CN112419475B - 植入螺钉的椎骨与螺钉的位置关系的展示方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了植入螺钉的椎骨与螺钉间位置关系的展示方法及装置，其中，方法包括：依据预设的术前椎骨文件和包含已植入螺钉的术后椎骨文件，重建术前椎骨三维模型、术后椎骨三维模型，以及螺钉三维模型；在同一坐标系下，螺钉三维模型与术后椎骨中植入的螺钉重合，以术前椎骨三维模型为参考，确定术后椎骨三维模型与术前椎骨三维模型配准的配准参数；按照配准参数，对螺钉三维模型进行移动；显示移动后的螺钉三维模型与术前椎骨三维模型。本申请通过移动后的螺钉三维模型与术前椎骨三维模型间的位置关系，实现对螺钉植入椎骨的效果评价，并且，由于三维模型不存在现有技术中CT图像中螺钉成像不清楚的问题，因此，可以提高评价的准确性。

Description

植入螺钉的椎骨与螺钉的位置关系的展示方法及装置

技术领域

本申请涉及医学图像处理领域，尤其涉及是植入螺钉的椎骨与螺钉的位置关系的展示方法及装置。

背景技术

对于将螺钉植入椎骨的手术，例如，将椎弓根螺钉植入椎骨的手术。如果向椎骨中植入的螺钉穿透了椎骨表面，则会引起不良后果，因此，术后观察螺钉的植入方位和螺钉的椎骨穿透率，对于评价术后效果、提高医生手术技能有重要意义。

目前，一般通过计算机断层扫描(CT)出的二维图像展示植入螺钉的椎骨与所植入的螺钉的位置关系，通过观察CT图像来评价手术效果。

但是，由于螺钉的材质原因，使得螺钉在CT图像上的成像效果较差，使得CT图像不能清除的展示植入螺钉的椎骨与所植入的螺钉的位置关系，进而使得手术效果评价的准确性低。

发明内容

本申请提供了植入螺钉的椎骨与螺钉的位置关系的展示方法及装置，目的在于解决手术效果评价的准确性低的问题。

为了实现上述目的，本申请提供了以下技术方案：

本申请提供了一种植入螺钉的椎骨与螺钉间位置关系的展示方法，包括：

依据预设的术前椎骨文件和包含已植入螺钉的术后椎骨文件，重建术前椎骨三维模型、术后椎骨三维模型，以及螺钉三维模型；在同一坐标系下，所述螺钉三维模型与术后椎骨中植入的螺钉重合；

以所述术前椎骨三维模型为参考，确定所述术后椎骨三维模型与所述术前椎骨三维模型配准的配准参数；

按照所述配准参数，对所述螺钉三维模型进行移动；

显示所述移动后的螺钉三维模型与所述术前椎骨三维模型。

可选的，所述以所述术前椎骨三维模型为参考，确定所述术后椎骨三维模型与所述术前椎骨三维模型配准的配准参数，包括：

固定所述术前椎骨三维模型，确定所述术后椎骨三维模型与所述术前椎骨三维模型间的粗配准参数；

固定所述术前椎骨三维模型，确定粗配准术后椎骨三维模型与术前椎骨三维模型之间的精配准参数，所述粗配准参数和所述精配准参数构成所述配准参数；所述粗配准术后椎骨三维模型通过按照所述粗配准参数对所述术后椎骨三维模型进行移动得到；

所述按照所述配准参数，对所述螺钉三维模型进行移动，包括：

依据所述粗配准参数，移动所述螺钉三维模型，得到粗配准后的螺钉三维模型；

依据所述精配准参数，对所述粗配准后的螺钉三维模型进行移动。

可选的，所述固定所述术前椎骨三维模型，确定所述术后椎骨三维模型与所述术前椎骨三维模型间的粗配准参数，包括：

分别确定所述术前椎骨三维模型的上下表面的中心点，以及分别确定所述术后椎骨三维模型的上下表面的中心点；

将所述术前椎骨三维模型的下表面中心点为起点，上表面中心点为终点构成的向量，作为术前主向量；将所述术后椎骨三维模型的下表面中心点为起点，上表面中心点为终点构成的向量，作为术后主向量；

固定所述术前椎骨三维模型，确定第一平移旋转矩阵；按照所述第一平移旋转矩阵移动所述术后椎骨三维模型，移动后的术后椎骨三维模型与所述术前椎骨三维模型之间满足术后主向量的起点与所述术前主向量的起点重合，并且，所述术后主向量的方向与所述术前主向量的方向相同；

通过将第一术后椎骨三维模型，围绕所述术后主向量按照沿预设旋转方向多次旋转，确定目标旋转角度；所述第一术后椎骨三维模型为按照所述第一平移旋转矩阵移动后得到的术后椎骨三维模型；所述第一术后椎骨三维模型旋转所述目标旋转角度时，所述第一术后椎骨三维模型的待配准区域与所述术前椎骨三维模型的待配准区域的预设配准误差函数的取值最小；

所述第一平移旋转矩阵与所述目标旋转角度构成所述粗配准参数。

可选的，所述术后椎骨三维模型的待配准区域与所述术前椎骨三维模型的待配准区域的确定方式，包括：

将所述术后椎骨三维模型和所述术前椎骨三维模型分别作为目标椎骨三维模型，执行以下流程：

确定所述目标椎骨三维模型中椎骨棘突到下关节突部分的网格点，得到所述目标椎骨三维模型的棘突标记区域；

将所述目标椎骨三维模型的上表面和下表面分别作为第一表面，执行目标流程，得到所述目标椎骨三维模型上下表面的边缘标记区域；所述目标流程包括：确定目标椎骨三维模型的第一表面边缘上的两个标记点，得到第一标记点和第二标记点；计算所述第一表面上，从所述第一标记点到所述第二标记点沿顺时针方向的最短路径，以及沿逆时针方向的最短路径；将沿顺时针方向的最短路径与沿逆时针方向的最短路径取并集，得到环绕所述第一表面边缘的最短路径，得到第一表面的边缘线；通过确定所述第一表面的边缘线上各点的最近点集合，并对点集合取并集，得到所述第一表面的边缘标记区域；

