本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種脊柱椎弓根螺釘植入路徑規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

椎弓根螺釘技術(shù)由于其在脊柱三柱固定生物力學(xué)方面的優(yōu)越性，使得它在脊柱外科手術(shù)中被廣泛應(yīng)用。但常規(guī)開放椎弓根固定融合手術(shù)需要對(duì)椎旁肌進(jìn)行廣泛的剝離和長時(shí)間的牽拉，這樣往往導(dǎo)致椎旁肌肉的去神經(jīng)和萎縮，引起脊柱融合病的發(fā)生。近年來，隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們?cè)诹η笞倒葆斨踩氲陌踩蜏?zhǔn)確的同時(shí)，又探索運(yùn)用微創(chuàng)的手段經(jīng)皮植入椎弓根螺釘，從而有效的減少人為損傷。由于經(jīng)皮椎弓根螺釘技術(shù)的出現(xiàn)避免了傳統(tǒng)脊柱后路內(nèi)固定植入手術(shù)的大切口、肌肉剝離多，術(shù)后康復(fù)慢等的缺點(diǎn)，目前它已經(jīng)逐漸成為微創(chuàng)脊柱外科的基本技術(shù)手段之一。

由于椎弓根狹窄，螺釘一旦穿出椎弓根的側(cè)壁，手術(shù)即失敗。經(jīng)椎弓根內(nèi)固定手術(shù)成敗的關(guān)鍵是螺釘能否準(zhǔn)確地經(jīng)椎弓根到達(dá)椎體。因此從后路正確地找到椎弓根標(biāo)志，進(jìn)以確定螺釘?shù)娜朦c(diǎn)及進(jìn)針方向極為重要。實(shí)際手術(shù)中醫(yī)生多憑借經(jīng)驗(yàn)，參照x光圖像的脊柱解剖點(diǎn)進(jìn)行徒手植入，目前手術(shù)失敗率高達(dá)30％。

最理想的手術(shù)路徑，是采用椎弓根標(biāo)準(zhǔn)軸定位原理，就是讓椎弓根的軸線與c型臂x光機(jī)的發(fā)射軸線盡可能重疊，保證手術(shù)植入路徑與椎弓根軸線平行，選擇椎弓根橢圓形貓眼的中心位置，就可以得到椎弓根植入的最佳路徑。專利cn104224306a提供了一種利用三維建模尋找椎弓根螺釘最佳入點(diǎn)的方法，可以輔助醫(yī)生在術(shù)前完成手術(shù)路徑規(guī)劃。但是實(shí)際手術(shù)中，椎弓根螺釘植入點(diǎn)的確定一般都是憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人為的選擇，無法保證實(shí)際手術(shù)路徑與規(guī)劃路徑一致。

由于主觀因素的影響，實(shí)際手術(shù)中用戶選擇的位置都不一樣。而選擇位置的準(zhǔn)確性嚴(yán)重影響到椎弓根螺釘?shù)闹踩胄Ч?，選擇不當(dāng)，甚至?xí)斐陕葆敶┏鲎倒鶄?cè)壁，造成手術(shù)失敗。如何科學(xué)、合理、精準(zhǔn)的找到螺釘植入點(diǎn)的位置，在椎弓根螺釘植入手術(shù)過程中將顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的在于提供一種脊柱椎弓根螺釘植入路徑規(guī)劃方法，該方法能夠快速、精準(zhǔn)的找到脊柱椎弓根標(biāo)準(zhǔn)軸位圖中的螺釘植入點(diǎn)。

(二)技術(shù)方案

為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種脊柱椎弓根螺釘植入路徑規(guī)劃方法，如圖1所示，包括如下步驟：s1、術(shù)前規(guī)劃：對(duì)術(shù)前患者ct影像數(shù)據(jù)進(jìn)分割處理與三維重建，根據(jù)脊柱椎弓根的解剖特點(diǎn)在脊柱椎弓根螺釘植入3d規(guī)劃系統(tǒng)中進(jìn)行手術(shù)路徑規(guī)劃確定最佳植入路徑；s2、在脊柱椎弓根螺釘植入3d規(guī)劃系統(tǒng)，調(diào)整脊柱3d位姿，截取左右椎弓根螺釘模擬軸位圖；s3、術(shù)中標(biāo)準(zhǔn)軸位圖獲?。翰捎眉怪倒葆斨踩?d導(dǎo)航系統(tǒng)，通過調(diào)整c型臂，獲取術(shù)中脊柱的x-ray軸位圖；s4、術(shù)中椎弓根螺釘植入路徑確認(rèn)：在脊柱椎弓根螺釘植入2d導(dǎo)航系統(tǒng)中，將3d規(guī)劃系統(tǒng)導(dǎo)出的椎弓根螺釘模擬軸位圖與術(shù)中x-ray軸位圖進(jìn)行配準(zhǔn)，確定脊柱椎弓根螺釘植入點(diǎn)。

根據(jù)本發(fā)明，脊柱椎弓根軸位圖是指在投影圖像上，椎弓根軸前后表面的邊緣投影所形成的兩個(gè)圓環(huán)重合時(shí)的投影圖像。

根據(jù)本發(fā)明，在步驟s1中，對(duì)術(shù)前患者ct影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括：對(duì)術(shù)前ct圖像進(jìn)行分割與三維重建，導(dǎo)入到脊柱椎弓根螺釘植入3d規(guī)劃系統(tǒng)中的ct數(shù)據(jù)包括dicom數(shù)據(jù)和分割好的stl數(shù)據(jù)。

根據(jù)本發(fā)明，在步驟s1中，所述的脊柱椎弓根的解剖特點(diǎn)：

1)包括，脊柱的左右關(guān)鍵點(diǎn)以及椎弓根螺釘植入的左右終點(diǎn)；

2)左右關(guān)鍵點(diǎn)和左右終點(diǎn)的選取是通過x、y、z(分別為紅、綠、藍(lán)，如圖2所示)三平面相交點(diǎn)來確定的；

3)關(guān)鍵點(diǎn)位于椎弓根中心，紅色線位于左弓根中心處(圖4右下方橫斷面圖)、藍(lán)色線位于椎弓根中心處(右上方側(cè)位圖)，藍(lán)色線位于熊貓眼中心處(圖4左下方正位圖)；

4)終點(diǎn)位于椎體的1/3，如圖5所示右側(cè)圖。

根據(jù)本發(fā)明，在步驟s2中，脊柱椎弓根螺釘植入3d規(guī)劃系統(tǒng)能夠根據(jù)規(guī)劃好的左右椎弓根螺釘植入路徑生成模擬的標(biāo)準(zhǔn)軸位圖(如圖9所示)，并進(jìn)行保存。

根據(jù)本發(fā)明，在步驟s3中，脊柱椎弓根螺釘植入2d導(dǎo)航系統(tǒng)能夠根據(jù)拍攝到的x-ray圖像和脊柱的特征數(shù)據(jù)，計(jì)算出c臂的調(diào)整量，使調(diào)整c臂后，能夠得到標(biāo)準(zhǔn)的x-ray軸位圖(如圖10所示)。

根據(jù)本發(fā)明，在步驟s4中，脊柱椎弓根螺釘植入2d導(dǎo)航系統(tǒng)能夠?qū)離-ray圖像和3d軟件導(dǎo)出的模擬軸位圖，導(dǎo)航系統(tǒng)能夠?qū)ψ笥覙?biāo)準(zhǔn)軸位圖進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)、縮放，實(shí)現(xiàn)軸位圖與x-ray圖疊加配準(zhǔn)。

根據(jù)本發(fā)明，在步驟s4中，軸位圖與x-ray圖疊加配準(zhǔn)之后，選擇軸位圖中釘子的中心位置作為螺釘植入點(diǎn)(如圖12所示)。

(三)有益效果

本發(fā)明的脊柱椎弓根螺釘植入路徑規(guī)劃方法，能夠科學(xué)、合理的規(guī)劃出椎弓根螺釘植入路徑，降低椎弓根螺釘植入時(shí)，路徑點(diǎn)的定位嚴(yán)重依賴醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)、主觀性強(qiáng)，容易出現(xiàn)偏差等問題，提高手術(shù)的安全性，進(jìn)而，減少對(duì)患者的輻射次數(shù)，降低了危害，縮短了手術(shù)時(shí)間，降低了醫(yī)療成本。

附圖說明

圖1是脊柱椎弓根螺釘植入路徑規(guī)劃方法的實(shí)施的流程圖

圖2是脊柱椎弓根螺釘植入3d規(guī)劃系統(tǒng)軟件示圖

圖3是規(guī)劃脊柱段選擇

圖4是規(guī)劃左關(guān)鍵點(diǎn)

圖5是規(guī)劃左終點(diǎn)

圖6是左側(cè)椎弓根螺釘規(guī)劃路徑效果圖

圖7是不同角度下左側(cè)椎弓根螺釘規(guī)劃路徑3d示圖

圖8是右側(cè)椎弓根螺釘規(guī)劃路徑效果圖

圖9是3d軟件中獲取的模擬軸位圖(a為右側(cè)、b為左側(cè))

