用于测量脊柱位移的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于测量脊柱位移的方法，脊柱具有段(2)，段(2)包括至少一个椎骨，椎骨具有由上椎骨端板和下椎骨端板所限定的主体，并且段(2)中的每个椎骨具有相关联的定位标记器(M2至M4)，所述定位标记器(M2至M4)附接到其上，并向定位系统(8)提供定位标记器(M2至M4)的方位，该方法包括：检测定位标记器(M2至M4)的初始方位；对于每个椎骨确定平行于至少一个椎骨端板的椎骨平面的初始方位；对于每个椎骨检测与椎骨相关联的定位标记器(M2至M4)的当前方位；并对于每个椎骨根据相关联的定位标记器(M2至M4)的当前方位和与椎骨相关联的几何变形计算椎骨的椎骨平面的当前方位。

System and method for measuring spinal displacement

The invention relates to a method for measuring the displacement of the spine, spinal segment (2), section (2) includes at least one vertebra, vertebral body is defined by the upper plate and the lower end vertebra vertebral endplates, and paragraph (2) in each vertebra with associated positioning marker (M2 to M4), the positioning marker (M2 to M4) attached to it, and to the positioning system (8) with location marker (M2 to M4) in the range, the method includes: detecting marker (M2 to M4) of the initial range; for each azimuth plane is parallel to the vertebral vertebra at least one vertebra end plate set; positioning marker for each vertebra detection and vertebrae associated (M2 to M4) of the current position; and for each vertebra according to related location marker (M2 to M4) of the current position and associated with the geometric deformation of vertebrae vertebrae vertebrae flat Current position of face.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量脊柱位移的系统和方法
本专利技术涉及脊柱位移的测量。
技术介绍
目前，X射线图像用于测量患者的脊柱的弯曲。在外科手术期间，可以修正脊柱的弯曲以减小自然变形或由于创伤而发生的变形。一般来说，外科医生在外科手术之前拍摄两张X射线照片，正面一张和侧面一张，以便确定变形，并且在外科手术之后拍摄两张X射线照片以便检查变形的减小。然而，在外科手术期间，外科医生通过视觉评估弯曲的校正，但是她/他没有用于对脊柱中的椎骨位移进行实时检查的手段可提及美国专利申请US20050096535，其公开了一种用于记录在膝盖手术期间获得的数字标记的二维照片的方法，包括以下步骤：-将患者的二维X射线照片导入到能够确定对象的位置和方位的手术导航系统的存储器中；-将标记数字化；-在数字化标记的帮助下确定腿的轴的位置；-记录轴的二维照片并显示所记录的照片；及-在标记的帮助下通过使用导航系统引导切割模板在膝关节内部的定位，切割模板意欲被安置在股骨的端部处以便使用于接纳植入物的骨头成形。