CN106875392A - 一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法 - Google Patents

一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法,包括如下步骤:S1,获取关于待手术部位及与其相邻人体组织的医学影像扫描数据;S2,根据所述医学影像扫描数据,建立所述待手术部位及与其相邻的人体组织的第三三维立体模型;S3,基于所述第三三维立体模型生成所述待手术部位对应的人体骨科植入物导向器的描述信息。本发明提供的一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法,不仅提高了椎弓根螺钉置入的准确性,而且使置入椎弓根螺钉这一操作简单,实用性强,并且有效的避开了与待手术骨组织相邻的重要软组织,提高了人体的舒适度,有效避免人为误差。

Description

一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法
技术领域
本发明涉及人体骨科植入物领域,具体涉及一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法。
背景技术
医学植入体是指任何借助外科手术,器械全部或者部分进入人体或者自然腔道中;在手术过程结束后长期留在体内,或者部分留在体内至少30天以上的器械。通过植入体内用以人体组织或器官修复与替换。而骨科植入物是人体骨骼替代、修复、补充及充填的一大类植入物的统称,用于人体骨骼的维持、支撑和修补,是目前临床使用较为普遍的骨科用医疗材料。随着人类进入高龄化补发的加快,工业、交通、体育等事故导致创伤增多、疑难疾病患者增加,骨科手术使用医用植入材料等植入物,使数以万计的患者获得了康复,提高了骨伤患者的生活质量。骨科植入物在骨科质量中的广泛应用,已取得了令人瞩目的成就,植入物可以进行人体某些组织器官的固定、修复和替代,显著改善了过去临床无法解决的问题并且植入成功率也已达到了相当满意的效果。
随着椎弓根螺钉固定技术的发展,该技术已广泛应用于脊柱外科的多种脊柱疾病的手术治疗中。但由于椎弓根与其周围的脊髓、神经根、血管等组织关系密切,一旦置入椎弓根螺钉的位置不当,有损伤脊髓、神经根和血管的可能,存在损伤风险。同时由于临时调整椎弓根螺钉的位置的过程往往需要反复来回调试和校正,所以需要时间较长,而接受手术的人在此过程中正在不断失血,也增加了感染以及其他并发症的机会。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供了一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法。本发明提供的一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法,不仅提高了椎弓根螺钉置入的准确性,而且使置入椎弓根螺钉这一操作简单,实用性强,并且有效的避开了与待手术骨组织相邻的重要软组织,提高了人体的舒适度,有效避免人为误差。
本发明采用的技术方案如下:
一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法,包括如下步骤:
S1,获取关于待手术部位及与其相邻人体组织的医学影像扫描数据;
S2,根据所述医学影像扫描数据,建立所述待手术部位及与其相邻的人体组织的第三三维立体模型;
S3,基于所述第三三维立体模型生成所述待手术部位对应的人体骨科植入物导向器的描述信息。
上述的一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法,其中,所述步骤S1中的医学影像扫描数据包括通过X射线对待手术部位及与其相邻人体组织进行断层扫描得到的数据和/或通过核磁共振对待手术部位及与其相邻人体组织进行断层扫描得到的数据;所述步骤S1中的医学影像扫描数据还包括通过其他医学影像三维扫描方式对待手术部位及与其相邻人体组织进行断层扫描得到的数据中的一种或者多种。
上述的一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法,其中,所述步骤S2还包括如下步骤:
S21,将步骤S1中获取的各种医学影像扫描数据分别建立所述待手术部位及与其相邻人体组织的第一三维立体模型;
S22,从不同的所述第一三维立体模型任意选取一个三维立体模型,对其表面利用三角面片重构,得到第三三维立体模型;
上述的一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法,其中,所述步骤S2还包括如下步骤:
S21,将步骤S1中获取的各种医学影像扫描数据分别建立所述待手术部位及与其相邻人体组织的第一三维立体模型;
S22,分别对不同的第一三维立体模型的表面利用三角面片重构,得到第二三维立体模型;
S23,将不同的所述第二三维立体模型匹配重合,得到带手术部分及与其相邻人体组织的第三三维立体模型。
上述的一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法,其中,所述匹配重合包括如下步骤:
S221,在不同的所述第二三维立体模型中任意选取N个第二三维立体模型,对应获取每个第二三维立体模型的外轮廓线以及特征点的位置;
S222,将N个所述第二三维立体模型分别对应的外轮廓线以及特征点两两对应,调整并确定待手术部位及与其相邻人体组织的第三三维立体模型。
上述的一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法,其中,所述医学影像扫描数据为未经过任何强化显影的原始DICOME图像数据。
上述的一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法,其中,所述步骤S3包括:基于所述第三三维立体模型,结合患者个体信息以及所述待手术部位的手术相关信息,生成所述待手术部位对应的人体骨科植入物导向器的描述信息,其中,所述手术相关信息包括以下至少任一项:
所述待手术部位的手术入路切口信息;
所述待手术部位的组织结构信息;
所述待手术部位的手术操作信息。
上述的一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法,其中,所述待手术部位包括脊柱系统,所述待手术部位的相邻人体组织为与人体骨组织相邻的包括软组织在内的其他人体组织,所述人体骨科植入物包括脊柱椎弓根螺钉。
上述的一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法,其中,所述步骤S3还包括基于所述第三三维立体模型确定椎弓根螺钉导向器的位置,使椎弓根螺钉的轴线与椎弓根的中心轴轴线重合。
本发明提供的一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法,基于不同的医学影像扫描手段得到的原始DICOME图像数据建立的三维立体模型之间的匹配重合获得人体骨科植入物导向器的扫描信息的方法,基于该方法得到的人体骨科植入物导向器使置入植入物的精度大大提高,并且有效的避开了与待手术骨组织相邻的重要软组织,提高了人体的舒适度,可适用于人体任意部位,可个性化定制化设计人体植入物导向器,有效避免人为误差。
具体实施方式
下面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作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。
人体骨骼由206块骨头组成,约占体重的1/5,由上而下是颅骨、上肢骨、躯干、下肢骨等。其中颅骨属神经外科范畴,对应的骨科分为三大类:创伤系统、脊柱系统、关节系统。
实施例
当待手术部位为脊柱系统,人体骨科植入物包括脊柱椎弓根螺钉时,一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法,包括如下步骤:
S1,获取关于待手术部位及与其相邻人体组织的医学影像扫描数据;所述待手术部位的相邻人体组织为与人体骨组织相邻的包括软组织在内的其他人体组织。所述医学影像扫描数据包括通过X射线对待手术部位及与其相邻人体组织进行断层扫描得到的数据和/或通过核磁共振对待手术部位及与其相邻人体组织进行断层扫描得到的数据和/或通过其他医学影像三维扫描方式对待手术部位及与其相邻人体组织进行断层扫描得到的数据中的一种或者多种。
所述医学影像扫描数据为未经过任何强化显影的原始DICOME图像数据。在实际应用中,如使用X射线以及磁共振计算机断层扫描数据,往往在设备输出数据的过程中,已经自动根据提出需求的临床科室的日常需求进行了优化,比如整形外科和骨科等就会对骨骼进行强化显影然后输出数据,肿瘤科和外科等往往对软组织进行强化显影然后输出数据。而未经过任何强化显影的原始DICOME图像数据不会相对忽略骨骼或者血管的任意人体组织信息。
在一实施例中,继步骤S1之后进行如下步骤:
S21,将步骤S1中获取的各种医学影像扫描数据分别建立所述待手术部位及与其相邻人体组织的第一三维立体模型;
S22,从不同的所述第一三维立体模型任意选取一个三维立体模型,对其表面利用三角面片重构,得到第三三维立体模型;
在另一实施例中,继步骤S1之后进行如下步骤:
S21,将步骤S1中获取的各种医学影像扫描数据分别建立所述待手术部位及与其相邻人体组织的第一三维立体模型;
S22,分别对不同的第一三维立体模型的表面利用三角面片重构,得到第二三维立体模型;
S23,将不同的所述第二三维立体模型匹配重合,得到带手术部分及与其相邻人体组织的第三三维立体模型。
步骤S22中的匹配重合包括如下步骤:
S221,在不同的所述第二三维立体模型中任意选取N个第二三维立体模型,对应获取每个第二三维立体模型的外轮廓线以及特征点的位置;
S222,将N个所述第二三维立体模型分别对应的外轮廓线以及特征点两两对应,调整并确定待手术部位及与其相邻人体组织的第三三维立体模型。
基于上述两个不同的实施例处理后,进行如下步骤:
S3,基于所述第三三维立体模型,结合患者个体信息以及所述待手术部位的手术相关信息,生成所述待手术部位对应的人体骨科植入物导向器的描述信息。基于所述第三三维立体模型确定椎弓根螺钉导向器的位置,使椎弓根螺钉的轴线与椎弓根的中心轴轴线重合,椎弓根的中心轴的后方延长线就是手术的最佳通路,该延长线在骨表面的投影就是人体骨科植入物导向器的唯一摆放位置。其中,所述手术相关信息包括以下至少任一项:所述待手术部位的手术入路切口信息、所述待手术部位的组织结构信息、所述待手术部位的手术操作信息。手术入路切口信息的考虑比如采用常规手术入路和切口,导向器可以做大些,同时无需考虑导向器本身如何把持的问题,但如果是小切口或微创,则导向器会呈细长条状。人体骨科植入物导向器的握手设计时也需要注意,如果医生是左撇子时,就要考虑右手把持握手,将握手设计成便于右手把持的特定形状。待手术部位的手术操作信息包括如骨表面的处理:咬掉骨赘,清除骨膜,清除异形骨组织等。
由于第三三维立体模型已经包括了皮肤和皮下软组织以及整个手术入路途径中的全部组织结构,故此在设计人体骨科植入物导向器特别是椎弓根螺钉导向器时可以通盘考虑:手术入路切口的大小、位置、方向、多个分离的相关切口等等手术信息,组织结构、手术工具和人体骨科植入物及与其配套的导向器的遮挡和避让,有效避开重要血管神经或其他重要组织结构;人体骨科植入物导向器的摆放位置的唯一性和相应接受部位的人体组织的准备工作的细节等等,由于人体骨科植入物及与其配套的导向器和人体组织是三维立体匹配,故此摆放位置唯一,同时由于设计中已经参考了软组织的实际情况,故此手术准备工作难度有效降低,工作量有效下降,手术时间可明显缩短;人体骨科植入物及与其配套的导向器的大小、外形、方向、角度、范围和为了目标采用多个分离操作的细节等等,人体骨科植入物及与其配套的导向器的精度比传统产品明显提高,并可保证多个人体植入物可以相互有效精确配合完成同一手术目标。
使用本发明方法获得椎弓根螺钉导向器的过程中,用CHAOS软件读取和转换的过程中将重要软组织准确分辨出来,然后在设计导向器时直接避开这些重要组织,比如把手术通路略偏开一些,比如把导向器设计得更细一些,比如把导向器设计出一个专门的弧度,比如将一个大的导向器改为两个小的导向器等等。综合考虑了手术入路,皮肤切口,软组织实际情况,椎体的实际情况,椎体表面软组织的实际情况,椎体内部的实际情况,置钉位置,置钉角度,置钉避让的软组织和血管神经,置钉深度,置钉必须使用其他常规手术工具的相互遮挡避让等等。通过X射线等各种医学影像扫描途径正确采集计算机断层扫描数据;使用计算机断层扫描数据建立三维数字模型;根据患者实际情况设计手术方案并仔细规划椎弓根螺钉的手术细节;根据计划的椎弓根螺钉手术细节设计导向器;对设计好的椎弓根螺钉导向器进行3D打印,从而进一步进行术前比对和手术预演。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1,获取关于待手术部位及与其相邻人体组织的医学影像扫描数据;
S2,根据所述医学影像扫描数据,建立所述待手术部位及与其相邻的人体组织的第三三维立体模型;
S3,基于所述第三三维立体模型生成所述待手术部位对应的人体骨科植入物导向器的描述信息。
2.根据权利要求1所述的一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法,其特征在于,所述步骤S1中的医学影像扫描数据包括通过X射线对待手术部位及与其相邻人体组织进行断层扫描得到的数据和/或通过核磁共振对待手术部位及与其相邻人体组织进行断层扫描得到的数据;所述步骤S1中的医学影像扫描数据还包括通过其他医学影像三维扫描方式对待手术部位及与其相邻人体组织进行断层扫描得到的数据中的一种或者多种。
3.根据权利要求2所述的一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法,其特征在于,所述步骤S2还包括如下步骤:
S21,将步骤S1中获取的各种医学影像扫描数据分别建立所述待手术部位及与其相邻人体组织的第一三维立体模型;
S22,从不同的所述第一三维立体模型任意选取一个三维立体模型,对其表面利用三角面片重构,得到第三三维立体模型。
4.根据权利要求2所述的一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法,其特征在于,所述步骤S2还包括如下步骤:
S21,将步骤S1中获取的各种医学影像扫描数据分别建立所述待手术部位及与其相邻人体组织的第一三维立体模型;
S22,分别对不同的第一三维立体模型的表面利用三角面片重构,得到第二三维立体模型;
S23,将不同的所述第二三维立体模型匹配重合,得到带手术部分及与其相邻人体组织的第三三维立体模型。
5.根据权利要求4所述的一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法,其特征在于,所述匹配重合包括如下步骤:
S221,在不同的所述第二三维立体模型中任意选取N个第二三维立体模型,对应获取每个第二三维立体模型的外轮廓线以及特征点的位置;
S222,将N个所述第二三维立体模型分别对应的外轮廓线以及特征点两两对应,调整并确定待手术部位及与其相邻人体组织的第三三维立体模型。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法,其特征在于,所述医学影像扫描数据为未经过任何强化显影的原始DICOME图像数据。
7.根据权利要求6所述的一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法,其特征在于,所述步骤S3包括:基于所述第三三维立体模型,结合患者个体信息以及所述待手术部位的手术相关信息,生成所述待手术部位对应的人体骨科植入物导向器的描述信息,其中,所述手术相关信息包括以下至少任一项:
所述待手术部位的手术入路切口信息;
所述待手术部位的组织结构信息;
所述待手术部位的手术操作信息。
8.根据权利要求7所述的一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法,其特征在于,所述待手术部位包括脊柱系统,所述待手术部位的相邻人体组织为与人体骨组织相邻的包括软组织在内的其他人体组织,所述人体骨科植入物包括脊柱椎弓根螺钉。
9.根据权利要求8所述的一种用于生成人体骨科植入物导向器的描述信息的方法,其特征在于,所述步骤S3还包括基于所述第三三维立体模型确定椎弓根螺钉导向器的位置,使椎弓根螺钉的轴线与椎弓根的中心轴轴线重合。
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