脊柱椎弓根螺钉自动规划方法、系统、设备和存储介质技术方案

本申请涉及一种脊柱椎弓根螺钉自动规划方法、系统、设备和存储介质，其中，该方法包括：基于对象脊柱单椎体的三维模型，分割得到目标结构模型；根据目标结构模型与螺钉间的位置关系，对螺钉路径方向进行粗规划，得到粗规划结果；基于粗规划结果，对螺钉和目标结构模型之间的预设优化目标进行优化，得到精规划结果。通过本申请中递进式多元条件的脊柱椎弓根螺钉自动规划方法，使螺钉规划结果更加符合临床标准，解决了相关技术中量化指标单一，导致最终规划结果可靠性差，难以达到临床要求的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
脊柱椎弓根螺钉自动规划方法、系统、设备和存储介质


[0001]本申请涉及医学
，特别是涉及一种脊柱椎弓根螺钉自动规划方法、系统、设备和存储介质。

技术介绍

[0002]脊柱椎弓根螺钉置入已成为稳定脊柱的常用外科手术，广泛的应用于治疗椎体骨折、侧弯、椎间盘突出等多种疾病。该手术一般在多个椎体的椎弓根内置入螺钉，再将螺钉头固定在融合硬件上，以形成良好的生物力学结构，从而稳定脊柱。由于椎体的形态复杂多样，椎弓根周围有脊髓、神经根以及血管等重要组织和器官，导致传统的手动置钉需要耗费大量的时间和精力。因此，椎弓根螺钉自动规划方法的应用，能够很大程度上提高手术的效率。
[0003]由于椎体形态复杂，生物力学结构通常很难量化，导致脊柱椎弓根螺钉规划无法形成统一的量化标准。因此，现有的方法通常通过量化置钉效果，比如骨量大小、紧固强度以及各种角度约束等进行螺钉自动规划，比如基于腰椎的椎骨的形状特性分割出椎弓根，再利用优化算法最大化螺钉通过的骨量，进行了腰椎的置钉规划，但是这些量化指标都比较单一，不足以覆盖临床中的实际情况，导致最终规划结果可靠性差，难以达到临床要求。
[0004]针对相关技术中存在量化指标单一，导致最终规划结果可靠性差，难以达到临床要求的问题，目前还没有提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0005]在本实施例中提供了一种脊柱椎弓根螺钉自动规划方法、系统、设备和存储介质，以解决相关技术中量化指标单一，导致最终规划结果可靠性差，难以达到临床要求的问题。
[0006]第一个方面，在本实施例中提供了一种脊柱椎弓根螺钉自动规划方法，包括：
[0007]基于对象脊柱单椎体的三维模型，分割得到目标结构模型；
[0008]根据所述目标结构模型与螺钉间的位置关系，对螺钉路径方向进行粗规划，得到粗规划结果；
[0009]基于所述粗规划结果，对螺钉和所述目标结构模型之间的预设优化目标进行优化，得到精规划结果。
[0010]在其中的一些实施例中，所述基于对象脊柱单椎体的三维模型，分割得到目标结构模型，包括：
[0011]基于对象脊柱单椎体的三维模型得到三维点云数据，并对目标结构进行标注；
[0012]通过训练得到点云分割模型，根据标注对所述三维点云数据进行分割，得到所述目标结构模型。
[0013]在其中的一些实施例中，所述根据所述目标结构模型与螺钉间的位置关系，对螺钉路径方向进行粗规划，得到粗规划结果，包括：
[0014]基于所述目标结果模型中椎弓根的三维模型进行圆柱拟合，计算出拟合圆柱的中
轴线和截面圆直径，并作为螺钉置入的初始路径方向和螺钉直径，以得到初始规划结果；
[0015]通过限制所述目标结果模型中上终板和螺钉初始路径方向间的夹角，对螺钉的所述初始路径方向进行粗规划，得到所述粗规划结果。
[0016]在其中的一些实施例中，所述根据所述目标结构模型与螺钉间的位置关系，对螺钉路径方向进行粗规划，得到粗规划结果，包括：
[0017]基于所述目标结果模型中上终板和螺钉初始路径方向间的夹角的限制条件，对所述椎弓根三维模型进行圆柱拟合；
[0018]计算出拟合圆柱的中轴线和截面圆直径，并作为螺钉置入的路径方向和螺钉直径，以得到所述粗规划结果。
[0019]在其中的一些实施例中，所述基于所述粗规划结果，对螺钉和所述目标结构模型之间的预设优化目标进行优化，得到精规划结果，包括：
[0020]根据所述粗规划结果获取所述螺钉的调整范围；
[0021]将所述螺钉与所述目标结构模型中上终板间的距离以及所述调整范围作为优化约束条件，至少以螺钉和所述目标结构模型之间的内聚程度作为所述预设优化目标，建立精规划优化模型；
[0022]基于所述精规划优化模型，得到精规划结果。
[0023]在其中的一些实施例中，所述基于所述粗规划结果获取所述螺钉的调整范围，包括：
[0024]根据所述粗规划结果中的螺钉方向得到螺钉的入钉点和钉尾点；
[0025]根据所述入钉点建立与所述目标结构模型中椎体主干外表面后方的第一相交区域，将所述第一相交区域作为螺钉路径的起始点坐标集合；
[0026]根据所述钉尾点建立与所述椎体主干外表面前方的第二相交区域，将所述第二相交区域作为螺钉路径的终止点坐标集合；
