[发明专利]使用惯性传感器用于杯植入物的方法和装置

说明书

一种计算机辅助手术(CAS)系统，包括杯植入装置以及CAS处理单元，杯植入装置包括具有工具端和带有用于操纵的手柄的手柄端的轴以及旋转指示器，轴具有纵向轴线，工具端适于支撑被接收在患者的髋臼中的杯，旋转指示器具有代表装置平面的视觉引导件，其中，装置平面相对于工具端上的杯的中心处于已知位置和定向。CAS处理单元包括连接到杯植入装置的至少一惯性传感器单元，惯性传感器单元输出三轴线读数并具有与患者的骨盆的参考轴线相关的虚拟预设定向，虚拟预设定向基于专门针对患者的骨盆的术前成像，骨盆的参考轴线穿过骨盆的所述髋臼的旋转中心并穿过骨盆的参考标记，其中，当杯位于患者的髋臼中并且装置平面经由视觉引导件穿过参考标记时，杯植入装置的纵向轴线的即时三轴线定向相对于参考轴线是用三角学方法已知的，即时三轴线定向用于相对于骨盆校准在杯植入装置上的惯性传感器单元。

技术领域

本申请涉及一种使用惯性传感器在计算机辅助手术中用于定向髋臼杯植入物的方法和系统。

背景技术

在髋关节置换术中，髋臼被铰孔以随后在其中接收髋臼杯(也称为杯植入物)。髋臼杯是被接收在经铰孔的髋臼中的植入物并充当对股骨头或股骨头植入物的容座。因此，在过程中使用诸如绞孔器和杯撞击器的工具。这种过程中的挑战之一是为髋臼杯提供足够的定向。实际上，不正确的定向可能导致运动的损耗、不适当的步态和/或植入物部件的过早磨损。例如，髋臼杯通常通过撞击器定位在经铰孔的髋臼中。撞击器具有杆，在杆的末端处是髋臼杯。杆由操作者把持，操作者撞击自由端，以将髋臼杯敲入髋臼中。然而，重要的是，操作者将撞击器的杆保持在精确的三维定向中，以便确保在倾斜角和前倾角方面的髋臼杯的足够定向。

为此，已经发展了计算机辅助手术，以便在将撞击器定位和定向到期望的定向，特别是通过使得能够确定骨盆倾斜、髋臼平面或骨盆的类似定向数据方面帮助操作者。在计算机辅助手术中使用的各种跟踪技术中间，已经使用光学导航、C形臂验证和手动参考引导。光学导航要求使用导航系统，其增加了操作时间。光学导航还要求将参考钉在患者上，其增加到过程的侵入性。光学导航一定会有妨碍正常手术流程的视线约束。C形臂验证需要使用体积庞大的设备，并且验证不具成本效益。此外，C形臂验证不提供一旦完成时杯定位的定量评估，并且一般与在手术中相反、在手术后使用。最后，诸如A形框的手动夹具不占手术台上患者的位置。因此，使用惯性传感器，这是因为惯性传感器的成本效益和惯性传感器提供的有价值的信息。

发明内容

根据本公开的第一实施例，提供了计算机辅助手术(CAS)系统，其包括：杯植入装置，其包括具有工具端和带有用于操纵的手柄的手柄端的轴以及包括旋转指示器，轴具有纵向轴线，工具端适于支撑用于被接收在患者的髋臼中的杯，旋转指示器具有代表装置平面的视觉引导件，其中装置平面相对于工具端上的杯的中心处于已知位置和定向；以及CAS处理单元，其包括连接到杯植入装置的至少一个惯性传感器单元，惯性传感器单元输出三轴线读数并且具有与患者的骨盆的参考轴线相关的虚拟预设定向，虚拟预设定向基于专门针对患者的骨盆的术前成像，骨盆的参考轴线穿过骨盆的所述髋臼的旋转中心并穿过骨盆的参考标记，其中当杯在患者的髋臼中并且装置平面经由视觉引导件穿过参考标记时，杯植入装置的纵向轴线的即时三轴线定向相对于参考轴线是用三角学方法已知的，即时三轴线定向用于相对于骨盆校准杯植入装置上的惯性传感器单元。

此外，根据第一实施例，工具端上的杯的中心、纵向轴线和视觉引导件共同位于装置平面中，并且其中当杯在患者的髋臼中并且装置平面经由视觉引导件穿过参考轴线时，杯植入装置的纵向轴线的即时三轴线定向相对于参考轴线是已知的。

更进一步根据第一实施例，视觉引导件是光源，并且装置平面是平面光束。

更进一步根据第一实施例，容座在本体中用于可释放地接收惯性传感器单元。

更进一步根据第一实施例，惯性传感器单元的预设虚拟定向包括通过作为参考标记的髂前上棘的参考轴线。