CN110584776B - 定制交互控制边界的方法和计算机辅助外科手术系统 - Google Patents

定制交互控制边界的方法和计算机辅助外科手术系统 Download PDF

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Abstract

定制交互控制边界的方法和计算机辅助外科手术系统。一种用于基于患者特定解剖结构生成所定制的控制边界的方法，该方法包括：基于将被植入在解剖结构上的虚拟植入物表示的几何结构识别标准控制边界。该方法还包括：识别与虚拟植入物表示关联的参考特征；以及确定所识别的参考特征与和患者的解剖结构关联的虚拟表示之间的相交部。识别所识别的参考特征与解剖结构的虚拟表示之间的相交部处的解剖周界，并且在解剖结构的虚拟表示上确定一个解剖特征。基于所述解剖特征修改标准控制边界，以生成所述定制的控制边界。

Description

定制交互控制边界的方法和计算机辅助外科手术系统
本申请是原案申请号为201480074550.6的发明专利申请(国际申请号：PCT/US2014/071680，国际申请日；2014年12月19日，发明名称：定制触觉边界的方法和计算机辅助外科手术系统)的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年12月31日提交的第61/922,740号美国临时专利申请的益处和优先权，其公开通过引用完全结合于此。
技术领域
本公开总体涉及与计算机辅助外科手术(“CAS”)系统关联的力反馈系统，并且更特别地涉及用于基于患者特定信息定制与CAS系统关联的交互式触觉边界的系统和方法。
背景技术
膝关节包括股骨的远端与胫骨的近端之间的界面。在正常起作用的膝关节中，股骨的内侧(medial)髁和外侧(lateral)髁沿着附接到胫骨的各个内侧髁和外侧髁的半月板平滑地枢轴转动。当膝关节受损时，形成关节的自然骨骼和软骨可能无法适当地铰接，这可能导致关节疼痛，并且在一些情况下，可能干扰关节的正常使用。
在一些情况下，要求外科手术以恢复关节的正常使用并且减少疼痛。根据损伤的严重程度，外科手术可能涉及用假体组件部分或全部地置换关节。在这种膝关节置换过程中，外科医生切除骨骼和软骨的受损部分，同时试图使健康组织不受损。然后，外科医生使健康组织与被设计为复制被切除组织并且恢复适当膝关节操作的人工假体组件配合(fit)。
通常，在外科手术之前，外科医生开发用作执行外科手术的引导的初步(“手术前”)计划。作为手术前计划的一部分，外科医生除了别的以外还调查患者关节的尺寸、形状、运动功能以及情况。使用计算机辅助外科手术系统，该调查可以通过获得关节的基于计算机的图像并且在虚拟软件空间中产生患者的关节的基于计算机的模型来执行。使用该虚拟模型，外科医生可以评估关节的解剖特征的情况，并且除了别的以外还可以计划需要被移除的骨骼的位置和量以及假体组件应该被植入在骨骼上以恢复正常关节功能的位置和取向。
虽然外科医生在基于患者的唯一解剖结构定制外科手术的大多数方面时具有很大的灵活度，但是外科医生通常被限制于从有限数量的不同假体植入物组件中选择。在许多情况下，外科医生对其解剖结构与任何可用假体植入物组件不精确匹配的患者执行外科手术。结果，外科医生可能选择与患者的解剖结构最紧密地配合但是不精确匹配的假体植入物。然后，外科医生可以修改外科手术计划(手术前或手术中)，以适应所选假体组件。
在一些情况下，CAS系统可以包括连接到一个或更多个外科手术器械(例如，切削工具)且被构造为提供力反馈以用于在外科手术期间控制外科手术器械的力反馈控制系统。力反馈控制系统可以约束切削工具，以将外科手术器械的位置或操作限制到特定预定义边界内。通过允许用户在战略上定义与力反馈控制系统关联的虚拟边界的布置，这些CAS系统使得外科医生能够在准备接收假体植入物时精确且准确地控制骨骼的切除和雕凿。
因为CAS系统提供了一种用于通过定义外科手术器械的切削面可以操作的边界来准确地、可靠地且精确地执行骨骼切削的解决方案，所以一些CAS系统现在包括与可用假体植入物的尺寸和形状匹配的虚拟软件模型。植入物的虚拟软件模型可以在外科手术过程之前或期间相对于患者的关节的虚拟模型被定位(在软件中)。一旦被定位，植入物的软件模型就可以被“配准(register)”到患者的解剖结构的虚拟模型，使得切削面被约束为仅在由植入物的软件模型定义的区域内操作，将组织移除仅限于与植入物的配准布置关联的患者的骨骼的特定区域。
提供与可用植入物的选择关联的视觉模型以及对应触觉边界的系统可以允许外科医生快速且有效地定义用于准备骨骼以接收植入物的切除图案。通常，每个虚拟植入物模型可以与对应固定触觉边界关联，所述对应固定触觉边界可以基于与虚拟植入物模型关联的几何结构的尺寸和形状。然而，在一些情况下，外科医生选择尺寸过小的假体植入物，但是仍然希望移除可能位于超出要求容纳尺寸过小假体植入物的边界的患病或受损组织。
发明内容
根据一方面，本公开旨在一种用于基于患者特定解剖结构定制触觉边界的方法。该方法可以包括：基于将被植入在所述解剖结构上的虚拟植入物模型的几何结构识别标准触觉边界。该方法还可以包括：识别与虚拟植入物模型关联的参考特征；以及确定所识别的参考特征与和所述患者的解剖结构关联的虚拟模型之间的相交部(intersection)。可以识别所识别的参考特征与所述解剖结构的所述虚拟模型之间的相交部处的解剖周界，并且可以在所述解剖结构的所述虚拟模型上确定至少一个解剖特征。可以基于所述至少一个解剖特征修改所述标准触觉边界，以生成所述定制的触觉边界。
根据另一方面，本公开旨在针对用于基于患者特定解剖结构定制触觉边界的方法的另一种方法。该方法可以包括：在虚拟坐标空间中显示植入物的图形表示；以及在虚拟坐标空间中显示骨骼的图形表示。该方法还可以包括：基于用户输入相对于所述骨骼的图形表示定位所述植入物的图形表示。该方法还可以包括：基于所述植入物的几何结构显示标准触觉边界的图形表示；以及提取与所述植入物的图形表示关联的参考特征信息。在所提取的参考特征与所述骨骼的图形表示之间的相交部处的解剖周界可以被映射，并且根据所述参考特征和所述骨骼的图形表示的相交部的在骨骼的图形表示上的至少一个解剖特征也可以被映射。该方法还可以包括：基于至少一个解剖特征修改所述标准触觉边界，以生成所述定制的触觉边界；以及在虚拟坐标空间中显示所述定制的触觉边界的图形表示。
根据又一方面，本公开旨在一种计算机辅助外科手术系统，该计算机辅助外科手术系统包括：显示器；输入设备，该输入设备被构造为接收由用户输入的数据；以及处理器，该处理器可操作地连接到所述输入设备和所述显示器。所述处理器可以被构造为：基于将被植入在所述解剖结构上的虚拟植入物模型的几何结构识别标准触觉边界，识别与虚拟植入物模型关联的参考特征，并且确定所识别的参考特征与和所述患者的解剖结构关联的虚拟模型之间的相交部。所述处理器还可以被构造为识别在所识别的参考特征与所述解剖结构的虚拟模型之间的相交部处的解剖周界，并且根据参考特征与所述解剖结构的虚拟模型的相交部在所述解剖结构的虚拟模型上确定至少一个解剖特征。所述处理器还可以被构造为基于至少一个解剖特征修改所述标准触觉边界，以生成所述定制的触觉边界，并且在所述显示器上显示所述定制的触觉边界和与所述患者的解剖结构关联的虚拟模型。
本发明的另外目的和优点将在以下说明书中部分地阐述，并且部分将从说明书清楚，或者可以由本发明的实践来理解。本发明的目的和优点将经由所附权利要求中特别指出的元件和组合来实现并且获得。
将理解，上述概括描述和以下详细描述二者仅是示例性和说明性的，并且不限制如所要求的本发明。
附图说明
结合在本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图示出多个实施方式，并且与说明书一起用来解释本公开的原理和特征。
图1示出与假体系统配合的手术后假体膝关节的立体图。
图2提供了可以实现与所公开的实施方式一致的特定方法的示例性计算机辅助外科手术(CAS)系统的示意图。
图3提供了可以在与图2中所示的CAS系统关联的一个或更多个组件中使用的示例性计算机系统的示意图。
图4示出了根据特定所公开的实施方式的与CAS系统的图形用户界面关联的示例性屏幕截图。
图5示出了针对胫骨假体组件的标准触觉边界的虚拟表示。
图6示出了基于使平面与骨骼模型交叉的定制触觉边界的虚拟表示。
图7示出了根据特定所公开的实施方式的所述定制的触觉边界的虚拟表示。
图8提供了示出用于基于患者特定解剖数据生成所述定制的触觉边界的示例性方法的流程图。
图9示出了根据特定所公开的实施方式生成所述定制的触觉边界的步骤的虚拟表示。
图10示出了根据特定所公开的实施方式生成所述定制的触觉边界的另一个步骤的虚拟表示。
图11示出了根据特定所公开的实施方式生成所述定制的触觉边界的另一个步骤的虚拟表示。
图12示出了根据特定所公开的实施方式生成所述定制的触觉边界的另一个步骤的虚拟表示。
图13示出了根据特定所公开的实施方式生成所述定制的触觉边界的另一个步骤的虚拟表示。
图14提供了示出用于基于患者特定解剖数据生成所述定制的触觉边界的另一个示例性方法的流程图。
具体实施方式
现在将对本公开的示例性实施方式详细地作出参考，其示例在附图中示出。
健康膝关节包括股骨的远端与胫骨的近端之间的界面。如果健康膝关节例如由于伤害或疾病而受损，则可能要求膝关节外科手术来恢复关节的正常结构和功能。如果对膝关节的损伤严重，则可能要求全膝关节置换术(“TKA”)。TKA通常涉及移除关节的受损部分和用一个或更多个假体组件置换关节的受损部分。
在一些TKA过程中，可以使交叉韧带(包括前交叉韧带和/或后交叉韧带)中的一个或多个保持不受损伤，将与假体植入物一起再使用以形成新膝关节。在这些“交叉保留”应用中，假体植入物组件可以被构造为避免干扰或冲击穿过膝关节的髁间区域的保留交叉韧带。例如，股骨和胫骨假体组件中的每个可以设计有从假体组件的后部朝向假体组件的前部延伸的髁间“凹口”。股骨和胫骨髁间凹口提供允许交叉韧带从股骨髁间窝向下经过至胫骨髁间隆突的通道。
因为交叉韧带在正常膝关节使用期间处于较大张力，所以重要的是交叉韧带附接到股骨和胫骨的附接部位具有足够强度，以将交叉韧带适当地锚定(anchor)至骨骼。否则，由交叉韧带施加的力使附接部位周围的组织拉紧，这可能导致关节的失效，这可能要求矫正外科手术来修复。限制这种失效的可能性的一种方式是限制在附接部位(即，股骨的髁间窝和胫骨的胫骨髁间隆突101a)处或附近切除的骨骼的量。限制在附接部位处的自然组织的干扰量帮助保留组织的自然锚定机制，这降低附接部位处的失效的可能性。
在图1所示的实施方式中，假体植入系统110包括被构造为置换自然膝关节的切除部分的多个组件。根据一个实施方式，假体植入系统110包括被构造为置换自然胫骨101的切除部分的胫骨植入系统120。假体植入系统110还包括被构造为置换自然股骨102的切除部分的股骨组件130。在膝关节置换过程期间的植入之后，胫骨植入系统120和股骨组件130协作，以复制自然膝关节的形式和功能。
股骨组件130被固定到股骨102的远端，并且被构造为置换膝关节100的自然股骨部分的结构和功能。同样地，股骨组件130可以由充分刚性以便提供支持膝关节所要求的力的足够强度的外科手术级金属或金属合金材料(诸如外科手术级钢、钛或钛合金、钴-铬合金、锆合金或钽)制造。根据一个实施方式，股骨组件130可以具体实现具有多个不同结构特征的单个组件，每个结构特征被构造为执行与膝关节100关联的特定功能。例如，股骨组件130可以包括一对髁132，该一对髁132中的每个连接到髌骨引导部133。该对髁132通过髁间凹口138彼此分离，该髁间凹口138提供一个或更多个交叉韧带138(诸如前交叉韧带(ACL)103a和/或后交叉韧带(PLC)103b)可以通过的通道。
胫骨植入系统120可以包括多个组件，所述多个组件协作以提供与股骨组件130铰接以恢复适当膝关节功能的稳定面。如图1所示，胫骨植入系统120包括基部121或一个或更多个插入部123。在膝关节置换过程中，基部121被固定到胫骨101的近端，胫骨101的近端已通过移除受损骨骼和组织并且对健康骨骼整形以接收基部121进行外科手术准备。一旦基部121被固定到胫骨101，外科医生就通过将插入部123啮合并且固定在基部121中来完成胫骨植入系统120的组装。胫骨假体系统的基部121可以构造有穿过中心的通道，以允许所保留的交叉韧带103与胫骨髁间隆突101a之间的连接。
基部121可以被构造为模仿胫骨101的顶面的结构和功能。由此，类似于股骨组件130，基部121可以由充分刚性以便提供重新构建假体关节的剩余部分的稳定基部的外科手术级金属或金属合金材料(诸如外科手术级钢、钛或钛合金、钴-铬合金、锆合金或钽)制造。
插入部123可以被设计为模仿自然股胫界面的特定组件(除了别的之外包括膝关节的内侧半月板和外侧半月板)的形式和功能。同样地，插入部123可以由平滑的、半刚性合成或半合成塑料、橡胶或聚合物材料构成。插入部123可以被构造为提供被设计为在正常膝关节操作期间与股骨组件130铰接的平滑表面。根据一个实施方式，插入部123可以被构造为与基部121可移除地啮合。因此，如果插入部123例如由于过度磨损而随着时间劣化，则插入部123被构造用于定期置换。
为了确保关节的精确且准确准备以接收假体植入物，CAS系统可以用于生成可以帮助外科医生在与患者的解剖结构相互作用之前适当地对齐工具的外科手术部位和对应虚拟引导的图形表示。许多CAS系统包括允许用户电子地配准特定解剖特征(例如，骨骼、软组织等)的软件、外科手术器械、以及与外科手术部位关联的其它界标。CAS系统可以基于解剖特征的配准来生成外科手术部位的图形表示。CAS软件还允许用户计划外科手术过程的特定方面，并且配准这些方面，以便用外科手术部位的图形表示显示。例如，在膝关节置换过程中，外科医生可以配准骨骼和组织切削的目标导航点、位置以及深度、可以与用于施加触觉力的对应参考关联的虚拟边界、以及外科手术的其它方面。
图2提供了可以实现与特定所公开的实施方式关联的处理和特征的示例性计算机辅助外科手术(CAS)系统200的示意图。CAS系统200可以被构造为执行广泛多种整形外科手术过程(诸如例如，部分或全关节置换外科手术)。如图2所示，CAS系统200包括跟踪系统201、计算机辅助导航系统202、一个或更多个显示设备203a、203b、以及机器人系统204。应想到，CAS系统200以及这里所描述的方法和处理可以应用至许多不同类型的关节置换过程。虽然可以关于膝关节置换过程描述特定所公开的实施方式，但是这里所描述的概念和方法可以应用至其它类型的整形外科手术(诸如部分髋关节置换、全部或部分髋关节表面置换、肩关节置换或表面置换过程、以及其它类型的整形过程)。
机器人系统204可以由外科医生以交互方式使用以对患者执行外科手术过程(诸如膝关节置换过程)。如图2所示，机器人系统204包括底座205、关节臂206、力系统(未示出)以及控制器(未示出)。外科手术工具210(例如，具有操作构件的末端执行器，诸如锯、扩孔器或磨锥)可以连接到关节臂206。外科医生可以通过抓握并且手动地移动关节臂206和/或外科手术工具210来操纵外科手术工具210。
力系统和控制器被构造为在操纵外科手术工具期间向外科医生提供控制或引导。力系统被构造为经由关节臂206向外科手术工具提供至少一些力，并且控制器被编程为生成用于控制力系统的控制信号。在一个实施方式中，力系统包括致动器和可反向驱动传动装置，致动器和动传动装置提供约束或禁止外科医生将外科手术工具手动移动超出由触觉对象定义的预定义虚拟边界的触觉(或力)反馈，如例如在第8,010,180号美国专利和/或2009年12月22日提交的第12/654,519号美国专利申请(第2010/0170362号美国专利申请公开)(每个都通过引用完全结合于此)所描述的。根据一个实施方式，CAS系统200是由佛罗里达州的劳德代尔堡的MAKO Surgical公司制造的
Figure BDA0002157251600000081
机器人臂交互式整形系统。力系统和控制器可以容纳在机器人系统204内。
跟踪系统201可以包括被构造为跟踪外科手术工具201(连接到机器人系统204)的相对地点、位置、取向和/或姿态和/或患者的解剖结构(诸如，骨骼)的配准部分的位置的任何合适设备或系统。这种设备可以采用光学、机械或电磁姿态跟踪技术。根据一个实施方式，跟踪系统201包括基于视觉的姿态跟踪技术，其中，光检测器(诸如相机或红外传感器)被构造为确定一个或更多个光学转发器(未示出)的位置。基于光学转发器的位置，跟踪系统201可以捕获被配准到该转发器或该组转发器的患者的解剖结构的一部分的姿态(即，位置和取向)信息。
导航系统202可以可通信地连接到跟踪系统201，并且可以被构造为从跟踪系统201接收跟踪数据。基于所接收的跟踪数据，导航系统202可以确定与外科手术环境的一个或更多个配准特征(诸如，外科手术工具210或患者的解剖结构的部分)关联的位置和取向。导航系统202还可以包括可以在外科手术过程期间由外科医生或外科手术支持人员使用的外科手术计划和外科手术辅助软件。例如，在关节置换过程期间，导航系统202可以在显示设备203a、203b中的一个或两个上显示与外科手术过程有关的图像。
导航系统202(和/或CAS系统200的一个或更多个构成组件)可以包括或具体实现可以实现与所公开实施方式一致的处理和方法的基于处理器的系统(诸如通用或专用计算机)。例如，如图3所示，CAS系统200可以包括被构造为执行软件程序的一个或更多个硬件和/或软件组件，诸如，跟踪软件、外科手术导航软件、3-D骨骼建模或成像软件、和/或用于建立并修改虚拟触觉边界以便与力系统一起用于向外科手术工具210提供触觉反馈的软件。例如，CAS系统200可以包括：一个或更多个硬件组件，诸如，例如，中央处理单元(CPU)(处理器231)、计算机可读媒体(诸如，随机存取存储器(RAM)模块232、只读存储器(ROM)模块233、以及存储设备234)；数据库235；一个或更多个输入/输出(I/O)设备236；以及网络接口237。与CAS系统200关联的计算机系统可以包括除了上面所列出的那些之外的另外的、更少的和/或不同的组件。将理解的是，上面所列出的组件仅是示例性的且不旨在限制。
处理器231可以包括一个或更多个微处理器，所述一个或更多个微处理器被构造为执行指令并且处理数据以执行与CAS系统200关联的一个或更多个功能。如图3所示，处理器231可以可通信地连接到RAM 232、ROM 233、存储设备234、数据库235、I/O设备236以及网络接口237。处理器231可以被构造为执行计算机程序指令的序列以执行各种处理，如下面将详细描述的。计算机程序指令可以被加载到RAM中，以便由处理器231执行。
计算机可读媒体(诸如RAM 232、ROM 233以及存储设备234)可以被构造为存储计算机可读指令，该计算机可读指令在由处理器231执行时，可以使得CAS系统200或一个或更多个构成组件(诸如，导航系统202)执行与CAS系统200关联的功能或任务。例如，计算机可读媒体可以包括用于使得CAS系统200执行用于在关节置换术过程之后确定膝关节的参数的变化的一个或更多个方法的指令。计算机可读媒体还可以包含如下指令，该指令使得跟踪系统201捕获与特定配准对象(诸如外科手术工具210或患者的解剖结构的部分)关联的多个解剖界标的位置，并且使得导航系统202生成配准对象的虚拟表示以便在I/O设备236上显示。下面将更详细地描述计算机可读媒体可以包含指令的示例性方法。将想到，这里所描述的方法的每个部分可以具有用于使得CAS系统200的一个或更多个组件执行所述方法的、存储在计算机可读媒体中的对应指令。
I/O设备236可以包括被构造为与和CAS系统200关联的用户传输信息的一个或更多个组件。例如，I/O设备236可以包括具有允许用户(例如，外科医生)输入与CAS系统200关联的参数(例如，外科医生命令250)的集成键盘和鼠标的控制台。I/O设备236还可以包括显示器(诸如监视器203a、203b)，包括用于在监视器上输出信息的图形用户界面(GUI)。I/O设备236还可以包括外围设备，诸如，例如，用于打印与CAS系统200关联的信息的打印机、允许用户输入存储在便携式媒体设备、麦克风、扬声器系统或任何其它合适类型的接口设备上的数据的用户可访问磁盘驱动器(例如，USB端口、软盘、CD-ROM或DVD-ROM驱动器等)。例如，I/O设备236可以包括允许用户将患者计算断层扫描(CT)数据260输入到CAS系统200中的电子接口。然后，该CT数据可以被用于在软件中生成并操纵患者的解剖结构的部分的虚拟表示(例如，胫骨101的虚拟模型)。
与CAS系统200关联的软件可以被构造为使得能够执行外科手术计划、导航以及基本图像引导外科手术能力。例如，与CAS系统200关联的软件可以包括用于根据图像数据集生成并显示图像(所捕获的图像或计算机生成的所捕获图像)的计算机实现处理、用于确定外科手术器械的轴的尖端位置和取向的计算机实现处理、以及用于将患者和图像数据集配准到跟踪系统201的坐标系的计算机实现处理。这些处理可以使得例如CAS系统200能够在显示设备203a、203b上显示叠加在患者的解剖结构的一个或更多个图像上的所跟踪外科手术器械(和/或假体植入物)的虚拟表示，并且能够在外科手术过程期间实时更新所跟踪器械的虚拟表示。从图像数据集生成的图像可以是二维的，或者在三维图像数据集的情况下是例如基于图像数据集的分割的三维重建。根据一个实施方式，与图像数据集关联的图像可以包括与患者的解剖结构、假体植入物或任何对象关联的CT扫描数据。当在显示设备203a、203b上示出多于一个图像时，CAS系统200可以整合不同图像中的所跟踪器械的表示。
根据另一个实施方式，无图像系统可以被用于在软件中生成并操纵患者的解剖结构的部分的虚拟表示(例如，胫骨101的虚拟模型)。无图像系统包括本领域众所周知的技术，诸如利用在统计成形模型的系统和三维骨骼建模的方法。在无图像系统的一种形式中，患者的解剖结构的一部分的视觉表示基于患者特定特性(诸如通过使用探针工具物理接触患者的解剖结构获得的这种解剖界标)来创建。在其它无图像系统中，通过从数据库或骨骼模型库中选择三维模型来获得患者的解剖结构的一部分的三维虚拟表示。然后，可以基于患者特定特性使所选的骨骼模型变形，创建患者的解剖结构的三维表示。
与CAS系统200关联的处理器231可以被构造为建立与患者的解剖结构的一个或更多个特征关联或有关的虚拟触觉几何结构。如所解释的，CAS系统200可以被构造为创建外科手术部位的视觉表示，外科手术部位的视觉表示包括例如患者的解剖结构的虚拟表示、将在外科手术过程期间使用的外科手术器械、用于配准在外科手术部位内的其它对象的探针工具、以及与外科手术部位关联的任何其它这种对象。
除了物理对象之外，CAS系统200还可以被构造为生成虚拟对象，该虚拟对象存在于软件中并且在执行外科手术过程期间可能是有用的。例如，CAS系统200可以被构造为生成对应于用于准备骨骼的外科医生的计划的虚拟边界(诸如，定义外科医生计划切削、移除或以其它方式改变的骨骼区域的边界)。另选地或另外地，CAS系统200可以定义对应于期望路径或路线的虚拟对象，外科手术工具210的一部分应该在该期望路径或路线上导航以执行特定任务。
虚拟边界和其它虚拟对象可以定义虚拟坐标空间内的点、线或表面(通常相对于患者的解剖结构定义)，其用作在外科手术器械的所跟踪位置与虚拟边界或对象相互作用时向外科手术器械提供触觉反馈的边界。例如，当外科医生执行骨骼切削操作时，CAS系统200的跟踪系统201跟踪切削工具的位置并且允许当切削工具的虚拟表示不接近触觉边界时外科医生在工作空间中自由地移动工具。然而，当工具的表示接近虚拟触觉边界(已配准到患者的解剖结构)时，CAS系统200控制力反馈系统提供倾向于约束外科医生用切削工具穿过虚拟触觉边界的触觉引导。例如，虚拟触觉边界可以与假体植入物的虚拟模型的几何结构关联，并且触觉引导可以包括被映射到虚拟边界并且由外科医生感受为阻力以约束工具移动穿过虚拟边界的力和/或转矩。由此，外科医生觉得切削工具遇到了物理对象(诸如，壁)。以此方式，虚拟边界起虚拟切削引导的作用。因此，CAS系统200的力反馈系统向外科医生传输关于工具相对于虚拟边界的位置的信息，并且提供物理力反馈，以在实际切削处理期间引导切削工具。CAS系统200的力反馈系统还可以被构造为将用户的能力限于操纵外科手术工具。
与所公开的实施方式一致的系统和方法提供了一种用于定制虚拟触觉边界并且提供用于引导外科手术器械的触觉反馈的解决方案。根据一个实施方式，虚拟触觉边界可以基于修改与对应植入物几何结构关联的默认边界的用户请求来定制。另选地或另外地，虚拟触觉边界可以至少部分地基于患者的解剖结构(例如，软组织的位置、骨骼的边缘周界等)的检测来定制。用于定制虚拟触觉边界的处理可以是植入计划阶段的一部分，在该阶段期间，外科医生在手术前或手术中计划假体植入物的放置和关节组织的对应修改/移除以容纳植入物。图4提供了与用于CAS系统200的计划软件关联的图形用户界面的示例性屏幕截图。
图4示出了与和CAS系统200关联的计划软件的图形用户界面画面相关的示例性屏幕截图400。如图4所示，计划软件可以包括假体植入物(诸如，与胫骨植入系统120关联的胫骨基部121)的虚拟模型。根据一个实施方式，虚拟植入物模型可以由假体植入物的制造商来提供，并且可以提供假体植入物的几何结构的图形表示。使用几何结构的图形表示，虚拟触觉边界可以被创建并且与虚拟植入物模型关联。
图形用户界面400可以包括多个子画面，每个子画面被构造为显示植入计划的特定特征。例如，图形用户界面400可以包括用于显示所选虚拟植入物模型(例如，与胫骨基部121关联的模型)的第一子画面(例如，左上)。图形用户界面400可以包括用于显示与患者的解剖结构(例如，胫骨101)(植入物将被定位在其上)关联的虚拟模型的第二子画面(右上)。图形用户界面400可以包括用于显示患者的解剖结构内的虚拟植入物模型的计划放置的第三子画面(左下)。图形用户界面400还可以包括用于显示与计划植入物放置关联的各个内侧和外侧切除部401a、401b的视图的第四子画面(右下)。将想到，子画面的数量和视图可以不同于图4中所示的示例性实施方式中提供的那些。还将想到，一个或更多个子画面允许用户交互地更新视图和/或视图内的组件。例如，虽然右下画面示出了基于左下子画面中所示的计划植入物放置的患者的胫骨101的模仿切除的顶视图，但是将想到，用户可以选择用于显示子画面的内容的不同视图(例如，前视图、后视图、侧视图、仰视图等)。
在植入计划阶段期间，外科医生或医疗专家可以使用与CAS系统200关联的计划软件来计划假体植入物到患者的解剖结构上或内的放置。同样地，假体植入物、患者的解剖结构、外科手术器械(诸如切削工具)、以及外科手术过程期间可能使用的任何其它物理对象的虚拟(即，软件)3-D模型可以被生成并且配准到虚拟坐标空间(通常是与患者的解剖结构对应的坐标空间)。使用计划软件，外科医生可以相对于患者的解剖结构虚拟地定位假体植入物。基于虚拟假体植入物模型，计划软件可以生成标准触觉边界12。如图5中所描绘的，标准触觉边界12可以被构造为容纳切削工具(示意性地示出为切削工具10)的切削轮廓或尺寸。然而，如图所示，基于虚拟植入物模型的标准触觉边界12可能不足切除或过多切除用于切除以容纳植入物所必须的实际骨骼区域11。过多切除风险损伤软组织(诸如膝关节中的交叉韧带)，而不足切除可能留下可能要求用咬骨钳咬住或剥脱和/或手动消减掉的未切除骨骼。然而，依赖于植入物模型在骨骼模型上的参考平面的相交部11的边界16的触觉边界12可能在一些区域中不能容纳切削工具10的尺寸和形状，如图6所描绘的。切削工具(诸如，摆动型锯片)具有宽有效形状，宽有效形状将不太可能配合到图6中所示的定制触觉周界的不规则几何结构中。
图7示出了基于标准触觉边界12的构造并且还容纳患者骨骼与植入物参考面的相交部11的周界16处的特定解剖特征20的所述定制的触觉边界18。因此，所述定制的触觉边界18可以容纳切削工具10，并且还与用于骨骼移除的必要区域更紧密地匹配，以最小化不足切除或过多切除骨骼。下面关于图8-图14的描述详细地描述所述定制的触觉边界18的生成。
图8提供了示出用于自动地生成患者特定虚拟触觉边界的示例性方法的流程图800。根据一个实施方式，图8中所示的方法可以在与外科手术过程的执行关联的植入物放置计划阶段期间来实现。计划阶段可以在外科手术过程开始之前由外科医生或其它医疗专家在手术前执行。另选地或另外地，计划阶段可以在医疗过程期间在手术中执行(或重复)。
如图8的流程图800所示，一旦虚拟植入物模型被放在相对于患者的解剖结构的期望位置中，该方法就开始基于与正被使用的植入物关联的植入物模型13的尺寸和形状、切削工具的形状、以及切削工具的接近角来识别标准触觉边界12(步骤810)。该标准触觉边界12通常与假体植入物的几何形状紧密对应。然而，根据一个实施方式，标准触觉边界12可能与植入物的几何结构稍微不同。例如，标准触觉边界可能稍微大于假体植入物，以允许外科手术工具10存取(例如，以适应切削工具的宽度)的充足空间或提供用于进入由虚拟触觉边界定义的体积的区域。标准触觉边界12优选地是依赖于植入物模型的预定触觉，不要求新触觉生成。标准触觉边界12关于解剖结构的虚拟模型(诸如图9中的胫骨的近端的虚拟骨骼模型14)被示出。
一旦标准触觉边界12被识别，与虚拟植入物模型关联的参考特征15在虚拟坐标空间中的位置和取向就被识别(步骤820)。虚拟植入物模型的参考特征15可以具体实现虚拟植入物模型的一个或更多个点、线、平面或表面，并且通过扩展，可以具体实现与虚拟植入物模型关联的假体模型。参考特征15可以是参考平面、植入物模型的顶面、底面或其它面、或另外与植入物模型关联的平面。在图10的实施方式中，参考特征15是关于虚拟骨骼模型14示出的平面。另选地或另外地，参考特征15可以包括或具体实现与外科医生希望用作定制虚拟触觉边界的参考的植入物关联的任何特征。
一旦已建立与虚拟植入物模型13关联的参考特征15，就可以确定所识别参考特征15与患者的解剖结构的虚拟模型14之间的相交部(步骤830)。如图11所示，参考特征15与患者的解剖结构的虚拟模型14之间的相交部识别患者特定解剖周界16(步骤840)。
在确定解剖周界16时，与CAS系统200关联的计划软件可以被构造为识别患者的解剖结构专有的特定特征(步骤850)。如图12所示，解剖特征20被识别在解剖周界16上。解剖特征20可以包括例如最内侧界标、最后部内侧界标、最后部外侧界标以及最外侧界标。
