技术领域
[0001] 本文公开了用于解剖学对准的系统和方法。
背景技术
[0002] 解剖学不对准是影响许多患者并通常需要对其进行外科手术干预的病症。不对准可由于年老、退化状况、畸形等原因而自然地发生。外科手术也可能引起或加剧不对准。例如，在脊柱外科手术中，
假体的插入或者骨的调整或移除可导致患者的脊柱或其他解剖部位的不对准。在一些情况下，用于校正脊柱矢状面平衡的外科手术可能无意中引起冠状平面中的脊柱弯曲的增加。在其他情况下，肩部、髋部或骨盆可能变得不平等，其中一侧高于另一侧。脊柱、髋部、骨盆或肩部的不对准可能具有严重的不良并发症，诸如患者美学指数(AI)评分较差、患者关节磨损加剧、
疼痛严重、步态不均、骨关节炎以及执行日常生活功能困难。通常需要外科手术矫正来校正不对准。
[0003] 在外科手术期间可能难以评估和测量解剖学对准，但这样做可能是重要的，因为这通常是唯一可校正不对准的时间。用于在外科手术期间评估解剖学对准的
现有技术通常包括使用许多拼凑在一起的方法，诸如“目测”、经验、估计或使用手动丁字尺型装置。用于估计对准的当前机械解决方案往往体积庞大、视觉上阻碍手术、使用麻烦、不准确并且仅可用于外科手术干预。此外，此类装置不提供连续的术中验证。相反，外科医生必须自行决定何时评估对准，这通常仅在手术期间的几个离散点处进行。
[0004] 因此，需要用于解剖学对准的改进的系统和方法。
发明内容
[0005] 本文公开了用于解剖学对准的系统和方法。在一些
实施例中，系统和方法可以提供对解剖学对准(例如脊柱、髋部、骨盆和/或肩部的解剖学对准)的准确且连续的术中验证。示例性系统可以包括用于测量冠状面
不平衡的
传感器和标记布置。另一个示例性系统可以包括用于肩部或骨盆校平的传感器和标记布置。又另一个示例性系统可以包括用于建立模拟地平面并从模拟地平面投射铅垂线的机械
框架。
[0006] 在一些实施例中，一种用于评估解剖学对准的方法包括：将指向装置附接到患者身上的第一
位置；将标记附接到患者身上的第二位置；以及将来自指向装置的视觉指示器投射到标记的测量标尺上以提供患者的解剖学测量的直接视觉指示。
[0007] 第一位置可以是骶椎并且第二位置可以是胸椎或颈椎。解剖学测量可以是患者的CVA。附接指向装置可以包括对准视觉指示器，由此使得其平行于患者的CSVL。附接标记可以包括对准测量标尺的测量轴线，由此使得其垂直于患者的CSVL。附接标记可以包括对准测量标尺的测量轴线，由此使得其垂直于从第一位置延伸的垂直铅垂线。
[0008] 在一些实施例中，一种用于评估解剖学对准的系统包括：指向装置，其具有用于将指向装置附接到患者的第一解剖结构的附接元件；和标记，其具有用于将标记附接到患者的第二解剖结构的附接元件，标记具有沿测量轴线延伸的测量标尺；其中指向装置将视觉指示器投射到测量标尺上，从而提供沿测量轴线在第一解剖结构与第二解剖结构之间的偏移的视觉指示。
[0009] 指向装置可以包括激光指向器。指向装置的附接元件可以包括骨针和
骨锚中的至少一个。系统可以包括对准引导件，其用于使指向装置和标记中的至少一个相对于患者对准。对准引导件可以包括下述各项中的至少一个：气泡
水平仪、
加速度计、
陀螺仪、或其他传感器以及用于外科
手术导航系统的信标或标记。
[0010] 在一些实施例中，一种用于评估解剖学对准的方法包括：将第一测距仪部件附接在患者身上的第一位置处；将第二测距仪部件
定位在参考轴线处；将第三测距仪部件附接在患者身上的第二位置处；将第四测距仪部件定位在参考轴线处；测量在第一部件与第二部件之间的第一渡越时间；测量在第三部件与第四部件之间的第二渡越时间；以及比较第一渡越时间和第二渡越时间以确定患者的解剖学测量。
[0011] 第一位置可以是患者的下椎骨并且第二位置可以是患者的上椎骨。解剖学测量可以是患者的CVA。方法可以包括使用视觉指示器、听觉指示器、触觉指示器和
电子显示器中的至少一个将确定的解剖学测量传送给用户。第一部件和第二部件可以沿垂直于患者的CSVL的第一轴线对准，并且第三部件和第四部件可以沿垂直于患者的CSVL的第二轴线对准。
[0012] 在一些实施例中，一种用于评估解剖学对准的系统包括：第一测距仪，其包括第一部件和第二部件，第一部件具有用于将第一部件附接到患者的第一解剖结构的附接元件，第一测距仪被构造成用于测量在第一部件与第二部件之间的第一距离；第二测距仪，其包括第三部件和第四部件，第三部件具有用于将第三部件附接到患者的第二解剖结构的附接元件，第二测距仪被构造成用于测量在第三部件与第四部件之间的第二距离；和
控制器，其被构造成用于比较第一距离和第二距离并在电子显示器上显示在第一距离与第二距离之间的差异。
[0013] 每个附接元件可以包括骨针和骨锚中的至少一个。系统可以包括用于使第一部件、第二部件、第三部件和第四部件中的至少一个相对于患者对准的对准引导件。
[0014] 在一些实施例中，一种用于评估解剖学对准的方法包括：将指向装置附接在患者的第一位置处；将第一测距仪部件附接在患者的第二位置处，第二位置在患者的冠状平面中与第一位置对准；将第二测距仪部件附接在患者的第三位置处；以及测量在第一测距仪部件与第二测距仪部件之间的渡越时间以确定患者的解剖学测量。
[0015] 第一位置可以是骶椎并且第三位置可以是胸椎或颈椎。解剖学测量可以是患者的CVA。附接指向装置可以包括对准由指向装置发射的视觉指示器，由此使得其平行于患者的CSVL，视觉指示器入射在第一测距仪部件上。附接第一测距仪部件和第二测距仪部件可以包括沿垂直于患者的CSVL的轴线定位第一部件和第二部件。
[0016] 在一些实施例中，一种用于评估解剖学对准的系统包括：指向装置，其具有用于将指向装置附接到患者的第一解剖结构的附接元件；测距仪，其包括第一部件和第二部件，第一部件具有用于将第一部件附接到患者的第二解剖结构的附接元件，第二部件具有用于将第二部件附接到患者的第三解剖结构的附接元件；测距仪被构造成用于测量在第一部件与第二部件之间的距离；和控制器，其被构造成用于在电子显示器上显示在第一部件与第二部件之间的测量距离。
[0017] 在一些实施例中，一种用于评估解剖学对准的方法包括：将成像装置附接在患者的第一位置处；将标记附接在患者的第二位置处，标记在成像装置的
视野内；将成像装置的视野校准到患者的参考轴线；以及从由成像装置捕获的一个或多个图像中确定在标记与参考轴线之间的偏移作为患者的解剖学测量。
[0018] 第一位置可以是下椎骨并且第二位置可以是上椎骨。解剖学测量可以是患者的CVA。方法可以包括在电子显示器上显示偏移。
[0019] 在一些实施例中，一种用于评估解剖学对准的系统包括：成像装置，其被构造成用于捕获成像装置的视野的图像，视野被校准到患者的参考轴线，成像装置具有用于将成像装置附接到患者的第一解剖结构的附接元件；标记，其在设置在成像装置的视野内时是可在由成像装置捕获的图像中识别的，标记具有用于将标记附接到患者的第二解剖结构的附接元件；和控制器，其被构造成用于从由成像装置捕获的一个或多个图像中确定在标记与参考轴线之间的偏移作为患者的解剖学测量，控制器还被构造成用于在电子显示器上显示解剖学测量。
[0020] 在一些实施例中，一种用于评估解剖学对准的方法包括：将第一测距仪部件附接在患者身上的第一位置处；将第二测距仪部件附接在患者的左解剖结构处；将第三测距仪部件附接在患者的右解剖结构处；测量在第一部件与第二部件之间的第一渡越时间；测量在第一部件与第三部件之间的第二渡越时间；以及比较第一渡越时间和第二渡越时间以确定患者左解剖结构和右解剖结构的解剖学对准。
[0021] 左解剖结构和右解剖结构可以是患者的左肩部和右肩部，并且解剖学对准可以包括患者的肩部平衡。左解剖结构和右解剖结构可以是患者的左髋部和右髋部，并且解剖学对准可以包括患者的髋部平衡。第一部件可以包括朝向第二部件瞄准的左收发器和朝向第三部件瞄准的右收发器。方法可以包括在电子显示器上显示由第一渡越时间和第二渡越时间表示的第一距离和第二距离。第一位置可以包括患者的椎骨。
[0022] 在一些实施例中，一种用于评估解剖学对准的方法包括：将成像装置附接在患者身上的第一位置处；将第一标记定位在患者的左解剖结构处；将第二标记定位在患者的右解剖结构处；从由成像装置捕获的一个或多个图像中确定在下述两者之间的差异作为患者的解剖学对准，即第一标记与成像装置的接近度和第二标记与成像装置的接近度。
[0023] 成像装置可以包括RGB传感器并且第一标记和第二标记可以包括彩色标志。左解剖结构和右解剖结构可以是患者的左肩部和右肩部，并且解剖学对准可以包括患者的肩部平衡。左解剖结构和右解剖结构可以是患者的左髋部和右髋部，并且解剖学对准可以包括患者的髋部平衡。方法可以包括在电子显示器上显示由第一标记和第二标记的接近度表示的第一距离和第二距离。第一位置可以包括患者的椎骨。
[0024] 在一些实施例中，一种用于解剖学对准的方法包括：在患者的左脚和右脚处将机械框架固定到患者，机械框架建立模拟地平面；从安装到框架的指向装置投射铅垂线，铅垂线垂直于模拟地平面延伸；以及将患者的解剖结构调整到铅垂线以校正患者的解剖学不对准。
[0025] 方法可以包括使用框架来
锁定患者踝关节的移动。调整患者的解剖结构可以包括将患者的颈胸接合段(CTJ)带到铅垂线以使所述患者的
肩膀平衡。调整患者的解剖结构可以包括将患者的腰骶关节L5-S1带到铅垂线以使所述患者的骨盆平衡。
[0026] 在一些实施例中，一种用于解剖学对准的系统包括：机械框架，其被构造成用于在患者的左脚和右脚处固定到患者；和指向装置，其被安装到框架并被构造成用于从其投射铅垂线，铅垂线垂直于由机械框架建立的模拟地平面延伸。
[0027] 框架可以包括用于将框架固定到患者的附接结构。框架可以锁定患者踝关节的移动。
附图说明
[0028] 图1A是未对准的人体脊柱的示意图；
[0029] 图1B示出了“正确的”解剖学对准连同可能困扰患者的各种解剖学不对准；
[0030] 图1C示出了在“正确的”解剖学对准与解剖学不对准之间的示例性比较；
[0031] 图2A是装配有用于解剖学对准的系统的患者的透视图；
[0032] 图2B是图2A的患者和系统的顶视图；
[0033] 图3A是装配有用于解剖学对准的系统的患者的透视图；
[0034] 图3B是图3A的患者和系统的顶视图；
[0035] 图4A是装配有用于解剖学对准的系统的患者的透视图；
[0036] 图4B是图4A的患者和系统的顶视图；
[0037] 图5A是装配有用于解剖学对准的系统的患者的透视图；
[0038] 图5B是图5A的患者和系统的顶视图；
[0039] 图6A是与患者肩部一起装配的用于解剖学对准系统的透视图；
[0040] 图6B是在肩部校平前的图6A的患者和系统的顶视图；
[0041] 图6C是在肩部校平后的图6A的患者和系统的顶视图；
[0042] 图6D是图6A的系统的显示器的顶视图；
[0043] 图6E是与患者髋部一起装配的图6A的系统的顶视图；
[0044] 图6F是在肩部校平前的图6A的患者和系统变型的顶视图；
[0045] 图6G是在肩部校平后的图6A的患者和系统变型的顶视图；
[0046] 图7A是装配有用于解剖学对准的系统的患者的透视图；
[0047] 图7B是图7A的患者和系统的顶视图；和
[0048] 图8是可与上述系统一起使用的
计算机系统的示意图。
具体实施方式
[0049] 本文公开了用于解剖学对准的系统和方法。在一些实施例中，系统和方法可以提供对解剖学对准(例如脊柱、髋部、骨盆和/或肩部的解剖学对准)的准确且连续的术中验证。示例性系统可以包括用于测量冠状面不平衡的传感器和标记布置。另一个示例性系统可以包括用于肩部或骨盆校平的传感器和标记布置。又另一个示例性系统可以包括用于建立模拟地平面并从模拟地平面投射铅垂线的机械框架。
[0050] 本文的系统和方法可以提供度解剖学对准的连续术中验证。可以主动使用此类系统和方法而不干扰外科手术。这可以允许术中评估解剖学对准，同时仍然可以采取动作来校正次优对准。本文的系统和方法可以减少伤口暴露时间，减少手术中的步骤数量、减少设置错误、减少挫折感、提高速度并提供增强的易用性。
[0051] 现在将描述某些示例性实施方案，以提供对本文所公开的装置和方法的结构、功能、制造和用途的原理全面理解。这些实施方案的一个或多个示例在附图中示出。本领域的技术人员应当理解，本文具体描述且附图中示出的装置与方法为非限制性的示例性实施方案。结合一个示例性实施方案示出或描述的结构可与其它实施方案的结构进行组合。
[0052] 图1A是未对准的人体脊柱的示意图。所示的脊柱具有由顶椎平移(AVT)限定的脊柱侧凸弯曲。此外，所示的脊柱有冠状面不平衡，如从在C7椎体中心延伸的垂直铅垂线与患者的中央骶骨垂直线(CSVL)之间的冠状平面中的偏移所限定的。偏移可以被称为C7-S1冠状面垂直轴线(CVA)。通常，优选使偏移尽可能接近零，其中通常将2cm或更小的偏移视为正常。虽然在所示的示例中在C7与CSVL之间测量冠状面不平衡，但应当理解，不平衡可以存在和/或可以从其他椎骨(例如，其他颈椎、诸如T1的胸椎或腰椎)测量。
[0053] 图1B示出了“正确的”解剖学对准连同可能困扰患者的各种解剖学不对准。从左到右，示例包括高肩、高髋、头部倾斜和严重脊柱侧凸。图1C示出了在“正确”或“平衡的”的解剖学对准(右侧显示，其中患者的肩部、髋部和膝盖处于水平)与解剖学不对准(左侧显示，其中肩部下垂、骨盆倾斜、膝盖旋转、足弓下垂)之间的另一个示例性比较。
[0054] 本文的系统和方法可以在外科手术期间任选地连续和/或实时地测量这些和其他解剖学对准以有助于校正对准。
[0055] 图2A-2B示出了用于解剖学对准的示例性系统200，其可以用于例如测量冠状面距离。如图所示，系统200可以包括指向装置202和标记204。
[0056] 指向装置202可以被构造成用于将视觉指示器投射到标记204上。指向装置202可以包括用于投射视觉指示器的各种结构中的任何一个，诸如
激光器、LED指向器等。指向装置202可以沿直线(例如，沿在冠状平面或矢状平面中不弯曲的线)投射视觉指示器。
[0057] 指向装置202可以包括用于将指向装置附接到患者的附接元件206。附接元件206可以被构造成用于将指向装置202附接到患者的外部，例如使用
粘合剂、夹具、条带、缝合线等，或者可以被构造成用于将指向装置附接到患者的内部解剖结构，例如使用骨针、
骨螺钉、缝合线、夹具等。附接元件206可以在一个或多个
自由度上进行调整以有助于对准指向装置202。在一些实施例中，附接元件206允许指向装置202的相对于患者的六个自由度调整。附接元件206可以锁定在固定位置，由此使得指向装置202不能相对于患者平移或旋转。在一些实施例中，多个骨针可以用于将指向装置202固定到患者以防止指向装置相对于患者的旋转。附接元件206可以将指向装置202
支撑在升高位置以在患者解剖结构上方向指向装置赋予清晰视线。
[0058] 指向装置202可以包括对准引导件208以辅助用户将指向装置与患者对准。例如，指向装置208可以包括气泡水平仪、加速度计、陀螺仪或其他传感器或者用于外科手术
导航系统的信标或标记。对准引导件208可以允许指向装置202相对于患者的精确定位，例如以使所投射的视觉指示器与患者的解剖学轴线(诸如CSVL)对准。可以省略对准引导件208，并且可以在视觉上对准指向装置202。可以使用诸如
荧光透视、CT或MRI的成像技术来确认指向装置202的对准。
[0059] 标记204可以包括测量标尺210。测量标尺210可以包括沿测量轴线MA布置的标志或梯度(诸如如图所示的多个编号线)以允许沿测量轴线进行距离的视觉评估。在所示的实施例中，标记204包括被对准用于测量患者冠状平面中的偏移的单个测量轴线MA。在其他实施例中，测量轴线MA可以被对准用于测量患者的矢状平面或横向平面中的偏移。在更进一步的实施例中，测量标尺210可以包括多个测量轴线，例如，用于测量冠状面平衡的第一测量轴线和用于测量矢状面平衡的第二测量轴线。在一些实施例中，测量标尺210可以包括二维网格，指向装置202的视觉指示器被投射到该二维网格上。
[0060] 标记204可以包括用于将标记附接到患者的附接元件212。附接元件212可以被构造成用于将标记附接到患者的外部，例如使用粘合剂、夹具、条带、缝合线等，或者可以被构造成用于将标记附接到患者的内部解剖结构，例如使用骨针、骨螺钉、缝合线、夹具等。附接元件212可以在一个或多个自由度上进行调整以有助于对准标记204。在一些实施例中，附接元件212允许标记204的相对于患者的六个自由度调整。附接元件212可以锁定在固定位置，由此使得标记204不能相对于患者平移或旋转。在一些实施例中，多个骨针可以用于将标记204固定到患者以防止标记相对于患者的旋转。附接元件212可以将标记204支撑在升高位置以在患者解剖结构上方向标记赋予清晰视线。
[0061] 标记204可以包括对准引导件214以辅助用户将标记与患者对准。例如，标记204可以包括气泡水平仪、加速度计、陀螺仪或其他传感器，或者用于外科手术导航系统的信标或标记。对准引导件214可以允许标记204相对于患者的精确定位，例如以对准测量轴线MA，由此使得其垂直于患者的矢状平面。对准引导件214可以包括用于投射视觉指示器的结构，诸如激光器、LED指向器等。如图所示，当光束型指示器用于标记器204和指向装置202时，通过将光束相互比较并与患者的矢状平面进行比较以确认光束和矢状平面各自相互平行，可以确认标记和指向装置的正确对准。可以省略对准引导件214，并且可以在视觉上对准标记204。可以使用诸如荧光透视、CT或MRI的成像技术来确认标记204的对准。
[0062] 在使用中，指向装置202和标记204可以沿患者彼此相
对地定位并且可以附接到患者。在所示的实施例中，指向装置202附接到患者的S1椎骨，并且标记204附接到患者的T1椎骨，但应当理解，取决于所关注的测量，指向装置和标记可以附接在患者身上的各种位置中的任何位置处。
[0063] 可以根据需要检查和调整指向装置202和标记204的对准引导件208、214和附接元件206、212以确认正确对准。例如，指向装置202可以被对准，由此使得所投射的视觉指示器平行于患者的CSVL并且在与患者的CSVL相同的矢状平面中，并且由此使得所投射的视觉指示器降落在测量标尺210上。标记204可以被对准，由此使得测量轴线MA垂直于从T1的中心延伸的垂直铅垂线延伸。因此，外科医生可以通过简单地观察所投射的视觉指示器所降落之处的沿测量标尺210的位置来快速评估患者的T1-S1CVA。只要外科医生期望，指向装置202和标记204就可以保持附接到患者，并且视觉指示器保持“开启”状态，由此使得系统200可以连续地验证患者脊柱的冠状面平衡。因此，系统200可以向外科医生提供患者的冠状面平衡的连续、实时指示。
[0064] 应当理解，指向装置202和标记204的定位可以颠倒。换句话说，指向装置202可以附接在患者的更上位置处，并且标记204可以附接在患者的更下位置处。在一些实施例中，指向装置202和标记204可以是相同的部件并因此可以互换地用于任一
角色。
[0065] 在一些实施例中，一种用于评估解剖学对准的方法包括：将指向装置附接到患者身上的第一位置，将标记附接到患者身上的第二位置，以及将来自指向装置的视觉指示器投射到标记的测量标尺上以提供患者的解剖学测量的直接视觉指示。第一位置可以是骨盆或下椎骨，第二位置可以是上椎骨，并且解剖学测量可以是患者的CVA。
[0066] 图3A-3B示出了用于解剖学对准的示例性系统300，其可以用于例如测量冠状面距离。如图所示，系统300可以包括第一测距仪系统316A和第二测距仪系统316B。每个测距仪系统316A、316B可以包括收发器部件320和目标部件322，并且可以被构造成用于测量部件之间的范围或距离，例如通过测量从收发器发射输出
信号的时刻到
输出信号被目标反射并返回收发器处被接收的时刻的渡越时间。示例性测距仪可以使用
光学传感器、脉冲激光传感器、声学传感器或红外传感器来测量渡越时间。在所示的实施例中，系统300包括两个测距仪316，但应当理解，可以使用任何数量的测距仪，例如以提供冗余或测量附加的解剖学尺寸。在一些实施例中，可以使用单个收发器320来测量到多个目标322的渡越时间。
[0067] 第一测距仪316A和第二测距仪316B可以各自包括安装到患者的目标部件322，以及沿固定参考轴线安装或定位(例如，如图所示安装到手术台324的边缘)的收发器部件320。在其他实施例中，目标部件322可以沿参考轴线定位，并且收发器部件320可以安装到患者。第一目标部件322A可以联接到患者身上的第一位置(诸如T1)，并且第二目标部件
322B可以联接到患者身上的第二位置(诸如S1)。在使用中，可以比较由第一测距仪316A和第二测距仪316B的收发器320A、320B测量的相应渡越时间以确定在第一目标部件322A和第二目标部件322B之间的距离。例如，测距仪316可以测量冠状平面中的目标部件322之间的相对距离，在上面的示例中，该相对距离与患者的T1-S1CVA相当。在所示的实施例中，目标
322附接到患者的S1和T1椎骨，但可以理解，取决于所关注的测量，目标可以附接在患者身上的各种位置中的任何位置处。在一些实施例中，收发器320和目标322可以是相同的部件并因此可以互换地用于任一角色。
[0068] 系统300可以包括用于将测量距离传送给外科医生的指示器。例如，系统300可以包括控制器，该控制器驱动电子显示器326以便以图形方式向外科医生显示相对距离。以另一个示例的方式，当相对距离在可接受范围内时，例如当测量的CVA在零的预定距离内(诸如+/-2cm)时，或者当相对距离在可接受范围的外部时，系统可以发射听觉、视觉和/或
触觉反馈。可以通过诸如LED的灯、扬声器、蜂鸣器、振动器等发射反馈。
[0069] 测距仪316的收发器和/或目标部件可以包括附接元件328以用于根据具体情况将部件附接到患者或固定参考点。附接元件328可以被构造成用于将部件附接到患者的外部，例如使用粘合剂、夹具、条带、缝合线等，或者可以被构造成用于将部件附接到患者的内部解剖结构，例如使用骨针、骨螺钉、缝合线、夹具等。附接元件328可以在一个或多个自由度上进行调整以有助于对准测距仪部件。在一些实施例中，附接元件328允许部件的相对于患者或参考点的六个自由度调整。附接元件328可以锁定在固定位置，由此使得部件不能相对于患者或参考点平移或旋转。在一些实施例中，多个骨针可以用于将部件固定到患者以防止部件相对于患者的旋转。附接元件328可以将部件支撑在升高位置以在患者解剖结构上方向部件赋予清晰视线。
[0070] 测距仪316的收发器和/或目标部件可以包括对准引导件330，以辅助用户将部件与患者、参考轴线对准以及相互对准。例如，部件可以包括气泡水平仪、加速度计、陀螺仪或其他传感器，或者用于外科手术导航系统的信标或标记。对准引导件330可以允许部件相对于患者和参考轴线的精确定位，例如以对准发射信号的入射路径和反射路径，由此使得它们垂直于患者的矢状平面、铅垂线或CSVL以及垂直于参考轴线。可以省略对准引导件330，并且可以在视觉上对准部件。可以使用诸如荧光透视、CT或MRI的成像技术来确认部件的对准。在一些实施例中，测距仪316的部件中的一者或两者可以被构造成用于将视觉指示器投射到相对部件上。这些部件可以包括用于投射视觉指示器的各种结构中的任何一个，诸如激光器、LED指向器等。部件可以沿直线(例如，沿在冠状平面或矢状平面中不弯曲的线)投射视觉指示器。所投射的视觉指示器可以用于确认在收发器与目标之间的对准。
[0071] 在使用中，目标322可以附接到患者并且收发器320可以沿参考轴线附接，或反之亦然。可以根据需要检查和调整测距仪部件的对准引导件330和附接元件328以确认正确对准。可以例如使用处理器、控制器、计算机系统等来比较由测距仪316测量的渡越时间，以确定目标322之间的相对距离并因此确定患者的解剖学测量。例如，测距仪316可以测量冠状平面中的目标部件322之间的相对距离，在上面的示例中，该相对距离与患者的T1-S1CVA相当。可以将解剖学测量传送给外科医生，由此使得外科医生可以在整个外科手术中实时且连续地快速评估测量。
