使用惯性传感器为CAS创建参照系的系统和方法技术方案

一种数字化装置，包括：长形本体；多个腿部，其连接到所述长形本体。至少一个接头位于所述腿部与所述长形本体之间，使得所述腿部的自由端相对于彼此是可移位的。惯性传感器单元连接到所述长形本体，所述惯性传感器单元具有与所述长形本体对准的预设取向。手术台基准装置包括适于固定于手术台的本体。惯性传感器单元处于与手术台关联的预设取向。患者坐标系包括从所述数字化装置和所述手术台基准装置两者的惯性传感器单元获得的取向数据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用惯性传感器为CAS创建参照系的系统和方法
本专利技术涉及使用惯性传感器的计算机辅助外科手术，例如整形手术。
技术介绍
惯性传感器(例如，加速度计、陀螺仪、倾斜仪等)因为诸多原因而在计算机辅助外科手术中得到越来越多的应用。现成的惯性传感器相对较便宜并且产生对于整形手术而言足够精确和准确的结果。惯性传感器的共同特点在于它们经常不提供位置信息，而是仅仅提供取向信息，这是因为它们相对于重力来工作。因此，考虑到缺乏位置信息，必须设计方法来生成骨骼基准和工具。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种新的系统和方法，用于使用惯性传感器在计算机辅助外科手术中为骨骼创建参照系。因此，根据本专利技术的第一实施例，提供一种数字化装置，包括：长形本体；多个腿部，其连接到所述长形本体；所述腿部与所述长形本体之间的至少一个接头，使得所述腿部的自由端相对于彼此是可移位的；以及惯性传感器单元，其连接到所述长形本体，所述惯性传感器单元具有与所述长形本体对准的预设取向。此外，根据本专利技术的第一实施例，所述至少一个接头包括所述长形本体中的平移接头。此外，根据本专利技术的第一实施例，所述平移接头是所述长形本体的各部件之间的伸缩接头。此外，根据本专利技术的第一实施例，锁定装置位于所述平移接头上，用于手动地锁定所述接头。此外，根据本专利技术的第一实施例，接纳部位于所述长形本体中，用于可脱离地接纳所述惯性传感器单元，使得所述惯性传感器单元的预设取向与所述长形本体对准。此外，根据本专利技术的第一实施例，所述腿部的自由端是尖状的。此外，根据本专利技术的第一实施例，所述至少一个接头包括各个所述腿部上的平移接头，用于调节所述自由端与所述长形本体之间的距离。此外，根据本专利技术的第一实施例，所述惯性传感器单元的预设取向具有与所述腿部平行的轴线。此外，根据本专利技术的第一实施例，所述惯性传感器单元的预设取向具有与所述长形本体平行的轴线。此外，根据本专利技术的第二实施例，提供一种数字化装置与手术台基准装置的组件，包括：所述数字化装置，其包括：长形本体；多个腿部，其连接到所述长形本体；所述腿部与所述长形本体之间的至少一个接头，使得所述腿部的自由端相对于彼此是可移位的；以及惯性传感器单元，其连接到所述长形本体，所述惯性传感器单元具有与所述长形本体对准的预设取向；以及所述手术台基准装置，其包括：本体，其被固定于手术台；以及惯性传感器单元，其具有与所述手术台关联的预设取向；患者坐标系，其包括从所述数字化装置和所述手术台基准装置两者的惯性传感器单元获得的取向数据。此外，根据本专利技术的第二实施例，接纳部位于所述手术台基准装置的本体中，用于可脱离地接纳所述惯性传感器单元，使得所述手术台基准装置的惯性传感器单元的预设取向与所述接纳部的平面对准。此外，根据本专利技术的第二实施例，所述手术台基准装置的本体包括用于安装至所述手术台的导轨上的支架和钩部。此外，根据本专利技术的第二实施例，所述手术台基准装置中的惯性传感器单元的预设取向具有与所述手术台的平面垂直的轴线。此外，根据本专利技术的第三实施例，提供一种创建仰卧位的患者的骨盆坐标系的至少一部分的方法，包括：将数字化装置的端部之间的长度调节为患者骨盆的相反标志之间的距离；将所述数字化装置的端部应用于骨盆的相反标志上；以及初始化所述数字化装置的惯性传感器单元，以相对于患者的内外轴线设定所述数字化装置的取向，从而患者的内外轴线是所述骨盆坐标系的一部分。此外，根据本专利技术的第三实施例，在支撑仰卧位的患者的手术台上定位手术台基准装置，并且初始化所述手术台基准装置的惯性传感器单元，以相对于手术台的支撑面设定所述手术台基准装置的取向。此外，根据本专利技术的第三实施例，在所述手术台基准装置的惯性传感器单元中设定手术台的支撑面的法线作为仰卧位的患者的前后轴线，从而患者的前后轴线是所述骨盆坐标系的一部分。附图说明图1是本专利技术的骨骼数字化装置的卡钳器械的透视图；图2是作为本专利技术骨骼数字化系统的一部分的骨盆数字化装置的框图；图3是使用惯性传感器创建骨盆参照系用于后续工具导航的方法的流程图；以及图4A至图4C是根据本专利技术实施例的手术台基准定位器的透视图。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卡钳器械10。卡钳器械10可以用作骨骼数字化系统中的骨骼数字化装置的一部分，以便在手术中相对于骨骼创建用于后续工具导航的参照系。