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方案

本发明专利技术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。成手术。成手术。

【技术实现步骤摘要】
面部自体脂肪移植手术导航系统及虚拟刻度提示方法


[0001]本专利技术涉及医学图像处理及应用
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。

技术实现思路

[0006]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。
[0007]本专利技术第一方面，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：
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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；
[0011]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。
[0012]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。
[0013]本专利技术的第二方面，提供一种面部自体脂肪移植手术导航系统制作方法，包括：
[0014]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；
[0015]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；
[0016]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；
[0017]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；
[0018]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；
[0019]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。
[0020]本专利技术的第三方面，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：
[0021]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；
[0022]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。
[0023]可选地，所述虚拟刻度提示方法包括：
[0024]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；
[0025]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。
[0026]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：
[0027]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；
[0028]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；
[0029]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；
[0030]以此类推，直至完成进针，实现进针过程中的虚拟刻度提示。
[0031]本专利技术上述系统和方法，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。
[0032]与现有技术相比，本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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。2.一种面部自体脂肪移植手术导航系统制作方法，其特征在于，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。3.根据权利要求2所述的面部自体脂肪移植手术导航系统制作方法，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。4.根据权利要求2所述的面部自体脂肪移植手术导航系统制作方法，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。5.根据权利要求2所述的面部自体脂肪移植手术导航系统制作方法，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢叻，李垒，王旭东，刘凯，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：