用于颌面外科手术不对称性评估与矫正的设备和方法

本技术涉及计算机辅助外科手术领域，尤其涉及用于计算机辅助颌面外科手术的设备和方法。

背景技术：

1、即使对于经验丰富的外科医生来说，识别精确的颌骨不对称性也可能具有挑战性，因为使用常规临床评估方法难以捕捉颌骨的异常方向、位置和形状。当不对称性被变化的软组织厚度和代偿性牙咬合掩盖时，这个问题会更加严重。此外，患者异常的头部姿势可能隐藏不对称的真实程度，给评估和矫正都带来进一步的挑战。近年来，计算机辅助正颌外科手术 (caogs，computer-assisted orthognathic surgery) 实现了颅骨的三维（3d）可视化和骨移动的模拟，这对于处理不对称畸形具有内在优势。

2、然而，在当前的caogs实践中，不对称性评估主要依赖于视觉检查，并且矫正过程涉及通过横向平移以及偏航和滚转旋转来手动反复移动骨段，直到在虚拟3d空间中实现对称。这个过程很复杂，且高度依赖于外科医生的经验。因此亟需一种自动化工作流程，该流程应能进行标准化评估并能根据不对称程度进行一键式骨调整。

技术实现思路

1、本技术涉及用于计算机辅助颌面外科手术（例如正颌外科手术）中不对称性评估与矫正的方法和系统。本文所述的方法和系统提供了自动化矫正患者颌骨不对称性的工具。该方法还提供了用于计算机辅助颌面外科手术（例如正颌外科手术）的数字工作流程。该方法提供了在虚拟环境中确定和矫正颌骨不对称性的有利规划方法。

2、本技术涉及用于计算机辅助正颌外科手术中不对称性评估与矫正的方法和/或系统，其可克服或实质上改善现有技术的至少一些缺陷，或者至少提供一种替代方案。

3、根据本技术的实施例的第一方面，提供了一种用于颌面外科手术中不对称性评估与矫正的计算机实现方法，包括：生成或接收患者颅骨的三维数字模型（该模型包括患者的颌骨）；识别颅骨的正中矢状面；确定颌骨的最佳对称平面；确定患者颌骨的不对称性；执行矫正过程以矫正所识别出的不对称性。

4、在一个示例中，不对称性可以是基于颌骨的最佳对称平面与颅骨的正中矢状面之间的错位来确定的，其中所述不对称性可以被表示为颌骨的最佳对称平面与颅骨的正中矢状面之间的角度。

5、在一个示例中，矫正过程可包括确定颌骨相对于颅骨的矫正位置，其中矫正位置可以是指颅骨的正中矢状面与颌骨的最佳对称平面对齐的位置。

6、在一个示例中，矫正过程可包括自动将模型中的颌骨进行对位（例如，进行关节连接）并重新定位至矫正位置，以消除不对称性。

7、在一个示例中，颌骨的矫正位置可以是指颌骨的最佳对称平面与颅骨的正中矢状面对齐，使得二者之间的角度（也可称为不对称角度）介于-5度至+5度之间的位置。优选地，颌骨的最佳对称平面与颅骨的正中矢状面对齐，使得不对称角度介于-2度与+2度之间。

8、在一个示例中，确定颌骨的最佳对称平面的步骤可以包括确定上颌骨和/或下颌骨或上下颌单元或颏部的最佳对称平面。

9、在又一个示例中，该用于颌面外科手术中不对称性评估与矫正的计算机实现方法，可以包括以下步骤：生成或接收患者颅骨的三维（3d）数字模型（该模型包括患者的颌骨）；识别颅骨的正中矢状面；确定上颌骨的最佳对称平面；确定下颌骨的最佳对称平面；通过确定上颌骨的最佳对称平面与颅骨的正中矢状面之间的错位来确定上颌骨的不对称性；通过确定下颌骨的最佳对称平面与颅骨的正中矢状面之间的错位，来确定下颌骨的不对称性；确定上颌骨的矫正位置和下颌骨的矫正位置；将上颌骨和下颌骨对位至颅骨的3d数字模型中的各自矫正位置；以及在颅骨的3d数字模型上呈现处于矫正位置的上颌骨和下颌骨。

10、可替代地，在又一个示例中，该用于颌面外科手术中不对称性评估与矫正的计算机实现方法，可以包括以下步骤：生成或接收患者颅骨的三维（3d）数字模型（该模型包括患者的颌骨）；识别颅骨的正中矢状面；将患者的上颌骨和下颌骨一起对位至一个矫正位置，例如对位成一个上下颌单元；通过确定上下颌单元的最佳对称平面与颅骨的正中矢状面之间的错位来确定上下颌单元（即上颌骨和/或下颌骨）的不对称性；确定该上下颌单元的矫正位置；以及将该上下颌单元（即上颌骨和下颌骨）对位至其矫正位置。在该示例中，还可以包括在颅骨的3d数字模型上呈现处于矫正位置的上颌骨和下颌骨。

11、在一个示例中，矫正过程可以包括沿矢状向量和/或垂直向量移动或对位上颌骨和下颌骨（例如，上下颌单元）。在另一个示例中，矫正过程还可以包括围绕横向向量旋转上下颌单元（例如，上颌骨和下颌骨）。

12、在一个示例中，可以通过应用迭代最近点(icp)算法来确定颅骨的正中矢状面，以识别颅骨的正中矢状面。在一个示例中，该方法采用正中矢状面优先的方式。

13、在一个示例中，识别颅骨的正中矢状面可以包括将颅骨区域镜像并对齐，并且对齐后的颅骨区域将用于计算新的镜像平面或最佳对称平面。水平面被定义为垂直于正中矢状面，并穿过耳点和眶点（任一侧均可）的平面。最后，冠状面被定义为同时垂直于正中矢状面和水平面并经过蝶鞍点的平面。

14、在一个示例中，上颌骨和/或下颌骨的最佳对称平面可通过执行双侧矢状劈开截骨术来确定，例如，将颌骨（例如下颌骨）分成两个近端带髁突骨段和一个远端带牙齿骨段。下颌骨的远端骨段的最佳对称平面被自动构建。

15、在一个示例中，可以通过执行虚拟le fort i型截骨术来对位上颌骨和/或下颌骨。

16、在一个示例中，矫正位置还可指使上颌的牙齿与下颌的牙齿对齐。可以上颌骨和/或下颌骨进行对位直到达到所需的咬合。

17、在一个示例中，颌骨的最佳对称平面可以被自动生成。

18、在一个示例中，根据本技术实施例的第一方面的方法可以由计算设备自动执行。在一个示例中，根据本技术实施例的第一方面的方法可以以python脚本的形式实现。

19、根据本技术的实施例的第二方面，提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，存起上存储有计算机程序，当所述处理器执行该计算机程序时实现根据本技术的实施例的第一方面的用于执行用于颌面外科手术（例如正颌外科手术）中不对称性评估与矫正的方法。

20、根据本技术的实施例的第三方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，当所述计算机程序/指令被处理器执行时实现根据本技术的实施例的第一方面的用于执行用于颌面外科手术（例如正颌外科手术）中不对称性评估与矫正的方法。

21、根据本技术的实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，当所述计算机程序/指令由计算机或处理器执行时，实现根据本技术的实施例的第一方面的用于执行用于颌面外科手术（例如正颌外科手术）中不对称性评估与矫正的方法。

22、根据本技术的实施例的第五方面，提供了一种用于计算机辅助颌面外科手术（例如正颌外科手术）中不对称性评估与矫正的系统，该系统包括计算设备。该计算设备包括处理器、用户接口和存储器单元，并且其中处理器和存储器单元可操作地彼此耦合。存储器单元适于存储指令，当这些指令由处理器执行时，使计算设备执行下列步骤：生成或接收患者颅骨的三维数字模型，其中所述三维数字模型包括患者的颌骨；识别颅骨的正中矢状面（例如，可通过应用迭代最近点(icp)算法来确定正中矢状面）；确定颌骨的最佳对称平面；基于颌骨的最佳对称平面与颅骨的正中矢状面之间的错位来确定患者颌骨的不对称性，其中所述不对称性被表示为颌骨的最佳对称平面与颅骨的正中矢状面之间的角度；确定颌骨相对于颅骨的矫正位置，其中所述矫正后位置是指正中矢状面与颌骨的最佳对称平面对齐的位置；自动地对该三维数字模型中的颌骨进行对比并将其重新定位至矫正位置，以消除不对称性；以及在用户接口上呈现处于矫正位置的颌骨。

23、在一个示例中，颌骨的矫正位置是指颌骨的最佳对称平面与颅骨的正中矢状面对齐以使得不对称角度介于-5度至+5度之间的位置。优选地，颌骨的矫正位置是指颌骨的最佳对称平面与颅骨的正中矢状面对齐使得不对称角度介于-2度与+2度之间。

24、可替代地，在又一个示例中，该系统中的计算设备还可以配置为：将上颌骨和下颌骨一起对位至一个矫正位置，例如对位成一个上下颌单元；通过确定上下颌单元的最佳对称平面与颅骨的正中矢状面之间的错位，确定上下颌单元（即上颌骨和/或下颌骨）的不对称性，进一步针对上下颌单元（即上颌骨和下颌骨）进行对位，以矫正不对称性。在一个示例中，上颌骨和下颌骨（例如，上下颌单元）可以进一步沿矢状向量和/或垂直向量移动或对位。在另一个示例中，上下颌单元（例如，上颌骨和下颌骨）可以围绕横向向量旋转。

25、在本技术的实施例中所介绍的方案中，通过上颌骨和/或下颌骨的最佳对称平面与颅骨的正中矢状面与之间的错位来表示不对称性，由此可以通过“平面至平面”配准的方式将上颌骨或下颌骨的最佳对称平面配准到颅骨的正中矢状面来矫正不对称性，实现了不对称性矫正的自动化。这些方案可以应用于涉及不对称性评估与矫正的颌骨外科手术或颌面外科手术，如创伤康复、颌骨重建、颅面外科手术，尤其适用于计算机辅助正颌外科手术。

26、应当理解，如果本文中引用了任何现有技术信息，这样的引用并不构成承认该信息构成本领域公知常识的一部分。