CN113057733B - 一种基于三维模型确定颧骨种植体种植位置的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种基于三维模型确定颧骨种植体种植位置的方法及装置，所述方法首先根据头颅三维重建模型确定颧骨种植体植入点，再结合与植入点对应侧颧骨模型来确定颧骨种植体的种植位置和型号，使得所述颧骨种植体周围至少有1mm的骨包绕，能够在颧骨内获得最大BIC，所述方法效率高、重现性好，可个性化确定颧骨种植体种植位置。

Description

一种基于三维模型确定颧骨种植体种植位置的方法和装置

技术领域

本申请属于图像处理领域，特别涉及一种基于三维模型确定颧骨种植体种植位置的方法和装置。

背景技术

在口腔种植领域，种植的步骤一般包括在牙槽骨中植入种植体，再在所述种植体上通过基台安装修复体(即，假牙)，从而恢复患者的口腔功能。如果上颌牙槽骨骨量不足或上颌骨缺损，无法进行常规种植修复时，则可以选择颧骨种植作为种植修复的基础。所谓颧骨种植(Zygoma Implant)是指将颧骨种植体，经由口内植入对应侧颧骨，通过颧骨种植体与颧骨发生早期骨接触以及远期骨结合来达到种植体固位，从而为修复体提供支持的技术。由于颧骨解剖形态不规则、颧骨周围的重要组织结构多、种植体经过路径长、术野受限等问题，颧骨种植体的术前设计显得尤为重要。

既往对于颧骨种植体术前设计的方式大多是根据预设的植入位点在颧骨上确定种植体穿出位置，使得在规避重要解剖结构的情况下，颧骨种植体能够在颧骨内达成最大的与骨接触面积(Bone implant contact，BIC)，以确保颧骨种植体的初期稳定性，这一方式可以理解为依种植体在口内的植入点以及种植体在颧骨上的穿出点，两点一线来确定种植体的轴向及长度，由于种植体为类似柱状的结构，因此，种植体的中心线一旦确定，其位置就可以确定。其中，预设的植入位点既往通常按照患者的解剖标志来选取，具体地：(1)后牙区，选取眶下孔对应牙槽嵴顶偏腭侧3mm～5mm；(2)前牙区，选取鼻侧缘对应牙槽嵴顶3mm～5mm。而在颧骨上的穿出点位置不同学者有不同的认知，目前并无一个公认统一的位点。

现有的，由两点确定颧骨种植体位置的设计方式至少存在以下问题(1)以解剖标志对应的固定植入点及穿出点来进行种植体设计，忽略每位患者在颧骨形态、颧骨相对于上颌骨位置、上颌骨形态上的特异性，对于不同患者采用同一标准进行设计，最终得出的往往不是BIC最大的设计方案，而且还容易导致种颧骨植体侵犯颧骨周围的重要解剖结构；(2)未能考虑到颧骨种植体周围应至少有1mm骨厚度，才能形成有效的骨结合，导致颧骨种植体远期的稳定性无法保障；(3)主要依靠人工完成设计方案，而不同设计者由于经验上的差异往往导致设计上的差异，导致针对同一患者的术前设计的重现性差，并且人工测量设计的效率低下；(4)术前以固定的解剖标志寻找种植体在口内的植入点，一方面没有考虑不同患者在解剖上的特异性，另一方面使得术后修复体制作过程相对被动，修复医师需要根据已经固定的种植体植入点来设计修复体，这对修复设计不友好。

发明内容

为解决上述问题，本申请提供一种基于三维模型确定颧骨种植体种植位置的方法及装置，所述方法首先根据头颅三维重建模型确定颧骨种植体植入点，再结合与植入点对应侧颧骨模型来确定颧骨种植体的种植位置和型号，使得所述颧骨种植体周围至少有1mm的骨包绕，能够在颧骨内获得最大BIC，所述方法效率高、重现性好，可个性化确定颧骨种植体种植位置。

本申请的目的在于提供以下几个方面：

第一方面，一种基于三维模型确定颧骨种植体种植位置的方法，所述方法包括：

获取头颅三维重建模型；

获取虚拟排牙结果；

根据所述头颅三维重建模型及虚拟排牙结果确定颧骨种植体植入点；

根据所述头颅三维重建模型生成安全颧骨块模型；

根据所述颧骨种植体植入点、安全颧骨块模型以及头颅三维重建模型获得颧骨种植体中心线的轴向以及所述颧骨种植体中心线的实际长度；

根据颧骨种植体中心线的轴向以及所述颧骨种植体中心线的实际长度确定颧骨种植体种植位置及型号。

在一种可实现的方式中，所述获取头颅三维重建模型可以包括：

获取头颅三维重建数据；

根据所述头颅三维重建数据生成头颅三维重建模型。

在一种可实现的方式中，获取虚拟排牙结果可以包括：以所述头颅三维重建模型为基础获取虚拟排牙结果，或者以实物重建模型为基础获取虚拟排牙结果。

在一种方式中，以所述头颅三维重建模型为基础获取虚拟排牙结果具体包括：

获取头颅三维重建模型；

在所述头颅三维重建模型上虚拟排牙，生成虚拟排牙结果。

在另一种方式中，以实物重建模型为基础获取虚拟排牙结果具体包括：

获取并扫描实物模型；

根据所述扫描结果生成虚拟实物模型；

在所述虚拟实物模型上虚拟排牙，生成虚拟排牙结果。

在一种可实现的方式中，根据所述头颅三维重建模型及虚拟排牙结果确定颧骨种植体植入点可以包括：

将虚拟排牙结果拟合至所述头颅重建模型，生成基准头颅模型；

在所述基准头颅模型中确定颧骨种植体的植入点。

在一种可实现的方式中，根据所述头颅三维重建模型生成安全颧骨块模型包括：

从所述头颅三维重建模型中提取种植体植入点对应侧颧骨模型；

对所述种植体植入点对应侧颧骨模型进行去壳处理，生成安全颧骨块模型。

在一种可实现的方式中，根据所述颧骨种植体植入点、安全颧骨块模型以及头颅三维重建模型获得颧骨种植体中心线以及所述颧骨种植体中心线的实际长度包括：

确定颧骨种植体中心线，所述颧骨种植体中心线为经过所述颧骨种植体植入点，并且在所述安全颧骨块内穿行距离最大的直线；

确定颧骨种植体中心线的实际长度，所述颧骨种植体中心线的实际长度为所述颧骨种植体的中心线上所述颧骨种植体植入点到所述头颅三维重建模型中颧骨的外表面之间线段的长度。

进一步地，所述根据所述颧骨种植体植入点确定颧骨种植体中心线包括：

经过所述颧骨种植体植入点生成若干候选中心线；

计算每条候选中心线在所述安全颧骨块中的穿行长度；

确定颧骨种植体中心线，所述颧骨种植体中心线为穿行长度最大的候选中心线。

在一种可实现的方式中，所述根据颧骨种植体中心线的轴向以及所述颧骨种植体中心线的实际长度确定颧骨种植体种植位置及型号可以包括：

根据所述颧骨种植体中心线实际长度向下取种植体的最大长度，选择对应型号的颧骨种植体模型；

确定所述颧骨种植体模型的位置，所述颧骨种植体模型的位置为将所述对应型号的颧骨种植体模型的冠方顶点与所述颧骨种植体植入点重合，使所述颧骨种植体模型以植入点为中心点进行旋转直至其中轴与所述颧骨种植体中心线轴向重合后，所述颧骨种植体模型所在的位置。

第二方面，本申请还提供一种基于三维模型确定颧骨种植体种植位置的装置，所述装置包括：

头颅三维重建模型生成单元，用于获取头颅三维重建模型；

虚拟排牙模型生成单元，用于获取虚拟排牙结果；

植入点确定单元，用于根据所述头颅三维重建模型及虚拟排牙结果确定颧骨种植体植入点；

安全颧骨块生成单元，用于根据所述头颅三维重建模型生成安全颧骨块模型；

种植体轴向及长度确定单元，用于根据所述颧骨种植体植入点、安全颧骨块模型以及头颅三维重建模型获得颧骨种植体中心线以及所述颧骨种植体中心线的实际长度；

种植体位型确定单元，用于根据颧骨种植体中心线的轴向以及所述颧骨种植体中心线的实际长度确定颧骨种植体种植位置及型号。

在一种可实现的方式中，头颅三维重建模型生成单元可以包括：

数据获取子单元，用于获取头颅三维重建数据；

模型重建子单元，用于根据所述头颅三维重建数据生成头颅三维重建模型。

在一种方式中，虚拟排牙模型生成单元具体包括：

模型导入子单元，用于导入头颅三维重建模型；

排牙结果生成子单元，用于在所述头颅三维重建模型上虚拟排牙，生成虚拟排牙结果。

在另一种方式中，虚拟排牙模型生成单元具体包括：

模型扫描子单元，用于扫描已获取的实物模型；

模型生成子单元，还用于根据所述扫描结果生成虚拟实物模型；

排牙结果生成子单元，还用于在所述虚拟实物模型上虚拟排牙，生成虚拟排牙结果。

在一种可实现的方式中，植入点确定单元可以包括：

基准头颅模型生成子单元，用于将虚拟排牙结果拟合至所述头颅重建模型，生成基准头颅模型；

植入点确定子单元，用于在所述基准头颅模型中确定颧骨种植体的植入点。

在一种可实现的方式中，安全颧骨块生成单元包括：

颧骨模型生成子单元，用于从所述头颅三维重建模型中提取植入点对应侧颧骨模型；

安全颧骨块生成子单元，用于对所述植入点对应侧颧骨模型进行去壳处理，生成安全颧骨块模型。

在一种可实现的方式中，种植体轴向及长度确定单元可以包括：

种植体中心线确定子单元，用于确定颧骨种植体中心线，所述颧骨种植体中心线为由所述颧骨种植体植入点发出，并且在所述安全颧骨块内穿行距离最大的射线；

中心线实际长度确定子单元，用于确定颧骨种植体中心线的实际长度，所述颧骨种植体中心线的实际长度为所述颧骨种植体的中心线上所述颧骨种植体植入点到所述颧骨的外表面之间线段的长度。

进一步地，种植体中心线确定子单元可以包括：

候选中心线确定子单元，用于经过所述颧骨种植体植入点生成若干候选中心线；

穿行长度确定子单元，用于计算每条候选中心线在所述安全颧骨块中的穿行长度；

中心线确定子单元，用于确定颧骨种植体中心线，所述颧骨种植体中心线为穿行长度最大的候选中心线。

在一种可实现的方式中，种植体位型确定单元可以包括：

型号确定子单元，用于根据所述颧骨种植体中心线实际长度向下取种植体的最大长度，选择对应型号的颧骨种植体模型；

位置确定子单元，用于确定所述颧骨种植体模型的位置，所述颧骨种植体模型的位置为将所述对应型号的颧骨种植体模型的冠方顶点与所述颧骨种植体植入点重合，使所述颧骨种植体模型以植入点为中心点进行旋转直至其中轴与所述颧骨种植体中心线轴向重合后，所述颧骨种植体模型所在的位置。

与现有技术相比，其一，本申请提供的方法和装置一改传统的先确定种植体位置再排牙的方法，而是采用首先进行虚拟排牙再根据虚拟排牙结果确定种植体的植入位置，这使得种植体对于修复体的应力分配更为合理，对修复体设计更为友好，其二，该方法和装置设计的种植体能够最大限度地利用不同患者的颧骨部分进行固定，按照所确定的种植位置进行种植，可以最大限度地保障患者颌面部功能的恢复。

附图说明

图1a示出本申请中一种所述颧骨种植体的结构示意图；

图1b示出本申请中另一种所述种植体的结构示意图；

图1c示出本申请中另一种所述种植体的结构示意图；

图1d示出图1a至图1c所示种植体的端面结构示意图；

图2示出种植体与修复体之间的连接关系；

图3示出本申请提供一种基于三维模型确定颧骨种植体种植位置的方法流程图；

图4示出颧骨模型去壳运算前后的形态示意图；

图5示出确定种植体中心线的过程示意图；

图6示出确定种植体中心线实际长度的过程示意图；

图7示出依据种植体中心线实际长度确定颧骨种植体型号及三维模型的过程示意图。

附图标记说明

1-种植体，2-修复体，3-基台。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致方法的例子。

下面通过具体的实施例对本申请提供的基于三维模型确定颧骨种植体种植位置的方法及装置进行详细阐述。

首先，对本方案的使用场景作简要介绍。

目前，对于颧骨种植体的术前规划设计，多为首先根据CT图像中骨性标志来确定种植体在牙弓上的植入点，一般地，后牙区种植体植入点为眶下孔对应牙槽嵴顶偏腭侧3～5mm；前牙区种植体植入点为鼻侧缘对应牙槽嵴顶3～5mm。再根据一定的判断标准来确定患者颧骨种植体在颧骨上的穿出点。最后，经手术医师根据前期确定的牙弓上的植入点以及颧骨上的穿出点来确定种植体的中轴线及种植体的长度，由此明确种植体的位置及型号，从而完善种植体的术前设计。

在上述方案中，对于种植体在颧骨上的穿出点，不同学者有着不同的认识，在医学领域尚未产生公认的、明确的设计方法。例如，Yuki Uchida等人早期关于颧骨解剖的研究文献中将颧点(Ju点：颧颞突上缘延长线与颧额突外侧缘延长线交点)作为单侧单颗颧骨种植体长度测量的终止点，但是，N.Takamaru等人于其2015年公开的文献中指出Ju点颧骨厚度过薄，不能保障颧骨种植体根尖处具有至少4.8mm的颧骨厚度。再如，吴轶群及浦丽飞等人分别将颧骨内外径最大处外侧点及上颌窦冠状面面积最大处最外侧点作为确定颧骨种植体位置的点，但是，上述两点的测算方式极为困难，并且，对于同一位患者，人为测量所得结果的重现性差，在实际的处理过程中难以应用。再如，Rigolizzo等人将颧骨分为16个区域，并指出其中第5区与第8区是颧骨种植体穿出的最佳区域，但是，其所指出的范围过大，对临床手术设计的指导有限，实用性、方便性差。

在本实例中，还需要说明的是，图1a示出本申请中一种所述颧骨种植体的结构示意图，图1b示出本申请中另一种所述种植体的结构示意图，图1c示出本申请中另一种所述种植体的结构示意图，图1d示出图1a至图1c所示种植体的端面结构示意图，如图1a至图1d所示，其结构类似钢钉，具体来说是具有特定长度，各型号种植体长度不同，各型号种植体的直径相同，各型号种植体的外形均近似圆柱体，用于植入患者的颧骨。

图2示出种植体1与修复体2之间的连接关系，如图2所示，所述种植体植入颧骨的最终目的是用于支撑安装于其上的修复体，即，假牙，从而恢复患者的口腔功能，一般地，二者可以通过基台3进行连接。

在以下实例中，所提及的颧骨种植体为目前世界范围内应用最为广泛的Branemark System Zygoma种植体(其各型号颧骨种植体的直径均相等，区别仅在于长度不同)为例进行说明，具体地，各型号种植体的直径均为4.3mm，而长度可以为35mm、40mm、42.5mm、45mm、47.5mm、50mm或者52.5mm。

本申请提供方案的思路并非传统上通过两点法确定种植体的位置，而是通过种植体的植入点与种植体的轴向来确定种植体的位置。具体地，首先确定种植体在牙弓上的植入点，所述在牙弓上的植入点是指种植体于口内位置开始植入的位点，随后通过一定的条件限制，结合种植体植入点、患者头颅三维模型计算种植体的轴向及长度，以此来确定种植体的型号和位置。

图3示出本申请提供一种基于三维模型确定颧骨种植体种植位置的方法流程图，如图3所示，所述方法包括以下步骤S101至步骤S106：

步骤S101，获取头颅三维重建模型。

在本实例中，本步骤具体可以包括以下步骤S111和步骤S112：

步骤S111，获取头颅三维重建数据。

在本实例中，所述头颅三维重建数据为医学影像学设备采集的数据，其类型可以为CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)数据或者核磁共振成像数据等。

具体地，所述三维重建数据可以为患者预先采集的，也可以为实时采集的。

在本实例中，所述CT数据可以是通过CT设备采集而得的，需要说明的是，对于同一患者而言，使用不同的CT设备采集到的CT数据可能是不同的，不同患者使用相同CT设备采集到的CT数据不同，同一患者使用同一CT设备采集到的CT数据可能相同也可能不同。

同样地，对于其它类型的三维重建数据，也存在上述不确定性。但是，可以理解的是，对于同一时间段内，相同类型的三维重建数据之间的差异在医学上是可接受的。

在本实例中，头颅三维重建数据以CT数据为例进行说明。

在本实例中，利用医学影像学软件所导入三维重建数据一般为DICOM格式数据，通过该类型数据能够确定HU值范围，再根据所述HU值通过体重建技术三维重建患者颅骨模型，其中，所述HU值用于反映X线片上物体的密度，物体密度越大其HU值越高，具体地，骨组织HU值最高，肌肉等软组织次之，空气的HU值最低，因此，可基于此在医学影像中勾画出骨组织的范围，从而实现颅骨三维重建。

步骤S112，根据所述头颅三维重建数据生成头颅三维重建模型。

本实例对生成头颅三维重建模型的方法不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种可根据三维重建数据生成三维重建模型的方法。

在本实例中，三维重建模型可采用STL格式，由于该格式文件用三角网格来表现3DCAD模型，输出文件三维坐标系与原CT文件三维坐标系相同，便于各步计算中坐标系的统一，以及计算后输出的数据文件与原CT文件匹配。

在本实例中，为便于后续数据处理，可从所述头颅三维重建模型中提取颧骨模型，其中，所述颧骨模型仅用于清晰反映颧骨的外轮廓形态，而其内部不存在空腔，并且，所述颧骨模型与其他骨结构毗邻的分界部分可以允许存在一定偏差，以不影响后续处理为优选。

步骤S102，获取虚拟排牙结果。

在本实例中，所述排牙是指对于牙缺失的患者，尤其是多个牙缺失的患者，根据既往对于人正常牙列的解剖关系以及咬合关系来在模型上虚拟地复原患者缺失牙的样子并排列起来，其中，所述解剖关系包括每颗牙牙冠的宽度、长度以及形态等，所述咬合关系包括与该牙齿存在咬合关系的牙齿的解剖关系。

进一步地，所述虚拟排牙是指基于数字化的三维模型进行排牙。

在本实例中，所述虚拟排牙结果至少可以基于以下两种方式而获取：一是基于影像，例如，以所述头颅三维重建模型为基础获取，二是基于实物，例如，以石膏重建模型为基础获取。

具体地，在一种方式中，以所述头颅三维重建模型为基础获取虚拟排牙结果具体包括以下步骤S121和步骤S122：

步骤S121，获取头颅三维重建模型。

在本步骤中，所述头颅三维重建模型可以为步骤S101中所生成的头颅三维重建模型。

可以理解的是，由于虚拟排牙与上颌骨以及下颌骨的关系较为密切，因此，所述头颅三维重建模型也可以为头颅三维重建模型的一个部分，并且该部分包括上颌骨以及下颌骨。

步骤S122，在所述头颅三维重建模型上虚拟排牙，生成虚拟排牙结果。

在本步骤中，直接在步骤S121所获得的头颅三维重建模型上进行虚拟排牙。

在另一种方式中，以实物重建模型为基础获取虚拟排牙结果具体可以包括以下步骤S121’至步骤S123’：

步骤S121’，获取并扫描实物模型。

在本实例中，所述实物模型为根据待修复上颌及其对应的下颌所获得的实物模型，具体地，所述实物模型可以为现有技术中任意一种展示所述上颌及其对应的下颌结构的实物模型，例如，目前行业内最为常用的为石膏模型。以下以石膏模型为例进行说明。

在本实例中，所述石膏模型至少包括上颌模型和下颌模型，本实例对获取石膏模型的方法不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种获得石膏模型的方法，例如，首先获取印模再根据所述印模灌注石膏模型的方法。可以理解的是，还可以采用其它获得上下颌石膏模型的方法。

在本实例中，在获得实物模型后，可以采用现有技术中任意一种方法来扫描所述实物模型，扫描所述实物模型的结果用于生成虚拟实物模型，例如，可以利用三维扫描仪进行扫描等。

步骤S122’，根据所述扫描结果生成虚拟实物模型。

在本实例中，可根据步骤S121’所得扫描结果生成虚拟实物模型，所述虚拟实物模型与所述实物模型的形态相同。

可选地，所述虚拟实物模型与所述头颅三维重建模型的数据类型相同，例如，均为STL文件，以便于后续处理。

步骤S123’，在所述虚拟实物模型上虚拟排牙，生成虚拟排牙结果。

在本实例中，通过虚拟排牙来确定种植体植入点的具体位置。

在本实例中，采用先建立实物模型，再通过扫描重建的方式获得的虚拟实物模型相较于头颅三维重建模型能够更好地反映患者口内软组织的形态，从而更有利于虚拟排牙过程中我们对于口内软组织形态的判断，使排牙结果更为美观，因此，本实例优选采用以实物重建模型为基础获得虚拟排牙结果。

步骤S103，根据所述头颅三维重建模型及虚拟排牙结果确定颧骨种植体植入点。

在本实例中，本步骤具体可以包括以下步骤S131和步骤S132：

步骤S131，将虚拟排牙结果拟合至所述头颅重建模型，生成基准头颅模型。

在本实例中，如果所述虚拟排牙结果为基于实体模型生成，则需要将实体模型对应的三维模型与头颅三维重建模型通过相近的结构如余留牙、牙槽骨、软组织等进行拟合，生成将头颅三维重建模型与虚拟排牙结果拟合为一体的基准头颅模型，本申请对拟合的方法以及所采用的软件不做特别限定，可以使用现有技术中任意一种医学影像学软件进行拟合，但需注意的是拟合过程中头颅三维重建模型的坐标系保持不变，只对实体模型对应的三维模型的坐标系进行旋转及平移来实现拟合，从而使得到的基准头颅模型所对应的坐标系与头颅三维模型对应的坐标系一致，以便于之后的操作。

由于须结合虚拟排牙结果合理分配种植体植入位置，故本实例中将所述虚拟排牙结果拟合至所述头颅三维重建模型中，以便于根据虚拟排牙结果确定种植体在牙弓上的植入点。

可以理解的是，如果虚拟排牙结果是基于头颅三维重建模型而生成的，则无需再进行拟合。

步骤S132，在所述基准头颅模型中确定颧骨种植体的植入点。

在本步骤中，所述颧骨种植体的植入点可根据前述步骤的虚拟排牙结果来确定。

在本实例中，可以根据虚拟排牙结果直接在所述基准头颅模型中标示出种植体植入点。进一步地，由于基准头颅模型所对应的坐标系与头颅三维模型对应的坐标系是一致的，故该植入点对应坐标能够应用于后续步骤的运算。

步骤S104，根据所述头颅三维重建模型生成安全颧骨块模型。

如前所述，目前种植体的形态一般近似圆柱体，因此，只需确定种植体的中心线位置即可确定种植体的种植位置。

进一步地，种植体的中心线位置至少与以下两个因素有关：一是种植体中心线必须穿行于颧骨体内部，使得种植体实现从颧骨内穿过而不伤及颧骨周围的重要解剖结构；二是种植体周围需要有一定厚度的骨包绕，使得种植体与颧骨能够形成有效的骨结合。

本实例采用反向步骤法确定种植体的位置，具体地，首先将颧骨模型去除与骨包绕及种植体平均半径相应的厚度，获得安全颧骨块模型，所述安全颧骨块即为种植体中心线可安全穿过的空间，进一步地，根据安全颧骨块模型及之前步骤获得的种植体植入点进行筛选获得种植体的最佳位置。

以上所提及“颧骨模型去除与骨包绕及种植体平均半径相应的厚度”可以通过去壳运算来完成。

具体地，图4示出颧骨模型去壳运算前后的形态示意图，如图4所示，将颧骨模型通过去壳运算进行厚度缩小，缩小后的模型即为种植体中心线可安全穿过的区域，该缩小后的模型被称为“安全颧骨块模型”，其中，去壳运算缩小的范围可根据种植体的平均半径以及骨包绕的厚度而调整。

例如，目前常规颧骨种植体的平均半径约为2mm，由于种植体周围须有至少1mm厚的骨包绕才能够与种植体形成有效的骨结合，因此，本实例设定种植体中心线与颧骨外缘之间的距离大于1+2＝3mm，即，去壳运算缩小的厚度为3mm。

可以理解的是，如果所选用的颧骨种植体的平均半径约为1mm，则去壳运算缩小的厚度可以减小至1+1＝2mm。

在本实例中，步骤S104具体可以包括以下步骤S141和步骤S142：

步骤S141，从所述头颅三维重建模型中提取植入点对应侧颧骨模型。

本实例对本步骤的具体操作方式不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种能够从头颅三维重建模型中提取植入点对应侧颧骨模型的方法。

步骤S142，对所述植入点对应侧颧骨模型进行去壳处理，生成安全颧骨块模型。

在本步骤中，所述去壳处理为在所述颧骨模型上任意一点去除相等的厚度，可形象地理解为在所述颧骨模型外表面去除一层厚度相等的“壳”。

本实例对去壳处理的方法不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种可实现对颧骨模型进行去壳处理的方法，可以利用任意一种可实现上述方法的软件。

在本实例中，设计所去除“壳”厚度为3mm。既往有研究指出颧骨种植体根尖部的直径一般为2.8mm(半径1.4mm)，加上种植体周围骨包绕厚度为1mm，即种植体中心线距离骨外缘至少应有2.4mm，因此，颧骨种植体根尖处至少应有2.4mm×2＝4.8mm骨厚度；而本实例提供的方案在种植体中心线周围至少有3mm×2＝6mm的骨厚度，因此，远远满足对于种植体根尖区所需骨厚度的要求。

步骤S105，根据所述颧骨种植体植入点、安全颧骨块模型以及头颅三维重建模型获得颧骨种植体中心线以及所述颧骨种植体中心线的实际长度。

在本实例中，本步骤具体可以包括以下步骤S151和步骤S152：

步骤S151，确定颧骨种植体中心线，所述颧骨种植体中心线为由所述颧骨种植体植入点发出，并且在所述安全颧骨块内穿行距离最大的射线。

在本实例中，可由所述颧骨种植体植入点依次向所述安全颧骨块发射经过安全颧骨块内部空间的若干射线，并计算各线在所述安全颧骨块内的穿行距离，选择在所述安全颧骨块内穿行距离最大的射线为颧骨种植体中心线。

可以理解的是，由所述颧骨种植体植入点发出，并穿过所述安全颧骨块的射线均可以作为颧骨种植体的中心线，考虑到种植体与颧骨的结合最大化，优选在所述安全颧骨块内穿行距离最大的射线为最佳的颧骨种植体中心线。

图5示出确定种植体中心线的过程示意图，如图5所示，所述根据所述颧骨种植体植入点确定颧骨种植体中心线具体可以包括以下步骤S1511至步骤S1513：

步骤S1511，经过所述颧骨种植体植入点生成候选中心线。

在本实例中，所述候选中心线为右所述颧骨种植体植入点发出，并且，穿过所述安全颧骨块的射线。

步骤S1512，计算候选中心线在所述安全颧骨块中的穿行长度。

在本实例中，如果所述候选中心线在所述安全颧骨块穿行路径中有一部分在所述安全颧骨块之外，则直接筛除该候选中心线，为保障种植体不伤及颧骨周围重要结构，因此，候选中心线在安全颧骨块内穿行路径为完整连续的。基于此，本实例只需计算候选中心线与安全颧骨块相交的两点之间的最短距离即为选中心线在所述安全颧骨块中的穿行长度。

可以理解的是，理论上，所述候选中心线的数量较大，有无限多条，为便于处理，本实例中可以采用算法程序进行运算筛选。

步骤S1513，确定颧骨种植体中心线，所述颧骨种植体中心线为穿行长度最大的候选中心线。

本步骤可使颧骨种植体在颧骨内获得最大的BIC，从而保证种植体的稳定性。

本步骤通过算法程序进行运算筛选。

步骤S152，确定颧骨种植体中心线的实际长度，所述颧骨种植体中心线的实际长度为所述颧骨种植体的中心线上所述颧骨种植体植入点到所述颧骨的外表面之间线段的长度。

图6示出确定种植体中心线实际长度的过程示意图，如图6所示，在本实例中，所述颧骨种植体中心线的实际长度为颧骨种植体植入点与所述颧骨种植体中心线在颧骨模型上穿出点之间的距离。

步骤S106，根据颧骨种植体中心线以及所述颧骨种植体中心线的实际长度确定颧骨种植体种植位置及型号。

在本实例中，本步骤可以包括以下步骤S161和步骤S162：

步骤S161，根据所述颧骨种植体中心线的实际长度向下取种植体的最大长度，选择对应颧骨种植体模型。

为保护颧骨外表面肌肉及软组织结构，颧骨种植体尖端处不宜过多穿出颧骨表面，故本实例中颧骨种植体长度应小于以上得到的颧骨种植体中心线的实际长度。又为尽可能多地获得种植体与颧骨的骨接触，故应尽可能长地选择种植体。综上，可以选择长度略小于所述颧骨种植体中心线的实际长度的型号的颧骨种植体。

例如，颧骨种植体中心线的实际长度为42mm，而颧骨种植体的长度可选型号为35mm、40mm、42.5mm和45mm，则可选择40mm型号的颧骨种植体。

结合当前本领域的实际客观情况，在世界范围内应用最广的颧骨种植体Branemark System Zygoma，其型号只对应30mm、35mm、40mm、42.5mm、45mm、47.5mm、50mm、52.5mm这几种种植体长度，故最终种植体长度可在上述数值中筛选，长度一旦确定，种植体的型号也即确定。可以理解的是，如果新型的颧骨种植体其长度规格与现有种植体不同，则可根据实际情况而具体筛选种植体长度。

进一步地，根据所述颧骨种植体型号选择对应颧骨种植体三维模型。

图7示出依据种植体中心线实际长度确定颧骨种植体型号及三维模型的过程示意图，如图7所示，在本实例中，所述颧骨种植体三维模型随着颧骨种植体型号的确定而确定。

步骤S162，将所述颧骨种植体模型的冠方顶点与所述颧骨种植体植入点重合，使所述颧骨种植体模型以植入点为中心点进行旋转直至其中轴与所述颧骨种植体中心线轴向重合，所述颧骨种植体模型的位置即为设计的颧骨种植体位置。

在本步骤中，所述颧骨种植体模型嵌入至头颅三维重建模型中，模拟种植后的情形，具体地，可以将所述颧骨种植体模型的冠方顶点与所述颧骨种植体植入点重合，使所述颧骨种植体模型以植入点为中心点进行旋转直至其中轴与所述颧骨种植体中心线轴向重合，该位置即为所述颧骨种植体模型的位置，所述颧骨种植体模型的位置即为设计的颧骨种植体位置，从而完成术前设计。

具体地，可根据步骤S105所确定的种植体中心线，以及步骤S162所确定的种植体模型，对所述种植体模型进行旋转平移，使预设的种植体模型冠方顶点与种植体中心线起点(即种植体植入点)相重合，预设的种植体模型轴向与种植体中心线轴向重合，最终输出摆放好的颧骨种植体模型。

可选地，本步骤所生成文件可为3D模型的STL格式文件。

此外，本申请还提供一种基于三维模型确定颧骨种植体种植位置的装置，所述装置包括：

头颅三维重建模型生成单元，用于获取头颅三维重建模型；

虚拟排牙模型生成单元，用于获取虚拟排牙结果；

植入点确定单元，用于根据所述头颅三维重建模型及虚拟排牙结果确定颧骨种植体植入点；

安全颧骨块生成单元，用于根据所述头颅三维重建模型生成安全颧骨块模型；

种植体轴向及长度确定单元，用于根据所述颧骨种植体植入点、安全颧骨块模型以及头颅三维重建模型获得颧骨种植体中心线以及所述颧骨种植体中心线的实际长度；

种植体位型确定单元，用于根据颧骨种植体中心线的轴向以及所述颧骨种植体中心线的实际长度确定颧骨种植体种植位置及型号。

在一种可实现的方式中，头颅三维重建模型生成单元可以包括：

数据获取子单元，用于获取头颅三维重建数据；

模型重建子单元，用于根据所述头颅三维重建数据生成头颅三维重建模型。

在一种方式中，虚拟排牙模型生成单元具体包括：

模型获取子单元，用于获取头颅三维重建模型；

排牙结果生成子单元，用于在所述头颅三维重建模型上虚拟排牙，生成虚拟排牙结果。

在另一种方式中，虚拟排牙模型生成单元具体包括：

模型扫描子单元，用于获取并扫描实物模型；

模型获取子单元，还用于根据所述扫描结果生成虚拟实物模型；

排牙结果生成子单元，还用于在所述虚拟实物模型上虚拟排牙，生成虚拟排牙结果。

在一种可实现的方式中，植入点确定单元可以包括：

基准头颅模型生成子单元，用于将虚拟排牙结果拟合至所述头颅重建模型，生成基准头颅模型；

植入点确定子单元，用于在所述基准头颅模型中确定颧骨种植体的植入点。

在一种可实现的方式中，安全颧骨块生成单元包括：

颧骨模型生成子单元，用于从所述头颅三维重建模型中提取植入点对应侧颧骨模型；

安全颧骨块生成子单元，用于对所述植入点对应侧颧骨模型进行去壳处理，生成安全颧骨块模型。

在一种可实现的方式中，种植体轴向及长度确定单元可以包括：

种植体中心线确定子单元，用于确定颧骨种植体中心线，所述颧骨种植体中心线为由所述颧骨种植体植入点发出，并且在所述安全颧骨块内穿行距离最大的射线；

中心线实际长度确定子单元，用于确定颧骨种植体中心线的实际长度，所述颧骨种植体中心线的实际长度为所述颧骨种植体的中心线上所述颧骨种植体植入点到所述颧骨的外表面之间线段的长度。

进一步地，种植体中心线确定子单元可以包括：

候选中心线确定子单元，用于经过所述颧骨种植体植入点生成若干候选中心线；

穿行长度确定子单元，用于计算每条候选中心线在所述安全颧骨块中的穿行长度；

中心线确定子单元，用于确定颧骨种植体中心线，所述颧骨种植体中心线为穿行长度最大的候选中心线。

在一种可实现的方式中，种植体位型确定单元可以包括：

型号确定子单元，用于根据所述颧骨种植体中心线实际长度向下取种植体的最大长度，选择对应型号的颧骨种植体模型；

位置确定子单元，用于确定所述颧骨种植体模型的位置，所述颧骨种植体模型的位置为将所述对应型号的颧骨种植体模型的冠方顶点与所述颧骨种植体植入点重合，使所述颧骨种植体模型以植入点为中心点进行旋转直至其中轴与所述颧骨种植体中心线轴向重合后，所述颧骨种植体模型所在的位置。

以上各单元以及各子单元的实现方式如前述方法所述，在此不再赘述。

本申请提供一种基于三维模型确定颧骨种植体种植位置的方法及装置，所述方法首先根据头颅三维重建模型确定颧骨种植体植入点，再结合与植入点对应侧颧骨模型来确定颧骨种植体的种植位置和型号，使得所述颧骨种植体周围至少有1mm的骨包绕，并且能够在颧骨内获得最大BIC，所述方法效率高、重现性好，可针对不同患者个性化确定颧骨种植体种植位置。

本申请内容的优势在于：首先，本申请提供的方法及装置能够适用于任何患者特异性的颧骨形态，通过本申请提供的方法能够提供个性化的颧骨种植体设计方案，实现规避重要解剖结构的条件下获得合适的BIC数值；其次，本申请提供的方法及装置还考虑到种植体周围的骨包绕厚度，使得种植体与颧骨能够形成有效的骨结合，从而确保种植体远期的稳定性；第三，对于同一位患者，相较于人工设计，利用本申请提供的方法及装置所获得的设计方案方便、快捷、重现性高；最后，现阶段学界提倡以修复为导向的种植体设计，本申请提供的方案可根据术前排牙定义种植体的起始位点，即先设计好上部的修复体，在模型上完成排牙，再根据排牙的情况确定种植体合适的植入点，具体地，可根据排牙后牙列应力分布的情况来确定种植体的植入点，从而使种植体能够为修复体提供充足的支撑，而传统方案以解剖标志寻找固定点作为起始位点，一方面没有考虑不同患者在解剖上的特异性，另一方面使得术后修复体制作过程相对被动，修复医师需要根据已经固定的种植体植入点来设计修复体因此，与传统方案相比，本申请提供的方法及装置对于种植修复更为友好。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于三维模型确定颧骨种植体种植位置的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取头颅三维重建模型；

获取虚拟排牙结果；

根据所述头颅三维重建模型及虚拟排牙结果确定颧骨种植体植入点；

根据所述头颅三维重建模型生成安全颧骨块模型；

根据所述颧骨种植体植入点、安全颧骨块模型以及头颅三维重建模型获得颧骨种植体中心线的轴向以及所述颧骨种植体中心线的实际长度；

根据颧骨种植体中心线的轴向以及所述颧骨种植体中心线的实际长度确定颧骨种植体种植位置及型号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取虚拟排牙结果包括：以所述头颅三维重建模型为基础获取虚拟排牙结果，或者以实物重建模型为基础获取虚拟排牙结果。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，以实物重建模型为基础获取虚拟排牙结果包括：

获取并扫描实物模型；

根据所述扫描结果生成虚拟实物模型；

在所述虚拟实物模型上虚拟排牙，生成虚拟排牙结果。

4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，根据所述头颅三维重建模型及虚拟排牙结果确定颧骨种植体植入点包括：

将虚拟排牙结果拟合至所述头颅重建模型，生成基准头颅模型；

在所述基准头颅模型中确定颧骨种植体的植入点。

5.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，根据所述头颅三维重建模型生成安全颧骨块模型包括：

从所述头颅三维重建模型中提取植入点对应侧颧骨模型；

对所述植入点对应侧颧骨模型进行去壳处理，生成安全颧骨块模型。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述颧骨种植体植入点、安全颧骨块模型以及头颅三维重建模型获得颧骨种植体中心线的轴向以及所述颧骨种植体中心线的实际长度包括：

确定颧骨种植体中心线的轴向，所述颧骨种植体中心线的轴向为由所述颧骨种植体植入点发出，并且在所述安全颧骨块模型内穿行距离最大的射线；

确定颧骨种植体中心线的实际长度，所述颧骨种植体中心线的实际长度为所述颧骨种植体的中心线上所述颧骨种植体植入点到所述颧骨模型的外表面之间线段的长度。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述确定颧骨种植体中心线的轴向包括：

经过所述颧骨种植体植入点生成数条候选中心线；

计算所有候选中心线在所述安全颧骨块中的穿行长度；

确定颧骨种植体中心线的轴向，所述颧骨种植体中心线的轴向为在所述安全颧骨块中穿行长度最大的候选中心线。

8.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据颧骨种植体中心线的轴向以及所述颧骨种植体中心线的实际长度确定颧骨种植体种植位置及型号包括：

根据所述颧骨种植体中心线实际长度向下取种植体的最大长度，选择对应型号的颧骨种植体模型；

确定所述颧骨种植体模型的位置，所述颧骨种植体模型的位置为将所述对应型号的颧骨种植体模型的冠方顶点与所述颧骨种植体植入点重合，使所述颧骨种植体模型以植入点为中心点进行旋转直至其中轴与所述颧骨种植体中心线的轴向重合后，所述颧骨种植体模型所在的位置。

9.一种基于三维模型确定颧骨种植体种植位置的装置，其特征地于，所述装置包括：

头颅三维重建模型生成单元，用于获取头颅三维重建模型；

虚拟排牙模型生成单元，用于获取虚拟排牙结果；

植入点确定单元，用于根据所述头颅三维重建模型及虚拟排牙结果确定颧骨种植体植入点；

安全颧骨块生成单元，用于根据所述头颅三维重建模型生成安全颧骨块模型；

种植体轴向及长度确定单元，用于根据所述颧骨种植体植入点、安全颧骨块模型以及头颅三维重建模型获得颧骨种植体中心线的轴向以及所述颧骨种植体中心线的实际长度；

种植体位型确定单元，用于根据颧骨种植体中心线的轴向以及所述颧骨种植体中心线的实际长度确定颧骨种植体种植位置及型号。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，种植体轴向及长度确定单元包括：

种植体中心线轴向确定子单元，用于确定颧骨种植体中心线的轴向，所述颧骨种植体中心线的轴向为由所述颧骨种植体植入点发出，并且在所述安全颧骨块模型内穿行距离最大的射线；

种植体中心线实际长度确定子单元，用于确定颧骨种植体中心线的实际长度，所述颧骨种植体中心线的实际长度为所述颧骨种植体的中心线上所述颧骨种植体植入点到颧骨模型的外表面之间线段的长度，其中，所述颧骨模型为所述头颅三维重建模型中植入点对应侧的颧骨模型。

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