具有惯性传感器单元的骨盆数字化装置和方法制造方法及图纸

一种骨盆数字化装置包括本体，本体包括：轴，其具有工具端和手柄端，所述手柄端具有用来被操纵的手柄。视觉引导部取向在所述骨盆数字化装置的基准平面内。杯部连接至所述工具端并且适于被接纳在患者的髋臼中。惯性传感器单元连接至所述本体，所述惯性传感器单元具有与所述基准平面对准的预设取向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有惯性传感器单元的骨盆数字化装置和方法
本专利技术涉及使用惯性传感器的计算机辅助外科手术，更具体地说涉及使用惯性传感器创建用于骨盆的参照系来用于后续工具导航。
技术介绍
在整形外科植入手术中，例如在全髋关节置换(THR)中，外科植入体的取向对于植入体的术后功能以及长期运转性能有着直接的影响。现有的外科手术技术使用简单的“目测”法或机械工具来定位植入体。“目测”法被发现不足以提供植入体部件与植入体附接处的骨骼的精确对准。研究发现，不最理想定位的整形外科植入体关系到不合适的负载、增大的植入体磨损以及甚至植入体失效。目前商业上可获得的计算机辅助外科手术系统使用光学或磁性追踪系统。这些系统能够精确并可靠地追踪患者坐标系统。然而，诸如高成本、有限的操作范围、保持视线接触和磁性干扰等因素是与这些技术相关的主要问题。本专利技术提出的系统和方法使用自包含的惯性传感器，这些惯性传感器不依赖于信号传输并且不受电磁干扰影响。因此，它特别适合应用于包括大量设备的手术室环境。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种骨盆数字化装置以及创建骨盆参照系的方法。因此，根据本专利技术的第一方面，提供一种骨盆数字化装置，包括：本体，其包括：轴，其具有工具端和手柄端，所述手柄端具有用来被操纵的手柄；视觉引导部，其取向在所述骨盆数字化装置的基准平面内；杯部，其连接至所述工具端并且适于被接纳在患者的髋臼中；以及惯性传感器单元，其连接至所述本体，所述惯性传感器单元具有与所述基准平面对准的预设取向。此外，根据本专利技术的第一方面，所述视觉引导部是适于在基准平面内生成线的光源。此外，根据本专利技术的第一方面，所述线和所述轴位于所述基准平面内。此外，根据本专利技术的第一方面，所述视觉引导部是连接至所述手柄的杆。此外，根据本专利技术的第一方面，所述杆基本上横向于所述轴，所述杆和所述轴位于所述基准平面内。此外，根据本专利技术的第一方面，接纳部位于所述本体中，所述接纳部用于以使得所述惯性传感器单元的预设取向与所述基准平面对准的方式可脱离地接纳所述惯性传感器单元。此外，根据本专利技术的第一方面，所述惯性传感器单元的预设取向包括患者的髋臼线与内外轴线之间的角度。此外，根据本专利技术的第一方面，止动部与所述杯部的边缘相邻，所述止动部适于接触髋臼缘的标志。此外，根据本专利技术的第一方面，所述惯性传感器单元的预设取向具有与所述基准平面垂直的轴线。此外，根据本专利技术的第一方面，提供一种骨盆数字化装置与骨盆追踪装置的组件，包括：所述骨盆数字化装置；以及所述骨盆追踪装置，其包括：追踪器本体，其适于被固定于患者的骨盆，惯性传感器单元，其具有预设取向，所述惯性传感器单元与所述本体之间的三自由度旋转接头，以及视觉引导部，其能够随着所述惯性传感器单元移位，用于与所述骨盆数字化装置的基准平面对准。此外，根据本专利技术的第二方面，接纳部位于所述追踪器本体中，所述接纳部用于以使得所述骨盆追踪器本体的所述惯性传感器单元的预设取向与所述接纳部的平面对准的方式可脱离地接纳所述惯性传感器单元。此外，根据本专利技术的第一方面，提供一种创建严格侧卧位的患者的骨盆坐标系的至少一部分的方法，包括：将骨盆数字化装置的杯部插入患者的自体髋臼中；在视觉对准步骤中视觉上地将所述骨盆数字化装置的基准平面与患者的冠状面对准；以及在所述视觉对准步骤中，初始化所述骨盆数字化装置的惯性传感器单元，以设定所述骨盆数字化装置相对于患者的前后轴线的取向。此外，根据本专利技术的第三方面，在保持所述视觉对准的同时将所述杯部与患者的髋臼缘对准，并且记录带有所述惯性传感器单元的所述骨盆数字化装置的取向，以利用术前获得的髋臼缘与内外轴线之间的角度设定所述骨盆数字化装置相对于患者的内外轴线的取向。此外，根据本专利技术的第三方面，利用髋臼缘与内外轴线之间的角度包括：从患者的单一正面影像获得所述角度。此外，根据本专利技术的第三方面，利用内外轴线与前后轴线的交叉乘积获得所述骨盆数字化装置的取向。此外，根据本专利技术的第三方面，插入杯部包括：将杯部安装在所述骨盆数字化装置的工具端，所述杯部根据术前获得的自体髋臼的尺寸来选择。此外，根据本专利技术的第三方面，视觉上地对准所述基准平面包括如下两者之一：用用于视觉对准的患者标志对准杆和接通光源。此外，根据本专利技术的第三方面，将所述骨盆坐标系转换至固定于所述骨盆的骨盆追踪装置。此外，根据本专利技术的第三方面，转换所述骨盆坐标系包括：将所述骨盆追踪装置的预设轴线与重力对准。此外，根据本专利技术的第三方面，转换所述骨盆坐标系还包括：将所述骨盆追踪装置的视觉引导部与所述基准平面对准。附图说明图1是根据本专利技术实施例的具有惯性传感器单元的骨盆数字化装置的透视图；图2是示出图1的骨盆数字化装置的杯部和止动部的变型的一系列图；图3是根据本专利技术方法的涉及骨盆的骨盆数字化装置的透视图；图4是示出髋臼线与内外轴线(medio-lateralaxis)之间的角度的骨盆放射影像；以及图5是与图1的骨盆数字化装置一起使用的具有惯性传感器单元的追踪装置的透视图。具体实施方式参考附图，特别是参考图1，图中以附图标记10示出根据本专利技术的骨盆数字化装置。装置10是与安装在工具本体12上的惯性传感器单元11一起使用的类型。惯性传感器单元11可以已知为无源传感器、微机电传感器单元(MEMS单元)，并且具有任何合适的惯性传感器(例如加速计、陀螺仪)组以产生至少三个旋转度的追踪数据(即围绕一组三个轴线的取向被追踪)。传感器单元11可以被自封闭在能够以精确而预先确定的方式与装置10的工具本体12连接的容座中。工具本体12具有为杯部21的形状的工具端20。杯部21成形为匹配髋臼的形状(例如半球形或准半球形)，并且杯部21的尺寸可以根据髋臼的术前影像来选择，下面将对此进行描述。出于该目的，杯部21可以可脱离地连接到工具本体12的轴22上，使得可以选择适当尺寸的杯部21。止动部23是与杯部21一体的，并且可以具有如图2所示的不同构造，包括有尖头的边缘部。此外，止动部23可以相对于轴22旋转，被转动到与骨骼标志接触的期望取向。手柄24在轴22上位于杯部21的相反端。手柄24人体工程学地构造成被使用者把持。视觉引导部25是从手柄24横向突出的杆。视觉引导部25被用来在装置10与患者身体对准时视觉上引导使用者。在替代实施例中，视觉引导部25是发射可视引导线的激光或LED光源。接纳部26位于手柄24的端部，并且构造成以精确而预先确定的方式接纳传感器单元11。作为替代，传感器单元11可以嵌入在工具本体12中。然而，在两种情况下，传感器单元11的取向是相对于工具本体12预先设定的，使得当初始化传感器单元11时关于至少一个轴线(一个旋转自由度)的追踪是已知的。根据一个实施例，轴22和视觉引导部25位于装置10的平面内，并且传感器单元11的预设取向使其轴线垂直于装置10的平面。换句话说，当例如通过按压按钮27而使传感器单元11初始化时，传感器单元11的轴线将与轴22和视觉引导部25(或者其产生的光线)所在的装置10的平面垂直。尽管未示出，传感器单元11可以配备有为使用者提供数据的视觉接口(例如，诸如绿色和红色等不同颜色的LED)、或者可以与计算机辅助外科手术系统相连以便为其传输取向数据。数据传输可以以任何合适的协议(例如蓝牙、Zig本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种骨盆数字化装置，包括：本体，其包括：轴，其具有工具端和手柄端，所述手柄端具有用来被操纵的手柄；视觉引导部，其取向在所述骨盆数字化装置的基准平面内；杯部，其连接至所述工具端并且适于被接纳在患者的髋臼中；以及惯性传感器单元，其连接至所述本体，所述惯性传感器单元具有与所述基准平面对准的预设取向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.07.30 US 61/677,1041.一种骨盆数字化装置，包括：本体，其包括：轴，其具有工具端和手柄端，所述手柄端具有用来被操纵的手柄，视觉引导部，其取向在所述骨盆数字化装置的基准平面内，所述视觉引导部被用来在所述骨盆数字化装置与患者身体对准时视觉上引导使用者，和杯部，其连接至所述工具端并且适于被接纳在患者的髋臼中；以及惯性传感器单元，其连接至所述本体，所述惯性传感器单元具有用于相对于患者的骨盆校准骨盆数字化装置的设想的预设取向，所述预设取向基于特定于患者的骨盆的术前影像，所述预设取向与所述基准平面对准并且包括骨盆数字化装置的本体与患者的轴线之间的术前确定的角度，所述术前确定的角度基于特定于患者的骨盆的成像。2.根据权利要求1所述的骨盆数字化装置，其中，所述视觉引导部是适于在基准平面内生成线的光源。3.根据权利要求2所述的骨盆数字化装置，其中，所述线和所述轴位于所述基准平面内。4.根据权利要求1所述的骨盆数字化装置，其中，所述视觉引导部是连接至所述手柄的杆。5.根据权利要求4所述的骨盆数字化装置，其中，所述杆基本上横向于所述轴，所述杆和所述轴位于所述基准平面内。6.根据权利要求1至5中任一项所述的骨盆数字化装置，还包括所述本体中的接纳部，所述接纳部用于以使得所述惯性传感器单元的预设取向与所述基准平面对准的方式可脱离地接纳所述惯性传感器单元。7.根据权利要求1至5中任一项所述的骨盆数字化装置，其中，所述术前确定的角度还在患者的髋臼线与内外轴线之间。8.根据权利要求1至5中任一项所述的骨盆数...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·李，LP·阿米奥，D·戴伊，M·瓦林，I·罗比塔耶，F·帕拉迪斯，K·杜瓦尔，Y·布雷顿，S·费龙福尔热，
申请(专利权)人：奥尔索夫特公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA