CN111150489B - 一种用于假体对齐的计算机辅助*** - Google Patents

Abstract

本申请涉及计算机辅助的假体对齐。本申请公开了一种假体对齐计算设备，包括：处理器单元，被配置为：计算目标骨模型与假体模型之间的一个或多个区域不当对齐，目标骨模型包括目标骨的关节表面（“第一表面”）的目标骨的表面的表示，假体模型包括配置为至少部分替换关节表面的假体的表面（“第二表面”）的表示，其中计算一个或多个区域不当对齐包括：确定目标骨模型和假体模型中的相应分段；从相应分段中提取一个或多个特征；和根据提取出的相应分段的一个或多个特征，计算相应分段之间的相似性；以及基于一个或多个区域不当对齐产生可视的关节接口表示，当假体模型对着目标骨模型定位时，关节接口表示指示假体表面的一个或多个部分与关节表面的相应的一个或多个部分在空间上不当对齐。

Description

一种用于假体对齐的计算机辅助***

优先权的权利要求

此专利申请要求2014年3月5日提交的美国临时专利申请序列号No.61/948,102的优先权的权益，其由此通过引用的方式被整体并入此处。

技术领域

此文档一般涉及计算机辅助的矫形外科手术，并且更特别地涉及用于计算机辅助地将假体对齐和定位至骨表面上的***和方法。

背景技术

使用计算机、机器人和成像来辅助矫形外科手术在本领域内是公知的。已经存在被用于引导外科手术过程的计算机辅助的导航和机器人***的大量研究和发展。例如，精确手绘雕刻师采用机器人外科手术***来辅助外科医生准确地将骨头切成期望的形状。在诸如全髋部替换的干预中，计算机辅助的外科手术技术已经被用于改进外科手术的准确性和可靠性。由图像引导的矫形外科手术也已经被发现在预先规划和引导骨折中移位的骨骼片段的正确解剖位置方面是有用的，允许通过骨缝术的良好固定。

功能失调的关节(诸如髋部或膝盖)在关节炎、无血管性坏死或其它衰弱病理状态的情况下可能需要外科手术治疗。关节表面重修成形术是在其中关节组织的一部分(诸如关节表面)由表面重修假体替换的关节替换过程。在某些患者尤其是年轻人和具有相对强壮的骨头的有活力的患者中，已经发现关节表面重修成形术是对传统的全关节替换(诸如全膝盖或全髋部替换)的可行的替代。作为实例，髋部表面重修关节成形术涉及用髋臼中的杯型假体衬垫替换所述髋臼中的磨损的软骨和损坏的骨组织。股骨头可以被修整以及被重新成形，并且股骨假体帽可以被永久地附接至所述修整的股骨头。所述假体带帽的股骨头和所述髋臼杯随后可以被重新连接以恢复髋关节的功能。

发明内容

关节表面重修组件的适当的定位对假体移植过程(诸如关节表面重修成形术)的结果可能是至关重要的。在髋部表面重修关节成形术中，在所述髋臼杯被压力装配至所述表面重修的髋臼中之前，髋臼杯需要被适当地定位至所述表面重修的髋臼上并与所述表面重修的髋臼对齐。相似地，在所述股骨帽可以被粘牢到所述修整的股骨头中之前，所述股骨帽必须被与所述修整的主股骨头适当地对齐。将表面重修组件适当地对齐和定位至各自的主骨上允许关节移动的所期望的范围和灵活性。然而，假体组件的不当定位可以导致冲击、增大的脱臼率、所述假体的磨损和失效，连同许多其它并发症。特别地，股骨颈在髋部表面重修的髋臼组件上的冲击可以导致股骨颈骨折和所述髋臼组件的变松。

将假体定位至表面重修的目标主骨上通常需要外科医生在内心映射和比较所述假体组件和所述目标骨骼的形状、方位和相对位置。计算机辅助的工具可以被用于辅助所述外科医生更好地将所述假体组件与所述目标骨骼对齐。然而，这些方法和工具可能难以操作，并且可能遭受可靠性和确定性的缺乏。例如，一些外科手术区域可能已经降低了可视性和访问，尤其是在微创外科手术和关节镜技术期间。在所述假体组件上和/或所述主目标骨骼上识别不当对齐的区域可能是有问题的并且不精确的，归因于所述外科手术区域内的周围组织的干扰。确定并且可视化所述假体相对于所述目标骨骼的正确位置和方位可能实际上是困难的。因此，本发明人已经认识到：对于可以辅助外科医生以改进的准确度和一致性可靠地将所述假体定位至所述目标骨骼上的***和方法存有相当大的需求。

此处所描述的各种实施例可以帮助改进在将假体(诸如表面重修组件)定位至目标骨骼(诸如主股骨或髋臼)上时的准确性和可靠性。当被集成在机器人外科手术仪器内或者结合机器人外科手术仪器而被使用时，本***和方法可以改进经历矫形过程的患者结果。例如，假体定位和对齐***可以包括处理器单元和用户接口单元。所述处理器单元可以接收包括表示目标骨骼表面的第一数据集合的目标骨骼模型和包括表示假体表面的第二数据集合的假体模型。所述假体被配置成至少部分地替换所述目标骨骼的关节表面。使用所述目标骨骼表面表示和所述假体表面表示，当所述假体模型对着所述目标骨骼模型而被定位时，所述处理器单元可以生成指示所述假体表面的一个或多个部分和所述目标骨骼表面的一个或多个部分之间的空间不当对齐的关节接口表示。所述用户接口可以包括接收所述目标骨骼模型或所述假体模型的位置的改变的指示的用户输入模块。所述用户接口也包括可以显示所述目标骨骼模型、所述假体模型和所述关节接口表示中的一个或多个的显示模块。

用于将假体表面与目标骨骼表面对齐的方法实施例可以包括接收目标骨骼模型(其包括表示目标骨骼表面的数据集合)、假体模型(其包括表示假体表面的数据集合)和所述目标骨骼模型的位置相对于所述假体模型的位置的指示的操作。所述方法也包括：当所述两个模型相对彼此被定位在某些位置和方位时，生成关节接口表示，其指示与所述目标骨骼表面的一个或多个部分在空间上不当对齐的所述假体表面的一个或多个部分。所述目标骨骼模型、所述假体模型和所述关节接口表示中的一个或多个可以被显示在显示模块上，以向***用户(诸如外科医生)提供反馈，并且辅助所述***用户将所述假体适当地定位在所述目标骨骼上。

本文档的机器可读存储介质实施例可以包括如下这样的指令：当由机器执行时，致使所述机器接收目标骨骼模型(其包括表示目标骨骼表面的第一数据集合)、假体模型(其包括表示假体表面的第二数据集合)、以及所述目标骨骼模型的位置相对于所述假体模型的位置的指示。可以致使所述机器生成关节接口表示，其指示当所述两个模型相对彼此被定位在某些位置和方位时，与所述目标骨骼表面的相应的一个或多个部分在空间上不当对齐的所述假体表面的一个或多个部分。所述指令也可以致使所述机器将所述目标骨骼模型、所述假体模型和所述关节接口表示中的一个或多个显示在显示模块上，以向***用户提供反馈。

此发明内容是本申请的教导中的一些的概述，并且不是意在是本主题的排他的或穷尽的处理。关于本主题的进一步的细节在详细的描述和随附的权利要求中被发现。一旦阅读并理解了下面的详细描述以及查看了形成其一部分的附图，本发明的其它方面对本领域技术人员而言将是显而易见的，所述附图中的每个不将被理解为限制意义。本发明的范围由所附的权利要求以及它们的合法等同方案限定。

附图说明

各种实施例经由所述附图的各图中的实例而被示出。这样的实施例是说明性的，并且不是意在是本主题的穷尽的或排他的实施例。

图1是示出了假体对齐和定位***的实例的框图。

图2是示出了假体对齐和定位***中的关节接口生成器的实例的框图。

图3A-D示出了在股骨表面和所述假体的一个位置处的假体表面之间的关节接口表示的实例。

图4A-D示出了在股骨表面和所述假体的另一位置处的假体表面之间的关节接口表示的实例。

图5是示出了用于将假体表面与目标骨骼表面对齐的方法的实例的流程图。

图6是示出了用于生成关节接口表示的方法的实例的流程图。

图7是示出了在其内可以执行用于致使计算机***执行假体对齐的指令的计算机***的实例的框图。

具体实施方式

此处所公开的是用于计算机辅助地将假体组件定位和对齐至目标骨骼上的***、装置和方法。此处所描述的各种实施例可以帮助改进骨整形术规划中的(诸如矫形移植外科手术中的)效能和可靠性。此处所描述的方法和装置也可以适用于在各种其它条件下规划病理骨骼的外科手术。

图1是示出了用于在目标骨骼上的矫形外科手术中使用的假体对齐***100的实例的框图。所述***100包括处理器单元110和用户接口单元120。所述***100可以被配置成生成并向***用户呈现假体组件和被成形为容纳所述假体组件的目标骨骼之间的关节接口的表示。所述***100也可以给所述***用户提供包括所述假体和所述目标骨骼之间的对齐的程度的信息。

所述处理器单元110可以包括用户输入接收器111、模型接收器模块112、关节接口生成器113、以及对齐指数计算器114。所述用户输入接收器111可以接收目标骨骼模型，诸如表示目标骨骼表面的第一数据集合。所述目标骨骼表面可以是所述目标骨骼的关节表面，诸如髋臼表面、股骨的近端或远端的表面、胫骨的近端或远端的表面、或者身体中的任何其它骨骼的表面。所述目标骨骼模型可以包括所述目标骨骼的医学图像、点云、参数模型、或其它形态学描述。所述医学图像可以包括二维(2D)图像或三维(3D)图像。所述医学图像的实例包括X射线、超声图像、计算断层(CT)扫描、磁共振(MR)图像、正电子发射断层(PET)图像、单光子发射计算断层(SPECT)图像、或关节X线照片。所述目标骨骼模型可以包括形状数据、外观数据、或表示所述目标骨骼表面的其它形态学特性的数据。所述形状数据可以包括骨骼的几何特性，诸如3D图像缺陷的界标、表面、边界。所述外观数据可以包括骨骼的几何特性和强度信息两者。

所述用户输入接收器111可以被耦合至所述用户接口单元120(诸如经由用户输入模块121)，以接收所述目标骨骼模型。所述用户输入模块121可以从患者数据库接收所述目标骨骼模型。所述用户输入模块121可以可替代地被耦合至成像***或所述***100内部或外部的其它图像获取模块。所述成像***或所述图像获取模块可以经由所述用户输入模块121将所述目标骨骼模型(例如，一个或多个图像或点云)馈送至所述***100。

所述模型接收器模块112可以接收假体模型，诸如表示假体表面的第二数据集合。所述假体被配置成当所述假体表面与所述关节表面对齐时至少部分地替换所述目标骨骼的所述关节表面。所述假体模型可以包括诸如所述假体表面的形状或外观的信息。所述假体模型可以是参数模型、统计模型、基于形状的模型、体积模型、弹性模型、几何脊柱模型、或有限元模型的形式。在一些实施例中，从所述用户输入模块121接收的所述目标骨骼模型具有比得上从所述模型接收器模块112接收的所述假体模型的数据格式或模态。例如，所述用户输入模块121接收诸如股骨头的表面的医学图像的3D图形表示。因此，所述模型接收器模块112接收诸如所述假体表面的计算机模拟的图像的3D图形表示。

被耦合至所述模型接收器模块112和所述用户输入接收器111的所述关节接口生成器113被配置成使用所述目标骨骼表面表示和所述假体表面表示两者生成关节接口表示。所述关节接口表示可以指示当所述两个模型对着彼此被定位在指定的位置中时与所述目标骨骼表面的一个或多个部分在空间上不当对齐的所述假体表面的一个或多个部分。所述关节接口表示可以包括颜色编码的表示、注释性表示、或其它格式的表示或者两个或更多不同的表示的叠加。所述关节接口表示向所述***用户(诸如外科医生)提供反馈，并且辅助所述***用户将所述假体适当地定位在所述目标骨骼上。下面诸如参考图2讨论所述关节接口生成器113的实例。

所述对齐指数计算器114可以被配置成使用所述关节接口表示计算对齐指数。所述对齐指数可以是所述目标骨骼表面和所述假体表面之间的全部的不一致的测量。在一实例中，L可以被计算为所有分段之间的方形区域相似性测量之和的平方根，即：

所述对齐指数也可以包括所述关节接口表示的各种区域之间的不一致测量的统计。例如，所述对齐指数可以包括所述目标骨骼表面和所述假体表面的多个区域之间的不一致的最大、最小、平均、中值、范围、直方图或空间分布。当所述对齐指数满足指定的标准时，所述对齐指数计算器114可以进一步确定所述假体表面和所述目标骨骼表面之间的期望的对齐已经被实现。

所述用户接口单元120可以包括用户输入模块121和显示模块122。如上面所讨论的，所述用户输入模块121可以接收包括所述目标骨骼表面的表示的目标骨骼模型，并且通过所述用户输入接收器111向所述处理器单元110提供所述目标骨骼模型。所述用户输入模块121可以被通信地耦合至外部模块，用于生成或存储所述目标骨骼模型。

所述用户输入模块121可以包括被连接至所述用户接口单元120的一个或多个定点装置(诸如鼠标、跟踪球、或触摸屏)。所述定点装置使得***用户能够向所述***100发布用户命令。例如，所述用户输入模块121可以接收选择性地改变所述目标骨骼模型的一个或多个性质或者所述假体模型的一个或多个性质的用户命令。用户命令的实例包括在所述目标骨骼模型或所述假体模型中的一个或两者之上平移、旋转、反射、缩放、伸展、收缩、或执行任何其它操纵或所述操纵的组合。所述用户命令也可以包括所述目标骨骼模型、所述假体模型、或所述关节接口表示的多个指定角度的视图或投影。所述用户命令可以进一步包括所述目标骨骼模型和所述假体模型中的任一个或两者的选择、取消选择、位置改变、或方位改变。在一实例中，当仅一个模型(所述目标骨骼模型或所述假体模型)被选择并且被重新定位时，所述用户输入模块121可以接收所选择的模型相对于另一模型的位置的改变。在另一实例中，当所述目标骨骼模型和所述假体模型两者被选择时，所述用户输入模块121可以接收两个模型的位置随着在所述两个模型之间保持的相对位置而同时发生的改变。响应于所述用户命令，所述处理器单元110可以更新目标骨骼模型、所述假体模型、或所述关节接口表示的呈现。在一实例中，如果在所述目标骨骼表面表示和所述假体表面表示之间存在相对位置或方位的改变，则所述关节接口生成器113可以重新生成关节接口表示。在另一实例中，所述关节接口生成器113可以响应于平移或旋转模型或者从不同的指定角度投影模型的用户命令而执行所述关节接口表示的空间变换。

在一些实例中，所述用户输入模块121可以接收对所述目标骨骼模型、所述假体模型、或所述关节接口表示的图像序列做动画的命令。所述做动画的命令可以包括控制所述模型中的一个或两者的运动的速度(例如，帧速率)、方向和效果的参数。所述动画可以显示一个模型(例如，所述目标骨骼模型)相对于另一模型(例如，所述假体模型)的相对位置或方位。

被耦合至所述用户输入模块121和所述处理器单元110的所述显示模块122可以被配置成显示所述目标骨骼模型、所述假体模型和所述关节接口表示。在一实例中，所述显示模块122可以生成与所述目标骨骼模型、所述假体模型中的一个或两者叠加的关节接口表示。下面诸如参考图3A-D和图4A-D讨论所述显示模块122的实例。

图2是示出了关节接口生成器113的实例的框图。所述关节接口生成器113可以包括不当对齐计算器210和关节接口表示生成器220。当在指定的位置对着所述目标骨骼模型定位所述假体模型时，被耦合至所述用户输入接收器111和所述模型接收器模块112的所述不当对齐计算器210可以计算所述目标骨骼表面表示(X)和所述假体表面表示(Y)之间的区域不当对齐测量(Δ)。

所述不当对齐计算器210可以包括分段模块211和区域相似性计算模块212。所述分段模块211可以将所述目标骨骼表面表示(X)划分成多个分段{X(i)}(i＝1，2，...，N)。相似地，所述分段模块211可以将所述假体表面表示(Y)划分成多个分段{Y(i)}(i＝1，2，...，N)。分段X(i)和Y(i)之间的对应可以基于它们的相应的表面表示上的它们的相似位置或形态而被建立。

可以按照预先确定的大小和形状创建所述分段{X(i)}和{Y(i)}，不管所述目标骨骼表面或所述假体表面的解剖学或形态学结构。在在其中所述目标骨骼模型(X)和所述假体模型(Y)各自由数字图像表示的实例中，所述分段的大小可以被定成包含相应的数字图像的指定数量的像素。所述分段的大小可以确定所述两个表面表示X和Y之间的不当对齐的空间分辨率。所述分段越小，在所述表面表示X或Y上产生的分段越多；并且因此，X和Y之间的不当对齐的空间分辨率越精细。在一些实例中，可以使用包括所述目标骨骼表面X或所述假体表面Y的解剖学或形态学结构的信息创建所述分段{X(i)}和{Y(i)}。因此所创建的分段可以具有非一致的大小或形状，并且所述不当对齐因此能够具有非一致的空间分辨率，所述空间不当对齐也是非一致的。

所述区域相似性计算模块212可以计算区域相似性测量D(X(i)，Y(i))。D(X(i)，Y(i))是所述分段X(i)和Y(i)之间的形状、形态或拓扑方面的区域不当对齐的定量测量。可以使用从所述分段X(i)和Y(i)提取的特征计算D(X(i)，Y(i))。特征的实例可以包括位置(诸如坐标系中的坐标)、方位、曲率、轮廓、形状、面积、体积或其它几何或体积参数。所述特征也可以包括一个或多个基于强度的参数。可以在空间域、频域或空间-频率域中提取所述特征。在各种实例中，所述特征可以包括从所述几何或基于强度的参数导出的统计测量，诸如平均、中值、众数、方差、协方差以及其它第二阶或更高阶统计。

取决于所述特征的类型或表示所述特征的数据格式(诸如成像模态或图像类型)，不同的区域相似性测量D(X(i)，Y(i))可以被使用。在一实例中，所提取的特征是公共坐标系中的X(i)和Y(i)的坐标。所述区域相似性测量D(X(i)，Y(i))可以被计算为L1范数、L2范数(欧几里得距离)、无限范数、或赋范向量空间中的其它距离测量中的一个。所述区域相似性测量D(X(i)，Y(i))也可以被计算为沿所述坐标系中的特定方向的X(i)和Y(i)之间的带符号的距离。D(X(i)，Y(i))的符号可以指示Y(i)相对于X(i)的相对位置。例如，如果Y(i)在X(i)上面至少指定的量，则所述距离为正，或者如果Y(i)在X(i)下面至少指定的量，则为负。在一些实例中，所提取的特征是基于强度的特征；并且所述相似性测量D(X(i)，Y(i))可以被计算为相关系数、交互信息、或比率图像均匀性。

所述关节接口表示生成器220可以使用所述区域相似性测量D(X(i)，Y(i))生成关节接口表示(S)。所述关节接口表示(S)可以是具有比得上所述目标骨骼表面的大小或所述假体表面的大小的尺寸的计算机生成的2D或3D图像。所述关节接口表示(S)能够以相似于所述目标骨骼表面和所述假体表面的分段的方式被分段。例如，所述关节接口表示(S)可以被分段成多个分段{S(i)}，i＝1，2，...，N，其中所述分段S(i)对应于所述目标骨骼表面表示X(i)的分段和所述假体表面表示Y(i)的分段。

所述关节接口表示(S)可以是颜色编码的表示221或注释性表示222中的任一个或组合。在颜色编码的表示221中，可以根据所述相似性测量D(X(i)，Y(i))(诸如当D(X(i)，Y(i))超过指定的阈值或者落入指定的范围内时)向关节接口表示的分段S(i)渲染指定的颜色C(i)。在一个实施例中，所述颜色编码的表示221可以包括至少第一颜色C_a和不同的第二颜色C_b。在一实例中，C_a和C_b可以是具有不同的色调的两个颜色，诸如绿色和红色。所述颜色C_a可以被用于指示所述假体表面的一部分和所述目标骨骼表面的对应部分之间在第一方向上的不当对齐。所述颜色C_b可以被用于指示所述假体表面的一部分和所述目标骨骼表面的对应部分之间在不同的第二方向上的不当对齐。在在其中所述相似性测量D(X(i)，Y(i))被计算为X(i)和Y(i)之间沿所述坐标系中的特定方向的带符号的距离的实例中，如果D(X(i)，Y(i))为正，则向分段S(i)渲染C_a，其指示所述假体表面Y(i)的分段在所述目标骨骼表面X(i)的对应分段上面至少指定的量；并且如果D(X(j)，Y(j))为负，则向分段S(j)渲染C_b，其指示所述假体表面Y(j)的分段在所述目标骨骼表面X(j)的对应分段下面至少指定的量。

所述颜色编码的表示221可以附加地包括与所述第一颜色C_a和所述第二颜色C_b不同的第三颜色C₀，诸如具有与C_a或C_b不同的色调的颜色。如果所述假体表面的分段Y(k)相对于所述目标骨骼表面的分段X(k)在指定的范围内，并且实质上与所述目标骨骼表面的分段X(k)不是不当对齐，则可以向所述关节接口表示的分段S(k)渲染C₀。例如，当||D(X(k)，Y(k))||小于指定的阈值时，所述分段X(k)和Y(k)被认为是实质上彼此对齐；并且可以向所述关节接口分段S(k)施加颜色C₀。

在另一实例中，所述颜色编码的表示221可以包括第一组颜色{C_a ¹，C_a ²，...，C_a ^P}和不同的第二组颜色{C_b ¹，C_b ²，...，C_b ^Q}。所述第一组{C_a ¹，C_a ²，...，C_a ^P}可以与所述第二组{C_b1，C_b ²，...，C_b ^Q}相差一些容易识别的特性，诸如色调。一组内的颜色可以共享共同的并且容易识别的特性，诸如具有相同的色调，但是在至少一个颜色参数(诸如饱和度或亮度)方面彼此不同。在一实例中，所述第一组包括具有不同的饱和度或亮度的绿颜色{G¹，G²，...，G^Q}，并且所述第二组包括具有不同的饱和度或亮度的红颜色{R¹，R²，...，R^P}。

颜色组中的多个颜色可以被用于区分特定方向上的各种不当对齐的程度。所述第一组颜色中的每个(诸如C_a ^p)指示Y(i)在第一方向上与X(i)不当对齐指定的量。同样地，所述第二组颜色中的每个(诸如C_b ^q)指示Y(i)在第二方向上与X(i)不当对齐指定的量。所述不当对齐的程度可以由D(X(i)，Y(i))的幅度(即||D(X(i)，Y(i))||)表示。如果D(X(i)，Y(i))为正并且||D(X(i)，Y(i))||在第一指定的范围内，则向分段S(i)渲染颜色C_a ^p。同样地，如果D(X(j)，Y(j))为负并且||D(X(i)，Y(i))||在第二指定的范围内，则向分段S(j)渲染颜色C_b ^q。

在注释性表示222中，可以根据所述相似性测量D(X(i)，Y(i))向所述关节接口表示的分段S(i)施加指定的注释A(i)。A(i)可以在包括符号、标记、线、文本、或任何其它标志的不同形式中的一个或组合中。在一实例中，针对所述关节接口表示中的区域，如果所述假体表面的一部分在第一方向上与所述目标骨骼表面的对应部分不当对齐，则可以在其中施加第一注释A_a，或者如果所述假体表面的一部分在第二方向上与所述目标骨骼表面的对应部分不当对齐，则可以施加第二不同的注释A_b。例如，相似于所述颜色编码的表示211，如果所述相似性测量D(X(i)，Y(i))被计算为X(i)和Y(i)之间沿所述坐标系中的特定方向的带符号的距离，则如果D(X(i)，Y(i))为正，则可以向分段S(i)施加A_a，其指示所述假体表面Y(i)在所述目标骨骼表面X(i)的对应分段上面至少指定的量。如果D(X(j)，Y(j))为负，则可以向分段S(j)施加A_b，其指示所述假体表面Y(j)在所述目标骨骼表面X(j)的对应分段下面。相似于颜色组，所述注释性表示222可以包括第一组注释{A_a ¹，A_a ²，...，A_a ^P}和不同的第二组注释{A_b ¹，A_b ²，...，A_b ^Q}以区分特定方向上的各种不当对齐的程度。所述第一组{A_a ¹，Aa²，...，A_a ^P}可以与所述第二组{A_b ¹，A_b ²，...，A_b ^Q}相差一些容易识别的特性，诸如标记或符号。

一组内的注释可以共享共同的和容易识别的特性，诸如具有相同的标记或符号(例如“+”标记)，但是彼此在至少一个特性(诸如所述标记的字体、大小或权重)方面不同。可以从所述第一或所述第二组中选择注释，并且根据D(X(i)，Y(i))将注释施加至分段S(i)。例如，如果D(X(i)，Y(i))为正并且||D(X(i)，Y(i))||在指定的范围内，则可以向分段S(i)渲染注释A_a ^p(例如，大小-10“+”标记)。同样地，如果D(X(j)，Y(j))为负并且||D(X(i)，Y(i))||在指定的范围内，则可以向分段S(j)渲染不同的注释A_b ^q(例如，大小-8“-”标记)。可以向分段S(i)的整个区域或者S(i)的部分区域(诸如S(i)和其相邻分段之间的S(i)的边界)施加相同的注释。在一些实例中，所述注释被施加至具有不同的不当对齐的方向的区域之间的边界，诸如正不当对齐的区域(即，假体表面在所述目标骨骼表面上面)和负不当对齐的相邻区域(即，假体表面在所述目标骨骼表面下面)之间的边界。

在各种实例中，所述分段S(i)可以被渲染颜色编码的表示221和注释性表示222的混合。例如，分段S(i)可以在S(i)的边界上是具有注释性标志“+”的绿色。在另一实例中，所述分段S(i)可以在S(i)的整体上被填充有绿颜色的标记“+”。

尽管在图2中示出了关节接口表示生成器220被显示为包括颜色编码的表示221和注释性表示222中的一个或两者，为了区分所述分段Y(i)和X(i)之间的各种空间关系的目的，在所述关节接口表示中也可以包括其它可视表示。例如，可以用图案、纹理、或诸如阴影、边缘增强、加亮或阶度的效果扩增或取代所述颜色编码的表示221。

图3A-D示出了当假体模型320对着远端股骨模型310被定位在第一位置处时股骨表面和假体表面之间的关节接口表示350的实例。所述远端股骨模型310包括股骨表面表示312，并且所述假体模型320包括假体表面表示322。所述模型310和320、所述表面表示312和322、以及所述关节接口表示350可以在外科手术和假体放置之前和期间被生成，并且被显示在监视器上，诸如通过使用所述假体对齐***100或者在此文档中讨论的其各种实施例。

图3A示出了当两个模型对着彼此被定位时所述假体模型320相对所述股骨模型310的位置和方位。所述股骨模型310和所述股骨表面表示312各自分别包括形状数据、外观数据、或表示所述远端股骨或者所述股骨表面的其它形态学特性的数据的数据集合。所述形状数据可以包括几何特性，诸如三维图像缺陷的界标、表面、边界。所述外观数据可以包括几何特性和强度信息两者。

所述假体模型320和所述假体表面表示322各自包括具有比得上所述远端股骨模型310和所述股骨表面表示312的数据格式或模态的数据组数据。如在图3A中所示出的，所述股骨模型310和所述股骨表面表示312被表示为所述远端股骨和所述股骨表面的计算机模拟的2D轮廓模型。相似地，所述假体模型320和所述假体表面表示322被表示为计算机模拟的2D轮廓模型。

可以使用弯曲或延伸的角度描述所述假体模型320相对于所述股骨模型310的位置或者所述假体表面表示322相对于所述股骨表面表示312的位置。角度越宽指示所述假体表面表示322的各种部分和所述股骨表面表示312的对应部分之间的不当对齐的程度越高。如在图3A中所示出的，不当对齐的三个区域可以被标识：区域340A，在其处所述假体表面表示的部分322A在所述股骨表面表示的对应部分312A上面或“外面”；区域340B，在其处所述假体表面表示的部分322B在所述股骨表面表示的对应部分312B的下面或“内部”；以及区域340C，在其处所述假体表面表示的部分322C与所述股骨表面表示的部分312C实质上对齐或“匹配”。

图3B-D示出了不同视角的所述远端股骨模型310、对着所述远端股骨模型310定位的所述假体模型320、以及被布置在所述假体模型320之上的所述关节接口表示350。特别地，图3B示出了顶视图，图3C示出了侧视图，并且图3D示出了在指定的角度的视图。如在图3B-D中所示出的，所述关节接口表示350是颜色编码的表示，其包括三个基色以表示所述假体表面表示322的各种部分和所述股骨表面表示312的对应部分之间的三种类型的相对位置。可替代地，所述关节接口表示350可以是黑和白或者灰度级表示。在灰度级表示中，灰度的各种阴影将被用于示出所述关节接口表示。

为了容易查看，以灰度级显示了图3B-D。对应于区域340A，向区域354渲染第一颜色以指示所述假体表面表示的部分322A在所述股骨表面表示的对应部分312A上面或“外面”。如在图3B-3D中所显示的，所述第一颜色可以包括暗阴影图案。在另一实例中，所述第一颜色可以包括绿色。对应于区域340B，向区域352渲染第二颜色以指示所述假体表面表示的部分322B在所述股骨表面表示的对应部分312B下面或“内部”。如在图3B-3D中所显示的，所述第二颜色可以包括有斑点的图案。在另一实例中，所述第二颜色可以包括红色。对应于区域340C，向区域356渲染第三颜色以指示所述假体表面表示的部分322C与所述股骨表面表示的对应部分312C实质上对齐。如在图3B-3D中所显示的，所述第三颜色可以包括有点的图案。在另一实例中，所述第三颜色可以包括灰色。在又另一实例中，不同的颜色、阴影、纹理表示、灰色、黑和白着色等等可以被用于表示不同的区域。

针对特定的着色的区域(诸如352、354或356)，被渲染至该区域的基色的变体可以被施加至所述着色的区域内的子区域，以区分区域相似性中的变化，诸如所述关节表面的所述部分和所述股骨表面的所述部分之间沿所述坐标系中的特定方向的距离。例如，如在图3A中所示出的，在所述区域340A内，在不同的子区域处的322A和312A之间的距离变化。因此，如在图3B-D中所显示的，具有更高饱和度或更低亮度(例如更暗)的所述第一颜色可以被渲染至所述区域354的子区域，在其处322A和312A之间的不相似性或距离大于354的其它区域。

所述关节接口表示350包括三个注释，其表示所述假体表面表示322的各种部分和所述股骨表面表示312的对应部分之间的三种类型的相对位置。如在图3B-D中所示出的，所述三个注释的区域352、354和356指示所述假体表面表示分别在所述股骨表面表示的对应部分的下面、上面、或者与所述股骨表面表示的对应部分实质上对齐。

图4A-D示出了当假体模型320对着远端股骨模型310被定位在与如在图3A-D中所显示的所述第一位置不同的第二位置处时股骨表面312和假体表面322之间的关节接口表示450的实例。通过诸如经由所述用户输入模块121处理用户命令可以实现从如在图3A-D中所显示的位置到如在图4A-D中所显示的不同的位置的改变。所述用户命令也可以在所述目标骨骼模型310和所述假体模型320中的一个或两者之上选择性地缩放、平移、旋转、或执行任何操纵的组合。

与图3A中的弯曲角度相比较，在图4A中显示的弯曲角度更宽，并且所述假体表面表示322与所述股骨表面表示312更加不当对齐。所得到的不当对齐的三个区域440A-C因此具有与所述区域340A-C不同的大小和形状。例如，在区域440A中的表面422A和412A之间在所述“上面”方向上存在比在区域340A中的表面322A和312A之间更高程度的不当对齐。同样地，在区域440B中的表面422B和412B之间在所述“下面”方向上存在比在区域340B中的表面322B和312B之间更高程度的不当对齐。此外，所述实质上对齐区域440C比所述区域340A具有更小的尺寸。

可替代地，如在图4B-D中所示出的，所述关节接口表示450可以是黑和白或者灰度级表示。为了容易查看，以灰度级显示了图4B-4D。与在图4A中显示的区域不当对齐的改变一致，图4B-D各自表示对应于区域440B的第二着色的区域452、对应于区域440A的第一着色的区域454和对应于区域440C的第三着色的区域456的大小和形状的改变。如在图4B-4D中所显示的，所述第一、第二和第三颜色可以分别包括暗阴影图案、有斑点的图案和有点的图案。在另一实例中，所述第一、第二和第三颜色可以分别包括绿色、红色和灰色。在又另一实例中，不同的颜色、阴影、纹理表示、灰色、黑和白着色等等可以被用于表示不同的区域。图4B-D是来自所述关节接口表示450的不同角度的视图，各自包括三个注释，其表示所述假体表面表示322的各种部分和所述股骨表面表示312的对应部分之间的三种类型的相对位置(上面、下面、或实质上对齐)。

所述基色的变体可以被施加至所述区域452、454或456的子区域以区分区域内的对齐的差异。如在图3B-D和图4B-D中所示出的，可以根据相似性(诸如所述表面312的所述部分和表面322的对应部分之间沿坐标系中的特定方向的距离)使用具有不同量的饱和度或亮度的基色。例如，对应于与区域340A中的322A和312A之间的距离相比区域440A中的422A和412A之间的更大距离，所述区域454内的更宽的子区域可以被渲染具有更高饱和度或更低亮度(例如更暗)的第一颜色。同样地，对应于与区域340B中的322B和312B之间的距离相比区域440B中的422B和412B之间的更大距离，所述区域452内的更宽的子区域可以被渲染具有更低饱和度或更高亮度(例如更亮)的第二颜色。可替代地，当所述关节接口表示350或450是黑和白表示时，所述注释的变体可以被施加至所述区域452、454或456的子区域以区分区域内的对齐的差异。例如，如在图3B-D和图4B-D中所示出的，更暗的颜色、或具有标志(例如点)(其具有更高的密度)的图案可以被用于指示所述表面312的所述部分和表面322的对应部分之间沿坐标系中的特定方向的更大的距离。

图5是示出了用于将假体表面与目标骨骼表面对齐的方法500的实例的流程图。所述方法500可以被使用在矫形外科手术(诸如关节表面重修成形术)中。在一实施例中，所述***100(包括在此文档中讨论的其各种实施例)可以执行方法500，包括在此文档中讨论的其各种实施例。

所述方法500开始于在510处接收目标骨骼模型，诸如通过使用模型接收器模块112。所述目标骨骼模型可以包括所述目标骨骼的关节表面。所述目标骨骼的实例可以包括髋臼、股骨的近端或远端、胫骨的近端或远端、或身体中的任何其它骨骼。所述目标骨骼可以被用外科手术准备以容纳假体组件。所述目标骨骼的至少一部分(诸如关节表面)经历外科手术改变、修复、或切除，以致所述假体可以对着所述目标骨骼被安全地放置，以替换所述目标骨骼的关节表面。

所述目标骨骼模型可以包括特征化包括所述目标骨骼表面的位置、形状、轮廓或外观的几何特性的数据集合。所述数据集合也可以包括强度信息。在各种实例中，所述目标骨骼模型可以包括至少一个医学图像，诸如X射线、超声图像、计算断层(CT)扫描、磁共振(MR)图像、正电子发射断层(PET)图像、单光子发射计算断层(SPECT)图像、或关节X线照片，连同其它2D或3D图像。可以从患者数据库，或者从成像***或图像获取***接收所述目标骨骼模型。在一实例中，通过使用光学跟踪的触笔(指针)或相似装置从所述目标骨骼收集点云，在手术进行时计算所述目标骨骼模型。在此实例中，在使得所述计算***能够根据所收集的点计算目标骨骼模型之前，通过外科医生获得所述目标骨骼的表面。在一些实例中，创建目标骨骼模型的多个方法可以被组合，诸如使用收集的点将数据库模型拟合至实际的骨骼。

在520处，可以诸如通过使用所述用户输入模块121来接收假体模型。所述假体模型包括表示假体的表面的数据集合，所述假体的表面被定大小成、成形成或配置成至少部分地替换所述目标骨骼的关节表面。所述假体模型可以是参数模型、统计模型、基于形状的模型、体积模型、弹性模型、几何脊柱模型、或有限元模型的格式。在一些实施例中，所述假体模型具有比得上所述目标骨骼模型的数据格式或模态。

在530处，所述目标骨骼模型和所述假体模型之间的相对位置的信息被接收，诸如经由用户输入模块，其使得***用户能够交互地选择或取消选择所述目标骨骼模型或所述假体模型中的一个或两者，并且改变其一个或多个性质。当所述假体表面对着所述目标骨骼表面被定位时，所接收的相对位置可以包括所述假体表面表示相对于所述目标骨骼表面表示的位置的指示。在一实例中，所述目标骨骼表面表示的位置和所述假体表面表示的位置可以通过它们的在公共坐标系中的相应的坐标而被特征化。在一些实例中，目标骨骼表面表示和所述假体表面表示中的一个或两者的位置的改变的指示可以被接收。除了所述位置改变的指示之外，可以被改变的所述模型的其它性质包括在所述目标骨骼模型和所述假体模型中的一个或两者之上平移、旋转、反射、缩放、伸展、收缩、或者任何其它操纵或所述操纵的任何组合。在一些实例中，基于可用于移植的实际的假体约束所述假体模型的操纵，诸如缩放、伸展或收缩。

在540处，诸如通过使用所述关节接口生成器113生成关节接口表示。所述关节接口表示指示当所述两个模型对着彼此沿指定的方向被定位时所述假体表面的一个或多个部分和所述目标骨骼表面的相应的一个或多个部分之间的空间不当对齐。所述关节接口表示(S)可以具有与所述目标骨骼表面表示(X)或所述假体表面表示(Y)相似的数据格式。在一实例中，所述关节接口表示(S)可以是具有比得上所述目标骨骼表面表示的大小或所述假体表面表示的大小的尺寸的计算机生成的2D或3D图像。所述关节接口表示可以包括颜色编码的表示、注释性表示或其它标记表示或者两个或更多不同的表示的叠加，以辅助外科医生将所述假体以改进的准确性和一致性可靠地定位至所述目标骨骼上。也可以使用所述关节接口表示计算对齐指数。下面诸如参考图6讨论生成所述关节接口表示的实例方法。

在550处，所述目标骨骼模型、所述假体模型和所述关节接口表示中的一个或多个可以被显示在诸如监视器上或其它显示模块上。所述目标骨骼模型或所述假体模型中的一个或两者的图形表示可以与所述关节接口表示叠加。所述显示模块或所述监视器也可以交互地显示用户命令，诸如在所述目标骨骼模型、所述假体模型或所述关节接口表示中的一个或多个之上选择、定位、缩放、平移、旋转、反射、伸展、收缩、或者任何其它操纵或所述操纵的任何组合。所显示的也可以包括所述目标骨骼模型、所述假体模型或所述关节接口表示的多个指定的视角或投影。所计算的对齐指数也可以被显示，其可以由所述***用户使用以调整所述假体表面表示和所述目标骨骼表面表示的相对位置来实现期望的对齐。

图6是示出了用于生成关节接口表示并确定所述假体模型和所述目标骨骼模型之间的期望的对齐的方法600的实例的流程图。所述方法600可以是在图5中示出的所述关节接口生成过程540的实例。

使用所接收的目标骨骼表面表示(X)、所述假体表面表示(Y)和所述两个表面表示之间的相对位置的指示(诸如在510-530中所提供的那些)，在610处能够诸如通过使用所述不当对齐计算器210来计算所述两个表面的各种区域之间的区域不当对齐(Δ)。所述区域不当对齐(Δ)可以是在所述目标骨骼表面表示(X)和所述假体表面表示(Y)上创建的多个区域的形状、形态或拓扑之间的差异的定量表示。在实施例中，可以通过将所述目标骨骼表面表示(X)划分成多个分段{X(i)}(i＝1，2，...，N)来计算所述区域不当对齐(Δ)，并且以相似于将所述假体表面表示(Y)划分成多个分段{Y(i)}(i＝1，2，...，N)的方式。可以按照预先确定的大小和形状创建所述分段{X(i)}和{Y(i)}，不管所述目标骨骼表面或所述假体表面的解剖学或形态学结构。例如，当所述目标骨骼模型(X)和所述假体模型(Y)各自由数字图像表示时，分段{X(i)}和{Y(i)}可以被定大小成包含相应的数字图像的指定数量的像素。可以从每个目标骨骼表面分段X(i)和对应的假体表面分段Y(i)中提取诸如几何特征、形态学特征、统计特征或基于强度的特征的特征，并且可以计算所述分段X(i)和Y(i)之间的区域相似性测量D(X(i)，Y(i))。D(X(i)，Y(i))的实例可以包括L1范数、L2范数(欧几里得距离)、无限范数、或向量空间中的其它基于距离的测量；相关系数、互信息、或比率图像均匀性。D(X(i)，Y(i))也可以被计算为X(i)和Y(i)之间沿所述坐标系中的特定方向的带符号的距离。当Y(i)和X(i)对着彼此被定位时，D(X(i)，Y(i))的符号可以指示Y(i)相对于X(i)的相对位置。例如，如果Y(i)在X(i)上面至少指定的量，则所述距离为正，并且如果Y(i)在X(i)下面至少指定的量，则为负。

在620处，可以使用所计算的区域不当对齐来生成关节接口的可视表示。所述可视表示可以包括颜色编码的表示、注释性表示或所述两者的组合，诸如着色的注释。所述关节接口表示(S)可以是具有比得上所述目标骨骼表面表示(X)或所述假体表面表示(Y)的大小和形状的计算机生成的2D或3D图像。使用相似的分段过程，所述关节接口表示(S)可以被分段成多个分段{S(i)}，i＝1，2，...，N，其中所述分段S(i)对应于所述目标骨骼表面表示X(i)的分段和所述假体表面表示Y(i)的分段。

在颜色编码的表示中，如果所述相似性测量D(X(i)，Y(i))满足指定的标准，诸如超过指定的阈值或落入指定的范围内，则可以向所述关节接口表示的分段S(i)渲染指定的颜色C(i)。在在其中所述相似性测量D(X(i)，Y(i))被计算为X(i)和Y(i)之间沿所述坐标系中的特定方向的带符号的距离的实例中，如果D(X(i)，Y(i))为正(其指示所述分段Y(i)在第一方向上相对于对应的分段X(i)是不当对齐的，诸如被定位在X(i)上面至少指定的量)，则可以向分段S(i)渲染第一颜色C_a(例如，绿颜色)。如果D(X(j)，Y(j))为负(其指示所述分段Y(j)相对于对应的分段X(j)在不同的第二方向上诸如被定位在X(j)下面至少指定的量)，则可以向分段S(j)渲染不同的第二颜色C_b(例如红颜色)。此外，如果D(X(j)，Y(j))的幅度||D(X(i)，Y(i))||在指定的阈值以下(其指示所述假体表面分段Y(k)与对应的目标骨骼表面分段X(k)实质上对齐)，则可以向分段S(k)渲染不同于Ca和C_b的第三颜色C₀(例如灰色)。

在一些实例中，一组颜色{C_a ¹，C_a ²，...，C_a ^P}可以被用于表示X(i)和Y(i)之间在所述第一方向上的各种程度的不当对齐，诸如当Y(i)被定位在X(i)上面时。相似地，一组不同的颜色{C_b ¹，C_b ²，...，C_b ^Q}可以被用于表示X(i)和Y(i)之间在所述第二方向上的各种程度的不当对齐，诸如当Y(i)被定位在X(i)下面时。所述颜色组中的多个颜色和D(X(j)，Y(j))的值范围之间的对应(诸如查找表)可以被建立。针对分段S(i)的相似性测量D(X(i)，Y(i))可以比得上多个阈值或范围值，并且一个颜色可以从所述颜色组{C_a ¹，C_a ²，...，C_a ^P}或{C_b1，C_b ²，...，C_b ^Q}中被选择，并且被渲染给所述分段S(i)。在各种实例中，可以通过图案、纹理或具有诸如阴影、边缘增强、加亮或阶度的效果的风格扩增或替代所述颜色编码的表示。

在注释性表示中，可以根据所述相似性测量D(X(i)，Y(i))向关节接口表示分段S(i)渲染指定的注释，诸如包括符号、标记、线、文本或任何其它标志的不同形式的注释中的一个或组合。相似于所述颜色编码的表示，如果D(X(i)，Y(i))为正(其指示所述假体表面分段Y(i)在对应的目标骨骼表面分段X(i)上面至少指定的量)，则可以向分段S(i)渲染第一注释A_a。如果D(X(j)，Y(j))为负(其指示所述分段Y(j)在所述分段X(j)下面至少指定的量)，则可以向不同的分段S(j)渲染不同的第二注释A_b。此外，如果||D(X(i)，Y(i))||在指定的阈值下面(其指示所述假体表面分段Y(k)与所述目标骨骼表面分段实质上对齐)，则可以向分段S(k)渲染第三注释A₀。注释组中的多个注释可以被用于区分分段Y(i)和X(i)之间的各种程度的不当对齐，诸如通过将D(X(i)，Y(i))与多个阈值或范围值相比较，与上面在颜色编码的表示中所讨论的方法相似。

在630处，可以诸如经由用户输入模块来接收用户输入。所述用户输入可以包括选择或取消选择所述目标骨骼表面表示、所述假体表面表示或所述关节接口表示中的一个或多个的指示。所述用户输入也可以包括目标骨骼表面表示、所述假体表面表示或所述关节接口表示中的一个或多个的位置的改变。

所述目标骨骼模型和所述假体模型之间的相对位置改变随后在640处被检测。在一实例中，所述目标骨骼模型和所述假体模型两者被选择，以致它们的位置被同时改变，而它们之间的相对位置或方位被保持。在另一实例中，仅选择和重新定位所述目标骨骼模型或所述假体模型中的一个，并且在640处检测相对位置改变。如果在640处检测到所述模型之间的相对改变，则所述关节接口的至少一些分段可以具有不同的区域相似性测量D(X(i)，Y(i))。随后可以在610处重新计算所述区域不当对齐。然而，如果在640处没有检测到相对改变，则在650处计算对齐指数。所述对齐指数可以是所述目标骨骼表面表示和所述假体表面表示之间的总的不一致的测量。在一实例中，L可以被计算为所有分段之间的方形区域相似性测量之和的平方根。所述对齐指数也可以包括不一致的统计测量，诸如最大、最小、平均、中值、范围、直方图、或所述目标骨骼表面和所述假体接口的多个区域之间的不一致的其它分布表示。

在630处检测的所述用户输入也可以包括所述目标骨骼模型、所述假体模型或所述关节接口表示的视角或投影的指示。例如，如在图3A-D和图4A-D中所示出的，可以生成并显示所述远端股骨模型以及所述关联的股骨表面表示的计算机生成的3D图像的多个视角，包括顶视图、侧视图、前视图或和在指定的旋转之后获得的任何视角。如果在660处没有检测到视角的改变，则可以在550处显示所生成的关节接口表示。然而，如果在660处检测到视角的改变(诸如通过旋转模型)，则可以根据所述视角的改变在670处变换所述关节接口表示。所变换的关节接口可以在550处被显示。

图7是示出了以计算机***700形式的机器的实例的框图，在所述计算机***700内可以执行用于致使所述计算机***执行此处所讨论的方法中的任何一个或多个的指令。在各种实施例中，所述机器可以操作为独立的装置，或者可以被连接(例如连网)至其它机器。在连网的部署中，所述机器可以在服务器-客户端网络环境中操作在服务器或客户端机器的能力中，或者在对等(或分布式)网络环境中作为对等机器。所述机器可以是个人计算机(PC)、平板PC、机顶盒(STB)、PDA、蜂窝电话、网络装置、网络路由器、交换机或桥、或者能够执行指定要由该机器采取的动作的指令(顺序或者别的方式)的任何机器。此外，尽管仅示出了单个机器，术语“机器”也应被认为包括单独或联合执行一组(或多租)指令以执行此处所讨论的方法中的任何一个或多个的机器的任何集合。

所述实例计算机***700包括处理器702(诸如中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)或两者)、主存储器704和静态存储器706，其经由总线708彼此通信。所述计算机***700可以进一步包括视频显示单元710(诸如液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT))、字母数字输入装置712(例如键盘)、用户接口(UI)导航装置(或光标控制装置)714(例如鼠标)、盘驱动单元716、信号生成装置718(例如扬声器)以及网络接口装置720。

所述盘驱动单元716包括机器可读存储介质722，在其上存储由此处所描述的方法或功能中的任何一个或多个实施或使用的一组或多组指令和数据结构(例如软件)724。所述指令724在其由所述计算机***700执行期间也可以完全地或至少部分地驻留在所述主存储器704、静态存储器706内和/或所述处理器702内，所述主存储器704和所述处理器702也构成机器可读介质。在一实例中，被存储在所述机器可读存储介质722中的指令724包括致使所述计算机***700接收目标骨骼模型(诸如表示目标骨骼表面的第一数据组)以及接收假体模型(诸如表示假体表面的第二数据组)的指令。所述假体组件可以被配置成对着所述目标骨骼被定位，诸如部分地替换所述目标骨骼的关节表面。所述指令724也可以存储致使所述计算机***700使用所述目标骨骼表面表示和所述假体表面表示两者生成关节接口表示(诸如颜色编码的表示、注释性表示、或者其它标志表示或两个或更多不同的表示的叠加中的一个或组合)，并计算表示所述目标骨骼表面和所述关节接口之间的总的不一致的对齐指数的指令724。

为了指导所述计算机***700生成所述关节接口表示，所述机器可读存储介质722可以进一步存储致使所述计算机***700接收包括所述假体表面模型或所述目标骨骼表面模型中的一个或两者的位置的改变的指示的用户输入并响应于包括所述假体表面模型或所述目标骨骼表面模型之间的相对位置的改变的指示的所述用户输入而更新所述关节接口表示的指令724。所述机器可读存储介质722中的指令也可以致使所述计算机***700生成示出了所述目标骨骼模型、所述假体模型和所述关节接口表示中的一个或多个的表示。

尽管所述机器可读介质722在实例实施例中被显示为单个介质，术语“机器可读介质”可以包括存储所述一个或多个指令或数据结构的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库、和/或相关联的高速缓存和服务器)。术语“机器可读存储介质”也应被认为包括能够存储、编码或携带用于由所述机器执行并致使所述机器执行本发明的方法中的任何一个或多个的指令或者能够存储、编码或携带由这样的指令使用或与这样的指令相关联的数据结构的任何有形介质。术语“机器可读存储介质”因此应被认为包括但不限于固态存储器以及光介质和磁介质。机器可读介质的特定实例包括：非易失性存储器，作为实例包括半导体存储器件(例如可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM))和闪存器件；磁盘，诸如内部硬盘和可移除盘；磁光盘；以及CD-ROM和DVD-ROM盘。“机器可读存储介质”也应包括可以被解释为暂时的装置，诸如寄存器存储器、处理器高速缓存和RAM，除了别的以外。此处所提供的机器可读介质和机器可读存储介质的定义是适用的，即使所述机器可读介质被进一步特征化为“非暂时性”。例如，“非暂时性”的任何附加(诸如非暂时性机器可读存储介质)意在继续涵盖寄存器存储器、处理器高速缓存和RAM，除了其它存储装置之外。

在各种实例中，可以进一步使用传输介质在通信网络726之上发送或接收指令724。可以使用所述网络接口装置720以及若干公知的传送协议(例如HTTP)中的任何一个发送所述指令724。通信网络的实例包括LAN、WAN、因特网、移动电话网络、普通的老式电话(POTS)网络和无线数据网络(例如Wi-Fi和WiMAX网络)。术语“传输介质”应被认为包括能够存储、编码或携带用于由所述机器执行的指令的任何无形介质，并且包括数字或模拟通信信号或者其它无形介质以有助于这样的软件的通信。

上面详细的描述包括对附图的参考，所述附图形成所述详细的描述的一部分。所述附图作为例示显示了在其中可以实施本发明的特定的实施例。这些实施例在此处也被称为“实例”。这样的实例可以包括除了所显示或所描述的那些之外的要素。然而，本发明人也考虑了在其中仅提供所显示或所描述的那些要素的实例。此外，本发明人也考虑了使用所显示或所描述的那些要素的任何组合或排列的实例(或者其一个或多个方面)，或者相对于特定的实例(或者其一个或多个方面)，或者相对于此处所显示或所描述的其它实例(或者其一个或多个方面)。

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在此文档中，术语“一”或“一个”被使用，如在专利文献中是共同的，以包括一个或多于一个，与“至少一个”或“一个或多个”的任何其它实例或使用无关。在此文档中，术语“或者”被用于指示非排他性的或者，以致“A或B”包括“A但非B”、“B但非A”和“A和B”，除非另外被指示。在此文档中，术语“包括”和“在其中”被用作相应的术语“包含”和“其中”的易懂的英语的等同。并且，在下面的权利要求中，术语“包含”和“包括”是开放式的，即，包括除了在权利要求中这样的术语之后列出的那些之外的要素的***、装置、制品、成分、配方或过程仍被视为落入该权利要求的范围内。此外，在下面的权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等等仅被用作标记，并且不是意在对它们的对象强加数字上的要求。

此处所描述的方法实例可以至少部分地由机器或计算机实现。一些实例可以包括用可操作以将电子装置配置成执行如在上面的实例中所描述的方法的指令编码的计算机可读介质或机器可读介质。这样的方法的实现可以包括代码，诸如微代码、汇编语言代码、高级语言代码等等。这样的代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令。所述代码可以形成计算机程序产品的多个部分。此外，在一实例中，所述代码可以被有形地存储在一个或多个易失性、非暂时或非易失性有形计算机可读介质上，诸如在执行期间或在其它时间。这些有形的计算机可读介质的实例可以包括但不限于硬盘、可移除磁盘、可移除光盘(例如紧致盘和数字视频盘)、磁带盒、存储卡或棒、随机存取存储器(RAMs)、只读存储器(ROMs)等等。

上面的描述意在是说明性的，并且不是约束性的。例如，上面所描述的实例(或其一个或多个方面)可以彼此组合地使用。其它实施例可以诸如被本领域技术人员在检视了以上描述时使用。摘要被提供以符合37C.F.R.§1.72(b)，以允许读者快速地弄清所述技术公开的本质。其按照如下理解被提交：它不将被用于解释或限制权利要求的范围或意义。并且，在上面的详细描述中，各种特征可以被组合在一起以精简本公开。这不应被解释为意图未要求权利的所公开的特征对任何权利要求是必不可少的。而是，发明主题可以在于少于特定公开的实施例的所有特征。因此，下面的权利要求由此被合并到所述详细描述中，作为实例或实施例，其中每个权利要求依赖其自身作为独立的实施例，并且如下被考虑：这样的实施例可以按照各种组合或排列而被彼此组合。本发明的范围应参考所附的权利要求连同被赋予了这样的权利要求的全范围的等同方案而被确定。

Claims (29)

1.一种假体对齐计算机设备，包括：

处理器单元，被配置为：

计算目标骨模型与假体模型之间的一个或多个区域不当对齐，所述目标骨模型包括第一表面的表示，第一表面指的是目标骨的表面，所述目标骨的表面包括目标骨的关节表面，所述假体模型包括第二表面的表示，第二表面指的是配置为至少部分替换关节表面的假体的表面，其中计算一个或多个区域不当对齐包括：

确定目标骨模型和假体模型中的相应分段；

从相应分段中提取一个或多个特征；和

根据提取出的相应分段的一个或多个特征，计算相应分段之间的相似性；以及

基于所述一个或多个区域不当对齐产生可视关节接口表示，当所述假体模型对着目标骨模型定位时，所述关节接口表示指示所述假体表面的一个或多个部分与所述关节表面的相应的一个或多个部分在空间上不当对齐。

2.根据权利要求1所述的设备，其中基于所述目标骨模型和所述假体模型的表面表示的位置或形态学特征来确定所述目标骨模型和所述假体模型中的相应分段。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中所提取的一个或多个特征是基于强度的特征。

4.根据权利要求3所述的设备，其中基于所提取的相应分段的一个或多个强度特征，将相似性测量计算为相关系数，交互信息或比率图像均匀性。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中所述相似性测量包括在相应分段中所提取的一个或多个特征之间的距离测量。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述目标骨模型包括所述目标骨的所述第一表面的第一三维图形表示，并且所述假体模型包括所述假体的第二表面的第二三维图形表示。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器单元还被配置为生成所述目标骨模型，所述假体模型和所述关节接口表示中的至少一个的多个指定的视角。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器单元被配置为生成所述关节接口表示包括：所述处理器单元被配置为生成颜色编码的表示，所述颜色编码的表示包括与在第一方向上和所述目标骨的所述第一表面的第一部分不当对齐的所述假体的所述第二表面的第一部分相关联的第一颜色，以及与在第二方向上和所述目标骨的所述第一表面的第二部分不当对齐的所述假体的所述第二表面的第二部分相关联的不同的第二颜色。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所述颜色编码的表示进一步包括不同于所述第一和第二颜色的第三颜色，所述第三颜色与相对于所述第一表面的第三部分被布置在第三指定的范围内并且不与所述第一表面的第三部分不当对齐的所述假体的所述第二表面的第三部分相关联。

10.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器单元被配置为生成所述可视关节接口表示包括：所述处理器单元被配置为生成颜色编码的表示，所述颜色编码的表示包括各自与在第一方向上和所述目标骨的所述第一表面的第一部分不当对齐第一指定量的所述假体的所述第二表面的第一部分相关联的第一组颜色，以及各自与在第二方向上和所述目标骨的所述第一表面的第二部分不当对齐第二指定量的所述假体的所述第二表面的第二部分相关联的第二组颜色。

11.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器单元还被配置为生成注释性表示，所述注释性表示包括与在第一方向上和所述目标骨的所述第一表面的第一部分不当对齐的所述假体的所述第二表面的第一部分相关联的第一标志，以及与在第二方向上和所述目标骨的所述第一表面的第二部分不当对齐的所述假体的所述第二表面的第二部分相关联的不同的第二标志。

12.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器单元被配置成响应于包括所述目标骨模型和所述假体模型中的一个或两者的位置的改变的指示的用户输入而更新所述可视关节接口表示。

13.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器单元进一步被配置成使用所述可视关节接口表示计算对齐指数，并且响应于所述对齐指数满足指定的标准而确定所述目标骨的所述第一表面和所述假体的所述第二表面之间的期望的对齐。

14.一种假体对齐计算机***，包括：

根据权利要求1至13中任一项所述的设备，以及

用户接口单元，包括：

用户输入模块，其被配置成接收包括所述目标骨和假体模型中的一个或两者的位置的改变的指示的用户输入；和

显示模块，其被耦合至所述用户输入模块和所述处理器单元，所述显示模块被配置成显示所述目标骨模型、所述假体模型和所述可视关节接口表示中的一个或多个。

15.一种将假体表面与目标骨表面对齐的设备，该设备包括：

用于计算目标骨模型和假体模型之间的一个或多个区域不当对齐的部件，所述目标骨模型包括第一表面的表示，第一表面指的是目标骨的表面，所述目标骨的表面包括目标骨的关节表面，所述假体模型包括第二表面的表示，第二表面指的是配置为至少部分替换关节表面的假体的表面，其中用于计算一个或多个区域不当对齐的部件包括：

用于确定所述目标骨模型和所述假体模型中的相应分段的部件；

用于从相应分段中提取一个或多个特征的部件；和

用于根据提取出的相应分段的一个或多个特征，计算相应分段之间的相似性的部件；以及

用于基于所述一个或多个区域不当对齐产生可视关节接口表示的部件，当所述假体模型对着所述目标骨模型定位时，所述关节接口表示指示所述假体表面的一个或多个部分与所述关节表面的相应的一个或多个部分在空间上不当对齐。

16.根据权利要求15所述的设备，其中基于所述目标骨模型和所述假体模型的表面表示的位置或形态学特征来确定所述目标骨模型和所述假体模型中的相应分段。

17.根据权利要求15或权利要求16所述的设备，其中所提取的一个或多个特征是基于强度的特征。

18.根据权利要求17所述的设备，其中基于所提取的相应分段的一个或多个强度特征，将相似性测量计算为相关系数，交互信息或比率图像均匀性。

19.根据权利要求15或权利要求16所述的设备，其中所述相似性测量包括在相应分段中所提取的一个或多个特征之间的距离测量。

20.根据权利要求15所述的设备，其中所述目标骨模型包括所述目标骨的所述第一表面的第一三维图形表示，并且所述假体模型包括所述假体的第二表面的第二三维图形表示。

21.根据权利要求15所述的设备，还包括用于生成所述目标骨模型，所述假体模型和所述关节接口表示中的至少一个的多个指定的视角的部件。

22.根据权利要求15所述的设备，其中用于生成所述可视关节接口表示的部件包括：用于生成颜色编码的表示的部件，所述颜色编码的表示包括与在第一方向上和所述目标骨的所述第一表面的第一部分不当对齐的所述假体的所述第二表面的第一部分相关联的第一颜色，以及与在第二方向上和所述目标骨的所述第一表面的第二部分不当对齐的所述假体的所述第二表面的第二部分相关联的不同的第二颜色。

23.根据权利要求22所述的设备，其中所述颜色编码的表示进一步包括不同于所述第一和第二颜色的第三颜色，所述第三颜色与相对于所述第一表面的第三部分被布置在第三指定的范围内并且不与所述第一表面的第三部分不当对齐的所述假体的所述第二表面的第三部分相关联。

24.根据权利要求15所述的设备，其中用于生成所述可视关节接口表示的部件包括：用于生成颜色编码的表示的部件，所述颜色编码的表示包括各自与在第一方向上和所述目标骨的所述第一表面的第一部分不当对齐第一指定量的所述假体的所述第二表面的第一部分相关联的第一组颜色，以及各自与在第二方向上和所述目标骨的所述第一表面的第二部分不当对齐第二指定量的所述假体的所述第二表面的第二部分相关联的第二组颜色。

25.根据权利要求15所述的设备，还包括用于生成注释性表示的部件，所述注释性表示包括与在第一方向上和所述目标骨的所述第一表面的第一部分不当对齐的所述假体的所述第二表面的第一部分相关联的第一标志，以及与在第二方向上和所述目标骨的所述第一表面的第二部分不当对齐的所述假体的所述第二表面的第二部分相关联的不同的第二标志。

26.根据权利要求15所述的设备，还包括用于响应于包括所述目标骨模型和所述假体模型中的一个或两者的位置的改变的指示的用户输入而更新所述可视关节接口表示的部件。

27.根据权利要求15所述的设备，还包括用于使用所述可视关节接口表示计算对齐指数，并且响应于所述对齐指数满足指定的标准而确定所述目标骨的所述第一表面和所述假体的所述第二表面之间的期望的对齐的部件。

28.根据权利要求15所述的设备，还包括用于在显示模块上显示所述目标骨模型，所述假体模型和所述可视关节接口表示中的一个或多个的部件，

其中接收第一和第二位置的指示包括接收目标骨和假体模型中的一个或两个的位置改变的指示。

29.一种包括指令的机器可读存储介质，所述指令在由机器执行时使得所述机器执行以下步骤：

计算目标骨模型和假体模型之间的一个或多个区域不当对齐，所述目标骨模型包括第一表面的表示，第一表面指的是目标骨的表面，所述目标骨的表面包括目标骨的关节表面，所述假体模型包括第二表面的表示，第二表面指的是配置为至少部分替换关节表面的假体的表面，其中计算一个或多个区域不当对齐包括：

确定所述目标骨模型和所述假体模型中的相应分段；

从相应分段中提取一个或多个特征；和

根据提取出的相应分段的一个或多个特征，计算相应分段之间的相似性；以及

基于所述一个或多个区域不当对齐产生可视关节接口表示，当所述假体模型对着所述目标骨模型定位时，所述关节接口表示指示所述假体表面的一个或多个部分与所述关节表面的相应的一个或多个部分在空间上不当对齐。

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