TW202126264A - 用於器具對準反饋系統及方法之器具把手 - Google Patents

用於器具對準反饋系統及方法之器具把手 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種與一系統一起使用以量測及顯示一手持器具之定向之器具把手。

Description

用於器具對準反饋系統及方法之器具把手
本發明係關於器具之對準，包含手術器具(諸如在脊柱穩定手術中使用之彼等)之角度對準，且包含可與此對準結合使用之器具把手。
每年執行數千次脊柱穩定手術。在手術過程期間，植入穩定結構(諸如脊柱桿及/或板)以為患者之脊柱提供支撐。手術過程亦可涉及使用椎弓根螺釘，該等螺釘可嵌入患者之脊柱中以牢固桿/板。
椎弓根螺釘之植入可涉及首先穿過椎弓根並至患者脊柱之椎體中之一導向孔。接著可將椎弓根螺釘植入導向孔中。
為了正確地放置椎弓根螺釘並避免損壞患者之脊柱，必須精確地執行導向孔之位置、角定向及軌跡。
成像器具(諸如螢光成像系統)可提供患者脊柱之影像以輔助導向孔之放置，但影像可受限於其等在手術過程期間可能提供之即時資訊。另外，使用此等系統可能使患者及醫生/護士暴露於高位準電離輻射，使得此等系統之擴展使用可能係不希望的。同樣，一熟練外科醫生可依靠他/她的經驗來正確放置導向孔，但各外科醫生之經驗層次可有所不同且在許多情況下可能不足。
實際上，研究已展示在脊柱穩定手術期間植入之多達4%之椎弓根螺釘可能未對準。此未對準可給患者帶來嚴重健康併發症且在許多情況下，椎弓根螺釘可能需要矯正，因此需要額外手術。
其他類型之手術/醫療過程亦可能需要所使用之手術器具之精確對準。例如，皮下注射針在使用期間可能經常需要適當定位及對準。
據此，需要提供一種關於手術器具之角定向、位置及軌跡之即時反饋之系統及方法。
Jamshidi針已用於進行活組織檢查及手術一段時間。Jamshidi針通常包含一把手，供外科醫生在使用針時抓握。然而，現有Jamshidi針尚未包含有助於在一手術過程期間對準之任何特徵。據此，需要一種用於一Jamshidi針及其他類型之手術器具之經改良把手。
本發明係在申請專利範圍以及以下描述中律定。
在一個實施例中，一種用於提供關於一手持器具之定向之反饋之系統可包含：組態有該手持器具之至少一個量測感測器；及與該至少一個量測感測器通信之一控制器；其中該至少一個量測感測器可量測該器具之定向，且該控制器可基於該經量測定向提供反饋。
在一個態樣中，該器具可選自群組：一錐子、一探針、一敲擊器、一鑽頭、一螺絲刀、一手術刀及一皮下注射針。
在另一態樣中，該至少一個量測感測器可包含至少一個加速度計。
在另一態樣中，該至少一個量測感測器可包含至少一個陀螺儀。
在另一態樣中，該經量測定向可為三維空間中之一定向。
在一個實施例中，一種適於量測一手術器具之定向之總成可包含組態有該手術器具之至少一個量測感測器；其中該至少一個量測感測器可量測該手術器具之角定向，且基於該經量測角定向輸出一信號。
在一個態樣中，該總成可包含與該至少一個量測感測器通信之一控制器，其中該控制器可接收該信號且基於該手術器具之該經量測角定向來提供反饋。
在另一態樣中，該手術器具可為一手持器具。
在另一態樣中，該手術器具可選自群組：一錐子、一探針、一敲擊器、一鑽頭、一螺絲刀、一手術刀及一皮下注射針。
在另一態樣中，該至少一個量測感測器可包含至少一個加速度計。
在另一態樣中，該至少一個量測感測器可包含至少一個陀螺儀。
在另一態樣中，該經量測定向可為三維空間中之一定向。
在一個實施例中，一種適於提供關於其定向之反饋之手持手術器具可包含組態有該手術器具之至少一個量測感測器；其中該至少一個量測感測器可量測該手術器具之角定向且基於該經量測角定向輸出一信號。
在一個態樣中，該手術器具亦可包含與該至少一個量測感測器通信之一控制器，其中該控制器可接收該信號且基於該手術器具之該經量測角定向提供反饋。
在另一態樣中，該手術器具可選自群組：一錐子、一探針、一敲擊器、一鑽頭、一螺絲刀、一手術刀及一皮下注射針。
在另一態樣中，該至少一個量測感測器可包含至少一個加速度計。
在另一態樣中，該至少一個量測感測器可包含至少一個陀螺儀。
在另一態樣中，該經量測定向可為三維空間中之一定向。
在一個實施例中，一種用於對準可包含至少一個量測感測器及與該至少一個量測感測器通信之一控制器之一手持手術器具之方法可包含：
(A)用該手術器具組態該至少一個量測感測器；
(B)使用該至少一個量測感測器來量測該手術器具之角定向；
(C)將(B)中之該經量測角定向資訊提供給該控制器；及
(D)使用該控制器基於該角定向資訊提供反饋。
在一個態樣中，該方法亦可包含：
(E)基於(D)中提供之該反饋來對準該手術器具。
在本發明之一態樣中，可將對準量測及反饋器具與一Jamshidi針連接使用用於自骨髓穿刺及生檢至椎體隆起過程(諸如後凸成形術及椎骨成形術)之過程及其他過程。反饋可用於在一手術過程期間將Jamshidi針定向至一適當定向。
在另一態樣中，本發明涉及一種用於一Jamshidi針之經改良把手，該把手包含適於接納可與該控制器通信以提供對準反饋之量測總成之一附接區域。
該附接區域可包含一凹部。該凹部通常在大小及形狀上對應於該量測總成，使得該量測總成可裝配在該凹部內。替代地，該凹部可包含一狹槽且該量測總成可包含裝配在該狹槽內之一突起。通過該將突起組態於該狹槽內，可將該量測總成保持於該凹部內之適當位置。替代地，該附接區域可包含可接納該量測總成之一表面。
替代地，該附接區域可包含具有一內部容積之一腔，該腔可將該量測總成接納於該內部容積中。該內部容積可包含一蓋，當該蓋打開時可允許將該量測總成放置於該腔內。該內部容積可包含該量測總成可通過其插入至該腔中之一開口。
該附接區域可包含對準機構，諸如對準標記、對準棘爪及其他類型之對準機構。
在本發明之另一態樣中，該經改良Jamshidi針把手可包含一前部及一後部。該前部及該後部可為可分離的。在一些實施例中，該前部及該後部可經拆卸以促進該器具總成之插入。
該量測總成量測該手持手術器具之該角定向且將該量測資訊輸出至該控制器。該控制器自該量測總成接收資訊且基於該器具之該經量測角定向提供反饋。
在一個態樣中，該反饋經即時提供。
一般技術者將理解，以上或以下描述及/或主張及描述為一步驟序列之任何方法就步驟順序而言並不受限。
一般而言，根據本發明之例示性實施例之系統提供裝置、工具、器具、軟體及方法以幫助裝置之適當對準。待對準之裝置可包含手動工具及/或任何種類之器具，例如，包含(但不限於)：手術器具、手鑽、螺絲刀、錐子、探針、絲錐、鋸子、銼刀、鉗子、鑷子、手術刀、皮下注射針及其他類型之手持裝置、非手持裝置及工具。一般技術者將理解，在閱讀本說明書之後，系統及方法可與可受益於在一維、二維或三維上對準之任何類型之裝置一起使用，且系統及之方法之範疇不受其可使用之裝置之類型之任何限制。
為了本說明書之目的及說明，將關於其與手術器具(例如，用於整形手術之器具)一起使用來描述系統及方法。然而，應瞭解，系統及方法可應用於可自其受益之任何類型之裝置並與其一起使用。
現參考圖1至圖12，將進一步詳細描述根據本發明之例示性實施例之系統10。在一當前較佳實施方案中，系統10可用於提供與手持手術器具之三維導航及對準有關之反饋。在一個當前較佳實施方案中，手術器具可包含用於執行整形手術(例如脊柱穩定手術)之器具。
在一個實施方案中，手術器具可包含用於將椎弓根螺釘植入一患者之脊柱中之裝置。如圖1中所展示，椎弓根螺釘20可較佳地通過椎弓根22植入並至患者之椎體24中。接著可將一聯動單元26 (例如，一脊柱桿或板)附接至椎弓根螺釘20。兩個或兩個以上椎弓根螺釘20通常可用於牢固各桿/板26 (例如，在各桿26之各端上之一個椎弓根螺釘20)，使得桿/板26可大體上平行於患者之脊柱28定向。依此方式，聯桿26可由椎弓根螺釘20保持牢固且為可附接其之脊柱之特定部分提供穩定性。
可較佳的，在手術過程期間在術中對脊柱桿26進行輪廓化以適當地配合於經植入椎弓根螺釘20之間。例如，可較佳使用如2018年5月7日申請之美國臨時申請案第62/762,478號及同日申請之題為Surgical Implant Preparation System and Method之美國專利案第16/140,491 (代理人檔案號999/002)號(該等案之全部內容為所有目的以引用的方式併入本文中)中所描述之一術中脊柱桿輪廓化系統。
右椎弓根螺釘20之矢狀角β展示於圖1中。可相對於沿矢狀面之垂直軸S (例如垂直鉛垂線)量測椎弓根螺釘20之角軌跡Ps 之角度β。當螺釘20自椎弓根22穿入椎體24而不刺穿任何皮質壁時，椎弓根螺釘20在圖1中之放置可認為係準確的。
圖2A、圖2B及圖2C係沿圖1中之切割線A-A之透視圖取得(沿軸向或橫向平面)。
圖2A展示在一導向孔21內且具有一軸向角α (橫向於內側軌跡)之一椎弓根螺釘20。椎弓根螺釘20之角軌跡Pa 之角度α可相對於沿軸向平面之垂直軸S (例如，垂直鉛垂線)量測。當螺釘20穿過椎弓根22並進入椎體24而不突破及/或穿孔外側或內側皮質壁時，螺釘20之放置可認為係準確的。
圖2B描繪一導向孔21內之一椎弓根螺釘20，該椎弓根螺釘20突破及/或穿孔外側皮質壁，且圖2C描繪一導向孔21內之一椎弓根螺釘20，該椎弓根螺釘20突破及/或穿孔內側皮質壁。圖2B及圖2C中所展示之椎弓根螺釘放置被認為係不準確的，且可給患者帶來嚴重神經系統問題，包含(但不限於)慢性疼痛、麻木、活動受限及癱瘓。因此，取決於患者之神經系統症狀，可能需要通過一額外手術來矯正不準確放置之椎弓根螺釘20，其給患者增加額外風險及併發症。
另外，考慮到可將聯動單元26牢固於兩個或兩個以上椎弓根螺釘20之間(如圖1中所展示)，可見，亦可能需要椎弓根螺釘20相對於彼此適當地對準，使得聯動單元26可安全地在椎弓根螺釘20之間通過，而不會受阻且不會對螺釘20或患者之脊柱28施加非所要應變或扭矩。
鑑於此等考慮，可理解，對於各椎弓根螺釘20，一準確外側至內側軌跡及頭頂至尾端軌跡以及對準對於一成功手術結果至關重要。系統
在本發明之一個例示性實施例中，系統10可包含一量測總成100、一控制器200及執行其各種功能所需之其他元件、組件及機構。如圖3中所展示，量測總成100可經組態有可能需要適當對準之一器具117 (例如一手動工具)。一般而言，量測總成100可量測器具之即時三維位置、定向及軌跡。依此方式，器具之使用者可利用此位置資訊來確保器具在其使用期間處於適當定向中。因而，例如，與植入椎弓根螺釘20相關聯之器具117可經適當對準，使得椎弓根螺釘20可經正確地植入，如圖2A中所展示。
控制器200可與量測總成100通信且通常可自量測總成100接收資訊及資料，且將資訊及資料發送至量測總成100。控制器200亦可處理自量測總成100接收之資訊且基於所接收之資訊向系統10之使用者提供反饋。控制器200亦可接收來自使用者之輸入以及與包含其他控制器及系統之其他系統之介面。
控制器200可包含任何類型之控制器200，包含(但不限於)：一平板電腦、一智慧型電話、一行動裝置、一膝上型電腦、一PC、一網路控制器、一伺服器(例如，一網路、後端或雲平台)、一微控制器及任何其他類型或類型之組合之控制器200。控制器200可包含可用於顯示資料、反饋或其他類型之資訊之一或多個顯示器202。控制器200亦可包含可由使用者用於與控制器200互動(例如用於資料輸入)之一或多個介面204 (諸如觸控螢幕、鍵盤、滑鼠等等)。
使用脊柱穩定手術作為一實例實施方案，一外科醫生可利用可經組態有量測總成100之一手術手動工具117 (例如一錐子)。在一個實例中，錐子可用於準備在患者脊柱內之一導向孔用於插入一椎弓根螺釘20。量測總成100可即時量測錐子之三維位置、對準、定向及軌跡且將此位置資料提供給控制器200。
接著，控制器200可處理資料且向外科醫生提供關於錐子之軌跡及因此所得導向孔之軌跡之反饋(例如，視覺、文本、聽覺等等)。依此方式，外科醫生可利用來自系統10之即時反饋以便以正判定向準確地引導錐子以形成一適當定向之導向孔。接著可將椎弓根螺釘20插入至導向孔中且藉此適當定位。
應理解，上文實例旨在展示，且系統10可與執行其他類型之過程之其他類型之器具一起使用。
接下來將進一步詳細描述系統10之各個元件。量測總成
參考圖4，根據本發明之例示性實施例，量測總成100通常可包含至少一個感測器102、至少一個處理器104、記憶體106、至少一個無線電108、一電源110、一電壓轉換器112及對於總成100執行其所需功能可能必需之其他組件及元件。取決於器具117及量測總成100之應用，總成100可包含上文所描述之元件之一些或全部，及/或根據需要包含額外元件。
感測器102可包含可量測、感測或依其他方式允許判定總成100之一維、二維或三維定向之任何類型之感測器102。在本發明之一個例示性實施例中，感測器102可為一加速度計，諸如一三軸(三軸)微機電系統(MEMS)加速度計。如本技術中已知，一加速度計102可量測動態及靜態加速度兩者。藉由量測歸因於地面重力之靜態加速度量，可判定感測器102之定向(角度及/或傾斜)。
一三軸MEMS加速度計102可在三個正交方向上提供同時量測，因此提供三維定向及軌跡資訊。加速度計102之輸出可為一電荷(例如一電壓波形)，其可與在任何給定時刻施加在其上之力成比例。接著可處理此電荷以提供單元100之即時位置及軌跡資料。
感測器102可包含壓電、壓阻、電容或其他組件以將機械或實體運動轉換成一電信號。在一個實例中，感測器102可包含三個微機械樞轉臂，其可在加速(例如重力)時偏轉。偏轉可由一電容感測器偵測且轉換成一數值(例如，以微克或µg為單位)。在另一實例中，感測器102可包含一或多個懸臂梁，各懸臂梁具有可在外部加速度之影響下偏轉之一檢驗質量(亦指稱一地震質量)。在另一實例中，感測器可包含一或多個陀螺儀(較佳地MEMS陀螺儀)。亦可使用感測器102之其他類型及架構，且應理解，系統10及量測總成100之範疇不以任何方式受總成100可利用之感測器102之類型之限制。
在一個當前較佳實施方案中，感測器102可為由意法半導體(STMicroelectronics)製造之一三軸加速度計(例如，零件號LIS3DSH)。應理解，亦可使用由其他製造商製造之其他感測器102。
在本發明之一個例示性實施例中，處理器104及記憶體106可一起形成為一微控制器114。微控制器114亦可包含可程式化輸入/輸出周邊裝置以及其他元件(諸如一電壓調節器116)。微控制器114、無線電108、電壓調節器116 (以及其他元件及組件)可經提供為一整合系統單晶片(SoC) 115。依此方式，可減小單元100之大小。圖4展示總成100之一個當前較佳電氣佈局。然而，應注意，以可使用其他電子佈局。在一個實例中，裝置100可量測0.8英寸×1.5英寸×0.5英寸，但裝置100亦可形成為其他大小。
無線電108可為一藍牙無線電，其可在2.45 GHz處至及自控制器200 (及/或至及自其他裝置)傳輸及接受資訊。在一個當前較佳實施方案中，無線電108可具有0.0023瓦特之一輸出功率(例如，藍牙低功耗協定)，但亦可使用其他輸出功率。另外，傳輸速率可為每秒1至2次，但亦可使用其他傳輸速率。
無線電108亦可為任何其他種類之無線電108或無線電108之組合，其等可使用任何類型之類比或數位通信協定或其任何組合以任何其他頻率傳輸及接收資訊。例如，無線電108可利用RF、毫米波、Wi-Fi、LAN、WAN、網際網路、蜂巢式連接、電話、IR或其他類型之通信協定或方法。無線電108亦可包含一天線、I/O埠及必要時之任何其他類型之通信機構。
在一個當前較佳實施方案中，傳輸器108可由Raytac Corp.製造(例如，零件號MDBT42Q、FCC標識符SH6MDBT42Q、證書號162181172/AA/00)。應理解，亦可使用由其他製造商製造之其他傳輸器108。
電源110可較佳地為一電池，但亦可包括其他類型之電力儲存裝置。在一個實例中，電池110可為一1.5 v鈕扣電池且電壓轉換器112可為一DC-DC轉換器112，其可如總成100中之其他組件所要求般將1.5 v提高至2.7 v。
另外，量測總成100亦可包含一或多個外部非揮發性(E2PROM)記憶體晶片116，該等晶片可用於增加SoC 115之內部記憶體106。
如圖6中所描繪之不同視圖中所展示，總成100可較佳地經封包為一小單一單元裝置。
在本發明之一個例示性實施例中，量測總成100可被組態有一手持器具117，手持器具117之使用可受益於適當對準。在使用手術器具的實例之後，器具117可為一錐子118，如圖7中所展示。錐子118可包含經組態有如所展示之一軸件122之一把手120。軸件122可包含一遠端尖端，該遠端尖端可被尖銳化成具有兩個或兩個以上尖銳側邊緣之一點。如本技術中已知，一錐子118可用於在一材料中鑽一孔，且在此實例中，錐子118可用於鑽一導向孔21穿過椎弓根22並至一患者之脊柱之椎體24中用於插入一椎弓根螺釘20。
外科醫生可藉由把手120固持錐子118，並將軸件122之遠端尖端放置於骨頭上可能需要孔的位置處。錐子118可沿由軸件122界定之軸線來迴旋轉，且軸件122之尖銳尖端可鑽孔21。
可見，在此過程期間錐子軸件122之定向及對準可判定所得導向孔21之定向及軌跡。亦可見，當椎弓根螺釘20可擰入所得導向孔21中時，螺釘20亦可遵循孔21之軌跡。
在此過程期間，量測總成100可量測錐子118 (軸件122)之定向及軌跡，且將此資訊提供給控制器200。控制器200可處理該資訊並將其提供給使用者。錐子118之使用者可接著利用此即時位置資訊來以正確定向適當地操縱錐子118以產生一適當定向導向孔21 (且因此，一旦插入，則產生一適當定向椎弓根螺釘20)。此將在隨後章節中進一步詳細描述。
在如所展示之一個當前較佳實施方案中，量測總成100可經組態有錐子118之把手120。然而，應理解，總成100亦可經組態有軸件122及/或錐子118之任何其他元件，且在錐子118上之任何位置中。
在器具117之製程期間，量測總成100可經附接至器具117，或依其他方式組態有器具117，或可與器具117一起改裝為一售後組件。量測總成100可與由器具之軸件122界定之軸線縱向對準，使得由感測器102使用之坐標系可與器具117之坐標系對準。此將在隨後章節中進一步詳細描述。然而，總成100亦可相對於器具117以其他定向對準。
器具之把手120可包含可經提供以接納總成100之一區段，諸如一平坦部分、一狹槽、一內部腔或可容納總成100並允許其牢固附接之任何其他類型之區段。接納總成100之區段之另一實例可為一凹部，諸如以下結合可涉及一Jamshidi針之一實施例所描述。然而，此可能並非必需(例如，當總成100可經組態有器具117作為一售後組件時)。量測總成100可用黏著劑(例如3M無菌手術黏著劑)、雙面膠帶、螺釘、螺栓、皮帶、帶、閂鎖、具有一唇緣之一卡扣配置、一壓力配合或任何其他類型之附接機構牢固至器具(例如把手120)。為了本說明書之目的，經組態有一量測總成100之一器具117可指稱一活動器具124。
在使用之前，可較佳校準量測總成100 (活動器具124)以驗證在預期使用範圍內量測總成之振幅回應、系統線性及其他效能特徵。依此方式，感測器102可經驗證為在其規格內執行。校準亦可提供一組比例因數(校準因數、校正因數等等)，該等比例因數可用於使總成100之電輸出與總成100之真實世界物理坐標相關。
可將校準因數應用於總成100之輸出信號以校正感測器之已知缺陷。一般而言，校準過程可通常包含感測器參考靈敏度、頻率回應、輸出偏置位準、橫向靈敏度、諧振頻率、時間常數及其他特徵之量測及校準。依此方式，在使用期間，可將校準因數應用於自量測總成100接收之原始資料且可在一經計算準確性及不判定性位準內判定總成100之即時角位置及軌跡。
一參考標準(諸如在美國國家標準技術研究院(NIST)下校準之一標準)可用於校準活動器具124。替代地，且更通常，一參考標準可用於校準可接著用於校準活動器具124之一轉移標準。在任何情況下，此可允許評估及最佳化量測總成100 (及活動器具124)之絕對準確性及量測不判定性。跨一系列量測亦測試活動器具124之量測可重複性且在計算總成之不判定性時使用此資訊可較佳。
可使用多種不同類型之校準過程來校準活動器具124，且可取決於總成100中採用之感測器102之類型及器具之期望使用範圍來選擇適當校準技術。可在每次使用之前、在每次使用之後(以驗證使用期間器具124沒有變化或漂移)、週期性地(較佳按一週期性排程表)或在任何其他時間期間對活動器具124進行校準。應理解，系統10、量測總成100及活動器具124之範疇不以任何方式受所使用之校準過程之類型或可執行校準之間隔之限制。控制器
在本發明之一個例示性實施例中，控制器200可包含一平板電腦、一智慧型電話、一行動裝置、一膝上型電腦、一PC、一網路控制器、一伺服器(例如，一網路、後端或雲平台)、一微控制器及任何其他類型或類型之組合之控制器200。控制器200亦可包含一操作系統及軟體、腳本、應用程式(包含行動應用程式)及控制器200可運行或依其他方式利用之其他類型之碼。
控制器200可即時地自活動器具124接收資訊並向其發送資訊。控制器200可經由藍牙通信與活動器具124配對，或可利用其他類型之通信協定或方法，諸如RF、毫米波、Wi-Fi、LAN、WAN、網際網路、蜂巢式連接、電話、IR或其他類型之通信方法、數位或類比或其等之任何組合。控制器200亦可根據需要使用相同或不同通信方法與其他器具(例如成像器具)通信。
在本發明之一個例示性實施例中，控制器200可在使用期間自活動器具124接收指示器具之即時定向及軌跡(較佳為三維)之資訊。控制器200可接著處理位置資料並將其以有意義現實世界格式提供給使用者，較佳地與一或多個三維坐標系(稍後描述)相關。控制器亦可應用特定活動器具124之校準因數(例如，比例因數或校正因數)以增加資料之準確性。
將在隨後章節中描述在使用活動器具124期間如何使用控制器200之細節。
控制器200亦可用於使先前章節中描述之校準過程自動化。例如，控制器200可提供可在校準過程期間指導使用者之軟體嚮導或其他類型之互動工具。
控制器200亦可提供軟體嚮導或其他類型之互動工具，其可在使用活動器具124期間指導使用者，如將在隨後章節中所描述。
應注意，任何數目個量測總成100可經組態有系統10，且各總成100可經組態有一不同活動器具124。例如，一第一量測總成100可經組態有如上文所描述之一錐子117，一第二量測總成100可經組態有一探針117，一第三量測總成100可經組態有一驅動器117，等等。另一器具總成可經組態有一Jamshidi針，如下文所描述。各量測總成100可包含控制器200可查詢、識別及記錄之一唯一電子標識符(例如，一序列號、一IP位址等等)。依此方式，控制器200可同時個別與各量測總成100監測(或依其他方式通信)。使用中
在手術之前，可藉由將患者放在俯臥位置之一射線可透過之手術台上來穩定患者之脊柱。在患者之脊柱穩定之後，可使用成像器具(例如C型臂螢光成像器具)自不同角度拍攝患者之脊柱之影像序列。接著可使用影像來構造脊柱之一維、二維及/或三維表示。亦根據需要根據成像器具之規格對其進行校準可較佳。
在本發明之一個例示性實施例中，控制器200 (或可行地成像器具)可使用成像資料來模型化、計算或依其他方式判定各待植入之椎弓根螺釘20之各導向孔之適當(最佳)位置、對準(較佳為三維)及軌跡。替代地，控制器可允許使用者與控制器200互動以手動地佈置各提議導向孔之提議位置、定向及軌跡。例如，控制器200可顯示患者脊柱之表示，使得使用者可將各導向孔之提議位置、定向及軌跡繪製(或依其他方式輸入)至佈局上。
控制器200亦可提供軟體嚮導或其他類型之互動式工具，其可幫助使用者佈置及/或依其他方式判定提議導向孔之位置。為了本說明書之目的，提議導向孔(無論由控制器200、使用者、任何其他系統或其等之任何組合來判定)可指稱如圖8中所展示之模型化導向孔23。
控制器200亦可對各模型化導向孔23執行品質檢查以確保模型化孔23確實處於適當位置及定向。且若發現潛在問題，則控制器200可將此引起使用者注意以供檢查。例如，控制器200可檢查以確保各椎弓根螺釘20之軸向角及矢狀角(分別為α及β)正確且不存在皮質穿孔。控制器200亦可確保椎弓根螺釘20可相對於彼此適當地對準，使得聯動單元26可附接於螺釘20之間而不會受阻且不會對螺釘20或患者之脊柱28施加非所要應變或扭矩。
各模型化導向孔23之位置及對準資訊可包含(但不限於)模型化導向孔23之入口點資訊、角定向、軌跡資訊、長度資訊、任何相鄰椎弓根螺釘導向孔23之定位、定向及/或位置、任何相關聯聯動單元26之定位、定向及/或位置以及其他資訊及/或其資訊之任何組合。可較佳的係，各模型化導向孔23之模型化定向及軌跡將孔23描述/展示為穿過椎弓根22並至沒有皮質穿孔之椎骨體24中(如圖2A中所展示)。該資訊可為複雜(向量)資訊。
如本技術中已知，可在成像應用及手術過程中使用三種常用坐標系，包含(但不限於)一世界坐標系、解剖坐標系及影像坐標系。世界坐標系可通常包含一笛卡爾(Cartesian)坐標系且可用於表示患者之位置及定向。解剖坐標系(亦指稱患者坐標系)可由描述一人體之標準解剖位置之三個平面組成：1)軸向平面可與地面平行且可將頭部(上)與腳部(下)分開，2)冠狀平面可垂直於地面且可將前部(前)與後部(後)分開，且3)矢狀平面可垂直於地面且可使左部與右部分開。影像坐標係可描述相對於解剖結構如何獲取各影像，且可由一原點、向右增加之一i 軸、向底部增加之一j 軸以及向後增加之一k 軸組成(全部正交)。
可較佳的係，由各種器具(例如，活動器具124、控制器200、螢光成像系統等等)使用之坐標系係相關的。依此方式，可將自活動器具124取得之即時角定向及軌跡資料準確地相關且與由螢光成像系統取得之成像資料重疊。此亦可允許外科醫生瞭解他/她在操縱活動器具124時可使用之坐標系。例如，外科醫生可操縱活動器具124相對於一垂直參考(諸如一鉛垂線)之軸向角α (圖2)及矢狀角β (圖1)。鉛垂線可大體上平行或大體上對應於可表示歸因於如由感測器102 (例如加速度計)量測之重力之加速度之向量。可使用外科醫生之個人知識及/或經驗，自模型化導向孔23或自解剖學界標判定導向孔21之開始位置。
由於活動器具124可用於創建導向孔21，所以控制器200可即時將活動器具124之即時定向/軌跡與模型化導向孔23定向/軌跡重疊(或利用其他類型之資料呈現)。例如，如圖8中所展示，控制器200可顯示沿軸向平面取得之患者椎骨之一橫截面，其中活動器具124之實際軸向角αa (展示為虛線C)與模型化先導孔23 (實線23)之模型化軸向角αm 重疊，各相對於垂直軸S (例如，沿矢狀平面之鉛垂線)取得。其他參考平面及/或坐標系亦可用作一參考。
使用此資訊連同導向孔23之起點資訊，外科醫生可在鑽孔過程期間操縱活動器具124，使得器具之定向/軌跡可與模型化導向孔23之定向/軌跡匹配。此可在患者之脊椎中產生一適當對準導向孔21，該導向孔通常可與模型化孔23之導向孔匹配。
在如圖9中所展示之另一實例中，控制器200可直接顯示由各量測總成100量測之角度資訊(α及β)。依此方式，使用者可讀取角度並相應地操縱對應活動器具124。
圖9展示組態有系統10之六個個別量測總成100之角度資訊(α及β)。因為各量測總成100可經組態有一不同活動器具124，所以控制器可顯示活動器具124之名稱連同各器具之對應角度資訊。其他資訊亦可經顯示。儘管圖9描繪由控制器200顯示之六個量測總成100之位置資料，任何數目個量測總成100可經組態有系統10，且控制器200可顯示自任何數目個其等接收之資訊。
另外，控制器200可提供軟體嚮導及/或任何其他類型之互動式工具，其可在手術過程期間輔助或依其他方式指導外科醫生。
控制器200亦可向外科醫生提供其他類型之即時反饋(諸如警告)，例如，若活動器具124之對準可偏離模型化導向孔23之對準一特定臨限值。例如，若活動器具124之角定向可認為沿超過一預定臨限值之任何平面偏離導向孔23之模型化角定向，則可聽到一聲音警告以警告使用者。亦可使用其他類型之反饋及警告，諸如視覺、感官或任何其他類型之反饋或其任何組合。
控制器200可包含可由系統10之使用者容易地觀看之至少一個顯示器202。例如，顯示器202可經定位成使得外科醫生可簡單地稍微向上掃視以便觀看顯示器202及其可展示之反饋。在另一實例中，控制器200之顯示器202可嵌入至使用者之眼鏡中，使得使用者可同時觀看顯示器202及患者。應理解，顯示器202可較佳地定位於其中系統10之至少一些使用者可觀看其等之任何地方。
在任何特定手術期間，不需要外科醫生利用由系統10提供之所有資訊。例如，外科醫生可基於皮層界標判定導向孔21之進入點且接著利用由系統10提供之定向及軌跡資訊來鑽導向孔21。應理解，由系統10提供之資訊之一些、任何及/或全部可由外科醫生自行決定利用，且系統10之範疇不依任何方式受外科醫生可或可不利用之所提供之資訊之限制。
一般技術者應理解，在閱讀本說明書之後，上文將活動器具124描述為一錐子118之實例旨在展示目的，且活動器具124可為任何類型之器具117。
例如，器具117可為如圖10中所展示之一探針126。探針126可包含一把手128及一軸件130。一量測總成100可經組態有探針126 (具有其把手128或其他位置)，使得探針126可為一活動器具124。
在一個較佳實施方案中，探針126可用於量測上文所描述之鑽孔導向孔21之角定向及軌跡。探針126可插入至鑽孔導向孔21中且探針126之角定向及軌跡(及因此導向孔21之角定向及軌跡)可由系統10量測、處理及顯示。依此方式，如先前章節中所描述，可驗證導向孔21之角定向及軌跡與模型化導向孔23充分相關。
在如圖11中所展示之另一實例中，器具117可為可用於將各椎弓根螺釘20擰入其對應導向孔21中之一驅動器132 (例如一螺絲刀)。驅動器132可包含一把手134及一軸件136。一量測總成100可經組態有驅動器132 (例如，具有其把手134)，使得驅動器132可為一活動器具124。依此方式，可監測螺釘20在其插入期間之軌跡以匹配模型化導向孔23 (及實際導向孔21)之軌跡。此可確保椎弓根螺釘20在其插入期間不會在導向孔21之外部追尋一替代軌道。
在另一較佳實施方案中，器具117可為如圖12中所展示之一皮下注射針138。皮下注射針138可包含一把手140、一主體142及一針144。一量測總成100可經組態有皮下注射針132 (具有其主體136或其他位置)，使得皮下注射針可為一活動器具124。
在一個較佳實施方案中，皮下注射針132可用於向一患者之體內註射。在一些此等過程中，可能需要將針138之定向固持於一特定角度，以便適當地執行注射。此亦可適用於下文結合一Jamshidi針討論之實施例。作為一活動器具124，系統10可量測、處理及顯示皮下注射針132之即時角定向，使得外科醫生可將其操縱至較佳位置。
在此實例中，系統10可或可不使用患者之成像資訊，且可代替使用理論模型化資料來指導使用者通過該過程。替代地，使用者可簡單地使用由系統10提供之位置資料且相對於一已知參考坐標系(例如一垂直鉛垂線)操縱活動器具124。
儘管上文已參考手術過程(諸如脊柱穩定手術及使用一皮下注射針之注射)來描述包含量測總成100及控制器200之系統10，但其他類型之手術過程亦可自系統10之使用受益。例如，椎體後凸成形術、一骨內已知病變之經皮骨生檢、可能需要立體定向手術之腦內神經手術過程以及其他手術過程亦可與系統10一起使用，並自其受益。
在所揭示之所有實施例中或依其他方式，量測總成100及/或活動器具124可為一次性的且可經設計為使用一次且接著丟棄。替代地，量測總成100及/或活動器具124可經設計為多次使用。
此外，在所揭示之所有實施例中或依其他方式，可較佳的係，對量測總成100及/或活動器具124進行消毒及/或依其他方式提供為一無菌裝置。
在本發明之另一例示性實施例中，量測總成100 (亦指稱一量測感測器)可經組態有一Jamshidi針以與控制器200組合使用。此實施例亦繪示量測總成100可在上文實施例中附接至把手120之另一方式。儘管結合一Jamshidi針描述此實施例，但應注意，此實施例之態樣可應用於上文實施例。
一標準Jamshidi針係一種用於執行各種醫療過程(包含骨髓生檢(亦指稱環鋸生檢)及骨髓穿刺)之手動裝置。該工具亦可在某些類型之微創脊柱手術期間使用，諸如後凸成形術、椎骨成形術及/或其他類型之椎骨擴張術。針亦可用於其他過程。
如圖13至圖15中所展示，Jamshidi針150可包含一套管152、一把手154及一管心針156。套管152係由不銹鋼或其他適當材料組成之一空心針。套管152之遠端可經尖銳化以形成一切削刃158。例如，套管152在其遠端處之內徑可朝向尖端徑向地逐漸變細以產生一錐形切削刃158。切削刃158可使用其他架構形成且可取決於針之應用而有所不同。
管心針156係一實心不銹鋼桿，其可牢固於套管152之整個長度內以在使用期間為套管152提供強度及剛度。據此，管心針156之外徑可比套管152之內徑稍小，使得其可裝配於套管152內。管心針156之遠端亦可經尖銳化。圖13描繪一標準Jamshidi針150，其具有經組態於套管152內且略微伸出套管之遠端之管心針156。
把手154可包含一前部154a及一可拆卸後部154b。當如圖13及圖15中所展示組合時，前部154a及後部154b可較佳地形成一「T」把手。如圖14中所展示，套管152之近端可牢固至把手154之前部154a且套管152可向前向遠端延伸。把手154之前部154a內之一縱向開口160可自套管152之近端(其中其可連接至前部154a)延伸並穿過前部154a之後部。開口可具有與套管152大致相同之內徑且可自把手154之前部154a之後部連續地延伸至套管152在其近端處之開口。套管152可與前部154a包覆模製或藉由其他附接方法牢固。
把手154之前部154a之後部亦可包含用於牢固一皮下注射針之一魯爾鎖配件(用於某些過程，諸如骨髓穿刺)。當前部154a及後部154b經連接時，開口160可穿過配件，且配件可裝配至把手之後部154b中之一凹部中。
管心針156之近端可附接至後部154b之前部且管心針156可向前向遠端延伸。如圖15中所展示，為了組態Jamshidi把手150及把手154，管心針156之遠端可插入至開口160中且在箭頭A之方向上推入至套管152中。當後部154b可附接至前部154a時，管心針156可延伸穿過前部154a之後部中之開口160並至套管152中。後部154b可由附接狹槽(例如，四分之一轉附接狹槽)牢固至前部160或由任何其他合適可拆卸附件機構。
管心針156之遠端可經尖銳化且當如上文所描述插入時可自套管152之遠端158稍微突出(例如，千分之幾英寸)以提供用於穿透骨頭之一鑽孔點。
在一典型使用中，一旦骨頭被刺穿，則可藉由移除把手154之後部154b自套管152移除管心針156。接著，套管152 (現係中空的，管心156經移除)可接著用於提取骨髓(固體或液體)以將骨夯實劑(矯形球囊)及/或骨水泥部署至受損椎骨中以及用於其他過程。
在本發明之一實施例中，如圖16至圖22中所展示，把手300可適於接納及牢固量測總成100。把手300及量測總成100之組合可形成一活動把手302。活動把手302、套管152及管心針156之組合可形成一活動Jamshidi針304。活動Jamshidi針304可接著與控制器200組合使用以形成系統10 (類似於上文所描述之實施例或用於其他目的)。
在器具之製程期間，量測總成100可附接至把手300或依其他方式組態有把手300，或可與器具一起改裝為一售後組件。在任何情況下，量測總成100可可移除地附接至把手300，使得總成100可經移除且根據需要附接至一不同器具。替代地，量測總成100可永久地附接至把手300。量測總成100可為一次性、可棄式或替代地可適合於多種用途且可經消毒用於此等多種用途。
把手300可包含可彼此經附接及拆卸之一前部306及一後部308 (圖16至圖17)。把手300亦可包含一頂部310及一底部312。頂部310 (或底部312)可包含一附接區域314，該附接區域314可適於接納量測總成100。如隨後討論，在一較佳實施例中，可自前部306移除後部308，藉此為總成100之附接區域314提供進入。量測總成100可與由套管152界定之軸線縱向對準，使得由量測總成100使用之坐標系可與活動Jamshidi針304之坐標系對準。接著可將前部306及後部308重新附接。
量測總成100可包含一頂部101、一底部103、一前部105、一左側107、一右側109，及一後部111 (參見圖20)。
在一較佳實施例中，附接區域314可包含一凹部316。凹部316可包含一底部318、一前部320、一左側322、一右側324，及一後部326。凹部316可經定大小為大體上對應於量測總成100之涵蓋區或尺寸，使得量測總成100可被接納至凹部316中並牢固於其中，如圖18中所展示。
較佳地，量測總成之底部103、前部105、左側107、右側109及後部111通常分別抵靠凹部之底部318、前部320、左側322、右側324及後部326。依此方式，量測總成100可緊密地裝配於凹部316內以促進相對於Jamshidi針之軸線的準確對準資料。然而，凹部316並不必一定包含一底部318、一前部320、一左側322、一右側324及一後部326的全部。例如，凹部316可並不必一定包含一後部326，在該情況下，凹部316之後部可為敞開的，且總成100仍可藉由將後部308重新附接至前部306而牢固於附接區域314內。
凹部316之深度跨凹部316之長度及/或寬度可為恆定的，或該深度可依任何方式變化。在任何情況下，凹部316之深度可使得凹部之前部320、左側322、右側324及/或後部326的至少一些可在量測總成100的底部103上方延伸。在一些實施例中，凹部之前部320、左側322、右側324及/或後部326的至少一些可在量測總成100的頂部101上方延伸。另外，凹部316之底部318可為大致平坦的且連續地跨凹部316之長度及寬度，使得量測總成100可被平放在凹部316內並藉此被支撐。替代地，底部318可在可為量測總成100提供支撐的區域之間包含間隙或間隔。在任何情況下，底部318較佳地為量測總成100提供足夠支撐及穩定性，使得總成100可保持平坦且係穩定的。
量測總成100可藉由由量測總成之底部103、前部105、左側107、右側109及後部111之至少一些分別抵靠凹部之底部318、前部320、左側322、右側324及後部326之至少一些而產生之壓力配合而牢固於凹部316內。然而，量測總成100可最初鬆散地裝配於凹部316中以促進將其放置於附接區域114中，但可使用其他附接機構及/或方法(例如，黏著劑或雙面膠帶)充分地牢固，如其他章節中所描述。
如圖19中所展示，凹部316之前部320可包含一上唇緣328，該上唇緣328可在上唇緣328與凹部316之底部318之間形成一狹槽330。量測總成100可包含當量測總成100定位於凹部316內(如上文所描述)時可延伸(至少部分)至狹槽330中之一前突起113。上唇緣328可藉此將突起113固持於狹槽330內以將量測總成100進一步牢固於凹部316內。
如將在其他章節中所描述，狹槽330亦可用於在凹部316內適當地對準量測總成100。儘管已將唇緣328描述為一單一唇緣328，但應理解，唇緣328可包括配置成牢固量測總成100之多個唇緣328。亦應理解，儘管唇緣328已經描述為位於凹部316之前部320中，但唇緣328可定位於凹部316之任何區域中(例如，在側322、324上)。
凹部316可包含輪廓側322及/或324，其等可對應於量測總成側107、109之橫截面形狀或尺寸。在此情況下，如圖20中所展示，可將量測總成100滑入至凹部中(例如，在移除後部308時自後部)且輪廓側322及/或324可保持側107、109。較佳的，裝配舒適，使得側322及/或324接合側107、109以將量測總成100牢固於凹部316內。然而，亦可包含其他附接機構(例如黏著劑)。圖20展示把手300，其中後部308自前部306移除。當部分306、308經重新附接時，後部308可協助進一步牢固總成100。
在本發明之另一較佳實施例中，附接區域314可包含如圖21中所展示之一表面332。表面332可較佳地包含一頂部334、一前部336、一左側338、一右側340及一後部342。表面332可經定大小以大體上對應於量測總成100之涵蓋區或尺寸，使得量測總成100可由表面332接納並附接至表面332。
如圖22中所展示，表面332之前部336可包含可包含一凹口346之一凸起部分344。量測總成100可包含當量測總成100定位於表面332上(如上文所描述)時可(至少部分)延伸至凹口346中之一前突起113。凹口346可藉此保持突起113以將量測總成100進一步牢固於表面332上。凹口346亦可用於將量測總成100在表面332上適當地對準，如將在其他章節中所描述。儘管凹口346已經描述為一單一凹口346，但應理解，凹口346可包括經配置以牢固量測總成100之多個凹口346。亦應理解，儘管凹口346已經描繪為位於凹部332之前部336中，但凹口346可定位於表面332之任何區域中(例如，在側336、338上)。
在此實施例中，儘管仍可發生部分306、308之拆卸，但可在不拆卸前部306及後部308之情況下將量測總成100定位及/或自把手300移除。
在如圖23中所展示之另一較佳實施例中，附接區域314可包含一腔348。腔348可包含由一底部352、一頂部354、一前部356、一左側358、一右側360及一後部362界定之一內部體積350。腔之內部體積350之大小及形狀通常可對應於量測總成100之大小及形狀主體，使得量測總成100可經接納至內部體積350中並附接至內部體積350。
腔348可包含一可移除蓋或其他部分，其當移除(至少部分)時可允許將量測總成100插入及/或移除至腔348中。替代地，腔348可包含量測總成100可通過其插入通過且至腔348中之一或多個開口。例如，腔348在其後部處可包含一開口，該開口可藉由移除把手300之後部308暴露。在其中後部308自前部306拆卸之情況下，量測總成100可經插入至腔348中及/或自腔348移除。
在此實例中，且通常在本文中所描述之其他實施例中，當可移除後部308時，量測總成100可根據需要保持牢固於把手300之前部306上或內。例如，在諸如骨髓抽吸之一些應用中，在量測總成100可保持完整時，可移除後部308且可將一血流針附接至前部306上之經暴露魯爾鎖配件。
在本文中所描述之實施例中，量測總成100亦可使用附接機構(諸如雙面膠帶、黏著劑、水泥、鉤環材料、壓配、閂鎖、皮帶、鉤子、夾子、螺釘、螺栓、按扣、吸盤、棘爪及其他類型之附接機構及/或方法及其任何組合)牢固至 附接區域314(例如，在凹部316內、在表面332上及/或在腔348內)。為此，可使用任何適當附接機構及/或方法將量測總成100牢固至附接區域314，且系統10、量測總成100、活動把手302及/或活動Jamshidi針304之範疇不依任何方式限制量測總成100可牢固至附接區域之方式。
在本文中所描述之實施例之任何者中，把手300 (前部306及/或後部308)、套管152及/或活動Jamshidi針304之任何其他元件可包含對準機構以促進量測總成100與針304之適當對準。例如，附接區域314可包含對準標記(例如，在凹部318之前部320處、在表面332之前部336處及/或在其他位置中)，該對準標記可與量測總成100上之對應對準標記對齊。在另一實例中，附接區域314可包含對準棘爪(例如，在凹部318之前部320處、在表面332之前部336處及/或在其他位置中)，該對準標記可接納量測總成100上之相應凸片。依此方式，量測總成100可適當地對準(例如，沿Jamshidi針304之縱軸)用於校準目的。
另外，儘管本文中所揭示之實施例將量測總成100描述為附接至把手300之頂部310，但把手之任何其他側或表面可包含一附接區域314、一凹部316、一表面332、一腔348及/或可接納量測總成100之任何其他附接點。
同樣，儘管本文中所揭示之實施例將量測總成100描述為使把手組態為一仰臥組態(例如，其底表面103置於附接區域314上)，但量測總成100可在任何方向上定向且量測總成100之任何表面(例如，其頂部101、底部103、前部105、左側107、右側109及/或後部111)可放置於把手300上或組態有把手300或依其他方式與把手300接觸。量測總成100可經組態有套管152或Jamshidi針之任何其他零件或元件。
附接區域314可包含來自上文所描述或依其他方式之實施例之任何者之態樣之任何組合。例如，附接區域314可包含一凹部316及一表面332之一組合，其中表面332包含一凹入前部及後部但不凹入左側及右側。上文所描述之一些實施例將附接區域314描繪為通常位於把手300之頂部310上，附接區域314可位於把手300上之任何位置(例如，在底部312上、在左側、右側、後部上及/或在任何其他位置中)。使用案例
I. 骨髓抽吸及生檢
在本發明之一較佳實施例中，活動Jamshidi針304與控制器200組合可用於執行骨髓抽吸及生檢過程。
骨髓係人體內大多數大骨骼中心之一軟組織。其產生人體大部分之血細胞。骨髓抽吸術係去除少量液體形式之組織用於檢查。一骨髓生檢涉及自一骨頭內部去除一小塊緻密之骨髓樣本用於測試。骨髓穿刺及生檢係血液學、腫瘤學及醫學領域之重要測試，且經執行一協助識別無法解釋之貧血(紅細胞不足)、血細胞數目異常(紅血球、白且球或血小板)、缺乏鐵(鐵缺乏症)、造血組織癌症(白血病或淋巴瘤)、可能擴散至骨髓之癌症、一患者對化學療法之反應及用於其他目的。
在許多情況下，可使用一Jamshidi針150 (如圖24A、圖24B及圖25中所展示)且可自髖骨之後部之上脊(後上棘(PSIS))收集骨髓液(抽吸)及組織樣本(活組織檢查)。替代地，可使用髖關節之前部(前上棘(ASIS))。一標準過程包含垂直推進針以到達PSIS並穿透骨骼之外部皮質。一旦外部皮質經刺穿，針之角度將重新定向，且針進一步前進到骨骼中。針之重新定向係一微妙過程，且如本技術中已知，目前存在兩種常見方法：1)臍部(內側方法)，及2)同側ASIS(外側方法)。
內側方法涉及在刺穿外部皮質之後改變針之角度以指向臍部，而外側方法涉及改變針之方向以指向ASIS。在任一方法中，針不得穿透骨骼皮質之內芯，因為此可損壞骶骼關節、股神經、骼總血管及乙狀結腸之腸系膜。另外，當使用內側方法時，針可能非常靠近骼腰靜脈及動脈及腰骶幹，且使用外側方法時，針可非常靠近骼肌及皮膚外側分支股神經。接觸此等結構之任何者係非常不希望的，因為其可導致神經血管損傷、腹膜後及/或腹膜內出血、血腫形成、假性動脈瘤形成、臀腔綜合症、出血過多及其他問題。
在此過程期間，可在患者中做一小切口且可插入套管152。可仔細地操縱套管152穿過肉，直至與骨骼表面接觸為止。一旦判定管心針尖端牢固地位於所需位置處之骨頭上，則向針施加壓力，且通過手腕及前臂之一來迴旋轉，將管心針156鑽入骨頭。
當套管/管心針組合已刺入骨頭之外部皮質時，可將針重新定向(例如，使用內側方法、外側方法或另一合適方法)且可將針插入至期望深度。接著可移除管心針156 (例如，藉由移除把手154之後部154b)且可將一注射器附接至在套管152之近端處之一魯爾鎖。管心針可用於自骨髓抽取氣音一樣本。在獲得一抽吸樣本之後，可移除注射器，且可將後部154b (沒有管心針156)重新附接至前部154a以涵蓋套管152。接著可將套管152可進一步鑽入骨髓以收集一堅硬骨髓樣本。一旦獲得一足夠骨髓樣本，則可移除Jamshidi針且可使用稍長於管心針156之一探針以將樣本自套管152之近端輕輕推出並至一無菌實驗室容器中。
在手術過程期間針之定位、對準及軌跡係至關重要的，且解剖學標記、界標觸診及/或成像技術之標準使用來定位及對準針可能不足，其取決於外科醫生之經驗及技能層次。
在一較佳實施例中，一活動Jamshidi針304及一相關聯控制器200可用於進行PSIS及/或ASIS之骨髓穿刺及/或生檢。一般而言，如以上結合前述實施例所描述，量測總成100可即時量測活動Jamshidi針304之三維位置、對準、定向及軌跡，且可將此位置資料提供給控制器200。控制器200可接著處理資料且向外科醫生提供關於針304之軌跡之反饋(例如，視覺、文本、聽覺等等)。
一成像器具(例如，C型臂螢光成像器具、CT掃描、MRI等等)可用於自不同角度拍攝患者髖部區域之影像序列。接著，影像可用於構造髖部之一維、二維及/或三維表示。
在另一實施例中，可在考慮患者之性別、身材、身高及各種解剖學量測時模擬患者髖部之二維及/或三維理論表示(模型)。
在本發明之一較佳實施例中，控制器200可使用成像資料及/或患者髖部之理論表示來模型化、計算或依其他方式判定適當逐步(最佳)在手術過程期間針304應採取之位置、對準、角度、軌跡(較佳三維)。替代地，控制器可允許使用者與控制器200互動以手動佈置針304之提議逐步位置、定向及軌跡。例如，控制器200可顯示患者髖部之表示且使用者可在針304應採取之佈局上繪製(或依其他方式輸入)提議位置、定向及軌跡。在任何情況下，針304之逐步位置可對應於一內側方法、一外側方法或另一合適方法。
接著，外科醫生可使用活動Jamshidi針304來執行手術過程，且控制器200可將活動針304之即時定向及軌跡與手術過程之各步驟之模型化定向及軌跡重疊。依此方式，系統10可提供活動針304之逐步導向用於其精確放置。
例如，控制器200可顯示沿冠狀(額)平面(圖24A)及矢狀平面(圖24B)取得之患者後(PSIS)之一橫截面。活動針304之自矢狀平面(圖24A中之Φa )及尾側(圖24B中之θa )側向之實際角度可分別用模型化軌跡(虛線)之模型化角度Φm 及θm 涵蓋。
使用此資訊，外科醫生可在抽吸及/或生檢過程期間操縱活動Jamshidi針304，使得器具之定向及軌跡可與模型化軌跡之定向及軌跡匹配。應注意，控制器200之顯示可即時動態地改變以即時為手術過程之各步驟(及針304之各潛在重新對準)提供指導。依此方式，可自開始指導外科醫生至手術之成功完成。
在其他實施例中，活動Jamshidi針304與控制器200組合可用於在身體其他區域(諸如在脊柱內)執行抽吸及/或生檢。在此等情況下，將針未適當放置在脊柱內之後果可係災難性的且可導致神經系統損害。在此等情況下，需要由活動針304及控制器200提供之具有更高精確度之針之即時軌跡導向以減少此等危險。
II. 椎體增強
在本發明之一較佳實施例中，活動Jamshidi針304與控制器200組合可用於執行微創脊柱手術，諸如後凸成形術及/或椎骨成形術手術。後凸成形術及椎骨成形術係用於治療脊柱壓縮性骨折之手術過程。此等骨折，亦指稱椎骨壓縮性骨折(VCF)通常係由衰老及骨質疏鬆之自然影響引起。
後凸成形術涉及將一Jamshidi針穿過患者之皮膚並至骨折椎骨中。後凸成形術有若干針刺方法，包含腰椎椎弓根方法(最常見)、腰椎椎弓根方法、胸椎椎弓根方法、胸椎椎弓根方法及其他方法。對於所有方法，在插入針期間必須格外小心。使用腰椎經椎弓根方法作為一實例，針必須穿過患者之椎弓根，而不會破壞及/或在外側皮質壁或內側皮質壁上打孔，因為此等破壞可給患者帶來嚴重神經系統問題，包含(但不限於)：慢性疼痛、麻木、活動受限及癱瘓。一旦進入椎體內部，針之深度亦必須仔細監測。
一旦針放置於適當位置中，則可將一小可充氣骨夯實劑(矯形球囊)穿過針插入且至受損椎骨中。一旦插入，可將夯實劑充氣以重新定位且使塌陷椎骨恢復回至一更正常形狀。球囊亦可壓緊椎骨中鬆質骨之柔軟內部以產生一腔。接著可將球囊放氣並移除，且可將水泥(聚甲基丙烯酸甲酯)(通過針)注入腔中以固定椎體並允許其保持一正常形狀。接著可使水泥硬化，可移除針，且可關閉切口。
在本發明之一較佳實施例中，可使用一或多個活動Jamshidi針304將可充氣骨夯實劑插入受損椎骨中且接著對其充氣。活動針304可接著用於使夯實劑放氣，移除其等且注入水泥。
如先前所描述，因為手術過程非常靠近脊柱發生，所以活動Jamshidi針304之精確放置對於避免對患者之神經系統損害及一成功後凸成形術至關重要。
在一較佳實施例中，可使用成像器具(例如C型臂螢光成像器具、CT掃描、MRI等等)自不同角度拍攝患者脊柱之影像序列。接著可使用影像來構造脊柱之一維、二維及/或三維表示。
在本發明之一較佳實施例中，控制器200可使用成像資料來模型化、計算或依其他方式判定適當逐步(最佳)針304應在手術過程期間採取之位置、對準、角度及軌跡(較佳三維)。替代地，控制器可允許使用者與控制器200互動以手動佈置針304之提議逐步位置、定向及軌跡。例如，控制器200可顯示患者脊柱之表示且使用者可在針304應採用之佈局上繪製(或依其他方式輸入)提議位置、定向及軌跡。
接著，外科醫生可使用活動Jamshidi針304來執行手術過程，且控制器200可將活動針304之即時定向及軌跡與手術過程之各步驟之模型化定向及軌跡重疊。依此方式，系統10可提供活動針304之逐步導向用於其精確放置。
例如，如圖25中所展示，控制器200可顯示沿軸向平面取得之患者椎骨之一橫截面，其中活動Jamshidi針304之實際軸向角αa (展示為虛線)涵蓋有模型化軌跡之模型化軸向角αm (實線)，各相對於垂直軸(例如，沿矢狀中線之鉛垂線)取得。然而應注意，其他參考平面及/或坐標係亦可用作一參考。
使用此資訊連同手術過程之起點資訊，外科醫生可在插入手術過程期間操縱活動針304，使得器具之定向、軌跡及最終深度可與模型化資料之定向、軌跡及最終深度匹配。應注意，控制器200之顯示可即時動態地改變以即時為手術過程之各步驟(及針304之各潛在重新對準)提供指導。此可導致一適當放置針304用於插入夯實劑及水泥。
椎體成形術類似於後凸成形術，但沒有骨夯實劑之插入及膨脹。相反，活動Jamshidi針304可用於將骨水泥直接注射至受損椎骨中，其中註射過程在過程期間產生腔。然而，將針304插入至損傷椎骨中使用相同過程且具有相同風險，且據此，必須以高精確度執行。在此過程期間，與控制器200通信之活動針304向外科醫生提供針304之即時定向及軌跡資訊，允許針304之一精確插入。一旦針304在正確位置、角度及深度插入椎骨中，則可注入骨水泥，且可成功修復椎骨。
一般技術者將理解，以上用例實例旨在展示目的且活動Jamshidi針304可用於可受益於其功能之多種規程。亦應理解，活動Jamshidi針304之範疇不依任何方式受針304可用來執行之過程之限制。
在本文描述一過程之處，一般技術者將瞭解，過程可在沒有任何使用者干擾之情況下操作。在另一實施例中，過程包含一些人為干擾(例如，一步驟在一人之幫助下執行)。
如本文中所使用，包含於申請專利範圍中，片語「至少一些」意謂「一或多者」，且包含僅一個之情況。因此，例如，片語「至少一些ABC」意謂「一或多個ABC」，且包含僅一個ABC之情況。
如本文中所使用，包含於申請專利範圍中，術語「至少一者」應理解為意謂「一或多者」，且因此包含包含一或多個組件之兩個實施例。此外，當特徵指稱「該」及「至少一者」兩者時，引用描述具有「至少一這」之特徵之獨立申請專利範圍之從屬申請專利範圍具有相同含義。
如本說明書中所使用，術語「部分」意謂一些或全部。因此，例如，「X之一部分」可包含一些「X」或全部「X」。在一對話之上下文中，術語「部分」意謂部分或全部對話。
如本文中所使用，包含於申請專利範圍中，片語「使用」意謂「至少使用」，且並非排他的。因此，例如，片語「使用X」意謂「至少使用X」。除非藉由使用字詞「僅」明確說明，否則片語「使用X」並不意謂「僅使用X」。
如本文中所使用，包含於申請專利範圍中，片語「基於」意謂「部分基於」或「至少部分基於」，且並非排他的。因此，例如，片語「基於因數X」意謂「部分基於因數X」或「至少部分基於因數X」。除非藉由字詞「僅」明確說明，否則片語「基於X」並不意謂「僅基於X」。
一般而言，如本文中所使用，包含於申請專利範圍中，除非在短語中特別使用單詞「僅」，否則不應將其理解為該短語。
如本文中所使用，包含於申請專利範圍中，片語「不同」意謂「至少部分不同」。除非特別說明，否則不意謂完全不同。因此，例如，片語「X與Y不同」意謂「X至少與Y部分不同」，並不意謂「X與Y完全不同」。因此，如本文中所使用，包含於申請專利範圍中，片語「X與Y不同」意謂X在至少某種程度上與Y不同。
應瞭解，在說明書及申請專利範圍中，字詞「第一」、「第二」等用於區別或標識，而並非展示一序列或數字限制。類似地，字母標籤(例如「(A)」、「(B)」、「(C)」等或「(a)」、「(b)」等)及/或數字(例如「(i)」、「(ii)」等)用於幫助可讀性並協助區分及/或識別，而不意欲依其他方式限制或強加或暗示任何序列號或數字限制或順序。類似地，在說明書及申請專利範圍中，諸如「特別」、「特定」、「某些」及「給定」之字詞(若使用，則)用來區分或識別，且不意欲依其他方式限制。
如本文中所使用，包含於申請專利範圍中，術語「多個」及「讀書個」意謂「兩個或兩個以上」，且包含「兩個」之情況。因此，例如，片語「多個ABC」意謂「兩個或兩個以上ABC」，且包含「兩個ABC」。類似地，例如，片語「多個PQR」意謂「兩個或兩個以上PQR」，且包含「兩個PQR」。
若術語、特徵、值及範圍等等與諸如約、大約、大體上、實質上、基本上、至少等等之術語結合使用，則本發明亦涵蓋此等術語、特徵、值及範圍等等。(即「約3」或「大致3」亦應正好涵蓋3，或「實質上恆定」亦應正好涵蓋恆定)。
如本文中所使用，包含於申請專利範圍中，術語之單數形式應解釋為亦包含複數形式且反之亦然，除非上下文另有指示。因此，應注意，如本文中所使用，單數形式「一」、「一個」及「該」包含複數引用，除非上下文另外明確指出。
貫穿說明書及申請專利範圍，術語「包括」、「包含」、「具有」及「含有」及其變體應理解為意謂「包含(但不限於)」，且不意欲排除其他組件，除非特別說明。
將瞭解，可對本發明之實施例進行變型，同時仍落入本發明之範疇內。除非另有說明，否則用於相同、等效或類似目的之替代特徵可替換說明書中所揭示之特徵。因此，除非另有說明，否則所揭示之各特徵表示一系列等效或類似特徵之一個實例。
若術語、特徵、值及範圍等等與諸如約、大約、大體上、實質上、基本上、至少等等之術語結合使用，則本發明亦涵蓋此等術語、特徵、值及範圍等等。(即「約3」亦應正好涵蓋3或「實質上恆定」亦應正好涵蓋恆定)。
使用例示性語言(諸如「例如」、「諸如」、「例如」(「例如」)及其類似者)僅旨在更佳繪示本發明且不指示對本發明之範疇之一限制，除非特別主張。
儘管已結合當前視作最實際及較佳實施例描述本發明，但應理解，本發明不限於所揭示之實施例，相反地，其意圖係涵蓋隨附申請專利範圍之精神及範疇內所包含之各種修改及等效配置。
10:系統 20:椎弓根螺釘 21:導向孔 22:椎弓根 23:導向孔 24:椎體 26:聯動單元/脊柱桿/板/聯桿 28:脊柱 100:量測總成 101:頂部 102:感測器 103:底部 104:處理器 105:前部 106:記憶體 107:左側 108:無線電 109:右側 110:電源 111:後部 112:電壓轉換器 113:前突起 114:微控制器 115:系統單晶片(SoC) 116:電壓調節器 117:器具 118:錐子 120:把手 122:軸件 124:活動器具 126:探針 128:把手 130:軸件 132:驅動器 134:把手 136:軸件 138:皮下注射針 140:把手 142:主體 144:針 150:Jamshidi針 152:套管 154:把手 154a:前部 154b:後部 156:管心針 158:切削刃 160:縱向開口 200:控制器 202:顯示器 204:介面 300:把手 302:活動把手 304:活動Jamshidi針 306:前部/部分 308:後部/部分 310:頂部 312:底部 314:附接區域 316:凹部 318:底部 320:前部 322:左側 324:右側 326:後部 328:唇緣 330:狹槽 332:輪廓側/表面 334:輪廓側/頂部 336:前部/側 338:左側 340:右側 342:後部 344:凸起部分 346:凹口 348:腔 350:內部體積 352:底部 354:頂部 356:前部 362:後部 A:箭頭 C:虛線 Pa :角軌跡 PS :角軌跡 S:垂直軸 α:軸向角 αa :實際軸向角 αm :模型化軸向角 β:矢狀角/角度 θa :尾側 θm :模型化角度 Фa :矢狀平面 Фm :模型化角度
當結合附圖考慮時，將充分瞭解本發明之各種目的、特徵及伴隨優點，其中相同元件符號貫穿若干視圖表示相同或相似部分，且其中：
圖1展示根據本發明之例示性實施例之一椎弓根螺釘及桿之態樣；
圖2A、圖2B及圖2C展示可植入一椎弓根螺釘之方式，例如根據本發明之例示性實施例之適當地如圖2A；且不適當地如圖2B至圖2C。
圖3展示根據本發明之例示性實施例之一對準反饋系統之態樣；
圖4至圖6展示根據本發明之例示性實施例之一量測總成之態樣；
圖7展示根據本發明之例示性實施例之一活動器具之態樣；
圖8及圖9展示根據本發明之例示性實施例之一資料佈局及/或顯示之態樣；及
圖10至圖12展示根據本發明之例示性實施例之一活動器具之態樣。
圖13至圖15展示一Jamshidi針器具。
圖16至圖23展示包含一經改良Jamshidi針之一活動器具之一實施例。
圖24A、圖24B及圖25展示包含本發明之經改良把手及對準系統之一Jamshidi針之定位。
152:套管
154:把手
154a:前部
154b:後部
156:管心針
160:縱向開口
A:箭頭

Claims (17)

  1. 一種手持裝置，其包括： 一把手，其具有一前部、一後部，及一附接區域； 一套管，其經組態有該前部；及 一量測總成，其經組態有該附接區域，該量測總成包括一角定向感測裝置及一輸出裝置； 其中該量測總成量測該手持裝置之該角定向，且至少部分基於該經量測角定向來輸出一信號。
  2. 如請求項1之手持裝置，其中該附接區域包含接納該量測總成之一凹部。
  3. 如請求項2之手持裝置，其中該凹部包含一狹槽，且該量測總成包含裝配於該狹槽內之一突起。
  4. 如請求項2之手持裝置，其中該凹部包含輪廓側，且該量測總成包含裝配於該凹部之該等輪廓側內之側。
  5. 如請求項1之手持裝置，其中該附接區域包含接納該量測總成之一腔。
  6. 如請求項1之手持裝置，其中該附接區域經組態有該前部。
  7. 如請求項1之手持裝置，其中該前部與該後部係可分離的。
  8. 如請求項1之手持裝置，進一步包含經組態有該後部之一探針。
  9. 如請求項1之手持裝置，其中該器具係一骨髓生檢器具。
  10. 如請求項1之手持裝置，其中該量測總成將該信號輸出至與該量測總成通信之一控制器。
  11. 如請求項10之手持裝置，其中該控制器接收該信號並基於該手持裝置之該經量測角定向來提供反饋。
  12. 如請求項1之手持裝置，其中該角定向感測裝置包括至少一個加速度計及/或至少一個陀螺儀。
  13. 如請求項1之手持裝置，其中該所量測之角定向係三維空間中之一定向。
  14. 一種用於執行一骨髓生檢之方法，該方法包括： (A)提供一骨髓生檢器具； (B)用該骨髓生檢器具組態至少一個量測感測器； (C)使用該至少一個量測感測器來量測該骨髓生檢器具之角定向； (D)將(C)中之該經量測角定向提供給與該量測感測器通信之一控制器；及 (E)使用該控制器，基於該經量測角定向來提供反饋。
  15. 如請求項14之方法，進一步包括： (F)基於(E)中提供之該反饋來對準手術器具。
  16. 一種用於執行椎骨成形術或後凸成形術之方法，該方法包括： (A)提供一椎骨成形術或後凸成形術器具； (B)用至少一個量測總成組態該椎骨成形術或後凸成形術器具； (C)使用該至少一個量測感測器來量測骨髓生檢器具之角定向； (D)將(C)中之該經量測角定向提供給與該量測感測器通信之一控制器；及 (E)使用該控制器，基於該經量測角定向來提供反饋。
  17. 如請求項16之方法，進一步包括： (F)基於(E)中提供之該反饋來對準該手術器具。
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