[发明专利]机器人辅助韧带移植物放置和张紧

说明书

本发明描述了在手术程序中放置韧带移植物的方法。手术系统接收与膝关节的运动范围有关的运动学信息，并且注册膝关节的骨解剖结构的一个或多个表面。手术系统还产生膝关节的三维模型。手术系统基于运动学信息和三维模型确定包括移植物隧道的参数的手术计划。还描述了移植物隧道规划系统。将多个跟踪标记附着到患者的骨骼，并且跟踪单元在患者的膝关节的运动范围内捕获所述跟踪标记的定位。点探针捕获患者的骨表面的几何形状。计算模块接收定位数据和几何形状数据，并确定包括移植物隧道的参数的手术计划。

优先权声明

本申请要求2018年8月28日提交的名称为“Robotic Assisted Ligament GraftPlacement and Tensioning(机器人辅助韧带移植物放置和张紧)”的美国临时申请号62/723,898的优先权的权益，该临时申请全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开大体上涉及与计算机辅助手术系统有关的方法、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，所述硬件和软件部件一起工作以增强手术工作流。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，例如关节镜程序、脊柱程序、颌面程序、回旋套程序、韧带修复和置换程序。更具体地，本公开涉及规划和准备关节以用于韧带重建手术和执行此类手术的方面的方法和系统。所述方法和系统可涉及制备或生成用于形成前交叉韧带(ACL)移植物隧道和产生用于ACL移植物的隧道的患者特异性手术计划。

背景技术

使用计算机、机器人和成像来在手术过程中提供帮助在本领域中是已知的。对用来引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。例如，精密徒手雕刻器采用机器人手术系统以帮助外科医生准确地将骨切割成期望形状。

前交叉韧带是膝盖中最常受损伤的韧带，并且是每年在美国进行的最常见运动医学程序之一。ACL损伤最常由非接触减速损伤或与旋转部件的接触损伤引起。每年进行大约100,000次ACL重建。

当ACL重建程序失败时，最常见的原因是隧道错位。与天然膝盖相比，当隧道(穿过其放置移植物韧带)处于非解剖位置时，发生隧道错位。超过70％的ACL重建失败是由此问题导致的。

隧道通常根据两种技术中的一种来定向：经胫骨隧道创建和前内侧隧道创建。创建经胫骨隧道使外科医生能够更好地可视化解剖结构，并且对外科医生创建的要求较低。然而，各种临床分析已表明，经胫骨技术将隧道置于非解剖位置，这对于患者结果不太有利。相比之下，前内侧隧道创建更多地要求外科医生准确准备，但提供了在正确执行时可产生旋转稳定性增加的解剖隧道放置。执行前内侧技术时解剖结构的可视化受到限制，因为膝盖必须超屈曲以制备隧道。图1A、1B中分别描绘了具有使用经胫骨技术和前内侧技术形成的隧道20、30的膝盖的描绘。

除了正确地定位和定向移植物隧道之外，提供移植物的初始张紧对于手术的结果至关重要。低初始移植物张力可导致关节松驰度，而过度张紧移植物可导致功能障碍、移植物失败和导致软骨退化的异常胫骨股骨运动学。在常规的ACL修复手术中，移植物张力被设定成恢复正常的前-后膝盖松驰度。虽然恢复正常的膝盖松驰度是有用的标准，但许多因素可以影响膝盖松驰度。例如，移植物材料的材料特性、移植物隧道的位置和移植物隧道的轨迹都影响手术后的膝盖松驰度。

移植物张力常规地施加在胫骨侧上，并且在移植物处于最大张力的位置时(通常在膝盖弯曲20度与30度之间)手动固定移植物。移植物张力可以手动施加，或者可以用张紧器或张紧防护罩来控制。然而，即使使用仪器，固定后的移植物张力也可能由于术中胫骨旋转或移植物材料和/或固定组件的松弛的不准确而改变。