用于矫形术中的软组织平衡的光学形状感测制造技术

一种光学形状感测系统包括：光学形状感测纤维(102)，其被配置为与一区域中的软组织相整合；光学形状感测模块(115)，其被配置为接收来自所述光学形状感测纤维的反馈并确定所述光学形状感测纤维的位置和取向；以及平衡模块(140)，其被配置为采用所述光学形状感测纤维的所述位置和所述取向来指示何时因所述区域中的调节而在软组织中满足平衡准则。

Optical shape sensing for soft tissue balance during orthopaedic surgery

An optical shape sensing system includes: optical fiber sensing shape (102), which is configured as a soft tissue and a region of the integrated optical sensing module; shape (115), which is configured to receive feedback from the optical fiber sensing shape and determine the position and orientation of the optical the shape of the sensing fiber; and (140), the balance module is configured to use the position of the optical fiber sensing shape and the orientation of the regulation for indicating when in the region and in soft tissues to satisfy the equilibrium criterion.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于矫形术中的软组织平衡的光学形状感测
本公开内容涉及医学器械并且更具体地涉及用于在计算机辅助流程期间对软组织平衡的医学应用中的形状感测光纤。
技术介绍
计算机辅助手术(CAS)系统被用于术前规划和术中手术导航。在该背景下，术前规划是指任何计算机辅助的手术步骤的确定，例如，切割、切开、靶向等。规划能够在流程之前或期间进行。术前规划经常使用患者的2D或3D图像，所述2D或3D图像使用任何医学成像模态(计算机断层摄影(CT)、磁共振成像(MRI)、超声、X射线、内窥镜等)或解剖模型(例如，膝盖模型)。在CAS的背景下，手术导航是指对器械和患者解剖结构的实况跟踪，使得外科医生能够精确地执行术前计划。手术导航是使用跟踪技术来实施的。跟踪技术的范例是视线光学跟踪。视线光学跟踪技术使用在可见或红外范围内操作的光学相机。所述相机被配置为检测其视场中的标记物并且基于它们的相对位置来推断标记物的布置的位置和取向。通常，使用以己知配置布置的两个或更多个相机来使得能够进行立体视觉和深度感知。该跟踪技术要求(一个或多个)相机与标记物之间的不被遮挡的视线。全膝置换要求股骨和胫骨的部分被移除并且以可植入人造部件来置换。在全膝置换中使用CAS以使用术前规划模块来规划合适的切割平面并使得能够通过在流程期间跟踪骨和器械来执行该计划。经常利用切割块来切除骨，所述切割块引导切割平面，使得切割平面被正确地定位和定角度以容纳和对准要被植入的人造部件。CAS的目的在于改进切割块和随后的植入物的位置和取向两者以使关节返回到其最优生物力学。用于全膝置换的视线光学跟踪CAS系统涉及被附接到患者以提供解剖结构跟踪的一组视线光学跟踪附件。视线光学跟踪附件通过一个或多个螺钉被刚性地附接到骨并且从骨向外延伸一距离。在全膝置换中，这些跟踪器被附接到股骨和胫骨两者以提供实况解剖结构跟踪。现有的光学CAS系统遭受多个缺点。视线光学CAS系统要求探测相机与跟踪附件之间不受阻挡的路径。不对相机可见的任何跟踪附件不能有提供有效的测量。在流程的所有部分期间维持不受阻挡的路径可能是困难的，特别是当例如骨被操纵以测试动态生物力学时。这些CAS系统不仅要求视线，而且仅在定义的体积内是准确的。该体积是关于相机位置的并且可能难以在整个流程中维持，特别是在对关节的操纵期间。为了实现所要求的准确度，视线CAS系统通常使用被布置到光学跟踪附件中的反射球，所述光学跟踪附件在最大的维度上能够具有上至20cm的长度。这样的大的附件限制了临床医生可用的物理工作空间并且有术中碰撞的风险。归因于光学跟踪附件的尺寸和重量，需要大的螺销来刚性地且准确地附接到骨。在一些情况下，针对单元跟踪附件需要两个螺销。这些螺销能够造成不利效果，例如，应力断裂(特别是紧密使用两个销时)、感染、神经损伤、销变松(造成额外的销或者测量中的不准确性)等。电磁(EM)导航系统也遭受多个缺点。类似于视线跟踪，可能难以维持最优临床工作流而同时满足EM系统的要求。EM系统仅在关于场生成器的位置的定义的体积内提供准确的测量。另外，EM场中的金属能够生成干扰并且劣化测量的准确性。软组织平衡涉及在弯曲与伸展之间移动例如膝。在切除了骨之后，试验性股骨和胫骨植入物被定位以评估植入物的尺寸、位置和取向以及得到的关节生物力学。选择合适的厚度的插入物，使得在伸展和弯曲两者中，两骨之间的间隙是相同的，并且施加到间隔物/韧带内侧力和外侧力是平衡的。将保持插入物就位的两个钻孔对准在整个弯曲和伸展两者中维持平滑且平衡的运动是重要的。在一些情况下，释放韧带中的一个是必要的(例如，通过对所述韧带进行多个针穿刺)。如果韧带在膝的任一侧是不平衡的，则这将造成不稳定，并且能够造成不舒适，更长的恢复，以及植入物的过早失效。
技术实现思路
根据本专利技术的原理，一种光学形状感测系统包括：光学形状感测纤维，其被配置为与一区域中的软组织相整合；光学形状感测模块，其被配置为接收来自所述光学形状感测纤维的反馈并确定所述光学形状感测纤维的位置和取向；平衡模块，其被配置为采用所述光学形状感测纤维的所述位置和所述取向来指示何时因所述区域中的调节而在软组织中满足平衡准则。另一光学形状感测系统包括：光学形状感测模块，其被配置为接收来自一个或多个光学形状感测纤维的反馈，所述一个或多个光学形状感测纤维与一区域中的软组织相整合并被配置为识别所述软组织的特性，所述一个或多个光学形状感测纤维关于所述区域被配置为一图案，以根据所述区域的弯曲来提供测量结果，所述一个或多个光学形状感测纤维被采用以在坐标系中在位置上跟踪解剖结构位置；平衡模块，其被配置为采用所述一个或多个光学形状感测纤维的位置和取向来指示何时因所述区域中的调节而在软组织中满足平衡准则；解剖结构图像，其被包括在所述坐标系中，其中，来自所述一个或多个光学形状感测纤维的位置变化被与所述解剖结构图像进行配准并在显示器上被查看。一种用于放置在骨之间的可植入设备包括：基底材料，其被配置为形成在关节置换流程中要被放置在骨之间的基底；一个或多个光学形状感测纤维，其被配置为一图案并从内部被整合在所述基底材料内，所述一个或多个光学形状感测纤维被配置为测量所述骨之间的所述可植入设备的放置的位置和取向。一种用于使用光学形状感测系统来跟踪软组织的方法包括：将一个或多个光纤传感器整合到关节区域中的软组织中；在所述关节区域的弯曲期间使用所述一个或多个光学形状感测纤维来识别所述软组织的位置。基于在所述弯曲期间识别的所述位置来测试所述关节区域的软组织平衡；并且对所述软组织平衡进行调节。结合附图，根据下文的详细描述及图示性实施例，本公开内容的这些和其他目标、特征和优势将变得明显。附图说明本公开内容将参考以下附图来详细呈现对优选的实施例的以下说明，其中：图1是示出根据一个实施例的用于跟踪软组织移动和力的形状感测系统的方框图/流程图；图2是示出根据有用的实施例的通过皮下引线、缝合并使用针状元件而在其内整合有形状感测光纤传感器的膝关节的图解；图3是示出膝关节的图解，所述膝关节示出了与膝弯曲相关联的弯曲间隙和伸展间隙；图4是示出根据有用的实施例的使用套管和粘合剂在其上整合有形状感测光纤传感器的膝关节的图解；图5A是示出根据一个实施例的具有以波浪图案被安装在关节连接的间隔物中的形状感测光纤传感器的膝关节的图解；图5B是示出根据另一实施例的具有以盘旋图案被安装在关节连接的间隔物中的形状感测光纤传感器的膝关节的图解；并且图6是示出根据图示性实施例的用于软组织的形状感测跟踪的方法的流程图。具体实施方式根据本专利技术的原理，提供了用于光学形状感测的系统和方法，所述系统和方法可以被用于在手术流程期间显示被叠加在解剖结构图或其他图像上的软组织的相对位置。在一个实施例中，所述光学形状感测纤维能够被附接到或被缝合到患者中或者被包括在器械中。光学形状感测测量结果能够被配准到解剖结构图。光学形状感测标记物关于解剖结构图的位置能够被显示给用户，并且解剖结构图能够基于光学形状感测信息而被动态地更新。另外，光学形状感测纤维可以被附接到矫形术器械或其他器械，例如，钻头或切割台、试验性植入物和最终植入物等，从而也跟踪它们的位置。在一个实施例中，采用光学形状感测以在矫形术流程中跟踪软组织。光学形状感测系统可以被附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学形状感测系统，包括：光学形状感测纤维(102)，其被配置为与一区域中的软组织相整合；光学形状感测模块(115)，其被配置为接收来自所述光学形状感测纤维的反馈并确定所述光学形状感测纤维的位置和取向；以及平衡模块(140)，其被配置为采用所述光学形状感测纤维的所述位置和所述取向来指示何时因所述区域中的调节而在软组织中满足平衡准则。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.08 US 62/047,3301.一种光学形状感测系统，包括：光学形状感测纤维(102)，其被配置为与一区域中的软组织相整合；光学形状感测模块(115)，其被配置为接收来自所述光学形状感测纤维的反馈并确定所述光学形状感测纤维的位置和取向；以及平衡模块(140)，其被配置为采用所述光学形状感测纤维的所述位置和所述取向来指示何时因所述区域中的调节而在软组织中满足平衡准则。2.如权利要求1所述的系统，其中，所述光学形状感测纤维(102)以皮下方式被引线到所述软组织中，以测量因所述区域的运动造成的变化。3.如权利要求1所述的系统，其中，所述光学形状感测纤维(102)被缝合到所述软组织，以测量因所述区域的运动造成的变化。4.如权利要求1所述的系统，还包括：柔性细长器械(208)，在其中包括所述光学形状感测纤维，并且所述柔性细长器械被配置为以皮下方式被插入到所述软组织中。5.如权利要求1所述的系统，其中，所述光学形状感测纤维(102)被附着到所述软组织。6.如权利要求5所述的系统，还包括：套管(404)，其被配置为将所述光学形状感测纤维(102)附着到所述软组织。7.如权利要求1所述的系统，还包括：可植入设备(502)，其被配置为采用光学形状感测纤维(102)以感测所述设备的位置、取向和力中的一个或多个。8.一种光学形状感测系统，包括：光学形状感测模块(115)，其被配置为接收来自一个或多个光学形状感测纤维(115)的反馈，所述一个或多个光学形状感测纤维与一区域中的软组织相整合并被配置为识别所述软组织的特性，所述一个或多个光学形状感测纤维关于所述区域被配置为一图案，以根据所述区域的弯曲来提供测量结果，所述一个或多个光学形状感测纤维被采用以在坐标系中在位置上跟踪解剖结构位置；平衡模块(140)，其被配置为采用所述一个或多个光学形状感测纤维的位置和取向来指示何时因所述区域中的调节而在软组织中满足平衡准则；以及解剖结构图像，其被包括在所述坐标系中，其中，来自所述一个或多个光学形状感测纤维的位置变化被与所述解剖结构图像进行配准并在显示器上被查看。9.如权利要求8所述的系统，其中，所述光学形状感测纤维(102)以皮下方式被引线到所述软组织中，以测量因所述区域的运动造成的变化。10.如权利要求8所述的系统，其中，所述光学形状感测纤维(102)被缝合到所述软组织中，以测量因所述区域的运动造成的变化。11.如权利要求8所述的系统，还包括：柔性细长器械(208)，在其中包括所述光学形状感测纤维，并且所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·L·弗莱克斯曼，D·P·努南，A·波波维奇，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL