髋臼杯假体定位器械和方法
【专利说明】髓臼杯假体定位器械和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年6月11日提交并被以参引的方式结合到本文中的美国临时申请N0.61/833，654的优先权。
技术领域
[0003]本申请涉及使用惯性传感器的计算机辅助的髋关节手术。
【背景技术】
[0004]在诸如全髋关节置换术(THR)之类的整形外科植入手术期间，外科手术植入物的方位对术后功能以及该植入物的长期可操作性具有直接影响。常规的外科手术技术使用简单的“目测”方法或机械工具以定位该植入物。该“目测”方法会被发现不足以提供该植入部件与该植入物所附接的骨骼的精确对准。研究已经表明，未被最适宜地定位的整形外科植入物与不适当的加载、增大的植入物磨损、乃至植入物失效相关。
[0005]市场上可买到的计算机辅助外科手术系统使用追踪工具，这些追踪工具使用光或磁追踪系统。这些系统能够准确且可靠地追踪患者坐标系。然而，诸如高成本、工作范围有限、保持视线接触、磁干扰之类的因素是与这些技术相关联的主要问题。
[0006]惯性传感器因此已经在计算机辅助外科手术中被用作追踪技术。惯性传感器并不依赖于信号传输并且在操作过程中并不受到电磁干扰的影响。因此，惯性传感器非常适用于处于包含大量设备的0R环境中的应用。
【发明内容】
[0007]因此，本发明的目的是提供一种新颖的方法和系统，以便帮助使用惯性传感器来定位髋臼杯。
[0008]因此，根据本申请，提供了一种用于帮助定位髋白杯的方法，包括:将其上带有臼杯的白杯定位器械相对于骨盆的髋白定向在初始参考方位中，白杯与髋白形成关节，臼杯定位器械包括惯性传感器单元，该惯性传感器单元带有基于骨盆的至少一个界标的用于预期臼杯方位的预先计划的方位数据；基于相对于至少一个界标的运动，使白杯定位器械如由臼杯定位器械的连接装置引导的那样旋转到预期外展角；基于相对于至少一个界标的运动，使白杯定位器械如由白杯定位器械的连接装置引导的那样旋转到预期前倾角；以及一旦如由连接装置指示的那样达到预期臼杯方位，就将臼杯撞击到髋臼中。
[0009]更进一步根据本发明，根据权利要求1所述的方法，其中，将白杯定位器械定向在初始参考方位中包括在患者处于侧卧位的情况下，将白杯定位器械定向于垂直方位。
[0010]更进一步根据本发明，将白杯定位器械定向在初始参考方位中包括使视觉引导件朝向至少一个界标指向，并且使白杯定位器械旋转包括使白杯定位器械在视觉引导件朝向至少一个界标指向时旋转。
[0011]更进一步根据本发明，将白杯定位器械定向在初始参考方位中包括使另一视觉引导件指向在第二界标上。
[0012]更进一步根据本发明，将白杯定位器械定向在初始参考方位中还包括在患者处于侧卧位的情况下，将白杯定位器械定向于垂直方位，并且至少一个界标为患者的额状面。
[0013]更进一步根据本发明，将白杯定位器械定向在初始参考方位中还包括使视觉引导件指向作为第二界标的额前上棘。
[0014]更进一步根据本发明，配准装置被定位成将惯性传感器单元以计划方式支承在骨盆的髋白中，以便将术前骨盆坐标系记录在惯性传感器单元上，并且在定向白杯定位器械之前将惯性传感器单元转移到白杯定位器械。
[0015]更进一步根据本发明，以计划方式定位配准装置包括在髋白中插入配准装置的基座，并使配准装置的患者特定的轮廓匹配抵接表面抵靠在骨盆上。
[0016]更进一步根据本发明，配准装置被以计划方式定位在骨盆的髋白中，使用配准装置将追踪装置固定于骨盆以便将术前骨盆坐标系记录在追踪装置的惯性传感器单元上，并在定向白杯定位器械之前将骨盆坐标系转移到白杯定位器械的惯性传感器单元。
[0017]根据本发明的另一实施例，提供了一种白杯撞击器组件，包括:轴；位于轴的臼杯端的白杯联接器，该白杯联接器适于以固定关系可释放地连接白杯，用于后续撞击；位于轴的撞击端的手柄；被安装于轴和手柄中的至少一个的视觉引导件，该视觉引导件朝向骨盆的至少一个解剖学界标产生视觉引导；惯性传感器单元，该惯性传感器单元适于产生与臼杯撞击器组件的方位相关的至少一个方位输出并具有患者特定的文件，该患者特定的文件包括:基于经由视觉引导件的视觉引导的介于白杯撞击器组件的初始参考方位与骨盆的至少一个解剖学界标之间的计划几何关系的校准数据，该校准数据用于相对于用于惯性传感器单元的骨盆校准惯性传感器单元以产生所述方位输出；以及基于术前计划的预期髋臼杯方位数据。
[0018]更进一步根据本发明，视觉引导件是投光器。
[0019]更进一步根据本发明，投光器基于界标的相对于彼此的位置投射相对于彼此成患者特定的角度的两个光束，计划几何关系包括该患者特定的角度。
[0020]更进一步根据本发明，白杯撞击器组件的初始参考方位包括轴在患者处于侧卧位的情况下的垂直方位，视觉引导件指向两个界标，方位输出要求在移动到预期髋白杯方位的运动过程中指向这两个界标之一。
[0021]根据本申请的另一实施例，提供了一种包括如上限定的臼杯撞击器组件的套件，该套件还包括配准装置，该配准装置具有适于被接收在髋白中的基座、适于被根据计划骨盆坐标系抵靠在骨盆上的患者特定的轮廓匹配抵接表面，该配准装置具有适于被联接到惯性传感器单元的联接器，以便在与白杯撞击器组件一起使用之前转移该计划骨盆坐标系。
[0022]附图简要说明
[0023]图1是用于随后的髋臼杯定位导航的计划参考角的位置的示意图；
[0024]图2是可被用在本公开的方法中的三维模型的示意图；
[0025]图3是处于侧卧位中的骨盆以及骨盆定位器械的正视图；
[0026]图4是白杯定位器械相对于骨盆的透视图，该白杯定位器械被校准用于撞击使用；
[0027]图5是在校准过程中的参考角的示意图；
[0028]图6是该臼杯定位器械的惯性传感器单元的框图；
[0029]图7是根据本公开的实施例的与图4的臼杯定位器械一起使用的配准装置的透视图；以及
[0030]图8是图7的配准装置相对于骨盆的透视图。
【具体实施方式】
[0031]参考附图，示出了用于使用惯性传感器帮助将该髋臼杯定位于计划方位的一系列步骤。所提出的方法和系统以及方法在标准外科手术技术和器械上具有最少量的更改。例如，下文中描述的器械可适用于外科医生的当前实践，这是因为所使用的该器械类似于外科医生通常在其日常实践中所使用的标准外科手术器械。此外，使用所提议的器械的外科手术技术类似于标准的外科手术技术。
[0032]术前计划
[0033]本公开的方法帮助根据术前计划的方位来定向髋臼杯植入物。已知的是，该臼杯植入物在髋白中的方位具有外展分量和前倾分量。外展(也叫作，倾斜)是介于纵向轴线(正位轴线)与该臼杯的轴线(即，该轴线正交于臼杯的边缘)在额状面上的投影之间的角。前倾是介于髋白轴线与额状面之间的角。因此，通常，该白杯的方位相对于标准患者平面(即，横断面、额状面、矢状面)处于三维角度。其它定义可被例如基于解剖或手术观点用于该前倾和外展。
[0034]根据一实施例，参考图1，基于患者的髋部模型来测量角度α。如图2中所示，该髋部模型可以是三维髋部模型，该三维髋部模型为来自使用2个正交的X射线图像的或使用源自任何适当的成像技术的任何合适的图像(例如，如图1中所示的二维横向视图等)的三维重建软件的输出。在图1中，角度α由两条线之间的夹角限定。第一线将髋臼中心Α与该骨盆上的诸如手术侧上的髂前上棘(ASIS)之类的选定界标B连接。第二线位于骨盆额状面中并且穿过该髋臼中心A。尽管所描述的第一线和第二线分别与视觉上明显的界标(ASIS)以及共同参考平面(额状面)相关，但也可以使用其它线。可以执行其它计划手术，例如以确定铰孔参数、外展角和前倾角、植入物尺寸、以及股骨计划。
[0035]术中步骤
[0036]根据一实施例，将患者物理地定位在精确的侧卧位中，即，一个ASIS位于另一个上方，使得穿