[0027]基于所述起始点坐标集合和所述终止点坐标集合，得到螺钉路径方向的调整范围。
[0028]在其中的一些实施例中，所述以螺钉和所述目标结构模型之间的内聚程度作为所述预设优化目标，包括：
[0029]将螺钉路径方向、螺钉半径以及螺钉长度共同指示所述内聚程度；
[0030]所述螺钉路径方向为起始点坐标和终止点坐标所构成的向量；
[0031]所述螺钉半径为所述椎弓根外表面到所述螺钉路径方向的最小距离；
[0032]所述螺钉长度为起始点坐标和终止点坐标的欧氏距离。
[0033]第二个方面，在本实施例中提供了一种脊柱椎弓根螺钉自动规划系统，包括：分割模块、粗规划模块以及精规划模块；
[0034]所述分割模块，用于基于对象脊柱单椎体的三维模型，分割得到目标结构模型；
[0035]所述粗规划模块，用于根据所述目标结构模型与螺钉间的位置关系，对螺钉路径方向进行粗规划，得到粗规划结果；
[0036]所述精规划模块，用于基于所述粗规划结果，对螺钉和所述目标结构模型之间的预设优化目标进行优化，得到精规划结果。
[0037]第三个方面，在本实施例中提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储
在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一个方面所述的脊柱椎弓根螺钉自动规划方法。
[0038]第四个方面，在本实施例中提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述第一个方面所述的脊柱椎弓根螺钉自动规划方法。
[0039]与相关技术相比，在本实施例中提供的一种脊柱椎弓根螺钉自动规划方法、系统、设备和存储介质，通过基于对象脊柱单椎体的三维模型，分割得到目标结构模型；通过限制所述目标结构模型与螺钉间的位置关系，对螺钉路径方向进行粗规划，得到粗规划结果；基于所述粗规划结果，对螺钉和所述目标结构模型之间的预设优化目标进行优化，得到精规划结果，解决了相关技术中量化指标单一，导致最终规划结果可靠性差，难以达到临床要求的问题，实现了递进式多元条件的脊柱椎弓根螺钉自动规划方法，使螺钉规划结果更加符合临床标准。
[0040]本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
[0041]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0042]图1为本实施例中脊柱椎弓根螺钉自本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脊柱椎弓根螺钉自动规划方法，其特征在于，包括：基于对象脊柱单椎体的三维模型，分割得到目标结构模型；根据所述目标结构模型与螺钉间的位置关系，对螺钉路径方向进行粗规划，得到粗规划结果；基于所述粗规划结果，对螺钉和所述目标结构模型之间的预设优化目标进行优化，得到精规划结果。2.根据权利要求1所述的脊柱椎弓根螺钉自动规划方法，其特征在于，所述基于对象脊柱单椎体的三维模型，分割得到目标结构模型，包括：基于对象脊柱单椎体的三维模型得到三维点云数据，并对目标结构进行标注；通过训练得到点云分割模型，根据标注对所述三维点云数据进行分割，得到所述目标结构模型。3.根据权利要求1所述的脊柱椎弓根螺钉自动规划方法，其特征在于，所述根据所述目标结构模型与螺钉间的位置关系，对螺钉路径方向进行粗规划，得到粗规划结果，包括：基于所述目标结果模型中椎弓根的三维模型进行圆柱拟合，计算出拟合圆柱的中轴线和截面圆直径，并作为螺钉置入的初始路径方向和螺钉直径，以得到初始规划结果；通过限制所述目标结果模型中上终板和螺钉初始路径方向间的夹角，对螺钉的所述初始路径方向进行粗规划，得到所述粗规划结果。4.根据权利要求1所述的脊柱椎弓根螺钉自动规划方法，其特征在于，所述根据所述目标结构模型与螺钉间的位置关系，对螺钉路径方向进行粗规划，得到粗规划结果，包括：基于所述目标结果模型中上终板和螺钉初始路径方向间的夹角的限制条件，对所述椎弓根三维模型进行圆柱拟合；计算出拟合圆柱的中轴线和截面圆直径，并作为螺钉置入的路径方向和螺钉直径，以得到所述粗规划结果。5.根据权利要求1所述的脊柱椎弓根螺钉自动规划方法，其特征在于，所述基于所述粗规划结果，对螺钉和所述目标结构模型之间的预设优化目标进行优化，得到精规划结果，包括：根据所述粗规划结果获取所述螺钉的调整范围；将所述螺钉与所述目标结构模型中上终板间的距离以及所述调整范围作为优化约束条件，至少以螺钉和所述目标结构模型之间的内聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱悦，丛琳，杨云洪，张旭，付春萌，
申请(专利权)人：武汉联影智融医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：