全局脊柱对齐方法技术

技术编号:18461662 阅读:42 留言:0更新日期:2018-07-18 13:53
一种通过以下操作来规划对对象的脊柱变形的矫正的方法:对处于竖立中立位的所述对象的脊柱的三维图像执行分割,使得表征感兴趣区域中的椎骨的位置和取向。根据所述分割导出与所述椎骨的对齐和位置相关的参数,然后确定所述参数是否落在针对所述对象的所述脊柱所期望的可接受范围内。如果不在所述可接受范围内,则对所述椎骨执行对齐优化以使所述参数处于所述可接受范围内,从而减少所述对象的脊柱的所述脊柱变形。通过考虑由所述椎骨的动态运动范围引起的限制来执行对齐优化,所述动态运动范围是通过分析当所述对象处于最大弯曲位时所述对象的脊柱的图像来确定的。

Global spine alignment method

A method of planning the correction of the spinal deformation of the object by the following operation: the segmentation of the three-dimensional image of the spine of the object in the vertical neutral position makes it possible to characterize the position and orientation of the vertebrae in the region of interest. The parameters related to the alignment and position of the vertebrae are derived according to the segmentation, and determine whether the parameters are falling within the acceptable range expected for the said spine of the object. If not within the acceptable range, the alignment of the vertebrae is optimized to make the parameter within the acceptable range, thereby reducing the spinal deformation of the object's spine. The alignment optimization is performed by considering the limitation caused by the dynamic range of motion of the vertebrae, which is determined by analyzing the images of the spine of the object when the object is at the maximum bending position.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】全局脊柱对齐方法
本专利技术涉及用于矫正脊柱变形的手术规划领域,特别涉及通过使用在患者的脊柱的相当长的长度上测得的脊柱移动性限制来规划具有最小手术矫正步骤的矫正流程。
技术介绍
最近已经广泛研究了矢状面分析和全局矢状平衡以及与之相关联的参数的重要性,例如在以下文章中公开的:J.M.Cavanilles-Walker等人发表的题为“AdultSpinalDeformity:SagittalImbalance”(InternationalJournalofOrthopedics,第1卷,第3期,第64-72页,2014年)的文章,以及D.Deinlein等人发表的题为“CorrelationofPelvicandSpinalParametersinAdultDeformityPatientswithNeutralSagittalImbalance”(SpineDeformity,第1卷,第458-463页,2013年)的文章,以及M.Akbar等人发表的题为“UseofSurgimapSpineInSagittalPlaneAnalysis,OsteotomyPlanningandCorrectionCalculation”(Neurosurg.Clin.N.Am.,第24卷,第163-172页,2013年)的文章,以及V.Lafage等人发表的题为“Spino-PelvicParametersafterSurgerycanbePredicted”(SPINE,第36卷,第13号,第1037-1045页,2011年)的文章。矫正脊柱变形的主要目的之一是使患者自然保持平衡而不会在保持平衡时遭受任何压力或疼痛。在正常人中,平衡是由脊柱弯曲的各种角度以及某些脊柱解剖结构之间的特定距离来决定的。这些角度和距离(特别是矢状面中的腰椎前凸和胸椎后凸以及某些骨盆参数以及冠状面和顶椎椎骨平移中的Cobb角)具有一定的接受的“正常”值,包括标准差余量,使得当具有正常弯曲的脊柱的人站直时,在他没有背痛或背痛最小的姿势下,这些角度和线性距离在被定义为正常的范围内。正如在上面引用的Cavanilles的文章以及其他文章中所述,骨盆、脊柱前凸节段和脊柱后凸节段的主要用途是在能量高效的位置处平衡骨盆上方的头部,允许C7铅垂线(从C7椎体中心画出的垂直线)尽可能靠近S1的后上角。该线被称为矢状垂直轴(SVA),尽管它只是用于确定正确脊柱姿态的一个替代参数,但它是当前评估矢状面变形中最常用的放射摄影参数之一。另一个常用的这种参数包括T1脊柱-骨盆倾角(T1SP1)。另外,还会使用许多冠状测量结果。现在参考图1,如由J.Dubousset在书籍“ThePediatricSpine:PrinciplesandPractice”(RavenPress,NY,第479-496页,1994年)中发表的文章“Three-dimensionalanalysisofthescolioticdeformity”中所教导的。图1示意性地图示了所谓的“经济锥体”,即,对象在其中感觉到他/她的身体保持在人体工程学上有利的平衡位置的空间体积,其中,最优位置当然在锥体的中心。偏离出该锥体外都需要外部支持以使对象感觉平衡。如下所述,任何足够严重的脊柱变形都可能导致对象的姿势落在该锥体外,并且有许多脊柱参数用于表征何时出现这种情况。在具有健康的脊柱仪态的对象中,SVA应该距离S1的后上角不超过几毫米。如果对象患有脊柱变形而导致SVA发散较大,那么这个人可能感觉到他是不平衡的,并且大脑不断指导这个人绷紧他的姿势以试图矫正其平衡,这通常会导致背痛,并且在恢复患者的平衡或稳定性方面并不总是有效。为了保持某种形式的矢状平衡,患者可以使用不同的补偿机制,例如,盆腔后倾、髋关节伸展或膝关节屈曲。这些机制的主要目标是让患者以能量高效的方式保持直立位置。保持这些位置而抵抗患者脊柱的临床状态会产生疲劳以及肌肉或骨骼背痛,这可能需要或可能不需要手术矫正,但一旦脊柱变形足够大而超过这些补偿机制,通常需要手术介入。这种手术矫正被设计为实现矢状面对齐的恢复,并且能够包括融合手术和截骨手术两者以及软组织(韧带)松解。脊柱截骨术常被用作脊柱重建手术的一部分以实现脊柱平衡、稳定性和正确的脊柱对齐。从一个或多个椎骨节段的部分切除骨楔以使脊柱与更好的弯曲重新对齐,从而提供更好的矢状平衡。已经开发出几种不同的截骨手术,包括Smith-Peterson截骨术、椎弓根截骨术和脊柱切除术,其中的一些截骨手术已经使用了几十年。但是,如果不准确地完成矫正,那么这个人可能仍然有不平衡和/或疼痛的感觉,并且可能会继续尝试“伸直”他的背部或者纠正他的姿势,而没有在一般意义上成功地处理掉他的问题。如将在下文中所讨论的,这种情况可能源于用于规划脊柱弯曲矫正的程序的非迭代性质,或者源于外科医生经常凭借直觉做出的决定的性质。这些情况的范例能够在H.Koller等人发表的题为“Long-terminvestigationofnonsurgicaltreatmentforthoracolumbarandlumbarburstfractures:anoutcomeanalysisinsightofspinopelvicbalance”(Eur.SpineJ.,第17卷,第8号,第1073-1095页,2008年8月)的文章中找到。商业上有许多软件程序可供使用,它们被设计用于协助医生规划最优手术流程以矫正这种脊柱变形。这些程序中的大部分程序都在2维X射线图像上运行,但有些程序提供基于3-DCT或MRI图像数据集的规划例程。已经提出了大量用于定义脊柱几何形状的参数。一种当前可用的软件套件具有超过20个参数,医生能够在规划手术的过程中操纵这些参数以恢复患者脊柱的正确姿态。该软件能够“在几次简单点击中进行的20次测量上”进行计算,以便规划正确的矢状对齐。医生使用脊柱的2D矢状面图像并对图像上的椎骨位置进行虚拟调整,从而在脊柱图像中产生更大或更小的弯曲以获得估计的最优弯曲。然而,由于规划手术的复杂性,在实践中,通常要做的是外科医生在查看图像时根据他的最佳判断和直觉进行切割。如上所述,这是因为医生为了选择正确的切除手术而必须操纵的参数具有复杂性和多样性。另外,规划是对在取自患者站立时但却针对患者在仰卧位与站立位之间的脊柱的不同形式进行矫正时预先获得的静态图像(或在3D成像过程的情况下为图像集合)上执行的。在从处于俯卧位的患者的CT数据集获得图像的情况下,与手术期间类似,不需要这种矫正。一些现有技术的用于以图形形式预测针对矫正手术的计划的软件程序建议二维矫正,因此并没有展示出例如冠状矫正将如何影响轴向面和矢状面,反之亦然。此外,外科医生通常基于局部来规划对患者的脊柱弯曲的矫正,对于每个矫正步骤仅考虑一对或几块椎骨,并且通常基于外科医生的经验、知识和直觉,而不是基于测量参数。因此需要使用定量数据来扩大这种大致定性的矫正方法。在最近估计的统计结果中,目前使用的方法可能具有局限性,在成人中多达三分之一的脊柱后凸手术是对先前试图进行的矫正的修正,并且在儿科病例中多达7%的侧凸矫正需要修正。用于对脊柱矫正手术进行规划的可能的软件程序的问题之一可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种规划对对象的脊柱变形的矫正的方法,包括:导出处于竖立中立位的所述对象的脊柱的三维图像;执行对至少一幅三维图像的分割,使得表征所述脊柱的感兴趣区域中的椎骨的位置和取向;通过分析处于所述对象的弯曲位的所述对象的脊柱的图像来确定所述椎骨的动态运动范围;根据所述分割导出与所述感兴趣区域中的所述椎骨的对齐和位置相关的参数;确定所述参数是否落入针对所述对象的所述脊柱所期望的参数的可接受范围内;并且对至少所述脊柱的所述感兴趣区域中的所述椎骨执行对齐优化,以使所述参数在所述可接受范围内,从而减少所述对象的脊柱的所述脊柱变形,其中,通过至少考虑由所述椎骨的所述动态运动范围引起的限制来执行所述对齐优化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.13 US 62/240,7511.一种规划对对象的脊柱变形的矫正的方法,包括:导出处于竖立中立位的所述对象的脊柱的三维图像;执行对至少一幅三维图像的分割,使得表征所述脊柱的感兴趣区域中的椎骨的位置和取向;通过分析处于所述对象的弯曲位的所述对象的脊柱的图像来确定所述椎骨的动态运动范围;根据所述分割导出与所述感兴趣区域中的所述椎骨的对齐和位置相关的参数;确定所述参数是否落入针对所述对象的所述脊柱所期望的参数的可接受范围内;并且对至少所述脊柱的所述感兴趣区域中的所述椎骨执行对齐优化,以使所述参数在所述可接受范围内,从而减少所述对象的脊柱的所述脊柱变形,其中,通过至少考虑由所述椎骨的所述动态运动范围引起的限制来执行所述对齐优化。2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述对齐优化是通过还考虑所述对象的脊柱的整个长度上的生物力学考虑来执行的。3.根据权利要求1和2中的任一项所述的方法,其中,所述参数涉及所述感兴趣区域中的所述椎骨沿着所述对象的脊柱产生的相互角度、投影和线性位置中的至少一些。4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,关于所述参数是否落入参数的可接受范围内的所述确定要么是通过图像处理来自动执行的,要么是通过对图像进行手动测量来执行的,要么是通过医学人员的判断或经验来执行的。5.根据权利要求1所述的方法,其中,所述的至少考虑由所述椎骨的所述动态运动范围引起的限制包括以不超过所述动态运动范围的水平将所述椎骨的运动限制到修正的优化位置。6.根据权利要求1所述的方法,其中,所述的考虑由所述椎骨的所述动态运动范围引起的限制包括对所述脊柱的所述椎骨的无限制的对齐优化,接着对所述椎骨中的至少一些椎骨进行外科介入,所述至少一些椎骨的动态运动范围小于通过执行对所述脊柱的所述椎骨的所述无限制的对齐优化所强制执行的运动。7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述对象的所述弯曲位包括以下中的至少一个:向右弯曲、向左弯曲、屈曲弯曲、伸展弯曲,以及旋转。8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,用于减少脊柱变形的所述对齐优化包括用于在冠状面中产生矫直的脊柱对齐的优化。9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,用于减少脊柱变形的所述对齐优化包括在矢状面中的脊柱对齐的优化。10.根据权利要求9所述的方法,其中,在所述矢状面中的所述脊柱对齐的所述优化涉及根据产生小于预定值的矢状垂直轴偏移的流程来操纵矢状参数。11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述的确定所述椎骨的动态运动范围是通过确定在所述弯曲下的椎骨围绕其轴向轴、侧向轴和AP轴中的至少一个的旋转程度来执行的。12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述的确定所述椎骨的动态运动范围是通过将来自处于所述对象的弯曲位或站立位的二维图像的椎骨的图像与来自所述三维图像的对应椎骨的匹配图像进行配准来执行的。13...

【专利技术属性】
技术研发人员:E·策阿维Y·巴尔S·施泰因贝格L·克莱曼I·H·利伯曼
申请(专利权)人:马佐尔机器人有限公司
类型:发明
国别省市:以色列,IL

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