CN110730639B - 用于确定髋部外科手术期间腿长改变的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

系统和方法促进了髋部以及其他外科手术的计划和执行。可以生成并显示髋部的计算机模型。可以将髋部部件的模板（其代替髋部的天生部分）叠加在模型上。可以确定腿长、偏移或前后（AP）位置以及模型上的界标与模板上的位置之间的虚拟距离的改变。在外科手术期间，可以获得与虚拟距离对应的物理距离。可以相对于模型移动模板以匹配物理距离，并且可以确定腿长、偏移或前后（AP）位置的新的改变值。可以评估新的改变值，并且可以进行外科手术，或者可以使用与替代部件对应的模板来重复该过程。

Description

用于确定髋部外科手术期间腿长改变的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求由Stephen B.Murphy和William S.Murphy于2017年3月14日提交的、序列号为62/471,049的美国临时专利申请“用于确定髋部外科手术期间腿长改变的系统和方法”的益处，其申请特此通过引用以其整体并入。
附图说明
下面的描述参考了附图，附图中：
图1是人类髋部的部分的示意图；
图2是根据一个或多个实施例的模块化髋部植入物的示例的分解图；
图3是根据一个或多个实施例的示例外科手术计划系统的示意图；
图4A和图4B是根据一个或多个实施例的示例方法的流程图的局部图；
图5是根据一个或多个实施例的示例计划窗口的示意图；
图6是根据一个或多个实施例的示例计划窗口的示意图；
图7是根据一个或多个实施例的植入有示例髋部部件于其中的髋部的部分的示意图；
图8A-C是根据一个或多个实施例的示例方法的流程图的局部图；
图9A和9B是根据一个或多个实施例的示例方法的流程图的局部图；
图10是根据一个或多个实施例的示例计划窗口的示意图；
图11是根据一个或多个实施例的包括髋部部件的数字模板的图10的示例计划窗口的示意图；
图12是根据一个或多个实施例的示例计划窗口的示意图；
图13是根据一个或多个实施例的示例计划窗口的示意图；
图14是根据一个或多个实施例的示例计划窗口的示意图；
图15是根据一个或多个实施例的示例数据处理设备的示意图；以及
图16是根据一个或多个实施例的在建模窗口中呈现的植入物的示例CAD绘图的示意图。
具体实施方式
例如，由于老化、畸形、疾病或受伤，人类的髋关节可能遭受恶化。由于这种恶化，矫形外科假体植入物通常用于置换髋关节中的一些或全部以便恢复其使用。图1是患者102的髋部100的部分的示意图。髋部100包括骨盆104和股骨106。骨盆104包括髂骨108、髂前上棘（ASIS）110、耻骨111和髋臼112。股骨106包括头部分114、颈部分116、大转子118和小转子120。
在全髋部置换术或全髋部成形术中，切除患者的天生股骨的部分（包括股骨头和股骨颈的部分），并利用假体股骨部件对其进行置换。股骨部件通常包括髋关节股骨柄（femoral hip stem），其包括颈部分和股骨头。髋关节股骨柄的部分位于患者股骨的股骨管内。可以使用骨结合剂（bone cement）或者通过将周围的骨向内生长到柄中将髋关节股骨柄固定在管内。颈部分从髋关节股骨柄的近端延伸，并支撑假体股骨头。假体股骨头被容纳在假体髋臼部件内，诸如插入患者髋臼中的髋臼杯。髋臼内衬可放置在髋臼杯内。
假体髋关节部件可以是模块化部件。例如，髋关节股骨柄、颈部分和股骨头可以是分开的部件。在一些实施例中，颈部分和/或近主体部分可以由模块化部件形成。由于它们是模块化的，因此可以选择具有不同尺寸或不同设计特征的部件来形成特定的植入物。
图2是根据实施例的示例模块化髋部植入物200的分解图。髋部植入物200可包括股骨组件202和髋臼组件204。股骨组件202可包括具有远端208和近端210的延长的髋关节股骨柄206。股骨组件202可以进一步包括假体颈部分212和假体股骨头214。颈部分212可以附接至髋关节股骨柄206的近端210。颈部分212可包括肩部分215和底座216。股骨头214可包括孔218，从而例如通过将底座216容纳在孔218内来允许股骨头214附接到颈部分212并且因此附接至髋关节股骨柄206。髋臼组件204可包括髋臼杯220和安装在髋臼杯220内的内衬222。
应当理解，示例髋部植入物200仅旨在用于说明性目的，并且本公开可以与其他设计的髋部植入物（其包括具有附加的或更少的模块化部件或元件的髋部植入物）一起使用。例如，髋部植入物可以包括具有结合的颈部分的髋部柄（hip stem），其中，髋部柄和颈部分是单个整体部件。这样的柄可以以不同的颈部分长度和颈部分角度组合是可用的，诸如短和长的颈部分长度以及127°和135°的颈部分角度。可替代地，固定颈部分可以伴随标准偏移和高偏移版本，其中高偏移可能导致与标准偏移版本相比，头部分中心距离纵向柄轴更远8mm，而头部分中心的纵向位置不改变。
示例性髋部植入物除了其它之外包括来自Memphis, Tennessee的Smith＆Nephew公司的Synergy髋部系统、从Warsaw, Indiana的Depuy Orthopaedic公司可用的Summit髋部系统以及从Warsaw, Indiana的Biomet公司可用的Epoc Hip System。本发明还可以与非模块化髋部植入物一起使用。
当置换髋关节时，可能会发生腿长、偏移和/或前后（AP）位置的改变。腿长是指腿的纵向范围，并且可以例如从骨盆上的位置向下到沿着腿的某个位置（诸如股骨上的某个点）而被测量。偏移是指穿过髋部的横向或横切尺寸。AP位置是指沿着与纵向和横向或横切轴正交的轴的改变。由于髋部置换外科手术而导致的腿长、偏移和/或AP位置的大改变可能是期望的或不期望的。例如，如果要进行手术的髋部的腿比患者的另一条腿短10mm（例如由于髋部病理），则可能期望以10mm的附加长度来重建髋部。相反，如果患者的腿在外科手术前的长度相等，并且要进行手术的髋部的腿被延长，使得其长了10mm，则这种结果可能是不期望的。类似地，使要进行手术的髋部的腿短了以及具有软组织松弛的髋部会导致不稳定的髋关节，潜在地导致反复的髋部脱位和修正的需要，即矫正外科手术。不相等的腿长还会导致躯干失衡、组织过紧以及不适。
外科医生可以选择特定的髋部部件，并且可以计划它们在髋部内的位置，以便实现外科手术的特定目标，诸如为患者优化腿长、偏移和/或AP位置的改变。在某些情况下，优化改变可能意味着将对腿长、偏移和/或AP位置的改变最小化。在其他情况下，这可能意味着实现腿长、偏移和/或AP位置的特定改变。为了实现为髋部置换外科手术设定的目标，外科医生可以在外科手术过程之前（例如在计划阶段期间）选择特定的股骨和髋臼部件。外科医生还可以在手术前计划所选择的部件在骨盆内的位置和/或定向。可以基于患者特定的数据（诸如患者解剖结构）来选择特定的部件及其位置和定向。例如，髋关节部件的模板集合对外科医生可以是可用的。模板集合可以提供在外科手术期间可用模块化部件的不同尺寸和/或形状的二维（2D）轮廓。在计划阶段期间，外科医生可以将这些2D模板覆盖在患者髋部的2D射线照片上，以确定哪些模板以及因此哪些部件最适合患者和/或实现为过程所设定的目标。
随着数字射线照片的出现，模块化髋部部件的数字模板现已可用，并可与计划软件工具（诸如来自Southampton, Hampshire UK的OrthoView Holdings有限公司的OrthoView软件产品）一起使用。在某些情况下，外科医生可能具有患者特定的三维（3D）成像，并且在计划阶段期间可以使用植入物的3D模板。例如，用于相应髋部部件的模板（其以计算机辅助设计（CAD）文件形式）可能是可用的。利用数字模板的示例性系统包括来自Petach-Tikva, Israel的Brainbra有限公司（Munich, Germany的Brainbra股份公司的分公司）的TraumaCad术前计划系统以及来自Ft. Lauderdale, FL.的Mako Surgical公司的MAKOplasty Total Hip Application术前和术中计划系统。
在外科手术过程期间，可以将所选择的部件植入在实际的位置和定向，并评估它们对患者髋部的影响。例如，可以将试验髋部柄部件放置在股骨中（试验股骨头附接至该柄），并且可以将试验髋臼杯和内衬插入髋臼中。在髋部的试验复位中，然后可以将试验股骨头插入髋臼杯中。可以估定腿长、偏移和AP位置，以及髋部的自由运动范围和稳定性，以确定是否满足为外科手术所设定的目标。如果是这样，可以利用与试验部件匹配的最终部件置换试验部件。
如果试验部件不能实现期望目标，则外科医生可能会评估其他部件。例如，外科医生可以植入不同部件，并评估这些新的试验部件。该过程耗时，并且可能无法实现为患者提供部件的最佳选择。
简而言之，本公开涉及用于计划和执行髋部外科手术的系统和方法。该系统和方法可以包括用户界面（UI）引擎，该用户界面（UI）引擎可以生成显示患者的髋部的体积或形状数据的图形用户界面（GUI）。该系统和方法可以包括髋部部件的数字模板库，诸如髋关节股骨柄（其具有各种长度和角度的模块化或固定颈部分）、各种长度和角度的颈部分、股骨头、髋臼杯、具有各种旋转中心的髋臼杯插入物等。该系统和方法可以包括计划工具，该计划工具可以用于从库中选择特定的数字模板，并且将其放置（例如叠加）在体积或形状数据上。数字模板可以是二维的或三维的（2D或3D）。计划工具可以基于模板的定位及其几何形状来计算腿长、偏移和/或前后（AP）位置的改变值。在将模板在期望位置和定向放置在体积或形状数据上的情况下，计划工具还可以计算一个或多个虚拟距离。例如，计划工具可以计算体积或形状数据上的一个或多个界标与模板上的一个或多个位置之间的虚拟距离。虚拟距离可以是界标深度，例如从界标（诸如大转子）到模板上的点（诸如股骨柄（femoralstem）的肩部分）的深度。该系统和方法在电子外科手术计划中可以包括计算的改变值和虚拟距离。外科手术计划可以是电子计划，其可以在对患者的外科手术过程期间在诸如计划工具的应用程序中打开和查看。
在外科手术期间，可以将与计划的部件对应的物理髋部部件植入在患者的髋部处。可以获得对应于虚拟距离的物理距离，并将其与虚拟距离进行比较。如果获得的物理距离与虚拟距离不同，则可以将获得的物理距离输入到电子外科手术计划中。例如，可以相对于体积或形状数据在计划中重新定位诸如髋关节股骨柄之类的部件的模板，使得模板的位置与外科手术期间获得的物理距离匹配。在模板被重新定位以匹配所获得的物理距离的情况下，系统和方法可以基于现在重新定位的模板自动计算并呈现腿长、偏移和/或AP位置的新改变。新改变可以由外科医生评估，并且可以确定它们是否满足为过程设定的目标。另外，在模板被重新定位以匹配所获得的物理距离的情况下，系统和方法可以通过将新模板替换入计划中来评估对其他髋关节部件的腿长、偏移和/或AP位置的影响。例如，外科医生可以用现有模板替换代表不同髋关节部件（诸如其他颈部分角度、颈部分长度和/或头部分长度）的模板。该系统和方法可以基于新模板的定位和几何形状来动态地并且自动地计算腿长、偏移和/或AP位置的新改变。该系统和方法可以在一个或多个用户界面中将这些新的改变值呈现给外科医生以供评估。
换句话说，该系统和方法可以建立动态设计和评估反馈回路，该动态设计和评估反馈回路可以在外科手术过程期间用于基于一个或多个髋部部件的实际位置和定向来为患者优化髋部部件的选择、位置和定向。例如，如果在重新定位以匹配获得的物理距离后，计划的髋部部件未实现为外科手术过程设定的目标，则可以通过电子外科手术计划来选择和评估不同髋关节部件的模板。特别地，该系统和方法可以使用由外科医生选择的不同髋关节部件的模板来计算腿长、偏移和/或AP位置的新的改变值。例如，外科医生可以选择和评估模板，该模板代表可能进一步进入股骨的更小柄部件、可能位于股骨上更高位置的更大柄和/或颈部分角度、颈部分长度和头部分长度和直径的可用组合。选择不同的髋关节部件的模板并计算腿长、偏移和/或AP位置的所产生的改变的该过程可以重复或继续进行，直到找到实现为外科手术过程设定的目标的髋关节部件的集合为止。在一些实施例中，还可以计算新的虚拟距离，并且可以重新定位模板以匹配所获得的物理距离。可在患者的髋部的任何试验复位之前利用动态设计和评估反馈回路。
一旦动态设计和评估反馈回路将选择缩小到髋关节部件的最终集合，就可以将与最终集合对应的物理部件植入在患者的髋部。
在一些实施例中，可以获得髋关节部件的最终集合中的一个或多个的物理距离并将其输入系统中，并且该系统和方法可以再次基于所获得的物理距离来计算腿长、偏移和/或AP位置改变值。如果新的改变值满足为过程设定的目标，则外科医生可以继续进行外科手术过程。例如，可以执行试验复位，并评估髋部。然后可以完成外科手术过程。可替代地，可以重复评估电子外科手术计划中的替代部件和/或位置和定向的过程，直到获得满足为该过程所设定目标的腿长、偏移和/或AP位置改变值为止。
图3是根据实施例的示例外科手术计划系统300的示意图。外科手术计划系统300可以包括用户界面（UI）引擎302、建模工具304、计划工具306、评估工具308和数据存储器310。数据存储器310可包括髋关节部件的数字模板，如在312所指示。外科手术计划系统300可以接收患者数据（如在314所指示），该患者数据可以包括以磁共振成像（MRI）数据、计算机断层摄影（CT）数据、同时双平面射线照片数据、常规的简单射线照片数据、超声数据和/或患者的髋部的其他数据形式的体积或形状数据。外科手术计划系统300可以创建用于髋部外科手术的一个或多个电子外科手术计划，诸如计划316。外科手术计划系统300可以包括或可以访问显示器318。
从体积或形状数据生成解剖结构的2D和/或3D显示的合适工具包括来自BernexSwitzerland的Pixmeo SARL的OsiriX图像处理软件、TraumaCad术前计划系统以及MAKOplasty Total Hip Application术前和术中计划系统。尽管如此，本领域技术人员将理解，可以使用其他图像处理软件。
UI引擎302、建模工具304、计划工具306和评估工具308中的一个或多个可以是或可以包括软件模块或库，该软件模块或库包含与本文中所述方法有关的程序指令，其可以存储在非暂时性计算机可读介质上，并由数据处理设备的一个或多个处理器执行。在一些实施例中，UI引擎302、建模工具304、计划工具306和评估工具308中的一个或多个可以各自包括被配置和布置为产生顺序逻辑电路的寄存器和组合逻辑。在其他实施例中，可以利用软件和硬件（其包括固件）的各种组合来实现本公开。
可以通过存储在数据处理设备的电子存储器中的一个或多个数据结构（诸如文件、对象等）来实现患者数据314、模板312和外科手术计划316中的一个或多个。模板可以代表髓针（broach）、髋关节股骨柄、颈部分、股骨头、髋臼杯、内衬等。
计划
图4A-图4B是根据实施例的示例方法的流程图的局部视图。如在步骤402所指示，外科手术计划系统300可以访问患者髋部的体积或形状数据。如所描述的，体积或形状数据可以是MRI数据、CT扫描数据、双平面同时射线照片数据、常规射线照片数据、超声数据和/或其他成像数据或者可以从MRI数据、CT扫描数据、双平面同时射线照片数据、常规射线照片数据、超声数据和/或其他成像数据导出。例如，患者可以进行MRI、CT或x-射线检查，并且可以将所产生的数据提供给系统300。体积或形状数据可以采用数字格式，诸如一个或多个电子文件或对象。
外科手术计划系统300可以为体积或形状数据建立一个或多个坐标系，如在步骤404所指示。在一些实施例中，外科手术计划系统300可以建立骨盆坐标系和股骨坐标系。合适的骨盆坐标系是前-后坐标系。股骨坐标系可包括股骨轴（FA）、股骨颈的轴（FNA）和髁轴（CA）。股骨轴（FA）可以被定义为穿过股骨颈的基部的中心处的点（O）和膝盖的中心处的点（K）。股骨颈的轴可以被定义为穿过股骨颈的基部的中心处的点（O）和股骨头的中心处的点（H）。股骨坐标系可以包括髁平面（CP）和前倾平面（AP）。股骨轴（FA）可以位于髁平面（CP）和前倾平面（AP）两者中。前倾平面（AP）可以相对于髁平面（CP）成前倾角（θ）。