器械10被称为卡钳，因为其以可以相对于彼此例如以伸缩方式移动的一对腿部12为特征。表述“卡钳”的使用是非限制性的。可以使用任何其它合适的表述来描述器械10。在图示实施例中，图1的腿部12均包括平移接头13从而是沿着y轴可伸展或可收缩的。例如，平移接头13可以是滑动接头、伸缩接头、移动接头、变位接头(indexingjoint)等中的任一者。作为替代，可以只有单一腿部具有接头。还可以考虑使用旋转接头来替代平移接头13，旋转接头的轴线与卡钳器械10的平面垂直。典型地提供锁定机构(尽管未示出)，以锁定平移接头13并因此将腿部12设定在选定的长度。每个腿部12的自由端具有尖状部14，但是根据卡钳器械10将要接触的骨骼或身体部位的类型，可以考虑任何其它合适的形状，例如平坦接触面、盘、各种凹部或凸部等。图1的尖状端部14非常适合于与骨盆一起使用，在骨盆外科手术中，当患者处于仰卧位时，使尖状端部14接触骨盆相反两侧上的髂前上棘(ASIS)。作为替代，如果患者处于侧卧位，卡钳器械10也可以用于髂后上棘，或者与其它标志一起使用。仍然参考图1，腿部12通过卡钳器械10的长形本体20相互连接。长形本体20的特征在于平移接头21，从而使长形本体20是沿着X轴可伸展或可收缩的。平移接头21可以是任何合适的接头，例如多个平移接头、伸缩接头、移动接头和/或多个变位接头。还可以考虑使用旋转接头来替代平移接头21。锁定装置总体以附图标记22示出，并且是具有手动球形把手的类型，球形把手用于将平移接头21设定在选定的长度，从而允许使用者设定长形本体20的长度。在长形本体20上限定有惯性传感器支撑部或接纳部23。惯性传感器支撑部23例如形成有特定的几何形状，以便以预定的互补连接方式准确并精确地容纳惯性传感器单元，从而简化惯性传感器单元与卡钳器械10之间的校准。例如，惯性传感器单元具有与卡钳器械10的维度对准的预设取向。换句话说，在将惯性传感器单元31安装于支撑部23中时的机械约束使得惯性传感器单元31的三个轴线与卡钳器械10的X轴、Y轴和Z轴对准。因此，图1所示的卡钳器械可以沿着X轴以及Y轴两者伸展和收缩。参考图2，卡钳器械10被用作骨骼数字化系统25的器械，并且是以惯性传感器单元31为特征的骨骼数字化装置30的一部分。惯性传感器单元31可以具有任何合适类型的惯性传感器，以提供三轴取向追踪。例如，惯性传感器单元31可以具有多组加速度计和/或陀螺仪等。惯性传感器单元可以是公知的无源传感器单元、公知的微机电传感器单元等。如上所述，惯性传感器单元31以预定的互补连接方式配合地容纳在惯性传感器支撑部23中，使得惯性传感器单元31的初始化将使惯性传感器单元31相对于图1所示的XYZ坐标系(Z轴是X轴和Y轴的交叉乘积)具有特定的取向。仍然参考图2，骨骼数字化系统25还可以包括手术台基准装置40。参考图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字化装置，包括：长形本体；多个腿部，其连接到所述长形本体；所述腿部与所述长形本体之间的至少一个接头，使得所述腿部的自由端相对于彼此是可移位的；以及惯性传感器单元，其连接到所述长形本体，所述惯性传感器单元具有与所述长形本体对准的预设取向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.07.30 US 61/677,1061.一种数字化装置，包括：长形本体；多个腿部，其连接到所述长形本体，腿部的自由端是尖状的；位于所述长形本体中的至少一个平移接头，使得所述腿部的自由端相对于彼此是沿第一平移方向可移位的，各腿部被构造成在它们的自由端的部位处朝向彼此倾斜使得各自由端朝向彼此；以及惯性传感器单元，其连接到所述长形本体，所述惯性传感器单元具有与所述长形本体对准的预设取向，所述惯性传感器单元的预设取向具有与所述腿部和所述长形本体中的至少一个平行的轴线。2.根据权利要求1所述的数字化装置，其中，所述平移接头是所述长形本体的各部件之间的伸缩接头。3.根据权利要求1所述的数字化装置，还包括：所述平移接头上的锁定装置，用于手动地锁定所述平移接头。4.根据权利要求1至3中任一项所述的数字化装置，还包括：所述长形本体中的接纳部，用于可脱离地接纳所述惯性传感器单元，使得所述惯性传感器单元的预设取向与所述长形本体对准。5.根据权利要求1至3中任一项所述的数字化装置，其中，还包括位于至少一个腿部与所述长形本体之间的至少一个平移接头。6.根据权利要求5所述的数字化装置，其中，所述位于至少一个腿部与所述长形本体之间的至少一个平移接头包括各个所述腿部上的平移接头，...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·帕拉迪斯，J·祖哈斯，K·杜瓦尔，M·谢弗瑞尔，LP·阿米奥，H·扬森，M·瓦林，D·戴伊，I·罗比塔耶，S·费龙福尔热，F·博杜安，
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