用于整形外科手術(shù)計(jì)劃的特征驅(qū)動(dòng)的基于規(guī)則的構(gòu)架的制作方法
【專利摘要】在工作流構(gòu)架工作中，整形術(shù)中外科手術(shù)計(jì)劃的設(shè)計(jì)過程(24)和/或個(gè)性化切割導(dǎo)向和/或種植體的設(shè)計(jì)(40)是自動(dòng)化的。通過操作序列來對(duì)抽象的規(guī)則編腳本(26)以改變(36)骨表面或模型從而適配種植體。利用針對(duì)特定患者的骨信息，適當(dāng)?shù)姆N植體和切割系列利用規(guī)則而被確定(34)。相應(yīng)的切割導(dǎo)向可以適配(42)針對(duì)特定患者的骨信息。骨替換種植體的外科手術(shù)計(jì)劃(24)是自動(dòng)執(zhí)行的。
【專利說明】用于整形外科手術(shù)計(jì)劃的特征驅(qū)動(dòng)的基于規(guī)則的構(gòu)架
[0001]相關(guān)申請
[0002]本專利文件按照35U.S.C.§ 119(e)要求2012年5月3日提交的美國臨時(shí)專利申請序列號(hào)N0.61/642，065的權(quán)益，其通過引用結(jié)合在本申請中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本公開內(nèi)容一般地涉及整形外科手術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及自動(dòng)計(jì)劃輔助。

【背景技術(shù)】
[0004]在整形外科手術(shù)期間，外科醫(yī)生修剪骨的病理部分并且用種植體替代病理部分。兩個(gè)主要因素影響骨外科手術(shù)的最終結(jié)果一外科醫(yī)生準(zhǔn)確移除病理的骨段同時(shí)保持健康的骨完好無損的能力以及外科醫(yī)生用最優(yōu)匹配種植體替代病理的骨段的能力。為了以最小的切口進(jìn)行外科手術(shù)，在患者特定的切割導(dǎo)向的幫助下對(duì)骨進(jìn)行修剪。導(dǎo)向包括用于準(zhǔn)確地執(zhí)行參考切割的一個(gè)或更多個(gè)槽溝和一些界標(biāo)。在外科手術(shù)計(jì)劃階段，設(shè)計(jì)個(gè)性化切割導(dǎo)向，并且由外科醫(yī)生和設(shè)計(jì)者創(chuàng)建如下外科手術(shù)計(jì)劃:其利用參考切割及任何其他切割來限定外科手術(shù)種植體的最優(yōu)放置。然后，計(jì)劃引導(dǎo)外科醫(yī)生在執(zhí)行對(duì)骨的初始切割后放置種植體。
[0005]由有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者在計(jì)劃階段執(zhí)行對(duì)患者特定的切割導(dǎo)向的設(shè)計(jì)以及對(duì)外科手術(shù)計(jì)劃的構(gòu)建。為此，設(shè)計(jì)者遵循在預(yù)先核準(zhǔn)的工作指令中限定的一組操作。在多數(shù)情況下，由監(jiān)管機(jī)構(gòu)預(yù)先核準(zhǔn)外科手術(shù)計(jì)劃程序，并且設(shè)計(jì)者必須嚴(yán)格遵循經(jīng)核準(zhǔn)的程序中指定的規(guī)則。為此，切割導(dǎo)向的設(shè)計(jì)者依靠交互式、手動(dòng)的、3D建模軟件來創(chuàng)建切割導(dǎo)向。然而，該手動(dòng)設(shè)計(jì)過程導(dǎo)致了設(shè)計(jì)時(shí)間增加、缺乏可重復(fù)性、一致性降低并且潛在地導(dǎo)致無意地偏尚預(yù)先核準(zhǔn)的程序。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]作為介紹，下面描述的優(yōu)選實(shí)施方式包括用于整形外科手術(shù)計(jì)劃的方法、系統(tǒng)、指令及計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。整形外科手術(shù)計(jì)劃的設(shè)計(jì)過程和/或?qū)€(gè)性化切割導(dǎo)向的設(shè)計(jì)在工作流程構(gòu)架中是自動(dòng)的。通過使適合種植體的骨表面或模型改變的操作序列來撰寫抽象規(guī)貝IJ的腳本。利用特定患者的骨信息，適當(dāng)?shù)姆N植體和系列切割是利用規(guī)則來被確定的。相應(yīng)的切割導(dǎo)向可以適配特定患者的骨信息。骨替換種植的外科手術(shù)計(jì)劃是自動(dòng)執(zhí)行的。
[0007]在第一方面，提供了用于整形外科手術(shù)計(jì)劃的方法。提供對(duì)表面的整形外科手術(shù)的規(guī)則的知識(shí)庫。獲得表示骨、種植體或切割導(dǎo)向的表面。處理器選擇知識(shí)庫中的第一規(guī)貝U，識(shí)別針對(duì)第一規(guī)則的至少一個(gè)解剖學(xué)特征，檢測表面的至少一個(gè)解剖學(xué)特征，根據(jù)第一規(guī)則和至少一個(gè)解剖學(xué)特征來限定對(duì)表面的改變，根據(jù)改變來改變表面，從而產(chǎn)生第一被改變表面，以及參考第一被改變表面輸出指示種植體的參考計(jì)劃。處理器還根據(jù)第一被改變表面而生成切割導(dǎo)向模型。切割導(dǎo)向模型指示相對(duì)于第一被改變表面的骨上的切割位置。
[0008]在第二方面，非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有表示能夠由編程處理器執(zhí)行的用于整形外科手術(shù)計(jì)劃的指令的數(shù)據(jù)。該存儲(chǔ)介質(zhì)包括用于如下操作的指令:通過表示基于解剖學(xué)特征對(duì)幾何形狀進(jìn)行改變的工作指令來進(jìn)行排序、響應(yīng)于排序而生成針對(duì)患者的整形外科手術(shù)計(jì)劃、相對(duì)于患者的骨而對(duì)種植體放置進(jìn)行建模、以及設(shè)計(jì)針對(duì)患者的骨的切割導(dǎo)向。
[0009]在第三方面，非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有表示能夠由編程處理器執(zhí)行的用于整形外科手術(shù)計(jì)劃的指令的數(shù)據(jù)。該存儲(chǔ)介質(zhì)包括用于如下操作的指令:自動(dòng)創(chuàng)建用于植入患者的骨中的特定于患者的改變的外科手術(shù)計(jì)劃，以及自動(dòng)設(shè)計(jì)針對(duì)改變的切割導(dǎo)向，其中該切割導(dǎo)向?qū)颊呤翘囟ǖ摹?br> [0010]在下述權(quán)利要求中限定了本發(fā)明，并且該章節(jié)不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是對(duì)那些權(quán)利要求的限制。本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)在下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方式討論并且隨后可以單獨(dú)地或組合地被要求保護(hù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]部件和附圖不一定按比例繪制，而是強(qiáng)調(diào)被設(shè)置用于說明本發(fā)明的原理。而且，在附圖中，貫穿不同的視圖，相似的附圖標(biāo)記表示相應(yīng)的部分。
[0012]圖1是用于自動(dòng)化整形外科手術(shù)計(jì)劃的系統(tǒng)的簡化框圖；
[0013]圖2示出了根據(jù)實(shí)施方式的自動(dòng)化整形外科手術(shù)計(jì)劃的概要；
