CN103156632B - 一种腰椎三维测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种腰椎三维测量方法，所述方法将椎体进行CT扫描，将CT连续断层图像数据进行三维模型重建，在三维模型中根据椎体的形态结构确定三维空间平面坐标，并根据坐标平面确定椎体各项参数的测量方法，包括测量腰椎的椎孔矢状径、椎体矢状径、椎弓根间距、椎弓根宽度、椎弓根高度。本发明还通过上述方法和实体接触式精密测量法分别对5例腰椎各项解剖参数进行测量，本发明基于CT二维断层图像建立的腰椎骨三维数字化分析模型的三维测量法具有很高的准确性及可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种腰椎的三维测量方法，具体涉及，基于CT扫描技术和三维重建技术对椎骨进行测量的方法。
背景技术
生物力学实验证明，只有螺钉沿椎弓根唯一的解剖长轴通道准确置入并达理想深度，才能保证钉棒系统的稳定性和理想的临床疗效，这个唯一性导致使手术的操作难度增大。为提高椎弓根螺钉置入的准确度，国内外学者对进钉位置、角度、深度进行了很多相关研究。
Panjabi等通过对椎弓根三维空间形态及内部结构的研究发现椎弓根在外部形态、长轴方向、内部结构方面均有很大的变异性。不同种族，不同个体，不同节段，甚至同一节段的不同侧别，均存在具有统计学意义的差异。其他研究人员的研究结果也显示椎弓根自身形态存在较大的变异性是置钉失误率大的最重要原因之一。因此，椎弓根螺钉置入手术前获取椎弓根三维解剖数据，即椎管前后径、椎弓根横径、长度、水平夹角，对提高椎弓根螺钉置入的准确性，减少椎弓根内固定手术并发症的发生率具有重要意义。
精密测量腰椎椎体及椎弓根峡部相关解剖结构参数对于提高脊柱手术技术极为重要[ROY-CAMILLE R，SAILLANT G，MAZEL C.Internal fixation of thelumbar spine with pedicle screw plating.Clinical Orthopaedics and Related Research，1986(203)：7-17]。从解剖学上讲，腰椎椎弓根呈类椭圆形且低位腰椎的椎弓根与矢状面有明显的倾斜角度[SUGISAKI K，AN H-s，ESPINOZA O A，et al.In vivothree-dimensional morphometric analysis of the lumbar pedicle isthmus.Spine，2009，34(24)：2599-2604]。
然而，实体解剖测量的方法繁多，结果相对准确，它的缺点是比较繁琐，而且需要尸体标本，成本较高，不方便临床工作[ISLAM C，M B，SAKULB.Clinical importance of the minimal cancellous diameter of lower thoracic andlumbar vertebral pedicles.Clinical Anatomy(New York，N.Y.)，1996，9(3)：151-154]。X线测量存在较大的放大率，测量结果往往大于实际数值，加大了椎管狭窄症的诊断范围[ZINDRICK M R，WILTSE L L， DOORNIK A，et al.Analysis of themorphometric characteristics of the thoracic and lumbar pedicles.Spine，1987，12(2)：160-166]。CT测量操作简单、图像直观、便于测量和诊断而且CT放大率极小，所以能够得出腰椎椎管相对准确的数值[NOJIRIK，MATSUMOTOM，CHIBAK，etal.Comparative assessment of pedicle morphology of the lumbar spine in variousdegenerative diseases.Surgical and Radiologic Anatomy：SRA，2005，27(4)：317-321]。不过，CT断层图像上的测量实质上还是属于二维平面测量，往往我们在研究过程中需要测量的长度或角度并不在同一水平面上，因而此种测量方法受到很多局限和制约。
三维重建的脊椎模型中，根据立体几何相关原理，可以通过两个空间平面定义一条线，再通过两条相交线定义一个点，或者用鼠标直接拾取三维坐标点等方法来定义解剖特征点，并测量空间两点间的直线距离及其在另一基准平面上的投影长度，此外，还可以很方便的测量空间线线成角和线面成角等，由此可见，三维重建测量与其他测量工具相比在精度方面有明显的优势。但由于人体脊椎骨骼是一个复杂而多变的特殊结构，三维重建模型同样很难确切的依据某些解剖特征点来量化和制定测量规范，因此，对于复杂且目前无法用数学函数度量的人体骨骼三维图像的测量，仍然是三维测量中的一个热点和难点。
通过对脊椎三维重建模型的测量，可以为脊柱和脊椎的相关外科医学研究和手术模拟提供科学依据和参考数据，从而为脊柱和脊椎的定量描述奠定基础。
发明内容
为解决上述问题，更加准确的测量椎体的三维解剖结构，本发明公开了一种腰椎三维测量方法，所述方法是通过利用CT三维重建技术，在数字化虚拟环境下还原腰椎的解剖学结构特征，从而得到椎管前后径、椎弓根横径、长度的准确参数，同时还可以应用数字化平台在三维重建可视化模型上建立模拟进钉通道，从而把进钉部位、方向、深度和进钉通道从整体上进行三维定位、定量化分析。
本发明根据实际测量需要，在相关软件中合理设置模型重建相关的计算参数，并依此建立科学可靠的定量化测量腰椎椎体及椎弓根峡部相关的解剖结构参数的三维分析模型，该模型可真实的反映腰椎骨骼的解剖结构特征。
本发明公开了一种腰椎三维数字化测量方法，具体包括以下步骤：
1)将离体腰椎骨标本进行螺旋CT扫描，扫描参数：层厚2mm，层距2mm，球管电压120kV，电流225mAs，分辨率512*512pxl。
2)腰椎三维模型的建立：将CT扫描仪获取的腰椎骨的原始数据，并导入三维重建软件Mimics10.01中，提取并选择灰度在226-1469(CT影像中骨骼的灰度阈值)之间的像素点，按照解剖结构在原始横断面、矢状重建面、冠状重建面上分别选择合适的兴趣区域，对椎体进行分离和提取。运用静噪、滤波等图像优化处理技术去除干扰点及伪影等。
在三维重建软件Mimics10.01中三维重建计算的相关参数设定和方法选择十分重要，它往往与模型的精确度、可信度有着直接关系，本发明采用如下参数设置：
(1)插值方法(Interpolation method)：由于基于体素(Gray value)的方法更接近真实的像素点及模型的原始位置，故为了提高测量精度，选择此方法；
(2)光顺(Smoothing)：迭代次数(Iterations)选择15次，光顺因子(Smooth factor)设置为0.5；
(3)矩阵压缩(Matrix reduction)：XY平面分辨率选择2倍像素值，Z轴分辨率选择1倍层距；
(4)矩阵压缩选项(Prefer)：选择Accuracy算法，可使模型精度保持较高；
(5)三角面片缩减(Triangle reduction)：缩减模式(Reducing mode)选择Advanced edge模式，可接受误差(Tolerance)选择像素值的1/8大小，共边角度(Edge angle)选择15°，迭代次数(Iterations)选择15次。
按照上述参数进行三维重建计算，得到椎体的三维模型。将计算出的模型再进行包裹等二次优化处理，最终导出格式为ASC II STL格式的3D模型文件，为进一步运用工程软件Pro/E Wildfire4.0进行模型优化处理、分析、测量、确定钉道空间位置等提供原始图形资料。
3)腰椎三维模型的优化：将第2)步得到的腰椎三维模型，用工程软件Pro/EWildfire4.0对模型进行优化处理，包括生成集管、精整、松弛等，其中精整选择4X分舱，松弛选择15次迭代次数，得到优化的腰椎三维模型。
4)三维空间平面的确定：根据椎体的形态结构，以椎体为基准，使其上下终板表面轮廓线尽可能重合时垂直于屏幕方向为z轴方向，并在此方向上定义矢状基准中线平面、冠状基准中线平面，再根据上述两平面做出另一与其二者均垂直的基准平面定义为水平面，以上确定为椎体模型的三维空间正交基准平面(如图1)。并根据面面关系定义上面观(Top View)、后面观(Back View)、左面观(Left View)三个视觉方向，方便此后的分析测量。
5)将模型沿矢状中线基准平面进行剖切，在左视角下选择该剖面线最左边的点即椎体前皮质外缘，定义为A点，据此再在此剖面上定义椎体后皮质外缘为B点，椎板前皮质外缘为C点(如图2)。将模型沿冠状中线基准平面进行剖切，在后视角下可找到左右椎弓根内侧皮质外缘，分别定义为D点，E点。其中A与B的连线在横断面上投影线段的长度定义为椎体矢状径(CSD)，B与C的连线在水平面上的投影线段长度定义为椎孔矢状径(SCSD)(如图3)。D点和E点的连线在水平面投影线段长度即为椎弓根间距(DMBP)(如图4)。
6)采用第3)步建立的优化的腰椎三维模型，选取腰椎两侧椎弓根峡部区域的三角面片模型为兴趣区，将其他多余的三角面片去掉，分别对左右两侧椎弓根峡部模型进行分析和测量，下面以一侧为例进行说明，将椎弓根前后缘轮廓线调整至尽可能重合的方向，并定义此时垂直屏幕的方向为钉道轴线方向，平行于屏幕做一投影平面，将模型投影至此平面上，并提取最内侧的轮廓线，而后在此投影平面上做该轮廓线最大内接圆，确定其圆心和圆周线的位置，将此内接圆沿钉道轴线方向进行拉伸，得到一个圆柱形结构，即为理论椎弓根钉道。沿垂直于钉道轴线方向选取椎弓根上下皮质外缘和内外皮质外缘，其中上下缘皮质外缘点在上述投影平面上的投影点之间的连线在矢状中线基准平面上的投影线段长度定义为椎弓根高度(PH)，内外侧皮质外缘点在投影平面上的投影点之间的连线在水平面上的投影线段长度定义为椎弓根宽度(PW)。
7)对上述定义的椎孔矢状径、椎体矢状径、椎弓根间距、椎弓根宽度、椎弓根高度分别其进行测量，即得到腰椎三维的重要参数值。
本发明还通过上述方法和实体接触式精密测量法分别对5例腰椎各项解剖参数的进行测量，结果显示所述两种测量方法之间均无显著性差异，说明本发明基于CT二维断层图像建立的腰椎骨三维数字化分析模型的三维测量法具有很高的准确性及可靠性。
附图说明
图1腰椎三维空间正交基准平面上面观图；
图2腰椎三维空间正交基准平面左面观图，A点为椎体前皮质外缘，B点为椎体后皮质外缘，C点为椎板前皮质外缘；
图3椎体矢状径(CSD)和椎孔矢状径(SCSD)左面观图；
图4椎弓根间距(DMBP)后面观图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，以下实施例只是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。
实施例1腰椎三维数字化测量方法及实例
一、材料和方法：
1、材料
1.1)标本选择
取经过10％福尔马林处理的正常成人离体腰椎干燥骨标本1例，解剖分离并清除其附属的软组织结构，标本均由北京协和医学院解剖教研室提供。
1.2)仪器设备
SIEMENS/Sensation64层CT机。
2、方法
2.1测量参数指标
椎孔矢状径(spinal canal sagittal diameter，SCSD)：椎体后皮质与椎板前皮质外缘之间的距离；
椎体矢状径(centrum sagittal diameter，CSD)：椎体前后皮质外缘之间的距离；
椎弓根间距(the distance between medical borders of pedicles，DMBP)：两侧椎弓根内侧皮质外缘之间的距离；
椎弓根宽度(pedicle width，PW)：椎弓根内外皮质外缘之间最短距离；
椎弓根高度(pedicle height，PH)：椎弓根上下皮质外缘之间最短距离。
2.2测量方法：
1)将离体腰椎骨标本进行螺旋CT扫描，扫描参数：层厚2mm，层距2mm，球管电压120kY，电流225mAs，分辨率512*512pxl。
2)腰椎三维模型的建立：将CT扫描仪获取的腰椎骨的原始数据，并导入三维重建软件Mimics10.01中，提取并选择灰度在226-1469(CT影像中骨骼的灰度阈值)之间的像素点，按照解剖结构在原始横断面、矢状重建面、冠状重建面上分别选择合适的兴趣区域，对椎体进行分离和提取。运用静噪、滤波等图像优化处理技术去除干扰点及伪影等。
在三维重建计算中，相关参数设定和方法选择十分重要，它往往与模型的精确度、可信度有着直接关系，本发明采用如下参数设置：
(1)插值方法(Interpolation method)：由于基于体素(Gray value)的方法更接近真实的像素点及模型的原始位置，故为了提高测量精度，选择此方法；
(2)光顺(Smoothing)：迭代次数(Iterations)选择15次，光顺因子(Smooth factor)设置为0.5；
(3)矩阵压缩(Matrix reduction)：XY平面分辨率选择2倍像素值，Z轴分辨率选择1倍层距；
(4)矩阵压缩选项(Prefer)：选择Accuracy算法，可使模型精度保持较高；
(5)三角面片缩减(Triangle reduction)：缩减模式(Reducing mode)选择Advanced edge模式，可接受误差(Tolerance)选择像素值的1/8大小，共边角度(Edge angle)选择15°，迭代次数(Iterations)选择15次。
按照上述参数进行三维重建计算，得到椎体的三维模型。将计算出的椎体三维模型再进行包裹等二次优化处理，最终导出格式为ASC II STL格式的3D模型文件，为进一步运用工程软件Pro/E Wildfire4.0进行模型优化处理、分析、测量、确定钉道空间位置等提供原始图形资料。
3)腰椎三维模型的优化：将第2)步得到的腰椎三维模型，用工程软件Pro/EWildfire4.0对模型进行优化处理，包括生成集管、精整、松弛等，其中精整选择4X分舱，松弛选择15次迭代次数，得到优化的腰椎三维模型。
4)三维空间平面的确定：根据椎体的形态结构，以椎体为基准，使其上下终板表面轮廓线尽可能重合时垂直于屏幕方向为z轴方向，并在此方向上定义矢状基准中线平面、冠状基准中线平面，再根据上述两平面做出另一与其二者均垂直的基准平面定义为水平面，以上确定为椎体模型的三维空间正交基准平面(如图1)。并根据面面关系定义上面观(Top View)、后面观(Back View)、左面观(Left View)三个视觉方向，方便此后的分析测量。
5)将模型沿矢状中线基准平面进行剖切，在左视角下选择该剖面线最左边的点即椎体前皮质外缘，定义为A点，据此再在此剖面上定义椎体后皮质外缘为B点，椎板前皮质外缘为C点(如图2)。将模型沿冠状中线基准平面进行剖切，在后视角下可找到左右椎弓根内侧皮质外缘，分别定义为D点，E点。而后进行测量，其中A与B的连线在横断面上投影线段的长度定义为椎体矢状径(CSD)，B与C的连线在水平面上的投影线段长度定义为椎孔矢状径(SCSD)(如图3)，D点和E点的连线在水平面投影线段长度定义为椎弓根间距(DMBP)(如图4)。
6)采用第3)步优化得到的腰椎三维模型，选取腰椎两侧椎弓根峡部区域的三角面片模型为兴趣区，将其他多余的三角面片去掉，分别对左右两侧椎弓根峡部模型进行分析和测量，下面以一侧为例进行说明，将椎弓根前后缘轮廓线调整至尽可能重合的方向，并定义此时垂直屏幕的方向为钉道轴线方向，平行于屏幕做一投影平面，将模型投影至此平面上，并提取最内侧的轮廓线，而后在此投影平面上做该轮廓线最大内接圆，确定其圆心和圆周线的位置，将此内接圆沿钉道轴线方向进行拉伸，得到一个圆柱形结构，即为理论椎弓根钉道。沿垂直于钉道轴线方向选取椎弓根上下皮质外缘和内外皮质外缘，其中上下缘皮质外缘点在上述投影平面上的投影点之间的连线在矢状中线基准平面上的投影线段长度定义为椎弓根高度(PH)，内外侧皮质外缘点在投影平面上的投影点之间的连线在水平面上的投影线段长度定义为椎弓根宽度(PW)。
7)对上述定义的椎孔矢状径、椎体矢状径、椎弓根间距、椎弓根宽度、椎弓根高度分别其进行测量，即得到腰椎三维的重要参数值。
二、结果
基于CT二维断层图像下建立腰椎骨三维数字化模型，可从不同角度、不同方向观察腰椎结构和特征，能清晰显示椎弓根的形态和空间位置关系，并可对其解剖数据进行三维测量，测量结果如表1所示：
表1腰椎骨标本的各项解剖数据
实施2腰椎骨三维数字化模型测量值和实体解剖测量值比较
一、材料和方法：
1材料
1.1)标本选择
取经过10％福尔马林处理的正常成人离体腰椎干燥骨标本5例，解剖分离并清除其附属的软组织结构，标本均由北京协和医学院解剖教研室提供。
1.2)仪器设备
(1)德国WENZEL-LH65三坐标测量机，其测量范围是：650*750*500mm，它的数据采集方式属于接触式测量，数字分辨率为0.1μm，单向重复精度要达0.1μm，三向综合精度达0.2-0.5μm。
(2)SIEMENS/Sensation64层CT机，扫描参数：层厚2mm，层距2mm，球管电压120kV，电流225mAs，分辨率512*512pxl。
2、方法
2.1测量参数指标
椎孔矢状径(spinal canal sagittal diameter，SCSD)：椎体后皮质与椎板前皮质外缘之间的距离；
椎体矢状径(centrum sagittal diameter，CSD)：椎体前后皮质外缘之间的距离；
椎弓根间距(the distance between medical borders of pedicles，DMBP)：两侧椎弓根内侧皮质外缘之间的距离；
椎弓根宽度(pedicle width，PW)：椎弓根内外皮质外缘之间最短距离；
椎弓根高度(pedicle height，PH)：椎弓根上下皮质外缘之间最短距离。
2.2测量方法：
2.2.1实体接触式测量方法：
德国WENZEL-LH65三坐标测量机是在三个相互垂直的方向上有导向机构、测长元件、数显装置，有一个能够放置工件的工作台，测头可以以手动或机动方式轻快地移动到被测点上，由读数设备和数显装置把被测点的坐标值显示出来的一种测量设备。显然这是最简单、最原始的测量机。有了这种测量机后，在测量容积里任意一点的坐标值都可通过读数装置和数显装置显示出来。继而，根据测量点的空间坐标之间的关系，计算出所需要测量的参数指标。
具体的测量方法如下：
1)打开机器，打开气源：按下SERVICE ON钮，使伺服电机的+-15V电压的显示灯发亮；打开电脑；进入测量软件系统；电脑显示测量软件界面，如图3所示。
2)将离体干燥腰椎骨固定在测量机的工作台上，其中需要注意：
a)椎骨标本摆放的位置不要超出机器的测量范围；
b)要易于定椎骨标本坐标系；
c)尽量使测量工作操作简单，尽量使测量工作在一次定位中完成；
d)避免椎骨标本在测量过程中有任何蹿动，否则测量数据将不再准确。
3)选择测头：相对于本实验研究的椎体应选择直径为1mm的测头，校验测杆长度，校验测头。
4)回参考点：此时要注意工作台上的工件位置不要打到测头。
5)标定探针：先将标准球安装并固定于工作台上，然后点击F8(AUTO)，手动标定，点击标定图标，手动确定标准球的位置，使测头与球体上方一点接触，接下来的标定工作可由机器自动完成。
6)选择并验证一下椎骨标本坐标系的建立是否正确，可通过实测一元素来粗略估计。
7)测量与计算：分别测定椎体前后皮质外缘、椎板前皮质外缘、双侧椎弓根内外皮质外缘、双侧椎弓根上下皮质外缘等共11个解剖特征点的空间坐标值X，Y，Z，并记录具体数值，再根据两点之间的坐标值计算出相对距离即为所需测量的数据指标。
采用三坐标测量机对离体干燥腰椎骨进行接触式精密测量，其精度可达微米级别，接触式测量与传统测量方法相比有以下优点：
1)因接触式探头发展已有几十年，其机械结构及电子系统已相当成熟，故有较高的准确性和可靠性。
2)接触式测量为探头直接接触被测实体表面，故与被测实体表面的反射特性、颜色及曲率关系不大。
3)被测物体固定在三坐标测量机上，并配合测显软件，可迅速准确地测量出物体的基本几何形状和尺寸。
2.2三维数字化模型测量方法如实施1所述。
二、结果
运用SPSS17.0统计学软件对所测得数据进行分析，因为各标本的同一指标测量值并非服从正态分布，故采用两相关样本的秩检验(wilcoxon检验)对实体接触式测量的各项数据和三维重建法测量的数据进行检验，以α＝0.05作为检验标准。
将前述7项腰椎骨三维数字化模型测量值与标本解剖测量值比较，如表2所示：
表2三维数字化模型测量法和接触式测量法的比较
结果表明在全部7项测量数据中两种测量方法之间均无显著性差异(P＞0.05)，基于CT二维断层图像建立的腰椎骨三维数字化分析模型的三维测量法的具有很高的准确性及可靠性。
Claims (4)
1.一种腰椎三维测量方法，具体包括以下步骤：
1)将离体腰椎骨标本进行螺旋CT扫描；
2)腰椎三维模型的建立：将CT扫描仪获取的腰椎骨的原始数据，并导入三维重建软件进行三维重建计算，得到椎体的三维模型；
3)腰椎三维模型的优化：将第2)步得到的腰椎三维模型，用工程软件Pro/EWildfire 4.0对模型进行优化处理；
4)三维空间平面的确定：根据椎体的形态结构，以椎体为基准，使其上下终板表面轮廓线尽可能重合时垂直于屏幕方向为z轴方向，并在此方向上定义矢状基准中线平面、冠状基准中线平面，再根据上述两平面做出另一与其二者均垂直的基准平面定义为水平面，以上确定为椎体模型的三维空间正交基准平面，并根据面面关系定义上面观、后面观、左面观三个视觉方向，方便此后的分析测量；
5)将模型沿矢状中线基准平面进行剖切，在左面观下选择剖面线最左边的点即椎体前皮质外缘，定义为A点，据此再在此剖面上定义椎体后皮质外缘为B点，椎板前皮质外缘为C点；将模型沿冠状中线基准平面进行剖切，在后面观下可找到左右椎弓根内侧皮质外缘，分别定义为D点，E点；其中A与B的连线在横断面上投影线段的长度定义为椎体矢状径(CSD)，B与C的连线在水平面上的投影线段长度定义为椎孔矢状径(SCSD)；D点和E点的连线在水平面投影线段长度即为椎弓根间距(DMBP)；
6)采用第3)步建立的优化的腰椎三维模型，选取腰椎两侧椎弓根峡部区域的三角面片模型为兴趣区，将其他多余的三角面片去掉，分别对左右两侧椎弓根峡部模型进行分析和测量，下面以一侧为例进行说明，将椎弓根前后缘轮廓线调整至尽可能重合的方向，并定义此时垂直屏幕的方向为钉道轴线方向，平行于屏幕做一投影平面，将模型投影至此平面上，并提取最内侧的轮廓线，而后在此投影平面上做该轮廓线最大内接圆，确定其圆心和圆周线的位置，将此内接圆沿钉道轴线方向进行拉伸，得到一个圆柱形结构，即为理论椎弓根钉道，沿垂直于钉道轴线方向选取椎弓根上下皮质外缘和内外皮质外缘，其中上下缘皮质外缘点在上述投影平面上的投影点之间的连线在矢状中线基准平面上 的投影线段长度定义为椎弓根高度，内外侧皮质外缘点在投影平面上的投影点之间的连线在水平面上的投影线段长度定义为椎弓根宽度；
7)对上述定义的椎孔矢状径、椎体矢状径、椎弓根间距、椎弓根宽度、椎弓根高度分别其进行测量，即得到腰椎三维的重要参数值。
2.根据权利要求1所述的腰椎三维测量方法，其特征在于，第1)步所述的螺旋CT扫描，其扫描参数为：层厚2mm，层距2mm，球管电压120kV，电流225mAs，分辨率512*512px1。
3.根据权利要求1所述的腰椎三维测量方法，其特征在于，第2)步所述的三维重建软件为Mimics 10.01，在三维重建时，其相关参数设定和方法选择如下：
(1)插值方法：为体素；
(2)光顺：迭代次数选择15次，光顺因子设置为0.5；
(3)矩阵压缩：XY平面分辨率选择2倍像素值，Z轴分辨率选择1倍层距；
(4)矩阵压缩选项：选择Accuracy算法，可使模型精度保持较高；
(5)三角面片缩减：缩减模式选择Advanced edge模式，可接受误差选择像素值的1/8大小，共边角度选择15°，迭代次数选择15次。
4.根据权利要求1所述的腰椎三维测量方法，其特征在于，第3)步所述的优化处理包括生成集管、精整、松弛，其中精整选择4X分舱，松弛选择15次迭代次数。
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Families Citing this family (7)
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|---|---|---|---|---|
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101528122A (zh) * | 2005-03-07 | 2009-09-09 | 赫克托·O·帕切科 | 改善的进入脊椎体以便进行椎体后凸成形术、椎体成形术、脊椎组织检查或螺钉置入的系统及方法 |
| CN102920537A (zh) * | 2012-11-01 | 2013-02-13 | 上海理工大学 | 用于检验人体腰椎骨骼和植入物双重安全有效性的方法 |
Family Cites Families (2)
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|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101528122A (zh) * | 2005-03-07 | 2009-09-09 | 赫克托·O·帕切科 | 改善的进入脊椎体以便进行椎体后凸成形术、椎体成形术、脊椎组织检查或螺钉置入的系统及方法 |
| CN102920537A (zh) * | 2012-11-01 | 2013-02-13 | 上海理工大学 | 用于检验人体腰椎骨骼和植入物双重安全有效性的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 孙小虎.正常健康国人腰椎三维结构数据的分析及临床应用.《中国博士论文全文库-医药卫生科技》.2014,全文. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112233083A (zh) * | 2020-10-13 | 2021-01-15 | 沈阳先进医疗设备技术孵化中心有限公司 | 脊椎检测方法、装置、电子设备及存储介质 |
| CN112233083B (zh) * | 2020-10-13 | 2024-01-02 | 沈阳先进医疗设备技术孵化中心有限公司 | 脊椎检测方法、装置、电子设备及存储介质 |
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