CN113876428A - 一种种植手术过程可视化方法、装置及手术机器人 - Google Patents

一种种植手术过程可视化方法、装置及手术机器人 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种种植手术过程可视化方法、装置及手术机器人，通过在虚拟三维空间内重建所述患者的口腔空间模型，从空间模型中选择一个平面作为种植手术过程可视化面；确定手术安全半径以及种植半径；在平面上选择一个点作为圆心，以种植半径和所述手术安全半径分别绘制种植区域圆环及手术安全区域圆环；在绘制有种植区域圆环以及手术安全区域圆环的种植手术过程可视化面上显示种植牙器械；在种植牙器械行进过程中，随着行进的深度信息变化而调整种植区域圆环及手术安全区域圆环的圆心位置，以及种植区域圆环的种植半径、手术安全区域圆环的手术安全半径，便于在种植牙手术过程中进行观察。

Description

一种种植手术过程可视化方法、装置及手术机器人
技术领域
本发明涉及种植牙技术领域，特别是涉及一种种植手术过程可视化方法、装置及手术机器人。
背景技术
在口腔种植牙手术中，口腔内视野非直视、空间狭小，通常需要借助影像显示实施手术。
现有技术中，在将种植体植入口腔的过程中，通过软件系统导入患者的口腔医学影像，根据医学影像获取牙齿的冠状面图像，在口腔内设置种植体的种植位置，然后用车针在种植体的种植位置处钻孔，通过软件系统在冠状面图像上显示车针与种植位置之间的位置关系，使车针的钻孔运动与种植体的种植位置保持一致，车针完成钻孔后将种植体安装在种植位置中。
发明人在研究现有技术中发现，在实际应用中由于种植体是倾斜于冠状面放置的，车针的钻孔运动也倾斜于冠状面，在手术过程中医生难以在冠状面上直接通过观察判断车针的运动，对种植牙手术带来不便，增大了医生的操作难度，容易对患者造成伤害，影响手术效果。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种种植手术过程可视化方法、装置及手术机器人。
为了解决上述问题，本发明是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种种植手术过程可视化方法，包括：
根据患者口腔的扫描图像信息在虚拟三维空间内建立所述患者的口腔空间模型；
从所述空间模型中选择一个平面作为种植手术过程可视化面；
确定手术安全半径以及种植半径，所述手术安全半径根据所述种植体模型的模型参数计算，所述种植半径根据用于放置所述种植体的种植窝孔确定，所述手术安全半径大于所述种植半径；
在所述平面上选择一个点作为圆心，以所述种植半径和所述手术安全半径分别绘制种植区域圆环及手术安全区域圆环；
在绘制有所述种植区域圆环以及所述手术安全区域圆环的种植手术过程可视化面上显示所述种植牙器械；
在所述种植牙器械行进过程中，随着行进的深度信息变化而调整所述种植区域圆环及所述手术安全区域圆环的圆心位置，以及所述种植区域圆环的种植半径、所述手术安全区域圆环的手术安全半径。
可选地，在所述种植牙器械行进过程中，随着行进的深度信息变化而调整所述种植区域圆环及所述手术安全区域圆环的圆心位置以及半径，包括：
根据预设的区域圆环圆心位置、种植半径、手术安全半径与深度信息之间的对应关系，确定变化后的所述深度信息对应的目标圆心位置、种植区域圆环的目标种植半径、手术安全区域圆环的目标手术安全半径；
将所述圆心移动至所述目标圆心位置，将所述种植区域圆环的半径调整为所述目标种植半径，以及将所述手术安全区域圆环的半径调整为所述目标手术安全半径。
可选地，所述种植体模型为圆锥形；所述种植半径及手术安全半径在所述种植体模型轴向的不同位置半径不同；所述区域圆环圆心位置沿预设移动路径随着深度信息的不同而线性移动，所述预设路径为所述种植体模型顶端圆心与所述种植体模型末端圆心的连线在所述种植手术过程可视化面上的投影线段。
可选地，所述平面包括横断面。
可选地，所述在所述平面上选择一个点作为圆心，包括：
将所述植体模型的模型中心点投影至所述植牙器械显示面得到显示中心点，以投影得到的显示中心点为圆心。
可选地，所述种植牙器械为车针。
可选地，在绘制有所述种植区域圆环以及所述手术安全区域圆环的种植手术过程可视化面上显示所述种植牙器械，包括：
在种植牙手术过程中，获取所述车针的车针尖端在所述虚拟三维空间内的车针方向向量，所述车针方向向量以预设时间间隔获取；
针对获得的每一车针方向向量，根据该车针方向向量以及所述车针的车针长度或钻孔深度，在绘制有所述种植区域圆环以及所述手术安全区域圆环的种植手术过程可视化面上绘制所述车针的车针姿态。
可选地，所述钻孔深度通过以下方式计算：
在所述虚拟三维空间内获取第一平面和所述车针在所述三维空间内的空间位置参数；所述第一平面为与所述种植体模型轴线垂直且经过所述种植体模型末端的平面；
确定所述车针与被插入物体之间交汇的第一中心点；所述第一中心点根据所述车针的空间位置参数与所述第一平面交汇区域确定；
计算所述第一中心点和车针尖端位置之间的距离，获得所述钻孔深度。
可选地，所述方法还包括：
在所述虚拟三维空间内确定第一误差和第二误差；所述第一误差为种植体顶端中心点与所述车针尖端之间的误差，所述第二误差为种植体末端中心点与所述车针尖端之间的误差；
将所述第一误差与所述第二误差显示在所述种植手术过程可视化面上。
可选地，所述方法还包括：
在所述虚拟三维空间内确定所述车针尖端在所述种植体轴线上的车针投影点以及所述车针尖端到所述种植体轴线之间的第一距离；
获取所述车针投影点与所述种植体末端中心点之间的第二距离；
计算所述第一中心点与所述种植体末端之间的末端距离，获得所述车针中部与所述种植体末端之间的第三误差并显示在所述种植手术过程可视化面上；所述末端距离根据所述车针尖端、所述第一中心点、所述车针尖端在所述第一平面上的平面投影点所构成的直角三角形，以及所述第二距离、所述第一距离、所述钻孔深度计算获得。
可选地，所述方法还包括：
确定第三距离和第四距离；所述第三距离为种植体顶端中心点到所述车针轴线的距离，所述第四距离为所述种植体顶端中心点到所述车针尖端的距离；
计算所述车针尖端与所述植体投影点之间的尖端距离，获得所述深度信息；所述尖端距离根据所述种植体顶端中心点、所述车针尖端、所述种植体顶端中心点在所述车针轴线上的种植体投影点所构成的直角三角形，以及所述第三距离和所述第四距离计算获得。
可选地，所述方法还包括：
在所述深度信息小于或者等于预设深度阈值的情况下，显示警示信息。
可选地，所述方法还包括：
分别将所述第一误差、所述第二误差与阈值范围进行比较，若所述第一误差在所述阈值范围内、且所述第二误差在所述阈值范围内，显示所述种植区域圆环及手术安全区域圆环为设定颜色。
可选地，所述安全手术区域根据锥形的所述种植体模型和安全参数获得。
可选地，所述方法还包括：
获取种植体实物图像，并对所述种植体实物图像进行图像预处理，生成种植体的外观轮廓线图像，所述外观轮廓线图像包括构成所述种植体的外观轮廓线的目标像素点；
沿所述外观轮廓线的中轴线对所述外观轮廓线图像中的外观轮廓线进行分段处理，获得多个种植体分段区域；
确定每个种植体分段区域各自对应的种植体模型关键参数，所述种植体模型关键参数至少包括：分段区域的长度、分段区域的螺纹类型、分段区域的直径以及分段区域的螺纹深度；
根据所述分段区域的螺纹深度和分段区域的螺纹类型，按照预设规则确定种植体安全区关键参数；其中，所述安全区关键参数包括：安全区半径。
第二方面，本发明实施例提供了一种种植牙器械操作装置，包括：
模型重建模块，用于根据患者口腔的扫描图像信息在虚拟三维空间内建立所述患者的口腔空间模型；
显示面获取模块，用于从所述空间模型中选择一个平面作为种植手术过程可视化面；
半径计算模块，用于确定手术安全半径以及种植半径，所述手术安全半径根据所述种植体模型的模型参数计算，所述种植半径根据用于放置所述种植体的种植窝孔确定，所述手术安全半径大于所述种植半径；
区域圆环生成模块，用于在所述平面上选择一个点作为圆心，以所述种植半径和所述手术安全半径分别绘制种植区域圆环及手术安全区域圆环；
区域圆环绘制模块，用于在绘制有所述种植区域圆环以及手术安全区域圆环的种植手术过程可视化面上显示所述种植牙器械；
区域圆环调整模块，用于在所述种植牙器械行进过程中，随着行进的深度信息变化而调整所述种植区域圆环及手术安全区域圆环的圆心位置，以及种植区域圆环的种植半径、手术安全区域圆环的手术安全半径。
可选地，所述区域圆环调整模块包括：
