[发明专利]一种脊柱后路手术术中实时三维重构方法

权利要求书

1.一种脊柱后路手术术中实时三维重构方法，其特征在于，该脊柱后路手术术中实时三维重构方法包括：

步骤一，系统参数标定，实现C臂X射线机与CT设备坐标参数的统一，使病人经过两者成像后的结果，在系统中处于统一坐标系中；

步骤二，获取的术中正侧位X片与术前CT序列片，分别把它们转换至各自相应的立体坐标系下，最后通过欧拉转换方法把它们统一到同一坐标系下；

步骤三，术前CT的脊柱三维重建及椎节标定；通过对CT断层图像中脊柱特征及CT片中高亮度信号进行提取，分割获取脊柱断层图片，进行三维重建，获取脊柱的三维点云数据；通过三维点云数据，进行网格面片的构建，而后进行三维模型重构与渲染，获得脊柱三维模型；

步骤四，二维X片脊柱与3D脊柱模型的椎节对应；根据术中置钉后正侧位X片脊椎与3D脊柱模型的的图像特征与医学特征共同确定椎节对应关系；

步骤五，术中脊柱的准实时三维重构；根据术中置钉后正侧位X片脊椎与3D脊柱模型的图像特征，通过每一单个椎体阶段的2D-3D配准，准实时的三维重构病人术中三维脊柱形态。

2.如权利要求1所述的脊柱后路手术术中实时三维重构方法，其特征在于，该脊柱后路手术术中实时三维重构方法脊柱节段属于刚体，而整个脊柱属于非刚体，通过节段刚体的2D/3D影像配准，实现非刚体关节脊柱的实时三维重构。

3.如权利要求1所述的脊柱后路手术术中实时三维重构方法，其特征在于，步骤三的具体方法：

第一步，对于CT断层图像，通过阈值法，提取高亮度骨质图像数据；

第二步，通过CT图像序列获取的序列骨质图像数据，根据CT图像的像素大小、层厚与层扫间距，构建真实的人体骨骼三维点云；

第三步，病人脊柱三维模型的分离与椎节的标定，病人骨骼三维点云数据中包含了脊柱的三维点云数据，可在第二步中进行分离，但为获得有序标识椎体节段的脊柱模型，把脊柱三维模型的分离与椎节标定同时进行；首先，通过CT图像序列中的骨质图像数据，根据人体医学盆骨、肋骨及肩锁骨特征，在病人骨质三维点云数据获取盆骨与肋骨位置；下一步，根据盆骨与腰椎在人体骨骼医学中关系，判断腰椎节段，进行标定并分离盆骨与椎体点云数据；然后，根据肋骨与胸椎在人体骨骼医学中关系，判断胸椎节段，进行标定并分离肋骨与椎体点云数据；再后，根据肩锁骨与颈椎在人体骨骼医学中关系，判断颈椎节段，进行标定并分离肩锁骨与椎体点云数据；最后，建立有序标识椎体节段的脊柱三维点云数据；

第四步，提取三维点云的表面点云数据，利用转球网格重构法对表面点云数据进行网格面片重构，并渲染获取病人骨骼三维模型。

4.如权利要求1所述的脊柱后路手术术中实时三维重构方法，其特征在于，步骤四的具体方法：

第一步，通过canny边缘提取方法，提取正侧位X片中脊柱椎体阶段及盆骨边缘；

第二步，根据盆骨与脊柱较大差异的圆弧与尺寸特征，获取盆骨位置，从而确定腰椎节段，建立并标记脊柱椎体序列；

第三步，为进一步确认椎体阶段的正确性，根据X片图像中椎体节段的弯曲程度和椎体尺寸，与3D模型对应角度的椎体节段投影成像，进行匹配与对应，复核二维椎体与三维椎体的对应性。

5.如权利要求1所述的脊柱后路手术术中实时三维重构方法，其特征在于，步骤五的具体方法：

第一步，通过canny边缘提取算法，提取椎体节段正侧位X片边缘特征点；

第二步，选择固定3D脊柱模型姿态的某一横滚角，通过canny边缘提取算法，提取3D脊柱模型正侧位投影图像边缘特征点；

第三步，利用ICP算法，分别对此时固定横滚角的3D脊柱模型节段正侧位投影边缘点与正侧位X片节段边缘点进行配准，从而估计X片中脊柱姿态的方位角及俯仰角，并计算误差；

第四步，重复第二步和第三步，直到误差满足实际手术精度；

第五步，根据脊柱椎体每一节段的配准结果，调整病人3D脊柱每一阶段模型，从而准实时重构，病人术中三维脊柱模型。