CN107735042A - 对准装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将传感器相对于患者解剖结构的至少两个解剖参考点对准的装置。该装置包括：具有中心轴线的主体，相对于所述主体定位的传感器安装件，从主体延伸的至少两个臂，至少两个臂中的两个臂可相对于中心轴线同时且等距地移动，连接到至少两个臂的至少两个对准器，用于与至少两个解剖参考点对准。装置还包括装置传感器。本发明还涉及用于监测患者解剖结构的方位的外科手术系统。本发明还涉及用于将外科装置引导到相对于患者解剖结构的最佳方位的外科手术系统，外科手术系统包括上述装置。本发明还涉及将传感器相对于患者解剖结构的至少两个解剖参考点对准的方法，以及将外科装置引导至相对于所监测的患者解剖结构的最佳方位的方法。

Description

对准装置

技术领域

本发明涉及一种用于将传感器相对于患者解剖结构的至少两个解剖参考点对准的对准装置，包括该装置在内的外科手术系统，以及感测患者解剖结构的方向并且将外科手术设备引导到该装置的最佳方向的方法。

背景技术

我们可以很清楚地知道，如果本文中引用了现有技术，则该引用的现有技术不构成其在澳大利亚或任何其他国家中形成本领域公知常识的一部分的承认。

假体组件的正确对准在矫形外科手术中非常重要，例如全髋关节置换手术。最佳对准可以增强假体组件的初始功能和长期可操作性。假体组件的失准可导致患者疼痛和许多其它潜在的并发症。

假体组件的正确对准是复杂的，涉及多个步骤。例如，全髋关节置换手术通常涉及：切断股骨头并将股骨的圆头从髋臼脱位；打磨髋臼以适应髋臼窝，然后插入髋臼窝；塑造股管，然后将假体股骨组件装入股管；并将假体股骨组件装配到髋臼窝。因此，为了成功地模拟正常的髋关节，髋臼窝和假体股骨部件必须彼此正确地对准，并与患者的骨盆和股骨正确对准。

全髋关节置换手术中最困难的步骤之一是正确地对准髋臼中的髋臼窝。例如，在跨越多个中心的4226例髋关节置换手术的研究中，外科医生只能在不超过30％的外科手术中将髋臼假体组件对准在最佳区域内(Langton，DJ等人(2011)，J Bone Joint Surg[Br]93-B：164-71)。该最佳区域相当于基于对血清金属离子结果和外植体的分析的早期工作所得出的安全区域，并且被定义为倾斜角40°至50°，前倾角10°至20°。因此，可以得出结论：“有绝对的证据表明外科医生不能一致地精确定位髋臼假体组件。毫无例外，研究显示髋臼假体组件的倾斜角度有很大的变化，并且在更大的程度上表现为其前倾角”。这一点很重要，因为即使只有5°的髋臼窝放置的误差也可导致患者并发症。

在全髋关节置换手术中，髋臼窝在骨盆上的失准可能导致髋关节脱臼，患者腿部失准，患者腿部错位，关节活动降低和关节疼痛。骨盆上髋臼窝的失准可能会影响患者的姿势，下肢的生物力学(例如影响髋部的运动范围)以及胸椎和颈椎的弯曲度。髋臼窝失准的长期影响可能包括组件的加速磨损，组件的无菌性松动和潜在的早期修复手术。此外，失准可能增加假体金属组件的浸出(例如进入血液流)，这可导致免疫系统问题。

为了说明该问题的严重性，据估计在美国、西班牙、葡萄牙、荷兰、加拿大、法国、意大利、瑞士和德国每年进行959,000个初级和修复全髋关节置换手术，(Kurtz,S.M.(2010)Paper#365.Presented at the 56th Annual Meeting of the Orthopaedic ResearchSociety.March 6-9,2010.New Orleans)。随着越来越多的老龄化人口正在推动全球矫形外科市场的增长，外科手术的数量预计将会增加。此外，虽然制造商的实验室测试条件表明髋关节假体寿命应该持续30年，但目前其寿命平均为12至15年。仅在美国，据估计，全髋关节置换术的修补手术费用每年超过10亿美元(Katz，J.N.(2007)The Orthopaedic Journalat Harvard Medical School 9：101-106)。

为了精确地将外科装置(例如髋臼窝插入器)与髋臼对准，外科医生已经知道使用髋臼周围的解剖学标记位置作为引导。然而，这些标记在手术过程中可能会模糊，这使得外科医生很难评估最佳方位。

另一种方案是将传感器与外科装置结合使用以感测外科装置的方位。然而，为了使外科装置相对于髋臼精确地定位，外科医生需要知道髋臼的方位。一种方法可以涉及使用髋臼边缘感测的方位来对准外科装置。然而，这种方案的问题在于，在操作期间需要花费时间来感测髋臼边缘的方位，并且尤其是对于较年长的患者(对于他们来说髋关节置换手术比较常见)较好的是在较短的时间内处于麻醉状态。此外，髋臼边缘的表面可能有自然变化，这可能引起误差。

另一种方案是感测骨盆整体的方位，并且使用该信息来确定外科装置的正确位置。然而，这种方案的困难在于，不同患者的骨盆的尺寸、形状和轮廓是不同的，因此可能难以准确地感测骨盆整体的方位。

本发明尤其涉及一种用于使传感器相对于患者解剖结构(例如骨盆)对准的装置，并且其可以至少部分地克服至少一个上文所述的缺点或者向消费者提供一个有用的或商业的选择。

发明内容

鉴于前面所述，本发明以一种形式、广泛地存在于用于将传感器相对于患者解剖结构的至少两个解剖参考点对准的装置中。

在第一方面，本发明提供了一种用于将传感器相对于患者解剖结构的至少两个解剖参考点对准的装置，其中所述装置包括：

a.具有中心轴线的主体；

b.相对于所述主体进行定位的传感器安装件；

c.至少两个从所述的主体延伸出去的臂，其中所述至少两个臂中的两个臂可相对于所述中心轴线同时且等距地移动；以及

d.连接到所述至少两个臂的至少两个对准器，用于与至少两个解剖参考点对准。

有利的是，该装置包括从主体延伸并可相对于所述中心轴线同时且等距地移动的两个臂。因此，无论要与连接到两个臂的对准器对准的两个解剖参考点之间的距离如何，中心轴线可相对于患者解剖结构在一个确定的方位来定位。这样能够实现更精确地测量患者解剖结构的方位。

每个臂从主体延伸到任何方向。在一个实施例中，所述的至少两个臂中的两个臂(以下称为“两个臂”)在主体或中心轴线的对面延伸；并且特别是沿彼此相反的方向延伸。两个臂可以垂直于中心轴线进行延伸。在一个实施例中，两个臂(并且特别是所有至少两个臂)在一个大体的公共面中延伸。

两个臂可以以任何合适的方式相对于中心轴线同时且等距地移动。在一个实施例中，该装置包括用于相对于中心轴线同时且等距地移动两个臂的机械手臂。机械手臂可以手动或电子地操作，特别是手动地操作。机械手臂可以通过齿轮传动。齿轮机构是有利的，因为这允许两个臂的增量运动，从而实现与患者解剖结构更精确地对准。机械手臂可以是齿条-小齿轮机构。因此，在一个实施例中，机械手臂可以包括一个小齿轮，并且两个臂可以各自包括一个齿条(其可以是两个臂上的齿)。在该实施例中，当小齿轮旋转时，小齿轮上的齿与两个臂上的齿啮合，两个臂相对于中心轴线同时且等距地移动。进一步地，小齿轮还可以包括用于驱动该小齿轮的手柄。

机械手臂可以包括制动器以防止两个臂移动。制动器可以包括制动衬块。在一个实施例中，当机构是齿条-小齿轮机构时，制动器可以连接到小齿轮或与小齿轮成一体。在该实施例中，制动器可以包括制动衬块和旋钮，其中旋钮的旋转将小齿轮手柄驱动到制动衬块中，防止手柄转动以驱动小齿轮。

在一些实施例中，该装置包括2至6个臂，特别是2至5个臂，更特别是2至4个臂，最特别是3个臂。当装置包括三个臂时，装置中的臂通常可以以“Y”形形状或“T”形形状相对于彼此延伸。每个所述的臂可以是弯曲的或基本上是直的，特别是基本上是直的。每个所述的臂可以是可移动的，以使得连接到每个臂的每个对准器能够定位与每个解剖参考点对齐对准。

主体可以包括至少一个套筒。每个套筒可以支撑至少一个臂。至少一个臂(或每个臂)可以延伸穿过每个套筒。每个套筒的第一端可以是开放的或部分地开放以容纳至少一个臂。每个套筒的第二端可以是开放的、部分地开放或闭合的(在这种情况下，臂不会延伸穿过套筒)。每个套筒特别是在两端敞开或部分地敞开。每个套筒可以是基本上圆柱形的、矩形的或长方体的形状(特别是矩形)。

第一套筒可以用于两个臂。第二套筒可以用于第三臂。第三套筒可以用于第四臂，第四套筒可以用于第五臂，或者第五套筒可以用于第六臂。当主体包括两个或更多个套筒时，每个所述套筒可以相对于其他的套筒处于任何合适的方位。在一个实施例中，主体包括两个套筒，并且套筒可以特别地基本上彼此垂直。第一和第二套筒可以基本上垂直于第三臂延伸。

进一步地，装置还可以包括至少一个锁，其用于将至少一个臂锁定就位。每个锁可以是任何合适的形式。在一个实施例中，至少一个锁包括紧固件。紧固件的旋转运动可以将臂锁定就位(通常在连接到臂的对准器与解剖参考点对准的点处)。紧固件可以穿过套筒的两个相对的壁。紧固件的旋转运动可以将套筒的壁拉在一起，从而将臂锁定就位。臂可以包括纵向延伸的狭槽，紧固件穿过该狭槽延伸。另选地，紧固件可以支承在臂上，以由此将臂锁定就位。

该设备可以包括第三臂。为了避免疑问，“第三臂”是所述至少两个臂之一(并且可以如针对所述至少两个臂来描述)。该装置可以包括从主体延伸的第三臂以及连接到第三臂用于与第三解剖参考点对准的第三对准器，其中所述第三臂可相对于主体移动。为了避免疑问，“第三对准器”是所述至少两个对准器之一(并且可以如针对所述至少两个对准器来描述)。第三臂可以沿着中心轴线延伸。主体可以包括用于第三臂的第二套筒。第二套筒可以是基本上矩形的形状。该装置可以包括用于第三臂的锁。该锁可以包括贯穿第二套筒的紧固件。该紧固件的旋转运动可以将第二套筒的对立面的壁拉在一起，由此将第三臂锁定就位。第三臂可以包括纵向延伸的狭槽，紧固件穿过该狭槽延伸。另选地，紧固件可以对臂施加压力，以由此将臂锁定就位。

传感器安装件可以位于或可定位在主体上，或者位于其中一个臂(特别是第三臂)上。传感器安装件可以可释放地附接到主体或其中一个臂(特别是第三臂)。在一个实施例中，传感器安装件可夹紧到其中一个臂(特别是第三臂)。夹钳可以包括用于容纳其中一个臂(特别是第三臂)的一部分的通道。夹钳还可以包括穿过通道的紧固件(特别是其中通道包括两个相对的壁并且紧固件穿过这两个相对的壁)。紧固件的旋转可以将通道的壁拉到一起，以将传感器安装件夹紧在主体上或其中一个臂(特别是第三臂)上。在一个实施例中，第三臂包括纵向延伸的狭槽，并且夹钳的紧固件延伸穿过狭槽。

该装置还可以包括传感器(以下称为“装置传感器”)。传感器安装件可以包括装置传感器，或者装置传感器可以可释放地安装到传感器安装件上。装置传感器可以通过任何合适的机械装置(例如通过摩擦力扣紧的扣件、干涉配合、企口缝、卡口联接器)经由钩和环紧固件(例如Velcro TM)等可释放地安装到传感器安装件上。在一个实施例中，传感器安装件包括用于安装装置传感器的对接端口。装置传感器可以与对接端口可滑动地接合，或者装置传感器可以拧入对接端口中。传感器安装件还可以包括用于将装置传感器固定在传感器安装件上的夹钳。

由装置传感器感测到的方位可以是患者解剖结构的俯仰、翻滚和偏航中的一个或多个；特别是两个或更多个俯仰、翻滚和偏航；特别是所有的俯仰、翻滚和偏航。感测到俯仰和翻滚是相对于水平面的，感测到的偏航是由外科医生确定的相对于患者轴线感的。例如，在髋关节手术中，可以相对于患者矢状平面感测到偏航，矢状平面是穿过身体的头部、脊柱和骨盆的纵向平面轴线，患者矢状平面将身体平分成两个相等的部分。

装置传感器可以包括用于感测患者解剖结构的方位的至少一个传感器。所述至少一个传感器感测患者解剖结构的俯仰、翻滚和偏航中的至少一个；特别是俯仰、翻滚和偏航中的至少两个；最特别是所有的俯仰、翻滚和偏航。在一个实施例中，至少一个传感器选自陀螺仪、磁力计、加速计、倾斜计和惯性传感器中的一个或多个。示例性传感器/传感器组合可从Xsens(http://www.xsens.com)获得。在一个实施例中，传感器是或包括加速计支持的磁力计。传感器也可以是或包括原子陀螺仪。在另一个实施例中，传感器可以与激光指示或靠近传感器(例如在手术室中)的信标组合起作用，并且当感测到偏航时，该实施例尤其体现出优越性。装置传感器可以是3轴自供电的Wi-Fi发射机。

装置传感器可以连接到电源。例如，在使用中，装置传感器可以连接到诸如壁式插座的外部电源。另选地，装置传感器可以包括诸如电池的电源。可以使用任何合适的电池。电池可以是可充电的或不可充电的。例如，电池可以通过将传感器耦合到电源线或通过感应充电来充电。如果设备传感器是可消毒的，则通过感应充电来充电的电池是特别有利的。电池可以是可更换的和/或可消毒的。在另一实施例中，装置传感器可以是一次性的，在这种情况下，电池可能不可更换。电源可以是例如可消毒的锂离子电池。可以使用一个、两个或更多个这样的电池。装置传感器还可以包括用于启动传感器的开/关开关。装置传感器还可以包括用于指示电源中的剩余电力的指示器(例如指示灯)。

如果装置传感器是可消毒的，则其可以包括用于使电子部件与化学、热或压力效应绝缘的绝缘子。绝缘子可以保护这些部件免受标准高压消毒或气体消毒。在一个实施例中，绝缘子是壳套。在一个实施例中，装置传感器是可消毒的。然而，如果非消毒性的装置传感器插入无菌室内，则可以使用非消毒性的装置传感器。

装置可以包括连接到每个臂的至少一个对准器；特别是用于每个臂的一个对准器。在一个实施例中，所述至少两个臂被定位在基本共同的平面中，并且所述至少两个对准器横切(特别是基本上垂直或垂直)于公共平面取向。至少两个对准器可以彼此基本上平行(或平行)延伸。每个对准器可以相对于每个臂移动。在一个实施例中，每个臂可以在每个臂(或基本上共同的平面)的移动方向的横向(特别是基本上垂直或垂直)方向上移动。

每个臂可以在套筒处终止，并且每个对准器可以在所述套筒内移动。在一个实施例中，每个对准器包括杆，并且每个杆可在每个臂套筒内移动。每个对准器可以锁定就位，这可以以任何合适的方式实现。例如，对准器可以限定可与安装到每个臂套筒上的紧固件(例如螺钉)接合的多个孔或棘爪。每个对准器可以是相同的长度。

每个对准器可以包括用于与每个解剖参考点对准的端部。每个端部可以是任何合适的形式或形状。例如，每个对准器可以具有球形或锥形端部。每个端部可以是钝的或包括针(其可以有利于精确对准)。每个端部可以包括其形状符合解剖参考点的波状终端表面。例如，每个端部可以包括凹槽或脊，特别是用于与骨表面接合(例如，旨在与髂棘对准的对准器端部可以包括凹槽。旨在与至少一个耻骨嵴对准的对准器端部可以包括中心突出的脊，以使得能够建立正中矢状面)。每个端部可以是可移动的和/或可更换的。每个端部可以用衬块来终止。衬块的直径可以是例如10至20mm。可以根据单个患者的要求选择每个端部。例如，在解剖参考点的皮肤和骨之间的大量材料(例如组织)可能会遮蔽解剖参考点(例如可能在肥胖患者中发生)，这可能增加误差。为了改善该误差，可以使用较小直径的端部(尤其是针，可以特别有利)。

在使用中，每个对准器可以特别地定位成使得它们与至少两个臂的距离相等。如果患者肥胖或超重，则最好是让对准器端部距离臂远一些，使得可以容纳患者的腹部。然而，为了提高精度，通常有利的是，对准器端部和臂之间的距离尽可能短。

在一个实施例中，患者解剖结构选自以下构成的组织：骨盆、肩胛骨、股骨、胫骨、内踝、桡骨、尺骨、肱骨、胫骨和腓骨；尤其是骨盆或肩胛骨；最尤其是骨盆。因此，该装置可用于骨科外科手术中，例如在患者的关节的手术中，尤其是关节重建，并且最尤其地是全关节置换术中。关节可以选自以下构成的组织：臀部、肩部、膝盖、脚踝、手指、拇指、脚趾(特别是第一跖趾(MTP)关节或大脚趾)、肘部和手腕；尤其是臀部或肩膀；最尤其的是臀部。该装置可用于例如全髋关节置换手术、全膝关节置换手术、胫骨高位截骨手术、全肩关节置换手术、全腕关节置换手术、全踝关节置换手术、拇指定位手术、手指或脚趾或全肘关节置换手术。在另一实施例中，外科手术系统可用于骨科矫形的表面置换，例如髋关节表面置换。

在一个实施例中，解剖参考点是外科医生通过皮肤可见的点(即，非手术操作)。当患者解剖结构是骨盆时，解剖参考点可以选自以下构成的组织：髂嵴、耻骨嵴(或耻骨联合)和骶骨。髂嵴在髂前上棘(ASIS)的前上方终止，并且在髂后上棘(PSIS)后上方终止。因此，解剖参考点可以选自由以下构成的组织：一个或两个ASIS；一个或两个PSIS；至少一个耻骨嵴；以及骶骨。这两个臂尤其可以用于与髂嵴尤其是两个ASIS或两个PSIS配准。第三臂可以用于与至少一个耻骨嵴或骶骨配准。“至少一个耻骨嵴”可以包括一个或两个耻骨嵴以及位于两个耻骨嵴之间的耻骨联合。两个耻骨嵴紧邻，因此一个对准器可以适于与一个或两个耻骨嵴对准。

该装置可以用于与任何数量的解剖参考点配准。在一个实施例中，该装置用于与从2到6个解剖参考点配准；尤其是从2到4个解剖参考点；更尤其是3个解剖参考点。当患者解剖结构是骨盆时，解剖参考点可以是：(i)两个髂前上棘和至少一个耻骨嵴；或(ii)两个髂后上棘和骶骨。

该装置可以用于限定患者的冠状面(或尤其是骨盆平面)。装置传感器也可以位于患者的正中矢状面上或相对于患者的正中矢状面定位。该装置可以用于限定患者的矢状(或正中矢状)平面。

装置(或装置的各种组件)可以由任何合适的材料制成。在一个实施例中，一个或多个主体、传感器安装件、机械手臂、臂、对准杆和至少一个锁可以由不可磁化的金属，尤其是钢(尤其是不锈钢)或钛制成。钛可以用于对准杆，不锈钢可用于主体、传感器安装件、机械手臂、臂和至少一个锁。在另一个实施例中，对准器端部可以由聚合物制成，例如耐热聚合物(例如耐热尼龙)。装置(或装置的各种组件)可以是可消毒的。

第二方面，本发明涉及一种将本发明的第一方面的装置相对于患者解剖结构或者相对于患者解剖结构的至少两个解剖参考点对准的方法。该方法可以包括驱动机械手臂以使两个臂相对于中心轴线同时且等距地移动，以由此将连接到两个臂的对准器与两个解剖参考点对准。该方法还可以包括启动制动器以防止两个臂移动。该方法还可以包括沿着中心轴线移动第三臂，以由此将连接到第三臂的对准器与解剖参考点对准。该方法还可以包括启动锁以将第三臂锁定就位。该方法还可以包括将传感器安装件可释放地附接到至少一个臂或主体上。该方法还可以包括将装置传感器可释放地安装到传感器安装件。

当将本发明的第一方面的装置相对于患者解剖结构对准时，患者可以侧躺。当患者解剖结构是骨盆时，如果患者的腹部不大，有效的方法是使患者垂直地侧躺，但是对于腹部较大的患者(例如肥胖患者)，可能有利的是将患者偏离垂直方向，例如偏离垂直方向20°(因为这可能会减轻患者的下髂棘的隆起)。该设备也可以有效地用于在其背部平躺的患者。

在第二方面的一个实施例中，本发明涉及一种将传感器相对于患者解剖结构的至少两个解剖参考点对准的方法，其中所述方法包括以下步骤：

a.相对于中心轴线同时并等距地移动第一方面所述的装置的所述至少两个臂中的两个臂；以及

b.将所述至少两个对准器与所述至少两个解剖参考点对准。

在第三方面，本发明涉及一种感测患者解剖结构的方位的方法。该方法可以包括第二方面所述的步骤。该方法还可以包括启动装置传感器以由此感测患者解剖结构(或由此限定患者的冠状面(或者特别是盆腔平面))的方位的步骤。

本发明的第二和第三方面的特征可以定义如本发明的第一方面所定义。

在第四方面，本发明涉及一种用于监测患者解剖结构的方位的外科手术系统，其中所述系统包括：

a.用于将装置传感器相对于患者解剖结构的至少两个解剖参考点对准以由此感测患者解剖结构的初始方位的装置，其中所述装置包括：

i.主体；

ii.相对于所述主体来定位的装置传感器；

iii.从所述主体延伸的至少两个臂；以及

iv.连接到所述至少两个臂的至少两个对准器，用于使所述装置与所述至少两个解剖参考点对准；以及

b.可相对于所述患者解剖结构安装的患者传感器，其中所述患者传感器用于感测患者解剖结构的方位的变化；

其中所述外科手术系统被配置为通过将由所述装置传感器感测的初始方位与由所述患者传感器感测的方位的变化相结合来监测所述患者解剖结构的方位。

在第四方面中限定的装置可以包括传感器安装件。在第四方面中限定的装置可以包括具有中心轴线的主体。装置的至少两个臂中的两个臂也可以相对于中心轴线同时且等距地移动。在本发明的第四方面中限定的装置、患者解剖结构和解剖参考点的特征可以如本发明第一方面所定义。

患者传感器可以具有与上述装置传感器相同的特征。

患者传感器可以以任何合适的方式相对于患者解剖结构安装。在一个实施例中，患者传感器可以例如通过诸如椎弓根螺钉之类的紧固件或粘合剂安装到患者解剖结构上。例如，粘合剂可以是诸如的粘合带，用于将患者传感器贴粘在患者解剖结构或其之上。患者传感器也可以相对于患者解剖结构例如通过患者传感器支撑件安装。因此，外科手术系统可以包括患者传感器支撑件。

患者传感器支撑件可以采取任何合适的形式。在一个实施例中，患者传感器支撑件包括主体。主体可以是任何合适的形状。有利地是，当使用对准装置时，不需要将患者传感器精确对准在患者解剖结构上。因此，患者传感器支撑件可能相对较小，并且通常仅需要大到足以安装该患者传感器并将其安装到患者。因此，患者传感器支撑件主体可以具有基本上正方形形状或基本上矩形形状。患者传感器支撑件可以安装在患者解剖结构的任何合适的部分上，但是优选的位置是在骨骼和皮肤之间最小组织的位置(以最小化患者传感器的不必要的移动)。在骨盆上进行手术操作时的示例性位置是骶骨。

患者传感器支撑件的主体可以包括用于安装该患者传感器的患者传感器安装件。患者传感器可以通过任何合适的机械装置可释放地安装到患者传感器安装件，例如通过摩擦力扣紧的扣件、干涉配合、企口缝、卡口联接器)经由钩和环紧固件(例如VelcroTM)等。在一个实施例中，患者传感器安装件包括用于安装患者传感器的对接端口。患者传感器可以与对接端口可滑动地接合，或者患者传感器可以拧入对接端口中。患者传感器安装件还可以包括用于固定患者传感器的夹钳。在另一个实施例中，患者传感器和患者传感器安装件可以永久地联接在一起。

患者传感器支撑件可以包括用于相对于患者解剖结构安装患者传感器的至少一个紧固件。紧固件可以包括用于将主体粘附到患者皮肤(患者的皮肤可以在患者解剖结构上)上的粘合剂。紧固件可以是粘合片，例如心电图(ECG)的电极片。紧固件还可以是用于将主体紧贴患者解剖结构的捆扎带或胶带。紧固件可以是用于将主体旋入患者解剖结构上的椎弓根螺钉。紧固件也可以是吸帽，以将主体固定到患者解剖结构或其之上。紧固件还可以包括钩环紧固件，尤其是圆形的钩环紧固件。示例的钩环紧固件是VelcroTM。也可以使用上述两种以上的紧固件的组合。

患者传感器支撑件可以包括任何合适数量的紧固件，尤其是1至6个紧固件，更尤其是2至6个紧固件，或者2至4个紧固件，特别是4个紧固件。

患者传感器支撑件可以包括用于将至少一个紧固件夹紧到主体的至少一个夹钳。在示例性实施例中，每个所述至少一个紧固件可以是粘合片。粘合片可以包括用于粘附到患者皮肤上的粘合剂表面。粘合片也可以包括与粘合剂表面相对的突起(其可以是基本上圆柱形形状)。示例性粘合片是在心电图(ECG)使用的那些粘合片。夹钳可以夹紧粘合片的突起。

夹钳可以是任何合适的类型。在一个实施例中，夹钳枢轴地安装到主体并且可以在打开位置和关闭位置之间移动。夹钳可以包括偏置构件(例如弹簧)，以将夹钳偏置到关闭位置。夹钳可以包括杠杆。杠杆可以包括在一端处的钳口和在相对端处的致动器。钳口可以用于将紧固件夹紧在主体上。钳口可以是任何合适的形状，但是在示例性实施例中可以包括U形槽(特别是用于夹紧粘合片的突起)。致动器可以被操作者压下以将夹钳移动到打开位置。患者传感器支撑件可以包括安装到主体的四个夹钳。

患者传感器支撑件可以是柔性的或基本上刚性的，尤其是基本上刚性的。患者传感器的主体可以由任何合适的材料制成，尤其是塑料材料，比如聚四氟乙烯(PTFE)或聚碳酸酯。底座可以特别地由X射线透明材料制成。患者传感器支架可以是可消毒的。

外科手术系统可以包括至少一个患者传感器。在一个实施例中，外科手术系统仅包括一个患者传感器，但可以使用两个。在一个患者传感器在手术期间意外地从患者解剖结构移位的情况下，使用多于一个的患者传感器可以提供更多选择。如果外科手术系统包括多于一个的患者传感器，则患者传感器可以彼此相同或不同。

第五方面，本发明涉及一种监测患者解剖结构的方位的方法。该方法可以包括使用本发明第四方面所述的系统。该方法可以包括第二方面所述的步骤。该方法还可以包括相对于患者解剖结构安装患者传感器的步骤。例如，该步骤可以包括以下中的一个或多个：将患者传感器可释放地安装到患者传感器安装件；将至少一个紧固件夹紧到患者传感器支撑件主体；以及将至少一个紧固件紧固到患者。在一个实施例中，首先将至少一个紧固件夹紧到患者传感器支撑件主体；其次将至少一个紧固件紧固到患者；以及第三将患者传感器可释放地安装到患者传感器安装件。该方法还可以包括将装置相对于患者解剖结构上的至少两个解剖参考点对准的步骤。该方法还可以包括将装置传感器可释放地安装到设备传感器安装件的步骤。该方法还可以包括启动患者传感器和装置传感器以由此感测患者解剖结构的方位的步骤。

如由设备传感器感测的患者解剖结构的方位提供初始方位。初始方位通常更精确，并且可以用于定义患者的冠状面(或特别是骨盆平面)，并且也可以用于限定患者的正中矢状面。可以例如通过X射线进行术前扫描，以确定相对于解剖参考点(或相对于冠状面(或尤其是骨盆平面))的患者解剖结构的特征的位置和方位。因此，如果患者解剖结构是骨盆，则可以使用术前X射线(例如)来定义髋臼相对于解剖标记的位置和方位，解剖标记诸如为两个髂前上棘(ASIS)、两个髂后上棘(PSIS)、耻骨嵴(和耻骨联合)和骶骨。使用装置传感器定义冠状面和矢状面可以是有利的，因为通常参照这些平面来测量髋臼的倾斜角和前倾角。

如果患者传感器和装置传感器在同一时间起作用，则患者传感器可以与装置传感器配对(例如，直接地、经由中继传感器或经由监测器，该监测器从患者传感器和装置传感器单独地获取数据)。如由患者传感器测量的患者解剖结构的方位感测患者解剖结构的方位的变化，并且该数据可以用于更新由装置传感器感测的初始方位。因此，在装置和患者传感器配对之后，可以在不再需要时将装置从患者移除。

第六方面，本发明提供了一种用于将外科装置引导到相对于患者解剖结构的最佳方位的外科手术系统，其中所述外科手术系统包括：

a.本发明的第四方面所述的用于监测患者解剖结构的方位的外科手术系统；

b.用于感测所述外科装置的方位的方位传感器；以及

c.监测器，用于监测相对于所述患者解剖结构的监测方位的所述外科装置的方位，并且用于将所述外科装置引导到相对于所监测的患者解剖结构的最佳方位。

外科装置可以是或者包括外科手术器械，例如扩孔器。扩孔器可以是髋臼或关节腔扩孔器(尤其是髋臼扩孔器)。在一个实施例中，外科装置还可以是或包括假体组件，例如用于髋部或肩部置换手术的假体组件，尤其是髋臼窝或肱骨窝(尤其是髋臼窝)。髋臼窝可以用于接收股骨或假体股骨。在该实施例中，外科装置还可以包括用于放置假体组件的放置装置。在另一个实施例中，外科装置可以是夹具，尤其是用于在膝盖上手术。外科手术系统可以包括外科装置。

外科装置可以包括方位传感器。另选地，方位传感器可相对于外科装置可释放地安装和/或安装。该系统还可以包括用于将方位传感器可释放地安装到外科装置的方位传感器安装件。方位传感器可以通过任何合适的机械装置可释放地安装到方位传感器安装件，这些机械装置包括上述用于将装置传感器可释放地安装到装置传感器安装件的机构。

方位传感器安装件可以包括：一个或多个减震器(特别是用于吸收与将假肢组件驱动到所需位置所产生的震动)；用于将方位传感器安装件夹紧到外科装置的夹钳；以及用于将方位传感器与夹钳间隔开的垫片。夹钳可以包括紧固件。使用垫片的优点在于，当使用系统时，方位传感器可以偏移，并且不太可能使外科医生沿着外科装置的中心轴线向下的视线模糊。在一个实施例中，方位传感器感测部分偏离的外科装置的纵向轴线。

可以使用任何合适的减震器，并且减震器可以吸收一个、两个或更多个方向上的震动，尤其是一个或两个方向上的震动。减震器例如可以包括偏置构件(例如弹簧)，和/或包括气动吸收(例如，像活塞)。类似地，可以使用任何合适的紧固件，包括螺栓和锁紧螺母。当将方位传感器附接到髋臼扩孔器上时，方位传感器可以不需要包括减震器，因为髋臼扩孔器对方位传感器的加速度的影响可以被有效地以电子控制地形式改进。

在另一个实施例中，方位传感器安装件可以包括用于支撑监测器的支架或托架(如下面进一步讨论的)。这样的支架或托架可以设计成减震，例如类似于为摩托车GPS设计的减震。另选地，系统可以包括用于支撑监测器的支架。支架可以独立于方位传感器安装件。支架可以位于手术室的地板上，尤其是在外科医生前面。

方位传感器可以具有与上述装置传感器相同的特征。在一个实施例中，方位传感器可以由外科装置(例如当外科装置是髋臼扩孔器时)供电。

方位传感器安装件可以由任何合适的材料制成，包括例如可消毒材料，例如金属或塑料，尤其是金属，更尤其是不锈钢。方位传感器安装件可以由不可磁化的材料制成。方位传感器安装件可以是任何合适的形状并且可以是柔性的或基本上刚性的。方位传感器安装件可以是可消毒的。

监测器实时监测外科装置相对于被监测的患者解剖结构的方位。监测器可以监测外科装置相对于患者解剖结构的俯仰、翻滚和偏航中的至少一个(尤其是所有)。监测器可以存储来自外科手术的数据记录信息。该信息可以指示使用该系统执行了多少手术；和/或可以提供患者解剖结构的监测方位、所感测的外科装置的方位和/或外科装置相对于患者解剖结构的方位的全部或部分记录。该信息可以从监测器传输到另一介质，例如传输到存储卡。在一个实施例中，监测器包括数据处理器、计算机可读存储介质、微处理器和/或中央处理单元(CPU)。显示器无需要是单件设备。显示器可以是可消毒的。

监测器还可以将患者解剖结构的监测方位、外科装置的感测方位以及外科装置相对于患者解剖结构的监测方位中的一个或多个进行通信(特别是通信至外科医生)。

监测器还可以包括通信器，用于与患者解剖结构的监测方位、外科装置的感测方位和外科装置相对于患者解剖结构的方位中的一个或多个通信(特别是通信至外科医生)。通信器可以进行视觉上的通信。例如，通信器可以包括诸如计算机屏幕的视觉显示器。视觉显示器可以提供外科装置相对于患者解剖结构的方位以及用于外科装置相对于患者解剖结构的最佳方位的图形或数字图示。通信器也可以进行听觉上的通信(例如通过音频扬声器)。

可以以任何合适的方式计算外科装置相对于患者解剖结构的最佳方位。在一个实施例中，患者传感器和装置传感器用于监测患者解剖结构的方位，并且其与术前信息(诸如上述的X射线)一起可以用来计算最佳方位。例如，如果患者解剖结构是骨盆，则该装置可以用于建立骨盆的方位，并且该信息与术前X线一起可以用于确定髋臼的方位，其继而实现确定用于髋臼的外科装置的最佳方位。当计算最佳方位时，监测器可以考虑如由术前测量(例如X射线)确定的患者解剖结构中的自然变化。示例性自然变化是盆腔倾斜角，其是当患者在一个臀部垂直地位于另一个之上的情况下(即侧躺)而位于手术台上时，垂直线和在患者臀部的每个的旋转中心之间描绘的线之间的差别。最佳方位可以包括外科装置相对于患者解剖结构的俯仰、翻滚和偏航中的至少一个(尤其是全部)。

通过通信外科装置的最佳方位与外科装置相对于被监测的患者解剖结构的方位之差，监测器可以将外科装置引导到最佳方位上。如上所述，通信器可以经由视觉或音频信号(例如其中音频信号的音高、音调或持续时间可引导外科医生)进行通信。在示例性实施例中，视觉信号可以是视觉显示，其包括相交叉的水平轴线和垂直轴线(举例翻滚和俯仰)，其中轴线相交所在的点是用于外科装置相对于患者解剖结构的最佳俯仰和翻滚，并且显示器上的点示出了外科装置的当前方位。图形显示器还可以包括示出偏航的第三轴线，其中轴线的中心是外科装置相对于患者解剖结构的最佳方位，并且轴线上的标记位置示出了当前的偏航。

患者传感器或方位传感器可以与监测器共同定位。有利地是，这可以允许外科医生在手术期间更好地看到来自通信器的读出。另选地，监测器可能远离方位传感器和患者传感器。远程监测器的优点是监测器在手术和手术之间可以不需要进行消毒，因为消毒可能会潜在地损坏监测器中的一些电子部件。在另选实施例中，监测器和/或通信器是可消毒的或一次性的。

监测器可以是例如计算机(包括诸如笔记本电脑、平板电脑、智能手机、PDA、 和等装置)。

外科手术系统可以包括至少第二通信器。至少第二通信器可以是远程操作(例如在手术室的墙上)。

装置、患者传感器、方位传感器以及监测器都可以进行通信。传感器可以彼此通信，或者通过监测器通信。通信可以是单向的或双向的，尤其是双向通信。通信可以通过电缆或者是无线的(例如经由用于通过短距离个人局域网络交换数据的无线协议，包括蓝牙TM或Wi-Fi)。通信应该是非侵入性的，从而避免干扰手术室中的其他电子设备。通信可以处于不干扰其他医院设备的频率和带宽。此外，部件的功率可以被配置为手术室中可允许的数值。

在另一个实施例中，外科手术系统还包括用于对装置、患者传感器和/或方位传感器进行校准的托盘，尤其是传感器彼此平行。传感器可以当在托盘中时被校准，使得传感器的俯仰、翻滚和/或偏航被设置为零。在托盘中，传感器可以被定位成大致均匀地排列。

第七方面，本发明提供了一种将外科装置引导至相对于患者解剖结构的最佳方位的方法。该方法可以包括本发明的第五方面所述方法的步骤。此外，该方法可以包括将方位传感器可释放地安装到方位传感器安装件的步骤。该方法还可以包括启动方位传感器。该方法还可以包括启动监测器。该方法还可以包括以下步骤：确定外科装置的最佳方位，和/或监测外科装置相对于所监测的患者解剖结构的方位。第七方面的特征可以如第六方面所述。

在上述描述的变型中，装置传感器可以被用作患者传感器，或者可以将装置传感器用作方位传感器。为了将装置传感器用作患者传感器，在装置中使用装置传感器来感测患者解剖结构的初始方位。然后，当方位传感器保持静止时，装置传感器与方位传感器配对，然后将装置传感器转移用作患者传感器。

另选地，使用装置传感器作为方位传感器，在装置中使用装置传感器来感测患者解剖结构的初始方位。然后将装置传感器与患者传感器(其安装到患者解剖结构)配对，并且然后将装置传感器转移用作方位传感器。虽然这种方法使用较少的传感器，但是由于消毒而可能导致困难。例如，在消毒的装置已经接触患者之后，该装置不再被认为是无菌的，因此非无菌装置传感器可能不被允许转移到无菌外科装置以用作方位传感器。

在第七方面的一个实施例中，本发明提供了一种将外科装置引导到相对于患者解剖结构的最佳方位的方法，其中所述方法包括以下步骤：

a.相对于中心轴线同时且等距地移动所述的至少两个臂中的所述两个臂；

b.将所述至少两个对准器与所述患者解剖结构的至少两个解剖参考点对准；

c.利用所述装置传感器感测所述患者解剖结构的方位；

d.利用相对于所述患者解剖结构安装的患者传感器感测所述患者解剖结构的方位，其中所述患者传感器用于感测所述患者解剖结构的方位的变化；

e.将所述装置传感器与所述患者传感器配对，以由此监测所述患者解剖结构的方位；

f.从患者移除本发明第一部分所述的装置；

g.利用方位传感器感测外科装置的方位；

h.监测所述外科装置相对于所述患者解剖结构的监测方位的方位，并将所述外科装置引导至相对于被监测的患者解剖结构的最佳方位。

本文所描述的任何特征可以在本发明的范围内与本文所描述的任何一个或多个其它特征以任何组合形式进行组合。

附图说明

现通过参考附图来描述本发明的实施例，如下：

图1是根据本发明的示例的用于使传感器相对于患者解剖结构的至少两个解剖参考点对准的装置的立体图；

图2是根据本发明的示例的患者传感器支撑件主体的俯视图；

图3是图2所示的患者传感器支撑件主体的侧视图；

图4是通过线A-A的图3的患者传感器支撑件主体的横截面视图；

图5是根据本发明的第二示例的患者传感器支撑件的俯视图，其包括两个紧固件；

图6是图5所示的患者传感器支撑件的局部仰视图，示出处于打开位置的夹钳；

图7是根据本发明的一个示例的方位传感器的正视图；

图8是图7所示的方位传感器的平面图；

图9是根据本发明的一个示例的患者传感器/装置传感器的正视图；

图10是图9所示的患者传感器/装置传感器的平面图；

图11是根据本发明的一个示例的安装到外科装置(用于放置髋臼窝的放置装置)的方位传感器的立体图；

图12是根据本发明的另一示例的安装到外科装置(髋臼扩孔器)的方位传感器的立体图；

图13是来自监测器的示例性输出，示出了如何可以输入手术台上的患者位置的偏差和患者的解剖偏差以调整最佳方位角度；以及

图14是来自监测器的示例性输出，示出了相对于外科装置的相对于患者解剖结构的最佳俯仰、翻滚和偏转，外科装置的俯仰、翻滚和偏转。

本发明的优选特征、实施例和变型可以从以下描述中被总结出，其为本领域技术人员提供了足够的信息来实践本发明。以下描述不应被认为是以任何方式限制前述发明内容的范围。

具体实施方式

参考附图1至14示出了本发明的实施例和特征。在附图中，相同的附图标记指代相同的特征。

图1示出了用于使传感器10相对于患者的解剖结构的至少两个解剖参考点对准的装置1。装置1包括具有中心轴线22的主体20、传感器安装件30以及从主体20延伸的至少两个臂40，其中所述至少两个臂(40a，40b)中的两个可相对于中心轴线22同时且等距地移动。装置1还包括连接到至少两个臂40的至少两个对准器50，用于与所述至少两个解剖参考点对准。

装置1包括用于相对于中心轴线22同时且等距地移动臂40a、40b的机械手臂60。可手动地操作机械手臂60并且通过齿轮传动。机械手臂60是齿条-小齿轮机构。因此，机械手臂60包括小齿轮62，并且两个臂40a、40b各自包括齿条64a、64b(在两臂40a、40b上呈齿的形式)。小齿轮62的旋转导致两个臂40a、40b同时朝向和远离中心轴线22。小齿轮62包括用于致动该小齿轮62的手柄66。机械手臂60还包括制动器68以防止两个臂40a、40b移动。制动器68包括制动衬块(位于手柄66和主体20之间-未示出在图1中)和旋钮68a。旋钮68a的旋转将小齿轮手柄66驱动到制动衬块中，防止手柄66转动以致动小齿轮62。

装置1包括三个臂40a、40b、40c(统称为“40”)。三个臂40通常以“T”形形状相对于彼此延伸。每个臂40基本上是直的。

主体20包括两个套筒24a、24b(统称为“24”)。臂40a、40b由套筒24a支撑并延伸穿过套筒24a。臂40c由套筒24b支撑并延伸穿过套筒24b。每个套筒24的形状基本为矩形。套筒24a基本上垂直于套筒24b。

臂40c沿着中心轴线22延伸。臂40c包括纵向延伸的槽42。设备1还包括用于第三臂40c的锁44。锁44包括具有手柄47的紧固件46。紧固件46穿过套筒24b的两个相对壁而穿过狭槽42。紧固件46的旋转将套筒24b的壁拉在一起，从而将臂40c锁定就位。

传感器安装件30可以以可释放的方式附接到第三臂40c。传感器安装件包括夹钳32。夹钳32包括通道34和呈螺钉形式的紧固件36，紧固件36穿过通道34和通道34的两个相对壁并且穿过第三臂40c的狭槽42。紧固件36的旋转将通道34的壁拉在一起，以将传感器安装件30夹紧在臂40c上。

