CN116261431A - 用于生成特定于患者形貌的接骨板的数字模型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于生成接骨板的方法，该方法包括：获得骨模型，该骨模型表示骨并且根据对应于该骨的成像数据生成；确定该骨模型中的一组虚拟进入位置；以及基于该骨模型和虚拟进入位置中的所有虚拟进入位置来构建与该骨模型相邻的虚拟表面。

Description

用于生成特定于患者形貌的接骨板的数字模型的方法

技术领域

本公开涉及用于制造接骨板的方法以及以这种方式制造的接骨板。

现有技术

接受外科医生或操作者护理的用户或患者经常用一致的方法进行治疗，尤其是在进行普通外科手术时。这种方法扩展到用于每个患者的植入物或装置，即使每个患者各有不同。这部分地因为，由于成本、时间和技术限制，生产针对每个患者定制的材料是不切实际的。

这里提供的背景的描述旨在提供本公开背景的一般概述。本发明所述发明人的著作，就其在本部分中描述的范围而言，以及在提交时说明书中不能被认为形成现有技术的一部分的那些方面，在本公开的上下文中不被明确地或隐含地承认为现有技术的一部分。

发明内容

根据本发明的第一方面，提出了一种用于生成适于固定在骨上的接骨板的方法，该方法包括以下步骤：获得根据对应于骨的数据成像生成的表示骨的骨模型；确定骨模型上的一组虚拟进入点；基于骨模型和一组虚拟进入点来生成与骨模型相邻的虚拟表面；基于虚拟表面来生成接骨板模型；沿接骨板模型在一组虚拟进入点中的每个虚拟进入点处创建虚拟孔；将接骨板模型发送到接骨板制造机。

在本说明书中，骨模型旨在实现骨的真实2D或3D表示，也就是说，其不包括数学建模类型的任何近似。

有利地，一组虚拟进入点可指示螺杆被插入骨中的位置。

优选地，骨模型是三维的。

该方法还可包括从成像设备获得对应于骨的成像数据的步骤。

虚拟表面可包括虚拟进入位置中的所有虚拟进入位置，螺杆是多个螺杆中的一个螺杆，并且虚拟孔是多个孔中的一个孔。

接骨板模型可包括由虚拟表面限定的虚拟面和通过虚拟面的挤出限定的厚度。

该方法还可包括生成包括骨模型的虚拟场景，其中接骨板模型压靠在骨模型上并且定位成使得接骨板模型的虚拟面与虚拟表面重合；并且其中生成接骨板模型并且随后制造定制的接骨板使得外科医生不必在手术期间修改板。

有利地，虚拟表面可根据连续地穿过基准点的虚拟母线曲线电子地确定，基准点被确定为一组虚拟进入点的中心以及设置在虚拟母线曲线的每一侧上的至少两条侧向虚拟曲线的中心。

根据一种可能性，基准点包括纵向末端，虚拟母线曲线连续地穿过纵向末端中的一个纵向末端、所有虚拟进入点的中心以及纵向末端中的另一个纵向末端。

虚拟母线曲线可以是穿过基准点的短程线型样条曲线。

侧向虚拟曲线可以是穿过基准点的图像的短程线状样条曲线，并且图像可通过距离的平移获得，该距离是螺杆在最大直径处的宽度的函数，该平移与接骨板模型的轴线垂直并且与骨模型的虚拟表面相切。

侧向虚拟曲线可以是在虚拟母线曲线的任一侧上间隔开预定距离并且投影到骨的虚拟表面上的虚拟曲线。

该方法还可包括通过在接骨板模型的纵向末端处向接骨板模型添加虚拟圆角来确定中间接骨板模型，其中通过修改中间接骨板模型来确定接骨板模型。

接骨板制造机可以是增材或减材制造机。

制造的接骨板可以由医用级材料制成。

接骨板制造机可使用激光烧结或三维打印，并且位于远离建模的位置。

根据本发明的第二方面，提出了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括指令，当由计算机执行程序时，这些指令使计算机实现根据本发明的第一方面所述的方法的步骤或其改进中的一个或多个步骤。

根据本发明的第三方面，提出了一种计算机可读记录介质，该计算机可读记录介质包括指令，当由计算机执行时，这些指令使计算机实现根据本发明的第一方面所述的方法的步骤或其改进中的一个或多个步骤。

根据本发明的第四方面，提供了一种用于生成外科模型的方法，该方法包括以下步骤：获得成像数据；基于骨成像数据来生成骨模型；使用骨模型在骨模型的面上构建虚拟表面；接收骨模型上的钻孔位置；基于虚拟表面和钻孔位置来生成外科模型；将外科模型发送到外科模型制造机。

外科模型可例如是接骨板模型、外科引导件、或接骨板模型和外科引导件两者。

外科模型制造机可以是增材或减材制造机。

制造的外科模型可以由医用级材料制成。

根据本发明的第四方面，提出了一种用于生成外科模型的系统，该系统包括：图形用户界面；至少一个处理器；和耦接到至少一个处理器的存储器，其中存储器存储由该至少一个处理器执行的指令。

指令包括执行以下步骤：从对应于骨的成像数据检索骨模型；经由屏幕显示骨模型；经由显示器接收指示骨模型上的虚拟进入位置的数据；基于骨模型和虚拟进入位置来构建与骨模型相邻的虚拟表面；基于虚拟表面来创建接骨板模型；在接骨板模型上的虚拟进入位置处钻出虚拟孔；以及将接骨板模型发送到板模型存储装置。

接骨板模型可包括由虚拟表面限定的虚拟面和通过虚拟面的挤出限定的厚度。

指令可包括执行以下步骤：生成包括骨模型的虚拟场景，其中接骨板模型压靠在骨模型上并且定位成使得接骨板模型的虚拟面与虚拟表面重合，并且其中生成接骨板模型并且随后制造定制的接骨板使得外科医生不必在手术期间修改板。

虚拟表面可根据连续地穿过基准点的虚拟母线曲线电子地确定，基准点被确定为钻孔位置的中心以及设置在虚拟母线曲线的每一侧上的至少两条侧向虚拟曲线的中心。

基准点可包括纵向末端，虚拟母线曲线连续地穿过纵向末端中的一个纵向末端、钻孔位置的中心和纵向末端中的另一个纵向末端。

附图说明

本公开的另外的特征和优点将从以下详细描述变得明显，这些特征和优点可参考附图来理解，在附图中：

图1是其中定位有虚拟螺杆的三维骨模型的表示的透视图，

图2是类似于图1的视图，虚拟螺杆从骨移除，仅在骨的表面上留下虚拟螺杆的虚拟进入点的痕迹。

图3是类似于图2的视图，其还包括纵向末端。

图4是类似于图3的视图，其还包括穿过基准点的母线曲线。

图5是类似于图4的视图，其还包括围绕母线曲线的两条侧向曲线。

图6是类似于图5的视图，其包括由图4的两条侧向曲线确定的虚拟表面。

图7包括类似于图1的三个子图，其包括三维骨模型和接骨板的模型。

图8包括类似于图1的两个子图，其包括三维骨模型和穿孔接骨板的模型。

图9示出了穿孔板的三维模型。

图10是根据本公开的板生成系统的高级框图。

图11是创建穿孔接骨板的增材制造机的示例。

图12是描述穿孔接骨板模型的生成的流程图。

由于这些实施方案在性质上不是限制性的，因此特别地可以考虑本公开的变体，其仅包括以下描述或示出的与其他描述或示出的特征隔离(即使该选择在包括这些其他特征的句子内被隔离)的特征的选择，只要对特征的该选择足以赋予技术优点或者足以将本公开与现有技术区分开。该选择包括至少一个优选的功能特征，其没有结构细节，和/或仅具有结构细节的一部分—如果该部分单独足以赋予技术优点或足以将本公开与现有技术区分开。

在说明书的其余部分中，具有相同结构或类似功能的元件将由相同的附图标记表示。

本公开所解决的技术问题

在文献中有时也称为“骨板”的接骨板通常用于使骨折的或以其他方式断裂的骨的不同部分在骨自我修复的固结过程期间和/或之后保持相对于彼此基本上静止。由于移动和/或在骨关节区域中存在软组织，在骨的头部区域中的骨折可能是特别麻烦的。

通常，整形外科接骨板可包括：细长部分，该细长部分可使用多个骨锚固螺杆固定到骨的主体，所述细长部分限定纵向轴线；张开部分，该张开部分能够使用骨螺杆中的至少一个骨螺杆固定到骨的头部；以及中间部分，该中间部分将所述细长部分和所述张开部分互连。

可提供具有不同宽度和长度的多种尺寸的板。然而，这些板并不能精确地配合到每个解剖结构。外科医生通常使用直板并使其变形。板可具有带有曲率的基本的、大致解剖学形状，但是该曲率并不适于每种形貌。

毕竟，在种群内和种群间骨骼中存在显著的解剖学变异性，因此需要限定广泛的尺寸间隔以及用于保持系统的专门设计，以便解决医师会遇到的所有情况。还提出，外科医生自己执行所提出的板的解剖学变形，以便优化与骨的接触。然而，这种实践不太令人满意，因为它通常是不精确且耗时的，并且因此在外科干预治疗期间构成危险情况。这种实践还需要医师使用大型钳子来使金属材料变形，金属材料在经受此类应力时可能会损坏，从而给术后期带来潜在风险。

设计的变异性还必须包括大量所识别的骨骼骨折类型(长骨、椎骨、单纯性或复合性骨折、关节外或关节内骨折、横形骨折、多断片骨折等)，以及有意发生(就其性质而言)的截骨术。对于单独的长骨骨折，由Müller进行的分类识别出超过120种不同的骨折，其中至少50种常规地通过接骨术治疗。

由于多种可能的制造材料而增加的所有这些要求的结果是，大量的接骨术装置可供整形外科医生以及人类或兽类创伤学家使用。因此，对于医师来说，在干预治疗期间必须从数十个板和螺杆中进行选择以便执行他的干预治疗是常见的，这些板和螺杆与专门设计用于放置相关联的植入物的若干器械相关联。另外，医师还必须花时间对他的术前分析进行改进以便从所提供的数十个产品中确定他将需要的产品，因此无论在财务和管理影响方面还是在这些装置的清洁和消毒的管理方面，都必须在上游和下游整合该库存的繁琐管理。鉴于从旨在满足骨科和创伤医师的所有需要的过量产品中进行选择的历史，对医疗保健机构的运营影响与该分析密不可分。

因此，定制的接骨系统(更具体地，板)的制造代表了一种用于更好地满足医师在外科水平上的期望的解决方案，但是通过扩展，并且通过适应性的且有竞争力的制造过程以及简单且有吸引力的外科器械—其必须允许集成到更广泛的产品中，这也必将优化在医疗保健机构和医疗团队内的运营影响。

本公开通过提供一种用于针对特定于患者的解剖结构的板生成数字文件以用于制造这些板的方法来提供了对这些问题的解决方案。

如今，可以基于待治疗的骨的3D表示来计划干预治疗。这些3D表示可以例如从扫描图数据获得，该扫描图数据是通过断层光密度测定法或甚至磁共振成像(MRI)获得的。这种计划通常伴随着对干预治疗的不同阶段的模拟，特别是模拟不同切割平面的位置和角度(在截骨术的情况下，以矫正变形的骨)或骨折片相对于彼此的重新定位(在骨折的情况下)。例如，在矫正截骨术的情况下，为了帮助外科医生尽可能严格地遵守预先建立的外科计划，有时可向医师提供专用和个性化的外科引导件。这些切割引导件具有与骨的形状匹配的骨附接表面，这使得其能够以精确且清楚的方式定位切割平面和孔。

然而，现有技术不能提供先定制设计后制造的骨保持板(接骨板)。

引言

根据本公开的第一方面，提出了一种用于生成适于固定在骨上的接骨板的方法，该方法包括：从用于对骨进行成像的成像设备、根据骨的三维数据并且基于所获得的三维数据获得表示所述骨的三维骨模型的步骤；从三维表示接收多个虚拟锚固对象的虚拟进入位置的步骤，该三维表示包括根据三维骨模型生成的添加有多个虚拟锚固对象的虚拟骨的表示；以及生成设置在虚拟骨上的虚拟表面的步骤，该虚拟表面是根据该多个虚拟锚固对象的虚拟进入位置生成的，所述虚拟表面包括虚拟进入位置。

该方法包括：生成接骨板模型的步骤，该接骨板具有由虚拟表面限定的虚拟面和通过虚拟面的挤出获得的厚度；生成包括虚拟骨的虚拟场景的步骤，该虚拟接骨板模型压靠在虚拟骨上并且定位成使得其虚拟面与虚拟表面重合；通过修改接骨板模型来确定第二接骨板模型的步骤，其中该修改通过在接骨板的厚度上对接骨板进行虚拟钻孔以形成用于虚拟锚固对象的孔，这些孔被布置成接收该多个虚拟锚固对象；将修改后的接骨板模型发送到能够根据修改后的接骨板模型制造接骨板的设备的步骤。

例如，成像设备可以是计算机断层摄影扫描仪或MRI。例如，可以从DICOM格式的文件(Digital Imaging and Communications in Medicine)重建骨的三维数据，这是针对来自医学成像的数据的IT管理的标准。例如，虚拟锚固对象可以是虚拟螺杆。另选地或附加地，锚固对象可以是可附接到板的销钉或任何其他类型的植入物。

虚拟锚固对象(诸如虚拟螺杆)是基于实心多边形的元素。通常，此类虚拟锚固对象由多个网目形成。网目是由顶点、边和面组成的三维对象，这些面在三维信息图中被组织成呈线框形式的多边形。这些面通常由三角形、四边形或其他简单的凸多边形组成，因为这简化了渲染。这些面可组合以形成更复杂的凹多边形或具有孔的多边形。虚拟锚固对象可以在长度或直径方面具有不同的尺寸。虚拟锚固螺杆可具有不同类型的印记，并且可具有可包括多种印记类型的若干级别的印记。虚拟螺杆可以是皮质的或海绵状的，并且可以是锁定的或非锁定的。

例如，虚拟锚固对象的虚拟进入位置可由用户确定。为此，用户可以在骨模型的表示上指定这些进入位置。根据第一选项，虚拟锚固对象的虚拟离开位置可由用户确定。为此，用户可以在骨模型的表示上指定这些离开位置。

根据第二选项，虚拟锚固对象的取向可以以这样的方式确定，即一旦根据所述取向定位在虚拟进入位置处，虚拟锚固对象就朝向骨的髓管的中心。换句话讲，虚拟锚固对象朝向骨的髓管的重心，与穿过虚拟进入位置的纵向轴线垂直。

根据一个变体，可基于由计算单元基于三维骨模型执行的处理来定位虚拟锚固对象。此外，由计算单元定位的虚拟锚固对象的定位可以由外科医生进行验证或修改，该外科医生单独具有执行可能影响治疗选择的移动的资格。该多个虚拟锚固对象的虚拟进入位置优选地设置在虚拟表面的拓扑内部内。本说明书旨在公开用于通过虚拟面的挤出从三维表面获得三维对象的方法。这是例如矢量图像领域中的常用术语。

根据一个选项，虚拟表面是根据连续地穿过基准点的虚拟母线曲线确定的，基准点被确定为虚拟进入位置的中心以及设置在骨上的位于虚拟曲线的任一侧上的至少两条侧向虚拟曲线的中心。

根据本公开的方法还可包括将虚拟板模型的纵向末端定位在虚拟三维骨模型的表面上，所述纵向末端根据该多个虚拟锚固对象的进入位置确定并且定位在三维骨模型的表面上。

当纵向末端定位在三维骨模型的表面上时，根据本公开的方法还可包括通过在纵向末端处向接骨板模型添加虚拟圆角来确定中间接骨板模型的步骤，通过修改所述中间接骨板模型来执行第二接骨板模型的确定。

当纵向末端定位在三维骨模型的表面上时，基准点还包括纵向末端，虚拟母线曲线连续地穿过纵向末端中的一个纵向末端、虚拟进入位置的中心以及纵向末端中的另一个纵向末端。虚拟曲线可以是表示穿过虚拟骨的表面上的基准点的短程线的样条曲线。

根据第一选项，侧向虚拟曲线可以是穿过基准点的图像的样条曲线，所述图像是通过距离的平移获得的，该距离是螺杆在最大直径处的宽度的函数，该平移与板的轴线垂直并且与骨的表面相切。因此，图像点与骨的表面相切并且垂直于样条曲线偏移半个板宽度。根据可以与第一种可能性组合的另一种可能性，侧向虚拟曲线是在虚拟母线曲线的任一侧上间隔开预定距离并且投影到骨的虚拟表面上的虚拟曲线。在确定第二接骨板模型的步骤期间，虚拟钻孔步骤可通过在接骨板的厚度上从接骨板减去孔的模型来执行，以形成用于虚拟锚固对象的孔，这些孔的模型有利地取决于虚拟锚固对象的类型和尺寸，这些孔被设计成接收该多个虚拟锚固对象。

能够根据改进的接骨板模型制造接骨板的设备可以是增材制造机类型的，通常被通称为“3D打印机”。然而，可以使用传统的制造方法(诸如多轴机加工或注射和再加工模塑)在以这种方式制造的板中产生这些孔。制造的接骨板可以由医用级金属材料制成。具体地，这种类型的材料包括316L不锈钢、纯钛或甚至TA6V或TA6V-Eli钛合金。

根据本公开的第二方面，提出了一种用于生成适于固定到骨的接骨板的设备，该设备包括计算单元，该计算单元被配置为：在三维数据库中获得表示骨的三维骨模型，该三维数据库是从用于对所述骨进行成像的成像设备获得的；从包括虚拟骨的三维表示的表示中获得多个虚拟锚固对象的虚拟进入位置，该虚拟骨是根据三维骨模型生成的、添加有多个定位虚拟锚固对象，每个虚拟锚固对象定位在虚拟骨上的虚拟进入位置与虚拟骨上的虚拟离开位置之间；生成设置在虚拟骨上的虚拟表面，该虚拟表面是根据该多个虚拟锚固对象的虚拟进入位置生成的，所述虚拟表面包括虚拟进入位置。

计算单元可被配置为：生成接骨板模型，该接骨板模型具有由虚拟表面限定的虚拟面和通过虚拟面的挤出获得的厚度；生成包括虚拟骨的虚拟场景，虚拟接骨板模型压靠在虚拟骨上并且定位成使得其虚拟面与虚拟表面重合；通过修改接骨板模型来确定钻孔的接骨板模型，其中该修改通过在接骨板模型的厚度上对接骨板模型进行虚拟钻孔以形成用于虚拟锚固对象的孔，这些孔被布置成接收该多个虚拟锚固对象；将钻孔的接骨板模型发送到能够根据钻孔的接骨板模型制造接骨板的设备。

根据本公开的第二方面，提供了一种用于生成适于固定到骨的接骨板的系统，该系统包括根据本公开的第一方面或其一项或多项改进的用于生成接骨板的设备，以及一种能够根据从所述生成设备接收的穿孔接骨板的模型制造接骨板的设备。

骨模型

参见图1，可以看到具有定位螺杆1的骨模型的透视图。在以下描述中，仅给出了一种类型的虚拟锚定件，即虚拟螺杆的虚拟锚定件。具有定位螺杆的骨模型一方面包括骨模型10，另一方面包括螺杆20。螺杆20定位在骨中。

三维骨模型10是从与真实骨相关的三维数据获得的，该真实骨是从成像设备获得的。例如，三维数据可以是DICOM格式。三维数据可以被发送到计算单元，该计算单元被配置为根据三维数据确定三维骨模型10。

为了获得具有定位螺杆1的骨模型，骨模型10的表示可以呈现给用户—例如在显示屏(诸如计算机屏幕)上，或者甚至借助于虚拟现实或全息图生成设备(增强或混合现实)。用户可选择一个螺杆或多个螺杆并将其定位在表示上并因此定位在骨模型中，从而生成具有定位螺杆1的三维骨模型。

为了定位螺杆，可以向用户给出指示螺杆在骨模型的表示上的进入位置的选项。例如，用户可借助于指向设备(诸如鼠标)并且通过指向螺杆在骨模型的表示上的进入位置来指示进入位置。进入位置可以被发送到计算单元。根据一个选项，螺杆的取向然后以这样的方式确定，即一旦根据所述取向定位在进入位置处，虚拟螺杆就朝向骨的髓管的中心。

另选地，虚拟螺杆的取向由用户确定。可以向用户给出指示螺杆在骨模型的表示上的离开位置的选项。例如，用户可借助于指向设备(诸如鼠标)并且通过指向螺杆在骨模型的表示上的离开位置来指示离开位置。根据又一个选项，虚拟螺杆的取向由用户确定。可以向用户给出指示螺杆在骨模型的表示上的离开位置的选项。例如，用户可借助于指向设备(诸如鼠标)并且通过使离开位置在模型上移动(例如，通过使螺杆的尖端在骨模型的表示上移动)来指示离开位置。

图2是具有定位进入位置点2的骨模型的表示的透视图。进入位置骨模型一方面包括骨模型10，另一方面包括一个或多个进入位置12。在图2中示出了多个进入位置。因此，中央单元可接收：三维模型10和多个虚拟螺杆的虚拟进入位置。

图3是具有进入位置和定位末端3的骨模型的透视图。具有进入位置的骨模型就其本身而言包括骨模型10、进入位置12和纵向末端位置14。在图3中示出了两个纵向末端位置。在本公开的一个变体中，纵向末端位置可由用户确定。

另选地，纵向末端位置可由计算单元根据该多个虚拟螺杆的进入位置确定并且定位在骨模型的表面上。远侧纵向末端的位置定位在骨的表面上，在最远侧虚拟螺杆的两个进入位置的延伸中，距离取决于所使用的最大螺杆的尺寸。对于近侧纵向末端的位置也是如此。

图4是具有虚拟母线曲线4的骨模型的表示的透视图。具有虚拟母线曲线4的骨模型就其本身而言包括骨模型10、进入位置12、纵向末端位置14和虚拟母线曲线32。虚拟母线曲线32连续地穿过基准点。基准点包括虚拟进入位置12的中心。在所示的示例中，基准点还包括纵向末端14。虚拟母线曲线连续地穿过纵向末端14中的一个纵向末端、虚拟进入位置12的中心以及纵向末端14中的另一个纵向末端。母线曲线可以以样条曲线的方式确定。在这种情况下，基准点被称为中间点。

在这种情况下，样条曲线的次数通常为3。如将容易理解的，可选择其他次数。该参数是根据本公开的设备的输入参数。当然，在具有基准点的表面上确定样条曲线。样条曲线穿过骨的表面上的有限数量的点。样条曲线穿过锚固点和限定在骨表面上的点，使得样条曲线遵循骨的形状，例如，每0.5mm具有点。

样条曲线是穿过骨的表面上的中间点的短程线状曲线。由计算单元根据该多个虚拟螺杆的进入位置和纵向末端确定虚拟母线曲线。

图5是具有虚拟曲线5的骨模型的表示的透视图。具有虚拟母线曲线5的骨模型就其本身而言分别包括骨模型10、虚拟母线曲线32和两条侧向曲线34、36。根据一种可能性，侧向曲线34、36分别在虚拟母线曲线的任一侧上间隔开预定距离并且投影到骨的虚拟表面上。通常，距离可以是螺杆直径的倍数，例如三倍螺杆直径。

图6是具有虚拟表面的骨模型的表示的透视图。具有虚拟母线曲线6的骨模型就其本身而言包括骨模型10和虚拟表面30。虚拟表面由计算单元根据三条虚拟曲线32、34和36确定。

图7示出了具有接骨板7的骨模型。具有接骨表面7的骨模型一方面包括骨模型10，另一方面包括接骨板的模型40。在子图A中从前方、在子图B中从左侧并且在子图C中从右侧观察骨模型10和接骨板模型40。接骨板的模型40具有由虚拟表面30限定的虚拟面42。当模型40定位在骨模型上时，虚拟面42和虚拟表面30重合。

模型40通过虚拟表面42的体积化而获得。例如，模型40通过挤出虚拟面部42获得。表面的挤出旨在实现使得能够通过使表面沿预定轴线平移来获得体积的方法。例如，轴线穿过骨的髓管的中心。根据另一个选项，模型40通过在虚拟表面42与平行于42的表面之间进行填充获得，二者间隔开对应于模型40的厚度的预定距离。另外，计算单元可在虚拟表面30的纵向末端处确定圆角。

图8示出了具有穿孔接骨板和定位螺杆8的骨模型。具有虚拟表面和定位螺杆8的骨模型一方面包括骨模型10，另一方面包括穿孔接骨板的模型42。该骨模型还包括定位在模型50中和骨模型10中的螺杆。在子图A中从前方并且在子图B中从右四分之三角度观察具有虚拟表面和定位螺杆8的骨模型。

为了生成穿孔接骨板模型，计算单元被配置为生成包括骨模型的表示，并且虚拟接骨板模型40压靠在虚拟骨上并且定位成使得其虚拟面与虚拟表面30重合。

通过修改接骨板的模型40来获得穿孔接骨板的模型42，该修改通过在接骨板的厚度上对接骨板进行虚拟钻孔以形成被设计成接收该多个虚拟螺杆的虚拟螺杆孔。穿孔接骨板模型40可以是体积文件模型类型的，例如STL或OBJ格式。

图9是所获得的穿孔接骨板50的模型的表示的视图。穿孔接骨板40的模型可以被发送到能够根据穿孔接骨板的模型制造接骨板的设备。生产的接骨板由医用级材料制成。

图10是根据本公开的系统100的示意图。根据本公开的系统100可包括位于成像单元S1中的成像设备102，例如，位于医院、诊所或专用于医学成像的私人设施中。真实骨的三维数据可以被发送到远离位置S1的位置S2中的中央单元104，例如，在云型网络基础结构中。

用户(通常是外科医生)可位于第三位置S3(例如，在他的办公室中)，并且将由中央单元104生成的骨的模型的表示显示在计算机屏幕106上。能够制造接骨板的设备108可以是例如3D打印机，并且位于生产车间S4中，其位置与前两个位置分开。生产车间可包括例如与医院或诊所的软件接口的软件，以用于向医院计划软件通知接骨板的即将可用性。

在各种实施方案中，图像存储数据库112可存储用于多个患者/用户的医学图像文件。操作员设备106、成像设备102(用于下载图像文件)、中央单元104、生产车间108等可通过互联网访问图像存储数据库112。在各种实施方案中，图像存储数据库112可位于站点中的一者(例如，生产车间108或医院)的本地接入网络上。另外，系统100包括数字文件存储数据库116，其可存储为了生产用于特定患者或用户的骨板或外科引导件而生成的数字文件。生产车间108可经由互联网从数字文件存储装置116获得数字文件以生产骨板或外科引导件。

当然，本公开的各种特征、形式、变体和实施方案可以以各种组合彼此组合，只要它们不彼此排斥或不兼容。具体地，上述所有变体和实施方案可以彼此组合。

图11是制造穿孔接骨板204的增材制造机200的示例。在各种实施方案中，增材制造机200从生成骨的基于图像的模型的独立设备接收穿孔接骨板模型。增材制造机200可通过应用上述方法使用穿孔骨板模型来构造穿孔接骨板204。

图12是描述穿孔接骨板模型的生成的流程图。控制可通过存储在设备的存储器中并且由设备的处理器操作的一组指令来执行。例如，指令可由中央单元104执行。控制响应于例如从操作者或外科医生接收模型请求而开始，以发送待生成的模型并且发送用于生成穿孔接骨板的模型。在步骤404中，控制从例如存储用于多个用户的成像数据的数据存储库获得3D骨模型。在各种实施方案中，模型请求识别用户或患者，并且控制获得对应于用户的3D骨模型。在各种实施方案中，骨模型不是3D的，例如骨模型可包括骨的2D图像。

控制继续到408以确定骨模型上的一组虚拟进入位置。控制传递到412以基于虚拟进入点来生成设置在骨模型上的虚拟表面。如前所述，虚拟表面可基于虚拟进入点来形成特定形状。控制移动到位置416以基于虚拟表面和虚拟进入点来生成虚拟接骨板模型，诸如图9中所示的虚拟接骨板模型。

控制进行到420以可选地生成包括骨模型和虚拟接骨板的虚拟场景。在各种实施方案中，控制跳跃到420并继续到424。在424处，控制将虚拟接骨板模型发送到制造设备。在各种实施方案中，在424处，控制可将虚拟骨模型发送到存储设备，该存储设备可由用于生产接骨板的制造设备访问。

结论

前述描述仅用于说明性目的，并且不旨在以任何方式限制本公开、应用或使用。本公开的一般教导内容可以以各种形式实现。因此，尽管本公开包括特定示例，但是其实际范围不应被如此限制，因为通过研究以下附图、说明书和权利要求，其他修改将变得明显。应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，可以以不同的顺序(或同时)执行方法的一个或多个步骤。此外，尽管每个实施方案在上面被描述为具有某些特征，但是关于本公开的任何实施方案描述的那些特征中的一个或多个特征可以在任何其他并入内容的特征中实现和/或与任何其他并入内容的特征组合，即使该组合未被明确地描述。换句话讲，所公开的实施方案不是相互排斥的，并且其间的一个或多个实施方案的置换仍然在本公开的范围内。

上文所用的术语“代码”可包括软件、固件和/或微代码，并且可以指程序、例程、函数、类、数据结构和/或对象。术语“共享处理器电路”涵盖执行若干模块的全部或部分代码的单个处理器电路。术语“捆绑处理器电路”涵盖与附加处理器电路组合执行一个或多个模块的全部或部分代码的处理器电路。对多处理器电路的引用涵盖不同管芯上的多个处理器电路、单个管芯上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个核心、单个处理器电路的多个导线或这些元件的组合。术语“共享存储器电路”涵盖存储用于多个模块的部分或全部代码的单个存储器电路。术语“集体存储器电路”涵盖与附加存储器组合存储一个或多个模块的全部或部分代码的存储器电路。

本申请中描述的设备和方法可部分地或完全地由通过将通用计算机配置为执行并入计算机程序中的一个或多个特定功能而创建的专用计算机来实现。上述功能块和流程图元素用作软件规范，其可通过熟练技术人员或程序员的常规工作转化成计算机程序。

计算机程序包括可由处理器执行的指令，这些指令存储在至少一个非暂态计算机可读介质上。计算机程序还可包括或依赖于存储的数据。计算机程序可包括与专用计算机硬件交互的基本输入/输出系统(BIOS)、与专用计算机的特定外围设备交互的设备驱动器、一个或多个操作系统、用户应用、后台服务、后台应用等。

计算机程序可包括：(i)要解析的描述性文本，诸如HTML(超文本标记语言)、XML(可扩展标记语言)或JSON(JavaScript对象符号)，(ii)汇编代码，(iii)由编译器从源代码生成的目标代码，(iv)用于由解释程序执行的源代码，(v)用于由即时编译器编译和执行的源代码等。仅作为示例，源代码可使用诸如C、C++、C#、Objective C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、

Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、

HTML5(超文本标记语言第5次修订)、Ada、ASP(活动服务器页面)、PHP(PHP：超文本预处理器)、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、

Visual

Lua、MATLAB、SIMULINK和

之类的语言的语法来编写。

Claims (23)

1.一种用于生成适于固定到骨的接骨板的方法，所述方法包括计算单元，所述计算单元被配置为实现以下步骤：

·从成像设备获得(404)根据对应于骨的成像数据生成的表示所述骨的骨模型(10)；

·确定(408)所述骨模型上的一组虚拟进入点(12,14)；

·基于所述骨模型和所述一组虚拟进入点来生成(412)与所述骨模型相邻的虚拟表面(30)；

·基于所述虚拟表面来生成(416)接骨板模型(40)；

·沿所述接骨板模型在所述一组虚拟进入点中的每个虚拟进入点处创建虚拟孔；以及

·将所述接骨板模型发送(420)到接骨板制造机(108)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一组虚拟进入点(12)指示螺杆被插入所述骨中的位置。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述骨模型(10)是三维的。

