用于在手術(shù)過(guò)程中對(duì)準(zhǔn)植入系統(tǒng)的手持式跟蹤系統(tǒng)和裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了手持式跟蹤系統(tǒng)和裝置，其包括至少一個(gè)手持式跟蹤裝置，以用于參照患者的解剖部分進(jìn)行外科植入系統(tǒng)和儀器的術(shù)中對(duì)準(zhǔn)或定位。所述手持式跟蹤系統(tǒng)還包括至少一個(gè)可跟蹤元件。所述手持式設(shè)備使用保持裝置被安裝在推薦的植入部位處，同時(shí)可跟蹤元件安裝在預(yù)定位置處，使得來(lái)自所述部署的可跟蹤元件的關(guān)于患者和手術(shù)儀器的位置的數(shù)據(jù)被連續(xù)輸入到所述手持式設(shè)備。所述手持式設(shè)備然后在處理裝置中基于預(yù)載入的術(shù)前掃描圖像處理數(shù)據(jù)以在無(wú)菌環(huán)境中現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控所述植入系統(tǒng)的準(zhǔn)確放置。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于在手術(shù)過(guò)程中對(duì)準(zhǔn)植入系統(tǒng)的手持式跟蹤系統(tǒng)和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于在手術(shù)過(guò)程中對(duì)準(zhǔn)植入系統(tǒng)的手持式跟蹤系統(tǒng)和裝置，以及由所述手持式跟蹤裝置進(jìn)行微創(chuàng)外科手術(shù)跟蹤的過(guò)程。
[0002]這個(gè)完整的說(shuō)明書(shū)是專(zhuān)利法1970的章節(jié)9(2)下日期為2012年5月2日的臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?345/DEL/2012和2012年10月25日的臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?283/DEL/2012的同族。

【背景技術(shù)】
[0003]隨著時(shí)間的推移和反復(fù)使用，骨頭和關(guān)節(jié)可能會(huì)損壞或磨損。關(guān)節(jié)區(qū)域中的用于在身體活動(dòng)過(guò)程中對(duì)關(guān)節(jié)提供緩沖作用的軟骨由于以下原因可能會(huì)磨損或損壞:如在運(yùn)動(dòng)活動(dòng)的情況下或當(dāng)經(jīng)受創(chuàng)傷事件時(shí)對(duì)骨頭或關(guān)節(jié)的重復(fù)使力；或諸如骨關(guān)節(jié)炎的某些疾病。這種情況會(huì)導(dǎo)致患者疼痛、僵硬和活動(dòng)性變差。
[0004]關(guān)節(jié)造形術(shù)程序常用于用人工關(guān)節(jié)替換患病關(guān)節(jié)。在典型關(guān)節(jié)造形術(shù)程序中，關(guān)節(jié)炎或其它機(jī)能障礙的關(guān)節(jié)被整形和/或重新調(diào)整，且植入系統(tǒng)被準(zhǔn)確地定位到受損區(qū)域中。關(guān)節(jié)造型術(shù)程序可發(fā)生在身體的不同區(qū)域中的任何關(guān)節(jié)(包括但不限于膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié))處。
[0005]關(guān)節(jié)造型術(shù)的一個(gè)主要目標(biāo)在于修復(fù)患者的解剖部分(anatomy)，特別是參照解剖部分對(duì)準(zhǔn)或定位植入組件。植入物與解剖部分的這種對(duì)準(zhǔn)通常通過(guò)使用機(jī)械儀器和/或?qū)Ш较到y(tǒng)來(lái)進(jìn)行。使用機(jī)械儀器的缺點(diǎn)在于可能發(fā)生不準(zhǔn)確的對(duì)準(zhǔn)，這是因?yàn)檫@些基于平均解剖部分關(guān)系且不考慮特定患者或外科手術(shù)裝置的任何參數(shù)。此外，這些機(jī)械儀器可能不是非常直觀(guān)且易于使用，從而需要大量的手術(shù)切口以及連續(xù)地監(jiān)測(cè)儀器，同時(shí)手動(dòng)對(duì)準(zhǔn)儀器與身體上的關(guān)鍵解剖部分界標(biāo)。這些解剖標(biāo)志可能不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致不準(zhǔn)確判斷。
[0006]進(jìn)一步，關(guān)節(jié)造型術(shù)程序中的現(xiàn)有導(dǎo)航系統(tǒng)非常復(fù)雜和昂貴。使用這樣的系統(tǒng)通常需要額外的人員來(lái)操縱手術(shù)室中的無(wú)菌區(qū)域外的導(dǎo)航計(jì)算機(jī)。此外，現(xiàn)有導(dǎo)航系統(tǒng)依賴(lài)于在手術(shù)中放置在無(wú)菌環(huán)境外的外部相機(jī)或紅外線(xiàn)傳感器和無(wú)菌區(qū)域內(nèi)使用的導(dǎo)航儀器之間的直接視線(xiàn)。這使得外科手術(shù)過(guò)程非常麻煩且需要外科醫(yī)生經(jīng)常移出手術(shù)部位，使得存在于無(wú)菌區(qū)域外的相機(jī)系統(tǒng)可以看到無(wú)菌區(qū)域內(nèi)存在的跟蹤系統(tǒng)。
[0007]因此，需要這樣的用于在外科手術(shù)進(jìn)行時(shí)針對(duì)患者對(duì)準(zhǔn)植入系統(tǒng)的手持式跟蹤系統(tǒng)和裝置，即，在外科手術(shù)過(guò)程中使用更簡(jiǎn)單并且高度準(zhǔn)確，并且為外科醫(yī)生提供更大的術(shù)中操作靈活性，使得其完全受控且在無(wú)菌區(qū)域中使用。
[0008]以上缺點(diǎn)已經(jīng)在一個(gè)這樣的文章中得到解決:關(guān)節(jié)造型術(shù)的期刊中發(fā)表的題為“Improving acetabular cup orientat1n in the total hip arthroplasty by usingsmartphone technology”,其公開(kāi)了使用智能手機(jī)來(lái)用于髖臼放置。使用智能手機(jī)輔助的外科手術(shù)的優(yōu)點(diǎn)有很多:例如準(zhǔn)確的數(shù)字傾角、耗時(shí)少、無(wú)需外部參考切口和最小設(shè)置要求。然而該文章沒(méi)有公開(kāi)有關(guān)準(zhǔn)確檢測(cè)前傾方位(其為臨界角)的信息。前傾方位的任何不準(zhǔn)確性會(huì)顯著增加術(shù)后并發(fā)癥(諸如反復(fù)脫位)的機(jī)會(huì)。
[0009]本發(fā)明的目的:
[0010]本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供手持式跟蹤系統(tǒng)和裝置，用于在手術(shù)過(guò)程中參照患者的解剖部分在外科手術(shù)進(jìn)行時(shí)對(duì)準(zhǔn)植入系統(tǒng)和/或手術(shù)儀器。
[0011]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供簡(jiǎn)單、容易設(shè)置的手持式跟蹤系統(tǒng)和裝置，其用于在手術(shù)過(guò)程中參照患者的解剖部分準(zhǔn)確定位和/或大小調(diào)整植入系統(tǒng)且不依賴(lài)于無(wú)菌區(qū)域外的視線(xiàn)連接。
[0012]本發(fā)明的又一個(gè)目的在于提供主動(dòng)手持式設(shè)備，其能夠在在手術(shù)過(guò)程中通過(guò)音頻和/或可視裝置指示位置和/或大小信息。
[0013]本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供手持式跟蹤系統(tǒng)，其包括至少一個(gè)手持式設(shè)備，該至少一個(gè)手持式設(shè)備具有能夠檢測(cè)并顯示無(wú)菌環(huán)境內(nèi)運(yùn)行時(shí)的植入系統(tǒng)信息的傳感器。
[0014]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供手持式設(shè)備，其可在手術(shù)過(guò)程中安裝在多種類(lèi)型的儀器上以及綁定到患者上。
[0015]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供手持式設(shè)備，其具有以下能力:能夠從植入系統(tǒng)、儀器和/或患者位置讀取和處理術(shù)前基于患者數(shù)據(jù)的圖像以及術(shù)中圖像。
[0016]本發(fā)明的另一目的在于提供手持式設(shè)備，其能夠在沒(méi)有任何外部裝置或參照的情況下使用數(shù)據(jù)通信鏈路或協(xié)議進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信。
[0017]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供使用本發(fā)明的系統(tǒng)和裝置進(jìn)行手持式手術(shù)跟蹤的方法。
[0018]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供成本有效和更少麻煩的跟蹤系統(tǒng)，其可在各種外科手術(shù)過(guò)程中由外科醫(yī)生很容易地使用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]本發(fā)明涉及一種手持式跟蹤系統(tǒng)和裝置，其包括至少一個(gè)手持式跟蹤裝置，用于參照患者的解剖部分進(jìn)行外科植入系統(tǒng)和儀器的術(shù)中對(duì)準(zhǔn)或定位。本發(fā)明還提供使用本發(fā)明的系統(tǒng)和裝置在無(wú)菌環(huán)境內(nèi)進(jìn)行微創(chuàng)外科手術(shù)跟蹤的過(guò)程。
[0020]因此，當(dāng)前發(fā)明提供了用于手術(shù)儀器和/或植入系統(tǒng)的術(shù)中對(duì)準(zhǔn)的手持式跟蹤系統(tǒng)。手持式跟蹤系統(tǒng)包括至少一個(gè)手持式設(shè)備，其具有用于數(shù)據(jù)輸入的裝置、處理裝置、存儲(chǔ)裝置和用于輸出經(jīng)處理的數(shù)據(jù)的裝置、可再充電電源。手持式跟蹤系統(tǒng)還包括至少一個(gè)可跟蹤元件和至少一個(gè)保持裝置，該至少一個(gè)保持裝置用于將手持式設(shè)備固定在無(wú)菌環(huán)境中。
[0021]載入有術(shù)前掃描數(shù)據(jù)和其它患者特定數(shù)據(jù)的手持式設(shè)備借助于保持裝置而安裝在推薦的植入部位處，同時(shí)可跟蹤元件安裝在預(yù)定位置處。來(lái)自所部署的可跟蹤元件的關(guān)于患者和手術(shù)儀器的位置的數(shù)據(jù)通過(guò)輸入裝置被連續(xù)輸入到手持式設(shè)備，且進(jìn)一步在處理裝置中基于預(yù)載入的術(shù)前掃描圖像而被繼續(xù)處理，以提供連續(xù)處理的數(shù)據(jù)從而現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控植入系統(tǒng)在無(wú)菌環(huán)境中的準(zhǔn)確放置。
[0022]在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，本發(fā)明還公開(kāi)了使用手持式跟蹤系統(tǒng)的方法。該方法可以包括以下步驟:在手持式設(shè)備中上傳患者特定的術(shù)前掃描和患者的特定數(shù)據(jù)。此外，所述方法可包括:將定位在股骨的頭部的可跟蹤元件的位置數(shù)據(jù)上傳到所述手持式設(shè)備以防止在手術(shù)完成后患者的腿長(zhǎng)度的任何長(zhǎng)度差異。所述方法還可包括以下步驟:將手持式設(shè)備安裝在患者解剖部分/骨頭上并將由保持裝置將其固定。所述方法可包括將至少一個(gè)可跟蹤元件定位到手術(shù)儀器上；將患者與存儲(chǔ)到手持式設(shè)備的術(shù)前掃描對(duì)準(zhǔn)以確定植入系統(tǒng)的期望位置，且然后相對(duì)于所識(shí)別的參考位置動(dòng)態(tài)跟蹤手術(shù)儀器以確定手術(shù)的正確進(jìn)展方向和植入系統(tǒng)的隨后植入。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1示出其中本發(fā)明的特征可被實(shí)現(xiàn)的手持式跟蹤系統(tǒng)的示意圖。
[0024]圖2示出描繪了手持式設(shè)備的不同特征的手持式設(shè)備的前視圖。
[0025]圖3示出手持式設(shè)備的前視圖，具體地顯示了關(guān)于相對(duì)測(cè)量的信息。
[0026]圖4示出手持式設(shè)備與其特征的后視圖。
[0027]圖5示出手持式設(shè)備在患者上的安裝布置。
[0028]圖6示出手持式設(shè)備在設(shè)備保持器中的固定機(jī)制/安全的固定，描繪了設(shè)備保持器的特征。
[0029]圖7示出手持式跟蹤系統(tǒng)在患者上的各種特征的實(shí)現(xiàn)/布置。
[0030]圖8示出手持式跟蹤系統(tǒng)和裝置的實(shí)現(xiàn)，更特別是手持式設(shè)備I和2在患者上的相對(duì)布置。
[0031]圖9描繪用于固定手術(shù)儀器/植入物在手持式設(shè)備中的初始位置的解剖匹配塊。
[0032]圖10示出在關(guān)節(jié)造型術(shù)中進(jìn)行擴(kuò)孔步驟到所希望深度的示意圖。
[0033]圖11示出在關(guān)節(jié)造型術(shù)中對(duì)準(zhǔn)植入系統(tǒng)以獲得所期望的腿長(zhǎng)度的示意圖。
[0034]圖12顯示了示出外科手術(shù)過(guò)程中使用手持式跟蹤系統(tǒng)的過(guò)程的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0035]本發(fā)明避免了現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，并提供用于在手術(shù)過(guò)程中對(duì)準(zhǔn)植入系統(tǒng)的手持式跟蹤系統(tǒng)和裝置。所述手持式跟蹤系統(tǒng)包括手持式設(shè)備，其用于在關(guān)節(jié)造型術(shù)中參照患者的解剖部分進(jìn)行術(shù)中對(duì)準(zhǔn)植入系統(tǒng)和/或手術(shù)儀器。本發(fā)明的系統(tǒng)用于在手術(shù)過(guò)程中參照患者的解剖部分確定植入系統(tǒng)的準(zhǔn)確定位和/或大小。本文所用的術(shù)語(yǔ)“關(guān)節(jié)造型術(shù)或關(guān)節(jié)造型術(shù)程序”是指矯形手術(shù)的手術(shù)過(guò)程，在該手術(shù)過(guò)程中，關(guān)節(jié)炎或其它機(jī)能失常的關(guān)節(jié)被整形和/或重新調(diào)整且可選地植入系統(tǒng)被定位到受損區(qū)域。關(guān)節(jié)造型術(shù)程序可發(fā)生在身體的不同區(qū)域的任何關(guān)節(jié)(包括但不限于膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié))處。術(shù)語(yǔ)“保持裝置”是指用于將手持式設(shè)備固定到患者的解剖部分或手術(shù)儀器或無(wú)菌環(huán)境中的
>J-U ρ?α裝直。
[0036]在關(guān)節(jié)造型術(shù)的情況下，植入物的準(zhǔn)確定位是非常重要的。植入物的任何不準(zhǔn)確定位可能導(dǎo)致嚴(yán)重的術(shù)后不適感，諸如關(guān)節(jié)錯(cuò)位、較差負(fù)荷條件，從而導(dǎo)致植入系統(tǒng)的故障并需要進(jìn)一步由專(zhuān)家外科醫(yī)生進(jìn)行昂貴和極其專(zhuān)業(yè)的校正修正手術(shù)。本發(fā)明公開(kāi)了包括至少一個(gè)手持式設(shè)備的系統(tǒng)。手持式設(shè)備能夠經(jīng)由保持裝置而連接到患者的身體的解剖部分，以及其可附接到在關(guān)節(jié)造型術(shù)過(guò)程中外科醫(yī)生使用的儀器，其中手持式設(shè)備中的至少一個(gè)能夠通過(guò)音頻和/或可視裝置指示位置和/或大小信息。
[0037]圖9示出包括一個(gè)手持式設(shè)備的手持式跟蹤系統(tǒng)，而圖1、圖7、圖8示出具有兩個(gè)手持式設(shè)備(1、2)的手持式跟蹤系統(tǒng)。圖2、圖3和圖4描繪了手持式跟蹤裝置的詳細(xì)說(shuō)明。圖9和圖10和圖11描繪了在關(guān)節(jié)造型術(shù)外科手術(shù)中使用手持式跟蹤系統(tǒng)的方法。
[0038]圖9所示的手持式跟蹤系統(tǒng)包括一個(gè)手持式設(shè)備(2)和可跟蹤元件(3200)。手持式設(shè)備通過(guò)保持裝置(1027)安裝到患者身體的解剖部位(anatomy，解剖部分)(800)，同時(shí)可通過(guò)所述手持式設(shè)備讀取的可跟蹤元件(3200)通過(guò)狹槽(3101)安裝到手術(shù)儀器(1004)上。所述可跟蹤元件(3200)可由反射材料制成或具有獨(dú)特的顏色。可跟蹤元件(3200)以裝置(2)可以很容易地檢測(cè)可跟蹤元件(3201)的方式通過(guò)裝置(3101)固定到手術(shù)儀器(1004)上。
[0039]手持式設(shè)備可包括處理器、可充電電池或一次性使用的電池、揚(yáng)聲器，觸摸屏顯不器、相機(jī)傳感器、加速度傳感器、陀螺儀傳感器、手電筒等。存在于手持式設(shè)備中的所述傳感器能夠在無(wú)需任何外部裝置或參照的情況下彼此通信或與手術(shù)團(tuán)隊(duì)通信，且能夠檢測(cè)并顯示無(wú)菌環(huán)境內(nèi)運(yùn)行時(shí)(runtime，手術(shù)時(shí))的植入系統(tǒng)信息。
[0040]圖2、圖3和圖4涉及示例性手持式跟蹤裝置的詳細(xì)說(shuō)明。所述手持式設(shè)備包括顯示屏幕(300)、分別位于手持式設(shè)備的前側(cè)和后側(cè)的數(shù)碼相機(jī)(200A、200B)、內(nèi)置揚(yáng)聲器(400)、分別位于手持式設(shè)備的前側(cè)和后側(cè)的內(nèi)置閃光燈(500、501)。手持式設(shè)備還包括數(shù)字存儲(chǔ)器，以存儲(chǔ)在手術(shù)的不同階段使用的術(shù)前數(shù)據(jù)以及術(shù)中數(shù)據(jù)。
[0041]數(shù)碼相機(jī)(200A、200B)具有用于拍攝圖像的傳感器、處理所拍攝的圖像的處理器，且結(jié)果顯示在所述顯示屏幕(300)上。顯示屏幕也可以是觸摸屏，其可被用作輸入來(lái)由外科醫(yī)生記錄可跟蹤元件的初始期望位置(201)。顯示屏幕顯示可跟蹤元件的初始(201)以及當(dāng)前動(dòng)態(tài)位置(220)。跟蹤系統(tǒng)(210)的邊界可以是圓形、正方形或橢圓形。顯示屏幕也可參考手術(shù)中的特定手術(shù)步驟提供指示可跟蹤元件的所述初始和當(dāng)前位置之間的相對(duì)差(310)的信息。所述信息在外科手術(shù)過(guò)程(例如，在全髖關(guān)節(jié)造型術(shù))中是相當(dāng)有用的，因?yàn)槠渲甘倔y白杯的位置、前傾角、傾角、擴(kuò)孔深度等。
[0042]所述手持式設(shè)備(1、2)的內(nèi)置揚(yáng)聲器(400)可在手術(shù)過(guò)程中提供特定的反饋，諸如確認(rèn)聲音或超限“警告音”。具有內(nèi)置攝像頭(200A、200B)的內(nèi)置閃光燈(500、501)可甚至在復(fù)雜背景中準(zhǔn)確地拍攝可跟蹤元件(2500、3200、3300、3500)位置。
[0043]在關(guān)節(jié)造型術(shù)的手術(shù)中，本發(fā)明的系統(tǒng)和裝置可以很容易地放置在無(wú)菌區(qū)中。圖4描述了將手持式設(shè)備(1、2)保持在無(wú)菌環(huán)境中的設(shè)備保持器。所述設(shè)備保持器(1020)可包括可重復(fù)使用或一次性的透明無(wú)菌袋。
[0044]圖5描繪了手持式設(shè)備(2)在患者的解剖部位或骨頭(800)上的安裝布置(1025、1026、1027)。所述布置包括儀器(1025)、無(wú)菌套筒(1026)和無(wú)菌銷(xiāo)(1027)的裝配。
[0045]圖5描述了手持式設(shè)備(2)在患者的解剖部位上的保持裝置。所述無(wú)菌銷(xiāo)或螺釘(1027)的一端連接到患者的解剖部位或骨頭(800)，而另一端連接到設(shè)備保持器(1020)。無(wú)菌銷(xiāo)或螺釘(1027)被保持在無(wú)菌套筒(1026)內(nèi)，使得即使在非無(wú)菌環(huán)境中，無(wú)菌銷(xiāo)也可插入到患者骨頭(800)中，從而允許外科醫(yī)生在手術(shù)過(guò)程中和/或之前將裝置定位在任何期望的位置處。
[0046]圖6還描述了手持式跟蹤裝置(2)在患者的解剖部分上的另一個(gè)這種保持機(jī)構(gòu)。所述設(shè)備保持器(2000)包括底座(2010)，其被成形為匹配手持式設(shè)備(2)以用于牢固安裝(2030)。所述設(shè)備保持器(2000)還具有門(mén)狀機(jī)構(gòu)(2020)，使得其可與設(shè)備保持器(2010)的所述底座鉸接以形成閉合而安全的外殼，從而保護(hù)手持式設(shè)備(2)。設(shè)備保持器(2010)的底座可具有開(kāi)口(2031)，以確保手持式設(shè)備(2)的相機(jī)/傳感器的正常運(yùn)作。手持式設(shè)備(2)可經(jīng)由設(shè)備保持器(2000)和通過(guò)螺釘機(jī)構(gòu)(1100)固定的銷(xiāo)(1027)而安裝到骨頭。
[0047]圖1A、圖1B、圖7和圖8描繪了其中示出兩個(gè)手持式設(shè)備(1、2)的無(wú)菌環(huán)境中的手持式跟蹤系統(tǒng)和裝置。手持式設(shè)備(I)可被固定在手術(shù)儀器(1000、1003)上，而其它手持式設(shè)備(2)可被安裝在患者的解剖部分(800)上。手持式設(shè)備(2)可經(jīng)由保持裝置(1030)或組件(1020-1025-1026-1027或1027-2000)被固定到患者的解剖部分或骨頭上?；颊弑欢ㄎ辉谑中g(shù)臺(tái)的平坦表面(1010)上，平坦表面可具有網(wǎng)格和/或標(biāo)記(1011)，以方便患者的定位。雙向數(shù)據(jù)通信發(fā)生在裝置I信道(600)和裝置2信道(700)之間。
[0048]圖7示出位于相同平面或不同平面中的可跟蹤元件(3500、2500)中的至少一個(gè)在它們各自的手持式設(shè)備(1、2)的布置。可跟蹤元件由反射材料制成或具有獨(dú)特顏色以使照相機(jī)傳感器容易地識(shí)別該元件。圖7還示出手術(shù)過(guò)程中手術(shù)儀器(1003)的軸(1002)，其相對(duì)于患者解剖部分(800)的位置被跟蹤以用于精確的外科結(jié)果。
[0049]圖8示出圖7中描述的布置的另一個(gè)詳細(xì)視圖。它示出架構(gòu)類(lèi)似于設(shè)備保持器(2000和/或1020)的設(shè)備保持器(3000)。手持式設(shè)備(I)的所述設(shè)備保持器(3000)具有門(mén)狀機(jī)構(gòu)(3020)，從該門(mén)狀機(jī)構(gòu)可與設(shè)備保持器(3030)的所述底座鉸鏈以形成封閉而安全的外殼，從而保護(hù)手持式設(shè)備(I)。設(shè)備保持器(3030)的底座可具有開(kāi)口(3031)以確保手持式設(shè)備(I)的相機(jī)/傳感器的正常運(yùn)作。
[0050]圖12示出使用手持式跟蹤系統(tǒng)的詳細(xì)優(yōu)選方法，該方法包括以下步驟:在手持式設(shè)備(1、2)中上傳患者特定的術(shù)前掃描；由外科醫(yī)生在所述手持式設(shè)備中上傳額外的患者特定數(shù)據(jù)；將定位在股骨的頭部的可跟蹤元件(2700)的位置數(shù)據(jù)上傳到所述手持式設(shè)備以防止在手術(shù)完成后患者的腿長(zhǎng)度的任何長(zhǎng)度差異；將手持式設(shè)備安裝到患者解剖部分/骨頭上并由所述保持裝置將其固定；將至少一個(gè)可跟蹤元件(2500、3200、3300、3500)定位到手術(shù)儀器；將患者與存儲(chǔ)到所述手持式設(shè)備的術(shù)前掃描對(duì)準(zhǔn)(align，匹配)以確定用于解剖匹配的患者特定塊(810)的植入系統(tǒng)安裝在手術(shù)儀器上的期望位置；將解剖匹配的患者特定塊與術(shù)前掃描對(duì)準(zhǔn)并將植入物的期望位置固定到所述手持式設(shè)備的所述顯示裝置上作為參考位置；相對(duì)于所述識(shí)別的參考位置動(dòng)態(tài)地跟蹤手術(shù)儀器以確保手術(shù)的正確方向和植入系統(tǒng)的隨后植入。
[0051]實(shí)例
[0052]在示例性實(shí)施例中，當(dāng)前發(fā)明提供了用于髖關(guān)節(jié)造型術(shù)的手持式跟蹤系統(tǒng)和裝置的使用。髖關(guān)節(jié)造型術(shù)是一種外科手術(shù)，其中髖關(guān)節(jié)由假體植入系統(tǒng)替代，其包括髖臼(窩)側(cè)上的杯布置和股骨(球)側(cè)上的階梯(st印)布置。髖關(guān)節(jié)造型術(shù)可作為整體替換或半(一半)替換來(lái)進(jìn)行。這樣的關(guān)節(jié)造型術(shù)過(guò)程一般被進(jìn)行以減輕關(guān)節(jié)炎疼痛或修復(fù)嚴(yán)重的身體關(guān)節(jié)損傷，作為髖關(guān)節(jié)骨折治療的一部分。
[0053]一般情況下，杯布置過(guò)程分為兩個(gè)或三個(gè)階段，這取決于所使用的植入物的類(lèi)型。在接合的植入杯的情況下，使用鉸刀擴(kuò)孔髖白作為第一步，且然后杯與接合劑一起被放置。在未膠結(jié)壓入植入物中，髖白被擴(kuò)孔且然后使用沖擊工具將杯壓入骨頭。
[0054]髖關(guān)節(jié)造型術(shù)通常開(kāi)始于術(shù)前掃描，這可以是X射線(xiàn)、CT掃描或MRI掃描，以便評(píng)估髖白深度、大小和解剖標(biāo)志。術(shù)前掃描也有助于選擇適合于患者解剖部分的最有利植入物大小。在該步驟之后，相關(guān)的患者數(shù)據(jù)被傳輸和/或存儲(chǔ)到手持式設(shè)備中。
[0055]在手術(shù)過(guò)程中，手持式設(shè)備(2)被剛性地安裝到骨盆骨(800)上，而可跟蹤元件(3200)被安裝到外科儀器，諸如圖9所示的鉸刀。手持式設(shè)備(2)的相機(jī)傳感器(200A)拍攝可跟蹤元件(3200)的期望位置和/或儀器(1003、1004)的儀器軸線(xiàn)(1002)?？墒褂萌魏晤A(yù)先運(yùn)算的數(shù)據(jù)、解剖匹配塊(810)或外科醫(yī)生的術(shù)中臨床判斷優(yōu)化該拍攝的位置。在手持式設(shè)備(2)的屏幕(300)上處理和顯示(201)該拍攝的信息。
[0056]一旦這個(gè)所期望的位置由外科醫(yī)生批準(zhǔn)，則手持式設(shè)備將在后續(xù)的手術(shù)步驟中引導(dǎo)外科醫(yī)生來(lái)重現(xiàn)所計(jì)劃/期望/批準(zhǔn)的儀器軸線(xiàn)。例如，在擴(kuò)孔過(guò)程中，鉸刀的多種尺寸用于準(zhǔn)備髖白。如圖9所示，手持式設(shè)備顯示期望位置以及可跟蹤元件(3200)和/或儀器(1004)的當(dāng)前動(dòng)態(tài)位置。這允許外科醫(yī)生校正手術(shù)儀器的位置并在擴(kuò)孔和嵌塞的整個(gè)過(guò)程中反復(fù)返回到事先識(shí)別的所期望位置，從而導(dǎo)致準(zhǔn)確的髖白植入組件的放置。
[0057]在另一個(gè)實(shí)施例中，安裝在儀器(1004)上的可跟蹤元件具有限定的尺寸。手持式設(shè)備(2)能夠處理可跟蹤元件圖像(201)并將其認(rèn)識(shí)為具有特定尺寸的對(duì)象，其可以是圓形、橢圓形或正方形形狀等。這允許手持式設(shè)備(2)指示重要的信息，諸如角度、距離、直徑等，例如，圖10示出指示擴(kuò)孔的深度的限定尺寸的兩個(gè)圓形可跟蹤元件(3200、3300)。
[0058]在又另一個(gè)實(shí)施例中，可跟蹤元件(2700)可安裝到一個(gè)骨頭上，且手持式設(shè)備可安裝到另一個(gè)骨頭上。這種情況下的手持式跟蹤系統(tǒng)可幫助準(zhǔn)確地定位植入系統(tǒng)，從而也準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)骨頭在關(guān)節(jié)中的相對(duì)位置。例如，在髖關(guān)節(jié)造型術(shù)過(guò)程中，圖11示出簡(jiǎn)單的可跟蹤元件(2700)，其使用小的鈕扣型跟蹤器或簡(jiǎn)單地通過(guò)使用亞甲基藍(lán)筆來(lái)標(biāo)記手術(shù)過(guò)程中的特定區(qū)域而被固定到股骨頭(801)上。該可跟蹤元件/標(biāo)記可由安裝在骨盆骨(800)上的相機(jī)(200B)來(lái)檢測(cè)且該可跟蹤元件的處理圖像(215)被顯示到手持式設(shè)備(2)上。在打開(kāi)關(guān)節(jié)之前，該可跟蹤元件位置可由外科醫(yī)生進(jìn)行初始記錄。這個(gè)位置可用于主干(stem)和杯放置過(guò)程中的稍后階段以準(zhǔn)確地插入該患者所需的腿長(zhǎng)度。
[0059]雖然上述過(guò)程用于髖關(guān)節(jié)造型術(shù)，但是本發(fā)明的過(guò)程可被修改和調(diào)適以用于患者解剖部分的重建是至關(guān)重要的其它外科手術(shù)中。這樣的外科手術(shù)可包括但不限于，膝關(guān)節(jié)造型術(shù)、髖關(guān)節(jié)造型術(shù)、肩關(guān)節(jié)造型術(shù)、腕關(guān)節(jié)造型術(shù)、踝關(guān)節(jié)造型術(shù)、脊柱手術(shù)和截骨手術(shù)。
[0060]本發(fā)明的手持式跟蹤系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)植入系統(tǒng)和/或外科手術(shù)儀器相對(duì)于患者身體本來(lái)的解剖部分的位置，而無(wú)需使用無(wú)菌區(qū)域外的任何外部參照。本發(fā)明的手持式跟蹤系統(tǒng)不需要位于無(wú)菌區(qū)域外的任何參照的視線(xiàn)內(nèi)。
[0061]因此，本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)單、易于安裝、成本有效和更少麻煩的外科導(dǎo)航系統(tǒng)和裝置，其在各種外科手術(shù)中可由外科醫(yī)生很容易地使用。
【權(quán)利要求】
1.一種用于手術(shù)儀器和/或植入系統(tǒng)的術(shù)中對(duì)準(zhǔn)的手持式跟蹤系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: -至少一個(gè)手持式設(shè)備(1、2)，具有用于數(shù)據(jù)輸入的裝置(200A、200B、300)、處理裝置、存儲(chǔ)裝置和用于輸出經(jīng)處理的數(shù)據(jù)的裝置(300、400)、可再充電電源，所述手持式設(shè)備載入有患者特定的術(shù)前掃描圖像以及其他患者特定數(shù)據(jù)， -至少一個(gè)可跟蹤元件(2500、3200、3300、3500)， -至少一個(gè)保持裝置(1020、1030、1027、1025、1026)，用于將所述手持式設(shè)備固定在無(wú)菌環(huán)境中， 所述手持式設(shè)備用所述保持裝置安裝在推薦的植入部位，所述可跟蹤元件(2500、.3200,3300,3500)安裝在預(yù)定位置處， 使得來(lái)自所述部署的可跟蹤元件的關(guān)于所述患者的位置和所述手術(shù)儀器的數(shù)據(jù)通過(guò)用于輸入的裝置被連續(xù)輸入，所述數(shù)據(jù)基于所述預(yù)載入術(shù)前掃描圖像和所述患者特定信息而被處理以提供連續(xù)的處理后數(shù)據(jù)，從而在無(wú)菌環(huán)境中現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控所述植入系統(tǒng)的準(zhǔn)確放置。
2.如權(quán)利要求1所述的手持式跟蹤系統(tǒng)，其中所述用于輸入的裝置是選自以下設(shè)備的組合:至少一個(gè)數(shù)碼相機(jī)(200A、200B)、多個(gè)傳感器、觸摸屏、觸摸板、鍵盤(pán)、語(yǔ)音輸入系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述的手持式跟蹤系統(tǒng)，其中所述用于輸出的裝置是選自以下裝置的組合:顯示裝置、音頻裝置、視聽(tīng)裝置、觸摸屏，所述觸摸屏能夠在各個(gè)外科手術(shù)步驟過(guò)程中提供運(yùn)行時(shí)的信息，包括所述手術(shù)儀器的外科醫(yī)生的初始輸入、記錄的特定位置和測(cè)量的特定角度。
4.如權(quán)利要求2所述的手持式跟蹤系統(tǒng)，其中所述多個(gè)傳感器包括內(nèi)置的數(shù)碼相機(jī)傳感器、陀螺儀傳感器、加速度傳感器。
5.如權(quán)利要求1所述的手持式跟蹤系統(tǒng)，其中所述可跟蹤元件的預(yù)定位置選自諸如股骨頭頭部的骨頭和/或在外科手術(shù)中部署的手術(shù)儀器。
6.如權(quán)利要求1所述的手持式跟蹤系統(tǒng)，其中所述可跟蹤元件選自反射材料、獨(dú)特顏色的材料、甲基藍(lán)標(biāo)記、紐扣和允許所述傳感器來(lái)準(zhǔn)確地檢測(cè)所述可跟蹤元件的位置的其它元件。
7.如權(quán)利要求1所述的手持式跟蹤系統(tǒng)，其中所述保持裝置選自保持設(shè)備(1030);帶有具有狹槽(1100)的設(shè)備保持器(1020)的保持組件(1025-1027-1030);以及用于固定具有狹槽(1100)的設(shè)備保持器(1020)的無(wú)菌銷(xiāo)(1027)。
8.如權(quán)利要求7所述的手持式跟蹤系統(tǒng)，其中所述保持組件包括連接到所述設(shè)備保持器(1020)的保持儀器(1025)、可移動(dòng)的無(wú)菌套筒(1026)和無(wú)菌銷(xiāo)(1027)，使得所述保持儀器(1025)被放置在所述可移動(dòng)無(wú)菌套筒(1026)內(nèi)并用無(wú)菌銷(xiāo)(1027)固定在特定位置。
9.如權(quán)利要求7所述的手持式跟蹤系統(tǒng)，其中所述無(wú)菌銷(xiāo)(1027)將所述手持式設(shè)備的所述設(shè)備保持器(1020)直接連接到患者的骨頭。
10.如權(quán)利要求7所述的手持式跟蹤系統(tǒng)，其中所述保持裝置(1030)將所述手持式設(shè)備剛性連接至患者的解剖部分。
11.如權(quán)利要求7所述的手持式跟蹤系統(tǒng)，其中所述設(shè)備保持器是具有狹槽的無(wú)菌袋。
12.如權(quán)利要求1所述的手持式跟蹤系統(tǒng)，其中所述手持式設(shè)備具有可充電電池。
13.如權(quán)利要求1所述的用于手術(shù)儀器和/或植入系統(tǒng)的術(shù)中對(duì)準(zhǔn)的手持式跟蹤系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括多于一個(gè)的手持式設(shè)備(1、2)，其中每個(gè)能夠在無(wú)需任何外部設(shè)備或參照的情況下使用數(shù)據(jù)通信鏈路或協(xié)議與另一個(gè)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信。
14.一種使用手持式跟蹤系統(tǒng)以對(duì)準(zhǔn)手術(shù)儀器/植入系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟: -在所述手持式設(shè)備(1、2)中上傳患者特定的術(shù)前掃描， -由外科醫(yī)生在所述手持式設(shè)備(1、2)中上傳另外的患者特定數(shù)據(jù)， -將定位在股骨的頭部的所述可跟蹤元件(2700)的位置數(shù)據(jù)上傳到所述手持式設(shè)備以防止在手術(shù)完成后患者的腿長(zhǎng)度的任何長(zhǎng)度差異， -將所述手持式設(shè)備安裝在患者解剖部分/骨頭上，并且由所述保持裝置(1020、1030、.1025、1026、1027)將所述手持式設(shè)備固定， -將至少一個(gè)可跟蹤元件(200)定位到所述手術(shù)儀器(1004)上， -將患者與存儲(chǔ)到所述手持式設(shè)備的術(shù)前掃描對(duì)準(zhǔn)以確定所述植入系統(tǒng)的期望位置，-將解剖匹配的患者特定塊(810)安裝到手術(shù)儀器上、將解剖匹配的患者特定塊對(duì)準(zhǔn)到術(shù)前掃描并將植入物的期望位置固定在所述手持式設(shè)備的所述顯示裝置(300)上作為參考位置(201)， -相對(duì)于所述識(shí)別的參考位置動(dòng)態(tài)跟蹤手術(shù)儀器以確保手術(shù)的正確方向和所述植入系統(tǒng)的隨后植入。
【文檔編號(hào)】A61B19/00GK104271068SQ201380022907
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2013年5月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月2日
【發(fā)明者】阿南塔拉曼·杜希揚(yáng), 克坦·亞亞爾, 薩欽·辛哈爾, 海特施·甘朱, 迪克莎·巴卜胡塔, 迪尼什·薩爾馬, 維賈伊·錢(qián)德拉·博塞, 阿達(dá)姆·巴斯蒂安 申請(qǐng)人:斯泰克全球技術(shù)中心