CN102892364B - 瞄准整形外科器械的标志物 - Google Patents

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Abstract

用于在瞄准整形外科器械的标志物时使用的瞄准传感器。传感器包括非柱状的安装平台例如印刷电路板和至少两个安装或印制的传感器线圈以提供能够以预定位置和取向安置在整形外科器械上或整形外科器械内的低外形传感器组件。平台具有非圆形截面，其宽高比大于约1.5:1。平台的非圆形截面使得能够将传感器安置在植入物内已知的固定位置。传感器线圈可以部分或完全嵌入到平台内。

Description

瞄准整形外科器械的标志物
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年10月6日提交的申请号为61/249,245并且发明名称为“用于瞄准整形外科植入物的低外形感应式电磁传感器(LOW PROFILE INDUCTIVE ELECTROMAGNETIC SENSORS FOR TARGETING ORTHOPEDIC IMPLANTS)”的美国临时申请的优先权和所有权益，通过引用将其全部内容并入本文。
技术领域
本公开涉及瞄准整形外科器械的标志物。
背景技术
整形外科器械在很多场合被用于稳定和/或支撑骨和其他组织例如断骨和骨碎片。在连接整形外科器械期间，瞄准整形外科器械的一个或多个标志物有时是必要或有利的。例如，被遮掩的标志物譬如已植入的整形外科器械的固定孔可以利用装配架和/或X射线成像来定位。一旦定位，工具和/或紧固件就可以与标志物接合。另外，还可以瞄准可见的标志物以确保工具或紧固件正确或符合需要地对准整形外科器械的标志物。例如，工具或紧固件相对于整形外科器械标志物的期望插入角度可以利用机械装配架实现。
可选地，整形外科器械的标志物可以利用电磁空间测量系统进行瞄准，由此确定与传感器线圈形式的感应式电磁传感器相连的整形外科器械的位置。当整形外科器械被置于磁场内时，在传感器线圈内会感应出电压或电流，感应电压或电流可以被测量系统用于确定整形外科器械的位置。由于磁场是低强度并且能够安全地穿过人体组织，因此整形外科器械的位置测量可以在没有光学空间测量系统的视线约束的情况下进行。
在机械上，自由度(DOF)是明确对象的移动位置和旋转取向的独立位移和/或旋转的集合。例如，在三维空间内移动的质点具有三个平移分量并且因此具有三个自由度(3DOF)。平移是无旋转地移动的能力，而旋转是围绕某条轴线的角运动。与质点相比，刚体可具有包括三个旋转和三个平移分量在内的最大的6DOF。具体地，在d维刚体的情况下，刚体具有d(d+1)/2个自由度(d个平移和d(d-1)/2个旋转分量)。因此，三维(X,Y和Z)刚体具有最大的6DOF。如本文中所用，对象的位置包括确定对象在三维空间内位置的平移位置和旋转取向。
目前可用的电磁传感器可以嵌入或连接至对象例如手术器械或整形外科植入物以允许在正确的解剖环境中实时显示对象的位置。参照图1-2，电磁传感器10可以被设置在柱状主体或杆11内。传感器10包括以交叉结构彼此重叠放置的两个线圈12,13以及设置在线圈12,13之间以保护线圈12,13免遭破坏的印刷电路板(PCB)14。如果只需要将5DOF的传感器用于空间跟踪应用，那么因为围绕柱体直径或轴线z(图2)的旋转可以忽略，所以图1-2中示出的设置方式是可接受的。但是，图1和2中的设置方式要求容纳传感器10的结构厚度至少是线圈12,13的直径的两倍以容纳线圈12,13的交叉结构以及主体或杆11。而且，因为6DOF的传感器是某些瞄准应用例如瞄准整形外科植入物譬如髓内钉的远端所必需的或者对其有利，所以传感器壳体11(图1)的圆形截面形状会由于柱体11在组装期间倾向于围绕其轴线z(图2)旋转并且因此坐标的预定取向也可能会在组装期间改变而难以将传感器10始终以预定取向放置于植入物内。
发明内容
公开了用于在瞄准整形外科器械的标志物时使用的瞄准传感器。感应式电磁传感器可以被嵌入到整形外科器械内，设置在整形外科器械上，或者与整形外科器械联合使用例如在与整形外科器械可移除地相联的探针内或探针上使用。传感器可以包括安装平台例如PCB以及至少两个安装或印制的传感器线圈。
在一个主要方面中，一种整形外科器械包括感应式电磁传感器，具有非柱状的安装平台和至少两个传感器线圈。传感器线圈以基本共面的方式并且相对于彼此成一定角度地被连接至平台，传感器线圈彼此不重叠。
实施例可以包括以下的一种或多种特征。例如，平台具有大于约1.5:1的宽高比。平台具有范围是从约1.5:1到约5:1、范围从约2:1到约3:1或者约为2.5:1的宽高比。平台具有一定的高度和宽度，高度范围是从约0.2mm到约1mm，高度小于宽度。平台的宽度小于约3mm。平台的宽度范围是从约1mm到约3mm。传感器的至少两个线圈相对于彼此形成的角度θ的范围是从约15°到约175°，或者是从约15°到约90°。线圈被至少部分地嵌入到平台内。平台是印刷电路板，该印刷电路板包括聚酰胺树脂。印刷电路板具有大致为矩形的截面，其宽高比大于约1.5:1。印刷电路板进一步包括多个导电的迹线和焊点。整形外科器械是髓内钉并且传感器被设置在髓内钉的远端部分内。整形外科器械进一步包括具有外表面的狭长主体以及用于容纳感应式电磁传感器的至少一个构件。整形外科器械是被设置用于与整形外科稳定构件可移除地接合的探针。
在另一个主要方面中，整形外科器械包括具有外表面的狭长主体以及用于容纳感应式电磁传感器的至少一个构件。感应式电磁传感器包括与至少一个构件相接合的非柱状安装平台以及安装在平台上的至少两个传感器线圈，传感器线圈以基本共面的方式并且相对于彼此成一定角度θ地被连接至平台，传感器线圈彼此不重叠。
实施例可以包括以下的一种或多种特征。例如，平台具有范围是从约1.5:1到约5:1、从约2:1到约3:1或者约为2.5:1的宽高比。平台具有一定的高度和宽度，高度范围是从约0.2mm到约1mm，高度小于宽度，并且宽度范围是从约1mm到约3mm。平台的宽度小于约3mm。传感器的至少两个线圈相对于彼此形成的角度θ的范围是从约15°到约175°，或者是从约15°到约90°。线圈被至少部分地嵌入到平台内。平台是印刷电路板，该印刷电路板包括聚酰胺树脂，印刷电路板具有矩形的截面，其宽高比大于约1.5:1。印刷电路板进一步包括多个导电的迹线和焊点。
在另一个主要方面中，一种用于识别标志物的系统包括用于生成磁场的场发生器，位于磁场内的整形外科器械，整形外科器械具有至少一个标志物，至少一个传感器，至少一个传感器包括非柱状的安装平台以及安装在平台上的至少两个传感器线圈，传感器线圈以基本共面的方式并且相对于彼此成一定角度θ地被连接至平台，传感器线圈彼此不重叠，传感器以设定距离与至少一个标志物间隔开，标志物识别器，以及用于处理来自至少一个传感器的传感器数据并且利用设定距离确定标志物识别器相对于至少一个标志物的位置的处理器。
实施例可以包括以下的一种或多种特征。例如，标志物识别器包括第二传感器。标志物是从由构件、孔隙、凸块、管道、定位槽、凸缘、凹槽、元件、隔板、梯级、孔口、钻孔、空腔、凹痕、导管、间隙、凹口、小孔、通道、狭缝、孔洞或沟槽构成的组中选出。整形外科器械是髓内钉。整形外科器械具有带凹部的外表面，构成插管的内表面以及其间的壁部，并且凹部和第一传感器被设置在壁部内。整形外科器械进一步包括设置在凹部和第一传感器上的罩盖。标志物识别器进一步包括钻头套管。标志物识别器进一步包括锯齿状尖端。处理器向用户提供反馈信息。标志物识别器包括场发生器。至少一个传感器被连接至可以从整形外科器械上移除的探针。标志物识别器进一步包括套管，套管在相对于磁场的已知位置具有纵向轴线。纵向轴线通常与和磁场相关联的参考坐标系的某一轴线同轴。
在另一个主要方面中，一种用于识别标志物的方法包括提供整形外科器械和相对于整形外科器械设置在已知位置的第一传感器，整形外科器械具有近端部分、远端部分和设置在远端部分上的至少一个标志物，第一传感器包括非柱状的安装平台以及安装在平台上的至少两个传感器线圈，传感器线圈以基本共面的方式并且相对于彼此成一定角度θ地被连接至平台，传感器线圈彼此不重叠，将整形外科器械连接至患者的一根或多根骨，利用标志物识别器和第一传感器的输出来瞄准标志物，然后利用标志物识别器使工具和紧固件中的至少一者与标志物接合。
