电磁髓内钉螺丝定位系统技术方案

电磁髓内钉螺丝定位系统用来在手术过程中协助骨科医生将螺丝钻头引导器与髓内钉中的螺丝接收孔精确对准。但是，由于存在大量不同类型的髓内钉，因此必须在每次手术期间对系统进行校准。描述了一种改进的校准系统，不再需要外科医生在手术期间进行校准以节省时间并提高鲁棒性。该系统被定期校准，且在存储器中针对一系列钉子类型保存相对于参考钉的偏移信息。在外科手术期间，外科医生输入钉子标识，系统就会查找相关的偏移并将该偏移应用于所测得的信号，以引导螺丝钻头引导器与螺丝接收孔对准。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电磁髓内钉螺丝定位系统优先权文件本申请要求2017年8月15日提交的专利技术名称为“电磁髓内钉螺丝定位系统”的澳大利亚临时专利申请为2017903273的澳大利亚临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
本公开涉及骨科手术。具体地，本专利技术涉及使用电磁设备对骨科设备的一部分进行位置检测。
技术介绍
治疗长骨骨干骨折的一种常见骨科手术方法是将髓内钉(IntraMedullaryNailIMN)插入骨头的髓内空间，然后用螺丝将骨头固定到钉子上，螺丝与钉子中的孔配合和/或穿过钉子中的孔。这些孔通常至少位于钉子的近端和远端(在本文中，近端是指钉子进入骨头的入口点)。与该过程有关的困难在于，一旦将钉子插入骨中，这些孔的确切位置将被周围的组织和骨隐藏，从而难以识别打钻的位置。因此，标准的外科手术过程是利用X射线成像获得一系列静止图像或实时荧光透视成像，以识别骨头、钉子和孔的相对位置，以允许在手术期间正确放置骨科设备并对准。然而，这种放射学方法的显著缺点是，这种做法通常会使外科医生和手术人员暴露于潜在的有害辐射下(尤其是手部)。此外，辐射和检测设备不便于组装或必须带入手术室。尽管获得的图像很有帮助，但由于它们仍然不够精确，因此可能需要较长时间才能生成有用的图像。这增加了手术时间以及手术过程的费用。已经使用各种方法来解决这些问题。一种方法是使用附接到IMN的夹具，该夹具设计为对钻头进行引导，以无需通过X射线成像确认螺丝的放置，就可以确保准确地放置互锁螺丝使其穿过骨头到达位于骨头内的IMN。尽管已经知道钻头对准夹具能够成功地对准位于近端的一个或多个螺孔，但是当IMN的远端插入骨中时，它经常会发生明显的挠曲。这导致明显的远端夹具对准误差，因此需要进行一次或多次X射线检查来识别远端孔的确切位置，并确保或确认在制作骨中的位于远端的孔之前，钻头引导器被准确定位。在另一种变化形式中，利用额外的切口和与钉子垂直地打钻的孔。将前瞄准钩(anterioraiminghook)穿过该孔，以物理定位IMN，并针对IMN挠曲校正引导器的对准。尽管这种方法可以减少或消除对X射线图像的需求，但缺点是需要更复杂的对准夹具，并给患者带来额外的创伤。还探索了各种电磁定位技术。例如，已经提出的一种电磁方法是静态磁场瞄准法，其涉及检测插入IMN中的永磁体的位置。有源电磁系统使用电磁发射器和接收器，发射器和接收器中的至少一个位于或插入钉子内以帮助识别。基于电磁的方法的一个困难是它们必须灵敏到足以检测金属部件中的小空洞的位置。这样一来，不管是因为手术设备本身(无论是因为设备是铁磁的(即钢钉)还是因为导电非铁磁材料(例如钛钉)中产生涡流)还是因为附近存在导体或电磁场所造成的电磁场畸变，它们都敏感。畸变的确切性质因手术不同而不同，取决于钉子的长度、材料以及手术设备的相对位置。例如，对静态磁场瞄准法进行实际调查后发现，该系统的瞄准精度不够，由于来自其他来源和附近铁磁材料的磁场大小相似，存在较大的偏移值，这对瞄准很不利，导致无法可靠地使用该方法。有源系统的性能更好。例如，在一个系统中，IMN包括一个中心轴(即，是空心的)，传感器以已知的距离插入该轴中。两个发射器位于支撑臂上，该支撑臂固定在围绕钻套的对准夹具上。微控制器处理信号，显示模块显示钉子和孔的位置以及当前的打钻位置。然后可以调整钻孔夹具，直到当前打钻位置与目标孔对准为止。尽管已证明该系统有效果，但一个缺点是必须在手术期间进行系统的校准。这包括外科医生(或其他手术人员)将无菌钉子插入夹具中，将传感器插入钉子的轴中，将支撑臂固定到夹具上，然后调节夹具，直到支撑臂中的钻套与钉子上的目标孔对准为止。此时，用户按下设置按钮以通知控制器系统已对准。然后拆卸系统，将钉子插入患者的骨头中，然后插入传感器。然后使用支撑臂将夹具重新组装到患者身上，并使用显示模块将校准后的系统用于将钻套与目标孔对准。一旦钻套对准，外科医生进行钻孔并插入螺丝。该校准过程并不理想，因为它必须在手术期间进行，因此占用了宝贵的时间。而且，它要求在将灭菌的钉子放置在患者体内之前将其插入灭菌的夹具中，这增加了钉子可能被污染的风险。此外，它将正确执行校准过程的责任施加到外科医生或手术人员身上。尤其是，它要求远离金属部件和电磁源执行该过程，这可能会使钉子周围的电磁场失真，从而导致错误的校准。例如，理想状态是在远离手术设备的自由空间(例如，空气中)中进行校准，但是如果是在手术过程中由外科医生或手术人员进行校准，则这种情形未必会出现。因此，需要提供一种改进的电磁瞄准系统和校准方法，或者至少提供现有系统和方法的有用的替代方案。
技术实现思路
根据第一方面，提供一种用于电磁髓内钉螺丝定位系统的控制装置，用于将钻头引导机构定位，该钻头引导机构能够用于将钻头引导到髓内钉中的螺丝接收孔，该装置包括：至少一个处理器、至少一个存储器和用户界面，其中：存储器包括多个偏移值，每个偏移值与髓内钉标识相关联，且存储器包括指令以使处理器：通过用户界面从用户接收髓内钉标识；向一个或多个信号发射和接收电路发送至少一个控制信号，以从至少一个换能器发射一个或多个信号；从至少一个换能器接收来自一个或多个信号发射和接收电路的至少一个接收信号；使用至少一个接收信号来估计位于螺丝接收孔附近的换能器相对于钻头引导机构的纵向轴线的位置；使用所接收的髓内钉标识来确定偏移值；将所确定的偏移应用于换能器的位置的估计，以获得更新的估计；以及使用用户界面指示位于螺丝接收孔附近的换能器相对于钻头引导机构的纵向轴线的位置的更新的估计。在一种形式中，所接收的钉子标识包括钉子直径、钉子成分、钉子长度和钉子侧(nailside)中的一项或多项。在另一种形式中，所接收的钉子标识包括产品代码或目录号。在另一种形式中，控制装置包括条形码扫描器，且从条形码扫描器接收钉子标识。在一种形式中，多个偏移值在至少一个存储器中被保存为偏移表，其中，每个偏移都与钉子标识相关联。在另一种形式中，偏移值是从在外科手术之前执行的参考校准过程获得的，其中，参考校准过程包括：利用电磁髓内钉螺丝定位系统使用参考钉，进行参考校准；对于一组钉子类型中的每个钉子，测量插入电磁髓内钉螺丝定位系统中的钉子相对于参考钉的对准偏移，其中每种类型都包括钉子直径、钉子成分和钉子长度的唯一组合；以及将一组测得的对准偏移与每个相关联的钉子类型一起保存在至少一个存储器中。在一种形式中，控制装置包括显示器，且指示换能器的位置的更新的估计包括：可视地指示位于螺丝接收孔附近的换能器相对于钻头引导机构的纵向轴线的位置的更新的估计。根据第二方面，提供一种电磁髓内钉螺丝定位系统，包括：a)框架，包括：用于附接到髓内钉的髓内钉保持器；从髓内钉保持器延伸的细长延伸构件，用于允许细长延伸构件相对于髓内钉保持器移动；以及细长的钻头引导机构，其与延伸构件相关联，以使钻头引导机构的纵轴基本上定向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电磁髓内钉螺丝定位系统的控制装置，用于将钻头引导机构定位，所述钻头引导机构能够用于将钻头引导到髓内钉中的螺丝接收孔，所述装置包括：/n至少一个处理器、至少一个存储器和用户界面，/n其中，所述存储器包括多个偏移值，每个偏移值与髓内钉标识相关联，且所述存储器包括指令以使所述处理器：/n通过所述用户界面从用户接收髓内钉标识；/n向一个或多个信号发射和接收电路发送至少一个控制信号，以从至少一个换能器发射一个或多个信号；/n从至少一个换能器接收来自一个或多个信号发射和接收电路的至少一个接收信号；/n使用所述至少一个接收信号来估计所述换能器相对于所述钻头引导机构的纵向轴线的位置，所述换能器位于所述螺丝接收孔附近；/n使用所接收的髓内钉标识来确定偏移值；/n将所确定的偏移应用于所述换能器的位置的估计，以获得更新的估计；以及/n使用所述用户界面指示所述换能器相对于所述钻头引导机构的纵向轴线的位置的所述更新的估计，所述换能器位于所述螺丝接收孔附近。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170815 AU 20179032731.一种用于电磁髓内钉螺丝定位系统的控制装置，用于将钻头引导机构定位，所述钻头引导机构能够用于将钻头引导到髓内钉中的螺丝接收孔，所述装置包括：
至少一个处理器、至少一个存储器和用户界面，
其中，所述存储器包括多个偏移值，每个偏移值与髓内钉标识相关联，且所述存储器包括指令以使所述处理器：
通过所述用户界面从用户接收髓内钉标识；
向一个或多个信号发射和接收电路发送至少一个控制信号，以从至少一个换能器发射一个或多个信号；
从至少一个换能器接收来自一个或多个信号发射和接收电路的至少一个接收信号；
使用所述至少一个接收信号来估计所述换能器相对于所述钻头引导机构的纵向轴线的位置，所述换能器位于所述螺丝接收孔附近；
使用所接收的髓内钉标识来确定偏移值；
将所确定的偏移应用于所述换能器的位置的估计，以获得更新的估计；以及
使用所述用户界面指示所述换能器相对于所述钻头引导机构的纵向轴线的位置的所述更新的估计，所述换能器位于所述螺丝接收孔附近。


2.根据权利要求1所述的控制装置，其中，所接收的钉子标识包括钉子直径、钉子成分、钉子长度和钉子侧中的一项或多项。


3.根据权利要求1所述的控制装置，其中，所接收的钉子标识包括产品代码或目录号。


4.根据权利要求1所述的控制装置，其中，所述控制装置包括条形码扫描器，且从所述条形码扫描器接收所述钉子标识。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制装置，其中，所述多个偏移值在所述至少一个存储器中被保存为偏移表，其中，每个偏移都与钉子标识相关联。


6.根据权利要求5所述的控制装置，其中，所述偏移值是从在外科手术之前执行的参考校准过程获得的，其中，所述参考校准过程包括：
利用电磁髓内钉螺丝定位系统使用参考钉，进行参考校准；
对于一组钉子类型中的每个钉子，测量插入电磁髓内钉螺丝定位系统中的钉子相对于参考钉的对准偏移，其中每种类型都包括钉子直径、钉子成分和钉子长度的唯一组合；以及
将一组测得的对准偏移与每个相关联的钉子类型一起保存在所述至少一个存储器中。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的控制装置，其中，所述控制装置包括显示器，且指示所述换能器的位置的更新的估计包括：可视地指示所述换能器相对于所述钻头引导机构的纵向轴线的位置的更新的估计，所述换能器位于所述螺丝接收孔附近。


8.一种电磁髓内钉螺丝定位系统，包括：
a)框架，包括：
用于附接到髓内钉的髓内钉保持器；
从所述髓内钉保持器延伸的细长延伸构件，用于允许所述细长延伸构件相对于所述髓内钉保持器移动；以及
细长的钻头引导机构，其与所述延伸构件相关联，以使所述钻头引导机构的纵...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·M·英格曼，C·亨利，
申请(专利权)人：奥斯托菲克斯集团有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU