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    计算机辅助 手术 系统
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    摘要
    申请专利号:

    CN201110048976.2

    申请日:

    2011.02.28

    公开号:

    CN102194047A

    公开日:

    2011.09.21

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 专利权的转移IPC(主分类):G06F 19/00登记生效日:20170109变更事项:专利权人变更前权利人:史赛克欧洲控股六有限责任公司变更后权利人:史赛克欧洲控股一有限责任公司变更事项:地址变更前权利人:美国密歇根州变更后权利人:美国密歇根州|||专利权的转移IPC(主分类):G06F 19/00登记生效日:20170109变更事项:专利权人变更前权利人:斯特赖克创伤治疗有限责任公司变更后权利人:史赛克欧洲控股六有限责任公司变更事项:地址变更前权利人:德国申基兴变更后权利人:美国密歇根州|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G06F 19/00申请日:20110228|||公开
    IPC分类号: G06F19/00 主分类号: G06F19/00
    申请人: 斯特赖克创伤治疗有限责任公司
    发明人: A·布劳; M·科嫩; B·西蒙; H·米勒-丹尼尔斯
    地址: 德国申基兴
    优先权: 2010.03.01 EP 10155104.2; 2010.03.01 US 12/715113
    专利代理机构: 中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 代易宁
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201110048976.2

    授权公告号:

    ||||||||||||

    法律状态公告日:

    2017.02.01|||2017.02.01|||2015.06.03|||2011.11.23|||2011.09.21

    法律状态类型:

    专利申请权、专利权的转移|||专利申请权、专利权的转移|||授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本文描述了一种计算机辅助手术系统以及操作计算机辅助手术系统的方法。这种系统和方法包括提供医疗设备的虚拟表示以提供医疗设备(如植入件等)的较容易的应用。所描述的系统和方法允许将要应用的医疗设备(如植入件)的简单而快速的定位。

    权利要求书

    1.一种操作计算机辅助手术系统的方法,所述方法包括:相对于解剖结构(300)定位(S10)基准体(100,200),所述基准体虚拟地表示将要应用于所述解剖结构的医疗设备(200、210、220)的位置;检测(S20)所述基准体相对于所述解剖结构的位置;基于检测到的所述基准体相对于所述解剖结构的位置将所述解剖结构与将要应用的医疗设备的虚拟表示(200′、210′、220′)叠置(S30);提供(S40)相对于所述解剖结构应用所述医疗设备的允许范围的规则;修正(S50)所述基准体的位置;以及优化(S60)将要应用的所述医疗设备相对于所述解剖结构的虚拟位置以获得与所述允许范围的规则的最佳匹配。2.如权利要求1所述的方法,其中,医疗设备的位置包括所述医疗设备的尺寸、定位和取向。3.如权利要求1和2中的任一项所述的方法,其中,检测(S20)所述基准体(100,200)相对于解剖结构的位置包括:从不同的角度获取(S21)两个二维图像,基于所述两个二维图像生成(S22)三维表示,以及基于所述三维表示确定(S23)所述基准体相对于所述解剖结构的空间位置。4.如权利要求1至3中的任一项所述的方法,其中,修正(S50)所述基准体的位置包括旋转(S51)和/或位移(S52)所述基准体(100,200)。5.如权利要求1至4中的任一项所述的方法,其中,修正(S50)包括从预定的一组多个医疗设备中选择(S53)所述医疗设备(200,210,220)。6.如权利要求1至5中的任一项所述的方法,进一步包括将所述解剖结构(300)和将要插入的医疗设备(200,210,220)的虚拟表示(200′,210′,220′)的叠置成像(S70)。7.如权利要求1至6中的任一项所述的方法,其中,将要应用的所述医疗设备(200,210,220)的位置远离所述基准体(100,200)。8.如权利要求1至7中的任一项所述的方法,其中,所述医疗设备(200,210,220)是植入件。9.如权利要求1至8中的任一项所述的方法,其中,所述基准体(100,200)可安装到医疗器械(10)。10.一种程序元件,在由处理器执行时,所述程序元件被适配为执行如权利要求1至9中的任一项所述的方法。11.一种计算机可读介质,所述计算机可读介质存储了权利要求10的程序元件。12.一种计算机辅助手术系统,包括:相对于解剖结构(300)的基准体(100,200),所述基准体虚拟地表示将要应用于所述解剖结构的医疗设备(200,210,220)的位置;检测装置(3),所述检测装置被适配为检测所述基准体相对于所述解剖结构的位置;数据库(4),所述数据库包括虚拟医疗设备信息;计算装置(5),所述计算装置被适配为基于所述检测装置的输出将所述解剖结构与将要应用的医疗设备的虚拟表示(200′,210′,220′)叠置,并且修正所述基准体的位置以及优化将要应用的所述医疗设备相对于所述解剖结构的虚拟位置,以获得与相对于所述解剖结构应用所述医疗设备的允许范围的预定规则的最佳匹配。13.如权利要求12所述的系统,其中,所述数据库(4)包括用于所述医疗设备(200,210,220)的多个数据集,其中,所述数据集表示多种医疗设备。14.如权利要求12和13中的任一项所述的系统,其中,所述医疗设备(200,210,220)是植入件。15.如权利要求14所述的系统,其中,所述系统进一步包括被适配为将所述植入件定位的医疗器械(10),其中,所述基准体(100,200)可按照预定的方式安装到所述医疗器械。

    说明书

    计算机辅助手术系统

    技术领域

    本发明涉及一种计算机辅助手术系统以及操作计算机辅助手术系统的方法,具体地涉及提供医疗设备的虚拟表示以提供这种医疗设备的较容易应用(如植入等)的一种计算机辅助手术系统以及操作计算机辅助手术系统的方法。

    背景技术

    股骨颈骨折可通过如髓内钉来进行治疗。在这些治疗中,用于髓内钉的钉典型地包括用于接收接骨螺钉的至少一个钻孔。通常以该股骨的纵向方向引入这种钉,其中,当该接骨螺钉容纳在该至少一个钻孔内时,该接骨螺钉以与该股骨的颈所成的某个角度侧向延伸。外科医生的一种不可避免的问题是预测这种钉或植入件或其一部分的未来位置或植入位置。在以前,手术人员一直以反复试验的方式来获得该植入件的或多或少的最佳位置。不过,这可能会导致较长的手术持续时间,而较长的手术持续时间则可能会导致对患者的更高的压力。进一步来讲,对于每一次尝试而言,通常必需至少一个X光图像(如荧光照片),以检查该植入件的当前位置,从而评估其位置。

    在最近,用于动力髋螺钉的计算机辅助手术已由Amir?Herman等人在The?International?Journal?of?Medical?Robotics?and?Computer?Assisted?Surgery,2008年12月29日,第5卷,第45至50页中进行了描述,其描述了一种计算机辅助手术系统,这种系统采用了一种图像分析技术,以测量三维距离、使植入件模板可视化并且在标准的荧光透视图上观察受导轨迹。引导系统结合合并在透明硬件中的一组X光不能够穿透的标记作为瞄准、定位和参照装置。这种装置附接到引导线。荧光图像由这名外科医生获得,然后由图像处理引擎进行处理,该图像处理引擎计算该图像中相对于C臂的三维取向以及钻孔轨迹。

    另外,EP1149151B1对获取旨在用于将锁定螺钉插入髓内装置的开口的信息的过程进行了描述。该文件描述了获取旨在用于将锁定螺钉插入髓内装置的远端锁定孔的信息的过程。所描述的过程包括利用放射单元获取该髓内装置的远端部分的不同取向的两个图像、通过将固定在该髓内装置上的基准帧和备选的固定在该放射单元上的另一个基准帧定位来获取投影参数,尤其是该X光源的位置和每个图像的投影平面。该过程还包括校正这些图像的任何失真、将每个图像中的该髓内装置的远端部分分段以及计算与该装置的位置有关并且与这些孔的位置有关的属性,其中,这些属性至少包括该装置的轮廓、它的重心以及它的主轴。另外,该过程还包括对每个图像的该装置的远端部分的投影锥进行构造、确定这两个投影锥的交叉点、基于该交叉点对该髓内装置进行建模、借助于该建模和在这些图像上确定的这些孔的重心来确定锁定孔的中心、以迭代方式确定该锁定开口的取向以及引导钻孔工具。

    发明内容

    本发明提供允许所要应用的医疗设备简单而快速地定位的一种计算机辅助手术系统以及操作计算机辅助手术系统的方法,这种医疗设备如一种植入件。

    根据本发明的一个实施例,提供一种操作计算机辅助手术系统的方法,这种方法包括:相对于解剖结构将基准体定位,该基准体虚拟地表示将要应用于解剖结构的医疗设备的位置;检测该基准体相对于解剖结构的位置;基于检测到的基准体相对于解剖结构的位置将该解剖结构与将要应用的医疗设备的虚拟表示叠置;提供相对于解剖结构应用医疗设备的允许范围的规则;修正该基准体的位置;以及优化将要应用的医疗设备相对于解剖结构的虚拟位置以获得与这些允许范围的规则的最佳匹配。

    因此,通过使用将要应用的医疗设备的虚拟表示,能够预测实际的医疗设备的未来的位置,而无需在确定该医疗设备的最终理想位置阶段期间将这种医疗设备插入。这样就能够在将该医疗设备插入之前虚拟优化该医疗设备的位置。这就可能会降低切口和X光冲击对患者造成的压力。优化可包括该医疗设备即该植入件的最佳位置、取向和几何结构的确定。这种优化可在计算机设备的支持下进行。该基准体可以是特别的附加元件以及具有独特的几何结构以在成像时识别其位置的医疗器械。

    根据本发明的另一个实施例,医疗设备的位置包括该医疗设备的尺寸、位置以及取向。

    因此,这种医疗设备能够被虚拟地表示,并且考虑相对于患者的解剖结构的所有的相关信息。位置还可以是医疗设备的几何结构,尤其是从预定的多种医疗设备中选出的几何结构。

    根据本发明的又一个实施例,检测相对于解剖结构的已定位的基准体包括从不同的角度获取两个二维图像并且基于这两个二维图像生成三维表示,以及基于该三维表示确定基准体相对于解剖结构的空间位置。这两个二维图像可包括容纳医疗设备的解剖结构。该医疗设备相对于解剖结构的位置可以基于该三维表示。

    因此,能够用三维方式表示解剖结构以及将要应用的虚拟植入件或虚拟医疗设备,以给出将要应用的医疗设备的正确定位和尺寸的概览。

    根据本发明的再一个实施例,修正可包括将该基准体旋转和/或位移。

    因此,能够相对于解剖结构将表示该医疗设备的位置的基准体虚拟定位,以找出在未来定位的医疗设备在所提供的规则内的优化的位置,其中,这些规则提供了相对于解剖结构应用该医疗设备的允许范围。

    根据本发明的再一个实施例,修正可包括从预定的一组多种医疗设备选择该医疗设备。

    因此,为了满足这些允许范围的规则,这些医疗设备的尺寸也能够从预定的组之中进行选择,以找出如将要植入的最佳植入件的类型。这些不同的类型可具有对应于不同的解剖属性的不同的几何结构,如长度、倾斜角以及其它几何属性。

    根据本发明的再一个实施例,操作计算机辅助手术系统的方法还包括将该解剖结构和将要插入的医疗设备的虚拟表示的叠置成像。

    因此,外科医生就能够在现场对该计算机辅助手术系统正在进行的过程进行控制和监测,这可能会对最终决定这种优化是否足够以及由这名外科医生亲自提供最终的检查有意义。

    根据本发明的再一个实施例,将要应用的医疗设备的位置远离该基准体。优选该医疗设备是一种植入件。优选该基准体可安装到医疗器械,如瞄准器械。

    因此,该基准体就不必设置为非常接近该医疗设备。植入件可以不在距该基准体很近的位置被虚拟表示。这对具有相对于该切口的开口位置的最终远离位置的植入件至关重要。进一步来讲,在将该基准体提供给瞄准器械时,子植入件(如髓内钉的接骨螺钉)也能够被虚拟表示。

    根据本发明的再一个实施例,提供一种程序元件,在由处理器执行时,这种程序元件被适配为实现操作计算机辅助手术系统的创造性方法。

    根据本发明的再一个实施例,提供一种计算机可读介质,这种计算机可读介质存储了该创造性程序元件。

    这样就能够分别在计算机和计算机程序上实现这种操作计算机辅助手术系统的方法。

    根据本发明的再一个实施例,提供一种计算机辅助手术系统,包括:相对于解剖结构的基准体,该基准体虚拟地表示将要应用于该解剖结构的医疗设备的位置;检测装置,该检测装置被适配为检测该基准体相对于该解剖结构的位置;数据库,该数据库包括虚拟医疗设备信息;以及计算装置,该计算装置被适配为基于该检测装置的输出将该解剖结构与将要应用的医疗设备的虚拟表示叠置,并且修正该基准体的位置以及优化将要应用的医疗设备相对于该解剖结构的虚拟位置,以获得与相对于该解剖结构应用该医疗设备的允许范围的预定规则的最佳匹配。

