专利名称：为在脊柱外科手术中放置椎弓根螺钉或器械而确定椎弓根底周、椎弓根峡部和椎弓根峡 ...的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及脊柱外科领域，涉及在脊柱外科中精确放置推弓根螺 钉或器械的计算机化或自动化的方法，特别涉及确定推弓根底周(ped ic 1 e base circumference)、牙#弓才艮山夹部和才,弓才艮山夹部中心的方法。
背景技术：
将螺钉放入人脊柱中是一种普通的外科程序，它使得众多脊柱外科手 术得以进行。螺钉通常被放置在腰骶推的单个推骨的推弓根中。由于它们 相比于其他固定方法存在的生物力学优势，外科医生正在扩大脊柱(推弓 根螺钉被放在其中)的面积。但是，与脊柱临近的是许多极其重要的结构 和器官，特别是颈推和胸推区域，它们对手术引起的创伤有很低的耐受性， 这可能最终导致严重的疾病和/或死亡。因此，大部分对推弓根螺钉放置的 研究都致力于提高精确度，以将螺钉维持在多骨(骨内)环境中。
影像导引系统正不断发展，其在辅助外科医生精确放置螺钉中越来越 受到欢迎。将推弓根螺钉置入人脊柱的重要参素是螺钉的直径、长度和精 确放置的路径(trajectory)。迄今，许多影像导引系统使得可以手动确
定这些参数，以改善外科医生在放置螺钉时的手动操作。至今，没有任何 系统可以自动确定理想的推弓根螺钉直径、长度和精确放置推弓根螺钉的 路径。本发明提供这种能力，它类似于飞行员驾驶具有电脑控制的航空性 能的飞机，使得利用创伤或经皮技术放置推弓根螺钉。
2 004年12月2日公开的发明专利公开第US 2 004/0240715 Al号涉及 在脊柱外科手术中确定推弓根螺钉放置的方法和电脑系统。其公开了 一种 方法，其首先确定最小的推弓根直径，用来确定最佳的螺钉路径，随后利 用每个推弓根螺钉的最佳路径来确定最大的推弓根直径和长度。堆栈 (stack ) 二维横断切片(transverse slice )凄t据以形成三维凄t据点，以 通过线性最小二乘解确定最佳路径来拟合数据，并要求所述线性最小二乘 解在整个最小横断推弓根宽度上进行。这个方法的缺点在于，它可确定出 异常的路径，特别是对于变形的推弓根骨骼更是如此，结果是确定的螺钉 的最佳直径和长度较小，导致产生生物力学较差的构造。相反，如下文所 详细描述的，本发明的新的和改进的方法通过确定最佳路径，从而始终将 路径沿推弓根的中心排布，其中通过利用最小横截面(峡部)的中心位点 并使用计算机在相反方向正交于(normal to)所限定的区域伸出线条。本 发明的新的和改进的方法可为骨内放置确定最大的螺钉直径和长度。
2005年9月1日公开的美国申请公开第2005/0192575 Al号涉及一种 确定理想推弓根螺钉直径、长度和路径的方法，其中有关于推弓根与推体 结合的过渡界面(transitional interface)的描述。此过渡界面描述了 4,弓才艮底周(B ),其在前后X射线成^f象4义(anteroposterior radiographic imaging)上呈圆形皮质密度(round like cortical density)，位于推 体的靠近头部的侧面。此推弓根底周的重要特点在于，它不同于推弓根峡 部(X,推弓根中最狭窄的区域)，但有时可以是相同的。推弓根峡部是使
最大直径的推弓根螺钉最大化而不会破裂皮质的限速步骤。为了在任何给 定的推弓根中使推弓根螺钉的直径最大化，必须确定推弓根峡部。随后， 所述推弓根峡部的中心可用来确定理想的^各径，因而可以让推弓才艮螺钉沿 所述理想的^各径同轴》丈置。
本申请涉及确定推弓根底周、推弓根峡部和推弓根峡部中心的新的和 改进的方法。
发明概述
根据本发明的方法，通过任何适合的方式获得推体的任何平面中的连
续堆栈图像(serial stacked images )。这些图像随后净皮重建，以获得尺 寸真实的推体的三维透视图。以三维和二维图像绘制所述推弓根底周和推 弓根峡部。
一旦获得了推体的真实三维透视图，其随后截取其一个横断面以显现 并获得外部皮质层。随后沿所述外部皮质表面的切线方向绘制一 系列的第 一线条。然后，垂直于所述位于外部皮质表面的切线绘制一系列的第二线 条，所述第二线条位于推体中。
在所述推弓根及其向推体的过渡部分的区域，所述第二线条将用于分 辨所述推弓根底周和推弓根峡部。具体地，所述推弓根底周是指相邻第二 线条彼此呈最大角度、非线性或不调和的区域。所述推弓根峡部是指相对 的第二线条彼此最平行的区域。所述外部皮质表面上的无穷小的位点 (Infinitesimal points)被用来排布所述第 一切向平面线条以及它们各 自的第二垂直线条。
定义所述推弓根峡部后，就需要定义推弓根峡部的中心，以用来确定 同心路径和建造推弓根圆柱体。虽然许多推弓根具有椭圆形或不*见则体积，
但大多数推弓根仍被概念化地认为是圓柱形的。这样，就有必要精确地确 定这些推弓根的中心。本发明的方法利用由所述推弓根峡部定义的截面， 随后将位于两个线条交叉点的位点定义为此截面的中心，所述两个线条来
自所述夕卜部皮质表面的正交(infinitesimal orthogonal)的第二垂直线 条的中心。此方法可以不考虑推弓根的形状就能确定推弓根峡部的中心。
附图简述
图1A是推体径向图像的示意图； 图1B是推体横向图像的示意图； 图2是图1B中所示推体的示意图3是图2中所示推体的推弓根部分的示意图，显示了如图2中所示 的正交平面线条及它们各自的垂直线条；
图4A是推体纵向图像的示意图，显示了根据本发明方法确定的推弓根 底周和推弓根峡部的位置；
图4 B推体横向图像的示意图，显示了根据本发明方法确定的推弓根底 周和推弓根峡部。
图4 C是推体冠状图像的示意图，显示了根据本发明方法确定的椎弓根 底周和推弓根峡部的位置；
图5 A是推弓根峡部横截面的示意图，显示了根据本发明方法确定的推 弓根峡部的中心；
图5 B是具有不规则形状的稚弓根峡部的横截面的示意图，显示了根据 本发明方法确定的推弓根峡部的中心；
图5C是具有不同不规则形状的推弓根峡部横截面的示意图，显示了根 据本发明方法确定的推弓根峡部的中心。
优选实施方式的描述
推弓根底周和推弓根峡部的确定
根据本发明的方法，通过任何适合的方式获得推体10的任何平面中的
连续堆栈图^象(serial stacked images )。这些图^象随后#1重建，以获得 尺寸真实的推体10的三维透视图。如图U和1B所示，用三维和二维图像 绘制所述推弓根底周B和推弓根峡部X。
一旦获得了推体10的真三维透视图，其随后在横断面上被分割以显现 并获得外部皮质层。随后沿所述外部皮质表面12的切线方向绘制一系列的 第一线条T。然后，垂直于所述位于外部皮质表面12的第一线条T绘制一 系列的第二线条P,所述第二线条P位于推体10中。其在图2中图示，作 为说明性的例子，图2只描绘了两条第一切线T和两条第二垂直线P。
在所述推弓根14及其向推体10的过渡部分的区域，所述第二垂直线 条P将用于分辨所述推弓根底周B和推弓根峡部X。具体地，所述推弓根 底周B是指相邻第二垂直线条P彼此呈最大角度A、非线性或不调和的区 域。相反地，所述推弓根峡部X是指相对的第二垂直线条P彼此最平行的 区域。所述外部皮质表面上的无穷小的位点被用来排布所述第 一切向线条 T以及它们各自的第二垂直线条P。其示意性地显示在图3中。
如图4A、 4B和4C所示，来自无限多个的4黄切面(TS1、 TS2、 TS3…) 用来定义所述推弓根底周B和推弓根峡部X的点随后被比较以取定所述推 弓根底周B和推弓根峡部X的解剖学三维位置。图4B和4C显示了横切面 TS2穿过推弓根14的中心，及其分别在对黄向和冠状突出部上的相应位点。
