可重构被导航外科手术工具跟踪器制造技术

一种用于对象的可重构的跟踪装置，包括可重新定位的安装装置，所述按照装置构造成可释放地连接到对象以选择性定位在所述对象周围。安装装置还包括：附接到对象的第一件；及能够相对于所述第一件重新定位的第二件。另外安装装置可构造成固定在所述对象周围的至少两个稳定的预构造位置中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体涉及用于被导航(navigated)外科手术工具的跟踪布置的可调整结构的方法、工序、装置和系统。在一个实施例中，实施本专利技术以提高工具的易用性、可用性、结构和整体可跟踪包络(envelope)的至少其中之一。
技术介绍
光学导航以及其它导航在手术中用于跟踪刚性体相对于工具在空间中的位置。这 些系统经常依赖于相机和标识器的使用，如下面进一步讨论的那样它们的位置由相机跟踪。因此，在图像框上使用空间关系已知的标识器，在相机能感测到标识器的同时可以知道工具相对于刚性体的3D位置。还可使用显示软件来显示工具关于刚性体的3D位置，从而外科医生可以得到工具及患者的周围解剖情况的虚拟的、实时性图像以在手术中提供帮助。此外，在具有同一相机的同一工作空间中，可以跟踪多个工具及/或对象，包括刚性患者解剖组织例如骨骼。然而，每个对象必需具有其自己的跟踪器，对于每个工具及/或对象来说标识器的结构必需是唯一的，以便让软件(或者分析图像数据的其它计算机处理器)能够基于它们的各自的跟踪器来识别所跟踪的对象。这些跟踪器框相对于使用它们来跟踪的被跟踪对象和解剖组织而言可能较大，可能彼此之间产生干涉。由于导航系统是光学的，在外科手术过程中所有的跟踪器必需留在相机的感测范围内以避免混乱。如果跟踪器被物理阻塞或者移出相机的视野，实时跟踪将停止，直到相机移回到工作空间感测范围中(即，相机的视角中)。在手术期间这导致一些问题，如果被跟踪的工具及/或对象没有被探测到的话，可能需要对跟踪器的位置对相机而言不可见的那些地方进行再定位。此外，如前面提到的那样，对可跟踪的工具的一个要求是工具基本必须是刚性的并且具有刚性附接到其上的框以保证空间上的完整性。需要这一点，从而软件可以推断工具相对于其框的位置。跟踪器软件仅仅“知道”框的位置。但是，如果软件被提供了信息，即，工具具有给定尺寸和形状，例如是外科手术钻并且以特定结构附接到该框上的话，那么软件一样会“知道”工具的位置。这样，工具的位置与跟踪器的位置纠缠在一起。如果不知何故工具相对于跟踪器移动的话(例如，当跟踪器安装架变松而跟踪器框相对于工具移位的话)，则来自导航系统的工具位置数据不再精确。因此，工具相对于跟踪器的移动不得不受到限制，以便在手术期间正确地跟踪工具的位置。在利用导航的各种手术中这可能产生问题，因为跟踪器的出现及/或导航仪器的使用可能禁止工具移出跟踪器框存在时所“允许”的范围。这样的限制可能产生物理屏障(例如，当跟踪器框撞到某些东西上时会让外科医生不能移动被跟踪的工具到正确取向)，或者当跟踪器框在“相机”的视角中被遮挡时(例如当工具切断防护装置防止特定切割和工具必需转出视场时)，可能产生跟踪问题，即使在工具自身可以定向在根据外科医生的理想(期望)位置时系统也不能定位被跟踪的工具。例如在更换膝盖手术的情况中，膝盖的多个部分(需要切除)可能需要在某个方位使用外科手术工具，在所述方位可能阻止相机看到跟踪器框(即，跟踪器框在相机的感测包络外面)。更具体地说，使用工具的使用者/外科医生，不是保持工具在骨骼上方并从上方切断骨骼，而是需要保持工具在骨骼下方并不得不从下方切断骨骼。为了做到这一点，工具自身必需从其在骨骼上方的方位翻转180度。如果跟踪器框被刚性附接到工具的顶部并且只有在直立的姿态下可以看到，那么当工具翻转180度时，对相机而言跟踪器可能不再可见而跟踪可能被打断，导致几乎不可能基于导航而完成手术过程。因此，工具的实时跟踪将中断，不管工具的位置手术上正确(及符合期望)与否。上述关于(被跟踪的)工具的移动的限制的问题，一种解决上述问题的尝试是刚性地附接第二跟踪器框到工具的相对侧，从而当工具被翻转时，第二跟踪器(对相机)可见，从而可以无中断地继续对工具的跟踪。