一种下颌角截骨术的预测和实时渲染方法技术

本发明专利技术公开了一种下颌角截骨术的预测和实时渲染方法，包括以下步骤：S1、根据下颌角截骨手术患者的术前CT图像，获得下颌角截骨手术患者的下齿列铆钉点、危险区，并标定最大去骨范围；S2、将下颌角截骨手术患者的术前CT图像、术前照片、预测术后照片、最大去骨范围，输入截骨面预测模型，预测出实际患者的截除线、去骨面，结合AR设备，实时渲染术野截除线、去骨面、危险区。本发明专利技术根据实际患者的术前CT、术前照片与截骨面预测模型，对实际患者的术野进行实时渲染，提高手术精度，降低手术风险，缩短手术时间，减少手术并发症。

A Prediction and Real-time Rendering Method for Mandibular Angle Osteotomy

The invention discloses a prediction and real-time rendering method for mandibular angle osteotomy, which includes the following steps: S1. According to preoperative CT images of patients undergoing mandibular angle osteotomy, the rivet points and dangerous areas of lower teeth of patients undergoing mandibular angle osteotomy can be obtained, and the maximum range of osteotomy can be demarcated; S2. Preoperative CT images, preoperative photographs, predictive photographs and postoperative photographs of patients undergoing mandibular angle osteotomy can be obtained. Large range of osteotomy, input the prediction model of osteotomy surface, predict the actual patient's osteotomy line, osteotomy surface, combined with AR equipment, real-time rendering of surgical field line, osteotomy surface, dangerous area. According to the preoperative CT, preoperative photograph and osteotomy surface prediction model of the actual patient, the invention renders the actual patient's surgical field in real time, improves the operation accuracy, reduces the operation risk, shortens the operation time and reduces the operation complications.

【技术实现步骤摘要】
一种下颌角截骨术的预测和实时渲染方法
本专利技术涉及下颌角截骨术
，尤其是涉及一种下颌角截骨术的预测和实时渲染方法。
技术介绍
由于下颌角截骨术后患者面部外观的变化，除与下颌骨截骨量相关外，与局部软组织张力改变导致的软组织体积量的变化也有一部分关联。因此，下颌角截骨术的去骨量并不是术前患者面部外观与术后预测效果间做减法，既往单纯借助于三维CT及面部3D扫描照相系统来进行手术效果的3D设计，并不能准确预测在下颌角截骨术中为达到术后预测效果时下颌角的去骨量及截骨面形态位置。现有的针对下颌角截骨术的手术导航系统，通过对患者进行螺旋CT扫描，并将影像数据进行重建及处理，凭借既往临床经验设计截骨线，并将其标注在下颌骨的三维数据模型上，机器人辅助手术系统将截骨线细分为多个钻点，通过在骨面上沿截骨线进行多处钻点钻孔以实现截骨。同时，该系统通过在下颌角区钻孔连接标记模块形成标记复合体，或根据患者下齿列形态定制牙套模，并将标记模块连接在牙套模上，术中通过患者配戴连有标记模块的牙套模来判断下颌骨的相对位置。术中，系统借助增强现实技术通过识辨标记模块判断下颌骨相对位置，并确定截骨线位置，以实现通过RAS行下颌角截骨术。该手术导航系统经过临床实际应用，平均误差较小，可以保证手术的安全性，同时在辅助医生经验积累等方面有较强的优势。但该系统目前存在三个不足之处：（1）需额外固定标志点：通过嘱患者佩带连有标记模块的牙套模用以确定截骨线，由于连接方式为非刚性连接，在术中标记模块与下颌骨之间存在较高的相对移位的风险，从而导致截骨线判断存在误差，降低了手术安全性；或将标记模块通过钻孔方式连接在下颌角区，虽极大地提高了标记模块与下颌骨体间相对位置关系的稳定性，但是由于口内入路的下颌角截骨术实际手术操作空间窄且深，固定标记模块的操作本身难度较高，同时标记模块相对术野过于庞大，能够实现妥善放置标记模块的适用病例受到了极大的限制。（2）该手术导航系统对于截骨方式的处理为采用机械间断打孔的模式，由于打孔形成的经骨组织的孔道为直线型的，因此此模式对于同时需要进行下颌骨外板去除术的病例并不适用，其形成的截骨面为一平面而非曲面，在很大程度上限制了该手术导航系统的应用范围。（3）该手术导航系统并未对下颌角截骨术后的软组织改变予以考虑，截骨线的设计完全凭借术者的既往经验，而无量化的指标，该系统虽然提高了手术的安全性，但对于准确预测患者术后效果及提高患者满意度等方面并无优势。因此，设计一种基于人工智能技术及增强现实技术的针对下颌角截骨术的手术导航系统，全程协助医生手术设计下颌角截骨术的截骨量预测方法，是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种下颌角截骨术的截骨量预测方法，通过在截骨面预测模型中输入下颌角截骨手术患者的术前CT图像数据集、术前照片数据集、术后模拟照片数据集，获得下颌角截骨手术患者的截骨面。本专利技术的上述专利技术目的通过以下技术方案得以实现：一种下颌角截骨术的预测和实时渲染方法，包括以下步骤：S1、根据下颌角截骨手术患者的术前CT图像，获得下颌角截骨手术患者的下齿列铆钉点、危险区，并标定最大去骨范围；S2、将下颌角截骨手术患者的术前CT图像、术前照片、预测术后照片、最大去骨范围，输入截骨面预测模型，预测出实际患者的截除线、去骨面，结合AR设备，实时渲染术野截除线、去骨面、危险区。本专利技术进一步设置为：步骤S1中，根据下颌角截骨手术患者的术前CT图像，抓取下齿列铆钉点，获得下齿列铆钉点参考平面γ；标记其下齿槽神经走形区及颏神经走形区为危险区1，标记面动脉及面后静脉走形区为危险区2；对各危险区进行量化评估，构建危险区数据集。本专利技术进一步设置为：对各危险区进行量化评估，用参数表示各危险区分别与参考平面γ之间的关系，其中，用参数35表示危险区1几何中心距离参考平面γ几何中心的距离，用参数36表示危险区1与参考平面γ的偏转角；用参数37表示危险区2几何中心距离参考平面γ几何中心的距离，用参数38表示危险区2与参考平面γ的偏转角。本专利技术进一步设置为：根据术前CT图像，避开危险区，得到下颌角截骨手术患者的最大去骨范围。本专利技术进一步设置为：步骤S1中，对下颌角截骨手术患者的最大去骨范围进行量化，包括对最大去骨范围进行拆分、标注；所述拆分是把最大去骨范围拆分为下颌骨截除线与下颌骨外板去除平面两部分，在术前CT图像直接标注下颌骨截除线α与下颌骨外板去除平面β，同时在下齿列上，标注多个铆钉点，并根据所述铆钉点标定参考平面γ；所述标注是量化估计下颌骨截除线α、下颌骨外板去除平面β分别与参考平面γ之间的关系。本专利技术进一步设置为：所述标注包括：用参数31表示下颌骨截除线α几何中心距离参考平面γ几何中心的距离；用参数32表示下颌骨截除线α与参考平面γ的偏转角；用参数33表示下颌骨外板去除平面β几何中心距离参考平面γ几何中心的距离；用参数34表示下颌骨外板去除平面β与参考平面γ的偏转角。本专利技术进一步设置为：将术前CT、术前照片、预测术后照片、最大去骨范围输入截骨面预测模型，预测出截除线、去骨面。本专利技术进一步设置为：对不同视角的截除线、去骨面、危险区进行实时绘制，实现实时渲染术野截除线、去骨面、危险区，结合AR系统，实时渲染术野截除线、去骨面、危险区，将可视化三维模型通过AR系统与实际术野叠加后投射于镜片屏幕。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果为：1.本申请根据实际患者的术前CT，得到最大去骨范围、危险区，结合截骨面预测模型，实现对术后面部效果图改变范围的预测，获得术后面部3D效果最大改变图，确保术后效果。2.进一步地，根据实际患者的术前CT、术前照片与截骨面预测模型，对实际患者的术后效果进行预测，实现对术后效果的精准的个性化设计。3.进一步地，结合AR设备，实现术野的实时渲染，提高手术精度，降低手术风险，缩短手术时间，减少手术并发症。附图说明图1是本专利技术的一个具体实施例的手术导航系统总结构示意图；图2是本专利技术的一个具体实施例的手术导航系统示意图；图3是本专利技术的一个具体实施例的预测模型建立示意图；图4是本专利技术的一个具体实施例的截骨面预测示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明。图1为本手术导航系统的总结构图。具体地，一种下颌角截骨术的手术导航系统，如图2所示，包括以下步骤：S1、根据既往下颌角截骨手术患者的相关资料，建立截骨面预测模型学习版，用新入组下颌角截骨手术患者的相关资料，对截骨面预测模型学习版进行测试，得到稳定的截骨面预测模型；具体地，如图3所示，包括如下步骤：A1、根据既往患者下颌角截骨手术患者术前CT图像、术后CT图像获得第一截骨面参数，结合既往患者的术前照片、术后照片，基于多任务卷积神经网络，获得截骨面预测模型学习版，得到手术导航系统1.0版；A2、收集新入组患者术前CT图像、术后CT图像，获得第二截骨面参数，结合术前照片、术后照片，构建测试集，对截骨面预测模型进行测试，得到稳定的截骨面预测模型，再结合既往患者的危险区、新入组患者的危险区，得到截骨面预测模型稳定版，完成手术导航系统2.0版。以下详细说明：将既往下颌角截骨手术患者的术前CT图像、术后CT图像进行像素级别的对齐，进行比较，得到的差值即为既往患者的最终截骨面，即第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种下颌角截骨术的预测和实时渲染方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、根据下颌角截骨手术患者的术前CT图像，获得下颌角截骨手术患者的下齿列铆钉点、危险区，并标定最大去骨范围；S2、将下颌角截骨手术患者的术前CT图像、术前照片、预测术后照片、最大去骨范围，输入截骨面预测模型，预测出实际患者的截除线、去骨面，结合AR设备，实时渲染术野截除线、去骨面、危险区。