在一些实施例中，外科医生可以如在GUI上显示的那样在体积或形状数据上标记多个点。例如，外科医生可以标记：
在股骨颈的基部的中心处的点（O）；
在膝盖的中心处的点（K）；
左髂前上棘（SIAS）；
右SIAS；
股骨头中心；
横向髁；
中髁；
大转子；以及
小转子。
应当理解，在其他实施例中可以标记附加的，更少的或其他的点。
应当理解，在其他实施例中可以标记附加、更少或其他点。
响应于用户输入，计划工具306可以在所选择的位置和定向将髋臼杯部件的所选择的数字模板叠加到体积或形状数据上，如在步骤406所指示。计划工具306还可以响应于用户输入，在所选择的位置和方向将一个或多个股骨部件的所选择的数字模板叠加到体积或形状数据上，如在步骤408所指示。可以从数据存储器310获得数字模板。特别地，外科医生或其他执业医生可以从数据存储器310选择代表特定髋臼和股骨部件的数字模板312。作为响应，计划工具306可以将数字模板叠加到体积或形状数据的显示上。模板的几何形状可以匹配相应物理部件的几何形状。响应于用户输入，计划工具306可以将数字模板312相对于体积或形状数据的显示移动到期望的位置和定向。例如，数字模板可以相对于显示器上呈现的股骨和/或髋臼的视图重新定位和/或重新定向。
评估工具308可以计算由所选择的髋关节部件的模板的放置所引起的髋关节的改变而导致的腿长、偏移和/或AP位置的改变，如在步骤410所指示。可以相对于建立的坐标系（例如股骨坐标系、骨盆坐标系或两者）来确定腿长、偏移和/或AP位置的改变。当计算腿长、偏移和/或AP位置的改变时，评估工具308可以利用模板中反映的髋关节部件的几何形状。
在一些实施例中，评估工具308可以确定髋臼对腿长和偏移的贡献以及股骨对腿长和偏移的贡献。髋臼贡献可以在骨盆坐标系（诸如前骨盆平面坐标系）中确定，这可以校正患者的骨盆在CT扫描仪上的异常定位（例如由于严重的脊柱侧凸或自发融合或髋部的严重挛缩）。在其他实施例中，可以建立功能坐标系，其可以对应于原始CT坐标系，其中患者的骨盆处于仰卧位置，例如其中患者躺在CT台架中。
可以在股骨坐标系中计算股骨对腿长的贡献，其中可以测量纵向改变，例如沿着定义在天生股骨头的中心与膝盖的中心之间的轴或沿着股骨干本身的中心的轴。股骨对偏移的贡献可以在髁平面中计算。
腿长改变可通过将髋臼和股骨腿长贡献求和来计算。可以通过将髋臼和股骨偏移贡献求和来计算偏移改变。例如，评估工具308可以使用体积或形状数据来确定患者的天生股骨头在患者的髋臼中的旋转中心。评估工具308可以将髋臼对腿长和偏移的贡献计算为术前指定的髋关节中心（例如，天生股骨头的中心）与重建髋臼部件中心（如在AP平面坐标系中水平和垂直测量的）之间的差。在其他实施例中，可以在其他坐标系中测量距离。例如，可以在功能坐标系中进行测量，诸如仰卧或站立的患者的骨盆的位置。术前指定的髋关节中心可以由评估工具308自动确定，或者可以例如通过外科医生在如用户界面（诸如图形用户界面（GUI））上显示的形状或体积数据的视图上标记髋关节中心来输入。
评估工具308可通过计算髁平面坐标系中的术前指定的髋关节中心与大转子顶部上的点之间的水平距离来计算股骨对偏移的贡献。评估工具308可将髁平面坐标系旋转至中间/横向，以针对CT研究期间的患者位置或由于关节炎引起的旋转或位置挛缩进行标准化。评估工具308可以自动确定大转子顶部上的点，或者可以例如通过外科医生在如GUI上显示的形状或体积数据的视图上标记该点来输入。另外，评估工具308可以计算髁平面坐标系中的重建股骨头的中心与大转子顶部上的点之间的水平距离。评估工具308可以确定两个水平距离的幅度的改变，并且该幅度的改变可以是股骨对偏移的贡献。
评估工具308可以将股骨对腿长的贡献计算为股骨坐标系中的重建股骨头的中心与术前指定的髋关节中心之间的纵向差。
例如，股骨坐标系中的轴可以在股骨颈的基部的中心处的点（O）与膝盖的中心处的点（K）之间延伸。可以沿着这个或另一所选择的轴确定股骨对腿长改变的贡献。如所述，使用股骨坐标系和/或该轴可以减少或消除随机的腿位置对CT扫描仪或关节挛缩的影响，该影响可能迫使腿进入原始CT坐标空间中的独特位置中。对于偏移，可通过虚拟地将偏移改变（例如在中间和横向股骨髁的中间横向轴中）添加到中间横向轴（例如如由两个髂前上棘之间的线所定义的）中的髋臼贡献来减少股骨和骨盆。
评估工具308可以沿着与在其中计算腿长和偏移的维度正交的骨盆和股骨坐标系的维度来计算AP位置改变。例如，评估工具308可以以与腿长和偏移相似的方式来沿坐标系的第三维度计算骨盆和股骨对AP位置改变的贡献。
评估工具308可以测量（例如计算）骨盆坐标系中的髋臼侧的x、y、z改变和股骨坐标系中的股骨侧的x、y、z改变。然后，评估工具308可以将骨盆坐标系中的x、y、z改变添加到股骨坐标系中的x、y、z改变以产生腿长、偏移和AP改变值。在一些实施方式中，骨盆坐标系中的x、y、z改变可以在被添加到股骨坐标系中的x、y、z改变之前被转换为股骨坐标系。应当理解，可以例如在转换之后将股骨坐标系中的x、y、z改变添加到骨盆坐标系中的x、y、z改变。在一些实施例中，评估工具308可以在不进行股骨的虚拟旋转的情况下进行这些计算。另外，可以在不减少（例如组件）髋关节的情况下计算腿长、偏移和AP改变值。评估工具308可以计算腿长、偏移和AP改变位置，而与患者的腿在CT扫描仪上的位置无关。
应当理解，可以以其他方式确定腿长、偏移和/或AP位置。例如，利用如期望的相对于体积或形状数据定位的髋臼杯和髋部柄的数字模板，评估工具308可以确定髋臼杯的中心和股骨头的中心，其将通常具有不同的位置。评估工具308可以在诸如AP AnteriorPelvic Plane坐标系或股骨坐标系的坐标系中确定这两个中心之间的向量。该向量的纵向部分可以是腿长改变，横向或横切部分可以是偏移改变，并且与这两个正交的部分可以是AP改变。
在其他实施例中，评估工具308可以利用体积或形状数据来确定腿长、偏移或AP位置中的一个或多个的一个或多个基线，例如，天生值。例如，评估工具308可以从体积或形状数据确定骨盆和股骨上的选择点之间的距离。在将所选择的髋关节部件的数字模板在计划的位置和定向叠加在形状或体积数据的显示上的情况下，可以确定新的距离，并且可以计算新距离与天生距离之间的差，以确定腿长、偏移和/或AP位置改变值。
在一些情况下，如由箭头412所指示，可以重复选择数字模板、将它们定位在体积或形状数据的显示上，以及计算腿长、偏移和/或AP位置改变值的过程，这从步骤410返回到步骤406。例如，计划外科医生可以得出结论，基于用于髋关节部件的初始集合的模板所计算的腿长、偏移和/或AP位置的改变不满足为该过程设定的一个或多个目标。为了实现该一个或多个目标，外科医生可以通过选择用于其他部件的数字模板、将模板叠加在体积或形状数据的显示上，并将它们移动到期望的位置和定向来评估这样的其他部件。在其他情况下，计划外科医生可以评估和比较多个不同的部件和/或位置或定向。在此迭代设计和评估过程之后，外科医生可以选定外科手术期间要使用的特定部件（诸如特定的髋关节股骨柄、特定的颈部分、特定的股骨头、特定的髋臼杯以及特定的髋臼内衬）的集合。
在将用于期望的髋部部件的数字模板在期望的位置和定向叠加在体积或形状数据的显示上的情况下，评估工具308还可以确定一个或多个虚拟距离，如在步骤414所指示（图4B）。一个虚拟距离可以在部件上的界标与骨盆或股骨的解剖结构上的界标之间。例如，评估工具308可以确定髋关节股骨柄的模板的肩部分215（图2）与大转子118（图1）之间的纵向距离。
计划工具306可以生成一个或多个外科手术计划，诸如外科手术计划316，如在步骤416所指示。外科手术计划316可以包括计划供外科手术过程使用的特定髋部部件的标识，以及它们相对于解剖结构和/或一个或多个坐标系的计划位置和定向。外科手术计划316还可包括腿长、偏移和/或AP位置的所计算的改变。外科手术计划316可以另外包括一个或多个计算的虚拟距离。外科手术计划系统300可以输出一个或多个外科手术计划，如在步骤418所指示。例如，可以打印外科手术计划，将其保存到一个或多个数据处理设备的存储器位置，和/或例如由电子邮件、文本或传真传送给接收者。然后，可以完成术前计划阶段。
图5是根据实施例的示例计划窗口500的示意图，其可以由外科手术计划系统300的UI引擎302生成。计划窗口500可以包括可以从体积或形状数据生成的三个视图502、504和506。视图502、504和506可以沿着不同的解剖平面示出患者的髋臼508。例如，这三个视图可以是2D图像，并且可以对应于冠状、矢状和轴向视图。可以通过穿过体积或形状数据的中心点进行切割来生成视图。可以在视图中提供诸如可移动线的控件，并且用户可以拖动线以改变进行切割的位置，由此改变在髋臼上正呈现的视图。当用户穿过体积或形状数据而移动时，视图502、504和506可以彼此同步。应当理解，可以例如基于不同的切割生成其他视图。在一些实施例中，还可以在计划窗口500中呈现3D表面模型。
所选择的髋臼杯的数字模板510可以叠加在髋臼508处。数字模板510可以被放置在髋臼508中并且被移动到期望的位置和期望的定向。例如，视图502、504和506中的一个或多个可以包括控件，以用于相对于髋臼508移动数字模板510。例如，每个视图502、504和506可以包括上移按钮512、快速上移按钮514、左移按钮516、快速左移按钮518、下移按钮520、快速下移按钮522、顺时针旋转按钮524、逆时针旋转按钮526、右移按钮528和快速右移按钮530。一个或多个计划视图（诸如计划视图504）可以进一步包括放大和缩小按钮，诸如放大按钮532和缩小按钮534。计划窗口500可以呈现在触摸屏表面上，并且可以通过触摸来选择按钮。在其他实施例中，可以通过将光标放置在期望的按钮上并且例如使用鼠标、触针或其他输入设备来选择期望的按钮来选择按钮。
图6是根据实施例的另一个计划窗口600的示例的示意图，其可以由外科手术计划系统300的UI引擎302生成。计划窗口600可以包括可以从体积或形状数据生成的三个视图602、604和606。视图602、604和606可以示出患者的股骨608的不同视图，例如冠状、矢状和轴向视图。所选择的股骨部件的一个或多个数字模板（诸如数字模板610）可以叠加在股骨602上。如同髋臼杯的数字模板510一样，股骨部件的数字模板610可以相对于股骨602移动到期望的位置和定向。例如，如同计划窗口500一样，视图602、604和606可以包括用于相对于股骨608移动数字模板610的控件，诸如上移按钮612、快速上移按钮614、左移按钮616、快速左移按钮618、下移按钮620、快速下移按钮622、顺时针旋转按钮624、逆时针旋转按钮626、右移按钮628、快速右移按钮630、放大按钮632和缩小按钮634。
计划窗口600还可以包括结果区域640。结果区域640可以显示由外科手术计划系统300计算的值以及其他信息。例如，结果区域640可以包括髋臼杯部件数据642，其可以包括所选择的髋臼杯部件的外径（OD）和内径（ID）。结果区域640可以包括髋部柄部件数据644，其可以包括柄类型、颈部分长度、颈部分倾斜和假体股骨头长度。结果区域640还可包括由评估工具308计算的改变值和其他数据。例如，结果区域640可以包括计算的腿长的改变646和计算的偏移的改变648。结果区域640还可包括天然股骨前倾值650和计划股骨前倾值652。
结果区域640还可包括由评估工具308计算的一个或多个虚拟距离。例如，结果区域640可以包括第一虚拟距离654和第二虚拟距离656，第一虚拟距离654可以是患者的股骨的大转子（GT）与股骨部件的肩部分之间的计算距离，第二虚拟距离656可以是患者的股骨的小转子（LT）与股骨部件的肩部分之间的计算距离。第一虚拟距离654可以被标示为大转子的尖端到植入物（TipGT-Impl）。第二虚拟距离656可以被标示为小转子的尖端到植入物（TipLT-Impl）。
计划窗口500和600仅用于说明性目的。应当理解，可以生成和使用具有附加或其他用户界面元件的其他用户界面。
计划窗口500和600（其包括结果区域640）可以被包括在外科手术计划316中。
图7是具有植入的髋部部件的髋部的部分700的示意图。髋部700包括骨盆702的部分和股骨704的部分。骨盆部分702包括髋臼706。髋臼杯部件708可以被植入髋臼706中。股骨部件710可以被植入股骨部分704中。股骨部分704具有大转子712和小转子714。股骨部件710可包括髋关节股骨柄716、颈部分718和头部分720。颈部分718可以具有肩部分722。在一些实施例中，肩部分可以形成在髋关节股骨柄716上。
参考标号724图示了颈部分718的肩部分722与大转子（例如到大转子712的顶部）之间的距离或深度。参考标号726图示了肩部分722与小转子714（例如到小转子714的顶部）之间的距离或深度。在一些实施例中，距离724可以是在包括肩部分722和/或其上的点的第一横切平面与包括大转子712和/或其上的点的第二横切平面之间。例如，即使两个点不是纵向对齐的，但是第一横切平面和第二横切平面之间的距离可以是纵向的。在一些实施例中，距离726可以是在包括肩部分722和/或其上的点的第一横切平面与包括小转子714和/或其上的点的第三横切平面之间。同样，即使两个点不是纵向对齐的，但是第一横切平面和第三横切平面之间的距离也可以是纵向的。在一些实施例中，第一距离724和第二距离726可以在一个或多个矢状（例如，横向）平面内。
应当理解，评估工具308可以确定其他或附加的虚拟距离。例如，可以确定一个或多个横向距离。示例性的横向距离可以在股骨部件上的点与小转子之间。
外科手术
在外科手术期间，外科医生可根据外科手术计划316植入计划的髋部部件。图8A-图8C是根据实施例的示例方法的流程图的局部图。外科医生可以在患者的股骨处植入与计划的部件匹配的物理髋部柄部件，并且可以在患者的髋臼处植入与计划的部件匹配的物理髋臼杯部件，如在步骤802所指示。外科医生可以将髋关节部件植入到尽可能实际接近计划的位置和定向。在一些实施例中，外科医生可以确定髋臼杯是否在计划位置处定位于患者的髋臼内。外科医生可以使用视觉提示来确定杯是否在计划的位置处。例如，外科医生可以测量从髋臼中的球形扩孔床到髋臼凹口的中间深度的距离。此外，外科医生可观察髋臼杯在周围骨骼中的外观。如果测量的距离和/或观察的杯的外观/位置与计划的距离或外观/位置不同，则可以在计划上将髋臼杯部件的数字模板重新定位，以匹配测量的距离和/或观察的物理杯在骨骼内的位置/外观，如在步骤804所指示。虽然髋臼对腿长和偏移的贡献可能小于股骨的贡献，但重新定位髋臼杯的数字模板以匹配物理杯部件的位置可能会导致通过评估工具308的更准确地计算髋臼对腿长和偏移改变的贡献。
外科医生或助手可以测量与由评估工具308计算的一个或多个虚拟距离对应的物理距离，如在步骤806所指示。例如，外科医生或助手可以测量患者的大转子的尖端与实际髋部柄部件的肩部分之间的物理纵向距离。为此，外科医生可将杆的第一端（例如直径为1/4英寸的钢杆）放置在髋部柄部件的肩部分上。然后，外科医生可以使她的拇指向杆的下方滑动，直到其拇指接触大转子。将她的拇指留在杆上的标记位置处，可以将杆移除，并且从杆的该端到由外科医生的拇指标记的点的距离被测量。在其他实施例中，外科手术深度计或其他外科手术工具可用于测量物理距离。外科医生或助手也可以测量小转子的尖端与中间颈部分处的颈-柄接合点的物理距离。可以在利用髋关节部件将髋部试验复位之前测量这些物理距离。
在一些实施例中，外科医生可具有外科手术计划316，该外科手术计划316包括在外科手术期间打开且可达的计划窗口500，并且可将物理距离输入外科手术计划316中。外科手术计划316可以在诸如膝上型计算机、平板计算机等的数据处理设备上打开，并呈现在设备的显示器上。外科医生可将物理距离与由评估工具308计算的计划虚拟距离进行比较，并确定它们是否匹配，例如是否相等，如在判定步骤808所指示。
如果在外科手术阶段期间测量的物理距离与在计划阶段期间计算的虚拟距离匹配，则外科医生可以执行髋部的试验复位，如通向步骤812的“是”箭头810所指示。然后，外科医生可以继续完成该过程，如在步骤814所指示。在这种情况下，患者的外科手术后腿长、偏移和AP位置改变将与原始计划的腿长、偏移和AP位置改变值紧密对应。
返回决策步骤808，假设物理距离中的一个或多个测量与在计划阶段期间由外科手术计划系统300计算的相应虚拟距离不同，例如，更大或更小。例如，假设计划的虚拟距离为30mm，但测量的物理距离为25mm。这可能是由于物理髋关节股骨柄不同于计划而被定位而导致的。物理距离可以输入到外科手术计划系统300中和/或由外科手术计划系统300接收，如通向步骤818的“否”箭头816所指示。在一些实施例中，外科医生或助手可以在外科手术计划316上（例如根据形状或体积数据的显示上）重新定位用于髋部柄部件的数字模板610，使得髋部柄部件的数字模板的肩部分与大转子的尖端隔开一虚拟距离，该虚拟距离与外科手术期间测量的物理距离匹配。例如，外科医生或助手可以使用上移和/或下移按钮612和620来重新定位数字模板。上移和下移按钮612和620的每个选择或“点击”可以对应于数字模板相对于形状或体积数据的位置的1mm改变。随着数字模板正被上移和下移，计划工具306可以动态计算新的虚拟距离，该新的虚拟距离可以显示在结果区域640中。当新计算的虚拟距离与外科手术期间测量的物理距离匹配时，外科医生或助手可以停止移动模板610。
在其他实施例中，第一和/或第二计划窗口500、600可以包括一个或多个用于接收所获得的物理距离的控件，诸如数据输入框，并且外科医生或助手可以在该框中输入物理距离。响应于接收到物理距离，计划工具306可以在外科手术计划316中自动重新定位柄部件的模板，使得虚拟距离与测量的物理距离匹配。
在模板610被重新定位以匹配在外科手术期间测量的物理距离的情况下，评估工具308可以为腿长、偏移和/或AP位置确定新的改变值，如在步骤820所指示（图8B）。在一些实施例中，评估工具308可以响应于数字模板相对于形状或体积数据的显示的每次移动来计算新值。当重新计算腿长、偏移和/或AP位置的改变时，评估工具308可以利用由模板所代表的髋关节部件的几何形状。如在步骤822所指示，新的腿长、偏移和/或AP位置改变值可以由外科手术计划系统300输出。例如，新的腿长、偏移和/或AP位置改变值可以显示在外科手术计划316的第二计划窗口600的结果区域640中。评估工具308可以被配置为例如从外科医生的角度实时计算并呈现新的腿长、偏移和/或AP位置改变值。如在决策步骤824所指示，外科医生可以确定新计算的腿长、偏移和/或AP位置改变值是否可接受。例如，计划外科医生可以确定新计算的腿长、偏移和/或AP位置改变值是否仍满足为该过程设定的目标。如果它们满足，则外科医生可以继续进行外科手术，如通向定位框828的“是”箭头826所指示，该定位框跳到步骤812（图8A）。
如果新计算的腿长、偏移和/或AP位置改变值中的一个或多个不满足为外科手术设定的目标，则外科医生可以评估其他髋部部件，如通向步骤832的“否”箭头830所指示。例如，外科医生可以为其他髋部部件（诸如不同的颈部分和头部分组合）选择数字模板。不同的颈部分和头部分组合可以具有不同的角度和长度。响应于来自外科医生的输入，计划工具306可以将模板叠加在形状或体积数据的显示上，将它们移动到期望的位置和定向，并评估由计划系统300计算的所产生的腿长、偏移和AP改变值。即使新的腿长、偏移和AP位置改变值满足为外科手术过程设定的目标，但是外科医生仍然可以虚拟评估其他髋关节部件，以查看改变值是否可以为患者进一步优化。
在此迭代设计和评估过程之后，外科医生可以选定要与患者一起使用的新的髋关节部件的集合，诸如满足为外科手术设定的目标的特定髋关节股骨柄、特定颈部分和特定股骨头，如在步骤834所指示（图8C）。在一些实施例中，在迭代设计和评估过程期间，髋关节股骨柄部件的深度可能不会改变。因此，评估工具308可能不计算新的虚拟距离。然而，在其他实施例中，如在步骤836所指示，在将用于新选择的髋部部件的数字模板在期望的位置和定向叠加在形状或体积数据的显示上的情况下，评估工具302可以计算新的虚拟距离。
外科医生可以植入与这些新选择的髋部部件对应的物理部件，如由通向步骤802（图8A）的定位框838所指示。在一些实施例中，可以获得新的物理距离并将其与当前虚拟距离进行比较。
应当理解，图8的过程或其部分可以重复一次或多次。例如，图8的过程可以表示一个或多个设计和评估反馈回路，其可以由系统300在外科手术过程期间执行以为患者优化髋部部件的选择、位置和定向。换句话说，本公开的过程或其部分可以重复一次或多次，直到发现满足过程的目的、在特定位置和定向放置的特定髋关节部件为止。
髋部的计算机模型
如所描述的，计划阶段可以利用患者特定的体积或形状数据。在其他实施例中，可以在计划和外科手术阶段期间生成并利用患者的髋部的计算机模型。图9A和图9B是根据实施例的示例方法的局部图。如在步骤902所指示，建模工具304可以访问患者的髋部的形状或体积数据，并且可以由体积或形状数据生成患者的髋部或其部分的计算机模型，诸如三维（3D）表面模型，如在步骤904所指示。如在步骤905所指示，建模工具304可以为髋部的模型建立一个或多个坐标系。UI引擎302可以生成计划窗口，并将其呈现在显示器318上，如在步骤906所指示。计划窗口可以包括计算机模型的视觉表示。计划窗口可以被实现为具有多个控件的图形用户界面（GUI）。
响应于用户输入，计划工具306可以将一个或多个选择的数字模板312叠加到患者的髋部的计算机模型上，如在步骤908所指示。一个或多个数字模板可以从数据存储器310获得，并且可以表示一个或多个髋关节部件。如所描述的，外科医生或其他执业医生可以从数据存储器310选择代表特定髋部部件的数字模板312。作为响应，计划工具306可以将数字模板叠加到计算机模型上。外科医生或执业医生可以将数字模板312相对于计算机模型移动到期望的位置和定向（例如在股骨内和髋臼内）。在一些实施例中，建模工具304可以利用代表特定髋部部件的所选择的数字模板来虚拟地复位髋部的计算机模型，如在步骤910所指示。例如，建模工具304可以将用于假体股骨头的模板居中于用于髋臼杯的模板中。在其他实施例中，步骤910可以被省略或在其他时间执行。
如在步骤912所指示，评估工具308可以计算腿长、偏移和/或AP位置的改变。如所描述的，可以相对于一个或多个坐标系（诸如骨盆坐标系和股骨坐标系）来确定腿长、偏移和/或AP位置的改变。
再次，如由箭头914所指示，可以重复选择数字模板、将其定位在计算机模型上以及计算腿长、偏移和/或AP位置改变值的过程，这从步骤912返回到步骤908。例如，计划外科医生可以得出结论，确定的腿长、偏置和/或AP位置的改变不满足过程的目标。为了实现该目标，外科医生可以通过选择用于其他髋关节部件的数字模板、将模板叠加在计算机模型上并将它们移动到期望的位置和定向来评估这样其他髋关节部件。在其他情况下，计划外科医生可以评估多个不同的髋关节部件和/或位置或定向。此迭代设计和评估过程之后，外科医生可选定要在外科手术期间使用的髋关节部件的特定集合。
在将用于期望的髋部部件的数字模板在期望的位置和定向中叠加在计算机模型上的情况下，评估工具308可以确定骨盆或股骨上的界标与在髋部部件的一个或多个数字模板上的部分（诸如点）之间的一个或多个虚拟距离，如在步骤916所指示（图9B）。在一些实施例中，评估工具302可确定髋关节股骨柄的模板的大转子118（图1）与肩部分215（图2）之间的纵向距离。
如在步骤918所指示，计划工具306可以生成一个或多个外科手术计划，诸如外科手术计划316。外科手术计划316可以包括被选择供外科手术过程使用的特定髋部部件的标识，以及它们的计划位置和定向。外科手术计划316还可包括腿长、偏移和/或AP位置的计算的改变。外科手术计划316可以附加地包括一个或多个计算的虚拟距离。如在步骤920所指示，外科手术计划系统300可以输出外科手术计划316。例如，外科手术计划316可以被打印、保存到数据处理设备的存储器位置和/或例如通过电子邮件、文本或传真传送给接收者。然后，然后可以完成外科手术计划阶段。
图10是根据实施例的示例计划窗口1000的示意图，其可以由外科手术计划系统300的UI引擎302生成。计划窗口1000可以包括模型区域1001，该模型区域1001呈现患者的髋部的计算机模型1002的视觉描绘。髋部模型1002可以由建模工具304从为患者的髋部所接收的体积或形状数据314创建。髋部模型1002可以是表面模型，并且可以包括骨盆1004、左股骨1006和右股骨1008。右股骨1008可包括天生头部分1010、大转子1012和小转子1014。髋部模型1002可以是二维（2D）模型、三维（3D）模型或组合2D和3D模型。
图11是计划窗口1000的示意图，计划窗口1000具有叠加在髋部模型1002上的用于若干髋部部件的数字模板。例如，可以从髋部模型1002中省去右股骨1008的天生股骨头，并且可以在右股骨1008处叠加选择的髋关节股骨柄的数字模板1102。髋关节股骨柄的数字模板1102可以包括肩部分1103和颈部分1104。除了髋关节股骨柄的数字模板1102之外，股骨头的数字模板1106可以叠加在髋部模型1002上，并且髋臼杯的数字模板1108可以在髋臼处叠加在髋部模型1002上。
在一些实施例中，计划窗口1000可以包括一个或多个下拉菜单和/或选项板（未示出），可以从所述一个或多个下拉菜单和/或选项板选择用于期望的髋部部件的模板并将其添加到模型区域1001（或从模型区域1001移除）。下拉菜单和/或选项板可以例如通过产品名称或其他识别特征来识别存储在数据存储器310中的可用数字模板312。用户可以从下拉菜单和/或选项板中选择期望的模板。作为响应，可以将选择的模板的实例放置在计划窗口1000的模型区域1001中。然后，用户可以使用光标或其他用户界面元件将模板移动到相对于髋部模型1002的期望的位置和定向。一旦模板例如响应于用户输入而被定位在期望的位置和定向，则计划工具306可以将模板锁定在相对于模型1002的位置。
在一些实施例中，除了模型区域1001之外，计划窗口1000还可以包括一个或多个数据或其他显示区域，诸如计划区域1110和结果区域1112。UI引擎302可以将显示区域配置为窗口或窗格。计划区域1110可以包括供计划外科手术使用的小部件。例如，计划区域1110可以包括用于接收和/或呈现患者姓名的数据输入小部件1114、第一和第二小部件1116和1118（诸如，滑块，+和-按钮）以及数字输入框（通过该数字输入框可以分别接收和/或呈现手术前倾值和手术倾斜值），以及用于接收和/或呈现骨盆斜度值的数据输入小部件1120。计划工具306可以例如由具有患者仰卧的AP平面在CT坐标空间中的位置来计算仰卧骨盆斜度。在一些实施例中，可以输入并添加在术前估定（诸如同时双平面射线照片的横向射线照片）时所测量的站立骨盆斜度参数。这可以创建“功能”骨盆坐标空间，并且可以相对于功能坐标系而不是AP平面坐标系或者相对于外科医生可能发现有用的任何其他坐标系来测量髋臼杯角。
计划区域1110还可以包括计划标签，诸如杯计划标签1122和柄计划标签1124。在图11中图示的“柄计划”标签1124可以包括用于选择和计划柄部件的小部件。例如，“柄计划”标签1124可以包括“族”下拉框1126，用户可以通过“族”下拉框1126例如通过制造商和/或产品名称来选择柄部件的族。柄计划标签1124还可包括下拉框1127-1130，其分别用于选择假体股骨头直径、头部分长度、颈部分类型和髋关节股骨柄尺寸。取决于股骨柄部件的类型，柄计划标签1124还可包括复选框1131以指示是否正在使用减少的光斑（flare）。例如，来自Arlington, TN的MicroPort Scientific公司的Profemur Renaissance Hip StemSystem包括具有标准或减少的光斑的髋关节股骨柄部件。应当理解，其他小部件可以用于选择或识别计划的髋关节部件的特征。在一些实施例中，可以响应于在下拉框1126-1131中输入期望值来选择模板。例如，如由下拉框1127-1130中包括的值所指示，可以选择具有头部分直径为36、中等（M）头部分长度、127°中等颈部分类型以及柄尺寸为14的髋部柄。模板的实例可以被呈现在计划窗口1000的模型区域1001部分中，并且被移动到相对于髋部模型1002的期望的位置和定向。
“柄计划”标签1124还可以包括命令按钮1134，如果选择该命令按钮1134，则使得建模工具304利用用于髋臼杯和内衬的模板（如果被使用的话）虚拟地复位假体股骨头的数字模板。例如，建模工具304可以重新定位假体股骨头、颈部分和髋关节股骨柄的数字模板，使得假体股骨头居中于用于髋臼杯部件的数字模板中。
结果区域1112可以包括用于呈现一个或多个值的字段，所述一个或多个值中的至少一些可以由外科手术计划系统300针对正在准备的外科手术计划来计算。例如，结果区域1112可以包括用于呈现髋臼杯部件数据的数据字段1136，诸如所选择的杯部件的外径（OD）和内径（ID）。结果区域1112可以包括用于呈现柄部件数据的数据字段1138，所述柄部件数据诸如柄类型、颈部分长度、颈部分倾斜和假体股骨头长度。结果区域1112还可以包括用于呈现由评估工具308计算的改变值和其他数据的字段。例如，结果区域1112可以包括诸如数字显示元件的小部件，其用于呈现腿长1140、偏移1142和AP位置1144的计算的改变。结果区域1112还可以包括分别用于呈现天生股骨前倾和计划的股骨前倾的字段1146和1148。结果区域1112还可以包括其他小部件，其呈现由评估工具308计算的一个或多个虚拟距离。例如，结果区域1112可以包括用于呈现第一虚拟距离（TipGT-Impl）的字段1150（所述第一虚拟距离可以是髋部柄部件1102的肩部分1103与大转子（GT）1012之间的计算的距离），以及用于呈现第二虚拟距离（TipLT-Impl）的字段1152（所述第二虚拟距离可以是髋部柄部件1102的肩部分1103与小转子（LT）之间的计算的距离）。
应当理解，计划窗口1000（其包括在计划窗口1000中所包括的数据）可以表示外科手术计划316。
外科手术
如本文中所讨论，在外科手术期间，外科医生可以植入计划的髋部部件。外科医生还可以访问外科手术计划316。
假设在外科手术期间，距大转子29毫米的物理距离，以及距小转子11毫米的物理距离被测量。
图12是根据实施例的计划窗口1000的示意图。在该图中，髋关节股骨柄的数字模板1102被重新定位以匹配外科手术期间测量的（一个或多个）物理距离。例如，相对于股骨1008向下移动股骨柄的数字模板1102，使得股骨柄的肩部分1103现在距大转子1012 29mm，而距小转子11mm，由此与外科手术期间测量的物理距离匹配。评估工具308可以在字段1202和1204处呈现这些新距离。在柄的数字模板1102移动到该新位置的情况下，评估工具308可以计算腿长、偏移和AP位置的新的改变值，例如分别为5.8mm、0.9mm和2.1mm。如分别在字段1206、1208和1210处所指示的，这些新的改变值可以被呈现在计划窗口1000的结果区域1112中。
如所描述的，外科医生可以确定这些新计算的值是否满足为过程设定的目标。如果是这样，则可以在当前位置对髋关节股骨柄进行外科手术过程。如果不是这样，例如，如果腿长、偏移和/或AP位置的新计算的值中的一个或多个不可接受，则外科医生可能会输入计划更新阶段。例如，对于大多数患者而言，10mm或更多的腿长改变通常不是最佳的。
例如，假设外科医生想要评估例如短颈部分，而不是如计划的中等颈部分。外科医生或助手可以选择对应的数字模板，并将其叠加在髋部模型1002上。
图13是根据实施例的计划窗口1000的示意图。计划窗口1000包括模型区域1001中的髋部模型1002。在该实施例中，代替了计划的中等长度的颈部分1104（图11），呈现了具有短颈部分1304的髋关节股骨柄的数字模板1302。例如，如由下拉框1306、1308、1310和1312中呈现的值所指示，外科医生可以选择具有短的（S）头部分长度、127°短颈部分类型、柄尺寸为14且减少的光斑的髋部柄以用于例如评估。可以在结果区域1112的数据字段1314中呈现关于选择用于评估的新髋部柄的信息。如所描述的，外科医生可以将用于新髋部柄1302的（一个或多个）模板在期望的位置和定向放置在患者的髋部的模型1002。评估工具308可以计算用于新髋部柄1302的腿长、偏移和AP改变值，并且分别在字段1316、1318和1320处呈现这些改变值。评估工具308还可以为新髋部柄1302计算一个或多个虚拟距离，并将其呈现在字段1322和1324处。如果为新髋部柄1302计算的腿长、偏移和AP改变值满足外科手术的一个或多个目标，则外科医生可以植入与该新髋部柄对应的物理部件。
替代地或附加地，外科医生可能希望评估其他部件，诸如长颈部分。外科医生或助手可以选择对应的数字模板，并将其叠加在髋部模型1002上。
图14是根据实施例的计划窗口1000的示意图。计划窗口1000包括模型区域1001中的髋部模型1002。在该实施例中，呈现了具有长颈部分1402的髋关节股骨柄的数字模板1402。例如，如由下拉框1406、1408、1410和1412中呈现的值所指示，外科医生可以选择具有长的（L）头部分长度、127°长颈部分类型、柄尺寸为14且减少的光斑的髋部柄以用于例如评估。可以在结果区域1112的数据字段1414中呈现关于选择用于评估的新髋部柄的信息。如所描述的，外科医生可以将用于新髋部柄1402的（一个或多个）模板在期望的位置和定向放置在患者的髋部的模型1002处。评估工具308可以计算新髋部柄1402的腿长、偏移和AP改变值，并且分别在字段1416、1418和1420处呈现这些改变值。评估工具308还可以为新髋部柄1402计算一个或多个虚拟距离，并将其呈现在字段1422和1424处。如果针对新髋部柄1402计算的腿长、偏移和AP改变值满足外科手术的一个或多个目标，则外科医生可以植入与该新髋部柄对应的物理部件。
应当理解的是，图11-图14仅用于说明性目的，并且仅代表三种可能的设计替代方案。外科医生还可以或替代地评估不同的设计替代方案，诸如不同的颈部分类型、颈部分角度等。例如，虽然图11-图14图示了具有短的、中等和长的头部分长度的髋部柄，但髋部柄的一些族可能仅在短的和长的头部分长度中可用。关于头部分，它们可能在短的、中等、长的、超长的和超超长的尺寸中可用。可能是可用的其他头部分尺寸为-4、0、4、8和12mm。柄在标准、偏移和高偏移尺寸中可能是可用的，在这种情况下，颈部分可能不会被角度本身改变，但是颈部分可以在不增加长度的情况下提供纯粹偏移的增加。例如，可用的尺寸可能是8mm的笔直侧面。应当理解的是，本公开可以与任何尺寸、配置和/或形状的模板和物理髋部部件一起使用。
在一些实施例中，计划窗口可以使用体积和形状数据的2D视图以及计算机模型两者。例如，可以使用体积和形状数据的2D视图来执行股骨部件的计划和评估，同时可以使用髋部的计算机模型来执行髋臼部件的计划和评估。
髋部部件的模板上的数字化点
在一些实施例中，评估工具308可以利用在髋部部件的模板上标记的一个或多个点来计算虚拟距离。例如，用户可以引导建模工具304打开用于髋部部件的模板文件。然后，用户可以在模板上标记一个或多个点。当计算虚拟距离（例如在模板上的标记点与大转子和/或小转子之间的虚拟距离）时，评估工具308可以利用这些点。
图16是根据实施例的髋关节股骨柄的示例计算机辅助设计（CAD）绘图的示意图。可以通过建模工具304在编辑器窗口1600中打开CAD绘图。编辑器窗口1600可以包括绘图区域1602和数据区域1604。建模工具304可以在绘图区域1602中呈现髋关节股骨柄的三维（3D）模型1606。数据区域1604可以包括用户界面元件，其用于接收和/或呈现关于在绘图区域1602中图示的髋关节股骨柄的信息。例如，数据区域1604可以包括数据输入字段1608，其用于接收和/或呈现与髋关节股骨柄的植入物类型有关的信息，例如“长-直”。数据区域1604可以进一步包括另一个数据输入字段1610，其用于接收和/或呈现与髋关节股骨柄的柄尺寸有关的信息，例如“01”。可以在编辑器窗口1600中提供一个或多个在1612处指示的控件。控件1612可以用于操纵如何在绘图区域1602中渲染3D模型1606。例如，除了其他操作之外，控件1612可以用于旋转、移动3D模型1606以及调整3D模型1606的大小。
用户可以在3D模型1606上标记点，然后可以例如在计算到大转子和/小转子的虚拟距离时由计划工具306使用该标记点。例如，3D模型可以包括颈部分1614，并且颈部分1614可以包括肩部分1616。用户可以在3D模型1606的肩部分上标记点1618。建模工具304可以捕获点1618的坐标，例如在3D模型1606的坐标系中点1618的x、y、z坐标。点1618的标记可以被称为3D模型1606上的数字化点。在一些实施例中，用户可以在3D模型1606上标记附加点。例如，用户可以在3D模型1606上标记另一点1620。
如果在髋部过程的计划阶段中使用了3D模型1606，则计划工具306在计算到大转子和/或小转子的虚拟距离时可以利用标记点，例如肩部分1616上的点1618。在一些实施例中，计划工具306和/或建模工具304可以将标记点1618的坐标从3D模型1606的局部坐标系转换为为骨盆和/或为股骨建立的坐标系。
应当理解，点可以类似地标记在用于其他髋部部件的3D模型上和/或在其他模板（诸如髋部部件的2D模板）上。
示例数据处理设备
图15是根据实施例的示例数据处理设备1500的示意图。数据处理设备1500可以包括一个或多个处理器或其他处理逻辑，诸如中央处理单元（CPU）1502、主存储器1504、一个或多个存储设备（诸如磁盘驱动器1506）、可移动介质驱动器1508以及由一个或多个总线（诸如系统总线1512）互连的一个或多个网络接口卡（NIC）1510。主存储器1504可以存储多个程序、库或模块，诸如操作系统1514，以及在操作系统1514的顶部上运行的一个或多个应用，诸如外科手术计划系统300。可移动介质驱动器1508可以被配置成接受和读取计算机可读介质1518，诸如CD、DVD、软盘、固态驱动器、磁带、闪速存储器或其他介质。可移动介质驱动器1508可以进一步被配置成写到计算机可读介质1518。
数据处理设备1500还可包括用户输入/输出（I/O）1520和/或可由用户输入/输出（I/O）1520可访问。用户I/O 1520可以包括键盘1522、诸如鼠标1524的定点设备和显示器1526中的一个或多个。应当理解，可以提供其他或附加的用户I/O，诸如触摸屏、触摸板、笔等。
合适的数据处理设备包括服务器、个人计算机（PC）、工作站、膝上型计算机、掌上计算机、智能电话、平板计算机等。
除了其他之外，合适的操作系统1514包括来自Redmond, WA的Microsoft公司的Windows系列操作系统、Linux操作系统、来自Cupertino, CA的Apple公司的MAC OS®系列操作系统和UNIX®系列操作系统。
应当理解，图15的数据处理设备1500仅用于说明性目的，并且本公开可以与其他数据处理设备、计算机系统、处理系统或计算设备一起使用。