[0014]圖3是用于自動(dòng)化整形外科手術(shù)計(jì)劃的方法的一個(gè)實(shí)施方式的流程圖；
[0015]圖4是用于生成整形外科手術(shù)計(jì)劃的方法的實(shí)施方式的流程圖；以及
[0016]圖5示出了參照股骨的示例性外科手術(shù)計(jì)劃。

【具體實(shí)施方式】
[0017]特征驅(qū)動(dòng)的基于規(guī)則的構(gòu)架使整形外科手術(shù)計(jì)劃自動(dòng)化。2D建模構(gòu)架自動(dòng)創(chuàng)建切割導(dǎo)向和外科手術(shù)計(jì)劃。患者骨幾何形狀和相對(duì)于骨所限定的一組解剖學(xué)特征與過程特定的工作指令相結(jié)合。工作指令表示用于特定外科手術(shù)的處理。用專業(yè)知識(shí)將工作指令抽象成取決于知識(shí)庫中的機(jī)器可解釋的規(guī)則的特征。然后，由形狀建模器應(yīng)用一組解剖學(xué)特征來確定有形種植體放置和切割導(dǎo)向設(shè)計(jì)操作。順次進(jìn)行這些操作以執(zhí)行種植體計(jì)劃。通過腳本語言事先限定整個(gè)外科手術(shù)計(jì)劃工作流，從而經(jīng)由可編寫腳本的規(guī)則來產(chǎn)生靈活的定制化自動(dòng)操作，提供了用不同的整形外科手術(shù)實(shí)現(xiàn)的多用途?？梢詼p少或消除單調(diào)乏味的手動(dòng)干預(yù)，同時(shí)提供準(zhǔn)確度和可再現(xiàn)性。遵循預(yù)先核準(zhǔn)的、監(jiān)管的工作流會(huì)是更可行的。
[0018]整形外科手術(shù)計(jì)劃包括對(duì)個(gè)性化切割導(dǎo)向的自動(dòng)設(shè)計(jì)和特定于患者的外科手術(shù)計(jì)劃。對(duì)來自實(shí)際工作指令手冊的抽象規(guī)則進(jìn)行編碼。系統(tǒng)利用這些規(guī)則來自動(dòng)檢測關(guān)于特定患者的骨的模型的特征和界標(biāo)。所檢測的特征和界標(biāo)與抽象的規(guī)則相結(jié)合以限定有形種植體放置操作、虛擬骨切割平面、外科手術(shù)計(jì)劃及針對(duì)給定患者個(gè)性化定制的一個(gè)或多個(gè)切割導(dǎo)向。外科手術(shù)計(jì)劃示出了如何進(jìn)行切割以及如何使用針對(duì)患者的切割導(dǎo)向和種植體。
[0019]特征驅(qū)動(dòng)個(gè)性化是自動(dòng)的、可重復(fù)的且與該工作流程自動(dòng)化是一致的。外科醫(yī)生、設(shè)計(jì)者、制造商或其他計(jì)劃者可以受益于自動(dòng)計(jì)劃，這是因?yàn)闇p少的計(jì)劃時(shí)間和/或更可靠的導(dǎo)向設(shè)計(jì)?；颊呖梢允芤嬗诟鼫?zhǔn)確的切割和種植體放置。種植體的制造商可以受益于更準(zhǔn)確地確定要使用的適當(dāng)?shù)姆N植體。切割導(dǎo)向的制造商可以受益于更準(zhǔn)確且特定的設(shè)計(jì)。為任何一個(gè)或更多個(gè)用戶提供自動(dòng)設(shè)計(jì)方案，以提供設(shè)計(jì)的可重復(fù)性和一致性以及減少時(shí)間。用于使工作指令數(shù)字化的平臺(tái)使用戶能夠以工作指令的機(jī)器可解釋腳本的形式實(shí)現(xiàn)整個(gè)外科手術(shù)計(jì)劃和切割導(dǎo)向設(shè)計(jì)過程。
[0020]圖1示出了用于自動(dòng)化整形外科手術(shù)計(jì)劃的示例性系統(tǒng)或平臺(tái)。如所示的系統(tǒng)表示計(jì)算機(jī)、膝上型電腦、平板電腦、工作站、服務(wù)器或其他處理設(shè)備。外科醫(yī)生、制造商、設(shè)計(jì)者或其他用戶針對(duì)自動(dòng)化計(jì)劃和/或切割導(dǎo)向設(shè)計(jì)而操作系統(tǒng)。在替選實(shí)施方式中，系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)其中客戶請求計(jì)劃或設(shè)計(jì)的客戶端-服務(wù)器布置的網(wǎng)絡(luò)的一部分，并且一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器提供自動(dòng)化計(jì)劃或設(shè)計(jì)功能。
[0021]系統(tǒng)包括處理器12，存儲(chǔ)器14及顯示器16。另外，可以設(shè)置不同的部件或者更少的部件。例如，設(shè)置用戶輸入、網(wǎng)絡(luò)接口和/或多個(gè)處理器。
[0022]顯示器16是CRT、IXD、平板、等離子體、投影儀、打印機(jī)及其組合或者任何其他的當(dāng)前已知的或隨后開發(fā)的顯示器。顯示器16利用圖形處理單元或其他硬件或軟件來生成以Cartesian(笛卡爾)或其他協(xié)作格式的黑色和白色或彩色像素，用于呈現(xiàn)圖形用戶接口、外科手術(shù)計(jì)劃、種植體模型、種植體圖像、切割導(dǎo)向模型、切割導(dǎo)向圖像、骨圖像或其組合。在替選或附加的實(shí)施方式中，將計(jì)劃和/或模型輸出至存儲(chǔ)器14，不同的存儲(chǔ)器，或者通過網(wǎng)絡(luò)而傳送。
[0023]存儲(chǔ)器14存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，如知識(shí)庫、規(guī)則、腳本、模型參數(shù)、其他模型信息、特征檢測器、醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)(例如，分段的骨信息)、骨模型、種植體模型、切割導(dǎo)向模型、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)工具或用于整形外科手術(shù)計(jì)劃和切割導(dǎo)向設(shè)計(jì)的其他信息?？梢源鎯?chǔ)其他數(shù)據(jù)。
[0024]替選地或另外，存儲(chǔ)器14是非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其存儲(chǔ)表示能夠由編程處理器執(zhí)行的、用于自動(dòng)化整形外科手術(shù)計(jì)劃的指令的數(shù)據(jù)。用于實(shí)現(xiàn)此處所討論的過程、方法和/或技術(shù)的指令被設(shè)置在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)或存儲(chǔ)器上，例如緩存、緩沖器、RAM、可移除介質(zhì)、硬驅(qū)或其他計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)包括各種類型的易失性存儲(chǔ)介質(zhì)和非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)。響應(yīng)于一組或更多組存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中或上的指令來執(zhí)行此處所描述的或圖中所顯示的功能、動(dòng)作或任務(wù)。功能、動(dòng)作或任務(wù)與特定類型的指令組、存儲(chǔ)介質(zhì)、處理器或處理策略無關(guān)，并且可以由軟件、硬件、集成電路、固件、微型編碼等以單獨(dú)工作或組合工作的方式來執(zhí)行。同樣，處理策略可以包括多處理、多任務(wù)、并行處理等。
[0025]在一個(gè)實(shí)施方式中，指令被存儲(chǔ)在用于由本地系統(tǒng)或遠(yuǎn)程系統(tǒng)讀取的可移除介質(zhì)設(shè)備上。在其他實(shí)施方式中，指令被存儲(chǔ)在通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或在電話線路上傳送的遠(yuǎn)程位置。在又另一些實(shí)施方式中，指令被存儲(chǔ)在給定的計(jì)算機(jī)、CPU、GPU或系統(tǒng)內(nèi)。
[0026]處理器12是通用處理器，專用集成電路、數(shù)字信號(hào)處理器、現(xiàn)場可編程門陣列、多處理器、模擬電路、數(shù)字電路、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、圖形處理單元及其組合或者其他當(dāng)前已知的或隨后開發(fā)的、用于執(zhí)行自動(dòng)化工作流的設(shè)備。用戶可以輸入激活命令，選擇患者，選擇患者骨數(shù)據(jù)，選擇外科手術(shù)程序或以否則發(fā)起工作流，但是處理器12在沒有進(jìn)一步用戶輸入的情況下通過規(guī)則進(jìn)行排序并且生成外科手術(shù)計(jì)劃和/或切割導(dǎo)向設(shè)計(jì)。在替選實(shí)施方式中，用戶可以在工作流期間在不同的點(diǎn)確認(rèn)和/或改變工作流的操作。
[0027]處理器12使用抽象的工作指令和專業(yè)知識(shí)用于自動(dòng)化工作流。工作指令和知識(shí)作為特征相關(guān)的機(jī)器可解釋規(guī)則而被存儲(chǔ)在知識(shí)庫中。一旦設(shè)計(jì)規(guī)則已經(jīng)被實(shí)現(xiàn)并且被饋送到系統(tǒng)中，處理器12就順次地執(zhí)行針對(duì)給定外科手術(shù)的規(guī)則并且利用在解剖學(xué)上感知的CAD工具來自動(dòng)確定設(shè)計(jì)和/或計(jì)劃操作。
[0028]通過內(nèi)置特征檢測而納入解剖學(xué)感知。處理器12實(shí)現(xiàn)具有一組解剖學(xué)特征的形狀建模器，以確定有形種植體放置和切割導(dǎo)向設(shè)計(jì)操作。給定以幾何數(shù)據(jù)的形式的新患者的解剖結(jié)構(gòu)(即特定于患者的骨形狀)，處理器12處理腳本。腳本利用解剖學(xué)特征來唯一地確定如何執(zhí)行計(jì)劃和切割導(dǎo)向設(shè)計(jì)。給定骨幾何形狀的代表性特征被檢測并且被利用以限定對(duì)種植體和/或切割的選擇及放置的各種測量。
[0029]處理器12可以針對(duì)骨段或關(guān)節(jié)的最佳對(duì)準(zhǔn)而自動(dòng)查找在骨上的最佳適配和最優(yōu)放置的種植體的最優(yōu)尺寸。通過經(jīng)由規(guī)則順次地處理，執(zhí)行種植體計(jì)劃。通過借助腳本語言限定整個(gè)外科手術(shù)計(jì)劃工作流，可以限制或避免單調(diào)乏味的手動(dòng)干預(yù)。工作流提供對(duì)種植體和/或切割導(dǎo)向的設(shè)計(jì)。除了對(duì)這些工具進(jìn)行建模，處理器12還提供外科手術(shù)計(jì)劃，其用作關(guān)于如何實(shí)際上執(zhí)行外科手術(shù)的對(duì)外科醫(yī)生的導(dǎo)向。規(guī)則可以以相關(guān)的方式提供關(guān)于相鄰骨的計(jì)劃?？梢蕴砑佣鄠€(gè)種植體，所以規(guī)則處理彼此相鄰的多個(gè)骨。
[0030]圖2示出了由處理器12實(shí)現(xiàn)的工作流和相應(yīng)的處理引擎。工作流包括知識(shí)庫50和形狀建模器51。知識(shí)庫50包括工作指令52、規(guī)則54及腳本56。形狀建模器51包括腳本解釋器58、成形引擎60、CAD工具62及特征檢測器64。另外，可以設(shè)置不同的部件或者更少的部件。
[0031]知識(shí)庫50代表關(guān)于外科手術(shù)程序的信息。工作指令52可以被認(rèn)為是知識(shí)庫的一部分或者可以是包括在知識(shí)庫數(shù)據(jù)中作為規(guī)則54的概念信息。類似地，規(guī)則54可以不包括在知識(shí)庫中，而是在創(chuàng)建由形狀建模器51使用的腳本56中使用。
[0032]成形引擎60可以包括腳本解釋器58，而不是與其分離。可以使用僅一個(gè)、兩個(gè)或更多個(gè)不同的特征檢測器64。特征檢測器64是檢測應(yīng)用軟件或者是指設(shè)置在一個(gè)或更多個(gè)分離的系統(tǒng)中的應(yīng)用，例如圖片存檔及通信系統(tǒng)(PACS)或醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)。類似地，可以納入任何數(shù)量的CAD工具62。CAD工具62包括CAD應(yīng)用或是設(shè)置在分離的系統(tǒng)中的CAD應(yīng)用參考。
[0033]手動(dòng)地，對(duì)切割導(dǎo)向和外科手術(shù)計(jì)劃的設(shè)計(jì)是限定在過程工作指令中的步進(jìn)方式的過程。在圖2的方法中，通過對(duì)構(gòu)架建模而使過程自動(dòng)化。描述性工作指令被轉(zhuǎn)換成機(jī)器可解釋的、可編寫腳本的規(guī)則。規(guī)則被限定在知識(shí)庫50中指定的腳本56中。工作流系統(tǒng)利用腳本56和/或規(guī)則54而被預(yù)加載以實(shí)現(xiàn)工作流。一旦由監(jiān)管機(jī)構(gòu)核準(zhǔn)，對(duì)腳本的實(shí)現(xiàn)/設(shè)計(jì)就被脫機(jī)完成并且被固定。在外科手術(shù)計(jì)劃期間對(duì)于患者而言，腳本56通過腳本解釋器58饋送到系統(tǒng)中，腳本解釋器58又被嵌入形狀建模器51中或?qū)⑿畔佀椭列螤罱Ｆ?1。
[0034]形狀建模器51利用按照腳本56的指示而被自動(dòng)調(diào)用的CAD工具62來設(shè)計(jì)表面或形狀。表面成形引擎60與腳本解釋器58進(jìn)行交互從而為成形引擎60順次地饋送來自數(shù)字化工作流的規(guī)則。每個(gè)規(guī)則r被轉(zhuǎn)換成由特征限定的操作T/(r)。特征檢測器64被調(diào)用以確定相對(duì)于骨的定位，從而利用與外科手術(shù)工作指令52對(duì)應(yīng)的CAD工具62來實(shí)現(xiàn)用于改變骨、種植體和/或切割導(dǎo)向的操作。通過腳本解釋器58來確保對(duì)腳本56的順次執(zhí)行，腳本解釋器58解析規(guī)則54并且保持?jǐn)?shù)字化工作流中的當(dāng)前規(guī)則的狀態(tài)。
[0035]工作流用于任何整形外科手術(shù)。外科手術(shù)可以是用于移除骨而沒有種植體。例如，工作流提供計(jì)劃和切割導(dǎo)向設(shè)計(jì)，而沒有種植體。外科手術(shù)可以是用于計(jì)劃而沒有切割導(dǎo)向設(shè)計(jì)。外科手術(shù)可以是用于設(shè)計(jì)種植體而沒有切割導(dǎo)向或沒有骨移除。工作流可以用于選擇要使用的種植體的類型(例如式樣)和/或尺寸。外科手術(shù)可以包括對(duì)僅一個(gè)骨的改變或者對(duì)相連的或相鄰的骨的改變。連接用于指示互操作性或者是共用關(guān)節(jié)的一部分。
[0036]可以涉及任何骨。為了進(jìn)行說明，針對(duì)全膝替代種植體和相應(yīng)的外科手術(shù)來說明構(gòu)架。工作流可以通過使知識(shí)庫和特征檢測器適應(yīng)外科手術(shù)或骨而被用于其他外科手術(shù)或者用于其他骨。
[0037]在全膝替代外科手術(shù)期間，外科醫(yī)生利用切割(例如三個(gè)不同的平面切割A(yù)、B及C)來修剪骨。接著，外科醫(yī)生利用正確類型和尺寸的種植體來替代骨的被移除部分。通常，同時(shí)插入脛骨種植體和股骨種植體二者。參考切割的準(zhǔn)確度對(duì)于患者的康復(fù)是重要的，這是因?yàn)榍懈畲_定了骨的對(duì)準(zhǔn)以及骨壁上的壓力。例如，如果切割A(yù)太深，則腿可能變得太短。如果定向偏離，則股骨種植體不可以與脛骨種植體完全對(duì)準(zhǔn)。類似地，切割B和C的不正確定位和對(duì)準(zhǔn)可能移除額外的骨材料并且可能導(dǎo)致壓力的量增大，從而增大骨折的風(fēng)險(xiǎn)。為此，定制化切割導(dǎo)向被設(shè)計(jì)和制造。外科醫(yī)生使用患者個(gè)性化切割導(dǎo)向來輔助準(zhǔn)確地放置參考切割。切割導(dǎo)向指示要執(zhí)行的一個(gè)、兩個(gè)或更多個(gè)切割的切割位置。例如，切割導(dǎo)向指示切割A(yù)的位置，其中切割B和C被由此限定從而不會(huì)由切割導(dǎo)向分離地引導(dǎo)。切割導(dǎo)向可以替選地包括指示切割B和C相對(duì)于切割A(yù)的位置的邊緣、槽或印刷。
[0038]切割的數(shù)量取決于種植體和骨的構(gòu)造。種植體的定向和位置主要由患者的解剖結(jié)構(gòu)確定。對(duì)此，解剖學(xué)特征起著重要作用。對(duì)患者的骨的這種特征的準(zhǔn)確檢測規(guī)定了正確的種植體選擇及放置。根據(jù)種植體、骨及外科手術(shù)過程，可以考慮關(guān)注的各種解剖學(xué)特征。在膝種植體的背景下，所使用的一些解剖學(xué)特征是股骨的軸和股骨的最末梢點(diǎn)。在患者骨上自動(dòng)檢測這些特征。工作流構(gòu)架為外科醫(yī)生自動(dòng)生成外科手術(shù)計(jì)劃，其中關(guān)于解剖學(xué)特征的相對(duì)測量被提供以確保準(zhǔn)確的切割以及種植體放置。對(duì)特征的選擇是應(yīng)用特定的且由相應(yīng)的工作指令52確定。工作流構(gòu)架與對(duì)基礎(chǔ)特征檢測算法的選擇無關(guān)。可以使用用于檢測的任何算法。
[0039]圖3示出了用于自動(dòng)化整形外科手術(shù)計(jì)劃的方法。利用圖1中的系統(tǒng)、處理器、月艮務(wù)器、計(jì)算機(jī)、圖2中的工作流系統(tǒng)和/或不同的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)該方法。通常，處理器接收包括如下輸入:外科手術(shù)的類型、外科手術(shù)的知識(shí)庫、任何特征檢測器、任何CAD工具及患者的骨的表示。處理器執(zhí)行該方法以輸出外科手術(shù)計(jì)劃、種植體設(shè)計(jì)和/或切割導(dǎo)向設(shè)計(jì)。
[0040]另外，可以提供比圖3中所示的不同的或更少的動(dòng)作。例如，提供了用于訪問其他類型的數(shù)據(jù)的動(dòng)作、用于傳送輸出的動(dòng)作和/或用于存儲(chǔ)模型或計(jì)劃的動(dòng)作。
[0041]按所示出的順序或不同的順序執(zhí)行動(dòng)作。例如，按任何順序或同時(shí)地執(zhí)行動(dòng)作20和動(dòng)作22中的提供規(guī)則和患者特定的骨信息。動(dòng)作26至38表示用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)作24的示例動(dòng)作，因此動(dòng)作26至38中的任一個(gè)的執(zhí)行都可以被認(rèn)為是執(zhí)行動(dòng)作24的一部分。可替選地，一旦最后的動(dòng)作(例如38)被執(zhí)行，就可以認(rèn)為動(dòng)作24已經(jīng)被執(zhí)行。動(dòng)作42表示用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)作40的示例動(dòng)作，因此動(dòng)作42的執(zhí)行可以是動(dòng)作40的執(zhí)行。
[0042]圖4示出了用于自動(dòng)整形外科手術(shù)計(jì)劃的方法的另一實(shí)施方式。圖4的方法對(duì)應(yīng)于形狀建模器51的實(shí)現(xiàn)。圖4的動(dòng)作由與實(shí)施圖3中的動(dòng)作的相同或不同的系統(tǒng)來實(shí)施。相同的系統(tǒng)可以實(shí)施給定的應(yīng)用中圖3和圖4中的全部或一些動(dòng)作的組合，以生成外科手術(shù)計(jì)劃、種植體模型和/或切割導(dǎo)向模型。可替選地，圖3和圖4表示可替選的示例性實(shí)施方式。
[0043]針對(duì)關(guān)節(jié)替代種植體的整形外科手術(shù)計(jì)劃包括確定種植體的最優(yōu)尺寸、種植體的位置、移除病理骨區(qū)域的參考切割和/或?qū)τ糜趫?zhí)行對(duì)骨的最初的一個(gè)、多個(gè)或所有改變的切割導(dǎo)向的定制。在自動(dòng)創(chuàng)建切割導(dǎo)向和外科手術(shù)計(jì)劃的3D建模構(gòu)架中實(shí)現(xiàn)計(jì)劃。在所提議的構(gòu)架中，人類可讀取工作指令被轉(zhuǎn)換成機(jī)器可解釋的規(guī)則。規(guī)則通過腳本語言被指定并且基于相對(duì)于特定于患者的骨的或在骨表面上的檢測到的特征。該方法的靈活性在于規(guī)則的多樣化，這使得能夠處理數(shù)字制造和計(jì)劃中的各種配置。
[0044]在圖3的動(dòng)作20中，提供了用于骨整形外科手術(shù)的規(guī)則的知識(shí)庫。知識(shí)庫是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包括表示規(guī)則的規(guī)則或腳本。關(guān)于要做的切割的專業(yè)知識(shí)、相對(duì)于骨特征的切割位置、切割的順序、種植體的尺寸、種植體相對(duì)于其他骨的放置和/或用于計(jì)劃的其他考慮，都包含在知識(shí)庫中。
[0045]規(guī)則是以支持幾何基元的腳本語言所表達(dá)的、與上下文無關(guān)的語法。可以提供其他實(shí)現(xiàn)，例如使用特定于外科手術(shù)的腳本或依賴于上下文。
[0046]知識(shí)庫的作用是通過從工作指令中導(dǎo)出的規(guī)則R的集合來數(shù)字地表示工作流。規(guī)則是應(yīng)用特定的并且解決表面分類的實(shí)現(xiàn)。規(guī)則描述如何執(zhí)行各個(gè)步驟以及利用哪些特征來執(zhí)行每個(gè)步驟。步驟又指示了針對(duì)患者骨的一個(gè)或更多個(gè)表面修改，例如沿切割A(yù)切割的步驟，沿切割B切割的另一步驟，以及沿切割C切割的步驟。
[0047]規(guī)則指示了調(diào)整或定位操作Τ/(Γ)和用于執(zhí)行操作的特征F。例如，對(duì)于切割骨表面而言，知識(shí)庫指定了限定針對(duì)寬范圍的表面在何處一致地執(zhí)行切割的規(guī)則r。遵循規(guī)則計(jì)算切割平面以及切割的類型。雖然表面可以呈現(xiàn)多變性，但是它們的分類隸屬關(guān)系確保特征F的一些規(guī)范集合是可識(shí)別的并且足以限定這樣的平面?；颊吖悄Ｐ椭兴鶛z測的特征的存在驅(qū)動(dòng)構(gòu)架。知識(shí)庫以腳本語言實(shí)現(xiàn)規(guī)則，以使得能夠完成各種種植體和導(dǎo)向類型及目標(biāo)形狀的靈活性。
[0048]規(guī)則知識(shí)庫可以包括與不止一個(gè)骨相關(guān)聯(lián)的規(guī)則腳本。例如，兩個(gè)種植體相對(duì)于脛骨和股骨對(duì)準(zhǔn)以及兩個(gè)種植體彼此對(duì)準(zhǔn)。骨的相互定向還可以指示種植體的相對(duì)位置。種植體的相對(duì)位置指示要發(fā)生的骨成形，例如一個(gè)或更多個(gè)切割的位置。規(guī)則包含種植體和/或骨之間的關(guān)系，例如通過檢測多個(gè)骨上的特征以確定其中一個(gè)骨上的切割定位。可替選地，一個(gè)、更多個(gè)或所有規(guī)則僅基于一個(gè)骨而用于一個(gè)骨。
[0049]在圖3的動(dòng)作22和圖4的動(dòng)作70中，獲得了患者特定的骨信息。用戶通過選擇患者的數(shù)據(jù)集、一個(gè)圖像或多個(gè)圖像來輸入骨信息。信息可以通過接收傳輸、從存儲(chǔ)器上載或者掃描患者而獲得。
[0050]骨信息是表示患者體積的數(shù)據(jù)集。例如，計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)或磁共振(MR)數(shù)據(jù)集表示包括關(guān)節(jié)的體積?？梢允褂脕碜云渌上衲Ｊ降臄?shù)據(jù)。數(shù)據(jù)集內(nèi)的數(shù)據(jù)表示骨的表面以及其他結(jié)構(gòu)?？商孢x地，獲得了骨段信息。在沒有表示其他結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)的情況下，表示骨和/或骨表面的定位被分段并且分段信息被接收。用于一個(gè)或更多個(gè)其他結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)可以包括有骨段信息?？梢允褂萌魏畏侄?。
[0051]骨信息表示有機(jī)形狀。不同的患者具有不同尺寸、形狀、密度或其他骨特征。所獲得的骨信息指示特定患者的這些特征中的一個(gè)或更多個(gè)。
[0052]在動(dòng)作24中，根據(jù)規(guī)則知識(shí)庫和骨信息來自動(dòng)創(chuàng)建外科手術(shù)計(jì)劃。外科手術(shù)計(jì)劃指示由外科醫(yī)生執(zhí)行的一個(gè)或更多個(gè)步驟以用于植入患者的骨中。外科手術(shù)計(jì)劃可以包括要執(zhí)行的指令或動(dòng)作(例如，在定位X處切割)、一個(gè)或更多個(gè)圖像(例如，示出在何處進(jìn)行切割或定位及最終結(jié)果)、種植體的一個(gè)或更多個(gè)特征(例如，尺寸、類型和/或形狀)和/或外科醫(yī)生的其他信息。例如，外科手術(shù)計(jì)劃示出了其上具有線條的患者骨的一個(gè)或更多個(gè)視圖或者指示切割定位、方向及相應(yīng)特征的圖表(參見圖5)。
[0053]圖3示出了創(chuàng)建如包括動(dòng)作26至38的外科手術(shù)計(jì)劃。在輸出計(jì)劃的上下文中提供了動(dòng)作。圖4示出了創(chuàng)建如動(dòng)作72至88的外科手術(shù)計(jì)劃。在輸出表示計(jì)劃的圖像和/或在實(shí)施計(jì)劃之后的骨的圖像的上下文中提供了動(dòng)作。可以使用附加的、不同的或更少的動(dòng)作。在一個(gè)實(shí)施方式中，簡化的外科手術(shù)計(jì)劃工作流包括檢測解剖學(xué)特征，確定種植體的大概尺寸，種植體的最優(yōu)放置及尺寸調(diào)整，關(guān)于各個(gè)特征為外科醫(yī)生創(chuàng)建指示種植體的尺寸、類型及放置的參考計(jì)劃，以及包括外科手術(shù)計(jì)劃中的參考切割。在更復(fù)雜的工作流中，還可以設(shè)計(jì)個(gè)性化種植體。
[0054]可以通過一次通過動(dòng)作來創(chuàng)建外科手術(shù)計(jì)劃。圖3和圖4 二者示出了重復(fù)通過知識(shí)庫中的規(guī)則集合進(jìn)行排序。重復(fù)一直進(jìn)行直到執(zhí)行了腳本中的規(guī)則為止。工作指令按操作順序包含于規(guī)則中及相應(yīng)的腳本中。外科手術(shù)計(jì)劃和切割導(dǎo)向設(shè)計(jì)的工作流包括在設(shè)計(jì)者的工作指令手冊中指定的步驟序列。每次通過包括選擇下一規(guī)則、識(shí)別相應(yīng)的特征、限定改變以及改變骨表示。每次通過實(shí)現(xiàn)序列中的下一規(guī)則的一個(gè)或多個(gè)操作。序列的規(guī)則表示不同的或者改變骨幾何形狀的順序。一個(gè)或更多個(gè)規(guī)則可以可替選地或另外地表示不同于骨幾何形狀改變的其他動(dòng)作。重復(fù)該過程直到腳本解釋器耗盡所有適用的規(guī)則為止，并且按照骨的設(shè)計(jì)形狀或所需形狀和/或所需骨形狀的切割導(dǎo)向來輸出當(dāng)前表面。
[0055]以工作流排序而使用知識(shí)庫中的規(guī)則及相應(yīng)的腳本的收集是模塊化的。針對(duì)不同的整形外科手術(shù)可以使用相同的結(jié)構(gòu)和方法。知識(shí)庫中設(shè)置的規(guī)則可以改變，但是工作流和自動(dòng)化處理是相同的或類似的。該模塊化方法的優(yōu)勢在于工作流建模器和形狀引擎是自動(dòng)化的并且不專用于特定應(yīng)用。通過修改可編寫腳本的規(guī)則及相關(guān)聯(lián)的特征集合，可以改變應(yīng)用。
[0056]腳本允許對(duì)方法的配置。由腳本解釋器實(shí)現(xiàn)排序。腳本解釋器或控制應(yīng)用解釋知識(shí)庫的工作指令的腳本。為了自動(dòng)實(shí)現(xiàn)工作流，腳本解釋器按照由知識(shí)庫指示的順序來解釋規(guī)則。
[0057]排序自動(dòng)進(jìn)行。一旦被激活，在沒有用戶輸入或交互的情況下創(chuàng)建外科手術(shù)計(jì)劃。在其他實(shí)施方式中，用戶被提示確認(rèn)一個(gè)或更多個(gè)或全部操作。例如，為用戶呈現(xiàn)規(guī)則實(shí)現(xiàn)的所提議的結(jié)果。然后，用戶確認(rèn)適當(dāng)?shù)牟僮骱?或做出改變。
[0058]在圖4的動(dòng)作72中，確定當(dāng)前表面。如果序列處于第一次通過中，則當(dāng)前表面是來自動(dòng)作70的輸入表面。對(duì)于后續(xù)通過，當(dāng)前表面是具有所包含的一個(gè)或更多個(gè)改變的輸入表面。給定的規(guī)則可以限定對(duì)表面的改變，因此在該改變之后的當(dāng)前表面包括改變。
[0059]在圖4的動(dòng)作76和圖3的動(dòng)作26中，選擇規(guī)則。規(guī)則從知識(shí)庫80中選擇。借由通過規(guī)則進(jìn)行排序，不同的規(guī)則被選擇作為序列的一部分。在動(dòng)作78中，腳本解釋器按照知識(shí)庫中所限定的順序訪問腳本。例如，按從第一規(guī)則到最后一個(gè)規(guī)則的順序提供或?qū)ぶ芬?guī)則。一個(gè)或更多個(gè)規(guī)則可以被多次包括在序列中。由于在計(jì)劃的創(chuàng)建中實(shí)現(xiàn)對(duì)規(guī)則的改變或其他操作，因此腳本解釋器被請求或自動(dòng)選擇下一規(guī)則。
[0060]為了利用腳本解釋器實(shí)現(xiàn)規(guī)則，設(shè)計(jì)了具有與上下文無關(guān)的語法的腳本語言。例如，使用Bison和Flex工具。除了幾何基元(例如點(diǎn)、平面及矩陣(例如，三維地限定定位或定向))之外，語言還支持標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型，這允許操縱表面網(wǎng)孔。腳本語言可以包括控制結(jié)構(gòu)，例如IT-THEN-ELSE和FOR和WHILE回路。可以使用任何編程結(jié)構(gòu)。專門的功能可以包括至CAD工具應(yīng)用編程接口(API)、特征檢測API功能及原始表面操縱器的接口。定制化語言可以允許對(duì)腳本的簡單處理并且容易與CAD應(yīng)用集成在一起，同時(shí)保持CAD應(yīng)用的靈活性。在其他實(shí)施方式中，使用標(biāo)準(zhǔn)或通用編程語言。
[0061]在動(dòng)作28和動(dòng)作82中，識(shí)別一個(gè)或更多個(gè)解剖學(xué)特征。規(guī)則可以基于一個(gè)或更多個(gè)解剖學(xué)特征，因此規(guī)則指示了特征。腳本解釋器識(shí)別要使用的特征用于實(shí)現(xiàn)規(guī)則。特征被用于限定表面修改或位置操作。在一個(gè)示例中，規(guī)則限定切割A(yù)為距具有法線η的股骨頭部距離X處的骨上的切割。切割的數(shù)量取決于種植體的構(gòu)造。其定向和定位主要由患者解剖來確定。對(duì)此，利用解剖學(xué)特征來確定每個(gè)表面修改或定位操作。為此，由規(guī)則識(shí)別各種解剖學(xué)特征。
[0062]可編寫腳本的規(guī)則可以與一個(gè)或更多個(gè)特征相關(guān)。通常，不同的配置或類型的種植體采不同的用特征組合。種植體可以不同地就坐，因此需要對(duì)骨進(jìn)行不同的改變。給定的改變可以參照與其他改變相同或不同的骨的特征集。通過腳本中的IF-THEN-ELSE陳述來選擇特征的組合。例如，如自描述性的，規(guī)則包括CutFemurBoneAtPlane (在平面處切割股骨)、Partit1nFemurCartiIage (劃分股骨軟骨)及CutTibiaAtPlane (在平面處切割胚骨)。規(guī)則參考切割和/或劃分的定位。在示例中，根據(jù)兩個(gè)特征確定股骨切割平面Α。種植體抵靠在該平面上，并且參考該平面限定其他切割平面。在本示例中，平面被置于距股骨的最末梢點(diǎn)距離X處。最末梢點(diǎn)是骨表面的特征。平面法線與股骨的解剖軸線對(duì)齊。解剖軸線是骨表面的特征。腳本可以被表示為:
[0063]Il檢測解剖軸
[0064]anatomicalaxis (解剖軸)=DetectFemurAnatomicalAxis (檢測股骨解剖軸)
[0065]//檢測最末梢點(diǎn)
[0066]mostDistalPoint (最末梢點(diǎn))=DetectFemurMostDistalPoint (檢測股骨最末梢點(diǎn))
[0067]Il向較高方向移動(dòng)末梢點(diǎn)
[0068]shiftedMostDistalPoint (偏移的最末梢點(diǎn))=mostDistalPoint (最末梢點(diǎn))-x*anatomicalAxisDirect1n (解剖軸方向)
[0069]//限定切割平面
[0070]cuttingPlane (切割平面)=Plane (平面)(shiftedMostDistalPoint (偏移的最末梢點(diǎn))，anatomicalAxisDirect1n (解剖軸方向))
[0071]可以使用其他腳本。腳本指示要執(zhí)行的操作、用于操作的特征及用于操作的參數(shù)(例如，距離、角度……)?？梢灾甘靖郊拥?、不同的或更少的信息。
[0072]在圖3的動(dòng)作30和圖4的動(dòng)作84中，調(diào)用一個(gè)或更多個(gè)特征檢測器。特征檢測器被調(diào)用以檢測特征。特征檢測器是分離的應(yīng)用或被包括作為工作流的一部分。例如，特征檢測器由同一處理器實(shí)現(xiàn)但是是分離的可執(zhí)行文件。腳本解釋器調(diào)用特征檢測器以使得檢測規(guī)則中所限定的特征。特征檢測器本身在腳本解釋器內(nèi)或不在腳本解釋器內(nèi)。
[0073]可以使用任何特征檢測器。特征檢測器定位骨表面上的特征或相對(duì)于骨的特征。由特征檢測器使用輸入骨表面或當(dāng)前骨表面?？梢钥商孢x地或附加地使用其他信息，例如表示患者的其他數(shù)據(jù)。利用過濾、圖像處理、機(jī)器學(xué)習(xí)分類器或其他檢測，數(shù)據(jù)被處理以定位患者的骨的一個(gè)或更多個(gè)特征。
[0074]在動(dòng)作32和動(dòng)作86中，調(diào)用的特征檢測器檢測一個(gè)或更多個(gè)解剖特征。調(diào)用的特征檢測器被激活并運(yùn)行。所檢測的特征在骨表面上，但是可以在骨內(nèi)或者與骨間隔開。表示特征的任何一個(gè)或多個(gè)參數(shù)被輸出以用于工作流中。例如，點(diǎn)、線、表面、平面、體積或其組合被輸出。定位是相對(duì)于骨表面的，或者是輸入骨表面或者是當(dāng)前骨表面。
[0075]在動(dòng)作34中，確定與特征相關(guān)聯(lián)的改變。使用特征以唯一確定實(shí)際表面修改操作。利用所檢測的特征并且基于由規(guī)則限定的操作來確定要執(zhí)行的改變。特征指示了病理骨的移除或改變的定位。在以給定的骨表面初始化時(shí)，表面成形引擎從腳本解釋器詢問規(guī)貝U，并且執(zhí)行指示相對(duì)于所檢測的特征的改變的指令。在運(yùn)行中(on the fly)檢測特征，并且在運(yùn)行期間確定表面修改操作。移除骨的切割位置被定位和/或相對(duì)于切割位置要被移除的骨的部分被指示?？梢园凑崭淖儊泶_定鉆孔的位置及深度或其他信息。
[0076]改變是用于在設(shè)計(jì)期間通過外科手術(shù)或切割導(dǎo)向或種植體對(duì)骨做出平滑、挖空、整平、鉆孔、切割、移除、修剪或其他更改。改變可以是添加，例如添加固定裝置、膠粘物層或其他物質(zhì)。在局部挖空或平滑的示例中，知識(shí)庫通知表面成形引擎關(guān)于操作(即挖空或平滑)、挖空或平滑參數(shù)及針對(duì)關(guān)注的相應(yīng)區(qū)域或改變定位的標(biāo)識(shí)符(例如特征)?；谠摌?biāo)識(shí)符，確定要挖空或平滑的區(qū)域?；谄渌麉?shù)，確定挖空或平滑的程度。
[0077]在動(dòng)作36中，基于改變來改變表面。被改變的表面是骨表面的表示。表面成形引擎改變由數(shù)據(jù)表示的虛擬表面。模擬對(duì)骨和/或附加物的移除。
[0078]在動(dòng)作88中，選擇一個(gè)或更多個(gè)CAD工具用于執(zhí)行改變?？梢允褂萌魏蜟AD工具，例如標(biāo)準(zhǔn)或慣用設(shè)計(jì)的CAD工具。在一個(gè)實(shí)施方式中，對(duì)于切割平面調(diào)用限定平面的CAD工具。然后利用刪除CAD工具來移除要被移除的部分，從而導(dǎo)致網(wǎng)孔沿著平面移動(dòng)或改變。腳本指示CAD工具基于改變和定位信息來使用并且限定CAD工具的操作。
[0079]在動(dòng)作87中，使用被調(diào)用的CAD工具來改變表面。限定表面的網(wǎng)孔和/或矩陣被更改以視為改變。例如，CAD切割工具基于由腳本限定的參數(shù)和所檢測的特征來移除骨的病理部分。例如，由CAD工具實(shí)現(xiàn)的腳本可以是CutSurface (切割表面)(cuttingPlane (切割平面)ShiftedMostDistalPoint (偏移的最末梢點(diǎn)))。改變的結(jié)果是動(dòng)作72中提供的當(dāng)前表面以用于序列的下一次迭代。
[0080]在動(dòng)作90和動(dòng)作38中，生成了患者的一個(gè)或更多個(gè)骨的整形外科手術(shù)計(jì)劃。在通過規(guī)則進(jìn)行排序之后，確定一系列改變。根據(jù)排序的結(jié)果生成計(jì)劃。
[0081]在一個(gè)實(shí)施方式中，從排序中產(chǎn)生的表面被輸出作為計(jì)劃。計(jì)劃指示相對(duì)于患者的一個(gè)或多個(gè)骨的期望的結(jié)果。來自任一視圖(例如用戶選擇的視圖)的三維透視圖被輸出作為計(jì)劃?？梢钥商孢x地或附加地輸出多個(gè)平面視圖，例如來自三個(gè)正交軸中的每一個(gè)的視圖。
[0082]在另一個(gè)實(shí)施方式中，具有指示切割定位或改變的定位及類型的圖表的起始骨表面被輸出作為計(jì)劃。計(jì)劃指示相對(duì)于起始的一個(gè)或多個(gè)骨的期望的改變。圖5示出了股骨的示例性外科手術(shù)計(jì)劃。在多平面重建的頂圖像中，參考平面A被限定在另一視圖上，并且在中間視圖上示出了基于平面A的平面B和平面C。參考平面A的法線被限定為通過將解剖軸線Va繞中間側(cè)軸旋轉(zhuǎn)角度α而生成的矢量。該平面被定位在距骨上的最末梢點(diǎn)Pd距離hA處。平面B通過將平面A沿著前后軸線旋轉(zhuǎn)角度β而被限定，并且被定位在距最前端點(diǎn)Pa距離hB處。平面C被定位在距B距離hC處，并且然后旋轉(zhuǎn)成與平面A成角度Y?？梢园噍敵銎矫?。
[0083]除了示出計(jì)劃的開始點(diǎn)和/或結(jié)束點(diǎn)之外，還可以示出各種階段或步驟。例如，示出了程序中的不同點(diǎn)處的骨。表示操作序列的圖像序列被輸出作為計(jì)劃。
[0084]在又一個(gè)實(shí)施方式中，輸出了相對(duì)于特定患者的特定骨的改變和參數(shù)的文本摘要。指示了動(dòng)作列表。
[0085]可以使用文本和圖像的組合。例如，示出了改變的序列及相應(yīng)的在圖像前和/或后。圖像是特定患者的骨表面的圖像。
[0086]計(jì)劃可以包括或不包括種植體信息。例如，一個(gè)或更多個(gè)圖像指示種植體相對(duì)于切割之后的表面的位置。對(duì)相對(duì)于改變的骨的種植體放置進(jìn)行建模。以根據(jù)計(jì)劃剩余部分所改變的患者的骨的種植體及種植體放置的表示，在植入種植體的最后動(dòng)作中輔助外科醫(yī)生。圖像輔助外科醫(yī)生對(duì)種植體相對(duì)于所改變表面的放置。
[0087]如果種植體影響多個(gè)骨，則種植體放置可以相對(duì)于不同的骨被建模。例如，部分地基于相鄰骨上的種植體或特征的定向、形狀和/或定位，規(guī)則指示種植體相對(duì)于一個(gè)骨的位置。計(jì)劃可以包括示出了一個(gè)或多個(gè)種植體相對(duì)于不止一個(gè)骨的定位的圖像。
[0088]可以確定并輸出其他種植體信息。例如，一個(gè)或更多個(gè)規(guī)則可以包括確定要使用的種植體的尺寸和/或類型以及種植體放置的操作。一旦檢測到特征，該特征就被采用以確定種植體的最優(yōu)尺寸、類型及位置。
[0089]在圖3中的動(dòng)作40中，自動(dòng)設(shè)計(jì)切割導(dǎo)向。對(duì)于實(shí)現(xiàn)外科手術(shù)計(jì)劃，外科醫(yī)生可以由切割導(dǎo)向輔助。切割導(dǎo)向引導(dǎo)切割的定位或其他改變。切割導(dǎo)向上的槽、洞、表面、標(biāo)記或其他結(jié)構(gòu)指引改變工具(例如鋸或鉆)和/或指引外科醫(yī)生在何處做出改變。
[0090]可以由切割導(dǎo)向引導(dǎo)一個(gè)或更多個(gè)改變。少于全部改變或全部改變被引導(dǎo)。例如，股骨的切割導(dǎo)向包括用于引導(dǎo)沿著平面A對(duì)骨進(jìn)行切割的槽，而不是其他平面。
[0091]切割導(dǎo)向特定于患者。由于對(duì)特征的定位對(duì)于每個(gè)患者都是不同的，因此對(duì)改變的定位也對(duì)于每個(gè)患者而不同。常備的或常用的切割導(dǎo)向可以不考慮這些差異。相反，切割導(dǎo)向特定于患者而被建模。針對(duì)特定骨表面而對(duì)尺寸、形狀、配置和/或?qū)蚨ㄎ贿M(jìn)行建模。例如，使切割導(dǎo)向中的接觸面或接觸點(diǎn)符合患者的骨，以適當(dāng)?shù)囟ㄎ磺懈钇矫妗?br> [0092]對(duì)切割導(dǎo)向的設(shè)計(jì)是基于規(guī)則的。腳本包括用于對(duì)切割導(dǎo)向進(jìn)行建模的規(guī)則。來自處理切割導(dǎo)向設(shè)計(jì)規(guī)則的輸出不被包括在外科手術(shù)計(jì)劃中，而是指示在外科手術(shù)期間切割導(dǎo)向的放置及使用?？商孢x地，計(jì)劃包括附加的切割導(dǎo)向設(shè)計(jì)信息。
[0093]在動(dòng)作42中，對(duì)切割導(dǎo)向的尺寸、形狀和導(dǎo)向定位進(jìn)行建模。切割導(dǎo)向的抽象模板被改變成外科手術(shù)和/或給定患者的骨表面。切割導(dǎo)向被個(gè)性化成患者的骨的起始表面，以提供用于植入的骨的期望的最終表面。切割導(dǎo)向適配于骨的表面，以使得在針對(duì)骨的期望改變的導(dǎo)向上指示切割或其他改變位置。
[0094]在一個(gè)實(shí)施方式中，切割導(dǎo)向設(shè)計(jì)工作流包括使用用于放置切割導(dǎo)向的外科手術(shù)計(jì)劃信息。例如，一個(gè)約束是平面A相對(duì)于切割導(dǎo)向?qū)R。切割導(dǎo)向模板參數(shù)針對(duì)患者而被調(diào)整，例如基于骨表面特征確定手指長度和深度。可以使用任何參數(shù)，例如表面形狀、表面接觸點(diǎn)、長度、寬度和/或角度。在使切割導(dǎo)向模型符合骨表面之后，移除表示骨表面的數(shù)據(jù)。結(jié)果是特定于給定患者的所設(shè)計(jì)的切割導(dǎo)向。一旦檢測到特征，該特征就被采用以基于模板和/或規(guī)則來設(shè)計(jì)具有某些約束的個(gè)性化切割導(dǎo)向。
[0095]切割導(dǎo)向模型被輸出給制造商。制造商創(chuàng)建用于患者外科手術(shù)的個(gè)性化切割導(dǎo)向。模型指示在個(gè)性化中所使用的切割導(dǎo)向類型和可變參數(shù)的一個(gè)或更多個(gè)值。模型可以通過類型或通過參數(shù)的值來指示對(duì)不同患者通用的切割導(dǎo)向的方面。模板、相對(duì)于骨表面的放置及尺寸值是設(shè)計(jì)的約束。
[0096]在外科手術(shù)中要改變兩個(gè)骨的情況下，分離的切割導(dǎo)向被設(shè)計(jì)并且被用于不同的骨。對(duì)切割導(dǎo)向的設(shè)計(jì)和/或?qū)σ粋€(gè)骨的改變可以相對(duì)于其他骨或與其他骨無關(guān)。類似地，切割導(dǎo)向彼此依賴或彼此無關(guān)。在可替選的實(shí)施方式中，一個(gè)切割導(dǎo)向指示對(duì)不止一個(gè)骨的改變。例如，切割導(dǎo)向要被安裝至兩個(gè)骨或者要抵著兩個(gè)骨放置，以引導(dǎo)對(duì)兩個(gè)骨的改變。
[0097]另外或課替選地，種植體可以被建模并且被個(gè)性化。代替通過標(biāo)準(zhǔn)或可用的類型和尺寸來使用種植體，可以利用規(guī)則和骨表面對(duì)種植體的尺寸和/或形狀進(jìn)行建模。例如，基于兩個(gè)骨的軸線的相對(duì)角來設(shè)置種植體的基底相對(duì)于與另一個(gè)種植體交互的表面(例如球)的角。可以使用考慮針對(duì)每個(gè)患者而變化的其他個(gè)性化。種植體模型被輸出用于制造個(gè)性化骨種植體。
[0098]雖然已經(jīng)參考各種實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，能夠在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下做出許多改變和修改。因此，前述詳細(xì)描述被認(rèn)為是說明性的而非限制的，并且應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的精神和范圍是由包括所有等價(jià)物的下述權(quán)利要求來限定的。
【權(quán)利要求】
1.一種用于整形外科手術(shù)計(jì)劃的方法，所述方法包括: 提供(20)用于對(duì)骨的整形外科手術(shù)的規(guī)則的知識(shí)庫； 獲得(22)表示所述骨、種植體或切割導(dǎo)向的表面； 由處理器選擇(26)所述知識(shí)庫中的第一規(guī)則； 由所述處理器識(shí)別(28)針對(duì)所述第一規(guī)則的至少一個(gè)解剖學(xué)特征； 由所述處理器檢測(32)所述表面的所述至少一個(gè)解剖學(xué)特征； 由所述處理器根據(jù)所述第一規(guī)則和所述至少一個(gè)解剖學(xué)特征來限定(34)對(duì)所述表面的改變； 由所述處理器根據(jù)所述改變來改變(36)所述表面，從而產(chǎn)生第一被改變表面； 由所述處理器參考所述第一被改變表面而輸出(38)指示種植體的參考計(jì)劃；以及由所述處理器根據(jù)所述第一被改變表面而生成(40)切割導(dǎo)向模型，所述切割導(dǎo)向模型指示用以提供所述第一改變表面的改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，提供(20)所述規(guī)則的所述知識(shí)庫包括提供(20)所述規(guī)則作為以支持幾何基元的腳本語言的、與上下文無關(guān)的語法，其中，識(shí)別(28)、檢測(32)及限定(34)是由腳本解釋器執(zhí)行的，并且其中，改變(36)是由表面成形引擎執(zhí)行的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，提供(20)所述規(guī)則的所述知識(shí)庫包括對(duì)用于針對(duì)所述種植體準(zhǔn)備所述骨和另一個(gè)骨的規(guī)則編寫腳本。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，獲得(22)包括接收分段的醫(yī)療數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，選擇(26)所述第一規(guī)則包括通過所述規(guī)則進(jìn)行排序，其中，所述規(guī)則中的每個(gè)規(guī)則與形成針對(duì)所述種植體的所述骨的動(dòng)作相關(guān)聯(lián)，所述第一規(guī)則是所述規(guī)則中的最后一個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，識(shí)別(28)包括在所述第一規(guī)則中指示用于相對(duì)于所述骨定位所述改變的所述解剖學(xué)特征，其中，檢測(32)包括利用特征檢測器進(jìn)行檢測(32)，并且其中，限定(34)所述改變包括基于所述至少一個(gè)解剖學(xué)特征來定位切割位置并且指示相對(duì)于所述切割位置被移除的所述骨的一部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，改變(36)包括實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，改變(36)包括模擬對(duì)所述骨的一部分的移除。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，輸出(38)包括輸出(38)具有種植體尺寸、種植體類型及種植體放置的所述參考計(jì)劃。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，生成(40)所述切割導(dǎo)向模型包括使所述切割導(dǎo)向模型適配于所述表面，相對(duì)于所適配的切割導(dǎo)向模型來定位所述切割位置，以及指示針對(duì)所述切割位置的所述切割導(dǎo)向模型上的導(dǎo)向。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括針對(duì)在所述第一規(guī)則之前的第二規(guī)則執(zhí)行選擇(26)、識(shí)別(28)、檢測(32)、限定(34)及改變(36)，所述表面通過針對(duì)所述第二規(guī)則的所述執(zhí)行而被限定。
12.—種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中存儲(chǔ)有表示能夠由編程處理器執(zhí)行的、用于整形外科手術(shù)計(jì)劃的指令的數(shù)據(jù)，所述存儲(chǔ)介質(zhì)包括用于執(zhí)行以下操作的指令: 通過表示基于解剖學(xué)特征對(duì)幾何形狀進(jìn)行改變的工作指令進(jìn)行排序(36)； 響應(yīng)于所述排序而生成(24)針對(duì)患者的整形外科手術(shù)計(jì)劃； 相對(duì)于所述患者的所述骨對(duì)種植體放置進(jìn)行建模(34);以及 設(shè)計(jì)(40)針對(duì)所述患者的所述骨的切割導(dǎo)向。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中，排序(36)包括解釋用于知識(shí)庫的所述工作指令的腳本。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中，生成(24)包括指示針對(duì)種植體放置、種植體尺寸及種植體類型的所述骨的改變序列。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中，建模(34)包括輸出(38)所述種植體放置的表示，其中根據(jù)所述整形外科手術(shù)計(jì)劃而改變所述患者的所述骨。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中，設(shè)計(jì)(40)包括確定特定于所述患者的所述骨的所述切割導(dǎo)向的尺寸、形狀、位置及導(dǎo)向定位。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中，生成(24)包括生成針對(duì)所述患者的所述骨及附加骨的所述外科手術(shù)計(jì)劃，其中，建模(34)包括相對(duì)于所述骨及所述附加骨對(duì)所述種植體放置進(jìn)行建模，以及其中，設(shè)計(jì)(40)所述切割導(dǎo)向包括設(shè)計(jì)針對(duì)所述骨的所述切割導(dǎo)向以及針對(duì)所述附加骨的附加切割導(dǎo)向。
18.一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中存儲(chǔ)有表示能夠由編程處理器執(zhí)行的、用于整形外科手術(shù)計(jì)劃的指令的數(shù)據(jù)，所述存儲(chǔ)介質(zhì)包括下述執(zhí)行以下操作的指令: 自動(dòng)創(chuàng)建(24)用于植入患者的骨中的、特定于所述患者的改變的外科手術(shù)計(jì)劃；以及 自動(dòng)設(shè)計(jì)(40)針對(duì)所述改變的切割導(dǎo)向，其中所述切割導(dǎo)向特定于所述患者。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中，創(chuàng)建(24)包括通過知識(shí)庫中的一組規(guī)則、利用腳本解釋器進(jìn)行排序(78)，調(diào)用針對(duì)所述規(guī)則的特征檢測器，以及基于所述規(guī)則并且利用由所述特征檢測器檢測到的特征來確定所述改變。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中，設(shè)計(jì)(40)包括對(duì)所述切割導(dǎo)向的尺寸、形狀及導(dǎo)向定位進(jìn)行建模。
【文檔編號(hào)】A61B19/00GK104271067SQ201380022856
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月3日
【發(fā)明者】方彤, 薩賈德·侯賽因·巴洛克, 蘇拉杰·拉維·穆蘇瓦蒂, 熊光磊, 勞倫斯·斯皮維, 詹姆斯·B·湯姆普森 申請人:西門子產(chǎn)品生命周期管理軟件公司