CN107004052A - 无图像植入物翻修手术 - Google Patents

Abstract

讨论了用于规划和执行无图像植入物翻修手术的系统和方法。例如，用于生成翻修计划的方法能够包括收集表征目标骨骼的预定参数、生成3D模型、收集多个表面点、以及生成重塑的3D模型。生成目标骨骼的3D模型能够基于预定参数的第一部分。生成重塑的3D模型能够基于从目标骨骼的表面的一部分收集的多个表面点来完成。

Description

无图像植入物翻修手术

优先权要求

本申请要求于2014年12月1日提交的名称为“Method for Planning and PerformingCT-Less Implant Revision Surgery”的美国临时申请号62/085,647的优先权的权益，该临时申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及机器人系统在规划和执行整形外科植入物翻修手术过程中的使用。在美国专利号6,757,582中更详细地公开了一种这样类型的机器人系统，即精密手绘雕刻（Precision Freehand Sculpting）（在本文中被称为“PFS”），该专利的全部内容通过引用并入本文中。

背景技术

实施植入物翻修手术以移除由于各种原因（诸如松动、移位、错误对准、磨损或其他恶化）导致失效的整形外科植入物。一旦现有的植入物被移除并且剩余的骨骼表面准备妥当，就能插入新的植入物。植入物翻修手术通常利用导航方法来实施，以追踪所涉及的工具、骨骼和植入物的位置。然而，现代导航方法仍然需要大量切割引导件、测量夹具和对骨骼切除表面的重新评估，这导致不必要的耗时的过程。

当前翻修技术的问题由于以下事实被复杂化：在翻修过程中移除现有的植入物可能导致对骨骼表面的额外损伤，从而需要进一步的骨骼切除以准备插入新的植入物。在一些现有的系统中，也可能需要额外成像来开发新的手术计划。必须注意确保植入物符合患者的解剖结构；然而，目前还不存在使用将同时减少对过量仪器和成像的需要、减少实施植入物翻修手术过程所需的时间、并且确保植入物符合患者的解剖结构的方法来实施植入物翻修手术过程的方法。因此，本发明的目的是提供一种利用PFS实施植入物翻修手术过程的方法，从而允许外科医生在患者的解剖结构的虚拟模型上规划骨骼完善和植入物布置。PFS系统还允许外科医生精确地引导和执行骨骼切除，从而在使用的仪器和花费的时间方面具有效率。虽然在本文中为了示例的目的而讨论了PFS系统，但本领域技术人员将认识到，在将对本领域技术人员显而易见的仅微小改变的情况下，能够结合本发明的方法使用其他机器人手术系统，诸如Mako的Rio®系统。

除了上面已经描述的本发明的各种目的和优点之外，本发明的各种其他目的和优点将从本发明的下面更详细的描述（尤其是，当这样的描述结合附图和所附权利要求时）变得对相关领域的那些技术人员更加显而易见。

附图说明

以示例而非限制的方式在附图的各图中示出了一些实施例，其中：

图1是示出根据示例实施例的操作用于规划和实施无图像植入物翻修手术的系统的环境的图。

图2是描绘根据示例实施例的用于规划和执行无图像植入物翻修手术的系统的框图。

图3是示出根据示例实施例的用于规划和执行无图像植入物翻修手术的方法的流程图。

图4是示出根据示例实施例的用于创建虚拟3D模型以在翻修植入物过程中用于切除目标骨骼的方法的流程图。

图5是示出根据示例实施例的用于创建3D模型以在翻修植入物过程中用于切除目标骨骼的方法的流程图。

图6是示出根据示例实施例的用于创建要在翻修过程中使用的3D模型的方法的图。

图7是呈计算机系统的示例形式的机器的图形表示，在计算机系统中可执行用于使机器执行本文所讨论的方法学中的任一种或多种的指令集。

发明内容

本发明人已经认识到，除了其他之外，在整形外科植入物翻修手术中使用的当前技术（诸如翻修全膝关节替换）未能充分考虑目标骨骼的特定形状和状况、未能向外科医生提供可视化植入物和增补物位置的方法、并且未能提供定制切除和植入物位置的患者具体治疗效果。

此外，用以实施翻修膝关节手术的现有系统需要大量的仪器。这对于实现所选植入物的对准和定位二者是必需的。这些仪器包括对准夹具、杆和多个切割块。这些仪器主要依赖于解剖结构的广义假设，本文所讨论的系统和方法允许用单独的术中导出的患者专用的切割计划来完全代替这些仪器。

当前使用的仪器需要固定到正被操作的骨骼上，靠近植入物界面。由于需要手术的病理学性质，骨骼质量通常较差，导致切割块和对准夹具的固定不足或不稳定，这通常会导致夹具的不需要的运动并导致不准确的植入物布置以及随后对患者的治疗效果有有害影响。本发明的性质允许通过将追踪器远离操作区域以更可靠的固定放置到更好质量的骨骼中来克服这种可能性。

通过消除对这些仪器及其相关成本和负担（消毒、操作、运输、运输中的损伤等）的需要，本发明本身将为用户带来财务和后勤益处。

以下非限制性示例详细说明了用于解决挑战并提供本文所讨论的益处的本系统和方法的某些方面。

示例1能够包括一种用于创建翻修计划以在无图像植入物翻修过程期间使用的方法。该方法能够包括：生成3D模型、接收多个表面点、以及生成重塑的3D模型。所述3D模型被生成以模拟与所述植入物翻修过程相关联的所述目标骨骼的至少一部分的形状。在与所述植入物翻修过程相关联的目标骨骼表面的一部分上收集所述多个表面点。基于所述3D模型和从所述目标骨骼表面的所述部分收集的所述多个表面点来生成所述重塑的3D模型。

在示例2中，示例1的所述方法能够可选地包括生成用于准备所述目标骨骼以供植入假体植入物的翻修计划。

在示例3中，示例2的所述方法能够可选地包括根据所述翻修计划在所述目标骨骼的切除期间控制被追踪的手术切割仪器。

在示例4中，示例1至3中的任一项的所述方法能够可选地包括生成包围与所述植入物翻修过程相关联的所述目标骨骼的所述部分的体素化3D柱体。在一些示例中，相比与所述植入物翻修过程相关联的所述目标骨骼的所述部分，该柱体在所有维度上都更大。

