CN102693352B - 毛囊单位移植规划器及其使用方法 - Google Patents

毛囊单位移植规划器及其使用方法 Download PDF

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Abstract

一种毛囊单位移植规划器及其使用方法，其包含用户接口，所述用户接口包括软件控制的处理器和输入装置，其中所述处理器经配置以基于控制点产生提议的毛囊植入位置和定向。还通过创建用于毛发移除的规划来提供一种系统和方法。

Description

毛囊单位移植规划器及其使用方法
分案申请的相关信息
本申请为发明名称为“毛囊单位移植规划器及其使用方法”的原中国发明专利申请的分案申请。原申请的申请号为200780036685.3；原申请的申请日为2007年5月10日；原发明专利申请案的优先权日为2006年5月10日。
技术领域
本发明大体上涉及规划系统及其用于规划身体表面(通常为头皮)中的毛囊单位的移植(即，采集和植入)的用途。
背景技术
毛发移植程序是众所周知的，且通常涉及从人的头皮的侧部和后部边缘区域(“供体区域”)采集供体毛发移植物，且将所采集的毛囊单位植入在脱发头顶区域(“接收区域”)中。历史上，所采集的移植物相对较大(3-5mm)，但最近，供体移植物可为单毛囊单位，其是自然发生的总计为1-3个(和不大常见的4-5个)随机分布在头皮表面上的紧密间隔的毛囊。
在一种众所周知的工艺中，通过使用解剖刀向下解剖进入脂肪皮下组织而从供体区域移除头皮的线性部分。条带经解剖(在显微镜下)进入组件毛囊单位，其然后被植入到使用针制成的相应切口或刺孔中的接收区域中。可使用镊子抓取个别毛囊单位移植物，并将其放置到针刺位置中，但已知用于执行此任务的其它仪器和方法。
第6,585,746号美国专利揭示一种利用机器人系统的毛发移植系统，所述机器人系统包含机械手和与所述机械手相关联的毛囊导引器。视频系统用于产生人的头皮的三维图像，其用于规划接收在机械手的控制下由小囊导引器植入的毛发移植物的头皮位置。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种创建用于人的身体表面中的毛囊单位的整形移植的规划的方法包含：使用身体表面的三维模型在所述模型上基于某些控制点产生提议的毛囊单位植入位置和毛囊定向。所述方法可进一步包含：获取身体表面的图像；处理所述图像以产生身体表面的三维模型；以及在监视器上显示身体表面模型的图形呈现。可至少部分基于用户输入最初识别、随后修改(或两者)提议的接收区域。借助非限制性实例，用户输入可与在将毛囊单位植入在身体表面的对应于接收区域的区域中时毛囊单位的密度或类型(或类型的混合)有关。借助其它非限制性实例，接收区域的位置可与在将毛囊单位植入在身体表面的对应于接收区域的区域中时从毛囊单位生长的毛囊的外观或方向有关。
本发明的所提议的方法允许规划前部发线，以及以不同方式定位的毛发修补区域。借助非限制性实例，提议的毛囊位置和定向的图形呈现可至少部分基于将要植入的毛囊单位的植入位置的随机化。所述方法可进一步包含：识别其中将要植入毛囊单位的用户界定的接收区域或修补区。
所述方法可进一步包含：在身体表面模型上显示用于采集毛囊单位的供体区域，其中所显示的供体区域的位置至少部分基于通过用户接口接收的输入。所显示的供体区域的位置或者或另外可基于以下一者或一者以上：(i)如从所获取图像确定的位于实际身体表面上的对应于所显示供体区域的供体区域中的一类型现有毛囊单位的每一者的量，(ii)在已发生其它毛囊单位的选定采集之后仍留在供体区域中的毛囊单位的最小密度，和(iii)将要植入在身体表面的对应于所显示接收区域的区域中的现有毛囊单位的每一类型、颜色或两者的近似量。
在一些实施例中，所述方法进一步包括：识别将要从身体表面上对应于所显示供体区域的区域采集的毛囊单位的位置，识别身体表面上对应于所显示接收区域的将在其处植入所采集毛囊单位的植入部位的位置，以及向用于执行植入程序的自动化(例如，机器人)系统提供相应的采集和植入位置。
根据本发明的另一实施例，一种用于规划人的身体表面中的毛囊单位的植入的系统包含用户接口，所述用户接口包括软件控制的处理器和输入装置。所述系统经配置以在监视器上显示身体表面的三维模型。规划系统进一步经配置以在身体表面模型上显示用于植入毛囊单位的提议的接收区域，其中可至少部分基于用户输入最初识别、随后修改(或两者)所显示的接收区域的位置。借助非限制性实例，用户输入可与在将毛囊单位植入在身体表面的对应于所显示接收区域的区域中时毛囊单位的密度或类型(或类型的混合)有关。借助其它非限制性实例，所显示的接收区域的位置可与在将毛囊单位植入在身体表面的对应于所显示接收区域的区域中时从毛囊单位生长的毛囊的外观或方向有关。
