[发明专利]髌骨跟踪方法和系统

说明书

描述了一种改善髌骨‑股骨响应的计算机实施的方法。计算系统表征髌骨的前部几何形状，并且确定所述髌骨的后顶点相对于所述髌骨的前部几何形状的一个或多个特征的位置。在膝关节移动通过运动范围时，所述计算系统还接收与所述髌骨有关的定位信息。计算系统提供改善髌骨‑股骨响应的一个或多个建议。

优先权声明

本申请要求2018年8月7日提交的名称为“Patella Tracking Method and System(髌骨跟踪方法和系统)”的美国临时申请第62/715,558号的优先权的权益，该临时申请以全文引用方式并入本文。

技术领域

本公开大体上涉及与计算机辅助手术系统相关的方法、系统和设备，所述计算机辅助手术系统包括各种硬件和软件部件，所述硬件和软件部件一起工作以增强手术工作流程。所公开的技术可以应用于例如肩关节、髋关节和膝关节成形术，以及其它手术干预，例如关节镜手术、脊柱手术、颌面手术、肩袖手术、韧带修复和置换手术。更具体地，本公开涉及在膝关节置换手术期间使用光学手术导航系统跟踪髌骨以确保适当的关节功能。

背景技术

使用计算机、机器人和成像来辅助骨科手术在本领域中是已知的。对用来引导手术程序的计算机辅助导航和机器人系统来说，已经有大量研究和开发。例如，手术导航系统可以帮助外科医生以高准确度定位患者解剖结构、引导手术器械和植入医疗装置。手术导航系统通常采用各种形式的计算技术来执行各种标准和微创手术程序和技术。此外，这些系统允许外科医生相对于患者的身体更准确地规划、跟踪和导航器械和植入物的放置，以及进行术前和术中身体成像。

外科医生经常在执行植入物手术(例如膝盖置换手术和膝盖置换修复手术)时，将联接到手术部件的“跟踪阵列”与手术导航系统结合使用。跟踪阵列允许外科医生在手术期间准确地跟踪手术部件以及患者骨骼的位置。通过了解跟踪阵列的物理位置，跟踪系统及其相关联软件能够检测并计算被跟踪部件相对于手术计划图像的位置。

髌骨股骨疼痛是与膝关节置换术和膝关节置换修复术相关的常见并发症。目前的技术并未考虑在移除植入物、骨水泥和组织之前髌骨功能和位置。结果通常是未对准或不正确定位髌骨，这可能需要进一步的手术干预。此外，在不了解髌骨功能的情况下，外科医生难以评估对髌骨置换的需要。

发明内容

本发明提供了一种改进髌骨-股骨响应的计算机实施的方法。所述方法包括：表征髌骨的前部几何形状；确定所述髌骨的后顶点相对于所述髌骨的前部几何形状的一个或多个特征的位置；接收在膝关节移动通过运动范围时与所述髌骨有关的定位信息；以及提供改进髌骨-股骨响应的一个或多个建议。

根据某些实施例，表征髌骨的前部几何形状包括：由探针跟踪系统在所述探针跨越所述髌骨的前表面移动时，接收探针的多个定位；以及存储关于所述多个定位的位置信息以形成所述髌骨的前部几何形状。

根据某些实施例，确定所述髌骨的后顶点的位置包括：由探针跟踪系统在探针被放置在所述髌骨的后顶点上时接收探针的位置；将所述位置存储为所述后顶点的定位；以及确定所述后顶点的定位与所述髌骨的所述前部的一个或多个特征之间的空间关系。

根据某些实施例，接收与所述髌骨有关的定位信息包括：检测在膝盖的多个离散弯曲增量中的每个增量处所述髌骨的定位；以及对于每个离散弯曲增量存储所述髌骨的定位。根据某些另外的实施例，对于每个离散弯曲增量存储所述髌骨的定位包括将所述髌骨的定位转变成表示髌骨移动的模型。根据再一些另外的实施例，接收与所述髌骨有关的定位信息还包括：确定所述定位信息是否足以限定髌骨运动；以及响应于确定所述定位信息不足，检测所述膝盖的一个或多个补充的离散弯曲增量中的每个增量处的髌骨的定位。

根据某些实施例，提供一个或多个建议包括：模拟预测的手术后髌骨移动信息；将所述定位信息与所述预测的手术后髌骨移动信息进行比较；以及更新手术计划以协调所述定位信息和所述预测的手术后髌骨移动信息。