CN104507410B - 确定解剖取向 - Google Patents

Abstract

公开了用于确定解剖取向的方法、系统和设备。接收指示被配置成与对象的骨盆一起移动的参考器件的位置的数据。接收指示与参考表面对应的各个方位的数据。接收指示骨盆上的各个方位的数据。基于与参考表面对应的各个方位和骨盆上的各个方位确定一个或更多解剖取向。解剖取向被配准到所述参考器件。

Description

确定解剖取向

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年2月29日提交的、并且标题为“DETERMINING ANATOMICALORIENTATIONS”的美国临时申请序列号61/604,612的优先权和完全权益，其全部内容通过引用被合并在此。

技术领域

本公开内容涉及确定解剖取向。

背景技术

在髋关节成形术中，髋臼有时被扩孔（ream）或者以其他方式准备以接收髋臼杯植入物。在髋关节成形术过程期间，扩孔器与压入器（impactor）的正确对准对于实现髋假体（hip prosthesis）的所期望的性能非常重要。在某些情况下，不正确对准可能导致不均匀磨损、错位或者其他不利效应。

发明内容

在一个总体方面中，一种方法包括基于参考表面的取向和骨盆的特征确定解剖取向。解剖取向被配准到参考器件，所述参考器件被配置成与骨盆一起移动。

在另一个总体方面中，一种设备包括一个或更多处理器件以及一个或更多数据存储器件。所述一个或更多数据存储器件存储指令，所述指令在由所述一个或更多处理器件执行时可操作为使得所述一个或更多处理器件实施各种操作。所述操作包括：接收指示被配置成与对象的骨盆一起移动的参考器件的位置的数据。所述操作包括：接收指示参考表面上的各个方位的数据，接收指示骨盆上的各个方位的数据，以及基于参考表面上的各个方位和骨盆上的各个方位确定解剖取向。所述操作包括：将解剖取向配准到参考器件。

各种实现方式可以包括以下特征当中的一项或更多项。举例来说，所述操作包括：相对于解剖取向确定手术轨迹，以及基于参考器件的位置确定工具相对于手术轨迹的位置。相对于解剖取向确定手术轨迹包括：基于指示参考器件的位置的数据确定髋臼压入轴的位置。确定髋臼压入轴的位置包括：相对于解剖取向确定处于预定倾角和预定前倾角的取向。所述操作包括：输出指示工具相对于手术轨迹的取向的数据。接收指示参考表面上的各个方位的数据包括：接收指示基本上呈平面状的表面上的至少三个方位的数据。确定解剖取向包括：基于所述至少三个方位确定对象的冠平面（coronal plane）的取向。

各种实现方式还可以包括以下特征当中的一项或更多项。举例来说，所述操作包括接收指示骨盆倾斜角度的信息，并且确定对象的冠平面的取向包括：使用指示骨盆倾斜角度的信息确定冠平面的取向。接收指示骨盆上的各个方位的数据包括：接收指示骨盆上的基本上沿着中-侧轴定位的至少两个方位的数据。确定解剖取向包括：基于骨盆上的所述至少两个方位确定沿着对象的基本上中-侧方向延伸的取向。所述至少两个方位包括对应于髂骨（ilium）的左前上隆起（spine）和髂骨的右前上隆起的方位。

各种实现方式还可以包括以下特征当中的一项或更多项。举例来说，指示被配置成与对象的骨盆一起移动的参考器件的位置的数据指示：与躺在参考表面上的对象的第一位置对应的参考器件的位置。所述指示被配置成与对象的骨盆一起移动的参考器件的位置的数据指示：对应于所述对象的不同于第一位置的第二位置的参考器件的位置。所述操作包括：基于对应于第二位置的参考器件的位置调节解剖取向；确定手术轴相对于经过调节的解剖取向的位置；以及基于对应于对象的第二位置的参考器件的位置确定工具相对于手术轴的位置。

各种实现方式还可以包括以下特征当中的一项或更多项。举例来说，接收指示参考器件的位置的数据包括：接收来自参考器件的电磁场传感器的数据。接收指示参考器件的位置的数据包括：接收指示参考器件的基准的位置的数据。

各种实现方式还可以包括以下特征当中的一项或更多项。举例来说，接收指示参考表面上的各个方位的数据包括：接收指示在对象以仰卧位躺在平面状参考表面上时所述平面状参考表面上的至少三个不同点的方位的数据。接收指示骨盆上的各个方位的数据包括：接收指示对应于骨盆的髂骨的左前上隆起和髂骨的右前上隆起的方位的数据。基于参考表面上的各个方位和骨盆上的各个方位确定解剖取向可以包括：基于平面状参考表面上的至少三个不同点确定针对对象的冠平面的取向，以及基于对应于髂骨的左前上隆起和髂骨的右前上隆起的方位确定对象的横轴或横平面的取向。

各种实现方式还可以包括以下特征当中的一项或更多项。举例来说，所述操作还包括：使用解剖取向确定针对对象的手术轨迹。所述操作还包括：在将对象从仰卧位移动到侧卧位之后，在对象处于侧卧位时接收指示相对于参考器件的位置的手术工具的位置的数据。所述操作还包括：在对象处于侧卧位时基于指示相对于参考器件的位置的手术工具的位置的数据确定手术工具相对于手术轨迹的取向，以及输出指示手术工具相对于手术轨迹的取向的数据。

在另一个总体方面中，一种系统包括第一磁性传感器、一个或更多第二磁性传感器、电磁场生成器以及与第一磁性传感器和一个或更多第二磁性传感器通信的控制单元。所述控制单元被配置成：接收指示在第一磁性传感器耦合到对象的骨盆时第一磁性传感器的取向的数据；接收指示在一个或更多第二磁性传感器耦合到基本上呈平面状的参考表面时所述一个或更多第二磁性传感器的不同方位的数据；以及在一个或更多第二磁性传感器耦合到骨盆上的不同方位时接收指示所述一个或更多第二磁性传感器的不同方位的数据。所述控制单元被配置成：基于一个或更多第二磁性传感器的方位确定对象的一个或更多解剖参考平面的取向，以及将所述一个或更多解剖参考表面的取向配准到第一磁性传感器。

在另一个总体方面中，一种系统包括第一参考器件、一个或更多第二参考器件、与第一参考器件和一个或更多第二参考器件通信的通信模块以及可操作地耦合到通信模块的控制单元。所述控制单元被配置成：在第一参考耦合到对象的骨盆时接收指示第一参考器件的取向的数据，在一个或更多第二参考器件耦合到基本上呈平面状的参考表面时接收指示所述一个或更多第二参考器件的不同方位的数据，以及在一个或更多第二参考器件耦合到骨盆上的不同方位时接收指示所述一个或更多第二参考器件的不同方位的数据。所述控制单元被配置成：基于一个或更多第二参考器件的方位确定对象的一个或更多解剖参考平面的取向，以及将所述一个或更多解剖参考表面的取向配准到第一参考器件。

在另一个总体方面中，一种方法包括：基于参考表面的取向确定相对于对象的第一取向，基于对象的骨盆的特征确定沿着对象的基本上中-侧方向延伸的第二取向，以及把第一取向和第二取向配准到被配置成与骨盆一起移动的参考器件。

各种实现方式还可以包括以下特征当中的一项或更多项。举例来说，所述方法可以包括：确定垂直于第一取向和第二取向延伸的第三取向，以及将第三取向配准到参考器件的位置。确定第一取向包括确定针对对象的冠平面的取向，确定第二取向包括确定横轴的取向，并且确定第三取向包括确定针对对象的矢状平面的取向。所述方法包括：使用第一取向、第二取向和参考器件的取向确定手术轨迹。确定手术轨迹包括确定处于预定倾角和预定前倾角的轨迹。所述方法包括：使用参考器件确定工具相对于手术轨迹的取向。确定第一取向包括：基于参考表面的取向和骨盆倾斜角度确定第一取向。确定第一取向包括：基于指示参考表面上的三个或更多方位的数据确定第一取向。

各种实现方式还可以包括以下特征当中的一项或更多项。举例来说，确定第二取向包括：基于指示对应于髂骨的左前上隆起的方位的数据以及指示对应于髂骨的右前上隆起的方位的数据来确定第二方位。基于对象的骨盆的特征确定沿着对象的基本上中-侧方向延伸的第二取向包括：在探针与对象的覆盖骨盆的皮肤接合时基于指示探针的位置的数据确定第二取向，所述探针包括基准或磁性传感器。将第一取向和第二取向配准到被配置成与骨盆一起移动的参考器件包括：在对象被安置在相对于参考表面仰卧的第一位置时将第一取向和第二取向配准到参考器件的位置。

各种实现方式还可以包括以下特征当中的一项或更多项。举例来说，所述方法包括：确定参考器件的更新后的位置，所述更新后的位置对应于对象的第二位置，所述第二位置不是相对于参考表面的仰卧位；以及基于参考器件的更新后的位置确定相对于对象的取向，所述相对于对象的取向对应于第一取向和第二取向相对于对象的取向。将第一取向和第二取向配准到被配置成与骨盆一起移动的参考器件包括：基于由参考器件的磁性传感器生成的数据确定参考器件的位置。将第一取向和第二取向配准到被配置成与骨盆一起移动的参考器件包括：基于指示参考器件的基准的位置的数据确定参考器件的位置。

在另一个总体方面中，一种确定解剖取向的方法包括：将对象安置为抵靠参考表面并且将参考器件附着到对象的骨盆，从而使得参考器件被配置成与骨盆一起移动。所述方法包括：使探针抵接参考表面以便测量参考表面的取向，使探针抵接对象以便测量对应于骨盆的特征的两个方位，基于参考器件的位置相对于骨盆安置手术工具。

各种实现方式可以包括以下特征当中的一项或更多项。举例来说，基于参考器件的位置相对于骨盆安置手术工具包括：相对于手术轨迹对准手术工具，手术轨迹相对于对象的取向是基于参考表面的取向以及对应于骨盆的特征的两个方位而定义的。所述方法包括将对象从仰卧位移动到侧卧位，并且相对于手术轨迹对准手术工具包括在对象处于侧卧位时相对于手术轨迹对准手术工具。使探针抵接对象以便测量对应于骨盆的特征的两个方位包括：将探针接合到对应于骨盆的髂骨的左前上隆起和髂骨的右前上隆起的皮肤外方位。

在另一个总体方面中，一种设备包括一个或更多处理器件以及存储指令的一个或更多数据存储器件，所述指令在由一个或更多处理器件执行时可操作为使得所述一个或更多处理器件实施各种操作。所述操作包括：接收指示被配置成与对象的骨盆一起移动的参考器件的位置的数据，接收指示参考表面上的各个方位的数据，以及接收指示骨盆上的各个方位的数据。所述操作还包括：基于指示参考表面上的各个方位的数据确定对象的第一解剖取向，基于指示骨盆上的各个方位的数据确定沿着基本上中-侧方向延伸的第二解剖取向，以及将第一解剖取向和第二解剖取向配准到参考器件。

各种实现方式还可以包括以下特征当中的一项或更多项。举例来说，所述操作可以包括：基于第一解剖取向和第二解剖取向确定手术轨迹，基于参考器件的位置确定工具相对于手术轨迹的位置，以及输出指示工具相对于手术轨迹的位置的数据。基于第一解剖取向和第二解剖取向确定手术轨迹包括：相对于第一解剖取向和第二解剖取向确定处于预定倾角和预定前倾角的取向。所述操作包括：确定与第一解剖取向和第二解剖取向正交的对象的第三解剖取向，以及将第三解剖取向配准到被配置成与骨盆一起移动的参考器件。接收指示参考表面上的各个方位的数据包括：接收指示基本上呈平面状的表面上的至少三个方位的数据。确定第一解剖取向包括：基于所述至少三个方位确定对象的冠平面的取向。所述操作还包括：接收指示骨盆倾斜角度的信息。确定对象的冠平面的取向包括：使用指示骨盆倾斜角度的信息确定冠平面的取向。接收指示骨盆上的各个方位的数据包括：接收指示骨盆上的基本上沿着中-侧轴定位的至少两个方位的数据。确定第二解剖取向包括：基于指示骨盆上的至少两个方位的数据确定对象的横平面的取向，所述横平面的取向与对象的冠平面的取向正交。所述至少两个方位包括对应于骨盆的髂骨的左前上隆起和髂骨的右前上隆起的方位。指示被配置成与对象的骨盆一起移动的参考器件的位置的数据指示：对应于躺在参考表面上的对象的第一位置的参考器件的位置。指示被配置成与对象的骨盆一起移动的参考器件的位置的数据指示：对应于所述对象的不同于第一位置的第二位置的参考器件的位置。所述操作包括：基于对应于第二位置的参考器件的位置调节解剖取向，确定手术轴相对于经过调节的解剖取向的位置，以及基于对应于对象的第二位置的参考器件的位置确定工具相对于手术轴的位置。接收指示参考器件的位置的数据包括：接收指示电磁场传感器的位置或参考器件的基准的数据。

各种实现方式还可以包括以下特征当中的一项或更多项。举例来说，接收指示参考表面上的各个方位的数据包括：在对象以仰卧位躺在平面状参考表面上时接收指示所述平面状参考表面上的至少三个不同点的方位的数据。接收指示骨盆上的各个方位的数据包括：接收指示对应于骨盆的髂骨的左前上隆起和髂骨的右前上隆起的方位的数据。确定第一解剖取向包括：接收指示骨盆倾斜角度的数据，以及基于平面状参考表面上的至少三个不同点和指示骨盆倾斜角度的数据确定对象的冠平面的取向。确定第二解剖取向包括：基于对应于髂骨的左前上隆起和髂骨的右前上隆起的方位确定对象的中-侧轴或横平面的取向。所述操作还包括：使用第一解剖取向和第二解剖取向确定针对对象的手术轨迹，以及在将对象从仰卧位移动到侧卧位之后，在对象处于侧卧位时接收指示相对于参考器件的位置的手术工具的位置的数据。所述操作包括：在对象处于侧卧位时基于指示相对于参考器件的位置的手术工具的位置的数据确定手术工具相对于手术轨迹的取向，以及输出指示手术工具相对于手术轨迹的取向的数据。

在另一个总体方面中，一种系统包括第一参考器件、一个或更多第二参考器件、与第一参考器件和一个或更多第二参考器件通信的通信模块以及可操作地耦合到通信模块的控制单元。所述控制单元被配置成实施各种操作。所述操作包括：在第一参考器件耦合到对象的骨盆时接收指示第一参考器件的取向的数据；在一个或更多第二参考器件耦合到基本上呈平面状的参考表面时接收指示所述一个或更多第二参考器件的不同方位的数据；在一个或更多第二参考器件耦合到骨盆上的不同方位时接收指示所述一个或更多第二参考器件的不同方位的数据；在一个或更多第二参考器件耦合到基本上呈平面状的参考表面时基于指示所述一个或更多第二参考器件的不同方位的数据确定对象的第一解剖取向；在一个或更多第二参考器件耦合到骨盆上的不同方位时基于指示所述一个或更多第二参考器件的不同位置的数据确定沿着对象的基本上中-侧方向延伸的第二解剖取向；以及将一个或更多解剖参考平面的取向配准到第一参考器件。

在附图和后面的描述中阐述了一种或更多种实现方式的细节。根据描述、附图和根据权利要求，其他特征、目的和优点将是显而易见的。

附图说明

图1是可以确定解剖取向的系统的一个实例的图。

图2是图示解剖参考取向的实例的透视图。

图3到8是图示用于确定解剖取向的技术的透视图。

图9A和9B是表示对于骨盆倾斜角度的使用的图。

图10是可以确定解剖取向的系统的一个实例的图。

图11到13是图示用于确定解剖取向的过程的流程图。

各图中的相似附图标记表示相似的元件。

具体实施方式

参照图1，空间跟踪系统100包括控制单元10、诸如电磁场生成器20之类的位置跟踪器件以及诸如磁性传感器30a-30c之类的两个或更多参考器件。系统100还包括探针70和手术工具80，诸如扩孔器或压入器。控制单元10例如通过确定磁性传感器30a-30c与电磁场生成器20的相对位置来跟踪磁性传感器30a-30c的空间位置。

系统100可以被用来确定解剖取向，其可以包括具有相对于解剖结构的定义关系的位置和方向。解剖取向可以是相对于对象50的取向，所述对象50例如是经历髋关节成形术或其他手术的患者。正如后面进一步描述的那样，至少部分地基于参考表面12的取向来确定解剖取向，所述参考表面12例如是对象50倚靠或者被安置在其上的手术台14的表面，或者是对象50被抵靠其安置的例如墙壁之类的垂直表面。对象50的解剖取向被配准到一个磁性传感器30a，该磁性传感器30a例如被配置成与对象50的骨盆52一起移动。举例来说，磁性传感器30a可以被定位在以螺纹方式与髋骨接合或者以其他方式固定附着到髋骨的外罩（未示出）中。

磁性传感器30的移动（以及因此骨盆52的移动）由系统100跟踪，从而允许系统100补偿手术室中的对象50的移动。随着控制单元10检测到磁性传感器30a的位置的改变，控制单元10调节解剖取向以便反映出相应的位置改变。通过这种方式，控制单元10可以在对象50的位置发生改变时保持手术室中的准确的解剖取向。

使用解剖取向，控制单元10可以确定并且指示手术取向，例如用于对骨盆52的髋臼进行扩孔或者压入髋臼杯的手术轨迹。手术轨迹可以是以相对于对象50的解剖取向的所期望的倾角和前倾角而定义的轴。

在许多关节成形术过程中，使用术前3D成像来确定手术取向并且调节或者创建对准工具以供手术期间使用。作为针对3D成像的替换或补充，系统100可以被用来在手术中定义相对于对象50的解剖结构的手术对准。因此，使用这里描述的技术常常可以避免MRI成像或计算机断层摄影（CT）成像的开销。此外还可以避免CT成像的辐射暴露。

更详细来说，电磁场生成器20产生可以被磁性传感器30a-30c检测到的电磁场22。电磁场生成器20可以具有总体上类似于平板的形状，并且还可以具有其他形状。电磁场生成器20可以如图示由落地式底座支撑，或者可以替换地被放置在另一方位处。电磁场生成器20可以是手持式的或者可以耦合到可移动仪器。

磁性传感器30a-30c例如可以包括电磁场传感器（未示出），其可以包括一个或更多感应线圈。作为针对一个或更多感应线圈的补充或替代，磁性传感器30a-30c例如可以包括霍尔效应传感器、磁通门磁场传感器和磁阻传感器当中的一项或更多项。磁性传感器30b可以附着到探针70，从而允许由系统100来跟踪探针70的位置。磁性传感器30c可以附着到手术工具80，从而允许由系统100来跟踪手术工具80的位置。

当磁性传感器30a-30c检测到来自电磁场22的足够电磁场能量时，其产生指示磁性传感器30a-30c相对于电磁场生成器20的位置的信号。磁性传感器30a-30c通过有线或无线连接向控制单元10传送所述信号或者与所述信号有关的数据。控制单元10接收所述信号或其他位置数据，并且确定磁性传感器30a-30c的位置。控制单元10可以控制电磁场生成器20产生具有已知特性的电磁场。在一些实现方式中，控制单元10使用关于由电磁场生成器20产生的电磁场22的信息，例如关于电磁场22的定时或其他特性的信息，以便确定磁性传感器30a-30c相对于电磁场生成器20的位置。

控制单元10包括控制模块，其被配置成例如供应电力和控制信号以便调节与控制单元10通信的器件的操作。控制单元10包括用以接收来自传感器和其他系统的信息的输入模块。使用所接收到的信息，控制单元10的处理模块计算仪器30和组织的优选取向以及解剖取向。所述处理模块还计算仪器的当前位置以及与优选取向的差异。控制单元10还包括输出模块，其可以在用户接口11上指示仪器和组织的优选取向和实际取向。举例来说，用户接口11可以显示骨盆52和手术工具80的表示，并且可以指示手术工具80相对于骨盆52的位置。

控制单元10可以使用一个或更多坐标参考系来跟踪方位和取向。举例来说，控制单元10可以相对于全局参考框架来定义位置，所述全局参考框架定义3D空间中的位置。作为补充或替换，控制单元10还可以相对于特定方位或器件来定义位置，例如通过在相对于电磁场生成器20或者例如一个磁性传感器30a-30c之一定义的坐标参考框架中确定位置。可以使用一个或更多变换矩阵来确定不同的参考器件相对于彼此的位置，并且将各个位置从一个坐标参考框架转换到另一个。

磁性传感器30a-30c、电磁场生成器20和控制单元10可以包括如在WIPO国际公开号WO2008/106593和WO2009/108214（其中的每一项通过引用以其整体被合并在此）中描述的特征以及如在美国专利申请号12/758,747和12/768,689（其中的每一项通过引用以其整体被合并在此）中描述的特征。

探针70包括末端72（诸如窄小的尖端），其与磁性传感器30b的位置具有已知的偏移量。使用所述偏移量，控制单元10可以基于由磁性传感器30b产生的数据确定探针末端72的方位。为了测量方位，操作员按下按钮或者激活另一触发，从而使得控制单元10基于传感器30b的当前位置测量并且记录探针末端72的方位。在一些实现方式中，控制单元10响应于探针末端72接合对象而自动测量方位。探针末端72可以包括对接触做出响应的元件，诸如压敏元件或可压低元件。当与探针末端72发生接触时，探针70向控制单元10发送信号，从而触发控制单元10记录探针末端72的方位。

参照图2，图示了相对于对象50的解剖取向的各个实例。解剖取向包括相对于对象50的解剖结构具有已定义关系的位置和方向。诸如冠平面202、矢状平面204和横平面206之类的解剖参考平面是解剖取向的实例。在图示的实例中，平面202、204、206彼此正交地延伸并且将对象50二等分。在不规定相对于对象的解剖结构的预定义方位的情况下（例如不指示将对象50二等分或者甚至与对象50相交的方位）可以定义其他解剖取向。解剖取向例如可以是与冠平面202平行的参考平面，即使所述参考平面并不将对象50二等分。因此，如这里所使用的，指示针对与对象50的解剖结构具有已定义关系的平面的取向（诸如与标准解剖参考平面平行的取向）的信息被视为指示解剖取向。

可以通过许多不同方式来定义解剖取向。举例来说，上-下轴212、中-侧轴214和前-后轴216以及与这些轴212、214、216平行的轴是解剖取向的附加实例。可以作为针对确定解剖参考平面的取向的补充或替换来确定这些轴的取向。可以从解剖参考平面的取向计算解剖参考轴的取向，并且反之亦然。在将一个平面或轴确定或配准到一个空间位置或器件的每一个实例中，可以替换地使用一个或更多平面、轴、矢量、点、路径、角度、距离、相对或绝对方位或其他取向表示或者其组合。此外，相对于对象50具有已定义位置的手术轨迹或对准的空间取向也可以是解剖取向。

参照图3，外科医生可以使用系统100来确定对象50的解剖取向。可以基于对象50相对于参考表面12的位置来确定解剖取向，所述参考表面12可以是手术台14的表面。外科医生将对象50移动到相对于参考表面12的已知取向。举例来说，外科医生将对象50安置在手术台14上的标准仰卧位。对象50躺在手术台14上而没有将改动对象50相对于参考表面12的位置的衬垫或其他障碍物。在对象50仰卧躺在手术台14上时，对象50的冠平面202（参见图2）被取向为与参考表面12基本上平行，所述参考表面12可以基本上呈平面状并且其取向可以基本上水平（例如平行于地面）。

外科医生使对象的髋部310脱位，并且创建用以进入髋部的切口。外科医生将磁性传感器30a或其他参考器件耦合到对象的骨盆52。磁性传感器30a被偶合以使得它与骨盆52一起移动。其结果是，随着对象50在手术期间移动，磁性传感器30a相对于骨盆52的位置得以保持。所安装的磁性传感器30a相对于骨盆52的位置可以在整个关节成形术过程中得以保持，例如在髋臼的准备和髋臼杯的压入期间得以保持。

在一些实现方式中，磁性传感器30a直接附着到骨盆52。举例来说，磁性传感器30a可以被包括在一个传感器套件中，所述传感器套件包括螺纹外罩。外科医生可以使用钻头将传感器套件直接扭转到髋骨中。外科医生将磁性传感器30a放置在髋臼外部，从而使得磁性传感器30a不会干扰髋臼的准备以及髋臼植入物的安装。作为针对将磁性传感器30a直接耦合到骨盆52的一种替换方案，磁性传感器30a可以通过一个或更多附着器件间接耦合到骨盆52，诸如连杆、平板、销钉、螺钉、钉子、紧固件或者其他连接器。

参照图4，外科医生使用系统100来确定参考表面12的取向。举例来说，外科医生确定参考表面12在3D坐标系中延伸的取向。外科医生使用探针70来测量参考表面12上的三个不同方位410a-410c（例如点）。这三个方位不共线，以使得可以通过与所述三个方位410a-410c相交的平面420来表示参考表面12。探针70上的磁性传感器30b生成指示方位410a-410c的位置数据。所述位置数据例如可以指示相对于电磁场生成器20的方位或者坐标系中的方位。控制单元10接收位置数据，并且通过方位410a-410c定义平面420。由于对象50躺在参考表面12上，因此平面420被取向为与对象50的冠平面202平行。控制单元10可以在测量方位410a-410c时确定磁性传感器30a的位置，从而允许将方位410a-410c以及基于所述方位410a-410c的任何取向配准到磁性传感器30a的位置。一旦相对于磁性传感器30a确定参考表面12的位置，就可以根据相对于参考表面12的预定取向（例如根据参考表面12上的仰卧）移动对象50。

在一些实现方式中，使用其他方法来确定参考表面12的取向。举例来说，可以将一个或更多磁性传感器或其他参考器件耦合到参考表面12，从而不再需要探针。作为一种替换方案，参考表面12的取向可以与电磁场生成器20或系统100的另一元件具有固定关系。控制单元10可以通过访问指示预定取向的所存储数据来确定参考表面12的取向。作为另一种替换方案，探针70可以在已知的取向上接合到参考表面12，例如其中探针70的平坦侧抵接参考表面12。探针70抵靠参考表面12的取向因此可以指示平面420或在单一方位处的平行平面的取向。

参照图5，外科医生使用系统100来确定对象50的基本上中-侧方向，例如中-侧轴510的取向。中-侧轴510是基于骨盆52的特征确定的。举例来说，外科医生可以使用探针70来测量对应于骨盆52的解剖标记的两个方位520a、520b。所述解剖标记可以是骨盆52的右侧和左侧的相应特征（例如横跨矢状平面对称的特征），从而使得所述解剖标记处于沿对象50的中-侧轴。

在一些实现方式中，外科医生使探针末端72接触对象50的皮肤以便测量方位520a、520b。举例来说，外科医生测量第一方位520a从而使其对应于髂骨的左前上隆起530a，并且测量第二方位520b从而使其对应于髂骨的右前上隆起530b。通常来说，在对象50仰卧时可以很容易通过皮肤定位髂骨的左前上隆起和右前上隆起。但是还可以测量对应于骨盆52的其他解剖标记或特征的其他方位。作为实例，在一些实现方式中，外科医生使用探针70定位耻骨联合540并且记录方位。耻骨联合540的方位可以被用来确定骨盆倾斜角度，正如后面进一步讨论的那样。

控制单元10接收指示方位520a、520b的位置数据并且通过方位520a、520b定义中-侧轴510。控制单元10可以在测量方位410a-410c时确定磁性传感器30a的位置，从而允许将方位520a、520b以及基于所述方位520a、520b的任何取向配准到磁性传感器30a的位置以及配准到平面420。由于骨盆52的特征的方位被用来定义中-侧轴510，因此可以关于骨盆52准确地确定中-侧轴510，并且中-侧轴510具有相对于磁性传感器30a的固定关系。

在一些实现方式中，磁性传感器30a在骨盆52的解剖标记（诸如髂骨的左前上隆起或右前上隆起）处附着到骨盆52。其结果是，磁性传感器30a的位置定义方位520a、520b之一，并且单一测量可以确定定义中-侧轴510的另一个方位520a、520b。

参照图6，控制单元10确定正交平面420、610、620。平面420、610、620中的每一个指示对象50的解剖取向。举例来说，控制单元10定义将与平面420正交并且包括中-侧轴510（例如沿着该轴延伸）的第二平面610。其结果是，平面610被取向为与对象50的横平面206（参见图2）平行。控制单元10定义将与平面420和第二平面610正交的第三平面620，从而使得第三平面620基本上平行于对象50的矢状平面204（参见图2）。控制单元10可以在处于方位520a、520b之间的坐标系中途的某一方位处定义第三平面620，从而使得第三平面620被定位成与矢状平面204基本上重合。

控制单元10将平面420、610、620配准到磁性传感器30a的位置。举例来说，控制单元10确定平面420、610、620与磁性传感器30a之间的相对位置。由于磁性传感器30a与骨盆52一起移动，所以即使当对象50移动时，所述相对位置也保持恒定。一旦确定了所述相对位置，控制单元10就可以基于磁性传感器30a的位置针对对象50的任何姿态确定平面420、610、620的取向。

控制单元10可以在共同的坐标参考系中确定磁性传感器30a和平面420、610、620的位置。控制单元10计算并且存储平面420、610、620的位置与磁性传感器30a的位置之间的偏移量。在一些实现方式中，磁性传感器30a的位置和平面420、610、620的位置都是在共同的坐标参考框架（例如全局参考框架）中确定的。在一些实现方式中，平面420、610、620的位置是在相对于磁性传感器30a定义的坐标参考框架中确定的。举例来说，所述坐标系可以被定义成使得磁性传感器30a的位置表示坐标系中的原点，而不管磁性传感器30a在实际3D空间中如何移动。

参照图7，相对于骨盆52定义手术轨迹。举例来说，所述手术轨迹可以是压入轴710，沿着所述压入轴710可以发生对于髋臼的扩孔和/或髋臼杯植入物的压入。外科医生可以将针对压入轴710的所期望的前倾角和所期望的倾角输入到控制单元10。控制单元10随后确定压入轴710的取向（例如确定压入轴710在3D坐标参考系中延伸的空间方向），从而使得压入轴710相对于平面420、610、620具有所期望的角度。作为针对配准平面420、610、620的取向的补充或替换，控制单元10可以相对于磁性传感器30a的位置配准压入轴710的取向。

由于控制单元10基于磁性传感器30a的位置跟踪骨盆52的移动，因此控制单元10可以保持压入轴710与骨盆52之间的相对取向。随着磁性传感器30c的位置在手术室中改变，例如随着所检测到的磁性传感器30c的位置在全局坐标参考系中改变，控制单元10可以调节如在手术室中定义的压入轴710的取向，以便保持相对于骨盆52的一致位置。其结果是，外科医生可以把对象50从仰卧位例如移动到侧卧位，在侧卧位中对象50在手术期间是侧躺的。因此，外科医生不受限于直接前方接近。外科医生可以在过程期间将对象50移动到多个不同位置（包括把对象50从参考表面12上移开），并且仍然使用系统100来确定压入轴710相对于骨盆52的取向。在移动对象50之后，外科医生还可以使用所述系统相对于骨盆52定义其他手术轨迹。

参照图8，外科医生在系统100的引导下相对于骨盆52确定手术工具80的取向。控制单元10接收来自附着到手术工具80的磁性传感器30c的位置数据。控制单元10使用所述位置数据来确定手术工具80相对于压入轴710的位置。控制单元10向外科医生提供关于手术工具80与压入轴710的取向的偏差的反馈。控制单元10还可以例如在手术工具80的取向被确定为处于压入轴710的取向的预定容差内时确认手术工具80的取向是可接受的。

在一些实现方式中，控制单元10在用户接口上输出一个或更多元素，诸如表示手术工具80相对于手术对准的角度的元素、表示手术工具80相对于手术对准的可接受位置的一个或更多元素、表示手术工具80相对于手术对准的不可接受的位置的一个或更多元素、手术工具80相对于解剖轴的角度的数值指示、指示手术工具80的当前位置可接受的元素、以及表示手术工具80的当前位置不可接受的元素。

为了促进确定手术工具80的位置，磁性传感器30c可以被附着在手术工具80的预定取向和/或方位处，从而可以具有从例如手术工具80的末端或轴杆的已知位置偏移量。替代地，可以在附着磁性传感器30c之后使用传感器校准过程确定磁性传感器30c与手术工具80之间的偏移量。

在一些实现方式中，控制单元10不指示手术轨迹与骨盆相交的特定方位。外科医生可以人工地将手术工具80的末端定位在髋臼的中心处，并且把手术工具80安置在由控制单元10指示的取向上。

作为一种替换方案，除了相对于平面420、610、620确定的取向之外，控制单元10接收被用来定义压入轴710的特定方位的附加信息。举例来说，控制单元10可以访问关于髋臼的中心方位或者髋部320的运动中心的信息，并且使用所述信息来定义压入轴710的方位。举例来说，可以通过髋部的运动中心或者髋臼的中心方位来定义压入轴710。控制单元10可以输出指示压入轴710相对于骨盆的图像或其他表示的方位和取向的数据。除了显示压入轴710（以及手术工具从压入轴710的偏差）之外，控制单元10还可以指示手术工具关于骨盆的表示的方位和取向。一旦压入轴710的方位被完全确定，控制单元10就可以确定并且显示附加数据，例如髋臼已被扩孔的深度和/或髋臼壳到所准备的（例如经过扩孔的）髋臼中的压入程度。

参照图9A和9B，在一些实现方式中，使用骨盆倾斜角度Θ来调节平面420的取向。骨盆倾斜角度Θ可以表示特定对象50的骨盆52的取向与相对于参考表面12或者对象50的冠平面202的典型或预期取向之间的差异。控制单元10可以使用骨盆倾斜角度Θ来准确地确定骨盆52相对于参考表面12的解剖对准。针对特定对象50的骨盆倾斜角度Θ可以由医师确定，并且其数值可以被输入到控制单元10或另一系统。可以使用各种测量技术来确定骨盆倾斜角度Θ。

在某些实例中，软组织或其他障碍物可能引起对象50的取向不同于如下位置：在该位置该对象的冠平面202与参考表面12基本上平行。举例来说，当躺在水平参考表面上时，髋部320可以会被抬升到高于对象50的肩部920。

为了确定骨盆倾斜角度Θ，例如可以在对象50仰卧躺在表面902上时获取对象50的术前x射线图像900。图像900可以示出对象50的侧视图，并且可以在对象50的髋部320与肩部920之间定义一条线905。线905与表面902之间的角度可以被定义为骨盆倾斜角度Θ。

如图9B中所示，可以通过骨盆倾斜角度Θ的量来调节平面420的取向，以便定义经过调节的平面930。由于经过调节的平面930是使用骨盆倾斜角度Θ定义的，因此经过调节的平面930比表示参考表面12的取向的平面420更加接近地表示对象50的冠平面202的取向。为了定义经过调节的平面930，控制单元10访问例如来自外科医生输入的指示骨盆倾斜角度Θ的数据。控制单元10在相对于参考表面12的所确定取向的骨盆倾斜角度Θ的角度偏移量处定义经过调节的平面930。

还可以使用确定骨盆倾斜角度的其他技术。举例来说，外科医生可以基于骨盆52的特征来确定或估计骨盆倾斜角度。外科医生可以在射线照片上识别骨盆52的特征，并且例如使用所述特征的相对位置、沿着的骨盆的距离或者所述距离的比值确定骨盆倾斜角度。可以使用侧向和/或前后向射线照片。作为对使用图示的骨盆倾斜角度Θ的补充或替换，可以使用一个或更多其他骨盆倾斜角度（诸如指示骨盆相对于冠平面的典型取向与骨盆52相对于对象50的冠平面202的实际取向之间的差异的角度）来定义经过调节的平面930的取向。

在一些实现方式中，可以使用前上髂骨隆起和耻骨联合的方位来测量骨盆倾斜。可以通过髂骨的左前上隆起、髂骨的右前上隆起以及骨盆联合来定义前骨盆平面。前骨盆平面与平面420之间的角度可以被用作骨盆倾斜角度。可以由外科医生像前上髂骨隆起那样例如使用探针70来触诊和配准耻骨联合。控制单元10可以记录指示髂骨的左前上隆起、髂骨的右前上隆起以及骨盆联合的方位的数据。控制单元10随后可以定义前骨盆平面，并且将骨盆倾斜角度确定为前骨盆平面与平面420之间的角度。在一些实现方式中，当通过这种方式确定骨盆倾斜角度时，可以不再需要术前x射线图像来确定骨盆倾斜。

在一些实现方式中，控制单元10可以访问针对对象50的x射线图像数据并且计算骨盆倾斜角度Θ的数值。举例来说，外科医生可以在x射线图像900上指示髋部320和肩部920的方位，或者可以指示骨盆52的特定特征的方位，并且控制单元10可以确定适当的骨盆倾斜角度Θ。

参照图10，空间跟踪系统1000可以用于使用光学跟踪技术来确定解剖取向。操作员可以按照针对系统100所描述的相同方式使用空间跟踪系统1000来确定解剖取向。

空间跟踪系统1000包括控制单元1010、摄影机1020、光源1025以及诸如基准1030a-1030c之类的两个或更多参考器件。一个基准1030a被配置成例如通过在固定位置处附着到骨盆52而与对象50的骨盆52一起移动。第二基准1030b附着到探针70，并且第三基准1030c附着到手术工具80。光源1025将光（例如红外光1027）导入手术室中，摄影机1020检测来自基准1030a-1030c的红外光1027的反射。控制单元1010接收来自摄影机1020的数据，并且确定基准1030a-1030c的位置。举例来说，控制单元1010可以使用三角定位或其他技术来确定相对于摄影机1020（其可以保持在固定位置处）的位置，或者确定基准1030a-1030c相对于彼此的位置。控制单元1010把解剖取向配准到基准1030a，从而允许随着骨盆52的移动在手术室中定义解剖取向。

还可以使用其他空间跟踪技术和系统。举例来说，可以使用射频传送来确定空间位置。可以将射频传感器（例如包括一个或更多射频天线的传感器）用作参考器件。射频传送器可以传送由射频传感器检测的射频传送的模式。当射频传感器检测到足够的射频能量时，所述射频传感器产生指示该射频传感器相对于射频传送器的位置的信号。

一般来说，用于空间跟踪的系统可以包括能够被配置成与骨盆一起移动的第一参考器件。所述系统可以包括一个或更多第二参考器件，其例如可以被配置成与一个或更多探针或者一个或更多手术工具一起移动。第一参考器件以及一个或更多第二参考器件例如可以分别包括磁性传感器、基准或射频传感器。通信模块可以被配置成与第一参考器件以及一个或更多第二参考器件进行通信，以便允许跟踪第一参考器件以及一个或更多第二参考器件的位置。举例来说，通信模块例如可以包括电磁场生成器、摄影机或者射频传送器。控制单元可以可操作地耦合到通信模块，以便例如发送控制信号和/或接收关于第一参考器件以及一个或更多第二参考器件的位置的数据。在一些实现方式中，控制单元从第一参考器件以及一个或更多第二参考器件接收关于第一参考器件以及一个或更多第二参考器件的位置的信息。

参照图11，可以使用过程1100来确定对象的解剖取向。过程1100例如可以由控制单元（诸如前面描述的控制单元10、1010）实施。

接收指示参考器件的位置的数据（1102）。所述数据指示在参考器件被配置成例如与对象的骨盆一起移动时的参考器件的位置。举例来说，参考器件可以被直接或间接地附着到骨盆的骨骼或者对象的某一其他解剖特征。

参考器件可以包括例如磁性传感器、基准或RF传感器当中的一项或更多项。因此，接收数据可以包括：从磁性传感器接收数据、从RF传感器接收数据、或者接收指示基准的位置的数据。所述数据可以指示参考器件在三维坐标系中的方位和取向。

接收指示参考表面的取向的数据（1104）。参考表面例如可以是基本上呈平面状的表面，诸如手术台的表面，或者是基本上垂直的表面，诸如墙壁。参考表面可以被水平取向，例如基本上平行于地面，或者可以是另一取向。

所述数据可以指示对应于参考表面的方位。举例来说，所述数据可以指示在测量器件（诸如耦合到第二参考器件的探针）与参考表面接合时所测量的方位。指示参考表面的取向的数据可以包括标识出沿着参考表面的方位（例如参考表面上的方位）的数据。所述数据可以指示非共线的至少三个方位。所述方位可以被表示为三维坐标系中的点。

接收指示对应于骨盆的方位的数据（1106）。所述数据可以指示皮肤外测量的方位，例如当探针接触对象的皮肤时的探针方位。所述方位可以被指示为点、矢量或其他表示。所述方位可以对应于沿着对象的中-侧方向取向的骨盆的解剖特征。举例来说，所述方位可以对应于髂骨的左前上隆起和髂骨的右前上隆起。

确定一个或更多解剖取向（1108）。解剖取向是基于对应于参考表面的方位和对应于骨盆的方位而确定的。举例来说，可以在3D坐标系中在空间上确定所述一个或更多解剖取向。当所接收的数据指示基本上呈平面状的表面上的至少三个方位时，可以基于所述至少三个方位确定对象的冠平面的取向。当所接收的数据指示骨盆上的基本上沿着中-侧轴定位的至少两个方位时，可以基于骨盆上的所述至少两个方位确定沿着对象的基本上中-侧方向延伸的取向。可以确定与对象的冠平面、横平面和矢状平面基本上平行的平面的取向。作为补充或替换，还可以确定一条或更多条手术轨迹。

为了确定解剖取向，可以接收指示骨盆倾斜角度的信息。对象的冠平面的取向可以被确定为具有从参考表面的取向等于骨盆倾斜角度的偏移量。

将所述一个或更多解剖取向配准到参考器件（1110）。举例来说，可以确定一个或更多解剖取向与参考器件的位置的相对位置。可以在共同坐标参考框架中配准所述一个或更多解剖取向和参考器件。

在一些实现方式中，过程1100包括确定手术轨迹。手术轨迹可以是用于骨盆的关节成形术的轨迹。举例来说，手术轨迹可以是用于对髋臼进行扩孔的轴，或者是用于压入髋臼植入物的髋臼压入轴。手术轨迹可以被定义在坐标参考系中，参考器件在所述坐标参考系中被配准。可以基于所述一个或更多解剖取向确定手术轨迹相对于对象的取向。手术轨迹可以具有相对于所述一个或更多解剖取向预定的或者操作员定义的倾角和前倾角。

在一些实现方式中，过程1100包括：基于参考器件的位置确定工具相对于手术轨迹的位置。所述工具例如可以是扩孔器或压入器。过程1100包括：输出指示工具相对于手术轨迹的取向的数据。

在一些实现方式中，指示参考器件的位置的数据指示对应于对象的第一位置的参考器件的位置。举例来说，在第一位置处，对象可以仰躺在参考表面上。指示参考器件的位置的数据还可以指示与对象的第二位置相对应的参考器件的位置，第二位置不同于第一位置。举例来说，对象可以侧躺。

可以基于对应于对象的第二位置的参考器件的位置来调节解剖取向。举例来说，可以在全局坐标参考系中调节解剖取向。随着参考器件的位置改变，可以调节解剖取向以便反映对应的位置改变。可以相对于经过调节的解剖取向确定坐标系中的手术轨迹的位置，并且可以相对于手术轨迹确定工具的位置。

参照图12，过程1200可以被用来确定对象的解剖取向。过程1200例如可以由控制单元（诸如前面描述的控制单元10、1010之一）实施。

基于参考表面的取向确定第一取向（1202）。可以基于指示参考表面上的三个或更多方位的数据来确定第一取向（例如可以在3D坐标参考系中确定空间取向）。确定第一取向可以包括确定针对对象的冠平面的取向。在一些实现方式中，基于参考表面的取向和骨盆倾斜角度确定第一取向。

基于骨盆的特征确定第二取向（1204）。第二取向可以沿着对象的基本上中-侧方向延伸。可以基于对象的骨盆的特征确定第二取向（例如可以在3D坐标参考系中确定空间取向）。

确定第二取向可以包括：确定沿着基本上中-侧方向延伸的轴的取向。确定第二取向可以包括确定对象的横平面的取向。可以基于指示对应于髂骨的左前上隆起的方位的数据和指示对应于髂骨的右前上隆起的方位的数据来确定第二取向。可以基于在探针与覆盖骨盆的对象皮肤接合时指示探针位置的数据来确定第二取向，其中探针耦合到基准或磁场传感器。

将第一取向和第二取向配准到被配置成与骨盆一起移动的参考器件（1206）。举例来说，可以确定参考器件与第一取向和第二取向的相对位置并且将其存储在数据存储器件中。可以在共同坐标参考系中确定参考器件的位置以及第一取向和第二取向。可以基于由参考器件的磁性传感器生成的数据确定参考器件的位置。可以基于指示参考器件的基准的位置的数据确定参考器件的位置。

过程1200可以包括：确定垂直于第一取向和第二取向延伸的第三取向，从而将第三取向配准到参考器件的位置。确定第三取向可以包括确定针对对象的矢状平面的取向。

过程1200可以包括使用第一取向、第二取向和参考器件的取向确定手术轨迹。为了确定手术轨迹，可以以预定倾角和预定前倾角定义手术轨迹。可以使用参考器件相对于手术轨迹对准工具。举例来说，可以基于手术室中的参考器件的位置确定在手术室中手术轨迹的取向。

在一些实现方式中，在对象被安置在相对于参考表面仰卧的第一位置时将第一取向和第二取向配准到参考器件的位置。过程1200可以包括确定参考器件的更新后位置，其中所述更新后位置对应于并非相对于参考表面的仰卧位的对象的第二位置。可以基于参考器件的更新后位置确定更新后取向，其对于对象具有与第一取向和第二取向相同的相对取向。

参照图13，过程1300可以由外科医生实施以便相对于对象的骨盆确定手术工具的取向。

将对象安置为抵靠参考表面（1302）。可以将对象安置在相对于参考表面的预定取向。举例来说，外科医生可以将对象定位成仰卧在手术台的表面上，手术台的表面可以是基本上呈平面状的。

将参考器件附着到骨盆，从而使得参考器件与骨盆一起移动（1304）。举例来说，可以在固定位置处将参考器件附着到骨盆。参考器件可以包括磁性传感器、基准或射频传感器。

测量参考表面的取向（1306）。举例来说，外科医生将探针抵接参考表面。在对象仰卧在手术台上时，可以在三个不同的非共线方位将探针与参考表面接合。在对象仰卧在参考表面上时，可以使用空间跟踪系统来确定参考器件的位置。

测量骨盆的特征的方位（1308）。举例来说，外科医生可以把探针接合到对应于骨盆的特征的两个方位。可以将探针与对应于骨盆的髂骨的左前上隆起和髂骨的右前上隆起的皮肤外方位接合。

基于参考器件的位置相对于骨盆安置手术工具（1310）。可以沿着使用参考表面的取向和骨盆的特征的方位定义的手术轨迹对准手术工具。手术轨迹可以是相对于参考器件具有固定取向的压入轴。可以以使用参考表面的取向和骨盆的特征的方位确定的相对于解剖参考取向的预定前倾角和预定倾角来定义手术轨迹。

在一些实现方式中，将对象从仰卧位移动到侧卧位，并且在对象处于侧卧位时相对于手术轨迹对准手术工具。

在一些实现方式中，控制单元10或控制单元1010包括一个或更多处理器件以及一个或更多数据存储器件。所述一个或更多数据存储器件存储指令，所述指令在由所述一个或更多处理器件执行时使得所述一个或更多处理器件过程处理1100、过程1200的操作或者这里所描述的其他操作。在一些实现方式中，非临时性计算机可读介质存储指令，在所述指令由一个或更多处理器件执行时，操作为使得所述一个或更多处理器件实施过程1100、过程1200的操作或者这里所描述的其他操作。

在本说明书中描述的各个实施例和所有功能操作可以用数字电子电路或者计算机软件、固件或硬件（其中包括在本说明书中公开的结构及其结构等效方案）或者他们一项或更多项的组合来实施。各种实现方式可以包括一项或更多项计算机程序产品，即编码在计算机可读介质上以供数据处理设备执行或者用以控制数据处理设备操作的计算机程序指令的一个或更多模块。计算机可读介质可以是非临时性计算机可读存储介质、机器可读存储器件、机器可读存储基板、存储器器件、实现机器可读传播信号的物质构成或者他们中一项或更多项的组合。术语“数据处理设备”涵盖用于处理数据的所有设备、器件和机器，作为举例包括可编程处理器、计算机或者多个处理器或计算机。除了硬件之外，所述设备可以包括创建用于所讨论的计算机程序的执行环境的代码，例如构建处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统或者他们中一项或更多项的组合的代码。传播信号是人为生成的信号，例如被生成来编码信息以用于传送到适当的接收器设备的机器生成的电气、光学或电磁信号。

计算机程序（也被称作程序、软件、软件应用、脚本或代码）可以用任何形式的编程语言来编写，包括编译或解释语言，并且其可以以任何形式来部署，包括作为独立程序或者作为适合用在计算环境中的模块、组件、子例程或其他单元。计算机程序不一定对应于文件系统中的文件。程序可以被存储在保持其他程序或数据（例如存储在标记语言文档中的一个或更多脚本）的文件的一部分中，存储在专用于所讨论的程序的单一文件中，或者存储在多个协调文件（例如存储一个或更多模块、子程序或代码的部分的文件）中。计算机程序可以被部署为在一台计算机上执行，或者在位于一处或者横跨多处分布并且通过通信网络互连的多台计算机上执行。

在本说明书中描述的过程和逻辑流程可以由一个或更多可编程处理器实施，所述一个或更多可编程处理器执行一个或更多计算机程序以便通过对输入数据进行操作并且生成输出来实施各功能。所述过程和逻辑流程还可以通过专用逻辑电路来实施并且所述设备也可以被实施为专用逻辑电路，诸如FPGA（现场可编程门阵列）或ASIC（专用集成电路）。

作为举例，适合于执行计算机程序的处理器包括通用和专用微处理器两者以及任何种类的数字计算机的任何一个或更多处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或者二者接收指令和数据。计算机的必要元件是用于实施指令的处理器以及用于存储指令和数据的一个或更多存储器器件。通常，计算机还将包括用于存储数据的一个或更多大容量存储器件（例如磁盘、磁光盘或光盘）或者可操作地与其耦合以便从其接收数据或者向其传输数据或者二者。但是计算机不必具有这样的器件。此外，计算机可以被嵌入在另一器件中，例如（这里仅举出几个实例）平板计算机、移动电话、个人数字助理（PDA）、移动音频播放器、全球定位系统（GPS）接收器。适合于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器器件，其中作为举例包括：半导体存储器器件，例如EPROM、EEPROM和闪存器件；磁盘，例如内部硬盘或可移除盘；磁光盘；以及CD-ROM和DVD-ROM盘。所述处理器和存储器可以由专用逻辑电路补充或者被合并在其中。

为了提供与用户的交互，这里所描述的技术可以被实施在计算机上，所述计算机具有：用于向用户显示信息的显示器件，例如CRT（阴极射线管）或LCD（液晶显示器）监视器；以及用户可以通过其向计算机提供输入的键盘和指示器件，例如鼠标或轨迹球。还可以使用其他种类的器件来提供与用户的交互；例如提供给用户的反馈可以是任何形式的感官反馈，例如视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈；并且可以以任何形式接收来自用户的输入，其中包括声学、语音或触觉输入。

这里所描述的技术可以在计算系统中被实施，所述计算系统包括后端组件（例如作为数据服务器），或者包括中间件组件（例如应用服务器），或者包括前端组件（例如具有图形用户界面或者用户能够通过其与本发明的实现方式进行交互的Web浏览器的客户端计算机），或者此类后端、中间件或前端组件中的一项或更多项的任意组合。所述系统的组件可以通过任何形式或介质的数字数据通信（例如通信网络）互连。通信网络的实例包括局域网（“LAN”）和广域网（“WAN”），例如因特网。

计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器通常彼此远离，并且通常通过通信网络进行交互。客户端和服务器的关系通过运行在对应的计算机上并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序发生。

虽然本说明书包含许多细节，但是这些细节不应当被理解成关于本发明或者可以要求保护的内容的范围的限制，而是相反地应当被理解成对于特定于具体实现方式的特征的描述。在本说明书中在分开的实现方式的情境中描述的某些特征也可以被组合实施在单一实现方式中。相反，在单一实施例的情境中描述的各项特征也可以被分开地或者以任何适当的子组合实施在多个实施例中。此外，虽然各项特征在前面可能被描述为以特定组合运作并且甚至最初被如此要求保护，但是在一些情况下来自所要求保护的组合的一项或更多项特征可以从所述组合中删除，并且所要求保护的组合可以针对子组合或者子组合的变型。

类似地，虽然在附图中按照特定顺序描绘了各项操作，但是这不应当被理解成要求按照所示出的特定顺序或者按顺次顺序实施这样的操作或者要求实施所图示的所有操作以实现合乎期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，在前面描述的实施例中的各个系统组件的分开不应当被理解成在所有实施例中都要求这样的分开，并且应当理解的是，所描述的各个程序组件和系统通常可以一同被集成在单一软件产品中或者打包到多个软件产品中。

描述了多种实现方式。但是将理解的是，在不背离本公开内容的精神和范围的情况下可以做出各种修改。前面描述的技术可以被用于髋关节成形术的其他方面、除髋关节成形术之外的涉及骨盆的手术以及除关节成形术之外的其他过程。可以使用相同的技术来确定相对于解剖结构的其他部分（例如除骨盆之外的骨骼）的解剖取向。参考器件可以被附着到对象的解剖结构的不同部分，并且可以相对于对象的解剖结构的该部分确定解剖取向。因此，其他实现方式也在所附权利要求的范围之内。

Claims (15)

1.一种用于确定解剖取向的设备，其包括：

一个或更多处理器件；以及

存储指令的一个或更多数据存储器件，所述指令在由所述一个或更多处理器件执行时可操作为使得所述一个或更多处理器件实施包括以下各项的操作：

接收指示被配置成与对象的骨盆一起移动的参考器件的位置的数据；

接收指示参考表面上的各个方位的数据；

接收指示骨盆上的各个方位的数据；

基于指示参考表面上的各个方位的数据确定对象的第一解剖取向；

基于指示骨盆上的各个方位的数据确定沿着基本上中-侧方向延伸的第二解剖取向；以及

将第一解剖取向和第二解剖取向配准到所述参考器件。

2.权利要求1的设备，其中，所述操作还包括：

基于第一解剖取向和第二解剖取向确定手术轨迹；

基于所述参考器件的位置确定工具相对于手术轨迹的位置；以及

输出指示工具相对于手术轨迹的位置的数据。

3.权利要求2的设备，其中，基于第一解剖取向和第二解剖取向确定手术轨迹包括：相对于第一解剖取向和第二解剖取向确定处于预定倾角和预定前倾角的取向。

4.权利要求1的设备，其中，所述操作还包括：

确定与第一解剖取向和第二解剖取向正交的对象的第三解剖取向；以及

将第三解剖取向配准到被配置成与骨盆一起移动的所述参考器件。

5.权利要求1的设备，其中：

接收指示参考表面上的各个方位的数据包括：接收指示基本上呈平面状的表面上的至少三个方位的数据；并且

确定第一解剖取向包括：基于所述至少三个方位确定对象的冠平面的取向。

6.权利要求5的设备，其中，所述操作还包括接收指示骨盆倾斜角度的信息；

其中，确定对象的冠平面的取向包括：使用指示骨盆倾斜角度的信息确定冠平面的取向。

7.权利要求5的设备，其中，接收指示骨盆上的各个方位的数据包括：接收指示基本上沿着中-侧轴定位的骨盆上至少两个方位的数据；并且

其中，确定第二解剖取向包括：基于指示骨盆上至少两个方位的数据确定对象的横平面的取向，所述横平面的取向与对象的冠平面的取向正交。

8.权利要求7的设备，其中，所述至少两个方位包括对应于骨盆的髂骨的左前上隆起和髂骨的右前上隆起的各个方位。

9.权利要求1的设备，其中，指示被配置成与对象的骨盆一起移动的所述参考器件的位置的数据指示：与躺在参考表面上的对象的第一位置对应的所述参考器件的位置。

10.权利要求9的设备，其中，指示被配置成与对象的骨盆一起移动的所述参考器件的位置的数据指示：与所述对象的不同于第一位置的第二位置对应的所述参考器件的位置；并且

其中，所述操作还包括：

根据对应于第二位置的所述参考器件的位置调节解剖取向；

确定手术轴相对于经过调节的解剖取向的位置；以及

基于对应于对象的第二位置的所述参考器件的位置确定工具相对于手术轴的位置。

11.权利要求1的设备，其中，接收指示所述参考器件的位置的数据包括：接收指示所述参考器件的电磁场传感器或基准的位置的数据。

12.权利要求1的设备，其中，接收指示参考表面上的各个方位的数据包括：接收指示在对象以仰卧位躺在平面状参考表面上时所述平面状参考表面上的至少三个不同点的方位的数据；

其中，接收指示骨盆上的各个方位的数据包括：接收指示与骨盆的髂骨的左前上隆起和髂骨的右前上隆起对应的方位的数据；并且

其中，确定第一解剖取向包括：

接收指示骨盆倾斜角度的数据；

基于平面状参考表面上的至少三个不同点和指示骨盆倾斜角度的数据确定对象的冠平面的取向；

其中，确定第二解剖取向包括：基于与髂骨的左前上隆起和髂骨的右前上隆起对应的方位确定对象的中-侧轴或横平面的取向。

13.权利要求12的设备，其中，所述操作还包括：

使用第一解剖取向和第二解剖取向确定针对对象的手术轨迹；以及

在将对象从仰卧位移动到侧卧位之后，接收指示在对象处于侧卧位时相对于所述参考器件的位置的手术工具的位置的数据；

在对象处于侧卧位时基于指示相对于参考器件的位置的手术工具的位置的数据确定手术工具相对于手术轨迹的取向；以及

输出指示手术工具相对于手术轨迹的取向的数据。

14.一种用于确定解剖取向的系统，包括：

第一参考器件；

一个或更多第二参考器件；

与第一参考器件和所述一个或更多第二参考器件通信的通信模块；

可操作地耦合到通信模块的控制单元，所述控制单元被配置成实施包括以下各项的操作：

在第一参考器件耦合到对象的骨盆时接收指示第一参考器件的取向的数据；

在所述一个或更多第二参考器件耦合到基本上呈平面状的参考表面时接收指示所述一个或更多第二参考器件的不同方位的数据；

在所述一个或更多第二参考器件耦合到骨盆上的不同方位时接收指示所述一个或更多第二参考器件的不同方位的数据；

基于在所述一个或更多第二参考器件耦合到基本上呈平面状的参考表面时指示所述一个或更多第二参考器件的不同方位的数据确定对象的第一解剖取向；

基于在所述一个或更多第二参考器件耦合到骨盆上的不同方位时指示所述一个或更多第二参考器件的不同方位的数据确定沿着对象的基本上中-侧方向延伸的第二解剖取向；以及

将一个或更多解剖参考平面的取向配准到第一参考器件。

15.一种用于正确对准的方法，其包括：

基于参考表面的取向确定相对于对象的第一取向；

基于对象的骨盆的特征确定沿着对象的基本上中-侧方向延伸的第二取向；以及

把第一取向和第二取向配准到被配置成与骨盆一起移动的参考器件。