CN112315581B - 一种椎弓根螺钉进钉点的确定方法及装置 - Google Patents

一种椎弓根螺钉进钉点的确定方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种椎弓根螺钉进钉点的确定方法及装置，在椎骨三维模型中从椎弓根最狭窄处，即最薄处提取左右椎弓根的中心点，然后根据左右椎弓根的中心点确定左右螺钉的交汇点，通过根据左右椎弓根的中心点与左右螺钉的交汇点，精确的确定植入左右螺钉的方向向量以及左右螺钉的进钉点，本发明实现自动化确定椎弓根螺钉进钉点，避免依靠操作人员经验确定椎弓根螺钉进钉点效率低下、准确性低的问题，提高了确定椎弓根螺钉进钉点的准确性。

Description

一种椎弓根螺钉进钉点的确定方法及装置
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，更具体的，涉及一种椎弓根螺钉进钉点的确定方法及装置。
背景技术
椎弓根螺钉技术由于其在脊柱三柱固定生物力学方面的优越性，在脊柱外科手术中被广泛应用。由于椎弓根狭窄，螺钉一旦穿出椎弓根的侧壁，手术即失败，螺钉是否能准确的植入椎弓根成为决定手术成败的关键。
目前，一般在手术前操作人员在Dicom(Digital Imaging and Communicationsin Medicine，医学数字成像和通信)数据中确定一个切分平面，得到二维图像，然后在二维图像中根据经验确定椎弓根螺钉的进钉点，这种方法效率低下，并且由于主要依赖操作人员的经验，准确性较低。
因此，如何高效、准确的确定椎弓根螺钉的进钉点成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种椎弓根螺钉进钉点的确定方法及装置，提高了确定椎弓根螺钉进钉点的准确性。
为了实现上述发明目的，本发明提供的具体技术方案如下：
一种椎弓根螺钉进钉点的确定方法，包括：
根据椎骨模型Dicom数据构建椎骨三维模型；
在所述椎骨三维模型中，在椎弓根最狭窄处确定左右椎弓根的中心点；
根据左右椎弓根的中心点确定左右螺钉的交汇点；
根据左右椎弓根的中心点与左右螺钉的交汇点，确定椎弓根植入左螺钉的方向向量和右螺钉的方向向量；
将植入左螺钉的方向向量的反向延长线与所述椎骨三维模型的相交点确定为左螺钉的进钉点，并将植入右螺钉的方向向量的反向延长线与所述椎骨三维模型的相交点确定为右螺钉的进钉点。
可选的，所述在所述椎骨三维模型中，在椎弓根最狭窄处确定左右椎弓根的中心点，包括：
利用平面分割工具，将所述椎骨三维模型划分为左右两部分，左右两部分之间的分割平面经过椎骨后棘突中轴线并与椎骨上下终板垂直；
在右半椎骨的左视图中将右半椎骨椎弓根最狭窄处的上下两点，确定为左椎弓根的上凹点和下凹点，并在左半椎骨的右视图中将左半椎骨椎弓根最狭窄处的上下两点，确定为右椎弓根的上凹点和下凹点；
利用预设最短路径规划算法，计算在所述椎骨三维模型表面所述左椎弓根的上凹点与下凹点之间的左侧最短路径，并计算在所述椎骨三维模型表面所述右椎弓根的上凹点与下凹点之间的右侧最短路径；
将所述左侧最短路径的中心点确定为所述左椎弓根的中心点，并将所述右侧最短路径的中心点确定为所述右椎弓根的中心点。
可选的，所述在所述椎骨三维模型中，在椎弓根最狭窄处确定左右椎弓根的中心点，包括：
利用平面分割工具，将所述椎骨三维模型划分为左右两部分，左右两部分之间的分割平面经过椎骨后棘突中轴线并与椎骨上下终板垂直；
在右半椎骨的左视图中将右半椎骨椎弓根最狭窄处的中间点，确定为左椎弓根内表面中点，并在左半椎骨的右视图中将左半椎骨椎弓根最狭窄处的中间点，确定为右椎弓根内表面中点；
利用平面分割工具，将所述椎骨三维模型划分为上下两部分，上下两部分之间的分割平面经过左右椎弓根内表面中点并与椎体上下终板平行；
在俯视图中，将所述左椎弓根内表面中点向左平移第一预设距离，得到所述左椎弓根的中心点，并将所述右椎弓根内表面中点向右平移第二预设距离，得到所述右椎弓根的中心点，所述第一预设距离和所述第二预设距离大于螺钉半径。
可选的，所述根据左右椎弓根的中心点确定左右螺钉的交汇点，包括：
在所述右半椎骨的左视图或所述左半椎骨的右视图中的椎骨前侧表面选取目标点，所述目标点与椎弓根内表面中心的连线与椎骨上下终板平行，所述目标点与椎弓根中心的连线与椎骨上下终板平行；
在所述俯视图中，将所述目标点向椎骨内侧或外侧平移第三预设距离，得到左右螺钉的交汇点，所述左椎弓根的中心点与所述左右螺钉的交汇点之间的连线与所述右椎弓根的中心点与所述左右螺钉的交汇点之间的连线的夹角满足医学需求。
可选的，所述根据椎弓根的中心点与左右螺钉的交汇点，确定椎弓根植入螺钉的方向向量，包括：
以左椎弓根中心点为植入左螺钉的方向向量的起点，并以左右螺钉的交汇点为植入左螺钉的方向向量的终点，确定椎弓根植入左螺钉的方向向量；
以右椎弓根中心点为植入右螺钉的方向向量的起点，并以左右螺钉的交汇点为植入右螺钉的方向向量的终点，确定椎弓根植入右螺钉的方向向量。
一种椎弓根螺钉进钉点的确定装置，包括：
三维模型构建单元，用于根据椎骨模型Dicom数据构建椎骨三维模型；
中心点确定单元，用于在所述椎骨三维模型中，在椎弓根最狭窄处确定左右椎弓根的中心点；
交汇点确定单元，用于根据左右椎弓根的中心点确定左右螺钉的交汇点；
方向向量确定单元，用于根据左右椎弓根的中心点与左右螺钉的交汇点，确定椎弓根植入左螺钉的方向向量和右螺钉的方向向量；
进钉点确定单元，用于将植入左螺钉的方向向量的反向延长线与所述椎骨三维模型的相交点确定为左螺钉的进钉点，并将植入右螺钉的方向向量的反向延长线与所述椎骨三维模型的相交点确定为右螺钉的进钉点。
可选的，所述中心点确定单元，具体用于：
利用平面分割工具，将所述椎骨三维模型划分为左右两部分，左右两部分之间的分割平面经过椎骨后棘突中轴线并与椎骨上下终板垂直；
在右半椎骨的左视图中将右半椎骨椎弓根最狭窄处的上下两点，确定为左椎弓根的上凹点和下凹点，并在左半椎骨的右视图中将左半椎骨椎弓根最狭窄处的上下两点，确定为右椎弓根的上凹点和下凹点；
利用预设最短路径规划算法，计算在所述椎骨三维模型表面所述左椎弓根的上凹点与下凹点之间的左侧最短路径，并计算在所述椎骨三维模型表面所述右椎弓根的上凹点与下凹点之间的右侧最短路径；
将所述左侧最短路径的中心点确定为所述左椎弓根的中心点，并将所述右侧最短路径的中心点确定为所述右椎弓根的中心点。
可选的，所述中心点确定单元，具体用于：
利用平面分割工具，将所述椎骨三维模型划分为左右两部分，左右两部分之间的分割平面经过椎骨后棘突中轴线并与椎骨上下终板垂直；
在右半椎骨的左视图中将右半椎骨椎弓根最狭窄处的中间点，确定为左椎弓根内表面中点，并在左半椎骨的右视图中将左半椎骨椎弓根最狭窄处的中间点，确定为右椎弓根内表面中点；
利用平面分割工具，将所述椎骨三维模型划分为上下两部分，上下两部分之间的分割平面经过左右椎弓根内表面中点并与椎体上下终板平行；
在俯视图中，将所述左椎弓根内表面中点向左平移第一预设距离，得到所述左椎弓根的中心点，并将所述右椎弓根内表面中点向右平移第二预设距离，得到所述右椎弓根的中心点，所述第一预设距离和所述第二预设距离大于螺钉半径。
可选的，所述交汇点确定单元，具体用于：
在所述右半椎骨的左视图或所述左半椎骨的右视图中的椎骨前侧表面选取目标点，所述目标点与椎弓根内表面中心的连线与椎骨上下终板平行，所述目标点与椎弓根中心的连线与椎骨上下终板平行；
在所述俯视图中，将所述目标点向椎骨内侧或外侧平移第三预设距离，得到左右螺钉的交汇点，所述左椎弓根的中心点与所述左右螺钉的交汇点之间的连线与所述右椎弓根的中心点与所述左右螺钉的交汇点之间的连线的夹角满足医学需求。
可选的，所述方向向量确定单元，具体用于：
以左椎弓根中心点为植入左螺钉的方向向量的起点，并以左右螺钉的交汇点为植入左螺钉的方向向量的终点，确定椎弓根植入左螺钉的方向向量；
以右椎弓根中心点为植入右螺钉的方向向量的起点，并以左右螺钉的交汇点为植入右螺钉的方向向量的终点，确定椎弓根植入右螺钉的方向向量。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
本发明公开的一种椎弓根螺钉进钉点的确定方法，在椎骨三维模型中从椎弓根最狭窄处，即最薄处提取左右椎弓根的中心点，然后根据左右椎弓根的中心点确定左右螺钉的交汇点，通过根据左右椎弓根的中心点与左右螺钉的交汇点，精确的确定植入左右螺钉的方向向量以及左右螺钉的进钉点，本发明实现自动化确定椎弓根螺钉进钉点，避免依靠操作人员经验确定椎弓根螺钉进钉点效率低下、准确性低的问题，提高了确定椎弓根螺钉进钉点的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种椎弓根螺钉进钉点的确定方法的流程示意图；
图2为本发明实施例公开的一种确定左右椎弓根中心点的方法的流程示意图；
图3为本发明实施例公开的左椎弓根的上凹点和下凹点以及右椎弓根的上凹点和下凹点的示意图；
图4为本发明实施例公开的另一种确定左右椎弓根中心点的方法的流程示意图；
图5为本发明实施例公开的左椎弓根内表面中点与右椎弓根内表面中点示意图；
图6为本发明实施例公开的上下分割平面示意图；
图7为本发明实施例公开的平移左右椎弓根内表面中点示意图；
图8为本发明实施例公开的选取椎骨前表面目标点示意图；
图9为本发明实施例公开的确定左右螺钉交汇点示意图；
图10为本发明实施例公开的确定植入左右螺钉的方向向量示意图；
图11为本发明实施例公开的左右螺钉进钉点示意图；
图12为本发明实施例公开的一种椎弓根螺钉进钉点的确定装置的结构示意图。
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。
本发明为了解决目前主要依靠操作人员经验确定椎弓根螺钉进钉点效率低下、准确性低的问题，提出了一种结合力学原理、数学原理和医学要求的椎弓根螺钉进钉点的确定方法，实现自动化确定椎弓根螺钉进钉点，提高确定椎弓根螺钉进钉点的准确性。
具体的，请参阅图1，本实施例公开的一种椎弓根螺钉进钉点的确定方法，包括以下步骤：
S101：根据椎骨模型Dicom数据构建椎骨三维模型；
具体根据椎骨模型Dicom数据在医学影像处理软件中重建椎骨三维模型。
S102：在椎骨三维模型中，在椎弓根最狭窄处确定左右椎弓根的中心点；
请参阅图2，一种可选的确定左右椎弓根中心点的方法如下：
S201：利用平面分割工具，将椎骨三维模型划分为左右两部分，左右两部分之间的分割平面经过椎骨后棘突中轴线并与椎骨上下终板垂直；
其中，平面分割工具为三维模型处理软件中的平面分割工具。
S202：在右半椎骨的左视图中将右半椎骨椎弓根最狭窄处的上下两点，确定为左椎弓根的上凹点和下凹点，并在左半椎骨的右视图中将左半椎骨椎弓根最狭窄处的上下两点，确定为右椎弓根的上凹点和下凹点；
其中，左椎弓根的上凹点和下凹点以及右椎弓根的上凹点和下凹点如图3所示。
S203：利用预设最短路径规划算法，计算在椎骨三维模型表面左椎弓根的上凹点与下凹点之间的左侧最短路径，并计算在椎骨三维模型表面右椎弓根的上凹点与下凹点之间的右侧最短路径；
可选的，预设最短路径规划算法可以为数学计算软件的Dijkstra算法，搜索网络中从一个顶点到另一个顶点最短路径的算法。
模型网格上存在若干个由上凹点开始，到下凹点结束的，共n个点，点i与点i+1依次相连组成的点集，每个点集(1,2,3,......,i,i+1,......,n)记为一条路径。点i与点i+1间的距离为它们在三维空间中的欧氏距离，记为l(i)，最短路径为
Figure BDA0002708796880000071
最小的那一条路径。将左侧和右侧最短路径取并集，得到环绕左右椎弓根的最短路径。
S204：将左侧最短路径的中心点确定为左椎弓根的中心点，并将右侧最短路径的中心点确定为右椎弓根的中心点。
取左右椎弓根上最短路径的中心，即为左右椎弓根的中心点。
其中，最短路径的中心为
Figure BDA0002708796880000072
(xi,yi,zi)为点i的坐标。
请参阅图4，另一种可选的确定左右椎弓根中心点的方法如下：
S301：利用平面分割工具，将椎骨三维模型划分为左右两部分，左右两部分之间的分割平面经过椎骨后棘突中轴线并与椎骨上下终板垂直；
S302：在右半椎骨的左视图中将右半椎骨椎弓根最狭窄处的中间点，确定为左椎弓根内表面中点，并在左半椎骨的右视图中将左半椎骨椎弓根最狭窄处的中间点，确定为右椎弓根内表面中点；
其中，左椎弓根内表面中点与右椎弓根内表面中点如图5所示。
S303：利用平面分割工具，将椎骨三维模型划分为上下两部分，上下两部分之间的分割平面经过左右椎弓根内表面中点并与椎体上下终板平行；
S304：在俯视图中，将左椎弓根内表面中点向左平移第一预设距离，得到左椎弓根的中心点，并将右椎弓根内表面中点向右平移第二预设距离，得到右椎弓根的中心点，第一预设距离和第二预设距离大于螺钉半径。
上下分割平面如图6所示，在上下分割后的俯视图中，请参阅图7，将左椎弓根内表面中点向左平移得到左椎弓根的中心点，将右椎弓根内表面中点向右平移得到右椎弓根的中心点。平移的第一预设距离和第二预设距离大于螺钉半径，保证螺钉不会穿透椎骨表面。
S103：根据左右椎弓根的中心点确定左右螺钉的交汇点；
请参阅图8，在右半椎骨的左视图或左半椎骨的右视图中的椎骨前侧表面选取目标点，目标点与椎弓根内表面中心的连线与椎骨上下终板平行，目标点与椎弓根中心的连线与椎骨上下终板平行。
请参阅图9，在上下分割后的俯视图中，将目标点向椎骨内侧或外侧平移第三预设距离，得到左右螺钉的交汇点，左椎弓根的中心点与左右螺钉的交汇点之间的连线与右椎弓根的中心点与左右螺钉的交汇点之间的连线的夹角满足医学需求。
其中，在胸椎中该夹角为40°～50°，在腰椎中该夹角为20°～30°。
S104：根据左右椎弓根的中心点与左右螺钉的交汇点，确定椎弓根植入左螺钉的方向向量和右螺钉的方向向量；
请参阅图10，以左椎弓根中心点为植入左螺钉的方向向量的起点，并以左右螺钉的交汇点为植入左螺钉的方向向量的终点，确定椎弓根植入左螺钉的方向向量；以右椎弓根中心点为植入右螺钉的方向向量的起点，并以左右螺钉的交汇点为植入右螺钉的方向向量的终点，确定椎弓根植入右螺钉的方向向量。
S105：将植入左螺钉的方向向量的反向延长线与椎骨三维模型的相交点确定为左螺钉的进钉点，并将植入右螺钉的方向向量的反向延长线与椎骨三维模型的相交点确定为右螺钉的进钉点。
左右螺钉的进钉点如图11所示。
可见，本实施例公开的一种椎弓根螺钉进钉点的确定方法，是在三维网格数据中确定椎弓根螺钉的中心点及交汇点，可以精确地控制椎弓根螺钉植入平面及脊柱基台面的前倾角度、椎弓根螺钉的相互夹角、螺钉与椎弓根最薄处的相互位置。实现结合力学原理、数学原理和医学要求的自动化确定椎弓根螺钉进钉点，提高确定椎弓根螺钉进钉点的准确性。
基于上述实施例公开的一种椎弓根螺钉进钉点的确定方法，本实施例对应公开了一种椎弓根螺钉进钉点的确定装置，请参阅图12，该装置包括：
三维模型构建单元100，用于根据椎骨模型Dicom数据构建椎骨三维模型；
中心点确定单元200，用于在所述椎骨三维模型中，在椎弓根最狭窄处确定左右椎弓根的中心点；
交汇点确定单元300，用于根据左右椎弓根的中心点确定左右螺钉的交汇点；
方向向量确定单元400，用于根据左右椎弓根的中心点与左右螺钉的交汇点，确定椎弓根植入左螺钉的方向向量和右螺钉的方向向量；
进钉点确定单元500，用于将植入左螺钉的方向向量的反向延长线与所述椎骨三维模型的相交点确定为左螺钉的进钉点，并将植入右螺钉的方向向量的反向延长线与所述椎骨三维模型的相交点确定为右螺钉的进钉点。
可选的，所述中心点确定单元200，具体用于：
利用平面分割工具，将所述椎骨三维模型划分为左右两部分，左右两部分之间的分割平面经过椎骨后棘突中轴线并与椎骨上下终板垂直；
在右半椎骨的左视图中将右半椎骨椎弓根最狭窄处的上下两点，确定为左椎弓根的上凹点和下凹点，并在左半椎骨的右视图中将左半椎骨椎弓根最狭窄处的上下两点，确定为右椎弓根的上凹点和下凹点；
利用预设最短路径规划算法，计算在所述椎骨三维模型表面所述左椎弓根的上凹点与下凹点之间的左侧最短路径，并计算在所述椎骨三维模型表面所述右椎弓根的上凹点与下凹点之间的右侧最短路径；
将所述左侧最短路径的中心点确定为所述左椎弓根的中心点，并将所述右侧最短路径的中心点确定为所述右椎弓根的中心点。
可选的，所述中心点确定单元200，具体用于：
利用平面分割工具，将所述椎骨三维模型划分为左右两部分，左右两部分之间的分割平面经过椎骨后棘突中轴线并与椎骨上下终板垂直；
在右半椎骨的左视图中将右半椎骨椎弓根最狭窄处的中间点，确定为左椎弓根内表面中点，并在左半椎骨的右视图中将左半椎骨椎弓根最狭窄处的中间点，确定为右椎弓根内表面中点；
利用平面分割工具，将所述椎骨三维模型划分为上下两部分，上下两部分之间的分割平面经过左右椎弓根内表面中点并与椎体上下终板平行；
在俯视图中，将所述左椎弓根内表面中点向左平移第一预设距离，得到所述左椎弓根的中心点，并将所述右椎弓根内表面中点向右平移第二预设距离，得到所述右椎弓根的中心点，所述第一预设距离和所述第二预设距离大于螺钉半径。
可选的，所述交汇点确定单元300，具体用于：
在所述右半椎骨的左视图或所述左半椎骨的右视图中的椎骨前侧表面选取目标点，所述目标点与椎弓根内表面中心的连线与椎骨上下终板平行，所述目标点与椎弓根中心的连线与椎骨上下终板平行；
在所述俯视图中，将所述目标点向椎骨内侧或外侧平移第三预设距离，得到左右螺钉的交汇点，所述左椎弓根的中心点与所述左右螺钉的交汇点之间的连线与所述右椎弓根的中心点与所述左右螺钉的交汇点之间的连线的夹角满足医学需求。
可选的，所述方向向量确定单元400，具体用于：
以左椎弓根中心点为植入左螺钉的方向向量的起点，并以左右螺钉的交汇点为植入左螺钉的方向向量的终点，确定椎弓根植入左螺钉的方向向量；
以右椎弓根中心点为植入右螺钉的方向向量的起点，并以左右螺钉的交汇点为植入右螺钉的方向向量的终点，确定椎弓根植入右螺钉的方向向量。
本发明公开的一种椎弓根螺钉进钉点的确定方法，在椎骨三维模型中从椎弓根最狭窄处，即最薄处提取左右椎弓根的中心点，然后根据左右椎弓根的中心点确定左右螺钉的交汇点，通过根据左右椎弓根的中心点与左右螺钉的交汇点，精确的确定植入左右螺钉的方向向量以及左右螺钉的进钉点，本发明实现自动化确定椎弓根螺钉进钉点，避免依靠操作人员经验确定椎弓根螺钉进钉点效率低下、准确性低的问题，提高了确定椎弓根螺钉进钉点的准确性。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种椎弓根螺钉进钉点的确定方法，其特征在于，包括：
根据椎骨模型Dicom数据构建椎骨三维模型；
在所述椎骨三维模型中，在椎弓根最狭窄处确定左右椎弓根的中心点；
根据左右椎弓根的中心点确定左右螺钉的交汇点；
根据左右椎弓根的中心点与左右螺钉的交汇点，确定椎弓根植入左螺钉的方向向量和右螺钉的方向向量；
将植入左螺钉的方向向量的反向延长线与所述椎骨三维模型的相交点确定为左螺钉的进钉点，并将植入右螺钉的方向向量的反向延长线与所述椎骨三维模型的相交点确定为右螺钉的进钉点；
所述在所述椎骨三维模型中，在椎弓根最狭窄处确定左右椎弓根的中心点，包括：
利用平面分割工具，将所述椎骨三维模型划分为左右两部分，左右两部分之间的分割平面经过椎骨后棘突中轴线并与椎骨上下终板垂直；
在右半椎骨的左视图中将右半椎骨椎弓根最狭窄处的中间点，确定为左椎弓根内表面中点，并在左半椎骨的右视图中将左半椎骨椎弓根最狭窄处的中间点，确定为右椎弓根内表面中点；
利用平面分割工具，将所述椎骨三维模型划分为上下两部分，上下两部分之间的分割平面经过左右椎弓根内表面中点并与椎体上下终板平行；
在俯视图中，将所述左椎弓根内表面中点向左平移第一预设距离，得到所述左椎弓根的中心点，并将所述右椎弓根内表面中点向右平移第二预设距离，得到所述右椎弓根的中心点，所述第一预设距离和所述第二预设距离大于螺钉半径。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据左右椎弓根的中心点确定左右螺钉的交汇点，包括：
在所述右半椎骨的左视图或所述左半椎骨的右视图中的椎骨前侧表面选取目标点，所述目标点与椎弓根内表面中心的连线与椎骨上下终板平行，所述目标点与椎弓根中心的连线与椎骨上下终板平行；
在所述俯视图中，将所述目标点向椎骨内侧或外侧平移第三预设距离，得到左右螺钉的交汇点，所述左椎弓根的中心点与所述左右螺钉的交汇点之间的连线与所述右椎弓根的中心点与所述左右螺钉的交汇点之间的连线的夹角满足医学需求。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据椎弓根的中心点与左右螺钉的交汇点，确定椎弓根植入螺钉的方向向量，包括：
以左椎弓根中心点为植入左螺钉的方向向量的起点，并以左右螺钉的交汇点为植入左螺钉的方向向量的终点，确定椎弓根植入左螺钉的方向向量；
以右椎弓根中心点为植入右螺钉的方向向量的起点，并以左右螺钉的交汇点为植入右螺钉的方向向量的终点，确定椎弓根植入右螺钉的方向向量。
4.一种椎弓根螺钉进钉点的确定装置，其特征在于，包括：
三维模型构建单元，用于根据椎骨模型Dicom数据构建椎骨三维模型；
中心点确定单元，用于在所述椎骨三维模型中，在椎弓根最狭窄处确定左右椎弓根的中心点；
交汇点确定单元，用于根据左右椎弓根的中心点确定左右螺钉的交汇点；
方向向量确定单元，用于根据左右椎弓根的中心点与左右螺钉的交汇点，确定椎弓根植入左螺钉的方向向量和右螺钉的方向向量；
进钉点确定单元，用于将植入左螺钉的方向向量的反向延长线与所述椎骨三维模型的相交点确定为左螺钉的进钉点，并将植入右螺钉的方向向量的反向延长线与所述椎骨三维模型的相交点确定为右螺钉的进钉点；
所述中心点确定单元，具体用于：
利用平面分割工具，将所述椎骨三维模型划分为左右两部分，左右两部分之间的分割平面经过椎骨后棘突中轴线并与椎骨上下终板垂直；
在右半椎骨的左视图中将右半椎骨椎弓根最狭窄处的中间点，确定为左椎弓根内表面中点，并在左半椎骨的右视图中将左半椎骨椎弓根最狭窄处的中间点，确定为右椎弓根内表面中点；
利用平面分割工具，将所述椎骨三维模型划分为上下两部分，上下两部分之间的分割平面经过左右椎弓根内表面中点并与椎体上下终板平行；
在俯视图中，将所述左椎弓根内表面中点向左平移第一预设距离，得到所述左椎弓根的中心点，并将所述右椎弓根内表面中点向右平移第二预设距离，得到所述右椎弓根的中心点，所述第一预设距离和所述第二预设距离大于螺钉半径。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述交汇点确定单元，具体用于：
在所述右半椎骨的左视图或所述左半椎骨的右视图中的椎骨前侧表面选取目标点，所述目标点与椎弓根内表面中心的连线与椎骨上下终板平行，所述目标点与椎弓根中心的连线与椎骨上下终板平行；
在所述俯视图中，将所述目标点向椎骨内侧或外侧平移第三预设距离，得到左右螺钉的交汇点，所述左椎弓根的中心点与所述左右螺钉的交汇点之间的连线与所述右椎弓根的中心点与所述左右螺钉的交汇点之间的连线的夹角满足医学需求。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述方向向量确定单元，具体用于：
以左椎弓根中心点为植入左螺钉的方向向量的起点，并以左右螺钉的交汇点为植入左螺钉的方向向量的终点，确定椎弓根植入左螺钉的方向向量；
以右椎弓根中心点为植入右螺钉的方向向量的起点，并以左右螺钉的交汇点为植入右螺钉的方向向量的终点，确定椎弓根植入右螺钉的方向向量。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101816590A (zh) * 2010-03-10 2010-09-01 南方医科大学 一种人体骨科手术导航模板的制作方法及其阴模
CN103099669A (zh) * 2013-03-06 2013-05-15 吴志宏 单侧椎弓根螺钉进钉辅助装置及其制备方法
CN105476707A (zh) * 2015-10-30 2016-04-13 自贡市第四人民医院 一种个性化枕颈融合螺钉进钉导航模板的制作方法
CN105852956A (zh) * 2016-04-15 2016-08-17 上海瑞博医疗科技有限公司 一种颈椎椎弓根螺钉进钉导向模板及制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101862220A (zh) * 2009-04-15 2010-10-20 中国医学科学院北京协和医院 基于结构光图像的椎弓根内固定导航手术系统和方法
CN101869504B (zh) * 2010-06-18 2012-01-18 王智运 一种用于骨科手术的三维定向导向方法及其导向器
EP3251620B1 (en) * 2012-03-28 2021-04-14 Orthosoft ULC Glenoid implant surgery using patient specific instrument
US10039606B2 (en) * 2012-09-27 2018-08-07 Stryker European Holdings I, Llc Rotational position determination

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101816590A (zh) * 2010-03-10 2010-09-01 南方医科大学 一种人体骨科手术导航模板的制作方法及其阴模
CN103099669A (zh) * 2013-03-06 2013-05-15 吴志宏 单侧椎弓根螺钉进钉辅助装置及其制备方法
CN105476707A (zh) * 2015-10-30 2016-04-13 自贡市第四人民医院 一种个性化枕颈融合螺钉进钉导航模板的制作方法
CN105852956A (zh) * 2016-04-15 2016-08-17 上海瑞博医疗科技有限公司 一种颈椎椎弓根螺钉进钉导向模板及制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MSCT三维重建技术在胸腰椎骨折患者经椎弓根螺钉内固定术中的应用研究;李春华等;《中华临床医师杂志(电子版)》;20131115(第22期);第9957-9960页 *
术前三维CT测量个体化颈椎椎弓根置钉的应用研究;葛志强等;《河北医药》;20130510(第09期);第1312-1314页 *
脊柱椎弓根进钉通道数字解剖学研究;李严兵;《中国博士学位论文全文数据库 医药卫生科技辑》;20080415;第E059-8-49至E059-8-63页 *

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