目标区域圆环确定模块，用于根据预设的区域圆环圆心位置、种植半径、手术安全半径与深度信息之间的对应关系，确定变化后的所述深度信息对应的目标圆心位置、种植区域圆环的目标种植半径、手术安全区域圆环的目标手术安全半径；
目标区域圆环调整模块，用于将所述圆心移动至所述目标圆心位置，将所述种植区域圆环的半径调整为所述目标种植半径，以及将所述手术安全区域圆环的半径调整为所述目标手术安全半径。
可选地，所述种植体模型为圆锥形；所述种植半径及手术安全半径在所述种植体模型轴向的不同位置半径不同；所述区域圆环圆心位置沿预设移动路径随着深度信息的不同而线性移动，所述预设路径为所述种植体模型顶端圆心与所述种植体模型末端圆心的连线在所述种植手术过程可视化面上的投影线段。
可选地，所述平面包括横断面。
可选地，所述区域圆环生成模块包括：
圆心确定模块，用于将所述植体模型的模型中心点投影至所述植牙器械显示面得到显示中心点，以投影得到的显示中心点为圆心。
可选地，所述种植牙器械为车针。
可选地，所述圆心确定模块包括：
车针向量模块，用于获取所述车针的车针尖端在所述虚拟三维空间内的车针方向向量，所述车针方向向量以预设时间间隔获取；
车针绘制模块，用于针对获得的每一车针方向向量，根据该车针方向向量以及所述车针的车针长度或钻孔深度，在绘制有所述种植区域圆环以及手术安全区域圆环的种植手术过程可视化面上绘制所述车针的车针姿态。
可选地，所述车针绘制模块包括：
钻孔深度模块：用于在所述虚拟三维空间内获取第一平面和所述车针在所述三维空间内的空间位置参数；所述第一平面为与所述种植体模型轴线垂直且经过所述种植体模型末端的平面；
确定所述车针与被插入物体之间交汇的第一中心点；所述第一中心点根据所述车针的空间位置参数与所述第一平面交汇区域确定；
计算所述第一中心点和车针尖端位置之间的距离，获得所述钻孔深度。
可选地，所述装置还包括：
误差确定模块，用于在所述虚拟三维空间内确定第一误差和第二误差；所述第一误差为种植体顶端中心点与所述车针尖端之间的误差，所述第二误差为种植体末端中心点与所述车针尖端之间的误差；
误差显示模块，用于将所述第一误差与所述第二误差显示在所述种植手术过程可视化面上。
可选地，所述装置还包括：
第一距离模块，用于在所述虚拟三维空间内确定所述车针尖端在所述种植体轴线上的车针投影点以及所述车针尖端到所述种植体轴线之间的第一距离；
第二距离模块，用于获取所述车针投影点与所述种植体末端中心点之间的第二距离；
车针中部误差模块，用于计算所述第一中心点与所述种植体末端之间的末端距离，获得所述车针中部与所述种植体末端之间的第三误差并显示在所述种植手术过程可视化面上；所述末端距离根据所述车针尖端、所述第一中心点、所述车针尖端在所述第一平面上的平面投影点所构成的直角三角形，以及所述第二距离、所述第一距离、所述钻孔深度计算获得。
可选地，所述装置还包括：
第三距离模块，用于确定所述种植体顶端中心点到所述车针轴线的第三距离，以及所述种植体顶端中心点到所述车针尖端的第四距离；
深度信息模块，用于计算所述车针尖端与所述植体投影点之间的尖端距离，获得所述深度信息；所述尖端距离根据所述种植体顶端中心点、所述车针尖端、所述种植体顶端中心点在所述车针轴线上的种植体投影点所构成的直角三角形，以及所述第三距离和所述第四距离计算获得。
可选地，所述装置还包括：
警示模块，用于在所述深度数值小于或者等于预设深度阈值的情况下，显示警示信息。
可选地，所述装置还包括：
区域圆环显示模块，用于分别将所述第一误差、所述第二误差与阈值范围进行比较，若所述第一误差在所述阈值范围内、且所述第二误差在所述阈值范围内，显示所述种植区域圆环及手术安全区域圆环为设定颜色。
可选地，所述安全手术区域根据锥形的所述种植体模型和安全参数获得。
第三方面，本发明实施例还提供了一种手术机器人，所述手术机器人包括处理器，存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如第一方面所述的种植手术过程可视化方法的步骤。
第四方面，本发明实施例还提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如第一方面所述的种植手术过程可视化方法的步骤。
本发明包括以下优点：本发明的种植手术过程可视化方法，通过获取患者口腔的医学影像信息并在虚拟三维空间内重建所述患者的口腔空间模型；从所述空间模型中选择一个平面作为种植手术过程可视化面；根据所述种植体模型的模型参数确定出种植体外周安全手术区域的手术安全半径以及用于放置所述种植体的种植窝孔的种植半径，所述窝孔孔径小于所述手术安全半径；在所述平面上选择一个点作为圆心，以所述种植半径和所述手术安全半径分别绘制种植区域圆环及手术安全区域圆环；在绘制有所述种植区域圆环以及手术安全区域圆环的种植手术过程可视化面上显示所述种植牙器械；在所述种植牙器械行进过程中，随着行进的深度信息变化而调整所述种植区域圆环及手术安全区域圆环的圆心位置，以及种植区域圆环的种植半径、手术安全区域圆环的手术安全半径。由此，在种植牙手术过程中，通过不同深度位置下，将所述种植牙器械与所述种植区域圆环、所述手术安全区域圆环的位置实时显示在种植手术过程可视化面上，便于在种植牙手术过程中观察种植牙器械与所述种植种植区域圆环及所述安全手术区域的距离偏差，可以降低操作难度，提高手术效果，提升种植牙手术的稳定性及植入精度，降低了手术的风险，避免了对患者的伤害。
附图说明
图1是本发明的一种种植手术过程可视化方法的结构框图；
图2是本发明的牙科种植手术导航定位软件内口腔的横断面影像示意图；
图3是本发明的牙科种植手术导航定位软件内规划种植体的口腔立体结构的示意图；
图4是本发明的种植体模型的结构示意图；
图5是本发明的口腔内建立坐标系的结构示意图；
图6是本发明的种植手术过程可视化面一种显示示意图；
图7是本发明深度信息与区域圆环圆心位置的一种线性关系的示意图；
图8是本发明的车针中部与种植体末端之间的误差的计算示意图；
图9是本发明的车针深度信息的计算示意图；
图10是本发明实施例中植体沿轴线剖面的边缘轮廓线示意图；
图11是本发明的一种种植手术过程可视化装置的结构示意图；
图12是本发明的一种手术机器人的结构示意图。
附图标号说明：10-种植体模型；11-种植体顶端；12-种植体末端；13-种植体模型轴线；20-安全手术区域靶环；21-窝孔靶环；22-车针；23-车针尖端；24-车针轴线；25-车针末端。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
参照图1，示出了本发明的一种种植手术过程可视化方法的结构框图，具体可以包括：
步骤101：根据患者口腔的扫描图像信息在虚拟三维空间内建立所述患者的口腔空间模型。
在本发明实施例中，可以通过主控车台的软件系统获取患者口腔的扫描图像信息，所述扫描图像信息可以包括患者口腔的CBCT（Cone Beam Computed Tomography，锥形束电子计算机断层扫描）图像，包括患者口腔的三维实体的多张分层扫描图像。
在软件系统内，可以设置虚拟的三维空间，基于上述得到的患者口腔的医学影像信息，在三维空间内根据多张分层扫描的口腔三维实体的图像，重建患者口腔的空间模型。
可选地，可以使用医学图像处理库MITK（Medical Imaging ToolKi）对CBCT图像进行三维重建，获得患者口腔的空间模型。在本发明实施例中，在牙科种植手术导航定位系统（Focus Point）中通过牙科种植手术导航定位软件（DentalImplant_Control）建立上述空间模型，其中，牙科种植手术导航定位系统属于上述MITK的一种。该牙科种植手术导航定位系统中设定了虚拟三维空间，该虚拟三维空间具有三维图像坐标系，从而本发明实施例中可以直接使用牙科种植手术导航定位系统中的牙科种植手术导航定位软件，基于上述扫描图像，在该虚拟三维空间中去重建患者的口腔空间模型。重构的患者口腔的空间模型如图4所示。
步骤102：从所述空间模型中选择一个平面作为种植手术过程可视化面。
在操作人员根据咬合面选择上下颌骨后，基于所获得的患者口腔的空间模型，获取种植体模型所放置的种植窝孔，由于种植体模型是倾斜于平面放置的（人类口腔特性所决定，种植体基本上都不会垂直于横断面），如图3所示，在种植牙手术过程中，给医生观察带来不便，因此，将种植窝孔和安全手术区域显示为同心圆，随着种植牙器械的深入，在种植手术过程可视化面上显示种植牙器械和种植窝孔以及安全手术区域的距离，便于医生在种植牙手术过程中观察种植牙器械与所述种植窝孔与所述安全手术区域的位置。
作为一种实施方式，可以选择一个横断面作为种植手术过程可视化面。具体地，该横断面可以是咬合面，也可以是某一颗牙的顶端面。本发明并不具体限定选择哪一个横断面作为种植手术过程可视化面，仅是能够清晰显示后续步骤所绘制的区域圆环及车针姿态的横断面均可作为种植手术过程可视化。
步骤103：确定手术安全半径以及种植半径，所述手术安全半径根据所述种植体模型的模型参数计算，所述种植半径根据用于放置所述种植体的种植窝孔确定，所述手术安全半径大于所述种植半径。
如图4所示，在三维空间内获取种植体模型的直径、高度等参数，得到种植体模型在三维空间内的坐标，确定种植体的种植窝孔的种植半径。设置安全参数，根据获得的种植体模型参数和安全参数，获得种植体外周的安全手术区域，得到安全手术区域的手术安全半径。由于安全手术区域围绕种植体模型设置，因此，所述窝孔孔径小于所述手术安全半径。通过窝孔孔径和所述手术安全半径，可以绘制种植区域圆环和手术安全区域圆环，便于医生在种植牙手术过程中观察手术操作的更为准确的范围。
需要说明的是，上述安全参数的具体数值可根据不同病人的牙齿骨质情况，由本领域技术人员对其进行设置。本发明实施例对所述安全参数的具体数值可以不做限定。
在所述牙科种植手术导航定位软件内预设有三维虚拟空间的图像坐标系，该坐标系的坐标轴和方向由该软件自动确定。该坐标系包括原点、X轴、Y轴、Z轴，该重构的口腔空间模型上的每个点都具有对应的x、y、z的坐标。示例地，获取所述种植体模型在X轴方向上直径最大的边界的两个端点的坐标X1和X2，在Y轴方向上直径最大的边界的两个端点的坐标Y1和Y2,以及在Z轴方向上直径最大的边界的两个端点的坐标Z1和Z2。用于放置所述种植体的种植窝孔的种植半径R1：
R1=∣X1-X2∣/2
设种植体模型的模型中心点为A，则A点的坐标的计算方法如下：
Ax=(X1+X2)/2
Ay=(Y1+Y2)/2
Az=(Z1+Z2)/2
得到A点的坐标为（Ax，Ay，Az）。
设置安全参数S，根据种植体模型和安全参数S，得到安全手术区域M的边界值Mx1、Mx2、My1、My2、Mz1、Mz2，计算安全手术区域M的边界值的方法如下：
Mx1=X1+S
Mx2=X2+S
My1=Y1+S
My2=Y2+S
Mz1=Z1+S
Mz2=Z2+S
可以计算种植体外周安全手术区域的手术安全半径R2：
R2=∣Mx1-Mx2∣/2
所述种植半径R1小于所述手术安全半径R2。
上述安全参数S的具体数值可根据不同病人的牙齿骨质情况，由本领域技术人员对其进行设置。本发明实施例对所述安全参数S的具体数值可以不做限定。
软件系统根据上述计算得到的安全手术区域M的边界值，即Mx1、Mx2、My1、My2、Mz1，Mz2，以及种植体模型的中心点A，软件系统在三维空间内生成安全手术区域。
其中，针对不同牙齿的种植体，安全参数S设置的不同，进而其上述区域圆环半径不同。
需要说明的是，安全参数S可以由本领域技术人员进行设置，根据不同病人的牙齿骨质情况、牙神经所在位置等等，由本领域技术人员对安全参数S可以进行设置，不同的种植体的安全参数不同。
步骤104：在所述平面上选择一个点作为圆心，以所述种植半径和所述手术安全半径分别绘制种植区域圆环及手术安全区域圆环。
如图6所示，以所述种植体模型的模型中心点的投影点为圆心，以所述种植半径为半径绘制种植区域圆环；以所述植体模型的模型中心点的投影点为圆心，以所述手术安全半径为半径绘制手术安全区域圆环。从而，将种植区域圆环和手术安全区域圆环显示为均以种植体模型的模型中心点的投影点为圆心的同心圆区域圆环，便于医生在种植牙手术过程中进行观察。
可选地，所述安全区区域圆环包括外安全区域圆环和内安全区区域圆环；由于所述种植体为锥形体，所述种植体模型也为锥形体，所述安全手术区域围绕所述种植体模型设置也为锥形体，所述锥形体的安全手术区域有相对分布的上锥面和下锥面，所述上锥面小于所述下锥面。绘制所述内安全区域圆环对应所述安全手术区域的上锥面，所述外安全区域圆环对应所述安全手术区域的下锥面，形成所述安全区区域圆环。
作为一个示例，上述的模型中心点可以是采用前述计算出A点的方式确定。
步骤105：在绘制有所述种植区域圆环以及手术安全区域圆环的种植手术过程可视化面上显示所述种植牙器械。
在完成所述种植区域圆环以及手术安全区域圆环绘制的种植手术过程可视化面上，显示所述种植牙器械，由此，可以判断种植牙器械与所述种植窝孔、所述安全手术区域的距离变化，便于医生在种植牙手术过程中观察种植牙器械的运动是否超出所述种植窝孔、所述安全手术区域的范围，以便及时作出调整。
步骤106：在所述种植牙器械行进过程中，随着行进的深度信息变化而调整所述种植区域圆环及手术安全区域圆环的圆心位置，以及种植区域圆环的种植半径、手术安全区域圆环的手术安全半径。
如图6所示，随着种植牙器械行进过程中，钻入的深度越来越深，随着深度信息的变化，将所述种植区域圆环及手术安全区域圆环的圆心位置调整为种植牙器械所在的中心点位置，同时将种植区域圆环的种植半径调整为所述中心点位置处种植窝孔的半径，将手术安全区域圆环的手术安全半径调整为所述中心点位置处安全手术区域的半径。在种植牙器械行进过程中，所述种植半径、所述手术安全半径都会实时变化，以便于技术人员在手术过程中观察种植牙器械与所述种植窝孔、所述安全手术区域的距离变化，有利于手术操作的精准性，降低操作难度，提升种植牙手术的稳定性及植入精度。
在一个实施例中，前述步骤确定出的区域圆环圆心可以随车针行进的深度变化，沿预设移动路径不断移动，该预设移动路径为所述种植体模型顶端圆心与所述种植体模型末端圆心的连线在所述种植手术过程可视化面上的投影线段。
具体地，首先获取种植体模型两端面的圆心坐标点并绘制连线；将该连线投影至前述步骤101所选定的种植手术过程可视化面，得到区域圆环圆心的预设移动路径。可以理解的是，之所以要调整区域圆环圆心的位置，其原因在于种植体模型放置位置并非垂直于横断面，因此动态调整区域圆环圆心位置可以更准确的显示种植体模型与车针之间的位置关系。
上述连接种植体模型两端面中心坐标点的连线中的各坐标值对应的便是种植体沿种植方向的不同位置，而不同位置的种植半径和手术安全半径均可通过前述步骤确定。因此，通过确定车针行进的深度，即可在前述连线上确定对应该深度的坐标点，之后便可确定出预设移动路径中对应的坐标点，最终确定圆心的位置和在该位置的种植半径和手术安全半径。
可选地，所述种植体模型为圆锥形；所述种植半径及手术安全半径在所述种植体模型轴向的不同位置半径不同；所述区域圆环圆心位置在所述种植体模型末端和所述种植体模型顶端的连线上随着深度信息的不同而线性移动，所述预设路径为所述种植体模型顶端圆心与所述种植体模型末端圆心的连线在所述种植手术过程可视化面上的投影线段。
如图7所示，沿所述种植体末端和所述种植体顶端，所述种植体模型的种植窝孔的直径逐渐减小，沿所述末端至所述顶端的方向，所述手术安全半径也逐渐减小。沿所述末端至所述顶端连线的方向，随着种植器械的深度信息值增加，所述区域圆环圆心位置线性移动。
可选地，所述平面包括横断面。
在本发明实施例中，还可以通过牙科种植手术导航定位软件直接获取空间模型内预设的医学影像的横断面的图像。如图2所示，医学影像中的横断面指的是沿垂直于人体长轴的横轴方向，将口腔横切为上、下两部分的切面，所述横断面也称为轴位面。相对应的，冠状面指的是沿人体的长轴将口腔纵切为前、后两部分的切面，所述冠状面也称为额状面，矢状面指的是沿人体的长轴将口腔纵切为左、右两部分的切面。
可选地，将所述植体模型的模型中心点投影至所述植牙器械显示面得到显示中心点，以投影得到的显示中心点为圆心。将所述显示中心点作为所述种植区域圆环和所述手术安全区域圆环的圆心，进行绘制所述种植区域圆环和所述手术安全区域圆环。可以通过将所述植体模型的模型中心点投影点简便地获取到显示中心。
可选地，所述种植牙器械为车针。
可选地，步骤105包括子步骤1051-1052：
子步骤1051：在种植牙手术过程中，以预设时间间隔获取所述车针的车针尖端在所述虚拟三维空间内的车针方向向量；
在种植牙手术过程中，以时间间隔，获取机械臂台车上由机械臂夹持的车针尖端在机械臂基座坐标系下的车针位置，根据预设的坐标系转换关系将机械臂基座坐标系下的车针位置转换至上述三维空间内，得到车针尖端坐标和车针方向。根据所述车针位置在所述车针上任取两点连接为向量，获取所述车针方向的向量。
所述预设时间可以为0.1秒、0.2秒等等，本领域技术人员可以根据实际应用中车针的运动速度等进行设置，本发明实施例对所述预设时间的具体数值可以不做限定。
子步骤1052：针对获得的每一车针方向向量，根据该车针方向向量以及所述车针的车针长度或钻孔深度，在绘制有所述种植区域圆环以及所述手术安全区域圆环的种植手术过程可视化面上绘制所述车针的车针姿态。
基于获得的每一车针方向向量，根据该车针方向向量和车针长度，绘制车针的车针姿态，所述车针长度根据车针的规格可以预先得知，在种植手术过程可视化面上同时显示所述种植区域圆环、所述手术安全区域圆环以及所述车针的车针姿态；或者，基于获得的每一车针方向向量，根据该车针方向向量和车针的钻孔深度，绘制车针的车针姿态，在种植手术过程可视化面上同时显示所述种植区域圆环、所述手术安全区域圆环以及所述车针的车针姿态。
具体地，可以采用如下步骤：
第一步，将车针尖端坐标投影至所述种植手术过程可视化面；
第二步，根据所述车针方向向量和预设的车针长度，确定所述车针末端的坐标；
第三步，将所述车针末端坐标投影至所述种植手术过程可视化面；
第四步，完成所述车针整体的显示。
可选地，所述车针尖端和车针末端都可以显示为圆环，分别为尖端圆环和末端圆环，进一步地，可以将所述尖端圆环和所述末端圆环连接起来，形成所述车针的投影形状，便于本领域技术人员对所述车针进行观察。
通过在种植手术过程可视化面上同时显示所述车针姿态、所述种植区域圆环以及所述手术安全区域圆环，可以判断车针是否处于所述种植区域圆环以及所述手术安全区域圆环内，便于医生在手术过程中进行观察。
在种植牙手术过程中，由于车针在上/下颌骨上钻孔的时候容易超出种植窝孔的深度，因而容易伤害到深处的牙神经组织和其他器官组织，因此，需要实时监察钻孔深度，避免在手术过程中对患者造成伤害。
可选地，其中，所述钻孔深度通过以下方式计算：
在所述虚拟三维空间内，获取与所述种植体轴线垂直且经过所述种植体末端中心点的第一平面，以及所述车针在所述三维空间内的空间位置；根据所述车针的空间位置与所述第一平面交汇区域，确定所述车针与被插入物体之间的第一中心点；计算所述第一中心点和车针尖端位置之间的距离，获得所述钻孔深度。
可选地，所述钻孔深度也可以通过在所述三维空间内，获取所述车针尖端在所述第一平面上的投影点，计算所述车针尖端到所述投影点的距离，得到所述钻孔深度。
通过以上两种方式中任一种方式，能够以简单的运算得到所述钻孔深度，计算量小，可以降低主控车台的软件系统的运行负荷。
通过以上方式得到钻孔深度，实时监察钻孔深度，避免伤害到深处的牙神经组织和其他器官组织，避免在手术过程中对患者造成伤害。
在本发明实施例中，为了清晰地显示种植区域圆环、手术安全区域圆环以及车针，通常种植手术过程可视化面的尺寸为20、23寸等较大尺寸，因此在种植牙手术过程中，在种植手术过程可视化面上会对口腔进行放大显示，如此一来，医生难以把握车针运行的距离长度，因而，需要显示车针与三维空间中种植体模型之间的误差，便于医生判断并调整车针的运行，进行手术操作。
在本发明实施例中，为了计算车针与三维空间中种植体模型之间的误差并显示，便于技术人员进行观察，设置了两种误差生成方式：
其一，可选地，在所述虚拟三维空间内确定种植体顶端中心点与所述车针尖端之间的第一误差，以及确定种植体末端中心点与所述车针尖端之间的第二误差；将所述第一误差与所述第二误差显示在所述种植手术过程可视化面上。
所述种植体包括相对设置的顶端和末端，取所述顶端的中心为顶端中心点，取所述末端的中心为末端中心点，在所述虚拟三维空间内，确定所述种植体顶端中心点所在的顶端中心轴线，确定所述车针尖端到所述顶端中心轴线的距离即为种植体顶端中心点与所述车针尖端之间的第一误差；以及确定所述种植体末端中心点所在的末端中心轴线，确定所述车针尖端到所述末端中心轴线的距离即为种植体末端中心点与所述车针尖端之间的第二误差；将所述第一误差与所述第二误差显示在所述种植手术过程可视化面上。
通过在所述种植手术过程可视化面上显示所述第一误差与所述第二误差，能够实时判断所述种植牙器械的钻入方向是否在安全范围内，便于技术人员能够及时调整所述种植牙器械的位置。
由此，在种植牙手术过程中，在种植手术过程可视化面上对口腔进行放大显示的情况下，实时显示车针与三维空间中种植体模型之间的误差，便于医生把握车针运行的距离长度，进而判断并调整车针的运行，为手术操作提供便利。
可以理解，在本发明实施例中，该种植体顶端中心点和种植体末端中心点为在种植体模型在口腔空间模型中放置到相应位置后，比如图3显示，在虚拟三维空间中的坐标，上述植体顶端中心点和种植体末端中心点其为了规划种植的位置以及路径。
其二，可选地，在所述虚拟三维空间内确定所述车针尖端在所述种植体轴线上的车针投影点以及所述车针尖端到所述种植体轴线之间的第一距离；获取所述车针投影点与所述种植体末端中心点之间的第二距离；根据所述车针尖端、所述第一中心点、所述车针尖端在所述第一平面上的平面投影点所构成的直角三角形，以及所述第二距离、所述第一距离、所述钻孔深度，计算所述第一中心点与所述种植体末端之间的距离，获得所述车针中部与所述种植体末端之间的误差。
示例的，如图8所示，确定所述车针尖端在所述种植体轴线上的车针投影点，以及所述车针尖端到所述种植体轴线之间的距离为第一距离L1；获取所述车针投影点与所述种植体末端中心点之间的距离为第二距离L2；根据所述车针尖端、所述第一中心点、所述车针尖端在所述第一平面上的平面投影点所构成的直角三角形，以及所述第二距离、所述第一距离、所述钻孔深度，计算所述第一中心点与所述种植体末端之间的距离，获得所述车针中部与所述种植体末端之间的误差。
设所述第一距离为L1，所述第二距离为L2，所述钻孔深度为Dz，所述车针尖端、所述第一中心点与所述车针尖端在所述第一平面上的平面投影点构成直角三角形，所述车针尖端与所述第一中心点之间的距离即为钻孔深度Dz，所述车针尖端与所述车针尖端在所述第一平面上的平面投影点之间的距离等于所述车针投影点与所述种植体末端中心点之间的第二距离L2，可选地，所述车针尖端与所述车针尖端在所述第一平面上的平面投影点之间的距离L2也可以通过计算所述车针尖端到所述第一平面上的距离得到；所述第一中心点与所述车针尖端在所述第一平面上的平面投影点之间的距离设为Lt，计算Lt：
Lt²+L2²=Dz²
所述种植体末端与所述车针尖端在所述第一平面上的平面投影点之间的距离等于所述第一距离L1，根据所述第一中心点与所述车针尖端在所述第一平面上的平面投影点之间的距离设为Lt，以及所述种植体末端与所述车针尖端在所述第一平面上的平面投影点之间的距离L1，计算所述第一中心点与所述种植体末端之间的距离Lw：
Lw=Lt-L1
通过上述两种误差生成方式，可以通过简单的计算方式，简便地获得所述车针中部与所述种植体末端之间的误差，计算量小，容易获得，有利于降低主控车台的软件系统的运行负荷。
可选地，分别比对所述第一误差、所述第二误差与阈值范围，若所述第一误差、所述第二误差皆在所述阈值范围内，显示所述种植区域圆环及手术安全区域圆环为设定颜色。
预设一阈值范围，所述阈值范围可以根据患者口腔内牙床的厚度、牙神经所在的深度等，预先设定符合患者情况的阈值范围。比对所述第一误差与阈值范围，所述第二误差与阈值范围，若所述第一误差、所述第二误差皆在所述阈值范围内，将所述种植区域圆环及手术安全区域圆环显示为设定颜色，例如可以显示为绿色等，表示所述第一误差、所述第二误差在安全范围内。本发明实施例对所述设定颜色的具体颜色可以不做限定。通过比对所述第一误差、所述第二误差与阈值范围，将所述种植区域圆环及手术安全区域圆环显示为设定颜色，可以使得技术人员观察更为清晰方便。
可选地，确定所述种植体顶端中心点到所述车针轴线的第三距离，以及所述种植体顶端中心点到所述车针尖端的第四距离；根据所述种植体顶端中心点、所述车针尖端、所述种植体顶端中心点在所述车针轴线上的种植体投影点所构成的直角三角形，以及所述第三距离和所述第四距离，计算所述车针尖端与所述植体投影点之间的距离，获得所述深度信息。
示例的，参照图9，确定所述种植体顶端中心点到所述车针轴线的第三距离L3，以及所述种植体顶端中心点到所述车针尖端的第四距离L4；根据所述种植体顶端中心点、所述车针尖端、所述种植体顶端中心点在所述车针轴线上的种植体投影点所构成的直角三角形，以及所述第三距离L3和所述第四距离L4，计算所述车针尖端与所述植体投影点之间的距离，获得所述深度信息Dp：
Dp²+L3²=L4²
可选地，在所述深度信息小于或者等于预设深度信息的情况下，显示警示信息。
在系统软件中可以设置预设深度信息，所述预设深度信息可以根据患者口腔内牙床的厚度、牙神经所在的深度等，预先设定符合患者情况的预设深度信息。在获得的所述深度信息Dp小于或者等于预设深度信息的情况下，在所述种植手术过程可视化面上显示警示信息，例如显示“走位过深”的警示信息。由此，提示技术人员当前操作有误，便于在种植牙手术过程中提高手术精度，降低手术失误率。
可选地，为了保证车针的轴向与种植体模型的轴向在一条直线上，在所述三维空间内，将车针尖端设为E点，车针末端设为F点，将车针尖端E点与车针末端F点的连线作为车针向量V4。根据车针向量V4，以及上述获得的所述种植体的种植方向的参考方向向量V，计算向量V4和V之间的夹角θ：
θ=cos(V*V4)
可选地，如果θ小于预设度数阈值则判别为车针的轴向与种植体模型的轴向在一条直线上，车针达到到位条件，系统软件会显示指示标识，例如绿色通行标识，提示用户车针的位置符合要求。可选地，所述预设度数阈值可以为0.5度，所述预设度数阈值的具体数值本发明实施例不对其加以限制。
本发明包括以下优点：本发明的种植手术过程可视化方法，通过获取患者口腔的医学影像信息并在虚拟三维空间内重建所述患者的口腔空间模型；从所述空间模型中选择一个平面作为种植手术过程可视化面；根据所述种植体模型的模型参数确定出种植体外周安全手术区域的手术安全半径以及用于放置所述种植体的种植窝孔的种植半径，所述窝孔孔径小于所述手术安全半径；在所述平面上选择一个点作为圆心，以所述种植半径和所述手术安全半径分别绘制种植区域圆环及手术安全区域圆环；在绘制有所述种植区域圆环以及手术安全区域圆环的种植手术过程可视化面上显示所述种植牙器械；在所述种植牙器械行进过程中，随着行进的深度信息变化而调整所述种植区域圆环及手术安全区域圆环的圆心位置，以及种植区域圆环的种植半径、手术安全区域圆环的手术安全半径。由此，在种植牙手术过程中，通过不同深度位置下，将所述种植牙器械与所述种植区域圆环、所述手术安全区域圆环的位置实时显示在种植手术过程可视化面上，便于在种植牙手术过程中观察种植牙器械与所述种植种植区域圆环及所述安全手术区域的距离偏差，可以降低操作难度，提高手术效果，提升种植牙手术的稳定性及植入精度，降低了手术的风险，避免了对患者的伤害。
可选地，所述方法还包括步骤1011-1013：
步骤1011:获取种植体实物图像，并对所述种植体实物图像进行图像预处理，生成种植体的外观轮廓线图像，所述外观轮廓线图像包括构成所述种植体的外观轮廓线的目标像素点。
当获得种植体的实物之后，可以通过实物拍照或卡尺测量等方法就可以获取种植体的实物相对精确的外观图片，该过程不依赖复杂的设备。对种植体的实物外观图片进行处理，将RGF彩色图像灰度化以后，扫描图像的每个像素值，像素值小于127的将像素值设为0(黑色)，像素值大于等于127的像素值设为255(白色)，从而获得如图10所示的植体的外观轮廓线图像，该图像由多个目标像素点构成。
步骤1012:沿所述外观轮廓线的中轴线对所述外观轮廓线图像中的外观轮廓线进行分段处理，获得多个种植体分段区域。
通过以植体的外观轮廓线图像对应的种植体顶部尖端为原点，轴向为X轴，建立平面坐标系，并基于位于第一象限内的轮廓线上的像素点进行直线拟合。通过直线拟合方法，可以在轮廓线的第一象限获得多条拟合线段集合组成的拟合线段集合。并根据多条拟合线段在所述坐标系中X轴上的投影的覆盖关系，即根据多条拟合线段在X轴上的投影点的数量来进行分段。示例的，以生成的拟合线段1、2、3、4为例，对于任意的像素点m，其在坐标系中对应的横坐标值为E，拟合线段1上存在一点，其坐标为（E，y1），拟合线段2上存在与一点，其坐标为（E，y2），拟合线段3上不存在坐标为（E，y3）的像素点，拟合线段4上不存在坐标为（E，y4）的像素点，即对应像素点m，与该点满足覆盖关系的拟合线段为拟合线段1和拟合线段2，即与该点满足覆盖关系的拟合线段的数量2为两条。对于任意相邻的像素点n和m，n的横坐标值为E-1，m的横坐标值为E，与像素点n满足覆盖关系的拟合线段的数量为N，与像素点m满足覆盖关系的拟合线段的数量为M。若N等于M,则像素点n和m属于同一种植体分段区域；若N不等于M,则像素点n和m不属于同一种植体分段区域。
步骤1013:确定每个种植体分段区域各自对应的种植体模型关键参数。
种植体模型关键参数用于描述所述种植体的长度特征、种植体的宽度特征和种植体的螺纹类型特征，根据种植体的轮廓线图像就可以确定出其反应模型信息的模型关键参数，即通过将反映种植体模型的特征简单参数化来获得生成植体模型的数据。其具体包括步骤：根据各种植体分段区域的始末点的横坐标值即可确定该植体分段区域的长度特征，根据各像素点的纵坐标即可确定该植体分段区域的直径特征，根据植体分段区域内的拟合线段的数量确定该植体分段区域的螺纹类型特征。示例的，对于任意一段植体分段区域，其起始点的横坐标值为E,其终末点的横坐标值为F，则分段区域的长度的为E-F的绝对值；对于分段区域的任意像素点，该点对应的纵坐标值为R，则该点对应的段区域的直径为2R；对于任意一段植体分段区域，若该段覆盖的拟合线段数量为一条，则确定该种植体段对应的螺纹类型为三角螺纹或为非螺纹；若该种植体段覆盖的拟合线段数量为两条，则确定该种植体段对应的螺纹类型为普通梯形螺纹，并将此段的起止点确定为普通梯形螺纹的起止点；若该种植体段覆盖的拟合线段数量为三条，则确定该种植体段对应的螺纹类型为交错梯形螺纹，并将此段的起止点确定为交错梯形螺纹的起止点。分段区域的螺纹深度基于与螺纹类型的对应关系确定。基于此，可以确定出各个种植体分段区域包含分段区域的长度、分段区域的螺纹类型、分段区域的直径以及分段区域的螺纹深度等植体模型关键参数。植体模型关键参数还可以包含其他参数，根据对生成的植体模型的精细程度决定，例如螺纹间距参数，材质参数等，本发明对此不进行限定，只考虑生成植体模型所必要的种植体模型关键参数。
在一种可行的实施方式中，所述方法还包括：根据所述分段区域的螺纹深度和分段区域的螺纹类型，按照预设规则确定种植体安全区关键参数；
其中，所述安全区关键参数包括：安全区半径。
在本实施方式中，根据多维度关键参数中的螺纹类型参数与螺纹深度的对应关系，确定出该植体分段区域的对应的螺纹深度，并根据该螺纹类型确定对应安全区延伸距离。由于安全区延伸量（安全区相对于螺纹沿径向的延伸量）不同螺纹有显著不同，相同螺纹类型与螺钉近似外表面积（圆周律*种植体直径*长度）成反比，与螺纹深度有正相关性。因此，安全区延伸距离与螺纹深度是预先设置的对应关系，即根据螺纹深度即可获得该螺纹深度对应的安全区延伸距离，并基于安全区延伸距离可以确定出对应的安全区半径。下面给出一个简单的例子，具体请参见表1。
表1
段号 段长mm 开始直径mm 结束直径mm 螺纹类型 螺纹高度mm 安全区延伸量mm
1 1.5 3.5 3.5 无 / 1.2
2 1.5 3.5 3. 三角 0.5 1.2
3 2 3.5 3.5 无 / 2.1
4 8.5 3.5 2 梯形双螺纹 1 2.1
5 0.5 2 1.2 无 / 2.1
以表1为例，在“段号”字段下,存储了不同种植体分段区域的段号；在“段长”字段下，存储了不同种植体分段区域的长度特征信息；在“开始直径”和“结束直径”字段下，储存了同种植体分段区域的直径特征信息；在“螺纹类型”字段下，储存了同种植体分段区域对应的螺纹类型特征信息，在“螺纹深度”字段下，储存了同种植体分段区域对应的螺纹深度特征信息。
在一种可行的实施方式中，所述沿所述外观轮廓线的中轴线对所述外观轮廓线图像中的外观轮廓线进行分段处理，获得多个种植体分段区域，包括：
确定所述外观轮廓线的中轴线与外观轮廓线相交的第一像素点和第二像素点；
基于第一像素点和第二像素点的目标坐标旋转所述外观轮廓线图像中的外观轮廓线，所述目标坐标为行坐标或列坐标；
基于目标坐标将所述目标像素点划分为两个像素点序列；
选取任意一个像素点序列，基于像素点序列中的像素点进行直线拟合，得到多条长度大于设定阈值的拟合直线段；
根据各个像素点的非目标坐标与拟合线段的对应关系，对所述外观轮廓线进行分段处理。
在本实施方式中，外观轮廓线图像是基于像素点建立的图像，因此可以建立其对于的像素点阵列坐标系，首先在外观轮廓线图像中查找种植体中轴线与所外观轮廓线的两交点，过对齐两交点的目标坐标旋转所述外观轮廓线图像，目标坐标为行坐标或列坐标，按照对齐后的两交点的目标坐标将所述外观轮廓线的像素点划分为两个像素点序列，选取其中一个像素点序列，根据坐标系的建立情况确定其为正的像素点序列。利用选取的像素点序列中的像素点进行直线拟合，得到多条长度大于设定阈值的拟合直线段；根据各个像素点的非目标坐标与拟合线段的对应关系，对所述外观轮廓线进行分段处理。
在一种可行的实施方式中，根据各个像素点的非目标坐标与拟合线段的对应关系，对所述外观轮廓线进行分段处理，包括：
依次读取选取的像素点序列中各个像素点的非目标坐标；
匹配存在所述非目标坐标对应点的拟合直线段，并记录每个像素点匹配的拟合直线段数量；
若任意非目标坐标相邻的像素点匹配的拟合直线段数量相同，则确定所述横非目标坐标相邻的像素点属于相同的种植体分段区域。
在本实施方式中，以生成的拟合线段1、2、3、4为例，对于任意的像素点m，若选取的目标坐标为行坐标，则非目标坐标为列坐标，其在坐标系中对应的为列坐标为E，拟合线段1上存在一点，其坐标为（E，y1），拟合线段2上存在与一点，其坐标为（E，y2），拟合线段3上不存在坐标为（E，y3）的像素点，拟合线段4上不存在坐标为（E，y4）的像素点，即对应像素点m，与该点满足覆盖关系的拟合线段为拟合线段1和拟合线段2，即与该点满足覆盖关系的拟合线段的数量2为两条。对于任意相邻的像素点n和m，n的列坐标为E-1，m的列坐标值为E，与像素点n满足覆盖关系的拟合线段的数量为N，与像素点m满足覆盖关系的拟合线段的数量为M。若N等于M,则像素点n和m属于同一种植体分段区域；若N不等于M,则像素点n和m不属于同一种植体分段区域。
在一种可行的实施方式中，所述方法还包括：根据各种植体分段区域内像素点的非目标坐标和目标坐标确定分段区域的长度、分段区域的螺纹类型、分段区域的直径以及分段区域的螺纹深度。
对于任意一段植体分段区域，其起始点的列坐标值为E,其终末点的列坐标值为F，则分段区域的长度的为E-F的绝对值；对于分段区域的任意像素点，该点对应的行坐标值为R，则该点对应的段区域的直径为2R。分段区域的螺纹类型和分段区域的螺纹深度的判断方式与上述实施例的判断方式相同，故不再进行赘述。
实施例二
可选地，本发明实施例的步骤106包括：子步骤1061-1062：
子步骤1061：根据预设的区域圆环圆心位置、种植半径、手术安全半径与深度信息之间的对应关系，确定变化后的所述深度信息对应的目标圆心位置、种植区域圆环的目标种植半径、手术安全区域圆环的目标手术安全半径；
参照图7，区域圆环圆心位置、种植半径、手术安全半径与深度信息之间有对应的线性关系，本领域技术人员可以根据种植窝孔的尺寸、安全手术区域的尺寸，预设区域圆环圆心位置、种植半径、手术安全半径与深度信息之间对应的线性关系，根据所述车针行进过程中深度信息的变化，确定当前深度信息下的目标圆心位置、种植区域圆环的目标种植半径、手术安全区域圆环的目标手术安全半径。
子步骤1062：将所述圆心移动至所述目标圆心位置，将所述种植区域圆环的半径调整为所述目标种植半径，以及将所述手术安全区域圆环的半径调整为所述目标手术安全半径。
参照图6，在所述种植手术过程可视化面上将所述圆心移动调整至所述目标圆心位置，将所述种植区域圆环的半径调整为与深度信息相对应的所述目标种植半径，以及将所述手术安全区域圆环的半径调整为与深度信息相对应的所述目标手术安全半径。以所述目标圆心为显示圆心，所述目标种植半径为半径，绘制所述种植区域圆环并显示；以所述目标圆心为显示圆心，所述目标手术安全半径为半径，绘制所述手术安全区域圆环并显示。
在实际应用中，本领域技术人员也可以采用其他方式确定区域圆环圆心位置、种植半径、手术安全半径与深度信息，以上仅示出本发明的其中一种可实施方式。
本实施例包括以下优点：本发明的种植手术过程可视化方法，通过获取患者口腔的医学影像信息并在虚拟三维空间内重建所述患者的口腔空间模型；从所述空间模型中选择一个平面作为种植手术过程可视化面；根据所述种植体模型的模型参数确定出种植体外周安全手术区域的手术安全半径以及用于放置所述种植体的种植窝孔的种植半径，所述窝孔孔径小于所述手术安全半径；在所述平面上选择一个点作为圆心，以所述种植半径和所述手术安全半径分别绘制种植区域圆环及手术安全区域圆环；在绘制有所述种植区域圆环以及手术安全区域圆环的种植手术过程可视化面上显示所述种植牙器械；在所述种植牙器械行进过程中，随着行进的深度信息变化而调整所述种植区域圆环及手术安全区域圆环的圆心位置，以及种植区域圆环的种植半径、手术安全区域圆环的手术安全半径。根据预设的区域圆环圆心位置、种植半径、手术安全半径与深度信息之间的对应关系，确定变化后的所述深度信息对应的目标圆心位置、种植区域圆环的目标种植半径、手术安全区域圆环的目标手术安全半径将所述圆心移动至所述目标圆心位置，将所述种植区域圆环的半径调整为所述目标种植半径，以及将所述手术安全区域圆环的半径调整为所述目标手术安全半径。由此，在种植牙手术过程中，通过不同深度位置下，将所述种植牙器械与所述种植区域圆环、所述手术安全区域圆环的位置实时显示在种植手术过程可视化面上，便于在种植牙手术过程中观察种植牙器械与所述种植种植区域圆环及所述安全手术区域的距离偏差，可以降低操作难度，提高手术效果，提升种植牙手术的稳定性及植入精度，降低了手术的风险，避免了对患者的伤害。
实施例三
参照图11，示出了本发明实施例中一种种植牙器械操作装置的结构示意图。
本发明实施例的种植牙器械操作装置200，包括：模型重建模块210、显示面获取模块220、半径计算模块230、区域圆环生成模块240、区域圆环绘制模块250、区域圆环调整模块260。
下面分别详细介绍各模块的功能以及各模块之间的交互关系。
模型重建模块210，用于根据患者口腔的扫描图像信息在虚拟三维空间内建立所述患者的口腔空间模型；
显示面获取模块220，用于从所述空间模型中选择一个平面作为种植手术过程可视化面；
半径计算模块230，用于确定手术安全半径以及种植半径，所述手术安全半径根据所述种植体模型的模型参数计算，所述种植半径根据用于放置所述种植体的种植窝孔确定，所述手术安全半径大于所述种植半径；
区域圆环生成模块240，用于在所述平面上选择一个点作为圆心，以所述种植半径和所述手术安全半径分别绘制种植区域圆环及手术安全区域圆环；
区域圆环绘制模块250，用于在绘制有所述种植区域圆环以及手术安全区域圆环的种植手术过程可视化面上显示所述种植牙器械；
区域圆环调整模块260，用于在所述种植牙器械行进过程中，随着行进的深度信息变化而调整所述种植区域圆环及手术安全区域圆环的圆心位置，以及种植区域圆环的种植半径、手术安全区域圆环的手术安全半径。
可选地，所述区域圆环调整模块260包括：
目标区域圆环确定模块，用于根据预设的区域圆环圆心位置、种植半径、手术安全半径与深度信息之间的对应关系，确定变化后的所述深度信息对应的目标圆心位置、种植区域圆环的目标种植半径、手术安全区域圆环的目标手术安全半径；
目标区域圆环调整模块，用于将所述圆心移动至所述目标圆心位置，将所述种植区域圆环的半径调整为所述目标种植半径，以及将所述手术安全区域圆环的半径调整为所述目标手术安全半径。
可选地，所述种植体模型为圆锥形；所述种植半径及手术安全半径在所述种植体模型轴向的不同位置半径不同；所述区域圆环圆心位置在所述种植体模型的入点与所述种植体模型的出点的连线上随着深度信息的不同而线性移动。
可选地，所述平面包括横截面。
可选地，所述区域圆环生成模块240包括：
圆心确定模块，用于将所述植体模型的模型中心点投影至所述植牙器械显示面得到显示中心点，以投影得到的显示中心点为圆心。
可选地，所述种植牙器械为车针。
可选地，所述圆心确定模块包括：
车针向量模块，用于在种植牙手术过程中，以预设时间间隔获取所述车针的车针尖端在所述虚拟三维空间内的车针方向向量；
车针绘制模块，用于针对获得的每一车针方向向量，根据该车针方向向量以及所述车针的车针长度或钻孔深度，在绘制有所述种植区域圆环以及手术安全区域圆环的种植手术过程可视化面上绘制所述车针的车针姿态。
可选地，所述车针绘制模块包括：
钻孔深度模块：用于在所述虚拟三维空间内，获取与所述种植体模型轴线垂直且经过所述种植体模型末端的第一平面，以及所述车针在所述三维空间内的空间位置；
根据所述车针的空间位置与所述第一平面交汇区域，确定所述车针与被插入物体之间的第一中心点；
计算所述第一中心点和车针尖端位置之间的距离，获得所述钻孔深度。
可选地，所述装置还包括：
误差确定模块，用于在所述虚拟三维空间内确定种植体顶端中心点与所述车针尖端之间的第一误差，以及确定种植体末端中心点与所述车针尖端之间的第二误差；
误差显示模块，用于将所述第一误差与所述第二误差显示在所述种植手术过程可视化面上。
可选地，所述装置还包括：
第一距离模块，用于在所述虚拟三维空间内确定所述车针尖端在所述种植体轴线上的车针投影点以及所述车针尖端到所述种植体轴线之间的第一距离；
第二距离模块，用于获取所述车针投影点与所述种植体末端中心点之间的第二距离；
车针中部误差模块，用于根据所述车针尖端、所述第一中心点、所述车针尖端在所述第一平面上的平面投影点所构成的直角三角形，以及所述第二距离、所述第一距离、所述钻孔深度，计算所述第一中心点与所述种植体末端之间的距离，获得所述车针中部与所述种植体末端之间的误差并显示在所述种植手术过程可视化面上。
可选地，所述装置还包括：
第三距离模块，用于确定所述种植体顶端中心点到所述车针轴线的第三距离，以及所述种植体顶端中心点到所述车针尖端的第四距离；
深度信息模块，用于根据所述种植体顶端中心点、所述车针尖端、所述种植体顶端中心点在所述车针轴线上的种植体投影点所构成的直角三角形，以及所述第三距离和所述第四距离，计算所述车针尖端与所述植体投影点之间的距离，获得所述深度信息。
可选地，所述装置还包括：
警示模块，用于在所述深度数值小于或者等于预设深度信息的情况下，显示警示信息。
可选地，所述装置还包括：
区域圆环显示模块，用于分别比对所述第一误差、所述第二误差与阈值范围，若所述第一误差、所述第二误差皆在所述阈值范围内，显示所述种植区域圆环及手术安全区域圆环为设定颜色。
可选地，所述安全手术区域根据锥形的所述种植体模型和安全参数获得。
本发明包括以下优点：本发明的种植手术过程可视化装置，通过获取患者口腔的医学影像信息并在虚拟三维空间内重建所述患者的口腔空间模型；从所述空间模型中选择一个平面作为种植手术过程可视化面；根据所述种植体模型的模型参数确定出种植体外周安全手术区域的手术安全半径以及用于放置所述种植体的种植窝孔的种植半径，所述窝孔孔径小于所述手术安全半径；在所述平面上选择一个点作为圆心，以所述种植半径和所述手术安全半径分别绘制种植区域圆环及手术安全区域圆环；在绘制有所述种植区域圆环以及手术安全区域圆环的种植手术过程可视化面上显示所述种植牙器械；在所述种植牙器械行进过程中，随着行进的深度信息变化而调整所述种植区域圆环及手术安全区域圆环的圆心位置，以及种植区域圆环的种植半径、手术安全区域圆环的手术安全半径。由此，随着种植牙器械的行进深度变化，实时调整种植区域圆环及手术安全区域圆环的圆心位置，以及种植区域圆环的种植半径、手术安全区域圆环的手术安全半径，便于技术人员在种植牙手术过程中随着种植牙器械的深入，观察种植牙器械与所述种植窝孔及所述安全手术区域的距离偏差，可以降低操作难度，提高手术效果，提升种植牙手术的稳定性及植入精度，降低了手术的风险，避免了对患者的伤害。
参照图12，本发明实施例还提供了一种手术机器人，所述手术机器人包括处理器，存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现所述的种植手术过程可视化方法的步骤。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述种植手术过程可视化方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。其中，所述的计算机可读存储介质，如只读存储器（Read-Only Memory，简称ROM）、随机存取存储器（Random AccessMemory，简称RAM）、磁碟或者光盘等。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
尽管已描述了本发明实施例的可选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括可选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种种植手术过程可视化方法和装置、手术机器人及存储介质，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (31)

1.一种种植手术过程可视化方法，其特征在于，所述方法包括：
根据患者口腔的扫描图像信息在虚拟三维空间内建立所述患者的口腔空间模型；
从所述空间模型中选择一个平面作为种植手术过程可视化面；
确定手术安全半径以及种植半径，所述手术安全半径根据所述种植体模型的模型参数计算，所述种植半径根据用于放置所述种植体的种植窝孔确定，所述手术安全半径大于所述种植半径；
在所述平面上选择一个点作为圆心，以所述种植半径和所述手术安全半径分别绘制种植区域圆环及手术安全区域圆环；
在绘制有所述种植区域圆环以及所述手术安全区域圆环的种植手术过程可视化面上显示所述种植牙器械；
在所述种植牙器械行进过程中，随着行进的深度信息变化而调整所述种植区域圆环及所述手术安全区域圆环的圆心位置，以及所述种植区域圆环的种植半径、所述手术安全区域圆环的手术安全半径。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述种植牙器械行进过程中，随着行进的深度信息变化而调整所述种植区域圆环及所述手术安全区域圆环的圆心位置以及半径，包括：
根据预设的区域圆环圆心位置、种植半径、手术安全半径与深度信息之间的对应关系，确定变化后的所述深度信息对应的目标圆心位置、种植区域圆环的目标种植半径、手术安全区域圆环的目标手术安全半径；
将所述圆心移动至所述目标圆心位置，将所述种植区域圆环的半径调整为所述目标种植半径，以及将所述手术安全区域圆环的半径调整为所述目标手术安全半径。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述种植体模型为圆锥形；所述种植半径及手术安全半径在所述种植体模型轴向的不同位置半径不同；所述区域圆环圆心位置沿预设移动路径随着深度信息的不同而线性移动，所述预设路径为所述种植体模型顶端圆心与所述种植体模型末端圆心的连线在所述种植手术过程可视化面上的投影线段。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述平面包括横断面。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述平面上选择一个点作为圆心，包括：
将所述植体模型的模型中心点投影至所述植牙器械显示面得到显示中心点，以投影得到的显示中心点为圆心。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述种植牙器械为车针。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在绘制有所述种植区域圆环以及所述手术安全区域圆环的种植手术过程可视化面上显示所述种植牙器械，包括：
在种植牙手术过程中，获取所述车针的车针尖端在所述虚拟三维空间内的车针方向向量，所述车针方向向量以预设时间间隔获取；
针对获得的每一车针方向向量，根据该车针方向向量以及所述车针的车针长度或钻孔深度，在绘制有所述种植区域圆环以及所述手术安全区域圆环的种植手术过程可视化面上绘制所述车针的车针姿态。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述钻孔深度通过以下方式计算：
在所述虚拟三维空间内获取第一平面和所述车针在所述三维空间内的空间位置参数；所述第一平面为与所述种植体模型轴线垂直且经过所述种植体模型末端的平面；
确定所述车针与被插入物体之间交汇的第一中心点；所述第一中心点根据所述车针的空间位置参数与所述第一平面交汇区域确定；
计算所述第一中心点和车针尖端位置之间的距离，获得所述钻孔深度。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述虚拟三维空间内确定第一误差和第二误差；所述第一误差为种植体顶端中心点与所述车针尖端之间的误差，所述第二误差为种植体末端中心点与所述车针尖端之间的误差；
将所述第一误差与所述第二误差显示在所述种植手术过程可视化面上。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述虚拟三维空间内确定所述车针尖端在所述种植体轴线上的车针投影点以及所述车针尖端到所述种植体轴线之间的第一距离；
获取所述车针投影点与所述种植体末端中心点之间的第二距离；
计算所述第一中心点与所述种植体末端之间的末端距离，获得所述车针中部与所述种植体末端之间的第三误差并显示在所述种植手术过程可视化面上；所述末端距离根据所述车针尖端、所述第一中心点、所述车针尖端在所述第一平面上的平面投影点所构成的直角三角形，以及所述第二距离、所述第一距离、所述钻孔深度计算获得。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