装置还包括装置传感器10。装置传感器10可与传感器安装件滑动地接合。在图9和10中示出了示例性装置/患者传感器100。

装置/患者传感器100包括电源102(呈一个或两个电池的形式)、外壳104和传感器106。电池(或多个电池)尤其是可消毒的，最尤其是锂离子电池(例如3.6V)。电池可以是可充电的或不可充电的。传感器106能够测量三个轴中的方位(俯仰、翻滚和偏航)，并且包含无线数据传输(例如蓝牙TM或Wi-Fi连接)。传感器106可以包括具有2.4GHz无线传输的俯仰和翻滚传感器以及具有超灵敏磁力计的偏航传感器。传感器106可以是不可磁化的并且能够被快速且可靠地定位在装置/患者传感器100中。装置/患者传感器100还可以包括用于指示电源102中剩余的电力的指示器，例如指示灯。装置/患者传感器100可以是3轴自供电的Wi-Fi发射器。

参考附图1，装置1还包括连接到每个臂40的对准器50a、50b、50c(统称为“50”)。对准器50垂直于臂40所在的基本的公共平面。对准器50可以在垂直于每个臂40的移动方向的方向上移动。

每个臂40终止于套筒48a、48b、48c(统称为“48”)，并且每个对准器50可在所述套筒48内移动。每个对准器50包括可在每个套筒48内移动的杆52a、52b、52c(统称为“52”)。每个杆52包括可与安装到每个臂套筒48的紧固件54a、54b、54c(统称为“54”)(例如螺钉)啮合的多个棘爪或孔，以防止对准器50移动。每个对准器50具有相同的长度。

每个对准器50包括用于与解剖参考点对准的端部56a、56b、56c(统称为“56”)。每个端部56是钝的和球形的，但具有符合解剖参考点的轮廓形状。端部56a、56b被设计成与两个髂前上棘对准并且可以包括凹槽，并且端部56c被设计成与至少一个耻骨嵴对准，并且可以包括中心脊(即患者解剖结构是骨盆)。每个端部56的末端处的衬块的直径为10-20cm。

对准器端部由耐热尼龙制成，对准器杆由钛制成，并且在允许时，装置1的其余部分由不可磁化的不锈钢316制成。

装置1可以形成外科手术系统的一部分。外科手术系统还可以包括患者传感器100和患者传感器支撑件200。患者传感器100可相对于患者解剖结构安装，并且用于感测患者解剖结构的方位的变化。图2至6所示的患者传感器支撑件200旨在相对于骶骨安装，并且患者传感器100用于感测患者的骨盆方位的变化。患者传感器支撑件200基本上是刚性的。

患者传感器支撑件200包括基本上矩形形状的主体210。主体210包括用于安装患者传感器100的患者传感器座212。患者传感器100可与患者传感器安装件212滑动地接合。患者传感器座212可包括用于固定患者传感器的夹钳214，如图5所示。

患者传感器支撑件200包括至少一个紧固件230。图2至6所示的患者传感器支撑件200旨在包括四个紧固件230，每个角一个。紧固件230呈具有用于粘附到患者皮肤的粘合表面的粘合片(例如在ECG中使用的)的形式。粘合片还具有与粘合表面相对的突起(其可以是基本上圆柱形的形状)。

患者传感器支撑件200还包括四个夹钳240(参见图4至6；夹钳240附接到主体210所在的空间在图2至4中以242标记)。夹钳240在244处枢轴地安装到主体210(参见图4)。每个夹钳240包括呈弹簧形式的偏置构件246(参见图5)，以将夹钳偏置到关闭位置。夹钳包括杠杆248。杠杆248在一端具有钳口250，在相对端具有致动器252。致动器252被操作者压下以将夹钳240移动到打开位置。

患者传感器支撑件主体可以由任何合适的材料制成，例如聚碳酸酯。患者传感器支撑件是可消毒的。

外科手术系统被配置为通过将由装置传感器10感测的初始方位与由患者传感器100感测到的方位的变化相结合来监测患者解剖结构的方位。这可以通过将传感器10、100配对或通过将数据发送到监测器进行处理来实现。

外科手术系统还可以包括方位传感器300(参见图7、8、11和12)。方位传感器300可以包括电源302(以电池的形式)、外壳304和传感器306。方位传感器300的特征可以如上面对患者/设备传感器100所述的来描述。

如图8和10所示，传感器100、300具有指向传感器配对方向的箭头，当附接到装置传感器安装件30、患者传感器支撑件200或方位传感器安装件510时，传感器配对方向在使用时将朝向患者头部的方向。

方位传感器300可以安装到外科装置500。示例性外科装置包括用于将假体组件与所述假体组件(例如髋臼窝插入器500a和髋臼窝500b，如图11)一起放置的放置装置。另外的示例性外科装置包括诸如扩孔器(例如图12所示的髋臼扩孔器500c)的外科手术器械。在任一情况下，方位传感器300可以通过方位传感器安装件510安装到外科装置500。

图11所示的髋臼窝插入器500a是弯曲的髋臼窝插入器(旋钮502用于可释放地联接髋臼窝500b)。示例性的髋臼窝插入器500a由DePuy(目录号920010029)制造。方位传感器安装件510包括对接端口512，方位传感器300被拧入到该对接端口中(也可以使用方位传感器300与对接端口512可滑动地接合的来作为替代)。安装件510还包括用于保持监测器600(呈平板电脑(或)或智能手机(例如)等的形式)的托架520。在使用中，平板电脑或智能电话可以被封装在可被保持在托架520中或形成托架520的一部分的可消毒外壳内。另选地，安装件510不包括托架520。代替地，系统还包括用于监测器600的支架，该支架独立于安装件510。支架可以定位在手术室的地板上并且可以定位在外科医生的视觉近处。合适的支架可以是类似于用于iPad等的乐谱架。

安装件510还包括减振器514。减震器514可以偏置放置装置500a的手柄，并且可以与冲击轴(线轴)(优选为钛)、螺旋弹簧(优选为不锈钢)和气动加压室一起组装。钛线轴上的轴环可以紧靠弹簧，并且钛线轴的端部可以在部分的延伸到加压室中。然而，气动压缩室是可选的。可以使用其它类型的减震器，例如双向减震器。

安装件510可以包括用于将安装件510夹紧到放置装置500a的夹钳516。图11所示的夹钳516包括紧固件，例如螺栓和锁紧螺母。安装件510可以由可消毒材料制成，并且安装件510的主体可以尤其地由不锈钢(例如316级)制成。安装件510尤其由不可磁化的材料制成。

髋臼扩孔器500c包括切割刀片560、髋臼扩孔器驱动器562和马达564。在髋臼扩孔器500c上邻近手柄566(手柄566形成髋臼扩孔器驱动器562的一部分)处具有狭槽，方位传感器安装件510可被夹紧到该狭槽。示例性髋臼扩孔器驱动器是DePuy角度扩孔器驱动器，目录号为920010031。

然而，在图12所示的髋臼扩孔器500c中，髋臼扩孔器驱动器562与方位传感器安装件510一体地形成。安装件510包括对接端口512和托架520，方位传感器300可被拧入其中(也可以使用其中方位传感器300与对接端口512可滑动地接合的作为替代)，托架520用于支撑呈平板电脑(或)或智能手机(例如)等形式的监测器600。在使用中，平板电脑或智能手机可以被封装在可消毒的壳体内，该壳体被保持在托架520中或形成托架520的一部分。另选地，安装件510不包括托架520。相反地，系统还包括用于监测器600的独立于安装件510的支架。支架可以定位在手术室的地板上，并且可以定位在外科医生的视觉近处。合适的支架可以是类似用于iPad等的乐谱架。

