数字化外科手术设计方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及数字化外科手术设计领域，具体涉及数字化外科手术设计方法及系统。该方法根据导入的医学数字图像DICOM文件构建三维图像；对所述三维图像进行构建操作模型；根据手术类型，选取操作工具对所述操作模型和导入的3D扫描图像和stl模型进行手术计划操作，获得数字化手术结果；生成手术方案，供指导手术，所述手术方案包括：手术导板，手术数据中的一种或多种。系统对应该方法而设计。本发明能够数字化模拟手术过程，并矫正手术结果，生成指导实际手术的手术方案，提高实际手术的准确性。
【专利说明】
数字化外科手术设计方法及系统
技术领域
[0001]本发明涉及数字化手术模拟技术，具体而言，涉及数字化外科手术设计方法及系统。
【背景技术】
[0002]随着现在科技技术的发达和人们对美丽的美好向往，进行口腔颂面外科手术治疗的人越来越多。口腔颂面外科(oral and maxillofacial surgery)是一门以外科治疗为主，对口腔器官(牙、牙槽骨、唇、颊、舌、腭、咽等)、面部软组织、颂面诸骨(上颂骨、下颂骨、颧骨等)、颞下颂关节、涎腺以及颈部某些相关疾病进行外科治疗。具体治疗过程通常为:手术前通过X线、CT、MRI等影像学技术对患者的头部、口腔等进行进行人工或计算机软件测量分析，并通过医学软件进行手术效果模拟，来制定手术方案。CN102389335A提供一种数字化颂骨手术导板及其制造方法，通过采集患者的影像学资料，对影像学资料进行测量分析并进行位置标注，将分析后得到的数据导入设计软件，设计除手术导板，制造手术导板。但是，在该过程中，由于各种影像资料提取的不确定性，造成手术效果模拟中出现干扰因素。而且，在平面影像的标注和根据平面数据设计的手术导板，直接应用到立体颂面治疗时，会产生平面和立体结构的不适用，导致手术模拟结果在指导实际手术时造成很大偏差，直接影响手术的成功性。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种数字化外科手术设计方法及系统，以数字化手术模拟，并生成指导实际手术的方案。
[0004]本发明实施例提供了一种数字化外科手术设计方法，其包括:
[0005]步骤I，根据导入的医学数字图像DICOM文件构建三维图像，所述三维图像包括:表面重建三维图像和多平面图像MPR图；
[0006]步骤2，对所述表面重建三维图像进行构建操作模型；
[0007]步骤3，导入3D扫描图像和stl模型；
[0008]步骤4，根据手术类型，选取操作工具对所述操作模型和导入的3D扫描图像和stl模型进行手术计划操作，得到数字化手术结果；
[0009]步骤5，根据所述数字化手术结果，生成手术方案，供指导手术，所述手术方案包括:手术导板，手术数据中的一种或多种。
[0010]在一些实施例中，优选为，在步骤I和步骤2之间，所述设计方法还包括:对所述表面重建三维图像进行编辑；
[0011 ]所述编辑包括:旋转、移动、缩放、显示布局切换；
[0012]所述显示布局包括:表面重建三维图像、所述多平面图像MPR图按预设尺寸大小、预设排布方式共同或独立展示。
[0013]在一些实施例中，优选为，所述步骤2包括:
[0014]选择构建方式，所述构建方式包括:阈值范围、兴趣点选择、区域选择中的一种或多种，所述阈值范围包括:骨骼、牙齿、软组织、牙釉质、密质骨、松质骨中的一种或多种；
[0015]根据所述构建方式进行构建操作，所述兴趣点选择对应的构建操作为:在所述多平面MPR图上选择兴趣点，所述区域选择对应的构建操作为:在所述多平面MPR图上选择区域；
[0016]将所述构建操作应用于所述表面重建三维图像，与兴趣点不相连的被选择区域删除，形成操作模型。
[0017]在一些实施例中，优选为，所述操作工具包括:镜像、头影测量、移动、重置、配准、自然头位调整、截骨术、腓骨重建。
[0018]在一些实施例中，优选为，所述自然头位调整的方法为:参考待手术个体在自然状态下的位姿数据，将表面重建三维图像调整至自然位姿。
[0019]在一些实施例中，优选为，所述头影测量的方法包括:选取测量方法，所述测量方法包括:以导入方式导入的测量方法、或自定义测量方法，所述自定义测量方法可导出；所述自定义测量方法包括:点测量、线测量、面测量中的任一种或多种；
[0020]根据测量方法对所述操作模型进行测量。
[0021]在一些实施例中，优选为，所述配准包括:
[0022]确定作为配准基准的固定模型，和作为待配准的浮动模型；
[0023]将所述浮动模型在所述固定模型上进行配准。
[0024]本发明还提供了一种执行所述数字化外科手术设计方法的系统，其包括:
[0025]导入模块，用于导入医用数字图像DICOM文件和3D扫描图像和stl模型；
[0026]三维图像构建模块，用于根据导入的所述医用数字图像DICOM文件构建表面重建三维图像和多平面图像MPR图；
[0027]操作模型构建模块，用于对所述表面重建三维图像进行构建操作模型；
[0028]手术计划操作模块，用于根据手术类型，选取操作工具对操作模型和导入的3D扫描图像和stl模型进行手术计划操作，得到数字化手术结果；
[0029]生成模块，用于根据所述数字化手术结果生成手术方案，供指导手术，所述手术方案包括:手术导板，手术数据中的一种或多种。
[0030]在一些实施例中，优选为，执行所述数字化外科手术设计方法的系统，其还包括:编辑模块，用于对表面重建三维图像构建模块构建的所述表面重建三维图像进行编辑，并将编辑后的表面重建三维图像供操作模型构建模块使用。
[0031]在一些实施例中，优选为，所述编辑模块包括:旋转子模块、移动子模块、缩放子模块，显示布局切换子模块；
[0032]所述旋转子模块，用于提供对表面重建三维图像进行旋转操作的旋转工具；
[0033]所述移动子模块，用于提供对表面重建三维图像进行平移操作的平移工具；
[0034]所述缩放子模块，用于提供对表面重建三维图像进行放大和/或缩小的缩放工具；
[0035]所述显示布局切换子模块，用于显示内容的布局进行切换，显示内容的布局包括:表面重建三维图像、所述多平面图像MPR图按预设尺寸大小、预设排布方式共同或独立展不O
[0036]在一些实施例中，优选为，所述操作模型构建模块包括:阈值范围子模块，兴趣点子模块、区域子模块，删除子模块；
[0037]所述阈值范围子模块，用于提供阈值范围选择，和/或阈值范围输入，所述阈值范围包括:骨骼、牙齿、软组织、牙釉质、密质骨、松质骨中的一种或多种；
[0038]所述兴趣点子模块，用于提供在所述多平面图像MPR图上进行兴趣点编辑的工具；
[0039]所述区域子模块，用于提供在所述多平面图像MPR图上进行区域编辑的工具；
[0040]删除子模块，用于根据选择的兴趣点、区域删除表面重建三维图像中与兴趣点不相连的被选择区域。
[0041 ]在一些实施例中，优选为，手术计划操作模块包括:镜像子模块，头影测量子模块、移动子模块、重置子模块、自然头位调整子模块、配准子模块；
[0042]所述镜像子模块，用于提供镜像基准设置工具、待镜像区域选择工具，所述镜像基准包括:镜像线基准、和/或，镜像面基准；
[0043]所述自然头位调整子模块，用于提供可控对象移动器、和/或X轴、Y轴、Z轴的旋转角度输入，并根据过中心点的水平面和竖直面旋转所述操作模型，使所述操作模型与自然位姿数据一致。
[0044]所述重置子模块，用于调用所述操作模型构建模块构建的操作模型；
[0045]所述头影测量子模块，用于提供点设置工具、线设置工具、面设置工具、测量法工具、测量法导入/导出工具;所述测量法工具，用于提供测量法的选择和/或自定义，根据设置的点、线、面，利用测量法对操作模型进行距离、角度的测量，得到测量结果;所述测量法导入/导出，用于导入/导出测量法；
[0046]所述配准子模块，用于确定单元、特征点单元、配准单元;所述确定单元，用于提供作为配准基准的固定模型和作为待配准的浮动模型的选择工具;所述特征点单元，用于提供在浮动模型上确定特征点的工具;所述配准单元，用于提供配准方式的选择工具;所述配准方式包括:多点配准和/或全局配准。
[0047]在一些实施例中，优选为，手术计划操作模块还包括:截骨术子模块，
[0048]所述截骨术子模块包括:截骨单元、操作点单元、调整单元；
[0049]所述截骨单元，用于提供截骨板的选择工具，所述截骨板包括:平板、V型板、Z型板、折线板、矢状劈板-左和矢状劈板中的一种或多种；
[0050]所述操作点单元，用于提供在所述操作模型上确定操作点的工具；
[0051]所述调整单元，用于设置中心点，并依据所述中心点对操作模型、和/或对操作模型上的截骨板进行调整。
[0052]在一些实施例中，优选为，手术模拟模块还包括:腓骨重建子模块；
[0053]所述腓骨重建子模块包括:路径单元、腓骨模型导入单元、腓骨实施单元、调整单元；
[0054]所述路径单元，用于提供路径指示点的确定工具；
[0055]所述腓骨模型导入单元，用于导入腓骨模型；
[0056]所述腓骨实施单元，用于根据腓骨模型和路径，在操作模型上进行切割。
[0057]所述调整单元，用于对切割得到的腓骨上的楔形块进行调整。
[0058]本发明实施例提供的数字化外科手术设计方法及系统，与现有技术相比，有效导入医学数字图像DIC0M，将该图上的二维信息转化为表面重建三维图像信息和多平面图像MPR图，能从数字化角度更直接进行手术计划操作。在构建表面重建三维图像后，可根据具体手术操作对表面重建三维图像进行编辑得到操作模型，有效剔除干扰信息。通过对操作模型和导入的3D扫描图像和stl模型进行手术计划，根据数字化手术结果生成手术方案，该手术方案中可以是手术数据，也可以是手术导板。
【附图说明】
[0059]图1为本发明一个实施例数字化外科手术设计方法的步骤示意图。
【具体实施方式】
[0060]下面通过具体的实施例结合附图对本发明做进一步的详细描述。
[0061]考虑到现在数字化外科手术指导实际手术中出现各种不匹配、不准确的问题，本实施例提供一种数字化外科手术设计方法及系统。
[0062]—种数字化外科手术设计方法，其包括:
[0063]步骤I，根据导入的医学数字图像DICOM文件构建三维图像，所述三维图像包括:表面重建三维图像和多平面图像MPR图；
[0064]步骤2，对所述表面重建三维图像进行构建操作模型；
[0065]步骤3，导入3D扫描图像和stl模型；
[0066]步骤4，根据手术类型，选取操作工具对所述操作模型和导入的3D扫描图像和stl模型进行手术计划操作，得到数字化手术结果；
[0067]步骤5，根据所述数字化手术结果，生成手术方案，供指导手术，所述手术方案包括:手术导板，手术数据中的一种或多种。
[0068]STL模型是一种3D模型文件格式STL(STereo Lithography)的缩写。
[0069]执行数字化外科手术设计方法的系统，其包括:
[0070]导入模块，用于导入医用数字图像DICOM文件和3D扫描图像和stl模型；
[0071]三维图像构建模块，用于根据导入的所述医用数字图像DICOM文件构建表面重建三维图像和多平面图像MPR图；
[0072]操作模型构建模块，用于对所述表面重建三维图像进行构建操作模型；
[0073]手术计划操作模块，用于根据手术类型，选取操作工具对操作模型和导入的3D扫描图像和stl模型进行手术计划操作，得到数字化手术结果；
[0074]生成模块，用于根据所述数字化手术结果生成手术方案，供指导手术，所述手术方案包括:手术导板，手术数据中的一种或多种。
[0075]有效导入医学数字图像DIC0M，将该图上的二维信息转化为表面重建三维图像信息和多平面图像MPR图，能从数字化角度更直接进行手术计划操作。在构建表面重建三维图像后，可根据具体手术操作对表面重建三维图像进行编辑得到操作模型，有效剔除干扰信息。通过对操作模型和导入的3D扫描图像和stl模型进行手术计划，根据数字化手术结果生成手术方案，该手术方案中可以是手术数据，也可以是手术导板。
[0076]接下来，本发明通过一些具体实施例来详细描述该技术:
[0077]—种数字化外科手术设计方法，如图1所示，其包括:
[0078]步骤101，导入对应待手术个体的医学数字图像DICOM文件；
[0079]对待手术个体进行各种扫描得到医学数字图像DICOM文件。
[0080]步骤102，导入对应待手术个体的3D扫描图像和stl模型；
[0081]需要说明的是步骤101，步骤102给出了两种导入文件方式，在实际操作中，导入还可以为历史工程文件。
[0082]该导入可以通过目录树、文件显示列表或者路径输入框来编辑DICOM文件的导入路径，从而导入指定目录下的DICOM数据。
[0083]步骤103，根据导入的医学数字图像DICOM文件构建表面重建三维图像和多平面图像MPR图；
[0084]选择导入的DICOM文件打开后，对其进行读取，读取过程中会选择合适的系列信息，并根据选择的系列信息进入三维重建操作，获得三维图像，该三维图像包括表面重建三维图像和多平面图像MPR图。
[0085 ]步骤104，对表面重建三维图像进行编辑；
[0086]由于构建后的表面重建三维图像也许存在位置、角度、大小、显示方式等方便的问题，为了更方便进行后续操作，可以首先对表面重建三维图像进行编辑，比如:旋转、移动、缩放、显示布局切换等。
[0087]此处就显示布局切换来说，在后续操作中往往在MPR图上进行操作，进而反应到表面重建三维图像信息中，因此，屏幕显示中需要将多角度的MPR图、表面重建三维图像单独显示或同时显示，因此，需要进行显示布局的切换。表面重建三维图像、多平面图像MPR图按预设尺寸大小、预设排布方式共同或独立展示。
[0088]步骤105，对表面重建三维图像进行构建操作模型；
[0089]因为需要手术部位不同，完整的表面重建三维图像会对后续各种操作造成过多的影响，有效提取对应手术部位的操作模型非常重要。
[0090]该提取、构建方式包括:阈值范围、兴趣点选择、区域选择中的一种或多种，阈值范围包括:骨骼、牙齿、软组织、牙釉质、密质骨、松质骨中的一种或多种;通过选择不同的阈值范围，可以直接提取相关的操作模型。
[0091]为了提高适用性，阈值范围可以为选择自带阈值范围，也可为自定义阈值范围。不过，由于自定义阈值的可变性较大，通常只具备一次性和不确定性，因此，该自定义阈值应该能够保存、删除、编辑等。
[0092]对应局部可通过选择兴趣点和选择区域相结合来构建。可以在MPR图上选择兴趣点，选择的兴趣点同时在表面重建三维图像对应的位置显示。表面重建三维图像和MPR图对应，有数据关联性，一方有变动，另一方也随之变动。在MPR图上通过使用工具“套索”或“圆”来擦除或者添加选择的区域，圆的大小可以通过修改数值来调整，与兴趣点不相连的区域被认定为非必要区域，可自动被删除。
[0093]将上述构建操作应用于表面重建三维图像，形成操作模型。
[0094]需要说明的是，该操作模型形成后，会对应生成一系列数据，通过改变该数据，还可以对操作模型进行再编辑，以获得更准确的后续操作模型。而且，这种修改模型，还可以通过重新选择兴趣点、重新选择删除、增加区域来修改。
[0095]步骤106，根据手术类型，选取操作工具对操作模型和导入的3D扫描图像和stl模型进行手术计划操作；
[0096]该步骤包含了对操作模型和导入的3D扫描图像和stl模型的各种操作，以达到一步步进行手术计划操作，最终得到数字化手术结果。
[0097]该操作包括:自然头位调整、镜像、头影测量、移动、重置、配准、截骨术、腓骨重建等。具体为:
[0098]自然头位调整:由于待手术个体也许会出现偏头、头位不正等问题，根据扫描信息生成的表面重建三维图像也会存在该问题，经过步骤105获得的操作模型也未对该问题进行纠正，所以，在进行其他操作前，需要对头位纠正到自然头位。自然头位是模型最自然的位置，可通过手动调整对象移动器或手动输入X、Y、Z轴的旋转角度来调整。
[0099]具体可为:确定中心点，及过中心点的水平面和竖直面;根据水平面和竖直面旋转操作模型，使操作模型与自然位姿数据一致。
[0100]重置:重置模型可恢复到原始状态，类似复原，如果操作失误，可以采用重置以获得最原始状态。
[0101]镜像:通过镜像平面生成以镜像平面所在的线为对称线的镜像模型。在操作模型或MPR图上任意选取三点，即可创建镜像平面。选择操作模型和相应的镜像平面可生成以镜像平面为中线对称的镜像模型。镜像平面通过对象移动器调节位置，可改变名称和可见性。
[0102]需要说明的是，生成的镜像可以实现保存、导入、复制、删除、半透明等。而且，镜像平面可通过导入获取。
[0103]移动:模型通过手动调节对象移动器来调整模型理想的位置。手动可调节移动的步长、距离、方向和旋转角度调整模型的正确位置。移动中可以设置限制模式(比如:沿轴移动、面内移动、绕点旋转、绕轴旋转等)。手动调整对象移动器中心点位置，从而调整模型位置。
[0104]头影测量:运用已有分析法或自定义分析法，创建不同类型点(比如:独立的点、两点之间的中点、三个面的交点、线和面的交点、距某点固定方向和距离的点、Delaire分析法X’点灯)、线(比如:两个点确定的线、贯穿点并与线垂直相交的线、贯穿点并与线平行的线、贯穿点并与面垂直的线、两个面的交线等)、面(比如:三个点确定的面、贯穿点并与面平行的面、贯穿点并与面垂直的面、贯穿点并与两个面垂直的面、贯穿线并与另一条线平行的面、贯穿点并与线垂直的面、点和线确定的面等)，测量方法(比如:三点确定的角度、两条线的夹角、线和面的夹角、两个面的夹角、补角、两点之间的距离、两点之间在X轴上的距离、两点之间在Y轴上的距离、两点之间在Z轴上的距离、点与线的距离、点与面的距离、两条线的距离等)。通过测量距离、角度等在操作模型上指示，从而得到测量结果，确定移动距离等手术数据。其中分析法可以选用预存的分析法，也可以自定义分析法，还可以导入外部分析法。分析法中的点的位置可分别指示或全部指示在操作模型上。指示过程中或完成后，可取消刚刚指示完成的指示点。
[0105]需要说明的是，该分析方法可复制，通过复制分析法可以对操作模型进行各种类似操作。还可以被导出，以方便运用到其他操作模型上。
[0106]截骨术:选择不同类型的截骨板，在三维模型或mpr平面上任取三点即可。截骨板可被编辑，通过对象移动器调整位置，也可改变对象移动器的中心点和截骨板的大小方向，可手动输入截骨板的宽度、长度和厚度。选择进行截骨的模型和截骨板，执行截骨即可。截骨板类型可分为平板、V型板、Z型板、折线板、矢状劈板-左和矢状劈板。当然，该接骨板可保存、导入或删除。
[0107]腓骨重建:需要设置路径和腓骨截断实施。可在模型上或mpr平面指示路径，腓骨会根据指示的路径点进行切割。其中腓骨模型可采用导入的方式，路径可被删除、增加指示点、删除指示点，修改路径上的指示点等。选择操作模型后，根据指示的路径点，腓骨进行切割实施方案。创建:在腓骨模型上可创建腓骨切割位置的起始点，根据创建的起始点和设计的路径实施方案，进行腓骨切割。可对切割完成的腓骨上的楔形块进行调整。已完成的腓骨块，在下颂处可以进行旋转。完成设计即生成切割完成的的腓骨块模型。需要说明的是，已创建的起始点可被删除。
[0108]配准:将浮动模型在固定模型上配准，得到配准结果；
[0109]固定某个模型，将浮动模型根据选取的特征点配准在固定模型上，或选取部分特征全局匹配在固定模型上。
[0110]配准方式可分为多点配准和全局配准。
[0111]多点配准为:分别在固定模型和浮动模型上分别取相对应的特征点进行多点匹配。
[0112]对应的功能键为:确定:选择固定、浮动模型完成后，点击确定按钮，即可进行多点匹配。取消:在选择过程中或选择完成后，点击去取消按钮，即可取消选取的特征点。删除上一个点:在选择过程中或选择完成后，点击删除上一个点按钮即可删除上一个特征点。删除全部点:在选择过程中或选择完成后，点击全部删除按钮，即可删除全部指示的特征点。
[0113]全局配准为:根据选择的固定模型和浮动模型，选取部分特征将浮动模型全局匹配到固定模型上。贯穿，贯穿表示被选择的部分连同被选择的区域穿过整个模型的部分。
[0114]步骤107，根据数字化手术结果生成手术方案，供指导手术，手术方案包括:手术导板，手术数据中的一种或多种。
[0115]由于整个手术计划操作均是在表面重建三维图像、导入的3D扫描图像和stl模型上进行，因此，最后得到的数字化手术结果可以直接通过3D打印得到，具体的手术导板也可以通过3D打印得到，手术数据也是通过数字化手术结果获得。得到的手术导板可以直接用做现实手术中。在手术结束后，可以在提取手术个体的数据再进行构建三维图形，与数字化手术结果进行比较，以确定手术是否成功。所以，该数字化外科手术设计方法还可用于后续验证。
[0116]将上述数字化外科手术设计方法设计为一套软件程序，应用于电脑系统，或运转在自开发的系统中。该软件程序的安装要求为:
[0117]安装该软件需要满足的最低硬软件要求如下:
[0118]CPU:32/64bit Intel Pentium 4 2.4G
[0119]内存:4G
[0120]显卡:IG以上显存，支持1280*1024分辨率
[0121]操作系统:Windows 7以上
[0122]该执行数字化外科手术设计方法的系统包括:
[0123]导入模块，用于导入医用数字图像DICOM文件和3D扫描图像和stl模型；
[0124]三维图像构建模块，用于根据导入的医用数字图像DICOM文件构建表面重建三维图像和多平面图像MPR图；
[0125]操作模型构建模块，用于对表面重建三维图像进行构建操作模型；
[0126]手术计划操作模块，用于根据手术类型，选取操作工具对操作模型和导入的3D扫描图像和stl模型进行手术计划操作，得到数字化手术结果；
[0127]生成模块，用于根据数字化手术结果生成手术方案，供指导手术，手术方案包括:手术导板，手术数据中的一种或多种。
[0128]执行数字化外科手术设计方法的系统还包括:编辑模块，用于对表面重建三维图像构建模块构建的表面重建三维图像进行编辑，并将编辑后的表面重建三维图像供操作模型构建模块使用。
[0?29]编辑模块包括:旋转子模块、移动子模块、缩放子模块，显不布局切换子模块；
[0130]旋转子模块，用于提供对表面重建三维图像进行旋转操作的旋转工具；
[0131]移动子模块，用于提供对表面重建三维图像进行平移操作的平移工具；
[0132]缩放子模块，用于提供对表面重建三维图像进行放大和/或缩小的缩放工具；
[0133]显示布局切换子模块，用于显示内容的布局进行切换，显示内容的布局包括:表面重建三维图像、多平面图像MPR图按预设尺寸大小、预设排布方式共同或独立展示。
[0134]操作模型构建模块包括:阈值范围子模块，兴趣点子模块、区域子模块，删除子模块；
[0135]阈值范围子模块，用于提供阈值范围选择，和/或阈值范围输入，阈值范围包括:骨骼、牙齿、软组织、牙釉质、密质骨、松质骨中的一种或多种；
[0136]兴趣点子模块，用于提供在多平面图像MPR图上进行兴趣点编辑的工具；
[0137]区域子模块，用于提供在多平面图像MPR图上进行区域编辑的工具；
[0138]删除子模块，用于根据选择的兴趣点、区域删除表面重建三维图像中与兴趣点不相连的被选择区域。
[0139]手术计划操作模块包括:镜像子模块，头影测量子模块、移动子模块、重置子模块、自然头位调整子模块、配准子模块、截骨术子模块、腓骨重建子模块；
[0140]镜像子模块，用于提供镜像基准设置工具、待镜像区域选择工具，镜像基准包括:镜像线基准、和/或，镜像面基准；
[0141]自然头位调整子模块，用于提供可控对象移动器、和/或X轴、Y轴、Z轴的旋转角度输入，并根据过中心点的水平面和竖直面旋转操作模型，使操作模型与自然位姿数据一致。
[0142]重置子模块，用于调用操作模型构建模块构建的操作模型；
[0143]头影测量子模块，用于提供点设置工具、线设置工具、面设置工具、测量法工具、测量法导入/导出工具;测量法工具，用于提供测量法的选择和/或自定义，根据设置的点、线、面，利用测量法对操作模型进行距离、角度的测量，得到测量结果;测量法导入/导出，用于导入/导出测量法。
[0144]配准模块包括:模型选择子模块、特征点子模块、匹配子模块、贯穿子模块；
[0145]模型选择子模块，用于固定模型、浮动模型的选择；
[0146]特征点子模块，用于提供在浮动模型上确定特征点的工具；
[0147]匹配子模块，用于提供配准方式的选择工具；配准方式包括:多点配准和/或全局配准；
[0148]贯穿子模块，用于被选择的部分连同被选择的区域穿过整个操作模型的部分。[0149 ]截骨术子模块包括:截骨单元、操作点单元、调整单元；
[0150]所述截骨单元，用于提供截骨板的选择工具，所述截骨板包括:平板、V型板、Z型板、折线板、矢状劈板-左和矢状劈板中的一种或多种；
[0151]所述操作点单元，用于提供在所述操作模型上确定操作点的工具；
[0152]所述调整单元，用于设置中心点，并依据所述中心点对操作模型、和/或对操作模型上的截骨板进行调整。
[0153]腓骨重建子模块；
[0154]所述腓骨重建子模块包括:路径单元、腓骨模型导入单元、腓骨实施单元、调整单元；
[0155]所述路径单元，用于提供路径指示点的确定工具；
[0156]所述腓骨模型导入单元，用于导入腓骨模型；
[0157]所述腓骨实施单元，用于根据腓骨模型和路径，在操作模型上进行切割。
[0158]所述调整单元，用于对切割得到的腓骨上的楔形块进行调整。
[0159]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种数字化外科手术设计方法，其特征在于，包括: 步骤I，根据导入的医学数字图像DICOM文件构建三维图像，所述三维图像包括:表面重建三维图像和多平面图像MPR图； 步骤2，对所述表面重建三维图像进行构建操作模型； 步骤3，导入3D扫描图像和stl模型； 步骤4，根据手术类型，选取操作工具对所述操作模型和导入的3D扫描图像和stl模型进行手术计划操作，得到数字化手术结果； 步骤5，根据所述数字化手术结果，生成手术方案，供指导手术，所述手术方案包括:手术导板，手术数据中的一种或多种。2.如权利要求1所述的数字化外科手术设计方法，其特征在于，在步骤I和步骤2之间，所述设计方法还包括:对所述表面重建三维图像进行编辑； 所述编辑包括:旋转、移动、缩放、显示布局切换； 所述显示布局包括:表面重建三维图像、所述多平面图像MPR图按预设尺寸大小、预设排布方式共同或独立展示。3.如权利要求1所述的数字化外科手术设计方法，其特征在于，所述步骤2包括: 选择构建方式，所述构建方式包括:阈值范围、兴趣点选择、区域选择中的一种或多种，所述阈值范围包括:骨骼、牙齿、软组织、牙釉质、密质骨、松质骨中的一种或多种； 根据所述构建方式进行构建操作，所述兴趣点选择对应的构建操作为:在所述多平面MPR图上选择兴趣点，所述区域选择对应的构建操作为:在所述多平面MPR图上选择区域；将所述构建操作应用于所述表面重建三维图像，与兴趣点不相连的被选择区域删除，形成操作模型。4.如权利要求1所述的数字化外科手术设计方法，其特征在于，所述操作工具包括:镜像、头影测量、移动、重置、配准、自然头位调整、截骨术、腓骨重建。5.如权利要求4所述的数字化外科手术设计方法，其特征在于，所述自然头位调整的方法为:参考待手术个体在自然状态下的位姿数据，将表面重建三维图像调整至自然位姿。6.如权利要求4所述的数字化外科手术设计方法，其特征在于，所述头影测量的方法包括:选取测量方法，所述测量方法包括:以导入方式导入的测量方法、或自定义测量方法，所述自定义测量方法可导出；所述自定义测量方法包括:点测量、线测量、面测量中的任一种或多种； 根据测量方法对所述操作模型进行测量。7.如权利要求1所述的数字化外科手术设计方法，其特征在于，所述配准包括: 确定作为配准基准的固定模型，和作为待配准的浮动模型； 将所述浮动模型在所述固定模型上进行配准。8.一种执行所述数字化外科手术设计方法的系统，其特征在于，包括: 导入模块，用于导入医用数字图像DICOM文件和3D扫描图像和stl模型； 三维图像构建模块，用于根据导入的所述医用数字图像DICOM文件构建表面重建三维图像和多平面图像MPR图； 操作模型构建模块，用于对所述表面重建三维图像进行构建操作模型； 手术计划操作模块，用于根据手术类型，选取操作工具对操作模型和导入的3D扫描图像和stl模型进行手术计划操作，得到数字化手术结果； 生成模块，用于根据所述数字化手术结果生成手术方案，供指导手术，所述手术方案包括:手术导板，手术数据中的一种或多种。9.如权利要求8所述的执行所述数字化外科手术设计方法的系统，其特征在于，还包括:编辑模块，用于对表面重建三维图像构建模块构建的所述表面重建三维图像进行编辑，并将编辑后的表面重建三维图像供操作模型构建模块使用。10.如权利要求9所述的执行所述数字化外科手术设计方法的系统，其特征在于，所述编辑模块包括:旋转子模块、移动子模块、缩放子模块，显不布局切换子模块； 所述旋转子模块，用于提供对表面重建三维图像进行旋转操作的旋转工具； 所述移动子模块，用于提供对表面重建三维图像进行平移操作的平移工具； 所述缩放子模块，用于提供对表面重建三维图像进行放大和/或缩小的缩放工具； 所述显示布局切换子模块，用于显示内容的布局进行切换，显示内容的布局包括:表面重建三维图像、所述多平面图像MPR图按预设尺寸大小、预设排布方式共同或独立展示。11.如权利要求8所述的执行所述数字化外科手术设计方法的系统，其特征在于，所述操作模型构建模块包括:阈值范围子模块，兴趣点子模块、区域子模块，删除子模块； 所述阈值范围子模块，用于提供阈值范围选择，和/或阈值范围输入，所述阈值范围包括:骨骼、牙齿、软组织、牙釉质、密质骨、松质骨中的一种或多种； 所述兴趣点子模块，用于提供在所述多平面图像MPR图上进行兴趣点编辑的工具； 所述区域子模块，用于提供在所述多平面图像MPR图上进行区域编辑的工具； 删除子模块，用于根据选择的兴趣点、区域删除表面重建三维图像中与兴趣点不相连的被选择区域。12.如权利要求8所述的执行所述数字化外科手术设计方法的系统，其特征在于，手术计划操作模块包括:镜像子模块，头影测量子模块、移动子模块、重置子模块、自然头位调整子模块、配准子模块； 所述镜像子模块，用于提供镜像基准设置工具、待镜像区域选择工具，所述镜像基准包括:镜像线基准、和/或，镜像面基准； 所述自然头位调整子模块，用于提供可控对象移动器、和/或X轴、Y轴、Z轴的旋转角度输入，或根据过中心点的水平面和竖直面旋转所述操作模型，使所述操作模型处于自然位姿数据。 所述重置子模块，用于调用所述操作模型构建模块构建的操作模型； 所述头影测量子模块，用于提供点设置工具、线设置工具、面设置工具、测量法工具、测量法导入/导出工具；所述测量法工具，用于提供测量法的选择和/或自定义，根据设置的点、线、面，利用测量法对操作模型进行距离、角度的测量，得到测量结果;所述测量法导入/导出，用于导入/导出测量法； 所述配准子模块，用于确定单元、特征点单元、配准单元;所述确定单元，用于提供作为配准基准的固定模型和作为待配准的浮动模型的选择工具;所述特征点单元，用于提供在浮动模型上确定特征点的工具;所述配准单元，用于提供配准方式的选择工具;所述配准方式包括:多点配准和/或全局配准。13.如权利要求8-12任一项所述的执行所述数字化外科手术设计方法的系统，其特征在于，手术计划操作模块还包括:截骨术子模块， 所述截骨术子模块包括:截骨单元、操作点单元、调整单元； 所述截骨单元，用于提供截骨板的选择工具，所述截骨板包括:平板、V型板、Z型板、折线板、矢状劈板-左和矢状劈板中的一种或多种； 所述操作点单元，用于提供在所述操作模型上确定操作点的工具； 所述调整单元，用于设置中心点，并依据所述中心点对操作模型、和/或对操作模型上的截骨板进行调整。14.如权利要求8-12任一项所述的执行所述数字化外科手术设计方法的系统，其特征在于，手术模拟模块还包括:腓骨重建子模块； 所述腓骨重建子模块包括:路径单元、腓骨模型导入单元、腓骨实施单元、调整单元； 所述路径单元，用于提供路径指示点的确定工具； 所述腓骨模型导入单元，用于导入腓骨模型； 所述腓骨实施单元，用于根据腓骨模型和路径，在操作模型上进行切割。 所述调整单元，用于对切割得到的腓骨上的楔形块进行调整。
【文档编号】A61B34/10GK105997244SQ201610282335
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】吕列夫
【申请人】北京百特康科技有限公司