确定第三距离和第四距离；所述第三距离为种植体顶端中心点到车针轴线的距离，所述第四距离为所述种植体顶端中心点到所述车针尖端的距离；
计算所述车针尖端与所述植体投影点之间的尖端距离，获得所述深度信息；所述尖端距离根据所述种植体顶端中心点、所述车针尖端、所述种植体顶端中心点在所述车针轴线上的种植体投影点所构成的直角三角形，以及所述第三距离和所述第四距离计算获得。
12.根据权利要求11所述方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述深度信息小于或者等于预设深度阈值的情况下，显示警示信息。
13.根据权利要求9所述方法，其特征在于，所述方法还包括：
分别将所述第一误差、所述第二误差与阈值范围进行比较，若所述第一误差在所述阈值范围内、且所述第二误差在所述阈值范围内，显示所述种植区域圆环及手术安全区域圆环为设定颜色。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述安全手术区域根据锥形的所述种植体模型和安全参数获得。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取种植体实物图像，并对所述种植体实物图像进行图像预处理，生成种植体的外观轮廓线图像，所述外观轮廓线图像包括构成所述种植体的外观轮廓线的目标像素点；
沿所述外观轮廓线的中轴线对所述外观轮廓线图像中的外观轮廓线进行分段处理，获得多个种植体分段区域；
确定每个种植体分段区域各自对应的种植体模型关键参数，所述种植体模型关键参数至少包括：分段区域的长度、分段区域的螺纹类型、分段区域的直径以及分段区域的螺纹深度；
根据所述分段区域的螺纹深度和分段区域的螺纹类型，按照预设规则确定种植体安全区关键参数；其中，所述安全区关键参数包括：安全区半径。
16.一种种植手术过程可视化装置，其特征在于，所述装置包括：
模型重建模块，用于根据患者口腔的扫描图像信息在虚拟三维空间内建立所述患者的口腔空间模型；
显示面获取模块，用于从所述空间模型中选择一个平面作为种植手术过程可视化面；
半径计算模块，用于确定手术安全半径以及种植半径，所述手术安全半径根据所述种植体模型的模型参数计算，所述种植半径根据用于放置所述种植体的种植窝孔确定，所述手术安全半径大于所述种植半径；
区域圆环生成模块，用于在所述平面上选择一个点作为圆心，以所述种植半径和所述手术安全半径分别绘制种植区域圆环及手术安全区域圆环；
区域圆环绘制模块，用于在绘制有所述种植区域圆环以及手术安全区域圆环的种植手术过程可视化面上显示所述种植牙器械；
区域圆环调整模块，用于在所述种植牙器械行进过程中，随着行进的深度信息变化而调整所述种植区域圆环及手术安全区域圆环的圆心位置，以及种植区域圆环的种植半径、手术安全区域圆环的手术安全半径。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述区域圆环调整模块包括：
目标区域圆环确定模块，用于根据预设的区域圆环圆心位置、种植半径、手术安全半径与深度信息之间的对应关系，确定变化后的所述深度信息对应的目标圆心位置、种植区域圆环的目标种植半径、手术安全区域圆环的目标手术安全半径；
目标区域圆环调整模块，用于将所述圆心移动至所述目标圆心位置，将所述种植区域圆环的半径调整为所述目标种植半径，以及将所述手术安全区域圆环的半径调整为所述目标手术安全半径。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述种植体模型为圆锥形；所述种植半径及手术安全半径在所述种植体模型轴向的不同位置半径不同；所述区域圆环圆心位置沿预设移动路径随着深度信息的不同而线性移动，所述预设路径为所述种植体模型顶端圆心与所述种植体模型末端圆心的连线在所述种植手术过程可视化面上的投影线段。
19.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述平面包括横断面。
20.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述区域圆环生成模块包括：
圆心确定模块，用于将所述植体模型的模型中心点投影至所述植牙器械显示面得到显示中心点，以投影得到的显示中心点为圆心。
21.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述种植牙器械为车针。
22.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述圆心确定模块包括：
车针向量模块，用于获取所述车针的车针尖端在所述虚拟三维空间内的车针方向向量，所述车针方向向量以预设时间间隔获取；
车针绘制模块，用于针对获得的每一车针方向向量，根据该车针方向向量以及所述车针的车针长度或钻孔深度，在绘制有所述种植区域圆环以及手术安全区域圆环的种植手术过程可视化面上绘制所述车针的车针姿态。
23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，所述车针绘制模块包括：
钻孔深度模块：用于在所述虚拟三维空间内获取第一平面和所述车针在所述三维空间内的空间位置参数；所述第一平面为与所述种植体模型轴线垂直且经过所述种植体模型末端的平面；
确定所述车针与被插入物体之间交汇的第一中心点；所述第一中心点根据所述车针的空间位置参数与所述第一平面交汇区域确定；
计算所述第一中心点和车针尖端位置之间的距离，获得所述钻孔深度。
24.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
误差确定模块，用于在所述虚拟三维空间内确定第一误差和第二误差；所述第一误差为种植体顶端中心点与所述车针尖端之间的误差，所述第二误差为种植体末端中心点与所述车针尖端之间的误差；
误差显示模块，用于将所述第一误差与所述第二误差显示在所述种植手术过程可视化面上。
25.根据权利要求23所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第一距离模块，用于在所述虚拟三维空间内确定所述车针尖端在所述种植体轴线上的车针投影点以及所述车针尖端到所述种植体轴线之间的第一距离；
第二距离模块，用于获取所述车针投影点与所述种植体末端中心点之间的第二距离；
车针中部误差模块，用于计算所述第一中心点与所述种植体末端之间的末端距离，获得所述车针中部与所述种植体末端之间的第三误差并显示在所述种植手术过程可视化面上；所述末端距离根据所述车针尖端、所述第一中心点、所述车针尖端在所述第一平面上的平面投影点所构成的直角三角形，以及所述第二距离、所述第一距离、所述钻孔深度计算获得。
26.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第三距离模块，用于确定所述种植体顶端中心点到所述车针轴线的第三距离，以及所述种植体顶端中心点到所述车针尖端的第四距离；
深度信息模块，用于计算所述车针尖端与所述植体投影点之间的尖端距离，获得所述深度信息；所述尖端距离根据所述种植体顶端中心点、所述车针尖端、所述种植体顶端中心点在所述车针轴线上的种植体投影点所构成的直角三角形，以及所述第三距离和所述第四距离计算获得。
27.根据权利要求26所述装置，其特征在于，所述装置还包括：
警示模块，用于在所述深度数值小于或者等于预设深度阈值的情况下，显示警示信息。
28.根据权利要求24所述装置，其特征在于，所述装置还包括：
区域圆环显示模块，用于分别将所述第一误差、所述第二误差与阈值范围进行比较，若所述第一误差在所述阈值范围内、且所述第二误差在所述阈值范围内，显示所述种植区域圆环及手术安全区域圆环为设定颜色。
29.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，所述安全手术区域根据锥形的所述种植体模型和安全参数获得。
30.一种手术机器人，其特征在于，所述手术机器人包括处理器，存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如权利要求1-15任一项所述的种植手术过程可视化方法的步骤。
31.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如权利要求1-15任一项所述的种植手术过程可视化方法的步骤。
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