[0072] 在一些实施例中，一种用于评估解剖学对准的方法可以包括：将第一测距仪部件附接在患者身上的第一位置处，将第二测距仪部件定位在参考轴线处，将第三测距仪部件附接在患者身上的第二位置处，将第四测距仪部件定位在参考轴线处，测量在第一部件与第二部件之间的第一渡越时间，测量在第三部件与第四部件之间的第二渡越时间，以及比较第一渡越时间和第二渡越时间以确定患者的解剖学测量。第一位置可以是骨盆或下椎骨，第二位置可以是上椎骨，并且解剖学测量可以是患者的CVA。方法可以包括使用视觉指示器、听觉指示器、触觉指示器和电子显示器中的至少一个将所确定的解剖学测量传送给用户。
[0073] 图4A-4B示出了用于解剖学对准的示例性系统400，其可以用于例如测量冠状面距离。如图所示，系统400可以合并上述系统200、300的结构。具体地，系统400可以包括指向装置402以及具有收发器部件420和目标部件422的测距仪416。指向装置402可以如在上面的系统200中的指向装置202中那样附接到患者，并且一个测距仪部件422可以如在上面的系统200中的标记204中那样附接到患者。另一个测距仪部件420可以在从第一测距仪部件422横向偏移的位置处由用户保持或者附接到患者，该位置如从指向装置402投射的视觉指示器所确定的。换句话说，测距仪目标部件422可以附接到T1，并且测距仪收发器部件420可以在指向装置402的投射视觉指示器入射在收发器上的位置处与目标相对地定位。也可以使用相反的布置，即收发器420附接到患者并且目标422与指向装置402对准。然后，测距仪416可以测量在收发器420与目标422之间的渡越时间并由此确定两者之间的相对距离。在所示的实施例中，在收发器420与目标422之间的相对距离等于患者的T1-S1CVA。应当理解，所示的附接点仅是示例性的，并且系统400可以用于确定用户的各种解剖学测量中的任何一种。在系统400中，测距仪416直接测量目标尺寸，而不是如在上面的系统300中那样比较第一渡越时间和第二渡越时间。如上所述，可以将确定的解剖学测量传送给用户，例如使用电子显示器426。
[0074] 在一些实施例中，一种用于评估解剖学对准的方法可以包括：将指向装置附接在患者的第一位置处，将第一测距仪部件附接在患者的第二位置处，第二位置在患者的冠状平面中与第一位置对准，将第二测距仪部件附接在患者的第三位置处，以及测量在第一测距仪部件与第二测距仪部件之间的渡越时间以确定患者的解剖学测量。
[0075] 图5A-5B示出了用于解剖学对准的示例性系统500，其可以用于例如测量冠状面距离。除了如下所指示的并且对于本领域普通技术人员来说是显而易见的，系统500的结构和操作基本上与上述系统200的结构和操作相同，并因此为了简洁起见，这里省略了详细描述。系统500及其部件可以包括上述系统的任何结构，包括附接结构、对准引导件等。
[0076] 在系统500中，使用成像装置502来代替系统200的指向装置202，并且使用具有预定
颜色、标志、图案等的标记504来代替系统200的标记204。成像装置的视野可以被对准、校正或校准到患者的CSVL或其他所关注的参考轴线，由此使得可以从捕获图像中确定标记504相对于参考轴线的位置。例如，成像装置502可以用不透射线的线标记以表示图像传感器的中
心轴线，并且该线可以使用荧光透视来与患者的参考轴线对准。作为另一个示例，可以在捕获图像内识别患者的解剖学界标(诸如骶正中嵴或腰椎的棘突)以定位参考轴线。作为又另一个示例，可以在视觉上对准成像装置502。控制器可以执行
图像处理例程以在捕获图像内识别标记504并计算在标记与参考轴线之间的偏移，从而计算患者的解剖学测量，例如如图所示的T1-S1CVA。
[0077] 可以使用各种已知的成像装置502中的任何一种，包括CCD、CMOS或NMOS图像传感器、光电
二极管、光学传感器、视频
跟踪器传感器、视频表面传感器、光纤传感器、激光扫描传感器、电
磁传感器、本文所述的传感器组合等。在一些实施例中，成像装置502可以是RGB传感器，例如可商购获得的RGB-D传感器。标记504可以是红色、绿色或蓝色以有助于由RGB传感器进行识别。
[0078] 如上所述，可以将确定的解剖学测量传送给用户，例如使用如图所示的电子显示器526。电子显示器可以与图像传感器502或远程计算机系统的一部分集成在一起。系统500可以将偏移量连同偏移方向(例如，如图所示向左或向右)传送给用户。
[0079] 图6A-6G示出了用于解剖学对准的示例性系统600，其可以用于例如肩部和/或骨盆校平。
[0080] 如图6A-6C所示，系统600可包括左测距仪616A和右测距仪616B。左测距仪616A可以包括收发器部件620A和目标部件622A，并且右测距仪616B可以包括收发器部件620B和目标部件622B。测距仪616可以包括上述测距仪的任何结构，包括附接元件、对准引导件等。在一些实施例中，单个收发器部件620可以测量到多个目标部件622的渡越时间。
[0081] 在使用中，可以例如使用处理器、控制器、计算机系统等来比较由测距仪616A、616B测量的渡越时间，以确定目标622A、622B之间的相对距离并因此确定患者的解剖学测量。可以将解剖学测量传送给外科医生，由此使得外科医生可以在整个外科手术中实时且连续地快速评估测量。
[0082] 在所示的实施例中，测距仪收发器620A、620B附接到患者的S1椎骨，并且测距仪目标622A、622B分别附接到患者的左肩部和右肩部，例如附接到左肩胛骨的上角和右肩胛骨的上角。由左测距仪616A和右测距仪616B测量的渡越时间的差异因此可以指示患者的肩部不平衡量。如图6B所示，当患者的肩部不平衡时，由左测距仪616A测量的渡越时间所表示的距离X与由右测距仪616B测量的渡越时间所表示的距离Y不同。如图6C所示，当患者的肩部平衡或水平时，由左测距仪616A和右测距仪616B测量的渡越时间表示的距离Z相等或基本相等。由左测距仪616A和右测距仪616B测量的距离可以被传送给外科医生，例如使用如图6D所示的电子显示器626。显示器上的显示测量的位置可以与安装有测距仪的患者身上的位置相协调。例如，从左测距仪616A获得的测量可以显示在显示器626的左侧，并且使用右测距仪616B获得的测量可以显示在显示器的右侧。因此，在所示的示例中，外科医生可以容易地从显示器626观察到左肩部比右肩部低10cm。
[0083] 系统600可以用于测量患者的其他解剖学对准，诸如如图6E所示的髋部或骨盆平衡。如图所示，测距仪目标622A、622B可以附接到患者髋部，例如在髂嵴的外边缘处。可以如上所述使用系统600以向外科医生传送患者骨盆的平衡程度或不平衡程度。
[0084] 虽然上面示出并描述了测距仪布置，但应当理解，系统600可以替代地或另外地使用其他测量技术。例如，如图6F-6G所示，系统600可以包括上述类型的成像装置602以及被构造成用于在由成像装置捕获的图像中检测的左标记604A和右标记604B。在一些实施例中，成像装置602可以是RGB传感器，并且标记604A、604B可以具有不同的颜色(例如，一个蓝色和一个绿色)以使它们易于由RGB传感器区分。在使用中，可以处理由图像传感器602捕获的图像数据以确定左标记604A和右标记604B与成像装置的相对接近度。例如，可以确定捕获图像内的标记604A、604B的大小以评估标记的接近度。如图6F所示，当患者的肩部不平衡时，左标记604A的接近度X与右标记604B的接近度Y不同。如图6G所示，当患者的肩部平衡或水平时，左标记604A和右标记604B的接近度Z相等或基本相等。图6F-6G所示的系统600也可以用于骨盆校平或用于评估其他解剖学对准。可以使用各种已知的成像装置602中的任何一种，包括CCD、CMOS或NMOS图像传感器、
光电二极管、光学传感器、视频跟踪器传感器、视频表面传感器、光纤传感器、激光扫描传感器、
电磁传感器、本文所述的传感器组合等。
[0085] 图7A-7B示出了用于解剖学对准的示例性系统700，其可以用于例如肩部和/或骨盆校平，尤其是在具有腿长差异的患者中。如图所示，系统700可包括机械框架732，其用于相对于患者建立模拟地平面，例如当患者躺在手术台上时。框架732可以包括被构造成用于投射视觉指示器的例如上述类型的指向装置702。指向装置可以包括用于投射视觉指示器的各种结构中的任何一个，诸如激光器、LED指向器等。指向装置702可以沿直线(例如，沿在冠状平面或矢状平面中不弯曲的线)投射视觉指示器。在所示的实施例中，指向装置702投射光束734，该光束用作垂直于框架732的模拟地平面的铅垂线。因此，框架732可以附接到患者，并且可以将患者解剖结构的各个部分与铅垂线734进行比较以评估对准。如图7B所示，与铅垂线734相比，具有腿长差异的患者可以表现处骨盆侧移和肩部侧移。外科医生可以校正不对准，例如通过将患者的颈胸接合段(CTJ)带到铅垂线734以使肩部平衡和/或通过将患者的腰骶关节L5-S1带到铅垂线734以使骨盆平衡。
[0086] 框架732可以在各种位置中的任何位置处固定到患者。在所示的实施例中，框架732固定到患者的下肢，其中脚板736牢固地压靠患者的脚跟。因此，脚板736可以限定与患者的左右脚跟相交的模拟地平面。框架732可以包括用于将框架固定到患者的条带或其他附接结构738。框架732可以被构造成用于锁定或限制患者关节中的一个或多个的移动。在所示的实施例中，框架732锁住患者的踝关节。在其他实施例中，框架732可以替代地或另外地锁住患者的其他关节，诸如
膝关节、髋关节等。
[0087] 上述系统中的任何一个或多个可以包括控制器、
数据处理器或计算机系统，例如用于处理传感器输出或捕获图像、比较测量的范围、计算解剖学对准、向用户显示解剖学测量等。
[0088] 图8示出了可以与上述任何解剖学对准系统一起使用的示例性计算机系统800。尽管本文描绘和描述了示例性计算机系统800，但应当理解，这是出于普遍性和方便性的原因。在其他实施方案中，计算机系统800的架构和操作可与这里示出和描述的不同。计算机系统800可以是平板计算机、移动装置、智能电话、膝上型计算机、台式计算机、基于
云的计算机、
服务器计算机等。
软件可以在计算机系统800上执行。软件可以在本地
硬件部件(例如，平板计算机、智能电话、膝上型计算机等)上执行，或者可以远程执行(例如，在与计算机系统800通信联接中的服务器或云连接的计算装置上)。计算机系统800可以与其他软件或硬件系统物理地或通信地连接(例如，实时地)，该其他软件或硬件系统物理包括作为医疗装置的软件(SaMD)、术前计划软件、图片存档和通信系统(PACS)、电子病历(EMR)系统、电子健康记录(EHR)系统和/或电子患者报告结果(ePRO)系统。计算机系统800可以连接到此类其他系统以用于数据传输、数据分析、
机器学习和/或用于外科手术干预和校正的实时规定性临床决策。
[0089] 所示的计算机系统800包括处理器840，该处理器控制计算机系统的操作，例如通过执行嵌入式软件、
操作系统、装置驱动程序、应用程序等。处理器840可以包括任何类型的
微处理器或中央处理单元(CPU)，包括可编程通用或专用处理器。如本文所用，术语处理器可以是指读取和解释来自内部或外部
存储器或寄存器的程序指令的微处理器、
微控制器、ASIC、FPGA、PIC、处理器等。计算机系统800还包括存储器842，其为将由处理器840执行的代码或由处理器处理的数据提供临时或永久存储。存储器842可以包括
只读存储器(ROM)、闪存、一种或多种
随机存取存储器(RAM)和/或存储器技术的组合。计算机系统800的各种部件可以经由任何一个或多个单独的迹线、物理总线、通信线路等互连。
[0090] 计算机系统800还可以包括通信或网络
接口844和I/O接口846。网络接口844可以使得计算机系统800能够通过网络或通信总线(例如，通用
串行总线)与远程装置(例如，其他计算机系统)通信。I/O接口846可以有助于在一个或多个输入装置、一个或多个输出装置以及计算机系统800的各种其他部件之间的通信。示例性输入或输出装置包括电子显示器、
触摸屏、机械按钮、
键盘、指向装置和解剖学对准传感器或部件(例如，上述类型的指向装置、测距仪和成像装置)。计算机系统800还可以包括存储装置848，其可以包括用于以非易失性和/或非瞬态方式存储数据的任何常规介质。存储装置848可以包括一个或多个
硬盘驱动器、闪存驱动器、USB驱动器、光盘驱动器、各种介质盘或卡和/或其任何组合，并且可以直接连接到计算机系统800的其他部件或远程连接至其，诸如通过
通信接口844。图8中所示的元件可以是单个物理机器的一些或所有元件。此外，并非所有例示的元件都需要位于同一物理机器上或同一物理机器中。
[0091] 由计算机系统800执行的各种功能可以在逻辑上描述为由一个或多个模
块执行。应当理解，此类模块可能以硬件、软件或其组合来实现。将进一步理解，当以软件实现时，模块可以是单个程序或一个或多个单独程序的一部分，并且可以在各种上下文中实现(例如，作为嵌入式
软件包、操作系统、装置驱动程序、独立应用程序和/或其组合的一部分)。此外，体现一个或多个模块的软件可以作为可执行程序存储在一个或多个非暂时性计算机可读存储介质上。本文公开的由特定模块执行的功能也可以由任何其他模块或模块组合执行。
[0092] 应当指出的是，上面的描述中或附图中所表达或暗示的方法步骤的任何顺序不应理解为是限制所公开的方法按照该顺序执行步骤。相反，本文所公开的每种方法的各种步骤可按照任意多种顺序执行。此外，由于所描述的方法仅为示例性实施方案，因此包括更多步骤或包括更少步骤的各种其它方法也涵盖在本公开的范围内。
[0093] 虽然本文中示出和描述的系统和方法通常涉及评估人类患者的脊柱、髋部或肩部的对准，但应当理解，本文的系统和方法可以用于评估人类、动物或非
生物受试体中的各种其他解剖学对准、距离等。本文所公开的系统和方法可用于
微创手术和/或开放手术中。
[0094] 本文所公开的系统及其各个组成零件可由多种已知材料中的任何一种构成。示例性材料包括适合用于外科手术应用的材料，其包括金属，诸如不锈
钢、
钛或其
合金、
聚合物(诸如PEEK、陶瓷、
碳纤维)等。本文所公开的装置的各种部件可为刚性的或柔性的。装置的一个或多个部件或部分可由不透射线的材料形成，以便于在荧光镜透视检查和其它成像技术下
可视化，或者由射线可透过的材料形成，以便不干扰其它结构的可视化。示例性射线可透过的材料包括
碳纤维和高强度聚合物。
[0095] 虽然上面描述了具体实施方案，但是应当理解，在所描述的构思的实质和范围内可作出多种变化。
