[发明专利]三维模拟手术置钉的规划方法和外科手术模拟器

说明书

本发明适用于医疗器械领域，提供了一种三维模拟手术置钉的规划方法和外科手术模拟器。所述方法包括：根据接收的脊柱的CT图像进行三维建模，生成三维模型；根据三维模型生成三个剖切面图；显示三维模型和三维模型的三个剖切面图；对剖切面的位置及剖切方向进行调整，以直观地观察脊柱的切面状况；通过两个方向的剖切面的交线确定螺钉的钉道；在确定的钉道上添加螺钉；在钉道的方向上移动螺钉，使螺钉处于实际手术的位置，完成螺钉的规划。本发明的规划简洁方便，可以更精确地规划钉道，使置钉更安全、可靠。

技术领域

本发明属于医疗器械领域，尤其涉及一种三维模拟手术置钉的规划方法和外科手术模拟器。

背景技术

脊柱是人体的中轴，主要起支撑、保护、平衡、运动的作用。脊柱由椎骨、椎间盘、脊髓、脊神经、自主神经系统组成。脊柱内有椎管，容纳脊髓并保护脊髓。而且连于脊髓的31对脊神经都经过椎间孔出椎管并受到脊柱的保护。同时，脊柱周围还分布人体主动静脉和颈部动静脉。

由于椎弓根临近较多的血管及神经结构，一旦螺钉置入不当穿透椎板，误入的螺钉会造成严重的神经血管损伤。因此，在进行脊柱置钉时，必须精确地进行手术规划并准确地实施手术操作。

正常人脊柱有32～34个脊柱骨：颈椎7个，胸椎12个，腰椎5个，骶椎5个和尾椎3～5个。有椎间盘23个和关节134个。脊柱的侧面呈“S”型，正面呈一直线。

由于各个椎体的解剖形态不同及个体的差异和畸形，螺钉的入钉点、置钉方向和置钉深度均需要进行规划。在进行规划时，应保证螺钉不能穿破椎弓根外壁，否则会损伤邻近的神经和血管。进钉的角度应随椎弓角度的变化而变化，避免穿透椎体前面的皮质骨。同时，为保证螺钉的抗拔出强度，应选择合适的螺钉的大小和长度。进钉点不是一个点，而是一个区域，而且要配合进钉角度才行。进钉点的选择要使螺钉进钉的可靠，不易滑动。进钉方向则应使螺钉准确通过椎弓根最窄处而不会穿破外壁。置钉深度应使螺钉不能穿出椎体。

现有的三维模拟手术的规划方法，是在三维模型中添加一个器械，然后在三维视图中把器械移动到合适的位置中去。

国内的BOHOLO外科手术模拟器，首先导入CT图像后，进行三维建模，然后进行三维规划。在进行三维规划时，首先在器械库中找到需添加的器械，然后把器械添加到三维模型的右下角，然后移动器械到合适的位置。

这种方式，针对的是通用手术，没有对脊柱手术置钉的特点进行优化。存在规划精度差，器械移动困难的问题。由于一个器械在空间中存在六个自由度(螺钉为5个自由度)，而在PC界面中移动器械，只能进行二维的移动和一个角度的旋转，所以需要在移动器械的同时不停地变换三维模型的角度，才能正确地把器械移动到合适的位置。由于移动复杂，所以规划精度较差，只能作为参考。

以色列的MAZOR公司针对脊柱置钉手术规划作了一定的优化。导入CT图像进行三维建模后，根据人体脊柱的结构进行切割成单节脊柱。然后对单节脊柱的三维模型固定三个方向的视觉图。然后添加脊柱螺钉，分别在三个视图中调整螺钉方向。然而，这种方式只是把一个三维视图分成三个方向的三维视图，虽然比BOHOLO外科手术模拟器调整器械方便，但依然不能清楚地知道规划中钉道剖面的情况，所以规划精度依然不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维模拟手术置钉的规划方法和外科手术模拟器，旨在解决只是把一个三维视图分成三个方向的三维视图，规划精度依然不高的问题。

第一方面，本发明提供了一种三维模拟手术置钉的规划方法，所述方法包括：

根据接收的脊柱的CT图像进行三维建模，生成三维模型；

根据三维模型生成三个剖切面图；

显示三维模型和三维模型的三个剖切面图；

对剖切面的位置及剖切方向进行调整，以直观地观察脊柱的切面状况；