JP2022524583A

JP2022524583A - 骨盤骨折整復用スマート監視システム

Info

Publication number: JP2022524583A
Application number: JP2021547574A
Authority: JP
Inventors: 華陳; 佩福唐
Original assignee: Chinese PLA General Hospital
Current assignee: Chinese PLA General Hospital
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2020-02-13
Publication date: 2022-05-09
Anticipated expiration: 2040-02-13
Also published as: CN109820590A; US11534240B2; CN109820590B; JP7240519B2; WO2020164548A1; US20220039870A1

Abstract

本発明は骨盤骨折整復用スマート監視システムに関し、前記システムは、サンプル骨折モデルデータベース、患者骨盤骨折データ収集ユニット、整復状況監視ユニット、及び複合現実データ融合処理ユニットを含み、サンプル骨折モデルデータベースには複数のサンプル骨折モデルが記憶されており、患者骨盤骨折データ収集ユニットは磁気ナビゲーション・ポジショニング技術を利用して患者骨盤位置情報データをリアルタイムで収集して複合現実データ融合処理ユニットにアップロードし、複合現実データ融合処理ユニットはサンプル骨折モデルデータベースから患者骨盤骨折状況に対応するサンプル骨折モデルを自動的に呼び出し、複合現実技術を利用して患者骨盤位置情報データをサンプル骨折モデルとマッチングさせ、患者骨盤骨折状態に対するスマート骨折モデルを作成し、整復状況監視ユニットはスマート骨折モデルの様々な体位での画像をリアルタイムでロードして表示し、患者骨盤の様々な体位での整復状況をリアルタイムで監視し、それにより、治療効果を向上させ、操作者への放射線照射を減少させる。【選択図】図１

Description

本発明は骨盤整復の医療技術分野であり、具体的には、骨盤骨折整復用スマート監視システムに関する。

骨盤骨折（又は寛骨臼骨折）は一般的な人の損傷や戦場の深刻な外傷であり、高い障害率、高い死亡率、高い発生率を有し、半数以上の骨盤骨折は合併症と多発傷を伴い、傷病者の生命を大きく脅かし、軟部組織又は内臓器官損傷を合併していない骨盤骨折の死亡率は約１０．８％であり、複雑な骨盤骨折の死亡率は３０％～５０％に達する。しかし、現在の治療技術の中で一般的に行われている切開手術による治療方法は多くの問題を抱えており、特に現在の標準的な治療方法は通常、切開手術により整復修復固定を行うものであり、傷口が大きく、出血が多く、整復固定の難度が大きいなどの問題が存在し、多くの患者／傷病者は手術中に出血が数万ミリリットルにも達し、深刻な場合、手術の苦痛に耐えられず死亡してしまう患者／傷病者も多く、もちろん、これらの問題のために手術治療のタイミングを逃して、最終的に終身障害を残す患者／傷病者も多い。

上記の状況を解決するために、中国国内では、すでに骨盤骨折の低侵襲高速修復技術が臨床で応用され始めたが、骨盤骨折の低侵襲高速修復技術の理念は、臨床使用中に、例えば、どのように切開せず、又は小口を切開することによって骨折の閉鎖整復を実現し、それから低侵襲方式によって骨折を安定的に固定するか、どのように手術の難易度を下げ、手術時間を短縮するか、どのように精確な手術の固定時間を早め、同時に患者の生命安全を保証するか、どのように放射線照射による医療関係者や患者への損傷を最大限に減らすか、あるいは放射線照射を直接減らすかなど、多くのボトルネック問題に遭遇している。

上記の問題に対して本出願人病院の医療チームは、すでに、２次元透視画像監視下で骨盤閉鎖整復治療を行う骨盤低侵襲閉鎖整復システムを研究、設計しており、低侵襲手術による骨折骨盤整復治療をある程度で実現したが、この技術を臨床的に適用する際には、患者と医療従事者が常に透視環境（放射線照射環境）に晒されなければならず、つまり、患者も医療関係者も放射線照射（例えばＸ線透視照射など）を受け、更に放射線照射損傷を受けてしまい、このため、どのように放射線照射を減らすかは現在早急に解決しなければならない難問である。

本発明は、骨折骨盤整復治療を臨床的に適用する際に患者も医療関係者も放射照射損傷を受けるなどの従来技術の欠点に対して、骨盤骨折整復用スマート監視システムを提供し、該システムは、サンプル骨盤を導入して人体骨盤骨折のデータをシミュレーションしサンプル骨折モデルを作成し、次に、磁気ナビゲーション・ポジショニング技術を利用して患者骨盤位置情報をリアルタイムで収集し、複合現実技術を利用して患者骨盤骨折状態に対するスマート骨折モデルを作成し、患者骨盤の様々な体位での整復状況をリアルタイムで監視し、ひどく転位した骨盤骨折を閉鎖して正確に整復することを可能とし、また、患者や医療関係者に対する放射線損傷を低減させる。

