本發(fā)明的實(shí)施例通常涉及基于放射成像，而用作健康護(hù)理中患者處理的設(shè)計(jì)和制造定制的植入體。

更具體地，本發(fā)明的不同實(shí)施例涉及用于制造在關(guān)節(jié)的接合表面上進(jìn)行軟骨修復(fù)的外科裝備的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

放射學(xué)是一種醫(yī)療技術(shù)，使用成像來診斷和治療病人健康相關(guān)的問題。放射學(xué)使用成像技術(shù)中的陣列，例如X-射線造影、超聲波、計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)、核醫(yī)學(xué)、正電子發(fā)射斷層顯像(PET)和磁共振成像(MRI)。

患者暴露于放射成像技術(shù)，通過捕捉如膝關(guān)節(jié)的三維放射影像，提供關(guān)于人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息。這出現(xiàn)在一個醫(yī)療設(shè)施如醫(yī)院的放射科內(nèi)。獲得的影響和信息被轉(zhuǎn)送至植入體設(shè)計(jì)中心，用于設(shè)計(jì)植入體并產(chǎn)生控制軟件(CAD/CAM)，如用于提高或修復(fù)受損的軟骨，如受損的人體膝蓋。

在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，植入體制造為標(biāo)準(zhǔn)尺寸的外科裝備，或可配有標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)，以在植入手術(shù)中支持，如支持決定位置和植入體的安裝角度。

傳統(tǒng)的系統(tǒng)的問題在于，植入體很難與患者定制，可導(dǎo)致未受損的軟骨上的不必要的大面積的替換，植入體的頂部表面與被替換的軟骨頂部表面不對齊，反過來又可能導(dǎo)致經(jīng)受植入手術(shù)的人的條件降低或未改善。

另一問題在于，人體內(nèi)表面的三維表現(xiàn)，例如從關(guān)節(jié)的接合表面的放射3D圖像獲取的3D表面，此類基于三維放射圖像而生成的三維表現(xiàn)，通常不如健康的軟骨組織的表面般平滑。

又一問題在于基于3D放射圖像和分割處理生成或獲取關(guān)節(jié)表面的精確三維表現(xiàn)，其中分割處理是由分割處理控制參數(shù)組而控制的。

另一問題在于，通過獲取可實(shí)現(xiàn)用于軟骨修復(fù)的患者定制的外科裝備的改進(jìn)的制造的分割處理控制參數(shù)組，在具有受損軟骨頂部表面的區(qū)域內(nèi)預(yù)估未受損的軟骨頂部表面。

因此，需要一種可改進(jìn)用于軟骨修復(fù)的外科裝備的制造的系統(tǒng)和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于改進(jìn)用于軟骨修復(fù)的患者定制的外科裝備的制造。

概要

本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于軟骨修復(fù)的外科裝備的改進(jìn)的制造。部分實(shí)施例包括接收表現(xiàn)關(guān)節(jié)的三維圖像的放射圖像數(shù)據(jù)，取決于已升級(trained)的分割過程控制參數(shù)組和放射圖像數(shù)據(jù)，生成可升級(trainable)的圖像分割過程中關(guān)節(jié)的第一表面的第一三維表現(xiàn)，取決于已升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組和放射圖像數(shù)據(jù)，生成可升級的動態(tài)模型過程中關(guān)節(jié)的第二表面的第二三維表現(xiàn)，基于放射圖像數(shù)據(jù)生成軟骨損傷周長CDP，基于第一表面、第二表面和CDP生成表現(xiàn)幾何對象一組數(shù)據(jù)，其中幾何對象表現(xiàn)了確定了的軟骨損傷和CDP，并生成用于控制CAD或CAM系統(tǒng)的控制軟件，以根據(jù)表現(xiàn)幾何對象的該組數(shù)據(jù)和所述外科裝備的組件的預(yù)定模型，制造用于軟骨修復(fù)的外科裝備。

本發(fā)明的另一有益之處在于可獲得植入人體的軟骨植入體的改進(jìn)的定制。

本發(fā)明的另一有益之處在于在植入手術(shù)后，可獲得與剩余健康的軟骨組織完好對齊的平滑表面。

本發(fā)明的另一有益之處在于可獲得關(guān)節(jié)表面的精確三維表現(xiàn)。

本發(fā)明的另一有益之處在于可獲得改進(jìn)的分割過程控制參數(shù)組，因而實(shí)現(xiàn)用于軟骨修復(fù)的患者定制的外科裝備的改進(jìn)的制造。

一個或多個實(shí)施例中，一種制造用于在關(guān)節(jié)的接合表面上進(jìn)行軟骨修復(fù)的外科裝備的方法，包括以下步驟：

-接收表現(xiàn)關(guān)節(jié)的三維圖像的放射圖像數(shù)據(jù)；

-根據(jù)已升級的分割過程控制參數(shù)組(420)及所述放射圖像數(shù)據(jù)，在可升級的圖像分割過程中生成關(guān)節(jié)(260)的第一表面的第一三維表現(xiàn)(330,460)；

-基于所述第一表面，生成表現(xiàn)幾何對象的一組數(shù)據(jù)，其中該組數(shù)據(jù)受限于所述第一表面；

-根據(jù)表現(xiàn)幾何對象的該組數(shù)據(jù)，及所述外科裝備的組件的預(yù)定模型，生成用于控制CAD或CAM系統(tǒng)的控制軟件，以制造用于軟骨修復(fù)的外科裝備；

一個或多個實(shí)施例中，進(jìn)一步包括基于已升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組和所述放射圖像數(shù)據(jù)，在可升級的動態(tài)模型過程內(nèi)生成關(guān)節(jié)(230)的第二表面的第二三維表現(xiàn)(320)的步驟；及；

進(jìn)一步基于所述第二三維表現(xiàn)，生成表現(xiàn)幾何對象的一組數(shù)據(jù)，其中所述幾何對象進(jìn)一步受限于所述第二表面；

一個或多個實(shí)施例中，進(jìn)一步包括基于所述放射圖像數(shù)據(jù)，生成軟骨損傷周長CDP的步驟；及；

進(jìn)一步基于所述CDP，生成表現(xiàn)幾何對象的一組數(shù)據(jù)，其中所述幾何對象進(jìn)一步受限于所述CDP；

一個或多個實(shí)施例中，進(jìn)一步包括基于所述放射圖像數(shù)據(jù)生成外科裝備周長SKP的步驟，及；

進(jìn)一步基于所述SKP生成表現(xiàn)幾何對象的一組數(shù)據(jù)，其中所述幾何對象進(jìn)一步受限于所述SKP；

一個或多個實(shí)施例中，其中在可升級的圖像分割過程中生成關(guān)節(jié)的第一表面的第一三維表現(xiàn)的步驟中，進(jìn)一步包括以下步驟：

1)獲取一預(yù)定有序組的分割過程控制參數(shù)組實(shí)例；

2)基于所述升級的分割過程控制參數(shù)組的第一實(shí)例和所述放射圖像數(shù)據(jù)，生成所述第一表面的第一三維表現(xiàn)；

3)在數(shù)據(jù)緩沖器內(nèi)存儲所述第一三維表現(xiàn)；

4)基于所述升級的分割過程控制參數(shù)組的下一實(shí)例和所述放射圖像數(shù)據(jù)，生成所述第一表面的第一三維表現(xiàn)460；

5)在數(shù)據(jù)緩沖器內(nèi)存儲所述第一三維表現(xiàn)；

6)對于所述預(yù)定有序組的所有實(shí)例重復(fù)步驟四和步驟五；

7)基于第一三維表現(xiàn)質(zhì)量值，確定已更新升級的分割過程控制參數(shù)組，其中所述第一三維表現(xiàn)質(zhì)量值是基于存儲在數(shù)據(jù)緩沖器內(nèi)的所述三維表現(xiàn)、所述預(yù)定有序組和預(yù)定目標(biāo)函數(shù)。

一個或多個實(shí)施例中，其中生成關(guān)節(jié)的第一表面的第一三維表現(xiàn)的步驟中，進(jìn)一步包括以下步驟：

11)獲取一初始分割過程控制參數(shù)組；

12)確定一升級的分割過程控制參數(shù)組為所述初始分割過程控制參數(shù)組；

13)基于所述升級的分割過程控制參數(shù)組和放射圖像數(shù)據(jù)，生成所述第一表面的第一三維表現(xiàn)，

14)基于所述第一三維表現(xiàn)質(zhì)量值，確定一差分升級的分割過程控制參數(shù)組，其中所述第一三維表現(xiàn)質(zhì)量值是基于所述三維表現(xiàn)及一預(yù)定目標(biāo)函數(shù)；

15)基于所述升級的分割過程控制參數(shù)組和所述差分升級的分割過程控制參數(shù)組，確定一更新升級的分割過程控制參數(shù)組，其中所述第一三維表現(xiàn)質(zhì)量值是基于所述三維表現(xiàn)和預(yù)定目標(biāo)函數(shù)；

16)如果所述三維表現(xiàn)質(zhì)量值低于或高于預(yù)定質(zhì)量值閾值，重復(fù)上述步驟13-16。

一個或多個實(shí)施例中，其中在可升級的圖像分割過程中生成關(guān)節(jié)的第二表面的第二三維表現(xiàn)的步驟中，進(jìn)一步包括以下步驟：

20)獲取一初始動態(tài)模型過程控制參數(shù)組；

21)確定一升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組為所述初始動態(tài)模型過程控制參數(shù)組；

22)基于所述升級的動態(tài)模型參數(shù)控制組和所述放射圖像數(shù)據(jù)，生成所述第二表面的第二三維表現(xiàn)；

23)基于一三維表現(xiàn)質(zhì)量值，確定一差分升級的動態(tài)模型過程控制組，其中所述三維表現(xiàn)質(zhì)量值是基于所述三維表現(xiàn)；

24)基于所述升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組和所述差分升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組，確定一更新升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組；

25)如果所述三維表現(xiàn)質(zhì)量值低于或高于一預(yù)定質(zhì)量值閾值，重復(fù)上述步驟20-25.

一個或多個實(shí)施例中，其中所述放射圖像數(shù)據(jù)為基于X射線、超聲波、計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)、核醫(yī)學(xué)、正電子發(fā)射斷層顯像(PET)和磁共振成像(MRI)。

一個或多個實(shí)施例中，一用于制造在關(guān)節(jié)的接合表面上進(jìn)行軟骨修復(fù)的外科裝備的植入體設(shè)計(jì)中心系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

存儲器830；

通信接口840；

處理器810，配置為執(zhí)行以下步驟：

-接收表現(xiàn)關(guān)節(jié)的三維圖像的放射圖像數(shù)據(jù)；

-基于升級的分割過程控制參數(shù)組和所述放射圖像數(shù)據(jù)，在可升級的圖像分割過程中生成關(guān)節(jié)的第一表面的一第一三維表現(xiàn)；

-基于所述第一表面，生成一組表現(xiàn)幾何對象的數(shù)據(jù)，其中所述幾何對象受限于所述第一表面；

-基于表現(xiàn)該組幾何對象的數(shù)據(jù)和所述外科裝備的組件的預(yù)定模型，生成適用于控制CAD或CAM系統(tǒng)以制造用于軟骨修復(fù)的外科裝備的控制軟件。

一計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)可讀編碼，配置為當(dāng)在一處理器內(nèi)執(zhí)行時，執(zhí)行本發(fā)明所述的任意或所有方法步驟。

一非暫時性的計(jì)算機(jī)可讀存儲器，其上存儲有計(jì)算機(jī)可讀編碼，配置為當(dāng)在一處理器內(nèi)執(zhí)行時，執(zhí)行本發(fā)明所述的任意或所有方法步驟。

附圖說明

本發(fā)明的實(shí)施例將參照附圖詳細(xì)描述，其中：

圖1a描繪了具有骨頭和軟骨組織的健康關(guān)節(jié)；

圖1b描繪了具有骨頭和受損軟骨組織的受損關(guān)節(jié)；

圖2a描繪了關(guān)節(jié)的第一表面的生成的第一三維表現(xiàn)、關(guān)節(jié)的第二表面的生成的第二三維表現(xiàn)、生成的軟骨損傷周長CDP和根據(jù)本發(fā)明公開的一個或多個實(shí)施例中生成的外科裝備周長SKP的側(cè)視橫斷面；

圖2b描繪了關(guān)節(jié)的第一表面的生成的第一三維表現(xiàn)、關(guān)節(jié)的第二表面的生成的第二三維表現(xiàn)、生成的軟骨損傷周長CDP和根據(jù)本發(fā)明公開的一個或多個實(shí)施例中生成的外科裝備周長SKP的俯視圖；

圖3a示出了關(guān)節(jié)的第一表面的第一三維表現(xiàn)、關(guān)節(jié)的第二表面的第二三維表現(xiàn)和幾何對象的實(shí)施例的示意圖；

圖3b示出了包括在基于幾何對象的外科裝備的組件的模型內(nèi)適用的植入體組件，和包括在基于幾何對象的外科裝備的組建的模型內(nèi)適用的植入體導(dǎo)向部件的實(shí)施例的示意圖，

圖4示出了可升級的圖像分割過程的實(shí)施例的示意圖；

圖5示出了可升級的圖像分割過程的可選實(shí)施例的示意圖；

圖6示出了可升級的動態(tài)模型過程的實(shí)施例的示意圖；

圖7示出了制造用于軟骨修復(fù)的外科裝備的系統(tǒng)實(shí)施例的示意圖；

圖8示出了適用于生成適用于控制CAD或CAM系統(tǒng)以制造用于軟骨修復(fù)的外科裝備的控制軟件的植入體設(shè)計(jì)中心的實(shí)施例的示意圖；

圖9示出了用于制造外科裝備的計(jì)算機(jī)執(zhí)行方法的實(shí)施例的流程圖；

圖10示出了制造用于關(guān)節(jié)的接合表面進(jìn)行軟骨修復(fù)的外科裝備的另一計(jì)算機(jī)執(zhí)行方法的實(shí)施例的流程圖；

