CN109475302A - 患者特定假体对准 - Google Patents

Abstract

本文中提供了用于在各种外科手术操作中提供仪器和/或假体对准的系统和方法。该系统和方法通常包括耦合到患者的骨骼或其它外科手术工具的一个或多个传感器，所述传感器可以检测它们在空间中的位置和取向并将该信息传送给处理器。处理器可利用该信息向外科医生或其它用户显示关于患者的骨骼、外科手术工具和假体的位置、角度和对准的数据。此外，一个或多个传感器可以使用患者特定对准引导件与患者的解剖结构对准，所述患者特定对准引导件在单个位置/取向上与患者的解剖结构的一部分对接。

Description

患者特定假体对准

相关申请

本申请在35 U.S.C.§119(e)下要求2016年5月11日提交的美国临时专利申请No.62/334,647的权益，并且其以其整体通过引用并入本文中。

技术领域

本公开一般涉及外科手术过程，以及更具体地涉及用于假体植入外科手术的系统和方法。

背景技术

成功的假体外科手术需要替换结构作为患者内的植入物的精确的术中放置和定位，使得重构关节的体内功能在生物力学上和生物学上被优化。对于外科医生来说，有必要确保替换结构部件正确植入并在原位恰当地工作，以便避免术中和术后并发症，以及以便确保植入的假体的持久活动和使用。

虽然可应用于任何假体植入物，但放置和定位是重要的一个示例是髋关节关节成形术。在这样的手术中，错位的髋关节假体将不能充分恢复关节的生物力学，将不能恰当地起作用，并且处于术中和术后并发症的增加的风险。这样的并发症可包括但不限于脱位、撞击综合征、骨折、植入物失败、无菌性松动和下沉。错位的假体植入物特别容易受脱位和早期松动的影响，这是因为假体在宿主的天生骨骼内将不能很好地被装配或支撑。

由外科医生在人体髋关节替换过程中经常面对的一个问题是如何实现恰当的髋臼假体植入物对准。整形外科医生之中通常同意的是，在宿主的髋关节的天生骨骼内，髋臼假体植入物的理想解剖位置（针对大多数患者）是45°（度）的倾角。然而，尽管这种通常的同意，但是外科医生常常基于给定患者的特定解剖结构选择不同的期望倾角角度。

第二个重要角度是向前弯曲的角度。基于除了其它因素之外的患者的解剖结构、生物力学和不同关节的灵活性，向前弯曲的最佳角度的范围可以广泛地变化。作为结果并且类似于如上所述的倾角，外科医生常常针对不同的患者选择不同的向前弯曲角度。较近期的技术强调重构髋关节的“组合前倾”，而不是假体杯的向前弯曲的绝对角度。组合前倾是杯的向前弯曲角度和装配到患者的股骨中的杆的前倾角度的总和。由于对于改变杆的前倾角度存在有限的空间，所以将杯的位置调整到杆的位置对于改进重构的髋关节的稳定性和减少撞击综合征是关键的。

这些特定角度的精确测量结果以及因此假体的恰当放置尚难以实现，主要是因为这些角度中的两个是相对于患者的骨盆的而在髋关节替换手术的过程期间患者被无菌外科手术布覆盖。还可能难以监测在用布覆盖患者以进行外科手术之后可能发生的患者的骨盆的位置的任何改变，包括例如在手术期间可能发生的任何位置改变。

解决这些问题的现有技术已经包括使用电子位置传感器，例如，一个耦合到患者的骨盆而另一个耦合到用于定位假体的仪器，以监测患者相对于仪器和与其耦合的假体的定位。然而，为了准确地确定上述关键角度，耦合到骨盆的电子位置传感器必须以已知的方式与患者的身体的解剖平面对准。为实现此目的，需要将电子位置传感器在附接到患者的骨盆之前取向的引导件。花费时间来恰当地使用引导件增加了与手术相关联的总体时间和成本，并且引入了在相对于患者恰当地取向引导件中外科医生错误的可能性。

整形领域中的近期发展是在外科手术过程期间使用患者特定部件。这样的部件可包括假体本身或用于放置另一部件、在组织或骨骼中进行切割等的引导件。患者特定部件可以在手术之前根据患者的解剖结构的3维模型创建，并且可以被配置成仅在一个取向上与患者的解剖结构的一部分对接。因此，这样的部件可能较不易于发生用户错误，这是因为它仅以一种正确的方式紧靠患者的身体装配或装配到患者的身体中。此外，这样的部件的使用可以减少执行手术所需的时间，因为它们可以在手术期间快速且准确地定位，并且可以大大提前于手术而执行创建部件所必要的所有工作。

因此，存在对于改进的假体定位和对准系统以及方法的需要，其精简外科手术过程，同时最大化准确性和易用性。更具体地，存在对于这样的系统的需要，所述系统利用患者特定部件来精简关节成形术过程，诸如髋关节、膝盖和其它关节替换过程。

发明内容

本公开提供了用于假体定位和对准的系统和方法，其解决了上述现有技术的缺点。这些系统和方法可以在各种外科手术过程（诸如髋关节关节成形术等）中找到应用。本文中描述的系统和方法可以提供相对于现有技术的有价值的优点，包括增加的准确性、增加的易用性、减少的过程时间、减少的过程复杂性和减少的过程成本。本公开可以提供用于患者特定假体对准和定位的系统和方法。本文中描述的系统和方法可以利用一个或多个电子位置传感器和患者特定对准引导件，以在例如关节成形术过程期间准确且快速地定位假体。本文中描述的系统和方法可以利用患者特定对准引导件来提供相对于患者的身体的解剖平面的配准。因为患者特定对准引导件可以在外科手术过程之前在软件中创建并且制造，所以可以减少手术室中所需的时间。而且，可以消除由于外科医生或其它用户使用例如轴引导件错误地定位电子传感器而可能发生的任何可能的错误。

在一个方面，提供了一种用于植入假体的系统，其可包括数字数据处理器、显示器、第一和第二电子位置传感器、患者特定对准引导件和应用软件。第一和第二电子位置传感器可以能够将关于它们在3维空间中的相应位置和取向的信息报告给数字数据处理器。患者特定对准引导件可以配置成与患者的骨解剖结构对接。对准引导件可包括从患者的骨解剖结构的扫描创建的表面，该表面基本上是患者的骨解剖结构的至少一部分的相反面（negative）。应用软件可以（i）从第一电子位置传感器接收信息，（ii）从第二电子位置传感器接收信息，以及（iii）计算和显示根据从第一和第二电子位置传感器接收的信息导出的角关系。

本文中描述的系统和方法可以包括各种附加或可替换特征和/或部件中的任何，所有该特征和/或部件都被认为在本公开的范围内。例如，第一电子位置传感器可以被配置成耦合到患者的骨解剖结构，并且第二电子位置传感器可以被配置成耦合到患者特定对准引导件。在一些实施例中，第一电子位置传感器和第二电子位置传感器中的至少一个可以被配置成与数字数据处理器无线地通信。在其它实施例中，第一电子位置传感器和第二电子位置传感器可以线接在一起，并且第二电子位置传感器可以被配置成通过接线与第一电子位置传感器通信。

在某些实施例中，骨解剖结构可以是骨盆。在这样的实施例中，角关系可以包括（骨盆）轴向倾斜、（骨盆）前后（AP）倾斜、倾角的绝对角度、向前弯曲的绝对角度、倾角的真实角度和向前弯曲的真实角度中的任何。在一些实施例中，可以按需执行计算。在其它实施例中，可以实时连续地执行计算。

在某些其它实施例中，第一电子位置传感器可包括腿长测量传感器，其配置成检测第一电子位置传感器与第二电子位置传感器之间的距离。在一些实施例中，这样的传感器可包括激光和接收器。在这样的实施例中，软件可以被配置成通过激活激光并且在激光被另一个表面（例如，第二电子位置传感器的表面）反射之后利用接收器检测激光来确定从第一电子位置传感器到第二电子位置传感器的距离。

在更进一步的实施例中，第一电子位置传感器可包括激光发射器，以及第二电子位置传感器可包括接收器。在这样的实施例中，软件可以被配置成基于接收器的哪个部分检测来自激光发射器的光来确定第一和第二电子位置传感器之间的偏移。

在另一方面，提供了一种用于创建患者特定对准引导件的方法。该方法可以包括从患者的骨解剖结构的扫描接收数据，并从数据创建患者的骨解剖结构的3维模型。该方法还可以包括创建患者特定对准引导件的3维模型，该3维模型包括基本上是患者的骨解剖结构的至少一部分的相反面的表面，以及制造患者特定对准引导件。

与上述系统一样，该方法可包括各种附加或可替换步骤或特征中的任何。例如，骨解剖结构可以是骨盆。此外，该方法可以包括确定患者特定对准引导件相对于患者的骨盆的倾角角度和向前弯曲角度中的至少一个。在一些实施例中，制造患者特定对准引导件可以利用增材制造。在其它实施例中，所接收的数据可以是一系列2维计算的断层摄影（CT）图像。

在又一方面，提供了一种用于定位假体的方法。该方法可以包括将第一电子位置传感器耦合到患者的骨解剖结构。该方法还可以包括将患者特定对准引导件紧靠患者的骨解剖结构来定位。患者特定对准引导件可包括从患者的骨解剖结构的扫描创建的表面，该表面基本上是患者的骨解剖结构的至少一部分的相反面，使得对准引导件仅在一个取向上紧靠患者的骨解剖结构装配。该方法还可以包括将第二电子位置传感器耦合到患者特定对准引导件，以及将来自第一和第二电子位置传感器中的每一个的位置和取向信息传送到数字数据处理器。该方法可以附加地包括移除患者特定对准引导件并将第二电子位置传感器耦合到被耦合到假体的仪器。该方法还可以包括基于从第一和第二电子位置传感器中的每一个传送的位置和取向信息来显示假体相对于患者的骨解剖结构的一个或多个计算的角关系，以及相对于患者的骨解剖结构定位假体，使得一个或多个显示的角关系处于期望的等级。

