一种跨中线下颌骨缺损外形修复方法技术

本发明专利技术公开了一种利用数字化技术及人工智能方法修复跨中线下颌骨缺损的方法，包括如下步骤：S1、三维重建；S2、镜像修复处理，利用对称原理缩小骨缺损范围；S3、跨中线缺损修复处理：基于事先利用支持向量机的机器学习方法对下颌骨下缘曲面的外形进行学习而建立的下颌骨曲面数学模型，预测缺失部分数据，得到修复后的下颌骨模型；S4、设计个性化下颌植入物；S5、制造个性化植入物。本发明专利技术利用支持向量机的机器学习方法对下颌骨下缘曲面外形进行学习，进行三维曲面拟合，得到的数学模型是一种函数表达方式，可以通过已有的数据，预测下颌骨下缘曲面任意部位缺失的数据，实现下颌骨下缘任意位置缺损的修复。缘任意位置缺损的修复。缘任意位置缺损的修复。

【技术实现步骤摘要】
一种跨中线下颌骨缺损外形修复方法


[0001]本专利技术涉及医用假体领域，特别涉及一种跨中线下颌骨缺损外形修复方法。

技术介绍

[0002]骨缺损修复是骨科治疗的一大难题，对于面部骨如下颌骨来说，骨缺损不仅是要解决骨缺损及连续性的问题还要解决外形的问题，因此，恢复其原来的外形至关重要。移植骨有塑形困难、临床手术操作复杂等问题。目前，针对的下颌骨缺损外形修复，可以采用钛合金3D打印技术制备成形的个性化假体进行植入修复。打印成形的钛合金下颌骨假体之前，需要对下颌骨假体进行形状设计并建立三维模型。对于发生单侧骨缺损的情况，可以利用左右对称原理，将健全侧的骨组织数据进行“镜像”操作，得到患者确实部位的数据，能实现比较精准的外形修复和重建，但是对于双侧均缺失和跨中线的下颌骨缺失的情况，镜像方法则无能为力。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种跨中线下颌骨缺损外形修复方法
[0004]根据本专利技术的一个方面，提供了一种跨中线下颌骨缺损外形修复方法，包括如下步骤：
[0005]S1、三维重建：获取患者下颌骨的CT扫描数据并进行三维重建得到患者下颌骨的三维原始模型；
[0006]S2、镜像修复处理：采用镜像技术，利用患者健全侧的下颌骨数据修复缺损侧的下颌骨数据，缩小骨缺损范围，得到镜像修复模型；
[0007]S3、跨中线缺损修复处理：基于事先利用支持向量机的机器学习方法对下颌骨下缘曲面的外形进行学习而建立的下颌骨曲面数学模型，预测缺失部分数据，得到修复后的下颌骨模型；
[0008]S4、设计个性化下颌植入物：结合镜像修复模型和修复后的下颌骨模型，设计个性化下颌植入物；
[0009]S5、制造个性化植入物：采用3D打印技术制造个性化下颌植入物。
[0010]所述步骤S3进一步包括如下步骤：
[0011]S3
‑
1、提取感兴趣区域：利用镜像修复模型提取下颌骨下缘5mm厚度范围内的区域为感兴趣区域；
[0012]S3
‑
2、面模型点云化：将镜像修复模型进行点云化处理，以三维坐标记录点云数据；
[0013]S3
‑
3、预测下颌骨点云数据：基于事先建立的下颌骨曲面数学模型，计算缺失部分数据；
[0014]S3
‑
4、生成面模型：将点云数据和计算出的缺失部分的点云数据包裹成面模型；
[0015]S3
‑
5、去除多余的面模型：去除感兴趣区域外的面模型得到修复后的下颌骨模型。
[0016]作为一种优选方式，所述支持向量机的核函数采用高斯函数。
[0017]作为一种优选方式，所述支持向量机的损失函数为0.03；惩罚常数C为128。
[0018]作为一种优选方式，所述三维坐标的x轴垂直于下颌骨下缘所在的平面，所述x轴的偏转误差为5度以内。
[0019]所述步骤S1进一步包括：对患者下颌骨进行CT扫描得到CT扫描数据，根据CT扫描数据进行三维重建得到三维模型，将三维模型中的内固定物及死骨块去除得到患者下颌骨的三维原始模型。
[0020]本专利技术的有益效果是：本专利技术利用支持向量机的机器学习方法对下颌骨下缘曲面外形进行学习，采用三维曲面拟合，得到的数学模型是一种函数表达方式，可以通过已有的数据，预测下颌骨下缘曲面任意部位缺失的数据，实现下颌骨下缘任意位置缺损的修复。本专利技术的跨中线下颌骨缺损外形修复方法可以扩展应用到任意部位的骨组织缺损修复；还可以与镜像技术结合使用，提高修复精确性；修复结果平滑过度，修复精度较佳，误差可以控制在1mm内；容错能力强且易于推广和扩展应用。
附图说明
[0021]图1为本专利技术一实施方式的一种跨中线下颌骨缺损外形修复方法的流程框图；
[0022]图2为图1所示的步骤S3的流程框图；
[0023]图3为实施例2的三例病例的CT三维重建图；
[0024]图4为实施例2的三例病例的修复结果图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图对专利技术作进一步详细的说明。
[0026]实施例1
[0027]图1和图2示意性地显示了根据本专利技术的一种实施方式的一种跨中线下颌骨缺损外形修复方法。
[0028]一种跨中线下颌骨缺损外形修复方法包括如下步骤：
[0029]S1、三维重建(软件环境：mimics)：获取患者下颌骨的CT扫描数据并进行三维重建得到患者下颌骨的三维原始模型；对患者下颌骨进行计算机断层扫描(Comouted Tomography,CT)，获得CT扫描数据，根据CT扫描数据进行三维重建得到三维模型，并将三维模型中的内固定物及死骨块去除得到患者下颌骨的三维原始模型。
[0030]S2、镜像修复处理(软件环境：mimics)：采用镜像技术，利用患者健全一侧下颌骨数据修复缺损一侧下颌骨数据，以缩小跨中线缺损范围，得到镜像修复模型。
[0031]S3、跨中线缺损修复处理(软件环境：mimics)：基于事先利用支持向量机的机器学习方法对下颌骨下缘曲面的外形进行学习而建立的下颌骨曲面数学模型，预测缺失部分数据，得到修复后的下颌骨模型，具体如下：
[0032]S3
‑
1、提取感兴趣区域(ROI)(软件环境：mimics)：在镜像修复模型基础上，提取下颌骨下缘扩展5mm厚度范围内的区域为感兴趣区域；
[0033]S3
‑
2、面模型点云化(软件环境：mimics、matlab或geomagic)：将镜像修复模型进行点云化处理，建立三维坐标记录点云数据；三维坐标的x轴垂直于下颌骨的下缘所在的平
面，所述x轴的偏转误差为5度以内。面模型点云化可以在Mimics、matlab、geomagic等软件中进行。
[0034]S3
‑
3、事先以正常下颌骨数据训练支持向量机，得到最佳拟合函数及最佳参数，计算出下颌骨下缘缺失部分的点云数据；
[0035]支持向量机修复缺损的步骤如下：
[0036]1.训练：以100例以上的完整正常下颌骨数据训练支持向量机，将完整模型的数据分为两部分，一部分与患者下颌骨缺损模型点云数据对应作为训练数据，另一部分与下颌骨缺损模型缺失部分对应做为验证数据。
[0037]支持向量机的最佳核函数为高斯函数，公式如下：
[0038][0039]其中σ为高斯函数系数：
[0040]通过训练支持向量机并与验证数据验证，获得最佳拟合函数及最佳参数。
[0041]拟合函数的最佳参数：σ＝2
‑9＝0.001953，损失函数为0.03；惩罚常数C＝27＝128。
[0042]2.预测：再将患者下颌骨模型点云数据代入最佳拟合函数得到缺失部分的点云数据。
[0043]训练思路：假设y，z为自变量，x为因变量，训练数据y，z的最大值为ymax与zmax，最小值为ymin与zmin。根据这些本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种跨中线下颌骨缺损外形修复方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、三维重建：获取患者下颌骨的CT扫描数据并进行三维重建得到患者下颌骨的三维原始模型；S2、镜像修复处理：采用镜像技术，基于对称原理，利用患者健全侧的下颌骨数据修复缺损侧的下颌骨数据，得到镜像修复模型；S3、跨中线缺损修复处理：基于事先利用支持向量机的机器学习方法对下颌骨下缘曲面的外形进行学习而建立的下颌骨曲面数学模型，预测缺失部分数据，得到修复后的下颌骨模型；S4、设计个性化下颌植入物：结合镜像修复模型和修复后的下颌骨模型，设计个性化下颌植入物；S5、制造个性化植入物：采用3D打印技术制造个性化下颌植入物。2.根据权利要求1所述的一种跨中线下颌骨缺损外形修复方法，其特征在于，所述步骤S3进一步包括如下步骤：S3
‑
1、提取感兴趣区域：利用镜像修复模型提取下颌骨下缘5mm厚度范围内的区域为感兴趣区域；S3
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2、面模型点云化：将镜像修复模型进行点云化处理，以三维坐标记录点云数据；S3
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭培勇，王琴，许萍，
申请(专利权)人：贵州中医药大学第一附属医院，
类型：发明
国别省市：