CN112654314B 外部固定装置的放射线图像和三维模型的配准方法和系统 （阿瑟雷克斯股份有限公司）

2021.03.04PCT/US2019/04332620WO2020/023686EN2020.01.30US2013063418A1,2013.03.14US2017323443A1,2017.11.09外部固定装置的放射线图像和三维模型的数字二维放射线空间上方的投影三维空间中的放射线图像描绘了位于二维放射线空间上方的利用第一数字放射线图像中对二维放射线空间中的已知对象集合的描绘来确定位于二维放射线空间上方的投影三维空间中的已知对象集合21.一种以数字方式确定位于数字二维放射线空间上方的投影三维空间中的来自矫形射线空间上方的所述投影三维空间中的所述已知对象集合直径以及所述实际基准标记之间的距离相对应的数利用所述放大系数确定所述多个基准标记描绘和所述实际基准标记之间的相对距离构建多个闭合向量环，每个闭合向量环延伸穿过根据所求解所述多个闭合向量环，以确定所述实际基准标记的节点位置以及实际焦点的位2.根据权利要求1所述的方法，还包括构建所述投影三维空间中的所述已知对象集合换矩阵定义所述已知对象集合相对于所述第一数字放射线图像的8.一种计算机可读存储介质，能够由一个或多个射线空间上方的投影三维空间中的所述已知对象集合直径以及所述实际基准标记之间的距离相对应的数3利用所述放大系数确定所述多个基准标记描绘和所述实际基准标记之间的相对距离构建多个闭合向量环，每个闭合向量环延伸穿过所述求解所述多个闭合向量环，以确定所述实际基准标记的节点位置以及实际焦点的位9.根据权利要求8所述的计算机可读存储介质，还包括构建所述投影三维空间中的所间中所述至少一个解剖结构的实际位置和姿势的上方的所述投影三维空间中的所述已知对象集合的所述实际位置和姿势包括构建坐标变15.一种以数字方式确定位于数字二维放射线空间上方的投影三维空间中的来自矫形程序指令，可由一个或多个处理器通过所述存储器执行，以执行以数数字二维放射线空间上方的投影三维空间中的来自矫形固定装置的已知对象集合的实际射线空间上方的所述投影三维空间中的所述已知对象集合直径以及所述实际基准标记之间的连线距离相对应的数利用所述放大系数确定所述多个基准标记描绘和所述实际基准标记之间的相对距离4构建多个闭合向量环，每个闭合向量环延伸穿过根据所求解所述多个闭合向量环，以确定所述实际基准标记的节16.根据权利要求15所述的系统，还包括构建所述投影三维空间中的所述已知对象集个基准标记描绘的直径包括测量所述椭圆形18.根据权利要求15所述的系统，还包括通过比较所述第一数字放射线图像中描绘的所述已知对象集合的公共对象来确定所述第一数字放射线图像之间的变换矩阵定义所述已知对象集合相对于所述第一数字放射线图像5[0002]本申请完善并要求于2018年7月24日递交的名称为“使用多个非正交射线照片的[0003]本发明总体上涉及用于畸形和/或矫形分析和/或矫正的固定装置(例如，外部固装置的初始配置如何，都可以快速且准确地确定骨段的期望位置和方向/姿势以及固定装外的其他装置也可以与该系统和方法一起使用。位置没有与常规的线/有利位置完全对齐(因此一对图像并非真正正交)。由于没有考虑图[0007]因此，需要考虑到患者的一部分和与其联接的对象的图像的不确定性/不准确性6其连接的对象的图像相对于该对象的位置和姿势不一定被解释为局限于解决本文所讨论的任利用两组二维数据来准确地重建对象的三维模型及其在空间[0014]本发明的系统和方法利用两个主要的误差来源、焦点位[0015]基于计算机的系统和方法可以通过确定连接到患者的对象的具有特定形状和潜点位置的多个闭合向量环来确定对象的已知部分在图像空间中的三维集合的位置和姿势。7[0023]图2是描绘了连接到示例性骨段的示例性外部固定装置的二维放射线图像的正视[0024]图3是构建的数字三维模型的透视图，该数字三维模型包括数字二维放射线图像[0025]图4是以数字方式配准放射线图像和该放射线图像中描绘的外部固定装置的三维[0026]图5描绘了用于以数字方式构建坐标变换矩阵的示例性方法，该坐标变换矩阵识别放射线图像相对于该放射线图像中描绘的外部促进身体组织之间的结合或其他愈合。身体组织的对齐和/或定向可以通过将身体组织连接到可调节的固定装置(例如矫形外部固定装置或固定器100)来实现。固定装置可以包括保持在患者体外的多个离散的固定器平台或构件，但是这些固定器平台或构件(例如用微8其上的各个身体组织可以被重新定向和/或以其他方式彼此对齐，例如以在愈合过程中促[0033]附接构件可以在沿着平台环106、108的外围的预定点处可拆卸地安装到平台环件和/或与其连接的安装机构或构件可以安装到平台的上表面、平台的下表面或以上任意(至少部分地)在其间延伸的六个周向间隔的长度可调节支柱110彼此连接。外部固定装置其通过接头116可旋转地连接至第一平台106和第二平台108中的一个；以及轴向伸长的筒形部分114，其通过另一个接头116可旋转地连接到第一平台106和第二平台108中的另一9110的整体或总轴向长度。这样，可以调节支柱100以改变或更改第一平台106和第二平台调节旋钮，该调节旋钮可绕螺杆部分112和筒形部分114的(对齐的)轴线旋转(并且可能沿12和筒形部分14的伸缩布置)。然而，螺杆部分112和筒形部分114可以包括任何构造或布置，使得可以调节螺杆部分112和筒形部分114的伸缩轴向布置以调节支柱组件110的总长[0038]矫形外部固定装置100的第一平台106和第二平台108的重新定位可用于校正身体少一部分(例如一个或一对邻近的支柱组件110的接头116)的固定的三维空间关系进行定从而被用来例如在固定装置100的图像中(如下所述)识别或推断出第一上平台106而不是邻近一对支柱组件110的端部，该对支柱组件110的端部通过各自的接头116连接到第一上[0042]基准标记118被配置为当固定装置100被成像(例如用X射线拍摄检查)时是可见以由容易地在固定装置100的放射线图像中将其与基准标记118的其他组件区分开来的几[0044]现在参考图2至图4，示出了以数字方式配准描绘了外部固定装置(以及与其连接置200的图2的放射线图像201和患者的外部固定装置(因此也是所描绘的外部固定装置式构建的模型325和患者的外部固定装置(因此也是放射线图像201的所描绘的外部固定装置200)的数字三维模型300，以及相对于通过图4的方法400构建的三维建模的外部固定装三维模型325的三维建模的外部固定装置300，可以是与上述参考图1描述的外部固定装置中描绘的外部固定装置200和三维模型325的三维建模的外部固定装置300，可以包括一个像201中描绘的外部固定装置200和建模的外部固定装置300(在三维模型325中描绘，其中柱对的端部的球形基准标记(以及识别特定平台并由此识别每个平台的一个独有的基准标置和骨或组织段位于图像检测平面和焦点之间时，固定装置200以及第一和第二骨或组织[0047]图像201可以由用户以数字方式输入，或者图像201可以从成像器(未示出)获得。可见光谱成像或以上任意组合来获取数字图像201。可以从相对于实际固定装置和骨或组[0048]方法400可以包括输入实际固定装置和骨或组织段的多个图像，从而包括从不同视角或焦点拍摄的外部固定装置描绘200(包括基准标记描绘218)以及第一和第二骨或组调支柱110、以及在每个平台上的邻近支柱对的端部的球形基准标记218(以及识别特定平及实际支柱的轴向长度相对应的数字维度。方法400可以通过该距离和实际支柱的轴向长度之间的已知关系来计算每个支柱的相对端处的相应基准像201和任意焦点O的实际外部固定装置的三维建模的外部固定装置300。该三维建模的外准标记3189A区分了第一平台306与第二平台308以及第一平台306在图像空间中的[0052]当实际外部固定装置的基准标记如图1所示为球形时，由于图像201的焦点O和成一步确定或关联(或定义)每个椭圆基准标记描绘218和实际的相应基准标记之间的相对距以利用基准标记描绘218的以数字方式确定的短轴维度，该短轴维度与椭圆基准标记描绘218的以数字方式输入实际直径相关，其可以与图像201和焦点O之间的相对距离以及沿着法400可以利用图像分辨率来确定基准标记描绘218相对于其以数字方式输入的实际尺寸[0054]例如，方法400可以以数字方式识别或测量每个椭圆基准标记描绘218的直径(例绘218的直径与对应的实际基准标记的实际直径进行比较，从而以数字方式确定每个椭圆218与实际基准标记之间的相对距离以及基准标记描绘218与图像源或焦点O之间的距离。方法400因此可以利用每个椭圆基准标记描绘218的以数字方式确定的直径和实际固定装置的相应基准标记的以数字方式输入的实际直径，来确定或描述椭圆基准标记描绘218和实际基准标记之间的相对距离，作为基准标记描绘218和图像源或焦点O之间的距离的函[0055]每个椭圆基准标记描绘218和实际的相应基准标记之间的距离本身并不指示图像源或焦点O的位置和姿势。方法400可以利用与实际基准标记之间的距离相关的输入维度，[0056]该系统和方法可以通过以数字方式建模的或创建的三维模型325来确定与放射线维模型325具有对应于相对图像201和任意焦点O的实际外部固定装置的三维建模的外部固[0058]在412，方法400可以求解多个闭合向量环(例如，使得它们自身塌陷和/或等于可以确定外部固定器的每个实际基准标记的节点位置为(通过输入维度)已知的(至少部分地由球形基准标记的集合描绘的)实际外部固定装置[0060]在一些实施例中，方法400可以通过确定公共平台的节点之间的一对合适向量的合向量环的情况下，方法400可以由此定义阴影图像空间中已知实际基准标记的集合的坐外部固定装置的三维模型300的数字三维模型325和相对于三维建模的外部固定装置300处于相对位置和姿势/方向的图像201。该方法可以渲染三维模型300以向用户显示三维模型300，使得用户可以定性地检查或查看三维模型300，以确保通过方法400构建的三维模型[0062]在图5中描绘了为图3的以数字方式建模的外部固定器300和图像201构建第二坐[0063]在确定了坐标系的情况下，方法400可以利用在每个图像中使用一致方法的多个[0064]该方法和系统可以在逐个图像的基础上对多个图像201中的以确定多个坐标系，所有这些坐标系都描述了在更大的患者空间中相同的已知基准标记方的确定的领域(包括六脚架调节处方领域)提供[0067]图6描述了包含和使用本发明的一个或多个方面的计算机系统的一个示例。计算代码执行期间必须从大容量存储器中检索代码的次数的高速缓冲存储器。存储器504的实506，例如一个或多个用于执行本文所述方面(例如对电路设计的数字布局进行调整)的执[0069]计算机系统500可以连接到具有一个或多个数据库的存储器516(例如，非易失性[0071]另外，上述过程可以由作为计算环境的一部分协同工作的多个计算机系统500执[0074]包含在或存储在计算机可读介质中/上的程序代码可以由计算机系统(包括其组施例中，本文所描绘和描述的流程图和/或方框图的每个方框或多个方框的组合可以通过方框或整个方框图或流程图指定的行为/功能的基于专用硬件的系统或与计算机指令组合上由……组成(consistinges