一种经皮椎间孔镜手术精准规划系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种经皮椎间孔镜手术精准规划系统及规划方法，读取DICOM数据，重建为体数据；分割选取原始图像所需区域，进行孔镜规划，定位穿刺针目标靶点；规划穿刺针的入针角度；查看不同方位下穿刺针的放置情况；显示皮肤，查看皮肤上穿刺针的入针点；规划和测量得到皮肤交点距离人体中线的距离，皮肤交点距离病椎上缘面的距离以及入针深度；建立工作管道，将穿刺针显示为工作管道；生成模拟X光片；获取和查看报告；本发明专利技术运用的三维重建技术，对二维医学图像进行边界识别，重新还原出被检组织或器官的三维图像，用户多角度、清晰观察关注的部位以及其与周围结构之间的关系，体现不同解剖结构及内置物之间的关系，实现手术操作的精准规划。

Precise planning system and method for percutaneous transforaminal endoscopic surgery

The invention relates to a percutaneous transforaminal endoscopic surgery and accurate planning system and planning method of reading DICOM data, for the reconstruction of volume data; select the desired area of the original image segmentation, hole mirror planning, positioning of the needle targets; planning of the puncture needle into the needle point of view; not the same range of puncture needle placement; show the skin puncture needle into the needle point of view on the skin; planning and measurement of skin from the body of the intersection line distance, the distance from the edge of the skin and into the intersection of vertebral needle depth; the establishment of the pipeline, the puncture needle is shown as the work simulation pipeline; X ray; access and view reports the technology of 3D reconstruction; the invention uses the boundary recognition of 2D medical images, a 3D image detection is to restore tissue or organ, multi angle, clear observation of user attention And its relation with the surrounding structure, reflecting the relationship between different anatomical structures and implants, and achieving accurate planning of surgical operations.

【技术实现步骤摘要】
一种经皮椎间孔镜手术精准规划系统及方法
本专利技术涉及图像处理
，具体涉及一种基于虚拟现实的经皮椎间孔镜手术精准规划系统，及其采用该系统进行手术精准规划的方法。
技术介绍
在传统椎间孔镜手术规划中，采用二维规划：基于MR、CT横断面规划，术中需依据C臂进行调整，准度较差。对椎间盘、神经等软组织三维立体结构显影不清。对上关节突、椎弓根磨除范围无指导作用，术中需依据术者经验，标准化程度低。对游离型椎间盘突出，术前规划不能准确评估是否适合椎间孔镜手术及确切手术入路。同时传统规划方法导致手术定位过程耗时长，使得术中X线的曝光次数增多和照射时间延长，增加X线辐射对病人、手术医师的伤害且增加医源性损伤及手术并发症的发生概率，致使椎间孔镜技术学习麻烦，影响椎间孔镜技术的学习和推广应用。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种经皮椎间孔镜手术精准规划系统，及其使用该系统的方法，运用的三维重建技术，采用计算机技术对二维医学图像进行边界识别，重新还原出被检组织或器官的三维图像。用户可多角度、清晰观察关注的部位以及其与周围结构之间的关系，多方位查看局部解剖结构，并模拟手术器械如穿刺针、工作管道等的置入过程，便捷地控制工作管道在虚拟平台中的位置，精确模拟术中穿刺过程并生成相应3D测量数据，最终可应用于真实手术中，用户根据得到的相关数据进行手术规划，规划结果可直接用于手术过程，提高穿刺针穿刺的成功率。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种经皮椎间孔镜手术精准规划方法，其特征在于，按如下步骤：S1：读取DICOM数据，重建为体数据；S2：分割选取原始图像所需区域，对所需区域三维重建，获取三维模型面数据信息，分割出椎间盘、神经根和皮肤；选择骨组织阈值，分割出骨组织；S3：进行孔镜规划，定位穿刺针目标靶点；S4：规划穿刺针的入针角度；S5：入针后，查看不同方位下穿刺针的放置情况；S6：显示或隐藏皮肤，查看皮肤上穿刺针的入针点；S7：规划和测量，得到皮肤交点距离人体中线的距离，皮肤交点距离病椎上缘面的距离以及入针深度；S8：建立工作管道，将穿刺针显示为工作管道；S9：通过对体数据进行蒙特卡罗物理模拟方法，生成模拟X光片；S10：获取和查看报告。有益效果：本专利技术主要运用的三维重建技术，采用计算机技术对二维医学图像进行边界识别，重新还原出被检组织或器官的三维图像。用户可多角度、清晰观察关注的部位以及其与周围结构之间的关系，多方位查看局部解剖结构，并模拟手术器械如穿刺针、工作管道等的置入过程，便捷地控制工作管道在虚拟平台中的位置，精确模拟术中穿刺过程并生成相应3D测量数据，最终可应用于真实手术中。相比传统二维测量，在距离测量、角度测量等方面更能准确体现真实状况，体现不同解剖结构及内置物(工作管道、穿刺针等)之间的关系，实现手术操作的精准规划。进一步，重建为体数据的方法为采用光线投射算法和三维重建技术，将传统的二维医学图像渲染成三维图像，并通过虚拟现实医学图像渲染模块，呈像于所有的虚拟现实设备。采用进一步技术方案的有益效果：采用光线投射算法，光线投射算法从图像的每一个像素，沿固定方向(通常是视线方向)发射一条光线，光线穿越整个图像序列，并在这个过程中，对图像序列进行采样获取颜色信息，同时依据光线吸收模型将颜色值进行累加，直至光线穿越整个图像序列，最后得到的颜色值就是渲染图像的颜色，采样点颜色采用从前往后的方式混合，将混合后的颜色作为该像素的最终颜色值，从而实现三维重建。进一步，通过多态医学图像融合技术，把同一病人的CT和MRI数据进行人工智能化的区域识别，分割出椎间盘、神经根和皮肤的方法为：采用移动立方体算法，对不同的区域进行模型重建、颜色标注，输出三维医学网格模型。采用进一步技术方案的有益效果：移动立方体法算法是面绘制算法中的经典算法，它是W.Lorensen等人于1987年提出来的一种体素级重建方法。这算法实际上是一个分而治之的方法，因为其将等值面的抽取分布于每一个体素(voxel)中进行。对于每个被处理的体素(voxel)，以三角面片来逼近其内部的等值面。每个体素是一个小立方体(cube)，在构造三角面片的处理过程中对每个体素都“扫描”一遍。算法的基本思想是逐个处理数据场中的立方体，找出与等值面相交的立方体，采用线性插值计算出等值面与立方体边的交点。根据立方体每一顶点与等值面的相对位置，将等值面与立方体边上的交点按一定方式连接生成等值面，作为等值面在该立方体内的一个逼近表示。采用该移动立方体法算法分割选取原始图像感兴趣区域，一键三维重建，获取到三维模型面数据信息，分割出椎间盘、神经根、皮肤。进一步，所述分割出骨组织的方法为采用大津阈值分割算法，将图像灰度进行自适应的阈值分割，按照图像上灰度值的分布，将图像分成背景和前景两部分看待，前景就是我们要按照阈值分割出来的部分，背景和前景的分界值就是我们要求出的阈值，通过对图像灰度值信息进行统计，根据最大类间方差判断准则，可自适应得到将背景和前景尽可能分开的阈值，最终完成图像分割，从而分割出骨组织。采用进一步技术方案的有益效果：大津阈值分割算法是一种图像灰度自适应的阈值分割算法，1979年由日本学者大津提出。大津法按照图像上灰度值的分布，将图像分成背景和前景两部分看待，前景就是我们要按照阈值分割出来的部分。背景和前景的分界值就是我们要求出的阈值。通过对图像灰度值信息进行统计，根据最大类间方差判断准则，可自适应得到将背景和前景尽可能分开的阈值，最终完成图像分割，一键分割出骨组织。进一步，所述定位穿刺针目标靶点的方法为：利用二维灰度图和定位功能，直接在二维图上定位，虚拟现实平台上的穿刺针实时同步于相应位置，精准确定目标靶点。采用进一步技术方案的有益效果：直接在二维图上鼠标点击定位，虚拟现实平台上的穿刺针实时同步于相应位置，精准确定手术的目标靶点，定位精准，操作简单方便。进一步，查看不同方位下穿刺针的放置情况的方法为：通过复位、操控缩放、操控移动和控制选中一种或几种结合的方式查看不同方位下穿刺针的放置情况。采用进一步技术方案的有益效果：设置多种方式查看不同部位下的穿刺，比如复位、缩放等，操作简便。进一步，所述工作管道是模拟实际手术过程中与实际放置的管道大小一致，直观显示工作管道与人体各部位之间的关系。采用进一步技术方案的有益效果：工作管道是一个模拟椎间孔镜手术通道的一直径7mm、金属、笔直的空心圆柱管道，椎间孔镜镜头及各种抓钳、射频刀头、镜下磨钻等各种器械通过其到达目标靶点。采用穿刺针定位完成后，采用逐级扩张方式置入扩张器械，最后置入工作管道，通过工作管道可以看见目标突出椎间盘与周围神经等软组织的关系，保证手术的顺利进行。一种经皮椎间孔镜手术精准规划系统，其特征在于，包括体数据重建模块，用于读取DICOM数据，重建为体数据；虚拟现实医学图像渲染模块，用于把医学的体数据呈像在虚拟现实设备以及裸眼三维显示设备系统上；分割模块，用于分割选取原始图像所需区域，对所需区域三维重建，获取三维模型面数据信息，分割出椎间盘、神经根和皮肤；选择骨组织阈值，分割出骨组织；孔镜规划模块，用于孔镜规划，定位穿刺针目标靶点；穿刺针入针规划模块，用于规划穿刺针的入针角度；入针查看模块，用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种经皮椎间孔镜手术精准规划方法，其特征在于，按如下步骤：S1：读取DICOM数据，重建为体数据；S2：分割选取原始图像所需区域，对所需区域三维重建，获取三维模型面数据信息，分割出椎间盘、神经根和皮肤；选择骨组织阈值，分割出骨组织；S3：进行孔镜规划，定位穿刺针目标靶点；S4：规划穿刺针的入针角度；S5：入针后，查看不同方位下穿刺针的放置情况；S6：显示或隐藏皮肤，查看皮肤上穿刺针的入针点；S7：规划和测量，得到皮肤交点距离人体中线的距离，皮肤交点距离病椎上缘面的距离以及入针深度；S8：建立工作管道，将穿刺针显示为工作管道；S9：通过对体数据进行模拟，生成模拟X光片；S10：获取和查看报告。

【技术特征摘要】
1.一种经皮椎间孔镜手术精准规划方法，其特征在于，按如下步骤：S1：读取DICOM数据，重建为体数据；S2：分割选取原始图像所需区域，对所需区域三维重建，获取三维模型面数据信息，分割出椎间盘、神经根和皮肤；选择骨组织阈值，分割出骨组织；S3：进行孔镜规划，定位穿刺针目标靶点；S4：规划穿刺针的入针角度；S5：入针后，查看不同方位下穿刺针的放置情况；S6：显示或隐藏皮肤，查看皮肤上穿刺针的入针点；S7：规划和测量，得到皮肤交点距离人体中线的距离，皮肤交点距离病椎上缘面的距离以及入针深度；S8：建立工作管道，将穿刺针显示为工作管道；S9：通过对体数据进行模拟，生成模拟X光片；S10：获取和查看报告。2.根据权利要求1所述的经皮椎间孔镜手术精准规划方法，其特征在于，重建为体数据的方法为采用光线投射算法和三维重建技术，将传统的二维医学图像渲染成三维图像，并通过虚拟现实平台进行呈现。3.根据权利要求1所述的经皮椎间孔镜手术精准规划方法，其特征在于，通过多态医学图像融合技术，把同一病人的CT和MRI数据进行人工智能化的区域识别，分割出椎间盘、神经根和皮肤的方法为：采用移动立方体算法，对不同的区域进行模型重建、颜色标注，输出三维医学网格模型。4.根据权利要求1所述的经皮椎间孔镜手术精准规划方法，其特征在于，所述分割出骨组织的方法为采用大津阈值分割算法，将图像灰度进行自适应的阈值分割，按照图像上灰度值的分布，将图像分成背景和前景两部分看待，前景就是我们要按照阈值分割出来的部分，背景和前景的分界值就是我们要求出的阈值，通过对图像灰度值信息进行统计，根据最大类间方差判断准则，可自适应得到将背景和前景尽可能分开的阈值，最终完成图像分割，从而分割出骨组织。5.根据权利要求1所述的经皮椎间孔镜手术精准规划方法，其特征在于，所述定位穿刺针目标靶点的方法为：利用二维灰度图和定位功能，直接在二维图上定位，虚拟现实平台上的穿刺针实时同步于相应位置，精准确定目标靶点。6.根据权利要求1所述的经皮椎间孔镜手术精准规划方法，其特征在于，查看不同...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春海，郑潮顺，谢智衡，孔洁，
申请(专利权)人：妙智科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44