用于規劃毛發移植的系統和方法
【專利說明】用于規劃毛發移植的系統和方法
[0001] 申請領域
[0002] 本申請大體上涉及治療計劃系統、方法和它們的使用方法。具體地說，本申請涉及 毛發移植規劃系統（即，在身體表面（通常是頭皮）中采集和/或植入毛發毛囊單位）和 它們的使用方法。
[0003] 申請背景
[0004] 毛發移植程序是眾所周知的，并且通常涉及（例如，在患有男性模式禿發的患者 中）從患者頭皮的側部和背部邊緣區域（"供區"）采集供體毛發移植物，并且在禿發區域 (受區）中植入所采集的毛囊單位。歷史上，所采集的移植物相對較大（3-5_)，盡管最近， 供體移植物可以是單一毛囊單位，毛囊單位是自然發生的總計為1-3個（和不太常見地， 4-5個）隨機分布在頭皮表面上的緊密間隔的毛發毛囊。
[0005] 在一個眾所周知的毛發移植過程中，使用解剖刀向下切割進入脂肪皮下組織而將 頭皮的線性部分從供區移除。條帶經解剖（在顯微鏡下）進入組件毛囊單位，毛囊單位隨 后被植入到使用針制成的相應切口或刺孔中的受區中。鑷子可用來抓取單獨毛囊單位移植 物并將其放置到針穿刺位置，盡管已知用于執行這個任務的其它儀器和方法。
[0006] 美國專利號6, 585, 746公開了利用機器人系統的毛發移植系統，其包括機器人臂 和與機器人臂相關聯的毛發毛囊導引器。成像系統用來產生患者頭皮的三維圖像，三維圖 像用來規劃接受毛發移植物的位置。美國6, 585, 746的全部公開內容以引用的方式并入本 文。
[0007] 無論采用何種類型的毛發移植程序，醫生的目標是為他的患者提供外觀自然的頭 發。當前，醫生基于他們基于對先前患者所執行的程序的經驗嘗試做這個，希望當他們從患 者頭部的供區采集毛發并將其植入到受區中時，他們能以這樣的方式設法得到外觀自然的 頭發。然而，可基于其他患者的先前經驗獲得患者看起來可能是什么樣的現實圖像是不可 能的。每個人的毛發是不同的，沒有相同的厚度、質地或密度，并且毛發不以相同的方式位 于或落在不同人的頭上。此外，不是每個人的頭部形狀或大小都相同，所以關于毛發如何落 下，以及它如何分開也有許多差異。因此，對一個患者執行的毛發移植程序的結果看起來未 必與在對第二個患者執行同一程序時相同。當前，人們僅可能看到其他人之前和之后的照 片，并猜測毛發移植程序的結果可能是什么。
[0008] 共同轉讓的美國專利號7, 806, 121和美國專利號8, 104, 480 (下文統一地， "Bodduluri"）示出用于規劃將毛囊單位移植到患者身體表面的系統與方法。兩項專利都 以引用方式并入本文。
[0009] 概述
[0010] 本申請中提供用于規劃各種美容程序和皮膚病學程序（包括毛發移植）的各種系 統和方法。這些程序可以在頭皮、面部和其它皮膚與身體表面上執行。
[0011] 根據本申請的一個方面，提供一種在身體上規劃程序的方法。該方法包括：在身體 表面的三維模型上產生并顯示至少兩個元素，相應的至少兩個元素中的每個包括一個或多 個控制點，該控制點具有與它們相關聯的對應參數；使用處理器將至少兩個元素的第一元 素和第二元素彼此相關聯以便形成群組；至少部分基于第二元素的一個或多個控制點的至 少一個參數產生或修改第一元素內的或第一元素上的至少一個部位。上面提到的方法可以 例如作為在身體表面上移植毛囊單位的方法來實現，該方法包括：在身體表面的三維模型 上產生并顯示至少兩個毛發元素，相應的至少兩個毛發元素中的每個包括一個或多個控制 點，該控制點具有與它們相關聯的對應參數；使用處理器將至少兩個毛發元素的第一毛發 元素和第二毛發元素彼此相關聯以便形成毛群；至少部分基于第二毛發元素的一個或多個 控制點的至少一個參數產生或修改第一元素內的或第一元素上的至少一個部位。在一些實 施方案中，基于群組（例如，毛群）的控制點的參數自動修改或產生并顯示所提議毛囊單元 部位或其它程序部位。
[0012] 通過非限制性實例，毛發元素可以是毛發修補區或邊界曲線（其可以包括前部發 際線或發際線），控制點可以位于毛發修補區的周邊上或內部。可以在其它美容程序和皮膚 病學程序中使用的"元素"或"身體表面元素"的其它實例在下文本公開的各個部分中提供 并且處于本申請的各種實施方案和方面的范圍內。所提議部位可以是毛發采集部位、切口 制造部位、毛發植入部位，以及用于放置和去除紋身、或執行各種美容程序和皮膚病學程序 的各種部位。
[0013] 在一些實施方案中，控制點的參數可以是位置、取向或密度中的一個或多個。在密 度是該參數的情況下，例如，關于毛發移植和相關程序，所提議部位的產生可以基于所提議 部位與一個或多個控制點之間的逆變換算法。密度參數可以基于相關聯控制點距所提議部 位的距離來加權。
[0014] 在一些實施方案中，方法還可以包括將元素（例如，毛發元素）的三維坐標投影到 二維坐標系中并且隨后在二維坐標系中內插程序部位（例如，植入部位）。內插植入部位隨 后被投影回三維坐標系中，在坐標系中它們被描繪在患者的三維模型上。在一些實施方案 中，內插方法可以考慮密度，并且利用多個控制點的密度參數，其中多個控制可以包括一個 或多個控制點。
[0015] 根據本申請的另一個方面，提供一種在身體表面上規劃毛囊單位的移植的方法， 其包括：在身體表面的三維模型上產生并顯示毛發修補區，毛發修補區包括它的周邊上的 一組控制點，控制點具有與它們相關聯的對應參數；在毛發修補區內和/或在它的周邊上 創建另外的控制點；基于控制點和另外控制點的參數自動產生并顯示毛發修補區內或毛發 修補區周邊上的所提議毛囊單位植入部位。將理解，這個方法可以應用于關于在身體表面 上的任何修補區的控制點的產生，以及任何程序部位（除了毛發移植之外）的產生和顯示。
[0016] 根據本申請的另一個方面，提供一種基于密度插值法產生所提議程序部位的系統 和方法。該方法包括：將三維坐標系中的身體表面元素的多個輪廓點的位置投影至到二維 平面上；在二維平面上產生候選程序部位；基于與身體表面元素相關聯的多個控制點的密 度參數確定每個候選程序部位的內插間隔值；產生所提議程序部位；將所提議程序部位的 二維位置投影回三維坐標系。在一些實施方案中，該方法還包括識別由于所提議程序部位 之間的所需間隔而不能用作程序部位可用的候選程序部位。在一些實施方案中，可以確定 與程序部位的密度和間隔相關聯的公式。另外，確定內插間隔值的步驟可以包括利用所確 定的公式。用于基于密度插值法產生所提議程序部位的系統可以包括一個或多個處理器， 該一個或多個處理器包括用于根據上述方法執行操作的一個或多個模塊。
[0017] 根據本申請的另一個方面，提供一種用于規劃程序（例如，移植程序）的系統，該 系統包括：用戶接口，其包括用戶輸入設備；至少一個非暫時性存儲介質，其存儲指令；以 及處理器，其包括用于執行關于圖像數據的操作的一個或多個模塊，該一個或多個模塊包 括指令用于：在身體表面的三維模型上產生并顯示至少兩個元素（例如，毛發元素），該相 應元素中的每個包括一個或多個控制點，一個或多個控制點具有與它們相關聯的對應參 數；將至少兩個元素（如毛發元素）的第一元素和第二元素彼此相關聯以便形成群組（例 如，毛群）；至少部分基于第二毛發元素的一個或多個控制點的至少一個參數產生或修改 第一毛發元素內的或第一毛發元素上的至少一個部位。在一個實施方案中，系統還包括圖 像存儲庫。本申請的系統和方法當在自動化系統或計算機控制系統（例如，包括機器人臂 的圖像導引機器人系統）上實現或與其集成時尤其有用。系統還可以包括提供包含身體表 面的一個或多個圖像的圖像數據的成像設備和用于執行程序的工具。系統可以包括適于接 收包含身體表面圖像的圖像數據的界面、經編程以執行關于本申請的各個實施方案和方法 描述的各種程序和步驟的處理器，以及被配置來顯示如本文所述的治療計劃的監視器。
[0018] 在本申請的另一個方面中，提供在身體表面規劃毛囊單位的移植的系統和方法。 此類系統和方法包括產生并顯示身體表面的三維模型；從圖像存儲庫選擇模板；以及基于 模板產生并顯示一個或多個所提議毛發元素。產生的步驟可以包括產生模板的一部分。該 部分可以包括邊界曲線或毛發修補區。
[0019] 根據本申請的另一個方面，提供一種規劃身體表面（包括面部特征）的修改的系 統和方法。此類系統和方法將相關聯的各種身體表面元素提供到群組中，并且至少部分基 于來自第二身體表面元素的控制點的一個或多個參數修改第一身體表面元素中的某些特 征。在一些實施方案中，修改可以自動地進行或利用用戶輸入進行。通過非限制性實例，身 體表面元素可以是皮膚的一部分、痣、雀斑、皺紋、疤痕、面部特征（如眼睛、鼻子、眼睛、目艮 瞼、嘴唇、耳朵、下巴、胎記）或面部缺陷。
[0020] 根據本發明的又一個方面，提供一種規劃程序的方法。該方法可以包括：接收來自 徒手畫的所提議身體表面元素的二維用戶輸入；在顯示設備上的身體表面的3-D模型上產 生并顯示所提議身體表面元素；以及基于3-D模型上的所提議身體表面元素自動地產生多 個控制點。在一些實施方案中，該方法可以作為規劃毛發移植物移植的方法實現，該方法利 用來自徒手畫的所提議毛發元素的二維（2-D)用戶輸入。在一些與毛發移植相關的實現方 式中，該方法包括：接收來自徒手畫的所提議毛發元素的二維用戶輸入；在顯示設備上的 身體表面的3-D模型上產生（例如，使用處理器）并顯示所提議身體表面元素；以及基于 3-D模型上的所提議毛發元素自動地產生多個控制點。該方法還可以包括自動地確定多個 控制點的至少一個的取向值。毛發元素可以包括例如發際線、毛發邊界曲線或毛發修補區 的邊界。另外，所提議毛囊單位植入部位或采集部位可以基于多個控制點和多個控制點的 取向來自動地產生并顯示。在顯示設備上的身體表面的3-D模型上的所提議毛發元素的產 生可以包括：確定所接收的2-D用戶輸入是否對應于開放回路或閉合回路；以及如果確定 的輸入對應于開放回路，那么產生并顯示發際線；并且如果確定的輸入對應于閉合回路，那 么產生并顯示毛發修補區。在一些實施方案中，該方法還可以包括：接收對應于例如呈徒手 畫的形式的取向信息的另外2-D用戶輸入，其中另外2-D用戶輸入用來自動地產生所提議 毛囊單位植入部位。在一些實施方案中，另外2D用戶輸入包括繪制在由毛發修補區的邊界 描繪輪廓的區域內的一個或多個曲線。在其它實施方案中，該方法還可以包括識別發渦中 心相對于毛發元素的位置。在本申請的一個方面中，該方法還包括在顯示設備上顯示身體 表面的3D模型。
[0021] 根據本申請的另一個方面，提供一種用于規劃程序（例如，移植程序）的系統，該 系統包括：用戶接口，其包括用戶輸入設備；至少一個非暫時性存儲介質，其存儲指令；以 及處理器，其包括用于執行關于圖像數據的操作的一個或多個模塊，一個或多個模塊包括 指令用于：接收來自徒手畫的所提議身體表面元素（例如，毛發元素）的二維（2-D)用戶輸 入；在顯示設備上的身體表面的3-D模型上產生并顯示所提議身體表面（例如，毛發）元 素；以及在3-D模型上基于所提議身體表面元素自動地產生多個控制點。在一些實施方案 中，該系統還包括一個或多個模塊，其包括用于確定所接收的2-D用戶輸入是否對應于開 放回路或閉合回路的指令；以及如果確定的輸入對應于開放回路，那么產生并顯示發際線； 并且如果確定的輸入對應于閉合回路，那么產生并顯示毛發修補區。
[0022] 根據本申請的又一個方面，提供一種在身體表面上自動地創建發渦的計劃的方 法。該方法包括：識別毛發邊界曲線，毛發邊界曲線具有多個控制點；識別發渦中心；將初 始取向值自動地分配到多個控制點中的每個，所述初始取向值基于從渦紋中心至相應多個 控制點中的每個的虛擬線的取向；以及基于多個控制點和它們對應的被分配初始取向值自 動地產生由毛發邊界曲線描繪輪廓的區域內的所提議毛囊單位植入部位。該方法還可以包 括基于所提議毛囊單位植入部位距發渦中心的距離修改自動地產生的所提議毛囊單位植 入部位的取向。在一些實施方案中，該修改如下：其具有的與初始取向值的偏差越大，距發 渦中心越遠，以及與初始取向值偏差越小，距發渦中心越近。
[0023] 根據本申請的另一個方面，提供一種在身體表面上自動地創建發渦的計劃的系 統，該系統包括：用戶接口，其包括用戶輸入設備；至少一個非暫時性存儲介質，其存儲指 令；以及處理器，其包括用于執行關于圖像數據的操作的一個或多個模塊，該一個或多個模 塊包括指令用于：識別發渦中心；將初始取向值自動地分配到多個控制點中的每個，初始 取向值基于從渦紋中心至相應多個控制點中的每個的虛擬線的取向；以及基于多個控制點 和它們對應的被分配初始取向值自動地產生由毛發邊界曲線描繪輪廓的區域內的所提議 毛囊單位植入部位。