圖11示出了制造用于關(guān)節(jié)的接合表面進(jìn)行軟骨修復(fù)的外科裝備的另一計(jì)算機(jī)執(zhí)行方法的實(shí)施例的流程圖；

圖12示出了制造用于關(guān)節(jié)的接合表面進(jìn)行軟骨修復(fù)的外科裝備的另一計(jì)算機(jī)執(zhí)行方法的實(shí)施例的流程圖；

圖13示出了制造用于關(guān)節(jié)的接合表面進(jìn)行軟骨修復(fù)的外科裝備的另一計(jì)算機(jī)執(zhí)行方法的實(shí)施例的流程圖。

具體實(shí)施方式

介紹

當(dāng)通過執(zhí)行軟骨植入手術(shù)修復(fù)軟骨時，第一個問題在于確定植入體的設(shè)計(jì)或尺寸。植入體通常通過在一鉆腔(drilled cacity)，例如骨頭內(nèi)，插入植入體支撐件與患者身體聯(lián)系或連接。因此另一問題在于保證軟骨植入體正確安放或放置，即保證植入體的位置和安裝角度正確，由此將植入體的外表面或頂面與剩余軟骨組織對齊。

本文描述的發(fā)明概念基于放射圖像數(shù)據(jù)，通過提供植入體和匹配的植入體導(dǎo)向，本文中稱為外科裝備，解決了上述問題。植入體導(dǎo)向可放置于患者身體并與患者身體，通常為連接有軟骨的骨頭連接，由此允許在正確的位置鉆有腔，及允許用于植入體支撐件的插入的安裝角度。

為了對特定患者定制外科裝備，通過采用包括植入體組件和植入體導(dǎo)向組件的組件模型，獲得外科裝備的設(shè)計(jì)。植入體的輪廓基于軟骨損傷周長CDP確定，該參數(shù)指明了軟骨損傷的范圍，例如關(guān)節(jié)的第二表面。植入體導(dǎo)向的輪廓通過生成外科裝備周長SKP確定，該參數(shù)指明了關(guān)節(jié)的第一表面上的區(qū)域，例如特定患者上可獲得的下方的骨頭以放置植入體導(dǎo)向。植入體的外表面或頂面有剩余軟骨組織外表面確定，并適用為可獲得軟骨外表面和植入體外表面間的平滑過渡，即與剩余軟骨組織外表面對齊。組件模型基于關(guān)節(jié)的第一表面及可選的關(guān)節(jié)的第二表面、CDP和SKP所適用。

為了適用模型組件，關(guān)節(jié)的第一表面的第一三維表現(xiàn)、可選地關(guān)節(jié)的第二表面的第二三維表現(xiàn)、CDP和可選地SKP基于放射圖像數(shù)據(jù)生成。

為了從放射圖像數(shù)據(jù)中提取第一表面，第一表面的第一三維表現(xiàn)可通過基于分割過程控制參數(shù)組的圖像分割過程內(nèi)生成。

植入體的外表面或頂面代替受損組織。受損組織的外表面或頂面在放射圖像數(shù)據(jù)內(nèi)不可識別，然后未受損組織可識別，并可使用為適用于第二表面的動態(tài)模型，以與未受損組織對齊。因此，基于動態(tài)模型過程控制參數(shù)組，關(guān)節(jié)的第二表面的第二三維表現(xiàn)可在動態(tài)模型過程內(nèi)生成。

當(dāng)?shù)谝蝗S表現(xiàn)、可選地第二三維表現(xiàn)、所述CDP和所述SKP生成后，可生成表現(xiàn)幾何對象的一組數(shù)據(jù)，并用于生成適用于控制CAD或CAM系統(tǒng)以制造用于軟骨修復(fù)的外科裝備的控制軟件。

定義

用于軟骨修復(fù)的外科裝備在本文中可理解為適用于個人或患者的一組定制化植入體和植入體導(dǎo)向，為植入體手術(shù)做準(zhǔn)備，其中植入體導(dǎo)向配置為通過引導(dǎo)植入體至期望位置和植入體手術(shù)對象的個人上正確的安裝角度，幫扶植入體手術(shù)時的外科醫(yī)生。如果植入體自其擬在位置偏移，可造成關(guān)節(jié)上加劇磨損及負(fù)載。外科醫(yī)生的困難任務(wù)在于安放或放置植入體。因此需要完美匹配的植入體及設(shè)計(jì)為在植入體手術(shù)中幫扶外科醫(yī)生的工具。植入體和導(dǎo)向的設(shè)計(jì)，換句話說外科裝備的設(shè)計(jì)，對于植入體在患者關(guān)節(jié)內(nèi)的壽命的結(jié)果是很關(guān)鍵的。放置或植入體設(shè)計(jì)的微小區(qū)別對在患者體內(nèi)的植入體的效益和壽命、患者的恢復(fù)期時間、因手術(shù)時間的經(jīng)濟(jì)價值、植入體手術(shù)的成功率可造成巨大的區(qū)別。

關(guān)節(jié)的表面在本文中可理解為與軟骨關(guān)聯(lián)的表面，例如與骨頭或軟骨的外表面連接的軟骨的內(nèi)表面。

放射圖像數(shù)據(jù)，表現(xiàn)關(guān)節(jié)的三維圖像，在本文中可理解為設(shè)置在一三維陣列體素(voxel)，或像素，或在預(yù)定距離內(nèi)獲得的多個有序二維圖像內(nèi)的數(shù)據(jù)。像素在一預(yù)定分辨率內(nèi)包括像素值，如8,16,32比特，其中像素值可表明強(qiáng)度或灰度值。一示例中，放射圖像數(shù)據(jù)以體素或像素的3D陣列成形。每一體素可具有一強(qiáng)度或灰度值，例如，16比特像素下自0至65535的范圍，8比特像素下0至255的范圍。大多數(shù)醫(yī)學(xué)圖像系統(tǒng)生成使用16比特灰度范圍的圖像。三維圖像通常具有大量的像素，對于如分割和模式識別的處理而言計(jì)算非常密集。為了減少復(fù)雜性和密集計(jì)算，可在一如稱為分割的過程中，生成第一表面的三維表現(xiàn)。

三維表現(xiàn)在本文中可理解為設(shè)置在一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如表現(xiàn)三維表面的陣列內(nèi)的數(shù)據(jù)值。此類三維表面可以是自三維放射圖像數(shù)據(jù)中選擇的體素、三維網(wǎng)格、參數(shù)曲面、表面模型或任何其他本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的三維表面的表現(xiàn)。

可升級過程在本文中可理解為與如圖像數(shù)據(jù)、幾何模型和控制參數(shù)的輸入數(shù)據(jù)、如三維表現(xiàn)的輸出數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的過程，與一配置為通過生成質(zhì)量值和基于質(zhì)量值以迭代過程，評估輸出數(shù)據(jù)的升級單元適用。上述迭代可持續(xù)直到質(zhì)量值超過一預(yù)定閾值。

圖像分割過程在本文中可理解為以一語義意義方式配置至分區(qū)圖像數(shù)據(jù)的過程，以生成三維表現(xiàn)，例如基于動態(tài)分割過程控制參數(shù)和放射圖像數(shù)據(jù)，識別例如與骨頭連接的軟骨的內(nèi)表面的關(guān)節(jié)的接合表面。

