工具承載的追蹤系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)輔助外科方法
【專利摘要】關(guān)于利用工具承載的追蹤系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助外科，提供了許多改進(jìn)。各種改進(jìn)通常涉及在計(jì)算機(jī)輔助外科過(guò)程中使用的方法和在這種手術(shù)過(guò)程中使用的裝置。其它改進(jìn)涉及在手術(shù)過(guò)程中使用的工具的結(jié)構(gòu)和如何能夠利用OTT裝置控制工具。還有其它改進(jìn)涉及在手術(shù)過(guò)程中提供反饋的方法，以改進(jìn)針對(duì)包括根據(jù)CAS模式處理的數(shù)據(jù)的速率和類型的手術(shù)的效率、質(zhì)量或效率和質(zhì)量。
【專利說(shuō)明】工具承載的追蹤系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)輔助外科方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)根據(jù)35U.S.C.§ 119要求2011年6月27日提交的題為“SYSTEM FORCOMPUTER ASSISTED NAVIGATION AND CONTROL OF A POWER TOOL” 的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/501489的權(quán)益。該臨時(shí)申請(qǐng)通過(guò)引用整體結(jié)合于此。
[0003]通過(guò)引用結(jié)合
[0004]本說(shuō)明書(shū)中提及的所有公開(kāi)文獻(xiàn)和專利申請(qǐng)通過(guò)引用結(jié)合于此，就好像每個(gè)單獨(dú)的公開(kāi)文獻(xiàn)或?qū)＠暾?qǐng)被具體地且單獨(dú)地指明通過(guò)引用結(jié)合那樣。
[0005]關(guān)于聯(lián)邦政府資助的研究的陳述
[0006]本發(fā)明是在由國(guó)防部授予的資助N0.0578104的政府支持下做出的。政府具有本發(fā)明的一定權(quán)利。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0007]本發(fā)明 涉及計(jì)算機(jī)輔助外科領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及工具上的追蹤系統(tǒng)在外科手術(shù)過(guò)程中提供引導(dǎo)或輔助的手術(shù)間的各個(gè)方面。
【背景技術(shù)】
[0008]許多外科手術(shù)是要求眾多對(duì)準(zhǔn)夾具的復(fù)雜手術(shù)和錯(cuò)綜的軟組織手術(shù)。準(zhǔn)備和布置對(duì)準(zhǔn)夾具和其它準(zhǔn)備通常是手術(shù)的重要部分。例如，當(dāng)執(zhí)行全膝置換手術(shù)(“TKR”)時(shí)，假體必須被準(zhǔn)確植入以確保關(guān)節(jié)表面適當(dāng)?shù)貙?duì)準(zhǔn)。如果未準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)，未對(duì)準(zhǔn)能夠最終導(dǎo)致關(guān)節(jié)的失效，要求置換膝假體的一個(gè)或多個(gè)部分的復(fù)雜任務(wù)。
[0009]為了確保假體被準(zhǔn)確植入，在TKR手術(shù)過(guò)程中，外科醫(yī)生使用多種夾具來(lái)引導(dǎo)股骨和脛骨的切割。夾具是在外科手術(shù)過(guò)程中要求較多時(shí)間和較高技能以定位并附接在患者上的復(fù)雜裝置。
[0010]計(jì)算機(jī)輔助外科(CAS)的出現(xiàn)提供了簡(jiǎn)化外科手術(shù)的許多復(fù)雜性的希望。至今，系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展為利用設(shè)計(jì)成監(jiān)視切割?yuàn)A具、工具和患者的基于單獨(dú)房間的追蹤系統(tǒng)。在一些情況中，計(jì)算機(jī)可以在處理過(guò)程中用于引導(dǎo)外科醫(yī)生。已經(jīng)提出房間內(nèi)的照相機(jī)更靠近工具的布置。但是，需要改進(jìn)以解決外科手術(shù)的實(shí)時(shí)和動(dòng)態(tài)環(huán)境的挑戰(zhàn)。
[0011]雖然計(jì)算機(jī)輔助外科是有希望的，但存在眾多方面待解決以使系統(tǒng)具商業(yè)利益且對(duì)外科醫(yī)生有用。仍然存在計(jì)算機(jī)輔助外科的眾多方面要求改進(jìn)，以針對(duì)CAS數(shù)據(jù)的處理以及給使用者的更有用輸出改進(jìn)手術(shù)的效率和/或質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]一方面，一種觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)包括:第一平臺(tái)；第二平臺(tái)；通過(guò)第一聯(lián)接機(jī)構(gòu)聯(lián)結(jié)到第二聯(lián)接機(jī)構(gòu)形成的剪式聯(lián)接機(jī)構(gòu)，剪式聯(lián)接機(jī)構(gòu)在第一平臺(tái)和第二平臺(tái)之間延伸，其中，第一聯(lián)接機(jī)構(gòu)的第一端聯(lián)結(jié)到第一平臺(tái)，第一聯(lián)接機(jī)構(gòu)的第二端聯(lián)結(jié)到第二平臺(tái)，第二聯(lián)接機(jī)構(gòu)的第一端聯(lián)結(jié)到第一平臺(tái)，并且第二聯(lián)接機(jī)構(gòu)的第二端聯(lián)結(jié)到第二平臺(tái)；和至少一個(gè)位置恢復(fù)元件，其聯(lián)結(jié)到剪式聯(lián)接機(jī)構(gòu)，以調(diào)節(jié)第一平臺(tái)和第二平臺(tái)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力響應(yīng)。在一些方面中，至少一個(gè)位置恢復(fù)元件聯(lián)結(jié)在第一聯(lián)接機(jī)構(gòu)的第一端和第二聯(lián)接機(jī)構(gòu)的第二端之間。在另一方面，至少一個(gè)位置恢復(fù)元件沿著第二平臺(tái)延伸并且聯(lián)結(jié)到剪式聯(lián)接機(jī)構(gòu)，以調(diào)節(jié)第二聯(lián)接機(jī)構(gòu)第二端相對(duì)于第二平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。在一種實(shí)施方式中，第一平臺(tái)和第二平臺(tái)能夠在外科工具的觸發(fā)器旁邊、部分地覆蓋觸發(fā)器、部分地環(huán)繞觸發(fā)器、部分地在觸發(fā)器上方或完全地在觸發(fā)器上方操作。在一種實(shí)施方式中，觸發(fā)器罩布置在第一平臺(tái)內(nèi)，用于與觸發(fā)器接合。
[0013]在觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)的另一構(gòu)造中，聯(lián)結(jié)到剪式聯(lián)接機(jī)構(gòu)以調(diào)節(jié)第一平臺(tái)和第二平臺(tái)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力響應(yīng)的至少一個(gè)位置恢復(fù)元件被聯(lián)結(jié)成在第一平臺(tái)和第二平臺(tái)之間延伸。另外，可以提供聯(lián)結(jié)到剪式聯(lián)接機(jī)構(gòu)并且沿著第二平臺(tái)延伸的位置恢復(fù)元件。在觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)的一種特定構(gòu)造中，位置恢復(fù)元件是聯(lián)結(jié)到第二聯(lián)接機(jī)構(gòu)的第二端的復(fù)位彈簧；超控彈簧聯(lián)結(jié)到復(fù)位彈簧并且還可以致動(dòng)器聯(lián)結(jié)到超控彈簧。在觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)的另一實(shí)施方式中，位置恢復(fù)元件是根據(jù)剪式聯(lián)接機(jī)構(gòu)的第二端相對(duì)于第二平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)張力聯(lián)結(jié)的彈簧。在另一位置恢復(fù)元件構(gòu)造中，彈簧根據(jù)剪式聯(lián)接機(jī)構(gòu)的第二端相對(duì)于第二平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)壓縮聯(lián)結(jié)。在一些反饋機(jī)構(gòu)中，還具有從第二平臺(tái)中的開(kāi)口延伸并且聯(lián)結(jié)到剪式聯(lián)接機(jī)構(gòu)的軸，其中，剪式聯(lián)接機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生軸相對(duì)于開(kāi)口的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)。軸的替代包括例如撓性軸部分、纜索部分、中空軸部分或撓性聯(lián)接機(jī)構(gòu)部分。
[0014]在其它構(gòu)造中，觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)的實(shí)施方式可以連同能夠用在計(jì)算機(jī)輔助外科中的工具承載的追蹤裝置的實(shí)施方式使用。這種OTT裝置包括例如工具承載的追蹤裝置內(nèi)的部件或協(xié)作工作的部件系列，其能夠?qū)⑤S相對(duì)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛迷谟?jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)中的信號(hào)。在一方面中，部件可以是致動(dòng)器、螺線管、馬達(dá)、電位計(jì)、線性電位計(jì)、或線性編碼器、或鄰近纜索定位以配準(zhǔn)并測(cè)量纜索的移位的其它裝置。在一方面中，纜索運(yùn)動(dòng)涉及指示外科工具的觸發(fā)器的操作的信號(hào)。在另外的實(shí)施方式中，相同部件或不同部件也可以用作致動(dòng)器以向軸施加運(yùn)動(dòng)，以影響第一平臺(tái)和第二平臺(tái)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這些各種部件和功能均在能夠響應(yīng)于與計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)過(guò)程中控制外科工具的操作有關(guān)的信號(hào)向軸施加運(yùn)動(dòng)或響應(yīng)軸的支持下被利用。
[0015]在另一實(shí)施方式中，提供一種用在計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)中的參考框架。參考框架包括:具有由周邊界定的表面的框架；從框架延伸的桿；在桿上的聯(lián)結(jié)件；具有能夠接合與手術(shù)有關(guān)的外科區(qū)域內(nèi)的解剖結(jié)構(gòu)的一部分的第一表面和用以與聯(lián)結(jié)件接合的第二表面的基部。在一些構(gòu)造中，還可以提供在聯(lián)結(jié)件上的至少一個(gè)配準(zhǔn)元件和在第二表面上的至少一個(gè)配準(zhǔn)元件，其中，當(dāng)聯(lián)結(jié)件接合到第二表面時(shí)，配準(zhǔn)元件能夠用于配合協(xié)作。在另外的構(gòu)造中，在聯(lián)結(jié)件上的多個(gè)配準(zhǔn)元件；和在第二表面上的多個(gè)配準(zhǔn)元件，其中，聯(lián)結(jié)件上的配準(zhǔn)元件的一部分在與第二表面上的配準(zhǔn)元件的一部分接合時(shí)將框架在外科區(qū)域內(nèi)沿第一取向取向。在一方面中，第二表面中的聯(lián)結(jié)件之間用以接合所述多個(gè)配準(zhǔn)元件中的其它配準(zhǔn)元件的運(yùn)動(dòng)將框架在外科區(qū)域內(nèi)沿不同的第二取向定位。在一些方面中，第一取向和第二取向是已知位置并且用在外科預(yù)先計(jì)劃中。參考框架可以包括其它特征，諸如用于接合解剖結(jié)構(gòu)的表面、用于固定元件的孔口或用以與特定解剖目標(biāo)配合的構(gòu)造。在另一方面中，提供一種根據(jù)權(quán)利要求Cl的參考框架，還包括:具有框架和從框架延伸的桿的參考框架引導(dǎo)件，其中，桿具有能夠與解剖特征接合以輔助參考框架的布置的曲度或形狀。在一方面中，參考框架引導(dǎo)件還包括:沿著框架的一個(gè)或多個(gè)接合元件，用于與參考框架的周邊或一部分暫時(shí)接合，以允許與參考框架相聯(lián)的基部的適當(dāng)定位和調(diào)節(jié)。在一方面中，骨解剖結(jié)構(gòu)的一部分涉及桿相對(duì)于髁的布置。在另一方面中，參考框架包括能夠保持聯(lián)結(jié)件和第二表面的相對(duì)位置和取向的安裝聯(lián)結(jié)件。在一方面中，安裝聯(lián)結(jié)件設(shè)置在參考框架中，使得當(dāng)安裝聯(lián)結(jié)件配合到基部時(shí)，安裝聯(lián)結(jié)件位于參考框架的內(nèi)部部分中。在另一方面中，安裝聯(lián)結(jié)件設(shè)置在參考框架中，使得當(dāng)安裝聯(lián)結(jié)件附接到參考框架時(shí)，安裝聯(lián)結(jié)件基本上或完全環(huán)繞聯(lián)結(jié)件和第二表面之間的配合接觸區(qū)域。
[0016]在一種替代實(shí)施方式中，提供一種在外科區(qū)域內(nèi)執(zhí)行計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)的方法。首先，將第一參考框架附接在外科區(qū)域內(nèi)的第一位置處的步驟；接著，將第二參考框架附接在外科區(qū)域內(nèi)的第二位置處；以及之后，在保持從第一參考框架和第二參考框架獲得的在計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)過(guò)程中使用的定位信息的同時(shí)，使用外科工具開(kāi)始手術(shù)的實(shí)際步驟。在一個(gè)替代方面中，有在保持從附接到解剖結(jié)構(gòu)的分段的第一參考框架和/或第二參考框架獲得的在計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)過(guò)程中使用的定位信息的同時(shí)，在手術(shù)的步驟過(guò)程中或作為手術(shù)的一部分調(diào)節(jié)外科工具相對(duì)于解剖結(jié)構(gòu)的分段的位置的步驟。在一種替代實(shí)施方式中，還有在保持從第一參考框架和/或第二參考框架獲得的在計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)過(guò)程中使用的定位信息的同時(shí)，在手術(shù)的步驟過(guò)程中或作為手術(shù)的一部分懸停外科工具的步驟。在另一方面中，方法包括在促成膝上的計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)的一個(gè)或多個(gè)步驟中執(zhí)行開(kāi)始、調(diào)節(jié)或懸停步驟中的一 個(gè)或多個(gè)。在另一替代中，方法包括在膝上的計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)的一個(gè)或多個(gè)步驟，其包括:制造遠(yuǎn)端外側(cè)髁切口、制造遠(yuǎn)端內(nèi)側(cè)髁切口、制造前部切口、制造后部外側(cè)媒切口、制造后部?jī)?nèi)側(cè)媒切口、制造如部倒角切口、制造后部外側(cè)媒倒角切口、制造后部?jī)?nèi)側(cè)髁倒角切口、制造股骨箱式切口、在外科部位的一部分中鉆出孔以及制造脛骨切口。在另一替代實(shí)施方式中，在附接步驟完成之后保持第一參考框架和第二參考框架分別處于第一位置和第二位置的同時(shí)，方法進(jìn)行改變參考框架的一部分相對(duì)于外科區(qū)域的取向，并且之后將來(lái)自改變的取向的位置信息用于計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)的一部分。在另一方面中，將與第一參考框架和第二參考框架在初始取向和改變的取向中的取向有關(guān)的位置信息用作用于計(jì)算機(jī)輔助外科的預(yù)先計(jì)劃的過(guò)程的一部分。
[0017]在另一替代實(shí)施方式中，提供一種工具承載的追蹤和引導(dǎo)裝置。在一方面中，裝置具有:外殼，其具有用于與外科工具的一部分可釋放接合的表面；第一照相機(jī)和任選的第二照相機(jī)，其處于第一照相機(jī)和第二照相機(jī)(如果提供的話)均提供用于觀察為計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)選擇的基本上所有或一部分外科區(qū)域所選擇的圖像輸出的布置中。在一方面中，OTT裝置可以包括用于向使用者通信有關(guān)進(jìn)行的OTT CAS過(guò)程的信息的簡(jiǎn)單的輸出裝置。在其它方面中，OTT裝置可以包括投影機(jī)，其能夠至少部分地在觀察的外科區(qū)域內(nèi)提供輸出。這里描述的OTT裝置的各種實(shí)施方式可以結(jié)合用于電子圖像處理的多種能力和在外殼內(nèi)的圖像通信能力。另外，附加實(shí)施方式能夠接收來(lái)自由OTT裝置的實(shí)施方式提供的一個(gè)、兩個(gè)或更多個(gè)照相機(jī)中的每個(gè)的輸出。附加地或任選地，OTT裝置的電子元器件和處理能力可以被利用以執(zhí)行許多各種不同的數(shù)字處理功能。在一方面中，OTT所包括的電子元器件利用來(lái)自兩個(gè)照相機(jī)的輸出的至少一部分執(zhí)行圖像處理操作，以用在計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)中。在一方面中，被選擇用于OTT裝置的照相機(jī)包括距第一照相機(jī)和第二照相機(jī)大約70mm到大約200mm,或者任選地從大約50mm到250mm的觀察區(qū)域。其它范圍和照相機(jī)構(gòu)造可以用在各種其它實(shí)施方式中。
[0018]在另一實(shí)施方式中，用于與外科工具的一部分可釋放接合的OTT外殼表面被成形為與外科工具的一部分或被選擇用于與外殼接合的修改的外科工具的一部分形成互補(bǔ)弧形，并且在一些情況中，外科工具的一部分被修改為適應(yīng)與外殼表面可釋放接合。在一個(gè)例子中，用于與外科工具的一部分可釋放接合的表面能夠使得，當(dāng)表面聯(lián)結(jié)到外科工具時(shí)，外科工具的活動(dòng)區(qū)段的至少一部分位于水平觀察區(qū)域和豎直觀察區(qū)域內(nèi)。
[0019]在另外的方面中，投影機(jī)可以包括如以下的屬性:來(lái)自投影機(jī)的輸出被投射在與附接到外殼的外科工具相聯(lián)的活動(dòng)元件上或其附近；來(lái)自投影機(jī)的輸出能夠投射在患者解剖結(jié)構(gòu)的一部分上，或投射在外科場(chǎng)景中的外科區(qū)域表面上或其內(nèi)；調(diào)整過(guò)程給出調(diào)整的投影機(jī)輸出，其被調(diào)節(jié)用于解剖結(jié)構(gòu)的曲度、粗糙度或狀態(tài)。在一方面中，投影機(jī)是微型投影機(jī)。
[0020]在一種實(shí)施方式中，提供一種使用具有附接到其上的工具承載的追蹤裝置的手持式外科器械來(lái)執(zhí)行計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)的方法，方法包括:利用工具承載的追蹤裝置收集并處理計(jì)算機(jī)輔助外科數(shù)據(jù)；在計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)過(guò)程中實(shí)時(shí)評(píng)估數(shù)據(jù)；利用工具承載的追蹤裝置執(zhí)行選自以下各項(xiàng)中的至少兩項(xiàng)的與CAS有關(guān)的操作:控制工具的操作，控制工具的速度并且向使用者提供與CAS步驟有關(guān)的引導(dǎo)；控制工具的操作或速度，或者向使用者提供引導(dǎo)以調(diào)節(jié)工具的速度；以及向外科器械的使用者提供與評(píng)估步驟有關(guān)的輸出。在附加或替代方面中，還可以具有顯示、投射或指示與計(jì)算機(jī)輔助外科處理步驟有關(guān)的輸出中的一種或多種。
[0021 ] 在附加或替代方面中，還可以具有包括觸覺(jué)指示、觸感指示、聲音指示或視覺(jué)指示中的一種或多種的輸出；觸覺(jué)指示包括溫度指示；并且觸感指示包括力指示或振動(dòng)指示。另外的方面，輸出是自動(dòng)地產(chǎn)生以響應(yīng)于評(píng)估步驟的結(jié)果調(diào)節(jié)外科工具的性能參數(shù)的控制信號(hào)。在其它方面中，性能參數(shù)包括修改工具切割速度或停止工具操作，提供步驟的輸出還包括用以控制動(dòng)力工具的操作(修改切割速度和/或停止其)的電子元器件。在附加或替代方面中，還可以具有基于以下各項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)的評(píng)定的確定步驟:外科區(qū)域內(nèi)的物理參數(shù)，諸如經(jīng)過(guò)附接有參考框架在區(qū)域內(nèi)追蹤的元件的位置或位置組合，參考框架輸入，帶投影的圖像，從傳感器檢測(cè)的動(dòng)作，來(lái)自計(jì)算的動(dòng)作檢測(cè)，計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)的總進(jìn)展，與之前準(zhǔn)備的計(jì)算機(jī)輔助外科計(jì)劃的測(cè)量或預(yù)測(cè)偏差。另外，確定步驟選擇許多預(yù)定處理模式中的一個(gè)，諸如例如懸停模式、部位接近模式和實(shí)際步驟模式。在這些模式中的每種模式中，具有特定輸出、處理技術(shù)和應(yīng)用于CAS數(shù)據(jù)的算法。
[0022]在另外的方面中，具有OTT CAS處理模式因素，其選自以下各項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng):照相機(jī)幀尺寸；οττ照相機(jī)取向；根據(jù)希望的調(diào)節(jié)對(duì)照相機(jī)軟件程序或固件的調(diào)節(jié)；為修改照相機(jī)的水平觀察區(qū)域、豎直觀察區(qū)域、或水平觀察區(qū)域和豎直觀察區(qū)域內(nèi)感興趣的區(qū)域的尺寸對(duì)OTT照相機(jī)或其它照相機(jī)圖像輸出的調(diào)節(jié)；用于可調(diào)節(jié)照相機(jī)鏡頭調(diào)節(jié)或定位的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；圖像幀率；圖像輸出質(zhì)量；刷新率；抓幀率；參考框架二 ；參考框架一；開(kāi)啟參考框架基準(zhǔn)選擇；關(guān)閉參考框架基準(zhǔn)選擇；視覺(jué)光譜處理；IR光譜處理；反射光譜處理；LED或照明光譜處理；外科工具馬達(dá)/致動(dòng)器速度和方向，總的CAS手術(shù)進(jìn)展；具體CAS步驟進(jìn)展；圖像數(shù)據(jù)陣列修改；0ΤΤ微型投影機(jī)刷新率；0ΤΤ微型投影機(jī)準(zhǔn)確度；一種或多種圖像分段技術(shù)；基于CAS進(jìn)展的圖像部分的一種或多種基于邏輯的提?。恍旁氡日{(diào)節(jié)；一種或多種圖像放大處理；一種或多種圖像過(guò)濾處理；將加權(quán)平均或其它因素應(yīng)用于圖像速率、像素或子像素視覺(jué)處理的動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)加強(qiáng)或減小；手震顫補(bǔ)償；基于來(lái)自O(shè)TT獨(dú)自或以任何組合的信息針對(duì)鋸子、鉆子或其它電氣外科工具和振動(dòng)補(bǔ)償過(guò)程的基于器械的噪聲補(bǔ)償。
[0023]在其它方面中，輸出是利用工具承載的追蹤裝置中的投影機(jī)提供給使用者的。另外，投影機(jī)輸出是基于在投影機(jī)輸出的顯示過(guò)程中呈現(xiàn)的外科部位的物理特征調(diào)節(jié)的。可以理解的是，物理特征是對(duì)投影機(jī)輸出可用的尺寸的部分的形狀、投影機(jī)投射的區(qū)域中的分布和投影機(jī)向可用于投影機(jī)輸出的部位的部分的取向中的一種或多種。任選地，OTT裝置上的投影機(jī)或顯示器具有輸出，其包括在外科工具用在外科部位中的同時(shí)外科工具的使用者能夠看見(jiàn)的信息。在另外的方面中，OTT裝置上的投影機(jī)或顯示器輸出包括外科工具的使用者能夠看見(jiàn)以指示與外科工具的活動(dòng)元件根據(jù)外科計(jì)劃在外科區(qū)域內(nèi)的定位有關(guān)的位置、相對(duì)動(dòng)作、取向或其它導(dǎo)向參數(shù)的信息。提供來(lái)自O(shè)TT裝置的輸出的步驟還可以包括在系統(tǒng)屏幕上、在OTT或移動(dòng)裝置屏幕上的GUI界面上顯示輸出。 [0024]在另一方面中，作為使用者執(zhí)行在膝上的計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)的一個(gè)或多個(gè)步驟的結(jié)果，向使用者輸出CAS輸出的上述步驟中的任一步驟任選地變化并且OTT CAS處理技術(shù)或輸出修改，所述一個(gè)或多個(gè)步驟包括:制造股骨遠(yuǎn)端外側(cè)髁切口、制造股骨遠(yuǎn)端內(nèi)側(cè)髁切口、制造股骨遠(yuǎn)端前部切口、制造股骨遠(yuǎn)端后部外側(cè)髁切口、制造股骨遠(yuǎn)端后部?jī)?nèi)側(cè)髁切口、制造股骨遠(yuǎn)端前部倒角切口、制造股骨遠(yuǎn)端后部外側(cè)髁倒角切口、制造股骨遠(yuǎn)端后部?jī)?nèi)側(cè)髁倒角切口、制造脛骨近端切口。在其它替代中，這里的向使用者輸出CAS輸出的方法作為在與肩、髖、踝、椎骨或肘中的一個(gè)有關(guān)的外科手術(shù)過(guò)程中執(zhí)行的上述步驟中的一個(gè)步驟的結(jié)果變化。另外，OTT CAS處理技術(shù)或輸出作為在與肩、髖、踝、椎骨或肘中的一個(gè)有關(guān)的外科手術(shù)過(guò)程中執(zhí)行的上述步驟中的一個(gè)步驟的結(jié)果修改。
[0025]在另外的方面中，提供一種用于執(zhí)行計(jì)算機(jī)輔助外科的系統(tǒng)，具有:外科工具，其具有對(duì)應(yīng)于工具的外科功能的活動(dòng)元件；工具承載的追蹤裝置，其利用能夠與外科工具的至少一部分接合的外殼聯(lián)結(jié)到工具；外殼中的至少一個(gè)照相機(jī)，其能夠獲得與外科工具和外科區(qū)域有關(guān)的圖像信息；類似顯示器的輸出裝置，或任選的外殼中的投影機(jī)，其能夠在外科工具的活動(dòng)元件上或附近提供投射的輸出；計(jì)算機(jī)，其具有存儲(chǔ)在電子存儲(chǔ)器內(nèi)用于利用至少部分地從工具承載的追蹤裝置獲得的數(shù)據(jù)執(zhí)行計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)并且提供在外科步驟過(guò)程中使用的輸出的計(jì)算機(jī)可讀指令。當(dāng)系統(tǒng)包括OTT能力內(nèi)的投影機(jī)時(shí)，投影機(jī)還包括以下各項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng):在患者解剖結(jié)構(gòu)的一部分上投射輸出的投射能力，外科場(chǎng)景內(nèi)的表面，電子裝置，或投影機(jī)輸出范圍內(nèi)的其它目標(biāo)。在一種構(gòu)造中，計(jì)算機(jī)在外殼中。在另一種構(gòu)造中，計(jì)算機(jī)與工具承載的追蹤裝置分離并且經(jīng)由有線或無(wú)線連接進(jìn)行連接。在另外的方面中，系統(tǒng)包括用于執(zhí)行上述CAS模式選擇方法中的任意方法的計(jì)算機(jī)可讀指令中的一個(gè)或多個(gè)。在另一方面中，系統(tǒng)可以包括具有上述元件中的一個(gè)或多個(gè)的工具承載的追蹤裝置。系統(tǒng)可以適合并構(gòu)造成與這里描述的一個(gè)或多個(gè)參考框架和相關(guān)方法一起使用。在另一方面中，系統(tǒng)可以適合并構(gòu)造成與這里描述的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)結(jié)合使用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]本發(fā)明的新穎特征特別地在以下權(quán)利要求中提及。通過(guò)參照提及利用本發(fā)明原理的示意性實(shí)施方式的以下詳細(xì)描述以及附圖將獲得對(duì)本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)的更好的理解，在附圖中:
[0027]圖1圖示附接到外科器械的工具承載的追蹤裝置的等軸測(cè)圖。
[0028]圖2圖示附接到外科器械的工具承載的追蹤裝置的等軸測(cè)圖。
[0029]圖3圖示圖1的工具承載的追蹤裝置的等軸測(cè)圖，其中，罩被移除以顯示內(nèi)部部件。
[0030]圖4圖示圖2的工具承載的追蹤裝置的等軸測(cè)圖，其中，罩被移除以顯示內(nèi)部部件。
[0031]圖5圖不圖4的工具承載的追蹤裝置的俯視圖。
[0032]圖6圖示圖5的工具承載的追蹤裝置與外科工具分離的等軸測(cè)圖。
[0033]圖7圖示圖5和6中可見(jiàn)但在該視圖中被從OTT外殼移除的電子元器件包和控制電路。
[0034]圖8A、8B、9和10提供在一些OTT裝置構(gòu)造中基于照相機(jī)角度與照相機(jī)區(qū)域中的變化有關(guān)的圖形信息。
[0035]圖11A、IlBUlC和IlD提供與照相機(jī)角度的改變有關(guān)的附加信息。
[0036]圖12A和13A分別提供與工具承載的追蹤裝置一起使用的投影機(jī)的側(cè)視圖和等軸測(cè)圖。
[0037]圖12B、13B和13C分別提供與工具承載的追蹤裝置一起使用的處于角度取向的投影機(jī)的側(cè)視圖、等軸測(cè)圖和頂視圖。
[0038]圖14A、14B、15A和15B每個(gè)圖示由一些工具承載的追蹤裝置實(shí)施方式使用的若干不同的電子部件構(gòu)造的示意圖。
[0039]圖16A、16B和16C圖示參考框架的各種視圖。
[0040]圖17圖示參考框架引導(dǎo)件的等軸測(cè)圖，并且圖18圖示圖17的引導(dǎo)件附接到圖16A的參考框架。
[0041]圖19圖示圖18的部件被運(yùn)動(dòng)并定位用于附接到解剖結(jié)構(gòu)，并且圖20是圖示所述附接的等軸測(cè)圖。
[0042]圖21圖示引導(dǎo)框架的移除，并且圖22圖示將框架在解剖結(jié)構(gòu)上保持就位。
[0043]圖23圖示在脛骨上就位的另一參考框架。
[0044]圖24A、B和C圖示參考框架及其部件。
[0045]圖25圖示脛骨上的植入部位。
[0046]圖26A、26B和26C圖示具有結(jié)合框架的部件的撓性聯(lián)接機(jī)構(gòu)的另一參考框架實(shí)施方式。
[0047]圖27A和27B圖示替代的參考框架表面。
[0048]圖28是一種示例性膝假體的等軸測(cè)圖。
[0049]圖29A-29I和30圖示用于執(zhí)行全膝置換OTT CAS手術(shù)的就位的工具承載的追蹤系統(tǒng)和相關(guān)聯(lián)的外科工具的各種視圖。
[0050]圖31A是表示一種示例性O(shè)TT CAS方法的流程圖。
[0051]圖31B是提供利用圖31A中描述的方法執(zhí)行處理步驟的附加細(xì)節(jié)的流程圖。
[0052]圖32是提供用于確定CAS處理模式的處理步驟的示例性附加細(xì)節(jié)的流程圖。
[0053]圖33是圖解被認(rèn)為是用于確定CAS處理模式的輸入以及代表性輸出的許多因素的流程圖。
[0054]圖34是代表用以確定用于懸停模式的處理負(fù)荷的示例性O(shè)TTCAS模式調(diào)節(jié)處理因素、部位接近模式和實(shí)際步驟模式的流程圖。
[0055]圖35是代表包括OTT CAS處理適應(yīng)的結(jié)果和得到的模式算法及其修改的輸出的示例性O(shè)TT CAS處理的流程圖。
[0056]圖36是代表包括上述OTT CAS過(guò)程中的任意的修改以包括與在任何OTT CAS過(guò)程或手術(shù)中活動(dòng)元件的使用有關(guān)的相關(guān)外科工具操作特征、參數(shù)或其它數(shù)據(jù)的示例性O(shè)TTCAS過(guò)程的流程圖。
[0057]圖37A-44涉及連同有關(guān)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一起的各種替代的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)。
[0058]圖37A圖示偏轉(zhuǎn)以響應(yīng)于觸發(fā)力運(yùn)動(dòng)致動(dòng)器的彎曲形式。
[0059]圖37B圖示將響應(yīng)于觸發(fā)力變形并恢復(fù)其形狀的滑動(dòng)梯形形式。
[0060]圖37C圖示用以提供響應(yīng)于觸發(fā)力的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)讀取器或編碼器。
[0061]圖37D圖示響應(yīng)于觸發(fā)力運(yùn)動(dòng)以將軸壓入基部中的框架，其中，軸的運(yùn)動(dòng)可以被記錄為觸發(fā)力的指示。
[0062]圖37E圖示可以偏轉(zhuǎn)以指示觸發(fā)力的量的銷元件。
[0063]圖38A和38B圖示可以用以記錄觸發(fā)力并使軸移位的分別處于提升位置和降低位置的簡(jiǎn)單的四桿機(jī)構(gòu)。
[0064]圖39A、39B和39C每個(gè)圖示剪式機(jī)構(gòu)，分別為不具有位置恢復(fù)元件(39A)、具有作為位置恢復(fù)元件的拉力彈簧(39B)和作為位置恢復(fù)元件的壓縮彈簧(39C)。
[0065]圖45是觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)的等軸測(cè)圖。
[0066]圖46A-46F圖示圖45的機(jī)構(gòu)的部件和操作的各種視圖。
[0067]圖47和48圖示安裝在具有工具(這里為鋸)的外科器械上的工具承載的追蹤裝置的側(cè)視圖，其中，圖45的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)就位以與外科器械的觸發(fā)器相互作用。圖47圖示處于覆蓋觸發(fā)器的擴(kuò)張構(gòu)造的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)，并且圖48示出塌縮以暴露觸發(fā)器的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)。
[0068]圖49A-49B圖示處于打開(kāi)或擴(kuò)張狀態(tài)(圖49A)和閉合狀態(tài)(圖49B)的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)的另一替代。
[0069]圖49C-49E圖示圖49A和49B中的裝置的內(nèi)部機(jī)構(gòu)的各種視圖。
[0070]圖50圖示聯(lián)結(jié)用于與具有圖49A和49B的機(jī)構(gòu)的實(shí)施方式的外科工具一起使用的OTT的實(shí)施方式，該機(jī)構(gòu)安裝用于與外科工具的觸發(fā)器協(xié)作并且能夠發(fā)送并接收與OTT中的部件有關(guān)的觸發(fā)。
[0071]圖51是利用兩個(gè)位置恢復(fù)元件的剪式機(jī)構(gòu)的替代實(shí)施方式的剖視圖。
[0072]圖52A和52B分別是工具承載的追蹤和導(dǎo)向裝置(OTT)的前等軸測(cè)圖和后等軸測(cè)圖，其包括具有OTT外殼的顯示器，OTT外殼聯(lián)結(jié)到具有聯(lián)結(jié)到OTT的基于觸發(fā)器的反饋機(jī)構(gòu)的外科工具。該視圖還示出與OTT通信的示例性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0073]本發(fā)明是用于執(zhí)行計(jì)算機(jī)輔助整形外科的系統(tǒng)和用于操作該系統(tǒng)的新穎工具。本發(fā)明通過(guò)可選地將計(jì)算機(jī)輔助外科的所有元件(工具、顯示器和追蹤)結(jié)合到單個(gè)智能器械中來(lái)克服當(dāng)前計(jì)算機(jī)輔助外科系統(tǒng)的限制。該器械不依賴于外部導(dǎo)向系統(tǒng)，但工具包含以自包含組件在工具本身上的所有追蹤設(shè)備。因此，總的系統(tǒng)的復(fù)雜性顯著降低、對(duì)外科醫(yī)生的侵入性更小并且易于結(jié)合到整形外科的現(xiàn)有實(shí)踐中。
[0074]以概述的方式，系統(tǒng)由主要的子系統(tǒng)組成。首先是工具本身，其用以承載獨(dú)立的工具承載的追蹤裝置或者被修改以包含子系統(tǒng)或子系統(tǒng)的元件，從而提供工具承載的追蹤(OTT)功能。修改能夠是簡(jiǎn)單的，諸如擴(kuò)展的底盤(pán)以保持附加部件，或者是復(fù)雜的，諸如修改的動(dòng)力系統(tǒng)以向附加的子系統(tǒng)供以動(dòng)力和/或停止或控制被供以動(dòng)力的工具上的馬達(dá)速度或其它致動(dòng)器。第二子系統(tǒng)是追蹤子系統(tǒng)，其包括一個(gè)或多個(gè)追蹤器和一個(gè)或多個(gè)追蹤元件。追蹤器能夠是對(duì)可見(jiàn)光或來(lái)自另外波長(zhǎng)的光敏感的一個(gè)或多個(gè)照相機(jī)(立體觀察器)。替代地，追蹤器可以是電磁追蹤器或其它非基于照相機(jī)的系統(tǒng)。追蹤元件是追蹤器追蹤的任何物體。例如，在追蹤器是紅外照相機(jī)的情況下，追蹤元件是紅外LED，或者反射從照相機(jī)周圍或其它位置發(fā)射的紅外光線的無(wú)源表面。在追蹤器是對(duì)可見(jiàn)光敏感的一對(duì)高分辨率照相機(jī)的情況下，追蹤元件可以是患者的特定解剖結(jié)構(gòu)或者直接在包括標(biāo)記或參考框架的解剖結(jié)構(gòu)上制成的標(biāo)記。子系統(tǒng)能夠利用以各種構(gòu)造安裝在工具上的一個(gè)或多個(gè)追蹤器來(lái)追蹤一個(gè)或多個(gè)追蹤元件。一方面，使用所需傳感器追蹤工具、患者和其它相關(guān)目標(biāo)以執(zhí)行OTT CAS外科的追蹤器至少部分以自包含方式定位在外科工具上。導(dǎo)向系統(tǒng)在追蹤子系統(tǒng)計(jì)算追蹤元件相對(duì)于工具的位置時(shí)進(jìn)行導(dǎo)向。
[0075]第三子系統(tǒng)是OTT CAS計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其包含適當(dāng)?shù)腃AS計(jì)劃軟件和程序以執(zhí)行OTTCAS功能外科計(jì)劃。外科計(jì)劃能夠通過(guò)各種方式產(chǎn)生，但包含在三維空間內(nèi)由操作者意指的切除(例如，切口、鉆孔、待去除的組織體積)的尺寸。系統(tǒng)還能夠包含患者解剖結(jié)構(gòu)的參考圖像、諸如患者解剖結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)斷層掃描圖像(數(shù)據(jù)集)，以及作為參考點(diǎn)的患者解剖結(jié)構(gòu)的2D或3D虛擬模型。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)編譯來(lái)自追蹤系統(tǒng)和外科計(jì)劃的數(shù)據(jù)以計(jì)算由工具限定意指的切除的邊界 的相對(duì)位置。在一些構(gòu)造中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠是與其它部件無(wú)線通信的完全獨(dú)立的部件。在其它構(gòu)造中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到其它系統(tǒng)中。追蹤系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一起能夠確定外科醫(yī)生的位置和工具的運(yùn)動(dòng)(外科路徑)是否將產(chǎn)生期望的切除。重要的是注意到，計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)和追蹤子系統(tǒng)一起工作以建立外科部位的三維空間。追蹤子系統(tǒng)作用所需的元件能夠位于計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)或?qū)⒆粉檾?shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)的一些中間模式中。
[0076]最后的子系統(tǒng)是指示器，用以向外科醫(yī)生提供與外科醫(yī)生對(duì)工具的運(yùn)動(dòng)以及與實(shí)時(shí)OTT CAS步驟中的意指切除的關(guān)系有關(guān)的OTT CAS適當(dāng)輸出。該指示器能夠是將外科路徑與意指切除對(duì)準(zhǔn)/定位的任何類型的方式:在裝備OTT的工具上的示意方向以校正外科醫(yī)生的一組燈、具有聽(tīng)覺(jué)指示的揚(yáng)聲器、屏幕、觸摸屏或類似iPhone或iPAd的裝置(即，所謂的“智能手機(jī)”)，顯示工具和患者的三維表示，在切除的適當(dāng)位置的患者解剖結(jié)構(gòu)上具有增加的引導(dǎo)圖像或數(shù)字投影(例如通過(guò)微型投影機(jī))。指示器用以提供適當(dāng)?shù)腛TT CAS輸出以引導(dǎo)外科醫(yī)生基于實(shí)時(shí)信息作出正確切除。
[0077]現(xiàn)在看具體子系統(tǒng):
[0078]用于計(jì)算機(jī)輔助外科的手術(shù)間包括用于術(shù)前使用的第一計(jì)算機(jī)。例如，患者的術(shù)前分析和各種元件的選擇可以在第一計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。手術(shù)間還可以包括被稱為OR計(jì)算機(jī)的第二計(jì)算機(jī)，其在手術(shù)過(guò)程中使用以輔助外科醫(yī)生和/或控制一個(gè)或多個(gè)外科器械。另外，手術(shù)間可以包括經(jīng)由工具承載的追蹤系統(tǒng)的實(shí)施方式安裝在外科器械上的計(jì)算機(jī)(獨(dú)立的或與另外的計(jì)算機(jī)協(xié)作)。第一計(jì)算機(jī)在本例子中提供，但可以在一些構(gòu)造中省略，因?yàn)榇擞?jì)算機(jī)的功能還在能夠是獨(dú)立的OR計(jì)算機(jī)上進(jìn)行。此外，整個(gè)‘手術(shù)前計(jì)劃’可以最終主要使用結(jié)合OTT的OR計(jì)算機(jī)在OR內(nèi)瞬時(shí)出現(xiàn)。不過(guò)，如果特定應(yīng)用需要的話，可以使用第一計(jì)算機(jī)。手術(shù)前計(jì)劃和手術(shù)還能夠通過(guò)來(lái)自在線網(wǎng)絡(luò)鏈接的數(shù)據(jù)或主動(dòng)引導(dǎo)來(lái)輔助。如這里使用的，術(shù)語(yǔ)CAS系統(tǒng)或CAS計(jì)算機(jī)是指如在執(zhí)行CAS功能的任意這些組合中提供的那些計(jì)算機(jī)或電子元器件。此外，系統(tǒng)的微處理單元能夠位于工具承載的追蹤器械中。在這種構(gòu)造中，計(jì)算和用戶交互能夠在承載于被使用的外科工具上的計(jì)算機(jī)內(nèi)或者通過(guò)有線或無(wú)線通信與主系統(tǒng)計(jì)算機(jī)協(xié)作執(zhí)行。通過(guò)無(wú)線通信與主OTT CAS計(jì)算機(jī)協(xié)作，這種系統(tǒng)執(zhí)行切割器械相對(duì)于待執(zhí)行的理想切割的位置的錯(cuò)誤分析，并且為了該目的單獨(dú)或與由裝備有OTT的一個(gè)或多個(gè)投影機(jī)提供的輸出進(jìn)行任意結(jié)合在作為工具承載的追蹤器的一部分提供的屏幕上顯示正確的動(dòng)作和其它信息。
[0079]因此，用于OTT CAS的手術(shù)間可以包括允許對(duì)若干元件在空間中的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤的追蹤/導(dǎo)向系統(tǒng)，所述若干元件包括:(a)患者的結(jié)構(gòu),諸如骨或其它組織；(b)外科工具，諸如骨鋸和/或0ΤΤ，其承載OTT并且由外科醫(yī)生基于來(lái)自O(shè)R計(jì)算機(jī)的信息進(jìn)行控制或(C)外科醫(yī)生/輔助人員系統(tǒng)特定工具，諸如指針、配準(zhǔn)工具或其它物體(如果需要的話)。OR計(jì)算機(jī)或OTT還可以執(zhí)行器械上的一些控制?；诠ぞ叩奈恢煤蛠?lái)自O(shè)TT的反饋，系統(tǒng)或CAS計(jì)算機(jī)能夠改變外科工具的速度以及關(guān)閉工具以防止?jié)撛趽p害。附加地，CAS計(jì)算機(jī)可以向使用者提供可變反饋。在附隨的描述中顯示的外科器械是外科鋸?？梢岳斫猓S多其它器械能夠如這里描述的那樣被控制和/或?qū)?，諸如鉆子、磨石、挫刀、拉刀、手術(shù)刀、針或其它器械。因此，在以下討論中，啟用OTT的CAS系統(tǒng)不限于所描述的具體工具，而是可應(yīng)用于多種器械和手術(shù)。
[0080]如以下進(jìn)一步討 論的，手術(shù)間的一種示例性用途包含待執(zhí)行手術(shù)的患者的一部分的虛擬模型的使用。具體地，在手術(shù)之前，使用CT掃描、MRI掃描或其它技術(shù)生成患者的相關(guān)部分的三維模型。在外科手術(shù)之前，外科醫(yī)生可以觀察和操縱患者模型來(lái)評(píng)估用于進(jìn)行實(shí)際手術(shù)的策略。
