JP2022500148A - 人工知能の術中外科的ガイダンスシステムと使用方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(歪みキャリブレーションアレイからの)既知の放射線不透過性のライン/ポイントを使用して、各解剖学的画像のEM歪みの測定値を提供する。歪みが定量化され、次に、コンピュータープラットフォーム100で生成された仮想グリッドのソフトウェアが、各解剖学的画像の歪みのある解剖学的構造に一致するように適合される。
(変換されたグリッドポイントとアレイ画像ポイントの間の残差である)変形フィールドのアレイ画像のランドマークに関して、平行移動、回転、およびスケーリングのためランドマークを調整する、アフィン変換によるグリッドポイントの続く変換が、薄板スプラインまたはその他の適切な放射基底関数を使用してモデル化される。薄板スプラインまたは放射基底関数のパラメーターは、線形連立方程式を解くことによって推定される。米国特許出願第15/383,975号(これにより、参照により具体的に組み込まれる)を参照のこと。アレイ画像は、参照画像またはキャリブレーション画像になる。
Claims (35)
- 1つまたは複数の自動化された人工知能モデルを実行するように構成されるコンピュータープラットフォームを含み、前記1つまたは複数の自動化された人工知能モデルが、データ層からのデータ上でトレーニングされ、前記データ層が、少なくとも複数の手術画像を含み、前記自動化された人工知能モデルが、術中外科的決定リスクを計算し、ユーザーに術中外科的ガイダンスを提供するようにトレーニングされている、人工知能術中外科的ガイダンスシステム。
- 前記術中外科的ガイダンスを前記ユーザーに提供するように構成される視覚的ディスプレイをさらに含み、前記コンピュータープラットフォームは、少なくとも1つの分類アルゴリズムを適用することによって術中外科的決定リスクを示すようにトレーニングされている、請求項1に記載の人工知能術中ガイダンスシステム。
- ソフトウェアモジュールを形成するコンピューターが可読な命令でエンコードされた非一時的コンピューター可読記憶媒体と、前記命令を処理するためのプロセッサとを含み、前記ソフトウェアモジュールは、データ層と、アルゴリズム層と、アプリケーション層とを含み、前記人工知能術中外科的ガイダンスシステムは、少なくとも1つの分類子アルゴリズムを適用することによって術中外科的決定リスクを計算するようにトレーニングされる、人工知能術中外科的ガイダンスシステム。
- 前記アルゴリズム層は、整復またはアライメント処置の複数の術中医用画像を少なくとも1つの別個のカテゴリーに分類するための少なくとも1つの画像処理アルゴリズムを含み、前記少なくとも1つの別個のカテゴリーは、外科的転帰を予測する、請求項3に記載の人工知能術中外科的ガイダンスシステム。
- 前記アルゴリズム層は、インプラント固定処置の複数の術中医用画像を少なくとも1つの別個のカテゴリーに分類するための複数の少なくとも1つの画像処理アルゴリズムを含み、前記少なくとも1つの別個のカテゴリーは、外科的転帰を予測する、請求項3に記載の人工知能術中外科的ガイダンスシステム。
- 前記アルゴリズム層は、時系列の術後医用画像を少なくとも1つの別個のカテゴリーに分類するための少なくとも1つの画像処理アルゴリズムを含み、前記少なくとも1つの別個のカテゴリーは、外科的転帰を予測する、請求項3に記載の人工知能術中外科的ガイダンスシステム。
- 前記アルゴリズム層が、複数の取得された医用画像の画像品質スコアを計算するように構成される画像品質スコアリングモジュールと、前記取得した医用画像の歪みを補正するように構成される歪み補正モジュールと、術前画像内の少なくとも1つの解剖学的ランドマークに注釈を付けて、少なくとも1つの注釈付き術前画像を提供するように構成される画像注釈モジュールと、前記少なくとも1つの注釈付き術前画像を格納するように構成される術前画像データベースと、インプラントまたは解剖学的構造の3次元形状を推定するように構成される3D形状モデリングモジュールと、術中医用画像を分類するための画像処理アルゴリズムを含む人工知能エンジンと、アライメントグリッドを前記注釈付き画像特徴にマッピングして合成画像を形成するように構成される画像登録モジュールと、術中にユーザーに外科的ガイダンスを提供するように構成される転帰モジュールとを含む、請求項3に記載の人工知能術中外科的ガイダンスシステム。
- 前記画像品質スコアが、取得された画像の正確さのレベルを定量化する1つまたは複数の自動化された人工知能モデルに基づいて計算される、請求項7に記載の人工知能術中外科的ガイダンスシステム。
- 前記アルゴリズム層が、術前非手術側の画像および術中手術側の画像を共通の座標系に登録するための少なくとも1つのアルゴリズムを含む、請求項7に記載の人工知能術中外科的ガイダンスシステム。
- インプラントまたは解剖学的アライメントの複数の重大な失敗モード要因を解釈するために使用される少なくとも1つのデータセットの深層学習モデルによってトレーニングされた人工知能エンジンの転帰分類子をさらに含む、請求項3に記載の人工知能術中外科的ガイダンスシステム。
- インプラントの重大な失敗モード要因を解釈するためのデータセットの強化学習モデルによってトレーニングされた人工知能エンジンの転帰分類子をさらに含む、請求項3に記載の人工知能術中外科的ガイダンスシステム。
- ねじ軌道を決定するためのデータセットの強化学習モデルによってトレーニングされた人工知能エンジンの転帰分類子をさらに含む、請求項3に記載の人工知能術中外科的ガイダンスシステム。
- ねじ配置の重大な失敗モード要因を解釈するためのデータセットの強化学習モデルによってトレーニングされた人工知能エンジンの転帰分類子をさらに含む、請求項3に記載の人工知能術中外科的ガイダンスシステム。
- 手術中に外科医に術中外科的ガイダンスを提供する方法であって、ソフトウェアモジュールを形成するコンピューターが可読な命令でエンコードされた非一時的コンピューター可読記憶媒体と、前記命令を処理するためのプロセッサとを含む、人工知能術中外科的ガイダンスシステムを提供するステップを含み、前記ソフトウェアモジュールは、データ層と、アルゴリズム層と、アプリケーション層を含み、前記システムは、少なくとも1つの転帰分類子を適用し、最も一致する非手術側画像を現在の手術側の画像に登録することにより、術中外科的決定リスクを計算するようにトレーニングされ、前記登録するステップは、対象の解剖学的構造の非手術側の術前画像と、前記対象の解剖学的構造の手術側の術中画像とを含む対象画像データを取得することを含み、前記コンピュータープラットフォームは、現在の手術側画像と比較して、最も一致する非手術側画像を識別し、前記非手術側画像を現在の手術側画像と位置合わせして、ガイダンス姿勢ガイド画像を提供し、前記ガイダンス姿勢ガイド画像は、前記非手術側画像と手術側画像の解剖学的位置の違いをグラフで示す、方法。
- 前記対象画像データ内の解剖学的構造を選択するステップと、グリッドテンプレートを解剖学的構造にマッピングして、前記対象の解剖学的構造の非手術側の画像を、前記対象の解剖学的構造の手術側の術中画像の画像とともに登録して、登録された合成画像を提供するステップと、前記登録された合成画像を前記人工知能エンジンに提供して、少なくとも1つの外科的ガイダンスを生成するステップであって、前記少なくとも1つの外科的ガイダンスは、グラフィカルな外科的インジケーターであるステップと、前記外科医が術中変数を変更すると、前記コンピュータープラットフォームによって、前記登録された合成画像を前記グラフィカルな外科的ガイダンスインジケーターとともに動的に更新するステップとをさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 前記対象画像データ内の解剖学的構造を選択する前記ステップは、前記対象画像データに示されるように前記解剖学的構造の一部をセグメント化し、少なくとも1つの人工知能モデルを適用して少なくとも1つの外科的ランドマークを識別するステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 前記外科手術処置は、整復およびアライメントからなる群から選択され、前記少なくとも1つの人工知能エンジンは、整復またはアライメント処置の術中医用画像を少なくとも1つの別個のカテゴリーに分類するための少なくとも1つの画像処理アルゴリズムを含み、前記少なくとも1つの別個のカテゴリーは、外科的転帰を予測する、請求項14に記載の方法。
- 前記外科手術処置はインプラント固定であり、前記少なくとも1つの人工知能エンジンは、インプラント固定処置の術中医用画像を少なくとも1つの別個のカテゴリーに分類するための画像処理アルゴリズムを含み、前記少なくとも1つの別個のカテゴリーは、外科的転帰を予測する、請求項14に記載の方法。
- 前記外科手術処置は、前記少なくとも1つの人工知能エンジンは、時系列の術後医用画像を少なくとも1つの別個のカテゴリーに分類するための画像処理アルゴリズムを含み、前記少なくとも1つの別個のカテゴリーは、外科的転帰を予測する、請求項14の方法。
- 前記医用画像を前処理する前記ステップが、データセットに基づく人工知能モデルを適用することを含み、前記データセットが本質的に良いおよび悪いの術中画像からなる、請求項14に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの外科的ガイダンスが、触覚フィードバックデバイス、ロボット、追跡可能ガイド、カッティングブロック、コンピューター支援手術装置、IoTデバイス、および複合リアリティデバイスからなるグループから選択される外科ファシリテーターを指示する、請求項14に記載の方法。
- センサーを前記コンピュータープラットフォームと同期させて、術中の解剖学的位置データを提供するステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
- センサーを前記コンピュータープラットフォームと同期させて、術中のインプラント位置データを提供するステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
- センサーを前記コンピュータープラットフォームと同期させて、術後の外部アライメント位置データを提供するステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 前記対象画像データを動的に表示する前記ステップが、前記グリッドテンプレートによって導かれる追跡可能な位置および配向を生成するステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 前記外科的ガイダンスが、変形矯正、解剖学的アライメント、骨折整復、および解剖学的整復からなる群から選択される処置に適用される、請求項14に記載の方法。
- 前記外科的ガイダンスが、インプラント選択推奨およびインプラント配置からなる群から選択される、請求項14に記載の方法。
- 前記外科的ガイダンスが、性能予測、良好な転帰の確率、および失敗リスクスコアからなる群から選択される、請求項14に記載の方法。
- 前記外科的ガイダンスが、機器ガイダンスおよびオブジェクト追跡からなる群から選択される、請求項14に記載の方法。
- 人工知能ベースの外科的ガイダンスのためのコンピューターで実施される方法であって、
マイクロプロセッサに結合された非一時的コンピューター可読記憶媒体を含む、コンピュータープラットフォームを提供するステップであって、前記非一時的コンピューター可読記憶媒体は、複数のモジュールの機能を実装するコンピューターが可読な命令でエンコードされ、前記コンピューターが可読な命令はマイクロプロセッサによって実行されるように、提供するステップと、
対象の少なくとも1つの術前画像を受信するステップと、
画像品質スコアリングモジュールを使用して画像品質スコアを計算するステップと、
前記少なくとも1つの術前画像が受けいれられた場合、姿勢ガイドモジュールによって生成された品質スコアに基づいて前記術前画像を受けいれるか拒否するステップと、
前記少なくとも1つの術前画像の歪みを補正するステップと、
画像注釈モジュールを使用して前記術前画像内の少なくとも1つの解剖学的ランドマークに注釈を付けて、少なくとも1つの注釈付き術前画像を提供するステップと、
前記少なくとも1つの注釈付き術前画像を術前画像データベースに保存するステップと、
少なくとも1つの術中画像を受信するステップと、
画像品質スコアリングモジュールを使用して画像品質スコアを計算するステップと、
前記少なくとも1つの術中画像が受けいれられた場合、姿勢ガイドモジュールによって生成された品質スコアに基づいて、少なくとも1つの術中画像を受けいれるか拒否するステップと、
前記少なくとも1つの術中画像の歪みを補正するステップと、
画像注釈モジュールを使用して少なくとも1つの解剖学的ランドマークに注釈を付けて、少なくとも1つの注釈付き術中画像を提供するステップと、
前記少なくとも1つの注釈付き術中画像を前記術前画像データベース内の最も一致する画像に登録するステップと、
受けいれられた場合、画像登録モジュールを使用してマッチングスコアを計算するステップと、
3D形状モデリングモジュールを使用して、インプラントまたは解剖学的構造の3次元形状を推定するステップと、
画像登録モジュールを使用してアライメントグリッドを前記注釈付き画像特徴にマッピングし、合成画像を形成し、グラフィカルユーザーインターフェイスに前記合成画像を表示するステップと、
前記コンピュータープラットフォームによって、前記合成画像を動的に更新して、少なくとも1つの外科的ガイダンスを提供するステップとを含む、方法。 - 前記外科手術処置が、整復、アライメント、および固定からなる群から選択され、方法が、整復転帰予測モジュールを使用して転帰確率スコアを計算するステップをさらに含む、請求項30に記載の方法。
- 前記コンピュータープラットフォームによって前記対象の少なくとも1つの術後画像を受信するステップと、
画像品質スコアリングモジュールを使用して、少なくとも1つの術後画像の画像品質スコアを計算するステップと、
画像が受けいれられた場合、姿勢ガイドモジュールによって生成された品質スコアに基づいて、前記少なくとも1つの術後画像を受けいれるか拒否するステップと、
前記少なくとも1つの術後画像の歪みを補正するステップと、
画像注釈モジュールを使用して少なくとも1つの画像解剖学的ランドマークに注釈を付けて、少なくとも1つの術後注釈付き画像を提供するステップと、
前記少なくとも1つの術後注釈付き画像を術後画像データベース内の前の画像に登録し、マッチングスコアを計算するステップと、
受けいれられた場合、画像登録指標を使用してマッチングスコアを計算するステップと、
3D形状モデリングモジュールを使用して、インプラントまたは解剖学的構造の3次元形状を推定するステップと、
前記画像登録モジュールを使用して、アライメントグリッドを前記注釈付き画像特徴にマッピングするステップと、
前記グラフィカルユーザーインターフェイスに合成画像を表示するステップと、
前記術後転帰予測モデルを使用して転帰確率スコアを計算するステップと、
前記合成画像を表示するステップと、
前記コンピュータープラットフォームによって、転帰予測ガイダンスとともに前記合成画像を動的に更新するステップとをさらに含む、請求項30に記載の方法。 - アライメントまたは固定処置を実施する整形外科医に、前記整形外科医に術中外科的ガイダンスを提供するように構成される視覚的ディスプレイを提供する方法であって、コンピュータープラットフォームを提供するステップであって、前記コンピュータープラットフォームは、複数のデータセットおよびそれぞれがアライメントまたは固定処置のための外科的転帰予測への加重寄与を有する、複数のトレーニングされた分類子からなる少なくとも1つの転帰予測モジュールをさらに含むように、提供するステップと、アライメントまたは固定処置を実施する前記整形外科医に前記術中外科的ガイダンスを提供するように構成される視覚的ディスプレイを提供するステップとを含む、方法。
- 最適なマッチングの非手術側画像を現在の手術側画像に登録するステップであって、登録するステップは、対象の解剖学的構造の非手術側の術前画像と、前記対象の解剖学的構造の手術側の術中画像とを含む対象画像データを取得することを含み、前記コンピュータープラットフォームは、現在の手術側画像と比較して、最も一致する非手術側画像を識別するように、登録するステップと、前記非手術側画像を前記現在の手術側画像と位置合わせして、ガイダンス姿勢ガイド画像を提供するステップであって、前記ガイダンス姿勢ガイド画像は、前記非手術側画像と前記手術側画像の解剖学的位置決めの違いをグラフで示すように、提供するステップとをさらに含む、請求項33に記載の方法。
- 前記対象画像データ内の解剖学的構造を選択するステップと、
グリッドテンプレートを前記解剖学的構造にマッピングして、前記対象の解剖学的構造の非手術側の画像を、前記対象の解剖学的構造の手術側の前記術中画像の画像とともに登録して、登録された合成画像を提供するステップと、
前記登録された合成画像を前記人工知能エンジンに提供して、少なくとも1つの外科的ガイダンスを生成するステップであって、前記少なくとも1つの外科的ガイダンスは、グラフィカルな外科的インジケーターであるように、生成するステップと、
前記外科医が術中変数を変更すると、前記コンピュータープラットフォームによって、前記登録された合成画像を前記グラフィカルな外科的ガイダンスインジケーターとともに動的に更新するステップとをさらに含む、請求項33に記載の方法。
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