DE60307194T2

DE60307194T2 - Planung für die orthopädische Chirurgie

Info

Publication number: DE60307194T2
Application number: DE60307194T
Authority: DE
Inventors: David Kitson
Original assignee: Meridian Technique Ltd
Current assignee: Meridian Technique Ltd
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2023-09-20
Also published as: GB2393625C; GB0222414D0; EP1406203B1; ATE335244T1; US20050054917A1; US7388972B2; EP1406203A2; EP1406203A3; DE60307194D1; GB2393625A; GB2393625B

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Planung einer orthopädischen Operation, insbesondere einer Operation für das Ersetzen von Hüft- und Kniegelenken und auch ein Computerprogrammprodukt zur Verwendung bei der Planung einer orthopädischen Operation. Eine orthopädische Operation umfaßt das Ersetzen der beschädigten oder verschlissenen Gelenke durch Prothesen oder Implantate. Es ist wünschenswert, eine gewisse voroperative Planung auszuführen, um eine Prothese auszuwählen, die eine für den Patienten passende Größe aufweist. Typischerweise erfolgt dies durch Verwenden von Vorlagen bzw. Schablonen, welche eine zweidimensionale Projektion einer dreidimensionalen Prothese darstellen. Diese Schablonen liegen in der Form von vorgedruckten Azetatfolien vor, die über Röntgenbilder des zu ersetzenden Gelenks gelegt werden. Diese Technik erlaubt es einem Chirurgen eine geeignete Prothese aus den verfügbaren auszuwählen und auch chirurgische Schnittlinien zu planen und die erforderliche Ausrichtung der Prothese zu bestimmen. Auf das Röntgenbild mit seiner darübergelegten Schablone nimmt ein Chirurg während der Operation Bezug.
Jedoch gibt es eine Anzahl von Nachteilen, die mit dieser Schablonentechnik verbunden sind. Im Allgemeinen liefert sie nur eine ungefähre Richtlinie für die Prothesengröße, da Röntgenbilder einen Bereich von Vergrößerungen aufweisen, der für ein gegebenes Bild nicht mit den für die verfügbaren Schablonen angenommenen Vergrößerungen übereinstimmen kann. In jedem Fall kann die exakte Vergrößerung unbekannt sein. Die Genauigkeit kann auch durch die Orientierung der in dem Bild gezeigten Knochen verschlechtert sein; jeder Knochen, der in einer zu der Bildebene nichtparallelen Ebene liegt, wird verkürzt erscheinen, so daß seine Länge und Position schwierig zu bestimmen sind.
Alle Ungenauigkeiten in dem Planungsprozeß können zu der Auswahl einer unpassenden Prothese führen. Dies kann zu einer erhöhten Dauer der nachfolgenden Operation führen, da es sein kann, daß der Chirurg eine alternative Prothese benötigt, oder zusätzliche oder weitere Schnitte über die geplanten hinaus machen muß. Auf die Dauer ist es wahrscheinlicher, daß eine schlecht ausgewählte Prothese früh versagt oder andere postoperative Komplikationen verursacht und zu einem späteren Zeitpunkt einen Ersatz erfordert.
Alle diese Faktoren führen dazu, Kosten zu erhöhen, da eine zusätzliche Krankenhausbelegschaftszeit und Patientenbetreuung benötigt wird und den Patienten auch vermehrt Schmerzen und Unannehmlichkeiten verursacht werden.
Folglich ist es erwünscht, ein verbessertes orthopädisches Operationsplanungsverfahren bereitzustellen.
DE 100 03 533 A1 beschreibt ein Verfahren zur Planung einer orthopädischen Operation, insbesondere einer Hüft- oder Knieersatzoperation. Ein Bild eines Gelenks eines Patienten wird angezeigt. Mittel werden bereitgestellt, um verschiedene Längen und Winkel des Gelenks des Patienten in dem Patientenbild zu messen. Eine kurze Liste von möglichen Prothesen, gespeichert als 3 D-Modelle wird auf der Basis der gemessenen Längen und Winkel ausgewählt. Eine Prothese wird aus der kurzen Liste ausgewählt und über das Patientenbild gelegt. Die 3 D-Visualisierung der Prothese kann dann in dem Patientenbild bearbeitet werden, um die Geeignetheit der Prothese für diesen Patienten abzuwägen.
EP 1 188 421 A2 offenbart die Auswahl einer künstlichen Knochenvorlage basierend auf Merkmalpunkten, welche die Form des Knochens darstellen und die auf dem Knochenbild, das von den Knochenbilddarstellungsmitteln angezeigt wird, zugeordnet sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Entsprechend ist ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung auf ein computerimplementiertes Verfahren zur Planung einer orthopädischen Operation gerichtet, mit:
Bereitstellen einer Sammlung von Vorlagen bzw. Schablonen, die orthopädische Prothesen darstellen,
Anzeigen eines Patientenbildes, welches anatomische Merkmale zeigt, die für die geplante orthopädische Operation relevant sind,
Skalieren des Patientenbildes gemäß einer Benutzereingabe,
Anzeigen einer geometrischen Konstruktion, die eine Mehrzahl von zusammenhängenden Formen und Linien aufweist, die durch eine Mehrzahl von miteinander in Bezug stehenden geometrischen Parameter definiert sind, über dem Patientenbild,
einem Benutzer ermöglichen, die geometrische Konstruktion durch Anpassen der geometrischen Parameter gemäß den anatomischen Merkmalen des darunterliegenden Patientenbildes neu zu konfigurieren und
automatisches Auswählen mindestens einer Vorlage aus der Sammlung gemäß den von dem Benutzer angepaßten geometrischen Parametern.
Die Vorteile eines computerimplementierten Verfahrens zur Planung einer orthopädischen Operation sind wesentlich. Es gibt derzeit ein großes Interesse an der Entwicklung digitaler medizinischer Bildgebungstechniken, einschließlich digitaler Radiographie. Die resultierenden digitalen Bilder können in zentralen Sammlungen in einem Krankenhaus gespeichert werden und auf sie kann entweder von einer Computerworkstation, die in einem lokalen Computernetzwerk in dem Krankenhaus angeordnet ist, oder von einer weiter entfernten Vorrichtung durch Verwendung des Internet zugegriffen werden. Auch können sie leicht und schnell zwischen Krankenhäusern übertragen werden, wenn Patienten verlegt werden. Solche Merkmale sind gegenüber entsprechenden Arbeitsweisen mit konventionellen Bildern wie zum Beispiel Röntgenfilmen, die nur in einer einzigen Version existieren, teuer herzustellen sind, zeitaufwendig zu übertragen sind, zum Beispiel über interne und externe Postnetzwerke, und anfällig gegenüber Verlust und Schäden sind, vorteilhaft. Darüber hinaus können die Bilder selbst eine bessere Qualität aufweisen als die durch konventionelle bildgebende Verfahren erhaltenen und in dem Fall der Radiographie können geringere Dosen von Röntgenstrahlen verwendet werden, was offensichtlich vorteilhaft für die Gesundheit des Patienten ist.
Neue Systeme zum Bearbeiten dieser digitalen Bilder in einer Art, die den meisten Nutzen aus ihnen zieht, wurden entwickelt. Die derzeit bemerkenswertesten sind die Bildarchivierungs- und Kommunikationssysteme (Picture Archiving and Communications Systems, PACS), die in Krankenhäusern eingeführt werden. Dies sind Systeme, die digitale Bilder für ein ganzes Krankenhaus elektronisch erfassen, verwalten, speichern und bereitstellen können. Bilder können direkt von der digitalen Bildgebungsvorrichtung, die verwendet wird, um sie aufzunehmen, in ein zentrales Archiv gespeichert werden. Jedes Bild wird zusammen mit zugehöriger Patienteninformation gespeichert und es kann von jeder mit dem Archiv verbundenen Workstation aus oder möglicherweise entfernt über das Internet oder ein Weitbereichsnetzwerk darauf zugegriffen werden. Die Patientenbilder können in einer Vielzahl von Dateiformaten gespeichert werden, wie zum Beispiel .jpeg,.tiff, oder .gif. Die Verwendung eines Bildformats, das mit dem DI-COM-Standard kompatibel ist, wird bevorzugt, da dieses in Krankenhäuser weitverbreitet zur Bearbeitung von digitalen Bildern verwendet wird.
Diese verbesserten Bilderzeugungs- und Speicherverfahren bringen die Notwendigkeit mit sich, alte Techniken an die neuen digitalen Bilder anzupassen. In dem Fall der Planung einer orthopädischen Implantationsoperation muß ein Chirurg, wenn er die konventionelle Vorlagen- bzw. Schablonentechnik verwenden will, einen Ausdruck des relevanten digitalen Röntgenbildes erzeugen. Dies ist teuer, langsam und macht viele der Vorteile des digitalen Bildsystems zunichte. Umgekehrt ermöglicht es die Verwendung eines Computers, um die Planung auszuführen, verschiedene Nachteile der konventionellen Musterverwendung anzugehen, so daß es in einigen Fällen vorteilhaft sein kann, eine Filmröntgenaufnahme in ein digitales Bild umzuwandeln, so daß es möglich wird, eine computerimplementierte Planung auszuführen.
Durch digitales Bearbeiten von Röntgenbildern und Planungsverfahren auf dem Bildschirm wird es möglich, sowohl die direkten Kosten von Filmen als auch die indirekten Kosten, wie zum Beispiel Ausdruck, Verwaltung und Umweltkosten, zu vermeiden. Auf lange Sicht wird die digitale Röntgen- und Planungstechnologie viele Teleradiologieanwendungen ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, jede Vergrößerung des Röntgenbildes genau zu berücksichtigen und zu korrigieren. Dies hilft eine Auswahl und nachfolgende Implantierung einer Prothese mit einer falschen Größe zu vermeiden, wodurch die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, daß die Operation erfolgreich ist.
Auch ist es möglich, sicher zu stellen, daß der Chirurg zugriff auf Vorlagen aller zu einer gegebenen Zeit verfügbaren Prothesen hat, durch Bereitstellen der Vorlagen in einer Sammlung, welche auf dem Computer oder irgendwo anders auf einen zugehörigen Netzwerk gespeichert sein kann. Die Sammlung kann leicht aktualisiert werden und sie kann eine breite Auswahl von Vorlagen bereitstellen. Häufig lagert ein Krankenhaus nur Prothesen eines oder zweier Hersteller, so daß die Sammlung vorzugsweise so eingerichtet ist, daß nur eine Unteraus wahl der vorhandenen Prothesen für einen Nutzer in diesem Krankenhaus zugänglich ist, entsprechend den von dem Krankenhaus verwendeten (und in vielen Fällen von diesem gelagerten). Auch überwindet die Verwendung digitaler Bilder in Verbindung mit digitalen Vorlagen Schwierigkeiten, die von der Vergrößerung der Bilder herrühren, wie zum Beispiel die Notwendigkeit eine breite Auswahl von Acetatvorlagen bzw. -schablonen verschiedener Größen bereitzuhalten, um eine Auswahl von Vergrößerungen abzudecken.
Die Verwendung einer einstellbaren geometrischen Konstruktion führt einen hohen Grad an Flexibilität in das Planungsverfahren ein, dadurch, daß es dem Chirurgen ermöglicht wird, die Konstruktion genau in allen Richtungen anzupassen. Dies unterstützt den Chirurgen darin, eine präzise Abbildung der Knochenstruktur des Patienten zu spezifizieren, welche eine bessere Anpassung an die vorhandenen Prothesen ermöglicht. Die geometrische Konstruktion kann spezifisch für und angepaßt an eine Marke einer orthopädischen Prothese sein, die zuvor von dem Benutzer ausgewählt wurde.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Patientenbild ein Röntgenbild. Typischerweise verwenden Chirurgen Röntgenbilder, um orthopädische Operationen zu planen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung von Röntgenbildern beschränkt. Das Patientenbild kann alternativ jedes geeignete medizinische Bild sein, das die anatomischen Merkmale von Interesse zeigt. Diese können Bilder einschließen, die durch Computertomographie oder Kernspinresonanz erhalten werden.
Die geometrischen Parameter können Längen und/oder Winkel aufweisen. Dies erlaubt es, anatomische Merkmale auf eine Weise abzubilden, die den Charakteristiken der Prothesen entspricht.
Das Verfahren kann darüber hinaus vor dem automatischen Auswählen aufweisen:
Anzeigen eines weiteren Patientenbildes, welches anatomische Merkmale zeigt, die für die geplante orthopädische Operation relevant sind,
Skalieren des weiteren Patientenbildes gemäß einer Benutzereingabe,
Anzeigen einer erweiterten geometrischen Konstruktion, die durch eine Mehrzahl von miteinander verbundenen weiteren geometrischen Parametern definiert ist, über dem weiteren Patientenbild und
einem Benutzer ermöglichen, die weitere geometrische Konstruktion durch Anpassen der weiteren geometrischen Parameter gemäß den anatomischen Merkmalen des darunterliegenden weiteren Patientenbildes neu zu konfigurieren, und
wobei das automatische Auswählen mindestens einer Vorlage in Übereinstimmung mit den geometrischen Parametern und den weiteren geometrischen Parametern ist, die von dem Benutzer angepaßt wurden.
Einige orthopädische Operationsverfahren können hilfreich durch Berücksichtung zweier alternativer Bilder der interessierenden anatomischen Merkmale geplant werden. Sowohl die Prothesen als auch die Knochenstruktur sind dreidimensional, so daß die Berücksichtigung der Knochenstruktur aus mehr als einer Ansicht zu der Auswahl einer besser passenden Prothese führen kann, da geometrische Parameter in drei Dimensionen bei der Vorlagenauswahl verwendet werden können. Zum Beispiel kann das Patientenbild eine Anterior-Posterior Ansicht sein, das weitere Patientenbild kann eine medio-lateriale Ansicht sein. Alternativ können drei oder mehr Patientenbilder in dem Planungsverfahren verwendet werden.
In einer Ausführungsform können die geometrischen Parameter gemäß anatomischen Merkmalen eines Femur angepasst werden, so daß eine automatische Auswahl einer Vorlage ermöglicht wird, die eine femurale Komponente einer Hüftprothese darstellt und/oder eine Vorlage, die eine azitabuläre Komponente einer Hüftprothese darstellt. Das Verfahren ist gut für die Planung einer Hüftersatzoperation geeignet, welche relativ einfach ausgeführt werden kann, wobei ein einziges Röntgenbild des Pelvis-Bereichs des Patienten verwendet wird, typischerweise in einer Anterior-Posterior-Ansicht. Jedoch kann eine Hüftkorrekturoperation, in der eine kaputte Prothese ersetzt wird, die Berücksichtigung von zwei Patientenbildern erfordern.
In einer alternativen Ausführungsform werden die geometrischen Parameter und die weiteren geometrischen Parameter gemäß anatomischen Merkmalen eines Kniegelenks ausgewählt, so daß eine automatische Auswahl von Vorlagen ermöglicht wird, die femurale oder tibiale Komponenten einer Knieprothese darstellen. Die Planung einer Knieersatzoperation erfordert typischerweise zwei senkrechte Bilder des zu berücksichtigen Kniegelenks, um ausreichende Parameter für eine gute Anpassung der zu verwendenden Prothese bereitzustellen.
In einer Ausführungsform kann das Verfahren darüber hinaus vor dem automatischen Auswählen aufweisen:
Anzeigen eines zweiten Patientenbildes, welches anatomische Merkmale zeigt, die für die geplante orthopädische Operation relevant sind, und
Skalieren des zweiten Patientenbildes gemäß einer Benutzereingabe,
wobei das Anzeigen über dem Patientenbild aufweist:
Anzeigen einer ersten Ansicht einer geometrischen Konstruktion über dem Patientenbild, wobei die geometrische Konstruktion eine Mehrzahl von miteinander in Bezug stehenden Formen und Linien aufweist, die durch eine Mehrzahl von miteinander in drei Dimensionen in Bezug stehenden geometrischen Parametern definiert werden.
Anzeigen einer zweiten Ansicht der geometrischen Konstruktion über dem Patientenbild, und wobei das einem Benutzer Ermöglichen, die geometrische Konstruktion neu zu konfigurieren, aufweist:
einem Benutzer ermöglichen, die geometrische Konstruktion gemäß den anatomischen Merkmalen der darunterliegenden Patientenbilder durch Anpassen geometrischer Parameter, die in den ersten und zweiten Ansichten anpaßbar sind, neu zu konfigurieren.
Das Verfahren gemäß der vorgenannten Ausführungsform ist gut für eine komplexe Planung geeignet, wie zum Beispiel für eine Knieersatzoperation. Wie oben erwähnt, berücksichtigt der Chirurg normalerweise mehrere Patientenbilder, welche aus verschiedenen Richtungen aufgenommen sind, um eine gute Anpassung für ein Knieimplantat zu erhalten, was aufwendig ist, wenn konventionelle Azetatvorlagen verwendet werden. Gemäß dem oben beschriebenen ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung können leicht zwei Bilder betrachtet werden, durch Bereitstellen einer geometrischen Konstruktion für jedes Bild und Verwenden der geometrischen Parameter aus jedem, um die Vorlage auszuwählen. Die vorliegende Erfindung erreicht das gleiche Ergebnis durch den alternativen Ansatz des Bereitstellen einer einzigen dreidimensionalen geometrischen Konstruktion, die in jeder Bildrichtung als eine zweidimensionale Projektion in dieser Richtung betrachtet wird. Die Knochenstruktur des Patienten kann daher in allen relevanten Richtungen gleichzeitig abgebildet werden ohne Fehlanpassung zwischen der Musterung der zwei Bilder. Dieser Ansatz erlaubt die einfache Erstreckung des Verfahrens auf weitere Bildrichtungen, da es keine Notwendigkeit gibt, weitere individuelle Konstruktionen, insbesondere weitere Projektionen der existierenden Konstruktionen, bereitzustellen. Die computerimplementierte Skalierung erlaubt es, beide Bilder richtig zu skalieren, wodurch alle Fehler eliminiert werden, die auftreten können, wenn die Bilder verschiedene Vergrößerungen aufweisen.
In einer Ausführungsform ist das Patientenbild eine Anterior-Posterior-Ansicht und das zweite Patientenbild ist eine medio-laterale Ansicht.
Die geometrischen Parameter können gemäß anatomischen Merkmalen eines Femur und/oder einer Tibia angepasst werden, so daß die Auswahl einer Vorlage ermöglicht wird, welche eine femurale Komponente einer Knieprothese darstellt und/oder einer Vorlage, die eine tibiale Komponente einer Knieprothese darstellt.
Alternativ können die geometrischen Parameter gemäß anatomischen Merkmalen eines Femur angepaßt werden, so daß eine Auswahl einer Vorlage ermöglicht wird, die eine femurale Komponente einer Hüftprothese darstellt.
Gemäß eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, welches maschinenlesbare Anweisungen trägt, so daß das Computersystem des dritten Aspekts der Erfindung veranlaßt wird, das Verfahren des ersten Aspekts der Erfindung auszuführen. Die maschinenlesbare Befehle können in einem Aufnahmemedium gespeichert werden, wie zum Beispiel einem flüchtigen oder nichtflüchtigen Computerspeicher, magnetischen oder optischen Speichermedien. Die maschinenlesbaren Befehle können auch auf ein Übertragungsmedium wie zum Beispiel ein kabelloses Übertragungsmedium, ein leitendes Kabel oder ein optisches Kabel übertragen werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Computersystem zum Implementieren eines Verfahrens zum Planen einer orthopädischen Operation bereitgestellt, mit:
einem Speicher, in dem gespeichert ist:
eine Auswahl von Vorlagen, die orthopädische Prothesen darstellen, und
Patientenbilder, die anatomische Merkmale zeigen, die für die geplante orthopädische Operation relevant sind,
einer Anzeigevorrichtung, die so betreibbar ist, daß eines der Patientenbilder dargestellt wird, und
einem Prozessor, der so betreibbar ist, daß:
das dargestellte Patientenbild gemäß einer Benutzereingabe skaliert wird,
über dem Patientenbild eine geometrische Konstruktion angezeigt wird, die eine Mehrzahl von miteinander in Bezug stehenden Formen und Linien aufweist, die durch eine Mehrzahl von miteinander in Bezug stehenden geometrischen Parametern definiert sind,
es einem Benutzer ermöglicht wird, die geometrische Konstruktion durch Anpassen der geometrischen Parameter gemäß den anatomischen Merkmalen des dargestellten Patientenbildes neu zu konfigurieren und
mindestens eine Vorlage aus der Sammlung gemäß den durch den Benutzer angepaßten geometrischen Parametern automatisch ausgewählt wird.
In einer Ausführungsform ist die Anzeigevorrichtung darüber hinaus so betreibbar, daß ein weiteres der Patientenbilder dargestellt wird und
der Prozessor darüber hinaus so betreibbar ist, daß
das dargestellte weitere Patientenbild gemäß einer Benutzereingabe skaliert wird,
über dem Patientenbild eine weitere geometrische Konstruktion dargestellt wird, die durch eine Mehrzahl von weiteren miteinander in Bezug stehenden geometrischen Parametern definiert ist,
es einem Benutzer ermöglicht wird, die weitere geometrische Konstruktion durch Anpassen der weiteren geometrischen Parameter gemäß den anatomischen Merkmalen des dargestellten weiteren Patientenbildes neu zu konfigurieren, und
mindestens eine Vorlage aus der Sammlung gemäß den geometrischen Parametern und den weiteren geometrischen Parametern, die durch den Benutzer angepaßt wurden, automatisch ausgewählt wird.
In einer Ausführungsform ist die Anzeigevorrichtung darüber hinaus so betreibbar, daß sie ein zweites der Patientenbilder anzeigt und
der Prozessor darüber hinaus so betreibbar ist, daß vor dem automatischen Auswählen:
das angezeigte zweite Patientenbild gemäß einer Benutzereingabe skaliert wird,
über dem Patientenbild eine geometrische Konstruktion angezeigt wird, durch Anzeigen einer ersten Ansicht einer geometrischen Konstruktion über dem Patientenbild, wobei die geometrische Konstruktion eine Mehrzahl von miteinander in Bezug stehenden Formen und Linien aufweist, die durch eine Mehrzahl von in drei Dimensionen miteinander in Bezug stehenden geometrischen Parametern definiert ist, und
Anzeigen einer weiten Ansicht der geometrischen Konstruktion über dem Patientenbild,
und es einem Benutzer ermöglicht wird, die geometrische Konstruktion zu konfigurieren, dadurch daß es einem Benutzer ermöglicht wird, die geometrische Konstruktion gemäß den anatomischen Merkmalen der darunterliegenden Patientenbilder durch Anpassen geometrischer Parameter, die in den ersten und zweiten Ansichten anpaßbar sind, neu zu konfigurieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sammlung von Vorlagen so gespeichert, daß der Prozessor auf sie über das Internet zugreifen kann. Diese Anordnung bietet eine zentrale Sammlung, die von einem einzigen Provider verwaltet werden kann und auf die durch Benutzer in allen Krankenhäusern mit Internetzugang zugegriffen werden kann. Auf diese Weise kann die Sammlung bequem für alle Nutzer aktuell gehalten werden.
Vorteilhafterweise sind die Patientenbilder in einem Archiv gespeichert, das in einem Bildarchivierung- und Kommunikationssystem vorgesehen ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein besseres Verständnis der Erfindung und um zu zeigen wie diese ausgeführt werden kann, wird nun in Form eines Beispiels auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
1 ein Flußdiagramm ist, welches Schritte in einem Verfahren zum Planen einer orthopädischen Operation gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt,
1(a) ein schematisches Diagramm eines Computernetzwerks zeigt, das zum Implementieren des Verfahrens aus 1 geeignet ist,
2 einen Screen-Shot eines Computerfensters zum Ausführen eines Skalierungsschritts einer ersten Ausführungsform des Verfahrens aus 1 zeigt,
3 einen Screen-Shot eines Computerfensters zum Ausführen eines Planungsschritts einer ersten Ausführungsform des Verfahrens aus 1 zeigt,
3(a) eine schematische Darstellung einer geometrischen Konstruktion zeigt, die in dem Planungsschritt aus 3 verwendet wird,
4 einen Screen-Shot eines Computerfensters zum Ausführen eines Vorlagenschritts einer ersten Ausführungsform des Verfahrens aus 1 zeigt,
5 einen Screen-Shot eines Computerfensters zum Ausführen eines Planungsschritts einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens aus 1 zeigt,
5(a) eine schematische Darstellung einer geometrischen Konstruktion zeigt, die in dem Planungsschritt aus 5 verwendet wird,
6 einen weiteren Screen-Shot eines Computerfensters zum Ausführen eines Planungsschritts einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens aus 1 zeigt,
6(a) eine schematische Darstellung einer geometrischen Konstruktion zeigt, die in dem Planungsschritt aus 6 verwendet wird,
7 einen Screen-Shot eines Computerfensters zum Ausführen eines Vorlagenschritts einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens aus 1 zeigt und
8 einen weiteren Screen-Shot eines Computerfensters zum Ausführen eines Vorlagenschritts einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens aus 1 zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Erste Ausführungsform – Planung einer Hüftersatzoperation
Die erste Ausführungsform der Erfindung betrifft eine computerimplementierte Planung für eine Hüftersatzoperation. Bei dieser Operation wird der Kopf des Femur durch ein Metallimplantat ersetzt, das einen Schaft aufweist, der in den Kanal in dem Femur (femorale Komponente) eingeführt wird und/oder das Acetabulum in der Pelvis wird mit einem tassenförmigen Implantat (acetabuläre Komponente) aus Metall, Keramik oder Plastik ersetzt. In diesem Beispiel basiert die Planung auf einem zuvor erhaltenen Röntgenbild des Pelvisbereichs eines Patienten, obwohl auch durch alternative Bildungsgebungstechniken erhaltene Bilder verwendet werden könnten.
1 zeigt die grundlegenden Schritte des Planungsverfahrens.
In Schritt S1, einem Eingabeschritt, wird ein Röntgenbild in ein Computersystem geladen und einem Benutzer dargestellt. Das Computersystem weist Software auf, die so betreibbar ist, daß sie verschiedenen Schritte des Planungsverfahrens ausführt. Das Röntgenbild ist eine Anterior-Posterior Ansicht des Patienten (von vorne), welche die anatomischen Merkmale zeigt, welche für die geplante Hüftersatzoperation relevant sind, nämlich die Pelvis und obere Teile der linken und rechten Femuren.
Im Schritt S2, einem Skalierungsschritt, wird das Röntgenbild gemäß einer Benutzereingabe skaliert, so daß Dimensionen der relevanten Knochen genau mit zugeordneten Größen von Prothesen verglichen werden können. Der Skalierungsschritt wird in einem Skalierungsfenster ausgeführt, das durch das Computersystem angezeigt wird.
In Schritt S3, einem Planungsschritt, wird eine geometrische Konstruktion, die durch eine Mehrzahl von miteinander in Bezug stehenden geometrischen Parametern definiert ist, über dem Röntgenbild angezeigt. Der Benutzer konfiguriert die geometrische Konstruktion durch Anpassen ihrer geometrischen Parameter gemäß den anatomischen Merkmalen des darunterliegenden Bildes der Pelvis. Der Planungsschritt wird in einem Planungsfenster ausgeführt, das dem Benutzer durch das Computersystem angezeigt wird.
In Schritt S4, einem Vorlagenschritt, werden Vorlagen bzw. Schablonen der prothetischen Komponenten über dem Röntgenbild angezeigt. Die Vorlagen sind skalierte Darstellung femoraler und acetabulärer Komponenten, die automatisch gemäß einem Prothesenauswahlal gorithmus ausgewählt wurden. Dieser Algorithmus wählt die Vorlagen aus einer Vorlagensammlung oder Datenbank in Übereinstimmung mit den von dem Benutzer in dem Planungsschritt eingestellten geometrischen Parametern aus. Der Vorlagenschritt wird in einem Vorlagenfenster ausgeführt, das dem Benutzer von dem Computersystem angezeigt wird. Es gibt auch die Einrichtung, die es dem Benutzer erlaubt, aus dem Vorlagenfenster zu dem Planungsfenster zurückzukehren und die geometrische Konstruktion erneut anzupassen, zum Beispiel wenn die angezeigte Vorlage eine offensichtlich nicht zufriedenstellende Prothese darstellt. Diese iterative Möglichkeit ist durch den Rückkopplungspfeil, der in 1 von Schritt S4 zu Schritt S3 führt, bezeichnet. Es ist dem Benutzer auch möglich, die Vorlage direkt anzuordnen und zu drehen.
In Schritt S5, einem Ausgabeschritt, wird die Operationsplanung abgeschlossen und das Ergebnis der Planungsprozedur wird von dem Computersystem ausgegeben. Dieses Ergebnis ist die Spezifikation einer Prothese aus denjenigen, die von dem Prothesenauswahlalgrithmus als für den Patienten geeignet bestimmt wurden.
Jeder der Schritte wird nun detaillierter diskutiert.
Schritt S1 – Eingabe
Der Eingabeschritt umfaßt das Erhalten einer digitalen Version des gewünschten Röntgenbildes und Darstellen dieses auf einer Workstation zur Betrachtung durch den Benutzer. Vorzugsweise hat die Workstation Zugriff auf ein Bildarchivierungs- und Kommunikationssystem (Picture Archiving and Communication System, PACS). Dieses ist ein krankenhausbasiertes Computersystem, welches diagnostische Bilder verschiedenen Typs speichern kann (einschließlich Röntgenbilder, Computertomographie- (CT-) Bilder, Kernspinresonanz- (MRI-) Bilder) in einem digitalen Format, organisiert in einem einzigen zentralen Archiv. Zu jedem Bild ist Patienteninformation, wie zum Beispiel der Name und das Geburtsdatum des Patienten in dem Archiv gespeichert. Das Archiv ist mit einem Computernetzwerk, welches mit einer Anzahl von Workstations ausgestattet ist, verbunden, so daß Benutzer überall an dem Krankenhausstandort wie erforderlich auf jedes Bild zugreifen und es anschauen können. Zusätzlich kann es Benutzern außerhalb des Standortes erlaubt sein, über das Internet auf das Archiv zuzugreifen.
Wenn ein PACS-Archiv vorhanden ist, wird der Eingabeschritt dadurch ausgeführt, daß der Benutzer auf das PACS-Archiv zugreift und das passende Röntgenbild auswählt. Die Datei für das Bild wird dann über das Netzwerk zu der Workstation des Benutzers übertragen und das Bild wird auf dem Monitor der Workstation angezeigt.
Falls kein PACS oder ein ähnliches Archiv vorhanden ist, kann das digitale Röntgenbild auf einer CD-ROM oder einer anderen computerlesbaren Speichervorrichtung bereitgestellt werden oder direkt aus einer digitalen Radiographieaufnahmevorrichtung heruntergeladen werden, welche Röntgenbilder in einem digitalen Format aufnimmt. Wenn es erwünscht ist, ein Röntgenbild zu verwenden, das in der konventionellen Weise auf Film aufgenommen wurde, so ist es notwendig, das Filmbild in eine digitale Bilddatei umzuwandeln, wobei ein Filmdigitalisierer verwendet wird. Das digitale Bild kann dann auf einer computerlesbaren Speichervorrichtung gespeichert werden oder für einen zukünftigen Zugriff in ein PACS-Archiv eingegeben werden.
Es ist ebenfalls notwendig, während dem Eingabeschritt den Zugriff auf eine Sammlung oder Datenbank einzustellen, die Details aller verfügbaren Prothesen enthält und daher auf die Prozeduren, die geplant werden können. Die Datenbank kann auf der Workstation angeordnet sein, auf welcher der Benutzer die Planung ausführt oder sie kann auf einem separaten Computersystem vorhanden sein, das mit der Workstation über ein Computernetzwerk, wie zum Beispiel ein Local Area Network oder über das Internet verbunden ist. Die Datenbank kann von einem entfernten Ort aus heruntergeladen und/oder über solch ein Netzwerk auf der Workstation aktualisiert werden. Die Datenbank kann durch Hinzufügen oder Entfernen von Daten aktualisiert werden. Es ist wichtig, daß die Datenbank aktuell gehalten wird, so daß der Planungsprozeß nicht zu der Auswahl einer Vorlage führt, die nicht mehr die entsprechende Prothese darstellt, oder die Bezeichnungen oder andere Informationen enthält, die nicht mehr die entsprechende Prothese wiedergibt oder die von dem Hersteller zurückgezogen wurde. Vorlagen können mit Verfallsdaten versehen werden, um dies zu erleichtern. In Abhängigkeit davon wie die Datenbank verwaltet wird, kann es daher notwendig sein, eine Verbindung mit der Datenbank beim Beginn jeder Planungssitzung aufzubauen, so daß sichergestellt ist, daß die aktuellste Version der Datenbank verwendet wird. Um das Bereitstellen der Datenbank an Benutzer in verschiedenen Krankenhäusern zu vereinfachen, wird die Datenbank vorteilhafterweise durch einen externen Provider kompiliert, verwaltet und aktualisiert. Die Datenbank enthält Details aller derzeit auf dem Markt befindlichen Prothesen und wird für die Verwendung in individuellen Krankenhäusern dadurch angepaßt, daß sie so konfiguriert wird, daß ein Benutzer nur auf Details von Prothesen zugreifen kann, die tatsächlich von dem relevanten Krankenhaus bevorratet werden. Jedes Krankenhaus kann mit einer oder mehreren Kopien der Datenbank versorgt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird jedoch von dem externen Provider eine einzige zentrale Datenbank verfügbar gemacht und unterhalten und die Benutzer greifen über das Internet auf sie zu. Ein Zugriff auf Vorlagen kann dabei auf legitimierte Benutzer beschränkt sein.
1(a) zeigt ein beispielhaftes Computernetzwerk, das verwendet werden kann, um eine Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zu implementieren. Das Netzwerk 1 weist ein Local Area Network in einem Krankenhaus 2 auf. Das Krankenhaus 2 ist mit einer Anzahl von Workstations 16 ausgestattet, die jede über das Local Area Network Zugriff auf einen Computerserver 18 des Krankenhauses haben, der eine dazugehörige Speichervorrichtung 20 aufweist. Ein großes PACS-Archiv ist auf der Speichervorrichtung 20 gespeichert, so daß Bilder in dem Archiv an jeder der Workstations 16 betrachtet werden können. Auch ist eine Anzahl von medizinischen Bildgebungsvorrichtungen 8, 10, 12, 14 mit dem Computerserver 18 des Krankenhauses verbunden. Mit den Vorrichtungen 8, 10, 12, 14 aufgenommene Bilder können direkt in dem PACS-Archiv auf der Speichervorrichtung 20 gespeichert werden. Das Local Area Network ist mit dem Internet 24 über einen Internetserver 22 des Krankenhauses verbunden. Ein externer Datenbankprovider 4 unterhält eine Datenbank von Prothesen zur Verwendung in dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Datenbank ist auf einem Server 28 des Provider gespeichert, der mit dem Internet 24 über einen Internetproviderserver 30 verbunden ist. Daher können die Workstationbenutzer in dem Krankenhaus 2 über das Internet 24 auf die Datenbank von Prothesen zugreifen.
Die Datenbank weist einen Eintrag oder eine Datei für jede vorhandene separierbare Komponente einer Prothese auf, welche zur Verwendung infolge der Verwendung des Planungsverfahrens ausgewählt werden könnte. In der vorliegenden Ausführungsform gibt es eine Serie von Dateien für femorale Komponenten und eine Serie für acetabuläre Komponenten. Die Datei ist als ein Objekt implementiert. Verschiedene Felder werden für jede Datei bereitgestellt, so daß alle Informationen, welche zur Auswahl der passendsten Prothese benötigt werden, verfügbar sind. Dies schließt typischerweise eine breite Auswahl an Maßen und Winkeln ein, welche die Form der prothetischen Komponente beschreiben, ihre bestimmungsgemäßen Verhältnisse zu den Knochen und möglicherweise die Materialen aus denen die Prothese hergestellt ist. Zusätzlich sollte jeder Eintrag benutzerfreundliche Informationen umfassen, welche jede Prothese identifiziert (z. B. durch den Herstellernamen und eine Seriennummer) und die verständlich ist, wenn sie am Ende der Planung an den Benutzer zurückgegeben wird, um eine Beschaffung der benötigten Prothese zu ermöglichen. Auch kann eine alternative Identifizierung eingeschlossen sein, wie zum Beispiel eine eindeutige Codenummer für eine interne Computernetzwerkverwendung, zum Beispiel Kommunikation mit einem Lagersteuerprogramm.
Jede Datei in der Datenbank ist so strukturiert, daß sie einen Kopfteil aufweist, welcher Identifikationsdaten des prothetischen Systems aufweist und einen Hauptteil, welcher zwei Unterbereiche enthält. Ein prothetisches System enthält die prothetischen Komponenten und kann anderes Material, wie zum Beispiel Messvorrichtungen, enthalten und stellt eine bestimmte Pro- Produktauswahl eines Herstellers dar. Jedes prothetische System kann in einer einzigen Datei in der Datenbank verkörpert sein. Ein Unterbereich des Hauptteils enthält Felddefinitionen, welche die relevanten Eigenschaften der Prothese (wie zum Beispiel „femorale Größe", „Versatzwinkel") definieren und der andere Unterbereich enthält Aufzeichnungen oder Werte für jede Felddefinition. Die Datei kann auch graphische Anzeigen zur Darstellung gegenüber dem Benutzer und ein Verfallsdatum enthalten. Die Datei kann auch Daten enthalten, welche die Röntgenansicht und die Patientenseite (links/rechts) für welche die Datei passend ist, aufweisen.
Zuletzt muß der Benutzer, bevor der Rest der Planungsprozedur erfolgen kann, Informationen eingeben, die Planungen betrifft, welche ausgeführt werden sollen. Insbesondere werden Details, ob die Operation auf der rechten oder der linken Seite des Körpers des Patienten ausgeführt werden soll und der Typ der geplanten Operation, das heißt welche Prothese implantiert werden soll, benötigt. Dies ermöglicht eine Darstellung der passenden geometrischen Konstrukte und Vorlagen während der Planungsprozedur. Auch muß der Benutzer eine Auswahl von Prothesen angeben, die während der Planung berücksichtigt werden sollen, zum Beispiel Prothesen oder prothetische Systeme von einem bestimmten Hersteller. Diese Einrichtung wird bereitgestellt, da es viele Chirurgen bevorzugen mit nur einer oder zwei Marken von Prothesen zu arbeiten, so daß es vorteilhaft ist, die Auswahl entsprechend zu beschränken bevor die Planung beginnt. All diese Information wird eingegeben, wobei eine Standarddateninformationsbox auf dem Bildschirm dargestellt wird, die den Benutzer nach den benötigten Daten fragt.
Schritt S2 – Skalierung
Nach dem das Röntgenbild dargestellt ist, wird es in einem Skalierungsschritt skaliert oder kalibriert, so daß die physikalischen Dimensionen der Knochenstruktur des Patienten bestimmt werden können und verwendet werden können, um eine Prothese passender Größe auszuwählen.
Die in den Röntgenbildern gezeigten Knochen enthalten einen Grad an Vergrößerung, der bekannt sein kann oder nicht. Dies kommt von der Tatsache, das der für die Aufnahme des Bildes verwendete Röntgenstrahl nicht kollimiert ist und durch einen Patienten mit einer gegebenen Dicke hindurchtritt, so daß die Knochen selbst niemals in direktem Kontakt mit der bildgebenden Oberfläche sind. Wenn die exakten Abstände zwischen der bildgebenden Oberfläche, den Knochen und der Röntgenquelle nicht bekannt sind, ist der Grad an Vergrößerung ebenfalls unbekannt. Um eine Skalierung in dem Fall zu ermöglichen, in dem die Vergrößerung nicht bekannt ist, sollte das Röntgenbild ein Referenzobjekt bekannter Größe in der richtigen Ebene aufweisen, das heißt in der Ebene des Hüftgelenks. Das Referenzobjekt kann jedes ge eignete Merkmal sein, das intransparent für Röntgenstrahlen ist und welches eine präzise bekannte Größe aufweist. Zum Beispiel kann eine präzise gefertigte Scheibe aus Metall oder eine andere Referenzmarkierung in dem Röntgensichtfeld in der richtigen Ebene zu der Zeit angeordnet werden, wenn das Röntgenbild aufgenommen wird. Alternativ kann der femorale Kopf eines Hüftersatzes, der bereits am gleichen Patienten ausgeführt wurde, als das Referenzobjekt verwendet werden, wenn die Spezifikation der femoralen Komponente bekannt ist.
Eine Skalierung wird ausgeführt, wobei ein Anzeigefenster, das Skalierungsfenster genannt wird, verwendet wird, welches das Röntgenbild zusammen mit Steuerungen anzeigt, um es dem Benutzer zu ermöglichen den Skalierungsschritt auszuführen.
2 ist ein Computer Screen-Shot des Skalierungsfensters. In dem mit 72 bezeichneten Röntgenbild ist das Referenzobjekt eine zuvor implantierte Hüftprothese mit einem sphärischen femoralen Kopf 67. Um die Skalierung auszuführen, wählt der Benutzer eines von mehreren Skalierungswerkzeugen aus einer Werkzeugleiste 68. Das Werkzeug zeigt eine einstellbare Form 66 über dem Röntgenbild 72, die von dem Benutzer bearbeitet werden kann (wobei eine Maus oder eine andere Eingabevorrichtung verwendet wird), um die Größe und Form des für die Röntgenstrahlung intransparenten Objekts anzupassen. In diesem Fall hat der Benutzer ein Werkzeug 70 ausgewählt, welches eine kreisförmige Form 66 vorgibt. Nachdem der Benutzer die kreisförmige Form 66 richtig auf dem Röntgenbild 72 angeordnet und in der Größe angepaßt hat, öffnet der Benutzer eine Dateneingabebox 76. Der Benutzer tippt dann die tatsächliche bekannte Größe des undurchsichtigen Objekts in die Dateneingabebox 76 ein, in diesem Fall den Durchmesser des sphärischen femoralen Kopfes 67. Diese Information wird verwendet, um das Bild 72 entsprechend zu skalieren, so daß jede Dimension, die nachfolgend in Bezug auf das Bild definiert wird, berechnet werden kann.
Andere Skalierungswerkzeuge schließen einen linearen Maßstab ein, der entlang einer bekannten Breite oder Länge des undurchsichtigen Objekts angeordnet werden kann und eine Rechteckform, die verwendet werden kann, um ein rechteckiges undurchsichtiges Objekt zu markieren. Andere Formen können wie erforderlich bereitgestellt werden.
Wenn kein geeignetes undurchsichtiges Objekt in dem Röntgenbild enthalten war, muß die Vergrößerung durch den Benutzer abgeschätzt werden, wobei eine Kenntnis des bei der Aufnahme des Bildes in der Radiologieabteilung des Krankenhauses verwendeten Protokolls verwendet wird. Jedoch ist diese Technik weniger genau und fehlerlastiger als die Verwendung eines undurchsichtigen Objekts zum Skalieren des Bildes. Alternativ kann die Vergrößerung des Röntgenbildes bekannt sein, so daß es nicht notwendig ist, eines der anpaßbaren Skalie rungswerkzeuge aus der Werkzeugleiste 68 zu verwenden oder die Vergrößerung zu schätzen. In dem Fall geschätzter oder bekannter Vergrößerung kann der Benutzer die Vergrößerung als eine Prozentzahl in ein Dateneingabefeld (nicht gezeigt) eingeben, und diese Information wird verwendet, um das Bild zu skalieren. Ein Prozentwert von hundert kann eingegeben werden, wenn das Eingabebild bereits skaliert ist.
Um die Genauigkeit der Planung sicher zu stellen, muß der Benutzer bestätigen, daß die zum Skalieren bereitgestellte Information (Größe oder Prozentsatz) richtig ist, bevor der Rest der Planungsprozedur ausgeführt werden kann.
Schritt S3 – Planung
3 zeigt einen Screen-Shot eines Planungsfensters welches dem Benutzer angezeigt wird, nachdem die Skalierung abgeschlossen ist. Das Planungsfenster weist das Röntgenbild 72, eine Benutzerauswahlpalette 79 zur Auswahl verschiedener Planungswerkzeuge durch den Benutzer und Informationspaletten 77 auf, welches Details von Prothesen in verfügbaren prothetischen Systemen zeigen. Dem Benutzer können in der Informationspalette 77 Anzeigefelder angezeigt werden, welche die vorhandenen Prothesen darstellen. Der Benutzer kann in diesem Schritt alternative prothetische Systeme auswählen.
Der Benutzer wählt aus der Benutzerauswahlpalette 79 ein Planungswerkzeug entsprechend der zu planenden Operation aus. In dem vorliegendem Beispiel wurde daher ein Planungswerkzeug zum Planen einer Hüftersatzoperation ausgewählt.
Das Planungswerkzeug legt eine geometrische Konstruktion 80 über das Röntgenbild 72. Die geometrische Konstruktion 80 weist eine Mehrzahl von Formen und Linien auf, die durch geometrische Parameter entsprechend der räumlichen Information, die benötigt wird, um geeignete Vorlagen auszuwählen, definiert sind. Wenn die geometrische Konstruktion richtig über dem Röntgenbild angeordnet ist, können die Abmessungen und die Ausgestaltung der Knochenstruktur des Patienten aus der Größe der Konstruktion und dem bekannten Maßstab des Röntgenbildes berechnet werden.
3(a) zeigt die geometrische Konstruktion 80 detaillierter. Im allgemeinen Computersprachgebrauch werden verschiedene hierin beschriebene geometrische Konstruktionen als „wizards" bzw. Assistenten bezeichnet. In dem vorliegendem Beispiel wird die geometrische Konstruktion daher als Hüftassistent bezeichnet und das in 3 und 3(a) gezeigte Beispiel entspricht einem rechten Hüftgelenk. Ein Femur 50 und ein Acetabulum 52 sind skizzen haft in 3(a) gezeigt, wobei der Assistent 80 an einem entsprechenden Ort darüber gelegt ist.
Der Hüftassistent 80 weist einen Kreis 88 mit drei Bearbeitungswerkzeugen 90A, 90B, 90C auf. Das Zentrum des Kreises 88 ist durch eine erste Linie 91 mit einer zweiten Linie 86 verbunden, wobei die erste Linie 91, unter einem festen Winkel A auf die zweite Linie 86 trifft, der einem charakteristischen Winkel in der Auswahl von Prothesen, die zur Betrachtung in dem Eingabeschritt S1 bezeichnet wurden, entspricht. Die Zweite Linie 86 hat einen dazugehörigen Kasten 82 in der Form eines Quadrats und ein Bearbeitungswerkzeug 84A, 84B, 84C und 84D in jeder Ecke. Der Kasten 82 liegt über der zweiten Linie 86, so daß die zweite Linie 86 die Linien schneidet, wobei kurze Kanten des Kastens 82 zwischen Bearbeitungswerkzeugen 84A und 84B und zwischen 84C und 84D gebildet werden.
Nachdem der Benutzer den Assistenten 80 aus der Benutzerauswahlpalette 79 ausgewählt hat, wird der Assistent 80 über dem Röntgenbild 72 angezeigt. Der Assistent 80 wird automatisch vertikal und horizontal in einer anfänglichen Position angeordnet, die nahe der richtigen Position liegt. Dies wird erreicht durch Verwenden von vorbekanntem Wissen und Erfahrungen über das typische Gesichtsfeld eines Röntgenbildes des Pelvisbereichs, aufgenommen für den Zweck der Planung einer Hüftersatzoperation. Der Benutzer kann den Hüftassistenten 80 über das Bild 72 ziehen und ihn durch Verwendung der Bearbeitungswerkzeuge in der Größe ändern durch Benutzen einer Maus oder einer ähnlichen Vorrichtung. Zunächst bearbeitet der Benutzer den Kasten 82 durch Ziehen jedes der Eckwerkzeuge 84A bis 84D, so daß der Kasten 82 den femoralen Kanal in dem Femur beschreibt. Der Zweck der Anordnung des Kastens 82 ist es, die zweite Linie 86 (welche den Kasten 82 so bewegt, daß sie immer die Kanten des Kastens 84A bis 84B und 84C bis 84D zweimal schneidet) richtig entlang der Länge des Femur anzuordnen, so daß sie der Längsachse des Knochens folgt. Dies wird durch Anordnen des unteren Teils des Kastens 82 an dem Punkt, an welchem der Femur aufgeweitet ist und des unteren Endes der Box weit genug den Kanal hinunter, so daß die zweite Linie 86 zufriedenstellend mit der Achse des Femur ausgerichtet ist, erreicht.
Der Benutzer zieht dann den Kreis 88 über dem femoralen Kopf und bearbeitet die Position und Größe des Kreises 88, wobei die Werkzeuge 90A, 90B, 90C verwendet werden, so daß der Kreis 88 den femoralen Kopf umreißt.
Jedesmal wenn der Assistent 80 oder ein Teil davon neu angeordnet oder in der Größe verändert wird, wird ein Auswahlalgorithmus ausgeführt, der eine oder mehrere Dateien aus der Datenbank auswählt, welche geeignete Prothesen darstellen. Die Skalierung des Bildes ver wendend, werden geometrische Parameter aus dem bearbeiteten Assistenten 80 entnommen. Jeder dieser geometrischen Parameter entspricht Parametern, welche die vorhandenen Prothesen beschreiben. Zum Beispiel entspricht die Länge der fangen Kanten 84A bis 84D des Kastens 82 der Schaftgröße (Länge) der zu implantierenden Knochenprothese, die Größe des Kreises 88 entspricht der Größe der acetabulären Komponente und der Abstand zwischen der Linie 86 und der Mitte des Kreises 88 wird verwendet, um die physiologische Verschiebung des Patienten zu messen (der kürzeste Abstand zwischen der Rotationsachse des femoralen Kopfes und der Achse des femoralen Schafts) und entspricht der Verschiebungsgröße der Prothese. Jede Prothese hat eine dazugehörige repräsentative maßstäbliche Vorlage bzw. Schablone, welche einen zweidimensionalen Umriß der Prothese zeigt. Die Parameter der Prothesen sind in der Datenbank gespeichert, die im dem Eingabeschritt verbunden wurde. Jede Prothese hat eine Datei, welche passende Details hält, die sie betreffen und alle relevanten Dimensionen und Details des Herstellers und Teilenummern aufweist plus Daten, welche die entsprechende Vorlage darstellen.
Der Auswahlalgorithmus vergleicht jeden der geometrischen Parameter des Assistenten wiederum mit dem äquivalenten Parameter für jede der verfügbaren Dateien, die prothetische Komponenten in der Datenbank darstellen und wählt eine oder mehrere prothetische Komponenten aus, welche am besten zu den Assistentenparametern passen. Der Algorithmus kann spezifizierte Toleranzniveaus für bestimmte Parameter aufweisen, so daß er eine Auswahl von Prothesen mit variierender Geeignetheit ausgeben kann. Zum Beispiel kann es sein, daß die bestimmten Patientendimensionen bedeuten, daß eine Prothese in der femoralen Komponente gut paßt und weniger in der acetabulären Komponente, wohingegen eine alternative Prothese in der acetabulären Komponente gut angepaßt ist, aber weniger gut in der femoralen Komponente. Diese Verwendung von Toleranzen bedeutet, daß der Algorithmus beide Prothesen identifizieren wird.
Details der durch den Auswahlalgorithmus ausgewählten Prothesen werden dem Benutzer in den Informationspaletten 77 angezeigt. Die Paletten weisen Listen eines Bereichs von Werten jedes Prothesenparameters auf. Die Parameterwerte der durch den Auswahlalgorithmus ausgewählten Prothesen sind in den Listen hervorgehoben, zum Beispiel durch Schraffierung des Textes. Eine weitere Bearbeitung des Assistenten 80 verursacht eine erneute Ausführung des Auswahlalgorithmus und die Informationspaletten 77 werden dann aktualisiert, um die Ergebnisse dieser erneuten Ausführung anzuzeigen. Auf diese Weise kann der Benutzer den Auswahlprozeß überwachen und wird mit einer sofortigen visuellen Anzeige versorgt, wie eine gegebene Manipulation des Assistenten 80 eine Prothesenauswahl beeinflußt. Nachdem der Benutzer zufrieden damit ist, daß die Position des Assistenten 80 die anatomischen Merkmale des Patienten richtig wiedergibt, kann der Benutzer dann auf einen Bildschirmsteuerungsknopf 92 klicken, um mit dem Vorlagenschritt der Planungsprozedur fortzufahren.
Schritt S4 – Vorlagen
4 zeigt einen Sreen-Shot eines Vorlagenfensters, das dem Benutzer in dem Vorlagenschritt angezeigt wird. Das Röntgenbild 72 ist gezeigt, welchem eine Vorlage bzw. eine Schablone einer Prothese überlagert ist.
Das Vorlagenfenster weist eine Serie von Prothesenauswahlpaletten 98 auf, die den Informationspaletten des Planungsfensters insofern ähnlich sind, daß diese Auswahlpaletten 98 eine Auswahl von Werten für jeden Prothesenparameter auflisten. Die durch den Auswahlalgorithmus in dem Planungsschritt ausgewählten Prothesen sind in den Auswahlpaletten 98 als eine Reihe von Empfehlungen dargestellt, identifiziert durch schraffierte Bereiche 100A und 100B, welche über den relevanten Werten liegen. Eine dunklere Schraffierung bezeichnet die beste verfügbare Übereinstimmung für diesen Parameter, während eine schwächere Schraffierung weniger gute Übereinstimmungen bezeichnet, welche dennoch in die Toleranzniveaus des Algorithmus falten und daher als verwendbar betrachtet werden. Nicht schraffierte Bereiche sind zur Verwendung nicht empfohlen, können aber dennoch durch den Benutzer ausgewählt werden, wobei eine klinische Einschätzung verwendet wird. Der Benutzer wählt dann (wobei eine Maus oder ähnliches verwendet wird) einen Parameter aus jeder Prothesenauswahlpalette 98 aus, wobei die schraffierten Bereiche 100A und 100B als eine Hilfe verwendet werden, um eine geeignete Auswahl zu treffen. Nachdem der Benutzer ausreichende Parameter aus den Auswahlpaletten 98 ausgewählt hat, um eine bestimmte Prothese eindeutig zu identifizieren, werden die Vorlagedaten aus der relevanten Datei und die Orientierung des Hüftassistenten aus dem Planungsschritt verwendet, um die entsprechende Vorlage in Position über dem Femur und der Pelvis in dem Röntgenbild 72 abzubilden. Die Vorlage besteht aus umrissenen Teilen, welche die femorale Komponente der Prothese 94, auch bekannt als Schaft, und die acetabuläre Komponente 96 darstellen, auch bekannt als eine acetabuläre Schale. Wenn eine nichtausreichende Anzahl von Parametern ausgewählt ist, gibt es keine ausreichende Informationen, um eine entsprechende Datei eindeutig zu identifizieren, so daß zwei oder mehr Dateien gefunden werden, die zu den von dem Benutzer ausgewählten Parametern passen. In diesem Fall wird keine Vorlage angezeigt und der Benutzer über eine Dialogbox informiert. Wenn dank einer falsch aussortierten Auswahl von Parametern überhaupt keine passende Datei gefunden werden kann, wird wieder keine Vorlage angezeigt und der Benutzer ähnlich informiert. Der Benutzer kann dann die Vorlage betrachten und eine Entscheidung treffen, ob die Prothese, welche sie darstellt, geeignet erscheint, basierend darauf wie gut die Vorlage mit der Knochen struktur des Patienten, wie auf dem Röntgenbild 72 gezeigt, ausgerichtet ist. Der Benutzer kann dann alternative Auswahlen aus den Auswahlpaletten 98 treffen, um andere Vorlagen für den Zweck eines Vergleichs anzuzeigen. Die femoralen und acetabulären Komponenten 94 und 96 der Vorlagen können durch Klicken und Ziehen neu angeordnet werden, um bei dem Entscheidungsfindungsprozeß zu helfen.
Wenn der Benutzer findet, daß keine der in den Auswahlpaletten 98 empfohlenen Vorlagen eine zufriedenstellende Übereinstimmung mit der Knochenstruktur des Patienten darstellt, kann der Benutzer durch Anklicken einer Steuerung, die in dem Vorlagenfenster enthalten ist zu dem Planungsfenster zurückkehren. Der Hüftassistent kann dann weiter bearbeitet werden und der Auswahlalgorithmus wird erneut durchgeführt, wobei die neuen Assistentenparameter verwendet werden, wobei die Ergebnisse in den Informationspaletten 77 gezeigt sind. Wenn sich der Benutzer nachfolgend zurück zu dem Vorlagenfenster bewegt, werden die schraffierten Werte in den Auswahlpaletten 98 entsprechend aktualisiert, so daß die modifizierten Empfehlungen als durch den Auswahlalgorithmus ausgewählt angezeigt werden. Die Auswahl von Prothesen und die Anzeige von entsprechenden Vorlagen wird dann wie zuvor fortgesetzt.
Um bei der Auswahl einer geeigneten Prothese zu helfen, werden die Werte in den Listen der Auswahlpaletten 98 in fettem oder Standardtext angezeigt. Standardtext wird verwendet, um Werte darzustellen, die in Verbindung mit bereits gewählten Werten anderer Parameter nicht verfügbar sind, dank der Auswahl von verfügbaren Prothesen. Die Verwendung von Standardtext oder fettem Text wird daher jedesmal aktualisiert, wenn ein Wert ausgewählt wird.
Schritt S5 – Ausgabe
Nachdem sich der Benutzer für eine bestimmte Vorlage entschieden hat und daher für ihre entsprechende Prothese, zeigt er seine Auswahl durch Klicken auf einen geeignet bezeichneten Knopf in dem Vorlagenfenster oder Menügegenstand (nicht gezeigt). Diese Aktion löst den letzten Schritt des Planungsprozesses aus, welcher der Ausgabeschritt ist.
Ein Protokoll der Prothesenauswahl kann auf eine oder mehrere Weisen ausgegeben werden, in Abhängigkeit von dem System, mit welchem die Workstation verbunden ist. Ein Fenster mit Ankreuzfeldern kann auf der Anzeige für den Benutzer zur Verfügung gestellt werden, so daß angezeigt wird, welche Ausgaben zu dieser Zeit benötigt werden.
Vorzugsweise erzeugt der Ausgabeschritt eine Ausgabedatei, welche die Prothesenauswahl zusammen mit den Details des Patienten erfaßt. Die Prothese wird typischerweise durch einen Herstellernamen und einer Seriennummer identifiziert, obwohl ein bestimmtes Krankenhaus ein internes Identifikationssystem verwenden könnte. Zusätzliche Information kann vorteilhaft in der Ausgabedatei enthalten sein, wie zum Beispiel der Name eines Benutzers (Chirurgen), ein Datum der Planung und ein vorgeschlagenes oder tatsächliches Operationsdatum.
Der Ausgabeschritt liefert dann die Ausgabedatei in der durch den Benutzer bezeichneten Weise oder gemäß voreingestellter Konfigurationen. Wenn die Workstation mit einem PACS-Archiv verbunden ist, sollte die Datei in dem Archiv mit einer Verbindung (link) zu dem relevanten Röntgenbild abgelegt werden, so daß die beiden Dateien falls notwendig zusammen wieder aufgefunden werden können. Alternativ oder zusätzlich kann die Datei in einem getrennten Archiv oder einer Datenbank, welche nicht mit der Röntgenbilddatei verbunden ist, abgespeichert werden, welche auf der Festplatte der verwendeten Workstation angeordnet sein kann oder auf einem alternativen Datenspeichermedium, oder sie kann an einen anderen Computer übertragen werden, zum Beispiel durch E-Mail. Wenn die Workstation mit einem Drucker verbunden ist, entweder lokal oder über ein Netzwerk, kann die Datei als ein Ausdruck zur Aufnahme in die Papierakte des Patienten oder zur Verwendung als ein Merkzettel für andere Krankenhausmitarbeiter ausgedruckt werden.
Zusätzlich kann die Datei vorzugsweise über ein Netzwerk an eine Warenlagersteuerungsabteilung des Krankenhauses verschickt werden, wo sie entweder manuell oder vorzugsweise mit einem Computer mit Protokollen vorhandener Lager für Prothesen verglichen werden kann. Auf diese Weise kann eine bestimmte Prothese für eine bestimmte Operation vorgemerkt werden oder es kann eine Lagerbestellung erzeugt werden, wenn die Prothese nicht am Lager ist.
Zweite Ausführungsform – Knieersatzoperationsglanung
Die zweite Ausführungsform der Erfindung betrifft eine computerimplementierte Planung für eine Knieersatzoperation. Bei einer solchen Operation wird die Kniekapsel geöffnet und die Enden des Femur und der Tibia werden abgeschnitten und mit Implantaten erweitert, die mit Zement in Position gehalten werden oder nicht. Die femorale Komponente ist eine Metallschale und die tibiale Komponente ist ein Metall- und Kunststoffdurchgriff.
Diese Ausführungsform weist die gleichen Grundschritte wie die erste Ausführungsform auf und die Planungsprozedur wird auf eine ähnlich Weise ausgeführt. Die zwei Ausführungsformen unterscheiden sich dadurch, daß die Knieersatzplanung im allgemeinen auf zwei zuvor erhaltenen Röntgenbildern eines Knies eines Patienten basiert, eines von der Seite (medio- laterale (ML-) Ansicht) und eine von der Vorderseite (Anterior-Posterior-(AP-) Ansicht). Anders als die Hüfte, bei der genug Information im allgemeinen aus einem einzigen AP-Röntgenbild erhalten werden kann, werden zwei verschiedene Ansichten des Knies verwendet, um sicher zu stellen, daß die ausgewählte Prothese eine ausreichend gute Passung aufweist. Die ML-Ansicht wird normalerweise verwendet, um die femorale Komponente zu wählen und auszuwählen und die AP-Ansicht wird normalerweise verwendet, um die tibiale Komponente zu wählen und auszuwählen.
Die Bilder werden wie oben beschrieben gemäß Schritten 1 und 2 der Hüftersatzplanungsausführungsform eingegeben und skaliert. Nachdem die zwei Röntgenbilder verfügbar und skaliert sind, wird ein Planungsfenster angezeigt, welches eine Ansicht eines der Röntgenbilder aufweist und ein Planungswerkzeugauswähler um eine Auswahl einer geometrischen Konstruktion oder eines Assistenten zu ermöglichen.
Da die Knieprothese aus zwei nicht miteinander verbundenen Teilen (die femoralen und tibialen Komponenten) besteht, wird die Planung in jeder der Röntgenbildansichten ausgeführt durch Verwenden zweier geometrischer Konstruktionen oder Assistenten, die unabhängig bearbeitbar sind. Diese werden als der femorale Assistent und der tibiale Assistent bezeichnet und entsprechen der femoralen Komponente bzw. der tibialen Komponente der Prothese. In der folgenden Beschreibung werden die Assistenten im Bezug auf die ML- und AP-Ansichten bezeichnet. Innerhalb jeder Ansicht sind die femoralen und tibialen Assistenten unabhängig voneinander. Jedoch ist der femorale Assistent in der ML-Ansicht mit dem femoralen Assistenten in der AP-Ansicht verbunden und ähnlich der tibiale Assistent in jeder der beiden Ansichten. Die Natur dieser Beziehung wird später detaillierter diskutiert.
5 zeigt einen Screen-Shot des Planungsfensters mit einem angezeigten ML-Röntgenbild 200. Sowohl der femorale Assistent als auch der tibiale Assistent wurden ausgewählt, wobei ein Planungswerkzeug 106 verwendet wurde, so daß der femorale Assistent 102A der ML-Ansicht und der tibiale Assistent 104A der ML-Ansicht in dem Röntgenbild 200 über dem Knieknochen liegend angezeigt sind.
5(a) zeigt die femoralen und tibialen Assistenten 102A, 104A der ML-Ansicht detaillierter. Ein darunterliegendes Bild eines Femur 54 und einer Tibia 56 ist skizziert gezeigt, wobei die Assistenten 102A, 104A in einer ungefähren Position liegen. Der femorale Assistent 102A der ML-Ansicht weist fünf gerade Linien auf. Vier dieser Linien 202, 204, 205 und 206 sind verbunden, um einen quadratischen Kasten zu bilden, wobei die Linie 202 sich über den Kasten hinaus erstreckt. Die fünfte Linie 203 erstreckt sich über den Kasten parallel zu der Linie 204. Die relative Länge der Linien und die Winkel zwischen diesen können durch Ziehen an geeignet bereitgestellten Ziehpunkten bzw. Anfaßpunkten 106, 110 und 112 geändert werden.
Die ML-Ansicht des femoralen Assistenten 102A wird angeordnet durch Verwenden des Ziehpunkts 106, um den gesamten Assistenten 102A so zu bewegen, daß die sich erstreckende Linie 102 an der antirioren Kante des Femur angeordnet ist. Der Ziehpunkt 106 selbst ist entlang der Linie 202 angeordnet, so daß wenn der Ziehpunkt 106 gerade über dem Beginn der Patellafurche auf dem Femur angeordnet ist, der femorale Assistent in etwa richtig plaziert ist. Diese Linie 202 wird dann durch Ziehen mit den Ziehpunkt 110 so orientiert, daß die Linie 202 auf den anterioren femoralen Schaft proximal zu dem Ziehpunkt, bewegt wird. Zuletzt wird die Ecke 112 zwischen den Linien 204 und 206 so bearbeitet, daß die Linie 206 gerade die distalen und anterioren Ränder der Chondili berührt. Der von den Linien 202, 204, 205 und 206 gebildete Kasten umreißt dann das Ende des Femur. Wenn der Assistent 102A richtig angeordnet ist, stellt die Linie 203 die vorhergesagte chirurgische Schnittlinie dar und die parallele Linie 204 liegt entlang der physiologischen Lagerlauffläche des Gelenks. Die Linie 205, die ebenfalls parallel zu der Linie 203 ist, ist eine Meßlinie, die einen geometrischen Parameter bereitstellt, welcher verwendet wird, um eine in der Größe in etwa passende femorale Komponente zu empfehlen.
Die ML-Ansicht des tibialen Assistenten 104A weist eine tibiale Schaftachsendefinitionslinie 118A auf, welche einen Ziehpunkt 116 an jedem Ende aufweist und einen gestreckten rechtwinkligen Kasten 102A der ebenfalls Ziehpunkte 121A und 121B an jedem Ende aufweist. Die tibiale Schaftachsendefinitionslinie 118 liegt unter einem Winkel zu den langen Seiten des Kastens 120A, der durch einen charakteristischen Winkel der Auswahl von in dem Eingabeschritt zur Berücksichtigung ausgewählten Prothesen definiert ist, bekannt als der posteriore Steigungswinkel. Die ML-Ansicht des tibialen Assistenten 104A wird durch Verwenden der Ziehpunkte 116 so angeordnet, daß die tibiale Schaftachsendefinitionslinie 118 so bewegt wird, daß sie entlang der Achse der Tibia angeordnet ist, durch Ausrichten dieser mit dem geraden Teil der posterioren Kante der Tibia. Dann werden die Ziehpunkte 121A und 121B verwendet, um den Kasten 120A in eine Position zu ziehen, so daß die Linie, welche die obere lange Seite des Kastens bildet, sich der Kniegelenkslinie annähert. 5 zeigt die passend angeordneten Assistenten der ML-Ansicht 102A, 104A.
Der Benutzer bezieht sich nun auf das AP-Röntgenbild durch klicken auf einen geeignet bezeichneten Knopf in dem Planungsfenster, um dieses Bild an die Stelle des ML-Röntgenbildes 200 zu bringen. In einer alternativen Ausführungsform kann das Planungsfenster beide Bilder gleichzeitig anzeigen.
6 zeigt einen Screen-Shot des Planungsfensters, wobei ein AP-Röntgenbild 210 angezeigt ist. Sowohl der femorale als auch der tibiale Assistent wurden ausgewählt, wobei das Planungsfenster 106 verwendet wurde, so daß der femorale Assistent 102B für die AP-Ansicht und der tibiale Assistent 104B für die AP-Ansicht dem Röntgenbild 210 überlagert dargestellt werden.
6(a) zeigt den femoralen Assistenten 102B und den tibialen Assistenten 104B der AP-Ansicht detaillierter. Ein darunterliegendes Bild eines Femur 54 und einer Tibia 56 ist im Umriß gezeigt, wobei die Assistenten 102B und 104B in einer aproximierten Position liegen. Der femorale Assistent 102B der AP-Ansicht weist einen quadratischen Kasten 210 auf, der einen Ziehpunkt 130 in jeder Ecke aufweist und einen im wesentlichen horizontal gestreckten Kasten 134, welcher unter dem Kasten 210 angeordnet ist. Der Assistent 102B wird durch Ziehen der Ziehpunkt 130 so angeordnet, daß der femorale Schaft umrissen wird, so daß die Achse des femoralen Schafts, wie in 6 gezeigt, gebildet wird. Dieses gibt eine Mittenlinie des femoralen Schafts, die entweder zentral oder leicht zu einer Seite verschoben aus der interkondilaren Kerbe hervorgeht. Der Kasten 134 wird dann durch den Benutzer so angeordnet, daß ihre obere horizontale Kante der gewünschten Position der distalen femoralen chirurgischen Schnittlinien entspricht, die in der kommenden Operation verwendet werden. Zusätzlich muß der Benutzer in einer Dialogbox den Valguswinkel des Patienten eingeben, der zuvor durch physikalische Untersuchung des Patienten bestimmt wird (der Valguswinkel ist der Winkel des Versatzes des Femur von der gewichtstragenden Achse entlang des Beines). Dies bildet den finalen Parameter, der für diesen Assistenten benötigt wird.
Der tibiale Assistent 104B der AP-Ansicht weist einen gestreckten Kasten 120B und eine tibiale Schaftachsendefinitionslinie 118B auf. Wie in dem tibialen Assistenten der ML-Ansicht ist der Winkel zwischen dem Kasten 120B und der Linie 118B durch den posterioren Steigungswinkel der zur Berücksichtigung in dem Eingabeschritt bezeichneten Prothese definiert. Um den tibialen Assistenten der AP-Ansicht 104B anzuordnen, klickt der Benutzer auf die tibiale Schaftachsendefinitionslinie 118B und zieht sie über die Tibia, wobei die Ziehpunkte an einem Ende verwendet werden, um ihn entlang der Mittellinie des tibialen Schaftes auszurichten. Der Benutzer ordnet dann die Ziehpunkte eines Endes des gestreckten rechtwinkligen Kastens 120B auf den medialen und den lateralen Rändern des tibialen Plateaus an, so daß die obere horizontale Linie 122 des gestreckten rechtwinkligen Kastens 120B mit der physiologischen Lagerlaufflächenlinie des Gelenks ausgerichtet ist oder die untere horizontale Linie 132 des gestreckten rechtwinkligen Kastens 120B mit der vorhergesagten chirurgischen Schnittlinie ausgerichtet ist. Eine klinische Einschätzung und persönliche Referenz wird verwendet, um zu bestimmen, wel che dieser Linien 122 oder 123 verwendet wird, um den tibialen Assistenten 104B der AP-Ansicht passend anzuordnen. Der Abstand zwischen den beiden Linien 122 und 123 ist festgelegt und wird durch das von dem Benutzer ausgewählte prothetische System bestimmt, da es jedes System erfordert eine chirurgische Schnittlinie passend relativ zu der Lagerlauffläche des Gelenks auszuführen. 6 zeigt die femoralen und tibialen Assistenten 102B, 104B der AP-Ansicht richtig angeordnet.
Wenn erwünscht, kann der Benutzer zwischen den AP- und ML-Bildern wechseln oder er kann beide gleichzeitig betrachten, um die Assistenten anzupassen bis sie geeignet angeordnet sind. Wenn Anpassungen ausgeführt werden, wird ein Auswahlalgorithmus, ähnlich dem in der ersten Ausführungsform verwendeten, ausgeführt, um geeignete Prothesen aus einer Datenbank auszuwählen, wobei Parameter, die von den Dimensionen und Positionen der bearbeiteten Assistenten abgeleitet werden, verwendet werden. Die Datenbank ist gleich der für die Hüftersatzprothesen beschriebenen, mit dem zusätzlichen Merkmal, daß jede Datei Bilddaten für zwei Vorlagen einschließt, die einen zeigen dem ML-Umriß der Prothesen und die anderen zeigen den AP-Umriß. Die Ergebnisse des Auswahlalgorithmus erscheinen in Informationspaletten 135 in dem Planungsfenster.
Nachdem der Benutzer mit den Positionen der Assistenten zufrieden ist, kann der Planungsprozeß zu dem Vorlagenschritt voranschreiten, welcher wie zuvor dadurch aktiviert wird, daß der Benutzer auf einen geeignet bezeichneten Knopf in den Planungsfenster klickt, um sich zu einem Vorlagenfenster zu bewegen.
In dem Vorlagenfenster kann eines der beiden Röntgenbilder angezeigt werden (oder alternativ können beide gleichzeitig angezeigt werden). 7 zeigt ein Vorlagenfenster, welches ein ML-Bild zeigt und 8 zeigt ein Vorlagenfenster, welches ein AP-Bild zeigt. In dem Vorlagenfenster werden dem Benutzer Auswahlpaletten 128 angeboten, welche für die beiden Komponenten von Knieprothesen relevante Parameterwerte auflisten, wobei die von dem Algorithmus zurückgegebenen Ergebnisse durch schraffierte Bereiche empfohlen sind. Eine Auswahl eines Parameters aus jeder Palette durch den Benutzer erlaubt es, die entsprechenden Vorlagen dem Röntgenbild zur Überprüfung durch den Benutzer zu überlagern. Die Vorlagen zeigen die femorale Komponente 124 und die tibiale Komponente 126. Diese können unabhängig über das Bild gezogen und gedreht werden, so daß der Benutzer die Größe und Position überprüfen kann bevor er eine endgültige Auswahl einer Prothese trifft.
Soweit die Beziehung zwischen den Assistenten in den beiden Ansichten betroffen ist, so kann diese auf verschiedene Weisen implementiert werden und basiert auf der Tatsache, daß die Knieprothesenkomponenten dreidimensional sind und Knochenmessungen in drei Dimensionen berücksichtigt werden müssen, um eine passende Prothese auszuwählen. Zwei mögliche Implementierungen werden nun beschrieben.
In der ersten Implementierung sind der femorale Assistent und der tibiale Assistent jeweils dreidimensionale geometrische Konstruktionen, die nicht miteinander in Beziehung stehen. Die AP- und ML-Ansichten jedes Assistenten sind zweidimensionale Projektionen dieser Konstruktionen, so daß in jeder Ansicht jeder Assistent als eine zweidimensionale Ansammlung von Linien und Formen erscheint, die miteinander verbunden sind. Eine Bearbeitung in einer Ansicht bewegt daher entsprechende Teile der dreidimensionalen Konstruktion, so daß die andere Projektion in der anderen Ansicht entsprechend geändert wird. Daher können die Assistenten in drei Dimensionen bearbeitet werden und genau der abgebildeten Knochenstruktur angepaßt werden.
Eine zweite Implementierung verwendet zwei zweidimensionale geometrische Konstruktionen für die tibialen und femoralen Assistenten, eine Konstruktion für jede Ansicht. In jeder Ansicht können die Assistenten bearbeitet werden, aber es gibt keine entsprechende Anpassung dieses Assistenten in der anderen Ansicht. Jede Ansicht resultiert daher in der Bestimmung eines verschiedenen Satzes von geometrischen Parametern. Die Beziehung wird auf dem Niveau der Datenbank bereitgestellt, wobei die Datei für jede Prothese Parameter aufweist, welche diese Prothese beschreiben. Diese Parameter entsprechen den von jeder der beiden zweidimensionalen Assistenten bestimmten geometrischen Parametern, so daß jeder Datenbankeintrag mit beiden Ansichten des Assistenten verbunden ist. Daher verursacht die Bearbeitung der Assistenten in einer Ansicht, daß der Auswahlalgorithmus die geometrischen Parameter mit denen in der Datenbank vergleicht und möglicherweise eine verschiedene Prothese auswählt und empfiehlt.
Weitere Ausführungsformen
Obwohl die vorliegende Erfindung detailliert in Bezug auf Hüft- und vollständige Knieersatzoperationen beschrieben wurde, ist sie nicht auf diese beschränkt. Sie kann auch zur Planung von Operationen für den Ersatz von anderen Gelenken, einschließlich kleinen Gelenken und Gelenken in der Wirbelsäule und der oberen Extremität verwendet werden, wenn eine geeignete Datenbank von Prothesen bereitgestellt wird und die geometrischen Konstruktionen so modifiziert werden, daß sie die relevanten Messungen für das in Frage stehende Gelenk abbilden.
Obwohl die beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen ein bzw. zwei Patientenbilder verwenden, gibt es keine Begrenzung der Anzahl von Ansichten, die aufgenommen werden können. Jedoch ist die Verwendung eines oder zweier Bilder, um eine orthopädische Operation zu planen, typisch, wobei manchmal drei verwendet werden. Um eine Planung mit der vorliegenden Erfindung auszuführen, wobei eine bestimmte Anzahl von Bildern verwendet wird, muß eine entsprechende Anzahl von Ansichten der Assistenten bereitgestellt werden (sie können verschiedene zweidimensionale Projektionen eines einzigen dreidimensionalen geometrischen Konstrukts sein oder separate Assistenten, die über die Parameter in der Datenbank verbunden sind), zusammen mit Vorlagen, welche jede der passenden Umrisse der Prothesen darstellen. Insbesondere kann die vorliegende Erfindung zur Planung einer Hüftersatzoperation mit ML-Patientenbildern verwendet werden, wenn die Datenbank ML-Vorlagen der femoralen und acetabulären Komponenten aufweist und eine ML-Ansicht des Hüftassistenten bereitgestellt wird. Dies ist nützlich bei der Planung einer Hüftrevisionsoperation, die in dem Fall eines Versagens eines zuvor implantierten prothetischen Hüftgelenks ausgeführt wird. Die femorale Ersatzkomponente hat einen längeren Schaft als das Original. Dies bedeutet, daß ein ML-Patientenbild benötigt wird, um eine gut passende Prothese zu identifizieren, da es notwendig ist, eine Krümmung in dem unteren Teil des Femur in der ML-Ebene zu berücksichtigen.

Claims

Computerimplementiertes Verfahren zur Planung einer orthopädischen Operation, mit: Bereitstellen einer Sammlung von Vorlagen, die orthopädische Prothesen darstellen, Anzeigen eines Patientenbildes (72), welches anatomische Merkmale zeigt, die für die geplante orthopädische Operation relevant sind, Skalieren des Patientenbildes gemäß einer Benutzereingabe, Anzeigen einer geometrischen Konstruktion (80), die eine Mehrzahl von zusammenhängenden Formen und Linien aufweist, die durch eine Mehrzahl von miteinander in Bezug stehenden geometrischen Parametern definiert sind, über dem Patientenbild, einem Benutzer Ermöglichen, die geometrische Konstruktion durch Anpassen der geometrischen Parameter gemäß den anatomischen Merkmalen des darunterliegenden Patientenbildes neu zu konfigurieren und automatisches Auswählen mindestens einer Vorlage (94, 96) aus der Sammlung gemäß den von dem Benutzer angepaßten geometrischen Parametern.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Patientenbild ein Röntgenbild ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrischen Parameter Längen und/oder Winkel aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche und darüber hinaus vor dem automatischen Auswählen mit: Anzeigen eines weiteren Patientenbildes, welches anatomische Merkmale zeigt, die für die geplante orthopädische Operation relevant sind, Skalieren des weiteren Patientenbildes gemäß einer Benutzereingabe, Anzeigen einer erweiterten geometrischen Konstruktion, die durch eine Mehrzahl von miteinander verbundenen weiteren geometrischen Parametern definiert ist, über dem weiteren Patientenbild und einem Benutzer Ermöglichen, die weitere geometrische Konstruktion durch Anpassen der weiteren geometrischen Parameter gemäß den anatomischen Merkmalen des darunterliegenden weiteren Patientenbildes neu zu konfigurieren, und wobei das automatische Auswählen mindestens einer Vorlage in Übereinstimmung mit den geometrischen Parametern und den weiteren geometrischen Parametern ist, die von dem Benutzer angepaßt wurden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Patientenbild eine Anterior-Posterior-Ansicht ist und das weitere Patientenbild eine medio-laterale Ansicht ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrischen Parameter gemäß anatomischen Merkmalen eines Femur angepaßt werden, so daß eine automatische Auswahl einer Vorlage ermöglicht wird, die eine femurale Komponente einer Hüftprothese darstellt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrischen Parameter gemäß anatomischen Merkmalen einer Pelvis angepaßt werden, so daß eine automatische Auswahl einer Vorlage ermöglicht wird, die eine acetabuläre Komponente einer Hüftprothese darstellt.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrischen Parameter und die weiteren geometrischen Parameter gemäß anatomischen Merkmalen eines Kniegelenks ausgewählt werden, so daß eine automatische Auswahl von Vorlagen ermöglicht wird, die femurale oder tibiale Komponenten einer Knieprothese darstellen.
Verfahren nach Anspruch 1, darüber hinaus vor dem automatischen Auswählen mit: Anzeigen eines zweiten Patientenbildes (200, 210), welches anatomische Merkmale zeigt, die für die geplante orthopädische Operation relevant sind und Skalieren des zweiten Patientenbildes gemäß einer Benutzereingabe, wobei das Anzeigen über dem Patientenbild aufweist: Anzeigen einer erste Ansicht einer geometrischen Konstruktion (120A, 102B, 104A, 104B) über dem Patientenbild, wobei die geometrische Konstruktion eine Mehrzahl von miteinander in Bezug stehenden Formen und Linien aufweist, die durch eine Mehrzahl von miteinander in drei Dimensionen in Bezug stehenden geometrischen Parametern definiert werden und Anzeigen einer zweite Ansicht der geometrischen Konstruktion (102A, 102B, 104A, 104B) über dem zweiten Patientenbild, und wobei das einem Benutzer Ermöglichen, die geometrische Konstruktion neu zu konfigurieren, aufweist: einem Benutzer Ermöglichen, die geometrische Konstruktion gemäß den anatomischen Merkmalen der darunterliegenden Patientenbilder durch Anpassen geometrischer Parameter, die in den ersten und zweiten Ansichten anpaßbar sind, neu zu konfigurieren.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Patientenbild eine anterior-posterior Ansicht ist und das zweite Patientenbild eine medio-laterale Ansicht ist.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrischen Parameter gemäß anatomischen Merkmalen eines Femur angepaßt werden, so daß eine automatische Auswahl einer Vorlage ermöglicht wird, welche eine femurale Komponente einer Knieprothese darstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrischen Parameter gemäß anatomischen Merkmalen einer Tibia angepaßt werden, so daß eine automatische Auswahl einer Vorlage ermöglicht wird, die eine tibiale Komponente einer Knieprothese darstellt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrischen Parameter gemäß anatomischen Merkmalen eines Femur angepaßt werden, so daß eine automatische Auswahl einer Vorlage ermöglicht wird, die eine femurale Komponente einer Hüftprothese darstellt.
Computerprogrammprodukt, welches maschinenlesbare Anweisungen trägt, so daß das Computersystem nach Anspruch 29 veranlaßt wird, ein Verfahren zum Planen einer orthopädischen Operation auszuführen, welches aufweist: Bereitstellen einer Sammlung von Vorlagen, welche orthopädische Prothesen darstellen, Anzeigen eines Patientenbildes (72), welches anatomische Merkmale zeigt, die für die geplante orthopädische Operation relevant sind, Skalieren des Patientenbildes gemäß einer Benutzereingabe, Anzeigen einer geometrischen Konstruktion (80) mit einer Mehrzahl von miteinander in Bezug stehenden Formen und Linien, welche durch eine Mehrzahl von miteinander in Bezug stehenden geometrischen Parametern definiert werden, über dem Patientenbild, einem Benutzer Ermöglichen, die geometrische Konstruktion durch Anpassen der geometrischen Parameter gemäß den anatomischen Merkmalen des darunterliegenden Patientenbildes neu zu konfigurieren und automatisches Auswählen mindestens einer Vorlage (94, 96) aus der Sammlung gemäß den durch den Benutzer angepaßten geometrischen Parametern.
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Patientenbild ein Röntgenbild ist.
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrischen Parameter Längen und/oder Winkel aufweisen.
Computerprogrammprodukt nach einem der Ansprüche 14 bis 16 und darüber hinaus vor dem automatischen Auswählen mit: Anzeigen eines weiteren Patientenbildes, welches anatomische Merkmale zeigt, die für die geplante orthopädische Operation relevant sind, Skalieren des weiteren Patientenbildes gemäß einer Benutzereingabe, Anzeigen einer weiteren geometrischen Konstruktion über dem weiteren Patientenbild, die durch eine Mehrzahl von weiteren miteinander in Bezug stehenden geometrischen Parametern definiert ist, und einem Benutzer Ermöglichen, die weitere geometrische Konstruktion durch Anpassen der weiteren geometrischen Parameter gemäß den anatomischen Merkmalen des darunterliegenden weiteren Patientenbildes neu zu konfigurieren, und wobei das automatische Auswählen mindestens einer Vorlage in Übereinstimmung ist mit den geometrischen Parametern und den weiteren geometrischen Parametern, die durch den Benutzer angepaßt wurden.
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Patientenbild eine anterior-posterior Ansicht ist und das weitere Patientenbild eine medio-laterale Ansicht ist.
Computerprogrammprodukt nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrischen Parameter gemäß anatomischen Merkmalen eines Femur angepaßt werden, so daß eine automatische Auswahl einer Vorlage ermöglicht wird, die eine femurale Komponente einer Hüftprothese darstellt.
Computerprogrammprodukt nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrischen Parameter gemäß anatomischen Merkmalen einer Pelvis angepaßt werden, so daß eine automatische Auswahl einer Vorlage ermöglicht wird, welche die acetabuläre Komponente einer Hüftprothese darstellt.
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrischen Parameter und die weiteren geometrischen Parameter gemäß anatomischen Merkmalen eines Kniegelenks angepaßt werden, so daß eine automatische Auswahl von Vorlagen ermöglicht wird, die femurale und tibiale Komponenten einer Knieprothese darstellen.
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 14, darüber hinaus vor dem automatischen Auswählen mit: Anzeigen eines zweiten Patientenbildes (200, 210), welches anatomische Merkmale zeigt, die für die geplante orthopädische Operation relevant sind und Skalieren des zweiten Patientenbildes gemäß einer Benutzereingabe, wobei das Anzeigen über dem Patientenbild aufweist: Anzeigen einer ersten Ansicht einer geometrischen Konstruktion (102A, 102B, 104A, 104B) über dem Patientenbild, wobei die geometrische Konstruktion eine Mehrzahl von miteinander in Bezug stehenden Formen und Linien aufweist, die durch eine Mehrzahl von in drei Dimensionen miteinander in Bezug stehenden geometrischen Parametern definiert werden, und Anzeigen einer zweiten Ansicht der geometrischen Konstruktion über dem zweiten Patientenbild, und wobei das einem Benutzer Ermöglichen, die geometrische Konstruktion neu zu konfigurieren, aufweist: einem Benutzer ermöglichen, die geometrische Konstruktion gemäß den anatomischen Merkmalen des darunterliegenden Patientenbildes durch Anpassen geometrischer Parameter, die in den ersten und zweiten Ansichten anpaßbar sind, neu zu konfigurieren.
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Patientenbild eine anterior-posterior Ansicht ist und das zweite Patientenbild eine medio-laterale Ansicht ist.
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrischen Parameter gemäß anatomischen Merkmalen eines Femur angepaßt sind, so daß eine automatische Auswahl einer Vorlage ermöglicht wird, welche eine femurale Komponente einer Knieprothese darstellt.
Computerprogrammprodukt nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrischen Parameter gemäß anatomischen Merkmalen einer Tibia ausgewählt werden, so daß eine automatische Auswahl einer Vorlage ermöglicht wird, die eine Komponente einer Knieprothese darstellt.
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrischen Parameter gemäß anatomischen Merkmalen eines Femur angepaßt werden, so daß eine automatische Auswahl einer Vorlage ermöglicht wird, die eine femurale Komponente einer Hüftprothese darstellt.
Computerprogrammprodukt nach einem der Ansprüche 14 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die maschinenlesbaren Befehle in einem Speichermedium gespeichert sind.
Computerprogrammprodukt nach einem der Ansprüche 14 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die maschinenlesbaren Befehle auf ein Übertragungsmedium übertragen sind.
Computersystem zum Implementieren eines Verfahrens zum Planen einer orthopädischen Operation mit: einem Speicher, in dem gespeichert ist: eine Auswahl von Vorlagen, die orthopädische Prothesen darstellen und Patientenbilder (72), die anatomische Merkmale zeigen, die für die geplante orthopädische Operation relevant sind, eine Anzeigevorrichtung, die so betreibbar ist, daß eines der Patientenbilder dargestellt wird, und einem Prozessor, der so betreibbar ist, daß: das dargestellte Patientenbild gemäß einer Benutzereingabe skaliert wird, über dem Patientenbild eine geometrische Konstruktion (80) angezeigt wird, die eine Mehrzahl von miteinander in Bezug stehenden Formen und Linien aufweist, die durch eine Mehrzahl von miteinander in Bezug stehenden geometrischen Parametern definiert sind, es einem Benutzer ermöglicht wird, die geometrische Konstruktion durch Anpassen der geometrischen Parameter gemäß den anatomischen Merkmalen des dargestellten Patientenbildes neu zu konfigurieren und mindestens eine Vorlage (94, 96) aus der Sammlung gemäß den durch den Benutzer angepaßten geometrischen Parametern automatisch ausgewählt wird.
Computersystem nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung darüber hinaus so betreibbar ist, daß ein weiteres der Patientenbilder dargestellt wird und der Prozessor darüber hinaus so betreibbar ist, daß das dargestellte weitere Patientenbild gemäß einer Benutzereingabe skaliert wird, über dem weiteren Patientenbild eine weitere geometrische Konstruktion dargestellt wird, die durch eine Mehrzahl von weiteren miteinander in Bezug stehenden geometrischen Parametern definiert ist, es einem Benützer ermöglicht wird, die weitere geometrische Konstruktion durch Anpassen der weiteren geometrischen Parameter gemäß den anatomischen Merkmalen des dargestellten weiteren Patientenbildes neu zu konfigurieren, und mindestens eine Vorlage aus der Sammlung gemäß den geometrischen Parametern und den weiteren geometrischen Parametern, die durch den Benutzer angepaßt wurden, automatisch ausgewählt wird.
Computersystem nach Anspruch 29, wobei: die Anzeigevorrichtung darüber hinaus so betreibbar ist, daß sie ein zweites der Patientenbilder anzeigt und der Prozessor darüber hinaus so betreibbar ist, daß vor dem automatischen Auswählen: das angezeigte zweite Patientenbild gemäß einer Benutzereingabe skaliert wird, über dem Patientenbild eine geometrische Konstruktion angezeigt wird durch: Anzeigen einer ersten Ansicht einer geometrischen Konstruktion (102A, 102B, 104A, 104B) über dem Patientenbild, wobei die geometrische Konstruktion eine Mehrzahl von miteinander in Bezug stehenden Formen und Linien aufweist, die durch eine Mehrzahl von in drei Dimensionen miteinander in Bezug stehenden geometrischen Parametern definiert ist, und Anzeigen einer zweiten Ansicht der geometrischen Konstruktion über dem zweiten Patientenbild, und es meinem Benutzer ermöglicht wird, die geometrische Konstruktion zu konfigurieren dadurch, daß es einem Benutzer ermöglicht wird, die geometrische Konstruktion gemäß den anatomischen Merkmalen der darunterliegenden Patientenbilder durch Anpassen geometrischer Parameter, die in den ersten und zweiten Ansichten anpaßbar sind, neu zu konfigurieren.
Computersystem nach einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammlung von Vorlagen so gespeichert ist, daß auf sie von dem Prozessor über das Internet zugegriffen werden kann.
Computersystem nach einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Patientenbilder in einem Archiv gespeichert sind, das in einem Bildarchivierungs- und Kommunikationssystem vorgesehen ist.