[发明专利]一种椎弓根手术导板最优置钉钉道智能生成方法

说明书

本发明提供一种椎弓根手术导板最优置钉钉道智能生成方法，所述方法包括步骤：S1、获取获取脊椎椎骨的二维CT扫描图像；S2、根据所述二维CT扫描图像，三维重建脊椎椎骨的封闭三维网络模型，形成封闭曲面；S3、建立以长度最优为目标的脊椎椎骨置钉通道集合最优化模型；S4、利用拉格朗日乘子法求解所述集合最优化模型，获取最优置钉通道。上述方法提出的椎弓根置钉通道生成方法，解决了最优置钉通道的自动生成问题，对于给定的椎骨三维数字几何模型，能够根据用户需求，在保证手术安全的前提条件下，自动生成长度最长的置钉通道。

技术领域

本发明涉及医学领域，尤其涉及一种椎弓根手术导板最优置钉钉道智能生成方法。

背景技术

在治疗脊柱滑脱复位、脊柱加固等手术中，一般都会采用椎弓根螺钉内固定手术，但由于椎弓根的固有解剖结构较为狭窄，且其周围毗邻血管、神经及脊髓等重要的解剖结构，准确地植入一根长度合适的椎弓根螺钉非常关键，若植入的椎弓根螺钉长短以及位置出现较大偏差，则会损伤毗邻重要组织结构，将造成严重的并发症。所以椎弓根螺钉置钉钉道的生成方法是各类脊柱手术的关键。

然而目前，椎弓根手术导板置钉钉道生成方法主要有：解剖标志点法、椎板开法、X线透视法、计算机导航法、导航模板法等。解剖标志点法，该传统的生成方法需要耗费较长的时间以及较多的精力，并且进钉角度主要通过术者的经验来判断，准确说是靠术者的手感和椎弓根探针对置钉通道的探摸来保证椎弓根螺钉的准确置入，对医生的临床经验要求较高，精度难以保证。X线透视辅助法，操作时间较长也容易加重病人的病情，大量的X射线也会对病人造成二次伤害，错过最佳治疗时间。

因此，提供一种能够高效率获取最优置钉通道的方法，成为目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种椎弓根手术导板最优置钉钉道智能生成方法，以实现高效率的获取最优置钉通道。

本发明的技术方案是：一种椎弓根手术导板最优置钉钉道智能生成方法，所述方法包括步骤：

S1、获取获取脊椎椎骨的二维CT扫描图像；

S2、根据所述二维CT扫描图像，三维重建脊椎椎骨的封闭三维网格模型，形成封闭曲面；

S3、建立以长度最优为目标的脊椎椎骨置钉通道最优化模型；

S4、利用拉格朗日乘子法求解所述最优化模型，获取最优置钉通道。

较佳的，在步骤S3中，所述最优化模型为：

其中，l表示三维网格模型中的任意一条直线，d_inner(l)表示直线l位于脊椎椎骨内的长度减去d_outer(l)，d_outer(l)表示直线l位于脊髓腔内和动脉血管腔内的长度之和。

较佳的，满足所述最优化模型的所述三维网格模型中的直线l为所述最优置钉通道的中心轴线。

较佳的，提供一半径r，获取所述中心轴线与所述脊椎椎骨表面所在的所述封闭曲面的两个交点p₁和p₂，线段为所述中心轴线，根据所述半径r构建圆柱体圆柱体与所述封闭曲面的布尔交集生成所述最优置钉通道。

较佳的，在步骤S4中，利用Matlab软件所提供的fmincon函数获取满足所述最优化模型的所述三维网格模型中的直线l的方程。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：上述方法提出的椎弓根置钉通道生成方法，解决了最优置钉通道的自动生成问题，对于给定的椎骨三维数字几何模型，能够根据用户需求，在保证手术安全的前提条件下，自动生成长度最长的置钉通道。

附图说明