用于规划毛发移植的系统和方法
【专利说明】用于规划毛发移植的系统和方法
[0001] 申请领域
[0002] 本申请大体上涉及治疗计划系统、方法和它们的使用方法。具体地说，本申请涉及 毛发移植规划系统（即，在身体表面（通常是头皮）中采集和/或植入毛发毛囊单位）和 它们的使用方法。
[0003] 申请背景
[0004] 毛发移植程序是众所周知的，并且通常涉及（例如，在患有男性模式秃发的患者 中）从患者头皮的侧部和背部边缘区域（"供区"）采集供体毛发移植物，并且在秃发区域 (受区）中植入所采集的毛囊单位。历史上，所采集的移植物相对较大（3-5_)，尽管最近， 供体移植物可以是单一毛囊单位，毛囊单位是自然发生的总计为1-3个（和不太常见地， 4-5个）随机分布在头皮表面上的紧密间隔的毛发毛囊。
[0005] 在一个众所周知的毛发移植过程中，使用解剖刀向下切割进入脂肪皮下组织而将 头皮的线性部分从供区移除。条带经解剖（在显微镜下）进入组件毛囊单位，毛囊单位随 后被植入到使用针制成的相应切口或刺孔中的受区中。镊子可用来抓取单独毛囊单位移植 物并将其放置到针穿刺位置，尽管已知用于执行这个任务的其它仪器和方法。
[0006] 美国专利号6, 585, 746公开了利用机器人系统的毛发移植系统，其包括机器人臂 和与机器人臂相关联的毛发毛囊导引器。成像系统用来产生患者头皮的三维图像，三维图 像用来规划接受毛发移植物的位置。美国6, 585, 746的全部公开内容以引用的方式并入本 文。
[0007] 无论采用何种类型的毛发移植程序，医生的目标是为他的患者提供外观自然的头 发。当前，医生基于他们基于对先前患者所执行的程序的经验尝试做这个，希望当他们从患 者头部的供区采集毛发并将其植入到受区中时，他们能以这样的方式设法得到外观自然的 头发。然而，可基于其他患者的先前经验获得患者看起来可能是什么样的现实图像是不可 能的。每个人的毛发是不同的，没有相同的厚度、质地或密度，并且毛发不以相同的方式位 于或落在不同人的头上。此外，不是每个人的头部形状或大小都相同，所以关于毛发如何落 下，以及它如何分开也有许多差异。因此，对一个患者执行的毛发移植程序的结果看起来未 必与在对第二个患者执行同一程序时相同。当前，人们仅可能看到其他人之前和之后的照 片，并猜测毛发移植程序的结果可能是什么。
[0008] 共同转让的美国专利号7, 806, 121和美国专利号8, 104, 480 (下文统一地， "Bodduluri"）示出用于规划将毛囊单位移植到患者身体表面的系统与方法。两项专利都 以引用方式并入本文。
[0009] 概述
[0010] 本申请中提供用于规划各种美容程序和皮肤病学程序（包括毛发移植）的各种系 统和方法。这些程序可以在头皮、面部和其它皮肤与身体表面上执行。
[0011] 根据本申请的一个方面，提供一种在身体上规划程序的方法。该方法包括：在身体 表面的三维模型上产生并显示至少两个元素，相应的至少两个元素中的每个包括一个或多 个控制点，该控制点具有与它们相关联的对应参数；使用处理器将至少两个元素的第一元 素和第二元素彼此相关联以便形成群组；至少部分基于第二元素的一个或多个控制点的至 少一个参数产生或修改第一元素内的或第一元素上的至少一个部位。上面提到的方法可以 例如作为在身体表面上移植毛囊单位的方法来实现，该方法包括：在身体表面的三维模型 上产生并显示至少两个毛发元素，相应的至少两个毛发元素中的每个包括一个或多个控制 点，该控制点具有与它们相关联的对应参数；使用处理器将至少两个毛发元素的第一毛发 元素和第二毛发元素彼此相关联以便形成毛群；至少部分基于第二毛发元素的一个或多个 控制点的至少一个参数产生或修改第一元素内的或第一元素上的至少一个部位。在一些实 施方案中，基于群组（例如，毛群）的控制点的参数自动修改或产生并显示所提议毛囊单元 部位或其它程序部位。
[0012] 通过非限制性实例，毛发元素可以是毛发修补区或边界曲线（其可以包括前部发 际线或发际线），控制点可以位于毛发修补区的周边上或内部。可以在其它美容程序和皮肤 病学程序中使用的"元素"或"身体表面元素"的其它实例在下文本公开的各个部分中提供 并且处于本申请的各种实施方案和方面的范围内。所提议部位可以是毛发采集部位、切口 制造部位、毛发植入部位，以及用于放置和去除纹身、或执行各种美容程序和皮肤病学程序 的各种部位。
[0013] 在一些实施方案中，控制点的参数可以是位置、取向或密度中的一个或多个。在密 度是该参数的情况下，例如，关于毛发移植和相关程序，所提议部位的产生可以基于所提议 部位与一个或多个控制点之间的逆变换算法。密度参数可以基于相关联控制点距所提议部 位的距离来加权。
[0014] 在一些实施方案中，方法还可以包括将元素（例如，毛发元素）的三维坐标投影到 二维坐标系中并且随后在二维坐标系中内插程序部位（例如，植入部位）。内插植入部位随 后被投影回三维坐标系中，在坐标系中它们被描绘在患者的三维模型上。在一些实施方案 中，内插方法可以考虑密度，并且利用多个控制点的密度参数，其中多个控制可以包括一个 或多个控制点。
[0015] 根据本申请的另一个方面，提供一种在身体表面上规划毛囊单位的移植的方法， 其包括：在身体表面的三维模型上产生并显示毛发修补区，毛发修补区包括它的周边上的 一组控制点，控制点具有与它们相关联的对应参数；在毛发修补区内和/或在它的周边上 创建另外的控制点；基于控制点和另外控制点的参数自动产生并显示毛发修补区内或毛发 修补区周边上的所提议毛囊单位植入部位。将理解，这个方法可以应用于关于在身体表面 上的任何修补区的控制点的产生，以及任何程序部位（除了毛发移植之外）的产生和显示。
[0016] 根据本申请的另一个方面，提供一种基于密度插值法产生所提议程序部位的系统 和方法。该方法包括：将三维坐标系中的身体表面元素的多个轮廓点的位置投影至到二维 平面上；在二维平面上产生候选程序部位；基于与身体表面元素相关联的多个控制点的密 度参数确定每个候选程序部位的内插间隔值；产生所提议程序部位；将所提议程序部位的 二维位置投影回三维坐标系。在一些实施方案中，该方法还包括识别由于所提议程序部位 之间的所需间隔而不能用作程序部位可用的候选程序部位。在一些实施方案中，可以确定 与程序部位的密度和间隔相关联的公式。另外，确定内插间隔值的步骤可以包括利用所确 定的公式。用于基于密度插值法产生所提议程序部位的系统可以包括一个或多个处理器， 该一个或多个处理器包括用于根据上述方法执行操作的一个或多个模块。
[0017] 根据本申请的另一个方面，提供一种用于规划程序（例如，移植程序）的系统，该 系统包括：用户接口，其包括用户输入设备；至少一个非暂时性存储介质，其存储指令；以 及处理器，其包括用于执行关于图像数据的操作的一个或多个模块，该一个或多个模块包 括指令用于：在身体表面的三维模型上产生并显示至少两个元素（例如，毛发元素），该相 应元素中的每个包括一个或多个控制点，一个或多个控制点具有与它们相关联的对应参 数；将至少两个元素（如毛发元素）的第一元素和第二元素彼此相关联以便形成群组（例 如，毛群）；至少部分基于第二毛发元素的一个或多个控制点的至少一个参数产生或修改 第一毛发元素内的或第一毛发元素上的至少一个部位。在一个实施方案中，系统还包括图 像存储库。本申请的系统和方法当在自动化系统或计算机控制系统（例如，包括机器人臂 的图像导引机器人系统）上实现或与其集成时尤其有用。系统还可以包括提供包含身体表 面的一个或多个图像的图像数据的成像设备和用于执行程序的工具。系统可以包括适于接 收包含身体表面图像的图像数据的界面、经编程以执行关于本申请的各个实施方案和方法 描述的各种程序和步骤的处理器，以及被配置来显示如本文所述的治疗计划的监视器。
[0018] 在本申请的另一个方面中，提供在身体表面规划毛囊单位的移植的系统和方法。 此类系统和方法包括产生并显示身体表面的三维模型；从图像存储库选择模板；以及基于 模板产生并显示一个或多个所提议毛发元素。产生的步骤可以包括产生模板的一部分。该 部分可以包括边界曲线或毛发修补区。
[0019] 根据本申请的另一个方面，提供一种规划身体表面（包括面部特征）的修改的系 统和方法。此类系统和方法将相关联的各种身体表面元素提供到群组中，并且至少部分基 于来自第二身体表面元素的控制点的一个或多个参数修改第一身体表面元素中的某些特 征。在一些实施方案中，修改可以自动地进行或利用用户输入进行。通过非限制性实例，身 体表面元素可以是皮肤的一部分、痣、雀斑、皱纹、疤痕、面部特征（如眼睛、鼻子、眼睛、目艮 睑、嘴唇、耳朵、下巴、胎记）或面部缺陷。
