[发明专利]外部固定装置的放射线图像和三维模型的配准方法和系统

说明书

公开了一种方法，包括以数字方式确定位于数字二维放射线空间上方的投影三维空间中的已知对象集合的实际位置和姿势。该方法包括以数字方式输入第一数字放射线图像，该第一数字放射线图像描绘了位于二维放射线空间上方的投影三维空间中的已知对象集合。该方法还包括利用第一数字放射线图像中对二维放射线空间中的已知对象集合的描绘来确定位于二维放射线空间上方的投影三维空间中的已知对象集合的实际位置和姿势。

交叉引用

本申请完善并要求于2018年7月24日递交的名称为“使用多个非正交射线照片的畸形分析”、申请号为62/702,378的美国临时申请的权益，其全部内容通过引用被明确并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及用于畸形和/或矫形分析和/或矫正的固定装置(例如，外部固定装置)的二维图像(例如，放射线图像)和三维模型的配准系统和方法。该系统和方法确定感兴趣解剖结构(例如，两个或多个骨段)和固定到感兴趣解剖结构的已知固定装置(例如，诸如六脚架的外部固定装置)的图像相对于该固定装置的相对位置和方向/姿势。在一些实施例中，该系统和方法确定图像的焦点并考虑图像中的透视失真，并创建坐标变换矩阵。

本发明的方法和系统能够生成骨段和固定装置(例如，外部固定装置)的三维计算机模型，用于规划骨段经由固定装置移动到期望位置。例如，通过对模型的操作，无论固定装置的初始配置如何，都可以快速且准确地确定骨段的期望位置和方向/姿势以及固定装置的调节以实现这种期望放置。然后，可以在相应的固定装置和骨段上实施创建骨段的期望位置和方向/姿势所需的操作，以实现期望位置和方向/姿势。然而，除了外部固定装置之外的其他装置也可以与该系统和方法一起使用。

背景技术

矫形畸形的矫正通常至少需要一对X射线照片。典型地，患者的这些射线照片试图沿着前到后(AP)方向以及内到外(ML)方向的常规线拍摄，或者沿着其他正交或已知的有利位置(或有利位置之间的已知差异)拍摄。根据惯例，AP和ML射线照片在患者空间(患者空间被定义为具有从右到左对齐的X轴，从前到后对齐的Y轴，以及从下到上对齐的Z轴)中拍摄或假设为彼此正交。在该对射线照片内进行测量，并对畸形轴和点进行标注。然后，将该对射线照片中的这些测量值和标注进行比较或以其他方式用于重建畸形的三维表示，以便可以通过某种方式来操纵该畸形以矫正状况。

然而，该对射线照片的有利位置的不准确性及它们彼此之间的空间关系导致图像中包含的患者和与其连接的对象的不准确表示(即，图像中显示的伪影)。射线照片和其他患者成像技术不能产生包含在这些图像内的伪影的完美图像。图像中显示的伪影和被成像的实际对象之间的关系是一种透视关系，使得靠近图像的那些对象比远离图像的那些对象具有更小的放大率。此外，由于患者相对于成像器焦点的布置是手动操作，因此图像的有利位置没有与常规的线/有利位置完全对齐(因此一对图像并非真正正交)。由于没有考虑图像的这些方面/不准确性，图像中包含的患者和/或与其连接的对象的3D重建不是其真实表示。

因此，需要考虑到患者的一部分和与其联接的对象的图像的不确定性/不准确性并构建其真正的3D模型的系统和方法。此外，还需要基于每幅图像确定患者的一部分和与其连接的对象的图像相对于该对象的位置和姿势/方向的系统和方法。

虽然已经讨论了常规技术的某些方面以便于本发明的披露，但是申请人决不否认这些技术方面，并且可以预期所要求保护的发明可以包括一个或多个常规技术方面。

在本说明书中，当参考或讨论已知的文献、法案或项目时，该参考或讨论并非承认所述已知的文献、法案或项目或其任何组合是处于优先权日期的、可公开获得的、公众已知的、为常识的一部分，或者根据适用的法律规定构成现有技术；或者已知与解决本说明书涉及的任何问题的尝试有关。

发明内容

本发明可以解决上述技术的一个或多个问题和不足。但是，可以预期的是，本发明可以证明在解决许多技术领域中的其他问题和不足方面是有用的。因此，要求保护的发明不一定被解释为局限于解决本文所讨论的任何特定问题或不足。