【技术特征摘要】
1.一种下颌角截骨术的预测和实时渲染方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、根据下颌角截骨手术患者的术前CT图像，获得下颌角截骨手术患者的下齿列铆钉点、危险区，并标定最大去骨范围；S2、将下颌角截骨手术患者的术前CT图像、术前照片、预测术后照片、最大去骨范围，输入截骨面预测模型，预测出实际患者的截除线、去骨面，结合AR设备，实时渲染术野截除线、去骨面、危险区。2.根据权利要求1所述的预测和实时渲染方法，其特征在于：步骤S1中，根据下颌角截骨手术患者的术前CT图像，抓取下齿列铆钉点，获得下齿列铆钉点参考平面γ；标记其下齿槽神经走形区及颏神经走形区为危险区1，标记面动脉及面后静脉走形区为危险区2；对各危险区进行量化评估，构建危险区数据集。3.根据权利要求2所述的预测和实时渲染方法，其特征在于：对各危险区进行量化评估，用参数表示各危险区分别与参考平面γ之间的关系，其中，用参数35表示危险区1几何中心距离参考平面γ几何中心的距离，用参数36表示危险区1与参考平面γ的偏转角；用参数37表示危险区2几何中心距离参考平面γ几何中心的距离，用参数38表示危险区2与参考平面γ的偏转角。4.根据权利要求2所述的预测和实时渲染方法，其特征在于：根据术前CT图像，避开危险区，得到下颌角截骨手术患者的最大去骨范...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛红宇，张颂，蔡辉，
申请(专利权)人：北京大学第三医院北京大学第三临床医学院，
类型：发明
国别省市：北京,11