用于分析髋臼杯位置的系统和方法与流程

1.本发明总体上涉及髋臼杯植入。更具体地，本发明涉及用于确定和传达进行髋关节置换手术的患者的髋关节脱位风险的系统和方法。2.现有技术的简要描述髋关节置换手术需要将髋臼杯植入骨盆的髋臼中。髋臼杯容纳人工髋关节中股骨植入物的股骨头。传统上，执行髋关节置换手术的外科医生在外科手术期间，基于前倾度(anteversion)和外展度(inclination)的可接受值的标准范围(称为lewinnek“安全区”)来定位髋臼杯部件。此安全区为臼杯外展度为40°±10°，且臼杯前倾度为15°±10℃。传统上，放置在lewinnek安全区内的髋臼杯被认为相对安全，不会发生术后脱位。多年来，许多外科医生已确定，更理想的定位包括髋臼杯以大约43度的外展角和大约23度的前倾角插入。然而，存在许多术后脱位的示例，其中髋臼部件定位在lewinnek安全区内。该术后数据识别出目标lewinnek安全区内的脱位，这使得认识到髋关节植入物的稳定性是多因素的，并且需要更多的数据来提供更完整的脱位风险分析。据了解，影响稳定性的因素之一是意识到患者的有效髋臼前倾度和外展度会随着坐姿、站立和仰卧等各种位置的移动而发生变化。这是由于患者的骨盆位置的变化，称为“骨盆倾斜度”，当患者改变他/她的位置时会发生这种情况。骨盆倾斜度的变化直接影响功能性前倾度和外展度，这意味着在单个位置进行髋臼分析呈现不完整的数据图片并可能导致严重的脱位风险，因为它并未考虑到在不同位置出现的骨盆倾斜度引起的潜在变化。值得注意的是，对用于指导髋臼部件放置的术中外展度和前倾度数据的分析通常是在患者处于仰卧位时执行的，仰卧位恰恰是脱位风险最低的位置。如果了解患者处于坐姿位或站立位时臼杯位置如何变化，外科医生将受益匪浅，这两种功能性位置实际上会带来更高的脱位风险。这将需要一个系统来整合有关骨盆倾斜度在这些功能性位置如何变化的信息，这将允许计算前倾度和外展度如何相应地变化。提供有关髋臼位置如何因骨盆倾斜度在不同功能性位置的变化而变化的数据，将为外科医生提供一组更完整的数据，供他们评估在脱位风险时使用。因此，需要一种通过术前分析当患者处于多个解剖位置时患者的骨盆来更好地识别、分析和传达髋关节脱位的风险的系统和方法。然而，考虑到在做出本发明时作为整体考虑的技术，如何克服现有技术的不足对于本发明领域的普通技术人员来说并非显而易见的。所有参考出版物均全文以引用方式并入本文中。此外，如果以引用方式并入本文的参考文献中术语的定义或使用与本文提供的术语的定义不一致或相反，则本文提供的该术语的定义适用，而参考文献中的该术语定义不适用。虽然已讨论常规技术的某些方面以促进本发明的公开，但申请人绝不否认这些技术方面，并且可以设想的是，所要求保护的发明可涵盖本文讨论的常规技术方面中的一个或多个常规技术方面。本发明可以解决上述现有技术的问题和缺陷中的一个或多个问题和缺陷。然而，可以设想的是，本发明可证明在解决许多中的其他问题和缺陷方面是有用的。因此，所要求保护的发明不必被解释为限于解决本文讨论的任何特定问题或缺陷。在本说明书中，如果引用或讨论了文件、行为或知识项，则该引用或讨论并不承认该文件、行为、知识项或其任何组合在优先权日期时是公开可用的、为公众所知的、公共常识的一部分，或其他方式构成适用法律规定下的现有技术；或已知与解决本说明书所涉及的任何问题的尝试有关。

背景技术：

技术实现思路

1、一项新的、有用的、非显而易见的发明现在满足了对一种系统和方法的长期但迄今尚未实现的需求，该系统和方法通过在处于多个解剖位置时对患者的骨盆的术前分析来更好地识别、分析和传达髋关节脱位的风险。

2、在一些实施方案中，本发明包括一种用于术前确定髋关节植入物的髋臼杯部件在若干解剖位置中的外展度和前倾度以确定在该若干解剖位置中的髋关节脱位风险的方法。在一些实施方案中，本发明包括一种具有用于执行该方法的一个或多个计算机的计算机系统。

3、该方法包括获取患者的骨盆区域的多个术前图像。在一些实施方案中，该多个术前图像包括：该患者的骨盆区域在第一解剖位置中的前后位图像；该患者的骨盆区域在该第一解剖位置中的侧位图像；当该患者处于该第二解剖位置时该患者的骨盆区域的前后位图像；和当该患者处于第三解剖位置时该患者的骨盆区域的图像。在一些实施方案中，当该患者处于该第三解剖位置时该患者的骨盆区域的该图像为侧位图像。另选地，在一些实施方案中，当该患者处于该第三解剖位置时该患者的骨盆区域的该图像为ap图像。

4、在一些实施方案中，该第一解剖位置、该第二解剖位置和该第三解剖位置彼此不同并且各自为坐姿位、站立位或仰卧位。在一些实施方案中，该第一解剖位置为该站立位，该第二解剖位置为该仰卧位，并且该第三解剖位置为该坐姿位。

5、本发明还包括：根据该患者的骨盆区域在该第一解剖位置中的该前后位图像确定骶骨股骨耻骨角；根据该患者的骨盆区域在该第一解剖位置中的该侧位图像确定脊柱骨盆倾斜角；以及通过将来自该患者的骨盆区域在该第一解剖位置中的该前后位图像的该骶骨股骨耻骨角与来自该患者的骨盆区域在该第一解剖位置中的该前后位图像的该脊柱骨盆倾斜角相加来确定患者特定的骶骨股骨耻骨常数。当该患者处于相同解剖位置时，确定该患者特定的骶骨股骨耻骨常数可提供前后位图像与侧位图像之间的一致关系。因此，本发明可使用ap图像或侧位图像来精确确定该患者在任何解剖位置中的骨盆倾斜度。

6、本发明还包括根据该患者的骨盆区域在该第二解剖位置中的该前后位图像确定骶骨股骨耻骨角。另外，本发明通过从该患者特定的骶骨股骨耻骨常数中减去来自该患者的骨盆区域在该第二解剖位置中的该前后位图像的骶骨股骨耻骨角来确定该患者的骨盆在该第二解剖位置中的脊柱骨盆倾斜角。最后，本发明根据该患者的骨盆区域在该第三解剖位置时的该图像确定骨盆倾斜角。一旦每个解剖位置的骨盆倾斜度数据已知，该坐姿位、该站立位和该仰卧位的所计算的骨盆倾斜角允许外科医生确定该髋关节植入物的该髋臼杯部件的该外展度和该前倾度在该坐姿位、该站立位和该仰卧位中的每一个中将如何变化。

7、在一些实施方案中，该多个术前图像包括当该患者处于坐姿位时该患者的骨盆区域的侧位图像、当该患者处于站立位时该患者的骨盆区域的侧位图像、当该患者处于站立位时该患者的骨盆区域的前后位图像以及该患者在仰卧位的前后位图像。

8、然后，本发明直接地或通过骶骨斜率间接地确定坐姿脊柱骨盆倾斜角。此外，当该患者处于该站立位置时，本发明根据该患者的骨盆区域的术前侧位图像和前后位图像确定患者特定的骶骨股骨耻骨常数。

9、确定该骶骨股骨耻骨常数包括：直接地或通过该骶骨斜率间接地根据该侧位图像确定站立脊柱骨盆倾斜角；根据该前后位图像确定站立骶骨股骨耻骨角；以及通过将该站立骶骨股骨耻骨角与该站立脊柱骨盆倾斜角相加来计算该骶骨股骨耻骨常数。然后，本发明根据该患者在该仰卧位的前后位视角的术前图像，通过从该骶股骨耻骨常数中减去仰卧位骶股骨耻骨角来确定该患者的仰卧位骨盆倾斜角。

10、在一些实施方案中，直接确定任何侧位图像的脊柱骨盆倾斜角包括：识别椎骨解剖标志；识别股骨头的中心点；建立与该股骨头的该中心点垂直对准的竖直轴线；以及计算该脊柱骨盆倾斜角，该脊柱骨盆倾斜角对应于该竖直轴线与从该股骨头的该中心点延伸到该椎骨解剖标志的线之间的角度。在一些实施方案中，该椎骨解剖标志是线上对应于患者的骶骨端板的中点。

11、在一些实施方案中，针对任何侧位图像直接确定该脊柱骨盆倾斜角包括在该侧位图像上数字地配准该椎骨解剖标志、在该侧位图像上数字地配准该股骨头的该中心点以及在该侧位图像上数字地配准该竖直轴线。

12、在一些实施方案中，通过该骶骨斜率针对任何侧位图像间接确定该脊柱骨盆倾斜角包括：识别椎骨解剖标志；形成与该线上对应于该患者的骶骨端板的上侧点水平地对准的水平轴线；确定骶骨斜角，该骶骨斜角对应于该水平轴线与该椎骨解剖标志之间的角度；以及通过从该患者的骨盆入射角中减去该骶骨斜角来计算该脊柱骨盆倾斜角。在一些实施方案中，该椎骨解剖标志是对应于该患者的骶骨端板的线。

13、在一些实施方案中，通过该骶骨斜率针对任何侧位图像间接确定该脊柱骨盆倾斜角包括在该侧位图像上数字地配准椎骨解剖标志以及在该侧位图像上数字地配准水平轴线。

14、在一些实施方案中，根据任何前后位图像确定骶骨股骨耻骨角包括：识别椎骨解剖标志；识别股骨头的中心点；识别耻骨联合上的上侧点的位置；形成从该股骨头的该中心点延伸到该耻骨联合上的该上侧点的该位置的股骨耻骨线；以及计算该骶骨股骨耻骨角，该骶骨股骨耻骨角对应于该股骨耻骨线与从该股骨头的该中心点延伸到该椎骨解剖标志的线之间的角度。

15、在一些实施方案中，根据任何前后位图像确定骶骨股骨耻骨角包括：在该前后位图像上数字地配准椎骨解剖标志；在该前后位图像上数字地配准该股骨头的该中心点；在该前后位图像上数字地配准耻骨联合上的上侧点的位置；以及在该前后位图像上数字地配准从该股骨头的该中心点延伸到该耻骨联合上的该上侧点的该位置的股骨耻骨线。

16、一旦确定了每个解剖位置的骨盆倾斜值，本发明计算该髋臼杯部件的针对该坐姿位的坐姿前倾度、该髋臼杯部件的针对该站立位的站立前倾度、该髋臼杯部件的针对该坐姿位的坐姿外展度和该髋臼杯部件的针对该站立位的站立外展度。

17、基于下式计算该髋臼杯部件的针对该坐姿位的该坐姿前倾度：

18、前倾度坐姿＝前倾度仰卧+(spt仰卧-spt坐姿)*antco

19、前倾度仰卧为该预定仰卧前倾度值，spt仰卧为该仰卧骨盆倾斜角，spt坐姿为该坐姿骨盆倾斜角，并且antco为前倾度度系数。

20、基于下式计算该髋臼杯部件的针对该站立位的该站立前倾度：

21、前倾度站立＝前倾度仰卧+(spt仰卧-spt站立)*antco

22、前倾度仰卧为该预定仰卧前倾度值，spt仰卧为该仰卧骨盆倾斜角，spt站立为该站立骨盆倾斜角，并且antco为该前倾度度系数。

23、基于下式计算该髋臼杯部件的针对该坐姿位的该坐姿外展度：

24、外展度坐姿＝外展度仰卧+(spt仰卧-spt坐姿)*incco

25、外展度仰卧为预定仰卧外展度值，spt仰卧为该仰卧骨盆倾斜角，spt站立为该站立骨盆倾斜角，并且incco为外展度系数。

26、基于下式计算该髋臼杯部件的针对该站立位的该站立外展度：

27、外展度站立＝外展度仰卧+(spt仰卧-spt站立)*incco

28、外展度仰卧为该预定仰卧外展度值，spt仰卧为该仰卧骨盆倾斜角，spt站立为该站立骨盆倾斜角，并且incco为该外展度系数。

29、在一些实施方案中，本发明向用户显示该髋臼杯部件的所计算的站立外展度、该髋臼杯部件的所计算的站立前倾度、该髋臼杯部件的所计算的坐姿外展度和该髋臼杯部件的所计算的坐姿前倾度。一些实施方案还包括定性地传达该髋臼杯部件的所计算的站立外展度、该髋臼杯部件的所计算的站立前倾度、该髋臼杯部件的所计算的坐姿外展度和该髋臼杯部件的所计算的坐姿前倾度各自是处于髋关节脱位的低风险区、中等风险区还是高风险区。

30、在一些实施方案中，该前倾度度系数在0.7和0.8之间。在一些实施方案中，该外展度系数在0.2和0.4之间。

31、在一些实施方案中，该预定仰卧外展度值初始设定为40。在一些实施方案中，该预定仰卧外展度值可由用户调整。在一些实施方案中，该预定仰卧前倾度值初始设定为20。在一些实施方案中，该预定仰卧前倾度值可由用户调整。

32、一些实施方案还包括检索描绘患者体内的植入的髋臼杯部件的术中图像；确定该植入的髋臼杯部件的术中外展度和术中前倾度；以及计算该髋臼杯部件的术中站立外展度、该髋臼杯部件的术中站立前倾度、该髋臼杯部件的术中坐姿外展度和该髋臼杯部件的术中坐姿前倾度。所描绘的植入的髋臼杯部件可以是要永久植入的最终髋臼杯部件，或者它可以是设计成模仿最终髋臼杯部件的引导件。

33、随着本公开的进行，本发明的这些和其他重要目的、优点和特征将变得清楚。

34、因此，本发明包括将在下文阐述的公开内容中举例说明的结构特征、元件组合和部件布置，并且本发明的范围将在权利要求中指明。