本文讨论了一种用于导航和控制植入体定位装置的系统和方法。例如，方法包括用于访问植入规划、建立3-D坐标系、接收跟踪信息、产生控制信号以及发送控制信号给植入体定位装置的步骤。植入规划包括描述关于植入受体的理想植入体位置和方向的位置和方向数据。3-D坐标系提供用于植入体定位装置和植入受体的空间方向。在手术期间跟踪信息识别用于植入体定位装置和植入受体的在3-D坐标系内的当前位置和方向数据。控制信号控制植入体定位装置的操作，以辅助外科医生根据植入规划定位植入体。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】 优先权要求 本申请要求于2012年11月9日递交的美国临时申请No. 61/724,601的权益，该 临时申请的全部内容通过引用并入本文中。
技术介绍
使用计算机技术、机器人技术和成像技术辅助进行整形外科手术已为现有技术所 知。已有大量用来引导外科手术操作的计算机辅助导航和机器人系统的研宄和进展。已 经出现两种通常类型的半主动外科手术机器人技术，并已应用于整形操作，例如关节置换 术。第一种类型的半主动机器人技术将外科手术工具附接于机器人手臂上，机器人手臂阻 止外科医生偏离规划的程序的运动，例如在骨骼切除术中。该第一种类型通常靠术语触觉 (haptic or haptics)判断，术语触觉（haptic or haptics)来自希腊语，指触摸（touch)。 第二种类型的半主动机器人技术专注于外科手术工具的控制方面，例如切割头的速度。因 为机器人手臂不会限制外科医生，因此该第二种类型的半主动机器人技术有时被称作不受 约束（free-hand)机器人技术。 这两种外科手术机器人利用导航或跟踪系统在操作期间严密监视外科手术工具 和病人。导航系统可用来建立虚拟的三维（3-D)坐标系，在该坐标系内病人和外科手术装 置都将被跟踪。 髋关节置换是一个使用外科手术机器人、先进成像和计算机辅助导航技术正在被 大家认可的领域。自20世纪60年代初已经开始进行了全髋关节置换（THR)或关节成形术 (THA)手术，以修复髋臼和围绕它的区域并替换髋关节部件，例如已经退化的股骨头。当前， 仅在美国每年有约200, 000例THR手术，其中约40, 000例为重做手术，也称作修正手术。由 于在植入部件的寿命内可能出现大量问题，例如错位、部件磨损和退化、以及植入体从骨骼 上松脱，所以修正手术变得必要。 由于错位带来的突然的身体和情绪上的困难，所以股骨头从髋臼部件或髋臼杯上 错位被认为是早期与THR伴随的最常见的问题之一。对于初次的THR外科手术错位的发病 率约为2-6%，并且对于修正手术该比例甚至更高。尽管错位可能起因于多种原因，例如软 组织的松弛和植入体的松脱，但是最常见的原因是股骨颈与或者髋白杯植入体的边缘或者 围绕植入体的软组织或骨骼的碰撞。碰撞最常发生的原因是髋白杯部件在骨盆内的错误定 位。 -些临床医生和研宄人员已经发现：如果杯被特别地定向为前倾约15°并外展 45°，那么能够降低碰撞和错位的发生率；然而，这个发生率也与外科手术方法相关。例如， 麦科勒姆（McCollum)等人援引了在整形外科文献中报告的THA的比较，其揭示了在采用后 外侧的方法进行THA的病人中，具有更高的错位发病率。McCollum，D. E.和W. J. Gray，"全髋 关节成形术后的错位（原因和预防）"，临床整形外科和相关研宄（Clinical Orthopaedics and Related Research)，Vol.261，p. 159-170(1990)。麦科勒姆的数据示出，当病人在侧卧 位进行后外侧的THA方法时，腰椎脊柱前凸的曲线变平，骨盆可能被弯曲多达35°。如果杯 被定向成相对于人体的纵轴弯曲15° -20°，那么当病人站起并且手术后腰椎脊柱的前凸 恢复时，杯将向后弯曲多达10° -15°，导致不稳定的杯的布置。Lewinnek等人进行了一 项研宄，考虑了所使用的外科手术方法，并且发现落在前倾15° ±10°和外展40° ±10° 区域内的案例具有1. 5%的不稳定率，与之相比，落在该区域之外的案例具有6%的不稳定 率。Lewinnek G.E.等，"全髋关节置换术后的错位"，骨与关节外科手术杂志（Journal of Bone and Joint Surgery)，Vol. 60-A，No. 2, ρ· 217-220(1978 年 3 月）。Lewinnek 的工作 基本上证实了如人们预期的那样，错位与位置异常的程度有关。该研宄没有解决其它变量， 例如植入体的设计和个体的解剖结构，而它们都是已知的极大影响植入体性能的因素。 植入体的设计还显著影响稳定性。大量研宄人员已经发现股骨部件的头颈比是 植入体碰撞的关键因素，参见Amstutz H. C等人的"全髋关节置换活动范围的研宄"，临 床整形外科和相关研宄（Clinical Orthopaedics and Related Research)，Vol. 1 11， p. 124-130(1975年9月）。此外，Krushell等人还发现模块化植入体的某些长颈或额外 长颈的设计可能对活动范围有不利影响。Krushell，R.J.、Burke D.W.、和Harris W.H.， "当代的全髋关节成形术的活动范围（模块化头颈部件的影响）"，关节成形术杂志，Vol. 6， p. 97-101 (1991年2月）。Krushell等人还发现在髋臼杯植入体中最佳定向的带高边的内 衬可相对于植入体碰撞改善关节的稳定性。Krushell，R.J.、Burke D.W.和Harris W.H.， "带高边的髋白部件：在全髋关节成形术中对活动范围和稳定性的影响"，关节成形术杂志， Vol. 6增干U，p. 1-6(1991年10月）。Cobb等人已经揭示出在采用带高边的内衬的情况下，与 标准内衬相比，统计上错位显著降低。Cobb T.K.，Morrey R，Ilstrup D. M，"在全髋关 节成形术中带高边的髋臼内衬：与手术后错位的关系"，骨与关节外科手术杂志，Vol 78-A， No. l，p. 80-86 (1996年1月）。对于高内衬，两年错位的概率是2. 19%，与之相比，标准内衬 为3. 85%。Maxian等人使用有限元模型的初步研宄显示对于带高边的内衬接触应力以及 由此带来的聚乙烯磨损并未显著增大；然而，如所预期的，对于不同内衬设计的碰撞点以及 随后的错位角度是不同的。Maxian T.A.等，"在全髋关节成形术中股骨头的组成：标准的 vs.带扩展唇的内衬"，第42届年会，整形外科研宄学会，p. 420,佐治亚州，亚特兰大，（1996 年2月19-22日）；和Maxian T.A.等，"在全髋关节成形术中错位倾向的有限元模型"，第 42届年会，整形外科研宄学会，p. 259-64,佐治亚州，亚特兰大，（1996年2月19-22日）。 在植入体错位倾向的评估中，同等重要的考虑是个体解剖结构的不同。由于解剖 结构的不同，所以不存在髋关节置换部件和外科手术的单一最佳设计和方向以最小化植入 体的错位倾向。例如，骨盆会根据个体是否仰卧（在CT扫描或例行的X-射线照射期间）、 处于侧卧位置（在手术期间）或处于正常的日常生活的活动期间的关键位置（如弯腰系鞋 带或正常走路期间）而显示不同的位置和方向。当限定了从其计算移动、前倾、外展等角度 的"中立（neutral) "面，骨盆和腿的相对位置将显著影响在碰撞和错位发生之前测量的、允 许的活动量。因此，有必要唯一限定用于相关位置和活动的股骨相对于骨盆中立方向、以及 在腿活动的每一段过程中的股骨相对于病人的骨盆的关系。 当前，用于髋臼植入体的放置和尺寸选择的大多数规划通过使用骨盆的髋臼模板 和单个的前后X-射线制定。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种方法，包括如下步骤：访问植入规划，所述植入规划包括描述关于植入受体的理想的植入位置和方向的位置和方向数据；建立与植入体定位装置和所述植入受体相关的三维(3‑D)坐标系；接收跟踪信息，所述跟踪信息在3‑D坐标系内识别当前的植入体定位装置的位置和当前的植入受体的位置；基于所述跟踪信息和所述植入规划产生控制信号；以及通过与所述植入体定位装置连接的通信线路发送所述控制信号，所述控制信号控制所述植入体定位装置的操作，以辅助外科医生根据所述植入规划定位植入体，所述植入体可移除地连接至所述植入体定位装置的末端执行器。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：康斯坦丁诺斯·尼蔻，布兰里斯拉夫·哈拉马兹，本杰明·奥利弗·麦坎德利斯，
申请(专利权)人：蓝带技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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