计算机辅助骶髂关节螺钉最优通道自动规划技术研究

摘要

目的 经皮骶髂关节螺钉内固定是治疗骨盆骨折的重要手段,由于骶髂关节周围解剖结构复杂,骶髂关节螺钉的误置容易损伤重要血管和神经.手术机器人以其高精度、稳定性好、安全度高的特点,越来越多的运用在经皮骶髂关节螺钉手术中.但目前的手术机器人只能解决精确定位问题,手术规划仍然依赖医生手动完成.本研究旨在基于数字建模与几何规划,研究个性化的骶髂关节螺钉最优通道自动规划方法,实现自动化、定量化、最优化的螺钉通道规划.方法 将14套骶髂关节螺钉术后骨盆CT导入Mimics 17.0中,分割出骨盆模型用于自动规划;计算术后螺钉位置,作为手动规划结果进入对照组.将骨盆模型导入自动规划模块,手工指定螺钉通道起点和终点的种子点,自动生成起点和终点点阵,联接任意起点和终点构成一条螺钉通道.遍历所有螺钉通道,以体素模型布尔运算的方法筛选出完全位于骨性结构中的通道作为安全通道,再定义通道周围表面点到通道中心线的最短距离为通道安全度,选出安全通道中安全度最高的一条作为最优手术规划.结果 对比实验中,10例S1骶髂关节螺钉自动规划安全度为6.339 mm±1.499 mm,优于手动规划安全度2.482 mm±1.571 mm,差异有统计学意义(P<0.001);10例S2骶髂关节螺钉自动规划安全度为5.777 mm±1.250 mm,优于手动规划安全度1.784 mm±1.531 mm,差异有统计学意义(P<0.001).S1骶髂关节螺钉自动规划优良率为100％,手动规划优良率80％;S2骶髂关节螺钉自动规划优良率为100％,手动规划优良率60％.结论 实验结果表明本研究提出的自动规划方法能够实现个性化的骶髂关节螺钉最优通道自动规划,规划结果明显优于手动规划,为骨科手术的自动规划方法研究提供了新的思路.