CN117503342A - 一种脊柱手术规划用定位、配准系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种脊柱手术规划用定位、配准系统,包括:光学导航设备、光学小球、参考架、参考架固定装置、显示屏、计算机;光学小球设置在参考架上,参考架设置在参考架固定装置上,参考架固定装置固定于患者待处理部位,通过参考架固定装置将参考架和光学小球固定于待处理部位;参考架固定装置包括脊柱夹;脊柱夹包括工作导轨和两个夹持臂,两个夹持臂的第一端分别与工作导轨连接,两个夹持臂的第二端夹持住棘突,参考架与工作导轨连接;一个夹持臂沿工作导轨相对另一个夹持臂做直线运动;通过两个夹持臂共同作用夹持住棘突,以将参考架固定于棘突;光学导航设备包括光学导航探头、控制装置,光学导航探头与控制装置连接。
Description
技术领域
本发明涉及机器人及智能硬件产业领域,更具体地,涉及一种脊柱手术规划用定位、配准系统。
背景技术
脊柱是人体的中轴骨骼,有负重、减震、运动和保护神经等功能。当导致脊柱稳定性丧失的疾患发生时,在保守治疗无效的情况下,就需要采取脊柱融合术进行手术治疗,严重者必须进行脊柱稳定性重建。脊椎融合术的适应症包括严重的脊柱退行性病变,还包括由于创伤、炎症、肿瘤等原因造成的脊柱正常结构破坏,需要重建脊柱结构的情况,需配合内固定。
以脊椎病损区为中心、上下位的正常脊椎之间为手术区间做植骨术,使多个脊柱节段发生骨性融合,形成一个力学整体,从而达到治疗脊柱疾患、消除疼痛、控制畸形发展、重建脊柱稳定性及保护脊髓神经等目的。简单来说就是将两个或两个以上椎体连接或融合在一起,使之不能活动,称为脊柱融合。
影像引导下计算机辅助介入手术导航(Image Guided Computer AssistedIntervention Surgery Navigation)是一种新兴的微创手术治疗方法,它是集计算机科学、人工智能、自动控制、影像处理、三维图形学、虚拟现实和临床治疗等多方面技术为一体的交叉研究课题。该方法使用多种模态的医学影像协助医生将手术器械应用到病灶内部进行局部治疗,进而提高手术质量、减少手术床上、降低患者痛苦。将手术导航系统应用到脊柱融合手术的术前规划可以实现不用给患者开刀,医生也能够实时了解手术器械和病灶之间的相对位置关系的效果,因此迫切需要针对脊柱融合手术术前规划阶段的系统,以实现协助医生规划手术路径,为临床医生提供可靠的临床指导。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明主要是结合脊柱融合术中在固定光学小球时对脊椎伤害性较大,但也要保证固定稳定性的需求,同时也要兼顾术前规划阶段需要建立更精确的参考系、以及可视化植入、调整医学器械的迫切需求,提供一种脊柱手术规划用定位、配准系统。
本申请公开一种脊柱手术规划用定位、配准系统,所述系统包括:光学导航设备、光学小球、参考架、参考架固定装置、显示屏、计算机,显示屏与计算机连接;光学小球设置在参考架上,参考架设置在参考架固定装置上,参考架固定装置固定于患者待处理部位,通过参考架固定装置将参考架和光学小球固定于待处理部位;
所述参考架固定装置包括脊柱夹;所述脊柱夹包括工作导轨、第一夹持臂和第二夹持臂,第一夹持臂和第二夹持臂的第一端分别与所述工作导轨连接,第一夹持臂和第二夹持臂的第二端夹持住棘突,所述参考架与工作导轨连接;所述第一夹持臂沿工作导轨相对第二夹持臂做直线运动,以靠近第二夹持臂;通过两个夹持臂共同作用夹持住棘突,以将光学小球和参考架固定于棘突;
所述光学导航设备包括光学导航探头、控制装置,光学导航探头与控制装置连接;所述控制装置用于接收第一用户控制指令,并根据第一用户控制指令确定并在显示屏显示所述光学小球的位姿信息;
所述计算机与所述控制装置连接,所述计算机用于接收所述第一用户控制指令并将指令发送到所述控制装置;所述显示屏用于实时显示患者待处理部位、安装有光学小球的参考架的三维影像和/或二维影像。
所述脊柱夹还包括螺纹杆,所述螺纹杆延伸方向与所述工作导轨的延伸方向相同,所述螺纹杆的一端与第一夹持臂连接,另一端与第二夹持臂螺纹连接;
所述螺纹杆围绕自身轴线转动时,第一夹持臂在所述螺纹杆带动下沿所述工作导轨向第二夹持臂做直线运动,以靠近第二夹持臂,两个所述夹持臂共同作用夹持棘突,以将脊柱夹固定于患者棘突。
所述夹持臂设有夹持平面,两个所述夹持臂夹持棘突时,两个所述夹持平面接触棘突并夹持棘突。
