[發明專利]一種脊柱后路手術術中實時三維重構方法

無效

• 申請號: 201410214330.0
• 申請日: 2014-05-21
• 公開（公告）號: CN103976756A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 周勇;臧曉方;吳松;譚志國;趙鍵
• 申請（專利權）人: 周勇;臧曉方
• 主分類號: A61B6/03
• 分類號: A61B6/03
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種脊柱后路手術術中實時三維重構方法，其特征在于，該脊柱后路手術術中實時三維重構方法包括：

步驟一，系統參數標定，實現C臂X射線機與CT設備坐標參數的統一，使病人經過兩者成像后的結果，在系統中處于統一坐標系中；

步驟二，獲取的術中正側位X片與術前CT序列片，分別把它們轉換至各自相應的立體坐標系下，最后通過歐拉轉換方法把它們統一到同一坐標系下；

步驟三，術前CT的脊柱三維重建及椎節標定；通過對CT斷層圖像中脊柱特征及CT片中高亮度信號進行提取，分割獲取脊柱斷層圖片，進行三維重建，獲取脊柱的三維點云數據；通過三維點云數據，進行網格面片的構建，而后進行三維模型重構與渲染，獲得脊柱三維模型；

步驟四，二維X片脊柱與3D脊柱模型的椎節對應；根據術中置釘后正側位X片脊椎與3D脊柱模型的的圖像特征與醫學特征共同確定椎節對應關系；

步驟五，術中脊柱的準實時三維重構；根據術中置釘后正側位X片脊椎與3D脊柱模型的圖像特征，通過每一單個椎體階段的2D-3D配準，準實時的三維重構病人術中三維脊柱形態。

2.如權利要求1所述的脊柱后路手術術中實時三維重構方法，其特征在于，該脊柱后路手術術中實時三維重構方法脊柱節段屬于剛體，而整個脊柱屬于非剛體，通過節段剛體的2D/3D影像配準，實現非剛體關節脊柱的實時三維重構。

3.如權利要求1所述的脊柱后路手術術中實時三維重構方法，其特征在于，步驟三的具體方法：

第一步，對于CT斷層圖像，通過閾值法，提取高亮度骨質圖像數據；

第二步，通過CT圖像序列獲取的序列骨質圖像數據，根據CT圖像的像素大小、層厚與層掃間距，構建真實的人體骨骼三維點云；

第三步，病人脊柱三維模型的分離與椎節的標定，病人骨骼三維點云數據中包含了脊柱的三維點云數據，可在第二步中進行分離，但為獲得有序標識椎體節段的脊柱模型，把脊柱三維模型的分離與椎節標定同時進行；首先，通過CT圖像序列中的骨質圖像數據，根據人體醫學盆骨、肋骨及肩鎖骨特征，在病人骨質三維點云數據獲取盆骨與肋骨位置；下一步，根據盆骨與腰椎在人體骨骼醫學中關系，判斷腰椎節段，進行標定并分離盆骨與椎體點云數據；然后，根據肋骨與胸椎在人體骨骼醫學中關系，判斷胸椎節段，進行標定并分離肋骨與椎體點云數據；再后，根據肩鎖骨與頸椎在人體骨骼醫學中關系，判斷頸椎節段，進行標定并分離肩鎖骨與椎體點云數據；最后，建立有序標識椎體節段的脊柱三維點云數據；

第四步，提取三維點云的表面點云數據，利用轉球網格重構法對表面點云數據進行網格面片重構，并渲染獲取病人骨骼三維模型。

4.如權利要求1所述的脊柱后路手術術中實時三維重構方法，其特征在于，步驟四的具體方法：

第一步，通過canny邊緣提取方法，提取正側位X片中脊柱椎體階段及盆骨邊緣；

第二步，根據盆骨與脊柱較大差異的圓弧與尺寸特征，獲取盆骨位置，從而確定腰椎節段，建立并標記脊柱椎體序列；

第三步，為進一步確認椎體階段的正確性，根據X片圖像中椎體節段的彎曲程度和椎體尺寸，與3D模型對應角度的椎體節段投影成像，進行匹配與對應，復核二維椎體與三維椎體的對應性。

5.如權利要求1所述的脊柱后路手術術中實時三維重構方法，其特征在于，步驟五的具體方法：

第一步，通過canny邊緣提取算法，提取椎體節段正側位X片邊緣特征點；

第二步，選擇固定3D脊柱模型姿態的某一橫滾角，通過canny邊緣提取算法，提取3D脊柱模型正側位投影圖像邊緣特征點；

第三步，利用ICP算法，分別對此時固定橫滾角的3D脊柱模型節段正側位投影邊緣點與正側位X片節段邊緣點進行配準，從而估計X片中脊柱姿態的方位角及俯仰角，并計算誤差；

第四步，重復第二步和第三步，直到誤差滿足實際手術精度；

第五步，根據脊柱椎體每一節段的配準結果，調整病人3D脊柱每一階段模型，從而準實時重構，病人術中三維脊柱模型。