[发明专利]一种基于超声拓片技术的脊椎图像生成系统以及脊柱手术导航定位系统

说明书

一种基于超声拓片技术的脊椎图像生成系统，包括采集单元和处理单元，该系统基于二维脊椎表面结构特征性轮廓的超声图像生成超声拓片，并与数字医学影像轮廓匹配，获得与患者术中体位一致的实时更新的个性化的脊椎表面地形图。基于该脊椎图像生成系统的脊柱手术导航定位系统，该系统包括导航模块和基于上述超声拓片技术的脊椎图像生成系统，该脊柱手术导航定位系统能够获得与患者术中体位一致的实时更新的个性化的脊椎表面地形图，并基于该脊椎表面地形图进行实时术中导航。本发明将极大降低脊柱手术难度，实现精准无辐射引导穿刺、实时导航、简便可靠的手术辅助目标，尤其有利于以脊柱内镜为代表的脊柱微创手术技术向基层医疗机构推广和应用。

技术领域：

本发明涉及医学领域，具体涉及一种脊椎图像生成系统、脊椎图像生成方法以及脊柱手术导航定位系统、脊柱手术导航定位方法。

背景技术：

当前，脊柱退变相关性疾病的发病率和患者数量与日俱增，严重影响人民的身体健康和劳动能力。脊柱手术是治疗椎间盘突出、肿瘤等脊柱疾病的主要手段，其中，以脊柱内镜为代表的微创手术技术因科技进步推进的手术器械设备升级，正越来越趋于成熟，加之创伤小、恢复快的优势，获得越来越多领域的认可和接受。然而这些微创技术对病变的定位精度要求高，加之人体脊柱的特殊性，即骨性结构组成、解剖区域狭长、富含重要的血管神经等复杂性，使得掌握微创技术的门槛较高，主要体现在手术难度及风险较大，操作者培训学习曲线长，难以短期内推广。导航定位技术能降低微创手术技术的门槛，有助于增加手术的操作简便性及保障手术的安全性。

超声扫描人体骨质结构的特点在于：1)超声波不能穿透骨质结构，故超声图像中只能显示骨质表面的线性强回声，获得的信息较少，临床应用范围受限，所述线性强回声为医学超声学概念，是指对超声图像的特征性描述，表现为线性高亮图像；2)超声扫描骨质结构时，容易发生衍射带来噪声，导致骨质结构在超声图像中显示出现偏差，所述噪声为医学超声学概念，是指超声图像中出现的模糊、毛刺状、不清晰的图像特征，骨质结构的噪声表现为模糊、毛刺状、不清晰的线性或片状高亮图像；目前临床中应用的超声扫描技术(包括超声扫描设备和超声处理技术)无法解决上述问题，因此，目前超声扫描技术在骨质结构相关疾病的诊治中应用非常有限。

上述超声扫描骨质结构的特点，在超声扫描脊椎时同样存在，除此之外，不同于人体其他骨质结构如肱骨、股骨等，超声扫描脊椎质结构时存在如下特殊性。如附图6(1)所示，人体脊柱是一个狭长的骨性结构区域，是身体的支柱，分颈、胸、腰、骶及尾五段，由33块椎骨(颈椎7块，胸椎12块，腰椎5块，骶骨、尾骨共9块)由韧带、关节及椎间盘连接而成。脊柱内部自上而下形成一条纵行的脊管，内有脊髓。脊椎由横突、棘突、关节突、椎板、椎板间隙、椎间孔及组成脊椎的其他骨骼成分组成。超声扫描脊椎的特殊性在于：1)超声扫描获得的脊椎骨质信息较少，脊柱作为狭长的骨性结构，由多节椎骨组成，一幅超声扫描图像中所呈现的椎骨节段有限，信息少且仅为骨质表面回波信息；2)相比其他的骨质结构，超声扫描获得的脊椎骨质信息存在更大、更多的偏差，如附图6(2)、6(3)脊椎具有众多骨性突起如棘突、横突、关节突等，而超声图像中骨质回波强，所呈现的超声图像往往为骨质结构特有的光亮而富有噪声的不清晰图像，骨质回波带来的衍射和噪声，将导致脊椎的解剖结构(包括横突、棘突、关节突、椎板及组成脊椎的其他骨骼成分)在超声图像中显示出现较大偏差，常见偏差包括：所述解剖结构中具体的某一点由于发生衍射，在超声图像中可能显示为一个面；所述解剖结构中的某一个面与超声图像中的面大小、比例不准确；所述解剖结构中清晰的毗邻和连接结构，如关节突关节、横突与椎体连接的根部等，在超声图像中显示为模糊的面状结构，连接处不清晰。上述偏差导致常规超声扫描方式无法解决脊椎的骨质结构的超声图像清晰度问题，在超声扫描骨质结构的诸多问题基础之上，超声扫描脊椎骨质信息存在的更多、更大的问题。