一种基于智能化导航系统的定制化预制棒及其方法

技术领域

本发明涉及外科器械技术领域，尤其涉及一种基于智能化导航系统的定制化预制棒及其方法。

背景技术

脊柱后路钉棒固定是治疗脊柱创伤、脊柱退变和脊柱畸形行之有效和广泛使用的方法。在进行预制棒固定时，医生需要根据每个患者脊柱的生理曲度对预制棒进行折弯。由于每个患者的生理曲度都不一样，医生根据自己的经验人工折弯获取的预制棒与患者的实际生理曲度相比误差较大。

此外，折弯以后的预制棒是具有三维空间曲度的棒体，对于手术中的医生而言，难于分辨预制棒的头尾，难于确定预制棒在自轴上转过的角度，也难于确定预制棒和椎弓根钉的准确配合位置，从而带来安装上的问题，造成更多的安装误差，导致术后患者的脊柱生理曲度复位效果不是很理想。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于智能化导航系统的定制化预制棒及其方法。

本发明的技术方案提供的一种基于智能化导航系统的定制化预制棒的制造方法，所述方法包括：

获取目标脊柱三维模型；

规划置入所述目标脊柱三维模型的若干椎弓根钉的姿态和位置信息；

基于所述姿态和位置信息，生成连接所述若干椎弓根钉的预制棒三维模型。

可选的，所述方法还包括：

基于所述预制棒三维模型，制造预制棒。

可选的，所述基于所述姿态和位置信息，生成连接所述若干椎弓根钉的预制棒三维模型，进一步包括：

基于所述姿态和位置信息，将所述若干椎弓根钉分为位于所述目标脊柱三维模型左右两侧的两组椎弓根钉；

基于同侧的每组椎弓根钉，分别生成预制棒三维模型。

可选的，所述基于所述预制棒三维模型，制造预制棒，进一步包括：

基于所述预制棒三维模型，通过自动折弯设备或者成形设备完成预制棒的制造。

本发明的技术方案还提供的一种基于智能化导航系统的定制化预制棒，采用所述的制造方法制造，所述预制棒至少包括如下的三种标记之一：

第一方位标记，所述第一方位标记用于区分所述预制棒的头部端和尾部端；

第二方位标记，所述第二方位标记用于标明所述预制棒适用于所述目标脊柱三维模型的左侧或者右侧；

第三方位标记，所述第三方位标记用于区分所述预制棒的腹侧和背侧。

可选的，所述预制棒包括：

平面部，所述平面部设置在所述预制棒的头部端或者尾部端，所述平面部上设置所述第一方位标记和/或所述第二方位标记。

可选的，所述预制棒包括：

椎弓根钉位置标记线，用于确定所述预制棒与椎弓根钉的相对位置。

本发明的技术方案还提供的一种基于智能化导航系统的定制化预制棒的智能规划设计系统，所述系统包括：

获取模块，用于获取目标脊柱三维模型；

规划模块，用于规划置入所述目标脊柱三维模型的若干椎弓根钉的姿态和位置信息；

生成模块，用于基于所述姿态和位置信息，生成连接所述若干椎弓根钉的预制棒三维模型。

本发明的技术方案还提供的一种电子设备，包括存储器、处理器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程序时实现如上述任一项所述基于智能化导航系统的定制化预制棒的制造方法的步骤。

本发明的技术方案还提供的一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述基于智能化导航系统的定制化预制棒的制造方法的步骤。

本发明的技术方案还提供的一种基于智能化导航系统的定制化预制棒的安装方法，所述安装方法包括：

通过智能化导航系统进行术前规划，按照前述任一项所述的制造方法制造预制棒；

通过所述智能化导航系统，按照所述术前规划的引导，完成所述若干椎弓根钉的置入；

将所述预制棒与所述若干椎弓根钉安装固定。

本发明的技术方案提供的基于智能化导航系统的定制化预制棒及其方法，通过在三维模型中预先规划椎弓根钉，获取和目标脊柱的生理曲度相匹配的预制棒三维模型。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的技术方案提供的一种基于智能化导航系统的定制化预制棒的制造方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种左右两侧预制棒的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种预制棒的总体结构示意图；

图4为图3中A处的局部放大示意图；

图5为本发明的技术方案还提供的一种预制棒的智能规划设计系统的结构示意图；

图6为本发明提供的一种电子设备的实体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的基于智能化导航系统的定制化预制棒的制造方法进行详细地说明。

图1为本发明的技术方案提供的一种基于智能化导航系统的定制化预制棒的制造方法的流程示意图，如图1所示，本发明的技术方案提供的一种基于智能化导航系统的定制化预制棒的制造方法，方法包括如下步骤。

S100、获取目标脊柱三维模型。

优选地，通过智能化导航系统中的输入设备来获取目标脊柱三维模型，目标脊柱三维模型可以是预先获取的(即保存在存储介质中)，也可以是当即探测获取的。进一步地，智能化导航系统还包括探测设备，探测设备通过扫描患者的脊柱部分，建立所述目标脊柱三维模型。

S200、规划置入目标脊柱三维模型的若干椎弓根钉的姿态和位置信息。

优选地，智能化导航系统中内置有多个规格的椎弓根钉三维模型。

进一步地，基于获取的目标脊柱三维模型，选择合适规格的椎弓根钉置入目标脊柱三维模型中。具体置入时涉及的参数，包括椎弓根钉的规格和数量、置入的方向(即姿态)、置入的位置(包括在脊柱上的绝对位置和深度位置等)。

在一种实施例中，术前将目标脊柱三维模型导入智能化导航系统，医生根据目标脊柱三维模型进行术前规划。规划时选用智能化导航系统内集成的合适规格椎弓根钉置入目标脊柱三维模型中，并调整至合适位置。

S300、基于姿态和位置信息，生成连接若干椎弓根钉的预制棒三维模型。

优选地，智能化导航系统基于椎弓根钉的姿态和位置信息，再考虑椎弓根钉上预定的用来和预制棒连接的连接处在椎弓根钉上的相对位置，可以确定多个椎弓根钉上的多个连接点(每个椎弓根钉上的连接处即连接点)，以多个连接点即可确定预制棒的走向和曲度。

需要说明的是，本发明所述的预制棒(连接棒)，也可以称为连接杆，用于沿着平行于脊柱的方向连接多个椎弓根钉，起到纵向上的连接稳固作用。

可选的，方法还包括：

基于预制棒三维模型，制造预制棒。

需要说明的是，基于预制棒三维模型，制造预制棒，包括：

基于预制棒三维模型，获取预制棒的三维空间曲度；

基于三维空间曲度，加工制造预制棒。

可选的，基于姿态和位置信息，生成连接若干椎弓根钉的预制棒三维模型，进一步包括：

基于姿态和位置信息，将若干椎弓根钉分为位于目标脊柱三维模型左右两侧的两组椎弓根钉；

基于同侧的每组椎弓根钉，分别生成预制棒三维模型。

优选地，智能化导航系统根据椎弓根钉的位置自动生成与同侧所有椎弓根钉安装位置完全匹配的预制棒三维模型。

可选的，基于预制棒三维模型，制造预制棒，进一步包括：

基于预制棒三维模型，通过自动折弯设备或者成形设备完成预制棒的制造。

优选地，智能化导航系统将预制棒三维模型传输给自动折弯设备或者成形设备。

在一种实施例中，自动折弯设备按照预定的程序对预设的棒体做折弯加工，获取需要的预制棒。

进一步地，在一种实施例中，成形设备包括三维打印设备，按照预制棒三维模型直接打印出符合要求的预制棒。

本发明的技术方案还提供的一种预制棒，采用的制造方法制造，预制棒至少包括如下的三种标记之一：

第一方位标记，第一方位标记用于区分预制棒的头部端和尾部端；

第二方位标记，第二方位标记用于标明预制棒适用于目标脊柱三维模型的左侧或者右侧；

第三方位标记，第三方位标记用于区分预制棒的腹侧和背侧。

可选的，预制棒包括：

平面部，平面部设置在预制棒的头部端或者尾部端，平面部上设置第一方位标记和/或第二方位标记。

进一步地，将平面部设置在预制棒的背侧，即第三方位标记通过平面部的位置来实现，既方便手术时医生观察第一方位标记和/或第二方位标记，同时又用于区分预制棒的腹侧和背侧。

可选的，预制棒包括：

椎弓根钉位置标记线，用于确定预制棒与椎弓根钉的相对位置。

优选地，图2为本发明实施例提供的一种左右两侧预制棒的结构示意图，如图2所示，智能化导航系统在生成预制棒三维模型时，同时在预制棒三维模型的头侧生成第一方位标记1、第二方位标记2和椎弓根钉位置标记线3。两侧的预制棒三维模型都生成后保存此时的术前规划并导出预制棒模型，再将预制棒三维模型导入自动折弯设备或成形设备完成定制化预制棒的加工，直接形成带有第一方位标记、第二方位标记和椎弓根钉位置标记线的预制棒。

优选地，图3为本发明实施例提供的一种预制棒的总体结构示意图，图4为图3中A处的局部放大示意图，如图3和4所示，平面部4设置在预制棒的背侧的头部，其上同时设置有第一方位标记1、第二方位标记2，使得医生能够迅速分辨该预制棒的使用方向，进一步地，平面部紧邻设置有椎弓根钉位置标记线，该椎弓根钉位置标记线能够确定与预制棒连接的最头部的椎弓根钉的位置，由于手术时，首先通过智能化导航系统置入了椎弓根钉，因此最头部的椎弓根钉的位置能够先确定，再基于前述的椎弓根钉位置标记线，医生便可以迅速获知该预制棒具体何处与最头部的椎弓根钉连接，从而迅速实现预制棒的术中定位。手术时智能化导航系统引导椎弓根钉置入至术前规划位置一致的患者脊柱中。置钉完成后医生将带有方位标记的预制棒装入椎弓根中。完成复位操作后，锁紧螺塞就完成脊柱后路钉棒固定系统植入、锁紧及固定。

优选地，平面部4通过铣刀直接铣出，只需要确定距离预制棒的轴心的距离和预制棒在加工时自身转动的角度，就可以方便地确定该平面，将圆柱面转化为平面，使得在预制棒上所做的第一方位标记1、第二方位标记2更为精确，降低标记误差。

优选地，从术前规划，预制棒三维模型的生成到预制棒的加工和椎弓根钉的置入全部是在智能导航系统的计算和引导下完成的，同时预制棒头侧有指示方位的标记，确保脊柱后路钉棒固定系统精确地置入患者脊柱中，解决了人工操作而导致术后患者脊柱生理曲度复位效果不理想的问题。

在另一实施例中，公布了一种智能化导航系统，所述智能化导航系统能够按照前述的基于智能化导航系统的定制化预制棒的制造方法制造出高适配性的预制棒，并且智能化导航系统能够实现将椎弓根钉按照术前规划置入目标脊柱内，并进一步引导高适配性的预制棒与椎弓根钉完成固定。

下面对本发明提供的预制棒的智能规划设计系统进行描述，下文描述的预制棒的智能规划设计系统与上文描述的基于智能化导航系统的定制化预制棒的制造方法可相互对应参照。

图5为本发明的技术方案还提供的一种预制棒的智能规划设计系统的结构示意图，如图5所示，本发明的技术方案还提供的一种预制棒的智能规划设计系统，系统包括：

获取模块，用于获取目标脊柱三维模型；

规划模块，用于规划置入目标脊柱三维模型的若干椎弓根钉的姿态和位置信息；

生成模块，用于基于姿态和位置信息，生成连接若干椎弓根钉的预制棒三维模型。

本实施例通过在三维模型中预先规划椎弓根钉，获取和目标脊柱的生理曲度相匹配的预制棒三维模型。

在另一实施例中，提供一种基于智能化导航系统的定制化预制棒的安装方法，所述安装方法包括：

通过智能化导航系统进行术前规划，按照前述任一项所述的制造方法制造预制棒；

通过所述智能化导航系统，按照所述术前规划的引导，完成所述若干椎弓根钉的置入；

将所述预制棒与所述若干椎弓根钉安装固定。

通过智能化导航系统的引导完成椎弓根钉的置入，使得预制棒能够配合椎弓根钉的角度和位置，进一步减小误差。

图6为本发明提供的一种电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行基于智能化导航系统的定制化预制棒的制造方法，所述方法包括：

获取目标脊柱三维模型；

规划置入所述目标脊柱三维模型的若干椎弓根钉的姿态和位置信息；

基于所述姿态和位置信息，生成连接所述若干椎弓根钉的预制棒三维模型。

此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的基于智能化导航系统的定制化预制棒的制造方法，所述方法包括：

获取目标脊柱三维模型；

规划置入所述目标脊柱三维模型的若干椎弓根钉的姿态和位置信息；

基于所述姿态和位置信息，生成连接所述若干椎弓根钉的预制棒三维模型。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的基于智能化导航系统的定制化预制棒的制造方法，所述方法包括：

获取目标脊柱三维模型；

规划置入所述目标脊柱三维模型的若干椎弓根钉的姿态和位置信息；

基于所述姿态和位置信息，生成连接所述若干椎弓根钉的预制棒三维模型。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。