实施例的前述描述旨在提供说明和描述，但并不旨在穷举或将本发明限制为所公开的精确形式。根据以上教导，修改和变化是可能的，或者可以从本发明的实践中获得修改和变化。例如，尽管以上已经关于流程图描述了一系列动作，但是在其他实现中可以修改动作的顺序。此外，可以并行地执行非依赖性动作。另外，除非另有说明，否则本文中所使用的术语“用户”旨在被广义地解释为包括例如计算机或数据处理系统或者计算机或数据处理系统的用户。
此外，本发明的某些实施例可以被实现为执行一个或多个功能的逻辑。该逻辑可以是基于硬件、基于软件或基于硬件和基于软件的组合。某些或所有逻辑可以存储在一个或多个有形的非暂时性计算机可读存储介质中，并且可以包括可由计算机或数据处理系统（诸如服务器系统102）执行的计算机可执行指令。所述计算机可执行指令可以包括实现本发明的一个或多个实施例的指令。有形的非暂时性计算机可读存储介质可以是易失性的或非易失性的，并且可以包括例如闪速存储器、动态存储器、可移动磁盘和不可移动磁盘。
除非同样地明确描述，否则本文中使用的任何元件、动作或指令都不应被解释为对本发明是关键或必要的。另外，如本文中所使用，冠词“一”旨在包括一个或多个项目。在仅意图一个项目的情况下，使用术语“一个”或类似语言。此外，除非另有明确说明，否则短语“基于”旨在表示“至少部分地基于”。
前面的描述已经针对本发明的具体实施例。然而，显而易见的是，可以对描述的实施例做出其他变化和修改，同时达到它们的某些或全部优点。因此，所附权利要求的目的是覆盖落入本公开的真实精神和范围内的所有这样的变化和修改。

Claims (14)

1.一种数据处理设备，包括：
用于在显示屏上显示髋部的至少部分的视图的装置；
用于将髋部部件模板叠加在显示的髋部的至少部分的视图上的装置；
用于将所述髋部部件模板定位在相对于所述髋部的至少部分的计划位置的装置；
用于在所述髋部部件模板定位在所述计划位置的情况下，确定所述髋部腿长、偏移或前后AP位置中的至少一个的计划改变的装置，其中所述计划改变是基于叠加在所述显示的髋部的至少部分的视图上的所述髋部部件模板；
用于在所述髋部部件模板定位在所述计划位置的情况下，确定所述显示的髋部的至少部分的视图上的解剖界标与所述髋部部件模板上的位置之间的虚拟距离的装置，所述位置在所述髋部部件上；
用于输出所述计划改变和所述虚拟距离的装置；
用于接收与所述解剖界标对应的髋部物理界标和与所述髋部部件模板上的位置对应的物理髋部部件上的位置之间的物理距离的装置，所述物理距离不同于所述虚拟距离；
用于确定所述腿长、所述偏移或所述前后AP位置中的至少一个的更新改变值的装置，其中所述更新改变值是基于重新定位以匹配所述物理距离的所述髋部部件模板；以及
用于输出所述腿长、所述偏移或所述前后AP位置中的至少一个的更新改变值的装置。
2.根据权利要求1所述的数据处理设备，其中所述髋部部件模板代表以下项中的至少一项：
髓针；
髋关节股骨柄；
假体颈部分；
假体股骨头；
髋臼杯；或
髋臼内衬。
3.根据权利要求1或2所述的数据处理设备，其中所述髋部部件模板代表髋部柄部件。
4.根据权利要求3所述的数据处理设备，其中所述解剖界标是大转子或小转子，并且所述髋部部件模板上的位置是所述髋部柄部件的肩部分。
5.根据权利要求1所述的数据处理设备，其中所述显示的髋部的至少部分的视图是二维的（2D）或三维的（3D）。
6.根据权利要求1所述的数据处理设备，其中所述显示的髋部的至少部分的视图包括三维的（3D）模型。
7.根据权利要求1所述的数据处理设备，其中确定所述更新改变值是实时执行的。
8.根据权利要求1所述的数据处理设备，还包括：
用于将第二髋部部件的第二模板叠加在所述显示的髋部的至少部分的视图上或者在所述髋部的至少部分的第二视图上以用于评估所述第二髋部部件的装置；
用于确定所述腿长、所述偏移或所述前后AP位置中的至少一个的修正改变值的装置，其中所述修正改变值基于利用第二髋部部件的第二模板替换所述髋部部件模板，所述第二髋部部件的第二模板不同于所述髋部部件模板；以及
用于输出所述修正改变值的装置。
9.根据权利要求8所述的数据处理设备，还包括：
用于确定所述显示的髋部的至少部分的视图上的或所述髋部的至少部分的第二视图上的所述解剖界标与所述第二髋部部件的第二模板上的位置之间的修正的虚拟距离的装置；以及
用于输出所述修正的虚拟距离的装置。
10.一种计算机可读介质，其包括指令，所述指令在由计算机执行时使得所述计算机执行如下步骤：
在显示屏上显示髋部的至少部分的视图；
将髋部部件模板叠加在显示的髋部的至少部分的视图上；
将所述髋部部件模板定位在相对于所述髋部的至少部分的计划位置；
在所述髋部部件模板定位在所述计划位置的情况下，确定所述髋部腿长、偏移或前后AP位置中的至少一个的计划改变，其中所述计划改变基于叠加在所述显示的髋部的至少部分的视图上的髋部部件模板；
在所述髋部部件模板定位在所述计划位置的情况下，确定所述显示的所述髋部的至少部分的视图上的解剖界标与所述髋部部件模板上的位置之间的虚拟距离，所述位置在所述髋部部件上；
输出所述计划改变和所述虚拟距离；
接收与所述解剖界标对应的髋部的物理界标和与所述髋部部件模板上的位置对应的物理髋部部件上的位置之间的物理距离，所述物理距离不同于所述虚拟距离；
确定所述腿长、所述偏移或所述前后AP位置中的至少一个的更新改变值，其中所述更新改变值基于重新定位以匹配所述物理距离的所述髋部部件模板；以及
输出所述腿长、所述偏移或所述前后AP位置中的至少一个的更新改变值。
11.一种数据处理设备，包括：
存储器，其存储髋部部件的多个模板；
第一显示器；以及
一个或多个处理器，其耦合到所述存储器和所述显示器，所述一个或多个处理器被配置成：
在所述第一显示器上显示髋部的至少部分的视图；
将来自所述存储器的髋部部件模板叠加在显示的髋部的至少部分的视图上；
将所述髋部部件模板定位在相对于所述髋部的至少部分的计划位置；
在所述髋部部件模板定位在所述计划位置的情况下，确定所述髋部腿长、偏移或前后AP位置中的至少一个的计划改变，其中所述计划改变基于叠加在所述显示的髋部的至少部分的视图上的所述髋部部件模板；
在所述髋部部件模板定位在所述计划位置的情况下，确定所述显示的髋部的至少部分的视图上的解剖界标与所述髋部部件模板上的位置之间的虚拟距离，所述位置在所述髋部部件上；
在所述显示器上输出所述计划改变和所述虚拟距离；
接收与所述解剖界标对应的髋部的物理界标和与所述髋部部件模板上的位置对应的物理髋部部件上的位置之间的物理距离，所述物理距离不同于所述虚拟距离；
确定所述腿长、所述偏移或所述前后AP位置中的至少一个的更新改变值，其中所述更新改变值基于重新定位的以匹配所述物理距离而对所述髋部部件模板；以及
在所述第一显示器上或在第二显示器上输出所述腿长、所述偏移或所述前后AP位置中的至少一个的所述更新改变值。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述髋部部件模板表示髋部柄部件，以及所述解剖界标是大转子或小转子，并且所述髋部部件模板上的位置是所述髋部柄部件的肩部分。
13.根据权利要求11和12中任一项所述的设备，其中所述一个或多个处理器还被配置成：
在所述第一显示器或所述第二显示器上，将第二髋部部件的第二模板叠加在所述显示的髋部的至少部分的视图上或者在所述髋部的至少部分的第二视图上以用于评估所述第二髋部部件；
确定所述腿长、所述偏移或所述前后AP位置中的至少一个的修正改变值，其中所述修正改变值基于利用所述第二髋部部件的第二模板替换所述髋部部件模板，所述第二髋部部件的第二模板不同于所述髋部部件模板；以及
在所述第一显示器上或所述第二显示器上输出所述修正改变值。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述一个或多个处理器还被配置成：
确定所述显示的髋部的至少部分的视图上的或所述髋部的至少部分的第二视图上的所述解剖界标与所述第二髋部部件的第二模板上的位置之间的修正的虚拟距离；以及
在所述第一显示器上或所述第二显示器上输出所述修正的虚拟距离。
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