CN110213997B - 植入物切割块销放置 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于在目标骨骼(414)中钻孔(420，422)的系统、方法和装置。例如，所述系统包括切割工具(330)、被配置成跟踪所述切割工具的位置的导航系统(310)和可操作地连接到所述切割工具和所述导航系统的计算机辅助手术(CAS)系统(340)。所述CAS系统可以被配置成确定将植入在所述目标骨骼(414)上的植入部件(100)，确定用于准备所述目标骨骼以接收所述植入部件的切割块位置，基于所确定的切割块位置确定多个销位置(420，422)，以用于固定所述切割块(416)；以及当所述切割工具处于邻近所确定的多个销位置中的至少一个的位置时，选择性地向所述切割工具提供指令以切割孔。

Description

植入物切割块销放置

优先权声明

本申请要求2016年11月30日提交的名称为“IMPLANT CUTTING BLOCK PINPLACEMENT(植入物切割块销放置)”的美国临时申请号62/428,427的优先权权益，该临时申请全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开大体上涉及用于计算机辅助骨科手术的设备、方法和系统。更具体地，本公开涉及使用计算机辅助钻孔装置对准以控制切割块销-孔放置，使得植入手术更高效。

背景技术

使用计算机、机器人和成像来辅助骨科手术是本领域熟知的。对用来引导手术程序的计算机辅助导航和机器人系统来说，已经有大量研究和开发。例如，精密徒手雕刻器(precision freehand sculptor，简称PFS)采用机器人手术系统以帮助外科医生准确地将骨骼切割成期望形状。在诸如全髋关节置换术的程序中，已经使用计算机辅助手术技术以提高手术的准确性、可靠性。通过图像引导的骨科手术也已发现可用于预先计划并引导骨折中移位的骨块的正确解剖位置，从而允许通过接骨术进行良好固定。

切口引导件或切割块可以用于骨科手术以帮助外科医生切割或修改目标骨骼的一些部分。例如，在例如全髋关节置换术(THR)或全膝关节置换术(TKR)的关节置换手术中，骨骼的准备可涉及将锯引导切割块钉/拧到骨骼，使得往复的锯片可沿着其预期路径保持稳定。这些块的放置可通过手动使用仪器或通过使用夹具来引导。

切割块的定位可能是耗时且复杂的过程，这对于患者获得积极结果是至关重要的。允许在所需工作区内调整切割块的机制很复杂，且需要高加工公差，这增加了这些仪器系统的成本和复杂性。

特别是手动对齐可能是麻烦的，并且限于通过机械和视觉参考方式获得的信息。用于手动对准切割块的仪器无法完全捕获骨骼的3D形状，也不能充分捕获关于关节的运动学或软组织张紧或松弛的信息。此类仪器的创建和管理费用昂贵。此类仪器需要大量的操作和清洁成本。这些成本增加了管理切割块的负担。机械参考仪器可能增加管理切口引导件或切割块的负担。

发明内容

提供了一种用于在目标骨骼中钻孔的系统。所述系统包括切割工具、被配置成跟踪所述切割工具的位置的导航系统和可操作地连接到所述切割工具和所述导航系统的计算机辅助手术(CAS)系统。所述CAS系统被配置成确定将植入在所述目标骨胳上的植入部件；确定用于准备所述目标骨骼以接收所述植入部件的切割块位置；基于所确定的切割块位置确定用于将切割块固定到所述目标骨骼的多个销位置；以及当所述切割工具处于邻近所确定的多个销位置中的至少一个的位置时，选择性地向所述切割工具提供指令以切割孔。

在一些实施例中，所述导航系统可以被配置成跟踪对于所述切割工具的位置信息；以及将所述位置信息传输至所述CAS系统。在一些另外的实施例中，所述CAS系统还可以被配置成从所述导航系统接收所述位置信息；基于所接收的位置信息确定所述切割工具的位置和取向；以及当所确定的所述切割工具的位置邻近所确定的多个销位置中的至少一个时，提供所述指令以切割所述孔的至少一部分。

在一些实施例中，所述CAS系统还可以被配置成确定植入物配置信息，其中所述植入物配置信息包括孔轨迹信息、植入物大小信息、标记信息、平面切割定位信息、平面切割取向信息和相关切割块信息中的至少一个。在一些另外的实施例中，所述CAS系统还可以被配置成选择所述切割块，其中所述切割块包括大小和形状；基于所述植入物配置信息以及所述切割块大小和形状确定所选择的切割块的孔位置信息；以及基于所确定的孔位置信息确定所述多个销位置。

在一些实施例中，所述CAS系统还可以被配置成接收手术计划，所述手术计划限定对于所述目标骨骼的植入程序；以及基于所接收的手术计划确定所述植入部件。在一些另外的实施例中，所述手术计划可以限定膝关节置换手术。

在一些实施例中，所述切割工具是计算机控制的切割工具。

在一些实施例中，所述切割工具是手持式切割工具。

在一些实施例中，所述切割块包括被配置成约束锯片的开口。

还提供了一种用于帮助在目标骨骼中钻孔的装置。所述装置包括处理装置，所述处理装置可操作地连接到计算机可读介质，所述计算机可读介质被配置成存储一个或多个指令。所述指令在被执行时使所述处理装置：确定将植入在所述目标骨胳上的植入部件；确定用于准备所述目标骨骼以接收所述植入部件的切割块位置；基于所确定的切割块位置确定用于将切割块固定到所述目标骨骼的多个销位置，以及当切割工具处于邻近所确定的多个销位置中的至少一个的位置处，选择性地向可操作地连接至所述处理装置的所述切割工具提供指令以切割孔。

在一些实施例中，所述一个或多个指令可以包括附加指令，所述附加指令在被执行时使所述处理装置：接收对于所述切割工具的位置信息；基于所接收的位置信息确定所述切割工具的位置和取向；以及当所确定的所述切割工具的位置邻近所确定的多个销位置中的至少一个时，提供所述指令以切割所述孔的至少一部分。

在一些实施例中，所述一个或多个指令可以包括附加指令，所述附加指令在被执行时使所述处理装置确定植入物配置信息，其中所述植入物配置信息包括孔轨迹信息、植入物大小信息、标记信息、平面切割定位信息、平面切割取向信息和相关切割块信息中的至少一个。在一些另外的实施例中，所述一个或多个指令可以包括附加指令，所述附加指令在被执行时使所述处理装置：选择所述切割块，其中所述切割块包括大小和形状；基于所述植入物配置信息以及所述切割块大小和形状确定所选择的切割块的孔位置信息；以及基于所确定的孔位置信息确定所述多个销位置。

在一些实施例中，所述一个或多个指令可以包括附加指令，所述附加指令在被执行时使所述处理装置：接收手术计划，所述手术计划限定对于所述目标骨骼的植入程序；以及基于所接收的手术计划确定所述植入部件。在一些另外的实施例中，所述手术计划可以限定膝关节置换手术。

如上所述的实例实施例可以提供优于现有技术的各种优点。例如，本文中教导的技术可减少对特定植入部件寻找切割块的最佳位置所花费的时间。这些技术还通过利用机器人辅助手术系统在精确位置钻孔以用于在针对特定植入部件的最佳位置钉住切割块来将植入部件更准确地定位在最佳位置。

下文参考附图详细描述本公开的实施例中的至少一些的另外的特征和优点，以及本公开的各种实施例的结构和操作。

附图说明

并入本说明书中且形成本说明书的一部分的附图说明本公开的实施例，且连同书面描述一起用于解释本发明的原理、特性和特征。在附图中：

图1示出了根据本公开的某些实施例的可以作为手术程序的一部分附接到骨骼的植入物的实例。

图2A是描绘根据本公开的某些实施例的用于提供手术导航以确保骨科程序与手术计划一致的系统的框图。

图2B是根据本公开的某些实施例的具有采用切割工具的系统的手术室的图示。

图2C是根据本公开的某些实施例的具有切割防护件的手持式切割装置的透视图。

图3是描绘根据本公开的某些实施例的用于跟踪钻孔装置以放置用于植入物切割块的一个或多个销的一个或多个销孔的系统的框图。

图4A是根据本公开的某些实施例的膝关节的透视图，示出了股骨、胫骨和一对销孔。

图4B是根据本公开的某些实施例的膝关节的透视图，示出了股骨、胫骨和已经放置在图4A所示的销孔中的一对销。

图4C是根据本公开的某些实施例的膝关节的透视图，示出了股骨、胫骨、一对销和切割块。

图5是根据本公开的某些实施例的流程图，示出了用于定位切割块的样本过程。

具体实施方式

本公开不限于所描述的特定系统、装置和方法，因为这些系统可以变化。描述中使用的术语仅用于描述特定版本或实施例的目的，而不旨在限制范围。

如本文件中所使用，除非上下文另外明确规定，否则单数形式“一个”、“一种”和“该/所述”包括复数指代。除非另有定义，否则本文所使用的所有科技术语具有与本领域普通技术人员通常所理解的相同含义。本公开中的任何内容均不应被解释为承认本公开中描述的实施例由于在前发明而无权把本公开的日期提前。如本文件中所使用，术语“包括”意指“包括但不限于”。

下文所描述的本教导的实施例并不意图为详尽性的或将教导限制于以下详细描述中所公开的精确形式。而是选择并描述了实施例，使得所属领域的技术人员可了解并理解本教导的原理和实践。

本公开描述了实施导航系统以控制钻孔装置在骨骼中钻导向孔以使骨骼准备好附接到植入物的示例性系统和方法。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供对实例实施例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将显而易见，可在没有这些具体细节的情况下实践所述实施例。

出于本说明书的目的，术语“植入物”用于指代制造成置换或增强生物结构的假体装置或结构。例如，在膝关节置换手术中，可以将植入物置于胫骨和股骨中的一者或两者上。虽然术语“植入物”通常被认为表示人造结构(与移植形成对比)，但是出于本说明书的目的，植入物可包括移植以置换或增强生物结构的生物组织或材料。

所公开的导航系统可跟踪钻孔装置，以确定钻孔装置的更新位置信息。如本文中所使用，位置信息可包括位置信息、取向信息、对准信息和可用于确定钻孔装置的当前位置的其它相关空间信息的某种组合。位置信息可用于对准和/或引导钻孔装置，以在预定位置钻导向孔。该系统确保在不使用夹具或其它类似装置的情况下在骨骼上适当地放置切口引导件或切割块，所述夹具或其它类似装置用来定位手动过程或常规计算机辅助植入手术中的导向孔。切口引导件或切割块可用于确保由切割工具成形的骨骼可接收植入物。

导航系统可以被配置成实现称为

的手持式机器人辅助工具。NAVIO是宾夕法尼亚州匹兹堡的BLUE BELT TECHNOLOGIES,INC.的注册商标。导航系统可促进通过

实施切割工具。这些切割工具可以被跟踪以基于其相对于骨骼和手术计划的位置来控制切割元件的切割动作。

导航系统可使相对于骨骼的计划植入位置与数据库相关联，数据库含有与每个切割块相关联的必要的销轨迹。系统可以利用手术计划和坐标变换来限定切割块设计对准用于植入物的所需切口的位置。系统可以确定销轨迹位于切割块内的位置，这可以用于确定导向孔的正确放置，而不需要手动对准。所述系统可以精确对准所述切割块，而不需要利用与跟踪器或耦合器一起放置的夹具来消除常规机器人辅助植入手术过程中的不必要步骤。

所公开的导航系统利用直接引导来钻孔/研磨销孔。然后，使用销将切割块直接安装在骨骼上。这避免了与机器人辅助全膝关节置换术(TKA)的现有方法相关联的许多缺点，在TKA中使用包括钻/研磨机固定特征的机器人手部件在骨骼表面上定位切割块。

应当注意，如本文使用的，使用销固定或安装(例如切割块)包括使用任何类型的医学紧固件(诸如销、柱、螺纹螺钉、自攻螺钉或用于将切割块安装到目标骨骼或另一类似表面的其它类似紧固件)。类似地，钻入目标骨骼中的孔可以设定尺寸以容纳销的一些部分。例如，可以将孔浅浅地钻入骨骼中，以用于接收销的一小部分(例如，长度的10％)，以用于定位目的。另外，孔可以被深深地钻到骨骼(例如，销长度的90％)中，以用于定位和取向/对准目的。在一些实例中，孔的深度可为约2cm。在其它实例中，孔的深度可在约1.0cm到约3.0cm的范围内。在其它实例中，孔的深度可在约0.25cm到约5.0cm的范围内。

不同于利用预操作成像的常规手术导航系统，公开的导航系统使用无图像配准和计划钻孔，以精确地安装切割块，以便使用更高效的仪器(即锯)进一步成形骨骼。此特征区分所公开的导航系统与用于椎弓根螺钉放置的手术导航系统。在此类系统中，椎弓根螺钉是植入物。

图1示出了可用于膝关节置换手术的示例性植入物100。在某些实施例中，示例性植入物100放置在患者的股骨的远端处。植入物100可以附接到由手术后骨骼(未示出)上的骨切口形成的表面。植入物100可以包括大小和形状形成为为与目标骨骼的手术后表面紧密接触的对接表面。对接表面可包括定向成分别与切割平面110A-D相符的多个刻面110A-D。

当外科医生将植入物100放置在关节中时，外科医生通常必须在骨骼中产生孔或通道，其中在植入物100上的镜像突起保持其在适当的位置粘附到骨骼。为了最佳贴合，外科医生可使用切割工具，例如旋转钻或锯，以使骨骼成形为接收对应的植入物，其中间隙尽可能少。本发明的某些实施例采用矢状式往复锯。

图2A-2C示出了根据某些实施例的用于通过植入物的虚拟放置在程序期间控制切割元件的手术导航系统200的部件。手术导航系统200可以帮助外科医生切割或修改目标骨骼的一些部分。例如，在例如全膝关节置换术的关节置换手术中，手术导航系统200可用于对准和/或引导外科医生选择性切割目标骨骼的端部的部分并且用内部假体(endoprosthetic)植入物(例如图1所示的植入物100)置换那些部分。

图2A示出了手术导航系统200的框图，其包括计算机系统210，以提供用于查看由光学跟踪器212提供的由红外相机系统214读取的位置数据的显示器。光学跟踪器212和红外相机系统214可提供与膝关节中骨骼的精确位置相关的数据。在某些实施例中，红外相机系统214可检测位于光学跟踪器212上的跟踪球体，以便收集关于将要在其上执行程序的患者的股骨和胫骨的位置数据。

图2B示出了示例性光学手术导航设置。红外相机216和光学跟踪器220可以用于执行如所讨论的手术导航。光学跟踪器220可以刚性地附接到外科医生希望在程序期间跟踪的任何物体(例如手术工具226)。相机216可以在程序期间连续监测工作区，并且从那些图像检测跟踪器220。使用跟踪器220与手术工具的已知刚性空间关系，在三维空间中切割元件224在工具222上的位置可被跟踪并连续输出到显示器218。显示器218还可以连续地显示相对于患者的解剖结构的切割元件224位置。

图2C示出了可与本发明的某些实施例结合使用的手持式切割工具228。如授予Brisson等人的美国专利号6,757,582之前所公开的，所述专利的全部内容如同被更全面地阐述的并入本文中，工具228由光学检测跟踪器220的相机(例如图2B中的相机216)跟踪并将该信息传达至计算机系统，所述计算机系统还正跟踪手术空间内的骨骼并且将工具228的位置与预定的手术计划进行比较。在某些实施例中，在切割元件230处于手术计划指示骨骼应被切割的位置时工具228打开，然后在工具228靠近待保留的骨骼时关闭。在某些其它实施例中，使切割元件230延伸并且在应该切割的地方切割，并且在不应切割骨骼时缩回切割防护件232后面。在另外的实施例中，切割元件230可以远离防护件延伸受控距离，使得其根据手术计划仅切割到某一深度或在远离防护件的远端234某一距离处。

图3是示例性手术导航系统300的框图，其可以被配置和实施成具有定位切割元件以产生销孔的功能，所述销孔将切口引导件或切割块(未示出)适当地放置在与预定的手术计划一致的适当位置。手术导航系统300可利用比利用手动放置的机械夹具的传统系统更多的信息。该信息可以包括运动捕获的范围以及术中或术前限定的解剖标志。

切口引导件或切割块可附接到骨骼，以确保切割工具恰当地对骨骼成形。切割块可以用销附接到骨骼上。切口引导件或切割块确保外科医生不会去除过多的骨骼，去除过多的骨骼可能导致植入物不适当地配合、松散或可能遭受植入物脱位或失效。

手术导航系统300可以配置和实施跟踪装置310，所述跟踪装置连接到手术计划生成系统320和钻孔装置330。手术导航系统300可以被配置成并且实施为单个系统，以用于多种类型夹具的对准，以支持多种手术和植入物设计。应了解，所描述主题的实施例可由各种类型的操作环境、计算机网络、平台、框架、计算机架构和/或计算装置实施。

跟踪装置310可以根据由手术计划生成系统320生成的手术计划对准和/或控制钻孔装置330以在骨骼中钻销孔。销孔被对准以便通过导航系统300和跟踪装置310在骨骼上适当地放置切口引导件或切割块(未示出)。在某些实施例中，钻孔装置330可由被编程以钻销孔的机器人控制。在某些其它实施例中，钻孔可由导航系统跟踪且由手术团队的成员手动操作。

跟踪装置310和/或手术计划生成系统320可以包括一个或多个处理器和存储器装置，以及各种输入装置、输出装置、通信接口和/或其它类型的装置。跟踪装置310和/或手术计划生成系统320可以包括硬件和软件的组合。

跟踪装置310和/或手术计划生成系统320可以实施并利用包含在计算机可读介质或存储器(例如，存储器350)中的一个或多个程序模块或类似的指令集，以使处理装置(例如，处理器340)执行一个或多个操作。通常，程序模块包括执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。

跟踪装置310和/或手术计划生成系统320可以由一个或多个计算装置(诸如计算机、PC、服务器计算机)实现，所述计算装置被配置成根据所描述的主题的各方面提供各种类型的服务和/或数据存储。示例性服务器计算机可以包括但不限于：网络服务器、前端服务器、应用服务器、数据库服务器、域控制器、域名服务器、目录服务器和/或其它合适的计算机。跟踪装置310和/或手术计划生成系统320的部件可以通过软件、硬件、固件或其组合来实现。

跟踪装置310可包括处理器340、存储器350、输入装置360、钻孔装置接口370、植入物数据库380和切割块数据库390。输入装置360可以被配置和实施为从手术计划生成系统320接收手术计划以将植入物附接到骨骼。手术计划可以利用切割块来引导切割工具移除骨骼的一部分以促进植入物的准确放置。手术计划可以立即由处理器340利用，或者可以存储在存储器350中以供稍后使用。应理解，跟踪装置310可配置和实施单个数据库，所述单个数据库可划分为植入物数据库380和切割块数据库390。

跟踪装置310可以配置并实施处理器340以访问植入物数据库380，从而识别为手术计划的对象的植入物(或若干植入物)。处理器340可以从植入物数据库380获得植入物的植入物几何形状。处理器340可以从手术计划确定相对于骨骼的植入位置。

跟踪装置310可配置和实施处理器340以访问切割块数据库390。处理器340可以利用切割块数据库390来确定相对于手术计划的植入位置的切割块位置。处理器340可从切割块数据库390获得至少一个切割工具轨迹。

一旦处理器340获得了植入物和切割块的上述信息，处理器340就可以确定用于将切割块附接到骨骼的一个或多个销位置(通常是一对)。处理器340可利用植入物位置、切割块位置和切割工具轨迹之间的关系来确定销位置。

跟踪装置310可以配置和实施钻孔装置接口370以跟踪钻孔装置330，以将钻孔装置330定位在销位置中的一个的上方。钻孔装置330可在销位置处钻孔。然后，钻孔装置接口370可对准钻孔装置330，以将钻孔装置330定位在第二销位置上方。钻孔装置330可在第二销位置处钻孔。

钻孔装置330可包括任何类型的跟踪工具、机器人手部件或自主机器人，其促进根据由跟踪装置310引导或管控的必要位置和取向钻孔的能力。还应注意，本文仅作为实例描述钻孔装置330。在某些具体实施中，额外的切割工具可用于在销位置处产生孔。例如，包括移动或往复锯片的锯可用于产生孔和销位置。

植入物数据库380可包括每个植入物和/或植入物设计系列(例如，Journey II，Legion，Genesis)的信息，包括每个尺寸部件的信息。信息可包括植入物的3D形状(例如STL数据)、安装植入物的钉孔轨迹(在3D形状数据的坐标空间中限定)、描述大小和标记信息的元数据以及描述将用锯锯出的以便安装植入物的平面切口的位置和取向的几何形状信息。植入物数据库380中的每个植入物可以与一个或多个相容切口引导件或切割块相关联。

切割块数据库390包括将一个或多个切口引导件或切割块与植入物数据库380中的兼容植入物相关的信息。切割块数据库390可以相对于特定切口引导件或切割块物理地限定锯切割轨迹。切口引导件或切割块可以钉到骨骼以在切割期间将它们刚性地保持到骨骼。切割块数据库390可包括与用于特定切口引导件或切割块的销孔有关的信息。

切割块数据库390可以包含与用于每个切口引导件或切割块的销孔有关的轨迹和放置数据。切割块数据库390可以包含坐标变换信息(通过切割块数据库390中的规定显式地或者通过假定的常用坐标定义隐式地)。坐标变换可以描述切口引导件或切割块的预期对准以及植入物坐标系。植入物坐标系可以指示切割轨迹可以与必要的平面切口重合以用于安装植入物的方式。

跟踪装置310可以配置和实施处理器340以使用包含在植入物数据库380和切割块数据库390中的信息来相对于骨骼关联计划的植入位置。当三个变量已知时，处理器340可利用手术导航原理确定正确的销放置。变量包括植入物(相对于跟踪器)的位置，切口引导件(或切割块)的适当放置以使预期的切口与植入物形状对准，并且销的位置用于特定切口引导件(或切割块)。

处理器340可利用手术计划和坐标变换以通过以下方程式确定必要的销放置：

trackerTpin＝trackerTimplant*implantTcutblock*cutblockTpin

其中，trackerTpin代表销位置中的至少一个，trackerTimplant代表植入物在骨骼上的位置，implantTcutblock代表切割块在骨骼上的位置，cutblockTpin代表切割工具轨迹。

处理器340可以利用其它手术导航原理和坐标变换。例如，处理器340可利用包括平行刻面的植入物的坐标变换，所述平行刻面允许沿着共同方向滑动(例如，对于全膝关节植入物，在中侧方向上)。此类变换包括赋予切口引导件或切割块灵活性的可相对于用于植入物的计划位置的自由度。在这样的变换中，ImplantTcutblock变量可以被初始化到标称位置，使得处理器340可以允许沿着该自由度进一步操纵。

图4A-4C示出了正被准备的由切割工具410成形的膝关节400的实例，以形成用于接收植入物(例如，图1所示的植入物100)的一个或多个表面。膝关节400包括股骨412和胫骨414。切割块416定位在胫骨414上，以确保切割工具410在胫骨414上适当切割，而不需要去除过量的骨材料。切割块416可在不必使用手动仪器套件的情况下在胫骨414上对准，使得切割块416可比常规切口引导件、切割块和/或夹具更小且不太复杂。

切割块416包括用以引导切割工具410的通道或槽418。槽418约束切割工具410以在切割操作期间消除振动和错误切割。例如，槽418可被配置成约束切割工具410的锯片。在该示例性的实施例，槽418应当平行于胫骨414上的骨骼移除线。

图4A示出了与胫骨414基本竖直对齐的股骨412。胫骨414包括已经用钻孔装置(例如图3所示的钻孔装置330)产生的一对销孔420和422。在此示例性的实施例中，已由处理器340使用包含在植入物数据库380和切割块数据库390内的信息确定销孔420和422的位置。跟踪装置310使用钻孔装置接口370确保钻孔装置330将销孔420和422定位在适当位置。

图4B示出了相对于胫骨414以略微角度倾斜的股骨412。第一销424已插入到销孔420中。第二销426已插入到销孔422中。销424和426以将允许胫骨414成形为支撑植入物(诸如图1所示的植入物110)的取向以将切割块416支撑在胫骨414上的方式定向。

图4C示出了切割块416附接到胫骨414。胫骨414邻接股骨412，其中股骨412基本垂直于胫骨414对准。切割块416包括用于接收销424和426的一对销孔428和430。

应注意，如图4A到4C中所示的将切割块附接到胫骨仅作为实例提供。在某些实施方式中，如本文所述的过程和技术可用于在另外的骨骼中制备孔，以用于在其上安装切割块。例如，可以在股骨中制备孔以用于附接切割块，从而使股骨准备好接收股骨植入部件。类似地，可以在椎骨中制备用于接收切割块的孔，以用于使患者脊柱的至少一部分准备好接收体内脊柱植入物。

图5示出了使用计算机辅助手术(CAS)系统(例如，上述的手术系统)在目标骨骼中钻孔以用于安装例如切割块的样本过程。CAS系统可以接收505手术计划，手术计划包括例如与手术程序有关的信息，例如手术类型(例如，全膝关节置换、部分膝关节置换)、植入物系列、植入物大小、最佳植入位置和其它相关信息。基于手术计划，CAS系统可确定510将在程序期间使用的植入部件。在一些实例中，CAS系统可以通过从手术计划中提取这些信息来确定510植入部件。在其它实例中，CAS系统可以基于例如执行程序的外科医生对植入部件的选择来确定510植入部件。在一些实例中，CAS系统可以任选地基于确定510植入部件来确定512植入部件几何形状。例如，如上所述，CAS系统可以访问数据库或其它类似的数据存储装置，以确定512植入部件几何形状。

CAS系统还可以确定515患者的植入位置。在一些实例中，外科医生可以使用可操作地连接到CAS系统的显示器装置或其它类似的装置，以改变或以其它方式调整植入物的位置。基于植入位置，CAS系统可确定520切割块位置。在一些实施方式中，确定520切割块位置可包括选择要使用切割块以及确定切割块的尺寸和形状。

CAS系统还可以基于切割块位置并且基于销位置、在目标骨骼上的销孔位置确定525切割块的销位置。在一些实施方式中，确定525销和孔位置可基于切割块的大小和形状。例如，根据切割块的大小，CAS系统可确定两个或三个销和孔位置。例如，切割块可以包括用于将切割块安装到目标骨骼的两个表面销，以及定位成使得第三销被放置成与前两个销成角度的第三销，由此将切割块锁定在骨骼上的适当位置。在此实例中，CAS系统可确定三个销和相关联的销孔位置。

CAS系统还可使用例如从如上文所描述的导航系统接收的位置信息来跟踪530钻孔装置。例如，导航系统可以被配置成记录与切割工具的当前位置有关的位置信息，并将其传输到CAS系统。CAS系统可接收此信息，且基于位置信息确定切割工具的位置和取向信息。根据切割装置的当前位置，CAS系统可通过选择性地向切割装置提供操作指令来操作535钻孔装置。例如，CAS系统确定钻孔装置处于与销孔位置之一相邻的位置，CAS系统可以提供切割工具与孔位置对准并钻孔的至少一部分的指令。在某些实施方式中，钻孔装置可以包括钻头或其它切割装置，其包括用于精细瞄准钻取的孔的可调整对准。在此实例中，CAS系统可为钻孔装置提供指令，以将钻头与要钻的孔对准，并酌情钻整个孔。

应注意，仅作为实例提供如图5所示的过程。在某些实施方式中，可相应地更改所展示的过程步骤和执行的次序。例如，CAS系统可以被配置成在整个手术程序中连续地跟踪530钻孔装置，而不仅限于如图5的过程次序所示以及在上述讨论中所描述的跟踪手术装置，

在一些实施方式中，还提供了一种用于在目标骨骼中钻孔的方法。所述方法包括：接收将植入在目标骨骼上的植入部件的指示；确定用于准备所述目标骨骼以接收所述植入部件的切割块位置；基于所确定的切割块位置确定用于将切割块固定到所述目标骨骼的多个销位置，以及当所述切割工具处于邻近所确定的多个销位置中的至少一个的位置时，选择性地向可操作地连接至所述处理装置的所述切割工具提供指令以切割孔。

在一些实施例中，向所述切割工具提供指令可以包括：接收对于所述切割工具的位置信息；基于所接收的位置信息和取向信息确定所述切割工具的位置和取向；以及当所确定的所述切割工具的位置邻近所确定的多个销位置中的至少一个时，提供所述指令以切割所述孔的至少一部分。

在一些实施例中，所述方法可以包括确定植入物配置信息，其中所述植入物配置信息包括孔轨迹信息、植入物大小信息、标记信息、平面切割定位信息、平面切割取向信息和相关切割块信息中的至少一个。

在一些另外的实施例中，确定切割块位置可以包括：选择所述切割块，其中所述切割块包括大小和形状；基于所述植入物配置信息以及所述切割块大小和形状确定所选择的切割块的孔位置信息；以及由所述处理装置基于所确定的孔位置信息确定所述多个销位置。

在一些实施例中，接收植入部件的指示可以包括接收手术计划，所述手术计划限定对于所述目标骨骼的植入程序；以及基于所接收的手术计划选择所述植入部件。

在一些另外的实施例中，所述手术计划可以限定膝关节置换手术。

在以上详细描述中，参考形成其一部分的附图。在附图中，除非上下文另外规定，类似符号通常标识类似的部件。在详细描述、图式和权利要求中描述的说明性实施例并不意味着是限制性的。可以使用其它实施例，并且可以在不脱离本文所呈现的主题的精神或范围的情况下进行其它改变。容易理解的是，本公开的各种特征(如本文大体上描述并在图式中图示的)可以被布置、取代、组合、分离和设计成各种各样的不同构型，这些构型全部在本文中明确设想。

本公开不限于本申请中所描述的特定实施例方面，其旨在作为各种特征的说明。在不脱离本领域技术人员显然明白的精神和范围的情况下，可以进行许多修改和变化。根据前述描述，本公开的范围内的功能等效方法和设备(除本文中所列举的那些之外)对于本领域技术人员将显而易见。此类修改和变化意图落在所附权利要求书的范围内。本公开将仅受所附权利要求书的措词以及这些权利要求书有资格享有的等效物的完整范围限制。应当理解，本公开不限于特定的方法、试剂、化合物、组合物或生物系统，其当然可以变化。还应理解，本文中所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不意图是限制性的。

关于本文中基本上任何复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员可以根据上下文和/或应用酌情从复数转换成单数和/或从单数转换为复数。为了清楚起见，各种单数/复数排列可在本文中明确阐述。

本领域内的技术人员应理解，一般来说，本文中且尤其在所附权利要求(例如，所附权利要求书的主体)中所使用的术语通常意图为“开放性”术语(例如，术语“包括”应解释为“包括但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”，术语“包括”应解释为“包括但不限于”等等)。虽然各种组合物、方法和装置按照“包括”各种部件或步骤(解释为意为“包括但不限于”)描述，但组合物、方法和装置还可“基本上由各种部件和步骤组成”或“由各种部件和步骤组成”，并且此类术语应解释为定义基本上封闭的构件组。本领域技术人员还将理解，如果意图是特定数目的所引出的权利要求叙述物，那么在权利要求书中将明确详述此类意图，且在不存在此类详述时不存在此类意图。

例如，为了帮助理解，以下所附权利要求书可以包含使用介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”来引出权利要求叙述物。然而，使用此类短语不应被解释为暗示由不定冠词“一(A/AN)”引出的权利要求叙述物将包含此类引出的权利要求叙述物的任何特定权利要求限制到只包含这种叙述物的实施例，即使当同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”时和诸如“一”的不定冠词时(例如，“一”应解释为意指“至少一个”或“一个或多个”)；这同样适用于使用定冠词用于引出权利要求叙述物。

另外，即使明确叙述了特定数目的所引出权利要求叙述物，所属领域的技术人员将认识到，此类叙述应解释为意指至少所叙述的数字(例如，无其它修饰词只叙述“两个叙述物”，意味着至少两个叙述物或两个或更多个叙述物)。此外，在使用类似于“A、B和C中的至少一个”的用语的那些情况下，一般来说，这种构造意在本领域技术人员将理解该用语的意义(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但不限于只具有A、只具有B、只具有C、一起具有A和B、一起具有A和C、一起具有B和C和/或一起具有A、B和C的系统，等等)。在使用类似于“A、B或C中的至少一个等等”的用语的那些情况下，一般来说，这种构造意在本领域技术人员将理解该用语的意义(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”将包括但不限于只具有A、只具有B、只具有C、一起具有A和B、一起具有A和C、一起具有B和C和/或一起具有A、B和C的系统，等等。本领域技术人员还将理解，不管在说明书、权利要求书或者附图中，呈现两个或更多个替代术语的几乎任何转折词和/或短语都应理解为考虑了包括术语之一、术语中任一个或两个术语的可能性。例如，短语“A或B”将理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。

另外，在根据马库什组描述本公开的特征的情况下，本领域的技术人员将认识到，本公开还根据马库什组的任何个别成员或成员的子组描述。

本领域技术人员将理解，出于任何和所有目的，例如就提供书面描述而言，本文公开的所有范围还涵盖任何可能的子范围和所有可能的子范围及其子范围的组合。任何列出的范围可被容易地认为是充分描述并且实现分解为至少相等的二分之一、三分之一、四分之一、五分之一、十分之一等等的相同范围。作为非限制性实例，本文中论述的每个范围可以容易地分解为下三分之一、中三分之一和上三分之一等等。本领域技术人员还将理解，诸如“达”、“至少”等的所有语言包括叙述的数字，并且指可以随后如上所述分解成子范围的范围。最后，所属领域的技术人员将理解，范围包括每个个别成员。因此，例如，具有1-3个细胞的基团是指具有1、2或3个细胞的基团。类似地，具有1-5个细胞的基团是指具有1、2、3、4或5个细胞的基团，诸如此类。

以上公开的各种特征和功能以及其替代方案可以组合成许多其它不同的系统或应用。本领域的技术人员随后可以进行各种目前不可预见或非预期的替代方案、修改、变化或改进，其中每一个也旨在由所公开的实施例涵盖。

Claims (13)

1.一种用于在目标骨骼中钻孔的系统，所述系统包括：

切割工具；

导航系统，所述导航系统被配置成跟踪所述切割工具的位置；和

可操作地连接到所述切割工具和所述导航系统的计算机辅助手术(CAS)系统，所述计算机辅助手术系统被配置成：

根据手术计划确定将植入在所述目标骨骼上的植入部件，通过利用切割块数据库来确定相对于手术计划的植入位置的切割块的切割块位置以及切割工具轨迹，其中所述切割块被配置为根据所述切割工具轨迹引导切割工具从所述目标骨骼去除一个或多个部分以接收植入部件，其中所述切割块与用于将所述切割块固定到所述目标骨骼的多个销相关联，

基于所确定的切割块位置、所确定的植入位置和所述切割工具轨迹确定用于将切割块固定到所述目标骨骼的多个销位置，以及

当钻孔装置处于邻近所确定的多个销位置中的至少一个的位置处并且按照适当轨迹对准以钻孔时，选择性地向所述钻孔装置提供指令以钻用于容纳所述销的所述孔。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述导航系统被配置成：

跟踪所述钻孔装置的位置信息；以及

将所述位置信息传输至所述计算机辅助手术系统。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述计算机辅助手术系统还被配置成：

从所述导航系统接收所述位置信息；

基于所接收的位置信息确定所述钻孔装置的位置和取向；以及

当所确定的所述钻孔装置的位置邻近所确定的多个销位置中的至少一个时，提供所述指令以钻所述孔的至少一部分。

4.根据前述权利要求1-3中任一项所述的系统，其中，所述计算机辅助手术系统还被配置成确定植入物配置信息，其中所述植入物配置信息包括植入物大小信息、标记信息、平面切割定位信息、平面切割取向信息和相关切割块信息中的至少一个。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其中，所述计算机辅助手术系统还被配置成：接收手术计划，所述手术计划限定所述目标骨骼的植入程序；以及

基于所接收的手术计划确定所述植入部件。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述手术计划限定膝关节置换手术。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其中，所述切割工具是手持式切割工具。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其中，所述切割块包括被配置成约束锯片的开口。

9.一种用于帮助在目标骨骼中钻孔的装置，所述装置包括：

处理装置，所述处理装置可操作地连接到计算机可读介质，所述计算机可读介质被配置成存储一个或多个指令，所述一个或多个指令在被执行时使所述处理装置：

根据手术计划确定将植入在所述目标骨骼上的植入部件，通过利用切割块数据库来确定相对于手术计划的植入位置的切割块的切割块位置以及切割工具轨迹，其中所述切割块被配置为根据所述切割工具轨迹引导切割工具从所述目标骨骼去除一个或多个部分，其中所述切割块与用于将所述切割块固定到所述目标骨骼的多个销相关联，

基于所确定的切割块位置、所确定的植入位置和所述切割工具轨迹确定用于将切割块固定到所述目标骨骼的多个销位置，以及

当钻孔装置处于邻近所确定的多个销位置中的至少一个的位置处并且按照适当轨迹对准以钻孔时，选择性地向可操作地连接至所述处理装置的钻孔装置提供指令以钻用于容纳所述销的所述孔。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述一个或多个指令包括附加指令，所述附加指令在被执行时使所述处理装置：

接收所述钻孔装置的位置信息；

基于所接收的位置信息确定所述钻孔装置的位置和取向；以及

当所确定的所述钻孔装置的位置邻近所确定的多个销位置中的至少一个时，提供所述指令以钻所述孔的至少一部分。

11.根据权利要求9或权利要求10所述的装置，其中，所述一个或多个指令包括附加指令，所述附加指令在被执行时使所述处理装置确定植入物配置信息，其中所述植入物配置信息包括植入物大小信息、标记信息、平面切割定位信息、平面切割取向信息和相关切割块信息中的至少一个。

12.根据权利要求9-10中任一项所述的装置，其中，所述一个或多个指令包括附加指令，所述附加指令在被执行时使所述处理装置：

接收手术计划，所述手术计划限定所述目标骨骼的植入程序；以及

基于所接收的手术计划确定所述植入部件。

13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述手术计划限定膝关节置换手术。

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