JP6404310B2 - 異常な骨の手術的矯正のための計画システム及び方法 - Google Patents
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Description
この特許出願は、2013年3月13日出願の米国仮特許出願61/779、805号に対する優先権の利益を主張し、その全体は、ここに参照により組み込まれる。
<技術分野>
Claims (15)
- 異常な骨に対する手術の計画を自動的に生成するシステムであって、
前記異常な骨と比較可能な解剖学的起源を有する正常な骨を表すデータセットを含む、一般正常骨モデルを受信するように構成され、前記データセットは、被検者の特定のグループからの複数の正常な骨のデータを用いて生成されるモデル受信モジュールと、
前記異常な骨を表すデータセットを含む異常骨表現を受信するように構成された入力インタフェースと、
前記モデル受信モジュールと前記入力インタフェースとに結合され、前記異常な骨の一部を変化させるための手術計画を生成するように構成される手術計画モジュールであって、
前記一般正常骨モデルを変換し、前記異常な骨の異常なし登録領域と前記一般正常骨モデルの対応するセグメントとの比較を用いて、登録された一般モデルを生成するために、前記異常骨表現に、前記一般正常骨モデルを登録するように構成された登録モジュールと、
前記登録された一般モデルと前記異常骨表現とを用いて、前記異常な骨の1以上の異常領域を特定するように構成された手術計画形成モジュールと、を含む手術計画モジュールと、を備えることを特徴とするシステム。 - 前記一般正常骨モデル、前記異常骨表現、及び、前記システムの動作を制御する命令のセットを格納するように構成されたメモリ回路と、
前記手術計画モジュールと前記メモリ回路に結合され、前記手術計画モジュールに、前記1以上の異常領域に含まれる前記異常な骨の一部を変化させるための前記手術計画を生成させる命令のセットを実行するように構成されたコントローラ回路と、を備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記手術計画モジュールと前記メモリ回路とに結合され、前記一般正常骨モデル、前記異常骨表現、あるいは、前記手術計画の1以上を表す表示を生成し、前記手術計画を受け入れる、あるいは、変更するために、ユーザ入力を受信するように構成された通信インタフェースと、をさらに備えることを特徴とする請求項2に記載のシステム。
- 前記登録モジュールは、
前記一般正常骨モデルと前記異常骨表現の一つ、あるいは、両方を、それぞれ、複数のセグメントに分割し、前記異常な骨のセグメントから、異常なしの登録領域を特定するように構成されたセグメンテーションモジュールと、
前記異常な骨の前記異常なし登録領域と、前記一般正常骨モデルの対応するセグメントとの比較を用いて、前記登録された一般モデルを生成するために、前記一般正常骨モデルを変化するように構成されたモデル変換モジュールと、
前記異常な骨の前記異常なし登録領域を特定することに応答して、前記異常な骨の前記異常なし登録領域を、前記登録された一般モデルの対応するセグメントに照合させるように構成された照合モジュールと、
前記照合に、少なくとも部分的に基づいて、前記登録された一般モデルの残りのセグメントを、前記異常な骨の残りのセグメントに整列するように構成された整列モジュールと、を備える、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のシステム。 - 前記セグメンテーションモジュールは、同じラベルを有するセグメントが、特定の特徴を共有するように、ラベルを前記セグメントのそれぞれに割り当てるように構成されている、ことを特徴とする請求項4に記載のシステム。
- 前記手術計画形成モジュールは、
前記登録された一般モデルから、複数のモデルの特徴を、前記異常な骨から、複数の異常な骨の特徴を抽出するように構成された特徴抽出モジュールと、
前記モデルの特徴と前記異常な骨の特徴との比較を用いて、前記異常な骨の1以上の異常領域を特定するように構成された異常検出モジュールと、
前記1以上の異常領域のそれぞれに対し、前記登録された一般モデルの前記セグメントの体積パラメータ(Xmodel(k))を、前記異常な骨の前記セグメントの体積パラメータ(Xabnormal(k))から減算し、前記体積パラメータXmodel(k) and Xabnormal(k)のそれぞれは、それぞれのセグメントの形状あるいは体積を表し、
前記1以上の異常領域のそれぞれの減算された体積パラメータを用いて、変更部分を決定する、ように構成された変更決定モジュールと、を備えることを特徴とする請求項4または5に記載のシステム。 - 前記異常検出モジュールは、前記登録された一般モデル(Rmodel(k))のセグメントとRabnormal(k)の体積差が特定の基準を満たすことに応答して、前記異常な骨(Rabnormal(k))のセグメントを、異常領域として決定し、前記登録された一般モデルRmodel(k)は、Rabnormal(k)に比較可能な解剖学的領域に対応するように構成されていることを特徴とする請求項6に記載のシステム。
- 前記モデル受信モジュールは、正常な骨の解剖学的構造を有する被検者のグループからの、比較可能な解剖学的起源の正常な骨の複数の画像を用いて生成された、統計学的形状(SS)モデルを受信するように構成されている、ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記モデル受信モジュールは、前記正常な骨の解剖学的構造を特徴付ける1以上のパラメータを備えるパラメータモデルを受信するように構成されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のシステム。
- マシンに実行されたとき、前記マシンに処理を実行させる命令を含むマシン読み取り可能な格納媒体であって、前記マシンに、
異常な骨を表すデータセットを含む、異常骨表現を受信させ、
前記異常な骨と比較可能な解剖学的起源を有する正常な骨を表すデータセットを含む、一般正常骨モデルを受信させ、前記データセットは、被検者の特定のグループからの複数の正常な骨のデータを用いて生成され、
登録された一般モデルを生成するために、前記異常骨表現に前記一般正常骨モデルを登録させ、
前記登録された一般モデルと前記異常骨表現との比較を用いて、前記異常な骨の1以上の異常領域を特定させ、
前記1以上の異常領域からの前記異常な骨の一部を変化させる手術計画を生成させ、前記手術計画は、前記異常な骨の1以上の異常領域と、前記一般正常骨モデルとの間の相対的測度にしたがって、前記異常な骨の一部を変化させるにおいて、手術器具を誘導する命令を含み、前記相対的測度は、前記異常な骨の一部の形状、位置、方向、あるいは、体積の少なくとも一つを表す、ことを特徴とするマシン読み取り可能な格納媒体。 - 前記マシンに、前記一般正常骨モデル、前記異常骨表現、あるいは、前記手術計画の1以上を表すグラフィカル表現を生成させ、前記手術計画を受け入れ、あるいは、変更する
ために、システムユーザからコマンドを受信させる命令をさらに備えることを特徴とする請求項10に記載のマシン読み取り可能な格納媒体。 - コンピュータシステムにより異常な骨の手術の計画を自動的に生成する方法であって、
前記コンピュータシステムが、前記異常な骨を表すデータセットを含む異常骨表現を受信することと、
前記コンピュータシステムが、前記異常な骨と比較可能な解剖学的起源を有する正常な骨を表すデータセットを含む一般正常骨モデルを受信し、前記データセットは、被検者の特定のグループからの複数の正常な骨のデータを用いて生成されることと、
前記コンピュータシステムが、前記異常骨表現に、前記一般正常骨モデルを登録して、一般モデルを生成し、登録することと、
前記コンピュータシステムが、前記登録された一般モデルと前記異常骨表現との比較を用いて、前記異常な骨の1以上の異常領域を検出することと、
前記コンピュータシステムが、前記1以上の異常領域からの前記異常な骨の一部を変化させる手術計画を生成し、前記手術計画は、前記異常な骨の1以上の異常領域と、前記一般正常骨モデルとの間の相対的測度にしたがって、前記異常な骨の一部を変化させるにおいて、手術器具を誘導する命令を含み、前記相対的測度は、前記異常な骨の一部の形状、位置、方向、あるいは、体積の少なくとも一つを表すことと、を備えることを特徴とする方法。 - 前記異常骨表現に、前記一般正常骨モデルを登録することは、
前記コンピュータシステムが、前記一般正常骨モデルと前記異常骨表現の一つ、あるいは、両方をそれぞれ、複数のセグメントに分割することと、
前記コンピュータシステムが、前記異常な骨の前記セグメントから、解剖学的に異常なしの登録領域を特定することと、
前記コンピュータシステムが、前記異常なし登録領域と、前記登録された一般モデルの対応するセグメントとの比較を用いて、前記登録された一般モデルへと、前記一般正常骨モデルを変換することと、
前記コンピュータシステムが、前記異常な骨の前記異常なし登録領域を、前記登録された一般モデルの対応するセグメントと照合することと、
前記コンピュータシステムが、前記照合に少なくとも部分的に基づいて、前記登録された一般モデルの残りのセグメントを、前記異常な骨の残りのセグメントに整列することと、を備えることを特徴とする請求項12に記載の方法。 - 前記異常な骨の前記1以上の異常領域を検出することは、
前記コンピュータシステムが、前記登録された一般モデルから複数のモデルの特徴を、前記異常な骨から複数の異常な骨の特徴を抽出することと、
前記コンピュータシステムが、前記抽出されたモデルの特徴と前記異常な骨の特徴を用いて、前記登録された一般モデルと前記異常な骨のセグメントの間の非整合度を計算することであって、前記登録された一般モデルの前記セグメントは、前記異常な骨の前記セグメントと比較可能な解剖学的領域を有することと、
前記コンピュータシステムが、特定の基準に合致する前記非整合度に応答して、前記異常な骨の前記セグメントを異常であると決定することと、を備えることを特徴とする請求項12又は13のいずれか1項に記載の方法。 - 前記コンピュータシステムが、前記一般正常骨モデル、前記異常骨表現、あるいは、前記手術計画の1以上を示すグラフィカル表現を生成することであって、前記グラフィカル表現は、システムユーザが、前記手術計画を受け入れ、あるいは、変更することが出来るように、フィードバックを提供すること、をさらに備えることを特徴とする請求項12〜14のいずれか1項に記載の方法。
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