CN112672701B - 手术导向器和使用方法 - Google Patents
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Abstract
手术导向器包括主体，该主体包括内表面，该内表面限定被配置用于处置手术器械的腔。主体进一步限定与腔连通的开口。连接器可与所述开口布置并且可与手术机器人接合。释放器可与连接器接合。公开了系统、脊柱构建物、植入物和手术器械。
Description
技术领域
本公开一般地涉及用于治疗肌肉骨骼病症的医疗设备，并且更具体地涉及用于治疗脊椎的手术系统和方法。
背景
脊柱病症(如退行性椎间盘疾病、椎间盘突出症、骨质疏松症、脊椎前移、狭窄症、脊柱侧凸和其它弯曲异常、脊柱后凸、肿瘤和骨折)可由包含创伤、疾病以及由受伤和衰老所导致的退行性病状的因素引起。脊柱病症通常导致包含疼痛、神经损伤以及部分或完全丧失活动性的症状。
例如药物治疗、康复和锻炼的非手术治疗可能是有效的，然而可能无法减轻与这些病症相关联的症状。这些脊柱病症的手术治疗包含矫正术、融合术、固定术、椎间盘切除术、椎板切除术和植入式修复术。作为这些手术治疗的一部分，体内设备可以应用包含例如骨紧固件和椎骨棒体的植入物的脊椎构建物以向被治疗区域提供稳定性。这些植入物可以在愈合发生的同时使应力改变方向而离开受损或有缺陷的区域，以恢复同轴度(properalignment)并大体上支撑椎骨构件。在手术治疗期间，可将一个或多个杆和骨紧固件递送到手术部位。采用手术器械，例如以接合紧固件以供附接到两个或更多个椎骨构件的外部。本公开描述了优于这些现有技术的改进。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种手术导向器。手术导向器包括主体，该主体包括内表面，该内表面限定被配置用于处置手术器械的腔。主体进一步限定与腔连通的开口。连接器可与开口布置，并且可与手术机器人接合。释放器可与连接器接合。在一些实施例中，公开了系统、脊椎构建物、植入物和手术器械。
在一个实施例中，手术导向器包括机械臂，该机械臂包括内表面，该内表面限定了配置用于处置手术器械的通道。机械臂还限定了与通道连通的开口。螺钉可与开口布置，并且可与手术机器人接合。旋转轮可与螺钉接合。
在一个实施例中，手术导向器包括主体，该主体包括内表面，该内表面限定被配置用于处置手术器械的腔。主体还限定与腔连通的开口和与开口连通的槽。连接器可与开口布置，并且可与手术机器人接合。释放器可与槽布置，并可与连接器接合。
附图说明
根据附有以下附图的特定描述，本公开将变得更容易显而易见，附图中：
图1是根据本公开的原理的手术系统的一个实施例的部件的透视图；
图2为图1中所展示的系统的部件的透视图；
图3是图2中所示的部件的剖视图；
图4是图2中所示的部件的剖视图；
图5是图2中所示部件的透视图，其中零件被分开；
图6是图1所示的系统的部件的横截面图；
图7是根据本公开原理的手术系统的一个实施例的部件的透视图；和
图8是其中零件分离的图1中所示系统的部件的部分横截面的透视图。
具体实施方式
在用于治疗肌肉骨骼病症的医疗设备方面，并且更具体地说，在用于治疗脊椎的手术系统和方法方面，论述了手术系统的示例性实施例。在一些实施例中，本手术系统包括图像引导的机器人辅助的脊柱植入系统。在一些实施例中，本公开的系统和方法包括手术机器人制导器、手术导航器和医疗设备，其包含手术器械和植入物，所述手术器械和植入物用于例如对颈椎、胸椎、腰椎和/或骶骨区域进行手术治疗，如本文所描述。
在一些实施例中，本手术系统包括手术导向器，其可与手术机器人、手术机器人制导器、手术导航器和/或医疗设备连接。在一些实施例中，本手术系统包括手术导向器，该手术导向器包括释放器，例如释放机构，以释放固定、摩擦固定、卡住、困住和/或堵塞在手术导向器中的手术器械。在一些实施例中，释放器使手术导向器能够从手术机器人移除。在一些实施例中，释放配置允许用新的手术导向器替换该手术导向器和/或减少手术过程期间的部件操纵时间。
在一些实施例中，本手术系统包括手术导向器，该手术导向器包括释放器，例如用于机械臂导向器的救援轮。在某些实施例中，手术导向器包括可以通过手术驱动器或类似手术器械进行操作的救援轮。在一些实施例中，手术导向器由手术驱动器保持/移除，该手术驱动器通过开口从手术导向器的前部进入。在一些实施例中，手术导向器可包括夹紧螺钉，以将手术器械与导向器保持在一起。在手术器械被固定、摩擦固定、卡住、困住和/或堵塞在手术导向器的内表面的情况下，可能无法从常规的通道、轨迹和/或手术导向器的前侧接近夹紧螺钉以释放手术器械。在一些实施例中，尽管没有常规的接近夹紧螺钉的通道，但是释放手术导向器允许使夹紧螺钉后退以释放手术器械。在一些实施例中，如果手术器械被固定、摩擦固定、卡住、困住和/或堵塞在手术导向器中，该配置便于从手术机器人上取下手术导向器。
在一些实施例中，本手术系统包括手术导向器，该手术导向器包括释放器，其设计成与手术导向器的外表面齐平放置。在一些实施例中，手术导向器包括由可以装配在手术导向器的槽内的手术器械例如手术驱动器致动的释放器。
在一些实施例中，本手术系统包括手术导向器，该手术导向器包括可以通过手术驱动器或类似器械操作的救援轮。在一些实施例中，这种构造允许在无法接近夹紧螺钉时释放和/或退出连接器，例如夹紧螺钉。在一些实施例中，手术导向器包括用于处置救助轮的通槽。
在一些实施例中，手术导向器包括用于处置连接螺钉的开口，该开口可相对于手术导向器从前部轨迹进入。在一些实施例中，开口包括凹穴，以使得螺钉行进受到限制，并且螺钉保持螺钉与救援轮的接合。在一些实施例中，开口在最小轮啮合和全轮啮合之间提供螺钉在开口中的移动范围。在一些实施例中，螺钉从手术导向器的外表面突出选择的距离，例如，距离手术导向器的后表面例如1毫米。在一些实施例中，救援轮的外径与手术导向器的外表面齐平。在一些实施例中，螺钉包括具有至少一个平坦表面的头部。在一些实施例中，救援轮包括与螺钉的配接表面接合的配接表面。在一些实施例中，配接表面包括平坦部，如本文所述。
在一些实施例中，本手术系统与执行机器人辅助的脊柱手术的方法一起使用。在一些实施例中，该方法包括通过机器人辅助的轨迹对准工具递送后路脊柱器械的步骤。在一些实施例中，本手术系统和方法包括具有机器人软件的手术机器人制导器，该机器人软件执行将患者解剖结构配准到机器人的三维工作空间。
在一些实施例中，可以采用本公开的系统来治疗脊椎病症，例如退变性椎间盘疾病、椎间盘突出症、骨质疏松症、脊椎滑脱症、狭窄症、脊柱侧凸症和其它曲度异常、脊柱后凸症、肿瘤以及骨折。在一些实施例中，本公开的系统可以与其它骨骼和骨相关应用一起采用，所述应用包含与诊断和治疗相关联的那些应用。在一些实施例中，所公开的系统可以替代地用于针对处于俯卧或仰卧位置的患者的手术治疗，和/或对脊椎采用各种手术入路(surgical approach)，包含前侧、后侧、后侧中线、直接外侧、后外侧和/或前外侧入路，以及在其它身体区域中。本公开的系统还可以替代地与用于治疗脊柱的腰椎、颈椎、胸椎、骶椎和骨盆区域的手术一起采用。本公开的系统还可以用于动物、骨模型和其它非生物基质，例如在训练、测试和演示时。
通过参考结合形成本公开的一部分的附图所采取的实施例的以下详细描述，可以更容易理解本公开的系统。应理解，本申请不限于本文所描述和/或示出的特定设备、方法、条件或参数，并且本文所使用的术语是出于仅借助于示例描述特定实施例的目的，而不旨在进行限制。在一些实施例中，如说明书且包含所附权利要求中所使用，单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“所述”包含复数，并且除非语境明确规定，否则对特定数值的引用包含至少所述特定值。范围在本文中可被表达为从“约”或“大约”一个特定值和/或到“约”或“大约”另一个特定值。在表达此范围时，另一个实施例包含从一个特定值和/或到另一个特定值。类似地，在通过使用先行词“约”将值表达为近似值时，应理解，所述特定值形成另一个实施例。还应理解，所有空间参考(例如水平、竖直、顶部、上部、下部、底部、左和右)仅用于说明目的，并且可在本公开的范围内变化。例如，参考“上部”和“下部”是相对的，并且仅用于上下文中，并且不必为“较高”和“较低”。
如说明书且包含所附权利要求书中所使用，疾病或病况的“治疗(treating/treatment)”是指执行一手术，所述手术可包含向患者(正常的或非正常的人类或其它哺乳动物)给药一种或多种药物、使用可植入设备和/或使用治疗疾病的器械(例如用于去除凸出部分或患疝气椎间盘和/或骨刺的显微椎间盘切除术器械)，以致力于缓解疾病或病况的病征或症状。缓解可能在出现疾病或病况的病征或症状之前以及出现之后发生。因此，治疗包含防止疾病或不良病况(例如，在可能易患所述疾病但尚未诊断患有所述疾病的患者中防止所述疾病发生)。此外，治疗不需要完全缓解病征或症状，不需要治愈，并且特别包含对患者仅有边际效应的手术。治疗可包含抑制疾病，例如遏制其发展，或缓解疾病，例如造成病退。例如，治疗可包括减少急性或慢性炎症；缓解疼痛，缓和并诱导新韧带、骨骼和其它组织的再生长；作为手术的辅助手段；和/或任何修复手术。此外，如在说明书中所使用的和包括所附权利要求，除非另外特别指出，否则术语“组织”包括软组织、韧带、腱、软骨和/或骨骼。
以下讨论包含对包含手术机器人制导器、手术导航器、手术器械、脊柱构建体、植入物和相关部件的手术系统以及采用根据本公开的原理的手术系统的方法的描述。还公开替代实施例。详细地参考在附图中所示出的本公开的示例性实施例。转到图1-8，说明手术系统10的部件。
手术系统10的部件可以由适合于医疗应用的生物可接受的材料制造，所述材料包含金属、合成聚合物、陶瓷和骨材料和/或其复合材料。例如，手术系统10的部件可以单独地或共同地由例如以下材料制造：不锈钢合金；铝；工业纯钛；钛合金；5级钛；超弹钛合金；钴-铬合金；超弹金属合金(例如镍钛诺(Nitinol)，例如GUM 的超弹可塑性金属)；陶瓷和其例如磷酸钙的复合材料(例如SKELITETM)；例如聚芳基醚酮(PAEK)的热塑性塑料，包含聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)和聚醚酮(PEK)；碳-PEEK复合材料；PEEK-BaSO4聚合橡胶；聚对苯二甲酸乙二酯(PET)；织物；硅酮；聚氨酯；硅酮-聚氨酯共聚物；聚合橡胶；聚烯烃橡胶；水凝胶；半刚性和刚性材料；弹性体；橡胶；热塑性弹性体；热固性弹性体；弹性复合材料；刚性聚合物，包含聚苯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚乙烯、环氧基；骨材料，包含自体移植、同种移植、异种移植或转基因皮质和/或皮髓质骨，以及组织生长或分化因子；可部分吸收的材料，例如金属与基于钙的陶瓷的复合材料、PEEK与基于钙的陶瓷的复合材料和PEEK与可吸收聚合物的复合材料；可完全吸收的材料，例如基于钙的陶瓷，例如磷酸钙、磷酸三钙(TCP)、羟基磷灰石(HA)-TCP、硫酸钙或其它可吸收聚合物，例如聚交酯、聚乙交酯、聚酪氨酸碳酸酯、聚己内酯(polycaroplaetohe)；以及其组合。
手术系统10的部件还可以单独地或共同地由异质材料制造，所述异质材料是例如上述材料中的两种或更多种的组合。手术系统10的部件可以被单块地形成、整体地连接或包含紧固元件和/或器械，如本文所描述。
手术系统10可以例如与微创手术一起采用，所述微创手术包含经皮技术、微型开口和开口手术技术，以在患者体内的手术部位(例如脊椎的区段)操纵组织、递送和引入脊椎构建物的器械和/或部件。在一些实施例中，手术系统10的部件中的一个或多个配置成与现有脊椎构建物接合，所述现有脊椎构建物可以包含例如一个或多个棒体、紧固件、板片和连接器的脊椎植入物。在一些实施例中，脊椎构建物可以在翻修手术中与椎骨附接以操控组织和/或矫正脊椎病症，如本文所描述。
手术系统10包括手术机器人制导系统，该系统具有手术导向器，例如连接至机械臂14的末端执行器20。手术机器人制导系统与一种或多种手术器械一起使用，以操纵椎骨组织，以及递送和引入脊椎构建物的部件以与椎骨组织接合。末端执行器20包括释放器，例如救援机构，其配置用于如果手术器械和/或脊柱构建物变得固定、摩擦固定、卡住、困住和/或堵塞在末端执行器20内，则有助于从机械臂14上移除末端执行器20。
末端执行器20包括主体22。主体22包括间隔开的臂34。臂34沿主体22轴向延伸，如图2所示。臂34各自包括限定通道32的表面30。如本文所述，通道32被配置用于脊柱构建物和/或手术器械例如手术驱动器100的通过。在一些实施例中，臂34是柔性的，以促进脊柱构建物和/或手术器械的插入。在一些实施例中，每个臂34包括限定凹口38的埋头表面37。凹口38形成通道39，以提供通向连接器例如本文所述的夹紧螺钉36的入口。通道39被配置为指导和/或引导手术器械例如螺钉驱动器150横向地插入穿过通道32以扭转、驱动或以其他方式接合螺钉36，以将末端执行器20与机械臂14连接，如本文所述。
主体22包含限定开口42的表面40。开口42从表面30延伸到主体20的表面44，如图3所示。开口42设置成与通道32连通，使得螺钉36可通过通道32的一部分进入以与驱动器150接合，如本文所述。开口42配置用于沿图6中的箭头A和B所示的方向平移螺钉36。开口42包括部分48和部分50。如图6所示，部分46设置成与通道32连通，从而可以通过通道32接近螺钉36。如本文所述，部分46配置用于处置螺钉36的头部74。
部分48设置在部分46和部分50之间。部分48配置用于处置螺钉36的轴80。如图6所示，部分50设置成与主体22的表面44连通。部分50配置用于处置轴36的配接部分90。部分50包括限定部分50的深度X1的壁52。壁52配置成在螺钉36从机械臂14脱离时限制螺钉36的平移，例如，当螺钉25沿图6中的箭头A所示的方向平移时，如本文所述。如本文所述，壁52限制、抵抗和/或防止螺钉36的平移以保持头部74与释放器的接合。
部分46、48、50以轴向对准的方式设置。部分46、48、50的直径配置成可容纳螺钉36的各部分的各种尺寸。开口42横向于通道32设置。在一些实施例中，开口42相对于通道32以替代定向安置，例如横向、垂直和/或例如锐角或钝角的其它角度定向，和/或可偏移或交错。
主体22包含限定槽62的表面60。槽62配置用于处置释放器，例如本文所述的轮64。槽62设置成与开口42的部分46连通，使得螺钉36与轮64接合，如图3-6所示。槽62包括正方形横截面构造。在一些实施例中，槽62可具有各种配置，包含例如圆形、椭圆形、多边形、不规则、一致、可变、均匀和不均匀。
螺钉36在端部70和端部72之间延伸，如图5中所示。在一些实施例中，螺钉36被配置为夹紧螺钉。螺钉36构造成接合机械臂14的相应配接表面15，以将末端执行器20与机械臂14连接。螺钉36包括头部74。头部74构造成与轮64的一部分接合，如本文所述，使得轮64的旋转同时旋转了螺钉36以使螺钉36与机械臂14脱离。在一些实施例中，头部74包括平坦表面76，该平坦表面配置用于与轮64键接。
头部74包括承窝78。承窝78被配置为与驱动器150接合以驱动、扭转或以其他方式将螺钉36与机械臂14连接，以将末端执行器20与机械臂14组装在一起，如本文所述。在一些实施例中，承窝78包含用于与驱动器150的相应部分配接接合的六叶形几何形状。在一些实施例中，承窝78可替代地包括十字形、十字槽形、正方形、六边形、多边形、星形横截面结构，用于设置驱动器150的对应形状部分。螺钉36包括从头部74延伸的轴80。
