[发明专利]用于异常骨的手术矫正的设计系统和方法

说明书

讨论了用于使用通用正常骨模型来生成用于改变异常骨的手术计划的系统和方法。例如，一种用于设计对异常骨的手术的系统可以包括：被配置为接收通用正常骨模型(440)的模型接收器模块(110)。所述通用正常骨模型(440)可以包括：表示具有与所述异常骨可比的解剖起端的正常骨的数据集。输入接口(120)可以接收异常骨表示(430)，所述异常骨表示(430)包括表示所述异常骨的数据集。手术设计模块可以包括：被配置为通过创建配准的通用模型来将通用正常骨模型与异常骨表示进行配准的配准模块(131)。手术设计形成模块(132)可以被配置为：通过使用所述配准的同意模型来识别所述异常骨(430)的一个或更多个异常区域(452)。

相关申请

本申请要求于2013年3月13日递交的序列号为No.61/779,805的美国临时专利申请的优先权，在此通过参考将其全文并入本文。

技术领域

本文档一般涉及计算机辅助的整形外科手术，更具体地涉及使用通用正常骨模型生成用于改变异常骨的手术计划的系统和方法。

背景技术

使用计算机、机器人和成像来辅助整形外科手术是本领域中公知的。已经存在对用于指导手术过程的计算机辅助的导航和机器人系统的大量研究和开发。例如，精确徒手雕刻家(PFS)采用机器人手术系统以在将假体(prosthesis)精确地切割为想要的形状方面对手术进行辅助。在例如全髋关节替换的干预中，计算机辅助的手术技术已经被用于提高手术的精度、可靠性。已经发现通过图像引导的整形外科手术有助于预设计和引导骨折的错位骨碎片的正确解剖位置，允许通过骨结合技术实现良好固定。

股骨髋臼撞击(FAI)是一种以在股骨近端与髋臼缘之间异常接触为特征的情况。具体地，当股骨头或股骨颈异常摩擦或不具有髋臼窝中的完全运动范围时，会发生撞击。人们越来越怀疑FAI是髋关节炎的主要成因之一。凸轮撞击(CI)和钳夹撞击是FAI的两种主要类别。CI是由形态异常的股骨头和股骨颈与形态正常的髋臼之间的病态接触所导致的。股骨颈畸形，使得髋关节的运动范围受限，并且颈上的畸形导致股骨、髋臼缘彼此撞击。这会导致撞击组织的刺激并被怀疑是髋关节炎发展的主要机制之一。钳夹撞击是在异常髋臼缘与典型正常股骨头颈结之间的接触的结果。该病态接触是前髋臼杯的异常过渡生长的结果。这导致了股骨颈与髋臼之间的减小的关节间隙和反复接触，导致前上髋臼唇的退化。

发明内容

已经开发了关节镜或开放手术干预以治疗FAI。手术干预的目的是通过增加在弯曲或其他一些运动中的髋关节间隙来缓解撞击，以及解决相关联的髋臼唇和软骨病变。CI的手术疗法例如包括从股骨颈移除多余骨，以重新创建股骨头的解剖球型，并减少紧靠前髋臼唇和髋臼的股骨颈的突出。通过使用例如高速钻或关节镜刨刀之类的手术工具的手术可以移除股骨近端上的多余骨。

为了设计对目标病态骨的手术修复，需要识别并明确骨的畸变(例如CI中的突出的股骨头-颈区域)。可以基于来自磁共振(MR)关节造影或计算机断层摄影(CT)扫描的输出，识别畸形。在许多情况下，需要外科医生智慧地将畸形区域映射到做手术的骨上。在更先进的过程中能够使用计算机辅助工具，以通过查看模拟的髋关节运动和所得的撞击区域或者通过将理想化的轴对称表面匹配到股骨颈，来明确骨移除量。然而，这些方法可能难于操作，并且可能因为缺乏稳定性和确定性而出现问题。例如，撞击区域可能具有降低的可视性和可访问性，尤其是在微创手术和关节镜技术期间。识别冲击区域可能会存在问题，原因在于例如髋关节的弯曲和周围软组织的干扰。在不移除过多的骨的情况下，确定正确的应当移除的骨的量并使其可见在实践中可能是困难的。因此，本发明人已经意识到了对于以下方法和系统仍然存在相当大的需求：所述方法和系统能够有效且可靠地识别病态骨的异常、确定要移除的骨的形状和体积、并相应地生成手术设计，该手术设计能够在机器人手术切割仪器内使用以执行设计的过程。

本文描述的各种实施例能够帮助提高疗效和骨整形术计划中的可靠性。