在示例5中，示例1至4中的任一项的所述方法能够可选地包括使用体素化3D模型生成所述3D模型，并且通过基于所述多个表面点更新所述体素化3D模型内的体素来生成所述重塑的3D模型。

在示例6中，示例5的所述方法能够可选地包括更新所述体素化3D模型内的体素包括基于所述多个表面点从所述3D模型执行体积减法。

在示例7中，示例1至6中的任一项的所述方法能够可选地包括从被追踪的手术仪器接收表征所述目标骨骼的预定组参数；并且其中，生成所述3D模型包括根据所述预定组参数计算所述目标骨骼的尺寸。

在示例8中，示例1至7中的任一项的所述方法能够可选地包括在收集所述多个表面点期间迭代地生成重塑的3D模型。

示例9能够包括一种用于规划和执行无图像植入物翻修手术（包括创建翻修计划）的系统。该系统能够包括手术仪器、追踪系统和控制系统。手术仪器能够包括追踪阵列。所述追踪系统能够包括追踪传感器，并且能够实时地监测所述手术仪器和植入物宿主的至少一个目标骨骼的三维位置和定向。控制系统能够包括通信接口和联接到存储器设备的一个或多个处理器。通信接口能够联接到追踪系统以接收识别当前手术仪器位置和当前目标骨骼位置的追踪信息。存储器设备能够包括指令，所述指令在由一个或多个处理器执行时使得所述控制系统执行包括以下的操作：收集预定参数、生成3D模型、收集多个表面点、以及生成重塑的3D模型。在植入物翻修过程中，所述预定参数表征目标骨骼。根据预定参数的一部分生成3D模型，以模拟所述目标骨骼的至少一部分的形状。可选地，所述预定参数的第二部分被用于在工作坐标系内将所述3D模型对准在所述目标骨骼上。在与所述植入物翻修过程相关联的目标骨骼表面的一部分上收集所述多个表面点。基于所述3D模型和从所述目标骨骼表面的所述部分收集的所述多个表面点来生成所述重塑的3D模型。

在示例10中，示例9的所述系统能够可选地包括具有切割钻、钻防护件、板探针附接件和点探针中的至少一个的手术仪器。

在示例11中，示例10的所述系统能够可选地包括使用所述切割钻、所述钻防护件、所述板探针附接件和所述点探针中的一个来收集所述预定参数或所述多个表面点。

在示例12中，示例9至11中的任一项的所述系统能够可选地包括还执行包括以下的操作的所述控制系统：生成翻修计划以用于准备所述目标骨骼以供植入假体植入物。

在示例13中，示例12的所述系统能够可选地包括联接到所述手术仪器的通信接口以发送控制信号来控制切割钻。所述控制系统还能够执行包括以下的操作：根据所述翻修计划生成控制信号以在所述目标骨骼的切除期间控制所述手术仪器，和通过通信接口将所生成的控制信号通信到所述手术仪器。

在示例14中，示例9至13中的任一项的所述系统能够可选地包括通过生成包围与所述植入物翻修过程相关联的所述目标骨骼的所述部分的体素化3D柱体来生成所述3D模型。

在示例15中，示例14的所述系统能够可选地包括通过基于所述多个表面点从所述3D模型执行体积减法来生成所述重塑的3D模型。

在示例16中，示例9至15中的任一项的所述系统能够可选地包括通过访问所述目标骨骼的术前医学成像以生成3D模型来生成3D模型。

在示例17中，示例9至16中的任一项的所述系统能够可选地包括在所述多个表面点的收集期间迭代地生成重塑的模型。

示例18能够包括一种具有指令的机器可读储存介质，所述指令当在用于导航和控制手术仪器的系统内被执行时实施示例1至9中的任一项中所述的方法。

示例19能够包括一种用于规划植入物翻修过程的计算机实施的方法。该方法能够包括生成3D体素化模型、接收多个数据点、计算一组废体素、以及生成重塑的3D体素化模型。能够生成所述3D体素化模型以模拟与所述植入物翻修过程相关联的目标骨骼的一部分，其中，所述模型与所述目标骨骼的所述部分在每个维度上至少一样大。在已知几何形状的仪器沿着所述目标骨骼的表面被追踪时，从追踪所述已知几何形状的仪器的追踪系统接收所述多个数据点。至少部分地基于所述多个数据点计算待从模型中移除的所述组废体素。基于所述组废体素生成所述重塑的3D体素化模型。

定义

植入物-为了本说明书和相关权利要求书的目的，术语“植入物”用于指被制造用以替换或增强生物结构的假体设备或结构。例如，在全髋关节替换过程中，假体髋臼杯（植入物）被用于替换或增强患者的磨损或损伤的髋臼。虽然术语“植入物”通常被认为表示人造结构（与移植物形成对比），但为了本说明书的目的，植入物能够包括被移植以替换或增强生物结构的生物组织或材料。

植入物宿主-为了本说明书和相关权利要求的目的，术语“植入物宿主”用于指患者。在某些情况下，术语植入物宿主也可用于更具体地指在特定患者的解剖结构内的预期植入的特定关节或位置。例如，在全髋关节替换过程中，植入物宿主可指的是被替换或修复的患者的髋关节。

实时-为了本说明书和相关权利要求书的目的，术语“实时”用于指当事件发生或输入通过可操作系统接收时在运行中（on-the-fly）执行的计算或操作。然而，术语“实时”的使用并不旨在排除在输入和响应之间引起一些延迟的操作，只要延迟是由机器的性能特性引起的非预期后果。

具体实施方式

描述了用于规划和执行无图像（无CT）植入物翻修手术的示例系统和方法。在一些示例实施例中，本文中讨论的系统和方法能够涉及被追踪的点探针和计算机控制的手术切割仪器的结合。在示例中，光学地被追踪的点探针和计算机控制的手术切割仪器能够用于规划和执行翻修过程以替换有缺陷的整形外科植入物，诸如有缺陷的全膝关节替换（TKA）。在示例中，外科医生使用点探针在三维上绘制需要新植入物的目标骨骼的实际表面。绘图在移除有缺陷的或磨损的植入物之后以及在移除任何病变的或其他不需要的骨骼后进行。计算机系统能够在患者骨骼的体素化3D模型与使用被追踪的点探针或类似的被追踪的手术仪器获得的界标位置对准的情况下开始绘图过程。在绘图过程期间，使用被追踪的点探头、切割钻、钻防护件或切割仪器上的板探头附接件，基于从患者的骨骼获得的实际表面数据重塑体素化3D模型。一旦完成最终的3D模型，外科医生就能够逐层地移动通过虚拟3D模型，以评估翻修植入物位置和配合。由使用实际3D表面数据生成的虚拟3D模型所允许的详细评估使得能够进行精确的配合评估（尺寸和位置）、增补物选择和增补物布置。一旦翻修植入物和任何增补物虚拟地位于3D模型环境中，系统就能够生成手术切割计划，其将使用被追踪的且计算机控制的切割仪器（诸如上所述的PFS）来实施。

实施本文讨论的翻修过程的方法使得外科医生能够更准确地布置翻修植入物和增补物，同时避免对切割引导件和其他复杂的仪器的需要。所讨论的系统在手术室中的实际效果包括更少的托盘、更少的灭菌和更低的成本。

以下说明书和相关附图描述了具有具体细节的本发明的示例实施例。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，可在没有这些具体细节的情况下实践本发明。还将显而易见的是，计算机控制的植入物定位系统不限于所提供的示例，并且可包括未具体讨论的其他场景。

图1是用于使用机器人系统执行无图像（无CT）翻修手术过程的系统100的图示。系统100包括具有相关联的光学追踪框架155（也被称为追踪阵列155）的手术切割工具150、图形用户界面130、光学追踪系统140、和患者追踪框架120（也被称为追踪阵列120）。该图示还包括切口110，通过该切口可进行膝关节翻修手术。在示例中，所示的机器人手术系统100描绘了手持式计算机控制的手术机器人系统，诸如来自明尼苏达州普利茅斯的蓝带科技（Blue Belt Technologies）的Navio®手术系统。所示的机器人系统使用联接到机器人控制器的光学追踪系统来追踪和控制手持式手术仪器。例如，光学追踪系统140追踪联接到手术工具150的追踪阵列155和联接到患者的追踪阵列120，以追踪仪器相对于目标骨骼（例如，用于膝关节过程的股骨和胫骨）的位置。

图2是描绘根据示例实施例的用于执行无图像（无CT）翻修手术过程的系统200的框图。在示例中，系统200能够包括控制系统210、追踪系统140和手术仪器150。可选地，系统200还能够包括显示设备130和数据库230。在示例中，这些部件能够相结合以提供对手术仪器150的导航和控制，其能够包括对在整形外科（或类似的）假体植入物翻修手术期间使用的除了其他之外的切割工具或点探针的导航和控制。

控制系统210能够包括一个或多个计算设备，其被配置成协调从追踪系统130接收的信息并提供对手术仪器150的控制。在示例中，控制系统210能够包括规划模块212、导航模块214、控制模块216和通信接口218。在某些示例中，规划模块212能够提供术前规划服务，其允许临床医生能够在对患者进行翻修过程期间在重塑目标关节之前虚拟地规划该过程。在规划模块内执行的规划过程的一部分能够包括与授予Digioia等人的名称为“Computer-assisted Surgery Planner and Intra-Operative Guidance System”的美国专利6,205,411中所讨论的操作相似的操作，该专利讨论了术前规划的又另一方法。美国专利6,205,411的全部内容通过引用并入本文中。

在诸如全膝关节造形术（TKA）的翻修的示例中，规划模块212能够用于参照虚拟的植入物宿主模型来操纵植入物的虚拟模型。如下面更详细地讨论的，能够通过使用由光学追踪系统140追踪的点探针或类似仪器来创建植入物宿主（待翻修的关节）的虚拟模型。控制系统210（在一些示例中规划模块212）从目标关节的表面收集数据以重建患者的实际解剖结构的虚拟模型。特别是在翻修手术中，该方法能够通过使用在移除现有植入物之后收集的数据且不进行术中成像来增加规划过程的准确度。从（多个）目标骨骼收集表面数据还能够允许目标骨骼的迭代重塑，以确保新的假体植入物的适当配合并优化解剖结构对准。

在示例中，导航模块214能够协调追踪植入物、植入物宿主和手术仪器150的位置和定向。在某些示例中，导航模块214还可协调追踪在规划模块212内在术前或术中规划期间使用的虚拟模型。追踪虚拟模型能够包括诸如通过经由追踪系统140获得的数据使虚拟模型与植入物宿主对准的操作。在这些示例中，导航模块214接收来自追踪系统140的关于手术仪器150和植入物宿主的物理位置和定向的输入。对植入物宿主的追踪可包括诸如利用追踪阵列120追踪多个单独的骨骼结构。例如，在全膝关节替换过程期间，追踪系统140可使用锚固到各个骨骼的追踪设备来单独地追踪股骨和胫骨（如图1中所示的）。

在示例中，控制模块216能够处理由导航模块214提供的信息以生成用于控制手术仪器150的控制信号。在某些示例中，控制模块216还能够与导航模块214一起工作来产生视觉动画以在手术过程期间辅助外科医生。视觉动画能够经由显示设备（诸如显示设备130）显示。在示例中，视觉动画能够包括除了其他之外的植入物、植入物宿主和手术仪器150的实时的3D表示。在某些示例中，视觉动画是彩色编码的，以进一步辅助外科医生定位和定向植入物。

在示例中，通信接口218促进控制系统210与外部系统和设备之间的通信。通信接口218能够包括有线和无线通信接口，除了其他之外诸如以太网、IEEE 802.11无线或蓝牙。如图1中所示的，在该示例中，经由通信接口218连接的主要外部系统包括追踪系统140和手术仪器150。虽然未示出，但除了其他设备之外，数据库230和显示设备130也能够经由通信接口218连接到控制系统210。在示例中，通信接口218通过内部总线通信到控制系统210内的其他模块和硬件系统。

在示例中，追踪系统140提供手术设备和植入物宿主的解剖结构的部分的位置和定向信息，以辅助对半主动的机器人手术设备的导航和控制。追踪系统140能够包括追踪器（例如，追踪阵列120），其包括或以其他方式提供基于至少三个位置和至少三个角度的追踪数据。追踪器能够包括与植入物宿主相关联的一个或多个第一追踪标记、和与手术设备（例如，手术仪器150）相关联的一个或多个第二标记。标记或标记中的一些能够是红外线源、射频（RF）源、超声波源、和/或发射器中的一个或多个。因此，追踪系统140能够是红外线追踪系统、光学追踪系统、超声波追踪系统、惯性追踪系统、有线系统、和/或RF追踪系统。一个说明性的追踪系统能够是本文描述的OPTOTRAK^®3-D运动和位置测量和追踪系统，但本领域普通技术人员将认识到也能够使用其他准确度和/或分辨率的其他追踪系统。

授予Brisson等人的名称为“Methods and Systems to Control a ShapingTool”的美国专利6,757,582提供了关于在手术环境内使用追踪系统（诸如追踪系统140）的额外细节。美国专利6,757,582（'582专利）的全部内容通过引用并入本文中。

在示例中，外科医生能够使用手术仪器150来使目标骨骼成形成容纳新的假体植入物来代替失效的现有植入物。例如，如上所述的，通常需要通过移除形成人造膝关节的假体植入物来翻修TKA、重塑股骨和胫骨、以及植入新的假体植入物以形成新的人造膝关节。为了辅助执行翻修，系统200能够追踪和控制手术切割仪器，以根据在移除旧假体之后生成的虚拟计划实施精确的切割（如下面额外详细讨论的）。

参考图3，提供了使用诸如系统100或200的机器人系统来实施翻修手术过程的方法300。在该示例中，方法300包括诸如下述的操作：在305处选择工具和校准、在310处移除现有植入物、在315处附接追踪阵列、在320处收集目标关节数据、在325处移除现有植入物、在330处收集表面点、在335处规划植入物尺寸和位置、在340处平衡间隙距离、在345处规划增补物、在350处显示骨骼完善计划、在355处切除（多个）骨骼、在360处插入新的植入物、以及在365处收集和显示运动数据的范围。在某些实施例中，能够用更多或更少的操作来执行方法300。例如，在一些示例翻修过程中，在340处的关节或间隙平衡能够是可选过程。

根据步骤305，针对所选择的手术工具和钻类型，连接和校准机器人系统。对工具进行校准和验证以便在手术过程期间进行追踪。整个手术装置100在图1中示出，其中讨论系统200的图2中提供额外细节，系统200在一些示例中是系统100的扩展。

如步骤310中所示的，做出初始切口110，从而允许外科医生接近并移除现有植入物。在实施例中，在安装任何追踪器（例如追踪阵列120）之前移除植入物，因为外科医生通常需要使用锤子来促进从骨骼移除植入物并且这会使追踪器（如果它们在初始松动和移除过程之前被安装）松动。在现有植入物被松动和移除之后，外科医生也将移除在植入物后面的任何恶化或病变的骨骼。在某些示例中，然后在可能的程度上重新插入植入物，以实现数据收集以用于规划目的。替代性实施例提供具有可拆卸式联接器的追踪器销，使得首先在适当的位置处插入销，并且然后当植入物被移除时从销上移除追踪器。在任一方法中，追踪阵列120然后被附接315（或根据具体情况重新附接）到股骨和胫骨，以使得能够使用红外线或其他光学“视线”摄像机（诸如追踪系统140）来对这些骨骼进行实时位置监测，该红外线或其他光学“视线”摄像机（诸如追踪系统140）也监视正由外科医生使用的任何被追踪的工具（诸如手术仪器150）的实时位置。

根据步骤320，收集多个检查点和参考位置数据点（也称为界标和预定参数）。用于收集骨骼和植入物表面上的坐标点的点探针的位置被验证为尖端相对于追踪器的位置。在股骨和胫骨骨骼（包括踝骨）上的系统中确定检查点，作为与点探针的尖端接触的预先确定的静止参考点。在整个过程期间的各个点处，这些点将再次与点探头相接触，以确保作为整体追踪系统内的准确度。通常，然后通过围绕髋关节以圆转动被追踪的股骨直到已收集到足够的数据来计算髋关节中心。

接下来，确定膝关节中心。仍然参考步骤320，通过触诊随点探针的尖端存在的那些来收集股骨界标点。这样的股骨界标点包括例如膝关节中心、最前面的点、最远侧的点、最后面的点、以及内侧和外侧的上髁点，到这些点存在并且是可靠的程度。在替代性实施例中，能够使用统计值来代替这些实际点。接下来，确定股骨转动参考。然后由股骨和胫骨界标确定参考关节线。在一些患者中，参考关节线将难以确定，并且在一些实施例中，另一膝关节可用于界标。

仍然在步骤320的环境中，能够通过触诊点探针的尖端来收集胫骨界标点，包括胫骨膝关节中心、以及胫骨的最内侧点和最外侧的点。另外，确定胫骨转动参考。接下来，为了间隙平衡的目的，收集运动数据范围，包括关节伸展和弯曲中的最大内翻和外翻。

在步骤325处，再次移除现有的植入物（假设在步骤310处实施的特定过程允许重新插入），并且在步骤330处，例如，然后通过用点探针的尖端或钻的尖端刷擦或刮擦整个剩余的骨骼，来在股骨和胫骨的剩余骨骼表面上收集多个点。这种所谓的“自由收集”实际上是对剩余骨骼的大部分的追踪或“绘涂”，并用于在计算机化的规划系统（诸如控制系统）中创建骨骼表面的三维模型或表面图。然后所创建的剩余骨骼的3D模型被用作规划过程和必要的植入物尺寸的基础。通常，界标点被用于创建起始体积（初始3D模型），其然后被削减以表示在该自由收集步骤期间剩余骨骼的实际尺寸。在替代性实施例中，可将红外线指针内置在手持件中，且可通过系统记录红外光在骨骼上的位置，并且同样可以以这种方式创建现有骨骼的3D模型。

在某些示例中，系统使用在步骤320处收集的界标和其他信息来创建关节的体积（体素化）模型。虚拟3D模型经由追踪数据（诸如追踪阵列120和经由追踪阵列155的点探针追踪（手术仪器150））与实际骨骼结构对准。随后，在步骤330处在收集表面数据期间，体积虚拟3D模型被重塑以符合目标骨骼的实际表面。这种根据界标和其他患者特定信息生成的3D模型的迭代重塑过程产生能够在整个规划过程中使用的实际目标骨骼的非常准确的3D模型。虚拟重塑的3D模型比术中成像更快和更准确地提供最终结果，并且没有术中CT或类似扫描技术所涉及的后勤困难。

根据步骤335，然后在系统200中的模型上确定股骨和胫骨植入物的尺寸和位置。可选地，然后在步骤340处规划平衡股骨和胫骨之间的间隙。如本文所使用的，平衡所述间隙是指确保韧带和软组织被适当张紧，以有助于术后膝关节的稳定性和适当的运动范围。在实施例中，当膝关节处于弯曲状态时，通过转动股骨部件来实现平衡。在伸展时，通过释放或使韧带稀疏来平衡膝关节，但如果韧带被释放，则将需要重新测量。

一旦已经选择了理想的植入物尺寸和位置，系统200能够可选地提供用于评估的横截面视图，并且能够在步骤345处评估和规划股骨或胫骨假体增补物的潜在使用。例如，如果在现有骨骼和植入物的背面之间存在间隙（诸如当需要移除先前植入物后面的病变骨骼时），将使用增补物来消除该间隙，并且因此，将改变切割计划以容纳该增补物。

然后验证股骨和胫骨检查点，以确保在预期位置处进行了切割。最后，根据350，由先前提到的规划步骤得到的骨骼完善计划在由于自由收集步骤而创建的剩余骨骼的表示上显示。然后，该信息在手术室中的监视器130上显示给外科医生。然后，在步骤355处，进行骨骼切除，并且在步骤360处，一旦根据骨骼完善计划完全准备好了骨骼，就插入植入物。

图4是示出根据示例实施例的用于创建虚拟3D模型以在翻修植入物过程中用于切除目标骨骼的方法400的流程图。在该示例中，方法400包括诸如以下操作：在410处进行点探针校准、在420处收集界标、在430处创建3D模型、在440处可选地对准3D模型、在450处收集表面数据、在460处重塑3D模型、以及在470处可选地生成翻修地图。方法400在图4中示出为包括上述的各种操作，在其他示例中，操作可以呈不同的顺序，或者类似的方法可包括更少或更多的操作。

在410处，方法400能够可选地始于手术仪器150的校准。校准涉及在由追踪系统追踪的三维坐标系内注册手术仪器150的工作端，使得追踪系统140能够准确地定位手术仪器150。校准能够通过使手术仪器的工作端（诸如点探针或切割钻）接触追踪系统的坐标空间内的具有已知坐标的物体来完成。

在420处，方法400以控制系统210收集界标和目标骨骼的其他预定参数继续。在该示例中，手术仪器150能够用于接触界标，同时追踪系统140将位置数据发送到控制系统210。在430处，方法400以控制系统210（诸如在规划模块212内）创建目标骨骼的目标植入物区域的初始3D模型继续。在示例中，3D模型是预期接收新植入物的目标骨骼的至少部分的体素化模型。能够根据统计骨骼模型，使用界标和其他预定参数来生成3D模型以从统计模型的数据库中选择尺寸和形状。在其他示例中，能够根据术前医学成像扫描（诸如CT扫描）生成3D模型。在一些示例中，界标和其他预定参数用于生成初步的3D模型作为在没有其他输入情况下的起始点。

在440处，方法400以控制系统210将初始3D模型与目标骨骼对准继续。方法400在450处以控制系统210从目标骨骼收集表面数据继续。表面数据通过控制系统210从追踪系统140接收，同时追踪系统140监视手术仪器150的位置。能够使用手术仪器150上的各种附接件（除了其他之外诸如点探头附接件、切割钻、钻防护件或板探头附接件）来收集表面数据。在有缺陷或磨损的假体已经被移除之后和在任何额外的不需要的骨骼已经被移除之后进行表面数据的收集。在某些示例中，能够通过显示目标骨骼表面的交互式动画（图解）来指导表面点的收集，该技术能够描绘在目标骨骼表面上哪里的点还需要被收集。颜色编码或类似技术能够用于指示过去和需要进行点收集的位置。

在460处，方法400以控制系统210基于所接收的目标骨骼表面数据生成重塑的3D模型继续。重塑的3D模型成为目标骨骼的实际表面轮廓的准确虚拟表示，这允许准确规划翻修植入物的尺寸和位置。重塑的3D模型的生成能够是迭代过程，其中在从追踪系统140接收到表面数据时控制系统210更新3D模型。重塑的3D模型的诸如在显示设备130上的迭代生成和显示允许外科医生判断在翻修过程的规划部分期间目标骨骼的表面已被捕获的程度如何。

在470处，方法400能够以控制系统210基于重塑的3D模型生成翻修计划结束。翻修计划生成能够包括从外科医生接收植入物选择和定位输入。在一些示例中，系统能够基于对重塑的3D模型的分析来建议初始植入物尺寸和位置。一旦已经确定植入物的尺寸和位置，就能够进一步分析重塑的3D模型，以确定是否需要包括增补物以优化翻修植入物的配合。体素化3D模型允许有效显示和虚拟操纵，从而允许外科医生快速地逐步通过3D模型的多层来评估配合。最后，控制系统210能够生成切割或切除计划以重塑目标骨骼，从而最佳地容纳翻修植入物和任何选定的增补物。

在实施例中，本方法用于在全膝关节替换患者上执行翻修过程，该患者具有包括股骨和胫骨部件两者的多个预先存在的假体。

虽然根据专利法规，已经在上面详细描述了本发明的当前优选实施例和各种替代性实施例，但应理解，在不脱离本发明的精神或所附权利要求的范围的情况下，本领域技术人员能够构思各种其他修改和替代方式。

图5是示出根据示例实施例的用于创建3D模型以在翻修植入物过程中用于切除目标骨骼的方法500的流程图。方法500示出了参考方法400讨论的一些操作的替换方式。在该示例中，方法500包括诸如以下操作：在510处可选地收集界标或目标骨骼参数、在520处生成目标骨骼的3D模型、在530处从目标骨骼接收表面数据、并在540处生成重塑的3D模型。在该示例中，3D模型是目标骨骼的体素化的基于体积的近似。由于重塑方法，所以体素化3D模型只需要体积足够大以包围目标骨骼的将要参与翻修过程的那部分。例如，方法500能够始于柱体或包围股骨的远侧端的类似3D多角形物体。图6以2-D方式提供了下面讨论的重塑过程的额外说图示。

