CN110477841B - 可视化引导acl定位系统 - Google Patents

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Abstract

一种计算机化系统提供用于放置用于诸如ACL修复程序的医学操作的定位标记(localization marker)的辅助。该系统在图形用户界面上显示解剖结构的图像并允许经由图形用户界面上的输入设备来识别一组标志位置，其识别解剖结构的显示图像内的各解剖位置。该系统在解剖结构的图像上显示图形覆盖。图形覆盖的放置是基于该组标志位置。该系统在图形覆盖内显示至少一个定位标记。一个(或多个)该定位标记识别用于执行与解剖结构相关联的外科手术，诸如ACL修复外科手术的位置。

Description

可视化引导ACL定位系统
本申请是申请日为2010年12月14日，申请号为2010800637895的专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请是2010年4月23日提交的题为COMPUTER ASSISTED VISUALIZATION ANDPLACEMENTOF LOCALIZATIONMARKERSFORMEDICALPROCEDURES的美国临时申 请号61/327,416和2009年12月14日提交的题为VISUALIZATION GUIDED ACL LOCALIZATION SYSTEM的美国临时申请号61/286,170的PCT国际专利申请优先权。这些 申请中的每一个被整体地通过引用结合到本文中。
技术领域
本发明涉及确定定位标记(localization marker)的放置以供在外壳手术(surgical operation)中使用的计算机化辅助和可视化领域。
背景技术
包括计算机化成像和内窥镜检查技术的现代医学技术已显著地促进了关节镜医学领 域。特别地，在关节镜手术程序领域中，常规计算机化设备能够呈现经历医学程序的解剖结 构的实时实况x射线视图。常见医学程序的一个示例是病人膝关节内的软组织、诸如前十字 韧带(ACL)的修复。常常用组织移植物(tissue graft)以关节镜检查方式来替换损坏的 ACL。可以从在每个末端处具有所谓的“骨块”的膝盖肌腱(patellar tendon)的一部分或从 半肌腱和股薄肌获得组织移植物。替换地，组织移植物可以由合成材料或由合成和天然材料 的组合形成。通过将组织移植物的一端固定在形成于股骨内的通路中的隧道中并使移植物的 另一端通过形成于胫骨中的隧道来植入替换组织移植物。一般地，使用缝线来将组织移植物 的每个末端附接于锚定器(例如挤压螺钉(interference screw)或支柱)，其随后被固定于 骨。考虑到膝关节是致密区域且对于经历ACL修复程序的人而言存在许多不同尺寸的骨， 所以用于在膝关节的股骨和胫骨中的隧道放置的特定位置的识别可能略微棘手。
在发布的美国专利5,968,050('050专利)中描述了在适当地对ACL插入部位进行定 位方面提供辅助的机械设备的一个示例，该专利被颁发给与本申请相同的受让人。'050专利 的整个内容被整体地通过引用结合到本文中。'050专利描述了用于在ACL重建中对胫骨隧 道进行定位的纯物理引导件或工具。与物理工具相反，被用于ACL重建的常规技术的另一 示例利用实时x射线和计算机化图形成像来辅助用于膝关节的ACL修复程序且在美国专利7,319,897(在下文中'897专利)中有所描述，其全部讲授和内容被整体地通过引用结合到本 文中。
为诸如在'897专利中描述的那个的手术技术提供计算机辅助援助的常规机制遭受多种 缺陷。需要一种计算机化系统、方法和设备，其提供可操作以允许诸如外科医生的医学专业 人员在图形用户界面上观看解剖结构的图像的静止和视频帧两者的定位软件。
发明内容
本文公开的实施例提供了提供上文所述的所需定位软件的计算机化系统、方法和设 备。可以从产生射线照相(例如x射线)图像、磁共振图像、计算机化断层成像图像、荧光图像等的设备获得图像。图像可以是手术内(intra-operatively)获得的实况实时图像，或者 可以是在手术后使用的预先记录成像(例如出于质量控制目的)。该软件允许在图形用户界 面上识别一组标志(landmark)位置，该标志位置识别解剖结构的显示图像内的各解剖位 置。外科医生能够经由与GUI的交互来手动地识别此类标志，或者软件能够使用自动检测 功能来自动地对解剖结构内的标志位置进行定位或识别。作为示例，如果解剖结构是膝关 节，则系统能够显示膝关节的图像(例如x射线)并允许外科医生选择x射线图像内的特定 已知骨位置作为相对于股骨或胫骨的标志位置。
