BR112013021042B1 - Ferramenta manual - Google Patents

Abstract

ferramenta com sistema de navegação e guiamento integrados e aparelhos e métodos relacionados. são apresentados métodos e aparelhos para integrar um sistema de navegação eletromagnético e uma ferramenta e para alinhar a ferramenta a um alvo, incluindo uma ferramenta de sensor, uma ferramenta, um gerador de campo, um visor e um computador. a ferramenta de sensor fixase a um componente alvo em uma posição exclusiva em relação aos recursos alvo. o gerador de campo é fixo à ferramenta exceto na rotação ao redor de um eixo geométrico de ferramenta. o visor é montado de modo ajustável na ferramenta e ajusta automaticamente os parâmetros de imagem. os métodos de compensação de erro e de nivelamento são fornecidos. o sistema detecta perturbações de campo magnético e sinal que podem levar à navegação imprecisa, filtra dados de navegação e ajusta parâmetros de filtração com base nas condições detectadas. é fornecido o aparelho para travar de maneira proximal uma haste im de modo que uma passagem limpa através da canulação da haste seja mantida.

Description

Referência a pedido relacionado

[0001] Este pedido reivindica a prioridade dos pedidos de patente N°s US 61/444.535, depositado em 18 de fevereiro de 2011, 61/444.558, depositado em 18 de fevereiro de 2011, 61/444.600, depositado em 18 de fevereiro de 2011, 61/476.709, depositado em 18 de abril de 2011, e 61/553.499, depositado em 31 de outubro de 2011. Para os propósitos dos Estados Unidos da América, este pedido reivindica o benefício sob 35 USC §119 dos pedidos de patente N°s US 61/444.535, depositado em 18 de fevereiro de 2011, 61/444.558, depositado em 18 de fevereiro de 2011, 61/444.600, depositado em 18 de fevereiro de 2011,61/476.709, depositado em 18 de abril de 2011, e 61/553.499, depositado em 31 de outubro de 2011, todos os quais estão por meio deste incorporados a título de referência.

Campo técnico

[0002] Esta invenção refere-se a guiamento e navegação de ferramentas. Brocas e serras são exemplos não limitadores de ferramentas. A invenção tem aplicação no posicionamento de ferramentas em relação a elementos que podem estar ocultos da vista. A invenção pode ser aplicada no posicionamento de ferramentas cirúrgicas, mas também tem aplicações não cirúrgicas.

Antecedentes

[0003] Existem procedimentos em muitos campos que incluem a fabricação, montagem, reparo e cirurgia nos quais é útil o alinhamento de uma ferramenta com uma rota alvo, recurso ou outro local alvo que podem estar ocultos da vista ou não suficientemente visíveis ao usuário. Por exemplo, em uma montagem e reparo de fuselagem pode ser necessário perfurar um orifício através de uma camada de material em linha com um orifício existente em um componente inacessível posicionado atrás do material. Como um outro exemplo, muitos procedimentos cirúrgicos exigem que um cirurgião alinhe uma ferramenta, como uma broca, um acionador de fio-guia, uma serra de ossos ou uma sonda de ultrassom a uma rota alvo que não pode ser suficientemente marcada ou vista. A rota alvo pode ser um plano ideal ou trajetória permeável a tecido conforme determinado no planejamento pré- operatório ou determinado com o uso de técnicas intraoperativas, por exemplo, uma linha central estimada de um recurso anatômico como um pescoço femoral conforme descrito por Hodgson na publicação de patente internacional WO/2006/133573. A rota alvo também pode estar relacionada a elementos de um implante, como um orifício de parafuso de fixação em uma placa de osso ou haste IM ("IM"), em que o objetivo é alinhar uma broca, acionador de fio-guia ou outra ferramenta em relação ao orifício quando o orifício ou a direção do orifício está oculta da vista.

[0004] Alguns exemplos de procedimentos cirúrgicos que podem ser facilitados por guiamento para estabelecer um alinhamento de ferramenta desejado são:• recapeamento da cabeça femoral. Esse procedimento envolve a inserção de um fio-guia através do pescoço femoral ao longo de uma rota alvo em um ângulo ou local planejado.• fixação de parafuso de pedículo em cirurgia de espinha onde uma broca, uma broca-guia ou fio-guia ou parafuso deve ser inserido ao longo de uma rota alvo, dentro de uma estrutura conhecida (um pedículo) e por uma profundidade limitada a fim de evitar lesões em estruturas circundantes fora do osso.• colocação de parafusos ílio-sacrais em cirurgia de osso pélvico, onde uma broca, broca-guia, fio-guia ou parafuso deve ser inserido ao longo de uma rota alvo (através do osso ilíaco, dentro da ala sacral e osso vertebral) e por uma profundidade limitada a fim de evitar lesões em estruturas circundantes fora do osso. • osteotomia (corte de um osso), onde a orientação de uma serra cirúrgica a ser usada para cortar um osso em uma orientação planejada específica seria fundamental para as próximas etapas do procedimento: realinhamento de ossos, colocação de implantes (por exemplo, artroplastia de joelho)• colocação de implantes de artroplastia de quadril ou joelho em uma orientação planejada (por exemplo, colocação de um componente acetabular em artroplastia de quadril)• localização de órgãos sólidos fixos (por exemplo, fígado, pâncreas, rins ou outro) ou órgãos ocos móveis (por exemplo, intestinos, bexiga) para colocação percutânea de um stent ou dispositivo ou para estabelecimento de acesso a um local planejado que está oculto da vista. (Por exemplo, tubo de nefrostomia, tubo de gastrostomia endoscópico percutâneo, stent de desvio hepático, biliar ou pancreático) ou para a amostragem de uma massa ou tecido em um local oculto da vista, mas conhecido em relação a uma sonda, com o propósito de biópsia.

[0005] Além disso, em muitos procedimentos como perfuração ou corte com uma ferramenta, o usuário pode achar útil saber o quão longe uma ferramenta progrediu ao longo de uma rota alvo a partir de um ponto de partida, por exemplo, para saber quão profundo um orifício foi perfurado ou a fim de selecionar o comprimento correto do parafuso, pino ou similares para instalação. Por exemplo, em vários procedimentos cirúrgicos, cirurgiões podem querer uma estimativa do comprimento correto de um parafuso a ser instalado em um orifício perfurado, de modo que o parafuso atravesse o osso no local do orifício, mas não se projete excessivamente do osso para o tecido circundante.

[0006] Também, em muitos procedimentos de alinhamento de ferramenta, o usuário pode precisar usar a ferramenta em várias orientações em relação ao ponto de vista do usuário. O usuário também pode preferir segurar a ferramenta em sua mão direita ou esquerda, o que pode afetar a orientação da ferramenta e a visibilidade da ferramenta e da área alvo de alinhamento. Por exemplo, em muitos procedimentos cirúrgicos, o cirurgião pode precisar usar uma ferramenta em várias orientações para ganhar acesso à área de trabalho e uma rota de ferramenta limpa, por exemplo, para que a ferramenta desvie do membro não envolvido do paciente, a mesa de operação e os vários suportes de membro, apoios e similares que são usados em cirurgia.

[0007] Em geral, os procedimentos de guiamento e navegação de ferramenta exigem alguma forma de interface de usuário e retroinformação, como uma exibição visual, para fornecer informações de alvo ao usuário.

[0008] O encavilhamento intramedular ("encavilhamento IM") é um exemplo de uma aplicação cirúrgica na qual é necessário alinhar uma ferramenta a elementos ocultos. Na descrição detalhada a seguir, o encavilhamento IM é fornecido como um exemplo não limitador para ilustrar a pedido de vários aspectos da invenção.

[0009] Para estabilizar um osso longo fraturado, cirurgiões inserem normalmente uma haste IM ("haste IM") ao longo do canal medular do osso. Para firmar a seção distal do osso fraturado, os parafusos de travamento distal são instalados de modo transversal ao eixo geométrico do osso e passam através dos orifícios na extremidade distal da haste IM. A instalação dos parafusos de travamento distal cria um desafio ao cirurgião devido ao fato de os orifícios do parafuso de travamento estarem dentro do osso e não poderem ser vistos. Uma haste IM também pode distorcer inesperadamente, uma vez que é empurrada distalmente para baixo através do osso e que os fragmentos do osso são alinhados, portanto, a posição dos orifícios de travamento distais pode ser difícil de ser determinada com o uso de guias fixados à extremidade proximal da haste.

[00010] Os cirurgiões localizam comumente os orifícios de travamento distais por tentativa e erro com o uso de fios-guia ou uma broca presa à mão e uma série de imagens de raios X tiradas durante a operação. A ferramenta principal para a aquisição dessas imagens é o fluoroscópio de braço C, que é tipicamente movido incrementalmente até os orifícios aparecerem como círculos na imagem, assim, indicando que o fluoroscópio está alinhado com os orifícios de travamento distais. Então, a ponta da broca ou broca-guia é tipicamente posicionada sobre a superfície da pele sobre a área do orifício e ajustada, com o uso de mais imagens, até que esteja centralizada e alinhada com o orifício. Esse método é demorado e expõe a equipe cirúrgica e o paciente à radiação.

[00011] Embora a dose de radiação que um cirurgião recebe de um fluoroscópio de braço C seja normalmente considerada segura, há alguma discordância sobre isso. Hafez (2005) estima que as doses de radiação registradas nas pontas dos dedos são tanto quanto setenta e cinco vezes maior que as doses registradas na base dos dedos. A exposição cumulativa à radiação pode ser uma preocupação particularmente para equipes de cirurgia de traumas.

[00012] As técnicas auxiliadas por computador, que fazem uso de tecnologia de rastreamento de posição eletromagnética para auxiliar a cirurgia de encavilhamento IM, são descritas em Krause, US6074394 e US6503249; Govari, US7060075; e Ritchey, pedido publicado US20100274121. Um sistema de navegação (Trigen Sureshot™ Distal Targeting System, Smith & Nephew, Memphis, TN, EUA) está disponível para comercialização. Esses sistemas usam sistemas de navegação eletromagnética (que compreendem um gerador de campo que emite um campo magnético controlado, ao menos um sensor que responde ao campo magnético através da geração de um sinal indicativo da posição do sensor em relação ao gerador de campo, um computador e software associado), uma broca-guia e uma exibição de alvo para mostrar ao usuário as localizações relativas da broca-guia e do sensor, de modo que o usuário possa alinhar a broca-guia a uma posição predeterminada em relação ao sensor. Alguns sistemas descritos na técnica anterior incluem um sensor eletromagnético localizado no implante em um local conhecido em relação aos elementos a serem alvejados (no caso de encavilhamento IM, os orifícios de travamento distais) durante todo o procedimento de alvejamento. Ritchey, WO2010/129141 descreve vários métodos e aparelho para estimar o percurso de uma ponta da broca através de uma broca-guia.

[00013] As hastes IM mais modernas e amplamente usadas são canuladas ao longo de seu comprimento, sendo que a canulação tem uma seção transversal circular e um diâmetro relacionado ao tamanho geral da haste. As hastes IM têm vários orifícios e fendas, em adição aos orifícios de travamento, localizados ao longo do comprimento da haste. Tipicamente, a haste é implantada pela fixação de uma ferramenta de inserção na extremidade proximal da haste e passagem da canulação da haste ao longo de um fio-guia. O fio-guia é, então, retirado e a haste pode ser martelada adicionalmente, girada, retirada ou, de outro modo, posicionada como necessário com o uso e uma variedade de acessórios fixados na ferramenta de inserção. Em alguns sistemas, uma ferramenta de sensor eletromagnético é inserida na canulação em uma posição que é conhecida em relação aos orifícios de parafuso de travamento.

[00014] Os sistemas descritos por Krause e Govari e o sistema Sureshot™ incluem uma broca-guia separada que pode ser tipicamente segurada pelo cirurgião com uma mão, enquanto ele segura uma broca na outra mão.

[00015] Em tais sistemas que usam uma broca-guia separada, a ponta da broca desliza através da guia em uma direção ao longo do eixo geométrico da ponta da broca. Em sistemas da técnica anterior que têm um gerador de campo separado da broca e da broca-guia, a broca, broca-guia e ponta da broca podem todas se mover para dentro e para fora e se mover dentro da faixa de medição do gerador de campo. Quando o gerador de campo é integrado ou fixado à broca-guia em uma posição fixa, conforme mostrado em alguns sistemas da técnica anterior, a ponta da broca desliza para dentro e para fora da faixa de medição range do gerador de campo durante a perfuração.

[00016] Em muitos procedimentos cirúrgicos, incluindo encavilhamento IM, é desejável posicionar ferramentas com precisão submilimétrica e de subgrau (Beadon 2007). Os sistemas de navegação eletromagnética podem ser afetados pela presença de certos metais (particularmente, materiais ferromagnéticos e eletricamente condutivos) e campos magnéticos localizados em e próximo da faixa de medição do gerador de campo (Kirsch 2005; Beadon 2007). Muitas brocas, incluindo brocas cirúrgicas comumente usadas, contêm partes ferromagnéticas e condutivas e também podem conter motores elétricos que podem conter magnetos e que podem gerar campos magnéticos durante a operação. As pontas de broca comumente usadas em cirurgia são feitas de materiais ferromagnéticos como aço inoxidável endurecido, que, quando movido dentro da faixa do equipamento de rastreamento eletromagnético, pode causar a distorção dos campos eletromagnéticos e pode levar a medições de rastreamento imprecisas. Pode também existir variações no gerador de campo particular e no ambiente que afetam a exatidão do rastreamento.

[00017] Em sistemas de rastreamento de posição eletromagnético típicos, o sistema de coordenadas de sensor no qual o sistema relata a posição e orientação de um sensor é definido pelo local relativo e as características de componentes dentro da ferramenta de sensor. Esses são variáveis na fabricação. Por exemplo, em uma ferramenta de sensor cilíndrica, o sistema de coordenadas de sensor como fabricado pode ter um eixo geométrico apenas aproximadamente coaxial com o eixo geométrico cilíndrico. Para alcançar uma relação conhecida precisa do sistema de coordenadas para o formato físico da ferramenta de sensor, um conjunto de fatores de correção pode ser determinado pela calibração de cada ferramenta de sensor individual em um acessório de calibração na fabricação e pela escrita do fator de correção em um dispositivo de memória construído no sensor (Aurora™ Tool Design Guide Rev. 3 Dec 2005 Northern Digital Inc. Waterloo, Ontario, Canadá). Essa calibração individual e processo de programação, juntamente com um dispositivo de memória adequado, em geral, aumenta o custo de fabricação da ferramenta de sensor.

[00018] Ao fixar uma ferramenta de sensor em um implante a fim de ter como alvo elementos no implante, a exatidão para a qual a posição relativa do sistema de coordenadas de sensor e os elementos é conhecida, afeta diretamente a exatidão de alvejamento. Essa posição relativa pode estar incluída em uma base de dados armazenada na memória e recordada se o usuário indicar corretamente o tipo de sensor e implante a serem usados, contanto que a base de dados de dimensões de implante inclua aquele implante particular. Nesse caso, as tolerâncias de fabricação do implante, a ferramenta de sensor e qualquer outro componente usado para posicionar a ferramenta de sensor se tornam todos fatores diretos na exatidão de alvejamento. Por exemplo, com uma haste IM, se a ferramenta de sensor fixar na ferramenta de inserção que, por sua vez, está fixada na extremidade proximal da haste, conforme mostrado em certas modalidades descritas por Ritchey no pedido de patente WO2010/129141, as tolerâncias de fabricação do manípulo, a distância da extremidade proximal da haste até os orifícios de travamento, e o comprimento da ferramenta de sensor podem todos contribuir para a variância de alvejamento.

[00019] Com sistemas de rastreamento de posição eletromagnético, erros de medição podem ocorrer se campos magnéticos externos estiverem presentes ou objetos feitos de certos metais forem introduzidos na faixa do gerador de campo (Kirsch 2005). Tais distorções podem ser imprevisíveis e podem não ser aparentes ao usuário durante a navegação. Por exemplo, as medições podem parecer constantes, mas podem ser tendenciosas vários milímetros em uma direção particular pela presença de uma ferramenta ferromagnética, como um martelo cirúrgico, localizado perto do gerador de campo.

[00020] As emissões de sistemas de rastreamento de posição eletromagnético típicos podem incluir ruído de medição de alta amplitude e baixa frequência. Tal ruído pode levar à variação de valores de medição. Também é típico para esses sistemas falhar ocasionalmente ao devolver uma leitura válida para um sensor que pode levar a exibição de usuário ao congelamento momentâneo até que dados satisfatórios sejam novamente recebidos. Os geradores de campo pequenos e de baixo peso e sensores pequenos são especificamente propensos à produção de dados de orientação que têm valores periféricos ocasionais.

[00021] Finalmente, em certos casos e com certos tipos de procedimentos de encavilhamento IM, a prática preferencial é perfurar através dos orifícios proximais e travar o fragmento de osso proximal à haste antes de perfurar e travar os orifícios distais (por exemplo, consulte TFN™ Titanium Trochanteric Fixation Nail System; Technique Guide. Synthes GmbH, Oberdorf, Suíça). Nesses casos, os parafusos de travamento proximais bloqueiam a canulação da haste e tornam impossível a instalação de uma ferramenta de sensor que passa através da canulação além dos parafusos de travamento proximais, por exemplo, com o propósito de ter como alvo orifícios de travamento distais.

[00022] Os exemplos anteriormente mencionados da técnica relacionada e limitações relacionadas a isso pretendem ser ilustrativos e não exclusivos. Outras limitações da técnica relacionada se tornarão aparentes para aqueles indivíduos versados na técnica mediante a leitura do relatório descritivo e um estudo dos desenhos.

SUMÁRIO

[00023] A invenção tem vários aspectos. Esses aspectos podem ser aplicados em combinação, mas também têm aplicação individual e em subcombinações. Esses aspectos incluem sem limitação:• ferramentas de sensor;• ferramentas que têm geradores de campo integrados;• métodos para medir distâncias percorridas porferramentas que têm geradores de campo integrados;• ferramentas configuradas para medir distânciaspercorridas e outros parâmetros de posição e movimento das ferramentas;• ferramentas que têm interfaces de usuário integradas e dispositivos de exibição visual;• métodos para mostrar o alinhamento de ferramentas para alvos;• ferramentas configuradas para mostrar o alinhamento das ferramentas para alvos;• fixações para ferramentas de calibração que têmgeradores de campo integrados;• fixações para ferramentas de nivelamento que têmgeradores de campo integrados aos alvos;• métodos para ferramentas de calibração que têmgeradores de campo integrados;• ferramentas configuradas com funções de calibração; • métodos para ferramentas de nivelamento que têm geradores de campo integrados aos alvos;• ferramentas configuradas com funções para nivelar as ferramentas em alvos;• métodos e aparelho para monitorar as condições de medição que afetam os geradores de campo integrados às ferramentas;• métodos e aparelho para filtrar os dados de medição a partir dos geradores de campo integrados às ferramentas e interagir com sensores;• métodos e aparelho para determinar e otimizar a filtração de parâmetros usados para filtrar dados de medição a partir de geradores integrados às ferramentas e interagir com sensores;• software de computador de armazenamento de meio tangível que, quando executado, leva um processador a realizar qualquer um dos métodos listados acima, e;• métodos e aparelho para fixar implantes cirúrgicos, sendo que o aparelho tem disposições para a instalação de ferramentas de sensor eletromagnético.

[00024] A invenção inclui, sem limitação, os aspectos reivindicados nas concretizações anexas. A invenção inclui também todos os outros aspectos que podem ser a matéria de concretizações adicionais que podem ser adequadamente apresentadas no futuro como apoiadas pelos relatórios descritivos, desenhos e concretizações presentes. Em uma aplicação exemplificadora, a ferramenta é uma broca, o recurso é um orifício em um componente que está posicionado atrás de um material opaco, e o objetivo pode ser alinhar a broca com o orifício, tal que o usuário possa perfurar um orifício através do material alinhado com o orifício. Para um outro exemplo, a ferramenta pode ser um acionador e o objetivo pode ser alinhar o acionador com o recurso a fim de instalar um pino ou parafuso através do recurso. Para um outro exemplo, a ferramenta pode ser uma ferramenta e o recurso pode ser um recurso anatômico de um paciente. Para um outro exemplo, a ferramenta pode ser uma broca e o recurso pode ser um orifício em um implante. Algumas modalidades da invenção são particularmente adaptadas para travamento de hastes IM assistido por computador, incluindo a localização dos orifícios de travamento na haste, posicionamento da broca assistido por computador e retroinformação de posicionamento intraoperativo em tempo real para o usuário.

[00025] Algumas modalidades da invenção fornecem uma ferramenta de sensor adaptada para a anexação a um componente alvo que tem um recurso alvo. As ferramentas de sensor de acordo com algumas modalidades têm um ou mais dos recursos apresentados a seguir:• se ajustam a uma faixa de componentes existentes de uma variedade de tamanhos e formatos,• como necessário, se ajustam a uma variedade de ferramentas ou acessórios existentes que podem ser usados com o componente para posicionar ou segurar o componente;• tem a capacidade de ser instalada rápida e precisamente em uma posição única em relação ao recurso alvo;• indica ao usuário quando o sensor está instalado na posição única, e;• permanece na posição durante todo o procedimento de perfuração, sem bloquear ou, de outro modo, interferir no recurso alvo.

[00026] Um aspecto exemplificador da invenção fornece uma ferramenta de sensor que incorpora uma porção de ponta em uma extremidade distal, sendo que uma porção de manípulo em uma extremidade proximal e uma porção de eixo se conectam à porção de ponta e à porção de manípulo. As bobinas de sensor eletromagnético são fornecidas em uma posição fixa dentro da ferramenta adjacente à extremidade distal. A porção de eixo pode ser flexível. A porção de ponta é adaptada para se encaixar e centralizar dentro de uma canulação em um componente como uma haste IM ou outro implante. Uma única ferramenta de sensor pode ter uma ponta que é autocentralizada dentro das canulações que têm vários diâmetros dentro de uma faixa de diâmetros.

[00027] Em algumas modalidades, a porção de manípulo é adaptada para se engatar a elementos de ferramentas de inserção existentes que são normalmente usados para inserir hastes IM ou outros implantes. Tal engate pode firmar a ferramenta de sensor em uma posição fixa predeterminada em relação à haste ou outro implante em todos os 6 graus de liberdade até ser removida. A porção de manípulo pode ser adicionalmente adaptada para criar um som audível (como um click) quando a ferramenta de sensor está completamente engatada na ferramenta de inserção. A porção de manípulo pode, ainda, ser adaptada para criar uma indicação diferente ao usuário de que está completamente engatada, como uma vibração ou uma alteração em formato ou posição de uma parte da porção de manípulo.

[00028] Em algumas modalidades, a porção de eixo tem flexibilidade selecionada suficiente para permitir que a ferramenta de sensor seja inserida em hastes IM ou outros componentes que não são retos. A porção de eixo tem um comprimento selecionado para ser compatível com uma faixa predeterminada de comprimentos de haste IM, de modo que a extremidade distal da ferramenta não bloqueie um orifício de travamento distal da haste mais curta na faixa e, de modo que o recurso de sensor esteja dentro de uma distância predeterminada (relacionada à faixa do sistema de navegação eletromagnética) dos orifícios de travamento quando usado na haste mais longa na faixa.

[00029] Um outro aspecto da invenção fornece uma unidade de navegação que incorpora um gerador de campo. A unidade de navegação pode ser integrada a uma ferramenta ou adaptada para a fixação a uma ferramenta. As unidades de navegação de acordo com algumas modalidades têm um ou mais dos recursos apresentados a seguir:• trabalham com uma variedade de ferramentas existentes, inclusive aquelas que têm motores elétricos e que contêm partes feitas de material ferromagnético,• podem ser facilmente fixadas, removidas e fixadas novamente à ferramenta, de modo que um eixo geométrico da ferramenta e um ponto nesse eixo geométrico tenham a mesma posição e orientação em relação ao gerador de campo toda vez que a unidade for fixada, e no caso de a ferramenta ser uma broca, essa tem a capacidade de manter o gerador de campo estático em relação ao eixo geométrico da broca e o ponto da ponta da broca, de modo que o único movimento relativo livremente permitido entre o gerador de campo e a ponta da broca seja a rotação sobre o eixo geométrico da broca.• podem ser fixadas em posições desalinhadas do eixo geométrico da ferramenta, para proporcionar ao usuário uma clara visão da área de trabalho e para fornecer espaço ao redor da ferramenta, permitindo que o usuário trabalhe com a ferramenta sem ter que remover o gerador de campo,• são leves e pequenas o suficiente, de modo que não interferem no manuseio e posicionamento da ferramenta, e;• têm a capacidade de nivelar, armazenar e usar um mapa de correção para corrigir distorções de medição de rastreamento produzidas pela ferramenta a ser montada próxima ao gerador de campo.

[00030] Uma modalidade exemplificadora fornece um gerador de campo eletromagnético montado na broca e uma unidade de estrutura de montagem adaptada para se fixar a uma broca rápida, fácil, temporária e precisamente em uma posição conhecida em relação a um eixo geométrico da broca antes ou durante o uso. A estrutura de montagem é projetada, de modo que o gerador de campo seja fixado temporariamente em relação a um eixo geométrico da broca ao redor do qual uma ponta da broca gira e a um ponto no eixo geométrico na ponta da broca. Em uma modalidade exemplificadora, a estrutura de montagem compreende um mandril de broca, uma porção de alojamento que confina o mandril de broca, um braço de extensão rígida que se estende na direção contrária da porção de alojamento e que tem uma extremidade distal em uma distância predeterminada a partir do eixo geométrico e uma porção de montagem de gerador de campo fixada na extremidade distal do braço de extensão. O mandril de broca é adaptado para se fixar a uma broca em ao menos uma posição rotacional ao redor do eixo geométrico da broca e para segurar uma ponta da broca.

[00031] De acordo com um outro aspecto da invenção, a estrutura de montagem é adaptada de modo que o componente de gerador de campo possa ser removido e substituído precisamente no mesmo local na estrutura conforme descrito acima. Em algumas modalidades, a estrutura também confina e isola o gerador de campo, por exemplo, para isolar um gerador de campo não estéril em um campo cirúrgico estéril.

[00032] De acordo com um outro aspecto da invenção, a estrutura de montagem inclui um coxim de broca rigidamente conectado à porção de montagem do gerador de campo e que tem uma ajustagem rotativa justa ao punho da ponta da broca, assim, limitando o movimento relativo possível entre o gerador de campo e o eixo geométrico da broca.

[00033] De acordo com um outro aspecto da invenção, é apresentado um método de determinação da posição de um eixo geométrico da ferramenta e um ponto no eixo geométrico da ferramenta em relação a um gerador de campo, sendo que o método compreende:• conectar a unidade de gerador de campo a um sistema de navegação eletromagnético, de modo que a posição do gerador de campo possa ser registrada em relação a uma armação de referência fixa,• segurar o eixo geométrico da ferramenta em uma posição fixa em relação à armação de referência fixa,• girar o gerador de campo ao redor do eixo geométrico da ferramenta e nivelar a posição do gerador de campo em várias posições rotacionais;• calcular a posição do eixo geométrico da ferramenta em relação ao gerador de campo pela determinação do eixo geométrico de rotação menos variante do gerador de campo, e;• definir um ponto no eixo geométrico em uma posição predeterminada em relação ao gerador de campo ou se a ponta da ferramenta repousa no eixo geométrico, através do uso de um método de calibração de pivô para definir o ponto coincidente com a ponta da ferramenta.

[00034] De acordo com um outro aspecto da invenção, movimentos e parâmetros de movimento selecionados de um ponto no eixo geométrico da ferramenta em relação a um componente alvo são registrados e analisados e usados vantajosa e opcionalmente em conjunto com outros parâmetros registrados para informar o usuário e disparar ações selecionadas relacionadas ao movimento e estado da ferramenta.

[00035] De acordo com um outro aspecto da invenção, é apresentado um método de calibração do sistema de navegação para corrigir erros de medição causados pela presença de porções de uma ferramenta dentro do volume de medição do sistema de navegação e porções de uma ferramenta posicionada próxima ao gerador de campo, sendo que o método compreende as etapas de:• fixar a ferramenta no gerador de campo e nivelar a posição de um sensor à medida que esse é movido através de uma série de posições conhecidas,• calcular a diferença entre a posição conhecida e a posição registrada para cada posição conhecida na série, assim, criando uma tabela de consulta de valores de correção de medição,• interpolar entre valores de correção na tabela de consulta para criar uma função contínua de valor de correção versus a posição do sensor, e• ler a posição atual do sensor durante a navegação, encontrar os fatores de correção de medição correspondentes mais próximos a partir da tabela de consulta ou, alternativamente, calcular os valores de correção a partir da função contínua e aplicar os valores de correção na posição atual do sensor para criar uma posição atual corrigida do sensor para uso na navegação.

[00036] Em uma modalidade da invenção, a tabela de consulta é gerada pela montagem de uma broca, mandril de broca, ponta da broca e conjunto de gerador de campo em um acessório em uma máquina de medição de coordenadas, que move um sensor através da série de posições conhecidas programadas na máquina de medição de coordenadas e armazena a tabela de consulta em um dispositivo de memória integrado ao gerador de campo.

[00037] Em uma outra modalidade da invenção, a tabela de consulta é gerada durante o uso com o sensor específico e componente alvo a ser usado para instalar uma ferramenta de nivelamento em uma broca, mandril de broca, ponta da broca e conjunto de gerador de campo, inserir um sensor em uma haste IM, inserir a ferramenta de nivelamento em um orifício de travamento distal na haste, de modo que a ponta da eixo geométrico da broca e o eixo geométrico de orifício sejam coincidentes, girar o conjunto ao redor dos eixos geométricos coincidentes, nivelar uma definição de eixo geométrico de orifício para cada localização registrada ao redor do eixo geométrico da broca, interpolar entre os locais para aumentar a resolução da tabela de consulta ou para criar uma função contínua da definição de eixo geométrico de orifício versus posição ao redor do eixo geométrico da broca e armazenar a tabela de consulta ou função na memória do sistema de navegação para uso durante a navegação. Alternativamente, qualquer dispositivo que pode ser calibrado a partir dos dados de medição e que produz leituras de sensor corretas pode substituir a função de uma tabela de consulta usada na modalidade exemplificadora. A correção pode ser aplicada com efeito igual na posição calibrada do orifício de broca ou nas leituras de sensor.

[00038] Para permitir que um usuário navegue e alinhe uma ferramenta com uma mão e não tenha que olhar para longe da área de trabalho para visualizar as informações de navegação e alinhamento e a retroinformação ou estenda o braço para longe da área de trabalho para enviar comandos operacionais ao sistema de navegação, uma exibição visual e uma unidade de interface de usuário podem ser montadas vantajosamente em ou próximas da ferramenta e, em geral, se movem junto com a ferramenta.

[00039] Para uso no campo estéril, as brocas cirúrgicas são tipicamente projetadas para serem esterilizadas com vapor d'água (submetidas a autoclave). Entretanto, um dispositivo eletrônico e dispositivos sensíveis ao toque mais adequados para a aplicação cirúrgica exemplificadora e disponíveis a custo razoável, em geral, não suportam a esterilização com vapor d'água. É possível usar processos de esterilização de temperatura mais baixa como esterilização com óxido de etileno para itens contendo componentes eletrônicos sensíveis, mas isso, em geral, ainda aumenta o custo dos componentes eletrônicos e, no caso de esterilização com óxido de etileno, o processo é mais demorado e pode apresentar preocupações em relação à segurança e saúde ocupacional devido aos produtos químicos residuais. Por essas razões, a esterilização com vapor d'água é o método preferencial na maioria dos hospitais e, consequentemente, um visor e unidade de interface de usuário contendo componentes eletrônicos e localizados na ou próxima a uma ferramenta no campo estéril são vantajosamente separáveis da ferramenta, de modo que possam ser esterilizados separadamente por um método alternativo ou isolados em um penso ou bolsa estéril e, então, reconectados na ferramenta no campo estéril.

[00040] Quando a unidade de interface de usuário é integrada à ferramenta conforme descrito acima, as orientações diferentes da ferramenta que pode ser usada podem exigir adaptabilidade da unidade de interface de usuário em relação à ferramenta para permitir o ajuste a uma posição onde a tela de exibição é facilmente visível para o usuário. À medida que o visor é movido em relação à broca e a broca é usada em várias orientações em relação ao alvo, é uma vantagem se a imagem mostrada no visor puder mudar automaticamente o campo de visão, ampliação e/ou orientação para melhor representar a área alvo.

[00041] Para alinhar uma ferramenta com um alvo selecionado, o usuário precisa tipicamente encontrar primeiro o alvo dentro da área de alvo geral e, possivelmente, localizar o alvo desejado entre um grupo de alvos possíveis, no caso em que um campo de visão amplo é vantajoso. Então, quando estiver perto do alvo desejado, o usuário normalmente faz ajustes finos da posição da ferramenta dentro de uma tolerância adequada, no caso em que um campo de visão menor que está alinhado, ampliado e centralizado no alvo escolhido é vantajoso.

[00042] Consequentemente, algumas modalidades da invenção fornecem uma unidade de interface de usuário fixada a uma ferramenta e que tem um ou mais dos recursos apresentados a seguir: • montada em ou próxima à ferramenta, de modo que está, geralmente, dentro do campo de visão do usuário enquanto olha na direção da área de trabalho da ferramenta;• adaptada para encaixar e trabalhar com uma variedade de ferramentas existentes;• acoplável e removível com as mãos sem o uso de ferramentas;• visível ou pode ser ajustada para ser visível para ousuário em várias orientações da ferramenta;• pode receber entrada do usuário e retransmitirinformações e comandos para e a partir do sistema de navegação;• ajusta automaticamente a orientação da imagem, campo de visão e/ou ampliação com o uso de informações na orientação de exibição, posição do paciente e/ou movimento da ferramenta em relação ao alvo, e;• mostra ao usuário a posição e orientação atuais da ferramenta em relação ao alvo e indica ao usuário quando o alinhamento com o alvo está dentro dos limites selecionados com base nos parâmetros selecionados, onde o limite de qualquer parâmetro pode ser uma função de outros parâmetros.

[00043] Um outro aspecto da invenção fornece um visor eletrônico e unidade de interface de usuário com aparelho de montagem adaptado para a instalação em uma ferramenta, em que a unidade de interface de usuário pode ser removida para esterilização ou grampeamento separado e reinstalada facilmente no campo cirúrgico estéril.

[00044] Um outro aspecto da invenção fornece um visor eletrônico e unidade de interface de usuário com um mecanismo de montagem ajustável que permite que a unidade seja movida em relação à ferramenta para ser visível em várias posições da ferramenta em relação ao ponto de vista do usuário.

[00045] Em uma modalidade, o mecanismo de montagem compreende uma junta giratória com um eixo geométrico ao redor do qual a unidade de interface de usuário pode girar, uma segunda junta giratória que tem um segundo eixo geométrico ao redor do qual a unidade de interface de usuário pode girar e uma junta removível entre a unidade de interface de usuário e o mecanismo de montagem projetada para acomodar um material de filme flexível ou material de penso entre as superfícies de união da junta removível.

[00046] Algumas modalidades compreendem ao menos um sensor que gera um sinal indicativo da posição da unidade de interface de usuário em relação à direção de gravidade.

[00047] Algumas modalidades compreendem aparelho de detecção que gera um sinal indicativo da posição da unidade de interface de usuário em relação a um gerador de campo.

[00048] Um outro aspecto da invenção fornece um método de comparação e indicação ao usuário da posição relativa atual de um eixo geométrico da ferramenta e um eixo geométrico do alvo que tem uma posição fixa em relação a um sensor, compreendendo as etapas de:• Monitorar a posição e orientação atuais do eixo geométrico da ferramenta e um ponto no eixo geométrico da ferramenta em relação ao sensor;• Calcular a distância perpendicular do eixo geométrico do alvo até o ponto e determinar se a distância está dentro de um limite selecionado e, caso esteja, mostrar um primeiro indicador, e;• Calcular o ponto de interseção do eixo geométrico da ferramenta e um plano perpendicular ao eixo geométrico do alvo e passar através de um ponto selecionado ao longo do eixo geométrico do alvo,• Calcular a distância perpendicular do eixo geométrico do alvo até o ponto de interseção e determinar se a distância está dentro de um limite selecionado e, caso esteja e o primeiro indicador for mostrado, mostrar um segundo indicador.

[00049] A medida da distância entre o ponto e o eixo geométrico do alvo pode ser qualquer que reflita consistentemente a distância eixo geométrico de ponta. Em algumas modalidades, o ponto é coincidente com o eixo geométrico da ferramenta e a ponta da ferramenta.

[00050] Um outro aspecto da invenção fornece um método alternativo de comparação da posição relativa atual de um eixo geométrico da ferramenta e um eixo geométrico do alvo que tem uma posição fixa em relação a um sensor, compreendendo as etapas de:• Monitorar a posição e orientação atuais do eixogeométrico da ferramenta em relação ao sensor• Calcular um primeiro ponto de interseção do eixogeométrico da broca e um primeiro plano perpendicular ao eixo geométrico do alvo e passar através de um primeiro ponto selecionado ao longo do eixo geométrico do alvo,• Determinar se o primeiro ponto de interseção está dentro de uma primeira zona de tolerância selecionada ao redor do eixo geométrico do alvo e, caso esteja, mostrar um primeiro indicador,• Calcular um segundo ponto de interseção entre o eixo geométrico da ferramenta e um segundo plano perpendicular ao eixo geométrico do alvo e passar através de um segundo ponto selecionado ao longo do eixo geométrico do alvo, e• Determinar se o segundo ponto de interseção está dentro de uma segunda zona de tolerância selecionada ao redor do eixo geométrico do alvo e, caso esteja e o primeiro indicador for mostrado, mostrar um segundo indicador.

[00051] A fim de minimizar custo, risco de erro, dependência em tolerâncias de fabricação precisas, dimensões armazenadas precisas, calibração de ferramenta de sensor individual e sensor consistente, gerador de campo e características ambientais, é vantajoso nivelar diretamente um recurso alvo em um sensor com o uso da ferramenta particular e conjunto de gerador de campo, sensor, componente alvo e qualquer inserção de componente ou ferramenta de fixar que esteja sendo usada. Algumas modalidades da invenção fornecem uma ferramenta de nivelamento que tem um ou mais dos recursos apresentados a seguir:• encaixa recursos alvo dentro de uma faixa detamanhos;• encaixa a ferramenta e unidade de navegaçãoconforme montadas para uso, e;• segura a unidade de navegação precisamente em uma posição relativa conhecida para o recurso alvo em graus de liberdade selecionados durante a medição de nivelamento.

[00052] Um outro aspecto da invenção fornece uma ferramenta de nivelamento que compreende uma porção de corpo adaptada para deslizar sobre uma porção de uma ferramenta, por exemplo, uma serra ou broca, e uma porção de ponta adaptada para encaixar dentro de um recurso alvo em um componente alvo, assim, fixando a posição da ferramenta de nivelamento em relação ao recurso em graus de liberdade selecionados.

[00053] Em uma modalidade, a ferramenta de nivelamento tem um encaixe deslizante sobre uma ponta da broca, de modo que quando instalada na ponta da broca, a porção de ponta tem um eixo geométrico coincidente com o eixo geométrico longitudinal da ponta da broca, sendo que o recurso alvo é um orifício cilíndrico que tem um diâmetro dentro de uma faixa predeterminada e uma linha central do cilindro, e a porção de ponta é adaptada para se encaixar estreitamente ao orifício, de modo que quando a porção de ponta seja instalada no orifício, a porção de ponta eixo geométrico e o eixo geométrico do alvo de orifício sejam coincidentes, assim, fixando a posição relativa entre o orifício e a ferramenta de nivelamento em todos os seis graus de liberdade, exceto a rotação ao redor de e a translação ao longo dos eixos geométricos coincidentes. A porção de ponta pode incluir ao menos um elemento resiliente adaptado para fornecer um encaixe justo em orifícios diferentes que têm diâmetros dentro de uma faixa predeterminada de diâmetros. Em algumas modalidades, o encaixe é um encaixe por interferência e a interferência é selecionada em conjunto com a dureza do elemento resiliente e o atrito entre o elemento resiliente e o orifício ou outro recurso para permitir que a ferramenta de nivelamento seja instalada e removida do recurso com as mãos.

[00054] Em uma outra modalidade, a ferramenta de nivelamento tem um encaixe deslizante sobre uma ponta da broca e se engata a um orifício alvo que tem uma superfície revolvida ao redor de um eixo geométrico de orifício dentro dos limites de tamanho e formato predeterminados, de modo que a ponta da eixo geométrico da broca e o eixo geométrico de orifício sejam coincidentes, assim, fixando a posição relativa entre o orifício e a ferramenta de nivelamento e todos os seis graus de liberdade, exceto a rotação ao redor de e a translação ao longo dos eixos geométricos coincidentes.

[00055] Em uma outra modalidade, a ferramenta de nivelamento tem um encaixe deslizante sobre uma ponta da broca e se engata a um orifício alvo que tem uma superfície revolvida ao redor de um eixo geométrico de orifício dentro dos limites de tamanho e formato predeterminados, de modo que a ponta da eixo geométrico da broca e o eixo geométrico de orifício sejam coincidentes e a ferramenta de nivelamento se engate adicionalmente a um segundo recurso fixo em relação ao orifício alvo, de modo que a posição relativa entre o orifício, o segundo recurso e a ferramenta de nivelamento esteja fixa em todos os seis graus de liberdade.

[00056] Um outro aspecto da invenção fornece um método de nivelamento do sistema de navegação para ao menos um recurso alvo de um componente alvo mediante a medição da posição do recurso alvo em relação a um sensor. Em uma modalidade, o método compreende as etapas de:• fixar um componente de sensor de um sistema de navegação em um componente alvo, de modo que o sensor seja fixo em todos os seis graus de liberdade em uma posição reativa a um recurso alvo do componente alvo, mas em que a posição relativa não seja previamente conhecida para um grau de precisão suficiente,• fixar uma ferramenta de nivelamento em uma ferramenta e conjunto de gerador de campo, de modo que um eixo geométrico da ferramenta de nivelamento esteja em um local conhecido relativo ao gerador de campo,• fixar temporariamente a ferramenta de nivelamento e o conjunto ao recurso alvo do componente alvo, de modo que o eixo geométrico da ferramenta de nivelamento esteja em uma relação espacial conhecida para o recurso alvo,• nivelar a posição do sensor relativa ao gerador de campo,• calcular a posição relativa do recurso para o sensor, e• armazenar a posição relativa do recurso para o sensor na memória do sistema de navegação.

[00057] Em uma modalidade da invenção, a posição relativa do recurso para o sensor é definida como uma linha expressa no sistema de coordenadas do sensor e que representa um eixo geométrico do alvo, e é registrada pelo cálculo da média de um número selecionado de medições de posição.

[00058] Algumas modalidades da invenção fornecem métodos, aparelho e software de controle e processamento de sinal que têm um ou mais dos recursos apresentados a seguir. Os métodos, aparelho e software de controle e processamento de sinal podem vantajosamente:• Detectar distorções de medição durante a navegação;• Detectar campos magnéticos gerados externamente durante a navegação;• Monitorar o ruído de medição total e detectar os dados periféricos;• Filtrar os dados de medição para minimizar ruído de sinal para criar uma exibição lisa;• Filtrar os dados para excluir dados periféricos de alta amplitude de baixa frequência;• Apresentar os dados de medição válidos restantes ao usuário;• Avisar o usuário sobre dados potencialmenteimprecisos e altas taxas de dados periféricos, e;• Usar informações detectadas sobre os dados demedição, distorções de medição e campos magnéticos gerados externamente para otimizar parâmetros de filtro.

[00059] Um outro aspecto da invenção fornece um método de detecção de distorções de medição de rastreamento e campos magnéticos gerados externamente durante a navegação, sendo que o método compreende as etapas de:• Rastrear a posição de um primeiro sensor e monitorar simultaneamente a posição de um sensor de referência, em que o primeiro sensor pode se mover em relação ao gerador de campo e o sensor de referência é montado em uma posição fixa em graus de liberdade selecionados com relação a um gerador de campo,• Comparar parâmetros selecionados do desvio em posição e/ou orientação do sensor de referência (que pode incluir posição, orientação e seus derivados de tempo ou qualquer função do mesmo) para valores limites predeterminados,• Ativar funções de aviso, modificar características selecionadas do sistema de navegação e filtrar e processar dados de navegação, incluindo a exibição de informações de navegação ao usuário, quando os parâmetros selecionados ou combinações dos parâmetros estão incluídos em uma faixa de valores predeterminados ou excedem valores limites.

[00060] Em uma modalidade, dados do sensor de referência são comparados com sua posição e orientação calibradas conhecidas. A soma dos valores absolutos da diferença entre a leitura da posição do sensor de referência e a posição calibrada é comparada a um limite. O mesmo procedimento é aplicado à orientação expressa como um vetor de quatérnions com um limite separado. Uma condição de interferência é reconhecida se a quantidade de posição ou orientação derivada exceder seu valor limite associado. O sensor de referência pode se autocalibrar adicional e automaticamente mediante o início do sistema de navegação e/ou mediante um comando emitido pelo usuário. Os dados do sensor de referência podem ser adicionalmente usados para ajudar a determinar certos estados de uma ferramenta, como motor ligado ou desligado, e certas condições de uso da ferramenta, como faixa de velocidade do motor e se está engatada ou não engatada com o alvo.

[00061] Um outro aspecto da invenção fornece um método de filtração de dados de medição gerados pelo sistema de navegação para detectar e excluir ou corrigir dados que são alterados por interferência ou erros de medição, sendo que o método compreende as etapas de:• Monitorar a posição e orientação atuais de um primeiro sensor que pode se mover em relação ao gerador de campo, calcular seus derivados de tempo e calcular características selecionadas dos dados de posição e orientação do primeiro sensor ao longo de um período de tempo selecionado,• Comparar características selecionadas para valoreslimite predeterminados,• Deletar a leitura de posição e orientação atuais secertas características selecionadas ou combinações de características excederem valores limite predeterminados,• Monitorar a frequência de leituras de posição e orientação deletadas ao longo de um período de tempo selecionado que precede a leitura atual, e se a frequência exceder um limite selecionado, mostrar ao usuário uma indicação que os dados atuais não são confiáveis e, opcionalmente, mostrar ao usuário uma estimativa da posição e orientação atuais que é calculada a partir dos dados de posição e orientação reunidos ao longo de um período de tempo selecionado.

[00062] Em uma modalidade da invenção, leituras de sensor periféricas são determinadas a partir da soma dos valores absolutos do derivado de tempo do vetor de posição e o derivado de tempo do vetor de orientação expressos como quatérnions. Cada valor é comparado com um limite associado e quando o limite é excedido, a leitura de sensor é identificada como resultado fora do limite. Uma vez que um certo número de resultados fora do limite consecutivos ou leituras perdidas é identificado, um indicador adequado é mostrado na interface de usuário.

[00063] Em uma outra modalidade do método, o sensor de referência é usado para fornecer uma medida correlacionada de ruído de interferência e usado para remover ruído de interferência no primeiro sensor. O cancelamento de ruído pode ser realizado com uma técnica de cancelamento de ruído adaptativo linear ou qualquer outro método de cancelamento que usa uma fonte de referência de ruído como entrada.

[00064] Em ainda uma outra modalidade do método, um filtro Kalman é aplicado nas leituras de sensor. Qualquer outro método adaptativo que usa a estatística do sinal de entrada para ajustar seu comportamento de filtro, como métodos de estimativa bayesianos recursivos, também pode ser aplicado.

[00065] Em certas variações do procedimento cirúrgico exemplificador, pode haver uma necessidade de travar de maneira proximal uma haste IM antes de o travamento distal ser finalizado. Nesses casos, é uma vantagem se uma ferramenta de sensor passar através do comprimento da canulação da haste quando um aparelho de travamento proximal está no lugar. Consequentemente, em um outro aspecto da invenção, é fornecido um aparelho e método para travar um fragmento de osso a uma haste IM de tal forma que mantenha, temporária ou permanentemente, uma passagem aberta através da canulação ao longo da linha central longitudinal da haste. Em uma modalidade da invenção, o aparelho de travamento é uma ponta da broca fenestrada também adaptada para perfurar através do osso. Em outra modalidade, o elemento de travamento é um pilar fenestrado inserido temporariamente após a perfuração, que se engata no osso e passa através da haste, antes da instalação do elemento de travamento permanente. Em outra modalidade, o elemento de travamento permanente é fenestrado. Em outra modalidade da invenção, o elemento de travamento é um pilar com um elemento expansor em uma extremidade adaptada para engatar um córtex de um osso e o furo interno de um orifício de travamento em uma haste IM implantada no osso.

[00066] Uma modalidade exemplificadora é particularmente adaptada para encavilhamento IM assistido por computador, com foco particular na etapa de perfuração através do osso em linha com orifícios transversais selecionados na haste (conhecidos como orifícios de travamento) para permitir a instalação de parafusos de travamento. Nessa modalidade exemplificadora, o aparelho compreende:• uma broca cirúrgica com uma ponta de broca ferromagnética;• um gerador de campo de peso leve e pequeno montado na broca e com uma porção da ponta da broca que repousa dentro da faixa de medição do gerador de campo; e;• uma ferramenta de sensor que gera uma resposta indicativa de sua posição em relação ao gerador de campo e adaptada para inserção precisa em um implante durante uma cirurgia em um local predeterminado fixo em todos os 6 graus de liberdade relativos a recursos selecionados do implante.

[00067] Uma tela de exibição é fornecida para mostrar informações de alinhamento a um usuário. Em algumas modalidades, a tela de exibição é montada em ou em estreita proximidade com a broca. Em algumas modalidades, a tela de exibição é montada na broca em uma posição relativa à broca que é fixada em 4 graus de liberdade e ajustável em várias posições em dois graus de liberdade em relação à broca.

[00068] As modalidades mostradas são particularmente adaptadas para o uso, juntamente com um sistema de navegação eletromagnético, em encavilhamento IM assistido por computador, em particular, a etapa de perfuração através do osso e orifícios transversais selecionados na haste (conhecidos como orifícios de travamento) para permitir a instalação dos parafusos de travamento.

[00069] Em adição aos aspectos exemplificadores e modalidades descritas acima, aspectos e modalidades adicionais se tornarão mais aparentes por referência aos desenhos e pelo estudo das descrições detalhadas a seguir.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00070] Os desenhos incluídos ilustram modalidades exemplificadoras não limitadoras da invenção.

[00071] A Figura 1 é um diagrama de blocos que ilustra um sistema de acordo com uma modalidade exemplificadora da invenção.

[00072] A Figura 1a mostra uma ferramenta de sensor exemplificadora de acordo com uma modalidade da invenção e um conjunto de hastes IM com as quais a ferramenta de sensor pode ser usada.

[00073] A Figura 2 e Figura 2a mostram detalhes da porção de ponta da ferramenta de sensor exemplificadora.

[00074] A Figura 3 é uma vista explodida que mostra uma ferramenta de inserção, cavilha canulada, haste IM e a ferramenta de sensor exemplificadora.

[00075] A Figura 4 mostra os componentes da Figura 3, montados para uso na modalidade exemplificadora da invenção.

[00076] A Figura 5 é uma vista transversal através do conjunto da Figura 4 que mostra o engate da ferramenta de sensor com a cavilha canulada de acordo com a modalidade exemplificadora.

[00077] A Figura 6 é uma vista transversal através da vista explodida da Figura 3, que considera a abordagem da ferramenta de sensor com a ferramenta de inserção durante a instalação de acordo com a modalidade exemplificadora.

[00078] A Figura 6a é uma vista transversal através do conjunto da Figura 4, que considera o engate da ferramenta de sensor exemplificadora na ferramenta de inserção de acordo com a modalidade exemplificadora.

[00079] A Figura 6b mostra outro exemplo de uma disposição de encaixe por pressão para uma ferramenta de sensor.

[00080] A Figura 6c é uma vista transversal tomada da Figura 6b que mostra um manípulo de sensor de encaixe por pressão engatado com uma cavilha canulada que tem um sulco.

[00081] A Figura 6d é uma vista transversal tomada da Figura 6b que mostra uma disposição de restrição rotacional para uma ferramenta de sensor para um implante e conjunto de manípulo de inserção.

[00082] A Figura 6e é uma vista detalhada que mostra a porção proximal de uma cavilha canulada com uma tampa estendida, um sulco e um escareador.

[00083] A Figura 6f mostra outro exemplo de uma fixação de uma ferramenta de sensor em um implante com o uso de um fecho apertado com as mãos.

[00084] A Figura 6g é uma vista transversal tomada da Figura 6f.

[00085] A Figura 7 mostra uma unidade de navegação exemplificadora integrada a uma broca, de acordo com uma modalidade da invenção, juntamente com uma haste IM que tem um orifício de travamento e uma ferramenta de sensor e também mostra um conjunto de sistemas de coordenadas exemplificador.

[00086] A Figura 7a mostra os sistemas de coordenadas exemplificadores do gerador de campo e o sensor que procura ao longo do eixo geométrico da broca a partir da broca o ponto de vista do usuário, e os parâmetros do subconjunto de posições de sensor que são fundamentais na aplicação e modalidade exemplificadora.

[00087] A Figura 8 é uma seção tomada da Figura 7, através do eixo geométrico da broca, que mostra a unidade de navegação exemplificadora fixada à broca.

[00088] A Figura 8a mostra uma modalidade alternativa da invenção, em que uma unidade de navegação está integrada a uma broca por meio da estrutura acima ao invés de abaixo do mandril de broca.

[00089] A Figura 8b mostra uma outra modalidade da invenção em que o gerador de campo pode ser removido e substituído repetidamente no mesmo local dentro da unidade de navegação.

[00090] A Figura 9 mostra um exemplo de um traço da distância da ponta da broca ao longo da rota de perfuração versus tempo para a perfuração através de um osso.

[00091] A Figura 9a mostra um fluxograma do alvejamento e método de interface de usuário descrito na Figura 9.

[00092] A Figura 10 mostra um exemplo de uma unidade de interface de usuário montada em uma broca de acordo com uma modalidade da invenção, com uma tela de exibição em posição para perfuração com a broca vertical e apontando adiante e longe do corpo do usuário, com o usuário segurando a broca com sua mão direita.

[00093] A Figura 10a é similar à Figura 10, mas com a tela ajustada em uma posição para um usuário que segura a broca em sua mão esquerda.

[00094] A Figura 11 mostra a unidade de interface de usuário exemplificadora montada em uma broca com a tela na posição para a perfuração com a broca girada em uma posição horizontal e que aponta adiante e na direção contrária do corpo do usuário.

[00095] A Figura 11a é similar à Figura 11, mas com a tela ajustada em uma posição para um usuário que segura a broca na orientação horizontal oposta.

[00096] A Figura 12 mostra a unidade de interface de usuário exemplificadora montada em uma broca com a tela na posição para perfuração com a broca girada em uma posição horizontal e que aponta para o lado esquerdo do usuário.

[00097] A Figura 12a é similar à Figura 12, mas com a tela ajustada em uma posição para a perfuração com a broca girada em uma posição horizontal e que aponta para o lado direito do usuário.

[00098] A Figura 13 mostra uma vista explodida da modalidade exemplificadora da invenção, que mostra uma unidade de interface de usuário removível, uma unidade de montagem e uma junta móvel entre o visor e unidades de montagem.

[00099] A Figura 14 é uma seção que mostra a unidade de montagem exemplificadora instalada em um mandril de broca.

[000100] A Figura 15 é uma vista transversal tomada da Figura 14, perpendicular ao eixo geométrico da broca, se mostrando na direção do usuário da broca.

[000101] A Figura 16 é uma vista transversal tomada da Figura 14, perpendicular ao eixo geométrico da broca, se mostrando na direção da ponta da broca.

[000102] A Figura 17 mostra uma modalidade alternativa da invenção que tem múltiplas telas de exibição, ao invés de uma junta móvel entre uma unidade de interface de usuário e a broca.

[000103] A Figura 17a mostra a modalidade alternativa da Figura 17, em uma segunda posição de perfuração.

[000104] A Figura 18 mostra uma interface de usuário exemplificadora de acordo com uma modalidade da invenção durante o uso na aplicação exemplificadora, sendo que a broca se aproxima do alinhamento com um orifício de travamento.

[000105] A Figura 18a mostra a interface de usuário exemplificadora da Figura 18, mas com a broca dentro da tolerância de alinhamento para um orifício de travamento e com um indicador de profundidade mostrado.

[000106] A Figura 18b mostra um fluxograma de um método para controlar o campo de visão e parâmetros de ampliação da exibição da interface de usuário.

[000107] A Figura 19 mostra uma vista transversal através de um osso e implante durante o uso da modalidade exemplificadora na aplicação exemplificadora, com a broca alinhada com um orifício de travamento dentro de limites predeterminados.

[000108] A Figura 19a mostra um fluxograma de alvejamento e o método de interface de usuário descrito na Figura 19.

[000109] A Figura 20 é similar à Figura 19, mas mostra um método alternativo de definição dos limites de alinhamento da broca.

[000110] A Figura 20a mostra um fluxograma do alvejamento alternativo e o método de interface de usuário descrito na Figura 20.

[000111] A Figura 21 mostra uma vista explodida de um componente de gerador de campo exemplificador de um sistema de navegação, uma broca, uma ponta da broca, uma haste IM com um orifício de travamento distal, um sensor inserido na haste, uma ferramenta de nivelamento e um coxim de broca integrado ao gerador de campo de acordo com uma modalidade da invenção.

[000112] A Figura 22 mostra os componentes da Figura 21 montados de acordo com a modalidade exemplificadora e a aplicação exemplificadora, com a ferramenta de nivelamento inserida no orifício de travamento distal e em posição para nivelar o sistema ao orifício.

[000113] A Figura 23 mostra uma seção através da ferramenta de nivelamento exemplificadora.

[000114] A Figura 23a mostra uma seção através da porção de ponta da ferramenta de nivelamento exemplificadora.

[000115] A Figura 24 mostra uma seção através da ferramenta de nivelamento exemplificadora e haste IM quando em posição para nivelar o sistema no orifício.

[000116] A Figura 24a mostra uma seção através de uma primeira modalidade exemplificadora adicional de um aparelho de nivelamento.

[000117] A Figura 24b mostra uma seção através de uma segunda modalidade exemplificadora adicional de um aparelho de nivelamento.

[000118] A Figura 24c mostra uma seção através de uma terceira modalidade exemplificadora adicional de um aparelho de nivelamento.

[000119] A Figura 24d mostra uma vista explodida de uma quarta modalidade exemplificadora adicional de um aparelho de nivelamento.

[000120] A Figura 24e mostra uma seção através da quarta modalidade exemplificadora adicional de um aparelho de nivelamento.

[000121] A Figura 24f mostra uma seção através de uma quinta modalidade exemplificadora adicional de um aparelho de nivelamento, em que um grau de liberdade adicional é controlado.

[000122] A Figura 25 mostra uma plotagem exemplificadora de erro de medição típico versus posição de gerador de campo ao redor do eixo geométrico da broca em várias distâncias a partir do gerador de campo, com o gerador de campo montado em uma broca típica.

[000123] A Figura 26 mostra um fluxograma exemplificador das etapas de nivelamento e operação do sistema de acordo com uma modalidade da invenção.

[000124] A Figura 26a mostra um fluxograma de calibração intraoperativa de um sistema de navegação que também gera uma tabela de consulta de valores de correção, de acordo com uma modalidade alternativa da invenção.

[000125] A Figura 27 mostra uma plotagem exemplificadora de leituras de sensor de referência quando uma ferramenta ferromagnética é passada dentro e fora da faixa de medição de um gerador de campo e que causa o erro de medição.

[000126] A Figura 28 mostra uma plotagem exemplificadora de leituras de sensor de referência quando um motor de broca de uma broca fixada é iniciado e parado, criando campos magnéticos externos que afetam as medições do sistema de navegação.

[000127] A Figura 29 mostra uma plotagem exemplificadora de leituras de orientação de sensor versus posição do gerador de campo ao redor do eixo geométrico da broca, com um gerador de campo montado em uma broca típica.

[000128] A Figura 30 mostra um fluxograma de um método de filtração exemplificador para nivelar e corrigir dados de posição e orientação do sensor durante a navegação, e modificar parâmetros de filtração com base em condições selecionadas detectadas pelo sistema, de acordo com uma modalidade da invenção.

[000129] A Figura 31 mostra uma haste IM implantada em um fêmur, sendo que o fêmur é mostrado em seção com uma ponta da broca fenestrada que passa através do pescoço femoral e na cabeça femoral, e uma ferramenta de sensor, de acordo com uma modalidade de um aspecto da invenção.

[000130] A Figura 32 mostra a ponta da broca fenestrada, olhando ao longo do eixo geométrico do orifício dotado de fenda.

[000131] A Figura 32a mostra a ponta da broca fenestrada, olhando perpendicular ao eixo geométrico do orifício dotado de fenda.

[000132] A Figura 33 mostra uma vista em corte através do fêmur e a haste IM com a ponta da broca fenestrada no lugar e uma ferramenta de sensor instalada.

[000133] A Figura 34 mostra uma vista superior de um pilar canulado e fenestrado, de acordo com uma modalidade alternativa de um aspecto da invenção.

[000134] A Figura 35 é uma vista frontal na modalidade alternativa da invenção mostrada na Figura 34.

[000135] A Figura 36 mostra uma vista em corte através de um fêmur e haste IM mostrando o pilar canulado e fenestrado da Figura 34 e um fio-guia no lugar, antes da retração do fio-guia.

[000136] A Figura 37 mostra um pino de expansão que engata apenas um córtex do osso e uma parede da haste, de acordo com ainda uma outra modalidade de um aspecto da invenção.

[000137] A Figura 37a é uma vista transversal tomada da Figura 37 através do pino de expansão.

[000138] A Figura 38 é uma vista transversal do pino de expansão da Figura 37 em uso em um membro do paciente.

DESCRIÇÃO

[000139] Durante toda a descrição a seguir, detalhes específicos são apresentados a fim de fornecer uma compreensão mais completa para os versados na técnica. Entretanto, elementos bem conhecidos podem não ser mostrados ou descrito em detalhes para evitar obscurecer desnecessariamente a descrição. Consequentemente, a descrição e os desenhos devem ser considerados em um sentido ilustrado e não restritivo.

[000140] Aspectos diferentes da invenção e suas modalidades presentemente preferenciais serão mais bem compreendidos por referência à descrição detalhada abaixo e/ou aos desenhos anexos. Onde os mesmos números de referência são usados em desenhos diferentes, os números de referência se referem a partes iguais ou similares.

[000141] Como usado aqui "distal", quando se refere a uma broca e a componentes fixados, se refere à direção que leva adicionalmente na direção contrária do usuário e na direção da extremidade da ponta da broca, e proximal, como usado aqui, é a direção oposta à distal. Como usado aqui "distal", quando se refere a uma haste IM e a componentes fixados na mesma, se refere à direção que leva adicionalmente na direção contrária da ferramenta de inserção, e proximal, como usado aqui, é a direção oposta à distal.

[000142] Como usado aqui, 'sistema de navegação' é uma combinação de um gerador de campo eletromagnético, ao menos um sensor eletromagnético e um controlador, que pode compreender um computador conectado ao gerador de campo e sensor. O controlador é configurado para determinar a posição e orientação do recurso de sensor relativas ao gerador de campo. Um exemplo de um sistema de navegação adequado é um sistema Aurora™ feito por Northern Digital Inc. (Waterloo, Ontario, Canadá), que pode ser adequadamente modificado e controlado por software personalizado para uso em aplicações conforme descrito aqui. Outros sistemas de navegação adequados estão disponíveis junto à Ascension Technology Corporation, 107 Catamount Drive, Milton, VT 05468, EUA.

[000143] A Figura 1 é um diagrama de blocos que ilustra um sistema de acordo com uma modalidade exemplificadora da invenção. O console 600 inclui processador e componentes de fonte de alimentação de um sistema de navegação eletromagnético. O console 600 pode fornecer processamento adicional e componentes de comunicação particulares a um pedido, como encavilhamento IM. A estação de carregamento602 recebe e carrega a unidade de interface de usuário 606 quando não está em uso. Quando em uso, a unidade de interface de usuário 606 e a unidade de navegação 601 são fixadas à ferramenta 603. A unidade 601 inclui um gerador de campo e ao menos um sensor de referência que se comunica com o console 600 por meio de cabo 608. A unidade de interface de usuário 606 se comunica com o console 600 por meio de ligação de comunicação sem fio 604. A ferramenta de sensor 610 se comunica com o console 600 por meio de cabo de sensor 612. A memória 614 acessível ao console 600 inclui dimensões, recursos e modelos de dados gráficos de componentes, e também mapas de correção de medição, tabelas de consulta, conjuntos de parâmetros, software, firmware, e similares.

[000144] A base de dados 616 contém dimensões, recursos e modelos de dados gráficos de componentes, e também mapas de correção de medição, tabelas de consulta, conjuntos de parâmetros, software, firmware, e similares e são armazenados em um dispositivo de memória externo. A base de dados 616 pode ser ligada por meio de ligação de comunicação 618 à memória 614 para atualizar os conteúdos da memória 614. A ligação de comunicação 618 pode compreender, por exemplo, uma ligação com fio, de internet ou sem fio ou alguma combinação dos mesmos.

[000145] Software, firmware e dados armazenados em unidade de interface de usuário 606 podem ser atualizados por meio de ligação de comunicação 604 e por meio de conexão 605 da estação de carregamento 602 com a memória 614. O software, o firmware e os dados armazenados na unidade 601 podem ser atualizados através do cabo 608. Em várias outras modalidades nas quais a ferramenta 603 inclui uma fonte de energia elétrica, como uma bateria, o cabo 608 pode ser substituído por uma ligação de comunicação sem fio para controlar sinais entre o console 600 e a unidade 601, e um fio que fornece potência da ferramenta 603 para a unidade 601. Em várias outras modalidades, o cabo de sensor 612 pode ser substituído por uma fonte de energia, um amplificador de sinal e a unidade de comunicação sem fio incluída na ferramenta de sensor 610, e uma ligação de comunicação sem fio da ferramenta de sensor 610 para o console 600. Exemplos não limitadores de ligações sem fio adequadas são os sistemas de comunicação sem fio de área local Bluetooth™ e WiFi.

[000146] Um aspecto da invenção fornece uma ferramenta de sensor para uso com um sistema de navegação. A ferramenta de sensor compreende um membro alongado que tem uma porção de ponta de autocentralização contendo um elemento de sensor. Um mecanismo de encaixe por pressão é fornecido para prender a ferramenta de sensor no lugar em um componente (por exemplo, uma haste IM) de modo que o elemento de sensor tenha uma relação geométrica conhecida com um elemento no componente (por exemplo, um orifício de travamento).

[000147] As Figuras 1a a 6, mostram uma ferramenta de sensor exemplificadora 10. A ferramenta de sensor ilustrada 10 pode ser usada em procedimentos de encavilhamento IM, por exemplo. A ferramenta de sensor exemplificadora 10 inclui vários elementos desejáveis conforme descrito abaixo. Cada recurso pode ser vantajoso individualmente ou em combinação com alguns ou todos dentre os outros recursos descritos. Outras modalidades dentro do escopo da invenção podem incluir um subconjunto dos recursos vantajosos descritos na modalidade exemplificadora.

[000148] Um recurso desejável da ferramenta de sensor 10 é que a porção de ponta distal se autocentraliza na faixa de diferentes diâmetros de canulação. A característica de autocentralização pode ser fornecida por membros resilientemente flexíveis incorporados à porção de ponta que são polarizados radialmente para fora em um diâmetro máximo, mas podem ser resilientemente compactados radialmente para dentro a uma faixa de diâmetros menores, todos concêntricos com o diâmetro máximo. Por exemplo, a característica de autocentralização pode ser fornecida por membros flexíveis 186 (mostrado nas Figuras 2 e 2a) que têm o formato arqueado quando visualizados em um plano que atravessa a linha central longitudinal da ferramenta de sensor 10 e que são espaçados angularmente ao redor de uma linha central da porção de ponta.

[000149] Um outro recurso desejável da ferramenta de sensor 10 é que a retroinformação sensorial é fornecida para o usuário quando a ferramenta de sensor 10 está apropriadamente instalada em um componente, como um implante. A retroinformação sensorial pode ser fornecida por um mecanismo de encaixe por pressão. O mecanismo de encaixe por pressão pode proporcionar retroinformação tátil e/ou audível para o usuário mediante engate exclusivamente na posição apropriadamente instalada. Um mecanismo de encaixe por pressão pode ser fornecido entre a ferramenta de sensor 10 e um componente, como um implante, ou entre a ferramenta de sensor 10 e uma ferramenta de inserção afixada ao componente. Um mecanismo de encaixe por pressão pode ser fornecido por meio de um mecanismo detentor adequado. Por exemplo, um mecanismo de encaixe por pressão pode ser fornecido por abas flexíveis 192 mostradas nas Figuras 6 e 6a que engatam nos sulcos 195.

[000150] Um outro recurso desejável da ferramenta de sensor 10 é seu comprimento fixo e construção acabada em peça única que permite que o usuário instale a ferramenta de sensor 10 com precisão em uma posição predeterminada exclusiva em relação a um componente em um único movimento sem ajuste ou referência a marcações de graduação ou similares para selecionar a posição de instalação correta. Por exemplo, o comprimento de ferramenta de sensor 176 mostrado na Figura 1a determina a posição da porção de ponta 154 em relação ao conjunto da haste 37 e à ferramenta de inserção 39 (mostrado na Figura 3) ao longo da linha central da haste 37.

[000151] A Figura 1a mostra uma ferramenta de sensor 10 e um conjunto de hastes IM 37 e 165 (coletiva ou geralmente conjunto 164 ou hastes IM 164) com os quais a ferramenta de sensor pode ser usada. Uma haste no conjunto 164 pode ter diferentes características de outras, por exemplo, um comprimento diferente, diâmetro de canulação ou uma disposição diferente de elementos como fendas e orifícios. Cada haste IM no conjunto 164 tem pelo menos um orifício de travamento distal 38 que pode ter o tamanho e local variados a partir de uma haste para outra no conjunto 164, e pode ser o único recurso distal de interesse, ou pode ser parte de um grupo de orifícios de travamento distal 189 conforme mostrado. Para as finalidades dessa descrição, se o grupo 189 inclui mais de um orifício ou recursos que será perfurado, o orifício 38 é definido como o orifício mais proximal do grupo 189.

[000152] A ferramenta de sensor 10 tem a porção de ponta 154 em sua extremidade distal, a porção de eixo 156 e a porção de manípulo 158 em sua extremidade proximal. O diâmetro de eixo 160 da porção de eixo 156 é menor que ou igual ao diâmetro mínimo de canulação 162 (visível na Figura 5) presente no conjunto 164. Por exemplo, o diâmetro de eixo 160, em alguns casos, está na faixa de três a quatro milímetros. O diâmetro de ponta 166 é selecionado como igual ou ligeiramente maior que o diâmetro máximo de canulação 168 presente no conjunto 164. A parte em forma de ombro 170 tem o diâmetro de parte em forma de ombro 172 que é maior o diâmetro de canulação de cavilha 174 da cavilha canulada 173 (mostrado na Figura 5). O comprimento 176 da parte em forma de ombro 170 até a extremidade distal da ferramenta de sensor 10 é selecionado como menor que a distância mínima de orifício de travamento 178 (mostrado na Figura 4) presente dentre as hastes no conjunto 164, de modo que o orifício 38 permaneça límpido para perfuração.

[000153] Referindo-se às Figuras 1 e 2 juntamente, o fio de sensor 180 se estende do elemento de sensor 182 embutido dentro da ferramenta de sensor 10 e se conecta ao sistema de navegação (não mostrado) através do conector 184 (visível na Figura 3). A ferramenta de sensor 10 pode ser moldada por injeção de um plástico de grau médico, por exemplo, ABS ou PEEK, e pode ser montada e ligada juntamente de duas ou mais partes para formar uma unidade sólida na qual o elemento de sensor 182 é embutido e mantido em uma posição fixa dentro da ferramenta de sensor 10 com o eixo geométrico longitudinal do elemento de sensor 182 assentado aproximadamente colinear ao eixo geométrico longitudinal comum da porção de ponta 154 e da porção de eixo 156.

[000154] Um exemplo de um elemento de sensor adequado 182 é um sensor Mini 6 DOF da Northern Digital Inc., Waterloo, Ontario, Canadá, número de peça 610029. Esse sensor tem aproximadamente 1,8 milímetros de diâmetro por nove milímetros de comprimento. Em uma modalidade alternativa, o sensor 10 pode incorporar uma bateria, amplificador, conversor analógico para digital e transmissor sem fio para enviar sinais de modo sem fio para o sistema de navegação. Alguns os todos os componentes podem ser alojados na porção de manípulo 158.

[000155] As Figuras 2 e 2a mostram a porção de ponta 154 da ferramenta de sensor 10 detalhadamente. Conforme observado de modo mais satisfatório na Figura 2a, os segmentos flexíveis 186 têm, todos, a mesma seção transversal e formato e são uniformemente espaçados ao redor do eixo geométrico longitudinal comum da porção de ponta 154 e da porção de eixo 156. Os segmentos flexíveis 186 são projetados para flexionarem-se dentro da faixa elástica de seu material de modo que o diâmetro de ponta 166 possa ser compactado até o diâmetro mínimo de canulação 162 sem romper ou permanentemente deformar, de modo que a ferramenta de sensor 10 possa ser removida, submetida à limpeza e reesterilizada, e reutilizada se for desejado. O elemento de sensor 182 é embutido na ferramenta de sensor 10 próximo à porção de ponta 154. Visto que os segmentos flexíveis 186 comprimem radialmente para dentro uniformemente quando a porção de ponta 154 está em um furo cilíndrico que tem um diâmetro menor que o diâmetro de ponta 166, o elemento de sensor 182 é centralizado dentro da canulação de qualquer haste no conjunto 164 quando a porção de ponta 154 é inserida na haste. O diâmetro de eixo 160 também é mostrado.

[000156] O versado na técnica reconhecerá que uma variedade de outras construções pode ser escolhida para fornecer a característica de autocentralização da porção de ponta 154, por exemplo, os segmentos flexíveis 186 podem ser substituídos por uma série de pás flexíveis ou a porção de ponta 154 pode ser um bureta que tem pelo menos uma fenda de alívio que permite que o bureta seja compactado até um diâmetro menor.

[000157] Em relação à Figura 3, de acordo com uma modalidade da invenção, a haste 37 que é selecionada da deformação permanente 164 (consulte a Figura 1a) é mostrada em uma vista explodida com a ferramenta de inserção 39 e a cavilha canulada 173, que pode ser usada com todas as no conjunto 164 para inserir e posicionar a haste em um osso do paciente. A haste selecionada 37 é fixada à ferramenta de inserção 39 com o uso da cavilha canulada 173 que se rosqueia à haste 37. A espiga 187 da ferramenta de inserção 39 se engata à fenda 188 na extremidade proximal da haste 37, fixando assim a haste 37 em todos os seis graus de liberdade em relação à ferramenta de inserção 39, e a ferramenta de sensor 10 pode ser inserida através da cavilha canulada 173 e na canulação da haste 37. O conector 184 também é mostrado.

[000158] Em relação à Figura 4, a vista explodida da Figura 3 é mostrada montada com a ferramenta de sensor 10 instalada e mostrando a haste 37, a ferramenta de inserção 39 e a cavilha canulada 173. A distância mínima de orifício de travamento 178 se estende do ponto de contato da parte em forma de ombro 170 e a cavilha canulada 173 (conforme observado na Figura 5) até a borda proximal do orifício de travamento distal 38, que é o recurso mais proximal que será perfurado.

[000159] A Figura 5 é uma vista em corte parcial tomada da Figura 4 em um plano através da linha central longitudinal da cavilha canulada 173. Quando a ferramenta de sensor 10 é totalmente inserida no conjunto da haste 37, da ferramenta de inserção 39 e da cavilha canulada 173, a parte em forma de ombro 170 entra em contato com a superfície escareada 175 da cavilha canulada 173. Quando o contato total é mantido entre a borda circular da parte em forma de ombro 170 e a superfície cônica da superfície escareada 175, a ferramenta de sensor 10 é fixada na translação ao longo do eixo geométrico da haste 37. O diâmetro de canulação de cavilha 174, da porção de eixo 156 e do fio de sensor 180 também são mostrados.

[000160] A porção de eixo 156 pode ser flexível com uma flexibilidade suficiente para permitir que a ferramenta de sensor seja inserida nas hastes IM ou outros componentes que não são retos.

[000161] As Figuras 6 e 6a ilustram o engate da ferramenta de sensor 10 à ferramenta de inserção 39. A Figura 6 é uma vista transversal através da porção de manípulo 158 da ferramenta de sensor 10 e também através da ferramenta de inserção 39, tomada da Figura 3 na área de pegas 197, com a ferramenta de sensor 10 se aproximando, mas ainda não engatada à ferramenta de inserção 39. A Figura 6a é uma vista transversal tomada da Figura 4, similar à Figura 6, mas com a ferramenta de sensor 10 em sua posição instalada, engatada à ferramenta de inserção 39. Referindo-se à Figura 6, o vão 198 é menor que a largura de ferramenta 191 de modo que, enquanto a ferramenta de sensor 10 é empurrada distalmente para a posição, as abas flexíveis 192 sejam forçadas a se espalhar para fora para passar sobre a ferramenta de inserção 39. Quando a superfície 193 da ferramenta de sensor 10 entra em contato com a superfície de topo 194 da ferramenta de inserção 39, as abas flexíveis 192 encaixam por pressão no sulco 195 conforme mostrado na Figura 6a, criando um som de encaixe por pressão audível e uma vibração que pode ser percebida pelo usuário através das pegas 197 quando a ferramenta de sensor 10 alcança sua posição totalmente instalada.

[000162] Referindo-se à Figura 6a, as abas flexíveis 192 são projetadas para terem um encaixe por interferência com a borda 196 do sulco 195 de modo que, na posição instalada, o vão desviado 199 seja maior que o vão 198 e as abas flexíveis 192 sejam flexionadas para fora de uma quantidade predeterminada dentro da faixa elástica do material, e cria assim uma força de assentamento distalmente direcionada na ferramenta de sensor 10 contra da ferramenta de inserção 39 que é reagida na superfície de topo 194 e no contato da parte em forma de ombro 170 com a superfície escareada 175 da cavilha canulada 173 (observado na Figura 5). O encaixe por interferência das abas flexíveis 192 contra a borda 196 também cria uma força de centralização que impede a rotação da ferramenta de sensor 10 ao redor do eixo geométrico longitudinal da cavilha canulada 173 (consulte a Figura 5). A ferramenta de sensor 10 é assim mantida fixa em todos os seis graus de liberdade em relação à ferramenta de inserção 39, que, por sua vez, é fixa em todos os seis graus de liberdade em relação à haste 37. Referindo-se também às Figuras 1a e 2, visto que o elemento de sensor 182 é fixo dentro da ferramenta de sensor 10 em um local conhecido em relação à parte em forma de ombro 170 e é centralizado dentro da canulação de haste que tem um diâmetro dentro da faixa de diâmetro 162 ao diâmetro 168, o elemento de sensor 182 é assim mantido em uma posição e orientação conhecidas fixas em relação à haste 37, e recorrendo-se às medições de nivelamento (descrito em outro local nessa descrição) e/ou geometria predeterminada da haste 37, recursos selecionados da haste 37 como o orifício de travamento distal 38 ou o grupo de orifícios 189 pode ser localizado pelo sistema de navegação ao qual o elemento de sensor 182 está conectado sem especificar o diâmetro de canulação.

[000163] Para remover a ferramenta de sensor 10, o usuário espreme a porção de manípulo 158 da ferramenta de sensor 10 nas pegas 197 na direção de um plano médio da ferramenta de sensor 10, fazendo com que as abas flexíveis 192 se espalhem separadamente e limpem a borda 196, permitindo que o usuário retire a ferramenta de sensor 10 em uma direção proximal.

[000164] O versado na técnica reconhecerá que há uma variedade de construções de ferramenta de sensor 10 que também pode ser usada para fornecer a característica da ferramenta de sensor 10 que engata e indica o engate em uma posição exclusiva em relação à haste 37. Por exemplo, vários métodos de conexão podem ser usados para fixar a ferramenta de sensor 10 a um ou qualquer combinação de ferramenta de inserção 39, cavilha canulada 173 ou haste 37 por exemplo, por pinçamento, cavilhamento ou encaixe por atrito.

[000165] As Figuras 6b a 6e mostram um outro exemplo de um engate de encaixe por pressão para uma ferramenta de sensor adaptada para engatar a um elemento (como uma cavilha canulada 178). Tal disposição é adaptável a uma ampla variedade de ferramentas de inserção. A Figura 6b mostra a ferramenta de sensor 10 com o fio de sensor 180 e uma porção de manípulo alternativa 676. A ferramenta de sensor 10 é mostrada instalada na ferramenta de inserção 39 que é montada na haste 37 com a cavilha canulada 673. A Figura 6c é uma vista transversal tomada da Figura 6b que mostra um manípulo de sensor de encaixe por pressão engatado ao sulco 671 in cavilha 673. A Figura 6d é uma vista transversal tomada da Figura 6b que mostra a saliência 684 engatada ao furo 670 da ferramenta de inserção 39. A Figura 6e é uma vista em detalhe que mostra a porção proximal de uma cavilha canulada 673 que tem uma porção de tampa proximalmente estendida com um sulco 671 e a superfície escareada 672.

[000166] Nessa modalidade exemplificadora, a ferramenta de sensor 10 inclui a porção de manípulo 676 que tem a superfície cônica 682. O sulco 671 tem uma seção girada constante de uma rotação completa ao redor da linha central de cavilha que forma a borda 674. A superfície escareada 672 pode ser uma seção girado completa, mas também pode ser segmentos uniformemente espaçados de uma seção girada ao redor da linha central de cavilha. A porção de manípulo 676 inclui também as abas flexíveis 678 que engatam na borda 674 e criam uma força de assentamento que segura a superfície cônica 682 contra a superfície escareada 672 da cavilha 673 de maneira à aba flexível 192 e o sulco 195 mostrado nas Figuras 6 e 6a, e restringe, assim, a ferramenta de sensor 10 em relação à cavilha 673 em todos os graus de liberdade, exceto a rotação ao redor da linha central da cavilha 673.

[000167] Uma ampla variedade de recursos na ferramenta de inserção pode ser engatada por uma porção da ferramenta de sensor para fixação. A posição rotacional da ferramenta de sensor 10 pode ser fixa fornecendo-se uma porção da ferramenta de sensor adaptada para engatar qualquer um de uma ampla variedade de recursos na ferramenta de inserção. Na modalidade exemplificadora mostrada, o manípulo de inserção 39 tem o furo 670 paralelo à linha central de cavilha. A saliência cilíndrica 684 é um encaixe por pressão com o furo 670. A saliência 684 tem a fenda 686 para permitir que um encaixe por pressão elimine a folga rotacional entre a ferramenta de sensor 10 e a haste 37 sob cargas de torque esperadas que podem ser aplicadas à ferramenta de sensor 10 durante o uso. A porção de manípulo 676 inclui também superfície em ângulo 688 que engata a um escareador em um tipo diferente de ferramenta de inserção (não mostrado).

[000168] Para remover a ferramenta de sensor 10, o usuário espreme as pegas 680 na direção da linha central de cavilha para flexionar as abas 678 para fora para limpar o sulco 671 e, então, empurra a ferramenta de sensor 10 para fora de maneira proximal.

[000169] Devido ao fato de que os recursos de engate na cavilha 673 são seções revolvidas ao redor da linha central de cavilha, que é coaxial à linha central de haste, a ferramenta de sensor 10 pode ser instalada na mesma posição independentemente da posição rotacional da cavilha ao redor da linha central. Dessa forma, a cavilha 673 pode ser apertada e reapertada em diferentes posições rotacionais sem afetar substancialmente o local instalado da ferramenta de sensor 10 em relação à haste 37 quando a ferramenta de sensor 10 é reinstalada. A superfície cônica 682 pode ser alternativamente uma parte em forma de ombro similar à parte em forma de ombro 170 mostrada na Figura 5. A superfície cônica 682 e a superfície escareada 672 podem ser alternativamente superfícies ou recursos correspondentes que fixam o local da porção de manípulo 676 na translação ao longo da linha central da cavilha 673 independentemente da posição rotacional da cavilha 673 ao redor da linha central.

[000170] Várias outras disposições mecânicas poderiam ser usadas no lugar da saliência 684 ou das superfícies 688 dependendo de recursos comuns de um grupo de ferramentas de inserção de estilo diferente destinadas ao uso com a ferramenta de sensor 10, por exemplo, referindo-se também às Figuras 6 e 6a, em um conjunto de ferramentas com uma largura comum 191, mas que não compartilha uma geometria comum de sulcos 195 ou do furo 670 em relação à cavilha canulada, um conjunto de abas flexíveis similares às abas 192 que têm um encaixe por interferência com as superfícies externas da ferramenta 39 pode ser usado para restringir a rotação e, em combinação com a disposição de fixação da cavilha 673 e das abas 678, fixar o local da ferramenta de sensor 10 em relação à haste 37.

[000171] A Figura 6f mostra um exemplo de uma fixação de uma ferramenta de sensor a um implante com o uso de um fecho manualmente apertado ao invés de uma fixação de encaixe por pressão da ferramenta de sensor 10 a um manípulo de inserção, cavilha canulada e conjunto de haste intramedular. A Figura 6g é uma seção através da ferramenta de sensor, do manípulo de inserção e da haste que mostra o conjunto de fixação de fecho manualmente apertado rosqueado. Em certas modalidades, um conjunto de ferramentas de inserção que inclui a ferramenta 702 pode ter um orifício rosqueado comum 690 em relação à linha central da cavilha canulada 173, e uma superfície 704 com a qual uma superfície 692 da porção de manípulo 696 a ferramenta de sensor 10 pode corresponder quando o fecho manualmente apertado 698 é apertado. Nessa modalidade, a ferramenta de sensor 10 tem comprimento fixo 694 da superfície de acoplamento 692 até a ponta de sensor (não mostrado, consulte a Figura 1a) e a posição translacional ao longo da linha central da haste 37 da ferramenta de sensor 10 é determinada pela superfície 704 e pela superfície 692. A porção de manípulo de sensor696 e do fecho 698 têm o escareador 700. O fecho 698 é rosqueado para corresponder ao orifício 690.

[000172] Nessa modalidade, a ferramenta de sensor 10 tem diâmetro de eixo 706 pelo menos sobre a região proximal onde o eixo de sensor se assenta dentro da cavilha 173 quando a ferramenta de sensor 10 é instalada. O diâmetro 706 da porção de eixo 156 da ferramenta de sensor 10 é um encaixe deslizante ao diâmetro de canulação 174 da cavilha 173 (visível na Figura 5). Quando o fecho 698 é apertado, a ferramenta de sensor 10 pode girar ao redor da linha central do furo 690 apenas até a extensão da diferença de diâmetros 706 e 174, e a porção de eixo 156 se apoiará na superfície interna da cavilha canulada 173 conforme o fecho 698 é apertado. Dessa forma, quando o fecho 698 é apertado, a ferramenta de sensor 10 é fixada em todos os seis graus de liberdade em relação à haste 37 em uma posição precisa. O fecho 698 pode ser produzido a partir de material plástico esterilizável similar àquele da ferramenta de sensor 10 e fornecido com a ferramenta de sensor 10, por exemplo, ou pode ser produzido a partir de metal ou um outro material reutilizável e esterilizável. Um indivíduo de habilidade comum na técnica reconhecerá que para ser compatível com vários manípulos de inserção, a porção de manípulo 698 pode ter um arranho de orifícios em locais diferentes e pode ter várias superfícies correspondentes diferentes similares à superfície 692 para corresponder aos manípulos de inserção selecionados.

[000173] Um outro aspecto da invenção fornece uma ferramenta que compreende um gerador de campo que está configurado para permanecer fixo em relação a um eixo geométrico da ferramenta e um ponto ao longo do eixo geométrico durante o uso da ferramenta, onde a porção da ferramenta pode se mover em relação ao eixo geométrico e/ou ao ponto. Por exemplo, a ferramenta pode compreender uma broca e a porção em movimento pode ser uma ponta da broca que gira ao redor do eixo geométrico com a ponta da ponta da broca no ponto no eixo geométrico. Para um outro exemplo, a ferramenta pode compreender uma serra e a porção em movimento pode ser uma lâmina cortante que gira ao redor do eixo geométrico em um plano que atravessa o ponto. Para um outro exemplo, a ferramenta pode ser uma serra oscilante e a porção em movimento pode ser uma lâmina cortante que gira para frente e para trás ao longo de uma pequena faixa de rotação, em um plano que atravessa o ponto. Essa disposição é uma vantagem devido ao fato de que, particularmente quando a porção em movimento da ferramenta é produzida a partir de materiais ferromagnéticos e/ou eletricamente condutivos, a ferramenta pode afetar o desempenho do gerador de campo e ocasionar erros de medição. Portanto, limitar a posição, o padrão de movimento e a faixa de movimento da ferramenta e qualquer porção móvel da ferramenta a valores conhecidos e previsíveis, pode permitir que a correção de medição e a compensação de erro sejam usadas para otimizar o desempenho do gerador de campo.

[000174] Em algumas modalidades, o eixo geométrico pode ser deslocado do gerador de campo, o que pode otimizar o acesso às porções da ferramenta situada no eixo geométrico e otimizar a visão do usuário da ferramenta e da área de trabalho. Por exemplo, uma ponta da broca situada ao longo do eixo geométrico e passa fora, ao invés de através, o gerador de campo pode ser mais fácil de mudar e mais fácil de apontar conforme o usuário pode observar ao longo do comprimento de ponta da broca.

[000175] O gerador de campo pode ser montado ou montável diretamente na ferramenta. Em outras modalidades, o gerador de campo é montado ou montável e removível de uma fixação para a ferramenta. Em outras modalidades, o gerador de campo e/ou a unidade de fixação pode ser fixável a uma variedade de ferramentas. Em outras modalidades, o gerador de campo e/ou a unidade de fixação pode ser fixável a várias posições rotacionais ao redor do eixo geométrico sem mudar a relação do gerador de campo com o eixo geométrico ou o ponto no eixo geométrico. Por exemplo, a ferramenta pode ser uma broca e o gerador de campo pode ser montado em uma unidade que compreende um mandril de broca que pode encaixar vários tipos diferentes de broca, e pode fixar-se a uma broca em vários ângulos ao redor do eixo geométrico de ponta da broca em relação a um manípulo de broca, permitindo que o usuário selecione uma posição do gerador de campo que não bloqueia a vista da área de trabalho ou que não interfira com obstáculos na área de trabalho.

[000176] Em outras modalidades, o gerador de campo é montável e removível a uma fixação para a ferramenta, em que a fixação é adaptada para segurar o gerador de campo em um local selecionado em relação a um eixo geométrico e um ponto no eixo geométrico. Algumas modalidades podem, adicionalmente, compreender um alojamento que confina e isola o gerador de campo. Por exemplo, em modalidades adaptadas para cirurgia, a fixação pode compreender um alojamento passível de autoclave e o gerador de campo pode não ser passível de autoclave, e em uso em um campo estéril, um usuário não estéril derruba o gerador de campo na fixação estéril mantida por um usuário estéril, que, então, fecha o alojamento fixando assim o gerador de campo na posição e isolando-o do campo estéril. Essa disposição tem a vantagem de reduzir o custo e aumentar a vida útil do gerador de campo.

[000177] Cada recurso de uma ferramenta que compreende um gerador de campo descrito acima pode ser vantajoso individualmente ou em combinação com alguns ou todos dentre os outros recursos descritos. Outras modalidades dentro do escopo da invenção podem incluir um subconjunto dos elementos vantajosos descritos acima e em modalidades exemplificadoras.

[000178] A Figura 7 mostra uma unidade de navegação exemplificadora 1 com a ponta da broca 2 instalada. A unidade de navegação é montada na broca 3. A ferramenta de sensor 10 e a haste IM 37 que tem o orifício de travamento 38 também são mostradas. A unidade 1 inclui o gerador de campo eletromagnético 7.

[000179] Foi observado que, quando um tipo comumente usado da ponta da broca 2 (peça n° 03.010.104 Synthes™, Monument, CO, EUA 80132) é movido na frente de um gerador de campo típico, as distorções de medição são:• Muito maiores que um milímetro quando a ponta da broca 2 é movida ao redor em frente ao gerador de campo,• Maiores que um mm quando a ponta da broca 2 é movida para dentro e para fora da área na frente do gerador de campo ao longo de um eixo geométrico fixo, e• Menores que um milímetro quando a ponta da broca 2 é girada ao redor de um eixo geométrico fixo em relação a um gerador de campo.

[000180] Vantajosamente, na modalidade da invenção mostrada na Figura 7, a ponta da broca 2 gira ao redor do eixo geométrico de broca 5 e a unidade 1 segura a ponta da broca 2 em um local fixo em relação ao gerador de campo 7 através do alojamento 9. O ponto 98 coincide com o eixo geométrico 5 e com a ponta da ponta da broca 2, e, juntamente com o eixo geométrico 5, é fixo em relação ao alojamento 9 e ao gerador de campo 7 enquanto a unidade 1 está em uso. Essa disposição limita os efeitos de distorção eletromagnética no sistema de navegação devido à presença da ponta da broca 2 na faixa de medição do gerador de campo 7 em um nível previsível e gerenciável, permitindo assim que a ponta da broca 2 seja produzida a partir de materiais ferromagnéticos típicos. Em várias modalidades da invenção, a ponta da broca 2 pode ser substituída por vários itens como furadores, cortadores por moagem, brocas, fios-guia e similares.

[000181] Vantajosamente, a broca 3 e a unidade 1 incluindo o gerador de campo 7 podem ser montadas em uma única unidade que pode ser operada com uma mão. Em tal unidade integrada, pode ser uma vantagem adicional minimizar o tamanho e o peso do gerador de campo 7, e posicionar o gerador de campo 7 em relação à broca 3 de modo a minimizar a interferência no manuseio da broca 3, no paciente e na mesa de operação, e na visão do usuário da área de trabalho. Em particular, pode ser uma vantagem se o usuário tiver uma vista límpida da ponta da broca 2. Consequentemente, em certas modalidades, a unidade 1 pode ser fixada à broca 3 em uma variedade de posições rotacionais ao redor do eixo geométrico de broca 5 e pode ser removida e reafixada em uma posição rotacional diferente durante o uso sem exigir recalibração.

[000182] Uma vantagem adicional da unidade 1 que tem o gerador de campo 7 e o mandril 4 integrados pode ser que a ponta distal da ponta da broca 2 está em uma posição fixa em relação ao gerador de campo 7, e com a ferramenta de sensor 10 em uma posição fixa em relação à região sendo perfurada, a distância percorrida pela ponta da broca 2 ao longo do eixo geométrico de broca 5 através da região pode ser rastreada diretamente pelo sistema de navegação conforme descrito abaixo na Figura 9. Identificando-se um ponto de entrada ou de partida, o progresso de perfuração ao longo do eixo geométrico de broca pode ser relatado ao usuário. Identificando-se um ponto de entrada e um ponto de saída através de um osso, por exemplo, o comprimento do orifício perfurado através do osso pode ser relatado ao usuário e usado para ajudar a selecionar o comprimento de parafuso correto a ser instalado.

[000183] Em geral, as distorções de medição eletromagnética podem ser limitadas a níveis gerenciáveis limitando-se e prevendo-se a introdução, a remoção e o movimento de massa de material ferromagnético e condutor dentro da faixa do gerador de campo 7 e em uma medida menor próximo ao gerador de campo 7. Consequentemente, em uma outra modalidade exemplificadora, a unidade 1 está adaptada para se fixar a uma ferramenta como uma serra oscilante, e está adicionalmente adaptada para segurar uma ferramenta de corte, de modo que a ferramenta de corte se mova em uma faixa limitada e em um padrão predeterminado, em que o padrão está em um local fixo em relação ao gerador de campo 7. Por exemplo, uma modalidade exemplificadora é como a broca mostrada na Figura 7, exceto que a ponta da broca 2 é substituída por uma lâmina cortante oscilante, a broca 3 é substituída por uma serra oscilante e o mandril 4 é substituído por um mandril de lâmina cortante oscilante que tem um eixo geométrico ao redor do qual a lâmina oscila dentro de um limite predeterminado de percurso angular, de modo que a lâmina oscile ao redor do eixo geométrico em um plano perpendicular ao eixo geométrico, em que o plano e o eixo geométrico estão em posições fixas em relação ao gerador de campo 7.

[000184] Agora, observando detalhadamente a modalidade exemplificadora mostrada na Figura 7, a unidade 1 inclui o mandril 4 como um componente integral do alojamento 9, do sensor de referência 8 (visível na Figura 8) e do coxim de broca 46, todos os quais são montados em locais fixos em relação ao gerador de campo 7. O eixo geométrico 5 é definido pelo mandril 4 e pelo coxim 46 e, portanto, também está em um local fixo em relação ao gerador de campo 7 durante o uso. A unidade de interface de usuário 6 também está montada na unidade 1 e pode ser ajustada em diferentes posições em relação à unidade 1 conforme descrito mais detalhadamente depois nessa descrição. O versado na técnica reconhecerá que modalidades que não incluem uma unidade de interface de usuário 6 na unidade 1, por exemplo, uma tela de exibição, podem estar alternativamente situadas fora do campo cirúrgico.

[000185] Referindo-se também à Figura 8, na qual o gerador de campo 7 emite um campo eletromagnético que faz com que o sensor de referência 8 e a ferramenta de sensor 10 emitam sinais indicativos de suas posições em relação ao gerador de campo 7. O gerador de campo 7, o sensor 8 e o sensor 10 fazem parte de, e estão conectados a, um sistema de navegação (não mostrado). O sensor de referência 8 retorna a um local predeterminado constante em relação ao gerador de campo 7 para o sistema de navegação e, se esse local varia além de limites predeterminados, um aviso de erro pode emitido para o usuário. O sensor de referência 8 é mostrado na modalidade embutido na estrutura que conecta o gerador de campo 7 e o coxim 46, entretanto, o versado na técnica reconhecerá que o sensor de referência 8 pode ser alternativamente integrado ao gerador de campo 7 (conforme mostrado nas Figuras 8a, 8b e 8c) por exemplo, montado rigidamente ou moldado à face frontal do gerador de campo 7, ou, de outro modo, montado em uma posição fixa em relação ao gerador de campo 7 e dentro da faixa de medição do gerador de campo 7. Para confiabilidade e redundância aumentadas, um grupo de vários sensores de referência 8 pode ser usado. Quando instalada (consulte Figuras 1 a 6b), a ferramenta de sensor 10 está situada na haste IM 37 em um local fixo predeterminado em relação ao orifício de travamento 38, mas não bloqueia ou se projeta no orifício 38. A haste 37 é mostrada como uma haste reta que tem uma linha central longitudinal reta 40, entretanto, a haste 37 também pode ser curva sobre as regiões selecionadas de seu comprimento. Nas modalidades mostradas, exceto onde especificado em contrário, a haste 37 é reta a partir de um ponto proximal ao orifício de travamento mais proximal mais proximal 38 à extremidade distal da haste 37, e a linha central 40 se refere à linha central longitudinal dessa porção reta.

[000186] Durante uso típico, a haste 37 é implantada no interior de um osso (não mostrado). O sistema de navegação usa os dados da posição do sensor 10 e o local predeterminado para gerar informações de guiamento mostradas ao usuário no visor 6 para ajudar o usuário a alinhar o eixo geométrico 5 ao orifício de travamento 38. Um sistema de navegação adequado, incluindo o gerador de campo 7 e os sensores adequados 8 e 10 é um sistema Aurora™ fabricando por Northern Digital Inc., Waterloo, Ontário, Canadá. Um modelo adequado de gerador de campo para essa aplicação é o Compact Field Generator™, tendo pequeno tamanho suficiente e pouco peso suficiente de modo a não dificultar a operação da broca 3, tendo ainda faixa de medição suficiente para abranger a ferramenta de sensor 10 durante mira da broca 3 com a ponta da broca 2 fixada. O gerador de campo 7 tem uma memória apagável e regravável integrada 620, visível na Figura 8, que pode ser usada para armazenar informações como fatores de calibração e números seriais. A memória 620 pode ser, por exemplo, um dispositivo de memória do tipo rápida.

[000187] A broca 3 pode ser uma broca cirúrgica elétrica ou alimentada por típica que contém opcionalmente peças ferromagnéticas e pode gerar e emitir campos magnéticos. Na modalidade exemplificadora, a broca 3 é uma Synthes Small Battery Drive (Synthes USA, West Chester, PA, EUA) com um motor elétrico CD do tipo escova alimentado por uma bateria montada na área de manípulo de broca. A ponta de broca 2 pode ser produzida a partir de material ferromagnético, como aço inoxidável enrijecido. O mandril 4 está adaptado para ser acoplado à broca 3 em várias posições rotacionais ao redor do eixo geométrico 5. A interface entre o mandril 4 e a broca 3 pode ser adaptada conforme desejado para encaixar tipos selecionados de broca 3, por exemplo, brocas de vários fabricantes diferentes, brocas alimentadas por ar, ou outros tipos de ferramenta. O mandril 4 é montado de modo que seu eixo geométrico de rotação seja fixo em relação ao gerador de campo 7. Por exemplo, o mandril 4 pode ser montado para girar coxins adequados oscilantes, mancais ou similares.

[000188] Embora a unidade 1 seja mostrada separada da broca 3, em outras modalidades, os elementos da unidade 1 como o gerador de campo 7 e/ou um visor e/ou o mandril 4 podem ser integrados diretamente a uma ferramenta como a broca 3.

[000189] O mandril 4 pode ser substituído ou adaptado para ferramentas ou outras brocas e pontas de broca, por exemplo, acionadores de fio K, acionadores de parafuso, insersores de pino ou para outros procedimentos que exigem o alinhamento de uma ferramenta que tem um eixo geométrico que pode ser definido em relação ao gerador de campo 7. O mandril 4 pode conter, também, ou pode ser feito de aço inoxidável endurecido ou outros materiais ferromagnéticos.

[000190] Referindo-se também à Figura 8, o gerador de campo 7 é simultaneamente conectado a um console de sistema de navegação (não mostrado, tipicamente, situado fora do campo cirúrgico estéril) através do cabo 73. O fio de sensor de referência 79 também se une ao cabo 73 e é também conectado ao sistema de navegação. O console de navegação se comunica de modo sem fio com uma tela de exibição 6. A tampa 24 também é mostrada. O versado na técnica reconhecerá que várias combinações de comunicação com fio e sem fio podem ser usadas em modalidades alternativas da invenção, por exemplo, o gerador de campo 7 pode ser alimentado a partir de uma fonte de energia elétrica que também alimenta a broca 3, como uma bateria, e a comunicação de controle do gerador de campo 7 e os sinais de sensor de referência 8 podem ser transmitidos sem fio para e a partir do console de sistema de navegação, assim, eliminando o cabo 73. Na modalidade mostrada na Figura 8, o gerador de campo 7 é adaptado para ser esterilizado com a unidade 1 e é rigidamente conectado ao alojamento 9 através de parafusos escareados 85.

[000191] Também mostradas na Figura 7 são os quadros de coordenadas que são definidas para calibração e navegação. Várias disposições de quadros de coordenadas podem ser usadas em relação a um eixo geométrico alvo como o eixo geométrico de orifício 38 para o sensor 10 e o eixo geométrico de broca 5. Todos os quadros de coordenadas descritos abaixo para a modalidade mostrada não são obrigatoriamente necessários em outras modalidades da invenção. A configuração mostrada é uma abordagem lateral, e a seta 44 mostra a direção de uma abordagem central. O sistema de coordenadas de gerador de campo 130 (subscrito 'w' para 'mundo'), o sistema de coordenadas de broca 132 (subscrito 'd'), o sistema de coordenadas de sensor 134 (subscrito 's') e o sistema de coordenadas de orifício de travamento 136 (subscrito 'h') são todos sistemas de coordenadas cartesianos tridimensionais e de mão direita com eixos geométricos ortogonais X, Y e Z. O sistema de coordenadas de gerador de campo 130 é predeterminado na fabricação de gerador de campo, é fixo em todos os seis graus de liberdade em relação à estrutura de gerador de campo 7, e é o sistema de coordenadas no qual o sistema de navegação relata a posição de sensores como o sensor 8 e o sensor 10 dentro da faixa de medição do gerador de campo 7 (portanto, o subscrito é 'w' para 'mundo', desde que essa seja a forma como o sistema de navegação vê o mundo). A descrição das posições relativas nos componentes em termos de transformadas homogêneas, uma transformada constante Twd é definida a partir do sistema de coordenadas de gerador de campo 130 do gerador de campo 7 para o sistema de coordenadas de broca 132 alinhada com o eixo geométrico de broca 5. O sistema de coordenadas de broca 132 tem sua origem em um ponto selecionado no eixo geométrico de broca 5, sendo que um ponto adequado é a extremidade da ponta da broca 2 que pode ser pré-programada no sistema, determinada pelo usuário que insere o comprimento de ponta da broca, ou por um método de calibração de pivô típico, conforme descrito na literatura de rastreamento espacial (também disponível como rotinas de software dos fabricantes do sistema de navegação como Northern Digital Inc., Waterloo Ontario, Canadá). O eixo geométrico Zd de sistema de coordenadas de broca 132 é definido como colinear com o eixo geométrico de broca 5 e que tem a direção Zd positiva estendendo-se em posição distal a partir do usuário da broca. O eixo geométrico Xd do sistema de coordenadas de broca 132 é definido como perpendicular ao eixo geométrico Zd de sistema de coordenadas de broca 132 e que repousa no plano que passa através do eixo geométrico de broca 5 e da origem do sistema de coordenadas de gerador de campo 130, com a direção Xd positiva do sistema de coordenadas de broca 132 estendendo-se na direção contrária do gerador de campo 7. O eixo geométrico Yd do sistema de coordenadas de broca 132 é, então, definido pelo produto transversal dos eixos geométricos Xd e Zd para formar um sistema de coordenadas cartesiano tridimensional de mão direita. Sistema de coordenadas de sensor 134 é predeterminado na fabricação do sensor e é fixo em todos os seis graus de liberdade em relação à estrutura do sensor 10, com o eixo geométrico Zs do sistema de coordenadas de sensor 134 aproximadamente colinear à linha central longitudinal 40 da haste 37 quando o sensor 10 estiver instalado na haste 37. Durante o funcionamento, o sistema de navegação relata a transformada Tws do sistema de coordenadas de gerador de campo 130 ao sistema de coordenadas de sensor 134 a uma taxa de vinte a quarenta vezes por segundo. O sistema de coordenadas de orifício de travamento 136 pode ser definido pelas dimensões predeterminadas da ferramenta de sensor 10, da haste 37 e da ferramenta de inserção 39. Alternativamente, o sistema de coordenadas de orifício de travamento 136 pode ser definido alinhando-se o eixo geométrico de broca 5 à linha central do orifício 38 (por exemplo, usando-se uma ferramenta de nivelamento conforme mostrado abaixo na Figura 22) e fazendo-se uma medição direta da seguinte forma:• O eixo geométrico Zh do sistema de coordenadas de orifício de travamento 136 encontra-se sobre a linha normal ao eixo geométrico de broca 5 e atravessa a origem do sistema de coordenadas de sensor 134, com a direção de Zh positiva na direção da extremidade distal da haste 37• A origem do sistema de coordenadas de orifício de travamento 136 está na intersecção do eixo geométrico Zh e o eixo geométrico de broca 5.• O eixo geométrico Xh do sistema de coordenadas de orifício de travamento 136 é colinear ao eixo geométrico de broca 5 com a direção de Xh positiva apontando na direção oposta à broca.• O eixo geométrico Yh do sistema de coordenadas de orifício de travamento 136 é o produto transversal do eixo geométrico Zh e do eixo geométrico de broca 5.

[000192] Também é mostrado o sistema de coordenadas de sensor de referência 137 que está em um local fixo em relação ao sistema de coordenadas de gerador de campo 130. O sistema de coordenadas de sensor de referência 137 pode ser posicionado em qualquer local fixo e orientação dentre do volume de medição do sistema de navegação. A distância 141 é definida como a distância da origem do sistema de coordenadas de gerador de campo 130 até o plano YsZs do sistema de coordenadas de sensor 137 ao longo do eixo geométrico Zw do sistema de coordenadas de gerador de campo 130. A direção de abordagem da unidade de navegação 1 em relação à montagem de manípulos 39 (observado na Figura 3), à haste 37 e ao sensor 10 pode ser determinada como lateral ou central da seguinte forma:• Se o produto interno de Zw e Xs for negativo, é uma abordagem lateral, e• Se o produto interno de Zw e Xs for positivo, é uma abordagem central.

[000193] Em relação à Figura 7a, de acordo com uma modalidade da invenção, é mostrada uma vista olhando-se ao longo do eixo geométrico de broca 5 do ponto de vista do usuário de broca e é descrito um conjunto de parâmetros que define as posições de sensor fundamentais para a modalidade exemplificadora. É vantajoso definir um subconjunto de posições de sensor e orientações que são fundamentais para o objetivo alvo para uma aplicação e modalidade particulares a fim de simplificar vários métodos de calibração e compensação de erro descritos em outro lugar neste relatório descritivo. Em outras modalidades da invenção, diferentes conjuntos de parâmetros podem ser fundamentais e podem ser definidos diferentemente. Para maior clareza, a haste 37, a broca 3, a unidade de navegação 1 e a porção proximal do sensor 10 (observado na Figura 7) não são mostradas na Figura 7a, e apenas o perímetro externo do gerador de campo 7 é mostrado. O perímetro externo do gerador de campo 7 está situado a uma distância 14 do eixo geométrico de broca 5 a fim de permitir o acesso ao mandril de porção distal 4 para facilitar a instalação e a remoção de uma ponta da broca ou outra ferramenta montada na broca consulte a Figura 8), e para proporcionar ao usuário uma vista limpa da ponta da broca. Por exemplo, a distância 14 pode ser vinte e cinco milímetros. A posição de gerador de campo girado 138 é um contorno pontilhado do gerador de campo 7 mostrado girado ao redor do eixo geométrico de broca 5 em relação ao rumo 139. O rumo 139 é definido como zero quando o eixo geométrico Yw do sistema de coordenadas de gerador de campo 130 está paralelo, e na direção oposta, à projeção do eixo geométrico Zs do sistema de coordenadas de sensor 134 no plano XwYw do sistema de coordenadas de gerador de campo 130; o contorno sólido do gerador de campo 7 mostrado é a posição na qual o rumo 139 é igual a zero. O rumo 139 é definido como positivo enquanto o gerador de campo é girado ao redor do eixo geométrico de broca 5 na direção da seta 140. O rumo 139 é expressado como um ângulo maior ou igual a zero grau e menor que trezentos e sessenta graus.

[000194] Quando o eixo geométrico de broca 5 é mantido coaxial à linha central do orifício 38 (por exemplo, usando-se uma a ferramenta de nivelamento conforme mostrado abaixo na Figura 22) e o gerador de campo 7 é girado ao redor do eixo geométrico de broca 5 através de vários rumos 139 de zero a trezentos e sessenta graus, a origem do sistema de coordenadas de sensor 134 descreve um círculo nominal 142 que tem raio 144, e, na modalidade exemplificadora, visto que o eixo geométrico de broca 5 está nominalmente paralelo ao eixo geométrico Zw do sistema de coordenadas de gerador de campo 130, o círculo nominal 142 assenta-se em um plano normal ao eixo geométrico Zw do sistema de coordenadas de gerador de campo 130. O raio 144 é constante para uma combinação particular da haste 37 e a ferramenta de sensor 10.

[000195] A modalidade exemplificadora mostrada é projetada para ser usada com uma faixa predeterminada de diferentes hastes, que têm comprimentos conhecidos e posições de orifício de travamento ao longo do comprimento, e as ferramentas de sensor são fornecidas em uma variedade comprimentos e um ou dois comprimentos particulares são recomendados para o uso com cada tipo de haste, e a origem do sistema de coordenadas de sensor 134 sempre está proximal ao orifício 38 devido à relação (mostrado na Figura 1a e na Figura 4) do comprimento 176 com a distância mínima 178, portanto, o raio 144 tem uma faixa predeterminada. De modo similar, referindo-se também à Figura 7, existe uma faixa conhecida de distâncias 141, que é uma função do comprimento da ponta da broca 2 e espera-se que seja encontrada a faixa de diâmetros de osso. Dessa forma, quando o eixo geométrico de broca 5 está alinhado ao orifício de travamento 38 e em uma posição para começar a perfuração, com o gerador de campo 7 em qualquer rumo 139, é de importância crítica maximizar a precisão de medição e há um subconjunto de possíveis posições de sensor 10 em relação ao gerador de campo 7 definido por três parâmetros: o raio 144, o rumo 139 e a distância 141.

[000196] A Figura 8 é uma seção tomada da Figura 7 através do eixo geométrico de broca 5 com a broca 3 e a unidade de interface de usuário 6 deletada para maior clareza. Na modalidade exemplificadora, é vantajoso fixar permanentemente a montagem de mandril 4 ao alojamento 9 é de tal modo a impedir que os usuários tentem reposicionar ou remover e reinstalar a montagem de mandril 4 e, assim, alterar possivelmente a posição ou orientação da montagem de mandril 4 em relação ao gerador de campo 7 que exigiria a recalibração do sistema de coordenadas de broca 132 (mostrado na Figura 7) e também pode afetar vários métodos de compensação de erro descritos nas partes subsequentes desse relatório descritivo. O alojamento 9 tem orifício interno 43. A montagem de mandril 4 está permanentemente fixa dentro do orifício 43 a uma posição rotacional selecionada em relação ao alojamento 9, com resistência suficiente para suportar o peso e as cargas inertes geradas enquanto o usuário move a broca 3 ou pega e segura a unidade 1 e a broca 3 ao agarrar uma parte da unidade 1 como o gerador de campo 7. Na modalidade exemplificadora, a montagem de mandril 4 está fixada ao alojamento 9 direcionando-se o pino de mola 22 contra o divot 12 na montagem de mandril 4. O versado na técnica reconhecerá que uma variedade de métodos de fixação pode ser usada, o que reterá de suficientemente a unidade 1 no lugar na montagem de mandril 4, por exemplo, a montagem de mandril 4 pode ser ligada ao orifício interno 43 com o uso de um adesivo adequado, encaixe por interferência, ou similares.

[000197] Um recurso vantajoso da unidade 1 é que o gerador de campo 7 está situado a um deslocamento do eixo geométrico de broca 5, o que permite espaço suficiente ao redor do mandril 4 para que o usuário opere o mandril 4 e instale e remova as pontas de broca, e também fornece ao usuário uma vista mais satisfatória da ponta da broca 2 e da área alvo. A distância 14 é selecionada para permitir que um dedo indicador de usuário típico segure a porção de colar 36 e puxe isso de volta em uma direção proximal para liberar a ponta da broca. A porção de braço 30 da unidade 1 conecta a porção de montagem de gerador de campo 32 da unidade 1 ao alojamento 9 da unidade 1 e tem espessura 67 e largura (não mostrado) selecionadas para permitir que uma porção de braço se encaixe entre os dedos indicador e médio do usuário de modo que o usuário possa segurar a broca enquanto muda a ponta da broca. Para a porção de braço 30, uma espessura adequada 67 tem dez milímetros e a largura (não mostrado) tem vinte milímetros. O alojamento 9 inclui também uma tampa 24 e um coxim 46 que estão ambos fixados rigidamente ao mandril 4 através do alojamento 9 e da porção de montagem de gerador de campo 32. O material do alojamento 9, incluindo a porção de braço 30, a porção de montagem de gerador de campo 32, o coxim 46 e a cover 24, é, de preferência, não ferroso e de baixa condutividade de modo a minimizar os efeitos no sistema de navegação eletromagnético, de peso leve de modo a não dificultar o usuário que opera a broca 3, mas de rigidez suficiente para manter a posição do gerador de campo 7 em relação ao eixo geométrico de broca 5 dentre de um milímetro e um grau sob cargas de manuseio e inertes normais durante o uso. Para a modalidade exemplificadora, o material suporta, de preferência, autoclave ou outros processos de esterilização de alta temperatura sem deformação. Alguns exemplos de materiais adequados são titânio, PEEK ou Ultem™. Uma ampla variedade de outros materiais adequados pode ser usada. O dispositivo de memória 620 que é uma parte do gerador de campo 7 e está conectado ao sistema de navegação através de um cabo 73 também é mostrado.

[000198] A Figura 8a mostra uma modalidade alternativa da invenção na qual a unidade de navegação 1 tem uma estrutura alternativa que mantém o acesso aberto para o mandril de broca 4 de baixo do eixo geométrico de broca 5 permitindo assim o uso de mandris de broca com fixações abaixo do eixo geométrico de broca, como um acionador de fio K. Nessa modalidade alternativa, duas porções de braço rígidas 81 e 82 conectam a porção de alojamento 80 à porção de montagem de gerador de campo 83.

[000199] A Figura 8b, a Figura 8c e a Figura 8d mostram uma outra modalidade da invenção na qual o gerador de campo pode ser removido e recolocado no mesmo local dentro da unidade de navegação em relação ao eixo geométrico de broca 5 e à extremidade de ponta 98 e é alojado e isolado dentro da unidade de navegação 1. Essa disposição permite que o gerador de campo e a unidade de sensor de referência 640 sejam separados da unidade de navegação 1 antes da unidade de limpeza e esterilização 1. A unidade 640 pode ser, então, submetida à limpeza (mas não necessariamente esterilizada) com o uso de diferentes métodos que podem ser mais compatíveis com o gerador de campo, com o sensor e com componentes eletrônicos associados na unidade 640. A unidade 640 pode ser, então, reinstalada em um ambiente estéril sem contato entre a unidade 640 e qualquer superfície da unidade 1 que é exposta após instalação da unidade 640 terminar. O alojamento e o isolamento da unidade 640 são projetados para evitar contato direto por um usuário e comunicação direta de fluidos com a unidade 640 quando a unidade 640 for instalada no alojamento 9. A modalidade mostrada também pode ser adaptada para aplicações não cirúrgicas nas quais é uma vantagem proteger a unidade 640 do ambiente, por exemplo, de fluidos ou poeira, enquanto a unidade 1 estiver em uso.

[000200] A Figura 8b é uma vista explodida mostrando a unidade 640 fora do alojamento 9. Nessa modalidade exemplificadora, o gerador de campo 7 é mostrado adaptado para montagem no alojamento 9 através do chassi 622 e está fixado rigidamente ao chassi 622 através de parafusos escareados 624. A placa de circuito de interface de sensor 626, o acelerômetro 62, tomada conectora de ancoragem 628 e o sensor de referência 8 estão todos montados no chassi 622 para formar uma unidade de gerador de campo rígido 640. O sensor de referência 8 (visível na Figura 8d) está rigidamente montado, por exemplo, através de ligação, no chassi 622 a uma distância 642 na frente da face frontal do gerador de campo 7 conforme mostrado, dentro da faixa de medição do gerador de campo 7.

[000201] A Figura 8b é uma vista que observa dentro do alojamento 9 com a unidade 640 removida. Nessa modalidade exemplificadora, o alojamento 9 está adaptado para receber o gerador de campo 7 e inclui plugue conector de ancoragem 630, a vedação 632, a porta 634, o batente elástico 636 e o fecho 638. O cabo 73 está montado no alojamento 9, com fio ao plugue 630 e se conecta ao console de sistema de navegação 600 (visível na Figura 1).

[000202] Na modalidade exemplificadora mostrada, um design de restrição mínima é usado para posicionar a unidade 640 e uma posição precisa no alojamento 9. Quando instalado, o chassi 622 entra em contato com o alojamento 9 em seis pontos da seguinte forma: Três superfícies de contato convexas 648 fazem, cada uma, um ponto de contato com a superfície plana 650, a superfície de contato convexa 652 faz dois pontos de contato com o sulco em V 654 e a superfície de contato convexa 656 faz ponto de contato com a superfície plana 658. Quando for aplicada a força de assentamento 644 em uma direção que cria uma força de reação do alojamento 9 na direção da unidade 640 em todos os seis pontos de contato, a unidade 240 é mantida em todos os seis graus de liberdade em relação ao alojamento 9. A força de assentamento 644 está direcionada aproximadamente através do meio do grupo de pontos de contato a fim de produzir forças de reação aproximadamente iguais em cada ponto. A força de assentamento 644 é projetada para ser suficiente para manter o contato em todos os seis pontos enquanto a unidade 1 é usada, por exemplo, a força 644 precisa ser suficiente para resistir às cargas inertes na unidade 640 criadas enquanto a unidade 1 é movida ao redor do usuário. A força de assentamento 644 é criada pelo batente elástico 636 que é compactado uma quantidade selecionada contra a superfície de contato 646 da unidade 240 quando a porta 634 estiver fechada e o fecho 638 estiver engatado.

[000203] O sensor de referência 8 está ligado com fio à placa de circuito 626. A placa de circuito 626 converte sinais do sensor de referência 8 em sinais digitais que são, então, enviados para o console de sistema de navegação através da tomada 628, do plugue 630 e do cabo 660. As leituras de sensor do sensor de referência 8 podem ser mais confiáveis quando transmitidas como sinais digitais, ao invés de serem enviadas como sinais de sensor original, ao longo do comprimento do cabo 660 em condutores que percorrem ao lado dos condutores de fonte de alimentação para o gerador de campo 7 incluído no cabo 660. Entretanto, em algumas modalidades, a fiação do sensor de referência 8 pode conectar ao conector de docagem 628 e continuar para o console 600 através da tomada 630 e condutores protegidos no cabo 660, eliminando assim a necessidade da placa 626 na unidade 640. O acelerômetro 62 e o gerador de campo 7 são ligados com fio à tomada conectora de ancoragem 628 e, por sua vez, se comunica com o sistema de navegação através do plugue 630 e do cabo 660. O cabo de gerador de campo 73 (visível na Figura 8b) está ligado com fio à tomada 628. O dispositivo de memória 620 que é uma parte do gerador de campo 7 também é mostrado e se comunica com o sistema de navegação através do cabo 73.

[000204] Um exemplo de um gerador de campo adequado 7 é um Gerador de Campo Compacto Aurora™ e um exemplo de uma placa de circuito de interface de sensor adequada 626 é o número de peça 7000420, ambos disponíveis junto à Northern Digital Inc, Waterloo, Ontario, Canadá. Um exemplo de uma distância adequada 642 é cinco milímetros. O chassi 622, os parafusos 624, a porta 634 e o fecho 638 podem ser, todos, produzidos de um material leve, rígido, não ferromagnético e de baixa condutividade elétrica, por exemplo, PEEK ou titânio. A vedação 632 e o batente elástico 636 podem ser produzidos a partir de um elastômero tolerante à alta temperatura, por exemplo, silicone. Para um outro exemplo, o batente elástico 636 pode ser uma mola. Os componentes remanescentes que compreendem a unidade 640 podem ser selecionados e projetados para minimizar a massa de materiais ferromagnéticos e condutivos incluídos.

[000205] Em algumas modalidades, uma pluralidade de sensores de referência pode ser usada em vários locais na frente do gerador de campo 7 e a várias distâncias aproximadamente iguais ou maiores que a distância 642. Em algumas modalidades, o acelerômetro 62 pode ser integrado à placa de circuito 626. Um indivíduo de habilidade comum na técnica reconhecerá que muitas disposições mecânicas alternativas podem ser usadas para confinar e vedar a unidade 640 dentro do alojamento 9 após instalação e para aplicar força de assentamento 644, e que muitas disposições mecânicas alternativas podem ser usadas para reter a unidade 640 em uma posição precisa dentro do alojamento 9. Por exemplo, uma garra rosqueada, sobre a garra central, ou um mecanismo de came pode ser usado. Para um outro exemplo, a unidade 644 pode ser alternativamente isolada em uma bolsa de isolamento estéril passível de vedação antes da instalação no alojamento 9, caso no qual os pinos de contato da tomada 628 perfuram a bolsa de isolamento mediante instalação. Em algumas modalidades, por exemplo, onde a operação em um campo estéril não é necessária ou quando uma bolsa de isolamento é usada conforme descrito acima, a vedação 632 e/ou a porta 634 pode não ser necessária e uma ampla variedade de disposições de preensão alternativas pode ser usada para reter a unidade 640 na posição. Um indivíduo de habilidade comum na técnica reconhecerá que a unidade 640 é mostrada como uma disposição exemplificadora que incorpora um gerador de campo existente e disponível e que todos ou parte dos componentes da unidade 640 pode estar integrada à estrutura de um gerador de campo sob medida para formar uma única unidade.

[000206] A Figura 9 é um traço de amostra 57 da broca que percorre ao longo de uma trajetória de perfuração em função do tempo. Referindo-se também à Figura 7, um recurso da unidade 1 que tem o eixo geométrico de broca 5 e um ponto de ponta de ferramenta 98 sobre o eixo geométrico 5 em uma posição fixa em relação ao gerador de campo 7 é que o movimento do ponto de ponta 98 em relação ao sensor 10 (e, assim, qualquer estrutura em uma posição conhecida em relação ao sensor 10), pode ser anotado e analisado. Em várias modalidades, os dados podem ser processados e usados vantajosamente para avisar o usuário sobre o percurso de ferramenta, o desempenho de ferramenta, para otimizar os parâmetros relacionados ao percurso de ferramenta como velocidade de corte e taxa de alimentação, para alertar o usuário sobre condições possivelmente inseguras ou danosas como afundamento rápido da ferramenta, e para iniciar ou avisar sobre ações corretivas como a interrupção de um motor de ferramenta.

[000207] Em algumas modalidades, esses dados podem ser usados em conjunto com outros parâmetros anotados como uma situação da ferramenta (por exemplo, se o motor de ferramenta está ligado ou desligado), consumo de potência de ferramenta, torque de ferramenta, vibração, velocidade de motor de ferramenta, modo de operação de ferramenta (por exemplo, rotação de broca no sentido horário, no sentido anti-horário ou oscilante), e similares, em que alguns destes podem ser detectáveis com o uso do sensor de referência 8 e do sensor 10 e alguns podem exigir adicionalmente um enlace de monitoramento de dados da ferramenta para o sistema de navegação. Certas situações da ferramenta podem ser determinadas com o uso do sistema de navegação processando-se os dados do sensor 10. Em modalidades que incluem um sensor de referência como o sensor de referência 8, certas situações da ferramenta podem ser determinadas com o uso do sistema de navegação processando-se os dados do sensor de referência conforme descrito mais detalhadamente na Figura 28, em conjunto com ou ao invés dos dados do sensor 10.

[000208] Além de ser capaz de monitorar o comprimento do orifício perfurado (conforme descrito abaixo), o conhecimento sobre a relação entre a distância e o tempo pode ser usado em conjunto com outras informações captadas a fim de otimizar o processo de perfuração. Por exemplo, se for desejado progredir a uma taxa desejada (por exemplo, para evitar necrose óssea devido ao aquecimento excessivo), a taxa de corte atual pode ser estimada aplicando-se qualquer um dos muitos designs de filtro conhecidos para a estimativa do derivado de um sinal de posição (por exemplo, um diferenciador de diferença finita, um diferenciador em combinação com um filtro passa baixo, ou um design estimador de design). A taxa de corte estimada atual pode ser, então, comparada a uma taxa de corte desejada e um sinal fornecido ao usuário (por exemplo, um indicador visual na tela com setas ou números, um indicador auditivo com o uso de variações na altura do som ou barulho, ou um indicador tátil que usa vibração ou pressão para indicar a magnitude da diferença). De modo similar, visto que o afundamento pode ser detectado por um aumento repentino na velocidade de ferramenta na direção de perfuração, tal evento pode ser usado, em certas modalidades que podem incluir um enlace de comunicação de controle com a ferramenta, para reduzir ou desligar a potência para a broca a fim de evitar dano inadvertido às estruturas subjacentes ou até gerar alguma outra indicação (por exemplo, visual, auditiva ou tátil) para alertar o usuário sobre esse evento. Por exemplo, em particular, em uma modalidade conforme descrito em outro local nessa descrição na qual a unidade de navegação 1 é alimentada da bateria de broca, uma conexão de controle com a broca pode ser incluída.

[000209] Na modalidade exemplificadora, os dados anotados são tempo em função da distância percorrida pela unidade 1 em relação ao sensor 10 ao longo do eixo geométrico de broca 5 enquanto a coaxialidade do eixo geométrico de broca 5 e do orifício 38 está dentro de limites predeterminados e o motor de broca está ligado, onde a broca tem um motor elétrico e a situação do motor de broca pode ser determinada com o uso de dados do sensor de referência 8 conforme descrito na Figura 28. Essas condições indicam que é provável que o usuário perfure ao longo da trajetória de perfuração alvo. Os dados de tempo em função da distância são usados para estimar o comprimento de um orifício perfurado que atravessa um osso de modo que o comprimento de parafuso de travamento correto possa ser determinado rapidamente.

[000210] Um exemplo de tais dados é mostrado no traço de tempo em função da distância 57. Durante a perfuração através de um fêmur ou outro osso longo, por exemplo, foi observado que podem haver vários pontos e regiões características no traço 57 que podem ser reconhecidas analisando-se os dados de local e tempo da ponta de broca em relação ao sensor, incluindo ponto de entrada 59 que indica onde a ponta de broca entra no osso no início da perfuração e o ponto de saída 61 onde a ponta de broca sai do osso que é a profundidade estimada da perfuração 63 que pode ser relatada ao usuário. Ambos os pontos têm a característica de um período de avanço lento ao longo da trajetória de perfuração enquanto a broca corta através do osso cortical antes ou depois do ponto, seguido de um aumento repentino na velocidade de avanço enquanto a ponta da broca sai do córtex, e podem ser, portanto, detectados automaticamente pesquisando-se o traço 57 para áreas que se situam dentro de uma faixa predeterminada de parâmetros de movimento.

[000211] Vasculhando o traço 57 mais detalhadamente, durante a fase de pré-perfuração do alvo inicial (antes que a perfuração ativa comece), provavelmente haverá uma fase de posicionamento onde a ponta de broca pode avançar e recuar, bem como ser ajustada paralela à superfície de osso, antes do assentamento. Quando esse movimento assenta a ponta de broca sendo estática e próxima ao eixo geométrico, com o ângulo de broca provavelmente variando e o motor de broca provavelmente desligado, o traço 57 é plano na região 336. A região 337 de progresso relativamente estacionário ao longo do eixo geométrico alvo, combinado ao ângulo de broca próximo ao alinhamento (e, opcionalmente, detecção de uma situação de motor ligado), indica a taxa de perfuração através do córtex próximo. Após imergir através do córtex adjacente conforme indicado por um aumento repentino na velocidade na região 338, há uma região de progresso de velocidade maior através do tecido ósseo esponjoso e do orifício de haste na região 339. O progresso retarda novamente na região 340 da taxa de alimentação de broca através do osso cortical. Finalmente, a taxa provavelmente aumentará novamente de modo repentino na região 341 após a qual o usuário deveria interromper o avanço da broca na região plana 342. O início da região 337 de coeficiente angular estacionário dentro de uma faixa de taxas de alimentação de broca esperadas indica o ponto de entrada 59 e, de modo similar, o final da região 340 indica o ponto de saída 61. O ponto de entrada 59 pode ser reconhecido após uma pequena quantidade de progresso da região 336 conforme mostrado. Um indivíduo de habilidade comum na técnica reconhecerá que diferentes aplicações produzirão diferentes traços característicos 57, e que vários limiares, faixas e fatores de estimativa podem precisar ser determinados por experimentação para vários materiais, ferramentas, tipos de ferramenta de corte, e similares a fim de detectar ou estimar as regiões e pontos desejados do traço 57.

[000212] A Figura 9a mostra um fluxograma de um método de estimativa de profundidade de perfuração e de detecção de percurso de broca. Na etapa 592, uma fase de posicionamento é detectada reconhecendo-se o ponto de broca como próximo ao eixo geométrico alvo, mas não progredindo ao longo do mesmo. Na etapa 593, uma fase de perfuração é detectada pelo início do progresso ao longo do eixo geométrico alvo dentro de uma zona de tolerância de alinhamento, opcionalmente acoplada a um estado ligado de motor de broca. Na etapa 594, a taxa de progresso ao longo do eixo geométrico é monitorada e comparada a limiares selecionados, e relatada ao usuário na etapa 595. Um rápido aumento na taxa que excede os limiares selecionados é detectado na etapa 596 e alertas e ações relacionados podem ser aplicados na etapa 597.

[000213] Um outro aspecto da invenção fornece uma ferramenta que compreende uma unidade de interface de usuário. Por exemplo, a ferramenta pode compreender uma broca e a unidade de interface pode compreender um visor sensível ao toque. A unidade de interface de usuário pode ser montada ou montável diretamente na ferramenta e também pode ser removível da ferramenta. Em outras modalidades, a unidade de interface de usuário é montada ou montável em uma fixação para a ferramenta e pode ser também removível da fixação. Em outras modalidades, a unidade de interface de usuário é ajustável em relação à ferramenta de modo que o usuário possa mover a unidade de interface para uma posição adequada quando a orientação de ferramenta for alterada. Por exemplo, a unidade de interface de usuário pode ser uma tela de exibição visual fixada através de uma junta giratória a uma broca. Para um outro exemplo, a unidade de interface de usuário pode ser uma tela de exibição visual fixada através de uma junta giratória a um mandril de broca, que, por sua vez, fixa-se a uma broca.

[000214] Em outras modalidades, a unidade de interface de usuário pode detectar a direção de gravidade e ajustar a orientação de uma imagem mostrada na unidade em uma relação predeterminada à gravidade. Em outras modalidades, a unidade de interface de usuário pode detectar a orientação relativa da unidade a uma direção de referência definida por um sistema de navegação e ajustar a orientação de uma imagem mostrada na unidade em uma relação predeterminada à direção de referência. Por exemplo, a unidade de interface de usuário pode compreender uma tela de exibição visual e um acelerômetro, que, em algumas modalidades, pode se comunicar com um segundo acelerômetro fixado a um gerador de campo ou um sensor de um sistema de navegação.

[000215] Cada recurso de uma ferramenta que compreende uma interface de usuário e visor descrito acima pode ser vantajoso individualmente ou em combinação com alguns ou todos dentre os outros recursos descritos. Outras modalidades dentro do escopo da invenção podem incluir um subconjunto dos recursos vantajosos descritos acima, e descritos mais detalhadamente em modalidades exemplificadoras abaixo.

[000216] A Figura 10 mostra a unidade de navegação 1 incluindo a unidade de interface de usuário 6 é mostrada montada na broca 3. Um recurso da unidade de interface de usuário 6 é que está integrada à unidade 1, e, por sua vez, a broca 3, quando a unidade 1 está fixada à broca 3, de modo que o visor e a interface de usuário funcionem, sejam facilmente acessíveis para o usuário de broca durante o uso e a atenção do usuário pode permanecer direcionada para a área de trabalho da unidade 1 e/ou a broca 3 durante o uso. Em várias modalidades, essa integração pode ser fornecida por disposições mecânicas como tornando a unidade 6 uma parte integrante da unidade 1 ou por um bráquete, fecho, mecanismo de encaixe por pressão, ou encaixe por atrito. Na modalidade exemplificadora mostrada, a unidade 6 é montada na unidade 1 através de um anel giratório 13, do pilar 49 e de elementos anexos mostrados detalhadamente na Figura 13 e na Figura 14.

[000217] Um outro recurso da unidade de interface de usuário 6 é que a mesma pode ser fixada e separada conforme a necessidade do usuário durante o uso manualmente e sem o uso de ferramentas separadas. Em várias modalidades, a unidade 6 pode ser integrada modo separável à unidade 1 com o uso de várias disposições mecânicas como fechos manualmente operados, mecanismos de encaixe por pressão, conexões rosqueadas, mecanismos de retenção, fechos ou juntas de liberação rápida estilo quarto de volta, e similares. Na modalidade exemplificadora mostrada, a unidade 6 se fixa modo removível à unidade 1 através do pilar 49, do gancho 69 e de elementos anexos mostrados detalhadamente na Figura 14.

[000218] Um outro recurso da unidade de interface de usuário 6 integrado à unidade de navegação 1 é que a unidade de interface de usuário 6 pode ser ajustável em várias posições e orientações em relação ao restante da unidade 1 e, por sua vez, a broca 3, de modo que o usuário possa selecionar uma posição de observação e acesso adequada da unidade de interface de usuário 6 enquanto a unidade 1 e/ou broca 3 são movidas para diferentes posições e orientações. Em várias modalidades, a integração da unidade 6 pode ser tornada ajustável através do uso de várias disposições mecânicas como bráquetes ou braços ajustáveis, mecanismos de ligação, mecanismos de encaixe deslizante, juntas giratórias, juntas esféricas, e similares. Na modalidade exemplificadora mostrada, a unidade 6 é ajustável em relação à unidade 1 através de duas juntas giratórias separadas que incorporam o anel giratório 13, o pilar 49 e elementos anexos conforme mostrado detalhadamente na Figura 13 e na Figura 14.

[000219] Um outro recurso da unidade de interface de usuário 6 é que a mesma permanece em sua posição atual durante uso normal até ajuste subsequente para uma nova posição, sem exigir que o usuário destrave, trave, remova, substitua, aperte, afrouxe, use uma ferramenta adicional, ou tome uma atitude além de mover a unidade de interface de usuário 6 para a posição desejada. Em várias modalidades, esse elemento pode ser fornecido por disposições de ligação com molas e/ou juntas de atrito, mecanismos de retenção e similares. Na modalidade exemplificadora mostrada, a unidade 6 mantém a posição selecionada em relação à unidade 1 através de mecanismos de retenção incluindo êmbolos de bola 71 e 27 e elementos anexos mostrados detalhadamente nas Figuras 14, 15 e 16.

[000220] Um outro recurso da unidade de interface de usuário 6 é que a mesma pode ter faixas predeterminadas de adaptabilidade em relação à unidade 1 que evita que o usuário mova a unidade 6 para várias posições desvantajosas, por exemplo, posições onde a unidade 6 pode interferir na função e desempenho do gerador de campo 7 ou broca 3. Em várias modalidades, esse elemento pode ser fornecido por várias disposições de enlace ou interrupção mecânicas. Na modalidade exemplificadora mostrada, a rotação da unidade 6 ao redor de um eixo geométrico de ajuste é limitada pela saliência 31 e sulco 33 mostrados detalhadamente na Figura 15 e na Figura 16.

[000221] Para modalidades nas quais a unidade 6 inclui um visor visual e a unidade 6 está integrada a uma ferramenta que pode ser usada em várias posições em relação a um alvo, é vantajoso determinar a direção da gravidade em tempo real de modo que a imagem mostrada pela unidade 6 possa ser orientada de maneira selecionada em relação à gravidade Independentemente da orientação da ferramenta. Os dados de orientação podem ser fornecidos através da incorporação de um acelerômetro à unidade 6.

[000222] É vantajoso para modalidades nas quais a orientação do gerador de campo pode mudar durante o uso (por exemplo, quando o gerador de campo está integrado a uma ferramenta que pode ser usada em várias posições) determinar a orientação da unidade 6 em relação ao gerador de campo de modo que a imagem mostrada pela unidade 6 possa ser orientada de maneira selecionada em relação ao gerador de campo ou, por sua vez, em relação a qualquer sensor que tem um local conhecido em relação ao gerador de campo. Os dados de orientação relativa podem ser fornecidos por sensores que geram um sinal indicativo da orientação da unidade de interface de usuário em relação ao gerador de campo, como sensores de proximidade, contatos elétricos, codificadores ópticos, e similares. Alternativamente, os dados de orientação relativa podem ser fornecidos através da incorporação de acelerômetros na unidade 6 e em um local fixo em relação ao gerador de campo 7, produzindo sinais indicativos da direção da gravidade, e comparando as duas direções de gravidade a fim de determinar a orientação relativa.

[000223] Agora observando a modalidade exemplificadora mais detalhadamente, a unidade de navegação 1 tem um eixo geométrico 5. A unidade de interface de usuário 6 compreende um visor sensível ao toque eletrônico em um alojamento, e pode incluir adicionalmente dispositivos de interface de usuário como botões, chaves, touchpads, e similares que podem ser operados através de uma bolsa de isolamento ou penso cirúrgico. A unidade de navegação 1 compreende o alojamento 9, o anel giratório 13 sobre o qual a unidade de interface de usuário 6 é montada, e o retentor 15. Na modalidade mostrada, o gerador de campo 7 está incluído na unidade de navegação cirúrgica 1. Um indivíduo de habilidade comum na técnica reconhecerá que outras modalidades possíveis que não incluem o gerador de campo 7 ou outros componentes de sistema de navegação, em que as informações alvo mostradas na unidade de interface de usuário 6 são obtidas por métodos que não exigem um gerador de campo, como rastreamento óptico. A unidade de interface de usuário 6 é mostrada ajustada em uma posição adequada para um usuário destro que perfura com a broca 3 vertical, apontando para frente e na direção oposta ao corpo do usuário.

[000224] Em relação à Figura 10a, a unidade de interface de usuário 6 é mostrada ajustada da posição mostrada na Figura 10 em aproximadamente cento e oitenta graus ao redor do eixo geométrico de broca 5 na direção 19 e inclinada na direção 17 ao redor do eixo geométrico 18, a fim de obter uma posição observável do visor 6 para um usuário canhoto que perfura com a broca 3 vertical, apontando para frente e na direção oposta ao corpo do usuário.

[000225] Em relação à Figura 11, de acordo com uma modalidade da invenção, a unidade de navegação 1 é montada na broca 3 com a superfície de tela posicionada para perfuração com a broca 3 voltada para uma posição horizontal e apontando para frente do corpo do usuário. A partir da posição mostrada na Figura 10a, a unidade de interface de usuário 6 foi girada em sentido anti-horário, na direção 19 ao redor do eixo geométrico 5 aproximadamente noventa graus, e pode ser ajustada na direção 17 ao redor do eixo geométrico 18 para um ângulo de observação adequado.

[000226] Em relação à Figura 11a, se o usuário precisa segurar a broca 3 na orientação horizontal oposta àquela mostrada na Figura 11, a unidade de interface de usuário 6 pode ser girada ao redor do eixo geométrico 18 na direção 17 para um ângulo de observação adequado.

[000227] Referindo-se às Figuras 10, 10a, 11 e 11a, a adaptabilidade da posição da unidade de interface de usuário 6 em relação à broca 3 permite que o usuário mantenha uma linha límpida de observação ao longo do eixo geométrico de broca 5 em relação à área perfurada em uma variedade posições de perfuração.

[000228] Em relação à Figura 12, de acordo com uma modalidade da invenção, a unidade de interface de usuário 6 é montada na broca 3 e ajustada para uma posição adequada para perfuração com a broca 3 voltada para uma posição horizontal e apontando para o lado esquerdo do usuário. A partir da posição mostrada na Figura 11a, a unidade de interface de usuário 6 foi girada aproximadamente noventa graus na direção 17, e quarenta e cinco graus na direção 19. Referindo-se também à Figura 12a, podem ser realizados ajustes opostos a fim de obter uma posição e ângulo de exibição adequados 6 quando a broca 3 é usada em uma posição horizontal e apontando para o lado direito do usuário.

[000229] Referindo-se às Figuras 10 a 12a, o versado na técnica reconhecerá que vários graus de liberdade e faixas de adaptabilidade da unidade de interface de usuário 6 em relação à unidade de navegação 1 podem ser selecionados dependendo da faixa de posições de perfuração esperadas na aplicação particular e as posições admissíveis desejadas da unidade 6. Por exemplo, em certas modalidades, a adaptabilidade na direção 17 ou na direção 19 pode não ser necessária. Para um outro exemplo, pode ser vantajoso impedir que a unidade 6 seja posicionada na região diretamente entre o gerador de campo 7 e a broca 3 devido à folga necessária para a operação da broca 3 e/ou limitar os efeitos de distorção de medição da unidade 6. Para um outro exemplo, pode ser vantajoso impedir que a unidade 6 seja girada para uma posição onde a tela de exibição fica voltado distalmente na direção da extremidade da ponta da broca 2. Certas outras modalidades podem exigir graus de liberdade adicionais.

[000230] Em relação à Figura 13, de acordo com uma modalidade da invenção, uma vista explodida da unidade de navegação 1 é mostrada ilustrando um exemplo de uma estrutura que permite dois graus de liberdade entre a unidade 6 e o mandril 4, um sendo a rotação ao redor do eixo geométrico de broca 5 e o outro sendo a rotação ao redor de um eixo geométrico da unidade 6 que é perpendicular e faz interseção com o eixo geométrico 5. O alojamento 9 tem uma superfície cilíndrica externa 21. O alojamento 9 é fixo ao mandril de broca 4 consulte a Figura 8) que, por sua vez, está montado na broca 3. O anel giratório 13 desliza sobre a superfície cilíndrica 21. O retentor 15 tem pinos 23 (não mostrado, consulte a Figura 14) estendendo-se radialmente para dentro e desliza sobre a superfície cilíndrica 21 de modo que os pinos 23 engatem nas fendas 25 no alojamento 9, e, quando completamente engatados, o retentor 15 é fixo ao alojamento 9 em uma posição que empurra os êmbolos de bola 27 (não mostrado, consulte a Figura 14) do anel giratório 13 contra a face 29 do alojamento 9. O anel giratório 13 pode girar, então, ao redor da superfície cilíndrica 21 e do eixo geométrico 5. A disposição permite desmontagem rápida e fácil do retentor 15 e do anel giratório 13, sem exigir ferramentas, para limpeza e esterilização. A broca 3, o gerador de campo 7 e a tampa 24 (observados na Figura 8) não são mostrados para maior clareza. O anel giratório 13 inclui também o pilar 49 e o colar 50, ao qual a unidade de interface de usuário 6 está fixada modo removível conforme descrito abaixo.

[000231] Em relação às Figuras 14, 15 e 16, de acordo com uma modalidade da invenção, uma seção através do eixo geométrico de broca 5 é mostrada com a unidade de navegação 1 montada e a unidade de interface de usuário 6 no lugar. O mandril 4 é fixo dentro do alojamento 9 conforme descrito na Figura 8. O alojamento 9 tem, também, três sensores de proximidade 47 (visível na Figura 16) instalados de modo nivelado à face 29 e a fiação 48 conduzida dos sensores de proximidade 47 até o console de sistema de navegação. O anel giratório 13 inclui três êmbolos de bola 27 (um mostrado, todos os três visíveis na Figura 15) e três magnetos permanentes 28 (visível na Figura 15). O retentor 15 tem pinos 23 que engatam nas fendas no alojamento 9 para travar o retentor 15 na posição em relação ao alojamento 9, de modo que o êmbolo de bola 27 instalado no anel giratório 13 gire ao longo da face 29 enquanto o anel giratório 13 é girado pelo usuário ao redor do eixo geométrico 5. A face 29 tem sulcos radiais 45 espaçados em intervalos de modo que o êmbolo de bola 27 engate em um sulco 45 em intervalos selecionados da rotação do anel 13. A junta removível entre a unidade de interface de usuário 6 e o pilar 49 do anel giratório 13 também é mostrada. A unidade de interface de usuário 6 compreende o alojamento 34, a tela sensível ao toque eletrônica 65, o gancho 69 que gira no alojamento 34 no pino 35 e é tracionado por mola em uma direção em sentido anti-horário, e o êmbolo de bola 71 que engata o divot 41, que é um de um conjunto de doze divots circunferencialmente espaçados ao redor da superfície cilíndrica externa do pilar 49 em intervalos de trinta graus. Para instalar a unidade de interface de usuário 6 sobre a unidade de montagem 2, o usuário desliza a unidade de interface de usuário 6 sobre o pilar 49 até que o ganho 37 engate na parte em forma de ombro 42 do pilar 49 com um som de 'click' audível. Enquanto a unidade de interface de usuário 6 é girada ao redor do pilar 49, o êmbolo de bola 39 engata em um divot 41 e interrompe com um som de 'click' audível. A unidade de interface de usuário 6 permanece naquela posição até que seja girada pelo usuário em trinta graus e o êmbolo de bola 39 engate no próximo divot 41. O colar 50 é um encaixe folgado sobre o pilar 49 e o sulco circunferencial 52 no colar 50 engata no êmbolo de bola 56 no pilar 49 com um encaixe folgado, de modo que o colar 50 seja livre para girar ao redor do pilar 49 mas não deslize para fora do pilar 49 exceto se puxado pelo usuário para limpeza e esterilização. O colar 50 permite que a unidade de interface de usuário 6 seja confinada em um penso plástico estéril 58 antes da instalação sobre o pilar 49, permitindo que a unidade de interface de usuário 6 seja usada no campo estéril sem ter que ser esterilizada. O penso 58 é produzido a partir de material plástico límpido delgado que é perfurado enquanto o usuário desliza a unidade de interface de usuário 6 sobre o pilar 49, e quando a unidade de interface de usuário 6 está na posição conforme mostrado, a borda do orifício perfurado resultante no penso 58 é compactada entre o alojamento 34 e o colar 50 evitando assim que o usuário tenha contato direto com qualquer superfície da unidade de interface de usuário 6. Enquanto a unidade de interface de usuário 6 é girada sobre o pilar 49, o colar 50 está livre para girar com o alojamento 34 evitando assim a torção ou rasgamento do penso 58. A tela sensível ao toque eletrônica 65 é uma unidade de tela sensível ao toque que compreende uma fonte de alimentação de bateria, um computador e um dispositivo de comunicação sem fio 20 para receber e transmitir informações para o sistema de navegação. Uma tela de exibição eletrônica adequada é uma unidade de Dispositivo Móvel Embutido EMX-270 da Compulab™ (Haifa, IL, EUA). O dispositivo de comunicação sem fio 20 elimina a necessidade de uma conexão ligada com fio entre a unidade de interface de usuário 6 e o console de sistema de navegação, (ou, referindo-se também à Figura 7, ao gerador de campo 7 e, então, sobre o sistema de navegação através do cabo 73) que é importante devido aos graus de liberdade entre a unidade de interface de usuário 1, o gerador de campo 7 e o console de sistema de navegação situado fora do campo cirúrgico estéril.

[000232] Referindo-se à Figura 15, uma seção através do mandril 4 e do alojamento 9 tomada da Figura 14 e observando de maneira proximal no anel de retenção 13 é mostrada. O anel giratório 13 tem três êmbolos de bola 27 e três magnetos permanentes 28 instalados em intervalos de quarenta e cinco graus, com magnetos ligados no lugar. O anel giratório 13 tem, também, o sulco 33 no qual a saliência 31 do alojamento 9 encaixa com um encaixe folgado.

[000233] Referindo-se à Figura 16, uma seção através do mandril 4 e do alojamento 9 tomada da Figura 14 e observando distalmente na face 29 do alojamento 9 é mostrada. A face 29 tem sulcos radiais 45 uniformemente espaçados em intervalos de quarenta e cinco graus ao redor do eixo geométrico 5 (não mostrado, visível na Figura 14), de modo que o anel giratório 13 (não mostrado, visível nas Figuras 13 e 14) interrompe com um 'click' audível em cada intervalo em sua trajetória e permanece naquela posição até que seja movido pelo usuário para a próxima posição de intervalo de quarenta e cinco graus. O alojamento 9 tem, também, a saliência 31 que encaixa no sulco 33 do anel giratório 13 consulte a Figura 15), e sensores de proximidade 47 ligados no lugar nivelados à face 29 e situados em intervalos de quarenta e cinco graus conforme mostrado.

[000234] Referindo-se às Figuras 15 e 16 juntamente, o sulco 33 e a saliência 31 limitam a rotação do anel giratório 13 a cento e oitenta graus, e, em combinação com os sulcos radiais 45, definem cinco posições rotacionais possíveis do anel 13 em relação a uma porção de garra 9. A cada intervalo de quarenta e cinco graus na rotação do anel giratório 13, pelo menos um dos três magnetos 28 está alinhado a pelo menos um dos três sensores de proximidade 47, e, em cada uma das cinco posições de intervalo de quarenta e cinco graus possíveis do anel giratório 13 em relação ao alojamento 9, uma combinação exclusiva dos sensores de proximidade 47 percebe a presença de um magneto 28. Referindo-se à Figura 14, através da fiação 48 até o console de sistema de navegação, a combinação exclusiva de sensores de proximidade ativados é enviada como um sinal para o sistema de navegação a fim de indicar a posição da unidade de interface de usuário 6 em relação ao alojamento 9, e permitindo que a orientação da imagem na tela sensível ao toque 65 seja girada conforme desejado.

[000235] Referindo-se à Figura 16a, uma modalidade da invenção sem sensores de proximidade 47, magnetos 28 e fiação 48 é mostrada em uma seção transversal através da unidade de navegação 1, similar à Figura 14. Nessa modalidade, a tela sensível ao toque eletrônica 65 inclui adicionalmente a unidade de acelerômetro 60 que capta a direção de gravidade em relação à unidade de interface de usuário 6 e comunica essas informações para a tela sensível ao toque 65, e, por sua vez, para o sistema de navegação através do dispositivo de comunicação sem fio 20. O gerador de campo 7 inclui um acelerômetro embutido 62 que gera um sinal indicativo da direção de gravidade que é enviado para o sistema de navegação através do cabo de gerador de campo 73. Comparando-se os vetores de direção de gravidade dos acelerômetros 60 e 62, a orientação relativa da unidade de interface de usuário 6 para o gerador de campo 7 pode ser determinada e a imagem mostrada na unidade 6 pode ser alinhada em relação a um sensor selecionado rastreado pelo sistema de navegação. Em uma outra modalidade da invenção, por exemplo, para aplicações nas quais a orientação do sensor alvo é conhecida em relação à gravidade ou nas quais o alinhamento da imagem mostrada na unidade 6 em relação à gravidade é suficiente, o acelerômetro 62 não é necessário, o acelerômetro 60 é usado sozinho (no lugar dos sensores de proximidade 47, dos magnetos 28 e da fiação 48), e a imagem na tela sensível ao toque 65 é alinhada à direção de gravidade com o uso do sinal do acelerômetro 60.

[000236] Com referência às Figuras 17 e 17a, em uma outra modalidade, uma pluralidade de telas de exibição é montada na broca em locais selecionados, eliminando a necessidade de graus de liberdade entre a unidade de interface de usuário 6 e o alojamento 9. A tela de exibição auxiliar 74 é alimentada e abastecida com sinais da tela sensível ao toque 65 através da fiação 75 (mas pode ser, alternativamente, similar à tela sensível ao toque 65 que tem um dispositivo de comunicação sem fio, bateria interna e um acelerômetro, e pode ter um tamanho ou formato diferente). A posição de perfuração horizontal mostrada na Figura 17 é detectada pelo acelerômetro 60 (observado na Figura 16a), e a tela auxiliar 74 que está visível para o usuário na configuração de perfuração é ativada e a imagem na tela 74 é ajustada para a orientação adequada e movida na direção 76 a fim de otimizar a visibilidade. Quando a broca 3 é operada na posição mostrada na Figura 17a, com base nos sinais do acelerômetro 60 (observado na Figura 16a), a imagem na tela 74 é girada cento e oitenta graus em relação à tela 74 e também é movida na direção 78 a fim de otimizar a visibilidade para o usuário.

[000237] Um outro aspecto da invenção fornece uma interface de usuário que indica a relação de uma ferramenta com um alvo e também indica os limites de tolerância do alinhamento da ferramenta em relação ao alvo. Por exemplo, a interface pode compreender uma tela de exibição mostrando um ícone de broca que representa uma broca em relação a um gráfico de um orifício alvo, e pode compreender também indicadores de coaxialidade da broca em relação ao orifício dentro de parâmetros específicos.

[000238] Em algumas modalidades, a interface de usuário pode indicar ao usuário onde a ferramenta está em tempo real em relação ao alvo. A indicação pode ter várias formas dependendo da tarefa alvo particular, por exemplo, a tarefa poderia ser alinhar dois planos para serem coplanares, alinhar uma ponta de ferramenta a um ponto sem indicar o ângulo da ferramenta, ou alinhar um eixo geométrico de ferramenta para ser coaxial a um eixo geométrico alvo conforme descrito na modalidade exemplificadora. A representação da ferramenta e do alvo também pode ser realizada de várias formas, por exemplo, o alvo pode ser mostrado em um local fixo na tela de exibição com a representação da ferramenta movendo no visor, ou vice versa, ou a indicação pode ser um híbrido no qual a representação de ferramenta move no visor na translação, mas o alvo move na tela na rotação, ou vice versa. Foi observado que os usuários obtêm sucesso no alvejamento na modalidade de alinhamento de broca exemplificadora quando um ícone de broca se move na translação e na rotação na tela de exibição enquanto o alvo permanece em uma posição fixa na tela. Também foi observado que muitos usuários compreendem a interface de modo satisfatório quando a broca é representada por um ícone gráfico que se assemelha a um mandril e ponta da broca.

[000239] Em algumas modalidades, a interface pode ajustar automaticamente o campo de visão e a ampliação com base em condições detectadas do alinhamento. Isso permite a otimização de parâmetros de visão sem entrada adicional do usuário, como uma exigência de se pressionar um comando de ampliação ou afastamento ou ter um diálogo de seleção separado para especificar um alvo a ser aproximado, e similares. Por exemplo, em uma modalidade, o visor mostra um campo de visão amplo que mostra todos os alvos potenciais e, então, alinha-se a isso e se aproxima em um eixo geométrico alvo particular quando o usuário estiver dentro de limites selecionados de alinhamento ao alvo particular por um período de tempo contínuo mínimo, a fim de permitir ajuste preciso do alinhamento. De modo similar, a modalidade é concluída quando o usuário recua em relação a um alvo particular e se afasta para uma visão global para permitir que o usuário localize e selecione um alvo diferente. Diferentes parâmetros e limiares podem ser aplicados para ampliação e afastamento.

[000240] Em algumas modalidades, a indicação de um parâmetro de alinhamento dentro da tolerância pode apenas ser dado se outros parâmetros selecionados também estiverem dentro da tolerância. Por exemplo, observou-se de modo mais satisfatório que a resposta de usuário para a interface durante alinhamento angular aceitável de um eixo geométrico de broca em relação a um eixo geométrico de orifício alvo é apenas indicado em momentos quando a ponta de broca está simultaneamente dentro de uma distância aceitável do eixo geométrico alvo. Também foi observado que a técnica preferencial de muitos usuários é alinhar a ponta de broca dentro da faixa de tolerância aceitável, estabelecer um ponto de pivô no material sendo perfurado se possível e, então, girar a broca na faixa de tolerância angular aceitável.

[000241] Em algumas outras modalidades, o limite de tolerância para um parâmetro de alinhamento pode depender de pelo menos um outro parâmetro. Foram observados resultados de alvejamento com muitos usuários quando os limites de alvejamento da posição e do ângulo estão relacionados entre si ao invés de serem tratados separadamente. Por exemplo, se um ponto de ponta de ferramenta estiver situado a uma certa distância de um eixo geométrico alvo que está dentro da tolerância à distância específica, e o ângulo entre o eixo geométrico de ferramenta e o eixo geométrico alvo também estiver dentro de uma magnitude específica de tolerância ao ângulo, a direção do erro angular pode levar o ponto de ponta mais próximo ou mais distante do eixo geométrico alvo enquanto a ferramenta avança ao longo do eixo geométrico de ferramenta. Portanto, pode ser uma vantagem restringir a diferença angular aceitável àquelas magnitudes e direções que mantêm o ponto de ponta dentro de sua tolerância à distância, ou levar o ponto de ponta a uma região alvo em um ponto específico ao longo do eixo geométrico alvo enquanto a ferramenta avança. Também pode ser uma vantagem selecionar uma região do eixo geométrico alvo onde a distância da ponta de ferramenta para o eixo geométrico alvo é mais importante, por exemplo, na entrada de um orifício alvo, e projetar a trajetória de ferramenta atual para essa região a fim de calcular o parâmetro de distância de alinhamento ao invés de calcular a distância até o eixo geométrico alvo no local de ponto de ponta de ferramenta atual. Esse método torna o limite de tolerância angular uma função de quão longe a ponta de ferramenta está da região alvo crítica; quanto mais distante, mas próximo o ângulo precisa ser retido para mirar no alvo. Por exemplo, o alinhamento entre um eixo geométrico de broca e um eixo geométrico alvo pode ter uma magnitude de tolerância ao ângulo e uma tolerância à distância da ponta de broca para o eixo geométrico alvo, em que a tolerância ao ângulo é reduzida para certas direções dependendo do local da ponta de broca de modo que o eixo geométrico de broca projetado atravesse uma zona de tolerância selecionada. Em uma modalidade, um parâmetro de alinhamento posicional pode ser a distância normal de uma ponta de broca para um eixo geométrico alvo e um parâmetro de alinhamento angular pode ser a distância normal do eixo geométrico alvo para o ponto de interseção do eixo geométrico de broca projetado e um plano selecionado próximo ao orifício alvo.

[000242] Em uma outra modalidade, um parâmetro de alinhamento posicional pode ser a distância perpendicular normal do eixo geométrico alvo para o ponto de interseção do eixo geométrico de broca projetado e um primeiro plano selecionado próximo ao orifício alvo, e um parâmetro de alinhamento angular pode ser a distância normal do eixo geométrico alvo para o ponto de interseção do eixo geométrico de broca projetado e um segundo plano selecionado próximo ao orifício alvo, em que o primeiro e o segundo planos definem uma região do eixo geométrico alvo sobre a qual a tolerância à coaxialidade do eixo geométrico de broca para o eixo geométrico alvo é aplicada.

[000243] Cada elemento de uma interface de usuário visual descrita acima pode ser vantajoso individualmente ou em combinação com alguns ou todos dentre os outros recursos descritos. Outras modalidades dentro do escopo da invenção podem incluir um subconjunto dos recursos vantajosos descritos acima, e descritos mais detalhadamente em modalidades exemplificadoras abaixo.

[000244] A Figura 18 mostra a unidade de interface de usuário 6 durante alvejamento, com a broca se aproximando do alinhamento com um orifício de travamento. A unidade de interface de usuário 6 indica ao usuário onde a ferramenta está em tempo real em relação ao alvo. O ícone de broca 392 se move em translação e rotação na tela 390 enquanto o alvo e a haste 37 permanecem em uma posição fixa na tela 390.

[000245] O ícone de broca 392 compreende uma porção de punho 393 que conecta dois indicadores separados de alinhamento bem- sucedido dentro de uma zona de tolerância, em que um é o indicador de ponta 394 que indica a posição da extremidade da ponta da broca 2, e o outro é o indicador de alinhamento 396 que representa um ponto no eixo geométrico de broca 5 mais próximo à broca 3 e indica, dessa forma, a orientação do eixo geométrico de broca 5.

[000246] Referindo-se também à Figura 7, durante alvejamento, a tela de exibição 390 mostra uma representação gráfica 387 da haste 37 com o orifício 38 mostrado graficamente pelo gráfico de orifício 388 que compreende a borda de perímetro do orifício 38 e retículos que fazem interseção no centro do orifício 38. A Figura 18 mostra o visor ampliado e centralizado em um orifício alvo, em que o sistema de navegação detectou que a ponta de broca está dentro de uma distância selecionada do eixo geométrico de orifício continuamente por pelo menos uma quantidade selecionada de tempo decorrido, conforme descrito mais detalhadamente na Figura 18b. O indicador de ponta 394 é semitransparente em seu estado não ativado, de modo que o gráfico de haste 387 e o gráfico de orifício 388 sejam visíveis através do indicador de ponta 394 quando o indicador de ponta 394 estiver em seu estado não ativado. De modo similar, o indicador de alinhamento 396 também é semitransparente em seu estado não ativado, de modo que o indicador de ponta 394, a gráfico de haste 387 e o gráfico de orifício 388 sejam visíveis através do indicador de alinhamento 396 quando o indicador de alinhamento 396 estiver em seu estado não ativado. O ícone de broca 392 é semitransparente de modo que o indicador de ponta 394, o gráfico de haste 387 e o gráfico de orifício 388 sejam visíveis através do ícone de broca 392 o tempo todo. Por exemplo, na modalidade exemplificadora, o indicador de ponta 394 e o indicador de alinhamento 396 são produzidos em uma cor cinza semitransparente em seus estados não ativados, e se tornam verde opaco em seus estados ativados. Um indivíduo de habilidade comum na técnica reconhecerá que muitos formatos de gráfico alternativos podem ser usados e muitas outras diferenças entre os estados ativado e não ativado são possíveis como visível e invisível, preenchido e delineado, piscante e visor estacionário, formatos cambiantes ou padrão de preenchimento cambiante.

[000247] A Figura 18a mostra o visor de usuário 6 com a tela de exibição 390 durante alvejamento, com a broca dentro da tolerância ao alinhamento com o gráfico de orifício de travamento 388 do gráfico de haste 387. Nessa vista, a porção de punho 393 consulte a Figura 18) do ícone de broca 392 não é visível, e o indicador de ponta 394 e o indicador de alinhamento 396 e o indicador de profundidade 398 são todos mostrados em seus estados ativados. O visor 390 inclui o indicador de profundidade 398 que indica ao usuário que a extremidade da ponta da broca 2 como representado pelo indicador de ponta 394 se aproxima da superfície da haste 37, então o usuário tem uma indicação de quando a ponta da broca 2 está prestes a entrar no orifício de travamento 38. O indicador de profundidade 398 é ativo e aparece no visor 390 apenas quando o indicador de ponta 394 está situado dentro de uma faixa predeterminada de distâncias do plano através dos eixos geométricos Yh e Zh do sistema de coordenadas de orifício de travamento 136 (observado na Figura 7), e também dentro de uma distância normal mínima até o eixo geométrico Xh do sistema de coordenadas de orifício de travamento 136. Visto que o objetivo é apenas indicar o usuário aproximadamente quando esperar que a ponta de broca entre no orifício alvo, o indicador de profundidade 398 pode ser um indicador qualitativo e, como tal, tem três segmentos de gráfico estilo barra de preenchimento que são mostrados como progressivamente preenchidos para representar qualitativamente a aproximação da ponta da broca 2 em relação à haste 37. Alternativamente, o indicador de profundidade 398 pode ser uma vista lateral mostrando uma representação de tempo real da ponta de broca se aproximando do orifício alvo. Um indivíduo de habilidade comum na técnica reconhecerá que o indicador de profundidade 398 pode ser implantado de muitas formas diferentes com o uso de diferentes elementos gráficos, som, texto, informações quantitativas, ou uma combinação desses indicadores, e que o indicador de profundidade 398 pode ser ativo o tempo todo, ou ativado por parâmetros diferentes ou adicionais como o motor de broca detectado como estando ligado (referindo-se às Figuras 27 e 32).

[000248] A Figura 18b mostra um fluxograma de um método para o controle de campo de visão e parâmetros de ampliação do visor de interface de usuário. Na etapa 530, o modo de alvejamento está ativo, o que pode ocorrer quando os alvos são definidos e o sistema de navegação está rastreando a ferramenta em relação aos alvos. Inicialmente, uma visão global mostrando todos os alvos é mostrada na etapa 532, e um parâmetro de distância da ponta de broca para cada alvo é calculado, por exemplo, a distância normal para cada eixo geométrico de orifício alvo. O mínimo dessas distâncias é encontrado e comparado a um limiar selecionado Dclose na etapa 534, e, se a ferramenta estiver dentro da Dclose em relação a qualquer alvo, o estado de um temporizador Tclose é verificado na etapa 536. Se Tclose ainda não estiver operando, o mesmo é iniciado de zero na etapa 538 e o sistema volta para a etapa 532 permanecendo em uma visão global. Se o temporizador Tclose já estiver operando, significando que a ferramenta esteve próxima de um alvo particular em algum instante, o valor daquele tempo decorrido próximo ao alvo é verificado contra um limiar selecionado Tzoomin na etapa 540. Quando Tclose excede o limiar de ampliação, o temporizador Tclose é interrompido na etapa 552 e o sistema muda o visor para uma vista ampliada centralizada no alvo no qual a ferramenta está próxima pela quantidade contínua selecionada de tempo Tzoomin na etapa 542. Uma vez ampliado em um alvo particular, o sistema verifica se a distância de ferramenta para o alvo excede um limiar selecionado Dfar na etapa 544, e se a ferramenta foi movida para longe, o temporizador Tfar é verificado na etapa 546 e, se não estiver operando, iniciado em zero na etapa 548. Se o temporizador Tfar já estiver operando, significando que a ferramenta foi movida na direção contrária ao alvo atual em algum instante, o valor do tempo decorrido longe do alvo é verificado contra um limiar selecionado Tzoomout na etapa 550. Uma vez que Tfar excede o limiar de afastamento, o temporizador Tfar é interrompido na etapa 554 e o sistema retorna para a visão global na etapa 532.

[000249] Um indivíduo de habilidade comum na técnica reconhecerá que outros parâmetros, por exemplo, velocidade e aceleração da ferramenta na direção ou na direção contrária a um alvo, podem ser usados no lugar de ou além do tempo e distância. Por exemplo, um movimento característico da ferramenta como um movimento de agitação ou uma rápida inclinação em uma direção particular pode ser definido, detectado e usado para mudar parâmetros de vista.

[000250] Em relação à Figura 19, de acordo com uma modalidade da invenção, uma seção transversal através de um osso e implante com uma ponta da broca que se aproxima do alinhamento com um orifício de travamento no implante é mostrada ilustrar um método exemplificador de determinação quando a ferramenta alcançou um alinhamento aceitável com o alvo de acordo com limites selecionados. Um exemplo desse método é descrito detalhadamente da seguinte forma: A ponta de broca 2 tem uma ponta 402 e é mostrada atravessando a pele e tecidos moles subjacentes 400 com a ponta 402 em contato com o osso 401. O eixo geométrico de broca 5 coincide com a linha central longitudinal da ponta da broca 2. A ponta de broca 2 gira ao redor do eixo geométrico de broca 5 durante perfuração. O orifício de travamento 38 na haste 37 tem o eixo geométrico de orifício 404 que é colinear ao eixo geométrico Xh do sistema de coordenadas de orifício de travamento 136 (mostrado na Figura 7). O eixo geométrico de broca 5 é mostrado em ângulo de alinhamento 406 em relação à direção do eixo geométrico de orifício 404. O plano 408 atravessa os eixos geométricos Yh e Zh do sistema de coordenadas de orifício de travamento 136 (mostrado na Figura 7) e é, portanto, perpendicular ao eixo geométrico de orifício 404 e também atravessa o eixo geométrico longitudinal da haste 37. O eixo geométrico de broca 5 faz interseção com plano 408 no ponto de interseção 410. O ângulo 406 é calculado como o ângulo agudo entre o eixo geométrico de broca 5 e um vetor perpendicular ao plano 408 atravessando o ponto de interseção 410. Durante alvejamento, a posição da ponta de broca 402 e a posição e a orientação do eixo geométrico de broca 5 em relação ao sistema de coordenadas de orifício 136 é monitorada constantemente, por exemplo, a uma taxa de vinte a quarenta hertz, conforme descrito nas figuras anteriores. Portanto, durante alvejamento, a distância 412 da ponta de broca 402 perpendicular ao eixo geométrico de orifício 404 é calculada, a qualquer momento que o ângulo 406 não for igual a noventa graus, o ponto de interseção 410 e a distância 414 do ponto de interseção 410 perpendicular ao eixo geométrico de orifício 404 é calculada. Referindo-se também à Figura 18 e à Figura 18a, para indicar ao usuário quando o posicionamento e o alinhamento de uma ponta da broca 2 ao eixo geométrico de orifício 404 estão dentro de um limite predeterminado, o indicador de ponta 394 é comutado para seu estado ativado sempre que a distância 412 estiver dentro de um limite pré-selecionado, por exemplo, um milímetro. Então, para indicar que o alinhamento angular é adequado, o indicador de alinhamento 396 é comutado para seu estado ativado sempre que o indicador de ponta 394 estiver em seu estado ativado e, simultaneamente, que a distância 414 estiver dentro de um limite pré-selecionado. Observa-se que o local do plano 408 ao longo do eixo geométrico de orifício 404 pode ser selecionado para ser um ponto diferente da origem do sistema de coordenadas de orifício 136, por exemplo, o plano 408 pode estar situado próximo à superfície da haste 37 que está mais próxima à ponta de broca 402. Projetar o eixo geométrico de broca 5 para um ponto próximo ou dentro do orifício 38 enquanto também monitora a distância da ponta de broca 402 ao eixo geométrico de orifício 404 cria uma interação entre os limites de posição e de orientação que asseguram que o usuário não tem apenas a ponta de broca 402 dentro de uma distância aceitável do eixo geométrico de orifício 404, mas tem, também, a ponta da broca 2 orientada de modo que, para a posição atual da ponta de broca 402, a ponta da broca 2 seja orientada para uma trajetória que passa dentro de uma zona de tolerância pré-selecionada em relação ao centro do orifício 38. Esse método tem o efeito de redução do erro angular permissível enquanto a distância do plano 408 para a ponta de broca 402 é aumentada.

[000251] A Figura 19a mostra um fluxograma de um método de alvejamento e interface de usuário exemplificador descrito na Figura 19. Referindo-se também à Figura 19, na etapa 560, o modo de alvejamento é ativo, que pode ocorrer quando os alvos são definidos e o sistema de navegação rastreia a ferramenta em relação aos alvos. Na etapa 562, é calculado um parâmetro de distância Dtip como a distância perpendicular 412 da ponta de broca 402 até o eixo geométrico de broca 5. Na etapa 564, se a distância 412 for menor que um Dtipmax máximo selecionado, os sistemas ativam um indicador de posição como o indicador de ponta 394 na etapa 566. Se o parâmetro de distância estiver fora do limite selecionado, o indicador de ponta 394 e o indicador de ângulo 396 são desligados na etapa 576, se os mesmos estiverem ativos a partir de uma amostra de medição anterior. Na etapa 568, um parâmetro de alinhamento angular Dhole é calculado como a distância perpendicular 414 do ponto de interseção do eixo geométrico de broca 5 e o plano selecionado 408. Na etapa 570, a distância 414 é comparada a um limiar Dholemax e, se a distância 414 for maior que Dholemax, o indicador de ângulo 396 é desligado na etapa 578 se ainda estiver ativo a partir de uma amostra de medição anterior. Se a distância 414 for menor que Dholemax, o estado do indicador de ponta 394 é verificado na etapa 572 e, se o indicador de ponta 394 ainda for ativo, o indicador de ângulo 396 é ativado, e o alinhamento aceitável é indicado pelo indicador de ponta 394 e pelo indicador de ângulo 396 como simultaneamente ativado.

[000252] Em relação à Figura 20, de acordo com uma modalidade alternativa da invenção, uma seção transversal através de um osso e implante com uma ponta da broca se aproximando do alinhamento a um orifício de travamento no implante é mostrada ilustrar um método alternativo de determinação quando a ferramenta alcançou um alinhamento aceitável ao alvo de acordo com os limites selecionados. Em algumas aplicações, pode ser vantajoso definir um segmento do eixo geométrico alvo sobre o qual as tolerâncias ao alinhamento se aplicam, e especificar potencialmente diferentes limites de tolerância em cada extremidade do segmento. Por exemplo, uma tolerância angular permissível para um eixo que atravessa um orifício pode ser maior para um orifício pequeno do que para um orifício grande para uma dada folga radial entre o eixo e o orifício. Para um outro exemplo, no caso de um parafuso escareador, pode ser desejado especificar uma tolerância posicional justa no ponto sobre o eixo geométrico alvo no plano com a borda escareadora do orifício, de modo que o escareador se alinhe de modo satisfatório, enquanto pode ser permitido que a tolerância posicional na outra extremidade do orifício pode ser seja maior. Um exemplo desse método é descrito detalhadamente da seguinte forma: A haste 37, o orifício de travamento 38, a pele e o tecido mole 400, o osso 401, o eixo geométrico de orifício 404 e o plano 408 são mostrados e são definidos na Figura 14. O método de alvejamento alternativo mostrado difere da modalidade exemplificadora descrita na Figura 19 já que o plano proximal 450 é definido perpendicular ao eixo geométrico de orifício 404 a uma distância selecionada 452 ao longo do eixo geométrico de orifício 404 do plano 408, e o plano distal 454 é definido perpendicular ao eixo geométrico de orifício 404 a uma distância selecionada 456 ao longo do eixo geométrico de orifício 404 do plano 408, e o plano proximal 450 está mais próximo à ponta da broca 2 do que o plano distal 454. Durante alvejamento, a posição e a orientação do eixo geométrico de broca 5 em relação ao sistema de coordenadas de orifício 136 (mostrado na Figura 7) são monitoradas constantemente conforme descrito acima. Portanto, durante alvejamento em qualquer instante que o eixo geométrico de broca 5 não estiver perpendicular ao eixo geométrico de orifício 404, o ponto de interseção proximal 458 entre o eixo geométrico de broca 5 e o plano proximal 450 é definido e a distância proximal 460 é calculada como a distância perpendicular do ponto 458 ao eixo geométrico 404. De modo similar, o ponto de interseção distal 462 entre o eixo geométrico de broca 5 e o plano distal 454 é definido e a distância distal 464 é calculado como a distância perpendicular do ponto 462 ao eixo geométrico 404. Referindo-se também às Figuras 18 e 18a, para indicar ao usuário quando a posição e o alinhamento da ponta da broca 2 ao eixo geométrico de orifício 404 estão dentro do limite predeterminado, o indicador de ponta 394 é comutado para seu estado ativado sempre que a distância proximal 460 estiver dentro de um limite pré-selecionado. Então, para indicar que o alinhamento angular é adequado, o indicador de alinhamento 396 é comutado para seu estado ativado sempre que o indicador de ponta 394 estiver em seu estado ativado e, simultaneamente, que a distância distal 464 estiver dentro de um limite pré-selecionado. Esse método de alvejamento assegura que o eixo geométrico de orifício perfurado se assente dentro de uma zona de tolerância cilíndrica ou em formato de tronco ao redor do eixo geométrico de orifício 404, sobre apenas um segmento selecionado do eixo geométrico 404 conforme definido pela distância 452 e pela distância 456. Por exemplo, para um punho de parafuso cilíndrico que tem um diâmetro um milímetro menor que o diâmetro do orifício 38, o limite para a distância 460 e a distância 464 pode ser selecionado para ser menor que meio milímetro, e a distância de plano proximal 452 e a distância de plano distal 456 podem ser selecionadas para serem iguais ao raio da haste 37, conforme mostrado na Figura, assegurando assim que, se o parafuso estiver instalado coaxial ao eixo geométrico de broca 5, o punho de parafuso não irá sujar o orifício 38 (presumindo que os ângulos sejam pequenos). Alternativamente, diferentes limites podem ser aplicados à distância 460 e à distância 464, por exemplo, para acomodar um punho de parafuso afunilado enquanto maximiza os limites de tolerância.

[000253] A Figura 20a mostra um fluxograma de um método de alvejamento e interface de usuário exemplificador descrito na Figura 20. Referindo-se também à Figura 20, na etapa 560, o modo de alvejamento é ativo, o que pode ocorrer quando os alvos são definidos e o sistema de navegação rastreia a ferramenta em relação aos alvos. Na etapa 582, um parâmetro de distância D1 é calculado como a distância perpendicular do eixo geométrico de orifício 404 ao ponto de interseção do eixo geométrico de broca 5 e um plano proximal selecionado 450. Na etapa 584, se a distância D1 for menor que um D1max máximo selecionado, os sistemas ativam um indicador de posição como o indicador de ponta 394 na etapa 566. Se o parâmetro de distância D1 estiver fora do limite selecionado, o indicador de ponta 394 e o indicador de ângulo 396 são desligados na etapa 576, se os mesmos estiverem ativos a partir de uma amostra de medição anterior. Na etapa 586, um parâmetro de alinhamento angular D2 é calculado como a distância perpendicular do eixo geométrico de orifício 404 ao ponto de interseção do eixo geométrico de broca 5 e o plano distal selecionado 454. Na etapa 588, D2 é comparado a um limiar D2max e, se D2 for maior que D2max, o indicador de ângulo 396 é desligado na etapa 578 se ainda estiver ativo a partir de uma amostra de medição anterior. D2 está dentro do limite selecionado D2max, o estado do indicador de ponta 394 é verificado na etapa 590 e, se o indicador de ponta 394 ainda estiver ativo, o indicador de ângulo 396 é ativado, e o alinhamento aceitável é indicado pelo indicador de ponta 394 e pelo indicador de ângulo 396 como simultaneamente ativado.

[000254] Um outro aspecto da invenção fornece aparelho de nivelamento configurado para alinhar temporariamente uma ferramenta e o gerador de campo aos elementos alvo selecionados, permitindo assim que a invenção seja usada sem conhecimento anterior da relação entre um sensor e o elementos alvo de interesse. Por exemplo, algumas modalidades não exigem uma base de dados de dimensões de componente alvo e podem inferir informações de alvejamento de dados de nivelamento.

[000255] Os elementos alvo podem ser medidos diretamente em uma variedade formas diferentes, por exemplo, digitalizando-se as superfícies ou bordas do alvo ou alinhando temporariamente a ferramenta ao alvo e registrando a posição alvejada ideal da ferramenta. As medições de nivelamento podem também ter graus de liberdade selecionados, por exemplo, no nivelamento de um orifício como perfurado, o mesmo pode ser suficiente para medir apenas a linha central de orifício e, apesar da orientação ao redor ou do local ao longo da linha central, por exemplo, se é apenas importante que a ferramenta navegada se alinhe ao orifício.

[000256] Em outros casos, pode ser útil nivelar adicionalmente um ponto na linha central (por exemplo, para medir a proximidade de ferramenta em relação ao orifício) e/ou uma posição rotacional ao redor da linha central (por exemplo, para ser capaz de inferir o local de outros elementos em relação ao orifício em uma única medição de nivelamento).

[000257] Com relevância particular aos sistemas de navegação eletromagnéticos, o nivelamento é vantajosamente realizado com todos os componentes que podem afetar as medições de navegação presentes e no lugar visto que as mesmas são usadas durante alvejamento, e nas posições relativas que serão mais importantes durante alvejamento. O aparelho de nivelamento pode aproximar alternativamente os efeitos de quaisquer componentes que podem não estar presentes durante nivelamento.

[000258] Em algumas modalidades, o aparelho de nivelamento é uma ferramenta de nivelamento que pode ser montável diretamente na ferramenta, por exemplo, a ferramenta de nivelamento pode deslizar sobre uma porção de ponta da broca da ferramenta, e ser produzida a partir de materiais selecionados que não afetam o sistema de navegação.

[000259] Em algumas modalidades, o aparelho de nivelamento é uma ferramenta de nivelamento que substitui temporariamente parte da ferramenta e aproxima o efeito da parte substituída no sistema de navegação. Por exemplo, a ferramenta de nivelamento pode substituir uma ponta da broca e ter material, forma e massa similares à ponta da broca.

[000260] Em algumas modalidades, o aparelho de nivelamento é um elemento ou adaptação da ferramenta. Por exemplo, a ferramenta pode incluir uma parte em forma de ombro adaptada para encaixar-se ao elemento alvo a ser registrado e incorporado à estrutura da ferramenta. Para um outro exemplo, uma ponta da broca pode incluir uma série de partes em forma de ombro adaptadas para encaixar-se em uma faixa selecionada de elementos alvo.

[000261] Cada elemento de um aparelho de nivelamento descrito acima pode ser vantajoso individualmente ou em combinação com alguns ou todos dentre os outros elementos descritos. Outras modalidades dentro do escopo da invenção podem incluir um subconjunto dos elementos vantajosos descritos acima e em modalidades exemplificadoras.

[000262] Em relação à Figura 21, de acordo com uma modalidade da invenção, é mostrada uma vista explodida do aparelho similar à Figura 7 e ilustra adicionalmente um exemplo de uma ferramenta de nivelamento incluída para permitir medição direta dos orifícios alvo em relação ao sensor 10. A unidade de navegação 1 tem o coxim 46 e o mandril 4, a ponta da broca 2 que gira ao redor do eixo geométrico de broca 5, a broca 3 acoplada à unidade de navegação 1, a haste IM 37 que tem orifício de travamento distal 38, o sensor 10, o parafuso canulado 173 e a ferramenta de inserção 39 são mostrados, e inclui, também, a ferramenta de nivelamento 110 para alinhar temporariamente o eixo geométrico de broca 5 ao orifício 38 com o propósito de medir ou gravar diretamente a posição relativa da ferramenta de sensor 10 em relação ao orifício 38. A ferramenta de nivelamento 110 tem a parte estrutural 112 e a porção de ponta 114 e o eixo geométrico longitudinal 111.

[000263] Com referência à Figura 22, os componentes da Figura 21 são mostrados montados com a ferramenta de nivelamento 110 inserida no orifício de travamento distal 38 da haste 37, na posição para calibrar o sistema em relação ao orifício 38. A haste IM 37, a ferramenta de inserção 39, o parafuso canulado 173 e o sensor 10 são montados (conforme descrito acima na Figura 7) de modo que o sensor 10 seja mantido em um local predeterminado fixo em relação a um local alvo do objeto sendo perfurado, nessa modalidade, o orifício de travamento 38. A ferramenta de nivelamento 110 desliza para a ponta da broca 2 e fica em contiguidade contra o coxim de broca 46. A parte estrutural 112 da ferramenta de nivelamento 110 encaixa na ponta da broca 2 com um encaixe deslizante próximo (referindo-se também à Figura 24), fazendo com que o eixo geométrico longitudinal 111 da ferramenta de nivelamento 110 coincida com o eixo geométrico de broca 5. A porção de ponta 114 encaixa no orifício de travamento 38 com um encaixe de pressão de interferência. Dessa forma, quando montado para o nivelamento de orifício conforme mostrado, o orifício de travamento 38 e a ponta da broca 2 são coaxiais e seus eixos geométricos coincidem com o eixo geométrico de broca 5 que é fixo em relação à unidade de navegação 1, e o sensor 10 é fixo em todos os graus de liberdade exceto a rotação ao redor do eixo geométrico de broca 5 em relação à unidade de navegação 1. A distância 141 da unidade 1 para o sensor 10 conforme definido acima na Figura 7 é mostrada.

[000264] Em relação à Figura 23, uma seção através da ferramenta de nivelamento 110 tomada da Figura 21 é mostrada. A ferramenta de nivelamento 110 compreende a parte estrutural 112 e a porção de ponta 114 conectadas por roscas 115 de modo que a porção de ponta 114 possa ser substituída por uma porção de ponta alternativa que tem um diâmetro ou formato diferente. O eixo geométrico longitudinal 111 é comum para a porção de ponta 114 e para a parte estrutural 112. A parte estrutural 112 tem o orifício 116 ao longo do eixo geométrico 111. O orifício 116 tem o diâmetro 118 selecionado para ser um encaixe deslizante próximo sobre o punho da ponta da broca 2 (observado na Figura 21) de modo que a ferramenta de nivelamento 110 possa ser deslizada sobre e para fora da ponta da broca 2 manualmente com um encaixe por atrito, e a flexão da ponta da broca 2 e a folga entre a ponta da broca 2 e a ferramenta de nivelamento 110 é minimizada quando a ferramenta de nivelamento 110 é instalada sobre a ponta da broca 2 conforme mostrado na Figura 24. Também referindo-se à Figura 24, a ferramenta de nivelamento 110 tem o comprimento 113 uma quantidade selecionada maior que o comprimento da ponta da broca 2 estendendo- se distalmente do coxim de broca 46 de modo que, quando montada para calibrar um orifício de travamento (conforme mostrado na Figura 22), a ponta distal da ponta da broca 2 seja posicionada aproximadamente na mesma posição em relação ao sensor 10 conforme estará durante a cirurgia enquanto a ponta da broca 2 entra no osso e se aproxima do orifício 38. Os materiais usados para a ferramenta de nivelamento 110 são idealmente não ferromagnéticos e, de preferência, de baixa condutividade elétrica, para minimizar os efeitos no sistema de navegação eletromagnético. A parte estrutural 112 pode ser produzida a partir de um material rígido e a porção de ponta 114 pode ser produzida a partir de um material com um módulo e faixa elástica suficientes para fornecer um encaixe por pressão adequado em um orifício que tem uma faixa selecionada de diâmetro. Por exemplo, a parte estrutural 112 pode ser produzida a partir de barra de acetal redonda que tem um diâmetro externo de 2,54 cm (uma polegada), e a porção de ponta 114 pode ser produzida a partir de aço inoxidável série 300. Muitos outros materiais podem ser adequados para ambas as partes, por exemplo, titânio, plásticos esterilizáveis de módulo alto como PEEK ou Ultem™.

[000265] Com referência à Figura 23a, uma seção através da porção de ponta 114 da ferramenta de nivelamento 110 é mostrada. Referindo- se às Figuras 23 23a juntamente, a porção de ponta 114 tem o orifício 121 ao longo do eixo geométrico 5 e quatro fendas 123 estendendo-se radialmente para fora do eixo geométrico 111, formando assim quatro segmentos flexíveis 120 todos tendo a mesma seção transversal e formato definido pelo diâmetro de orifício 122 e largura de fenda 124 e todos sendo distribuídos de maneira uniforme ao redor do eixo geométrico 111. O diâmetro de orifício 122 e a largura de fenda 124 são selecionados juntamente com as propriedades de material do material selecionado para a porção de ponta 114 de modo que os segmentos flexíveis 120 se flexionem dentro da faixa elástica de seu material de modo que o diâmetro livre 128 possa ser compactado até o diâmetro fixo de ponta 126 sem ruptura ou deformação permanente. Visto que os segmentos flexíveis 120 compactam radialmente para dentro de modo uniforme quando a porção de ponta 114 está em um furo cilíndrico que tem um diâmetro menor que o diâmetro livre 128, a porção de ponta 114 é centralizado dentro de qualquer furo cilíndrico dentro de uma faixa de diâmetro predeterminada entre o diâmetro fixo de ponta 126 e o diâmetro livre 128. Além do mais, os segmentos flexíveis 120 são projetados para se flexionarem dentro de uma subfaixa da faixa elástica do material de modo que a ferramenta de nivelamento 110 possa ser inserida e removida manualmente com u encaixe por pressão, fornecendo ainda resistência a forças que tendem a tornar o eixo geométrico 111 não colinear ao eixo geométrico cilíndrico do orifício 38 (observado na Figura 21). Um limite de não colinearidade adequado é um grau quando submetido a um momento em qualquer plano que atravessa o eixo geométrico 111 de até 5 N-m. Por exemplo, para um orifício de travamento que tem uma faixa de tolerância de 5,1 milímetros a 5,2 milímetros e uma porção de ponta 114 produzida a partir de aço inoxidável 303, valores adequados para o diâmetro de orifício 122, para a largura de fenda 124, para o diâmetro fixo de ponta 126 e para o diâmetro livre 128 são 2,8, 1,0, 4,9 e 5,3 milímetros, respectivamente. O versado na técnica reconhecerá que o aparelho mostrado nas Figuras 23 e 23a pode ser adaptado a vários formatos como orifício dotado de fendas por meio de design de detalhe adequado de fendas 124 e segmentos flexíveis 120.

[000266] Referindo-se à Figura 24, uma seção através da ferramenta de nivelamento 110 tomada da Figura 22 é mostrada, com a ferramenta de nivelamento 110 instalada. Referindo-se também à Figura 23, o eixo geométrico longitudinal 111 coincide com o eixo geométrico de broca 5 quando a ferramenta de nivelamento 110 é instalada sobre a ponta da broca 2. O escareador 117 tem o diâmetro 119, a profundidade 125 e o ângulo 127 selecionados para encaixar sobre a saliência 85 do coxim de broca 46, em que a saliência 85 tem comprimento 87 e diâmetro 119 e ângulo 127 compartilhados com o escareador 117. O comprimento 87 é menor que a profundidade 125. A saliência 85 e o escareador 117 fornecem assim, em conjunto, um batente positivo definindo a posição da ferramenta de nivelamento 110 ao longo do eixo geométrico 5 e a coaxialidade do eixo geométrico 111 em relação ao eixo geométrico 5.

[000267] Referindo-se à Figura 24a, uma seção através de uma primeira modalidade exemplificadora adicional de um aparelho de nivelamento é mostrada similar à Figura 24, mas a ferramenta de nivelamento 110 não é usada e, em vez disso, o coxim 46 inclui a saliência 85 adaptada conforme mostrado com o diâmetro 90 escolhido para encaixar o elemento alvo. A ponta de broca 2 e o eixo geométrico de broca 5 também são mostrados.

[000268] Referindo-se à Figura 24b, uma seção através de uma segunda modalidade exemplificadora adicional de um aparelho de nivelamento é mostrada, similar à Figura 24, mas a ferramenta de nivelamento 110 não é usada e, em vez disso, a ponta da broca 2 tem porções similares a ombro 92 e 94 adaptadas para encaixar os elementos alvo que têm diâmetros 90 e 96. O coxim 46 e o eixo geométrico de broca 5 também são mostrados.

[000269] Referindo-se à Figura 24c, uma seção através de uma terceira modalidade exemplificadora adicional de um aparelho de nivelamento é mostrada similar à Figura 24, mas a ferramenta de nivelamento 110 não é usada e, em vez disso, a ponta da broca 2 é removida e substituída pela ferramenta de nivelamento 100 que tem uma série de partes em forma de ombro 102, 104 e 106 que tem diâmetros selecionados para encaixar três elementos alvo diferentes. Nessa modalidade, o design e o material da ferramenta de nivelamento 100 são selecionados para terem efeitos similares sobre o rastreamento de posição eletromagnético como a ponta da broca 2. Referindo-se também à Figura 22, nessa modalidade, o diâmetro do elemento alvo pode ser determinado a partir de três diâmetros possíveis gravando-se a distância 141 ao longo do eixo geométrico de broca 5 a partir da unidade de navegação 1 até um sensor fixo em relação ao elemento alvo.

[000270] Referindo-se às Figuras 24d e 24e, uma quarta modalidade exemplificadora adicional de um aparelho de nivelamento é mostrada que é adequada para um orifício alvo que tem uma porção de seção revolvida que executa uma revolução completa ao redor do eixo geométrico de orifício em cada extremidade do orifício, por exemplo, uma extremidade afiada ou uma borda chanfrada de uma profundidade mínima. Essa modalidade tem a vantagem de ser adaptável a uma gama mais ampla de diâmetros de orifício alvo do que os exemplos anteriores. Na modalidade exemplificadora mostrada nas Figuras 24d e 24e, o orifício de travamento 38 tem um escareador de noventa graus que tem uma profundidade mínima em ambas as extremidades do orifício. A ferramenta de nivelamento de travamento 250 desliza sobre a ponta da broca 2 e inclui, adicionalmente, a superfície cônica 251, a superfície rosqueada 252 e a superfície cilíndrica 257, e a porca de trava 253 tem a superfície cônica 254 e o orifício rosqueado 255. Em uso, a ferramenta de nivelamento 250 é atravessada pelo orifício 38 e a porca de trava 253 é rosqueada na ferramenta de nivelamento 250 e apertada para criar uma força de assentamento ao longo da direção 256 que comprime as superfícies cônicas 251 e 254 contra as bordas escareadoras do orifício 38, tornando assim o eixo geométrico 5 coaxial ao orifício 38. Nessa modalidade, a superfície cilíndrica 257 da ferramenta de nivelamento 250 precisa apenas ser menor do que o diâmetro do orifício 38 e, portanto, a ferramenta de nivelamento de travamento 250 pode ser usada com uma faixa de diâmetros de orifício, e o usuário não tem que operar um encaixe por interferência conforme descrito em algumas outras modalidades exemplificadoras. O versado na técnica reconhecerá que uma variedade de disposições mecânicas pode ser usada no lugar da conexão rosqueada entre a porca de trava 253 e a ferramenta de nivelamento 250; qualquer mecanismo que pode manter as superfícies cônicas 251 e 254 coaxiais e que pode aplicar uma força de assentamento que atua para comprimir as superfícies cônicas 251 e 254 uma na direção da outra ao longo de um eixo geométrico comum 5 pode ser usado.

[000271] Referindo-se às Figuras 24f, 24g e 24h, uma quinta modalidade exemplificadora adicional de um aparelho de nivelamento é mostrada, na qual um grau adicional de liberdade é controlado. Além do eixo geométrico de broca temporariamente de fixação 5 coaxial ao orifício 38 como nas modalidades anteriormente descritas, a ferramenta de nivelamento 470 pode fixar adicionalmente a posição rotacional da unidade de navegação 1 em relação à haste 37 ao redor do eixo geométrico 5, fornecendo assim a definição de um plano através da linha central longitudinal de haste 40 e do eixo geométrico do orifício 38 em relação ao sistema de coordenadas de sensor 134 (observado na Figura 7) como informações de nivelamento adicionais. Essa restrição adicional pode ser alcançada em uma variedade formas dependendo da forma específica da haste 37 e do orifício 38, por exemplo, se referindo também à Figura 1a, se toda haste 37 em um conjunto de hastes IM 164 tem algum elemento geométrico comum, as ferramentas de nivelamento exemplificadoras descritas acima podem ser facilmente adaptadas para restringir a haste na rotação ao redor do eixo geométrico 5. Por exemplo, se o elemento geométrico comum tem pelo menos dois orifícios em grupo 189, a ferramenta de nivelamento poderia ter uma variedade de elementos estruturais adicionada para engatar ao segundo orifício e também ser adaptada conforme mostrado na Figura 24h para ter uma posição rotacional fixa em relação à unidade de navegação 1. Na modalidade exemplificadora mostrada, a haste 37 tem uma seção transversal constante com um envelope externo cilíndrico dentro de uma faixa de diâmetro selecionada na área do orifício 38. A linha central do orifício 38 é perpendicular e atravessa a linha central de haste 40, e o orifício 38 tem um escareador em cada extremidade. A ferramenta de nivelamento 470 inclui a parte estrutural 471 que tem a superfície multifacetada 476. O colar rosqueado 488 engata na porção de garra 478 e se apoia sobre a parte em forma de ombro 473 de modo que, quando apertado, a porção de garra 478 seja extraída na direção da superfície 476 na direção 486 e crie uma força de assentamento que mantém a haste 37 contra uma superfície 476. A superfície 476 tem pelo menos duas facetas planas no ângulo 490 simétricas em torno de um plano através do eixo geométrico 5 e da linha central de haste 40, portanto, quando a haste 37 é assentada contra a superfície 476 por uma força de assentamento na direção 486, a haste 37 é mantida em contato de linha com uma superfície 476 em duas linhas, ambas paralelas à linha central de haste 40 e que atravessam os pontos de contato 492 e 494, restringindo assim a haste 37 na rotação ao redor do eixo geométrico 5 em relação à ferramenta de nivelamento 470. A porção de garra 478 tem a superfície cônica 480 que tem um eixo geométrico de revolução coincidente com o eixo geométrico 5 e que engata no orifício 38, portanto, quando a haste 37 é compactada entre a superfície 476 e a superfície 480 por uma força de assentamento na direção 486, o orifício 38 é restrito a ser coaxial ao eixo geométrico 5. O êmbolo 472 tem a superfície cônica 474 que tem um eixo geométrico de revolução coincidente com o eixo geométrico 5 e a mola 482 que empurra o êmbolo 472 contra a haste 37, restringindo assim a rotação da haste 37 ao redor da linha central 40. O êmbolo 472 é impedido de deslizar para fora da parte estrutural 471 por um parafuso de regulagem 498 que engata na fenda 499 no êmbolo 472. A porção de garra 478 é impedida de deslizar para fora e de girar em relação à parte estrutural 471 pelo parafuso de regulagem 489 que engata na fenda 491 na parte estrutural 471. O colar rosqueado 488 é impedido de deslizar para fora da parte estrutural 471 pelo anel de encaixe por pressão 496. Desde que pelo menos um dos contatos de linha que atravessa o ponto 492 e o ponto 494 possa ser mantido e as superfícies cônicas 474 e 480 permaneçam assentadas nas bordas do orifício 38, a haste 37 é restringida em todos os seis graus de liberdade em relação à parte estrutural 471. O versado na técnica reconhecerá que podem haver outras disposições mecânicas que podem ser usadas para aplicar as restrições descritas acima, e que várias adaptações podem ser realizadas a fim de acomodar variações no formato da haste 37 e do orifício 38, por exemplo, para seções transversais não cilíndricas da haste 37, a superfície 476 pode ser modificada para ter facetas assimétricas, facetas não planas ou uma forma específica para corresponder à haste. De modo similar, a superfície 476 pode ser substituída por uma variedade de disposições retentoras mecânicas. Referindo-se à Figura 24h, a parte estrutural 471 tem o sulco com formato em V493, e o coxim 46 está adaptado para incluir a saliência convexa 495. O sulco 493 engata na saliência 495 e restringe a rotação da parte estrutural de ferramenta de nivelamento 471 ao redor do eixo geométrico 5 em relação à unidade 1 quando o usuário insere a unidade 1 e a ponta da broca 2 na ferramenta de nivelamento 470.

[000272] Referindo-se às ferramentas de nivelamento exemplificadoras descritas acima, um indivíduo de habilidade comum na técnica reconhecerá que o elemento alvo a ser registrado pode ter outras formas como um reentrância, ranhura, orifício cônico, ou orifício não cilíndrico, com adaptação correspondente do formato de ferramenta de nivelamento, e que uma variedade de disposições mecânicas pode ser usada para alinhar temporariamente a ferramenta de nivelamento ao elemento como retenção, aparafusamento, o uso de um eixo ou pinça de expansão, e similares.

[000273] Em relação à Figura 25, é mostrado uma plotagem de erro de medição versus rumo de gerador de campo típica 139 (referindo-se também às Figuras 7 e 7a) ao redor do eixo geométrico de broca 5 a distâncias selecionadas 141, com a unidade de navegação 1 e a ponta da broca 2 montadas em uma broca típica 3. Quando metais ferromagnéticos e/ou condutivos estão dentro ou próximo ao volume de medição do sistema de navegação, os campos magnéticos gerados pelo sistema de navegação podem ser distorcidos, fazendo com que as medições se tornem imprecisas. Esses efeitos podem ser exagerados com os geradores de campo como o gerador de campo 7 que são pequenos e leves o suficiente para serem montados diretamente em uma ferramenta portátil; os gerados de campo menores e mais leves têm, em geral, bobinas de acionamento menores e geram campos magnéticos mais fracos. Grandes massas de materiais ferromagnéticos e/ou condutivos, como aqueles encontrados em uma broca elétrica típica como a broca 3, podem distorcer as medições mesmos se os mesmos forem colocados próximos, mas não necessariamente dentro, ao volume de medição do sistema de navegação. Por exemplo, colocar uma placa de aço de massa suficiente atrás da unidade 1 irá distorcer o campo de medição o suficiente para ocasionar grandes erros ao longo do volume de medição na frente da unidade 1. Foi observado que, quando a broca 3 está posicionada logo atrás do gerador de campo 7 incluído na unidade 1, os erros de medição aumentam conforme o sensor medido é colocado mais próximo à unidade 1, conforme ilustrado na Figura 25. Portanto, para integrar as ferramentas, como a broca 3 e a ponta da broca ferromagnética 2 ao gerador de campo 7 e manter navegação suficientemente precisa para a aplicação, a detecção e a compensação pela distorção do campo magnético devido à presença de ferramentas são vantajosas. Na Figura 25, o eixo geométrico horizontal da plotar é o rumo 139. O eixo geométrico vertical da plotar mostra o desvio em milímetros da origem do sistema de coordenadas de sensor 134 do círculo nominal 142 conforme o gerador de campo 7 é girado ao redor do eixo geométrico de broca 5. A curva 146 mostra erros quando o círculo nominal 142 descrito pelo sensor 10 se assenta em um plano que faz interseção com o eixo geométrico Zw do sistema de coordenadas de gerador de campo 130 a uma distância 141 de cento e trinta milímetros. De modo similar, as curvas 148, 150 e 152 são geradas em valores de distância 141 de cento e dez, cem e oitenta milímetros, respectivamente. A Figura 25 ilustra que o erro de medição varia com o rumo 139 do gerador de campo 7 ao redor do eixo geométrico de broca 5 quando o eixo geométrico de broca 5 está alinhado ao eixo geométrico do orifício 38, e o erro de medição aumenta conforme o sensor 10 é colocado mais próximo ao gerador de campo 7 e a broca 3.

[000274] Um outro aspecto da invenção fornece um método de nivelamento para medir uma posição de elemento alvo em relação a um sensor. Em uma modalidade, o método compreende as etapas de fixar temporariamente um conjunto de gerador de campo e ferramenta ao elemento alvo do componente alvo em uma posição conhecida nos graus selecionados de liberdade, gravar a posição do sensor em relação ao gerador de campo, calcular a posição relativa do elemento em relação ao sensor e armazenar a posição relativa do elemento em relação ao sensor na memória do sistema de navegação. Por exemplo, em uma modalidade, o elemento alvo pode ser um orifício, a ferramenta e o gerador de campo podem ser uma broca, o eixo geométrico de broca e o eixo geométrico de orifício podem ser mantidos coaxiais durante o nivelamento e o orifício pode ser definido como um eixo geométrico alvo expressado no sistema de coordenadas do sensor e que representa um eixo geométrico alvo que é calculado a partir de uma média entre um número selecionado de medições de posição.

[000275] O método pode, adicionalmente, compreender uma etapa de produção de uma tabela de consulta de locais de orifício em inúmeros locais diferentes do sensor em relação à ferramenta e ao conjunto de gerador de campo. Por exemplo, em uma outra modalidade, a medição de nivelamento pode ser realizada conforme descrito acima, com os dados de nivelamento anotados conforme o usuário gira a conjunto de gerador de campo e ferramenta ao redor do eixo geométrico de ferramenta e de orifício comum. O local alvo em relação ao sensor pode ser, então, armazenado para uma seleção de diferentes posições rotacionais, e o local adequado referido durante alvejamento quando o conjunto de gerador de campo e ferramenta está em uma posição similar. Em uma outra modalidade, a tabela de consulta de posições alvo pode ser interpolada e/ou uma função contínua de posição alvo versus posição de gerador de campo pode ser criada.

[000276] Cada elemento de um método de nivelamento descrito acima pode ser vantajoso individualmente ou em combinação com alguns ou todos dentre os outros elementos descritos. Outras modalidades dentro do escopo da invenção podem incluir um subconjunto dos elementos vantajosos descritos acima e em modalidades exemplificadoras.

[000277] Em relação à Figura 26, de acordo com uma modalidade exemplificadora da invenção, um fluxograma do método de nivelamento e operação intraoperativa do sistema de navegação é mostrado, no qual a calibração de fábrica foi realizada e a tabela de consulta 143 é armazenada na memória de sistema. O método exemplificador ilustrado inclui, em geral, as etapas de nivelar os elementos alvo e determinar o local medido atual de um sensor e aplicar uma correção predeterminada ao local medido para estimar um local mais preciso. O método também pode incluir vantajosamente a definição de um subconjunto de locais de sensor fundamentais e a determinação de funções ou mapas corretivos para esses locais apenas.

[000278] Referindo-se também às Figuras 7a e 22, os erros de medição conforme mostrado na Figura 25 que são uma função do raio 144, do rumo 139 e da distância 141 são medidos na fabricação e a tabela de consulta 143 de valores de correção é armazenada em um dispositivo de memória embutido no gerador de campo 7. A tabela de consulta 143 inclui as correções para translações e rotações na transformada Tws do sistema de coordenadas de gerador de campo 130 para o sistema de coordenadas de sensor 134 que é medido pelo sistema de navegação durante alvejamento. Por exemplo, a unidade de navegação 1 com a ponta da broca 2 é fixada à broca 3 e montada em uma máquina de medição de coordenadas, que pode ser programada para mover uma haste 37 e o sensor 10 através de uma série de círculos nominais 142 (que têm limites conhecidos de exatidão e precisão), em planos perpendiculares ao eixo geométrico Zw do sistema de coordenadas de gerador de campo 130 e que têm uma faixa de raios 144, uma faixa de distâncias 141 e vários rumos 139. Uma faixa adequada de raios 144 tem de dez a noventa milímetros em incrementos de vinte milímetros, uma faixa adequada de distâncias 141 é de oitenta a cento e quarenta milímetros em incrementos de vinte milímetros, e um número adequado de rumos 139 é trinta e seis, distribuídos de maneira uniforme em incrementos de dez graus. Dessa forma, a tabela de consulta 143 é gerada de setecentos e vinte pares de Tws(nom) nominais e transformadas medidas (Tws(medida)), e contém setecentos e vinte transformadas corretivas Twscorr de modo que, para cada conjunto de parâmetros i de raio 144, o rumo 139 e a distância 141:Tws(nom)(i) = Tws(medida)(i)* T(corr)(i)

[000279] Para iniciar o procedimento de nivelamento, o sistema é montado conforme mostrado na Figura 22 incluindo a ponta da broca 2 instalada na unidade de navegação 1 e a ferramenta de nivelamento 110 é deslizada sobre a ponta da broca 2 e empurrada de maneira proximal até que fique em contiguidade com o coxim 46, e a haste selecionada 37 é montada na ferramenta de inserção 39 apertando-se o parafuso canulado 22. Na etapa 200, o usuário alimenta o sistema e, na etapa 202, a transformada Twd do sistema de coordenadas de gerador de campo 130 para o sistema de coordenadas de broca 132 (consulte a Figura 7) é recuperada da memória de sistema. Na etapa 203, o usuário seleciona o limbo direito ou o limbo esquerdo, e a aproximação anterógrada ou retrógrada, de modo que a orientação de imagem correta possa ser determinada. Na etapa 204, o usuário insere a haste selecionada sendo usada selecionando-se a mesma de uma lista pré-programada, ou um comando pular para ignorar a seleção de haste específica e usar um gráfico de haste genérica. Se o usuário seleciona uma haste da lista na etapa 204, o sistema avança para a etapa 208 na qual o usuário é aconselhado sobre a ferramenta de sensor de comprimento mais satisfatória 10 a ser usada. Em certos casos, pode haver adicionalmente ferramentas de sensor comprimento recomendadas para o uso com a haste selecionada e indicadas na etapa 208. Os sensores podem ser adicionalmente codificados por cor e a etapa 208 pode ter mensagens de informe gráfico e cor em adição a ou no lugar do texto. A etapa 208 também começa uma rotina de detecção de sensor 210 na qual o sistema de navegação verifica a fim de determinar se um sensor está plugado. Se o sistema não detectar um sensor, o processo regride para a etapa 208 e percorre pela etapa 208 e pela etapa 210 constantemente até que um sensor seja detectado.

[000280] Quando um sensor adequado é detectado, o sistema avança para a etapa 212 que solicita que o usuário comece a calibração de orifícios de travamento. Na modalidade exemplificadora, o critério para um sensor adequado é um sensor de funcionamento que retorna dados de posição e orientação completos. Em uma outra modalidade, a ferramenta de sensor 10 tem informações de identificação de sensor armazenadas em um dispositivo de memória que é lido pelo sistema de navegação, e o sistema avança para a etapa 212 apenas se o sensor for um dos tipos recomendados mostrados na etapa 208. Referindo-se novamente à etapa 204, se o usuário escolheu pular a especificação da haste particular sendo usada, então o sistema pula a etapa 208 alertando o usuário sobre qual sensor usar e avança diretamente para a etapa 210.

[000281] Na etapa 212, o usuário seleciona 'Iniciar Nivelamento' quando o sistema é montado conforme mostrado na Figura 22, que inicia o processo de medição de eixo geométrico de orifício de travamento da etapa 214. Na etapa 214 (referindo-se também às Figuras 7 e 7a), o sistema de coordenadas de orifício de travamento 136 é definido em relação ao quadro de coordenadas de sensor 134 calculando-se a transformada constante Tsh para o orifício de travamento atual da seguinte forma, com o eixo geométrico de broca 5 mantido coincidente com o eixo geométrico do orifício de travamento 38. O gerador de campo para a transformada de sensor Tws(medida) é anotado do sistema de navegação, e o rumo 139, a distância 141 e o raio 144 são calculados. Tws(medida) é, então, corrigida para Tws(corrigida) com o uso da tabela de consulta 143 recuperando-se a transformada corretiva T(corr) que corresponde ao rumo 139, ao raio 144 e à distância 141 na posição atual: Tws(corrigida) = Tws(medida)* T(corr)

[000282] Então Tsw, o inverso de Tws(corrigida), é calculada. A transformada Tsd do quadro de coordenadas de sensor 134 para o sistema de coordenadas de broca 132 é, então, calculada como: Tsd = Tsw*Twd, onde Twd é o gerador de campo constante para a transformada de broca recuperada na etapa 206. O eixo geométrico Zd do sistema de coordenadas de broca 132, que é colinear ao eixo geométrico de broca 5, pode ser, então, expressado como uma linhagem nas coordenadas do quadro de coordenadas de sensor 134 com o uso da transformada Tsd. O sistema de coordenadas de orifício de travamento 136 para o orifício de travamento atual pode ser, então, definido em relação ao quadro de coordenadas de sensor 134 conforme descrito acima na descrição detalhada da Figura 7 e expressado como a transformada Tsh. A exatidão é aumentada gravando-se inúmeras amostras de Tws(corrigida), calculando-se Tsh para cada amostra e tirando-se a média do grupo resultante de transformadas Tsh. Um número adequado de amostras de Tws(corrigida) é trinta. A transformada resultante Tsh(i) é armazenada como uma constante para o orifício atual i.

[000283] Após nivelamento de um orifício, o sistema regride para a etapa 212 e, quando pelo menos um orifício foi calibrado, o usuário pode selecionar 'Feito' para avançar o sistema para a etapa 216 na qual é determinado se o usuário selecionou uma haste específica sendo usada na etapa 204, ou elegeu pular a seleção de haste. Se um tipo de haste específico foi selecionado na etapa 204, o sistema avança para a etapa 218 e recupera o modelo de gráfico da haste selecionada da memória. Se apenas um orifício de travamento foi calibrado na etapa 212, o modelo de gráfico da haste específica está alinhado com o orifício calibrado e girado ao redor do eixo geométrico de orifício de modo que a linha central longitudinal de haste 40 (observado na Figura 7) coincida com a projeção do eixo geométrico de sensor Zs sobre o plano através dos eixos geométricos Yh e Zh, com a ponta distal da haste em um valor de Zs positivo. Se o modelo de gráfico de haste específico tiver mais de um orifício de travamento, o orifício que foi calibrado é determinado comparando-se a distância ao longo de Zs da origem do quadro de coordenadas de sensor 134 até a origem do sistema de coordenadas de orifício 136 (observado na Figura 7) aos valores esperados para a haste específica e os comprimentos de ferramenta de sensor recomendados da etapa 208. Se mais de um orifício de travamento foi calibrado na etapa 212, o sistema encaixa o modelo de gráfico aos eixos geométricos de orifício calibrado de modo que a divergência entre os eixos geométricos de orifício calibrado e os eixos geométricos de orifício de modelo de gráfico seja minimizada, e a divergência máxima entre os orifícios calibrados é relatada como dois parâmetros de divergência:• A diferença angular entre um eixo geométrico de orifício calibrado e o eixo geométrico de orifício de modelo de gráfico correspondente, e• A distância entre os pontos de interseção de um eixogeométrico de orifício calibrado e o eixo geométrico de orifício de modelo gráfico correspondente com um plano que passa através da linha central longitudinal do modelo gráfico da haste.

[000284] O versado na técnica reconhecerá que outros algoritmos de ajuste como quadrados mínimos ou outros métodos para ajustar pontos ou vetores selecionados nos quadros de orifício de travamento aos quadros de modelo podem alternativamente ser usados.

[000285] O sistema prossegue para a etapa 222 para determinar se os orifícios calibrados correspondem às posições de orifício nominais no modelo gráfico para a haste selecionada. Se os parâmetros de divergência forem maiores que os limites predeterminados, o sistema retorna o usuário para a etapa 212 para recalibrar os orifícios. Se todos os eixos geométricos de orifício calibrados forem coincidentes com os eixos geométricos nominais correspondentes no modelo gráfico dentro dos limites predeterminados dos parâmetros de divergência, o sistema prossegue para a etapa 224 para extrair a vista alvo e instruir o usuário para verificar o nivelamento através da confirmação de que o gráfico alvo mostra bom alinhamento com os orifícios corretos. Se o usuário aceitar o nivelamento, o sistema prossegue para a etapa 226 em que o sistema de navegação troca de modo de nivelamento para modo de alvejamento e começar a ler constantemente Tws. Se o nivelamento não estiver correto, o usuário rejeita o nivelamento e retorna para a etapa 212. Se o usuário tiver selecionado a configuração de haste errada na etapa 203 ou o tipo de haste na etapa 204, o mesmo pode ligar e desligar o sistema novamente para retornar para a etapa 203.

[000286] Em referência novamente à etapa 216, se o usuário tiver elegido não selecionar uma haste específica na etapa 204, então, o sistema prossegue para a etapa 220 em que um modelo de gráfico de haste genérico é extraído mostrando os orifícios calibrados em suas posições calibradas, um formato de haste típico em torno desses orifícios com uma ponta distal em um local de +Zs típico. Na etapa 220, se um único orifício fosse calibrado, o gráfico é alinhado de modo que o eixo geométrico longitudinal do modelo genérico de gráfico de haste seja coincidente com a projeção do sensor eixo geométrico Zs sobre o plano através dos eixos geométricos Yh e Zh, com a ponta distal da haste em um valor positivo ao longo do eixo geométrico Zs dos sistemas de coordenada de sensor 134 (observado na Figura 7). Se dois ou mais orifícios forem calibrados, o eixo geométrico longitudinal do modelo genérico de gráfico de haste é alinhado com a linha de melhor ajuste dos quadrados mínimos ao grupo dos eixos geométricos Zh dos sistemas de coordenada de orifício 136 de todos os orifícios calibrados (observado na Figura 7). O sistema pode, então, prosseguir para a etapa 224 e o nivelamento pode ser confirmado conforme descrito acima.

[000287] Na etapa 226 o conjunto de parâmetros da posição de sensor atual, o rumo 139, o raio 144 e a distância 141, é calculado e a transformada de correção correspondente T(corr) é recuperada da tabela de consulta 143. Um valor corrigido de Tws para a leitura atual é calculado por: Tws(corrigido) = Tws(medido)* T(correto) e o sistema prossegue para a etapa 228 para atualizar a exibição de alvejamento para o alinhamento final com o uso do valor corrigido.

[000288] Em relação à Figura 26a, de acordo com uma modalidade alternativa da invenção, um fluxograma de um método alternativo de calibração intraoperacional do sistema de navegação que gera uma tabela de consulta de valores de correção e registra um elemento alvo intraoperacionalmente é mostrado. O método alternativo ilustrado inclui em geral as etapas de registrar um elemento alvo, gravar um mapa de correção para um subconjunto de locais de sensor críticos, determinar as funções de correção, determinar local medido atual de um sensor e aplicar uma correção se disponível para local medido para estimar um local mais preciso. Referindo-se também à Figura 7, Figura 7a e Figura 22, o método alternativo é idêntico ao mostrado na Figura 26 exceto pelo fato de que a etapa 214 da Figura 26 é substituída pelas etapas de alternativas de medição de eixo geométrico de orifício 230, 234, 236, 238, e 240 e as tabelas de consulta resultantes 242 e 243 são usadas na etapa 246 para compensar as distorções de medição relacionadas à posição do gerador de campo 7 ao redor do eixo geométrico de broca 5 durante o alvejamento.

[000289] Em contraste à transformada de gravação Tws com a unidade de navegação 1 um rumo aleatoriamente selecionado 139 ao redor do eixo geométrico de broca 5 conforme descrito na etapa 214 da Figura 26, o usuário é, em vez disso, instruído a começar a girar a unidade de navegação 1 ao redor do eixo geométrico de broca 5 através de uma faixa de rumos 139 na direção positiva 140 ou na direção negativa oposta à direção 140, com o eixo geométrico de broca 5 mantido coincidente com o eixo geométrico do orifício de travamento 38 pela ferramenta de nivelamento 110. O usuário pode girar por todo o percurso em torno do eixo geométrico de broca 5 em cada direção ou para frente e para trás. Na etapa 230, a posição do sensor 10 em relação ao gerador de campo 7 (expressado como transformada Tws) é medida, o sensor para transformada de orifício Tsh é calculado (conforme descrito acima para Figura 26), o rumo 139 correspondente é calculado e o Tsh e o ângulo correspondente são armazenados na tabela de consulta 242. Também na etapa 230, a medição contínua de Tws e o cálculo de rumo 139 começam e a diferença entre o rumo medido atual 139 e o último valor anotado de rumo 139 na tabela de consulta 242 é calculada. Na etapa 234, a diferença entre o rumo medido atual 139 e o último rumo anotado na tabela de consulta 242 é comparada com um limite de movimento angular predeterminado. Se a diferença exceder o limite, o par de Tws e rumo 139 medido atual é anotado e armazenado na tabela de consulta 242. Na etapa 236, o número de entradas na tabela de consulta 242 é comparado com um número mínimo predeterminado de leituras. Na etapa 238 os rumos 139 na tabela de consulta 242 são classificados em ordem numérica e a diferença máxima entre os rumos ordenados consecutivos na tabela de consulta 242 é comparada com um vão angular máximo. A gravação continua até que tanto o número mínimo de leituras na tabela de consulta 242 quanto o vão angular máximo permissível entre rumos adjacentes tenham sido alcançados. Um limite de movimento angular adequado é 3,5 graus, um número adequado de leituras é duzentos e um vão angular máximo adequado é dois graus.

[000290] Na etapa 240, a tabela de consulta completa 242 é interpolada através do ajuste de um polinômio quadrático a dados de posição e quaterniôns a dados nos segmentos de tabela de consulta vizinhos ao ponto de interesse, para criar uma transição suave entre as transformadas Tsh nos rumos de gerador de campo adjacentes 139. Alternativamente, na etapa 240, uma função suave pode ser determinada através do ajuste de curva aos valores de Tsh anotados nas etapas 230 a 240, a função resultante que produz os valores de Tsh corrigidos como uma função de rumo 139. O sistema retorna para a etapa 212 dando ao usuário a opção de calibrar um segundo orifício de travamento e gerar uma tabela de consulta correspondente 243 para aquele orifício e, então, até que todos os orifícios desejados sejam calibrados e cada um tenha uma tabela de consulta associada. Após pelo menos um orifício ser calibrado, na etapa 212, o usuário pode prosseguir para as etapas 216 a 224 que são conforme descrito na Figura 26.

[000291] Na etapa 246, durante o rastreamento para alvejar um orifício de travamento, a posição do sensor 10 em relação ao gerador de campo 7 medido pelo sistema de navegação e expressado como a transformada Tws, e o rumo de gerador de campo atual 139 é calculado e o orifício calibrado atualmente mais próximo ao eixo geométrico de broca 5 é determinado. A tabela de consulta que corresponde ao orifício calibrado mais próximo é recuperada, o rumo na tabela de consulta mais próximo ao rumo atual é encontrado e a transformada correspondente Tsh é recuperada da tabela de consulta e usada para gerar a exibição da posição relativa entre o sistema de coordenadas de orifício de travamento 136 e o sistema de coordenadas de broca 132 na etapa 248, corrigindo assim erros de rastreamento que são uma função do rumo 139. A definição do eixo geométrico de broca 5 para a transformada Twd do sistema de coordenadas de gerador de campo 130 pode ser, então, verificada com o uso dos dados do procedimento de nivelamento de orifício descrito acima, através do ajuste de um plano através dos pontos de dados anotados da origem do sistema de coordenadas de sensor 134 conforme isso gira ao redor do eixo geométrico de broca 5 em relação ao sistema de coordenadas de gerador de campo 130, do ajuste de um círculo aos pontos de dados e da comparação do plano normal que passa através do centro do círculo para o eixo geométrico Zd do sistema de coordenadas de broca 132. A transformada Twd também pode ser otimizada através da descoberta do eixo geométrico Zd de sistema de coordenadas de broca 132 em relação ao sistema de coordenadas de sensor 134 em cada um dos pontos de dados anotados durante a rotação do gerador de campo 7 ao redor do eixo geométrico de broca 5 nas etapas 230 a 240 acima (com o uso do Twd atual e da transformada Tws anotada em cada ponto de dados), produzindo um grupo de eixos geométricos e da modificação de Twd até a variação nesse grupo de eixos geométricos ser minimizada. Por exemplo, um método de otimização como um método simplex Nelder-Mead pode ser usado para minimizar a faixa de ângulos encontrada entre cada eixo geométrico Zd e o eixo geométrico médio do grupo.

[000292] Um outro aspecto da invenção fornece métodos e aparelho para monitoramento das condições de medição que afetam os geradores de campo integrados às ferramentas. Em uma modalidade, a montagem de ferramenta e gerador de campo pode incluir um sensor de referência em uma posição fixa em relação ao gerador de campo, e o local do sensor de referência é constantemente monitorado pelo sistema de navegação e a leitura nominalmente constante da posição de sensor de referência pode ser analisada para variações não usuais que podem indicar a distorção de medição, interferência, ruído de sinal e similares.

[000293] Em algumas modalidades, o sensor de referência pode se autocalibrar mediante a inicialização do sistema de navegação, durante o uso e/ou mediante um comando expedido pelo usuário. Para calibrar o sensor de referência, o sistema pode ponderar várias leituras de sensor de referência em um tempo em que é improvável que a interferência não usual ou as condições de distorção estejam presentes. Por exemplo, a calibração do sensor de referência pode automaticamente ser executada durante a etapa de nivelamento descrita acima. Para um outro exemplo, o usuário pode ser instruído para operar um sensor de referência calibração com nenhuma condição de interferência conhecida presente.

[000294] Em algumas modalidades, o local do sensor de referência pode ser comparado com valores anteriores armazenados na memória do sistema para indicar um erro ou alteração de sistema possível nas características da montagem de ferramenta e gerador de campo. Por exemplo, mediante a inicialização do sistema, o último local calibrado conhecido do sensor de referência pode ser recuperado da memória e comparado com o valor atual e se a diferença for maior que um limiar selecionado, o usuário pode ser instruído a verificar as condições que causam interferência ou distorção, operar uma rotina de calibração de sensor de referência ou executar um procedimento de serviço.

[000295] Em algumas modalidades, os dados do sensor de referência também podem ser usados para ajudar a determinar certas situações de uma ferramenta, como motor ligado ou desligado, e certas condições de uso da ferramenta, como faixa de velocidade do motor e engatado ou não engatado com o alvo. Por exemplo, a ferramenta pode ter um motor elétrico e os dados de sensor de referência podem ser pesquisados por variação característica correspondente ao motor que opera ou não opera.

[000296] Um exemplo de um método de uso dos dados de sensor de referência para monitorar as condições de medição e modificar a função de sistema de navegação consequentemente pode compreender as etapas de comparar os parâmetros selecionados do desvio na posição e/ou orientação do sensor de referência para valores limítrofes predeterminados e, então, ativar as funções de aquecimento, modificar as características selecionadas do sistema de navegação e/ou modificar a filtração e o processamento de dados de navegação que incluem a exibição de informações de navegação para o usuário quando os parâmetros selecionados ou combinações dos parâmetros se enquadram em uma faixa de valores predeterminados ou excede os valores limítrofes. Os parâmetros podem incluir posição e orientação do sensor de referência ou seus derivados de tempo, ou qualquer outra função dos mesmos. As funções de aquecimento podem ser aviso visual na interface de usuário, suspensão de navegação, um alarme e similares. As características do sistema de navegação podem incluir parâmetros de filtração para dados de navegação suaves, por exemplo, aplicação de filtros selecionados quando um motor elétrico na ferramenta está operando.

[000297] Cada elemento de um método e aparelho para monitoramento das condições de medição descritas acima pode ser vantajoso individualmente ou em combinação com alguns ou todos dentre os outros elementos descritos. Outras modalidades dentro do escopo da invenção podem incluir um subconjunto dos recursos vantajosos descritos acima, e descritos mais detalhadamente em modalidades exemplificadoras abaixo.

[000298] Em relação à Figura 27, de acordo com uma modalidade da invenção e referindo-se também à Figura 7, uma plotagem de leituras do sensor de referência 8 é mostrada quando uma ferramenta ferromagnética é passada para dentro e para fora da faixa de medição do gerador de campo, criando um campo destorcido e ocasionando erro de medição. O eixo geométrico vertical 260 é o componente Zw da transformada Twr do sistema de coordenadas de gerador de campo 130 para referência ao sistema de coordenadas de sensor 137 em milímetros. O eixo geométrico horizontal 262 é número de leituras de Twr e a plotagem mostrada inclui trinta segundos de leituras consecutivas contínuas de Twr a uma taxa de quarenta hertz, a plotagem, portanto, mostra cerca mil a duzentas leituras. A curva 264 é o componente Zw de Twr quando uma ferramenta ferromagnética é passada para dentro e para fora da faixa de medição sete vezes durante a gravação de trinta segundos, produzido os picos de distorção 266.

[000299] Em relação à Figura 28, de acordo com uma modalidade da invenção e referindo-se também à Figura 7, uma plotagem é mostrada de leituras de sensor de referência 8 quando o motor elétrico da broca fixa 3 é iniciado e parado, criando campos magnéticos externos que afetam as medições de sistema de navegação. Foi observado que as brocas como a broca 3 podem produzir distorções de campo magnético quando o motor de broca está girando, que, por sua vez, ocasionam ruído de sinal de frequência que afeta os sistemas de navegação eletromagnéticos. O ruído de sinal pode fazer com que a exibição de alvejamento se torne instável e mostre movimento irreal do ícone de broca do gráfico 392 mostrado (Figures 18 e 18a) quando o motor de broca da broca 3 está operando. Esse comportamento exibição instável torna difícil que o usuário mantenha e alinhamento de verificação mediante a perfuração. Na Figura 28, o eixo geométrico vertical 270 é o componente Zw da transformada Twr do sistema de coordenadas de gerador de campo 130 para referência ao sistema de coordenadas de sensor 137. O eixo geométrico horizontal 272 é número de leituras de Twr e a plotagem mostrada inclui trinta segundos de leituras consecutivas contínuas de Twr a uma taxa de quarenta hertz, a plotagem, portanto, mostra cerca mil a duzentas leituras. A curva 274 é o componente Zw de Twr quando o motor da broca 3 é iniciado e parado oito vezes durante a gravação de trinta segundos, produzindo as distorções de medição 276 durante o tempo em que o motor de broca está operando.

[000300] Um outro aspecto da invenção fornece métodos e aparelho para filtração de dados de medição de geradores de campo integrados com ferramentas, que pode incluir detecção, exclusão, correção ou estimação de dados que são alterados por erros de interferência ou medição. Em uma modalidade, o método pode compreender as etapas de leitura da posição de sensor atual e dados de movimento, cálculo das características selecionadas dos dados por um período de tempo selecionado, comparação das características com valores limítrofes predeterminados, deleção dos dados atuais se as características excederem limiares selecionados e monitoramento da frequência de leituras de posição e orientação deletadas por um período de tempo selecionado que precede a leitura atual e se essa frequência exceder um limiar selecionado, exibição ao usuário de um aviso e exibição opcional uma estimativa da posição atual e da orientação calculadas a partir dos dados anteriores.

[000301] Em uma outra modalidade, um sensor de referência em um local fixo em relação ao gerador de campo é usado para fornecer uma medição correlacionada de ruído de interferência e usado para remover ruído de interferência em outros sensores. O cancelamento de ruído pode ser executado com uma técnica de cancelamento de ruído adaptativo linear, ou qualquer outro método de cancelamento que usa uma fonte de referência de ruído como entrada. Por exemplo, um filtro Kalman pode ser aplicado às leituras de sensor. Um indivíduo de habilidade comum na técnica reconhecerá que qualquer outro método adaptativo que usa as estatísticas do sinal de entrada para ajustar seu comportamento de filtro, como métodos de estimação bayesiana recorrente, também pode ser aplicado.

[000302] Cada elemento de um método e um aparelho para filtrar os dados de medição de geradores de campo integrados com as ferramentas descritas acima pode ser vantajoso individualmente ou em combinação com alguns ou todos dentre os outros elementos descritos. Outras modalidades dentro do escopo da invenção podem incluir um subconjunto dos recursos vantajosos descritos acima, e descritos mais detalhadamente em modalidades exemplificadoras abaixo.

[000303] Em relação à Figura 29, de acordo com uma modalidade da invenção, uma plotagem de erros de orientação versus rumo de gerador de campo é mostrada. Referindo-se também à Figura 7 e Figura 7a, a plotagem mostra dados retirados de uma rotação completa de unidade de navegação 1 e broca 3 ao redor do eixo geométrico de broca 5, com o motor de broca 3 desligado, e nenhuma interferência magnética substancial presente. O eixo geométrico vertical 290 é o erro angular em graus da transformada rastreada Tws do quadro de coordenada de gerador de campo 130 para o quadro de coordenada de sensor 134. O eixo geométrico horizontal 292 é o rumo 139 da unidade de navegação 1 e da broca 3 ao redor do eixo geométrico de broca 5. A curva 294 é o erro angular em varus-valgus, que é definido conforme a rotação em torno do eixo geométrico Yh do sistema de coordenadas de orifício de travamento 136. A curva 296 é o erro angular na versão, que é definido conforme a rotação em torno da linha central longitudinal 40 da haste 37. A curva 294 mostra uma função geralmente suave de erro na faixa de mais ou menos metade de um grau que está dentro das capacidades normais de sistemas de rastreamento eletromagnéticos típicos que têm um gerador de campo pequeno o bastante para ser montado em uma ferramenta de mão e um elemento de sensor pequeno o suficiente para a aplicação exemplificadora. A curva 296 mostra um padrão suave de erros de até dois graus na versão, que é esperado devido ao fato de que o erro de versão é a rotação em torno do eixo geométrico Zs do sistema de coordenadas de sensor 134, que é tipicamente dois a quatro vezes menos preciso que as medições de rotação em torno dos dois eixos Xs e Ys remanescentes. Isso é uma característica típica de sistemas de rastreamento eletromagnético e se deve à disposição física das bobinas de detecção dentro do sensor 10 que são restritas ao encaixe dentro de um raio pequeno em torno do eixo geométrico Zs a fim de fazer com que o sensor 10 seja pequeno o suficiente para encaixar dentro da canulação da haste 37 ao longo da linha central longitudinal 40. Entretanto, os resultados fora dos limites 298 do erro de versão que têm magnitudes de até erro de quatro graus foram observados e ocasionam inconsistências notáveis no rastreamento da exatidão em vários rumos 139 e podem levar substancialmente ao desalinhamento do eixo geométrico de broca 5 com o orifício de travamento 38 quando a exibição de alvejamento indica o alinhamento correto.

[000304] Em relação à Figura 30, de acordo com uma modalidade da invenção, um fluxograma do método de filtração para suavização e correção de dados de posição e orientação de sensor durante a navegação é mostrado. O método inclui geralmente o uso de dados de movimento e localização de sensor rastreados, opcionalmente em combinação com os dados de sensor de referência, para determinar os parâmetros de processamento de sinal informar ao usuário sobre as condições de medição.

[000305] Referindo-se também à Figura 7, na etapa 300, a leitura atual de dados é recebida do sistema de navegação. Os sistemas de navegação típicos retornam os parâmetros junto com os dados de posição espacial que indicam se os dados estão presentes e se isso é válido ou provável de ser não confiável. Na etapa 302, os parâmetros fornecidos pelo sistema de navegação são avaliados e se a leitura atual for útil, o sistema prossegue para a etapa 304 em que os dados do sensor de referência são avaliados. Se na etapa 302 for determinado que a leitura atual está ausente ou é inválida, o sistema indexa um contador de amostra ausente por um e compara contador de dados ausente com um limite pré-selecionado na etapa 316. Alternativamente, o limite para dados ausentes na etapa 316 pode ser uma porcentagem de leituras ausentes por um período de tempo selecionado ou um período de tempo selecionado desde a última leitura útil. Se o limite de dados ausentes for alcançado, o sistema se move para a etapa 318 e um estado ou aviso de dados ilegível é ativado. A etapa 318 será mais comumente ativada pelo sensor 10 que está fora da faixa, entretanto, outras condições podem ser detectáveis a partir dos parâmetros fornecidos pelo sistema de navegação e essa informação é passada para a etapa 318 para ativar um aviso mais específico (por exemplo, sensor desplugado, gerador de campo desplugado e tipo de sensor não reconhecido).

[000306] Se na etapa 302 a leitura for bem sucedida, as transformadas Tws do sistema de coordenadas de gerador de campo 130 para o sistema de coordenadas de sensor 134 e Twr do sistema de coordenadas de gerador de campo 130 para o sistema de coordenadas de sensor de referência 137 são recebidas e na etapa 304 a transformada atual Twr(i) é comparada com a Twr constante armazenada na memória do sistema. Se a Twr(i) atual diferir da Twr constante armazenada por mais de um limite predeterminado, alguma forma de interferência ou distorção de rastreamento é indicada e o sistema se move para a etapa de avaliação e classificação de interferência 320.

[000307] Referindo-se também à Figura 27 e Figura 28, a distorção 266 devido à interferência e a distorção de objeto ferromagnético 276 devido à interferência de motor de broca são distinguíveis uma da outra e do local de sensor referenciado rastreado durante os movimentos de alvo normais conforme mostrado na curva 284. Portanto, através do monitoramento do sensor de referência 8 continuamente durante o alvejamento de uma mensagem de aviso pode ser ativado quando as distorções similares à distorção 266 com parâmetros acima de limites predeterminados são detectados. Os parâmetros adequados para detecção de interferência de objeto magnético são um limite de três milímetros para posição e um limite de 0,01 para orientação expressados como quaterniôns. De modo similar, a ativação do motor de broca na broca 3 pode ser detectada pelo monitoramento por distorções similares à distorção 276 com parâmetros acima de limites predeterminados e parâmetros de processamento de sinal como filtração de ruído podem ser alterados em conformidade. De modo similar, a interferência cíclica de equipamento vizinho também tem tipicamente padrões distintos de variação em Twr(i). A interferência também pode criar variações distintas em Tws(i) que também podem ser usadas para detectar e classificar o tipo de interferência. A interferência também pode criar variações distintas em Tws(i) que também podem ser usadas para detectar e classificar o tipo de interferência. Na etapa 320 o tipo de interferência é identificado e classificado em classes 322, 324 ou 326.

[000308] Dependendo do tipo de interferência detectada, a filtração e parâmetros de suavização de dados podem ser selecionados na etapa 328 para tornar os dados utilizáveis ou se os dados forem não precisos (como no caso de uma distorção de campo constante devido a um objeto ferromagnético que está muito próximo ao gerador de campo 7 ou sensor 10), a filtração não pode tornar os dados utilizáveis, então, o sistema prossegue para a etapa 330 em que um aviso é ativado. Se na etapa 304, a Twr(i) atual corresponde à Twr constante armazenada dentro do limite predeterminado, o sistema prossegue para a etapa 306 para determinar em qual região da faixa de medição o sensor 10 está.

[000309] Tipicamente, os sistemas de navegação têm resposta, exatidão e precisão piores na faixa distante que podem levar à níveis de ruído de medição maiores e, por sua vez, uma exibição de alvejamento com erros ou saltos. Na modalidade exemplificadora, a faixa de medição do gerador de campo 7 é dividida em duas faixas, faixa próxima e faixa distante. A faixa próxima é definida como o sensor 10 que está dentro do volume cilíndrico em torno do eixo geométrico Zw do sistema de coordenadas de gerador de campo 130 que se estende a partir de Zw de cinco milímetros negativos para cento e oitenta milímetros negativos e com um raio de cento e dez milímetros. A faixa distante é definida como o sensor 10 que está dentro do volume cilíndrico em torno do eixo geométrico Zw do sistema de coordenadas de gerador de campo 130 que se estende a partir de Zw de cinco milímetros negativos a duzentos e setenta e cinco milímetros negativos e com um raio de duzentos milímetros, mas excluindo o volume de faixa próxima definido acima. Se a leitura atual Tws(i) estiver na faixa distante, o sistema prossegue para a etapa 332 e aplica parâmetros de filtração à faixa distante. Na modalidade exemplificadora, um filtro médio de movimento é usado com ponderação predefinida sobre dez amostras enquanto na faixa próxima, aumentando para vinte amostras enquanto na faixa distante. Na etapa 308, um filtro passa baixo predefinido ou os parâmetros de filtração determinados nas etapas precedentes são aplicados às Tws. Na etapa 310, as Tws(i) filtradas atuais são comparadas com os valores anteriores e é determinado se as Tws(i) é um resultado fora dos limites 298 (conforme mostrado na Figura 29).

[000310] Na modalidade exemplificadora, os resultados fora dos limites 298 são detectados através da comparação da alteração de Tws em relação a um período de tempo selecionado com um limite. Se a alteração for substancialmente maior que a normalmente anotada durante o alvejamento, um resultado fora dos limites 298 é indicado. Um período de tempo adequado é cinquenta milissegundos e um limite de alteração adequado é dez milímetros par translação e 0,25 para orientação expressada como quaterniôns, com ambos os limites aplicados à soma dos valores absolutos. Se um resultado fora dos limites 298 for detectado, o sistema prossegue para a etapa 334 e a leitura atual é descartada, o contador de leitura ausente é indexado, e o sistema retorna para a etapa 316. Se for determinado na etapa 310 que as Tws(i) não são um resultado fora dos limites, o sistema prossegue para a etapa 312, em que a exibição de alvejamento é atualizada com o uso de dados filtrados e, então, para a etapa 314 em que a próxima amostra de dados é recuperada do sistema de navegação.

[000311] As Figuras 31 a 38 mostram vários exemplos de modalidades de um aspecto da invenção que fornece aparelho e método para travar um fragmento ósseo à haste anIM de tal modo que mantenha, temporária ou permanentemente, uma passagem aberta através da canulação ao longo da linha central longitudinal da haste.

[000312] Em relação à Figura 31, de acordo com a modalidade exemplificadora da invenção, a ferramenta de sensor 10 que tem a porção de eixo 156 e a porção de ponta 154 encaixa dentro da haste IM 37 que é implantada em fêmur 354. A ferramenta de inserção 39 é temporariamente aparafusada à haste 37 durante a inserção e o posicionamento da haste 37 no fêmur 354. A ferramenta de inserção 39 tem, também, um orifício guia para alinhar o travamento proximal da ponta da broca 344 com o orifício de travamento proximal 346. A ponta da broca de travamento proximal 344 atravessa o orifício de travamento proximal 346 da haste 37 e se estende para cima até a cabeça femoral 348 sobre o fio-guia 374 para preparar um orifício para um elemento de travamento permanente (não mostrado) para ser instalado em um estágio posterior no procedimento. A porção de ponta 154 contém um elemento de sensor conforme descrito acima na Figura 1a a Figura 6 e é usada conforme descrito acima para localizar o orifício de travamento distal 38 da haste 37, em particular para guiar uma broca na perfuração através do fêmur 354 em linha com o orifício de travamento distal 38 para instalação de parafuso de travamento distal 352.

[000313] Em relação à Figura 32, de acordo com a modalidade exemplificadora da invenção, a ponta da broca de travamento distal 344 é mostrada com a canulação 376, orifício dotado de fenda 356 com largura 366 e comprimento 368 e da marcação 358 alinhada com o orifício dotado de fenda 356. A marcação 358 tem os mesmos tamanho e formato que o orifício dotado de fenda 356, localizado em uma distância selecionada 370 ao longo da ponta da broca 344 para ser visível fora do corpo do paciente quando a ponta da broca 344 é passada para a profundidade máxima desejada no fêmur 354 (observado na Figura 31) e é duplicada no lado oposto da ponta da broca 344 de modo que o usuário possa observar a orientação do orifício dotado de fenda 356 em intervalos de cento e oitenta graus na rotação da ponta da broca 344. Um indivíduo de habilidade comum na técnica reconhecerá que a marcação 358 pode alternativamente ser qualquer adequado que indica a orientação rotacional do orifício dotado de fenda 356 (por exemplo, uma seta, orifício, sulco ou fenda) localizado em um uma orientação rotacional conhecida fixa em torno do eixo geométrico longitudinal da ponta da broca 344 em relação ao orifício dotado de fenda 356 e que uma única marcação 358 pode ser usada.

[000314] Referindo-se à Figura 31, Figura 32 e Figura 33, o diâmetro 360 da ponta da broca 344 é selecionado para se adequar ao elemento de travamento permanente que será instalado através do orifício de travamento proximal 346, a largura do orifício dotado de fenda 366 é selecionada para ser similar ao diâmetro de canulação da haste 372 e grande o suficiente para a porção de ponta 154 da ferramenta de sensor 10 atravessar e o comprimento do orifício dotado de fenda 368 é selecionado para abranger a faixa de distâncias entre a haste 37 e a cabeça femoral 348 encontrada dentre os pacientes de tamanhos diferentes. Um diâmetro adequado 360 para a ponta da broca 344 tem onze milímetros, uma largura adequada 366 do orifício dotado de fenda 356 tem seis milímetros e um comprimento adequado 368 do orifício dotado de fenda 356 tem vinte milímetros. A canulação 376 tem um diâmetro selecionado para deslizar sobre o fio-guia 374. Os exemplos de diâmetros adequados são 3,2 milímetros para o fio-guia 374 e 3,4 milímetros para canulação 376. Um indivíduo de habilidade comum na técnica reconhecerá que o orifício dotado de fenda 356 pode ser alternativamente uma variedade de formatos, por exemplo, um orifício oval, elíptico ou um cilíndrico pode ser usado. Um indivíduo de habilidade comum na técnica também reconhecerá que dependendo do tamanho e da flexibilidade da ferramenta de sensor 10, o orifício dotado de fenda 356 poderia ser deslocado da linha central da haste 37, não precisa ser simétrico em torno da linha central da haste 37, e poderia ter a forma de um entalhe ou reentrância em vez de um fenestração.

[000315] Em relação à Figura 32a, de acordo com a modalidade exemplificadora da invenção, uma vista lateral da ponta da broca de travamento distal 344 é mostrada com a canulação 376 e com as marcações 358 visíveis.

[000316] Em relação à Figura 3, de acordo com a modalidade exemplificadora da invenção, uma seção transversal tomada em um plano frontal através da linha média do fêmur 354 é mostrada, na área do fêmur proximal apenas. A porção de eixo 156 da ferramenta de sensor 10 tem diâmetro de eixo 160, diâmetros adequados que estão na faixa de três a quatro milímetros e a haste 37 tem uma canulação ao longo de seu eixo geométrico com diâmetro 372, tipicamente na faixa de quatro a cinco milímetros. A broca de perfuração 344 é mostrada sendo perfurada para a profundidade apropriada na cabeça femoral 348 conforme determinado pelo cirurgião sobre o fio-guia 374 e o fio-guia 374 foi puxado para fora lateralmente de modo suficiente para limpar o diâmetro de canulação 372 na haste 37, e poderia ser opcionalmente retirado completamente. O orifício dotado de fenda 356 na broca 344 é aproximadamente alinhado com a canulação na haste 37 através do alinhamento visual das marcações 358 com os membros do paciente, de modo que a porção de ponta 154 (observado na Figura 31) e a porção de eixo 156 da ferramenta de sensor 10 possam atravessar o orifício dotado de fenda 356 conforme a ferramenta de sensor 10 é instalada na haste 37.

[000317] Em relação à Figura 31, Figura 32, e Figura 33, um método exemplificador de uso de um aspecto da invenção é da seguinte forma: A haste IM 37 é inserida no fêmur 354 com a ferramenta de inserção 39 fixada. Os fragmentos do fêmur 354 são posicionados e a posição da haste 37 no fêmur 354 é definida e a ponta da broca 344 é passada através do orifício de travamento proximal 346 e para a cabeça femoral 348 sobre o fio-guia 374 para a profundidade adequada. A ponta de broca 344 é, então, girada para uma posição onde as marcações 358 estão em posições proximais e distais em relação ao fêmur 354. O fio- guia 374 é, então, extraído para fora do fêmur com a ponta da broca 344 deixada no local para mantar os fragmentos proximais do fêmur 354 no local. A ferramenta de sensor 10 é, então, inserida na haste 37 para facilitar a instalação de parafuso de travamento distal 352. Quando o travamento distal está completo, a ferramenta de sensor 10 é removida, o fio-guia 374 pode ser reinserido se desejado, a ponta da broca 344 é retirada e o elemento de travamento proximal permanente (não mostrado) é instalado através do orifício de travamento proximal 346 e na cabeça femoral 348.

[000318] Referindo-se às Figuras 31 a 33, o versado na técnica reconhecerá que outras modalidades são possíveis em que, no lugar da ponta da broca 344, um pilar ou fio-guia temporário dotado de um orifício dotado de fenda similar ao orifício dotado de fenda 356 pode ser usado (uma modalidade alternativa exemplificadora é mostrada nas Figuras 34, 35 e 36 abaixo). O versado na técnica também irá reconhecer que um orifício dotado de fenda similar ao orifício dotado de fenda 356 pode ser colocado diretamente no elemento de travamento permanente.

[000319] Em relação à Figura 34, de acordo com uma modalidade alternativa da invenção, uma vista superior do pilar de travamento temporário 420 é mostrada. Uma extremidade do pilar 420 é aparafusada na cabeça femoral durante o uso, com as roscas 422 engatando o fragmento da cabeça femoral. O diâmetro externo 424 nessa área pode ser, por exemplo, 5,4 milímetros. O pilar 420 é canulado ao longo de todo o seu comprimento, em que a canulação tem um diâmetro 426 selecionado para ser adequado para deslizar sobre um fio-guia (consulte Figura 36). O orifício dotado de fenda 428 tem uma largura 430 aproximadamente igual a ou maior que o diâmetro de canulação 372 da haste IM 37 (observado na Figura 33) e tem um comprimento 432. O comprimento 432 é escolhido para permitir uma faixa de distâncias ao longo do eixo geométrico do pilar 420 da linha central da haste 37 até a cabeça femoral 348 para a ponta do pilar 420, de modo que a linha central da haste 37 se assente dentro do comprimento 432 quando o pilar 420 é instalado. Para acomodar a faixa de comprimentos de pescoço femoral encontrados na população de pacientes, um conjunto de pilares 420 com diferentes comprimentos de orifício dotado de fenda 432 e comprimentos como um todo 434 pode ser fornecido O orifício indicador 436 é alinhado com o orifício dotado de fenda 428, e tem, também, um diâmetro adequado para inserção de uma chave inglesa ou um bastão para permitir o torneamento mais fácil do pilar 420, para inserção e remoção. Por exemplo, um diâmetro adequado para o orifício indicador 436 é 4,4 milímetros.

[000320] Em relação à Figura 35, uma vista anterior da modalidade alternativa da invenção mostrada na Figura 34 é mostrada. O pilar de travamento temporário 420 da modalidade alternativa é mostrado. O pilar 420 tem um eixo geométrico longitudinal 438. O orifício dotado de fenda 428 é orientado no ângulo 440 que é escolhido para corresponder ao pescoço femoral típico dos ângulos do eixo. Um valor adequado para o ângulo 440 é cento e trinta graus. O orifício indicador 436 também é mostrado.

[000321] Em relação à Figura 36, de acordo com a modalidade alternativa da invenção mostrada na Figura 34, uma seção transversal tomada em um plano frontal através da linha média do fêmur 354 é mostrada, na área do fêmur proximal apenas. O fio-guia 442 que tem roscas 444 em uma extremidade é mostrado inserido na cabeça femoral 348 com as roscas 444 engatadas no osso cortical próximo à superfície externa da cabeça femoral 348. O pilar 420 é mostrado na posição sobre o fio-guia 442 com as roscas 422 que engatam a cabeça femoral 348 lateral às roscas do fio-guia 444. O orifício dotado de fenda 428 no pilar 420 é aproximadamente alinhado com a canulação na haste 37 através do alinhamento visual do orifício indicador 436 com o membro do paciente, de modo que o fio-guia 442 possa ser temporariamente retirado perdendo a estabilização da cabeça femoral 348 e, então, a ferramenta de sensor 10 consulte também Figura 31) pode passar através do orifício dotado de fenda 428 conforme a ferramenta de sensor 10 é instalada na direção 446 na canulação da haste 37. Após o travamento distal ser concluído e a ferramenta de sensor 10 ser removida, o fio-guia 442 pode ser reinserido e aparafusado de volta na cabeça femoral 348, o pilar 420 removido e o elemento de travamento permanente instalado sobre o fio-guia 442.

[000322] Em relação às Figuras 31 e 34 a 36, o método de uso das modalidades alternativas da invenção é similar ao da modalidade exemplificadora, exceto pelo fato de que apenas o córtex lateral do fêmur 354 é perfurado com o uso de uma ponta da broca e o pilar 420 é usado no local da ponta da broca 344. Esse método pode ser usado quando é preferencial não perfurar através do pescoço femoral e na cabeça femoral 348 e, em vez disso, usar o fio-guia 442 apenas para estabilizar a cabeça femoral 348 e guiar a instalação do elemento de travamento permanente.

[000323] Em relação à Figura 37, Figura 37a e Figura 38, uma segunda modalidade alternativa da invenção é mostrada para aplicações em que o diâmetro do orifício de travamento é similar ao diâmetro de canulação, em que a ponta da broca usada para perfurar o orifício de travamento é muito pequena para acomodar um orifício dotado de fenda conforme mostrado na modalidade exemplificadora. A Figura 37 mostra o pilar 504 com uma porção externa 506 e um êmbolo 508. O diâmetro externo 502 é selecionado para ser um encaixe deslizante no orifício de broca 522 (consulte a Figura 38) feito no osso para um parafuso de travamento. A porção de ponta de expansão 510 tem duas fendas 500 que dividem a porção de ponta de expansão 510 em quatro quadrantes.

[000324] A Figura 37a é uma seção através do pilar 504 que mostra o êmbolo 508 que é um encaixe deslizante dentro da porção externa 506. O pilar 504 pode ser produzido a partir de, por exemplo, aço inoxidável, titânio ou de um plástico que pode ser submetido autoclave com módulo alto como PEEK ou de qualquer outro material que forneça resistência suficiente à deflexão e ao cisalhamento.

[000325] A Figura 38 é uma vista em seção através do osso 512 com a haste IM 514 implantada e o pilar 504 mostrado engatado apenas em um córtex do osso 512 e uma parede da haste 514. A haste 514 tem a canulação do diâmetro 520 que é similar ao diâmetro de orifício de travamento 518. O diâmetro da broca de orifício de travamento 522 é ligeiramente menor que o diâmetro do orifício de travamento 518. Em uso, a broca do orifício de travamento (não mostrado) é passado através de tecidos moles 516, um córtex do osso 512, haste 514 e o córtex oposto do osso 512. O pilar 504 é deslizado através do orifício de broca resultante longe o suficiente para engatar uma parede da haste 514 e o êmbolo 508 é empurrado para baixo em relação à porção externa 506, expandindo a porção de ponta 510 (consulte Figuras 37 e 37a) para fora para uma largura de encaixe de interferência com o orifício de travamento 518. A porção de eixo de ferramenta de sensor 156 pode ser passada através da canulação na haste 514 após a perfuração e antes ou após a instalação do pilar 504. O pilar 504 mantém, por meio disso, a haste 514 no lugar em relação ao osso 512 enquanto a ferramenta de sensor 10 (consulte Figura 31) está em uso. Quando não se precisa remover mais a ferramenta de sensor 10, o pilar 504 é removido e o elemento de travamento permanente (como um parafuso de travamento, não mostrado) é instalado através do osso 512 e da haste 514.

[000326] Algumas modalidades da invenção compreendem kits constituídos de uma ou mais das ferramentas e dispositivos descritos na presente invenção. Por exemplo, um kit pode compreender uma ou mais ferramentas de sensor conforme descrito na presente invenção e um ou mais implantes ou outros componentes com os quais as ferramentas de sensor podem ser usadas. Tal kit pode compreender, adicionalmente, uma ou mais ferramentas de inserção fixáveis aos implantes ou outros componentes. As ferramentas de sensor e as ferramentas de inserção podem ser configuradas com os elementos que permitem que as ferramentas de sensor sejam acopladas de modo separável às ferramentas de inserção. Tal kit pode compreender também uma ferramenta de nivelamento para nivelar uma ferramenta com um implante ou outro componente. Um outro exemplo de um kit compreende uma ferramenta e um ou mais dentre um gerador de campo fixável à ferramenta, um visor fixável à ferramenta e uma unidade de navegação fixável à ferramenta. Em algumas modalidades, o kit compreende múltiplas ferramentas diferentes e o gerador de campo e as ferramentas são configuradas para permitirem que o gerador de campo seja acoplado a qualquer uma das diferentes ferramentas. A unidade de navegação pode compreender um gerador de campo e um visor (que pode ser fixo ou removível da unidade de navegação). Tal kit pode compreender também uma ferramenta de nivelamento para nivelar uma ferramenta com um implante ou outro componente. Tal kit pode compreender também um ou mais membros de ferramenta como uma ou mais pontas de broca, serras, pinos, cortadores de moagem ou similares.

[000327] Todas as publicações, patentes e pedidos de patente são da presente invenção incorporadas por referência ao mesmo ponto como se cada publicação ou pedido de patente fosse específica e individualmente indicada por ser incorporada por referência.

Interpretação de termos

[000328] A menos que o contexto requeria claramente de outro modo, ao longo da descrição e das concretizações:• "compreende", "que compreende" e similares devem ser interpretados em um sentido inclusivo, em oposição a um sentido exclusivo ou abrangente; ou seja, no sentido de "incluindo, mas não se limitando a".• "conectado," "acoplado," ou qualquer variante dos mesmos, significa qualquer conexão ou acoplamento, direto ou indireto, entre dois ou mais elementos; o acoplamento ou conexão entre os elementos pode ser físico, lógico ou uma combinação dos mesmos.• "na presente invenção," "acima," "abaixo" e palavras de importância, quando usados para descrever esse relatório descritivo devem se referir a este relatório descritivo como um todo e não às posições em quaisquer porções específicas deste relatório descritivo.• "ou" em referência a uma lista de dois ou mais itens, abrange todas as seguintes interpretações da palavra: qualquer um dos itens na lista todos os itens na lista e qualquer combinação dos itens na lista.• as formas singulares "uma", "um" e "o(a)" também incluem O significado de quaisquer formas de plural adequadas.

[000329] As palavras que indicam direções como "vertical", "transversal", "horizontal", "para cima", "para baixo", "para frente", "para trás", "para fora", "vertical", "transversal", "esquerda", "direita", "frente", "traseira", "topo", "fundo", "abaixo", "acima", "sob", e similares, usadas nessa descrição e quaisquer concretizações anexas (onde presente) dependem da orientação específica do aparelho descrito e ilustrado. O assunto descrito na presente invenção pode considerar várias orientações alternativas. Em conformidade, esses termos direcionais não são estritamente definidos e não devem ser interpretados restritamente.

[000330] Os elementos de processamento de dados das modalidades da invenção podem ser implantados com o uso de hardware especificamente projetado, hardware configurável, processadores de dados programáveis configurados através do fornecimento de software (que pode, opcionalmente, compreender 'firmware') capaz de executar nos processadores de dados, computadores de propósito especial ou processadores de dados que são especificamente programados, configurados ou construídos para executar uma ou mais etapas em um método conforme explicado detalhadamente na presente invenção e/ou combinações de dois ou mais desses. Os exemplos de hardware especificamente projetado são: circuitos lógicos, circuitos integrados específicos de aplicativo ("ASICs"), circuitos integrados de grande escala ("LSIs"), circuitos integrados de escala muito grande ("VLSIs") e similares. Os exemplos de hardware configurável são: um ou mais dispositivos lógicos programáveis como lógica de arranjo programável ("PALs"), arranjos lógicos programáveis ("PLAs") e arranjos de porta programável em campo ("FPGAs"). Os exemplos de processadores de dados programáveis são: microprocessadores, processadores de sinal digital ("DSPs"), processadores embutidos, processadores gráficos, coprocessadores matemáticos, computadores de propósito geral, computadores de servidor, computadores de nuvem, computadores terminais, estações de trabalho de computador e similares. Por exemplo, um ou mais processadores de dados em um circuito de controle para um dispositivo podem implantar os métodos conforme descrito na presente invenção através da execução de instruções de software em uma memória de programa acessível aos processadores. Qualquer um dos métodos conforme descrito acima pode ser implantado de qualquer uma dessas maneiras. Um sistema de acordo com certas modalidades da invenção pode ser configurado para executar um ou mais dos métodos descritos na presente invenção. Onde um sistema for configurado para executar mais de uma função ou método conforme descrito na presente invenção, diferentes métodos ou funções podem ser implantados com o uso do mesmo ou de diferentes hardwares. Por exemplo, um processador de computador pode servir para fornecer computação para um sistema de detecção de posição e também para coordenar e/ou implementar um ou mais métodos conforme descrito na presente invenção. Em outras modalidades, diferentes métodos e/ou diferentes funções podem ser implantados com o uso de diferentes hardwares.

[000331] O processamento pode ser centralizado ou distribuído. Onde o processamento for distribuído, as informações incluindo software e/ou dados podem ser mantidas centralmente ou distribuídas. Tais informações podem ser trocadas entre diferentes unidades funcionais por meio de uma rede de comunicações, como uma Rede de Área Local (LAN), Rede de Área Ampla (WAN) ou Internet, enlaces de dados com fio ou sem fio, sinais eletromagnéticos ou outro canal de comunicação de dados.

[000332] O software e outros módulos podem residir em servidores, estações de trabalho, computadores pessoais, computadores do tipo tablet, servidores de base de dados e outros dispositivos adequados para os propósitos descritos na presente invenção.

[000333] Algumas modalidades da invenção também podem ser fornecidas sob a forma de um programa produto. O programa produto pode compreender qualquer meio não transitório que porta um conjunto de instruções legíveis por computador que, quando executadas por um processador de dados, fazem com que o processador de dados execute um método da invenção. Os programas produtos de acordo com a invenção podem estar em qualquer uma dentre uma ampla variedade de formas. O programa produto pode compreender, por exemplo, meios não transitórios como meios de armazenamento de dados magnéticos incluindo disquetes, unidades de disco rígido, meios de armazenamento de dados ópticos incluindo CD ROMs, DVDs, meios de armazenamento de dados eletrônicos incluindo ROMs, RAM flash, EPROMs, chips pré- programados ou com fio rígido (por exemplo, chips semicondutores EEPROM), memória de nanotecnologia ou similares. Os sinais legíveis por computador no programa produto podem, opcionalmente, ser compactados ou criptografados.

[000334] Onde um componente (por exemplo, um acoplamento, sensor, gerador de campo, visor, ferramenta, módulo de software, processador, conjunto, dispositivo, circuito, etc.) é referenciado acima, salvo se indicado de outro modo, a referência ao componente (incluindo uma referência a "meio") deve ser interpretada como incluindo como equivalentes daquele componente qualquer componente que execute a função do componente descrito (isto é, que é funcionalmente equivalente), incluindo componentes que não são estruturalmente equivalentes à estrutura revelada que executa a função nas modalidades exemplificadoras ilustradas da invenção.

[000335] Os exemplos específicos de sistemas, métodos e aparelho foram descritos na presente invenção para propósitos ilustrativos. Esses são apenas exemplos. A tecnologia fornecida na presente invenção pode ser aplicada a sistemas além dos exemplos de sistemas descritos acima. Muitas alterações, modificações, adições, omissões e permutas são possíveis dentro da prática desta invenção. Esta invenção inclui variações sobre as modalidades descritas que seriam evidentes para a abordagem do versado na técnica, incluindo variações obtidas por: substituição de recursos, elementos e/ou atos por recursos, elementos e/ou atos equivalentes; mistura e correspondência de recursos, elementos e/ou atos de diferentes modalidades; combinação de recursos, elementos e/ou atos das modalidades conforme descrito na presente invenção com recursos, elementos e/ou atos de outra tecnologia; e/ou omissão da combinação de recursos, elementos e/ou atos das modalidades descritas.

[000336] Um outro exemplo de aplicação do aparelho conforme descrito na presente invenção é um visor montado na ferramenta. Tal visor pode ser usado com ferramentas de moagem para monitorar o processo de corte, em serras para controlar o alinhamento e/ou a profundidade do corte, em furadores para controlar a colocação de copo acetabular, em guias de inserção de pino para controlar a inserção de fios de Kirschner e similares.

[000337] Os métodos descritos podem ser variados. Por exemplo, embora os processos ou blocos sejam apresentados em uma determinada ordem, os exemplos alternativos podem executar rotinas com etapas ou empregar sistemas com blocos, em uma ordem diferente e alguns processos ou blocos podem ser deletados, movidos, adicionados, subdivididos, combinados e/ou modificados para fornecerem alternativas ou subcombinações. Cada um desses processos ou blocos pode ser implantado em uma variedade de maneiras diferentes. Ademais, embora os processos ou blocos sejam às vezes mostrados como sendo executados em série, esses processos ou blocos podem, em vez disso, ser executados em paralelo ou podem ser executa dos em diferentes tempos. Além disso, embora os elementos sejam as vezes mostrados como sendo executados sequencialmente, os mesmos podem, em vez disso, ser executados simultaneamente ou em sequências diferentes.

[000338] Enquanto inúmeros aspectos e modalidades exemplificadores foram discutido acima, os versados na técnica irão reconhecer certas modificações, permutações, adições e subcombinações dos mesmos. Pretende-se, portanto, que as seguintes concretizações anexas e concretizações introduzidas no futuro sejam interpretadas para incluir todas estas tais modificações, permutações, adições e subcombinações que estão dentro de seu verdadeiro espírito e escopo.

Claims (16)

1. Ferramenta manual caracterizada pelo fato de que compreende:um corpo segurável por mão;um membro de ferramenta (2) acoplado ao corpo;um gerador de campo (7) acoplado ao corpo, sendo que o gerador de campo (7) emite um campo para a detecção por um sensor (10) de um sistema de captação de posição, o campo permitindo determinação da posição do sensor (10) em relação ao gerador de campo (7); euma unidade de correção (616) que corrige uma posição do sensor (10) com base pelo menos em parte na posição determinada do sensor (10) em relação a um eixo geométrico do membro de ferramenta (2) e um ponto fixo no membro de ferramenta (2) com o qual o gerador de campo (7) tem uma relação espacial conhecida;caracterizada pelo fato de que o gerador de campo (7) está acoplado ao corpo por um acoplamento ajustável (13) que permite que o gerador de campo (7) seja movido em relação ao corpo, e em que o membro de ferramenta (2) tem um eixo geométrico de rotação (5) e o acoplamento (13) permite a rotação do gerador de campo (7) ao redor do eixo geométrico de rotação (5) do membro de ferramenta (2),em que a ferramenta compreende uma pluralidade de acoplamentos de montagem que estão angularmente espaçados ao redor do eixo geométrico de rotação (5), e o gerador de campo (7) é fixável de modo separável a cada um dentre a pluralidade de acoplamentos de montagem.

2. Ferramenta manual, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o gerador de campo (7) é móvel entre duas ou mais posições diferentes em relação ao corpo, sendo que cada uma das posições diferentes é equidistante a partir do eixo geométrico de rotação (5) e cada uma das posições diferentes é equidistante a partir de um ponto no membro de ferramenta (2) no eixo geométrico de rotação (5).

3. Ferramenta manual, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o acoplamento (13) mantém um espaçamento radial fixo do gerador de campo (7) para o eixo geométrico de rotação (5) do membro de ferramenta (2).

4. Ferramenta manual, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que os locais de montagem estão em um círculo centralizado no eixo geométrico de rotação (5).

5. Ferramenta manual, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que ainda compreende uma unidade de navegação (1) que é acoplada de modo separável ao corpo, sendo que o gerador de campo (7) está apoiado na unidade de navegação (1), a unidade de navegação (1) compreende um coxim (46), e o membro de ferramenta (2) atravessa o coxim (46).

6. Ferramenta manual, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que ainda compreende uma unidade de navegação (1) que é acoplada de modo separável ao corpo, sendo que o gerador de campo (7) está apoiado na unidade de navegação (1), a unidade de navegação (1) compreende uma haste giratória acoplada para ser girada pelo motor, e o membro de ferramenta (2) é acoplado à haste giratória.

7. Ferramenta manual, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que ainda compreende uma unidade de navegação (1) que é acoplada de modo separável ao corpo, sendo que o gerador de campo (7) está apoiado na unidade de navegação (1), a unidade de navegação (1) compreende um mandril de broca (4) e o corpo compreende um motor de broca fixável para acionar o mandril de broca (4).

8. Ferramenta manual, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que ainda compreende um visor (6) que exibe informações de direcionamento a partir de um sistema de navegação (1), em que o visor (6) está acoplado ao corpo por meio de um acoplamento (13) que altera a orientação do visor (6) em relação do corpo, o acoplamento de visor (6) permitindo preferencialmente um movimento pivotante em relação a um eixo geométrico da ferramenta.

9. Ferramenta manual, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que ainda compreende um inclinômetro acoplado ao visor (6), o inclinômetro fornecendo um sinal de saída que indica uma inclinação do visor (6).

10. Ferramenta manual, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o inclinômetro compreende um acelerômetro (60), sendo que, preferencialmente, uma orientação do conteúdo exibido no visor (60) é controlada com base no sinal de saída a partir do inclinômetro.

11. Ferramenta manual, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que ainda compreende um codificador que fornece um sinal de saída indicativo de uma posição angular do visor (6) em relação ao corpo, sendo que, preferencialmente, uma orientação do conteúdo exibido no visor (6) é controlada com base no sinal de saída do codificador.

12. Ferramenta manual, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que ainda compreende um sensor de referência (8) que recebe o campo emitido pelo gerador de campo (7) e para emitir um sinal indicativo de uma posição do sensor de referência (8) em relação ao gerador de campo (7), em que o sensor de referência (8) é afixados a ou alojado no interior de um alojamento (9) do gerador de campo (7), sendo que a ferramenta preferivelmente compreende uma pluralidade de sensores de referência (8) afixados à ferramenta ou alojados no interior de um alojamento (9) do gerador de campo (7).

13. Ferramenta manual, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que ainda compreende uma ferramenta de nivelamento (110) que tem um membro (114) que se projeta ao longo de um eixo geométrico de nivelamento (111) em que a ferramenta de nivelamento (110) é temporariamente acoplada ao membro de ferramenta (2) de modo que o eixo geométrico de nivelamento (111) seja mantido em uma relação espacial predeterminada em relação a um eixo geométrico do membro de ferramenta (2).

14. Ferramenta manual, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que o membro (114) da ferramenta de nivelamento (110) é temporariamente acoplado a um recurso alvo de um componente de modo que o eixo geométrico de nivelamento (111) seja mantido na primeira relação espacial predeterminada em relação a um eixo geométrico do recurso alvo.

15. Ferramenta manual, de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizada pelo fato de que o membro (114) da ferramenta de nivelamento (110) compreende uma porção de ponta que é compressível para ajustar-se firmemente aos recursos alvo de uma pluralidade de tamanhos diferentes, ou em que o membro da ferramenta de nivelamento (110) compreende pelo menos um elemento elástico de forma resiliente.

16. Ferramenta manual, de acordo com a reivindicação 13 ou 15, caracterizada pelo fato de que o membro (114) da ferramenta de nivelamento (110) é coaxial ao membro de ferramenta (2) quando a ferramenta de nivelamento (110) é acoplada ao membro de ferramenta (2).

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