JP7203148B2 - 術中画像分析のためのシステム及び方法 - Google Patents
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Description
本願は、2014年2月25日に出願された米国特許仮出願第61/944,520号、2014年3月05日に出願された米国特許仮出願第61/948,534号、2014年4月17日に出願された米国特許仮出願第61/980,659号、2014年6月24日に出願された米国特許仮出願第62/016,483号、2014年9月16日に出願された米国特許仮出願第62/051,238号、2014年11月17日に出願された米国特許仮出願第62/080,953号、及び2015年1月19日に出願された米国特許仮出願第62/105,183号への優先権を主張するものであり、それらの全体が引用により本明細書に組み込まれる。
式1:
式2:
式3:
p1i=[pi×比]
式4:
p2i=[pi×比]
式中、「比」は、対象X線画像及び比較X線画像におけるレギュレータのサイズの比較である。レギュレータは、ボールマーカ、又はユーザにより定義されるライン若しくは寛骨臼コンポーネントの周りに描かれる円などの円とすることができる。
式5:
1.大転子などの特徴、及び術前画像及び術後X線画像のそれぞれにおける骨盤の骨上の少なくとも2つの点を選択することによって生成される「静止したベース」を表すために、単一の点又はドットなどの標識を描く。
2.各ベースがラインを画定する精確に2つの点からなる、対応する静止したベースを用いて2つの画像を位置合わせするための1つの手順が、以下の手法によって達成される。各X線画像内のゼロ座標の位置に基づいて、ラインセグメントの位置を画面座標系に変換する。Poriginalは、各画像の座標平面上の点の座標である。Zscreenは、画面座標平面上の各画像におけるゼロの座標である。
式6
式7
式8
式9
式10
式11 v=[最大x(l)-最小x(l)、最大y(l)-最小y(l)]
術前画像上の同一の標識が突き止められ、ボックス1410でその中心点「c」が求められる。術前画像上の同一の標識は、ボックス1414でその視覚的示差性を高めるために一構成では強調表示される。それぞれ以下の式12及び13を用いることなどによって、術前画像がボックス1410でセンタリングされ、ボックス1412でスケーリングされる。
式12 中心=c-(v)(0.5)
式13 スケール=i/v
ユーザは、要望に応じて及び/又は適宜、ボックス1416で結果画像における1つ又は複数の視覚的標識を操作する。いくつかの構成では、ボックス1418でユーザがガイダンスアクティビティを手動で終了し、他の構成では、システムがガイダンスアルゴリズムを自動的に停止する。
・システムが、術前画像において、大転子点(マーカによって既に識別される)を通る、大腿骨軸(手術中の大腿骨軸とは異なる場合がある)に垂直な、破線1832を引く。
・システムが、術中画像から大転子とインプラントのショルダとの間の大腿骨軸に沿った計算された距離をとる。システムが、術中画像での計算された距離に基づいて、術前画像において、大転子ライン1832よりも下の、大腿骨軸に垂直な、破線1834を生成する。
・ライン1834が、ユーザ又はシステムがこのライン上に大腿骨ステムテンプレートのショルダを配置することによって大腿骨ステムテンプレートを位置付けるための視覚ガイドとして生成される。
・システムが、大腿骨軸に沿った、及び、大腿骨軸に垂直な、術中画像における大転子とプロテーゼのショルダとの間の差を計算する。システムは、次いで、大転子に対する距離を再現し、プロテーゼのショルダを該場所に配置することによって、術前画像における大腿骨ステムテンプレートの場所を生成する。加えて、大腿骨ステムは、両方の画像において大腿骨軸に対して一貫した角度を維持するように自動的に回転される。例えば、大腿骨軸が、術中画像において15度であり、かつ、術前画像において10度である場合、システムは、大腿骨ステムテンプレートを、これを術前画像に移す時に5度だけ自動的に回転させることになる。最後に、大腿骨ステムテンプレートは、大腿管の場所に適合するようにユーザによって又はシステムによって自動的に調整されてもよい(すなわち、大腿骨軸に垂直な大腿骨ステムテンプレートの移動)。
・術中データを術前のイメージングと組み合わせると、システムは、ここでステップ1916及び差異分析モジュール1864において、術前画像における大腿骨ステム及び寛骨臼カップテンプレートの位置付けに基づいてオフセット及び脚の長さの差を精確に計算する。
・最後に、ユーザが、ここで、ステップ1918において、術中インプラントの変化がオフセット及び脚の長さの計算にどれくらい影響を及ぼすことになるかの「what if分析」を行い且つ事前分析して、手術中に異なるインプラントを挿入する前であっても術中の変更及び意思決定が、なされた計算に基づくようにするために、システムでのインプラントテンプレート選択を修正することができる。システム又はユーザは、次いで、破線1834及び他のガイドラインを使用して新しいインプラント選択を配置することになり、テンプレート技法を、使用される術中データと組み合わせることによって、予想されるオフセット及び脚の長さの変化を自動的に計算することになる。
Claims (16)
- 寛骨臼コンポーネントの術中分析を提供するためのシステム(1500)であって、前記システム(1500)は、
寛骨臼コンポーネントが設置されている患者の手術部位の画像(1520、1540、1570)を取得する画像選択モジュール(1502)と、
前記画像(1520、1540、1570)内の寛骨臼コンポーネントを識別し、それを円(1524)で囲む画像認識モジュール(1504)と、
中立軸(1560)と、前記円(1524)にわたる外転ラインセグメント(1542)との間の角度を計算することにより外転角度を計算する外転角度計算モジュール(1510)と、
を備え、
前記中立軸(1560)及び/又は前記外転ラインセグメント(1542)は、ユーザにより前記画像(1520、1540、1570)上に位置付けられるか、又は前記画像認識モジュール(1504)により前記画像(1520、1540、1570)上に位置付けられる、システム。 - 前記システムが、ユーザが前記円(1524)の位置又はサイズを手動で調整することを可能にするべく、前記画像(1520、1540、1570)上にナビゲーションハンドル(1544、1546、1548、1550)を表示するように構成される、請求項1に記載のシステム。
- 前記外転ラインセグメント(1542)が、前記画像認識モジュール(1504)により位置付けられ、前記システムが、ユーザが前記外転ラインセグメント(1542)を回転させることを可能にするべく、前記画像(1520、1540、1570)上にナビゲーションハンドル(1544、1546、1548、1550)を表示するように構成される、請求項1又は2に記載のシステム。
- 前記システムが、下肢帯の坐骨結節を識別する標識識別モジュール(1506)をさらに備える、請求項1~3のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記システムが、
前記画像(1520、1540、1570)内の寛骨臼コンポーネントの底部上に円弧(1572、1574)を位置づけることを含め、前記寛骨臼コンポーネントの底部を識別するように構成された寛骨臼カップ底部識別モジュール(1508)
をさらに備え、
前記外転角度計算モジュール(1510)が、前記円弧(1572、1574)に基づいて前傾を計算するように構成された外転角度及び前傾計算モジュールである、請求項1~4のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記システムが、ユーザが前記円弧(1572、1574)のうちの少なくとも1つの位置付けを調整することを可能にするべく、前記画像(1520、1540、1570)上に前記円弧(1572、1574)のうちの少なくとも1つのためのガイドハンドル(1569、1571)を表示するように構成される、請求項5に記載のシステム。
- 前記システムが、ユーザが前記円弧(1572、1574)のサイズを増加又は減少させることを可能にするべく、前記画像(1520、1540、1570)上にライン(1582)及び前記ライン(1582)上にある移動可能設定ノブ(1584)を伴う「スライダ制御」(1580)を表示するように構成される、請求項5又は6に記載のシステム。
- 前記円弧(1572、1574)が、前記移動可能設定ノブ(1584)が前記ライン(1582)の一端にあるときに前記外転ラインセグメント(1542)をオーバーレイし、前記円弧(1572、1574)が、前記移動可能設定ノブ(1584)が前記ライン(1582)の他端にあるときに既存の円(1524)をオーバーレイする、請求項7に記載のシステム。
- 前記外転角度及び前傾計算モジュールが、前記ユーザが前記スライダ制御(1580)を介して前記円弧(1572、1574)を調整することに応答して前傾値を再計算するように構成される、請求項7又は8に記載のシステム。
- 前記寛骨臼コンポーネントが、標準の寛骨臼カップ、リーマー、又はトライアル寛骨臼カップを備える、請求項1~9のいずれか一項に記載のシステム。
- 寛骨臼コンポーネントの術中分析を提供するためのコンピュータ実装方法であって、前記方法は、
寛骨臼コンポーネントが設置されている患者の手術部位の画像(1520、1540、1570)を取得することと、
前記画像(1520、1540、1570)内の寛骨臼コンポーネントを識別し、それを円(1524)で囲むことと、
前記円(1524)にわたって外転ラインセグメント(1542)を位置づけることと、
前記画像(1520、1540、1570)上に中立軸(1560)を位置付けることと、
前記中立軸(1560)と前記外転ラインセグメント(1542)との間の角度を計算することにより外転角度を計算することと、
を含む、方法。 - ユーザが前記円(1524)の位置又はサイズを手動で調整するか、又は前記外転ラインセグメント(1542)を回転させることを可能にするべく、前記画像(1520、1540、1570)上にナビゲーションハンドル(1544、1546、1548、1550)を表示することをさらに含む、請求項11に記載の方法。
- 前記画像(1520、1540、1570)内の寛骨臼コンポーネントの底部上に円弧(1572、1574)を位置づけることを含め、前記寛骨臼コンポーネントの底部を識別することと、
前記円弧(1572、1574)に基づいて前傾を計算することと、
をさらに含む、請求項11又は12に記載の方法。 - ユーザが前記円弧(1572、1574)のうちの少なくとも1つの位置付けを調整することを可能にするべく、前記画像(1520、1540、1570)上に前記円弧(1572、1574)のうちの少なくとも1つのためのガイドハンドル(1569、1571)を表示することをさらに含む、請求項13に記載の方法。
- ユーザが前記円弧(1572、1574)のサイズを増加又は減少させることを可能にするべく、前記画像(1520、1540、1570)上にライン(1582)及び前記ライン(1582)上にある移動可能設定ノブ(1584)を伴う「スライダ制御」(1580)を表示することをさらに含む、請求項13又は14に記載の方法。
- 前記寛骨臼コンポーネントが、標準の寛骨臼カップ、リーマー、又はトライアル寛骨臼カップを備える、請求項11~15のいずれか一項に記載の方法。
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