GUI-based Pedicle Screw Planning on Fluoroscopic Images Utilizing Vertebral Segmentation

这项提议的工作建立了一个新颖的图形用户界面(GUI)框架，主要设计用于术中椎弓根螺钉规划。目前图像引导手术中的规划工作流程主要依赖于术前CT规划。术中CT规划可能耗时费钱，因此不是常见的做法。在效率和成本效益至关重要的情况下，利用用于图像配准的荧光成像进行规划成为最佳选择。这项研究提出的方法使用模拟的3D椎弓根螺钉计算其冠状和矢状投影，用于使用前后位(AP)和侧位(LP)图像进行椎弓根螺钉规划。椎弓根螺钉的初始化和放置是通过利用椎体分割的边界框计算得出的，该边界框是通过应用增强的YOLOv5获得的。GUI前端包括功能，允许外科医生或医疗从业者在AP和LP图像上高效选择、设置和动态操纵椎弓根螺钉。这基于一种称为同步规划的新特性，涉及将冠状和矢状平面的椎弓根螺钉进行相关。这种相关性利用投影对应来确保椎弓根螺钉在AP或LP图像中的任何移动都将反映在另一个图像中。所提出的GUI框架是一种时间高效和成本效益的工具，用于在术中手术过程中同步和规划椎弓根螺钉的移动。

论文旨在解决在图像引导手术中，术中椎弓根螺钉规划的问题。当前的规划工作流主要依赖于术前CT规划，而术中CT规划耗时且昂贵，因此不常见。为了提高效率和降低成本，使用用于图像配准的荧光图像进行规划是最佳选择。因此，本文提出了一种基于模拟3D椎弓根螺钉计算其冠状和矢状投影的方法来进行术中规划的方法。

本文提出了一种新颖的GUI框架，包括同步规划功能，可以协调冠状和矢状平面的椎弓根螺钉，从而实现术中手术过程中椎弓根螺钉的快速规划和操作。

本文使用增强的YOLOv5算法获得椎体分割的边界框，用于初始化和放置椎弓根螺钉。同步规划功能可以确保在一个平面上移动椎弓根螺钉时，另一个平面上的椎弓根螺钉也会相应移动。本文提出的GUI框架是一种高效和经济的术中手术工具。

最近在这个领域中，也有一些相关的研究。例如，一些研究使用机器学习方法来改进椎弓根螺钉的定位精度。另外，还有一些研究使用虚拟现实技术来辅助医生进行手术操作。