[发明专利]关节成形术中用于扩孔的触觉容积

说明书

用于在插入髋臼杯之前扩大髋臼的触觉自动系统比传统仪器更精确并且可以减低脱臼的风险并且改善髋关节植入物的耐用性。公开的三维刀具路径指的是触觉容积。一旦该触觉容积在触觉受限的外科手术自动系统的软件中实现，可以仅在所述触觉容积中利用切割工具或钻孔器。触觉容积指导外科医生准备最终扩大的骨表面，并且大大降低扩大不想要的固定的机会，而且大大增加利用一把扩孔刀具，或利用单阶段扩孔过程实施扩孔过程的机会。

技术领域

本发明涉及自动系统，更具体地，涉及用于通过外科手术塑造骨的控制触觉的外科手术自动系统。例如，就整形手术的关节置换手术来说，本发明涉及用于在需要的地方扩大骨并且可以防止对健康骨进行不必要的扩大的触觉容积。更具体地，本发明涉及控制触觉的自动系统和用于在全髋关节置换术(THA)中安装髋臼杯（acetabular cup）之前扩大髋臼的触觉容积。

背景技术

自动系统通常用于需要高准确度和/或精确度的应用中，比如，外科手术操作或其它复杂的任务。这样的系统可以包括各种类型的自动机器，比如自主操作型，遥控式的，互动式的。本发明涉及带触觉控制的互动式自动系统。

互动式自动系统是某些类型的手术的首选，如关节置换手术，因为互动式自动系统使外科医生能够对外科手术操作保持直接的、手动控制，同时还实现高准确度和/或精密度。例如，参见图1-3，在髋关节置换手术中，外科医生可以使用配备半球形切割工具或切割工具23的触觉引导的互动式自动手臂以被动方式在髋臼21塑造半球形切口，髋臼21是骨盆22中的杯形孔窝。髋臼21接纳通常被称为髋臼杯（未显示）的杯，髋臼杯转而在部分髋关节置换术中接纳重新露面的股骨或在全髋关节置换术（THA）的情况下，接纳髋关节植入物的球部。为了雕刻骨或，在该例子中，杯所在的髋臼21的部分，外科医生手动抓住并调节自动手臂20以移动切割工具或连接至自动手臂的切割工具23。只要外科医生使切割工具保持在由直线触觉路径限定的预定义的虚拟切割边界内，那么外科医生就能在低摩擦和低惯性下自由移动机械手臂。但是，如果外科医生试图将切割工具移动至将骨截掉的触觉路径，机械手臂提供触觉（或力）反馈，防止或抑制外科医生移动切割工具超出虚拟切割边界。

在其他类型的手术中，使用触觉容积代替直线触觉路径。例如，如通常分配的US2006/0142657所公布，可以用平面、球体、圆锥体、圆柱体，等模拟具有各种几何容积的触觉容积。

回到髋关节置换手术，比如THA，外科手术自动刀具通常有限地触及直线路径，正常触及这样的地方：安装后预定杯子的边缘将位于髋臼杯的预定中心轴上，或者从髋臼杯的预定中心轴偏离一段已知的距离。除了在半球形端，直线延伸的半球形切割工具23产生圆柱形的扩大的容积。直线触觉路径的目的是限制半球形切割工具23的中心沿着通常通向预定的髋臼杯的边缘的路径，并且提供用于接收该髋臼杯的扩大的半球形端。为了避免意外扩孔和制备不准确的骨，如果切割工具23的中心不是保持沿着直线触觉路径，则控制器可以不允许切割工具23操作。

上述互动式自动系统，虽然对THA有用，但对THA和需要使用具有不同功能（例如，扩大，作用），不同的结构（例如，直线，偏移），不同的尺寸（例如，多个不同尺寸的切割工具）和不同的重量的多个外科手术刀具的其它类型的置换手术并不是最合适的。用于容纳各种刀具的系统的触觉控制是极其复杂的，因为在外科手术操作中，该系统需要拆卸和安装不同类型的刀具至机器手臂，这可能影响触觉路径的准确性并可以增加需要执行操作的时间。