本发明涉及下颌骨缺损修复重建，具体涉及基于程序化3d建模的下颌骨缺损修复重建数字化设计方法。
背景技术：
1、严重的创伤、颌骨肿瘤、颌骨骨髓炎会遗留颌骨缺损畸形，这类伤病治疗复杂、耗时长，对颌面功能、外貌形态和心理健康都造成严重影响。目前依托数字化虚拟手术设计+3d打印导板可以实现较为精准的颌骨修复重建手术，国内外普遍采用mimics、3matics、proplan、geomagics等软件完成数字化外科设计工作。但这种经典的数字化设计方法并非程序化控制，导致其设计流程中存在较多缺点：①无法实时生成模型，无法实时模型交互；②过程不可逆，一旦某个模型需要调节，很多操作将返工重新设计；③空间位置、角度不可控，无法精准设置模型的位置、角度，只能先放置，再测量，再调整；④软件操作复杂，需要很多人工操作步骤，无法设置为通用模板，不适合于医学专业人员使用。
2、现有中国专利文件cn202210238110.6，公开了一种利用数字化技术及人工智能方法修复跨中线下颌骨缺损的方法，包括如下步骤：s1、三维重建；s2、镜像修复处理，利用对称原理缩小骨缺损范围；s3、跨中线缺损修复处理：基于事先利用支持向量机的机器学习方法对下颌骨下缘曲面的外形进行学习而建立的下颌骨曲面数学模型，预测缺失部分数据，得到修复后的下颌骨模型；s4、设计个性化下颌植入物；s5、制造个性化植入物。本发明利用支持向量机的机器学习方法对下颌骨下缘曲面外形进行学习，进行三维曲面拟合，得到的数学模型是一种函数表达方式，可以通过已有的数据，预测下颌骨下缘曲面任意部位缺失的数据，实现下颌骨下缘任意位置缺损的修复。但仍存在对各类颌骨缺损的适用性差，受用范围过小，仅局限于跨越中线的颌骨重建；同时现有专利为拟合生成下颌骨缺损部位点云数据，存在模拟数据准确率低的问题；另外，该点云数据仅仅是为下颌骨修复重建提供指导依据，并不是直接用于设计腓骨截骨导板。
3、blender作为一款开源三维创作软件，包含了传统三位建模软件的绝大部分功能，利用其独具特色的geometrynodes模块，可以编制程序，实现程序化3d建模技术。这种程序化建模，革新了数字化外科建模流程，可以实现实时、精准的模型交互、生成，同时这种建模流程可保存为统一模板，以适应相同类颌骨缺损患者设计的需求，而不需要从头设计。
4、针对上述问题，本发明提出一种基于程序化3d建模的下颌骨缺损修复重建数字化设计方法，适用于局部缺损到全下颌骨重建，依据控制节点相对位置，自动计算腓骨截骨的距离、角度，从而生成截骨导板，最终3d打印用于取带血管蒂腓骨修复重建下颌骨缺损，有效提高设计精度。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种基于程序化3d建模的下颌骨缺损修复重建数字化设计方法，极大地简化了设计流程，将复杂的导板设计转化为基于节点球调节的程序化程序化3d建模方式，提高了设计精度，取得了显著的进步。
2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：
3、一种基于程序化3d建模的下颌骨缺损修复重建数字化设计方法，包括以下步骤：
4、s1：ct数据获取及建模：对患者颌面部及下肢进行ct扫描，分别建模获得缺损区颌骨模型及供骨区腓骨模型，选择合适的腓骨修复重建模式。一般双侧体部缺损选择四段式，单侧下颌角部缺损选择二段式，而对于全下颌的缺损则需要考虑六段式。本说明书以六段式为例；
5、s2：根据下颌骨缺损范围初步设定abcdefg七个定位节点球；
6、s3：程序化程序化3d建模自动依据定位节点球之间的距离、角度，裁切腓骨模型；
7、s4：微调节点，观察腓骨修复重建后相对于上颌骨，在颌间距离、颊舌侧距离、骨嵴角度三个维度上参数，以适应颌骨外形及后期牙种植修复需要；此时腓骨截骨导板实时在x、y、z三个轴向上平移和旋转，以实现腓骨段长度和骨段之间角度的适应性改变；
8、s5：完成节点调整后，将程序化3d建模生成的下颌骨、腓骨截骨导板导出stl格式，3d打印制作，完成数字化设计闭环。
9、进一步的，所述步骤s1具体包括：
10、s1.1：结合患者的医疗影像资料进行临床评估，制定手术计划，包括颌面部及下肢范围。
11、s1.2：利用高分辨率ct扫描获取患者颌面部及下肢的详尽图像。为确保重建模型的准确性，应使用至少0.5mm层厚的扫描间隔。为明确受区及供区的血管情况，建议拍摄血管增强的ct扫描。
12、s1.3：利用医学影像处理软件(如materialise mimics、3d slicer、geomagic等软件)将dicom格式的ct扫描数据转换成3d模型，并导出为stl文件。
13、s1.4：将stl文件导入blender，利用blender的插件处理stl文件，生成可供进一步编辑和设计的基础模型。选择合适的腓骨修复重建模式。一般双侧体部缺损选择四段式，单侧下颌角部缺损选择二段式，而对于全下颌的缺损则需要考虑六段式。本本说明书以六段式为例，六段分别对应下颌骨右侧升支、右侧体部、右侧颏旁、左侧颏旁、左侧体部、左侧升支部位。
14、进一步的，所述步骤s2具体包括：在blender中标定abcdefg七个关键解剖定位节点，对应于下颌骨的特定解剖标志，分别对应右侧髁突、右侧下颌角、右侧尖牙区、正中联合、左侧尖牙区、左侧下颌角区、左侧髁突的空间位置；使用blender的geometrynodes模块，通过x、y、z轴三个方向上平移，初步为每个节点球编程设定一个三维坐标。
15、进一步的，所述步骤s3具体包括：
16、s3.1：geometry nodes模块图形化编程，通过计算相邻两个调节节点之间的距离，预设骨段旋转交叉需保留的长度(一般为1cm)，6段距离与5段预设保留长度相加，获得所需腓骨骨段总长度，将该长度与腓骨模型比对，与腓骨模型中间点对齐；
17、s3.2：根据相邻骨段的夹角(一般在100°～135°)，计算得到骨段旋转角度及截骨平面旋转角度，并体现在腓骨之上；将夹角分解为y轴、z轴旋转，以实现微调时控制骨嵴的朝向，适应后期口腔种植需要。
18、s3.3：依据下颌骨残端外形曲面向外拓展构3mm，于截骨导板处增加至5mm，并通过弯管结构连接断端两侧，构建下颌骨截骨导板。
19、s3.4：设定立方体凹槽，厚度设定为3mm，长度为所需腓骨骨段总长度加2cm，略超出实际截骨长度，槽内宽度、深度为2cm，通过与截骨导板布尔运算，预留出0.5mm的多条截骨导向槽，并保证凹槽底部的连续完整，构建腓骨截骨导板。
20、进一步的，所述步骤s4具体包括：
21、s4.1：微调节点，观察腓骨修复重建后相对于上颌骨，在颌间距离、颊舌侧距离、骨嵴角度三个维度上距离、角度参数，以适应颌骨外形及后期牙种植修复需要。
22、s4.2：通过预先设定的多个虚拟摄像机，建立多个窗口，实现正前方位、左上位、右上方位、左侧位、右侧位等角度的同时观察。在调节节点的同时，腓骨骨段、截骨平面、下颌骨截骨导板、腓骨截骨导板会实时动态调整。
23、进一步的，所述步骤s5具体包括：完成节点调整后，将程序化3d建模生成的下颌骨、腓骨截骨导板导出stl格式，使用3d打印技术制造模型。打印过程应确保使用的材料具有足够的生物相容性和机械强度。
24、在实施手术前，对打印出的导板和模型进行严格的质量控制和适应性检验，确保其在实际手术中的可用性和准确性。
25、本发明的有益效果：
26、精确性与个性化设计：通过高分辨率ct扫描与专业医学影像软件的结合，能够生成精确的下颌骨和腓骨模型，确保后续设计与患者的解剖结构高度吻合。使用blender的geometrynodes模块图形化编程可以根据具体的解剖结构和手术计划，进行个性化的截骨导板设计，通过程序化处理方式，从影像读取至模型转换的自动化流程，显著减少人工干预，降低设计难度，缩短设计时间，从而提高手术的精确度和成功率。
27、实时交互与模型生成：引入节点球作为控制关键点，系统化地定位与调整手术的关键参数，使得程序化建模过程更加精确和个性化；使用geometry nodes模块图形化编程，可以实现实时交互的功能，即对定位节点的调整可以实时反映在模型上，通过多个虚拟摄像机从各个角度观察，使得设计过程高效、直观。这种方法比起传统的一次性建模方式，提供了更为灵活的实时调整能力。
28、可逆性与重复利用：程序化建模方法的一个显著优势在于其操作的可逆性。如果任何环节发现问题或需调整，可以直接在程序中修改参数而无需整个过程的返工。此外，设计流程可以保存为模板，适用于其他类似案例，大大提高了设计的重用价值。
29、操作便捷性和模板化：相较于传统的数字化设计软件操作繁琐的问题，本技术方案使用blender和编写的脚本简化了操作流程，自动计算截骨方案和设计导板，减少了传统手工设计的不确定性和复杂性；并且可以设置为通用模板，更适合医学专业人员使用，降低了技术门槛。定制的导板设计考虑到了手术中的实际操作，便于医生在手术中快速定位、切割和重建，减少了手术时间并提高了手术的安全性。
30、质量控制和生物相容性：使用3d打印技术可以制造出具有高生物相容性和机械强度的导板及匹配模型，这对于术后患者的恢复和功能重建至关重要。同时，检验打印件的质量和适配性，确保了手术的准确性和患者的安全。
31、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
1.基于程序化3d建模的下颌骨缺损修复重建数字化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于程序化3d建模的下颌骨缺损修复重建数字化设计方法，其特征在于：所述步骤s1具体包括：
3.如权利要求1所述的基于程序化3d建模的下颌骨缺损修复重建数字化设计方法，其特征在于：所述步骤s2具体包括：在blender中标定abcdefg七个关键解剖定位节点，对应于下颌骨的特定解剖标志，分别对应右侧髁突、右侧下颌角、右侧尖牙区、正中联合、左侧尖牙区、左侧下颌角区、左侧髁突的空间位置；使用blender的geometrynodes模块，通过x、y、z轴三个方向上平移，初步为每个节点球编程设定一个三维坐标。
4.如权利要求1所述的基于程序化3d建模的下颌骨缺损修复重建数字化设计方法，其特征在于：所述步骤s3具体包括：
5.如权利要求1所述的基于程序化3d建模的下颌骨缺损修复重建数字化设计方法，其特征在于：所述步骤s4具体包括：
6.如权利要求1所述的基于程序化3d建模的下颌骨缺损修复重建数字化设计方法，其特征在于：所述步骤s5具体包括：完成节点调整后，将程序化3d建模生成的下颌骨、腓骨截骨导板导出stl格式，使用3d打印技术制造模型；打印过程应确保使用的材料具有足够的生物相容性和机械强度。
