RU2588316C2 - Orthopedic fixation with imagery analysis - Google Patents
Orthopedic fixation with imagery analysis Download PDFInfo
- 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
Links
- 230000000399 orthopedic Effects 0.000 title claims description 35
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title abstract 2
- 210000000988 Bone and Bones Anatomy 0.000 claims abstract description 107
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 56
- 230000001131 transforming Effects 0.000 claims abstract description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 24
- 238000003703 image analysis method Methods 0.000 claims description 3
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 abstract description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 210000001519 tissues Anatomy 0.000 description 11
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 10
- 239000000789 fastener Substances 0.000 description 6
- 239000000834 fixative Substances 0.000 description 6
- 206010017076 Fracture Diseases 0.000 description 4
- 210000001503 Joints Anatomy 0.000 description 4
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 208000010392 Bone Fractures Diseases 0.000 description 2
- 230000000295 complement Effects 0.000 description 2
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 2
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 2
- 210000003414 Extremities Anatomy 0.000 description 1
- 241000238631 Hexapoda Species 0.000 description 1
- 208000006670 Multiple Fracture Diseases 0.000 description 1
- 238000000701 chemical imaging Methods 0.000 description 1
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002594 fluoroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000003331 infrared imaging Methods 0.000 description 1
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 1
- 230000011164 ossification Effects 0.000 description 1
- 238000002601 radiography Methods 0.000 description 1
- 238000004805 robotic Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
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
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
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
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
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
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-
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
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-
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
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
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
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
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
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.
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
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
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
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
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-
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
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
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)
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):
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
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
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
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
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
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
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:
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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)
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.
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.
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.
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)
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)
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)
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 |