另外，导航系统可以计算通过胫骨的中心、踝的内踝和外踝的平面，以便确定胫骨的兴趣轴(interestaxis)。所导入的患者的照片和所记录的轴的照片显示在显示面板的左角落中。然而，该导航系统没有被适配用于测量脊柱中的椎骨的位移，因为他需要接触股骨表面，这不一定是脊柱外科手术的情况，其中在所述脊柱外科手术期间，接触椎骨表面是不可能的。美国专利申请US20130268007公开了一种用于测量脊椎植入物，具体地是用于链接椎骨的杆的角度的方法，包括使用被配置用于测量在测量平面(径向平面)中的角度的探针。探针可包括加速度计和用于测量角度的磁性传感器。探针被安置在植入物上，探针具有被配置以便适合植入物形状的端部。但是，该系统测量植入物的角度，其不允许测量椎骨主体的位移。没有实时检查。国际申请WO03073946公开了一种用于控制脊柱平衡的方法，其中：-通过X射线照片上的数字解剖点确定椎骨的相对三维位置；-确定脊椎段的位置；及-显示或不显示椎体不平衡。对于每个椎骨，至少识别四个点以便再现椎骨主体，对于骶骨至少识别三个点以形成三角形。然后将数字化点合并到X射线照片中。例如，使用被提供有定位标记器的接触探头来重建椎骨的后弓表面的外轮廓的虚拟空间。但是它仅提供二维信息，这对于脊柱外科手术不够准确。此外，它不允许实时确定椎骨主体的位移。美国专利申请US20030130576公开了一种外科成像系统，该系统用于显示包括仪器位置的指示的照片以及患者照片，并包括用于在外科手术期间显示两张照片以用于导航的处理器。所述系统使用X射线设备(例如荧光镜)以及固定到外科手术器具的标记器(例如探头)。但是该文献涉及在X射线照片上引导仪器的过程，其不测量一块骨头相对于另一块骨头的位置或者患者的椎骨主体的位移。国际申请WO2005084131公开了一种用于测量对象的倾斜度的设备，例如倾斜度计。通过检测每个椎骨的棘突的电磁场探头来检测脊柱的倾斜度。处理原理在于用一只手握持测量装置并且保持其垂直于患者的背部。最初，该装置的半圆拱位于第七颈椎骨的棘突上方。然后该装置沿着脊柱向下移动到第一腰椎骨。探头为每个椎骨获取几张照片。也可以使用耦合到探头的跟踪器，探头测量沿脊柱移动的跟踪器的位置和倾斜度。此外，该设备可以包括与三维光学导航系统协作的标记器，用于识别和计算椎骨的倾斜角。然而，该测量设备不能实时确定脊柱的变形，因为该设备必须沿着脊柱移动以执行椎骨的倾斜度的测量。美国专利申请US20080208055公开了一种用于对准骨折后的骨头的碎片的方法。该方法使用配备有位置标记的超声设备并且多个定位标记器位于每个碎片上。超声设备可以检测骨头碎片的圆周上的特征参考点。在该方法中，确定每个标记器的空间位置和/或方位，并且根据相对于特定标准确定的位置来确定对准。但是超声成像过程不是非常准确，并且不能限定解剖结构的具体轮廓。美国专利US6,190,320公开了一种照片处理方法，包括：-借助于耦合到回波描记装置的超声波换能器，获取对于超声波不透明的结构的数字回波描记照片；及-提取该结构的轮廓。然而，该系统需要复杂的照片处理算法来提取椎骨的轮廓。此外，测量不是非常准确，因为它是根据需要使用具有高清晰度的术前照片的超声波回波描记照片进行的。美国专利US6,519,319公开了一种用于照片检测器的掩模版(reticle)，其包括平坦的无线电透明部分、布置在平坦部分的表面上的一对第一标记和布置在平坦部分的表面上以便指示掩模版的中心的第二标记。掩模版允许将检测器与患者的脊柱的椎骨间平面对准。此外，掩模版允许引导外科手术仪器。但是其在检测器上使用需要在单个平面中引导外科手术器具的特定的掩模版，这使得不可能测量椎骨在所有方向上的位移。专利申请US20110157230公开了用于从平面X射线照片确定椎骨相对于彼此的相对位置和尺寸的度量的工具。该方法允许去确定椎骨主体的代表性角。但是它仅提供二维的且不是实时的信息，这对于脊柱外科手术是不够精确的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述提到的缺陷，并且具体提供一种用于测量脊柱的椎骨位移的方法。在本专利技术的一个方面中，提出一种用于测量脊柱位移的方法，该脊柱具有包括至少一个椎骨的段，段中的每个椎骨具有由上椎骨端板和下椎骨端板所限定的主体，段中的每个椎骨具有相关联的定位标记器，所述定位标记器附接到该椎骨上，并且提供定位标记器在定位系统的全局参考系中的方位。该方法包括：-初始步骤，对于段中的每个椎骨，包括：○在全局参考系中检测与段中的椎骨相关联的定位标记器的初始方位，○在全局参考系中确定与段中的椎骨的至少一个端板平行的椎骨平面的初始方位，及○计算对段中的椎骨的椎骨平面的初始方位与相关联的定位标记器的初始方位进行相关的、与段中的椎骨相关联的几何变换，该方法还包括：-测量段中的至少一个椎骨的位移的步骤，包括：○在全局参考系中检测与段中的所述至少一个椎骨相关联的定位标记器的当前方位，及○在全局参考系中根据相关联的定位标记器的当前方位及与所述至少一个椎骨相关联的几何变换计算段中的所述至少一个椎骨的椎骨平面的当前方位。因此，我们可以根据所检测的定位标记器的位移和所确定的椎骨平面的方位跟踪脊柱的椎骨的位移。这样的跟踪过程可以例如在外科手术期间实时地执行。在初始步骤之后，该方法可以包括识别步骤，该识别步骤包括：-在段中的椎骨之中选择参考椎骨，-在全局参考系中确定至少一个参考平面的初始方位，及-计算对所述至少一个参考平面的初始方位与和参考椎骨相关联的定位标记器的初始方位进行相关的、与所述至少一个参考平面相关联的几何变换，在测量步骤之后，该方法进一步包括：-在全局参考系中，根据与参考椎骨相关联的定位标记器的当前方位及与所述至少一个参考平面相关联的几何变换计算所述至少一个参考平面的当前方位，-对于段中的每个椎骨，计算段中的椎骨的椎骨平面与所述至少一个参考平面之间的角度，及-显示所计算的角度。在测量步骤之后，该方法可以包括以下步骤：-对于椎骨平面的每个当前方位，计算椎骨平面的当前方位和另一椎骨平面的当前方位之间的角度，及-显示所计算的角度。在测量步骤之后，该方法可进一步包括：-将椎骨平面的每个当前方位投影在所述至少一个参本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量脊柱位移的系统，该脊柱具有包括至少一个椎骨的段(2)，段中的每个椎骨具有由上椎骨端板和下椎骨端板所限定的主体，该用于测量的系统包括：‑定位系统(8)；‑定位标记器(M2至M4)，分别附接到与它们相关联的段中的椎骨上，并且它们中的每一个提供该定位标记器(M2至M4)在定位系统(8)的全局参考系中的方位，‑该定位系统(8)在全局参考系中并且对于段(2)中的每个椎骨，检测与段(2)中的椎骨相关联的定位标记器(M2至M4)的初始方位和当前方位，以及在全局参考系中并且对于段(2)中的每个椎骨，确定与段(2)中的椎骨的至少一个端板平行的椎骨平面的初始方位，‑计算部件，对于段(2)中的每个椎骨，计算对段(2)中的椎骨的椎骨平面的初始方位与相关联的定位标记器(M2至M4)的初始方位进行相关的、与段(2)中椎骨相关联的几何变换，以及在全局参考系中并且对于段(2)中的至少一个椎骨，根据相关联的定位标记器(M2至M4)当前方位及与所述至少一个椎骨相关联的几何变换计算段(2)中的所述至少一个椎骨的椎骨平面的当前方位。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.23 US 14/338,9511.一种用于测量脊柱位移的系统，该脊柱具有包括至少一个椎骨的段(2)，段中的每个椎骨具有由上椎骨端板和下椎骨端板所限定的主体，该用于测量的系统包括：-定位系统(8)；-定位标记器(M2至M4)，分别附接到与它们相关联的段中的椎骨上，并且它们中的每一个提供该定位标记器(M2至M4)在定位系统(8)的全局参考系中的方位，-该定位系统(8)在全局参考系中并且对于段(2)中的每个椎骨，检测与段(2)中的椎骨相关联的定位标记器(M2至M4)的初始方位和当前方位，以及在全局参考系中并且对于段(2)中的每个椎骨，确定与段(2)中的椎骨的至少一个端板平行的椎骨平面的初始方位，-计算部件，对于段(2)中的每个椎骨，计算对段(2)中的椎骨的椎骨平面的初始方位与相关联的定位标记器(M2至M4)的初始方位进行相关的、与段(2)中椎骨相关联的几何变换，以及在全局参考系中并且对于段(2)中的至少一个椎骨，根据相关联的定位标记器(M2至M4)当前方位及与所述至少一个椎骨相关联的几何变换计算段(2)中的所述至少一个椎骨的椎骨平面的当前方位。