[0081]一種可能的方法是在手術(shù)過(guò)程中使用患者模型作為導(dǎo)向裝置。例如，在手術(shù)之前，外科醫(yī)生可以分析患者的一部分的虛擬模型并且在圖上標(biāo)出在手術(shù)過(guò)程中待切除的組織。接著在實(shí)際手術(shù)過(guò)程中使用該模型來(lái)引導(dǎo)外科醫(yī)生。具體地，在手術(shù)過(guò)程中，工具承載的追蹤裝置監(jiān)控手術(shù)的進(jìn)程。作為執(zhí)行的OTT CAS過(guò)程的結(jié)果，進(jìn)程/結(jié)果實(shí)時(shí)顯示在OR計(jì)算機(jī)上或OTT監(jiān)控器(例如，在載IXD屏)上，使得外科醫(yī)生能夠看到相對(duì)于患者模型的進(jìn)程。重要的是，外科醫(yī)生還提供OTT投影機(jī)以基于OTT CAS處理步驟提供實(shí)型反饋(以下更詳細(xì)描述)。
[0082]為了在OTT CAS手術(shù)過(guò)程中提供導(dǎo)向輔助，工具承載的追蹤裝置監(jiān)控相關(guān)聯(lián)的外科工具在外科區(qū)域內(nèi)的位置。OTT CAS系統(tǒng)可以不使用或使用一個(gè)或多個(gè)參考框架，其根據(jù)承擔(dān)的OTT CAS手術(shù)的要求包括一個(gè)或多個(gè)位置傳感器或一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)記。在有源或無(wú)源構(gòu)造中可以利用上述標(biāo)記中的任意標(biāo)記。標(biāo)記可以任選地是與系統(tǒng)通信的有線或無(wú)線傳感器。有源標(biāo)記發(fā)射信號(hào)，該信號(hào)由OTT裝置接收。在一些構(gòu)造中，無(wú)源標(biāo)記是不必電連接到OTT CAS系統(tǒng)的無(wú)線標(biāo)記。一般地，無(wú)源標(biāo)記使紅外光反射回到OTT裝置上的適當(dāng)傳感器。當(dāng)使用無(wú)源標(biāo)記時(shí)，觀察的外科區(qū)域暴露于紅外光，其接著反射回到OTT并由OTT接收，由此OTT CAS確定無(wú)源標(biāo)記的數(shù)據(jù)位置。OTT裝置的一些實(shí)施方式可以設(shè)有紅外傳送裝置和紅外接收器。OTT接收來(lái)自有源標(biāo)記的發(fā)射光和來(lái)自無(wú)源標(biāo)記的反射光，連同來(lái)自O(shè)TT的其它視覺(jué)區(qū)域信息。OTT CAS系統(tǒng)基于包括標(biāo)記的位置連同外科區(qū)域中的其它圖像信息的圖像的視覺(jué)處理計(jì)算并對(duì)工具的三維位置作三角測(cè)量。工具承載的追蹤裝置的實(shí)施方式可操作以檢測(cè)啟用OTT的工具相對(duì)于三個(gè)正交軸的取向。以此方式，使用來(lái)自O(shè)TT裝置的信息，OTT CAS系統(tǒng)確定工具的位置和取向，并且接著使用該信息以確定OTT CAS處理模式并為使用者產(chǎn)生適當(dāng)?shù)腛TT CAS輸出。
[0083]如在CAS中是典型的，一系列點(diǎn)或表面用于使患者的解剖結(jié)構(gòu)的位置與患者的虛擬模型配準(zhǔn)或相關(guān)。為了收集該信息，導(dǎo)向的指針用以獲取解剖標(biāo)志處的點(diǎn)或患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)的表面上的一組點(diǎn)。被稱為變形的過(guò)程可以替代地用以將患者配準(zhǔn)到從圖集或數(shù)據(jù)庫(kù)取得并且不來(lái)源于特定患者的實(shí)際圖像的該患者的近似虛擬模型。在這種過(guò)程中，外科醫(yī)生使患者的部分和一些策略性解剖標(biāo)志數(shù)字化。OTT CAS計(jì)算機(jī)分析數(shù)據(jù)并識(shí)別共同的解剖特征以由此識(shí)別患者上的對(duì)應(yīng)于虛擬模型上的特定點(diǎn)的點(diǎn)的位置。
[0084]相應(yīng)地，如上提及的，工具承載的追蹤裝置視覺(jué)上實(shí)時(shí)監(jiān)控若干物體的位置，包括:相關(guān)聯(lián)的外科工具的位置、患者的位置以及在手術(shù)過(guò)程中使用的物體(諸如，一個(gè)或多個(gè)參考框架或一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記)的位置。相應(yīng)地，OTT CAS計(jì)算機(jī)處理有關(guān)相關(guān)聯(lián)的外科工具的位置的OTT CAS數(shù)據(jù)、OTT圖像數(shù)據(jù)中的視覺(jué)區(qū)域信息、有關(guān)患者的位置的數(shù)據(jù)以及有關(guān)患者的模型的數(shù)據(jù)。OTT CAS計(jì)算機(jī)處理的這種結(jié)果提供動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)相互作用位置和取向反饋信息，其能夠由外科醫(yī)生在OTT裝置(如果提供的話)提供的監(jiān)控器上或作為OTT投影機(jī)的顯示輸出觀察。更 甚者，如前所述，在手術(shù)之前，外科醫(yī)生可以分析患者模型并識(shí)別待切除的組織以及計(jì)劃或指示在OTT CAS步驟過(guò)程中或在CAS手術(shù)過(guò)程中使用的期望的OTTCAS模式。該信息隨后能夠在手術(shù)過(guò)程中使用，以基于CAS處理的模式和其它因素使用動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的輸出引導(dǎo)外科醫(yī)生。
[0085]圖1是在使用外科器械50的計(jì)算機(jī)輔助外科過(guò)程中設(shè)置用于追蹤并提供引導(dǎo)的工具承載的追蹤裝置(OTT)IOO的等軸測(cè)圖。0TT100具有外殼105，該外殼105在用于投影機(jī)輸出110的開(kāi)口中包括一對(duì)照相機(jī)115。0TT100以及也作為外殼105具有適于且被構(gòu)造為與外科器械50配合的表面120。外科器械50包括用于操作具有活動(dòng)元件56的工具54的觸發(fā)器52。圖1的示意性實(shí)施方式，工具54是鋸子并且活動(dòng)元件56是其遠(yuǎn)端的鋸齒狀邊緣。
[0086]圖2是在使用外科器械50的計(jì)算機(jī)輔助外科過(guò)程中設(shè)置用于追蹤并提供引導(dǎo)的工具承載的追蹤裝置(0TT)200的等軸測(cè)圖。0ΤΤ200具有外殼205，該外殼205在用于投影機(jī)輸出210的開(kāi)口中包括一對(duì)照相機(jī)215。0ΤΤ200以及也作為外殼205具有適于且被構(gòu)造為與外科器械50配合的表面220。外科器械50包括用于操作具有活動(dòng)元件56的工具54的觸發(fā)器52。圖2的示意性實(shí)施方式，工具54是鋸子并且活動(dòng)元件56是其遠(yuǎn)端的鋸齒狀邊緣。
[0087]圖3和4是圖1和2的工具承載的追蹤裝置的等軸測(cè)圖，其中，外殼的頂罩被移除。在圖3的視圖中，外殼105的被暴露的內(nèi)部顯示處理電路130、投影機(jī)125和照相機(jī)115的布置。投影機(jī)125的輸出110在該實(shí)施方式中被圖示為處于包含照相機(jī)115的平面上方的位置。在圖4的視圖中，外殼205的被暴露的內(nèi)部顯示處理電路230、投影機(jī)225和照相機(jī)215的布置。投影機(jī)225的輸出210在該實(shí)施方式中被圖示為處于與包含照相機(jī)215的平面成銳角的上方的位置。
[0088]圖5、6和7表不工具承載的追蹤器200的Iv頂視圖和兩個(gè)等軸測(cè)圖。在圖4中示出的工具承載的追蹤器的頂視圖中，電子元器件的取向和布置清楚可見(jiàn)。由于在該構(gòu)造中使用的投影機(jī)225的類型，投影機(jī)已在外殼205內(nèi)成角度定位，如圖6中所示，在略微傾斜的表面上。在一種實(shí)施方式中，工具承載的追蹤裝置的照相機(jī)或者投影機(jī)的一者或兩者可以以任意取向定位并且隨后該取向?qū)Ω髯缘难b置的操作的結(jié)果以如這里描述的其它方式補(bǔ)償。以此方式，由于略微的物理未對(duì)準(zhǔn)可以使用如這里描述的軟件技術(shù)來(lái)調(diào)節(jié)，各種不同的OTT電子元器件設(shè)計(jì)是可能的。圖7圖示工具承載的追蹤器200的與外殼205分離的電子元器件的等軸測(cè)圖。該附圖圖示用于布置在外殼205內(nèi)在單個(gè)板235上具有照相機(jī)215、投影機(jī)225和相關(guān)聯(lián)的處理電子元器件230的引用一件式”0ΤΤ電子元器件包的一種實(shí)施方式。