    这种计算机辅助手术系统允许预测将要应用的医疗设备(如植入件)的未来位置,而无需进行外科医生的反复试验程序来满足相对于该解剖结构应用该医疗设备的允许范围的预定规则,可以以所要求的距离的形式提供这些规则,如至该骨骼的表面的距离,尤其是如该股骨的纵向方向与股骨颈等的取向之间的倾斜角。

    根据本发明的一个实施例,该数据库包括用于该医疗设备的多个数据集,其中,这些数据集表示多种医疗设备。

    因此,不仅能够确定该医疗设备的取向和位置以满足这些允许范围的预定规则,而且能够确定该医疗设备的尺寸以满足这些允许范围的预定规则。这在具有多种解剖时尤为重要,这些解剖在如髓内钉和相应的接骨螺钉的长度、直径以及特定角度方面要求不同的尺寸。根据本发明的实施例,这种医疗设备是一种植入件。

    根据本发明的再一个实施例,这种系统还包括被适配为将该植入件定位的医疗器械,其中,基准体可按照预定的方式安装到该医疗器械。

    因此,该基准体可用于表示髓内钉,该髓内钉仍未植入以在将该髓内钉插入之前找出该髓内钉的正确位置以及未来植入的接骨螺钉的正确位置。不过,该髓内钉可以被看作是一种基准体,因为该髓内钉可具有也表示将要插入的接骨螺钉的未来位置的独特形式。因此,在已将安装到该医疗器械的髓内钉插入时,从该髓内钉的几何结构能够确定该接骨螺钉的未来位置,即定位、尺寸和取向。应注意能够将该髓内钉用作表示如接骨螺钉的未来位置的基准体。不过,单独的基准体也能够被用于表示例如该髓内钉,其中,这种基准体可以按照预定的位置固定到该医疗器械或该钉,用于表示或预测髓内钉的未来位置。在获知了该髓内钉的几何结构和取向时,也能够通过评估安装到该医疗器械的基准体来预测接骨螺钉的未来位置。

    应注意以上所描述的本发明的实施例也可应用于操作计算机辅助手术系统的方法、计算机辅助手术系统、程序元件以及计算机可读介质。

    还应注意还可将以上的特征结合。虽然并未明确地进行详细描述,但以上这些特征的结合也可导致协作效果。

    参考下面描述的实施例就会明白本发明的这些方面和其它方面,并且将参考这些实施例对本发明的这些方面和其它方面进行说明。

    附图说明

    通过阅读下面对本发明的非限制性实施例的详细描述并参考附图,就会更好地理解本发明,在这些图中:

    图1示出了一种计算机辅助手术系统。

    图2示出了一种医疗器械,在该医疗器械上固定有基准体和植入件,该植入件包括髓内钉和接骨螺钉。

    图3示出了与示于图2中的医疗器械分离的植入件。

    图3a示出了示于图3中的基准体。

    图3b示出了示于图3中的基准体的端视图。

    图4a示出了该植入件的虚拟表示。

    图4b示出了该植入件的实际位置。

    图5示出了接骨螺钉的虚拟表示和钉的实际位置。

    图6示出了接骨螺钉和钉的虚拟表示。

    图7a示出了由所提供的箭头示出的虚拟钉和虚拟螺钉的第一方向的偏离。

    图7b示出了由所提供的箭头示出的虚拟钉和虚拟螺钉的第二方向的偏离。

    图7c示出了虚拟钉和虚拟螺钉的正确位置。

    图7d示出了实际的钉和实际的螺钉的最终位置。

    图8a示出了由所提供的箭头示出的实际钉和虚拟螺钉的第一方向的偏离。

    图8b示出了由所提供的箭头示出的实际钉和虚拟螺钉的第二方向的偏离。

    图8c示出了实际的钉和虚拟螺钉的正确位置。

    图8d示出了实际的钉和实际的螺钉的最终位置。

    图9a示出了多种不同的几何结构(即螺钉相对于钉的倾斜角)的虚拟表示。

    图9b示出了多种不同的几何结构(即螺钉相对于钉的倾斜角)的虚拟表示。

    图10示出了多种不同的几何结构(即螺钉相对于实际的钉的长度)的虚拟表示。

    图11示出了操作计算机辅助手术系统的方法的示意性流程图。

    具体实施方式

    图1示出了一种计算机辅助手术系统1??山颊?定位于该计算机辅助手术系统内部或上面,以使将要使用的医疗设备的应用能够得到辅助,这种医疗设备如植入件。图1中的计算机辅助手术系统示出了用于将髓内钉植入患者2的股骨的构造。出于这种目的,设有一种成像装置3以从该解剖结构的位置输送图像,该植入件旨在应用于该位置。该计算机辅助手术系统还包括显示单元4以及计算单元5,这样就能够分别计算该医疗设备和植入件的正确位置并且在该显示单元上显示。因此,外科医生就在应用如髓内钉和相应的接骨螺钉时得到辅助,这样就能够减少总的切口时间并且能够改进该植入件的位置。

    图2示出了以瞄准器械形式的一种医疗应用器械10。该瞄准器械包括手指握具11和用于联接将要应用的医疗设备200的联接部分15。示于图2中的医疗设备是髓内钉200。该髓内钉具有上部分201,该上部分也包括联接部分205,用于将该髓内钉联接到医疗器械10的联接部分15。在示于图2的实施例中,髓内钉200包括设在该髓内钉的上轴部分201中的开口202。该开口202用于接收接骨螺钉210。该髓内钉还包括下轴部分203,该下轴部分包括另一个开口204,用于接收远端固定螺钉220。将接骨螺钉210设计为延伸到该股骨的颈内。出于这种目的,该接骨螺钉210设有用于固定在骨材料内的齿轮轴211。另外,该接骨螺钉还设有固定装置216,以使该接骨螺钉能够被固定在髓内钉200中。这种固定能够通过内螺钉沿着该髓内钉的纵向延伸在上轴部分201内进行,以相对于髓内钉200将接骨螺钉210的位置固定。接骨螺钉210还可设有用于接收相应的器械的接收器215,这种器械如一种螺丝刀,用于将接骨螺钉210拧入骨骼,如股骨颈。

    在图2中,基准体100以预定的方式被固定到医疗器械10上。该基准体包括用于将该基准体较容易地固定和定位的手指握具101。该基准体还包括多个基准标记102。这些标记以预定的方式分布在基准体上,以提供任何二维投影形式的独特表示,以使单一的荧光照片图像可足以用于确定基准体100的独特的三维位置。由于基准体100以预定的方式并且相对于髓内钉200固定到医疗器械10,所以基准体100的已知的取向、定位以及总体上所说的位置同时表示髓内钉200的位置。在髓内钉200的几何结构已知的情况下,接骨螺钉210和远端锁定螺钉220的位置至少在其纵向延伸的方向也被预先确定。因此,医疗器械10以及基准体100的定位允许确定髓内钉200的位置以及至少接骨螺钉210和远端锁定螺钉220的纵向延伸方向,而与如荧光照片图像中的该髓内钉的可见度无关。为了确定基准体100是否相对于医疗器械10被正确地定位,医疗器械10还能够设有多个基准标记12,以使能够通过评估单一的荧光图像来确定该基准体相对于医疗器械10的正确位置。

    图3示出了示于图2中的植入件部分和器械部分的单一元件。图3以相对于医疗器械10的分开方式示出了髓内钉200。医疗器械10包括具有独特的匹配形状16的联接部分15,该匹配形状是例如鼻状物的形式,用于接收髓内钉206、205的各自的对应部分。这样就能够提供髓内钉200相对于医疗器械10的独特的匹配位置,从而能够确?;继?00能够用于预先明确地表示髓内钉200。

    图3a示出了基准体100的前视图。这些基准标记202不规则地但以预定的方式分布在基准体100上,以使单一的荧光照片允许该基准体的空间位置的唯一确定。图3b示出了与医疗器械10分离的该基准体的侧视图。

    在获知髓内钉200相对于该基准体的位置时,此时安装到医疗器械10上的该基准体的位置的变化可用于确定该髓内钉的未来位置,即使该钉未安装到医疗器械10。这可从图4a中看出,该图示出了股骨形式的解剖结构300,该股骨具有股骨头330、股骨颈320和股骨干310。在将上面安装有基准体100的医疗器械10定位时,可通过观察髓内钉200的虚拟表示来确定髓内钉的未来位置。应注意,在下面的描述中,带有撇号的附图标记表示将要应用的医疗设备(如植入件)的虚拟部分,其中,不带撇号的附图标记表示也已经应用的实际的医疗设备。

    在将医疗器械10定位于该股骨的顶部上时,该医疗器械以及基准体100的位置的修正允许确定后来应用的医疗设备的虚拟表示。在已找到将要植入的医疗设备的正确位置时,如图4a所示,可将相应的引导线400应用于该股骨,从而将进入点固定,该进入点属于将要应用的医疗设备的最佳位置。然后,可将医疗器械10移开,而仍将引导线400保持在股骨300。这样就将该进入点固定,以应用钻孔装置或尖钻将该股骨的相应的进入点打开。在钻孔之后,可将实际的髓内钉200联接到医疗器械10以将该髓内钉插入到股骨300中,尤其是股骨干310中,如可从图4b看出的那样。

    还可将该基准体安装到尖钻或钻孔工具,或者安装到用于表示尖钻的瞄准器械。在为尖钻设有基准体时,可基于该尖钻的轨迹预测该钉的未来位置。这样就能够在通过如尖钻或钻孔工具产生该钻孔时确定该钉的未来位置?;谎灾?,在钻制用于该钉的孔时有可能在现场确定未来的钉位置。

    应注意,根据该髓内钉的已知几何结构以及髓内钉200与医疗器械10经由预定的联接装置205、206、15、16的预定联接,限定了接骨螺钉210的方向以及远端锁定螺钉220的方向。

    图5示出了从已将实际的髓内钉200插入的图4b开始的接骨螺钉210′和锁定螺钉220′的虚拟表示。虽然该接骨螺钉以及该锁定螺钉的精确位置能够改变,但它们的纵向方向和取向通过该髓内钉的这些开口202、204预先确定。因此,在已将该髓内钉插入时,可以使用接骨螺钉210′的虚拟表示,以确定相对于从该髓内钉的纵向轴纵向平移以及旋转的髓内钉的正确位置。应理解,髓内钉200还能够设有独特的几何结构,允许明确地确定该髓内钉的位置,即它的定位、尺寸和取向?;谎灾?,在将实际的髓内钉200用作基准体时,可将在该医疗器械的顶部上的另外的基准体100省去,因为此时该髓内钉可用作用于将要应用的接骨螺钉210′以及将要应用的远端锁定螺钉220′的基准体。

    图6示出了髓内钉200′的虚拟表示以及接骨螺钉210′和锁定螺钉220′的虚拟表示。由于接骨螺钉210′的位置通过其相对于髓内钉200′的取向限定,所以该医疗器械的定位能够被用于查找该髓内钉以及该接骨螺钉的正确位置。通过医疗器械10的重新定位,髓内钉200′以及接骨螺钉210′的虚拟表示发生变化,这样就不但能够确定该髓内钉的正确位置而且能够确定该接骨螺钉的正确位置。这就允许例如确定虚拟髓内钉200′的正确的轴向位移,以便查找虚拟接骨螺钉210′的正确位置,以保持接骨螺钉与股骨颈320的骨表面之间的一定距离。将参照下面的附图进行更详细的描述。

    图7a示出了髓内钉200′的虚拟位置以及接骨螺钉210′的虚拟表示。不过,这些植入件、髓内钉以及接骨螺钉的虚拟表示示出了一种位置,这种位置不足以使该髓内钉以及该接骨螺钉最终插入,因为该髓内钉至该股骨干的表面的距离以及该接骨螺钉至该股骨颈的表面的距离太窄(见箭头)。因此,必须修正医疗器械10的位置以找出更佳的定位。

    图7b示出了重新定位,不过,这种定位也不适于该植入件的最终插入,因为髓内钉200′的虚拟表示以及接骨螺钉210′的虚拟表示分别至股骨干310和股骨颈320仍太窄。根据图7c,在进一步地重新定位之后,实现了虚拟的髓内钉200′以及接骨螺钉210′的虚拟表示的正确位置,这样就能够通过例如应用引导线400来固定该正确位置。在已将正确的进入点固定之后,该整个实际的植入件,即髓内钉200和接骨螺钉210,能够在之前确定的位置应用于股骨300。应注意,根据独特地表示该髓内钉以及该接骨螺钉的方向的基准体100的独特表示,在图7a与图7c之间不要求另外的荧光照片。若希望对最终的植入件位置进行控制以确认其成功的植入,则可获取另一个荧光照片,如图7d所示。

    如图7c所示,在确定正确的进入点的情况下,可将髓内钉200联接到医疗器械10,然后能够将其插入到股骨干310内。髓内钉200或基准体100或二者,即基准体100和髓内钉200,能够用作基准体100,以虚拟地表示接骨螺钉210′和远端锁定螺钉220′的虚拟表示。通过将医疗器械10以及髓内钉200重新定位,能够确定接骨螺钉210′的正确的未来位置。

    图8a至图8d示出了在将实际的钉200定位时接骨螺钉210′的虚拟表示的布置。图8a示出了相对于虚拟接骨螺钉210′与股骨颈320的表面(箭头)之间的短距离的不足够的位置,而图8b示出了相对于该股骨颈的另一侧(箭头)的相对位置的不足够的定位。图8c示出了髓内钉200相对于接骨螺钉210′的虚拟表示的较佳位置,这样,实际的接骨螺钉210就能够像图8d所示的那样被插入。应注意,基准体100也能够用于表示例如钻孔工具,以提供进入股骨颈310的骨干的钻孔,这样就能够在钻孔过程期间对该钻机的正确位置进行监测,而无需钻孔过程期间的单一荧光照片。该基准体还可表示钻孔时的钉200′,以在钻制用于接收后来的钉的孔时能够监测该钉的正确定位。这种钻孔过程的监测类似于图8a至图8c的图示,其中,此时的髓内钉200由钻机所取代,而可以保持接骨螺钉210′的虚拟表示,以确保接骨螺钉210的正确位置。

    应注意,这种计算机辅助手术系统也可帮助查找基准体100、200的较佳位置或取向。这可通过向外科医生提供详细的指令来进行,其中,应移动该瞄准器械的方向以查找该正确的位置?;褂锌赡芟蚋妹樽计餍档氖种肝站咛峁┐ゾ醴蠢?,例如,使得该外科医生能够直接地认识到应在哪个方向上移动该瞄准器械。出于这种目的,可将各自的参与者置于手柄或握具。

    图9a示出了髓内钉的虚拟表示的呈现,该髓内钉具有几何结构变化的开口202。通过选择各自的虚拟髓内钉200′,可将接骨螺钉210′的倾斜变化至较陡的位置210a′或不太倾斜的位置210b′。这样就能够通过虚拟表示允许接骨螺钉210′的不同倾斜角的可能的髓内钉的变化来选择髓内钉的正确类型,以实现后续植入的接骨螺钉210的正确定位。这种选择能够通过计算机辅助手术系统在数据库中搜索最佳几何结构并提出相应类型的植入件时来进行。

    在实践中,使用带有手术中X光成像的立体定向,其中,设有基准体100的尖钻9可用于钻制用于该钉的钻孔,如图9b所示。这种系统可检测尖钻9的基准体100,并因此而获知植入件200′的轴线,如三维空间内的γ钉/髓内钉的轴线。在进入骨骼某个距离时,基本上确定了尖钻9的轨迹。不过,可根据该尖钻的深度进行略微的修正。通过产生两个二维图像,如一个图像以AP方向,另一个图像以ML方向,能够观察该解剖结构以及已经进入的尖钻。在ML视图中,该系统将股骨头分段,因此获知该股骨头的中心,并因此而能够计算ML视图中的植入件的正确旋转。在AP视图中,该系统用在ML中计算的正确的轴线旋转来覆盖植入件、进行股骨头的解剖分段,并因此而计算该股骨头的中心(或顶端)。该钉的虚拟表示允许旋转和/或平移该基准体以查找用于钉的优化的位置。然后,该系统可沿着对应于钉的轴线的轨迹虚拟移动该植入件,如该钉,直到接骨螺钉的轨迹,例如作为默认值的钉200′与接骨螺钉210′之间的125°的倾斜角,延伸穿过头的中心(或顶端),并且除了该默认类型之外还显示所有其它可用类型的植入件。这可通过软件工具来实现??赏ü眉扑阕爸没谑菘獾目捎檬菁远范ㄗ罴讯の恢煤妥罴讯だ嘈?,以使外科医生可接收对钉位置和钉类型以及对应的接骨螺钉和/或远端锁定螺钉的建议??裳≡竦?,用户可与该系统交互以调节钉的进入深度??裳≡竦?,该系统可呈现全部背景的三维再现。已引入的尖钻提供了在骨骼内的稳定位置,这样就能够提供髓内钉的未来位置。进一步来讲,尖钻的固定位置允许在操作过程中保持该位置?;谎灾?,在使用这种计算机辅助手术系统时,操作的整个工作流程不会受到干扰。应注意,图2至图10的图示是以AP方向的图示,也可获得用计算单元5提供的以ML方向的对应图示。

    图10以类似的方式示出了从多种接骨螺钉中选择正确的接骨螺钉210,以使接骨螺钉至股骨头330的表面的所要求的距离能够得到保持。图10示出了接骨螺钉210′和210c′的两个可能的长度,其中,基于允许范围的规则的系统应选择位置210′,因为较长的接骨螺钉210c′并不保持至股骨头330的表面的所要求的距离。

    图11示出了操作计算机辅助手术系统的方法。这种方法包括:相对于解剖结构300将基准体100、200定位S10,该基准体虚拟地表示将要应用于解剖结构的医疗设备200、210、220的位置;检测S20该基准体相对于该解剖结构的位置;基于检测到的基准体相对于解剖结构的位置将该解剖结构与将要应用的医疗设备的虚拟表示200′、210′、220′叠置S30;提供S40相对于解剖结构应用该医疗设备的允许范围的规则;修正S50该基准体的位置;以及优化S60将要应用的医疗设备相对于解剖结构的虚拟位置以获得与这些允许范围的规则的最佳匹配。检测S20相对于解剖结构的已定位的基准体100、200还可包括从不同的角度获取S21两个二维图像并且基于这两个二维图像生成S22三维表示,以及基于该三维表示确定S23该基准体相对于解剖结构的空间位置。修正S50可包括将基准体100、200旋转S51和/或位移S52,以及从预定的一组多个医疗设备中选择S53医疗设备200、210、220。

    在本发明的另一个实施例中,提供一种计算机程序或计算机程序元件,其特征在于被适配为在适当的系统上执行根据前面的一个实施例的方法的步骤。

    因此,该计算机程序元件可被存储在计算机单元上,该计算机单元也可以是本发明的实施例的一部分。这种计算单元可被适配为执行上述方法的步骤或者导致上述方法的步骤的执行。而且,它还可用被适配为操作上述装置的部件。该计算单元能够被适配为自动操作和/或执行用户的命令??山扑慊绦蚣釉氐绞荽砥鞯墓ぷ鞔娲⑵髂?。因此,可对该数据处理器进行配备以实现本发明的方法。

    本发明的这个实施例涵盖了从开始就使用本发明的计算机程序和通过更新将现有的程序转化为使用本发明的程序的计算机程序。

    进一步来讲,该计算机程序元件能够提供执行上述方法的实施例的过程的所有必要步骤。

    根据本发明的再一个实施例,提供一种计算机可读介质,如CD-ROM,其中,该计算机可读介质具有在其上存储的计算机程序元件,这种计算机程序元件在前面的段落中进行了描述。

    不过,还可在如国际互联网这样的网络上提供这种计算机程序,并且能够从这种网络将其下载到数据处理器的工作存储器内。根据本发明的另一个实施例,提供一种使计算机程序元件能够用于下载的介质,这种计算机程序元件布置为执行根据前面所描述的本发明的实施例之一的方法。

    必须注意,参考不同的主题对本发明的实施例进行了描述。具体地来讲,参考方法类权利要求对一些实施例进行了描述,而参考装置类权利要求对另一些实施例进行了描述。不过,本领域中熟练的技术人员会从前面和下面的描述中推断出,除非另有说明,除了属于一类主题的特征的任何组合之外,本申请也公开了与不同的主题相关的特征之间的任何组合。不过,能够将所有的特征进行组合,从而提供多于这些特征的简单累计的合成效果。

    必须注意,参考不同的主题对本发明的实施例进行了描述。具体地来讲,参考设备类权利要求对一些实施例进行了描述,而参考方法类权利要求对另一些实施例进行了描述。不过,本领域中熟练的技术人员会从前面和下面的描述中推断出,除非另有说明,除了属于一类主题的特征的任何组合之外,还认为本申请也公开了与不同的主题相关的特征之间的任何组合,尤其是设备类权利要求的特征与方法类权利要求的特征之间的任何组合。

    在权利要求书中,词语“包括”并不排除其它要素或步骤,而且“一”或“一个”并不排除复数。单个的处理器或其它单元可执行权利要求书中所阐述的几个项目的功能。在相互之间不同的从属权利要求中阐述某些量数并不表明这些量数的组合不能够用于产生有益效果。

    计算机程序可存储和/或分布在适当的介质上,如光学存储介质或与其它硬件一起提供或作为其它硬件的一部分而提供的固态介质,但还可以用其它形式分布,如通过国际互联网或其它有线或无线电信系统。

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