分割過程控制參數(shù)組在本文中可理解為控制圖像分割過程，和由圖像分割過程生成的三維表現(xiàn)的性質(zhì)的控制參數(shù)。此類參數(shù)的示例可以是期望孔半徑，識別不同區(qū)域或組織類型的類別數(shù)，集群的錯誤容忍，分成不同類別灰度值，在分類的區(qū)域平滑度，迭代次數(shù)，下采樣系數(shù)或仿樣距離。

動態(tài)模型過程在本文中可理解為配置為適用表面的動態(tài)模型，以與放射圖像數(shù)據(jù)，如未受損軟骨組織的周長或未受損軟骨的預(yù)估表面的預(yù)定特征對齊的過程，以基于動態(tài)模型過程控制參數(shù)和放射圖像數(shù)據(jù)生成第二三維表現(xiàn)。

動態(tài)模型控制參數(shù)在本文中可理解為控制動態(tài)模型過程和生成的三維表現(xiàn)的性質(zhì)的控制參數(shù)。

周長在本文中可理解為界定三維表現(xiàn)的子集的周長。

軟骨損傷周長(CDP)在本文中可理解為界定第一或第二三維表現(xiàn)的子集的周長。一示例中，其可包括識別植入體和待制造的外科裝備的部分的周長。

外科裝備周長(SKP)在本文中可理解為界定第一三維表現(xiàn)的子集的周長。一示例中，其可包括識別導(dǎo)向的可行位置及待制造的外科裝備的部分的周長。

幾何對象在本文中可理解為一幾何對象或由第一三維表現(xiàn)的子集作為底部，由第二三維表現(xiàn)作為頂部和將幾何對象的頂部和底部互連的表面界定的體積。第一或第二三維表現(xiàn)的子集由一周長界定，例如CDP或外科裝備周長SKP。

適用為控制CAD或CAM系統(tǒng)的控制軟件在本文中可理解為由包括電腦程序編碼部分的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)的數(shù)據(jù)值，該電腦程序編碼部分配置為引導(dǎo)處理器執(zhí)行顯示或引導(dǎo)在關(guān)節(jié)的接合表面用作軟骨修復(fù)的外科裝備的制造。

組件的預(yù)定模型在本文中可理解為包括植入體組件和植入體導(dǎo)向組件的模型，植入體組件和植入體導(dǎo)向組件可基于幾何對象、放射圖像數(shù)據(jù)、第一三維表現(xiàn)和第二三維表現(xiàn)適用。一示例中，植入體組件的尺寸適用為替換受損軟骨，而植入體組件適用為與第一和第二三維表現(xiàn)匹配，以實(shí)現(xiàn)第一表現(xiàn)或骨頭上的固定點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)植入體組件的正確定位、并實(shí)現(xiàn)植入體組件的正確安裝角度。

三維表現(xiàn)質(zhì)量值在本文中可理解為基于三維表現(xiàn)確定在預(yù)定關(guān)系上的質(zhì)量值。一示例中，其可包括將三維表現(xiàn)與一參考表面比較，例如，通過生成一歐式空間內(nèi)的表面間距離的測量。在另一示例中，其可包括評估三維表現(xiàn)的光滑性或與一參考表面進(jìn)行比較的三維表現(xiàn)的偏差。

附圖說明

圖1a描繪了具有骨頭130和軟骨組織120的健康關(guān)節(jié)110。

圖1b描繪了具有骨頭150和受損軟骨組織160的受損關(guān)節(jié)140。

圖2a描繪了根據(jù)本發(fā)明公開的一個或多個實(shí)施例中，關(guān)節(jié)的第一表面260的生成的第一三維表現(xiàn)、關(guān)節(jié)230的第二表面的生成的第二三維表現(xiàn)、生成的軟骨損傷周長CDP250和生成的外科裝備周長SKP270的側(cè)視截面圖。

圖2b描繪了根據(jù)本發(fā)明公開的一個或多個實(shí)施例中，關(guān)節(jié)260的第一表面的生成的三維表現(xiàn)、生成的軟骨損傷周長250和生成的多個外科裝備周長SKP270的俯視圖。

圖3a示出了關(guān)節(jié)的第一表面的生成的第一三維表現(xiàn)330、關(guān)節(jié)的第二表面的生成的第二三維表現(xiàn)320和幾何對象350的示意圖。一個或多個實(shí)施例中，幾何對象基于CDP、第一三維表現(xiàn)和第二三維表現(xiàn)生成。在一個或多個實(shí)施例中，所述第一三維表現(xiàn)330在放射圖像數(shù)據(jù)、多邊形網(wǎng)格、解剖模型或參數(shù)曲面內(nèi)以選擇的體素的形式表現(xiàn)。

在一非限制性示例中，一植入體安裝位置確定為CDP包括的第一三維表現(xiàn)上的位置，植入體安裝角度確定為第一三維表現(xiàn)的正交或表面正交矢量。所述第一三維表現(xiàn)的第一子集基于CDP確定。CDP進(jìn)一步地沿一由植入體安裝角度表現(xiàn)的軸轉(zhuǎn)化為第二三維表現(xiàn)，而所述第一三維表現(xiàn)的第二子集基于轉(zhuǎn)化的CDP確定。幾何對象隨后基于第一子集、第二子集和內(nèi)接所述第一子集和第二子集的表面生成。

圖3b描繪了基于適用為控制CAD或CAM系統(tǒng)以制造用于軟骨修復(fù)的基于表現(xiàn)幾何對象的一組數(shù)據(jù)的外科裝備的控制軟件，及根據(jù)本發(fā)明公開方法的所述外科裝備的組件的預(yù)定模型，制造的外科裝備。在一個或多個實(shí)施例中，組件的預(yù)定模型包括植入體組件350和植入體導(dǎo)向組件360。在一個或多個實(shí)施例中，組件的預(yù)定模型進(jìn)一步包括植入體支撐組件370。在一個或多個實(shí)施例中，植入體組件基于幾何對象適用。在一個或多個實(shí)施例中，植入體導(dǎo)向組件基于幾何對象和SKP適用。

在一非限制性示例中，植入體組件通過縮放和旋轉(zhuǎn)植入體組件適用，從而其包括在幾何對象內(nèi)，且植入體組件的頂面或外表面與幾何對象對齊，并與未受損軟骨組件對齊。

為了在關(guān)節(jié)的接合表面上設(shè)計(jì)和制造用于軟骨修復(fù)的定制化外科裝備，有必要識別參考表面，例如軟骨組織下的骨頭。該參考表面通過從放射圖像數(shù)據(jù)提取第一表面識別，例如基于分割過程控制參數(shù)組，通過在放射圖像分割過程生成第一表面的第一三維表現(xiàn)。生成的第一三維表現(xiàn)或表面的質(zhì)量或準(zhǔn)確性取決于分割過程控制參數(shù)組，且可對于單獨(dú)的患者和關(guān)節(jié)的單獨(dú)類型，如膝蓋、腳趾、肘部等不同。對于第一三維表現(xiàn)的進(jìn)一步質(zhì)量和精確度，分割過程控制參數(shù)組可通過參數(shù)升級獲取。參數(shù)升級通常包括嘗試將某些模型，例如目標(biāo)函數(shù)，與觀察的數(shù)據(jù)，如第一表面的第一三維表現(xiàn)匹配。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明公開的用于可升級圖像分割過程的方法的實(shí)施例的示意圖。在一個或多個實(shí)施例中，關(guān)節(jié)的第一表面的第一三維表現(xiàn)460基于升級后的分隔過程控制參數(shù)組430和放射圖像410生成在可升級的圖像分割過程450中。在一個或多個實(shí)施例中，該方法包括：

1)獲取一預(yù)定有序組的分割過程控制參數(shù)實(shí)例；

2)基于所述升級的分割過程控制參數(shù)組和所述放射圖像數(shù)據(jù)，生成所述第一表面的第一三維表現(xiàn)460；

3)在一存儲器或數(shù)據(jù)緩沖器480內(nèi)存儲所述第一三維表現(xiàn)；

4)基于所述升級的分割過程控制參數(shù)組和所述放射圖像數(shù)據(jù)的下一實(shí)例，生成所述第一表面的第一三維表現(xiàn)460；

5)在一數(shù)據(jù)緩沖器480內(nèi)存儲所述第一三維表現(xiàn)；

3)對于所述預(yù)定有序組的所有實(shí)例重復(fù)步驟1和2；

4)基于第一三維表現(xiàn)質(zhì)量值，確定更新的升級的分割過程控制參數(shù)組490，其中所述第一三維表現(xiàn)質(zhì)量值為基于存儲在數(shù)據(jù)緩沖器480，所述預(yù)定有序組和預(yù)定目標(biāo)函數(shù)內(nèi)的所述三維表現(xiàn)。

一非限制性示例中，分割過程控制參數(shù)的一預(yù)定數(shù)量的實(shí)例作為一有序組獲取，例如，十個先前使用過的用于分割過程的參數(shù)組。第一三維表現(xiàn)對于分割過程控制參數(shù)的每一實(shí)例生成，并存儲在數(shù)據(jù)緩沖器或存儲器內(nèi)。目標(biāo)函數(shù)，例如分割的表面如何從例如參數(shù)曲面的參考表面偏離的測量，用于確定第一三維表現(xiàn)質(zhì)量值。一更新升級的分割過程控制參數(shù)組隨后確定，例如，基于第一三維表現(xiàn)質(zhì)量值從有序組選擇實(shí)例，基于第一三維表現(xiàn)質(zhì)量值從有序組結(jié)合實(shí)例，或用于生成升級的分割過程控制參數(shù)組的新實(shí)例。在可選的實(shí)施例中，可使用任意的本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的目標(biāo)函數(shù)，例如用于三維曲面/網(wǎng)格的粗糙度測量。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明公開的方法中，可升級的分割過程的實(shí)施例的示意圖。一個或多個實(shí)施例中，在可升級的圖像分割過程550中的關(guān)節(jié)的第一表面的第一三維表現(xiàn)560為基于已升級的分割過程控制參數(shù)組530和放射圖像數(shù)據(jù)510。一個或多個實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括：

1)獲取初始分割過程控制參數(shù)組520；

2)確定已升級的分割過程控制參數(shù)組530作為所述初始分割過程控制參數(shù)組520；

3)基于所述已升級的分割過程控制參數(shù)組和所述放射圖像數(shù)據(jù)，生成所述第一表面的第一三維表現(xiàn)560；

4)基于第一三維表現(xiàn)質(zhì)量值，確定570已升級的分割過程控制參數(shù)組540；

5)基于所述已升級的分割過程控制參數(shù)組520和所述差分已升級的分割過程控制參數(shù)組540，確定已更新升級的分割過程控制參數(shù)組530；

6)若所述第一三維表現(xiàn)質(zhì)量值低于或高于一預(yù)定質(zhì)量值閾值，重復(fù)步驟3-6。

一非限制性實(shí)例中，獲取了初始的分割過程控制參數(shù)組，例如，先前使用和存儲的分割過程控制參數(shù)組。初始的分割過程控制參數(shù)組確定為已升級的分割過程控制參數(shù)，并與接收到的放射圖像數(shù)據(jù)共同使用，和確定為已升級的分割過程控制參數(shù)組內(nèi)的關(guān)節(jié)的描述，以生成第一三維表現(xiàn)。生成的第一三維表現(xiàn)由預(yù)定目標(biāo)函數(shù)評估，例如，分割的表面如何從參考表面偏移的測量，以獲得第一三維表現(xiàn)質(zhì)量值。差分已升級的分割過程控制參數(shù)組基于第一三維表現(xiàn)質(zhì)量值確定，例如通過施加預(yù)定增量值至所述已升級的分割過程控制參數(shù)組或通過在包括已升級的分割過程控制組和第一三維表現(xiàn)質(zhì)量值的預(yù)定表格內(nèi)執(zhí)行查找。一已更新升級的分割過程控制參數(shù)組進(jìn)一步基于所述差分升級的分割過程控制參數(shù)組和所述已升級的分割過程控制參數(shù)組確定。該方法步驟可重復(fù)直至可確定所述第一三維表現(xiàn)質(zhì)量值低于、高于或等于預(yù)定質(zhì)量值閾值。

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明公開的方法，一可升級的動態(tài)模型過程的實(shí)施例的示意圖。一個或多個實(shí)施例中，可升級的動態(tài)模型過程650內(nèi)的關(guān)節(jié)的第二表面的第二三維表現(xiàn)660取決于已升級的動態(tài)模型控制參數(shù)組630和放射圖像數(shù)據(jù)610。一個或多個實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括：

10)獲取初始動態(tài)模型過程控制參數(shù)組620；

11)確定已升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組630作為所述初始動態(tài)模型過程控制參數(shù)組620；

12)基于所述已升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組和所述放射圖像數(shù)據(jù)610，生成所述第二表面的第二三維表現(xiàn)660；

13)基于三維表現(xiàn)質(zhì)量值，確定670差分升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組640，其中所述三維表現(xiàn)質(zhì)量值為基于所述三維表現(xiàn)660；

14)基于所述已升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組620和所述差分升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組640，確定已更新升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組630；

15)若所述三維表現(xiàn)質(zhì)量值低于或高于預(yù)定質(zhì)量值閾值，重復(fù)上述步驟10-15。

一個或多個實(shí)施例中，其中生成第二三維表現(xiàn)進(jìn)一步基于一動態(tài)模型，例如解剖模型或參數(shù)曲面。

一非限制性示例中，初始動態(tài)模型過程控制參數(shù)組獲取為例如先前使用和存儲的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組。該初始動態(tài)模型過程控制參數(shù)組確定為已升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組，并與接收的放射圖像數(shù)據(jù)共同使用，和確定為已升級的動態(tài)模型過程內(nèi)的關(guān)節(jié)的描述，以生成第二三維表現(xiàn)。生成的第二三維表現(xiàn)由預(yù)定目標(biāo)函數(shù)評估，例如，生成的第二三維表現(xiàn)如何從參考表面偏移的測量，以獲取第二三維表現(xiàn)質(zhì)量值。差分升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組基于第二三維表現(xiàn)質(zhì)量值確定，例如通過施加預(yù)定增量值至所述已升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組、或通過在包括已升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組和第二三維表現(xiàn)質(zhì)量的預(yù)定表格內(nèi)執(zhí)行查找。一已更新升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組進(jìn)一步基于所述差分升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組和所述已升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組確定。該方法可重復(fù)直至可確定所述第二三維表現(xiàn)質(zhì)量值低于、高于或等于預(yù)定質(zhì)量值閾值。

