[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

技術領域

本發明屬于臨床醫學技術領域，尤其涉及一種脊柱后路手術術中實時三維重構方法。

背景技術

腰部疾病其病因多源于脊柱病變，美國NIH統計：美國每年脊柱手術量超過100萬例，其中腰椎手術超過25萬例，治療費用近60億美元，我國脊柱病變患者數量比歐美國家更多，施行脊柱手術是他們中大多數患者的首選治療方案。

在所有脊椎節段中，樞椎被認為是較難實施椎弓根螺釘置入的節段之一，主要與下列因素有關系：

①樞椎椎弓根的寬度和高度均較小，置釘難度大；

②樞椎椎弓根周圍重要結構多，一旦損傷，后果嚴重；

③由于椎動脈孔解剖變異的存在，樞椎椎弓根的解剖結構不同于普通頸椎，存在一定的特殊性；

以上三種原因中，尤其是最后一種，可能是導致樞椎椎弓根置釘較難掌握的重要原因。

手術導航技術起源于神經外科，目前已廣泛應用于脊柱外科、耳鼻喉科、整形外科等領域，由于脊柱外科手術中病例較多且風險較大，因此導航技術的應用最為迫切與廣泛，目前國內外脊柱后路導航的方法有以下幾種：1.傳統透視方法，現應用廣泛，缺點：定位精確性不高，2.Iso-C臂術中三維導航，影像數據由C型臂X線機在術中即時影像三維重建獲取，3.將術前螺旋CT檢查所獲得數據輸入計算機導航系統，在導航系統三維影像引導下進行手術，4.目標跟蹤的三維圖像導航系統，5.在手術室安裝專用的CT設備導航，其缺點是需要在手術室專門配備CT設備，需要特制的手術床，花費大等問題，6.首先獲得三維旋轉X線圖像，再將獲得MRI，將前者注冊于后者，進行圖像處理及導航，是既適于骨又適于軟組織的手術導航，然而，設備的昂貴嚴重影響本法的普及和推廣，7.機器人輔助導航，

發明內容

本發明實施例的目的在于提供一種脊柱后路手術術中實時三維重構方法，旨在解決現有的X射線透視圖像空間位置表達有局限性，且有受輻射危險的問題。

本發明實施例是這樣實現的，一種脊柱后路手術術中實時三維重構方法，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。

進一步，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。

進一步，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；