肩部稳定性增强手术的自动规划的制作方法

1.本技术要求2019年5月20日提交的美国临时专利申请62/850,238的权益，其全部内容通过引用结合于此。


背景技术：

2.肩部不稳定是指导致患者盂肱关节脱位、半脱位(部分脱位)或普遍缺乏稳定性的多种疾病。由于创伤或先天性肩部结构松弛，或由于虚弱和不适当的生物力学，例如，不良的运动模式，个人可能会经历肩部不稳定。医学专家通常根据盂肱关节额外运动的程度、盂肱关节发生不稳定的频率、患部的组织以及肩部变得不稳定的方向来对肩部不稳定进行分类。
3.肩部不稳定有四种类型：前、后、下或多向。肩部前部不稳定是最常见的类型，发生在95％的病例中。肩部前部不稳定通常是由外伤引起的。导致肩部前部不稳定的创伤类型通常包括手臂过度外展、伸展和外旋的组合，这可能发生在手臂向侧面倾斜的滑雪摔倒过程中、伸臂抱颈阻截过程中或排球阻挡扣球的过程中。
4.目前有四种主要类型的手术可用于处理肩部前部不稳定的病例：关节镜下bankart手术、hill
‑
sachs填塞手术、bristow手术和latarjet手术。bristow手术和latarjet手术包括从患者肩胛骨的喙突尖端采集骨移植物，并将骨移植物附着到肩胛骨的关节盂。骨移植物随后有助于将患者的肱骨头保持在关节盂中。
5.外科医生可以基于对肩部前部不稳定原因的诊断，从这些手术中进行选择。为了决定对单个患者使用哪种类型的手术，外科医生可以计算患者的不稳定性严重指数评分(isis)。然后，外科医生可以使用患者的isis以及其他信息来确定决策树中要遵循的路径。决策树中的其他决策依赖于基于二维或三维计算机断层扫描(ct)或磁共振成像(mri)扫描的解剖因素。


技术实现要素：

6.本公开描述了用于肩部稳定性增强手术的自动规划的示例系统和技术。目前用于规划肩部稳定性增强手术的过程对于外科医生来说可能是费力的，并且可能容易出错。这种错误可能导致外科医生对要进行的手术类型得出错误的结论。例如，当前的过程可能需要外科医生手动确定骨缺损的量，并且手动判定在盂肱关节的外展和外旋期间肱骨头上的hill
‑
sachs病变是否接合盂骨。这些判定容易受到人为误差的影响，并且可能依赖于二维成像期间患者的正确取向和/或三维模型的正确定位。
7.本公开的技术可以提高肩部稳定性增强手术的规划过程的某些方面的可靠性和准确性。例如，如本文所述，计算系统可以使用3维模型来确定患者的骨缺损是否涉及关节接合，并且基于此，输出是否建议患者进行包括骨移植的肩部稳定性增强手术的指示。在一些示例中，计算系统可以推荐特定类型的手术来增强肩部的稳定性。
8.在一个示例中，本公开描述了一种方法，包括：由计算系统将第一区域尺寸确定为
患者的预测病前关节盂骨的区域尺寸；由计算系统将第二区域尺寸确定为患者病态关节盂骨上的bankart病变的区域尺寸；由计算系统将第三区域尺寸确定为患者的预测病前肱骨的三维(3d)模型上的测地线表面的区域尺寸，其中，测地线表面至少部分地由(i)病态肱骨上的hill
‑
sachs病变的投影内侧缘和(ii)病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘来定义，其中：所述hill
‑
sachs病变的投影内侧缘是hill
‑
sachs病变的内侧缘在预测的病前肱骨的3d模型上的投影，并且所述病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘是病态肱骨的肱骨头的足迹的内侧缘在预测的病前肱骨的3d模型上的投影；由计算系统基于第一、第二和第三区域尺寸，确定患者的骨缺损是否涉及关节接合；并且由计算系统基于确定患者的骨缺损涉及关节接合，输出建议患者进行包括骨移植的肩部稳定性增强手术的指示。
9.在另一示例中，本公开描述了一种计算系统，包括：存储器，所述存储器被配置为存储描述患者的预测的病前肱骨的三维(3d)模型的数据；以及处理电路，所述处理电路被配置为：将第一区域尺寸确定为患者的预测病前关节盂骨的区域尺寸；将第二区域尺寸确定为患者病态关节盂骨上的bankart病变的区域尺寸；将第三区域尺寸确定为患者的预测病前肱骨的3d模型上的测地线表面的区域尺寸，其中，测地线表面至少部分地由(i)病态肱骨上的hill
‑
sachs病变的投影内侧缘和(ii)病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘来定义，其中：所述hill
‑
sachs病变的投影内侧缘是hill
‑
sachs病变的内侧缘在预测的病前肱骨的3d模型上的投影，并且所述病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘是病态肱骨的肱骨头的足迹的内侧缘在预测的病前肱骨的3d模型上的投影；基于第一、第二和第三区域尺寸，确定患者的骨缺损是否涉及关节接合；并且基于确定患者的骨缺损涉及关节接合，输出建议患者进行包括骨移植的肩部稳定性增强手术的指示。
10.在另一示例中，本公开描述了一种计算系统，包括：用于将第一区域尺寸确定为患者的预测病前关节盂骨的区域尺寸的装置；用于将第二区域尺寸确定为患者病态关节盂骨上的bankart病变的区域尺寸的装置；用于将第三区域尺寸确定为患者的预测病前肱骨的3d模型上的测地线表面的区域尺寸的装置，其中，测地线表面至少部分地由(i)病态肱骨上的hill
‑
sachs病变的投影内侧缘和(ii)病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘来定义，其中：所述hill
‑
sachs病变的投影内侧缘是hill
‑
sachs病变的内侧缘在预测的病前肱骨的3d模型上的投影，并且所述病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘是病态肱骨的肱骨头的足迹的内侧缘在预测的病前肱骨的3d模型上的投影；用于基于第一、第二和第三区域尺寸，确定患者的骨缺损是否涉及关节接合的装置；以及用于基于确定患者的骨缺损涉及关节接合，输出建议患者进行包括骨移植的肩部稳定性增强手术的指示的装置。
11.本公开的各种示例的细节在附图和以下描述中阐述。从描述、附图和权利要求中，各种特征、目的和优点将变得显而易见。
附图说明
12.图1a示出了患者肱骨头的二维(2d)图像中的示例性骨缺损识别过程。
13.图1b示出了关节盂骨的2d图像中的示例性骨缺损识别过程。
14.图2a和图2b示出了3d重建表面中的示例性骨缺损识别过程。
15.图3示出了肩部外展和外旋的俯视图。
16.图4示出了示例性肱骨头足迹边界和hill
‑
sachs病变边界。
17.图5是用于计算不稳定性严重指数分数的表格。
18.图6是用于选择手术治疗以增强肩部稳定性的决策树。
19.图7是示出可用于实现本公开的技术的示例系统的框图。
20.图8是示出根据本公开的一个或多个方面的计算系统的示例操作的流程图。
21.图9a、9b、9c、9d、9e和9f是根据本公开的一个或多个方面的用于识别关节盂骨缺损的示例过程的概念图。
22.图10a是根据本公开的一个或多个方面的病态肱骨的示例3d模型和预测的病前肱骨的相应3d模型的概念图。
23.图10b是肱骨的示例2d轴向切片的概念图，示出了肱骨的肱骨头上的后骨缺损。
24.图11是示出根据本公开的一个或多个方面的计算系统确定测地线表面的示例操作的流程图。
25.图12a、12b、12c和12d是根据本公开的一个或多个方面的手动选择hill
‑
sachs病变的边界上的点和病态肱骨的肱骨头的足迹的边界上的点的示例的概念图。
26.图13a、13b、13c和13d是根据本公开的一个或多个方面的确定测地线表面的示例操作的概念图。
27.图14a是使用latarjet方法的骨移植的概念图。
28.图14b是使用bristow方法的骨移植的概念图。
29.图15是示出根据本公开的技术的可以基于推荐包括骨移植的肩部稳定接合手术的计算系统来执行的示例操作的流程图。
30.图16是根据本公开的一个或多个方面的手术规划软件的示例用户界面的概念图。
具体实施方式
31.如上所述，肩部不稳定是指导致盂肱关节脱位、半脱位或普遍缺乏稳定性的多种疾病。肩部不稳定通常是由外伤引起的，外伤迫使肱骨头相对于关节盂骨向前。本公开使用术语“关节盂骨”来指肩胛骨的一部分，其限定并包围肩胛骨的关节盂腔。由于肱骨头相对于关节盂骨向前移动，肱骨头和关节盂骨可能发生骨缺损。当出现肩部前部不稳定时，肱骨头通常有后外侧骨缺损，关节盂骨通常有前下侧骨缺损。肱骨头上的骨缺损可称为hill
‑
sachs病变。关节盂骨的骨缺损可称为bankart病变。
32.hill
‑
sachs病变和/或bankart病变的存在或不存在以及这些病变的一个或多个尺寸特征和位置特征可以用作规划肩部稳定性增强手术的指导。换言之，用于规划肩部稳定性增强手术的决策树可能取决于hill
‑
sachs和bankart病变的尺寸和位置。传统上，使用二维(2d)扫描或三维(3d)重建表面来确定hill
‑
sachs和bankart病变的存在和特征。
33.图1a示出了患者肱骨头的2d图像中的示例性骨缺损识别过程。为了确定hill
‑
sachs病变的尺寸特征，例如，使用计算机断层扫描(ct)生成一组2d图像。每个2d图像都在患者的横向平面上。外科医生然后可以选择其中一个2d图像，然后可以在对应于肱骨头的所选2d图像的一部分上拟合圆100。hill
‑
sachs病变的尺寸特征可以基于横跨hill
‑
sachs病变的弦的长度(w)和从圆上的一点到hill
‑
sachs病变的最深点测量的深度(d)来识别。
34.图1b示出了关节盂骨的2d图像中的示例性骨缺损识别过程。为了确定bankart病变的尺寸特征，生成了一组2d图像。每个2d图像都是从矢状视角拍摄的。外科医生然后可以
选择其中一个2d图像，并且可以在对应于关节盂骨的所选2d图像的一部分上拟合圆102。在图1b中，“a”表示垂直于关节盂骨表面的圆102的直径。在图1b中，“b”表示从圆102到关节盂骨表面的直径“a”的一段。
35.图2a和图2b示出了3d重建表面中的示例性骨缺损识别过程。在图2a和图2b的示例中，例如，基于患者的ct图像来重建患者的关节盂骨的3d模型。外科医生然后可以将3d模型旋转到适当的位置，并在对应于关节盂的边界的3d模型的一部分上拟合圆200。外科医生然后可以将bankart病变的深度确定为圆和模型表面之间的间隙的尺寸，如图2a中的白色箭头所示。然而，要注意的是，如果关节盂骨的3d模型稍微旋转，如图2b所示，间隙是不可见的。
36.图1a和图1b所示的技术以及图2a和图2b所示的技术都容易出错。例如，如果患者在成像期间没有被完美定向，则误差可能由图1a和图1b所示的技术产生，因为外科医生选择了次优的2d图像，因为外科医生选择了次优的宽度位置，或者因为其他操作者误差。此外，图2a和图2b中所示的技术可能导致误差，因为外科医生将3d模型旋转到次优位置。
37.除了确定hill
‑
sachs和bankart病变的存在及其尺寸特征外，确定当患者进行肩部外展和外旋运动时，是否会出现复发性肱骨头半脱位可能会有所帮助。图3示出了肩部外展和外旋的俯视图。如果当患者进行肩部的外展和外旋运动时，出现复发性肱骨头半脱位，则称盂肱关节“接合”、“涉及关节接合”或“偏离轨道”。相比之下，如果当患者进行这种运动时，没有出现复发性肱骨头半脱位，则盂肱关节被称为“非接合”或“在轨道上”。当患者进行外展和外旋运动时，由于存在bankart和/或hill
‑
sachs病变，可能会出现复发性肱骨头半脱位。
38.itoi等人的
“‘
on
‑
track’and
‘
offtrack’shoulder lesions,”efort open rev.2017aug 1；2(8):343
‑
351.doi:10.1302/2058
‑
5241.2.170007.ecollection 2017aug.review(以下简称“itoi”)描述了一个公式，用于根据hill
‑
sachs和bankart病变的尺寸特征来识别盂肱关节是否接合。换言之，itoi描述了一种识别接合关节的方法。itoi描述的方法使用一维值，并且依赖于多个参数。
39.具体地，itoi描述的方法有三个参数。第一个参数是病前关节盂宽度。在图1b的示例中，“a”表示病前关节盂宽度。第二个参数是关节盂骨缺损宽度。在图1b的示例中，“b”表示关节盂骨缺损宽度。关节盂骨缺损宽度可以确定为从圆上的一点到骨表面的距离。第三个参数是肱骨病变(即，hill
‑
sachs病变)的内侧缘和肱骨的肱骨头的足迹的最内侧点之间的距离。肱骨头的足迹可以被认为是限定肱骨头和肱骨其余部分之间的界面的平面。肱骨头的足迹定义在肱骨头和肱骨的大结节和小结节之间。在发病前状态下，肱骨头的足迹通常对应于可抵靠关节盂滑动的肱骨头的极限。
40.图4示出了示例性肱骨头足迹边界和hill
‑
sachs病变边界。具体地，在图4的示例中，线400指示肱骨头足迹的内侧缘。线402表示hill
‑
sachs病变的内侧缘。箭头404指示hill
‑
sachs病变的内侧缘和肱骨头足迹的最内侧点之间的距离。
41.itoi描述的方法假设在肩部外展和外旋运动期间，83％的盂肱接触被盂腔覆盖。此外，itoi表示，当盂肱关节接合时，以下不等式适用：
42.((0.83
×
a)
–
b)>c
43.在上面的不等式中，a表示第一参数(即，病前关节盂宽度)，b表示第二参数(即，关
节盂骨缺损宽度)，c表示第三参数(即，肱骨病变(即，hill
‑
sachs病变)的内侧缘和肱骨的肱骨头足迹上的最内侧点之间的距离)。同样，itoi指出，当盂肱关节不接合时，以下不平等适用：
44.0.83
×
a
–
b≤c
45.在上面的不等式中，a表示第一参数，b表示第二参数，c表示第三参数。
46.此外，当外科医生规划肩部稳定性增强手术时，外科医生可以为患者计算不稳定性严重指数评分(isis)。图5是用于计算患者的isis的表格。在图5中，“ap”表示前后。患者的isis是对患者将经历肩部不稳定状况复发的风险的估计。与isis较低的患者相比，isis较高的患者经历肩部不稳定状况复发的风险更大。当外科医生选择对患者进行手术治疗时，患者将经历肩部不稳定状况复发的风险可以指导外科医生。
47.根据本公开的一种或多种技术，可以为患者确定患者的3d isis，而不是图5的示例中所示的isis。3d isis可以使用与图5的isis计算相同的年龄、运动参与程度、运动类型和肩部过度松弛方面。然而，关于3d isis的hill
‑
sachs分量，可以确定与hill
‑
sachs病变的3d形状和/或体积相关联的一个或多个点值。例如，在一个示例中，可以为hill
‑
sachs病变的3d体积分配点值。在一些示例中，可以确定hill
‑
sachs病变的长度、宽度和深度。对于hill
‑
sachs病变的长度、宽度和深度中的每一个，确定范围从0到3的点值。
48.类似地，在确定患者的3d isis时，可以基于关节盂缺损的3d形状和/或体积来确定一个或多个点值。例如，可以为关节盂骨的缺损分配一个点值。在一些示例中，可以为bankart病变的长度、宽度和深度中的每一个分配点值。
49.点值(包括hill
‑
sachs病变和关节盂骨缺损的点值)然后可以相加，以确定3d isis。与图5的示例中所示的isis相比，3d isis的使用可以为外科医生提供更直接和准确的指导。例如，关于图6的示例，外科医生或计算系统可能更有可能选择正确的手术治疗。
50.图6是用于选择手术治疗以增强肩部稳定性的决策树。在图6的示例中，如果患者的isis小于3，则推荐的手术选择是关节镜下bankart手术。关节镜下bankart手术修复覆盖bankart病变的组织，不涉及骨移植。例如，在关节镜下bankart手术期间，外科医生可以重新连接组织，使得bankart病变不再暴露。
51.另一方面，如果患者的isis大于或等于3，则外科医生可以命令进行ct扫描或磁共振成像(mri)。作为这种ct扫描或mri的结果，可以生成2d图像或3d模型，例如，图1a、图1b、图2a和图2b所示的那些。然后，外科医生可以使用得到的2d图像或3d模型来确定患者是否具有孤立的肱骨骨缺损、孤立的关节盂骨缺损、或者肱骨骨缺损和关节盂骨缺损。如果患者有孤立的肱骨缺损(例如，患者有hill
‑
sachs病变而不是bankart病变)，则推荐的手术选择可能是关节镜下的bankart手术和hill
‑
sachs填塞手术。在hill
‑
sachs填塞手术中，外科医生用肌腱组织填充hill
‑
sachs病变。然而，如果患者有孤立的关节盂骨缺损(例如，患者有bankart病变而不是hill
‑
sachs病变)，或者患者有肱骨骨缺损和关节盂骨缺损的组合(例如，患者有bankart病变和hill
‑
sachs病变)，则推荐的手术选择可以是关节镜下的bankart手术，并且可能是bristow手术或latajet手术。在患者的骨缺损涉及关节接合的情况下，可能建议进行bristow手术或latajet手术。然而，如果患者有孤立的关节盂骨缺损或患者有肱骨骨缺损和关节盂骨缺损的组合，但骨缺损不涉及关节接合，则可能不建议进行bristow手术或latajet手术。在bristow或latarjet手术中，外科医生切除患者喙突的一部分，并将
切除的患者喙突部分连接到关节盂骨的准备区域。这可能有助于阻止肱骨头向前滑出关节盂。
52.在使用3d isis的示例中，可以在计算患者的3d isis之前对患者进行ct扫描或mri。如果患者的3d isis小于6，则推荐的手术选择是关节镜下bankart手术。否则，可以进行关节镜下bankart加hill
‑
sachs填塞手术或关节镜下bankart加bristow或latarjet手术。
53.可以应用不同于图6的示例中所示的决策树。例如，ramhamadany等人的“current concepts in the management of recurrent anterior gleno
‑
humeral joint instability with bone loss，”world j orthop.，june 18,2016；7(6)：343
‑
354，描述了一种决策树，其中，isis可以用作确定是选择切开复位内固定手术还是latarjet手术的过程的一部分。在该示例中，可以使用3d isis来代替使用图5的表格计算的isis。在等人的“pprise en charge d’un premier
é
pisode de luxation ant
é
ro
‑
inf
é
rieure de l
’é
paule chez l’athl
è
te”，rev med suisse 2018；第14卷，1326
‑
1331中，描述另一个使用isis的决策树。在的决策树中使用的isis可以用本公开中其他地方描述的3d isis代替。
54.如上所述，当前规划手术以增强肩部稳定性的过程对于外科医生来说可能是费力的，并且可能容易出错。这种错误可能导致外科医生对要进行的手术类型得出错误的结论。例如，当前的过程可能需要外科医生手动确定骨缺损的量，并手动确定在盂肱关节的外展和外旋期间肱骨头上的hill
‑
sachs病变是否接合盂。这些确定容易受到人为误差的影响，并且可能依赖于二维成像期间患者的正确取向和/或三维模型的正确定位。
55.本公开的技术可以应用计算技术来提高肩部稳定性增强手术的规划过程的某些方面的可预测性和准确性。图7是示出可用于实现本公开的技术的示例系统700的框图。图7示出了计算系统702，其是被配置为执行本公开中描述的一个或多个示例技术的计算系统的示例。计算系统702可以包括各种类型的计算装置，例如，服务器计算机、个人计算机、智能手机、膝上型计算机和其他类型的计算装置。计算系统702包括处理电路703、存储器704和显示器710。例如，在计算系统702包括服务器计算机的示例中，显示器710是可选的。
56.处理电路703的示例包括一个或多个微处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、硬件或其任意组合。通常，处理电路703可以实现为固定功能电路、可编程电路或其组合。固定功能电路是指提供特定功能并预设在可执行操作上的电路。可编程电路是指可被编程以执行各种任务并在可执行的操作中提供灵活功能的电路。例如，可编程电路可以执行软件或固件，使得可编程电路以软件或固件的指令定义的方式操作。固定功能电路可以执行软件指令(例如，接收参数或输出参数)，但是固定功能电路执行的操作类型通常是不可变的。在一些示例中，一个或多个单元可以是不同的电路块(固定功能的或可编程的)，并且在一些示例中，一个或多个单元可以是集成电路。
57.处理电路703可以包括由可编程电路形成的算术逻辑单元(alu)、基本功能单元(efu)、数字电路、模拟电路和/或可编程核心。在使用由可编程电路执行的软件来执行处理电路703的操作的示例中，存储器704可以存储处理电路703接收和执行的软件的目标代码，或者处理电路703内的另一存储器(未示出)可以存储这样的指令。软件的示例包括为手术规划设计的软件。处理电路703可以执行本公开中归于计算系统702的动作。
58.存储器704可以存储由处理电路703使用的各种类型的数据。例如，存储器704可以存储描述各种解剖结构的3d模型的数据，包括病态和预测的病前解剖结构。例如，在一个特定示例中，存储器704可以存储描述患者预测的病前肱骨的3d模型的数据。
59.存储器704可以由各种存储器装置中的任何一种形成，例如，动态随机存取存储器(dram)，包括dram(sdram)、磁阻ram(mram)、电阻ram(rram)或其他类型的存储器装置。显示器710的示例包括液晶显示器(lcd)、等离子显示器、有机发光二极管(oled)显示器或另一种类型的显示装置。
60.计算系统702可以包括通信接口712，其允许计算系统702经由网络714向可视化装置716输出数据和指令，并且从可视化装置接收数据和指令。通信接口712可以是硬件电路，其使得计算系统702能够与其他计算系统和装置(例如，可视化装置716)通信(例如，无线或使用有线)。网络714可以包括各种类型的通信网络，包括一个或多个广域网，例如，互联网、局域网等。在一些示例中，网络714可以包括有线和/或无线通信链路。
61.可视化装置716可以利用各种可视化技术向外科医生显示图像内容。可视化装置716可以是混合现实(mr)可视化装置、虚拟现实(vr)可视化装置、全息投影仪或用于呈现扩展现实(xr)可视化的其他装置。在一些示例中，可视化装置716可以是可从美国华盛顿雷德蒙的微软公司获得的microsoft hololens
tm
耳机或者类似的装置，例如，包括波导的类似mr可视化装置。hololens
tm
装置可用于通过全息透镜或波导呈现3d虚拟物体，同时允许用户通过全息透镜观看真实场景中的真实物体，即真实环境中的真实物体。
62.可视化装置716可以利用可视化工具，所述可视化工具可用于利用患者图像数据来生成骨骼轮廓的三维模型，以便于关节修复和替换的术前规划。这些工具允许外科医生设计和/或选择与患者解剖结构紧密匹配的手术引导和植入部件。这些工具可以通过为每位患者定制手术规划来改善手术效果。用于肩部修复的这种可视化工具的一个示例是wright medical technology公司提供的blueprint
tm
系统。blueprint
tm
系统为外科医生提供了骨修复区域的二维平面视图以及修复区域的三维虚拟模型。外科医生可以使用blueprint
tm
系统选择、设计或修改合适的植入物组件，确定如何最好地定位和定向植入物组件，以及如何成形骨表面，以接收组件，并设计、选择或修改手术引导工具或器械，以执行手术规划。由blueprint
tm
系统生成的信息可以被编译成患者的术前手术规划，该规划被存储在数据库中的适当位置(例如，在广域网、局域网或全球网络中的服务器上)，外科医生或其他护理提供者可以访问该信息，包括在实际手术之前和期间。
63.图8是示出根据本公开的一个或多个方面的计算系统的示例操作的流程图。提供本公开的流程图，作为示例。其他示例操作可以包括更多、更少或不同的动作，或者动作可以以不同的顺序或并行执行。
64.在图8的示例中，计算系统702可以将第一区域尺寸确定为患者的预测的病前关节盂骨的区域尺寸(800)。计算系统702可以以各种方式中的一种或多种来确定预测的病前关节盂骨。例如，计算系统702可以使用2020年3月18日提交的题为“pre
‑
morbid characterization of anatomical object using statistical shape modeling(ssm)”的pct申请pct/us2020/023361或2020年3月18日提交的题为“pre
‑
morbid characterization of anatomical object using statistical shape modeling(ssm)”的pct申请pct/us2020/023358中描述的任何示例来确定预测的病前关节盂骨的3d模型，这
两个申请的内容在此通过引用结合于此。
65.例如，类似于在pct申请pct/us2020/023361中描述的技术，计算系统702可以通过使用患者当前解剖结构的统计形状建模(ssm)和成像数据(例如，ct数据)来确定预测的病前关节盂骨的区域尺寸。计算系统702可以将关节盂骨的初始形状与分割的成像数据对齐，然后可以通过迭代过程使初始形状变形(例如，相对于成像数据调整尺寸、形状和/或位置)，该迭代过程最终将变形的初始形状从分割的成像数据配准到目标结构(例如，骨)。该最终形状可用作预测的病前关节盂骨。在其他示例中，计算系统702可以将平均统计形状模型(例如，患者群体的关节盂的平均形状模型)配准到患者的成像数据。然后，计算系统702可以调整平均统计形状模型的比例，直到平均统计形状模型和患者成像数据的关节盂之间的差异的成本函数低于阈值(例如，最小化)。在任一示例中，计算机系统702可以为患者确定预测的病前关节盂骨的3d模型。
66.另外，计算系统702可以将第二区域尺寸确定为患者病态关节盂骨上的bankart病变的区域尺寸(802)。在本公开的其他地方更详细描述的图9描述了用于确定第二区域尺寸的技术。
67.此外，计算系统702可以将第三区域尺寸确定为患者的预测病前肱骨的3d模型上的测地线表面的区域尺寸(804)。测地线表面至少部分地由(i)病态肱骨上的hill
‑
sachs病变的投影内侧缘和(ii)病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘来限定。hill
‑
sachs病变的投影内侧缘是hill
‑
sachs病变的内侧缘在预测的病前肱骨的3d模型上的投影。病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘是病态肱骨的肱骨头的足迹的内侧缘在预测的病前肱骨的3d模型上的投影。在一些示例中，计算系统702可以使用在pct申请pct/us2020/023361或pct申请pct/us2020/023358中描述的任何示例来确定预测的病前肱骨的3d模型，该申请通过引用结合于此，并且如上所述。
68.例如，类似于在pct申请pct/us2020/023361中描述的技术，计算系统702可以通过使用患者当前解剖结构的统计形状建模(ssm)和成像数据(例如，ct数据)来确定预测的病前肱骨的区域尺寸。计算系统702可以将肱骨的初始形状与分割的成像数据对齐，然后可以通过迭代过程使初始形状变形(例如，相对于成像数据调整尺寸、形状和/或位置)，该迭代过程最终将变形的初始形状配准到来自分割的成像数据的目标结构(例如，骨)。这种最终形状可用作预测的病前肱骨。在其他示例中，计算系统702可以将平均统计形状模型(例如，患者群体的肱骨平均形状模型)配准到患者的成像数据。然后，计算系统702可以调整平均统计形状模型的比例，直到平均统计形状模型和患者成像数据的肱骨之间的差异的成本函数低于阈值(例如，最小化)。在任一示例中，计算机系统702可以为患者确定预测的病前肱骨的3d模型。
69.计算系统702可以以各种方式中的一种方式来确定第三区域尺寸。例如，在一个示例中，患者的预测病前肱骨的3d模型可以表示为具有三维顶点的三角形网格。在该示例中，计算系统702可以将第三区域尺寸确定为三角形面积的总和。
70.计算系统702可以基于第一、第二和第三区域尺寸来确定患者的骨缺损是否涉及关节接合(806)。例如，计算系统702可以应用以下等式来确定轨道指数：
71.t
idx
＝(0.83
×
a)
–
b
–
c
72.在上面的等式中，t
idx
表示轨道指数，a表示第一区域尺寸，b表示第二区域尺寸，c
表示第三区域尺寸。轨道指数的正值对应于盂肱关节未接合。轨道指数的负值对应于盂肱关节的接合。因此，在该示例中，作为确定患者的骨缺损是否涉及关节接合的一部分，计算系统702可以将指数值(t
idx
)确定为预定百分比值(例如，在肩部的外展和外旋运动期间由肱骨头覆盖的关节盂的假定百分比)乘以第一区域尺寸减去第二区域尺寸。计算系统702然后可以基于指数值是大于还是小于第三区域值来确定患者的骨缺损是否涉及关节接合。
73.如果患者的骨缺损涉及关节接合(808的“是”分支)，计算系统702可以输出建议患者进行包括骨移植的肩部稳定性增强手术的指示(810)。例如，计算系统702可以推荐执行bristow或latarjet手术。另一方面，如果患者的骨缺损不涉及关节接合(808的“否”分支)，则计算系统702可以输出推荐不包括骨移植的肩部稳定性增强手术的指示(812)。
74.图9a至图9f是根据本公开的一个或多个方面的用于识别关节盂骨缺损的示例过程的概念图。如上参考图8所述，计算系统702可以确定患者病态关节盂骨上的bankart病变的区域尺寸。为了确定bankart病变的区域尺寸，计算系统702可以生成病态关节盂骨的3d模型(图9a)。计算系统702可以根据用于从ct图像或mri扫描生成3d模型的传统技术，基于患者的ct图像或mri扫描生成病态关节盂骨的3d模型。图9b表示病态关节盂骨的3d模型上的关节盂骨。在一些示例中，计算系统702可以使用算法来确定病态关节盂骨的轮廓，对于对应于不同径向方向的几次迭代中的每一次，该算法从关节盂的中心开始，并且沿着在病态关节盂骨的3d模型上对应径向方向开始的路径，直到中间值停止增加的点。在该示例中，计算系统702可以在点之间进行插值，以定义关节盂骨的轮廓。在其他示例中，计算系统702可以使用其他算法来确定病态关节盂骨的3d模型上的关节盂骨的轮廓。另外，计算系统702可以将投影的病态关节盂表面确定为病态关节盂骨在关节盂平面上的投影(图9c)。关节盂平面是二维平面。在一些示例中，关节盂平面平行于患者的矢状面定向。在一些示例中，关节盂平面是关节盂最佳拟合平面。关节盂最佳拟合平面可以基于关节盂的边界来定义。
75.计算系统702然后可以确定投影的病前表面，作为预测的病前关节盂骨在关节盂平面上的投影(图9d)。当确定第一区域尺寸(即，患者的预测的病前关节盂骨的区域尺寸)时，计算系统702可以确定投影的病前表面的面积。例如，计算系统702可以使用坐标系来指代病态关节盂骨的3d模型上的点。在这个示例中，坐标系的y轴垂直于患者的关节盂平面。因此，在该示例中，为了确定预测的病前关节盂骨在关节盂平面上的投影，计算系统702可以将病态关节盂骨的3d模型中的所有点的y轴坐标设置为相同的预定值(例如，0)。
76.另外，计算系统702可以基于投影的病前关节盂表面和投影的病态关节盂表面来确定骨缺损区(图9e)。骨缺损区可以定义为投影的病前关节盂表面和投影的病态关节盂表面不相交的主要区域。计算系统702然后可以将bankart病变的区域尺寸确定为骨缺损区的区域尺寸。图9f示出了与投影的病态关节盂表面相结合的骨缺损区域。因此，在图9a至9f的示例中，计算系统702可以基于患者的病态关节盂骨的3d模型和预测的病前关节盂骨的3d模型的比较，确定病态关节盂骨上的bankart病变的区域尺寸。
77.因此，在图9a至9f的示例中，计算系统702可以将投影的病前关节盂表面确定为预测的病前关节盂骨在关节盂平面上的投影。计算系统702还可以将投影的病态关节盂表面确定为患者病态骨在关节盂平面上的投影。计算系统702然后可以基于投影的病前关节盂表面和投影的病态关节盂表面来确定骨缺损区。计算系统702可以将bankart病变的区域尺寸确定为骨缺损区的区域尺寸。例如，计算系统702可以将图9e所示的多边形分成一组三角
形，计算三角形的尺寸，并将三角形的尺寸相加，以确定bankart病变的面积。在本公开中，类似的技术可以用于计算其他二维表面的区域尺寸。
78.图10a是根据本公开的一个或多个方面的病态肱骨的示例3d模型和预测的病前肱骨的相应3d模型的概念图。在图10a的示例中，圆1000指示患者病态肱骨上的hill
‑
sachs病变的大致区域。
79.图10b是肱骨的示例2d轴向切片的概念图，示出了病态肱骨的肱骨头上的后骨缺损。也就是说，图10b从平行于肱骨长轴的视角示出了病态肱骨的肱骨头。具体地，在图10b的示例中，线1050指示病态肱骨的轮廓，线1052指示预测的病前肱骨的轮廓。椭圆1054表示hill
‑
sachs病变的大致位置。
80.图11是示出根据本公开的一个或多个方面的计算系统702确定测地线表面的示例操作的流程图。如上所述，计算系统702可以将第三区域尺寸确定为患者的预测的病前肱骨的3d模型上的测地线表面的区域尺寸。图11表示如何确定第三区域尺寸的一个示例。
81.在图11的示例中，计算系统702可以生成患者病态肱骨的3d模型(1100)。例如，计算系统702可以基于患者的一个或多个ct图像生成患者的病态肱骨的3d模型。图13a示出了特定患者的病态肱骨的3d模型的示例。
82.另外，在图11的示例中，计算系统702可以确定患者的病态肱骨的3d模型上的hill
‑
sachs病变的内侧缘(1102)。图13b示出了患者的病态肱骨的3d模型上的hill
‑
sachs病变的内侧缘。具体地，图13中的空心点表示沿着hill
‑
sachs病变的内侧缘的点。
83.计算系统702可以以各种方式中的一种方式来确定hill
‑
sachs病变的内侧缘。在一些示例中，计算系统702可以自动确定hill
‑
sachs病变的内侧缘。例如，计算系统702可以应用识别肱骨头表面斜率的不连续性的算法。在一些示例中，为了确定患者的病态肱骨的3d模型上的hill
‑
sachs病变的内侧缘，计算系统702可以输出病态肱骨的3d模型，用于显示。例如，计算系统702可以输出病态肱骨的3d模型，用于在显示屏上显示，或者作为混合现实(mr)或虚拟现实(vr)可视化。另外，在该示例中，计算系统702可以接收沿着病态肱骨的3d模型上的hill
‑
sachs病变的内侧缘的一组点1200的用户输入的指示。图12c是表示沿着hill
‑
sachs病变的内侧缘的病态肱骨的3d模型上的点的概念图。在该示例中，计算系统702然后可以基于点1200在病态肱骨的3d模型上内插hill
‑
sachs病变的内侧缘。图12d还示出了hill
‑
sachs病变的全边界上的点。
84.此外，在图11的示例中，计算系统702可以将hill
‑
sachs病变的投影内侧缘确定为hill
‑
sachs病变的内侧缘在预测的病前肱骨的3d模型上的投影(1104)。例如，计算系统702可以获取hill
‑
sachs病变的内侧缘，并将其复制到预测的病前肱骨的3d模型的表面上的相应位置。在一些示例中，为了确定hill
‑
sachs病变的投影内侧缘，计算系统702可以为hill
‑
sachs病变的内侧缘上的一组点中的每个点确定预测的病前肱骨的3d模型上最接近的对应点。在该示例中，计算系统702然后可以确定连接预测的病前肱骨病变的3d模型上的对应点的路径(例如，使用dijkstra算法来确定通过预测的病前肱骨的3d模型上的对应点的最短测地线路径)。计算系统702可以使用在pct申请pct/us2020/023361或pct申请pct/us2020/023358中描述的任何示例来确定预测的病前肱骨的3d模型，该申请通过引用结合于此并如上所述。
85.另外，计算系统702可以确定病态肱骨的肱骨头的足迹的内侧缘(1106)。在一些示
例中，计算系统702可以自动确定肱骨头足迹的内侧缘。例如，在一个示例中，计算系统702可以应用识别肱骨头边缘处的病态肱骨的3d模型的斜率中的不连续性的算法。在这个示例中，这种不连续的线可以对应于肱骨头足迹的内侧缘。
86.在一些示例中，为了确定病态肱骨的肱骨头的足迹的内侧缘，计算系统可以输出病态肱骨的3d模型，用于显示。例如，计算系统702可以输出病态肱骨的3d模型，用于在显示屏上显示或作为mr或vr可视化。另外，在该示例中，计算系统702可以接收沿着病态肱骨的肱骨头的足迹的内侧缘的一组点的用户输入的指示。图12a、图12b和图12d是表示沿着病态肱骨的肱骨头足迹的内侧缘的病态肱骨的3d模型上的点1202的概念图。在该示例中，计算系统702然后可以基于点1202内插病态肱骨的肱骨头的足迹的内侧缘。
87.此外，在图11的示例中，计算系统702可以将病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘确定为病态肱骨的肱骨头的足迹的内侧缘在预测的病前肱骨的3d模型上的投影(1108)。计算系统702可以以与计算系统702确定hill
‑
sachs病变的投影内侧缘非常相同的方式来确定肱骨头足迹的投影内侧缘。
88.计算系统702然后可以确定连接线，所述连接线连接hill
‑
sachs病变的投影内侧缘和病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘(1110)。连接线可以是预测的病前肱骨的3d模型上从hill
‑
sachs病变的投影内侧缘上的点到病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘上的点的最短测地线路径。为了确定一条连接线，计算系统702可以执行用于计算三角形点网格上(例如，预测的病前肱骨的3d模型)的测地线路径的各种已知算法中的任何一种。例如，surazhsky等人的“fast exact and approximate geodesics on meshes”，acm transactions on graphics(tog)，第24卷，第3期，2005年7月，第553
‑
560页，描述了一种用于确定三角形点网格上的测地线路径的算法。图12c中的白线示出了示例连接线。
89.此外，在图11的示例中，计算系统702可以确定由连接线、hill
‑
sachs病变的投影内侧缘和病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘定义的测地线表面(1112)。例如，在预测的病前肱骨的3d模型由三角形网格定义的示例中，计算系统702可以确定预测的病前肱骨的3d模型的三角形或三角形的顶点，这些三角形或三角形的顶点落在连接线、hill
‑
sachs病变的投影内侧缘和病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘内。如以上关于动作(804)所讨论的，计算系统702可以确定该测地线表面的区域尺寸，并使用该区域尺寸来确定骨缺损是否涉及关节接合。此外，如本公开的其他地方所讨论的，计算系统702可以使用该测地线表面的区域尺寸来确定骨移植物的最小面积。
90.图13d是示出病态肱骨的3d模型覆盖预测的病前肱骨的3d模型的示例。图13e是示出由连接线、hill
‑
sachs病变的投影内侧缘和覆盖在病态肱骨的3d模型上的病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘限定的测地线表面的示例。图13f是示出hill
‑
sachs病变的测地线表面和三维体积的示例。
91.在患者骨缺损涉及关节接合的一些示例中，外科医生可能需要将骨移植物连接到患者关节盂骨的前下边界。这可能有助于将肱骨头保持在患者的关节盂内。具体地，外科医生可以切除患者喙突的尖端，并将患者喙突的尖端重新附着到患者关节盂骨的前下边界。latarjet方法和bristow方法是将喙突切断尖端附着到患者关节盂骨的两种手术方法。图14a是使用latarjet方法的骨移植的概念图。图14b是使用bristow方法的骨移植的概念图。如图14a的示例所示，在latajet方法中，骨移植物1400以垂直方向附着到关节盂骨。换言
之，骨移植物1400的长轴通常可以与关节盂的上下轴对齐。如图14b的示例所示，在bristow方法中，骨移植物1400以水平方向附着到关节盂骨。换言之，骨移植物1400的长轴通常可以与关节盂的前后轴对齐。
92.图15是示出根据本公开的技术的示例操作的流程图，该示例操作可以基于计算系统702推荐包括骨移植物的肩部稳定接合手术。计算系统702可以响应于确定(例如，在图8的动作806中)骨缺损涉及关节接合，并且因此可能需要外科医生执行骨移植，来执行图15的操作。
93.在图15的示例中，计算系统14可以基于第一区域尺寸(即，患者的预测的病前关节盂骨的区域尺寸)和第三区域尺寸(即，预测的患者的病前肱骨的3d模型上的测地线表面的区域尺寸，该区域尺寸至少部分地由病态肱骨上的hill
‑
sachs病变的投影内侧缘和病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘限定)，确定在将骨移植物附着到病态关节盂骨的手术治疗中从患者的喙突采集的骨移植物的最小区域尺寸(1500)。骨移植物的最小面积尺寸是指将与患者关节盂骨直接接触的骨移植物的二维表面的尺寸。在一个示例中，计算系统14可以将骨移植物的最小面积确定为：
94.b
min
＝(0.83
×
a)
–
c
95.在上式中，b
min
表示骨移植物的最小区域尺寸，“a”表示第一区域尺寸，“c”表示第三区域尺寸。因此，在该示例中，计算系统702可以将骨移植物的最小区域尺寸确定为预定百分比值(例如，在肩部外展和外旋运动期间由肱骨头覆盖的关节盂的假定百分比)乘以第一区域尺寸减去第三区域尺寸。
96.在图15的示例中，计算系统702可以输出骨移植物的最小区域尺寸的指示(1502)。例如，计算系统702可以输出骨移植物的最小面积尺寸的指示，用于在显示屏上、在mr可视化中、在vr可视化中或以另一种方式显示。知道骨移植物的最小区域尺寸可以让外科医生确定需要切除多少喙突以及需要在关节盂骨上准备多少面积。
97.此外，在图15的示例中，计算系统702可以确定患者关节盂骨上的骨缺损主轴(1504)。在一些示例中，计算系统702可以使用主成分分析(pca)来确定骨缺损的主轴。也就是说，计算系统702可以生成点云，该点云包括对应于关节盂骨上骨缺损区域内的区域的点。计算系统702然后可以使用pca算法来确定骨缺损的主轴。
98.计算系统702然后可以基于骨缺损的主轴确定骨移植手术的推荐类型(1506)。换言之，计算系统702可以基于关节盂骨上骨缺损的主轴确定推荐的骨移植手术，用于从喙突采集骨移植物并将骨移植物附着到病态关节盂骨。例如，计算系统702可以将骨缺损的主轴与关节盂腔的上下轴进行比较。在一些示例中，计算系统702可以从latarjet骨移植手术和bristow骨移植手术中选择推荐的骨移植手术。在这样的示例中，如果骨缺损的主轴与上下轴对齐，计算系统702可以推荐latarjet方法。如果骨缺损的主轴与关节盂腔的前后轴相比没有更紧密地对准上下轴，则计算系统702可以推荐bristow方法。在其他示例中，计算系统702可以从三种或更多不同类型的骨移植手术中进行选择。在一些示例中，计算系统702可以指示应该移植到关节盂上的骨的体积或量，以便校正为患者观察到的骨缺损。
99.在图15的示例中，计算系统702输出推荐的骨移植手术的指示(1508)。例如，计算系统702可以输出在显示屏上、在mr可视化中、在vr可视化中或以另一种方式显示的推荐骨移植手术的指示。
100.在一些示例中，计算系统702可以在执行图15的方法之前为患者计算isis(例如，3d isis)。在一些这样的示例中，计算系统702可以响应于确定患者的3d isis大于特定阈值(例如，6)来执行图15的方法。因此，在一些示例中，计算系统702可以确定患者的isis。例如，计算系统702可以基于以下至少一个来确定患者的3d isis：hill
‑
sachs病变的三维形状或体积，或者bankart病变的三维形状或体积。在图15的示例中，计算系统702可以确定第一、第二和第三区域尺寸，并且可以响应于确定isis大于阈值(例如，3、6等)来确定患者的骨缺损是否涉及关节接合。
101.在一些示例中，计算系统702可以使用肱骨和关节盂的3d模型来模拟肱骨相对于关节盂的一种或多种类型的运动。这种类型的运动可以包括典型类型的运动，例如，外展、内收、外旋、内旋、屈曲、伸展、水平内收和肩胛骨平面外展。对于一种或多种类型的运动(或其一种或多种组合)中的每一种，计算系统702可以确定是否存在临界位置，如果存在，则可以确定临界位置的位置。为了便于解释，本公开可以将运动的典型类型和运动的典型类型的组合(例如，外展的外旋)称为运动类型。一种运动类型的临界位置是这样一个位置，在这个位置，如果运动继续，肱骨将发生脱位(例如，半脱位)。例如，如果患者在外展过程中将手臂抬高到90
°
以上，患者可能会出现肱骨半脱位。因此，在本示例中，在90
°
出现该患者外展的临界位置。在一些示例中，当患者肱骨头上的hill
‑
sachs病变“在轨道上”时，出现一种运动的临界位置。本质上，当患者进行特定类型的运动并且肱骨头到达相对于关节盂骨的临界位置时，由于hill
‑
sachs病变和/或bankart病变的存在，导致肱骨头或关节盂缘中没有足够的骨来将肱骨头保持在关节盂窝内时，可能发生脱位。
102.在一些示例中，为了确定一种运动的临界位置，计算系统702可以确定患者肱骨的3d模型(例如，病态肱骨的3d模型)中hill
‑
sachs病变的位置。例如，为了确定hill
‑
sachs病变的位置，计算系统702可以使用统计形状建模(ssm)来生成患者肱骨的3d ssm模型(例如，预测的病前肱骨的3d模型)。计算系统702然后可以将患者肱骨的3d模型与患者肱骨的3d ssm模型进行比较。计算系统702可以将hill
‑
sachs病变识别为患者肱骨的3d模型相对于患者肱骨的3d ssm模型向内朝向肱骨头中心偏转的区域。
103.另外，作为确定运动类型的临界位置的一部分，计算系统702可以在患者关节盂骨的3d模型(例如，病态关节盂骨的3d模型)中确定患者关节盂缘上的骨缺损位置。例如，为了确定患者关节盂缘上的骨缺损位置，计算系统702可以使用ssm生成患者关节盂骨的3d ssm模型(例如，预测的病前关节盂骨的3d模型)。计算系统702然后可以将患者关节盂骨的3d模型与患者关节盂骨的3d ssm模型进行比较。计算系统702可以将患者关节盂缘上的骨缺损位置识别为患者关节盂骨的3d模型相对于患者关节盂骨的3d ssm模型向内偏转的区域。
104.此外，作为确定运动类型的临界位置的一部分，计算系统702可以将患者肱骨的3d模型与患者关节盂骨的3d模型配准。在一些示例中，计算系统702可以使用迭代最近点(icp)算法来将患者肱骨的3d模型与患者关节盂骨的3d模型配准。概念上，将患者肱骨的3d模型与患者关节盂骨的3d模型配准，将肱骨头定位在患者关节盂窝内。在配准之后，计算系统702可以执行模拟，以确定一种或多种类型的运动的临界位置。对一种类型的运动执行模拟，可以包括以与运动类型一致的方式移动肱骨的3d模型，并确定出现临界位置的角度。计算系统702可以确定当hill
‑
sachs病变的至少特定部分与患者关节盂缘上的骨缺损位置对齐时出现临界位置。
105.在一些示例中，计算系统702可以使用关于运动类型的临界位置的信息来确定如何执行bristow或latarjet手术的一个或多个方面。例如，计算系统702可以使用关于运动类型的临界位置的信息来确定骨碎片的形状(例如，尺寸、维度和/或其他空间特征)，以从患者的供体骨(例如，患者的喙突或其他骨(例如，髂骨、胫骨远端等))切断。例如，在一个示例中，计算系统702可以确定骨碎片的尺寸，使得骨碎片的厚度至少是分别相对于预测的病前关节盂的3d模型和预测的病前肱骨的3d模型的bankart病变和hill
‑
sachs病变的向内偏转之和。在一些示例中，计算系统702可以确定从移植物的中心到移植物的远端相对于移植物要附着的骨表面的一个或多个角度。计算系统702可以输出该角度，作为从供体骨切割骨碎片的角度。
106.在一些示例中，计算系统702可以使用关于一种运动的临界位置的信息来确定骨碎片在关节盂骨上的放置。例如，在一个示例中，计算系统702可以修改3d模型，以在一组可能的移植位置包括骨碎片。计算系统702然后可以评估每个可能移植位置的临界位置(例如，通过相对于关节盂骨模型虚拟地移动肱骨模型)。计算系统702可以选择在达到临界位置之前导致最大运动范围的移植物位置。
107.因此，在一些示例中，计算系统702可以基于确定患者的骨缺损涉及关节接合来确定病态肱骨的运动类型的临界位置。另外，在这样的示例中，计算系统702可以基于病态肱骨的运动类型的临界位置来确定以下一个或多个：骨移植物的形状或者骨移植物在关节盂骨上的放置。
108.在一些示例中，在确定骨移植物的尺寸和骨移植物在关节盂骨上的放置之后，计算系统702可以确定螺钉的螺钉长度和/或螺钉轨迹，该螺钉将用于在确定的位置将骨碎片附接到关节盂骨。例如，在该示例中，计算系统702可以确定关节盂骨的密度图。密度图可以包括对应于关节盂骨内区域的三维体素。体素的值对应于关节盂骨的相应区域的骨密度。这些值可以用hounsfield单位来表示。计算系统702可以使用密度图来搜索穿过关节盂骨的目标轨迹，以将骨移植物固定到关节盂骨。目标轨迹可以是这样的轨迹，其中，与该轨迹相交的区域的值的总和大于其他轨迹，并且不在距特定敏感结构(例如，神经、囊肿、血管等)的特定安全距离内。计算系统702可以将螺钉长度确定为足以沿着目标轨迹将骨移植物附接到关节盂骨的螺钉长度。例如，计算系统702可以将螺钉长度确定为一组预定螺钉长度中的一个，该预定螺钉长度是比关节盂骨上的目标轨迹的入口点和关节盂骨上的目标轨迹的出口点之间的距离更短的最长预定螺钉长度。因此，计算系统702可以基于骨移植物的形状和/或骨移植物在关节盂骨上的放置，确定将骨移植物附着到关节盂骨的螺钉的螺钉长度或螺钉轨迹中的至少一个。
109.图16是根据本公开的一个或多个方面的手术规划软件的示例用户界面1600的概念图。计算系统702可以输出用于显示的用户界面1600，例如，在显示屏上、在mr可视化中、在vr可视化中或以另一种方式。
110.如图16的示例所示，用户界面1600可以指示患者1602的isis、骨缺损是否涉及关节接合1604的指示、建议的手术治疗1606和建议的骨移植方法1608。在图16的示例中，用户界面1600还指示hill
‑
sachs病变1610和bankart病变1612。
111.用户界面1600的最右边部分包含患者的关节盂骨和肩胛骨的3d模型1614。尽管在图16的示例中未示出，但是用户界面1600可以进一步包括相对于3d模型1614指示要从肩胛
骨的喙突采集的骨移植物的特征。在一些示例中，用户界面1600可以包括相对于3d模型1614指示骨移植物相对于关节盂骨的位置和定向的特征。
112.以下是根据本公开的一种或多种技术的一组非限制性示例。
113.示例1.一种方法，包括：由计算系统将第一区域尺寸确定为患者的预测病前关节盂骨的区域尺寸；由计算系统将第二区域尺寸确定为患者病态关节盂骨上的bankart病变的区域尺寸；由计算系统将第三区域尺寸确定为患者的预测病前肱骨的3d模型上的测地线表面的区域尺寸，其中，测地线表面至少部分地由(i)病态肱骨上的hill
‑
sachs病变的投影内侧缘和(ii)病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘来定义，其中：所述hill
‑
sachs病变的投影内侧缘是hill
‑
sachs病变的内侧缘在预测的病前肱骨的3d模型上的投影，并且所述病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘是病态肱骨的肱骨头的足迹的内侧缘在预测的病前肱骨的3d模型上的投影；由计算系统基于第一、第二和第三区域尺寸，确定患者的骨缺损是否涉及关节接合；并且由计算系统基于确定患者的骨缺损涉及关节接合，输出建议患者进行包括骨移植的肩部稳定性增强手术的指示。
114.示例2.根据示例1所述的方法，还包括：基于涉及关节接合的患者的骨缺损，基于第一区域尺寸和第三区域尺寸，确定将在手术过程中从患者的喙突采集的骨移植物的最小区域尺寸，以将骨移植物附着到病态关节盂骨；并且由计算系统输出骨移植物最小区域尺寸的指示。
115.示例3.根据示例1
‑
2中任一项所述的方法，还包括：由计算系统确定病态关节盂骨上骨缺损的主轴；由计算系统基于病态关节盂骨的骨缺损主轴，确定用于从喙突采集骨移植物并将骨移植物附着到病态关节盂骨的推荐骨移植手术；并且由计算系统输出推荐骨移植手术的指示。
116.示例4.根据示例3所述的方法，其中，确定推荐的骨移植手术包括由计算系统从latarjet骨移植手术和bristow骨移植手术中选择推荐的骨移植手术。
117.示例5.根据示例1
‑
4中任一项所述的方法，其中：所述方法还包括由计算系统基于患者的一次或多次计算机断层摄影(ct)扫描生成病态关节盂骨的3d模型；并且确定第二区域尺寸包括由计算系统基于患者的病态关节盂骨的3d模型和预测的病前关节盂骨的3d模型的比较来确定病态关节盂骨上的bankart病变的区域尺寸。
118.示例6.根据示例1
‑
5中任一项所述的方法，其中：该方法还包括由计算系统生成病态肱骨的3d模型；确定第三区域尺寸包括：由计算系统确定在病态肱骨的3d模型上hill
‑
sachs病变的内侧缘；由计算系统将hill
‑
sachs病变的投影内侧缘确定为hill
‑
sachs病变的边界在预测的病前肱骨的3d模型上的投影；由计算系统确定病态肱骨的肱骨头足迹的内侧缘；由计算系统将病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘确定为病态肱骨的肱骨头的足迹的内侧缘在预测的病前肱骨的3d模型上的投影；并且由计算系统确定连接hill
‑
sachs病变的投影内侧缘和病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘的连接线，所述连接线是从hill
‑
sachs病变的投影内侧缘上的点到病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘上的点的预测病前肱骨的3d模型上的最短测地线路径，其中，所述测地线表面由连接线、hill
‑
sachs病变的投影内侧缘和病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘限定。
119.示例7.根据示例6所述的方法，其中：所述方法还包括由计算系统输出病态肱骨的3d模型，用于显示，以及以下至少一项：(i)确定病态肱骨的3d模型上的hill
‑
sachs病变的
内侧缘包括：由计算系统接收在病态肱骨的3d模型上沿着hill
‑
sachs病变的内侧缘的第一点的用户输入的指示；并且由计算系统基于第一点，在病态肱骨的三维模型上插值hill
‑
sachs病变的内侧缘，或者(ii)在病态肱骨的3d模型上确定病态肱骨的肱骨头的足迹的内侧缘包括：由计算系统接收在病态肱骨的3d模型上沿着病态肱骨的肱骨头的足迹的内侧缘的第二点的用户输入的指示；并且由计算系统基于第二点，在病态肱骨的3d模型上插值病态肱骨的肱骨头的足迹的内侧缘。
120.示例8.根据示例1
‑
7中任一项所述的方法，其中，确定患者的骨缺损是否涉及关节接合包括：由计算系统将指数值确定为预定百分比值乘以第一区域尺寸减去第二区域尺寸；并且由计算系统基于指数值是否大于或小于第三面积值来确定患者的骨缺损是否涉及关节接合。
121.示例9.根据示例1
‑
8中任一项所述的方法，其中，确定骨移植物的最小区域尺寸包括由计算系统将骨移植物的最小区域尺寸确定为预定百分比值乘以第一区域尺寸减去第三区域尺寸。
122.示例10.根据示例1
‑
9中任一项所述的方法，其中，确定bankart病变的区域尺寸包括：由计算系统将投影的病前关节盂表面确定为预测的病前关节盂骨在关节盂平面上的投影；由计算系统将投影的病态关节盂表面确定为患者病态骨在关节盂平面上的投影；由计算系统基于投影的病前关节盂表面和投影的病态关节盂表面，确定骨缺损区域；并且由计算系统将bankart病变的区域尺寸确定为骨缺损区域的区域尺寸。
123.示例11.根据示例1
‑
10中任一项所述的方法，其中：所述方法还包括基于以下至少一项来确定患者的不稳定性严重指数评分(isis)：hill
‑
sachs病变的三维形状或体积，或bankart病变的三维形状或体积，并且所述计算系统确定第一、第二和第三区域尺寸，并且响应于确定isis大于阈值，确定患者的骨缺损是否涉及关节接合。
124.示例12.根据示例1
‑
11中任一项所述的方法，还包括基于确定患者的骨缺损涉及关节接合：由计算系统确定病态肱骨的一种运动的临界位置；并且由计算系统根据病态肱骨的一种运动的临界位置，确定以下一项或多项：骨移植物的形状，或骨移植物在关节盂骨上的放置。
125.示例13.根据示例12所述的方法，还包括由计算系统基于骨移植物的形状和/或骨移植物在关节盂骨上的放置，确定用于将骨移植物附着到关节盂骨的螺钉的螺钉长度或螺钉轨迹中的至少一个。
126.示例14.一种计算系统，包括：存储器，所述存储器被配置为存储描述患者的预测的病前肱骨的三维(3d)模型的数据；以及处理电路，所述处理电路被配置为：将第一区域尺寸确定为患者的预测病前关节盂骨的区域尺寸；将第二区域尺寸确定为患者病态关节盂骨上的bankart病变的区域尺寸；将第三区域尺寸确定为患者的预测病前肱骨的3d模型上的测地线表面的区域尺寸，其中，测地线表面至少部分地由(i)病态肱骨上的hill
‑
sachs病变的投影内侧缘和(ii)病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘来定义，其中：所述hill
‑
sachs病变的投影内侧缘是hill
‑
sachs病变的内侧缘在预测的病前肱骨的3d模型上的投影，并且所述病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘是病态肱骨的肱骨头的足迹的内侧缘在预测的病前肱骨的3d模型上的投影；基于第一、第二和第三区域尺寸，确定患者的骨缺损是否涉及关节接合；并且基于确定患者的骨缺损涉及关节接合，输出建议患者进行包括骨
移植的肩部稳定性增强手术的指示。
127.示例15.根据示例14所述的计算系统，其中，所述处理电路还被配置为：基于涉及关节接合的患者的骨缺损，基于第一区域尺寸和第三区域尺寸，确定将在手术过程中从患者的喙突采集的骨移植物的最小区域尺寸，以将骨移植物附着到病态关节盂骨；并且输出骨移植物最小区域尺寸的指示。
128.示例16.根据示例14
‑
15中任一示例所述的计算系统，其中，所述处理电路还被配置为：确定病态关节盂骨上骨缺损的主轴；基于病态关节盂骨的骨缺损主轴，确定用于从喙突采集骨移植物并将骨移植物附着到病态关节盂骨的推荐骨移植手术；并且输出推荐骨移植手术的指示。
129.示例17.根据示例16所述的计算系统，其中，所述处理电路被配置为使得，作为确定推荐的骨移植手术的一部分，所述处理电路从latarjet骨移植手术和bristow骨移植手术中选择推荐的骨移植手术。
130.示例18.根据示例14
‑
17中任一项所述的计算系统，其中：所述处理电路还被配置为基于患者的一次或多次计算机断层摄影(ct)扫描生成病态关节盂骨的3d模型，并且所述处理电路被配置为使得，作为确定第二区域尺寸的一部分，所述处理电路基于患者的病态关节盂骨的3d模型和预测的病前关节盂骨的3d模型的比较来确定病态关节盂骨上的bankart病变的区域尺寸。
131.示例19.根据示例14
‑
18中任一项所述的计算系统，其中：所述处理电路还被配置为生成病态肱骨的3d模型；所述处理电路被配置为使得，作为确定第三区域尺寸的一部分，所述处理电路：在病态肱骨的3d模型上确定hill
‑
sachs病变的内侧缘；将hill
‑
sachs病变的投影内侧缘确定为hill
‑
sachs病变的边界在预测的病前肱骨的3d模型上的投影；确定病态肱骨的肱骨头足迹的内侧缘；将病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘确定为病态肱骨的肱骨头的足迹的内侧缘在预测的病前肱骨的3d模型上的投影；并且确定连接hill