圖7示出了制造用于軟骨修復(fù)的外科裝備的系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖。一個或多個實(shí)施例中，系統(tǒng)包括具有診斷處理器713的診斷中心710，診斷處理器713配置為接收使用者指示作為診斷數(shù)據(jù)以指示軟骨損傷，以及通過使用者輸入/輸出設(shè)備711接收患者714相關(guān)信息。診斷處理器713進(jìn)一步配置為通過通信網(wǎng)絡(luò)740發(fā)送診斷數(shù)據(jù)至放射圖像中心720。該放射圖像中心720進(jìn)一步包括圖像處理器723，配置為呈現(xiàn)診斷數(shù)據(jù)至使用者，以從放射圖像設(shè)備724，例如CT或MR掃描器獲取放射圖像數(shù)據(jù)，并將診斷數(shù)據(jù)和放射圖像數(shù)據(jù)作為信號通過通信網(wǎng)絡(luò)740發(fā)送至植入體設(shè)計(jì)中心。植入體設(shè)計(jì)中心包括處理器733，配置為接收診斷數(shù)據(jù)和放射圖像數(shù)據(jù)，并可選地存儲所述診斷數(shù)據(jù)和放射圖像數(shù)據(jù)至存儲器732。該處理器733進(jìn)一步配置為生成基于一已升級的分割過程控制參數(shù)組和所述放射圖像數(shù)據(jù)，在可升級的圖像分割過程中生成關(guān)節(jié)的第一表面的第一三維表現(xiàn)、基于已升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組和所述放射圖像數(shù)據(jù)，在可升級的動態(tài)模型過程中生成關(guān)節(jié)的第二表面的第二三維表現(xiàn)；基于所述放射圖像數(shù)據(jù)生成軟骨損傷周長CDP、基于所述第一表面、所述第二表面和所述CDP生成表現(xiàn)幾何對象的一組數(shù)據(jù)，其中所述幾何對象表現(xiàn)識別的軟骨損傷，其中所述幾何對象受限于所述第一表面、所述第二表面和所述CDP，基于表現(xiàn)幾何對象的該組數(shù)據(jù)，和所述外科裝備的組件的預(yù)定模型，生成適用于控制CAD或CAM系統(tǒng)以制造用于軟骨修復(fù)的外科裝備的控制軟件。處理器733進(jìn)一步配置為發(fā)送所述控制軟件至一植入體生產(chǎn)中心740。該植入體生產(chǎn)中心740包括一處理器743，配置為接收控制軟件，并可選地存儲所述診斷數(shù)據(jù)和放射圖像數(shù)據(jù)至存儲器742內(nèi)。處理器743進(jìn)一步配置為基于所述接收的控制軟件，控制生產(chǎn)線以制造用于軟骨修復(fù)的外科裝備。

圖8示出了適用為生成用于控制CAD或CAM系統(tǒng)以制造用于軟骨修復(fù)的外科裝備的控制軟件的植入體設(shè)計(jì)中心的實(shí)施例的示意圖。一個或多個實(shí)施例中，植入體設(shè)計(jì)中心，例如以平板電腦、筆記本電腦或臺式電腦為形式。所述植入體設(shè)計(jì)中心配置為生成適用于控制CAD或CAM系統(tǒng)以制造用于軟骨修復(fù)的外科裝備的控制軟件。設(shè)計(jì)中心進(jìn)一步包括處理器/處理單元810，該處理器/處理單元810設(shè)有特別設(shè)計(jì)的程序或程序代碼部分，以控制處理單元810執(zhí)行本發(fā)明所述的方法中實(shí)施例的步驟和功能。電腦系統(tǒng)進(jìn)一步包括至少一個存儲器830，配置為存儲數(shù)據(jù)值或自處理器810接收的參數(shù)，或配置為取回并發(fā)送數(shù)據(jù)值或參數(shù)至處理器810。一個或多個實(shí)施例中，設(shè)計(jì)中心進(jìn)一步包括顯示器，配置為自處理器810接收信號，并配置為顯示接收的信號作為顯示的圖像，例如顯示給設(shè)計(jì)中心的使用者。一個或多個實(shí)施例中，設(shè)計(jì)中心進(jìn)一步包括使用者輸入設(shè)備825，配置為自使用者接收指示，并生成使用者的指示性數(shù)據(jù)，因而實(shí)現(xiàn)使用者于植入體設(shè)計(jì)中心的交流。使用者輸入設(shè)備825進(jìn)一步配置為發(fā)送生成的數(shù)據(jù)作為信號至所述處理器810。一個或多個實(shí)施例中電腦系統(tǒng)進(jìn)一步包括通信接口840，配置為通過通信接口840發(fā)送或接收數(shù)據(jù)值或參數(shù)給/從處理器810給/從外部單元。一個或多個實(shí)施例中，通信接口840配置為通過通信網(wǎng)絡(luò)通信。

進(jìn)一步實(shí)施例

圖9示出了制造用于在關(guān)節(jié)的接合表面軟骨修復(fù)的外科裝備的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法的流程圖。一個或多個實(shí)施例中，該方法包括以下步驟：

接收910表現(xiàn)關(guān)節(jié)的三維圖像的放射圖像數(shù)據(jù)；

基于已升級的分割過程控制參數(shù)組和所述放射圖像數(shù)據(jù)，生成920可升級圖像分割過程內(nèi)的關(guān)節(jié)的第一表面的第一三維表現(xiàn)；

基于所述第一表面，生成950表現(xiàn)幾何對象的一組數(shù)據(jù)，其中所述幾何對象受限于所述第一表面；

基于該組表現(xiàn)幾何對象的數(shù)據(jù)和所述外科裝備的組件的預(yù)定模型，生成970適用于控制CAD或CAM系統(tǒng)以制造用于軟骨修復(fù)的外科裝備的控制軟件。

圖10示出了制造用于在關(guān)節(jié)的接合表面軟骨修復(fù)的外科裝備的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法的流程圖。一個或多個實(shí)施例中，該方法包括以下步驟：

接收1010表現(xiàn)關(guān)節(jié)的三維圖像的放射圖像數(shù)據(jù)；

基于已升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組和所述放射圖像數(shù)據(jù)，在可升級的動態(tài)模型過程中生成1020關(guān)節(jié)的第一表面的第一三維表現(xiàn)；

基于已升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組和所述放射圖像數(shù)據(jù)，在可升級的動態(tài)模型過程中生成1030關(guān)節(jié)的第二表面的第二三維表現(xiàn)；

基于所述第一表面和所述第二表面生成1060表現(xiàn)幾何對象的一組數(shù)據(jù)，其中所述幾何對象受限于所述第一表面和第二表面；

基于該組表現(xiàn)幾何對象的數(shù)據(jù)和所述外科裝備的組件的預(yù)定模型，生成1070適用于控制CAD或CAM系統(tǒng)以制造用于軟骨修復(fù)的外科裝備的控制軟件。

圖11示出了制造用于在關(guān)節(jié)的接合表面軟骨修復(fù)的外科裝備的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法的流程圖。一個或多個實(shí)施例中，該方法包括以下步驟：

接收1110表現(xiàn)關(guān)節(jié)的三維圖像的放射圖像數(shù)據(jù)；

基于已升級的分割過程控制參數(shù)組和所述放射圖像數(shù)據(jù)，在可升級的圖像分割過程中生成1120關(guān)節(jié)的第一表面的第一三維表現(xiàn)；

基于已升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組和所述放射圖像數(shù)據(jù)，在可升級的動態(tài)模型過程中生成1130關(guān)節(jié)的第二表面的第二三維表現(xiàn)；

基于所述放射圖像數(shù)據(jù)生成1140軟骨損傷周長CDP；

基于所述第一表面、第二表面和所述CDP生成1160表現(xiàn)幾何對象的一組數(shù)據(jù)，其中所述幾何對象表現(xiàn)識別的軟骨損傷，其中所述幾何對象受限于所述第一表面、所述第二表面和所述CDP；

基于該組表現(xiàn)幾何對象的數(shù)據(jù)和所述外科裝備的組件的預(yù)定模型，生成1170適用于控制CAD或CAM系統(tǒng)以制造用于軟骨修復(fù)的外科裝備的控制軟件。

圖12示出了制造用于在關(guān)節(jié)的接合表面軟骨修復(fù)的外科裝備的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法的流程圖。一個或多個實(shí)施例中，該方法包括以下步驟：

接收1210表現(xiàn)關(guān)節(jié)的三維圖像的放射圖像數(shù)據(jù)；

基于已升級的分割過程控制參數(shù)組和所述放射圖像數(shù)據(jù)，在可升級的圖像分割過程中生成1220關(guān)節(jié)的第一表面的第一三維表現(xiàn)；

基于已升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組和所述放射圖像數(shù)據(jù)，在可升級的動態(tài)模型過程中生成1230關(guān)節(jié)的第二表面的第二三維表現(xiàn)；

基于所述放射圖像數(shù)據(jù)生成1250外科裝備周長SKP；

基于所述第一表面、第二表面和所述CDP生成1260表現(xiàn)幾何對象的一組數(shù)據(jù)，其中所述幾何對象表現(xiàn)識別的軟骨損傷，其中所述幾何對象受限于所述第一表面、所述第二表面和所述SKP；

基于該組表現(xiàn)幾何對象的數(shù)據(jù)和所述外科裝備的組件的預(yù)定模型，生成1270適用于控制CAD或CAM系統(tǒng)以制造用于軟骨修復(fù)的外科裝備的控制軟件。

圖13示出了制造用于在關(guān)節(jié)的接合表面軟骨修復(fù)的外科裝備的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法的流程圖。一個或多個實(shí)施例中，該方法包括以下步驟：

接收1310表現(xiàn)關(guān)節(jié)的三維圖像的放射圖像數(shù)據(jù)；

基于已升級的分割過程控制參數(shù)組和所述放射圖像數(shù)據(jù)，在可升級的圖像分割過程中生成1320關(guān)節(jié)的第一表面的第一三維表現(xiàn)；

基于已升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組和所述放射圖像數(shù)據(jù)，在可升級的動態(tài)模型過程中生成1330關(guān)節(jié)的第二表面的第二三維表現(xiàn)；

基于所述放射圖像數(shù)據(jù)生成1340軟骨損傷周長CDP；

基于所述放射圖像數(shù)據(jù)生成1350外科裝備周長SKP；

基于所述第一表面、第二表面、所述CDP和所述SKP生成1360表現(xiàn)幾何對象的一組數(shù)據(jù)，其中所述幾何對象表現(xiàn)識別的軟骨損傷，其中所述幾何對象受限于所述第一表面、所述第二表面、所述CDP和所述SKP；

基于該組表現(xiàn)幾何對象的數(shù)據(jù)和所述外科裝備的組件的預(yù)定模型，生成1370適用于控制CAD或CAM系統(tǒng)以制造用于軟骨修復(fù)的外科裝備的控制軟件。

一個或多個實(shí)施例中，植入體設(shè)計(jì)中心包括處理單元(例如處理器、微控制器或其他電路或可執(zhí)行指令以執(zhí)行不同處理操作的集成電路)。

一個或多個實(shí)施例中，具有非暫時性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的植入體設(shè)計(jì)中心，其上存儲有計(jì)算機(jī)可讀編碼，當(dāng)該計(jì)算機(jī)可讀編碼由遠(yuǎn)程檢查系統(tǒng)的處理器執(zhí)行時，使得處理器執(zhí)行本發(fā)明所述的方法。

一個或多個實(shí)施例中，包括計(jì)算機(jī)可讀編碼的計(jì)算機(jī)編程產(chǎn)品配置為，當(dāng)在處理器內(nèi)執(zhí)行時，可執(zhí)行本發(fā)明所述任意或所有方法步驟。

在適用情況下，本發(fā)明公開的不用實(shí)施例可使用硬件、軟件或軟硬結(jié)合實(shí)現(xiàn)。另外，在適用情況下，此處闡述的不同的硬件組件和/或軟件組件可與包括軟件、硬件和/或不脫離本發(fā)明精神的軟硬件綜合組件結(jié)合。在適用情況下，此處闡述的不同硬件組件和/或軟件組件可被分離至包括軟件、硬件或不脫離本發(fā)明精神的軟硬件綜合的子組件。另外，在適用情況下，可以預(yù)期的是，軟件組件可作為硬件組件實(shí)現(xiàn)，反之亦然。

根據(jù)本發(fā)明公開的軟件，例如非暫時性指令、程序編碼、和/或數(shù)據(jù)可存儲在一個或多個非暫時性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)內(nèi)。可以預(yù)期的是，本發(fā)明所確定的軟件可使用一個或多個一般用途或特別用途的聯(lián)網(wǎng)的和/或其他方式的計(jì)算機(jī)和/或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在適用情況下，本發(fā)明所述的不同步驟的排序可改變、可結(jié)合至綜合步驟，和/或分離為子步驟以提供本發(fā)明所述的特征。

本發(fā)明所述的實(shí)施例并非對本發(fā)明的限制?？梢岳斫獾氖?，根據(jù)本發(fā)明的原理可以有許多修改和變化。相應(yīng)地，本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求所定義。

權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)

1.一種制造用于在關(guān)節(jié)的接合表面上進(jìn)行軟骨修復(fù)的外科裝備的方法，包括以下步驟：

-接收(910)表現(xiàn)關(guān)節(jié)的三維圖像的放射圖像數(shù)據(jù)(410,510,610)；

-基于已升級的分割過程控制參數(shù)組(420)和所述放射圖像數(shù)據(jù)(410,510,610)，在可升級的圖像分割過程內(nèi)生成(920)關(guān)節(jié)(260)的第一表面的第一三維表現(xiàn)(330，460)，其中所述可升級的圖像分割過程包括生成一三維表現(xiàn)質(zhì)量值；

-基于所述第一表面，生成(950)表現(xiàn)幾何對象的一組數(shù)據(jù)，其中所述幾何對象受限于所述第一表面；

-基于該組表現(xiàn)幾何對象的數(shù)據(jù)和所述外科裝備的組件的預(yù)定模型，生成(970)適用于控制CAM系統(tǒng)以制造用于軟骨修復(fù)的外科裝備的控制軟件。

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，

進(jìn)一步包括基于已升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組和所述放射圖像數(shù)據(jù)(410,510,610)，在可升級的動態(tài)模型過程內(nèi)生成關(guān)節(jié)(230)的第二表面的第二三維表現(xiàn)(320)的步驟；及；

進(jìn)一步基于所述第二三維表現(xiàn)，生成表現(xiàn)幾何對象的一組數(shù)據(jù)，其中所述幾何對象進(jìn)一步受限于所述第二表面；

3.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括基于所述放射圖像數(shù)據(jù)(410,510,610)，生成軟骨損傷周長CDP的步驟；及；

進(jìn)一步基于所述CDP，生成表現(xiàn)幾何對象的一組數(shù)據(jù)，其中所述幾何對象進(jìn)一步受限于所述CDP；

4.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括基于所述放射圖像數(shù)據(jù)(410,510,610)，生成外科裝備周長SKP的步驟；及；

進(jìn)一步基于所述SKP，生成表現(xiàn)幾何對象的一組數(shù)據(jù)，其中所述幾何對象受限于所述SKP；

5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在可升級的圖像分割過程中生成關(guān)節(jié)(260)的第一表面的第一三維表現(xiàn)(330,460)進(jìn)一步包括以下步驟：

1)獲取一預(yù)定有序組的分割過程控制參數(shù)實(shí)例；

2)基于所述升級的分割過程控制參數(shù)組和所述放射圖像數(shù)據(jù)(410,510,610)，生成第一表面的第一三維表現(xiàn)；

3)在數(shù)據(jù)緩沖器內(nèi)存儲所述第一三維表現(xiàn)；

4)基于所述升級的分割過程控制參數(shù)組的下一實(shí)例和所述放射圖像數(shù)據(jù)(410,510,610)，生成第一表面的第一三維表現(xiàn)460；

5)在數(shù)據(jù)緩沖器內(nèi)存儲所述第一三維表現(xiàn)；

6)對于所述預(yù)定有序組的所有實(shí)例重復(fù)步驟四和步驟五；

7)基于第一三維表現(xiàn)質(zhì)量值，確定已更新升級的分割過程控制參數(shù)組，其中所述第一三維表現(xiàn)質(zhì)量值是基于存儲在數(shù)據(jù)緩沖器內(nèi)的所述三維表現(xiàn)，所述預(yù)定有序組和預(yù)定目標(biāo)函數(shù)。

6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在可升級的圖像分割過程內(nèi)生成關(guān)節(jié)(260)的第一表面的第一三維表現(xiàn)進(jìn)一步包括以下步驟：

11)獲取一初始分割過程控制參數(shù)組；

12)確定一升級的分割過程控制參數(shù)組為所述初始分割過程控制參數(shù)組；

13)基于所述升級的分割過程控制參數(shù)組和放射圖像數(shù)據(jù)(410,510,610)，生成所述第一表面的第一三維表現(xiàn)，

14)基于所述第一三維表現(xiàn)質(zhì)量值，確定一差分升級的分割過程控制參數(shù)組，其中所述第一三維表現(xiàn)質(zhì)量值是基于所述三維表現(xiàn)及一預(yù)定目標(biāo)函數(shù)；

15)基于所述升級的分割過程控制參數(shù)組和所述差分升級的分割過程控制參數(shù)組，確定一更新升級的分割過程控制參數(shù)組；

16)如果所述三維表現(xiàn)質(zhì)量值低于或高于預(yù)定質(zhì)量值閾值，重復(fù)上述步驟13-16。

7.如權(quán)利要求2所述的方法，其中在可升級的圖像分割過程內(nèi)生成關(guān)節(jié)的第二表面的第二三維表現(xiàn)進(jìn)一步包括步驟：

20)獲取一初始動態(tài)模型過程控制參數(shù)組；

21)確定一升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組為所述初始動態(tài)模型過程控制參數(shù)組；

22)基于所述升級的動態(tài)模型參數(shù)控制組和所述放射圖像數(shù)據(jù)(410,510,610)，生成所述第二表面的第二三維表現(xiàn)；

23)基于一三維表現(xiàn)質(zhì)量值，確定一差分升級的動態(tài)模型過程控制組，其中所述三維表現(xiàn)質(zhì)量值是基于所述三維表現(xiàn)；

24)基于所述升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組和所述差分升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組，確定一更新升級的動態(tài)模型過程控制參數(shù)組；25)如果所述三維表現(xiàn)質(zhì)量值低于或高于一預(yù)定質(zhì)量值閾值，重復(fù)上述步驟20-25。

8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述放射圖像數(shù)據(jù)(410,510,610)為基于X射線、超聲波、計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)、核醫(yī)學(xué)、正電子發(fā)射斷層顯像(PET)和磁共振成像(MRI)。

9.一種制造在關(guān)節(jié)的接合表面上用于軟骨修復(fù)的外科裝備的植入體設(shè)計(jì)中心系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

存儲器830；

通信接口840；

處理器810，配置為執(zhí)行以下步驟：

-接收表現(xiàn)關(guān)節(jié)的三維圖像的放射圖像數(shù)據(jù)(410,510,610)；

-基于升級的分割過程控制參數(shù)組和所述放射圖像數(shù)據(jù)(410,510,610)，在可升級的圖像分割過程中生成關(guān)節(jié)(260)的第一表面的一第一三維表現(xiàn)，其中所述可升級的圖像分割過程包括生成一三維表現(xiàn)質(zhì)量值；

-基于所述第一表面，生成一組表現(xiàn)幾何對象的數(shù)據(jù)，其中所述幾何對象受限于所述第一表面；

-基于表現(xiàn)該組幾何對象的數(shù)據(jù)和所述外科裝備的組件的預(yù)定模型，生成適用于控制CAM系統(tǒng)以制造用于軟骨修復(fù)的外科裝備的控制軟件。

10.如權(quán)利要求9所述的植入體設(shè)計(jì)中心系統(tǒng)，其中處理器810進(jìn)一步配置為執(zhí)行如權(quán)利要求2-8任一項(xiàng)所述的步驟。

11.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)可讀編碼，配置為當(dāng)在一處理器內(nèi)執(zhí)行時，執(zhí)行如權(quán)利要求1-8所述的方法步驟。

12.一種非暫時性的計(jì)算機(jī)可讀存儲器，其上存儲有計(jì)算機(jī)可讀編碼，配置為當(dāng)在一處理器內(nèi)執(zhí)行時，執(zhí)行如權(quán)利要求1-8所述的方法步驟。