CN117159140A - 使用惯性测量单元提高手术准确性的系统、设备和方法 - Google Patents

使用惯性测量单元提高手术准确性的系统、设备和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117159140A
CN117159140A CN202310955830.9A CN202310955830A CN117159140A CN 117159140 A CN117159140 A CN 117159140A CN 202310955830 A CN202310955830 A CN 202310955830A CN 117159140 A CN117159140 A CN 117159140A
Authority
CN
China
Prior art keywords
imu
patient
enabled
data
instrument
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310955830.9A
Other languages
English (en)
Inventor
W.弗拉西尔
M.哈尔
D.钱
M.普尔斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DePuy Synthes Products Inc
Original Assignee
DePuy Synthes Products Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DePuy Synthes Products Inc filed Critical DePuy Synthes Products Inc
Publication of CN117159140A publication Critical patent/CN117159140A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/70—Determining position or orientation of objects or cameras
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/107—Measuring physical dimensions, e.g. size of the entire body or parts thereof
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7271—Specific aspects of physiological measurement analysis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/74—Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means
    • A61B5/742—Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means using visual displays
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/04—Positioning of patients; Tiltable beds or the like
    • A61B6/0492—Positioning of patients; Tiltable beds or the like using markers or indicia for aiding patient positioning
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/12—Arrangements for detecting or locating foreign bodies
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/44—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis
    • A61B6/4429—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis related to the mounting of source units and detector units
    • A61B6/4435—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis related to the mounting of source units and detector units the source unit and the detector unit being coupled by a rigid structure
    • A61B6/4441—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis related to the mounting of source units and detector units the source unit and the detector unit being coupled by a rigid structure the rigid structure being a C-arm or U-arm
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/44—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis
    • A61B6/4476—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis related to motor-assisted motion of the source unit
    • A61B6/4482—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis related to motor-assisted motion of the source unit involving power assist circuits
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/46—Arrangements for interfacing with the operator or the patient
    • A61B6/461—Displaying means of special interest
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/46—Arrangements for interfacing with the operator or the patient
    • A61B6/461—Displaying means of special interest
    • A61B6/466—Displaying means of special interest adapted to display 3D data
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/50—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment specially adapted for specific body parts; specially adapted for specific clinical applications
    • A61B6/505—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment specially adapted for specific body parts; specially adapted for specific clinical applications for diagnosis of bone
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/52—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/5294—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving using additional data, e.g. patient information, image labeling, acquisition parameters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/54—Control of apparatus or devices for radiation diagnosis
    • A61B6/545—Control of apparatus or devices for radiation diagnosis involving automatic set-up of acquisition parameters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/54—Control of apparatus or devices for radiation diagnosis
    • A61B6/547—Control of apparatus or devices for radiation diagnosis involving tracking of position of the device or parts of the device
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/56—Details of data transmission or power supply, e.g. use of slip rings
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/58—Testing, adjusting or calibrating thereof
    • A61B6/589—Setting distance between source unit and patient
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/30—Determination of transform parameters for the alignment of images, i.e. image registration
    • G06T7/33—Determination of transform parameters for the alignment of images, i.e. image registration using feature-based methods
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/10—Computer-aided planning, simulation or modelling of surgical operations
    • A61B2034/101—Computer-aided simulation of surgical operations
    • A61B2034/105—Modelling of the patient, e.g. for ligaments or bones
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2048—Tracking techniques using an accelerometer or inertia sensor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2055—Optical tracking systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2065—Tracking using image or pattern recognition
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B2090/363—Use of fiducial points
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B90/37—Surgical systems with images on a monitor during operation
    • A61B2090/372—Details of monitor hardware
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B90/37—Surgical systems with images on a monitor during operation
    • A61B2090/376—Surgical systems with images on a monitor during operation using X-rays, e.g. fluoroscopy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/39—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
    • A61B2090/3966—Radiopaque markers visible in an X-ray image
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/39—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
    • A61B2090/3983—Reference marker arrangements for use with image guided surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/04—Positioning of patients; Tiltable beds or the like
    • A61B6/0407—Supports, e.g. tables or beds, for the body or parts of the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/04—Positioning of patients; Tiltable beds or the like
    • A61B6/0487—Motor-assisted positioning
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/52—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/5211—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving processing of medical diagnostic data
    • A61B6/5217—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving processing of medical diagnostic data extracting a diagnostic or physiological parameter from medical diagnostic data
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10072—Tomographic images
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10116—X-ray image
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30004—Biomedical image processing
    • G06T2207/30008—Bone
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30204—Marker

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
  • Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Abstract

本发明提供了准确性提高的系统、设备和方法，其使用从惯性测量单元(IMU)获得的数据来提供。IMU设置在患者、外科手术台、外科器械、成像设备、导航系统等中的一者或多者上。收集来自每个IMU中的传感器的数据，并将该数据用于计算其上设置有IMU的患者、外科手术台、外科器械、成像设备和导航系统的绝对定位和相对定位。除其他信息之外，由IMU生成的数据可与医学图像和相机视力耦合以生成和/或提供外科导航、成像系统的对准、术前诊断和计划、术中工具引导和错误校正以及术后评估。

Description

使用惯性测量单元提高手术准确性的系统、设备和方法
技术领域
本申请涉及惯性测量单元(IMU)，并且更具体地涉及它们在术前、术中和术后的使用以实现提高的准确性。
背景技术
传统上，使用医学成像和外科导航系统和设备的组合来确定术前、术中和术后的准确性和成功率。医学成像设备是允许医疗专业人员使用成像方法(诸如计算机断层摄影(CT)、磁共振(MR)、血管造影或荧光镜透视检查)来对患者的感兴趣的解剖区域成像的系统或系统组。医学成像设备包括X射线成像系统和C形臂系统。外科导航系统使用医学成像和相机或其他传感器的组合，以允许医疗专业人员在外科手术期间对患者的解剖结构进行导航。
为了获得最佳外科手术结果，常常对患者的解剖结构医学成像多次。例如，如果患者正在经受矫形外科手术诸如脊柱外科手术，则患者可(1)在术前暴露于一个或多个X射线图像，以探知患者的状况和/或损伤，识别所需的外科手术类型和手术参数，并且/或者确定患者的脊柱在接近外科手术日期的确切状态；(2)在术中暴露于一个或多个X射线图像，以在外科手术时评估患者的脊柱，提供外科工具(例如，导丝、针、钻、抽头、驱动器等)在其被操作时的导航，并且/或者确定每个外科手术任务在其被执行时的准确性；并且(3)在术后暴露于一个或多个X射线图像，以在对患者进行手术后评估患者的脊柱，确定由外科手术引起的变化，并且/或者探知外科手术相对于术前计划的成功率。患者的这种频繁医学成像可使患者或医疗人员暴露于高剂量的辐射，这可导致严重的医疗风险诸如癌症。
为了使暴露于辐射最小化，期望减少患者所经历的医学图像的数量。减少对患者成像的一种方法是避免采集患者的目标解剖结构的不准确或低于标准的图像，这可由不对准成像系统使得目标解剖结构不能够被成像系统正确地或最佳地查看到而引起。传统的医学成像系统诸如C形臂系统被手动定位成最佳对准，这是一项耗时且经受人为错误的任务。通常，医学成像系统必须被对准，被移除以允许对患者进行手术，并且在外科手术期间多次返回到相同的最佳定位。并且，有时，医学成像系统必须在单一外科手术期间对准到多个最佳定位，例如，以在矫形外科手术期间对准到不同的解剖区域，诸如患者的脊柱的不同椎弓根。在时间和准确性甚至更为关键的术中环境中，正确和精确的对准具有突出的重要性。此外，这些医学成像和外科导航系统和设备的购买、维护和操作是昂贵的。
因此，需要在减少暴露于辐射的同时提供医学成像和/或外科导航的系统、方法和设备。还需要比传统装置便宜同时提供提高的手术准确性的此类系统、方法和设备。
发明内容
提供了用于使用惯性测量单元(IMU)来提高手术准确性的系统和方法。在一些示例性实施方案中，提高的手术准确性包括通过输出操作反馈来提供手术辅助。为了生成操作反馈，由患者的医学图像生成患者解剖结构的三维(3D)表示。基于所生成的3D表示来计算手术参数。IMU用于测量患者的相对位置，并且继而其他IMU用于测量启用IMU的工具的相对位置。基于从IMU的测量获得的手术参数和数据来获得输出操作反馈。
在其他示例性实施方案中，提高的手术准确性包括使用定位在或附接到患者的解剖结构、外科手术台、外科器械、或医学成像和导航系统和设备上的IMU来提供术前评估、术中评估和术后评估和/或反馈。从IMU的传感器获得的IMU数据用于计算患者的解剖结构、外科手术台、外科器械、或医学成像和导航系统和设备的绝对定位和/或相对定位。例如，可将IMU数据与医学图像、相机等组合，以提供器械或设备的外科导航、对准和放置，以及生成术前计划、计算手术参数、确定术中校正，以及评估术后变化。
在一些实施方案中，提供手术辅助包括从成像设备接收一个或多个医学图像。一个或多个医学图像表示(1)患者解剖结构的一个或多个视图，以及(2)已知尺寸的一个或多个标记物。基于一个或多个标记物中的每个标记物的已知尺寸来校准一个或多个医学图像中表示的患者解剖结构的尺寸。基于：(1)与一个或多个医学图像中表示的患者解剖结构相匹配的一个或多个解剖图像，以及(2)在一个或多个医学图像和3D表示上识别的一个或多个解剖标志，生成患者解剖结构的三维(3D)表示。基于患者解剖结构的3D表示来计算手术参数，并且从第一组惯性测量单元(IMU)接收第一IMU数据。基于第一IMU数据将患者的实际解剖结构与3D表示进行匹配。基于以下中的一者或多者来输出操作反馈：(1)手术参数，以及(2)从对应于一个或多个启用IMU的工具的第二组IMU接收的第二IMU数据。
在一些实施方案中，与患者解剖结构相匹配的一个或多个解剖图像可从存储在通信地耦合的数据库或图集中的一组现有解剖图像中识别，并且可使用最佳配合方法与患者解剖结构进行匹配。
在一些实施方案中，手术参数可包括以下中的一者或多者：(1)骨锚插入位置、(2)骨锚轨线和(3)骨锚深度。可相对于患者解剖结构的3D表示来测量手术参数。
在一些实施方案中，第一组IMU可相对于患者以第一取向定位在患者和/或对应于患者的外科手术台上。第一IMU数据可包括IMU中的每个IMU的绝对位置。
在一些实施方案中，基于第一IMU数据来计算第一组IMU中的IMU中的每个IMU的相对位置。第一IMU数据可包括IMU中的每个IMU的相对位置。
在一些实施方案中，将患者的实际解剖结构与3D表示进行匹配包括：使用启用IMU的工具中的一个向患者的实际解剖结构上的接触点提供提示，以及使实际解剖结构的接触点与3D表示上的对应点相关联。
在一些实施方案中，操作反馈的输出可使得操作反馈呈现在显示设备上。操作反馈可包括在一个或多个启用IMU的工具相对于患者解剖结构的相应位置处的叠加在3D表示之上的一个或多个启用IMU的工具的视觉表示。操作反馈还可包括手术参数的视觉表示。在一些实施方案中，现有解剖图像的数据库或图集可存储在至少一个存储器中。
在一些实施方案中，外科导航系统包括一个或多个启用IMU的器械、相机、基于IMU的辅助系统。启用IMU的器械在术中从启用IMU的器械中的每个IMU收集IMU数据。相机跟踪一个或多个启用IMU的器械的术中运动和位置。基于IMU的辅助系统通过以下操作提供操作反馈：确定在跟踪一个或多个启用IMU的器械中的一个的运动和位置中的错误的存在；从一个或多个启用IMU的器械中的至少一个收集IMU数据；以及使用IMU数据来补充一个或多个启用IMU的器械中的一个的运动和位置的跟踪。一个或多个启用IMU的器械中的每个的IMU可嵌入到器械或可移除地附接到器械。相机可包括IMU。
在一些实施方案中，错误的存在可由以下中的一者或多者触发：(1)启用IMU的器械中的一个或多个相对于相机的视线的角度超过阈值，(2)启用IMU的器械中的一个或多个处于相机的视线之外，以及(3)相机发生故障。
在一些实施方案中，提供操作反馈可包括基于IMU数据来计算一个或多个启用IMU的器械中的一个的校正因子。对一个或多个启用IMU的器械中的一个的运动和位置的跟踪的补充还使用校正因子。
在一些实施方案中，一个或多个启用IMU的器械可包括着色标记物，并且相机通过识别一个或多个启用IMU的器械中的每个的着色标记物来跟踪一个或多个启用IMU的器械的运动和位置。
在一些实施方案中，IMU数据可包括一个或多个启用IMU的器械中的每个的绝对位置和一个或多个启用IMU的器械中的每个的相对位置。一个或多个启用IMU的器械中的每个的相对位置可指示所述器械相对于(1)一个或多个启用IMU的器械、(2)相机和(3)患者解剖结构中的一者或多者的位置，如由相机可视化的。
在一些实施方案中，外科导航方法包括通过以下操作提供操作反馈：确定在使用相机执行的启用IMU的器械的运动和位置的跟踪中的错误的存在，启用IMU的器械包括IMU并且能够操作为在术中从其收集IMU数据；从启用IMU的器械收集IMU数据；以及使用IMU数据来补充一个或多个启用IMU的器械中的一个的运动和位置的跟踪。启用IMU的器械的IMU可嵌入到器械或可移除地附接到器械。IMU数据可包括启用IMU的器械的绝对位置和启用IMU的器械的相对位置。相机可包括IMU。
在一些实施方案中，错误的存在可由以下中的一者或多者触发：(1)启用IMU的器械相对于相机的视线的角度超过阈值，(2)启用IMU的器械处于相机的视线之外，以及(3)相机发生故障。
在一些实施方案中，操作反馈的提供还可包括基于IMU数据来计算启用IMU的器械的校正因子。对启用IMU的器械的运动和位置的跟踪的补充还可使用校正因子。
在一些实施方案中，启用IMU的器械可包括着色标记物，并且相机可通过识别启用IMU的器械的着色标记物来跟踪启用IMU的器械的运动和位置。
在一些实施方案中，启用IMU的器械的相对位置指示所述器械相对于(1)其他启用IMU的器械，(2)相机和(3)患者解剖结构中的一者或多者的位置，如由相机所可视化的。
在一些实施方案中，基于IMU的辅助系统可包括至少一个存储器和耦合到至少一个存储器的处理器。在第一实例下，从附接到参与第一物理姿势的患者的多个IMU收集第一IMU数据。基于第一IMU数据来计算患者的第一属性。第一IMU数据和第一属性存储在至少一个存储器中。在第一实例之后的第二实例下，从附接到参与第一物理姿势的患者的多个IMU收集第二IMU数据。基于第二IMU数据来计算患者的第二属性。并且，通过将第一属性与第二属性进行比较来识别对患者的解剖结构的改变。在一些实施方案中，第一实例可在术前发生，并且第二实例可在术中或术后发生。
在一些实施方案中，使用条带、粘合剂或服装服饰中的一者或多者在皮肤水平将多个IMU附接到患者。
在一些实施方案中，患者的第一属性和第二属性各自包括患者的灵活性。
在一些实施方案中，从至少一个存储器或通过网络接收标准测量。将第一IMU数据或第一属性与标准测量进行比较。基于第一IMU数据或第一属性与标准测量的比较来评估患者的状况。
在一些实施方案中，基于IMU的辅助系统包括至少一个存储器和通信地耦合到至少一个存储器的处理器。在第一实例下，从附接到参与第一物理姿势的患者的多个IMU收集第一IMU数据。基于第一IMU数据计算患者的第一属性。该第一IMU数据和该第一属性存储在至少一个存储器中。在第一实例之后的第二实例下，从附接到参与第一物理姿势的患者的多个IMU收集第二IMU数据。基于第二IMU数据来计算患者的第二属性。通过将第一属性与第二属性进行比较来识别对患者的解剖结构的改变。
在一些实施方案中，第一实例可在术前发生，并且第二实例可在术中或术后发生。
在一些实施方案中，可使用条带、粘合剂或服装服饰中的一者或多者在皮肤水平将多个IMU附接到患者。
在一些实施方案中，患者的第一属性和第二属性可各自包括患者的灵活性。
在一些实施方案中，从至少一个存储器或通过网络检索标准测量。将第一IMU数据或第一属性与标准测量进行比较。基于第一IMU数据或第一属性与标准测量的比较来评估患者的状况。
在一些实施方案中，用于提供基于IMU的对准的系统包括用于对患者成像的医学成像设备和基于IMU的辅助系统。医学成像设备相对于患者或外科手术台移动，该患者或该外科手术台具有附接到其上的第一组IMU，医学成像设备包括成像源和成像检测器，该成像检测器具有附接到该成像检测器的第二组IMU。基于IMU的辅助系统通信地耦合到医学成像设备，并且通过以下操作提供医学成像设备的对准：从第二组IMU接收第一IMU数据，该第一IMU数据包括当医学成像设备处于第一定位时获得的信息；从第二组IMU接收第二IMU数据，该第二IMU数据包括当医学成像设备处于第二定位时获得的信息；以及计算处于第二定位的医学成像设备的相对于(1)处于第一定位的医学成像设备或者(2)患者或外科手术台测量的相对定位。
在一些实施方案中，医学成像设备为C形臂，该C形臂包括在C形臂的每个端部处的发射器和检测器。
在一些实施方案中，第一组IMU附接到C形臂的发射器和检测器。
在一些实施方案中，基于IMU的辅助系统可通过以下来提供医学成像设备的对准：(1)在计算处于第二定位的医学成像设备的相对定位之后，将医学成像设备从第一定位引导至第二定位；并且/或者(2)在计算处于第二定位的医学成像设备的相对定位之后，将C形臂从第一定位驱动至第二定位。
在一些实施方案中，在第一定位中，医学成像设备位于远离患者的地定位处，并且在第二定位中，医学成像设备被对准以对患者的第一部分成像。
在一些实施方案中，第一IMU数据和第二IMU数据可包括医学成像设备的位置信息。
在一些实施方案中，基于IMU的辅助系统可经由显示设备提供术中反馈，该术中反馈指示一个或多个启用IMU的器械相对于患者的定位。术中反馈可基于从一个或多个启用IMU的器械接收的第三IMU数据来生成。
附图说明
通过以下结合附图所作的详细描述，将更充分地理解本公开，在附图中：
图1为包括基于IMU的辅助系统的系统架构的示例性实施方案的图表；
图2为用于使用基于IMU的辅助系统的示例性配置的过程的示例性实施方案的顺序图；
图3为表示患者的侧视图和后前视图的医学图像的示例性实施方案；
图4示出了嵌入外科导航系统中的基于IMU的辅助系统的另一种配置的示例性实施方案；
图5为与基于IMU的辅助系统一起使用的外科器械的侧视图；
图6示出了嵌入个人计算设备中的基于IMU的辅助系统的另一种配置的示例性实施方案；
图7为脊柱的具有附接的IMU的区段的示例性实施方案的侧视图；
图8示出了嵌入C形臂成像系统中的基于IMU的辅助系统的另一种配置的示例性实施方案；并且
图9为用于使用嵌入C形臂成像系统中的基于IMU的辅助系统的配置的过程的示例性实施方案的顺序图。
具体实施方式
现在将描述某些示例性实施方案，以得到对本文所公开的系统和方法的结构、功能、制造和使用的原理的全面理解。这些实施方案的一个或多个示例在附图中示出。本领域技术人员应理解，本文具体描述且在附图中示出的系统、设备和方法是非限制性的示例性实施方案。结合一个示例性实施方案示出或描述的特征部可与其它实施方案的特征部进行组合。此类修改和变型旨在被包括在本公开的范围内。此外，在特征部或步骤被描述为例如“第一”或“第二”的情况下，这种数字排序通常是任意的，并且因此此类编号可为可互换的。
本公开包括一些包括原型或工作台模型的图示和描述。本领域的技术人员将认识到如何依靠本公开将所提供的技术、系统、设备和方法整合到提供用于产品诸如消费者准备好的、仓库准备好的或手术室准备好的外科系统中。
本领域的技术人员将会理解，本公开已应用于常规内窥镜、微创和开放式外科规程中，以及应用于机器人辅助的外科手术中。
本公开的示例性实施方案提供增强的手术辅助。来自IMU中的传感器的测量数据可在术前、在术中和/或在术后收集。将IMU附接或配备在患者的解剖结构、外科手术台、外科器械、或医学成像和导航系统和设备中的一者或多者上。从IMU获得的数据可用于计算IMU及其对应的对象的绝对位置和/或IMU与其对应的对象之间的相对位置。从IMU接收的数据(包括所计算的绝对位置和相对位置)可与医学图像、从相机获得的信息以及其他数据耦合，以提供(除其他事项外)外科导航、成像设备的对准、术前计划、术中校正和术后评估。
系统
图1示出了用于在术前、术中和术后环境中提供基于IMU的辅助的系统架构100的一个示例性实施方案。如图所示，系统架构100包括通信地耦合到IMU 103以及医疗设备和系统105的基于IMU的辅助系统101。
IMU是配备有传感器的电子设备，所述传感器可检测和报告关于IMU所附接到的对象的信息。IMU中的传感器可包括一个或多个加速度计、陀螺仪和磁力计，所述加速度计、陀螺仪和磁力计可测量对象的属性，包括例如对象的比力、角速率、磁场、旋转(例如，俯仰、偏航、滚动)、加速度、定位、位置和角参照。传感器可以是3轴线传感器。
IMU 103包括IMU 103-1、103-2……和103-n(统称为“IMU”和/或“103”)。IMU 103中的每个可以是独立的IMU诸如IMU 103-2和103-n，或者可配备在医疗或外科工具或器械(下文称为“启用IMU的工具”或“启用IMU的器械”)上，诸如IMU 103-1。应当理解，尽管图1中示出了三个IMU，但可存在任何数量的IMU和启用IMU的工具，并且可将其通信地耦合到基于IMU的辅助系统101。
如图1所示，IMU 103-1配备在启用IMU的工具104-1上。启用IMU的工具是可在外科环境中使用的器械、设备等。在可启用IMU的矫形外科环境中使用的工具的非限制性示例包括导丝、针、抽头、驱动器、钻、切割器、刀、骨滑动器、牵开器、进入设备和夹钳，以及植入物，诸如骨锚、垫片、保持架、杆、板、连接器等。在一些实施方案中，启用IMU的工具可为包括多个外科工具的阵列。工具中的每个可被制造有IMU，或者可具有在制造后的稍后将其永久地或可移除地添加到工具的IMU。
IMU 103可通过本领域的技术人员已知的有线或无线通信装置将由其相应传感器收集的数据传输至其他通信地耦合的系统和设备。例如，IMU 103可彼此通信、与基于IMU的辅助系统101通信或与医疗设备和系统105通信。在一些实施方案中，具有无线通信能力的IMU可使用Wi-Fi、近场通信(NFC)、蓝牙和本领域的技术人员已知的其他短程射频装置彼此通信以及与其他系统和设备通信。
医疗设备和系统105可包括C形臂系统105-1、医学成像设备105-2和外科导航系统105-n中的一者或多者，但应当理解，在医疗设备和系统105中可包括在外科环境中使用的任何数量和类型的设备和系统。医疗设备和系统105中的每一者可包括处理器、存储器、显示设备以及有线和/或无线通信装置中的一者或多者。C形臂系统105-1是用于诊断和外科规程的荧光镜X射线系统。医学成像设备105-2可为用于在术前环境中生成患者的医学图像的X射线机。应当理解，在一些实施方案中，C形臂系统105-1和医学成像设备105-2可以利用本领域已知的其他成像方法，包括计算机断层摄影(CT)、磁共振(MR)、血管造影或荧光镜透视检查。外科导航系统105-n是由可相对于彼此和患者跟踪的各种器械组成的系统。下文参考图2至图9进一步详细描述了C形臂系统105-1、医学成像设备105-2和外科导航系统105-n。
在一些实施方案中，基于IMU的辅助系统101是包括处理器、存储器、显示设备和通信装置中的一者或多者的独立系统。例如，基于IMU的辅助系统101可部分地或完全地集成、嵌入或实现在个人计算设备、移动计算设备、平板电脑等中。如下文参考图2至图9进一步详细描述的，系统101的显示设备输出、显示或呈现信息，包括由系统101从IMU 103和/或医疗设备和系统105获得的数据、或由系统101计算或生成的数据。在其他实施方案中，基于IMU的辅助系统101是医疗设备和系统105中的一者、IMU(例如，IMU 103-2、103-n)和/或启用IMU的工具(例如，IMU 103-1)的一部分，与其一起容纳，嵌入或集成在其中。在此类场景中，系统101可使用或共享IMU、启用IMU的工具的或医疗设备和系统的存储器、处理器、显示器和/或通信装置。
应当理解，基于IMU的辅助系统101、IMU 103或IMU启用的工具以及医疗设备和系统105中的一者或多者可由人类或由机器人系统操作或交互。
第一实施方案
图2为示出用于提供术中反馈的基于IMU的辅助系统101的配置的一个示例性实施方案的顺序图200。更具体地，在结合图2所述的示例性实施方案中，由基于IMU的辅助系统101提供的术中反馈包括用于插入或植入骨锚(例如，椎弓根或侧块螺钉)的引导。如在步骤250处所示，成像设备105-2在术前环境中采集患者的医学图像。在步骤250处获得的医学图像为X射线，但医学图像可使用本领域已知的多种技法和技术获得，包括磁共振(MR)、计算机断层摄影(CT)和荧光镜透视检查。
在一些实施方案中，在步骤250处获得的医学图像在患者处于站立姿势时从患者采集，但应当理解，患者可在任何姿势中成像。医学图像是患者的视图的视觉表示，诸如前后视图和侧视图。使用一个或多个射线照相胶片识别标记物，诸如本领域中通常已知的X射线标记物等对患者进行成像，所述标记物连同患者也在医学图像上视觉地表示。如本领域的技术人员所理解的，在基于解剖特征的识别利用手动或自动技术获取图像之后，也可建立标记物。特性诸如X射线标记物的尺寸是已知的或能够由成像设备105-2和/或基于IMU的辅助系统101来计算。
图3示出了医学图像310和312的一个示例性实施方案，所述医学图像为分别表示患者的脊柱的侧视图和前后视图的X射线。医学图像310和312中识别的是患者的椎弓根中心和棘突边缘。医学图像310和312中的每一者还包括在X射线的生成期间使用的或在X射线检查期间利用手动或自动解剖特征识别方法生成的标记物314的视觉表示。如结合流程图200详细描述的，医学图像诸如医学图像310和312用于提供患者的术中反馈。
在步骤252处，医学图像310和312从成像设备105-2传输至基于IMU的辅助系统101。医学图像可通过有线或无线通信装置传输。在一些实施方案中，通过使用基于IMU的辅助系统101的相机或其他输入或成像设备拍摄医学图像来将医学图像传输至基于IMU的辅助系统101。在一些实施方案中，医学图像作为单个医学图像被传输或被编译为单个医学图像。在下文中，医学图像可指表示患者的一个或多个视图的一个或多个医学图像(或医学图像的照片)的分组。
使用在步骤252处获得的医学图像，基于IMU的辅助系统101在步骤254处校准在医学图像中视觉地表示的解剖结构(或患者身体的一部分)的尺寸。例如，为了校准解剖结构的尺寸，系统101识别在步骤250处对患者的成像期间使用的并且在医学图像中视觉地表示的标记物，并且检索或计算该标记物的尺寸。具有标记物的尺寸使得系统101能够计算视觉地表示的解剖结构和医学图像的属性，诸如其放大因数和从患者采集医学图像所处的距离。应当理解，在步骤252处可使用本领域技术人员已知的各种校准算法。用于计算X射线放大和校准的此类算法的示例描述于例如Gorski,J.M.和Schwartz,L.的“在非骨水泥关节成形术前规划中测量X射线放大率的设备”，《临床骨科及相关研究》202(1986)：302-306(“ADevice to Measure X-ray Magnification in Preoperative Planning for CementlessArthroplasty,”Clinical Orthopaedics and Related Research 202(1986):302-306)中；Conn,K.S.,M.T.Clarke和J.P.Hallett的“确定射线照片放大率并提高术前模板准确性的简单指南”，《骨与关节杂志》84.2(2002)：269-272(“A Simple Guide to Determine theMagnification of Radiographs and to Improve the Accuracy of PreoperativeTemplating,”Bone&Joint Journal 84.2(2002):269-272)中；The,B.等人的“在骨盆X射线中用于髋关节置换术前计划放大率的数字校正：新方案的理论发展和临床结果”，《医学物理学》32.8(2005)：2580-2589(“Digital Correction of Magnification in Pelvic X-rays for Preoperative Planning of Hip Joint Replacements:TheoreticalDevelopment and Clinical Results of a New Protocol,”Medical Physics 32.8(2005):2580-2589)中；King,R.J.等人的“一种精确计算髋部放射线放大率的新方法”，《骨与关节杂志》91.9(2009):1217-1222(“A Novel Method of Accurately Calculating theRadiological Magnification of the Hip,”Bone&Joint Journal 91.9(2009):1217-1222)中；Schumann,S.、Thelen,B.、Ballestra,S.、Nolte,L.P.、Büchler,P.&Zheng,G.的“X射线图像校准及其对临床矫形术的应用”，《医学工程与物理》(2014)：36(7)，968-974(“X-ray Image Calibration and Its Application to Clinical Orthopedics,”MedicalEngineering&Physics(2014):36(7),968-974)中，其内容全文以引用方式并入本文。
继而，在步骤256处，生成在步骤254处校准的解剖结构的三维(3D)表示。通过将校准的解剖结构与对应于该校准的解剖结构的类型的现有二维和三维解剖图像进行匹配来创建3D表示。用于生成3D表示的现有解剖图像从由系统101或由通信地耦合到基于IMU的辅助系统101的第三方提供商系统存储和管理的一个或多个数据库、图集或图像存储库获得。在一些实施方案中，利用最佳配合方法来执行生成校准的解剖结构的3D表示，该配合方法从数据库、图集或图像存储库识别最接近地匹配或类似于校准的解剖结构的一个或多个二维或三维解剖图像。所识别的匹配或类似图像可单独使用，或彼此组合使用，以生成校准的解剖结构的3D表示。用于识别解剖图像的此类算法的示例包括基于图集几何形状和/或统计形状模型的骨形态算法，该图集几何形状和/或统计形状模型包括例如Baka,Nora等人的“使用统计形状模型通过立体X射线成像对末梢股骨进行2D-3D形状重建”，《医学图像分析》15.6(2011):840-850(“2D-3D shape reconstruction of the distal femur fromstereo X-ray imaging using statistical shape models,”Medical image analysis15.6(2011):840-850)中；Markelj,Primoz等人的“用于图像引导干预的3D/2D注册方法综述”，《医学图像分析》16.3(2012)：642-661(“A review of 3D/2D registration methodsfor image-guided interventions,”Medical image analysis 16.3(2012):642-661)中；Lamecker,Hans、Thomas H.Wenckebach和H-C.Hege.的“从X射线图像重建基于Atlas的3D形状”，《模式识别》，2006(“Atlas-based 3D-shape reconstruction from PatternRecognition,2006)中.ICPR 2006.第十八届国际会议，第1卷，IEEE,2006；Sarkalkan,Nazli、Harrie Weinans和Amir A.Zadpoor的“骨骼的统计形状和外观模型”，《骨头》60(2014)：129-140(“Statistical shape and appearance models of bones,”Bone 60(2014):129-140)中；和Zheng,Guoyan等人的“一种使用点分布模型和经过校准的X射线图像重建患者特定3D骨表面模型的2D/3D对应构建方法，”《医学图像分析》13.6(2009)：883-899(“A 2D/3D correspondence building method for reconstruction of a patient-specific 3D bone surface model using point distribution models and calibratedX-ray images,”Medical image analysis 13.6(2009):883-899)中描述的那些，其内容全文以引用方式并入本文。
在一些实施方案中，结合步骤256所述的生成3D表示的过程由以下来辅助：(1)医学图像中表示的患者的解剖结构上的特定解剖标志的识别，以及(2)所识别的解剖标志与所生成的3D表示上的对应点的匹配。使用该信息以及使用医学图像中的标记物计算的信息(例如解剖结构的尺寸)，患者的解剖结构的医学图像可更准确地映射到3D表示。这种识别和匹配还可允许系统101证实3D表示中的准确性或错误，并采取补救措施以确保最终所得的3D表示尽可能最佳并且代表校准的解剖结构。
此外，解剖标志的这种识别和匹配可使用计算设备、机器人系统或人类中的一者或多者来执行。例如，在一些实施方案中，校准的解剖结构的医学图像和3D表示由基于IMU的辅助系统101的显示设备以图形方式同时或按顺序呈现。显示设备提示用户在以图形方式呈现的医学图像中识别特定的解剖标志。用户可以是能够准确识别所需标志的各类医疗专业人员中的任一个。例如，当医学图像中表示的解剖结构为脊柱或脊柱的一部分时，提示用户识别解剖标志，诸如椎弓根或椎弓根中心、棘突边缘、中线轴线或椎间盘，如图3所示。用户可使用本领域已知的多种计算输入设备中的任一种(诸如鼠标、键盘、麦克风、触摸板、触摸屏等)以及本领域已知的多种输入技术(诸如点击、轻敲、选择、语音识别等)来识别所显示的医学图像上的所请求的解剖标志。
一旦用户已识别出医学图像上的所请求的解剖标志中的一个或全部，则类似地提示用户识别所显示的患者的校准的解剖结构的3D表示上的匹配的解剖标志或标志。因此，系统101可基于从识别和匹配过程获得的信息来确定3D表示是否有缺陷。例如，如果所请求的解剖标志在医学图像上被识别但在3D表示上不可识别，或者在医学图像上识别的解剖标志在3D表示上看起来具有意想不到的尺寸或定位，则系统101可固定或生成更准确的3D表示，或重新校准解剖结构的尺寸。可重复步骤256的3D表示的生成(包括解剖标志的识别和匹配)，直到生成足够准确的3D表示。足够准确的3D表示可由查看3D表示的用户实时地确定，或使用指示3D表示和医学图像之间允许的偏差量的阈值和/或规则来实时地确定。最终所得的3D表示也可称为“第一图像”或“术前图像”。
在步骤258处，基于IMU的辅助系统101使用来自在步骤256处生成的术前3D表示的解剖数据来计算手术参数。在一些实施方案中，基于IMU的辅助系统使用解剖结构和计划轨线的统计形状模型来计算手术参数，并且继而改变该模型以配合受检患者的来源于X射线的解剖结构。手术参数的非限制性示例包括：(1)骨锚要被固定在其中的一个或多个骨或骨节段的识别，(2)骨锚进入点，(3)骨锚要被驱动穿过的轨线的目标坐标，(4)以及骨锚要被驱动的深度。
继而，在步骤258处，IMU数据由基于IMU的辅助系统101从与该系统101无线耦合的IMU 203中的每个获得。IMU数据可包括例如描述检测到的数据诸如取向和位置的旋转矩阵和平移矢量。在本示例性实施方案中，IMU 203为包括IMU 103-2和103-n在内的多个独立的IMU。在获得IMU数据之前，在术中环境中，将IMU 203放置在外科手术台或患者上，以特定取向对准。即，例如，可以使得IMU与患者的解剖结构的矢状平面对准并且垂直于重力的方式对IMU进行取向。IMU 203可由在术中环境中能够接触患者的医疗专业人员等定位和/或对准。然后开启IMU 203，并且继而通过IMU的无线通信装置(例如，蓝牙)将IMU数据传输至系统101。IMU数据可被IMU 203中的每个未提示地报告给系统101，或者可由系统101请求并传输至系统101。由IMU 203报告的IMU数据包括由IMU中的每个的传感器生成并收集的信息，诸如IMU 203中的每个的绝对位置和/或它们的相对位置。
在步骤262处，基于IMU的辅助系统101提示使用启用IMU的外科工具来接触患者的实际解剖结构上的某些点。在一些实施方案中，要被接触的点对应于上文结合步骤256所述的解剖标志。通过接触这些点，可将实际空间中的点与由系统101生成并存储的3D模型进行匹配。由系统101提示可经由系统101的显示设备来进行。例如，基于IMU的辅助系统101可使用基于IMU的外科工具来显示要被接触的区域的列表，或者可在患者的解剖结构的视觉表示上显示那些所需的接触点。应当理解，提示可执行一次一个点，使得仅在已接触先前提示中所提示的点之后呈现每个后续提示。或者，可以使用单个提示来提示所有点。
在步骤264处，在步骤262处提示的用于接触点的启用IMU的工具103-1将接触信息传输至基于IMU的辅助系统101。如上所述，因为可单独地或作为一个组提示要被接触的点，所以传输接触信息的方式可相应地变化。此处，在步骤264处，启用IMU的工具103-1在每次启用IMU的工具103-1接触此类点时传输指示其已经接触到所提示的点的信息。由启用IMU的工具103-1传输的针对每个接触点的接触信息可包括某点已被接触的指示和/或在患者的解剖结构上接触的每个特定点的坐标。
每个接触的点的坐标从启用IMU的工具103-1的IMU中的传感器获得。这些坐标可指示患者的解剖结构的在空间中被启用IMU的外科工具触摸的每个特定点(例如，相对于定位在手术台或患者上的IMU)的位置。继而，在步骤266处，基于IMU的辅助系统101使用在步骤264处接收的指示患者的解剖结构上的某些点的坐标的信息来确定患者的实际解剖结构并将其与在步骤256处生成的术前图像中表示的解剖结构进行匹配。这可通过将患者的实际解剖结构与术前3D表示的解剖结构之间的对应的解剖点或标志相关联来实现。一旦实际解剖结构已与术前3D表示相匹配，系统101就意识到或可确定患者的实际解剖结构和启用IMU的外科工具相对于彼此以及相对于在术前3D表示中表示的解剖结构的位置。使用该信息，在术中环境中，基于IMU的辅助系统101可提供、施用或验证在步骤258处计算的手术参数的应用。
一旦患者的实际解剖结构已与患者的术前3D表示相匹配，系统101就可提供基于IMU的辅助系统101已准备好结合其他工具使用的指示。例如，如图2所示，工具204(诸如椎弓根准备工具)将在手术环境中使用。因此，系统101可指示启用IMU的工具204已准备好使用。
因此，在步骤268处，当工具204用于外科手术中时，基于IMU的辅助系统可提供多种术中反馈。可部分地基于所采集或计算的手术参数、术前3D表示图像、与3D表示相匹配的患者解剖结构和/或IMU数据来确定术中反馈。可使用工具204实时地或基本上实时地提供反馈。应当理解，可将术中反馈以及用于生成该反馈的信息(诸如，测量的工具放置和操作(例如，相对于手术参数))记录在系统101的存储器中。
在一些实施方案中，在步骤268处系统101显示工具204的视觉表示及其相对于患者的解剖结构或相对于术前3D表示图像的位置。工具204的位置可从由工具204的IMU的传感器、患者的解剖结构和/或术前3D图像(如结合步骤266所述，患者的解剖结构和/或术前3D图像可彼此匹配)生成的位置数据获得。
在一些实施方案中，工具204的视觉表示可实时地或基本上实时地示出为叠加在患者的解剖结构的术前3D图像之上。所计算的手术参数也可结合工具204的视觉表示来显示。因此，系统101可提供工具的位置与手术参数相比的实时反馈。例如，当工具被操作时，显示器呈现视觉地表示的工具的轨线以及术前图像的目标轨线。类似地，视觉地表示的工具可连同要固定骨锚的所识别骨、骨锚进入点、骨锚的目标深度等一起显示。以这种方式显示工具的视觉表示允许对工具的操作进行实时反馈和校正以匹配手术参数。在一些示例性实施方案中，系统101可显示启用IMU的工具204的其他测量，诸如角测量。
在一些实施方案中，在步骤268处提供的术中反馈包括指示启用IMU的外科工具操作与所计算的手术参数的一定量的偏差的通知、警告等。
第二实施方案
图4示出了基于IMU的辅助系统101的配置的另一个示例性实施方案。在图4中，基于IMU的辅助系统101为使用外科导航系统105-n执行的导航外科手术提供提高的准确性，诸如错误校正。将图4中的基于IMU的辅助系统101并入外科导航系统105-n中，使得系统101共享导航系统105-n的硬件(例如，处理器和存储器)和/或软件资源。然而，应当理解，在一些实施方案中，结合图4所述的系统101和105-n的功能可使用彼此通信的独立的基于IMU的辅助系统101和独立的外科导航系统105-n来提供。
如上文结合图1所述，外科导航系统105-n是包括一组器械(或工具)和可相对于患者的解剖结构进行术中跟踪的设备的系统。如图4所示，外科导航系统105-n包括器械阵列405-1、相机405-2、器械轴405-3和显示设备405-4。应当理解，尽管图4中未示出，外科导航系统105-n可包括其他类型和数量的器械和设备。
传统外科导航系统使用相机跟踪其器械的位置和定位，以识别阵列相对于相机的运动。然而，当器械从相机视图中旋转出时，例如当器械阵列从相机的视线翻转180度时，传统导航系统的准确性降低。就这一点而言，为了解决传统导航系统的缺点，外科导航系统105-n附加地或另选地包括配备在器械阵列405-1和/或器械轴405-3上的IMU。
虽然在一些实施方案中，可在制造导航系统期间将IMU添加到器械，但在图4中，IMU是在制造后可移除地附接到器械阵列405-1和器械轴405-3的。如上文结合图2进一步详细描述的，IMU包括传感器，所述传感器可测量并报告它们所附接到的对象的属性。因此，启用IMU的器械阵列405-1和轴405-3在其相应的IMU内包括传感器，所述传感器可收集关于其绝对位置、旋转、角度等的信息，以及器械阵列405-1和轴405-3相对于彼此以及相对于导航系统105-n的其他器械和设备或相对于患者的这些和其他属性。
在一些实施方案中，启用IMU的器械405-1和405-3可将其测量的数据报告给基于IMU的辅助系统101。可使用所测量的数据结合器械的操作、患者的解剖结构、对患者的解剖结构的成像以及计算手术参数来提供术中反馈，诸如错误校正。另一方面，在其中启用IMU的器械阵列405-1和器械轴405-3被构造成结合相机405-2操作的一些实施方案中，与单独使用相机相比，启用IMU的器械可提供进一步的准确性和/或错误校正。
错误校正的一个非限制性示例包括当基于IMU的辅助系统101和外科导航系统105-n识别用于跟踪错误(诸如利用视觉导航系统由视线挑战产生的那些错误，其中相机可丢失相应跟踪阵列的位点)的可能性时应用校正因子。IMU能够检测相对角度变化，并且可将该变化报告给外科导航系统105-n。如果角度变化不同于相机405-2测量的，或者如果相机不再能够看到器械阵列，则在器械离开相机405-2的视场之前，将由IMU测量的三维角度变化添加至器械的最后已知定位。导航系统继而显示器械的更新位置和轨线，直到器械返回到相机405-2的准确视场中。例如，外科导航系统105-n可检测到器械阵列405-1(或另一器械)已被旋转或成角度远离相机405-2、或以其他方式被遮挡足够大的可能引起错误的量，如基于实时地预先识别或计算的阈值所确定的。在这种情况下，相机405-2被认为不再能够以足够的精度准确地测量器械阵列405-1的位置和/或其他属性。因此，基于IMU的辅助系统101从启用IMU的器械的IMU检索数据，以便补充从相机405-2获得的工具的测量。换句话讲，一旦相机405-2不再能够可靠地跟踪器械阵列405-1，则启用IMU的器械阵列405-1的传感器就可检索数据并将其传输至系统101。基于IMU的辅助系统101和导航系统105-n共享其IMU数据和相机定位信息，以生成关于器械405-1和405-3诸如它们的定位的错误校正信息。关于器械405-1和405-3的错误校正信息允许显示器405-4继续无缝地显示以下中的一者或多者的视觉表示：器械、患者的解剖结构、对患者的解剖结构的成像或手术参数。
通过用IMU补充器械405-1和405-3，导航系统105-n的范围可通过有效地增加相机405-2的视场并减少或消除其盲点来扩大。
第三实施方案
基于IMU的辅助系统101的配置的另一个示例性实施方案用于提供对外科工具的视觉跟踪。在本实施方案中，基于IMU的辅助系统101提供类似于上文结合图4所述的外科导航系统105-n的导航，而无需此类外科导航系统和与其相关联的高成本。
相反，在本示例性实施方案中，基于IMU的辅助系统101包括处理器、存储器、显示设备和相机。基于IMU的辅助系统的相机可与基于IMU的辅助系统101的其他部件一起容纳，或者可作为单独的设备提供，该单独的设备通信地耦合(例如，使用蓝牙)到系统101的其余部分。在一些实施方案中，相机被静态定位，诸如台式安装的相机。基于IMU的辅助系统与耦合到外科器械和/或植入物的IMU无线通信。如图5所示，外科器械还具有附接到其的标记物515，诸如具有独特地识别器械的颜色、图案、组合等的球体或标记，如下所述，这些标记可用于使用相机跟踪外科器械。
在术中环境中，基于IMU的辅助系统101的相机可通过识别并跟踪由相机所捕获的图像中的每个器械上附接或配备的标记物来测量器械的定位、角度、取向和其他属性。此外，启用IMU的器械的IMU中的每个可从其传感器收集测量数据并将测量数据传输至基于IMU的辅助系统101。IMU测量数据包括上文结合图2所述的启用IMU的器械中的每个相对于彼此或相对于其他IMU的各种测量。
如上文结合图4所述，基于IMU的辅助系统101可补充从本实施方案中基于IMU的辅助系统101的相机获得的测量，其中IMU测量数据由启用IMU的器械的IMU收集并报告。这样，可通过用IMU测量数据校正不准确或易于出错的相机测量数据来减少或消除由系统101的静态定位的相机产生的盲点和其他视线问题。
通过用IMU测量数据补充相机测量数据，基于IMU的辅助系统101的显示可提供连续的术中反馈，即使当相机不能准确地测量器械的定位、角度、取向和其他属性时也是如此。
在一些实施方案中，IMU测量数据可用作主要导航信息，并且可根据需要使用从相机获得的测量来校正IMU数据。例如，从相机获得的绝对定位和/或取向信息可周期性地用于校正从IMU获得的相对定位和/或取向测量中可能出现的漂移误差。在一些实施方案中，可省去IMU，并且可仅使用标记物和相机来跟踪器械。
第四实施方案
图6示出了基于IMU的辅助系统101的配置的另一个示例性实施方案。在图6中，基于IMU的辅助系统101提供术前计划以及术中和术后评估能力。如图所示，图6所示的基于IMU的辅助系统101设置在智能电话、平板电脑或类似的计算设备中或与其结合使用。
在术前环境中，可将一个或多个IMU附接到患者620以测量关于患者620的所需属性。例如，在用于脊柱外科手术的术前环境中，可在皮肤水平将IMU附接到患者620的脊柱、骨盆、髋部、头部和/或大腿。皮肤水平是指在患者的皮肤上方或基本上邻近患者皮肤的区域。IMU如何附接到患者620的非限制性示例包括使用配备有IMU的条带、粘合剂或服装服饰(例如，衬衫、背心)。
继而，通过提示患者620呈现各种物理姿势诸如图6所示的弯腰姿势来测量患者的灵活性、运动范围、步态或其他参数。提示患者620可通过经由基于IMU的辅助系统101的显示设备显示由患者620呈现的姿势来执行。在一些实施方案中，当患者呈现姿势以确保其匹配所提示的姿势时，系统101的相机可对他或她拍照或记录。在一些实施方案中，照片或视频记录可使用单独的设备捕获并传输至系统101进行处理。一旦患者620已呈现由系统101所提示的姿势，基于IMU的辅助系统101就从附接到患者620的IMU检索和/或请求传感器数据。除其他事项外，传感器数据包括附接到患者620的IMU中的每个的相对定位。例如，使用来自IMU的所检索和/或所请求的传感器数据，系统101可计算患者的头部和颈椎相对于患者的骨盆的相对定位和/或角度。
如由系统101使用传感器数据所确定的，患者的灵活性、运动范围等可相对于可从系统101的存储器检索的客观标准进行比较，以诊断患者的病症和/或识别患者的目标或所需的灵活性。可以由医疗专业人员和/或计算系统(例如，基于IMU的辅助系统101)使用灵活性的客观标准测量来确定术前计划，包括例如所需的或目标灵活性。
在术中环境中，在术前获得的患者620的测量可用于评估患者，并且如果需要的话，根据需要进行校正。更具体地，在术前附接到患者的IMU中的一个或多个IMU在患者经受手术时可留在患者身上。在一些实施方案中，可将附加的IMU附接到患者。例如，在脊柱外科手术期间，可在各种脊柱水平处将IMU附接到患者的脊柱，如图7所示。即，图7示出了被夹到或附接到多个椎骨中的每个椎骨的每个棘突的IMU 703。
继而，在外科手术期间，基于IMU的辅助系统101可从附接到患者620的IMU检索和/或请求传感器数据。传感器数据可在整个外科手术中实时地或基本上实时地从IMU连续地传输至基于IMU的辅助系统101。附加地或另选地，可应请求将传感器数据从IMU传输至基于IMU的辅助系统101，例如，当在患者620的外科手术期间达到某些外科手术里程碑时。
参考上文提及的脊柱外科手术示例，可将在术中从IMU传输至基于IMU的辅助系统101的数据用于测量患者的属性，诸如扭转未矫正的角度、脊柱后凸/脊柱前凸矫正、牵张/压缩、骨折复位等。将在术中测量的属性与在术前接收的IMU数据和/或与包括患者的目标测量和/或属性的计算的术前计划进行比较。例如，对于人工椎间盘外科手术，可将IMU放置在脊柱的不同水平处，以获得测量从而：将脊柱设置在正确定位中，并确保正确地选择端板以保持患者的核心中立。对于后部颈椎外科手术，可将IMU放置在患者的脊柱和头部上，以测量并计算患者的头部是否正确定位并且患者的凝视角度是否为最佳的。为了进行外科手术以矫正脊柱牵张，将IMU放置在相关椎间盘空间上方和下方的不同水平上，以测量例如椎间盘空间角度，并确定最佳保持架尺寸和角度。
在一些实施方案中，在3D中，使用附接到多个脊柱水平的IMU来构建患者的脊柱的统计形状模型。即，由IMU 703生成的数据生成关于患者的脊柱的几何特性的信息。基于IMU的辅助系统101生成形状模型，并且可跟踪3D中的脊柱的矫正而无需获得医学成像。在另一个实施方案中，例如，附接到患者的骨盆、脊柱和/或股骨的IMU可用于在术前和术中测量患者的骨盆倾斜。通过比较这两者，系统101可确定骨盆倾斜是否已被矫正或骨盆倾斜相对于术前测量或计划已经如何改变。
在术后，基于IMU的辅助系统101从附接到患者620的IMU检索和/或请求在患者的附接有术前或术中IMU的全部部分或一些部分处的传感器数据。系统101可通过将由系统101经由附接到患者620的IMU获得的术前和/或术中测量与术后传感器数据进行比较来计算对患者的属性诸如灵活性和头部定位的改变。该比较产生患者的发展和/或进展。系统101提供了对患者的目标矫正是否通过手术来实现的确认。
基于IMU的辅助系统101通过经由其显示设备显示指示患者的术前、术中或术后测量中的一者或多者和/或患者的术前计划的文本和/或图形来提供反馈。例如，系统101的显示设备提供患者处于在术前呈现的姿势的图示。患者620的图示可包括从附接到患者的IMU产生的数据获得的测量，包括IMU所附接到的患者的身体的姿势、角度和/或弯曲或患者身体的某些区域之间的姿势、角度和/或弯曲。系统101还可示出处于在术中或术后呈现的相同姿势的患者，连同用术前图像显示的患者620的相同测量。此外，系统101可根据术前计划来显示患者的测量和/或图示。此类显示器允许医疗专业人员或系统101的其他操作者可视化手术所取得的进展。
第五实施方案
图8示出了基于IMU的辅助系统101的配置的另一个示例性实施方案。在图8中，基于IMU的辅助系统101提供外科系统诸如C形臂系统105-1的准确对准。图8中的基于IMU的辅助系统101并入C形臂系统105-1中，使得系统101共享C形臂系统105-1的硬件和/或软件资源。然而，应当理解，在一些实施方案中，结合图8所述的系统101和105-1的功能可使用彼此通信的独立的基于IMU的辅助系统101和独立C形臂系统105-1来提供。
C形臂系统105-1为荧光镜X射线系统，其用于例如在对患者的手术期间提供患者834的实时医学图像。C形臂系统105-1包括将X射线检测器830-1连接到X射线源830-2(也称为“X射线发射器”)的C形臂，该射线源在图8中不可见但定位在外科手术台832下方。应当理解，在一些实施方案中，X射线源830-1和X射线检测器830-2的位置可颠倒，使得各自位于C形臂830的不同端部上，而不是如图8所显示。C形臂系统105-1还包括可用于输入和输出信息的显示设备。例如，显示设备可输出患者834的医学图像，并接收输入，诸如对患者的图像的操纵。虽然图8中未示出，但C形臂系统105-1包括一个或多个处理器和存储器，并且可包括其他类型和数量的设备。
C形臂系统105-1的C形臂830能够以本领域的技术人员已知的多种方式移动和旋转，以便将C形臂830定位在所需的位置处。在一些实施方案中，C形臂可水平地、竖直地并且围绕旋转轴线移动，从而允许从几乎任何角度获得患者834的图像。虽然C形臂830可手动定位，但在一些实施方案中，C形臂830可利用附接到C形臂830的马达、轮组和其他运动机构的组合由C形臂系统105-1自动驱动。然而，传统上，C形臂830被驱动的所需位置必须在每次将C形臂830放置用于对患者834成像时被识别或确定，并且C形臂830必须被手动移动或驱动到该定位。传统上，C形臂的定位已成为关键且耗时的过程，容易受到人为错误的影响。
在一些实施方案中，C形臂系统诸如C形臂系统105-1具有与所连接的导航系统集成的扫描能力。一旦将参考阵列放置在患者身上，就将具有可由导航相机看到的基准点的环放置在C形臂发射器上。C形臂是动力的，并且可在不被操作者驱动的情况下对患者执行超过180度的扫描。在该180度(或180+度)扫描期间，C形臂拍摄多幅图像，并将它们反馈到导航系统中以重建成3D模型。相机看到C形臂相对于患者解剖结构的每个定位，并使用这些定位将导航器械取向至虚拟图像中的重建的3D解剖结构。
为了获得患者834的解剖结构的相关区域的最佳图像，C形臂830必须被定位在相对于患者834的精确位置和角度处。在一些实施方案中，在脊柱外科手术期间，C形臂830的最佳定位为其中X射线检测器830-1的面向患者侧平行于脊柱平面和/或X射线垂直于患者834的脊柱平面发射的定位。因为脊柱平面在每个椎骨水平之间是不同的，所以对于每个椎骨水平，C形臂830必须被放置在独特的定位中。如图9所示，基于IMU的辅助系统101并入C形臂系统105-1中使得能够使用IMU自动对准C形臂830。
图9示出了用于提供C形臂系统105-1的IMU辅助对准的顺序图。如图9所示，基于IMU的辅助系统101并入C形臂系统105-1中。C形臂系统105-1与IMU 803进行无线通信。在IMU 903中的是图1示出的IMU103-2和103-n。如下文进一步详细描述的，IMU 903包括两组IMU：一组定位在患者和/或手术台上或附接到患者和/或手术台，并且另一组附接到C形臂系统105-1的一部分。C形臂系统105-1还与工具904诸如椎弓根准备工具进行无线通信。应当理解，不是椎弓根准备工具904和/或除椎弓根准备工具904之外的工具可与C形臂系统105-1进行通信。
在结合图9所述的示例性实施方案中，C形臂系统105-1用于对脊柱的手术。图9描述了用于最佳地对准和重新对准C形臂系统105-1使得患者的每个椎弓根由C形臂105-1准确定向的示例性过程。即，图9的示例性过程可测量C形臂系统105-1的定位并复制该定位。
在步骤950处，对IMU 903中的第一组IMU 903-a开启校准。第一组IMU 903-a为放置或附接到患者或外科手术台的IMU。如上文结合图2所述，IMU 903-a能够以特定取向被放置，诸如在患者的解剖标志上或在患者附近。例如，可将IMU 903a定位在类似于图8所示的IMU 803-a的外科手术台上。
一旦将IMU 903-a放置和开启，就可通过彼此报告和/或向基于IMU的辅助系统101报告相应的IMU数据来对IMU 903-a进行校准。由IMU 903-a中的每个报告的IMU数据包括每个IMU的位置信息。IMU 903-a和/或基于IMU的辅助系统101可计算每个IMU相对于彼此和/或相对于地的位置或定位。通过校准IMU 903-a，可以理解或确定IMU 903-a在空间中的位置，并且因此可以确定其他IMU相对于该空间的位置。
继而，在步骤952处，由第二组IMU 903-b中的每个IMU收集IMU数据。第二组IMU903-b由来自IMU 903的IMU组成。此外，第二组IMU 903-b由放置或附接到C形臂系统105-1的部分的IMU组成。例如，第二组IMU 903-b可由定位在X射线源和/或X射线检测器上的IMU(类似于图8所示的IMU 803-b)组成。在步骤952处收集的IMU数据包括由IMU 903-b的每个传感器测量的信息。
当在步骤952处从IMU 903-b收集数据时，C形臂系统105-1的C形臂被定位成使得X射线发射器和/或X射线检测器平行于地或基本上平行于地。换句话讲，X射线发射器和/或X射线检测器平行于地意味着它们各自的患者侧面基本上平行于地。C形臂系统105-1的该定位也被称为“0”定位。在步骤954处，在步骤952处由IMU 903-b收集的IMU数据在C形臂系统105-1处于0定位时被传输至基于IMU的辅助系统101，该系统存储所接收的0定位IMU数据。
继而，在步骤956处，C形臂系统105-1的C形臂移动至第一最佳定位。第一最佳定位为其中C形臂系统105-1被最佳对准以查看患者的脊柱或其他感兴趣的解剖结构中的选定椎弓根并且/或者对该选定椎弓根成像的定位，如本领域的技术人员已知的那样。一旦C形臂系统105-1已被放置在第一最佳定位，附接到C形臂系统105-1的第二组IMU 903-b就在步骤958处从它们的传感器收集IMU数据。在一些实施方案中，IMU数据的收集由C形臂系统105-1触发，该C形臂系统向IMU 903-b指示C形臂处于第一最佳定位。
在步骤958处由IMU 903-b收集的数据包括指示C形臂系统105-1的C形臂的定位的信息。在步骤958处收集的数据继而在步骤960处被传输至基于IMU的辅助系统101。继而，在步骤962处，系统101计算处于第一最佳定位的C形臂相对于0定位和/或相对于IMU 903-a的定位的相对定位。基于在步骤960处接收的IMU数据和在步骤954处接收的0定位数据来计算处于第一最佳定位的C形臂的相对定位。
在术中环境中，C形臂系统105-1的C形臂从第一最佳定位移除，并且在步骤964处返回至0定位，使得可在没有阻碍的情况下对患者进行手术。当需要时，C形臂系统105-1可自动返回至由所记录的第一最佳定位指示的对准。因为第一最佳定位是C形臂相对于患者和/或外科手术台的定位，所以C形臂系统105-1可始终准确地返回至第一最佳定位，从而减少或消除错误和浪费时间的可能性。
在移除C形臂系统105-1的情况下，可使用启用IMU的外科器械(诸如椎弓根准备工具904)来准备骨锚、对骨锚定尺寸并将骨锚植入到椎弓根中。椎弓根准备工具904的位置能够从由该椎弓根准备工具的传感器产生的数据识别。此外，可根据椎弓根准备工具904的IMU的数据和第一组IMU 903-a的数据来计算准备工具904相对于患者和/或外科手术台的位置。
在步骤966处，与图8所示的显示设备836类似的C形臂系统105-1的显示设备用于在操作椎弓根准备工具904时提供术中反馈。术中反馈可由显示设备连续地提供，或者可在被请求时提供。
C形臂系统的显示设备可呈现视觉提示和数字提示，以将启用IMU的椎弓根准备工具904引导至患者的椎弓根的所需部分。基于IMU的辅助系统101可基于以下中的一者或多者来确定椎弓根准备工具904相对于患者的椎弓根、患者的图像和/或实际患者的位置：(1)由工具904的IMU产生的数据，(2)由限定患者和/或外科手术台的绝对位置和相对位置的第一组IMU 903-a产生的数据，以及(3)由限定患者的椎弓根的绝对位置和相对位置的IMU903-b产生的数据。
在一些实施方案中，期望将椎弓根准备工具904在垂直于C形臂系统105-1的X射线源或X射线检测器的面的方向上定位在椎弓根的中心下方。在此类情况下，基于在步骤960处接收的与C形臂系统105-1的第一最佳定位有关的IMU数据，显示设备提供反馈，以将椎弓根准备工具904定位在椎弓根的所需区域处。上文结合图2描述了提供术中反馈的其他示例。
可针对患者的脊柱的每个附加椎弓根重复图9的步骤956至966。即，在步骤956处，C形臂系统105-1的C形臂相反移动至第二最佳定位，在该第二最佳定位中C形臂被对准以最佳地查看患者的下一个椎弓根并且/或者对患者的下一个椎弓根成像。
虽然图9中未示出，但C形臂系统105-1在每个最佳定位中的相对定位可结合患者的每个对应的椎弓根来记录。可将所记录的信息添加到共同椎弓角的数据库中，该数据库可随后用于计算或预测对于特定椎弓根而言C形臂系统105-1的可能定位。
上述示例性实施方案，包括图1-9中所示或结合图1-9所讨论的系统和规程或其任何部分或功能可通过使用硬件、软件或这两者的组合来实现。该实现可在一个或多个计算机或其他处理系统中。虽然由这些示例性实施方案执行的操纵可能已经涉及通常与由人类操作者执行的心理操作相关联的术语，但不需要人类操作者来执行本文所述的操作中的任一个操作。换句话讲，可利用机器操作来完全实现这些操作。用于执行本文所呈现的示例性实施方案的操作的可用机器包括通用数字计算机或类似设备。
本文所述的示例性实施方案的部分可通过使用常规通用计算机、专用数字计算机和/或根据本公开的教导内容编程的微处理器方便地实现，这对于计算机领域的技术人员是显而易见的。基于本公开的教导内容，可由熟练的程序员容易地准备适当的软件编码。
一些实施方案也可通过准备专用集成电路、现场可编程门阵列，或通过互连合适的常规部件电路的网络来实现。
一些实施方案包括计算机程序产品。计算机程序产品可为具有存储在其上或其中的指令的非暂态存储介质或媒体，所述指令可用于控制或使得计算机执行本文所述的示例性实施方案的规程中的任一个规程。存储介质可包括但不限于软盘、迷你盘、光盘、蓝光光盘、DVD、CD或CD-ROM、微型驱动器、磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、DRAM、VRAM、闪存存储器、闪卡、磁卡、光卡、纳米系统、分子存储集成电路、RAID、远程数据存储装置/服务器/仓库、和/或适于存储指令和/或数据的任何其他类型的设备。
存储在非暂态计算机可读介质或媒体中的任一个上的一些实现方式包括既用于控制通用和/或专用计算机或微处理器的硬件又用于使计算机或微处理器能够利用本文所述的示例性实施方案的结果来与人类用户或其他机构进行交互的软件。此类软件可包括但不限于设备驱动程序、操作系统和用户应用程序。最后，此类计算机可读媒体还包括用于执行上述系统和方法的示例性方面的软件。
包括在通用和/或专用计算机或微处理器的编程和/或软件中的是用于实现上述规程的软件模块。
虽然上文已经描述了各种示例性实施方案，但应当理解，它们已经以举例的方式而非限制的方式呈现。对于相关领域的技术人员显而易见的是，在其中可作出形式和细节上的各种改变。因此，本公开不应受到上述示例性实施方案中的任一个的限制。
此外，应当理解，附图仅被呈现用于示例性目的。本文所呈现的示例性实施方案的架构是充分柔性和可配置的，使得其可以与附图中所示的方式不同的方式被利用和导航。
此外，该说明书摘要的目的是使美国专利和商标局以及一般公众，并且特别是本领域内的不熟悉专利或法律术语或用语的科学家、工程师和从业者能够从粗略检查中快速确定本申请的技术公开的性质和实质。说明书摘要并非旨在以任何方式限制本文所呈现的示例性实施方案的范围。还应当理解，权利要求中所述的程序不需要按所呈现的顺序来执行。
基于上面描述的实施方案，本领域的技术人员将了解本公开的另外的特征和优点。因此，本公开不受已具体示出和描述的内容的限制。本文引用的所有出版物和参考文献全文明确地以引用方式并入本文中。

Claims (35)

1.一种外科导航系统，包括：
一个或多个启用IMU的器械，所述一个或多个启用IMU的器械能够操作为在术中从所述启用IMU的器械中的每个IMU收集IMU数据；
相机，所述相机能够操作为跟踪所述一个或多个启用IMU的器械的术中运动和位置；和
基于IMU的辅助系统，所述基于IMU的辅助系统能够操作为通过以下操作提供操作反馈：
确定在所述一个或多个启用IMU的器械中的一个的所述运动和所述位置的所述跟踪中的错误的存在；
从所述一个或多个启用IMU的器械中的至少一个收集所述IMU数据；以及
使用所述IMU数据来补充所述一个或多个启用IMU的器械中的一个的所述运动和所述位置的所述跟踪。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述错误的存在由以下中的一者或多者触发：(1)所述启用IMU的器械中的一个或多个相对于所述相机的视线的角度超过阈值，(2)所述启用IMU的器械中的一个或多个处于所述相机的所述视线之外，以及(3)所述相机发生故障。
3.根据权利要求1所述的系统，
其中所述操作反馈的所述提供还包括基于所述IMU数据来计算所述一个或多个启用IMU的器械中的一个的校正因子，并且
其中对所述一个或多个启用IMU的器械中的一个的所述运动和所述位置的所述跟踪的所述补充还使用所述校正因子。
4.根据权利要求1所述的系统，
其中所述一个或多个启用IMU的器械包括着色标记物，并且
其中所述相机通过识别所述一个或多个启用IMU的器械中的每个的所述着色标记物来跟踪所述一个或多个启用IMU的器械的所述运动和所述位置。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个启用IMU的器械中的每个的所述IMU嵌入所述器械或可移除地附接到所述器械。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述IMU数据包括所述一个或多个启用IMU的器械中的每个的绝对位置和所述一个或多个启用IMU的器械中的每个的相对位置。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述相机包括IMU。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述一个或多个启用IMU的器械中的每个的所述相对位置指示所述器械相对于(1)所述一个或多个启用IMU的器械、(2)所述相机和(3)患者解剖结构中的一者或多者的位置，如由所述相机可视化的。
9.一种外科导航方法，包括：
通过以下操作提供操作反馈：
确定在使用相机执行的启用IMU的器械的运动和位置的跟踪中的错误的存在，所述启用IMU的器械包括IMU并且能够操作为在术中从其收集IMU数据；
从所述启用IMU的器械收集所述IMU数据；以及
使用所述IMU数据来补充所述一个或多个启用IMU的器械中的一个的所述运动和所述位置的所述跟踪。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述错误的存在由以下中的一者或多者触发：(1)所述启用IMU的器械相对于所述相机的视线的角度超过阈值，(2)所述启用IMU的器械处于所述相机的所述视线之外，以及(3)所述相机发生故障。
11.根据权利要求9所述的方法，
其中所述操作反馈的所述提供还包括基于所述IMU数据来计算所述启用IMU的器械的校正因子，并且
其中对所述启用IMU的器械的所述运动和所述位置的所述跟踪的所述补充还使用所述校正因子。
12.根据权利要求9所述的方法，
其中所述启用IMU的器械包括着色标记物，并且
其中所述相机通过识别所述启用IMU的器械的所述着色标记物来跟踪所述启用IMU的器械的所述运动和所述位置。
13.根据权利要求9所述的方法，其中所述启用IMU的器械的所述IMU嵌入所述器械或可移除地附接到所述器械。
14.根据权利要求9所述的方法，其中所述IMU数据包括所述启用IMU的器械的绝对位置和所述启用IMU的器械的相对位置。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述相机包括IMU。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述启用IMU的器械的所述相对位置指示所述器械相对于(1)其他启用IMU的器械、(2)所述相机和(3)患者解剖结构中的一者或多者的位置，如由所述相机可视化的。
17.一种基于IMU的辅助系统，包括：
至少一个存储器；
处理器，所述处理器通信地耦合到所述至少一个存储器，所述处理器能够操作为：
在第一实例下，从附接到参与第一物理姿势的患者的多个IMU收集第一IMU数据；
基于所述第一IMU数据来计算所述患者的第一属性；
在所述至少一个存储器中存储所述第一IMU数据和所述第一属性；
在所述第一实例之后的第二实例下，从附接到参与所述第一物理姿势的所述患者的所述多个IMU收集第二IMU数据；
基于所述第二IMU数据来计算所述患者的第二属性；并且
通过将所述第一属性与所述第二属性进行比较来识别对所述患者的解剖结构的改变。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述第一实例在术前发生，并且所述第二实例在术中或术后发生。
19.根据权利要求17所述的系统，其中使用条带、粘合剂或服装服饰中的一者或多者在皮肤水平将所述多个IMU附接到所述患者。
20.根据权利要求17所述的系统，其中所述患者的所述第一属性和所述第二属性各自包括所述患者的灵活性。
21.根据权利要求17所述的系统，其中所述处理器还能够操作为：
从所述至少一个存储器或通过网络检索标准测量；
将所述第一IMU数据或第一属性与所述标准测量进行比较；
基于所述第一IMU数据或第一属性与所述标准测量的所述比较来评估所述患者的状况。
22.一种基于IMU的辅助系统，包括：
至少一个存储器；
处理器，所述处理器通信地耦合到所述至少一个存储器，所述处理器能够操作为：
在第一实例下，从附接到参与第一物理姿势的患者的多个IMU收集第一IMU数据；
基于所述第一IMU数据来计算所述患者的第一属性；
在所述至少一个存储器中存储所述第一IMU数据和所述第一属性；
在所述第一实例之后的第二实例下，从附接到参与所述第一物理姿势的所述患者的所述多个IMU收集第二IMU数据；
基于所述第二IMU数据来计算所述患者的第二属性；并且
通过将所述第一属性与所述第二属性进行比较来识别对所述患者的解剖结构的改变。
23.根据权利要求22所述的系统，其中所述第一实例在术前发生，并且所述第二实例在术中或术后发生。
24.根据权利要求22所述的系统，其中使用条带、粘合剂或服装服饰中的一者或多者在皮肤水平将所述多个IMU附接到所述患者。
25.根据权利要求22所述的系统，其中所述患者的所述第一属性和所述第二属性各自包括所述患者的灵活性。
26.根据权利要求22所述的系统，其中所述处理器还能够操作为：
从所述至少一个存储器或通过网络检索标准测量；
将所述第一IMU数据或第一属性与所述标准测量进行比较；
基于所述第一IMU数据或第一属性与所述标准测量的所述比较来评估所述患者的状况。
27.一种用于提供基于IMU的对准的系统，包括：
用于对患者成像的医学成像设备，所述医学成像设备相对于所述患者或外科手术台移动，所述患者或所述外科手术台具有附接到其上的第一组IMU，
其中所述医学成像设备包括成像源和成像检测器，所述成像检测器具有附接到所述成像检测器上的第二组IMU；以及
基于IMU的辅助系统，所述基于IMU的辅助系统通信地耦合到所述医学成像设备，所述基于IMU的辅助系统能够操作为通过以下操作提供所述医学成像设备的对准：
从所述第二组IMU接收第一IMU数据，所述第一IMU数据包括当所述医学成像设备处于第一定位时获得的信息；
从所述第二组IMU接收第二IMU数据，所述第二IMU数据包括当所述医学成像设备处于第二定位时获得的信息；以及
计算处于所述第二定位的所述医学成像设备的相对于(1)处于所述第一定位的所述医学成像设备或(2)所述患者或所述外科手术台测量的相对定位。
28.根据权利要求27所述的系统，其中所述医学成像设备为C形臂，所述C形臂包括在所述C形臂的每个端部处的发射器和检测器。
29.根据权利要求28所述的系统，其中所述第一组IMU附接到所述C形臂的所述发射器和所述检测器。
30.根据权利要求27所述的系统，其中所述基于IMU的辅助系统能够操作为在计算处于所述第二定位的所述医学成像设备的所述相对定位之后，通过将所述医学成像设备从所述第一定位引导至所述第二定位来提供所述医学成像设备的所述对准。
31.根据权利要求28所述的系统，其中所述基于IMU的辅助系统能够操作为在计算处于所述第二定位的所述医学成像设备的所述相对定位之后，通过将所述C形臂从所述第一定位驱动至所述第二定位来提供所述医学成像设备的所述对准。
32.根据权利要求27所述的系统，
其中，在所述第一定位中，所述医学成像设备位于远离所述患者的地定位处，并且
其中，在所述第二定位中，所述医学成像设备被对准以对所述患者的第一部分成像。
33.根据权利要求27所述的系统，其中所述第一IMU数据和所述第二IMU数据包括所述医学成像设备的位置信息。
34.根据权利要求27所述的系统，其中所述基于IMU的辅助系统还能够操作为经由显示设备提供术中反馈，所述术中反馈指示一个或多个启用IMU的器械相对于所述患者的定位。
35.根据权利要求34所述的系统，其中所述术中反馈基于从所述一个或多个启用IMU的器械接收的第三IMU数据来生成。
CN202310955830.9A 2017-03-31 2018-03-28 使用惯性测量单元提高手术准确性的系统、设备和方法 Pending CN117159140A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/475587 2017-03-31
US15/475,587 US11089975B2 (en) 2017-03-31 2017-03-31 Systems, devices and methods for enhancing operative accuracy using inertial measurement units
CN201880022271.3A CN110475509B (zh) 2017-03-31 2018-03-28 使用惯性测量单元提高手术准确性的系统、设备和方法
PCT/US2018/024791 WO2018183461A1 (en) 2017-03-31 2018-03-28 Systems, devices and methods for enhancing operative accuracy using inertial measurement units

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880022271.3A Division CN110475509B (zh) 2017-03-31 2018-03-28 使用惯性测量单元提高手术准确性的系统、设备和方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117159140A true CN117159140A (zh) 2023-12-05

Family

ID=63671910

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880022271.3A Active CN110475509B (zh) 2017-03-31 2018-03-28 使用惯性测量单元提高手术准确性的系统、设备和方法
CN202310955830.9A Pending CN117159140A (zh) 2017-03-31 2018-03-28 使用惯性测量单元提高手术准确性的系统、设备和方法

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880022271.3A Active CN110475509B (zh) 2017-03-31 2018-03-28 使用惯性测量单元提高手术准确性的系统、设备和方法

Country Status (6)

Country Link
US (2) US11089975B2 (zh)
EP (1) EP3600030A4 (zh)
JP (1) JP7204663B2 (zh)
CN (2) CN110475509B (zh)
AU (1) AU2018246254B2 (zh)
WO (1) WO2018183461A1 (zh)

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11857149B2 (en) 2012-06-21 2024-01-02 Globus Medical, Inc. Surgical robotic systems with target trajectory deviation monitoring and related methods
US10624710B2 (en) 2012-06-21 2020-04-21 Globus Medical, Inc. System and method for measuring depth of instrumentation
US11974822B2 (en) 2012-06-21 2024-05-07 Globus Medical Inc. Method for a surveillance marker in robotic-assisted surgery
US10874466B2 (en) 2012-06-21 2020-12-29 Globus Medical, Inc. System and method for surgical tool insertion using multiaxis force and moment feedback
US11857266B2 (en) 2012-06-21 2024-01-02 Globus Medical, Inc. System for a surveillance marker in robotic-assisted surgery
US11864839B2 (en) 2012-06-21 2024-01-09 Globus Medical Inc. Methods of adjusting a virtual implant and related surgical navigation systems
US11864745B2 (en) 2012-06-21 2024-01-09 Globus Medical, Inc. Surgical robotic system with retractor
US11963755B2 (en) 2012-06-21 2024-04-23 Globus Medical Inc. Apparatus for recording probe movement
US11253327B2 (en) 2012-06-21 2022-02-22 Globus Medical, Inc. Systems and methods for automatically changing an end-effector on a surgical robot
US11793570B2 (en) 2012-06-21 2023-10-24 Globus Medical Inc. Surgical robotic automation with tracking markers
US11786324B2 (en) 2012-06-21 2023-10-17 Globus Medical, Inc. Surgical robotic automation with tracking markers
US11896446B2 (en) 2012-06-21 2024-02-13 Globus Medical, Inc Surgical robotic automation with tracking markers
US11298196B2 (en) 2012-06-21 2022-04-12 Globus Medical Inc. Surgical robotic automation with tracking markers and controlled tool advancement
US11399900B2 (en) 2012-06-21 2022-08-02 Globus Medical, Inc. Robotic systems providing co-registration using natural fiducials and related methods
US12004905B2 (en) 2012-06-21 2024-06-11 Globus Medical, Inc. Medical imaging systems using robotic actuators and related methods
US10799298B2 (en) 2012-06-21 2020-10-13 Globus Medical Inc. Robotic fluoroscopic navigation
US11589771B2 (en) 2012-06-21 2023-02-28 Globus Medical Inc. Method for recording probe movement and determining an extent of matter removed
US11317971B2 (en) 2012-06-21 2022-05-03 Globus Medical, Inc. Systems and methods related to robotic guidance in surgery
US10758315B2 (en) 2012-06-21 2020-09-01 Globus Medical Inc. Method and system for improving 2D-3D registration convergence
US9993177B2 (en) 2014-08-28 2018-06-12 DePuy Synthes Products, Inc. Systems and methods for intraoperatively measuring anatomical orientation
US10335241B2 (en) 2015-12-30 2019-07-02 DePuy Synthes Products, Inc. Method and apparatus for intraoperative measurements of anatomical orientation
US9554411B1 (en) 2015-12-30 2017-01-24 DePuy Synthes Products, Inc. Systems and methods for wirelessly powering or communicating with sterile-packed devices
US11883217B2 (en) 2016-02-03 2024-01-30 Globus Medical, Inc. Portable medical imaging system and method
US11464596B2 (en) 2016-02-12 2022-10-11 Medos International Sarl Systems and methods for intraoperatively measuring anatomical orientation
US10820835B2 (en) 2016-09-12 2020-11-03 Medos International Sarl Systems and methods for anatomical alignment
US11432877B2 (en) * 2017-08-02 2022-09-06 Medtech S.A. Surgical field camera system that only uses images from cameras with an unobstructed sight line for tracking
US20200297292A1 (en) * 2019-03-21 2020-09-24 Covidien Lp Catheter tip detection in fluoroscopic video using deep learning
ES2795501A1 (es) * 2019-05-22 2020-11-23 Carceles Francisco Javier Narbona Sistema para la ayuda en el posicionamiento quirurgico de agujas y pines para cirugia osea
EP3747389A1 (en) * 2019-06-05 2020-12-09 Globus Medical, Inc. Surgical robotic automation with tracking markers
US11029753B2 (en) * 2019-11-05 2021-06-08 XRSpace CO., LTD. Human computer interaction system and human computer interaction method
US11871998B2 (en) 2019-12-06 2024-01-16 Stryker European Operations Limited Gravity based patient image orientation detection
KR102394901B1 (ko) * 2020-04-06 2022-05-09 큐렉소 주식회사 2차원 의료영상 기반 척추 수술 플래닝 장치 및 방법
GB202006750D0 (en) * 2020-05-07 2020-06-24 Cv Cardiac Res Institute Means and methods for improved coronary interventions
JP7413216B2 (ja) * 2020-09-15 2024-01-15 富士フイルム株式会社 学習装置、方法およびプログラム、学習済みモデル、並びに放射線画像処理装置、方法およびプログラム
US11913757B2 (en) * 2022-01-18 2024-02-27 Rosemount Aerospace Inc. Constraining navigational drift in a munition
EP4311532A1 (en) * 2022-07-28 2024-01-31 Koninklijke Philips N.V. Medical setup, system for calibrating an operating table in a medical environment, mobile device and method for operating medical equipment

Family Cites Families (151)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB190927693A (en) 1909-11-27 1910-09-22 Eugen Sandow Device for Measuring Spinal Deformation.
EP0326768A3 (en) 1988-02-01 1991-01-23 Faro Medical Technologies Inc. Computer-aided surgery apparatus
US5251127A (en) 1988-02-01 1993-10-05 Faro Medical Technologies Inc. Computer-aided surgery apparatus
US5156162A (en) 1991-08-29 1992-10-20 Gerhardt John J Scoliosis measurement instrument with midline leg member
FR2681520B1 (fr) 1991-09-24 1993-12-24 Henry Graf Dispositif pour la mesure des amplitudes de deux vertebres dans trois plans orthogonaux.
WO1998008454A1 (en) 1994-05-25 1998-03-05 Jackson Roger P Apparatus and method for spinal fixation and correction of spinal deformities
EP0869745B8 (en) 1994-10-07 2003-04-16 St. Louis University Surgical navigation systems including reference and localization frames
US5772610A (en) 1996-08-14 1998-06-30 Liberty Mutual Group Method and apparatus for dynamic and direct measurement of lumbar lordosis
US7634119B2 (en) 2002-12-04 2009-12-15 Conformis, Inc. Fusion of multiple imaging planes for isotropic imaging in MRI and quantitative image analysis using isotropic or near-isotropic imaging
US6226548B1 (en) 1997-09-24 2001-05-01 Surgical Navigation Technologies, Inc. Percutaneous registration apparatus and method for use in computer-assisted surgical navigation
JP3746628B2 (ja) 1999-03-05 2006-02-15 オリンパス株式会社 手術装置
IL132944A (en) 1999-11-15 2009-05-04 Arkady Glukhovsky Method for running a photo collection process
US6711432B1 (en) 2000-10-23 2004-03-23 Carnegie Mellon University Computer-aided orthopedic surgery
US6514219B1 (en) 2000-11-17 2003-02-04 Biotonix Inc. System and method for automated biomechanical analysis and the detection and correction of postural deviations
US6565519B2 (en) 2001-03-21 2003-05-20 Benesh Corporation Machine and method for measuring skeletal misalignments in the human body
US6715213B2 (en) 2001-07-27 2004-04-06 Lars Richter 3D angle measurement instrument
US7001346B2 (en) 2001-11-14 2006-02-21 Michael R. White Apparatus and methods for making intraoperative orthopedic measurements
US7634306B2 (en) 2002-02-13 2009-12-15 Kinamed, Inc. Non-image, computer assisted navigation system for joint replacement surgery with modular implant system
US7611522B2 (en) 2003-06-02 2009-11-03 Nuvasive, Inc. Gravity dependent pedicle screw tap hole guide and data processing device
US7933655B2 (en) 2002-10-31 2011-04-26 Medtronic, Inc. Neurostimulation therapy manipulation
US7697972B2 (en) * 2002-11-19 2010-04-13 Medtronic Navigation, Inc. Navigation system for cardiac therapies
US7542791B2 (en) 2003-01-30 2009-06-02 Medtronic Navigation, Inc. Method and apparatus for preplanning a surgical procedure
US7660623B2 (en) 2003-01-30 2010-02-09 Medtronic Navigation, Inc. Six degree of freedom alignment display for medical procedures
US20040243148A1 (en) 2003-04-08 2004-12-02 Wasielewski Ray C. Use of micro- and miniature position sensing devices for use in TKA and THA
US7559931B2 (en) 2003-06-09 2009-07-14 OrthAlign, Inc. Surgical orientation system and method
WO2004112610A2 (en) 2003-06-09 2004-12-29 Vitruvian Orthopaedics, Llc Surgical orientation device and method
US20050033430A1 (en) 2003-08-05 2005-02-10 Russell Powers Surgical kit and method for providing sterilized equipment for use in spinal surgery
JP4323276B2 (ja) 2003-09-25 2009-09-02 オリンパス株式会社 カプセル型医療装置収納具
US20050166410A1 (en) 2004-02-04 2005-08-04 Lars Richter Machine for simultaneously measuring and compounding angles about multiple axes
US20050262911A1 (en) 2004-02-06 2005-12-01 Harry Dankowicz Computer-aided three-dimensional bending of spinal rod implants, other surgical implants and other articles, systems for three-dimensional shaping, and apparatuses therefor
US20050222793A1 (en) 2004-04-02 2005-10-06 Lloyd Charles F Method and system for calibrating deformed instruments
US7406775B2 (en) 2004-04-22 2008-08-05 Archus Orthopedics, Inc. Implantable orthopedic device component selection instrument and methods
US7335167B1 (en) 2004-05-12 2008-02-26 Patrick Mummy Posture realignment system
US7131952B1 (en) 2004-07-15 2006-11-07 Dickholtz Sr Marshall Method and apparatus for measuring spinal distortions
US20060030771A1 (en) 2004-08-03 2006-02-09 Lewis Levine System and method for sensor integration
US8128662B2 (en) 2004-10-20 2012-03-06 Vertiflex, Inc. Minimally invasive tooling for delivery of interspinous spacer
US20060100508A1 (en) 2004-11-10 2006-05-11 Morrison Matthew M Method and apparatus for expert system to track and manipulate patients
US7956887B2 (en) 2005-02-17 2011-06-07 Karl Storz Imaging, Inc. Image orienting coupling assembly
US7918887B2 (en) 2005-03-29 2011-04-05 Roche Martin W Body parameter detecting sensor and method for detecting body parameters
US20100100011A1 (en) 2008-10-22 2010-04-22 Martin Roche System and Method for Orthopedic Alignment and Measurement
US7615055B2 (en) 2005-03-31 2009-11-10 Depuy Products, Inc. Method and apparatus for use in balancing ligaments of a knee
US20060247773A1 (en) 2005-04-29 2006-11-02 Sdgi Holdings, Inc. Instrumented implant for diagnostics
US20070066881A1 (en) 2005-09-13 2007-03-22 Edwards Jerome R Apparatus and method for image guided accuracy verification
US7918793B2 (en) 2005-10-28 2011-04-05 Biosense Webster, Inc. Synchronization of ultrasound imaging data with electrical mapping
US8000926B2 (en) 2005-11-28 2011-08-16 Orthosensor Method and system for positional measurement using ultrasonic sensing
US8494805B2 (en) 2005-11-28 2013-07-23 Orthosensor Method and system for assessing orthopedic alignment using tracking sensors
US8098544B2 (en) 2005-11-29 2012-01-17 Orthosensor, Inc. Method and system for enhancing accuracy in ultrasonic alignment
US7957809B2 (en) 2005-12-02 2011-06-07 Medtronic, Inc. Closed-loop therapy adjustment
US8672922B2 (en) 2005-12-20 2014-03-18 Intuitive Surgical Operations, Inc. Wireless communication in a robotic surgical system
US8167823B2 (en) 2009-03-24 2012-05-01 Biomet Manufacturing Corp. Method and apparatus for aligning and securing an implant relative to a patient
US20120209117A1 (en) 2006-03-08 2012-08-16 Orthosensor, Inc. Surgical Measurement Apparatus and System
US8442621B2 (en) 2006-05-17 2013-05-14 Nuvasive, Inc. Surgical trajectory monitoring system and related methods
US8565853B2 (en) 2006-08-11 2013-10-22 DePuy Synthes Products, LLC Simulated bone or tissue manipulation
US20080103557A1 (en) 2006-10-31 2008-05-01 Medtronic, Inc. Extended shelf life storable implantable medical device assembly, shipping container and method
US20080177203A1 (en) 2006-12-22 2008-07-24 General Electric Company Surgical navigation planning system and method for placement of percutaneous instrumentation and implants
US7738971B2 (en) 2007-01-10 2010-06-15 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Post-sterilization programming of surgical instruments
US8821511B2 (en) 2007-03-15 2014-09-02 General Electric Company Instrument guide for use with a surgical navigation system
US20080269767A1 (en) 2007-04-03 2008-10-30 O'brien Michael F Intra-operative t-square
US7981115B2 (en) 2007-04-11 2011-07-19 Warsaw Orthopedic, Inc. Instruments and methods for sizing a connecting element for positioning along a bony segment
US7706000B2 (en) 2007-07-18 2010-04-27 Immersion Medical, Inc. Orientation sensing of a rod
US9119572B2 (en) 2007-10-24 2015-09-01 Josef Gorek Monitoring trajectory of surgical instrument during the placement of a pedicle screw
US20090171328A1 (en) 2007-12-27 2009-07-02 Christopher Horvath Surgical Console Display Operable to Provide a Visual Indication of a Status of a Surgical Laser
US8372018B2 (en) 2008-01-16 2013-02-12 International Business Machines Corporation Support device and palpation device and methods of use
US9189083B2 (en) 2008-03-18 2015-11-17 Orthosensor Inc. Method and system for media presentation during operative workflow
US8549888B2 (en) 2008-04-04 2013-10-08 Nuvasive, Inc. System and device for designing and forming a surgical implant
JP2009273521A (ja) * 2008-05-12 2009-11-26 Niigata Univ 関節鏡手術ナビゲーションシステム
US8414592B2 (en) 2008-07-11 2013-04-09 Q-Spine, Llc Spinal measuring device and distractor
US20100063509A1 (en) 2008-07-24 2010-03-11 OrthAlign, Inc. Systems and methods for joint replacement
US8348954B2 (en) 2008-09-16 2013-01-08 Warsaw Orthopedic, Inc. Electronic guidance of spinal instrumentation
US20100087823A1 (en) 2008-10-02 2010-04-08 Kondrashov Dimitriy G Pedicle preparation device to assist implantation of pedicle screws
US8126736B2 (en) 2009-01-23 2012-02-28 Warsaw Orthopedic, Inc. Methods and systems for diagnosing, treating, or tracking spinal disorders
US8685093B2 (en) 2009-01-23 2014-04-01 Warsaw Orthopedic, Inc. Methods and systems for diagnosing, treating, or tracking spinal disorders
JP5470963B2 (ja) 2009-03-27 2014-04-16 日産自動車株式会社 給電装置
CN102458243A (zh) 2009-06-29 2012-05-16 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于位置确定的方法和系统
US8235998B2 (en) 2009-08-17 2012-08-07 Warsaw Orthopedic, Inc. Instruments and methods for in situ bending of an elongate spinal implant
US8827886B2 (en) 2009-09-14 2014-09-09 Minnesota Medical Physics Llc Thermally assisted pulsed electro-magnetic field stimulation device and method for treatment of osteoarthritis
EP2298223A1 (en) * 2009-09-21 2011-03-23 Stryker Leibinger GmbH & Co. KG Technique for registering image data of an object
WO2011063410A1 (en) 2009-11-23 2011-05-26 Felix Quevedo Cam lock pedicle screw
US20120022357A1 (en) 2010-04-26 2012-01-26 David Chang Medical emitter/detector imaging/alignment system and method
US8298242B2 (en) 2010-04-30 2012-10-30 Warsaw Orthopedic, Inc. Systems, devices and methods for bending an elongate member
US9706948B2 (en) * 2010-05-06 2017-07-18 Sachin Bhandari Inertial sensor based surgical navigation system for knee replacement surgery
US20110295159A1 (en) 2010-05-25 2011-12-01 Pharmaco-Kinesis Corporation Method and Apparatus for an Implantable Inertial-Based Sensing System for Real-Time, In Vivo Detection of Spinal Pseudarthrosis and Adjacent Segment Motion
US20120065497A1 (en) 2010-09-10 2012-03-15 Warsaw Orthopedic, Inc. Three Dimensional Minimally-Invasive Spinal Imaging System and Method
AU2011323276A1 (en) 2010-11-05 2013-05-23 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Medical device packaging with charging interface
US9000720B2 (en) 2010-11-05 2015-04-07 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Medical device packaging with charging interface
US20120123252A1 (en) 2010-11-16 2012-05-17 Zebris Medical Gmbh Imaging apparatus for large area imaging of a body portion
TWI551071B (zh) 2010-12-16 2016-09-21 李百祺 無線功率傳輸系統、無線功率傳送裝置與無線功率接收裝置
US9246349B2 (en) 2010-12-27 2016-01-26 Golba Llc Method and system for wireless battery charging utilizing ultrasonic transducer array based beamforming
US9554731B2 (en) 2011-02-08 2017-01-31 The General Hospital Corporation Patient positioning systems and methods
US9198698B1 (en) 2011-02-10 2015-12-01 Nuvasive, Inc. Minimally invasive spinal fixation system and related methods
KR101964579B1 (ko) 2011-02-18 2019-04-03 디퍼이 신테스 프로덕츠, 인코포레이티드 일체형 내비게이션 및 안내 시스템을 갖는 도구와 관련 장치 및 방법
KR101185112B1 (ko) 2011-05-27 2012-09-21 주식회사 엠아이텍 무선 충전용 의료기기 및 그 전원 제어 방법
US8644892B2 (en) 2011-05-31 2014-02-04 Facebook, Inc. Dual mode wireless communications device
US20130079678A1 (en) 2011-09-23 2013-03-28 Orthosensor Active spine insert instrument for prosthetic component placement
US8945133B2 (en) 2011-09-23 2015-02-03 Orthosensor Inc Spinal distraction tool for load and position measurement
US8777877B2 (en) 2011-09-23 2014-07-15 Orthosensor Inc. Spine tool for measuring vertebral load and position of load
US9839374B2 (en) 2011-09-23 2017-12-12 Orthosensor Inc. System and method for vertebral load and location sensing
US9414940B2 (en) 2011-09-23 2016-08-16 Orthosensor Inc. Sensored head for a measurement tool for the muscular-skeletal system
EP2765945B1 (en) 2011-10-13 2018-02-28 Brainlab AG Medical tracking system comprising two or more communicating sensor devices
CA2794898C (en) 2011-11-10 2019-10-29 Victor Yang Method of rendering and manipulating anatomical images on mobile computing device
US9178569B2 (en) 2011-11-28 2015-11-03 Tata Consultancy Services Limited System and method for simultaneous wireless charging, tracking and monitoring of equipments
JP6132354B2 (ja) 2011-11-29 2017-05-24 学校法人 東洋大学 脊椎側弯症の評価システムおよび同システムに適用される評価用器具
EP3725234A1 (en) 2012-02-17 2020-10-21 Progenity, Inc. Ingestible medical device
US11207132B2 (en) 2012-03-12 2021-12-28 Nuvasive, Inc. Systems and methods for performing spinal surgery
WO2013151539A1 (en) 2012-04-03 2013-10-10 Advanced Bionics Ag Surface modified devices and sterile packaging therefor
US8888821B2 (en) 2012-04-05 2014-11-18 Warsaw Orthopedic, Inc. Spinal implant measuring system and method
CA2872629A1 (en) 2012-05-08 2013-11-14 OrthAlign, Inc. Devices and methods for intra-operative spinal alignment
CN104335452B (zh) 2012-05-14 2017-08-29 Lg 电子株式会社 无线电力传送装置和具有该无线电力传送装置的无线充电系统
US11395706B2 (en) 2012-06-21 2022-07-26 Globus Medical Inc. Surgical robot platform
US9642606B2 (en) 2012-06-27 2017-05-09 Camplex, Inc. Surgical visualization system
WO2014019087A1 (en) 2012-07-30 2014-02-06 Orthosoft Inc. Method and system for creating frame of reference for cas with inertial sensors
EP4218647A1 (en) 2012-08-08 2023-08-02 Ortoma AB System for computer assisted surgery
US9649160B2 (en) * 2012-08-14 2017-05-16 OrthAlign, Inc. Hip replacement navigation system and method
EP2700905A1 (en) 2012-08-23 2014-02-26 Sony Mobile Communications AB Method and system for alignment of sensors in a similar environment
US20140088607A1 (en) 2012-09-27 2014-03-27 Chris P. Recknor Mobile kyphosis angle measurement
JP2015533310A (ja) 2012-10-26 2015-11-24 インライン オーソピーディックス プロプリエタリー リミテッド 手術システム
DE102012220693A1 (de) 2012-11-13 2014-05-15 Trumpf Medizin Systeme Gmbh + Co. Kg Schutzeinrichtung für ein Bediengerät
DE102012111385B4 (de) 2012-11-23 2018-05-03 Diers Engineering Gmbh Bestimmen der räumlichen Lage und Orientierung der Wirbelkörper der Wirbelsäule
KR20140104617A (ko) 2013-02-20 2014-08-29 삼성전자주식회사 서든 파워 오프 가능성 정보를 사용하는 모바일 장치 및 그것의 동작 방법
US9675272B2 (en) 2013-03-13 2017-06-13 DePuy Synthes Products, Inc. Methods, systems, and devices for guiding surgical instruments using radio frequency technology
US9585768B2 (en) 2013-03-15 2017-03-07 DePuy Synthes Products, Inc. Acetabular cup prosthesis alignment system and method
EP2976047B1 (en) 2013-03-20 2017-11-01 MiRus LLC Systems and methods for measuring performance parameters related to orthopedic arthroplasty
EP3008541A4 (en) 2013-06-14 2017-02-22 Intel Corporation Methods and apparatus to provide power to devices
US10194993B2 (en) 2013-07-09 2019-02-05 Spinal Developments Pty Ltd, A.T.F The Spinesr Unit Trust Spinal surgery navigation
JP6381947B2 (ja) 2013-09-04 2018-08-29 日東電工株式会社 携帯機器、充電システム、及び、電源回路基板等
CN110123448A (zh) 2013-10-09 2019-08-16 纽文思公司 在手术脊椎程序期间术中设计并评定脊椎畸形矫正的方法
US20150150646A1 (en) 2013-11-07 2015-06-04 Timothy Pryor Autoclavable input devices
US20150142372A1 (en) 2013-11-19 2015-05-21 Polaris Surgical, LLC Prosthetic placement tool and associated methods
KR20240014101A (ko) * 2013-12-09 2024-01-31 모하메드 라쉬완 마푸즈 특정 뼈에 대한 외상 판 제작방법
CN110584776B (zh) 2013-12-31 2022-12-16 马科外科公司 定制交互控制边界的方法和计算机辅助外科手术系统
EP2901957A1 (en) 2014-01-31 2015-08-05 Universität Basel Controlling a surgical intervention to a bone
WO2015127396A1 (en) 2014-02-23 2015-08-27 Polaris Surgical, LLC Systems and methods for measuring relative orientation and position of adjacent bones
DE102014102398A1 (de) 2014-02-25 2015-08-27 Aesculap Ag Medizinisches Instrumentarium und Verfahren
US10164466B2 (en) 2014-04-17 2018-12-25 Covidien Lp Non-contact surgical adapter electrical interface
JP6329422B2 (ja) 2014-04-21 2018-05-23 オリンパス株式会社 医療器具、挿入補助具、および医療システム
US9980665B2 (en) 2014-05-05 2018-05-29 Pacesetter, Inc. Methods and systems to calculate time of mechanical activation using characterization motion data area strains
KR20150128049A (ko) * 2014-05-08 2015-11-18 삼성전자주식회사 수술 로봇 및 그 제어방법
WO2015196131A1 (en) 2014-06-19 2015-12-23 Polaris Surgical, LLC Systems and methods for measuring performance parameters related to artificial orthopedic joints
US9993177B2 (en) 2014-08-28 2018-06-12 DePuy Synthes Products, Inc. Systems and methods for intraoperatively measuring anatomical orientation
US20160191877A1 (en) 2014-12-25 2016-06-30 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Projector device and projection method
US10154239B2 (en) * 2014-12-30 2018-12-11 Onpoint Medical, Inc. Image-guided surgery with surface reconstruction and augmented reality visualization
US10013808B2 (en) 2015-02-03 2018-07-03 Globus Medical, Inc. Surgeon head-mounted display apparatuses
US20160262800A1 (en) 2015-02-13 2016-09-15 Nuvasive, Inc. Systems and methods for planning, performing, and assessing spinal correction during surgery
WO2016154430A1 (en) * 2015-03-24 2016-09-29 Mirus Llc Systems and methods for multi-dimensional visualization of anatomy and surgical instruments
US10499996B2 (en) 2015-03-26 2019-12-10 Universidade De Coimbra Methods and systems for computer-aided surgery using intra-operative video acquired by a free moving camera
US9554411B1 (en) 2015-12-30 2017-01-24 DePuy Synthes Products, Inc. Systems and methods for wirelessly powering or communicating with sterile-packed devices
US10335241B2 (en) 2015-12-30 2019-07-02 DePuy Synthes Products, Inc. Method and apparatus for intraoperative measurements of anatomical orientation
US11464596B2 (en) 2016-02-12 2022-10-11 Medos International Sarl Systems and methods for intraoperatively measuring anatomical orientation
US20190090955A1 (en) 2016-03-01 2019-03-28 Mirus Llc Systems and methods for position and orientation tracking of anatomy and surgical instruments
US10820835B2 (en) 2016-09-12 2020-11-03 Medos International Sarl Systems and methods for anatomical alignment
EP3682418A4 (en) 2017-09-15 2021-06-09 Mirus LLC SYSTEMS AND METHODS OF MEASURING ANATOMICAL ORIENTATION

Also Published As

Publication number Publication date
US11089975B2 (en) 2021-08-17
CN110475509A (zh) 2019-11-19
CN110475509B (zh) 2023-08-22
US20210338107A1 (en) 2021-11-04
EP3600030A1 (en) 2020-02-05
EP3600030A4 (en) 2020-12-23
JP2020518315A (ja) 2020-06-25
JP7204663B2 (ja) 2023-01-16
US20180279913A1 (en) 2018-10-04
AU2018246254B2 (en) 2023-08-03
WO2018183461A1 (en) 2018-10-04
AU2018246254A1 (en) 2019-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110475509B (zh) 使用惯性测量单元提高手术准确性的系统、设备和方法
US11890064B2 (en) Systems and methods to register patient anatomy or to determine and present measurements relative to patient anatomy
CN107995855B (zh) 用于使用运动捕获数据来规划和执行关节置换流程的方法和系统
US9320569B2 (en) Systems and methods for implant distance measurement
US7885441B2 (en) Systems and methods for implant virtual review
US7787932B2 (en) Planning and navigation assistance using two-dimensionally adapted generic and detected patient data
JP5328137B2 (ja) 用具又は埋植物の表現を表示するユーザ・インタフェイス・システム
EP1173105B1 (en) Apparatus and method for image guided surgery
US7835778B2 (en) Method and apparatus for surgical navigation of a multiple piece construct for implantation
US20080119725A1 (en) Systems and Methods for Visual Verification of CT Registration and Feedback
US20080154120A1 (en) Systems and methods for intraoperative measurements on navigated placements of implants
US11864934B2 (en) Method for verifying hard tissue location using implant imaging
US20170245942A1 (en) System and Method For Precision Position Detection and Reproduction During Surgery
US20080119724A1 (en) Systems and methods for intraoperative implant placement analysis
US10463435B2 (en) Surgical instrument positioning system, apparatus and method of use as a noninvasive anatomical reference
US20240225744A9 (en) Three-dimensional dual fiducial-sensor trackable device and method of use
US20240130797A1 (en) Three-dimensional dual fiducial-sensor trackable device and method of use
US20230371976A1 (en) System and method for placement of neurostimulation leads
CN114533267A (zh) 一种2d图像手术定位导航系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination