CN105611884B - 在手术脊椎程序期间术中设计并评定脊椎畸形矫正的系统 - Google Patents

在手术脊椎程序期间术中设计并评定脊椎畸形矫正的系统 Download PDF

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Abstract

在手术脊椎程序期间术中设计并评定脊椎畸形矫正的系统。本发明提供在脊椎手术程序期间设计、进行和评定对脊椎的手术矫正的方法。所述方法通过控制单元经由GUI进行，以使螺钉定位数字化，使解剖学参考点数字化，接受一种或多种矫正输入并产生一种或多种杆解输出，使杆成形以在与最初数字化定位不同的定位处接合螺钉。

Description

在手术脊椎程序期间术中设计并评定脊椎畸形矫正的系统
相关申请的交叉引用
本申请为要求题为“Systems and Methods for Performing Spine Surgery”且在2013年10月9日提交的共同拥有且同时待审的美国临时专利申请61/888,990号的优先权权益的国际专利申请，所述临时专利申请的全部内容在此以引用的方式明确地结合到本文中，就如同在本文中阐述其全部内容一样。
技术领域
本申请涉及脊椎外科手术。更特定地讲，本申请涉及与在脊椎外科手术程序期间设计、进行和评定对脊椎的手术矫正相关的系统和方法。
背景技术
脊柱是骨骼和结缔组织的高度复杂系统，其为身体提供支撑且保护脆弱的脊髓和神经。脊柱包括一个堆叠在另一个上的一系列椎骨体，每个椎骨体包括相对脆弱的松质骨的内部或中心部分和相对坚硬的皮质骨的外部部分。椎间盘位于每个椎骨体之间，椎间盘缓冲并阻尼施加在脊柱上的压缩力。包含脊髓的椎管位于椎骨体后面。脊椎具有自然弯曲(即，在腰部和颈部区域的脊椎前凸和在胸部区域的脊椎后凸)，因此上椎骨和下椎骨的端板向彼此倾斜。
存在许多类型的脊柱病症，包括脊椎侧凸(脊椎异常侧弯)、过度的脊椎后凸(脊椎异常前弯)、过度的脊椎前凸(脊椎异常后弯)、脊椎前移(spondylothesis)(一个椎骨在另一椎骨上向前位移)和由异常、疾病或外伤引起的其他病症(例如，椎间盘破裂或椎间盘突出、退变性椎间盘疾病、椎骨骨折等)。遭受此类病状的患者常经历着极度且无力的痛苦以及衰减的神经功能。进行对于脊柱融合、减压、畸形及其他重建的后部固定来治疗这些患者。在腰部、胸部和颈部程序中后部固定的目的是稳定脊髓节段、矫正多轴对准和帮助优化脊髓和神经的长期健康。
脊椎畸形是脊椎常规对准结构改变的结果且通常归因于至少一个不稳定的运动节段。脊椎畸形的定义和范围以及治疗选择持续衍变。脊椎畸形矫正的手术目标包括曲率矫正、防止进一步畸形、改进或保存神经病学功能及恢复矢状和冠状平衡。越来越认识到，在成人脊椎畸形(ASD)的情况下，矢状平面对准和参数与健康相关的生活质量评分(HRQOL)相关。在文献中，在HRQOL评分与例如矢状纵轴(SVA)、骨盆倾斜角(PT)及骨盆入射和腰部脊椎前凸之间的失配的放射照相参数之间存在显著相关性。
发展了ASD的SRS-Schwab分类以帮助外科医师以此方式分类ASD并提供射线照相分析的方法。该分类系统帮助提供手术前治疗设计和术后评定的方案。利用该分类系统的当前环境需要外科医师检查术前患者的胶片并手动地或通过使用术前软件测量骨盆入射、腰部脊椎前凸、骨盆倾斜角和矢状纵轴。在该程序之后，外科医师检查术后胶片并测量相同的参数及它们因外科手术而怎样改变。存在对于术中评定这些及其他脊椎参数和随着手术程序对于术前计划进行而评定向这些术中脊椎参数的改变的系统和方法的需要。
在脊椎外科手术期间，螺钉、钩和杆是用以稳定脊椎的装置。所述程序常需要许多骨元件的仪器。例如杆的装置对于设计和植入患者中可极具挑战性。脊椎杆通常由不锈钢、钛、钴铬或其他类似的硬质金属形成，且因而在没有一些基于杠杆作用的弯曲机的情况下难以弯曲。此外，脊椎杆必须以六自由度定向以补偿患者脊椎以及用于紧固杆到椎骨上的连接点(螺钉、钩等)的解剖学结构。另外，正治疗的生理学问题以及医师的偏好性将决定着所需的确切配置。因此，脊椎杆的尺寸、长度和特定弯曲取决于待约束的每个椎骨的尺寸、数量和位置；在椎骨当中的空间关系；以及用以固定连接到椎骨的杆的螺钉和钩。
脊椎杆的弯曲可通过许多方法实现。最广泛使用的方法为称为法式弯曲机(French Bender)的三点弯曲机。法式弯曲机为手动操作以在杆中置放一个或多个弯曲的镊子样装置。法式弯曲机需要双手柄来操作且基于手柄的长度提供杠杆作用。使用法式弯曲机需要高超的医师技能，因为弯曲的定位、角度和转角的确定常常是主观的且可能难以与患者的解剖学相互关联。使杆弯曲以装配螺钉和/或钩构造的其他方法包括使用原位杆弯曲机或栓孔弯曲机。然而，所有这些方法都是主观的、重复的，且常称为“艺术(art)”。因而，杆弯曲和降低活动性可为复杂和/或长脊椎构造的定型化中的耗时且潜在挫败性的步骤。在手术室中增加时间以实现最佳弯曲对患者来说代价高且增加发病的机会。当杆弯曲不足时，杆会预加载构造并增加固定系统故障的机会。所涉及的弯曲和再弯曲还可促进金属疲劳和在杆中产生应力梯级。
由于缺乏弯曲装置以及缺乏对于在弯曲手术装置中所涉及的所有问题的了解，涉及脊椎杆的计算机辅助设计或定形的尝试大都不成功。近来，在Isaacs的美国专利号7,957,831中，描述了一种杆弯曲系统，其包括具有获得手术植入物(螺钉、钩等)的三维定位的数字转换器的空间测量子系统、将植入物定位转换成一系列弯曲指令的软件和用以执行弯曲指令使得杆将精确地弯曲以在每一个螺钉内量身定做的机械杆弯曲机。这是有利的，因为其提供对于每个患者的解剖学定制的可计量的杆弯曲步骤，这使得外科医生能够一遍产生量身定做的杆，由此特别是在复杂情况下增加杆弯曲的速度和效率。这反过来又降低与所述程序相关的发病率和成本。然而，仍然存在对于改进的杆弯曲系统的需要，所述改进的杆弯曲系统允许在固定程序中的曲率和畸形矫正，提供给使用者更多杆弯曲选择并适应更多的使用者临床偏好性。
发明内容
本发明包括用于杆弯曲的系统和方法，其使得使用者(例如，外科医师)能够定制杆弯曲指令适合患者的脊椎状况的预期矫正。
根据一个广泛方面，本发明包括获得手术植入物的三维位置信息的空间追踪系统、具有基于预期矫正将所述植入物定位转换成一系列弯曲指令的软件的处理系统和使手术连接装置弯曲以实现所述预期脊椎矫正的机械杆弯曲机。
根据本发明的另一方面，所述空间追踪系统包括包含红外(IR)位置传感器和至少一个连接到用以将所述手术植入物定位数字化的数字转换器指针的IR-反射式追踪阵列。所述空间追踪系统通信连接到所述处理系统，使得所述处理系统可利用所述空间位置信息来产生弯曲指令。
根据本发明的另一方面，所述处理系统经过编程以基于一个或多个外科医师指定的临床目标产生弯曲指令。例如，所述处理系统可经过编程以产生定制弯曲，调节一个或多个杆将弯曲的点，提出预弯曲杆选择，提供在矢状平面中的脊椎矫正，提供在冠状平面中的脊椎矫正和提供矫正以实现整体脊椎平衡，以及进行多种预定功能。所述处理系统可进一步经过编程以接收术前脊椎参数、输入设计或目标脊椎参数和/或追踪那些参数的术中测量。所述处理系统进一步构造成以有意义的方式对使用者预检并显示这些临床目标和/或预定功能的结果。
根据本发明的另一方面，一种或多种手术程序可使用所述系统的各种实施方案进行。
根据本发明的另一方面，提供在手术脊椎程序期间术中设计并评定脊椎畸形矫正的系统，所述系统包括：包括红外传感器和红外追踪阵列的空间追踪系统，所述红外追踪阵列沿手术指针工具的近端布置，能够使植入的手术装置的定位数字化并经由所述红外传感器转继到所述空间追踪系统；与所述空间追踪系统通信的控制单元，所述控制单元构造成：(a)接收多个植入螺钉的数字化定位数据；(b)接收至少一个解剖学参考点的数字化定位数据；(c)基于所述至少一个解剖学参考点的数字化定位数据产生至少一条虚拟解剖参考线；(d)接受一种或多种脊椎矫正输入；和(e)产生成形为在不同于所述数字化定位的定位处接合所述螺钉的至少一种杆解输出。
根据一个或多个实施方案，所述脊椎矫正输入为在所述冠状平面中的脊椎矫正。根据一些实施方案，所述脊椎矫正输入包括相对于在所述冠状平面中的CSVL对准所有数字化螺钉定位。根据一些实施方案，所述系统产生包括沿所述长度的至少一部分的T垂直直杆的杆解输出。
根据一些实施方案，所述虚拟解剖参考线为中心骶骨垂直线(CSVL)。根据一些实施方案，所述至少一个解剖学参考点包括至少两个与所述CSVL相互关联的点。根据其他实施方案，所述至少一个解剖学参考点包括至少两个沿着所述CSVL的点。根据一些实施方案，所述至少两个点为左髂脊、右髂脊和骶骨中点。根据一些实施方案，所述至少一个解剖学参考点包括在骶骨上的上部点和下部点。
根据一个或多个实施方案，所述控制单元构造成基于至少两条基于解剖学的参考线产生至少一个测量值。根据一些实施方案，所述测量值可为在这两条参考线之间的偏移距离。根据一些实施方案，所述两条参考线为中心骶骨垂直线(CSVL)和C7铅垂线(C7PL)。根据其他实施方案，所述控制单元进一步构造成基于在所述CSVL和所述C7PL之间的关系评定术中脊椎平衡并将所述评定通信给使用者。在一些实施方案中，所述r关系可基于在所述CSVL和所述C7PL之间的冠状偏移距离。在其他实施方案中，所述通信可为颜色。例如，所述通信因此可为标识指示在所述冠状平面内的平衡的脊椎的偏移距离的第一颜色和标识指示在所述冠状平面内的失衡的脊椎的偏移距离的第二颜色。
根据一个或多个实施方案，所述控制单元构造成基于至少一个基于解剖学的参考点产生至少一个测量值。根据一个或多个实施方案，所述测量值包括术中腰部脊椎前凸角和设计的骨盆入射角。根据一些实施方案，所述控制单元进一步构造成基于在术中腰部脊椎前凸角测量和设计的骨盆入射角之间的关系评定术中脊椎平衡。在一些情况下，所述腰部脊椎前凸角和骨盆入射角可在手术进程期间测量至少一次。根据一些实施方案，在腰部脊椎前凸和骨盆入射之间的关系可基于在所述术中腰部脊椎前凸角和所述设计的骨盆入射角之间的变化。根据一些实施方案，所述通信可为颜色。例如，第一颜色可标识指示在所述矢状平面内的平衡的脊椎的变化且第二颜色标识指示在所述矢状平面内的失衡的脊椎的变化距离。
附图说明
本领域的技术人员在结合附图阅读本说明书时将显而易见本发明的许多优势，其中，相似的参考数字适用于相似的元件且其中：
图1为根据一个实施方案描绘手术设计、评定和矫正系统的组件的手术程序设置；
图2为包括图1的系统的一部分的处于闭合位置的数字转换器阵列的一个实施方案的透视图；
图3为图2的数字转换器阵列的分解透视图；
图4为处于打开位置的图2的数字转换器阵列的透视图；
图5为包括图1的系统的一部分的数字转换器指针总成的一个实施方案的正视图；
图6为与图2的数字转换器阵列相容的各种手术指针的透视图；
图7为处于倒塌位置的图6的偏移指针的部分透视图；
图8为图6的偏移指针的部分分解图；
图9为处于伸展位置的图6的偏移指针的部分透视图；
图10为描绘根据一个实施方案的空间追踪算法的步骤的流程图；
图11为描绘根据一个实施方案的杆弯曲工艺流程的流程图；
图12为描绘根据第一实施方案的产生杆解的步骤的流程图；
图13为描绘根据第二实施方案的产生杆解的步骤的流程图；
图14为描绘根据第三实施方案的产生杆解的步骤的流程图；
图15为描绘根据第一实施方案的杆弯曲工序的步骤的流程图；
图16描绘图1的系统的例示性设置屏幕的屏幕快照；
图17为描绘图1的系统的例示性红外位置传感器设置屏幕的屏幕快照；
图18为描绘在图15的获取螺钉步骤中的第一步骤期间的例示性螺钉定位数字化屏幕的屏幕快照；
图19为描绘在图15的获取螺钉步骤中的第二步骤期间的例示性螺钉定位数字化屏幕的屏幕快照；
图20为描绘在图15的获取螺钉步骤中的第三步骤期间的例示性螺钉定位数字化屏幕的屏幕快照；
图21为描绘在图15的弯曲指令步骤中的例示性弯曲指令屏幕的屏幕快照；
图22为描绘根据第二实施方案的杆弯曲工序的步骤的流程图；
图23为描绘图1的系统的例示性高级选项菜单屏幕的屏幕快照；
图24为说明根据一个实施方案的调节点特征的第一例示性屏幕的屏幕快照；
图25为说明图24的调节点特征的第二例示性屏幕的屏幕快照；
图26为说明图24的调节点特征的第三例示性屏幕的屏幕快照；
图27为说明根据一个实施方案的预弯曲预检特征的第一例示性屏幕的屏幕快照；
图28为图27的预弯曲预检特征的第二例示性屏幕的屏幕快照；
图29为图27的预弯曲预检特征的第三例示性屏幕的屏幕快照；
图30为说明根据一个实施方案的矢状矫正特征的第一例示性屏幕的屏幕快照；
图31为说明根据第一实施方案的矢状矫正特征的第二例示性屏幕的屏幕快照；
图32为说明根据第二实施方案的矢状矫正特征的第一例示性屏幕的屏幕快照；
图33为根据第一和/或第二实施方案的矢状矫正特征的另一例示性屏幕的屏幕快照；
图34为说明根据第一实施方案的冠状矫正特征的第一例示性屏幕的屏幕快照；
图35为说明根据第一实施方案的冠状矫正特征的第二例示性屏幕的屏幕快照；
图36为说明根据第二实施方案的冠状矫正特征的第一例示性屏幕的屏幕快照；
图37为说明根据第二实施方案的冠状矫正特征的第二例示性屏幕的屏幕快照；
图38为说明根据第三实施方案的冠状矫正特征的第一例示性屏幕的屏幕快照；
图39为说明根据第三实施方案的冠状矫正特征的第二例示性屏幕的屏幕快照；
图40为说明根据第三实施方案的冠状矫正特征的第三例示性屏幕的屏幕快照；
图41为说明根据第三实施方案的冠状矫正特征的第四例示性屏幕的屏幕快照；
图42为说明根据第二实施方案的冠状矫正特征的第一例示性屏幕的屏幕快照；
图43为说明根据第二实施方案的冠状矫正特征的第二例示性屏幕的屏幕快照；
图44为说明根据第二实施方案的冠状矫正特征的第三例示性屏幕的屏幕快照；
图45为说明根据第三实施方案的冠状矫正特征的第一例示性屏幕的屏幕快照；
图46为说明根据第三实施方案的冠状矫正特征的第二例示性屏幕的屏幕快照；
图47为说明根据第三实施方案的冠状矫正特征的第三例示性屏幕的屏幕快照；
图48为说明根据第三实施方案的冠状矫正特征的第四例示性屏幕的屏幕快照；
图49为说明根据第三实施方案的冠状矫正特征的第五例示性屏幕的屏幕快照；
图50为说明根据一个实施方案的整体脊椎平衡特征的步骤的流程图；
图51为说明根据第二实施方案的整体脊椎平衡特征的步骤的流程图；
图52为说明在术前模式下整体脊椎平衡特征的第一例示性屏幕的屏幕快照；
图53为说明在目标模式下整体脊椎平衡特征的第一例示性屏幕的屏幕快照；
图54为说明在目标模式下整体脊椎平衡特征的第二例示性屏幕的屏幕快照；
图55为说明在术中模式下整体脊椎平衡特征的第一例示性屏幕的屏幕快照；
图56为说明在术中模式下整体脊椎平衡特征的第二例示性屏幕的屏幕快照；
图57为说明在术中模式下整体脊椎平衡特征的第三例示性屏幕的屏幕快照；
图58为说明在术中模式下整体脊椎平衡特征的第四例示性屏幕的屏幕快照；
图59为说明在术中模式下整体脊椎平衡特征的第五例示性屏幕的屏幕快照；
图60为说明根据第一实施方案的冠状评定和矫正特征的第一例示性屏幕的屏幕快照；
图61为说明根据图60的实施方案的冠状评定和矫正特征的第二例示性屏幕的屏幕快照；
图62为说明根据图60的实施方案的冠状评定和矫正特征的第三例示性屏幕的屏幕快照；
图63为说明根据图60的实施方案的冠状评定和矫正特征的第四例示性屏幕的屏幕快照；
图64为包括图1的系统的一部分的机械杆弯曲机的一个实施方案的透视图。
具体实施方式
以下描述本发明的说明性实施方案。为了清晰，在本说明书中没有描述实际实施方案的所有特征。当然，应了解，在研发任何这类实际实施方案的过程中，必须进行大量的移植特定性决定以实现研发者的特定目的，例如顺应系统相关和商业相关的约束，这将在一个实施方案到另一实施方案不同。此外，应了解这一研发尝试可能是复杂且耗时的，但是对于能得到本公开内容的益处的本领域普通技术人员，所述研发尝试仍然是进行的日常工作。本文公开的系统和方法为有单个地和组合地使专利保护恰当化的各种发明特征和组件而自豪。
现在参考图1，例如，示出手术设计、评定和矫正系统10的一个实施方案，其包括获得一个或多个手术植入物14的定位的空间追踪系统12；含有将所述植入物定位转换成一系列弯曲指令的软件的控制单元16；和执行所述弯曲指令的弯曲装置18。
优选空间追踪系统12包括红外位置传感器20、数字转换器指针23以及包括HostUSB转换器21的其他组件。空间追踪系统12与控制单元16通信。控制单元16具有空间关系软件和C-臂视频输入性能且与显示器32通信连接，因此可以有意义的方式将与手术程序有关的信息输送给使用者。例如，所述有关信息包括但不限于通过红外位置传感器20获取的空间位置数据(例如，在x、y和z轴中的平移数据和定向/旋转数据Rx、Ry和Rz)和通过C-臂荧光检查仪产生的术中荧光检查图像。
根据一个或多个实施方案，系统10包括经由控制单元16与空间追踪系统12和/或C-臂通信连接的神经监测系统。仅举例而言，所述神经监测系统可为在题为“Neurophysiologic Monitoring System”且在2008年4月3日提交的美国专利号8,255,045中示出并描述的神经监测系统，该美国专利的全部内容以引用的方式结合在本文中，就如同在本文中全面阐述一样。
图2-9描绘供本发明使用的一种或多种数字转换器指针23的各种组件。图2-4详述数字转换器指针23的例示性红外反射式追踪阵列22组件。阵列22包括外壳34、两侧遮挡板36和以计算的方式布置在阵列22上的不同定位处的多个红外反射球38，因此红外反射球38的位置信息可通过红外位置传感器20选择性地检测。外壳34包括顶部外壳40、底部外壳42和构造成螺纹接收触针(例如，触针24、26、28和/或30)的螺纹头78的远端螺纹孔56。顶部外壳部分40由上部44、下侧46和侧面48进一步构成。多个球形孔52在上部44和下侧46之间延伸且按尺寸和维度制作以在凹口袋54内接收反射球38。每一侧面48包括按尺寸和维度制作以接收舌70的切口50。底部外壳42由第一面58和第二面60构成。第一面58包括嵌套平台62和锥形柱64。各个遮挡板36包括手柄部分66、盖部分68、舌70、交错齿轮齿72和接收锥形柱64的通道74。弹簧76在两个遮挡板36之间延伸且经由弹簧柱71固定就位。