本発明の技術案は以下のとおりである。

骨盤骨折整復用スマート監視システムであって、サンプル骨折モデルデータベース、患者骨盤骨折データ収集ユニット、複合現実データ融合処理ユニット、及び整復状況監視ユニットを含み、前記サンプル骨折モデルデータベース、患者骨盤骨折データ収集ユニット、及び整復状況監視ユニットは全て複合現実データ融合処理ユニットに接続され、前記サンプル骨折モデルデータベースにはサンプル骨盤を用いてシミュレーションした人体骨盤骨折のデータから自動セグメンテーションアルゴリズムに基づいて作成された複数のサンプル骨折モデルが記憶されており、前記患者骨盤骨折データ収集ユニットは、磁気ナビゲーション・ポジショニング技術を利用して患者骨盤位置情報データをリアルタイムで収集して前記複合現実データ融合処理ユニットにアップロードし、前記複合現実データ融合処理ユニットは患者骨盤位置情報データに従って前記サンプル骨折モデルデータベースから患者骨盤骨折状況に対応するサンプル骨折モデルを自動的に呼び出し、複合現実技術を利用して患者骨盤位置情報データをサンプル骨折モデルとマッチングさせ、患者骨盤骨折状態に対するスマート骨折モデルを作成し、前記整復状況監視ユニットはスマート骨折モデルの様々な体位での画像をリアルタイムでロードして表示し、複数の監視画面を通じて患者骨盤の様々な体位での整復状況をそれぞれリアルタイムで監視する。

好ましくは、上記の骨盤骨折整復用スマート監視システムは、順次接続された骨盤骨折シミュレーションデータ収集ユニット、データ処理分析ユニット、及びモデル作成ユニットを含み、前記モデル作成ユニットはサンプル骨折モデルデータベースに接続され、前記骨盤骨折シミュレーションデータ収集ユニットはサンプル骨盤を用いてシミュレーションした人体骨盤骨折のデータを収集し、次に、前記データ処理分析ユニットは人工知能技術に基づいて自動化分析処理を行い、前記モデル作成ユニットは分析処理された骨折シミュレーションデータを利用して、自動セグメンテーションアルゴリズムに基づいて複数のサンプル骨折モデルを作成し、全てのサンプル骨折モデルをサンプル骨折モデルデータベースに格納する。

好ましくは、前記骨盤骨折シミュレーションデータ収集ユニットは、骨折シミュレーションデータを収集する際に、いくつかの角度から撮影、２次元透視又は走査を含むが、これらに制限されない方式により行い、前記サンプル骨盤は人工骨盤、動物骨盤又は死体骨盤を含むが、これらに制限されない。

好ましくは、前記患者骨盤骨折データ収集ユニットは、患者骨盤表面に密着させた磁気検出器で採用されている磁気ナビゲーション・ポジショニング技術と磁気検出器に連結された光学ポジショナーで採用されている光学追跡技術との組み合わせによって患者骨盤位置情報データをリアルタイムで収集して患者の骨盤をポジショニングし、ポジショニングされた位置の精度が５ｍｍ以上であり、且つポジショニング角度の精度が５°以上であり、前記患者骨盤位置情報データは、患者骨盤中の各骨、内部プラント及び周辺の操作レバー、整復フレーム、及び手術台の位置情報データを含むが、これらに制限されない。

好ましくは、前記複合現実データ融合処理ユニットは、複合現実技術を利用して患者骨盤位置情報データをサンプル骨折モデルとマッチングさせる際に、座標系マッチング、及び骨盤の各骨のそれぞれと内部プラント、操作レバー、整復フレーム、手術台との間の相対位置関係のマッチングを自動化非剛性画像位置合わせ技術で行う。

好ましくは、前記患者骨盤骨折データ収集ユニットは医療関係者又はスマートロボットが患者骨盤骨折を整復した患者骨盤位置情報を受信し、前記複合現実データ融合処理ユニットはまた、自動診断技術を用いて、受信した患者骨盤骨折の整復操作後のオーバーフィット状況を診断する。

好ましくは、前記複合現実データ融合処理ユニットは、構築した患者骨盤骨折状態に対するスマート骨折モデルについて筋肉付着条件をロードし、人間組織の境界ボックスツリー法に基づいて操作レバーのインプラント中に重要な人体解剖学的構造を自動的に避ける。

好ましくは、スマートロボットが患者骨盤骨折を整復した患者骨盤位置情報を前記患者骨盤骨折データ収集ユニットが受信する際に、前記複合現実データ融合処理ユニットはまた、サンプル骨折モデルとスマート骨折モデルを深層学習した結果に従ってスマート整復のクリニカルパスプランニングをリアルタイムで行う。

好ましくは、前記患者骨盤骨折データ収集ユニットは、筋力が印加されたスマートロボットアームが患者骨盤骨折を整復した患者骨盤位置情報を受信する。

好ましくは、前記整復状況監視ユニットがリアルタイムで監視する患者骨盤の体位は、骨盤前後方向像、骨盤入口像、骨盤出口像、閉鎖孔斜位像、腸骨斜位像、ＬＣ－２全長像、ティアドロップ画像、閉鎖孔出口像、腸骨入口像、仙腸関節正面像入口像、仙腸関節正面像出口像、腸骨翼正面像、ＩＣＤ輪郭に従った骨盤側面像、骨盤側面像後柱位のうちの任意の３つ以上の体位の組み合わせを含む。

本発明の技術的効果は以下のとおりである。

本発明は骨盤骨折整復用スマート監視システムに関し、このシステムは、サンプル骨折モデルデータベース、患者骨盤骨折データ収集ユニット、複合現実データ融合処理ユニット、及び整復状況監視ユニットが設けられており、サンプル骨折モデルデータベースを導入することにより、サンプル骨盤を用いてシミュレーションした人体骨盤骨折のデータに基づいて自動セグメンテーションアルゴリズムに基づいてサンプル骨折モデルを作成し、次に、患者骨盤骨折データ収集ユニットは磁気ナビゲーション・ポジショニング技術を利用して患者骨盤位置情報をリアルタイムで収集し、複合現実データ融合処理ユニットは複合現実技術を利用して患者骨盤骨折状態に対するスマート骨折モデルを作成し、さらに、整復状況監視ユニットは患者骨盤の様々な体位での整復状況をリアルタイムで監視するものであり、つまり、骨盤モデルにおいて様々なタイプの骨折を作成し、各種の可能な骨折転位状況とし、コンピュータシミュレーションによって転位した骨に対する整復を指導し、整復精度を向上させる。各部品が協力して、自動セグメンテーションアルゴリズム、磁気ナビゲーション・ポジショニング技術、人工知能技術及び複合現実技術などと組み合わせて、骨盤骨折整復のスマート監視を行い、それにより、ひどく転位した骨盤骨折の場合にも正確な整復を行うことができ、低侵襲整形外科手術により求められる骨盤骨折閉鎖整復を可能とし、また、操作スペース、占有スペース、柔軟性、負荷、安定性などの性能に対する低侵襲整形外科手術の総合的な要件を満たす。さらに重要なことに、手術中にＸ線画像を撮影する必要がなく、それによって、従来の骨折骨盤整復治療を臨床的に適用する際に患者も医療関係者も放射照射損傷を受けるという問題を徹底的に解決し、患者や医療関係者への放射線損傷を低減させ、医者と患者の両方の安全性を確保する。

好ましくは、本システムは、サンプル骨折モデルデータベース、患者骨盤骨折データ収集ユニット、複合現実データ融合処理ユニット、及び整復状況監視ユニットに加えて、順次接続された骨盤骨折シミュレーションデータ収集ユニット、データ処理分析ユニット及びモデル作成ユニットを含み、前記骨盤骨折シミュレーションデータ収集ユニットはサンプル骨盤を用いてシミュレーションした人体骨盤骨折のデータを収集し、次に、前記データ処理分析ユニットは人工知能技術に基づいて自動化分析処理を行い、前記モデル作成ユニットは分析処理された骨折シミュレーションデータを利用して、自動セグメンテーションアルゴリズムに基づいて複数のサンプル骨折モデルを作成し、全てのサンプル骨折モデルをサンプル骨折モデルデータベースに格納し、さらに好ましくは、前記骨盤骨折シミュレーションデータ収集ユニットは、骨折シミュレーションデータを収集する際に、いくつかの角度から撮影、２次元透視又は走査を含むが、これらに制限されない方式により行い、また、好ましくは、前記サンプル骨盤は人工骨盤、動物骨盤又は死体骨盤を含むが、これらに制限されるものではなく、このように、ビッグデータ分析及び人工知能技術を革新的に利用することにより、モデリングをより正確且つ確実にする。

好ましくは、前記患者骨盤骨折データ収集ユニットは、患者骨盤表面に密着させた磁気検出器で採用されている磁気ナビゲーション・ポジショニング技術と磁気検出器に連結された光学ポジショナーで採用されている光学追跡技術との組み合わせによって、患者骨盤中の各骨、内部プラント及び周辺の操作レバー、整復フレーム、及び手術台の位置情報データを含むが、これらに制限されない患者骨盤位置情報データをリアルタイムで収集し、つまり、磁気ナビゲーション・ポジショニング技術と光学追跡技術を利用して患者骨盤骨折状況を得る手法により、医療関係者が患者を切り開かずに小さな傷口から内部プラント又は操作レバーを植入するだけで、患者骨折状況を正確に判断することができ、このように、従来の骨盤整復手術では、切口が大きく、出血が多く、整復固定が困難であるという問題を解決する。

好ましくは、前記複合現実データ融合処理ユニットはまた、サンプル骨折モデルとスマート骨折モデルを深層学習した結果に従ってスマート整復のクリニカルパスプランニングをリアルタイムで行うことで、最適なクリニカル手術経路（ただし、手術経路では、まず骨盤の各骨をアンロックし、次に牽引したり転位したりする操作を行う必要がある）を自動的に見つけ、操作経路を最短として大範囲の移動による二次損傷を回避しながら、血管、神経や骨などの重要な人体解剖学的構造や組織を効果的に回避し、不要な損傷を避け、手術の時間を短縮させ、手術の治療効果を高める。

好ましくは、前記患者骨盤骨折データ収集ユニットは、筋力が印加されたスマートロボットアームが患者骨盤骨折を整復した患者骨盤位置情報を受信し、つまり、前記スマートロボットとして筋力印加方法に基づいて医療関係者の操作力をシミュレーションするスマートロボットアームが使用され、スマートロボットアームは医療関係者の操作力をシミュレーションし、スマート整復経路に従って手術操作を行い、それにより、手術全体のスマート化、自動化が実現され、医療関係者が手術室に入らず、又は手術室でたまに前記整復状況監視ユニットにより表示される医用画像を観察すればよく、このように、医療関係者への放射線照射を回避し、医療関係者の安全性を確保する。

好ましくは、前記整復状況監視ユニットがリアルタイムで監視する患者骨盤の体位は、一般的な１４個の体位のうちの任意の３つ以上の体位の組み合わせを含み、結果をリアルタイムで観察することにより、患者骨盤骨折の整復状況を効果的に判断することができ、１つ又は２つの体位を観察した結果、整復に成功するが、３番目の体位での整復が実現されない場合、該立体骨盤の整復に実際に成功しないと判定し、３つ以上の体位を観察した結果、全て整復に成功する場合、立体骨盤の整復に実際に成功すると判定し、それにより、リアルタイムな２次元医用画像の情報の欠失に起因する３次元操作スペースのメッシュについての難問を十分に解決し、立体整復を正確に指導することを可能とする。

本発明の骨盤骨折整復用スマート監視システムの構造模式図である。本発明の骨盤骨折整復用スマート監視システムの好ましい構造模式図である。本発明の整復状況監視ユニットが表示する骨盤入口の体位の医用画像である。本発明の整復状況監視ユニットが表示する骨盤出口の体位の医用画像である。本発明の整復状況監視ユニットが表示する腸骨斜位の体位の医用画像である。本発明にかかる磁気検出器及び光学ポジショナーの構造模式図である。本発明にかかる整復状況監視ユニットが表示する磁気検出器及び光学ポジショナーのシミュレーション図である。

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。

本発明は骨盤骨折整復用スマート監視システムに関し、図１に示す構造のように、サンプル骨折モデルデータベース、患者骨盤骨折データ収集ユニット、複合現実データ融合処理ユニット、及び整復状況監視ユニットを含み、前記サンプル骨折モデルデータベース、患者骨盤骨折データ収集ユニット、及び整復状況監視ユニットは全て複合現実データ融合処理ユニットに接続され、前記サンプル骨折モデルデータベースにはサンプル骨盤を用いてシミュレーションした人体骨盤骨折のデータに基づいて自動セグメンテーションアルゴリズムにより作成された複数のサンプル骨折モデルが記憶されており、つまり、サンプル骨盤（偽の骨盤、標本骨盤と理解できる）において各タイプの骨折を作成又はシミュレーションすることにより各種の可能な骨折転位状況とすることで、様々な骨盤骨折状況を十分に導入することができ、ただし、該サンプル骨盤骨折モデルデータベースはデータをタイムリーに収集してモデリングしたデータベースであってもよく、呼び出した病因に既存の履歴データベースであってもよく、そして、該データベースは製品として単独で存在してもよく、前記患者骨盤骨折データ収集ユニットは磁気ナビゲーション・ポジショニング技術を利用して患者骨盤位置情報データをリアルタイムで収集して前記複合現実データ融合処理ユニットにアップロードし、前記複合現実データ融合処理ユニットは患者骨盤位置情報データに従って前記サンプル骨折モデルデータベースから患者骨盤骨折状況に対応するサンプル骨折モデルを自動的に呼び出し、複合現実技術を利用して患者骨盤位置情報データをサンプル骨折モデルとマッチングさせ、患者骨盤骨折状態に対するスマート骨折モデルを作成し、コンピュータシミュレーションによって転位した骨の整復をナビゲーションすることで整復精度を向上させ、前記整復状況監視ユニットは、スマート骨折モデルの様々な体位での画像をリアルタイムでロードして表示し、複数の監視画面を通じて患者骨盤の様々な体位での整復状況をそれぞれリアルタイムで監視し、それにより、医療関係者が診断のための確実な根拠として動的変化の過程をリアルタイムで観察することができる。本発明では、各部材が協力して、自動セグメンテーションアルゴリズム、磁気ナビゲーション・ポジショニング技術、人工知能技術及び複合現実技術などと組み合わせて、骨盤骨折整復のスマート監視を行い、それにより、ひどく転位した骨盤骨折の場合にも正確な整復を行うことができ、低侵襲整形外科手術により求められる骨盤骨折閉鎖整復を可能とし、また、操作スペース、占有スペース、柔軟性、負荷、安定性などの性能に対する低侵襲整形外科手術の総合的な要件を満たす。さらに重要なことに、手術中にＸ線画像を撮影する必要がなく、それによって、従来の骨折骨盤整復治療を臨床的に適用する際に患者も医療関係者も放射照射損傷を受けるという問題を徹底的に解決し、患者や医療関係者への放射線損傷を低減させ、医者と患者の両方の安全性を確保する。

本発明では、骨盤骨折整復用スマート監視システムの好ましい構造模式図を図２に示し、本システムは、サンプル骨折モデルデータベース、患者骨盤骨折データ収集ユニット、複合現実データ融合処理ユニット、及び整復状況監視ユニットに加えて、順次接続された骨盤骨折シミュレーションデータ収集ユニット、データ処理分析ユニット、及びモデル作成ユニットを含み、前記モデル作成ユニットはサンプル骨折モデルデータベースに接続され、前記骨盤骨折シミュレーションデータ収集ユニットは、サンプル骨盤を用いてシミュレーションした人体骨盤骨折のデータを収集し、次に、前記データ処理分析ユニットは、人工知能技術に基づいて自動化分析処理を行い、前記モデル作成ユニットは分析処理された骨折シミュレーションデータを利用して、自動セグメンテーションアルゴリズムに基づいて複数のサンプル骨折モデルを作成し、全てのサンプル骨折モデルをサンプル骨折モデルデータベースに格納し、さらに好ましくは、前記骨盤骨折シミュレーションデータ収集ユニットは、骨折シミュレーションデータを収集する際に、いくつかの角度から撮影、２次元透視又は走査を含むが、これらに制限されない方式により行い、また、好ましくは、前記サンプル骨盤は人工骨盤、動物骨盤又は死体骨盤を含むが、これらに制限されるものではなく、例えば、本実施例では、好ましくは、人工骨盤に対していくつかの角度から撮影、２次元透視又は走査を行うことで複数の角度の２次元ＣＴ画像を取得するか、又はこれらの２次元ＣＴ画像に対して仮想投影をしてデジタル画像を生成し、次に、前記データ処理分析ユニットによって人工知能技術に基づいて自動化分析処理を行い、さらに、モデル作成ユニットによって自動セグメンテーションアルゴリズムに基づいて、高速有限要素モデルメッシュ分割方法と組み合わせて複数の個別のサンプル骨折モデルを作成し、その後、サンプル骨折モデルデータベースに格納し、このように、ビッグデータ分析及び人工知能技術が利用され、モデリングがより正確かつ確実になる。

好ましくは、前記患者骨盤骨折データ収集ユニットは、患者骨盤表面に密着させた磁気検出器で採用されている磁気ナビゲーション・ポジショニング技術と磁気検出器に連結された光学ポジショナーで採用されている光学追跡技術との組み合わせによって患者骨盤位置情報データをリアルタイムで収集して、患者骨盤をポジショニングし、光学追跡技術には３Ｄモーション捕獲技術も含まれており、ポジショニングされた位置の精度が５ｍｍ以上であり、且つポジショニング角度の精度が５°以上であり、前記患者骨盤位置情報データは、患者骨盤中の各骨、内部プラント及び周辺の操作レバー、整復フレーム、及び手術台の位置情報データを含むが、これらに限定されるものではなく、高精度の磁気ナビゲーション・ポジショニング技術及び光学追跡技術により患者骨盤の位置情報データ（患者骨格の表面及び操作レバー、整復フレーム、手術台などの座標点セットが重点として収集される）がリアルタイムで収集されるので、患者骨盤骨折データ収集ユニットは実際には高精度光学慣性追跡システムである。本発明では、磁気ナビゲーション・ポジショニング技術を利用して患者骨盤位置情報データをリアルタイムで収集し、ここで使用される磁気ナビゲーション・ポジショニング技術は、磁気の特性を利用して物体について空間的にポジショニングして判断し、言い換えれば、磁場などの外界の要素を利用して患者骨盤に対するナビゲーションや制御を行うものであり、磁力計の原理と同じであるため、実際には慣性センサを採用することに相当し、さらに、光学ポジショナーの光学追跡技術と組み合わせて、光慣性ハイブリッドナビゲーション・ポジショニングを行ってもよい。次に、複合現実データ融合処理ユニットは、複合現実技術を利用して患者骨盤位置情報データをサンプル骨折モデルとマッチングさせ、サンプル骨折モデルと収集した患者骨盤位置情報データに基づいて、反復最近傍アルゴリズム（ＩＣＰアルゴリズム）に基づく骨格３次元変形技術と組み合わせて、個別の患者のスマート骨盤骨折モデルを再構成し、磁気ナビゲーション・ポジショニング技術及び光学追跡技術を利用して患者骨盤骨折状況を取得し、このような手法によれば、医療関係者が患者を切り開かずに小さな傷口から内部プラント又は操作レバーを植入するだけで、患者骨折状況を正確に判断することができ、このように、従来の骨盤整復手術では、切口が大きく、出血が多く、整復固定が困難であるという問題を解決し、そして、患者への激しい痛みを回避し、手術の難度を大幅に低減させ、患者の回復確率や生活の質も向上する。

好ましくは、前記複合現実データ融合処理ユニットは、複合現実技術を利用して患者骨盤位置情報データをサンプル骨折モデルとマッチングさせる際に、座標系マッチング、及び骨盤の各骨のそれぞれと内部プラント、操作レバー、整復フレーム、手術台との間の相対位置関係のマッチングを自動化非剛性画像位置合わせ技術で行い、つまり、マッチングにおいて各骨、内部プラント、操作レバーなどのリアルタイムな位置及びこれらの相対位置関係がリアルタイムで計算され、次に正確なマッチングが行われ、このように、２次元画像と３次元立体画像を対応付けるという問題を解決し、患者骨盤の１つの体位画像の鏡像のマッピング結果を患者骨盤転位の整復基準パラメータとし、他の体位画像の鏡像マッピング結果と組み合わせて、表面位置合わせにより整復空間の座標パラメータなどを取得する。

好ましくは、前記患者骨盤骨折データ収集ユニットは医療関係者又はスマートロボットが患者骨盤骨折を整復した患者骨盤位置情報を受信し、前記複合現実データ融合処理ユニットはまた、自動診断技術を用いて、受信した患者骨盤骨折の整復操作後のオーバーフィット状況を診断し、サンプル骨盤に従って作成されるサンプル骨盤骨折モデルのデータ量が限られるので、複合現実処理に際してオーバーフィットの問題が生じやすく、一方、自動診断技術によれば、オーバーフィットの問題を効果的に解決するとともに、複合現実のデータ融合の正確性を向上できる。

好ましくは、前記複合現実データ融合処理ユニットは、構築した患者骨盤骨折状態に対するスマート骨折モデルについて筋肉付着条件をロードし、つまり、アトラス法又は統計的形態モデルに基づいて個別のスマート骨折モデル上で筋肉付着部と作用方向を自動的に見つけて筋肉付着条件（人体の軟組織、例えば皮膚、筋肉などとして理解）をロードし、人間組織の境界ボックスツリー法に基づいて操作レバーを植入するときに重要な人体解剖学的構造（例えば血管、神経など）を自動的に回避し、操作レバーが患者の体内にインプラントされるときに患者へ傷害を与えることを防ぐ。

好ましくは、スマートロボットが患者骨盤骨折を整復した患者骨盤位置情報を前記患者骨盤骨折データ収集ユニットが受信する際に、前記複合現実データ融合処理ユニットはまた、サンプル骨折モデルとスマート骨折モデルを深層学習した結果に従ってスマート整復のクリニカルパスプランニングをリアルタイムで行うことで、最適なクリニカル手術経路（ただし、手術経路では、まず骨盤の各骨をアンロックし、次に牽引したり転位したりする操作を行う必要がある）を自動的に見つけ、操作経路を最短として大範囲の移動による二次損傷を回避しながら、血管、神経や骨などの重要な人体解剖学的構造や組織を効果的に回避し、不要な損傷を避け、手術の時間を短縮させ、手術の治療効果を高め、さらに医療関係者の代わりにスマートロボットで手術を行う場合、磁気ナビゲーション・ポジショニング技術におけるナビゲーションサーボ制御技術と組み合わせ、リアルタイムな骨特徴（人間組織特徴）をサーボフィードバックとしてサーボ制御タスクを作成し、スマートロボットがナビゲーションサーボ制御下でスマート整復のクリニカル経路に従って手術操作を行い、骨盤整復に成功するまで経路をリアルタイムで追跡して調整することを可能とし、このように、骨盤整復操作のリアルタイム性、安定性、正確性、信頼性及び安全性を大幅に向上させる。

好ましくは、前記スマートロボットは、筋力印加方法に基づいて医療関係者の操作力をシミュレーションするスマートロボットアームを用い、この場合、患者骨盤骨折データ収集ユニットが受信したのは筋力が印加されたスマートロボットアームが患者骨盤骨折を整復した患者骨盤位置情報である。スマートロボットアームを利用して医療関係者の操作力をシミュレーションした後、スマート整復経路に従って手術操作を行い、それにより、手術全体のスマート化、自動化が実現され、医療関係者が手術室に入らず、又は手術室でたまに前記整復状況監視ユニットにより表示される医用画像を観察すればよく、このように、医療関係者への放射線照射を回避し、医療関係者の安全性を確保する。

好ましくは、前記整復状況監視ユニットがリアルタイムで監視する患者骨盤の体位は、骨盤前後方向像、骨盤入口像、骨盤出口像、閉鎖孔斜位像、腸骨斜位像、ＬＣ－２全長像、ティアドロップ画像、閉鎖孔出口像、腸骨入口像、仙腸関節正面像入口像、仙腸関節正面像出口像、腸骨翼正面像、ＩＣＤ輪郭に従った骨盤側面像、骨盤側面像後柱位のうちの任意の３つ以上の体位の組み合わせを含み、３つ以上の体位をリアルタイムで観察した結果によれば、患者骨盤骨折の整復状況を効果的に判断することができ、１つ又は２つの体位を観察した結果、整復に成功するが、３番目の体位での整復が実現されない場合、該立体骨盤の整復に実際に成功しないと判定し、３つ以上の体位を観察した結果、全て整復に成功する場合、立体骨盤の整復に実際に成功すると判定し、例えば、図３～図５は、それぞれ、スマート骨折モデルが整復状況監視ユニット上に表示する骨盤入口像、骨盤出口像及び腸骨斜位像という３つの体位の医用画像を示し、骨盤整復手術の進行に伴い、３つの体位の医用画像が動的に変化し、骨盤入口像、骨盤出口像及び腸骨斜位像という３つの体位の医用画像のいずれも骨盤整復に成功することを示すと、患者骨盤の整復に実際に成功すると判定し、このような解決手段は、リアルタイムな２次元医用画像の情報の欠失に起因する３次元操作スペースの制御についての難問を十分に解決し、立体整復を正確に指導することを可能とし、最後に、スマート整復の結果が本格的に成功するか否かを決定するために患者について医学透視を行い、このように、骨盤整復手術の成功のために二重保証を確保する。医療関係者は整復状況監視ユニットによりリアルタイムで監視された患者骨盤の体位の整復状況を直接観察して、患者骨盤骨折を整復することができる。各モジュールは協力して、仮想現実ナビゲーションと多体位画像に基づく操作とナビゲーション追跡操作とを可能とし、また、骨盤位置精度の一致性を確認する。

さらに、患者骨盤骨折データ収集ユニットは、患者骨盤表面に密着させた磁気検出器及び磁気検出器に連結された光学ポジショナーを含み、図６に示すように、磁気検出器２は光学ポジショナーに接続され、前記磁気検出器２にはジャイロ及び／又はポジショニングチップが内蔵され、且つ、前記磁気検出器２の下端が操作レバーに接続され、前記光学ポジショナーは、磁気検出器の４つの側面に順次均等に設けられた４つの光学ポジショニングロッドを含み、且つ前記光学ポジショニングロッドのうち２つは垂直に設けられ、残りの２つは水平に設けられ、前記光学ポジショニングロッドの最上端には光学ポジショニングボール１を有し、好ましくは、前記光学ポジショニングボール１として、直径１ｍｍの金属ボール及び／又は豚皮質骨ボールが使用され、金属ボール及び／又は豚皮質骨ボールは光検知効果を有し、光学追跡の基準点として機能することができ、さらに、スマート骨折モデルが整復状況監視ユニットに投射されると、シミュレーションされた磁気検出器及び光学ポジショナーの使用状態は図７に示すとおりであり、それによって磁気検出器及び光学ポジショナーと骨との連結状態及びこれらの相対位置関係が十分に観察されて、医療関係者による手術操作に指導の根拠を提供できる。

なお、以上の具体的な実施形態は当業者が本発明をより全面的に理解できるようにするが、本発明を何ら制限するものではない。従って、本明細書では、図面及び実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、当業者にとって自明なように、本発明に対して修正や同等置換を行ってもよく、要するに、本発明の精神及び範囲を逸脱しない技術案及びこの改良であれば、本発明特許の保護範囲に属する。

１光学ポジショニングボール
２磁気検出器

Claims

骨盤骨折整復用スマート監視システムであって、サンプル骨折モデルデータベース、患者骨盤骨折データ収集ユニット、複合現実データ融合処理ユニット、及び整復状況監視ユニットを含み、前記サンプル骨折モデルデータベース、患者骨盤骨折データ収集ユニット、及び整復状況監視ユニットは全て複合現実データ融合処理ユニットに接続され、前記サンプル骨折モデルデータベースにはサンプル骨盤を用いてシミュレーションした人体骨盤骨折のデータから自動セグメンテーションアルゴリズムに基づいて作成された複数のサンプル骨折モデルが記憶されており、前記患者骨盤骨折データ収集ユニットは、磁気ナビゲーション・ポジショニング技術を利用して患者骨盤位置情報データをリアルタイムで収集して前記複合現実データ融合処理ユニットにアップロードし、前記複合現実データ融合処理ユニットは患者骨盤位置情報データに従って前記サンプル骨折モデルデータベースから患者骨盤骨折状況に対応するサンプル骨折モデルを自動的に呼び出し、複合現実技術を利用して患者骨盤位置情報データをサンプル骨折モデルとマッチングさせ、患者骨盤骨折状態に対するスマート骨折モデルを作成し、前記整復状況監視ユニットはスマート骨折モデルの様々な体位での画像をリアルタイムでロードして表示し、複数の監視画面を通じて患者骨盤の様々な体位での整復状況をそれぞれリアルタイムで監視する、ことを特徴とする骨盤骨折整復用スマート監視システム。
順次接続された骨盤骨折シミュレーションデータ収集ユニット、データ処理分析ユニット、及びモデル作成ユニットを含み、前記モデル作成ユニットはサンプル骨折モデルデータベースに接続され、前記骨盤骨折シミュレーションデータ収集ユニットはサンプル骨盤を用いてシミュレーションした人体骨盤骨折のデータを収集し、次に、前記データ処理分析ユニットは人工知能技術に基づいて自動化分析処理を行い、前記モデル作成ユニットは分析処理された骨折シミュレーションデータを利用して、自動セグメンテーションアルゴリズムに基づいて複数のサンプル骨折モデルを作成し、全てのサンプル骨折モデルをサンプル骨折モデルデータベースに格納する、ことを特徴とする請求項１に記載の骨盤骨折整復用スマート監視システム。
前記骨盤骨折シミュレーションデータ収集ユニットは、骨折シミュレーションデータを収集する際に、いくつかの角度から撮影、２次元透視又は走査を含むが、これらに制限されない方式により行い、前記サンプル骨盤は人工骨盤、動物骨盤又は死体骨盤を含むが、これらに制限されない、ことを特徴とする請求項２に記載の骨盤骨折整復用スマート監視システム。
前記患者骨盤骨折データ収集ユニットは、患者骨盤表面に密着させた磁気検出器で採用されている磁気ナビゲーション・ポジショニング技術と磁気検出器に連結された光学ポジショナーで採用されている光学追跡技術との組み合わせによって患者骨盤位置情報データをリアルタイムで収集して患者の骨盤をポジショニングし、ポジショニングされた位置の精度が５ｍｍ以上であり、且つポジショニング角度の精度が５°以上であり、前記患者骨盤位置情報データは、患者骨盤中の各骨、内部プラント及び周辺の操作レバー、整復フレーム、及び手術台の位置情報データを含むが、これらに制限されない、ことを特徴とする請求項１に記載の骨盤骨折整復用スマート監視システム。
前記複合現実データ融合処理ユニットは、複合現実技術を利用して患者骨盤位置情報データをサンプル骨折モデルとマッチングさせる際に、座標系マッチング、及び骨盤の各骨のそれぞれと内部プラント、操作レバー、整復フレーム、手術台との間の相対位置関係のマッチングを自動化非剛性画像位置合わせ技術で行う、ことを特徴とする請求項４に記載の骨盤骨折整復用スマート監視システム。
前記患者骨盤骨折データ収集ユニットは医療関係者又はスマートロボットが患者骨盤骨折を整復した患者骨盤位置情報を受信し、前記複合現実データ融合処理ユニットはまた、自動診断技術を用いて、受信した患者骨盤骨折の整復操作後のオーバーフィット状況を診断する、ことを特徴とする請求項４に記載の骨盤骨折整復用スマート監視システ。
前記複合現実データ融合処理ユニットは、構築した患者骨盤骨折状態に対するスマート骨折モデルについて筋肉付着条件をロードし、人間組織の境界ボックスツリー法に基づいて操作レバーのインプラント中に重要な人体解剖学的構造を自動的に避ける、ことを特徴とする請求項４に記載の骨盤骨折整復用スマート監視システム。
スマートロボットが患者骨盤骨折を整復した患者骨盤位置情報を前記患者骨盤骨折データ収集ユニットが受信する際に、前記複合現実データ融合処理ユニットはまた、サンプル骨折モデルとスマート骨折モデルを深層学習した結果に従ってスマート整復のクリニカルパスプランニングをリアルタイムで行う、ことを特徴とする請求項６又は７に記載の骨盤骨折整復用スマート監視システム。
前記患者骨盤骨折データ収集ユニットは、筋力が印加されたスマートロボットアームが患者骨盤骨折を整復した患者骨盤位置情報を受信する、ことを特徴とする請求項８に記載の骨盤骨折整復用スマート監視システム。
前記整復状況監視ユニットがリアルタイムで監視する患者骨盤の体位は、骨盤前後方向像、骨盤入口像、骨盤出口像、閉鎖孔斜位像、腸骨斜位像、ＬＣ－２全長像、ティアドロップ画像、閉鎖孔出口像、腸骨入口像、仙腸関節正面像入口像、仙腸関節正面像出口像、腸骨翼正面像、ＩＣＤ輪郭に従った骨盤側面像、骨盤側面像後柱位のうちの任意の３つ以上の体位の組み合わせを含む、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の骨盤骨折整復用スマート監視システム。