使用植入物成像来验证硬组织位置的方法技术

一种低放射术中方法，其使用二维成像来配准外科手术植入物相对于其术前计划位置的位置。在手术中，获取不同平面中的一对二维荧光镜图像或单个三维图像并且将其与三维术前图像集合进行比较，以允许对植入区域解剖结构进行配准。在植入物就位的情况下获取外科手术区的第二术中荧光镜图像集合。将所述第二图像集合与第一术中图像集合进行比较以确定所述植入物的对准。使用所述植入物本身作为基准标记来实现第一术中图像集合和第二术中图像集合之间的配准，并且重复所述过程直到获得所述植入物的可接受构型。所述方法对于脊柱外科手术特别有利。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用植入物成像来验证硬组织位置的方法
本专利技术涉及矫形外科手术领域，尤其涉及使用植入物的图像正确地维持组织的位置信息。
技术介绍
用于椎骨对准的脊柱内固定器(spinalinstrumentation)的现有技术不能容易地使外科医生实时观察患者脊柱的对准情况。用于在外科手术过程期间验证螺钉、杆或其它植入物的放置的准确性的现有选项包括：由外科医生进行的直接术中视觉观察；通常具有较大临床误差范围的荧光透视图像；以及具有高质量但具有若干缺点的术中3DCT图像，其缺点主要是高患者放射剂量，其可以是来自简单荧光镜图像的放射水平的许多倍。重复地将CT扫描仪带入手术室并执行扫描的过程也显著地延长了手术过程，这可能对患者的恢复时间有负面影响。此外，手术成本随着手术室的更长时间使用而增加。由于所有这些原因，在手术期间重复地执行3D扫描是不太实际的。这些缺陷表明需要一种快速、较高准确性和低放射的装置，该装置使用定量术中值(诸如，脊柱对准参数)向外科医生提供关于手术治疗的进展和成功的实时反馈。在基于成像配准的过程中，外科医生使用荧光透视或术中3D成像结合术前3D图像(诸如，CT或MRI图像集合)来执行外科手术区的配准。随后向患者的外科手术配准的解剖结构(诸如，脊柱外科手术期间的椎骨)的移位和旋转会损害配准，并且因此降低对准的准确性。因此，例如在脊柱融合手术期间将椎间体间隔物插入椎骨之间的诱导准确性同样降低。此类运动潜在地影响导航系统和用于机械外科手术臂的准确定位的系统。外科手术过程中缺乏对所插入的植入物的三维位置的直接视觉的固有不确定性导致外科医生和患者都对椎骨融合手术的成功有所怀疑。在校正脊柱侧凸、脊柱后凸或其它脊柱畸形的外科手术过程中，在校正骨解剖结构的对准的过程中，可能在杆和螺钉上施加高水平的应力。脊椎上的此类应力可以导致椎弓根螺钉被拔出，从而与椎骨脱离。椎弓根螺钉的脱离使得附接的杆在校正其被设计用于修复的畸形或不稳定方面不太有效或者甚至无效。在获得随后的术后扫描之前，此类脱离可以不被外科医生注意到。因此，上述限制表明需要向外科医生提供更简单的术中外科手术部位配准方法，以便克服由于患者的运动或外科医生对脊柱的调整所产生的运动而在现有技术配准过程中可能产生的不准确性。此类方法应该能够优化外科手术结果，并且特别是提供植入物在骨结构内的确切位置的信息。本领域的现有技术实例已经尝试提高外科手术植入物的三维放置的准确性。例如，West等人在《基准点放置和基于点的刚体配准的准确性(Fiducialpointplacementandtheaccuracyofpoint-based,rigidbodyregistration)》中描述了基准点的使用，“神经外科期刊(Neurosurgery)”，2001年4月；48(4):810-6。Kostrzewski等人的名称为“用于脊柱和其它手术的机器人系统和方法(Roboticsystemandmethodforspinalandothersurgeries)”的美国专利9,308,050公开了用于螺钉放置的软件和机器人测量系统。其使用外部跟踪系统来执行配准过程。Barrick的美国专利5,772,594公开了“具有术中配准的荧光镜图像引导的矫形外科手术系统(Fluoroscopicimage-guidedorthopedicsurgerysystemwithintraoperativeregistration)”。该系统还使用包含LED和用于配准的销的外部基准标记。如所指出的，外部标记可以在该过程期间移位，从而导致患者的实际解剖结构与在其上准备术前外科手术计划的医学图像未对准。Scholl等人的公布为US2017/0367738的美国专利申请公开了“用于在外科手术期间计划、执行和评估脊柱校正的系统和方法(Systemsandmethodsforplanning,performing,andassessingspinalcorrectionduringsurgery)”，其描述了定制的杆弯曲软件程序。Pacheco的WO2005/081863公开了“用于改善脊柱外科手术中的椎弓根螺钉放置的方法(Methodforimprovingpediclescrewplacementinspinalsurgery)”，并且提供了椎骨解剖结构的定量测量以确定理想的椎弓根螺钉直径、长度和轨迹。因此，存在对用于利用术前图像和外科手术前计划来执行简单的术中配准的术中系统的需要，其克服了现有技术系统和方法的至少一些缺点，使得可以在手术中更准确地确定植入物的对准。在本节和在本说明书的其它小节中提及的出版物中的每一个的公开内容在此通过引用全部并入本文。
技术实现思路
本公开描述了新的示范性系统，所述示范性系统用于使简单低放射术中方法根据术前外科手术计划来配准外科手术植入物相对于其预期位置的当前位置，以帮助外科医生在与计算机辅助的术前外科手术计划比较时量化所插入的植入物的成功。本公开的方法涉及使用外科手术区的术前图像与外科手术区在正在执行手术时的术中图像的配准来进行骨调整或稳定的矫形外科手术，在所计划的外科手术过程中要使用的植入物的图像已被叠加到术前图像上。获取脊柱的手术区域的术前3D图像(诸如，CT或MRI扫描)，以允许对手术过程进行外科手术前计划。外科手术前计划使外科医生能够决定植入物内固定器(诸如，在脊柱稳定中的杆、椎骨椎间体和椎弓根螺钉、或者在各种其它矫形手术中的不同类型的硬体)的位置和位置。这些植入物在术中图像中的位置被叠加在术前图像上，并且外科医生使用方便可用的外科手术计划软件来绘制手术图。在这种情况下，该计划可以包括对脊柱的椎骨的调整，根据需要以稳定或校正异常的脊柱曲度或椎骨未对准。由于此类调整可能需要在手术中改变椎骨的位置、对准或旋转，所以椎弓根螺钉或其它植入物在外科手术过程的给定点的确切位置可能不会恰好对应于术前计划中的预定位置。此外，在校正曲度异常时对脊柱的此类调整可能对骨植入系统施加应力。由于这个原因，必须进行植入物定位的术中验证，以验证已根据外科手术计划插入了植入物，以及此外确保正确地插入了椎弓根螺钉和其它植入物。直接视觉观察很难进行此类确定，因此放射解决方案可用于对骨植入系统进行成像。在手术开始时，获得手术台上患者的初始的一对前后视图和侧视图荧光镜图像，以验证患者的骨解剖结构与术前图像对准。使用患者特定的骨标志或其它不透X线的解剖特征来完成将术中图像与术前计划进行比较的该步骤的配准。在最初放置椎弓根螺钉之后，执行第二次术中荧光透视过程，以帮助外科医生将如在当前术中图像上观察到的患者解剖结构与术前3D图像配准。第二术中荧光镜图像集合又可以是手术区的一对前后视图和侧视图。这些图像的配准是基于椎弓根螺钉或其它植入物相对于术前计划中它们的三维位置。计算机执行的算法或者对示出外科手术计划的交互式监视器的人工检查可以识别诸如椎弓根螺钉等不透X线的物体的空间位置，并且将所述位置与预先计划位置进行比较。当植入物被引入患者体内时，即使在患者或患者骨结构的位置可能已经从其在外科本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将受试者的外科手术部位的术中图像配准到术前生成的外科手术计划的方法，所述外科手术计划示出了植入物在所述外科手术部位的图像上的计划位置，所述方法包含：/n(a)获取至少所述外科手术计划所涉及的所述外科手术部位的三维术前图像集合；/n(b)获取所述外科手术部位的第一至少一个术中图像；/n(c)将所述第一至少一个术中图像与示出了植入物的所述计划位置的所述术前图像集合配准，使得植入物的所述计划位置虚拟地施加在所述第一至少一个术中图像上；/n(d)获取示出了先前插入植入物的位置的第二至少一个术中图像；/n(e)使用所述先前插入植入物作为基准标记将来自步骤(d)的示出了所述先前插入植入物的所述第二至少一个术中图像与来自步骤(c)的所述第一术中图像配准；/n(f)使用来自步骤(e)的所述配准根据所述术前计划验证所述先前插入植入物在其它术中图像中的所述位置；以及/n(g)重复步骤(d)至(f)中的至少一些，直到实现所述外科手术前计划。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171122 US 62/589,5721.一种用于将受试者的外科手术部位的术中图像配准到术前生成的外科手术计划的方法，所述外科手术计划示出了植入物在所述外科手术部位的图像上的计划位置，所述方法包含：
(a)获取至少所述外科手术计划所涉及的所述外科手术部位的三维术前图像集合；
(b)获取所述外科手术部位的第一至少一个术中图像；
(c)将所述第一至少一个术中图像与示出了植入物的所述计划位置的所述术前图像集合配准，使得植入物的所述计划位置虚拟地施加在所述第一至少一个术中图像上；
(d)获取示出了先前插入植入物的位置的第二至少一个术中图像；
(e)使用所述先前插入植入物作为基准标记将来自步骤(d)的示出了所述先前插入植入物的所述第二至少一个术中图像与来自步骤(c)的所述第一术中图像配准；
(f)使用来自步骤(e)的所述配准根据所述术前计划验证所述先前插入植入物在其它术中图像中的所述位置；以及
(g)重复步骤(d)至(f)中的至少一些，直到实现所述外科手术前计划。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述外科手术部位是脊柱的区域，并且用于基准标记的所述植入物是椎...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·朱尼奥，E·策哈维，
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