皮膚軟組織擴(kuò)張器設(shè)定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種皮膚軟組織擴(kuò)張器設(shè)定方法，包括步驟：根據(jù)醫(yī)學(xué)圖像建立患者的三維模型，然后根據(jù)三維模型測(cè)量患者目標(biāo)區(qū)域面積，再根據(jù)目標(biāo)區(qū)域面積估算實(shí)際擴(kuò)增皮膚面積，通過(guò)設(shè)定可逆彈性因子，估算擴(kuò)張器擴(kuò)張表面積，最后選擇擴(kuò)張器并設(shè)定擴(kuò)張參數(shù)。本發(fā)明的方法不會(huì)造成擴(kuò)增皮膚不夠或者過(guò)多情況，減少了患者的痛苦，避免了僅靠醫(yī)生的臨床經(jīng)驗(yàn)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。
【專利說(shuō)明】皮膚軟組織擴(kuò)張器設(shè)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于整形整容【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種皮膚軟組織擴(kuò)張器設(shè)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]皮膚是人體最大的器官，重量約占體重的16%，具有保護(hù)機(jī)體、抵抗外界侵害、排泄廢物、分泌、吸收、調(diào)節(jié)體溫等多種功能。但是現(xiàn)實(shí)生活和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中，多種原因可導(dǎo)致皮膚缺損，如:先天性畸形、創(chuàng)傷、腫瘤等,另外各種類型的禿發(fā)以及疤痕的修復(fù)也需要正常皮膚組織的重新覆蓋，因此如何促進(jìn)皮膚生理性修復(fù)以及如何進(jìn)行皮膚軟組織再生與功能重建具有重要意義。
[0003]皮膚軟組織擴(kuò)張術(shù)(tissue expansion)是繼皮膚移植術(shù)(植皮術(shù))和皮瓣轉(zhuǎn)移術(shù)之后整形外科發(fā)展起來(lái)的又一項(xiàng)最基本的組織修復(fù)技術(shù)。在臨床中，對(duì)切除巨大腫物后造成的頭皮全層缺失進(jìn)行修復(fù)需要尋找足夠的自體的皮膚來(lái)覆蓋創(chuàng)面，對(duì)于頭部這種暴露部位又要求覆蓋創(chuàng)面的皮膚顏色、質(zhì)地等盡量與原來(lái)組織相同。擴(kuò)張器的出現(xiàn)很好的解決了這一問(wèn)題，可用擴(kuò)張出的皮膚和軟組織加以修復(fù)，其最大優(yōu)點(diǎn)是修復(fù)后的頭皮均長(zhǎng)有毛發(fā)，并且瘢痕在毛發(fā)的遮擋下基本無(wú)從發(fā)現(xiàn)。將皮膚軟組織擴(kuò)張器植入病變附近正常皮膚軟組織下，通過(guò)間斷向擴(kuò)張器內(nèi)注射液體以增加擴(kuò)張器容量，使其對(duì)表面皮膚軟組織產(chǎn)生壓力，通過(guò)擴(kuò)張機(jī)制對(duì)局部的作用使組織和表皮細(xì)胞的分裂增殖及細(xì)胞間隙拉大，從而增加皮膚面積，取出擴(kuò)張器后，可用新增加的皮膚軟組織進(jìn)行組織修復(fù)及器官再造。
[0004]目前擴(kuò)張器的形狀和材質(zhì)的種類很多，具體的擴(kuò)張器形狀在特定人體特定部位的皮膚軟組織下，其增長(zhǎng)過(guò)程和形狀變化有所不同，需要根據(jù)病變范圍及部位選擇合適形狀和容量的擴(kuò)張器。但是目前在臨床以及醫(yī)學(xué)研究中，通常是靠醫(yī)生積累的經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行選擇，效果不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法精確地預(yù)判擴(kuò)張器形狀、大小以及放置的部位和數(shù)量，只能靠臨床經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行手術(shù)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。
[0006]一種皮膚軟組織擴(kuò)張器設(shè)定方法，包括步驟:
[0007]根據(jù)醫(yī)學(xué)圖像建立患者的三維模型；
[0008]根據(jù)三維模型測(cè)量患者目標(biāo)區(qū)域面積；
[0009]根據(jù)目標(biāo)區(qū)域面積估算實(shí)際擴(kuò)增皮膚面積；
[0010]設(shè)定可逆彈性因子；
[0011 ] 估算擴(kuò)張器擴(kuò)張表面積，選擇擴(kuò)張器并設(shè)定擴(kuò)張參數(shù)。
[0012]進(jìn)一步地，所述根據(jù)三維模型測(cè)量患者目標(biāo)區(qū)域面積是采用三角剖分法測(cè)的。
[0013]進(jìn)一步地，所述實(shí)際擴(kuò)增皮膚面積為目標(biāo)區(qū)域面積的1.05?1.5倍。
[0014]進(jìn)一步地，所述擴(kuò)張器擴(kuò)張表面積為實(shí)際擴(kuò)增皮膚面積與所述可逆彈性因子的積。其中，所述可逆彈性因子的取值為I?1.5。[0015]進(jìn)一步地，所述擴(kuò)張器的擴(kuò)張參數(shù)包括擴(kuò)張器的形狀和放置位置，以及擴(kuò)張器擴(kuò)張大小。
[0016]本發(fā)明的皮膚軟組織擴(kuò)張器設(shè)定方法，可以在建模的基礎(chǔ)上準(zhǔn)確測(cè)量患者目標(biāo)區(qū)域面積，并根據(jù)設(shè)定的可逆彈性因子，估算擴(kuò)張后擴(kuò)增的皮膚面積，只需要協(xié)調(diào)擴(kuò)張器擴(kuò)增的皮膚面積與目標(biāo)區(qū)域面積的比例，就可以得到適合的擴(kuò)張器參數(shù)，從而選擇合適的擴(kuò)張器，并根據(jù)擴(kuò)張器參數(shù)進(jìn)行擴(kuò)張，獲得擴(kuò)增的皮膚來(lái)進(jìn)行手術(shù)。本發(fā)明的方法不會(huì)造成擴(kuò)增皮膚不夠或者過(guò)多情況，減少了患者的痛苦，避免了僅靠醫(yī)生的臨床經(jīng)驗(yàn)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明皮膚軟組織擴(kuò)張器設(shè)定方法流程圖；
[0018]圖2為本發(fā)明平面皮膚面積測(cè)量示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明曲面皮膚面積測(cè)量示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，以下實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。
[0021]在采用擴(kuò)張術(shù)修復(fù)患者的皮膚損傷前，選擇合適的擴(kuò)張器尤為重要。醫(yī)生通常只能得到患處面積，然后根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來(lái)選擇一定體積的擴(kuò)張器，這就會(huì)導(dǎo)致較大的誤差，同時(shí)對(duì)于經(jīng)驗(yàn)較少醫(yī)生就更難以選擇一個(gè)合適大小的擴(kuò)張器。
[0022]本發(fā)明通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)，采用立體分割的活動(dòng)形體建模法和Nurbs表面表示法建立人體頭部的三維通用模型，然后對(duì)具體病人醫(yī)學(xué)圖像的CT圖形進(jìn)行自動(dòng)分割和擬合，并將分割得到的圖像作為三維通用模型的擬合目標(biāo)，對(duì)三維通用模型輪廓進(jìn)行修正，最終逼近得到具體病人的最佳三維模型。根據(jù)三維模型，通過(guò)測(cè)量患處面積以及對(duì)不同的擴(kuò)張器最終所得軟組織面積的模擬，可以為醫(yī)生選擇擴(kuò)張器提供參考。
[0023]本發(fā)明中皮膚軟組織擴(kuò)張器設(shè)定方法流程如圖1所示，包括步驟:
[0024]步驟101、根據(jù)醫(yī)學(xué)圖像建立患者三維模型。
[0025]三維重建技術(shù)是指利用CT或者M(jìn)RI等醫(yī)學(xué)影像設(shè)備輸出的圖像體數(shù)據(jù)，根據(jù)需要選擇合適的三維重建算法，得到可以從任意視角進(jìn)行觀察的三維投影圖像，這樣診斷醫(yī)生就可以方便地對(duì)人體內(nèi)部組織或器官的結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察診斷。由于由醫(yī)學(xué)圖像重建出的三維表面模型數(shù)據(jù)量太大，因此本發(fā)明中，首先采用立體分割的活動(dòng)形體建模法和NURBS表面表示法建立人體頭部的三維通用模型；然后對(duì)具體患者醫(yī)學(xué)圖像的輪廓圖形進(jìn)行自動(dòng)分割和擬合，并將分割得到的圖像作為三維通用模型的擬合目標(biāo)，對(duì)三維通用模型輪廓進(jìn)行修正，最終逼近得到具體患者的最佳三維模型。
[0026]具體地，三維頭部通用模型的建立方法是:在大量醫(yī)學(xué)圖像的基礎(chǔ)上，從圖像的訓(xùn)練集中獲取頭部輪廓的先驗(yàn)信息，該信息是用統(tǒng)計(jì)方法分析得到頭部輪廓的一般形狀、局部的變化范圍和分布概率密度，為人類頭部建立一個(gè)數(shù)字化的通用計(jì)算模型。頭部對(duì)象的這些統(tǒng)計(jì)知識(shí)是通過(guò)訓(xùn)練的方法來(lái)得到的，主要內(nèi)容包括點(diǎn)分布模型和灰度模型?；顒?dòng)形體模型非常適合于形狀比較復(fù)雜圖像的分割和擬合。在模型建立階段，通常采用設(shè)置權(quán)重的方法，用W矩陣來(lái)保存每個(gè)點(diǎn)與其它點(diǎn)之間的距離，距離相對(duì)不變的那些點(diǎn)表明它們?cè)谡麄€(gè)圖像中比較穩(wěn)定，因此提高它們的權(quán)重，讓它們來(lái)主導(dǎo)搜索，同時(shí)來(lái)帶動(dòng)其它點(diǎn)的搜索。分割擬合的過(guò)程就是形體匹配的過(guò)程，即點(diǎn)搜索的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，需要追求搜索速度和準(zhǔn)確度的平衡，通常采用圖像分層的方法，這個(gè)方法首先將圖像的像素降低，然后用這個(gè)頭部通用模型來(lái)搜索，分割結(jié)束后提高像素繼續(xù)搜索，直到恢復(fù)到原來(lái)的像素，最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的準(zhǔn)確和快速分割。這樣就得到了具體患者的最佳三維頭部模型。這個(gè)模型是用非均勻有理B樣條(簡(jiǎn)稱NURBS)方法表示的，主要是借助調(diào)整控制點(diǎn)來(lái)改變曲線曲面的形狀，并且利用權(quán)因子，因此在分割和擬合階段具有較大的靈活性，用該方法最終得到一個(gè)光滑、連續(xù)的模型。
[0027]步驟102、根據(jù)三維模型測(cè)量患者目標(biāo)區(qū)域面積。
[0028]醫(yī)生用X光顯影線標(biāo)記受損區(qū)域，通過(guò)掃描出的醫(yī)學(xué)圖像，在建立的三維模型中可以很清晰地觀察到受損區(qū)域，選取一些輪廓上的點(diǎn)，根據(jù)這些三維數(shù)據(jù)點(diǎn)，計(jì)算出受損目標(biāo)區(qū)域表面積的大小，即患者患處面積。
[0029]本發(fā)明采用的面積測(cè)量方法適用于任何三維曲面和平面情況，當(dāng)提取出目標(biāo)區(qū)域后，通過(guò)Delaunay三角剖分法對(duì)該目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行三角化，目標(biāo)區(qū)域的表面積是表面模型三角化后所有三角形面積之和。計(jì)算每一個(gè)三角形面積，是將每個(gè)三角形單元當(dāng)作平面處理，由二點(diǎn)構(gòu)成的二角形面積為:
[0030]S = ^P{P-a){P-b){P-c)
[0031]其中P=(a+b+c)/2，S表示三角形的面積，a、b、c分別表示三角形的三條邊長(zhǎng)，P表
示三角形周長(zhǎng)的一半。
[0032]如圖2所示，是頭頂上有兩個(gè)水囊的二維圖像，通過(guò)在左邊畫出輪廓，并通過(guò)三角剖分法測(cè)其面積；如圖3所示，為了測(cè)量三維空間的表面積，測(cè)面積時(shí)用三角網(wǎng)格畫出來(lái)了，并通過(guò)三角剖分法測(cè)其面`積。
[0033]需要說(shuō)明的是，本發(fā)明根據(jù)患者的三維模型，以及裝入擴(kuò)張器后擴(kuò)張后的模擬模型，就可以測(cè)量擴(kuò)張后的皮膚軟組織面積。
[0034]步驟103、根據(jù)目標(biāo)區(qū)域面積估算實(shí)際擴(kuò)增皮膚面積；
[0035]結(jié)合目標(biāo)區(qū)域面積，可以規(guī)劃手術(shù)所需皮膚面積大小，通常手術(shù)所需皮膚面積應(yīng)該能覆蓋目標(biāo)區(qū)域，并預(yù)留部分損耗，一般的損耗為目標(biāo)區(qū)域面積的5%~10%，因此根據(jù)目標(biāo)區(qū)域面積，可以估算實(shí)際手術(shù)需要皮膚面積，實(shí)際手術(shù)需要皮膚面積也就是擴(kuò)張器實(shí)際擴(kuò)增皮膚面積。
[0036]步驟104、設(shè)定可逆彈性因子。
[0037]當(dāng)擴(kuò)張器體積增大時(shí)，其覆蓋皮膚因動(dòng)力學(xué)和生理機(jī)制緣故進(jìn)行增長(zhǎng)，相應(yīng)地動(dòng)力學(xué)方程表示的擴(kuò)增面積主要分為兩部分:一是可逆的彈性部分，一是不可逆的生長(zhǎng)部分?？赡鎻椥圆糠质强紤]到皮膚回縮的緣故，因此當(dāng)擴(kuò)張器安裝和擴(kuò)張后，在其表面擴(kuò)增的皮膚面積，需要通過(guò)可逆彈性因子來(lái)計(jì)算其實(shí)際擴(kuò)增面積。通?？赡鎻椥砸蜃邮峭ㄟ^(guò)醫(yī)生結(jié)合臨床經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行設(shè)定的，與人體各部分的皮膚和擴(kuò)張器擴(kuò)張大小有關(guān)。
[0038]步驟105、估算擴(kuò)張器擴(kuò)張表面積，選擇擴(kuò)張器并設(shè)定擴(kuò)張參數(shù)。
[0039]擴(kuò)張參數(shù)包括擴(kuò)張器的形狀和放置位置，以及擴(kuò)張器擴(kuò)張大小。根據(jù)步驟101所得的具體患者的三維模型，結(jié)合病人的實(shí)際損傷情況對(duì)三維模型進(jìn)行調(diào)整，給出擴(kuò)張器模型的放置位置，并虛擬皮膚擴(kuò)張后的情況。下面詳述模擬擴(kuò)張器埋置的位置、體積和形狀，并計(jì)算擴(kuò)張后皮膚面積:
[0040]醫(yī)師用X光顯影線標(biāo)記受損區(qū)域，通過(guò)掃描出的醫(yī)學(xué)圖像，在體繪制中可以很清晰地觀察到受損區(qū)域，選取一些輪廓上的點(diǎn)，根據(jù)這些三維數(shù)據(jù)點(diǎn)，面積測(cè)量單元計(jì)算出受損區(qū)域表面積的大小，即目標(biāo)區(qū)域面積。
[0041]接著在鄰近區(qū)域觀察表面形狀，根據(jù)形狀來(lái)確定位，在健康的鄰近區(qū)域，可以選擇一個(gè)基本形狀的，在皮下或者肌肉下層植入擴(kuò)張器。目前擴(kuò)張器的基本形狀主要有:圓形、腎形、新月形、長(zhǎng)方形、長(zhǎng)柱形、三角形。擴(kuò)展器的選擇要根據(jù)擬修復(fù)的部位、形態(tài)及病變范圍和可供擴(kuò)張的正常皮膚的大小形態(tài)來(lái)決定。多數(shù)情況下，頭皮選擇長(zhǎng)方形、腎形、長(zhǎng)柱形，額部選擇長(zhǎng)方形，面部選擇圓形或長(zhǎng)方形。醫(yī)師根據(jù)受損部位、范圍及形態(tài)，結(jié)合鄰近健康區(qū)域形狀和手術(shù)操作的方便，選擇埋置位置和擴(kuò)張器的形狀。
[0042]根據(jù)可逆彈性因子和實(shí)際擴(kuò)增面積，就可以估算擴(kuò)張器擴(kuò)張表面積，根據(jù)擴(kuò)張器擴(kuò)張表面積就可以推定擴(kuò)張器擴(kuò)張的大小。
[0043]通過(guò)本發(fā)明的方法，可以在建模的基礎(chǔ)上準(zhǔn)確測(cè)量患者目標(biāo)區(qū)域面積，并根據(jù)設(shè)定的可逆彈性因子，估算擴(kuò)張后擴(kuò)增的皮膚面積，只需要協(xié)調(diào)擴(kuò)張器擴(kuò)增的皮膚面積與目標(biāo)區(qū)域面積的比例，就可以得到適合的擴(kuò)張器參數(shù)，從而選擇合適的擴(kuò)張器，并根據(jù)擴(kuò)張器參數(shù)進(jìn)行擴(kuò)張，獲得擴(kuò)增的皮膚來(lái)進(jìn)行手術(shù)。本發(fā)明的方法不會(huì)造成擴(kuò)增皮膚不夠或者過(guò)多情況，減少了患者的痛苦，避免了僅靠醫(yī)生的臨床經(jīng)驗(yàn)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。
[0044]以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其進(jìn)行限制，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種皮膚軟組織擴(kuò)張器設(shè)定方法，其特征在于，包括步驟: 根據(jù)醫(yī)學(xué)圖像建立患者的三維模型； 根據(jù)三維模型測(cè)量患者目標(biāo)區(qū)域面積； 根據(jù)目標(biāo)區(qū)域面積估算實(shí)際擴(kuò)增皮膚面積； 設(shè)定可逆彈性因子； 估算擴(kuò)張器擴(kuò)張表面積，選擇擴(kuò)張器并設(shè)定擴(kuò)張參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的皮膚軟組織擴(kuò)張器設(shè)定方法，其特征在于，所述根據(jù)三維模型測(cè)量患者目標(biāo)區(qū)域面積是采用三角剖分法進(jìn)行測(cè)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的皮膚軟組織擴(kuò)張器設(shè)定方法，其特征在于，所述實(shí)際擴(kuò)增皮膚面積為目標(biāo)區(qū)域面積的1.05?1.5倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的皮膚軟組織擴(kuò)張器設(shè)定方法，其特征在于，所述擴(kuò)張器擴(kuò)張表面積為實(shí)際擴(kuò)增皮膚面積與所述可逆彈性因子的積。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的皮膚軟組織擴(kuò)張器設(shè)定方法，其特征在于，所述可逆彈性因子的取值為I?1.5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的皮膚軟組織擴(kuò)張器設(shè)定方法，其特征在于，所述擴(kuò)張器的擴(kuò)張參數(shù)包括擴(kuò)張器的形狀和放置位置，以及擴(kuò)張器擴(kuò)張大小。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103678848SQ201210356610
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月24日
【發(fā)明者】邵雁, 林麗麗, 顧子春, 管秋, 陳勝勇 申請(qǐng)人:邵雁