CN111508061A - 基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作方法、系统、终端以及介质 - Google Patents
基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作方法、系统、终端以及介质 Download PDFInfo
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Abstract
本申请的基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作方法、系统、终端以及介质，包括：根据采集到的CT数据建立三维模型；根据三维模型模拟截骨平面，并获得截骨平面定位数据；将截骨平面定位数据转换为STL格式，并进行预处理以设计截骨导板；3D打印所述截骨导板并进行修整，以得到精修截骨导板。解决了现有技术中主要依靠设计者的主观经验，缺乏美学标准和可重复性，设计上缺乏量化评估，无法实现截骨的准确美观，并且降低了手术精准性以及效率的问题。本申请提供一种具有较高个性化、符合面部审美标准、以数理客观性为基础的基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作方法，并结合3D打印，制作下颌角截骨导板可使截骨手术简化操作，提高精准性。
Description
技术领域
本申请涉及一种扫描相干衍射显微成像技术，特别是涉及一种基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作方法、系统、终端以及介质。
背景技术
下颌角截骨术是一类面部骨骼轮廓整复术，有助于改善重塑下三分之一脸部的轮廓。东方女性追求小巧自然的下面部轮廓，因此在东亚女性面部轮廓整形领域具有较好的应用前景。而实际操作中，由于手术操作空间有限，术者难以获得术区有效的三维视野，仅凭经验设计截骨线难以做到精准把控。有限的术野和缺乏客观标准的截骨，可能导致一些严重并发症的发生：如意外骨折、神经血管损伤、左右不对称，截骨过高等，直接影响手术成败。
为了提高手术精准性，控制风险，早在1998年王侠曾尝试用有机玻璃制作截骨模板。近年来，随着3D打印技术的兴起，计算机辅助手术模拟和导板辅助已经普遍应用于颅颌面整形领域。2014年叶年嵩等提出了一种基于3D打印技术的截骨导板辅助手术。但以往的方法仍主要依靠设计者的主观经验，缺乏美学标准和可重复性，在曲线设计上缺乏量化评估，无法实现截骨的准确美观，并且降低了手术精准性以及效率。
申请内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作方法、系统、终端以及介质，用于解决现有技术中主要依靠设计者的主观经验，缺乏美学标准和可重复性，在曲线设计上缺乏量化评估，无法实现截骨的准确美观等弊端，并且可改善手术精准性及效率。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作方法，包括：根据采集到的CT数据建立三维模型；根据所述三维模型模拟截骨平面，并获得截骨平面定位数据；将所述截骨平面定位数据转换为STL格式，并进行预处理以设计截骨导板；3D打印所述截骨导板并进行修整，以得到精修截骨导板。
于本申请的一实施例中，通过所述三维模型模拟截骨平面，并获得截骨平面定位数据的方式包括：根据所述三维模型获得包括由髁突最高点、下颌角点、颏前点构筑的空间三角形作为截骨前审美评估平面，以及获得包括由髁突最高点、新下颌角点、颏前点构筑的空间三角形作为截骨后审美评估平面；根据所述截骨前审美评估平面以及截骨后审美评估平面，结合数理公式计算用于标定截骨线的关键点的坐标信息；根据所述关键点、由所述三维模型中位于特定位置的第一定位点以及第二定位点进行曲线拟合得到截骨线；根据所述截骨线获得截骨平面，以及截骨平面定位数据。
于本申请的一实施例中，根据所述截骨前审美评估平面以及截骨后审美评估平面，结合数理公式计算用于标定截骨线的关键点的方式包括：根据所述截骨前审美评估平面与截骨后审美评估平面，并结合三角面积公式获得所述新下颌角点与所述下颌角点的距离，以及由以髁突最高点、新下颌角点和颏前点构成的空间三角形中以所述新下颌角点为顶点的角度值。根据所述距离与所述角度值，并利用空间向量角平分线公式计算得到所述关键点的坐标信息。
于本申请的一实施例中，根据所述关键点、第一定位点以及第二定位点进行曲线拟合得到截骨线的方式包括：根据所述关键点、第一定位点以及第二定位点，结合log函数、多次项式以及sin函数式中的一种或多种进行曲线拟合得到经过所示关键点、第一定位点以及第二定位点的在侧位的投影点的截骨线。其中，所述第一定位点由在侧位上的中切牙牙尖及第一磨牙近颊侧牙尖投影点连线，并延伸同下颌角下颌支相交获得，所述第二定位点由在侧位上沿颏孔后缘投影点向下做垂线同下颌体下缘相交获得。
于本申请的一实施例中，所述方法还包括：结合二维平面上的上下牙槽神经管走行在所述三维模型上描绘下牙槽神经管走行，并以其中的神经管下缘的切面作为所述截骨平面的上限位置。
于本申请的一实施例中，将STL格式数据进行预处理的方式包括：修整所述STL格式数据的杂点毛边并数据向外扩增厚度；修理切割扩增后的数据并去除所述三维模型中内板区域多余的地方；分别于在所述三维模型中的下颌角下颌支内侧、关键点内板处、下颌角下颌体近颏孔处内侧面设计固定卡扣安装位置；其中，所述关键点的位置根据所述三维模型中的由髁突最高点、下颌角点、颏前点以及新下颌角获得。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作系统，所述系统包括：三维模型建立模块，用于根据采集到的CT数据建立三维模型；截骨平面定位模块，用于根据所述三维模型模拟截骨平面，并获得截骨平面定位数据；截骨导板设计模块，用于将所述截骨平面定位数据转换为STL格式，并进行预处理以设计截骨导板； 3D打印模块，用于3D打印所述截骨导板并进行修整，以得到精修截骨导板。
于本申请的一实施例中，所述截骨平面定位模块包括：审美评估平面单元，用于根据所述三维模型获得包括由髁突最高点、下颌角点、颏前点构筑的空间三角形作为截骨前审美评估平面，以及获得包括由髁突最高点、新下颌角点、颏前点构筑的空间三角形作为截骨后审美评估平面；关键点单元，用于根据所述截骨前审美评估平面以及截骨后审美评估平面，结合数理公式计算用于标定截骨线的关键点的坐标信息；曲线拟合单元，用于根据所述关键点、由所述三维模型中位于特定位置的第一定位点以及第二定位点进行曲线拟合得到截骨线；截骨平面定位单元，用于根据所述截骨线获得截骨平面，以及截骨平面定位数据。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作终端，包括：一或多个存储器，用于存储计算机程序；一或多个处理器，用于执行所述的基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作方法。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种计算机存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序运行时实现所述的基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作方法。
如上所述，本申请的一种基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作方法、系统、终端以及介质，具有以下有益效果：本申请提供一种具有较高个性化、符合面部审美标准、以数理客观性为基础的基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作方法，并结合3D打印，制作下颌角截骨导板指导截骨，可使截骨手术简化操作，提高精准性。并经导板引导下截骨可有效保护下牙槽神经血管束，避免误伤所致并发症，提高患者术后满意度。
附图说明
图1显示为本申请一实施例中的基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作方法的流程示意图。
图2显示为本申请一实施例中的基于下颌角三维模型的结构示意图。
图3显示为本申请一实施例中的新下颌角点与所述下颌角点的距离演算示意图。
图4显示为本申请一实施例中的关键点的坐标演算示意图。
图5显示为本申请一实施例中关键点、第一定位点以及第二定位点在三维模型上的位置示意图。
图6显示为本申请一实施例中log函数拟合设计截骨线的方式示意图。
图7显示为本申请一实施例中为导板结构形态包括上缘的引导平面及内侧的固定卡扣位置示意图。
图8显示为本申请一实施例中的基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作系统的结构示意图。
图9显示为本申请一实施例中的基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作终端的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、““下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。
再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
下颌角截骨术是一类面部骨骼轮廓整复术，有助于改善重塑下三分之一脸部的轮廓。为了提高手术精准性，控制风险，3D打印技术的截骨导板可用于辅助手术。但以往的方法仍主要依靠设计者的主观经验，缺乏美学标准和可重复性，在曲线设计上缺乏量化评估，无法实现准确美观的截骨。
因此，本申请实施例中提供一种基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作方法，用于解决现有技术中主要依靠设计者的主观经验，缺乏美学标准和可重复性，在曲线设计上缺乏量化评估，无法实现截骨的精准和美观的问题，本申请结合计算机三维模拟技术及3D打印技术制作定位导板。获取患者颌骨CT数据，应用三维软件建模。基于美貌人群理想下颌角度及下颌轮廓曲线，创新性地应用三角面积公式、空间向量角平分线公式，精确计算出新的下颌角点空间坐标，并以数理函数拟合符合轮廓美学的截骨平面。在三维模型上模拟截骨，并依照截除的下颌角骨块数据，通过3D打印技术制作下颌角定位截骨导板。该导板可整体贴附于下颌骨骨面，导板的边缘具有数理化曲线的引导区，引导区的弧度形态及长度能使截骨后面部形态自然流畅。
所述方法包括：
根据采集到的CT数据建立三维模型；
根据所述三维模型模拟截骨平面，并获得截骨平面定位数据；
将所述截骨平面定位数据转换为STL格式，并进行预处理以设计截骨导板；
3D打印所述截骨导板并进行修整，以得到精修截骨导板。
下面以附图为参考，针对本发明的实施例进行详细说明，以便本发明所述技术领域的技术人员能够容易地实施。本发明可以以多种不同形态体现，并不限于此处说明的实施例。
如图1所示，展示本申请实施例中的基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作方法的流程示意图。
所述方法包括：
步骤S11：根据采集到的CT数据建立三维模型。
可选的，所述CT数据层厚为0.5mm-1mm的dicom格式数据。
可选的，将所述CT数据通过三维软件转化，重建三维模型。
可选的，所述CT数据需要在检查时，患者平躺于台面，颈部置于特殊的颈托中用以固定头部，保证获取的数据统一标准。
可选的，将所述CT数据导入三维设计软件中，通过对骨质密度的判别和重建，获得下颌角三维模型，如图2所示为下颌角三维模型的结构示意图。
步骤S12：根据所述三维模型模拟截骨平面，并获得截骨平面定位数据。
可选的，根据所述三维模型获得包括由髁突最高点、下颌角点、颏前点构筑的空间三角形作为截骨前审美评估平面，以及获得包括由髁突最高点、新下颌角点、颏前点构筑的空间三角形作为截骨后审美评估平面；
根据所述截骨前审美评估平面以及截骨后审美评估平面，结合数理公式计算用于标定截骨线的关键点的坐标信息；
根据所述关键点、由所述三维模型中位于特定位置的第一定位点以及第二定位点进行曲线拟合得到截骨线；
根据所述截骨线获得截骨平面，以及截骨平面定位数据。
具体的，所述第一定位点和第二定位点分别位于所述三维模型的特定位置，所述特定位置根据截骨的具体需求进行确定，进而得到符合要求的截骨线。
可选的，根据所述截骨前审美评估平面以及截骨后审美评估平面，结合数理公式计算用于标定截骨线的关键点的方式包括：根据所述截骨前审美评估平面与截骨后审美评估平面，并结合三角面积公式获得所述新下颌角点与所述下颌角点的距离，以及由以髁突最高点、新下颌角点和颏前点构成的空间三角形中以所述新下颌角点为顶点的角度值。根据所述距离与所述角度值，并利用空间向量角平分线公式计算得到所述关键点的坐标信息。
具体的，所述角度值是一种带有一定角度范围的评估角度，举例来说，所述角度范围在 115°-125°之间。
可选的，所述三角面积公式为：S＝(a*b*sinc)/2，所述三角面积公式结合二分法及迭代法思想，使用编程软件，在髁突最高点、下颌角点和颏前点构成的空间三角形中以所述下颌角点为顶点的角度的角平分线上计算所述新下颌角点与所述下颌角点的距离，以及由以髁突最高点、新下颌角点和颏前点构成的空间三角形中以所述新下颌角点为顶点的角度值。
在一实施例中，以髁突最高点(Co)、下颌角点(Go)、颏前点(Pog)构建空间三角形Δ1，将角Co-Go–Pog定义为∠1，将新下颌角点标识为Go’，将角Co-Go’–Pog定义为∠2，将Go-Go’的距离定义为x。其中，在∠1的角平分线上假定新下颌角点(Go’)的位置，利用三角形面积积分公式S＝(a*b*sinc)/2构建各三角形面积；根据面积守恒的原理创建方程式；采用二分法和牛顿迭代法理念，结合编程软件求出x的近似值。如图3所示，用公式表示为
由此a值(Go-Pog)、b值(Go-Co)、β角度(∠CoGoPog)、α角度(∠CoGo′Pog)以及x值都可以得到。
可选的，使用空间向量角平分线公式C＝k(A/|A|+B/|B|)获得所述关键点的坐标信息。
在一实施例中，如图4所示，从三维模型上获得Co，Go以及Pog的三维坐标值，并根据空间向量公式计算出Go→Co，Go→Pog的空间向量；将下颌角点Go’空间坐标设为(x，y，z)，再根据空间向量角平分线公式C＝k(A/|A|+B/|B|)确定Go→Go′的空间方向，根据空间向量距离公式建立代数式，并同Go→Go′距离x建立等式；在编程软件中求取系数K。并换算为Go’(x，y，z)的精确坐标值。该详细过程表示为：
Go→Co＝(XC-XO，YC-YO，ZC-ZO)； (6)
Go→Pog＝(XP-XO，YP-YO，ZP-ZO)； (7)
根据空间向量角平分线公式，设Go’(X，Y，Z)
则可以得出
(X，Y，Z)＝(kX+XO，kY+YO，kZ+ZO) (11)
可选的，根据所述关键点、第一定位点以及第二定位点进行曲线拟合得到截骨线的方式包括：根据所述关键点、第一定位点以及第二定位点，结合log函数、多次项式以及sin函数式中的一种或多种进行曲线拟合得到经过所示关键点、第一定位点以及第二定位点的在侧位的投影点的截骨线；其中，所述第一定位点由在侧位上的中切牙牙尖及第一磨牙近颊侧牙尖投影点连线，并延伸同下颌角下颌支相交获得，所述第二定位点由在侧位上沿颏孔后缘投影点向下做垂线同下颌体下缘相交获得。
具体来说，选用sin函数式及其变形，多次项式及其变形以及log函数式及其变形，具体应用模式参照患者的实际情况和诉求。对于髁突最高点、下颌角点和颏前点构成的角形态尚可但下颌角区存在外翻肥大的患者，拟采用sin函数；对于髁突最高点、下颌角点和颏前点构成的角形态较锐，有同时改善下面部轮廓诉求的患者采用log函数；对于有要求保留近似天然下颌角轮廓形态的患者采用多次项式函数；此外男性或有保留部分下颌角形态诉求的患者，也可不采用函数设计，用折线替代。
可选的，所述第一定位点在侧位上将中切牙牙尖及第一磨牙近颊侧牙尖投影点连线，并延伸同下颌角下颌支相交，于相交点下方0.2-1.5cm处取点并标注而获得的。举例来说，在侧面，将中切牙牙尖及第一磨牙牙尖投影点连线，并延伸同下颌角下颌支相交，于相交点下方 0.2-1.5cm(通常选0.5cm)处选取第一定位点。
可选的，所述第二定位点在在侧位上，沿颏孔后缘投影点向下做垂线，同下颌体下缘相交，于交点左右0-3cm处取点并标注而获得的。举例来说，在一侧面，沿颏孔后缘投影点向下做垂线，同下颌体下缘相交，于交点左右0-3cm处选取第二定位点。
可选的，在侧方投影上，使拟合曲线经过第一定位点、第二定位点、关键点的投影点，并同骨面贴合形成截骨线。
在一实施例中，为了更好的了解关键点、第一定位点以及第二定位点在所述三维模型上的位置，如图5所示以髁突最高点(Co)、下颌角点(Go)、颏前点(Pog)构角Co-Go–Pog，将新下颌角点(关键点)标识为Go’标号为22，构成角Co-Go’–Pog，将Go-Go’的距离定义为L。所述第一定位点21在侧位上将中切牙牙尖24及第一磨牙近颊25侧牙尖投影点连线，并延伸同下颌角下颌支相交，于相交点下方0.2-1.5cm处取点并标注而获得的，所述第二定位点23在在侧位上，沿颏孔后缘投影点向下做垂线，同下颌体下缘相交，于交点左右0-3cm处取点并标注而获得的。
在一实施例中，如图6所示选用log函数(通常采用y＝-log2(-x))进行拟合。在侧方投影上，使拟合曲线经过关键点、第一定位点、第二定位点的投影点，并同骨面贴合形成截骨线。检查并确认截骨线位于下牙槽神经管下方。垂直于骨面剖切，再次检查、确认剖切面未与神经管相交，设计截骨引导平面(如和下牙槽神经管位置相交，根据下牙槽神经管走行，将上述曲线向下平移至相切位置)。
可选的，根据所述截骨线垂直于骨面剖切，得到设计截骨平面。
步骤S13：将所述截骨平面定位数据转换为STL格式，并进行预处理以设计截骨导板。
可选的，从三维模型中提取截骨平面相关数据并将其转换为STL格式文件。
可选的，将STL格式数据进行预处理的方式包括：
修整所述STL格式数据的杂点毛边并使数据向外扩增厚度1.8-2.4mm；
修理切割扩增后的数据并去除所述三维模型中内板区域多余的地方；
分别于在所述三维模型中的下颌角下颌支内侧、关键点内板处、下颌角下颌体近颏孔处内侧面设计固定卡扣安装位置；其中，所述关键点的位置根据所述三维模型中的由髁突最高点、下颌角点、颏前点以及新下颌角获得。
可选的，使用三维软件处理STL格式文件，完成下颌角截骨导板设计：对于导板生成及处理包括：(1)修整杂点毛边；(2)：扩增厚度1.8-2.4mm；(3)：修理切割数据；(4)：去除内板区域多余部分；(5)：检查包绕情况；(6)：分别于下颌角下颌支内侧、关键点内板处、下颌角下颌体近颏孔处内侧面设计固定卡扣。
在一实施例中，将三维模型中截骨平面相关数据转换为STL格式文件，并对STL文件进一步加工处理，修整三维模型上的杂点毛边，并通过向外扩增2mm，设计下颌角截骨导板，如图7所示，其中包括截骨引导平面31，截骨导板第一卡扣33、第二卡扣34以及第三卡扣35。导板过厚会影响医师术中放置操作，过薄会存在使用时断裂的风险。
为了方便放置，同时不影响截骨操作。在内板下颌支、关键点、下颌角下颌体近颏孔处等三处设计卡扣位置。与既往的同类导板相比，此设计贴合度较高，更具实用性，术中与骨面固定牢靠，取放方便，不易脱落、无需助手辅助固定。
步骤S14：3D打印所述截骨导板并进行修整，以得到精修截骨导板。
可选的，将打印完成后的导板充分干燥；用细砂纸打磨下颌角截骨导板校角处.；于3D 打印的头模上模拟检查贴合程度。
在一实施例中，使用3D打印机打印下颌角截骨导板。打印材料可以是树脂、聚乙烯、碳纤维等无毒材质。本案例中使用生物相容性树脂材料，打印后的导板呈乳白色。该材料价格低廉，具有广泛的运用前景，与组织相容性好，且具有一定的韧性和合适的硬度，在使用过程中不会对组织造成误伤。下颌角截骨导板打印完成后对其进行充分干燥，修正打磨，得到最终下颌角截骨导板。并在3D打印的头模上模拟检查贴合度。将制作好的下颌角截骨导板进行清洗、消毒、封装备用。
可选的，所述方法还包括：结合二维平面上的上下牙槽神经管走行在所述三维模型上描绘下牙槽神经管走行，并以其中的神经管下缘的切面作为所述截骨平面的上限位置。
具体的，结合二维平面在三维头模上描绘上下牙槽神经管走行，并将其定位。此神经管下缘的切面作为截骨平面的上限。设计中应当避免超过该切面，以防止术中对神经血管的误伤。尤其在设计截骨导板时垂直于骨面剖切，再次检查、确认剖切面未与神经管相交，设计截骨引导平面。需要注意的是，如和下牙槽神经管位置相交，根据下牙槽神经管走行，将上述曲线向下平移至相切位置。
与上述实施例原理相似的是，本申请提供一种基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作系统，所述系统包括：
三维模型建立模块，用于根据采集到的CT数据建立三维模型；
截骨平面定位模块，用于根据所述三维模型模拟截骨平面，并获得截骨平面定位数据；
截骨导板设计模块，用于将所述截骨平面定位数据转换为STL格式，并进行预处理以设计截骨导板；
3D打印模块，用于3D打印所述截骨导板并进行修整，以得到精修截骨导板。
以下结合附图提供具体实施例：
如图8所示展示本申请实施例中的一种基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作系统的结构示意图。
所述系统包括：
所述三维模型建立模块81，用于根据采集到的CT数据建立三维模型；
所述截骨平面定位模块82，用于根据所述三维模型模拟截骨平面，并获得截骨平面定位数据；
所述截骨导板设计模块83，用于将所述截骨平面定位数据转换为STL格式，并进行预处理以设计截骨导板；
所述3D打印模块84，用于3D打印所述截骨导板并进行修整，以得到精修截骨导板。
可选的，所述CT数据层厚为0.5mm-1mm的dicom格式数据。
可选的，将所述CT数据通过三维软件转化，重建三维模型。
可选的，所述CT数据需要在检查时，患者平躺于台面，颈部置于特殊的颈托中用以固定头部，保证获取的数据统一标准。
可选的，所述三维模型建立模块81将所述CT数据导入三维设计软件中，通过对骨质密度的判别和重建，获得下颌角三维模型。
可选的，所述截骨平面定位模块82包括：审美评估平面单元，用于根据所述三维模型获得包括由髁突最高点、下颌角点、颏前点构筑的空间三角形作为截骨前审美评估平面，以及获得包括由髁突最高点、新下颌角点、颏前点构筑的空间三角形作为截骨后审美评估平面；
关键点单元，用于根据所述截骨前审美评估平面以及截骨后审美评估平面，结合数理公式计算用于标定截骨线的关键点的坐标信息；
曲线拟合单元，用于根据所述关键点、由所述三维模型中位于特定位置的第一定位点以及第二定位点进行曲线拟合得到截骨线；
截骨平面定位单元，用于根据所述截骨线获得截骨平面，以及截骨平面定位数据。
具体的，所述第一定位点和第二定位点分别位于所述三维模型的特定位置，所述特定位置根据截骨的具体需求进行确定，进而得到符合要求的截骨线。
可选的，所述关键点单元根据所述截骨前审美评估平面与截骨后审美评估平面，并结合三角面积公式获得所述新下颌角点与所述下颌角点的距离，以及由以髁突最高点、新下颌角点和颏前点构成的空间三角形中以所述新下颌角点为顶点的角度值。根据所述距离与所述角度值，并利用空间向量角平分线公式计算得到所述关键点的坐标信息。
具体的，所述角度值是一种带有一定角度范围的评估角度，举例来说，所述角度范围在 115°-125°之间。
可选的，所述三角面积公式为：S＝(a*b*sinc)/2，所述关键点单元利用所述三角面积公式结合二分法及迭代法思想，使用编程软件，在髁突最高点、下颌角点和颏前点构成的空间三角形中以所述下颌角点为顶点的角度的角平分线上计算所述新下颌角点与所述下颌角点的距离，以及由以髁突最高点、新下颌角点和颏前点构成的空间三角形中以所述新下颌角点为顶点的角度值。
可选的，所述关键点单元使用空间向量角平分线公式C＝k(A/|A|+B/|B|)获得所述关键点的坐标信息。
可选的，所述曲线拟合单元根据所述关键点、第一定位点以及第二定位点，结合log函数、多次项式以及sin函数式中的一种或多种进行曲线拟合得到经过所示关键点、第一定位点以及第二定位点的在侧位的投影点的截骨线；其中，所述第一定位点由在侧位上的中切牙牙尖及第一磨牙近颊侧牙尖投影点连线，并延伸同下颌角下颌支相交获得，所述第二定位点由在侧位上沿颏孔后缘投影点向下做垂线同下颌体下缘相交获得。
具体来说，选用sin函数式及其变形，多次项式及其变形以及log函数式及其变形，具体应用模式参照患者的实际情况和诉求。对于髁突最高点、下颌角点和颏前点构成的角形态尚可但下颌角区存在外翻肥大的患者，拟采用sin函数；对于髁突最高点、下颌角点和颏前点构成的角形态较锐，有同时改善下面部轮廓诉求的患者采用log函数；对于有要求保留近似天然下颌角轮廓形态的患者采用多次项式函数；此外男性或有保留部分下颌角形态诉求的患者，也可不采用函数设计，用折线替代。
可选的，所述第一定位点在侧位上将中切牙牙尖及第一磨牙近颊侧牙尖投影点连线，并延伸同下颌角下颌支相交，于相交点下方0.2-1.5cm处取点并标注而获得的。举例来说，在侧面，将中切牙牙尖及第一磨牙牙尖投影点连线，并延伸同下颌角下颌支相交，于相交点下方 0.2-1.5cm(通常选0.5cm)处选取第一定位点。
可选的，所述第二定位点在在侧位上，沿颏孔后缘投影点向下做垂线，同下颌体下缘相交，于交点左右0-3cm处取点并标注而获得的。举例来说，在一侧面，沿颏孔后缘投影点向下做垂线，同下颌体下缘相交，于交点左右0-3cm处选取第二定位点。
可选的，在侧方投影上，所述曲线拟合单元使拟合曲线经过第一定位点、第二定位点、关键点的投影点，并同骨面贴合形成截骨线。
可选的，截骨平面定位单元根据所述截骨线垂直于鼓面剖切，以设计截骨平面获得截骨平面设计数据。
可选的，所述截骨导板设计模块83从三维模型中提取截骨平面相关数据并将其转换为 STL格式文件。
可选的，所述截骨导板设计模块83将STL格式数据进行预处理的方式包括：
修整所述STL格式数据的杂点毛边并使数据向外扩增厚度1.8-2.4mm；
修理切割扩增后的数据并去除所述三维模型中内板区域多余的地方；
分别于在所述三维模型中的下颌角下颌支内侧、关键点内板处、下颌角下颌体近颏孔处内侧面设计固定卡扣安装位置；其中，所述关键点的位置根据所述三维模型中的由髁突最高点、下颌角点、颏前点以及新下颌角获得。
可选的，所述截骨导板设计模块83使用三维软件处理STL格式文件，完成下颌角截骨导板设计：对于导板生成及处理包括：(1)修整杂点毛边；(2)：扩增厚度1.8-2.4mm；(3)：修理切割数据；(4)：去除内板区域多余部分；(5)：检查包绕情况；(6)：分别于下颌角下颌支内侧、关键点内板处、下颌角下颌体近颏孔处内侧面设计固定卡扣。
具体的，在内板下颌支、关键点、下颌角下颌体近颏孔处等三处设计卡扣位置。与既往的同类导板相比，此设计贴合度较高，更具实用性，术中与骨面固定牢靠，取放方便，不易脱落、无需助手辅助固定。
可选的，所述3D打印模块84将打印完成后的导板充分干燥；用细砂纸打磨下颌角截骨导板校角处.；于3D打印的头模上模拟检查贴合程度。
在一实施例中，所述3D打印模块84使用3D打印机打印下颌角截骨导板。打印材料可以是树脂、聚乙烯、碳纤维等无毒材质。本案例中使用生物相容性树脂材料，打印后的导板呈乳白色。该材料价格低廉，具有广泛的运用前景，与组织相容性好，且具有一定的韧性和合适的硬度，在使用过程中不会对组织造成误伤。下颌角截骨导板打印完成后对其进行充分干燥，修正打磨，得到最终下颌角截骨导板。并在3D打印的头模上模拟检查贴合度。将制作好的下颌角截骨导板进行清洗、消毒、封装备用。
可选的，所述系统还包括：下牙槽神经管走行模块，用于结合二维平面上的上下牙槽神经管走行在所述三维模型上描绘下牙槽神经管走行，并以其中的神经管下缘的切面作为所述截骨平面的上限位置。
具体的，下牙槽神经管走行模块结合二维平面在三维头模上描绘上下牙槽神经管走行，并将其定位。此神经管下缘的切面作为截骨平面的上限。设计中应当避免超过该切面，以防止术中对神经血管的误伤。尤其在设计截骨导板时垂直于骨面剖切，再次检查、确认剖切面未与神经管相交，设计截骨引导平面。需要注意的是，如和下牙槽神经管位置相交，根据下牙槽神经管走行，将上述曲线向下平移至相切位置。
如图9所示，展示本申请实施例中的基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作终端90的结构示意图。
所述基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作终端90包括：存储器91及处理器92所述存储器91用于存储计算机程序；所述处理器92运行计算机程序实现如图1所述的基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作方法。
可选的，所述存储器91的数量均可以是一或多个，所述处理器92的数量均可以是一或多个，而图9中均以一个为例。
可选的，所述基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作终端90中的处理器92会按照如图 1所述的步骤，将一个或多个以应用程序的进程对应的指令加载到存储器91中，并由处理器 92来运行存储在第一存储器91中的应用程序，从而实现如图1所述基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作方法中的各种功能。
可选的，所述存储器91，可能包括但不限于高速随机存取存储器、非易失性存储器。例如一个或多个磁盘存储设备、闪存设备或其他非易失性固态存储设备；所述处理器92，可能包括但不限于中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路 (Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
可选的，所述处理器92可以是通用处理器，包括中央处理器(Central ProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
本申请还提供计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序运行时实现如图1所示的基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作方法。所述计算机可读存储介质可包括，但不限于，软盘、光盘、CD-ROM(只读光盘存储器)、磁光盘、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、磁卡或光卡、闪存、或适于存储机器可执行指令的其他类型的介质/机器可读介质。所述计算机可读存储介质可以是未接入计算机设备的产品，也可以是已接入计算机设备使用的部件。
综上所述，本申请基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作方法、系统、终端及介质，解决现有技术中主要依靠设计者的主观经验，缺乏美学标准和可重复性，在曲线设计上缺乏量化评估，无法实现截骨的准确美观等问题，并有助于提高手术精准性及效率，本申请结合计算机三维模拟技术及3D打印技术制作定位导板。获取患者颌骨CT数据，应用三维软件建模。基于美貌人群理想下颌角度及下颌轮廓曲线，创新性地应用三角面积公式、空间向量角平分线公式，精确计算出新的下颌角点空间坐标，并以数理函数拟合符合轮廓美学的截骨平面。在三维模型上模拟截骨，并依照截除的下颌角骨块数据，通过3D打印技术制作下颌角定位截骨导板。该导板可整体贴附于下颌骨骨面，导板的边缘具有数理化曲线的引导区，引导区的弧度形态及长度能使截骨后面部形态自然流畅。所以，本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅示例性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，但凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作方法，其特征在于，包括：
根据采集到的CT数据建立三维模型；
根据所述三维模型模拟截骨平面，并获得截骨平面定位数据；
将所述截骨平面定位数据转换为STL格式，并进行预处理以设计截骨导板；
3D打印所述截骨导板并进行修整，以得到精修截骨导板。
2.根据权利要求1所述的基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作方法，其特征在于，通过所述三维模型模拟截骨平面，并获得截骨平面定位数据的方式包括：
根据所述三维模型获得包括由髁突最高点、下颌角点、颏前点构筑的空间三角形作为截骨前审美评估平面，以及获得包括由髁突最高点、新下颌角点、颏前点构筑的空间三角形作为截骨后审美评估平面；
根据所述截骨前审美评估平面以及截骨后审美评估平面，结合数理公式计算用于标定截骨线的关键点的坐标信息；
根据所述关键点、由所述三维模型中位于特定位置的第一定位点以及第二定位点进行曲线拟合得到截骨线；
根据所述截骨线获得截骨平面，以及截骨平面定位数据。
3.根据权利要求2所述的基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作方法，其特征在于，根据所述截骨前审美评估平面以及截骨后审美评估平面，结合数理公式计算用于标定截骨线的关键点的方式包括：
根据所述截骨前审美评估平面与截骨后审美评估平面，并结合三角面积公式获得所述新下颌角点与所述下颌角点的距离，以及由以髁突最高点、新下颌角点和颏前点构成的空间三角形中以所述新下颌角点为顶点的角度值。
根据所述距离与所述角度值，并利用空间向量角平分线公式计算得到所述关键点的坐标信息。
4.根据权利要求2所述的基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作方法，其特征在于，根据所述关键点、第一定位点以及第二定位点进行曲线拟合得到截骨线的方式包括：
根据所述关键点、第一定位点以及第二定位点，结合log函数、多次项式以及sin函数式中的一种或多种进行曲线拟合得到经过所示关键点、第一定位点以及第二定位点的在侧位的投影点的截骨线。
其中，所述第一定位点由在侧位上的中切牙牙尖及第一磨牙近颊侧牙尖投影点连线，并延伸同下颌角下颌支相交获得，所述第二定位点由在侧位上沿颏孔后缘投影点向下做垂线同下颌体下缘相交获得。
5.根据权利要求1所述的基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作方法，其特征在于，所述方法还包括：结合二维平面上的上下牙槽神经管走行在所述三维模型上描绘下牙槽神经管走行，并以其中的神经管下缘的切面作为所述截骨平面的上限位置。
6.根据权利要求1所述的基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作方法，其特征在于，将STL格式数据进行预处理的方式包括：
修整所述STL格式数据的杂点毛边并使数据向外扩增；
修理切割扩增后的数据并去除所述三维模型中内板区域多余的地方；
分别于在所述三维模型中的下颌角下颌支内侧、关键点内板处、下颌角下颌体近颏孔处内侧面设计固定卡扣安装位置；
其中，所述关键点的位置根据所述三维模型中的由髁突最高点、下颌角点、颏前点以及新下颌角获得。
7.一种基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作系统，其特征在于，所述系统包括：
三维模型建立模块，用于根据采集到的CT数据建立三维模型；
截骨平面定位模块，用于根据所述三维模型模拟截骨平面，并获得截骨平面定位数据；
截骨导板设计模块，用于将所述截骨平面定位数据转换为STL格式，并进行预处理以设计截骨导板；
3D打印模块，用于3D打印所述截骨导板并进行修整，以得到精修截骨导板。
8.根据权利要求7所述的基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作系统，其特征在于，所述截骨平面定位模块包括：
审美评估平面单元，用于根据所述三维模型获得包括由髁突最高点、下颌角点、颏前点构筑的空间三角形作为截骨前审美评估平面，以及获得包括由髁突最高点、新下颌角点、颏前点构筑的空间三角形作为截骨后审美评估平面；
关键点单元，用于根据所述截骨前审美评估平面以及截骨后审美评估平面，结合数理公式计算用于标定截骨线的关键点的坐标信息；
曲线拟合单元，用于根据所述关键点、由所述三维模型中位于特定位置的第一定位点以及第二定位点进行曲线拟合得到截骨线；
截骨平面定位单元，用于根据所述截骨线获得截骨平面，以及截骨平面定位数据。
9.一种基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作终端，其特征在于，包括：
一或多个存储器，用于存储计算机程序；
一或多个处理器，用于执行如权利要求1至6中任一项所述的基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作方法。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，存储有计算机程序，所述计算机程序运行时实现如权利要求1至6中任一项所述的基于下颌截骨平面定位的截骨导板制作方法。
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| Title |
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| 杨运强;顾旖菲;邵乐南;汤国雄;蒋梁;李殿奇;张广;: "计算机辅助设计与3D打印导板在下颌角成形术中的应用" * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111557736A (zh) * | 2020-06-02 | 2020-08-21 | 杜思傲 | 医疗机器人导航系统中截骨导板的标定方法 |
| CN113143399A (zh) * | 2021-04-06 | 2021-07-23 | 四川大学 | V-line截骨下颌轮廓成形术定位模板生成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111508061B (zh) | 2023-10-27 |
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