本發(fā)明涉及人體骨科植入物領(lǐng)域，具體涉及一種用于生成人體骨科植入物導(dǎo)向器的描述信息的方法。

背景技術(shù)：

醫(yī)學(xué)植入體是指任何借助外科手術(shù)，器械全部或者部分進(jìn)入人體或者自然腔道中；在手術(shù)過程結(jié)束后長期留在體內(nèi)，或者部分留在體內(nèi)至少30天以上的器械。通過植入體內(nèi)用以人體組織或器官修復(fù)與替換。而骨科植入物是人體骨骼替代、修復(fù)、補(bǔ)充及充填的一大類植入物的統(tǒng)稱，用于人體骨骼的維持、支撐和修補(bǔ)，是目前臨床使用較為普遍的骨科用醫(yī)療材料。隨著人類進(jìn)入高齡化補(bǔ)發(fā)的加快，工業(yè)、交通、體育等事故導(dǎo)致創(chuàng)傷增多、疑難疾病患者增加，骨科手術(shù)使用醫(yī)用植入材料等植入物，使數(shù)以萬計(jì)的患者獲得了康復(fù)，提高了骨傷患者的生活質(zhì)量。骨科植入物在骨科質(zhì)量中的廣泛應(yīng)用，已取得了令人矚目的成就，植入物可以進(jìn)行人體某些組織器官的固定、修復(fù)和替代，顯著改善了過去臨床無法解決的問題并且植入成功率也已達(dá)到了相當(dāng)滿意的效果。

隨著椎弓根螺釘固定技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于脊柱外科的多種脊柱疾病的手術(shù)治療中。但由于椎弓根與其周圍的脊髓、神經(jīng)根、血管等組織關(guān)系密切，一旦置入椎弓根螺釘?shù)奈恢貌划?dāng)，有損傷脊髓、神經(jīng)根和血管的可能，存在損傷風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)由于臨時(shí)調(diào)整椎弓根螺釘?shù)奈恢玫倪^程往往需要反復(fù)來回調(diào)試和校正，所以需要時(shí)間較長，而接受手術(shù)的人在此過程中正在不斷失血，也增加了感染以及其他并發(fā)癥的機(jī)會。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種用于生成人體骨科植入物導(dǎo)向器的描述信息的方法。本發(fā)明提供的一種用于生成人體骨科植入物導(dǎo)向器的描述信息的方法，不僅提高了椎弓根螺釘置入的準(zhǔn)確性，而且使置入椎弓根螺釘這一操作簡單，實(shí)用性強(qiáng)，并且有效的避開了與待手術(shù)骨組織相鄰的重要軟組織，提高了人體的舒適度，有效避免人為誤差。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種用于生成人體骨科植入物導(dǎo)向器的描述信息的方法，包括如下步驟：

S1，獲取關(guān)于待手術(shù)部位及與其相鄰人體組織的醫(yī)學(xué)影像掃描數(shù)據(jù)；

S2，根據(jù)所述醫(yī)學(xué)影像掃描數(shù)據(jù)，建立所述待手術(shù)部位及與其相鄰的人體組織的第三三維立體模型；

S3，基于所述第三三維立體模型生成所述待手術(shù)部位對應(yīng)的人體骨科植入物導(dǎo)向器的描述信息。

上述的一種用于生成人體骨科植入物導(dǎo)向器的描述信息的方法，其中，所述步驟S1中的醫(yī)學(xué)影像掃描數(shù)據(jù)包括通過X射線對待手術(shù)部位及與其相鄰人體組織進(jìn)行斷層掃描得到的數(shù)據(jù)和/或通過核磁共振對待手術(shù)部位及與其相鄰人體組織進(jìn)行斷層掃描得到的數(shù)據(jù)；所述步驟S1中的醫(yī)學(xué)影像掃描數(shù)據(jù)還包括通過其他醫(yī)學(xué)影像三維掃描方式對待手術(shù)部位及與其相鄰人體組織進(jìn)行斷層掃描得到的數(shù)據(jù)中的一種或者多種。

上述的一種用于生成人體骨科植入物導(dǎo)向器的描述信息的方法，其中，所述步驟S2還包括如下步驟：

S21，將步驟S1中獲取的各種醫(yī)學(xué)影像掃描數(shù)據(jù)分別建立所述待手術(shù)部位及與其相鄰人體組織的第一三維立體模型；

S22，從不同的所述第一三維立體模型任意選取一個(gè)三維立體模型，對其表面利用三角面片重構(gòu)，得到第三三維立體模型；

上述的一種用于生成人體骨科植入物導(dǎo)向器的描述信息的方法，其中，所述步驟S2還包括如下步驟：

S21，將步驟S1中獲取的各種醫(yī)學(xué)影像掃描數(shù)據(jù)分別建立所述待手術(shù)部位及與其相鄰人體組織的第一三維立體模型；

S22，分別對不同的第一三維立體模型的表面利用三角面片重構(gòu)，得到第二三維立體模型；

S23，將不同的所述第二三維立體模型匹配重合，得到帶手術(shù)部分及與其相鄰人體組織的第三三維立體模型。

上述的一種用于生成人體骨科植入物導(dǎo)向器的描述信息的方法，其中，所述匹配重合包括如下步驟：

S221，在不同的所述第二三維立體模型中任意選取N個(gè)第二三維立體模型，對應(yīng)獲取每個(gè)第二三維立體模型的外輪廓線以及特征點(diǎn)的位置；

S222，將N個(gè)所述第二三維立體模型分別對應(yīng)的外輪廓線以及特征點(diǎn)兩兩對應(yīng)，調(diào)整并確定待手術(shù)部位及與其相鄰人體組織的第三三維立體模型。

上述的一種用于生成人體骨科植入物導(dǎo)向器的描述信息的方法，其中，所述醫(yī)學(xué)影像掃描數(shù)據(jù)為未經(jīng)過任何強(qiáng)化顯影的原始DICOME圖像數(shù)據(jù)。

上述的一種用于生成人體骨科植入物導(dǎo)向器的描述信息的方法，其中，所述步驟S3包括：基于所述第三三維立體模型，結(jié)合患者個(gè)體信息以及所述待手術(shù)部位的手術(shù)相關(guān)信息，生成所述待手術(shù)部位對應(yīng)的人體骨科植入物導(dǎo)向器的描述信息，其中，所述手術(shù)相關(guān)信息包括以下至少任一項(xiàng)：

所述待手術(shù)部位的手術(shù)入路切口信息；

所述待手術(shù)部位的組織結(jié)構(gòu)信息；

所述待手術(shù)部位的手術(shù)操作信息。

上述的一種用于生成人體骨科植入物導(dǎo)向器的描述信息的方法，其中，所述待手術(shù)部位包括脊柱系統(tǒng)，所述待手術(shù)部位的相鄰人體組織為與人體骨組織相鄰的包括軟組織在內(nèi)的其他人體組織，所述人體骨科植入物包括脊柱椎弓根螺釘。

上述的一種用于生成人體骨科植入物導(dǎo)向器的描述信息的方法，其中，所述步驟S3還包括基于所述第三三維立體模型確定椎弓根螺釘導(dǎo)向器的位置，使椎弓根螺釘?shù)妮S線與椎弓根的中心軸軸線重合。

本發(fā)明提供的一種用于生成人體骨科植入物導(dǎo)向器的描述信息的方法，基于不同的醫(yī)學(xué)影像掃描手段得到的原始DICOME圖像數(shù)據(jù)建立的三維立體模型之間的匹配重合獲得人體骨科植入物導(dǎo)向器的掃描信息的方法，基于該方法得到的人體骨科植入物導(dǎo)向器使置入植入物的精度大大提高，并且有效的避開了與待手術(shù)骨組織相鄰的重要軟組織，提高了人體的舒適度，可適用于人體任意部位，可個(gè)性化定制化設(shè)計(jì)人體植入物導(dǎo)向器，有效避免人為誤差。

具體實(shí)施方式

下面對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

人體骨骼由206塊骨頭組成，約占體重的1/5，由上而下是顱骨、上肢骨、軀干、下肢骨等。其中顱骨屬神經(jīng)外科范疇，對應(yīng)的骨科分為三大類：創(chuàng)傷系統(tǒng)、脊柱系統(tǒng)、關(guān)節(jié)系統(tǒng)。

實(shí)施例

當(dāng)待手術(shù)部位為脊柱系統(tǒng)，人體骨科植入物包括脊柱椎弓根螺釘時(shí)，一種用于生成人體骨科植入物導(dǎo)向器的描述信息的方法，包括如下步驟：

S1，獲取關(guān)于待手術(shù)部位及與其相鄰人體組織的醫(yī)學(xué)影像掃描數(shù)據(jù)；所述待手術(shù)部位的相鄰人體組織為與人體骨組織相鄰的包括軟組織在內(nèi)的其他人體組織。所述醫(yī)學(xué)影像掃描數(shù)據(jù)包括通過X射線對待手術(shù)部位及與其相鄰人體組織進(jìn)行斷層掃描得到的數(shù)據(jù)和/或通過核磁共振對待手術(shù)部位及與其相鄰人體組織進(jìn)行斷層掃描得到的數(shù)據(jù)和/或通過其他醫(yī)學(xué)影像三維掃描方式對待手術(shù)部位及與其相鄰人體組織進(jìn)行斷層掃描得到的數(shù)據(jù)中的一種或者多種。

所述醫(yī)學(xué)影像掃描數(shù)據(jù)為未經(jīng)過任何強(qiáng)化顯影的原始DICOME圖像數(shù)據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中，如使用X射線以及磁共振計(jì)算機(jī)斷層掃描數(shù)據(jù)，往往在設(shè)備輸出數(shù)據(jù)的過程中，已經(jīng)自動根據(jù)提出需求的臨床科室的日常需求進(jìn)行了優(yōu)化，比如整形外科和骨科等就會對骨骼進(jìn)行強(qiáng)化顯影然后輸出數(shù)據(jù)，腫瘤科和外科等往往對軟組織進(jìn)行強(qiáng)化顯影然后輸出數(shù)據(jù)。而未經(jīng)過任何強(qiáng)化顯影的原始DICOME圖像數(shù)據(jù)不會相對忽略骨骼或者血管的任意人體組織信息。

在一實(shí)施例中，繼步驟S1之后進(jìn)行如下步驟：

S21，將步驟S1中獲取的各種醫(yī)學(xué)影像掃描數(shù)據(jù)分別建立所述待手術(shù)部位及與其相鄰人體組織的第一三維立體模型；

S22，從不同的所述第一三維立體模型任意選取一個(gè)三維立體模型，對其表面利用三角面片重構(gòu)，得到第三三維立體模型；

在另一實(shí)施例中，繼步驟S1之后進(jìn)行如下步驟：

S21，將步驟S1中獲取的各種醫(yī)學(xué)影像掃描數(shù)據(jù)分別建立所述待手術(shù)部位及與其相鄰人體組織的第一三維立體模型；

S22，分別對不同的第一三維立體模型的表面利用三角面片重構(gòu)，得到第二三維立體模型；

S23，將不同的所述第二三維立體模型匹配重合，得到帶手術(shù)部分及與其相鄰人體組織的第三三維立體模型。

步驟S22中的匹配重合包括如下步驟：

S221，在不同的所述第二三維立體模型中任意選取N個(gè)第二三維立體模型，對應(yīng)獲取每個(gè)第二三維立體模型的外輪廓線以及特征點(diǎn)的位置；

S222，將N個(gè)所述第二三維立體模型分別對應(yīng)的外輪廓線以及特征點(diǎn)兩兩對應(yīng)，調(diào)整并確定待手術(shù)部位及與其相鄰人體組織的第三三維立體模型。

基于上述兩個(gè)不同的實(shí)施例處理后，進(jìn)行如下步驟：

S3，基于所述第三三維立體模型，結(jié)合患者個(gè)體信息以及所述待手術(shù)部位的手術(shù)相關(guān)信息，生成所述待手術(shù)部位對應(yīng)的人體骨科植入物導(dǎo)向器的描述信息?；谒龅谌S立體模型確定椎弓根螺釘導(dǎo)向器的位置，使椎弓根螺釘?shù)妮S線與椎弓根的中心軸軸線重合，椎弓根的中心軸的后方延長線就是手術(shù)的最佳通路，該延長線在骨表面的投影就是人體骨科植入物導(dǎo)向器的唯一擺放位置。其中，所述手術(shù)相關(guān)信息包括以下至少任一項(xiàng)：所述待手術(shù)部位的手術(shù)入路切口信息、所述待手術(shù)部位的組織結(jié)構(gòu)信息、所述待手術(shù)部位的手術(shù)操作信息。手術(shù)入路切口信息的考慮比如采用常規(guī)手術(shù)入路和切口，導(dǎo)向器可以做大些，同時(shí)無需考慮導(dǎo)向器本身如何把持的問題，但如果是小切口或微創(chuàng)，則導(dǎo)向器會呈細(xì)長條狀。人體骨科植入物導(dǎo)向器的握手設(shè)計(jì)時(shí)也需要注意，如果醫(yī)生是左撇子時(shí)，就要考慮右手把持握手，將握手設(shè)計(jì)成便于右手把持的特定形狀。待手術(shù)部位的手術(shù)操作信息包括如骨表面的處理：咬掉骨贅，清除骨膜，清除異形骨組織等。

由于第三三維立體模型已經(jīng)包括了皮膚和皮下軟組織以及整個(gè)手術(shù)入路途徑中的全部組織結(jié)構(gòu)，故此在設(shè)計(jì)人體骨科植入物導(dǎo)向器特別是椎弓根螺釘導(dǎo)向器時(shí)可以通盤考慮：手術(shù)入路切口的大小、位置、方向、多個(gè)分離的相關(guān)切口等等手術(shù)信息，組織結(jié)構(gòu)、手術(shù)工具和人體骨科植入物及與其配套的導(dǎo)向器的遮擋和避讓，有效避開重要血管神經(jīng)或其他重要組織結(jié)構(gòu)；人體骨科植入物導(dǎo)向器的擺放位置的唯一性和相應(yīng)接受部位的人體組織的準(zhǔn)備工作的細(xì)節(jié)等等，由于人體骨科植入物及與其配套的導(dǎo)向器和人體組織是三維立體匹配，故此擺放位置唯一，同時(shí)由于設(shè)計(jì)中已經(jīng)參考了軟組織的實(shí)際情況，故此手術(shù)準(zhǔn)備工作難度有效降低，工作量有效下降，手術(shù)時(shí)間可明顯縮短；人體骨科植入物及與其配套的導(dǎo)向器的大小、外形、方向、角度、范圍和為了目標(biāo)采用多個(gè)分離操作的細(xì)節(jié)等等，人體骨科植入物及與其配套的導(dǎo)向器的精度比傳統(tǒng)產(chǎn)品明顯提高，并可保證多個(gè)人體植入物可以相互有效精確配合完成同一手術(shù)目標(biāo)。

使用本發(fā)明方法獲得椎弓根螺釘導(dǎo)向器的過程中，用CHAOS軟件讀取和轉(zhuǎn)換的過程中將重要軟組織準(zhǔn)確分辨出來，然后在設(shè)計(jì)導(dǎo)向器時(shí)直接避開這些重要組織，比如把手術(shù)通路略偏開一些，比如把導(dǎo)向器設(shè)計(jì)得更細(xì)一些，比如把導(dǎo)向器設(shè)計(jì)出一個(gè)專門的弧度，比如將一個(gè)大的導(dǎo)向器改為兩個(gè)小的導(dǎo)向器等等。綜合考慮了手術(shù)入路，皮膚切口，軟組織實(shí)際情況，椎體的實(shí)際情況，椎體表面軟組織的實(shí)際情況，椎體內(nèi)部的實(shí)際情況，置釘位置，置釘角度，置釘避讓的軟組織和血管神經(jīng)，置釘深度，置釘必須使用其他常規(guī)手術(shù)工具的相互遮擋避讓等等。通過X射線等各種醫(yī)學(xué)影像掃描途徑正確采集計(jì)算機(jī)斷層掃描數(shù)據(jù)；使用計(jì)算機(jī)斷層掃描數(shù)據(jù)建立三維數(shù)字模型；根據(jù)患者實(shí)際情況設(shè)計(jì)手術(shù)方案并仔細(xì)規(guī)劃椎弓根螺釘?shù)氖中g(shù)細(xì)節(jié)；根據(jù)計(jì)劃的椎弓根螺釘手術(shù)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)導(dǎo)向器；對設(shè)計(jì)好的椎弓根螺釘導(dǎo)向器進(jìn)行3D打印，從而進(jìn)一步進(jìn)行術(shù)前比對和手術(shù)預(yù)演。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。