圖10是術(shù)中拍攝的x-ray軸位圖

圖11是模擬軸位圖與x-ray軸位圖配準(zhǔn)結(jié)果

圖12是術(shù)中螺釘位置植入點(diǎn)

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明的具體實(shí)施方式共包括s1～s4步驟。具體實(shí)施方式如下：

步驟s1術(shù)前規(guī)劃：

步驟s1.1：采用mimics或其他醫(yī)學(xué)圖像處理軟件，對(duì)患者的術(shù)前ct數(shù)據(jù)進(jìn)行分割處理，得到患者脊柱骨表面，并進(jìn)行三維重建導(dǎo)出stl模型。

步驟s1.2：在脊柱椎弓根螺釘植入3d規(guī)劃系統(tǒng)軟件中導(dǎo)入患者的dicom數(shù)據(jù)和分割好的stl數(shù)據(jù)。

如圖2所示，左上方為3d示圖，右上方為側(cè)位圖(矢狀面)，左下方為正位圖(冠狀面)、右下方為(橫斷面)；通過調(diào)節(jié)x、y、z平面(分別顯示為紅、綠、藍(lán))的位置和轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)脊柱在三視圖中的位置、轉(zhuǎn)角、和大小。

步驟s1.3：如圖3所示，調(diào)整脊柱三視圖，校正脊柱圖像，調(diào)節(jié)規(guī)劃線位使其位于當(dāng)前脊柱關(guān)節(jié)上。

步驟s1.4：規(guī)劃左側(cè)椎弓根螺釘植入路徑。

步驟s1.4.1：規(guī)劃左關(guān)鍵點(diǎn)，調(diào)節(jié)紅色線位于左弓根中心處(如圖4右下方橫斷面圖)、藍(lán)色線位于椎弓根中心處(如圖4右上方側(cè)位圖)，藍(lán)色線位于熊貓眼中心處(如圖4左下方正位圖)，三平面的交點(diǎn)即為左關(guān)鍵點(diǎn)；

步驟s1.4.2：規(guī)劃左終點(diǎn)，調(diào)節(jié)綠色規(guī)劃線至椎體的1/3處(如圖5所示右側(cè)圖)，三平面的交點(diǎn)即為左終點(diǎn)。

如圖6所示，完成左關(guān)鍵點(diǎn)以及左終點(diǎn)規(guī)劃后，規(guī)劃路徑效果。

如圖7所示，不同角度下3d示圖中的手術(shù)路徑規(guī)劃效果。

步驟s1.5：參照步驟s1.4.1以及步驟s1.4.2規(guī)劃右側(cè)椎弓根螺釘植入路徑，規(guī)劃效果如圖8所示。

步驟s2：調(diào)節(jié)脊柱的位姿，分別沿規(guī)劃的脊柱椎弓根左右側(cè)路徑進(jìn)行投影，得到左右椎弓根螺釘標(biāo)準(zhǔn)軸位圖(如圖9所示)，并保存。

步驟s3：獲取術(shù)中x-ray軸位圖：根據(jù)術(shù)中脊柱的特征點(diǎn)，通過2d導(dǎo)航系統(tǒng)計(jì)算c臂調(diào)整參數(shù)，調(diào)整c臂位姿，直到獲取到脊柱的右側(cè)標(biāo)準(zhǔn)軸位圖。在x-ray圖像上，椎弓根軸前后表面的邊緣投影所形成的兩個(gè)圓環(huán)重合(如圖10所示)。

步驟s4：確定椎弓根螺釘植入點(diǎn)：

步驟s4.1：將圖6a所示的模擬標(biāo)準(zhǔn)右軸位圖入到脊柱椎弓根螺釘植入2d導(dǎo)航系統(tǒng)中；

步驟s4.2：通過對(duì)模擬標(biāo)準(zhǔn)右軸位圖平移、旋轉(zhuǎn)、縮放，與x-ray標(biāo)準(zhǔn)右軸位圖進(jìn)行疊加配準(zhǔn)，使得脊柱輪廓重合(如圖11所示)；

步驟s4.3：選取模擬標(biāo)準(zhǔn)右軸位圖中螺釘?shù)奈恢弥行?，作為脊柱右?cè)的螺釘植入點(diǎn)(如圖12所示)；

步驟s4.4：按照?qǐng)D12所示的脊柱右側(cè)的螺釘植入點(diǎn)，根據(jù)導(dǎo)航系統(tǒng)指示植入脊柱右側(cè)椎弓根螺釘。

步驟s4.5：重復(fù)步驟s3、s4.1-s4.4，植入脊柱左側(cè)椎弓根螺釘。