(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111518581.4 (22)申请日 2021.12.13 (71)申请人 中国科学院深圳先进技 术研究院 地址 518000 广东省深圳市南 山区深圳大 学城学苑大道1068号 (72)发明人 齐晓志　田伟　孟晋　胡颖　 刘亚军　韩晓光　李猛　张琦　 (74)专利代理 机构 深圳中一联合知识产权代理 有限公司 4 4414 代理人 李木燕 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01) G16H 40/60(2018.01) G06T 7/00(2017.01) G06N 3/08(2006.01)G06N 3/04(2006.01) G06K 9/62(2022.01) G06V 10/764(2022.01) G06V 10/82(2022.01) (54)发明名称 一种椎弓根螺钉置入手术路径 规划方法、 装 置及设备 (57)摘要 本申请提供一种椎弓根螺钉置入手术路径 规划方法、 装置及设备， 涉及医学领域， 能够自动 规划椎弓根螺钉置入手术路径， 提高椎弓根螺钉 置入手术路径规划的准确率和效率。 该方法包 括： 对目标脊椎的扫描图像进行椎骨实例分割处 理， 得到目标脊椎中多个不同椎骨 节段的图像数 据； 对多个椎骨节段的图像数据进行三维重建， 得到多个椎骨节段对应的三维椎骨图像； 根据椎 骨特征， 识别并记录扫描图像中每个椎骨节段对 应的关键特征点的位置信息； 根据位置信息， 建 立多个椎骨 节段对应的局部坐标系； 基于多个三 维椎骨图像， 在多个椎骨节段对应的局部坐标系 中定位手术路径关键点； 根据多个椎骨节段对应 的手术路径关键点， 规划对应椎骨 节段的手术路 径。 权利要求书3页 说明书17页 附图11页 CN 114358388 A 2022.04.15 CN 114358388 A 1.一种椎弓根螺钉置入手术路径规划方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 对目标脊椎的扫描图像进行椎骨实例分割处理， 得到所述目标脊椎中多个不同椎骨节 段的图像数据； 对多个所述椎骨节段的图像数据进行三维重建， 得到多个所述椎骨节段对应的三维椎 骨图像； 根据椎骨特征， 识别并记录所述扫描图像中每个所述椎骨节段对应的关键特征点的位 置信息； 根据所述 位置信息， 建立多个所述椎骨节段对应的局部坐标系； 基于多个所述三维椎骨图像， 在多个所述椎骨节段对应的局部坐标系中定位手术路径 关键点； 根据多个所述椎骨节段对应的手术路径关键点， 规划对应椎骨节段的手术路径。 2.如权利要求1所述的椎弓根螺钉置入手术路径规划方法， 其特征在于， 所述对目标脊 椎的扫描图像进行椎骨实例分割处理， 得到所述目标脊椎中多个不同椎骨节段的图像数 据， 包括： 通过训练好的神经网络模型， 对所述扫描图像进行 椎骨实例分割处 理； 根据椎骨特 征， 查找当前分割得到的椎骨节段对应的标签； 使用所述标签对当前分割得到的所述椎骨节段进行 标记； 将标记后的所述椎骨节段作为所述神经网络模型的输入进行迭代优化处理， 输出下一 椎骨节段， 直至得到所述目标脊椎中多个不同椎骨节段的图像数据。 3.如权利要求2所述的椎弓根螺钉置入手术路径规划方法， 其特征在于， 所述对目标脊 椎的扫描图像进行椎骨实例分割处理， 得到所述目标脊椎中多个不同椎骨节段的图像数 据， 包括： 根据标记后的所述椎骨实例对应的标签， 从所述扫描图像中提取对应椎骨节段的图像 数据。 4.如权利要求3所述的椎弓根螺钉置入手术路径规划方法， 其特征在于， 所述根据 标记 后的所述椎骨实例对应的标签， 从所述扫描图像中提取对应椎骨节段的图像数据， 包括： 去除所述扫描图像中的噪声， 得到第一脊椎图像， 所述噪声为所述扫描图像中除所述 椎骨节段之外的图像数据； 向预定分辨率方向， 对所述第一脊椎图像中的图像数据进行重采样得到第二脊椎图 像； 根据标记后的所述椎骨实例对应的标签， 从所述第 二脊椎图像中提取对应椎骨节段的 图像数据。 