在选择了标志位置时，系统可操作用于在解剖结构的图像上显示诸如覆盖网格或线 的图形覆盖。图形覆盖的放置是基于该组标志位置。外科医生能够选择由系统呈现的一组特 定图形覆盖中的一个，并且图形覆盖可以包括一系列引导指示符，其可操作用于指示被关联 到解剖结构以便执行与解剖结构相关联的外科手术的位置。引导指示符可以例如指示跨越骨 的标志位置之间的距离提供距离度量或标度的百分比位置。该系统然后可操作用于在图形覆 盖内显示至少一个定位标记。一个(或多个)该定位标记识别用于执行与解剖结构相关联的 外科手术的最佳位置。可以由系统通过使用相对于解剖结构的医学识别位置(基于标志位 置)来执行一个(或多个)定位标记的放置以允许诸如ACL修复的医学程序的最大成功。
在ACL插入位置确定所特有的一个实施例中，该系统可操作用于显示示出人膝关节 内的股骨和胫骨的视图的图像。这包括显示人膝关节内的股骨的横向视图。该系统接收已知 骨位置的选择。这包括接收在图像内显示的股骨的视图的前缘的选择作为第一已知骨位置并 接收在图像内横向地显示的股骨的视图的后缘的选择作为第二已知骨位置。在第一已知骨位 置与第二已知骨位置之间定义的线定义基本上与股骨的髌表面对准的平面。该系统接收与图 像内的股骨的横向显示远侧髁表面相对应的第三已知骨位置的选择。当在解剖结构的图像上 显示图形覆盖时，系统在图形用户界面内的股骨远端的视图上显示覆盖网格。该覆盖网格具 有在所选第一和第二已知骨位置之间呈现的宽度，并具有延伸至所选第三已知骨位置的高 度。该系统还可操作用于在覆盖网格内显示至少一个股骨定位标记。该股骨定位标记识别在 图形图像内显示的股骨内的用于组织移植物插入部位的参考位置。
在其它实施例中，当显示定位标记时，系统能够基于覆盖网格的几何结构来自动地 选择覆盖网格内的用于放置定位标记的至少一个医学优选位置，并且能够在覆盖网格内的每 个自动计算的医学优选位置处显示各定位标记。一旦已经放置了自动放置的一个(或多个) 定位标记，则系统允许医学专业人员调整各定位标记在覆盖网格内的自动计算放置。
在膝关节特定实施例中，针对胫骨，系统可操作用于显示人膝关节内的胫骨的横向 视图，并接收在图像内显示的胫骨的前缘的选择作为第一已知骨位置。该系统还接收在图像 内横向地显示的胫骨的视图的后缘的选择作为第二已知骨位置。针对胫骨，在第一已知骨位 置与第二已知骨位置之间定义的线定义一个平面，在其上面能够显示用于与胫骨相关联的韧 带的修复的至少一个定位标记。在选择了被关联到胫骨的标志位置时，系统在两个胫骨标志 位置之间的图形用户界面内的胫骨近端的视图上显示覆盖线。一旦呈现了覆盖线，则系统可 操作用于显示位于覆盖线上的至少一个胫骨定位标记。一个(或多个)胫骨定位标记识别在 图形用户界面内显示的胫骨上的至少一个解剖ACL插入部位。
以这种方式，在本文中公开的实施例提供了更准确的手术程序或其它医学操作，因为 图形覆盖在解剖结构上的呈现允许定位标记的准确放置，其使得能够实现诸如组织移植物部 位位置确定的医学任务的精确放置。覆盖网格内的引导指示符提供用于定位标记的放置的医 学接受位置并避免医生将标记放错位置。
在本文中公开的其它实施例包括配置有用以处理在本文中公开的任何或所有方法操 作的软件和/或电路(例如，处理器)的任何类型的计算机化设备、工作站、手持式或膝上 型计算机等。换言之，将诸如计算机或数据通信设备或被编程或配置成如本文所解释地操作 的任何类型的处理器的计算机化设备视为在本文中公开的实施例。
在本文中公开的其它实施例包括用以执行在上文中概括并在下文中详细地公开的步 骤和操作的软件程序。一个此类实施例包括一种计算机程序产品，其具有包括在其上面编码 的计算机程序逻辑的计算机可读介质，当在具有存储器和处理器的耦合的计算机化设备中被 执行时，该计算机程序逻辑将处理器编程为执行在本文中公开的操作。此类装置通常被提供 为软件、代码和/或其它数据(例如数据结构)，其被布置或编码于计算机可读介质上，诸如 光学介质(例如CD-ROM)、软盘或硬盘或其它介质，诸如一个或多个ROM或RAM或 PROM芯片中的固件或微代码，或者作为专用集成电路(ASIC)。可以将软件或固件或其它 此类配置安装到计算机化设备上以促使计算机化设备执行作为本文中公开的实施例在本文中 解释的技术。
应理解的是可以将本文公开的系统严格地体现为软件程序、作为软件和硬件或单独 地作为硬件，并且可以单独地或与诸如医学设备的其它系统相结合地使用以便获得解剖结构 的x射线的实时实况视频。
附图说明
根据如附图所示的在本文中公开的特定实施例的以下描述，本文公开的前述及其它 目的、特征和优点将是显而易见的，在附图中，相同的附图标记遍及不同的图指示相同部 分。附图不一定按比例描绘，而是着重于举例说明本文公开的原理。
图1示出根据本文公开的一个实施例配置的医学计算系统环境的高级方框图。
图2至4示出依照本文公开的示例性实施例执行的处理步骤的流程图。
图5至17示出图形用户界面的示例性实施例，其示出在从图2至4的流程图内描述的特定步骤和处理操作。
具体实施方式
通常，本文公开的系统作为具有定位主机计算机系统的软件进行操作，该主机计算 机系统操作(例如执行)定位软件(例如应用程序和/或进程)，其能够显示解剖结构的视频 (例如实况实时射线照相图像)并允许诸如外科医生的医学专业人员相对于所显示的解剖结 构准确地确定用于执行与医学程序相关联的手术任务的适当位置。可以在手术内完成此处理 以辅助确定用于执行在进行中的外科手术的某个方面的位置，或者在手术后，诸如可以用于 质量控制目的。定位应用程序使得能够经由与图形用户界面的交互来选择解剖结构上的特定 标志位置(例如显示图像内可见的特定骨位置)。作为响应，定位软件基于所选标志位置的 放置来显示图形覆盖。
图形覆盖可以是例如覆盖网格，其具有诸如标度、尺(ruler)、段、度量等可见图形指示符以帮助医学专业人员确定要放置在图像内的定位标记的适当位置(相对于网格)。在图形覆盖就位的情况下，医学专业人员能够进一步与图形用户界面相交互以对识别用于执行 与解剖结构相关联的外科手术的位置的一个或多个定位标记进行定位和显示。在一个特定示 例性实施例中，定位软件执行上文概述的处理以在覆盖网格内显示至少一个股骨和/或胫骨 定位标记。此类股骨和/或胫骨定位标记识别用于在图形图像内显示的股骨或胫骨内的组织 植入物插入部位的参考位置。
图1举例说明适合于在解释本发明示例性实施例的操作细节时使用的医学环境100。 环境100包括医学成像设备101，诸如磁共振成像(MRI)系统、计算机化断层成像(CT)系统、荧光镜检查系统、射线照相(例如x射线)系统或类似系统，其产生包括解剖结构的 二维(2D)横向视频图像视图的图像数据103。在本示例中，医学成像设备101产生人膝关 节的2D横向图像。环境100可以替换地包括内窥镜系统102，其能够提供解剖结构的内部 视图并且还能够产生图像数据103。定位主机计算机系统110接收图像数据103(例如经由 视频/帧捕捉设备)并可操作用于在显示器130上的图形用户界面106内呈现图像数据103。
定位主机计算机系统110可以是任何类型的计算机化设备，诸如个人计算机、工作站、便携式计算设备、控制台、膝上型计算机、网络终端等。如在本示例中所示，计算机系 统100包括互连机制111，诸如数据总线或其它电路，其将存储器系统112、处理器113、输 入/输出接口114以及通信接口115耦合。一个或多个输入设备116(例如用户控制设备，诸 如鼠标、键盘、触摸屏、触控板等)通过输入/输出接口114耦合到处理器113并使得诸如 医学专业人员(例如医生、外科医生等)的用户108能够提供输入命令并一般地控制显示器 130上的包含图像数据103的图形用户界面160，如将解释的。通信接口115使得计算机系 统110能够与网络(未示出)上的其它设备(即其它计算机)通信。
存储器系统112是任何类型的计算机可读介质，并且在本示例中用定位应用程序150-1编码，其支持如本文所解释的经由图形用户界面160的处理和功能性操作。可以将定位应用程序150-1体现为支持根据本文所述的不同实施例的处理功能的诸如数据和/或逻辑指 令的软件代码(例如，存储在存储器中或诸如可活动磁盘的另一计算机可读介质上的源或目 标代码)。在定位计算机系统110的操作期间，处理器113经由互连111来访问存储器系统 112以便启动、运行、执行、解释或另外履行定位应用程序150-1的逻辑指令。定位应用程 序150-1的执行以这种方式来在定位进程150-2中产生处理功能。换言之，定位进程150-2 表示在运行时间在计算机化设备110中的处理器113内或上履行或执行的定位应用程序150- 1(或整个应用程序150-1)的一个或多个部分或运行时间实例。
可以将定位应用程序150-1存储在计算机可读介质(诸如软盘)、硬盘、电子、磁性和光学或其它计算机可读介质上。还可以将定位应用程序150-1存储在存储器系统112中，诸如在固件、只读存储器(ROM)中，或者如在本示例中，作为在例如随机存取存储器 (RAM)中的可执行代码。应理解的是对定位软件150的参考是对存储器112中的定位应 用程序150-1和/或在处理器113上执行的执行定位进程150-2的一般参考。本领域的技术人 员还将理解的是定位主机计算机系统110可以包括其它进程和/或软件和硬件组件，诸如在 本示例中未示出的操作系统。显示器130不需要直接耦合到计算机系统110。例如，可以经 由通信网络接口115在远程可访问计算机化设备上执行定位软件150。在本实例中，可以本 地地向远程计算机的用户显示图形用户界面160，并且本文中的处理的执行可以是基于客户端-服务器的。现在将相对于剩余各图来解释定位软件150的操作细节的进一步公开，剩余各图示出结合由定位软件150提供的图形用户界面160的屏幕快照所解释的处理步骤的流程 图。
图2至5提供了依照本文公开的示例性实施例的定位软件150执行的处理步骤的流程图。针对本示例性讨论，将解释用于确定定位标记的放置的使用的系统，该定位标记识别用于股骨和胫骨内的组织移植物插入部位的参考位置。应理解的是此医学程序仅仅是以示例 的方式提供的，并且本发明不限于膝关节上的此程序或多个程序。相反，本发明的某些实施 例意图本质上是一般性的，并且可应用于帮助识别用于与许多不同解剖结构相关联的医学程 序的位置。将参考剩余图中所示的图形用户界面160来解释流程图。
