詳細的減少數據。
2.8 肥胖測量
肥胖嚴重影響著一個人的生活質量，甚至會引發糖尿病和各種心血管疾病。測量肥胖程度的方法有多種，Carniciu等[21]應用一個三維激光掃描室對429名受試者進行全身的三維數據采集，包括頭圍、胸圍、腰圍等16個身體不同部位的周長，最終分析出受試者的肥胖程度和易引發Ⅱ型糖尿病和心血管疾病的幾個主要指標。
2.9 脊柱穩定性測量
脊柱的穩定性有很重要的意義，在活動或負荷時，穩定性相對較強的脊柱發生危險的風險較低，而穩定性弱的脊柱患多種疾病的危險較高。李鑒鐵等[22]用激光掃描儀掃描了一段人體頸枕段，在三維重建圖像中能夠高精度地觀察其運動軌跡，用以測量脊柱的穩定性，精度在0.1°和0.1 mm以內。脊柱側凸會影響青少年的身體發育，嚴重的會影響心肺功能。Liu等[23]用三維激光掃描儀等組成的測量系統對10名受試者的后背進行掃描，以得到可靠和準確的數據支持脊柱畸形的研究調查和臨床應用。
2.10 踝足矯形器的制作
踝足矯形器是在踝關節受傷之后，用來對踝關節進行運動控制的矯形器。通常的設計方法有兩種。一種是人工定制，既費時又費力，而且對制作人員的技術要求很高。一種是按一定的型號設計一批，這樣并不能滿足個性化的舒適感和功能性。Fantini等[24]應用三維激光掃描儀獲取腳的幾何數據，用這些精準的數據，加上逆向工程軟件設計出了具有出色舒適度和功能性的個性化踝足矯形器，并設計和分析了不同患者的步態實驗，結論是它能很好地完成預期功能，滿足不同患者的具體需求。如圖 3所示為足的三維圖像模型。
圖3
足的三維模型
Figure3.
Three-dimensional model of the foot
2.11 假肢接受腔的制作
假肢接受腔是連接假肢和殘肢軟組織的腔體，是很關鍵的假肢部件。若用傳統制作方法需要長時間反復修型，才能達到讓患者滿意的程度，且數字化程度低，勞動強度大，需要假肢制造者有多年的工作經驗[25]。鄭淑嫻等[26]采用三維激光掃描設備對接受腔的石膏模型進行三維掃描，并輔以快速成型設備制作出假肢接受腔。相對于傳統方法，三維激光掃描技術具有高度數字化、降低成本和縮短制作周期等優點。
3 三維激光掃描技術在醫學表面測繪應用中面臨的問題與展望
三維激光掃描用于醫學表面測繪面臨著一些其他領域所沒有的難題。與機械零件不同，生物組織有其特點：生物體表面極不規則，皮膚薄而柔軟，易于伸縮移動，并且有一定彈性，掃描過程中因心跳或呼吸會造成生物體表面變形或移動，體位的變化可造成生物體表面的形狀變化等，這些給三維掃描帶來干擾，所以掃描儀設計時應重點考慮這些因素。三維激光掃描只能進行表面掃描，而且可能會存在盲區，所以應該擴大掃描范圍與掃描角度，全方位地對空間里的被測物進行三維重建。應用軟件目前還沒有統一化的標準，不同的三維激光掃描儀帶有不同的掃描軟件和處理軟件，所以未來的應用軟件應能夠互相兼容，實現數據資源共享[4]。
三維激光掃描技術目前在口腔科的應用已經日漸成熟，在鼻整形、耳假體制作、唇裂修復、假肢接受腔制作等方面已經獲得了初步應用。隨著三維激光掃描技術和處理軟件的日益成熟，結合其他成像技術和三維打印技術，相信未來它在顱骨修復、個性化外固定支具和隱形式助聽器外形成型、燒傷后皮膚移植、微創手術等臨床應用方面會獲得日益廣泛的應用，專用醫用軟件也會很快開發出來。
