用于手术导航的双位置跟踪硬件安装件制造技术

公开了一种用于执行计算机辅助手术程序的系统。使用计算机程序，光学传感器检测并记录一个或多个光学跟踪装置的定位。然后，计算机程序生成关于患者的一个或多个特定身体部位的位置和取向信息的导航参考信息。使用跟踪框架和联接器底座将跟踪装置安装到患者，其中所述联接器底座具有多个表面，所述跟踪框架构造成可移除地附接到所述多个表面。因为联接器底座的特性是计算机程序已知的，所以当附接到联接器底座时，跟踪框架的所有可能定位是已知的。因此，跟踪框架的轴线和取向可以改变以允许在手术程序期间移动患者，而不损害身体部位的位置和取向信息。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于手术导航的双位置跟踪硬件安装件优先权声明本申请要求享有2018年10月4日提交的、名称为“Dual-PositionTrackingHardwareMountforSurgicalNavigation(用于手术导航的双位置跟踪硬件安装件)”的第62/741,280号美国临时申请的优先权的权益，该临时申请通过引用整体并入本文。
本公开大体上涉及与计算机辅助手术系统相关的方法、系统和设备，所述计算机辅助手术系统包括各种硬件和软件部件，所述各种硬件和软件部件一起工作以增强手术工作流程。所公开的技术可以应用于例如肩关节、髋关节和膝关节成形术，以及其它手术干预，例如关节镜手术、脊柱手术、颌面手术、肩袖手术、韧带修复和置换手术。具体地说，本公开大体上涉及一种用于手术程序的跟踪器阵列，并且更具体地涉及一种在关节置换手术期间使用的跟踪器阵列。
技术介绍
使用计算机、机器人和成像来辅助骨科手术是本领域熟知的。对用来指导手术程序的计算机辅助导航和机器人系统来说，已经有大量研究和开发。两种一般类型的半主动手术机器人已出现并已应用于骨科手术，例如关节成形术。第一类型的半主动机器人将手术工具附接到机械臂，所述机械臂抵抗外科医生偏离计划程序(例如，骨切除)的移动。此第一类型通常被称为触觉系统，其源自接触的希腊语。第二类型的半主动机器人专注于控制手术工具的各方面，例如切割钻的速度。此第二类型的半主动机器人有时被称为自由臂机器人，因为用户在移动工具时不受限制。两种类型的手术机器人都包括导航或跟踪系统，所述导航或跟踪系统在手术期间密切地监测手术工具和患者。导航系统可用于建立虚拟三维(3-D)坐标系，在该虚拟三维坐标系中将跟踪患者和手术装置两者。髋关节置换是使用手术机器人、先进成像和计算机辅助导航正获得认可的一种类型的手术程序。自1960年代早期以来，已经进行了全髋关节置换(THR)或关节成形术(THA)手术，以修复髋臼及其周围的区域，并替换已经退化的髋关节部件，例如股骨头。目前，仅在美国每年进行约200,000台THR手术，其中约40,000台是修正手术。由于在植入部件的寿命期间可能出现的许多问题中的任一个问题，例如脱位、部件磨损和退化以及植入物从骨骼松脱，因此需要进行修正。股骨头从髋臼部件或杯脱位被认为是与THR相关的最常见的早期问题之一，因为脱位会突然带来身体和情感困难。原发性THR手术后的脱位发生率为大约2-6％，并且在修正手术后的发生率甚至更高。虽然脱位可归因于多种原因，例如软组织松驰和植入物的松动，但最常见的原因是股骨颈与髋臼杯植入物的边缘或者植入物周围的软组织或骨骼的撞击。撞击由于髋臼杯部件在骨盆内的不准确定位而最常发生。附图说明并入本说明书中且形成本说明书的一部分的附图说明本公开的实施例，且连同文字描述一起用于解释本专利技术的原理、特性和特征。在附图中：图1描绘了根据实施例的包括说明性计算机辅助手术系统(CASS)的手术室。图2A描绘了根据实施例的手术计算机提供给CASS的其它部件的说明性控制指令。图2B描绘了根据实施例的CASS的部件提供给手术计算机的说明性控制指令。图2C描绘了根据实施例的手术计算机通过网络连接到手术数据服务器的说明性实施方式。图3描绘了根据实施例的手术患者护理系统和说明性数据源。图4A描绘了根据实施例的用于确定术前手术计划的说明性流程图。图4B描绘了根据实施例的用于确定包括术前、术中和术后动作的护理片段的说明性流程图。图4C描绘了根据实施例的说明性图形用户界面，其包括描绘植入物放置的图像。图5描绘了根据说明性实施例的跟踪框架和联接器底座。图6描绘了根据说明性实施例的跟踪框架和附接到骨结构的联接器底座。图7描绘了根据说明性实施例的跟踪框架和具有多个表面的联接器底座。图8描绘了根据说明性实施例的跟踪框架以及具有多个表面和一个或多个磁性连接的联接器底座。图9描绘了根据说明性实施例的跟踪框架以及具有多个表面和一个或多个凹坑(divot)的联接器底座。图10描绘了根据另一说明性实施例的跟踪框架以及具有多个表面和一个或多个凹坑的联接器底座。图11描绘了根据说明性实施例的用于向植入物定位提供导航和控制的示例性系统的框图。图12描绘了根据说明性实施例的用于操作用于导航和控制植入物定位装置的系统的示例性环境的框图。
技术实现思路
提供了一种计算机辅助手术导航系统。所述系统包括：计算机程序，所述计算机程序适于生成关于患者的身体部位的位置和取向的导航参考信息；安装到所述患者的跟踪装置，所述跟踪装置包括跟踪框架和具有多个表面的联接器底座，其中所述跟踪框架构造成可移除地接合所述多个表面中的每一个表面；传感器，所述传感器配置成识别所述跟踪框架的位置；以及计算机，所述计算机配置成存储所述导航参考信息并且从所述传感器接收所述跟踪框架的位置，以便跟踪至少一个手术参照相对于所述身体部位的位置和取向。根据一些实施例，所述系统还包括监视器，所述监视器配置成接收和显示所述导航参考信息以及所述至少一个手术参照的位置和取向中的一个或多个。根据一些实施例，所述多个表面中的每一个表面包括凹坑。根据另外的实施例，所述系统还包括跟踪探针，其中所述传感器还配置成识别所述跟踪探针的位置，并且其中所述计算机还配置成接收所述跟踪探针的位置，并且确定所述跟踪探针是否位于所述多个表面中的一个表面的凹坑中。根据一些实施例，所述系统还包括机械臂，其中所述计算机还配置成在所述机械臂阻挡所述传感器到所述跟踪框架的视线时通知用户重新定位所述跟踪框架。根据一些实施例，所述传感器适于感测以下各项中的至少一项：电信号、磁场、电磁场、声音、身体、射频、x射线、光、有源信号或无源信号。根据一些实施例，所述传感器包括至少两个光学跟踪相机，所述光学跟踪相机用于感测与所述患者的身体部位相关联的至少一个手术参照。根据一些实施例，所述身体部位是所述患者的骨骼、组织、股骨和头部中的至少一者。根据一些实施例，所述导航参考信息涉及所述患者的骨骼。根据另外的实施例，所述跟踪装置安装到所述骨骼。根据一些实施例，所述导航参考信息是所述身体部位的机械轴线。根据一些实施例，所述手术参照是前骨盆平面。根据一些实施例，所述系统还包括用于获得所述患者的身体部位的图像的成像器，并且其中所述计算机适于存储所述图像。还提供了一种可重新定位的手术跟踪组件。所述组件包括底座和跟踪框架，所述底座包括：第一表面，所述第一表面包括一个或多个第一联接特征；不同于所述第一表面的第二表面，所述第二表面包括一个或多个第二联接特征；以及一个或多个骨联接特征，所述一个或多个骨联接特征构造成将联接装置固定到骨骼；所述跟踪框架包括：一个或多个光学跟踪标记；以及一个或多个互补联接特征，所述一个或多个互补联接特征构造成与所述一个或多个第一联接特征配合以接合所述第一表面上的跟踪框架，并且构造成与所述一个或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计算机辅助手术导航系统，包括：/n计算机程序，所述计算机程序适于生成关于患者的身体部位的位置和取向的导航参考信息；/n安装到所述患者的跟踪装置，所述跟踪装置包括跟踪框架和具有多个表面的联接器底座，其中所述跟踪框架构造成可移除地接合所述多个表面中的每一个表面；/n传感器，所述传感器配置成识别所述跟踪框架的位置；以及/n计算机，所述计算机配置成存储所述导航参考信息并且从所述传感器接收所述跟踪框架的位置，以便跟踪至少一个手术参照相对于所述身体部位的位置和取向。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181004 US 62/741,2801.一种计算机辅助手术导航系统，包括：
计算机程序，所述计算机程序适于生成关于患者的身体部位的位置和取向的导航参考信息；
安装到所述患者的跟踪装置，所述跟踪装置包括跟踪框架和具有多个表面的联接器底座，其中所述跟踪框架构造成可移除地接合所述多个表面中的每一个表面；
传感器，所述传感器配置成识别所述跟踪框架的位置；以及
计算机，所述计算机配置成存储所述导航参考信息并且从所述传感器接收所述跟踪框架的位置，以便跟踪至少一个手术参照相对于所述身体部位的位置和取向。


2.根据权利要求1所述的系统，还包括监视器，所述监视器配置成接收和显示所述导航参考信息以及所述至少一个手术参照的位置和取向中的一个或多个。


3.根据权利要求1-2中任一项所述的系统，其中所述多个表面中的每一个表面包括凹坑。


4.根据权利要求3所述的系统，还包括跟踪探针，
其中所述传感器还配置成识别所述跟踪探针的位置，并且
其中所述计算机还配置成接收所述跟踪探针的位置，并且确定所述跟踪探针是否位于所述多个表面中的一个表面的凹坑中。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，还包括机械臂，
其中所述计算机还配置成在所述机械臂阻挡所述传感器到所述跟踪框架的视线时，通知用户重新定位所述跟踪框架。


6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其中所述传感器适于感测以下各项中的至少一项：电信号、磁场、电磁场、声音、身体、射频、x射线、光、有源信号或无源信号。


7.根据权利要求1-6中任一项所述的系统，其中所述传感器包括至少两个光学跟踪相机，所述至少两个光学跟踪相机用于感测与所述患者的身体部位相关联的至少一个手术参照。


8.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，其中所述身体部位是所述患者的骨骼、组织、股骨和头部中的至少一者。


9.根据权利要求1所述的系统，其中所述导航参考信息涉及所述患者的骨骼。


10.根据权利要求9所述的系统，其中所述跟踪装置安装到所述骨骼。


11.根据权利要求1-10中任一项所述的系统，其中所述导航参考信息是所述身体部位的机械轴线。


12.根据权利要求1-11中任一项所述的系统，其中所述手术参照是前骨盆平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：康斯坦丁诺斯·尼蔻，布兰尼斯拉夫·哈拉马兹，
申请(专利权)人：史密夫和内修有限公司，史密夫和内修整形外科股份公司，新加坡施乐辉亚太有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US