用于生成骨板設(shè)計(jì)的技術(shù)的制作方法
【專利摘要】提供了一種用于以幾何方式定義骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集的計(jì)算機(jī)執(zhí)行技術(shù)。這種技術(shù)的方法執(zhí)行包括：基于骨的形狀數(shù)據(jù)，使骨模型在顯示裝置上可視化；響應(yīng)于表示的相對于骨模型的用戶互動(dòng)的用戶互動(dòng)信號(hào)，得出表示特定板的設(shè)計(jì)性質(zhì)的板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)；和，生成來自至少板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和一個(gè)或多個(gè)通用板參數(shù)的以幾何方式定義骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集。
【專利說明】用于生成骨板設(shè)計(jì)的技術(shù)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開內(nèi)容大體涉及骨板形式的外科植入物。具體地，提出了一種實(shí)現(xiàn)骨板的計(jì)算機(jī)執(zhí)行的設(shè)計(jì)和制造的技術(shù)。這技術(shù)可以以方法、裝置或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式來實(shí)現(xiàn)。
【背景技術(shù)】
[0002]過去，骨板僅可用在有限的種類中。對于具體的骨類型，提供一個(gè)或多個(gè)通用的骨板。取決于例如具體骨折的性質(zhì)，外科醫(yī)生必須根據(jù)具體骨折的需要手動(dòng)地定制通用骨板。這種定制通常包括使該板符合骨的形狀的彎曲操作以及調(diào)整板的長度的切割操作。
[0003]今天，不僅為具體的骨的類型提供骨板，也可在多種設(shè)計(jì)中為個(gè)別類型的骨折提供骨板。此外，還根據(jù)患者具體數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)骨板。在這方面，US6，978，188B1公開了一種用于基于表示患者的骨骼的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)為骨重構(gòu)板構(gòu)建輪廓的方法。重構(gòu)板通常用于覆蓋(例如，橋接或彌合)由骨部分的失去導(dǎo)致的骨頭裂縫或骨缺。骨頭裂縫或骨缺可以填充有從患者的其它骨獲取的骨材料，其中，重構(gòu)板承載被除去的骨部分，而增加的骨材料與其余的骨形成一體。
[0004]US6, 978，188B1中所述的骨板輪廓構(gòu)建方法包括基于醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)的已除去的骨部分的三維表面重構(gòu)。三維表面重構(gòu)被用以創(chuàng)建輪廓以fit適合患者的骨骼的骨板的模板圖示。在最后的步驟中，使用快速原型成形工藝制造模板。所得到的具有其定制輪廓的模板可以用于植入或者用于在手術(shù)之前預(yù)先形成可植入板的輪廓。
[0005]從US2009/0149977A1得知另一種用于設(shè)計(jì)諸如骨板的植入物的計(jì)算機(jī)執(zhí)行技術(shù)。該技術(shù)包括使患者具體數(shù)據(jù)可視化，以允許外科醫(yī)生操作患者骨骼、植入物或兩者的虛擬模型，直到在虛擬模型內(nèi)理想地定位植入物。為了設(shè)計(jì)、修改或操作植入物的虛擬圖像，進(jìn)行與骨骼的虛擬模型的互動(dòng)。具體地，在第一步驟中改變骨骼的虛擬模型。在第二步驟中，從虛擬板列表中選擇標(biāo)準(zhǔn)骨板并且將標(biāo)準(zhǔn)骨板放置在改變后的虛擬模型上的想要的位置。然后，所選擇的標(biāo)準(zhǔn)骨板會(huì)自動(dòng)調(diào)整以適應(yīng)改變后的虛擬模型的骨位移量和表面輪廓。
[0006]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，US6，978，188B1和US2009/0149977A1提倡的板設(shè)計(jì)方法在多數(shù)情況下仍然需要外科醫(yī)生在手術(shù)室中的大量定制操作。還已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這一缺點(diǎn)可以至少部分歸因于骨板的設(shè)計(jì)在很大程度上是基于預(yù)定義的標(biāo)準(zhǔn)骨板的事實(shí)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明公開內(nèi)容的一個(gè)目的是提供一種用于設(shè)計(jì)骨板的技術(shù)，其克服了現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)方法的缺陷。
[0008]根據(jù)一個(gè)方面，提供一種生成以幾何方式定義骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集的計(jì)算機(jī)執(zhí)行方法，其中所述方法包括:基于骨的形狀數(shù)據(jù)，使骨模型在顯示裝置上可視化；響應(yīng)于表示用戶與骨模型的互動(dòng)的用戶互動(dòng)信號(hào)，得出表示特定板的設(shè)計(jì)性質(zhì)的板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)；和，通過至少板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和一個(gè)或多個(gè)通用板參數(shù)生成以幾何方式定義骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集。[0009]在一個(gè)實(shí)例中，骨板設(shè)計(jì)可以涉及根據(jù)患者的具體需要(在此情況下形狀數(shù)據(jù)可以是特定患者的形狀數(shù)據(jù))和/或根據(jù)諸如具體骨折類型的治療的通用需要(在此情況下形狀數(shù)據(jù)可以是通用的形狀數(shù)據(jù))建立新的骨板類型后對骨板的定義。換言之，本技術(shù)可以包括、但不限于特定患者骨板的定義。
[0010]得出該板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的步驟可以包括確定指針和骨模型之間的關(guān)系。舉例而言，可以確定指針相對于骨模型的位置或投影?？梢韵鄬τ诠悄Ｐ鸵詧D形形式在顯示裝置上表示該指針。
[0011]可以提供用戶可操作的輸入設(shè)備(如鼠標(biāo)、鍵盤、軌跡球、觸摸屏等)以允許生成用戶交互信號(hào)。用戶可操作輸入裝置還可以允許在顯示裝置上相對于骨模型定位指針?？梢岳帽挥靡远ㄎ恢羔樀南嗤妮斎胙b置或者利用另一輸入裝置生成用戶交互信號(hào)。
[0012]在一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)(例如，通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)按鈕或敲擊鍵盤鍵)生成用戶互動(dòng)信號(hào)時(shí)，在此點(diǎn)處及時(shí)確定指針和骨模型之間的關(guān)系。用戶交互信號(hào)在這樣的情況下可以表示用戶已經(jīng)(在顯示裝置上和/或骨模型的坐標(biāo)系中)以相對于骨模型的選定關(guān)系下移動(dòng)指針。
[0013]得出板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的步驟可以包括確定相對于骨模型的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)。舉例而言，可以從指針與骨模型之間的特定關(guān)系來確定單個(gè)的點(diǎn)。因此，該特定的點(diǎn)可對應(yīng)指針相對于骨模型的位置或投影。對于每個(gè)單個(gè)的點(diǎn)，可能會(huì)產(chǎn)生單獨(dú)的用戶交互信號(hào)。
[0014]該一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)可被包括在板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)內(nèi)。此外，可以在與骨模型和形狀數(shù)據(jù)中的至少一個(gè)相關(guān)的坐標(biāo)系中確定該一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)例中，板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)也被設(shè)置在該坐標(biāo)系中或由其衍生的坐標(biāo)系中。
[0015]該一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)可得出為位于骨表面上(例如，通過骨模型或形狀數(shù)據(jù)定義的)。在這方面，骨模型可以以表面模型的形式實(shí)現(xiàn)，或者可以至少包括相應(yīng)的表面數(shù)據(jù)。