螺钉36包括与轴80设置在端部72处的配接部分90。配接部分90包括表面92，该表面构造成与机械臂14的一部分接合。在一些实施例中，表面92包括螺纹表面，该螺纹表面构造成与机械臂14的螺纹表面接合以促进末端执行器20与机械臂14的连接。例如，当表面92接合机械臂14的相应配接表面15时，螺钉36将末端执行器20拉出和/或拉动成与机械臂14连接。
配接部分90包括长度X2。长度X2大于部分50的深度X1。例如，长度X2比深度X1大1mm，使得配接部分90从表面50突出大约1mm，如图8所示。在一些实施例中，该构造促进配接部分90与机械臂14的接合。
轮64包括主体120。主体120包括表面121。多个径向构件，例如臂122，从表面121延伸。臂122限定布置在相邻臂122之间的凹口124。凹口124被配置用于处置手术器械，例如驱动器150，以致动轮64的运动，例如旋转。轮64构造成被致动以在槽62内旋转。臂122从表面121延伸一定距离，该表面限定了轮64的直径D1。槽62的表面60包括沿主体22的外表面68延伸的边缘66，如图4所示。边缘66限定槽64的宽度W1。
在一些实施例中，直径D1小于宽度W1，使得臂122设置在槽62内以抵抗和/或防止轮64的意外旋转。在一些实施例中，直径D1等于宽度W1，使得臂122以与边缘66齐平的方向设置，以抵抗和/或防止轮64的意外旋转。
主体120包括表面130。表面130限定了配接部分，例如开口132。开口132配置成安置头部74。头部74与表面130的接合有助于轮64和螺钉36同时旋转。在一些实施例中，表面130限定平坦表面，例如，平坦部134，其构造成以键接方式与头部74的表面76接合。
在使用中，驱动器150与承窝78接合。驱动器150被操纵以旋转螺钉36以与机械臂14接合。螺钉36拉动和/或拽动末端执行器20以与机械臂14连接，如图6所示。驱动器100设置有通道32。在一些实施例中，在使用过程中，驱动器100可变得固定、摩擦固定、卡住、困住和/或堵塞在末端执行器20的表面30上，从而妨碍接近承窝78。这样，螺钉36无法通过承窝78从机械臂上脱离。为了将末端执行器20与机械臂14脱离，如图7所示，通过将驱动器150插入臂122之间致动轮64。驱动器150用作杠杆以向臂122施加力，使轮64沿图7中的箭头C所示的方向旋转。轮64通过表面76、130的接合，使螺钉36旋转而脱离与机械臂14的接合，如图8所示。部分50的壁52限制、抵抗和/或防止螺钉36的平移出与轮64脱离接合，以维持轮64和螺钉36之间的连接。
在组装、操作和使用中，类似于本文所述的系统和方法，手术系统10与例如治疗脊柱的受影响区段和身体内的相邻区域的适用病状或受伤的手术程序一起采用。在一些实施例中，手术系统10的部件中的一个或全部可作为预组装的设备递送或利用或者可原位组装。可完全地或部分地修改、去除或替换手术系统10。
在使用中，为了治疗椎骨(未显示)，执业医师以任何适当的方式(如通过组织的切开和缩回)接近手术部位。在一些实施例中，手术系统10可用于任何现有的手术方法或技术，所述现有的手术方法或技术包含开放式手术、微型开放式手术、微创手术和经皮手术植入，由此通过向区域提供受保护通道的小切口或套筒来接近椎骨。一旦接近手术部位，就可执行特定的手术以治疗脊柱病症。
结合手术过程，末端执行器20与机械臂14组装在一起。驱动器150通过通道39插入，以与螺钉36的承窝78接合。驱动器150与承窝78接合。末端执行器20定位在机械臂14附近。驱动器150被操纵以旋转螺钉36以与机械臂14的配接表面15接合。螺钉36拉动和/或拽动末端执行器20以与机械臂14连接，如图6所示。
骨紧固件与驱动器100连接。将驱动器100插入通道32中以在手术部位附近处置。通过机械臂14操纵驱动器100以使骨紧固件扭转、驱动或以其他方式与组织接合。在使用期间，驱动器100的操纵可导致驱动器100的表面变得固定、摩擦固定、卡住、困住和/或堵塞到末端执行器20，需要将末端执行器20从机械臂14上取下。
驱动器100与末端执行器20的固定妨碍螺钉36接近承窝78以使末端执行器20与机械臂14脱离接合。利用轮64将末端执行器20与机械臂14断开连接。如图7所示，驱动器150插入臂122之间以施加杠杆力来致动轮63。驱动器150向臂122施加力，使轮64沿图7中的箭头C所示的方向旋转。表面130与表面76接合，使螺钉36旋转，脱离与机械臂14的接合，从而移除末端执行器20和驱动器100，该驱动器被固定、摩擦固定、卡住、困住和/或堵塞在末端执行器20内，如图8所示。在一些实施例中，替代的末端执行器20可以附接到机械臂14。
在完成手术后移除手术系统10的手术器械和非植入部件，并且闭合(一个或多个)切口。手术系统10的部件中的一个或多个可由射线可透过材料(如聚合物)制成。可以包含放射性标记以用于在x射线、荧光透视、CT或其它成像技术下进行标识。在一些实施例中，手术导航、显微手术和图像引导技术的使用可以用于借助于手术系统10来接近、查看和修复脊椎退化或损伤。
在一些实施例中，手术系统10包含药剂，其可以安置、装填、涂布或层叠在手术系统10的部件和/或表面内、上或周围。在一些实施例中，所述药剂可以包含骨生长促进材料，例如移植骨，以增强固定元件与椎骨的固定。在一些实施例中，所述药剂可以是HA涂层。在一些实施例中，试剂可包含一种或多种治疗剂和/或药理学试剂以供释放，包含持续释放，以治疗例如疼痛、炎症和退化。
应理解，可对本文公开的实施例进行各种修改。因此，以上描述不应被解释为限制性的，而仅应作为各种实施例的例证。所属领域的技术人员将设想在本文所附权利要求书的范围和精神内的其它修改。
Claims (13)
1.一种手术导向器，其包括：
主体，该主体包括内表面，该内表面限定被配置用于处置手术器械的腔，所述主体还限定与所述腔连通的开口，所述主体包括间隔开的臂，所述臂限定轴向通道；
连接器，其可与所述开口布置并且可与手术机器人接合；和
释放器，所述释放器包括构造成用于与所述连接器进行键连接的平坦部，所述平坦部限定开口，所述连接器包括头部和从所述头部延伸的轴，所述头部设置在所述开口中，使得所述头部的外表面直接接合所述平坦部。
2.根据权利要求1所述的手术导向器，其中所述开口设置在所述腔的侧面。
3.根据权利要求1所述的手术导向器，其中所述开口包括第一部分、第二部分和第三部分。
4.根据权利要求3所述的手术导向器，其中所述部分是轴向对准的。
5.根据权利要求1所述的手术导向器，其中所述连接器包括夹紧螺钉。
6.根据权利要求1所述的手术导向器，其中所述轴构造成与所述手术机器人连接。
7.根据权利要求1所述的手术导向器，其中所述连接器包括构造成与所述手术机器人连接的配接表面。
8.根据权利要求1所述的手术导向器，其中所述连接器可在所述开口内移动一与所述释放器接合的范围。
9.根据权利要求1所述的手术导向器，还包括布置成与所述开口的一部分连通的槽。
10.根据权利要求9所述的手术导向器，其中所述槽构造用于处置所述释放器。
11.根据权利要求1所述的手术导向器，其中所述释放器可与所述连接器接合，以促进所述连接器与所述手术机器人的脱离。
12.根据权利要求1所述的手术导向器，其中所述释放器包括可旋转的轮。
13.根据权利要求1所述的手术导向器，其中所述释放器包括限定了开口的表面，该开口构造用于与所述连接器布置和接合。
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