所述系统还可经配置以识别其中将植入毛囊单位的接收区域，例如发线或一个或一个以上毛发修补区。
规划系统可进一步经配置以在身体表面模型上显示用于采集毛囊单位的供体区域，其中所显示供体区域的位置至少部分基于通过用户接口接收的输入。所显示供体区域的位置或者或另外可基于以下中一者或一者以上：(i)如从所获取图像确定的位于实际身体表面上的对应于所显示供体区域的供体区域中的一类型现有毛囊单位的每一者的量，(ii)在已发生其它毛囊单位的选定采集之后仍留在供体区域中的毛囊单位的最小密度，和(iii)将要植入在身体表面的对应于所显示接收区域的区域中的现有毛囊单位的每一类型、颜色或两者的近似量。
在一些实施例中，规划系统识别将要从身体表面上对应于所显示供体区域的区域采集的毛囊单位的位置，以及身体表面上对应于所显示接收区域的将在其处植入所采集的毛囊单位的植入部位的位置，并向用于执行植入程序的自动化(例如，机器人)系统提供相应的采集和植入位置。
在一个实施例中，一种用于创建用于身体表面中的毛囊单位的整形移植的规划的系统包含用户接口，所述用户接口包含软件控制的处理器和用户输入装置，其中所述处理器经配置以显示身体表面的三维模型，并基于指定的控制点和控制点处的定向而产生并在模型上显示毛囊单位植入位置和毛囊定向。根据此实施例，用户可交互地调节控制点位置和定向以借此对应地调节提议的毛囊单位植入位置和毛囊定向。
在一个实施例中，一种用于创建用于身体表面中的毛囊单位的整形移植的规划的系统包含用户接口，所述用户接口包含软件控制的处理器和用户输入装置，其中所述处理器经配置以在身体表面的三维模型上显示一个或一个以上提议的毛囊单位接收区域。根据此实施例，用户接口经配置以产生并显示一个或一个以上输入菜单，以用于通过用户输入装置接收用户输入，以界定和调节所述一个或一个以上提议的接收区域。
在一个实施例中，一种用于创建用于身体表面中的毛囊单位的整形移植的规划的方法包含：显示身体表面的三维模型，基于指定的控制点和控制点处的定向而产生并在模型上显示提议的毛囊单位植入位置和毛囊定向，以及交互地调节控制点位置和定向以借此对应地调节提议的毛囊单位植入位置和毛囊定向。
在一个实施例中，一种用于创建用于从身体表面移除毛囊单位的规划的系统包含用户接口，所述用户接口包含软件控制的处理器和用户输入装置，其中所述处理器经配置以显示身体表面的三维模型，并在身体表面模型上产生和显示提议的毛发移除区域。根据此实施例，用户接口经配置以产生并显示一个或一个以上输入菜单，以用于接收用户输入，以调节所述提议的毛发移除区域。
在一个实施例中，一种用于创建用于从身体表面移除毛囊单位的规划的方法包含：显示身体表面的三维模型，在身体表面模型上显示提议的毛发移除区域，以及产生并显示一个或一个以上输入菜单，以用于接收用户输入，以调节所述提议的毛发移除区域。
当鉴于附图进行阅读时从以下详细描述中将明白本发明的其它和进一步的实施例、目的及优点。
附图说明
在附图的图式中以实例而非限制的方式说明本发明的实施例，附图中相同的参考指示相似的元件，且附图中：
图1A和1B是人的头的前部和侧部轮廓的图像(图片)。
图2-6是根据一个实施例通过用于基于所获取图像创建人的头的三维表面模型的建模软件而产生的用户接口的相应监视器屏幕截图。
图7是通过用于基于选定的外观输入参数而不是所获取图像来创建三维模型的建模软件而产生的用户接口的另一监视器屏幕截图。
图8A和8B是描绘基于所获取图像的人的头的完整的三维表面模型的相应前部和后部透视图。
图9描绘覆盖图8A和8B的身体表面模型的提议的前部发线边界。
图10描绘覆盖图8A和8B的身体表面模型的提议的毛发修补区域。
图11是通过根据一个实施例构造的规划模型而产生的用户接口的监视器屏幕截图。
图12是通过根据一个实施例构造的规划模型而产生的另一监视器屏幕截图，其描绘采用多个控制点的初步发线设计。
图13是描绘图12的初步发线的另一监视器屏幕截图，且其进一步显示沿着边界从潜在植入位置延伸的图形呈现的毛囊。
图14是描绘图12的初步发线的又一监视器屏幕截图，其中图13中所显示的控制毛囊从植入位置延伸的角度已被修改。
图15是描绘图12的初步发线的再一监视器屏幕截图，其中图13中所显示的植入位置的密度已被修改。
图16是描绘图12的初步发线的又一监视器屏幕截图，其中用户指定的分布随机性水平已应用于图13中所显示的植入位置。
图17说明根据一个实施例用于基于用户指定的控制点来设计任意形状曲线(例如，用于规划前部发线边界)的技术。
具体实施方式
第60/753,602号和第60/764,173号美国临时专利申请案(下文统称为“博杜路里等人”)揭示一种自动化系统(具体来说，图像引导的机器人系统)及其用于在身体表面(通常为人类头皮)中执行毛囊单位采集和植入(移植)程序的使用方法的各种实施例。在已起始和校准机器人系统之后，系统计算机获取并处理身体表面的图像数据以识别对象，具体来说，人类头皮上的供体区中的毛囊单位。驻存在计算机中的图像分段和筛选软件从此关注区的图像识别并选择所关注的特定毛囊单位以用于从头皮进行采集。
如博杜路里等人所描述，毛发移植程序的美学结果部分取决于以自然外观图案植入移植物。计算机可通过在小部分植入部位(外科医生针对其确定移植物位置和定向)中“填充空白”来有效地“放大”外科医生的技能。实现自然外观发线对于良好美学结果尤其重要。不再费力地为所有接近发线植入部位制作切口，外科医生指示数个发线植入位置和定向，且计算机通过使用成像系统识别和避免现有毛囊单位而在指定的部位中进行内插来填充其余部分。
博杜路里等人说明使用控制点来设计自然外观发线的算法。基于(例如)b样条三次多项式使用控制点来设计曲线。由手术员指定控制点。指定控制点的每一者处的毛发的定向。以给定间隔(例如)通过内插识别沿着曲线的点。沿着曲线的点的位置可被随机化以制作自然外观发线。随机化的量可由用户指定或计算机产生。优选地，毛囊单位定向不被随机化而是经内插，例如与产生三次样条相同的方式。位置的随机化和定向的内插创建更自然外观的植入物。
自然外观随机性在关键发线区中以及接收部位的其余部分中均很重要。这可使用博杜路里等人所说明的程序来实现，其中基于(例如)b样条三次表面使用控制点来设计表面。再次，指定控制点的每一者处的毛发的定向。以给定间隔识别沿着表面的植入点。沿着表面的点的位置可被随机化以形成自然外观毛发分布。随机化的量可由用户指定或计算机产生。再次，相应毛囊单位的定向优选被不随机化而是经内插，与产生三次样条表面相同的方式。随机化和内插方案在此项技术中是已知的，且可适于此方法。
博杜路里等人展示机器人系统的自动引导特征的实例，包含相对于全局标志(例如，现有毛发、纹身或其它可以区分的特征)规划植入位置和定向的步骤。机器人接着移动以登记人身上的标志。登记信息可存储在存储器中以供参考。机器人可利用登记的标志作为参考点来组织其相对于工作表面的位置。机器人移动到相对于全局标志的植入位置和定向的每一者。全局标志提供用于全局移动的全局参考。基于例如相邻预先存在的毛发或新植入毛发等附近标志来精细调谐位置和定向。附近标志提供用于局部移动的局部参考。
接下来，将治疗规划输入到计算机中。举例来说，治疗规划是经设计以将来自第一区(采集区)的毛囊移植到目标区(植入区)的规定规划。在此类情况下，治疗规划可包含一个或一个以上参数，例如将要移除/植入的毛囊的数目、采集区的位置、植入区的位置、与目标植入位置相关联的随机性的程度、邻近的目标植入位置之间的间隔、毛囊的深度、植入物的深度、个人识别、采集区的几何轮廓、植入区的几何轮廓、标记位置，和目标植入位置的密度。
各种技术可用于将治疗规划输入到计算机中。在博杜路里等人所说明的实施例中，可使用包含监视器和键盘的用户接口来输入治疗规划。或者，可使用例如软盘或压缩磁盘等存储装置来输入治疗规划。在其它实施例中，可从远程服务器或通过以上技术的组合下载治疗规划。举例来说，可使用软盘将一些参数输入到计算机中，而可使用用户接口来输入其它参数。在一些实施例中，可实时(例如，在治疗会话期间)确定治疗规划的一个或一个以上参数。
在已将治疗规划输入到计算机中之后，计算机接着登记对人的治疗规划。在一些实施例中，这可通过使用一个或一个以上相机识别人身上的一个或一个以上标记来实现。所述标记可以是固定到人身上的反射体、画在人身上的墨水渍，或人的解剖。所识别的标记可用于确定人身上的目标区的位置和/或定向。
根据本发明的各种实施例，一种用于规划人的身体表面(例如，头皮)中的毛囊单位的移植的程序的系统包括用户接口，所述用户接口包含(例如)软件控制的处理器、监视器和输入装置。这些组件对于几乎所有现代计算机系统是常见的，不管是独立(例如，“个人”)计算机系统，还是在采用具有多个远程终端的集中式服务器的系统中。将了解，规划系统的实施例优选(如果从实际观点来看不排他地)是软件实施的，且可在具有基本组件(处理器、监视器、输入装置)的任何计算机系统上运行，只要此类计算机系统装备有足够的可用存储器和适当的图形产生及显示能力。
还将了解，可经由因特网实施本发明的实施例，例如此类系统的用户采用其家庭计算机作为与远程服务器或计算机交互的用户接口的至少一部分(监视器和输入装置)。在此类基于因特网的规划系统中，实施并控制用户接口的软件可整体或部分驻存在用户的计算机上或远程服务器/计算机上，优选对于用户为透明的。在一个此类实施例中，远程服务器将一个或一个以上软件模块下载到用户的计算机以供临时或永久使用。
现将结合附图描述用于规划毛囊单位移植程序的软件实施和控制的用户接口的示范性实施例。将了解，可在不脱离所附权利要求书中所陈述的本发明的大体范围的情况下实施所描述的实施例的各种和多个变化。
参看图1A和1B，获取规划主题移植程序所针对的人的身体表面的图像，在此情况下为人的头的前视图20(图1A)和侧视图22(图1B)。借助非限制性实例，根据用于传输数字图像数据的众所周知的和可用的技术，可使用手持式数码相机获取图像20、22，且通过规划系统的用户接口输入所述图像。在优选实施例中不必包含人的头的每个部分的图像，因为建模软件(下文更详细描述)可仅分别从前视图20和侧视图22产生头/头皮的足够准确的三维表面模型。
大体参看图2-6，所获取图像20、22接着经处理以使用市售建模软件产生人的头(头皮)的三维模型。在所说明的实施例中，使用由加拿大温哥华(Vancouver，Canada)的异值反演公司(SingularInversions，Inc.)生产和发布的FaceGenModeller(FaceGen建模器)3.1来产生三维模型。将了解，或者可使用其它软件程序。
更具体参看图2，在FaceGen建模器的使用期间取得的来自用户接口的监视器屏幕截图包含与人类面部的模型的构造相关的一系列下拉菜单26。已选择菜单“照片配合”28，从而导致显示人的正面图像30(在此情况下，图像20)、左侧轮廓图像36(任选输入；在此情况下不提供)和右侧轮廓图像(也是任选的；在此情况下为侧部图像22)。软件程序为系统的用户显示模型的相应的前部32、左侧轮廓33和右侧轮廓40图像作为一实例。一旦将图像20和22加载到建模软件中(经由用户接口菜单输入34和42)，就提供后续屏幕截图菜单(即，在“下一步”菜单栏项目44上“点击”之后)。
参看图3中的字段46，为了产生人的头/头皮的三维模型，用户基于所提供的实例50在正面图像20(由参考标号48表示)上指派一系列特征点52。简要来说，特征点52置于人的面部的不同物理位置(例如，嘴巴、鼻子、下巴、耳朵等的隅角)处。可使用相应的输入54来旋转图像48。如图4所示，建模软件允许用户放大正面图像(由参考标号58表示)以准确地放置特征点52。
参看图5和6，重复用于将特征点指派到侧部轮廓图像(在此情况下，指派到图5中的右侧轮廓图像60，和图6中的放大图像64)的过程，其中提供实例模型图片62以供说明。可直接从FaceGen建模器软件查明关于基于所获取的前部和侧部图像产生三维模型的其它信息。
参看图7，在不提供人的头/头皮(或其它适用的身体表面)的所获取图像的替代实施例中，建模软件经配置以基于关于选定特性的输入产生(通过选择菜单选项“产生”64)三维模型(表示为24′)，所述选定特性例如为种族66和通过菜单68和70选择的其它特性、一些是客观的(例如，性别、年龄)且其它纯粹是主观的(例如，有魅力)。
在一些实施例中，除产生身体表面模型外将其它输入信息提供到规划系统。举例来说，可从图像导出和/或通过用户接口输入毛囊专有的特定特征(例如，颜色或粗糙度)。可由用户输入或使用图像处理从所获取图像确定其它信息，例如身体表面(例如，人的头)的几何形状、现有发线，和可用于采集的毛囊单位的每一类型(即，单或多毛囊)的数目和颜色(例如，黑色、较浅、灰色等)，将了解，或者可通过许多其它方法(例如使用3D激光扫描仪和/或通过将多个数字图像缝合在一起)来产生三维模型。本发明的实施例的系统将以相同方式使用三维信息，而不考虑其是如何产生的。
参看图8A和8B，不论是从所获取图像还是通过其它描述性特征输入，建模软件产生并在规划系统的用户接口监视器上显示人的头/头皮的三维模型24。出于说明的目的，图8A和8B中所产生的方法展现出特有的男性模式脱发症，包含脱发的头顶区74以及有发的侧部72和后部76区。
参看图9和10，基于从处理所获取图像20和22确定的一个或一个以上物理特征和信息，以及通过用户接口输入的用户输入，规划系统将在身体表面模型上显示用于植入毛囊单位的一个或一个以上提议的接收区域82。可由系统初始识别，或基于(至少部分)通过用户接口接收的用户输入产生提议的前部边界(或“发线”)78的初始位置。在任一情况下，其可由用户例如通过计算机鼠标的常规点击和拖拽运动而修改(如箭头80所指示)，直到发线78处于所需位置为止。一旦建立发线78，就还可由系统初始识别或基于(至少部分)通过用户接口接收的用户输入产生发线后方的一个或一个以上单独区(或“修补区”)85。与发线78一样，修补区85的边界可由用户修改，如箭头84所指示。
在本发明的一些实施例中，主治医师或手术员可指定需要在何处以及以何角度(即，其相对位置(或“植入部位”)、定向和深度)植入毛囊单位。将要植入的毛囊的位置、定向和/或深度的此指定可由治疗规划系统实行。或者，在植入模式期间，当相机正观察头皮的接收区域时，主治手术员可使用用户接口(例如，常规计算机鼠标)来指定植入位置和/或定位和/或定向和/或植入深度。或者，手术员可通过放置可由图像处理系统显现、识别和测量的临时基准(例如，墨水渍或指示符)而指向头皮上的位置。此外，可直接在计算机监视器上将定向指定为两个角度(例如，围绕x轴的旋转与围绕y轴的旋转(假定z轴沿着针))的组合，或通过将伸长指示符放置在头皮上(图像处理系统可显现并测量所述角度)来指定定向。
借助非限制性实例，用于建立或修改发线和内部修补区边界的通过用户接口接收的输入可涉及以下一者或一者以上：将毛囊单位植入在接收区域中之后毛囊单位的所得密度、将从植入的毛囊单位生长出的毛囊的方向，和从植入的毛囊单位生长出的毛囊的总体外观(即，毛发风格)。其它因素，例如身体表面的几何形状、人的种族、人的年龄、人的性别和/或现有发线、密度和身体表面上的毛囊颜色。还可考虑关于身体表面的所识别供体区域中的现有毛囊单位的一个或一个以上参数，例如从现有毛囊单位生长的毛囊的每一类型(例如，单或多毛囊)的量、颜色和相对粗糙度。
具体来说，可用于采集的单毛囊毛囊单位的可用量也可在界定接收区域的发线时起作用，因为主要在自然前部发线中发现单毛囊类型的单位。2006年8月25日申请的第11/467,283号美国专利申请案揭示一种基于处理潜在供体区域的图像来确定可用于采集的现有毛囊单位的每一类型的近似量的方法。虽然这些供体区域通常在头皮的后部，但侧部也可以是供体毛囊单位的合乎需要的来源，尤其在需要较浅或灰色毛囊单位的地方，因为头的侧部上的毛囊趋向于比后部中的那些毛囊更快地变灰。
参看图11，在一个实施例中，规划系统的用户接口可在规划过程期间为用户产生并显示输入菜单。此类菜单可包含(但不限于)毛发设计工作室96、毛发供体工作室100和毛发最后确定工作室104。毛发设计工作室96可包括(借助非限制性实例)用于接收关于规划用于接收区域的特定发线和毛发修补区(或“毛发区域”)的用户输入以及相关输入参数的输入菜单98，以及自动(“自动毛发”)特征，在此情况下由系统识别发线和修补区域，优选包含特定植入位置，而不需要其它用户输入。
毛发供体工作室100可包括(借助非限制性实例)用于接收关于提议的供体区域90的用户输入(包含相关参数)的输入菜单102，以及自动(“自动供出”)特征，在此情况下由系统识别供体区域，而不需要其它用户输入。毛发最后确定工作室104可包括(借助非限制性实例)用于接收关于保存、传输、接收、复审(等)完成或部分完成的移植程序规划的用户指令的输入菜单106。图11中的显示还包含图像的四向分裂屏幕，包含初始人头模型的第一图像89、发线和修补区规划过程期间头模型的第二图像91、供体规划过程的第三图像88(包含当前识别的供体区90)，和人的图形表示的第四图像92、移植后94(即，人的所得毛发风格的艺术呈现)。
由毛囊从头皮冒出的相应位置，以及头皮的相对于毛囊冒出的表面的方向(沿着具有现有或规划(植入)的毛囊单位的区的边界线)形成人的发线。因此，设计适宜的“发线”曲线是通过毛囊单位移植程序实现所需所得外观的关键部分。根据本发明的实施例，优选沿着一曲线指定将要沿着发线边界植入的毛囊单位的相应位置和方向，以便完成发线的设计。可以与在计算机辅助设计领域中设计曲线类似的方式设计此“发线曲线”，例如使用称为“贝塞尔表示法(Bezierrepresentation)”或其修改的众所周知的技术。贝塞尔表示法是一种基于将界定曲线的“控制点”的指定数目来设计任意形状曲线的方式。
借助实例，参看图17，给定四个控制点P0、P1、P2、P3，可指定曲线函数P(t)，其中t是从0到1变化的参数。可用分析法计算，或可使用称为德卡斯特里奥构造(deCasteljau′sconstruction)的图形构造技术获得曲线上的点。曲线构造的步骤如下：
(1)首先，基于关系P0P01∶P01P1等于t∶(1-t)将线段P0P1再分为两个部分，即，找到将线段P0P1再分为子部分t和(1-t)的点P01。
(2)类似地，找到线段P1P2上的点P12和线段P2P3上的点P23。
(3)类似地，找到线段P01P12上的点P02和线段P12P23上的点P13。
(4)最后，找到以相同方式再分线段P02P13的点P(t)。
如可在图17中观察到，随着t从0变化到1，建立从P0延伸到P3的曲线，即P(0)＝P0且P(1)＝P3。此外，线P0P1在P0处与曲线相切，且线P2P3在P(3)处与曲线相切。
因此，给定两个点P0和P1，找到线段上从P0延伸到P1的每个点P(t)称为线性内插，由表达式P(t)＝(1-t)P0+tP1给出。注意，当t＝0时，P(t)＝P0，且当t＝1时，P(t)＝P1。在以上构造中描述的(所谓的)再分线段的每一者中，给定t的情况下找到再分线段的点与通过线性内插公式找到线段上对应于t的点相同。此构造(或线性内插概念)在任意指定平面中的控制点P0到P3的情况下工作良好，其中所得曲线保持在平面中。所述构造还在在三维中指定控制点的情况下工作良好。然而，如果在弯曲表面上指定四个点，那么所得曲线不必保留在弯曲表面上，即，如果指定球体上的所有控制点，那么使用以上技术构造的所得曲线不使曲线保持在球体上。
因此，根据本发明的规划系统的实施例优选采用经修改构造，其将曲线保持在规划球体的表面上。考虑位于单位球体上的两个点P0和P1，中心为C。三个点一起形成一平面，且所述平面在大圆中与球体相交。两个半径CP0和CP1对着角度θ。曲线上位于两个点P0与P1之间的每个点现可由P(t)参数化，使得在中心C处，P0P(t)形成角度θ且P(t)P1形成角度(1-t)θ。此内插方案被称为球形线性内插，其中所得曲线P(t)随着t从0变化到1而从P0变为P1。因此，给定球体上的四个点P0、P1、P2和P3，可设计位于球体上类似于早先描述的平面构造的贝塞尔曲线，只是角度再分(球形线性内插)取代了线性再分(线性内插)。
将了解，使用控制点的优点是，数个用户输入的点可表示一组另外复杂的形成发线曲线的点。因此，在设计发线曲线时，用户仅需要交互地调节控制点，直到所得曲线是用户正寻求的所需曲线为止。贝塞尔公式表示中，曲线通过第一和最后的控制点，但不通过中间控制点。中间控制点指定曲线在曲线开始处和曲线结尾处的斜率。指定曲线上的点和曲线的斜率对于用户可能不是直观的，且可能优选改为指定位于曲线上的控制点。此公式表示存在，且其被称为基数样条。
在基数样条的情况下，在曲线上指定一组控制点P0，P1...Pn。对于一对控制点Pi和Pi+1，贝塞尔控制点如下：B0＝Pi；B3＝Pi+1。B1经选择以使得曲线在B0处的相应斜率由Pi+1和Pi-1界定，B2经选择以使得曲线在B3处的斜率由Pi+2和Pi界定。切线的长度可经调节以改变曲线的状态。CatmullROM样条是基数样条的特殊情况，其中切线的特定长度用于计算B1和B2。使用这四个控制点，可依据先前描述的贝塞尔公式表示来计算经过Pi-1和Pi的贝塞尔曲线。基数样条公式表示保证曲线通过所有控制点。可将球体上的此曲线投射到人的3D身体表面(头/头皮)模型的表面上以为人设计所需发线。
关于贝塞尔曲线的更详细阐释和其它信息可参阅http://en.wikipedia.org/wiki/B％C3％A9ziercurve。关于基数样条的更详细阐释和其它信息可参阅http://en.wikipedia.org/wiki/Cardinalspline。关于Catmull-Rom样条的更详细阐释和其它信息可参阅http://en.wikipedia.org/wiki/Catmull-Romspline和http://ibiblio.org/e-notes/Splines/Cardinal.htm。
在图12中描绘针对发线曲线构造采用上述经修改贝塞尔表示法的本发明的毛发移植规划系统的一个实施例，其中用户已通过用户接口112指定五个控制点(或“控制毛发”)110A-110E以界定球形建模表面109上的初始发线曲线111。用户接口112允许用户选择发线演示(或演示)114或毛发区域演示(演示)116。在所说明的实施例中，已选择发线演示114，其允许额外用户输入，包含指定植入位置之间的密度或间隔122(以mm计)，和“随机性”因数120。
参看图13，如果在间隔选择122中用户指定了密度(在图13中的用户接口屏幕截图中指定每隔1mm一个毛囊单位)，那么一旦已按照用户的初始满意度设计(即，通过操纵控制点110A-110E或对控制点110A-110E进行添加)发线曲线111，便由规划模块自动确定沿着发线曲线的实际毛囊单位植入位置。规划系统接着横越曲线111并将毛囊单位植入部位126每隔1mm地放置在曲线111上。接着通过选择用户接口112上的项目118沿着提议的发线111添加毛囊125。在所说明的实施例中，初始由系统沿着基于等间隔的控制点120A-120E的曲线121产生毛囊125，所述控制点120A-120E表示毛囊125的末梢。假定毛囊125的长度是均一的。
参看图14，末梢控制点120A-120E可接着由用户操纵以改变毛囊的方向，即通过改变曲线121，而不改变曲线111(点110A-110E)。如将了解，可通过仅移位末梢控制点中的一者而使毛囊方向的改变局限于发线的一个区域(“控制方向”)。因此，通过使用控制方向(其是单位向量(即，单位球体上的点))，可使用上文针对发线植入位置126而描述的相同公式表示获得沿着发线111的给定毛囊125的方向。发线方向和位置一起完全指定发线。可从初始发线复制其它发线，且可添加在初始发线后方以添加某一厚度。可由用户在合理限制内指定复制发线的次数。可由用户通过调节控制点和控制方向来调节曲线的每一者。
图15描绘发线曲线111的毛囊125，其中植入位置126的密度(即，间隔输入122)从曲线111上每隔1mm变化为每隔3mm。图16描绘发线曲线111的毛囊125，其中密度为每隔3mm，且随机性120由用户指定在1.0mm处。换句话说，每一毛囊单位位置126随机扰动1mm，且所得位置由规划系统用于植入部位，而不是沿着均一曲线。
未展示毛发修补区设计或“毛发区域演示”116，但实质上类似于发线演示114，其中每一修补区由指定的控制点和方向(毛囊定向)所描述的闭合曲线限制。接着由规划系统根据用户指定的密度和随机性填充、数字化和随机化毛发修补区。还将了解，除了植入后的人头皮的图形呈现外。规划系统还将输出表示特定毛囊单位采集和植入位置(且，在后一情况下，植入方向)的一组坐标，其可由例如第11/380,907号美国专利申请案中描述的自动化(例如，机器人)毛囊单位移植系统使用。
本发明的以上说明和描述的实施例容许各种修改和替代形式，且应理解，本发明总体上以及本文描述的特定实施例不限于所揭示的特定形式或方法，而是还覆盖处于所附权利要求书的范围内的所有修改、等效物和替代物。借助非限制性实例，所属领域的技术人员将了解，规划系统及其使用方法不限于使用自动化移植(例如，机器人)系统，且所述规划系统和方法还可用于采用半自动化和手动系统的规划移植程序以及用于执行移植程序的设备。

Claims (27)

1.一种用于创建用于身体表面中的毛囊单位的整形移植的规划的系统，其包括：
用户接口，其包含软件控制的处理器和用户输入装置，其中所述处理器用于显示所述身体表面的三维模型，并基于指定的控制点和所述控制点处的定向而产生并在所述模型上显示提议的毛囊单位植入位置和毛囊定向，
其中用户可交互地调节所述控制点位置和/或定向以借此对应地调节所述提议的毛囊单位植入位置和/或毛囊定向。
2.根据权利要求1所述的系统，其中控制点是由用户选择、自动产生的或两者的组合。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述毛囊单位植入位置和/或定向是使用内插技术从所述控制点产生的。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述毛囊单位植入位置进一步被随机化。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述用户可交互地调节所述提议的毛囊单位植入位置的任一植入位置中所述毛囊单位的相应密度、方向、植入深度、随机化程度、总体外观中的一者或多者。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述提议的毛囊单位植入位置包括提议的前发线、提议的毛发修补区域的边界或实质上复制所规划的发线的一个或多个发线。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述提议的毛囊单位植入位置是基于所述控制点的位置使用曲线构造而产生的。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器用于在所述身体表面的三维模型上显示用于采集毛囊单位的供体区域的提议的边界，且其中所提议的供体区域边界是基于经由所述用户输入装置接收的输入而被最初确定的、后续修改的或这两者。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所提议的供体区域边界是至少部分地基于如下中的一者或多者来确定的：
可用于从所述供体区域采集的一类型现有毛囊单位的每一者的量，
待植入的一类型现有毛囊单位的每一者的量，或
在其它毛囊单位的选定采集之后仍将留在所述供体区域中的毛囊单位的最小密度。
10.根据权利要求1或7所述的系统，其中，所提议的毛囊单位植入位置和定向是至少部分基于所述身体表面的所识别供体区域中的现有毛囊单位的属性的，且选自包括以下各物的群组：
毛囊单位的类型的混合，
每一类型毛囊单位的量，
从所述毛囊单位生长的毛囊的相对粗糙度，
从所述毛囊单位生长的毛囊的方向，
从所述毛囊单位生长的毛囊的颜色，或
所述毛囊单位的随机性。
11.根据权利要求1或7所述的系统，其中，所述用户接口用于产生并显示一个或多个输入菜单以用于通过所述用户输入装置接收用户输入，以界定并调节所述提议的毛囊单位植入位置。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述一个或多个输入菜单包括毛发设计菜单、毛发供体菜单和毛发最后确定菜单。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述毛发设计菜单用于接收与以下一者或多者有关的用户输入：
发线规划，
毛发修补区域规划，或
对所述系统自动产生被规划的发线和被规划的修补区域中的一者或两者的用户选择的请求。
14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述毛发最后确定菜单用于接收与保存、传输、接收和复审完成或部分完成的移植程序规划中的一者或多者有关的用户输入。
15.根据权利要求1或7所述的系统，其中所述处理器还用于在所述身体表面的三维模型上产生和显示提议的毛发移除区域，且其中所述用户接口还用于产生并显示一个或多个输入菜单以用于接收用户输入，以调节所述提议的毛发移除区域。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述一个或多个输入菜单包含用于通过所述用户输入装置接收用户输入以用于初始界定所述提议的毛发移除区域的输入菜单。
17.根据权利要求15所述的系统，其中，所述用户接口至少部分基于可用于从所述提议的毛发移除区域移除的现有毛囊单位的密度产生所述提议的毛发移除区域。
18.根据权利要求15所述的系统，其中，所述用户接口至少部分基于其它毛囊单位的选定移除之后仍将留在所述提议的毛发移除区域中的毛囊单位的最小密度产生所述提议的毛发移除区域。
19.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制点中的至少之一的位置和/或定向是通过所述用户输入装置的点击和拖拽运动来调整的。
20.根据权利要求1或7所述的系统，其中，所述提议的毛囊单位植入位置中的至少之一和/或所述毛囊方向中的至少之一是使用贝塞尔内插技术、基数样条内插技术或b样条内插技术产生的。
21.一种用于创建用于身体表面中的毛囊单位的整形移植的规划的方法，其包括：
显示所述身体表面的三维模型；
基于指定的控制点和所述控制点处的定向而产生并在所述模型上显示提议的毛囊单位植入位置和毛囊定向；及
使用处理器交互调节所述控制点位置和定向中的任何控制点位置和定向，以借此对应地调节所述提议的毛囊单位植入位置和毛囊定向。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述提议的毛囊单位植入位置包括提议的前发线、提议的毛发修补区域的边界或实质上复制所述前发线或所述毛发修补区域的边界的一个或多个发线。
23.根据权利要求21或22所述的方法，其中，所述控制点位置和毛囊定向中的一者或两者是由所述处理器初始产生的。
24.根据权利要求21所述的方法，还包括：
使用内插技术从所述控制点产生毛囊单位植入位置和定向。
25.根据权利要求21所述的方法，还包括在所述身体表面上显示用于采集毛囊单位的供体区域的提议的边界，其中，所提议的供体区域边界是至少部分地基于如下中的一者或多者来确定的：
可用于从所述供体区域采集的一类型现有毛囊单位的每一者的量，
待植入的一类型现有毛囊单位的每一者的量，或
在其它毛囊单位的选定采集之后仍将留在所述供体区域中的毛囊单位的最小密度。
26.根据权利要求21所述的方法，还包括：
在所述身体表面模型上显示提议的毛发移除区域；
产生并显示一个或多个输入菜单以用于接收用户输入，以调节所述提议的毛发移除区域。
27.根据权利要求21所述的方法，其中，所提议的毛囊单位植入位置和定向是至少部分基于所述身体表面的所识别供体区域中的现有毛囊单位的属性的，且选自包括以下各物的群组：
毛囊单位的类型的混合，
每一类型毛囊单位的量，
从所述毛囊单位生长的毛囊的相对粗糙度，
从所述毛囊单位生长的毛囊的方向，
从所述毛囊单位生长的毛囊的颜色，或
所述毛囊单位的随机性。
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