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本发明适用于计算机辅助医学领域，提供了一种椎弓根螺钉植入的虚拟方法：获取包含脊柱图像的CT数据；对感兴趣区域的脊柱区域进行分割和三维重建，生成Mesh模型；构建手术工具；将所述Mesh模型以及所述手术工具导入虚拟手术环境中；接收通过力反馈装置绘制的手术场景变化；其中，所述力反馈装置用于跟随拖动操作运动，并生成运动状态，并反馈运动效果；对绘制的手术场景变化进行立体显示处理，并输出处理后的立体图像。本发明能使受训者更直观和详细地了解手术区域的解剖关系，可以从多个视角了解置钉位置是否准确，是否有邻近结构的损伤，从而提高了教学质量，以及能让使用者得到操作过程中的触觉感受。

一种椎弓根螺钉植入的虚拟方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：获取包含脊柱图像的CT数据；对感兴趣区域的脊柱区域进行分割和三维重建，生成Mesh模型；构建手术工具；将所述Mesh模型以及所述手术工具导入虚拟手术环境中；接收通过力反馈装置绘制的手术场景变化；其中，所述力反馈装置用于跟随拖动操作运动，并生成运动状态，并反馈运动效果；具体的，通过使用者拖动力反馈装置的操作手柄，使力反馈装置的操作手柄沿任意方向移动，进而向使用者反馈运动效果，以便于让使用者得到操作过程中的触觉感受；所述力反馈装置的运动状态记录了力反馈装置的手柄位置以及使用者施加于手柄上的力；对绘制的手术场景变化进行立体显示处理，并输出处理后的立体图像。

 在医学界，椎弓根手术技术要求在横径5-10mm的椎弓根内准确植入直径4_7mm的椎弓根螺钉，而不能损伤比邻的神经根、硬膜囊等重要结构，因此，这对初学者是一个巨大的挑战，徒手将椎弓根螺钉植入椎弓根内是临床上开放手术最为常见的手术方式，在后路开放切口下，通过解剖标志点的识别、通过钉道探子的触觉感受，依据医生的手术经验及术前患者的X线、CT图像进行螺钉的植入。

[0003] 为了让初学者的临床经验更加成熟，现有技术提供一种脊柱椎弓根螺钉置入虚拟手术系统，用于帮助初学者学习及训练，该系统是根据患者的个性化CT图像重建脊柱三维结构和脊柱正侧位投影图像，其不仅能够培训手术医生在术中透视引导下微创置入椎弓根螺钉，也能指导手术医生通过解剖标志点在开放条件下置入椎弓根螺钉，提高手术医生椎弓根螺钉置入的准确性，其在脊柱椎弓根螺钉置入解剖教学上具有非常重要的作用。

中国科学院深圳先进技术研究院提升了粤港地区及我国先进制造业和现代服务业的自主创新能力，推动我国自主知识产权新工业的建立，成为国际一流的工业研究院。 深圳先进院目前已初步构建了以科研为主的集科研、教育、产业、资本为一体的微型协同创新生态系统，由九个研究平台，国科大深圳先进技术学院，多个特色产业育成基地、多支产业发展基金、多个具有独立法人资质的新型专业科研机构等组成。开展先进技术研究，促进科技发展。信息、电子、通讯技术研究新材料、新能源技术研究高性能计算、自动化、精密机械研究生物医学与医疗仪器研究相关学历教育、博士后培养与学术交流。

在本发明中，通过对感兴趣区域的脊柱区域进行分割和三维重建，生成Mesh模型；构建手术工具;将所述Mesh模型以及所述手术工具导入虚拟手术环境中；接收通过力反馈装置绘制的手术场景变化;其中，所述力反馈装置用于跟随拖动操作运动，并生成运动状态，并反馈运动效果。本发明能使受训者更直观和详细地了解手术区域的解剖关系，可以从多个视角了解置钉位置是否准确，是否有邻近结构的损伤，从而提高了教学质量，缩短了教学周期，以及能让使用者得到操作过程中的触觉感受。同时，加入了评分机制，使受训者更能融入到训练之中，有效帮助受训者由浅入深的练习，最终扎实的掌握解剖结构和手术技能。立体显示技术的使用，模拟真实椎弓根置钉手术过程，增加了系统的沉浸感，具有较强的易用性和实用性。

技术合作

本发明实施例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全部或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)或处理器(processor)执行本发明实施例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。

[0103]以上所述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实施例各实施例技术方案的精神和范围。