JP6685580B2 - 術中画像分析のためのシステム及び方法 - Google Patents
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Description
本願は、2014年2月25日に出願された米国特許仮出願第61/944,520号、2014年3月05日に出願された米国特許仮出願第61/948,534号、2014年4月17日に出願された米国特許仮出願第61/980,659号、2014年6月24日に出願された米国特許仮出願第62/016,483号、2014年9月16日に出願された米国特許仮出願第62/051,238号、2014年11月17日に出願された米国特許仮出願第62/080,953号、及び2015年1月19日に出願された米国特許仮出願第62/105,183号への優先権を主張するものであり、それらの全体が引用により本明細書に組み込まれる。
式1:
式2:
式3:
p1i=[pi×比]
式4:
p2i=[pi×比]
式中、「比」は、対象X線画像及び比較X線画像におけるレギュレータのサイズの比較である。レギュレータは、ボールマーカ、又はユーザにより定義されるライン若しくは寛骨臼コンポーネントの周りに描かれる円などの円とすることができる。
式5:
1.大転子などの特徴、及び術前画像及び術後X線画像のそれぞれにおける骨盤の骨上の少なくとも2つの点を選択することによって生成される「静止したベース」を表すために、単一の点又はドットなどの標識を描く。
2.各ベースがラインを画定する精確に2つの点からなる、対応する静止したベースを用いて2つの画像を位置合わせするための1つの手順が、以下の手法によって達成される。各X線画像内のゼロ座標の位置に基づいて、ラインセグメントの位置を画面座標系に変換する。Poriginalは、各画像の座標平面上の点の座標である。Zscreenは、画面座標平面上の各画像におけるゼロの座標である。
式6
式7
式8
式9
式10
式11 v=[最大x(l)−最小x(l)、最大y(l)−最小y(l)]
術前画像上の同一の標識が突き止められ、ボックス1410でその中心点「c」が求められる。術前画像上の同一の標識は、ボックス1414でその視覚的示差性を高めるために一構成では強調表示される。それぞれ以下の式12及び13を用いることなどによって、術前画像がボックス1410でセンタリングされ、ボックス1412でスケーリングされる。
式12 中心=c−(v)(0.5)
式13 スケール=i/v
ユーザは、要望に応じて及び/又は適宜、ボックス1416で結果画像における1つ又は複数の視覚的標識を操作する。いくつかの構成では、ボックス1418でユーザがガイダンスアクティビティを手動で終了し、他の構成では、システムがガイダンスアルゴリズムを自動的に停止する。
・システムが、術前画像において、大転子点(マーカによって既に識別される)を通る、大腿骨軸(手術中の大腿骨軸とは異なる場合がある)に垂直な、破線1832を引く。
・システムが、術中画像から大転子とインプラントのショルダとの間の大腿骨軸に沿った計算された距離をとる。システムが、術中画像での計算された距離に基づいて、術前画像において、大転子ライン1832よりも下の、大腿骨軸に垂直な、破線1834を生成する。
・ライン1834が、ユーザ又はシステムがこのライン上に大腿骨ステムテンプレートのショルダを配置することによって大腿骨ステムテンプレートを位置付けるための視覚ガイドとして生成される。
・システムが、大腿骨軸に沿った、及び、大腿骨軸に垂直な、術中画像における大転子とプロテーゼのショルダとの間の差を計算する。システムは、次いで、大転子に対する距離を再現し、プロテーゼのショルダを該場所に配置することによって、術前画像における大腿骨ステムテンプレートの場所を生成する。加えて、大腿骨ステムは、両方の画像において大腿骨軸に対して一貫した角度を維持するように自動的に回転される。例えば、大腿骨軸が、術中画像において15度であり、かつ、術前画像において10度である場合、システムは、大腿骨ステムテンプレートを、これを術前画像に移す時に5度だけ自動的に回転させることになる。最後に、大腿骨ステムテンプレートは、大腿管の場所に適合するようにユーザによって又はシステムによって自動的に調整されてもよい(すなわち、大腿骨軸に垂直な大腿骨ステムテンプレートの移動)。
・術中データを術前のイメージングと組み合わせると、システムは、ここでステップ1916及び差異分析モジュール1864において、術前画像における大腿骨ステム及び寛骨臼カップテンプレートの位置付けに基づいてオフセット及び脚の長さの差を精確に計算する。
・最後に、ユーザが、ここで、ステップ1918において、術中インプラントの変化がオフセット及び脚の長さの計算にどれくらい影響を及ぼすことになるかの「what if分析」を行い且つ事前分析して、手術中に異なるインプラントを挿入する前であっても術中の変更及び意思決定が、なされた計算に基づくようにするために、システムでのインプラントテンプレート選択を修正することができる。システム又はユーザは、次いで、破線1834及び他のガイドラインを使用して新しいインプラント選択を配置することになり、テンプレート技法を、使用される術中データと組み合わせることによって、予想されるオフセット及び脚の長さの変化を自動的に計算することになる。
Claims (13)
- 患者内の手術部位での画像を分析するために手術中に使用するのに適したシステムであって、
(i)前記手術部位の術前画像、及び前記手術部位とは前記患者の反対側の対側画像のうちの1つを含む少なくとも1つの第1の画像つまり参照画像、及び(ii)前記部位の少なくとも1つの第2の画像つまり結果画像、を取得するための画像選択モジュールと、
前記第1の画像及び前記第2の画像を受信し、前記第1の画像に存在する少なくとも1つの解剖学的特徴上に第1の静止したベースを確立するために少なくとも2つの点を生成し、前記第2の画像に存在する少なくとも1つの解剖学的特徴上に第2の静止したベースを確立するために少なくとも2つの点を生成するためのデータ入力モジュールと、
(a)前記第1の画像と前記第2の画像をオーバーレイし、前記画像内の骨アラインメント、スケーリング、及びインプラントのアラインメントのうちの少なくとも1つを比較すること、及び(b)前記画像内の骨及びインプラントのうちの少なくとも1つの画像回転、画像アラインメント、スケーリング、オフセット、外転角度、長さの差、及び配向のうち少なくとも1つを分析することを提供するために各画像における前記静止したベースを用いる分析モジュールと、
前記第1の画像及び前記第2の画像のうちの少なくとも一方における少なくとも1つの特徴の上に重ね合わされる少なくとも1つのデジタルテンプレートを提供するテンプレート入力モジュールであって、前記少なくとも1つのデジタルテンプレートが前記第2の画像におけるインプラントと適合され、次いで、前記デジタルテンプレートが、前記患者の少なくとも1つの骨の少なくとも1つのパラメータを分析するために前記第1の画像上に重ね合わされる、テンプレート入力モジュールと、
を備える、システム。 - 前記第1の画像及び前記第2の画像が、前記画像選択モジュールによって前記データ入力モジュールにデジタル化されたフォーマットで提供される、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の静止したベース及び前記第2の静止したベースのそれぞれの少なくとも1つの寸法が、前記寸法に関するピクセルのカウントとして少なくとも1つの記憶媒体に検索可能に記憶され、前記分析モジュールが、前記寸法に関するピクセルカウントを用いる、請求項1に記載のシステム。
- 前記分析モジュールが、前記第1の画像及び前記第2の画像のうちの選択された一方のスケーリングと適合するべく前記第1の画像及び前記第2の画像のうちの他方の少なくとも相対スケーリングを提供するために前記第1の画像及び前記第2の画像のうちの選択された一方における前記静止したベースを用いる、請求項1に記載のシステム。
- 前記分析モジュールが、少なくとも前記画像に絶対スケーリングを提供するために前記第1の画像及び前記第2の画像のうちの少なくとも一方における既知の寸法の少なくとも1つのオブジェクトを用いる、請求項1に記載のシステム。
- 前記分析モジュールが、前記第1の画像及び前記第2の画像のうちの少なくとも一方を前記第1の画像及び前記第2の画像のうちの他方に対して回転させることで、両方の画像がそれらのそれぞれの静止したベースに従って位置合わせされるようにする、請求項1に記載のシステム。
- 前記データ入力モジュールが、前記画像における前記静止したベースから離間された、各画像に関する少なくとも1つの標識点を生成する、請求項1に記載のシステム。
- 前記分析モジュールが、(i)前記第1の画像及び前記第2の画像の互いに対するアラインメントを支援すること、及び(ii)前記第1の画像及び前記第2の画像のうちの少なくとも一方の上にデジタルテンプレートを位置付けること、のうちの少なくとも1つのために前記標識点を用いる、請求項7に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つのデジタルテンプレートが、前記第1の画像及び前記第2の画像のそれぞれにおける少なくとも1つの特徴と適合される、請求項1に記載のシステム。
- 前記システムのユーザに少なくとも視覚ガイダンスを提供するためにディスプレイをさらに含む、請求項1乃至9のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第1の画像が、反転され、前記第2の画像上にオーバーレイされる対側画像である、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の画像が対側画像であり、前記データ入力モジュールが各画像における共通のステッチングラインを生成し、前記第1の画像及び前記第2の画像が前記患者の両側の合体ビューを形成するために一緒にステッチされる、請求項1に記載のシステム。
- 患者内の手術部位での整形外科的機能の回復を最適化するべく画像をコンピュータに分析させるための方法であって、前記コンピュータは、コンピュータ・ソフトウェアにより指令され、前記方法は、
(i)前記コンピュータによって、前記手術部位の術前画像、及び前記手術部位とは前記患者の反対側の対側画像のうちの1つを含む少なくとも1つの第1の画像つまり参照画像、及び(ii)前記部位の少なくとも1つの第2の画像つまり結果画像を取得することと、
前記コンピュータによって、前記第1の画像に存在する少なくとも1つの解剖学的特徴上に第1の静止したベースを確立するために少なくとも2つの点を生成し、前記第2の画像に存在する少なくとも1つの解剖学的特徴上に第2の静止したベースを確立するために少なくとも2つの点を生成することと、
前記コンピュータによって、(a)前記第1の画像と前記第2の画像をオーバーレイし、前記画像内の骨アラインメント、スケーリング、及びインプラントのアラインメントのうちの少なくとも1つを比較すること、及び(b)前記画像内の骨及びインプラントのうちの少なくとも1つの画像回転、画像アラインメント、スケーリング、オフセット、外転角度、長さの差、及び配向のうち少なくとも1つを分析することを提供するために各画像における前記静止したベースを用いることと、
テンプレート入力モジュールにより前記第1の画像及び前記第2の画像のうちの少なくとも一方における少なくとも1つの特徴の上に重ね合わされる少なくとも1つのデジタルテンプレートを提供することであって、前記少なくとも1つのデジタルテンプレートが前記第2の画像におけるインプラントと適合され、次いで、前記デジタルテンプレートが、前記患者の少なくとも1つの骨の少なくとも1つのパラメータを分析するために前記第1の画像上に重ね合わされること、
を含む、方法。
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