然而，在各种应用中，这样的额外跟踪器可能是不期 望的或者不实用的。例如，在切割骨骼外科手术过程中，额外的跟踪器可能导致不便、增加重量、降低人体工程学水平、以及禁止在某些方向上(正确切割骨骼可能需要在这样的方向上)抓握工具。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种克服了所有或一些已知缺陷或缺点的可重构工具和跟踪器。优选地，本专利技术提供方法和装置在使用单个跟踪器框的情况下来重构被跟踪的对象及/或同时保持其可跟踪性。被跟踪的对象及/或跟踪器因此可以被重构以允许调整到各种仍然已知的刚性的相对于所附接的跟踪器框的结构。只要操作软件知道工具的几何形状已经改变，并知道新的几何形状(跟踪器框的面对面位置)，就可以执行对工具的调整同时仍保持工具的可跟踪性。有许多不同原因需要这样的调整。例如，可能期望提高被跟踪对象或工具的可见范围(例如通过移动跟踪器框以保持对象在导航系统的光学包络中)，或者改变工具的几何形状以提高工具的易用性和效用(例如，通过重构工具以在不同位置接收跟踪器)。因此，根据本公开的教导也可用于减小被跟踪的工具的数量，因为跟踪器可以重构到已知位置以允许跟踪对象的额外功能。例如，如果对于某个外科手术过程，在手术过程的不同阶段需要不同几何形状的两个相似工具并且跟踪器在特定固定的跟踪器方位中固定和证实，这些工具潜在地可以组合成一个“工具”，如后面将讨论的那样。在一个实施例中，本公开涉及可重构被导航的外科手术工具及/或跟踪器，它们可以调整到多种刚性几何形状。在另一实施例中，本公开涉及方法和装置以说明重构并将其通信到跟踪/导航软件。例如，在一个实施例中，可以提供基于旋转的跟踪器安装机构用于在需要切割一部分骨骼的膝盖手术期间使用，在所述膝盖手术中在保持可跟踪性的同时要倒置保持切割骨骼的工具。在一个优选并且非限制性实施例中，本专利技术涉及一种跟踪布置，其具有可重新定位的安装布置，所述安装布置可构造成可释放地连接到对象用于在所述对象周围选择性定位。安装布置可还可包括附接到对象的第一件以及可相对于第一件重新定位的第二件。安装布置可还构造成固定在所述对象周围的至少两个稳定的预构造位置中。依照本专利技术，提供跟踪布置，其包括固定到对象的可重定位的安装布置并具有附接点，所述附接点构造成在对象周围的至少两个稳定的预构造位置处接收框。此外，根据本专利技术，提供被导航的具有附接点的外科手术工具，所述附接点构造成在对象周围的至少两个稳定的预构造位置处将框固定。本专利技术的这些及其它特征和特点，以及结构的相关元件的功能和操作方法以及部件的组合及制造的经济性，在参照附图考虑了下面的描述及所附权利要求以后将变得更加明显，所有附图构成本说明书的一部分，在附图中相同的附图标记指代各个图中相应的部件。然而，应该清楚地理解，附图仅用于说明和描述的目的，并非要不适当地限制本专利技术。如说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文中另外说明，否则单数形式的“一”或“该/所述”包括多个指示物的情况。 附图说明图I是在标准膝盖更换外科手术过程期间，示例性光学外科导航安排的简化图；图2是描述被跟踪对象在切除患者的骨骼的同时的几何关系中的示例性虚拟界面的平面图；图3为用于光学外科手术导航的附接到对象的示例性跟踪器的透视图；图4为依照本专利技术的安装在对象上的可重构跟踪器的实施例的部分透视图；图5为依照本专利技术的安装在对象上的可重构跟踪器的实施例的部分透视图；图6为依照本专利技术的可重构跟踪器的实施例的透视图；图7为依照本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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，亚当·汉，本杰明·麦卡得里斯，史蒂夫·海因，
申请(专利权)人：蓝带技术有限责任公司，
类型：
国别省市：