手术脊椎程序期间手术中计划和评估脊椎变形矫正的系统技术方案

手术脊椎程序期间手术中计划和评估脊椎变形矫正的系统。本发明专利技术提供用于规划、进行和评估脊椎外科手术期间对脊椎的手术矫正的方法。这些方法是经由GUI通过控制单元以数字化螺杆位置、数字化结构参考点、接受一个或多个矫正输入以及产生经成形以在不同于最初数字化位置的位置处接合螺杆的一个或多个杆解决方案输出来实施。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请案的交叉参考本申请案是国际专利申请案，其要求共同拥有并且同在申请中的2014年6月17日提交的名称为“《用于进行脊椎手术的系统和方法(SystemandMethodsforPerformingSpinalSurgery)》”的美国临时专利申请案第62/013,387号，和共同拥有并且同在申请中的2015年1月20日提交的名称为“《用于进行脊椎手术的系统和方法(SystemandMethodsforPerformingSpinalSurgery)》”的美国临时专利申请案第62/105,733号的优先权，其全部内容以引用的方式并入本文中如同在本文中全文阐述一般。
本申请案涉及脊椎手术。更具体地说，本申请案涉及与规划、进行和评估脊椎外科手术期间的脊椎手术矫正有关的系统和方法。
技术介绍
脊柱是骨骼和结缔组织的极其复杂的系统，其提供对身体的支撑并且保护脆弱的脊髓和神经。脊柱包括一系列彼此在顶上堆叠的椎骨体，每个椎骨体包括相对脆弱的松质骨的内部或中心部分和相对坚固的皮质骨的外部部分。定位于每个椎骨体之间的是椎间盘，其缓冲和减弱施加在脊柱上的压力。含有脊髓的椎管位于椎骨体之后。脊椎具有天然弯曲(即，在腰椎和颈椎区域中前凸并且在胸部区域中后凸)，使得上部和下部脊椎的端板彼此相对倾斜。存在多种脊柱病症，包括脊柱侧凸(脊椎的异常横向弯曲)、脊柱后凸过度(脊椎的异常向前弯曲)、脊柱前凸过度(脊椎的异常向后弯曲)、脊椎前移(一个脊椎在另一个脊椎上的向前移位)以及其它由畸形、疾病或创伤引起的病症(如脊椎盘破裂或滑动、退行性脊椎盘疾病、脊椎断裂等)。患有这类病状的患者通常经历极度并且使人虚弱的疼痛，以及神经功能衰弱。进行用于脊椎融合、减压、变形和其它重建的后路内固定(posteriorfixation)以治疗这些患者。腰椎、胸部和颈椎程序中的后路内固定的目的是使脊椎区段稳定、矫正多轴对准以及帮助优化脊髓和神经的长期健康。脊椎变形是相对于脊椎的正常对准而言的结构变化的结果，并且通常由至少一个不稳定活动区段引起。脊椎变形的定义和范畴以及治疗方案持续演变。脊椎变形矫正的手术目标包括弯曲矫正、防止进一步变形、改善或保护神经功能以及恢复矢状面和冠状面平衡。在成年人脊椎变形(ASD)的情况下，矢状面对准和参数变得越来越认为与与健康有关的生命质量评分(healthrelatedqualityoflifescore；HRQOL)有关。在文献中，存在HRQOL分数与放射参数(如矢状面纵轴(SagittalVerticalAxis；SVA)、骨盆倾角(PT)之间的显著相关性以及骨盆发病率与腰椎脊柱前凸之间的错配。在脊椎手术期间、螺杆、卡钩和杆是用于使脊椎稳定的装置。这类程序通常需要许多骨元件的器械操作。设计装置(例如杆)并且植入患者中可以是极具有挑战性的。脊椎杆通常由不锈钢、钛、钴铬或其它类似硬金属形成，并且因此难以在不存在某些类型的基于杠杆的弯曲件存在下弯曲。此外，脊椎杆需要按六度的自由度定向以补偿患者脊椎的解剖学结构以及用于将杆固定到脊椎的连接点(螺杆、卡钩等)。另外，所治疗的生理学问题以及医生偏好将决定准确的配置需要。因此，脊椎杆的尺寸、长度和特定弯曲度取决于待约束的每节脊椎的尺寸、数目和位置、脊椎之间的空间关系以及用于保持杆连接到脊椎的螺杆和卡钩。脊椎杆的弯曲可通过许多方法实现。最广泛使用的方法是称为法式弯曲件(FrenchBender)的三点式弯曲件。法式弯曲件是钳类装置，其经人工操作以在杆中置放一个或多个弯头。法式弯曲件需要把柄以进行操作以及基于把柄的长度提供杠杆。使用法式弯曲件需要较高水平的医生技能，因为弯头的位置、角度和旋转的决定通常是主观的并且可以难以与患者的身体结构相关。使杆弯曲以适配螺杆和/或卡钩构筑体的其它方法包括使用原位杆弯曲件和钥孔弯曲件。然而，所有这些方法可以是主观的、反复的并且通常称为“技术”。因此，在复杂和/或长脊椎构筑体的定型中，杆弯曲和降低活动性可以是费时和可能令人受挫的步骤。为了实现最佳弯曲而增加手术时间对于患者来说是昂贵的并且增加致病机率。当杆弯曲进行不充分时，杆可预载构筑体并且增加固定系统失效的机率。弯曲和所涉及的再弯曲还可以促进金属疲劳和在杆中产生应力梯级。针对计算机辅助设计或脊椎杆成形的努力由于缺少弯曲装置以及缺少对弯曲手术装置中所涉及的所有问题的理解而大部分未获得成功。新近，在颁予伊萨克(Isaacs)的美国专利案第7,957,831号中，描述一种杆弯曲系统，其包括空间测量子系统(其具有数字转换器以获得手术植入物(螺杆、卡钩等)的三维位置)、用于将植入物位置转换成一系列弯曲指令的软件以及用于执行弯曲指令使得杆将精确弯曲以在每个螺杆内定制的适配的机械杆弯曲件。这是有利的，因为其提供可定量的杆弯曲步骤，其针对每个患者的解剖结构定制，使得外科医生能够一次性建立定制的适配杆，从而增加杆弯曲的速度和功效，尤其是在复杂病例中。这又降低与这类程序相关联的致病率和成本。然而，仍需要改良杆弯曲系统，其实现固定程序中的弯曲和变形矫正，向用户提供更多的杆弯曲方案，并且容纳更多的用户临床偏好。
技术实现思路
本专利技术包括用于杆弯曲的系统和方法，其使得用户(例如外科医生)能够定制杆弯式指令以适合患者脊椎病状的所需矫正。根据广泛方面，本专利技术包括空间追踪系统，其用于获得手术植入物的三维位置信息；处理系统，其具有基于所需矫正将植入物位置转换成一系列弯式指令的软件；和机械杆弯曲件，其用于弯曲手术连接装置以实现所需脊椎矫正。根据本专利技术的另一个方面，空间追踪系统包括红外(IR)位置传感器和至少一个IR反射追踪阵列，其连接到用于使手术植入物位置数字化的数字转换器指示器。空间追踪系统以通信方式连接到处理系统，使得处理系统可使用空间位置信息产生弯式指令。根据本专利技术的另一个方面，处理系统经编程以基于一个或多个外科医生指定的临床目标来产生弯式指令。举例来说，处理系统可经编程以产生常规弯曲、调节杆将弯曲的一个或多个点、提出预弯曲杆方案、在矢状面中提供脊椎矫正、在冠状面中提供脊椎矫正、在轴平面中提供脊椎矫正以及提供矫正以实现整体脊椎平衡，并且以及执行多种预定功能。处理系统可进一步经编程以接收手术前脊椎参数、输入规划或目标脊椎参数和/或追踪这些参数的手术中测量值。处理系统进一步经配置以有意义的方式向用户预览和显示这些临床目标和/或预定功能的结果。根据本专利技术的另一方面，可使用所述系统的各种实施例进行一个或多个外科手术。附图说明所属领域的技术人员在结合附图阅读本说明书时将显而易见本专利技术的许多优点，其中相同参考数字用于相同元件，并且其中：图1是描绘根据一个实施例的手术规划、评估和纠正系统的组件的外科手术设置；图2是处于闭合位置的数字转换器阵列的一个实施例的透视图，其包含一部分图1的系统；图3是图2的数字转换器阵列的分解透视图；图4是处于开放位置的图2的数字转换器阵列的透视图；图5是数字转换器指示器组件的一个实施例的正视图，其包含一部分图1的系统；图6是与图2的数字转换器阵列相容的多种手术指示器的透视图；图7是根据一个实施例的空间追踪算法的透视图；图8是描绘根据一个实施例的杆弯曲工作流的流程图；图9是描绘根据第一实施例的产生杆解决本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在手术脊椎程序期间手术中计划和评估脊椎变形矫正的系统，所述系统包含：空间追踪系统，其包含IR传感器和IR追踪阵列，所述IR追踪阵列沿手术指示器工具的近端配置，所述手术指示器工具能够数字化所植入的手术装置的位置并且经由所述IR传感器转发到所述空间追踪系统；与所述空间追踪系统通信的控制单元，所述控制单元经配置以：(a)接收多个所植入的手术装置的所述数字化位置资料；(b)接收一个或多个脊椎矫正输入，其中所述脊椎矫正输入中的至少一个是轴平面中的至少一个脊椎矫正；以及(c)产生至少一种杆解决方案输出，其经成形以接合与所述数字化位置不同的位置处的所述手术装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.17 US 62/013,387;2015.01.20 US 62/105,7331.一种用于在手术脊椎程序期间手术中计划和评估脊椎变形矫正的系统，所述系统包含：空间追踪系统，其包含IR传感器和IR追踪阵列，所述IR追踪阵列沿手术指示器工具的近端配置，所述手术指示器工具能够数字化所植入的手术装置的位置并且经由所述IR传感器转发到所述空间追踪系统；与所述空间追踪系统通信的控制单元，所述控制单元经配置以：(a)接收多个所植入的手术装置的所述数字化位置资料；(b)接收一个或多个脊椎矫正输入，其中所述脊椎矫正输入中的至少一个是轴平面中的至少一个脊椎矫正；以及(c)产生至少一种杆解决方案输出，其经成形以接合与所述数字化位置不同的位置处的所述手术装置。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制单元进一步经配置以基于至少两个数字化手术装置位置的所述数字化位置资料产生至少一个测量值。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述测量值是旋转变形角度。4.根据权利要求3所述的系统，其中所述轴矫正的脊椎输入包含调节至少一个脊椎水平面的所述旋转变形角度。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述脊椎矫正输入是冠状面中的至少一个脊椎矫正。6.根据权利要求5所述的系统，进一步其中所述控制单元经配置以接收至少一个解剖学参考点的数字化位置资料，并且基于所述至少一个解剖学参考点的数字化位置资料产生至少一条虚拟解剖学参考线。7.根据权利要求6所述的系统，其中所述虚拟解剖学参考线是中心骶骨垂直线(CSVL)。8.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·肖勒，R·E·伊萨克斯，S·怀特，A·波迪尔，R·戈尔曼，E·芬利，J·E·加里卜，M·彼得森，
申请(专利权)人：纽文思公司，
类型：发明
国别省市：美国;US