RU2588316C2 - Orthopedic fixation with imagery analysis - Google Patents

Orthopedic fixation with imagery analysis Download PDF

Info

Publication number
RU2588316C2
RU2588316C2 RU2012147835/14A RU2012147835A RU2588316C2 RU 2588316 C2 RU2588316 C2 RU 2588316C2 RU 2012147835/14 A RU2012147835/14 A RU 2012147835/14A RU 2012147835 A RU2012147835 A RU 2012147835A RU 2588316 C2 RU2588316 C2 RU 2588316C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
elements
image
bone
parameters
images
Prior art date
Application number
RU2012147835/14A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012147835A (en
Inventor
Аркадиус НИКОНОВАС
Original Assignee
Зинтес Гмбх
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from GBGB1008281.6A external-priority patent/GB201008281D0/en
Application filed by Зинтес Гмбх filed Critical Зинтес Гмбх
Publication of RU2012147835A publication Critical patent/RU2012147835A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2588316C2 publication Critical patent/RU2588316C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention relates to medical equipment, namely to devices for analysis of images during dental fixation. Computer-readable data medium has computer-readable instructions which, when executed by one or more processors, execute method of orthopaedic fixation images analysing, which contains capture one or more image generators, first and second 2D images of fixation device and first and second segments of bone, attached to it, first image is captured from first orientation, and second image captured from second orientation, different from first orientation , obtaining plurality of parameters of scene image formation based on comparison of identified corresponding location of multiple elements of retainer in first and second two-dimensional images with appropriate locations multiple elements of retainer in three-dimensional space, at retainer contain components of fixation device. Obtaining plurality of parameters of scene images generation comprises identification of appropriate location of multiple elements of retainer in first and second two-dimensional images, first and second transformation matrices corresponding to first and second two-dimensional images using identified corresponding location of multiple elements of retainer, and decomposition of transformation matrices into plurality of parameters of scene images generation. After that, restoring 3D representation of first and second segments bone relative to fixation device is performed on basis of plurality of parameters of image forming scene. In second version of computer-readable data medium processors method is executed comprising preliminary production of first and second 2D images of fixation device and first and second segments of bone, attached to it, first image is captured from orientation, and second image is captured of second orientation, different from first orientation, set of parameters of scene image formation based on comparison of identified corresponding location of multiple elements of retainer in first and second two-dimensional images with appropriate locations multiple elements of retainer in three-dimensional space. At that multiple elements of retainer contain components of fixation device. At that, multiple parameters of scene images generation comprises identification of appropriate location of multiple elements of retainer in first and second two-dimensional images, first and second transformation matrices and decomposition of transformation matrices on parameters of scene image forming apparatus, and recovery of 3D representation of first and second segments bone relative to fixation device on basis of plurality of parameters of image forming scene.
EFFECT: using invention allows to expanded range of technical means of image analysis in orthopaedic fixation.
17 cl, 3 dwg

Description

Перекрестная ссылка на родственные заявкиCross reference to related applications

Настоящая патентная заявка испрашивает приоритет патентной заявки Великобритании № GB 1008281.6, поданной 19 мая 2010 г., содержащейся здесь в полном объеме посредством ссылки.This patent application claims the priority of UK patent application No. GB 1008281.6, filed May 19, 2010, which is hereby incorporated by reference in its entirety.

Уровень техникиState of the art

Способы, используемые при лечении переломов костей и/или деформаций костей, могут содержать использование внешних фиксаторов, таких как фиксирующие рамы, которые хирургически устанавливаются на сегменты кости на противоположных сторонах места перелома. Снимается пара рентгеновских изображений фиксатора и сегментов кости в месте перелома. Как правило, рентгеновские изображения должны быть ортогональными или перпендикулярными относительно друг друга и выровненными с анатомическими осями пациента. Данные изображений затем обрабатываются с использованием способов ортогональной проекции для построения трехмерного представления фиксатора и сегментов костей, которое может использоваться при разработке плана лечения, который может, например, содержать выравнивание сегментов костей посредством регулировок фиксатора.The methods used in the treatment of bone fractures and / or bone deformations may include the use of external fixators, such as fixative frames, which are surgically mounted on bone segments on opposite sides of the fracture site. A pair of X-ray images of the fixative and bone segments at the fracture site are removed. As a rule, x-ray images should be orthogonal or perpendicular to each other and aligned with the anatomical axes of the patient. Image data is then processed using orthogonal projection methods to construct a three-dimensional representation of the fixative and bone segments, which can be used to develop a treatment plan, which may, for example, include alignment of bone segments by means of adjustments of the fixative.

Однако возможность получения ортогональных рентгеновских изображений места перелома может быть ограничена факторами, неподконтрольными хирургу, например, маневренностью устройства формирования изображений, анатомическим местоположением перелома или деформации и/или болью, испытываемой пациентом при расположении сломанной конечности для формирования ортогональных изображений. Такие как эти ограничивающие факторы могут вносить неточности в процесс формирования изображений. Эти неточности могут иметь нежелательные последствия, такие как неправильное выравнивание сегментов кости во время лечебного процесса, ставящее под угрозу сращивание сегментов кости, необходимость дополнительных циклов формирования рентгеновских изображений для содействия коррекциям выравнивания или даже необходимость дополнительных хирургических операций.However, the possibility of obtaining orthogonal x-ray images of the fracture site may be limited by factors beyond the control of the surgeon, for example, the maneuverability of the imaging device, the anatomical location of the fracture or deformation, and / or pain experienced by the patient when the broken limb is positioned to form orthogonal images. Such as these limiting factors may introduce inaccuracies in the imaging process. These inaccuracies can have undesirable consequences, such as improper alignment of bone segments during the treatment process, jeopardizing the fusion of bone segments, the need for additional x-ray imaging cycles to facilitate alignment corrections, or even the need for additional surgical operations.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

В соответствии с одним вариантом осуществления, способ ортопедической фиксации содержит прикрепление устройства фиксации к первому и второму сегментам кости. Способ дополнительно содержит захват первого изображения устройства фиксации и сегментов кости из первой ориентации относительно устройства фиксации. Способ дополнительно также содержит захват второго изображения устройства фиксации и сегментов кости из второй ориентации относительно устройства фиксации, которая отличается от первой ориентации. Способ дополнительно также содержит вычисление первой и второй матриц преобразования для первого и второго изображений, соответственно. Способ дополнительно также содержит использование матриц преобразования для реконструкции трехмерного представления первого и второго сегментов кости относительно устройства фиксации.In accordance with one embodiment, the orthopedic fixation method comprises attaching a fixation device to the first and second bone segments. The method further comprises capturing a first image of the fixation device and bone segments from a first orientation relative to the fixation device. The method further further comprises capturing a second image of the fixation device and bone segments from a second orientation relative to the fixation device, which is different from the first orientation. The method further further comprises computing the first and second transformation matrices for the first and second images, respectively. The method further further comprises using transformation matrices to reconstruct a three-dimensional representation of the first and second bone segments relative to the fixation device.

В соответствии с альтернативным вариантом осуществления, считываемый компьютером носитель данных имеет хранящиеся на нем и считываемые компьютером инструкции, которые, при их исполнении процессором, выполняют способ анализа изображений ортопедической фиксации. Способ содержит захват первого и второго изображений устройства фиксации и первого и второго сегментов кости, присоединенных к нему, посредством устройства формирования изображений. Первое изображение захватывают из первой ориентации и второе изображение захватывают из второй ориентации, отличающейся от первой ориентации. Способ дополнительно содержит получение множества параметров сцен получения изображений. Способ дополнительно также содержит реконструкцию трехмерного представления первого и второго сегментов кости относительно устройства фиксации, основываясь на множестве параметров сцен получения изображений.According to an alternative embodiment, a computer-readable storage medium has instructions stored on it and read by a computer, which, when executed by a processor, perform a method for analyzing orthopedic fixation images. The method comprises capturing the first and second images of the fixation device and the first and second bone segments attached to it by means of an image forming device. The first image is captured from the first orientation and the second image is captured from a second orientation different from the first orientation. The method further comprises obtaining a plurality of image acquisition scene parameters. The method further further comprises reconstructing a three-dimensional representation of the first and second bone segments relative to the fixation device, based on the plurality of parameters of the image acquisition scenes.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Предшествующее описание сущности изобретения, а также последующее подробное описание предпочтительных вариантов осуществления заявки, будут лучше поняты при чтении в сочетании с приложенными чертежами. Для целей иллюстрации способов и/или технологий ортопедической фиксации с анализом изображений на чертежах показаны предпочтительные варианты осуществления. Следует, однако, понимать, что рассматриваемая в настоящее время заявка не ограничивается конкретными компоновками и/или инструментариями, показанными на чертежах, на которых:The foregoing description of the invention, as well as the following detailed description of preferred embodiments of the application, will be better understood when reading in conjunction with the attached drawings. For the purpose of illustrating methods and / or technologies of orthopedic fixation with image analysis, preferred embodiments are shown in the drawings. However, it should be understood that the application currently under consideration is not limited to the specific layouts and / or tools shown in the drawings, in which:

Фиг. 1 - вид в перспективе сборочного узла фиксации, расположенного для формирования изображений в соответствии с вариантом осуществления;FIG. 1 is a perspective view of a fixing assembly disposed for imaging in accordance with an embodiment;

Фиг. 2 - вид в перспективе примера процесса формирования изображений посредством сборочного узла фиксации, показанного на фиг. 1; иFIG. 2 is a perspective view of an example of an image forming process by the fixing assembly shown in FIG. one; and

Фиг. 3 - блок-схема последовательности операций примера ортопедической фиксации с процессом анализа изображений в соответствии с вариантом осуществления.FIG. 3 is a flowchart of an example of orthopedic fixation with an image analysis process in accordance with an embodiment.

Подробное описаниеDetailed description

Для удобства одни и те же или эквивалентные элементы в различных вариантах осуществления, показанных на чертежах, обозначаются одними и теми же ссылочными позициями. Некоторая терминология используется в последующем описании только для удобства и не является ограничением. Слова "правый", "левый", "верхний" и "нижний" обозначают направления на чертежах, на которые делается ссылка. Слова "внутрь", "внутри", "наружу" и "снаружи" относятся к направлениям, соответственно, к геометрическому центру устройства и его определенным частям и к направлениям от них. Терминология, не предназначенная для создания ограничений, содержит перечисленные выше слова, их производные и слова подобного смысла.For convenience, the same or equivalent elements in the various embodiments shown in the drawings are denoted by the same reference numerals. Some terminology is used in the following description for convenience only and is not a limitation. The words “right,” “left,” “upper,” and “lower” indicate directions in the referenced drawings. The words "in", "inside", "out" and "outside" refer to directions, respectively, to the geometric center of the device and its specific parts and to directions from them. Terminology not intended to create restrictions contains the words listed above, their derivatives, and words of a similar meaning.

Обращаясь сначала к фиг. 1, ткани тела, например, первый и второй сегменты 102, 104 кости могут выравниваться и/или ориентироваться так, чтобы стимулировать сращивание или другое заживление между тканями тела. Выравнивание и/или ориентация тканей тела могут достигаться, присоединяя ткани тела к регулируемому устройству фиксации, такому как ортопедический фиксатор 100. Ортопедический фиксатор может содержать внешнее устройство фиксации, которое содержит множество дискретных элементов фиксатора, остающихся внешними по отношению к телу пациента, но которые крепятся к соответствующим отдельным тканям тела, например, с помощью минимально инвазивных крепежных элементов. Регулируя пространственное расположение элементов фиксатора относительно друг друга, соответствующие ткани тела, прикрепленные к нему, могут переориентироваться и/или как-либо иначе выравниваться друг с другом, например, чтобы стимулировать сращивание между тканями тела во время лечебного процесса. Использование внешних ортопедических фиксаторов в комбинации с описанными здесь анализом изображений и технологиями расположения может быть предпочтительным в применениях, где непосредственное измерение и манипулирование тканями тела невозможны, когда желателен ограниченный или минимально инвазивный доступ к тканям тела и т.п.Turning first to FIG. 1, body tissues, for example, the first and second bone segments 102, 104 can be aligned and / or oriented so as to stimulate fusion or other healing between body tissues. Alignment and / or orientation of body tissue can be achieved by attaching body tissue to an adjustable fixation device, such as an orthopedic fixator 100. The orthopedic fixator can include an external fixation device that contains many discrete fixation elements that remain external to the patient's body, but which are attached to the corresponding individual tissues of the body, for example, using minimally invasive fasteners. By adjusting the spatial arrangement of the fixative elements relative to each other, the corresponding body tissues attached to it can be reoriented and / or otherwise aligned with each other, for example, to stimulate splicing between body tissues during the treatment process. The use of external orthopedic fixators in combination with the image analysis and location technologies described here may be preferred in applications where direct measurement and manipulation of body tissues is not possible when limited or minimally invasive access to body tissues or the like is desired.

Элементы фиксатора могут соединяться друг с другом через элементы регулировки, причем элементы регулировки выполнены с возможностью облегчения изменения пространственного расположения элементов фиксатора относительно друг друга. Например, в показанном на чертеже варианте осуществления, ортопедический фиксатор 100 содержит пару элементов фиксатора в форме верхнего кольца 106 фиксатора и нижнего кольца 108 фиксатора. Кольца 106, 108 фиксатора могут быть сконструированы одинаково или по-разному. Например, кольца 106, 108 фиксатора могут иметь диаметры, которые одинаковы или различаются. Точно также, кольца 106, 108 фиксатора могут быть сконструированы с переменными диаметрами поперечного сечения, толщиной и т. д. Следует понимать, что элементы фиксатора для ортопедического фиксатора 100 не ограничиваются показанными на чертежах верхним и нижним кольцами 106, 108 фиксатора и что ортопедический фиксатор 100 может иметь альтернативную конструкцию. Например, могут быть обеспечены дополнительные кольца фиксатора и они могут быть соединены с кольцом 106 и/или 108 фиксатора. Дополнительно, следует понимать, что конфигурации элементов фиксатора не ограничиваются кольцами, и что по меньшей мере один, такой как приводится выше, элемент фиксатора, может быть сконструирован альтернативно, используя любую другую приемлемую геометрию.The elements of the latch can be connected to each other through the adjustment elements, and the adjustment elements are configured to facilitate changing the spatial arrangement of the elements of the latch relative to each other. For example, in the embodiment shown, the orthopedic retainer 100 comprises a pair of retainer elements in the form of an upper retainer ring 106 and a lower retainer ring 108. The retainer rings 106, 108 may be constructed the same or differently. For example, retainer rings 106, 108 may have diameters that are the same or different. Similarly, retainer rings 106, 108 can be designed with variable cross-section diameters, thickness, etc. It should be understood that the retainer elements for the orthopedic retainer 100 are not limited to the upper and lower retainer rings 106, 108 shown in the drawings and that the orthopedic retainer 100 may have an alternative design. For example, additional retainer rings may be provided and they may be coupled to retainer ring 106 and / or 108. Additionally, it should be understood that the configuration of the retainer elements is not limited to rings, and that at least one, such as the one described above, the retainer element can be constructed alternatively using any other suitable geometry.

Первый и второй сегменты 102, 104 кости могут жестко крепиться к верхнему и нижнему кольцам 106, 108 фиксатора, соответственно, с помощью крепежных элементов, которые могут устанавливаться на кольцах 106, 108 фиксатора. Например, в показанном варианте осуществления крепежные элементы обеспечиваются в форме крепежных стержней 110 и крепежных проволок 112.The first and second bone segments 102, 104 can be rigidly attached to the upper and lower retainer rings 106, 108, respectively, using fasteners that can be mounted on the retainer rings 106, 108. For example, in the embodiment shown, fasteners are provided in the form of fastening rods 110 and fastening wires 112.

Стержни 110 и проволоки 112 проходят между проксимальными концами, прикрепленными к установочным элементам 114, которые устанавливаются на кольцах 106, 108 фиксатора, и противоположными дистальными концами, которые вставляются в сегменты 102, 104 кости или как-либо иначе крепятся к сегментам 102, 104 кости. Установочные элементы 114 могут съемно устанавливаться на кольца 106, 108 фиксатора в заданных точках вдоль длины окружности колец 106, 108 фиксатора, например, вставляя их в резьбовые отверстия, определяемые кольцами фиксатора. Для каждого кольца 106, 108 фиксатора, установочные элементы 114 могут устанавливаться на верхней поверхности кольца, нижней поверхности кольца или при любой их комбинации. Следует заметить, что крепежные элементы не ограничиваются конфигурацией показанного варианта осуществления. Например, для крепления сегментов кости к соответствующим элементам фиксатора в соответствии с требованиями может использоваться любое количество крепежных элементов, таких как показанные на чертежах стержни 110 и проволоки 112 и любые другие. Дополнительно следует понимать, что один или больше крепежных элементов, например, стержни 110 и/или проволоки 112, могут альтернативно быть выполнены с возможностью установки непосредственно на кольца 106, 108 фиксатора, не используя установочных элементов 114.The rods 110 and wires 112 extend between the proximal ends attached to the mounting elements 114, which are mounted on the retainer rings 106, 108, and the opposite distal ends, which are inserted into the bone segments 102, 104 or otherwise attached to the bone segments 102, 104 . The mounting elements 114 can be removably mounted on the retainer rings 106, 108 at predetermined points along the circumference of the retainer rings 106, 108, for example, by inserting them into threaded holes defined by the retainer rings. For each retainer ring 106, 108, mounting elements 114 may be mounted on the upper surface of the ring, the lower surface of the ring, or any combination thereof. It should be noted that the fasteners are not limited to the configuration of the illustrated embodiment. For example, any number of fasteners, such as shafts 110 and wires 112 and any others, can be used to attach bone segments to the corresponding retainer elements in accordance with the requirements. Additionally, it should be understood that one or more fasteners, for example, rods 110 and / or wires 112, can alternatively be configured to be mounted directly onto the retainer rings 106, 108 without using the mounting elements 114.

Верхнее и нижнее кольца 106, 108 фиксатора могут соединяться друг с другом по меньшей мере одним из множества элементов регулировки. По меньшей мере один, такой как приводится выше, элемент регулировки может быть выполнен с возможностью регулировки пространственного расположения колец фиксатора относительно друг друга. Например, в показанном варианте осуществления, верхнее и нижнее кольца 106, 108 фиксатора соединяются друг с другом множеством элементов регулировки, обеспечиваемых в форме регулируемых по длине стоек 116. Следует понимать, что конструкция ортопедического фиксатора 100 не ограничивается шестью стойками 116, как на показанном варианте осуществления, и что по мере необходимости может использоваться больше или меньше стоек.The upper and lower retainer rings 106, 108 may be connected to each other by at least one of a plurality of adjustment elements. At least one, such as described above, the adjustment element may be configured to adjust the spatial arrangement of the retainer rings relative to each other. For example, in the shown embodiment, the upper and lower retainer rings 106, 108 are connected to each other by a plurality of adjustment elements provided in the form of length-adjustable uprights 116. It should be understood that the design of the orthopedic retainer 100 is not limited to six uprights 116, as in the shown embodiment implementation, and that more or less racks may be used as necessary.

Каждая из регулируемых по длине стоек 116 может содержать противоположно направленные верхний и нижний фрагменты 118, 120 стойки. Каждый из верхних и нижних фрагментов 118, 120 стойки имеют проксимальные концы, помещенные в соединительный элемент, или втулку 122 и противоположные дистальные концы, соединяемые с универсальными шарнирами 124, установленными на верхнем и нижнем кольцах 106, 108 фиксатора, соответственно. Универсальные шарниры в показанном варианте осуществления располагаются парами, равномерно пространственно разнесенными по длине окружности верхнего и нижнего колец 106, 108 фиксатора, но может быть альтернативно размещены в любых других местах на кольцах фиксатора, по мере необходимости.Each of the length-adjustable uprights 116 may include oppositely directed upper and lower rack fragments 118, 120. Each of the upper and lower fragments 118, 120 of the strut have proximal ends placed in the connecting element or sleeve 122 and opposite distal ends connected to universal joints 124 mounted on the upper and lower retainer rings 106, 108, respectively. Universal joints in the shown embodiment are arranged in pairs that are uniformly spatially spaced along the circumference of the upper and lower retainer rings 106, 108, but can alternatively be placed in any other places on the retainer rings, as necessary.

Проксимальные концы верхних и нижних фрагментов 118, 120 стоек для каждой стойки 116 могут иметь на них резьбу, выполненную с возможностью ее приема дополняющей резьбой втулки 122, так что когда проксимальные концы верхнего и нижнего фрагментов 118, 120 стойки 116 приняты в соответствующей втулке 122, вращение втулки 122 заставляет верхний и нижний фрагменты 118, 120 стойки двигаться поступательно внутри втулки 122, заставляя, таким образом, стойку 116 удлиняться или укорачиваться, в зависимости от направления вращения. Таким образом, длина каждой стойки 116 может независимо регулироваться относительно остальных стоек. Следует понимать, что элементы регулировки не ограничиваются регулируемыми по длине стойками 116, как на показанном варианте осуществления, и что элементы регулировки могут конструироваться альтернативно, в зависимости от необходимости, используя, например, одну или более альтернативных конфигураций, альтернативные механизмы регулировки длины и т.п.The proximal ends of the upper and lower fragments 118, 120 of the uprights for each rack 116 may have threads on them that can be received by the complementary thread of the sleeve 122, so that when the proximal ends of the upper and lower fragments 118, 120 of the rack 116 are received in the corresponding sleeve 122, the rotation of the sleeve 122 causes the upper and lower fragments 118, 120 of the rack to move translationally inside the sleeve 122, thereby causing the rack 116 to lengthen or shorten, depending on the direction of rotation. Thus, the length of each rack 116 can be independently adjusted relative to the remaining racks. It should be understood that the adjustment elements are not limited to length-adjustable uprights 116, as in the shown embodiment, and that the adjustment elements can be constructed alternatively, depending on the need, using, for example, one or more alternative configurations, alternative length adjustment mechanisms, etc. P.

Регулируемые по длине стойки 116 и универсальные шарниры 124, посредством которых они устанавливаются на верхнем и нижнем кольцах 106, 108 фиксатора, позволяют ортопедическому фиксатору 100 функционировать подобно платформе Стюарта и, более конкретно, подобно кольцевой системе остеогенеза с вытяжением, гексаподу или пространственной раме Тейлора. То есть, регулируя длину стоек 116, можно изменять пространственное расположение верхнего и нижнего колец 106, 108 фиксатора и, таким образом, сегментов 102, 104 кости. Например, в показанном на чертеже варианте осуществления первый сегмент 102 кости присоединен к верхнему кольцу 106 фиксатора, а второй сегмент 104 кости присоединен к нижнему кольцу 108 фиксатора. Следует понимать, что крепление первого и второго сегментов 102, 104 кости к верхнему и нижнему кольцам 106, 108 фиксатора не ограничивается показанным на чертеже вариантом осуществления (например, когда центральные продольные оси L1, L2 первого и второго сегментов 102, 104 кости, по существу, перпендикулярны соответствующим плоскостям верхнего и нижнего колец 106, 108 фиксатора), и что хирург имеет полную свободу при выравнивании первого и второго сегментов 102, 104 кости внутри верхнего и нижнего колец 106, 108 фиксатора во время конфигурирования ортопедического фиксатора 100.Length-adjustable struts 116 and universal joints 124, by means of which they are mounted on the upper and lower retainer rings 106, 108, allow the orthopedic retainer 100 to function like a Stuart platform and, more specifically, like an annular osteogenesis system with traction, hexapod or Taylor spatial frame. That is, by adjusting the length of the uprights 116, it is possible to change the spatial arrangement of the upper and lower retainer rings 106, 108 and, thus, bone segments 102, 104. For example, in the embodiment shown, the first bone segment 102 is attached to the upper retainer ring 106, and the second bone segment 104 is attached to the lower retainer ring 108. It should be understood that the fastening of the first and second bone segments 102, 104 to the upper and lower retainer rings 106, 108 is not limited to the embodiment shown in the drawing (for example, when the central longitudinal axes L1, L2 of the first and second bone segments 102, 104 are essentially perpendicular to the corresponding planes of the upper and lower retainer rings 106, 108), and that the surgeon has complete freedom to align the first and second bone segments 102, 104 inside the upper and lower retainer rings 106, 108 during orthopedic configuration whose latch is 100.

Изменяя длину одной или более стоек 116, может быть изменено расположение верхнего и нижнего колец 106, 108 фиксатора и, таким образом, сегментов 102, и 104 кости относительно друг друга, так чтобы их соответствующие продольные оси L1, L2 существенно выравнивались друг с другом и так, чтобы их соответствующие сломанные концы 103, 105 (кости) подгонялись друг к другу, стимулируя сращивание во время лечебного процесса. Следует понимать, что регулировка стоек 116 не ограничивается регулировкой длины, как описано здесь, и что стойки 116 могут регулироваться и по-другому, по мере необходимости. Дополнительно, следует понимать, что регулировка положений элементов фиксатора не ограничивается регулировкой стоек 116 с регулируемой длиной и что расположение элементов фиксатора относительно друг друга может регулироваться альтернативным способом, например, в соответствии с типом и/или количеством элементов регулировки, соединенных с устройством фиксации.By changing the length of one or more struts 116, the location of the upper and lower retainer rings 106, 108, and thus the bone segments 102, and 104, relative to each other can be changed so that their respective longitudinal axes L1, L2 are substantially aligned with each other and so that their respective broken ends 103, 105 (bones) fit together, stimulating splicing during the healing process. It should be understood that the adjustment of the uprights 116 is not limited to the adjustment of the length as described herein, and that the uprights 116 can be adjusted differently as necessary. Additionally, it should be understood that the adjustment of the positions of the locking elements is not limited to the adjustment of the struts 116 with adjustable length and that the location of the locking elements relative to each other can be adjusted in an alternative way, for example, in accordance with the type and / or number of adjustment elements connected to the locking device.

Изменение положения элементов фиксатора ортопедического устройства фиксации, такого как ортопедический фиксатор 100, может использоваться для корректировки неправильного положения при угловом искривлении, продольном движении, вращении или любой их комбинации внутри тканей тела. Устройство фиксации, такое как ортопедический фиксатор 100, используемое с помощью описанных здесь технологий, может корректировать множество таких дефектов неправильного положения индивидуально или одновременно. Однако, следует понимать, что устройство фиксации не ограничивается показанным на чертежах ортопедическим фиксатором 100 и что устройство фиксации может быть альтернативно сконструировано в соответствии с необходимостью. Например, устройство фиксации может содержать дополнительные элементы фиксации, может содержать элементы фиксации, имеющие альтернативные конфигурации, может содержать больше или меньше элементов регулировки, может содержать альтернативно сконструированные элементы регулировки или любую их комбинацию.Changing the position of the fixation elements of an orthopedic fixation device, such as orthopedic fixation 100, can be used to correct the wrong position during angular curvature, longitudinal movement, rotation, or any combination thereof inside body tissues. A fixation device, such as an orthopedic fixator 100, used using the techniques described here, can correct many of these defects in the wrong position individually or simultaneously. However, it should be understood that the fixation device is not limited to the orthopedic fixator 100 shown in the drawings, and that the fixation device can alternatively be designed as necessary. For example, the locking device may contain additional locking elements, may contain locking elements having alternative configurations, may contain more or less adjustment elements, may contain alternatively designed adjustment elements, or any combination thereof.

На фиг. 2-3 показан пример ортопедической фиксации с процессом анализа изображений или способ, соответствующий варианту осуществления. Этапы выполнения примера ортопедической фиксации со способом 300 анализа изображений показаны на блок-схеме последовательности операций на фиг. 3. На этапе 302 ткани тела, такие как первый и второй сегменты 102, 104 кости могут соединяться с регулируемым устройством фиксации, таким как ортопедический фиксатор 100, как описано выше.In FIG. 2-3, an example of orthopedic fixation with an image analysis process or a method according to an embodiment is shown. The steps for performing an orthopedic fixation example with image analysis method 300 are shown in the flowchart of FIG. 3. At 302, body tissues such as the first and second bone segments 102, 104 can be connected to an adjustable fixation device, such as an orthopedic fixator 100, as described above.

На этапе 304, с помощью ортопедического фиксатора 100, закрепленного на сегментах 102, 104 кости, по меньшей мере одно из множества изображений фиксатора 100 и сегментов 102, 104 кости может быть снято. Изображения могут быть захвачены, используя одни и те же или различные способы формирования изображений. Например, изображения могут быть получены, используя рентгенографию, компьютерную томографию, магнитно-резонансную томографию, ультразвук, формирование инфракрасных изображений, фотографию, рентгеноскопию, визуальное спектроскопическое формирование изображений или любую их комбинацию.At step 304, using an orthopedic fixator 100 fixed to the bone segments 102, 104, at least one of the plurality of images of the fixative 100 and bone segments 102, 104 can be removed. Images can be captured using the same or different imaging techniques. For example, images can be obtained using radiography, computed tomography, magnetic resonance imaging, ultrasound, infrared imaging, photography, fluoroscopy, visual spectroscopic imaging, or any combination thereof.

Изображения могут быть захвачены из любого положения и/или ориентации относительно друг друга и относительно фиксатора 100 и сегментов 102, 104 кости. Другими словами, не существует требования, чтобы захваченные изображения были бы ортогональны относительно друг друга или выровнены с анатомическими осями пациента, предоставляя, таким образом, хирургу почти полную свободу действий при расположении устройств 130 формирования изображений. Предпочтительно, изображения 126, 128 захватывают из различных направлений или ориентаций, так чтобы изображения не накладывались. Например, в показанном на чертеже варианте осуществления плоскости изображений пары изображений 126, 128 не перпендикулярны относительно друг друга. Другими словами, угол α между плоскостями изображения изображений 126, 128 не равен 90 градусов, так что изображения 126, 128 являются неортогональными относительно друг друга. Предпочтительно, снимают по меньшей мере два изображения, хотя захват дополнительных изображений может увеличить точность способа.Images can be captured from any position and / or orientation relative to each other and relative to the retainer 100 and bone segments 102, 104. In other words, there is no requirement that the captured images be orthogonal to each other or aligned with the patient’s anatomical axes, thus providing the surgeon with almost complete freedom of action when positioning the imaging devices 130. Preferably, the images 126, 128 are captured from various directions or orientations so that the images do not overlap. For example, in the embodiment of the image plane shown in the drawing, the image pairs 126, 128 are not perpendicular to each other. In other words, the angle α between the image planes of the images 126, 128 is not 90 degrees, so that the images 126, 128 are non-orthogonal with respect to each other. Preferably, at least two images are captured, although capturing additional images can increase the accuracy of the method.

Изображения 126, 128 могут быть захвачены, используя один или более источников формирования изображений или устройств формирования изображений, например рентгеновских устройств 130 формирования изображений и/или соответствующих устройств 127, 129 формирования изображений. Изображения 126, 128 могут быть рентгеновскими изображениями, захваченными одиночным перемещаемым рентгеновским устройством 130 формирования изображений, или могут быть захвачены раздельно расположенными устройствами 130 формирования изображений. Предпочтительно, положение устройств 127, 129 захвата изображений и/или устройств 130 формирования изображений относительно пространственного начала 135 координат трехмерного пространства, описанных ниже более подробно, известны. Положение устройств 130 формирования изображений может устанавливаться вручную и/или ориентироваться под управлением хирурга, устанавливаться автоматически, например, программируемым устройством формирования изображений или любой их комбинацией.Images 126, 128 may be captured using one or more image forming sources or image forming devices, for example, x-ray image forming devices 130 and / or corresponding image forming devices 127, 129. Images 126, 128 may be X-ray images captured by a single movable X-ray image forming apparatus 130, or may be captured by separately located image forming devices 130. Preferably, the position of the image pickup devices 127, 129 and / or image forming devices 130 with respect to the spatial origin 135 of the three-dimensional space coordinates described in more detail below is known. The position of the imaging devices 130 can be manually set and / or oriented under the control of a surgeon, set automatically, for example, by a programmable imaging device or any combination thereof.

На этапе 306 получают параметры сцены формирования изображений, имеющие отношение к фиксатору 100, сегментам 102, 104 кости, устройству(-ам) 130 формирования изображений и устройствам 127, 129 захвата изображений. Параметры сцены формирования изображений могут использоваться при построении трехмерного представления расположения сегментов 102, 104 кости в фиксаторе 100, как описывается ниже более подробно. Один или больше параметров сцены формирования изображений могут быть известны. Параметры сцены формирования изображений, которые не известны, могут быть получены, например, математически сравнивая местоположения представлений элементов фиксатора в двумерном пространстве рентгеновских изображений 126, 128 с трехмерными местами расположения этих элементов на геометрии фиксатора 100. В предпочтительном варианте осуществления параметры сцены формирования изображений могут быть вычислены, используя точечное отверстие или перспективные модели камеры. Например, параметры сцены формирования изображений могут быть определены численно, используя матричную алгебру, как описано ниже более подробно.At step 306, image forming scene parameters related to the latch 100, bone segments 102, 104, image forming device (s) 130, and image capturing devices 127, 129 are obtained. The parameters of the imaging scene can be used to construct a three-dimensional representation of the location of the bone segments 102, 104 in the retainer 100, as described in more detail below. One or more image forming scene parameters may be known. Parameters of the imaging scene that are not known can be obtained, for example, by mathematically comparing the locations of the representations of the elements of the latch in the two-dimensional space of x-ray images 126, 128 with the three-dimensional locations of these elements on the geometry of the latch 100. In a preferred embodiment, the parameters of the scene of the imaging calculated using a pinhole or perspective camera models. For example, the parameters of the imaging scene can be determined numerically using matrix algebra, as described in more detail below.

Параметры сцены формирования изображений могут, в частности, содержать масштабные коэффициенты пикселей изображения, соотношение размеров пикселей изображения, коэффициент скоса датчика изображения, размер изображения, фокусное расстояние, положение и ориентацию источника формирования изображений, положение главной точки (определяемой как точка на плоскости соответствующего изображения 126, 128, которая является самой близкой к соответствующему устройству 130 формирования изображений), положения и ориентации элементов фиксатора 100, положение и ориентацию соответствующего устройства приема изображений и положение и ориентацию объектива источника формирования изображений.The parameters of the image formation scene may, in particular, include scaled pixel coefficients of the image, aspect ratio of the image pixels, bevel coefficient of the image sensor, image size, focal length, position and orientation of the image forming source, position of the main point (defined as a point on the plane of the corresponding image 126 128, which is closest to the corresponding image forming apparatus 130), the position and orientation of the elements of the latch 100, the floor The life and orientation of the corresponding image pickup device and the position and orientation of the lens of the image forming source.

В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере некоторые, как например, все параметры сцены формирования изображений могут быть получены, сравнивая места представлений конкретных компонентов или элементов фиксатора из фиксатора 100 в пределах двумерных пространств изображений 126, 128 с соответствующими местами представления тех же самых элементов фиксатора в реальном трехмерном пространстве. Элементы фиксатора содержат компоненты ортопедического фиксатора 100 и предпочтительно являются компонентами, которые можно легко идентифицировать в изображениях 126, 128. Точки, линии, конические сечения и т.п. или любая их комбинация могут использоваться для описания соответствующих конфигураций элементов фиксатора. Например, представления элементов фиксатора, используемые при сравнении, могут содержать осевые линии одной или больше регулируемых по длине стоек 116, центральные точки универсальных шарниров 124, центральные точки установочных элементов 114 и т.п.In a preferred embodiment, at least some, such as all the parameters of the image forming scene, can be obtained by comparing the representations of specific components or elements of the latch from the latch 100 within the two-dimensional image spaces 126, 128 with the corresponding locations of the same latch elements in real three-dimensional space. The retainer elements comprise components of an orthopedic fixator 100 and are preferably components that can be easily identified in images 126, 128. Points, lines, conical sections, and the like. or any combination thereof can be used to describe the respective configurations of the locking elements. For example, the representations of the fixture elements used in the comparison may include the centerlines of one or more length-adjustable uprights 116, the center points of the universal joints 124, the central points of the mounting elements 114, and the like.

Элементы фиксатора могут дополнительно содержать элементы маркера, которые отличаются от описанных выше компонентов фиксатора 100. Элементы маркера могут использоваться при сравнении в качестве дополнения или вместо использования компонентов фиксатора 100. Элементы маркера могут устанавливаться в конкретных местах компонентов фиксатора 100 перед формированием изображений, могут заделываться внутрь компонентов фиксатора 100, или использоваться в любой их комбинации. Элементы маркера могут быть выполнены для улучшенной различимости в изображениях 126, 128 при сравнении с различимостью других компонентов фиксатора 100. Например, элементы маркера могут быть созданы из различных материалов, таких как радионепрозрачный материал, или могут быть созданы с конфигурациями, которые легко отличают их от других компонентов фиксатора 100 в изображениях 126, 128. В варианте осуществления в качестве примера элементы маркера могут иметь назначенные конфигурации, которые соответствуют их соответствующим местам на фиксаторе 100.The elements of the latch may additionally contain marker elements that are different from the above components of the latch 100. The elements of the marker can be used when comparing as an addition or instead of using the components of the latch 100. The elements of the marker can be installed in specific places of the components of the latch 100 before imaging, can be embedded inside retainer components 100, or be used in any combination thereof. Marker elements can be made for improved distinguishability in images 126, 128 when compared with the distinguishability of other components of the latch 100. For example, marker elements can be created from various materials, such as radially opaque material, or can be created with configurations that easily distinguish them from other components of the latch 100 in the images 126, 128. In an embodiment, as an example, marker elements may have assigned configurations that correspond to their respective locations on a fixed 100 e.

На этапе 306A элементы фиксатора могут быть идентифицированы для использования при сравнении. Идентификация элементов фиксатора и определение их соответствующих местоположений могут быть выполнены хирургом, с помощью программного обеспечения или в любой их комбинации.At 306A, the latch elements can be identified for use in the comparison. Identification of retainer elements and determination of their respective locations can be performed by the surgeon, using software, or in any combination thereof.

Местоположения элементов фиксатора в двумерном пространстве изображений 126, 128 определяются относительно локальных начал 125 координат, определенных в плоскостях формирования изображений 126, 128. Локальные начала 125 координат служат "нулевыми точками" для определения местоположений элементов фиксатора в изображениях 126, 128. Местоположения элементов фиксатора могут быть определены их соответствующим координатами x и y относительно соответствующего локального начала 125 координат. Местоположение локального начала 125 координат в пределах соответствующего изображения может быть произвольным, пока оно находится в плоскости изображения. Как правило, начало координат располагается в центре изображения или в углу изображения, таком как нижний левый угол. Следует понимать, что местоположения локальных начал координат не ограничиваются показанными локальными началами 125 координат и что локальные начала 125 координат могут альтернативно определяться в любых других местах. Дополнительно, следует понимать, что местоположения локальных начал 125 координат могут определяться хирургом, с помощью программного обеспечения или любой их комбинацией.The locations of the retainer elements in the two-dimensional image space 126, 128 are determined relative to the local origin 125 of coordinates defined in the imaging planes 126, 128. The local origin 125 of coordinates serve as “zero points” for determining the locations of the retainer elements in the images 126, 128. The locations of the retainer elements can be determined by their respective x and y coordinates relative to the corresponding local origin of 125 coordinates. The location of the local origin 125 of the coordinates within the corresponding image can be arbitrary while it is in the image plane. Typically, the origin is located in the center of the image or in the corner of the image, such as the bottom left corner. It should be understood that the locations of the local coordinates are not limited to the shown local coordinates 125 and that the local coordinates 125 can alternatively be defined in any other places. Additionally, it should be understood that the location of the local origin 125 coordinates can be determined by the surgeon, using software or any combination thereof.

На этапе 306B соответствующая матрица Р преобразования может быть вычислена для каждого из изображений 126, 128. Матрицы преобразования могут быть использованы для отображения координат местоположения карты одного или более соответствующих элементов фиксатора в реальном трехмерном пространстве в соответствующие координаты местоположения элемента(-ов) фиксатора в двумерном пространстве соответствующего изображения 126, 128. Следует понимать, что один и тот же элемент(-ы) фиксации не должен использоваться при сравнении двух изображений 126, 128. Например, элемент фиксатора, используемый при построении матрицы преобразования, связанной с изображением 126, может быть тем же самым или отличающимся от элемента фиксатора, используемого при построении матрицы преобразования, связанной с изображением 128. Дополнительно, следует понимать, что увеличение количества элементов фиксатора, используемых при вычислениях матриц преобразования, может увеличить точность способа. Эту операцию представляет следующее уравнение:At step 306B, a corresponding transformation matrix P can be computed for each of the images 126, 128. The transformation matrices can be used to map the location coordinates of the map of one or more corresponding latch elements in real three-dimensional space to the corresponding coordinates of the latch element (s) in two-dimensional the space of the corresponding image 126, 128. It should be understood that the same fixation element (s) should not be used when comparing two images 126, 128. N For example, the latch element used in constructing the transformation matrix associated with image 126 may be the same or different from the latch element used in constructing the transformation matrix associated with image 128. Additionally, it should be understood that increasing the number of latch elements used when computing transformation matrices, can increase the accuracy of the method. This operation is represented by the following equation:

[ x y 1 ] = P [ X Y Z 1 ]

Figure 00000001
(1) [ x y one ] = P [ X Y Z one ]
Figure 00000001
(one)

Символы x и y представляют координаты местоположения относительно локального начала 125 координат точки элемента фиксатора в двумерном пространстве изображений 126, 128. Символы X, Y и Z представляют соответствующие координаты местоположения относительно пространственного начала 135 координат точки элемента фиксатора в реальном трехмерном пространстве. В показанном на чертеже варианте осуществления точка, соответствующая центру плоскости, определяемой верхней поверхностью верхнего кольца 106 фиксатора, определяется как пространственное начало 135 координат. Показанная матрица P может иметь по меньшей мере четыре элемента по ширине и три элемента по высоте. В предпочтительном варианте осуществления элементы матрицы P могут быть вычислены, решая следующее матричное уравнение:The x and y symbols represent the coordinates of the location relative to the local origin 125 of the coordinates of the fixer element point in the two-dimensional image space 126, 128. The X, Y and Z symbols represent the corresponding coordinates of the location relative to the spatial origin of the 135 coordinate coordinates of the fixer element point in real three-dimensional space. In the embodiment shown in the drawing, the point corresponding to the center of the plane defined by the upper surface of the upper retainer ring 106 is defined as the spatial origin 135 of the coordinates. The matrix P shown may have at least four elements in width and three elements in height. In a preferred embodiment, the elements of the matrix P can be calculated by solving the following matrix equation:

А · p=B (2)A p = B (2)

Вектор p может содержать одиннадцать элементов, представляющих значения матрицы P. Нижеследующие уравнения представляют размещения элементов в векторе p и матрице P:The vector p may contain eleven elements representing the values of the matrix P. The following equations represent the arrangements of elements in the vector p and the matrix P:

p=[p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8 p9 p10 p11]T (3)p = [p 1 p 2 p 3 p 4 p 5 p 6 p 7 p 8 p 9 p 10 p 11 ] T (3)

P = [ p 1 p 5 p 9 p 2 p 3 p 4 p 6 p 7 p 8 p 10 p 11 p 12 ]

Figure 00000002
(4) P = [ p one p 5 p 9 p 2 p 3 p four p 6 p 7 p 8 p 10 p eleven p 12 ]
Figure 00000002
(four)

В предпочтительном варианте осуществления для двенадцатого элемента p12 матрицы P может быть установлено численное значение единица. Матрицы A и B могут быть собраны, используя двумерную и трехмерную информацию элементов фиксатора. Для каждой точки, представляющей соответствующий элемент фиксатора, могут быть созданы две строки матриц A и B. Следующее уравнение представляет значения двух строк, добавленных к матрицам A и B для каждой точки элемента фиксатора (например, центральная точка соответствующего универсального шарнира 124):In a preferred embodiment, for the twelfth element p 12 of the matrix P, a numerical value of one can be set. Matrices A and B can be collected using two-dimensional and three-dimensional information of the elements of the latch. For each point representing the corresponding latch element, two rows of matrices A and B can be created. The following equation represents the values of two rows added to the matrices A and B for each point of the latch element (for example, the center point of the corresponding universal joint 124):

[ ... ... ... ... X Y Z 1 ... ... ... ... ... ... ... ... 0 0 0 0 ... ... ... ... . ... x X y X ... ... x Y y Y ... ... x Z y Z ... ] p = [ ... x y ... ]

Figure 00000003
(5) [ ... ... ... ... X Y Z one ... ... ... ... ... ... ... ... 0 0 0 0 ... ... ... ... . ... - x X - y X ... ... - x Y - y Y ... ... - x Z - y Z ... ] p = [ ... x y ... ]
Figure 00000003
(5)

Символы X, Y и Z представляют значения локальных координат точки элемента фиксатора в реальном трехмерном пространстве относительно пространственного начала 135 координат, а символы x и y представляют значения локальных координат местоположения, соответствующих точке элемента фиксатора в двумерном пространстве соответствующего изображения 126, 128 относительно локального начала 125 координат.The symbols X, Y, and Z represent the local coordinates of the point of the latch element in real three-dimensional space relative to the spatial origin of the 135 coordinates, and the symbols x and y represent the local coordinates of the location corresponding to the point of the latch element in the two-dimensional space of the corresponding image 126, 128 relative to the local origin 125 coordinates.

Для каждой линии, представляющей соответствующий элемент фиксатора, могут быть созданы две строки матриц A и B. Нижеследующее уравнение представляет значения двух строк, добавленных к матрицам A и B для каждой линии элемента фиксатора (например, осевая линия соответствующей регулируемой по длине стойки 116):For each line representing the corresponding latch element, two rows of matrices A and B can be created. The following equation represents the values of two rows added to the matrices A and B for each line of the latch element (for example, the center line of the corresponding rack 116 adjustable in length):

[ ... ... ... ... X a Y a Z a a d X a d Y a d Z a 0 ... ... ... ... ... ... ... ... X b Y b Z b b d X b d Y b d Z X b 0 ... ... ... ... . ... X c d X c ... ... Y c d Y c ... ... Z c d Z c ... ] p = [ ... c 0 ... ]

Figure 00000004
(6) [ ... ... ... ... X a Y a Z a a d X a d Y a d Z a 0 ... ... ... ... ... ... ... ... X b Y b Z b b d X b d Y b d Z X b 0 ... ... ... ... . ... X c d X c ... ... Y c d Y c ... ... Z c d Z c ... ] p = [ ... - c 0 ... ]
Figure 00000004
(6)

Символы X, Y и Z представляют значения координат местоположения точки, принадлежащей линии элемента фиксатора в реальном трехмерном пространстве относительно пространственного начала 135 координат. Символы dX, dY и dZ представляют значения градиента линии в реальном трехмерном пространстве. Символы a, b и c представляют константы, определяющие линию в двумерном пространстве соответствующего изображения 126, 128. Например, a, b и c могут быть вычислены, используя две точки, принадлежащие линии на соответствующем изображении 126, 128. В предпочтительном варианте осуществления значение b принимается равным 1, если линия не является вертикальной линией, когда значение b равно нулю. Корреляция постоянных a, b и c с соответствующими координатами x и y изображения представляется следующим уравнением:The symbols X, Y, and Z represent the coordinate values of the location of the point belonging to the line of the fixture element in real three-dimensional space relative to the spatial origin 135 of the coordinates. The symbols dX, dY and dZ represent the values of the line gradient in real three-dimensional space. Symbols a, b and c represent constants defining a line in the two-dimensional space of the corresponding image 126, 128. For example, a, b and c can be calculated using two points belonging to the line in the corresponding image 126, 128. In a preferred embodiment, the value of b assumed to be 1 if the line is not a vertical line when the value of b is zero. The correlation of the constants a, b, and c with the corresponding coordinates x and y of the image is represented by the following equation:

а · x+b · y+c=0 (7)a x + b y + c = 0 (7)

Уравнение (2) может быть дополнительно ограниченным использованием шести или более элементов фиксатора, например, регулируемых по длине стоек 116. Следует понимать, что нет необходимости для всех элементов фиксатора быть видимыми в одном из изображений 126, 128, чтобы получить матрицу P. Дополнительно следует понимать, что, если один или более из описанных выше параметров сцены формирования изображений известны, известные параметры могут использоваться, чтобы уменьшить минимальное количество элементов фиксаторов, требующихся для ограничения уравнения (2). Например, такая информация может быть получена от современных систем формирования изображений в заголовках изображения DICOM. Предпочтительно, разложение по особым значениям или способ наименьших квадратов могут использоваться, чтобы решить уравнение (2) для значений вектора p.Equation (2) can be further limited by the use of six or more fixation elements, for example, adjustable along the length of the uprights 116. It should be understood that it is not necessary for all the fixation elements to be visible in one of the images 126, 128 in order to obtain the matrix P. Additionally, understand that if one or more of the above image forming scene parameters is known, known parameters can be used to reduce the minimum number of locking elements required to limit equations (2). For example, such information can be obtained from modern imaging systems in DICOM image headers. Preferably, the special value decomposition or the least squares method can be used to solve equation (2) for the values of the vector p.

На этапе 306C, матрицы преобразования могут разлагаться на параметры сцены формирования изображений. Следующее уравнение может использоваться для связи матрицы P с матрицами E и I:At step 306C, the transformation matrices may be decomposed into image formation scene parameters. The following equation can be used to relate matrix P to matrices E and I:

P=I · E (8)P = I · E (8)

Следует понимать, что, анализируя матрицу P, могут вводиться дополнительные условия. Например, способ, представленный Tsai, описанный в статье "A Versatile Camera Calibration Technique for High- Accuracy 3D Machine Vision Metrology Using of-the-shelf TV Cameras and Lenses", IEEE Journal of Robotics & Automation, RA-3, No. 4, 323-344, август 1987, которая полностью содержится здесь посредством ссылки, может использоваться для коррекции изображений 126, 128 при радиальном искривлении.It should be understood that, by analyzing the matrix P, additional conditions can be introduced. For example, the method presented by Tsai described in "A Versatile Camera Calibration Technique for High-Accuracy 3D Machine Vision Metrology Using of-the-shelf TV Cameras and Lenses", IEEE Journal of Robotics & Automation, RA-3, No. 4, 323-344, August 1987, which is incorporated herein by reference in its entirety, may be used to correct images 126, 128 with radial curvature.

Матрицы E и I содержат параметры сцены формирования изображений. Следующее уравнение представляет композицию матрицы I:Matrices E and I contain the parameters of the imaging scene. The following equation represents the composition of matrix I:

I = [ s x 0 t x 0 s y t y 0 0 1 / f ]

Figure 00000005
(9) I = [ s x 0 - t x 0 s y - t y 0 0 one / f ]
Figure 00000005
(9)

Символы sx и sy представляют значения масштабных коэффициентов координат изображения (например, пиксельные масштабные коэффициенты). Символ f, представляющий фокусное расстояние, соответствует значению самого короткого расстояния между соответствующим источником 130 формирования изображений и плоскостью соответствующего изображения 126, 128. Символы tx и ty представляют координаты основной точки относительно локального начала 125 координат соответствующего изображения 126, 128. Следующее уравнение представляет композицию матрицы E:Symbols sx and sy represent the values of the scale factors of the image coordinates (for example, pixel scale factors). The symbol f representing the focal length corresponds to the value of the shortest distance between the corresponding image forming source 130 and the plane of the corresponding image 126, 128. The symbols tx and ty represent the coordinates of the base point relative to the local origin 125 of the coordinates of the corresponding image 126, 128. The following equation represents the matrix composition E:

E = [ r 1 r 4 r 7 r 2 r 5 r 8 r 3 r 6 r 9 ( r 1 o x + r 2 o y + r 3 o z ) ( r 4 o x + r 5 o y + r 6 o z ) ( r 7 o x + r 8 o y + r 9 o z ) ]

Figure 00000006
(10) E = [ r one r four r 7 r 2 r 5 r 8 r 3 r 6 r 9 - ( r one o x + r 2 o y + r 3 o z ) - ( r four o x + r 5 o y + r 6 o z ) - ( r 7 o x + r 8 o y + r 9 o z ) ]
Figure 00000006
(10)

Символы ox, oy и oz представляют значения положения фиксатора 100 в реальном трехмерном пространстве. Символы r1-r9 описывают ориентацию фиксатора 100. Эти значения могут быть собраны в трехмерную вращательную матрицу R, представленную следующим уравнением:The symbols o x , o y and o z represent the position values of the latch 100 in real three-dimensional space. The symbols r 1 -r 9 describe the orientation of the latch 100. These values can be collected in a three-dimensional rotational matrix R, represented by the following equation:

R = [ r 1 r 2 r 3 r 4 r 5 r 6 r 7 r 8 r 9 ]

Figure 00000007
(11) R = [ r one r 2 r 3 r four r 5 r 6 r 7 r 8 r 9 ]
Figure 00000007
(eleven)

Способы Trucco и Verri, описанные в статье "Introductory Techniques of 3-D Computer Vision", Prentice Hall, 1998, or the method of Hartley, как описано в "Euclidian Reconstruction from Uncalibrated Views", Applications of Invariance in Computer Vision, pages 237-256, Springer Verlag, Berlin Heidelberg, 1994, которые содержатся здесь во всей их полноте, могут использоваться для получения значений E и/или I. Используя результирующие значения матриц E и I, может быть реконструирована полная сцена трехмерного изображения фиксатора 100 и сегментов 102, 104 кости.The Trucco and Verri methods described in Introductory Techniques of 3-D Computer Vision, Prentice Hall, 1998, or the method of Hartley as described in Euclidian Reconstruction from Uncalibrated Views, Applications of Invariance in Computer Vision, pages 237 -256, Springer Verlag, Berlin Heidelberg, 1994, which are contained in their entirety, can be used to obtain the values of E and / or I. Using the resulting values of the matrices E and I, the full three-dimensional scene of the latch 100 and segments 102 can be reconstructed 104 bones.

Например, на фиг. 2 представлен пример сцены получения трехмерного изображения, реконструированного из рентгеновских изображений 126, 128. В показанном варианте осуществления рентгеновское излучение обеспечивается рентгеновскими устройствами 130 формирования изображений. Следует понимать, что рентгеновские устройства 130 формирования изображений могут быть такими же или другими устройствами формирования изображений, которые описаны выше. Рентгеновские лучи, излучаемые устройствами 130 формирования изображений, принимаются соответствующими устройствами формирования изображений, захватывая, таким образом, изображения 126, 128. Предпочтительно, расположение устройств 130 формирования изображений относительно локальных начал 125 координат известно.For example, in FIG. 2 shows an example of a three-dimensional image acquisition scene reconstructed from x-ray images 126, 128. In the shown embodiment, x-ray radiation is provided by x-ray image forming devices 130. It should be understood that the x-ray imaging devices 130 may be the same or other imaging devices as described above. The x-rays emitted by the image forming apparatuses 130 are received by the respective image forming apparatuses, thereby capturing images 126, 128. Preferably, the arrangement of the image forming apparatuses 130 relative to the local origin 125 is known.

На этапе 308 изображения 126, 128 и параметры сцены формирования изображений могут использоваться, чтобы получить положения и/или ориентации сегментов 102, 104 кости в трехмерном пространстве. Полученные данные положения и/или ориентации могут использоваться для разработки плана лечения пациента, например, изменение ориентации и/или положения сломанных первого и второго сегментов 102, 104 кости, чтобы стимулировать сращивание между сегментами 102, 104 кости, как описано ниже более подробно. Следует понимать, что способы и технологии ортопедической фиксации с анализом изображений, описанные здесь, не ограничиваются применением к изменению положения сломанных костей и что ортопедическая фиксация с анализом изображений может использоваться в любом другом типе процедуры фиксации, по мере необходимости, например, для удлинения костей, исправления анатомических дефектов и т.п.At step 308, the images 126, 128 and the parameters of the imaging scene can be used to obtain the position and / or orientation of the bone segments 102, 104 in three-dimensional space. The obtained position and / or orientation data can be used to develop a patient treatment plan, for example, changing the orientation and / or position of the broken first and second bone segments 102, 104 to stimulate fusion between bone segments 102, 104, as described in more detail below. It should be understood that the methods and technologies of orthopedic fixation with image analysis described here are not limited to applying broken bones to repositioning and that orthopedic fixation with image analysis can be used in any other type of fixation procedure, as necessary, for example, to lengthen bones, correction of anatomical defects, etc.

На этапе 308A элементы кости, содержащие представления конкретных участков (например, анатомические признаки) сегментов 102, 104 кости, могут быть идентифицированы и их местоположения в пределах изображений 126, 128 могут быть определены. Предпочтительно, местоположения элементов кости определяются относительно соответствующих локальных начал 125 координат изображений 126, 128. Идентификация элементов кости и определение их соответствующих местоположений могут выполняться хирургом, с помощью программного обеспечения или в любой их комбинации.At step 308A, bone elements containing representations of specific areas (e.g., anatomical features) of bone segments 102, 104 can be identified and their locations within images 126, 128 can be determined. Preferably, the locations of the bone elements are determined relative to the corresponding local origin 125 of the image coordinates 126, 128. The identification of the bone elements and determination of their corresponding locations can be performed by the surgeon, using software or any combination thereof.

Элементы кости могут использоваться при построении трехмерного представления положения и/или ориентации сегментов 102, 104 кости. Предпочтительно, элементы кости легко идентифицировать в изображениях 126, 128. Точки, линии, конические сечения и т. п. или любая их комбинация могут использоваться для описания соответствующих конфигураций элементов кости. Например, в показанном на чертеже варианте осуществления, точки 134 и 136, представляющие сломанные концы 103, 105 сегментов 102, 104 кости, соответственно, идентифицируются как элементы кости в изображениях 126, 128.Bone elements can be used to construct a three-dimensional representation of the position and / or orientation of bone segments 102, 104. Preferably, bone elements are easily identified in images 126, 128. Points, lines, conical sections, etc., or any combination thereof, can be used to describe the corresponding configurations of bone elements. For example, in the embodiment shown, points 134 and 136 representing broken ends 103, 105 of bone segments 102, 104, respectively, are identified as bone elements in images 126, 128.

Элементы кости могут дополнительно содержать элементы маркера, которые имплантируются в сегменты 102, 104 кости до формирования изображений. Элементы маркера могут использоваться в качестве дополнения или вместо описанных выше элементов кости, идентифицированных в изображениях 124, 126. Элементы маркера могут быть выполнены с возможностью улучшенной различимости в изображениях 126, 128, при сравнении с различимостью анатомических признаков сегментов 102, 104 кости. Например, элементы маркера могут быть созданы из непрозрачного для рентгеновского излучения материала или могут быть созданы с легко различимыми конфигурациями.Bone elements may further comprise marker elements that are implanted into bone segments 102, 104 before imaging. Marker elements can be used to complement or instead of the bone elements described above identified in images 124, 126. The marker elements can be made with improved distinguishability in images 126, 128, when compared with the distinguishability of the anatomical features of bone segments 102, 104. For example, marker elements can be created from an opaque material for x-ray radiation or can be created with easily distinguishable configurations.

На этапе 308B трехмерное представление 200 сегментов 102, 104 кости может быть реконструировано. Трехмерное представление может быть создано с соответствующим представлением фиксатора 100 или без него. В показанном варианте осуществления пары линий излучения, таких как линии 138, 140 и 142, 144 излучения могут быть созданы для точек элементов 134, 136 кости, соответственно. Каждая линия излучения соединяет элемент кости в одном из изображений 126, 128 с соответствующим устройством 130 формирования изображений. Каждая пара линий излучения может быть проанализирована для общей точки пересечения, такой как точки 146, 148. Общие точки 146, 148 пересечения представляют соответствующие положения точек элементов 134, 136 кости в трехмерном представлении сегментов 102, 104 кости. Конечно, может быть построено больше, чем пара линий лучей, а именно, множество, например, если захвачены больше, чем два изображения. Если линии луча конкретного набора не пересекаются, точка, ближайшая ко всем линиям лучей в наборе, может использоваться в качестве общей точки пересечения.At step 308B, a three-dimensional representation of 200 bone segments 102, 104 can be reconstructed. A three-dimensional representation may be created with or without the corresponding representation of the latch 100. In the shown embodiment, pairs of emission lines, such as emission lines 138, 140 and 142, 144, can be created for points of bone elements 134, 136, respectively. Each radiation line connects a bone element in one of the images 126, 128 with a corresponding imaging device 130. Each pair of emission lines can be analyzed for a common intersection point, such as points 146, 148. The common intersection points 146, 148 represent the corresponding positions of the points of the bone elements 134, 136 in a three-dimensional representation of the bone segments 102, 104. Of course, more than a pair of ray lines can be constructed, namely, many, for example, if more than two images are captured. If the ray lines of a particular set do not intersect, the point closest to all ray lines in the set can be used as a common intersection point.

Положения и/или ориентации сегментов 102, 104 кости могут быть определены количественно или измерены, используя общие точки пересечения, например, точки 146, 148. Например, линии, представляющие осевые линии сегментов 102, 104 кости могут быть созданы и могут сравниваться с анатомическими осями пациента. Дополнительно, расстояния между сломанными концами 103, 105 сегментов 102, 104 кости могут быть определены количественно. Используя эти или подобные способы, могут быть определены положения и/или ориентации сегментов 102, 104 кости.The positions and / or orientations of the bone segments 102, 104 can be quantified or measured using common intersection points, for example, points 146, 148. For example, lines representing the axial lines of the bone segments 102, 104 can be created and compared with the anatomical axes the patient. Additionally, the distances between the broken ends 103, 105 of the bone segments 102, 104 can be quantified. Using these or similar methods, the positions and / or orientations of bone segments 102, 104 can be determined.

На этапе 310 трехмерное представление 200 может использоваться для определения требующихся изменений в положениях и/или ориентациях сегментов 102, 104 кости, например, как положение сегментов 102, 104 кости может быть изменено относительно друг друга, чтобы стимулировать сращивание между сегментами 102, 104 кости. Например, в показанном варианте осуществления, может потребоваться изменить угловое искривление второго сегмента 104 кости так, чтобы оси L1 и L2 были выровнены, и изменить положение второго сегмента кости так, чтобы сломанные концы 103, 105 сегментов 102, 104 кости упирались друг в друга. Предпочтительно, определение требуемых изменений в положениях и/или ориентациях сегментов 102, 104 кости делается хирургом. В варианте осуществления в качестве примера, линии, представляющие продольные оси L1, L2 первого и второго сегментов 102, 104 кости, могут создаваться в трехмерном представлении, чтобы помочь при определении, какие требуются изменения в положениях и/или ориентациях сегментов 102, 104 кости. При определении требуемых изменений в положениях и/или ориентациях сегментов кости, хирургу может помочь программное обеспечение, такое как компьютерная программа, выполненная с возможностью определения требуемых положений и/или ориентации сегментов 102, 104 кости. Предпочтительно, требуемые изменения в положениях и/или ориентациях сегментов 102, 104 кости определяются относительно пространственного начала 135 координат.At step 310, the three-dimensional representation 200 can be used to determine the required changes in the positions and / or orientations of the bone segments 102, 104, for example, how the position of the bone segments 102, 104 can be changed relative to each other to stimulate splicing between the bone segments 102, 104. For example, in the embodiment shown, it may be necessary to change the angular curvature of the second bone segment 104 so that the axes L1 and L2 are aligned, and to reposition the second bone segment so that the broken ends 103, 105 of the bone segments 102, 104 abut against each other. Preferably, the determination of the desired changes in the positions and / or orientations of the bone segments 102, 104 is done by the surgeon. In an embodiment, as an example, lines representing the longitudinal axes L1, L2 of the first and second bone segments 102, 104 can be created in a three-dimensional view to help determine what changes are required in the positions and / or orientations of the bone segments 102, 104. In determining the desired changes in the positions and / or orientations of the bone segments, the surgeon may be assisted by software such as a computer program configured to determine the required positions and / or orientation of the bone segments 102, 104. Preferably, the desired changes in the positions and / or orientations of the bone segments 102, 104 are determined relative to the spatial origin 135 of the coordinates.

Когда требуемые изменения в положениях и/или ориентациях сегментов 102, 104 кости были определены, может быть определен план лечения для осуществления изменений положения и/или ориентации. В предпочтительном варианте осуществления требуемые изменения в положениях и/или ориентациях сегментов 102, 104 кости могут производиться постепенно, путем ряда более мелких изменений. Положения и/или ориентации сегментов 102, 104 кости могут изменяться, изменяя положения и/или ориентации верхнего и нижнего колец 106, 108 фиксатора относительно друг друга, например, удлиняя или укорачивая регулируемые по длине стойки 116.When the required changes in the positions and / or orientations of the bone segments 102, 104 have been determined, a treatment plan can be determined to effect changes in position and / or orientation. In a preferred embodiment, the desired changes in the positions and / or orientations of the bone segments 102, 104 can be made gradually, by a series of smaller changes. The positions and / or orientations of the bone segments 102, 104 may vary by changing the positions and / or orientations of the upper and lower retainer rings 106, 108 relative to each other, for example, by extending or shortening the struts 116 that are adjustable in length.

На этапе 312 требуемые изменения в геометрии фиксатора 100 (то есть, положение и/или ориентация фиксатора 100), которые могут позволить требуемые изменения в положениях и/или ориентациях сегментов 102, 104 кости, могут быть вычислены, используя матричную алгебру, описанную выше. Например, требуемые изменения положения и/или переориентации второго сегмента 104 кости относительно первого сегмента 102 кости могут быть преобразованы в изменения положения и/или ориентации нижнего кольца 108 фиксатора относительно верхнего кольца 106 фиксатора. Требуемые изменения в геометрии фиксатора могут быть выражены относительно начала 145 координат фиксатора, определенного для ортопедического фиксатора 100. Следует понимать, что начало 145 координат фиксатора не должно совпадать с пространственным началом 135 координат, как видно на показанном варианте осуществления.At step 312, the desired changes in the geometry of the latch 100 (i.e., the position and / or orientation of the latch 100), which can allow the required changes in the positions and / or orientations of the bone segments 102, 104, can be calculated using the matrix algebra described above. For example, desired changes in the position and / or reorientation of the second bone segment 104 relative to the first bone segment 102 can be converted to changes in the position and / or orientation of the lower retainer ring 108 relative to the upper retainer ring 106. The required changes in the geometry of the latch can be expressed relative to the origin of the 145 coordinates of the latch defined for the orthopedic latch 100. It should be understood that the origin of the 145 coordinates of the latch must not coincide with the spatial origin of the 135 coordinates, as can be seen in the shown embodiment.

На этапе 314 может быть осуществлен план лечения, согласно которому положения и/или ориентации сегментов 102, 104 кости могут изменяться, изменяя геометрию фиксатора 100.At 314, a treatment plan can be implemented, according to which the positions and / or orientations of the bone segments 102, 104 can be changed by changing the geometry of the latch 100.

Как описано выше, один или более этапов способа, описанного здесь и показанного на фиг. 3, может выполняться компьютерной программой, программным обеспечением, встроенными программами или другой формой считываемых компьютером инструкций, помещенных на считываемый компьютером носитель данных для выполнения компьютером или процессором. Примеры считываемых компьютером носителей данных могут содержать считываемые компьютером носители данных и считываемые компьютером носители связи. Примерами считываемых компьютером носителей данных являются, в частности, постоянное запоминающее устройство (ROM), оперативное запоминающее устройство (RAM), регистр, кэш-память, полупроводниковые устройства памяти, магнитные носители, такие как встроенные жесткие диски и съемные диски, магнитооптические носители и оптические носители, такие как диски CD-ROM и цифровые универсальные диски (DVD). Примеры считываемых компьютером носителей связи содержат, в частности, электронные сигналы, передаваемые по проводным или беспроводным соединениям.As described above, one or more steps of the method described herein and shown in FIG. 3 may be executed by a computer program, software, firmware, or other form of computer-readable instructions placed on a computer-readable storage medium for execution by a computer or processor. Examples of computer-readable storage media may include computer-readable storage media and computer-readable storage media. Examples of computer-readable storage media are, in particular, read-only memory (ROM), random access memory (RAM), a register, cache memory, semiconductor memory devices, magnetic media such as internal hard drives and removable drives, magneto-optical media and optical media such as CD-ROMs and digital versatile disks (DVDs). Examples of computer-readable media include, in particular, electronic signals transmitted over wired or wireless connections.

Следует понимать, что ортопедическая фиксация с использованием описанной здесь технологии анализа изображений предусматривает не только использование неортогональных изображений, но позволяет также использование перекрывающихся изображений, изображений, захваченных с использованием различных способов формирования изображений, изображений, захваченных при различных настройках и т.п., предоставляя, таким образом, хирургу большую свободу действий по сравнению с существующими способами фиксации и формирования изображений.It should be understood that orthopedic fixation using the image analysis technology described here provides not only the use of non-orthogonal images, but also allows the use of overlapping images, images captured using various image forming methods, images captured at various settings, etc., providing Thus, the surgeon has greater freedom of action compared to existing methods of fixing and imaging.

Дополнительно следует понимать, что способы и технологии, описанные здесь в отношении ортопедической фиксации, могут также использоваться для других применений. Например, устройство механической манипуляции с возможностью изменения положения, такое как параллельный манипулятор, платформа Стюарта и т.п., может иметь присоединенные к нему первый и второй объекты. Устройство манипуляции может быть построено из множества компонентов. Первый и второй объекты могут быть любыми объектами, положение которых и/или выравнивание которых относительно друг друга должны изменяться. Этапы, подобные этапам способа 300 ортопедической фиксации с анализом изображений, могут применяться для реконструкции трехмерного представления первого и второго объектов относительно устройства манипуляции с возможностью изменения положения. Трехмерное представление первого и второго объектов может быть реконструировано и использоваться для определения одного или более изменений геометрии устройства манипулирования, которые, когда осуществляются, могут изменять расположение первого и второго объектов относительно друг друга. Трехмерное представление может реконструироваться, используя соответствующие первое и второе множества параметров сцены формирования изображений, определение местоположения по меньшей мере одного из объектов в первом изображении и определение местоположения элемента по меньшей мере одного из объектов во втором изображении.Additionally, it should be understood that the methods and technologies described herein in relation to orthopedic fixation can also be used for other applications. For example, a mechanical manipulation device with the ability to change position, such as a parallel manipulator, a Stuart platform, etc., may have first and second objects attached to it. A manipulation device can be constructed from a variety of components. The first and second objects can be any objects whose position and / or alignment of which relative to each other must be changed. Steps similar to the steps of the method 300 of orthopedic fixation with image analysis can be used to reconstruct a three-dimensional representation of the first and second objects relative to the manipulation device with the possibility of changing position. The three-dimensional representation of the first and second objects can be reconstructed and used to determine one or more changes in the geometry of the manipulation device, which, when implemented, can change the location of the first and second objects relative to each other. The three-dimensional representation can be reconstructed using the corresponding first and second sets of parameters of the image forming scene, determining the location of at least one of the objects in the first image and determining the location of the element of at least one of the objects in the second image.

Хотя способы ортопедической фиксации с анализом изображений были описаны здесь со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления и/или на предпочтительные способы, следует понимать, что слова, которые были здесь использованы, являются словами описания и иллюстрации, а не словами ограничения, и что объем здесь на соположения относительно друг друга должны меняться рассматриваемого раскрытия не предназначен для ограничения этими подробностями, а скорее предназначен распространяться на все структуры, способы и/или применения описанного здесь способа ортопедической фиксации с анализом изображений. Специалисты в данной области техники, пользующиеся преимуществом принципов настоящего описания, могут внести многочисленные изменения в способ ортопедической фиксации с анализом изображений, описанный здесь, и изменения могут выполняться, не отступая от объема и сущности рассматриваемого раскрытия, например, как приводится в приложенной формуле изобретения.Although orthopedic fixation methods with image analysis have been described herein with reference to preferred embodiments and / or preferred methods, it should be understood that the words that were used here are words of description and illustration, and not words of limitation, and that the scope is here on the positions relative to each other should vary; the disclosure in question is not intended to be limited by these details, but rather is intended to extend to all structures, methods, and / or applications described here is a method of orthopedic fixation with image analysis. Specialists in the art taking advantage of the principles of the present description can make numerous changes to the method of orthopedic fixation with image analysis described here, and changes can be made without departing from the scope and essence of the disclosure, for example, as shown in the attached claims.

Claims (17)

1. Считываемый компьютером носитель данных, имеющий считываемые компьютером инструкции, хранимые на нем, которые, при исполнении одним или более процессорами, выполняют способ анализа изображений ортопедической фиксации, причем способ содержит:
захват, одним или более формирователями изображений, первого и второго двумерных изображений устройства фиксации и первого и второго сегментов кости, прикрепленных к нему, при этом первое изображение захватывают из первой ориентации, а второе изображение захватывают из второй ориентации, которая отличается от первой ориентации;
получение множества параметров сцены формирования изображений на основе сравнения идентифицированных соответствующих местоположений множества элементов фиксатора в первом и втором двумерных изображениях с соответствующими местоположениями множества элементов фиксатора в трехмерном пространстве, при этом множество элементов фиксатора содержат компоненты устройства фиксации, при этом получение множества параметров сцены формирования изображений содержит:
идентификацию соответствующих местоположений множества элементов фиксатора в первом и втором двумерных изображениях;
построение первой и второй матриц преобразования, соответствующих соответственно первому и второму двумерным изображениям с использованием идентифицированных соответствующих местоположений множества элементов фиксатора; и
разложение матриц преобразования на множество параметров сцены формирования изображений; и
восстановление трехмерного представления первого и второго сегментов кости относительно устройства фиксации исходя из множества параметров сцены формирования изображений.
1. A computer-readable storage medium having computer-readable instructions stored on it, which, when executed by one or more processors, perform an orthopedic fixation image analysis method, the method comprising:
capturing, by one or more imaging devices, the first and second two-dimensional images of the fixation device and the first and second bone segments attached to it, wherein the first image is captured from the first orientation and the second image is captured from the second orientation, which differs from the first orientation;
obtaining a plurality of parameters of the image forming scene by comparing the identified respective locations of the plurality of fixer elements in the first and second two-dimensional images with the corresponding locations of the plurality of fixer elements in three-dimensional space, while the plurality of fixer elements contain components of the fixation device, while obtaining the plurality of parameters of the image forming scene :
identifying the respective locations of the plurality of retainer elements in the first and second two-dimensional images;
constructing the first and second transformation matrices corresponding to the first and second two-dimensional images, respectively, using the identified corresponding locations of the plurality of latch elements; and
decomposition of transformation matrices into many parameters of the image formation scene; and
restoration of a three-dimensional representation of the first and second bone segments relative to the fixation device based on the many parameters of the image formation scene.
2. Считываемый компьютером носитель данных по п.1, при этом первая и вторая ориентации не являются ортогональными по отношению друг к другу.2. A computer-readable storage medium according to claim 1, wherein the first and second orientations are not orthogonal with respect to each other. 3. Считываемый компьютером носитель данных по п.1, причем способ дополнительно содержит идентификацию соответствующих местоположений множества элементов кости в первом и втором двумерных изображениях, причем элементы кости содержат анатомические особенности первого и второго сегментов кости.3. The computer-readable storage medium according to claim 1, wherein the method further comprises identifying corresponding locations of a plurality of bone elements in the first and second two-dimensional images, wherein the bone elements contain anatomical features of the first and second bone segments. 4. Считываемый компьютером носитель данных по п.3, при этом трехмерное представление дополнительно восстанавливают исходя из соответствующих местоположений множества элементов кости.4. The computer-readable storage medium according to claim 3, wherein the three-dimensional representation is further restored based on the corresponding locations of the plurality of bone elements. 5. Считываемый компьютером носитель данных по п.1, в котором множество элементов фиксатора содержит элементы-метки, установленные на или встроенные в компоненты устройства фиксации.5. The computer-readable storage medium according to claim 1, wherein the plurality of latch elements comprises tag elements mounted on or integrated into the components of the latch device. 6. Считываемый компьютером носитель данных по п.1, причем способ дополнительно содержит вычисление изменений геометрии для устройства фиксации, причем изменения геометрии представляют изменение положения первого и второго сегментов кости по отношению друг к другу, при этом изменения геометрии реализуют для того, чтобы изменить положение первого и второго сегментов кости по отношению друг к другу.6. The computer-readable storage medium according to claim 1, wherein the method further comprises calculating geometry changes for the fixation device, wherein the geometry changes represent a change in position of the first and second bone segments with respect to each other, wherein the geometry changes are implemented in order to change the position the first and second bone segments in relation to each other. 7. Способ анализа изображений ортопедической фиксации, причем способ содержит:
захват, одним или более формирователями изображений, первого и второго двумерных изображений устройства фиксации и первого и второго сегментов кости, прикрепленных к нему, при этом первое изображение захватывают из первой ориентации, а второе изображение захватывают из второй ориентации, которая отличается от первой ориентации;
получение множества параметров сцены формирования изображений на основе сравнения идентифицированных соответствующих местоположений множества элементов фиксатора в первом и втором двумерных изображениях с соответствующими местоположениями множества элементов фиксатора в трехмерном пространстве, при этом множество элементов фиксатора содержат компоненты устройства фиксации, при этом получение множества параметров сцены формирования изображений содержит:
идентификацию соответствующих местоположений множества элементов фиксатора в первом и втором двумерных изображениях;
построение первой и второй матриц преобразования, соответствующих соответственно первому и второму двумерным изображениям с использованием идентифицированных соответствующих местоположений множества элементов фиксатора; и
разложение матриц преобразования на параметры сцены формирования изображений; и
восстановление трехмерного представления первого и второго сегментов кости относительно устройства фиксации исходя из множества параметров сцены формирования изображений.
7. A method for analyzing orthopedic fixation images, the method comprising:
capturing, by one or more imaging devices, the first and second two-dimensional images of the fixation device and the first and second bone segments attached to it, wherein the first image is captured from the first orientation and the second image is captured from the second orientation, which differs from the first orientation;
obtaining a plurality of parameters of the image forming scene by comparing the identified respective locations of the plurality of fixer elements in the first and second two-dimensional images with the corresponding locations of the plurality of fixer elements in three-dimensional space, while the plurality of fixer elements contain components of the fixation device, while obtaining the plurality of parameters of the image forming scene :
identifying the respective locations of the plurality of retainer elements in the first and second two-dimensional images;
constructing the first and second transformation matrices corresponding to the first and second two-dimensional images, respectively, using the identified corresponding locations of the plurality of latch elements; and
decomposition of transformation matrices into parameters of the image formation scene; and
restoration of a three-dimensional representation of the first and second bone segments relative to the fixation device based on the many parameters of the image formation scene.
8. Способ по п.7, в котором первая и вторая ориентации не являются ортогональными по отношению друг к другу.8. The method according to claim 7, in which the first and second orientations are not orthogonal with respect to each other. 9. Способ по п.7, дополнительно содержащий идентификацию соответствующих местоположений множества элементов кости в первом и втором двумерных изображениях, причем элементы кости содержат анатомические особенности первого и второго сегментов кости.9. The method according to claim 7, further comprising identifying the corresponding locations of the plurality of bone elements in the first and second two-dimensional images, wherein the bone elements contain anatomical features of the first and second bone segments. 10. Способ по п.9, в котором трехмерное представление дополнительно восстанавливают исходя из соответствующих местоположений множества элементов кости.10. The method of claim 9, wherein the three-dimensional representation is further restored based on the corresponding locations of the plurality of bone elements. 11. Способ по п.7, в котором множество элементов фиксатора содержит элементы-метки, установленные на или встроенные в компоненты устройства фиксации.11. The method according to claim 7, in which the plurality of latch elements comprises label elements mounted on or integrated into the components of the latch device. 12. Способ по п.7, дополнительно содержащий вычисление изменений геометрии для устройства фиксации, причем изменения геометрии представляют изменение положения первого и второго сегментов кости по отношению друг к другу, при этом изменения геометрии реализуют для того, чтобы изменить положение первого и второго сегментов кости по отношению друг к другу.12. The method according to claim 7, further comprising calculating geometry changes for the fixation device, wherein the geometry changes represent a change in position of the first and second bone segments with respect to each other, wherein the geometry changes are implemented in order to change the position of the first and second bone segments in relation to each other. 13. Считываемый компьютером носитель данных, имеющий считываемые компьютером инструкции, хранимые на нем, которые, при исполнении одним или более процессорами, выполняют способ анализа изображений ортопедической фиксации, причем способ содержит:
получение первого и второго двумерных изображений устройства фиксации и первого и второго сегментов кости, прикрепленных к нему, при этом первое изображение захватывают из первой ориентации, а второе изображение захватывают из второй ориентации, которая отличается от первой ориентации;
получение множества параметров сцены формирования изображений на основе сравнения идентифицированных соответствующих местоположений множества элементов фиксатора в первом и втором двумерных изображениях с соответствующими местоположениями множества элементов фиксатора в трехмерном пространстве, при этом множество элементов фиксатора содержат компоненты устройства фиксации, при этом получение множества параметров сцены формирования изображений содержит:
идентификацию соответствующих местоположений множества элементов фиксатора в первом и втором двумерных изображениях;
построение первой и второй матриц преобразования, соответствующих соответственно первому и второму двумерным изображениям с использованием идентифицированных соответствующих местоположений множества элементов фиксатора; и
разложение матриц преобразования на параметры сцены формирования изображений; и
восстановление трехмерного представления первого и второго сегментов кости относительно устройства фиксации исходя из множества параметров сцены формирования изображений.
13. A computer-readable storage medium having computer-readable instructions stored on it, which, when executed by one or more processors, perform an orthopedic fixation image analysis method, the method comprising:
obtaining the first and second two-dimensional images of the fixation device and the first and second bone segments attached to it, wherein the first image is captured from the first orientation, and the second image is captured from the second orientation, which differs from the first orientation;
obtaining a plurality of parameters of the image forming scene by comparing the identified respective locations of the plurality of fixer elements in the first and second two-dimensional images with the corresponding locations of the plurality of fixer elements in three-dimensional space, while the plurality of fixer elements contain components of the fixation device, while obtaining the plurality of parameters of the image forming scene :
identifying the respective locations of the plurality of retainer elements in the first and second two-dimensional images;
constructing the first and second transformation matrices corresponding to the first and second two-dimensional images, respectively, using the identified corresponding locations of the plurality of latch elements; and
decomposition of transformation matrices into parameters of the image formation scene; and
restoration of a three-dimensional representation of the first and second bone segments relative to the fixation device based on the many parameters of the image formation scene.
14. Считываемый компьютером носитель данных по п.13, в котором первая и вторая ориентации не являются ортогональными по отношению друг к другу.14. The computer-readable storage medium of claim 13, wherein the first and second orientations are not orthogonal to one another. 15. Считываемый компьютером носитель данных по п.13, причем способ дополнительно содержит идентификацию соответствующих местоположений множества элементов кости в первом и втором двумерных изображениях, причем элементы кости содержат анатомические особенности первого и второго сегментов кости, при этом трехмерное представление дополнительно восстанавливают исходя из соответствующих местоположений множества элементов кости.15. The computer-readable medium according to claim 13, wherein the method further comprises identifying corresponding locations of a plurality of bone elements in the first and second two-dimensional images, wherein the bone elements contain anatomical features of the first and second bone segments, wherein the three-dimensional representation is further restored based on the corresponding locations many bone elements. 16. Считываемый компьютером носитель данных по п.13, при этом множество элементов фиксатора содержит элементы-метки, установленные на или встроенные в компоненты устройства фиксации.16. The computer-readable storage medium according to claim 13, wherein the plurality of latch elements comprise tag elements mounted on or integrated into the components of the latch device. 17. Считываемый компьютером носитель данных по п.13, причем способ дополнительно содержит вычисление изменений геометрии для устройства фиксации, причем изменения геометрии представляют изменение положения первого и второго сегментов кости по отношению друг к другу, при этом изменения геометрии реализуют для того, чтобы изменить положение первого и второго сегментов кости по отношению друг к другу. 17. The computer-readable medium according to claim 13, wherein the method further comprises calculating geometry changes for the fixation device, wherein the geometry changes represent a change in position of the first and second bone segments with respect to each other, wherein the geometry changes are implemented in order to change the position the first and second bone segments in relation to each other.
RU2012147835/14A 2010-05-19 2011-05-19 Orthopedic fixation with imagery analysis RU2588316C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB1008281.6A GB201008281D0 (en) 2010-05-19 2010-05-19 Indirect analysis and manipulation of objects
GB1008281.6 2010-05-19
PCT/US2011/037128 WO2011146703A1 (en) 2010-05-19 2011-05-19 Orthopedic fixation with imagery analysis

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016120275A Division RU2016120275A (en) 2010-05-19 2011-05-19 ORTHOPEDIC FIXATION USING ANALYSIS OF IMAGES

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012147835A RU2012147835A (en) 2014-06-27
RU2588316C2 true RU2588316C2 (en) 2016-06-27

Family

ID=

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4630203A (en) * 1983-12-27 1986-12-16 Thomas Szirtes Contour radiography: a system for determining 3-dimensional contours of an object from its 2-dimensional images

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4630203A (en) * 1983-12-27 1986-12-16 Thomas Szirtes Contour radiography: a system for determining 3-dimensional contours of an object from its 2-dimensional images

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Т.А. Ларионова и др. "Рентгеновская абсорбциометрия в анализе минеральной плотности костной ткани у ортопедотравматологических больных", Гений Ортопедии N 3, 2009 г, с.с.98-99. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11896313B2 (en) Orthopedic fixation with imagery analysis
JP7204663B2 (en) Systems, apparatus, and methods for improving surgical accuracy using inertial measurement devices
JP4505333B2 (en) How to use a fixator device
US20190000564A1 (en) System and method for medical imaging
CN105051786B (en) Method for determining the position of an object using projections of markers or struts
EP2323101A2 (en) Method for 3D spine and full 3D trunk imaging fusion in standing position
JP2024109555A (en) Method and system for registering radiological images and three-dimensional models of external fixation devices - Patents.com
EP3694438B1 (en) Determining a target position of an x-ray device
JP2019516492A (en) Motion Compensation of Hybrid X-ray / Camera Intervention
Esfandiari et al. A fast, accurate and closed-form method for pose recognition of an intramedullary nail using a tracked C-arm
RU2588316C2 (en) Orthopedic fixation with imagery analysis
Zhang et al. SIFT algorithm-based 3D pose estimation of femur
Oentoro et al. High-accuracy registration of intraoperative CT imaging
CN117078630A (en) Space positioning method and device for X-ray image based on navigation scale
Browbank Intraoperative registration for robotic-assisted orthopaedic surgery: a digital X-ray photogrammetry based technique