CN102892352A - 被导航徒手外科手术工具和工具包 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于工具的机头布置，所述机头布置具有配置为接收工具的至少部分在固定位置的保持部件、配置为覆盖工具的部分的护罩、配置为接收跟踪系统的至少部分的至少一个安装部件和安装到所述机头的致动器。致动器可以配置为控制工具的暴露。还提供一种导航外科手术套件，包括：跟踪系统、与跟踪系统通信的工具、与跟踪系统和工具通信的平台。平台可以具有处理器、计算机可读存储介质，计算机可读存储介质具有计算机可读程序代码，计算机可读程序代码配置为通过与预先确定的导航的外科手术操作相关的至少一个隐藏的目标使用所述工具选择性地控制目标的成形。

Description

被导航徒手外科手术工具和工具包

相关申请的交叉引用

本申请要求申请日2010年4月22日的美国临时专利申请系列号No.61/342,991的优先权利益，本专利申请基于此并且通过参考以其整体并入本文。

技术领域

本发明一般地涉及用于控制被导航徒手（freehand，手控）外科手术工具的方法、过程、装置和系统。特别地，本发明涉及用于被导航徒手外科手术工具的机头，被导航徒手外科手术工具用于与至少一个以下内容结合：跟踪系统；电子控制单元；和用于与外科手术导航系统一起使用的软件应用程序编程界面（API）。

背景技术

在骨外科手术中，例如，全膝置换（“TKR”）过程，重要的是仔细准备患者的骨以接受植入物在解剖结构学上正确的、精确的位置。在此过程中可以使用的各种的骨切割工具。导航外科手术工具可以使用电子导航，以根据用户定义的外科手术计划定位、固定、调整和/或校正的轨迹和切割工具的速率，同时允许外科手术医生使用徒手切割运动。

一种操作的被导航外科手术工具可以包括这样的元件：例如，具有旋转钻刺以提供在骨上切割的切割钻头；例如，钻头安装到其中的内壳体；和包括电子跟踪系统、计算单元和软件以控制和监视切割工具的操作等的部件或元件。

为了协助钻头的切割，用户和/或外科手术医生可以执行他们的外科手术，像往常一样使用导航系统用于额外引导和理解钻头的位置。可以采用其他系统以在具有固定目标以确保预先确定的切割的自动机械地导航系统的情况下完全自动切割。

常规系统可以允许控制方法，其中徒手工具可以与导航援助一起使用，如在美国专利号6,757,582中描述的，其全部内容通过参考并入本文。如在此所公开的导航系统，通过确定切割工具和目标形状之间的距离提供用于用户/外科手术医生的控制，和自动机械地协助用户/外科手术医生以在骨上形成所期望的形状。

此外，用户/外科手术医生可能希望或可能习惯于使用特定钻、跟踪系统和/或导航软件用于被导航的外科手术。然而，这样的用户选择组件（钻头、跟踪系统等等）可能无法使用目前可用的供应商提供的被导航外科手术工具的操作或可能不用于目前可用的供应商提供的导航外科手术工具。在这样的情况下，用户可能需要使用由供应商提供的外科手术系统来解决。因此，需要提供一种被导航外科手术工具，可以容纳各种各样的用户选择的外科手术钻头和跟踪系统，并且也可以使用导航软件操作，从而在使用所需要的导航外科手术工具执行导航外科手术系统中给用户/外科手术医生更多的灵活性。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种机头，所述机头提供速度和伸展控制所需的功能性，其克服在现有技术中的一些或全部缺点和不足。

此外，本发明的一个目的是提供用于被导航外科手术工具的这样的机头，所述机头可以容纳配置为与机头一起工作的各种各样（宽范围）的用户选择的外科手术工具和跟踪系统，并且还可以操作各种导航软件。因此，导航徒手外科手术工具套件可以包括机头、电子控制单元、软件API，以允许用户以“创建”或配置操作性被导航外科手术工具，其中用户选择的外科手术钻头变得构造成与使用机头、跟踪系统、导航软件工作。

在一个优选的非限制性实施例中，本发明涉及一种用于工具的机头布置，所述机头布置具有配置为接收工具的至少一部分在固定位置的保持部件、配置为覆盖工具的一部分的护罩、配置为接收跟踪系统的至少一部分的至少一个安装部件和安装到所述机头的致动器。致动器可以与保持部件通信并且配置为相对于所述护罩移动保持部件。

在另一个实施例中，本发明包括导航外科手术工具，包括配置为成形目标的端部效应器（effector）、配置为指示端部效应器的位置的跟踪器，和机头，所述机头具有第一连接部和第二连接部，所述第一连接部配置为保持工具的至少一部分，和所述第二连接部配置为保持跟踪器。

在另一个实施例中，本发明包括一种导航外科手术工具系统，包括外科手术工具、配置为使所述工具的位置已知的跟踪系统、配置为接收所述工具的至少一部分的机头和配置为覆盖工具的至少一部分的护罩。机头进一步配置为移动所述工具。

在另一个实施例中，本发明包括一种用于工具的机头布置，具有配置为接收工具的至少一部分的保持部件、配置为覆盖工具的至少一部分的护罩、配置为接收跟踪系统的至少一部分的至少一个安装部件、安装到机头并且配置为控制工具的至少一部分相对于护罩的暴露的致动器。

在一个优选的和非限制性的实施例中，提供一种导航外科手术套件，包括：跟踪系统、与跟踪系统通信的工具、与跟踪系统和工具通信的平台。平台可以具有处理器、计算机可读存储介质，计算机可读存储介质具有计算机可读程序代码，所述代码构造成通过与预先确定的导航的外科手术操作相关的至少一个隐藏的目标使用所述工具选择性地控制目标的成形。计算机可读程序代码可以具有配置为如下的计算机可读程序代码：1）通过与预先确定的导航的外科手术操作相关的至少一个隐藏的目标使用工具选择性地控制目标的成形；2）提供与隐藏的目标接合的至少一个应用程序编程接合目标；3）提供使得可配置用于在平台上操作的至少一个任务具体化的至少一个目标模板（template）。

在参照附图考虑下面的描述和所附的权利要求（所有这些形成这个说明书的部分）时，本发明的这些和其他特征和特性以及操作的方法和结构的相关元件的功能以及零件与制造的经济的结合将变得更加显而易见，其中在各图中类似的附图标记标示相应的部分。但是，清楚地理解，附图是仅用于图示和描述的目的，而不是为了不适当地限制本发明。如本说明书和权利要求中所使用，单数形式的“一个”、“所述/该”包括复数目标，除非上下文中另有明确规定。

附图说明

图1是标准的膝关节置换外科手术过程中的示例性光学外科手术导航设置的简化视图；

图2是实施根据本发明的导航外科手术工具套件的各种组件的导航外科手术工具系统配置的实施例的功能图；

图3是具有示例性的跟踪器连接其上的根据本发明的机头的实施例的透视图；

图4是根据本发明的机头处于打开位置的图3的透视图；

图5是图4的局部特写平面图，并且具有定位放置在根据本发明的机头内的钻头；

图6是根据本发明的在打开位置中并且具有示例性工具接收在其中的机头的实施例的局部透视图；

图7是根据本发明的在打开位置中的具有示例性工具在展开位置中定位在其中和具有连接到其上的护罩的机头的实施例的平面图；

图8是根据本发明的图7的局部特写透视图；

图9是沿着中心轴线X-X垂直地获得的根据本发明的图7的局部剖视图；

图10是根据本发明的在打开位置中并且在缩回位置具有示例性工具定位在其中的机头的实施例的平面图；

图11是根据本发明的图10的局部特写平面图；

图12是图7的沿着根据本发明的中央轴线X-X的剖视图；

图13示意性地图示根据本发明的应用程序界面和相关的组件的实施例；

图14示意性地图示根据本发明的应用程序界面和相关的组件的实施例；

图15示意性地图示根据本发明的应用程序界面和相关的组件的实施例；

图16示意性地图示根据本发明的应用程序界面和电子控制单元的布置的实施例。

具体实施方式

为了在下文中说明的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“垂直”、“水平”、“顶部”、底部”、“横向”、“纵向”和相关的派生词将与本发明的如其在附图中的定向相关。然而，可以理解的是，本发明中可以假定各种不同的可选的变型和步骤顺序，除非另有明确相反的说明。也应该理解，在附图中图示并且在下面的说明书中描述的特定的装置和工艺只是本发明的示例性实施例。因此，与在此公开的实施例相关的具体的尺寸和其他物理特性不应被认为是不适当地限制。

应该理解，本发明可以假设各种不同的可选的变型和步骤顺序，除非另有明确相反的说明。也应该理解，在附图所示并且在下面的说明书中描述的特定的装置和工艺只是本发明的示例性实施例。

光学导航用在外科手术中以跟踪刚体的空间位置。图1示出示例性的外科手术导航设置的简化的视图，具有跟踪系统诸如，例如，可以用于执行外科手术导航的红外线照相机10和跟踪器12。例如，跟踪器12A可以刚性地连接到用户/外科手术医生在外科手术过程中要跟踪的诸如钻头的任何目标14。例如，跟踪器2A可以包括诸如红外反射标记物的标记物35的唯一配置。相机10在外科手术过程中获得工作区的连续图像，并且标记物35然后可以从这些图片检测。

可以使用在本发明的精神和范围内的其他位置跟踪系统，包括但不限于，电磁、惯性、混合等。使用由照相机10获得的图像框架的标记物35的已知的刚性空间关系，在3D（三维）空间中的目标14的位置（即，定位和定向）可以被确定。目标14的位置可以被连续地输出到计算机程序，例如，计算机程序可以将这个定位与可以从CT扫描或超声图像获得的患者解剖结构位置信息一体化，从而允许确定目标14的定位和定向，相对于患者解剖结构的其余部分或者参考部分。目标4相对于诸如骨17的患者解剖结构的定位和定向也可以连续地显示在显示器终端或监视器16上。因此，用户/外科手术医生将能够知道和理解目标14相对于骨17的定位。

图2示出根据本发明的一个实施例的执行导航外科手术工具套件的各种组件的示例性的外科手术布局。工具包优选地包括机头15、护罩26、具有端部效应器22的钻头20、电子控制单元（ECU）28和可能作为主机的并且在计算机30上执行的软件应用程序编程界面（API）。控制单元28可以被连接到计算机30，并且可以控制钻头20的速度和/或端部效应器22的暴露。在这里应当指出的是，图2是说明性质的，不一定是按比例绘制的，并且不一定需要被理解为表示可用于根据本发明的至少一个实施例的导航外科手术中的所有的外科手术工具。

机头15可以具有外壳18和内壳19，内壳19接收钻头20的至少一部分。机头15可以被配置作为被机器人控制的梭体的功能，该梭体接受和支撑用户提供的外科手术钻头20，钻头20配置为由机头15支撑。端部效应器22可以是旋转刺（牙钻）或其他切割部件，以切割骨到所需的几何形状，并且进一步作为一般地切割患者解剖结构的主要动作驱动。钻头20可以因此被机械地配置为通过设置在机头15的内壳体19中的保护连接机构50连接到钻头移动组件24。

模块化护罩26也可以被安装在钻头20上以控制端部效应器22的暴露。外壳体18可以包括用于容易便于安装和拆卸模块化护罩26的诸如弹簧锁、螺纹、咬合和扭转接头等的锁定机构50。在被导航外科手术工具20的机头15是在“缩回”状态时，护罩26被设计为屏蔽钻头20的端部效应器22的动作。护罩26可以是对称的或不对称的，但是优选地在护罩26安装在机头15上时，护罩26的开口位于钻头20的中心轴线X-X附近。可选的护罩26可以优选地设置有护罩连接机构50，如图3-12所示，作为工具包的部分，以允许用户/外科手术医生采用自己想要的护罩26，护罩26可以包括各种形状以适应过程。机头15可以进一步由刚性塑料和/或金属构造，例在，以支撑跟踪器12A和钻头20。

如在图5中可以看出，用户可以从具有与机头15兼容的接合部21的多个钻头中选择钻头20。接合部21可以是具有延伸、螺纹或如本文所述的用于接合保持部件36在内壳体19内的其他合适构造的套环。因此，钻头20可以由用户/外科手术医生容易地连接到内壳体19内的机头15，使得机头15提供用于标准钻头20的半机器人功能。在一个实施例中，保持部件36，诸如例如带螺纹的孔、旋转四分之一圈的咬合锁定机构。

机头15可以进一步包括钻头移动组件24，如图4-12所示，钻头移动组件24可以包括致动器38，诸如例如伺服电机、螺线管、气动驱动器、线性电动机等。一旦连接，钻头20可以通过致动器38的动作相对外部机头壳体18移动。致动器38的操作可以由如下讨论的工具控制单元28控制，并且因此致动器可以为端部效应器22提供进和出护罩26的辅助动作驱动。因此，致动器38可以提供沿着“暴露”轴线相对于外壳体18移动钻头20的作用力，“暴露”轴线可以优选地与中心轴线X-X重合。

外壳体18的设计可以包括用于钻头20的远端支撑件52，如图6中显示，不具有连接到钻头20的保护26。因此，远端支撑52可以最小化在钻头20的端部效应器22处相对壳体18的晃动，以帮助在切割动作期间稳定工具14。这种稳定在外科手术过程中是需要的，其中的切割精度是在成功操作中的重要因素。

在一个实施例中，外壳体18的设计也可以包括安装特征，诸如螺纹孔（图中未显示），以接收安装部件13以接受跟踪器12A。例如在一个实施例中，安装部件13可以是由在外壳体18中的孔接收的翼形螺钉。根据本发明，其他安装布置和/或传感器可以实现本发明。

图3示出跟踪器12A，例如具有刚性地连接到要被跟踪的刚性目标14，诸如机头15，的跟踪器框架34和标记物35。如果需要的话，标记物35可以是可拆卸和可更换的。机头15的跟踪从而允许导航系统知道在钻头20被插入机头15时钻头20的端部效应器22的位置。跟踪器框架34相对于钻头20的实际的被跟踪的端部效应器22可以是大尺寸。类似的跟踪器12B也可以被安装在如在图2中显示的手术中的骨17上。例如，可以使用显示软件以投影诸如具有机头15在其上的钻头20的跟踪目标14的几何形状在显示屏幕16上，使得目标14和患者骨17的周围解剖结构的虚拟的、实时的图像可以提供给用户/外科手术医生以有助于外科手术。虚拟界面16可以描绘机头15内的跟踪工具20与患者的被跟踪的解剖结构17的几何关系。在外科手术过程中，界面16可以保持对于用户/外科手术医生可见。应理解，使用相同的照相机10在相同的工作区中，可以跟踪多个目标，包括诸如骨17的刚性患者解剖结构。然而，每个被跟踪目标或患者的解剖结构的部分必须有其自己的跟踪器框架/排列，并且标记物的配置对于每个目标必须是唯一的，从而能够是分析图像数据的软件或任何其他计算机处理器，以根据其各自的跟踪器在目标之间区分。

图4显示可以通过一个或多个铰链11打开的机头15的内部结构细节。因此，一个或多个铰链11允许访问到机头15内壳体19，例如用于调整、修理等。

如上所述，机头15的内壳体19还可以包括钻头移动组件24。在一个实施例中，钻头移动组件可以包括致动器38、齿轮头40、齿轮42、导螺杆螺母44、导螺杆/滚珠螺杆46和安装在螺杆46的两端上的轴承48。因此，如在图4-12中可以看出并且在下面更详细描述地，在机头15可以接收用户选择的钻头20的至少一部分，用于控制并且相对于机头15移动一般标准的OEM钻头20。

护罩连接机构50可以进一步设置有机头15，以允许圆筒形护罩26连接到连接机构50，用于提供控制端部效应器22的屏蔽。正如在图5中可以看出的，护罩26因此可以被连接到安装机构50，而机头15的内壳体19可以接收钻头20的至少一部分并且可以大致沿着中心轴线X-X安装在其中。因此，各个模块化护罩26根据所希望的用户/外科手术医生偏好被实现。

图6图示没有护罩26连接的机头15的特写透视图，保持护罩接收凹部51暴露在连接机构50内。因此，在端部效应器22突出机头15的远端支撑52时，钻头20已经通过保持部件36被安装。在围绕端部效应器22的轴的壳体邻近远端支撑52时，端部效应器22被机头15的远端支撑52稳定。

图7示出打开的机头15的侧视图，其中跟踪器12A使用安装部件13连接到其上，并且钻头20插在其中部分地展开位置中。因而，在导螺杆26上的螺母44可以沿着螺杆26移动大约一半途径，导致钻头20的端部效应器22从护罩26部分地突出。在上文中在前讨论过的机头5的各种其它部分也在图7中表示。一般来说，关于机头15的附图，应理解，在不同附图中示出的类似部件可以使用相似参考标号表示，并且可以具有类似功能。

图8是与齿轮头40、齿轮42、导螺杆46和构成钻头移动组件24的其它元件连通的致动器38的另一个特写视图。因此，当致动器38被供给信号和/或动力时，齿轮头40可以然后旋转齿轮42，使得导螺杆46旋转。在导螺杆46旋转时，螺母44沿着导螺杆46行进。螺母44可以进一步连接到保持部件载体37，保持部件载体37安装到保持部件36。如图8中所示，载体37可以沿着导螺杆46移动（平移）约2/3rds以使端部效应器22的至少一部分突出护罩26，如在图12中可见。如本文中所论述的，钻头20可以在机头15的内壳体19内部物理地移动，以保持端部效应器22的暴露控制。

图9和12图示机头15的剖视图，其中钻头20通过接合机构21安装在其中，接合机构21连接到机头15的接收部件36。钻头20可以优选地沿着中心轴线X-X对齐，使得定位在钻头轴的端部处的端部结合机构22可以在保持部件载体37朝向护罩26移动时从护罩26突出。图9示出护罩26的关闭，护罩26可以在端部结合机构22上并且在远端支撑52上滑动进入连接机构50的护罩接收凹口51。因此，在连接到连接机构50的同时可能存在在图9中显示的、在远端支撑件52的端部和护罩26的移动的内部之间的微小间隙。

图10图示保持在内壳体19内的钻头20，除了端部效应器22处于其中端部效应器22是不可见的缩回位置中。因此，保持部件载体37靠近致动器38和朝向机头15的后开口定位。

如前文所述，端部效应器22的暴露控制（通过在图2中示出的ECU28）可能是必要的，以防止骨17的过度切割或错误切割。在需要钻刺（bur）回缩以防止损坏骨17时，在ECU 28中的暴露控制模块（未显示）可以提供适当的信号至致动器38，致动器38进而通过齿轮42的转动而旋转导螺杆46。因此，旋转导螺杆46朝向壳体19的后端部轴向地移动螺母44，从而还移动钻头20和端部效应器26，端部效应器26经由连接的保持部件36被机械地连接到螺母44。因此，端部效应器22的向前和向后运动可以通过导螺杆46的经由致动器38的适当旋转获得。

在根据本发明的至少一个实施例中，外壳体18的设计还可以进一步包括用于连接到电子控制单元（ECU）28的通信和驱动器电缆的合适的应力释放件（strain relief）。示例性的电缆/连接分别地示于图7、10和12中。控制单元28可以包含用于信号控制、放大和过滤的电子电路以及通信和安全相关的电路。

根据本发明的至少一个实施例，并且如在图2和图7中显示，从机头15延伸到电子控制单元28的信号和驱动器线路可以包括：连接到钻头20用于钻头速度控制的一个信号电缆20A；和连接至致动器38的第二电缆38A。电缆38A包括用于动力和位置反馈信号的引线。电子控制单元28从包括的动力控制模块（未显示）提供那些信号到电缆38A。动力控制模块接受来自计算机30的位置的指令，计算机30可以通过通信协议（例如，基于USB[通用串行总线]的信号通信）连通到控制单元28。动力控制模块然后可以转化这些命令到合适的电压，以作为驱动信号提供至致动器38。钻头20的线性前进（即，端部效应器22相对于被切割的骨7的暴露）因而可以通过至致动器38的驱动信号的合适的调制控制。

在根据本发明的至少一个实施例中，例如，ECU 28还可以包括或包含执行各种任务的微处理器或微控制器（未显示），各种任务例如为，数据（例如，从诸如致动器38的各种数据输入源接收的数据）的一致性的检查、与连接到ECU 28的装置的通信、从各种传感器接收到的数据（例如，通过计算机30从跟踪系统10接收的数据，或从致动器38接收的反馈信号）的解释，并且提供反馈和“看门狗”功能给包含钻头的机头15的整体操作。在一个实施例中，ECU 28还包括调制所连接的外科手术钻头的速度的控制电路，通过采取来自操作员控制踏板（或触发器）29的信号作为输入，并且比较由计算机30给定的命令，通过提供改进的速度信号到钻头20（通过电缆20A）。响应于从跟踪系统10（其跟踪钻头钻刺22相对于骨17的相对位置）获得的跟踪数据，基于从计算机30接收（通过ECU 28）到的反馈信号，通过以合理的保守的方式控制钻头的切割速率，这个改进的速度信号从而允许骨切割的额外层的安全和控制。

除了少掉钻头（drill-less）的机头15和ECU 28，根据本发明的一个实施例的外科手术工具套件，还包括软件API以允许制造商（例如，第三方制造商）整合机头15与外科手术导航系统。因此，机头15（在插入适当的钻头时）可以用作结合外科手术导航系统的导航外科手术工具。这样的API通过非限制性示例的方式在图13中示意性地显示。

根据本发明的至少一个实施例，并且如在图13所示，API 100可以包括工具模型106以及工具控制模块104。在外科手术过程中，API 100可以实现的命令设置102以直接地指挥机头15（例如，通过在主机计算机处的端部用户应用程序150所提供的命令，诸如“去暴露位置X”[152]和“设置钻刺速度到Y％”[154]等等）。

在根据本发明的至少一个实施例中，并且以非限制性的例子的方式在图14中示出，API 100还可以包括与骨模型108和骨骼制备算法110。骨模型108可以接受来自端部用户应用150的输入有关骨信息（诸如形状信息162）的软件模型，而骨骼制备算法110可以接受输入外科手术计划160和内部的操作位置信息（诸如机头15的相对位置[156]和被切割的骨17的相对位置[158]以及骨的形状[162]）。骨模型108和骨骼制备算法110，结合工具模型106和工具控制104，可以通过与ECU 28通信提供机头15的实时控制。在图13和14中显示的元件也可以被一起利用。可以采用各种各样的任何特定的方法和系统来控制的成形工具（诸如在与钻头配合的机头15），例如在前的在美国专利号6,757,582中公开的那些。

在根据本发明的至少一个实施例中，API 100可以被安装在主机计算机上（例如，在图2中的计算机30），并且，仅通过举例的方式，可以通过盘（例如，CD、DVD、软盘或任何其他数据存储介质）提供或通过软件下载。在一个实施例中，API 100提供所支持的命令的列表，可以与计算机30上装载的现有的计算机程序通过所述命令与成形工具（如，机头15）通信。这样的命令可以动作以影响计算或数据存储，在主计算机30内和相对于ECU微控制器28（例如其本身可以设置有由外科手术工具包供应商预先安装在其中的其自己的软件）两者。在一个实施例中，ECU软件可以是仅通过单独的固件升级过程可变的。ECU软件可以通过由ECU软件和API 100两者实现的通信协议与主计算机30连通。通信协议在优选的实施例中由高速USB连接支持。

在根据本发明的至少一个实施例中，如在图15中示意性示出，API 100可以配置为提供用户界面显示（例如，在计算机30的监视器上[参照图2和图7]或任何其他专用显示屏幕上），以使外科手术医生可以看到在外科手术过程中的切割动作和内操作骨骼模型的放大视图。这些界面元件可以装有导航软件，从而允许外科手术工具包的组件（例如，包括机头15、ECU28和API 100）与外科手术导航系统的用户的选择方便地集成。因此，图形显示程序112可以包含在API 100中以与骨模型108和工具模型106通信，同时基于来自端部用户应用150的提示或输入接收命令（102），例如，“拖拉（或移动）骨骼和工具”（164）。在图13、14和15中显示的元件可以被一起利用。

从以上所述可以理解，根据本发明的至少一个实施例的导航外科手术工具包在执行导航外科手术系统中为外科手术医生（或医院）提供很大程度灵活性。工具包的机头15提供壳体（配备有合适的钻头运动控制和跟踪连接），以接收外科手术医生的钻头20，以形成外科手术医生可以以徒手的方式使用的导航外科手术工具，同时提供额外的安全层（在工具包的电子控制单元的控制下），确保精确和准确切割。机头15因此在插有适当配置的钻头20时可以在外科手术导航系统诸如第三方的导航系统中用作导航外科手术工具。

因而，可以进一步地理解，根据本发明的至少一个实施例的工具包的软件API提供患者的解剖结构的可视界面16以及导航信息（例如，与目标14的定位和定向有关）以在外科手术过程引导外科手术医生。这些界面元件可以装有现有导航软件，从而允许现存外科手术工具包的组件（即，机头15、电子控制单元和API）与外科手术导航系统的用户的（例如，外科手术医生的）选择方便地集成。因此，提供的导航外科手术工具可以适应各种不同的用户选择的外科手术钻头和跟踪系统，并且也可以使用第三方导航软件操作，从而在实现导航外科手术系统中给用户（例如，外科手术医生或医院）更大的灵活性。

根据本发明的至少一个变体实施例，如图16中显示，各种模块和/或功能和/或元件可以在API 200和ECU 228之间分开。可以想象，相对于图13-15所描述的常驻在API或与API相关的任何或全部的元件可以常驻在ECU 228或与ECU 228相关。图16提供这种可能性的一个说明性的和非限制性的示例。因此，如图所示，API 200可以基于来自端部用户应用程序250的提示或输入接受输入命令设置202，诸如“机头在位置A”（256）、“骨在位置B”（258）”、“外科手术计划是C”（260）和“骨形状是D”（262）。虽然骨模型208可以装载在API 200中或与API 200相关，诸如工具控制模块204、工具模型206和骨骼制备算法210的其他元件可以装载在ECU 228中或者与ECU 228相关，于是这些元件与机头215通信。

虽然为了说明的目的已经基于目前被认为是最实用和优选的实施例详细地描述本了发明，应理解，这些细节仅用于说明的目的，并且本发明不限于所公开的实施例，而是相反地，意在覆盖在在所附的权利要求书的精神和范围之内的修改和等效布置。例如，应该理解的是，在可能的范围内，本发明设想任何实施例的一个或多个特征可以与任何其他实施例中的一个或多个特征相结合。由于改变以适应特定的操作要求和环境的其他修改和变化对于本领域技术人员将是显而易见的，本发明不被视为限于的选择用于公开目的的示例，并且覆盖不构成偏离本发明的精神和范围的全部变化和修改。

Claims (22)

1.一种用于工具的机头布置，所述机头布置包括：

保持部件，所述保持部件配置为接收工具的至少一部分在固定位置；

护罩，所述护罩配置为覆盖工具的至少一部分；

至少一个安装部件，所述至少一个安装部件配置为接收跟踪系统的至少一部分；

致动器，所述致动器安装到所述机头并且与所述保持部件通信，其中所述致动器配置为相对于所述护罩移动所述保持部件。

2.根据权利要求1所述的机头布置，其中，所述工具配置为提供主要动作驱动以移动工具的端部效应器，并且所述致动器配置为提供辅助动作驱动以在与主要动作驱动运动不同的另一个模式中移动端部效应器。

3.根据权利要求1所述的机头布置，其中，所述机头还包括跟踪器，所述跟踪器配置为指示工具的位置。

4.根据权利要求1所述的机头布置，其中，所述机头还包括连接机构，所述连接机构配置为能够释放地固定所述护罩。

5.根据权利要求1所述的机头布置，其中，所述保持部件被进一步配置为能够释放地固定工具的至少一部分在所述机头内。

6.根据权利要求1所述的机头布置，其中，所述机头进一步包括支撑部件，所述支撑部件远离所述保持部件延伸用于支撑工具的至少一部分。

7.一种导航外科手术工具，包括：

端部效应器，所述端部效应器配置为成形目标；

跟踪器，跟踪器配置为指示所述端部效应器的位置；

机头，所述机头具有第一连接部和第二连接部，所述第一连接部配置为保持工具的至少一部分，所述第二连接部配置为保持所述跟踪器。

8.根据权利要求7所述的导航外科手术工具，进一步包括第三连接部，第三连接部配置为能够释放地接收护罩。

9.根据权利要求7所述的导航外科手术工具，进一步包括致动器，所述致动器配置为相对于所述机头移动工具。

10.一种导航外科手术工具系统，包括：

外科手术工具；

跟踪系统，跟踪系统配置为使所述工具的位置已知；

机头，所述机头配置为接收所述工具的至少一部分，其中所述机头进一步配置为移动所述工具；和

护罩，所述护罩配置为覆盖所述工具的至少一部分。

11.根据权利要求10所述的导航外科手术系统，其中，所述机头进一步包括致动器，所述致动器配置为移动所述工具。

12.一种用于工具的机头布置，包括：

保持部件，配置为接收工具的至少一部分；

护罩，所述护罩配置为覆盖工具的至少一部分；

至少一个安装部件，所述至少一个安装部件配置为接收跟踪系统的至少一部分；

致动器，所述致动器安装到所述机头，并且配置为控制工具的至少一部分相对于所述护罩的暴露。

13.一种导航外科手术套件，包括：

跟踪系统；

工具，所述工具与所述跟踪系统通信；

平台，所述平台与所述跟踪系统和所述工具通信，所述平台包括：

至少一个处理器；和

计算机可读存储介质，具有包含在其中并且能够由所述至少一个处理器执行的计算机可读程序代码，所述计算机可读程序代码包括：

配置为通过与预先确定的导航的外科手术操作相关的至少一个隐藏的目标使用所述工具选择性地控制目标的成形的计算机可读程序代码；

配置为提供与所述隐藏的目标接合的至少一个应用程序编程接合目标的计算机可读程序代码；以及

配置为提供使得可配置用于在所述平台上的操作的至少一个任务具体化的至少一个目标模板的计算机可读程序代码。

14.根据权利要求13所述的套件，其中，所述至少一个任务包括从由速度控制任务、伸展控制任务构成的组中获得的至少一个。

15.根据权利要求13所述的套件，其中，所述计算机可读程序代码配置为提供所述工具的模型。

16.根据权利要求13所述的套件，其中，所述计算机可读程序代码配置为提供用于所述工具的控制算法。

17.根据权利要求13所述的套件，其中，所述计算机可读程序代码配置为提供被成形的所述目标的模型。

18.根据权利要求13所述的套件，其中，所述计算机可读程序代码配置为提供用于被成形的所述目标的制备算法。

19.根据权利要求13所述的套件，其中，所述计算机可读程序代码配置为提供图形显示程序用于管理所述工具和被成形目标的可视化显示。

20.根据权利要求13所述的套件，其中，所述计算机可读程序代码配置为接受关于取自组中的至少一个的输入，所述组由如下组成：工具暴露；工具速度；工具位置；被成形目标的定位；外科手术计划；被成形目标的形状；产生工具和被成形的目标的可视化表示的命令。

21.根据权利要求13所述的套件，其中，所述计算机可读程序代码的至少一部分能够在电子控制单元上执行。

22.一种计算机程序产品，包括：

计算机可读存储介质，具有包括在其中的计算机可读程序代码，所述计算机可读程序代码包括：

配置为使用工具和机头的至少一个选择性地控制目标的成形的计算机可读程序代码，且至少一个隐藏的目标与预先确定的导航的外科手术操作相关的；

配置为提供与所述隐藏的目标界面的至少一个应用程序编程接合目标的计算机可读程序代码；和

配置为提供使得可配置用于在所述平台上的操作的至少一个任务具体化的至少一个目标模板的计算机可读程序代码。

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