可以根据以下步骤使用外科手术系统：

1.将患者放在手术台上，优选地侧躺；

2.开启监测器600启动软件(例如，计算机(包括平板电脑或))；

3.输入程序的详细信息，包括外科医生的姓名、患者姓名、医院名称、患者出生日期以及手术日期；

4.根据患者解剖结构(例如由于患者解剖结构中的自然变化)，输入倾斜角和前倾角(或俯仰、翻滚和偏航)的任何偏移，参见图13，该信息可以通过诸如X射线的术前扫描获得；

5.将设备、患者和方位传感器放置在托盘中，以使所有三个传感器大致均匀地对准，配对(校准)传感器，使得所有传感器的俯仰、翻滚和偏航基本为零；

6.将患者传感器支撑件200放在患者的骶骨上，将患者传感器100插入患者传感器安装件212中；

7.移动对准装置1的臂40，以使对准器50a、50b与患者的髂前上棘对准，并且使对准器50c与患者的至少一个耻骨嵴对准，使对准器50在臂套筒48内移动，以使装置传感器座30靠近患者身体定位，将所有对准器50相对于臂40设定在相同的高度，将装置传感器10插入安装件30中；

8.当装置1处于正确位置时，将患者和装置传感器10、100配对(或锁定)，以使系统监测患者骨盆的方位，该信息用于限定患者的冠状面(也可以是矢状面)，来自装置传感器和患者传感器的数据提供了患者骨盆的初始方位以及患者骨盆方位的变化，这一起提供了骨盆的监测方位，使用该数据和先前获得的数据，可以计算外科装置相对于患者骨盆的最佳方位；

9.从患者体内取出设备1；

10.组装并准备适当的骨盆支撑架，并且让患者做好准备；

11.将方位传感器插入外科装置上的方位传感器安装件中；

12.在监测器600上观察外科装置相对于患者解剖结构的方位，以及外科装置的当前方位与最佳方位之差，参见图14；

13.执行髋臼扩孔或髋臼窝放置操作；

14.操作期间外科手术系统的输出记录可以存储在存储卡上以备将来参考。

在本说明书和权利要求书(如有)中，用语“包含”及其衍生物包“包含了”和“包含”包括所述类型中的每一个，但不排除包括一个或多个其他类型。

贯穿本说明书的“一个实施例”或“实施例”这种描述意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的各个部分的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现不一定都指代相同的实施例。此外，特定特征、结构或特征可以以任何合适的方式在一个或多个组合中组合。

根据法规，已经以对于结构或方法特征具有或多或少具体的语言描述了本发明。应当理解，本发明不限于所示出或所描述的具体特征，因为本文描述的方法包括使本发明有效的优选形式。因此，在本领域技术人员适当解释的所附权利要求的适当范围内，本发明要求保护其任何形式或修改。

Claims (19)

1.一种用于将传感器相对于患者解剖结构的至少两个解剖参考点对准的装置，其特征在于，其中所述装置包括：

a.具有中心轴线的主体；

b.相对于所述主体定位的传感器安装件；

c.至少两个臂，所述至少两个臂从所述主体延伸，其中所述至少两个臂中的两个臂可相对于所述中心轴线同时且等距地移动；以及

d.连接到所述至少两个臂的至少两个对准器，用于与所述至少两个解剖参考点对准。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少两个臂在共同的平面上延伸。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其特征在于，所述至少两个臂中的所述两个臂在所述中心轴线的相对两侧延伸。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括齿条-小齿轮机构，用于相对于所述中心轴线同时且等距地移动所述至少两个臂中的所述两个臂。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括从所述主体延伸的第三臂以及连接到所述第三臂的第三对准器，所述第三对准器用于与第三解剖参考点对准，其中所述第三臂相对于所述主体移动。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第三臂沿着所述中心轴线延伸。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述传感器安装件可释放地附接到所述主体或所述第三臂。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的装置，其特征在于，所述至少两个对准器彼此平行地延伸。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的装置，其特征在于，所述患者解剖结构是骨盆。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述至少两个解剖参考点选自以下构成的组织：一个或两个髂前上棘；一个或两个髂后上棘；至少一个耻骨嵴和骶骨。

11.根据权利要求1至10中任意一项所述的装置，其特征在于，所述装置用于限定所述患者的冠状面。

12.根据权利要求1至11中任意一项所述的装置，其特征在于，还包括装置传感器，其中所述装置传感器包括用于感测所述患者解剖结构的方位的至少一个传感器，并且其中所述传感器安装件包括所述装置传感器或所述装置传感器可释放地安装到所述传感器安装件。

13.一种用于监测患者解剖结构的方位的外科手术系统，其特征在于，所述系统包括：

a.用于将装置传感器相对于患者解剖结构的至少两个解剖参考点对准以由此感测所述患者解剖结构的初始方位的装置，其中所述装置包括：

i.主体；

ii.相对于所述主体定位的所述装置传感器；

iii.从所述主体延伸的至少两个臂；以及

iv.连接到所述至少两个臂的至少两个对准器，用于使所述装置与所述至少两个解剖参考点对准；以及

b.可相对于所述患者解剖结构安装的患者传感器，其中所述患者传感器用于感测所述患者解剖结构的方位的变化；

其中，所述外科手术系统被配置为通过将由所述装置传感器感测的初始方位与由所述患者传感器感测的方位的变化相结合，来监测所述患者解剖结构的方位。

14.根据权利要求13所述的外科手术系统，其特征在于，所述主体具有中心轴线，并且所述至少两个臂中的两个臂可相对于所述中心轴线同时且等距地移动。

15.一种用于将外科装置引导到相对于患者解剖结构的最佳方位的外科手术系统，其中所述外科手术系统包括：

a.权利要求13或14所述的用于监测患者解剖结构的方位的所述外科手术系统；

b.用于感测所述外科装置的方位的方位传感器；以及

c.监测器，用于监测所述外科装置相对于所述患者解剖结构的监测方位的方位，并且用于将所述外科装置引导到相对于所监测的患者解剖结构的最佳方位。

16.根据权利要求15所述的外科手术系统，其特征在于，所述外科装置是外科手术器械或包括假体组件。

17.根据权利要求15或权利要求16所述的外科手术系统，其中，所述患者解剖结构是骨盆。

18.一种将传感器相对于患者解剖结构的至少两个解剖参考点对准的方法，其特征在于，其中所述方法包括以下步骤：

a.相对于所述中心轴线同时且等距地移动权利要求12所述的装置的所述至少两个臂中的所述两个臂；以及

b.将所述至少两个对准器与所述至少两个解剖参考点对准。

19.一种将外科装置引导到相对于患者解剖结构的最佳方位的方法，其中所述方法包括以下步骤：

a.相对于所述中心轴线同时且等距地移动权利要求12所述的装置的所述至少两个臂中的所述两个臂；

b.将所述至少两个对准器与所述患者解剖结构的至少两个解剖参考点对准；

c.利用所述装置传感器感测所述患者解剖结构的方位；

d.利用相对于所述患者解剖结构安装的患者传感器感测所述患者解剖结构的方位，其中所述患者传感器用于感测所述患者解剖结构的方位的变化；

e.将所述装置传感器与所述患者传感器配对，以由此监测所述患者解剖结构的方位；

f.从患者体内移除权利要求12所述的装置；

g.利用方位传感器感测外科装置的方位；

h.监测所述外科装置相对于所述患者解剖结构的监测方位的方位，并将所述外科装置引导至相对于所监测的患者解剖结构的最佳方位。