[发明专利]一种脊柱椎弓根螺钉植入路径规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及医学领域，尤其涉及一种脊柱椎弓根螺钉植入路径规划方法。

背景技术

椎弓根螺钉技术由于其在脊柱三柱固定生物力学方面的优越性，使得它在脊柱外科手术中被广泛应用。但常规开放椎弓根固定融合手术需要对椎旁肌进行广泛的剥离和长时间的牵拉，这样往往导致椎旁肌肉的去神经和萎缩，引起脊柱融合病的发生。近年来，随着现代医学科学技术的进步，人们在力求椎弓根螺钉植入的安全和准确的同时，又探索运用微创的手段经皮植入椎弓根螺钉，从而有效的减少人为损伤。由于经皮椎弓根螺钉技术的出现避免了传统脊柱后路内固定植入手术的大切口、肌肉剥离多，术后康复慢等的缺点，目前它已经逐渐成为微创脊柱外科的基本技术手段之一。

由于椎弓根狭窄，螺钉一旦穿出椎弓根的侧壁，手术即失败。经椎弓根内固定手术成败的关键是螺钉能否准确地经椎弓根到达椎体。因此从后路正确地找到椎弓根标志，进以确定螺钉的入点及进针方向极为重要。实际手术中医生多凭借经验，参照X光图像的脊柱解剖点进行徒手植入，目前手术失败率高达30％。

最理想的手术路径，是采用椎弓根标准轴定位原理，就是让椎弓根的轴线与C型臂X光机的发射轴线尽可能重叠，保证手术植入路径与椎弓根轴线平行，选择椎弓根椭圆形猫眼的中心位置，就可以得到椎弓根植入的最佳路径。专利CN104224306A提供了一种利用三维建模寻找椎弓根螺钉最佳入点的方法，可以辅助医生在术前完成手术路径规划。但是实际手术中，椎弓根螺钉植入点的确定一般都是凭借经验进行人为的选择，无法保证实际手术路径与规划路径一致。

由于主观因素的影响，实际手术中用户选择的位置都不一样。而选择位置的准确性严重影响到椎弓根螺钉的植入效果，选择不当，甚至会造成螺钉穿出椎弓根侧壁，造成手术失败。如何科学、合理、精准的找到螺钉植入点的位置，在椎弓根螺钉植入手术过程中将显得尤为重要。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种脊柱椎弓根螺钉植入路径规划方法，该方法能够快速、精准的找到脊柱椎弓根标准轴位图中的螺钉植入点。

(二)技术方案

为达成上述目的，本发明提供一种脊柱椎弓根螺钉植入路径规划方法，如图1所示，包括如下步骤：S1、术前规划：对术前患者CT影像数据进分割处理与三维重建，根据脊柱椎弓根的解剖特点在脊柱椎弓根螺钉植入3D规划系统中进行手术路径规划确定最佳植入路径；S2、在脊柱椎弓根螺钉植入3D规划系统，调整脊柱3D位姿，截取左右椎弓根螺钉模拟轴位图；S3、术中标准轴位图获取：采用脊柱椎弓根螺钉植入2D导航系统，通过调整C型臂，获取术中脊柱的X-Ray轴位图；S4、术中椎弓根螺钉植入路径确认：在脊柱椎弓根螺钉植入2D导航系统中，将3D规划系统导出的椎弓根螺钉模拟轴位图与术中X-Ray轴位图进行配准，确定脊柱椎弓根螺钉植入点。

根据本发明，脊柱椎弓根轴位图是指在投影图像上，椎弓根轴前后表面的边缘投影所形成的两个圆环重合时的投影图像。

根据本发明，在步骤S1中，对术前患者CT影像数据进行预处理，包括：对术前CT图像进行分割与三维重建，导入到脊柱椎弓根螺钉植入3D规划系统中的CT数据包括DICOM数据和分割好的STL数据。

根据本发明，在步骤S1中，所述的脊柱椎弓根的解剖特点：

1)包括，脊柱的左右关键点以及椎弓根螺钉植入的左右终点；

2)左右关键点和左右终点的选取是通过X、Y、Z(分别为红、绿、蓝，如图2所示)三平面相交点来确定的；

3)关键点位于椎弓根中心，红色线位于左弓根中心处(图4右下方横断面图)、蓝色线位于椎弓根中心处(右上方侧位图)，蓝色线位于熊猫眼中心处(图4左下方正位图)；

4)终点位于椎体的1/3，如图5所示右侧图。

根据本发明，在步骤S2中，脊柱椎弓根螺钉植入3D规划系统能够根据规划好的左右椎弓根螺钉植入路径生成模拟的标准轴位图(如图9所示)，并进行保存。

根据本发明，在步骤S3中，脊柱椎弓根螺钉植入2D导航系统能够根据拍摄到的X-ray图像和脊柱的特征数据，计算出C臂的调整量，使调整C臂后，能够得到标准的X-ray轴位图(如图10所示)。

根据本发明，在步骤S4中，脊柱椎弓根螺钉植入2D导航系统能够导入X-ray图像和3D软件导出的模拟轴位图，导航系统能够对左右标准轴位图进行平移、旋转、缩放，实现轴位图与X-ray图叠加配准。