简要地向前参考图5，图形用户界面160包括可操作用于显示图像的图像区域500，所述图像诸如由来自图1的医学成像设备101或内窥镜系统102产生的射线照相或其它图像的视频和/或静止帧。界面160还包括包含将在以下描述期间解释的各种控制的控制区域501。请注意，其它步骤内所示的流程图中的步骤表示根据如在本文中公开的各种示例性实施例执行的子步骤。
返回参考图2中的流程图，在步骤200中，定位软件150在图形用户界面160上 (即在图像区域500内)显示解剖结构的图像。该图像可以是例如在医学程序期间在手术内 获得的实况实时成像，或者可以是预先记录的，并且可以在手术后执行本文所述的处理。
在子步骤201中，定位软件150显示包括至少一个骨的图像的解剖结构的图像。在本特定示例中，图像区域500显示包括股骨507和胫骨509的图形视图的膝关节的横向视图的图像。
在步骤202中，定位软件150经由诸如图形用户界面上的指针的输入设备来识别一组标志位置510、511，其识别解剖结构的显示图像内的各解剖位置。在图5中的示例中， 定位软件150接收将向其提供标志位置的特定解剖结构的解剖结构选择502。在本示例中， 外科医生已选择股骨ACL结构502-1，并且同样地，定位软件被配置成接收用于在图像区域500内显示的股骨507的三个已知骨位置的选择。
处理子步骤203至205涉及针对股骨507所选择的标志位置。
在子步骤203中，为了确定被关联到股骨的参考位置，定位软件150接收在图像内显示的股骨507的视图的前缘(在位置510-A处)的选择作为第一已知骨位置510-A。此标 志位置在图5中被示为位置510-A。如所述，外科医生可以使用鼠标或其它输入设备116来 操作图形用户界面160上的指针以选择第一标志位置510-A。作为示例，外科医生可以使用 他或她的关于图像区域500中的解剖结构的知识来选择第一标志位置。
在子步骤204中，定位软件150接收在图像内横向地显示的股骨507的视图的后缘的选择作为第二已知骨位置511-A。在第一已知骨位置510-A与第二已知骨位置511-A之间定义的线513是随着外科医生将指针从第一位置移动至第二位置所画的。此线513(例如作为向量)从第一设定标志位置510-A延伸并在第二标志位置511-A的最终选择之前随着指针跨越图像500移动而以图形方式跟踪指针。此线513使得一旦使用系统进行了最终标志选择，外科医生能够使其中图形覆盖的顶部边缘将存在的位置可视化。
在子步骤205中，定位软件150接收第三已知骨位置512-A的选择。参考图6，针对股骨507，在选择第一和第二位置510-A和511-A之后，在子步骤205中，定位软件150接 收与图像内的股骨507的横向显示远侧髁表面相对应的第三已知骨位置512-A的选择。请注 意，随着外科医生朝着每个连续标志位置510-A、511-A、512-A移动指针，在该下一个标志 位置本身的选择之前，定位软件150连续地正呈现来自前一标志位置的线的图像。在用于股 骨507的第三标志位置的线14的情况下，线514随着外科医生朝着股骨507的远端(即在 现在被就地固定在两个先前选择的标志位置510-A和511-A之间的图形线513下面)移动指 针而远离线513垂直地延伸。此垂直线514在图形用户界面160上(即在图像500内)为外 科医生提供将在完成用于所显示股骨507的最终(即第三)标志位置512-A的选择时产生的 图形覆盖的几何结构的视觉指示。换言之，在选择第二解剖点作为第二标志位置511-A之 后，第二线与现在在两个标志位置510-A和511-A之间定义的线垂直地延伸(作为点线)。 此线514被用来使第一线对准，因此其垂直于胫骨纵轴。在选择第三标志位置时，呈现覆 盖。以这种方式，系统可操作用于提供其中将存在覆盖的视觉指示符(线513和514)。
在步骤206中，定位软件150在图形用户界面160内显示多个可选择的图形覆盖。在图6中，可选择的图形覆盖被示为520-1、520-2和520-3(共同地称为520)。每个图形覆 盖520提供各自的一系列引导指示符(在本示例中为不同地间隔开的网格线)，其可操作用 于指示被关联到解剖结构以便执行与解剖结构相关联的外科手术的各部分的标度位置。
在步骤207中，定位软件150从多个可用图形覆盖520接收图形覆盖(例如520-1)的选择。外科医生可以在任何时间选择他或她选择的覆盖。特定覆盖50的选择是基于正在确定的用于在本示例中为ACL的修复的特定参考位置。特别地，针对使用双束的ACL修复 程序，具有处于25％增量的引导指示符的图形覆盖520-1允许将第一标记放置在已知位置处(即从所显示覆盖网格530的右上角开始之上25％和向下25％)以便基于关于此程序的医学文献对前内侧(AM Anteriomedial)束进行定位。可以针对后外侧(PL)束的适当定位标记放置来选择图形覆盖520-2，其在医学专业中通常被理解为放置于从覆盖网格的右上角开 始之上33％和向下50％。应理解的是覆盖520-1和520-2也可以适当地用来对用于单束的标 记进行定位。请注意，可以在在步骤203至205中选择标志位置之前执行用于选择特定图形 覆盖520的先前步骤206和207，然而，在标志位置的选择之前将不呈现图形覆盖520。
在步骤208，在标志位置的选择完成之后，定位软件150在解剖结构的图像上显示(即呈现)图形覆盖520，基于标志位置组和所选择的图形覆盖520的图形覆盖的放置。一 般地，在本示例中，图形覆盖530被呈现且其使得能够容易地确定将由所述至少一个定位标记来标记以便执行与人膝关节的韧带修复有关的外科手术的至少一个参考位置。
图7示出在用户(即外科医生)已选择图形覆盖520-1(标志位置之间的处于25％增量的所示引导指示符)之后和在标志位置的选择之后的图形用户界面160的示例。在本示例中，定位软件150在图形用户界面内的股骨507的横向视图上显示覆盖网格520-1。覆盖网格520具有在所选第一和第二已知骨位置510-A、511-A之间呈现的宽度，并且具有延伸至所选第三已知骨位置512-A的高度。
如图8所示，定位软件150在所选第一已知骨位置510-A与所选第二已知骨位置511-A之间呈现图形覆盖530(并将第三位置512-A用于股骨)。如所示，跨越其宽度且沿着其高度上下地，图形覆盖530包括一系列引导指示符533(在本示例中为网格线)，其可操 作用于指示被关联到解剖结构以便执行与解剖结构相关联的外科手术的位置(用于覆盖520-1的25％增量)。用于第一覆盖网格的引导指示符533跨越图形覆盖的几何结构且沿着该结构向下以25％增量间隔开。此25％覆盖网格可以用来准确地放置用于标记与ACL修复相关联的股骨上的特定位置的要求标记。可以将其它覆盖(例如520-2)用于在此相同手术中使用的其它标记的放置，如稍后将解释的。
在已在图像区域500内显示覆盖网格之后，软件150允许覆盖内的定位标记的放置以指示相对于解剖结构的与手术或医学程序关联的特定位置。如将解释的，经由使用指针并 在覆盖内选择位置，定位标记的放置可以是手动的，或者基于用于特定手术程序和解剖结构 的已知位置可以是自动化的，如在图形用户界面160中的位置502处所选的解剖结构所指示 的。
在步骤209中，定位软件150在图形覆盖530内显示至少一个定位标记535-1。定位标记535-1识别用于执行与解剖结构相关联的手术操作的位置(在本示例中例如股骨507)。
在子步骤210中，定位软件150经由图形用户界面的输入设备从诸如外科医生的医学专业人员接收手动输入以基于覆盖网格的几何结构来指示用于放置定位标记的覆盖网格 530内的位置(例如从右上角之上和向下25％)。这允许外壳医生手动地选择要放置定位标 记535-1的位置。
在子步骤211中，响应于来自医学专业人员的输入，诸如鼠标按钮的释放或点击，定 位软件150在覆盖网格530内的每个指示位置上显示各定位标记535-1。
在子步骤212中，针对定位标记的自动放置，定位软件150基于覆盖网格的几何结构(并基于将被施加标志位置和覆盖网格530的所选解剖结构)来计算用于放置定位标记的覆盖网格530内的至少一个医学优选位置(例如从标志位置511-A之上和向下25％)。
在子步骤213中，定位软件150在覆盖网格530内的每个自动计算的医学优选位置处显示各定位标记535-1。
在子步骤214中，定位软件150允许医学专业人员在必要时调整覆盖网格内的各定位标记的自动计算放置。
如图9所示，在外科医生在覆盖网格530内选择用于定位标记的特定位置之后，用粗体突出显示该定位标记以指示其相对于股骨507的底层图像的精确位置。以这种方式，定位软件150在覆盖网格内显示至少一个股骨定位标记，其识别在图形图像内显示的股骨内的 用于组织植入物插入的参考位置。在典型的植入物插入中，要求外科医生识别相对于股骨的 第二定位标记。为此，外科医生可以利用具有略有不同一组可视化引导或以不同间距(例如 与横跨的33％增量和向下的50％增量，与用于网格520-1的25％增量相反)间隔开的引导指 示符533的第二覆盖网格520-2。换言之，系统利用或提供各覆盖网格520以对用于组织植 入物插入部位的每个各定位标记进行定位，并且外科医生可以根据正在放置什么定位标记 (例如双束、单束等)来选择特定的网格520。每个各覆盖网格(例如520-1和520-2)包 括一组视觉引导指示符533，其将各覆盖网格划分成用于该各定位标记的适当定位的不同区 域。注意到不同覆盖网格520之间的过渡，外科医生可以选择不同的网格520，并且图像区 域500将在所选标志位置510-A、511-A和512-A内重新显示新选择的网格。
在步骤215中且如图10所示，定位软件150从多个可用图形覆盖520接收第二图形覆盖520-2的选择。如上所述，此第二覆盖520-2具有以与覆盖520-1不同的间距(例如将 覆盖的高度和宽度划分成三份)间隔开的引导指示符。软件150将所选第二图形覆盖520-2 显示为覆盖网格531。
