CN108701375B - 用于术中图像分析的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种系统和方法，所述系统和方法获取(i)包括具有骨骼和关节骨的外科手术部位的术前图像以及在所述患者从所述外科手术部位起的相对侧的对侧图像中的一个的至少一个参考图像，以及(ii)在植入物已被附到所述关节骨之后的部位的至少一个术中图像。所述系统优选地在所述参考图像中的至少所述骨骼骨上生成至少一个参考不动点，并且在所述术中图像中的至少所述骨骼骨上生成至少一个术中不动点。在所述术中图像中标识所述植入物的方位，优选地包括第一和第二旋转中心的位置，所述第一和第二旋转中心被数字地表示并且复制到所述参考图像中以分析偏移和长度差别中的至少一种。
Description
相关申请的交叉引用
本申请是2015年12月18日提交的美国专利申请No.14/974,225的部分继续申请，美国专利申请No.14/974,225是2015年2月24日提交的美国专利申请No.14/630,300的部分继续申请，也被称为“美国专利申请”。出于美国专利保护的目的，这些申请要求2014年2月25日提交的美国临时申请No.61/944,520、2014年3月5日提交的美国临时申请No.61/948,534、2014年4月17日提交的美国临时申请No.61/980,659、2014年6月24日提交的美国临时申请No.62/016,483、2014年9月16日提交的美国临时申请No.62/051,238、2014年11月17日提交的美国临时申请No.62/080,953和2015年1月19日提交的美国临时申请No.62/105,183的优先权。上述申请中的每一个的全部内容通过引用并入在本文中。
技术领域
本发明涉及患者内的特征的图像的分析，并且更具体地涉及在外科手术期间准确地分析此类图像。
背景技术
存在当执行髋部关节成形术时协助整形外科医生确定腿长度和偏移的各种术中系统。许多技术利用“试验”假体设备作为初始植入物。
虽然现有系统提供术中腿长度和偏移数据，但是它们不预测改变假体系统中的模块化选项将如何影响腿长度和偏移。当插入的假体尚未创建所期望的腿长度和偏移时，外科医生被迫重复进行涉及使髋部脱臼、利用他们认为可能提供接近于他们正在尝试实现的腿长度和偏移数据的另一假体选项替换原始试验假体的过程，并且然后重复进行使用它们相应的指导系统来分析腿长度和偏移数据的过程。在没有预测改变模块化假体选项将如何影响腿长度和偏移的指导的情况下，外科医生可能重复这个试验过程多次。
重新试验的这个过程对于外科医生来说是费时的，并且由于使髋部脱臼以改变模块化假体选择的重复过程增加股骨骨折的风险。能消除对渐进式试验以优化腿长度和偏移的需要以及相关时间和风险的系统将在执行髋部关节成形术时使患者和外科医生两者受益。
由于前面的述原因，需要可预测术中腿长度和偏移变化而无需重新试验以更新模块化系统选项的术中指导系统。
发明内容
本发明由如下认识产生，即通过在骨骼骨上并在术中图像中的旋转中心处建立至少一个不动点，使数字植入物表示与植入物对齐，然后将数字表示复制并定位在至少一个参考图像中，可在外科手术期间精确地估计具有至少一个旋转中心的植入物的偏移和长度差别，所述至少一个参考图像包括(a)外科手术部位的术前图像以及(b)在患者从外科手术部位起的相对侧的对侧图像中的一个。另一认识是可针对潜在的替代植入物基于在植入物的至少一个维度上的选择的替代变化来估计偏移和长度差别中的变化。
本发明特征是系统和方法，所述系统和方法获取(i)包括具有骨骼和关节骨的外科手术部位的术前图像以及在患者从外科手术部位起的相对侧的对侧图像中的一个的至少一个参考图像，以及(ii)在植入物已被附到关节骨之后的部位的至少一个术中图像。系统和/或方法在参考图像中的至少骨骼骨上生成至少一个参考不动点并且在术中图像中的至少骨骼骨上生成至少一个术中不动点，诸如与患者的骨盆骨相关联的泪珠或其它特征。在术中图像中标识植入物的方位，包括第一和第二旋转中心的位置，所述第一和第二旋转中心共置于术中图像中。至少第一数字植入物表示与骨骼部件且与至少术中不动点对齐，并且至少第二数字植入物表示与关节骨部件和关节骨上的至少一个点对齐，所述至少一个点诸如股骨的大转子上的界标点或数字点注释。数字表示在相对于至少参考不动点和关节骨的等效方位中被复制并定位在参考图像中，以确定第一和第二旋转中心在参考图像中相对于彼此的位置。第一和第二旋转中心在参考图像中的方位之间的任何差异被利用来分析偏移和长度差别中的至少一种。
在一个系统实施例中，系统包括存储器、包括能够向系统的用户提供至少视觉指导的显示器的用户界面和处理器，其中处理器执行程序，所述程序执行至少在上面列举并在下面更详细地描述的步骤。在用于系统和/或方法的一些实施例中，分析包括生成其原点在参考不动点处并且其终点在第一旋转中心处的矢量。在某些实施例中，标识包括确定用于第二数字植入物表示的纵轴并且分析包括利用(i)垂直于纵轴的间距差异以计算偏移，以及(ii)平行于纵轴的间距差异以计算长度差别。在一个实施例中，患者的骨盆被选择为骨骼骨并且股骨被选择为关节骨，以及植入物的骨骼部件是髋臼杯并且关节骨部件包括具有肩的股骨柄(stem)，并且参考不动点和术中不动点被生成为具有相对于患者的闭孔的已知方位，诸如泪珠(tear drop)。在一个实施例中，关节骨上的点被标识为具有相对于患者的股骨上的大转子的已知方位，诸如被定位在大转子的尖端上的点。
在某些实施例中，系统和方法还包括针对植入物部件的分类生成偏移和长度差别中的至少一种，诸如针对不同的柄偏移、长度和/或头部大小的各种模块化植入物选项。分类可以包括用于不同的植入物部件的可用大小和长度选项的列表，并且系统或方法然后提供以下各项中的至少一个：(1)理想或最佳植入物选择的推荐，以及(2)针对每个可用植入物选项的偏移和长度差别中的至少一种的在视觉上可感知的图表或表。
本发明特征还在于用于分析患者内的外科手术部位处的图像的系统，外科手术部位至少包括第一骨骼骨和在关节处与骨骼骨以关节连接的第二关节骨，系统包括图像选择模块，所述图像选择模块能够获取(i)包括外科手术部位的术前图像以及在患者从外科手术部位起的相对侧的对侧图像中的一个的至少第一参考图像，以及(ii)在植入物已被附到关节骨之后的部位的至少第二术中图像。植入物至少具有有第一旋转中心的骨骼部件和有第二旋转中心的关节骨部件，第一和第二旋转中心共置于术中图像中。系统可选地包括数字注释模块，也被称为界标标识模块，能够接收参考图像和术中图像并且在参考图像中的至少骨骼骨上生成至少一个参考不动点并且在术中图像中的至少骨骼骨上生成至少一个术中不动点。模板模块能够(a)标识植入物在术中图像中的方位，包括第一和第二旋转中心的位置，并且(i)使至少第一数字植入物表示与骨骼部件且与至少术中不动点对齐，并且(ii)使至少第二数字植入物表示与关节骨部件和关节骨上的至少一个点对齐，以及(b)复制第一和第二数字表示并且在相对于至少参考不动点和关节骨的等效方位中将它们定位在参考图像中，以确定第一和第二旋转中心在参考图像中相对于彼此的位置。计算模块，也被称为分析模块，能够利用第一和第二旋转中心在参考图像中的方位之间的任何差异来分析术中图像中的关节骨和植入物中的至少一个的偏移和长度差别中的至少一种。
在一些实施例中，参考图像和术中图像由图像选择模块以数字化格式提供给数据输入模块。在某些实施例中，模板模块至少根据利用相对于第一旋转中心的至少术中不动点的术中矢量计算和利用相对于第一旋转中心的至少参考不动点的参考矢量计算来相对于参考不动点将第一数字表示定位在参考图像中。在一个实施例中，参考矢量计算重复术中矢量计算。在许多实施例中，数字注释模块还在参考图像中的关节骨上的至少一个解剖特征上生成至少一个参考数字点注释或参考界标点，并且在术中图像中的关节骨上的至少该解剖学特征上生成至少一个术中数字点注释或界标点，并且在一个实施例中，模板模块和计算模块中的至少一个利用数字注释或界标点来协助第二数字植入物表示在参考图像和术中图像两者中的关节骨上的对齐。
在某些实施例中，模板模块选择第二数字植入物表示上的固定点，并且计算模块能够针对要被系统的用户认为是术中图像的植入物的替换的各自具有类似的固定点的替代植入物，基于在植入物的至少一个维度上的选择的替代变化，来估计偏移和长度差别中的变化。在一些实施例中，在模板模块复制数字表示并且将它定位在参考图像中之前，参考图像和术中图像相对于彼此旋转、对齐和缩放中的至少一种。在一个实施例中，数字注释模块在参考图像中的骨骼骨上生成至少一个其它不动点以建立参考不动基础并且在术中图像中的骨骼骨上生成至少一个其它不动点以建立术中不动基础，并且计算模块利用参考和术中不动基础来实现图像旋转、图像对齐和图像缩放中的至少一种。在另一实施例中，计算模块至少提供参考图像和术中图像中的一个的相对缩放以与参考图像和术中图像中的另一个的缩放匹配。在又一个实施例中，计算模块利用参考图像和术中图像中的至少一个中的已知维度的至少一个对象来向至少该图像提供绝对缩放。
本发明进一步特征是用于分析患者内的外科手术部位处的图像的系统，外科手术部位至少包括第一骨骼骨和在关节处与骨骼骨以关节连接的第二关节骨，系统包括图像选择模块，所述图像选择模块能够获取(i)包括外科手术部位的术前图像以及在患者从外科手术部位起的相对侧的对侧图像中的一个的至少一个数字化参考图像，以及(ii)在植入物已被附到关节骨之后的部位的至少一个数字化术中图像，植入物至少具有有第一旋转中心的骨骼部件和有第二旋转中心的关节骨部件，第一和第二旋转中心共置于术中图像中。系统还包括模板模块，所述模板模块能够(a)标识植入物在术中图像中的方位并且进行下述中的至少一个(i)使至少第一数字植入物表示与骨骼部件且与至少骨骼骨上的至少一个术中不动点对齐，以及(ii)使至少第二数字植入物表示与关节骨部件和关节骨上的至少一个点对齐，以及(b)复制第一和第二数字表示中的至少一个并且在参考图像中分别相对于(A)至少骨骼骨上的参考不动点和(B)关节骨上的至少一个参考点中的至少一个的等效方位中将它们定位在参考图像中。系统还包括计算模块，所述计算模块能够利用第一和第二数字植入物表示中的至少一个在参考图像中的方位之间的任何差异来分析术中图像中的关节骨和植入物中的至少一个的偏移和长度差别中的至少一种。模板模块选择第二数字植入物表示上的固定点，并且计算模块能够针对被系统的用户认为是术中图像中的植入物的替换的各自具有类似的固定点的替代植入物，基于在植入物的至少一个维度上的选择的替代变化，来估计偏移和长度差别中的变化。
在一个实施例中，系统还包括数字注释模块，所述数字注释模块能够接收参考图像和术中图像以及在参考图像中的至少骨骼骨上生成至少一个参考不动点并且在术中图像中的至少骨骼骨上生成至少一个术中不动点。
本发明更进一步特征是用于分析图像以优化患者内的外科手术部位处的整形功能性的恢复的方法，外科手术部位至少包括第一骨骼骨和在关节处与骨骼骨以关节连接的第二关节骨，所述方法包括以下各项的步骤：获取(i)包括外科手术部位的术前图像以及在患者从外科手术部位起的相对侧的对侧图像中的一个的至少一个数字化参考图像，以及(ii)在植入物已被附到关节骨之后的部位的至少一个数字化术中图像，植入物至少具有有第一旋转中心的骨骼部件和有第二旋转中心的关节骨部件，第一和第二旋转中心共置于术中图像中。方法包括标识植入物在术中图像中的方位并且进行下述中的至少一个(i)使至少第一数字植入物表示与骨骼部件且与至少骨骼骨上的至少一个术中不动点对齐，以及(ii)使至少第二数字植入物表示与关节骨部件和关节骨上的至少一个点对齐。第一和第二数字表示中的至少一个在参考图像中分别相对于(A)至少骨骼骨上的参考不动点和(B)关节骨中的至少一个的等效方位中被复制并定位在参考图像中。第一和第二旋转中心中的至少一个在参考图像中的方位之间的任何差异被利用来分析术中图像中的关节骨和植入物中的至少一个的偏移和长度差别中的至少一种。第二数字植入物表示上的固定点被选择，并且针对要被系统的用户认为是术中图像中的植入物的替换的各自具有类似的固定点的替代植入物，基于在植入物的至少一个维度上的选择的替代变化，来估计偏移和长度差别中的变化。
附图说明
在下文中，参考附图更详细地说明本发明的优选的实施例，在附图中：
图1A-1B是根据本发明的OneTrialTM分析系统针对特定柄型号和大小的所有已知模块化头部和柄偏移组合来计算腿长度和偏移的流程图；
图2是根据本发明的OneTrialTM系统的示意图；
图3是患者的左髋部的术前射线摄影图像的示意屏幕视图；
图4是放置在术前髋部图像中的大转子上的数字点注释的示意屏幕视图；
图5是放置在术前髋部图像中的股骨头部周围的数字圆圈注释的示意屏幕视图；
图6是沿着术前髋部图像中的股骨的纵轴放置的数字注释的示意屏幕视图；
图7是在术前髋部图像的骨盆解剖结构上的两个可标识点之间绘制的数字线注释的示意屏幕视图；
图8是放置在术前髋部图像中的骨盆泪珠上的数字点注释的示意屏幕视图；
图9是询问用户他们是否想要进行髋臼部件位置分析或者跳过髋臼部件位置分析的屏幕的示意屏幕视图；
图10是指导用户获取手术髋部的图像的屏幕的示意屏幕视图；
图11是指导用户将数字点注释放置在手术髋部图像上的大转子上的示意屏幕视图；
图12是指导用户将数字圆圈注释放置在髋臼部件周围并且在手术髋部图像上键入部件大小的示意屏幕视图；
图13是指导用户在手术髋部图像中的骨盆解剖结构上的两个可标识点之间绘制数字线注释的示意屏幕视图；
图14是用于键入被插入到手术髋部中的髋臼部件的规格的示意屏幕视图；
图15是使得用户能够定位髋臼部件模板使得它和手术髋部图像中的髋臼部件的位置匹配的示意屏幕视图；
图16是用于键入被插入到手术髋部中的股骨试验柄的规格的示意屏幕视图；
图17是使得用户能够定位股骨柄模板使得它和手术髋部图像中的试验股骨柄部件的位置匹配的示意屏幕视图；
图18是来自重叠在术前髋部图像上的术中图像的手术髋部的一部分的示意屏幕视图；以及
图19是在左侧叠加有数字模板的术前图像的示意屏幕视图并且针对用于已插入的试验假体的所有柄偏移和头部组合的腿长度和偏移数据的最终分析图表。
具体实施方式
本发明可以通过系统和方法来实现，所述系统和方法获取(i)包括具有骨骼和关节骨的外科手术部位的术前图像以及在患者从外科手术部位起的相对侧的对侧图像中的一个的至少一个参考图像，以及(ii)在植入物已被附到关节骨之后的部位的至少一个术中图像。在某些构造中，系统在参考图像中的至少骨骼骨上生成至少一个参考不动点并且在术中图像中的至少骨骼骨上生成至少一个术中不动点。在术中图像中标识植入物的方位，优选地包括共置于术中图像中的第一和第二旋转中心的位置。(i)第一数字植入物表示中的至少一个与骨骼部件对齐且与至少术中不动点对齐，并且(ii)第二数字植入物表示与关节骨部件和关节骨上的至少一个点对齐。这些数字表示中的一个或多个在相对于参考不动点和关节骨中的至少一个的等效方位中被复制并定位在参考图像中，以直接地或间接地确定第一和第二旋转中心在参考图像中相对于彼此的位置。第一和第二旋转中心中的至少一个在参考图像中的方位之间的任何差异被利用来分析偏移和长度差别中的至少一种。最后，系统将使用与数字植入物表示相关联的数据来针对一系列植入物选项生成长度和偏移差别数据中的至少一种。
如本文中所利用的术语“数字表示”或“数字植入物表示”包括数字模板或其它数字注释，诸如具有至少两个点的数字线，例如表示植入物或骨的纵轴或直径的线，或可在术中与植入物或骨对齐并且然后被放置在术前图像中的对应方位中的数字圆圈或其它几何形状。
用于实现本文中所描述的技术的软件通常位于至少包含处理器、存储器和查看屏幕的单个计算设备上，所述计算设备例如iPad、Android平板或Microsoft Surface设备。用于用户与计算设备交互的选项包括触摸屏幕、使用触笔或类似对象来与设备交互、语音命令以及可通过直接触摸来接收用户输入的标准计算机鼠标的使用。
可以通过各种技术来实现图像获取，各种技术包括使用相机来拍摄成像屏幕的图片以及从另一个数字系统直接地导入图像。如果使用相机来执行图像获取，则数字相机必须被包含在计算设备内或者直接地或通过网络以其它方式连接到计算设备。计算设备与单独的相机之间的通信可以使用诸如蓝牙的无线协议、诸如以太网或USB电缆的直接连接、TCP/IP互联网连接或类似的技术来实现。如果通过直接地导入图像来执行图像获取，则可以使用诸如DICOM的协议或者通过直接文件上传来从另一系统导入图像。可替选地可以从诸如荧光透视c形臂(例如，通用电气OEC 9900 Elite系统)的数字射线摄影系统直接地导入图像。为了从诸如这样的c形臂直接地导入图像，输出端口可以直接地与计算设备对接。取决于所使用的计算设备，中间设备将从输出端口取数据，预处理数据以使它与计算设备兼容，然后将计算数据发送到计算设备，使得其可在系统内被使用。
此系统可用于在髋部关节置换术期间指导外科手术决策。除了为已插入的假体系统提供腿长度和偏移数据之外，系统还针对具体柄大小和型号的所有模块化选项在它们被植入在身体中之前精确地计算腿长和偏移数据。这些模块化选项可以包括柄偏移和头部选择，尽管可用的具体模块化选项基于所选择的植入物型号而变化。这种数据在无需试验的情况下的生成对于外科医生来说是非常宝贵的工具，因为它通过消除对渐进式试验的需要而使最终植入物选择的过程合理化。
传统上，外科医生可能需要渐进地试验多个柄以在外科手术期间选择最佳柄组合。这个传统试验过程需要外科医生使髋部脱臼，改变植入物选择，然后在视觉上或者通过替代的计算机导航系统重新分析腿长和偏移数据。由根据本发明的OneTrialTM系统提供的数据给外科医生提供数据，以消除在外科手术期间对渐进式试验的费时且较高风险的需要。
在OneTrialTM系统的一个优选的构造中，过程如图1A-1B的流程图OT中所示的那样通过获取(步骤8，图1A)选择的术前同侧图像或选择的倒置对侧图像来开始。无论哪个图像被选择都在本文中被称为“第一参考图像”或“术前图像”。图像获取由OneTrialTM系统100的图像捕获模块110(图2)发起，图像捕获模块110允许用户按压医疗软件应用内的按钮类型图标以发起图像上传过程。系统可以支持各种技术中的一种或多种以执行图像获取。这些技术包括文件上传、来自PACS系统的射线摄影的DICOM集成或来自诸如通用电气OEC 9900Elite的荧光透视系统的图像直接导入。使用连接到系统的计算设备的数字相机来拍摄荧光透视或射线摄影查看屏幕的图片可以可替选地用于获取术前图像。如果使用数字相机来获取图像，则应该努力确保不是以某角度获得数字查看屏幕的相机图片，因为这可能在所获取的术前图像中产生失真并且不利地影响由系统输出的数据。
当对侧图像被用作“术前”图像时，OneTrialTM系统可以在软件内自动地翻转图像，使得它将和手术图像的定向匹配。可替选地，可以在图像获取之前使用c形臂荧光透视系统来翻转对侧图像。
在获取术前图像之后，方法继续数字注释模块114(图2)在图1A的步骤12、14、16、18和20中在术前图像上放置一系列数字注释。在优选的构造中，系统将使用自动化图像识别和其它已知信息(诸如先前注释的解剖结构)来自动地将注释放置在术前图像上，此后注释可由用户修改。系统利用术中图像上的类似数据以在它能够被用户修改之前自动地生成初始注释放置。
术前注释步骤的系列从图2的数字注释模块114指导标识大转子的数字点注释的放置的步骤12(图1)开始。虽然系统可以使用股骨上的任何可标识点，但是大转子是理想点，因为与其它可标识点(诸如小转子)相比较，解剖结构在使用2-d射线摄影成像时对旋转不太敏感。
在图1A的步骤14中，图2的数字注释模块114指导接近术前图像中的髋部的旋转中心的数字圆圈注释的放置。
方法继续图1的步骤16，其中图2的数字注释模块114指导作为髋部假体(被称为“股骨轴工具”)的下部出现的注释的放置。具体地，注释是假体的颈部和头部被移除的髋部模板的数字渲染。用户可重新定位注释，使其它完全填充股骨管。此对象用于标识股骨管的纵轴的方位。此数字渲染注释包含沿着注释的纵轴连续的线，使得可在图像中标识股骨的中点的方位。
替代构造可以使用其它注释来标识股管的中点。例如，可以在替代构造中提示用户沿股骨的中心轴向下绘制数字线，或者可沿着股骨皮质定位矩形对象，使得可在数学上计算股骨的中心轴。然而，优选的构造利用看起来像髋部假体的远端部的注释，因为已经发现在正确地确定股骨的纵轴时其更准确，而已经发现替代构造由于在近端股骨上的骨的较宽区域中的错位而具有更多的误差。
在图1A的步骤18中，图2的数字注释模块114指导连接稳定的骨盆解剖结构上的两个可标识点的数字线的放置。在后面的步骤中，将绘制此数字线以连接术中图像上的相同的解剖学点，并且系统然后将基于骨盆解剖结构，使用这些线来匹配术前和术中图像的旋转对齐以及可能的缩放。
在图1A的步骤20中，图2的数字注释模块114指导标识术前图像中的骨盆上的泪珠点的数字点注释的放置。步骤20是注释(除数字模板之外)被放置在术前图像上的最后步骤。
图3是移动计算设备(诸如iPad、安卓平板或微软平板)的数字屏幕视图300的示意表示。屏幕视图300示出在系统的实施方式中自始至终使用的一系列导航对象。可点击图标302允许用户完全退出模块以返回主屏幕。可点击按钮304把用户带到多步骤系统中的前一个步骤，并且可点击按钮308在完成现有步骤之后把用户带到下一个步骤。选择可点击按钮306“步骤菜单”打开示出与系统实施方式相关联的所有步骤的数字菜单，并且允许用户返回到先前做的任何步骤以回故或者做出改变。在屏幕的左下部的可点击图标312、314和316允许用户分别退出应用、返回到主屏幕和打开配置设定。可点击图标310打开帮助面板，帮助面板提供给用户提供关于如何使用系统的指导的上下文敏感帮助。数字屏幕消息400“步骤2/18：术前：X射线侧”给用户提供关于他们在系统中哪里的信息。切换402允许用户告诉系统正在使用的术前图像是术前同侧图像还是对侧图像。数字图像404是在图1A的步骤8中从荧光透视系统获得的术前图像。
图4示出具有相同的术前图像408’的相同的数字屏幕视图300’。全局图标302’、304’、306’、308’、310’、312’、314’和316’在此屏幕和所有其它屏幕中提供相同的导航功能性，如在图3中对它们进行描述的那样。数字屏幕消息420“步骤3/18：术前：标记大转子”向用户提供他们正在向此术前图像中的大转子添加数字注释的指示，如图1A步骤12中所示。数字手柄422和426允许用户操纵数字点注释424的方位，使得它被放置在大转子上的期望的可再现方位中。
图5示出具有相同的术前图像408’的相同的数字屏幕视图300’。数字屏幕消息440“步骤4/18：术前：在股骨头部周围绘制圆圈”向用户提供他们将在术前图像408’中的股骨头部周围定位数字圆圈注释的指示，如图1A步骤14中所示。数字手柄442使得用户能够按显示的数字中心点448操纵数字圆圈444的方位，使得它可被放置成标识股骨头部方位。数字手柄446附加地允许用户操纵数字圆圈444的大小。数字注释424’标识先前标识的大转子的方位。优选的实施方式将尝试通过使用在前一个步骤中数字注释的大转子424’的图像识别和已知数据来自动标识用于数字圆圈的适当的起始方位。
图6示出具有相同的术前图像408’的数字屏幕视图300’。数字屏幕消息460“步骤5/18：术前：在管中对齐股骨轴工具”向用户提供他们将往术前图像408中的股骨管向下定位股骨轴工具的指示，如图1步骤16中所示。数字调整大小手柄462、464、466和468允许用户操纵股骨轴注释472的大小和形状。移动这些手柄中的任一个将通过基于与调整大小手柄的交互使对象加宽或变窄以及加长或缩短来修改股骨轴注释472的形状。旋转手柄470使得用户能够使股骨轴注释472旋转。股骨轴注释472包含作为控件的一部分显示在屏幕上的虚线474，其由系统使用来在对象已被定位之后标识沿股骨管的中间向下行进的线。数字注释424’标识先前标识的大转子的方位，并且数字圆圈注释444’标识先前标识的股骨头部的方位。优选的实施方式将尝试使用在前一个步骤中数字注释的大转子424’和股骨头部位置444’的图像识别和已知数据的组合来自动标识用于股骨轴工具的适当的起始方位。
图7示出具有相同的术前图像408’的数字屏幕视图300’。数字屏幕消息480“步骤6/18：术前：标记骨盆参考线”向用户提供他们将跨越术前图像408’中的骨盆上的两个可标识解剖点定位骨盆参考线的指示，如图1A步骤18中所示。数字控制手柄482、484、486和488允许用户修改数字线490的放置以实现这个。在此图像中，数字线490已由用户定位为使得端点402被定位在耻骨联合上的下点上，并且端点494被定位在髂前上棘上的可标识骨突起上。两个端点是容易地可标识的，使得在髋部假体试验系统被插入之后可在术中图像中重复骨盆线。数字注释424’标识先前标识的大转子的方位，并且数字圆圈注释444’标识先前标识的股骨头部的方位。在前一个步骤中被定位的具有中心线474’的股骨轴工具472’被附加地示出为叠加在术前图像408’上。
图8示出具有相同的术前图像408’的数字屏幕视图300’。数字屏幕消息500“步骤7/18：术前：标记泪珠”向用户提供他们将在术前图像408’中的骨盆泪珠解剖结构上定位数字注释的指示，如图1A步骤20中所示。数字控制手柄502和504允许用户修改被放置在骨盆泪珠上的数字点506的放置。可在术前图像408’上容易地观察到先前的注释，包括数字注释424’、444’、472’和490’。
方法在图1A的步骤22中继续，其中图2的用户输入模块108提示用户关于用户是否愿意利用为髋臼部件定位(包括前倾和倾斜角度的分析)提供指导的可选模块而继续。如果用户继续此分析，则它们在继续术中图像的图像获取之前在步骤24中进入单独的模块以进行杯分析。如果他们希望跳过此分析，则他们直接继续术中图像获取。
图9实现图1A的步骤22，其中系统询问用户他们是否想要分析髋臼部件放置。数字屏幕消息510“步骤8/18：杯位置分析”视需要通知用户他们现在可开始杯位置分析。数字屏幕消息512询问用户“你想如何进行？”。如果用户通过选择按钮514“继续杯位置分析”来响应，则系统将在最终返回以继续图1的步骤26之前进入单独的杯分析系统(步骤24，图1)。如果用户通过选择按钮514“跳过杯位置分析”来响应，则系统将跳过杯分析并且立即继续图1A的步骤26。
在图1A的步骤26中，图2的图像捕获模块110指导获取术中图像的过程。术中图像是在髋臼部件假体和股骨假体试验部件都已就位之后获取的。切口尚未闭合并且最终假体未插入，从而给外科医生提供基于OneTrialTM系统分析修改其植入物选择或模块化植入物选项的机会。
在优选的构造中，可通过使用到荧光透视c形臂或类似的射线摄影系统的直接连接来获得术中图像。c形臂可经由输出电缆连接到计算系统，输出电缆取荧光透视输出作为模拟或数字信号，并将它输入到系统中。可替选地，计算设备可以具有可用于拍摄C形臂屏幕的图片的板载或连接的数字相机。虽然由于在外科手术期间在手术室中工作的手术挑战而不理想，但是系统也可以通过从上传的文件中或经由DICOM连接从系统取得术中图像来起作用。
图10通过提供用于用户获取术中图像的能力来实现图1A的步骤26。数字屏幕消息520“步骤9/18：术中：X射线”通知用户在此步骤中他们正在做的事。触摸数字“相机”按钮522开始使用连接到计算设备的数字相机来拍摄荧光透视查看屏幕的图片以获取术中图像的过程。可替选地，用户可按压数字“照片库”或“数字导入”按钮524以从荧光透视系统直接地导入图像。为了使用此直接导入功能性，计算设备必须联网或者连接到荧光透视或射线摄影单元。作为附加替代方案，诸如数字帧530内的图像526或528的上传的图像可被选择并用作术中图像。具有先前标记的数字注释的术前图像408’继续被显示。
在获取术中图像之后，在图1B的步骤28、30、32、34和36中对图像执行一系列注释步骤，其在性质上与在术前图像上执行的先前注释类似。
在图1B的步骤28中，图2的数字注释模块114指导标识股骨上的大转子的数字点注释的放置。此点的放置应该和在图1A的步骤12中放置在术前图像上的数字点的放置匹配。
图11示出相同的术前图像408’被显示在屏幕的左侧并且术中图像548被显示在屏幕的右侧的相同的数字屏幕视图300’。可在术中图像548内看到髋臼部件550和股骨试验假体552。数字屏幕消息540“步骤10/18：术中：标记大转子”向用户提供他们正在向术中图像548中的大转子添加数字注释的指示，如图1B步骤28中所示，以和在图1A的步骤12中执行的术前注释放置匹配。具有标识术前图像中的大转子的数字注释424’的术前图像408’的显示向用户提供屏幕上指导，使得它们可有效地与该点匹配。数字手柄542和544允许用户操纵术中图像548中的数字点注释546的方位，使得它可在与它被如何放置在术前图像408’上类似的位置被放置在大转子上。
在图1B的步骤30中，图2的数字注释模块114指导在髋臼部件周围放置数字圆圈。连同数字圆圈的放置一起，图2的用户输入模块108指导用户在此步骤中键入髋臼部件大小的大小。使用此注释和所输入的大小，图2的图像缩放和对齐模块112在此步骤中缩放术中图像。也将稍后在图1B的步骤36中使用此信息来缩放术前图像。
图12在术前图像408’在屏幕的左侧并且术中图像548’在右侧的数字屏幕视图300’中示出图1B的步骤30的实施方式。数字屏幕消息560“步骤11/18：术中：髋臼部件大小”指导用户理解此图像中的功能性。在术中图像548’内，数字移动手柄562和调整大小手柄564分别使得用户能够操纵数字圆圈注释566的方位，使得它精确地包封髋臼部件假体550’。数字屏幕消息568“髋臼部件大小”引导用户将髋臼部件的大小输入到数字下拉控件570中。髋臼部件的大小是已知的，因为它在外科手术期间已被打开并插入到外科手术区域中。
在图1B的步骤32中，图2的数字注释模块114指导在术中图像上放置骨盆参考线注释，从而将相同的骨盆解剖点连接为在早先的步骤18中在术前图像上绘制的线。
图13在术前图像408’在屏幕的左侧并且术中图像548’在右侧的数字屏幕视图300’中示出图1B的步骤32的实施方式。数字屏幕消息580“步骤12/18：术中：标记骨盆参考线”向用户提供指示，他们将穿过术中图像548’中的骨盆来定位骨盆参考线，使得它连接通过术前图像408’中的骨盆参考线490’连接的相同的可标识点。数字控制手柄582、584、586和588允许用户修改数字骨盆参考线590的放置。数字线590已被定位为使得端点是耻骨联合上的下点和髂前上棘的可标识骨突出，与在图1A的步骤18中所绘制的术前骨盆参考线中使用的端点一致。数字注释546’在术中图像548’中标识先前标识的大转子的方位，并且先前定位的数字圆圈注释566’在术中图像548’中也是可见的。
在图1B的步骤34中，标记术中图像上的注释的最终步骤，图2的数字注释模块114指导在术中图像中的骨盆泪珠上放置数字注释点。此点放置应该和在步骤20中定位在术前图像上的点匹配。
在图1B的步骤34的优选的实施方式中，点最初被自动地定位，使得它维持与放置在术前图像中的泪珠注释点一样的、相对于术中图像中的骨盆参考线的端点的空间关系。自动定位的泪珠注释相对于骨盆泪珠解剖结构的初始放置应该与在做出任何用户指导的位置变化之前的相对于术前图像中的泪珠解剖结构的泪珠注释放置紧密地匹配。对于显著地修改此泪珠注释的位置使得它相对于骨盆解剖结构的位置在术前和术中图像之间一致的任何需要可以指示系统的使用中的错误或问题。这种错误可以包括在不同的骨盆参考点之间绘制的骨盆参考线或者另外术前和术中图像之间的c形臂或身体定位的定向中的差异。在所使用的“术前图像”实际上是对侧髋部图像的情况下，基本上移动泪珠的需要可以指示存在太多骨盆不对称而无法使用由系统提供的数据。在优选的构造中，泪珠注释由用户移动超过3毫米将渲染屏幕上消息，其描述由于用户错误或不一致成像结果可能不准确。
在结束泪珠注释的放置之后，系统继续定向并缩放图像，然后指导用户在图像上放置一系列模板。
在图1B的步骤36中，图2的图像缩放和对齐模块112缩放术前图像并且附加地使它对齐，使得骨盆解剖结构在术前和术中图像之间是一致的。模块首先确定术中图像中的两个端点之间的像素长度，并且调整术前图像的大小，使得术前图像中的像素长度与术中图像相同。在这样做之后，系统可使用从图1B的步骤30确定的相同的缩放信息来对术前图像应用绝对缩放。接下来，系统使术前图像对齐，使得术前和术中图像中的骨盆参考线相对于彼此一致地对齐，从而确保术前和术中图像基于骨盆解剖结构被类似地缩放和对齐。
在图1B的步骤38中，图2的用户输入模块108指导用户标识正在外科手术期间使用的髋臼部件，并且图2的模板模块116将髋臼部件模板定位在术中图像上。这通过使用数字模板或具有所标识的旋转中心的替代数字注释定位术中图像中的髋臼杯来标识旋转中心。在优选的实施方式中，系统自动识别术中图像中的髋臼杯并且将数字模板直接地放置在它之上，如果需要用户能够调整模板的放置。可以基于在外科手术期间插入的髋臼部件的大小来选择数字模板。
替代构造可以替代地利用标识旋转中心的其它代表性数字注释，诸如半圆，或由系统或用户绘制来标识髋臼部件的基础的数字线。在此构造中，旋转中心对应于数字线的中点。作为对杯的自动标识的替代方案，系统可以简单地引导用户以将模板或代替注释直接地放置在髋臼植入物之上。
图14示出在图1B的步骤38中对髋臼部件模板的选择。外科医生和支持医疗保健专业人员知道在外科手术中正使用什么髋臼部件假体并且可在系统中选择该具体假体。在弹出窗体602内，数字屏幕文本字幕604“制造商”、606“髋部-杯”、608“髋部-杯大小”和610“衬垫/偏移”向用户提供指导，以分别在数字下拉选择对象614、616、618和620中做出选择。在此图中，正在使用的髋臼部件被指定为“Depuy，Pinnacle，大小：54mm衬垫/偏移：0”。
图15示出具有旋转中心652的实际髋臼部件模板648在屏幕上的放置。旋转手柄650允许用户使模板648旋转，使得它精确地重叠在荧光透射图像中看到的髋臼部件。下拉选择对象642、644和646允许用户查看所选取的髋部型号、杯大小和衬垫选择，以及在初始选择中犯错的情况下改变选择。数字消息640“步骤14/18：旋转模板旋转以与杯匹配”引导用户理解在此步骤中正在执行的内容。
在步骤40中，图2的模板模块116指导在术中图像中放置假体股骨柄模板或其它代表性注释。在优选的实施方式中，用户输入模块108将指导用户选择已在外科手术上植入的股骨植入物的已知制造商、型号和大小，然后直接地将模板精确地定位在术中图像中的实际植入物上方。系统的一些实施方式也可以自动标识股骨柄并且试图自动定位模板。在优选的实施方式中，股骨模板将在它们相应的旋转中心处在空间上连接到髋臼模板，因为已知股骨和髋臼植入物在术中图像中被锁定在一起。另外参见2015年12月18日提交并且作为US 2016/0100909A1公布的美国优先权申请No.14/974,225的图1B中的旋转中心33、35、图74中的共同定位的旋转中心2434i以及图75-76中的旋转中心234ii和2435ii。
图16示出在图1B的步骤40中对股骨组件模板的选择。外科医生和支持医疗保健专业人员知道正在外科手术中使用什么股骨试验假体并且可在系统中选择该具体假体。在弹出窗体660内，数字屏幕文本686“确认股骨部件选择”引导用户动作，然而数字屏幕文本字幕662“制造商”、664“髋部-柄”、666“髋部-柄大小”、668“髋部-柄偏移”、670“头部直径”和672“头部”向用户提供指导，以分别在数字下拉选择对象674、676、678、680、682和684中做出选择。在此图中，所使用的股骨部件被指定为“Depuy，Trilock，大小：6标准偏移，36mm头部直径和+8.5头部”。
图17示出在共同定位的旋转中心652’处连接到髋臼部件模板648’的具有纵轴704和旋转中心653’的实际股骨部件模板702在数字屏幕上的放置。旋转手柄706允许用户使股骨模板702旋转，使得它精确地重叠在荧光透视图像中看到的髋臼部件。因为在此实施方式中髋臼和股骨部件的旋转中心652’、653’在术中连接并且因此共同定位，所以股骨模板702可被旋转但是不可移动。下拉选择对象716、718、720、722和724允许用户查看并更新髋部柄型号、大小和偏移，以及和在外科手术期间定位在身体中的试验假体匹配的头部直径和头部选择。数字消息700“步骤15/18：在管中对齐股骨模板”向用户提供步骤指导。
在图1B的步骤42中，图2的图像缩放和对齐模块112从术中图像定位股骨的“切口”(精确副本)以在术前图像上创建股骨的数字覆盖图。系统通过基于在步骤12和28中标识的大转子注释的方位连接股骨的术前图像和术中“切口”来实现这个。系统给用户提供绕大转子点旋转股骨覆盖图像的能力。这使得系统能够精确地对齐术前和术中股骨，并且计算相对于骨盆解剖结构的术前和术中股骨位置中的任何差异。
图18示出也通过744标识的通过将此术中切口中的大转子注释744连接到术前大转子注释的放置对术中股骨“切口”740的放置。用户使用旋转导航手柄742来操纵切口，使得术前图像和术中切口中的股骨被精确地对齐。执行这个使得系统能够计算并说明相对于骨盆的术前和术中图像中的股骨定位中的任何差异。控制对象746调整股骨切口740的透明度，这在旋转切口图像以与股骨对齐匹配时可能对用户是有帮助的。
在步骤44中，系统通过复制此模板相对于股骨上的大转子注释在术中图像中的位置来自动地将股骨柄模板放置在术前图像上。为此，图2的数字注释模块114和模板模块116在术中图像中的大转子和股骨模板上提供数字注释的定位信息。图2的计算模块118使用此信息来计算这两个对象之间的矢量。附加地，计算模块118说明在图1B的步骤42中标识的股骨定位中的任何差异——其中术中股骨切口被重叠并定位在术前图像上——并且调整矢量以说明此差异。所计算出的矢量由图2的模板模块116使用，以将术中股骨模板的副本定位在术前图像上。具体地，模板模块116使用所计算出的矢量来相对于术前图像中的股骨上的大转子注释定位术前图像中的模板。这种技术维持股骨模板位置与大转子上的数字注释(可标识股骨点)之间的矢量，同时也调整相对于骨盆的术前和术中图像之间的股骨位置中的任何差异。
在图1B的步骤46中，系统通过复制此模板相对于骨盆泪珠注释在术中图像中的位置来自动地将髋臼部件模板放置在术前图像上。为了这样做，图2的数字注释模块114和模板模块116在术中图像中的骨盆泪珠和髋臼部件模板上提供数字注释的定位信息。图2的计算模块118使用此信息来计算这两个对象之间的矢量。所计算出的矢量由模板模块116使用来将术中髋臼部件组件模板的副本定位在术前图像上。实际上，这维持髋臼部件模板位置与先前放置在骨盆泪珠上的数字注释(可标识骨盆点)之间的矢量。
在术中图像上重叠模板的过程使得系统能够精确地计算假体相对于骨盆和股骨在术中被放置的地方，并且在图1B的步骤44和46中将数据传播到术前图像时使用此信息。髋臼部件的任何内侧化或侧向化将被反映在术前图像上的图1B步骤46中的模板定位中。类似地，股骨柄的术中定位中的任何内翻或外翻变化也将被反映在术前图像上的图1B步骤44中的模板定位中。使用术中数据来将模板放置在术前图像上的这个过程将估计过程变换为可用于精确地分析术中腿长度和偏移的过程。
在图1B的步骤48中，图2的模板模块116使用在图1B的步骤44和46中放置在术前图像中的数字模板来计算腿长度和偏移变化。为了这样做，系统分析髋臼杯模板旋转中心与股骨柄模板旋转中心之间的差异。腿长度被计算为沿着股骨的纵轴的这些点之间的刻度距离。此轴通常可通过沿股骨模板的中心向下行进的直线来标识。偏移被计算为沿着垂直于股骨的纵轴的轴线的这些点之间的距离。使用术中数据来指导术前图像中的模板放置使得能实现比这些参数的传统术前“估计”更加准确的偏移和腿长计算。
在图1B的步骤50中，图2的计算模块118生成计算如果外科医生针对目前插入的股骨柄改变柄偏移和头部选择则腿长度和偏移将如何改变的信息图表或表。为了实现这个，模板模块116检索已被存储在模板数据库内的插入柄的模板的肩点和旋转中心的坐标信息。模块附加地从模板数据库中检索用于已插入的股骨柄的所有头部和偏移选项的肩坐标和旋转中心坐标数据。使用此信息，计算模块116假定模板的肩点在解剖结构内保持不动。这是临床上适当的假定，因为对模块化头部选择的改变不需要对股骨柄插入的改变，并且对偏移选项的改变不影响使用的拉刀。在针对每个股骨植入物选项的肩点的位置是不动的并且每个选项的远端部件将沿着股骨的轴被类似地定位的假定下，计算模块116计算腿长度和偏移数据如何针对正在使用的试验假体的各种柄偏移和头部组合而改变。系统然后存储信息的图表或表以在图1B的步骤52中显示。
在根据本发明的一个构造中，关于演示本系统和方法的实施方式的示意屏幕视图而创建可在步骤50中生成的数据的表。如图16中所示，已经在术中定位了大小6的DepuyTrilock试验柄。柄偏移是标准的，并且头部大小是8.5。列举为36mm的头部直径相对于整体柄几何形状是无关紧要的，因为它既不影响旋转中心也不影响柄的整体位置。如图19中所示，可选择按钮802将针对此柄型号和大小、柄偏移和头部直径+8.5选项而计算出的腿长度和偏移显示为“1mm、2mm”。在图1B的步骤48中计算所显示的数据中的这个条目。在模板上的不动肩点的假定下，图2的计算模块118可通过计算肩点与旋转中心之间的矢量中的变化来计算每个柄变化的柄大小和偏移中的变化。在此Depuy Trilock大小6的柄的具体情况下，系统会生成以下数据的图表：
| 模块化柄选项 | 腿长度、偏移 |
| 标准偏移柄，-2头部 | -5mm、-6mm |
| 标准偏移柄，+1.5头部 | -3mm、-3mm |
| 标准偏移柄，+5头部 | -1mm、0mm |
| 标准偏移柄，+8.5头部 | 1mm、2mm |
| 标准偏移柄，+12头部 | 4mm、5mm |
| 标准偏移柄，+15.5头部 | 6mm、8mm |
| 高偏移柄，-2头部 | -5mm、2mm |
| 高偏移柄，+1.5头部 | -3mm、5mm |
| 高偏移柄，+5头部 | -1mm、8mm |
| 高偏移柄，+8.5头部 | 1mm、10mm |
| 高偏移柄，+12头部 | 3mm、13mm |
| 高偏移柄，+15.5头部 | 6mm、16mm |
优选的实施方式中的所有计算已被舍入到长度或距离的最接近毫米，因为任何更多的数据粒度将很可能不会使外科医生受益。
此系统的优选的实施方式将针对各种假体部件的所选种类或集合在屏幕上渲染这个计算出的表，使得外科医生可将它与他或她对当前患者病例具有的具体知识组合。例如，如果最终柄与试验柄相比较位于不同位置中，则外科医生可能希望说明这一点，并且能够访问假肢的所选种类的整个数据表可帮助做此过程。此系统的替代实施方式可以针对最接近外科医生的外科手术目标的选项仅示出单个腿长度和偏移值。在又一实施方式中，可以呈现柄选项的仅一部分以供用户从中选取。
在图1B的步骤52中，图2的输出显示模块120在屏幕上渲染所有信息，包括用于已插入的假体系统的计算出的腿长度和偏移数据，以及在步骤50中计算出的描述模块化头部和柄偏移选择将如何影响腿长度和偏移数据的信息图表。此系统的优选的实施方式也可以提供给外科医生提供他们正在尝试再现的腿长度和偏移的术前目标的术前分析数据。外科医生或医疗保健专业人员可使用腿长度和偏移数据来确定其结果有多接近。然后，他们可使用所显示的信息图表来选择最佳股骨柄偏移和头部选项。
图19是在图1B的步骤52中创建的屏幕视图。数字消息760“步骤18/18：一次试验分析”通知用户他们正在系统中查看最终分析数据。数字文本782告诉用户已插入的髋臼组件是54mm，并且数字文本784和786块告诉用户柄是具有+8.5头部的大小6标准偏移。在图表804中具有文本“1mm、2mm”的数字按钮802对应于具有标准偏移和+8.5头部的此插入柄。在优选的实施方式中，最初将选择按钮802，使得对于用户而言显然的是，这是针对已插入的试验植入物所计算出的腿长度和偏移量。通过使用自动定位在术前图像中的模板，在图1B的步骤48中计算按钮802中的腿长度和偏移。对于这个大小6柄的其它柄偏移和头部组合，在图1B的柄50中计算图19的图表802中的其它腿长度和偏移数据计算。这个计算出的数据的示例包括示出针对具有-2头部的大小6标准偏移柄的“-5mm、-6mm”的预测腿长度和偏移的按钮798，并且按钮800示出针对具有+12头部的大小6标准偏移柄的“3mm、13mm”的预测腿长度和偏移。
所有术中分析数据被示出在图19的“最终分析”面板780中，“最终分析”面板780在激活时可折叠以示出具有在图1B的步骤38和40中定位的髋臼部件和股骨柄模板的底层术中图像。另外在可折叠面板内，按钮792提供切换以改变偏移计算的基础。具有文本“分析新图像”的按钮790提供用于用户在图1A的步骤26中再发起进入术中图像的过程的机制。这对于在基于图表804中的数据插入不同的股骨假体系统之后想要重做分析作为安全预防措施以验证最终腿长度和偏移与图1B的步骤50中计算出的数据匹配的外科医生而言是有价值的。术前图像408’被示出在屏幕的左侧，同时髋臼部件模板794已经由系统在图1B的步骤46中放置。髋臼模板794对应于图17中具有旋转中心652’的模板648’，并且股骨柄模板796对应于具有旋转中心653’的模板702。在图19中旋转中心652’、653’不再被共同定位。注意的是，图19的模板794已被居中地放置并且优于股骨头部的术前位置，演示由于扩孔而对骨盆解剖结构的改变被反映在部件定位中。另外示出的是在图1B的步骤44中放置的股骨柄模板796，以及在图1B的步骤28中放置的大转子数字注释744’。视需要而定，数字按钮762和764允许用户在术前和术中图像上放置数字注释。在此屏幕视图中折叠的面板766可通过选择面板以激活它来打开。面板显示术前分析数据，包括根据术前分析计算出的目标腿长度和偏移。这允许外科医生将在图表804中提供的数据与原始术前目标相比较，使得他们可选择最佳柄偏移和头部以用于最终植入。同样折叠的面板768示出用于选择屏幕上的各种模板和注释的数字上可选择的图标。
在替代构造中，系统可以利用在图1B的步骤50中生成的腿长度和偏移数据，但是以不表现为为生成的选项图表的替代形式提供它。例如，系统可以基于外科医生期望的腿长度和偏移参数提供针对柄大小、偏移和头部组合的单个推荐。在这些构造中，外科医生可以使期望的腿长和偏移在术前被确定，从而方便系统选择“最佳适合”植入物选择。
图1A-1B的流程图OT提供通过在过程初期安置术前图像获取和术前注释步骤来优化外科手术生产率的OneTrialTM系统工作流。这使得系统能够在术中图像的获取之前执行步骤8至20，从而使得系统用户能够完成这些步骤，而无需外科医生等待它们被执行。然而，此系统的其它实施方式可以按照不同的顺序安置这些步骤并且在本发明的范围内。例如，系统能指导用户在注释和模板活动被执行之前获取术前图像和术中图像两者。能在连续步骤中对术前和术中图像执行注释步骤，诸如大转子的标记。
此系统和方法的各种构造可以提供用于实现类似目标的不同选项。例如，替代构造将更改术前和术中图像的缩放和对齐的过程。在上述的优选的实施方式中，系统使用术前和术中图像中的骨盆参考线来基于使骨盆解剖结构对齐来使两个图像对齐。然后，通过缩放一个图像使两个图像彼此相关地缩放，使得骨盆参考线像素长度在术前和术中图像中相同。最后，基于在图1B的步骤38中在髋臼部件周围绘制的圆圈在绝对测量结果中对这些线进行缩放。此系统的替代构造可以使用骨盆参考线来使骨盆解剖结构对齐，但是独立地缩放每个图像。作为示例，可以根据髋臼部件的已知大小来缩放术中图像，然而可以根据所提取的股骨头部的已知宽度在绝对项中缩放术前图像。为了实现此构造，同侧股骨头部可以在被提取时使用卡尺来测量，并且能使用跨越股骨头部的宽度的这个测量距离来缩放术前图像。
替代构造也可以完全消除对骨盆参考线的需要。例如，驻留在数字荧光透视系统上的软件系统可以一直用于在由此系统进行图像获取之前对齐并缩放图像。在另一构造中，图像可能已经被缩放和对齐，因为外科医生在患者和射线摄影系统处于相同位置情况下拍摄了图像。在又一构造中，可以在将两个图像重叠在计算屏幕上的同时提示用户通过改变位置和旋转对齐以与术前图像与术中图像之间的骨盆解剖结构匹配，来手动地调整图像。
在优选的实施方式的另一修改中，在图1B的步骤42中使术前和术中图像中的股骨对齐用于在将股骨柄的数字植入物表示从术中图像迁移到术前图像时相对于大转子注释对模板定位做出任何需要的调整。注意的是，在一个构造中，在图1A的步骤14中在股骨头部周围绘制数字圆圈注释也用于执行这种调整。这种调整可以使用其它技术来实现，或者否则在外科医生在获得术前和术中图像时可相对于骨盆确保一致的股骨定位的情况下可被从系统中移除。在替代构造中，系统可以在与骨盆的关系方面利用股骨轴工具位置并且将它与定位在术中图像中的股骨模板相比较，使得当股骨模板被迁移到术前图像时，可标识并校正股骨对齐中的任何差异。不需要这种校正的替代构造将移除针对图1A的步骤14和图1B的步骤42的要求。
大转子是在图1A-1B的步骤12和28中在股骨上进行数字注释的理想点，但是各种替代实施方式可以使用股骨解剖结构上的替代的代表性点，诸如小转子。对于图1A-1B的步骤20和34，泪珠相应地是在骨盆上针对各种原因进行数字注释的理想解剖点，包括其在射线摄影图像上的可标识解剖结构及其与髋臼部件放置的接近。然而，可以在替代实施方式中使用骨盆解剖结构上的另一点，诸如闭孔上的可标识点或髂前上棘上的可标识骨解剖结构。如先前所描述的，可以修改股骨轴工具的使用以并入允许标识股骨的纵向中线的另一对象。也可以修改用于髋臼部件和股骨柄的数字植入物表示，只要替代表示包括用于计算腿长度和偏移差别的旋转中心数据即可。
尽管在一些附图中示出而在其它附图中未示出本发明的具体特征，然而这仅是为了方便，因为每个特征可以依照本发明与其它特征中的任一个或全部组合。虽然已经示出、描述并指出了如应用于其一个或多个优选的实施例的本发明的基本新颖特征，但是应理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可以做出在所图示的设备的形式和细节方面并在其操作方面的各种省略、替换和改变。例如，明确地意图是，以基本上相同的方式执行基本上相同的功能以实现相同的结果的那些元件和/或步骤的所有组合都在本发明的范围内。元件从一个描述的实施例到另一实施例的取代也是完全故意的且预期的。
也应当理解的是，附图不一定按比例绘制，而是它们在性质上仅仅是概念性的。其它实施例将被本领域的技术人员想到并且在本公开的范围内。
Claims (24)
1.一种用于分析患者内的外科手术部位处的图像的系统，所述外科手术部位至少包括第一骨骼骨和在关节处与所述骨骼骨以关节连接的第二关节骨，所述系统包括：
图像选择模块，所述图像选择模块能够获取(i)至少一个参考图像，包括所述外科手术部位的术前图像以及在所述患者从所述外科手术部位起的相对侧的对侧图像中的一个，以及(ii)在植入物已被附到所述关节骨之后所述部位的至少一个术中图像，所述植入物至少具有有第一旋转中心的骨骼部件和有第二旋转中心的关节骨部件，所述第一和第二旋转中心共置于所述术中图像中；
界标识别模块，所述界标识别模块能够接收所述参考图像和术中图像，并且在所述参考图像中的至少所述骨骼骨上生成至少一个参考不动点，并且在所述术中图像中的至少所述骨骼骨上生成至少一个术中不动点；
模板模块，所述模板模块能够(a)标识所述植入物在所述术中图像中的方位，包括所述第一和第二旋转中心的位置，并且(i)使至少第一数字植入物表示与所述骨骼部件且与至少所述术中不动点对齐，以及(ii)使至少第二数字植入物表示与所述关节骨部件和所述关节骨上的至少一个点对齐，以及(b)复制所述第一和第二数字表示并且在相对于至少所述参考不动点和所述关节骨的等效方位中将它们定位在所述参考图像中，以确定所述第一和第二旋转中心在所述参考图像中相对于彼此的位置；以及
分析模块，所述分析模块能够利用所述第一和第二旋转中心在所述参考图像中的方位之间的任何差异来分析所述术中图像中的所述关节骨和所述植入物中的至少一个的偏移和长度差别中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述参考图像和术中图像由所述图像选择模块以数字化格式提供给所述界标识别模块。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述模板模块至少根据术中矢量计算和参考矢量计算来相对于所述参考不动点将所述第一数字表示定位在所述参考图像中，所述术中矢量计算利用相对于所述第一旋转中心的至少所述术中不动点，所述参考矢量计算利用相对于所述第一旋转中心的至少所述参考不动点。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述参考矢量计算重复所述术中矢量计算。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述界标识别模块还在所述参考图像中的所述关节骨上的至少一个解剖特征上生成至少参考界标点，并且在所述术中图像中的所述关节骨上的至少该解剖特征上生成至少术中界标点。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述模板模块和所述分析模块中的至少一个利用所述界标点来协助所述第二数字植入物表示在所述参考图像和术中图像两者中的所述关节骨上的对齐。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述模板模块选择所述第二数字植入物表示上的固定点，并且所述分析模块能够针对替代植入物基于在所述植入物的至少一个维度上的选择的替代变化来估计偏移和长度差别中的变化，所述替代植入物要被所述系统的用户认为是用于所述术中图像中的所述植入物的替换，所述替代植入物中的每一个具有类似的固定点。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，在所述模板模块复制所述数字表示并且将它定位在所述参考图像中之前，所述参考图像和所述术中图像相对于彼此旋转、对齐和缩放中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述界标识别模块在所述参考图像中的所述骨骼骨上生成至少一个其它不动点以建立参考不动基础，并且在所述术中图像中的所述骨骼骨上生成至少一个其它不动点以建立术中不动基础，并且所述分析模块利用所述参考不动基础和术中不动基础来实现图像旋转、图像对齐和图像缩放中的至少一种。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述分析模块至少提供所述参考图像和所述术中图像中的一个的相对缩放，以与所述参考图像和所述术中图像中的另一个的缩放匹配。
11.根据权利要求8所述的系统，其中，所述分析模块利用所述参考图像和所述术中图像中的至少一个中的已知维度的至少一个对象以向至少该图像提供绝对缩放。
12.一种用于分析患者内的外科手术部位处的图像的系统，所述外科手术部位至少包括第一骨骼骨和在关节处与所述骨骼骨以关节连接的第二关节骨，所述系统包括存储器、包括能够向所述系统的用户提供至少视觉指导的显示器的用户界面、和处理器，其中所述处理器执行程序，所述程序执行步骤：
获取(i)至少一个数字化参考图像，包括所述外科手术部位的术前图像以及在所述患者从所述外科手术部位起的相对侧的对侧图像中的一个，以及(ii)在植入物已被附到所述关节骨之后所述部位的至少一个数字化术中图像，所述植入物至少具有有第一旋转中心的骨骼部件和有第二旋转中心的关节骨部件，所述第一和第二旋转中心共置于所述术中图像中；
在所述参考图像中的至少所述骨骼骨上生成至少一个参考不动点，并且在所述术中图像中的至少所述骨骼骨上生成至少一个术中不动点；
标识所述植入物在所述术中图像中的方位，包括所述第一和第二旋转中心的位置，并且(i)使至少第一数字植入物表示与所述骨骼部件且与至少所述术中不动点对齐，并且(ii)使至少第二数字植入物表示与所述关节骨部件和所述关节骨上的至少一个点对齐；
复制所述第一和第二数字表示并且在相对于至少所述参考不动点和所述关节骨的等效方位中将它们定位在所述参考图像中，以确定所述第一和第二旋转中心在所述参考图像中相对于彼此的位置；以及
利用所述第一和第二旋转中心在所述参考图像中的方位之间的任何差异来分析所述术中图像中的所述关节骨和所述植入物中的至少一个的偏移和长度差别中的至少一种。
13.一种用于分析图像以优化患者内的外科手术部位处的整形功能性的恢复的方法，所述外科手术部位至少包括第一骨骼骨和在关节处与所述骨骼骨以关节连接的第二关节骨，所述方法包括：
获取(i)至少一个参考图像，包括所述外科手术部位的术前图像以及在所述患者从所述外科手术部位起的相对侧的对侧图像中的一个，以及(ii)在植入物已被附到所述关节骨之后所述部位的至少一个术中图像，所述植入物至少具有有第一旋转中心的骨骼部件和有第二旋转中心的关节骨部件，所述第一和第二旋转中心共置于所述术中图像中；
在所述参考图像中的至少所述骨骼骨上生成至少一个参考不动点，并且在所述术中图像中的至少所述骨骼骨上生成至少一个术中不动点；
标识所述植入物在所述术中图像中的方位，包括所述第一和第二旋转中心的位置，并且进行下述中的至少一个(i)使至少第一数字植入物表示与所述骨骼部件且与至少所述术中不动点对齐，以及(ii)使至少第二数字植入物表示与所述关节骨部件和所述关节骨上的至少一个点对齐；
复制所述第一和第二数字表示中的至少一个并且在分别相对于(A)所述参考不动点和(B)所述关节骨中的至少一个的等效方位中将它们定位在所述参考图像中，以确定所述第一和第二旋转中心中的至少一个在所述参考图像中相对于彼此的位置；以及
利用所述第一和第二旋转中心中的至少一个在所述参考图像中的方位之间的任何差异来分析所述术中图像中的所述关节骨和所述植入物中的至少一个的偏移和长度差别中的至少一种。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，分析包括：生成矢量，所述矢量其原点在所述参考不动点处并且其终点在所述第一旋转中心处。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，标识包括：确定用于所述第二数字植入物表示的纵轴，并且分析包括：(i)利用垂直于所述纵轴的间距差异以计算偏移，以及(ii)利用平行于所述纵轴的间距差异以计算长度差别。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述患者的骨盆被选择为所述骨骼骨并且股骨被选择为所述关节骨，以及所述植入物的所述骨骼部件是髋臼杯并且所述关节骨部件包括具有肩的股骨柄。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述参考不动点和所述术中不动点被生成为具有相对于所述患者的闭孔的已知方位。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述关节骨上的所述点被标识为具有相对于所述患者的股骨上的大转子的已知方位。
19.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一数字表示至少根据术中矢量计算和参考矢量计算相对于所述参考不动点被定位在所述参考图像中，所述术中矢量计算利用相对于所述第一旋转中心的至少所述术中不动点，所述参考矢量计算利用相对于所述第一旋转中心的至少所述参考不动点。
20.根据权利要求13所述的方法，还包括：选择所述第二数字植入物表示上的固定点，并且针对替代植入物基于在所述植入物的至少一个维度上的选择的替代变化来估计偏移和长度差别中的变化，所述替代植入物被用户认为是所述术中图像中的所述植入物的替换，所述替代植入物中的每一个具有类似的固定点。
21.一种用于分析患者内的外科手术部位处的图像的系统，所述外科手术部位至少包括第一骨骼骨和在关节处与所述骨骼骨以关节连接的第二关节骨，所述系统包括：
图像选择模块，所述图像选择模块能够获取(i)至少一个数字化参考图像，包括所述外科手术部位的术前图像以及在所述患者从所述外科手术部位起的相对侧的对侧图像中的一个，以及(ii)在植入物已被附到所述关节骨之后所述部位的至少一个数字化术中图像，所述植入物至少具有有第一旋转中心的骨骼部件和有第二旋转中心的关节骨部件，所述第一和第二旋转中心共置于所述术中图像中；
模板模块，所述模板模块能够(a)标识所述植入物在所述术中图像中的方位，并且进行下述中的至少一个(i)使至少第一数字植入物表示与所述骨骼部件且与至少所述骨骼骨上的至少一个术中不动点对齐，以及(ii)使至少第二数字植入物表示与所述关节骨部件和所述关节骨上的至少一个点对齐，以及(b)复制所述第一和第二数字表示中的至少一个并且在所述参考图像中分别相对于(A)至少所述骨骼骨上的参考不动点和(B)所述关节骨中的至少一个的等效方位中将它们定位在所述参考图像中；
分析模块，所述分析模块能够利用所述第一和第二数字植入物表示中的至少一个在所述参考图像中的方位之间的任何差异来分析所述术中图像中的所述关节骨和所述植入物中的至少一个的偏移和长度差别中的至少一种；并且
其中，所述模板模块选择所述第二数字植入物表示上的固定点，并且所述分析模块能够针对替代植入物基于在所述植入物的至少一个维度上的选择的替代变化来估计偏移和长度差别中的变化，所述替代植入物被所述系统的用户认为是所述术中图像中的所述植入物的替换，所述替代植入物中的每一个具有类似的固定点；以及
输出模块，所述输出模块能够生成图表，所述图表描绘与所述替代植入物相对应的在偏移和长度中的估计的变化。
22.根据权利要求21所述的系统，进一步包括：界标识别模块，所述界标识别模块能够接收所述参考图像和术中图像，并且在所述参考图像中的至少所述骨骼骨上生成至少一个参考不动点，并且在所述术中图像中的至少所述骨骼骨上生成至少一个术中不动点。
23.一种用于分析图像以优化患者内的外科手术部位处的整形功能性的恢复的方法，所述外科手术部位至少包括第一骨骼骨和在关节处与所述骨骼骨以关节连接的第二关节骨，所述方法包括：
获取(i)至少一个数字化参考图像，包括所述外科手术部位的术前图像以及在所述患者从所述外科手术部位起的相对侧的对侧图像中的一个，以及(ii)在植入物已被附到所述关节骨之后所述部位的至少一个数字化术中图像，所述植入物至少具有有第一旋转中心的骨骼部件和有第二旋转中心的关节骨部件，所述第一和第二旋转中心共置于所述术中图像中；
标识所述植入物在所述术中图像中的方位，并且进行下述中的至少一个(i)使至少第一数字植入物表示与所述骨骼部件且与至少所述骨骼骨上的至少一个术中不动点对齐，以及(ii)使至少第二数字植入物表示与所述关节骨部件和所述关节骨上的至少一个点对齐；
复制所述第一和第二数字表示中的至少一个并且在所述参考图像中分别相对于(A)至少所述骨骼骨上的参考不动点和(B)所述关节骨中的至少一个的等效方位中将它们定位在所述参考图像中；
利用所述第一和第二旋转中心中的至少一个在所述参考图像中的方位之间的任何差异来分析所述术中图像中的所述关节骨和所述植入物中的至少一个的偏移和长度差别中的至少一种；以及
选择所述第二数字植入物表示上的固定点，并且针对替代植入物基于在所述植入物的至少一个维度上的选择的替代变化来估计偏移和长度差别中的变化，所述替代植入物被系统的用户认为是所述术中图像中的所述植入物的替换，所述替代植入物中的每一个具有类似的固定点；以及
生成图表，所述图表描绘针对对应的替代植入物的估计的差别。
24.根据权利要求23所述的方法，进一步包括：在所述参考图像中的至少所述骨骼骨上生成至少一个参考不动点，并且在所述术中图像中的至少所述骨骼骨上生成至少一个术中不动点。
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| CN104244860A (zh) * | 2011-09-29 | 2014-12-24 | 阿思罗美达公司 | 用于髋关节成形术中的精确假体定位的系统和方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 计算机辅助骨科手术的应用和进展;王军强等;《中华创伤骨科杂志》;20040130(第01期);全文 * |
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