推弓根峡部中心的确定
定义所述推弓根峡部X后，就必须进一步定义推弓根峡部的中心C。 需要用它来确定同心路径和建造推弓根圓柱体。大多数推弓根仍被概念化
地认为是圆柱形；但是，许多推弓根具有椭圆形或不规则体积。这样，就 有必要精确地确定这些推弓根的中心。如图5A、 5B和5C所示，本发明的 方法利用由所述推弓根峡部X定义的截面，随后将位于两个线条交叉点的 位点定义为此截面的中心C,所述两个线条来自所述外部皮质表面的正交 的第二垂直线条P的中心。如图5A、 5B和5C所示，此方法可以不考虑不 同推弓根的形状就能确定推弓根峡部的中心。
很容易看到，本发明的方法提供了确定推弓根底周、推弓根峡部和推 弓根峡部中心的简单可靠的方法，其让推弓根螺钉沿着理想的路径被同心 地放置。这些方法可以通过任何合适的方式实现，例如通过使用计算机等 的视觉成像实现，或通过二维截面手动实现。
虽然本发明已结合现在认为是最佳实施方式来描述，但要理解的是， 本发明并不局限于所揭露的实施方式，相反，本发明有意涵盖在所附权利 要求书范围内的所有修改和等同变化。
权利要求
1.一种在脊柱外科手术期间为了能够在椎体椎弓根中最佳地放置螺钉或器械而确定椎弓根底周和椎弓根峡部的方法，其包括:产生所述椎体的三维图像；通过取所述三维图像的一个横断面以产生所述椎体的外部皮质层的图像；在所述横断面上提供一系列的与所述椎体的外部皮质表面相切、在所述椎弓根中和靠近所述椎弓根的第一线条；提供一系列基本垂直于所述一系列的第一线条的第二线条，所述第二线条延伸穿过所述椎体，并处于椎体的椎弓根之中或靠近所述椎弓根；将所述椎弓根底周定义为所述外部皮质表面中相邻第二线条彼此呈最大角度的区域；将所述椎弓根峡部定义为所述外部皮质表面中彼此相对的第二线条相互最靠近并平行的区域。
2. 权利要求1所述的方法，其特征在于，无穷小的位点被用于所述外 部皮质表面，以排布所述第一线条和所述第二线条。
3. 权利要求2所述的方法，其特征在于，所述推弓根底周和推弓根峡 部的解剖学三维图像位置是通过比较无限个、以定义所述推弓根底周和推 弓根峡部的横断面来确定的。
4. 权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括将两个线 条的交叉点定义为取自推弓根峡部的横断面的中心，所述两个线条来自从 所述外部皮质表面延伸出的正交的第二线条的中心。
5. 权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法是通过计算机生成的图像来操作的。
6.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法是通过所述推体的 二维界面手动操作的。
全文摘要
在脊柱外科手术期间，为便于在椎体的椎弓根中置入螺钉而确定椎弓根底周和椎弓根峡部的方法，包括提供与所述椎体的外部皮质表面相切的、在来自所述椎体三维图像的横断面上的椎弓根之中或靠近所述椎弓根，提供一系列的第一线条；提供一系列的第二线条，其穿过所述椎体、处于所述椎体的椎弓根之中或靠近所述椎弓根，垂直于所述一系列的第一线条；将所述椎弓根底周定义为所述外部皮质表面中相邻第二线条彼此呈最大角度的区域；将所述椎弓根峡部定义为所述外部皮质表面中彼此相对的第二线条相互最靠近并平行的区域。所述椎弓根峡部的中心被定义为两个线条的交叉点，所述两个线条来自从所述外部皮质表面延伸出的正交的第二线条的中心。
文档编号A61B17/56GK101374470SQ200780003344
公开日2009年2月25日 申请日期2007年1月24日 优先权日2006年1月24日
发明者赫克托·O·帕切科 申请人:纽卡迪亚6有限责任公司