CN106420036A - 一种椎弓根螺钉自动置入方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种椎弓根螺钉自动置入方法，采用图像采集处理模块实现脊柱图像的摄入和储存任务，完成基于像素层面上的灰度范围一致以及基于图像大小上的尺寸统一，并对采集质量较差的静脉图像进行锐化加强处理，然后利用相应的特征提取算法对预处理过的脊柱图像进行脊柱的特征提取，对提取得到的脊柱特征通过识别决策在已建立的特征数据库中进行特征匹配并进行空间重建，路径筛选模块实现对设定的错误路径进行排除，安全性评估模块实现对区域内的路径进行安全性评估并选出安全性高的路径，深度计算模块实现对已选出的路径进行置入深度计算，优选比较模块实现对计算后的路径进行综合筛选，角度计算模块实现对最终路径置入角度进行计算。在提高螺钉置入的成功率的同时有效缩短了时间，对脊柱椎弓根螺钉自动置入技术的实际应用具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及脊柱外科手术技术领域，尤其涉及脊柱外科中自动确定螺钉尺寸及置入的计算机控制方法。
背景技术
椎弓根螺钉由于其优越的生物力学特性,且术后恢复速度快等特点，被广泛应用在脊椎骨折、脊椎滑脱、脊柱椎间盘突出等多种情况下。而如何能在手术中安全、快速、准确的置入螺钉就成为了手术成功的关键。脊柱融合术的术前规划可以为医生提供一个术前参考，便于医生能够更准确的确定手术过程中使用的螺钉的长度以及螺钉的半径。一个合理的术前规划有助于提高手术成功率，减少手术时间减轻病人的痛苦。传统的脊柱融合术术前规划一般是在尸体骨骼或者动物骨骼上进行实验，不能很好的模拟病人的实际情况。这样对于手术的成功率带来了一定的影响。可见，一个合理的术前规划是尤为重要的。
发明内容
本发明的目的在于针对目前脊柱融合术存在的问题提供一种椎弓根螺钉置入的方法以解决上诉背景技术中存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种椎弓根螺钉自动置入方法，采用图像采集处理模块实现脊柱图像的摄入和储存任务，完成基于像素层面上的灰度范围一致以及基于图像大小上的尺寸统一，并对采集质量较差的静脉图像进行锐化加强处理，然后利用相应的特征提取算法对预处理过的脊柱图像进行脊柱的特征提取，对提取得到的脊柱特征通过识别决策在已建立的特征数据库中进行特征匹配并进行空间重建，路径筛选模块实现对设定的错误路径进行排除，安全性评估模块实现对区域内的路径进行安全性评估并选出安全性高的路径，深度计算模块实现对已选出的路径进行置入深度计算，优选比较模块实现对计算后的路径进行综合筛选，角度计算模块实现对最终路径置入角度进行计算。
作为本发明进一步的方案：安全性评估的方式是通过计算图像中椎弓根边缘到中心线的距离最小值最为椎弓根的半径，椎弓根螺钉的半径以椎弓根半径的80%为佳。
作为本发明进一步的方案：椎弓根的置入深度的选取以椎体的体积的80%为最佳。
作为本发明进一步的方案：椎弓根螺钉的进钉角度以水平角和矢状面角度同时确定。
与现有的技术相比，本发明有益效果是：所述椎弓根螺钉自动置入方法与传统方法相比可以直观的观察椎弓根螺钉的置入路径。该方法可以在手术实施前给医生提供一个手术预判，同时输出的椎弓根螺钉参数可以为医生提供必要的参考，同时本方法可以减少术中时间，减轻病人的手术创面，同时减少术后恢复时间。
附图说明
图1为椎弓根螺钉自动置入方法的流程图
具体实施方式:
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例中，一种椎弓根螺钉自动置入方法，采用图像采集处理模块实现脊柱图像的摄入和储存任务，完成基于像素层面上的灰度范围一致以及基于图像大小上的尺寸统一，并对采集质量较差的静脉图像进行锐化加强处理，然后利用相应的特征提取算法对预处理过的脊柱图像进行脊柱的特征提取，对提取得到的脊柱特征通过识别决策在已建立的特征数据库中进行特征匹配并进行空间重建，路径筛选模块实现对设定的错误路径进行排除，安全性评估模块实现对区域内的路径进行安全性评估并选出安全性高的路径，深度计算模块实现对已选出的路径进行置入深度计算，优选比较模块实现对计算后的路径进行综合筛选，角度计算模块实现对最终路径置入角度进行计算。
其具体的工作流程为：采用图像采集处理模块实现脊柱图像的摄入和储存任务，完成基于像素层面上的灰度范围一致以及基于图像大小上的尺寸统一，并对采集质量较差的静脉图像进行锐化加强处理，然后利用相应的特征提取算法对预处理过的脊柱图像进行脊柱的特征提取，对提取得到的脊柱特征通过识别决策在已建立的特征数据库中进行特征匹配并进行空间重建，路径筛选模块实现对设定的错误路径进行排除，安全性评估模块实现对区域内的路径进行安全性评估并选出安全性高的路径，深度计算模块实现对已选出的路径进行置入深度计算，优选比较模块实现对计算后的路径进行综合筛选，角度计算模块实现对最终路径置入角度进行计算。
1、CT图像处理
脊柱CT图像通过电子计算机断层扫描采集得到的，是图像处理中的重要一环，图像采集的效果直接关心到识别率的高低。采集完毕后对图像的噪声，角度进行纠正保证图像的质量。其中去噪对于后续处理尤为重要。常用的去噪方法有：中值滤波法、维纳滤波法、小波变换、邻域平均法、空间域低通滤波法等。通过对上述方法的研究和对比，进而选择出合适的方法来处理图像的噪声问题。去噪后需要对图像进行分割，同时将分割后的图像进行特征提取并识别，最后根据识别后的图像重新建立出空间模型
2、路径的筛选
为了能提高算法的速度，在这里对已经生成的路径分别与错误路径进行比对，这样可以减少后期处理的时间。螺钉置入过程中错误路径主要是如下两种。一类错误路径会引起在手术过程中两个螺钉在椎体内产生碰撞称。另一类错误路径在由于没有经过椎体中线，而是偏向于脊柱外侧，这种情况下会对椎骨的受力面产生影响，对病人造成损伤。
3、安全性评估
为了能让螺钉更安全高效的置入脊椎中，选取椎弓根截面最窄部分（峡部）半径作为椎弓根螺钉半径的最大值并与峡部边缘到各个路径的距离做差，在该值的基础上在减去安全预留值，除去结果不大于零的路径。
4、深度计算
在前一步的基础上，计算每条路径在椎体内部的长度，同时为了确保螺钉安全的置入，螺钉在椎体内部应有一个安全的预留值，并选取置入长度最大的路径作为螺钉置入的参考路径。
5、角度计算
根据已经得到的参考路径计算该路径的入射角。根据三维空间的特性，入射角的确定主要通过螺钉与水平面及矢状面夹角共同确定。
通过算法得到的椎弓根螺钉参考置入，经过测试得到实验的结果。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (4)
1.一种椎弓根螺钉自动置入方法，采用图像采集处理模块实现脊柱图像的摄入和储存任务，完成基于像素层面上的灰度范围一致以及基于图像大小上的尺寸统一，并对采集质量较差的静脉图像进行锐化加强处理，然后利用相应的特征提取算法对预处理过的脊柱图像进行脊柱的特征提取，对提取得到的脊柱特征通过识别决策在已建立的特征数据库中进行特征匹配并进行空间重建，路径筛选模块实现对设定的错误路径进行排除，安全性评估模块实现对区域内的路径进行安全性评估并选出安全性高的路径，深度计算模块实现对已选出的路径进行置入深度计算，优选比较模块实现对计算后的路径进行综合筛选，角度计算模块实现对最终路径置入角度进行计算。
2.根据权利要求1所述一种椎弓根螺钉自动置入方法，其特征在于，安全性评估的方式是通过计算图像中椎弓根边缘到中心线的距离最小值最为椎弓根的半径，椎弓根螺钉的半径以椎弓根半径的80%为佳。
3.根据权利要求1所述一种椎弓根螺钉自动置入方法，其特征在于，椎弓根的置入深度的选取以椎体的体积的80%为最佳。
4.根据权利要求1所述一种椎弓根螺钉自动置入方法，其特征在于，椎弓根螺钉的进钉角度以水平角和矢状面角度同时确定。
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