4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，还包括从成像设备(102)获得对应于所述骨的成像数据的步骤。

5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中所述虚拟表面包括虚拟进入位置中的所有虚拟进入位置，螺杆是多个螺杆中的一个螺杆，并且所述虚拟孔是多个孔中的一个孔。

6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中所述接骨板模型(40)包括由所述虚拟表面(30)限定的虚拟面和通过所述虚拟面的挤出限定的厚度。

7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，还包括：

·生成(420)包括所述骨模型的虚拟场景，其中所述接骨板模型压靠在所述骨模型上并且定位成使得所述接骨板模型(40)的虚拟面(42)与所述虚拟表面(30)重合，

其中生成接骨板模型并且随后制造定制的接骨板使得外科医生不必在手术期间修改所述板。

8.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中所述虚拟表面是根据连续地穿过基准点的虚拟母线曲线(32)电子地确定的，所述基准点被确定为所述一组虚拟进入点的中心以及设置在所述虚拟母线曲线的每一侧上的至少两条侧向虚拟曲线的中心。

9.根据前述权利要求所述的方法，其中所述基准点包括纵向末端(14)，所述虚拟母线曲线(32)连续地穿过所述纵向末端中的一个纵向末端、所有所述虚拟进入点的所述中心以及所述纵向末端中的另一个纵向末端。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述虚拟母线曲线(32)是穿过所述基准点的短程线型样条曲线。

11.根据权利要求8所述的方法，其中所述侧向虚拟曲线(34,36)是穿过所述基准点的图像的短程线状样条曲线，并且其中所述图像是通过距离的平移获得的，所述距离是螺杆在最大直径处的宽度的函数，所述平移与所述接骨板模型的轴线垂直并且与所述骨模型的所述虚拟表面相切。

12.根据权利要求8所述的方法，其中所述侧向虚拟曲线(34,36)是在所述虚拟母线曲线(32)的任一侧上间隔开预定距离并且投影到所述骨的所述虚拟表面上的虚拟曲线。

13.根据前述权利要求中的一项所述的方法，还包括：

·通过在所述接骨板模型的所述纵向末端处向所述接骨板模型添加虚拟圆角来确定中间接骨板模型，其中通过修改所述中间接骨板模型来确定所述接骨板模型。

14.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中所述接骨板制造机是增材或减材制造机。

15.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中制造的所述接骨板由医用级材料制成。

16.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中所述接骨板制造机使用激光烧结或三维打印，并且位于远离建模的位置。

17.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括指令，当程序由计算机执行时，所述指令使得所述计算机实现根据前述权利要求中的一项所述的方法的步骤。

18.一种计算机可读记录介质，所述计算机可读记录介质包括指令，当由计算机执行时，所述指令使得所述计算机执行根据前述方法权利要求中的一项所述的方法的步骤。

19.一种用于生成外科模型的系统，所述系统包括：

·图形用户界面；

·至少一个处理器；和

·耦接到至少一个处理器的存储器，

其中所述存储器存储由所述处理器执行的指令，并且其中所述指令包括实现以下步骤：

·从对应于骨的成像数据检索骨模型；

·经由屏幕显示所述骨模型；

·经由显示器接收指示所述骨模型上的虚拟进入位置的数据；

·基于所述骨模型和所述虚拟进入位置来构建与所述骨模型相邻的虚拟表面；

·基于所述虚拟表面来创建接骨板模型；

·在所述接骨板模型上的所述虚拟进入位置处钻出虚拟孔；以及

·将所述接骨板模型发送到板模型存储装置。

20.根据前一权利要求所述的模型生成系统，其中所述接骨板模型包括由所述虚拟表面限定的虚拟面和通过所述虚拟面的挤出限定的厚度。

21.根据前一权利要求所述的外科模型生成系统，其中所述指令包括实现以下步骤：

·生成包括所述骨模型的虚拟场景，其中所述接骨板模型压靠在所述骨模型上并且定位成使得所述接骨板模型的虚拟面与所述虚拟表面重合，并且

其中生成接骨板模型并且随后制造定制的接骨板使得外科医生不必在手术期间修改所述板。

22.根据权利要求19至21中任一项所述的模型生成系统，其中所述虚拟表面是根据连续地穿过基准点的虚拟母线曲线电子地确定的，所述基准点被确定为钻孔位置的中心以及设置在所述虚拟母线曲线的每一侧上的至少两条侧向虚拟曲线的中心。

23.根据前一权利要求所述的模型生成系统，其中所述基准点包括纵向末端，所述虚拟母线曲线连续地穿过所述纵向末端中的一个纵向末端、所述钻孔位置的所述中心以及所述纵向末端中的另一个纵向末端。

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