用于无线超声跟踪和通信的超宽带定位的制作方法

背景技术：

技术实现思路

1、本公开致力于动态矫形植入物、创建动态矫形植入物的方法、制造动态矫形植入物并且安装动态植入物作为外科手术规程的一部分的方法，以及用于跟踪外科手术器械、植入物、患者解剖结构和外科医生作为执行外科手术计划的一部分的跟踪装置，所述外科手术计划可以包括作为外科手术导航的一部分在患者、外科手术工具和植入物的真实世界图像之上显示增强现实场景。

2、本发明的第一方面是提供一种设计矫形植入物的方法，所述方法包括：(a)使用实际的解剖学形状考虑事项和运动学形状考虑事项来迭代地评估动态矫形植入物的可能的形状；以及(b)从所述可能的形状中的一种选择动态矫形植入物形状，其中所选择的所述动态矫形植入物形状满足预先确定的运动学和解剖学约束。

3、在第一方面的更详细的实施例中，矫形植入物包括胫骨植入物和股骨植入物中的至少一种。在又一个更详细的实施例中，方法还包括在迭代地评估动态矫形植入物的可能的形状之前收集动态成像数据。在另一个详细的实施例中，动态成像数据是荧光透视数据。在再一个更详细的实施例中，动态成像数据经受图像校正过程以减少失真。在更详细的实施例中，动态成像数据经受特征提取过程以确立骨骼的边。在更详细的实施例中，动态成像数据经受初始化过程以估计骨骼的姿态。在另一更详细的实施例中，动态成像数据经受顺序形状和姿态估计过程以生成骨骼的三维虚拟模型。在又一个更详细的实施例中，顺序形状和姿态估计过程利用来自统计形状模型创建过程的输入。在再一个更详细的实施例中，动态成像数据被分段和分类作为形状和姿态估计过程的一部分。

4、在第一方面的又一个更详细的实施例中，动态成像数据被利用来生成跨越运动范围相对于彼此改变位置的多个骨骼模型。在又一个更详细的实施例中，方法还包括使用动态成像数据来构建虚拟解剖学模型。在另一个详细的实施例中，虚拟解剖学模型包括含有至少两个骨骼的解剖学关节。在再一个更详细的实施例中，解剖学关节包括肩部关节、膝盖关节、髋部关节和踝关节中的至少一种。在更详细的实施例中，解剖学模型包括软组织。在更详细的实施例中，软组织包括韧带。在另一更详细的实施例中，预先确定的运动学约束是通过预测正常运动学导出的。在又一个更详细的实施例中，正常运动学是从运动学数据库中提取的。在再一个更详细的实施例中，方法还包括为矫形植入物确立植入物几何形状约束。

5、在第一方面的更详细的实施例中，方法还包括为矫形植入物确立制造约束。在又一个更详细的实施例中，方法还包括确立外科手术计划以实现矫形植入物的植入。在另一个详细的实施例中，外科手术计划包括用于外科手术导航系统在进行预先确定的骨骼切割时指导的指令。在再一个详细的实施例中，指令包括指示预先确定的骨骼切割相对于患者骨骼的定向的定向信息。在更详细的实施例中，指令包括指示预先确定的骨骼切割相对于患者骨骼的位置的位置信息。在更详细的实施例中，指令包括将位置跟踪器附着到患者骨骼。在另一更详细的实施例中，指令包括将位置跟踪器附着到患者。在又一个更详细的实施例中，外科手术计划包括用于外科手术导航系统在进行一系列预先确定的骨骼切割时指导的指令。

6、本发明的第二方面是提供一种患者特定矫形植入物，所述患者特定矫形植入物包括针对患者的解剖学形状而优化的承载表面，所述承载表面在制作之前已被虚拟地生成并在运动学上评估。

7、在第二方面的更详细的实施例中，矫形植入物包括胫骨植入物和股骨植入物中的至少一种。在又一个更详细的实施例中，患者的解剖学形状使用响应于患者的移动而生成的动态成像数据来收集。在再一个详细的实施例中，动态成像数据是荧光透视数据。在再一个详细的实施例中，动态成像数据经受图像校正过程以减少失真。在更详细的实施例中，动态成像数据经受特征提取过程以确立骨骼的边。在更详细的实施例中，动态成像数据经受初始化过程以估计骨骼的姿态。在另一更详细的实施例中，动态成像数据经受顺序形状和姿态估计过程以生成骨骼的三维虚拟模型。在又一个更详细的实施例中，顺序形状和姿态估计过程利用来自统计形状模型创建过程的输入。在再一个更详细的实施例中，动态成像数据被分段和分类作为形状和姿态估计过程的一部分。

8、在第二方面的又一个更详细的实施例中，动态成像数据被利用来生成跨越运动范围相对于彼此改变位置的多个骨骼模型。在又一个更详细的实施例中，植入物还包括使用动态成像数据来构建虚拟解剖学模型。在另一个详细的实施例中，虚拟解剖学模型包括含有至少两个骨骼的解剖学关节。在再一个详细的实施例中，解剖学关节包括肩部关节、膝盖关节、髋部关节和踝关节中的至少一种。在更详细的实施例中，解剖学模型包括软组织。在更详细的实施例中，软组织包括韧带。

9、本发明的第三方面是提供一种外科手术导航系统，所述外科手术导航系统包括：(a)第一超宽带和惯性测量单元；(b)第二超宽带和惯性测量单位；(c)处理器，所述处理器通信地耦合到第一及第二超宽带和惯性测量单元；以及(d)图形显示器，所述图形显示器通信地耦合到处理器，图形显示器被配置成显示能够随着图形显示器相对于第一及第二超宽带和惯性测量单元中的至少一个被重新定位而在位置和定向中的至少一个方面改变的增强现实图像。

10、在第三方面的更详细的实施例中，第二超宽带和惯性测量单元、处理器和图形显示器被集成为用户可穿戴头盔的一部分。在又一个更详细的实施例中，头盔包括图形显示器将增强现实图像投影在上面的护目镜。在另一个详细的实施例中，系统还包括相机。在再一个详细的实施例中，增强现实图像由投影仪生成。在更详细的实施例中，投影仪包括激光投影仪。

11、本发明的第四方面是提供一种计划外科手术规程的方法，所述方法包括：(a)生成允许动态矫形植入物的生成实现的指令，其中动态矫形植入物是作为使用实际的解剖学形状考虑事项和运动学形状考虑事项来迭代地评估可能的表面承载形状的结果而生成的；(b)生成用于生成有形引导件和虚拟引导件中的至少一个的指令，其中指令是患者特定的；以及(c)生成促进动态矫形植入物的植入的导航指令，其中导航指令包括使用组合超宽带和惯性测量单元来同时跟踪患者和外科手术工具的至少一部分。

技术特征：

1.一种外科手术导航系统，所述外科手术导航系统包括：

2.根据权利要求1所述的外科手术导航系统，其中，所述第二超宽带和惯性测量单元、所述处理器和所述图形显示器被集成为用户可穿戴头盔的一部分。

3.根据权利要求2所述的外科手术导航系统，其中，所述头盔包括所述图形显示器将所述增强现实图像投影在上面的护目镜。

4.根据权利要求1所述的外科手术导航系统，还包括相机。

5.根据权利要求1所述的外科手术导航系统，其中，所述增强现实图像由投影仪生成。

6.根据权利要求5所述的外科手术导航系统，其中，所述投影仪包括激光投影仪。

7.一种计划外科手术规程的方法，所述方法包括：

技术总结
本发明涉及用于无线超声跟踪和通信的超宽带定位。一种设计矫形植入物的方法，所述方法包括：(a)使用实际的解剖学形状考虑事项和运动学形状考虑事项来迭代地评估动态矫形植入物的可能的形状；以及(b)从所述可能的形状中的一种选择动态矫形植入物形状，其中所选择的所述动态矫形植入物形状满足预先确定的运动学和解剖学约束。

技术研发人员：穆罕默德·R·马赫福兹
受保护的技术使用者：穆罕默德·R·马赫福兹
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14