在一些实施例中，将第一电子位置传感器耦合到患者的骨盆可以包括以平行取向将两个销钉驱动到骨解剖结构中并且在两个销钉之上滑动形成在第一电子位置传感器中的两个通孔。在其它实施例中，将第一电子位置传感器耦合到患者的骨盆可以包括将一个销钉驱动到骨解剖结构中并且在销钉上滑动形成在第一电子位置传感器中的一个通孔。在其它实施例中，该方法可以附加地包括：当患者特定对准引导件紧靠骨解剖结构定位时，保存从第一和第二电子位置传感器中的每一个传送的位置和取向信息，以及当第二电子位置传感器耦合到仪器并且在已经移除患者特定对准引导件之后，向用户提供引导以将第二电子位置传感器引导到所保存的相对于第一电子位置传感器位置。

在某些实施例中，该方法还可以包括使用至少一个外科手术销钉将患者特定对准引导件可移除地紧靠骨解剖结构来固定。在其它实施例中，该方法可以包括将传感器支架耦合到仪器。在这样的实施例中，传感器支架可以配置成使第二电子位置传感器相对于仪器的纵向轴以大约45°的角度取向。

在某些其它实施例中，骨解剖结构可以是骨盆。在这样的实施例中，假体可以配置成插入患者的骨盆的髋臼中。

在又一方面，提供了一种用于定位假体的方法。该方法可以包括将第一电子位置传感器耦合到患者的骨解剖结构，以及将第二电子位置传感器耦合到被耦合到假体的仪器。该方法还可以包括相对于患者的骨解剖结构定位假体并且将来自第一和第二电子位置传感器中的每一个的位置和取向信息传送到数字数据处理器。该方法还可以包括基于从第一和第二电子位置传感器中的每一个传送的位置和取向信息显示假体相对于患者的骨解剖结构的一个或多个计算的角关系，由数字数据处理器接收包括一个或多个期望的角关系的患者特定信息，以及调整假体相对于患者的骨解剖结构的位置，使得一个或多个显示的角关系与期望的角关系匹配。

在某些实施例中，由数字数据处理器接收的患者特定信息可以从在相对于患者的骨解剖结构定位假体之后在术中采集的一个或多个x射线图像导出。

虽然上述发明内容列出了本文中所述系统和方法的某些特征、组合和变化，但其并非是穷举的。上述任何特征或变化可以以多种不同的组合应用于本公开的任何特定方面或实施例。没有任何特定组合的明确记载仅仅是由于避免本发明内容中的重复。

附图说明

图1图示了人体的各种解剖平面和轴；

图2图示了用于执行髋关节关节成形术的系统的一个实施例；

图3图示了用于创建患者特定对准引导件的方法的一个实施例；

图4图示了患者特定对准引导件的一个实施例；

图5图示了患者特定对准引导件的另一实施例；

图6图示了患者特定对准引导件的又一实施例；

图7图示了用于定位髋关节假体的方法的一个实施例；

图8图示了具有用于将电子位置传感器耦合到其上的外科手术销钉的患者的骨盆的一个实施例；

图9图示了销钉对准引导件的一个实施例；

图10图示了被同步的第一和第二电子位置传感器的一个实施例；

图11图示了电子位置传感器的一个实施例；

图12图示了紧靠髋臼定位的患者特定对准引导件的一个实施例；

图13图示了患者特定对准引导件、建立参考位置的第二电子位置传感器和第一电子位置传感器的一个实施例；

图14图示了在移除患者特定对准引导件之后被定位的第一和第二电子位置传感器的一个实施例；

图15图示了由具有耦合到其的第二电子位置传感器的仪器定位的髋关节假体的一个实施例；

图16A图示了传感器支架的一个实施例，所述传感器支架可用于将第二电子位置传感器耦合到用于定位髋关节假体的仪器；

图16B图示了传感器支架的可替换实施例，所述传感器支架可用于将第二电子位置传感器耦合到用于定位髋关节假体的仪器；

图17图示了显示器的一个实施例，所述显示器可以使用来自第一和第二电子位置传感器的位置信息来引导髋关节假体的定位；

图18较详细地图示了图17的显示器；

图19图示了用于定位假体的方法的一个实施例；

图20A图示了用于在执行髋关节关节成形术中使用的系统的一个实施例；

图20B图示了用于在执行髋关节关节成形术中使用的系统的可替换实施例；以及

图21图示了用于在执行髋关节关节成形术中使用的系统的又一个实施例。

具体实施方式

现在将描述某些示例性实施例以提供对本文中公开的设备、系统和方法的结构、功能、制造和使用的原理的全面理解。在附图中图示了这些实施例的一个或多个示例。本领域技术人员将理解，本文中具体描述并在附图中图示的设备、系统和方法是非限制性示例性实施例，并且本公开的范围仅由权利要求限定。结合一个示例性实施例说明或描述的特征可以与其它实施例的特征组合。这样的修改和变化旨在包括在本公开的范围内。达到特征在本文中被描述为“第一特征”或“第二特征”的程度，这样的数字排序通常是任意的，以及因此这样的编号可以是可互换的。此外，在本公开中，实施例的相似编号的部件通常具有类似的特征，以及因此在特定实施例内，每个相似编号的部件的每个特征不一定完全详细说明。系统和设备及其部件的大小和形状可取决于多个因素，包括例如将对其使用系统和设备的主体的解剖结构、将与系统和设备一起使用的部件的大小和形状以及将在其中使用系统和设备的方法和过程。附加地，达到在所公开的设备、系统和方法的描述中使用线性或圆形尺寸的程度，这样的尺寸不旨在限制可以与这样的仪器和方法结合使用的形状类型。本领域技术人员将认识到的是，对于任何几何形状，可以容易地确定对于这样的线性和圆形尺寸的等同物。本文中提供的附图不一定按比例。

本公开提供了用于患者特定假体对准和定位的系统和方法。本文中描述的系统和方法利用多个电子位置传感器和患者特定对准引导件，以在例如关节成形术过程期间准确且快速地定位假体。电子位置传感器是小的、廉价且准确的设备，其类似于2014年3月21日提交的题为“SYSTEM AND METHOD FOR PRECISE PROSTHESIS POSITIONING IN HIPARTHROPLASTY”(Atty. Docket No. 112428-19)的美国专利申请No. 14/346,632、2014年7月14日提交的题为“SENSOR FOR MEASURING THE TILT OF A PATIENT'S PELVIC AXIS”(Atty. Docket No. 112428-21)的美国专利申请No. 14/330,261以及2014年7月14日提交的题为“SYSTEMS AND METHODS FOR ALIGNING A MEDICAL DEVICE WITH A PELVIC AXIS”(Atty. Docket No. 112428-22)的美国专利申请No. 14/331,149中所描述的那些电子位置传感器。这些申请中的每一个的全部内容通过引用并入本文中。

与上述参考的申请中的系统和方法的某些实施例相反，本文中提供的系统和方法不需要使用轴引导件来相对于患者的身体的一个或多个解剖平面精确地定位电子位置传感器。相反地，本文中描述的系统和方法利用患者特定对准引导件来提供相对于患者的身体的解剖平面的配准。因为患者特定对准引导件可以在外科手术过程之前在软件中创建并且制造，所以可以减少手术室中所需的时间。而且，可以消除由于外科医生或其它用户使用例如轴引导件错误地定位电子传感器而可能发生的任何可能的错误。

因此，本文中描述的系统和方法可以提供相对于现有技术的有价值的优点，包括增加的准确性、增加的易用性、减少的过程时间、减少的过程复杂性和减少的过程成本。

尽管本文中使用的许多词语、术语和标题在其传统的医学用途和外科手术上下文中被通常地采用并且常规地理解，但是以下针对一些人体解剖部位，针对特定医学短语和外科手术应用以及针对特定的行话、标记、称号或称呼呈现描述性信息和定义的概要。本文中提供了这些信息、描述和定义的要点，以避免可能存在的错误信息、误解和歧义；作为识别本公开特色的帮助和引导；以及为了理解本公开的范围和广度。

人体的解剖平面：

横向或轴向平面将人体分成顶部和底部部分；冠状平面将身体分成前部（前）和后部（后）部分；并且矢状平面将身体分成左侧和右侧部分。由图1图示了这些解剖平面中的每一个。

同样通过定义和解剖常规，“轴0”是横向和冠状平面之间的公共线；“轴1”是横向和矢状平面之间的公共线；以及“轴2”是冠状和矢状平面之间的公共线。

骨盆轴是由骨盆限定的任何线，并且通常平行于轴0或通常垂直于矢状平面。这些解剖轴中的每一个也在图1中示出。

患者取向信息：

进行髋关节关节替换外科手术的人类患者传统上放置于侧卧位置，即，在与外科手术侧相对的侧躺下。在这个位置，患者的手术髋关节向上。可替换地，可以将进行髋关节关节替换外科手术的患者放置于仰卧位置，即，仰面躺着。其它患者位置是可能的，例如，当进行替换其它关节（例如，膝盖等）的过程时。

以下定义适用于侧卧位置。在理想情况下，“骨盆轴”或“轴0”垂直于水平面并且处于平行于重力轴状态。同样在理想情况下，轴1和轴2中的每一个处于平行于水平面状态。

在这样的位置，“轴向倾斜”是轴2（身体的长轴）与真实水平面的偏差。当轴2平行于真实水平面时，轴向倾斜被认为是零（0）。当患者的头部在真实水平面之下的方向上倾斜或者他的腿在真实水平面之上的方向上倾斜时，轴向倾斜被赋正值。相反地，在相对的情况下（即，当患者的头部在真实水平面之上的方向上倾斜或者他的腿在真实水平面之下的方向上倾斜时），轴向倾斜被赋负值。

“前后”（或“AP”）倾斜是轴1与真实水平面的偏差。当轴1与真实水平面平行时，AP倾斜为零（0）。向前AP倾斜（朝俯卧位置旋转）被赋正值，而向后AP倾斜（朝仰卧位置旋转）被赋负值。

以下定义适用于仰卧位置。在理想情况下，骨盆轴或轴0平行于水平面并处于垂直于重力轴状态。同样在理想情况下，轴2平行于水平面，如处于侧卧位置。

轴向倾斜是轴2与真实水平面的偏差。当轴2平行于真实水平面时，轴向倾斜被认为是零（0）。当患者的头部在真实水平面之下的方向上倾斜或者他的腿在真实水平面之上的方向上倾斜时，轴向倾斜被赋正值。相反地，在相对的情况下（即，当患者的头部在真实水平面之上的方向上倾斜或者他的腿在真实水平面之下的方向上倾斜时），轴向倾斜被赋负值。

“侧向倾斜”是轴0与真实水平面的偏差。当轴0与真实水平面平行时，侧向倾斜为零（0）。朝外科手术侧的倾斜被赋正值，而朝相对（非外科手术）侧的倾斜被赋负值。

其它术语定义：

以下术语定义也在本文中常规采用。当讨论髋关节替换外科手术时，倾角角度是当投影到冠状面上时的髋臼或髋臼植入物的轴与矢状平面之间的角度。向前弯曲的角度是当投影到矢状平面上时的髋臼或髋臼植入物的轴与冠状平面之间的角度。通常，这种测量结果也称为前倾。股骨前倾的角度是股骨颈的轴与（股骨远端的）上髁轴之间的角度。组合前倾是髋臼植入物的向前弯曲角度与股骨植入物的股骨前倾角度的总和。上髁轴是连接股骨远端的中间和侧上髁的线。当相对于实际水平等级测量时，角度是“绝对”角度。如果相对于患者的骨盆轴和矢状或冠状平面的实际位置分别测量，则角度是“真实”角度。例如，在不参考实际水平等级的情况下可以简单地通过测量和/或计算从多个传感器接收的位置和/或取向数据之间的差来计算“真实”角度。

系统部件：

本文中提供的系统可包括多个数字位置和角度传感器、患者特定对准引导件以及可在计算设备（诸如个人计算机或平板电脑/便携式设备）上执行的特别设计的软件。关于髋关节替换过程，这样的传感器和软件一起可以电子地测量或计算：（1）在外科手术期间躺在手术台上的骨骨盆的位置，这是通过将电子位置传感器之一耦合到骨盆以使得它可以追踪其移动（通过使用患者特定对准引导件可以消除相对于患者的身体的解剖平面以任何特定方式定位该传感器的需要，这是因为，如以下更详细地解释的那样，当该引导件紧靠设计为成镜像的患者的解剖结构的部分定位时，该引导件相对于解剖平面的取向是已知的）来实现；以及（2）准备前和准备时的天生髋臼以及被植入到天生骨骼中的髋臼假体的倾角角度和向前弯曲角度。这些测量可以电子地进行，以及如果期望的话，可以连续地进行。它们可以在准备宿主的骨骼期间以及当假体被通过外科手术植入宿主的天生骨骼结构中时，实时地并以与活体宿主的骨盆和身体轴的真实关系来计算。

本文中描述的唯一方法和系统可以提供通过参考由患者特定对准引导件提供的取向（其具有与患者的解剖平面的已知关系）进行的术中外科手术定位评估和角度确定。该方法和系统提供关于天生骨髋臼和假体的倾角角度和向前弯曲角度的精确信息以供恰当植入。这些测量和计算可以在外科医生准备宿主骨骼和处理假体以及将其插入宿主的天生骨骼结构期间以与宿主的骨盆和身体轴的真实关系来进行。

该测量系统快速且易于使用；它在其确定方面准确且精确；并且它的操作是有成本效益的。该系统既不需要复杂的设备也不需要精心制作的机器；并且还能够在植入期间直接显示假体的放置，由此消除了重新定位杯以及在其它较不准确的对准技术上花费时间的任何后续需要。简而言之，本文中描述的系统和方法可以可观地减少完成整个假体植入外科手术过程所需的时间。

图2图示了根据本公开的系统的一个实施例。系统200可包括第一电子位置传感器202和第二电子位置传感器204。第一和第二电子位置传感器202、204可以被配置成经由通信链路208将由此测量的位置和/或取向数据传送到数字数据处理器206。数字数据处理器206可以是各种计算设备中的任何一种的一部分，所述计算设备包括例如个人计算机、平板电脑或其它便携式计算设备等。通信链路208可以是本领域中已知的各种通信方法中的任何一种，所述通信方法包括例如有线或无线通信标准。处理器206可以耦合到存储器或数字数据存储单元210，其可以用于存储除了其它东西之外的术中软件、从电子位置传感器接收的数据等。处理器206还可以耦合到显示器212或其它用户界面（例如，听觉界面、触觉界面等）以向用户显示测量结果、计算或其它数据，并以其它方式向用户提供反馈。

虽然图2中图示的系统可以与各种假体植入过程（包括，例如，膝盖关节成形术、肩关节成形术等）结合使用，但是以下参考髋关节替换过程提供较详细的描述。在这样的过程中，第一电子位置传感器202可以配置成耦合到患者的骨骨盆，以便追踪其移动。第二电子位置传感器204可以被配置成耦合到患者特定对准引导件214，其在一些实施例中可以在开始外科手术过程之前创建。可以从患者的解剖结构（例如，骨盆）的扫描来创建患者特定对准引导件214。对准引导件214可以具有至少一个表面，其基本上是患者的解剖结构的一部分的相反面，使得对准引导件214可以仅在一个取向上紧靠患者的解剖结构的该部分定位。

如以下更详细解释的那样，当对准引导件恰当地紧靠患者的解剖结构定位时，从患者的解剖结构的扫描创建对准引导件214可以提供已知的参考取向。通过当第一电子位置传感器耦合到骨盆时从第一电子位置传感器捕获位置信息以及当第二电子位置传感器耦合到患者特定对准引导件时从第二电子位置传感器捕获位置信息，以及当对准引导件处于紧靠例如患者的髋臼的适当位置时，可以由处理器206进行计算以引导髋关节假体（例如，髋臼杯植入物）相对于患者骨盆的期望的倾角角度和前向弯曲角度的放置。

为了提供这样的引导，第二电子位置传感器204还可以被配置成一旦在对准引导件处于适当位置的情况下捕获了参考数据，就与患者特定对准引导件214分离。然后，第二电子位置传感器204可以耦合到用于植入髋关节假体（诸如髋臼杯植入物）的仪器216。图2中图示的仪器216可以包括髋臼杯植入物216a和用于将其植入患者的髋臼内的冲击器216b两者。

在一个可替换实施例中，单个电子位置传感器可用于执行计算以引导髋关节假体（例如，髋臼杯植入物）相对于患者的骨盆的期望的倾角角度和向前弯曲角度的放置。可以从单个电子位置传感器接收信息以追踪相对于通过将单个电子位置传感器停靠到患者特定对准引导件而建立的参考位置的移动。一旦单个电子位置传感器已经建立了相对于患者的骨盆的参照框架，就可以将单个电子位置传感器移动到假体或仪器之一以确定假体或仪器的相对对准。该操作方法假设患者的骨盆或其它骨解剖结构在单个电子位置传感器从患者特定对准引导件移动到假体或仪器之一的时间期间不移动，这是因为由于没有耦合到其的第二电子位置传感器，其任何移动将不被追踪。尽管如此，相对于一些现有技术，例如那些纯粹依赖于外科医生估计的技术等，这种操作的方法仍然可以在放置假体方面提供增加的准确度和精确度。此外，通过在其中单个传感器耦合到患者的骨盆的配置与其中单个传感器耦合到仪器或植入物的配置之间重复地转移单个传感器，可以追踪骨盆随时间的移动。例如，骨盆的移动可以通过单个传感器在相同位置（例如，通过耦合到一个或多个销钉，如本文中所解释的那样）耦合到骨盆的第一时间与第二时间之间的位置改变来检测。

以上参考的计算可以由在处理器206上执行的术中软件提供。术中软件可以是特别设计和编码的程序，其可操作以读取从电子位置传感器202、204发送的信息；显示轴向或AP倾斜角度和/或绝对倾角和向前弯曲角度值；计算真实的倾角角度和向前弯曲角度；以及监测这些值中的任何值的改变。这些功能和过程可以以软件、硬件、固件或其任何组合来实现。该过程可以在可编程计算机上执行的一个或多个计算机程序中实现，所述可编程计算机包括至少一个数字数据处理器、由处理器可读的存储介质或存储器（包括，例如，易失性和非易失性存储器和/或存储元件）、用户输入设备（例如，上述传感器、键盘、计算机鼠标、操纵杆、触摸板、触摸屏或触控笔）以及一个或多个输出设备（例如，计算机显示器）。每个计算机程序可以是驻留在计算机的随机存取存储器中的代码模块中的指令的集合（程序代码）。直到由计算机需要，指令的集合可以存储在另一个计算机存储器中（例如，在硬盘驱动器中，或者在诸如光盘、外部硬盘驱动器、存储卡或闪速驱动器的可移动存储器中）或存储在另一个计算机系统上，并经由因特网或其它网络下载。

前述部件，以及特别是术中软件，可以与能够运行应用软件的数字数据处理器、PC或手持电子设备结合使用。不同种类、容量和特征的计算机如今在市场上可获得并且通常地采用。因此，计算机的特定选择仅仅是个人和个体选择，只要它能够运行术中软件。计算机处理器、PC或手持设备可以包括或连接到电子视觉显示器212，其可以显示传送和计算的测量结果。例如，视觉显示器可以是计算机的显示屏或手持设备的显示部分。

通常可以将任何或所有电子通信连接208提供为无线通信模式或采用通用串行总线（USB）和标准USB线缆的硬接线通信方式，或者通过无线和硬接线连接的任何组合来提供。例如，在一个实施例中，电子位置传感器可以无线连接到运行应用软件的计算机处理器、PC或手持电子设备，而电子视觉显示器可以硬接线连接到运行应用软件的数字数据处理器、PC或手持电子设备。在可替换实施例中，电子位置传感器可以接线在一起，并且在一些实施例中，可以接线到数字数据处理器以消除每个电子位置传感器包括无线通信模块和电池的需要。

为了更好地说明本公开的方法和系统，以下解释用于髋关节关节成形术的示例性过程的描述。虽然以下解释的过程利用了本公开的教导，但它决不是限制性示例。应当理解的是，以下描述的过程存在处于本公开的范围内的许多变化。此外，并且如上所述的那样，本公开的教导可以应用于将假体植入患者的身体的各种过程中的任何一种。这些可包括例如在各种解剖位置（例如，膝盖、髋关节、肩等）中的关节成形术手术。

图3图示了用于创建患者特定对准引导件（如图2中所示出的引导件214）的术前方法的一个示例。该过程通常通过执行对患者的解剖结构的至少一部分的扫描开始。在髋关节关节成形术的情况下，这样的扫描可以包括患者的骨盆和髋臼区的计算的断层摄影（CT）扫描。例如，这样的扫描可以产生在沿着与由图像定义的平面正交的轴的不同位置处拍摄的一系列2维图像。在其它实施例中，可以利用磁共振成像（MRI）扫描。

来自这样的扫描的数据可以被转移到一个或多个数字数据处理器，其能够运行计划软件以根据扫描数据创建患者的骨盆的3维模型。这样的转移过程可以包括用于中继数据的各种不同技术，包括例如物理介质（例如，光盘（CD）、闪速存储器驱动器或其它便携式存储介质）的手动转移或者将扫描数据上载到一个或多个联网的计算机或存储设备。无论如何实现转移，扫描数据都可以被使得由能够执行所需建模的一个或多个数字数据处理器可访问，如由图3的步骤302所示出的那样。注意的是，在一些实施例中，计划软件可以在用于执行术中软件的相同数字数据处理器或计算设备上执行（例如，计划软件和术中软件二者都可以是运行在数字数据处理器或计算设备上的应用软件的部分），而在其它实施例中可以利用分离的计算设备。在利用分离设备的实施例中，可以实现本文中描述的系统和方法的分布式使用。例如，患者和用户和/或执行计划软件的数字数据处理器可以位于不同的房间、建筑物、城市、州或国家中。而且，在例如执行患者的扫描与从扫描构造3维模型之间可以存在时间上的断开。

在步骤304，数字数据处理器可以执行转换以创建患者的解剖结构的至少一部分的3维模型，例如患者的骨盆的模型。作为该过程的一部分，该模型可以基于例如某些解剖标志的位置来定义患者的身体的解剖平面。例如，对于患者非骨盆的模型，骨盆轴（其是与图1的轴0平行的轴）可以通过穿过左和右髂前上棘（ASIS）画线来定义，以及其它轴可以确定为与其正交。计划软件还可以创建由用户期望的任何数量的其它轴和/或解剖平面。例如，在一些实施例中，外科医生或其它用户可能更喜欢参考由左和右ASIS以及左和右耻骨限定的前骨盆平面。可以在计划过程期间识别和创建该平面以及由用户期望的任何其它平面。

在步骤306，数字数据处理器（或另一处理器）可以采集患者的骨盆或其它解剖结构的实体模型，并在软件中创建患者特定对准引导件。患者特定对准引导件可以包括至少一个表面，该表面基本上是患者的解剖结构的至少一部分的相反面，使得对准引导件可以仅在一个取向上紧靠患者的解剖结构的该部分定位。而且，因为已经在3维模型中确定了患者的身体的解剖——或其它用户定义的——轴和平面，所以当对准引导件与其对应的患者的解剖结构的部分对接时，可以确定对准引导件相对于这些轴和平面中的任何一个或全部的位置。也就是说，患者特定对准引导件可在与对应的患者的解剖结构的部分对接时提供已知的参考位置/取向。

在相对于3维模型中的患者的骨盆确定对准引导件的取向之后，安装突出部的取向（分别参见例如图4、5和6中的404、504和604）可以根据用户期望设定。在一些实施例中，例如，不调整安装突出部的取向，但是注意用于安装突出部的倾角和向前弯曲的值以用于传输给外科医生或其它用户。在一些实施例中，例如，当制造对准引导件时，可直接或使用编码方案（诸如条形码、数字码等）将这样的值打印在对准引导件上。这些数字可以在外科手术时被读入在处理器206上运行的术中软件中，使得软件可以准确地将外科医生引导到用于植入物的期望的倾角角度和/或向前弯曲角度。在某些实施例中，关于对准引导件的信息可以经由网络连接（例如，下载）被发送到处理器206，而不是参考打印在引导件本身上的信息。例如，外科医生或其它用户可以输入引导件和/或患者识别码，并且可以将关于患者特定对准引导件的相关联数据加载到术中软件中。

在其它实施例中，外科医生可能大大提前于外科手术就知道倾角角度或向前弯曲角度的期望值，并且在这样的情况下，可以调整对准引导件上的安装突出部的取向以匹配期望的一个角度或多个角度。在这样的实施例中，外科医生仅需要在外科手术期间匹配对准引导件的取向而无需进行进一步的调整。

一旦在软件中创建对准引导件，就可以物理地制造它，如由步骤308所示出的那样。虽然可以利用各种制造过程中的任何一种来创建患者特定对准引导件，但是在一些实施例中，对准引导件可以适合于使用诸如三维打印等的增材制造技术的制造。采用这样的技术来制造对准引导件对于3维模型而言可以是有成本效益的、快速的和准确的。将理解的是，本领域可用的3D打印和其它快速原型制作或增材制造技术可以使用各式俱全的材料创建不同几何形状的部分。在一些实施例中，可以利用使用各种生物可兼容聚合物中的任何一种的3D打印。

使用3D打印或某种其它按需制造过程，外科医生或其它用户有可能在手术室以及同一天执行扫描、执行3维建模以及制造对准引导件的全部。然而，在许多情况下，提前于手术以及在与其的远程部位处执行扫描、建模和制造可能更高效。因此，在这样的实施例中，可以提前于过程将患者特定对准引导件递送给外科医生或其它用户，如由步骤310所示出的那样。

图4-6分别图示了患者特定对准引导件400、500和600的不同实施例。每个患者特定对准引导件共享一些公共特征，包括如上所述的安装突出部404、504和604的存在，所述安装突出部404、504和604可用于例如在过程期间将第二电子位置传感器204耦合到患者特定对准引导件。每个对准引导件还分别包括至少一个表面402、502、602，其被配置成基本上是患者的解剖结构的一部分的相反面。因此，当对准引导件400、500、600紧靠例如患者的髋臼按压时，它们将仅在一个取向上与其紧密配合或邻接，这是因为患者特定表面402、502、602分别仅匹配患者的解剖结构的特定部分。

然而，患者特定对准引导件可以被配置成与患者的解剖结构的不同部分对接，或者紧靠患者的解剖结构的不同部分定位。例如，患者特定对准引导件400、500均配置成延伸到患者的骨盆的髋臼窝中。另一方面，对准引导件600配置成接触患者的髋臼边缘的一个或多个部分，并且可以不一定如对准引导件400、500那样延伸到（或至少延伸到远如）髋臼窝中。

此外，安装突出部404、504、604可以分别彼此不同。安装突出部404和604例如提供另一个杆可以被放置于其中的套管，而安装突出部504包括沿着纵向轴L远离患者特定表面502延伸的杆。不管特定配置，安装突出部404、504、604分别可以配置成当对准引导件紧靠患者的对应解剖结构定位时，为将第二电子位置传感器204耦合到对准引导件提供准备。

患者特定对准引导件还可包括安装机构，诸如对准引导件500的安装斜道506。安装机构506可以提供安装表面以用于将第二电子位置传感器耦合到患者特定对准引导件或另一仪器。在一些实施例中，安装机构506可以配置成将第二电子位置传感器相对于安装突出部504的纵向轴L以一角度定位。在图示的实施例中，例如，该角度可以是约45度。可以包括这样的特征，因为在一些实施例中，当电子位置传感器维持在接近水平取向并且髋臼植入物的倾角角度通常接近约45度时，电子位置传感器可以更准确和/或精确。然后，安装斜道506用于在使用期间将第二电子位置传感器置于最佳可能取向。在一些实施例中，安装机构可以是可选择地可与患者特定对准引导件或其它仪器配合的分离部件，如图16A中所示出以及以下更详细地描述的那样。此外，在一些实施例中，可能不一定将电子位置传感器维持在接近水平取向以使其准确度和/或精确度最大化。例如，使用更先进的位置传感器芯片和/或软件算法来补偿任何不准确度可以消除维持接近水平取向的需要。因此，在一些实施例中，安装机构可以使电子位置传感器平行于安装突出部或其它仪器的纵向轴L来取向。保持传感器处于平行取向的分离安装部件的一个示例在图16B中示出。

患者特定对准引导件600图示了一些实施例的另一特征：用于接收外科手术销钉的钻孔606。包括这样的钻孔606可以允许在使用期间将对准引导件临时固定到患者的髋臼或解剖结构的其它部分。这不是必要的，因为用户可以简单地将对准引导件保持在适当位置，但是它可以提供更稳定（例如，创建可能摆脱第二电子位置传感器的测量结果的较不精细的移动）以及空出外科医生或其它用户的手以用于其它任务的优点。将理解的是，钻孔606可以沿着对准引导件定位在任何位置，并且多于一个钻孔和外科手术销钉可以用来将引导件临时固定到患者的骨骼结构。

图7-16图示了根据本公开的教导的外科手术过程的一个实施例。这样的过程通常在外科医生或其它用户已经接收到患者特定对准引导件以在手术中使用之后执行。该过程可以以外科医生准备患者的骨盆或其它骨解剖结构以接收第一电子位置传感器202开始。这可以通过将例如第一和第二外科手术销钉804、806驱动到骨盆或其它骨解剖结构800中来完成。本文中描述的系统和方法的一个优点是销钉804、806可以放置在患者的骨盆或骨解剖结构上的任何位置，并且该位置可以留给外科医生的选择。植入的位置可以例如通过个人偏好、易于接近、外科手术方法等来驱动。例如，图8、10和12-15的图示可以是用于患者侧躺情况下的侧向方法的适合配置。例如图17中所示出的配置的不同的方法可以是用于患者仰面躺着情况下的前方法的适合配置。在这样的取向中，植入患者的骨盆中的外科手术销钉可以从图8、10和12-15中所示出的取向旋转90°。在以上参考的现有技术中，销钉必须精确定位，使得与其耦合的电子位置传感器以特定方式与患者的身体的解剖平面或轴对准。利用本文中描述的系统和方法，与患者的解剖平面的关系在3维模型中确定，并且其与患者特定对准引导件的关系是已知的。因此，第一电子位置传感器202仅需要用作患者的骨盆或其它骨解剖结构上的固定参考，并且也不需要直接参考患者的身体的解剖平面或轴。这显著地简易了系统的使用、降低了对于外科医生或其它用户而言的复杂性，并消除了过程中潜在的错误源。

虽然第一电子位置传感器202不需要相对于患者的骨盆或其它骨解剖结构定位在特定位置，但是可能期望防止第一电子位置传感器相对于骨盆移动。在一个实施例中，这可以通过将销钉804和806以平行取向放置到患者的骨盆中来实现，使得它们可以有效地与电子位置传感器中的通孔对准并限制可以放置在其上的任何电子位置传感器的移动。为了确保销钉彼此平行定位，可以利用销钉引导件。图9图示了用于将销钉放置在患者的解剖结构上的这样的销钉引导件900的一个实施例。销钉引导件900可具有水平基部902，其具有两个平行且相等长度的远离基部延伸的套管906、908。套管906、908可以布置成使得它们可以用于接触患者的骨骼以允许销钉被插入（例如，穿过每个套管插入一个），使得传感器可以经由销钉附接到骨骼。

在使用中，外科医生可以例如选择在不使用引导件的情况下将第一销钉（例如，销钉804）插到患者的骨盆中。为了将第二销钉（例如，销钉806）以平行取向放置，销钉引导件900可以在第一销钉之上滑动，使得第一销钉延伸穿过第一套管（例如，套管906）。然后可以通过第二未占用套管（例如，套管908）将第二销钉驱动到患者的骨盆或其它骨解剖结构中。然后，外科医生或其它用户可以通过在销钉804、806之上将销钉引导件900从患者的皮肤滑离而撤回销钉引导件900，由此使销钉以平行取向被驱动到患者的骨盆或其它骨解剖结构中。

在另一实施例中，外科医生或其它用户可以在将销钉804、806中的任一个驱动到骨骼中之前相对于患者的骨盆或其它骨解剖结构定位销钉引导件900。在这样的实施例中，例如，销钉引导件900的两个套管906、908可以穿过由外科手术刀在患者的骨盆或其它骨解剖结构上的预定位置之上形成在皮肤中的两个切口（例如，在一些实施例中为3mm切口），直到两个套管906、908的顶端与骨骼形成接触。然后，外科手术销钉804、806可以穿过套管906、908并被驱动到骨盆或其它骨解剖结构中。当销钉被放置在骨盆或其它骨解剖结构中时，两个套管906、908的顶端可保持与骨骼相接触。然后可以移除销钉引导件900，留下图8中所示出的配置。

在其它实施例中，可以利用消除对销钉引导件的需要的不同的销钉配置。例如，在一些实施例中，单个外科手术销钉可以与例如允许一个或多个电子位置传感器被牢固地耦合到外科手术销钉的联接器或其它部件一起使用。在一些实施例中，联接器可以配置成防止例如位置传感器围绕销钉的旋转。在其它实施例中，可以利用准许传感器相对于销钉的选择性调整的联接器。图20A中示出了这样的实施例的一个示例，其中利用单个销钉2006将第一电子位置传感器2002耦合到骨盆或其它骨解剖结构2000。传感器2002可以包括U形接头2020、球形接头或另一机构，其可以允许传感器的取向相对于销钉2006的调整（例如，围绕销钉旋转、沿销钉的长度滑动以及横向于销钉围绕轴转动）。这样的机构还可以包括一旦实现期望位置就选择性地锁定以及防止任何和所有程度的移动的能力。

在已经准备患者的骨盆或其它骨解剖结构800以接收一个或多个电子位置传感器的情况下，外科医生或其它用户可以继续使用图7中所示出的方法。这样的过程中的第一步可以是启动系统并同步第一和第二电子位置传感器202、204，如步骤702所示出的那样。启动系统可以包括，例如，将平板电脑或运行术中软件的其它设备的处理器206上电。呈现给外科医生或其它用户的初始界面可以提示用户输入患者和/或患者特定对准引导件的识别信息。这可以包括，例如，输入患者识别码、输入打印在患者特定对准引导件上的码、扫描条形码或伴随患者特定对准引导件的其它标记等。在输入这样的识别信息时，术中软件可以将信息加载到存储器中，所述信息诸如当患者特定对准引导件处于紧靠患者的解剖结构的适当位置时的患者特定对准引导件的倾角角度和向前弯曲角度。在一些实施例中，可以手动输入该信息（例如，在其中这样的信息（而不是患者识别或其它码）直接打印在患者特定对准引导件上的实施例中），而在其它实施例中，可以使用例如患者识别码访问正确的信息而经由网络连接从数字数据存储库下载该信息。

术中软件还可以提示用户输入期望的倾角角度、向前弯曲角度、组合前倾角度等，如果在恰当定位时它们与患者特定对准引导件的角度不同的话。输入这样的信息可以允许术中软件执行计算并提供朝向期望位置的引导，同时基于由患者特定对准引导件提供的角度使外科医生或其它用户免于在头部中执行计算。

除了启动术中软件之外，第一和第二电子位置传感器202、204的同步可以增加它们的精确度，这是因为可以抵消测量的任何差异。通过进一步解释，在第一和第二电子位置传感器202、204中利用的类型的惯性传感器可能遭受与彼此的变化（例如，当在相同方向上取向时，每个传感器可能报告其取向上的小差异），并且该变化可以随时间改变（例如，位置传感器元件随时间可能经历漂移，通常关于围绕垂直轴的运动（例如，方向）更加如此，其取决于围绕垂直轴的陀螺仪和/或磁力计）。同步传感器可以消除任何固有的变化，并且可以在过程开始时将任何漂移错误重置为零。

可以以各种方式完成将第一和第二电子位置传感器202、204彼此同步。例如，在一些实施例中，系统200可包括堆叠托盘（未示出）或其它固定件以使两个传感器202、204以相同的取向对准。可替换地，传感器202、204可以在已经植入患者的骨盆或其它骨解剖结构800中的销钉804、806上方在彼此之上堆叠。这样的取向在图10中示出。在一些实施例中，将传感器堆叠在销钉804、806上可以提供使由后续步骤（参见下文）中的第二传感器行进的距离最小化的优点。这可以减少由传感器相对于彼此的过度移动可能引入的任何漂移或错误的量。

图11更详细地图示了电子位置传感器1100的一个实施例。传感器1100可包括壳体/外壳1102，其包含传感器的各种部件，如下所述。壳体/外壳1102还可包括形成在其中的多个通孔1104、1106，其可配置成接收外科手术销钉804、806。可以选择孔1104、1106和销钉804、806的间距连同其直径，使得禁止传感器1100与销钉804、806之间的相对移动。

本文中描述的电子位置传感器单元可以是廉价的、高度准确的、能够与在计算机处理器、个人计算机（PC）或手持电子设备（例如，智能电话或电子平板电脑）上运行的术中软件程序通信的数字部件，以准确地确定骨盆倾斜以及天生髋臼和假体的倾角角度和向前弯曲角度两者。这些角度的确定还可以由外科医生经由便携式数字视觉显示器看到和读取，由此移除对于PC的需要。在一个实施例中，测量系统可以连续地监测患者的骨盆位置，并且由于这种能力的结果，外科医生可以有效地确保髋臼假体在宿主的天生骨骼内的准确的角放置，而不会损害重构关节的稳定性。

在一些实施例中，第一电子位置传感器202可以是微机电系统（MEMS）多轴位置传感器，其以所有三个轴0-2校准。例如，测量轴1和轴2中的位置可以分别揭示骨盆轴和AP倾斜。作为另一示例，轴0中的测量位置可以用作用于计算假体髋臼杯的向前弯曲角度的参考轴。如上所述，第一电子位置传感器202可以使用例如固定销钉804、806来在任何期望的位置处耦合到骨骨盆（或者在对于膝盖、手腕、肩或身体的其它部分的手术的情况下耦合到其它骨解剖结构）。在一个实施例中，传感器202可以与运行术中软件的计算机处理器、PC或手持电子设备无线地通信。

第二电子位置传感器204可以是与第一电子位置传感器单元非常相似的电子位置和旋转传感器，并且其还可以被校准以在所有三个轴0-2上进行数字测量。第二传感器204可以测量绝对角度以用于确定作为单个电子计算的髋臼假体植入物的位置。当第二传感器204与第一传感器202组合使用时，可以由术中软件计算真实的倾角角度和向前弯曲角度。在一个实施例中，第二传感器204可以与运行术中软件的计算机处理器、PC或手持电子设备无线地通信。在一个实施例中，第二传感器204可以与第一传感器202无线地通信。

如以下经由示例性髋关节关节假体外科手术所描述的那样，第二传感器单元204可以主要集中在确定患者特定对准引导件和髋臼假体在每一个被植入应有位置时的位置。为了实现这一点，第二传感器单元204通常可以耦合到患者特定对准引导件或杯冲击器或其它插入仪器，以便在该时刻及时示出植入的假体的真实位置和放置取向。

因此，第二传感器单元204可以测量两个不同参数两者的绝对角度：（i）然后针对宿主的髋臼（即，患者的髋关节窝）存在的绝对角度；以及（ii）然后由外科医生植入的髋臼假体的绝对角度。

本文中使用的电子位置传感器202、204可以具有至少一个取向传感器和至少一个发射器或无线天线。发射器可以是用于将信息（包括无线地）发射到计算机或平板电脑的各种类型中的任何一种。在一个实施例中，第一和第二电子位置传感器202、204中的每一个可包括蓝牙收发器。取向传感器可以优选地指定传感器关于正交轴（诸如x-y-z轴）的倾斜和关于外部场的方位。在一些实施例中，由第一和第二电子位置传感器202、204测量的外部场可以是地球的磁场。

作为进一步示例，本文中描述的电子位置传感器可以包括下列部件：倾斜传感器模块和内置于MEMS（微机电系统）芯片中的方向传感器模块、用于无线通信的蓝牙模块、用于操作系统的微控制器单元、内部电源以及可将其它部件放置在其上的印刷电路板。

在示例性实施例中，倾斜传感器可以是能够在三个不同轴上测量来自真实水平面的倾斜的角度的加速度计。它可用于感测患者的骨盆离垂直位置的位置和倾斜的角度。它还可以用于感测植入物离水平面的倾斜的角度。

方向传感器可以是能够示出物体的轴的方向的数字磁力计。传感器可用于感测骨盆的方向。当附接到用于放置杯的仪器时，附加传感器可以感测髋臼杯的植入物矢量。

示例性设备可以包括3D数字线性加速度传感器、3D数字陀螺仪和3D数字磁传感器。在一些实施例中，可以在不使用磁传感器的情况下执行操作以避免来自手术室中的金属物体的干扰等。来自这样的系统的输出可以在软件、固件等中转换成由本文中描述的系统和方法利用的倾斜数据。

在一些实施例中，设备可附加地包括监测手术腿2001的长度的任何改变的特征，如图20A中所示出的那样。例如，传感器可用于协助外科医生测量外科手术期间手术腿长度的任何差异，以帮助校正任何预先存在的腿长度不等和/或以避免任何不期望的术后腿长度改变或不合。在一个示例性实施例中，如上所述的可固定到患者的骨盆的第一电子位置传感器2002可包括腿长度传感器，其配置成检测第一传感器2002与第二电子位置传感器2004之间的距离，其可以在脱位之前或在假体植入之后被耦合到患者的股骨（例如，一些实施例中的股骨的较大的转子）。可以采用各种腿长度测量传感器，包括利用激光、超声、射频或红外信号、磁场和诸如线缆位置变换器和线性编码器的物理部件的传感器。在一些实施例中，可以采用基于激光的腿长度测量传感器。这样的传感器可以包括例如激光发射器2014a和接收器2014b。可以瞄准激光发射器2014a，使得射束2016从第二传感器2004反射并返回到接收器2014b。因为第一传感器2002的激光发射器2014a和接收器2014b之间的距离可以是固定的，所以可以使用三角法基于在接收器2014b的焦平面中检测到反射激光射束2016的位置来计算第一电子位置传感器2002到第二电子位置传感器2004之间的长度L。

第一电子位置传感器2002和第二电子位置传感器2004可附加地配置成在股骨脱位之前和假体植入之后这两个情况下检测股骨偏移。在一个实施例中，第一位置传感器2002可以包括激光发射器或其它光源，其在某些情况下可以与用于腿长度测量传感器的上述激光发射器2014a分离。第二电子位置传感器2004可包括光接受器阵列2012，其可检测从第一电子位置传感器2002发射的激光射束。光接受器阵列2012可以是光接受器的二维阵列，其能够单独地检测来自激光的输出。可以将检测激光的特定接受器记录在存储器中，并且可以利用在过程之前和之后接受器在其中检测激光的改变来计算股骨偏移的改变。在一些实施例中，第一和第二电子位置传感器2002、2004的面2002a、2004a可以取向成使得它们彼此平行以确保任何激光射束2016或其它信号或测量设备被恰当地对准以计算图20A中示出的长度L和/或偏移O。为此目的，第一和第二传感器2002、2004中的一个或多个可包括U形接头2020，其准许传感器围绕两个轴转动，这参考传感器2002图示为R₁和R₂。

如上所述，基线长度L可以在手术前（例如，在股骨脱位之前）测量以及在手术期间（例如，在经由试验或最终的假体杯和/或股骨部件将股骨重新接近到骨盆之后）重复测量，以确保不存在术后腿长度不合（或腿长度测量结果上存在期望的改变）。基于由从第一传感器2002发射的激光激活光接受器阵列2012中的哪个接受器，可以确定股骨偏移O连同腿长度L或者与其分离。处理器可以将2D光接受器阵列2012内的激光的检测的改变转变成股骨偏移改变的测量结果。与腿长度测量结果一样，基线偏移可以在术前术中测量，以计算由过程引起的股骨偏移的任何改变。在一个实施例中，可以在启动图7中所示出的手术方法之前采集术前腿长度和偏移测量结果。例如，一个或多个外科手术销钉或另一安装机构可以放置在患者的骨盆和股骨中的每一个中，以提供用于耦合第一和第二传感器2002、2004的固定点。腿长度和偏移测量结果可以如上所述的那样采集。然后可以从销钉移除传感器2002、2004，股骨可以从骨盆脱位并准备接受股骨假体，并且图7的过程可以在骨盆的暴露的髋臼杯上执行。注意在植入之后，销钉可以保留在患者中，直到过程结束，使得相对于解剖结构的每个部分的相同传感器定位可以用于后续的测量。

在图20B中图示的可替换实施例中，第二电子位置传感器2004'可包括采用印刷或雕刻网格形式的视觉引导件2012'，以用于股骨偏移O的视觉确定而不是基于光接受器阵列2012的计算确定。例如，可以从第一传感器2002'发射可见光目标激光2014'，并且可以在视觉引导件2012'上观察激光射束。然后，操作者可以基于目标引导件上的目标激光的位置来读取（如果视觉引导件2012'如此标记）或计算偏移测量结果。这样的实施例可以通过允许消除上述光接受器阵列2012来提供优点，这可以允许第二位置传感器2004'较小并且需要较少的能量来操作。在某些实施例中，视觉引导件2012'也可能根本不包含标记（例如平坦表面），并且用户可以利用标记或其它仪器来标记表面以指出偏移测量结果。当然，这样的标记也可以在视觉引导件2012'上进行。

在其它实施例中，传感器可以配置成测量腿长度L而不包括股骨偏移。在这样的实施例中，第二传感器2004可以具有减小的大小，这是因为不需要光接受器阵列2012或包括视觉引导件2012'的表面。代替地，第二传感器2004可以简单地用作上述第一传感器2002的激光测距仪的反射性目标。如本中文所述，在这样的实施例中的第二传感器2002可以包括MEMS位置检测传感器，以用于其中采用双传感器的实施例中，或者它可以仅仅是用于其中采用单个传感器的实施例中的反射性目标。

在一些实施例中，蓝牙模块可以包括在电子位置传感器中并用于在传感器与运行术中软件的中央处理器单元（诸如PC、平板电脑等）之间提供无线通信模式。它可以将原始数据从传感器无线地转移到数字数据处理器，其中术中软件可以接收数据并计算骨盆和植入物的位置角度。可以提供图形用户界面以向用户示出数据。

在可替换实施例中，两个电子位置传感器可以接线在一起。有线连接的使用可以有利地允许较不易受干扰和其它传输错误的恒定连接。此外，移除蓝牙或其它无线通信模块可以减小电子位置传感器的整体大小。而且，在一些实施例中，第二电子位置传感器可能不需要电池来支持无线连接，因此可以进一步减小第二电子位置传感器的整体大小。在其它实施例中，两个电子位置传感器可以接线到彼此，并且电子位置传感器中的一个或多个可以接线到数字数据处理器。在其中所有部件以这种方式接线在一起的实施例中，蓝牙或其它无线通信模块可以从两个电子位置传感器移除。此外，如果有线连接支持数据和电力两者，则电子位置传感器可以在不需要电池的情况下操作，这可以允许减小两个部件的大小。

微控制器单元可以管理传感器的主要电子部件的所有功能和性能。

电子位置传感器的电源可以是可以向传感器提供充足电力的各种电池中的任何一种。考虑到感测和传输数据的需求以便为外科医生提供（例如，关于患者的骨盆的倾斜的）实时信息，具有高能量密度和/或容量的电池（诸如有时在诸如相机和玩具指令的产品中使用的那些电池）可以优选于具有较低能量密度和/或容量的电池。另外，为了实现足以使传感器在整个外科手术中使用的电池寿命，可以调整蓝牙模块的固件以优化其能量使用，并且可以添加振荡器以帮助控制功耗。例如，典型的蓝牙收发器功耗分布可以包括初始尖峰，之后是较低的平稳段。因此，可以执行优化以确定最有效的操作模式是连续传输（即，在分布的“平稳段”处操作）还是重复的传输和睡眠循环。在其它实施例中，可以有利地或使用例如类似蓝牙LE的低能量协议来避免这样的修改。此外，在其中使用有线连接的实施例中，可以不需要电池并且可以提供专用电源。这样的专用电源可以是计算机或到电源的直接连接。

回到图7中图示的外科手术方法，在步骤704，外科医生或其它用户可以将专利（patent）特定对准引导件装配到患者，使得其患者特定表面与其进行镜像的患者的解剖结构的部分对接。图12图示了被定位在患者的骨盆800的髋臼802内的患者特定对准引导件500。注意的是，此时，第一和第二电子位置传感器202、204可以保留堆叠在外科手术销钉804、806上，或者可以放置在远离患者的保持托盘或其它容器中。还要注意的是，上述的和图7的步骤702示出的同步过程在一些实施例中可以在定位患者特定对准引导件之后执行。而且，在一些实施例中，一个或多个外科手术销钉可被驱动到髋臼、髋臼边缘或环绕髋臼的髋臼周围区域中，以在使用期间固定对准引导件500。

在图7的步骤706，外科医生或其它用户可以将第一电子位置传感器202移动到外科手术销钉804、806——如果尚未定位在那里——并且可以将第二电子位置传感器204移动到患者特定对准引导件500。这可以例如通过将第二电子位置传感器204的通孔放置在从安装机构506突出的两个销钉（未示出）上来完成。

在第二电子位置传感器204的这种移动期间，位置和角度数据可以被发送到处理器206以追踪第二电子位置传感器204的移动。可替换地，在一些实施例中，移动期间的数据转移可能不会发生，并且传感器仅在移动完成之后才能发送关于其位置和/或取向的改变的数据。完整移动的检测可以自动地（例如，通过检测角或位置测量的改变率）或者手动地（例如通过用户按压显示器/界面212上的按钮）完成。

无论如何启动运动捕获或以其它方式实现运动捕获，当处于图13中所示出的配置时，处理器可以从第一和第二电子位置传感器202、204接收位置和取向数据，如图7的步骤708中所示出的那样。这可以用作参考位置，其可以在移除患者特定对准引导件500并且将髋臼植入物插入其位置中之后返回。而且，因为当患者特定对准引导件在适合的位置时对准引导件500与患者的身体的解剖平面/轴之间的相对角度是已知的，所以第一和第二电子传感器202、204的参考位置可以通过由处理器206执行的计算与相对于患者的身体的解剖平面/轴的角度相关。这可以允许处理器206经由例如显示器/界面212上示出的数据将外科医生或其它用户引导至具有期望的倾角角度和/或向前弯曲角度的植入物取向。

在图7的步骤710，第一和第二电子位置传感器202、204可以移动回到备用位置，例如，其中两个传感器堆叠在销钉804、806上或远离患者的固定件上的位置，以及患者特定对准引导件500可以从骨盆800的髋臼802移除。这样的布置在图14中示出。此时，可以执行植入物的任何必要准备，例如修孔等。冲击器216b或其它插入仪器可以耦合到髋臼杯植入物216a或其它假体并准备好以供插入到髋臼802中。该过程可以包括将第二位置传感器204耦合到冲击器216b，使得第二位置传感器可以发送关于冲击器216b和与其耦合的植入物216a的位置的数据。

在图7的步骤712以及如图15中所示出的那样，假体216a可以使用冲击器216b插入患者的骨盆800的髋臼802中。第一和第二电子位置传感器202、204可以将位置和取向数据发送到处理器206，所述处理器206可以计算患者的骨盆或假体/冲击器的当前、实时位置和/或取向，以及向外科医生或其它用户提供关于其位置和取向的任何改变的实时更新。使用由处理器206执行的计算，可以关于骨解剖结构（即，骨盆）或任何期望的平面（包括例如矢状、冠状或横向平面，以及由用户期望的任何其它平面，诸如以上讨论的前骨盆平面）显示这样的位置和/或取向信息。

注意图15图示了第二电子位置传感器204以其相对于患者特定对准引导件500的安装突出部取向的类似方式（即，以维持传感器204更接近于水平取向的角度，其中其精确度和/或准确度被改进）来相对于冲击器216b取向。然而，如上所述，在一些实施例中，由于使用具有较高准确度和/或精确度的改进的电子位置传感器，或者由于实现了补偿在苛刻的定位角度处引入的任何错误的算法，所以不需要维持这样的取向。

为了将传感器204耦合到可能不旨在与这样的传感器一起使用的设备，可以包括安装适配器1602。如图16A和16B中所示出的那样，安装适配器1602（或具有不同取向角度的1604或1614）可以配置成使用由拇指旋钮1606控制的压缩装配耦合到任何大致延长的冲击器或其它仪器。适配器1602可包括安装表面1608，所述安装表面1608以一角度从接收仪器杆的通孔延伸。安装表面可以提供附接位置以及锁定机构，以将第二电子位置传感器耦合到植入物放置仪器，例如杯冲击器。在一些实施例中，多个销钉1610、1612可从安装表面1608延伸。销钉1610、1612可以与销钉804、806类似地间隔开并确定大小，以便在其上接收第二电子位置传感器204并防止传感器204与适配器1602之间的相对移动。安装表面1608可以以任何角度从通孔延伸，包括其中安装表面平行于通孔（例如，参见图16B的适配器1614）、与其垂直的取向，以及相对于其以45°的角度（例如，参见图16A的适配器1602）以及任何中间角度延伸。

在图7的下一个图示步骤（步骤714）中，外科医生或其它用户基于由显示器/界面212提供的反馈来调整假体的对准，以达到期望的倾角角度和/或向前弯曲角度和/或假体的组合前倾角度。图17和18更详细地图示了该过程的一个实施例，其中示出了具有“目标”图形的示例性显示器1700，以在使用冲击器216b将髋臼杯植入物216a定位到期望位置中时帮助引导外科医生或其它用户。在一些实施例中，可以基于从耦合到患者的骨盆的第一位置传感器202和耦合到冲击器的第二位置传感器204接收的数据实时计算和更新图形，包括沿其右侧的当前和期望的角测量。注意在图17的图示中，第二传感器204示出为在平行于其纵向轴的取向上耦合到冲击器216b，如上所述的那样。

参考图18中示出的显示器1700的详细视图，“目标”引导图形1802可以居中定位，以向外科医生或其它用户提供关于假体的定位的可容易确定的视觉引导。在一些实施例中，图形可以包括颜色编码，使得象征假体的位置/取向的定位点1804可以是彩色的，例如，如果在期望或计划角度的5°（或更小）内则为绿色，如果在5-10°内则为黄色，以及如果距离期望或计划角度10°以上则为红色。

在显示器1700的右手侧可以是外科手术方法和手术侧（例如，右或左髋关节等）的指示1806或其它识别信息，例如患者ID、患者特定对准引导件ID、假体ID等。还可以沿显示器1700的底部部分1808包括进一步的信息。显示器还可以包括示出数字假体位置和取向信息的部分。示例性测量可包括实际的倾角角度1810和实际的向前弯曲/前倾角度1812，以及计划的倾角角度1814和计划的向前弯曲角度1816。后面的角度可以是由用户经由界面（例如，平板设备的触摸屏等）可调整的。

此外，显示器1700可包括示出骨盆的前/后倾斜1818和轴向倾斜1820的部分。这可以例如基于从第一电子位置传感器202捕获的数据和第二电子位置传感器204在耦合到患者特定对准引导件时的已知取向来计算。结果是向外科医生或其它用户示出假体的取向、患者的骨盆的取向以及朝向假体的期望位置的引导的显示器。

一旦已经实现期望的位置和取向，外科医生或其它用户就可以使用常规方法将植入物固定在适合的位置。如图7的步骤716中所指出的那样，在固定之后，外科医生可以选择保存假体的最终定位信息。然而，在一些实施例中，可以利用附加的固定元件（诸如螺钉、水泥或本领域中已知的其它方法）将假体固定到患者，如由图7中的步骤718所示出的那样。通常，从假体移除冲击器216b或其它插入仪器以促进任何固定方法的应用。在某些情况下，这样的安装可能引起植入物的移动，因此外科医生或其它用户也可能在安装任何螺钉或其它固定元件之后选择重新附接冲击器216b或其它插入仪器以测量和保存假体的最后最终位置和/或取向，如图7的步骤720中所示出的那样。

以上示例性描述经由患者的解剖结构的3D扫描的使用以及患者特定对准引导件的后续创建来提供患者特定信息，所述患者特定对准引导件可用于在外科手术过程期间确定参考位置。在另一个实施例中，可以利用术中X射线或患者的扫描来在外科手术期间产生患者特定参考对准信息，而不使用分离的患者特定对准引导件。

图19图示了这样的方法的一个实施例。该方法可以针对步骤中的若干类似于图17中所示出的方法，包括步骤1902的系统启动和电子位置传感器同步过程。然而，代替继续使用患者特定对准引导件，该方法可以包括将假体耦合到插入仪器（步骤1904）、将一个位置传感器耦合到插入仪器而另一个耦合到患者的骨解剖结构（步骤1906）、利用仪器插入假体（步骤1908）、以及从位置传感器捕获位置和取向信息（步骤1910）。

执行这些步骤可以提供两个电子位置传感器之间的相对位置和取向信息，但是不提供特定于患者的解剖结构的位置和取向的参考。为了确定该参考，可以在假体紧靠骨解剖结构（例如，患者的骨盆的髋臼）或在其内定位的同时采集一个或多个术中X射线图像，如步骤1912中所示出的那样。使用这些图像，可以针对假体的当前位置测量绝对倾角角度、向前弯曲角度等。在2011年7月21日提交的题为“INDEPENDENT DIGITAL TEMPLATINGSOFTWARE, AND METHODS AND SYSTEMS FOR USING SAME”(atty. docket no. 112428-2)的美国专利申请No.13/187,916中提供了可以适于执行这样的测量的软件的示例，所述申请的全部内容通过引用并入本文中。

可以将测量的角度输入或以其它方式传送到术中软件，如步骤1914中所示出的那样。术中软件可以追踪植入物的进一步移动并提供计算的位置和取向信息，诸如倾角角度、向前弯曲角度、组合前倾角度等。这可以允许用户基于由术中软件显示的信息来调整假体的定位和/或对准，如步骤1916中所示出的那样。一旦实现了期望的位置和取向，就可以植入、固定假体，并且可以以与上述类似的方式保存最终定位信息。

尽管上述方法包括从两个电子位置传感器——一个耦合到植入仪器而另一个耦合到患者的骨盆或其它骨解剖结构——收集信息，但在另一个实施例中，由术中X射线图像建立的参考位置可以与耦合到植入仪器的单个电子位置传感器结合使用。也就是说，从单个电子位置传感器接收的信息可用于追踪相对于从术中X射线图像建立的参考位置的移动。该手术方法在假设患者的骨盆或其它骨解剖结构在过程期间不移动的情况下操作，这是因为由于没有与其耦合的第二电子位置传感器而不会追踪其任何移动。尽管如此，相对于一些现有技术，例如那些纯粹依赖于外科医生估计的技术等，这种手术方法仍然可以在放置假体方面提供增加的准确度和精确度。

各种可替换实施例也是可能的。例如，如图20A中所示出的那样，第一和第二电子位置传感器2002、2004中的每一个可以分别使用单个销钉2006、2007安装到患者的骨盆2000或股骨2001。电子位置传感器2002、2004中的每一个可以具有U形接头2020，其准许传感器围绕两个轴转动，这参考传感器2002图示为R₁和R₂。第一和第二电子位置传感器2002、2004可以各自具有在近似15.0mm至近似35.0mm范围内的高度和宽度。在一个实施例中，第一和第二电子位置传感器2002、2004中的每一个可具有近似25.0mm的高度和宽度。第一和第二电子位置传感器2002、2004可以采用各种传感器来测量术前和术中腿长度L和股骨偏移O两者。例如，在股骨与患者的骨盆脱位之前在图7中所示出的步骤之前，可以执行腿长度和股骨偏移的术前测量。因此，当试验和/或最终假体部件装配到患者时，可以保存参考测量结果以建立用于术中比较的基础。

如上所述，在一些实施例中，基于激光的传感器可用于执行腿长度测量和股骨偏移测量中的一个或多个。各种不同的配置是可能的。例如，第一电子位置传感器2002可包括激光发射器2014a和接收器2014b以执行腿长度测量。在一些实施例中，激光发射器2014a可以是不可见光射束，在这样的实施例中，可以在第一传感器2002中包括另外的可见光目标激光器（未示出）以帮助将第一和第二传感器2002、2004相对于彼此定位。在一些实施例中，第二电子位置传感器2004可包括接收器2012，其配置成检测来自激光发射器2014a的射束2016或可见目标激光以确定股骨偏移，如上所述。在其它实施例中，可以改变这些和其它部件的布置，使得例如第二电子位置传感器2004可以包括一个或多个激光发射器以及第一电子位置传感器2002可以包括接收器。另外，第一和第二位置传感器2002、2004的位置可以颠倒，使得第一传感器2002可以耦合到患者的股骨，以及第二传感器2004可以耦合到患者的骨盆。接收器2012可包括光接受器的二维阵列。可以包括任何数量的光接受器。在使用中，第一电子位置传感器2002可以瞄准第二电子传感器2004，使得第一和第二电子传感器2002、2004的相应面2002a、2004a彼此平行。第一电子位置传感器2002上的激光发射器2014a可以被激活并指向第二位置传感器2004的面2004a。光射束2016可以从第二位置传感器2004的面2004a反射，并且可以由第一电子位置传感器的接收器2014b检测。与第一电子位置传感器2002通信的处理器可以计算从第一电子位置传感器2002到第二电子位置传感器2004的距离L。此外，激光光2016可以由光接受器阵列2012中的接受器检测，并且基于阵列中的哪个接受器检测到光，处理器可以计算股骨偏移测量结果O。在其中激光发射器2014a发射不可见光的实施例中，可以采用分离的可见光目标射束来帮助用户让两个传感器2002、2004取向，并且在一些情况下，来激活接收器阵列2012的光接受器。

在一个或多个外科手术销钉（诸如销钉2006、2007）固定到患者的骨盆（例如，骨盆的髂嵴附近）以及固定到患者的股骨（例如，在股骨的较大转子中）之后，可以在股骨脱位之前采集腿长度和股骨偏移的第一测量结果。然后，手术可以如上所述并且如图7中所示出的那样继续。可以结合步骤714和720记录腿长度和股骨偏移的附加测量结果，以确保假体在结束过程之前恰当地对准。

在图21中所示出的另一可替换实施例中，一个有源电子位置传感器2102可以与反射器2104结合使用。电子位置传感器2102可以基本上类似于第一电子传感器2002，包括用于测量患者的腿长度的激光发射器2114a和接收器2112。反射器2104可以具有能够将进入的激光信号2116a反射回到电子位置传感器2102的表面2118（反射的射束示出为2116b），但是在其它方面不能包含其它电子部件。在这样的实施例中，反射器2104可以使用销钉2107放置在患者的股骨2101上（例如，在较大的转子上），以准许系统确定初始的术前腿长度测量。电子位置传感器2102上的激光发射器2114可以被激活并指向反射器2104。激光射束2116a可以从反射器2104的面2118反射，并且由接收器2112在电子位置传感器2102处接收回来（如由射束2116b所示出的那样）。基于反射射束2116b在接收器2112的焦平面中的位置以及激光发射器2114与接收器2112之间的已知距离，可以计算电子位置传感器2102与反射器2104之间的距离L。在腿长度测量之后，电子位置传感器2102可以在销钉2106与患者特定对准引导件或假体定位仪器之间重复地交换，来以与上述方式类似的方式追踪髋关节假体的定位。

在使用中，来自单个电子位置传感器2102的信息可用于追踪患者和/或仪器、假体或其它工具相对于患者的移动以及通过将单个电子位置传感器2102停靠到患者特定对准引导件而建立的参考位置，所述患者特定对准引导件以已知方式与患者的解剖结构对接。在这样的实施例中，这种操作方法在假设患者的骨盆或其它骨解剖结构在单个电子位置传感器从患者特定对准引导件移动到假体或仪器之一的时间期间不移动的情况下操作，这是因为由于没有耦合到其的第二电子位置传感器而不会追踪其任何移动。尽管如此，相对于一些现有技术（例如，纯粹依赖于外科医生估计的那些技术等），这种手术方法仍然可以在放置假体方面提供增加的准确度和精确度。而且，在其它实施例中，该方法可以包括在其中单个传感器耦合到患者的骨盆的配置与其中单个传感器耦合到仪器或植入物的配置之间重复地转移单个传感器，并且可以追踪随时间的骨盆和仪器中的每一个的移动。例如，骨盆的移动可以通过单个传感器在相同位置（例如，通过耦合到一个或多个销钉，如上所解释的那样）耦合到骨盆的第一时间与第二时间之间的位置改变来随时间追踪。

尽管本公开包括对特定实施例的参考，但是应该理解的是，可以在本文中描述的概念的精神和范围内进行许多改变。因此，意图是本公开不限于所描述的实施例，而是其具有由下列权利要求的语言定义的全部范围或者添加到要求关于此的优先权的非临时申请的那些范围。

所要求保护的是：

Claims (25)

1.一种用于植入假体的系统，包括：

数字数据处理器；

显示器；

第一电子位置传感器，其能够向所述数字数据处理器报告关于其在3维空间中的位置和取向的信息；

第二电子位置传感器，其能够向所述数字数据处理器报告关于其在3维空间中的位置和取向的信息；

患者特定对准引导件，其被配置成与患者的骨解剖结构对接，其中所述对准引导件包括从所述患者的骨解剖结构的扫描创建的表面，所述表面基本上是所述患者的骨解剖结构的至少一部分的相反面；以及

应用软件，其被配置成（i）从所述第一电子位置传感器接收信息，（ii）从所述第二电子位置传感器接收信息，以及（iii）计算和显示根据从所述第一和第二电子位置传感器接收的所述信息导出的角关系。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一电子位置传感器被配置成耦合到所述患者的骨解剖结构，并且所述第二电子位置传感器被配置成耦合到所述患者特定对准引导件。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一电子位置传感器和所述第二电子位置传感器中的至少一个被配置成与所述数字数据处理器无线地通信。

4.根据权利要求1所述的系统，

其中所述第一电子位置传感器和所述第二电子位置传感器接线在一起；以及

其中所述第二电子位置传感器被配置成通过所述接线与所述第一电子位置传感器通信。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述骨解剖结构是骨盆。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述角关系包括（骨盆）轴向倾斜、（骨盆）前后（AP）倾斜、绝对倾角角度、绝对向前弯曲角度、真实倾角角度和真实向前弯曲角度中的任何。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述计算是按需执行的。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述计算是实时连续地执行的。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一电子位置传感器包括腿长度测量传感器，其被配置成检测所述第一电子位置传感器与所述第二电子位置传感器之间的距离。

10.根据权利要求1所述的系统，

其中所述第一电子位置传感器包括激光发射器，并且所述第二电子位置传感器包括接收器；以及

其中所述软件被配置成基于所述接收器的哪个部分检测到来自所述激光发射器的光来确定所述第一电子位置传感器与所述第二电子位置传感器之间的偏移。

11.一种用于创建患者特定对准引导件的方法，包括：

从患者的骨解剖结构的扫描接收数据；

从所述数据创建所述患者的骨解剖结构的3维模型；

创建患者特定对准引导件的3维模型，所述患者特定对准引导件包括基本上是所述患者的骨解剖结构的至少一部分的相反面的表面；以及

制作所述患者特定对准引导件。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述骨解剖结构是骨盆。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括确定所述患者特定对准引导件相对于所述患者的骨盆的倾角角度和向前弯曲角度中的至少一个。

14.根据权利要求11所述的方法，其中制造所述患者特定对准引导件利用增材制造。

15.根据权利要求11所述的方法，其中接收的所述数据是一系列2维计算的断层摄影（CT）图像。

16.一种用于定位假体的方法，包括：

将第一电子位置传感器耦合到患者的骨解剖结构；

将患者特定对准引导件紧靠所述患者的所述骨解剖结构定位，其中所述患者特定对准引导件包括从所述患者的骨解剖结构的扫描创建的表面，所述表面基本上是所述患者的骨解剖结构的至少一部分的相反面，使得所述对准引导件仅在一个取向上紧靠所述患者的所述骨解剖结构装配；

将第二电子位置传感器耦合到所述患者特定对准引导件；

将来自所述第一电子位置传感器和所述第二电子位置传感器中的每一个的位置和取向信息传送到数字数据处理器；

移除所述患者特定对准引导件；

将所述第二电子位置传感器耦合到被耦合到假体的仪器；

基于从所述第一电子位置传感器和所述第二电子位置传感器中的每一个传送的位置和取向信息，显示所述假体相对于所述患者的骨解剖结构的一个或多个计算的角关系；以及

相对于所述患者的所述骨解剖结构定位所述假体，使得一个或多个所显示的角关系处于期望的等级。

17.根据权利要求16所述的方法，其中将所述第一电子位置传感器耦合到所述患者的骨盆包括以平行取向将两个销钉驱动到所述骨解剖结构中，以及在所述两个销钉上滑动形成在所述第一电子位置传感器中的两个通孔。

18.根据权利要求16所述的方法，其中将所述第一电子位置传感器耦合到所述患者的骨盆包括将一个销钉驱动到所述骨解剖结构中，以及在所述销钉上滑动形成在所述第一电子位置传感器中的一个通孔。

19.根据权利要求16所述的方法，还包括当所述患者特定对准引导件紧靠所述骨解剖结构定位时，保存从所述第一电子位置传感器和所述第二电子位置传感器中的每一个传送的位置和取向信息；以及

当所述第二电子位置传感器耦合到所述仪器时以及在已经移除所述患者特定对准引导件之后，向用户提供引导以将所述第二电子位置传感器引导至所保存的相对于所述第一电子位置传感器的位置。

20.根据权利要求16所述的方法，还包括使用至少一个外科手术销钉将所述患者特定对准引导件紧靠所述骨解剖结构可移除地固定。

21.根据权利要求16所述的方法，还包括将传感器支架耦合到所述仪器，其中所述传感器支架被配置成使所述第二电子位置传感器以相对于所述仪器的纵向轴的大约45°的角度取向。

22.根据权利要求16所述的方法，其中所述骨解剖结构是骨盆。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述假体被配置成插入所述患者的骨盆的髋臼中。

24.一种用于定位假体的方法，包括：

将第一电子位置传感器耦合到患者的骨解剖结构；

将第二电子位置传感器耦合到被耦合到假体的仪器；

将所述假体相对于所述患者的所述骨解剖结构定位；

将来自所述第一电子位置传感器和所述第二电子位置传感器中的每一个的位置和取向信息传送到数字数据处理器；

基于从所述第一电子位置传感器和所述第二电子位置传感器中的每一个传送的位置和取向信息，显示所述假体相对于所述患者的骨解剖结构的一个或多个计算的角关系；

由所述数字数据处理器接收患者特定信息，其包括一个或多个期望的角关系；以及

调整所述假体相对于所述患者的所述骨解剖结构的所述位置，使得一个或多个所显示的角关系与所述期望的角关系匹配。

25.根据权利要求24所述的方法，其中由所述数字数据处理器接收的所述患者特定信息是从在相对于所述患者的所述骨解剖结构定位所述假体之后在术中采集的一个或多个X射线图像导出的。