數字化外科手術設計方法及系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及數字化外科手術設計領域，具體涉及數字化外科手術設計方法及系統。該方法根據導入的醫學數字圖像DICOM文件構建三維圖像；對所述三維圖像進行構建操作模型；根據手術類型，選取操作工具對所述操作模型和導入的3D掃描圖像和stl模型進行手術計劃操作，獲得數字化手術結果；生成手術方案，供指導手術，所述手術方案包括：手術導板，手術數據中的一種或多種。系統對應該方法而設計。本發明能夠數字化模擬手術過程，并矯正手術結果，生成指導實際手術的手術方案，提高實際手術的準確性。
【專利說明】
數字化外科手術設計方法及系統
技術領域
[0001]本發明涉及數字化手術模擬技術，具體而言，涉及數字化外科手術設計方法及系統。
【背景技術】
[0002]隨著現在科技技術的發達和人們對美麗的美好向往，進行口腔頌面外科手術治療的人越來越多。口腔頌面外科(oral and maxillofacial surgery)是一門以外科治療為主，對口腔器官(牙、牙槽骨、唇、頰、舌、腭、咽等)、面部軟組織、頌面諸骨(上頌骨、下頌骨、顴骨等)、顳下頌關節、涎腺以及頸部某些相關疾病進行外科治療。具體治療過程通常為:手術前通過X線、CT、MRI等影像學技術對患者的頭部、口腔等進行進行人工或計算機軟件測量分析，并通過醫學軟件進行手術效果模擬，來制定手術方案。CN102389335A提供一種數字化頌骨手術導板及其制造方法，通過采集患者的影像學資料，對影像學資料進行測量分析并進行位置標注，將分析后得到的數據導入設計軟件，設計除手術導板，制造手術導板。但是，在該過程中，由于各種影像資料提取的不確定性，造成手術效果模擬中出現干擾因素。而且，在平面影像的標注和根據平面數據設計的手術導板，直接應用到立體頌面治療時，會產生平面和立體結構的不適用，導致手術模擬結果在指導實際手術時造成很大偏差，直接影響手術的成功性。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在于提供一種數字化外科手術設計方法及系統，以數字化手術模擬，并生成指導實際手術的方案。
[0004]本發明實施例提供了一種數字化外科手術設計方法，其包括:
[0005]步驟I，根據導入的醫學數字圖像DICOM文件構建三維圖像，所述三維圖像包括:表面重建三維圖像和多平面圖像MPR圖；
[0006]步驟2，對所述表面重建三維圖像進行構建操作模型；
[0007]步驟3，導入3D掃描圖像和stl模型；
[0008]步驟4，根據手術類型，選取操作工具對所述操作模型和導入的3D掃描圖像和stl模型進行手術計劃操作，得到數字化手術結果；
[0009]步驟5，根據所述數字化手術結果，生成手術方案，供指導手術，所述手術方案包括:手術導板，手術數據中的一種或多種。
[0010]在一些實施例中，優選為，在步驟I和步驟2之間，所述設計方法還包括:對所述表面重建三維圖像進行編輯；
[0011 ]所述編輯包括:旋轉、移動、縮放、顯示布局切換；
[0012]所述顯示布局包括:表面重建三維圖像、所述多平面圖像MPR圖按預設尺寸大小、預設排布方式共同或獨立展示。
[0013]在一些實施例中，優選為，所述步驟2包括:
[0014]選擇構建方式，所述構建方式包括:閾值范圍、興趣點選擇、區域選擇中的一種或多種，所述閾值范圍包括:骨骼、牙齒、軟組織、牙釉質、密質骨、松質骨中的一種或多種；
[0015]根據所述構建方式進行構建操作，所述興趣點選擇對應的構建操作為:在所述多平面MPR圖上選擇興趣點，所述區域選擇對應的構建操作為:在所述多平面MPR圖上選擇區域；
[0016]將所述構建操作應用于所述表面重建三維圖像，與興趣點不相連的被選擇區域刪除，形成操作模型。
[0017]在一些實施例中，優選為，所述操作工具包括:鏡像、頭影測量、移動、重置、配準、自然頭位調整、截骨術、腓骨重建。
[0018]在一些實施例中，優選為，所述自然頭位調整的方法為:參考待手術個體在自然狀態下的位姿數據，將表面重建三維圖像調整至自然位姿。
[0019]在一些實施例中，優選為，所述頭影測量的方法包括:選取測量方法，所述測量方法包括:以導入方式導入的測量方法、或自定義測量方法，所述自定義測量方法可導出；所述自定義測量方法包括:點測量、線測量、面測量中的任一種或多種；
[0020]根據測量方法對所述操作模型進行測量。
[0021]在一些實施例中，優選為，所述配準包括:
[0022]確定作為配準基準的固定模型，和作為待配準的浮動模型；
[0023]將所述浮動模型在所述固定模型上進行配準。
[0024]本發明還提供了一種執行所述數字化外科手術設計方法的系統，其包括:
[0025]導入模塊，用于導入醫用數字圖像DICOM文件和3D掃描圖像和stl模型；
[0026]三維圖像構建模塊，用于根據導入的所述醫用數字圖像DICOM文件構建表面重建三維圖像和多平面圖像MPR圖；
[0027]操作模型構建模塊，用于對所述表面重建三維圖像進行構建操作模型；
[0028]手術計劃操作模塊，用于根據手術類型，選取操作工具對操作模型和導入的3D掃描圖像和stl模型進行手術計劃操作，得到數字化手術結果；
[0029]生成模塊，用于根據所述數字化手術結果生成手術方案，供指導手術，所述手術方案包括:手術導板，手術數據中的一種或多種。
[0030]在一些實施例中，優選為，執行所述數字化外科手術設計方法的系統，其還包括:編輯模塊，用于對表面重建三維圖像構建模塊構建的所述表面重建三維圖像進行編輯，并將編輯后的表面重建三維圖像供操作模型構建模塊使用。
[0031]在一些實施例中，優選為，所述編輯模塊包括:旋轉子模塊、移動子模塊、縮放子模塊，顯示布局切換子模塊；
[0032]所述旋轉子模塊，用于提供對表面重建三維圖像進行旋轉操作的旋轉工具；
[0033]所述移動子模塊，用于提供對表面重建三維圖像進行平移操作的平移工具；
[0034]所述縮放子模塊，用于提供對表面重建三維圖像進行放大和/或縮小的縮放工具；
[0035]所述顯示布局切換子模塊，用于顯示內容的布局進行切換，顯示內容的布局包括:表面重建三維圖像、所述多平面圖像MPR圖按預設尺寸大小、預設排布方式共同或獨立展不O
[0036]在一些實施例中，優選為，所述操作模型構建模塊包括:閾值范圍子模塊，興趣點子模塊、區域子模塊，刪除子模塊；
[0037]所述閾值范圍子模塊，用于提供閾值范圍選擇，和/或閾值范圍輸入，所述閾值范圍包括:骨骼、牙齒、軟組織、牙釉質、密質骨、松質骨中的一種或多種；
[0038]所述興趣點子模塊，用于提供在所述多平面圖像MPR圖上進行興趣點編輯的工具；
[0039]所述區域子模塊，用于提供在所述多平面圖像MPR圖上進行區域編輯的工具；
[0040]刪除子模塊，用于根據選擇的興趣點、區域刪除表面重建三維圖像中與興趣點不相連的被選擇區域。
[0041 ]在一些實施例中，優選為，手術計劃操作模塊包括:鏡像子模塊，頭影測量子模塊、移動子模塊、重置子模塊、自然頭位調整子模塊、配準子模塊；
[0042]所述鏡像子模塊，用于提供鏡像基準設置工具、待鏡像區域選擇工具，所述鏡像基準包括:鏡像線基準、和/或，鏡像面基準；
[0043]所述自然頭位調整子模塊，用于提供可控對象移動器、和/或X軸、Y軸、Z軸的旋轉角度輸入，并根據過中心點的水平面和豎直面旋轉所述操作模型，使所述操作模型與自然位姿數據一致。
[0044]所述重置子模塊，用于調用所述操作模型構建模塊構建的操作模型；
[0045]所述頭影測量子模塊，用于提供點設置工具、線設置工具、面設置工具、測量法工具、測量法導入/導出工具;所述測量法工具，用于提供測量法的選擇和/或自定義，根據設置的點、線、面，利用測量法對操作模型進行距離、角度的測量，得到測量結果;所述測量法導入/導出，用于導入/導出測量法；
[0046]所述配準子模塊，用于確定單元、特征點單元、配準單元;所述確定單元，用于提供作為配準基準的固定模型和作為待配準的浮動模型的選擇工具;所述特征點單元，用于提供在浮動模型上確定特征點的工具;所述配準單元，用于提供配準方式的選擇工具;所述配準方式包括:多點配準和/或全局配準。
[0047]在一些實施例中，優選為，手術計劃操作模塊還包括:截骨術子模塊，
[0048]所述截骨術子模塊包括:截骨單元、操作點單元、調整單元；
[0049]所述截骨單元，用于提供截骨板的選擇工具，所述截骨板包括:平板、V型板、Z型板、折線板、矢狀劈板-左和矢狀劈板中的一種或多種；
[0050]所述操作點單元，用于提供在所述操作模型上確定操作點的工具；
[0051]所述調整單元，用于設置中心點，并依據所述中心點對操作模型、和/或對操作模型上的截骨板進行調整。
[0052]在一些實施例中，優選為，手術模擬模塊還包括:腓骨重建子模塊；
[0053]所述腓骨重建子模塊包括:路徑單元、腓骨模型導入單元、腓骨實施單元、調整單元；
[0054]所述路徑單元，用于提供路徑指示點的確定工具；
[0055]所述腓骨模型導入單元，用于導入腓骨模型；
[0056]所述腓骨實施單元，用于根據腓骨模型和路徑，在操作模型上進行切割。
[0057]所述調整單元，用于對切割得到的腓骨上的楔形塊進行調整。
[0058]本發明實施例提供的數字化外科手術設計方法及系統，與現有技術相比，有效導入醫學數字圖像DIC0M，將該圖上的二維信息轉化為表面重建三維圖像信息和多平面圖像MPR圖，能從數字化角度更直接進行手術計劃操作。在構建表面重建三維圖像后，可根據具體手術操作對表面重建三維圖像進行編輯得到操作模型，有效剔除干擾信息。通過對操作模型和導入的3D掃描圖像和stl模型進行手術計劃，根據數字化手術結果生成手術方案，該手術方案中可以是手術數據，也可以是手術導板。
【附圖說明】
[0059]圖1為本發明一個實施例數字化外科手術設計方法的步驟示意圖。
【具體實施方式】
[0060]下面通過具體的實施例結合附圖對本發明做進一步的詳細描述。
[0061]考慮到現在數字化外科手術指導實際手術中出現各種不匹配、不準確的問題，本實施例提供一種數字化外科手術設計方法及系統。
[0062]—種數字化外科手術設計方法，其包括:
[0063]步驟I，根據導入的醫學數字圖像DICOM文件構建三維圖像，所述三維圖像包括:表面重建三維圖像和多平面圖像MPR圖；
[0064]步驟2，對所述表面重建三維圖像進行構建操作模型；
[0065]步驟3，導入3D掃描圖像和stl模型；
[0066]步驟4，根據手術類型，選取操作工具對所述操作模型和導入的3D掃描圖像和stl模型進行手術計劃操作，得到數字化手術結果；
[0067]步驟5，根據所述數字化手術結果，生成手術方案，供指導手術，所述手術方案包括:手術導板，手術數據中的一種或多種。
[0068]STL模型是一種3D模型文件格式STL(STereo Lithography)的縮寫。
[0069]執行數字化外科手術設計方法的系統，其包括:
[0070]導入模塊，用于導入醫用數字圖像DICOM文件和3D掃描圖像和stl模型；
[0071]三維圖像構建模塊，用于根據導入的所述醫用數字圖像DICOM文件構建表面重建三維圖像和多平面圖像MPR圖；
[0072]操作模型構建模塊，用于對所述表面重建三維圖像進行構建操作模型；
[0073]手術計劃操作模塊，用于根據手術類型，選取操作工具對操作模型和導入的3D掃描圖像和stl模型進行手術計劃操作，得到數字化手術結果；
[0074]生成模塊，用于根據所述數字化手術結果生成手術方案，供指導手術，所述手術方案包括:手術導板，手術數據中的一種或多種。
[0075]有效導入醫學數字圖像DIC0M，將該圖上的二維信息轉化為表面重建三維圖像信息和多平面圖像MPR圖，能從數字化角度更直接進行手術計劃操作。在構建表面重建三維圖像后，可根據具體手術操作對表面重建三維圖像進行編輯得到操作模型，有效剔除干擾信息。通過對操作模型和導入的3D掃描圖像和stl模型進行手術計劃，根據數字化手術結果生成手術方案，該手術方案中可以是手術數據，也可以是手術導板。
[0076]接下來，本發明通過一些具體實施例來詳細描述該技術:
[0077]—種數字化外科手術設計方法，如圖1所示，其包括:
[0078]步驟101，導入對應待手術個體的醫學數字圖像DICOM文件；
[0079]對待手術個體進行各種掃描得到醫學數字圖像DICOM文件。
[0080]步驟102，導入對應待手術個體的3D掃描圖像和stl模型；
[0081]需要說明的是步驟101，步驟102給出了兩種導入文件方式，在實際操作中，導入還可以為歷史工程文件。
[0082]該導入可以通過目錄樹、文件顯示列表或者路徑輸入框來編輯DICOM文件的導入路徑，從而導入指定目錄下的DICOM數據。
[0083]步驟103，根據導入的醫學數字圖像DICOM文件構建表面重建三維圖像和多平面圖像MPR圖；
[0084]選擇導入的DICOM文件打開后，對其進行讀取，讀取過程中會選擇合適的系列信息，并根據選擇的系列信息進入三維重建操作，獲得三維圖像，該三維圖像包括表面重建三維圖像和多平面圖像MPR圖。
[0085 ]步驟104，對表面重建三維圖像進行編輯；
[0086]由于構建后的表面重建三維圖像也許存在位置、角度、大小、顯示方式等方便的問題，為了更方便進行后續操作，可以首先對表面重建三維圖像進行編輯，比如:旋轉、移動、縮放、顯示布局切換等。
[0087]此處就顯示布局切換來說，在后續操作中往往在MPR圖上進行操作，進而反應到表面重建三維圖像信息中，因此，屏幕顯示中需要將多角度的MPR圖、表面重建三維圖像單獨顯示或同時顯示，因此，需要進行顯示布局的切換。表面重建三維圖像、多平面圖像MPR圖按預設尺寸大小、預設排布方式共同或獨立展示。
[0088]步驟105，對表面重建三維圖像進行構建操作模型；
[0089]因為需要手術部位不同，完整的表面重建三維圖像會對后續各種操作造成過多的影響，有效提取對應手術部位的操作模型非常重要。
[0090]該提取、構建方式包括:閾值范圍、興趣點選擇、區域選擇中的一種或多種，閾值范圍包括:骨骼、牙齒、軟組織、牙釉質、密質骨、松質骨中的一種或多種;通過選擇不同的閾值范圍，可以直接提取相關的操作模型。
[0091]為了提高適用性，閾值范圍可以為選擇自帶閾值范圍，也可為自定義閾值范圍。不過，由于自定義閾值的可變性較大，通常只具備一次性和不確定性，因此，該自定義閾值應該能夠保存、刪除、編輯等。
[0092]對應局部可通過選擇興趣點和選擇區域相結合來構建。可以在MPR圖上選擇興趣點，選擇的興趣點同時在表面重建三維圖像對應的位置顯示。表面重建三維圖像和MPR圖對應，有數據關聯性，一方有變動，另一方也隨之變動。在MPR圖上通過使用工具“套索”或“圓”來擦除或者添加選擇的區域，圓的大小可以通過修改數值來調整，與興趣點不相連的區域被認定為非必要區域，可自動被刪除。
[0093]將上述構建操作應用于表面重建三維圖像，形成操作模型。
[0094]需要說明的是，該操作模型形成后，會對應生成一系列數據，通過改變該數據，還可以對操作模型進行再編輯，以獲得更準確的后續操作模型。而且，這種修改模型，還可以通過重新選擇興趣點、重新選擇刪除、增加區域來修改。
[0095]步驟106，根據手術類型，選取操作工具對操作模型和導入的3D掃描圖像和stl模型進行手術計劃操作；
[0096]該步驟包含了對操作模型和導入的3D掃描圖像和stl模型的各種操作，以達到一步步進行手術計劃操作，最終得到數字化手術結果。
[0097]該操作包括:自然頭位調整、鏡像、頭影測量、移動、重置、配準、截骨術、腓骨重建等。具體為:
[0098]自然頭位調整:由于待手術個體也許會出現偏頭、頭位不正等問題，根據掃描信息生成的表面重建三維圖像也會存在該問題，經過步驟105獲得的操作模型也未對該問題進行糾正，所以，在進行其他操作前，需要對頭位糾正到自然頭位。自然頭位是模型最自然的位置，可通過手動調整對象移動器或手動輸入X、Y、Z軸的旋轉角度來調整。
[0099]具體可為:確定中心點，及過中心點的水平面和豎直面;根據水平面和豎直面旋轉操作模型，使操作模型與自然位姿數據一致。
[0100]重置:重置模型可恢復到原始狀態，類似復原，如果操作失誤，可以采用重置以獲得最原始狀態。
[0101]鏡像:通過鏡像平面生成以鏡像平面所在的線為對稱線的鏡像模型。在操作模型或MPR圖上任意選取三點，即可創建鏡像平面。選擇操作模型和相應的鏡像平面可生成以鏡像平面為中線對稱的鏡像模型。鏡像平面通過對象移動器調節位置，可改變名稱和可見性。
[0102]需要說明的是，生成的鏡像可以實現保存、導入、復制、刪除、半透明等。而且，鏡像平面可通過導入獲取。
[0103]移動:模型通過手動調節對象移動器來調整模型理想的位置。手動可調節移動的步長、距離、方向和旋轉角度調整模型的正確位置。移動中可以設置限制模式(比如:沿軸移動、面內移動、繞點旋轉、繞軸旋轉等)。手動調整對象移動器中心點位置，從而調整模型位置。
[0104]頭影測量:運用已有分析法或自定義分析法，創建不同類型點(比如:獨立的點、兩點之間的中點、三個面的交點、線和面的交點、距某點固定方向和距離的點、Delaire分析法X’點燈)、線(比如:兩個點確定的線、貫穿點并與線垂直相交的線、貫穿點并與線平行的線、貫穿點并與面垂直的線、兩個面的交線等)、面(比如:三個點確定的面、貫穿點并與面平行的面、貫穿點并與面垂直的面、貫穿點并與兩個面垂直的面、貫穿線并與另一條線平行的面、貫穿點并與線垂直的面、點和線確定的面等)，測量方法(比如:三點確定的角度、兩條線的夾角、線和面的夾角、兩個面的夾角、補角、兩點之間的距離、兩點之間在X軸上的距離、兩點之間在Y軸上的距離、兩點之間在Z軸上的距離、點與線的距離、點與面的距離、兩條線的距離等)。通過測量距離、角度等在操作模型上指示，從而得到測量結果，確定移動距離等手術數據。其中分析法可以選用預存的分析法，也可以自定義分析法，還可以導入外部分析法。分析法中的點的位置可分別指示或全部指示在操作模型上。指示過程中或完成后，可取消剛剛指示完成的指示點。
[0105]需要說明的是，該分析方法可復制，通過復制分析法可以對操作模型進行各種類似操作。還可以被導出，以方便運用到其他操作模型上。
[0106]截骨術:選擇不同類型的截骨板，在三維模型或mpr平面上任取三點即可。截骨板可被編輯，通過對象移動器調整位置，也可改變對象移動器的中心點和截骨板的大小方向，可手動輸入截骨板的寬度、長度和厚度。選擇進行截骨的模型和截骨板，執行截骨即可。截骨板類型可分為平板、V型板、Z型板、折線板、矢狀劈板-左和矢狀劈板。當然，該接骨板可保存、導入或刪除。
[0107]腓骨重建:需要設置路徑和腓骨截斷實施。可在模型上或mpr平面指示路徑，腓骨會根據指示的路徑點進行切割。其中腓骨模型可采用導入的方式，路徑可被刪除、增加指示點、刪除指示點，修改路徑上的指示點等。選擇操作模型后，根據指示的路徑點，腓骨進行切割實施方案。創建:在腓骨模型上可創建腓骨切割位置的起始點，根據創建的起始點和設計的路徑實施方案，進行腓骨切割。可對切割完成的腓骨上的楔形塊進行調整。已完成的腓骨塊，在下頌處可以進行旋轉。完成設計即生成切割完成的的腓骨塊模型。需要說明的是，已創建的起始點可被刪除。
[0108]配準:將浮動模型在固定模型上配準，得到配準結果；
[0109]固定某個模型，將浮動模型根據選取的特征點配準在固定模型上，或選取部分特征全局匹配在固定模型上。
[0110]配準方式可分為多點配準和全局配準。
[0111]多點配準為:分別在固定模型和浮動模型上分別取相對應的特征點進行多點匹配。
[0112]對應的功能鍵為:確定:選擇固定、浮動模型完成后，點擊確定按鈕，即可進行多點匹配。取消:在選擇過程中或選擇完成后，點擊去取消按鈕，即可取消選取的特征點。刪除上一個點:在選擇過程中或選擇完成后，點擊刪除上一個點按鈕即可刪除上一個特征點。刪除全部點:在選擇過程中或選擇完成后，點擊全部刪除按鈕，即可刪除全部指示的特征點。
[0113]全局配準為:根據選擇的固定模型和浮動模型，選取部分特征將浮動模型全局匹配到固定模型上。貫穿，貫穿表示被選擇的部分連同被選擇的區域穿過整個模型的部分。
[0114]步驟107，根據數字化手術結果生成手術方案，供指導手術，手術方案包括:手術導板，手術數據中的一種或多種。
[0115]由于整個手術計劃操作均是在表面重建三維圖像、導入的3D掃描圖像和stl模型上進行，因此，最后得到的數字化手術結果可以直接通過3D打印得到，具體的手術導板也可以通過3D打印得到，手術數據也是通過數字化手術結果獲得。得到的手術導板可以直接用做現實手術中。在手術結束后，可以在提取手術個體的數據再進行構建三維圖形，與數字化手術結果進行比較，以確定手術是否成功。所以，該數字化外科手術設計方法還可用于后續驗證。
[0116]將上述數字化外科手術設計方法設計為一套軟件程序，應用于電腦系統，或運轉在自開發的系統中。該軟件程序的安裝要求為:
[0117]安裝該軟件需要滿足的最低硬軟件要求如下:
[0118]CPU:32/64bit Intel Pentium 4 2.4G
[0119]內存:4G
[0120]顯卡:IG以上顯存，支持1280*1024分辨率
[0121]操作系統:Windows 7以上
[0122]該執行數字化外科手術設計方法的系統包括:
[0123]導入模塊，用于導入醫用數字圖像DICOM文件和3D掃描圖像和stl模型；
[0124]三維圖像構建模塊，用于根據導入的醫用數字圖像DICOM文件構建表面重建三維圖像和多平面圖像MPR圖；
[0125]操作模型構建模塊，用于對表面重建三維圖像進行構建操作模型；
[0126]手術計劃操作模塊，用于根據手術類型，選取操作工具對操作模型和導入的3D掃描圖像和stl模型進行手術計劃操作，得到數字化手術結果；
[0127]生成模塊，用于根據數字化手術結果生成手術方案，供指導手術，手術方案包括:手術導板，手術數據中的一種或多種。
[0128]執行數字化外科手術設計方法的系統還包括:編輯模塊，用于對表面重建三維圖像構建模塊構建的表面重建三維圖像進行編輯，并將編輯后的表面重建三維圖像供操作模型構建模塊使用。
[0?29]編輯模塊包括:旋轉子模塊、移動子模塊、縮放子模塊，顯不布局切換子模塊；
[0130]旋轉子模塊，用于提供對表面重建三維圖像進行旋轉操作的旋轉工具；
[0131]移動子模塊，用于提供對表面重建三維圖像進行平移操作的平移工具；
[0132]縮放子模塊，用于提供對表面重建三維圖像進行放大和/或縮小的縮放工具；
[0133]顯示布局切換子模塊，用于顯示內容的布局進行切換，顯示內容的布局包括:表面重建三維圖像、多平面圖像MPR圖按預設尺寸大小、預設排布方式共同或獨立展示。
[0134]操作模型構建模塊包括:閾值范圍子模塊，興趣點子模塊、區域子模塊，刪除子模塊；
[0135]閾值范圍子模塊，用于提供閾值范圍選擇，和/或閾值范圍輸入，閾值范圍包括:骨骼、牙齒、軟組織、牙釉質、密質骨、松質骨中的一種或多種；
[0136]興趣點子模塊，用于提供在多平面圖像MPR圖上進行興趣點編輯的工具；
[0137]區域子模塊，用于提供在多平面圖像MPR圖上進行區域編輯的工具；
[0138]刪除子模塊，用于根據選擇的興趣點、區域刪除表面重建三維圖像中與興趣點不相連的被選擇區域。
[0139]手術計劃操作模塊包括:鏡像子模塊，頭影測量子模塊、移動子模塊、重置子模塊、自然頭位調整子模塊、配準子模塊、截骨術子模塊、腓骨重建子模塊；
[0140]鏡像子模塊，用于提供鏡像基準設置工具、待鏡像區域選擇工具，鏡像基準包括:鏡像線基準、和/或，鏡像面基準；
[0141]自然頭位調整子模塊，用于提供可控對象移動器、和/或X軸、Y軸、Z軸的旋轉角度輸入，并根據過中心點的水平面和豎直面旋轉操作模型，使操作模型與自然位姿數據一致。
[0142]重置子模塊，用于調用操作模型構建模塊構建的操作模型；
[0143]頭影測量子模塊，用于提供點設置工具、線設置工具、面設置工具、測量法工具、測量法導入/導出工具;測量法工具，用于提供測量法的選擇和/或自定義，根據設置的點、線、面，利用測量法對操作模型進行距離、角度的測量，得到測量結果;測量法導入/導出，用于導入/導出測量法。
[0144]配準模塊包括:模型選擇子模塊、特征點子模塊、匹配子模塊、貫穿子模塊；
[0145]模型選擇子模塊，用于固定模型、浮動模型的選擇；
[0146]特征點子模塊，用于提供在浮動模型上確定特征點的工具；
[0147]匹配子模塊，用于提供配準方式的選擇工具；配準方式包括:多點配準和/或全局配準；
[0148]貫穿子模塊，用于被選擇的部分連同被選擇的區域穿過整個操作模型的部分。[0149 ]截骨術子模塊包括:截骨單元、操作點單元、調整單元；
[0150]所述截骨單元，用于提供截骨板的選擇工具，所述截骨板包括:平板、V型板、Z型板、折線板、矢狀劈板-左和矢狀劈板中的一種或多種；
[0151]所述操作點單元，用于提供在所述操作模型上確定操作點的工具；
[0152]所述調整單元，用于設置中心點，并依據所述中心點對操作模型、和/或對操作模型上的截骨板進行調整。
[0153]腓骨重建子模塊；
[0154]所述腓骨重建子模塊包括:路徑單元、腓骨模型導入單元、腓骨實施單元、調整單元；
[0155]所述路徑單元，用于提供路徑指示點的確定工具；
[0156]所述腓骨模型導入單元，用于導入腓骨模型；
[0157]所述腓骨實施單元，用于根據腓骨模型和路徑，在操作模型上進行切割。
[0158]所述調整單元，用于對切割得到的腓骨上的楔形塊進行調整。
[0159]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種數字化外科手術設計方法，其特征在于，包括: 步驟I，根據導入的醫學數字圖像DICOM文件構建三維圖像，所述三維圖像包括:表面重建三維圖像和多平面圖像MPR圖； 步驟2，對所述表面重建三維圖像進行構建操作模型； 步驟3，導入3D掃描圖像和stl模型； 步驟4，根據手術類型，選取操作工具對所述操作模型和導入的3D掃描圖像和stl模型進行手術計劃操作，得到數字化手術結果； 步驟5，根據所述數字化手術結果，生成手術方案，供指導手術，所述手術方案包括:手術導板，手術數據中的一種或多種。2.如權利要求1所述的數字化外科手術設計方法，其特征在于，在步驟I和步驟2之間，所述設計方法還包括:對所述表面重建三維圖像進行編輯； 所述編輯包括:旋轉、移動、縮放、顯示布局切換； 所述顯示布局包括:表面重建三維圖像、所述多平面圖像MPR圖按預設尺寸大小、預設排布方式共同或獨立展示。3.如權利要求1所述的數字化外科手術設計方法，其特征在于，所述步驟2包括: 選擇構建方式，所述構建方式包括:閾值范圍、興趣點選擇、區域選擇中的一種或多種，所述閾值范圍包括:骨骼、牙齒、軟組織、牙釉質、密質骨、松質骨中的一種或多種； 根據所述構建方式進行構建操作，所述興趣點選擇對應的構建操作為:在所述多平面MPR圖上選擇興趣點，所述區域選擇對應的構建操作為:在所述多平面MPR圖上選擇區域；將所述構建操作應用于所述表面重建三維圖像，與興趣點不相連的被選擇區域刪除，形成操作模型。4.如權利要求1所述的數字化外科手術設計方法，其特征在于，所述操作工具包括:鏡像、頭影測量、移動、重置、配準、自然頭位調整、截骨術、腓骨重建。5.如權利要求4所述的數字化外科手術設計方法，其特征在于，所述自然頭位調整的方法為:參考待手術個體在自然狀態下的位姿數據，將表面重建三維圖像調整至自然位姿。6.如權利要求4所述的數字化外科手術設計方法，其特征在于，所述頭影測量的方法包括:選取測量方法，所述測量方法包括:以導入方式導入的測量方法、或自定義測量方法，所述自定義測量方法可導出；所述自定義測量方法包括:點測量、線測量、面測量中的任一種或多種； 根據測量方法對所述操作模型進行測量。7.如權利要求1所述的數字化外科手術設計方法，其特征在于，所述配準包括: 確定作為配準基準的固定模型，和作為待配準的浮動模型； 將所述浮動模型在所述固定模型上進行配準。8.一種執行所述數字化外科手術設計方法的系統，其特征在于，包括: 導入模塊，用于導入醫用數字圖像DICOM文件和3D掃描圖像和stl模型； 三維圖像構建模塊，用于根據導入的所述醫用數字圖像DICOM文件構建表面重建三維圖像和多平面圖像MPR圖； 操作模型構建模塊，用于對所述表面重建三維圖像進行構建操作模型； 手術計劃操作模塊，用于根據手術類型，選取操作工具對操作模型和導入的3D掃描圖像和stl模型進行手術計劃操作，得到數字化手術結果； 生成模塊，用于根據所述數字化手術結果生成手術方案，供指導手術，所述手術方案包括:手術導板，手術數據中的一種或多種。9.如權利要求8所述的執行所述數字化外科手術設計方法的系統，其特征在于，還包括:編輯模塊，用于對表面重建三維圖像構建模塊構建的所述表面重建三維圖像進行編輯，并將編輯后的表面重建三維圖像供操作模型構建模塊使用。10.如權利要求9所述的執行所述數字化外科手術設計方法的系統，其特征在于，所述編輯模塊包括:旋轉子模塊、移動子模塊、縮放子模塊，顯不布局切換子模塊； 所述旋轉子模塊，用于提供對表面重建三維圖像進行旋轉操作的旋轉工具； 所述移動子模塊，用于提供對表面重建三維圖像進行平移操作的平移工具； 所述縮放子模塊，用于提供對表面重建三維圖像進行放大和/或縮小的縮放工具； 所述顯示布局切換子模塊，用于顯示內容的布局進行切換，顯示內容的布局包括:表面重建三維圖像、所述多平面圖像MPR圖按預設尺寸大小、預設排布方式共同或獨立展示。11.如權利要求8所述的執行所述數字化外科手術設計方法的系統，其特征在于，所述操作模型構建模塊包括:閾值范圍子模塊，興趣點子模塊、區域子模塊，刪除子模塊； 所述閾值范圍子模塊，用于提供閾值范圍選擇，和/或閾值范圍輸入，所述閾值范圍包括:骨骼、牙齒、軟組織、牙釉質、密質骨、松質骨中的一種或多種； 所述興趣點子模塊，用于提供在所述多平面圖像MPR圖上進行興趣點編輯的工具； 所述區域子模塊，用于提供在所述多平面圖像MPR圖上進行區域編輯的工具； 刪除子模塊，用于根據選擇的興趣點、區域刪除表面重建三維圖像中與興趣點不相連的被選擇區域。12.如權利要求8所述的執行所述數字化外科手術設計方法的系統，其特征在于，手術計劃操作模塊包括:鏡像子模塊，頭影測量子模塊、移動子模塊、重置子模塊、自然頭位調整子模塊、配準子模塊； 所述鏡像子模塊，用于提供鏡像基準設置工具、待鏡像區域選擇工具，所述鏡像基準包括:鏡像線基準、和/或，鏡像面基準； 所述自然頭位調整子模塊，用于提供可控對象移動器、和/或X軸、Y軸、Z軸的旋轉角度輸入，或根據過中心點的水平面和豎直面旋轉所述操作模型，使所述操作模型處于自然位姿數據。 所述重置子模塊，用于調用所述操作模型構建模塊構建的操作模型； 所述頭影測量子模塊，用于提供點設置工具、線設置工具、面設置工具、測量法工具、測量法導入/導出工具；所述測量法工具，用于提供測量法的選擇和/或自定義，根據設置的點、線、面，利用測量法對操作模型進行距離、角度的測量，得到測量結果;所述測量法導入/導出，用于導入/導出測量法； 所述配準子模塊，用于確定單元、特征點單元、配準單元;所述確定單元，用于提供作為配準基準的固定模型和作為待配準的浮動模型的選擇工具;所述特征點單元，用于提供在浮動模型上確定特征點的工具;所述配準單元，用于提供配準方式的選擇工具;所述配準方式包括:多點配準和/或全局配準。13.如權利要求8-12任一項所述的執行所述數字化外科手術設計方法的系統，其特征在于，手術計劃操作模塊還包括:截骨術子模塊， 所述截骨術子模塊包括:截骨單元、操作點單元、調整單元； 所述截骨單元，用于提供截骨板的選擇工具，所述截骨板包括:平板、V型板、Z型板、折線板、矢狀劈板-左和矢狀劈板中的一種或多種； 所述操作點單元，用于提供在所述操作模型上確定操作點的工具； 所述調整單元，用于設置中心點，并依據所述中心點對操作模型、和/或對操作模型上的截骨板進行調整。14.如權利要求8-12任一項所述的執行所述數字化外科手術設計方法的系統，其特征在于，手術模擬模塊還包括:腓骨重建子模塊； 所述腓骨重建子模塊包括:路徑單元、腓骨模型導入單元、腓骨實施單元、調整單元； 所述路徑單元，用于提供路徑指示點的確定工具； 所述腓骨模型導入單元，用于導入腓骨模型； 所述腓骨實施單元，用于根據腓骨模型和路徑，在操作模型上進行切割。 所述調整單元，用于對切割得到的腓骨上的楔形塊進行調整。
【文檔編號】A61B34/10GK105997244SQ201610282335
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月29日
【發明人】呂列夫
【申請人】北京百特康科技有限公司