專利名稱：可視化引導acl定位系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及確定定位標記(localization marker)的放置以供在外殼手術(surgical operation)中使用的計算機化輔助和可視化領域。
背景技術：
包括計算機化成像和內窺鏡檢查技術的現代醫學技術已顯著地促進了關節鏡醫學領域。特別地，在關節鏡手術程序領域中，常規計算機化設備能夠呈現經歷醫學程序的解剖結構的實時實況X射線視圖。常見醫學程序的一個示例是病人膝關節內的軟組織、諸如前十字韌帶(ACL)的修復。常常用組織移植物(tissue graft)以關節鏡檢查方式來替換損壞的ACL。可以從在每個末端處具有所謂的“骨塊”的膝蓋肌腱(patellar tendon)的一部分或從半肌腱和股薄肌獲得組織移植物。替換地，組織移植物可以由合成材料或由合成和天然材料的組合形成。通過將組織移植物的一端固定在形成于股骨內的通路中的隧道中并使移植物的另一端通過形成于脛骨中的隧道來植入替換組織移植物。一般地，使用縫線來將組織移植物的每個末端附接于錨定器(例如擠壓螺釘(interference screw)或支柱),其隨后被固定于骨。考慮到膝關節是致密區域且對于經歷ACL修復程序的人而言存在許多不同尺寸的骨，所以用于在膝關節的股骨和脛骨中的隧道放置的特定位置的識別可能略微棘手。在發布的美國專利5，968，050(’ 050專利)中描述了在適當地對ACL插入部位進行定位方面提供輔助的機械設備的一個示例，該專利被頒發給與本申請相同的受讓人。’ 050專利的整個內容被整體地通過引用結合到本文中。’050專利描述了用于在ACL重建中對脛骨隧道進行定位的純物理引導件或工具。與物理工具相反，被用于ACL重建的常規技術的另一示例利用實時X射線和計算機化圖形成像來輔助用于膝關節的ACL修復程序且在美國專利7，319，897 (在下文中’897專利)中有所描述，其全部講授和內容被整體地通過引用結合到本文中。為諸如在’897專利中描述的那個的手術技術提供計算機輔助援助的常規機制遭受多種缺陷。需要一種計算機化系統、方法和設備，其提供可操作以允許諸如外科醫生的醫學專業人員在圖形用戶界面上觀看解剖結構的圖像的靜止和視頻幀兩者的定位軟件
發明內容
本文公開的實施例提供了提供上文所述的所需定位軟件的計算機化系統、方法和設備。可以從產生射線照相(例如X射線)圖像、磁共振圖像、計算機化斷層成像圖像、熒光圖像等的設備獲得圖像。圖像可以是手術內(intra-operatively)獲得的實況實時圖像，或者可以是在手術后使用的預先記錄成像(例如出于質量控制目的)。該軟件允許在圖形用戶界面上識別一組標志(landmark)位置，該標志位置識別解剖結構的顯示圖像內的各解剖位置。外科醫生能夠經由與⑶I的交互來手動地識別此類標志，或者軟件能夠使用自動檢測功能來自動地對解剖結構內的標志位置進行定位或識別。作為示例，如果解剖結構是膝關節，則系統能夠顯示膝關節的圖像(例如X射線)并允許外科醫生選擇X射線圖像內的特定已知骨位置作為相對于股骨或脛骨的標志位置。在選擇了標志位置時，系統可操作用于在解剖結構的圖像上顯示諸如覆蓋網格或線的圖形覆蓋。圖形覆蓋的放置是基于該組標志位置。外科醫生能夠選擇由系統呈現的一組特定圖形覆蓋中的一個，并且圖形覆蓋可以包括一系列引導指示符，其可操作用于指示被關聯到解剖結構以便執行與解剖結構相關聯的外科手術的位置。引導指示符可以例如指示跨越骨的標志位置之間的距離提供距離度量或標度的百分比位置。該系統然后可操作用于在圖形覆蓋內顯示至少一個定位標記。一個(或多個)該定位標記識別用于執行與解剖 結構相關聯的外科手術的最佳位置。可以由系統通過使用相對于解剖結構的醫學識別位置(基于標志位置)來執行一個(或多個)定位標記的放置以允許諸如ACL修復的醫學程序的最大成功。在ACL插入位置確定所特有的一個實施例中，該系統可操作用于顯示示出人膝關節內的股骨和脛骨的視圖的圖像。這包括顯示人膝關節內的股骨的橫向視圖。該系統接收已知骨位置的選擇。這包括接收在圖像內顯示的股骨的視圖的前緣的選擇作為第一已知骨位置并接收在圖像內橫向地顯示的股骨的視圖的后緣的選擇作為第二已知骨位置。在第一已知骨位置與第二已知骨位置之間定義的線定義基本上與股骨的髕表面對準的平面。該系統接收與圖像內的股骨的橫向顯示遠側髁表面相對應的第三已知骨位置的選擇。當在解剖結構的圖像上顯示圖形覆蓋時，系統在圖形用戶界面內的股骨遠端的視圖上顯示覆蓋網格。該覆蓋網格具有在所選第一和第二已知骨位置之間呈現的寬度，并具有延伸至所選第三已知骨位置的高度。該系統還可操作用于在覆蓋網格內顯示至少一個股骨定位標記。該股骨定位標記識別在圖形圖像內顯示的股骨內的用于組織移植物插入部位的參考位置。在其它實施例中，當顯示定位標記時，系統能夠基于覆蓋網格的幾何結構來自動地選擇覆蓋網格內的用于放置定位標記的至少一個醫學優選位置，并且能夠在覆蓋網格內的每個自動計算的醫學優選位置處顯示各定位標記。一旦已經放置了自動放置的一個(或多個)定位標記，則系統允許醫學專業人員調整各定位標記在覆蓋網格內的自動計算放置。在膝關節特定實施例中，針對脛骨，系統可操作用于顯示人膝關節內的脛骨的橫向視圖，并接收在圖像內顯示的脛骨的前緣的選擇作為第一已知骨位置。該系統還接收在圖像內橫向地顯示的脛骨的視圖的后緣的選擇作為第二已知骨位置。針對脛骨，在第一已知骨位置與第二已知骨位置之間定義的線定義一個平面，在其上面能夠顯示用于與脛骨相關聯的韌帶的修復的至少一個定位標記。在選擇了被關聯到脛骨的標志位置時，系統在兩個脛骨標志位置之間的圖形用戶界面內的脛骨近端的視圖上顯示覆蓋線。一旦呈現了覆蓋線，則系統可操作用于顯示位于覆蓋線上的至少一個脛骨定位標記。一個(或多個)脛骨定位標記識別在圖形用戶界面內顯示的脛骨上的至少一個解剖ACL插入部位。以這種方式，在本文中公開的實施例提供了更準確的手術程序或其它醫學操作，因為圖形覆蓋在解剖結構上的呈現允許定位標記的準確放置，其使得能夠實現諸如組織移植物部位位置確定的醫學任務的精確放置。覆蓋網格內的引導指示符提供用于定位標記的放置的醫學接受位置并避免醫生將標記放錯位置。在本文中公開的其它實施例包括配置有用以處理在本文中公開的任何或所有方法操作的軟件和/或電路(例如，處理器)的任何類型的計算機化設備、工作站、手持式或膝上型計算機等。換言之，將諸如計算機或數據通信設備或被編程或配置成如本文所解釋地操作的任何類型的處理器的計算機化設備視為在本文中公開的實施例。在本文中公開的其它實施例包括用以執行在上文中概括并在下文中詳細地公開的步驟和操作的軟件程序。一個此類實施例包括一種計算機程序產品，其具有包括在其上
面編碼的計算機程序邏輯的計算機可讀介質，當在具有存儲器和處理器的耦合的計算機化設備中被執行時，該計算機程序邏輯將處理器編程為執行在本文中公開的操作。此類裝置通常被提供為軟件、代碼和/或其它數據(例如數據結構)，其被布置或編碼于計算機可讀介質上，諸如光學介質(例如CD-ROM)、軟盤或硬盤或其它介質，諸如一個或多個ROM或RAM或PROM芯片中的固件或微代碼，或者作為專用集成電路(ASIC)。可以將軟件或固件或其它此類配置安裝到計算機化設備上以促使計算機化設備執行作為本文中公開的實施例在本文中解釋的技術。應理解的是可以將本文公開的系統嚴格地體現為軟件程序、作為軟件和硬件或單獨地作為硬件，并且可以單獨地或與諸如醫學設備的其它系統相結合地使用以便獲得解剖結構的X射線的實時實況視頻。
根據如附圖所示的在本文中公開的特定實施例的以下描述，本文公開的前述及其它目的、特征和優點將是顯而易見的，在附圖中，相同的附圖標記遍及不同的圖指示相同部分。附圖不一定按比例描繪，而是著重于舉例說明本文公開的原理。圖I示出根據本文公開的一個實施例配置的醫學計算系統環境的高級方框圖。圖2至4示出依照本文公開的示例性實施例執行的處理步驟的流程圖。圖6至17示出圖形用戶界面的示例性實施例，其示出在從圖2至4的流程圖內描述的特定步驟和處理操作。
具體實施例方式通常，本文公開的系統作為具有定位主機計算機系統的軟件進行操作，該主機計算機系統操作(例如執行)定位軟件(例如應用程序和/或進程)，其能夠顯示解剖結構的視頻(例如實況實時射線照相圖像)并允許諸如外科醫生的醫學專業人員相對于所顯示的解剖結構準確地確定用于執行與醫學程序相關聯的手術任務的適當位置。可以在手術內完成此處理以輔助確定用于執行在進行中的外科手術的某個方面的位置，或者在手術后，諸如可以用于質量控制目的。定位應用程序使得能夠經由與圖形用戶界面的交互來選擇解剖結構上的特定標志位置(例如顯示圖像內可見的特定骨位置)。作為響應，定位軟件基于所選標志位置的放置來顯示圖形覆蓋。圖形覆蓋可以是例如覆蓋網格，其具有諸如標度、尺(ruler)、段、度量等可見圖形指示符以幫助醫學專業人員確定要放置在圖像內的定位標記的適當位置(相對于網格)。在圖形覆蓋就位的情況下，醫學專業人員能夠進一步與圖形用戶界面相交互以對識別用于執行與解剖結構相關聯的外科手術的位置的一個或多個定位標記進行定位和顯示。在一個特定示例性實施例中，定位軟件執行上文概述的處理以在覆蓋網格內顯示至少一個股骨和/或脛骨定位標記。此類股骨和/或脛骨定位標記識別用于在圖形圖像內顯示的股骨或脛骨內的組織植入物插入部位的參考位置。圖I舉例說明適合于在解釋本發明示例性實施例的操作細節時使用的醫學環境100。環境100包括醫學成像設備101，諸如磁共振成像(MRI)系統、計算機化斷層成像(CT)系統、熒光鏡檢查系統、射線照相(例如X射線)系統或類似系統，其產生包括解剖結構的二維(2D)橫向視頻圖像視圖的圖像數據103。在本示例中，醫學成像設備101產生人膝關節的2D橫向圖像。環境100可以替換地包括內窺鏡系統102，其能夠提供解剖結構的內部視圖并且還能夠產生圖像數據103。