所述控制装置用于接收第一用户控制指令,并根据第一用户控制指令确定并在显示屏显示所述光学小球的位姿信息,包括:基于参考架固定装置确定光学小球的位姿信息后,所述控制装置接收到第一用户控制指令,得到并在显示屏上显示光学小球的轮廓线和光学小球的标识线;根据第一用户控制指令的指示移动所述标识线的位置,改变所述标识线与所述轮廓线的相对位置,直至所述标识线与所述轮廓线分别在不同方向的二维影像中重合,得到并显示最后一个方向中两线重合后的所述光学小球的中心位置信息;所述中心位置信息为所述位姿信息。
所述轮廓线为不同方向的二维影像中最大尺寸的轮廓线;所述标识线的尺寸信息与单个所述光学小球的尺寸信息相同。
所述不同方向的二维影像分别包括第一方向的二维影像、第二方向的二维影像和第三方向的二维影像,第一方向、第二方向和第三方向互相垂直且联动。
所述根据第一用户控制指令的指示移动所述标识线的位置,改变所述标识线与所述轮廓线的相对位置,直至所述标识线与所述轮廓线分别在不同方向的二维影像中重合,得到并显示最后一个方向中两线重合后的所述光学小球的中心位置信息,包括:响应于针对所述标识线对应的控制指令,使得所述标识线与所述轮廓线在第一方向的二维影像中重合,得到第一方向中所述光学小球的中心位置信息;响应于针对所述标识线对应的控制指令,使得所述标识线与所述轮廓线在第二方向的二维影像中重合,得到第二方向中所述光学小球的中心位置信息;响应于针对所述标识线对应的控制指令,使得所述标识线与所述轮廓线在第三方向的二维影像中重合,得到第三方向中所述光学小球的中心位置信息。
所述系统还包括以下任意一种或几种置入器械:椎间融合器、椎弓根钉、克氏针、螺旋刀片、伽玛钉、扩髓钻、钛网、钢板;所述椎间融合器用于植入于椎间隙并联合脊柱内固定植入物使用的预定形的非可降解椎间融合器;所述椎弓根钉用于经椎弓根拧入椎体,维持脊柱稳定性;所述克氏针用于确定手术置入器械置入股骨开口位置、开口方向,为后续扩髓、髓内钉植入预先定位;所述螺旋刀片用于抑制骨折部位的旋转,防止骨折片的不稳定性和错位;所述伽玛钉由一根长钉和一个横向锁定螺钉组成,长钉经过股骨髓腔穿刺后固定在骨折处,横向锁定螺钉固定粗隆部位;所述扩髓钻用于扩大骨髓腔,为髓内钉和螺旋刀片的进入提供空间。
所述计算机响应于用户控制指令并将指令发送到所述控制装置,所述控制装置根据所述用户控制指令将置入器械植入所述待处理部位;所述用户控制指令包括第二用户控制指令,所述控制装置用于接收第二用户控制指令,并根据所述第二用户控制指令移动所述置入器械相对所述待处理部位的位置,或者,选择在所述待处理部位中所述置入器械的入针点和目标点,得到并在显示屏上显示符合要求的已经将置入器械植入待处理部位的影像;所述置入器械至少设置一个。
所述用户控制指令还包括第三用户控制指令,所述控制装置还用于接收第三用户控制指令,并根据所述第三用户控制指令调整所述待处理部位的颜色色值和透明度,得到并在显示屏上显示符合要求的已经将置入器械植入待处理部位的影像;当待处理部位为骨折部位时,符合要求的已经将置入器械植入待处理部位的影像为能够看到骨骼内部的空腔。
本申请具有以下有益效果:
1、本申请创新性的公开一种针对脊柱融合手术术前规划阶段的系统,其中通过参考架固定装置固定于脊柱棘突,很好地保证参考架和光学小球固定的稳定性,最大程度地降低对脊椎的伤害程度,降低手术后对器具的消毒难度。同时通过对参考架固定装置中工作导轨和两个夹持臂的设置,可以很好地兼顾固定灵活性和稳定性。
2、本申请创新性的公开在术前规划阶段针对光学小球的精度调整方法,通过在显示屏显示与光学小球尺寸一致的标识线,和光学小球的轮廓线,并在多个互相垂直且联动的不同方向调整标识线与轮廓线之间的匹配重合度,使得标识线在三维和二维影像视角都能够与轮廓线达到最大重合度,尽可能的保证系统对光学小球位置信息识别定位的精确性,建立更精确的参考系,进一步优化了术前规划效果。
3、本申请创新性的公开脊柱融合术中可视化调整置入器械在骨腔中的位置,即患者在术前安装上带有光学小球的参考架,拍摄术前CT,再将此术前CT影像导入系统中,计算机自动或手动识别光学小球,做术前规划。在上述阶段,还可以根据患者的手术部位选择并可视化显示合适的置入器械,规划置入器械植入的路径、植入的深度、设计植入的角度、方向等;从而为临床医生在后续的手术操作过程提供可靠的临床指导,降低手术的难度和风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例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一些实施例,对于本领域技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获取其他的附图。
