在利用测距仪的计算机辅助手术中的下肢长度和偏心距计算制造技术

一种用于在计算机辅助手术中测量身体部分之间的处于术前状况与术中或术后状况之间的长度变化的系统，该系统包括测距仪，其被构造成从相对于患者的第二身体部分的已知位置测量其与至少第一身体部分上的至少一个基准界标相距的距离。支座包括至少一个接合处，从而允许测距仪的运动的一个或多个旋转自由度指向至少一个基准界标。惯性传感器单元连接于测距仪，以便产生用于测距仪的定向数据。计算机辅助手术处理单元具有用于利用定向数据在虚拟坐标系中追踪测距仪的追踪模块、用于利用距离和定向数据确定至少一个基准界标在虚拟坐标系中的坐标的坐标系模块、和用于利用坐标测量身体部分之间的长度的长度计算模块，该长度计算模块通过使用从术前状况获得的所述长度及从术中或术后状况获得的所述长度计算和输出身体部分之间的长度变化。还提供了一种用于在计算机辅助手术中测量身体部分之间的处于术前状况与术中或术后状况之间的长度变化的方法。

Calculation of the length and eccentricity of the lower extremities in computer assisted surgery using a range finder

A measurement system for the length changes between preoperative and intraoperative or postoperative condition of the body part between computer assisted surgery, the system includes a range finder, which is constructed from the second parts of the body relative to the known position with measuring distance of at least one reference distance and at least the first landmark on the part of the body. The support comprises at least one junction, thereby allowing the rangefinder motion of one or more rotational degrees of freedom to at least one reference mark. The inertial sensor unit is connected to a range finder to generate directional data for the range finder. Computer aided surgery treatment unit has a tracking module, tracking range finder in the virtual coordinate system using directional data is used to determine the coordinates of at least one of the reference landmarks in the virtual coordinate system in the coordinates by means of coordinate between the module and is used for measuring body part length calculation module using distance and directional data, the length of by using the calculation module from the preoperative condition obtained from the length and the length change between the intraoperative or postoperative length in computation and output of a body part. It also provides a method for measuring the length change between the body parts before operation and intraoperative or postoperative conditions in computer-assisted surgery.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在利用测距仪的计算机辅助手术中的下肢长度和偏心距计算相关申请的交叉引用本公开要求于2015年7月6日提交的美国专利申请No.62/188,921的优先权和于2016年3月24日提交的美国专利申请No.62/312,509的优先权，这两篇申请的内容均被通过参引结合到被文中。
本公开涉及一种在计算机辅助手术(CAS)中(例如在髋部手术中)用于提供长度测量值(例如下肢长度偏差和偏心距(offset)测量值)的系统和方法。
技术介绍
下肢长度偏差是在矫形手术之后，下肢长度沿患者的纵向轴线的变化。偏心距是下肢沿患者的内侧-外侧轴线的平移移位的测量值。这两个参数在髋部手术期间是相关的，该髋部手术包括全髋关节置换术、髋臼杯植入术、股骨植入术(例如，股骨头和股骨颈植入、表面修整)。对于例如用于确定下肢长度偏差和偏心距的系统和方法存在需要。
技术实现思路
本公开的目的是提供用于在计算机辅助矫形手术中测量解剖组织长度的新型系统和方法。本公开的另一目的是将测量到的长度用在下肢长度偏差和偏心距计算中，以便对髋关节矫形手术进行评估。因此，根据本公开的一种实施例，存在一种用于在计算机辅助手术中测量身体部分之间的处于术前状况与术中或术后状况之间的长度变化的系统，该系统包括：测距设备，其包括：测距仪，其被构造成从相对于患者的第二身体部分的已知位置测量测距仪与位于至少第一身体部分上的至少一个基准界标相距的距离；支座，其包括至少一个接合处，从而允许测距仪的运动的至少一个旋转自由度指向至少一个基准界标；惯性传感器单元，其连接于测距仪，以便产生用于测距仪的定向数据；和计算机辅助手术处理单元，其具有用于利用定向数据在虚拟坐标系中追踪测距仪的追踪模块、用于利用距离和定向数据确定至少一个基准界标在虚拟坐标系中的坐标的坐标系模块、和用于利用坐标测量身体部分之间的长度的长度计算模块，该长度计算模块通过使用从术前状况获得的所述长度及从术中或术后状况获得的所述长度计算和输出身体部分之间的长度变化。进一步根据该实施例，一些情况中的支座在一些情况中被构造成将测距仪在已知位置中固定于第二身体部分。更进一步根据该实施例，一些情况中的第二身体部分是细长骨，并且测距仪被构造成使测距仪的距离测量方向与细长骨的纵向轴线对准。更进一步根据该实施例，一些情况中的长度计算模块将从术前状况以及从术中或术后状况获得的所述长度投影在基准面上，以计算长度变化。更进一步根据该实施例，一些情况中的患者处于仰卧位中，并且基准面平行于支承患者的手术台的平面，基准面通过坐标系模块利用来自惯性传感器单元的读数加以确定。更进一步根据该实施例，一些情况中的基准界标是包括被固定于第一身体部分的标靶板的板基准装置。更进一步根据该实施例，一些情况中的标靶板上具有视觉刻度，以便表明第二身体部分相对于第一身体部分在术前状况与术中或术后状况之间的横向位移。更进一步根据该实施例，一些情况中的第一身体部分是骨盆，并且第二身体部分是股骨，计算机辅助手术包括对于髋关节的置换。更进一步根据该实施例，一些情况中的测距设备被构造成邻近于身体部分，追踪模块利用测距仪相对于第二身体部分上的至少一个所述基准界标的距离和定向关于已知位置追踪测距仪。更进一步根据该实施例，一些情况中的第一身体部分是细长骨，第一身体部分是关节连接于细长骨的另一骨，计算机辅助手术包括对于位于细长骨与其它骨之间的关节的置换，并且测距仪相对于第二身体部分的已知位置包括位于第二身体部分上的两个所述基准界标。更进一步根据该实施例，一些情况中的长度计算模块形成术前平面，其中，位于第一身体部分上的基准界标的坐标以及位于第二身体部分上的两个所述基准界标的坐标从术前状况获得，以及形成术中或术后平面，其中，位于第一身体部分上的基准界标的坐标以及位于第二身体部分上的两个所述基准界标的坐标从术中或术后状况获得，长度计算模块使平面中的至少一个围绕穿过位于第二身体部分上的两个所述基准界标的轴线旋转，以便在这些平面之间获得平行关系，从而通过该平行关系计算长度变化。更进一步根据该实施例，一些情况中的长度计算模块确定位于第一身体部分上的至少一个基准界标沿着平行于穿过位于第二身体部分上的两个所述基准界标的轴线的方向的横向位置变化，以便计算第一身体部分的偏心距。更进一步根据该实施例，一些情况中的第一身体部分是股骨，并且第二身体部分是骨盆，计算机辅助手术包括对于位于股骨与骨盆之间的髋关节的置换。根据本公开的另一实施例，提供了一种用于在计算机辅助手术中测量身体部分之间的处于术前状况与术中或术后状况之间的长度变化的方法，该方法包括：从相对于第二身体部分处于已知位置中的测距设备至少获得与位于第一身体部分上的至少一个基准界标相距的距离以及定向数据；利用定向数据在虚拟坐标系中追踪测距设备；利用距离和定向数据确定至少一个基准界标在虚拟坐标系中的坐标；利用坐标测量身体部分之间的长度；以及通过使用从术前状况获得的所述长度以及从术中或术后状况获得的所述长度计算和输出身体部分之间的该长度变化。更进一步根据其它实施例，在一些情况下的获得该距离包括利用测距设备获得该距离，该测距设备在已知位置中被固定于第二身体部分。更进一步根据其它实施例，在一些情况下的第二身体部分是细长骨，并且获得该距离包括在使测距设备的距离测量方向与细长骨的纵向轴线对准的情况下利用测距设备获得该距离。更进一步根据其它实施例，在一些情况下的计算和输出长度变化包括将从术前状况以及从术中或术后状况获得的所述长度投影在基准面上。更进一步根据其它实施例，在一些情况下的患者处于仰卧位中，并且基准面平行于支承该患者的手术台的平面，该方法还包括在一些情况下利用来自测距设备的定向数据确定该基准面。更进一步根据其它实施例，在一些情况下的该方法在下列情况下执行，第一身体部分是骨盆，第二身体部分是股骨，并且计算机辅助手术包括对于髋关节的置换。更进一步根据其它实施例，在一些情况下的至少获得距离包括从测距设备获得与第二身体部分上的至少一个所述基准界标相距的距离和定向数据，并且进一步地，关于已知位置追踪测距设备包括利用测距设备相对于位于第二身体部分上的至少一个所述基准界标的距离和定向数据。更进一步根据其它实施例，在一些情况下的第一身体部分是细长骨，第一身体部分是关节连接于细长骨的另一骨，计算机辅助手术包括对于位于细长骨与其它骨之间的关节的置换，并且追踪测距仪相对于第二身体部分的已知位置包括利用测距设备相对于位于第二身体部分上的两个所述基准界标的距离和定向数据。更进一步根据其它实施例，在一些情况下的计算和输出该长度变化包括：形成术前平面，其中，位于第一身体部分上的基准界标的坐标以及位于第二身体部分上的两个所述基准界标的坐标从术前状况获得；形成术中或术后平面，其中，位于第一身体部分上的基准界标的坐标以及位于第二身体部分上的两个所述基准界标的坐标从术中或术后状况获得；以及使平面中的至少一个围绕穿过位于第二身体部分上的两个所述基准界标的轴线旋转，以便在这些平面之间获得平行关系，该长度变化被从该平行关系计算出。更进一步根据其它实施例，在一些情况下的计算和输出长度变化还包括确定位于第一身体部分上的至少一个基准界标沿着平行于穿过位于第二身体部分上的两个所述基准界标的轴线的方向的横向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在计算机辅助手术中测量身体部分之间的处于术前状况与术中或术后状况之间的长度变化的系统，所述系统包括：测距设备，所述测距设备包括测距仪、支座和惯性传感器单元，所述测距仪被构造成从相对于患者的第二身体部分的已知位置测量所述测距仪与位于至少第一身体部分上的至少一个基准界标相距的距离，所述支座包括至少一个接合处，从而允许所述测距仪的运动的至少一个旋转自由度指向所述至少一个基准界标，所述惯性传感器单元连接于所述测距仪，以便产生用于所述测距仪的定向数据；和计算机辅助手术处理单元，所述计算机辅助手术处理单元具有用于利用所述定向数据在虚拟坐标系中追踪所述测距仪的追踪模块、用于利用所述距离和所述定向数据确定所述至少一个基准界标在所述虚拟坐标系中的坐标的坐标系模块、和用于利用所述坐标测量所述身体部分之间的长度的长度计算模块，所述长度计算模块通过使用从术前状况获得的所述长度及从术中或术后状况获得的所述长度计算和输出所述身体部分之间的所述长度变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.06 US 62/188,921;2016.03.24 US 62/312,5091.一种用于在计算机辅助手术中测量身体部分之间的处于术前状况与术中或术后状况之间的长度变化的系统，所述系统包括：测距设备，所述测距设备包括测距仪、支座和惯性传感器单元，所述测距仪被构造成从相对于患者的第二身体部分的已知位置测量所述测距仪与位于至少第一身体部分上的至少一个基准界标相距的距离，所述支座包括至少一个接合处，从而允许所述测距仪的运动的至少一个旋转自由度指向所述至少一个基准界标，所述惯性传感器单元连接于所述测距仪，以便产生用于所述测距仪的定向数据；和计算机辅助手术处理单元，所述计算机辅助手术处理单元具有用于利用所述定向数据在虚拟坐标系中追踪所述测距仪的追踪模块、用于利用所述距离和所述定向数据确定所述至少一个基准界标在所述虚拟坐标系中的坐标的坐标系模块、和用于利用所述坐标测量所述身体部分之间的长度的长度计算模块，所述长度计算模块通过使用从术前状况获得的所述长度及从术中或术后状况获得的所述长度计算和输出所述身体部分之间的所述长度变化。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述支座被构造成将所述测距仪在所述已知位置中固定于所述第二身体部分。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第二身体部分是细长骨，并且所述测距仪被构造成使所述测距仪的距离测量方向与所述细长骨的纵向轴线对准。4.根据权利要求1和2中的任一项所述的系统，其中，所述长度计算模块将从所述术前状况以及从所述术中或术后状况获得的所述长度投影在基准面上，以计算所述长度变化。5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述患者处于仰卧位中，并且所述基准面平行于支承所述患者的手术台的平面，所述基准面通过所述坐标系模块利用来自所述惯性传感器单元的读数加以确定。6.根据权利要求2到5中的任一项所述的系统，其中，所述基准界标是包括被固定于所述第一身体部分的标靶板的板基准装置。7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述标靶板上具有视觉刻度，以便表明所述第二身体部分相对于所述第一身体部分在所述术前状况与所述术中或术后状况之间的横向位移。8.根据权利要求2到7中的任一项所述的系统，其中，所述第一身体部分是骨盆，并且所述第二身体部分是股骨，所述计算机辅助手术包括对于髋关节的置换。9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述测距设备被构造成邻近于所述身体部分，所述追踪模块利用所述测距仪相对于所述第二身体部分上的至少一个所述基准界标的距离和定向关于所述已知位置追踪所述测距仪。10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述第一身体部分是细长骨，所述第一身体部分是关节连接于所述细长骨的另一骨，所述计算机辅助手术包括对于位于所述细长骨与其它骨之间的关节的置换，并且所述测距仪相对于所述第二身体部分的已知位置包括位于所述第二身体部分上的两个所述基准界标。11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述长度计算模块形成术前平面，其中，位于所述第一身体部分上的所述基准界标的坐标以及位于所述第二身体部分上的两个所述基准界标的坐标从所述术前状况获得，以及形成术中或术后平面，其中，位于所述第一身体部分上的所述基准界标的坐标以及位于所述第二身体部分上的两个所述基准界标的坐标从所述术中或术后状况获得，所述长度计算模块使所述平面中的至少一个围绕穿过位于所述第二身体部分上的两个所述基准界标的轴线旋转，以便在所述平面之间获得平行关系，从而通过所述平行关系计算所述长度变化。12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述长度计算模块确定位于所述第一身体部分上的所述至少一个基准界标沿着平行于...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·李，LP·阿米奥，F·普拉迪斯，B·佩尔蒂埃，L·莫罗贝朗格，K·杜瓦尔，
申请(专利权)人：奥尔索夫特公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA