CN114259298B - 一种规划椎弓根后路内固定置钉轨迹的数字可视化方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于医学图像处理技术领域，公开一种规划椎弓根后路内固定置钉轨迹的数字可视化方法：S1、将CT坐标系下的三维椎体数据转换为物理坐标系下的三维椎体数据；S2、在三维椎体数据中初始化螺钉的位置和角度，并提取螺钉中心坐标和螺钉自转轴向量；S3、确定螺钉位于三维椎体数据中的三个切面的平面方程；S4、分别计算三个切面与三维椎体数据相交的矩形图像的三维坐标，并得到目标最终截取CT图像；S5、基于目标最终截取CT图像，在三个切面上移动和旋转螺钉，以更新相应的目标最终截取CT图像，本发明解决了仅可于横断面、冠状面、矢状面上移动和旋转螺钉，无法于非传统视角下放置螺钉的问题。

Description

一种规划椎弓根后路内固定置钉轨迹的数字可视化方法

技术领域

本发明属于医学图像处理技术领域，具体涉及一种规划椎弓根后路内固定置钉轨迹的数字可视化方法。

背景技术

近年来，借助医学影像处理和三维重建等关键技术，骨科数字化在骨科临床辅助诊断、骨科辅助手术设计，以及骨科手术模拟等新兴领域迎来了飞速发展，在骨科数字化的临床应用中，不仅能通过三维可视化的方法来精确地显示正常或病变骨骼的复杂的三维结构，还能对骨骼进行任意旋转和剖切等操作，从而使用户更准确直观地观察骨骼结构并与之交互，骨科数字化的发展让骨科手术更为精确，有力提升了骨科技术水平，已逐步在骨科进行临床应用和拓展，而在现有骨科数字化的手术规划模拟软件中，多以传统的横断面、冠状面、矢状面为基准显示CT图像切面，用户可以在该CT图像切面上分别调整螺钉的投影感兴趣区域，来模拟螺钉在三维CT坐标系中的平移及旋转，除此之外，用户还常有阅览螺钉自身所在切面方向上的CT影像截面的需求，以判断螺钉是否位于合适的椎体相对位置，但是，这类CT影像截面通常不在传统的解剖正交方向上，现有的手术规划模拟软件无法满足此需求，用户仅可于横断面、冠状面、矢状面上移动或旋转螺钉的投影感兴趣区域，无法于非传统视角下放置螺钉。

发明内容

针对上述提出的技术问题，本发明提供一种规划椎弓根后路内固定置钉轨迹的数字可视化方法，旨在使可以在除传统的解剖正交方向之外的非传统视角下放置螺钉，本发明新定义了螺钉位于三维椎体数据中的三个切面，并且分别计算三个切面与物理坐标系下的三维椎体数据相交的矩形图像的三维坐标，进而得到目标最终截取CT图像，基于目标最终截取CT图像，本发明还能在三个切面上移动和旋转螺钉，以更新相应的目标最终截取CT图像，以方便阅览螺钉自身所在切面方向上的CT图像。

为了达到上述的发明目的，给出如下所述的一种规划椎弓根后路内固定置钉轨迹的数字可视化方法，包括如下的步骤：

S1、在术前获取患者的椎体的CT扫描数据，以及螺钉和钉帽的STL数据，并且将所述CT扫描数据由CT坐标系下的三维椎体数据转换为物理坐标系下的三维椎体数据；

S2、于物理坐标系下的三维椎体数据中，初始化螺钉和钉帽的位置和角度，并且提取螺钉中心点在所述物理坐标系下的坐标作为螺钉中心坐标，还在所述物理坐标系下提取由螺钉中心点指向钉帽中心点方向上的单位向量作为螺钉自转轴向量；

S3、在所述物理坐标系下，确定螺钉位于三维椎体数据中的三个切面，并且分别计算所述三个切面的平面方程；

S4、分别计算所述三个切面与物理坐标系下的三维椎体数据相交的矩形图像的对应坐标，并且还通过对所述矩形图像进行计算得到目标最终截取CT图像；

S5、基于与所述三个切面相对应的目标最终截取CT图像，分别于所述三个切面上移动和旋转螺钉，并且更新相应的目标最终截取CT图像；

所述S3在物理坐标系下分别计算螺钉位于三维椎体数据中的三个切面的平面方程，具体包括如下的步骤：

S31、将由所述螺钉自转轴向量与物理坐标系的Z轴确定的，且同时经过所述螺钉中心坐标的平面作为切面一，还通过如下的公式一来计算得到所述切面一的法向量N ₁：

N ₁﹦v_screw×v _z ，其中，v_screw为螺钉自转轴向量，v _z ﹦(0,0,1)；

S32、将垂直于所述螺钉自转轴向量，且同时经过所述螺钉中心坐标的平面作为切面二，还通过如下的公式二来计算得到所述切面二的法向量N ₂：

N ₂﹦v_screw，其中，v_screw为螺钉自转轴向量；

S33、将由所述螺钉自转轴向量与物理坐标系的X轴确定的，且同时经过所述螺钉中心坐标的平面作为切面三，还通过如下的公式三来计算得到所述切面三的法向量N ₃：

N ₃﹦v_screw×v _x ，其中，v_screw为螺钉自转轴向量，v _x ﹦(1,0,0)；

S34、分别将所述切面一，所述切面二，及所述切面三表示为如下形式的平面方程：

[a,b,c]×[x,y,z] ^T +d﹦0，其中，[a,b,c]对应切面的法向量，[x,y,z] ^T 对应切面上的任意坐标点，d为所述平面方程中的待求参数；

S35、分别把所述螺钉中心坐标作为切面上的一个坐标点带入到所述平面方程中，来求得所述平面方程中的待求参数d，进而最终确定所述切面一，所述切面二，及所述切面三的平面方程。

作为一种优选的技术方案，所述S4中分别计算三个切面与物理坐标系下的三维椎体数据相交的矩形图像的对应坐标，具体包括如下的步骤：

S41、分别定义三个切面的基准向量V1和基准向量V2，用来分别确定三个切面与物理坐标系下的三维椎体数据相交的矩形图像的横轴方向和纵轴方向；

S42、分别计算三个切面与三维椎体数据相交的矩形图像在物理坐标系下的原点坐标；

S43、分别计算三个切面与物理坐标系下的三维椎体数据相交的矩形图像在所述横轴方向上的长度，以及在所述纵轴方向上的长度；

S44、依据所述矩形图像在横轴方向和纵轴方向上的长度，分别以所述原点坐标为起点，沿所述基准向量V1的方向做横向延伸，沿所述基准向量V2的方向做纵向延伸，得到三个切面与三维椎体数据相交的矩形图像在物理坐标系下的对应坐标。

作为一种优选的技术方案，所述S41分别定义三个切面的基准向量V1和基准向量V2，具体包括如下的步骤：

S411、对于由所述螺钉自转轴向量与物理坐标系的Z轴确定的，且同时经过所述螺钉中心坐标的切面一，定义物理坐标系的Z轴正方向为基准向量V1﹦(0,0,1)，同时定义基准向量V2﹦V1×N ₁，其中，N ₁为所述切面一的法向量；

S412、对于垂直于所述螺钉自转轴向量，且同时经过所述螺钉中心坐标的切面二，将基准向量V1定义为切面二与物理坐标系下的平面X=0的交线的单位向量，同时定义基准向量V2﹦V1×N ₂，其中，N ₂为所述切面二的法向量；

S413、对于由所述螺钉自转轴向量与物理坐标系的X轴确定的，且同时经过所述螺钉中心坐标的切面三，定义物理坐标系的X轴正方向为基准向量V2﹦(1,0,0)，同时定义基准向量V1﹦V2×N ₃，其中，N ₃为所述切面三的法向量。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少如下所述：

1、本发明的一种规划椎弓根后路内固定置钉轨迹的数字可视化方法，首先将CT坐标系下的三维椎体数据转换为物理坐标系下的三维椎体数据，接着于物理坐标系下的三维椎体数据中初始化螺钉的位置和角度，并且提取螺钉中心坐标和螺钉自转轴向量，其次在物理坐标系下确定螺钉位于三维椎体数据中的三个切面的平面方程，再次分别计算三个切面与物理坐标系下的三维椎体数据相交的矩形图像的三维坐标，并且得到目标最终截取CT图像，最后基于目标最终截取CT图像，在三个切面上移动和旋转螺钉，以更新相应的目标最终截取CT图像；

2、本发明解决了现有技术中仅可于横断面、冠状面，及矢状面上移动和旋转螺钉，却无法于非传统的视角下放置螺钉的问题，满足了阅览螺钉自身所在切面方向上的CT影像的需求，能够实现更好地判断螺钉是否位于合适的椎体的位置上。

附图说明

图1为本发明的一种规划椎弓根后路内固定置钉轨迹的数字可视化方法的流程图；

图2为本发明的计算螺钉位于三维椎体数据中的三个切面的平面方程的流程图；

图3为本发明的计算三个切面与三维椎体数据相交的矩形图像的对应坐标的流程图；

图4为本发明的定义三个切面的基准向量V1和基准向量V2的流程图；

图5为本发明的切面一与物理坐标系下的三维椎体数据相交的示例图；

图6为本发明的切面二与物理坐标系下的三维椎体数据相交的示例图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但除非特别说明，这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一xx脚本称为第二xx脚本，且类似地，可将第二xx脚本称为第一xx脚本。

参考如图1所示，本发明提供一种规划椎弓根后路内固定置钉轨迹的数字可视化方法，具体通过如下的步骤来实现：

S1、在术前获取患者的椎体的CT扫描数据，以及螺钉和钉帽的STL数据，并且将上述的CT扫描数据由CT坐标系下的三维椎体数据转换为物理坐标系下的三维椎体数据。

S2、于物理坐标系下的三维椎体数据中，初始化螺钉和钉帽的位置和角度，并且提取螺钉中心点在上述的物理坐标系下的坐标作为螺钉中心坐标，还在上述的物理坐标系下提取由螺钉中心点指向钉帽中心点方向上的单位向量作为螺钉自转轴向量。

S3、在上述的物理坐标系下，确定螺钉位于三维椎体数据中的三个切面，并且分别计算上述的三个切面的平面方程。

S4、分别计算上述的三个切面与物理坐标系下的三维椎体数据相交的矩形图像的对应坐标，并且还通过对上述的矩形图像进行计算得到目标最终截取CT图像。

S5、基于与上述的三个切面相对应的目标最终截取CT图像，分别于上述的三个切面上移动和旋转螺钉，并且更新相应的目标最终截取CT图像。

进一步的，上述的S1中将CT扫描数据由CT坐标系下的三维椎体数据转换为物理坐标系下的三维椎体数据的过程，具体通过如下的转换公式来实现：

P _m ﹦(P _c ﹣offset)×spacing

其中，P _m 为物理坐标系下的坐标，P _c 为CT坐标系下的坐标，offset为在CT坐标系下截取的感兴趣区域的开始位置的坐标，spacing为CT坐标系下的单个像素在物理坐标系下所代表的物理尺寸。

具体的，在上述的S1中，由于在CT坐标系下使用的是像素坐标来表示CT扫描数据的图像，像素坐标代表的是图像中的各个像素点在图像的像素点矩阵中所在的位置，从而致使不能方便地对CT坐标系下的三维椎体数据进行计算处理，因此，需要将CT坐标系下的三维椎体数据转换为物理坐标系下的三维椎体数据。

进一步的，在上述的S2中，根据观察螺钉位于椎体的关键位置的具体需求，在物理坐标系下，将螺钉和钉帽放置到椎体的关键位置，并且还调整螺钉和钉帽的角度，发明人考虑到在实际的应用环境中，除了以传统的横断面、冠状面，及矢状面为基准面来显示椎体的CT图像，还需要从螺钉所在的切面方向上阅览椎体的CT图像，由此，S2中还提取螺钉中心点在物理坐标系下的坐标作为螺钉中心坐标，并在物理坐标系下提取由螺钉中心点指向钉帽中心点方向上的单位向量作为螺钉自转轴向量，螺钉中心坐标和螺钉自转轴向量将在后续步骤中用于具体定义螺钉位于三维椎体数据中的三个切面。

进一步的，参考如图2所示，上述的S3在物理坐标系下分别计算螺钉位于三维椎体数据中的三个切面的平面方程，具体包括如下的步骤：

S31、将由上述的螺钉自转轴向量与物理坐标系的Z轴确定的，且同时经过上述的螺钉中心坐标的平面作为切面一，还通过如下的公式一来计算得到上述的切面一的法向量N ₁：

N ₁﹦v_screw×v _z ，其中，v_screw为螺钉自转轴向量，v _z ﹦(0,0,1)。

S32、将垂直于上述的螺钉自转轴向量，且同时经过上述的螺钉中心坐标的平面作为切面二，还通过如下的公式二来计算得到上述的切面二的法向量N ₂：

N ₂﹦v_screw，其中，v_screw为螺钉自转轴向量。

S33、将由上述的螺钉自转轴向量与物理坐标系的X轴确定的，且同时经过上述的螺钉中心坐标的平面作为切面三，还通过如下的公式三来计算得到上述的切面三的法向量N ₃：

N ₃﹦v_screw×v _x ，其中，v_screw为螺钉自转轴向量，v _x ﹦(1,0,0)。

S34、分别将上述的切面一，上述的切面二，及上述的切面三表示为如下形式的平面方程：

[a,b,c]×[x,y,z] ^T +d﹦0，其中，[a,b,c]对应切面的法向量，[x,y,z] ^T 对应切面上的任意坐标点，d为上述的平面方程中的待求参数。

S35、分别把上述的螺钉中心坐标作为切面上的一个坐标点带入到上述的平面方程中，来求得上述的平面方程中的待求参数d，进而最终确定上述的切面一，上述的切面二，及上述的切面三的平面方程。

具体的，在上述的S31到S35中，首先，在物理坐标系下分别定义了螺钉位于三维椎体数据中的切面一，切面二，及切面三，还分别计算得到了三个切面上的法向量，接着，分别将切面一，切面二，及切面三表示成平面方程的形式[a,b,c]×[x,y,z] ^T +d﹦0，最后，因为[a,b,c]对应的是已经计算得到的切面上的法向量，即N ₁，N ₂，和N ₃，均为已知的条件，所以再将上述的S2中提取的螺钉中心坐标作为已知的条件，带入到平面方程的[x,y,z] ^T 中，可以求得平面方程的待求参数d﹦﹣[a,b,c]×[x,y,z] ^T ，也即可以最终确定切面一，切面二，及切面三的平面方程，获取该平面方程的意义在于在后续步骤中计算三个切面与物理坐标系下的三维椎体数据相交的矩形图像的三维坐标。

进一步的，参考如图3所示，上述的S4中分别计算三个切面与物理坐标系下的三维椎体数据相交的矩形图像的对应坐标，具体包括如下的步骤：

S41、分别定义三个切面的基准向量V1和基准向量V2，用来分别确定三个切面与物理坐标系下的三维椎体数据相交的矩形图像的横轴方向和纵轴方向；

S42、分别计算三个切面与三维椎体数据相交的矩形图像在物理坐标系下的原点坐标；

S43、分别计算三个切面与物理坐标系下的三维椎体数据相交的矩形图像在上述的横轴方向上的长度，以及在上述的纵轴方向上的长度；

S44、依据上述的矩形图像在横轴方向和纵轴方向上的长度，分别以上述的原点坐标为起点，沿上述的基准向量V1的方向做横向延伸，沿上述的基准向量V2的方向做纵向延伸，得到三个切面与三维椎体数据相交的矩形图像在物理坐标系下的对应坐标。

进一步的，参考如图4所示，上述的S41分别定义三个切面的基准向量V1和基准向量V2，具体包括如下的步骤：

S411、对于由上述的螺钉自转轴向量与物理坐标系的Z轴确定的，且同时经过上述的螺钉中心坐标的切面一，定义物理坐标系的Z轴正方向为基准向量V1﹦(0,0,1)，同时定义基准向量V2﹦V1×N ₁，其中，N ₁为上述的切面一的法向量；

S412、对于垂直于上述的螺钉自转轴向量，且同时经过上述的螺钉中心坐标的切面二，将基准向量V1定义为切面二与物理坐标系下的平面X=0的交线的单位向量，同时定义基准向量V2﹦V1×N ₂，其中，N ₂为上述的切面二的法向量；

S413、对于由上述的螺钉自转轴向量与物理坐标系的X轴确定的，且同时经过上述的螺钉中心坐标的切面三，定义物理坐标系的X轴正方向为基准向量V2﹦(1,0,0)，同时定义基准向量V1﹦V2×N ₃，其中，N ₃为上述的切面三的法向量。

具体的，在上述的S411至S413中，分别为螺钉位于三维椎体数据中的切面一，切面二，及切面三定义了基准向量V1和基准向量V2，由于切面一总是平行于物理坐标系的Z轴，即将Z轴正方向作为了基准向量V1，又考虑到基准向量V2应同时垂直于基准向量V1和切面一的法向量N ₁，因此定义基准向量V2﹦V1×N ₁，关于切面二，由于该切面并不平行于任何坐标轴，故将基准向量V1定义为切面二与物理坐标系下的平面X=0的交线的单位向量，同时又考虑到基准向量V2应同时垂直于基准向量V1和切面二的法向量N ₂，即定义基准向量V2﹦V1×N ₂，关于切面三，由于该切面总是平行于物理坐标系的X轴，即将X轴正方向作为了基准向量V2，又考虑到基准向量V1应同时垂直于基准向量V2和切面三的法向量N ₃，因此定义基准向量V1﹦V2×N ₃，三个切面的基准向量V1和基准向量V2分别描述了三个切面与物理坐标系下的三维椎体数据相交的矩形图像的横轴方向和纵轴方向。

进一步的，在上述的S42中分别计算三个切面与三维椎体数据相交的矩形图像在物理坐标系下的原点坐标的过程，具体包括分别计算三个切面的平面方程与三维椎体数据的物理坐标系的坐标轴的交点，并且将所述交点作为所述矩形图像在物理坐标系下的原点坐标。

具体的，为了便于理解，参考如图5所示，假设在上述的S42中计算得到切面一与物理坐标系的X轴在三维椎体数据的范围内相交于点P0，而切面一与物理坐标系的Y轴在三维椎体数据的范围内没有交点，则点P0即为切面一与三维椎体数据相交的矩形图像在物理坐标系下的原点坐标；对于切面二，为了便于理解，参考如图6所示，仅保留切面二与物理坐标系的各个坐标轴在三维椎体数据的范围内的交点，取P0为该交点投影至上述的切面二的基准向量V1上的最靠近向量起点的坐标点，则P0即为切面二与三维椎体数据相交的矩形图像在物理坐标系下的原点坐标；对于切面三，获取该切面与三维椎体数据相交的矩形图像在物理坐标系下的原点坐标的过程和切面一的过程类似，在此不再赘述。

进一步的，在上述的S43中，分别计算三个切面与物理坐标系下的三维椎体数据相交的矩形图像在横轴方向上的长度和在纵轴方向上的长度，为了便于理解该计算过程，令三维椎体数据在物理坐标系的X轴，Y轴，及Z轴上的尺寸范围分别为x_max，y_max，和z_max，对于切面一，为了便于理解，参考如图5所示，则矩形图像在横轴方向上的长度等于z_max，矩形图像在纵轴方向上的长度即为矩形图像的原点坐标与切面一和平面z=0及平面y=y_max的交点的距离，也即交点P0到交点P2的距离；对于切面二，为了便于理解，参考如图6所示，则矩形图像在横轴方向上的长度为切面二与坐标轴的交点投影至上述的切面二的基准向量V1上的投影线段的长度，也就是从P0到P2的距离，矩形图像在纵轴方向上的长度为切面二与坐标轴的交点中的在上述的切面二的基准向量V2上和上述的切面二的基准向量V1相距最远的交点到达基准向量V1的距离；对于切面三，由于其计算过程与切面一的计算过程类似，在此不再赘述。

进一步的，上述的S4中通过对矩形图像进行计算得到目标最终截取CT图像的过程包括，首先将三个切面与三维椎体数据相交的矩形图像在物理坐标系下的对应的三维坐标，转换为在CT坐标系下的三维坐标，其次获取原始CT扫描数据上的与上述的CT坐标系下的三维坐标相对应位置处的像素值，并且将上述的像素值转化为CT值，最后对CT值的图像进行窗位和窗宽的调节来得到目标最终截取CT图像。

综上所述，本发明首先将CT坐标系下的三维椎体数据转换为物理坐标系下的三维椎体数据，接着于物理坐标系下的三维椎体数据中初始化螺钉的位置和角度，并且提取螺钉中心坐标和螺钉自转轴向量，其次在物理坐标系下确定螺钉位于三维椎体数据中的三个切面的平面方程，再次分别计算三个切面与物理坐标系下的三维椎体数据相交的矩形图像的三维坐标，并且得到目标最终截取CT图像，最后基于目标最终截取CT图像，在三个切面上移动和旋转螺钉，以更新相应的目标最终截取CT图像，本发明解决了仅可于横断面、冠状面、矢状面上移动和旋转螺钉，无法于非传统视角下放置螺钉的问题。

应该理解的是，虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的程序可存储于一个非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink）DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。

以上上述的实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上上述的实施例仅表达了本发明的几种实施方式，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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

以上上述的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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种规划椎弓根后路内固定置钉轨迹的数字可视化方法，其特征在于，包括如下的步骤：

S1、在术前获取患者的椎体的CT扫描数据，以及螺钉和钉帽的STL数据，并且将所述CT扫描数据由CT坐标系下的三维椎体数据转换为物理坐标系下的三维椎体数据；

S2、于物理坐标系下的三维椎体数据中，初始化螺钉和钉帽的位置和角度，并且提取螺钉中心点在所述物理坐标系下的坐标作为螺钉中心坐标，还在所述物理坐标系下提取由螺钉中心点指向钉帽中心点方向上的单位向量作为螺钉自转轴向量；

S3、在所述物理坐标系下，确定螺钉位于三维椎体数据中的三个切面，并且分别计算所述三个切面的平面方程；

S4、分别计算所述三个切面与物理坐标系下的三维椎体数据相交的矩形图像的对应坐标，并且还通过对所述矩形图像进行计算得到目标最终截取CT图像；

S5、基于与所述三个切面相对应的目标最终截取CT图像，分别于所述三个切面上移动和旋转螺钉，并且更新相应的目标最终截取CT图像；

所述S3在物理坐标系下分别计算螺钉位于三维椎体数据中的三个切面的平面方程，具体包括如下的步骤：

S31、将由所述螺钉自转轴向量与物理坐标系的Z轴确定的，且同时经过所述螺钉中心坐标的平面作为切面一，还通过如下的公式一来计算得到所述切面一的法向量N ₁：

N ₁﹦v_screw×v _z ，其中，v_screw为螺钉自转轴向量，v _z ﹦(0,0,1)；

S32、将垂直于所述螺钉自转轴向量，且同时经过所述螺钉中心坐标的平面作为切面二，还通过如下的公式二来计算得到所述切面二的法向量N ₂：

N ₂﹦v_screw，其中，v_screw为螺钉自转轴向量；

S33、将由所述螺钉自转轴向量与物理坐标系的X轴确定的，且同时经过所述螺钉中心坐标的平面作为切面三，还通过如下的公式三来计算得到所述切面三的法向量N ₃：

N ₃﹦v_screw×v _x ，其中，v_screw为螺钉自转轴向量，v _x ﹦(1,0,0)；

S34、分别将所述切面一，所述切面二，及所述切面三表示为如下形式的平面方程：

[a,b,c]×[x,y,z] ^T +d﹦0，其中，[a,b,c]对应切面的法向量，[x,y,z] ^T 对应切面上的任意坐标点，d为所述平面方程中的待求参数；

S35、分别把所述螺钉中心坐标作为切面上的一个坐标点带入到所述平面方程中，来求得所述平面方程中的待求参数d，进而最终确定所述切面一，所述切面二，及所述切面三的平面方程。

2.根据权利要求1所述的一种规划椎弓根后路内固定置钉轨迹的数字可视化方法，其特征在于，所述S1中将CT扫描数据由CT坐标系下的三维椎体数据转换为物理坐标系下的三维椎体数据的过程，具体通过如下的转换公式来实现：

P _m ﹦(P _c ﹣offset)×spacing

其中，P _m 为物理坐标系下的坐标，P _c 为CT坐标系下的坐标，offset为在CT坐标系下截取的感兴趣区域的开始位置的坐标，spacing为CT坐标系下的单个像素在物理坐标系下所代表的物理尺寸。

3.根据权利要求1所述的一种规划椎弓根后路内固定置钉轨迹的数字可视化方法，其特征在于，所述S4中分别计算三个切面与物理坐标系下的三维椎体数据相交的矩形图像的对应坐标，具体包括如下的步骤：

S41、分别定义三个切面的基准向量V1和基准向量V2，用来分别确定三个切面与物理坐标系下的三维椎体数据相交的矩形图像的横轴方向和纵轴方向；

S42、分别计算三个切面与三维椎体数据相交的矩形图像在物理坐标系下的原点坐标；

S43、分别计算三个切面与物理坐标系下的三维椎体数据相交的矩形图像在所述横轴方向上的长度，以及在所述纵轴方向上的长度；

S44、依据所述矩形图像在横轴方向和纵轴方向上的长度，分别以所述原点坐标为起点，沿所述基准向量V1的方向做横向延伸，沿所述基准向量V2的方向做纵向延伸，得到三个切面与三维椎体数据相交的矩形图像在物理坐标系下的对应坐标。

4.根据权利要求3所述的一种规划椎弓根后路内固定置钉轨迹的数字可视化方法，其特征在于，所述S41分别定义三个切面的基准向量V1和基准向量V2，具体包括如下的步骤：

S411、对于由所述螺钉自转轴向量与物理坐标系的Z轴确定的，且同时经过所述螺钉中心坐标的切面一，定义物理坐标系的Z轴正方向为基准向量V1﹦(0,0,1)，同时定义基准向量V2﹦V1×N ₁，其中，N ₁为所述切面一的法向量；

S412、对于垂直于所述螺钉自转轴向量，且同时经过所述螺钉中心坐标的切面二，将基准向量V1定义为切面二与物理坐标系下的平面X=0的交线的单位向量，同时定义基准向量V2﹦V1×N ₂，其中，N ₂为所述切面二的法向量；

S413、对于由所述螺钉自转轴向量与物理坐标系的X轴确定的，且同时经过所述螺钉中心坐标的切面三，定义物理坐标系的X轴正方向为基准向量V2﹦(1,0,0)，同时定义基准向量V1﹦V2×N ₃，其中，N ₃为所述切面三的法向量。

5.根据权利要求3所述的一种规划椎弓根后路内固定置钉轨迹的数字可视化方法，其特征在于，所述S42分别计算三个切面与三维椎体数据相交的矩形图像在物理坐标系下的原点坐标的过程，具体包括分别计算三个切面的平面方程与三维椎体数据的物理坐标系的坐标轴的交点，并且将所述交点作为所述矩形图像在物理坐标系下的原点坐标。

6.根据权利要求1所述的一种规划椎弓根后路内固定置钉轨迹的数字可视化方法，其特征在于，所述S4中通过对矩形图像进行计算得到目标最终截取CT图像的过程包括，首先将三个切面与三维椎体数据相交的矩形图像在物理坐标系下的对应的三维坐标，转换为在CT坐标系下的三维坐标，其次获取原始CT扫描数据上的与所述CT坐标系下的三维坐标相对应位置处的像素值，并且将所述像素值转化为CT值，最后对CT值的图像进行窗位和窗宽的调节来得到目标最终截取CT图像。

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