作为自动检测的另选方案或除了自动检测之外，指示解剖特征20的信息(包括对所识别解剖特征的修改)还可以基于用户输入被接收。例如，外科医生可以通过使用利用虚拟坐标空间配准的探针工具物理地接触患者的解剖结构的点、线或区域将患者的解剖结构的一个或更多个点、线或区域手动地指定为解剖界标。根据另一个实施方式，CAS系统200的用户可以使用与计划软件关联的图形用户界面输入与解剖界标关联的信息。具体地，用户可以经由图形用户界面使用鼠标或者其它输入设备在患者的解剖结构的虚拟模型14上或者解剖周界16上选择一个或更多个点、线、表面或区域。例如，患者的解剖结构上的突出骨赘可能无意间在期望切削区域外部创建计算机生成界标。然后，外科医生可以使用所导航的探针工具或通过使用图形用户界面在虚拟模型上取消选择界标来取消选择该界标。
如图13所描绘的，一旦在解剖结构的虚拟模型14和/或解剖周界16上识别出解剖特征20，就可以将与CAS系统200关联的计划软件构造为基于解剖特征20修改标准触觉边界12(步骤860)。标准触觉边界12可以被伸展或收缩以与解剖周界16更紧密地匹配。在特定实施方式中，可以仅基于简单公式百分比移动标准触觉边界12的边缘。而且，必要时，可以锁定特定几何结构，以防止植入物形状的损形。在其它示例性实施方式中，标准触觉周界12可以由通过顶点构成的一系列简单线或边缘构成。每个顶点可以被指定为仅沿特定方向伸展，不伸展(即，保持固定)，或不伸展多于指定量。例如，针对胫骨组件的标准触觉边界12的内侧边缘顶点可以被指定为仅内外移动/伸展，并且作为一组一起移动/伸展，以便保持基本形状。顶点的适应性的控制帮助确保所述定制的触觉边界18保持可以容纳切削工具10的形状。
另选地或另外地，修改触觉边界12的步骤可以被执行为由外科医生进行的手动处理。例如，在已识别解剖周界16和/或(通过计划软件自动地或通过外科医生手动地)确定解剖特征20之后，外科医生可以修改之前建立的标准虚拟触觉边界12或自动建立的所述定制的触觉边界18。特别是，外科医生可以使用与计划软件关联的图形用户界面输入与移动触觉边界关联的信息。例如，外科医生可能希望收缩与胫骨组件基部关联的虚拟触觉边界的内边缘，以限制切削工具在胫骨髁间隆突附近的操作，并且避免不小心损伤附接到胫骨髁间隆突的软组织(例如，ACL或PCL)的可能性。为此，外科医生可以经由图形用户界面使用鼠标或其它输入设备选择触觉边界的一个或更多个边界或顶点，并且施加操纵以伸展/移动边界。
在一个实施方式中，外科医生设置用于可伸展边界的一系列偏移量偏好。例如，外科医生可能期望触觉边界从解剖界标向外偏移设置距离，以使得切削工具能够切削骨骼周界外部，以便提高切削效率。相反，外科医生可能期望将触觉边界设置为从解剖界标向内偏移设置距离，以保守地保护软组织。
一旦生成所述定制的触觉边界，所述定制的触觉边界就可以被配准到患者的解剖结构且显示在CAS系统200的显示器上。具体地，当生成所述定制的虚拟触觉边界18时，与CAS系统200关联的计划软件可以被构造为将定义所述定制的触觉边界18的虚拟表面和特征映射到与患者的解剖结构关联的虚拟坐标空间。同样地，与所述定制的触觉边界18关联的边界表面变为链接到患者的解剖结构，由此定义患者的解剖结构的允许外科手术器械在其中操作的区域。通过将所述定制的虚拟触觉边界18配准到患者的解剖结构，所述定制的虚拟触觉边界18变为虚拟地链接到患者的解剖结构，使得所述定制的虚拟触觉边界18可以在外科手术过程期间相对于患者的解剖结构中的特定移动、修改以及调整被跟踪(并且观看)。然后，CAS系统200可以将虚拟触觉边界应用至外科手术器械。
图14提供了示出用于基于患者特定参数定制触觉边界的另一个示例性方法1400的流程图。如图14所示，该方法开始于接收与患者的解剖结构关联的手术前图像或图像数据(步骤1405)。手术前图像可以包括使用用于记录与患者的解剖结构关联的图像的任何合适成像处理(诸如，例如，x射线、计算断层扫描(CT)、磁共振(MR)、正电子发射断层扫描(PET)、单光子发射计算断层扫描(SPECT)、超声等)获得的任何二维或三维图像数据集。根据一个实施方式，CAS系统200的I/O设备236可以接收与将做手术的特定患者的解剖结构关联的手术前CT扫描数据260。
在接收患者的解剖结构的手术前图像时，与CAS系统200关联的软件生成患者的解剖结构的3-D虚拟模型(步骤1410)。例如，CAS系统200可以包括用于基于与患者的解剖结构关联的所接收2-D(或3-D)图像数据集渲染对象的3-D模型的多个不同软件工具中的一个。在另选实施方式中，患者的解剖结构的3-D虚拟模型利用无图像系统来生成。
在生成患者的解剖结构的虚拟模型14之后，可以与患者的实际解剖结构配准，使得CAS系统200可以虚拟地跟踪患者的实际解剖结构在虚拟软件空间中的位置和取向。根据一个实施方式，该配准处理涉及将患者的解剖结构的多个点与虚拟模型上的对应点关联。这种关联可以使用已配准在虚拟坐标空间中的探针工具来进行，借此，通过使用探针工具的尖端接触或“探测”患者的解剖结构的一个或更多个表面来收集患者的解剖结构上的多个点。一旦虚拟模型14与患者的解剖结构配准，CAS系统200就能够跟踪患者的解剖结构在虚拟坐标空间中的位置和取向。
在患者解剖结构的3-D虚拟模型14被生成并且配准到患者的骨骼之后，CAS系统200的计划软件便于假体植入物在患者的解剖结构内的计划(步骤1415)。具体地，CAS系统200的计划软件基于用户输入确定虚拟植入物模型13相对于患者的解剖结构的虚拟模型14的放置。例如，外科医生可以从可用于外科手术的植入物的数据库中选择虚拟植入物模型13(例如，与如图4所示的胫骨基部121关联的虚拟模型)。使用图形用户界面400，外科医生可以操纵虚拟植入物模型13相对于患者的解剖结构(例如，胫骨101)的位置，其生成与虚拟植入物配合的胫骨的虚拟表示，如图4的图形用户界面400的左下子画面中所示。用于虚拟地计划植入物放置的这种处理允许外科医生在开始骨骼切除处理之前在模仿软件环境中对植入物相对于患者的解剖结构的位置进行精确调整。
一旦完成虚拟植入物模型13相对于患者的解剖结构的虚拟模型14的放置，就生成标准触觉边界12(步骤1420)。标准触觉边界12可以与假体植入物的几何形状紧密对应。从虚拟植入物模型13提取参考特征15信息(步骤1425)。根据一个实施方式，虚拟植入物模型的参考特征15可以具体实现虚拟植入物模型13的一个或更多个点、线、平面或表面。如上述实施方式所述，参考特征15是与植入物模型13关联的平面。另选地或另外地，参考特征15可以包括或具体实现与外科医生希望用作定制虚拟触觉边界的参考的植入物关联的任何特征。例如，参考特征15可以包括与直接紧邻接或面向与患者的解剖结构关联的虚拟模型14的表面的虚拟植入物模型13关联的任何表面。
在提取参考特征信息时，与CAS系统200关联的计划软件将参考特征信息映射到患者的解剖结构的坐标空间上(步骤1430)。即，与CAS系统200关联的计划软件将虚拟植入物模型13的参考特征15配准到患者的骨骼的虚拟模型14，使得相对于患者的骨骼的位置跟踪参考面15。
进一步参照图14，CAS系统200的计划软件确定所映射的参考面15与患者的解剖结构14之间的相交部，并且基于所确定的相交部虚拟地切除组织(步骤1435)。CAS系统200的计划软件还可以被构造为基于在切除解剖结构期间获取的信息修改标准触觉边界12以生成所述定制的触觉边界18(步骤1440)。如上所述，所述定制的触觉边界18可以通过基于位于解剖周界16上的至少一个解剖特征20伸展/移动标准触觉边界12来生成，解剖周界16由参考面15和患者的解剖结构14的相交部定义。解剖特征20的识别可以由CAS系统20自动地进行，或者可以由外科医生手动地执行。类似地，标准触觉边界12的修改可以基于之前识别的解剖特征20来自动地执行，或者可以由外科医生手动执行，外科医生基于患者特定解剖结构或根据期望切削方法和技术移动/伸展边界，即，限制切削工具在胫骨髁间隆突附近的操作，并且避免不小心损伤附接到胫骨髁间隆突的软组织(例如，ACL或PCL))的可能性。
在生成所述定制虚拟触觉边界18时，CAS系统200的计划软件给用户提供完成虚拟触觉边界的选项(步骤1445)。当用户决定完成虚拟触觉边界时，CAS系统200可以用虚拟触觉边界的坐标更新力系统。同样地，CAS系统200基于外科手术器械相对于虚拟触觉边界的跟踪位置将虚拟触觉力施加至外科手术器械(步骤1450)。
当前公开的用于定制虚拟触觉边界的系统和方法提供了一种用于调整与用于计算机辅助外科手术系统的力反馈控制系统关联的虚拟触觉边界的解决方案。根据一个实施方式，该解决方案允许用户通过伸展或收缩现有触觉边界来修改触觉边界，以配合一个或更多个解剖界标。然后，计划软件可以确定伸展后(或收缩后)的边界与患者的解剖结构的虚拟模型之间的相交部，以定义新虚拟触觉边界的位置，并且基于所确定的相交部建立新虚拟触觉边界。
上述说明被呈现用于说明和描述的目的。它们不是排他性的，并且不将所公开的实施方式限于所公开的精确形式。修改和改变在以上教导下是可以的，或者可以从实践所公开的实施方式来获取。例如，所描述的实现包括软件，但是所公开的实施方式可以被实现为硬件和软件的组合，或者在固件中实现。硬件的示例包括计算或处理系统，包括个人计算机、服务器、膝上型计算机、主机、微处理器等。另外，虽然所公开的方面被描述为存储在存储器中，但是本领域技术人员将想到，这些方面还可以存储在其它类型的计算机可读存储设备中，诸如辅助存储设备，像硬盘、软盘、CD-ROM、USB媒体、DVD或其它形式的RAM或ROM。
对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以对用于基于患者特定数据定制交互式触觉边界的所公开系统和所关联方法作出各种修改和改变。通过考虑说明书和本公开的实践，本公开的其它实施方式对本领域技术人员来说是显而易见的。说明书和示例旨在被认为仅是示例性的，本公开的真实范围由所附权利要求及其等同物来指示。

Claims (27)

1.一种用于基于患者特定解剖结构定制交互触觉边界的方法，所述方法包括：
基于将被植入在所述解剖结构上的虚拟植入物模型的几何结构获得标准触觉边界，其中，所述标准触觉边界由被布置成容纳切削工具的几何形状的多个顶点和边缘限定；
识别与所述虚拟植入物模型关联的参考特征；
确定和所述虚拟植入物模型关联的参考特征与和所述患者的解剖结构关联的虚拟表示之间的相交部；
识别所述参考特征与所述解剖结构的所述虚拟表示之间的所述相交部处的解剖周界；
根据所述参考特征和所述解剖结构的所述虚拟表示的所述相交部，在所述解剖结构的所述虚拟表示上确定解剖特征；以及
通过移动经受控制的所述多个顶点中的一个或更多个顶点，基于至少一个解剖特征修改所述标准触觉边界，以生成定制的触觉边界，所述控制确保所述定制的触觉边界保持能够容纳切削工具的形状，其中，所述控制针对所述多个顶点中的每个顶点指定该顶点能够仅沿特定方向伸展，保持固定，或者不伸展多于指定量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述解剖周界上在沿内、外、前和后方向中的任一个方向的最外点处识别所述解剖特征。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述解剖结构的所述虚拟表示上在所述解剖周界内或所述解剖周界的外侧上、或二者处识别所述解剖特征。
4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：在显示器上显示所生成的定制的触觉边界、与所述患者的所述解剖结构关联的所述虚拟表示、以及虚拟植入物模型中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述虚拟植入物模型与假体植入物对应，并且与所述虚拟植入物模型关联的所述参考特征包括与所述假体植入物关联的平面的虚拟表示。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述平面与所述假体植入物的邻接所述患者的解剖结构的表面关联。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述虚拟植入物模型包括胫骨假体基部的虚拟表示，并且其中，所述参考特征包括与所述胫骨假体基部的底面关联的平面。
8.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