5.如权利要求4所述的椎弓根螺钉置入手术路径规划方法， 其特征在于， 所述去除所述 扫描图像中的噪声， 得到第一 脊椎图像， 包括： 对所述扫描图像进行图像预处理， 得到第三脊椎图像， 所述图像预处理包括灰度变换、 调窗和阈值划分处 理； 计算所述第三 脊椎图像中存在的连通区的面积， 得到 至少一个连通区面积； 根据至少一个所述连通区面积， 确定所述第三 脊椎图像中的椎骨区域； 从所述第三 脊椎图像中提取 所述椎骨区域对应的图像数据， 得到所述第一 脊椎图像。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114358388 A 26.如权利要求5所述的椎弓根螺钉置入手术路径规划方法， 其特征在于， 所述计算所述 第三脊椎图像中存在的连通区的面积， 得到 至少一个连通区面积中， 包括： 通过连通区面积提取计算公式， 遍历所述第三脊椎图像计算所述连通区的面积， 所述 连通区面积提取计算公式为： Until Bi+1＝＝Bi 其中， A为连通区， Bi表示连通区A中的某一像 素点， i为整数， 且 i≥0； 表示值和运算所用 到的算子， 为3 *3的九宫格方阵形式， 其 填充为数字1。 7.如权利要求5所述的椎弓根螺钉置入手术路径规划方法， 其特征在于， 所述根据至少 一个所述连通区面积， 确定所述第三 脊椎图像中的椎骨区域， 包括： 根据第一大连通区， 确定所述第三脊椎图像中的椎骨区域， 所述第一大连通区为所述 连通区面积中的最大面积对应的连通区。 8.如权利要求5所述的椎弓根螺钉置入手术路径规划方法， 其特征在于， 所述关键特征 点包括椎管中心点和椎体中心点； 所述根据椎骨特征， 识别并记录所述扫描图像中每个椎 骨节段对应的关键特 征点的位置信息， 包括： 通过预设截面， 从所述扫描图像中截取 得到椎骨横断面图像； 根据第二大连通区， 从所述椎骨横断面图像中查找所需识别的椎管区域， 所述第二大 连通区为所述连通区面积中的第二大面积对应的连通区； 对所述椎管区域进行面积积分以及中心求解， 得到所述椎骨横断面图像中的椎管中心 点； 通过最大内切圆几何计算方法， 得到所述椎骨横断面图像中椎体区域的椎体中心点。 9.如权利要求1所述的椎弓根螺钉置入手术路径规划方法， 其特征在于， 所述位置信 息 包括椎管中心点位置信息和椎体中心点位置信息， 所述根据所述位置信息， 建立多个所述 椎骨节段对应的局部坐标系， 包括： 确定作为所述局部坐标系的原点的椎 管中心点 位置信息； 根据所述椎管中心点位置信 息和所述椎体中心点位置信 息， 确定所述局部坐标系的参 考平面； 根据所述原点和所述 参考平面， 建立所述椎骨节段对应的局部坐标系。 10.如权利要求9所述的椎弓根螺钉置入手术路径规划方法， 其特征在于， 所述参考平 面包括第一参考平面、 第二参考平面和第三参考平面， 所述根据所述椎管中心点位置信息 和所述椎体中心点 位置信息， 确定所述局部坐标系的参 考平面， 包括： 利用空间中坐标点最小二乘拟合直线公式， 根据 所述椎管中心点位置信 息确定椎骨轴 线； 将垂直于所述椎骨轴线的平面作为所述局部坐标系的第一 参考平面； 根据满足优化条件的平面系方程的第一参数， 拟合满足预设条件的第二参考平面， 所 述预设条件为所述椎骨轴线与所述椎体中心点 位置信息的距离条件； 根据所述第一 参考平面和所述第二 参考平面， 确定所述局部坐标系的第三 参考平面。 11.如权利要求1所述的椎弓根螺钉置入手术路径规划方法， 其特征在于， 所述基于多 个所述三维椎骨图像， 在多个所述椎骨节段对应的局部坐标系中定位手术路径关键点， 包权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114358388 A 3