CN113349927B - 面部自体脂肪移植手术导航系统及虚拟刻度提示方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种面部自体脂肪移植手术导航系统及虚拟刻度提示方法，系统包括：牙模配准块、牙模配准块、牙模连接套、牙模配准标记板、手术器械配准标记板、标识图；还可以进一步包括智能终端。所述系统基于增强现实技术，利用个性化无创配准牙套，将虚拟信息即皮肤、血管、骨骼、术前规划，与现实信息即病患实体，融合叠加，在术前不需要人工植入标记钉，通过个性化牙模无创配准，从而避免侵入式植入对病人带来的额外创伤，在术中将病人的三维模型及术前手术规划与病人实体信息融合，并实时追踪手术器械，对于进针过程中注射器的位姿和进针距离进行实时提醒，从而使医生能够更加精确得完成手术。

Description

面部自体脂肪移植手术导航系统及虚拟刻度提示方法

技术领域

本发明涉及医学图像处理及应用技术领域，具体地，涉及一种基于增强现实的面部自体脂肪移植手术导航系统及虚拟刻度提示方法。

背景技术

对于面部自体脂肪移植手术而言，由于皮肤遮挡，手术医生无法观察到人体面部众多血管的分布状况，因此，无法准确判断注射器注射的结束位置，单纯依靠术者的临床经验很难完全避免注射器将脂肪颗粒注入血管造成，而一旦脂肪颗粒进入血管会导致失明、脑梗塞、皮肤坏死甚至死亡等并发症。此外，该技术严重依赖于术者通过肉眼观测对脂肪移植量进行把握，导致耗费大量的时间和精力，治疗效果亦不确切。

随着增强现实技术和医学图像技术的发展，增强现实手术导航技术越来越多应用于临床外科手术中。目前已有外科领域将增强现实技术应用于术中导航，如颅颌面外科，将患者的颅面骨的硬组织三维模型通过AR技术及设备叠加到患者相应部位，指导手术医生进行截骨手术。但是关于该技术在面部自体脂肪手术中的应用，具体来说，将病人个体化面部丰富的血管组织的三维模型叠加到手术视野相应部位，指导手术医生准确注射脂肪，未见任何相关报道。

此外，应用增强现实手术导航技术实时手术时，术前需要根据病患术前医学影像数据进行手术规划，术中需要通过三维注册技术将术前规划虚拟信息与病患实体融合，实时追踪手术器械，并实现整个过程的可视化。但传统的增强现实手术导航技术在三维注册时，由于术前需要人工植入标记钉，不但增加了手术的时间，而且侵入式的植入对病患带来额外创伤。此外，这种方式仅仅通过可视化的方式将术前规划叠加在病患实体上，对于医生没有进针过程中注射器的位姿和进针距离的实时提醒，容易产生较大误差，导致术前规划难以准确实施。

因此，亟需设计一种全新的面部自体脂肪移植手术导航系统及术中虚拟刻度实现的辅助操作方法，从而在无创牙模配准的基础上，实现面部自体脂肪移植手术的高精度实施。

发明内容

针对现有的面部自体脂肪移植手术导航系统的空白，提供一种基于增强现实的面部自体脂肪移植手术导航系统及虚拟刻度提示方法。在术前不需要人工植入标记钉，通过个性化牙模无创配准，从而避免侵入式植入对病人带来的额外创伤，在术中将病人的三维模型及术前手术规划与病人实体信息融合，并实时追踪手术器械，对于进针过程中注射器的位姿和进针距离进行实时提醒，从而使医生能够更加精确得完成手术。

本发明第一方面，提供一种面部自体脂肪移植手术导航系统，包括：牙模配准块、牙模配准块、牙模连接套、牙模配准标记板、手术器械配准标记板、标识图，其中：

所述牙模配准块能够与患者牙齿紧密连接；所述牙模配准标记板嵌入所述牙模连接套内，所述牙模连接套和所述牙模配准标记板通过所述牙模配准块连接，从而将患者牙齿与所述牙模配准标记板刚性连接；

所述标识图，其上具有识别特征，所述识别特征能被提取并储存；通过增强现实设备扫描，不断截取手术视野内的视频图像并提取图像中的识别特征，并与预先存储的所述标识图的识别特征进行实时匹配，当两处识别特征匹配时，在现实空间中显示虚拟信息；

所述牙模配准标记板，与所述标识图配合，用以实现将患者面部手术区域的血管、骨骼、皮肤的三维模型及手术规划的虚拟信息与患者实体进行融合；

所述手术器械配准标记板，能与注射器形成刚性紧固连接，并与所述标识图配合，用以虚实配准和实时追踪定位。

所述导航系统还包括：智能终端，所述智能终端预先存储设置的识别特征，同时，所述智能终端用于根据术前医学影像数据进行人体面部区域的三维重建，以及进行手术规划，且能进行三维可视化显示。

本发明的第二方面，提供一种面部自体脂肪移植手术导航系统制作方法，包括：

获取患者影像数据，依据所述影像数据，重建患者面部手术区域的血管、骨骼、皮肤模型及配准连接区域的牙齿三维模型；

根据所述牙齿三维模型制定术前手术规划，标记并绘制进针起止点小球，根据所述进针起点对应的注射器位姿，绘制用于虚拟刻度提醒的等距片体；

根据所述牙齿三维模型，制作与患者匹配的配准牙套、牙模连接套、牙模配准标记板、牙模配准块，然后3D打印；

制作手术器械即注射器的三维模型，以及与其同步运动的三个小球和手术器械配准标记板，并3D打印手术器械配准标记板；

制作两个不同的标识图，一个标识图粘贴在牙模配准标记板，另一个粘贴在手术器械配准标记板，用于配准；将配准牙套、牙模连接套、牙模配准块、牙模配准标记板组成的牙模配准模块与患者牙齿相连；

上述用于虚拟刻度提醒的等距片体、配准牙套、牙模连接套、牙模配准标记板、牙模配准块、手术器械配准标记板以及标识图构成面部自体脂肪移植手术导航系统。

本发明的第三方面，提供一种面部自体脂肪移植手术导航的虚拟刻度提示方法，包括：

以术前规划的进针起止点方向为法线方向，以注射器针尖沿该方向刚触碰到进针点为起始位置，从注射器针头末端向注射器针尖方向，在该进针点进针距离范围内，制作一系列等距片体，用以碰撞检测实现进针过程中的虚拟刻度提示；

所述等距片体由多个片体堆叠而成，每个片体的厚度相同，最终多个等距片体形成一个柱状，所述柱状的中心为所述注射器进针位置。

可选地，所述虚拟刻度提示方法包括：

进行碰撞检测，与注射器同步运动的三个小球绑定在注射器上，随着注射器一起移动，三个小球球心确定的平面与注射器中心线相垂直，移动过程中，当注射器三个小球与进针规划的片体同时相切时，提示对应的进针距离；

随着所述注射器不断推进，所述片体按照相切的先后顺序不断消失，同时显示所述注射器对应的前进距离，实现进针过程中的虚拟刻度提示。

可选地，所述片体按照相切的先后顺序不断消失，同时显示所述注射器对应的前进距离，实现进针过程中的虚拟刻度提示，包括：

与注射器同步运动的三个小球，同时与同一片体相切时，表示注射器的位置和姿态正确；

当三个小球碰到第一个片体时，说明刚开始进针，深度为0，然后碰到的该第一个片体消失；

继续进针，当三个小球碰到第二个片体，三个小球与第二个片体相切，提示进针，显示所述注射器的前进距离，然后碰到的该第二个片体消失；每次进针的距离等于一个片体的厚度；

以此类推，直至完成进针，实现进针过程中的虚拟刻度提示。

本发明上述系统和方法，基于增强现实技术，利用个性化无创配准牙套，将虚拟信息即皮肤、血管、骨骼、术前规划，与现实信息即病患实体，融合叠加，并基于碰撞检测提供了术中虚拟刻度实现的辅助操作方法，使得手术医生在不增加病患创伤进行配准的条件下。

与现有技术相比，本发明实施例具有如下至少一种有益效果：

本发明上述系统和方法，结合影像数据与增强现实技术，构建新的手术导航系统，将虚拟信息即血管、皮肤和骨骼的三维模型与现实世界即病人实体，叠加融合，使手术医生获得透视皮肤体验，降低了手术难度及术中风险；

本发明上述系统和方法，将病体术区的血管、骨骼等组织的三维模型实时叠加到病人实体上，在术中，医生能够实时看到病人血管分布和与术前手术规划虚拟信息，缩短了疗程，提高了疗效；

本发明上述系统和方法，通过医学扫描获取影像数据，可以向手术医生提供血管多方面数据，包括血管的直径、长度，血管的类型以及血管穿出深筋膜的蒂部长度。这些数据有助手术医生进行手术规划包括进针起止点和进针方向，良好的手术规划大大提高了手术效果，并降低了脂肪粒进入血管带来的严重手术风险；

本发明上述系统和方法，通过个性化无创牙模配准块的设计，避免了植入人工标记钉的配准方式给病患带来的额外侵入式创伤，减少了手术并发症；

本发明上述系统和方法，在虚拟刻度的辅助下，医生能够有效控制手术过程中注射器位姿调整，可视化精确定位进针起止点，有效提高精度，并避免了注射器误伤血管将脂肪粒注入血管带来的失明、脑梗塞和皮肤坏死等并发症。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施方式中面部自体脂肪移植手术导航系统组成示意图；

图2为本发明一实施方式中面部自体脂肪移植手术导航制作流程图；

图3为本发明一实施方式中牙模配准模块具体结构示意图；

图4为本发明一实施方式中虚拟刻度实现示意图；

图5为本发明一实施方式中三维重建模型结构效果图；

图6为本发明一实施方式中面部血管模型和手术规划信息叠加在实际人体打印模型的增强现实效果图；

图7为本发明一实施方式中虚拟刻度提示流程图；

图8为本发明一实施方式中配准牙套模型获得示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

参照图1所示，本发明实施例提供一种面部自体脂肪移植手术导航系统，包括：牙模配准块、牙模配准块、牙模连接套、牙模配准标记板、手术器械配准标记板、标识图，其中：牙模配准块能够与患者牙齿紧密连接；牙模配准标记板嵌入牙模连接套内，牙模连接套和牙模配准标记板通过牙模配准块连接，从而将患者牙齿与牙模配准标记板刚性连接。

标识图，其上设有识别特征，该识别特征能够被提取和预先存储；通过增强现实设备扫描，能够不断截取手术视野内的视频帧图像并提取图像的识别特征，将其与预先存储的标识图上的识别特征进行实时匹配，当匹配时，显示虚拟信息；比如，标识图上的识别特征可以用Vuforia提取标识图的自然特征点，也可以采用ARTookit提取识别特征，通过该识别特征可以唯一确定对应的标识图。虚拟信息为重建的患者面部手术区域的血管、骨骼、皮肤模型，术前手术规划的虚拟信息。

牙模配准标记板，与标识图配合，用以实现将三维模型及手术规划的虚拟信息与病人实体进行融合；比如，可以将标识图粘贴在标记板对应位置。

手术器械配准标记板，能够与注射器形成刚性紧固连接，与标识图配合，用以虚实配准和实时追踪定位；比如，可以将标识图贴在手术器械配准标记板上。

在一优选实施例中，还包括智能终端，比如计算机。该智能终端可以用于预存存储标识图的中提取的识别特征。同时，该智能终端还能够根据术前医学影像数据进行人体面部区域的三维重建模型，以及进行手术规划，且能够在智能终端屏幕上进行三维可视化显示。同时，标记板、配准块等模型设计也可以是在智能终端上操作的，另外再手术导航过程中，也可以作为显示器，将术中导航视野显示在智能终端屏幕上，供别的医生观看。

