CN118176543A - 手术系统、解剖模型和相关联方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于计划并实施外科手术的手术系统、装置和方法。本文公开的系统和方法可以用于建立解剖结构的物理模型。

Description

手术系统、解剖模型和相关联方法

相关申请交叉引用

本公开要求2021年10月7日提交的第63/253,290号美国临时申请的优先权。

背景技术

本公开涉及用于利用解剖结构的物理模型来计划并实施外科手术的手术系统、装置和方法。

人体肌肉骨骼系统的许多骨骼包含关节面。关节面相对于其它骨骼进行关节连接以促进不同类型和程度的关节移动。关节表面可能由于重复使用或磨损而随着时间侵蚀(例如，经历骨损失)，或者可能由于创伤性冲击而断裂。这些类型的骨缺损可能会导致关节不稳定和疼痛。

外科医生可以通过对尸体或锯骨样本进行手术来为矫形手术做准备。

发明内容

本公开涉及执行外科手术的系统、装置和方法。所述系统可以用于对表示解剖结构的物理模型执行一个或多个外科手术。

根据本公开的实施方案的物理解剖模型尤其包含主体，所述主体包含目标区和邻近目标区的一个或多个警告区，所述目标区和所述一个或多个警告区可协作以建立表示解剖结构的构造。目标区可以具有与解剖结构的相应部分相关联的性质。每个警告区可以具有可能与解剖结构的相应部分的自然性质不同且可能与目标区的性质不同的性质。

根据本公开的实施方案的物理解剖模型尤其包含主体，所述主体可包含目标区和邻近目标区的一个或多个警告区，所述目标区和所述一个或多个警告区可协作以建立表示解剖结构的构造。目标区可以具有可与解剖结构的相应部分的自然颜色对应的颜色。每个警告区可以具有相应的人为颜色，所述人为颜色可与解剖结构的相应部分的自然颜色不同并且可同与目标区相关联的自然颜色建立视觉对比度。

根据本公开的实施方案的用于外科手术的训练装置尤其包含：物理解剖模型，其包含表示解剖结构的主体；以及嵌入主体中的指示构件。指示构件可以表示解剖结构的神经。指示构件可以被配置成响应于满足预定准则而生成指示符。

根据本公开的实施方案的用于外科手术的训练组件尤其包含物理解剖模型，所述物理解剖模型包含主体，所述主体可具有表示解剖结构的构造。主体可以在第一端部部分与第二端部部分之间延伸。测量装置可包含基部、塔部和外伸支腿。塔部可以在第一方向上从基部延伸。外伸支腿可以从塔部横向延伸。外伸支腿可以包含尺，所述尺可位于沿着基部的预定位置上方。基部的尺寸可以被设定成在预定位置处支撑沿着主体的第一端部部分的经切除表面，使得沿着主体的第二端部部分的指示符可与沿着尺的位置对准。沿着尺的每个位置可以与相对于轴线的相应角度相关联。轴线可以在第一方向上从预定位置延伸。

根据本公开的实施方案的用于演练外科手术的系统尤其包含计算装置，所述计算装置包含耦合到存储器的处理器。处理器可以被配置成响应于在图形用户界面中选择一个或多个参数而访问存储器中的虚拟解剖模型。虚拟解剖模型可以与解剖结构相关联。处理器可以被配置成使虚拟解剖模型显示在图形用户界面中。处理器可以被配置成生成与可表示虚拟解剖模型的物理解剖模型相关联的配置。

根据本公开的实施方案的用于外科手术的演练方法尤其包含定义与解剖结构相关联的虚拟解剖模型，以及形成多个材料层以建立可表示虚拟解剖模型的物理解剖模型。材料层可以建立目标区和可界定目标区的一个或多个警告区。目标区可以具有可与解剖结构的相应部分的自然颜色对应的颜色。每个警告区可以具有可同与目标区相关联的自然颜色建立视觉对比度的相应人为颜色。

本公开可以包含上文和/或下文单独或以其任何组合公开的个别特征中的任何一个或多个。

所属领域的技术人员将从以下具体实施方式了解本公开的各种特征和优点。伴随具体实施方式的图式可以简单描述如下。

附图说明

图1示出了示例性计划系统。

图2示出了包含用户界面的另一示例性计划系统。

图3示出了图2的用户界面，其包含显示窗口，所述显示窗口包含各种参数。

图4示出了图2的用户界面的显示窗口，其包含呈现示例性缺损分类的帮助屏幕。

图5示出了图2的用户界面，其包含描绘虚拟解剖模型的显示窗口。

图6示出了图2的用户界面，其包含描绘相对于图5的虚拟解剖模型定位的植入物模型的显示窗口。

图7示出了相对于图5的虚拟解剖模型建立的目标区。

图8示出了相对于图7的目标区建立的警告区。

图9示出了图形用户界面中的另一虚拟解剖模型。

图10-11示出了图形用户界面中的另一虚拟解剖模型的视图。

图12示出了图形用户界面中的包含目标区和警告区的另一虚拟解剖模型。

图13示出了图形用户界面中的另一虚拟解剖模型。

图14示出了图形用户界面中的虚拟解剖模型的纤维布置。

图15示出了图形用户界面中的虚拟解剖结构的另一纤维布置。

图16示出了图形用户界面中的虚拟解剖结构的肌群的布置。

图17A示出了物理解剖模型的侧视图。

图17B是图17A的物理解剖模型的灰度图像。

图18-19示出了联接到固定装置的图17A的物理解剖模型的侧视图。

图20示出了包含修改的另一物理解剖模型的侧视图。

图21示出了图20的物理解剖模型的透视图。

图22-23是另一物理解剖模型的灰度图像。

图24示出了包含通过修改暴露的目标区和警告区的另一物理解剖模型。

图25示出了包含通过另一修改暴露的目标区和警告区的图24的物理解剖模型。

图26-27是包含围绕骨的松质骨区域建立的警告区的剖切物理解剖模型的灰度图像。

图28示出了并入有物理解剖模型的组件。

图29示出了包含纤维布置的另一物理解剖模型。

图30-31示出了对图29的物理解剖模型的修改。

图32示出了包含片材布置的另一物理解剖模型。

图33示出了相对于成像装置的经改动物理解剖模型。

图34示出了与图33的物理解剖模型相关联的原始和经改动虚拟解剖模型。

图35示出了另一物理解剖模型。

图36示出了相对于成像装置定位的图35的物理解剖模型的经改动版本。

图37示出了与图36的物理解剖模型相关联的原始和经改动虚拟解剖模型。

图38示出了包含相对于经改动物理解剖模型定位的测量装置的训练组件。

图39示出了相对于另一经改动物理解剖模型定位的图38的测量装置。

图40示出了计划和实施外科手术的示例性方法。

图41示出了另一物理解剖模型。

各种附图中相同的附图标记和名称指示相同的元件。

具体实施方式

本公开涉及用于利用解剖结构的物理模型来计划并实施外科手术的手术系统、装置和方法。可利用物理解剖模型来针对各种外科手术进行演练和训练。

所公开的技术可以用于为外科医生提供训练体验，所述训练体验可基于技能集合、经验等对外科医生有针对性或为外科医生定制。外科医生可以选择虚拟解剖模型的特定配置，所述虚拟解剖模型可以被制造或以其它方式形成为基于外科医生可能打算治疗的解剖结构或病理建立物理解剖模型。在情境中，外科医生可能不熟悉特定变形，并且可以选择利用物理解剖模型的所述配置进行训练。外科医生可以利用物理解剖模型来用特定器械、植入物和可能打算用于所计划手术的其它装置进行训练。一旦对物理解剖模型的训练完成，外科医生就可以在后续训练周期中选择更具挑战性的病例。与尸体和锯骨样本不同，物理解剖模型可以与特定患者相关联，这可以提高确定外科医生相对于预期解剖结构实际执行外科手术的效果的能力。

外科医生、助手或其他用户可以与图形用户界面(GUI)交互以选择物理解剖模型的各种参数或特性。参数可以包含解剖结构、关节类型、组织类型、骨密度、缺损类型、颜色方案等，用以建立物理解剖模型的所需配置。外科医生可以根据外科医生希望训练的内容定制或选择特定于患者的一个或多个变量或参数。指定参数可以在物理解剖模型中表示。

外科医生可以与用户界面交互，以选择与相应虚拟解剖模型相关联的所需病例。外科医生可以与用户界面交互以查阅先前的病例，例如可以被认为是相应手术的“黄金标准”的特定受人尊敬的外科医生的病例。外科医生可以选择对应于预期患者的病例，或者可以选择可近似对应于特定分类的病例。

目标区和警告区可以包含彼此不同和/或与解剖结构的相应部分的一个或多个自然性质不同的一个或多个性质。物理解剖模型可以包含不同的构造，包含各种密度、孔隙率、纹理、颜色和/或色度。物理解剖模型可以并入有一个或多个目标区和警告区。警告区可以向外科医生提供反馈，并且可以包含视觉、触觉和/或听觉指示符。可以利用本文公开的技术中的任一种，包含：不同的颜色、色度、荧光性、光发射率和其它视觉对比度、包含包括金属和/或非金属材料的组合物的不同材料性质、弹性模量、密度、孔隙率和电导率、包含不同纹理的不同触觉性质以及包含声发射率的不同听觉性质，来实施目标区和警告区。

物理解剖模型可以充当用于外科医生的人工制品。一旦训练完成，外科医生就可以带着经改动物理解剖模型离开训练设施。外科医生可以在对相应患者进行外科手术之前和期间参考经改动物理解剖模型。

根据本公开的实施方案的物理解剖模型尤其包含主体，所述主体包含目标区和邻近目标区的一个或多个警告区，所述目标区和所述一个或多个警告区可协作以建立表示解剖结构的构造。目标区可以具有与解剖结构的相应部分相关联的性质。每个警告区可以具有可能与解剖结构的相应部分的自然性质不同且可能与目标区的性质不同的性质。

在另一实施方案中，警告区的性质可以相对于颜色、色度、荧光性、光发射率、材料性质、弹性模量、密度、孔隙率、电导率、触觉性质和听觉性质中的至少一个与目标区的性质不同。

在另一实施方案中，目标区的性质可以包含可与解剖结构的相应部分的自然颜色对应的颜色。每个警告区的性质可以包含相应的人为颜色，所述人为颜色可与解剖结构的相应部分的自然颜色不同并且可同与目标区相关联的自然颜色建立视觉对比度。

根据本公开的实施方案的物理解剖模型尤其包含主体，所述主体可包含目标区和邻近目标区的一个或多个警告区，所述目标区和所述一个或多个警告区可协作以建立表示解剖结构的构造。目标区可以具有可与解剖结构的相应部分的自然颜色对应的颜色。每个警告区可以具有相应的人为颜色，所述人为颜色可与解剖结构的相应部分的自然颜色不同并且可同与目标区相关联的自然颜色建立视觉对比度。

在另一实施方案中，一个或多个警告区可以是可与呈堆叠关系的多个层对应的多个警告区。层的人为颜色可以彼此不同。

在另一实施方案中，多个层可以基本上环绕目标区。

在另一实施方案中，目标区可以具有截头圆锥形几何形状，所述截头圆锥形几何形状具有沿着主体的外表面建立入口点的基部。

在另一实施方案中，多个层可以从主体的外表面偏移不同的深度。

在另一实施方案中，目标区可以建立外表面，并且可以表示与解剖结构相关联的皮质骨。主体可以包含第三区，所述第三区可表示与解剖结构相关联的松质骨。多个层可以被布置成使得警告区可建立在目标区与第三区之间。

在另一实施方案中，多个层可以包含第一组层和第二组层。目标区可以建立在第一组层与第二组层之间。

在另一实施方案中，目标区可以从主体的外表面向内延伸。一个或多个警告区可以建立在外表面下方。

在另一实施方案中，目标区和一个或多个警告区可以表示与解剖结构相关联的骨组织。

在另一实施方案中，主体可以包含聚合物材料。

在另一实施方案中，目标区和一个或多个警告区可以表示与解剖结构相关联的软组织。

在另一实施方案中，软组织可以包含肌肉组织。主体可以包含可表示肌肉组织的纤维束。纤维中的一个或多个可以建立警告区中的相应一个。目标区可以建立在相邻的一对纤维之间。

在另一实施方案中，纤维中的每一根可以包含弹性体材料。

在另一实施方案中，纤维束可以包含第一组纤维和第二组纤维。第一组纤维可以建立目标区。第二组纤维中的每根纤维可以建立警告区中的相应一个。

在另一实施方案中，纤维中的每一根可以包含纤芯和围绕纤芯的外包层。纤芯可以建立警告区中的相应一个。

在另一实施方案中，构造可以表示关节盂。

根据本公开的实施方案的用于外科手术的训练装置尤其包含：物理解剖模型，其包含表示解剖结构的主体；以及嵌入主体中的指示构件。指示构件可以表示解剖结构的神经。指示构件可以被配置成响应于满足预定准则而生成指示符。

在另一实施方案中，指示构件可以包含导电材料。指示符可以与电信号相关联。指示构件可以被配置成响应于导电装置与指示构件之间的接触而建立电信号。

在另一实施方案中，指示构件可以耦合到应变计。应变计可以对张紧指示构件作出响应。

在另一实施方案中，主体可以包含警告区，所述警告区可沿着指示构件延伸。警告区可以具有人为颜色，其可以与解剖结构的相应部分的自然颜色不同。

根据本公开的实施方案的用于外科手术的训练组件尤其包含物理解剖模型，所述物理解剖模型包含主体，所述主体可具有表示解剖结构的构造。主体可以在第一端部部分与第二端部部分之间延伸。测量装置可包含基部、塔部和外伸支腿。塔部可以在第一方向上从基部延伸。外伸支腿可以从塔部横向延伸。外伸支腿可以包含尺，所述尺可位于沿着基部的预定位置上方。基部的尺寸可以被设定成在预定位置处支撑沿着主体的第一端部部分的经切除表面，使得沿着主体的第二端部部分的指示符可与沿着尺的位置对准。沿着尺的每个位置可以与相对于轴线的相应角度相关联。轴线可以在第一方向上从预定位置延伸。

在另一实施方案中，主体的部分可以包含可表示解剖结构的皮质骨的第一区域和可表示解剖结构的松质骨的第二区域。

在另一实施方案中，第一端部部分可以包含第一区域。第一区域可以包含至少一个警告区，所述至少一个警告区可以具有可与解剖结构的相应部分的自然颜色不同的人为颜色。

根据本公开的实施方案的用于演练外科手术的系统尤其包含计算装置，所述计算装置包含耦合到存储器的处理器。处理器可以被配置成响应于在图形用户界面中选择一个或多个参数而访问存储器中的虚拟解剖模型。虚拟解剖模型可以与解剖结构相关联。处理器可以被配置成使虚拟解剖模型显示在图形用户界面中。处理器可以被配置成生成与可表示虚拟解剖模型的物理解剖模型相关联的配置。

在另一实施方案中，一个或多个参数可以包含可与存储器中的多个虚拟解剖模型相关联的患者分类和缺损类别。

在另一实施方案中，所述配置可以建立目标区和一个或多个警告区，所述目标区和所述一个或多个警告区可协作以在物理解剖模型中界定目标区。所述配置可以包含目标区分配有可与解剖结构的相应部分的自然颜色对应的颜色。所述配置可以包含每个警告区分配有可同与目标区相关联的自然颜色建立视觉对比度的相应人为颜色。

在另一实施方案中，处理器可以被配置成响应于用户与图形用户界面的交互而设置可与虚拟解剖模型的一个或多个警告区相关联的至少一个参数。

在另一实施方案中，处理器可以被配置成将物理解剖模型的一个或多个改动与虚拟解剖模型进行比较。处理器可以被配置成响应于一个或多个改动满足预定阈值而在图形用户界面中生成指示符。

根据本公开的实施方案的用于外科手术的演练方法尤其包含定义与解剖结构相关联的虚拟解剖模型，以及形成多个材料层以建立可表示虚拟解剖模型的物理解剖模型。材料层可以建立目标区和可界定目标区的一个或多个警告区。目标区可以具有可与解剖结构的相应部分的自然颜色对应的颜色。每个警告区可以具有可同与目标区相关联的自然颜色建立视觉对比度的相应人为颜色。

在另一实施方案中，所述方法可包含从存储在计算装置的存储器中的多个虚拟解剖模型中选择虚拟解剖模型。

在另一实施方案中，选择虚拟解剖模型的步骤可以包含响应于用户与图形用户界面的交互而从患者分类中进行选择并且从缺损类别中进行选择。

在另一实施方案中，定义虚拟解剖模型的步骤可以包含响应于用户与图形用户界面的交互而设置与一个或多个警告区相关联的虚拟解剖模型的一个或多个参数。

在另一实施方案中，形成步骤可以包含将材料层以彼此堆叠的方式打印，以建立目标区和一个或多个警告区。

在另一实施方案中，材料层可以具有与解剖结构的相应部分的弹性模量基本上对应的相应弹性模量。

在另一实施方案中，一个或多个警告区可以包含呈堆叠关系的多个警告区，使得警告区可相对于目标区以不同的距离偏移。警告区的人为颜色可以彼此不同，以建立视觉对比度。

在另一实施方案中，可以发生形成步骤，使得警告区可以环绕目标区。

在另一实施方案中，所述方法可以包含移除物理解剖模型的一部分以暴露一个或多个警告区。

在另一实施方案中，所述方法可以包含移除物理解剖模型的一部分以建立经改动物理解剖模型。所述方法可以包含将经改动物理解剖模型与虚拟解剖模型的预定几何形状进行比较。所述方法可以包含响应于物理解剖模型的已移除部分满足预定阈值而生成指示符。

图1示出了可用于计划外科手术的示例性计划系统20。系统20可以用于计划矫形手术，包含术前、术中和/或术后以创建、编辑、执行和/或查阅手术计划。系统20可以用于各种外科手术的训练和演练，包含患者的先前病例和手术计划。

系统20可以包含主机计算机21和一个或多个客户端计算机22。主机计算机21可以被配置成执行一个或多个软件程序。在一些实施方案中，主机计算机21是共同被配置成串行或并行处理软件指令的多于一个计算机。

主机计算机21可以与一个或多个网络通信，例如包括一个或多个计算装置的网络23。例如，网络23可以是专用局域网(LAN)、专用广域网(WAN)、因特网或网状网络。

主机计算机21和每一客户端计算机22可以包含计算机处理器、存储器、存储构件、网络装置以及输入和/或输出装置和/或接口中的一个或多个。输入装置可以包含键盘、鼠标等。输出装置可以包含监视器、扬声器、打印机等。存储器可以例如包含UVPROM、EEPROM、FLASH、RAM、ROM、DVD、CD、硬盘驱动器或其它计算机可读介质，其可以存储与本文公开的特征和技术有关的数据和/或其它信息。主机21和每个客户端计算机22可以是台式计算机、膝上型计算机、智能手机、平板计算机或任何其它计算装置。接口可以促进与网络23的其它系统和/或部件的通信。

每个客户端计算机22可以被配置成直接经由直接客户端接口24或通过网络23与主机计算机21通信。客户端计算机22可以被配置成执行一个或多个软件程序，例如各种手术工具。每个客户端计算机22可用以访问和本地和/或远程执行计划环境26。计划环境26可以是独立软件包，或者可以结合到另一手术工具中。计划环境26可以被配置成通过网络23或直接通过直接客户端接口24与主机计算机21通信。在另一实施方案中，客户端计算机22被配置成经由对等接口25直接彼此通信。

计划环境26可以经由一个或多个图形用户界面(GUI)提供对一个或多个虚拟解剖模型29和相关图像和/或一个或多个植入物模型30的显示或可视化。每个解剖模型29、植入物模型30以及相关图像和其它信息可以根据指定的数据结构存储在一个或多个文件或记录中。

系统20可以包含至少一个存储系统27，其可用以存储数据或以其它方式将数据提供到其它计算装置。存储系统27可以是被配置成通过网络23与主机计算机21和/或客户端计算机22通信的存储区域网络装置(SAN)。在实施方案中，存储系统27可以并入主机计算机21和/或客户端计算机22内或直接耦合到所述主机计算机和/或客户端计算机。存储系统27可以被配置成存储计算机软件指令、数据、数据库文件、配置信息等中的一个或多个。

在实施方案中，系统20可以是被配置成在主机计算机21上执行计算机软件的客户端-服务器架构，客户端计算机22可以使用瘦客户端应用程序或在客户端计算机22上执行的网络浏览器来访问所述计算机软件。主机计算机21可以将计算机软件指令从本地存储装置或从存储系统27加载到存储器中，并且可以使用一个或多个计算机处理器执行计算机软件。

系统20可以包含一个或多个数据库28。数据库28可以存储在中心位置处，例如存储系统27。在实施方案中，一个或多个数据库28可以存储在主机计算机21处和/或可以是由客户端计算机22中的一个或多个提供的分布式数据库。每个数据库28可以是关系数据库，其被配置成将一个或多个解剖模型29和/或一个或多个植入物模型30彼此相关联和/或与手术计划31相关联。每个手术计划31可以与相应患者相关联。可以为每个解剖模型29、植入物模型30和手术计划31分配唯一标识符或数据库条目。数据库28可以被配置成将对应于解剖模型29、植入物模型30和手术计划31的数据存储在一个或多个数据库记录或条目中，和/或可以被配置成链接或以其它方式关联对应于每个相应解剖模型29、植入物模型30和手术计划31的一个或多个文件。存储在数据库28中的解剖模型29可以对应于来自先前和/或所计划手术病例的相应患者解剖结构，并且可以按一个或多个预定义类别，例如性别、年龄、种族、身材、缺损类别、手术类型等来排列。解剖模型29和/或植入物模型30可以与实施相关联的手术计划31的相应器械和装置相关联。

每个解剖模型29可以包含从一个或多个医疗装置或工具获得的信息，所述一个或多个医疗装置或工具是例如计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)机器和/或X射线机器，其获得患者的一个或多个图像。解剖模型29可以包含与患者的解剖结构有关的一个或多个数字图像和/或坐标信息，所述数字图像和/或坐标信息可从医疗装置获得或导出。在实施方案中，解剖模型29中的一个或多个可以由设计者创建，并且可以表示假设解剖结构。每个植入物模型30可以包含与预定义设计相关联的坐标信息。计划环境26可以并入有一个或多个建模包(例如计算机辅助设计(CAD)包)和/或与一个或多个建模包相接，以将模型29、30再现为二维(2D)和/或三维(3D)体积或构造。

植入物模型30可以对应于各种形状和尺寸的植入物和部件。每个植入物可以包含可位于手术部位处的一个或多个部件，所述一个或多个部件包含板、锚固件、螺钉、钉子、缝合线、移植物等。每个植入物模型30可以对应于单个部件，或者可以包含可被配置成建立组件的两个或更多个部件。每个解剖模型29和植入物模型30可以对应于2D和/或3D几何形状，并且可以用于在显示器中生成线框、网格和/或实心构造。

每个手术计划31可以与解剖模型29和/或植入物模型30中的一个或多个相关联。手术计划31可以包含对解剖模型29的一个或多个改动以及与植入物模型30相对于原始和/或经改动解剖模型29的位置有关的信息。手术计划31可以包含与经改动解剖模型29有关和植入物模型30在预定义数据结构中的相对位置有关的坐标信息。对每个解剖模型29、植入物模型30和手术计划31的改动可以自动地和/或响应于用户与系统20的交互而存储在数据库28中。

一个或多个外科医生、助手和其他用户可以经由客户端计算机22被提供计划环境26，并且可以同时访问存储在数据库28中的每个解剖模型29、植入物模型30和手术计划31。每个用户可以与计划环境26交互以创建、查看和/或修改手术计划31的各个方面。每个客户端计算机22可以被配置成存储解剖模型29、植入物模型30和/或手术计划31的本地实例，其可以实时地或周期性地与数据库28同步。例如，计划环境26可以是在客户端计算机22上执行的独立软件包，或者可以作为在主机计算机21上执行的一个或多个服务提供。

图2示出了用于计划、演练和/或训练外科手术的手术系统120。系统120可以用于计划、演练、训练并实施例如修复关节的关节成形术等各种矫形手术和其它外科手术。系统120可以用于计划一个或多个骨的切除或改动。系统120可以用于计划植入物的放置以在解剖或反向转肩手术期间恢复关节，例如肩关节的功能。尽管本文公开的计划系统和方法主要是指修复肩部，但应当理解，计划系统120可以用于修复患者的其它部位和其它外科手术，包含修复其它关节，例如踝、手腕、手、髋或膝，且包含修复骨折和其它组织，例如软骨、肌肉、肌腱和韧带。

系统120可以被配置成生成与相应物理解剖模型相关联的配置。所述配置可以用于物理解剖模型的形成。每个物理解剖模型可以表示虚拟解剖模型129，包含基本上对应的几何形状、密度、孔隙率、颜色等。外科医生可以对物理解剖模型执行一个或多个修改以针对外科手术进行演练或训练。

系统120可以包含计算装置132，所述计算装置包含耦合到存储器134的至少一个处理器133。计算装置132可以包含本文公开的计算装置中的任一个，包含图1的主机计算机21和/或客户端计算机22。处理器133可以被配置成执行计划环境126用于在手术的术前、术中和/或术后阶段期间创建、编辑、执行和/或查阅一个或多个手术(例如，术前)计划131。解剖模型129和手术计划131可以与患者的实际病例相关联，或者可以是为训练外科医生、助手和医务人员建立的假设病例。

计划环境126可以至少包含数据模块135、显示模块136、空间模块137和比较模块138。处理器133可以被配置成执行数据模块135、显示模块136、空间模块137和比较模块138。尽管示出了四个模块，但应当理解，可以利用少于或多于四个模块和/或可以组合一个或多个模块以提供所公开的功能。

数据模块135可以被配置成在数据库128中访问、检索和/或存储对应于一个或多个虚拟解剖模型129、植入物模型130和/或手术计划131的数据和其它信息。数据和其它信息可以作为一个或多个记录或条目139存储在数据库128中。在一些实施方案中，数据和其它信息可以存储在一个或多个文件中，所述一个或多个文件可以通过参考由记录139引用的一个或多个对象或存储器位置来访问。

存储器134可以被配置成响应于来自数据模块135的一个或多个命令而访问、加载、编辑和/或存储一个或多个解剖模型129、植入物模型130和/或手术计划131的实例。数据模块135可以被配置成使存储器134存储解剖模型129、植入物模型130和/或手术计划131的本地实例，其可以与数据库128中的记录139同步。

显示模块136可以被配置成在至少一个图形用户界面(GUI)142中显示与一个或多个手术计划131相关的数据和其它信息。计算装置132可以耦合到显示装置140。显示模块136可以被配置成使显示装置140在用户界面142中显示信息。外科医生或其他用户可以经由计划环境126与用户界面142交互以创建、编辑和/或查阅一个或多个解剖模型129的方面。外科医生或其他用户可以经由计划环境126与用户界面142交互以创建、编辑、执行和/或查阅一个或多个手术计划131。

每个手术计划131可以与任何改动之前的一个或多个(例如，原始)虚拟解剖模型129相关联，所述虚拟解剖模型可以基本上近似患者解剖结构。每个手术计划131可以与并入有对患者解剖结构和/或物理解剖模型的一个或多个改动的一个或多个(例如，经改动)虚拟解剖模型129相关联。原始和经改动解剖模型129可以在手术计划131中彼此相关联。在实施方案中，改动被存储作为原始解剖模型129的一个或多个参数。

计划系统120可以被配置成生成与手术计划131的链接。外科医生、助手或其他用户可以与链接交互以查阅和编辑手术计划131。与链接交互可以使计划系统120在图形用户界面142中显示或以其它方式呈现手术计划131的各个方面。

参考图3，继续参考图2，用户界面142可以包含一个或多个显示窗口144和一个或多个对象146。对象146可以包含用户交互可访问的例如菜单、选项卡和按钮等图形，例如选项卡146T、按钮146B、下拉列表146L、菜单146M、输入字段146E(例如，图7)、方向指示符146D、146R(例如，图5)和图形146G(例如，图7)。可以在显示窗口144中的一个或多个中显示几何对象，包含所选择的虚拟解剖模型129和植入物模型130(例如，图6)以及与手术计划131有关的其它信息。

数据模块135可以被配置成响应于在图形用户界面142的显示窗口144-1中选择一个或多个参数而访问存储器(例如存储器134和/或数据库128)中的虚拟解剖模型129。解剖模型129可以与患者的解剖结构(例如，先前病例或所计划病例)相关联。显示模块136可以被配置成响应于用户与显示窗口144-1或用户界面142的另一部分的交互而从存储器，例如数据库128或存储器134中选择解剖模型129。

各种参数可以用于选择解剖模型129。显示窗口144-1的参数可以相互联系以提供过滤特征，使得参数的每次选择可以使其余参数被过滤掉以描绘可用选项。每个参数可以与计划环境126可访问的一组解剖模型129相关联。

外科医生可以与用户界面142交互以选择和查阅所需病例，例如与手术计划131相关联的先前、所计划或假设病例。外科医生可以与用户界面142交互以查阅先前病例，包含特定外科手术、解剖结构和/或患者群组的先前病例。计划系统120可以被配置成提供对先前病例的分析，例如已修复关节的生物特征测试、有限元分析(FEA)等。外科医生可以选择对应于预期患者的虚拟解剖模型129。所选择的模型129可以对应于所获取的患者CT扫描。外科医生可以选择可与特定分类相关联的虚拟解剖模型129。

解剖模型129可以通过解剖结构、患者、缺损、病例等归类。参数可以包含患者分类和缺损类别。解剖参数可以按类别(例如，关节等)、子类别(例如，肩、踝、髋等)、模型(例如，关节盂、肱骨等)和解剖尺寸(例如，小、中等、大)在一个或多个列表146L中排列。所述类别可以通过包含表面解剖学(例如，外部身体)、局部解剖学(例如，身体的特定区域)和系统解剖学(例如，特定器官系统)的大体解剖学细分。患者参数可以包含性别、年龄和种族。空间模块137可以被配置成响应于对解剖尺寸的选择而缩放所选择的解剖模型129的几何形状。

外科医生可以根据各种缺损的严重程度，例如轻度、重度、非病理性、骨折等，来选择虚拟解剖模型129。缺损参数可以针对各种缺损建立，并且可以通过分类、子分类等来排列。外科医生、助手或其他用户可以与按钮146B(参见例如，问号按钮146Q)交互以解释缺损参数，如图4的显示窗口144-2所示。例如，从列表146L中选择关节盂模型可以使得响应于对按钮146Q的选择而生成并显示具有一个或多个缺损分类的帮助屏幕。如图4所示，缺损分类可以包含：包含与偏侧性相关联的骨赘的骨关节炎(参见例如，Samilson和Prieto)、中心关节盂磨损(参见例如，Levigne)、下关节盂磨损和偏侧性(参见例如，Habermeyer)、包含上磨损和偏侧性的类风湿性关节炎(参见例如，Levigne)、包含上磨损的关节盂磨损(参见例如，Favard)、关节盂型(参见例如，Walch)、半脱位(参见例如，Walch)和包含上/下分类的关节盂形态(参见例如，Walch)。图4的缺损分类是已知的，但如本文公开的缺损分类的利用是未知的。例如，外科医生可以基于在帮助屏幕中显示的信息来选择相对罕见的病例，例如关节盂的B2或C2分类。用户可以与按钮146B或用户界面142的另一部分交互以指定多于一个缺损。外科医生可以从各种分类中进行选择以确定各种治疗选项。

病例参数可以包含病例类型(例如，先前、所计划和假设)、病例号等。用户可以与列表146L交互以选择特定病例，所述特定病例可能基于先前对参数的选择而被过滤掉。每个病例可以与相应手术计划131相关联。手术计划131可以与任何改动之前的解剖模型129相关联，并且可以与基于相关联外科手术的实施并入有一个或多个改动的另一(例如，经改动)解剖模型129相关联。示例性改动可以包含利用一个或多个钻孔、碾磨、切除、绞孔和切割操作来移除材料。

参考图5，继续参考图2-3，外科医生、助手或其他用户可以与用户界面142交互，以在用户界面142的显示窗口144-2、144-3中查看所选择的解剖模型129。数据模块135可以被配置成使显示模块136响应于对参数的选择而在用户界面142中显示所选择的解剖模型129。在图5的实施方案中，所选择的解剖模型129可以与肩关节129S的关节盂129G相关联，但应当理解，系统120可以与各种解剖结构一起使用。

显示模块136可以被配置成在显示窗口144-2、144-3中在不同位置和/或定向处显示所选择的解剖模型129。尽管示出特定数量的显示窗口144，但应当理解，可以根据本文公开的教示将用户界面142配置成具有任何数量的显示窗口144。显示窗口144-2、144-3可以被配置成显示所选择的解剖模型129的二维(2D)和/或三维(3D)表示。用户可以与用户界面142交互，以在各种位置和定向处查看所选择的解剖模型129。

参考图6，继续参考图2和5，外科医生、助手或其他用户可以与用户界面142交互，以定制或以其它方式指定与所选择的解剖模型129相关联的一个或多个参数。用户可以与菜单146M、直接与显示窗口144-4、144-5或与用户界面142的另一部分交互，以指定手术计划131的一个或多个方面或修改。

用户可以与菜单146M或用户界面142的另一部分交互，以从存储在例如数据库128或存储器134等存储器中的一组植入物模型130中选择一个或多个植入物模型130。数据模块135可以被配置成自动地或响应于用户与用户界面142的交互而访问所选择的植入物模型130。数据模块135可以被配置成将虚拟解剖模型和植入物模型130的实例存储在存储器134中。

植入物模型130可以与各种配置、形状、尺寸的植入物、手术、器械等相关联。植入物模型130可以包含一个或多个部件。示例性植入物可以包含联接到铰接构件的底板、被配置成将相邻骨或骨折片互连的骨板、髓内钉、缝合线锚固件等。铰接构件可以具有尺寸被设定成与相对的骨或植入物的关节表面配合的铰接表面。

显示模块136可以被配置成在显示窗口144中显示一个或多个所选择的虚拟解剖模型129和/或植入物模型130。显示模块136可以被配置成使得所选择的解剖模型129和/或植入物模型130可以响应于用户与用户界面142的交互而在显示窗口144中的一个或多个中选择性地显示和隐藏(例如，切换)，这可以使外科医生可更为灵活地查阅手术计划131的各方面。

显示窗口144-4、144-5可以被配置成相对于彼此显示所选择的解剖模型129和植入物模型130。空间模块137可以被配置成将所选择的植入物模型130定位成在指定或定义的位置和定向处与解剖模型129接触。植入物模型130可以相对于解剖模型129的表面，例如可与骨的关节表面相关联的铰接表面129AS而定位。用户可以与菜单146M、直接与显示窗口144-4、144-5或与用户界面142的另一部分交互，以相对于解剖模型129定位和定向所选择的植入物模型130，包含植入物模型130的植入物轴线IA。用户可以与菜单146M、显示窗口144-4、144-5或用户界面142的另一部分交互，以在2D空间(例如，上、下、左、右)和/或3D空间(例如，旋转、倾斜、缩放等)中移动所选择的解剖模型129和/或所选择的植入物模型130，这可以响应于与方向指示符146D、146R的交互而发生。

显示模块136可以被配置成显示一个或多个紧固件模型F(以虚线示出)。紧固件模型F可以与被配置成固定与所选择的植入物模型130相关联的植入物的相应紧固件相关联。

参考图7，继续参考图2和5-6，外科医生、助手或其他用户可以与用户界面142交互，以定制所选择的解剖模型129。显示窗口144可以包含显示窗口144-6、144-7。用户可以与菜单146M交互，以使所选择的植入物模型130可见和不可见。

外科医生可能希望指定与外科手术相关联的一个或多个区(例如，区域)。区可以在相关联的物理解剖模型中形成，以向外科医生提供反馈。在实施方案中，反馈可以包含响应于交互的一个或多个视觉、听觉和/或触觉指示符。

空间模块137可以被配置成建立一个或多个目标区(例如，局部区域)148。用户可以与菜单146M、显示窗口144-6、144-7或用户界面142的另一部分交互，以建立目标区148。每个目标区148可以沿着虚拟解剖模型129的任何部分建立。在实施方案中，目标区148可以沿着解剖模型129的铰接表面129AS延伸。

用户可以与用户界面142交互，以指定目标区148的各个方面。目标区148可以具有各种3D几何形状，包含圆锥体、圆柱体、立方体和长方体、棱柱、棱锥体、球体、复杂几何形状等。空间模块137可以被配置成基于所选择的解剖模型129、植入物模型130、手术计划131和/或用户选择的其它参数来分配目标区148的默认几何形状(参见例如，图3)。每个目标区148的尺寸可以设定成近似所选择的植入物模型130的体积的一部分。目标区148的尺寸可以设定成用于定位固定构件，例如所选择的植入物模型130的锚固件或柱(参见例如，图6)。每个目标区148可以与相应的图形146G相关联。图形146G可以具有与目标区148的几何形状基本上对应的几何形状。

用户可以与用户界面142交互，以指定与目标区148相关联的目标轴线TA的位置和定向。空间模块137可以被配置成将目标轴线TA的位置和定向设置成与植入物模型130的植入轴线IA基本上共线或以其它方式基本上平行(图6)。出于本公开的目的，除非另外指示，否则术语“基本上”、“大约”和“约”意指所陈述的值或关系的±5％。用户可以与菜单146M交互，以基于目标区148的几何形状指定目标区148的一个或多个维度，包含宽度、长度、深度、半径等。

参考图8，继续参考图2和7，空间模块137可以被配置成建立一个或多个警告区150。警告区150可以响应于建立相应的目标区148而手动地或自动地生成。警告区150可以根据所选择的参数，包含所选择的解剖结构、手术类型、缺损分类、病例等而建立。警告区150可以是手术特定的和/或病理特定的。显示模块136可以被配置成在显示窗口144-8中相对于所选择的解剖模型129显示警告区150。空间模块137可以被配置成建立第三区154。第三区154可以包含解剖模型129的除目标区148和警告区150之外的剩余体积。

目标区、警告区150和/或第三区154可以由虚拟解剖模型129的主体129B建立。警告区150可以沿着解剖模型129的外表面建立和/或在解剖模型129外表面下方的厚度内建立，所述外表面例如铰接表面129AS。外科医生、助手或其他用户可以与用户界面142交互，以指定警告区150是否沿着解剖模型129的外表面可见。在图8的实施方案中，警告区150可以包含可从铰接表面129AS向内延伸的三个警告区150-1至150-3。警告区150-1至150-3可以用于向外科医生提供与目标区148的接近度的视觉指示。外部警告区可以使向外科医生呈现的挑战较少。外科医生可以选择仅具有在解剖模型的外表面下方形成的警告区，这可能更为接近对解剖结构的外科手术，并且可能相对更具挑战性。

计划环境126可以被配置成使得可响应于用户与用户界面142的交互而设置与警告区150相关联的至少一个参数。用户可以与菜单146M、直接与显示窗口144-8或与用户界面142的另一部分交互，以定义警告区150中的每一个。可以利用与警告区150相关联的各种参数，包含数量、偏移量(例如，厚度)等。

警告区150可以与呈堆叠关系的多个层152对应，使得警告区150相对于目标区148以不同的预定义距离偏移。在实施方案中，警告区150和相应的层152可以与目标区148的周边的偏移量逐渐增加的方式建立。警告区150的厚度可以相同或可以不同。在图8的实施方案中，可以邻近目标区148建立三个警告区150(在150-1、150-2、150-3处指示)。尽管示出了三个警告区150，但应当理解，可以为每个目标区148建立少于或多于三个警告区150，例如仅一个警告区150。警告区150和相应的层152可以基本上环绕或以其它方式界定目标区148，以建立用于执行外科手术的边界。

警告区150可以在视觉上彼此间和/或与目标区148形成对比，以向外科医生提供与目标区148的偏离量的指示。例如，外科医生可以执行钻孔操作，所述钻孔操作可以延伸穿过目标区148并进入警告区150中的一个或多个。警告区150可以用于指示钻孔操作的深度超出量。显示模块136可以被配置成显示警告区150与解剖模型129的其余部分，包含目标区148和第三区154，之间的视觉对比度。在实施方案中，视觉对比度可以通过应用于相应目标区148、警告区150和/或第三区154的一个或多个视觉指示符VI(出于说明目的以阴影示出)来建立。在实施方案中，目标区148和/或第三区154可以省略任何视觉指示符VI(参见例如，图9)。

可以根据一个或多个视觉或颜色方案建立目标区148、警告区150和第三区154。在实施方案中，目标区148和/或第三区154可以被分配有与解剖结构的相应部分的自然颜色对应的颜色。警告区150可以被分配有一种或多种人为颜色以建立视觉对比度。视觉对比度可以帮助外科医生识别目标区148和从目标区148到警告区150的任何偏离。出于本公开的目的，术语“自然”颜色意指与相应组织的预期或实际颜色基本上对应的颜色，而术语“人为”颜色意指对于相应组织而言不是自然出现的颜色。

每个警告区150可以被分配有相应的人为颜色，所述人为颜色可与解剖结构的相应部分的自然颜色不同并且可同与目标区148相关联的自然颜色建立视觉对比度。警告区150和相关联层152的人为颜色可以相同或可以彼此不同。出于说明目的，警告区150-1至150-3的相应颜色以阴影示出。示例性人为颜色可以包含黄色、橙色、红色、绿色、蓝色等。在其它实施方案中，警告区150可以被分配有与解剖结构的相应部分的自然颜色基本上对应，但其色度可能与自然颜色相差至少10％或更多以建立视觉对比度的颜色。

目标区148和警告区150可以具有其它配置。在图9的实施方案中，虚拟解剖模型229可以具有主体229B。目标区248和一个或多个警告区250可以在主体229B中建立。目标区248可以包含具有第一基部B1和第二基部B2的基本上截头的圆锥形几何形状。第一基部B1可以具有不同于(例如，小于)第二基部B2的半径的半径。第一基部B1可以沿着主体229B的外表面建立入口点EP。入口点EP可以与目标轴线TA基本上对准。外表面可以由所选择的解剖模型229的铰接表面229AS建立。目标轴线TA可以与植入物和/或紧固件的一部分的合适轨迹相关联。入口点EP可以表示手术装置通过组织的一部分的安全通道。入口点EP的尺寸可以设定成接收紧固件模型F(以虚线示出)。目标区248的壁可以倾斜以限制紧固件模型F相对于目标轴线TA的角度范围。警告区250可沿着第二基部B2延伸以界定目标区248的高度和紧固件模型F的插入深度。

在图10-11的实施方案中，一定体积的目标区348可以具有带基本上矩形周边的基本上长方体几何形状。目标区348和警告区350可以与解剖模型329的主体329B的外表面间隔开，所述外表面可以由铰接表面329AS建立。警告区350可以被配置成基本上围绕目标区348作为一组同心环。

在图12的实施方案中，目标区448和警告区450可以相对于虚拟解剖模型429的外表面偏侧。图形用户界面442可以包含显示窗口444-8、444-9。显示窗口444-8可以被配置成显示解剖模型429相对于参考平面REF1(以虚线示出)的截面图。显示窗口444-9可以被配置成显示沿着参考平面REF1剖切的解剖模型429的透视图。

目标区448、警告区450和/或第三区454可以在解剖模型429的主体429B的体积中建立。目标区448可以沿着主体429B的外表面建立，并且可以从主体的外表面向内延伸。外表面可以是与相应解剖结构的关节相关联的关节表面429AS。

警告区450可以偏侧，并且可以对应于各种绞孔深度。警告区450可以指示实施的绞孔深度可能不足和/或过大。警告区450可以包含由相应层452建立的警告区450-1至450-3。警告区450可以建立在主体429B的外表面下方。警告区450和相应层452可以相对于目标区448和/或主体429B的外表面以不同的深度偏移。

目标区448和警告区450可以表示与解剖结构相关联的骨组织。目标区448可以表示与解剖结构相关联的皮质骨，例如沿着关节盂的关节表面的皮质骨。第三区454可以建立表示与解剖结构相关联的松质或小梁骨的非皮质区域。目标区448和第三区454可以分别被分配有与患者的解剖结构的皮质和小梁骨极为接近的颜色。层452可以布置成使得警告区450建立在目标区448与第三区454之间。在实施方案中，警告区450-1至450-3可以对应于目标区448下方1mm、2mm和3mm的深度。

在图13的实施方案中，目标区548可以建立在一个或多个警告区550之间。警告区550可以由相应层552形成。层552可以是基本上平行的，并且可以具有基本上相同的厚度，厚度也可以不同。层552可以包含第一组层552-1和第二组层552-2。第一组层552-1可以建立警告区550-1至550-3。第二组层552-2可以建立警告区550-4至550-6。目标区548可以建立在第一组层552-1与第二组层552-2之间。例如，目标区548可以与预期切除平面相关联，所述预期切除平面可以与往复锯或摆锯接合以形成沿着长骨的切口，所述长骨例如胫骨的近侧部分或股骨的远侧部分。

物理解剖模型可以包含并入有警告区的其它代表性组织。某些手术可以包含导航到3D肌间隔中并通过3D肌间隔。所述手术可以包含在不违背肌肉结构的情况下(例如，在没有无切割发生分离的情况下)导航穿过层并进入层之间。例如，计划髋关节成形术的外科医生可能希望最大限度地减少或以其它方式减少对软组织的损伤。警告区可以限制软组织的物理解剖模型的特定区域，使得外科医生可能需要在不贯穿代表性软组织的情况下打开代表性软组织。如果外科医生切穿代表性软组织，则可以向外科医生呈现警告区。外科医生可以沿着自然边界切除代表性软组织以避开警告区。警告区在代表性软组织的外表面上可能不可见。如果外科医生偏离到所述区的一侧，则可能暴露警告区。

参考图14，继续参考图2，虚拟解剖模型629可以包含骨和其它组织，包含软组织。软组织可以包含肌腱、韧带和/或包含一根或多根纤维的肌肉组织。用户界面642可以包含被配置成显示解剖模型629的显示窗口644-10、644-11。显示窗口644-11可以被配置成显示解剖模型629相对于参考平面REF2(以虚线示出)的截面。

空间模块137可以被配置成建立一个或多个目标区648和警告区650。目标区648和警告区650可以表示与解剖结构相关联的软组织。可以建立第三区654，其可以表示相对硬的组织，例如软骨和/或骨组织。

解剖模型629可以包含与解剖结构的纤维相关联的一根或多根纤维656。纤维束656可以沿着主体629B形成、可以从主体延伸或可邻近于主体布置。纤维束656可以表示软组织，例如肌肉组织。目标区648和警告区650可以协作以建立纤维束656。显示模块136可以被配置成以平面图和截面图显示纤维656，分别如显示窗口644-10、644-11所示。一个或多个目标区648可以建立在纤维656中和/或建立在相邻纤维656之间。

纤维656中的每一根可以包含内纤芯656C和外包层656S。包层656S可以基本上围绕纤芯656C。一个或多个目标区648可以建立在相邻纤维656之间。目标区648可以表示相邻纤维656之间的路径。纤芯656C可以建立警告区650中的相应一个。包层656S可以基本上围绕相应纤维656的至少一个警告区650。在实施方案中，相邻纤维656的包层656S可以建立相应的目标区648。

由每根纤维656的包层656S建立的外表面可以被分配有与相应组织的自然颜色基本上对应的颜色。纤芯656C可以被分配有可与相应组织的自然颜色不同的人为颜色，使得目标区648和警告区650在视觉上彼此形成对比。

在图15的实施方案中，纤维束756可以包含第一组纤维756-1、第二组纤维756-2和第三组纤维756-3。第一组纤维756-1可以建立目标区748。第二组纤维756-2和第三组纤维756-2中的每根纤维756可以建立相应的警告区750。各个目标区748可以由相应的纤维756建立。各个警告区750可以由相应纤维756的纤芯和/或包层建立。第二组纤维756-2和第三组纤维756-3可以建立在第一组纤维756-1的相对侧上，使得第一组纤维756-1建立局部区域或路径。

在图16的实施方案中，图形用户界面842可以包含被配置成显示解剖模型829的显示窗口844-12。解剖模型829可以与一种或多种组织类型相关联，所述组织类型包含骨、软骨、肌腱、韧带、肌肉组织等。解剖模型829可以包含建立一个或多个肌群858的纤维束856。肌群858可以与一个或多个目标区848和/或警告区850相关联。在图16的实施方案中，解剖模型829可以表示包含肌群858中的一个或多个的肩关节。

外科医生、助手或其他用户可以与菜单846M、直接与显示窗口844-12或用户界面842的另一部分交互，以将肌群858中的每一个设置为目标区848或警告区850。在图16的实施方案中，目标区848可以与三角肌的外侧头相关联，警告区850-1可以与三角肌的后部头相关联，并且警告区850-2可以与三角肌的前部头相关联。在另一实施方案中，与三角肌相关联的虚拟解剖模型的一部分可以被选择为分配有第一颜色(例如，红色)的第一警告区，小圆肌可以被选择为分配有第二颜色(例如，蓝色)的第二警告区，并且三角肌与小圆肌之间的区域可以被选择为分配有第三颜色(例如，绿色)的目标区。利用本文公开的技术，外科医生可以与由虚拟解剖模型829所定义的构造形成作为训练工具的物理解剖模型相互作用，以帮助外科医生在肩关节成形术期间导航或引导器械通过肌肉。

返回参考图2，外科医生、助手或其他用户可以与用户界面142交互，以同意对与所选择的虚拟解剖模型129相关联的各种参数的选择。在实施方案中，用户可以选择按钮146B，以同意与虚拟解剖模型129相关联的选择和其它参数(参见例如，图8)。

空间模块137可以被配置成生成与物理解剖模型相关联的配置(例如，定义)。配置可以表示虚拟解剖模型129。配置可以根据对与所选择的虚拟解剖模型129相关联的参数的选择来建立，所述参数包含任何目标区148和警告区150(参见例如，图8)。配置可以是存储在数据库128中的记录139中或链接到所述记录的文件。配置可以包含足以基于所选择的虚拟解剖模型129的几何形状和参数建立物理解剖模型的数据和其它信息，包含坐标信息、相关联组织的弹性模量、与目标区148和警告区150相关联的颜色方案等。

物理解剖模型可以在选择和同意虚拟解剖模型129和各种参数之后形成。物理解剖模型可以表示包含骨组织和软组织的各种组织。物理解剖模型可以具有表示解剖结构的构造，所述解剖结构包含关节、骨、肌肉、肌腱、韧带、内脏等。物理解剖模型可以被配置成在执行外科手术之前、期间和/或之后向外科医生提供指示符或反馈。反馈可以是患者特定的或非患者特定的。在实施方案中，计划系统120可以被配置成提供口头或视觉反馈，例如对外科医生瞄准骨或软组织的特定区域的提示。

各种技术可以用于构造或以其它方式形成本文公开的物理解剖模型，包含物理解剖模型960。物理解剖模型可以利用本文公开的技术中的任一种构造或以其它方式形成，并且可以并入有本文公开的特征中的任一个，包含相应的虚拟解剖模型的几何形状、相关联组织的弹性模量、与目标区和/或警告区相关联的颜色方案和几何形状、层和纤维布置等。物理解剖模型可以形成为与相关联解剖结构(包含软组织和骨)的几何形状极为类似或近似。在实施方案中，外科医生可以与物理解剖模型相互作用，使得部分物理解剖模型的触感可与软(例如，松质)骨组织类似。物理解剖模型可以根据用户界面中选择的各种参数来打印或以其它方式形成。各种参数可以用于形成物理解剖模型，所述参数包含本文公开的参数中的任一个，例如骨和软组织的密度、皮质骨的厚度、目标和警告区、患者年龄等。

计划系统120可以被配置成使虚拟解剖模型129基于所选择的参数打印或以其它方式形成。在实施方案中，材料可以一个或多个层的形式打印在衬底上，以建立物理解剖模型。材料可以根据与虚拟解剖模型相关联的配置打印。在其它实施方案中，物理解剖模型通过一个或多个浇铸操作建立。物理解剖模型可以具有整体构造，或者可以具有彼此固定地附接或以其它方式固定以建立单元的两个或更多个部件。

参考图17A，继续参考图2，示出了物理解剖模型960的实施方案。图17B是物理解剖模型960的灰度图像。物理解剖模型960可以与本文公开的解剖结构中的任一个相关联。

解剖模型960可以包含部分962、964、966。部分962可以建立主体960B，并且可以表示骨组织，例如肱骨的包含肱骨头的一部分。部分964可以形成在部分962上或可以其它方式从所述部分延伸，并且可以表示软组织，例如一个或多个肌腱。肌腱可以与肩袖相关联。部分966可以从相应部分964延伸，并且可以表示肌肉组织。

各种材料可以用于形成本文公开的物理解剖模型，包含物理解剖模型960。在实施方案中，建立主体960B的部分962可以由基本上刚性的材料形成，例如聚合物材料，包含光聚合物、硅树脂和热塑性塑料。部分964、966的纤维中的每一根可以由相对柔性的材料形成，所述材料包含弹性体材料，例如橡胶或硅树脂。

参考图18-19，继续参考图17A，物理解剖模型960可以并入组件(例如，训练装置)968中。组件968可以包含一个或多个固定装置(例如，夹具)970。每个固定装置970可以是可重复使用的或可以是一次性使用的。每个固定装置970可以表示周围组织或关节的一部分。第一固定装置970-1可以表示肱骨的一部分。第二固定装置970-2可以表示肩部的一部分，例如关节盂或具有尺寸设定成建立关节的关节表面的植入物。物理解剖模型960可以在界面972处安装或以其它方式固定到固定装置970中的一个或多个。界面972可以通过过盈配合、快速释放连接或紧固件来建立。外科医生可以利用固定装置970来模拟手术室中肢体的旋转或移动。组件968可以包含表示皮肤组织的固定装置970-3，如图19所示。固定装置970-3可以由相对柔性的材料形成，例如弹性体材料。外科医生可以在固定装置970-3中形成一个或多个开口974，以模拟执行切开以暴露关节或解剖结构的另一部分。

参考图20-21，继续参考图17，外科医生可以对物理解剖模型960执行一个或多个修改，如由物理解剖模型1060所示。外科医生可以沿着参考平面REF3执行切除，这可模拟切除铰接表面1060AS的一部分，所述部分可与肱骨头相关联(在图19中以虚线示出)。切除可以暴露第一区域R1和第二区域R2(图20)。第一区域R1可以是基本上固体的。第二区域R2可以是相对多孔的。第一区域R1可以表示皮质骨。第二区域R2可以表示松质骨。

图22-23是包含对应于不同组织类型的部分的另一物理解剖模型的灰度图像。物理解剖模型可以表示肩关节，所述肩关节包含肱骨和肩部的一部分、肩袖的肌腱和肌肉组织。

图24-25示出了另一物理解剖模型1160。解剖模型1160可以根据由系统120(图2)生成的配置，例如与虚拟解剖模型429以及目标区448和警告区450(图12)相关联的配置，来建立。解剖模型1160可以包含主体1160B，其建立与虚拟解剖模型429相关联的目标区1148(图24)和一个或多个警告区1150。目标区1148和警告区1150可以协作以建立表示解剖结构的构造。在实施方案中，构造可以表示包含关节盂的肩部。目标区1148、警告区1150和第三区1154(图25)可以通过与虚拟解剖模型429相关联的配置建立。

警告区1150可以邻近目标区1148建立。警告区1150和第三区1154可以协作以在物理解剖模型1160中界定目标区1148。目标区1148可以对应于目标区448。警告区1150可以对应于相应的警告区450。第三区1154可以对应于第三区454。配置可以用于形成目标区1148，所述目标区分配有与解剖结构的相应部分的自然颜色对应的相应颜色。配置可以用于形成警告区1150，所述警告区分配有同与目标区1148相关联的自然颜色建立视觉对比度的相应人为颜色。每个警告区1150可以具有可与解剖结构的相应部分的自然颜色不同的人为颜色。

外科医生可以对物理解剖模型1160执行一个或多个修改。外科医生可以相对于解剖模型1160的铰接表面1160AS或另一外表面以各种角度或定向(在图24-25中以虚线示出的不同定向)执行铰孔操作。铰接表面1160AS可以表示骨的关节表面，例如关节盂面。绞孔操作可以暴露或显露目标区1148和/或警告区1150中的一个或多个。目标区1148和警告区1150可以由具有不同弹性模量的材料形成，使得外科医生可能需要施加不同量的压力以绞孔通过材料。在实施方案中，目标区1148可以具有可比警告区1150中的一个或多个的弹性模量大的弹性模量。警告区1150的弹性模量可以相对于相应警告区1150与目标区1148的偏移量逐渐减小。

图26-27是物理解剖模型的灰度图像。物理解剖模型可以表示沿着关节盂剖切的肩部。剖切可以暴露表示骨的皮质和松质区域的材料。材料可以包含围绕松质区域的周边建立的警告区。

图28示出了另一组件(例如，训练装置)1268。组件1268可以并入有物理解剖模型1260。物理解剖模型1260可以包含表示例如骨或关节等解剖结构的主体1260B。

物理解剖模型1260可以被配置成提供与包含骨和神经组织的邻近组织相关联的反馈。对于年长患者，移动关节时可能会出现过度张紧的情况。物理解剖模型1260可以被配置成响应于相互作用而生成咔嚓断裂噪声。在实施方案中，物理解剖模型1260的可以是代表性骨的特定部分可被配置成咔嚓断裂。例如，当外科医生尝试使代表性关节在特定运动范围内移动时，可能发生这种情况。例如，8mm的偏侧性可能适合于年轻患者，但可能不适合年长患者。在肩部修复期间，外科医生可以考虑围绕肱骨延伸的轴向神经。患者可能由于轴向神经过度张紧(例如，通过使用牵开器)而感到麻木。

可以利用各种技术来建立咔嚓断裂特征。在预定力下，软组织(例如，肌肉、神经等)或骨组织的变形可以是永久性的。折断线BL可以形成在主体1260B或物理解剖模型1260的另一部分中(出于说明目的以虚线示出)。折断线BL可以通过凹口、材料减少和/或密度减小来建立。

物理解剖模型1260的主体1260B可以包含一个或多个目标区1248和一个或多个警告区1250。目标区1248可以在距指示构件1276某一距离处建立(出于说明目的以虚线示出)。指示构件1276可以用作目标区，或者可以用作警告区或指示符。指示构件1276可以建立目标区1148(在1148'处指示)。一个或多个警告区1250可以沿着指示构件1276延伸。

一个或多个指示构件1276可以嵌入主体1260B中或可以沿着主体延伸。指示构件1276可以表示解剖结构的神经。指示构件1276可以被配置成响应于满足预定准则而生成指示符。指示构件1276可以被配置成建立咔嚓断裂特征。指示构件1276可以由例如弹性体的柔性材料形成。指示构件1276可以被配置成响应于将指示构件1276拉伸或张紧到高于预定限值而咔嚓断裂。

在其它实施方案中，指示构件1276可以是耦合到仪表1278的线缆，例如应变计或电子电路。仪表1278可以对张紧指示构件1276作出响应。预定准则可以包含与张紧指示构件1276相关联的预定义阈值。预定义阈值可以与足以引起代表性神经的永久变形或代表性骨的咔嚓断裂的力的量相关联。仪表1278可以响应于满足预定义阈值或其它预定准则而生成听觉信号(例如，蜂鸣)或视觉信号(例如，发光二极管的照亮)，这可以指示过度张紧力可能已经施加到指示构件1276。

在实施方案中，指示构件1276可以包含导电材料，例如暴露的导线或者一层或多层金属或合金。指示构件1276可以形成在例如塑料材料的非导电材料上。主体1260B可以围绕指示构件1276的周边打印或以其它方式形成，或者指示构件1276可以在主体1260B形成之后插入。指示构件1276可以与电信号相关联。指示构件1276可以被配置成响应于指示构件1276与例如金属器械的导电装置之间的接触而建立电信号。指示构件1276可以具有其它配置，例如缝合到物理解剖模型1260的主体1260B中的缝合线等。

图29示出了另一物理解剖模型1360。物理解剖模型1360可以与骨(例如肱骨的一部分)相关联。物理解剖模型1360可以根据由系统120(图2)建立的配置形成，例如与虚拟解剖模型629和相关参数相关联的配置，包含目标区648和警告区650(参见图14)。解剖模型1360可以包含部分1362、1364/1366。部分1362可以建立主体1360B并且可以表示骨组织。部分1364/1364可以形成在部分1362上，并且可以包含一根或多根纤维1380。纤维1380可以表示软组织，例如肌腱、韧带或肌肉组织。每根纤维1380可以包含纤芯1380C和包层1380S，其可根据纤维656的相应纤芯656C和包层656S(图14)来配置。

纤芯1380C可以建立一个或多个警告区1350。一个或多个目标区1348可以建立在相邻纤维1380之间。目标区1348可以表示相邻纤维1380之间的路径。在实施方案中，相邻纤维1380的包层1380S可以建立相应的目标区1348。

外科医生可以对物理解剖模型1360执行一个或多个修改。外科医生可以沿着参考平面REF4和/或参考平面REF5用例如解剖刀等器械使纤维1380分离。参考平面REF4可以与目标区1348中的一个或多个相交。参考平面REF5可以与警告区1350中的一个或多个相交。沿着参考平面REF4分离纤维1380可以避免暴露或显露警告区1350，如图30的物理解剖模型1360'所示。分离纤维1380'可以表示分离或分开韧带、肌腱或肌肉组织的纤维，同时使纤维基本上完整。沿着参考平面REF5分离纤维1380可以暴露警告区1350中的一个或多个，如图31的物理解剖模型1360"所示。暴露或显露警告区1350"可以表示切穿韧带、肌腱或肌肉组织的纤维。

在图32的实施方案中，物理解剖模型1460可以包含形成在主体1460B上或以其它方式沿着主体布置的一个或多个片材1482。主体1460B可以建立部分1462。片材1482可以建立相应的部分1464/1466。片材1482可以建立相应的目标区1448和/或警告区1450。片材1482可以各种图案布置，以建立一个或多个目标区1448和警告区1450。在实施方案中，一组片材1482可以建立一列或一行目标区1448。邻近组的片材1482可以建立成列或成行的警告区1450。邻近组的片材1482可以被布置成建立相对于目标区1448以不同距离偏移的警告区1450，如警告区1450-1、1450-2所示。片材1482可以由本文公开的任何材料制成，并且可以是相对柔韧的。

参考图33，继续参考图2，系统120可以包含与被配置成向外科医生提供反馈的计划特征的比较。外科医生可以对物理解剖模型1560执行一个或多个修改。物理解剖模型1560可以具有与物理解剖模型1160基本上相同的几何形状和构造，但可省略目标区1148和警告区1150(图25)。外科医生可以对模型1560执行绞孔操作(以虚线示出)，其可模拟切除关节盂的关节表面的一部分。切除可以暴露第一区域R1和第二区域R2。第一区域R1可以是基本上固体的。第二区域R2可以是相对多孔的。第一区域R1可以表示皮质骨。第二区域R2可以表示松质骨。在解剖模型1560的实施方案中，第一区域R1和第二区域R2中的每一个可以具有与解剖结构的相应部分的自然颜色对应的颜色。

一个或多个成像装置1584(出于说明目的以虚线示出)可以被配置成捕获物理解剖模型1560的几何形状和外科医生的任何修改。成像装置1584可以包含围绕模型1560布置成阵列的一个或多个相机。解剖模型1560可以用成像装置1584扫描，并数字化成一个或多个数字图像。

参考图34，继续参考图2和33，空间模块137可以被配置成基于来自成像装置1584的数字图像生成一个或多个经改动虚拟解剖模型1529。显示模块136可以被配置成在用户界面1542的显示窗口1544-13、1544-14中显示经改动虚拟解剖模型1529。

比较模块138可以被配置成将与模型1560相关联的图像和/或经改动虚拟解剖模型1529与手术计划131进行比较，以确定外科医生利用物理解剖模型1560实施手术计划131的精确程度。比较模块138可以利用各种准则来进行确定，例如确定轨迹和放置。在实施方案中，比较模块138可以使显示模块136显示通过对物理解剖模型1560的修改而暴露的每个目标区1548、警告区1550和/或第三区1554的部分。暴露的目标区1548可以与物理解剖模型1560的第一区域R1相关联，并且暴露的警告区1550可以与第二区域R2相关联。

比较模块138可以被配置成将物理解剖模型1560的一个或多个改动与原始虚拟解剖模型429进行比较，所述原始虚拟解剖模型用于建立物理解剖模型1560的配置，包含任何建立的目标区448和警告区450以及其它参数(图12)。比较模块138可以被配置成将由经改动虚拟解剖模型1529表示的物理解剖模型1560的一个或多个改动与原始虚拟解剖模型429进行比较。

比较模块138可以被配置成响应于一个或多个改动满足预定阈值而在图形用户界面1542中生成一个或多个指示符PI。可以利用各种指示符PI，包含文本和图形指示符。警告区1550的体积和与目标区1548的偏移量可以建立相应阈值。警告区1550可以与建立指示符PI的相应视觉指示符VI相关联。在实施方案中，用户界面1542可以包含充当指示符PI的图形1546I。

在实施方案中，外科医生可以基于可能过时的先前教育或训练对物理解剖模型1560执行外科手术。系统120可以被配置成生成包含与相应结果相关联的材料的训练计划。计划系统120(图2)可以被配置成向外科医生呈现相对更为新近的文献以教导外科医生。文献可以基于外科医生可接合警告区1550中的哪一个来针对外科医生定制或向外科医生呈现。在实施方案中，可以响应于接合警告区1550中的特定一个(例如，在外科医生接合区1550-2的情况下)而生成弹出窗口。外科医生、助手或其他用户可以与按钮1546B或用户界面1542的另一部分交互以查阅训练材料。外科医生可以利用物理解剖模型1560的另一实例重复手术以验证训练，包含针对新颖技术或产品。

系统120可以用于比较一组外科医生的数字化结果。系统120可以用于生成与共同手术计划131相关联的共同物理解剖模型的实例。可以比较外科医生对共同物理解剖模型的修改以验证或以其它方式评估外科手术、器械、装置等。

图35示出了另一物理解剖模型1660。物理解剖模型1660可以是长骨，例如胫骨。外科医生可以对物理解剖模型1660执行一个或多个修改。例如，外科医生可以沿着参考平面REF6对模型1660执行切除以移除模型1660的材料的一部分，这可模拟切除骨的关节表面的一部分。移除材料可以建立经改动物理解剖模型1660'，如图36所示。成像装置1684(出于说明目的以虚线示出)可以被配置成捕获物理解剖模型1660'的几何形状，包含任何修改。

参考图37，继续参考图2和35-36，可以基于来自成像装置1684的数字图像生成经改动虚拟解剖模型1629。显示模块136可以被配置成在显示窗口1644-16中显示经改动虚拟解剖模型1629，并在显示窗口1644-15中显示相关联的原始虚拟解剖模型129。比较模块138可以被配置成将与经改动物理解剖模型1660'相关联的图像和/或经改动虚拟解剖模型1629与手术计划131的原始虚拟解剖模型129进行比较，以确定外科医生利用物理解剖模型1660实施手术计划131的精确程度。比较模块138可以被配置成将物理解剖模型1660的一个或多个改动与原始虚拟解剖模型129进行比较，所述原始虚拟解剖模型用于建立物理解剖模型1660的配置，包含指定的参考平面REF7和/或其它参数。

比较模块138可以被配置成将由虚拟解剖模型1629表示的经改动物理解剖模型1660'与相关联的虚拟解剖模型129的预定几何形状进行比较。在实施方案中，参考平面REF7可以表示相对于虚拟解剖模型129的纵向轴线A的所计划切除平面。参考平面REF7可以相对于纵向轴线A建立角度α。参考平面REF6可以表示由对物理解剖模型1660的切除形成的实际切除平面。参考平面REF6可以相对于纵向轴线A建立角度β。角度α、β可以被称为“内翻/外翻角度”，或者可以相对于胫骨近侧、股骨远侧、肱骨远侧等的“后部斜率”来参考。角度α、β可以被称为对于股骨近侧、肱骨头等的“股骨颈干(caput-collum-diaphyseal，CCD)角度”或“颈轴角度”。比较模块138可以被配置成确定角度α、β之间的差值。比较模块138可以被配置成响应于物理解剖模型1660的已移除部分满足预定阈值而生成指示符PI。在实施方案中，第一预定阈值可以是角度α、β之间绝对值大于3％的差值。可以利用多于一个预定阈值。在实施方案中，第二预定阈值可以是角度α、β之间绝对值大于5％的差值。

指示符PI可以包含一个或多个图形1646I、1646G。图形1646G可以被配置成显示角度α、β之间的差值。图形1646I可以被配置成指示角度α、β之间的差值是否超过预定阈值。

图38示出了用于外科手术的训练组件1786。训练组件1786可以包含被配置成将物理解剖模型1760的一个或多个改动与虚拟解剖模型129(图2)进行比较的测量装置1788，所述虚拟解剖模型用于建立物理解剖模型1760的配置，包含本文公开的参数中的任一个。

测量装置1788可以包含基部1789、塔部1790和外伸支腿1791。塔部1790可以在第一(例如，竖直)方向Y上从基部1789延伸。外伸支腿1791可以在第二(例如，水平)方向X上从塔部1790横向延伸。外伸支腿1791可以包含位于沿着基部1789的预定位置P上方的尺1792。尺1792可以在预定位置处从外伸支腿1791悬垂在基部1789上方。尺1792和/或外伸支腿1791可以相对于基部1789和塔部1790移动。基部1789可以定位在桌面或另一静态结构上。

物理解剖模型1760可以包含主体1760B，所述主体具有表示解剖结构的构造。主体1760B可以在第一端部部分1760A与第二端部部分1760C之间延伸。

一个或多个标记(例如，指示符)M可以沿着解剖模型1760的表面形成，用于相对于装置1788定位模型1760。每个标记M可以在相对于模型1760的轴线A的预定位置和定向处建立。标记M可以包含第一标记M1和第二标记M2。第一标记M1可以沿着模型1760的第一端部部分1760A形成。第二标记M2可以沿着模型1760的第二端部部分1760C形成。第一标记M1可以与预定位置P基本上对准，使得第二标记M2可以与沿着尺1792的位置对准。

基部1789的尺寸可以被设定成在预定位置P处支撑沿着主体1760B的第一端部部分1760A的经切除表面1760R，使得标记M2可与沿着尺1792的位置对准。主体1760B的经切除部分可以包含表示解剖结构的皮质骨的第一区域和表示解剖结构的松质骨的第二区域(参见例如，图21)。在实施方案中，第一端部部分1760A可以包含第一区域和/或第二区域。第一区域可以包含至少一个警告区，所述至少一个警告区可以具有与解剖结构的相应部分的自然颜色不同的人为颜色(参见例如，图33)。

尺1792可以包含标志1792I。由标志1792I建立的沿着尺1792的每个位置可以与相对于装置1788的轴线L的相应角度相关联。轴线L可以在第一方向Y上从预定位置P延伸。轴线L可以延伸通过预定位置P，并且可以基本上垂直于所述预定位置。

外科医生可以基于标记M2相对于标志1792I的位置来评估在模型1760的经切除表面1760R与轴线A之间建立的角度β。例如，角度β可以小于与图39的物理解剖模型1760'的经切除表面1760R'相关联的角度β。装置1788可以用于向外科医生提供关于由切除形成的角度β的反馈，而无需用成像装置评估切除。外科医生可以对模型1760进行一个或多个额外修改以建立新的经切除表面1760R，接着可以评估相关联角度β的变化。

图40以流程图1894示出了计划和执行外科手术的示例性方法。方法1894可以用于针对各种外科手术进行术前计划、演练和/或训练，所述外科手术例如用于恢复肩、踝、膝、髋和患有晚期软骨疾病的其它关节的功能的关节成形术。方法1894可以与本文公开的计划系统以及虚拟和物理解剖模型中的任一个一起使用。方法1894可以用于评估外科医生对与患者的解剖结构相关联的物理解剖模型实施外科手术的精度。在本公开的范围内，可以执行比下文列举的步骤更少或更多的步骤，并且所列举的步骤次序不旨在限制本公开。出于说明性目的，参考系统120和用户界面142。

参考图2，继续参考图40，在步骤1894-1处，可以生成一个或多个虚拟解剖模型129。每个虚拟解剖模型129可以与患者的解剖结构相关联，并且可以利用本文公开的技术中的任一种生成。

参考图3，继续参考图2和36，在步骤1894-2处，可以从一组虚拟解剖模型129中选择一个或多个虚拟解剖模型129。虚拟解剖模型129可以存储在计算装置的存储器中，例如存储在计算装置132的数据库128或存储器134中。选择虚拟解剖模型129可以包含从与一组虚拟解剖模型129相关联的各种参数中进行选择。参数可以包含本文公开的参数中的任一个，包含患者分类和缺损类别。可以响应于用户与图形用户界面142的交互而选择参数。虚拟解剖模型129可以包含本文公开的解剖结构和组织类型中的任一个，包含骨、韧带、肌腱、软骨等。参考图5，继续参考图2和40，在步骤1894-3处，可以在图形用户界面142中查看所选择的虚拟解剖模型129。

参考图6，继续参考图2和40，在步骤1894-4处，可以相对于所选择的虚拟解剖模型129选择并定位一个或多个植入物模型130。每个植入物模型130可以选自一组植入物模型130。植入物模型130可以存储在计算装置的存储器中，例如存储在计算装置132的数据库128或存储器134中。植入物模型130可以与本文公开的植入物中的任一个相关联。

在步骤1894-5处，可以定义虚拟解剖模型129中的一个或多个的方面。可以在步骤1894-1处生成虚拟解剖模型129和/或步骤1894-2处选择虚拟解剖模型129之前、期间和/或之后定义每个虚拟解剖模型129。定义虚拟解剖模型129可以包含设置虚拟解剖模型129的一个或多个参数，包含本文公开的参数中的任一个。可以响应于用户与图形用户界面142的交互而选择参数，如图7-8所示。参数可以与一个或多个目标区148和/或警告区150相关联(图8)。

步骤1894-5可以包含在步骤1894-5A处建立一个或多个目标区，如图7的目标区148所示。步骤1894-5可以包含在步骤1894-5B处建立一个或多个警告区，如图8的警告区150所示。可以利用本文公开的技术中的任一种，包含所公开的几何形状、布置以及视觉对比度和颜色方案中的任一种，来建立目标区148和警告区150。

在步骤1894-6处，可以生成一个或多个配置(例如，定义)。每个配置可以与物理解剖模型相关联，并且可以利用本文公开的技术中的任一种生成。配置可以表示所选择的虚拟解剖模型129。可以响应于在步骤1894-2处选择相应的虚拟解剖模型129和/或在步骤1894-5处定义所选择的虚拟解剖模型129而生成每个配置。配置可以根据对与所选择的虚拟解剖模型129相关联的任何参数的选择或规定来建立，所述参数包含任何目标区148和警告区150(参见例如，图7-8)。配置可以包含足以基于所选择的虚拟解剖模型129的参数建立物理解剖模型的数据和其它信息，包含坐标信息、相关联组织的弹性模量、与目标区和警告区相关联的颜色方案等。

在步骤1894-7处，可以基于所生成的配置制造或以其它方式形成一个或多个物理解剖模型。每个物理解剖模型可以利用本文公开的技术中的任一种形成。在图41的实施方案中，在衬底1896上打印或以其它方式形成一个或多个材料层1895，以建立物理解剖模型1860。物理解剖模型1860可以表示虚拟解剖模型。例如三维打印机的装置1897可以被配置成根据与相应配置相关联的数据和其它信息形成层1895(出于说明目的以虚线示出)。材料层1895可以包含本文公开的构造、材料、颜色、纹理、孔隙率等中的任一个。层1895可以具有与解剖结构的相应生物材料的弹性模量基本上对应的相应弹性模量。

形成物理解剖模型1860的材料的孔隙率可以基本上近似相应组织的孔隙率或密度。在实施方案中，可以针对某些技术定制或改变孔隙率。密度可以独立于解剖尺寸和/或病理而变化。由物理解剖模型表示的不佳骨密度可以提示外科医生选择特定植入物来嵌入骨中。如果外科医生切除肱骨头的物理解剖模型，则外科医生可以通过感受代表性骨的柔软度并查看可能在经扫描图像中表示的代表性骨的暗度来获得视觉或触觉响应。如果外科医生选择无柄装置用于植入骨密度不佳的骨中，则外科医生可以通过观察经修改物理解剖模型来理解为什么该选择可能没有益处。反馈可以使外科医生基于骨质量选择基于柄的装置。在另一训练课程中，可以向外科医生呈现表示相对更密集的骨的物理解剖模型。外科医生可以感受表示经切除骨的表面，并且基于触觉，外科医生可以确定代表性骨相对更密集，这可提示外科医生选择无柄植入物。利用本文公开的技术，外科医生可能有机会基于对物理解剖模型的感受和观察进行植入物选择。

步骤1894-7可以包含形成材料层1895以建立物理解剖模型1860。层1895可以同时和/或依序形成。每个层1895可以是均质的或异质的。异质层可以并入有与相应组织类型、密度、孔隙率、颜色等相关联的不同区域。步骤1894-7可以包含将材料层1895以彼此堆叠的方式打印以建立一个或多个目标区和/或界定目标区的警告区，如图25的物理解剖模型1160的目标区1148和警告区1150所示。警告区1150可以堆叠关系形成，使得警告区1150相对于目标区1148以不同的距离偏移。层1195可以形成为使得警告区1150可以基本上环绕目标区1148。目标区和警告区可以被形成为建立本文公开的颜色方案、视觉对比度和其它指示符中的任一种。每个目标区可以具有可与解剖结构的相应部分的自然颜色对应的颜色。每个警告区可以具有相应的人为颜色，其可同与目标区相关联的自然颜色建立视觉对比度，如目标区1148和警告区1150所示。警告区的人为颜色可以彼此不同以建立视觉对比度，也如目标区1148和警告区1150所示。

在其它实施方案中，步骤1894-7可以包含形成一根或多根纤维，所述纤维可以成束布置，如图18的部分964、966和相关联纤维所示。

在步骤1894-8处，可以定位或以其它方式制备物理解剖模型。如图18所示，物理解剖模型960可以固定到一个或多个固定装置970以建立组件968。

在步骤1894-9处，可以对物理解剖模型执行一个或多个修改。步骤1894-9可以包含移除物理解剖模型的一部分以建立经改动物理解剖模型。可以执行各种修改以模拟对解剖结构执行的外科手术，所述修改包含本文公开的修改中的任一种，例如一个或多个切开、切割、钻孔、绞孔、切除和植入操作(参见例如，图20-21)。每个修改都可能导致永久地更改物理解剖模型的几何形状。步骤1894-9可以包含移除物理解剖模型的一部分以暴露一个或多个警告区，如图24-25的物理解剖模型1160和图31的物理解剖模型1360"所示(还参见图26-27)。

在步骤1894-10处，可以利用本文公开的技术中的任一种来评估对物理解剖模型的修改。步骤1894-10可以包含基于经改动物理解剖模型生成虚拟解剖模型，如图32的物理模型1560和图34的经改动虚拟模型1529所示(还参见图36-37的模型1660'和1629)。步骤1894-10可以包含将经改动物理解剖模型与虚拟解剖模型的预定几何形状进行比较，如图34和37所示。步骤1894-10可以包含在步骤1894-10A处生成一个或多个指示符，包含本文公开的指示符中的任一个。可以响应于物理解剖模型的已移除部分满足本文公开的例如一个或多个预定阈值等预定准则中的任一种而生成指示符，如图34和37所示。评估对物理解剖模型的修改可以包含相对于图37的测量装置1788定位经改动物理解剖模型。

本公开的新颖装置和方法提供了利用物理解剖模型针对外科手术进行计划、演练和训练的变通性。物理解剖模型可以表示各种解剖结构，包含与各种分类和缺损相关联的解剖结构。外科医生可以与所公开的系统交互，以熟悉所选择的解剖结构和可用于实施手术计划的各种外科手术。物理解剖模型可以表示各种组织类型，并且可以并入有包含目标和警告区的一个或多个指示符。指示符可以辅助外科医生确定对物理解剖模型实施外科手术的精度。

尽管不同的非限制性实施例被示出为具有特定部件或步骤，但本公开的实施例不限于那些特定组合。有可能将来自任何非限制性实施例的一些部件或特征与来自任何其它非限制性实施例的特征或部件组合使用。

应理解，在整个若干附图中，相同的附图标记识别对应或类似元件。还应理解，尽管在这些示例性实施例中公开并示出特定部件布置，但其它布置也可以受益于本公开的教导。

前述描述应解释为说明性的而不是任何限制性意义的。本领域的普通技术人员将理解，某些修改可以属于本公开的范围。出于这些原因，应研究以下权利要求书以确定本公开的真正范围和内容。

Claims (41)

1.一种物理解剖模型，包括：

主体，所述主体包含目标区和邻近所述目标区的一个或多个警告区，所述目标区和所述一个或多个警告区协作以建立表示解剖结构的构造；

其中所述目标区具有与所述解剖结构的相应部分相关联的性质；并且

其中每个警告区具有与所述解剖结构的相应部分的自然性质不同且与所述目标区的所述性质不同的相应性质。

2.根据权利要求1所述的物理解剖模型，其中所述警告区的所述性质相对于颜色、色度、荧光性、光发射率、材料性质、弹性模量、密度、孔隙率、电导率、触觉性质和听觉性质中的至少一个与所述目标区的所述性质不同。

3.根据前述权利要求中任一项所述的物理解剖模型，其中所述目标区的所述性质包含与所述解剖结构的所述相应部分的自然颜色对应的颜色，每个警告区的所述性质包含与所述解剖结构的所述相应部分的自然颜色不同且同与所述目标区相关联的所述自然颜色建立视觉对比度的相应人为颜色。

4.根据前述权利要求中任一项所述的物理解剖模型，其中所述一个或多个警告区是与呈堆叠关系的多个层对应的多个警告区。

5.根据权利要求4所述的物理解剖模型，其中所述层的所述人为颜色彼此不同。

6.根据权利要求4或5所述的物理解剖模型，其中所述多个层基本上环绕所述目标区。

7.根据前述权利要求中任一项所述的物理解剖模型，其中所述目标区具有截头圆锥形几何形状，所述截头圆锥形几何形状具有沿着所述主体的外表面建立入口点的基部。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的物理解剖模型，其中所述多个层相对于所述主体的外表面以不同的深度偏移。

9.根据前述权利要求中任一项所述的物理解剖模型，其中：

所述目标区建立所述外表面并且表示与所述解剖结构相关联的皮质骨；

所述主体包含表示与所述解剖结构相关联的松质骨的第三区；并且

所述多个层被布置成使得所述警告区建立在所述目标区与所述第三区之间。

10.根据权利要求4至6中任一项所述的物理解剖模型，其中所述多个层包含第一组层和第二组层，并且所述目标区建立在所述第一组层与所述第二组层之间。

11.根据前述权利要求中任一项所述的物理解剖模型，其中所述目标区从所述主体的外表面向内延伸，并且所述一个或多个警告区建立在所述外表面下方。

12.根据前述权利要求中任一项所述的物理解剖模型，其中所述目标区和所述一个或多个警告区表示与所述解剖结构相关联的骨组织。

13.根据前述权利要求中任一项所述的物理解剖模型，其中所述主体包括聚合物材料。

14.根据权利要求1至6中任一项所述的物理解剖模型，其中：

所述目标区和所述一个或多个警告区表示与所述解剖结构相关联的软组织。

15.根据权利要求14所述的物理解剖模型，其中：

所述软组织包含肌肉组织；并且

所述主体包含表示所述肌肉组织的纤维束，所述纤维中的一个或多个建立所述警告区中的相应一个，并且所述目标区建立在相邻的一对所述纤维之间。

16.根据权利要求15所述的物理解剖模型，其中所述纤维中的每一根包括弹性体材料。

17.根据权利要求15或16所述的物理解剖模型，其中：

所述纤维束包含第一组纤维和第二组纤维，所述第一组纤维建立所述目标区，并且所述第二组纤维中的每根纤维建立所述警告区中的相应一个。

18.根据权利要求15或16所述的物理解剖模型，其中：

所述纤维中的每一根包含纤芯和围绕所述纤芯的外包层；并且

所述纤芯建立所述警告区中的相应一个。

19.根据前述权利要求中任一项所述的物理解剖模型，其中所述构造表示关节盂。

20.一种用于外科手术的训练装置，包括：

物理解剖模型，所述物理解剖模型包含表示解剖结构的主体；以及

嵌入所述主体中的指示构件，其中所述指示构件表示所述解剖结构的神经，并且所述指示构件被配置成响应于满足预定准则而生成指示符。

21.根据权利要求20所述的训练装置，其中所述指示构件包括导电材料，所述指示符与电信号相关联，并且所述指示构件被配置成响应于导电装置与所述指示构件之间的接触而建立所述电信号。

22.根据权利要求20所述的训练装置，其中所述指示构件耦合到应变计，并且所述应变计对张紧所述指示构件作出响应。

23.根据权利要求20至22中任一项所述的训练装置，其中所述主体包含沿着所述指示构件延伸的警告区，并且所述警告区具有与所述解剖结构的相应部分的自然颜色不同的人为颜色。

24.一种用于外科手术的训练组件，包括：

物理解剖模型，所述物理解剖模型包含主体，所述主体具有表示解剖结构的构造，所述主体在第一端部部分与第二端部部分之间延伸；

测量装置，所述测量装置包含基部、塔部和外伸支腿，其中所述塔部在第一方向上从所述基部延伸，所述外伸支腿从所述塔部横向延伸，并且所述外伸支腿包含位于沿着所述基部的预定位置上方的尺；并且

其中所述基部的尺寸被设定成在所述预定位置处支撑沿着所述主体的所述第一端部部分的经切除表面，使得沿着所述主体的所述第二端部部分的指示符与沿着尺的位置对准，沿着所述尺的每个位置与相对于轴线的相应角度相关联，并且所述轴线在所述第一方向上从所述预定位置延伸。

25.根据权利要求24所述的训练组件，其中所述主体的部分包含表示所述解剖结构的皮质骨的第一区域和表示所述解剖结构的松质骨的第二区域。

26.根据权利要求25所述的训练组件，其中所述第一端部部分包括所述第一区域，并且所述第一区域包含具有与所述解剖结构的相应部分的自然颜色不同的人为颜色的至少一个警告区。

27.一种用于演练外科手术的系统，包括：

计算装置，所述计算装置包含耦合到存储器的处理器，其中所述处理器被配置成：

响应于在图形用户界面中选择一个或多个参数而访问所述存储器中的虚拟解剖模型，所述虚拟解剖模型与解剖结构相关联；

使所述虚拟解剖模型显示在所述图形用户界面中；并且

生成与表示所述虚拟解剖模型的物理解剖模型相关联的配置。

28.根据权利要求27所述的系统，其中所述一个或多个参数包含与所述存储器中的多个虚拟解剖模型相关联的患者分类和缺损类别。

29.根据权利要求27或28所述的系统，其中所述配置建立目标区和一个或多个警告区，所述目标区和所述一个或多个警告区协作以在所述物理解剖模型中界定所述目标区，所述配置包含所述目标区分配有与所述解剖结构的相应部分的自然颜色对应的颜色，并且所述配置包含每个警告区分配有同与所述目标区相关联的所述自然颜色建立视觉对比度的相应人为颜色。

30.根据权利要求29所述的系统，其中所述处理器被配置成：

响应于用户与所述图形用户界面的交互而设置与所述虚拟解剖模型的所述一个或多个警告区相关联的至少一个参数。

31.根据权利要求27至30中任一项所述的系统，其中所述处理器被配置成：

将所述物理解剖模型的一个或多个改动与所述虚拟解剖模型进行比较；并且

响应于所述一个或多个改动满足预定阈值而在所述图形用户界面中生成指示符。

32.一种用于外科手术的演练方法，包括：

定义与解剖结构相关联的虚拟解剖模型；以及

形成多个材料层以建立表示所述虚拟解剖模型的物理解剖模型，其中所述材料层建立目标区和界定所述目标区的一个或多个警告区，所述目标区具有与所述解剖结构的相应部分的自然颜色对应的颜色，并且每个警告区具有同与所述目标区相关联的所述自然颜色建立视觉对比度的相应人为颜色。

33.根据权利要求32所述的方法，进一步包括：

从存储在计算装置的存储器中的多个虚拟解剖模型中选择所述虚拟解剖模型。

34.根据权利要求33所述的方法，其中：

选择所述虚拟解剖模型的步骤包含响应于用户与图形用户界面的交互而从患者分类中进行选择并且从缺损类别中进行选择。

35.根据权利要求32至34中任一项所述的方法，其中：

定义所述虚拟解剖模型的步骤包含响应于用户与图形用户界面的交互而设置与所述一个或多个警告区相关联的所述虚拟解剖模型的一个或多个参数。

36.根据权利要求32至35中任一项所述的方法，其中形成步骤包含将所述材料层以彼此堆叠的方式打印，以建立所述目标区和所述一个或多个警告区。

37.根据权利要求32至36中任一项所述的方法，其中所述材料层具有与所述解剖结构的相应部分的弹性模量基本上对应的相应弹性模量。

38.根据权利要求32至37中任一项所述的方法，其中所述一个或多个警告区包含呈堆叠关系的多个警告区，使得所述警告区相对于所述目标区以不同的距离偏移，并且所述警告区的所述人为颜色彼此不同以建立视觉对比度。

39.根据权利要求32至38中任一项所述的方法，其中发生形成步骤使得所述警告区环绕所述目标区。

40.根据权利要求32至39中任一项所述的方法，进一步包括：

移除所述物理解剖模型的一部分以暴露所述一个或多个警告区。

41.根据权利要求32至40中任一项所述的方法，进一步包括：

移除所述物理解剖模型的一部分以建立经改动物理解剖模型；

将所述经改动物理解剖模型与所述虚拟解剖模型的预定几何形状进行比较；以及

响应于所述物理解剖模型的已移除部分满足预定阈值而生成指示符。