确定外部固定装置的调节处方的方法和系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供用于确定固定到解剖结构的外部固定装置的调节处方的方法。该方法包括获取外部固定装置和解剖结构在初始布置中的不同方向的至少两个数字放射线图像。该方法还包括识别在至少两个放射线图像中的外部固定装置的基准标记和解剖结构的轴线。该方法还包括提供外部固定装置和解剖结构的虚拟可操纵的三维模型。该方法还包括基于用户确定的解剖结构的期望布置来提供外部固定装置的支柱组件的调节处方，该调节处方通过至少一个用户选择的路径点将解剖结构从初始布置重新布置到期望布置。用户确定的解剖结构的期望布置是通过三维模型确定的。

Method and system for determining the regulation prescription of external fixator

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】确定外部固定装置的调节处方的方法和系统相关申请的交叉引用本申请要求于2017年8月24日提交的标题为“确定外部固定装置的调节处方的方法和系统”的美国临时专利申请第62/549,841号的优先权，其全部内容在此通过援引明确地并入本文。
本专利技术的实施例涉及包括骨折的治疗肌肉骨骼的疾病。更具体地，公开了用于将一个或多个骨段固定和放置在期望位置的方法和系统。在本专利技术的一些实施例中，方法和系统用于生成固定装置和骨段的计算机模型。通过对所述模型的操作，不管固定装置的初始配置如何，均可以快速且准确地确定骨段的期望位置以及为实现该期望位置在外固定设备上进行的操作。然后，可以在相应的固定装置和骨段上执行创建骨段的期望位置所需的操作，以治疗肌肉骨骼疾病。
技术介绍
使用环形外部固定结构治疗骨折的装置和方法在本领域是众所周知的。例如，已经开发了许多基于Stewart平台的一般概念的外部环形固定器(通常称为六脚架)，用于将解剖结构(例如骨段)操纵成期望布置(例如至最终实现固定)。六脚架或Stewart平台包括六自由度(6DOF)并联操纵器或支柱，该并联操纵器或支柱在用作解剖固定平台的至少一对平台(例如圆环)之间延伸。平台被固定到目标解剖结构，并且可通过支柱操纵该平台以进一步将解剖结构操纵成期望布置。因此，相对于基础操纵一个或多个骨片或多个其他目标解剖结构，六脚架能够在所有三个正交轴上平移(X、Y、Z位置)以及围绕这三个正交轴旋转(滚转、俯仰、偏转姿势)。例如，美国专利第5,702,389号、美国专利第5,728,095号、美国专利第5,891,143号、美国专利第5,971,984号、美国专利第6,030,386号、美国专利第6,129,727号和国际PCT专利申请第PCT/US2017/017276号公开了许多基于Stewart平台的外部固定器，它们每一个均通过援引明确地并入本文。在使用中，将六脚架的平台固定到两个或多个骨段(或其他解剖结构)之后，随着时间的推移，手动逐个地递增调节支柱(即，调整两个或多个支柱的长度)，以缓慢地操纵平台，从而将骨段调整成期望布置。支柱的这种递增调节是为了最终实现期望布置，其通常由医务人员和/或患者根据调节或固定处方或计划来完成。调节处方通常包括支柱调节计划或说明，用来指导医务人员和/或患者根据时间间隔递增调节支柱的长度，以将骨段从初始位置或布置重新定向到期望位置或布置。调节处方可以通过计算机辅助程序或系统确定。例如，一些调节处方由基于计算机的系统或程序确定，该系统或程序向用户提供固定到目标解剖结构(例如骨段)的六脚架或其他外部固定系统的二维或三维模型。一些此类调节处方程序和系统利用沿着两个或更多解剖平面拍摄的固定有六脚架的患者的放射线图像(例如，X射线)来形成三维模型。这些程序和系统使用户利用示例六脚架和解剖结构的模型来将六脚架和解剖结构操纵成这样一种布置，其中该解剖结构位于期望位置或布置，从而实现例如骨段的固定。然后，基于计算机的系统或程序会根据六脚架和解剖结构的当前状况以及解剖结构的期望位置自动创建整个调节处方。因此，用户无法控制、指定或定制调节处方。产生许多调节处方的系统和方法所使用的放射线图像的典型的放射线照相机，通过生成器利用投影到固定在患者身上的六脚架的X射线束(或其他形式的电磁辐射)生成这种放射线图像，这通常被称为投影放射线照相术。六脚架和解剖患者会吸收一定量的X射线，取决于其密度和组成。穿过六脚架和患者的任何X射线都会被位于六脚架和患者后方的检测器(例如摄影胶片或数字检测器)捕获。然后所检测到的X射线会显示为图像，该图像显示所检测到的X射线的相对量，从而显示六脚架和患者的解剖结构的特征。然而，投影放射线照相术通常会产生具有六脚架和/或解剖学的特征的图像，该图像的尺寸和相对于图像中心的位置均被放大。放大倍数的大小可能是该特征与检测器之间的距离的线性函数，因为X射线可能是从生成焦点或区域发散出来的。例如，由于X射线是从生成点/区域发散出来的，距离检测器较远的特征比相对靠近检测器的特征被放大的更大。通过这种方式，与相对靠近检测器的特征相比，距离检测器更远的特征在检测器上投射所吸收的X射线的更大阴影(并从而减少了所检测到的X射线)。本领域技术人员将理解，我们需要提供用户可定制和/或可控制的外部固定装置(例如，六脚架)的调节处方方法、系统和设备。此外，需要考虑投影放射线图像中的固有失真的外部固定装置(例如，六脚架)的调节处方方法、系统和设备。而且，可以利用未知和/或未正确识别的有利位置的放射线图像(即，沿未知和/或准确识别的解剖平面拍摄的放射线图像)的外部固定装置(例如，六脚架)的调节处方的方法、系统和设备将是有利的。这种改进的外部固定装置的调节处方的方法、系统和设备可以通过软件来实现，这些软件可以在网络上运行、更新和替换，或者可以在分布式计算机或中央计算机、或二者的结合上存储和使用。
技术实现思路
本专利技术公开了提供用户可定制和/或可控制的调节处方的外部固定装置(例如，六脚架)的调节处方方法、系统和设备。此外，本专利技术公开了可解决投影放射线图像中的固有失真的外部固定装置(例如，六脚架)的调节处方方法、系统和设备。本专利技术还公开了可利用并解决未知和/或未准确识别的有利位置的放射线图像(即，沿未知和/或准确识别的解剖平面拍摄的放射线图像)的外部固定装置(例如，六脚架)的调节处方方法、系统和设备。一方面，本专利技术提供一种确定固定到解剖结构的外部固定装置的调节处方的方法。该方法包括获取外部固定装置和解剖结构在初始布置中的不同取向的至少两个数字放射线图像。该方法还包括识别在至少两个放射线图像中的外部固定装置的基准标记。该方法进一步包括识别在至少两个放射线图像中的解剖结构的轴线。该方法还包括根据已识别的基准标记、至少两个放射线图像和已识别的解剖结构的轴线，提供外部固定装置和解剖结构的虚拟可操纵的三维模型。该方法还包括基于用户确定的解剖结构的期望布置来提供外部固定装置的支柱组件的调节处方，该调节处方通过至少一个用户选择的路径点将解剖结构从初始布置重新布置成期望布置，其中用户确定的解剖结构的期望布置是通过三维模型确定的。在一些实施例中，该方法在计算机系统中实现。在一些实施例中，外部固定装置是六脚型外部固定装置。在一些实施例中，识别在至少两个放射线图像中的外部固定装置的基准标记包括，通过校正放射线图像的失真为放射线图像中的每个基准单独创建按比例缩放的数字基准标记。在一些这样的实施例中，校正放射线图像的失真包括，确定以像素为单位的放射线图像中的基准标记的总和与外部固定装置的实际基准标记的尺寸的预期总和的比率，以确定以像素为单位的每个基准测量单位的图像的体积比例；确定每个基准度量单位的像素与以像素为单位的放射线图像的每个图像测量单位中的预期分辨率的比率；确定放射线图像的体积比例；根据确定的体积比例缩放放射线图像；在单个基准的基础上确定按体积比例缩放所确定的基准的尺寸与预期基准尺寸的比值；利用单个比率为放射线图像上的每个基准单独创建按比例缩放的数字基准标记。另一方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定固定到解剖结构的外部固定装置的调节处方的方法，包括：/n获取所述外部固定装置和解剖结构在初始布置中的不同方向的至少两个数字放射线图像；/n识别在至少两个放射线图像中的所述外部固定装置的基准标记；/n识别在至少两个放射线图像中的所述解剖结构的轴线；/n根据所识别的基准标记、所述至少两个放射线图像和所识别的解剖结构的轴线，提供所述外部固定装置和所述解剖结构的虚拟可操纵的三维模型；以及/n基于用户确定的所述解剖结构的期望布置，提供所述外部固定装置的支柱组件的调节处方，所述调节处方通过至少一个用户选择的路径点将所述解剖结构从初始布置重新布置到期望布置，其中所述用户确定的所述解剖结构的期望布置是通过所述三维模型确定的。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170824 US 62/549,8411.一种确定固定到解剖结构的外部固定装置的调节处方的方法，包括：
获取所述外部固定装置和解剖结构在初始布置中的不同方向的至少两个数字放射线图像；
识别在至少两个放射线图像中的所述外部固定装置的基准标记；
识别在至少两个放射线图像中的所述解剖结构的轴线；
根据所识别的基准标记、所述至少两个放射线图像和所识别的解剖结构的轴线，提供所述外部固定装置和所述解剖结构的虚拟可操纵的三维模型；以及
基于用户确定的所述解剖结构的期望布置，提供所述外部固定装置的支柱组件的调节处方，所述调节处方通过至少一个用户选择的路径点将所述解剖结构从初始布置重新布置到期望布置，其中所述用户确定的所述解剖结构的期望布置是通过所述三维模型确定的。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述外部固定装置是六脚型外部固定装置。


3.根据权利要求1所述的方法，其中识别在至少两个放射线图像中的所述外部固定装置的基准标记包括，通过校正放射线图像的失真来为所述放射线图像中的每个基准单独创建按比例缩放的数字基准标记。


4.根据权利要求3所述的方法，其中校正放射线图像的失真包括：
确定以像素为单位的所述放射线图像中的基准标记的总和与所述外部固定装置的实际基准标记的尺寸的预期总和的比率，以确定以像素为单位的每个基准测量单位的图像的体积比例；
确定每个基准测量单位的像素与以像素为单位的所述放射线图像的每个图像测量单位的预期分辨率的比率；
确定所述放射线图像的体积比例；
根据所确定的体积比例缩放所述放射线图像；
在单个基准的基础上确定按体积缩放所确定的基准的尺寸与预期基准的尺寸的比率；以及
利用各个比率为所述放射线图像上的每个基准单独创建按比例缩放的数字基准标记。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法在计算机系统中实现。


6.一种计算机程序产品，包括：
一种计算机可读存储介质，存储用于执行的指令，以执行确定固定到解剖结构的外部固定装置的调节处方的方法，所述方法包括：
获取所述外部固定装置和解剖结构在初始布置中的不同方向的至少两个数字放射线图像；
识别在至少两个放射线图像中的所述外部固定装置的基准标记；
识别在至少两个放射线图像中的所述解剖结构的轴线；
根据所识别的基准标记、所述至少两个放射线图像和所识别的解剖结构的轴线，提供所述外部固定装置和所述解剖结构的虚拟可操纵的三维模型；以及
基于用户确定的所述解剖结构的期望布置，提供所述外部固定装置的支柱组件的调节处方，所述调节处方通过至少一个用户选择的路径点将所述解剖结构从初始布置重新布置到期望布置，其中所述用户确定的所述解剖结构的期望布置是通过所述三维模型确定的。


7.根据权利要求6所述的计算机程序产品，其中所述外部固定装置是六脚型外部固定装置。


8.根据权利要求6所述的计算机程序产品，其中识别在至少两个放射线图像中的所述外部固定装置的基准标记包括，通过校正放射线图像的失真，为所述放射线图像中的每个基准单独创建按比例缩放的数字基准标记。


9.根据权利要求8所述的计算机程序产品，其中校正放射线图像的失真包括：
确定以像素为单位的所述放射线图像中的基准标记的总和与所述外部固定装置的实际基准标记的尺寸的预期总和的比率，以确定以像素为单位的每个基准测量单位的图像的体积比例；
确定每个基准测量单位的像素与以像素为单位的所述放射线图像的每个图像测量单位的预期分辨率的比率；
确定所述放射线图像的体积比例；
根据所确定的体积比例缩放所述放射线图像；
在单个基准的基础上确定按体积缩放所确定的基准的尺寸与预期基准的尺寸的比率；和
利用各个比率为所述放射线图像上的每个基准点单独创建按比例缩放的数字基准标记。


10.一种用于执行方法的计算机系统，所述方法包括：
确定固定在解剖结构上的外部固定装置的调节处方，包括：
获取所述外部固定装置和解剖结构在初始布置中的不同方向的至少两个数字放射线图像；
识别在至少两个放射线图像中的所述外部固定装置的基准标记；
识别在至少两个放射线图像中的所述解剖结构的轴线；
根据所识别的基准标记、所述至少两个放射线图像和所识别的解剖结构的轴线，提供所述外部固定装置和所述解剖结构的虚拟可操纵的三维模型；以及
基于用户确定的所述解剖结构的期望布置，提供...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·马拉尼，
申请(专利权)人：AMDT控股公司，
类型：发明
国别省市：美国;US