CN114072087A - 整形外科植入物放置系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种外科规划计算系统和相关外科方法，该外科规划计算系统和相关外科方法包括在三维解剖图像中识别患者的骨解剖结构的解剖界标，以及确定将植入患者的骨解剖结构中的整形外科假体的定位标准。定位标准可限定解剖界标与整形外科假体的特征部之间的对准。基于定位标准将整形外科假体的三维模型定位在三维模型中，以提供用于整形外科假体的植入的外科方案。

Description

整形外科植入物放置系统和方法
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2019年5月2日提交的名称为“ORTHOPAEDIC IMPLANT PLACEMENTSYSTEM AND METHOD”的美国临时专利申请序列号62/842,201的优先权和权益，该专利申请全文以引用方式明确地并入本专利申请。
技术领域
本发明涉及整形外科手术，并且更具体地涉及整形外科手术执行期间整形外科假体的放置。
背景技术
关节成形术是一种熟知的外科手术，可通过关节成形术来用假体关节置换患病和/或损坏的自然关节。典型的膝关节假体包括胫骨托、股骨部件和定位在胫骨托和股骨部件之间的聚合物插入物或支承件。根据患者的关节损坏的严重程度，可以使用活动性不同的整形外科假体。例如，在希望限制膝关节假体的运动的情况下，诸如当存在显著的软组织损坏或损掉时，膝关节假体可包括“固定的”胫骨插入物。另选地，在需要更大运动自由度的情况下，膝关节假体可包括“活动”胫骨插入物。另外，膝关节假体可为被设计成置换患者的股骨的两个髁的股骨-胫骨界面的全膝关节假体或为被设计成置换患者的股骨的单个髁的股骨-胫骨界面的单间室(或单髁)膝关节假体。
典型的整形外科膝关节假体通常被设计成复制患者的关节的自然运动。随着膝盖屈曲和伸展，股骨部件和胫骨部件进行关节运动并且经历相对前-后运动和相对内-外旋转的组合。然而，患者的周围的软组织也影响整形外科膝关节假体在整个关节运动范围内的运动学和稳定性。即，由患者的软组织施加在整形外科部件上的力可导致整形外科膝关节假体的不需要的或不期望的运动。例如，当股骨部件运动完成一系列屈曲时，整形外科膝关节假体可表现出一定量的不自然(反常)的前移。
为了确保整形外科膝关节假体的功能，必须实现整形外科膝关节假体在患者的骨解剖结构上的正确定位。然而，因为每个患者的骨解剖结构不同，所以每个对应的整形外科手术是不同的。因此，整形外科医生可依赖于术前外科规划以有利于整形外科膝关节假体的正确定位。典型的术前外科方案可包括例如整形外科手术的逐步方案，该逐步方案可包括切除患者的骨、植入并对准整形外科膝关节假体等。典型的术前外科规划可为手动过程，或者可由计算机辅助规划支持。
发明内容
根据本公开的一个方面，公开了一种用于生成整形外科手术的外科方案的外科规划计算系统。该外科规划计算系统可包括一个或多个处理器和存储器。存储器中可存储有多个指令，该多个指令响应于执行而使得计算系统识别在患者的骨解剖结构的三维解剖图像中患者的骨解剖结构的解剖界标，并且确定将在整形外科手术中使用的整形外科假体的定位标准。定位标准可识别解剖界标与整形外科假体的特征部之间的对准。该多个指令响应于执行而可进一步使得计算系统基于定位标准将整形外科假体的三维模型定位在三维解剖图像中，以生成包括整形外科假体的三维模型的更新的三维解剖图像，并且显示更新的三维解剖图像。
在一些实施方案中，患者的骨解剖结构可包括股骨，并且整形外科假体可包括股骨部件。在此类实施方案中，定位整形外科假体的三维模型可包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得股骨部件的由恒定曲率半径限定的髁的关节面与患者的股骨的包括在三维解剖图像中的髁的后关节面对准。或者，在此类实施方案中，定位整形外科假体的三维模型可包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得由恒定曲率半径限定的股骨部件的髁的关节面与包括在三维解剖图像中的患者的股骨的髁的前关节面对准。
另外，在患者的骨解剖结构包括股骨并且整形外科假体体现为股骨部件的实施方案中，定位整形外科假体的三维模型可包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得股骨部件的髌股表面的关节面与包括在三维解剖图像中的患者的股骨的髌股表面对准。或者，在此类实施方案中，定位整形外科假体的三维模型可包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得限定股骨部件的髁的关节面的恒定曲率半径的中心从包括在三维解剖图像中的患者的股骨的内上髁的解剖中心偏移参考量。仍然另选地，在此类实施方案中，定位整形外科假体的三维模型可包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得限定股骨部件的髁的关节面的恒定曲率半径的中心从包括在三维解剖图像中的患者的股骨的外上髁的解剖中心偏移参考量。
在一些实施方案中，患者的骨解剖结构可包括胫骨，并且整形外科假体可包括胫骨部件。在此类实施方案中，定位整形外科假体的三维模型可包括将胫骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得胫骨部件的关节面的停留点与包括在三维解剖图像中的患者的胫骨的胫骨平台的停留点对准。
另外，在一些实施方案中，定位标准可识别整形外科假体的将与三维解剖图像中的解剖界标对准的特征部。除此之外或另选地，定位标准可识别整形外科假体的关节面的停留点与患者的骨解剖结构的骨的停留点之间的偏移量。此外，在一些实施方案中，多个指令响应于执行而可进一步使得计算系统生成限定整形外科坐标的定位数据，在该坐标处整形外科假体的特征部应位于患者的解剖结构的骨上。
根据另一个方面，公开了一种对患者执行整形外科手术的方法。该方法可包括获得其中整形外科假体将在整形外科手术期间被植入的患者的骨的三维解剖图像，以及操作外科规划计算系统以：(i)在三维解剖图像中识别患者的骨的解剖界标；(ii)选择整形外科假体的定位标准，其中定位标准识别患者的骨的解剖界标与整形外科假体的特征部之间的对准；以及(iii)基于定位标准将整形外科假体的三维模型定位在三维解剖图像中，以生成包括整形外科假体的三维模型的更新的三维解剖图像。该方法还可包括执行整形外科手术以使用更新的三维解剖图像作为整形外科手术的外科方案来将整形外科假体植入患者的骨中。
在一些实施方案中，患者的骨解剖结构可包括股骨，并且整形外科假体可包括股骨部件。在此类实施方案中，定位整形外科假体的三维模型可包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得股骨部件的由恒定曲率半径限定的髁的关节面与患者的股骨的包括在三维解剖图像中的髁的后关节面对准。或者，在此类实施方案中，定位整形外科假体的三维模型可包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得由恒定曲率半径限定的股骨部件的髁的关节面与包括在三维解剖图像中的患者的股骨的髁的前关节面对准。
另外，在患者的骨解剖结构包括股骨并且整形外科假体体现为股骨部件的实施方案中，定位整形外科假体的三维模型可包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得股骨部件的髌股表面的关节面与包括在三维解剖图像中的患者的股骨的髌股表面对准。或者，在此类实施方案中，定位整形外科假体的三维模型可包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得限定股骨部件的髁的关节面的恒定曲率半径的中心从包括在三维解剖图像中的患者的股骨的内上髁的解剖中心偏移参考量。仍然另选地，在此类实施方案中，定位整形外科假体的三维模型可包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得限定股骨部件的髁的关节面的恒定曲率半径的中心从包括在三维解剖图像中的患者的股骨的外上髁的解剖中心偏移参考量。
在一些实施方案中，患者的骨解剖结构可包括胫骨，并且整形外科假体可包括胫骨部件。在此类实施方案中，定位整形外科假体的三维模型可包括将胫骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得胫骨部件的关节面的停留点与包括在三维解剖图像中的患者的胫骨的胫骨平台的停留点对准。
另外，在一些实施方案中，定位标准可识别整形外科假体的将与三维解剖图像中的解剖界标对准的特征部。除此之外或另选地，定位标准可识别整形外科假体的关节面的停留点与患者的骨解剖结构的骨的停留点之间的偏移量。此外，在一些实施方案中，多个指令响应于执行而可进一步使得计算系统生成限定整形外科坐标的定位数据，在该坐标处整形外科假体的特征部应位于患者的解剖结构的骨上。
根据本公开的另一方面，公开了一种或多种非暂态机器可读存储介质，该非暂态机器可读存储介质包括存储在其上的多个指令。该多个指令响应于由计算系统执行而使得计算系统识别在患者的骨解剖结构的三维解剖图像中患者的骨解剖结构的解剖界标，并且确定将在整形外科手术中使用的整形外科假体的定位标准。定位标准可识别解剖界标与整形外科假体的特征部之间的对准。该多个指令响应于执行而进一步使得计算系统基于定位标准将整形外科假体的三维模型定位在三维解剖图像中，以生成包括整形外科假体的三维模型的更新的三维解剖图像，并且显示更新的三维解剖图像。
在一些实施方案中，患者的骨解剖结构可包括股骨，并且整形外科假体可包括股骨部件。在此类实施方案中，定位整形外科假体的三维模型可包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得股骨部件的由恒定曲率半径限定的髁的关节面与患者的股骨的包括在三维解剖图像中的髁的关节面对准。或者，在此类实施方案中，定位整形外科假体的三维模型包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得限定股骨部件的髁的关节面的恒定曲率半径的中心从包括在三维解剖图像中的患者的股骨的内上髁或外上髁的解剖中心偏移参考量。
另外，在一些实施方案中，患者的骨解剖结构可包括胫骨，并且整形外科假体可包括胫骨部件。在此类实施方案中，定位整形外科假体的三维模型可包括将胫骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得胫骨部件的关节面的停留点与包括在三维解剖图像中的患者的胫骨的胫骨平台的停留点对准。
根据本公开的另一个方面，用于生成整形外科手术的外科方案的外科规划计算系统包括一个或多个处理器和其上存储有多个指令的存储器。响应于执行，该多个指令使得外科规划计算系统识别在患者的骨解剖结构的三维解剖图像中捕获的患者的胫骨的内侧胫骨平台的停留点，以及识别在三维解剖图像中捕获的患者的股骨的内髁的旋转中心。
另外，该多个指令在被执行时使得外科规划计算系统确定将在整形外科手术中使用的内侧枢转整形外科假体的定位标准。内侧枢转整形外科假体包括胫骨插入物和股骨部件。定位标准(i)识别胫骨插入物的内侧关节面的停留点与患者的胫骨的内侧胫骨平台的停留点之间的对准，以及(ii)基于患者的股骨的内髁的旋转中心识别股骨部件的内髁的特征部的对准。
该多个指令在被执行时还可使得外科规划计算系统基于定位标准将胫骨插入物和股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，以生成包括整形外科假体的三维模型的更新的三维解剖图像。另外，该多个指令在被执行时可使得外科规划计算系统显示更新的三维解剖图像。
在一些实施方案中，基于定位标准将胫骨插入物的三维模型定位在三维解剖图像中可包括将胫骨插入物的三维模型定位在三维解剖图像中，使得胫骨插入物的内侧关节面的停留点与包括在三维解剖图像中的患者的胫骨的内侧胫骨平台的停留点对准。
另外，在一些实施方案中，基于定位标准将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中可包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得限定股骨部件的内髁的关节面的恒定曲率半径的中心从包括在三维解剖图像中的患者的股骨的内上髁的解剖中心偏移参考量。
此外，在一些实施方案中，基于定位标准将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中可包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得由恒定曲率半径限定的股骨部件的内髁的关节面与包括在三维解剖图像中的患者的股骨的内髁的后关节面对准。
另外，基于定位标准将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中可包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得由恒定曲率半径限定的股骨部件的内髁的关节面与包括在三维解剖图像中的患者的股骨的内髁的前关节面对准。
在一些实施方案中，基于定位标准将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中可包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得股骨部件的髌股表面的关节面与包括在三维解剖图像中的患者的股骨的髌股表面对准。
另外，在一些实施方案中，基于定位标准将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中可包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得限定股骨部件的外髁的关节面的恒定曲率半径的中心从包括在三维解剖图像中的患者的股骨的外上髁的解剖中心偏移参考量。
该多个指令在被执行时可进一步使得外科规划计算系统生成限定整形外科坐标的定位数据，在该坐标处整形外科假体的特征部应位于患者的解剖结构的骨上。
根据本公开的附加方面，用于对患者执行整形外科手术的方法可包括获得其中内侧枢转整形外科假体将在整形外科手术期间被植入的患者的骨解剖结构的三维解剖图像。三维解剖图像可包括患者的胫骨和对应股骨的三维图像。
另外，该方法可包括操作外科规划计算系统以：(i)在三维解剖图像中识别患者的胫骨的内侧胫骨平台的停留点；(ii)在三维解剖图像中识别患者的股骨的内髁的旋转中心；(iii)确定内侧枢转整形外科假体的定位标准，其中内侧枢转整形外科假体包括胫骨插入物和股骨部件，并且其中定位标准(a)识别胫骨插入物的内侧关节面的停留点与患者的胫骨的内侧胫骨平台的停留点之间的对准，以及(b)基于患者的股骨的内髁的旋转中心识别股骨部件的内髁的特征部的对准；以及(iv)基于定位标准将胫骨插入物和股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，以生成包括整形外科假体的三维模型的更新的三维解剖图像。该方法还可包括执行整形外科手术以使用更新的三维解剖图像作为整形外科手术的外科方案来将整形外科假体植入患者的骨中。
在一些实施方案中，基于定位标准将胫骨插入物的三维模型定位在三维解剖图像中可包括将胫骨插入物的三维模型定位在三维解剖图像中，使得胫骨插入物的内侧关节面的停留点与包括在三维解剖图像中的患者的胫骨的内侧胫骨平台的停留点对准。
另外，在一些实施方案中，基于定位标准将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中可包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得限定股骨部件的内髁的关节面的恒定曲率半径的中心从包括在三维解剖图像中的患者的股骨的内上髁的解剖中心偏移参考量。
此外，在一些实施方案中，基于定位标准将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中可包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得由恒定曲率半径限定的股骨部件的内髁的关节面与包括在三维解剖图像中的患者的股骨的内髁的后关节面对准。
另外，基于定位标准将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中可包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得由恒定曲率半径限定的股骨部件的内髁的关节面与包括在三维解剖图像中的患者的股骨的内髁的前关节面对准。
在一些实施方案中，基于定位标准将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中可包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得股骨部件的髌股表面的关节面与包括在三维解剖图像中的患者的股骨的髌股表面对准。
另外，在一些实施方案中，基于定位标准将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中可包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得限定股骨部件的外髁的关节面的恒定曲率半径的中心从包括在三维解剖图像中的患者的股骨的外上髁的解剖中心偏移参考量。
根据本公开的又一方面，提供了一种或多种非暂态机器可读存储介质，该非暂态机器可读存储介质包括存储在其上的多个指令，该多个指令响应于由计算系统执行而使得计算系统识别在患者的骨解剖结构的三维解剖图像中捕获的患者的胫骨的内侧胫骨平台的停留点，以及识别在三维解剖图像中捕获的患者的股骨的内髁的旋转中心。该多个指令在被执行时可进一步使得计算系统确定将在整形外科手术中使用的内侧枢转整形外科假体的定位标准。内侧枢转整形外科假体可包括胫骨插入物和股骨部件。另外，定位标准可(i)识别胫骨插入物的内侧关节面的停留点与患者的胫骨的内侧胫骨平台的停留点之间的对准，以及(ii)基于患者的股骨的内髁的旋转中心识别股骨部件的内髁的特征部的对准。
该多个指令在被执行时可进一步使得计算系统基于定位标准将胫骨插入物和股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，以生成包括整形外科假体的三维模型的更新的三维解剖图像。另外，该多个指令在被执行时可使得外科规划计算系统显示更新的三维解剖图像。
在一些实施方案中，基于定位标准将胫骨插入物的三维模型定位在三维解剖图像中可包括将胫骨插入物的三维模型定位在三维解剖图像中，使得胫骨插入物的内侧关节面的停留点与包括在三维解剖图像中的患者的胫骨的内侧胫骨平台的停留点对准。
另外，在一些实施方案中，基于定位标准将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中可包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得限定股骨部件的内髁的关节面的恒定曲率半径的中心从包括在三维解剖图像中的患者的股骨的内上髁的解剖中心偏移参考量。
此外，在一些实施方案中，基于定位标准将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中可包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得由恒定曲率半径限定的股骨部件的内髁的关节面与包括在三维解剖图像中的患者的股骨的内髁的后关节面对准。
另外，基于定位标准将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中可包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得由恒定曲率半径限定的股骨部件的内髁的关节面与包括在三维解剖图像中的患者的股骨的内髁的前关节面对准。
在一些实施方案中，基于定位标准将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中可包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得股骨部件的髌股表面的关节面与包括在三维解剖图像中的患者的股骨的髌股表面对准。
另外，在一些实施方案中，基于定位标准将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中可包括将股骨部件的三维模型定位在三维解剖图像中，使得限定股骨部件的外髁的关节面的恒定曲率半径的中心从包括在三维解剖图像中的患者的股骨的外上髁的解剖中心偏移参考量。
附图说明
具体实施方式具体是指以下附图，其中：
图1是用于生成整形外科手术的外科方案的外科规划计算系统的框图；
图2是胫骨部件的实施方案的平面图，该胫骨部件可用于由图1的外科规划计算系统生成的外科方案中；
图3是股骨部件的实施方案的透视图，该股骨部件可用于由图1的外科规划计算系统生成的外科方案中；
图4是可由图1的系统的外科规划计算设备建立的环境的框图；
图5A至图5D是用于生成外科方案的方法的流程图，该外科方案可由图1的系统的外科规划计算设备执行；
图6是患者的骨解剖结构的三维图像的图示；
图7是患者的胫骨的剖面正视图，该图可包括在患者的骨解剖结构的三维图像中并且包括患者的胫骨的胫骨平台的停留点的标记；
图8是可由图1的外科规划计算设备显示的图8的患者的胫骨的剖面正视图，该三维图像包括以停留点对准方式定位在其上的胫骨部件的三维模型；
图9是图6的患者的骨解剖结构的三维图像的图示，该三维图像包括患者的股骨的内上髁的中心的标记；
图10是图9的患者的骨解剖结构的三维图像的图示，该三维图像包括以基于患者的股骨的内上髁的中心对准方式定位在其上的股骨部件的三维模型；
图11是可由图1的外科规划计算设备显示的图6的患者的骨解剖结构的三维图像的图示，该三维图像包括以后对准方式定位在其上的股骨部件的三维模型；
图12是可由图1的外科规划计算设备显示的图6的患者的骨解剖结构的三维图像的图示，该三维图像包括以前对准方式定位在其上的股骨部件的三维模型；
图13是可由图1的外科规划计算设备显示的图6的患者的骨解剖结构的三维图像的图示，该三维图像包括以髌股对准方式定位在其上的股骨部件的三维模型；
图14是图6的患者的骨解剖结构的三维图像的图示，该三维图像包括患者的股骨的外上髁的中心的标记；并且
图15是图14的患者的骨解剖结构的三维图像的图示，该三维图像包括以基于患者的股骨的外上髁的中心对准方式定位在其上的股骨部件的三维模型。
具体实施方式
虽然本公开的概念易于具有各种修改形式和替代形式，但其具体示例性实施方案已在附图中以举例的方式示出，并且将在本文中进行详细描述。然而应当理解，无意将本公开的概念限制为所公开的特定形式，而是相反，意图在于涵盖所附权利要求限定的本发明的实质和范围内的所有修改型式、等同型式和替代型式。
在整篇说明书中，当涉及整形外科植入物和本文所述外科手术器械以及患者的自然解剖结构时，可能会用到表示解剖学参考的术语，例如前、后、内侧、外侧、上、下等。这些术语在解剖学研究和矫形外科领域都具有公知的含义。除非另外说明，否则在书面具体实施方式和权利要求中使用的这些解剖参考术语旨在与其熟知的含义一致。虽然下文的公开内容参照患者的胫骨描述技术和器械系统，但应当理解，下文所述的所有系统和技术均可用于外科准备其它骨，例如患者的股骨的远侧端部。
现在参见图1，用于生成整形外科手术的外科方案的例示性外科规划计算系统100包括外科规划计算设备102和成像系统104。在使用中，成像系统104被配置成生成患者106的骨解剖结构的医学图像，诸如二维或三维医学图像。在医学图像是二维的那些实施方案中，外科规划计算设备102被配置成将二维图像转换成三维图像并分析患者的骨解剖结构的生成的(或获得的)三维图像，以基于对应的定位标准将整形外科假体的三维模型正确定位到三维图像中。如下文所详述，定位标准可识别患者的骨解剖结构的解剖界标与将植入患者体内的整形外科假体的对应特征结构部的特定对准。
应当理解，定位标准可能基于若干因素而不同，包括将在整形外科手术中使用的整形外科假体的类型。具体地讲，被设计成允许或有利于“内侧枢转”的整形外科假体相对于非内侧枢转整形外科假体可能在患者的骨解剖结构上的不同位置更好地执行。
例如，例示性外科规划计算系统100可用于生成用于植入内侧枢转整形外科假体的外科方案，该内侧枢转整形外科假体包括如图2所示的胫骨插入物200和如图3所示的股骨部件300。例示性胫骨插入物200包括内侧关节面202和外侧关节面204。然而，关节面202、204是非对称形状的，以提供(支承在胫骨插入物200上的)股骨部件300的非对称枢转。胫骨插入物200的内侧关节面202比典型的非内侧枢转设计的胫骨插入物更适形于例如股骨部件300的髁部分。与典型的非内侧枢转设计的胫骨插入物相比，胫骨插入物200还具有在胫骨插入物200的内侧上的相对凸起的前表面(前内侧唇缘高度206)。此外，相对于典型的非内侧枢转设计的胫骨插入物，内侧关节面202的停留点208被定位成更靠后。例如，停留点208通常被定位在胫骨插入物200的前-后(AP)向的后三分之一中。
现在参见图3，例示性外科规划计算系统100还可用于生成植入内侧枢转设计股骨部件300的外科方案，该内侧枢转设计股骨部件可与胫骨插入物200结合使用。例示性股骨部件300包括被构造成在胫骨插入物200的内侧关节面202上进行关节运动的内侧股骨髁302和被构造成在外侧关节面204上进行关节运动的外侧股骨髁304。股骨髁302、304中的一者或两者可包括由恒定曲率半径310限定的股骨关节面。取决于特定设计，恒定曲率半径310可向前延伸到介于10度和30度之间的过度伸展程度(例如，-20屈曲度)并且向后延伸到介于30度和70度之间(例如，50度)的屈曲度。当然，在其它实施方案中，恒定曲率半径310可在不同的度数范围内延伸。在一些实施方案中，恒定曲率半径310可在后面跟随有逐渐减小的限定股骨部件300的矢状形状的其余部分的曲率半径。
对于自然的内侧枢转运动，胫骨插入物200和股骨部件300的一些实施方案可包括在内侧界面上相对于外侧界面的较高适形率。例如，胫骨插入物的内侧关节面202和股骨部件300的内髁302的股骨关节面的前-后表面适形率可具有96％或更大的适形率。此外，内侧关节面202和内髁302的股骨关节面的内-外适形率可为93％或更大。
内侧枢转整形外科假体的上述特征部可决定相对于非内侧枢转设计的不同定位标准。例如，已确定通过将胫骨插入物200定位成与患者的现有内侧副韧带对准来获得改善的关节移动。为此，在例示性实施方案中，胫骨插入物200相对于患者的骨解剖结构定位，使得胫骨插入物200的内侧关节面202的停留点208与患者的胫骨的内侧胫骨平台的停留点对准(例如，一致)。此类定位可将胫骨插入物200放置在适当位置，使得停留点208将内侧副韧带插入物的位置逼近患者的内侧胫骨平台。这样，胫骨插入物200相对于患者的内侧副韧带位于更自然的位置。可允许胫骨插入物200的外侧浮动并且在外科手术期间使用外侧浮动位置来将其定位(即，基于患者的膝部的屈曲和伸展运动来定位外侧)，如下文所详述。
关于股骨部件300的定位，已确定通过将股骨部件300定位成与患者的内髁的旋转中心对准来获得改善的关节移动。为此，在一些实施方案中，股骨部件300可相对于患者的骨解剖结构定位，使得股骨部件300的恒定曲率半径310的中心或原点从患者的股骨的内(和/或外)上髁的解剖中心偏移参考量，诸如例如5毫米至10毫米。除此之外或另选地，在一些实施方案中，股骨部件300可相对于患者的骨解剖结构定位，使得由恒定曲率半径310限定的股骨部件300的股骨关节面与患者的股骨的内髁的后关节面或与患者的股骨的内髁的前关节面对准(例如，一致)。另外，在一些实施方案中，股骨部件300可相对于患者的骨解剖结构定位，使得股骨部件300的髌股表面的关节面与患者的股骨的髌股表面对准(例如，一致)。可允许股骨部件300的外侧股骨髁浮动，类似于胫骨插入物200的外侧，如下文所详述。因此，通过将关节面适形件适当地放置在胫骨插入物200和股骨部件300之间，可实现假体膝关节的更正常运动。
重新参见图1，外科规划计算设备102可体现为能够生成外科方案并执行本文所述功能的任何类型的计算设备。例如，外科规划计算设备102可体现为任何类型的计算机或计算设备，诸如台式计算机、服务器、移动计算设备、膝上型计算机、平板电脑、“智能”电话、电器设备、数字助理或能够执行本文所述功能的其它计算设备。外科规划计算设备102包括计算电路110、输入/输出(“I/O”)子系统116、通信子系统118、数据存储装置120、显示器122，并且在一些情况下，包括一个或多个外围设备124。当然，应当理解，在其它实施方案中，通信子系统212可包括其它或附加部件，诸如通常存在于典型计算设备或服务器中的那些部件。另外，在一些实施方案中，例示性部件中的一个或多个部件可结合在另一个部件中或以其它方式形成另一个部件的一部分。
计算电路110可体现为能够执行各种计算功能的任何类型的设备或设备的集合。在一些实施方案中，计算电路110可体现为单个设备，诸如集成电路、嵌入式系统、现场可编程阵列(FPGA)、片上系统(SOC)或其它集成系统或设备。另外，在一些实施方案中，计算电路110包括或体现为处理器112和存储器114。处理器112可体现为能够执行本文所述功能的任何类型的处理器。例如，处理器112可体现为单核或多核处理器、数字信号处理器、微控制器或其它处理器或处理/控制电路。类似地，存储器114可体现为能够执行本文所述功能的任何类型的易失性或非易失性存储器或数据存储装置。
计算电路110经由I/O子系统116通信地联接到外科规划计算设备102的其它部件，该I/O子系统可体现为电路和/或部件以促进与计算电路110(例如，与处理器112和/或存储器114)和外科规划计算设备102的其它部件的输入/输出操作。例如，I/O子系统116可体现为或以其它方式包括存储器控制器集线器、输入/输出控制集线器、固件设备、通信链路(即，点对点链路、总线链路、导线、缆线、光导、印刷电路板迹线等)和/或促进输入/输出操作的其它部件和子系统。在一些实施方案中，I/O子系统116可与处理器112、存储器114和外科规划计算设备102的其它部件一起结合到计算电路110中。
通信子系统118可体现为能够实现外科规划计算设备102与系统100的其它部件诸如成像系统104之间的通信的任何类型的通信电路、设备或它们的集合。为此，通信子系统118可被配置成使用任何一种或多种通信技术(例如，无线或有线通信)和相关联的协议(例如，以太网、
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WiMAX、LTE、5G等)来实现此类通信。
数据存储装置120可体现为被配置用于短期或长期存储数据的任何类型的设备，诸如例如存储器设备和电路、存储卡、硬盘驱动器、固态驱动器或其它数据存储装置。如下文所详述，数据存储装置120可存储由成像系统104生成的患者106的骨解剖结构的二维图像，以及由那些二维图像生成的三维图像。另外，数据存储装置120可存储用于各种整形外科假体的定位标准，这些定位标准限定患者的骨解剖结构的解剖界标与将植入患者体内的整形外科假体的对应特征部的特定对准，如上文所述。
显示器122可体现为能够显示数字信息的任何类型的显示器，诸如液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器、等离子体显示器、阴极射线管(CRT)或其它类型的显示设备。在一些实施方案中，显示器122可包括或结合到触摸屏，以有利于针对外科规划计算设备102的触摸输入。另外，在一些实施方案中，外科规划计算设备102可包括一个或多个外围设备124。此类外围设备124可包括计算设备或服务器中常见的任何类型的外围设备，诸如音频输入设备、其它输入/输出设备、界面设备和/或其它外围设备。
成像系统104可体现为能够生成患者106的骨解剖结构的二维或三维数字解剖图像的任何类型的成像设备或设备的集合。例如，成像系统104可利用X射线、磁共振成像(MRI)、计算机断层扫描(CT)、荧光镜透视检查和/或超声来捕获数字解剖图像。在一些实施方案中，成像系统104可通过合适的网络诸如有线或无线网络与外科规划计算设备102通信。另外，虽然在图1中示出为单独的部件，但在其它实施方案中，外科规划计算设备102和成像系统104可结合到单个设备中。
虽然外科规划计算系统100在图1中示出并在上文中被描述为本地计算设备和系统，但应当理解，系统100可体现为基于云的系统。在此类实施方案中，外科规划计算设备102的功能可由远离手术室环境定位的一个或多个服务器或类似计算设备执行。另外，应当理解，虽然外科规划计算设备102被描述为包括特定部件(例如，I/O子系统、数据存储装置、显示器等)，但在其它实施方案中，外科计算设备102可体现为更简化的计算设备(例如，在基于云的系统中)或结合到另一个计算设备或系统中。
现在参见图4，外科规划计算设备102可在操作期间建立环境400。例示性环境400包括3D图像生成器402、3D图像分析器404、用户界面管理器406和外科规划器408。另外，环境400可包括解剖图像数据库410和/或定位标准数据库412。环境400的各种部件中的每一者可体现为硬件、固件、软件或它们的组合。因此，在一些实施方案中，环境400的一个或多个部件可体现为电路或电气设备的集合(例如，3D图像生成器电路402、3D图像分析器电路404、用户界面管理器电路406、外科规划器电路408等)。应当理解，本文描述为由3D图像生成器电路402、3D图像分析器电路404、用户界面管理器电路406和/或外科规划器电路408执行的一个或多个功能可至少部分地由外科规划计算设备102的一个或多个其它部件执行，诸如计算电路110、I/O子系统116、通信子系统118、专用集成电路(ASIC)、可编程电路诸如现场可编程门阵列(FPGA)和/或外科规划计算设备102的其它部件。还应当理解，相关联的指令可存储在存储器114、数据存储装置120和/或另一个数据存储位置中，其可由计算电路110的处理器112和/或外科规划计算设备102的其它计算处理器执行。
另外，在一些实施方案中，环境400的例示性部件中的一个或多个部件可形成另一个部件的一部分，并且/或者例示性部件中的一个或多个部件可彼此独立。此外，应当理解，外科规划计算设备102的环境400可包括计算设备中常见的但为了使描述清晰而未在图1或图4中示出的其它部件、子部件、模块、子模块、逻辑、子逻辑和/或设备(例如，设备驱动程序、界面等)。
3D图像生成器402被配置成生成或以其它方式获得三维解剖图像。在成像系统104生成二维图像的那些实施方案中，3D图像生成器402被配置成从成像系统104获得二维图像并将二维解剖图像转换成三维解剖图像。为此，3D图像生成器402可利用任何合适的二维转三维形态算法。例如，可使用美国专利号4,791,934、美国专利号5,389,101、美国专利6,701,174、美国专利申请公布号US2005/0027492、美国专利号7,873,403、美国专利号7,570,791、PCT专利号WO99/59106、欧洲专利号EP1348394A1和/或欧洲专利号EP1498851A1中公开的形态算法中的任一种或组合。当然，在成像系统104本机生成三维解剖图像的实施方案中，3D图像生成器402的任务可以是从成像系统104获得那些三维解剖图像。3D图像生成器402可将二维解剖图像和/或三维解剖图像存储在解剖图像数据库410中。
3D图像分析器404被配置成分析由3D图像生成器(或由成像系统104本机)生成的患者的骨解剖结构的三维解剖图像，以识别在三维解剖图像中捕获的患者的骨解剖结构的一个或多个解剖界标。为此，3D图像分析器404可利用任何合适的特征检测算法来识别三维解剖图像中的所需解剖界标。3D图像分析器404所识别的特定解剖界标和界标的数量可取决于各种标准，包括例如所使用的整形外科假体的特定类型、外科医生的偏好、患者的现有骨解剖结构和/或其它标准。例如，在例示性实施方案中，3D图像分析器404可被配置成识别在三维图像中捕获的患者106的胫骨的胫骨平台的停留点、患者106的股骨的内上髁的解剖中心、患者106的股骨的髁的后关节面、患者106的股骨髁的前关节面、患者106的股骨的髌股表面的关节面和/或患者106的股骨的外上髁的解剖中心。
如下文所详述，在一些实施方案中，整形外科医生可向外科规划计算设备102提供输入，以有利于或补充对在三维解剖图像中捕获的患者的骨解剖结构的一个或多个解剖界标的识别。为此，例如，整形外科医生可手动注释三维解剖图像以指示将由外科规划计算设备102考虑的特定解剖界标。
用户界面管理器406被配置成呈现和管理外科规划计算设备102的输入/输出。例如，用户界面管理器406可控制显示器122以呈现整形外科医生可与之交互的图形用户界面。在例示性实施方案中，例如，整形外科医生选择整形外科假体和将在整形外科手术中使用的特定定位标准，该定位标准可存储在定位标准数据库412中。另外，用户界面管理器406显示所确定的外科方案，该外科方案包括患者的骨解剖结构的更新的三维解剖图像，包括基于所选择的定位标准定位在其中的所选择的整形外科假体的三维模型，如下文所详述。
外科规划器408被配置成生成用于对应整形外科手术的外科方案或其一部分。为此，外科规划器408将所选择的整形外科假体的三维模型定位(例如，覆盖或以其它方式结合)在三维图像中基于定位标准的位置中，这可如上所述由整形外科医生来选择或以其它方式由外科规划计算设备102基于整形外科假体、正在手术的患者的特定骨和/或其它考虑因素来确定。例如，外科规划器408可将整形外科假体的三维模型定位在三维解剖图像中，使得满足一个或多个定位标准。如上所述，定位标准可限定由3D图像分析器识别的患者的骨解剖结构的解剖界标与由三维模型表示的整形外科假体的特定特征部的特定对准。如下文进一步所述，外科规划器408可被配置成生成多个外科方案，每个外科方案包括位于不同位置的整形外科假体，以供整形外科医生考虑。
现在参见图5A至图5C，在使用中，外科规划计算设备102可执行用于生成整形外科手术的外科方案的方法500。方法500或其部分可体现为能够由处理器112执行并存储在例如存储器114中的指令。另外，实施方法500的指令可存储在任何合适的非暂态存储介质上。
方法500以框502开始，在该框中，外科规划计算设备102确定是否生成外科方案。例如，外科规划计算设备102可等待来自整形外科医生的输入，诸如选择要植入的整形外科假体，以开始执行方法500。
如果外科规划计算设备102确定生成外科方案，则方法500前进至框504，在该框中，外科规划计算设备102获得患者的相关骨解剖结构(即，将在其上操作的一块或多块骨)的三维解剖图像。在成像系统104结合到外科规划计算设备102的实施方案中，在框506中，外科规划计算设备102可生成患者的骨解剖结构的二维解剖图像。另选地，外科规划计算设备102可经由例如合适的通信链路(例如，通过网络)从成像系统104获得患者的骨解剖结构的二维解剖图像。无论如何，如果从成像系统104获得的图像不是三维的，则在框508中，外科规划计算设备102将二维解剖图像转换成三维解剖图像。为此，如上所述，外科规划计算设备102可利用任何合适的二维转三维形态算法。在其中成像系统104本机生成三维图像的实施方案中，外科规划计算设备102可简单地从成像系统104获得那些三维图像，而无需转换所获得的图像。
可由外科规划计算设备获得或生成的例示性三维解剖图像600在图6中以二维方式示出。例示性三维解剖图像600包括患者106的股骨602和胫骨604。
重新参见图5A，在框510中，外科规划计算设备102在三维解剖图像中识别患者的骨解剖结构上的一个或多个解剖界标。为此，外科规划计算设备102可利用任何合适的特征检测算法来识别三维解剖图像中的所需解剖界标。如上所述，外科规划计算设备102所识别的特定解剖界标和界标的数量可取决于各种标准，包括例如所使用的整形外科假体的特定类型、外科医生的偏好、患者的现有骨解剖结构和/或其它标准。另外，在如上所述的一些实施方案中，在框510中，整形外科医生可向外科规划计算设备102提供另外的输入，以有利于或补充对患者的骨解剖结构的一个或多个解剖界标的识别。为此，例如，整形外科医生可手动注释三维解剖图像以指示或识别将由外科规划计算设备102考虑的特定解剖界标。例如，整形外科医生可识别或校正计算机识别的患者的胫骨内侧平台的停留点的位置。
在框512中，外科规划计算设备102确定将在外科方案中使用的一个或多个定位标准。如上所述，将使用的特定定位标准可由外科规划计算设备102基于将在整形外科手术中使用的整形外科假体、正在手术的患者的特定骨和/或其它考虑因素来确定。随后，在框514中，外科规划计算设备102在显示器122上向整形外科医生显示可用的整形外科假体定位标准，该整形外科医生可选择一个或多个定位标准。这样，整形外科医生可查看因选择不同定位标准所得的外科方案(例如，包括整形外科假体的三维模型的更新的三维解剖图像)并为该特定患者选择最可取的外科方案。
在框516中，外科规划计算设备102确定整形外科医生是否已选择定位标准中的一个或多个定位标准。如果是，则方法500前进至图5B的框518。在框518中，外科规划计算设备102生成外科方案或其部分。为此，在框520中，外科规划计算设备102基于所选择的定位标准将整形外科假体的三维模型(例如，胫骨插入物200和股骨部件300的三维模型)定位在患者的骨解剖结构的三维解剖图像中。例如，在框522中，外科规划计算设备102可将整形外科假体的三维模型的一个或多个特征部相对于在框510中识别的对应解剖界标对准，以便满足定位标准。
如上所述，定位标准可识别或决定患者的骨解剖结构的解剖界标与将植入患者体内的整形外科假体的对应特征结构部的特定对准。例如，在一些实施方案中，定位标准可决定胫骨插入物200的内侧关节面202的停留点208与患者的胫骨的内侧胫骨平台的停留点对准。因此，在框524中，外科规划计算设备102可将胫骨插入物200的内侧关节面202的停留点208与患者的胫骨的内侧胫骨平台的停留点对准。为此，如图7和图8所示，外科规划计算设备102被配置成确定患者的胫骨604的内侧胫骨平台702的停留点700。患者的胫骨平台的停留点通常与患者的胫骨平台的软骨的最低点或最下方点相关。当然，应当理解，在一些实施方案中，停留“点”可表现为点的区域或集合而不是单个点。另外，在一些实施方案中，患者的胫骨604的停留点可取决于特定屈曲度。
在外科规划计算设备102已确定停留点700之后，外科规划计算设备102将胫骨插入物200的三维模型800定位在三维解剖图像600中(参见图8)，使得胫骨插入物200的三维模型800的内侧关节面202的停留点208与患者106的胫骨604的内侧胫骨平台702的停留点700对准(例如，一致)。同样，应当理解，胫骨插入物200的停留点208可体现为点的区域或集合和/或取决于特定屈曲度。在此类实施方案中，外科规划计算设备102可对准三维模型800，使得停留区域对准。
重新参见图5B，在框526中，外科规划计算设备102还将股骨部件300与患者的内上髁的旋转中心(例如，与患者的股骨的上髁轴线)对准。为此，外科规划计算设备102可利用一个或多个定位标准来逼近此类定位。例如，定位标准可决定股骨部件300的恒定曲率半径310的原点从患者的股骨的内上髁的解剖中心偏移参考量。因此，在框528中，外科规划计算设备102可将股骨部件300的恒定曲率半径310的中心或原点与患者的股骨的内上髁的中心对准(例如，偏移参考量)。为此，如图9所示，外科规划计算设备102被配置成确定股骨602的内上髁的解剖中心902。随后，如图10所示，外科规划计算设备102将股骨部件300的三维模型100定位在三维解剖图像600中，使得股骨部件300的三维模型100的恒定曲率半径310的原点1002与解剖中心902相距参考距离1104。
重新参见图5B，定位标准可除此之外或另选地决定由恒定曲率半径310限定的股骨部件300的股骨关节面与患者的股骨的髁的后关节面对准(例如，一致)。因此，在框530中，外科规划计算设备102可将由恒定曲率半径310限定的股骨部件300的内髁的关节面与患者的股骨的内髁的后关节面对准(例如，一致)。为此，如图11所示，外科规划计算设备102被配置成将股骨部件300的三维模型1000定位在三维解剖图像600中，使得由恒定曲率半径310限定的股骨部件300的三维模型100的股骨关节面与患者106的股骨602的髁的后关节面1100对准。
重新参见图5B，定位标准可除此之外或另选地决定由恒定曲率半径310限定的股骨部件300的股骨关节面与患者的股骨的髁的前关节面对准(例如，一致)。因此，在框532中，外科规划计算设备102可将由恒定曲率半径310限定的股骨部件300的内髁的关节面与患者的股骨的内髁的前关节面对准(例如，一致)。为此，如图12所示，外科规划计算设备102被配置成将股骨部件300的三维模型100定位在三维解剖图像600中，使得由恒定曲率半径310限定的股骨部件300的三维模型100的股骨关节面与患者106的股骨602的髁的前关节面1200对准。
重新参见图5B，定位标准可除此之外或另选地决定股骨部件300的髌股表面的关节面与患者的股骨的髌股表面对准(例如，一致)。因此，在框534中，外科规划计算设备102可将由恒定曲率半径310限定的股骨部件300的髌股表面的关节面与患者的股骨的髌股表面对准(例如，一致)。为此，如图13所示，外科规划计算设备102被配置成将股骨部件300的三维模型1000定位在三维解剖图像600中，使得股骨部件300的三维模型100的髌股表面与患者106的股骨602的髌股表面对准。
在一些实施方案中，如上所述，可允许股骨部件300的外髁浮动并且随后在整形外科手术期间使用“外侧浮动”手术来将其定位。即，可在术中基于人造关节的屈曲和伸展移动来确定股骨部件300的外髁的最终定位。然而，在其它实施方案中，定位标准可另外决定股骨部件300的外髁的恒定曲率半径310的原点从患者的股骨的外上髁的解剖中心偏移参考量。因此，在框536中，外科规划计算设备102可将股骨部件300的外髁的恒定曲率半径310的中心或原点与患者的股骨的外上髁的中心对准(例如，偏移参考量)。为此，如图14所示，外科规划计算设备102被配置成确定股骨602的外上髁的解剖中心1402。随后，如图15所示，外科规划计算设备102将股骨部件300的三维模型100定位在三维解剖图像600中，使得股骨部件300的三维模型100的外髁的恒定曲率半径310的原点1502与外髁的解剖中心1402相距参考距离1504。
现在重新参见图5B，在一些实施方案中，在外科规划计算设备102基于所选择的定位标准将整形外科假体的三维模型定位在三维解剖图像中之后，方法500前进至图5C的框538。在框538中，外科规划计算设备102生成限定整形外科坐标(例如，前-后坐标和内-外坐标)的定位数据，整形外科假体的一个特征部应位于该整形外科坐标处以匹配在框520中确定的整形外科假体的三维模型的位置。整形外科假体的特定特征部可以是或可以不是在用于将三维模型定位在三维解剖图像中的定位标准中识别的相同特征部。
另外，在一些实施方案中，在框540中，外科规划计算设备102可生成针对自动化外科器械的指令。指令能够由自动化外科器械使用以执行整形外科手术，从而依据所生成的外科方案将整形外科假体(例如，胫骨插入物200和/或股骨部件300)植入患者的解剖结构中。例如，指令可体现为用于整形外科锯执行与所生成的外科方案一致的胫骨插入物200和/或股骨部件300的植入所需的骨切割的指令。
在框542中，外科规划计算设备102将外科方案或其部分呈现给整形外科医生。例如，在框544中，外科规划计算设备102可显示患者的骨解剖结构的更新的三维解剖图像，包括位于在框518中确定的位置中的整形外科假体的三维模型。另外，在一些实施方案中，外科规划计算设备102可显示在框538中确定的定位数据。
在图5D的框548中，整形外科医生可查看更新的三维解剖图像，以确定此类定位是否可接受和/或是否需要另外的外科方案(例如，利用另选的定位)。如果需要另外的外科方案，则方法500循环回到图5A的框510，在该框中，外科规划计算设备102再次识别三维解剖图像中患者的骨解剖结构的解剖界标。在方法500的后续迭代中，外科规划计算设备102可利用由整形外科医生提供的附加信息(如下所述)和/或另选定位标准来生成可包括整形外科假体的另选定位的另选外科方案。
然而，如果不需要另外的外科方案，则方法500前进至框590，在该框中，整形外科医生使用所选择的外科方案来执行整形外科手术。为此，在框592中，整形外科医生可使用手动外科器械和所生成的外科方案来执行整形外科手术。例如，整形外科医生可使用包括整形外科假体的三维模型的更新的三维图像作为定位实际整形外科假体的指引来执行整形外科手术。除此之外或另选地，整形外科医生可利用在框538中生成的定位数据作为用于对准实际整形外科假体的测量值。
另选地，在框594中，整形外科医生可使用自动化外科器械和所生成的外科方案来执行整形外科手术。在此类实施方案中，如上所述，外科规划计算设备102可在框540中生成用于自动化外科器械的指令，并且整形外科医生可使用配备有指令的自动化工具来执行整形外科手术。例如，整形外科医生可利用具有限定要执行的特定骨切割的指令的自动化外科锯。当然，应当理解，在一些实施方案中，整形外科医生可使用手动外科工具和自动化外科工具的组合。
在一些实施方案中，在框596中，整形外科医生可在执行整形外科手术期间跟踪和/或注释患者的骨解剖结构并将此类跟踪数据提供给外科规划计算设备102。在此类实施方案中，外科规划计算设备102可利用跟踪数据来改善框510的解剖界标识别的准确性、框512的整形外科假体定位标准的确定和/或框520的整形外科假体的三维模型的定位。
应当理解，虽然框590至596的功能由整形外科医生执行而不是由外科规划计算设备102执行，但为了使描述清晰，已将它们包括在方法500中。然而，在整形外科医生完成整形外科手术之后或框590执行期间的任何时间，外科规划计算设备102可在框550中确定是否更新外科方案。例如，外科规划计算设备102可基于在框590中在执行整形外科手术期间从整形外科医生接收的信息(例如，跟踪数据)和/或响应于整形外科医生的选择来确定更新外科方案。如果是，则方法500循环回到图5A的框510，在该框中，外科规划计算设备102再次识别三维解剖图像中患者的骨解剖结构的解剖界标。在方法500的后续迭代中，外科规划计算设备102可利用整形外科医生提供的附加信息来生成更新的外科方案。这样，整形外科医生可利用新获得的信息在术中改善生成的外科方案。
然而，如果不需要更新的外科方案，则在一些实施方案中，方法500前进至框552。在框552中，外科规划计算设备102用从当前外科方案和/或当前外科方案的执行获得的数据或信息更新一个或多个外科方案算法。例如，一些实施方案中，在框554中，外科规划计算设备102可更新用于在框510中检测或识别患者的骨解剖结构的解剖界标的算法。为此，外科规划计算设备102可使用框596中从整形外科医生接收的追踪数据和/或从整形外科医生接收的其它数据(例如，当前识别的评级)。
另外，在一些实施方案中，在框556中，外科规划计算设备102可更新识别患者的骨解剖结构的解剖界标与整形外科假体的对应特征部的特定对准的定位标准。为此，外科规划计算设备102可用从整形外科医生接收的任何信息更新定位标准，诸如由整形外科医生在术中执行的对外科整形外科假体的定位的调整。
另外，在一些实施方案中，在框558中，外科规划计算设备102可更新用于将整形外科假体的三维模型与患者的骨解剖结构的对应解剖界标对准的对准算法。为此，外科规划计算设备102可用从整形外科医生接收的任何信息更新对准算法，诸如如上所述由整形外科医生在术中执行的对外科整形外科假体的定位的调整。
这样，可基于来自整形外科医生的反馈和/或在执行整形外科手术期间收集的数据随时间推移而改善由外科规划计算设备102生成的外科方案的准确性。外科规划计算设备102可利用任何合适的人工智能或机器学习算法来基于此类反馈和附加数据更新和改善外科方案的生成。
还应当理解，由外科规划计算设备102生成外科方案可在外科手术之前以及手术室外和/或在执行整形外科手术期间和/或在手术室内执行。例如，如上所述，外科规划计算设备102可基于来自整形外科医生的反馈和/或在执行整形外科手术期间获得的附加信息在术中更新外科方案。
虽然在附图和前述描述中已经详细地举例说明和描述了本公开，但此类举例说明和描述在特征上应被视为是例示性的而不是限制性的，应当理解，仅示出和描述了例示性的实施方案，并且本公开的实质内进行的所有改变和变型都应受到保护。
本文所述方法、设备和系统的多个特征使本公开具有多个优点。应当注意的是，本公开的方法、设备和系统的另选的实施方案可以不包括所有所述特征，但仍然可以受益于此类特征的优点中的至少一些。对于上述方法、设备和系统，本领域的普通技术人员可容易地设想出其自己的实施方式，该实施方式可结合本发明特征中的一个或多个特征，并且落在由所附权利要求限定的本公开的实质和范围内。

Claims (20)

1.一种用于生成用于整形外科手术的外科规划的外科规划计算系统，所述外科规划计算系统包括：
一个或多个处理器；和
其上存储有多个指令的存储器，所述多个指令响应于执行来使所述外科规划计算系统：
识别在患者的骨解剖结构的三维解剖图像中捕获的患者的胫骨的内侧胫骨平台的停留点；
识别在所述三维解剖图像中捕获的患者的股骨的内髁的旋转中心，
确定用于将在所述整形外科手术中使用的内侧枢转整形外科假体的定位标准，其中所述内侧枢转整形外科假体包括胫骨插入物和股骨部件，并且其中所述定位标准(i)识别所述胫骨插入物的内侧关节面的停留点与所述患者的胫骨的所述内侧胫骨平台的所述停留点之间的对准，以及(ii)基于所述患者的股骨的所述内髁的所述旋转中心识别所述股骨部件的内髁的特征部的对准，
基于所述定位标准将所述胫骨插入物和所述股骨部件的三维模型定位在所述三维解剖图像中，以生成包括所述整形外科假体的三维模型的更新的三维解剖图像；以及
显示所述更新的三维解剖图像。
2.根据权利要求1所述的外科规划计算系统，其中基于所述定位标准将所述胫骨插入物的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中包括将所述胫骨插入物的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中，使得所述胫骨插入物的所述内侧关节面的所述停留点与包括在所述三维解剖图像中的所述患者的胫骨的所述内侧胫骨平台的所述停留点对准。
3.根据权利要求2所述的外科规划计算系统，其中基于所述定位标准将所述股骨部件的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中包括将所述股骨部件的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中，使得限定所述股骨部件的所述内髁的关节面的恒定曲率半径的中心从包括在所述三维解剖图像中的所述患者的股骨的内上髁的解剖中心偏移参考量。
4.根据权利要求2所述的外科规划计算系统，其中基于所述定位标准将所述股骨部件的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中包括将所述股骨部件的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中，使得由恒定曲率半径限定的所述股骨部件的所述内髁的关节面与包括在所述三维解剖图像中的所述患者的股骨的所述内髁的后关节面对准。
5.根据权利要求2所述的外科规划计算系统，其中基于所述定位标准将所述股骨部件的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中包括将所述股骨部件的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中，使得由恒定曲率半径限定的所述股骨部件的所述内髁的关节面与包括在所述三维解剖图像中的所述患者的股骨的所述内髁的前关节面对准。
6.根据权利要求2所述的外科规划计算系统，其中基于所述定位标准将所述股骨部件的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中包括将所述股骨部件的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中，使得所述股骨部件的髌股表面的关节面与包括在所述三维解剖图像中的所述患者的股骨的髌股表面对准。
7.根据权利要求2所述的外科规划计算系统，其中基于所述定位标准将所述股骨部件的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中包括将所述股骨部件的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中，使得限定所述股骨部件的外髁的关节面的恒定曲率半径的中心从包括在所述三维解剖图像中的所述患者的股骨的外上髁的解剖中心偏移参考量。
8.根据权利要求1所述的外科规划计算系统，其中所述多个指令响应于执行来进一步使所述计算系统生成限定整形外科坐标的定位数据，在所述整形外科坐标处所述整形外科假体的所述特征部应位于所述患者的解剖结构的骨上。
9.一种用于对患者执行整形外科手术的方法，所述方法包括：
获得患者的骨解剖结构的三维解剖图像，其中内侧枢转整形外科假体将在所述整形外科手术期间植入，其中所述三维解剖图像包括所述患者的胫骨和对应股骨的三维图像；
操作外科规划计算系统以：(i)在所述三维解剖图像中识别所述患者的胫骨的内侧胫骨平台的停留点；(ii)在所述三维解剖图像中识别所述患者的股骨的内髁的旋转中心；(iii)确定用于所述内侧枢转整形外科假体的定位标准，其中所述内侧枢转整形外科假体包括胫骨插入物和股骨部件，并且其中所述定位标准(a)识别所述胫骨插入物的内侧关节面的停留点与所述患者的胫骨的所述内侧胫骨平台的所述停留点之间的对准，以及(b)基于所述患者的股骨的所述内髁的所述旋转中心识别所述股骨部件的内髁的特征部的对准；以及(iv)基于所述定位标准将所述胫骨插入物和所述股骨部件的三维模型定位在所述三维解剖图像中，以生成包括所述整形外科假体的三维模型的更新的三维解剖图像；以及
执行所述整形外科手术以使用所述更新的三维解剖图像作为用于所述整形外科手术的外科规划来将所述整形外科假体植入所述患者的骨中。
10.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述定位标准将所述胫骨插入物的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中包括将所述胫骨插入物的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中，使得所述胫骨插入物的所述内侧关节面的所述停留点与包括在所述三维解剖图像中的所述患者的胫骨的所述内侧胫骨平台的所述停留点对准。
11.根据权利要求10所述的方法，其中基于所述定位标准将所述股骨部件的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中包括将所述股骨部件的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中，使得限定所述股骨部件的所述内髁的关节面的恒定曲率半径的中心从包括在所述三维解剖图像中的所述患者的股骨的所述内上髁的解剖中心偏移参考量。
12.根据权利要求10所述的方法，其中基于所述定位标准将所述股骨部件的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中包括将所述股骨部件的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中，使得由恒定曲率半径限定的所述股骨部件的所述内髁的关节面与包括在所述三维解剖图像中的所述患者的股骨的所述内髁的后关节面对准。
13.根据权利要求10所述的方法，其中基于所述定位标准将所述股骨部件的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中包括将所述股骨部件的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中，使得由恒定曲率半径限定的所述股骨部件的所述内髁的关节面与包括在所述三维解剖图像中的所述患者的股骨的所述内髁的前关节面对准。
14.根据权利要求10所述的方法，其中基于所述定位标准将所述股骨部件的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中包括将所述股骨部件的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中，使得所述股骨部件的髌股表面的关节面与包括在所述三维解剖图像中的所述患者的股骨的髌股表面对准。
15.根据权利要求10所述的方法，其中基于所述定位标准将所述股骨部件的三维模型定位在所述三维解剖图像中包括将所述股骨部件的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中，使得限定所述股骨部件的外髁的关节面的恒定曲率半径的中心从包括在所述三维解剖图像中的所述患者的股骨的所述外上髁的解剖中心偏移参考量。
16.一种或多种非暂态机器可读存储介质，所述非暂态机器可读存储介质包括存储在其上的多个指令，所述多个指令响应于由计算系统的执行来使所述计算系统：
识别在患者的骨解剖结构的三维解剖图像中捕获的患者的胫骨的内侧胫骨平台的停留点；
识别在所述三维解剖图像中捕获的患者的股骨的内髁的旋转中心，
确定用于将在所述整形外科手术中使用的内侧枢转整形外科假体的定位标准，其中所述内侧枢转整形外科假体包括胫骨插入物和股骨部件，并且其中所述定位标准(i)识别所述胫骨插入物的内侧关节面的停留点与所述患者的胫骨的所述内侧胫骨平台的所述停留点之间的对准，以及(ii)基于所述患者的股骨的所述内髁的所述旋转中心识别所述股骨部件的内髁的特征部的对准，
基于所述定位标准将所述胫骨插入物和所述股骨部件的三维模型定位在所述三维解剖图像中，以生成包括所述整形外科假体的三维模型的更新的三维解剖图像；以及
显示所述更新的三维解剖图像。
17.根据权利要求16所述的一种或多种非暂态机器可读存储介质，其中基于所述定位标准将所述胫骨插入物的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中包括将所述胫骨插入物的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中，使得所述胫骨插入物的所述内侧关节面的所述停留点与包括在所述三维解剖图像中的所述患者的胫骨的所述内侧胫骨平台的所述停留点对准。
18.根据权利要求17所述外科规划计算系统，其中基于所述定位标准将所述股骨部件的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中包括将所述股骨部件的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中，使得限定所述股骨部件的所述内髁的关节面的恒定曲率半径的中心从包括在所述三维解剖图像中的所述患者的股骨的所述内上髁的解剖中心偏移参考量。
19.根据权利要求17所述的外科规划计算系统，其中基于所述定位标准将所述股骨部件的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中包括将所述股骨部件的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中，使得由恒定曲率半径限定的所述股骨部件的所述内髁的关节面与包括在所述三维解剖图像中的所述患者的股骨的所述内髁的后关节面对准。
20.根据权利要求17所述的外科规划计算系统，其中基于所述定位标准将所述股骨部件的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中包括将所述股骨部件的所述三维模型定位在所述三维解剖图像中，使得由恒定曲率半径限定的所述股骨部件的所述内髁的关节面与包括在所述三维解剖图像中的所述患者的股骨的所述内髁的前关节面对准。
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