[发明专利]用于优化骨科流程参数的系统和方法

说明书

相关申请

本专利申请要求2010年8月13日提交，题为“Method of Developing a Patient-Matched Algorithm for Knee Design”的序号为61/373646的美国临时申请、2011年5月5日提交，题为“Optimization Systems and Methods for Orthopaedic Systems”的序号为 61/482843的美国临时申请、2011年7月20日提交，题为“Systems and Methods for Optimizing Fit of an Implant to Anatomy”的序号为61/509928的美国临时申请、以及2011年7月26日提交，题为“Systems and Methods for Optimizing Fit of an Implant to Anatomy”的序号为61/511713的美国临时申请的提交日期权益，在此通过引用将其每个的完整内容并入到本专利申请中。

技术领域

用于优化骨科流程参数的系统和方法，例如用于优化向特定患者关节中的骨科植入物的生物力学和解剖配的系统和方法。

背景技术

简单关节，诸如球窝关节（例如髋部和肩部）、枢轴关节（例如肘）或更复杂的关节，诸如髁关节（例如膝关节）是极其复杂的系统，其性能可能受到各种因素的显著影响。用于替换、表面重修或以其他方式修复这些关节的流程是常见的，诸如响应于关节的损伤或其他退化。例如，利用人工植入物替换股骨、胫骨和膝盖骨的关节面的整膝关节成形术，是用于受到膝关节退化或创伤的患者的常见流程。不过，考虑到诸如膝关节的系统的复杂性，使用当前的技术难以识别将在特定患者体内产生最优的关节功能的植入物的几何结构和植入的位置和取向。此外，当前可用的很多植入物系统仅提供有限数量的尺寸选择，使其甚至更难以针对特定患者来优化骨科流程。

发明内容

本发明的实施例针对用于优化针对特定患者的骨科流程的参数的系统和方法，参数包括涉及植入患者关节中的植入物的解剖配合（例如，切除术的植入物覆盖、植入物和解剖结构之间的界面强度、切除的程度（即，移除多少骨骼））和生物力学配合（例如，关节运动学、动力学、和/或韧带（或其他软组织）平衡）的参数。这些系统和方法可以利用手术前搜集的患者特异性信息连同优化算法来确定最优植入物设计和向特定患者关节中植入植入物的最优尺寸、位置和取向。在一些实施例中，从预先设计的骨科植入物的分级结构选择植入物设计，其中每个植入物反映一般尺寸组选项、解剖尺寸选项和生物力学尺寸选项，至少在一些实施例中，解剖和生物力学尺寸选项是骨科植入物设计的不同且至少有些独立的特征的集合。在一些实施例中，优化算法中的至少一个利用若干个骨科因素和骨科响应之间的定义关系，以便确定用于骨科流程的最优参数，以实现期望的骨科响应。在一些实施例中，不同于或除了用于特定患者的植入物的解剖和生物力学配合之外，可以使用优化系统和方法来优化骨科流程的参数。例如，在一些实施例中，可以利用这些系统和方法来优化患者治疗的其他方面，诸如选择和优化额外治疗，诸如定制校正或修复制度。在一些实施例中，可以提供一种优化与涉及向特定患者关节中植入至少一个骨科植入物的关节流程有关的参数的计算机实现的方法，所述方法包括：在计算机处理器中接收关于所述特定患者的信息，包括：(i) 至少部分涉及特定患者关节的模型的信息，包括至少部分定义多个软组织附着位置的信息；(ii) 至少部分涉及相对于所述特定患者关节的模型的与特定患者关节相关联的轴的信息；在所述计算机处理器中接收定义将多个骨科响应相关到多个骨科因素的至少一个关系的信息，其中：(i) 所述多个骨科响应中的至少一些均涉及所述关节的动力学、运动学和软组织平衡响应中的至少一种；(ii)所述骨科因素中的至少一些涉及接收到的关于特定患者的信息；(iii) 所述骨科因素中的至少一个涉及骨科植入物相对于关节的位置和取向中的至少一个；并且(iv) 所述骨科因素中的至少一个涉及骨科植入物的关节面形状几何结构；在所述计算机处理器中，使用接收到的关于特定患者的信息，并使用接收到的定义所述至少一个关系的信息，自动确定：(i) 用于所述骨科植入物的相对于所述特定患者关节的建议最优位置和建议最优取向中的至少一个；以及 (ii) 用于所述骨科植入物的建议最优关节面形状几何结构；从所述计算机处理器输出关于用于所述骨科植入物的建议最优位置和取向中的至少一个的信息和关于用于所述骨科植入物的建议最优关节面形状几何结构的信息。