在步骤216中且如图11所示，定位软件150经由图形用户界面的输入设备从医学专业人员接收输入以基于由第二图形覆盖531提供的一系列引导指示符533来指示用于放置第 二定位标记535-2的第二显示图形覆盖531内的位置535-2。特别地，诸如外科医生的操作 员可以选择标记添加功能555(和优选地用于新标记的色彩556)以向软件指示另一定位标 记535将被添加到图像区域500。然后，当外科医生在图像图形覆盖531上移动输入设备(例如鼠标指针)时，紧挨着鼠标指针显示覆盖内的鼠标指针的相对位置。作为示例，在选择标记添加功能555之后，第一定位标记535-1被就地锁定(在本示例中显示为色点535-1)，并且随着鼠标在图11中的网格531上(或者在可以选择的任何选择覆盖网格520-1、520-2等中的另一个中)来回移动，定位软件150显示用于第二标记535-2的精确放置的鼠标指针的坐标。在图11中的示例中，软件150能够显示点线或标度线547(跟踪鼠标且根 据覆盖网格531内的鼠标移动来确定尺寸的矩形框)以指示所显示覆盖网格531内的鼠标位置。在鼠标指针本身的特定位置处，软件150可以以在括号中显示的百分比值(诸如 (36％、27％)来显示横跨和向下坐标值以指示网格531内的精确鼠标位置。随着鼠标移 动，这些百分比值改变并遵循鼠标指针。当鼠标被适当地定位时(例如针对后外侧(CL) 束的适当标记放置在位置33％、50％处)，外科医生可以点击鼠标按钮，并且将显示第二标 记。以这种方式，软件150允许外科医生在图像区域500内放置多个标记535。不同标记的 放置可以利用不同图形覆盖520的相同。
在步骤217中且如图12所示，响应于来自医学专业人员的第二输入(例如，鼠标在期望位置处的定位和鼠标按压，如上文所解释的)，定位软件150在第二图形覆盖531内的所指示位置处显示各第二定位标记535-2。以这种方式，外科医生能够相对于股骨在特定位置处放置多个定位标记535-1和535-2以使组织移植物插入位置可视化。
如图13所示，在外科医生已如上文所解释地完成相对于股骨的标记位置，则他或她 可以选择清楚的网格覆盖520-3以从图像视图500去除覆盖网格531，以便看到两个已标记 位置535-1和535-2的无障碍视图。
在这一点上，使用内窥镜视图(在本示例中未示出)，外科医生可以在物理上调整不 透射线物体的位置以对诸如更接近于靠近定位标记535-1和535-2的尖端的尖锥的一部分进 行定位，其是在以上技术中使用图形覆盖520来确定的。在示出尖锥的图像区域500中获取 图像时，外科医生可以继续将尖锥的尖端定位为相对于所放置的标记535而言是接近的。
在如上文所解释的对股骨进行标记完成之后，外科医生可以利用软件150来还提供 相对于胫骨的参考位置，如下文所解释的。一般地，上文针对股骨所解释的过程除胫骨之外 对于胫骨而言是类似的，要求相对于胫骨选择仅两个已知胫骨骨标志位置。基于这两个标志 位置或已知胫骨骨位置，可以对在两个标志之间延伸的图形覆盖执行胫骨定位标记的放置。
在步骤218中且如图14所示，定位软件150接收将被提供一个或多个标志位置的胫骨解剖结构(图14中的502-2)的解剖结构选择502。在本示例中，外科医生已使用下拉菜 单来选择“TIBIAL”结构502-2，并且同样地，定位软件被配置成接收在图像区域500内显 示的用于胫骨509的两个已知骨位置的选择。请注意，在选择了TIBIAL结构502-2时，覆 盖网格选择520不出现，因为仅要求两个标志位置，并且用于胫骨的图形覆盖是两个标志位 置之间的覆盖线，与被用于股骨的网格相反。
在步骤219中且如图15所述，定位软件150接收在图像500内显示的胫骨的视图的前缘的选择作为第一已知骨位置510-B。如以上相对于股骨所做的，外科医生可以使用指针设备(例如图形用户界面160中的鼠标指针和鼠标点击)来以这种方式选择用于胫骨的第一标志位置510-B。一旦被选择，则图形覆盖出现并遵循指针至下一个标志位置。
在步骤220中且如图16所述，定位软件150接收在图像内横向地显示的胫骨的视图的后缘的选择作为第二已知骨位置511-B。由外科医生选择的第二已知骨位置是第二标志位 置511-B。
在步骤221且如图17所示，定位软件150在图形用户界面内的胫骨的近端的视图上显示图形覆盖作为覆盖线532。覆盖线532在胫骨的所选第一和第二已知骨位置(即标志510-B和511-B)之间延伸。被示为在第一已知骨位置或标志510-B与第二已知骨位置或标志511-B之间定义的覆盖线532的图形覆盖定义了平面，在其上面能够显示至少一个定位标记(图17中的535-3和535-4)以用于被关联到胫骨509的韧带(例如ACL)的修复。
在步骤222中，定位软件150显示位于覆盖线532上的至少一个胫骨定位标记535-3和535-4。胫骨定位标记535-3和535-4识别在图形用户界面160内显示的胫骨上的至少一个解剖组织移植物插入部位。请注意，胫骨定位标记535-3和535-4的特定放置可以基于标志位置510-B和5110B之间的医学上接受位置(例如百分比距离)而是自动的，或者替换 地，外科医生可以手动地将此类定位标记535-3和535-4放置在覆盖线532上。如果软件 150放置标记535-3和535-4，则外科医生可以在必要时利用接口来选择和移动特定标记535 (对于股骨标记535-1和535-2而言情况也是如此)。这时，可以使用位置标记535-3、535-4 来检验在ACL修复手术期间所使用的引导线560的适当放置并确认钻进位置的对准。然后 根据标准医学程序来继续ACL修复。
在替换配置中，标记位置510和/或用于一个解剖结构(例如，诸如胫骨的骨)的相关定位标记535的放置可以基于用于相关解剖结构(诸如另一骨(例如股骨))的标志位置和/或定位标记535的在先确定。也就是说，在一个替换配置中，一旦外科医生已将本文公开的系统用于放置用于股骨(仅以示例的方式)的定位标记535，则可以自动地放置胫骨标记。软件150可以通过例如被用标准化偏移、位置或与已知骨位置的距离进行编程来提供此功能。在其它替换实施例中，软件150可以利用边缘检测技术来自动地识别用于股骨和胫骨的标志位置，并且一旦对这些标志进行了定位，则软件150可以将已知偏移用于标记535的位置。在此类实施例中，例如，定位软件150因此能够基于先前位于股骨覆盖网格内的股骨定位标记的放置来计算至少一个胫骨定位标记的放置。在其它替换实施例中，可以在在图像 视图500内显示的同时选择覆盖网格，并且可以根据外科医生的偏好的要求对其进行旋转、 平移或重新改变尺寸(resize)。为此，外科医生可以使用定点设备(例如鼠标指针)来选择 所显示的网格(例如530、531)，并且一旦选择了，外科医生能够抓住一角并对覆盖网格进 行旋转、重新改变尺寸或平移。
在其它替换实施例中，系统可以通过例如向内窥镜视图上传送和显示定位标记位置 以便由在ACL修复程序中所使用的内窥镜系统的照相机控制单元(CCU)进行插入部位的直接手术内定位来结合内窥镜设备的使用。为此，CCU可以向从内窥镜的照相机视图看到的图像上投射网格覆盖530和/或531以及标记535的位置。可以例如基于内窥镜照相机与引导线位置之间的相对角信息来计算覆盖和标记位置。在其它替换实施例中，可以使用诸如 边缘检测或不透无线电放置标记的技术基于解剖结构特征的自动检测来计算图形覆盖的初始 放置。
虽然已经特别地示出并在上文参考其配置描述了计算机系统、软件、图形用户界面 和数据处理方法，但本领域的技术人员将理解的是在不脱离本文公开的范围的情况下可以对 其进行形式和细节上的修改。因此，本文公开的实施例并不意图受到上文提供的示例性配置 的限制。

Claims (16)

1.一种计算机可读介质，其编码有计算机编程逻辑，所述计算机编程逻辑在作为计算机化设备中的过程被执行时产生定位软件过程，所述介质包括用于以下操作的指令：
在图形用户界面上显示解剖结构的图像，其中，所述解剖结构的图像包括膝关节内的股骨的横向视图和胫骨的图形视图；
经由图形用户界面上的输入设备识别一组标志位置，其识别解剖结构的所显示图像内的各解剖位置，其中，识别一组标志位置包括：
接收在图像内显示的股骨的视图的前缘的选择作为第一已知骨位置；
接收在图像内横向地显示的股骨的视图的后缘的选择作为第二已知骨位置，在第一已知骨位置与第二已知骨位置之间定义的线定义基本上与股骨的髌表面对准的平面；以及
接收与图像内的股骨的横向显示的远侧髁表面相对应的第三已知骨位置的选择；
在解剖结构的图像上显示图形覆盖，基于该组标志位置的图形覆盖的放置，其中，在解剖结构的图像上显示图形覆盖包括：
在图形用户界面内的股骨的远端的视图上显示覆盖网格，该覆盖网格具有在所选第一和第二已知骨位置之间呈现的宽度并具有延伸到所选第三已知骨位置的高度；以及
在图形覆盖内显示至少一个定位标记，该至少一个定位标记识别用于执行与解剖结构相关联的外科手术的位置。
2.权利要求1的计算机可读介质，其中，显示至少一个定位标记包括；
在覆盖网格内显示至少一个股骨定位标记，该股骨定位标记识别用于在显示于图形图像内的股骨内的组织移植物插入的参考位置。
3.权利要求2的计算机可读介质，其中，显示至少一个定位标记包括；
基于覆盖网格的几何结构来自动地计算用于放置定位标记的覆盖网格内的至少一个医学优选位置；以及
在覆盖网格内的每个自动计算的医学优选位置处显示各定位标记。
4.权利要求3的计算机可读介质，包括用于以下操作的指令：
允许医学专业人员调整覆盖网格内的各定位标记的自动计算的放置。
5.权利要求2的计算机可读介质，其中，显示至少一个定位标记包括；
经由图形用户界面的输入设备从医学专业人员接收手动输入以基于覆盖网格的几何结构来指示用于放置定位标记的覆盖网格内的位置；以及
响应于来自医学专业人员的输入，在覆盖网格内的每个所指示位置处显示各定位标记。
6.权利要求1的计算机可读介质，其中，显示示出人膝关节内的股骨和胫骨的视图的图像包括：
显示人膝关节内的胫骨的横向视图；
其中，接收第一和第二已知骨位置的选择包括：
接收在图像内显示的胫骨的视图的前缘的选择作为第一已知骨位置；以及
接收在图像内横向地显示的胫骨的视图的后缘的选择作为第二已知骨位置，在第一已知骨位置与第二已知骨位置之间定义的线定义能够在其上面显示至少一个定位标记以进行被关联到胫骨的韧带的修复的平面。
7.权利要求6的计算机可读介质，其中，在解剖结构的图像上显示图形覆盖包括：
在胫骨的所选第一和第二已知骨位置之间显示覆盖线；以及
其中，在图形覆盖内显示至少一个定位标记包括：
显示位于在覆盖线上的至少一个胫骨定位标记，所述至少一个胫骨定位标记识别在图形用户界面内显示的胫骨上的至少一个解剖ACL插入部位。
8.权利要求7的计算机可读介质，其中，显示位于覆盖线上的至少一个胫骨定位标记包括：
基于先前位于股骨覆盖网格内的至少一个股骨定位标记的放置来计算所述至少一个胫骨定位标记的放置，该股骨定位标记识别用于在显示于图形图像内的股骨内的组织移植物插入部位的参考位置。
9.权利要求1的计算机可读介质，包括用于以下操作的指令：
基于图形覆盖内的所述至少一个定位标记的放置，计算用于至少一个其它解剖结构的定位标记的放置，并显示用于图形用户界面内的显示图像内的至少一个其它解剖结构的定位标记。
10.权利要求1的计算机可读介质，其中，在解剖结构的图像上显示图形覆盖包括：
在图形用户界面内显示多个可选图形覆盖，所述多个可选图形覆盖内的每个图形覆盖提供各自的一系列引导指示符，其可操作用于指示被关联到解剖结构的位置以便执行与解剖结构相关联的外科手术的各部分；
从多个可用图形覆盖中接收第一图形覆盖的选择，以及
其中，在图形覆盖内显示至少一个定位标记包括：
经由图形用户界面的输入设备从医学专业人员接收第一输入以基于由第一图形覆盖提供的该系列引导指示符来指示用于放置第一定位标记的第一图形覆盖内的位置；以及
响应于来自医学专业人员的输入，在第一图形覆盖内的所指示位置处显示各第一定位标记。
11.权利要求10的计算机可读介质，包括用于以下操作的指令：
从多个可用图形覆盖中接收第二图形覆盖的选择，以及
经由图形用户界面的输入设备从医学专业人员接收第二输入以基于由第二图形覆盖提供的该系列引导指示符来指示用于放置第二定位标记的第二图形覆盖内的位置；以及
响应于来自医学专业人员的第二输入，在第二图形覆盖内的所指示位置处显示各第二定位标记。
12.权利要求1的计算机可读介质，包括用于以下操作的指令：
针对用于股骨ACL插入部位的第一组定位标记第一次执行识别一组标志位置、显示图形覆盖并在图形覆盖内显示至少一个定位标记的操作；以及
其中，针对用于胫骨ACL插入部位的第二组定位标记第二次执行识别一组标志位置、显示图形覆盖并在图形覆盖内显示至少一个定位标记的操作。
13.权利要求12的计算机可读介质，包括用于以下操作的指令：当针对用于股骨ACL插入部位的第一组定位标记第一次执行识别一组标志位置、显示图形覆盖并在图形覆盖内显示至少一个定位标记的操作时，利用各覆盖网格对用于股骨ACL插入部位的每个各定位标记进行定位，每个各覆盖网格包括将该各覆盖网格划分成用于该各定位标记的适当定位的不同区域的视觉引导指示符。
14.一种计算机化设备，包括：
存储器；
处理器；
通信接口；
互连机制，其耦合存储器、处理器和通信接口；
其中，用定位软件应用程序对存储器进行编码，该定位软件应用程序在处理器上被执行时提供执行以下操作的定位软件过程：
在图形用户界面上显示解剖结构的图像，其中，所述解剖结构的图像包括膝关节内的股骨的横向视图和胫骨的图形视图；
在图形用户界面上经由输入设备识别一组标志位置，其识别解剖结构的所显示图像内的各解剖位置，其中，识别一组标志位置包括：
接收在图像内显示的股骨的视图的前缘的选择作为第一已知骨位置；
接收在图像内横向地显示的股骨的视图的后缘的选择作为第二已知骨位置，在第一已知骨位置与第二已知骨位置之间定义的线定义基本上与股骨的髌表面对准的平面；以及
接收与图像内的股骨的横向显示的远侧髁表面相对应的第三已知骨位置的选择；；
在解剖结构的图像上显示图形覆盖，基于标志位置组的图形覆盖的放置，其中，在解剖结构的图像上显示图形覆盖包括：
在图形用户界面内的股骨的远端的视图上显示覆盖网格，该覆盖网格具有在所选第一和第二已知骨位置之间呈现的宽度并具有延伸到所选第三已知骨位置的高度；以及
在图形覆盖内显示至少一个定位标记，该至少一个定位标记识别用于执行与解剖结构相关联的外科手术的位置。
15.权利要求14的计算机化设备，其中：
针对用于股骨ACL插入部位的第一组定位标记第一次执行识别一组标志位置、显示图形覆盖并在图形覆盖内显示至少一个定位标记的操作；以及
其中，针对用于胫骨ACL插入部位的第二组定位标记第二次执行识别第二组标志位置、显示图形覆盖并在图形覆盖内显示至少一个定位标记的操作。
16.权利要求14的计算机化设备，其中，当针对用于股骨ACL插入部位的第一组定位标记第一次执行识别一组标志位置、显示图形覆盖并在图形覆盖内显示至少一个定位标记的操作时，该计算机化设备包括以下操作：
利用各覆盖网格对用于股骨ACL插入部位的每个各定位标记进行定位，每个各覆盖网格包括将该各覆盖网格划分成用于该各定位标记的适当定位的不同区域的视觉引导指示符。
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