[0016]在一個(gè)實(shí)例中，(例如，響應(yīng)于用戶交互信號(hào))可以通過把指針的位置投影到骨表面上得到特定點(diǎn)在骨表面上的定位。
[0017]在顯示裝置上使所述一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)相對于骨模型可視化。此外，在顯示裝置上使所述一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的操縱可視化。該操縱可以包括點(diǎn)的刪除、插入和移動(dòng)中的至少一個(gè)?？梢愿鶕?jù)所述操縱調(diào)整板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。
[0018]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)表示骨板設(shè)計(jì)的一個(gè)或多個(gè)固定開口或其它特征(如板部分段的位置或取向)的中心位置。在這種實(shí)施方式中，所述一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)可以以所述一個(gè)或多個(gè)相關(guān)固定開口或其它特性特征的圖示的形式被可視化。舉例而言，特定的點(diǎn)可以以十字交叉、環(huán)形或圓形的形式被可視化，其中十字交叉、環(huán)形或圓形的中心表不該點(diǎn)。
[0019]基于兩個(gè)或更多個(gè)點(diǎn)的序列可以確定曲線。該曲線可以是多邊形曲線、樣條曲線或簡單的(例如，直的)線條。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，曲線可以經(jīng)由用戶交互來操縱(例如，在一維、兩維或三維比例中)。
[0020]該曲線可表示的骨板的或骨板的一個(gè)或多個(gè)部分段的(例如整體)延伸部。此外，板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可包括表示骨板設(shè)計(jì)的或者所述一個(gè)或多個(gè)板部分段的延伸部的曲線數(shù)據(jù)。
[0021]該方法還可以包括使曲線在顯示裝置上可視化。此外，可以響應(yīng)于該曲線或一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的操縱調(diào)整被顯示圖像的曲線。相應(yīng)的板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可以被相應(yīng)地調(diào)整。[0022]基于形狀數(shù)據(jù)，可以得出或生成板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和以幾何方式定義骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集中的至少一個(gè)。可以以比例縮放的形式(即，以比例相關(guān)聯(lián))提供形狀數(shù)據(jù)。在這樣的實(shí)施方式中，板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可被得出為繼承形狀數(shù)據(jù)的縮放比例。形狀數(shù)據(jù)可以使用公制或非公制單位進(jìn)行比例縮放。
[0023]連同得出板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和/或生成定義骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集，可以分析形狀數(shù)據(jù)以定義骨板設(shè)計(jì)的面外彎曲和扭轉(zhuǎn)中的至少一個(gè)?？稍谟砂逶O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)定義的位置處執(zhí)行對形狀數(shù)據(jù)的分析。
[0024]所述一個(gè)或多個(gè)通用板參數(shù)和/或所述板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可以定義以下板性質(zhì)中的至少一個(gè):骨板的若干固定開口、骨板的固定開口的幾何性質(zhì)(例如尺寸)、骨板的若干部分段、骨板的部分段的幾何性質(zhì)、骨板的局部厚度和總厚度中的至少一個(gè)、骨板的局部寬度和總寬度中的至少一個(gè)、和骨板的局部長度和總長度中的至少一個(gè)。該方法還可以包括提供被配置為允許編輯所述一個(gè)或多個(gè)板的幾何參數(shù)的基于軟件的參數(shù)編輯功能。
[0025]該方法還可以包括基于板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)使板模型可視化。該板模型可以包括對骨板的全面表示或者其示意性表示(例如，以示意地表示骨板的延伸部的線性或非線性曲線的形式)。
[0026]骨板可包括兩個(gè)固定開口(或多對兩個(gè)固定開口)和使所述兩個(gè)固定開口互連的板部分段(例如，條)(或使每對的所述兩個(gè)固定開口互連的多個(gè)部分段)。該方法可以允許定義部分段相對于骨模型和/或板模型的幾何性質(zhì)。部分段的幾何性質(zhì)的定義可以包括該部分段的長度、寬度、厚度、粗糙度和曲率中的至少一個(gè)的定義。
[0027]可以在顯示裝置上顯示表示所述部分段的所述兩個(gè)固定開口之間的互連線。此夕卜，該方法可允許操縱用于定義部分段的幾何性質(zhì)的互連線。所得到的互連線可以是上面討論的曲線的一部分或這種曲線。
[0028]在一個(gè)實(shí)施方式中，骨包括缺失的或待除去的至少一個(gè)骨部分，并且所述骨板適于至少部分地在先前由該缺失的或待除去的骨部分填充的骨缺之上延伸。因此可以以骨重構(gòu)板的形式實(shí)現(xiàn)骨板。骨重構(gòu)板可以被配置為橋接或彌合骨缺。可以提供基于軟件的切除工具，其被配置成響應(yīng)于表示用戶與骨模型交互的用戶交互信號(hào)定義切除數(shù)據(jù)。切除數(shù)據(jù)可以定義表示要被除去的骨部分的一個(gè)、兩個(gè)或更多的切除平面。
[0029]此外，可以生成缺失的或?qū)⒁怀サ墓遣糠值闹貥?gòu)數(shù)據(jù)。重構(gòu)數(shù)據(jù)的生成可以包括虛擬重構(gòu)，例如通過徒手繪畫、通過骨移植、通過鏡像、通過統(tǒng)計(jì)形狀模型或通過它們的任意組合虛擬重構(gòu)?？赏ㄟ^所得的重構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)一步生成定義骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集。舉例而言，可以通過重構(gòu)數(shù)據(jù)確定骨缺的區(qū)域中的骨板輪廓。
[0030]可以生成定義骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集，使得在骨缺之上延伸的第一板部分相對于鄰近骨缺的第二板部分被偏移到骨缺中。因此，第一板部分可延伸到先前由該缺失的或?qū)⒁怀サ墓遣糠痔畛涞目臻g中。
[0031]生成定義骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集的步驟可以包括形狀數(shù)據(jù)和(可選地)重構(gòu)數(shù)據(jù)的處理。形狀數(shù)據(jù)和(可選地)重構(gòu)數(shù)據(jù)的處理可以被實(shí)施以定義定制骨板的以下幾何性質(zhì)中的至少一個(gè):(例如，在面向骨的一側(cè)的)骨板輪廓、(諸如兩個(gè)固定開口的)兩個(gè)板特征之間的距離、一個(gè)或多個(gè)板內(nèi)彎曲、板扭轉(zhuǎn)、一個(gè)或多個(gè)板外彎曲、(例如板部分段的)一個(gè)或多個(gè)局部寬度、總寬度、(例如一個(gè)板部分段的)一個(gè)或多個(gè)局部長度和總長度。[0032]形狀數(shù)據(jù)可以已經(jīng)通過醫(yī)學(xué)成像獲得(例如，使用計(jì)算機(jī)斷層攝影，CT，或以任何方式)，并且可能以數(shù)據(jù)文件的形式提供。形狀數(shù)據(jù)可能是特定病人的(這樣骨板設(shè)計(jì)也會(huì)是特定患者的)或通用的。通用的形狀數(shù)據(jù)可以是(例如)通過處理(例如，平均)一組特定患者的形狀數(shù)據(jù)而獲得的。通用形狀數(shù)據(jù)可能是特定性別或特定年齡的。在一個(gè)實(shí)例中，形狀數(shù)據(jù)是STL或醫(yī)學(xué)上的數(shù)字成像和通信(DICOM)的數(shù)據(jù)。
[0033]根據(jù)另一方面，提供一種處理用于骨板的幾何數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)執(zhí)行方法，其中所述方法包括:接收以幾何方式定義非平面骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集；和，處理所述數(shù)據(jù)集以生成以二維方式定義非平面骨板的展開狀態(tài)的處理后的幾何數(shù)據(jù)。
[0034]在數(shù)學(xué)意義上，展開狀態(tài)可以被認(rèn)為是二維的非平面骨板的推導(dǎo)。但應(yīng)注意的是，連同生成定義非平面骨板的展開數(shù)據(jù)的處理后的幾何數(shù)據(jù)處理的的數(shù)據(jù)集可以定義通用或特定患者的骨板設(shè)計(jì)。
[0035]該方法可以進(jìn)一步包括基于處理后的幾何數(shù)據(jù)制造骨板的平面版本。在這方面可以使用多種制造技術(shù)，包括計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)和/或快速成型(RP)。也可以由金屬(例如鈦)材料或任何聚合物(如PMMA，PEEK和Medpor (R))等制造骨板。
[0036]該方法還可以包括基于以幾何方式定義骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集，彎曲骨板的平面版本以獲取面外彎曲和扭轉(zhuǎn)中的至少一個(gè)。該彎曲步驟可以使用合適的機(jī)器人工具以計(jì)算機(jī)控制的方式來執(zhí)行。骨板的平面版本可包括至少一個(gè)面內(nèi)彎曲。
[0037]如上所述，骨板也可以是骨重構(gòu)板。附加地，或作為一種替代方案中，骨板可配置成被固定到顱骨、面骨和下頜骨中的至少一個(gè)或手足的骨。骨板也可以是下頜骨重構(gòu)板。
[0038]此外，本文公開的任何方法可以以工作流驅(qū)動(dòng)方式被執(zhí)行。因此，可以通過基于軟件實(shí)現(xiàn)的工作流的方法步驟中的一個(gè)或多個(gè)引導(dǎo)用戶。
[0039]還提供了一種計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，包括用于在計(jì)算裝置或互連的計(jì)算裝置組上執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品時(shí)執(zhí)行本文中所呈現(xiàn)的任一方法和方法步驟中所述的步驟的程序代碼部分。計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以被存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)上。
[0040]本發(fā)明還提供了一種用于骨板設(shè)計(jì)的裝置，所述裝置包括:顯示裝置，適于基于骨的形狀數(shù)據(jù)使骨模型可視化；和至少一個(gè)處理器，適于響應(yīng)于表示用戶與骨模型互動(dòng)的用戶互動(dòng)信號(hào)得出表示特定板的設(shè)計(jì)性質(zhì)的板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)；和，其中，所述至少一個(gè)處理器還適于通過至少板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和一個(gè)或多個(gè)通用板參數(shù)生成以幾何方式定義骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集。[0041 ] 還提供了 一種處理用于骨板的幾何數(shù)據(jù)的裝置，所述裝置包括:接口，適于接收以幾何方式定義非平面骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集；和至少一個(gè)處理器，適于處理所述數(shù)據(jù)集以生成以二維方式定義非平面骨板的展開狀態(tài)的處理后的幾何數(shù)據(jù)。
[0042]還提供了一種制造系統(tǒng)，包括用于處理幾何數(shù)據(jù)的裝置和適于基于所述數(shù)據(jù)集制造骨板的平面版本的裝置。
[0043]根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容的還一個(gè)方面，提供了一種包括以幾何方式定義骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)集或數(shù)據(jù)信號(hào)，其中已經(jīng)如本文中所討論的那樣生成所述數(shù)據(jù)集。
[0044]更進(jìn)一步地，提供包括骨板設(shè)計(jì)的處理后的幾何數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集或數(shù)據(jù)信號(hào)，其中已經(jīng)如本文中所討論的那樣生成所述數(shù)據(jù)集。
[0045]作為進(jìn)一步的方面，提供了一種用于固定至至少一個(gè)第一骨部分的骨板，其中，在板固定之前，與所述至少一個(gè)第一骨部分相鄰的第二骨部分缺失或者將被除去，所述骨板包括:至少一個(gè)第一板部分，被配置成固定至所述至少一個(gè)第一骨部分，其中所述至少一個(gè)第一板部分包括一個(gè)或多個(gè)固定開口 ；和，第二板部分，被配置成在先前由所述第二骨部分填充的骨缺之上延伸，其中所述第二板部分相對于第一板部分的與骨缺相鄰的部分段被補(bǔ)償?shù)焦侨敝小?br> [0046]在一個(gè)實(shí)施方式中，骨板包括布置在所述第二板部分的相對側(cè)上的兩個(gè)第一板部。在這樣的實(shí)施方式中，所述骨板可被配置成橋接或彌合所述骨缺。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0047]通過以下示例性實(shí)施例的描述結(jié)合附圖，本發(fā)明公開內(nèi)容的其它方面、細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，其中:
[0048]圖1示意性地示出用于設(shè)計(jì)和制造骨板的系統(tǒng)的實(shí)施例；
[0049]圖2是示出用于設(shè)計(jì)骨板的方法的第一實(shí)施例的流程圖；
[0050]圖3是示出用于生成通過幾何的方式定義骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集的示例性數(shù)據(jù)流程的不意圖；
[0051]圖4是示出用于設(shè)計(jì)骨板的方法的第二實(shí)施例的流程圖；
[0052]圖5是示出基于軟件的切除工具的實(shí)施例的操作的示意圖；
[0053]圖6是示出使用骨移植生成重構(gòu)數(shù)據(jù)的實(shí)施例的操作的示意圖；
[0054]圖7至11是示出定義由固定開口的位置表示的特定板設(shè)計(jì)的性質(zhì)的實(shí)施例的操作的示意圖；
[0055]圖12是示出骨板的模型的示意圖；
[0056]圖13是示出定義由互連兩個(gè)固定開口的每一個(gè)的板條表示的特定板設(shè)計(jì)的性質(zhì)的又一實(shí)施例的操作的示意圖；
[0057]圖14是示出定義由限定骨板延伸部的點(diǎn)序列表示的特定板設(shè)計(jì)的性質(zhì)的又一實(shí)施例的操作的示意圖；
[0058]圖15是示出用于處理幾何數(shù)據(jù)的方法的實(shí)施例的流程圖；
[0059]圖16是圖示出從非平面骨板過渡到該骨板的展開狀態(tài)的示意圖；
[0060]圖17是示出利用手繪圖或統(tǒng)計(jì)形狀模型生成重構(gòu)數(shù)據(jù)的實(shí)施例的操作的示意圖；
[0061]圖18是示出利用鏡像技術(shù)生成重構(gòu)數(shù)據(jù)的實(shí)施例的操作的示意圖；
[0062]圖19是示出其中骨部分被偏移的骨的模型的示意圖；和
[0063]圖20示意性地示出圖13相對于骨板的偏移。
【具體實(shí)施方式】
[0064]在以下示例性實(shí)施例的描述中，為了解釋的目的而不是限制，闡述了具體細(xì)節(jié)，諸如具體方法、功能和過程，從而提供對本文中所呈現(xiàn)的技術(shù)的透徹的理解。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說明顯的是，在不偏離這些具體細(xì)節(jié)的其它實(shí)施例中可以實(shí)踐本技術(shù)。例如，雖然這里呈現(xiàn)的技術(shù)在下面主要是結(jié)合下頜骨重構(gòu)板討論的，但是顯而易見的是，該技術(shù)同樣可以被應(yīng)用于用于在人體或動(dòng)物體的其他區(qū)域中植入的骨板。
[0065]此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解的是，利用結(jié)合編碼微處理器、專用集成電路(ASIC)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或通用計(jì)算機(jī)的軟件功能可以實(shí)施本文中所說明的方法、功能和步驟。還要理解的是，盡管會(huì)在方法和裝置的上下文中主要描述以下實(shí)施例，但是本發(fā)明公開內(nèi)容也可以具體化為計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以被加載以在包括一個(gè)或多個(gè)處理器和作為存儲(chǔ)器的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)功能的計(jì)算機(jī)或分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行，其中用可以執(zhí)行本文所公開的方法、功能和步驟的一個(gè)或多個(gè)程序編碼所述一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器。
[0066]圖1示出了用于骨板設(shè)計(jì)和骨板制造的系統(tǒng)100的實(shí)施例。如圖1所示，系統(tǒng)100包括計(jì)算裝置110 (例如個(gè)人計(jì)算機(jī))、顯示裝置120 (例如計(jì)算機(jī)監(jiān)視器)，存儲(chǔ)器130 (如其中提供數(shù)據(jù)庫的硬盤或半導(dǎo)體存儲(chǔ)器)和制造裝置140 (如快速原型裝置或任何可編程機(jī)械加工裝置)。系統(tǒng)100還包括用于生成或觸發(fā)用戶交互信號(hào)的生成的至少一個(gè)用戶可操作的輸入設(shè)備150 (諸如鍵盤、鼠標(biāo)或軌跡球)。在一個(gè)實(shí)施方式中，顯示裝置120和輸入裝置150可以被集成到觸摸屏中。
[0067]計(jì)算裝置110包括接口 112、至少一個(gè)處理器114(例如中央處理單元，CPU)和存儲(chǔ)器116 (例如硬盤或半導(dǎo)體存儲(chǔ)器)。接口 112被配置為輸入/導(dǎo)入接口，用于建立一方面計(jì)算裝置110和另一方面顯示裝置120、存儲(chǔ)器130、制造裝置140、輸入裝置150和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)160(如局域網(wǎng)、LAN、和/或互聯(lián)網(wǎng))之間的通信。接口 112可以以一個(gè)或多個(gè)硬件部件、一個(gè)或多個(gè)軟件部件、或者一個(gè)或多個(gè)硬件部件和一個(gè)或多個(gè)軟件部件的組合的形式實(shí)現(xiàn)。
[0068]下面，將結(jié)合余下的附圖更加詳細(xì)地討論圖1中所示的系統(tǒng)100的操作的示例性模式。應(yīng)當(dāng)指出的是，本文所討論的操作程序也可以在具有與圖1中的系統(tǒng)100的配置不同的配置的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。
[0069]圖2示出了一種生成以幾何的方式定義骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集的計(jì)算機(jī)執(zhí)行的方法的實(shí)施例的流程圖200。將參考圖1中所示的示例性硬件部件更加詳細(xì)地討論圖2中所示的數(shù)據(jù)集的生成。
[0070]在圖2沒有圖示的可選步驟中，計(jì)算裝置110獲得將固定骨板的骨的形狀數(shù)據(jù)。從內(nèi)部存儲(chǔ)器116、外部存儲(chǔ)器130和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)160中的任何一個(gè)接收形狀數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施方式中，形狀數(shù)據(jù)是符合DICOM標(biāo)準(zhǔn)的具體患者的CT數(shù)據(jù)。但應(yīng)理解，在其他實(shí)施方式中，可以生成的形狀數(shù)據(jù)能夠符合其他標(biāo)準(zhǔn)或可以是通用的形狀數(shù)據(jù)。
[0071]在獲取形狀數(shù)據(jù)之后，在步驟202中，處理器114處理形狀數(shù)據(jù)。在這方面，由處理器114執(zhí)行的處理操作在顯示裝置120上使骨的(虛擬)三維模型可視化。應(yīng)當(dāng)理解的是，形狀數(shù)據(jù)的處理可能涉及到進(jìn)一步的處理操作，例如在其可視化之前(按照例如STL的標(biāo)準(zhǔn))將CT數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成表面數(shù)據(jù)。
[0072]在下一個(gè)步驟204中，執(zhí)行基于軟件的板設(shè)計(jì)功能。板的定制功能可以被存儲(chǔ)為在內(nèi)部存儲(chǔ)器116或外部存儲(chǔ)器130中的程序代碼。當(dāng)由處理器114執(zhí)行時(shí)，板設(shè)計(jì)功能響應(yīng)于表示用戶與骨模型互動(dòng)的用戶交互信號(hào)得出表示特定板的設(shè)計(jì)性質(zhì)的板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。
[0073]用戶交互可以經(jīng)由輸入裝置150進(jìn)行。作為示例，用戶交互可以涉及，在顯示裝置120上相對于骨的模型移動(dòng)(虛擬)指針至所需部分并按下鍵盤的鍵、鼠標(biāo)鍵或軌跡球按鈕。然后，在按下鍵或按鈕的時(shí)候(例如，在骨模型和/或形狀數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)中)可基于指針相對于骨的模型的位置得出板的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。作為示例，因此所得出的板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可以表示將要設(shè)計(jì)的骨板的特征性的特征的位置，諸如一個(gè)或多個(gè)固定開口、一個(gè)或多個(gè)板部分或段等。所得到的板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可被存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器116、外部存儲(chǔ)器130或兩個(gè)存儲(chǔ)器116,130中。附加地，或作為替代方案中，可以經(jīng)由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)160發(fā)送板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)至遠(yuǎn)程計(jì)算裝置(在圖1中未示出)。
[0074]在進(jìn)一步的步驟206中，處理器114從至少所述板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和一個(gè)或多個(gè)通用板參數(shù)生成在幾何上定義骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集。通用的板參數(shù)可以表示的骨板的通用尺寸和/或通用設(shè)計(jì)性質(zhì)或特性。處理器可以進(jìn)一步處理數(shù)據(jù)，從而生成板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，諸如形狀數(shù)據(jù)、重構(gòu)數(shù)據(jù)和切除數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)，如將在下面更詳細(xì)地討論的。所得到的板的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)在一個(gè)示例中可以表示定制的骨板的幾何尺寸和幾何特征。作為示例，幾何數(shù)據(jù)可以采取計(jì)算機(jī)輔助或第二設(shè)計(jì)(CAD)數(shù)據(jù)、CAM數(shù)據(jù)、或任何其它數(shù)據(jù)的形式。
[0075]圖3以圖280不出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的基本輸入和導(dǎo)入數(shù)據(jù)。如圖3所不,在一個(gè)示例中，從用戶交互信號(hào)和形狀數(shù)據(jù)得出板的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，其中可以用骨模型表示形狀數(shù)據(jù)(例如，如表面數(shù)據(jù))。作為示例，通過在顯示裝置上將指針的虛擬位置投影到由骨模型定義的骨表面上，可以得出板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。如果以(例如，以公制單位)比例縮放形式提供形狀數(shù)據(jù)，板的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可以繼承形狀數(shù)據(jù)的比例縮放。在一個(gè)示例中，通過在形狀數(shù)據(jù)和/或骨模型的(成比例的)坐標(biāo)系統(tǒng)中進(jìn)行投影可以繼承比例縮放。
[0076]一旦已經(jīng)得出板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，生成以幾何方式定義骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集。如圖3所示，從至少板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和通用板參數(shù)生成骨板數(shù)據(jù)。附加地，形狀數(shù)據(jù)(例如，以表面數(shù)據(jù)的形式)可以被考慮在內(nèi)，以便定義骨板輪廓。更進(jìn)一步地，重構(gòu)數(shù)據(jù)和/或切除數(shù)據(jù)可以被考慮在內(nèi)。
[0077]已經(jīng)參照圖2的流程圖200和圖3的輸入/輸出圖280描述了系統(tǒng)100的基本操作，現(xiàn)在將結(jié)合圖4的流程圖300更加詳細(xì)地系統(tǒng)100的操作?？梢哉J(rèn)為圖4的流程圖300呈現(xiàn)了已經(jīng)在圖2和圖3的情形中討論的關(guān)于基礎(chǔ)操作的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。然而，應(yīng)當(dāng)注意，流程圖300的操作步驟在原則上也可以使用與圖1所示的系統(tǒng)100不同的并且獨(dú)立于上面參考圖2和圖3所討論的具體細(xì)節(jié)的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。
[0078]在設(shè)計(jì)和制造下頜骨重構(gòu)板的情形下描述在圖4中所示的技術(shù)。但應(yīng)注意的是，在其它實(shí)施例中，可設(shè)計(jì)和制造與這種下頜骨重構(gòu)板不同的骨板。作為示例，可以提到用于覆蓋顱骨開口的骨板。在存在于內(nèi)部存儲(chǔ)器116或外部存儲(chǔ)裝置130的程序代碼控制下驅(qū)動(dòng)圖4的骨板定制技術(shù)以執(zhí)行工作流程。
[0079]參照圖4的流程圖300，在第一步驟中，處理器114從外部存儲(chǔ)器130或從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)160的遠(yuǎn)程站點(diǎn)經(jīng)由接口 112導(dǎo)入醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)，例如如將要被重構(gòu)的下頜骨的DICOM文件。在一個(gè)替代實(shí)施例中，DICOM文件可以被從內(nèi)部存儲(chǔ)器116讀取。DICOM文件已由3D掃描儀(使用，例如，CT)制備和包括將要被重構(gòu)的下頜骨的掃描件。
[0080]在流程圖300的第二步驟，包括在被導(dǎo)入的DICOM文件中的(包括固有形狀數(shù)據(jù)的)數(shù)據(jù)由處理器114處理，以生成骨表面數(shù)據(jù)形式(例如，STL數(shù)據(jù))的形狀數(shù)據(jù)。所得到的骨表面數(shù)據(jù)表示骨模型。從而基于骨表面數(shù)據(jù)，處理器114在顯示裝置120上顯示骨410的(虛擬)模型400，如在圖5的上半部分中所示的。圖4的流程圖300的第二步驟因而可以被認(rèn)為對應(yīng)于圖2的流程圖200的步驟202。如在圖5的上半部分中所示的，骨410包括退化的骨部分420，該退化的骨部分420將要被除去的并將要通過下頜骨重構(gòu)板進(jìn)行彌合或橋接。
[0081]處理器114上運(yùn)行的程序代碼包括基于軟件的切除功能，其被配置為響應(yīng)于表示與骨410的模型400的用戶交互的用戶交互信號(hào)，定義切除數(shù)據(jù)。對于切除數(shù)據(jù)的定義，可以在輸入裝置150的控制下相對于模型400移動(dòng)(虛擬)指針430。通過反復(fù)確認(rèn)指針430相對于骨410的模型400的期望的位置(例如，通過按下鍵或按鈕)，由用戶在模型400的坐標(biāo)系中輸入以兩個(gè)切除平面440、450的形式的切除數(shù)據(jù)(參照圖4的流程圖300的第三步驟)。兩個(gè)切除平面440、450定義將要被除去的骨部分420。如在圖5的上半部分中所示的，兩個(gè)切除平面440、450相對于骨410的模型400被可視化。
[0082]在圖4的流程圖300的第四步驟中，被切除的骨部分420被隱藏，所如在圖5的下半部分中所示的。可選地，被切除的骨部分420可以被透明地可視化，或以其他方式標(biāo)記(例如，使用特定的顏色)。因此在圖5的下半部分中示出的骨410的模型400顯示了之前由將要被除去的骨部分420所填充的骨缺460。
[0083]圖4中所示的工作流程的其它過程取決于用于重構(gòu)下頜骨所選擇的手術(shù)技術(shù)。在這方面，可以區(qū)分為主要和輔助或第二構(gòu)建方法。根據(jù)主要重構(gòu)方法，例如，用來自腓骨或肋骨獲取的骨材料替換除去的骨部分420。根據(jù)輔助或第二重構(gòu)方法，用下頜骨重構(gòu)板簡單地彌合或橋接被除去的骨部分420。然后會(huì)在單獨(dú)的(稍后的)外科手術(shù)過程中替換被除去的骨部分420。
[0084]在下面的圖4示出的工作流程中，將首先說明基于取自腓骨的骨材料的主要重構(gòu)方法。參考圖6，在圖4的流程圖的第五步驟中，響應(yīng)于表示與骨410的模型400的用戶互動(dòng)的用戶互動(dòng)信號(hào)定義用于基于腓骨的重構(gòu)的導(dǎo)向曲線600。具體地，通過在輸入裝置150的控制下移動(dòng)指針430至模型400的選定的(虛擬)位置并且接著按下鍵或按鈕以確認(rèn)導(dǎo)向曲線600的起始點(diǎn)、中間點(diǎn)和終止點(diǎn)來定義導(dǎo)向曲線600。為此，指針430的位置可以被投影到模型400的(隱藏的)骨表面上，其中，所得到的投影構(gòu)成骨模型400的坐標(biāo)系中的那些點(diǎn)。
[0085]在圖3的流程圖300的第六步驟，也在圖6的上半部分示出，未切割的腓骨620的(虛擬)模型610被顯示在顯示裝置120上。用與骨410的虛擬模型400類似的方式由形狀數(shù)據(jù)生成未切割的腓骨620的模型610?？梢越?jīng)由用戶交互(使用指針430和相關(guān)聯(lián)的輸入裝置150的)相對于骨410的模型400移動(dòng)和/或轉(zhuǎn)動(dòng)腓骨620的模型610。用戶還被給予機(jī)會(huì)以虛擬地切割腓骨620，其中所得到的腓骨部分630，640被自動(dòng)沿導(dǎo)向曲線600對齊，并表示的除去的骨部分620被可視化，正如圖6的下半部分所示的(按照圖4中流程圖的第七步驟)。
[0086]在圖4的流程圖300的第八步驟，通過用于定義如圖7所示的骨板設(shè)計(jì)的處理器14調(diào)用基于軟件的板設(shè)計(jì)功能。
[0087]如本領(lǐng)域已知的，下頜骨重構(gòu)板包括多個(gè)固定開口。骨固定構(gòu)件(如骨螺釘、骨銷釘或克氏線)被插入到用于將骨板固定到骨的固定開口中。在圖7所示的本實(shí)施例中，板設(shè)計(jì)功能被配置為允許定義多個(gè)固定開口 710相對于骨410的模型400的位置。為此，在第一步驟中指針430被移動(dòng)到固定開口 710相對于骨410的模型400的想要的(虛擬)位置。一旦已經(jīng)達(dá)到所需位置，按下輸入裝置150的鍵或按鈕。在指針430被定位在固定開口 710的想要的位置的情況下按下鍵或按鈕是輸入操作。具體地，按下鍵或按鈕后生成用戶交互信號(hào)。
[0088]響應(yīng)于用戶交互信號(hào)，確定指針430相對于骨模型400的局部位置?；谥羔?30相對于骨模型400的位置，確定骨模型的坐標(biāo)系中的點(diǎn)。該點(diǎn)可以通過將指針430的位置投影到由所述骨模型400定義的骨表面上來確定。這樣確定的點(diǎn)表示固定開口 710的中心，并通過在顯示裝置120上在選定位置的骨模型400上疊合或重疊包括固定開口 710的板環(huán)720的(虛擬)模型進(jìn)行確認(rèn)。板環(huán)720的中心表示所選定位置。從上述定義中得到的相應(yīng)的板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可以以坐標(biāo)(例如，骨410的模型400的坐標(biāo)系中)的形式被存儲(chǔ)在本地存儲(chǔ)器116中。
[0089]如圖8-10所示，上面參考圖7所描述的輸入操作可以被重復(fù)多次，以定義相對于所述骨模型410的多個(gè)點(diǎn)。再者，各點(diǎn)的位置定義固定開口 710的中心，并在顯示裝置120上通過相關(guān)聯(lián)的環(huán)板720可視化。
[0090]參考圖8，只要已經(jīng)相對于骨模型400定義出兩點(diǎn)(即，兩個(gè)固定開口 710的位置)，就可使樣條曲線形式的曲線800可視化。當(dāng)定義附加的固定開口 710 (參見圖9和圖10)，曲線800被重新計(jì)算并擴(kuò)展。曲線800 (及其作為基礎(chǔ)的點(diǎn)序列)描述了骨板設(shè)計(jì)的通用延伸部，并且可以以板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的形式(例如，作為坐標(biāo))被存儲(chǔ)在本地存儲(chǔ)器416中。
[0091]板設(shè)計(jì)功能可被配置為允許操縱一個(gè)或多個(gè)固定開口 710。如圖11中的箭頭810所示，可以在輸入裝置150的控制下通過指針430操縱固定開口 710。所述操縱步驟可以包括固定開口 710(和由板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)組成的作為基礎(chǔ)的點(diǎn))的刪除、插入或移動(dòng)。可根據(jù)該操縱調(diào)整板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。舉例而言，如果一個(gè)可視化的固定開口 710被除去，則在板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中對應(yīng)的點(diǎn)也被除去。在一個(gè)可選的實(shí)施方式中，也可以使用指針430操縱曲線800的延伸或延伸部。
[0092]兩個(gè)相鄰的固定開口 710之間的曲線800的部分段表示將這兩個(gè)關(guān)聯(lián)的板環(huán)720互連的板條。通過操縱板環(huán)720中的一個(gè)的位置，也操縱在相應(yīng)的固定開口 710處的開始或結(jié)束的互連的線(以及因此相應(yīng)的板條)。
[0093]一旦所有固定開口 710的位置已被定義(并且，如果必要，被操縱)，那么按照圖2中的流程圖200的步驟204，可以使用定義特定設(shè)計(jì)性質(zhì)(S卩，固定開口 710的相對位置和可選地，定義骨板延伸或延伸部的曲線800)的板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)組或數(shù)據(jù)集。基于這些板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，骨板1000的(虛擬)模型可以被可視化地疊合在骨410的模型400上，如圖12所示。圖12中的骨板模型的可視化對應(yīng)于圖4中的流程圖300的第十步驟。
[0094]從通用板參數(shù)和板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的組合生成圖12中的骨板模型。通用板參數(shù)描述了骨板1000的通用性質(zhì)，如固定開口 710的直徑、圍繞固定開口 710的板環(huán)720的寬度和厚度、連接兩個(gè)相鄰的固定開口 710A、710B的板條1010的寬度和厚度。
[0095]在圖4的流程圖300的可選的第十一步驟中，板設(shè)計(jì)功能允許定義或操縱板條1010的一個(gè)或多個(gè)設(shè)計(jì)性質(zhì)。在圖13中所示的實(shí)例中，可以在輸入裝置150的控制下通過指針430(例如，逐步地)增加或減少單個(gè)的板條1010的寬度。以此方式，在專用區(qū)域可以根據(jù)需要加強(qiáng)骨板1000。
[0096]一旦完成板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)經(jīng)由板設(shè)計(jì)功能的輸入，圖4中所示的工作流程前進(jìn)至流程圖300的步驟12。在步驟12，(按照圖2的流程圖200的步驟206)，由定義骨板設(shè)計(jì)的處理器114生成數(shù)據(jù)集或數(shù)據(jù)組。處理器114由用戶輸入的板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)生成數(shù)據(jù)集或組，包含在STL文件中的形狀數(shù)據(jù)、得出的骨缺460的重構(gòu)數(shù)據(jù)和通用板參數(shù)(也參見圖3)。固定開口 710和板環(huán)720的幾何尺寸(例如，其直徑或形狀)和板條1010可直接來源于通用板參數(shù)。此外，符合(被重構(gòu)的)骨的骨板1000(例如，相對于面內(nèi)彎曲、扭轉(zhuǎn)和/或面外彎曲)的輪廓可以從形狀數(shù)據(jù)得出，并且在骨缺460的區(qū)域中，從重構(gòu)數(shù)據(jù)中得出。
[0097]所得到的在幾何上定義骨板設(shè)計(jì)的幾何尺寸的數(shù)據(jù)集可以被存儲(chǔ)在專用數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)文件中。數(shù)據(jù)集也可以作為數(shù)據(jù)信號(hào)通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)160發(fā)送。
[0098]舉例而言，具有骨板設(shè)計(jì)的最終的幾何數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集可以被直接發(fā)送到制造裝置140，使得能夠容易地制造實(shí)際的骨板1000。骨板1000可以由金屬(例如鈦)制成。金屬材料特別適合用于通常不得不承受高負(fù)載的重構(gòu)板。要理解的是，例如用于覆蓋顱骨開口的其他的骨板實(shí)施例可以由一種或多種聚合物(例如PMMA和PEEK)制成。
[0099]在圖4的流程圖300的又一個(gè)可選步驟中，可以基于圖4的流程圖300的第二步驟中的切除數(shù)據(jù)輸入制造一個(gè)或多個(gè)切割引導(dǎo)器(或夾具)。切除引導(dǎo)器可以被配置成引導(dǎo)與除去骨部分420相關(guān)的切除工具(如骨鋸)(參見圖5)。
[0100]圖14示出一種用于定義下頜骨重構(gòu)板的過程和相關(guān)聯(lián)的固定開口 710的位置的替代方法。在參照圖7至11所討論的實(shí)施例中，在第一步驟中虛擬化地布置固定開口 710，并且在第二步驟中基于固定開口 710的位置生成曲線800。在如圖14所示的實(shí)施例中，在第一步驟中通過輸入相對于骨頭410的模型400的一系列點(diǎn)900定義曲線800。一旦已經(jīng)輸入定義骨板的延伸部的一系列這種點(diǎn)900，所得到的點(diǎn)的序列由曲線800 (例如，樣條曲線)連接在一起，如圖9所示。在已定義骨板的延伸部后，然后可在該曲線800上替換單個(gè)的固定開口 710 (得到如圖11中所示的顯示裝置120的類似屏幕)。
[0101]下面將討論本文所公開的技術(shù)中的以下幾個(gè)附加的或可選擇的方面。雖然那些方面將具體參考前述實(shí)施例來討論，但應(yīng)理解，那些方面也可以從中被獨(dú)立地執(zhí)行。
[0102]相對于圖4的流程圖300的步驟12，現(xiàn)在將參照圖15的流程圖1500和圖16的示意圖更加詳細(xì)地描述定制骨板1000的制造以及在制造之前的示例性處理操作。
[0103]圖15中的流程圖1500示出在發(fā)送處理后的幾何數(shù)據(jù)至制造裝置140之前，用計(jì)算裝置Iio的處理器114處理用于骨板的幾何數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)執(zhí)行方法(參見圖1)。
[0104]在第一步驟1502中，處理器114獲得在幾何形狀上或通過幾何的方式定義骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集。舉例而言，該幾何數(shù)據(jù)可以通過接口 114從(它們可以已經(jīng)在圖4的流程圖300的步驟12中被存儲(chǔ)的)內(nèi)部存儲(chǔ)器116中取得。數(shù)據(jù)集定義了三維的非平面骨板1000的設(shè)計(jì)，如在圖16上半部分以側(cè)視圖(左)和俯視圖(右)示出的示例。如上面所提到的，數(shù)據(jù)集規(guī)定骨板1000的幾何尺寸。
[0105]在隨后的步驟1504中，處理器114處理數(shù)據(jù)集以生成處理后的幾何數(shù)據(jù)。處理后的幾何數(shù)據(jù)定義二維的非平面骨板1000的展開狀態(tài)，正如圖16的下半部分中所示的。
[0106]在步驟1504中對數(shù)據(jù)集的處理涉及將數(shù)學(xué)算法應(yīng)用至骨板1000的三維幾何數(shù)據(jù)。數(shù)學(xué)算法將三維幾何數(shù)據(jù)變換成描述二維的非平面骨板1000的數(shù)學(xué)推導(dǎo)(development)(即，展開狀態(tài))的處理后的幾何數(shù)據(jù)。這意味著，處理后的幾何數(shù)據(jù)僅描述骨板1000的平面內(nèi)的彎曲，如圖16的下半部分中的左手側(cè)所示的。在進(jìn)一步的彎曲步驟中獲得實(shí)際的骨板1000的面外彎曲(正如圖15的上半部分中所示的)。該進(jìn)一步的彎曲步驟可以通過(例如，以在幾何上定義骨板1000的三維設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上的)程序受控的機(jī)器人工具或手動(dòng)來執(zhí)行。
[0107]在步驟1504中生成的處理后的幾何數(shù)據(jù)可以采取具有尺寸或維度信息的CAD數(shù)據(jù)集的形式?？商娲?，處理后的幾何數(shù)據(jù)可以采取由制造裝置140能夠直接處理的CAM數(shù)據(jù)集的形式。制造裝置140因而制造骨板1000的平面化的展開版本(參照圖16的下半部分)，用于在后面的加工步驟中被彎曲(或折疊)成想要的三維形式。由于在制造過程之后不需要面內(nèi)彎曲操作，因此在骨板1000的關(guān)鍵點(diǎn)處沒有產(chǎn)生或產(chǎn)生較少的內(nèi)部應(yīng)力。
[0108]應(yīng)當(dāng)注意的是，在制造裝置140能夠制造非平面骨板1000的情況下原則上可以省略步驟1504。在這種情況下，如在步驟1502中所獲得的定義非平面骨板1000的形狀的數(shù)據(jù)集可以被直接傳遞到制造裝置140。
[0109]在已經(jīng)參考圖15和16討論圖4中的流程圖300的步驟12的細(xì)節(jié)后，接下來將描述根據(jù)圖4中的流程圖300的步驟14和15的輔助重構(gòu)方法。
[0110]至于步驟14，在完全缺失的骨的情況下可以通過徒手重構(gòu)生成重構(gòu)數(shù)據(jù)。為此，現(xiàn)在參考圖17和18討論可以提供基于軟件的重構(gòu)功能。重構(gòu)功能可允許相對于骨410的模型400的經(jīng)由徒手繪圖輸入表示缺失的骨部分的重構(gòu)數(shù)據(jù)(參見圖17)。備選地，或附加地，可以使用統(tǒng)計(jì)形狀模型重構(gòu)缺失的骨部分。可以已基于通用形狀數(shù)據(jù)生成統(tǒng)計(jì)形狀模型。此外，圖18中所示的鏡像技術(shù)也可以用以定義重構(gòu)數(shù)據(jù)。
[0111]在下一步驟中，可以基于重構(gòu)數(shù)據(jù)生成缺失的骨部分420的虛擬重構(gòu)1400并且在顯示裝置120可視化，如圖17和18中所示。當(dāng)然，在圖4的流程圖300的步驟14的情況下，各種重構(gòu)方法(如鏡像、徒手重構(gòu)、使用骨移植的重構(gòu)，等等)可以根據(jù)需要組合以得出用于可視化目的的虛擬化重構(gòu)骨模型400。
[0112]參考圖4的流程圖300中的步驟15，骨410的虛擬地重構(gòu)部分1400可被按比例縮小(和/或偏移)，使得定義骨板設(shè)計(jì)(和骨板1000自身)的幾何數(shù)據(jù)將偏移量定義到骨缺460中，如圖15和16中所示。
[0113]得到的骨板1000在中間方向上的偏移在骨板1000和覆蓋骨板1000的組織之間提供更多空間。如圖19所示，偏移可以被配置成使得在骨缺460之上延伸的板部分1600相對于鄰近骨缺460的板部分1610被偏移到骨缺460。偏移通常會(huì)等于0.3至5毫米。在一個(gè)實(shí)施例中，偏移可以大約對應(yīng)在骨缺460的區(qū)域中板1000的厚度(例如，2.0或2.8毫米的)。
[0114]由于基于重構(gòu)數(shù)據(jù)(也)生成在幾何上限定骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集，人為引入的關(guān)于如圖20中被可視化的形狀數(shù)據(jù)的重構(gòu)數(shù)據(jù)(也)會(huì)影響該數(shù)據(jù)集的生成，從而影響基于該數(shù)據(jù)集的由制造過程中得出的實(shí)際的骨板1000的形式。應(yīng)當(dāng)理解的是，在骨缺的區(qū)域具有偏移的重構(gòu)板100也可以利用與上述那些不同的操作定義和制造。由于這個(gè)原因，具有目的在于覆蓋骨缺的板部分的任何骨板可以設(shè)有本文中所述的偏移。
[0115]計(jì)算系統(tǒng)100通常由一種骨板制造商的制造人員進(jìn)行操作。如果需要，外科醫(yī)生可以協(xié)助在顯示裝置120上的骨板設(shè)計(jì)操作(例如，經(jīng)由通過圖1的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)160的網(wǎng)絡(luò)會(huì)議)。板設(shè)計(jì)功能可以在定制過程中違反預(yù)定義的板幾何形狀規(guī)則后提供錯(cuò)誤信息。作為一個(gè)實(shí)例，如果固定開口 710靠近切除平面440、450放置或如果還沒有定義固定開口710 (例如，每骨部分段)的預(yù)定的最小數(shù)目，那么可創(chuàng)建錯(cuò)誤消息。
[0116]總之，本文所討論的骨板設(shè)計(jì)方法提供了可在制造骨板之前執(zhí)行的附加的設(shè)計(jì)操作。正因?yàn)槿绱?，在手術(shù)室的定制操作可以降低到絕對最小值，并且因此可以縮短手術(shù)室的時(shí)間。此外，固定開口的特定患者位置和其它幾何設(shè)計(jì)特征的特定患者定義確保板的植入造成對患者的最小痛苦，與此同時(shí)在需要的地方提供最大的板穩(wěn)定性。
[0117]在上述原理中，已經(jīng)示例性地描述了實(shí)施本文所公開的技術(shù)的實(shí)施例和各種模式。本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為僅限于本文所討論的具體原理、實(shí)施例和方式。相反，要理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不偏離在下面的權(quán)利要求中所限定的本發(fā)明的范圍的情況下可以進(jìn)行各種變化和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種生成以幾何方式定義骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集的計(jì)算機(jī)執(zhí)行方法，所述方法包括如下步驟: 基于骨的形狀數(shù)據(jù)，使骨模型(400)在顯示裝置(120)上可視化； 響應(yīng)于表示用戶與骨模型(400)的互動(dòng)的用戶互動(dòng)信號(hào)，得出表示特定板的設(shè)計(jì)性質(zhì)的板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)；和， 通過至少板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和一個(gè)或多個(gè)通用板參數(shù)生成以幾何方式定義骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，得出板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的步驟包括:確定指針(430)和骨模型(400)之間的關(guān)系。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，得出板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的步驟包括:確定相對于骨模型的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)(710)，其中板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)包括所述一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)(710)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，在與骨模型(400)和形狀數(shù)據(jù)中的至少一個(gè)相關(guān)的坐標(biāo)系中確定所述一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)(710)。
5.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)(710)被得出為位于骨表面 上。
6.如權(quán)利要求3至5中的一個(gè)所述的方法，還包括在顯示裝置(120)上使所述一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)(710)相對于骨模型(400)可視化。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，還包括在顯示裝置(120)上使所述一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)(710)的操縱(810)可視化，并且還包括根據(jù)所述操縱調(diào)整板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述操縱包括點(diǎn)(710)的刪除、插入和移動(dòng)中的至少一個(gè)。
9.如權(quán)利要求3至8中的一個(gè)所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)表示骨板設(shè)計(jì)的一個(gè)或多個(gè)固定開口(710)的中心位置。
10.如與權(quán)利要求6至8中的一個(gè)結(jié)合的權(quán)利要求9所述的方法，其中，使所述一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)可視化的步驟包括使所述一個(gè)或多個(gè)固定開口的圖形表示(710)可視化。
11.如權(quán)利要求3至10中的一個(gè)所述的方法，還包括:基于兩個(gè)或更多個(gè)點(diǎn)(710)的序列確定曲線(800)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述曲線(800)表示骨板(1000)的延伸部或骨板設(shè)計(jì)的一個(gè)或多個(gè)板部分段(1010)的延伸部。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)包括表示的骨板(1000)的或所述一個(gè)或多個(gè)板部分段(1010)的延伸部的曲線數(shù)據(jù)。
14.如權(quán)利要求11至13中的一個(gè)所述的方法，還包括:在顯示裝置(120)上可視化曲線(800)。
15.如與權(quán)利要求7或8結(jié)合的權(quán)利要求14所述的方法，還包括:響應(yīng)于所述一個(gè)或更多個(gè)點(diǎn)(710)的操縱調(diào)整可視化的曲線(800)。
16.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，基于形狀數(shù)據(jù)得出或生成板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和以幾何方式定義骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集中的至少一個(gè)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述形狀數(shù)據(jù)以按比例縮放方式被提供，并且其中得出所述板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)以繼承形狀數(shù)據(jù)的縮放比例。
18.如權(quán)利要求16或17所述的方法，還包括:分析所述形狀數(shù)據(jù)以定義骨板(1000)的扭轉(zhuǎn)和面外彎曲中的至少一個(gè)。
19.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)通用板的參數(shù)和/或所述板的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)定義如下板性質(zhì)中的至少一個(gè): -骨板(1000)的若干固定開口(710)的數(shù)量； -骨板(1000)的固定開口(710)的幾何性質(zhì)； -骨板(1000)的若干部分段(1010)的數(shù)量； -骨板(1000)的部分段(1010)的幾何性質(zhì)； -骨板(1000)的局部厚度和總厚度中的至少一個(gè)； -骨板(1000)的局部寬度和總寬度中的至少一個(gè)；和 -骨板(1000)的局部長度和總長度中的至少一個(gè)。
20.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述方法還包括: 提供被配置為允許編輯一個(gè)或多個(gè)幾何板參數(shù)的基于軟件的參數(shù)編輯功能。
21.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括:基于板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)使板模型可視化。
22.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述骨(410)包括缺失的或待除去的至少一個(gè)骨部分(420)，并且其中，所述骨板(1000)適于至少部分地在先前由該缺失的或待除去的骨部分(420)填充的骨缺或骨間隙(460)之上延伸。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，還包括:生成用于所述缺失的或待除去的骨部分(420)的重構(gòu)數(shù)據(jù)，并且其中通過重構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)一步生成以幾何方式定義骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集。
24.如權(quán)利要求22或23所述的方法，還包括:生成以幾何方式定義骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集，使得在骨缺(460)之上延伸的第一板部分(1600)相對于與骨缺(460)相鄰的第二板部分(1610)的部分段被偏移到骨缺或骨間隙(460)中。
25.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，形狀數(shù)據(jù)是特定患者的并且已經(jīng)由醫(yī)學(xué)成像獲得。
26.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，形狀數(shù)據(jù)是STL和DICOM數(shù)據(jù)中的一種。
27.一種處理用于骨板(1000)的幾何數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)執(zhí)行方法，所述方法包括如下步驟: 接收以幾何方式定義非平面骨板(1000)的設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集；和 處理所述數(shù)據(jù)集以生成以二維方式定義非平面骨板(1000)的展開狀態(tài)的處理后的幾何數(shù)據(jù)。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，還包括:基于處理后的幾何數(shù)據(jù)制造骨板(1000)的平面版本。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，還包括:基于以幾何方式定義骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集，彎曲骨板(1000)的平面版本以獲取面外彎曲和扭轉(zhuǎn)中的至少一個(gè)。
30.如權(quán)利要求27至29中的一個(gè)所述的方法，其中，所述骨板(1000)的平面版本包括至少一個(gè)平面內(nèi)彎曲。
31.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述骨板(1000)被配置成被固定到顱骨、面骨和下頜骨中的至少一個(gè)或手足的骨。
32.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述骨板(1000)是下頜骨重構(gòu)板。
33.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述方法以工作流驅(qū)動(dòng)方式執(zhí)行。
34.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括用于在計(jì)算裝置或互連的計(jì)算裝置組上執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品時(shí)執(zhí)行前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的步驟的程序代碼部分。
35.如權(quán)利要求34所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品,被存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)上。
36.一種用于骨板設(shè)計(jì)的裝置(110)，所述裝置(110)包括: 顯示裝置(120)，適于基于骨的形狀數(shù)據(jù)，使骨模型可視化； 至少一個(gè)處理器(114)，適于響應(yīng)于表示用戶與骨模型互動(dòng)的用戶互動(dòng)信號(hào)，得出表示特定板的設(shè)計(jì)性質(zhì)的板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)；和， 其中，所述至少一個(gè)處理器(114)還適于通過至少板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和一個(gè)或多個(gè)通用板參數(shù)生成以幾何方式定義骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集。
37.一種處理用于骨板(1000)的幾何數(shù)據(jù)的裝置(110)，所述裝置包括: 接口(112)，適于接收以幾何方式定義非平面骨板(1000)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集；和 至少一個(gè)處理器(11 4)，適于處理所述數(shù)據(jù)集以生成以二維方式定義非平面骨板(1000)的展開狀態(tài)的處理后的幾何數(shù)據(jù)。
38.一種制造系統(tǒng)，包括權(quán)利要求37所述的裝置(110)和適于基于所述數(shù)據(jù)集制造骨板(1000)的平面版本的裝置(140)。
39.一種數(shù)據(jù)集或數(shù)據(jù)信號(hào)，包括以幾何方式定義骨板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集，其中已經(jīng)根據(jù)權(quán)利要求I至26中任一項(xiàng)或者當(dāng)從屬于權(quán)利要求1至26中任一個(gè)時(shí)的權(quán)利要求31至33中的任一項(xiàng)所述的方法生成所述數(shù)據(jù)集。
40.一種數(shù)據(jù)集或數(shù)據(jù)信號(hào)，包括骨板設(shè)計(jì)的處理后的幾何數(shù)據(jù)，其中已經(jīng)根據(jù)權(quán)利要求27至30中任一項(xiàng)或者當(dāng)從屬于權(quán)利要求27至30中任一個(gè)時(shí)的權(quán)利要求31至33中的任一項(xiàng)所述的方法生成所述處理后的幾何數(shù)據(jù)。
41.一種用于固定至至少一個(gè)第一骨部分的骨板(1000)，其中，在板固定之前，與所述至少一個(gè)第一骨部分相鄰的第二骨部分(420)缺失或者將被除去，所述骨板(1000)包括: 至少一個(gè)第一板部分(1610)，被配置成固定至所述至少一個(gè)第一骨部分，其中所述至少一個(gè)第一板部分(1610)包括一個(gè)或多個(gè)固定開口(710);和 第二板部分(1600)，被配置成在先前由所述第二骨部分(420)填充的骨缺或骨間隙(460)之上延伸，其中所述第二板部分(1600)相對于與骨缺(460)相鄰的第一板部分(1610)的部分段被偏移到骨缺或骨間隙(460)中。
42.如權(quán)利要求41所述的骨板，包括布置在第二板部分(1600)的相對側(cè)上的兩個(gè)第一板部分(1610)，其中，所述骨板(1000)被配置成橋接所述骨缺(460)。
【文檔編號(hào)】G06T19/00GK103999129SQ201180075537
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月14日
【發(fā)明者】延斯·呂貝爾, 萊茵哈德·克勒 申請人:史賽克雷賓格爾有限公司