[0020] 根据本发明的又一个方面，提供一种规划程序的方法。该方法可以包括：接收来自 徒手画的所提议身体表面元素的二维用户输入；在显示设备上的身体表面的3-D模型上产 生并显示所提议身体表面元素；以及基于3-D模型上的所提议身体表面元素自动地产生多 个控制点。在一些实施方案中，该方法可以作为规划毛发移植物移植的方法实现，该方法利 用来自徒手画的所提议毛发元素的二维（2-D)用户输入。在一些与毛发移植相关的实现方 式中，该方法包括：接收来自徒手画的所提议毛发元素的二维用户输入；在显示设备上的 身体表面的3-D模型上产生（例如，使用处理器）并显示所提议身体表面元素；以及基于 3-D模型上的所提议毛发元素自动地产生多个控制点。该方法还可以包括自动地确定多个 控制点的至少一个的取向值。毛发元素可以包括例如发际线、毛发边界曲线或毛发修补区 的边界。另外，所提议毛囊单位植入部位或采集部位可以基于多个控制点和多个控制点的 取向来自动地产生并显示。在显示设备上的身体表面的3-D模型上的所提议毛发元素的产 生可以包括：确定所接收的2-D用户输入是否对应于开放回路或闭合回路；以及如果确定 的输入对应于开放回路，那么产生并显示发际线；并且如果确定的输入对应于闭合回路，那 么产生并显示毛发修补区。在一些实施方案中，该方法还可以包括：接收对应于例如呈徒手 画的形式的取向信息的另外2-D用户输入，其中另外2-D用户输入用来自动地产生所提议 毛囊单位植入部位。在一些实施方案中，另外2D用户输入包括绘制在由毛发修补区的边界 描绘轮廓的区域内的一个或多个曲线。在其它实施方案中，该方法还可以包括识别发涡中 心相对于毛发元素的位置。在本申请的一个方面中，该方法还包括在显示设备上显示身体 表面的3D模型。
[0021] 根据本申请的另一个方面，提供一种用于规划程序（例如，移植程序）的系统，该 系统包括：用户接口，其包括用户输入设备；至少一个非暂时性存储介质，其存储指令；以 及处理器，其包括用于执行关于图像数据的操作的一个或多个模块，一个或多个模块包括 指令用于：接收来自徒手画的所提议身体表面元素（例如，毛发元素）的二维（2-D)用户输 入；在显示设备上的身体表面的3-D模型上产生并显示所提议身体表面（例如，毛发）元 素；以及在3-D模型上基于所提议身体表面元素自动地产生多个控制点。在一些实施方案 中，该系统还包括一个或多个模块，其包括用于确定所接收的2-D用户输入是否对应于开 放回路或闭合回路的指令；以及如果确定的输入对应于开放回路，那么产生并显示发际线； 并且如果确定的输入对应于闭合回路，那么产生并显示毛发修补区。
[0022] 根据本申请的又一个方面，提供一种在身体表面上自动地创建发涡的计划的方 法。该方法包括：识别毛发边界曲线，毛发边界曲线具有多个控制点；识别发涡中心；将初 始取向值自动地分配到多个控制点中的每个，所述初始取向值基于从涡纹中心至相应多个 控制点中的每个的虚拟线的取向；以及基于多个控制点和它们对应的被分配初始取向值自 动地产生由毛发边界曲线描绘轮廓的区域内的所提议毛囊单位植入部位。该方法还可以包 括基于所提议毛囊单位植入部位距发涡中心的距离修改自动地产生的所提议毛囊单位植 入部位的取向。在一些实施方案中，该修改如下：其具有的与初始取向值的偏差越大，距发 涡中心越远，以及与初始取向值偏差越小，距发涡中心越近。
[0023] 根据本申请的另一个方面，提供一种在身体表面上自动地创建发涡的计划的系 统，该系统包括：用户接口，其包括用户输入设备；至少一个非暂时性存储介质，其存储指 令；以及处理器，其包括用于执行关于图像数据的操作的一个或多个模块，该一个或多个模 块包括指令用于：识别发涡中心；将初始取向值自动地分配到多个控制点中的每个，初始 取向值基于从涡纹中心至相应多个控制点中的每个的虚拟线的取向；以及基于多个控制点 和它们对应的被分配初始取向值自动地产生由毛发边界曲线描绘轮廓的区域内的所提议 毛囊单位植入部位。
[0024] 根据本申请的又一个方面，提供一种在身体表面上规划毛囊单位或毛发移植物的 移植的方法，该方法包括：接收来自徒手画的一个或多个二维（2-D)曲线；将至少两个控制 点自动地分配到一个或多个曲线中的每个；基于每个相应控制点处切线至一个或多个曲线 的角度为所述控制点中的每个自动地确定初始取向值；以及基于一个或多个曲线的至少两 个控制点和它们对应的自动分配的初始取向值自动地产生所提议毛囊单位植入或采集部 位。还提供对应于上面提到的方法的系统和处理器。
[0025] 当鉴于附图阅读时，本发明的其它和进一步目标和优点将从下面的详细描述中变 得显而易见。
[0026] 附图简述
[0027] 本文所描述的实施方案的特征和优点将被理解，因为该特征和优点通过参照本说 明书、权利要求和附图变得更加好理解，其中：
[0028] 图1是示出用于产生与毛发移植程序一起使用的治疗计划的一般方法的实例的 流程图。
[0029] 图2a和图2b是人的头部的前视图和后视图的图像。
[0030] 图3描绘根据本申请的一个实施方案的所提议的毛发植入元素的实例。
[0031] 图4和图5是代表性监视器视图的实例，该代表性监视器视图作为治疗计划的示 出两个不同模板的使用的部分产生。
[0032] 图6a描绘在两个毛发元素上的控制点可以如何影响所提议部位的实例。
[0033] 图6b描绘在三个毛发元素上的控制点可以如何影响所提议部位的实例。
[0034] 图7a描绘发涡可以如何产生的实例。
[0035] 图7b描绘发涡可以如何产生的另一个实例。
[0036] 图7c是示出用于产生发涡的方法的实例的流程图。
[0037] 图8通过实例示出人的头部，在头部上三个重叠的毛发元素叠加。
[0038] 图9a和9b描绘图8的三个重叠的所提议毛发元素。
[0039] 图10示出一个毛发元素与另一个毛发元素完全重叠的实例。
[0040] 图11示出与所提议毛发修补区相邻的所提议发际线的实例。
[0041] 图12是示出可以如何为发际线产生内插部位的实例的流程图。
[0042] 图13描绘内插发际线的实例。
[0043] 图14是示出可以如何在毛发边界内产生部位的实例的流程图。
[0044] 图15示出毛发修补区的2-D投影的实施方案的一个实例。
[0045] 图16示出包括所提议植入部位的毛发修补区的2-D投影的另一个实施方案。
[0046] 图17a和图17b示出徒手画的发际线、它的相关联控制点和所提议毛囊单位植入 部位的实例。
[0047] 图18a和图18b示出徒手画的毛发修补区、它的相关联控制点和所提议毛囊单位 植入部位的实例。
[0048] 图19a和图19b示出徒手画曲线可以如何影响所提议毛囊单位植入部位的实例。
[0049] 图20是示出用于利用徒手画产生治疗计划的一般方法的实例的流程图。
[0050] 图21a和图21b示出患者头部代表和拉紧设备代表，患者头部代表包括具有所提 议植入部位的毛发区域。
[0051] 优选实施方案的详述
[0052] 在下面的详细描述中，参照通过说明特定实施方案展示的附图，在该实施方案中 可实践本申请。就这点来说，参照图的取向使用方向性术语，如"内部"、"前部"、"远离"、"顶 部"、"右部"、"左部"等。因为本申请的组件或实施方案可以以多个不同取向定位，并且该方 法可以多种不同方式执行，所以方向性术语用于说明的目的且不具有限制性。另外，如本文 所使用的术语"耦合"或"附接"或"连接"或"安装"意味着直接地或例如通过一个或多个 中间组件间接地耦合、附接、连接、整合、或安装。将理解，在不背离本申请的范围的情况下， 可以利用其它实施方案并且可以进行结构或逻辑变化。另外，可参照具体实施方案讨论的 各种特征和元素在其它实施方案中可以组合在一起。因此，以下详细说明不具有限制性意 义，并且本申请的范围是由附加权利要求书限定的。
[0053] 当为具体患者规划毛发移植程序时，医生必须考虑根据患者不同而变化的许多参 数。例如，遍及患者头皮不同区域的毛发密度和密度变化、遍及患者头皮也可改变的毛发口 径、患者设计和/或梳理他的头发的方式。已经考虑这些参数，然而，不可能知道植