【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及图像处理，尤其涉及一种脊柱椎弓根峡部快速识别定位方法及椎体支架置入路径规划方法。
技术介绍
1、经皮椎体后凸成形术(pkp)作为一类微创手术，目前已经广泛应用于治疗椎体压缩性骨折，通过将骨扩张器或椎体支架置入患者椎体压缩部位，撑开使其恢复高度，并在低压力下注入骨水泥以进一步稳固椎体，能有效减轻患者的痛苦，还可防止椎体进一步压缩和塌陷。
2、其中，方形锥体支架主体末端呈扁平的长方体结构，因其可有效定向撑开压缩椎体、能提供更好的稳定性和支撑力的优点而被广泛应用。手术过程中，方形撑开器需从锥体的长形的椎弓根峡部(pi，是指上、下关节突之间椎弓的狭窄部分)置入，整个放置过程对技术要求较高，椎弓根峡部结构复杂，为了保证椎体支架准确到达椎体压缩部位，要求医生必须有丰富的解剖知识和临床经验来判断调整置入角度，操作复杂且精度不高，手术效果不佳且容易增加手术风险。因此，提出一种通过手术机器人辅助自动、准确地识别锥体的椎弓根峡部的方法，对于提高椎体支架置入的精确性，降低手术难度具有重要的意义。
技术实现思路
1、专利技术目的：针对上述不足，本专利技术提出一种脊柱椎弓根峡部快速识别定位方法及椎体支架置入路径规划方法，可以自动识别椎弓根峡部，且识别结果快速准确，可以有效提高椎体支架置入的精确性，降低手术难度。
2、技术方案：
3、本专利技术提供一种脊柱椎弓根峡部快速识别定位方法，包括步骤：
4、s1、获取包含脊柱的三维影像，分割得到其中各椎节的
5、s2、寻找s1得到的椎节的三维影像中椎孔的轴线方向及椎孔中心；
6、s3、根据s2得到的椎孔的轴线方向及椎孔中心，获取椎节的棘突方向；
7、s4、根据s3获取的棘突方向，构建椎体的近似对称面，进而获取设定数量的与近似对称面垂直的椎弓根分割截面；
8、s5、采用边界检测算法检测s4获取的各椎弓根分割截面中的两个轮廓，其中两个轮廓的面积和最小所对应的椎弓根分割截面即为椎弓根峡部位置。
9、具体地，所述s2包括：
10、s21、分别以人体前后方向和人体左右方向为旋转轴，将椎节的三维影像以设定角度步长进行旋转，每次旋转后沿人体头脚方向进行平行光投影，得到两组投影图像；
11、s22、获取s21得到的两组投影图像中的封闭区域，并计算其面积，针对每组投影图像，获取其中面积最大对应的投影图像及其旋转角度，据此计算得到椎孔的轴线方向及椎孔中心。
12、更具体地，所述s22中，当投影方向与椎孔的轴线方向同向时，投影图像中的椎孔区域的面积达到最大，即两组投影图像中均存在一投影图像，其锥孔区域的面积达到最大，由此计算得到椎节的三维影像中椎孔的轴线方向，同时，根据所述两组投影图像中的各一个椎孔区域面积达到最大的投影图像中的椎孔区域的中心点，计算得到椎节的椎孔中心。
13、具体地，所述s3包括：
14、s31、计算椎节中所有体素的质心，以s2得到的椎孔中心和所述质心的连线绕椎孔的轴线方向旋转设定角度，据此提取包含棘突的图像；
15、s32、以椎孔中心为中心，在椎孔中心和质心的连线的两极限位置之间，每隔设定旋转角度，创建一经过椎孔中心的直线，该直线与棘突边界相交得到一边界点，获取其中边界点与椎孔中心之间距离最大所对应的直线方向，即为棘突的方向。
16、更具体地，所述s31中，以s2得到的椎孔中心和所述质心的连线绕椎孔的轴线方向旋转设定角度为[-γ,γ]，则椎孔中心和质心的连线的两极限位置之间位于椎孔中心上方的结构即为提取的包含棘突的图像。
17、具体地，所述s4中，获取设定数量的与近似对称面垂直的椎弓根分割截面，具体为：
18、构建经过椎孔中心、且垂直于椎体的近似对称面的椎弓根分割面，将椎弓根分割面沿着棘突方向分别移动设定距离d，得到椎弓根上分割面和椎弓根下分割面，在椎弓根上分割面和椎弓根下分割面之间，每隔设定的距离步长，获取得到若干椎弓根分割截面。
19、更具体地，所述设定的距离d取20mm。
20、更具体地，所述设定的距离步长可取0.3-0.8mm
21、本专利技术还提供一种椎体支架置入路径规划方法，包括步骤：
22、(1)采用前述的脊柱椎弓根峡部快速识别定位方法定位椎弓根峡部位置；
23、(2)求取步骤(1)定位的椎弓根峡部位置与椎体支架形状对应的最大内接形状，以该最大内接形状的中心作为椎体支架置入的轴线方向，椎体支架的横截面与该最大内接形状一致，由此规划得到椎体支架置入路径。
24、具体地，所述椎体支架为方形撑开器，所述最大内接形状为最大内接矩形，以该最大内接矩形的中心作为方形撑开器置入的轴线方向，所述方形撑开器端面与该最大内接矩形的长轴方向平行，由此规划得到椎体支架置入路径。
25、有益效果：本专利技术通过获取椎节的棘突方向，构建椎体的近似对称面，进而获取椎弓根分割截面，通过检测其中两个轮廓的面积和最小所对应的椎弓根分割截面，可以快速且准确地得到椎弓根峡部位置；通过影像处理与分析，有效提高椎体支架置入的精确性，减少了人为误差，在降低手术难度的同时提高了手术效率，对于椎弓根螺钉置入手术的精确性和安全性具有重要意义；本专利技术可以自动识别椎弓根峡部，椎弓根弓根峡部作为椎节重要的解刨学特征，其位置几何信息的精确识别对机器人辅助骨科手术(椎弓根螺钉、经皮钉、复位融合内固定手术等)更加自动化、智能化的发展具有重要的推动作用。
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1.一种脊柱椎弓根峡部快速识别定位方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的脊柱椎弓根峡部快速识别定位方法，其特征在于，所述S2包括：
3.根据权利要求2所述的脊柱椎弓根峡部快速识别定位方法，其特征在于，所述S22中，当投影方向与椎孔的轴线方向同向时，投影图像中的椎孔区域的面积达到最大，即两组投影图像中均存在一投影图像，其锥孔区域的面积达到最大，由此计算得到椎节的三维影像中椎孔的轴线方向，同时，根据所述两组投影图像中的各一个椎孔区域面积达到最大的投影图像中的椎孔区域的中心点，计算得到椎节的椎孔中心。
4.根据权利要求1所述的脊柱椎弓根峡部快速识别定位方法，其特征在于，所述S3包括：
5.根据权利要求4所述的脊柱椎弓根峡部快速识别定位方法，其特征在于，所述S31中，以S2得到的椎孔中心和所述质心的连线绕椎孔的轴线方向旋转设定角度为[-γ,γ]，则椎孔中心和质心的连线的两极限位置之间位于椎孔中心上方的结构即为提取的包含棘突的图像。
6.根据权利要求1所述的脊柱椎弓根峡部快速识别定位方法，其特征在于，所述S4中，获
7.根据权利要求6所述的脊柱椎弓根峡部快速识别定位方法，其特征在于，所述设定的距离D取20mm。
8.根据权利要求6所述的脊柱椎弓根峡部快速识别定位方法，其特征在于，所述设定的距离步长可取0.3-0.8mm。
9.一种椎体支架置入路径规划方法，其特征在于，包括步骤：
10.根据权利要求9所述的椎体支架置入路径规划方法，其特征在于，所述椎体支架为方形撑开器，所述最大内接形状为最大内接矩形，以该最大内接矩形的中心作为方形撑开器置入的轴线方向，所述方形撑开器端面与该最大内接矩形的长轴方向平行，由此规划得到椎体支架置入路径。
...【技术特征摘要】
1.一种脊柱椎弓根峡部快速识别定位方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的脊柱椎弓根峡部快速识别定位方法，其特征在于，所述s2包括：
3.根据权利要求2所述的脊柱椎弓根峡部快速识别定位方法，其特征在于，所述s22中，当投影方向与椎孔的轴线方向同向时，投影图像中的椎孔区域的面积达到最大，即两组投影图像中均存在一投影图像，其锥孔区域的面积达到最大，由此计算得到椎节的三维影像中椎孔的轴线方向，同时，根据所述两组投影图像中的各一个椎孔区域面积达到最大的投影图像中的椎孔区域的中心点，计算得到椎节的椎孔中心。
4.根据权利要求1所述的脊柱椎弓根峡部快速识别定位方法，其特征在于，所述s3包括：
5.根据权利要求4所述的脊柱椎弓根峡部快速识别定位方法，其特征在于，所述s31中，以s2得到的椎孔中心和所述质心的连线绕椎孔的轴线方向旋转设定角度为[-γ,γ]...
【专利技术属性】
技术研发人员：殷国勇，陈建，李青青，凡进，周炜，江涛，王振，于福翔，程敏，王锋，李迎燕，
申请(专利权)人：江苏省人民医院南京医科大学第一附属医院，
类型：发明
国别省市：
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