[发明专利]一种基于隐函数的颅颌面部导板设计方法

说明书

本发明公开了一种基于隐函数的颅颌面部导板设计方法，涉及计算机辅助外科设计领域，包括如下步骤：1)导入三维模型数据，在三维模型上通过鼠标拖动选点，用于构造导板的轮廓线；2）计算选点所构成的轮廓线的隐函数；3）使用轮廓线隐函数在三维模型上进行裁剪，得到相应形状的导板表面模型；4）增厚裁剪得到导板表面模型，得到相应的导板模型。本发明详细流程图如图1所示，基于本发明提供的技术可以对不同病患提供个性化的修复方案。

技术领域

本发明涉及计算机辅助外科手术设计技术领域，主要涉及一种基于隐函数的颅颌面部导板设计方法。

背景技术

近年来，随着数字化技术在现代医学的广泛运用，催生了极具创造性的医学分支学科—数字医学。简单来说，数字化医学是指运用计算机、数字化手段对临床医学进行新的探索和创造，对传统医疗技术加以辅助，以达到更加可靠和精确的诊断以及更加有效和准确的治疗。其中，与外科领域最为相关的是计算机辅助外科技术。上世纪末起，国外学者将计算机辅助外科技术运用于颅頜面外科中，进行术前评估、手术计划制定及制作导板与定做假体等。近年来，这一技术发展迅速，国内外先后有大量报道计算机辅助外科运用于颅頜面大面积缺损修复、复杂颌骨骨折修复等领域。

颅颌面的缺损或者畸形会严重影响患者的容貌和咀嚼吞咽等生理功能，更有甚者会引发病患者心理和精神上的疾患。颅颌面外科中经常需要面对的挑战是针对不同病患提供个性化的修复方案，辅助导板技术主要用于制作辅助导板对颅颌面进行辅助修复。对于各种颅颌面骨的缺损，计算机可以根据医生的需要，模拟骨缺损的重建手术。计算机可以通过将供区骨与受区骨（或缺损骨的镜像）进行匹配比较，来选择最适合用于重建的供骨移植区域；并可以在术前，事先通过计算设计并制作移植骨块，固定导板等，从而帮助医生在实际手术中完成精确的颅颌面骨切除和重建手术等。

本发明通过分析现有医学软件可利用功能在导板设计方面的缺失，设计了一种基于隐函数的颅颌面部导板设计方法，用于供医生在重建的三维颅頜面骨模型上，设计移植骨块及手术中辅助固定导板等，帮助医生完成更为准确的治疗。

发明内容

本发明的目的在于：设计了一种基于隐函数的颅颌面部导板设计方法，用于供医生在重建的三维颅頜面骨模型上，设计移植骨块及手术中辅助固定导板等，帮助医生完成更为准确的治疗。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于隐函数的颅颌面部导板设计方法，步骤如下：

1）在三维模型上通过鼠标拖动选点，用于构造导板的轮廓线；

轮廓线的选点并非只选择已经存在于模型表面的点，还可以放置新生成的点到模型上，新生成点的三维坐标位置由屏幕的二维坐标位置投影确定；所有选点均被保存到选点列表中。

2）计算选点所构成的轮廓线的隐函数，使用隐函数来表示导板的轮廓线：

隐函数是三维空间中定义的实值函数，其数学表达式形式为：

（1）

其中c表示任意常量。隐函数的使用需要满足两个先决条件：（1）能够计算函数的值。（2）能够计算在给定点的梯度。隐函数将三维空间区域划分为三个区域：表面区域（F(x,y,z)=c），外部区域（F(x,y,z)c）以及内部区域（F(x,y,z)c）。此外，当c=0时，函数正值为外部，负值为内部，零为表面，函数梯度由内向外。

隐函数通常可以用来描述简单规则的几何体，例如：曲线、曲面、球体、曲面、柱体等。曲线是计算机辅助设计领域常用的设计元素，轮廓线曲线的隐函数计算采用了插值的方法。插值是利用函数在某区间中已知的若干点的函数值，求解出适当的特定函数，即隐函数。本发明采用三次多项式插值计算轮廓线对应的隐函数。

3）使用轮廓线隐函数在三维模型上进行裁剪，得到相应形状的导板表面模型；