[发明专利]外科手术引导系统

说明书

本申请涉及一种外科手术引导系统。在脊柱外科手术期间用于计算机辅助导航的外科手术引导系统可操作地获得由分布式联网计算机提供的，针对多个经历过脊柱外科手术的每个患者的反馈数据。反馈数据表征先前患者的脊柱几何结构，表征对先前患者执行的外科手术，表征通过外科手术植入先前患者脊柱的植入设备，并表征先前患者的手术结果。手术引导系统根据反馈数据训练机器学习模型。手术引导系统从一台分布式网络计算机中获取术前数据，该计算机表征了计划进行手术的候选患者的脊柱几何结构，并基于通过机器学习模型处理的术前数据为候选患者生成了手术计划，并将手术计划的至少一部分提供给显示设备。

技术领域

本公开内容涉及医疗设备和系统，并且更具体地，涉及向脊柱外科手术的用户和/或外科手术机器人提供导航信息。

背景技术

脊柱动物的脊柱是骨骼的轴，为身体的其他部分提供结构支撑。脊柱的相邻椎骨由椎间盘支撑，该椎间盘用作机械衬垫，允许在轴向骨骼的椎骨节段之间进行受控运动。椎间盘是由三个部分组成的独特结构：髓核(“核”)，纤维环(“环”)和两个椎骨终板。

由于创伤、疾病、退化性缺陷或长期磨损，脊柱盘可能会移位或损坏。例如，在环状纤维减弱或撕裂并且核的内部组织永久性鼓起时，发生椎间盘突出症。突出的肿块或“滑落”的核组织可能压迫脊神经，从而导致腿痛，失去肌肉控制或甚至瘫痪。另外，在某些情况下，退化的核会失去其水结合能力并收缩，从而降低核的高度并导致环在某些区域弯曲。

为了减轻因椎间盘突出或变性引起的背部疼痛，可以将盘移除并用植入物替代，以促进剩余骨解剖结构的融合。植入物例如间隔件或笼状体应足够坚固，以在广泛的负载条件下支撑脊柱。植入物还应配置为在外科医生将其定位在脊柱中后就很可能保持在原位。另外，植入物应该能够以微创的方式或至少通过相对小的切口被输送到期望的位置。

手术结果成功的程度取决于外科医生设计和实施针对特定患者需求的最佳手术计划的能力。然而，考虑到在医学上公认的脊柱外科手术程序和众多可用植入物类型和配置的众多组合中进行选择时，外科医生将过去的实践经验适应于患者特定的脊柱几何形状和矫正需求的能力存在固有的局限性，因此可能无法实现最佳的设计和实施类型和配置。

因此，仍然需要解决这些困难的改进方法。

发明内容

本公开内容的一些实施方式针对在脊柱外科手术期间用于计算机辅助导航的外科手术引导系统。所述手术引导系统可操作地获得由分布式网络计算机提供的关于已经经历脊柱手术的多个先前患者中的每一个的反馈数据。反馈数据表征先前患者的脊柱几何结构，表征对先前患者执行的外科手术，表征通过外科手术植入先前患者脊柱的植入设备，并表征先前患者的手术结果。手术引导系统可操作为基于反馈数据训练机器学习模型。手术引导系统可操作地从分布式网络计算机之一获取表征计划手术的候选患者的脊柱几何结构的术前数据，基于通过机器学习模型对术前数据的处理来为候选患者生成手术计划，并将手术计划的至少一部分提供给显示设备，以供用户进行视觉检查。

一些其他实施方式针对一种外科手术系统，其包括外科手术引导系统，跟踪系统和至少一个控制器。手术引导系统可操作地获得由分布式网络计算机提供的关于脊柱外科手术的多个先前患者中的每一个提供的反馈数据，基于该反馈数据训练机器学习模型，从其中一个分布式网络计算机获得表征计划进行手术的候选患者的脊柱几何结构的术前数据，并基于通过机器学习模型对术前数据的处理来为候选患者生成手术计划，其中手术计划可识别脊柱植入物的类型和尺寸用于在候选患者的脊柱中进行外科手术植入的设备，并确定用于植入脊柱植入设备的计划轨迹。跟踪系统可操作以确定用于将脊柱植入设备植入候选患者的脊柱中的外科手术工具的当前姿态。所述至少一个控制器可操作以基于所述外科手术工具的当前姿态与所述计划轨迹的比较来生成导航信息，其中所述导航信息指示需要如何使所述外科手术工具摆姿态以与所述计划轨迹对准，并向显示设备提供导航信息。