[发明专利]髋臼边缘数字化装置和方法

说明书

一种用于跟踪骨盆的取向的计算机辅助手术(CAS)系统，包括：至少一个器械，该器械具有适于被接纳在髋臼中的髋臼邻接端、适于抵靠髋臼的边缘的边缘邻接部、以及表示器械的物理取向的指示器。至少一个惯性传感器单元连接至至少一个器械，惯性传感器单元产生表示其取向的读数。运行手术辅助程序的计算机辅助手术处理器单元，包括：坐标系模块，坐标系模块用于在至少一个器械的髋臼邻接端被接纳在髋臼中时根据至少一个惯性传感器单元的读数设定骨盆坐标系，坐标系模块在边缘邻接部抵靠边缘的位置时通过从至少一个惯性传感器单元获取多个取向值来设定骨盆坐标系，取向值中的一个使指示器与参考界标对准，坐标系模块根据多个取向值限定表示骨盆坐标系的髋臼平面；和跟踪模块，跟踪模块用于使用来自惯性传感器单元的读数在其运动期间跟踪至少一个惯性传感器单元相对于骨盆坐标系的取向。界面输出作骨盆坐标系的函数的取向数据。

技术领域

本申请涉及使用惯性传感器的计算机辅助手术，并且更具体地，涉及用于在髋部手术中确定骨盆倾斜以便随后的髋臼杯定位流程的工具。

背景技术

在髋关节置换术中，髋臼被铰孔以随后在其中接纳髋臼杯。髋臼杯是被接纳在经铰孔的髋臼中的植入物并且充当针对股骨头或股骨头植入物的受器。因此，在流程中使用诸如铰孔器和杯冲击器的工具。在这样的流程中的挑战之一是向髋臼杯提供正确的取向。实际上，不准确的取向可能导致移动的损耗、不合适的步态和/或植入物部件的过早磨损。例如，髋臼杯通常通过冲击器被定位在经铰孔的髋臼中。冲击器具有杆，在该杆的端部处是髋臼杯。杆由手术者把持，其影响自由端以便将髋臼杯驱动到髋臼中。然而，重要的是，手术者将冲击器的阀杆保持在相对于骨盆的精确的三维取向上，以便确保在倾斜和前倾方面的髋臼杯的足够的取向。

出于该目的，计算机辅助手术已经被开发，以便帮助手术者将冲击器定位和定向到期望的取向，这尤其是通过确定骨盆的骨盆倾斜、髋臼平面等取向数据。在被用在计算机辅助手术中的各种跟踪技术中间，已经使用光学导航、C形臂验证和手动参考引导。光学导航要求使用导航系统，其增加手术时间。其还要求将参考器钉在患者上，其增加到流程的侵入性。其还限于阻碍正常手术流的视线约束。C形臂验证要求使用庞大的设备并且验证不具有成本效益。此外，其不提供在一旦被完成时对杯定位的定量评估，并且通常与在手术中相反，在手术后被使用。最后，诸如A型的手动夹具没有考虑患者在手术桌台上的位置。因此，惯性传感器由于其成本效益和其提供的有价值信息而被使用。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种解决与现有技术相关的问题的髋臼边缘数字化器。

因此，根据本公开的第一实施例，提供了一种用于跟踪骨盆的取向的计算机辅助手术(CAS)系统，包括：至少一个器械，器械具有适于被接纳在髋臼中的髋臼邻接端、适于抵靠髋臼的边缘的边缘邻接部、以及表示器械的物理取向的指示器；连接至至少一个器械的至少一个惯性传感器单元，惯性传感器单元产生表示其取向的读数；运行手术辅助程序的计算机辅助手术处理器单元，其包括坐标系模块和跟踪模块，坐标系模块用于在至少一个器械的髋臼邻接端被接纳在髋臼中时根据至少一个惯性传感器单元的读数设定骨盆坐标系，坐标系模块在边缘邻接部抵靠边缘的位置时通过从至少一个惯性传感器单元获取多个取向值来设定骨盆坐标系，取向值中的一个使指示器与参考界标对准，坐标系模块根据多个取向值限定表示骨盆坐标系的髋臼平面，跟踪模块用于使用来自惯性传感器单元的读数在其期间跟踪至少一个惯性传感器单元相对于骨盆坐标系的取向；以及用于输出作为骨盆坐标系的函数的取向数据的界面。

进一步根据第一实施例，至少一个器械在其上具有适于相对于骨盆坐标系将销定位在髋臼中的期望的位置的销导向器。

仍进一步根据第一实施例，指示器是将光束发射在参考界标上的光源。

仍进一步根据第一实施例，获取的取向值中的第一个使指示器与参考界标对准。

仍进一步根据第一实施例，取向值中的第一个根据术前成像编程为表示患者取向。