本发明上述实施例在术前不需要人工植入标记钉，通过个性化牙模无创配准，从而避免侵入式植入对病人带来的额外创伤，在术中将病人的三维模型及术前手术规划与病人实体信息融合，并实时追踪手术器械，对于进针过程中注射器的位姿和进针距离进行实时提醒，从而使医生能够更加精确得完成手术。

图2为本发明一实施方式中面部自体脂肪移植手术导航制作流程图。参照图2所示，在另一实施例中，本发明还提供一种面部自体脂肪移植手术导航系统制作方法，具体包括如下操作：

S1，获取患者影像数据，依据影像数据，重建患者面部手术区域的血管、骨骼、皮肤模型及配准连接区域的牙齿三维模型；其中，影像数据可以是CT/CTA/增强CT扫描获取医学图像，如图5所示，为本实施方式中三维重建模型结构效果图，图6为本实施方式中面部血管模型和手术规划信息叠加在实际人体打印模型的增强现实效果图；

S2，根据牙齿三维模型制定术前手术规划，标记并绘制进针起止点小球，根据进针起点对应的注射器位姿，绘制用于虚拟刻度提醒的等距片体；

S3，根据牙齿三维模型，制作与患者匹配的配准牙套、牙模连接套、牙模配准标记板、牙模配准块，然后3D打印；

S4，制作手术器械即注射器的三维模型，以及与其同步运动的三个小球和手术器械配准标记板，并3D打印手术器械配准标记板；

S5，制作配准用的标识图，打印两个不图的标识图，并与对应的配准标记板(手术器械配准标记板、牙模配准标记板)进行连接，将配准牙套、牙模连接套、牙模配准块、牙模配准标记板组成的牙模配准模块与患者牙齿相连；两个不图的标识图上具有不同的识别特征，用于手术导航中配准。

配准牙套、牙模连接套、牙模配准块、牙模配准标记板组成的牙模配准模块，具体位置和结构示意图如图3所示，牙模配准块与患者牙齿紧密连接；牙模配准标记板嵌入牙模连接套内，牙模连接套和牙模配准标记板通过牙模配准块连接，配准牙套内侧有卡槽，连接牙模连接套上的凸起，从而将患者牙齿与牙模配准标记板刚性连接。

上述用于虚拟刻度提醒的等距片体、配准牙套、牙模连接套、牙模配准标记板、牙模配准块、手术器械配准标记板以及标识图构成面部自体脂肪移植手术导航系统。当然，在其他实施例中，还可以进一步包括智能终端，比如计算机。该智能终端可以用于实现上述模型的设计以及术前手术规划等作用。

在部分优选实施例中，绘制用于虚拟刻度提醒的等距片体，可以包括：采用软件绘制等距片体，等距片体由多个片体堆叠而成，每个片体的厚度相同，最终多个等距片体形成一个柱状，柱状的中心为注射器进针位置。通过设置等距片体可以用于后续导航中的虚拟刻度提示，每个片体的厚度作为后续每次进针的距离。

在部分优选实施例中，标记并绘制进针起止点小球，包括：根据三维模型，制作进针起止点三维小球和注射器圆柱体引导线；等距片体位于进针起点方向上，用以碰撞检测实现进针过程中的虚拟刻度提示。具体的，可以由医生根据患者的患者面部手术区域的血管、骨骼、皮肤模型，确定进针点起止点位置，然后根据进针起止点位置，规划等距片体。在医生确定的进针起止点位置绘制三维小球，其中三维小球有两个，一个进针点小球，一个进针结束位置小球(进针结束时针尖位置为中心绘制三维小球)。注射器圆柱体引导线是进针起止点小球球心的连线并延长，与注射器不连接，作用是：指示进针方向，在注射脂肪时，注射器的中心线应与这条线重合。

在部分优选实施例中，牙模配准块能够与患者牙齿紧密连接，用以连接牙模连接套和牙模配准标记板，将患者与牙模配准标记板刚性连接；牙模连接套内有中空卡槽，能够嵌入牙模配准标记板；牙模配准标记板，与标识图配合，实现将三维模型及手术规划的虚拟信息与患者实体进行融合。

在部分优选实施例中，注射器的同步运动的三个小球和手术器械配准标记板，其中：注射器的三个小球绑定在注射器上，随着注射器一起移动，三个小球球心确定的平面与注射器中心线相垂直；手术器械配准标记板，能够与注射器形成刚性紧固连接，并能够粘贴标识图，用以虚实配准和实时追踪定位。

在部分优选实施例中，制作配准用的标识图，包括：制作不同的标识图，检测标识图中自然标记点可用性；打印标识图，将标识图与牙模配准标记板和手术器械配准标记板对应连接。

本发明上述虚拟刻度提示的实施例中，在虚拟刻度的辅助下，医生能够有效控制手术过程中注射器位姿调整，可视化精确定位进针起止点，有效提高精度，并避免了注射器误伤血管将脂肪粒注入血管带来的失明、脑梗塞和皮肤坏死等并发症。

在本发明另一实施例中，还提供一种基于增强现实的面部自体脂肪移植手术导航中虚拟刻度提示方法，包括：以术前规划的进针起止点方向为法线方向，以注射器针尖沿该方向刚触碰到进针点为起始位置，从注射器针头末端向注射器针尖方向，在该进针点进针距离范围内，制作一系列等距片体，用以碰撞检测实现进针过程中的虚拟刻度提示；等距片体由多个片体堆叠而成，每个片体的厚度相同，最终多个等距片体形成一个柱状，柱状的中心为注射器进针位置。每个片体的厚度作为后续每次进针的距离。

图7为本发明一实施方式中虚拟刻度提示流程图。参照图7所示，虚拟刻度提示方法包括：

S100,进行碰撞检测，与注射器同步运动的三个小球绑定在注射器上，随着注射器一起移动，三个小球球心确定的平面与注射器中心线相垂直，移动过程中，当注射器三个小球与进针规划的片体同时相切时，提示对应的进针距离；

S200,随着注射器不断推进，片体按照相切的先后顺序不断消失，同时显示注射器对应的前进距离，实现进针过程中的虚拟刻度提示。

上述实施例的S200中，可以进一步包括：与注射器同步运动的三个小球，同时与同一片体相切时，表示注射器的位置和姿态正确；当三个小球碰到第一个片体时，说明刚开始进针，深度为0，然后碰到的该第一个片体消失；继续进针，当三个小球碰到第二个片体，三个小球与第二个片体相切，提示进针，显示注射器的前进距离，然后碰到的该第二个片体消失；每次进针的距离等于一个片体的厚度；……以此类推，直至完成进针，实现进针过程中的虚拟刻度提示。

为了更好理解上述的基于增强现实的面部自体脂肪移植手术导航中虚拟刻度提示方法，以下结合前面的导航系统详细说明如下：

S1，获取术前的病患手术区域的医学影像数据，在智能终端中重建患者面部手术区域的血管、骨骼、皮肤模型及配准连接区域的牙齿三维模型；通过医学扫描获取影像数据，可以向手术医生提供血管多方面数据，包括血管的直径、长度，血管的类型以及血管穿出深筋膜的蒂部长度。这些数据有助手术医生进行手术规划包括进针起止点和进针方向，良好的手术规划大大提高了手术效果，并降低了脂肪粒进入血管带来的严重手术风险。

S2，术前规划标记进针起止点及方向，制作用于虚拟刻度提示的等距片体。

根据三维模型，制作进针起止点三维小球和注射器圆柱体引导线，并在进针起点方向上制作一系列等距正方形或圆形片体，用以碰撞检测实现进针过程中的虚拟刻度提示。这里的三维模型是指患者病灶区的模型，即患者面部手术区域的血管、骨骼、皮肤模型。具体可以在软件中绘制，建模的时候，利用三维建模软件，在进针起止点位置分别绘制三维小球，分别对应进针起止点针尖位置。

具体的，如图7所示，在部分优选实施例中，以术前规划的进针起止点方向为法线方向，以注射器针尖沿该方向刚触碰到进针点为起始位置，从注射器针头末端，向注射器针尖方向，在该进针点进针距离范围内，制作一系列等距正方形或圆形片体，用以碰撞检测实现进针过程中的虚拟刻度提示。

另外，本申请中注射器圆柱体引导线的直径与注射器针头直径相当，可以很好地观察到，如进针起止点小球直径比注射器圆柱体引导线直径大，这样不会被圆柱体包围，会导致观察不到；或者，两者直径也可以一样，同时用不同的透明度和颜色显示即可。

S3，基于S1的牙齿三维模型，制作与患者牙齿匹配的无创牙模配准块、牙模连接套、牙模配准标记板、注射器配准标记板(带三个小球)。其中三个小球的用于与虚拟刻度实现用的片体进行碰撞检测其与和注射器配准标记板或者说和注射器是同步移动的。

图8为本发明一实施方式中配准牙套模型示意图。如图8所示，根据牙齿三维模型，制作与患者牙齿匹配的无创牙模配准块；然后，用正向建模软件在配合的牙齿位置绘制长方体，将所述长方体和牙齿三维模型导出到逆向建模软件中，对两者布尔求差，获得与牙齿紧密配合的牙套，并利用平面从所配合牙齿上表面向内按照一定距离(比如2-3mm)进行裁剪，然后制作牙套内部非配合表面，求和得到与患者牙齿匹配的配准牙套模型。

其中，利用平面从所配合牙齿上表面向内按照一定距离进行裁剪，采用的平面可以是需要配合的牙齿上表面向下2-3mm的平面，通过这个平面将布尔求差得到的模型进行裁剪，平面裁剪，保留平面的一侧，另一侧模型则被裁剪去除。

其中，牙套内非配合表面制作过程可以为：首先利用逆向建模软件，将牙齿模型向外偏置一距离(比如2mm左右)，然后将偏置后的牙齿模型与绘制的长方体(复制一个副本)进行布尔求差，将布尔求差的模型与前面平面裁剪的模型，进行布尔求和，得到最终的牙套模型。

S4，对进针起止点、虚拟刻度实现片体、相关小球和注射器针尖添加碰撞检测，实现虚拟刻度。

其中，相关小球包括与注射器绑定的三个小球、以及术前手术规划中的进针点小球、进针结束点小球。进针起止点小球是为了提示医生进针开始位置和结束位置，一个是视觉上提示，方便医生找到这个位置，另个一是碰撞检测提示，可以保证安全。

图4为本发明一实施方式中虚拟刻度实现示意图。如图4所示，进行碰撞检测时，注射器的三个小球绑定在注射器上，随着注射器一起移动，三个小球球心确定的平面与注射器中心线相垂直，移动过程中，当注射器三个小球与进针规划的片体同时相切时，提示对应的进针距离，随着注射器不断推进，片体不断消失，同时显示对应的前进距离，实现进针过程中的虚拟刻度提示。具体的，与注射器同步移动的三个小球，同时与片体相切时，表示注射器的位置和姿态正确，碰到第一个片体时，说明刚开始进针，深度为0，然后碰到后该片体消失；继续进针，碰到第二个片体(三个小球与第二个片体相切)，提示进针1mm(等间距的距离累加)，以此类推。完成虚拟刻度提示。

在本发明另一实施例中，在上述虚拟刻度提示方法实施例基础上，还提供一种导航方法，本实施例中以采用Vuforia软件为例进行说明。具体的，导航方法包括以下步骤：

S5，制作不同的标识图，将其与牙模配准标记板和注射器配准标记板连接。比如，可以将标识图粘贴在配准标记板上，标志图可以是二维码或其他可以被提取识别特征的图片。

S6，利用Vuforia将虚拟信息与病患实体虚实叠加融合，并利用增强现实头盔和智能终端显示屏进行三维可视化。将病体术区的血管、骨骼等组织的三维模型实时叠加到病人实体上，在术中医生能够实时看到病人血管分布和与术前手术规划虚拟信息，缩短了疗程，提高了疗效。

其中，虚拟信息包括重建的人体三维模型，注射器1:1重绘的虚拟模型，术前手术规划做的：进针起止点小球、虚拟刻度实现片体、与注射器绑定的三个小球、配准标记板虚拟模型。

本实施例中，利用Vuforia将虚拟信息与病患实体虚实叠加融合，可以根据标识图的所在位置，显示三维模型信息，比如：预先设置标识图上边10mm处显示三维模型，还是标识图下边10mm显示三维模型，标识图与三维模型的相对位置预先设定好，后续手术中，根据实际空间标识图的位置，按照预先设置的相对位置关系，投射显示虚拟模型，以供手术中导航用。

本实施例中，人工制作两个不同的标识图，并检测制作图中自然标记点可用性，可用性较高时，打印两个标识图，分别与牙模配准标记板、注射器配准标记板对应连接，用于导航的配准，即两标识图，可以一个贴在牙模配准标记板，显示人体模型，一个贴在注射器配准标记板，显示和追踪注射器的位置。

其中，制作的是可以是二维码，利用二维生成器即可，也可以用别的图，随手拍张照片也可以，其特征点的检测是通过Vuforia，上传检测识别特征；Vuforia检测特征点后，Vuforia会给出评级，评级1-5颗星，星级越高，可用性越好，追踪定位效果越好。

本实施例中，所述S6中包括以下步骤：

(1)打开Vuforia，Vuforia自动开启摄像头，摄像头捕获真实世界的标识图的视频，并将它传送给增强现实头盔；

(2)Vuforia软件监控标识图视频流中的每一帧图像，并不断提取自然特征，与预先设置的自然特征库进行匹配；

开始时，上传标识图到Vuforia，Vuforia识别提取识别特征后，并存储，下载这个数据库，将其导入智能终端，用于匹配。

(3)识别特征匹配后，Vuforia软件计算出标识图和摄像头的相对位置，将三维模型投影到标识图所在帧画面的位置；

(4)将输出视频流输出到增强显示头盔和显示屏幕上，完成三维模型与病体图像的叠加融合。

本发明上述手术导航优选的实施例中，通过Vuforia和增强现实头盔，将手术区域的人体模型和术前规划等虚拟信息与病人实体融合，从而提示进针起止点，进针方向等信息。通过Vuforia和增强现实头盔实时追踪手术器械即注射器，并进行碰撞检测，当针头与注射器接触时，并且注射器上的三颗小球与术前规划设计的等距片体同时相切时，显示进针距离，并消失，从而实现术中基于虚拟刻度进针位姿和距离的提示和面部自体脂肪手术的术中导航。

本发明所述系统和方法，基于增强现实技术，利用个性化无创配准牙套，将虚拟信息即皮肤、血管、骨骼、术前规划，与现实信息即病患实体，融合叠加，并基于碰撞检测提供了术中虚拟刻度实现的辅助操作方法，使得手术医生在不增加病患创伤进行配准的条件下，能够有效控制手术过程中注射器位姿调整，可视化精确定位进针起止点，有效提高精度，降低手术风险。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。上述各优选特征在互不冲突的情况下，可以任意组合使用。

Claims (6)

1.一种面部自体脂肪移植手术导航系统，其特征在于，包括：牙模配准块、牙模配准块、牙模连接套、牙模配准标记板、手术器械配准标记板和标识图，其中：

所述牙模配准块能够与患者牙齿紧密连接；所述牙模配准标记板嵌入所述牙模连接套内，所述牙模连接套和所述牙模配准标记板通过所述牙模配准块连接，从而将患者牙齿与所述牙模配准标记板刚性连接；

所述标识图，其上具有识别特征，所述识别特征能被提取并储存；通过增强现实设备扫描，不断截取手术视野内的视频图像并提取图像中的识别特征，并与预先存储的所述标识图的识别特征进行实时匹配，当两处识别特征匹配时，在现实空间中显示虚拟信息；

所述牙模配准标记板，与所述标识图配合，用以实现将患者面部手术区域的血管、骨骼、皮肤的三维模型及手术规划的虚拟信息与患者实体进行融合；

所述手术器械配准标记板，能与注射器形成刚性紧固连接，并与所述标识图配合，用以虚实配准和实时追踪定位；

所述面部自体脂肪移植手术导航系统采用以下方法制作：

获取患者影像数据，依据所述影像数据，重建患者面部手术区域的血管、骨骼、皮肤模型及配准连接区域的牙齿三维模型；

根据所述牙齿三维模型制定术前手术规划，标记并绘制进针起止点小球，根据所述进针起点对应的注射器位姿，绘制用于虚拟刻度提醒的等距片体；

根据所述牙齿三维模型，制作与患者匹配的配准牙套、牙模连接套、牙模配准标记板、牙模配准块，然后3D打印；

制作手术器械即注射器的三维模型，以及与其同步运动的三个小球和手术器械配准标记板，并3D打印手术器械配准标记板；

制作两个不同的标识图，一个标识图粘贴在牙模配准标记板，另一个粘贴在手术器械配准标记板，用于配准；将配准牙套、牙模连接套、牙模配准块、牙模配准标记板组成的牙模配准模块与患者牙齿相连；

上述用于虚拟刻度提醒的等距片体、配准牙套、牙模连接套、牙模配准标记板、牙模配准块、手术器械配准标记板以及标识图构成面部自体脂肪移植手术导航系统。

2.根据权利要求1所述的面部自体脂肪移植手术导航系统，其特征在于，所述绘制用于虚拟刻度提醒的等距片体，包括：

采用软件绘制等距片体，所述等距片体由多个片体堆叠而成，每个片体的厚度相同，最终多个等距片体形成一个柱状，所述柱状的中心线为所述注射器进针方向。

3.根据权利要求1所述的面部自体脂肪移植手术导航系统，其特征在于，所述标记并绘制进针起止点小球，包括：

根据重建患者面部手术区域的血管、骨骼、皮肤模型，采用软件标记并绘制进针起止点三维小球和注射器圆柱体引导线；

所述等距片体位于进针起点方向上，用以碰撞检测实现进针过程中的虚拟刻度提示。

4.根据权利要求1所述的面部自体脂肪移植手术导航系统，其特征在于，所述制作与患者匹配的配准牙套、牙模连接套、牙模配准标记板、牙模配准块，其中：

所述牙模配准块，能够与患者牙齿紧密连接，用以连接牙模连接套和牙模配准标记板，将患者与牙模配准标记板刚性连接；

所述牙模连接套内有中空卡槽，能够嵌入牙模配准标记板；

所述牙模配准标记板，与所述标识图配合，实现将三维模型及手术规划的虚拟信息与患者实体进行融合。

5.根据权利要求1所述的面部自体脂肪移植手术导航系统，其特征在于，注射器的同步运动的三个小球和手术器械配准标记板，其中：

注射器的三个小球绑定在注射器上，随着注射器一起移动，三个小球球心确定的平面与注射器中心线相垂直；

手术器械配准标记板，能够与注射器形成刚性紧固连接，并能够粘贴标识图，用以虚实配准和实时追踪定位。

6.根据权利要求1所述的面部自体脂肪移植手术导航系统，其特征在于，所述制作配准用的标识图，包括：

制作两个不同的标识图，检测所述标识图中识别特征可用性；

打印所述标识图，将两个所述标识图分别与牙模配准标记板、手术器械配准标记板对应连接。

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