在510处，方法500能够可选地始于控制系统210接收描述目标骨骼的至少基本尺寸的数据。在一些示例中，控制系统210将从与目标骨骼表面接触的被追踪的手术仪器接收界标和其他尺寸或形状参数。在520处，方法500以控制系统210生成目标骨骼的初始3D模型继续。如上所述的，初始3D模型能够像有足够尺寸以包围所有相关的骨骼表面的体素化柱体一样简单。例如，如果远侧股骨是用于翻修过程的目标骨骼区域，则体素化柱体能够被定尺寸成足以包围髁骨和邻近远侧端的比任何构思的植入物更长的一段股骨。如在图6中的两个维度中所示的，起始模型620仅需要包围相关的骨骼表面（将起始模型620与重塑模型640相比）。

在530处，方法500能够以控制系统210基于从被追踪的手术仪器（诸如手术仪器150）接收的目标骨骼的表面数据在初始3D模型上执行体积减法来继续。当手术仪器150在目标骨骼的表面上运动时，来自追踪系统140的位置数据用于将初始3D模型中的体素重新分类为边界体素或废体素，其中废体素被移除。在一些示例中，边界体素可被平滑化或以其他方式被操纵以生成最终重塑的3D模型。在540处，方法500以控制系统210生成最终重塑的3D模型结束。在一些示例中，当外科医生指示目标骨骼上的所有表面点都已经被捕获时，就生成了最终重塑的3D模型。在其他示例中，控制系统210根据所接收的表面数据输入确定何时重塑的3D模型包括足够的细节以生成可用的模型。例如，系统能够确定它何时具有形成连续表面的足够数量的数据点，或者点之间的内插何时降低到预定阈值以下。

图6是示出根据示例实施例的用于创建要在翻修过程中使用的3D模型的方法的图。图6分为左侧的物理世界图600和右侧的计算机模型图610。物理世界图600示出利用包括追踪阵列155的手术仪器150对目标骨骼进行表面绘图的示例。计算机模型图610示出从起始模型620过渡到重塑模型640的体积减法方法。在一些示例中，控制系统210生成类似于计算机模型图610的图形用户界面动画。起始模型620与手术仪器模型625一起示出。手术仪器模型625被示出为将体素（为了清楚以二维描绘）改变为“空气”或废体素630，因为物理对应部分（手术仪器150）从目标骨骼收集表面数据。重塑模型640被示出为具有废体素635（也被标注为“空气”）和骨骼体素650。

模块、部件和逻辑

计算机系统的某些实施例，诸如本文描述的控制系统210和追踪系统140，可包括逻辑或多个部件、模块或机构。模块可构成软件模块（例如，在机器可读介质上或传输信号中表达的代码）或硬件模块。硬件模块是能够执行某些操作的有形单元并且可以以某种方式被配置或布置。在示例实施例中，一个或多个计算机系统（例如，独立的、客户端或服务器计算机系统）或计算机系统的一个或多个硬件模块（例如，处理器或一组处理器）可通过软件（例如，应用或应用部分）配置为操作以执行如本文所述的某些操作的硬件模块。

在各种实施例中，硬件模块可机械地或电子地实施。例如，硬件模块可包括被永久配置（例如，配置为专用处理器，诸如现场可编程门阵列（FPGA）或专用集成电路（ASIC））以执行某些操作的专用电路或逻辑。硬件模块还可包括通过软件临时配置以执行某些操作的可编程逻辑或电路（例如，包含在通用处理器或其他可编程处理器内）。将理解，在专用和永久配置的电路中，或在临时配置的电路（例如，通过软件配置）中机械地实施硬件模块的决定可由成本和时间考虑起决定作用。

因此，术语“硬件模块”应理解为包括有形实体，即物理构造的、永久配置的（例如，硬连线的）或临时配置的（例如，编程的）的实体，从而以某种方式操作和/或执行本文所述的某些操作。就其中硬件模块被临时配置（例如，编程）的实施例而言，硬件模块中的每一个均不需要在任一种情况下及时地被配置或具体化。例如，在硬件模块包括使用软件配置的通用处理器的情况下，通用处理器可在不同时间被配置为相应不同的硬件模块。软件可相应地配置处理器，例如以在一个时间点构成特定的硬件模块，并在不同的时间点构成不同的硬件模块。

硬件模块能够向其他硬件模块提供信息和从其他硬件模块接收信息。因此，所描述的硬件模块可被认为是通信地联接的。在同时存在多个这样的硬件模块的情况下，可通过连接硬件模块的信号传输（例如，通过适当的电路和总线）实现通信。在其中在不同时间配置或具体化多个硬件模块的实施例中，可例如通过储存和检索存储器结构中的信息来实现这样的硬件模块之间的通信，多个硬件模块可访问该存储器结构。例如，一个硬件模块可执行操作并将该操作的输出储存在其通信联接到的存储器设备中。然后，另一硬件模块可在稍后的时间访问存储器设备以检索和处理所储存的输出。硬件模块还可发起与输入或输出设备的通信，并且能够对资源（例如，信息的集合）进行操作。

通过临时配置（例如通过软件）或永久配置以执行相关操作的一个或多个处理器，至少部分地执行本文描述的示例性方法的各种操作。无论是临时还是永久配置的，这样的处理器都可构成操作以执行一个或多个操作或功能的处理器实施的模块。在一些示例实施例中，这里所指的模块可包括处理器实施的模块。

类似地，本文描述的方法可至少部分地由处理器实施。例如，方法的操作中的至少一些可由一个或多个处理器或者处理器实施的模块执行。某些操作的性能可分布在一个或多个处理器中，不仅位于单个机器内，而且部署在多个机器上。在一些示例实施例中，处理器或多个处理器可位于单个位置中（例如，在家庭环境、办公环境内或作为服务器农场），而在其他实施例中处理器可分布在多个位置处。

电子装置和系统

示例实施例可在数字电子电路中，或在计算机硬件、固件、软件或它们的组合中实施。示例实施例可使用计算机程序产品来实施，例如，有形地实施在信息载体中（例如在机器可读介质中）的计算机程序，以用于由数据处理装置执行或以控制数据处理装置的操作，该数据处理装置例如可编程处理器、计算机或多台计算机。手术仪器150的某些示例实施例能够包括储存待由手术仪器150执行的可执行指令的机器可读介质。

计算机程序能够以任何形式的编程语言（包括编译或解释语言）编写，并且其能够以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、子程序或适用于在计算环境中使用的其他单元。计算机程序能够被部署为在一个计算机上被执行或在处于一个位置处或分布在多个位置处并通过通信网络互连的多个计算机上被执行。

在示例实施例中，可通过执行计算机程序的一个或多个可编程处理器来执行操作，以通过操作输入数据并生成输出来执行功能。方法操作也能够由专用逻辑电路（例如，FPGA或ASIC）执行，并且示例实施例的装置可被实施为专用逻辑电路（例如，FPGA或ASIC）。

计算系统能够包括客户端和服务器。客户端和服务器通常远离彼此，并且通常通过通信网络进行交互。客户端和服务器之间的关系由于在相应的计算机上运行并彼此之间具有客户端 - 服务器关系的计算机程序而产生。在部署可编程计算系统的实施例中，将理解，硬件和软件架构二者都需要考虑。具体来说，将理解，是否在永久配置的硬件（例如，ASIC）中、在临时配置的硬件（例如，软件和可编程处理器的组合）中、或在永久和临时配置的硬件的组合中实施某些功能的选择可以是设计选择。下面列出了可在各种示例实施例中部署的硬件（例如，机器）和软件构架。

示例机器架构和机器可读介质

图7是呈计算机系统700的示例形式的机器的框图，在计算机系统700内可执行用于使机器执行本文所讨论的任一种或多种方法的指令。在替代性实施例中，机器作为独立设备操作或者可连接（例如，联网）到其他机器。在联网部署中，机器可在服务端 - 客户端网络环境中身为服务端或客户端机器操作，或者作为对等（或分布式）网络环境中的对等机器操作。该机器可以是个人计算机（PC）、平板PC、或能够执行指定该机器要采取的动作的指令（顺序或以其他方式）的任何机器。此外，虽然仅示出了单个机器，但是术语“机器”还应被视为包括单独或共同执行一组（或多组）指令以实施本文所讨论的任一种或多种方法的机器的任何集合。

示例计算机系统700包括经由总线708彼此通信的处理器702（例如，中央处理单元（CPU）、图形处理单元（GPU）或两者）、主存储器704和静态存储器706。计算机系统700还可包括视频显示单元710（例如，液晶显示器（LCD）或阴极射线管（CRT））。计算机系统700还包括字母数字输入设备712（例如，键盘）、用户界面（UI）导航设备（或光标控制设备）714（例如，鼠标）、磁盘驱动单元716、信号生成设备718（例如，扬声器）和网络接口设备720。

机器可读介质

磁盘驱动单元（储存设备）716包括机器可读介质722，其上储存了一组或多组指令和数据结构（例如，软件）724，其实现本文所描述的任一种或多种方法或功能或由本文所描述的任一种或多种方法或功能使用。指令724在其由计算机系统700执行期间也可完全地或至少部分地位于主存储器704、静态存储器706内和/或位于处理器702内，主存储器704和处理器702也构成机器可读介质或储存设备。

虽然机器可读介质722在示例实施例中示出为单个介质，但术语“机器可读介质”可包括储存一个或多个指令或数据结构的单个介质或多个介质（例如，集中式或分布式数据库，和/或相关联的高速缓存和服务器）。术语“机器可读介质”还应被视为包括下述任何有形介质：其能够储存、编码或携带指令，该指令通过机器执行并使机器执行本发明的任一种或多种方法，或者其能够储存、编码或携带由这样的指令使用或与这样的指令相关联的数据结构。因此，术语“机器可读介质”应被视为包括但不限于固态存储器以及光学和磁性介质。机器可读介质的具体示例包括非易失性存储器，以示例的方式包括半导体存储器设备（例如，可擦除可编程只读存储器（EPROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM））和闪存设备；诸如内部硬盘和可移动盘的磁盘；磁光盘；以及CD-ROM和DVD-ROM盘。“机器可读储存介质”还应包括可被解释为暂态的设备，诸如除了其他之外寄存器存储器、处理器高速缓存和RAM等。机器可读介质和机器可读储存介质的本文所提供的定义即使在机器可读介质进一步被表征为“非暂态”的情况下也适用。例如，“非暂态”的任何添加，诸如非暂态机器可读储存介质，旨在继续涵盖除了其他存储器设备之外的寄存器存储器、处理器高速缓存和RAM。机器可读储存设备或计算机可读储存设备应被解释为非暂态物理设备（诸如硬盘驱动器或物理计算机存储器），并在表示为非暂态计算机可读储存设备的情况下也可被类似地解释。

传输介质

可使用传输介质在通信网络726上进一步传输或接收指令724。指令724可使用网络接口设备720和许多公知的传输协议（例如，HTTP）中的任一个传输。通信网络的示例包括LAN、WAN、因特网、移动电话网络、普通老式电话（POTS）网络和无线数据网络（例如，WiFi和WiMax网络）。术语“传输介质”应被视为包括能够储存、编码或携带由机器执行的指令的任何无形介质，并且包括数字或模拟通信信号或其他无形介质以便于这样的软件的通信。

因此，已经描述了用于植入物定位设备的导航和控制的方法和系统。虽然已经参考具体示例实施例描述了本发明，但将显而易见的是，在不脱离本发明的更广泛的精神和范围的情况下可对这些实施例进行各种修改和改变。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的。

虽然已经参考具体示例实施例描述了实施例，但将显而易见的是，在不脱离本发明的更广泛的精神和范围的情况下可对这些实施例进行各种修改和改变。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的。形成本发明的一部分的附图以说明而非限制的方式示出其中可实践本主题的具体实施例。所描述的实施例足够详细地被描述，以使本领域技术人员能够实践本文所公开的教导。其他实施例可被使用和从其导出，使得可在不脱离本公开的范围的情况下作出结构和逻辑替换和改变。因此，该具体实施方式部分不应在限制意义上被理解，并且各种实施例的范围仅由所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来限定。

本发明主题的这样的实施例在本文中可单独地和/或共同地由术语“发明”提及，这仅为了方便并且如果实际上公开了不止一个发明或发明构思，则不旨在将本申请的范围自愿地限制于任一单个发明或发明构思。因此，虽然已经在本文中示出和描述了具体实施例或示例，但是应当理解，为实现相同目的而计算的任何布置可代替所示的具体实施例。本公开旨在覆盖各种实施例的任何和所有改编或变型。上述实施例的组合以及本文中未具体描述的其他实施例在本领域技术人员阅读以上描述之后对其将是显而易见的。

本文中提及的所有出版物、专利和专利文献的全部内容通过引用并入本文中，如同通过引用单独并入一样。如果本文献与通过引用并入的文献之间的用法不一致，则在（多个）引用的参考文献中的用法应被视为对本文的用法的补充；对于不可协调的不一致，以本文中的用法为主。

在本文中，如在专利文献中常见的那样，术语“一”或“一个”包括一个或多于一个，独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其他示例或用法。在本文中，术语“或”用于表示非排他性的或者，使得“A或B”包括“A但不是B”、“B但不是A”、以及“A和B”，除非另有说明。在所附权利要求中，术语“包括”和“其中”被用作相应术语“包括”和“其中”的简体英文等同词。此外，在以下权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放式的；也就是说，包括额外于权利要求中的这样术语之后列出的那些元件之外的元件的系统、设备、物品或过程仍然被认为落在该权利要求的范围内。此外，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用作标签，并不旨在对其对象施加数字要求。

提供本公开的摘要以提供对本公开的主题的快速概览，而不是解释或限制权利要求的范围或意义。此外，在前述的具体实施方式部分中，可看出，为了简化本公开的目的，在单个实施例中将各种特征分组在一起。本公开的该方法不应被解释为反映所要求保护的实施例要求比每个权利要求中明确叙述的特征更多的特征的意图。

Claims (20)

1.一种方法，其包括：

使用一个或多个处理器生成三维（3D）模型来近似目标骨骼；

从追踪手术仪器的追踪系统接收来自与植入物翻修过程相关联的所述目标骨骼的一部分的多个表面点；和

基于所述3D模型和从所述目标骨骼的所述部分收集的所述多个表面点，使用所述一个或多个处理器生成重塑的3D模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其还包括生成翻修计划以用于准备所述目标骨骼以供植入假体植入物。

3.根据权利要求2所述的方法，其还包括根据所述翻修计划在所述目标骨骼的切除期间控制被追踪的手术切割仪器。

4. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述生成所述3D模型包括生成包围与所述植入物翻修过程相关联的所述目标骨骼的所述部分的体素化3D柱体。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述生成所述3D模型包括生成体素化3D模型，并且

其中，所述生成所述重塑的3D模型包括基于所述多个表面点来更新所述体素化3D模型内的体素。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述更新所述体素化3D模型内的体素包括基于所述多个表面点从所述3D模型执行体积减法。

7.根据权利要求1所述的方法，其还包括从被追踪的手术仪器接收表征所述目标骨骼的预定组参数；并且其中，生成所述3D模型包括根据所述预定组参数计算所述目标骨骼的尺寸。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，生成重塑的3D模型在所述多个表面点的收集期间迭代地发生。

9.一种系统，其包括：

包括追踪阵列的手术仪器；

包括追踪传感器的追踪系统，所述追踪系统实时监测所述手术仪器和植入物宿主的至少一个目标骨骼的三维位置和定向；

控制系统，所述控制系统包括：

通信接口，其联接到所述追踪系统以接收识别当前手术仪器位置和当前目标骨骼位置的追踪信息；

联接到存储器设备的一个或多个处理器，所述存储器设备包括指令，所述指令在由所述一个或多个处理器执行时使得所述控制系统执行包括以下的操作：

基于与所述目标骨骼相关联的所述手术仪器的位置从所述追踪系统收集表征目标骨骼的预定参数；

至少部分地基于所述预定参数的一部分来生成所述目标骨骼的三维（3D）模型；

基于与所述目标骨骼相关联的所述手术仪器的位置从所述追踪系统收集来自与植入物翻修过程相关联的所述目标骨骼的一部分的多个表面点；及

基于所述3D模型和从所述目标骨骼的所述部分收集的所述多个表面点生成重塑的3D模型。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述手术仪器包括切割钻、钻防护件、板探针附接件和点探针中的至少一个。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，使用所述切割钻、所述钻防护件、所述板探针附接件和所述点探针中的一个来执行收集所述预定参数或所述多个表面点。

12. 根据权利要求9所述的系统，其中，所述控制系统还执行包括以下的操作：生成翻修计划以用于准备所述目标骨骼以供植入假体植入物。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述通信接口联接到所述手术仪器以发送控制信号来控制切割钻；并且

其中，所述控制系统还执行包括以下的操作：

生成控制信号以在所述目标骨骼的切除期间根据所述翻修计划控制所述手术仪器；和

通过所述通信接口将所述生成的控制信号通信到所述手术仪器。

14.根据权利要求9所述的系统，其中，所述生成所述3D模型包括生成体素化3D柱体，其包围与所述植入物翻修过程相关联的所述目标骨骼的所述部分。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，生成所述重塑的3D模型包括基于所述多个表面点从所述3D模型执行体积减法。

16.根据权利要求9所述的系统，其中，所述生成所述3D模型包括访问所述目标骨骼的术前医学成像以生成所述3D模型。

17.根据权利要求9所述的系统，其中，生成重塑的3D模型在所述多个表面点的收集期间迭代地发生。

18.一种机器可读储存设备，其包括指令，所述指令在由机器执行时使所述机器执行包括以下的操作：

使用所述机器内的一个或多个处理器，至少部分地基于表征目标骨骼的参数来生成所述目标骨骼的三维（3D）模型；

从追踪被追踪的手术仪器的追踪系统接收来自与植入物翻修过程相关联的所述目标骨骼的一部分的多个表面点；和

使用所述一个或多个处理器，基于所述3D模型和从所述目标骨骼的所述部分收集的所述多个表面点来生成重塑的3D模型。

19.根据权利要求18所述的机器可读储存设备，其中，所述指令还包括使得所述机器生成翻修计划以用于准备所述目标骨骼以供植入假体植入物的指令，并且

其中，所述指令还包括使得所述机器根据所述翻修计划在所述目标骨骼的切除期间控制被追踪的手术切割仪器的指令。

20.一种计算机实施的植入物翻修过程规划方法，所述方法包括：

使用一个或多个处理器生成与所述植入物翻修过程相关联的目标骨骼的一部分的三维（3D）体素化模型，其中，所述模型与所述目标骨骼的所述部分在每个维度上至少一样大；

在已知几何形状的仪器沿着所述目标骨骼的表面被追踪时，从追踪所述已知几何形状的仪器的追踪系统接收多个数据点；

使用一个或多个处理器，至少部分地基于所述多个数据点来计算待从所述模型移除的一组废体素；及

使用所述一个或多个处理器，基于所述组废体素来生成重塑的3D体素化模型。