图1是本发明实施例提供的操作界面展示图;
图2是本发明实施例提供的脊柱夹的示意图;
图3是本发明实施例提供的脊柱夹固定在棘突的示意图;
图中,101、第一夹持臂;1011、第一通孔;201、第二夹持臂;2012、第二螺纹孔;301、螺纹杆;3011、膨胀段;3012、螺纹段;401、工作导轨;501、光学小球;502、参考架;601、夹持平面;701、棘突。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,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。
在本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中,包含了按照特定顺序出现的多个操作,但是应该清楚了解,这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行,操作的序号如101、102等,仅仅是用于区分开各个不同的操作,序号本身不代表任何的执行顺序。另外,这些流程可以包括更多或更少的操作,并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。需要说明的是,本文中的“第一”、“第二”等描述,是用于区分不同的消息、设备、模块等,不代表先后顺序,也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。
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,本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
参见图1、图2和图3,本实施例公开一种脊柱手术规划用定位、配准系统,所述系统包括:光学导航设备、光学小球501、参考架502、参考架固定装置、显示屏、计算机,显示屏与计算机连接;光学小球501设置在参考架502上,参考架502设置在参考架固定装置上,参考架固定装置固定于患者待处理部位,通过参考架固定装置将参考架502和光学小球501固定于待处理部位;
所述参考架固定装置包括脊柱夹;所述脊柱夹包括工作导轨401、第一夹持臂101和第二夹持臂201,第一夹持臂101和第二夹持臂201的第一端分别与所述工作导轨401连接,第一夹持臂101和第二夹持臂201的第二端夹持住棘突701,所述参考架502与工作导轨401连接;所述第一夹持臂101沿工作导轨401相对第二夹持臂201做直线运动,以靠近第二夹持臂201;通过两个夹持臂共同作用夹持住棘突701,以将光学小球501和参考架502固定于棘突701,参见附图3;所述参考架固定装置还包括长脊柱夹等其他在做脊柱融合手术中患者解剖部位使用到的参考架固定装置;
所述光学导航设备包括光学导航探头、控制装置,光学导航探头与控制装置连接;所述控制装置用于接收第一用户控制指令,并根据第一用户控制指令确定并在显示屏显示所述光学小球501的位姿信息;
所述计算机与所述控制装置连接,所述计算机用于接收所述第一用户控制指令并将指令发送到所述控制装置;所述显示屏用于实时显示患者待处理部位、安装有光学小球501的参考架502的三维影像和/或二维影像。
在一个实施例中,所述光学导航设备包括Northern Digital Inc.(NDI)的Optotrak3020、Polaris、Boulder的Flashpoint5000、Ascension的3D Guidance、Vicon的Vantage、OptiTrack的Prime系列和Atracsys的FusionTrack。这些光学定位装置在医疗、生物科学研究、虚拟现实、动作捕捉等领域都有广泛的应用,并在精度、实时性、灵活性等方面具有不同的特点和优势。
在一个实施例中,所述脊柱夹还包括螺纹杆301,所述螺纹杆301延伸方向与所述工作导轨401的延伸方向相同,所述螺纹杆301的一端与第一夹持臂101连接,另一端与第二夹持臂201螺纹连接;所述螺纹杆301围绕自身轴线转动时,第一夹持臂101在所述螺纹杆301带动下沿所述工作导轨401向第二夹持臂201做直线运动,以靠近第二夹持臂201,两个所述夹持臂共同作用夹持棘突701,以将脊柱夹固定于患者棘突701,参见附图3。
在一个实施例中,本申请中的夹持臂与工作导轨401固定连接,可以是通过螺栓将夹持臂安装到工作导轨401的形式,也可以是夹持臂与工作导轨401一体成型,在生产过程中,夹持臂与工作导轨401通过一体成型的方式进行制造,从而在组装过程中免去了将夹持臂安装到工作导轨401的步骤;在手术完成后,需要对本装置进行全面消毒,而夹持臂与工作导轨401一体成型的方式免去了将夹持臂安装到工作导轨401,以及将夹持臂从工作导轨401上拆卸的步骤,从而能够显著降低后期的拆装难度。两个所述夹持臂包括与所述工作导轨401固定连接的第一夹持臂101和与所述工作导轨401滑动连接的第二夹持臂201;所述第一夹持臂101设有供所述螺纹杆301通过的第一通孔1011;所述第二夹持臂201设有与所述螺纹杆301螺纹连接的第二螺纹孔2012;所述螺纹杆301设有膨胀段3011以及与所述膨胀段3011连接的螺纹段3012,所述膨胀段3011直径大于所述第一通孔1011直径,所述螺纹段3012设有与所述第二螺纹孔2012螺纹连接的螺纹,所述螺纹段3012的直径不大于所述第一通孔1011的直径;所述螺纹段3012穿过所述第一通孔1011与所述第二螺纹孔2012螺纹连接时,所述膨胀段3011限制所述螺纹杆301完全穿过所述第一通孔1011。所述夹持臂设有夹持平面601,两个所述夹持臂夹持棘突701时,两个所述夹持平面601接触棘突701并夹持棘突701;两个所述夹持臂上的所述夹持平面601相互平行;所述夹持平面601设有凸起。
在一个实施例中,由于第一夹持臂101沿工作导轨401相对第二夹持臂201做直线运动,夹持臂与工作导轨401之间为面接触,从而夹持臂与工作导轨401之间连接的更为稳定,通过工作导轨401以及两个与工作导轨401连接的夹持臂,以将参考架502固定于棘突701上的方式,大大提高了参考架502安装的稳定性,且夹持臂运动过程中,两个夹持臂始终相互平行,从而两个夹持臂在接触棘突701时,能够更加容易的保证夹持臂与棘突701接触面的大小,从而避免两个夹持臂对棘突701造成的局部压力过大,而造成棘突701受到伤害的情况发生。工作导轨401的存在保证了夹持臂运动路径的固定性,并且操作人员能够更加容易的精细调整夹持臂在工作导轨401上的位置,进而保证手术的正常进行。
在一个实施例中,所述夹持臂设有夹持平面601,两个所述夹持臂夹持棘突701时,两个所述夹持平面601接触棘突701并夹持棘突701。
在一个实施例中,所述控制装置用于接收第一用户控制指令,并根据第一用户控制指令确定并在显示屏显示所述光学小球501的位姿信息,包括:基于参考架固定装置确定光学小球501的位姿信息后,所述控制装置接收到第一用户控制指令,得到并在显示屏上显示光学小球501的轮廓线和光学小球501的标识线;根据第一用户控制指令的指示移动所述标识线的位置,改变所述标识线与所述轮廓线的相对位置,直至所述标识线与所述轮廓线分别在不同方向的二维影像中重合,得到并显示最后一个方向中两线重合后的所述光学小球501的中心位置信息;所述中心位置信息为所述位姿信息。所述单个光学小球501的中心位置信息为球心位置信息;导航系统中的光学导航探头左右具有两个能够发射近红外光的传感器,照射到光学小球501上,光学小球501可以反射固定波长的红外光,光学小球501特殊的逆反射表面可以让光学导航探头跟踪识别。光学小球501安装在导航工具上(如参考架502、探针等),光学小球501上有特殊的逆反射表面,可以被光学导航探头识别,因此,光学小球501可以作为导航工具所在空间中导航工具的三角测量点,被光学导航探头实时跟踪定位。
在一个实施例中,所述轮廓线为不同方向的二维影像中最大尺寸的轮廓线;所述标识线的尺寸信息与单个所述光学小球501的尺寸信息相同。标识线的颜色是根据光学小球501的颜色显示的,四个光学小球501,在软件中用不同的颜色显示,方便区分。
在手术规划阶段,将光学小球501识别,并标记。在导航过程中,患者解剖部位的光学小球501被NDI识别,用于坐标系的统一。将NDI,患者解剖部位,导航工具,影像模型等导航过程中坐标系统一。实时追踪导航工具的位置,并能够在影像上准确显示。
在一个实施例中,所述不同方向的二维影像分别包括第一方向的二维影像、第二方向的二维影像和第三方向的二维影像,第一方向、第二方向和第三方向互相垂直且联动。优选的,所述第一方向、第二方向和第三方向构成三维空间坐标系;优选的,所述第一方向为冠状面,第二方向为矢状面或轴状面,第三方向为轴状面或矢状面;或者,第一方向为矢状面,第二方向为冠状面或轴状面,第三方向为轴状面或冠状面;或者,第一方向为轴状面,第二方向为冠状面或矢状面,第三方向为矢状面或冠状面。
具体地,第一方向、第二方向、第三方向是通过用户操作鼠标滚动影像中的片层,调整出光学小球501在影像中显示最大的片层,将识别用的轮廓线与影像中的光学小球501匹配,识别出该片层中光学小球501圆心位置。理想状态是找出光学小球501的直径片层,但在实际操作中,不一定能确定直径片层,因此找最大圆形即可。在三个不同的切面,将识别用的轮廓线与影像中的光学小球501匹配,识别出球心位置。
以上是识别单个光学小球501中心位置的方法,依次识别四个光学小球501的位置,在DICOM影像坐标系中,就可以确定四个光学小球501的位置关系。而不同型号的参考架502,四个光学小球501的位置关系是不同的,且是已知的,因此可以通过识别四个光学小球501之间的位置关系识别出DICOM影像坐标系中参考架502的型号。
在一个实施例中,所述根据第一用户控制指令的指示移动所述标识线的位置,改变所述标识线与所述轮廓线的相对位置,直至所述标识线与所述轮廓线分别在不同方向的二维影像中重合,得到并显示最后一个方向中两线重合后的所述光学小球501的中心位置信息,包括:响应于针对所述标识线对应的控制指令,使得所述标识线与所述轮廓线在第一方向的二维影像中重合,得到第一方向中所述光学小球501的中心位置信息;响应于针对所述标识线对应的控制指令,使得所述标识线与所述轮廓线在第二方向的二维影像中重合,得到第二方向中所述光学小球501的中心位置信息;响应于针对所述标识线对应的控制指令,使得所述标识线与所述轮廓线在第三方向的二维影像中重合,得到第三方向中所述光学小球501的中心位置信息。手动识别标识点的目的是精确识别光学小球501在DICOM影像中的坐标位置。
在一个实施例中,所述系统还包括以下任意一种或几种置入器械:椎间融合器、椎弓根钉、克氏针、螺旋刀片、伽玛钉、扩髓钻、钛网、钢板;所述椎间融合器用于植入于椎间隙并联合脊柱内固定植入物使用的预定形的非可降解椎间融合器;所述椎弓根钉用于经椎弓根拧入椎体,维持脊柱稳定性;所述克氏针用于确定手术置入器械置入股骨开口位置、开口方向,为后续扩髓、髓内钉植入预先定位;所述螺旋刀片用于抑制骨折部位的旋转,防止骨折片的不稳定性和错位;所述伽玛钉由一根长钉和一个横向锁定螺钉组成,长钉经过股骨髓腔穿刺后固定在骨折处,横向锁定螺钉固定粗隆部位;所述扩髓钻用于扩大骨髓腔,为髓内钉和螺旋刀片的进入提供空间。其中,椎间融合器可用于治疗椎体前移、退行性脊柱疾病、椎间盘和椎体不稳以及脊柱翻修术。建议在植入物中填充植骨材料。应后路植入,并可配合其他用于腰骶椎固定系统(如钉棒系统)使用。
在一个实施例中,所述计算机响应于用户控制指令并将指令发送到所述控制装置,所述控制装置根据所述用户控制指令将置入器械植入所述待处理部位;所述用户控制指令包括第二用户控制指令,所述控制装置用于接收第二用户控制指令,并根据所述第二用户控制指令移动所述置入器械相对所述待处理部位的位置,或者,选择在所述待处理部位中所述置入器械的入针点和目标点,得到并在显示屏上显示符合要求的已经将置入器械植入待处理部位的影像;所述置入器械至少设置一个。
在一个实施例中,所述用户控制指令还包括第三用户控制指令,所述控制装置还用于接收第三用户控制指令,并根据所述第三用户控制指令调整所述待处理部位的颜色色值和透明度,得到并在显示屏上显示符合要求的已经将置入器械植入待处理部位的影像;当待处理部位为骨折部位时,符合要求的已经将置入器械植入待处理部位的影像为能够看到骨骼内部的空腔。优选地,所述颜色色值包括以下任一种或几种:黑色色值、白色色值、灰色色值。
在一个实施例中,因为CT影像是体数据,医学器械植入骨腔后,看不见医学器械在骨腔中的具体情况,因此对于医学器械和CT影像分别做特殊处理。在X-RAY模式中,将DICOM影像中的CT数值以黑白灰色值的方式显示,并能调节其透明度,用户可以根据需要调节DICOM影像数据的显示,经过调节,可以看到医学器械植入长骨骨腔。医学器械直接设定成黑色显示,并不能设置透明度,将医学器械植入后,调节CT影像的透明度,CT影像与医学器械的显示形成对比,如此,就能达到将CT数据模拟X光影像的效果,可以清楚的看到医学器械在骨腔中的状况。同时,医学器械处于编辑状态,用户可以按照调节医学器械的方式,调节医学器械的位置,角度,方向。CT影像仍然是三维方式显示,可以旋转,缩放,从不同角度查看医学器械植入状况。
在一个实施例中,内置医学器械库,可以根据患者的手术部位,选择医学器械的厂商、型号,模拟植入三维模型中,可提前设计术中最合适的植入物。且2D/3D同步进行调整,可手动调整医学器械的位置,方向,角度,深度等。可使用“X-RAY模式”查看耗材植入效果。实现在手术之前,选择合适的医学器械,可视化规划和显示医学器械植入的路径,植入的深度,设计植入医学器械的角度,方向。上述规划可导出V3D三维模型文件,用于术中导航,以可以有效减少手术的时间并最大限度的降低手术中的风险。
在一个实施例中,所述用户控制指令还包括第四用户控制指令;在确定所述第一位姿信息后,所述控制装置还用于接收第四用户控制指令,并根据所述第四用户控制指令分割所述待处理部位的区域,得到并在显示屏上显示分割后区域的影像。具体地,根据所述第四用户控制指令分割所述待处理部位的区域的方法包括:在影像中确定感兴趣区域,在所述感兴趣区域添加种子点并标记,得到并显示感兴趣区域的三维影像;具体地,可在骨碎片上添加种子点,通过算法将用户标记的骨碎片进行分割,并调整其透明度。可以单独选择隐藏、显示,分割时每个骨碎片生成不同颜色便于观看,也可以标记单独的骨碎片进行移动。系统可以不限数量的同时分割多个骨碎片。模型分割,可将CT影像数据分割成面绘制三维模型,能够协助医生更精准的观察病灶的位置信息。
在一个实施例中,所述系统还包括影像拍摄装置,所述影像拍摄装置用于拍摄患者待处理部位的三维影像;在显示屏上显示所述光学小球501、参考架502与待处理部位之间的相对位置。影像拍摄装置是C臂,C臂是一种医疗设备,它由一个呈C形的臂部组成,内部装有X射线发射器和探测器,C臂可以在手术过程中提供高质量的实时X射线成像,以引导医生进行手术操作,它具有360度旋转的能力,可以围绕患者在各个角度进行成像,从而提供更全面和准确的影像信息。
在一个实施例中,所述用户控制指令包括以下的至少一种:按键指令、手势指令、触碰指令、语音指令。
在一个实施例中,所述连接包括物理上的有线连接,也包括无线连接,以进行数据传输。
脊柱融合术常见的有两种,椎间融合法和关节表面融合法,其中椎间融合法是在椎骨间应用融合器(cage)和移植骨一起植入;关节表面融合法是在脊柱关节表面使用钛网、钢板、椎弓根钉等材料进行固定,同时还伴有脊柱关节间植骨。适应人群:盘源性腰痛症、脊椎不稳/滑脱、颈椎病、椎间盘突出症、椎管狭窄症、脊柱肿瘤、脊柱畸形、脊柱骨折。手术方式可分为传统的开放式手术或微创手术,常规方案为减压、复位、融合内固定。到达病椎的手术入路依照病椎所在的位置有所不同。颈椎可通过前路或后路到达病椎,腰椎则可通过后路、前路、轴向入路、侧方入路、斜前外侧、斜外侧入路到达病椎。常见的腰椎后路开放式手术需经过棘突701一侧到达病椎,切除上位节段的下半部椎板,咬除黄韧带,牵开硬膜囊和神经根切开后纵韧带后,才能暴露病椎。到达病椎后切开纤维环,去除椎间盘取自体骨或其他骨材料,填入椎间融合器,再置入椎间隙。植入椎弓根钉,固定病椎节段后,关闭伤口。
图1是本发明实施例提供的操作界面展示图,具体地,在使用时,用户登录成功,选择进入手术规划模块,以脊柱部位的术前规划为例,方法步骤如下:
1、数据管理:数据管理页显示所有已上传的患者影像数据,并能自动保存当前规划进度,也可对已上传数据进行查看、删除等操作。影像数据包含:场景名称、患者姓名、患者性别、患者年龄、检查时间、患者ID等基础信息。双击影像数据,可进入该数据的当前规划进度页面,进行术前规划。可通过鼠标移动个点击操作对数据进行删除。数据导入:打开Dicom数据所在文件目录,选择将要导入的患者数据文件夹,点击“选择文件夹”按钮,加载该组数据。数据加载完成后,进入“Dicom导入”页面,显示此次导入的患者病例信息及患者影像数据序列。鼠标放在“患者序列”的“预览图”上,按住鼠标左键左右滑动,可以查看患者二维影像预览图。选择一组将要导入的“患者序列”,点击“确定”按钮后,成功导入患者影像数据,并进入“参考架502识别”页面。
2、参考架502识别:识别参考架502有两种方式:软件自动识别、用户手动添加。也可以删除已有的参考架502。自动识别:点击按钮,软件会自动在当前的影像中全局查找参考架502,参考架502含有多个光学小球501,查找完成后,将显示在参考架502列表中;手动添加:点击按钮,在三维模型参考架502上,用鼠标左键逐个点击光学小球501,手动添加参考架502,光学小球501将在参考架502列表中显示。精度调整:自动识别参考架502或手动添加参考架502之后,可以在二维切面上调整参考架502识别的精准度。在光学小球501列表中,单击选中一个已识别的光学小球501(如:光学小球5010),双击放大二维视窗的一个窗口,滚动鼠标中间键显示出二维影像中光学小球501的轮廓线,按住鼠标左键拖动光学小球501标识线,使光学小球501标识线与光学小球501轮廓线重合,在另外两个二维视图窗口中,用同样的方式调整光学小球501精准度。调节参考架502中每个光学小球501的精准度,完成参考架502识别。注意:(1)光学小球501标识线中有十字线时才可以拖动,若没有十字线,请滚动鼠标中间键调整。(2)光学小球501标识线与光学小球501轮廓线重合后,十字线会位于光学小球501中心。删除:点击选中参考架502列表中的光学小球501,再点击“删除”按钮,则可以删除该参考架502。点击页面右上角的“下一步”按钮,进入下一步模型分割页面。
3、模型分割:在模型分割页面,添加种子点,标记骨块,将患者的影像数据重建为网格模型。在骨碎片列表中,默认显示固定骨骨碎片。标记固定骨:在分割列表中单击选中“固定骨”,在三维模型固定骨上添加种子点,标记其为固定骨骨块。点击页面右上角的“下一步”按钮,进入下一步骨骼规划页面。
4、骨骼规划:在骨骼规划页面模拟植入医学器械。可以在二维三维界面调整医学器械的位置和姿态。虚拟的X射线显示。可将模型导出为.v3d格式的文件。添加医学器械:点击“添加”按钮,进入“选择医学器械”页面,选择术中需要植入的医学器械。在二维视图中单击,将医学器械添加到模型中。医学器械即为下述的耗材。选择耗材:在选择耗材页面,选择需要手术的部位,再根据手术需要选择需要的耗材,在页面右侧选择耗材的厂家、型号、尺寸等信息,点击“确定”按钮,确定选择,点击“取消”按钮,取消选择。耗材调整:将耗材添加到模型中后,将耗材调整到合适位置。鼠标左键点击选中耗材任意一端的圆圈,可以移动耗材。鼠标右键点击选中耗材一端的圆圈,耗材可以以另一端为原点,进行旋转。鼠标左键点击中间的圆圈,可以调整耗材的角度和方向。双击放大二维视图,也可在二维视图中调整。X-RAY模式:点击“X-RAY模式”按钮,进入虚拟X-RAY显示模式,可以查看耗材植入效果,并可以进行耗材位置调整。点击“X-RAY模式”按钮,退出X-RAY显示模式。
本验证实施例的验证结果表明,为适应症分配固有权重相对于默认设置来说可以适度改善本方法的性能。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统,装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统,装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成,该程序可以存储于一计算机可读存储介质中,存储介质可以包括:只读存储器(ROM,Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM,RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
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步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成,所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中,上述提到的存储介质可以是只读存储器,磁盘或光盘等。
以上对本发明所提供的一种计算机设备进行了详细介绍,对于本领域的一般技术人员,依据本发明实施例的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种脊柱手术规划用定位、配准系统,其特征在于,所述系统包括:光学导航设备、光学小球、参考架、参考架固定装置、显示屏、计算机,显示屏与计算机连接;光学小球设置在参考架上,参考架设置在参考架固定装置上,参考架固定装置固定于患者待处理部位,通过参考架固定装置将参考架和光学小球固定于待处理部位;
所述参考架固定装置包括脊柱夹;所述脊柱夹包括工作导轨、第一夹持臂和第二夹持臂,第一夹持臂和第二夹持臂的第一端分别与所述工作导轨连接,第一夹持臂和第二夹持臂的第二端夹持住棘突,所述参考架与工作导轨连接;
所述第一夹持臂沿工作导轨相对第二夹持臂做直线运动,以靠近第二夹持臂;
通过两个夹持臂共同作用夹持住棘突,以将光学小球和参考架固定于棘突;所述光学导航设备包括光学导航探头、控制装置,光学导航探头与控制装置连接;所述控制装置用于接收第一用户控制指令,并根据第一用户控制指令确定并在显示屏显示所述光学小球的位姿信息;
所述计算机与所述控制装置连接,所述计算机用于接收所述第一用户控制指令并将指令发送到所述控制装置;所述显示屏用于实时显示患者待处理部位、安装有光学小球的参考架的三维影像和/或二维影像。
2.根据权利要求1所述的脊柱手术规划用定位、配准系统,其特征在于,所述脊柱夹还包括螺纹杆,所述螺纹杆延伸方向与所述工作导轨的延伸方向相同,所述螺纹杆的一端与第一夹持臂连接,另一端与第二夹持臂螺纹连接;
所述螺纹杆围绕自身轴线转动时,第一夹持臂在所述螺纹杆带动下沿所述工作导轨向第二夹持臂做直线运动,以靠近第二夹持臂,两个所述夹持臂共同作用夹持棘突,以将脊柱夹固定于患者棘突。
3.根据权利要求1所述的脊柱手术规划用定位、配准系统,其特征在于,所述夹持臂设有夹持平面,两个所述夹持臂夹持棘突时,两个所述夹持平面接触棘突并夹持棘突。
4.根据权利要求1所述的脊柱手术规划用定位、配准系统,其特征在于,所述控制装置用于接收第一用户控制指令,并根据第一用户控制指令确定并在显示屏显示所述光学小球的位姿信息,包括:基于参考架固定装置确定光学小球的位姿信息后,所述控制装置接收到第一用户控制指令,得到并在显示屏上显示光学小球的轮廓线和光学小球的标识线;根据第一用户控制指令的指示移动所述标识线的位置,改变所述标识线与所述轮廓线的相对位置,直至所述标识线与所述轮廓线分别在不同方向的二维影像中重合,得到并显示最后一个方向中两线重合后的所述光学小球的中心位置信息;所述中心位置信息为所述位姿信息。
5.根据权利要求4所述的脊柱手术规划用定位、配准系统,其特征在于,所述轮廓线为不同方向的二维影像中最大尺寸的轮廓线;所述标识线的尺寸信息与单个所述光学小球的尺寸信息相同。
6.根据权利要求4所述的脊柱手术规划用定位、配准系统,其特征在于,所述不同方向的二维影像分别包括第一方向的二维影像、第二方向的二维影像和第三方向的二维影像,第一方向、第二方向和第三方向互相垂直且联动。
7.根据权利要求4所述的脊柱手术规划用定位、配准系统,其特征在于,所述根据第一用户控制指令的指示移动所述标识线的位置,改变所述标识线与所述轮廓线的相对位置,直至所述标识线与所述轮廓线分别在不同方向的二维影像中重合,得到并显示最后一个方向中两线重合后的所述光学小球的中心位置信息,包括:响应于针对所述标识线对应的控制指令,使得所述标识线与所述轮廓线在第一方向的二维影像中重合,得到第一方向中所述光学小球的中心位置信息;响应于针对所述标识线对应的控制指令,使得所述标识线与所述轮廓线在第二方向的二维影像中重合,得到第二方向中所述光学小球的中心位置信息;响应于针对所述标识线对应的控制指令,使得所述标识线与所述轮廓线在第三方向的二维影像中重合,得到第三方向中所述光学小球的中心位置信息。
8.根据权利要求1-7任一项所述的脊柱手术规划用定位、配准系统,其特征在于,所述系统还包括以下任意一种或几种置入器械:椎间融合器、椎弓根钉、克氏针、螺旋刀片、伽玛钉、扩髓钻、钛网、钢板;所述椎间融合器用于植入于椎间隙并联合脊柱内固定植入物使用的预定形的非可降解椎间融合器;所述椎弓根钉用于经椎弓根拧入椎体,维持脊柱稳定性;所述克氏针用于确定手术置入器械置入股骨开口位置、开口方向,为后续扩髓、髓内钉植入预先定位;所述螺旋刀片用于抑制骨折部位的旋转,防止骨折片的不稳定性和错位;所述伽玛钉由一根长钉和一个横向锁定螺钉组成,长钉经过股骨髓腔穿刺后固定在骨折处,横向锁定螺钉固定粗隆部位;所述扩髓钻用于扩大骨髓腔,为髓内钉和螺旋刀片的进入提供空间。
9.根据权利要求8所述的脊柱手术规划用定位、配准系统,其特征在于,所述计算机响应于用户控制指令并将指令发送到所述控制装置,所述控制装置根据所述用户控制指令将置入器械植入所述待处理部位;所述用户控制指令包括第二用户控制指令,所述控制装置用于接收第二用户控制指令,并根据所述第二用户控制指令移动所述置入器械相对所述待处理部位的位置,或者,选择在所述待处理部位中所述置入器械的入针点和目标点,得到并在显示屏上显示符合要求的已经将置入器械植入待处理部位的影像;所述置入器械至少设置一个。
10.根据权利要求8所述的脊柱手术规划用定位、配准系统,其特征在于,所述用户控制指令还包括第三用户控制指令,所述控制装置还用于接收第三用户控制指令,并根据所述第三用户控制指令调整所述待处理部位的颜色色值和透明度,得到并在显示屏上显示符合要求的已经将置入器械植入待处理部位的影像;当待处理部位为骨折部位时,符合要求的已经将置入器械植入待处理部位的影像为能够看到骨骼内部的空腔。
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