[发明专利]用于计算机辅助的正颌外科手术规划的系统和方法

说明书

本文描述用于正颌外科手术规划的系统和方法。一种示例性计算机实现的方法可包括：生成受试者颅骨的复合三维(3D)模型；限定所述复合3D模型的全局参考系；在所述复合3D模型上执行头影测量分析，以量化所述受试者颅骨的至少一个几何性质；执行虚拟截骨术以将所述复合3D模型分离成多个段；使用所述截骨段执行外科手术模拟；以及为受试者设计外科手术夹板或模板。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年8月19日提交的标题为“CEPHALOMETRY MODELING SYSTEM FORSURGICAL PLANNING”的美国临时专利申请号62/377,084的权益，所述申请的公开内容全文以引用方式明确并入本文。

关于联邦资助研究的声明

本发明是在由美国国立卫生研究院/国立口腔和颅面研究所授予的批准号RO1DE022676和RO1 DE021863下在政府支持下进行的。政府对本发明享有某些权利。

背景技术

正颌外科手术是矫正牙颌面或颚畸形的外科规程。每年有数千名患者选择接受各种正颌外科规程。然而，由于牙颌面解剖结构的复杂性，正颌外科手术通常需要充分的术前规划。尽管外科手段在过去50年中有了迅速的改进，例如刚性固定、吸收性材料和牵引成骨术，但是可用的正颌外科手术规划工具自20世纪60年代以来从未改变过，例如二维(2D)头影测量、预测追踪和石膏牙科模型外科[1-3]。存在许多与这些传统技术相关联的已记载的问题，这些问题通常导致不够理想的外科手术结果[3]。

为了解决与如上所述的传统规划方法相关联的问题，已经开发出使用计算机辅助的外科手术模拟(CASS)方法来规划正颌外科手术的临床方案[3,4]。此CASS方案已经被证明对于制定更准确且有效的治疗计划至关重要[5,6]。它现在是一种新的治疗标准。但是，CASS方案要求用户具有使用计算机制图和虚拟模拟的丰富经验。这些模拟必须外包给昂贵的商业服务，或者个体医生必须接受广泛的培训才能使用现用的计算机制图软件。此外，尚无已知的规划系统能够执行用于实施CASS方案所需的每项任务，例如正中头部姿势(NHP)对齐、三维(3D)头影测量分析、自动化外科手术模拟以及针对3D打印机设计夹板/模板。

发明内容

本文描述一种用于正颌外科手术规划的示例性计算机实现的方法。所述计算机实现的方法可包括：生成受试者颅骨的复合三维(3D)模型；限定所述复合3D模型的原初参考系；在所述复合3D模型上执行头影测量分析，以量化所述受试者颅骨的至少一个几何性质；执行虚拟截骨术以将所述复合3D模型分离成多个段；使用所述截骨段执行外科手术模拟；以及为受试者设计外科手术夹板或模板。所述复合3D模型可包括所述受试者颅骨的骨骼、牙和软组织特征的再现。

可替代地或另外地，所述复合3D模型可包括多个3D模型。另外，所述多个3D模型可包括中面模型、下颌骨模型、软组织模型、牙科模型或基准标记模型中的两者或更多者。在一些实现方式中，生成所述复合3D模型的步骤可包括：将所述牙科模型与所述中面模型和所述下颌骨模型合并。在一些实现方式中，所述计算机实现的方法还可包括：对齐形成所述复合3D模型的所述多个3D模型。

可替代地或另外地，限定所述原初参考系的步骤可包括：将所述复合3D模型重新取向到所述受试者的标准解剖学姿势。

可替代地或另外地，限定所述原初参考系的步骤可包括：计算所述复合3D模型的一个或多个对称平面。所述一个或多个对称平面可以是正中矢状平面、轴向平面或冠状平面。

可替代地或另外地，执行所述头影测量分析的步骤可包括：量化所述受试者颅骨的对象对称性。所述头影测量分析是在所述复合3D模型上执行的，即，执行了3D头影测量分析。例如，可使用加权普氏分析来量化所述受试者颅骨的对象对称性。