附图说明
图1是现有技术中感应式电磁传感器的端视图。
图2是图1中所示传感器的顶部俯视图。
图3是其中植入有髓内钉的股骨的示意图。
图4是可以装有一个或多个瞄准传感器的髓内钉的透视图。
图5是感应式电磁传感器的顶部俯视图。
图6示出了表示用于在感应式电磁传感器内使用的12种不同平台的非圆形或非柱状截面的端视图。
图7示出了用于电磁传感器的线圈设置方式的顶部俯视图。
图8是用于瞄准整形外科器械标志物的系统的示意图。
图9是图8中整形外科器械远端的放大局部视图，示出了不同的罩盖。
图10是图8中整形外科植入物的截面图。
图11是用于瞄准整形外科器械标志物的系统的示意图。
图12是图11中整形外科器械的局部截面图。
应该理解附图并非一定按比例绘制并且公开的实施方式有时是示意性地以及在局部视图中示出。在某些情况下，可能省略了并非理解本公开所必需的细节或者会使其他细部难以理解的细节。应该理解本公开并不局限于本文中介绍的特定实施方式。
具体实施方式
图3示出了股骨16以及设置在股骨16内并且通过多个销钉或螺钉18固定就位的髓内钉17。图4中提供了髓内钉17的透视图。销钉或螺钉18被容纳在贯穿孔19内。钉17分别包括近端21和远端22。为了向外科医生提供关于通孔19或其他标志物的信息，一个或多个感应式电磁传感器25(图5)可以被安装在髓内钉17上或髓内钉17内，其中至少一个传感器25如图8所示设置为朝向髓内钉17的远端22。设置为朝向钉17远端22的传感器25可以是6DOF传感器。
转至图5，传感器25包括以共面的方式安装在或者印制在平台28上的两个线圈26,27。平台28也支持用于容纳焊点32的电子部件29和导电迹线31。平台28具有宽度w、长度l和厚度或高度h(图6)。
具体地，转至图6，示出了具有不同截面轮廓的12种不同的平台28a-28k。每一种平台28a-28k都具有宽度w和厚度或高度h。平台28a的特征在于矩形的截面轮廓；平台28b的特征在于矩形的截面轮廓和圆缘35；平台28c的特征在于平行四边形的截面轮廓；平台28d的特征在于梯形的截面轮廓；平台28e的特征在于矩形的截面轮廓和能够被容纳在设于整形外科器械或探针(未示出)内的互补槽内的侧向舌片36；平台28f的特征在于三角形的截面轮廓；平台28f的特征在于不规则的五边形截面轮廓；平台28g的特征在于六边形的截面轮廓；平台28h和28i的特征在于曲线式的截面轮廓；平台28j的特征在于不规则的四边形截面轮廓，其中一侧37短于另一侧38；以及平台28k的特征在于一条圆形或凸形的侧边41和一条凹形的侧边42。通常，几乎所有的非圆形截面轮廓均可被用于平台28。
在图5中，线圈26,27相对于彼此以约160°的角度θ设置。线圈26,27之间的角度θ可以如图7所示有很大的改变。具体地，设置在平台28l上的线圈26a,27a相对于彼此以约165°的角度θ设置；设置在平台28m上的线圈26b,27b相对于彼此以约90°的角度θ设置；设置在平台28n上的线圈26c,27c相对于彼此以约45°的角度θ设置；设置在平台28o上的线圈26d,27d相对于彼此以约60°的角度θ设置；设置在平台28p上的线圈26e,27e相对于彼此以约110°的角度θ设置；还有设置在平台28q上的线圈26f,27f相对于彼此以约135°的角度θ设置。
感应式电磁传感器25可以被嵌入到整形外科器械例如髓内钉17内或者与连接至整形外科器械的探针或其他构件联合使用。例如，探针可以可移除地与髓内钉、骨板或其他的整形外科稳定构件相接合。传感器25包括可以是具有非圆形或非柱状的形状和尺寸的PCB形式的非柱状安装平台28-28k和至少两个安装或印制的传感器线圈26-26f,27-27f以提供能够在植入物加工或组装期间稳定地放置在整形外科器械17内预定位置或者能够设置在可与整形外科器械17例如植入物、外部固定器械或其他稳定构件可移除地接合的探针内的低外形传感器25。平台28-28q优选地具有大于约1.5:1的宽高比(也就是宽度w与高度h的比值)，更优选地大于2.0:1。在某些实施例中，传感器25具有约2.5:1的宽高比。通常，传感器25的高度可以落在约0.2mm到约1mm的范围内，并且线圈26-26f,27-27f的直径可以是确定传感器25高度的主要因素。传感器25的宽度可以落在约1mm到约3mm的范围内。平台28-28q的宽度w和/或长度l可以被确定用于容纳线圈26-26f,27-27f之间形成的角度θ。具体地，宽度w随着θ接近90°而增大，同时长度l随着θ接近90°而减小。随着θ接近180°或0°，平台28-28a的宽度w减小且长度l增大。通常，至少两个线圈26-26f,27-27f形成的角度θ的范围是从约15°到约175°。而且，为了节约空间，线圈26-26f,27-27f以共面的方式设置在平台28-28q上而非彼此重叠。线圈26-26f,27-27f可以部分或完全嵌入安装平台28-28q内。平台28-28q与线圈26-26f,27-27f的这种形状和尺寸的设置方式提供了能够稳定地放置在整形外科植入物17内或整形外科植入物17上已知位置的低外形传感器25。平台28-28q由不导电、无磁性的材料制成。
图5中的感应式电磁传感器包括印刷电路板形式的平台28，包括具有宽度w约为2.5mm且高度或厚度h约为1mm的矩形截面。附加的导电迹线31被印制在平台或电路板28上以允许节约空间地设置焊点32。平台或电路板28可以包括聚酰胺树脂。两个传感器线圈26,27被部分嵌入平台或电路板28内，通常是共面的并且形成的角度θ的范围是从约140°到约170°。
图8示出了一种用于识别标志物例如髓内钉17内的孔19的公开的系统40。系统40可以包括处理器41、磁场发生器42、标志物识别器43和整形外科器械也就是装有一个或多个传感器25的髓内钉17。在某些实施例中，系统40还可以包括电耦合至处理器41的监视器44。系统40还可以包括可移除地连接至髓内钉17的插入手柄45。处理器41在图8中被示出为台式计算机，但是也可以使用其他类型的计算设备。作为示例，处理器41可以是台式计算机、笔记本电脑、个人数据助理(PDA)、移动手持设备或专用设备。磁场发生器42可以是能够从美国Vermont州Milton市Catamount Drive 107号的Ascension Technology公司、加拿大Ontario州Waterloo市Randall Drive 103号的Northern Digital公司或者美国Vermont州Colchester市Hercules Drive 40号的Polhemus公司购得的设备。但是，也可以使用其他的发生器；例如场发生器42可以提供脉冲直流电磁场或交流电磁场。在某些实施例中，系统40还可以包括耦合至磁场发生器42的控制单元(未示出)。控制单元可以控制场发生器42，从小型移动感应式传感器接收信号并且以有线或无线方式与处理器41通信。在某些实施例中，控制单元可以通过硬件或软件在处理器41内实施。
磁场发生器42包括适当设置的提供空间磁参考坐标系(也就是X,Y和Z轴)的电磁感应线圈。与髓内钉17相连的小型移动感应式传感器的位置根据由磁场发生器42生成的源场由传感器25的输出确定。
磁场发生器42可以生成不同空间磁场形状或属性的序列或集合，其中每一个都通过感应式传感器25测量。例如，可以用重复序列生成六种不同的磁场形状。序列中的每一个磁场都促使感应式传感器25生成输出信号(可能包括空信号)以使传感器25基于磁场序列来生成输出信号序列。处理输出信号序列使得能够确定传感器25相对于由电磁场发生器42提供的空间参考磁坐标系的位置。由此，就可以根据传感器25相对于髓内钉17的已知位置来确定髓内钉17以及髓内钉17中与传感器25相关联的各个标志物相对于空间参考磁坐标系的位置。处理器41或控制单元利用空间参考磁坐标系和传感器输出来建立包括位置信息的变换矩阵。
标志物识别器43被用于瞄准标志物例如髓内钉17中的贯穿孔19。标志物识别器43可包括一个或多个小型移动感应式传感器50，其可以具有与传感器25类似或相同的结构和/或操作。标志物识别器43可以是任意数量的器械；例如标志物识别器43可以是钻头导管、钻头套管、钻头、钻鼻、钻筒、钻头夹盘或固定元件。如图8所示，标志物识别器43是具有锯齿状尖端46、管47和手柄48的钻头套管。管47也可以被称作衬套、圆筒、导管或钻接/螺接移动导管。在某些实施例中，标志物识别器43包括具有纵向轴线的钻头套管，沿纵向轴线接收钻头。纵向轴相对于电磁场发生器参考坐标系的坐标轴被设置在已知位置。例如，纵向轴线可以与电磁场发生器的参考坐标系的坐标轴基本平行或同轴。
第二传感器50相对于管47的轴线被设置在已知位置，管47可以接收钻头或其他工具。传感器50相对于管47的已知位置允许确定管47相对于磁场发生器42或系统内其他传感器例如与髓内钉17相关联的传感器25的六个维度(三个平移和三个旋转)的空间位置。在某些实施例中，处理器41可能需要校准以调节第二传感器50相对于管47或标志物识别器43中其他部件的位置。在某些实施例中，标志物识别器43可以包括例如装在手柄48内的场发生器42并且传感器50可以省略。
除了髓内钉17以外，其他的整形外科器械也可以包括用于瞄准整形外科器械中标志物的传感器25。例如，整形外科器械可以是骨板、髋部假体、膝盖假体或其他的关节假体或外部固定器械或者是任意这些器械中的部件。
如图9所示，传感器25相对于髓内钉17上的一个或多个标志物被设置在已知位置。如上所述，标志物可以是髓内钉17或其他整形外科器械中可轻易识别的任何构件，例如贯穿孔19或者任意的一个或多个孔隙、凸块、管道、定位槽、凸缘、凹槽、元件、隔板、梯级、孔口、钻孔、空腔、凹痕、导管、间隙、凹口、小孔、通道、狭缝、沟槽或其组合。传感器25相对于标志物19偏移就允许将标志物19的位置相对于磁场发生器42和/或系统内其他传感器例如第二传感器50以六维(三个平移和三个旋转)在空间内定位。在某些实施例中，处理器41可能需要校准以调节第二传感器50相对于一个或多个关注的标志物的偏移距离。
传感器25和第二传感器50通过有线或无线方式或者通过有线和无线耦合的组合耦合至传感器41。传感器25和第二传感器50是6DOF传感器，被设置用于输出允许针对通常被称为X,Y和Z的三根平移轴以及针对通常被称为俯仰、偏转和侧滚的三个角取向来定位每一个传感器25,50的信号。通过确定传感器在这些参照系内的位置，标志物识别器43即可相对于髓内钉17上的标志物19定位。例如，从传感器25,50接收到的信号允许外科医生安排手术路线以用于固定钻头或其他工具并将其与被遮掩的固定孔19正确对准。在某些实施例中，传感器25,50是6DOF传感器，来自于：美国Vermont州Milton市Catamount Drive 107号的Ascension Technology公司、加拿大Ontario州Waterloo市Randall Drive 103号的Northern Digital公司或者美国Vermont州Colchester市Hercules Drive 40号的Polhemus公司。也可以使用其他的传感器，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。
传感器25可以被连接至、嵌入到或以其他方式连接至髓内钉17。例如，传感器25可以被连接至髓内钉17的外表面51。在某些实施例中，髓内钉17还可以包括凹处或凹部52(在图9中清楚可见)。凹部52位于髓内钉17的壁部内。因此，在某些实施例中，传感器25应该被连接至髓内钉17并且在髓内钉17的使用寿命期间都安装在患者体内。另外，髓内钉17可以包括罩盖53以盖住凹处或凹部52。如图8所示，罩盖53可以与髓内钉17的外表面51基本平齐，或者如图9所示，罩盖53可以环绕髓内钉17。传感器25可以连接至引线54以用于通信和供电。引线54和传感器25可以例如通过灌封材料和/或粘合剂固定至髓内钉17。引线54可以被设置在髓内钉17外表面51内的纵向狭缝或凹槽49中。引线54可以被用于将传感器25连接至处理器41或控制单元。引线54可以由生物可相容的导线制成，例如可以从Indiana州Fort Wayne市Indianapolis Road 9609号的Fort Wayne Metals Research Products公司(邮编46809)购得的DFT®导线。第一接插件55可以被用于将引线54连接至另一器械例如处理器41、控制单元或插入手柄45。在某些实施例中，第二接插件56也可以被用于将引线54连接至处理器41。
如上所述，传感器25可以用高稠度粘合剂或聚合物例如环氧树脂材料、聚氨酯材料、聚甲基丙烯酸甲酯材料、聚醚醚酮材料、紫外线可固化的粘性材料、硅树脂材料或医用级氰基丙烯酸盐粘合材料固定在凹部52内。例如可以使用从Massachusetts州Billerica市Fortune Drive 14号的Epoxy Technology公司(邮编01821)购得的EPO-TEK 301。引线54可以用不会给传感器25中电子部件的性能带来不利影响并且不会给髓内钉17的性能带来不利影响的其他合适的方式固定在凹槽49内。在传感器25固定后，就可以将罩盖53放置在髓内钉17上并固定就位。例如，罩盖53可以被激光焊接至植入物。
在某些实施例中，传感器25可以被可移除地连接至髓内钉17。例如传感器25可以被安装在凹槽49内以供在植入和固定髓内钉17期间使用，并且可以在完成外科手术之前例如通过拉动传感器25和相关联的引线54脱离凹槽而从髓内钉17中取出传感器25。类似地，传感器25可以被设置在可移除地与髓内钉17相接合的探针内以使传感器25能够被用于瞄准髓内钉17的标志物并且随后即可从髓内钉17中取出。
监视器44可以被设置用于显示标志物识别器43和/或与标志物识别器43相关联的工具相对于髓内钉17或其他整形外科器械中一个或多个标志物的位置。处理器41可以确定位置数据并且通过用户界面输出位置数据的图像，这样可以在监视器44上图形化显示标识物识别器43和髓内钉17的相对位置。监视器44上显示的视图可以相对于髓内钉17或其他整形外科器械取向以使外科医生或其他操作人员可以看到标志物识别器43相对于髓内钉17或其他整形外科器械的当前相对位置。在某些实施例中，外科医生或其他操作人员可以同时观看监视器44和手术区。
插入手柄45可以被用于安装髓内钉17并且也可以被用于引导来自于传感器25的引线54。例如，插入手柄45可以在植入物17和处理器41之间引导通信和供电引线。在这样的实施例中，从髓内钉17中取出插入手柄45也会导致取出至少一部分引线54或接插件例如第二接插件55。
如图8所示，标志物识别器43和插入手柄45均包括通信模块58,59用于从传感器25,50向处理器41无线传输数据。但是也可以使用其他类型的通信方式例如有线通信。在某些实施例中，第二接插件56将通信模块59连接至传感器25。可选地，髓内钉17和插入手柄45可以具有配合的电触点以在组装部件时形成连接，从而使得传感器25被连接至通信模块59。
在某些实施例中，髓内钉17可以包括用于无线通信的通信电路和天线(未示出)。另外，用于传感器25和/或通信模块59的电源可以被设置在插入手柄45内。例如，电池60可以被装在插入手柄45内用于为传感器25、传输模块59和/或其他的电子部件提供电力。可选地，髓内钉17可以包括可操作用于给通信模块59感性供电并且输送来自传感器25的数据的感应线圈。电源可以是单种电源模式或者可以是双重模式AC/DC。
在使用时，髓内钉17被植入患者体内。例如，髓内钉17被放入患者的骨的髓内管中。可选地，穿孔元件例如螺钉或销钉可以被用于临时性或永久性地(例如在髓内钉17的使用时段内)锁定髓内钉的近端。操作人员可以使用标志物识别器43和传感器25来识别穿孔元件与之接合的髓内钉17中的标志物。例如，外科医生使用标识物识别器43来识别被遮掩的贯穿孔19，钻过贯穿孔19以准确地放置穿孔元件18并安装穿孔元件18。
图10进一步示出了图8中所示的髓内钉17，其可以包括传感器25、纵向凹槽49、用于容纳传感器25的凹处或凹部52，以及通常与髓内钉17的外表面51平齐的罩盖53。在某些实施例中，罩盖53可以由金箔或钛箔构成并且植入物17可以包括插管或通道61。髓内钉17包括外表面51以及延伸在表面51和内通道61之间的壁部62。
可选地，由于插管或通道61被包括在髓内钉17或其他整形外科器械内，因此例如在探针上或探针内设有传感器25时即可将传感器25设置在通道或插管61内。例如，如图11中所示，系统40a用于瞄准植入骨16内的髓内钉17的标志物。系统40a包括控制单元41a、场发生器42、标志物识别器43a和设置在髓内钉17中的探针62。控制单元41a可以包括以上在图8中介绍的处理器41或类似设备，或者处理器41也可以是独立单元。髓内钉17包括一个或多个标志物19例如贯穿孔，并且利用插入手柄45被插入骨16内，从而使贯穿孔19在视野中被遮掩。场发生器42被连接至控制单元41a。在某些实施例中，插入手柄45可以包括第三传感器70。
标志物识别器43可以包括第二传感器50并且可以引导钻头63。标志物识别器43可以被连接至或者包括用于旋转钻头63的钻孔器。第二传感器50可以有线或无线地耦合至控制单元41a。在某些实施例中，场发生器42也可以被包含在标志物识别器43内并且第二传感器50可以省略。
探针62可以包括导线或引线54、带体64和止挡件65。带体64可以是例如从Illinois州Sycamore市的Ideal Industries公司购得的约0.125英寸宽乘约0.060英寸厚的300系列不锈钢接合板带。但是，本领域技术人员应该理解也可以使用其他的材料和其他的尺寸。例如，聚合物、复合材料或金属构成的任何窄带均可被用作带体64，或者还可以有利地使用有色金属材料。带体64可以在放入髓内钉17之前先卷绕。卷绕带体64可以促使其具有自然曲率。带体64在某些实施例中可以具有矩形的几何形状，这有助于在将带体放入髓内钉17的插管61内时定向带体。例如，也可以使用椭圆、正方形或圆形的几何形状。导线54可以通过使用粘合剂或紧固件而有效地连接至带体64。带体64可以包括刻度或定位槽以随着带体被插入钉17内指示带的深度。探针62可以具有壳体而不是带体64，例如中空管或其他结构。
第一传感器25被有线或无线地耦合至控制单元41a。例如，第一传感器25可以通过使用导线54和接插件67被连接至控制单元41a。在另一些实施例中，接插件67可以省略或者以类似于图8中所示的通信模块59代替。第一传感器25可以被连接至带64的远端，并且止挡件65可以被连接至带64的近端。
在某些实施例中，探针62可以包括传感器壳体(未示出)以容纳第一传感器25。传感器壳体可以被连接至带64以将传感器25相对于带体64固定在已知位置。传感器壳体可以由有色材料例如聚合物、复合材料或金属制成。传感器壳体可以包括适当的应变消除以保护导线54和/或传感器25免受能够破坏导线54或传感器25的作用力影响。传感器壳体可以被构造和设置为使其足够大以容纳第一传感器25，而且还要足够小以装在插入手柄45的插管68内或者装在髓内钉17的插管61内。而且，传感器壳体可以被构造和设置为足够长以允许通过髓内钉的弯曲段、髓内钉的弓形段和/或相关器械内的弯曲段。传感器壳体的前端面和后端面的几何形状可以被设计为使得传感器壳体不会卡在或夹在仪表或髓内钉17的插管上。
止挡件65可以被用于控制探针62在插管61内的插入以实施将传感器25放置在相对于髓内钉17的已知位置。例如，如果带体64具有固定长度并且从插入手柄45的末端到标志物19的距离已知，那么就可以通过将止挡件65靠在插入手柄45的末端上来实现第一传感器25相对于标志物19的可重复放置。带体64可以具有足够的长度以使传感器25对准标志物19、靠近标志物19或者偏离标志物19。在某些实施例中，插入手柄45可以省略，并且可以使用不同的带体，其具有的长度被选择为使止挡件65接合髓内钉17的一部分或末端。类似地，止挡件65可以独立于探针65并且能够可移除地接合插入手柄45和/或髓内钉17以限制探针62向插管61内的插入。
图12示出了髓内钉17、传感器25、引线54和标志物19的详细视图，其中为清楚起见省略了带体64和传感器壳体。如图所示，传感器25通常被设置在标志物19附近以使传感器25不会影响钻头63和/或穿孔元件插入通过标志物19。
在使用时，髓内钉17被放入骨16内。插入手柄45可以被连接至髓内钉17。如图11所示，探针62通过插入手柄45的插管68输送并且送入髓内钉17的插管61内，直到止挡件65接合插入手柄45为止。导线或引线54可以被耦合至控制单元41a，并且传感器25,50和70可以利用控制单元41a进行校准。在某些实施例中，探针62可以在校准之后取出。如果是这样的话，那么即可将第三传感器70和变换矩阵用于识别第二传感器50的相对位置和标志物识别器43的位置。可选地，用户可以使用穿孔元件例如螺钉来首先锁定髓内钉的近端。操作人员使用标志物识别器43和第一传感器25来识别标志物19。例如，在髓内钉固定的情况下，外科医生使用标志物识别器43来识别盲穿孔并且钻通这些孔以放置穿孔元件。
尽管已经介绍了一些实施例，但显而易见的是本领域技术人员可以根据上述说明得出备选和修改方案。这些以及其他的备选方案被认为是等价的并且落在本公开和所附权利要求的精神和保护范围以内。

Claims (10)

1.一种整形外科器械，包括：
感应式电磁传感器，包括非柱状的安装平台和至少两个传感器线圈，
所述安装平台是印刷电路板，所述印刷电路板包括聚酰胺树脂并具有大体平坦的表面，
所述至少两个传感器线圈以基本共面的方式沿着所述大体平坦的表面连接至所述印刷电路板的大体平坦的表面，所述传感器线圈的中心轴线相对于彼此成一定角度，传感器线圈彼此不重叠，
其中所述至少两个传感器线圈的每个延伸穿过所述印刷电路板的大体平坦的表面，所述至少两个传感器线圈的每个具有嵌入到印刷电路板内的部分和延伸到印刷电路板之外的部分。
2.如权利要求1所述的整形外科器械，其中所述平台具有大于1.5:1的宽高比。
3.如权利要求1所述的整形外科器械，其中所述平台具有高度和宽度，高度范围是从0.2mm到1mm，高度小于宽度。
4.如权利要求3所述的整形外科器械，其中所述平台的宽度小于3mm。
5.如权利要求1所述的整形外科器械，其中所述传感器的至少两个线圈相对于彼此形成的角度θ的范围是从15°到175°。
6.如权利要求1所述的整形外科器械，其中所述印刷电路板进一步包括多个导电迹线和焊点。
7.如权利要求1所述的整形外科器械，其中所述整形外科器械是髓内钉并且传感器被设置在髓内钉的远端部分内。
8.如权利要求1所述的整形外科器械，进一步包括具有外表面的狭长主体以及用于容纳感应式电磁传感器的至少一个构件。
9.如权利要求1所述的整形外科器械，其中所述整形外科器械是被设置用于与整形外科稳定构件可移除地接合的探针。
10.一种用于识别标志物的系统，所述系统包括：
用于生成磁场的场发生器；
位于磁场内的整形外科器械，整形外科器械具有至少一个标志物；
至少一个传感器；
所述至少一个传感器包括非柱状的安装平台以及安装在平台上的至少两个传感器线圈，所述安装平台是印刷电路板，所述印刷电路板包括聚酰胺树脂并具有大体平坦的表面，所述至少两个传感器线圈以基本共面的方式沿着所述大体平坦的表面连接至所述印刷电路板的大体平坦的表面，所述传感器线圈的中心轴线相对于彼此成一定角度θ，传感器线圈彼此不重叠，传感器以设定距离与至少一个标志物间隔开，其中所述至少两个传感器线圈的每个延伸穿过所述印刷电路板的大体平坦的表面，所述至少两个传感器线圈的每个具有嵌入到印刷电路板内的部分和延伸到印刷电路板之外的部分；
标志物识别器；以及
处理器，用于处理来自至少一个传感器的传感器数据并且利用设定距离确定标志物识别器相对于至少一个标志物的位置。
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