在组装状态下，各个红外反射球38嵌套在平台62上。顶部外壳40以扣合构造置放在底部外壳42之上，使得各个红外反射球38装配在凹口袋54内在其各自的球形孔52内。根据一个实施方案，两侧遮挡板36安置在外壳34之上，其中舌70滑到切口50中，使得各遮挡盖68精确地遮蔽红外反射球38(例如，中间红外反射球38)的一半，如在图2中描绘。
如在图5中描绘，红外反射式追踪阵列22与一个或多个手术对象(例如，触针24、26、28、30)紧密配合。各个触针24、26、28、30包括与红外反射式追踪阵列22的螺纹远端孔56紧密配合的螺纹近端78、细长轴80和成形的远端尖端82。成形的远端尖端82可为顺应特定螺钉头的形状且可靠地装配在特定螺钉头内的任何形状。例如，图6示出触针24、26、28和30，其各自具有设计成与不同的开式螺钉系统、最低侵袭性螺钉系统和闭式郁金香、髂骨和偏移连接器系统紧密配合的不同形状的远端尖端。远端尖端82优选插入各螺钉中，同时将数字转换器指针同轴定向到该螺钉(或其他固定装置)。
根据一些实施方案(例如，关于触针24、26和28示出的实施方案)，细长轴80的长度相对于阵列22为固定的，因此所有数字化点根据红外反射标志物38的几何结构为一致的长度且位置信息可自该关系中获得。根据其他实施方案(例如，关于偏移指针30示出的实施方案)，细长轴80的长度可相对于阵列22调节，例如关于触针30示出的实施方案，有效延长自数字化点和红外反射标志物的距离。该较长的距离基于使用者调节细长轴80的距离转变成在实际螺钉头之上的点的数字化。如结合以下论述将了解，产生的弯曲指令将使杆成形为横跨在螺钉之上的点，允许使用者将螺钉降到杆。
如在图6-8中所示，偏移指针30包括细长管形构件84和内活塞86。细长管形构件84由磨过的螺旋状狭槽104和对应于如下文将描述的多个偏移距离的围绕螺旋管定位的多个偏移深狭槽106构成。内活塞86包括轴88、T形封盖92、弹簧94和套管96。T-形封盖92安置在轴88的近端上且优选焊接到细长管形构件84的近端105。弹簧94沿轴88的长度可滑动地安置在T-形封盖92的远端93和套管96之间。套管96安置在轴88的远端上。销100横穿在内轴88和套管96上的狭槽90、98且从狭槽90、98中横向伸出，由此将套管96紧固到内轴88上。销100按尺寸和维度制作，使得其穿过螺旋状狭槽104并安置在每个偏移深狭槽106内。
偏移指针30给予使用者以特定、预定的量执行计划的螺钉移动的能力。使用者将偏移指针30插入螺钉头中。保持远端尖端82与螺钉头接合，使用者随后选择加到螺钉上的偏移量并且在他或她希望施加偏移的方向上倾斜偏移指针30。为了在偏移深狭槽106之间调节，轴88从阵列22中脱出并扭转，直至销100落入预期的偏移狭槽106中。随着轴88被牵拉，其套进套出细长管形构件84，使得在成形的远端82和阵列22之间的距离增加。为了说明，图8示出具有在对应于在指针30长度和红外反射阵列22之间的16mm偏移的16mm偏移狭槽106中的销100的偏移指针30。可提供对于矢状矫正的偏移选项，仅举例而言，以2mm的增量从0mm偏移到16mm。系统10随后将在与螺钉所处空间点相对的空间点处获取位置信息，允许一个或多个脊椎水平的矢状矫正。
数字转换器指针23可用以获取关于一些或所有螺钉定位的位置信息。根据一个优选的实施方案，成形的远端尖端82与螺钉头同轴对准并触发阵列22以登记螺钉点。螺钉定位可在上部-下部或下部-上部方向上数字化。根据一些实施方案，数字化的第一螺钉定位与弯曲指令的杆插入方向分量(如下所述)相互关联。挤压手柄66起动弹簧机构并容许遮挡板36经交错的齿轮齿72同等地开启(图4)。开启遮挡板盖68暴露中间红外反射球38并允许红外追踪阵列22被红外位置传感器20“看到”且数字转换器指针23的位置数字化。以此方式，中间球38一旦暴露，红外位置传感器20就仅辨认数字转换器指针23，这允许逐点追踪并避免一个或多个不必要的数据点的传感和数字化，该传感和数字化在用不断地追踪手术对象的现有技术的情况下可能发生。另外，使用齿轮机构允许无源红外反射球38被红外位置传感器20对称地“看到”，由此能够实现由系统10进行位置信息的更准确计算。根据一些实施方案，控制单元16发出可听声音以通知使用者中间球38被红外位置传感器20辨认并获取螺钉点。一旦登记了一个点，则可释放遮挡板手柄66，由此闭合两侧遮挡板36。随后重复该工序，将所有螺钉定位数字化。
根据本发明，提供用于实现杆弯曲的多种算法。手术弯曲算法可分成两个较小的子系统：(1)空间位置算法，其获取、收集空间点并使其数字化和(2)弯曲算法，其分析点并计算用机械弯曲装置18使杆弯曲所需要的弯曲指令和杆长度。
如上阐述，空间追踪系统12测量追踪的红外反射球38的六自由度(6DOF)信息。这些数据提供各个目标螺钉的完整姿态(位置和定向)，其随后可使算法库适用于计算弯曲指令。图10为指示根据一个实施方案的空间位置数据获取工序的步骤的流程图。系统10使传感器对象从构造到连接、控制和读出来自红外位置传感器20的数据初始化(步骤140)。系统10随后检查与其连接的所有装置并发现具有对应于红外位置传感器20的装置ID的装置(步骤141)。在步骤142下，如果在步骤141下见到红外位置传感器20，系统10则延伸到建立与红外位置传感器20的连接(步骤143)。然而，如果在步骤141下没有见到红外位置传感器20，系统10则延伸到检索。在系统10连接红外传感器20之后，其随后加载限定阵列22的工具文件(步骤144)。在初始化和工具文件加载之后，红外传感器20必须为获取数据作准备。在步骤145下，红外传感器20启动并准备产生位置数据，但保持空闲到追踪启动。例如并如参考图17描述，相对于患者的身体选择红外传感器20的位置促使控制单元16发送给红外传感器20命令以开始追踪。在启动追踪(步骤146)的情况下，可轮询红外传感器20以得到数据(步骤147)。优选每秒自红外传感器20询问新数据20次。在步骤148下，检查轮询红外传感器20产生的数据以保证记录有效数据。如果对于红外传感器20可见到所有红外反射球38，则可将数据视为有效，数字转换器指针23完全在红外传感器20的工作容积内，在红外传感器20和数字转换器指针23之间没有干扰，且所报道的定位和旋转信息两者都不呆板。在步骤149下，如果认为数据无效，则数字化点不被系统10使用并恢复轮询。如果在数字转换器指针23上见到第五红外反射球38(即，中间球)(步骤150)，则开始收集用于弯曲算法的位置数据的工序。如果看不到中间球38，该数据则可用于系统10，仅示出红外传感器20和红外反射式追踪阵列22的接近度(步骤151)。弯曲算法使用的点优选为多个原始元素的平均值(步骤152)。通常，在该步骤中收集5个点，之后将这些点处理并使其适用于弯曲算法。位置数据使用平均计算来平均化。方向以四元数描述(原始形式)平均化，随后转化成单位方向矢量。该数据使用旋转矩阵从空间追踪系统12坐标转动到系统10坐标框架中。在步骤153下，在所有处理之后，该数据可用于弯曲算法以进一步收集并处理，如将在下文更详细地描述。
手术弯曲软件取得如上所述的螺钉定位的定位和方向数据并使用一种或多种基于几何的算法将这些相对螺钉定位转换成一系列弯曲指令。图11为指示根据第一实施方案的手术弯曲工序的步骤的流程图。在输入验证步骤154下，系统10可验证系统输入以保证杆悬伸大于零，验证传感器设置以保证已经设置了红外传感器20定位并验证每个获取点。举例而言，每个获取点的验证保证例如存在至少两个数字化的螺钉点，两个螺钉定位不会分开太远，两个螺钉定位不会靠得太近，且在最上部螺钉定位和最下部螺钉定位之间的跨度不会比可得到的最长杆长。
在转换步骤155下，数据可聚集并对准，使得所获取的第一数据点设置在系统10坐标原点处并且所有数据都与系统坐标的x-轴对准，由此降低红外传感器20相对于患者脊椎的任何潜在错位。
在杆计算步骤156下，系统10可对于直杆解、预弯曲杆解和定制弯曲解进行杆计算。对于直杆解，系统10首先确定将跨越所有螺钉定位的直杆的长度。可计算该长度以适应所选择的杆的螺钉头、六边形和鼻的长度中的每一者及使用者选择的杆悬伸长度。系统10随后将数据拟合成直线，如果螺钉数据在该直线的容许限度内，弯曲指令则将返回直杆，不然其不会返回杆解，而是继续寻找预弯曲杆解。仅举例而言，在每个矢状平面和冠状平面中，容许限度可为2mm。
对于预弯曲杆解，系统10首先确定最短预弯曲杆距来自将跨越所有螺钉定位的有用杆的有用杆的长度(如将在下文更详细描述)。可计算该长度以适应所选择的杆的螺钉头、六边形和鼻的长度中的每一者及使用者选择的杆悬伸长度。紧接着，系统10将数字化螺钉数据拟合成在三维空间中的圆弧。如果螺钉数据在该圆弧的容许限度内，弯曲指令则将返回预弯曲杆解，不然其不会返回杆解，而是继续寻找定制弯曲杆解。例如，在每个矢状平面和冠状平面中，该容许限度可为2mm。
图12描绘根据一个实施方案的定制弯曲算法的流程图。在步骤158下，螺钉定位和方向数据由如上阐述的空间追踪系统12产生。该数据随后投影到两个平面中：x-y平面(冠状视图)和x-z平面(矢状视图)。各个投影随后可作为2D数据集处理。在步骤159下，对于杆末端的第一弯曲定位以小递增偏移量产生固定尺寸环路，这优化了弯曲减小步骤162得到平滑解(smooth solution)的能力。在步骤160下，系统10在各个螺钉定位处产生样条节点并通过螺钉点得到分段连续的四阶多项式弧线(三次样条)。在步骤161下，平滑的连续样条沿弧线以规则间隔(例如，每1cm)取样，以产生建议弯曲定位的初始集。在步骤162下，从来自步骤161的建议弯曲定位的初始集中尽可能地除去尽可能多的弯曲，以减少使用者必须对杆执行的弯曲的数目，从而将其在各个数字化螺钉点处装配到螺钉中。根据一个实施方案，如果消除如下情况，则不除去弯曲：弯曲将(1)导致弯曲杆的路径偏离超过预定容许极限；(2)导致任何弯角超过最大预期弯角；和(3)导致杆与螺钉的交叉角超过螺钉头的最大成角。一旦减少了弯曲的数目，则将2D数据集组合并作为3D数据集处理。随后基于在各个线段相互作用之间的距离(定位)、在两个线段之间的角度(弯角)和将弯曲定向到下一弯曲平面所需要的旋度(旋度)使用以下计算评价3D线段：
定位：((X2-X1)2+(Y2-Y1)2+(Z2-Z1)2)1/2
弯角：反余弦(V12·V23)
其中·为点积且V为在2个点之间的矢量
旋度：反余弦(N123·N234)
其中·为点积且N为对于含有三个点的平面的法向矢量。
随后将这些计算的数值对于杆弯曲机18的物理设计及所选择的杆材料和直径制表。弯角说明机械杆弯曲机18的容许限度且基于用机械杆弯曲机18进行的先前校准试验和特定种类的杆将说明杆材料和直径。校准试验量化在弯曲某种杆材料和直径时预期的回弹的量。举例说明，5.5mm直径的钛杆的回弹可通过一阶线性方程表征。
BAA＝0.94*BAT-5.66
其中BAT为由3D线段计算的所需要的理论弯角，且BAA为使杆弯曲以使其可回弹到理论弯角所需要的实际弯角。因此，使用该方程，当由上述3D线段计算20度的弯曲时，该杆的“回弹”方程将公式化成必须执行25度弯曲以使其回弹20度。最终杆的长度为所有计算的距离的总数加所选择的杆悬伸。
一旦产生了所有的杆解，则环路完成(步骤163)。在步骤164下，根据在以上环路中产生的所有杆解，系统10可输出具有最小的最大弯角的杆解(即，最平滑的弯曲杆)。应了解系统10可基于许多其他标准选择所显示的杆解。在步骤169下，系统10随后在空间中产生弯曲的三维定位。
回头参考图11的流程图，根据上述杆计算步骤156的几何弯曲定位和/或预弯曲杆输出，系统10产生指令以使使用者选择直杆、预弯曲杆或定制弯曲杆(步骤157)。所有输出指令为人类可读取的字串或字符。在所有情况下，所需杆的长度如上所述计算且对于使用者显示为切割杆(cut rod)或标准杆。对于定制弯曲解，将杆加载到弯曲机中，其中“插入端”(例如，杆的一个预定端)进入弯曲机筒夹126中。如果由于几何约束，杆不能从插入端弯曲，则翻转指令，并命令杆的切割(或鼻)端置入弯曲机筒夹126中。弯曲指令由几何弯曲定位产生且作为“定位”、“旋度”和“弯曲”值给出，如将在下文更详细地描述。这些值对应于在机械弯曲机18上的标志。
图13-14描绘定制弯曲算法的第二实施方案的流程图。根据该第二实施方案，所述定制弯曲算法包括用以提供虚拟杆的虚拟弯曲机。以下计算和图13-14的流程图突出了该实施方案的步骤。
3D矢量si＝[si x,si y,si z]T指示由使用者数字化的第i’个螺钉，使得限定杆构造的N个获取螺钉的组可表示为
可假定已经按次序收集螺钉(例如，最上部螺钉至最下部螺钉或最下部螺钉至最上部螺钉)，使得也可将指数i认为根据时间的指数。
以mm给出的长度Lr的虚拟杆(R)分解成Nr个均匀分布的点，R＝[r0,....,rNr-1]。各个杆点ri由两个分量组成：空间分量和方向分量其中在杆点之间的节段为常数且由以下定义：让则
拟弯曲机(B)由半径Mr(mm)的圆轴(M)组成。优选，尽管并不是必定地，在围绕M弯曲虚拟杆时的重要假设为保持弧长。仅出于说明的目的，如果将90°弯曲围绕具有半径10mm的圆轴引入长度100mm的例示性杆R中以制造杆则
虚拟杆R根据一列指令弯曲。各个指令由定位(Il)、旋度(Ir)和弯角(Iè)组成。定位为杆在弯曲机中的位置且对应于直接在圆轴M下的点。旋度以度数(0°-360°)给出且对应于杆在筒夹中从0转动的量。弯角由单一字母给出，其对应于以度数计的特定角度。在弯曲机上存在具有相同字母的相应凹口以便于使用者选择。
将杆初始化(步骤166)，因此空间分量和方向分量其在虚拟弯曲机中将虚拟杆有效定向成处于零旋度。对于各个弯曲指令(步骤167)，系统10围绕x-轴旋转虚拟杆Ir(步骤168)。系统10发现匹配Il的点虚拟杆平移紧接着，从i到i+Mr*Iè的各个杆点突出到圆轴M上，同时保持节段长度(步骤169-170)。虚拟杆随后围绕x-轴旋转角度-Ir。紧接着，系统10检查以证实在筒夹中的虚拟杆具有正确的方向矢量(步骤171)。此时，R接近杆的几何结构，因为其将在物理机械弯曲机18中弯曲。
下一步骤为将弯曲虚拟杆与获取的螺钉位置对准(步骤172)。根据一个实施方案，对准工序具有两个阶段：首先，系统100发现最佳旋转粗标度(步骤174)。其次，所述系统进行迭代最近点迭代算法精标度。
优选所述系统首先将结果初始化成接近于全局最小值(步骤173)。在杆对准算法中，该初始化遵循如下所述的方法：
使用定制杆的弧长和螺钉的弧长，生成从螺钉到杆的假定匹配。这生成两个大小相同的3D点集。假设有两个3D平均中心点集∑＝[σ0，...，σN-1]且Γ＝[γ0，...，γN-1]，则在最小二乘意义上，期望使
最小化，
其中T指示旋转矩阵。让指示最佳3D旋转矩阵，则
结果其中
C＝SVD(H)＝U∑VT (5)
且
(步骤174)。
由于由弧长差而潜在引入的误差，建议的解不可能是全局最小值。因此，重复以下，直至会聚(步骤175)：
对于各个si，发现最接近的rj(步骤176)
计算剩余矢量ei＝si-rj
计算平均剩余矢量(步骤177)
平移杆(步骤178)
证实误差减小(步骤179)。
紧接着，在步骤180下提供虚拟杆。曲线可出于表达目的通过横穿杆点的各个三联体并计算在这两个矢量之间的角度而简化。如果第一三联体为{r0,r1,r2}，两个矢量形成为v＝r1-r0和w＝r2-r0。如果|v×w|＝0，则三联体的中间点(在这种情况下，r1)为多余的，不提供新信息给杆的几何结构且可除去。
应了解，根据杆弯曲算法的该实施方案，虚拟弯曲机能够在充分观察弧长的任何角度的任何定位下弯曲杆。使用虚拟弯曲3D杆来确定问题螺钉(即，具有高螺钉-杆装配误差的螺钉定位)可在实际杆弯曲之前给出在实际螺钉和实际杆之间的准确装配。这在某些手术应用中可特别有利，在这些手术应用中，希望量化在杆解和数字化螺钉定位之间的偏移量以及将一个或多个手术参数输入杆弯曲计算中。
根据本发明，描述产生用于定制弯曲的算法的第三实施方案，其可结合第二实施方案使用。所述方法涉及根据概率分布取样并采用随机取样以获得数值结果的一种或多种算法。马尔科夫链(Markov chain)为随机变量序列，X0,X1...，因此当前状态、将来状态和过去状态是独立的。
p(Xn+1＝x|X0＝x0，X1＝x1，...，An＝xn)
＝p(Xn+1＝x|Xn＝xn) (1)
给出限定构造的螺钉的有序集：
其中si＝[si x,si y,si z]T指示由使用者数字化的第i个3D螺钉，系统10发现弯曲指令集，其限定以由误差函数限定的最佳方式装配螺钉的杆。应了解，弯曲机空间的检索相当复杂，因为存在必须观察以使算法生成有效弯曲指令的若干约束(例如，弯曲定位无法非常接近螺钉，弯曲定位必须间隔多个5mm，弯角必须为多个5°，弯角不可大于60°，等)。
根据第二实施方案，概拟或误差函数可基于虚拟杆在多大程度上拟合数据来构造。在此，杆以最小二乘意义拟合数据。以此方式，限定概似函数，其合并例如先验到不太优选的弯曲指令：
因此对数概似函数可定义为
其中Nb指示在杆中的弯曲的数目，Ns指示螺钉定位的数目，si为第i’个螺钉，ri第i’个杆点，且α为弯曲数目的对照超参数(例如，α＝0.05)。
如从方程(3)中可见，已经引入了先验以控制引入杆中的弯曲数概率方法允许定制约束，例如对于还可引入弯曲的严重度的先验。另外，可对如何限定可定位的弯曲怎样接近于螺钉引入先验。该先验可具有“优选”值，但在概率上，可能存在远离该理想值的最佳解。例如，可应用到该算法的一些假设定律包括但不限于：初始移动(birth move)：将弯曲加到当前解中；结束移动(death move)：从当前解中除去弯曲；矫正移动：沿杆平移杆点。使用该实施方案可提供更大潜力的杆解给使用者。
系统10的详述现在结合获得量身定做杆的方法的第一实施方案论述。系统10通常在螺钉、钩或其他仪器已经置放、但在杆插入之前在后或侧向固定手术程序的最后使用。如在图15的流程图中所示，系统10获得植入螺钉位置的位置信息并输出弯曲指令使杆成形以在那些植入螺钉内量身定做。在步骤190下，恰当的信息经由设置屏幕输入到系统中。在步骤192下，使用者标识将产生杆的那侧(患者的左侧或右侧)。在步骤194下，系统10使螺钉定位数字化。在步骤196下，系统10输出弯曲指令。在步骤198下，使用者根据弯曲指令弯曲杆。随后，如果需要，则可在患者的对侧上对杆重复步骤190-198。
图16说明例如除了通信反馈信息给使用者之外还能够从使用者处接收输入的控制单元16的屏幕显示200的一个实施方案。在该实施例(尽管其不是必要的)，使用图形用户界面(GUI)以记录直接来自屏幕显示200的数据。如在图16中描绘，屏幕显示200可含有标题条202、导航栏204、装置栏206和讯息条208。
标题条202可允许使用者分别经由日期和时间显示210、设置菜单212、音量菜单214和帮助菜单216察看日期和时间、改变设置、调节系统栏和获得帮助信息。选择这些设置，下拉菜单212允许将使用者导航到系统、历史和关闭按扭(未示出)。例如，选择系统按扭显示杆弯曲软件版本和杆弯曲机配置文件；选择关闭选项关闭杆弯曲软件应用以及驻留在控制单元16上的任何其他软件应用(例如，神经监测软件应用)；和选择历史选项允许使用者导航到在先前系统会话中的历史弯曲点/指令数据，如将在下文更详细地描述。选择帮助菜单216将使用者导航到系统用户手册。如将在下文更详细地描述，导航栏204含有经由在杆弯曲工序中的各种步骤导航的各种按扭(例如，按扭218、220、222、224、226)。按下按钮204扩展/最小化导航栏的细节。装置栏206含有指示与系统10相关的一个或多个装置的状态的各种按钮。例如，装置栏206可包括分别用于系统10的数字转换器23和红外传感器20组件的按钮228和230。按下按钮206扩展/最小化装置栏的细节。此外，发射讯息条208将指令、警报和系统误差通信给使用者。
图16-17描绘例示性设置屏幕。在选择在显示屏幕200上的设置按扭218时，系统10自动地开始设置程序。系统10构造成检测各个所需要的组件的连接状态。仅举例而言，图标228、230分别指示数字转换器23和红外传感器20的连接和活动状态。如果一个或多个需要的组件未连接或不恰当地连接，则显示200可经由文字、声音或可见手段(例如，文字讯息、可听音、有色图标或屏幕、闪烁图标或屏幕等)警戒使用者以在继续进行之前解决问题。根据一个实施方案，数字转换器图标228为数字转换器的主动获取和/或识别的状态指标且图标228的存在和底色可改变以指示数字转换器追踪状态。例如，当系统10未获取螺钉并未识别数字转换器时，图标228可不存在；当系统10未获取螺钉，但识别数字转换器时，图标228可为灰色；当系统10处于螺钉获取模式并识别数字转换器时，图标228可为绿色；且当系统10处于螺钉获取模式，但不识别数字转换器时，图标228可为红色。按下按钮206扩展/最小化装置栏206的细节。根据外科手术的类型、患者畸形的类型等，对于使用者来说，可能有利的是从不同数字转换器的选择中选择数字转换器。根据一个实施方案，按下图标228扩展系统10可利用的不同触针选项(例如，如上所述的触针22、24、26、30)的拔出窗。根据另一实施方案，红外传感器图形图标230为红外传感器20的状态指标。图标230的存在和底色可改变以指示红外传感器20的状态。例如，当系统10未识别红外传感器20时，图标230可能不存在，当系统10识别红外传感器20与系统10连接时，图标230为灰色，且当系统10感应红外传感器20的通信或凸点误差时，图标230为红色。优选如果红外传感器20在弯曲应用初始化之后连接，则传感器20将会被识别。
在所有所需要的组件都适当地连接到系统10的情况下，使用者随后可输入来自一个或多个下拉菜单的一个或多个情况特异性信息。例如，杆系统234、杆材料/直径236、杆悬伸238、程序类型(未示出)和手术程序的解剖学脊椎水平)的下拉菜单可从屏幕显示200的设置选择面板232存取。杆系统下拉菜单234允许使用者选择其计划使用的杆系统。该选择驱动对于杆材料/直径236下拉菜单的选择。例如，在杆系统下拉菜单234下，系统10可用来自一个或多个生产商的许多固定选项进行编程。或者，其可用对于仅一个生产商(例如，和EXT)的固定系统选择进行编程。使用者也可选择杆材料(例如，钛、钴、铬等)和杆直径(例如，6.5mm直径、5.5mm直径、3.5mm直径等)的组合。材料和直径选项的下拉菜单238可优选取决于杆系统的选择。因为几何结构和尺寸可在生产商和/或杆系统之间变化，用这些特殊的输入给系统10编程可帮助输出甚至更准确的弯曲指令。使用者还可从杆悬伸下拉菜单238中选择悬伸的量。例如，悬伸的量可在0mm、2.5mm、5mm、7.5mm和10mm长度中选择。根据一个实施方案，该功能指定在杆的上端和下端上的对称悬伸。根据另一实施方案，该功能还基于使用者偏好性和患者解剖学因素指定杆的任一端上的不同悬伸长度。尽管没有示出，但系统10还含有例如在枕部-颈部-胸部(OCT)融合程序中适应多种杆直径和所使用的平移杆的功能。
在已经将设置输入输入到设置选择面板232中之后，系统10帮助使用者将红外传感器20安装在最佳位置以便位置数据获取。应了解，可使用任何可见(文字、图形)指标来指示红外传感器置放指令。根据一些实施方案，活动的图形引导使用者相对于静态固定在患者体内的数字转换器阵列22安置红外传感器20。如在图17中所示，使用者首先通过选择在红外传感器设置面板240中的左侧传感器位置按扭242或右侧传感器位置按扭244来选择定位红外传感器20的患者侧。选择左侧或右侧传感器位置按钮242、244起动红外传感器位置面板246，使得传感器图形248和追踪体积方框图形250在显示屏幕200上显现。随着红外传感器20移动，追踪体积方框252与传感器图形248一起移动。紧接着，使用者将数字转换器阵列22安置到患者的身体中。一旦被系统10识别，目标体积方框252(其可显示为白色)就安置在患者图形254之上。紧接着，使用者相对于数字转换器阵列22移动红外传感器20，追踪体积方框250与目标体积方框252的位置相符。根据一些实施方案，如果传感器图形248移动超过目标追踪体积，则其尺寸增加，且如果传感器图形248移动不及目标体积，则其尺寸减小。根据一些其他的实施方案，追踪体积方框250可以颜色编码以描绘距目标体积的相对距离。例如，如果距目标体积的距离在一个或多个轴中超过某一距离(例如，在所有三个轴中，超过±8cm)，追踪体积方框250则可以红色描绘，且如果距目标体积的距离在所有三个轴中都在±8cm内或等于±8cm，追踪体积方框250则可以绿色描绘。一旦确定了红外传感器20的最佳位置，设置工序则完成。
使用者一旦完成了在设置屏幕中的所有所需步骤，图形(例如，检查)则可显现在设置按扭218上以指示这一完成且系统10继续在图15的流程图中的步骤192。使用GUI，使用者通过选择左“L”切换/状态按扭220或右“R”切换/状态按扭222标识获取数字化位置信息的患者脊椎的那侧。使用者随后选择将显示屏幕200导航到例如在图18-20中所示的获取螺钉(左或右)屏幕的获取螺钉按钮224。在获取螺钉模式下，显示屏幕200包括矢状视图面板256和冠状视图面板258，其中在矢状视图和冠状视图中的每一个中分别具有脊椎图形260、262。脊椎图形260可根据使用者数字化的脊椎的那侧(左或右)翻转定向。另外，脊椎图形262可突出使用者数字化的患者的那侧(左或右)。使用者可使用例如如上所述的数字转换器指针23将各个植入螺钉的定位数字化。随着各个螺钉点264数字化，可经由如在图19中所示的矢状视图面板256和冠状视图面板258在矢状视图和冠状视图两者中察看螺钉点264相对于另一获取的螺钉点264的相对定位。任选最后数字化的螺钉点可具有与先前获取的螺钉点264不同的图形266(例如，最后获取的螺钉点266可为晕环且先前获取的螺钉点264可为圆形)。螺钉定位可从上部至下部或下部至上部的方向上数字化，且根据一些实施方案，系统10可检测在获取两个连续螺钉点定位之后发生数字化的方向。如果在数字化工序期间，使用者希望删除数字化螺钉点，他/她则可通过按下“清除点”按钮270来进行。如果使用者希望删除所有数字化螺钉点，他/她则可通过按下“清除全部点”按钮268来进行。
一旦认为数字化螺钉点264可以接受，使用者可按下“计算杆”按钮272，其优选使用上文讨论的算法之一开始曲线计算。一旦计算出杆解，杆图形274通过螺钉点264、266布居且证实图形(例如，检查)可显现在“获取螺钉”按钮224上以指示系统10已经产生杆解。同时，“计算杆”按钮272变成“撤销杆(Undo Rod)”按钮272。如果使用者按下“撤销杆”按钮272，杆解274被清除且使用者可获取更多的螺钉点或清除一个或多个螺钉点。在按下“撤销杆”272之后，其随后变回到“计算杆”按钮272。任选系统10可包括可见图形，其中沿着杆进行曲线计算，产生严重弯曲(锐角)。使用者可选择“撤销杆”按钮272，进行一项或多项手术策略(例如，降低螺钉、备份螺钉、调节螺钉头等)，使螺钉点再次数字化并产生更可行的解。如果杆解可为使用者所接受，则螺钉获取步骤194完成且系统10进行在图15的流程图中的弯曲指令步骤196。或者，尽管没有示出，但系统10可以红色显示产生严重弯角的违规点并提供包括落在弯曲机的预定角度范围内的弯角。如果杆解可为使用者所接受，则螺钉获取步骤194完成且系统10进行在图15的流程图中的弯曲指令步骤196。
使用者随后选择“弯曲指令”按钮226，其将显示屏幕200导航到例如在图21中示出的弯曲指令(左或右)屏幕。在弯曲指令面板276内的弯曲指令允许使用者察看对应于在获取螺钉屏幕(图20)中的所得杆解的弯曲指令。例如，弯曲指令面板276含有含有弯曲指令的各面观的三个域：上部讯息域278、弯曲机指令域280和下部讯息域282。例如，上部讯息域278可将杆切割长度、杆类型和/或杆加载指令通信给使用者(例如，“切割杆：175.00mm加载插入端至弯曲机中”)。弯曲机指令域280显示弯曲策略关于定位286、旋度288和弯角290的行以对机械弯曲机18进行，如将在下文更详细地描述。在图21中示出的实施例中，存在指示5种弯曲指令的5行。下部讯息域282可将植入杆的插入或定向的方向通信给使用者。例如，在图21中示出的下部讯息域282提供以下样本指令：“从头到脚插入杆”。在一些实施方案中，对于患者的杆插入方向取决于螺钉数字化的顺序(上部到下部或下部到上部)。根据一个或多个优选的实施方案，弯曲指令算法考虑了杆的下面观、上面观、前面观和后面观的定向且保证这些面观为使用者所知。因为使用说明书引导使用者将杆加载到弯曲机中，系统10基于弯角的严重度控制赋予杆的弯曲。可首先进行具有最大弯角的那段弯曲指令，随后可进行弯曲指令的直弯段。另外，这些指令还可引导使用者将在杆上的激光线或定向线与在机械杆弯曲机18上的对准箭头(未示出)对准。该对准控制杆几何结构的前部/后部定向且因此产生弯曲指令。使用者遵循由系统10对于定位(定位可在弯曲机18上和在屏幕200上以颜色编码为绿色三角形)、旋度(旋度可在弯曲机18上和在屏幕200上以颜色编码为绿色圆形)和弯角(弯角可在弯曲机18上和在屏幕200上以颜色编码为蓝色方形)产生的弯曲指令，顺序地，在第一弯曲指令下开始并顺序进行，直至完成最终弯曲。由此，对于患者脊椎的对侧，使用者可对杆构造重复步骤190-198。
在手术程序内，使用者可能希望在左屏幕和右屏幕之间切换以察看左和右数字化螺钉点、杆预检和弯曲指令以供参考或比较。选择左“L”切换/状态按钮220和右“R”切换/状态按扭222使得使用者这样做。根据再一个实施方案，所述GUI另外可包括历史特征。选择历史按钮(未示出)将允许使用回头提到任何先前的杆弯曲解。使用者基于L/R切换按钮220、222的选择导航到弯曲指令屏幕226并按下弯曲指令按钮226。如果导航到先前弯曲指令，弯曲指令屏幕则将显示先前弯曲指令。使用者一旦选择了预期的杆解，使用者则使用机械弯曲机18执行弯曲。
上文关于图15和图18-21描述的实施方案预期使植入螺钉位置数字化并输出对于杆的弯曲指令使其成形以便在那些植入螺钉内量身定做。在一个或多个另外的实施方案中，系统10获得植入螺钉的位置信息(步骤192和194)、经由一个或多个高级选项特征接受矫正输入(步骤195)和产生察看弯曲指令以使杆成形以装配在除那些植入螺钉位置外的定位处(步骤196)，如在图22的流程图中描绘。安装以此方式成形的杆可根据使用者的指定手术设计矫正在患者脊椎中的弯曲或畸形。系统10的细节现在关于根据一种或多种手术计划获得杆弯曲的实施例论述。
如在图23中描绘，选择“高级选项”按钮292扩展高级选项菜单292，自此，使用者可对数字化螺钉点进行一次或多次矫正且系统10产生弯曲指令，杆一旦植入并使螺钉到达杆，这些弯曲指令将对患者的脊椎实现那些预期矫正。
在一些手术程序中，使用者可能希望杆弯曲解将考虑在确定弯曲指令中不是数字化螺钉点的点。根据一些实施方案，该点距数字化螺钉点定位为调节的距离。自高级选项菜单292选择“调节点”按钮296将使用者导航到调节点屏幕，如在图23中描绘。选择目标数字化螺钉定位(例如，在图24中表示为圆点304的螺钉点)突出螺钉点并在矢状视图256和冠状视图258中的每一个中提出调节点控制306。使用者使用箭头308、310、312和314将点304调节到其在矢状平面和冠状平面中的预期位置。在一些实施方案中，如在图25中所示，随着点移动，圆点304基于距最初数字化螺钉定位的距离而改变颜色。优选所述颜色对应于颜色编码的偏移距离指标322，其提供已经关于该调节点的距离的视觉反馈给使用者。如所描绘，例如，圆点304在图25中显现为黄色，指示该点在矢状平面和冠状平面中的每一个中移动4mm。在一些实施方案中，系统10可具有距数字化点的最大距离，将不允许所处置的点超过该距离(仅举例而言，该距离可为5mm)。在其他实施方案中，该距离可描绘成距离(例如，在图48中的数字，指示螺钉点距其最初定位18mm)。使用者可以此方式根据需要调节尽可能多的点。使用者可经由“重置”按钮316将所有调节点重置到其最初构造或者可经由“撤销前次操作”按扭318撤销前次调节的点。一旦对于调节点满意，使用者则可继续如下阐述的一个或多个另外高级选项或选择“计算杆”272。一旦选择了“计算杆”272，系统10则产生如下杆，其中曲线横穿调节点，如在图26中，由此产生矫正特异性杆并提供给使用者根据其指定曲线矫正在脊椎中的弯曲或畸形的能力。
根据其他实施方案，使用者可能希望较平滑的杆弯曲。在选择“虚拟点”按钮320(例如在图25中示出)时，系统10允许使用者在最上部数字化螺钉定位和最下部数字化螺钉定位之间的任何地方增加另外的点。虽然在该定位处没有螺钉，但是该点在曲线计算期间考虑且可迫使曲线成为更自然的形状，产生较平滑的杆弯曲。一旦对虚拟点满意，使用者则可继续如下阐述的一个或多个另外高级选项或者选择“计算杆”272，并且，如上所述，系统10产生使用者可用以矫正脊椎到杆的形状的矫正特异性杆解274。
对于一些患者解剖学，对于使用者可能有利的是使用预弯杆。使用预弯杆清除了对杆进行另外弯曲、同时保证实现预期杆弧线的需要。在所有螺钉点都已经在获取螺钉步骤194中数字化之后，自高级选项菜单292选择“视图预弯杆”按钮298将使用者导航到如在图27-28中描绘的“视图预弯杆”屏幕。基于在图27中的数字化螺钉定位，系统10基于在设置步骤190期间选择的所选择的生产商杆系统(例如， )计算并输出最佳预弯杆几何结构并显示在数字化螺钉杆之上可用的最适合的虚拟预弯杆解324，以便在矢状视图256和冠状视图258中察看(参见图28)。优选，如果预弯杆的几何结构在预定曲线拟合容许限度内装配数字化螺钉点(例如，7mm)，系统10则仅产生预弯杆解。根据一个或多个实施方案(如在图28中描绘)，颜色编码的偏移距离指标322可提供给使用者关于各个螺钉位置将距预弯杆构造的距离的指示。如果使用者满意该预弯杆建议，系统10则继续弯曲指令步骤196，其在弯曲指令屏幕中显示相应的预弯杆规范(图29)。上部讯息域278指导使用者基于数字化螺钉点推荐85.0mm预弯杆。自此，使用者可判断患者的解剖学和手术需求是否将充分适合预弯选项或定制弯曲选项。用来自图27-29的信息武装，使用者随后可调节螺钉位置以根据需要装配预弯杆(例如，调节螺钉头，调节螺钉深度等)。
在一些情况下，使用者可能想要在矢状平面中对准或矫正患者的脊椎(即，增加或减掉脊椎前凸或脊椎后凸)。系统10包括矢状矫正特征，其中使用者能够在矢状平面中以脊椎和平差角测量脊椎前凸的量。系统10随后将这些输入并入弯曲算法中，因此杆解包括预期的对准或矫正。
自高级选项菜单292中选择“视图矢量”按钮300开始矢状矫正特征。使用者可选择至少两个目标点且系统随后确定在矢状视图中的适当矢量。根据在图30-31和33中所示的实施方案，角度使用在获取螺钉步骤194中获取的数字化螺钉数据基于螺钉轨道(螺钉轴位置)测量并调节。如在图30中所示，使用者选择至少两个目标螺钉点(例如，螺钉点338和342)。系统10随后测量在螺钉轨道之间的角度(在此示为35度)。在一些实施方案中，系统10可通过测量在上部腰椎中的腰部脊椎前凸角334(在图30中示为15度)和在下部腰椎中的腰部脊椎前凸角(在图30中示为35度)来测量腰部脊椎前凸的量。使用在角度调节菜单326上的角度调节按钮328、330，使用者可增大或减小在矢状平面中脊椎的预期角度矫正(即，在上部或下部，增加或减掉脊椎前凸或脊椎后凸)。随着角度调节，也改变了在两个螺钉点338、342之间的角位置336。图31说明其中在点338和342之间的角位置336增加到50度的实施例。系统10可包括颜色编码的偏移距离指标322，以提供给使用者如上所述将在矢状平面中调节各个数字化螺钉位置的距离的指示。一旦实现了预期的角度矫正量，使用者可选择“设置”按钮332，且随后选择“计算杆”按钮270。如在图33中所描绘，系统10随后显示合并用于矫正在矢状平面中的脊椎的使用者临床目标的杆解274。
根据在图32中示出的矢状矫正特征的实施方案，参考来自输入的侧向放射照相图像的解剖学测量、显示并调节上部和下腰部脊椎前凸角334、336。举例来说，可将侧向放射照相图像358输入系统10中。使用者可触摸屏幕200并在至少两个目标点(例如，V1的上部端板和V3的下部端板)上移动线360且系统10随后测量在这两条线360之间的角度。使用在上角调节菜单346和下角调节菜单348上的角度调节按钮328、330，使用者可增大或减小在矢状平面中脊椎的预期角度矫正(即，在上部或下部增加或减去脊椎前凸或脊椎后凸)。随着上部脊椎角和下部脊椎角被调节，调节量在其各自测角方框(即，上腰部脊椎前凸角方框354或者下腰部脊椎前凸角方框356)中动态地改变。如在图32中描绘，使用者调节作为下腰部脊椎前凸角的一部分的角线360。如在角度测量域350中所描绘，系统10测量该角度为20度。使用者随后使用在上角调节菜单346中的按扭330以增加该角度。该改变描绘在下腰部脊椎前凸角方框356中。一旦达到了预期矫正量，在该实施例中，这在50度下实现。使用者则可按下捕获角度按钮352且该参数可与对应于测量出那些角度的脊椎水平的数字化螺钉位置相关。系统10可包括颜色编码的偏移距离指标322，以提供给使用者如上所述将在矢状平面中调节各个数字化螺钉位置的距离的指示。一旦实现了预期的角度矫正量，使用者则可选择“设置”按钮332，且随后选择“计算杆”按钮272。如在图33中所描绘，系统10随后显示合并用于矫正在矢状平面中的脊椎的使用者临床目标的杆解274。
应了解，因为患者的位置(例如，骨盆倾斜角)可对腰部脊椎前凸测量具有影响，所以该系统的矢状矫正特征将能够说明任何患者位置相关的偏移。还应该了解，除了脊柱前凸矫正之外，矢状角度评定工具可用于其他类型的手术策略，包括但不限于经椎弓根椎体截骨术(PSO)程序和前柱重建(ACR)程序。
在一些情况下，使用者可能想要在冠状平面中对准或矫正患者的脊椎(即，矫正脊柱侧凸)。系统10包括一个或多个冠状矫正特征，其中使用者能够经由前部-后部x-射线察看在冠状平面中的患者脊椎(和畸形)；测量一个或多个解剖参考角；和/或通过手动或自动偏移调节杆弯曲弧线的方向敦促一个或多个螺钉朝向特定的冠状对准轮廓定位。系统10随后可将这些输入并入弯曲算法中，因此杆解包括预期的对准或矫正。
从高级选项菜单292中选择“冠状矫正”按钮302开始冠状矫正特征。使用者可能希望通过参考脊椎解剖学测量在冠状平面中的两个解剖学参考之间的冠状柯伯角度(Cobbangle)和随着手术计划的一部分使脊椎(或接近)垂直对准而术中调节那些角度来查实冠状畸形的度数。
根据在图34-35中示出的实施方案，冠状柯伯角度可使用前部-后部放射照相图像查实。可将前部-后部放射照相图像358输入系统10中。根据一个实施方案，冠状柯伯角度可通过划出与在弧线的顶端之上和之下的最大倾斜椎骨的端板平行的线并测量在它们之间的角度来确定。使用者可触摸屏幕200并在至少两个目标点(例如，T11的上部端板和L3的下部端板)上移动线360且系统10随后测量在这两条线360之间的角度。使用在上部椎骨角度调节菜单346和/或下部椎骨角度调节菜单348上的角度调节按扭328、330，使用者可增大或减小在冠状平面中的脊椎的预期角度矫正(即，增加或减掉矫正以使所选择的上部椎骨和下部椎骨的端板彼此更加平行)。随着调节冠状角的上部分量或下部分量，冠状柯伯角度测量可在冠状柯伯角度测量方框350中动态地改变。举例来说，在图34中，起始冠状柯伯角度为58度。使用者使用按扭328、330以降低在T11和L3之间的角度线360。一旦实现了预期矫正量(例如，在图35中作为0度冠状柯伯角度示出)，使用者则可按下捕获角按钮352。该参数可与对应于测量出那些角度的脊椎水平的数字化螺钉位置相关联。系统10可包括颜色编码的偏移距离指标322，以提供给使用者如上所述(未在此处示出)将在冠状平面中调节各个数字化螺钉位置的距离的指示。一旦实现了预期的角度矫正量，使用者则可选择“设置”按钮332，且随后选择“计算杆”按钮272。系统10随后显示合并用于矫正在冠状平面中的脊椎的使用者临床目标的杆解274。
根据在图36-37中示出的实施方案，冠状柯伯角度可参考来自置放于目标椎骨的左椎弓根和右椎弓根中的螺钉的数字化定位的解剖学显示并调节。所述系统连接每个相应椎骨(线361)的左和右数字化螺钉定位并测量在这两条线361之间的角度(在此在图36中示为58度)。根据一个实施方案，冠状柯伯角度可通过选择在弧线顶端之上和之下的最大倾斜椎骨的螺钉定位来确定。使用在角度调节菜单326上的角度调节按钮，使用者可增大或减小在冠状平面中脊椎的预期角度矫正(即，增加或减去矫正以使使用者选择的上部椎骨和下部椎骨的端板彼此更加平行)。随着冠状角度调节，柯伯角度测量可如上阐述动态地改变。然而，在此，代替冠状柯伯角度测量方框351，柯伯角度可在放射照相图像的旁边显示(在图36中示出，起始冠状柯伯角度为58度)。使用者使用在菜单326中的按钮以降低在T11和L3之间的角度线361。一旦实现了预期的矫正量(例如，在图37中作为0度示出)，使用者则可按下“设置”按钮332且该参数可与对应于测量出那些角度的脊椎水平的数字化螺钉位置相关联。系统10可包括颜色编码的偏移距离指标322，以提供给使用者如上所述(未在此处示出)将在冠状平面中调节各个数字化螺钉位置的距离的指示。一旦实现了预期的角度矫正量，使用者则可选择“计算杆”按钮272。系统10随后显示合并用于矫正在冠状平面中的脊椎的使用者临床目标的杆解274。
根据冠状矫正特征的一个或多个其他实施方案，使用者可选择至少两个目标点且系统随后经由包括并处于这至少两个目标点之间的所有点产生最适合的参考线。在一些情况下，在冠状平面中脊椎的理想矫正为在最上部和最下部目标螺钉定位之间延伸的直垂直线。然而，根据患者的个别解剖学，不可能实现直垂直线。使用者可能希望实现相对于理想矫正的一定量的矫正。根据显示屏幕，使用者可选择在数字化的螺钉点(0％矫正)和最适合的参考线(100％)之间的相对矫正百分数。此外，系统随后计算杆解并示出偏心指标322以提供给使用者各个螺钉距如上阐述的冠状调节杆构造的距离的指示。
根据在图38-41中示出的实施方案，使用者可矫直在该构造内的所有点(整体冠状矫正)。根据显示屏幕200，选择上部螺钉点362和下部螺钉点364，且系统10经由所有点362、364、368产生最适合的整体参考线366。使用冠状矫正菜单370，使用者处置+和-按扭372、374以调节预期矫正百分数。在图36中示出的实施例中，预期矫正量在百分数矫正指标376上示为100％，意味着杆解274在冠状平面中将为直线且所有螺钉定位都将调节成适合杆/线。如在图40中所描绘，系统10可包括颜色编码的偏移距离指标322，以提供给使用者如上阐述将在冠状平面中调节各个数字化螺钉位置的距离的指示。如果使用者认为这是可接受的杆解，使用者则选择“计算杆”按钮272以察看杆解274(图41)并接收弯曲指令或继续另一高级特征，如将在下文更详细地描述。
根据在图42-44中所示的实施方案，使用者可矫直在构造内的螺钉点亚组(分段冠状矫正)。基于输入系统中的那些点的序列，经由所述点沿最近一个选定点的方向产生最适合的分段参考线。首先选择下部点364且随后选择上部点362，系统10将在上部画出最适合的分段参考线378，如在图42中所示。相反地，如果首先选择上部点362且随后选择下部点364，系统10将在下部画出最适合的分段参考线378。使用冠状矫正菜单370，使用者处置+和-按扭372、374以调节预期矫正百分数。在图43中示出的实施例中，预期矫正量在百分数矫正指标376上示为100％，意味着杆解274在冠状平面中将为直线且所有所选择的螺钉定位都将调节成适合杆/线。然而，如在图44中所示，未经选择的螺钉定位380将不会被调节到适合杆/线且其相对位置将被输入到系统10中并在进行杆计算时考虑。如在图43中所描绘，系统10可包括颜色编码的偏移距离指标322，以提供给使用者如上阐述将在冠状平面中调节各个数字化螺钉位置的距离的指示。如果使用者认为这是可接受的杆解，使用者则选择“计算杆”按钮272以察看杆解274(图44)并接收弯曲指令或继续另一高级特征，如将在下文更详细地描述。
根据另一实施方案，代替穿过两个所选择的数字化螺钉定位的最适合的分段参考线，分段冠状矫正可相对于患者的中心骶骨垂直线(CSVL)实现。CSVL为穿过骶骨中心的垂直线，其可充当患者冠状畸形的垂直参考线以及根据本公开的冠状评定和矫正特征在冠状平面中脊椎矫正的指南。
图45-49说明使用根据一个实施方案评定冠状畸形和实现冠状矫正的CSVL线的方法。优选该方法在所有螺钉都植入患者中并以如上阐述的方式数字化之后开始。使用者产生骶骨的一个或多个放射照相图像，在骶骨上定位上部点和下部点并标记那些点(例如，植入Caspar钉、用标志物标记患者的皮肤等)。紧接着，使用者选择“对准”按钮506(图45)。在这一选择下，激励使用者使代表上部和下部骶骨界标的所标记的皮肤点数字化。如例如在图46中所示，方框510可弹出以将工艺流程的各种步骤通知给使用者。在此，在骶骨上的上部点已经数字化(示为数字化点512)和检验标记514。方框510另外将“在下端获取点”通知给使用者。选择“清除冠状对准线”516以使骶骨点再次数字化和/或离开CSVL冠状矫正特征。上部和下部骶骨点一旦数字化，代表患者的真实CSVL线的虚线518则能显现在屏幕上(图47)且数字化螺钉定位264相对于CSVL线518在系统10中再次定向。显示200在冠状视图中现在代表相对于垂直参考(CSVL)而言的患者的当前冠状弧线。自此，使用者可选择其想要相对于CSVL矫正或矫直的两个点(即，螺钉区段)。如在图48中所示，例如，使用者选择点542和544。根据一个实施方案，第一点选择542为旋转区段的点和矫直线520的原点。第二点544确定矫直线520的方向。矫直线520可平行于CSVL线518画出，因为冠状矫正的目标在于使脊椎在冠状平面内尽可能地垂直。如果使用者认为这是可接受的杆解，使用者则选择“计算杆”按钮272以察看杆解274(图49)并接收弯曲指令。使用者现在具有可牵拉螺钉的杆解，已知其相对于CSVL线为径直的且因此提供冠状畸形的预期矫正。使用者将要且接收弯曲指令或继续另一高级特征，如将在下文更详细地描述。
在一些脊椎程序(例如，前柱畸形矫正程序)中，修复患者的脊椎到平衡位置可为预期的手术结果。根据本发明的一个广泛方面，系统10可包括整体脊椎平衡特征，其中控制单元16构造成接收并评定1)术前脊椎参数测量；2)目标脊椎参数输入；3)术中脊椎参数输入；和4)术后脊椎参数输入。可相对于其他输入追踪和/或比较这些输入中的一个或多个，以评定手术矫正如何朝着手术计划进行，评定患者的脊椎如何紧密地实现整体脊椎平衡，并用以产生/推敲手术计划以实现预期的手术矫正。
脊椎参数可包括患者的骨盆入倾(PI)、骨盆倾斜角(PT)、骶骨斜率(SS)、腰部脊椎前凸(LL)、上腰部脊椎前凸(↑LL)、下腰部脊椎前凸(↓LL)、C7铅垂线偏移(C7PL)和胸部脊椎后凸(TK)、T1倾斜角和矢状纵轴(SVA)测量。目标脊椎参数测量可为临床准则(仅举例来说，SRS-Schwab分类或基于患者解剖学的患者特异性目标)。根据使用者的偏好性，这些脊椎参数可包括骨盆入倾(PI)、骨盆倾斜角(PT)、骶骨斜率(SS)、腰部脊椎前凸(LL)、上腰部脊椎前凸(↑LL)、下腰部脊椎前凸(↓LL)、C7铅垂线偏移(C7PL)和胸部脊椎后凸(TK)、T1倾斜角和矢状纵轴(SVA)测量。
图50描绘指示根据一个实施方案的整体脊椎平衡特征的步骤的流程图。在步骤390下，系统10输入患者的术前脊椎参数测量。紧接着，系统产生理论目标脊椎参数测量(步骤392)。在步骤394下，使用者可根据手术计划任选地调节一个或多个目标脊椎参数测量。在步骤396下，目标脊椎杆可使用来自步骤392或394的理论或调节的目标脊椎参数测量定标以匹配患者的解剖学。随后可显示398该定标的目标杆给使用者。任选地，系统10可在手术程序期间产生一项或多项测量(步骤400)。在步骤402下，随后可基于来自步骤400的术中测量调节目标脊椎参数数据。最后，系统10可产生用于平衡脊椎矫正的弯曲指令。
使用者可将患者的术前测量输入系统10中，如例如在图51中描绘。选择术前测量按钮404允许使用者将测量分别输入到PI、LL、上部LL、下部LL、C7PL和TK输入域408、410、412、414、416、418和420。所述术前测量可从由许多市售的桌式和移动软件应用输入的手动测量方法获得。这些术前解剖学测量可用以理解在患者畸形的脊椎中的不平衡以及帮助确定手术计划以植入将要调节脊椎或使脊椎形成更自然的平衡的装置(例如，杆、螺钉、过度脊柱前凸椎间植入物等)。
如在图52中描绘，整体脊椎平衡特征允许使用者对于使用者的关于平衡和/或对准的脊椎的优选目标脊椎参数调节患者的解剖学测量值。根据一个实施方案，选择目标测量按扭406将测量填充到代表理想或适当平衡的脊椎的输入域410、412、414、416、418、420中。如果使用者接受这些目标脊椎参数，系统10将输出包括杆形状和弧线的理论杆解，这代表着如在图53中所示定标并覆盖到数字化螺钉点上的理想或适当平衡的脊椎。系统10还可包括颜色编码的偏移距离指标322，以提供给使用者各个数字化螺钉位置距如上所阐述在矢状和冠状平面中的杆解的距离的指示。或者，如果使用者试图实现不同的对准，他或她可使用按钮422、424、426以调节这些目标脊椎参数。使用者随后可参照指示基于那些调节的输入矫正值将实现多大程度的矫正(相对于术前和理论脊椎参数)的矫正指标428。使用者的输入矫正值随后将驱动杆弯曲算法(基于数字化螺钉定位)，以将杆形状对于特定置放定制成使用者计划。最终杆可安置在患者内且将螺钉和脊椎以预期对准对于杆进行调节。
根据整体脊椎平衡特征，脊椎参数输入可在术中评定。例如，使用者可能希望术中测量已经实现的腰部脊椎前凸的量(例如，在置放椎间植入物之后)。如在图54-55中所描绘，系统10可包括构造成获得或输入一种或多种侧向图像，在患者解剖学上的两个或多个界标之间产生一条或多条线，确定在那些界标之间的关系和调节一种或多种脊椎参数以用于产生杆解。如例如在图54中所示，使用者首先选择术中测量按钮408。紧接着，可将侧向放射照相图像358输入到系统10中。使用者可触摸屏幕200并在至少两个目标点(例如，V1的上部端板和V2的上部端板)之上移动线360且系统10随后测量在这两条线360之间的角度。如在图55中所示，系统10测量该角度为15度，如在角度测量域350中所示。任选地，所述系统可比较术中测量与术前和/或目标脊椎参数值并提供给使用者相对于术前和理论脊椎参数已经实现了多少矫正的指示。使用角度测量按钮328、330，使用者可增大在矢状平面中脊椎的预期角度矫正(即，增加或减去脊椎前凸或脊椎后凸)。随着角度调节，调节的量可在角度测量域350内动态地显示。系统10可包括颜色编码的偏移距离指标(未示出)，以提供给使用者如上所述将在矢量平面中调节各个数字化螺钉位置的距离的指示。一旦更新了预期的角度矫正量，使用者则可按下“设置”按钮332且随后按下“计算杆”按钮(未在该视图中示出)。所述系统随后显示合并用于矫正在矢状平面中的脊椎的使用者术中目标的杆解274。
使用者还可希望术中测量患者的骨盆入倾角。如在图56中所示，选择术中测量按钮408任选地提出PI评定工具。系统10获得患者骨盆的荧光检查图像452。使用者首先选择股骨头按扭432并使用在PI调节菜单448上的箭头450以定位股骨头434的中心点。紧接着，使用者选择后部骶骨按扭436并使用箭头450以识别骶骨端板438的后面观。随后，使用者选择前部骶骨按扭440且使用箭头450以识别骶骨端板442的前面观。在选择所有的PI输入的情况下，使用者可按下“画PI”按钮446，此后系统10为使用者自动画出并测量骨盆入倾角446。
上述说明性实施方案包括使用目标脊椎参数输入以确定目标杆形状，从而修复或改进脊椎平衡。然而，应了解并非所有的实施方案都需要这一确定。图57描绘指示根据一个实施方案的术中整体脊椎平衡评定特征的步骤的流程图。在步骤556下，系统10输入患者的术前脊椎参数测量。紧接着，所述系统产生理论目标脊椎参数测量(步骤558)。在步骤560下，使用者可根据手术计划任选地调节一项或多项目标脊椎参数测量。在步骤562下，所述系统可在术中测量一项或多项脊椎参数测量并提供一种或多种手术程序如何进行的指示给使用者。在步骤564下，所述系统可在术后测量一项或多项脊椎参数测量，以评定畸形矫正和平衡的最终实现状况。
使用者可将患者的术前测量输入到系统10中，如例如在图51中描绘。选择术前测量按钮404允许使用者将测量分别输入到PI、LL、上部LL、下部LL、C7PL和TK输入域408、410、412、414、416、418和420中。所述术前测量可从由许多市售的桌式和移动软件应用输入的手动测量方法获得。这些术前解剖学测量可用以理解在患者畸形的脊椎中的不平衡以及帮助确定手术计划以植入将要调节脊椎或使脊椎形成更自然的平衡的装置(例如，杆、螺钉、过度脊柱前凸椎间植入物等)。
如在图52中描绘，整体脊椎平衡特征允许使用者将患者的解剖学测量值调节到使用者的关于平衡和/或对准的脊椎的优选目标脊椎参数。根据一个实施方案，选择目标测量按扭406将测量填充到代表理想或适当平衡的脊椎的输入域410、412、414、416、418、420中。或者，如果使用者试图实现不同的对准，他或她可使用按钮422、424、426以调节这些目标脊椎参数。根据整体脊椎平衡特征，脊椎参数输入可在术中评定。例如，使用者可能希望术中测量已经实现的腰部脊椎前凸的量(例如，在置放椎间植入物之后)。如在图54-55中所描绘，系统10可包括构造成获得或输入一种或多种侧向图像，在患者解剖学上的两个或多个界标之间产生一条或多条线，确定在那些界标之间的关系和调节一种或多种脊椎参数以用于产生杆解。如例如在图54中所示，使用者首先选择术中测量按钮408。紧接着，可将侧向放射照相图像358输入到系统10中。使用者可触摸屏幕200并在至少两个目标点(例如，V1的上部端板和V2的上部端板)之上移动线360且系统10随后测量在这两条线360之间的角度。如在图55中所示，系统10测量该角度为15度，如在角度测量域350中所示。任选地，所述系统可比较术中测量与术前和/或目标脊椎参数值并提供给使用者相对于术前和理论目标脊椎参数已经实现了多少矫正的指示。使用角度测量按钮328、330，使用者可增大在矢状平面中脊椎的预期角度矫正(即，增加或减去脊椎前凸或脊椎后凸)。随着角度调节，调节的量可在角度测量域350内动态地显示。
根据一个或多个实施方案，使用者提供有手术程序如何相对于目标计划进行的可视指示。例如，一旦术中腰部脊椎前凸测量在10度的所设计的骨盆入倾值内，两个按钮在屏幕200上则将表示为绿色。一旦术中腰部脊椎前凸测量大于10但小于21度的所设计的骨盆入倾值，两个按钮在屏幕200上则将表示为黄色。一旦术中腰部脊椎前凸测量大于21度，两个按钮在屏幕200上则将表示为红色。
在一些情况下，使用者可能想要评定冠状平面畸形的量/严重度和/或术中查实用给定杆弯曲构造实现的矫正量。所述系统可包括构造成获得或输入一种或多种前部-后部图像、获取关于在患者解剖学上的界标的数字位置信息、在那些界标之间产生一条或多条线和确定在那些界标之间的关系的冠状偏移评定特征。
根据一些实施方案，系统10首先获得髂骨骶骨部的荧光检查图像454(图58)。使用者使两个点456数字化并选择髂骨线：设置按钮460以确立水平髂骨线458。紧接着，使用者使骶骨的中点462数字化并选择CSVL线：设置按钮466且系统10自动地产生自骶骨中点462到髂骨线458的正交线(CSVL线464)。系统10随后获得C7椎骨的荧光检查图像468，如在图59中绘制。使用者使C7椎骨的中点470数字化并选择“C7PL：设置”按钮474且系统10自动地产生自C7的中点470到髂骨线458的正交线(C7PL线476)。最后，系统10使用在CSVL线464和C7PL线476线之间的偏移距离计算冠状偏移距离(在方框476中)。因而，使用者给出冠状偏移的矫正量或有待矫正的量的术中评定，这给予判断手术计划目标是否已经实现或一种或多种脊椎参数输入是否必须相对于冠状对准更新的机会。
如上阐述，系统10提供给使用者在脊椎上选择两个点且在那两个点之间产生最适合的参考线的功能，从而产生杆解并矫正脊椎。在一些情况下，可能期望术中表现在冠状平面中脊椎的真实畸形并相对于骨盆解剖学参考矫正脊椎。因而，提供虚拟正交参考线，使用者可经其术中评定相对于其畸形的脊椎和/或相对于其冠状矫正脊椎畸形。
出于说明的目的，假定使用者已经如在图60中所示使螺钉点264数字化且预期在矫直线524作为最适合的参考线的情况下进行分段冠状矫正(如上阐述)。使用者可选择“虚拟丁字尺”按钮522以起动虚拟丁字尺特征。图61-62更详细地描述虚拟丁字尺特征。首先，使用者经由c-臂荧光检查在患者的解剖学上定位三个参考点并标记那些解剖学参考的定位(例如，植入Caspar钉，用标记物标记患者的皮肤等)。例如，所述解剖学参考点可为左髂脊、右髂脊和骶骨中点。可激励使用者(经由文字框、可听到的警报等)以本文先前描述的方式使先前识别的解剖学参考点中的每一个数字化。随着系统10登记标识在髂脊上的左侧点和右侧点的标志的数字化定位，点528、530分别在屏幕200上显现，且表示髂骨线的水平线534在左髂脊点528和右髂脊点530之间画出。这例如仅在图61中作为虚线534示出。紧接着，系统10登记骶骨中点的数字化定位，点532在屏幕200上显现且表示CSVL的虚线536在上部且与髂骨线534正交地画出。根据一个或多个优选的实施方案，系统10可使用一种或多种算法来检测当起动虚拟丁字尺特征时，紧接着获取的三个数字点将对应于三个目标解剖学参考点。在确立数字化螺钉定位264的CSVL线536可在系统10中相对于CSVL线536再次定向时，使用者可选择如上阐述其想要相对于CSVL矫正或矫直的两个点(即，螺钉区段)。使用者还可产生杆解，接收弯曲指令并输出杆以牵拉螺钉，已知如上详细解释其相对于CSVL线为径直的。选择“重置”按钮316清除线534、536和在冠状视图中的所有调节并使调节的球返回其最初数字化定位。如果使用者切断虚拟丁字尺按扭522，参考线526被清除且点的定向使在冠状视图窗内的最佳装配524反转。
在一些情况下，除了术中评定和/或矫正脊椎的真实冠状畸形之外，可能还期望术中评定冠状脊椎平衡。冠状脊椎平衡通过测量在CSVL和C7之间的偏移确定。根据一些实施方案，所述虚拟丁字尺特征可包括C7铅垂线测量特征。在使用者已经经由虚拟丁字尺特征522获取CSVL线之后，启动“C7铅锤线”按钮540。图63更详细地描述C7铅垂线特征。首先，使用者经由c-臂荧光检查定位C7椎骨的中心点且在患者的皮肤上表面上标记该解剖学参考的定位(例如，用“X”)。可激励使用者(经由文字框、可听到的警报等)以本文先前描述的方式使C7椎骨点中的每一个数字化。随着系统10登记标识C7椎骨的标记的数字化定位，点55在屏幕200上显现且表示C7铅垂线的垂直线538与CSVL平行且与髂骨线534正交地画出。这例如仅在图63中作为虚线538示出。根据一个或多个优选的实施方案，系统10可使用一种或多种算法来检测当起动C7铅垂线特征时，紧接着获取的数字化点将对应于C7解剖学界标。最后，系统10使用在CSVL线536和C7PL线538之间的偏移距离计算冠状偏移距离。例如，在这两条垂直线之间画出双箭头线以表示冠状偏移的角度，且因此表示在冠状平面内的脊椎平衡和不平衡(在图63中示为10cm)。根据一个或多个实施方案(未示出)，颜色编码的冠状偏移距离指标可提供给使用者冠状偏移角度的指示。例如，0-2cm的偏移可用绿色双箭头线指示；3-4cm的偏移可用黄色双箭头线指示；且大于4cm的偏移可用红色双箭头线指示。因而，使用者给出冠状偏移矫正的量或有待矫正的量的术中评定，这给予判断手术计划目标是否已经实现或一种或多种脊椎参数输入是否必须相对于冠状对准更新的机会。
根据上文论述的一种或多种特征，使用者一旦选择了预期杆解，使用者就可使用机械杆弯曲机18执行弯曲。预期机械杆弯曲机18可为考虑六自由度信息的任何弯曲机，因为其对脊椎杆实施弯曲。例如，根据一个实施方案，机械杆弯曲机18可为在2011年6月7日取得专利权的题为“System and Device for Designing and Forming a
Surgical Implant”的共同拥有的美国专利号7,957,831中描述的弯曲机，其公开内容通过引用结合到本文中，就如同在本文中阐述其全部内容一样。根据第二实施方案，机械杆弯曲机18可为在图50中示出的弯曲机18。示出第一杠杆106和第二杠杆110，其中杠杆手柄108设计成手动抓握杠杆106且基座112固定杠杆110处于静止位置。第二杠杆110具有穿过114的杆，因此可使用无限长的杆并且在弯曲过程期间用杆弯曲装置18稳定所述杆。使用者抓握手柄108并将其打开以通过根据角规132选取一定角度并闭合手柄108以使杠杆106、110更紧密地在一起来弯曲特定的杆。在其他实施方案中的机械杆弯曲机18可制造成在手柄打开移动期间也使杆弯曲。杆移动经过圆轴118且在活动模具120和固定模具122之间。杆在这两个模具120、122之间弯曲。在弯曲机18上的量规允许使用者处置杆以确定弯曲位置、弯角和弯曲旋度。杆通过筒夹126固定就位。通过沿着基座112滑动滑块128，杆可在机械杆弯曲机18内在近端和远端移动。位置可通过锁定挡块(click stop)130沿基座112每隔一定间隔测量。每个锁定挡块130沿基座112处于测量的距离且因此移动特定数目的锁定挡块130给出用于定位杆弯曲的精确定位。
弯角通过使用角规132测量。角规132每隔一定间隔具有棘轮齿116。用特定的弯角量规132，随着手柄106打开和关闭，各个止挡棘爪表示5度弯角。应了解各个棘齿阶可表示任何合适度数的增量(例如，0.25度-10度)。弯曲旋度通过筒夹节134控制。通过顺时针或逆时针转动筒夹旋钮134，使用者可设置特定的旋转角。筒夹旋钮134用规则间隔的凹口136标记，但该特定实施方案可连续地回转且因此具有无限大的设置。使用者一旦转动旋钮134，使用者就可在特定的标记处或在中间等设置旋钮134以高度的准确性确定特定的角度旋转。另外，基座112可沿其长度具有直尺138以帮助使用者术中测量杆。
根据另一实施方案，杆弯曲机18可为气动或电动的装置，其自动调节杆的定位、旋度和弯角。例如，对于每次移动，可利用三个发动机。线性平移发动机将杆移入或移出圆轴118和活动模具120。一个旋转发动机将旋转杆和活动模具120。弯曲计算可转变成将供以动力并控制发动机的接口程序。自动弯曲机将减小在遵循手动弯曲指令的过程中使用者误差的可能性。这还将增加可在杆中赋予的弯曲的分离度或数目，制成外观更平滑的杆。
虽然已经关于实现本发明的目标的最佳模式描述了本发明，但是本领域的技术人员应了解在考虑这些教导而不偏离本发明的精神或范围的情况下可实现变化。例如，本发明可使用计算机编程软件、固件或硬件的任何组合实施。作为实施本发明或构建根据本发明的设备的准备步骤，根据本发明的计算机编程编码(不管是软件还是固件)通常将储存在例如固定(硬)驱动器、磁盘、光盘、磁带、半导体存储器如ROM、PROM等的一种或多种机器可读取的储存介质中，由此制成根据本发明的生产制品。含有计算机编程编码的生产制品通过执行直接来自存储装置的编码、通过将来自存储装置的编码复制到例如硬盘、RAM等的另一存储装置中或通过传输编码以便远程执行来使用。
尽管本发明可能有各种修改和供选形式，但是其具体实施方案已经仅通过举例在附图中示出并在此详细描述。如本领域的技术人员可以设想，可使用上述的许多不同组合且因此本发明不受规定范围限制。应理解，在此对具体实施方案的描述并非要将本发明限制到所公开的特殊形式。相反地，本发明将涵盖属于如本文限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等价物和供选物。

Claims (21)

1.一种在手术脊椎程序期间术中设计并评定脊椎畸形矫正的系统，所述系统包括：
包括红外传感器和红外追踪阵列的空间追踪系统，所述红外追踪阵列沿手术指针工具的近端布置，能够使植入的手术装置的定位数字化并经由所述红外传感器转继到所述空间追踪系统；
与所述空间追踪系统通信的控制单元，所述控制单元构造成：
(a)接收多个植入螺钉的数字化定位数据；
(b)接收至少一个解剖学参考点的数字化定位数据；
(c)基于所述至少一个解剖学参考点的数字化定位数据产生至少一条虚拟解剖参考线；
(d)接受与所述多个植入螺钉的所述数字化定位数据的一个或多个数字化螺钉定位相对应的一种或多种脊椎矫正输入，其中，所述一种或多种脊椎矫正输入相对于所述至少一条虚拟解剖参考线来矫直所述一个或多个数字化螺钉定位；和
(e)基于所述一种或多种脊椎矫正输入产生定形成在不同于所述数字化定位的定位处接合所述螺钉的至少一种杆解输出。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述一种或多种脊椎矫正输入包括在冠状平面中的脊椎矫正。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述虚拟解剖参考线为中心骶骨垂直线。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述至少一个解剖学参考点包括与所述中心骶骨垂直线相互关联的至少两个点。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述至少两个点为左髂脊、右髂脊和骶骨的中点。
6.根据权利要求3所述的系统，其中所述至少一个解剖学参考点包括两个沿所述中心骶骨垂直线的点。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述至少一个解剖学参考点包括在所述骶骨上的上部点和下部点。
8.根据权利要求3所述的系统，其中所述一种或多种脊椎矫正输入包括相对于在冠状平面中的中心骶骨垂直线对准所有的所述一个或多个数字化螺钉定位。
9.根据权利要求3所述的系统，其中所述至少一种杆解输出为沿长度的至少一部分的垂直直杆。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制单元进一步构造成基于至少一个基于解剖学的参考点产生至少一个测量值。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制单元构造成基于至少两条基于解剖学的参考线产生至少一个测量值。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述至少一个测量值为在所述至少两条基于解剖学的参考线之间的偏移距离。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述至少两条基于解剖学的参考线为中心骶骨垂直线和C7铅垂线。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述控制单元进一步构造成基于在所述中心骶骨垂直线和所述C7铅垂线之间的关系评定术中脊椎平衡并将所述评定通信给使用者。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述关系基于在所述中心骶骨垂直线和所述C7铅垂线之间的冠状偏移距离。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述评定的通信包括颜色，其中第一颜色标识指示在冠状平面内的平衡的脊椎的偏移距离且第二颜色标识指示在所述冠状平面内的失衡的脊椎的偏移距离。
17.根据权利要求10所述的系统，其中所述至少一个测量值包括术中腰部脊椎前凸角和设计的骨盆入倾斜角。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述控制单元进一步构造成基于在所述术中腰部脊椎前凸角和所述设计的骨盆入倾斜角之间的关系评定术中脊椎平衡，并将该评定通信给用户。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述术中腰部脊椎前凸角和所述骨盆入倾斜角在手术期间测量至少一次。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述关系基于在所述术中腰部脊椎前凸角和所述设计的骨盆入倾斜角之间的变化。
21.根据权利要求20所述的系统，其中所述评定的通信包括颜色，其中第一颜色标识指示在矢状平面内的平衡的脊椎的变化且第二颜色标识指示在矢状平面内的失衡的脊椎的变化距离。
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WO (1) WO2015054543A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2797634C1 (ru) * 2022-05-21 2023-06-07 федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии имени академика Г.А. Илизарова" Министерства здравоохранения Российской Федерации Способ профилактики вертебромедуллярного конфликта при асимметричном варианте вертебротомии 3-4 типа по schwab

Families Citing this family (148)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10893912B2 (en) 2006-02-16 2021-01-19 Globus Medical Inc. Surgical tool systems and methods
US10357184B2 (en) 2012-06-21 2019-07-23 Globus Medical, Inc. Surgical tool systems and method
US10653497B2 (en) 2006-02-16 2020-05-19 Globus Medical, Inc. Surgical tool systems and methods
US9308050B2 (en) 2011-04-01 2016-04-12 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Robotic system and method for spinal and other surgeries
US11395706B2 (en) 2012-06-21 2022-07-26 Globus Medical Inc. Surgical robot platform
US11857266B2 (en) 2012-06-21 2024-01-02 Globus Medical, Inc. System for a surveillance marker in robotic-assisted surgery
US11253327B2 (en) 2012-06-21 2022-02-22 Globus Medical, Inc. Systems and methods for automatically changing an end-effector on a surgical robot
US11116576B2 (en) 2012-06-21 2021-09-14 Globus Medical Inc. Dynamic reference arrays and methods of use
US10874466B2 (en) 2012-06-21 2020-12-29 Globus Medical, Inc. System and method for surgical tool insertion using multiaxis force and moment feedback
JP2015528713A (ja) 2012-06-21 2015-10-01 グローバス メディカル インコーポレイティッド 手術ロボットプラットフォーム
US11298196B2 (en) 2012-06-21 2022-04-12 Globus Medical Inc. Surgical robotic automation with tracking markers and controlled tool advancement
US11607149B2 (en) 2012-06-21 2023-03-21 Globus Medical Inc. Surgical tool systems and method
US10136954B2 (en) 2012-06-21 2018-11-27 Globus Medical, Inc. Surgical tool systems and method
US10842461B2 (en) 2012-06-21 2020-11-24 Globus Medical, Inc. Systems and methods of checking registrations for surgical systems
US11793570B2 (en) 2012-06-21 2023-10-24 Globus Medical Inc. Surgical robotic automation with tracking markers
US10758315B2 (en) 2012-06-21 2020-09-01 Globus Medical Inc. Method and system for improving 2D-3D registration convergence
US10624710B2 (en) 2012-06-21 2020-04-21 Globus Medical, Inc. System and method for measuring depth of instrumentation
US10231791B2 (en) 2012-06-21 2019-03-19 Globus Medical, Inc. Infrared signal based position recognition system for use with a robot-assisted surgery
US11864839B2 (en) 2012-06-21 2024-01-09 Globus Medical Inc. Methods of adjusting a virtual implant and related surgical navigation systems
US11963755B2 (en) 2012-06-21 2024-04-23 Globus Medical Inc. Apparatus for recording probe movement
US10799298B2 (en) 2012-06-21 2020-10-13 Globus Medical Inc. Robotic fluoroscopic navigation
US11786324B2 (en) 2012-06-21 2023-10-17 Globus Medical, Inc. Surgical robotic automation with tracking markers
US11896446B2 (en) 2012-06-21 2024-02-13 Globus Medical, Inc Surgical robotic automation with tracking markers
US11399900B2 (en) 2012-06-21 2022-08-02 Globus Medical, Inc. Robotic systems providing co-registration using natural fiducials and related methods
US11045267B2 (en) 2012-06-21 2021-06-29 Globus Medical, Inc. Surgical robotic automation with tracking markers
US11589771B2 (en) 2012-06-21 2023-02-28 Globus Medical Inc. Method for recording probe movement and determining an extent of matter removed
US10350013B2 (en) 2012-06-21 2019-07-16 Globus Medical, Inc. Surgical tool systems and methods
US11857149B2 (en) 2012-06-21 2024-01-02 Globus Medical, Inc. Surgical robotic systems with target trajectory deviation monitoring and related methods
US11864745B2 (en) 2012-06-21 2024-01-09 Globus Medical, Inc. Surgical robotic system with retractor
US11317971B2 (en) 2012-06-21 2022-05-03 Globus Medical, Inc. Systems and methods related to robotic guidance in surgery
US10646280B2 (en) 2012-06-21 2020-05-12 Globus Medical, Inc. System and method for surgical tool insertion using multiaxis force and moment feedback
FR3010628B1 (fr) 2013-09-18 2015-10-16 Medicrea International Procede permettant de realiser la courbure ideale d'une tige d'un materiel d'osteosynthese vertebrale destinee a etayer la colonne vertebrale d'un patient
US9283048B2 (en) 2013-10-04 2016-03-15 KB Medical SA Apparatus and systems for precise guidance of surgical tools
FR3012030B1 (fr) 2013-10-18 2015-12-25 Medicrea International Procede permettant de realiser la courbure ideale d'une tige d'un materiel d'osteosynthese vertebrale destinee a etayer la colonne vertebrale d'un patient
US9241771B2 (en) 2014-01-15 2016-01-26 KB Medical SA Notched apparatus for guidance of an insertable instrument along an axis during spinal surgery
WO2015121311A1 (en) 2014-02-11 2015-08-20 KB Medical SA Sterile handle for controlling a robotic surgical system from a sterile field
CN106659537B (zh) 2014-04-24 2019-06-11 Kb医疗公司 结合机器人手术系统使用的手术器械固持器
WO2015195843A2 (en) 2014-06-17 2015-12-23 Nuvasive, Inc. Systems and methods for planning, performing, and assessing spinal correction during surgery
WO2015193479A1 (en) 2014-06-19 2015-12-23 KB Medical SA Systems and methods for performing minimally invasive surgery
EP3169252A1 (en) 2014-07-14 2017-05-24 KB Medical SA Anti-skid surgical instrument for use in preparing holes in bone tissue
US10765438B2 (en) 2014-07-14 2020-09-08 KB Medical SA Anti-skid surgical instrument for use in preparing holes in bone tissue
US9993177B2 (en) 2014-08-28 2018-06-12 DePuy Synthes Products, Inc. Systems and methods for intraoperatively measuring anatomical orientation
JP6731920B2 (ja) 2014-12-02 2020-07-29 カーベー メディカル エスアー 外科手術中のロボット支援式体積除去
US10013808B2 (en) 2015-02-03 2018-07-03 Globus Medical, Inc. Surgeon head-mounted display apparatuses
EP3258872B1 (en) 2015-02-18 2023-04-26 KB Medical SA Systems for performing minimally invasive spinal surgery with a robotic surgical system using a percutaneous technique
US20160354161A1 (en) 2015-06-05 2016-12-08 Ortho Kinematics, Inc. Methods for data processing for intra-operative navigation systems
US10646298B2 (en) 2015-07-31 2020-05-12 Globus Medical, Inc. Robot arm and methods of use
US10058394B2 (en) 2015-07-31 2018-08-28 Globus Medical, Inc. Robot arm and methods of use
US10080615B2 (en) 2015-08-12 2018-09-25 Globus Medical, Inc. Devices and methods for temporary mounting of parts to bone
EP3344175B1 (en) * 2015-08-31 2019-07-24 KB Medical SA Robotic surgical systems for spinal rod bending
JP6894431B2 (ja) 2015-08-31 2021-06-30 ケービー メディカル エスアー ロボット外科用システム及び方法
US10034716B2 (en) 2015-09-14 2018-07-31 Globus Medical, Inc. Surgical robotic systems and methods thereof
US9771092B2 (en) 2015-10-13 2017-09-26 Globus Medical, Inc. Stabilizer wheel assembly and methods of use
WO2017079655A2 (en) 2015-11-04 2017-05-11 Mcafee Paul C Methods and apparatus for spinal reconstructive surgery and measuring spinal length and intervertebral spacing, tension and rotation
AU2015414802B2 (en) * 2015-11-19 2020-12-24 Eos Imaging Method of preoperative planning to correct spine misalignment of a patient
US9554411B1 (en) 2015-12-30 2017-01-24 DePuy Synthes Products, Inc. Systems and methods for wirelessly powering or communicating with sterile-packed devices
US10335241B2 (en) 2015-12-30 2019-07-02 DePuy Synthes Products, Inc. Method and apparatus for intraoperative measurements of anatomical orientation
WO2017127838A1 (en) * 2016-01-22 2017-07-27 Nuvasive, Inc. Systems and methods for facilitating spine surgery
US11883217B2 (en) 2016-02-03 2024-01-30 Globus Medical, Inc. Portable medical imaging system and method
US10117632B2 (en) 2016-02-03 2018-11-06 Globus Medical, Inc. Portable medical imaging system with beam scanning collimator
US11058378B2 (en) 2016-02-03 2021-07-13 Globus Medical, Inc. Portable medical imaging system
US10842453B2 (en) 2016-02-03 2020-11-24 Globus Medical, Inc. Portable medical imaging system
US10448910B2 (en) 2016-02-03 2019-10-22 Globus Medical, Inc. Portable medical imaging system
WO2017139556A1 (en) 2016-02-12 2017-08-17 Medos International Sarl Systems and methods for intraoperatively measuring anatomical orientation
US10463433B2 (en) 2016-03-02 2019-11-05 Nuvasive, Inc. Systems and methods for spinal correction surgical planning
US10866119B2 (en) 2016-03-14 2020-12-15 Globus Medical, Inc. Metal detector for detecting insertion of a surgical device into a hollow tube
US10820835B2 (en) 2016-09-12 2020-11-03 Medos International Sarl Systems and methods for anatomical alignment
AU2017340607B2 (en) * 2016-10-05 2022-10-27 Nuvasive, Inc. Surgical navigation system and related methods
CA3040615C (en) * 2016-10-14 2020-03-10 Synaptive Medical (Barbados) Inc. Micrometer size multi-functional probe for oct and electro-physiological recording
US11039893B2 (en) 2016-10-21 2021-06-22 Globus Medical, Inc. Robotic surgical systems
WO2018109556A1 (en) 2016-12-12 2018-06-21 Medicrea International Systems and methods for patient-specific spinal implants
CA3049938A1 (en) * 2017-01-12 2018-07-19 Mazor Robotics Ltd. Image based pathology prediction using artificial intelligence
CN110381874B (zh) * 2017-01-12 2022-10-14 马佐尔机器人有限公司 使用动态运动分析的全局平衡
EP3351202B1 (en) 2017-01-18 2021-09-08 KB Medical SA Universal instrument guide for robotic surgical systems
JP7233841B2 (ja) 2017-01-18 2023-03-07 ケービー メディカル エスアー ロボット外科手術システムのロボットナビゲーション
JP2018114280A (ja) 2017-01-18 2018-07-26 ケービー メディカル エスアー ロボット外科用システムのための汎用器具ガイド、外科用器具システム、及びそれらの使用方法
US11071594B2 (en) 2017-03-16 2021-07-27 KB Medical SA Robotic navigation of robotic surgical systems
US11089975B2 (en) 2017-03-31 2021-08-17 DePuy Synthes Products, Inc. Systems, devices and methods for enhancing operative accuracy using inertial measurement units
EP4108201B1 (en) * 2017-04-21 2024-03-27 Medicrea International A system for developing one or more patient-specific spinal implants
EP3618742A1 (en) * 2017-05-03 2020-03-11 EOS Imaging Surgery planning tool for spinal correction rod
US10675094B2 (en) 2017-07-21 2020-06-09 Globus Medical Inc. Robot surgical platform
WO2019043426A1 (en) * 2017-09-01 2019-03-07 Spinologics Inc. VERTEBRAL COLUMN CORRECTION IMPLANT MANUFACTURING PROCESS PART
EP3691554A4 (en) * 2017-10-06 2021-07-07 Intellijoint Surgical Inc. SYSTEM AND PROCEDURE FOR PREOPERATIVE PLANNING FOR TOTAL HIP ARTHROPLASTICS
US11737893B2 (en) 2017-10-06 2023-08-29 Intellijoint Surgical Inc. System and method for preoperative planning for total hip arthroplasty
US11382666B2 (en) 2017-11-09 2022-07-12 Globus Medical Inc. Methods providing bend plans for surgical rods and related controllers and computer program products
EP3492032B1 (en) 2017-11-09 2023-01-04 Globus Medical, Inc. Surgical robotic systems for bending surgical rods
US11794338B2 (en) 2017-11-09 2023-10-24 Globus Medical Inc. Robotic rod benders and related mechanical and motor housings
US11134862B2 (en) 2017-11-10 2021-10-05 Globus Medical, Inc. Methods of selecting surgical implants and related devices
US10918422B2 (en) 2017-12-01 2021-02-16 Medicrea International Method and apparatus for inhibiting proximal junctional failure
US20190254753A1 (en) 2018-02-19 2019-08-22 Globus Medical, Inc. Augmented reality navigation systems for use with robotic surgical systems and methods of their use
US10573023B2 (en) 2018-04-09 2020-02-25 Globus Medical, Inc. Predictive visualization of medical imaging scanner component movement
US10925598B2 (en) 2018-07-16 2021-02-23 Ethicon Llc Robotically-assisted surgical suturing systems
US11337742B2 (en) 2018-11-05 2022-05-24 Globus Medical Inc Compliant orthopedic driver
US11278360B2 (en) 2018-11-16 2022-03-22 Globus Medical, Inc. End-effectors for surgical robotic systems having sealed optical components
US11602402B2 (en) 2018-12-04 2023-03-14 Globus Medical, Inc. Drill guide fixtures, cranial insertion fixtures, and related methods and robotic systems
US11744655B2 (en) 2018-12-04 2023-09-05 Globus Medical, Inc. Drill guide fixtures, cranial insertion fixtures, and related methods and robotic systems
JP7383027B2 (ja) 2019-01-14 2023-11-17 ニューヴェイジヴ，インコーポレイテッド 全身筋骨格モデル及び姿勢最適化に基づく術後の全体的な矢状面アライメントの予測
US11065065B2 (en) * 2019-02-22 2021-07-20 Warsaw Orthopedic, Inc. Spinal implant system and methods of use
US11918313B2 (en) 2019-03-15 2024-03-05 Globus Medical Inc. Active end effectors for surgical robots
US11571265B2 (en) 2019-03-22 2023-02-07 Globus Medical Inc. System for neuronavigation registration and robotic trajectory guidance, robotic surgery, and related methods and devices
US11317978B2 (en) 2019-03-22 2022-05-03 Globus Medical, Inc. System for neuronavigation registration and robotic trajectory guidance, robotic surgery, and related methods and devices
US11382549B2 (en) 2019-03-22 2022-07-12 Globus Medical, Inc. System for neuronavigation registration and robotic trajectory guidance, and related methods and devices
US11419616B2 (en) 2019-03-22 2022-08-23 Globus Medical, Inc. System for neuronavigation registration and robotic trajectory guidance, robotic surgery, and related methods and devices
US20200297357A1 (en) 2019-03-22 2020-09-24 Globus Medical, Inc. System for neuronavigation registration and robotic trajectory guidance, robotic surgery, and related methods and devices
US11806084B2 (en) 2019-03-22 2023-11-07 Globus Medical, Inc. System for neuronavigation registration and robotic trajectory guidance, and related methods and devices
US11925417B2 (en) 2019-04-02 2024-03-12 Medicrea International Systems, methods, and devices for developing patient-specific spinal implants, treatments, operations, and/or procedures
US11877801B2 (en) 2019-04-02 2024-01-23 Medicrea International Systems, methods, and devices for developing patient-specific spinal implants, treatments, operations, and/or procedures
US11045179B2 (en) 2019-05-20 2021-06-29 Global Medical Inc Robot-mounted retractor system
US11628023B2 (en) 2019-07-10 2023-04-18 Globus Medical, Inc. Robotic navigational system for interbody implants
CN112438806A (zh) * 2019-09-04 2021-03-05 格罗伯斯医疗有限公司 提供用于弯曲手术杆的机器人弯曲的系统
US11571171B2 (en) 2019-09-24 2023-02-07 Globus Medical, Inc. Compound curve cable chain
US11890066B2 (en) 2019-09-30 2024-02-06 Globus Medical, Inc Surgical robot with passive end effector
US11864857B2 (en) 2019-09-27 2024-01-09 Globus Medical, Inc. Surgical robot with passive end effector
US11426178B2 (en) 2019-09-27 2022-08-30 Globus Medical Inc. Systems and methods for navigating a pin guide driver
US11510684B2 (en) 2019-10-14 2022-11-29 Globus Medical, Inc. Rotary motion passive end effector for surgical robots in orthopedic surgeries
US11769251B2 (en) 2019-12-26 2023-09-26 Medicrea International Systems and methods for medical image analysis
US11759283B2 (en) 2019-12-30 2023-09-19 Cilag Gmbh International Surgical systems for generating three dimensional constructs of anatomical organs and coupling identified anatomical structures thereto
US11648060B2 (en) 2019-12-30 2023-05-16 Cilag Gmbh International Surgical system for overlaying surgical instrument data onto a virtual three dimensional construct of an organ
US11284963B2 (en) 2019-12-30 2022-03-29 Cilag Gmbh International Method of using imaging devices in surgery
US11744667B2 (en) 2019-12-30 2023-09-05 Cilag Gmbh International Adaptive visualization by a surgical system
US11832996B2 (en) 2019-12-30 2023-12-05 Cilag Gmbh International Analyzing surgical trends by a surgical system
US11896442B2 (en) 2019-12-30 2024-02-13 Cilag Gmbh International Surgical systems for proposing and corroborating organ portion removals
US11776144B2 (en) 2019-12-30 2023-10-03 Cilag Gmbh International System and method for determining, adjusting, and managing resection margin about a subject tissue
US11219501B2 (en) 2019-12-30 2022-01-11 Cilag Gmbh International Visualization systems using structured light
US11464581B2 (en) 2020-01-28 2022-10-11 Globus Medical, Inc. Pose measurement chaining for extended reality surgical navigation in visible and near infrared spectrums
US11382699B2 (en) 2020-02-10 2022-07-12 Globus Medical Inc. Extended reality visualization of optical tool tracking volume for computer assisted navigation in surgery
US11207150B2 (en) 2020-02-19 2021-12-28 Globus Medical, Inc. Displaying a virtual model of a planned instrument attachment to ensure correct selection of physical instrument attachment
US11253216B2 (en) 2020-04-28 2022-02-22 Globus Medical Inc. Fixtures for fluoroscopic imaging systems and related navigation systems and methods
US11382700B2 (en) 2020-05-08 2022-07-12 Globus Medical Inc. Extended reality headset tool tracking and control
US11153555B1 (en) 2020-05-08 2021-10-19 Globus Medical Inc. Extended reality headset camera system for computer assisted navigation in surgery
US11510750B2 (en) 2020-05-08 2022-11-29 Globus Medical, Inc. Leveraging two-dimensional digital imaging and communication in medicine imagery in three-dimensional extended reality applications
US11317973B2 (en) 2020-06-09 2022-05-03 Globus Medical, Inc. Camera tracking bar for computer assisted navigation during surgery
US11382713B2 (en) 2020-06-16 2022-07-12 Globus Medical, Inc. Navigated surgical system with eye to XR headset display calibration
US11877807B2 (en) 2020-07-10 2024-01-23 Globus Medical, Inc Instruments for navigated orthopedic surgeries
US11793588B2 (en) 2020-07-23 2023-10-24 Globus Medical, Inc. Sterile draping of robotic arms
US11737831B2 (en) 2020-09-02 2023-08-29 Globus Medical Inc. Surgical object tracking template generation for computer assisted navigation during surgical procedure
US11523785B2 (en) 2020-09-24 2022-12-13 Globus Medical, Inc. Increased cone beam computed tomography volume length without requiring stitching or longitudinal C-arm movement
US11911112B2 (en) 2020-10-27 2024-02-27 Globus Medical, Inc. Robotic navigational system
US11941814B2 (en) 2020-11-04 2024-03-26 Globus Medical Inc. Auto segmentation using 2-D images taken during 3-D imaging spin
US11717350B2 (en) * 2020-11-24 2023-08-08 Globus Medical Inc. Methods for robotic assistance and navigation in spinal surgery and related systems
US20220296326A1 (en) 2021-03-22 2022-09-22 Nuvasive, Inc. Multi-user surgical cart
US20220370146A1 (en) * 2021-05-19 2022-11-24 Globus Medical, Inc. Intraoperative alignment assessment system and method
US11857273B2 (en) 2021-07-06 2024-01-02 Globus Medical, Inc. Ultrasonic robotic surgical navigation
WO2023285894A1 (en) * 2021-07-13 2023-01-19 Neo Medical Sa A method and system for verifying a correction of a spinal curvature by imaging and tracking
US11439444B1 (en) 2021-07-22 2022-09-13 Globus Medical, Inc. Screw tower and rod reduction tool
US11918304B2 (en) 2021-12-20 2024-03-05 Globus Medical, Inc Flat panel registration fixture and method of using same
CN114888791B (zh) * 2022-04-21 2023-08-25 北京航空航天大学 一种面向截骨机器人的头眼联合标定方法
WO2024074904A1 (en) * 2022-10-06 2024-04-11 Medacta International Sa Method for selecting a rod of a pedicle screw system for spinal fusion

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7643862B2 (en) * 2005-09-15 2010-01-05 Biomet Manufacturing Corporation Virtual mouse for use in surgical navigation
USRE42226E1 (en) * 1997-09-24 2011-03-15 Medtronic Navigation, Inc. Percutaneous registration apparatus and method for use in computer-assisted surgical navigation

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5658286A (en) 1996-02-05 1997-08-19 Sava; Garard A. Fabrication of implantable bone fixation elements
JP2000329515A (ja) 1999-05-19 2000-11-30 Nippon Koki Kk トンネル掘削機の位置計測装置
US20010034530A1 (en) * 2000-01-27 2001-10-25 Malackowski Donald W. Surgery system
JP2003271749A (ja) * 2002-03-18 2003-09-26 Fuji Photo Film Co Ltd 手術支援システム
US7107091B2 (en) * 2002-07-25 2006-09-12 Orthosoft Inc. Multiple bone tracking
US7720522B2 (en) * 2003-02-25 2010-05-18 Medtronic, Inc. Fiducial marker devices, tools, and methods
EP1599148B1 (en) 2003-02-25 2011-04-20 Medtronic Image-Guided Neurologics, Inc. Fiducial marker devices
DE50301235D1 (de) * 2003-07-17 2006-02-02 Axios 3D Services Gmbh Lokator und optisches Messsystem
WO2006084194A2 (en) * 2005-02-02 2006-08-10 Nuvasive, Inc. System and methods for monitoring during anterior surgery
FR2891451B1 (fr) * 2005-10-04 2008-06-06 Amplitude Soc Par Actions Simp Station de navigation pour chirurgie orthopedique.
US20070233156A1 (en) * 2006-02-16 2007-10-04 Robert Metzger Surgical instrument
US8442621B2 (en) * 2006-05-17 2013-05-14 Nuvasive, Inc. Surgical trajectory monitoring system and related methods
WO2007136768A2 (en) * 2006-05-19 2007-11-29 Mako Surgical Corp. Method and apparatus for controlling a haptic device
US8560047B2 (en) 2006-06-16 2013-10-15 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Method and apparatus for computer aided surgery
FR2909791B1 (fr) 2006-12-07 2009-02-13 Ecole Nale Sup Artes Metiers Procede de simulation du comportement d'un ensemble osseux articule
US8255045B2 (en) 2007-04-03 2012-08-28 Nuvasive, Inc. Neurophysiologic monitoring system
PT103823B (pt) 2007-09-13 2010-09-17 Univ Do Minho Sistema de modelagem/dobragem automática e personalizada de prótese cirúrgica para correcção de pectus excavatum com base na informação imagiológica pré-cirúrgica
US7957831B2 (en) 2008-04-04 2011-06-07 Isaacs Robert E System and device for designing and forming a surgical implant
EP2455038B1 (de) * 2008-10-21 2015-04-01 Brainlab AG Integration von chirurgischem Instrument und Anzeigevorrichtung zur Unterstützung der bildgeführten Chirurgie
US8235998B2 (en) 2009-08-17 2012-08-07 Warsaw Orthopedic, Inc. Instruments and methods for in situ bending of an elongate spinal implant
KR101666859B1 (ko) 2009-10-01 2016-10-17 마코 서지컬 코포레이션 도구, 다기능 도구용 부품들의 키트 및 다기능 도구용 로봇 시스템
US9839486B2 (en) * 2010-04-14 2017-12-12 Smith & Nephew, Inc. Systems and methods for patient-based computer assisted surgical procedures
CA2797302C (en) 2010-04-28 2019-01-15 Ryerson University System and methods for intraoperative guidance feedback
US20120035507A1 (en) 2010-07-22 2012-02-09 Ivan George Device and method for measuring anatomic geometries
WO2012074803A1 (en) 2010-11-29 2012-06-07 Javier Pereiro De Lamo Method and system for the treatment of spinal deformities
CN107133445B (zh) 2011-02-25 2021-07-06 科瑞恩公司 提供植入参数数据的方法、控制对准矫形外科植入物的方法及计算植入设计数据的方法
DE102011006574B4 (de) 2011-03-31 2014-11-27 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und System zur Unterstützung des Arbeitsablaufs in einer Operationsumgebung
US9066734B2 (en) * 2011-08-31 2015-06-30 Biomet Manufacturing, Llc Patient-specific sacroiliac guides and associated methods
JP6172534B2 (ja) 2011-09-29 2017-08-02 アースロメダ、 インコーポレイテッド 股関節形成術における精密なプロテーゼ位置決めに用いるシステム
WO2013085982A2 (en) 2011-12-05 2013-06-13 Dignity Health Surgical rod bending system and method
JP6174676B2 (ja) 2012-04-19 2017-08-02 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． 術前及び術中３ｄ画像を用いて内視鏡を手動操作するガイダンスツール及びガイド下内視鏡ナビゲーションのための装置の作動方法
US20130345757A1 (en) 2012-06-22 2013-12-26 Shawn D. Stad Image Guided Intra-Operative Contouring Aid
WO2014008613A1 (de) 2012-07-12 2014-01-16 Ao Technology Ag Verfahren zur herstellung eines graphischen 3d computermodells mindestens einer anatomischen struktur in einem wählbaren prä-, intra- oder post-operativen status
EP2877109A4 (en) 2012-07-24 2016-03-23 Carbofix In Orthopedics Llc SYSTEM AND VERTEBRAL COLUMN ASSEMBLY
US9993305B2 (en) 2012-08-08 2018-06-12 Ortoma Ab Method and system for computer assisted surgery
US20140081659A1 (en) 2012-09-17 2014-03-20 Depuy Orthopaedics, Inc. Systems and methods for surgical and interventional planning, support, post-operative follow-up, and functional recovery tracking
CA2826947A1 (en) 2012-09-20 2014-03-20 Vladimir Brailovski Apparatus and method for per-operative modification of medical device stiffness
US20140378828A1 (en) 2012-10-02 2014-12-25 Brad L. Penenberg Hip arthroplasty method and workflow
US8831324B2 (en) 2012-10-02 2014-09-09 Brad L. Penenberg Surgical method and workflow
US9872715B2 (en) 2012-12-05 2018-01-23 Dignity Health Surgical rod bending system and method
US9204937B2 (en) 2013-02-19 2015-12-08 Stryker Trauma Gmbh Software for use with deformity correction
US9248002B2 (en) 2013-09-26 2016-02-02 Howmedica Osteonics Corp. Method for aligning an acetabular cup
US10758198B2 (en) 2014-02-25 2020-09-01 DePuy Synthes Products, Inc. Systems and methods for intra-operative image analysis

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USRE42226E1 (en) * 1997-09-24 2011-03-15 Medtronic Navigation, Inc. Percutaneous registration apparatus and method for use in computer-assisted surgical navigation
US7643862B2 (en) * 2005-09-15 2010-01-05 Biomet Manufacturing Corporation Virtual mouse for use in surgical navigation

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Biomechanics of spinal deformity";RICHARD P. SCHLENK, et al;《Neurosurg Focus》;20030130;第14卷(第1期);1-15
"Clinical and Radiographic Evaluation of the Adult Spinal Deformity Patient";Justin S. Smith, et al.;《Neurosurg Clin N Am》;20130430;第24卷(第2期);143-156
"Relation between the sagittal pelvic and lumbar spine geometries following surgical correction of adolescent idiopathic scoliosis";Tanguay.F, et al.;《Eur Spine J》;20070430;第16卷(第4期);531-536

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2797634C1 (ru) * 2022-05-21 2023-06-07 федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии имени академика Г.А. Илизарова" Министерства здравоохранения Российской Федерации Способ профилактики вертебромедуллярного конфликта при асимметричном варианте вертебротомии 3-4 типа по schwab

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