本發(fā)明的實(shí)施例通常涉及在關(guān)節(jié)置換手術(shù)中創(chuàng)建和使用定制的關(guān)節(jié)置換手術(shù)注冊導(dǎo)板的系統(tǒng)和方法。更具體地說，本發(fā)明涉及機(jī)器人輔助手術(shù)中用于創(chuàng)建為特定患者定制的關(guān)節(jié)置換手術(shù)注冊導(dǎo)板的方法，該方法向手術(shù)機(jī)器人提供患者的3d參考信息，制定可供手術(shù)機(jī)器人(包括固定在骨骼上的機(jī)器人)執(zhí)行的手術(shù)計(jì)劃。

背景技術(shù)：

1、反復(fù)重舉、遭受創(chuàng)傷、骨病和/或關(guān)節(jié)炎可導(dǎo)致患者關(guān)節(jié)(如膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié))退化、受損或松動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)疼痛甚至癱瘓，而藥物或非手術(shù)治療方式無法有效解決。治療人類關(guān)節(jié)損傷的一種方法是采取全部或部分關(guān)節(jié)置換手術(shù)。通過關(guān)節(jié)置換手術(shù)，患者的關(guān)節(jié)被置換、重建或力線重新調(diào)整，通常可以減輕損傷關(guān)節(jié)的疼痛。關(guān)節(jié)損壞可能導(dǎo)致關(guān)節(jié)區(qū)域軟骨減少或磨損，引起摩擦、壓縮、斷裂和關(guān)節(jié)松弛。因此，關(guān)節(jié)軟骨減少會(huì)導(dǎo)致疼痛和關(guān)節(jié)活動(dòng)性降低?；颊呖赏ㄟ^關(guān)節(jié)置換手術(shù)，祛除疼痛，修復(fù)受損關(guān)節(jié)，恢復(fù)功能。

2、關(guān)節(jié)置換手術(shù)通常包括去除患關(guān)節(jié)炎或受損的關(guān)節(jié)部分，并用金屬、塑料或陶瓷器械等所謂的假體進(jìn)行置換。假體或植入物的設(shè)計(jì)就是要復(fù)制健康關(guān)節(jié)的正常運(yùn)動(dòng)。例如，用金屬球置換受損的股骨頭(位于股骨上端)，該金屬球與安裝在股骨中的金屬柄相連，并將塑料髖臼杯植入骨盆，置換受損的髖臼。此外，平衡的關(guān)節(jié)有助于改善力線對(duì)準(zhǔn)和保持穩(wěn)定性。韌帶平衡有助于減少關(guān)節(jié)磨損和松動(dòng)。關(guān)節(jié)平衡的患者更有可能增加運(yùn)動(dòng)范圍和本體感，減少疼痛。所有這些因素都有助于減少對(duì)翻修手術(shù)的需求。

3、已知幾種類型的關(guān)節(jié)置換術(shù)，包括全部和部分膝關(guān)節(jié)置換術(shù)、全部和部分髖關(guān)節(jié)置換術(shù)、全部和部分肩關(guān)節(jié)置換術(shù)，以及脊柱融合術(shù)等。通常，關(guān)節(jié)置換手術(shù)包括用金屬或塑料組件置換關(guān)節(jié)患病或受損的部分，該金屬或塑料組件的形狀被塑造成與被置換部分的形狀近似，或被塑造成允許關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的形狀，以此減輕關(guān)節(jié)疼痛。例如，全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)可包括置換膝關(guān)節(jié)的部分股骨和部分脛骨。類似的手術(shù)可在其他受損關(guān)節(jié)上實(shí)施，例如髖關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)等。本文對(duì)關(guān)節(jié)置換手術(shù)的一般性討論專門針對(duì)全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)，但也可適用于其他類型關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)置換手術(shù)。

4、在全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)中，股骨遠(yuǎn)端的受損部分被去除，并用與去除部分形狀相同或相似的金屬或塑料組件置換。該金屬或塑料組件可被嵌入股骨，或使用骨水泥或其他固定系統(tǒng)固定。此外，脛骨的近端部分也可被去除，并用與被去除部分形狀相同或相似的、大致平坦的金屬或塑料組件置換。脛骨置換植入物可被嵌入脛骨，或使用骨水泥固定?？傊晒侵踩胛锖兔劰侵踩胛锱浜闲纬山朴谙リP(guān)節(jié)形狀和功能的關(guān)節(jié)。在一些示例中，在股骨植入物和脛骨植入物之間放置塑料墊，以防止植入的關(guān)節(jié)使用時(shí)金屬對(duì)金屬的互相碰撞。

5、如上所述，關(guān)節(jié)置換手術(shù)通常包括去除和置換關(guān)節(jié)受損部分的骨骼。在去除時(shí)，部分骨骼可能會(huì)被切割、鉆孔、表面重構(gòu)等，以在骨骼上創(chuàng)建與相應(yīng)植入物適配的表面。在全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)的某特例中，股骨遠(yuǎn)端和脛骨近端的骨骼可能會(huì)被完全去除，以形成與植入物適配的比較平的表面。在骨骼上創(chuàng)建了植入物的配合表面后，就可按上述方法將植入物安裝到骨骼上。

6、雖然上文描述了關(guān)節(jié)置換手術(shù)的概況，但在實(shí)施手術(shù)時(shí)要考慮很多。例如，在實(shí)施關(guān)節(jié)置換手術(shù)前，患者可能會(huì)花一個(gè)月或更長時(shí)間與醫(yī)生進(jìn)行一次或多次會(huì)診，進(jìn)行術(shù)前計(jì)劃。一方面，關(guān)節(jié)內(nèi)植入物與患者其余解剖結(jié)構(gòu)的對(duì)線對(duì)于植入物的壽命以及植入效果至關(guān)重要。試圖提高關(guān)節(jié)置換手術(shù)的有效性、預(yù)防或減少術(shù)后并發(fā)癥的各種方法也在不斷研發(fā)。而另一方面，為配合植入物而截骨或重建關(guān)節(jié)骨表面時(shí)，外科醫(yī)生可能會(huì)徒手操作。雖勇氣有加，但這種方法不如其他手術(shù)方法精準(zhǔn)。在另一個(gè)例子中，已經(jīng)開發(fā)了一些系統(tǒng)和方法來生產(chǎn)定制的關(guān)節(jié)置換手術(shù)截骨導(dǎo)板，幫助外科醫(yī)生快速準(zhǔn)確地進(jìn)行必要的截骨，成功完成關(guān)節(jié)置換手術(shù)。特別是，截骨導(dǎo)板通?？蔀樘囟ǖ年P(guān)節(jié)置換患者進(jìn)行定制，以確保植入物在術(shù)后與患者的解剖結(jié)構(gòu)適配。通過使用定制的截骨導(dǎo)板，關(guān)節(jié)置換手術(shù)更精準(zhǔn)(確保植入物使用壽命更長)、更高效(減少手術(shù)時(shí)間，從而降低術(shù)后并發(fā)癥的可能性)。

7、在另一個(gè)例子中，手術(shù)輔助機(jī)器人或其他類似機(jī)器人的設(shè)備已被開發(fā)，幫助外科醫(yī)生進(jìn)行關(guān)節(jié)置換手術(shù)。批準(zhǔn)的手術(shù)計(jì)劃的各項(xiàng)內(nèi)容可以上傳到機(jī)器人輔助設(shè)備，以便輔助外科醫(yī)生手術(shù)。在某些情況下，通過外科醫(yī)生的指導(dǎo)或通過自動(dòng)執(zhí)行關(guān)節(jié)置換手術(shù)的一個(gè)或若干個(gè)項(xiàng)目，手術(shù)輔助機(jī)器人可進(jìn)行截骨或骨骼的表面重構(gòu)。在更多的其他實(shí)例中，可利用各種手術(shù)組合來執(zhí)行關(guān)節(jié)置換手術(shù)。例如，外科醫(yī)生可以使用定制的關(guān)節(jié)置換手術(shù)截骨導(dǎo)板對(duì)剖切面或截骨進(jìn)行驗(yàn)證，而由手術(shù)輔助機(jī)器人設(shè)備完成截骨或表面重構(gòu)。在另一個(gè)例子中，機(jī)器人設(shè)備提供導(dǎo)航，而外科醫(yī)生徒手進(jìn)行截骨操作。

8、無論采用何種方法，手術(shù)都可能存在缺陷。例如，術(shù)前計(jì)劃階段的缺陷可能涉及醫(yī)生多次診斷、獲取患者掃描成像或影像、手術(shù)計(jì)劃創(chuàng)建、外科醫(yī)生對(duì)手術(shù)計(jì)劃審批，以及生產(chǎn)定制關(guān)節(jié)置換手術(shù)導(dǎo)板需要時(shí)間?；颊呖赡軙?huì)為了等待關(guān)節(jié)置換手術(shù)而忍受數(shù)月的疼痛和不適。此外，對(duì)于許多醫(yī)療機(jī)構(gòu)，數(shù)百萬美元的機(jī)器人手術(shù)設(shè)備價(jià)格過高。使用一個(gè)或若干個(gè)一次性器械(例如一些手術(shù)機(jī)器人設(shè)備作為耗材使用的一次性運(yùn)動(dòng)跟蹤設(shè)備)的手術(shù)，會(huì)進(jìn)一步增加手術(shù)費(fèi)用，給醫(yī)療機(jī)構(gòu)造成額外成本。關(guān)節(jié)置換手術(shù)費(fèi)用高、前期時(shí)間長，也使得本來可從中受益的一些患者放棄手術(shù)。

9、此外，較之傳統(tǒng)方法，計(jì)算機(jī)輔助機(jī)器人手術(shù)的目的之一是提高骨科手術(shù)的精準(zhǔn)度和臨床效果?，F(xiàn)行的機(jī)器人輔助骨科手術(shù)的方法在精準(zhǔn)性、手術(shù)效率、手術(shù)時(shí)間、微創(chuàng)性和成本效益等方面具有優(yōu)勢。較之傳統(tǒng)手術(shù)，其主要缺點(diǎn)之一是技術(shù)復(fù)雜，導(dǎo)致手術(shù)錯(cuò)誤的潛在機(jī)率大幅增加。缺乏經(jīng)驗(yàn)的外科醫(yī)生可能難以發(fā)現(xiàn)其中的技術(shù)錯(cuò)誤，因此，僅憑機(jī)器人技術(shù)人員或盲目任憑機(jī)器人操作，可能會(huì)出現(xiàn)不良結(jié)果。較之使用傳統(tǒng)儀器的方法，機(jī)器人輔助手術(shù)的其他缺點(diǎn)包括整個(gè)手術(shù)團(tuán)隊(duì)培訓(xùn)費(fèi)用高、新技術(shù)學(xué)習(xí)曲線長以及機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)本身的成本高。

10、正是考慮到這些問題和其他的問題，開發(fā)了本發(fā)明的各項(xiàng)內(nèi)容。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一種實(shí)施方式是采用機(jī)器人設(shè)備的形式執(zhí)行關(guān)節(jié)置換手術(shù)。機(jī)器人設(shè)備可包括基礎(chǔ)單元(由若干連桿關(guān)節(jié)組成，每個(gè)連桿關(guān)節(jié)與若干致動(dòng)器中的一個(gè)機(jī)械聯(lián)系)、處理器和非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀解碼媒介(當(dāng)由處理器執(zhí)行時(shí)，處理器按關(guān)節(jié)置換手術(shù)要求控制若干致動(dòng)器)。機(jī)器人設(shè)備還可包括安裝裝置(與若干連桿關(guān)節(jié)中的第一連桿關(guān)節(jié)機(jī)械聯(lián)系)。該安裝裝置由以下組成：第一可配置連桿(按關(guān)節(jié)置換手術(shù)要求對(duì)基座定向)、安裝板(通過定制注冊設(shè)備固定于患者解剖結(jié)構(gòu))、可配置截骨導(dǎo)板(與若干連桿關(guān)節(jié)中的第二連桿關(guān)節(jié)機(jī)械聯(lián)系)、第二可配置連桿(按關(guān)節(jié)置換手術(shù)的要求對(duì)截骨導(dǎo)板定向)。

2、本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，可采用執(zhí)行關(guān)節(jié)置換手術(shù)的方法的形式。該方法可包括：接收患者手術(shù)關(guān)節(jié)的若干2d影像；根據(jù)患者關(guān)節(jié)若干2d影像上定位若干配合形狀，創(chuàng)建用于患者關(guān)節(jié)置換手術(shù)的定制注冊導(dǎo)板；用定制注冊導(dǎo)板將機(jī)器人設(shè)備安裝到患者解剖結(jié)構(gòu)上。該機(jī)器人設(shè)備可包括：安裝設(shè)備(被安裝在患者解剖結(jié)構(gòu)上)、基座的第一連桿關(guān)節(jié)(與安裝設(shè)備機(jī)械聯(lián)系，按關(guān)節(jié)置換手術(shù)的要求對(duì)基座定向)和可配置的截骨導(dǎo)板(與基座單元的第二關(guān)節(jié)機(jī)械聯(lián)系，按關(guān)節(jié)置換手術(shù)要求提供截骨導(dǎo)向)。