‑
sachs病变的投影内侧缘和病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘的连接线，所述连接线是从hill
‑
sachs病变的投影内侧缘上的点到病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘上的点的预测病前肱骨的3d模型上的最短测地线路径，其中，所述测地线表面由连接线、hill
‑
sachs病变的投影内侧缘和病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘限定。
132.示例20.根据示例19所述的计算系统，其中：所述处理电路还被配置为：输出病态肱骨的3d模型，用于显示，以及以下至少一项：(i)所述处理电路被配置为使得，作为确定病态肱骨的3d模型上的hill
‑
sachs病变的内侧缘的一部分，所述处理电路：接收计算系统，在病态肱骨的3d模型上沿着hill
‑
sachs病变的内侧缘的第一点的用户输入的指示；并且基于第一点，在病态肱骨的三维模型上插值hill
‑
sachs病变的内侧缘，或者(ii)所述处理电路被配置为使得，作为在病态肱骨的3d模型上确定病态肱骨的肱骨头的足迹的内侧缘的一部分，所述处理电路：接收在病态肱骨的3d模型上沿着病态肱骨的肱骨头的足迹的内侧缘的第二点的用户输入的指示；并且基于第二点，在病态肱骨的3d模型上插值病态肱骨的肱骨头的足迹的内侧缘。
133.示例21.根据示例14
‑
20中任一项所述的计算系统，其中，所述处理电路被配置为使得，作为确定患者的骨缺损是否涉及关节接合的一部分，所述处理电路：将指数值确定为预定百分比值乘以第一区域尺寸减去第二区域尺寸；并且基于指数值是否大于或小于第三
面积值来确定患者的骨缺损是否涉及关节接合。
134.示例22.根据示例14
‑
21中任一项所述的计算系统，其中，所述处理电路被配置为使得，作为确定骨移植物的最小区域尺寸的一部分，所述处理电路将骨移植物的最小区域尺寸确定为预定百分比值乘以第一区域尺寸减去第三区域尺寸。
135.示例23.根据示例14
‑
22中任一项所述的计算系统，其中，所述处理电路被配置为使得，作为确定bankart病变的区域尺寸的一部分，所述处理电路：将投影的病前关节盂表面确定为预测的病前关节盂骨在关节盂平面上的投影；将投影的病态关节盂表面确定为患者病态骨在关节盂平面上的投影；基于投影的病前关节盂表面和投影的病态关节盂表面，确定骨缺损区域；并且将bankart病变的区域尺寸确定为骨缺损区域的区域尺寸。
136.示例24.根据示例14
‑
23中任一项所述的计算系统，其中：所述处理电路还被配置为基于以下至少一项来确定患者的不稳定性严重指数评分(isis)：hill
‑
sachs病变的三维形状或体积，或bankart病变的三维形状或体积，并且所述处理电路被配置为确定第一、第二和第三区域尺寸，并且响应于确定isis大于阈值，确定患者的骨缺损是否涉及关节接合。
137.示例25.根据示例14
‑
24中任一项所述的计算系统，其中，所述处理电路还被配置为，基于确定患者的骨缺损涉及关节接合：确定病态肱骨的一种运动的临界位置；并且根据病态肱骨的运动类型的临界位置，确定以下一项或多项：骨移植物的形状，或骨移植物在关节盂骨上的放置。
138.示例26.根据示例25所述的计算系统，还包括由所述计算系统基于骨移植物的形状和/或骨移植物在关节盂骨上的放置，确定用于将骨移植物附着到关节盂骨的螺钉的螺钉长度或螺钉轨迹中的至少一个。
139.示例27.一种计算系统，包括：用于将第一区域尺寸确定为患者的预测病前关节盂骨的区域尺寸的装置；用于将第二区域尺寸确定为患者病态关节盂骨上的bankart病变的区域尺寸的装置；用于将第三区域尺寸确定为患者的预测病前肱骨的3d模型上的测地线表面的区域尺寸的装置，其中，测地线表面至少部分地由(i)病态肱骨上的hill
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sachs病变的投影内侧缘和(ii)病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘来定义，其中：所述hill
‑
sachs病变的投影内侧缘是hill
‑
sachs病变的内侧缘在预测的病前肱骨的3d模型上的投影，并且所述病态肱骨的肱骨头的足迹的投影内侧缘是病态肱骨的肱骨头的足迹的内侧缘在预测的病前肱骨的3d模型上的投影；用于基于第一、第二和第三区域尺寸，确定患者的骨缺损是否涉及关节接合的装置；以及用于基于确定患者的骨缺损涉及关节接合，输出建议患者进行包括骨移植的肩部稳定性增强手术的指示的装置。
140.示例28.根据示例27所述的计算系统，还包括用于执行根据示例2
‑
13中任一项所述的方法的装置。
141.示例29.一种其上存储有指令的计算机可读数据存储介质，所述指令在被执行时使得计算系统执行根据示例1
‑
13中任一项所述的方法。
142.虽然已经针对有限数量的示例公开了这些技术，但是受益于本公开的本领域技术人员将会意识到其中的许多修改和变化。例如，预期可以执行所述示例的任何合理组合。所附权利要求旨在覆盖落入本发明的真实精神和范围内的修改和变化。
143.应当认识到，根据示例，本文描述的任何技术的某些动作或事件可以以不同的顺序执行，可以被添加、合并或完全省略(例如，并非所有描述的动作或事件对于技术的实践
都是必要的)。此外，在某些示例中，动作或事件可以例如通过多线程处理、中断处理或多个处理器同时执行，而不是依次执行。
144.在一个或多个示例中，所描述的功能可以在硬件、软件、固件或其任意组合中实现。如果以软件实现，这些功能可以作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或通过其传输，并由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可以包括计算机可读存储介质，其对应于诸如数据存储介质之类的有形介质或者包括例如根据通信协议便于计算机程序从一个地方传输到另一个地方的任何介质的通信介质。以这种方式，计算机可读介质通常可以对应于(1)非暂时性的有形计算机可读存储介质，或者(2)诸如信号或载波等通信介质。数据存储介质可以是可由一个或多个计算机或一个或多个处理器访问以检索指令、代码和/或数据结构来实现本公开中描述的技术的任何可用介质。计算机程序产品可以包括计算机可读介质。
145.作为示例而非限制，这种计算机可读存储介质可以包括ram、rom、eeprom、cd
‑
rom或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁存储装置、闪存或任何其他可以用于以指令或数据结构的形式存储所需程序代码并且可以由计算机访问的介质。此外，任何连接都被恰当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线路(dsl)或无线技术(例如，红外线、无线电和微波)从网站、服务器或其他远程源传输指令，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、dsl或无线技术(例如，红外线、无线电和微波)包括在介质的定义中。然而，应当理解，计算机可读存储介质和数据存储介质不包括连接、载波、信号或其他暂时介质，而是指向非暂时的有形存储介质。本文使用的盘和碟包括光盘(cd)、激光盘、光盘、数字多功能盘(dvd)、软盘和蓝光光盘，其中，盘通常以磁性方式再现数据，而碟用激光以光学方式再现数据。以上的组合也应该包括在计算机可读介质的范围内。
146.本公开中描述的操作可以由一个或多个处理器来执行，这些处理器可以被实现为固定功能处理电路、可编程电路或其组合，例如，一个或多个数字信号处理器(dsp)、通用微处理器、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其他等效的集成或分立逻辑电路。固定功能电路是指提供特定功能并预设在可执行操作上的电路。可编程电路是指可被编程以执行各种任务并在可执行的操作中提供灵活功能的电路。例如，可编程电路可以执行由软件或固件指定的指令，这些指令使得可编程电路以由软件或固件的指令定义的方式操作。固定功能电路可以执行软件指令(例如，接收参数或输出参数)，但是固定功能电路执行的操作类型通常是不可变的。因此，本文使用的术语“处理器”和“处理电路”可以指任何前述结构或任何其他适合于实现本文描述的技术的结构。
147.已经描述了各种示例。这些和其他示例在以下权利要求的范围内。