定位主機計算機系統110接收圖像數據103(例如經由視頻/幀捕捉設備)并可操作用于在顯示器130上的圖形用戶界面106內呈現圖像數據103。定位主機計算機系統110可以是任何類型的計算機化設備，諸如個人計算機、工作站、便攜式計算設備、控制臺、膝上型計算機、網絡終端等。如在本示例中所示，計算機系統100包括互連機制111，諸如數據總線或其它電路，其將存儲器系統112、處理器113、輸入/輸出接口 114以及通信接口 115耦合。一個或多個輸入設備116 (例如用戶控制設備，諸如鼠標、鍵盤、觸摸屏、觸控板等)通過輸入/輸出接口 114耦合到處理器113并使得諸如醫學專業人員(例如醫生、外科醫生等)的用戶108能夠提供輸入命令并一般地控制顯示器130上的包含圖像數據103的圖形用戶界面160，如將解釋的。通信接口 115使得計算機系統110能夠與網絡(未示出)上的其它設備(即其它計算機)通信。存儲器系統112是任何類型的計算機可讀介質，并且在本示例中用定位應用程序150-1編碼，其支持如本文所解釋的經由圖形用戶界面160的處理和功能性操作。可以將定位應用程序150-1體現為支持根據本文所述的不同實施例的處理功能的諸如數據和/或邏輯指令的軟件代碼(例如，存儲在存儲器中或諸如可活動磁盤的另一計算機可讀介質上的源或目標代碼)。在定位計算機系統110的操作期間，處理器113經由互連111來訪問存儲器系統112以便啟動、運行、執行、解釋或另外履行定位應用程序150-1的邏輯指令。定位應用程序150-1的執行以這種方式來在定位進程150-2中產生處理功能。換言之，定位進程150-2表示在運行時間在計算機化設備110中的處理器113內或上履行或執行的定位應用程序150-1 (或整個應用程序150-1)的一個或多個部分或運行時間實例。可以將定位應用程序150-1存儲在計算機可讀介質(諸如軟盤)、硬盤、電子、磁性和光學或其它計算機可讀介質上。還可以將定位應用程序150-1存儲在存儲器系統112中，諸如在固件、只讀存儲器(ROM)中，或者如在本示例中，作為在例如隨機存取存儲器(RAM)中的可執行代碼。應理解的是對定位軟件150的參考是對存儲器112中的定位應用程序150-1和/或在處理器113上執行的執行定位進程150-2的一般參考。本領域的技術人員還將理解的是定位主機計算機系統110可以包括其它進程和/或軟件和硬件組件，諸如在本示例中未示出的操作系統。顯示器130不需要直接耦合到計算機系統110。例如，可以經、由通信網絡接口 115在遠程可訪問計算機化設備上執行定位軟件150。在本實例中，可以本地地向遠程計算機的用戶顯示圖形用戶界面160，并且本文中的處理的執行可以是基于客戶端-服務器的。現在將相對于剩余各圖來解釋定位軟件150的操作細節的進一步公開，剩余各圖示出結合由定位軟件150提供的圖形用戶界面160的屏幕快照所解釋的處理步驟的流程圖。圖2至5提供了依照本文公開的示例性實施例的定位軟件150執行的處理步驟的流程圖。針對本示例性討論，將解釋用于確定定位標記的放置的使用的系統，該定位標記識別用于股骨和脛骨內的組織移植物插入部位的參考位置。應理解的是此醫學程序僅僅是以示例的方式提供的，并且本發明不限于膝關節上的此程序或多個程序。相反，本發明的某些實施例意圖本質上是一般性的，并且可應用于幫助識別用于與許多不同解剖結構相關聯的醫學程序的位置。將參考剩余圖中所示的圖形用戶界面160來解釋流程圖。 簡要地向前參考圖5，圖形用戶界面160包括可操作用于顯示圖像的圖像區域500，所述圖像諸如由來自圖I的醫學成像設備101或內窺鏡系統102產生的射線照相或其它圖像的視頻和/或靜止幀。界面160還包括包含將在以下描述期間解釋的各種控制的控制區域501。請注意，其它步驟內所示的流程圖中的步驟表示根據如在本文中公開的各種示例性實施例執行的子步驟。返回參考圖2中的流程圖，在步驟200中，定位軟件150在圖形用戶界面160上(SP在圖像區域500內)顯示解剖結構的圖像。該圖像可以是例如在醫學程序期間在手術內獲得的實況實時成像，或者可以是預先記錄的，并且可以在手術后執行本文所述的處理。在子步驟201中，定位軟件150顯示包括至少一個骨的圖像的解剖結構的圖像。在本特定示例中，圖像區域500顯示包括股骨507和脛骨509的圖形視圖的膝關節的橫向視圖的圖像。在步驟202中，定位軟件150經由諸如圖形用戶界面上的指針的輸入設備來識別一組標志位置510、511，其識別解剖結構的顯示圖像內的各解剖位置。在圖5中的示例中，定位軟件150接收將向其提供標志位置的特定解剖結構的解剖結構選擇502。在本示例中，外科醫生已選擇股骨ACL結構502-1，并且同樣地，定位軟件被配置成接收用于在圖像區域500內顯示的股骨507的三個已知骨位置的選擇。處理子步驟203至205涉及針對股骨507所選擇的標志位置。在子步驟203中，為了確定被關聯到股骨的參考位置，定位軟件150接收在圖像內顯示的股骨507的視圖的前緣(在位置510-A處)的選擇作為第一已知骨位置510-A。此標志位置在圖5中被示為位置510-A。如所述，外科醫生可以使用鼠標或其它輸入設備116來操作圖形用戶界面160上的指針以選擇第一標志位置510-A。作為示例，外科醫生可以使用他或她的關于圖像區域500中的解剖結構的知識來選擇第一標志位置。在子步驟204中，定位軟件150接收在圖像內橫向地顯示的股骨507的視圖的后緣的選擇作為第二已知骨位置511-A。在第一已知骨位置510-A與第二已知骨位置511-A之間定義的線513是隨著外科醫生將指針從第一位置移動至第二位置所畫的。此線513(例如作為向量)從第一設定標志位置510-A延伸并在第二標志位置511-A的最終選擇之前隨著指針跨越圖像500移動而以圖形方式跟蹤指針。此線513使得一旦使用系統進行了最終標志選擇，外科醫生能夠使其中圖形覆蓋的頂部邊緣將存在的位置可視化。
在子步驟205中，定位軟件150接收第三已知骨位置512-A的選擇。參考圖6，針對股骨507，在選擇第一和第二位置510-A和511-A之后，在子步驟205中，定位軟件150接收與圖像內的股骨507的橫向顯示遠側髁表面相對應的第三已知骨位置512-A的選擇。請注意，隨著外科醫生朝著每個連續標志位置510-A、511-A、512-A移動指針，在該下一個標志位置本身的選擇之前，定位軟件150連續地正呈現來自前一標志位置的線的圖像。在用于股骨507的第三標志位置的線14的情況下，線514隨著外科醫生朝著股骨507的遠端(即在現在被就地固定在兩個先前選擇的標志位置510-A和511-A之間的圖形線513下面)移動指針而遠離線513垂直地延伸。此垂直線514在圖形用戶界面160上(S卩在圖像500內)為外科醫生提供將在完成用于所顯示股骨507的最終(即第三)標志位置512-A的選擇時產生的圖形覆蓋的幾何結構的視覺指示。換言之，在選擇第二解剖點作為第二標志位置511-A之后，第二線與現在在兩個標志位置510-A和511-A之間定義的線垂直地延伸(作為點線)。此線514被用來使第一線對準，因此其垂直于脛骨縱軸。在選擇第三標志位置時，呈 現覆蓋。以這種方式，系統可操作用于提供其中將存在覆蓋的視覺指示符(線513和514)。在步驟206中，定位軟件150在圖形用戶界面160內顯示多個可選擇的圖形覆蓋。在圖6中，可選擇的圖形覆蓋被示為520-1、520-2和520-3 (共同地稱為520)。每個圖形覆蓋520提供各自的一系列引導指示符(在本示例中為不同地間隔開的網格線)，其可操作用于指示被關聯到解剖結構以便執行與解剖結構相關聯的外科手術的各部分的標度位置。在步驟207中，定位軟件150從多個可用圖形覆蓋520接收圖形覆蓋(例如520_1)的選擇。外科醫生可以在任何時間選擇他或她選擇的覆蓋。特定覆蓋50的選擇是基于正在確定的用于在本示例中為ACL的修復的特定參考位置。特別地，針對使用雙束的ACL修復程序，具有處于25%增量的引導指示符的圖形覆蓋520-1允許將第一標記放置在已知位置處(即從所顯示覆蓋網格530的右上角開始之上25%和向下25%)以便基于關于此程序的醫學文獻對前內側(AM Anteriomedial)束進行定位。可以針對后外側(PL)束的適當定位標記放置來選擇圖形覆蓋520-2，其在醫學專業中通常被理解為放置于從覆蓋網格的右上角開始之上33%和向下50%。應理解的是覆蓋520-1和520-2也可以適當地用來對用于單束的標記進行定位。請注意，可以在在步驟203至205中選擇標志位置之前執行用于選擇特定圖形覆蓋520的先前步驟206和207，然而，在標志位置的選擇之前將不呈現圖形覆蓋520。在步驟208，在標志位置的選擇完成之后，定位軟件150在解剖結構的圖像上顯示(即呈現)圖形覆蓋520，基于標志位置組和所選擇的圖形覆蓋520的圖形覆蓋的放置。一般地，在本示例中，圖形覆蓋530被呈現且其使得能夠容易地確定將由所述至少一個定位標記來標記以便執行與人膝關節的韌帶修復有關的外科手術的至少一個參考位置。圖I示出在用戶(即外科醫生)已選擇圖形覆蓋520-1 (標志位置之間的處于25%增量的所示引導指示符)之后和在標志位置的選擇之后的圖形用戶界面160的示例。在本示例中，定位軟件150在圖形用戶界面內的股骨507的橫向視圖上顯示覆蓋網格520-1。覆蓋網格520具有在所選第一和第二已知骨位置510-A、511-A之間呈現的寬度，并且具有延伸至所選第三已知骨位置512-A的高度。如圖8所示，定位軟件150在所選第一已知骨位置510-A與所選第二已知骨位置511-A之間呈現圖形覆蓋530 (并將第三位置512-A用于股骨)。如所示，跨越其寬度且沿著其高度上下地，圖形覆蓋530包括一系列引導指示符533 (在本示例中為網格線)，其可操作用于指示被關聯到解剖結構以便執行與解剖結構相關聯的外科手術的位置(用于覆蓋520-1的25%增量)。用于第一覆蓋網格的引導指示符533跨越圖形覆蓋的幾何結構且沿著該結構向下以25%增量間隔開。此25%覆蓋網格可以用來準確地放置用于標記與ACL修復相關聯的股骨上的特定位置的要求標記。可以將其它覆蓋(例如520-2)用于在此相同手術中使用的其它標記的放置，如稍后將解釋的。在已在圖像區域500內顯示覆蓋網格之后，軟件150允許覆蓋內的定 位標記的放置以指示相對于解剖結構的與手術或醫學程序關聯的特定位置。如將解釋的，經由使用指針并在覆蓋內選擇位置，定位標記的放置可以是手動的，或者基于用于特定手術程序和解剖結構的已知位置可以是自動化的，如在圖形用戶界面160中的位置502處所選的解剖結構所指示的。在步驟209中，定位軟件150在圖形覆蓋530內顯示至少一個定位標記535_1。定位標記535-1識別用于執行與解剖結構相關聯的手術操作的位置(在本示例中例如股骨507)。在子步驟210中，定位軟件150經由圖形用戶界面的輸入設備從諸如外科醫生的醫學專業人員接收手動輸入以基于覆蓋網格的幾何結構來指示用于放置定位標記的覆蓋網格530內的位置(例如從右上角之上和向下25%)。這允許外殼醫生手動地選擇要放置定位標記535-1的位置。在子步驟211中，響應于來自醫學專業人員的輸入，諸如鼠標按鈕的釋放或點擊，定位軟件150在覆蓋網格530內的每個指示位置上顯示各定位標記535-1。在子步驟212中，針對定位標記的自動放置，定位軟件150基于覆蓋網格的幾何結構(并基于將被施加標志位置和覆蓋網格530的所選解剖結構)來計算用于放置定位標記的覆蓋網格530內的至少一個醫學優選位置(例如從標志位置511-A之上和向下25%)。在子步驟213中，定位軟件150在覆蓋網格530內的每個自動計算的醫學優選位置處顯示各定位標記535-1。在子步驟214中，定位軟件150允許醫學專業人員在必要時調整覆蓋網格內的各定位標記的自動計算放置。如圖9所示，在外科醫生在覆蓋網格530內選擇用于定位標記的特定位置之后，用粗體突出顯示該定位標記以指示其相對于股骨507的底層圖像的精確位置。以這種方式，定位軟件150在覆蓋網格內顯示至少一個股骨定位標記，其識別在圖形圖像內顯示的股骨內的用于組織植入物插入的參考位置。在典型的植入物插入中，要求外科醫生識別相對于股骨的第二定位標記。為此，外科醫生可以利用具有略有不同一組可視化引導或以不同間距(例如與橫跨的33%增量和向下的50%增量，與用于網格520-1的25%增量相反)間隔開的引導指示符533的第二覆蓋網格520-2。換言之，系統利用或提供各覆蓋網格520以對用于組織植入物插入部位的每個各定位標記進行定位，并且外科醫生可以根據正在放置什么定位標記(例如雙束、單束等)來選擇特定的網格520。每個各覆蓋網格(例如520-1和520-2)包括一組視覺引導指示符533，其將各覆蓋網格劃分成用于該各定位標記的適當定位的不同區域。注意到不同覆蓋網格520之間的過渡，外科醫生可以選擇不同的網格520，并且圖像區域500將在所選標志位置510-A、511-A和512-A內重新顯示新選擇的網格。
在步驟215中且如圖10所示，定位軟件150從多個可用圖形覆蓋520接收第二圖形覆蓋520-2的選擇。如上所述，此第二覆蓋520-2具有以與覆蓋520-1不同的間距(例如將覆蓋的高度和寬度劃分成三份)間隔開的引導指示符。軟件150將所選第二圖形覆蓋520-2顯示為覆蓋網格531。在步驟216中且如圖11所示，定位軟件150經由圖形用戶界面的輸入設備從醫學專業人員接收輸入以基于由第二圖形覆蓋531提供的一系列引導指示符533來指示用于放置第二定位標記535-2的第二顯示圖形覆蓋531內的位置535-2。特別地，諸如外科醫生的操作員可以選擇標記添加功能555 (和優選地用于新標記的色彩556)以向軟件指示另一定位標記535將被添加到圖像區域500。然后，當外科醫生在圖像圖形覆蓋531上移動輸入設備(例如鼠標指針)時，緊挨著鼠標指針顯示覆蓋內的鼠標指針的相對位置。作為示例，在選擇標記添加功能555之后，第一定位標記535-1被就地鎖定(在本示例中顯示為色點535-1)，并且隨著鼠標在圖11中的網格531上(或者在可以選擇的任何選擇覆蓋網格520-1,520-2等中的另一個中)來回移動，定位軟件150顯示用于第二標記535-2的精確放
置的鼠標指針的坐標。在圖11中的示例中，軟件150能夠顯示點線或標度線547 (跟蹤鼠標且根據覆蓋網格531內的鼠標移動來確定尺寸的矩形框)以指示所顯示覆蓋網格531內的鼠標位置。在鼠標指針本身的特定位置處，軟件150可以以在括號中顯示的百分比值(諸如(36%、27%)來顯示橫跨和向下坐標值以指示網格531內的精確鼠標位置。隨著鼠標移動，這些百分比值改變并遵循鼠標指針。當鼠標被適當地定位時(例如針對后外側(CL)束的適當標記放置在位置33%、50%處)，外科醫生可以點擊鼠標按鈕，并且將顯示第二標記。以這種方式，軟件150允許外科醫生在圖像區域500內放置多個標記535。不同標記的放置可以利用不同圖形覆蓋520的相同。在步驟217中且如圖12所示，響應于來自醫學專業人員的第二輸入(例如，鼠標在期望位置處的定位和鼠標按壓，如上文所解釋的)，定位軟件150在第二圖形覆蓋531內的所指示位置處顯示各第二定位標記535-2。以這種方式，外科醫生能夠相對于股骨在特定位置處放置多個定位標記535-1和535-2以使組織移植物插入位置可視化。如圖13所示，在外科醫生已如上文所解釋地完成相對于股骨的標記位置，則他或她可以選擇清楚的網格覆蓋520-3以從圖像視圖500去除覆蓋網格531，以便看到兩個已標記位置535-1和535-2的無障礙視圖。在這一點上，使用內窺鏡視圖(在本示例中未示出)，外科醫生可以在物理上調整不透射線物體的位置以對諸如更接近于靠近定位標記535-1和535-2的尖端的尖錐的一部分進行定位，其是在以上技術中使用圖形覆蓋520來確定的。在示出尖錐的圖像區域500中獲取圖像時，外科醫生可以繼續將尖錐的尖端定位為相對于所放置的標記535而言是接近的。在如上文所解釋的對股骨進行標記完成之后，外科醫生可以利用軟件150來還提供相對于脛骨的參考位置，如下文所解釋的。一般地，上文針對股骨所解釋的過程除脛骨之外對于脛骨而言是類似的，要求相對于脛骨選擇僅兩個已知脛骨骨標志位置。基于這兩個標志位置或已知脛骨骨位置，可以對在兩個標志之間延伸的圖形覆蓋執行脛骨定位標記的放置。在步驟218中且如圖14所示，定位軟件150接收將被提供一個或多個標志位置的脛骨解剖結構(圖14中的502-2)的解剖結構選擇502。在本示例中，外科醫生已使用下拉菜單來選擇“TIBIAL”結構502-2，并且同樣地，定位軟件被配置成接收在圖像區域500內顯示的用于脛骨509的兩個已知骨位置的選擇。請注意，在選擇了 TIBIAL結構502-2時，覆蓋網格選擇520不出現，因為僅要求兩個標志位置，并且用于脛骨的圖形覆蓋是兩個標志位置之間的覆蓋線，與被用于股骨的網格相反。在步驟219中且如圖15所述，定位軟件150接收在圖像500內顯示的脛骨的視圖的前緣的選擇作為第一已知骨位置510-B。如以上相對于股骨所做的，外科醫生可以使用指針設備(例如圖形用戶界面160中的鼠標指針和鼠標點擊)來以這種方式選擇用于脛骨的第一標志位置510-B。一旦被選擇，則圖形覆蓋出現并遵循指針至下一個標志位置。在步驟220中且如圖16所述，定位軟件150接收在圖像內橫向地顯示的脛骨的視 圖的后緣的選擇作為第二已知骨位置511-B。由外科醫生選擇的第二已知骨位置是第二標志位置511-B。在步驟221且如圖17所示，定位軟件150在圖形用戶界面內的脛骨的近端的視圖上顯示圖形覆蓋作為覆蓋線532。覆蓋線532在脛骨的所選第一和第二已知骨位置(即標志510-B和511-B)之間延伸。被示為在第一已知骨位置或標志510-B與第二已知骨位置或標志511-B之間定義的覆蓋線532的圖形覆蓋定義了平面，在其上面能夠顯示至少一個定位標記(圖17中的535-3和535-4)以用于被關聯到脛骨509的韌帶(例如ACL)的修復。在步驟222中，定位軟件150顯示位于覆蓋線532上的至少一個脛骨定位標記535-3和535-4。脛骨定位標記535-3和535-4識別在圖形用戶界面160內顯示的脛骨上的至少一個解剖組織移植物插入部位。請注意，脛骨定位標記535-3和535-4的特定放置可以基于標志位置510-B和5110B之間的醫學上接受位置(例如百分比距離)而是自動的，或者替換地，外科醫生可以手動地將此類定位標記535-3和535-4放置在覆蓋線532上。如果軟件150放置標記535-3和535-4，則外科醫生可以在必要時利用接口來選擇和移動特定標記535 (對于股骨標記535-1和535-2而言情況也是如此)。這時，可以使用位置標記535-3,535-4來檢驗在ACL修復手術期間所使用的引導線560的適當放置并確認鉆進位置的對準。然后根據標準醫學程序來繼續ACL修復。在替換配置中，標記位置510和/或用于一個解剖結構(例如，諸如脛骨的骨)的相關定位標記535的放置可以基于用于相關解剖結構(諸如另一骨(例如股骨))的標志位置和/或定位標記535的在先確定。也就是說，在一個替換配置中，一旦外科醫生已將本文公開的系統用于放置用于股骨(僅以示例的方式)的定位標記535，則可以自動地放置脛骨標記。軟件150可以通過例如被用標準化偏移、位置或與已知骨位置的距離進行編程來提供此功能。在其它替換實施例中，軟件150可以利用邊緣檢測技術來自動地識別用于股骨和脛骨的標志位置，并且一旦對這些標志進行了定位，則軟件150可以將已知偏移用于標記535的位置。在此類實施例中，例如，定位軟件150因此能夠基于先前位于股骨覆蓋網格內的股骨定位標記的放置來計算至少一個脛骨定位標記的放置。在其它替換實施例中，可以在在圖像視圖500內顯示的同時選擇覆蓋網格，并且可以根據外科醫生的偏好的要求對其進行旋轉、平移或重新改變尺寸(resize)。為此，外科醫生可以使用定點設備(例如鼠標指針)來選擇所顯示的網格(例如530、531)，并且一旦選擇了，外科醫生能夠抓住一角并對覆蓋網格進行旋轉、重新改變尺寸或平移。
在其它替換實施例中，系統可以通過例如向內窺鏡視圖上傳送和顯示定位標記位置以便由在ACL修復程序中所使用的內窺鏡系統的照相機控制單元(CCU)進行插入部位的直接手術內定位來結合內窺鏡設備的使用。為此，CCU可以向從內窺鏡的照相機視圖看到的圖像上投射網格覆蓋530和/或531以及標記535的位置。可以例如基于內窺鏡照相機與引導線位置之間的相對角信息來計算覆蓋和標記位置。在其它替換實施例中，可以使用諸如邊緣檢測或不透無線電放置標記的技術基于解剖結構特征的自動檢測來計算圖形覆蓋的初始放置。雖然已經特別地示出并在上文參考其配置描述了計算機系統、軟件、圖形用戶界面和數據處理方法，但本領域的技術人員將理解的是在不脫離本文公開的范圍的情況下可 以對其進行形式和細節上的修改。因此，本文公開的實施例并不意圖受到上文提供的示例性配置的限制。
權利要求
1.在計算機化設備中的方法，包括 在圖形用戶界面上顯示解剖結構的圖像； 經由圖形用戶界面上的輸入設備識別一組標志位置，其識別解剖結構的所顯示圖像內的各解剖位置； 在解剖結構的圖像上顯示圖形覆蓋，基于該組標志位置的圖形覆蓋的放置；以及在圖形覆蓋內顯示至少一個定位標記，該至少一個定位標記識別用于執行與解剖結構相關聯的外科手術的位置。
2.權利要求I的方法，其中，顯示解剖結構的圖像包括 顯示解剖結構的圖像，該圖像包括至少一個骨的圖像； 其中，識別一組標志位置包括 接收將向其提供標志位置的特定解剖結構的結構選擇，該結構選擇定義要識別的許多標志位置； 經由圖形用戶界面上的圖形指針來接收與所述至少一個骨相關聯的第一已知骨位置和第二已知骨位置的選擇；以及 其中，在解剖結構的圖像上顯示圖形覆蓋包括 在所選第一已知骨位置與所選第二已知骨位置之間呈現圖形覆蓋，該圖形覆蓋包括可操作用于指示被關聯到解剖結構的位置以便執行與解剖結構相關聯的外科手術的一系列引導指示符。
3.權利要求2的方法，其中，顯示解剖結構的圖像包括 在圖形用戶界面上顯示包括股骨和脛骨的圖形視圖的膝關節的圖像；以及 其中，在解剖結構的圖像上顯示圖形覆蓋包括 在圖像內的股骨和脛骨中的至少一個的視圖上顯示圖形覆蓋，該圖形覆蓋使得能夠容易地確定將被所述至少一個定位標記所標記以便執行與人膝關節的韌帶修復有關的外科手術的至少一個參考位置。
4.權利要求3的方法，其中，顯示示出人膝關節內的股骨和脛骨的視圖的圖像包括 顯示人膝關節內的股骨的橫向視圖； 其中，接收第一和第二已知骨位置的選擇包括 接收在圖像內顯示的股骨的視圖的前緣的選擇作為第一已知骨位置； 接收在圖像內橫向地顯示的股骨的視圖的后緣的選擇作為第二已知骨位置，在第一已知骨位置與第二已知骨位置之間定義的線定義基本上與股骨的髕表面對準的平面；以及其中，所述方法包括； 接收與圖像內的股骨的橫向顯示的遠側媒表面相對應的第三已知骨位置的選擇；以及 其中，在解剖結構的圖像上顯示圖形覆蓋包括 在圖形用戶界面內的股骨的遠端的視圖上顯示覆蓋網格，該覆蓋網格具有在所選第一和第二已知骨位置之間呈現的寬度并具有延伸到所選第三已知骨位置的高度。
5.權利要求4的方法，其中，顯示至少一個定位標記包括； 在覆蓋網格內顯示至少一個股骨定位標記，該股骨定位標記識別用于在顯示于圖形圖像內的股骨內的組織移植物插入的參考位置。
6.權利要求5的方法，其中，顯示至少一個定位標記包括；基于覆蓋網格的幾何結構來自動地計算用于放置定位標記的覆蓋網格內的至少一個醫學優選位置；以及 在覆蓋網格內的每個自動計算的醫學優選位置處顯示各定位標記。
7.權利要求6的方法，包括 允許醫學專業人員調整覆蓋網格內的各定位標記的自動計算的放置。
8.權利要求5的方法，其中，顯示至少一個定位標記包括； 經由圖形用戶界面的輸入設備從醫學專業人員接收手動輸入以基于覆蓋網格的幾何結構來指示用于放置定位標記的覆蓋網格內的位置；以及 響應于來自醫學專業人員的輸入，在覆蓋網格內的每個所指示位置處顯示各定位標 記。
9.權利要求3的方法，其中，顯示示出人膝關節內的股骨和脛骨的視圖的圖像包括 顯示人膝關節內的脛骨的橫向視圖； 其中，接收第一和第二已知骨位置的選擇包括 接收在圖像內顯示的脛骨的視圖的前緣的選擇作為第一已知骨位置；以及接收在圖像內橫向地顯示的脛骨的視圖的后緣的選擇作為第二已知骨位置，在第一已知骨位置與第二已知骨位置之間定義的線定義能夠在其上面顯示至少一個定位標記以進行被關聯到脛骨的韌帶的修復的平面。
10.權利要求9的方法，其中，在解剖結構的圖像上顯示圖形覆蓋包括 在脛骨的所選第一和第二已知骨位置之間顯示覆蓋線；以及 其中，在圖形覆蓋內顯示至少一個定位標記包括 顯示位于在覆蓋線上的至少一個脛骨定位標記，所述至少一個脛骨定位標記識別在圖形用戶界面內顯示的脛骨上的至少一個解剖ACL插入部位。
11.權利要求10的方法，其中，顯示位于覆蓋線上的至少一個脛骨定位標記包括 基于先前位于股骨覆蓋網格內的至少一個股骨定位標記的放置來計算所述至少一個脛骨定位標記的放置，該股骨定位標記識別用于在顯示于圖形圖像內的股骨內的組織移植物插入部位的參考位置。
12.權利要求I的方法，包括 基于圖形覆蓋內的所述至少一個定位標記的放置，計算用于至少一個其它解剖結構的定位標記的放置，并顯示用于圖形用戶界面內的顯示圖像內的至少一個其它解剖結構的定位標記。
13.權利要求I的方法，其中，在解剖結構的圖像上顯示圖形覆蓋包括 在圖形用戶界面內顯示多個可選圖形覆蓋，所述多個可選圖形覆蓋內的每個圖形覆蓋提供各自的一系列引導指示符，其可操作用于指示被關聯到解剖結構的位置以便執行與解剖結構相關聯的外科手術的各部分； 從多個可用圖形覆蓋中接收第一圖形覆蓋的選擇，以及 其中，在圖形覆蓋內顯示至少一個定位標記包括 經由圖形用戶界面的輸入設備從醫學專業人員接收第一輸入以基于由第一圖形覆蓋提供的該系列引導指示符來指示用于放置第一定位標記的第一圖形覆蓋內的位置；以及響應于來自醫學專業人員的輸入，在第一圖形覆蓋內的所指示位置處顯示各第一定位標記
14.權利要求13的方法，包括 從多個可用圖形覆蓋中接收第二圖形覆蓋的選擇，以及 經由圖形用戶界面的輸入設備從醫學專業人員接收第二輸入以基于由第二圖形覆蓋提供的該系列引導指示符來指示用于放置第二定位標記的第二圖形覆蓋內的位置；以及響應于來自醫學專業人員的第二輸入，在第二圖形覆蓋內的所指示位置處顯示各第二定位標記。
15.權利要求I的方法，其中 針對用于股骨ACL插入部位的第一組定位標記第一次執行識別一組標志位置、顯示圖形覆蓋并在圖形覆蓋內顯示至少一個定位標記的操作；以及 其中，針對用于脛骨ACL插入部位的第二組定位標記第二次執行識別一組標志位置、顯示圖形覆蓋并在圖形覆蓋內顯示至少一個定位標記的操作。
16.權利要求15的方法，其中，當針對用于股骨ACL插入部位的第一組定位標記第一次執行識別一組標志位置、顯示圖形覆蓋并在圖形覆蓋內顯示至少一個定位標記的操作時，該方法包括 利用各覆蓋網格對用于股骨ACL插入部位的每個各定位標記進行定位，每個各覆蓋網格包括將該各覆蓋網格劃分成用于該各定位標記的適當定位的不同區域的視覺引導指示符。
17.一種計算機化設備，包括 存儲器； 處理器； 通信接口 ； 互連機制，其耦合存儲器、處理器和通信接口 ； 其中，用定位軟件應用程序對存儲器進行編碼，該定位軟件應用程序在處理器上被執行時提供執行以下操作的定位軟件過程 在圖形用戶界面上顯示解剖結構的圖像； 在圖形用戶界面上經由輸入設備識別一組標志位置，其識別解剖結構的所顯示圖像內的各解剖位置； 在解剖結構的圖像上顯示圖形覆蓋，基于標志位置組的圖形覆蓋的放置；以及在圖形覆蓋內顯示至少一個定位標記，該至少一個定位標記識別用于執行與解剖結構相關聯的外科手術的位置。
18.權利要求17的計算機化設備，其中 針對用于股骨ACL插入部位的第一組定位標記第一次執行識別一組標志位置、顯示圖形覆蓋并在圖形覆蓋內顯示至少一個定位標記的操作；以及 其中，針對用于脛骨ACL插入部位的第二組定位標記第二次執行識別第二組標志位置、顯示圖形覆蓋并在圖形覆蓋內顯示至少一個定位標記的操作。
19.權利要求15的計算機化設備，其中，當針對用于股骨ACL插入部位的第一組定位標記第一次執行識別一組標志位置、顯示圖形覆蓋并在圖形覆蓋內顯示至少一個定位標記的操作時，該計算機化設備包括以下操作利用各覆蓋網格對用于股骨ACL插入部位的每個各定位標記進行定位，每個各覆蓋網格包括將該各覆蓋網格劃分成用于該各定位標記的適當定位的不同區域的視覺引導指示符。
20.一種用計算機編程邏輯編碼的計算機可讀介質，該計算機編程邏輯在被作為進程在計算機化設備中執行時產生定位軟件進程，該介質包括； 用于在圖形用戶界面上顯示解剖結構的圖像的指令； 用于在圖形用戶界面上經由輸入設備識別一組標志位置的指令，其識別解剖結構的所顯示圖像內的各解剖位置； 用于在解剖結構的圖像上顯示圖形覆蓋，基于該組標志位置的圖形覆蓋的放置的指令；以及 用于在圖形覆蓋內顯示至少一個定位標記的指令，所述至少一個定位標記識別用于執 行與解剖結構相關聯的外科手術的位置。
全文摘要
一種計算機化系統提供用于放置用于諸如ACL修復程序的醫學操作的定位標記(localizationmarker)的輔助。該系統在圖形用戶界面上顯示解剖結構的圖像并允許經由圖形用戶界面上的輸入設備來識別一組標志位置，其識別解剖結構的顯示圖像內的各解剖位置。該系統在解剖結構的圖像上顯示圖形覆蓋。圖形覆蓋的放置是基于該組標志位置。該系統在圖形覆蓋內顯示至少一個定位標記。一個(或多個)該定位標記識別用于執行與解剖結構相關聯的外科手術，諸如ACL修復外科手術的位置。
文檔編號A61B19/00GK102740791SQ201080063789
公開日2012年10月17日 申請日期2010年12月14日 優先權日2009年12月14日
發明者C.H.布朗, C.羅德里古茨, P.R.杜哈梅爾 申請人:史密夫和內修有限公司