本發(fā)明涉及數(shù)字化分析技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及的是一種骶髂關(guān)節(jié)置入螺釘固定S1椎體的通道定位方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

骨盆后環(huán)(特別是骶髂關(guān)節(jié))的損傷，有較高的死亡率和致殘率，需要通過確切的固定以保持骶髂關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，透視引導(dǎo)的經(jīng)皮骶髂螺釘固定不穩(wěn)定的骨盆骨折是目前常用的術(shù)式，手術(shù)多采用S1螺釘固定，S1螺釘?shù)墓潭ㄓ?種固定方式：一是斜形固定，即沿S1椎弓根方向固定；二是嚴(yán)格按照S1椎體入口與出口的橫徑固定，但此類技術(shù)要求極高，需要大量的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)并熟知解剖以能夠找到適當(dāng)?shù)娜脶旤c(diǎn)。Gardner等的研究發(fā)現(xiàn)，骶髂關(guān)節(jié)螺釘置入方向前后4°偏差就能進(jìn)入S1椎孔或穿出骶骨前方皮質(zhì)，穿出的螺釘可致潛在的血管、骶神經(jīng)損傷，術(shù)中出現(xiàn)血管、腰骶干及馬尾神經(jīng)損傷的幾率高達(dá)2％～15％，而骶髂關(guān)節(jié)螺釘置入位置錯(cuò)誤的發(fā)生率為2.05～13.0％。甚至有報(bào)道螺釘位置不可接受率達(dá)25％，螺釘置入位置不佳可能導(dǎo)致醫(yī)源性血管損傷。為尋找精確的螺釘置入位置，眾多學(xué)者對(duì)螺釘置入S1椎體安全區(qū)的骨性結(jié)構(gòu)及邊界進(jìn)行研究。

骶髂關(guān)節(jié)螺釘內(nèi)固定是治療骶骨骨折的優(yōu)選術(shù)式，但由于骨盆結(jié)構(gòu)復(fù)雜、位置深在，因此對(duì)螺釘置入的位置和精度要求極高。骶骨縱形骨折為骶骨骨折中常見的類型，臨床針對(duì)此類骨折，多采用經(jīng)皮骶髂關(guān)節(jié)螺釘固定，目前已有多篇報(bào)道探討經(jīng)皮橫向骶髂關(guān)節(jié)螺釘固定S1椎體治療骶骨縱形骨折的可行性，但多采用術(shù)中導(dǎo)航或機(jī)械臂輔助完成該手術(shù)，采用透視控制下徒手螺釘定位技術(shù)難度較大，因?yàn)槿狈χ苯拥目梢暬陀邢薜挠|覺控制復(fù)雜精密螺絲插入，此外，由于骶骨形態(tài)的變異加劇了圖像的判讀錯(cuò)誤，這種情況不可避免地導(dǎo)致術(shù)中透視次數(shù)的增加而加重了醫(yī)生和患者的輻射量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種骶髂關(guān)節(jié)置入螺釘固定S1椎體的通道定位方法及系統(tǒng)，通過三維數(shù)字化分析確定釘?shù)?，?shí)現(xiàn)方式簡單，減少輻射傷害。

為解決上述問題，本發(fā)明提出一種骶髂關(guān)節(jié)置入螺釘固定S1椎體的通道定位方法，包括以下步驟：

S1：接收至少包含骶髂關(guān)節(jié)的骨盆CT掃描數(shù)據(jù)；

S2：根據(jù)所述骨盆CT掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行骨盆的三維重建，得到三維骨盆；

S3：透明化顯示三維骨盆，形成透明三維骨盆；

S4：以三維骨盆處于人體站立時(shí)的姿態(tài)為準(zhǔn)，將三維骨盆繞豎直方向旋轉(zhuǎn)，并在旋轉(zhuǎn)過程中進(jìn)行投影方向垂直于豎直方向的投影，旋轉(zhuǎn)至兩側(cè)骶髂關(guān)節(jié)的S1椎體安全區(qū)的投影面最大程度地重合，確定重合部分的位置，從而定位螺釘固定通道。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在所述步驟S4中，根據(jù)初始面中兩側(cè)骶髂關(guān)節(jié)的原長度L_O和旋轉(zhuǎn)面時(shí)的兩側(cè)骶髂關(guān)節(jié)的斜透視長度L，確定從初始面到旋轉(zhuǎn)面的旋轉(zhuǎn)角度，所述旋轉(zhuǎn)面為旋轉(zhuǎn)至兩側(cè)骶髂關(guān)節(jié)的S1椎體安全區(qū)的投影面最大程度地重合的面，所述旋轉(zhuǎn)角度α的計(jì)算公式如下：

α＝arcsin(L/L_O)×(180/π)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，輸出初始面、圍繞旋轉(zhuǎn)的軸線及旋轉(zhuǎn)角度，并輸入到透視系統(tǒng)的控制器中，用以控制透視系統(tǒng)的透視部分的旋轉(zhuǎn)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括：

S5：以一定間距對(duì)三維骨盆進(jìn)行矢狀位多層剖分，獲得三維骨盆從一側(cè)至另一側(cè)的多層剖分面；

S6：確定每一層剖分面上的骶髂關(guān)節(jié)S1椎體安全區(qū)的幾何邊界，根據(jù)全部幾何邊界優(yōu)化定位螺釘固定通道。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述步驟S6包括：

S61：確定每一層剖分面上的骶髂關(guān)節(jié)S1椎體安全區(qū)的幾何邊界，提取各幾何邊界上的相關(guān)點(diǎn)的圖像坐標(biāo)；

S62：根據(jù)各幾何邊界的圖像坐標(biāo)擬合出相應(yīng)幾何邊界的最大內(nèi)切圓，計(jì)算獲得各最大內(nèi)切圓的圓心坐標(biāo)；

S63：利用最小二乘法根據(jù)全部圓心坐標(biāo)擬合出一條距離各圓心點(diǎn)最近的空間直線段，將所述空間直線段作為螺釘固定通道中軸線，用于優(yōu)化定位螺釘固定通道。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在所述步驟S63之后還包括S64，根據(jù)所述空間直線段確定螺釘固定通道的深度。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，確定每一層剖分面上的骶髂關(guān)節(jié)S1椎體安全區(qū)的幾何邊界后，在透明三維骨盆中，對(duì)至少最外兩側(cè)的S1椎體安全區(qū)的幾何邊界進(jìn)行標(biāo)記；

以透明三維骨盆的正面為初始面，將三維骨盆繞豎直方向旋轉(zhuǎn)，并在旋轉(zhuǎn)過程中進(jìn)行相對(duì)顯示界面的正投影，旋轉(zhuǎn)至各幾何邊界的投影面最大程度地重合，確定重合部分的位置，從而定位螺釘固定通道。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，確定重合部分的位置后，在重合部分的投影面上作出長短軸，獲得長短軸連接交點(diǎn)，作為螺釘固定通道的螺釘置入點(diǎn)位置。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，根據(jù)確定的螺釘固定通道，在三維盆骨上模擬置入螺釘，按照螺釘固定通道將螺釘置入到三維盆骨中，輸出模擬結(jié)果。

本發(fā)明還提出一種骶髂關(guān)節(jié)置入螺釘固定S1椎體的通道定位系統(tǒng)，包括：

數(shù)據(jù)接收模塊，用以接收至少包含骶髂關(guān)節(jié)的骨盆CT掃描數(shù)據(jù)；

三維重建模塊，用以根據(jù)所述骨盆CT掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行骨盆的三維重建，得到三維骨盆；

透明化處理模塊，用以透明化顯示三維骨盆，形成透明三維骨盆；

重合調(diào)整模塊，用以：以三維骨盆處于人體站立時(shí)的姿態(tài)為準(zhǔn)，將三維骨盆繞豎直方向旋轉(zhuǎn)，并在旋轉(zhuǎn)過程中進(jìn)行投影方向垂直于豎直方向的投影，旋轉(zhuǎn)至兩側(cè)骶髂關(guān)節(jié)的S1椎體安全區(qū)的投影面最大程度地重合，確定重合部分的位置，從而定位螺釘固定通道。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括：

數(shù)據(jù)輸出模塊，用以輸出初始面、圍繞旋轉(zhuǎn)的軸線及旋轉(zhuǎn)角度，并輸入到透視系統(tǒng)的控制器中，用以控制透視系統(tǒng)的透視部分的旋轉(zhuǎn)；

其中，所述重合調(diào)整模塊還用以根據(jù)初始面中兩側(cè)骶髂關(guān)節(jié)的原長度L_O和旋轉(zhuǎn)面時(shí)的兩側(cè)骶髂關(guān)節(jié)的斜透視長度L，確定從初始面到旋轉(zhuǎn)面的旋轉(zhuǎn)角度，所述旋轉(zhuǎn)面為旋轉(zhuǎn)至兩側(cè)骶髂關(guān)節(jié)的S1椎體安全區(qū)的投影面最大程度地重合的面，所述旋轉(zhuǎn)角度α的計(jì)算公式如下：

α＝arcsin(L/L_O)×(180/π)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括：

矢狀位剖分模塊，用以：以一定間距對(duì)三維骨盆進(jìn)行矢狀位多層剖分，獲得三維骨盆從一側(cè)至另一側(cè)的多層剖分面；

通道優(yōu)化模塊，用以確定每一層剖分面上的骶髂關(guān)節(jié)S1椎體安全區(qū)的幾何邊界，根據(jù)全部幾何邊界優(yōu)化定位螺釘固定通道。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述通道優(yōu)化模塊包括：

幾何邊界確定模塊，用以確定每一層剖分面上的骶髂關(guān)節(jié)S1椎體安全區(qū)的幾何邊界，提取各幾何邊界上的相關(guān)點(diǎn)的圖像坐標(biāo)；

圓心坐標(biāo)確定模塊，用以根據(jù)各幾何邊界的圖像坐標(biāo)擬合出相應(yīng)幾何邊界的最大內(nèi)切圓，計(jì)算獲得各最大內(nèi)切圓的圓心坐標(biāo)；

擬合模塊，用以利用最小二乘法根據(jù)全部圓心坐標(biāo)擬合出一條距離各圓心點(diǎn)最近的空間直線段，將所述空間直線段作為螺釘固定通道中軸線，用于優(yōu)化定位螺釘固定通道。

采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：采用數(shù)字化分析方法，首先接收到骨盆CT掃描數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)能夠用來還原掃描對(duì)象的骨盆，并且骨盆中包含了骶髂關(guān)節(jié)，接著將骨盆CT掃描數(shù)據(jù)用三維重建方式進(jìn)行三維重建，得到一個(gè)三維骨盆，該三維骨盆可以以圖像或數(shù)據(jù)的形式存在，接著將三維骨盆進(jìn)行透明化處理，呈現(xiàn)為圖像，將透明三維骨盆擺正后旋轉(zhuǎn)尋找兩側(cè)骶髂關(guān)節(jié)的S1椎體安全區(qū)的重影區(qū)，作為螺釘固定通道，實(shí)現(xiàn)定位。本發(fā)明可以快速定位螺釘固定通道，操作方式簡單，精度高，減少輻射危害。當(dāng)確定螺釘固定通道的數(shù)據(jù)用于醫(yī)療器械中指導(dǎo)動(dòng)作時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化定位螺釘固定通道，使得手術(shù)變得簡單。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的骶髂關(guān)節(jié)置入螺釘固定S1椎體的通道定位方法的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明另一實(shí)施例的骶髂關(guān)節(jié)置入螺釘固定S1椎體的通道定位方法的流程示意圖；

圖3是圖2的步驟S6進(jìn)一步的流程示意圖；

圖4是本發(fā)明一實(shí)施例的骶髂關(guān)節(jié)置入螺釘固定S1椎體的通道定位的示意圖；

圖5是本發(fā)明一實(shí)施例的骶髂關(guān)節(jié)置入螺釘固定S1椎體的示意圖；

圖6是本發(fā)明一實(shí)施例的通道定位后應(yīng)用于術(shù)中的示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。

本發(fā)明中，用于獲得骨盆CT掃描數(shù)據(jù)的掃描對(duì)象可以是骨骼發(fā)育健全，且無腫瘤、無嚴(yán)重骨性畸形的人體骨盆，至少在骶髂關(guān)節(jié)內(nèi)還具有置入螺釘?shù)腟1椎體安全區(qū)。S1椎體安全區(qū)是指骶髂關(guān)節(jié)的S1椎體中能夠用來容置螺釘且不會(huì)造成傷害的區(qū)域。

參看圖1，本實(shí)施例的骶髂關(guān)節(jié)置入螺釘固定S1椎體的通道定位方法，包括以下步驟：

S1：接收至少包含骶髂關(guān)節(jié)的骨盆CT掃描數(shù)據(jù)；

S2：根據(jù)所述骨盆CT掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行骨盆的三維重建，得到三維骨盆；

S3：透明化顯示三維骨盆，形成透明三維骨盆；

S4：以三維骨盆處于人體站立時(shí)的姿態(tài)為準(zhǔn)，將三維骨盆繞豎直方向旋轉(zhuǎn)，并在旋轉(zhuǎn)過程中進(jìn)行投影方向垂直于豎直方向的投影，旋轉(zhuǎn)至兩側(cè)骶髂關(guān)節(jié)的S1椎體安全區(qū)的投影面最大程度地重合，確定重合部分的位置，從而定位螺釘固定通道。

下面對(duì)結(jié)合圖1對(duì)骶髂關(guān)節(jié)置入螺釘固定S1椎體的通道定位方法進(jìn)行具體的描述，但不作為限制。

在步驟S1中，接收骨盆CT(電子計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描技術(shù))掃描數(shù)據(jù)，該骨盆至少包含骶髂關(guān)節(jié)。每一份骨盆CT掃描數(shù)據(jù)為關(guān)于一骨盆掃描對(duì)象所獲得的掃描數(shù)據(jù)，能夠用來三維重現(xiàn)骨盆，后期針對(duì)該份骨盆CT掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化分析處理。

在一個(gè)實(shí)施例中，可以在人體腹部部位連續(xù)螺旋CT掃描，掃描設(shè)備的電壓為120kV。將掃描獲得的原數(shù)據(jù)以.dicom格式，導(dǎo)入Simpleware 6.0軟件，作為骨盆CT掃描數(shù)據(jù)接收，當(dāng)然還可以通過其他方式獲得骨盆CT掃描數(shù)據(jù)。

在步驟S2中，根據(jù)接收的骨盆CT掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行骨盆的三維重建，得到三維骨盆。三維重建的方式可以采用現(xiàn)有的三維重建方式實(shí)現(xiàn)。例如在步驟S1中，數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Simpleware 6.0軟件中后，通過Simpleware 6.0軟件進(jìn)行三維重建骨盆，三維骨盆以.stl文件格式存儲(chǔ)。

在步驟S3中，透明化顯示三維骨盆，形成透明三維骨盆?？梢圆捎矛F(xiàn)有的醫(yī)學(xué)圖象三維透明可視化處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)透明化顯示三維骨盆。透明性是三維可視化的最高要求，該技術(shù)最先進(jìn)的算法是三維體素渲染(3DVR)算法，其主要技術(shù)為：體素的數(shù)據(jù)管理、參數(shù)渲染、和圖像顯示。

在步驟S4中，三維骨盆呈現(xiàn)為圖像，以三維骨盆處于人體站立時(shí)的姿態(tài)為準(zhǔn)，設(shè)置三維骨盆的姿態(tài)，也就是說，人體站立的方向?yàn)樨Q直方向，三維骨盆在該豎直方向上以相同于位于人體內(nèi)時(shí)的姿態(tài)呈現(xiàn)。選擇一個(gè)面作為初始面，例如可以選擇三維骨盆的正面作為初始面，將三維骨盆繞豎直方向旋轉(zhuǎn)，具體的旋轉(zhuǎn)軸線不作為限制，當(dāng)然可以選取三維骨盆中的一個(gè)點(diǎn)所處于的豎直方向線為旋轉(zhuǎn)軸線。在旋轉(zhuǎn)過程中進(jìn)行投影方向垂直于豎直方向的投影，例如當(dāng)三維骨盆正放于顯示界面時(shí)投影為正投影。投影是在旋轉(zhuǎn)過程中進(jìn)行的，由于骶髂關(guān)節(jié)的S1椎體安全區(qū)的投影面與其他部位的投影面深淺不一，因而在旋轉(zhuǎn)過程中，可以顯示S1椎體安全區(qū)的投影面慢慢變化。當(dāng)旋轉(zhuǎn)至兩側(cè)骶髂關(guān)節(jié)的S1椎體安全區(qū)的投影面最大程度地重合，說明兩者重疊的S1椎體安全區(qū)面積最大，能夠保障螺釘最安全地置入，確定該重合部分的位置，從而定位螺釘固定通道。

在一個(gè)實(shí)施例中，在步驟S4中還包括旋轉(zhuǎn)角度的確定步驟，參看圖4，三維骨盤從初始面旋轉(zhuǎn)到旋轉(zhuǎn)面之后，根據(jù)初始面中兩側(cè)骶髂關(guān)節(jié)的原長度L_O和旋轉(zhuǎn)面時(shí)的兩側(cè)骶髂關(guān)節(jié)的斜透視長度L，確定從初始面到旋轉(zhuǎn)面的旋轉(zhuǎn)角度，旋轉(zhuǎn)面為旋轉(zhuǎn)至兩側(cè)骶髂關(guān)節(jié)的S1椎體安全區(qū)的投影最大程度地重合的面。具體的，原長度L_O可以為初始面中兩側(cè)骶髂關(guān)節(jié)最外端的連線長度，斜透度L可以為旋轉(zhuǎn)面中兩側(cè)骶髂關(guān)節(jié)最外端的連線長度。旋轉(zhuǎn)角度α的計(jì)算公式如下：

α＝arcsin(L/L_O)×(180/π)。

確定關(guān)聯(lián)初始面、旋轉(zhuǎn)軸線、旋轉(zhuǎn)角度這些數(shù)據(jù)之后，可以用來控制自動(dòng)化醫(yī)療器械的動(dòng)作，從而可以針對(duì)該骨盆CT掃描數(shù)據(jù)來源的人體進(jìn)行螺釘固定通道的自動(dòng)化定位，簡化手術(shù)。人體在盆骨掃描到最后螺釘固定通道的自動(dòng)化定位的過程中，相對(duì)姿態(tài)不發(fā)生變化。

可選的，輸出初始面、圍繞旋轉(zhuǎn)的軸線及旋轉(zhuǎn)角度，并將這些數(shù)據(jù)輸入到透視系統(tǒng)的控制器中，這些數(shù)據(jù)用來控制透視系統(tǒng)的透視部分的旋轉(zhuǎn)。從而實(shí)現(xiàn)了透視系統(tǒng)的自動(dòng)化旋轉(zhuǎn)及定位螺釘固定通道，當(dāng)然這些數(shù)據(jù)的使用不限于透視部分的旋轉(zhuǎn)，例如還可以用于控制持釘部分的旋轉(zhuǎn)進(jìn)釘。

較佳的，參看圖2，骶髂關(guān)節(jié)置入螺釘固定S1椎體的通道定位方法還可以包括：

S5：以一定間距對(duì)三維骨盆進(jìn)行矢狀位多層剖分，獲得三維骨盆從一側(cè)至另一側(cè)的多層剖分面；

S6：確定每一層剖分面上的骶髂關(guān)節(jié)S1椎體安全區(qū)的幾何邊界，根據(jù)全部幾何邊界優(yōu)化定位螺釘固定通道。

具體來說，步驟S4完成定位的螺釘固定通道包含了一個(gè)相對(duì)較大的S1椎體安全區(qū)域，因而可以對(duì)此進(jìn)行優(yōu)化。

在步驟S5中，參看圖5，以一定間距對(duì)三維骨盆進(jìn)行矢狀位多層剖分，獲得三維骨盆從一側(cè)至另一側(cè)的多層剖分面，更具體可以是僅對(duì)骶骨進(jìn)行矢狀位多層剖分，圖中的a為重建的骶骨，圖中的b即為矢狀位多層剖分后的骶骨。矢狀面是將人體平分為左右對(duì)稱的兩半的平面、及與該平面平行的平面，關(guān)于矢狀位多層剖分，是指對(duì)三維骨盆沿多個(gè)矢狀面進(jìn)行剖分。可選的，將以.stl文件格式存儲(chǔ)的三維骨盆導(dǎo)入Imageware 12.0軟件，以1.0mm為間距對(duì)骶骨進(jìn)行矢狀位多層剖分。

在步驟S6中，確定每一層剖分面上的骶髂關(guān)節(jié)S1椎體安全區(qū)的幾何邊界，參看圖5的c，即為幾何邊界的投影(骶髂關(guān)節(jié)該角度的投影可以根據(jù)前述的步驟S1至S4獲得，但是在本實(shí)施例中是對(duì)前述步驟的優(yōu)化，因而可以無需投影，而通過剖分獲得幾何邊界)，在獲得了幾何邊界之后便可確定螺釘置入時(shí)具體的限制范圍，根據(jù)全部幾何邊界優(yōu)化定位螺釘固定通道。

進(jìn)一步的，參看圖3，步驟S6包括：

S61：確定每一層剖分面上的骶髂關(guān)節(jié)S1椎體安全區(qū)的幾何邊界，提取各幾何邊界上的相關(guān)點(diǎn)的圖像坐標(biāo)；

S62：根據(jù)各幾何邊界的圖像坐標(biāo)擬合出相應(yīng)幾何邊界的最大內(nèi)切圓，計(jì)算獲得各最大內(nèi)切圓的圓心坐標(biāo)；

S63：利用最小二乘法根據(jù)全部圓心坐標(biāo)擬合出一條距離各圓心點(diǎn)最近的空間直線段，將所述空間直線段作為螺釘固定通道中軸線，用于優(yōu)化定位螺釘固定通道。

具體來說，在步驟S61中，確定每一層剖分面上的骶髂關(guān)節(jié)S1椎體安全區(qū)的幾何邊界，提取各幾何邊界上的相關(guān)點(diǎn)的圖像坐標(biāo)。三維骨盆處于三維坐標(biāo)系中，幾何邊界根據(jù)三維坐標(biāo)系中的位置而得相關(guān)點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，由于幾何邊界上具有無限個(gè)點(diǎn)，因而可以選取多個(gè)能夠還原該幾何邊界的相關(guān)點(diǎn)即可。

在步驟S62中，參看圖5的d，根據(jù)各幾何邊界的圖像坐標(biāo)擬合出相應(yīng)幾何邊界的最大內(nèi)切圓，獲得各幾何邊界的最大內(nèi)切圓后，計(jì)算獲得各最大內(nèi)切圓的圓心坐標(biāo)。確定的圓心坐標(biāo)，用來擬合生成最優(yōu)的螺釘固定通道。

在S63中，利用最小二乘法根據(jù)全部圓心坐標(biāo)擬合出一條距離各圓心點(diǎn)最近的空間直線段，將空間直線段作為螺釘固定通道中軸線，將該中軸線用于優(yōu)化定位螺釘固定通道。

可選的，在步驟S63之后還包括S64，在確定空間直線段后便可確定釘?shù)赖纳疃?，因而根?jù)空間直線段確定螺釘固定通道的深度。深度數(shù)據(jù)同樣可以輸出到相應(yīng)自動(dòng)化醫(yī)療器械中進(jìn)行螺釘置入的控制。

在一個(gè)實(shí)施例中，確定每一層剖分面上的骶髂關(guān)節(jié)S1椎體安全區(qū)的幾何邊界后，在透明三維骨盆中，對(duì)至少最外兩側(cè)的S1椎體安全區(qū)的幾何邊界進(jìn)行標(biāo)記；以透明三維骨盆的正面為初始面，將三維骨盆繞豎直方向旋轉(zhuǎn)，并在旋轉(zhuǎn)過程中進(jìn)行相對(duì)顯示界面的正投影，旋轉(zhuǎn)至各幾何邊界的投影最大程度地重合，確定重合部分的位置，從而定位螺釘固定通道。

確定重合部分的位置后，在重合部分的投影面上作出長短軸，獲得長短軸連接交點(diǎn)，作為螺釘固定通道的螺釘置入點(diǎn)位置。在優(yōu)化的實(shí)施例中，參看圖5的e和f，在確定的最大內(nèi)切圓上進(jìn)行長短軸的連接(當(dāng)然長短軸相等)，最后獲得的長短軸連接交點(diǎn)即可作為螺釘固定通道的螺釘置入點(diǎn)位置。

在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)確定的螺釘固定通道，在三維盆骨上模擬置入螺釘，按照螺釘固定通道將螺釘置入到三維盆骨中，輸出模擬結(jié)果。通過虛擬置入螺釘至三維骨盆的骶髂關(guān)節(jié)中以固定S1椎體，可以校驗(yàn)該螺釘固定通道的定位是否正確，以防在自動(dòng)化操作過程中出現(xiàn)差錯(cuò)。

參看圖5的g-j，圖g中顯示三維骨盆虛擬置入7.3mm直徑拉力螺釘，圖h中將三維骨盆擺放為前后位顯示螺釘位置，圖i中將三維骨盆擺放為入口位顯示螺釘位置，圖j中將三維骨盆擺放為出口位顯示螺釘位置。

參看圖6，圖中的a為術(shù)前骨盆的平片，圖中的b為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的骶髂關(guān)節(jié)置入螺釘固定S1椎體的通道定位方法確定置入通道后術(shù)后前后位的螺釘位置，圖中的c為入口位螺釘位置，圖中的d為出口位螺釘位置，圖中的e為矢狀位螺釘位置，驗(yàn)證了本發(fā)明實(shí)施例的定位精準(zhǔn)效果。

本發(fā)明還提出一種骶髂關(guān)節(jié)置入螺釘固定S1椎體的通道定位系統(tǒng)，包括：

數(shù)據(jù)接收模塊，用以接收至少包含骶髂關(guān)節(jié)的骨盆CT掃描數(shù)據(jù)；

三維重建模塊，用以根據(jù)所述骨盆CT掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行骨盆的三維重建，得到三維骨盆；

透明化處理模塊，用以透明化顯示三維骨盆，形成透明三維骨盆；

重合調(diào)整模塊，用以：以三維骨盆處于人體站立時(shí)的姿態(tài)為準(zhǔn)，將三維骨盆繞豎直方向旋轉(zhuǎn)，并在旋轉(zhuǎn)過程中進(jìn)行投影方向垂直于豎直方向的投影，旋轉(zhuǎn)至兩側(cè)骶髂關(guān)節(jié)的S1椎體安全區(qū)的投影面最大程度地重合，確定重合部分的位置，從而定位螺釘固定通道。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括：

數(shù)據(jù)輸出模塊，用以輸出初始面、圍繞旋轉(zhuǎn)的軸線及旋轉(zhuǎn)角度，并輸入到透視系統(tǒng)的控制器中，用以控制透視系統(tǒng)的透視部分的旋轉(zhuǎn)；

其中，所述重合調(diào)整模塊還用以根據(jù)初始面中兩側(cè)骶髂關(guān)節(jié)的原長度L_O和旋轉(zhuǎn)面時(shí)的兩側(cè)骶髂關(guān)節(jié)的斜透視長度L，確定從初始面到旋轉(zhuǎn)面的旋轉(zhuǎn)角度，所述旋轉(zhuǎn)面為旋轉(zhuǎn)至兩側(cè)骶髂關(guān)節(jié)的S1椎體安全區(qū)的投影面最大程度地重合的面，所述旋轉(zhuǎn)角度α的計(jì)算公式如下：

α＝arcsin(L/L_O)×(180/π)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括：

矢狀位剖分模塊，用以：以一定間距對(duì)三維骨盆進(jìn)行矢狀位多層剖分，獲得三維骨盆從一側(cè)至另一側(cè)的多層剖分面；

通道優(yōu)化模塊，用以確定每一層剖分面上的骶髂關(guān)節(jié)S1椎體安全區(qū)的幾何邊界，根據(jù)全部幾何邊界優(yōu)化定位螺釘固定通道。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述通道優(yōu)化模塊包括：

幾何邊界確定模塊，用以確定每一層剖分面上的骶髂關(guān)節(jié)S1椎體安全區(qū)的幾何邊界，提取各幾何邊界上的相關(guān)點(diǎn)的圖像坐標(biāo)；

圓心坐標(biāo)確定模塊，用以根據(jù)各幾何邊界的圖像坐標(biāo)擬合出相應(yīng)幾何邊界的最大內(nèi)切圓，計(jì)算獲得各最大內(nèi)切圓的圓心坐標(biāo)；

擬合模塊，用以利用最小二乘法根據(jù)全部圓心坐標(biāo)擬合出一條距離各圓心點(diǎn)最近的空間直線段，將所述空間直線段作為螺釘固定通道中軸線，用于優(yōu)化定位螺釘固定通道。

本發(fā)明關(guān)于骶髂關(guān)節(jié)置入螺釘固定S1椎體的通道定位系統(tǒng)的具體內(nèi)容可以參看前述的骶髂關(guān)節(jié)置入螺釘固定S1椎體的通道定位方法的詳細(xì)描述，相同之處在此不再贅述。

本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定權(quán)利要求，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。