专利名称：辅助乳房外科手术的解剖学识别和空间分析的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及医学诊断和成 像方法以及系统。特别是，本发明涉及辅助乳房外科手术的这些方法和系统
背景技术：
在多数医学专科中，使用定量诊断成像装置来帮助医师进行诊断、制定手术计划和进行术后分析，提供了准确的测定并且辨别可能的并发症。在隆乳和乳房重建手术中，采用的主要诊断工具为卷尺测量、测径器和照相机配合医师的“艺术美感”。尽管成功，隆乳的再次手术率仍然很高。乳房外科手术是最常见的外科手术之一，可以导入各种乳房植入体，其中一些是解剖学造型的，再次手术率可能继续保持在高位甚至上升。优选可以有一个能够精确测定关键空间参数的诊断系统，来确定并发症的可能区域、鉴定患者的不对称性、选择乳房植入体及其合适的尺寸、制定手术计划、以及术后分析和文件整理。本发明提出了这一需求，并且领先于该领域提供了自动识别解剖学标记和特征的新技术。本发明涉及提供了可靠和精确测定这些位置、确定乳房体积以及鉴定不对称性，可以整合到一个装置中来辅助乳房外科手术。
发明概要本发明提供了从上身的三维(3-D)示意图自动化识别解剖学标记和特征的新技术。本发明中的各种方法、技术或模块允许对上身的三维示意图进行自动化分析，(i)识别关键解剖学特征，( )根据它们的解剖学特征或显示器来定向对象，(iii)确定包括点对点(线性)直线、三维表面线和体积值等空间分析，(iv)模拟加入乳房植入体后的效果，(v)帮助选择乳房植入体，和/或(vi)帮助制定乳房外科手术计划。自动化分析基于分析上身的三维轮廓图上的变化、三维特征和平面的方向分析，三维特征的颜色分析、和/或上身的三维特征和位置的空间分析。在一个实施方式中，提供了一种确定乳房体积的计算机实现的方法。这是以自动化方式从上身的三维(3-D)示意图上实现的。首先，识别乳房皱襞的三维示意图。乳房皱襞定义为沿着界定乳房下部的三维示意图的三维表面的未封闭曲线。从三维示意图识别三维胸部参数，用于确定对应于识别的乳房皱襞的部分胸壁或包括胸两侧在内的胸壁(也称为全胸壁)。三维胸部参数的例子为对应于所识别的乳房皱襞一侧的至少一条腋前线(当确定双乳体积时，至少为对应于左乳和右乳皱襞的两条线)、前胸中线或其组合。部分胸壁或全胸壁优化为胸壁三维模型的特征。从所识别的乳房皱襞、优化的部分或全胸壁、上身三维示意图的三维表面积分，确定显示在三维示意图中的原始乳房的乳房体积。在确定双乳的乳房体积的情况下(如在一个方法步骤中)，可使用全胸壁。可以通过向部分胸壁或全胸壁的三维表面加入三维所得乳房，可以修改上身的三维示意图。本发明中三维所得乳房定义为三维乳房植入体体积和乘以一个系数(如从O. 3到O. 6)的原来确定的乳房体积的总和。三维所得乳房定位在对应乳房皱襞的附近或其底部。在另一个实施方式中，提供了一种确定乳房测定的计算机实现的方法。这又是以自动方式从上身的三维(3-D)示意图实现的。在一个自动化识别三维特征的例子中，对三维示意图中所识别的上身第一组三维特征和位置进行轮廓分析。然后使用第一组三维特征进一步识别上身的第二组三维特征和位置。在第二组特征的识别中，轮廓分析、特征的相关性分析、色彩分析或空间分析可以单独使用或以任何组合形式使用。第一组识别的三维特征和位置的例子涉及一个或两个乳头、一条或多条腋前线、脐、一个或多个面部特征、或颈、或其任意组合。如本发明所述，上身的三维示意图也可以是彩色的。颜色信息用于如乳晕的识别。第二组识别的三维特征和位置的例子涉及胸骨切迹、胸骨、一个或多个锁骨、一个或多个胸壁参数、上身中线、冠状面、一个或两个乳晕、一条 或多条乳房皱襞线、或一条或多条腋前线、或其任意组合。使用至少一些识别的三维特征和位置，可用自动化方式确定多个三维乳房相关表面测定。例如，可以确定多个点对点乳房相关直线距离或三维乳房相关表面测定。此外，可以用识别的三维特征以自动化方式确定关于上身的平面和方向。例如，可以从至少一个锁骨、胸骨切迹、一个或多个乳房皱襞线、胸骨或一个或多个胸壁参数来确定上身中线。可以从至少一个锁骨、胸骨切迹、上身中线、一条或多条腋线、一条或多条乳房皱襞线、胸骨或一个或多个胸骨参数来确定冠状面。换而言之，可以由至少一个第二组识别的三维特征和位置来界定上身中线或上身的冠状面。点对点乳房相关距离的一个例子是与横切面平行的第一乳晕直径，其中横切面定义为与冠状面和上身中线都成直角的平面。点对点乳房相关距离的另一个例子是与正中矢状平面平行的第二乳晕直径，其中正中矢状平面定义为与冠状面和横切面都成直角的平面。乳房基底宽度是点对点乳房相关距离的又一个例子，并且对应于上身的左乳或右乳的乳房皱襞。在这一判定中，从上身的三维示意图自动化识别乳房皱襞。乳房基底宽度是在上身冠状面上乳房皱襞的投影。在一个变化中，也可在上身左乳或右乳的乳晕上缘的高度来确定乳房基底宽度。然后乳房基底宽度为上身的冠状面上乳房皱襞的投影。乳房相关点对点直线距离的其他例子包括但不限于乳头到乳头的距离、乳头到胸骨中线的距离、乳间距离、乳房基底宽度、一个或多个乳晕直径、锁骨中点到乳头的距离、乳房高度、或乳房皱襞线到乳头在胸壁上的投影位置的距离，或其组合。三维乳房相关表面测定的一个例子是对应于上身左乳或右乳的乳房皱襞。乳房皱襞(也称为乳房皱襞线)定义为沿着界定乳房下部的三维示意图的三维表面的未封闭曲线。三维乳房相关表面测定的其他例子包括但不限于，乳头到乳房皱襞的三维表面线、胸骨切迹到乳头的三维表面线、锁骨到乳头的三维表面线、或胸骨中点到乳头的三维表面线、或其组合。可以从三维测定和三维特征自动确定的另一个测定是乳房罩杯尺寸。首先可识别对应于上身的左乳和右乳的乳房皱襞线和三维乳头特征。然后，我们确定胸平面上胸部曲线的长度，其中胸平面等分识别的乳头并且与冠状面成直角。确定称为下表面曲线的长度的另一个长度。下表面曲线定义为穿过乳房皱襞线下平面的三维表面曲线，其中下平面与横切面接近于平行。乳房罩杯尺寸基于胸部曲线长度和下表面曲线长度间的差异。这个差异可以在列出差异与乳房罩杯尺寸的关系的列表中查出。在又一个实施方式中，提供了一种定向和显示上身的三维(3-D)示意图的计算机实现的方法，能用于确保对三维示意图的测定和识别的一致性和重复性。这又是以自动化的方式从上身的三维(3-D)示意图上实现的。首先，从上身的三维示意图上获得上身的多个三维特征和位置。另外，通过至少一个识别的三维特征和位置来确定上身中线。此外，通过至少2个识别的三维特征和位置来确定上身的冠状面。然后可以在显示器上旋转并且显示三维示意图，使得上身的冠状面与显示器的视图平面相重合，并使得上身中线与显示器的垂直轴相平行。在一个关于不对称性分析的实施方式中，可识别并且显示一条或多条等分线。每条线等分一个解剖学特征或等分同样类型的2个解剖学特征(如左乳和右乳的乳头、左乳或右乳的乳晕、或左乳或右乳的一条或多条乳房皱襞线)。可用至少一条等分线来作为关于左乳和右乳解剖学特征的不对称性的测定。横切面可定义为与冠状面和上身中线都成直角的平面，其中等分线可显示为平行于横切面。在另一个实施方式中，提供了一种以自动化方式直观比较同一上身的不同三维(3-D)示意图的计算机实现的方法。对于第一三维示意图，识别第一组和第二组(如上文所述)上身的三维特征和位置。然后对于第二三维示意图，识别第一组和第二组(如上文所述)上身的三维特征和位置。给予这些分析，将第一和第二三维示意图进行相互定向，使得在对应三维示意图中他们各自的第一和第二组识别的特征之间的各自三维位置和方向的一个或多个差异最小化。在又一个实施方式中，提供了一种以自动化方式从上身的三维示意图上确定所得三维(3-D)乳房形态的计算机实现的方法。确定所得三维乳房形态是基于所识别的乳房皱襞、三维胸部参数和优化的胸壁(部分或全部)。用这些参数和特征，将所得三维乳房形态加入到优化的胸壁的三维表面上。在这一过程中，所得三维乳房形态的下缘位于其各自的乳房皱襞线上或其附近。此外，通过宽度、高度和投影参数来确定所得乳房形态。高度通过胸壁高度或乳房皱襞线、或其组合来确定。宽度小于或等于乳房基底宽度。投影通过所得三维乳房的所得乳房体积来确定。所得三维乳房形态的体积定义为三维乳房植入体体积和乘以一个系数(如从O. 3到O. 6)的从三维示意图原先确定的乳房体积的总和。在这个实施方式的一个方面，可以沿着所得三维乳房形态的表面向下、向下、向外或向内或上述方向的任意组合来移动乳房皱襞。然后把所得三维乳房形态加入到优化胸壁的三维表面，其中所得三维乳房形态的下缘位于其各自的乳房皱襞线上或其附近，其中乳房皱襞线处在新的和移动后的位置上。在又一个实施方式中，从三维示意图自动化确定所得三维乳房上的所得三维乳头特征和位置。通常，所得三维乳头特征和位置是由在三维示意图上原先确定的三维乳头特征和位置来确定的。和乳房皱襞线一样，所得三维乳头特征可以沿着所得三维乳房形态的表面向下、向上、向外或向内或上述方向的任意组合移动。另外，可以自动化确定所得三维乳房上的所得乳晕颜色和三维边界。在这一判定中，三维乳晕边界包含所得三维乳头特征和位置。此外，可以从三维示意图上原先确定的三维乳晕边界和颜色来确定所得三维乳晕颜色边界。和所得乳房皱襞和所得乳头一样，所得乳晕颜色边界可以沿着所得三维乳房形态的表面向下、向上、向外或向内或上述方向的组合移动。在又一个实施方式中，可以提供自动化确定在所得乳房形态上所得乳头由内向外的位移。在这个例子中，从三维示意图识别原始乳头的三维特征和位置、上身中线、冠状面和横切面。然后确定与等分原始乳头位置的胸壁相垂直的一个矢量，其中该矢量在横切面上。所得乳头由中间向侧面的位移定义为横切面上所得乳房形态与矢量之间的交集。在又一个实施方式中，提供了自动化确定所得三维乳房形态上所得乳头由下向上的位移。在这个例子中，从三维示意图识别对应于乳头侧的原始乳头和锁骨的三维特征和位置、上身中线、正中矢状平面。在一个与正中矢状平面平行的平面上确定乳头和锁骨之间的距离。通过在与正中矢状平面平行的平面内所得三维乳房形态的三维表面上乳头和锁骨间的距离来判定所得乳头由下向上的位移。
分析不同状态下的三维示意图，可以变化确定在所得三维乳房形态上所得乳头向上位移的方法。例如，比较显示双手高举过头的上身的第二上身三维示意图和显示双手贴臀的上身的原来的第一三维示意图。对于两个三维示意图，都从各自的三维示意图识别与胸部参数相关的乳头三维特征。所得乳头向上位移定义为在(第一或原始)三维示意图和第二三维示意图识别的乳头位置之间的差异。
通过配合图表阅读下列说明，可以理解本发明以及它的目标和优点，其中图I显不了对应于本发明的一个实施方式的上身100的三维不意图(正视图)。图2显示了对应于本发明的一个实施方式的上身200的三维示意图(前侧视图)。图3显示了对应于本发明的一个实施方式的颈部300的三维示意图(正视图)。图4显示了对应于本发明的一个实施方式的面部400的三维示意图(正视图)。图5显示了对应于本发明的一个实施方式的标有身体中线510的上身的正视图500。图6显不了对应于本发明的一个实施方式的标有腋线610的侧视图600。图7显示了对应于本发明的一个实施方式的上身的三维示意图的不同视图(正视图710、侧视图720和由下向上的仰视图730)。图8显示了对应于本发明的一个实施方式的虚拟或确定的胸壁的三维示意图的不同视图(正视图810、侧视图820和由下向上的仰视图830)。图9显示了对应于本发明的一个实施方式的带有胸壁线的正视图900，其中胸壁线用作胸壁参数。图10显不了对应于本发明的一个实施方式的乳房轮廓(在1010中显不)的横切面的视图，用作计算胸部曲线长度(在1020中显示)和下表面曲线的长度(在1030中显示)。图11显不了对应于本发明的一个实施方式的正视图,用于确定如乳头(在1110中显示)、乳晕(在1120中显示)和乳房下皱襞(在1130中显示)等三维特征的不对称性。图12显不了对应于本发明的一个替代实施方式的横切面视图(1210和1220),来确定如乳头的三维特征的不对称性。图13显示了对应于本发明的一个替代实施方式的横切面视图(1310和1320)，来确定如乳头的三维特征的不对称性。图14显示了对应于本发明的一个实施方式的带有左乳和右乳的模拟所得乳房形态的上身三维示意图的不同视图(正视图1410、侧视图1420和由下向上的仰视图1430)。这些图可以与如图7所示的模拟之前的原始三维示意图进行比较。图15显示了对应于本发明的一个实施方式的所得乳头位置有由内向外方向的位移的横切面视图1500。图16显示了对应于本发明的一个实施方式的重叠的三维示意图720和1420的侧
视图1600，用于确定具有由下向上位移的所得乳头位置。图17显不了对应于本发明的一个替代实施方式的正视图1710和1720,用于确定具有由下向上位移的所得乳头位置。发明详述本发明是一种以自动化方式分析上身的三维(3-D)示意图的计算机实现的方法。该三维示意图为上身的三维轮廓示意图、或其相关的四维轮廓-颜色示意图，即应用了摄影颜色的三维轮廓示意图。本发明中三维轮廓示意图或四维轮廓-颜色示意图称为三维示意图。三维示意图可以用各种技术产生，并且本发明不依赖于三维示意图的产生和/或摄取方式。优选从处于特定(且优选为可重复的)位置的患者获取患者的上身三维示意图。在一个例子中，该位置反映了患者将双肩向后靠，他们的肩胛骨尽可能的靠近，并且将手臂放在两侧。为了进一步保证一致性，他们的双手可以放在腿侧或是放在装置的把手上。此夕卜，可以在装置上加上足印，优先定位双脚。所有这些定位的方面有助于相对装置进行患者的定向，并且提供一致的测定。本发明中的各种方法、技术或模块允许对上身前部的三维示意图进行自动化分析，(i)识别关键解剖学特征，(ii)根据它们的解剖学特征来定向对象，(iii)确定包括点对点(线性)直线、三维表面线和体积值等空间分析，(iv)模拟加入乳房植入体后的效果，(v)帮助选择所述乳房植入体，和/或(vi)帮助制定乳房外科手术计划。三维特征的识别第一步是在上身的三维示意图上进行三维轮廓分析。在一个实施方式中，从三维示意图(如图1-4中分别为100、200、300和400)上的轮廓和轮廓变化率来自动化识别和分析三维特征和位置。为了说明这个应用，图1-4中显示的例子是用灰阶显像的，其中白色区域没有变化或变化率很小，灰色区域用灰阶反映了变化率，且黑色区域为最大值或最小值。作为一个具有本发明相关领域一般技术的人员，容易理解可以也用彩色轮廓图来代替灰阶轮廓图。能自动化识别的解剖学三维特征和位置的例子为一个或两个乳头(110、112)、脐(120)、腋窝(130、132)、一条或多条腋线(也定义为乳房皱襞线的外侧部分，参见也显示了上举的手臂620的图6中的610)、乳房皱襞线(140、142)、胸骨切迹或头(150)、一个或多个锁骨(160、162)、一个或多个胸壁参数(下文所述)、上身中线(170、即胸骨、也参见图5中的胸骨中线510)、冠状面(下文所述)、一个或两个乳晕(180、182)、胸锁乳突肌(190、192)、颈(210)、斜方肌(220、310)、面部特征(如嘴(410)、眼角(420、422)、鼻侧的皱襞(430,432),下巴(440)、或下巴皱襞(442))。也可从三维示意图识别没有在本发明中列出的其它特征。因此，本发明不限于这些所识别的特征。在另一个实施方式中，从三维示意图上的轮廓和轮廓变化率来自动识别和分析第一组三维特征和位置。特别是，识别的至少一个显著的解剖学三维特征为一个或两个乳头、脐、一个或多个面部特征、颈、一条或多条乳房皱襞线、一条或多条腋(前)线、或其任意组合。一旦识别了至少一部分第一组三维特征，在一个例子中可以用至少一个或多个第一组所识别的特征作为指引从三维示意图识别其 它三维特征(称为第二组)。第二组三维特征和位置的例子为胸骨切迹、一个或多个锁骨、一个或多个胸壁参数、上身中线(即胸骨)、冠状面、矢状面、横切面、一个或两个乳晕、一条或多条乳房皱襞线、或一条或多条腋前线。根据解剖学命名法定义穿过上身的三个主要平面(冠状面、矢状面和横切面)以及向下、向上、向内、向外、向前和向后的方向，这些都是自动化识别的。在三维示意图中，上身的三维凸起特征可与锁骨相关。然后可用两条线来定义冠状面，例如(i)经过左右锁骨的拟合线、以及(ii)上身中线(也参见下文)。横切面定义为与冠状面和上身中线都成直角的平面。剩下的矢状面是平行于上身中线且垂直于冠状面和横切面的。可以自动化定义上身的方向方面，例如在一个示例性实施方式中，通过识别解剖学特征并且与对照比较他们的位置，例如图1-4中的图像所示。例如，如果脐定义为在多数其它特征下方的特征，它定义了从三维示意图的中心向下的方向。一个替代方案是将对照三维示意图的摄像框转化为系统校正或设计时确定的对照框，这并不完全是对照的解剖学框架。为了本发明的目的，由下向上的方向定义为在平行于上身中线的冠状面内、并且为从脐到乳头到胸骨切迹和颈的方向。由内向外定义为在冠状面内且垂直于上身中线、并且为从中线到乳头到腋窝的方向。由后向前的方向定义为在横切面内且垂直于上身中线、并且为从胸骨切迹到乳头的方向。通常，可以用每个点x、y、Z坐标或其等价物的差异从三维示意图上计算轮廓的变化率。典型地，对于上身前部，这产生了 2个显著的局部最大值和四个显著的局部最小值。通常，这些最大值可以识别为乳头。脐、胸骨切迹和腋窝识别为最小值。可以用一套详细的标准来识别三维特征。例如，在三维轮廓变化率分析中乳头可识别为局部最大值，在一个直径为约8到15毫米的小区域内所有径向上对中心的变化率为最大值。对于上身，乳头通常为轮廓变化率最大且为最大值两个区域，。识别两个乳头并且他们相距约等于或大于15厘米。可用其它标准进一步确认乳头的识别，例如确认他们位于一个在三维示意图中比平均皮肤颜色更深的一个区域中。在三维轮廓变化率分析中，脐识别为具有局部最小值，在一个长轴和短轴分别在约10到30毫米变化的椭圆或圆形小区域中所有径向上变化率大且其距中心为最小值。对于上身，脐通常为在轮廓上变化率最大且为最小值的区域。面部有许多三维特征呈现，例如下巴、嘴唇、鼻子和眼睛等，当进行轮廓变化率分析时都可被识别为显著最大值(参见图3-4)。即使只有面部的下部包括在三维示意图中，他是独特的，因为到下巴的普通表面形状是椭圆形的，且有许多相互非常靠近的为最大值的显著特征和凸起区域。界定颚骨线的下巴脊状线是独特的。通常，可以从界定身体上部的下巴和颈部来识别面部。
在三维示意图上颈部识别为身体最狭窄的区域，即两个边界间距离最短(参见图1-4)。可用于将颈部与手臂和腿表面区分开来的一个附加标准是颈部紧密靠近下巴。而且，当进行轮廓变化率分析时，颈部具有独特的三维特征。下巴定义为突出的脊(最大值线)。胸锁乳突肌定义为界定颈部前三角的颈部表面上两个明显突出的脊，它围绕着界定胸骨切迹的局部最小值和凹陷区域。从外到颈部前三角的任一侧为在轮廓变化率分析中也呈现出来的三角凹陷结构。这是斜方肌的解剖学特征，下方以锁骨的突出脊为界限。胸骨切迹位置可以被微调或精调为等分了中线和与锁骨几何形状相关的颈部外侧的突出脊匹配的曲线，如图I和5所示。而且，胸骨切迹是在靠近中线和锁骨匹配曲线的交集的向后方向的局部最小值。在三维示意图识别一个独立乳房皱襞线。乳房皱襞线是凸起的乳房和邻近乳房的凹陷区之间的过渡线。根据乳头位置可进一步精确乳房皱襞线。然后可以将搜索区限定在距乳头径向距离约3-15厘米的范围内而不是整个上身。在一个示例性实施方式中，为了在本发明中进一步分析，乳房皱襞线定义为沿着界定乳房下部的三维示意图的三维表面的未
封闭曲线。根据如乳房皱襞线和上身方向等附加三维特征确定叶腋。在一个例子中，叶腋可识别为乳房皱襞线的外缘的上方外侧的局部最小值。用在三维示意图识别的颜色边缘信息和乳头位置可以确定乳晕。在轮廓变化率分析中也可以看到下身中线，然而，应该注意我们的分析得自上身中线，这样下身中线和脐的位置不对应于合适的线。为了确定上身中线，我们检查了至少2个区域高于乳头高度的乳房皱襞之间的内侧区以及颈部和更明确的颈部前三角的内侧区，如图1-3和图5所示(用黑点标出)。在高于乳头高度的上乳房皱襞线之间的内侧区中，根据乳房皱襞线本身和局部轮廓的数据来确定胸壁左侧和右侧之间系统平面。颈部内侧区域也一样，带有与胸锁乳突肌相关的下部左右凸起特征。通过这些点的中部拟合一条线来确定上身中线。虚拟胸壁本发明包括构建一个虚拟的胸壁(其中可包含或不包含软组织包被)并且减去患者的三维轮廓表面。本发明的关键假设为乳房组织(包括实质和软组织包被)定位在前胸壁上。在一个示例性实施方式中，可以通过下列解剖学特征和分析近似描述乳房下的胸壁·确定乳房组织边界的乳房皱襞线如图1-2中所示。靠近乳房皱襞的胸部近似于围绕乳房的弯曲线，并且确定在径向超过乳房皱襞线约I厘米的距离。·矢状面上胸壁向内的曲率由沿着上身中线的胸骨曲率确定·左旋和右旋的乳房皱襞线，定义了胸壁曲率的各自横向线(也称为腋线)；以及·为了补偿胸肌的存在，腋折叠水平线可以从腋窝下获得，并且等分乳房皱襞线到上身中线。该线也不必为水平线，只要它与腋前线相连并且能从更加弯曲的路径到达胸骨中线。图810、820和830显示了不同视图平面的虚拟胸壁的例子，所述虚拟胸壁用这些弯曲的线来界定并且能用样条插值或与功能形式匹配(如胸壁模型，如图710、720和730所示)或两种技术的组合来产生。为了改善虚拟胸壁和照射的胸壁之间的解剖学准确性和连贯性，使用样条插值的另一种方法为具有一条以上围绕乳房组织的曲线(910、920、930)，如图9所示。沿着胸壁的这些曲率线包含与胸壁相关的信息并且称为胸壁参数。测定三维示意图的特征识别允许进一步自动化计算乳房相关点对点直线距离、三维表面测定(3-D线)，用于帮助进行乳房成像、乳房植入体和尺寸分析、不对称性分析和制定乳房外科手术计划。下面描述了这些测定以及他们是怎样自动化确定的(这些测定可以参见图 1-8)。点对点距离乳房基底宽度在一个例子中，对应于上身的左乳或右乳的乳房皱襞的乳房基底宽度确定为在上身的冠状面上乳房皱襞线的投影。在另一个例子中，在上身左乳或右乳乳晕的上缘的高度上确定乳房基底宽度。乳房基底宽度为在适当的高度上上身冠状面上乳房皱
襞投影的外侧和内侧之间的点对点距离。乳头到胸骨中线乳头到胸骨中线的线性测定确定为乳头和胸骨中线的三维坐标之间的最短距离。乳晕直径用在三维示意图中识别的颜色边界信息和乳头位置来确定乳晕的识别。颜色比周围组织更深的区域是乳晕所得颜色边界。乳晕典型地为圆形外观，但我们的三维示意图测定确定一个大体圆形的形态。在乳晕边界内包含乳头三维特征，乳头通常位于每个乳晕的中心。对每个乳晕可确定2个乳晕直径测定，一个平行于横切面且第二个平行于正中矢状平面，其中直径测定是从边界的一个边缘到同一乳晕边界另一个边缘之间的点对点测定乳头到乳头的距离两个乳头位置间的线性测定计算为左乳头和右乳头的三维坐标之间的最短距离。乳间距离乳间距离的线性测定计算为对应于左乳和右乳的乳房皱襞线的内缘的三维坐标之间的最短距离。乳房皱襞线与胸壁上乳头投影位置间的距离乳房皱襞线与胸壁上乳头投影位置间的线性测定计算为在左侧的乳房皱襞线上最下方的点到虚拟胸壁上乳头投影之间的最短距离，对于右侧也以此类推。锁骨中心与乳头的距离锁骨中心与乳头距离的线性测定计算为左侧的锁骨中心点与左乳头之间的最短距离，以及对右侧也以此类推。乳房高度乳房高度的线性测定计算为水平线与乳房皱襞线的最下点之间的最短距离，所述水平线从腋窝下获得且等分乳房皱襞线的水平线到胸骨中线(这不一定是水平线，只要它与腋前线相连且能通过更为弯曲的路径到达胸骨中线)。表面测定三维胸骨切迹到乳头的距离胸骨切迹到乳头的三维表面测定计算为沿着胸骨切迹和乳头的三维坐标之间所确定的矢量对患者的三维轮廓表面进行的三维线积分。三维乳头到乳房皱襞的距离乳头到乳下或乳房皱襞的三维表面测定计算为沿着从乳头到乳下/乳房皱襞线的三维坐标确定的与正中矢状平面平行的矢量对患者的三维轮廓表面进行的三维线积分。三维锁骨到乳头的距离锁骨到乳头的三维表面测定计算为沿着平行于等分乳头的正中矢状平面对患者三维轮廓表面进行的三维线积分。三维距离确定为乳头和锁骨之间的三维线积分。三维锁骨中心到乳头的距离锁骨中心到乳头的三维表面测定计算为沿着从锁骨中心点到乳头的三维坐标之间确定的矢量对患者三维轮廓表面进行的三维线积分。乳房罩杯尺寸可以用自动化方式从上身前部的三维示意图确定乳房(也称为乳罩)罩杯尺寸。首先，识别对应于左乳和右乳的乳房皱襞线和三维乳头特征。然后定义包含乳头且垂直于冠状面的一个平面。图10显示了胸部曲线，该曲线确定了被胸部平面等分的上身前部的三维示意图的交集，其中胸部曲线外侧从乳房皱襞线开始且沿着三维示意图和平面的交集到达乳头区域，在这个点胸部曲线从一个乳头到另一个乳头是线性的，然后沿着三维示意图和平面的交集到达乳房皱襞线外侧的点。确定胸部曲线的长度(图10中的粗线1040)。第二曲线定义为下表面曲线(图10中的粗线1050)，其中三维表面线穿过乳房皱襞线下的平面，其中该平面与横切面或胸部平面接近于平行。确定下平面曲线的长度，该线起始并终止于沿着平行于冠状面的表面曲线(即胸平面1060)的点，所述冠状面等分了胸部曲线上的起始点和终止点。胸部曲线和下表面曲线测定之间的差异产生了一个值，查阅保存的数值表格 产生了乳罩罩杯尺寸。方向、显示和不对称性我们注意到，可以观察到上身和下身的中线具有差异，并且身体的其他区域也有不同的中线。中线是导出解剖学坐标系统以及对应的冠状面、矢状面和横切面的关键组分。对于隆乳，上身中线和相关平面是相称的。相对于这些平面显示身体要比用原有照相机或其他对照框具有优势。可以用自动化的方式产生与垂直轴和水平轴的中线相关的身体的三维示意图的iu视图、斜视图、仰视图和俯视图等资料视图。如果定向并且显示三维示意图使得冠状面平行于视图平面，并且进一步定位三维示意图使得中线平行于显示器的垂直轴，不对称性变得明显。在三维示意图上分析同类型左右解剖学特征的不对称性的优选实施方式，为平行于显示为等分感兴趣的解剖学特征的横切面的水平线。图11例举了对左乳或右乳的乳头解剖学特征、左乳或右乳的乳晕、或左乳或右乳的乳房皱襞线下缘的分析。可以通过视图平面上等分线间的最小距离来确定不对称性的程度，在这个例子中为冠状面。通过显示三维示意图，通过确定该三维示意图的方向使横切面平行于视图平面且正中矢状平面平行于垂直轴，图12显示了乳头投影不对称性。显示了冠状面上的两条水平线(1230)，每条线等分了各自乳头位置(110、112)。水平线上的垂直差异是投影的不对称性程度。在另一个实施方式中，不对称性可来源于乳头之间、两个乳晕之间、冠状面上投影的2个乳房皱襞之间的线的角度测定1240，例如相对于横切面的角度(未显示)。图13显示了展示相对于胸壁1060的不对称性的另一种形式，采用了仰视图，即平行于横切面的视平面从下向上的视图。在这个实施方式中，显示了乳房皱襞线下的胸参数线，并且画出了乳房投影表面1330。这两条线可以相对于正中矢状平面成映像，使得可以观察到乳房投影的不对称性和下面的胸壁。通过从左向右翻转1330形成1330’，并且重叠1330和1330，(与1330相比，注意到对于1330，乳头110、112为镜像)。如果带有映像的胸壁有大的变化，不对称来源于硬组织。如果乳房投影而不是胸壁上有大的不对称性，那么不对称来源于软组织。乳房体积在单个方法步骤中确定单个乳房或两个乳房的乳房体积。确定乳房体积的技术需要如上文所述从三维示意图识别界定乳房下部的乳房皱襞、三维胸参数和虚拟胸壁。每个乳房的体积是两个表面之间的三维积分。特定地，胸参数所描述的特定乳房区域的三维示意图和虚拟胸壁的三维积分。关于单个乳房的乳房体积，只需要相关的单个乳房皱襞、围绕单个乳房皱襞的胸参数以及虚拟胸壁，该虚拟胸壁可为部分胸壁或包括其他乳房三维特征的胸壁。换而言之，单个乳房的体积为三维示意图与部分虚拟胸壁或带有胸部左侧和右侧的虚拟胸壁示意图之间的三维积分。模拟三维特征的自动化识别提供了一个平台，进行模拟所得乳房形态和相对于虚拟胸壁的位置、以及获得乳房形态上乳头的位置。模拟的结果可以进一步辅助乳房成像、乳房植入体和尺寸分析、不对称性分析、以及制定乳房外科手术计划。模拟了在三维示意图上现有的(也称为原有的-参见如图7为原始三维示意图)形式上加入乳房植入体和相关外科手术的成果的模拟三维形式产生了所得乳房(图14)。计算的三维所得乳房定位在三维虚拟胸壁上(图8为图7中确定的三维胸壁)，使得所得乳房形态的下后边缘位于乳房皱襞线上或其附近(如140、142)。所得乳房具有带高度、宽度和投影的三维所得乳房形态。每个所得乳房形态的体积等于植入体体积加上具有一定程度萎缩的现有乳房形式的体积。萎缩程度使现有乳房体积按照一个系数(如在O. 3到O. 6的范围内)减少。可以沿着所得三维虚拟胸壁的表面向下、向上、向外或向内或这些方向的任意组合移动乳房皱襞线的位置。根据三维所得乳房转化形状来更新三维所得的模拟乳房，使得它对应于乳房皱襞线的转变。在模拟的另一个方面，可以确定乳头的所得三维位置。在这种情况下，所得三维模拟是定位在虚拟胸壁上的所得三维乳房形态加上添加到乳头位置上的三维乳头特征。所得三维乳头特征等于在原始三维示意图上的原始三维乳头特征。此外，可以将乳晕的三维示意图和原始三维示意图上的乳头特征加到三维模拟上，所述三维模拟带有在确定位点上有所得三维乳头的所得三维乳房形态。而且，也可以在模拟的结果上加上来源于原始三维示意图的乳晕颜色和乳头。乳头的所得位置取决于在三维示意图识别的乳头原始位置。像乳房皱襞线一样，也可向上、向下、向外、向内或这些方向的任意组合来调整所得乳头的位置。可以用各种方式来确定所得的乳头三维位置。例如沿着两个方向(即由中间向侧面和从下向上)确定所得乳头从原始乳头位置的位移。通过确定与等分原始乳头位置110、112的胸壁1060相垂直的矢量1510、1512，图15显示了在所得乳房形态上所得乳头由中间向侧面的位移。该矢量限定在横切面上。所得乳房位置1520、1522是该矢量与所得乳房形态的交叉点。通过确定原始三维示意图720上在平行于正中矢状平面的平面上乳头112和锁骨162之间的距离1620，图16显示了在所得乳房形态1420上所得乳头从下向上的位移1610，在一个平行于正中矢状平面的平面内所得三维乳房形态的三维表面上乳头和锁骨间的距离(即长度恒定的两条线1620)。图17显示了通过比较两个三维示意图上乳头位置来确定在所得乳房外形上所得从下向上位移的替代方法。在第一三维示意图1710中，手臂贴着臀部，相对于相同的胸参数(第一三维示意图在本发明中也称为三维示意图)识别三维乳头特征和位置。在第二三维示意图1720中，手臂举过患者头部，相对 于相同的胸参数确定三维乳头特征和位置。然后通过在相应乳头高度的位置差异来确定乳头位置从下向上的位移(即通过线1730的差异来确定)。作为本领域的一个普通技术人员会意识到，可以不背离本发明的原理进行各种改变、替代和变更或用其他方式实施。这些方法描述可以编码成可执行计算机代码并且存储在计算机介质或存储介质中。方法步骤也可以编码在各种(独立)的模块中，每个模块包括一个或多个方法步骤，例如测定模块、特征识别模块、不对称性模块、乳房体积模块、方向模块、可进一步区分为乳房形状模拟模块或乳头模拟模块等的模拟模块等等。作为模块的方法或部分步骤也可整合到能进行或执行方法步骤地半导体或计算机芯片中，其中芯片算法可作为整合的系统的一部分调入并且执行。芯片可用于例如乳房成像或争端装置或计算机系统中。换而言之，方法步骤可以是用于执行方法步骤地独立模块或工具。因此，本发明的范围应该由下列权利要求或其相等法律意义条款来确定。
权利要求
1.一种以自动化方式从上身的三维(3-D)示意图来确定乳房测定的计算机实现的方法，该方法包括下列步骤 a)通过对所述三维示意图的轮廓分析，从所述三维示意图自动化识别所述上身的第一组三维特征和位置； b)从所述第一组识别的三维特征和位置，来识别所述上身的第二组三维特征和位置；以及 c)用至少一部分所述三维特征和位置来确定多个三维乳房相关表面测定，或用至少一部分所述三维特征和位置来确定多个点对点乳房相关直线距离，或者是确定上述参数的组口 ο
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一组识别的三维特征和位置涉及一个或两个乳头、一条或多条腋前线、脐、一个或多个面部特征、或颈、或其任意组合。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述第二组识别的三维特征和位置涉及胸骨切迹、胸骨、一个或多个锁骨、一个或多个胸壁参数、上身中线、冠状面、一个或两个乳晕、一条或多条乳房皱襞线、或一条或多条腋前线、或其任意组合。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述上身中线是根据至少一个所述锁骨、所述胸骨切迹、一条或多条所述乳房皱襞线、所述胸骨或一个或多个所述胸壁参数来确定的。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述冠状面是根据至少一个所述锁骨、所述胸骨切迹、所述上身中线、一条或多条所述腋线、一条或多条所述乳房皱襞线、所述胸骨或一个或多个胸壁参数来确定的。
6.如权利要求I所述的方法，还包括根据至少一个所述第二组识别的三维特征和位置界定的所述上身来确定上身中线或冠状面，或确定所述上身中线和所述冠状面的组合。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，一个所述点对点乳房相关距离为平行于横切面的第一乳晕直径，其中所述横切面定义为与所述冠状面和所述上身中线都成直角的面，或其中另一个所述点对点乳房相关距离为平行于正中矢状平面的第二乳晕直径，其中所述正中矢状平面定义为与所述冠状面和横切面都成直角的面，或所述两个乳晕直径的组口 ο
8.如权利要求6所述的方法，还包括根据所述上身的左乳或右乳的乳房皱襞来确定乳房基底的宽度，其中所述乳房皱襞是从所述上身的所述三维示意图中自动识别的，且其中所述乳房基底宽度为所述乳房皱襞在所述上身的所述冠状面上的投影。
9.如权利要求6所述的方法，还包括在所述上身的左乳或右乳的乳晕上缘的高度上确定乳房基底宽度，其中所述乳房基底宽度是乳房皱襞在所述上身的所述冠状面上的投影，且其中所述乳房皱襞是从所述上身的所述三维示意图自动识别的。
10.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述多个三维表面测定中至少一个为对应于所述上身的左乳或右乳的乳房皱襞，其中乳房皱襞定义为沿着界定所述乳房下部的所述三维示意图的三维表面的未封闭曲线。
11.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述乳房相关点对点直线距离为乳头到乳头的距离、乳头到胸骨中线的距离、乳间距离、乳房基底宽度、一个或多个乳晕直径、锁骨中点到乳头的距离、乳房高度、或乳房皱襞线到乳头在胸壁上投影位置的距离、或其组合。
12.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述三维乳房相关表面测定为乳头到乳房皱襞的三维表面线、胸骨切迹到乳头的三维表面线、锁骨到乳头的三维表面线、或锁骨中点到乳头的三维表面线、或其组合。
13.如权利要求I所述的方法，还包括具有彩色的所述上身的所述三维示意图。
14.如权利要求I所述的方法，还包括通过以下步骤以自动化方式确定乳房罩杯尺寸 i.从所述三维示意图识别对应于所述上身左乳和右乳的乳房皱襞线和三维乳头特征； .确定胸部平面上的胸部曲线长度，其中所述胸部平面等分所述识别的乳头，并且与冠状面成直角。
iii.确定下表面曲线的长度，该下表面曲线定义为所述乳房皱襞线的下平面的三维表 面曲线，其中所述下平面与横切面接近于平行；以及 iv.根据所述胸部曲线长度和所述下表面曲线长度之间的差异来确定所述乳房罩杯尺寸。
15.一种以自动化方式定向且显示上身的三维(3D)示意图的计算机实现的方法，该方法包括下列步骤 a)从所述上身的所述三维示意图识别多个所述上身的三维特征和位置； b)确定由至少一个所述识别的三维特征和位置所定义的上身中线； c)确定由至少两个所述识别的三维特征和位置所定义的所述上身的冠状面； d)在显示器上旋转并且显示所述上身的所述三维示意图，使得所述上身的所述冠状面与所述显示器的视图平面相重合，并使得所述上身中线与所述显示器的垂直轴平行。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述上身中线是根据至少一个锁骨、胸骨切迹、一条或多条乳房皱襞线、胸骨、或一个或多个胸壁参数，或其组合来确定的。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述冠状面是根据至少一个锁骨、胸骨切迹、胸骨中线、一条或多条腋前线、一个或多个乳房皱襞线、胸骨、或一个或多个胸壁参数、或其组合来确定的。
18.如权利要求15所述的方法，还包括识别并显示一条或多条等分线，其中每条所述线等分一个解剖学特征或是等分同类型的两个解剖学特征。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述解剖学特征为左乳或右乳的乳头、左乳或右乳的乳晕、或左乳或右乳的一条或多条乳房皱襞线。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，至少一条所述等分线用于测定所述左乳和所述右乳之间的所述解剖学特征的不对称性。
21.如权利要求18所述的方法，还包括确定横切面，其中所述横切面定义为与所述冠状面和所述上身中线都成直角的面，并且显示与所述横切面平行的一条或多条所述等分线。
22.—种以自动化方式直观比较同一上身的不同三维(3-D)示意图的计算机实现的方法，该方法包括下列步骤 a)通过所述第一三维示意图的轮廓分析，从第一三维示意图自动化识别所述上身的第一组三维特征和位置； b)从所述第一三维示意图中的第一组识别的三维特征和位置，识别所述上身的第二组三维特征和位置；c)通过所述第二三维示意图的轮廓分析，从第二三维示意图自动化识别所述上身的第一组三维特征和位置； d)从所述第二三维示意图中的第一组识别的三维特征和位置，识别所述上身的第二组三维特征和位置；以及 e)通过使对应三维示意图中的所述第一组和第二组识别的特征之间的各自三维位置和方向的一个或多个差异最小化，确定所述第一和所述第二三维示意图的方向。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，每个所述三维示意图中所述的第一组识别的三维特征和位置涉及一个或两个乳头、一条或多条腋线、或颈、或其组合。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，每个所述三维示意图中所述的第二组识别的三维特征和位置涉及胸骨切迹、胸骨、一个或多个锁骨、一个或多个胸壁参数、上身中线、冠状面、一个或两个乳晕、一条或多条乳房皱襞线、或一条或多条腋前线、或其组合。
25.一种以自动化方式定向和显示上身的三维(3-D)示意图的计算机实现的方法，该方法包括下列步骤 a)从所述上身的所述三维示意图识别所述上身的多个三维特征和位置； b)确定由至少一个所述识别的三维特征和位置所定义的上身中线； c)确定由至少两个所述识别的三维特征和位置所定义的所述上身的横切面；以及 d)在显示器上旋转并且显示所述上身的所述三维示意图，使得所述上身的所述横切面与所述显示器的视图平面相重合，并使得所述上身中线与所述显示器的垂直轴平行。
全文摘要
本发明涉及一种辅助乳房外科手术的解剖学识别和空间分析。本发明提供了能进行上身前部三维示意图的自动化分析的方法、技术或模块，用以(i)识别三维解剖学特征；(ii)根据解剖学构造或显示器来确定对象的方向；(iii)确定包括点对点直线、三维表面线和体积值等空间分析；(iv)模拟加入了乳房植入体后包括乳房和乳头定位等的结果；(v)帮助选择乳房植入体；和/或(vi)帮助制定乳房手术计划。自动化分析基于下列分析上身三维轮廓图的变化分析、三维特征和平面的方向分析、三维特征的颜色分析、和/或上身的三维特征和位置的空间分析。
文档编号G06T7/60GK102881049SQ20121027916
公开日2013年1月16日 申请日期2009年1月9日 优先权日2008年1月9日
发明者D·H·莫多特, P·G·麦斯威尔, T·J·里奥里奥斯 申请人:阿勒根公司