2.如权利要求1所述的用于测量的系统，包括识别部件，用于：-在段(2)中的椎骨之中选择参考椎骨，-在全局参考系中确定至少一个参考平面的初始方位，-计算对所述至少一个参考平面的初始方位与和参考椎骨相关联的定位标记器(M2至M4)的初始方位进行相关的、与所述至少一个参考平面相关联的几何变换，-在全局参考系中，根据与参考椎骨相关联的定位标记器(M2至M4)的当前方位及与所述至少一个参考平面相关联的几何变换计算所述至少一个参考平面的当前方位，-定位系统(8)包括处理单元(14)，该处理单元对于段(2)中的每个椎骨，计算段(2)中的椎骨的椎骨平面与所述至少一个参考平面之间的角度，及-该用于测量的系统包括显示器(15)，该显示器用于显示所计算的角度。3.如权利要求1所述的用于测量的系统，其中定位系统(8)包括处理单元(14)，该处理单元对于椎骨平面的每个当前方位，计算椎骨平面的当前方位和另一椎骨平面的当前方位之间的角度，该用于测量的系统包括显示器(15)，该显示器用于显示所计算的角度。4.如权利要求1所述的用于测量的系统，包括识别部件，用于：-在段(2)中的椎骨之中选择参考椎骨，-在全局参考系中确定至少一个参考平面的初始方位，-计算与所述至少一个参考平面相关联的几何变换，该几何变换对所述至少一个参考平面的初始方位与和参考椎骨相关联的定位标记器(M2至M4)的初始方位以及与所述至少一个参考平面相关联的几何变换进行相关，-将椎骨平面的每个当前方位投影在所述至少一个参考平面中，-定位系统(8)包括处理单元(14)，该处理单元计算所投影的当前方位之间的角度，及-该用于测量的系统包括显示器(15)，该显示器用于显示所计算的角度。5.如权利要求1所述的用于测量的系统，包括：仪器(9)，该仪器配备有定位标记器(10)，该定位标记器为定位系统(8)提供该仪器的一部分的方位矢量，并且其中定位系统(8)包括定位器(12)，该定位器对于段(2)中的每个椎骨，接收：-第一方位矢量，该第一方位矢量包括在段(2)中的椎骨的椎骨平面中，通过该仪器的该部分在所述椎骨平面中的第一放置所提供，-第二方位矢量，该第二方位矢量包括在段(2)中的椎骨的椎骨平面中，通过该仪器的该部分在所述椎骨平面中的第二放置所提供，-根据所提供的第一和第二矢量确定段中的椎骨的椎骨平面的初始方位。6.如权利要求5所述的用于测量的系统，其中该仪器的该部分包括对X射线不透明的杆(11)，并且所述方位矢量对应于杆(11)的纵向方向，该用于测量的系统包括：X射线发射器(17)、用于产生段(2)中的椎骨和杆(11)的放射摄影X射线照片的检测器(18)、以及用于显示段(2)中的椎骨和杆(11)的放射摄影X射线照片的显示器(15)，X射线发射器(17)和检测器(18)垂直于所述段放置，使得段(2)中的每一个椎骨的至少一个端板在放射摄影X射线照片中由线(19)表示，并且对于该仪器的该部分的每个放置，该不透明的杆(11)被放置成使得其在放射摄影X射线照片中由平行于表示所述至少一个端板的线(19)的线表示。7.如权利要求1所述的用于测量的系统，包括：配备有定位标记器(10)的仪器(9)，所述定位标记器(10)为定位系统(8)提供该仪器的一部分的方位矢量，并且其中定位系统(8)包括定位器(12)，该定位器(12)对于段(2)中的每个椎骨，接收：-第一方位矢量，该第一方位矢量包括在段(2)中的椎骨的椎骨平面中，通过该仪器的该部分在所述椎骨平面中的第一放置所提供，-第二方位矢量，该第二方位矢量包括在与段(2)中的椎骨的椎骨平面垂直的平面中，通过该仪器的该部分在所述垂直平面中的第二放置所提供，-根据所述垂直平面和所提供的第一方位矢量确定段中的椎骨的椎骨平面的初始方位。8.如权利要求1所述的用于测量的系统，包括：配备有定位标记器(10)的仪器(9)，所述定位标记器(10)为定位系统(8)提供垂直于该仪器的一部分的方位矢量，并且其中定位系统(8)包括定位器(12)，该定位器(12)对于段(2)中的每个椎骨，接收：-垂直于段(2)中的椎骨的椎骨平面的方位矢量，通过该仪器的该部分在所述椎骨平面中的放置所提供，-根据所提供的方位矢量确定段(2)中的椎骨的椎骨平面的初始方位。9.如权利要求8所述的用于测量的系统，其中该仪器的该部分是板(31)。10.如权利要求9所述的用于测量的系统，其中板(31)对X射线不透明，包括：X射线发射器(17)和用于产生段(2)中的椎骨和板(31)的放射摄影X射线照片的检测器(18)、用于显示段(2)中的椎骨和板(31)的放射摄影X射线照片的显示器(15)，X射线发射器(17)和检测器(18)垂直于段放置，使得段(2)中的每一个椎骨的至少一个端板在放射摄影X射线照片中由线(19)表示，并且板(31)被放置成使得其在放射摄影X射线照片中由平行于表示所述至少一个端板的线(19)的线表示。11.如权利要求5所述的用于测量的系统，其中仪器(9)包括至少一个传感器，每个传感器能够检测组织并在骨组织和椎骨间组织之间进行区分，并且该仪器的该部分在椎骨平面中的至少一个放置是以所述至少一个传感器检测椎骨间组织的方式进行的。12.如权利要求8所述的用于测量的系统，其中仪器(9)包括至少一个传感器，每个传感器能够检测组织并在骨组织和椎骨间组织之间进行区分，并且该仪器的该部分在椎骨平面中的放置是以所述至少一个传感器检测椎骨间组织的方式进行。13.如权利要求1所述的用于测量的系统，包括仪器(9)，该仪器配备有至少一组的至少两个传感器，每个传感器能够检测组织并且在骨组织和椎骨间组织之间进行区分，仪器(9)配备有定位标记器(10)，所述定位标记器(10)为定位系统(8)提供垂直于由所述至少两个传感器形成的检测平面的方位矢量，仪器(9)被放置成使得所述至少两个传感器检测椎骨间组织，并且根据所提供的方位矢量确定段(2)中的椎骨的椎骨平面的初始方位。14.如权利要求13所述的用于测量的系统，其中仪器(9)包括第一组至少两个传感器和第二组至少两个传感器，所提供的方位矢量垂直于由第一组和第二组分别形成的检测平面，并且仪器(9)的所述组被放置成使得所述组分别检测两种不同的组织。15.如权利要求6所述的用于测量的系统，其中显示器(15)在放射摄影X射线照片中显示彼此平行并且与仪器(9)的不透明的杆(11)平行的参考线的网格(25)。16.如权利要求5所述的用于测量的系统，其中执行该仪器的该部分的至少一个放置使得杆(11)靠着检测器(18)。17.如权利要求1所述的用于测量的系统，包括：仪器(9)，其配备有对X射线不透明的部分、X射线发射器(17)和用于产生段(2)中的椎骨和该不透明的部分的放射摄影X射线照片的检测器(18)，该不透明的部分可移动地安装在检测器(18)上，并且仪器(9)还配备有定位标记器(10)，所述定位标记器(10)为定位系统(8)提供该不透明的部分的方位矢量和检测器的平面的方位，X射线发射器(17)和检测器(18)垂直于所述段放置，使得所述段(2)中的每个椎骨的至少一个端板在放射摄影X射线照片中由线(19)表示，并且该仪器的该不透明的部分被放置成使得其在放射摄影X射线照片中由平行于表示所述至少一个端板的线(19)的至少一条线表示，并且根据检测器的平面的方位和该不透明的部分的方位矢量确定椎骨平面的初始方位。18.如权利要求6所述的用于测量的系统，其中定位系统(8)包括处理单元(14)，该处理单元对于段(2)中的每个椎骨，计算表示所述至少一个端板的线(19)的方位、以及表示杆(11)的线的方位，该用于测量的系统进一步包括用于计算所述线的所述方位之间的角度的部件。19.如权利要求15所述的用于测量的系统，其中显示器(15)显示所述线的所述方位之间的角度。20.如权利要求15所述的用于测量的系统，其中定位系统(8)包括处理单元(14)，该处理单元对于段(2)中的每个椎骨，直接根据所述线的所述方位之间的角度确定段(2)中的椎骨的椎骨平面的初始方位。21.如权利要求5所述的用于测量的系统，其中该仪器的该部分对X射线不透明，包括：X射线发射器(17)和用于产生段(2)中椎骨和该不透明的部分的放射摄影X射线照片的检测器(18)、以及用于显示段(2)中的椎骨和该不透明的部分的放射摄影X射线照片的显示器(15)，X射线发射器(17...

【专利技术属性】
技术研发人员：JC勒许克，E迪沃，S贝森，P奥热拉特，
申请(专利权)人：外科研究所，
类型：发明
国别省市：法国,FR