头颈部肿瘤原发部位和病例类型之多,居全身肿瘤之首。临床上一般采取手术为主的综合治疗,由于发病部位和头颈部解剖及功能的特殊性,肿瘤切除会造成不同程度的缺损,严重影响患者的外貌和生理功能。目前,修复大面积头颈部软组织缺损的主要治疗方式为皮瓣移植,但这类手术十分依赖医生的临床经验,术后恢复效果也往往不佳。随着数字化技术在医学领域的广泛应用,数字化皮瓣设计也得到了越来越多的关注,其对于提高软组织缺损修复手术的精度和术后外形恢复的质量具有重要的研究意义。目前,数字化技术在皮瓣设计上的应用主要集中在穿支血管的定位上,对皮瓣精确适应于缺损区大小等关键问题还缺乏深入研究。论文在分析头颈部曲面各区域可展性基础上,利用医学软件重建了标准头颈部模型,基于曲面高斯曲率分析,结合软组织临床处理的力学约束和主曲率分析方法,得到了精准的头颈面部曲面可展/不可展区域分区图,构建了不可展曲面的展平方法。在此基础上,提出了头颈部软组织缺损修复的皮瓣设计方法,并在体外模型实验分析的基础上实现了初步临床应用。最后对采用数字化技术进行手术的病例与采用传统方案进行手术的病例进行了统计和对比分析,结果表明,利用数字化技术设计的皮瓣能够提高头颈部软组织缺损修复手术的精度和术后美观效果,验证了头颈部肿瘤切除后软组织缺损的数字化精确修复技术的可行性和有效性。论文主要的研究内容和取得的成果有:(1)基于曲面形状特征,将头颈部曲面和二次曲面进行了近似匹配,利用二次曲面的可展性,初步得到了头颈部曲面可展和不可展区域分区图。(2)重建了标准头颈部的曲面模型,在此基础上,提出了基于高斯曲率分析和软组织临床处理的力学约束的头颈面部可展与不可展区域精准分区构建方法。基于主曲率分析方法提出了不可展区域的展平方法,并对展平前后的曲面做了对比分析。(3)基于三维重建技术构建了从肿瘤切除到软组织缺损皮瓣修复的设计方法和流程:(1)肿瘤及其邻近组织的三维模型重建获得需切除区域的解剖结构信息;(2)设计切除边界并切除软组织,对缺损区进行修复面设计;(3)设计皮瓣精确获取导板、辅助塑形的手术辅助导板和皮瓣体积控制器。(4)为了验证软组织缺损精确数字化修复技术的有效性,针对一例颊部肿瘤病例,利用软组织缺损修复的数字化技术设计了手术方案,并复制了该患者面颊部1:1硅胶模型,进行肿瘤切除及皮瓣修复模拟手术,将修复模型与设计理想修复模型进行了对比分析,结果显示,理想曲面与术后实际曲面的误差在-2 mm-3 mm之间,精度满足临床需求。(5)在模拟手术的基础上,根据数字化修复方案为一位扁桃体肿瘤患者设计了个性化的手术辅助导板,并将3D打印的辅助导板用于该患者的临床手术中。术后评估表明,软组织数字化修复技术帮助患者较好的恢复了术后的吞咽、言语等功能,并获得了较好的缺损区皮肤形状修复效果。采用数字化技术和传统技术患者的统计分析也证明了数字化技术在皮瓣利用率、术中失血和术后恢复时间等方面具有显著优势。