接收包括指示由用户定义的解剖特征的信息的信号；以及
基于所接收的信号识别所述解剖特征。
9.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
接收指示对所述标准触觉边界或所述定制的触觉边界的用户定义修改的信号；以及
基于所接收的信号修改所述标准触觉边界或所述定制的触觉边界。
10.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
接收指示所述标准触觉边界的用户定义偏移量的信号；以及
基于所接收的信号调整所述标准触觉边界的位置。
11.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
接收与所述患者的解剖结构关联的计算断层扫描CT数据；以及
基于所述CT数据生成与所述患者的解剖结构关联的所述虚拟表示。
12.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
利用无图像系统生成与所述患者的解剖结构关联的所述虚拟表示。
13.一种用于基于患者特定解剖结构定制交互触觉边界的方法，所述方法包括：
在虚拟坐标空间中显示植入物的图形表示；
在虚拟坐标空间中显示骨骼的图形表示；
基于用户输入相对于所述骨骼的图形表示定位所述植入物的图形表示；
基于所述植入物的几何结构显示标准触觉边界的图形表示，其中，所述标准触觉边界由被布置成容纳切削工具的几何形状的多个顶点和边缘限定；
提取与所述植入物的图形表示关联的参考特征信息；
映射在所提取的参考特征与所述骨骼的图形表示之间的相交部处的解剖周界；
根据所述参考特征和所述骨骼的图形表示的所述相交部将解剖特征映射在所述骨骼的图形表示上；
通过移动经受控制的所述多个顶点中的一个或更多个顶点，基于至少一个解剖特征修改所述标准触觉边界，以生成定制的触觉边界，所述控制确保所述定制的触觉边界保持能够容纳切削工具的形状，其中，所述控制针对所述多个顶点中的每个顶点指定该顶点能够仅沿特定方向伸展，保持固定，或者不伸展多于指定量；以及
在虚拟坐标空间中显示所述定制的触觉边界的图形表示。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述解剖特征在所述解剖周界内或所述解剖周界的外侧上、或二者处被映射在所述骨骼的图形表示上。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述虚拟植入物模型与假体植入物对应，并且与所述虚拟植入物模型关联的参考特征包括与所述假体植入物关联的平面的虚拟表示。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述解剖特征包括用于调整所述标准触觉边界的用户定义界标。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，生成所述定制的触觉边界包括：接收指示对所述标准触觉边界或所述定制的触觉边界的用户定义修改的用户输入。
18.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括：
基于用户输入接收指示数字偏移量的信息；以及
至少部分地基于所接收的数字偏移量信息生成修改后的触觉边界。
19.一种计算机辅助外科手术系统，所述计算机辅助外科手术系统包括：
显示器；
输入设备，所述输入设备被构造为接收由用户输入的数据；以及
处理器，所述处理器可操作地连接到所述输入设备和所述显示器，并且所述处理器被构造为：
基于将被植入在解剖结构上的虚拟植入物模型的几何结构识别标准触觉边界，其中，所述标准触觉边界由被布置成容纳切削工具的几何形状的多个顶点和边缘限定；
识别与所述虚拟植入物模型关联的参考特征；
确定和所述虚拟植入物模型关联的参考特征与和患者的解剖结构关联的虚拟表示之间的相交部；
识别所识别的参考特征与所述解剖结构的虚拟表示之间的所述相交部处的解剖周界；
根据所述参考特征和所述解剖结构的所述虚拟表示的所述相交部，在所述解剖结构的所述虚拟表示上确定解剖特征；以及
通过移动经受控制的所述多个顶点中的一个或更多个顶点，基于所述解剖特征修改所述标准触觉边界，以生成定制的触觉边界，所述控制确保所述定制的触觉边界保持能够容纳切削工具的形状，其中，所述控制针对所述多个顶点中的每个顶点指定该顶点能够仅沿特定方向伸展，保持固定，或者不伸展多于指定量；以及
显示所述定制的触觉边界。
20.根据权利要求19所述的计算机辅助外科手术系统，其中，在所述解剖周界上在沿内、外、前和后方向中的任一个方向的最外点处识别所述解剖特征。
21.根据权利要求19所述的计算机辅助外科手术系统，其中，在所述解剖结构的所述虚拟表示上在所述解剖周界内或所述解剖周界的外侧上、或二者处识别所述解剖特征。
22.根据权利要求19所述的计算机辅助外科手术系统，其中，所述虚拟植入物模型与假体植入物对应，并且与所述虚拟植入物模型关联的参考特征包括与所述假体植入物关联的平面的虚拟表示。
23.根据权利要求22所述的计算机辅助外科手术系统，其中，所述平面与所述假体植入物的邻接所述患者的解剖结构的表面关联。
24.根据权利要求19所述的计算机辅助外科手术系统，其中，所述虚拟植入物模型包括胫骨假体基部的虚拟表示，并且其中，所述参考特征包括与所述胫骨假体基部关联的平面。
25.根据权利要求19所述的计算机辅助外科手术系统，其中，所述处理器还被构造为：
接收包括指示由用户定义的解剖特征的信息的信号；以及
基于所接收的信号识别所述解剖特征。
26.根据权利要求19所述的计算机辅助外科手术系统，其中，所述处理器还被构造为：
接收指示对所述标准触觉边界或所述定制的触觉边界的用户定义修改的信号；以及
基于所接收的信号修改所述标准触觉边界或所述定制的触觉边界。
27.根据权利要求19所述的计算机辅助外科手术系统，其中，所述处理器还被构造为：
接收指示所述标准触觉边界的用户定义偏移量的信号；以及
基于所接收的信号调整所述标准触觉边界的位置。
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