将所述目标椎骨三维模型的棘突标记区域与上下表面的边缘标记区域合并，所述目标椎骨三维模型的待配准区域。

可选的，所述术后椎骨三维模型的待配准区域与所述术前椎骨三维模型的待配准区域的确定方式，包括：

将所述术后椎骨三维模型和所述术前椎骨三维模型分别作为目标椎骨三维模型，执行以下流程：

将所述目标椎骨三维模型的上棘突到下关节突部分的区域，作为所述目标椎骨三维模型的棘突标记区域；

将所述目标椎骨三维模型的上表面和下表面分别作为第二表面，将所述目标椎骨三维模型的第二表面，作为所述第二表面的标记区域，得到所述目标椎骨三维模型上下表面的边缘标记区域；

将所述目标椎骨三维模型的棘突标记区域和上下表面的标记区域合并，得到所述目标椎骨三维模型的待配准区域。

本申请还提供了一种植入螺钉的椎骨与螺钉间位置关系的展示装置，包括：

重建模块，用于依据预设的术前椎骨文件和包含已植入螺钉的术后椎骨文件，重建术前椎骨三维模型、术后椎骨三维模型，以及螺钉三维模型；在同一坐标系下，所述螺钉三维模型与术后椎骨中植入的螺钉重合；

第一确定模块，用于以所述术前椎骨三维模型为参考，确定所述术后椎骨三维模型与所述术前椎骨三维模型配准的配准参数；

移动模块，用于按照所述配准参数，对所述螺钉三维模型进行移动；

显示模块，用于显示所述移动后的螺钉三维模型与所述术前椎骨三维模型。

可选的，所述第一确定模块，用于以所述术前椎骨三维模型为参考，确定所述术后椎骨三维模型与所述术前椎骨三维模型配准的配准参数，包括：

所述第一确定模块，具体用于固定所述术前椎骨三维模型，确定所述术后椎骨三维模型与所述术前椎骨三维模型间的粗配准参数；固定所述术前椎骨三维模型，确定粗配准术后椎骨三维模型与术前椎骨三维模型之间的精配准参数，所述粗配准参数和所述精配准参数构成所述配准参数；所述粗配准术后椎骨三维模型通过按照所述粗配准参数对所述术后椎骨三维模型进行移动得到；

所述移动模块，用于所述按照所述配准参数，对所述螺钉三维模型进行移动，包括：

所述移动模块，具体用于依据所述粗配准参数，移动所述螺钉三维模型，得到粗配准后的螺钉三维模型；依据所述精配准参数，对所述粗配准后的螺钉三维模型进行移动。

可选的，所述第一确定模块，用于固定所述术前椎骨三维模型，确定所述术后椎骨三维模型与所述术前椎骨三维模型间的粗配准参数，包括：

所述第一确定模块，具体用于分别确定所述术前椎骨三维模型的上下表面的中心点，以及分别确定所述术后椎骨三维模型的上下表面的中心点；

将所述术前椎骨三维模型的下表面中心点为起点，上表面中心点为终点构成的向量，作为术前主向量；将所述术后椎骨三维模型的下表面中心点为起点，上表面中心点为终点构成的向量，作为术后主向量；

固定所述术前椎骨三维模型，确定第一平移旋转矩阵；按照所述第一平移旋转矩阵移动所述术后椎骨三维模型，移动后的术后椎骨三维模型与所述术前椎骨三维模型之间满足术后主向量的起点与所述术前主向量的起点重合，并且，所述术后主向量的方向与所述术前主向量的方向相同；

通过将第一术后椎骨三维模型，围绕所述术后主向量按照沿预设旋转方向多次旋转，确定目标旋转角度；所述第一术后椎骨三维模型为按照所述第一平移旋转矩阵移动后得到的术后椎骨三维模型；所述第一术后椎骨三维模型旋转所述目标旋转角度时，所述第一术后椎骨三维模型的待配准区域与所述术前椎骨三维模型的待配准区域的预设配准误差函数的取值最小；

所述第一平移旋转矩阵与所述目标旋转角度构成所述粗配准参数。

可选的，所述装置还包括：第二确定模块，用于确定所述术后椎骨三维模型的待配准区域与所述术前椎骨三维模型的待配准区域；

第二确定模块，用于确定所述术后椎骨三维模型的待配准区域与所述术前椎骨三维模型的待配准区域，包括：

所述第二确定模块，具体用于将所述术后椎骨三维模型和所述术前椎骨三维模型分别作为目标椎骨三维模型，执行以下流程：

确定所述目标椎骨三维模型中椎骨棘突到下关节突部分的网格点，得到所述目标椎骨三维模型的棘突标记区域；

将所述目标椎骨三维模型的上表面和下表面分别作为第一表面，执行目标流程，得到所述目标椎骨三维模型上下表面的边缘标记区域；所述目标流程包括：确定目标椎骨三维模型的第一表面边缘上的两个标记点，得到第一标记点和第二标记点；计算所述第一表面上，从所述第一标记点到所述第二标记点沿顺时针方向的最短路径，以及沿逆时针方向的最短路径；将沿顺时针方向的最短路径与沿逆时针方向的最短路径取并集，得到环绕所述第一表面边缘的最短路径，得到第一表面的边缘线；通过确定所述第一表面的边缘线上各点的最近点集合，并对点集合取并集，得到所述第一表面的边缘标记区域；

将所述目标椎骨三维模型的棘突标记区域与上下表面的边缘标记区域合并，所述目标椎骨三维模型的待配准区域。

可选的，所述装置还包括：第三确定模块，用于确定所述术后椎骨三维模型的待配准区域与所述术前椎骨三维模型的待配准区域；

第三确定模块，用于确定所述术后椎骨三维模型的待配准区域与所述术前椎骨三维模型的待配准区域，包括：

第三确定模块，具体用于将所述术后椎骨三维模型和所述术前椎骨三维模型分别作为目标椎骨三维模型，执行以下流程：

将所述目标椎骨三维模型的上棘突到下关节突部分的区域，作为所述目标椎骨三维模型的棘突标记区域；

将所述目标椎骨三维模型的上表面和下表面分别作为第二表面，将所述目标椎骨三维模型的第二表面，作为所述第二表面的标记区域，得到所述目标椎骨三维模型上下表面的边缘标记区域；

将所述目标椎骨三维模型的棘突标记区域和上下表面的标记区域合并，得到所述目标椎骨三维模型的待配准区域。

本申请所述的植入螺钉的椎骨与螺钉的位置关系的展示方法及装置，依据预设的术前椎骨文件和带有已植入螺钉的术后椎骨文件，重建术前椎骨三维模型、术后椎骨三维模型，以及螺钉三维模型；将术前椎骨三维模型作为参考，确定术后椎骨三维模型和术前椎骨三维模型在配准时的配准参数，即按照该配准参数，对术后椎骨三维模型进行移动，移动后的术后椎骨三维模型与术前椎骨三维模型的空间位置相同。如果按照配准参数对术后椎骨中植入的螺钉进行移动，那么，术后椎骨与被植入的螺钉之间的位置关系，就等同于移动后的植入螺钉与术前椎骨三维模型间的位置关系。

又由于在同一坐标系下，螺钉三维模型与术后椎骨中植入的螺钉重合，因此，螺钉三维模型就相当于术后椎骨中植入的螺钉，因此，移动后的植入螺钉，就相当于，按照配准参数对螺钉三维模型进行移动得到的移动后的螺钉三维模型。因此，本申请展示的移动后的螺钉三维模型与术前椎骨三维模型间的位置关系，实际就是，术后椎骨中植入的螺钉与术后椎骨之间的位置关系。

由于移动后的螺钉三维模型与术前椎骨三维模型都是三维模型，不存在现有技术中CT图像中螺钉成像不清楚的问题，因此，移动后的螺钉三维模型与术前椎骨三维模型间的位置关系可以被清楚地展示，因此，可以清楚的反映手术植入的螺钉与椎骨的植入方位和穿透率等，因此，采用本申请的方案可以提高对螺钉植入椎骨的效果评价的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种植入螺钉的椎骨与螺钉的位置关系的展示方法的流程图；

图2(a)为本申请实施例公开的术前椎骨的示例图；

图2(b)为本申请实施例公开的术后椎骨的示例图；

图2(c)为本申请实施例公开的植入术后椎骨的完整螺钉的示例图；

图3为本申请实施例公开的确定目标椎骨三维模型的待配准区域的过程示意图；

图4(a)为本申请实施例公开的目标椎骨的上下表面的两个标记点的示意图；

图4(b)为本申请实施例公开的目标椎骨的上下表面边缘线的示意图；

图4(c)为本申请实施例公开的目标椎骨的上下表面边缘标记区域和棘突标记区域的示意图；

图5为本申请实施例公开的又一种目标椎骨三维模型的待配准区域的确定过程示意图；

图6为本申请实施例公开的目标椎骨三维模型的上下表面的标记区域的示意图；

图7为本申请实施例公开的确定术后椎骨三维模型与术前椎骨三维模型配准的配准参数的过程示意图；

图8为本申请实施例公开的椎骨的上下表面中心点的示意图；

图9为本申请实施例公开的一种植入螺钉的椎骨与螺钉的位置关系的展示装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为本申请实施例提供的一种植入螺钉的椎骨与螺钉的位置关系的展示方法，包括以下步骤：

S101、依据预设的术前椎骨文件和包含已植入螺钉的术后椎骨文件，重建术前椎骨三维模型、术后椎骨三维模型，以及已植入术后椎骨的螺钉三维模型。

在本实施例中，术前椎骨指待植入螺钉的椎骨。术后椎骨指植入螺钉后的椎骨，但是，术后椎骨指椎骨，不包括被植入的螺钉。

图2(a)展示的椎骨为本实施例中的术前椎骨的示例，图2(b)展示的的椎骨为本实施例中的术后椎骨的示例，图2(c)展示的是植入术后椎骨的完整螺钉的示例。

在本步骤中，可以在医学影像处理软件中导入术前椎骨的Dicom文件和包含已植入螺钉的术后椎骨Dicom文件，其中，包含已植入螺钉的术后椎骨文件，指将螺钉植入椎骨后，植入的螺钉与椎骨为一体的文件。提取并重建术前椎骨的三维模型，术后椎骨的三维模型，以及植入术后椎骨的螺钉三维模型。其中，提取和重建的具体实现方式为现有技术，这里不再赘述。

需要说明的是，在本实施例中，在同一坐标系下，重建得到的螺钉三维模型与术后椎骨中植入的螺钉是重合的。

S102、以术前椎骨三维模型为参考，确定术后椎骨三维模型与术前椎骨三维模型配准的配准参数。

在本步骤中，以术前椎骨三维模型为参考，即在确定配准参数的过程中，术前椎骨的三维模型的位置固定不动，移动术后椎骨三维模型，确定出使得术后椎骨三维模型与术前椎骨三维模型达到配准的配准参数。

S103、按照配准参数，对螺钉三维模型进行移动。

在本步骤中，按照确定得到的配准参数，对螺钉三维模型移动。本步骤的具体实现方式为现有技术，这里不再赘述。

在本实施例中，确定术后椎骨三维模型和术前椎骨三维模型在配准时的配准参数，即按照该配准参数，对术后椎骨三维模型进行移动，移动后的术后椎骨三维模型与术前椎骨三维模型的空间位置相同。如果按照配准参数对术后椎骨中植入的螺钉进行移动，那么，术后椎骨与被植入的螺钉之间的位置关系，就等同于移动后的植入螺钉与术前椎骨三维模型间的位置关系。

又由于在同一坐标系下，螺钉三维模型与术后椎骨中植入的螺钉重合，因此，螺钉三维模型就相当于术后椎骨中植入的螺钉，因此，移动后的植入螺钉，就相当于，按照配准参数对螺钉三维模型进行移动得到的移动后的螺钉三维模型。因此，本申请展示的移动后的螺钉三维模型与术前椎骨三维模型间的位置关系，实际就是，术后椎骨中植入的螺钉与术后椎骨之间的位置关系。

由于移动后的螺钉三维模型与术前椎骨三维模型都是三维模型，不存在现有技术中CT图像中螺钉成像不清楚的问题，因此，移动后的螺钉三维模型与术前椎骨三维模型间的位置关系可以被清楚地展示，因此，可以清楚的反映手术植入的螺钉与椎骨的植入方位和穿透率等，因此，采用本申请的方案可以提高对螺钉植入椎骨的效果评价的准确性，具体的可以包括以下步骤：

在本申请中，确定术后椎骨三维模型与术前椎骨三维模型之间的配准参数，需要基于术后椎骨三维模型的待配准区域，以及术前椎骨三维模型的待配准区域。其中，对于术前椎骨三维模型和术后椎骨三维模型的待配准区域的确定方式相同，在本实施例中，将术前椎骨三维模型与术后椎骨三维模型，分别作为目标椎骨三维模型，执行图3所示的流程。

S301、将目标椎骨三维模型的上表面和下表面分别作为第一表面，执行目标流程，得到目标椎骨三维模型上下表面的边缘标记区域。

其中，目标流程可以包括以下步骤C1～步骤C5：

C1、确定目标椎骨三维模型的第一表面边缘上的两个标记点，得到第一标记点和第二标记点。

具体的，在本步骤中，可以在三维模型处理软件中打开目标椎骨三维模型分别手工选取目标椎骨三维模型的第一表面边缘的两点，分别记为第一标记点和第二标记点。其中，选取的第一标记点和第二标记点位于目标椎骨三维模型的第一表面近似圆形凸起的边缘表面，可选的，两个标记点的连线可以将第一表面分为面积近似相等的两部分。

本实施例中，由于对第一表面的操作，就是分别对目标椎骨三维模型的上表面操作和下表面操作，因此，在本步骤中，得到的第一表面的两个标记点，包括上表面的两个标记点和下表面的两个标记点。

为了直观展示目标椎骨的上表面的两个标记点和下表面的两个标记点，如图4(a)所示，其中，图4(a)的左侧图表示目标椎骨的下表面的两个标记点，右侧图表示目标椎骨的上表面的两个标记点。

C2、计算所述第一标记点和所述第二标记点分别在三维空间中的曲率。

在本步骤中，可以在数学计算软件中计算第一标记点和第二标记点中每个标记点在三维空间中的曲率，任意一个标记点的曲率可以记为k1、k2，将 k1、k2中绝对值最大的取值，作为该标记点的曲率k。

C3、计算所述第一表面上，从所述第一标记点到所述第二标记点沿顺时针方向的最短路径，以及沿逆时针方向的最短路径。

在本步骤中，可以在数学计算软件中用Dijkstra算法计算从所述第一标记点到所述第二标记点沿顺时针方向的最短路径，以及沿逆时针方向的最短路径。

在实际中，目标椎骨三维模型的模型网格上存在若干个由标记点1开始，到标记点2结束的共n个点，其中，点i与点i+1依次相连组成的点集，得到多个点集，其中，每个点集(1,2,3,……,i,i+1,……,n)记为一条路径。

其中，对于每个点集，点集中点i与点i+1间的距离为其所在三维空间中的欧氏距离，可以表示为l(i,i+1)，以点i、点i+1的曲率确定的放缩倍数，可以表示为r(i,i+1)，则全部点集指示的路径中的最短路径为

的取值最小的点集指示的路径。其中，越靠近目标椎骨三维模型的目标表面凸缘的点i与点i+1间的[l(i,i+1)*r(i,i+1)]越小。

C4、将沿顺时针方向的最短路径与沿逆时针方向的最短路径取并集，得到环绕所述第一表面边缘的最短路径，得到第一表面的边缘线。

本实施例中，由于对第一表面的操作，就是分别对目标椎骨三维模型的上表面操作和下表面操作，因此，依据第一表面的边缘线，可以得到上表面的边缘线和下表面的边缘线。

为了直观展示目标椎骨的上表面边缘线和下表面边缘线，如图4(b)所示，其中，图4(b)的左侧图表示目标椎骨的下表面边缘线，右侧图表示目标椎骨的上表面边缘线。

C5、通过确定所述第一表面的边缘线上各点的最近点集合取并集，得到所述第一表面的边缘标记区域。

在本步骤中，可以在数学计算软件中用寻找最近点算法(寻找三维空间中点i周围距离其最近的若干个点的算法)计算目标椎骨三维模型的第一表面边缘线上的每一点、在目标椎骨三维模型上，距离其最近的若干点。具体的，第一表面的最短路径p1和p2中总共有n个点，其中，点i的最近点集合表示为：nearpoint(i)，则对nearpoint(1)～nearpoint(n)取并集，记为目标椎骨三维模型第一上表面的边缘标记区域。

本实施例中，由于对第一表面的操作，就是分别对目标椎骨三维模型的上表面操作和下表面操作，因此，在本步骤中，得到的第一表面的边缘标记区域，包括上表面的边缘标记区域和下表面的边缘标记区域。

为了直观展示目标椎骨的上表面边缘标记区域和下表面边缘标记区域，如图4(c)所示，其中，图4(c)的左侧图展示了目标椎骨的下表面边缘标记区域和棘突标记区域，右侧图展示了目标椎骨的上表面边缘标记区域和棘突标记区域。

S302、确定所述目标椎骨三维模型中椎骨棘突到下关节突部分的网格点，得到所述目标椎骨三维模型的棘突标记区域。

在本步骤中，可以在三维模型处理软件中手工选取目标椎骨三维模型中椎骨棘突到下关节突部分网格点，记为棘突标记区域。其中，选取的网格点标准为：没有粘连区域、术前和术后选取的区域大小大致相同、选取的网格尽可能的光滑。

为了直观展示目标椎骨的上表面棘突标记区域和下表面棘突标记区域，如图4(c)所示，其中，图4(c)的左侧图展示了目标椎骨的下表面棘突标记区域，右侧图展示了目标椎骨的上表面棘突标记区域。

S303、将所述目标椎骨三维模型上下表面的边缘标记区域与棘突标记区域合并，所述目标椎骨三维模型的待配准区域。

在本申请中，确定术后椎骨三维模型与术前椎骨三维模型之间的配准参数，需要基于术后椎骨三维模型的待配准区域，以及术前椎骨三维模型的待配准区域。其中，对于术前椎骨三维模型和术后椎骨三维模型的待配准区域的确定方式相同。因此，本实施例可以将术后椎骨三维模型和术前椎骨三维模型分别作为目标椎骨三维模型，执行图5所示的流程，可以包括以下步骤：

S501、将所述目标椎骨三维模型的上表面和下表面分别作为第二表面，将所述目标椎骨三维模型的第二表面，作为所述第二表面的标记区域，得到所述目标椎骨三维模型上下表面的边缘标记区域。

在本步骤中，可以手工选取目标椎骨三维模型第二表面近似圆面部分的网格点，作为目标椎骨第二表面的标记区域。其中，选取区域的标准为：在俯视图和仰视图上，选取的网格点要大致覆盖整个近似圆面的所有区域，记为第二表面的标记区域。

本实施例中，由于对第二表面的操作，就是分别对目标椎骨三维模型的上表面操作和下表面操作，因此，通过本步骤，可以得到上表面的标记区域和下表面的标记区域。

为了直观展示目标椎骨的上表面标记区域和下表面标记区域，如图6所示，其中，图6的左侧图展示了目标椎骨的下表面的标记区域，右侧图展示了目标椎骨的上表面的标记区域。

S502、将所述目标椎骨三维模型的上棘突到下关节突部分的区域，作为所述目标椎骨三维模型的棘突标记区域。

在本步骤中，可以手工选取目标椎骨三维模型上棘突到下关节突部分网格点，得到棘突标记区域。其中，选取的网格点标准为：没有粘连区域、术前和术后选取的区域大小大致相同、选取的网格尽可能的光滑。

图6的左侧图展示了目标椎骨的下表面的棘突标记区域，右侧图展示了目标椎骨的上表面的棘突标记区域。

S503、将所述目标椎骨三维模型的上表面的标记区域、下表面的标记区域以及所述目标椎骨三维模型的棘突标记区域合并，得到所述目标椎骨三维模型的待配准区域。

图7为本申请实施例提供的一种确定术后椎骨三维模型与术前椎骨三维模型配准的配准参数，可以包括以下步骤：

S701、固定术前椎骨三维模型，确定术后椎骨三维模型与术前椎骨三维模型间的粗配准参数。

在本步骤中，固定术前椎骨三维模型，确定术后椎骨三维模型与术前椎骨三维模型间进行粗配准下的配准参数，为了描述方便，称为粗配准参数。

可选的，本步骤的具体实现可以包括以下步骤A1～步骤A5：

A1、分别确定术前椎骨三维模型的上下表面的中心点，以及分别确定术后椎骨三维模型的上下表面的中心点。

其中，以术前椎骨和术后椎骨中的一个椎骨为例，直观展示该椎骨的上表面中心点和下表面中心点。具体的，如图8所示，图8的左侧图展示了椎骨的上表面中心点，图8的右侧图展示了椎骨的下表面中心点。

可选的，在实际中，确定上下表面的中心点的实现方式可以包括两种：

第一种、将C3所得到的术前椎骨三维模型的上、下表面凸缘最短路径中心点，作为术前椎骨三维模型的上、下表面中心点。将术后椎骨三维模型的上、下表面凸缘最短路径中心点，作为术后椎骨三维模型的上、下表面中心点。

第二种、S501中目标椎骨三维模型第二表面标记区域的中心点，记为目标椎骨三维模型的第二表面的中心点。

A2、将术前椎骨三维模型的下表面中心点为起点，上表面中心点为终点构成的向量，作为术前主向量，将术后椎骨三维模型的下表面中心点为起点，上表面中心点为终点构成的向量，作为术后主向量。

本步骤的具体实现方式为现有技术，这里不再赘述。

A3、固定术前椎骨三维模型，确定第一平移旋转矩阵。

在本实施例中，如果按照第一平移旋转矩阵移动术后椎骨三维模型，移动后的术后椎骨三维模型与术前椎骨三维模型之间满足术后主向量的起点与术前主向量的起点重合，并且，术后主向量的方向与术前主向量的方向相同。

在本步骤中，确定第一平移旋转矩阵的具体实现方式为现有技术，这里不再赘述。

A4、通过将第一术后椎骨三维模型，围绕术后主向量按照沿预设旋转方向多次旋转，确定目标旋转角度。

在本步骤中，第一术后椎骨三维模型为将术后椎骨三维模型按照第一平移旋转矩阵移动后，得到的术后椎骨三维模型。

在本实施例中，如果第一术后椎骨三维模型旋转目标旋转角度时与术前椎骨三维模型间的预设配准误差函数的取值最小的。

具体的，在本步骤中，将第一术后椎骨三维模型，围绕术后主向量按照沿预设旋转方向旋转的过程，可以包括：在0°～360°的范围内、每步1°对第一术后椎骨三维模型沿术后主向量按顺或逆时针方向逐步旋转，每步旋转之后，计算对旋转后的第一术后椎骨三维模型与术前椎骨三维模型的预设配准误差函数的取值。其中，预设的配准误差函数的取值的大小，表征了当前旋转后的第一术后椎骨三维模型与术前椎骨三维模型之间的配准效果，其中，预设配准误差函数的取值越小，则表示配准效果越好。

其中，预设配准误差函数的取值的计算方式可以包括：对旋转后的第一术后椎骨三维模型的待配准区域的每个点i(i＝1,2,3,…,n)，用寻找最近点算法(三维空间中，寻找点距离点i最近的一点的算法)寻找距离其最近的、术前椎骨三维模型上的一点j，记录点i与点j之间的距离，记为L(i)。然后，计算

记为旋转后的第一术后椎骨三维模型与术前椎骨三维模型间的配准误差函数的取值。

在本步骤中，将配准误差函数取值最小情况下，第一术后椎骨三维模型总旋转次数对应的总旋转角度，作为目标旋转角度。

在本实施例中，第一平移旋转矩阵与目标旋转角度构成粗配准参数。

S702、固定所述术前椎骨三维模型，确定粗配准术后椎骨三维模型与术前椎骨三维模型之间的精配准参数，粗配准参数和精配准参数构成所述配准参数。

在本步骤中，粗配准术后椎骨三维模型通过按照所述粗配准参数对术后椎骨三维模型进行移动得到。

在本步骤中，固定术前椎骨三维模型，可以将术前椎骨三维模型的待配准区域内的所有点、术后椎骨三维模型的待配准区域的所有点作为输入，采用ICP算法(一种利用最近点迭代原理的配准算法)计算得到粗配准术后椎骨三维模型的精配准结果，记录下该ICP算法对粗配准术后椎骨三维模型坐标进行变换的平移旋转矩阵，得到精配准参数。

在本实施例中，粗配准参数和精配准参数构成配准参数。

在该情况下，S103按照所述配准参数，对螺钉三维模型进行移动的步骤具体可以包括以下步骤B1～步骤B2：

B1、依据粗配准参数，移动螺钉三维模型，得到粗配准后的螺钉三维模型。

本步骤的具体实现方式为现有技术，这里不再赘述。

B2、依据精配准参数，对粗配准后的螺钉三维模型进行移动。

本步骤的具体实现方式为现有技术，这里不再赘述。

图9为本申请实施例提供的一种植入螺钉的椎骨与螺钉间位置关系的展示装置，可以包括：重建模块901、第一确定模块902、移动模块903和显示模块904，其中，

重建模块901，用于依据预设的术前椎骨文件和包含已植入螺钉的术后椎骨文件，重建术前椎骨三维模型、术后椎骨三维模型，以及螺钉三维模型；在同一坐标系下，所述螺钉三维模型与术后椎骨中植入的螺钉重合；

第一确定模块902，用于以所述术前椎骨三维模型为参考，确定所述术后椎骨三维模型与所述术前椎骨三维模型配准的配准参数；

移动模块903，用于按照所述配准参数，对所述螺钉三维模型进行移动；

显示模块904，用于显示所述移动后的螺钉三维模型与所述术前椎骨三维模型。

可选的，所述第一确定模块902，用于以所述术前椎骨三维模型为参考，确定所述术后椎骨三维模型与所述术前椎骨三维模型配准的配准参数，包括：

所述第一确定模块902，具体用于固定所述术前椎骨三维模型，确定所述术后椎骨三维模型与所述术前椎骨三维模型间的粗配准参数；固定所述术前椎骨三维模型，确定粗配准术后椎骨三维模型与术前椎骨三维模型之间的精配准参数，所述粗配准参数和所述精配准参数构成所述配准参数；所述粗配准术后椎骨三维模型通过按照所述粗配准参数对所述术后椎骨三维模型进行移动得到；

所述移动模块903，用于所述按照所述配准参数，对所述螺钉三维模型进行移动，包括：

所述移动模块903，具体用于依据所述粗配准参数，移动所述螺钉三维模型，得到粗配准后的螺钉三维模型；依据所述精配准参数，对所述粗配准后的螺钉三维模型进行移动。

可选的，所述第一确定模块902，用于固定所述术前椎骨三维模型，确定所述术后椎骨三维模型与所述术前椎骨三维模型间的粗配准参数，包括：

所述第一确定模块902，具体用于分别确定所述术前椎骨三维模型的上下表面的中心点，以及分别确定所述术后椎骨三维模型的上下表面的中心点；

将所述术前椎骨三维模型的下表面中心点为起点，上表面中心点为终点构成的向量，作为术前主向量；将所述术后椎骨三维模型的下表面中心点为起点，上表面中心点为终点构成的向量，作为术后主向量；

固定所述术前椎骨三维模型，确定第一平移旋转矩阵；按照所述第一平移旋转矩阵移动所述术后椎骨三维模型，移动后的术后椎骨三维模型与所述术前椎骨三维模型之间满足术后主向量的起点与所述术前主向量的起点重合，并且，所述术后主向量的方向与所述术前主向量的方向相同；

通过将第一术后椎骨三维模型，围绕所述术后主向量按照沿预设旋转方向多次旋转，确定目标旋转角度；所述第一术后椎骨三维模型为按照所述第一平移旋转矩阵移动后得到的术后椎骨三维模型；所述第一术后椎骨三维模型旋转所述目标旋转角度时，所述第一术后椎骨三维模型的待配准区域与所述术前椎骨三维模型的待配准区域的预设配准误差函数的取值最小；

所述第一平移旋转矩阵与所述目标旋转角度构成所述粗配准参数。

可选的，所述装置还可以包括：第二确定模块，用于确定所述术后椎骨三维模型的待配准区域与所述术前椎骨三维模型的待配准区域；

所述第二确定模块，用于确定所述术后椎骨三维模型的待配准区域与所述术前椎骨三维模型的待配准区域，包括：

所述第二确定模块，具体用于将所述术后椎骨三维模型和所述术前椎骨三维模型分别作为目标椎骨三维模型，执行以下流程：

确定所述目标椎骨三维模型中椎骨棘突到下关节突部分的网格点，得到所述目标椎骨三维模型的棘突标记区域；

将所述目标椎骨三维模型的上表面和下表面分别作为第一表面，执行目标流程，得到所述目标椎骨三维模型上下表面的边缘标记区域；所述目标流程包括：确定目标椎骨三维模型的第一表面边缘上的两个标记点，得到第一标记点和第二标记点；计算所述第一表面上，从所述第一标记点到所述第二标记点沿顺时针方向的最短路径，以及沿逆时针方向的最短路径；将沿顺时针方向的最短路径与沿逆时针方向的最短路径取并集，得到环绕所述第一表面边缘的最短路径，得到第一表面的边缘线；通过确定所述第一表面的边缘线上各点的最近点集合，并对点集合取并集，得到所述第一表面的边缘标记区域；

将所述目标椎骨三维模型的棘突标记区域与上下表面的边缘标记区域合并，所述目标椎骨三维模型的待配准区域。

可选的，所述装置还可以包括：第三确定模块，用于确定所述术后椎骨三维模型的待配准区域与所述术前椎骨三维模型的待配准区域；

第三确定模块，用于确定所述术后椎骨三维模型的待配准区域与所述术前椎骨三维模型的待配准区域，包括：

第三确定模块，具体用于将所述术后椎骨三维模型和所述术前椎骨三维模型分别作为目标椎骨三维模型，执行以下流程：

将所述目标椎骨三维模型的上棘突到下关节突部分的区域，作为所述目标椎骨三维模型的棘突标记区域；

将所述目标椎骨三维模型的上表面和下表面分别作为第二表面，将所述目标椎骨三维模型的第二表面，作为所述第二表面的标记区域，得到所述目标椎骨三维模型上下表面的边缘标记区域；

将所述目标椎骨三维模型的棘突标记区域和上下表面的标记区域合并，得到所述目标椎骨三维模型的待配准区域。

本申请实施例方法所述的功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算设备可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算设备(可以是个人计算机，服务器，移动计算设备或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种植入螺钉的椎骨与螺钉间位置关系的展示方法，其特征在于，包括：

依据预设的术前椎骨文件和包含已植入螺钉的术后椎骨文件，重建术前椎骨三维模型、术后椎骨三维模型，以及螺钉三维模型；在同一坐标系下，所述螺钉三维模型与术后椎骨中植入的螺钉重合；

以所述术前椎骨三维模型为参考，确定所述术后椎骨三维模型与所述术前椎骨三维模型配准的配准参数；

按照所述配准参数，对所述螺钉三维模型进行移动；

显示所述移动后的螺钉三维模型与所述术前椎骨三维模型；

所述以所述术前椎骨三维模型为参考，确定所述术后椎骨三维模型与所述术前椎骨三维模型配准的配准参数，包括：

固定所述术前椎骨三维模型，确定所述术后椎骨三维模型与所述术前椎骨三维模型间的粗配准参数；

固定所述术前椎骨三维模型，确定粗配准术后椎骨三维模型与术前椎骨三维模型之间的精配准参数，所述粗配准参数和所述精配准参数构成所述配准参数；所述粗配准术后椎骨三维模型通过按照所述粗配准参数对所述术后椎骨三维模型进行移动得到；

所述按照所述配准参数，对所述螺钉三维模型进行移动，包括：

依据所述粗配准参数，移动所述螺钉三维模型，得到粗配准后的螺钉三维模型；

依据所述精配准参数，对所述粗配准后的螺钉三维模型进行移动；

所述固定所述术前椎骨三维模型，确定所述术后椎骨三维模型与所述术前椎骨三维模型间的粗配准参数，包括：

分别确定所述术前椎骨三维模型的上下表面的中心点，以及分别确定所述术后椎骨三维模型的上下表面的中心点；

将所述术前椎骨三维模型的下表面中心点为起点，上表面中心点为终点构成的向量，作为术前主向量；将所述术后椎骨三维模型的下表面中心点为起点，上表面中心点为终点构成的向量，作为术后主向量；

固定所述术前椎骨三维模型，确定第一平移旋转矩阵；按照所述第一平移旋转矩阵移动所述术后椎骨三维模型，移动后的术后椎骨三维模型与所述术前椎骨三维模型之间满足术后主向量的起点与所述术前主向量的起点重合，并且，所述术后主向量的方向与所述术前主向量的方向相同；

通过将第一术后椎骨三维模型，围绕所述术后主向量按照沿预设旋转方向多次旋转，确定目标旋转角度；所述第一术后椎骨三维模型为按照所述第一平移旋转矩阵移动后得到的术后椎骨三维模型；所述第一术后椎骨三维模型旋转所述目标旋转角度时，所述第一术后椎骨三维模型的待配准区域与所述术前椎骨三维模型的待配准区域的预设配准误差函数的取值最小；

所述第一平移旋转矩阵与所述目标旋转角度构成所述粗配准参数；

所述术后椎骨三维模型的待配准区域与所述术前椎骨三维模型的待配准区域的确定方式，包括：

将所述术后椎骨三维模型和所述术前椎骨三维模型分别作为目标椎骨三维模型，执行以下流程：

确定所述目标椎骨三维模型中椎骨棘突到下关节突部分的网格点，得到所述目标椎骨三维模型的棘突标记区域；

将所述目标椎骨三维模型的上表面和下表面分别作为第一表面，执行目标流程，得到所述目标椎骨三维模型上下表面的边缘标记区域；所述目标流程包括：确定目标椎骨三维模型的第一表面边缘上的两个标记点，得到第一标记点和第二标记点；计算所述第一表面上，从所述第一标记点到所述第二标记点沿顺时针方向的最短路径，以及沿逆时针方向的最短路径；将沿顺时针方向的最短路径与沿逆时针方向的最短路径取并集，得到环绕所述第一表面边缘的最短路径，得到第一表面的边缘线；通过确定所述第一表面的边缘线上各点的最近点集合，并对点集合取并集，得到所述第一表面的边缘标记区域；

将所述目标椎骨三维模型的棘突标记区域与上下表面的边缘标记区域合并，所述目标椎骨三维模型的待配准区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述术后椎骨三维模型的待配准区域与所述术前椎骨三维模型的待配准区域的确定方式，包括：

将所述术后椎骨三维模型和所述术前椎骨三维模型分别作为目标椎骨三维模型，执行以下流程：

将所述目标椎骨三维模型的上棘突到下关节突部分的区域，作为所述目标椎骨三维模型的棘突标记区域；

将所述目标椎骨三维模型的上表面和下表面分别作为第二表面，将所述目标椎骨三维模型的第二表面，作为所述第二表面的标记区域，得到所述目标椎骨三维模型上下表面的边缘标记区域；

将所述目标椎骨三维模型的棘突标记区域和上下表面的标记区域合并，得到所述目标椎骨三维模型的待配准区域。

3.一种植入螺钉的椎骨与螺钉间位置关系的展示装置，其特征在于，包括：

重建模块，用于依据预设的术前椎骨文件和包含已植入螺钉的术后椎骨文件，重建术前椎骨三维模型、术后椎骨三维模型，以及螺钉三维模型；在同一坐标系下，所述螺钉三维模型与术后椎骨中植入的螺钉重合；

第一确定模块，用于以所述术前椎骨三维模型为参考，确定所述术后椎骨三维模型与所述术前椎骨三维模型配准的配准参数；

移动模块，用于按照所述配准参数，对所述螺钉三维模型进行移动；

显示模块，用于显示所述移动后的螺钉三维模型与所述术前椎骨三维模型；

所述第一确定模块，用于以所述术前椎骨三维模型为参考，确定所述术后椎骨三维模型与所述术前椎骨三维模型配准的配准参数，包括：

所述第一确定模块，具体用于固定所述术前椎骨三维模型，确定所述术后椎骨三维模型与所述术前椎骨三维模型间的粗配准参数；固定所述术前椎骨三维模型，确定粗配准术后椎骨三维模型与术前椎骨三维模型之间的精配准参数，所述粗配准参数和所述精配准参数构成所述配准参数；所述粗配准术后椎骨三维模型通过按照所述粗配准参数对所述术后椎骨三维模型进行移动得到；

所述移动模块，用于所述按照所述配准参数，对所述螺钉三维模型进行移动，包括：

所述移动模块，具体用于依据所述粗配准参数，移动所述螺钉三维模型，得到粗配准后的螺钉三维模型；依据所述精配准参数，对所述粗配准后的螺钉三维模型进行移动；

所述第一确定模块，用于固定所述术前椎骨三维模型，确定所述术后椎骨三维模型与所述术前椎骨三维模型间的粗配准参数，包括：

所述第一确定模块，具体用于分别确定所述术前椎骨三维模型的上下表面的中心点，以及分别确定所述术后椎骨三维模型的上下表面的中心点；

将所述术前椎骨三维模型的下表面中心点为起点，上表面中心点为终点构成的向量，作为术前主向量；将所述术后椎骨三维模型的下表面中心点为起点，上表面中心点为终点构成的向量，作为术后主向量；

固定所述术前椎骨三维模型，确定第一平移旋转矩阵；按照所述第一平移旋转矩阵移动所述术后椎骨三维模型，移动后的术后椎骨三维模型与所述术前椎骨三维模型之间满足术后主向量的起点与所述术前主向量的起点重合，并且，所述术后主向量的方向与所述术前主向量的方向相同；

通过将第一术后椎骨三维模型，围绕所述术后主向量按照沿预设旋转方向多次旋转，确定目标旋转角度；所述第一术后椎骨三维模型为按照所述第一平移旋转矩阵移动后得到的术后椎骨三维模型；所述第一术后椎骨三维模型旋转所述目标旋转角度时，所述第一术后椎骨三维模型的待配准区域与所述术前椎骨三维模型的待配准区域的预设配准误差函数的取值最小；

所述第一平移旋转矩阵与所述目标旋转角度构成所述粗配准参数；

第二确定模块，用于确定所述术后椎骨三维模型的待配准区域与所述术前椎骨三维模型的待配准区域；

第二确定模块，用于确定所述术后椎骨三维模型的待配准区域与所述术前椎骨三维模型的待配准区域，包括：

所述第二确定模块，具体用于将所述术后椎骨三维模型和所述术前椎骨三维模型分别作为目标椎骨三维模型，执行以下流程：

确定所述目标椎骨三维模型中椎骨棘突到下关节突部分的网格点，得到所述目标椎骨三维模型的棘突标记区域；

将所述目标椎骨三维模型的上表面和下表面分别作为第一表面，执行目标流程，得到所述目标椎骨三维模型上下表面的边缘标记区域；所述目标流程包括：确定目标椎骨三维模型的第一表面边缘上的两个标记点，得到第一标记点和第二标记点；计算所述第一表面上，从所述第一标记点到所述第二标记点沿顺时针方向的最短路径，以及沿逆时针方向的最短路径；将沿顺时针方向的最短路径与沿逆时针方向的最短路径取并集，得到环绕所述第一表面边缘的最短路径，得到第一表面的边缘线；通过确定所述第一表面的边缘线上各点的最近点集合，并对点集合取并集，得到所述第一表面的边缘标记区域；

将所述目标椎骨三维模型的棘突标记区域与上下表面的边缘标记区域合并，所述目标椎骨三维模型的待配准区域。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：第三确定模块，用于确定所述术后椎骨三维模型的待配准区域与所述术前椎骨三维模型的待配准区域；

第三确定模块，用于确定所述术后椎骨三维模型的待配准区域与所述术前椎骨三维模型的待配准区域，包括：

第三确定模块，具体用于将所述术后椎骨三维模型和所述术前椎骨三维模型分别作为目标椎骨三维模型，执行以下流程：

将所述目标椎骨三维模型的上棘突到下关节突部分的区域，作为所述目标椎骨三维模型的棘突标记区域；

将所述目标椎骨三维模型的上表面和下表面分别作为第二表面，将所述目标椎骨三维模型的第二表面，作为所述第二表面的标记区域，得到所述目标椎骨三维模型上下表面的边缘标记区域；

将所述目标椎骨三维模型的棘突标记区域和上下表面的标记区域合并，得到所述目标椎骨三维模型的待配准区域。

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