研究背景近年来，随着国民经济的快速发展和物质生活水平的迅速提高，人们对生活质量的追求日益强烈，临床上因阴茎短小畸形就诊的患者逐年增多。阴茎是男性重要泌尿、生殖器官，长期以来受到相关医学专业及男性自身的密切关注，阴茎整复是生殖器官重建中最具有挑战性的工作。先天性发育不良、外伤、动物咬伤、阴茎肿瘤部分切除以及会阴部烧(烫)伤瘢痕孪缩是造成阴茎短小畸形的主要原因。自20世纪70年代Kelly和Eraklis最早报道将海绵体脚从耻骨缘分离延长阴茎的方法开始，随着现代影像学和计算机图像处理技术的快速发展，阴茎短小畸形的诊断和治疗有了很大的突破。但由于阴茎及毗邻组织关系复杂，结构精细，故处理难度较大，微小的失误都会给患者造成很大的痛苦和功能障碍，因此准确修复阴茎的立体解剖形态，是确保阴茎功能、长度、外形和美观的前提。目前，一些学者对阴茎整复术建立了多种方法，繁简不一，各有特长。但这些术式最大缺陷在于缺乏对阴茎内部空间结构的准确定位、精确的三维数据测量和立体形态的多方位显示，如不能准确评估术后延长的长度、难以确保术后正常生理功能及最大程度避免并发症(术后顽固性水肿、外观臃肿、神经损伤导致的功能障碍等)；且由于没有阴茎个性化重建，术者只能凭借经验进行阴茎整复手术，术后的效果常不满意，多不可预测，这些均是阴茎整形修复中迫切需要解决的问题。因此，本课题利用计算机可视化技术、手术仿真学技术、计算机辅助设计、快速原型技术等，建立一套能够精确评估阴茎短小或缺损程度的方法，包括阴茎空间位置的测定、术后长度的预测、计算阴茎松弛和勃起的变化量等；然后进行各种三维参数测量，术前评估、合理地制定手术方案，选择最佳手术路径、减少手术过程中对毗邻组织结构的损伤；在三维虚拟环境中，医生可模拟手术操作，预演手术的整个过程，从而避免医生盲目性操作，缩短手术时间，减少并发症的发生。将上述研究成果应用于阴茎整形修复，评估阴茎短小畸形个性化重建的可行性及其临床应用价值。本实验研究分为五部分第一部分：采用第三军医大学解剖学教研室建立的数字化可视人体数据集(Chinese Visible Human，CVH)部分连续图像，运用表面绘制的方法，对阴茎及其毗邻组织结构进行计算机三维重建和立体显示。建立正常成人阴茎及其毗邻结构的数字化可视模型，为阴茎整形修复获得手术前后形变参数及手术方案的选择，提供形态学依据。第二部分：根据数字解剖的理论，按照东方人公认的医学标准筛选受试人群，利用逆向工程技术采集、重建阴茎的外形，对成人阴茎进行三维数字化图像分析，介绍三维激光扫描仪在非接触条件下，精确采集阴茎软组织数据的方法，建立正常成人阴茎三维数据库，为个性化阴茎标准模型的构建及手术仿真提供数据来源。第三部分：利用Angel数字快速测量诊断系统，分别测量200例正常成人阴茎安静状态和勃起时的长度、周长、以及勃起时角度与阴茎长度、周径的关系，阐明阴茎软组织轮廓三维测量的方法和意义。对阴茎进行定量描述，是实现手术评估、分析并作出准确手术方案的基础工作。第四部分：为准确完成个性化的阴茎整复，需有重建所需的模板，即完整而精确的个性化阴茎模型。本实验利用16排螺旋CT扫描阴茎及毗邻结构，应用分割微调阈值和“砌墙法”预处理CT数据，通过Magics RP 9.0软件建立3D(Three-dimensional)可视化模型，用快速原型机制作出三维实体阴茎及毗邻结构RP模型(Rapid Prototyping，RP)。第五部分：临床患者对于阴茎治疗的要求从功能恢复到良好的形态外观，期望值逐步提高，为让创伤后的患者真正回到正常的生活当中，达到良好的治疗效果，尽可能减少和预防并发症的出现，本实验在3D虚拟环境中，运用成人阴茎可视化模型进行手术仿真的初步研究，为阴茎虚拟整复手术系统的建立做进一步铺垫。结果1、实验研究表明，可视化模型能够清晰显示阴茎内部及毗邻结构的形态、分布特点和相互间的三维空间解剖关系。重建图像能单独或联合显示，并可进行任意径线和角度的适时三维测量。2、本实验运用三维激光扫描仪对200名正常男性，以相同的三维空间位置定位，重建阴茎三维图像，既确保受试者完全相同的扫描条件，又获得可比性的结果，并按照姓名排列，构建正常阴茎三维图像数据库。3、利用Angel Digital Image Studio Soft快速测量诊断平台，对阴茎进行测量分析，实验表明与手工测量结果没有明显差异；测量速度比手工测量快34-36倍，并成功建立了解剖学测量、CT测量以及多种DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine)医学图像格式的数据兼容平台，实现了5分钟内完成阴茎的量化诊断分析。实验还表明随着年龄和身高增长，阴茎也随之增长；身高与阴茎长度不成正比；阴茎勃起时随着角度的增加硬度增强，但勃起硬度变化时阴茎体积无明显变化。4、成功制作出完整的阴茎及毗邻结构RP模型，在解剖形态上重建了阴茎、阴茎海绵体、尿道海绵体、阴囊、睾丸及毗邻膀胱、直肠、髋骨等结构的形态、分布特点和相互间的三维空间解剖关系。各断面图像清晰，结构展示明确，显示良好，软组织、骨性组织等可用不同颜色标注形成明显对比，能够连续显示并较准确分辨、追踪其走行及分布情况。5、在3D虚拟环境中，初步建立了阴茎整形修复手术仿真的一些研究方法，为合理制定手术方案、最大可能避免并发症的发生，提供了新的技术手段。结论1、本实验首次利用中国首例数字化可视人体数据集中连续断面图像，建立了阴茎可视化模型，能够准确反应出该区域复杂的解剖学特点及其内部空间毗邻关系，为成人阴茎整形修复外科手术提供重要的形态学数据来源。2、应用三维激光扫描仪增加了形态测量的纬度，可从任意角度对阴茎进行分析，填补了阴茎软组织沟、窝等结构在数据测量上的空白；随着3D scanner精确度的提高，实现了对阴茎复杂空间曲面的实时数字化，拓展了医疗视野、使减少操作盲区成为可能。3、首次建立了阴茎空间定位测量方法，从不同径线不同角度对阴茎进行计算机三维测量分析，用精确的数字进行量化描述，为阴茎整形修复术前设计、术后效果评价提供重要的量化指标和数字化诊断分析平台。4、建立了精确完整的个性化阴茎及毗邻结构RP模型，阐明在阴茎整形修复中，阴茎的三维立体重建是至关重要的，成功实现了阴茎整复外科逆向工程技术在临床上的应用，实现了阴茎短小畸形个性化重建，提高阴茎整复的疗效。5、本实验通过成人阴茎整形修复手术仿真模拟，为定量化手术设计、选择最佳手术入路及术后疗效评价提供了新的技术方法，并为整形外科教学、培训、多学科及远程会诊提供了新的工具。