[发明专利]用于规划椎弓根螺钉固定的系统和方法

说明书

本发明涉及一种用于规划椎弓根螺钉固定的系统和方法，并且更具体地，涉及一种用于基于C臂图像规划椎弓根螺钉的长度、插入路径等的系统和方法。本发明的用于规划椎弓根螺钉固定的系统包括：C臂，用于采集患者的脊柱图像；插入路径提供单元，用于在C臂图像上提供椎弓根螺钉的进入点和插入终点；配准单元，用于基于参考坐标系计算进入点和插入终点的空间坐标；导向设备，用基于进入点和插入终点的空间坐标确定椎弓根螺钉的插入位置，并根据插入位置引导探针向进入点插入；以及螺钉确定单元，用于通过获取随着探针插入，探针与骨骼接触的起点的坐标，并计算插入终点的坐标与起点的坐标之间的距离来确定椎弓根螺钉的长度状况。本发明使用C臂图像来代替在规划期间使用的常规CT图像，从而可以降低对患者的辐射照射并简化手术过程。根据本发明，即使在手术期间，基于C臂图像，手术规划可以被修改和调整，并且手术过程评估及手术工具导航的精度可以被提高，因为图像配准可以省略。此外，由于基于规划中使用的螺钉引导位置，本发明可连续用于手术，因此可以快速执行手术过程。

技术领域

本公开涉及一种用于规划椎弓根螺钉固定的系统和方法，并且更具体地，涉及一种用于基于C臂图像规划椎弓根螺钉的长度、插入路径等的系统和方法。

背景技术

椎弓根螺钉用于脊柱固定，穿过椎弓根插入并固定在椎体中，椎弓根螺钉固定规划是指手术操作者确定适合患者和手术部位的椎弓根螺钉的长度、直径等，并预先规划椎弓根螺钉的插入路径的过程。

如图1所示，对于手术操作者的规划来说，脊柱的轴向视图是最有利的。然而，C臂装置无法提供脊柱的轴向视图，因此在手术前拍摄计算机断层扫描(CT)图像以向手术操作者提供轴向视图，从而进行术前规划。

虽然CT图像用于执行规划，但在实际手术过程中主要使用移动C臂X射线装置，因此需要优先将CT图像与C臂2D图像之间进行配准，以便实时验证手术是否按术前规划实施或按规划导航手术工具。此外，如果患者移动或C臂装置移动，则需要重新执行配准。

基于CT图像的规划具有如上提供轴向视图的优点，但缺点是CT扫描由于长时间的辐射照射而对人体有害，并且需要与C臂2D图像配准。

另一方面，C臂图像不提供脊柱的轴向视图，不适用于规划，因为在前后(AP)图像和侧向(LL)图像上未完整显示规划所需的脊柱部分。

尽管实际上并未基于C臂图像执行规划，但C臂是在手术过程中使用的装置。因此，如果基于C臂图像执行规划，则具有不需要3D CT图像与2D图像之间的配准、即使在手术期间也可以根据需要灵活地修改手术规划等许多优点。

发明内容

技术问题

因此，构思本公开以解决相关技术的上述问题，并且本公开的一方面在于提供一种可以基于C臂图像进行椎弓根螺钉固定规划的规划系统和方法。

技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种用于规划椎弓根螺钉固定的系统，包括：C臂，被配置为捕获患者的脊柱图像；插入路径提供器，被配置为在C臂图像上提供椎弓根螺钉的进入点和插入终点；配准器，被配置为基于参考坐标系计算进入点和插入终点的空间坐标；导向器，被配置为基于进入点和插入终点的空间坐标确定椎弓根螺钉的插入位置，并根据插入位置引导探针向进入点插入；以及螺钉确定器，被配置为通过获取探针插入并开始与骨骼接触的起点的坐标，并计算插入终点的坐标与起点的坐标之间的距离来确定椎弓根螺钉的长度状况。

这里，进入点可以被确定在前后(AP)图像上、连接插入终点与椎弓根中心的线上的某个点处，或者可以被确定在侧向(LL)图像上、从插入终点平行于椎体水平线延伸的线上的某个点处。

用于规划椎弓根螺钉固定的系统还可以包括光学跟踪设备，被配置为跟踪与光学标记相连的探针的位置，其中，配准器被配置为确定探针位置被配准到的C臂图像上的像素，并且插入路径提供器被配置为在配准的像素上显示探针的投影图像。