用于確定放置關(guān)節(jié)假體的位置的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于確定放置關(guān)節(jié)假體的位置的系統(tǒng)和方法
[0001]優(yōu)先權(quán)聲明
[0002]本申請要求2013年3月15日提交的US臨時申請第61/791，829號的權(quán)益，其通過引用以其全部結(jié)合在此。
【背景技術(shù)】
[0003]在置換外科手術(shù)中，外科醫(yī)生將第一假體置于股骨的遠端上并將第二假體置于脛骨的近端處。外科醫(yī)生應(yīng)當(dāng)以與多個參數(shù)有關(guān)(例如與整個運動范圍內(nèi)假體之間的間隙有關(guān))的最優(yōu)方式放置假體。例如，如果在運動期間內(nèi)的任何時候脛骨和股骨之間的間隙過小，則患者可能經(jīng)受疼痛的制約。另一方面，如果間隙過大，則膝關(guān)節(jié)可能過松并且變得不穩(wěn)定。
[0004]確定這些假體或植入物相對于患者的最優(yōu)位置和取向是困難的。必須考慮許多因素一一一些是定量的，其余是定性的。所謂的“手術(shù)導(dǎo)航”系統(tǒng)可以幫助以高準(zhǔn)確性對某些規(guī)劃參數(shù)進行定量，但仍由外科醫(yī)生做主使這些參數(shù)和其他參數(shù)平衡，通常使用簡單的用戶接口逐漸地調(diào)節(jié)規(guī)劃。用戶接口必須簡單以在操作室使用，并且因此不能在不使用復(fù)雜的接口的情況下將外科醫(yī)生的具體決定的所有分支容易地呈現(xiàn)。醫(yī)務(wù)人員可以使用手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的電腦以使定量的參數(shù)最優(yōu)化，但其不能知曉醫(yī)務(wù)人員正在想什么，并且它無法評價定性的參數(shù)。此外，當(dāng)通過定性矩陣評價時兩個或多個可能的治療規(guī)劃可能是等價的，但會需要外科醫(yī)生根據(jù)定性參數(shù)在這些備選方案之間進行選擇。預(yù)測經(jīng)由與定性矩陣和定量矩陣兩者有關(guān)的用戶接口可獲得的對于規(guī)劃的期望改變的輸出的腦力勞動是困難的。
[0005]由于此挑戰(zhàn)，存在為外科醫(yī)生提供易于評價各行動的預(yù)期結(jié)果并允許外科醫(yī)生選擇能夠?qū)е略诿劰呛凸晒侵腥魏我粋€或兩者上的植入物放置改善的一個或多個行動的一般需要。
[0006]附圖簡述
[0007]通過實例的方式對一些實施方案進行解釋，并且這些實施方案不受附圖的圖的限制，其中:
[0008]圖1為框圖，描述根據(jù)一個實例實施方案的用于通過假體植入物的虛擬放置提供關(guān)節(jié)間隙規(guī)劃的系統(tǒng)。
[0009]圖2描述根據(jù)一個實例實施方案的示例性光學(xué)手術(shù)導(dǎo)航裝置。
[0010]圖3A為根據(jù)一個實例實施方案的間隙規(guī)劃用戶接口的示意圖。
[0011]圖3B包括根據(jù)一個實例實施方案的圖3A描述的象限、間隙曲線和圖的放大的示意圖。
[0012]圖4是說明根據(jù)一個實例實施方案的間隙規(guī)劃過程的流程圖。
[0013]圖5是為計算機系統(tǒng)的實例形式的機器的圖形表示，其中可以執(zhí)行能夠使機器實施本文討論的方法學(xué)中的一種或多種的一組指令。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]發(fā)明人尤其已認識到，通過允許對植入物和關(guān)節(jié)假體的某些特性進行計算機輔助的規(guī)劃并同時仍然允許外科醫(yī)生輸入，某些假體植入物程序可以獲得更好的結(jié)果。例如，一些目前的關(guān)節(jié)置換程序例如膝蓋置換提供自動操作以幫助確保關(guān)節(jié)中的骨處的植入物之間的一定量的間隔。發(fā)明人認識到對于間隙規(guī)劃的計算機引導(dǎo)可以通過提供計算機輔助的間隙規(guī)劃過程而增強，所述間隙規(guī)劃過程允許外科醫(yī)生在不同位置安裝虛擬植入物假體并將以下方式可視化:對假體植入物的放置的改變將以何種方式導(dǎo)致關(guān)節(jié)中的骨之間的間隙的改變。
[0015]以下非限定性實例詳細說明了解決挑戰(zhàn)和提供本文討論的益處的本系統(tǒng)和方法的某些方面。
[0016]實施例1可以包括用于確定放置關(guān)節(jié)假體的位置的方法。所述方法可以包括接收第一植入物參數(shù)組。第一植入物參數(shù)可以限定手術(shù)規(guī)劃的參數(shù)。所述方法可以包括生成第一組候選植入物參數(shù)組。第一組候選植入物參數(shù)組的各候選參數(shù)組可以是相對于第一植入物參數(shù)組對第一參數(shù)組的至少一個參數(shù)進行遞增改變的結(jié)果。所述方法可以包括將函數(shù)應(yīng)用至第一組候選植入物參數(shù)組的各候選植入物參數(shù)組，以計算第一組候選植入物參數(shù)組的各候選植入物參數(shù)組的結(jié)果。所述方法可以包括:在手術(shù)規(guī)劃圖形用戶接口(GUI)內(nèi)提供根據(jù)第一組候選植入物參數(shù)組的至少一個候選植入物參數(shù)組的結(jié)果的圖形表示。所述結(jié)果可以包括結(jié)果識別信息。所述方法可以包括提供用戶接口控制以允許用戶執(zhí)行對應(yīng)于第一組候選植入物參數(shù)組的候選植入物參數(shù)組的增量變化。可以在手術(shù)規(guī)劃⑶I內(nèi)提供用戶接口控制。選擇用戶接口控制中的至少一個可以在圖形表示中實現(xiàn)至少一個候選植入物參數(shù)組的結(jié)果。用戶接口控制中的至少一個可以包括與對應(yīng)的候選植入物參數(shù)組的結(jié)果的結(jié)果識別信息相關(guān)的識別信息。所述方法可以包括接收對第一組候選植入物參數(shù)組的候選植入物參數(shù)組的選擇。所述選擇可以經(jīng)由用戶接口控制接收。
[0017]在實施例2中，實施例1的方法可以任選地包括向第一組候選植入物參數(shù)組應(yīng)用評價函數(shù)以確定優(yōu)選的候選參數(shù)組并且在手術(shù)規(guī)劃GUI內(nèi)提供與優(yōu)選的候選參數(shù)組相對應(yīng)的圖形指示。
[0018]在實施例3中，實施例1或?qū)嵤├?中任何一個的第一植入物參數(shù)組可以任選地包括以下中的一個或多個:植入物的大小、植入物的形狀、植入物的取向、和植入物相對于關(guān)節(jié)的位置。
[0019]在實施例4中，實施例3的結(jié)果可以任選地包括表示植入物和關(guān)節(jié)的接觸表面之間的間隙的間隙曲線，在遍及關(guān)節(jié)的運動范圍的多個點處表示所述間隙。
[0020]在實施例5中，實施例3或4中任何一個的結(jié)果識別信息可以任選地包括顏色。
[0021]在實施例6中，實施例3或4中任何一個的對一個或多個候選植入物參數(shù)組的選擇可以任選地基于間隙曲線形狀判據(jù)。
[0022]在實施例7中，實施例3或4中任何一個的方法可以任選地包括在選擇一個或多個候選植入物參數(shù)組之后，生成另一組一個或多個候選植入物參數(shù)組。
[0023]在實施例8中，實施例1至7中任何一個的手術(shù)規(guī)劃可以任選地使用在關(guān)節(jié)遍及運動范圍移動時收集到的數(shù)據(jù)而生成，且實施例1至7中任何一個的方法可以任選地包括基于在關(guān)節(jié)遍及運動范圍移動時收集到的間隙數(shù)據(jù)生成初始間隙曲線并顯示所述初始間隙曲線。
[0024]在實施例9中，實施例8的方法可以任選地包括生成用于規(guī)劃過程中的關(guān)節(jié)的虛擬三維模型，至少部分地基于虛擬三維模型且基于第一植入物參數(shù)組生成初始植入物位置，并且顯示所述虛擬三維模型和所述初始植入物位置。
[0025]在實施例10中，實施例8或9中任何一個的關(guān)節(jié)可以任選地為膝關(guān)節(jié)。
[0026]在實施例11中，實施例1至10中任何一個的遞增改變的增量可以任選地為用戶可設(shè)置的。
[0027]在實施例12中，實施例1至11中任何一個的方法可以任選地包括接收第一組候選植入物參數(shù)組的候選植入物位置的用戶選擇和生成第二組候選植入物參數(shù)組。
[0028]實施例13可以包括用于確定放置關(guān)節(jié)假體的位置的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)可以包括一個或多個處理器和顯示組件。所述一個或多個處理器可以接收第一植入物參數(shù)組，生成第一組候選植入物參數(shù)組，并將函數(shù)應(yīng)用至第一組候選植入物參數(shù)組的各候選植入物參數(shù)組。所述第一植入物參數(shù)組可以限定手術(shù)規(guī)劃的參數(shù)。第一組候選植入物參數(shù)組的各候選參數(shù)組可以是相對于第一植入物參數(shù)組對第一參數(shù)組的至少一個參數(shù)進行遞增改變的結(jié)果。所述函數(shù)可以計算第一組候選植入物參數(shù)組的各候選植入物參數(shù)組的結(jié)果。顯示組件可以偶聯(lián)至所述一個或多個處理器。所述顯示組件可以呈現(xiàn)第一組候選植入物參數(shù)組的至少一個候選植入物參數(shù)組的結(jié)果的圖形表示。所述結(jié)果可以包括結(jié)果識別信息。顯示組件可以呈現(xiàn)用戶接口控制，以允許用戶執(zhí)行對應(yīng)于第一組候選植入物參數(shù)組的候選植入物參數(shù)組的遞增改變。選擇用戶接口控制中的至少一個在圖形表示中實現(xiàn)至少一個候選植入物參數(shù)組的結(jié)果。用戶接口控制中的至少一個包括與對應(yīng)的候選植入物參數(shù)組的結(jié)果的結(jié)果識別信息相關(guān)的識別信息。所述顯示組件可以接收對第一組候選植入物參數(shù)組的候選植入物參數(shù)組的選擇。所述選擇可以經(jīng)由用戶接口控制接收。
[0029]在實施例14中，實施例13的一個或多個處理器可以任選地將評價函數(shù)應(yīng)用至第一組候選植入物參數(shù)組以確定優(yōu)選的候選參數(shù)組。實施例13的顯示可以任選地提供對應(yīng)于優(yōu)選的候選參數(shù)組的圖形指示。候選植入物參數(shù)組可以包括以下中的一個或多個:植入物的大小、植入物的形狀、植入物的取向、和植入物相對于關(guān)節(jié)的位置。
[0030]在實施例15中，實施例13或14中任何一個的系統(tǒng)的結(jié)果可以任選地包括表示植入物和關(guān)節(jié)的接觸表面之間的間隙的間隙曲線?？梢栽诒榧瓣P(guān)節(jié)的運動范圍的多個點處表示所述間隙。結(jié)果識別信息可以包括顏色。
[0031]在實施例16中，實施例13至15中任何一個的一個或多個處理器可以任選地接收一個或多個候選植入物參數(shù)組的用戶選擇，和在接收所述選擇之后生成另一組一個或多個候選植入物參數(shù)組。
[0032]在實施例17中，實施例13至16中任何一個的系統(tǒng)可以任選地包括用于收集來自外部輸入的用于描述關(guān)節(jié)的數(shù)據(jù)的傳感器。實施例13至16中任何一個的一個或多個處理器可以任選地生成用于規(guī)劃過程中的關(guān)節(jié)的虛擬三維模型。
[0033]實施例18可以包括用于確定放置關(guān)節(jié)假體的位置的可機器讀取的存儲介質(zhì)。在一個實施例中，可機器讀取的存儲介質(zhì)包括指令，所述指令當(dāng)由機器執(zhí)行時，使機器接收第一植入物參數(shù)組，生成第一組候選植入物參數(shù)組，將函數(shù)應(yīng)用至第一組候選植入物參數(shù)組的各候選植入物參數(shù)組，根據(jù)第一組候選植入物參數(shù)組的至少一個候選植入物參數(shù)組提供結(jié)果的圖形表示，提供用戶接口控制以允許用戶執(zhí)行對應(yīng)于第一組候選植入物參數(shù)組的候選植入物參數(shù)組的遞增改變，和接收對第一組候選植入物參數(shù)組的候選植入物參數(shù)組的選擇。第一植入物參數(shù)組可以限定手術(shù)規(guī)劃的參數(shù)。第一組候選植入物參數(shù)組的各候選參數(shù)組可以是相對于第一植入物參數(shù)組對第一參數(shù)組的至少一個參數(shù)進行遞增改變的結(jié)果。所述函數(shù)可以計算第一組候選植入物參數(shù)組的各候選植入物參數(shù)組的結(jié)果?？梢栽谑中g(shù)規(guī)劃圖形用戶接口(GUI)內(nèi)提供圖形表示。所述結(jié)果可以包括結(jié)果識別信息。可以在手術(shù)規(guī)劃GUI內(nèi)提供用戶接口控制。選擇用戶接口控制中的至少一個可以在圖形表示中實現(xiàn)至少一個候選植入物參數(shù)組的結(jié)果。用戶接口控制中的至少一個包括與對應(yīng)的候選植入物參數(shù)組的結(jié)果的結(jié)果識別信息相關(guān)的識別信息。
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