CN113576665A - 用于在手术中进行螺钉规划的装置、方法和系统 - Google Patents

用于在手术中进行螺钉规划的装置、方法和系统 Download PDF

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CN113576665A CN202110931521.9A CN202110931521A CN113576665A CN 113576665 A CN113576665 A CN 113576665A CN 202110931521 A CN202110931521 A CN 202110931521A CN 113576665 A CN113576665 A CN 113576665A
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D·梅尔基尔
O·罗文
D·尤尼奥
A·埃尔曼
L·克莱曼
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Mazor Robot GmbH
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Abstract

一种装置包括至少一个处理器和存储器，所述存储器包含在由所述至少一个处理器执行时使得所述至少一个处理器进行以下操作的指令：基于身体内脊柱的至少一个图像生成一组可能的螺钉姿态，用于在手术过程期间将至少一个螺钉植入所述脊柱；基于与所述手术过程相关联的至少一个考虑因素评估每个可能的螺钉姿态；基于所述评估从所述一组可能的螺钉姿态中选择至少一个螺钉姿态；并且将所选的至少一个螺钉姿态的指示输出到用户界面。

Description

用于在手术中进行螺钉规划的装置、方法和系统
技术领域
本公开技术大体上涉及用于在例如脊柱手术之类的手术中进行螺钉规划的装置、系统和方法。
背景技术
手术机器人可以辅助外科医生或其它医疗提供者执行手术过程，或者可以自主完成一个或多个手术过程。一些手术(例如，脊柱融合手术)涉及将一个或多个螺钉放入解剖结构的骨结构中。
发明内容
本公开的示例方面包含：
一种根据本公开的至少一个实施例的装置包括至少一个处理器和存储器，所述存储器包含在由所述至少一个处理器执行时使得所述至少一个处理器进行以下操作的指令：基于身体内脊柱的至少一个图像生成一组可能的螺钉姿态，用于在手术过程期间将至少一个螺钉植入所述脊柱；基于与所述手术过程相关联的至少一个考虑因素评估每个可能的螺钉姿态；基于所述评估从所述一组可能的螺钉姿态中选择至少一个螺钉姿态；并且将所选的至少一个螺钉姿态的指示输出到用户界面。
在本文的任何方面，其中所述指令包含在由所述至少一个处理器执行时使得所述至少一个处理器基于所述所选的至少一个螺钉姿态控制机械臂的指令。
在本文的任何方面，其中所述指令包含在由所述至少一个处理器执行时使得所述至少一个处理器通过对所述脊柱的至少一个三维图像进行分割来生成所述至少一个图像的指令。
在本文的任何方面，其中所述至少一个考虑因素包含与所述手术过程的安全性有关的一个或多个考虑因素。
在本文的任何方面，其中所述至少一个考虑因素包含以下各项中的一个或多个：避免刮削考虑因素、避免破坏考虑因素、软组织压力考虑因素、关于手术工具与所述身体中至少一个解剖元素的可能碰撞的避免碰撞考虑因素、能达性、植入凸出(proudness)，和/或切口大小考虑因素。
在本文的任何方面，其中所述至少一个考虑因素包含不与所述手术过程的安全性有关的一个或多个考虑因素。
在本文的任何方面，其中所述一个或多个考虑因素包含执行所述手术过程的外科医生的至少一个手术偏好。
在本文的任何方面，其中所述至少一个螺钉包含多个螺钉，并且其中所述所选的至少一个螺钉姿态包含所述多个螺钉中的每个螺钉的所选的螺钉姿态。
在本文的任何方面，其中所述至少一个考虑因素涉及杆与所述多个螺钉中的至少两个螺钉的对齐，其中所述至少两个螺钉以机械方式联接到所述杆。
在本文的任何方面，其中所述评估包含基于所述至少一个考虑因素对所述可能的螺钉姿态中的每个螺钉姿态进行评分，并且其中基于所述评分选择所述所选的至少一个螺钉姿态。
在本文的任何方面，其中所述至少一个考虑因素包含多个考虑因素，所述多个考虑因素涉及以下各项中的至少一个：所述手术过程的安全性、执行所述手术过程的外科医生的偏好，或杆与所述至少一个螺钉的期望对齐。
在本文的任何方面，其中对所述多个考虑因素中的至少一个考虑因素进行加权。
根据本公开的至少一个实施例，一种系统包括用户界面；至少一个处理器；以及存储器，其包含在由所述至少一个处理器执行时使得所述至少一个处理器进行以下操作的指令：基于身体内脊柱的至少一个图像生成一组可能的螺钉姿态，用于在手术过程期间将至少一个螺钉植入所述脊柱；基于与所述手术过程相关联的至少一个考虑因素评估每个可能的螺钉姿态；基于所述评估从所述一组可能的螺钉姿态中选择至少一个第一螺钉姿态；并且将所选的至少一个螺钉姿态的指示输出到所述用户界面。
在本文的任何方面，其中所述指令包含使得所述至少一个处理器基于所接收的输入调整所选的至少一个第一螺钉姿态的指令。
在本文的任何方面，其中所述所接收的输入包含执行所述手术过程的手术偏好。
在本文的任何方面，其中所述指令包含使得所述至少一个处理器进行以下操作的指令：响应于从外科医生接收到的输入，放弃所述所选的至少一个第一螺钉姿态；响应于放弃所述至少一个第一螺钉姿态，从所述一组可能的螺钉姿态中自动选择至少一个第二螺钉姿态；并且将所选的至少一个第二螺钉姿态的指示输出到所述用户界面。
在本文的任何方面，进一步包括：机械臂，其中所述指令包含使得所述至少一个处理器进行以下操作的指令：接收所述所选的至少一个第二螺钉姿态是可接受的指示；并且基于所述所选的至少一个第二螺钉姿态控制机械臂。
在本文的任何方面，其中所述机械臂被控制以根据所述所选的至少一个第二螺钉姿态将所述至少一个螺钉植入所述脊柱。
在本文的任何方面，其中所述至少一个考虑因素包含涉及以下各项中的至少一个的考虑因素：所述手术过程的安全性、执行所述手术过程的外科医生的偏好或杆与所述至少一个螺钉的期望对齐。
一种根据本公开的至少一个实施例的方法包括：基于身体内脊柱的至少一个分割图像生成一组可能的螺钉姿态，用于在手术过程期间将至少一个螺钉植入所述脊柱；基于与所述手术过程相关联的至少一个考虑因素评估每个可能的螺钉姿态；基于所述评估从所述一组可能的螺钉姿态中选择至少一个第一螺钉姿态；并且将所选的至少一个螺钉姿态的指示输出到用户界面。
任何方面与任何一个或多个其它方面结合。
本文公开了任何一个或多个特征。
本文基本上公开了任何一个或多个特征。
本文基本上公开的任何一个或多个特征与本文基本上公开的任何一个或多个其它特征组合。
所述方面/特征/实施例中的任一个与任何一个或多个其它方面/特征/实施例组合。
使用本文公开的任何一个或多个方面或特征。
应了解，本文所描述的任何特征可与如本文所描述的任何其它特征组合来要求保护，而不管特征是否来自同一所描述的实施例。
下文在附图和说明书中阐述本公开的一个或多个方面的细节。本公开中描述的其它特征、目的和优点将根据描述和附图并且根据权利要求书而显而易见。
短语“至少一个”、“一个或多个”以及“和/或”是在操作中具有连接性和分离性两者的开放式表述。例如，表达“A、B以及C中的至少一个”、“A、B或C中的至少一个”、“A、B以及C中的一个或多个”、“A、B或C中的一个或多个”以及“A、B和/或C”中的每一个意指仅A、仅B、仅C、A与B一起、A与C一起、B与C一起，或A、B与C一起。当上述表达中的A、B以及C中的每一个都指代一个元素，例如X、Y以及Z或例如X1-Xn、Y1-Ym以及Z1-Zo之类的一类元素时，短语意指选自X、Y以及Z的单个元素、选自同一类的元素(例如X1和X2)的组合以及选自两个或更多类的元素(例如Y1和Zo)的组合。
术语“一(a)”或“一个(an)”实体指代所述实体中的一个或多个。因此，术语“一”(或“一个”)、“一个或多个”和“至少一个”在本文中可以互换使用。还应注意，术语“包括”、“包含”、以及“具有”可以互换使用。
前述是本公开的简化概述以提供对本公开的一些方面的理解。此概述不是对本公开及其各个方面、实施例和配置的广泛或详尽的概述。其目的既不是标识本公开的关键或重要元素，也不是描绘本公开的范围，而是以简化的形式呈现本公开的所选概念，作为对下文呈现的更详细描述的介绍。如应了解，本公开的其它方面、实施例和配置可能单独或以组合方式使用上文所阐述或下文详细描述的特征中的一个或多个。
在考虑下文提供的实施例描述之后，本发明的许多额外特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。
附图说明
为了说明本公开的若干示例，将附图并入说明书中并且形成说明书的部分。这些附图与说明书一起解释了本公开的原理。附图简单地示出了如何得到和使用本公开的优选和替代示例，并且不应被解释为将本公开仅限于所示出和所描述的示例。如下面引用的附图所示，通过以下对本公开的各个方面、实施例和配置的更详细的描述，进一步的特征和优点将变得显而易见。
图1是根据本公开的至少一个实施例的系统的框图；
图2是根据本公开的至少一个实施例的流程图；并且
图3是根据本公开的至少一个实施例的流程图。
具体实施方式
应理解，本文公开的各个方面可以与说明书和附图中具体呈现的组合不同的组合进行组合。还应理解，取决于示例或实施例，本文所描述的任何过程或方法的某些动作或事件可以不同的顺序执行，和/或可以被添加、合并或完全省略(例如，根据本公开的不同实施例，执行所公开技术可能不需要所有描述的动作或事件)。另外，出于清晰的目的，虽然本公开的某些方面被描述为由单个模块或单元来执行，但是应理解，本公开的技术可以由与例如计算装置和/或医疗装置相关联的单元或模块的组合来执行。
在一个或多个示例中，可以硬件、软件、固件或其任何组合来实施所描述的方法、过程以及技术。如果以软件实施，则可以将功能以一个或多个指令或代码的形式存储在计算机可读介质上并且可以由基于硬件的处理单元执行功能。计算机可读介质可以包含非暂时性计算机可读介质，其与有形介质相对应，如数据存储介质(例如，RAM、ROM、EEPROM、闪速存储器或可以用于存储呈指令或数据结构形式的期望程序代码并且可以由计算机访问的任何其它介质)。
指令可以由一个或多个处理器执行，例如一个或多个数字信号处理器(DSP)、通用微处理器(例如，英特尔酷睿i3、i5、i7或i9处理器；英特尔赛扬处理器；英特尔至强处理器；英特尔奔腾处理器；锐龙(AMD Ryzen)处理器；速龙(AMD Athlon)处理器；羿龙(AMDPhenom)处理器；苹果A10或10X融合处理器；苹果A11、A12、A12X、A12Z或A13仿生处理器；或任何其它通用微处理器)、图形处理单元(例如，英伟达精视(Nvidia GeForce)RTX 2000系列处理器、英伟达精视RTX 3000系列处理器、显卡驱动(AMD Radeon)RX 5000系列处理器、显卡驱动RX 6000系列处理器或任何其它图形处理单元)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)或其它等效的集成或离散逻辑电路。因此，如本文所使用的术语“处理器”可以指代任何前述结构或者适合于所描述的技术的实施方案的任何其它物理结构。而且，所述技术可完全实施于一个或多个电路或逻辑元件中。
在详细地解释本公开的任何实施例之前，应当理解，本公开在其应用方面不限于以下描述中阐述的或附图中示出的构造细节和组件布置。本公开能够具有其它实施例并且能够以各种方式实践或执行。而且，应理解，本文中所使用的措词和术语是出于描述的目的且不应被视为是限制性的。本文中使用“包含”和“包括”或“具有”及其变体意图涵盖其后列出的项目及其等效物以及额外项目。此外，本公开可以使用示例来说明其一个或多个方面。除非另外明确陈述，否则使用或列出一个或多个示例(其可由“例如”、“以示例的方式”、“例如(e.g.)”、“例如(such as)”或类似语言来表示)并非意图且不限制本公开的范围。
脊柱螺钉的机器人插入可能对影响过程可重复性和/或安全性的几个参数或考虑因素敏感。这些参数或考虑因素包含，例如，刮削的可能性、螺钉破坏脊柱敏感区域的可能性、解剖结构内软组织压力的影响、手术期间可能的解剖结构/工具碰撞、能达性、植入凸出，和/或用于手术的皮肤切口的大小。本公开的实施例为与以安全和可预测的方式在解剖结构内植入螺钉相关的问题提供了技术解决方案，其中此类植入在有或没有机器人辅助的情况下执行。例如，本发明概念涉及改进或优化用于手术过程的螺钉规划，其可减少或最小化采用机器人手术的学习曲线、增加过程的可预测性、限制临床并发症和/或改善手术结果。在至少一个示例实施例中，对进行螺钉植入的解剖结构的一个或多个图像进行分割，并且基于所分割图像、上文所提及的考虑因素和/或执行或监督手术过程的外科医生的偏好确定可能的螺钉姿态。在一些情况下，外科医生能够调整已规划的螺钉姿态，在此情况下，系统会提供对调整的潜在影响的即时反馈。
在至少一个示例实施例中，对脊柱的一个或多个3D图像进行骨骼分割处理，以产生标识并且标注脊柱的各个骨骼的3D分割图像，所述3D分割图像可用于确定将螺钉植入脊柱的可能的螺钉姿态。如上文和下文所述，可以根据一个或多个考虑因素或参数来评估每个可能的螺钉姿态，所述一个或多个考虑因素或参数可包含刮削的可能性、螺钉破坏脊柱敏感区域的可能性、解剖结构内软组织压力的影响、手术期间可能的解剖结构/工具碰撞、能达性、植入凸出，和/或用于手术的皮肤切口的大小。
鉴于本公开，应了解，至少一个示例实施例涉及导入患者脊柱的计算机断层扫描(CT)图像并且对CT图像执行骨骼分割算法的系统。如果分割不成功，则所述方法禁用螺钉规划功能并且结束。然而，如果分割成功，则所述方法可以继续进行以产生每椎弓根一个初始的螺钉姿态建议。然后，在为每个椎弓根寻找可能的解决方案之前，使用者或外科医生的偏好可以应用于初始的螺钉姿态建议。在获得针对每个椎弓根的可能解决方案之后，所述方法可对每个解决方案进行通过/不通过检查，以从可能的解决方案列表中移除无效解决方案(其中无效解决方案包含不满足最小阈值或违反手术过程的一个或多个规则的解决方案)。此后，所述方法可以包含对每个螺钉的所有有效解决方案进行优先排序或评分，其中有效解决方案是确定为‘通过’的解决方案。在优先排序之后，所述方法可以为每个螺钉选择最佳解决方案，这可能包含关于以机械方式联接到螺钉的杆的曲率的考虑因素。最后，所述方法可包含显示每个螺钉的方案以供使用者审查和/或批准。
首先转向图1，示出了根据本公开的至少一个实施例的系统100的框图。系统100可用于辅助规划用于植入解剖结构的螺钉姿态和/或执行本文所公开的一种或多种方法的一个或多个其它方面。系统100包括计算装置102、一个或多个成像装置112、机器人114、导航系统118、数据库130和/或云或其它网络134。根据本公开的其它实施例的系统可以包括比系统100更多或更少的组件。例如，系统100可以不包含成像装置112、机器人114、导航系统118、计算装置102中的一个或多个组件、数据库130和/或云134。
计算装置102包括处理器104、存储器106、通信接口108和用户界面110。根据本公开的其它实施例的计算装置可以包括比计算装置102更多或更少的组件。
计算装置102的处理器104可以是本文所描述的任何处理器或任何类似的处理器。处理器104可以被配置成执行存储在存储器106中的指令，所述指令可以使得处理器104使用或基于从成像装置112、机器人114、导航系统118、数据库130和/或云134接收的数据来执行一个或多个计算步骤。
存储器106可以是或包括RAM、DRAM、SDRAM、其它固态存储器、本文所描述的任何存储器，或用于存储计算机可读数据和/或指令的任何其它有形的非暂时性存储器。存储器106可以存储用于完成例如本文所描述的方法200和300或任何其它方法的任何步骤的信息或数据。存储器106可以存储例如一个或多个图像处理算法120、一个或多个分割算法122、一个或多个转换算法124、一个或多个配准算法128和/或一个或多个螺钉规划算法132(例如，参见图2和3)。在一些实施例中，此类指令或算法可被组织成一个或多个应用、模块、包、层或引擎。算法和/或指令可以使得处理器104操控存储在存储器106中的和/或从或经由成像装置112、机器人114、数据库130和/或云134接收的数据。
计算装置102还可以包括通信接口108。通信接口108可用于从外部源(例如成像装置112、机器人114、导航系统118、数据库130、云134和/或不是系统100的部分的任何其它系统或组件)接收数据或信息，和/或用于将指令、图像或其它信息传输到外部系统或装置(例如，另一计算装置102、成像装置112、机器人114、导航系统118、数据库130、云134和/或不是系统100的部分的任何其它系统或组件)。通信接口108可以包括一个或多个有线接口(例如，USB端口、以太网端口、火线端口)和/或一个或多个无线收发器或接口(被配置成例如经由例如802.11a/b/g/n、蓝牙、NFC、紫峰等一个或多个无线通信协议传输和/或接收信息)。在一些实施例中，通信接口108可用于使装置102能够与一个或多个其它处理器104或计算装置102进行通信，无论是减少完成计算机密集任务所需的时间还是出于任何其它原因。
计算装置102还可以包括一个或多个用户界面110。用户界面110可以是或包括键盘、鼠标、轨迹球、监测器、电视、屏幕、触摸屏和/或用于从用户接收信息和/或用于向用户提供信息的任何其它装置。用户界面110可用于例如接收关于本文所描述的任何方法的任何步骤的用户选择或其它用户输入。尽管如此，本文所描述的任何方法的任何步骤的任何所需输入可由系统100(例如，由处理器104或系统100的另一组件)自动生成或由系统100从系统100外部的源接收。在一些实施例中，用户界面110可用于允许外科医生或其它用户根据本公开的一个或多个实施例修改待由处理器104执行的指令，和/或修改或调整显示在用户界面110上或与其相对应的其它信息的设置。
尽管用户界面110被示为计算装置102的部分，但是在一些实施例中，计算装置102可以使用与计算装置102的一个或多个其余组件分开容纳的用户界面110。在一些实施例中，用户界面110可位于计算装置102的一个或多个其它组件附近，而在其它实施例中，用户界面110可位于远离计算机装置102的一个或多个其它组件的位置。
成像装置112可用于对解剖特征(例如，骨骼、静脉、组织等)和/或患者解剖结构的其它方面进行成像以产生图像数据(例如，描绘或对应于骨骼、静脉、组织等的图像数据)。本文所使用的“图像数据”指代由成像装置112生成或捕获的数据，包含呈机器可读形式、图形/视觉形式和呈任何其它形式的数据。在不同示例中，图像数据可包括与患者的解剖特征或其一部分相对应的数据。图像数据可以是或包括手术前图像、手术期间图像、手术后图像、或独立于任何手术过程拍摄的图像。在一些实施例中，第一成像装置112可用于在第一时间获得第一图像数据(例如，第一图像)，并且第二成像装置112可用于在第一时间之后的第二时间获得第二图像数据(例如，第二图像)。成像装置112能够拍摄2D图像或3D图像以生成图像数据。成像装置112可以是或包括例如超音波扫描仪(其可以包括例如物理上分离的换能器和接收器，或单个超音波收发器)、O形臂、C形臂、G形臂或使用基于X射线成像的任何其它装置(例如，荧光镜、CT扫描仪或其它X射线机)，磁共振成像(MRI)扫描仪、光学相干层析成像(OCT)扫描仪、内窥镜、显微镜、光学摄像机、热成像摄像机(例如，红外摄像机)、雷达系统(其可包括例如传输器、接收器、处理器和一个或多个天线)，或任何其它适于获得患者解剖特征的图像的成像装置112。成像装置112可以完全包含在单个外壳内，或可以包括在单独外壳中或以其它方式物理分离的传输器/发射器和接收器/检测器。
在一些实施例中，成像装置112可以包括多于一个的成像装置112。例如，第一成像装置112可以提供第一图像数据和/或第一图像，并且第二成像装置112可以提供第二图像数据和/或第二图像。在又其它实施例中，同一成像装置可用于提供第一图像数据和第二图像数据两者和/或本文所描述的任何其它图像数据。成像装置112可用于生成图像数据流。例如，成像装置112可以被配置成使用打开的快门操作，或者使用在打开与关闭之间连续交替的快门操作，以便捕获连续的图像。出于本公开的目的，除非另外规定，否则如果图像数据表示每秒两个或更多个帧，则可以将图像数据视为连续的和/或提供为图像数据流。
导航系统118可在操作期间为外科医生和/或手术机器人提供导航。导航系统118可以是任何已知的或未来开发的导航系统，包含例如美敦力公司StealthStationTM S8手术导航系统或其任何后续系统。导航系统118可以包含一个或多个摄像机或其它传感器，用于跟踪操作室或系统100的部分或全部所在的其它房间内的一个或多个参考标记、导航跟踪器或其它对象。一个或多个摄像机可以是光学摄像机、红外摄像机或其它摄像机。在一些实施例中，导航系统可以包括一个或多个电磁传感器。在各种实施例中，导航系统118可用于跟踪成像装置112、机器人114和/或机械臂116和/或一个或多个手术工具的位置和定向(即，姿态)(或更具体地说，用于跟踪直接或间接附接的导航跟踪器的姿态，与前述中的一项或多项有关)。导航系统118可以包含用于显示来自外部源(例如，计算装置102、成像装置112或其它源)的一个或多个图像或用于显示来自导航系统118的一个或多个摄像机或其它传感器的图像和/或视频流的显示器。在一些实施例中，系统100可以在不使用导航系统118的情况下操作。导航系统118可被配置成向外科医生或系统100的其它用户或其组件、向机器人114或系统100的任何其它元件提供关于例如一个或多个解剖元素的姿态、工具是否处于恰当轨迹中和/或如何根据手术前或其它手术规划执行手术任务将工具移动到恰当轨迹中的引导。
机器人114可以是任何手术机器人或手术机器人系统。机器人114可以是或包括例如马祖(Mazor)XTM潜行版机器人引导系统。机器人114可以被配置成将成像装置112定位在一个或多个精确位置和定向，和/或将成像装置112返回到稍后时间点的同一位置和定向。机器人114可以额外地或替代地被配置成操控手术工具(无论是否基于来自导航系统118的引导)以完成或辅助手术任务。在一些实施例中，机器人114可以被配置成在手术过程期间或结合手术过程而保持和/或操控解剖元素。机器人114可以包括一个或多个机械臂116。在一些实施例中，机械臂116可以包括第一机械臂和第二机械臂，但机器人114可以包括多于两个机械臂。在一些实施例中，机械臂116中的一个或多个可用于保持和/或操控成像装置112。在成像装置112包括两个或更多个物理上分离的组件(例如，传输器和接收器)的实施例中，一个机械臂116可以保持一个此类组件，并且另一机械臂116可以保持另一此类组件。每个机械臂116可独立于其它机械臂定位。可以在单个共享坐标空间中或在单独坐标空间中控制机械臂。
机器人114连同机械臂116可以具有例如一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个或更多个自由度。此外，机械臂116可以任何姿态、平面和/或焦点定位或可定位。所述姿态包含位置和定向。结果，由机器人114保持的(或更具体地说，由机械臂116保持的)成像装置112、手术工具或其它对象可被精确定位在一个或多个所需且特定的位置和定向。
机械臂116可以包括一个或多个传感器，其使得处理器104(或机器人114的处理器)能够确定机械臂(以及由机械臂保持或固定到机械臂的任何对象或元件)在空间中的精确姿态。
在一些实施例中，参考标记(即，导航标记)可以放置在机器人114(包含例如在机械臂116上)、成像装置112或手术空间中的任何其它对象上。参考标记可由导航系统118跟踪，并且跟踪的结果可由机器人114和/或由系统100或其任何组件的操作者使用。在一些实施例中，导航系统118可用于跟踪系统的其它组件(例如，成像装置112)，并且系统可在不使用机器人114的情况下操作(例如，外科医生例如基于由导航系统118生成的信息和/或指令手动操控成像装置112和/或一个或多个手术工具)。
系统100或类似系统可例如用于执行本文所描述的方法200和300中的任一种的一个或多个方面。系统100或类似系统还可用于其它目的。
图2描绘可用于例如辅助规划螺钉在例如脊柱之类的解剖结构中的植入的方法200。
方法200(和/或其一个或多个步骤)可以例如由至少一个处理器执行或以其它方式执行。至少一个处理器可以与上文所描述的计算装置102的处理器104相同或类似。至少一个处理器可以是机器人(例如，机器人114)的部分或导航系统(例如，导航系统118)的部分。除了本文所描述的任何处理器之外的处理器还可用于执行方法200。至少一个处理器可以通过执行存储在例如存储器106之类的存储器中的指令来执行方法200。所述指令可以与下文所描述的方法200的一个或多个步骤相对应。所述指令可以使得所述处理器执行一个或多个算法，例如图像处理算法120、分割算法122、转换算法124、配准算法128和/或螺钉规划算法132。
方法200包括通过对身体内脊柱的至少一个三维图像进行分割来生成至少一个图像(步骤204)。例如，操作204包含使在MRI扫描和/或CT扫描中获取的脊柱的一个或多个3D图像进行合适的骨骼分割处理。可以进一步分析所得的分割图像以标识和标记脊柱和/或其它解剖结构的部分和/或导出关于脊柱或其它解剖结构的部分的一个或多个特征，例如骨骼和/或组织密度、骨骼尺寸、相对骨骼尺寸、骨骼位置、相对骨骼位置、骨骼几何形状等。所得的分割图像可以与上文所描述的信息一起显示在用户界面110上。
方法200还包括基于脊柱的至少一个图像生成一组可能的螺钉姿态，用于在手术过程期间将至少一个螺钉植入脊柱(步骤208)。至少一个螺钉可以包含皮层螺钉、椎弓根螺钉和/或其它合适的螺钉或机械固定装置(例如，缝钉、销钉等)。螺钉姿态是指螺钉植入到骨骼或另一解剖元素中时螺钉的位置和定向。可以参照笛卡尔坐标系和球面坐标系来表达位置和定向或姿态。恰当的螺钉姿态有助于减少或避免植入螺钉时对解剖结构部分的附带损伤和/或实现手术过程的期望结果(例如，通过将螺钉恰当地固定到骨骼，恰当地对齐并且连接到杆等)。步骤208可以至少部分地基于来自外科医生的实时输入和/或预编程输入确定一组可能的螺钉姿态，所述实时输入和/或预编程输入指示脊柱的哪些部分(例如，哪个椎骨或哪些椎骨)在手术过程中进行螺钉植入。
在一些实施例中，外科医生或其它用户可以提出第一螺钉姿态或多个螺钉姿态，在此之后可以基于第一螺钉姿态或多个螺钉姿态确定一组可能的螺钉姿态。在其它实施例中，可以基于例如从步骤204生产的分割图像和/或关于可能的螺钉姿态的一个或多个预编程数据点自动生成第一螺钉姿态。
一组可能的螺钉姿态可以基于通常已知的成功的螺钉植入所需的信息来生成，所述信息可以包含关于植入的一般可接受的角度范围、螺钉植入的一般可接受的位置、通常使用的螺钉类型和大小的信息，和/或其它适合手术过程的一般知识。在至少一个示例实施例中，可以基于从在同一脊柱上或在一个或多个不同脊柱(例如，其它患者的脊柱)上执行的先前类似手术过程获得的知识生成一组可能的螺钉姿态。例如，可以借助人工智能执行一个或多个已经用训练数据训练过的机器学习算法来生成一组可能的螺钉姿态，其中所述训练数据包含来自脊柱或解剖结构的其它部分的先前手术的数据。在一些情况下，一个螺钉的姿态可能影响一个或多个其它螺钉的姿态(例如，当两个或更多个螺钉应对齐并且以机械方式联接到杆时)。因此，可以基于其它螺钉的一个或多个可能的螺钉姿态确定特定螺钉的每个可能的螺钉姿态。
步骤208可以针对规划植入的每个螺钉生成任意数目的可能的螺钉姿态。因此，每个螺钉的可能的螺钉姿态的数目可能太大而无法有效地进行分析。例如，一组可能的螺钉姿态可以包含数十种、数百种或数千种可能性。因此，方法200包含基于与手术过程相关联的至少一个考虑因素评估每个可能的螺钉姿态(步骤212)并且基于所述评估从一组可能的螺钉姿态中选择至少一个螺钉姿态(步骤216)。步骤212和216可以在步骤208之后自动发生，并且可用于通过使用评估来拒绝根据至少一个考虑因素而不可行(例如，未能满足预定阈值)的可能的螺钉姿态来自动将步骤208中生成的可能的螺钉姿态的数目减少到更易于管理的数目。如下文更详细地论述，评估一组可能的螺钉姿态可以包含基于至少一个考虑因素对每个可能的螺钉姿态进行评分并且可以选择具有最高评分的螺钉姿态。在至少一个考虑因素包括多个考虑因素的实施例中，评分可以涉及对多个考虑因素中的一个或多个考虑因素进行加权。此外，在一些实施例中，至少一个考虑因素中的一个或多个考虑因素可以是或包括二元确定(例如，姿态是否导致螺钉穿透椎骨终板)，而一个或多个考虑因素中的其它考虑因素可以沿着数字或其它标度进行评分。在操作216中选择的螺钉姿态可以是针对一组考虑因素和/或外科医生偏好的最佳螺钉姿态。
在至少一个示例实施例中，步骤212中的评估所基于的至少一个考虑因素包含：避免刮削考虑因素、避免破坏考虑因素、软组织压力考虑因素、关于手术工具与身体中至少一个解剖元素的可能碰撞的避免碰撞考虑因素、能达性、植入凸出，和/或切口大小考虑因素。这些考虑因素将在下文更详细地论述。
刮削是指例如钻头之类的用于植入螺钉的工具在操作期间从脊柱的骨骼结构上的目标植入位置(例如椎骨上的目标位置)滑动或以其它方式移开，从而对安全和/或手术的整体成功造成风险的情况。滑动可能是由于目标植入位置的轮廓。理想地，目标位置的表面轮廓与用于植入螺钉的钻头或其它工具的尖端形成基本上90度的角以避免在螺钉植入期间出现刮削。然而，目标植入位置的轮廓可能不允许钻头或其它工具与目标位置的表面形成理想的角度，从而引入了刮削的可能性。因此，基于避免刮削考虑因素评估一组可能的螺钉姿态可以通过例如阻止选择具有不可接受的高刮削风险的螺钉姿态(或提供关于其的警告)来降低刮削风险。
例如，使用来自操作204的分割图像，方法200可以确定用于钻孔以容纳特定螺钉姿态的钻头是否将与目标植入位置的表面轮廓形成不可接受的角度，并且使用所述确定以影响在步骤216中进行选择的可能性的方式对特定螺钉姿态进行排序。通常，当工具与目标植入位置的表面轮廓之间的角度移开了90度时，刮削的风险增加。因此，可接受的角度和不可接受的角度的范围可以是基于经验证据和/或偏好的设计参数集。在对于一组可能的螺钉姿态不能避免刮削的情况下，方法200可以包含将指示输出到用户界面110以向外科医生通知可能发生刮削，外科医生可以使用所述指示，以通过配备工具以平整目标植入位置和/或通过意识到手术期间可能的刮削来准备手术。
破坏是指螺钉破坏或脱离椎骨主体或接受螺钉的解剖结构的其它部分的情况。这种破坏可能有损伤神经和/或螺钉破坏部分附近的其它解剖元素的风险。影响螺钉是否破坏的参数包含螺钉长度、螺钉宽度、螺钉植入角度、螺钉植入深度、椎骨几何形状(其中螺钉植入椎骨中)等。因此，基于避免破坏考虑因素评估一组可能的螺钉姿态可以通过例如阻止选择具有不可接受的高破坏风险的螺钉姿态或提供关于其的警告来降低螺钉破坏的风险。
软组织压力可以指由周围的软组织在螺钉上(和/或在用于准备植入螺钉的工具上)引起的压力。在手术期间，软组织经常被牵开器移到一边。然而，软压力可能影响螺钉植入的各种参数，例如螺钉的植入角度、螺钉植入后对软组织的刺激等。更多的回缩可能增加(例如，在螺钉植入之后)软组织的一些部分接触螺钉的上部部分的风险，从而影响螺钉的角度或植入状态。通常，螺钉植入的较小轴向角度与螺钉角度受软组织压力影响的可能性较小相关联。软组织压力信息可以从用MRI扫描获得的图像中导出。因此，在至少一个示例实施例中，方法200包含将来自CT扫描(用于骨骼分割)的图像与来自MRI扫描的图像共同配准，以收集关于一组可能的螺钉姿态的软组织压力的信息，以及在步骤212的评估中使用所述信息。
如可能了解，无论机器人是否辅助的手术都涉及将一个或多个工具导航到或以其它方式移动到较大解剖结构内的目标部位。因此，存在工具与另一工具之间或工具与不属于目标部位的一个或多个解剖元素(例如，脊柱棘突)之间碰撞的可能性。鉴于避免碰撞的考虑因素来评估一组可能的螺钉姿态可以降低工具之间或工具与解剖结构的部分之间的不期望的碰撞的风险，从而增加手术过程的安全性和/或提高手术的效果。
至少一个考虑因素可以包含能达性考虑因素，方法200可以使用所述能达性考虑因素，以确定工具到达特定目标植入位置以准备植入和/或植入螺钉的难度。目标植入位置周围的解剖结构的部分可能会对能达性产生负面影响。换句话说，能达性可以是评估接近目标植入位置的解剖结构的一个或多个部分对螺钉植入的干扰程度。鉴于能达性来评估螺钉姿态可以减少手术过程所耗费的时间，因为在步骤216中可以从选择中排除不能达到的螺钉姿态。
植入凸出可以指螺钉从植入部位突出的量和/或螺钉在植入部位的深度。例如，如果螺钉埋入椎弓根太深，则螺钉的钟形部件(tulip)的移动可能会受到阻碍或阻止。另一方面，从椎弓根突出太远的螺钉可能会干扰杆的对齐，遭受软组织压力问题，和/或刺激解剖结构的周围部分。因此，根据植入凸出考虑因素来评估一组可能的螺钉姿态可以避免由于螺钉在植入部位被植入太深或太浅而引起的问题。
切口大小考虑因素可以指基于为了将螺钉植入解剖结构的部分(例如，脊柱)而在患者身体中形成的一个或多个切口的大小(例如，长度)的考虑因素。在一些情况下，可以通过同一切口插入和植入多个螺钉。因此，根据切口大小考虑因素来评估一组可能的螺钉姿态可以减小单个切口的大小和/或减少切口的数量，从而为患者避免不必要的疤痕。
在至少一个示例实施例中，至少一个考虑因素涉及杆与至少两个螺钉(例如，至少两个螺钉的头部)的对齐。例如，脊柱融合手术涉及使螺钉对齐并且将螺钉植入在不同的椎弓根上，并且使螺钉以机械方式联接到杆。因此，鉴于将以机械方式联接到同一杆的两个或多个螺钉之间的期望对齐来评估一组可能的螺钉姿态对于增加手术的总体成功可能是有用的。对齐考虑因素还可以考虑杆的期望曲率，其中期望曲率指的是机械联接到螺钉之后的杆曲率。
鉴于上述内容，应了解，至少一个考虑因素可以包含与手术过程的安全性有关的一个或多个考虑因素(例如，避免破坏考虑因素、避免碰撞考虑因素等)，以减少在手术过程期间对脊柱和/或其它解剖结构的部分造成损伤的风险。另外地或替代地，至少一个考虑因素包含不与手术过程的安全性有关的一个或多个考虑因素。与手术过程安全性无关的考虑因素可以包含外科医生的一个或多个偏好，其中此类偏好对脊柱或解剖结构的其它部分的损伤风险没有实质性影响。此类偏好可以包含与螺钉类型和/或大小、植入角度(假设所述角度不会对脊柱或解剖结构的其它部分造成损伤)、植入位置(假设所述位置不会对脊柱或解剖结构的其它部分造成损伤)有关的偏好，和/或在手术过程期间不涉及对患者安全或对患者解剖结构造成损伤的实质性风险的任何其它合适偏好。尽管以上将外科医生的偏好描述为与手术过程的安全性无关，但应了解，外科医生的偏好可以另外地或替代地与手术过程的安全性相关。
外科医生可以在上述考虑因素的每个类别内具有偏好的子集(例如，在避免刮削考虑因素、避免破坏考虑因素、软组织压力考虑因素、关于手术工具与所述身体中至少一个解剖元素的可能碰撞的避免碰撞考虑因素、能达性、植入凸出，和/或切口大小考虑因素)。在至少一个示例实施例中，不允许外科医生的一些类别内的偏好违反或超过某些基线设置或默认标准，而允许外科医生的其它类别内的偏好违反或超过基线设置或默认标准。例如，如果认为避免破坏对于维持安全性和/或实现手术的期望结果很重要，则避免破坏考虑因素可以包含不允许方法200选择将导致破坏(例如，内侧破坏)的螺钉姿态的基线设置，即使外科医生的偏好要求允许发生破坏。此外，可以防止外科医生以偏好推翻此设置。例如，外科医生没有选择螺钉姿态的选项和/或不被允许更改将导致或可能导致破坏的所选的螺钉姿态。
另一方面，切口大小考虑因素可以包含默认设置，在没有外科医生偏好或相反的外部输入的情况下，所述默认设置通常防止步骤216选择导致切口大小大于默认最大尺寸的螺钉姿态。然而，在一些情况下，切口大小是一个比例如避免破坏更灵活的手术过程参数。因此，如果外科医生的偏好包含超过默认最大切口大小的偏好，则方法200可以通过考虑此偏好来执行评估步骤212和选择步骤216。换句话说，如果外科医生的偏好指示可以超过默认最大切口大小，则方法200可以允许选择超过默认最大切口大小的螺钉姿态。
如上所述，步骤212可以包含基于合适的标度对一组可能的螺钉姿态进行评分。在这种情况下，可以根据对选择步骤216的期望影响对上述考虑因素中的一个或多个进行加权。例如，在步骤212中，与手术过程的安全性和/或有效性密切相关的考虑因素可以比与安全性和/或有效性松散相关的考虑因素权重更大，以便步骤216选择更可能实现安全和/或有效的结果的螺钉姿态。
在评估期间，一个或多个考虑因素的权重可以同样应用于一组可能的螺钉姿态。然而，示例实施例不限于此，并且可针对特定的螺钉姿态以不同方式应用一个或多个考虑因素的权重。例如，螺钉的目标植入位置可能已知具有或怀疑具有与另一螺钉的另一目标植入位置不同的风险或潜在问题。在这种情况下，可以对每个目标植入位置的考虑因素进行不同的加权，以考虑每个目标植入位置的不同风险或潜在问题。
在至少一个示例实施例中，方法200生成螺钉姿态分布，其中每个分布包含规划植入的多个螺钉的螺钉姿态。然后，步骤212可以基于上文所描述的加权和/或非加权考虑因素对每个螺钉姿态分布进行评分和排序。例如，将螺钉姿态分布中的每个螺钉姿态的评分相加以提供所述分布的总体评分。步骤216可以包含选择具有最高评分的螺钉姿态分布。
方法200可以包含将所选的至少一个螺钉姿态的指示输出到用户界面(步骤220)。例如，步骤220将所选的至少一个螺钉姿态的音频和/或视觉指示输出到用户界面110。所选的螺钉姿态的视觉指示可以包含模拟将螺钉植入在步骤204中生成的分割图像上的目标植入位置。视觉指示还可以包含关于所选的螺钉姿态的额外信息，例如植入角度、推荐的螺钉类型和大小，以及可能对用户评估所选的螺钉姿态有用的任何其它合适的信息。用户(例如，外科医生)可以使用所选的螺钉姿态的视觉指示和其它信息来评估是否应在手术过程期间应用所选的螺钉姿态。
在此阶段，外科医生可能有机会根据其它外科医生偏好或其它因素批准所选的螺钉姿态、拒绝所选的螺钉姿态和/或更改所选的螺钉姿态(参见图3更详细地了解螺钉姿态拒绝和/或更改)。如果外科医生更改所选的螺钉姿态，则方法200可进一步包含重新评估步骤212中的更改的螺钉姿态以确定更改的螺钉姿态是否产生将使得在步骤216中从选择过程移除更改的螺钉姿态的潜在问题。如果是，则方法200可以包含将警告消息或问题的其它指示输出到用户界面110，以向外科医生通知潜在问题和与潜在问题相关联的任何相关信息(例如，更改的螺钉姿态增加了工具与解剖结构的部分之间碰撞的风险)。然后，外科医生可以决定继续使用更改的螺钉姿态或拒绝所选的螺钉姿态和/或更改的螺钉姿态，以提示系统从一组可能的螺钉姿态中输出另一螺钉姿态的指示。
除了为外科医生提供接受、拒绝或更改所选的螺钉姿态的能力之外，方法200还可以包含为外科医生提供符合外科医生的偏好和/或外科医生对最初所选的螺钉姿态的提议更改的更新螺钉姿态。例如，如果外科医生喜欢比最初提议的所选的螺钉姿态更宽的螺钉以改进螺钉抓牢，则方法200可以包含基于更宽的螺钉重新生成可能的螺钉姿态，并且重新评估那些可能的螺钉姿态以提供将更宽的螺钉考虑在内的另一所选的螺钉姿态。然后，方法200可重新生成、重新评估和重新选择待在同一手术过程期间植入的一个或多个其它螺钉的螺钉姿态(例如，以维持杆配合和皮肤切口对齐)。
方法200进一步包含基于所选的至少一个螺钉姿态控制机械臂(步骤224)。例如，外科医生可以确定来自步骤220的所选的螺钉姿态(无论是否由外科医生更改)是手术过程的可接受的螺钉姿态，并且在用户界面110上提供输入以在手术过程期间应用所选的螺钉姿态。对于机器人辅助手术过程，可以控制机械臂116以根据所选的螺钉姿态辅助植入螺钉。此类控制可以包含控制用于准备植入螺钉的工具(例如，一个或多个解剖刀、牵开器、扩张器、钻头、螺丝锥(tap))以及用于植入螺钉自身的工具(例如，螺丝刀)的启动和定位。
本公开涵盖方法200的实施例，所述实施例包括比上文所描述的那些步骤更多或更少的步骤，和/或与上文所描述的步骤不同的一个或多个步骤。例如，如果例如这些步骤由系统100外部的装置执行，则可以从方法200中省略步骤204、220和/或224。此外，应了解，在步骤216中所选的螺钉姿态可以存储在存储器106中并且在稍后的时间被存取以在用户界面上呈现。
图3描绘可用于例如辅助规划螺钉在例如脊柱之类的解剖结构中的植入的方法300。除了方法200之外，可以执行方法300，例如，作为方法200的继续。
方法300(和/或其一个或多个步骤)可以例如由至少一个处理器执行或以其它方式执行。至少一个处理器可以与上文所描述的计算装置102的处理器104相同或类似。至少一个处理器可以是机器人(例如，机器人114)的部分或导航系统(例如，导航系统118)的部分。除了本文所描述的任何处理器之外的处理器还可用于执行方法300。至少一个处理器可以通过执行存储在例如存储器106之类的存储器中的指令来执行方法300。所述指令可以与下文所描述的方法300的一个或多个步骤相对应。所述指令可以使得所述处理器执行一个或多个算法，例如图像处理算法120、分割算法122、转换算法124、配准算法128和/或螺钉规划算法132。
如上文在图2的描述中所述的，所选的至少一个螺钉姿态可以是可供选择的许多可能的螺钉姿态中的一个。例如，在确定所选的至少一个第一螺钉姿态是不可接受的时，本发明构思可以继续选择并呈现与所选的至少一个第一螺钉姿态不同的至少一个第二螺钉姿态。
因此，方法300包括例如响应于从外科医生接收到的输入，放弃至少一个第一螺钉姿态(步骤304)。放弃至少一个第一螺钉姿态可以包含从用户界面110上的显示移除至少一个第一螺钉姿态、从存储器中删除至少一个第一螺钉姿态等。可以在用户界面110上接收输入，并且向系统100提供关于步骤220中的螺钉姿态输出对于外科医生来说是不可接受的指示。在这种情况下，方法300可以包括响应于放弃至少一个第一螺钉姿态，从一组可能的螺钉姿态中自动选择至少一个第二螺钉姿态(步骤308)。例如，如果选择第一螺钉姿态，因为其具有一组可能的螺钉姿态中的最高评分，则在步骤308中，步骤308可以自动选择具有下一个最高评分的螺钉姿态作为所选的第二螺钉姿态。在至少一个示例实施例中，步骤304包含从外科医生或用户接收额外输入以引导方法300对螺钉姿态进行另一选择。此类额外输入可以包含外科医生或用户选择另一螺钉姿态的偏好、先前所选的螺钉姿态是不可接受的原因的指示、和/或对增加所选的第二螺钉姿态被批准在手术过程期间使用的可能性有用的其它合适输入。
方法300还包括将所选的至少一个第二螺钉姿态的指示输出到用户界面(步骤312)。例如，步骤312以与上文参考操作220所描述的相同或类似的方式将所选的至少一个第二螺钉姿态的音频和/或视觉指示输出到用户界面110。
方法300包含接收所选的至少一个第二螺钉姿态是可接受的指示(步骤316)。例如，外科医生或用户在用户界面110上指示所选的至少一个第二螺钉姿态在手术过程期间使用是可接受的。步骤316还可以包含允许外科医生在指示所选的至少一个第二螺钉姿态在手术过程期间使用是可接受的之前对其进行调整。
方法300进一步包含基于所选的至少一个第二螺钉姿态控制机械臂(步骤320)。步骤320可以与上文所描述的步骤226相同或类似的方式执行。例如，机械臂被控制以根据所选的至少一个第二螺钉姿态将至少一个螺钉植入脊柱。
可以重复方法300，直到所选的螺钉姿态对于外科医生是可接受的为止。此处，应了解，可以自动执行(例如，无需人工干预)方法300的一个或多个步骤。例如，可以响应于紧接在前的步骤的完成而执行步骤308、312和320，而无需手动提示。
本公开涵盖方法300的实施例，所述实施例包括比上文所描述的那些步骤更多或更少的步骤，和/或与上文所描述的步骤不同的一个或多个步骤。例如，如果例如这些步骤由系统100外部的装置执行，则可以从方法300中省略步骤312、316和320。此外，应了解，在步骤308中所选的螺钉姿态可以存储在存储器106中，并且在稍后的时间被存取以在用户界面上呈现以进行额外的步骤，例如步骤312、316和/或320。
如上所述，本公开涵盖具有比图2和3中标识的所有步骤少的步骤的方法(和方法200和300的对应描述)，以及包含超出图2和3中标识的那些步骤的额外步骤的方法(和方法200和300的对应描述)。本公开还涵盖包括来自本文所描述的一种方法的一个或多个步骤和来自本文所描述的另一种方法的一个或多个步骤的方法。本文所描述的任何相关性可以是或包括配准或任何其它相关性。
尽管已经参照脊柱手术的螺钉规划示出和描述了示例实施例，但是应理解，示例实施例还可以涵盖其它类型手术中的螺钉规划。此外，示例实施例还与螺钉之外的手术固定装置的规划姿态相关，其可以包含缝钉、销钉、杆、板、缝线等。
前文并不打算将本公开限制于本文中所公开的一种或多种形式。在前述具体实施方式中，例如，出于简化本公开的目的，本公开的各种特征可以在一个或多个方面、实施例和/或配置中集合在一起。本公开的方面、实施例和/或配置的特征可以在除上文所论述的那些之外的替代性方面、实施例和/或配置中组合。不应将此公开内容的方法解释为反映以下意图：权利要求需要比每个权利要求中明确叙述的更多的特征。相反，如以下权利要求所反映的，本发明的方面不在于前述单个公开的方面、实施例和/或配置的所有特征。因此，所附权利要求书在此并入到具体实施方式中，各技术方案自身作为本公开的单独优选实施例。
此外，尽管前述已经包含对一个或多个方面、实施例和/或配置以及某些变化和修改的描述，但在理解了本公开之后，其它变化、组合和修改在本公开的范围内，例如，可在本领域技术人员的技能和知识范围内。期望获得在准许的范围内包含替代方面、实施例和/或配置的权利，包含所要求的替代的、可更换的和/或等效的结构、功能、范围或步骤，而无论这些替代的、可更换的和/或等效的结构、功能、范围或步骤是否在本文中公开，并且不期望公开用于任何可获专利的主题。

Claims (20)

1.一种装置，其包括：
至少一个处理器；以及
存储器，其包含在由所述至少一个处理器执行时使得所述至少一个处理器进行以下操作的指令：
基于身体内脊柱的至少一个图像生成一组可能的螺钉姿态，用于在手术过程期间将至少一个螺钉植入所述脊柱；
基于与所述手术过程相关联的至少一个考虑因素评估每个可能的螺钉姿态；
基于所述评估从所述一组可能的螺钉姿态中选择至少一个螺钉姿态；并且
将所选的至少一个螺钉姿态的指示输出到用户界面。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述指令包含在由所述至少一个处理器执行时使得所述至少一个处理器进行以下操作的指令：
基于所述所选的至少一个螺钉姿态控制机械臂。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述指令包含在由所述至少一个处理器执行时使得所述至少一个处理器进行以下操作的指令：
通过对所述脊柱的至少一个三维图像进行分割来生成所述至少一个图像。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个考虑因素包含与所述手术过程的安全性有关的一个或多个考虑因素。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个考虑因素包含以下各项中的一个或多个：避免刮削考虑因素、避免破坏考虑因素、软组织压力考虑因素、关于手术工具与所述身体中至少一个解剖元素的可能碰撞的避免碰撞考虑因素、能达性、植入凸出，和/或切口大小考虑因素。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个考虑因素包含不与所述手术过程的安全性有关的一个或多个考虑因素。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个考虑因素包含执行所述手术过程的外科医生的至少一个手术偏好。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个螺钉包含多个螺钉，并且其中所述所选的至少一个螺钉姿态包含所述多个螺钉中的每个螺钉的所选的螺钉姿态。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述至少一个考虑因素涉及杆与所述多个螺钉中的至少两个螺钉的对齐，其中所述至少两个螺钉以机械方式联接到所述杆。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述评估包含基于所述至少一个考虑因素对所述可能的螺钉姿态中的每个螺钉姿态进行评分，并且其中基于所述评分选择所述所选的至少一个螺钉姿态。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述至少一个考虑因素包含多个考虑因素，所述多个考虑因素涉及以下各项中的至少一个：所述手术过程的安全性、执行所述手术过程的外科医生的偏好，或杆与所述至少一个螺钉的期望对齐。
12.根据权利要求11所述的装置，其中对所述多个考虑因素中的至少一个考虑因素进行加权。
13.一种系统，其包括：
用户界面；
至少一个处理器；以及
存储器，其包含在由所述至少一个处理器执行时使得所述至少一个处理器进行以下操作的指令：
基于身体内脊柱的至少一个图像生成一组可能的螺钉姿态，用于在手术过程期间将至少一个螺钉植入所述脊柱；
基于与所述手术过程相关联的至少一个考虑因素评估每个可能的螺钉姿态；
基于所述评估从所述一组可能的螺钉姿态中选择至少一个第一螺钉姿态；并且
将所选的至少一个螺钉姿态的指示输出到所述用户界面。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述指令包含使得所述至少一个处理器进行以下操作的指令：
基于所接收的输入调整所选的至少一个第一螺钉姿态。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述所接收的输入包含执行所述手术过程的手术偏好。
16.根据权利要求13所述的系统，其中所述指令包含使得所述至少一个处理器进行以下操作的指令：
响应于从外科医生接收到的输入，放弃所述所选的至少一个第一螺钉姿态；
响应于放弃所述至少一个第一螺钉姿态，从所述一组可能的螺钉姿态中自动选择至少一个第二螺钉姿态；并且
将所选的至少一个第二螺钉姿态的指示输出到所述用户界面。
17.根据权利要求16所述的系统，其进一步包括：
机械臂，其中所述指令包含使得所述至少一个处理器进行以下操作的指令：
接收所述所选的至少一个第二螺钉姿态是可接受的指示；并且
基于所述所选的至少一个第二螺钉姿态控制机械臂。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述机械臂被控制以根据所述所选的至少一个第二螺钉姿态将所述至少一个螺钉植入所述脊柱。
19.根据权利要求13所述的系统，其中所述至少一个考虑因素包含涉及以下各项中的至少一个的考虑因素：所述手术过程的安全性、执行所述手术过程的外科医生的偏好或杆与所述至少一个螺钉的期望对齐。
20.一种方法，其包括：
基于身体内脊柱的至少一个分割图像生成一组可能的螺钉姿态，用于在手术过程期间将至少一个螺钉植入所述脊柱；
基于与所述手术过程相关联的至少一个考虑因素评估每个可能的螺钉姿态；
基于所述评估从所述一组可能的螺钉姿态中选择至少一个第一螺钉姿态；并且
将所选的至少一个螺钉姿态的指示输出到用户界面。
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