用于脊椎植入物优化的力预测制造技术

一种用于使用术前有限元分析与术中应力分析的组合来优化骨科脊椎植入物存活率的方法。根据临床相关数据、有限元分析和脊椎参数的校正值，针对选自潜在的植入物集合的适当植入物确定可接受的长期应力评分，使得所述植入物的形状最大程度地减少预测的应力值。从术前医学图像集合中，确定选定的脊椎对准参数的值；对潜在的植入物进行有限元分析，以确定应力值；并将选定的植入物数字化定位在所述医学图像集合中，以创建虚拟的骨骼/植入物构型。在所述选定的植入物被插入并弯曲成形后，在手术中测量实际应力值。重复弯曲和测量应力值的过程，直至所述骨骼/植入物构型落入所述可接受的长期应力评分范围内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于脊椎植入物优化的力预测
本公开的实施例涉及脊椎内固定的领域，尤其是用于预测和优化长期植入物存活率和手术结果的脊椎内固定。
技术介绍
由轴向骨骼的不稳定性引起的下背部疼痛会导致衰弱，并且每年需要进行大量的手术来稳定腰椎。需要手术稳定的脊椎相关性衰弱的其它原因包含脊椎后凸、脊椎侧弯和其它异常的脊椎弯曲。固定相邻椎骨的一些外科手术使用椎间杆来稳定和拉直脊柱。由于在脊柱和植入物杆上均产生强大的力，许多这种脊椎内固定手术无法完成内固定的骨骼的融合，或者植入物甚至失效，从而导致疼痛、残疾以及需要翻修治疗。这种失效需要额外的外科手术，所述额外的外科手术几乎总是比第一次手术更为复杂和困难，以试图减轻残疾并纠正缺乏成功的情况。此外，由于骨骼-植入物系统上的应力，随着时间推移可能会出现许多继发性脊椎相关性病理。其中一些继发性病理包含邻近手术融合的椎骨或椎间盘处的相邻水平变性；邻近手术融合的相邻节段疾病，其需要翻修手术；近端结节性驼背；近端连接失效；以及脊椎后凸畸形综合征，即后凸矢状畸形，其需要进行翻修手术以重新对准脊椎。这些病理可能在手术后数月、数年甚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定用于受试者的脊椎对准矫正手术的最佳长期骨科植入物构型的方法，所述方法包括：/n(a)根据术前医学图像的集合，确定选定的脊椎对准参数的初始值和期望的校正值集合；/n(b)选择至少一个潜在的植入物来校正所述选定的脊椎对准参数；/n(c)在术前医学图像的所述集合中，对所述至少一个潜在的植入物进行数字化定位，以校正所述选定的脊椎对准参数，从而创建至少一种潜在的骨骼-植入物组合的至少一种虚拟构型；/n(d)基于(i)所述受试者的临床相关数据和(ii)来自医学数据库的类似特征的病例，针对所述至少一种虚拟构型确定可接受的长期应力评分范围；/n(e)对于所述至少一种虚拟构型，(i)对所述至少一个潜...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181015 US 62/745,4891.一种确定用于受试者的脊椎对准矫正手术的最佳长期骨科植入物构型的方法，所述方法包括：
(a)根据术前医学图像的集合，确定选定的脊椎对准参数的初始值和期望的校正值集合；
(b)选择至少一个潜在的植入物来校正所述选定的脊椎对准参数；
(c)在术前医学图像的所述集合中，对所述至少一个潜在的植入物进行数字化定位，以校正所述选定的脊椎对准参数，从而创建至少一种潜在的骨骼-植入物组合的至少一种虚拟构型；
(d)基于(i)所述受试者的临床相关数据和(ii)来自医学数据库的类似特征的病例，针对所述至少一种虚拟构型确定可接受的长期应力评分范围；
(e)对于所述至少一种虚拟构型，(i)对所述至少一个潜在的植入物执行有限元分析，以确定沿所述至少一个潜在的植入物的范围的应力评分；并(ii)计算所述选定的脊椎对准参数的预期的校正值；
(f)从所述至少一个潜在的植入物中选择一个植入物，其使所述长期应力评分最小化；
(g)在手术中，将选定的植入物插入所述受试者的脊椎中，插入的植入物适于具有至少一种应力检测模式；
(h)使用所述至少一种应力检测模式，在手术中测量沿所述插入的植入物的长度的每个点处的应力评分；以及
(i)修改所述插入的植入物并重复步骤(g)到(h)，直至实现落入所述可接受的长期应力评分范围内的植入物构型。


2.根据权利要求1所述的方法，其中如果没有实现落入所述可接受的长期应力评分范围内的植入物构型，则对来自所述至少一个潜在的植入物的第二个植入物重复步骤(f)到(i)，直至实现落入所述可接受的长期应力评分范围内的植入物构型。


3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中落入所述可接受的长期应力评分范围内的所述植入物构型具有校正后的脊椎对准参数、最小应力评分和最大长期存活率的组合，从而提供最佳的长期骨科植入物构型。


4.根据权利要求1所述的方法，其中修改所述插入的植入物包括修改所述插入的植入物的形状、曲率或取向中的至少一个。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述插入的植入物包括光弹性涂层，并且在手术中测量应力评分使用对所述光弹性涂层的光弹性分析来原位获得所述植入物的应力场图。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过光纤布拉格光栅类型的传感器来完成力测量。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过来自手术机器人的触觉力反馈来完成力测量。


8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中使用连接至螺钉鞍座或融合杆的传感器来进行应力分析。


9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述植入物包括椎弓根螺钉、椎间体和杆中的任一个。


10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中预选植入物的形状、大小、组成、取向和位置中的至少一个可以由不同的植入物代替。


11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中潜在的植入物构型包括每个植入物的所述形状、大小、长度、直径、组成、位置和取向中的至少一个。


12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述术前医学图像是至少一个二维或三维CT、MRI、X射线和动态运动捕获图像。


13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中脊椎对准参数包括矢状/冠状Cobb、TK、LL、SVA、SS、PI、PT、AVT-T、AVT-L、CD、RAD、骨盆偏斜中的至少一些。


14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述长期可接受的应力评分是针对每个患者计算的。


15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述植入物包括至少一个椎间杆和至少两个椎弓根螺钉。


16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中性质包括形状、直径、长度和材料组成中的至少一个。


17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中与其它潜在的骨骼/植入物组合相比，选择选定的骨骼/植入物组合以更好地校正所述脊椎对准参数。


18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述临床相关信息包括以下至少一项：(i)既往病史、(ii)年龄、(iii)BMI、(iv)性别、(v)合并症、(vi)种族和(vii)当前临床状态。


19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个植入物的选择基于以下至少一项：所述选定的脊椎对准参数的所述期望的校正值、所述受试者的临床数据、医学数据库和用于校正所述脊椎对准参数的术前计划。


20.根据权利要求19所述的方法，其进一步使用以下至少一项：大数据分析、统计分析以及根据所述长期应力评分针对个体受试者的应力评分反馈进行建模。


21.根据权利要求20所述的方法，其中所述建模是基于从正经历骨骼-植入物系统手术的受试者收集的信息的数据库。


22.根据权利要求15所述的方法，其使用术前计划使用所述有限元分析来分析返回进行骨骼-植入物系统翻修手术的受试者的所述骨骼-植入物系统的存活率。


23.一种外科手术系统，其用于确定用...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·施泰因贝格，M·肖汉姆，
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