CN112022344A - 一种基于三维建模的骨外科置钉通道的确定及验证方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于三维建模的骨外科置钉通道的确定及验证方法，首先，获取骨骼的CT扫描原始数据，保存为Dicom格式，将原始Dicom数据导入三维建模软件，建立需手术骨骼的二维蒙板，将需手术骨骼蒙板与邻近骨骼蒙板分开，使得需手术骨骼的二维蒙板独立分割出来，将骨质完全填充在该蒙板内；基于上述骨骼的二维蒙板，重建椎体的三维模型；在椎体三维模型的高度透视模式下，获取椎体上螺钉通道的形态；将椎弓通道投影到正中冠状面或矢状面上，获得其钉道投影，拟合螺钉通道的最大内切圆，记录内切圆半径，获取圆心投影到椎体表面的位置，即为最佳进钉点。本发明通过建立三维模型，快速提取螺钉通道，置钉准确率高，成本低，便于普及。
Description
技术领域
本发明涉及脊柱外科术前规划领域，特别是涉及一种基于三维建模的骨外科置钉通道的确定及验证方法。
背景技术
脊柱外科手术中，螺钉的植入是手术的关键技术之一。目前，临床快速获得骶椎、寰枢椎螺钉钉道困难，往往是通过平面CT或X线片确定进钉位置，误差率高、术中指导作用差，进钉点的确定往往是通过临床医生的经验进行，主观性强，技术也不易于基层普及。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种基于三维建模的骨外科置钉通道的确定及验证方法，通过数字化方式快速提取螺钉通道，具有定位准确、快速、成本低、便于普及的优点。
本发明的技术方案是：
一种基于三维建模的骨外科置钉通道的确定及验证方法，包括以下步骤：
S1、获取骨骼的256排双源CT扫描的原始数据，保存为Dicom格式；
S2、将原始Dicom数据导入三维建模软件；
S3、建立骨骼的二维蒙板，在冠状面中间层，将骨骼蒙板与上下邻近骨骼蒙板分开，使得骨骼的二维蒙板独立分割出来，将骨质完全填充在该蒙板内；
S4、基于上述骨骼的二维蒙板，重建椎体的三维模型；
S5、在椎体三维模型的高度透视模式下，获取椎体上螺钉通道的形态(骶骨为标准侧位横向螺钉钉道、寰椎枢椎为标准前后位不带内倾角度螺钉通道)；
S6、将椎体投影到特定观察位的骨皮质上，拟合螺钉通道的最大内切圆，记录内切圆半径，获取圆心投影到椎体表面的位置，即为最佳进钉点；
S7、验证置钉的安全性。
上述技术方案的工作原理如下：
本发明采用3D打印技术，通过制作各种个性化辅助置钉工具，建立三维模型，快速提取螺钉通道，并进行分析，以利于最佳钉道的确定，可以明显提高置钉准确率，且应用成本较低，便于普及。
在进一步的技术方案中，步骤S4中，椎体包括骶椎、寰椎和枢椎。
在进一步的技术方案中，步骤S5中，椎体为寰椎时，获取寰椎椎弓根螺钉钉道的方法如下：
分别选取寰椎前弓结节点和后弓结节点，将两点置于重叠位，透视模式下确定寰椎不带内倾角度的椎弓根螺钉钉道。
在进一步的技术方案中，步骤S5中，椎体为枢椎时，获取枢椎椎弓根螺钉通道的方法如下：
将枢椎的三维模型置于侧位，沿双侧椎弓根上缘选取三点形成一个平面，将枢椎置于正位观，并旋转枢椎至该平面形成一条线，透视模式下确定枢椎不带内倾角度的椎弓根螺钉进钉通道。
在进一步的技术方案中，步骤S5中，椎体为骶椎时，获取骶椎横向螺钉通道的方法如下：
将骶椎三维模型旋转至左右骶骨翼重叠，透视模式下确定骶骨横向螺钉进钉通道。
在进一步的技术方案中，步骤S7中，椎体为骶椎时，验证置钉安全性的方法如下：
以最大内切圆圆心为进钉点，方向与正中矢状面垂直，置入与最大内切圆直径一致的螺钉，并在骶椎三维模型和CT平面图上观察螺钉是否完全位于骨质内。
在进一步的技术方案中，步骤S7中，椎体为寰椎时，验证置钉安全性的方法如下：
以最大内切圆圆心为进钉点，且平行于前、后弓结节点连线，置入与最大内切圆直径一致的螺钉，并在寰椎三维模型和CT三位平面图上观察螺钉是否完全位于骨质内。
在进一步的技术方案中，步骤S7中，椎体为枢椎时，验证置钉安全性的方法如下：
以最大内切圆圆心为进钉点，且平行于正中矢状面，置入与最大内切圆直径一致的螺钉，并在枢椎三维模型和CT三位平面图上观察螺钉是否完全位于骨质内。
本发明的有益效果是：本发明采用3D打印技术，通过制作各种个性化辅助置钉工具，建立三维模型，快速提取螺钉通道，并进行分析，以利于最佳钉道的确定，可以明显提高置钉准确率，且应用成本较低，便于普及。
附图说明
图1是本发明实施例所述骶椎横向螺钉通道的确定及验证方法步骤S3-S7过程的示意图；
图2是本发明实施例所述寰椎无内倾角度椎弓根螺钉通道的确定及验证方法步骤S3-S8过程的示意图；
图3是本发明实施例所述枢椎无内倾角度椎弓根螺钉通道的确定及验证方法步骤S3-S8过程的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。
实施例1：
如图1所示，一种基于三维建模的骶椎横向螺钉通道的确定及验证方法，包括以下步骤：
S1、获取骶椎的256排双源CT扫描数据，扫描参数为：电压120kV，电流150mA，层厚0.625mm，无间隔扫描，扫描矩阵512X512像素，保存为Dicom格式；
S2、将原始Dicom数据导入三维建模软件Mimics 22.0(Materialise公司，比利时)；
S3、在“new mask”中新建骨骼蒙板，在冠状面中间层，利用“split mask”将骶骨蒙板与上下邻近椎体蒙板分开，“region growing”将骶骨的二维蒙板独立分割出来，将骨质完全填充在该蒙板内；
S4、基于上述二维蒙板“calculate 3D”重建骶骨的三维模型，通过“rotate”将骶椎三维模型旋转至左右骶骨翼重叠，获得骶骨标准侧围观三维模型；
S5、三维模型的视图模式工具栏“Transparency”中选择“High”，即高度透视模式，获取骶1、2椎横向螺钉通道的侧位观形态；
S6、将骶椎投影到正中冠状面，拟合螺钉通道的最大内切圆，记录内切圆半径，获取圆心投影到骶椎表面的位置，即为最佳进钉点；
S7、以最大内切圆圆心为进钉点，方向与正中矢状面垂直，置入与最大内切圆直径一致的螺钉，并在骶椎三维模型和CT平面图上观察螺钉是否完全位于骨质内。
实施例2：
如图2所示，一种基于三维建模的寰椎无内倾角度椎弓根螺钉通道的确定及验证方法，包括以下步骤：
S1、获取骶椎的256排双源CT扫描数据，扫描参数为：电压120kV，电流150mA，层厚0.625mm，无间隔扫描，扫描矩阵512X512像素，保存为Dicom格式；
S2、将原始Dicom数据导入三维建模软件Mimics 22.0(Materialise公司，比利时)；
S3、在“newmask”中新建骨骼蒙板，在冠状面中间层，利用“split mask”将寰椎蒙板与上下邻近椎体蒙板分开，“region growing”将寰椎的二维蒙板独立分割出来，将骨质完全填充在该蒙板内；
S4、基于上述二维蒙板“calculate 3D”重建寰椎的三维模型；
S5、分别选取寰椎前弓结节点和后弓结节点，将两点置于重叠位，获取此时寰椎的头倾角为观察倾角；
S6、三维模型的视图模式工具栏“Transparency”中选择“High”，即高度透视模式，获取寰椎不带内倾角度的椎弓根螺钉钉道；
S7、将寰椎投影到正中冠状面，拟合螺钉通道的最大内切圆，记录内切圆半径，获取圆心投影到寰椎表面的位置，即为最佳进钉点；
S8、以最大内切圆圆心为进钉点，且平行于前、后弓结节点连线，置入与最大内切圆直径一致的螺钉，并在寰椎三维模型和CT三位平面图上观察螺钉是否完全位于骨质内。
实施例3：
如图3所示，一种基于三维建模的枢椎无内倾角度椎弓根螺钉通道的确定及验证方法，包括以下步骤：
S1、获取枢椎的256排双源CT扫描数据，扫描参数为：电压120kV，电流150mA，层厚0.625mm，无间隔扫描，扫描矩阵512X512像素，保存为Dicom格式；
S2、将原始Dicom数据导入三维建模软件Mimics 22.0(Materialise公司，比利时)；
S3、在“new mask”中新建骨骼蒙板，在冠状面中间层，利用“split mask”将枢椎蒙板与上下邻近椎体蒙板分开，“region growing”将枢椎的二维蒙板独立分割出来，将骨质完全填充在该蒙板内；
S4、基于上述二维蒙板“calculate 3D”重建枢椎的三维模型；
S5、将枢椎的三维模型置于侧位，沿双侧椎弓根边缘选取三点形成一个平面，将枢椎置于正位观，并旋转枢椎至该平面形成一条线，确定此时枢椎的头倾角为观察倾角；
S6、三维模型的视图模式工具栏“Transparency”中选择“High”，即高度透视模式，获取枢椎不带内倾角度的椎弓根螺钉进钉通道；
S7、将枢椎投影到正中冠状面，拟合螺钉通道的最大内切圆，记录内切圆半径，获取圆心投影到枢椎表面的位置，即为最佳进钉点；
S8、以最大内切圆圆心为进钉点，且平行于正中矢状面，置入与最大内切圆直径一致的螺钉，并在枢椎三维模型和CT三位平面图上观察螺钉是否完全位于骨质内。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于三维建模的骨外科置钉通道的确定及验证方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取骨骼的256排双源CT扫描的原始数据，保存为Dicom格式；
S2、将原始Dicom数据导入三维建模软件；
S3、建立骨骼的二维蒙板，在冠状面中间层，将骨骼蒙板与上下邻近骨骼蒙板分开，使得骨骼的二维蒙板独立分割出来，将骨质完全填充在该蒙板内；
S4、基于上述骨骼的二维蒙板，重建椎体的三维模型；
S5、在椎体三维模型的高度透视模式下，获取椎体上螺钉通道的形态；
S6、将椎体投影到特定观察位的骨皮质上，拟合螺钉通道的最大内切圆，记录内切圆半径，获取圆心投影到椎体表面的位置，即为最佳进钉点；
S7、验证置钉的安全性。
2.根据权利要求1所述的一种基于三维建模的骨外科置钉通道的确定及验证方法，其特征在于，步骤S4中，椎体包括骶椎、寰椎和枢椎。
3.根据权利要求2所述的一种基于三维建模的骨外科置钉通道的确定及验证方法，其特征在于，步骤S5中，椎体为寰椎时，获取寰椎椎弓根螺钉钉道的方法如下：
分别选取寰椎前弓结节点和后弓结节点，将两点置于重叠位，透视模式下确定寰椎不带内倾角度的椎弓根螺钉钉道。
4.根据权利要求2所述的一种基于三维建模的骨外科置钉通道的确定及验证方法，其特征在于，步骤S5中，椎体为枢椎时，获取枢椎椎弓根螺钉通道的方法如下：
将枢椎的三维模型置于侧位，沿双侧椎弓根上缘选取三点形成一个平面，将枢椎置于正位观，并旋转枢椎至该平面形成一条线，透视模式下确定枢椎不带内倾角度的椎弓根螺钉进钉通道。
5.根据权利要求2所述的一种基于三维建模的骨外科置钉通道的确定及验证方法，其特征在于，步骤S5中，椎体为骶椎时，获取骶椎横向螺钉通道的方法如下：
将骶椎三维模型旋转至左右骶骨翼重叠，透视模式下确定骶骨横向螺钉进钉通道。
6.根据权利要求2所述的一种基于三维建模的骨外科置钉通道的确定及验证方法，其特征在于，步骤S7中，椎体为骶椎时，验证置钉安全性的方法如下：
以最大内切圆圆心为进钉点，方向与正中矢状面垂直，置入与最大内切圆直径一致的螺钉，并在骶椎三维模型和CT平面图上观察螺钉是否完全位于骨质内。
7.根据权利要求2所述的一种基于三维建模的骨外科置钉通道的确定及验证方法，其特征在于，步骤S7中，椎体为寰椎时，验证置钉安全性的方法如下：
以最大内切圆圆心为进钉点，且平行于前、后弓结节点连线，置入与最大内切圆直径一致的螺钉，并在寰椎三维模型和CT三位平面图上观察螺钉是否完全位于骨质内。
8.根据权利要求2所述的一种基于三维建模的骨外科置钉通道的确定及验证方法，其特征在于，步骤S7中，椎体为枢椎时，验证置钉安全性的方法如下：
以最大内切圆圆心为进钉点，且平行于正中矢状面，置入与最大内切圆直径一致的螺钉，并在枢椎三维模型和CT三位平面图上观察螺钉是否完全位于骨质内。
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