[0024] 根據本申請的又一個方面，提供一種在身體表面上規劃毛囊單位或毛發移植物的 移植的方法，該方法包括：接收來自徒手畫的一個或多個二維（2-D)曲線；將至少兩個控制 點自動地分配到一個或多個曲線中的每個；基于每個相應控制點處切線至一個或多個曲線 的角度為所述控制點中的每個自動地確定初始取向值；以及基于一個或多個曲線的至少兩 個控制點和它們對應的自動分配的初始取向值自動地產生所提議毛囊單位植入或采集部 位。還提供對應于上面提到的方法的系統和處理器。
[0025] 當鑒于附圖閱讀時，本發明的其它和進一步目標和優點將從下面的詳細描述中變 得顯而易見。
[0026] 附圖簡述
[0027] 本文所描述的實施方案的特征和優點將被理解，因為該特征和優點通過參照本說 明書、權利要求和附圖變得更加好理解，其中：
[0028] 圖1是示出用于產生與毛發移植程序一起使用的治療計劃的一般方法的實例的 流程圖。
[0029] 圖2a和圖2b是人的頭部的前視圖和后視圖的圖像。
[0030] 圖3描繪根據本申請的一個實施方案的所提議的毛發植入元素的實例。
[0031] 圖4和圖5是代表性監視器視圖的實例，該代表性監視器視圖作為治療計劃的示 出兩個不同模板的使用的部分產生。
[0032] 圖6a描繪在兩個毛發元素上的控制點可以如何影響所提議部位的實例。
[0033] 圖6b描繪在三個毛發元素上的控制點可以如何影響所提議部位的實例。
[0034] 圖7a描繪發渦可以如何產生的實例。
[0035] 圖7b描繪發渦可以如何產生的另一個實例。
[0036] 圖7c是示出用于產生發渦的方法的實例的流程圖。
[0037] 圖8通過實例示出人的頭部，在頭部上三個重疊的毛發元素疊加。
[0038] 圖9a和9b描繪圖8的三個重疊的所提議毛發元素。
[0039] 圖10示出一個毛發元素與另一個毛發元素完全重疊的實例。
[0040] 圖11示出與所提議毛發修補區相鄰的所提議發際線的實例。
[0041] 圖12是示出可以如何為發際線產生內插部位的實例的流程圖。
[0042] 圖13描繪內插發際線的實例。
[0043] 圖14是示出可以如何在毛發邊界內產生部位的實例的流程圖。
[0044] 圖15示出毛發修補區的2-D投影的實施方案的一個實例。
[0045] 圖16示出包括所提議植入部位的毛發修補區的2-D投影的另一個實施方案。
[0046] 圖17a和圖17b示出徒手畫的發際線、它的相關聯控制點和所提議毛囊單位植入 部位的實例。
[0047] 圖18a和圖18b示出徒手畫的毛發修補區、它的相關聯控制點和所提議毛囊單位 植入部位的實例。
[0048] 圖19a和圖19b示出徒手畫曲線可以如何影響所提議毛囊單位植入部位的實例。
[0049] 圖20是示出用于利用徒手畫產生治療計劃的一般方法的實例的流程圖。
[0050] 圖21a和圖21b示出患者頭部代表和拉緊設備代表，患者頭部代表包括具有所提 議植入部位的毛發區域。
[0051] 優選實施方案的詳述
[0052] 在下面的詳細描述中，參照通過說明特定實施方案展示的附圖，在該實施方案中 可實踐本申請。就這點來說，參照圖的取向使用方向性術語，如"內部"、"前部"、"遠離"、"頂 部"、"右部"、"左部"等。因為本申請的組件或實施方案可以以多個不同取向定位，并且該方 法可以多種不同方式執行，所以方向性術語用于說明的目的且不具有限制性。另外，如本文 所使用的術語"耦合"或"附接"或"連接"或"安裝"意味著直接地或例如通過一個或多個 中間組件間接地耦合、附接、連接、整合、或安裝。將理解，在不背離本申請的范圍的情況下， 可以利用其它實施方案并且可以進行結構或邏輯變化。另外，可參照具體實施方案討論的 各種特征和元素在其它實施方案中可以組合在一起。因此，以下詳細說明不具有限制性意 義，并且本申請的范圍是由附加權利要求書限定的。
[0053] 當為具體患者規劃毛發移植程序時，醫生必須考慮根據患者不同而變化的許多參 數。例如，遍及患者頭皮不同區域的毛發密度和密度變化、遍及患者頭皮也可改變的毛發口 徑、患者設計和/或梳理他的頭發的方式。已經考慮這些參數，然而，不可能知道植