CN111462912A - 脊柱骨断裂模拟手术方法和3d投影***及方法 - Google Patents

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盛选禹
陈军伟
孔文文
陈贺
邵荣
曹洪玮
郝梦琳
杨保
柳文杰
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Tianjin Institute of Advanced Equipment of Tsinghua University
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Abstract

本发明创造提供了脊柱骨断裂模拟手术方法和3D投影***及方法，包括图像采集、图像分析、三维重建、模拟手术、投影模型。通过照CT获得脊柱骨图像；对脊柱骨进行分析，提取脊柱骨的三维参数；通过软件进行脊柱骨三维建模；在三维模型重建的基础上，通过软件模拟手术，提前找到并确认最佳脊柱骨修复位置和角度，并做标记；3D投影***可以将三维模型与目标完全对应；通过对照可以对目标物进行修改。本发明创造所述的脊柱骨断裂模拟手术方法和3D投影***及方法是在三维模型重建的基础上，投影模型，模拟手术，提前找到并确认最佳脊柱骨修复位置和角度，可以应用于脊柱骨断裂修复领域，提高手术的成功率。

Description

脊柱骨断裂模拟手术方法和3D投影***及方法
技术领域
本发明创造属于医疗技术领域，尤其是涉及脊柱骨断裂模拟手术方法和3D投影***及方法。
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。由于各个椎体的解剖形态不同及个体的差异和畸形，目前，针对脊柱骨断裂的手术，通常是在脊柱骨断裂处注射骨水泥，来修复骨断裂。注入骨水泥前需要在骨断裂位置扎入针管。而把针管准确的扎到骨断裂位置是此类手术的关键步骤。
目前的骨裂手术，针管扎准位置，平均需要5次到20次不等，每扎完一次针管，就需要做一次CT，来观察针管是否扎入骨断裂处，这样就会反复做CT，而在做CT过程中，病人和医生都会反复受到辐射，增加病人和医生受到的辐射剂量。对人非常不利。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在克服上述现有技术中存在的缺陷，提出脊柱骨断裂模拟手术方法和3D投影***及方法。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
脊柱骨断裂模拟手术方法，包括如下步骤：
S1.图像采集：通过X光照射，CT采集图像，获得脊柱骨图片；
S2.图像分析：把脊柱骨图片导入到图像分析软件，获得脊柱骨的三维参数，即模型节点坐标；
S3.三维重建：将脊柱骨的三维参数导入三维重建软件，通过坐标和曲线拟合，得到脊柱骨三维模型；
S4.模拟手术：通过软件对脊柱骨三维模型进行模拟手术，找到并确认最佳脊柱骨修复位置和角度。
进一步的，所述步骤S1中图像采集采用CT扫描仪；所述脊柱骨图片包含若干角度的若干图片。
进一步的，所述步骤S3中建立脊柱骨三维模型的具体步骤如下：
S301.根据模型节点坐标得到初步的脊柱骨三维模型；
S302.将步骤S301中的脊柱骨三维模型与脊柱骨图片比对；
S303.根据步骤S302中的比对结果对初步的脊柱骨三维模型进行修正，最后得到脊柱骨三维模型。
进一步的，所述步骤S3中生成的三维模型与实际的脊柱骨大小对应。
进一步的，所述步骤S4中找到脊柱骨修复的最佳位置和角度后进行标记。
进一步的，标记后的脊柱骨三维模型可以投影至病人身体，用于辅助确定下针管的位置。
一种3D投影***，包括图像分析模块、三维重建模块、投影模块；所述图像分析模块连接三维重建模块，三维重建模块连接投影模块；所述图像分析模块用于分析处理二维图片信息，并获取三维参数；所述三维重建模块用于构建三维模型；所述三维投影模块包括若干投影机；所述投影机沿圆周分布，镜头朝向圆心下方。
一种基于权利要求5所述的一种3D投影***的投影方法，包括如下步骤：
A1.图像输入：将目标图片输入***；
A2.三维重建：***根据输入的图片信息，得到目标的三维模型；
A3.投影模型：投影仪将三维模型投影到目标体上；
A4.目标定位：调整三维模型的位置和大小直至三维模型与目标体完全对应。
相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：
基于三维重建和投影技术，在手术前对其进行模拟手术。通过对病人的脊柱骨三维模型进行分析，找到最佳修复位置和角度。避免多次CT照射，减少病人和医生的辐射剂量，提高手术成功率。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造实施例所述的基于3D投影***及方法的脊柱骨断裂修复方法示意图；
图2为本发明创造实施例所述的目前脊柱骨修复手术方法示意图；
图3为本发明创造实施例所述的脊柱图像示意图；
图4为本发明创造实施例所述的目前脊柱骨修复所用的分区铁框示意图；
图5为本发明创造实施例所述的目前脊柱骨修复手术CT拍的带铁框分区的脊柱骨图；
图6为本发明创造实施例所述的目前脊柱骨修复手术所拍的扎针管的脊柱骨图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
脊柱骨断裂模拟手术方法，包括如下步骤：
S1.图像采集：通过X光照射，CT采集图像，获得脊柱骨图片；
S2.图像分析：把脊柱骨图片导入到图像分析软件，获得脊柱骨的三维参数，即模型节点坐标；
S3.三维重建：将脊柱骨的三维参数导入三维重建软件，通过坐标和曲线拟合，得到脊柱骨三维模型；
S4.模拟手术：通过软件对脊柱骨三维模型进行模拟手术，找到并确认最佳脊柱骨修复位置和角度。
所述步骤S1中图像采集采用CT扫描仪；所述脊柱骨图片包含若干角度的若干图片。
所述步骤S3中建立脊柱骨三维模型的具体步骤如下：
S301.根据模型节点坐标得到初步的脊柱骨三维模型；
S302.将步骤S301中的脊柱骨三维模型与脊柱骨图片比对；
S303.根据步骤S302中的比对结果对初步的脊柱骨三维模型进行修正，最后得到脊柱骨三维模型。
所述步骤S3中生成的三维模型与实际的脊柱骨大小对应。
所述步骤S4中找到脊柱骨修复的最佳位置和角度后进行标记。
标记后的脊柱骨三维模型可以投影至病人身体，用于辅助确定下针管的位置。
一种3D投影***，包括图像分析模块、三维重建模块、投影模块；所述图像分析模块连接三维重建模块，三维重建模块连接投影模块；所述图像分析模块用于分析处理二维图片信息，并获取三维参数；所述三维重建模块用于构建三维模型；所述三维投影模块包括若干投影机；所述投影机沿圆周分布，镜头朝向圆心下方。
一种基于权利要求5所述的一种3D投影***的投影方法，包括如下步骤：
A1.图像输入：将目标图片输入***；
A2.三维重建：***根据输入的图片信息，得到目标的三维模型；
A3.投影模型：投影仪将三维模型投影到目标体上；
A4.目标定位：调整三维模型的位置和大小直至三维模型与目标体完全对应。
如附图1所示，一种基于脊柱骨断裂模拟手术方法和3D投影***及方法的辅助修复脊柱骨断裂的方法，包括图像采集、图像分析、三维重建、模拟手术、投影模型，辅助治疗应用6部分。
图像采集：通过X光照射，CT采集图像，获得几张脊柱骨的图片，如图3所示；
图像分析：把脊柱骨图片导入到图像分析软件，获得脊柱骨的三维参数，即模型节点坐标。
三维重建：将脊柱骨的三维参数导入三维重建软件，通过坐标和曲线拟合，得到脊柱骨三维模型；通过和脊柱骨图片比对，对初步的三维模型进行修正，最后得到脊柱骨三维模型。
模拟手术：在三维模型重建的基础上，通过软件模拟手术，提前找到并确认最佳脊柱骨修复位置和角度，并做标记。
投影模型：通过3D投影仪将重建的三维模型投影到病人身上，即三维模型与其病人的脊柱骨位置完全对应。
辅助治疗应用：医生根据投影到病人身上的带标记的脊柱骨对病人进行手术操作。减少扎针管次数，提高手术的成功率。医生通过铁框来对脊柱骨区域分区，提高扎针管成功率；拍摄脊柱骨图片时，同时拍摄带铁框的图片，有助于辅助建模。
如附图2所示，目前的骨裂手术，针管扎准位置，平均需要5次到20次不等，每扎完一次针管，就需要做一次CT，来观察针管是否扎入骨断裂处，这样就会反复做CT，而在做CT过程中，病人和医生都会反复受到辐射，增加病人和医生受到的辐射剂量。
现有技术一般采用如图4所示的分区铁框对脊柱骨进行分区定位，定位精度较差；如图5所示为带铁框的CT图，如图6所示为扎针管的CT图，不能准确定位。
用于辅助修复脊柱骨断裂的3D投影***，不同于单纯的CT三维重建技术，而是在三维模型重建的基础上，投影模型，模拟手术，提前找到并确认最佳脊柱骨修复位置和角度。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.脊柱骨断裂模拟手术方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.图像采集：通过X光照射，CT采集图像，获得脊柱骨图片；
S2.图像分析：把脊柱骨图片导入到图像分析软件，获得脊柱骨的三维参数，即模型节点坐标；
S3.三维重建：将脊柱骨的三维参数导入三维重建软件，通过坐标和曲线拟合，得到脊柱骨三维模型；
S4.模拟手术：通过软件对脊柱骨三维模型进行模拟手术，找到并确认最佳脊柱骨修复位置和角度。
2.根据权利要求1所述的脊柱骨断裂模拟手术方法，其特征在于：所述步骤S1中图像采集采用CT扫描仪；所述脊柱骨图片包含若干角度的若干图片。
3.根据权利要求1所述的脊柱骨断裂模拟手术方法，其特征在于：所述步骤S3中建立脊柱骨三维模型的具体步骤如下：
S301.根据模型节点坐标得到初步的脊柱骨三维模型；
S302.将步骤S301中的脊柱骨三维模型与脊柱骨图片比对；
S303.根据步骤S302中的比对结果对初步的脊柱骨三维模型进行修正，最后得到脊柱骨三维模型。
4.根据权利要求3所述的脊柱骨断裂模拟手术方法，其特征在于：所述步骤S3中生成的三维模型与实际的脊柱骨大小对应。
5.根据权利要求4所述的脊柱骨断裂模拟手术方法，其特征在于：所述步骤S4中找到脊柱骨修复的最佳位置和角度后进行标记。
6.根据权利要求5所述的脊柱骨断裂模拟手术方法，其特征在于：标记后的脊柱骨三维模型可以投影至病人身体，用于辅助确定下针管的位置。
7.一种3D投影***，其特征在于：包括图像分析模块、三维重建模块、投影模块；所述图像分析模块连接三维重建模块，三维重建模块连接投影模块；所述图像分析模块用于分析处理二维图片信息，并获取三维参数；所述三维重建模块用于构建三维模型；所述三维投影模块包括若干投影机；所述投影机沿圆周分布，镜头朝向圆心下方。
8.一种基于权利要求7所述的一种3D投影***的投影方法，其特征在于：包括如下步骤：
A1.图像输入：将目标图片输入***；
A2.三维重建：***根据输入的图片信息，得到目标的三维模型；
A3.投影模型：投影仪将三维模型投影到目标体上；
A4.目标定位：调整三维模型的位置和大小直至三维模型与目标体完全对应。
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