[0089]圖8Α、8Β、9和10均圖示工具承載的追蹤裝置內(nèi)包括的照相機(jī)的各種照相機(jī)角度取向的照相機(jī)觀察區(qū)域上的結(jié)果。圖8Α中的照相機(jī)115關(guān)于彼此和外科工具54的軸線以接近平行的布置取向。在考慮由其它部件引起的阻斷之后，該構(gòu)造提供范圍從約70_至約200_的照相機(jī)觀察區(qū)域。在其它實(shí)施方式中，示例性O(shè)TT裝置的照相機(jī)系統(tǒng)可以在范圍從約50mm至約250mm的照相機(jī)觀察區(qū)域中操作。可以理解，照相機(jī)觀察區(qū)域可以根據(jù)OTT裝置將用以執(zhí)行的特定計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)所需的期望的觀察區(qū)域物理地或電子地改變。
[0090]與圖8A中照相機(jī)的接近平行的布置相比，圖8B、9和10每個(gè)展示不同照相機(jī)傾斜角度的結(jié)果和得到的照相機(jī)觀察區(qū)域的變化。參照?qǐng)D11A、11B、11C和IlD更好地理解OTT照相機(jī)定位和傾斜角度的關(guān)系以及其與觀察角度、最小目標(biāo)距離和最大目標(biāo)長(zhǎng)度的關(guān)系。圖1lA圖示作出用以產(chǎn)生圖1lB中使以度為單位的傾斜角度與許多視覺(jué)區(qū)域因素相關(guān)的圖表的計(jì)算的幾何設(shè)置和公式。 來(lái)自該圖表的與傾斜角度相關(guān)的數(shù)據(jù)在圖1lC和IlD中示出的曲線圖中再現(xiàn)。這些附圖中呈現(xiàn)的光學(xué)區(qū)域信息在這里描述的OTT裝置的各種實(shí)施方式的一些中的照相機(jī)定位的設(shè)計(jì)和優(yōu)化中有用。
[0091]參照?qǐng)D12A、12B、13A、13B和13C可以理解用于各種OTT實(shí)施方式的投影機(jī)的附加方面。圖12A和圖12B之間的比較展示基于投影機(jī)在OTT外殼內(nèi)的定位對(duì)投影機(jī)輸出的影響。如圖12A和13A中所不,投影機(jī)125看上去相對(duì)于工具54成接近平面關(guān)系。但是,注意投影機(jī)輸出126的一部分如何延伸超出工具遠(yuǎn)端56并在工具遠(yuǎn)端56下面。與此相比，投影機(jī)225關(guān)于工具54以銳角定位。附加地，到10的投影機(jī)輸出在與其處于照相機(jī)215之間的相對(duì)位置相比時(shí)偏向一側(cè)。但是，投影機(jī)輸出226主要在刀片54的上方并且僅在遠(yuǎn)端56處經(jīng)過(guò)。在查閱圖13B和13B中的視圖后將明了到26的投影機(jī)輸出的附加方面。理解的是，在這些實(shí)施方式中描述的投影機(jī)輸出、投影機(jī)尺寸和取向不限于所有OTT裝置實(shí)施方式。合適的OTT投影機(jī)可以以多種滿意的方式構(gòu)造并且在OTT外殼內(nèi)的布置可以基于期望的投影機(jī)的包裝尺寸來(lái)調(diào)節(jié)。如由投影機(jī)225的抽樣輸出清楚地圖示的，許多不同的投影機(jī)尺寸、取向和角度關(guān)系可以被使用并且仍然有效地操作以滿足OTT CAS處理系統(tǒng)的投影機(jī)要求。換句話說(shuō)，很多種投影機(jī)類型、輸出位置和包裝可以被使用并且仍然保持在這里描述的OTT裝置的各種實(shí)施方式內(nèi)。
[0092]本發(fā)明的OTT裝置的實(shí)施方式根據(jù)特定OTT CAS系統(tǒng)期望的具體操作特征設(shè)有各種圖像、投影機(jī)和電子元器件。為了針對(duì)OTTCAS系統(tǒng)的該部分可以理解很多種特征和設(shè)計(jì)因素，提供隨后的示意性實(shí)施方式。
[0093]圖14A圖示OTT裝置的實(shí)施方式的示意圖。在該圖示的實(shí)施方式中，提供
[0094].照相機(jī)/數(shù)字信號(hào)處理器/處理NaturalPoint Optitrak SL-V120范圍
[0095]?計(jì)算機(jī):PC-Windows2000/XP/Vista/7 ；1.5GHz 處理器；256MB RAM ;5MB可用硬盤(pán)空間；USB2.0高速端口(最小，更快更好)
[0096].COM:具有無(wú)線USB支持的DYNADOCK W20端口復(fù)制器；
[0097].投影機(jī):Microvision的SHOffffX激光微型投影機(jī)
[0098]如視圖中所示，其設(shè)置在OTT外殼內(nèi)。該實(shí)施方式使用所謂的“智能照相機(jī)”，即，具有執(zhí)行局部圖像處理的能力的照相機(jī)。該處理能夠通常通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)編程。該【具體實(shí)施方式】中的部件的構(gòu)造被利用以提供在OTT裝置上和在OTT CAS計(jì)算機(jī)上出現(xiàn)的圖像處理。例如，OTT裝置上的DSP在將標(biāo)記數(shù)據(jù)傳輸至OTT CAS計(jì)算機(jī)之前檢測(cè)并處理標(biāo)記數(shù)據(jù)。該構(gòu)造極大地減小主機(jī)上所需的處理功率，同時(shí)還使需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)最少化?？梢岳斫?，示意圖盡管主要用于顯示圖像的類型、特定OTT裝置或OTT裝置和OTT CAS計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)處理和總的計(jì)算機(jī)處理能力，該視圖可能不反映具體部件之間的實(shí)際取向、間距和/或?qū)?zhǔn)。電子通信能力(COM)經(jīng)由自和向適于并構(gòu)造用于這里描述的OTT CAS處理、算法和模式的計(jì)算機(jī)進(jìn)行有線連接或任何合適的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模式提供。OTT裝置和OTT CAS計(jì)算機(jī)(如果使用的話)之間的處理數(shù)據(jù)交換的類型、多樣性、數(shù)量和質(zhì)量將根據(jù)所利用的特定OTT CAS程序、模式或系統(tǒng)的具體參數(shù)和考量而變化。
[0099]圖14B圖示OTT裝置的實(shí)施方式的示意圖。在該圖示的實(shí)施方式中，提供
[0100].照相機(jī):有線或無(wú)線模擬照相機(jī)；例如FPV無(wú)線照相機(jī)
[0101].DSP:uCFG單片機(jī)抓幀器。其連接到PC PCI總線并變?yōu)镻C的一部分。
[0102]?計(jì)算機(jī):PC-Windows2000/XP/Vista/7 ；1.5GHz 處理器；256MB RAM ;5MB可用硬盤(pán)空間；USB2.0高速端口(最小，更快更好)
[0103].COM:硬接線或模擬無(wú)線傳輸器
[0104].投影機(jī):Microvision的SHOffffX激光微型投影機(jī)
[0105]如視圖中所示，其設(shè)置在OTT外殼內(nèi)。該【具體實(shí)施方式】中的部件的構(gòu)造被利用以提供低成本商品照相機(jī)的使用，其中，在OTT上不執(zhí)行用于追蹤的圖像處理并且圖像信號(hào)由作為PC的一部分的專用抓幀器捕獲。抓幀器接收捕獲的圖像并且將其存放在PC存儲(chǔ)器中，且沒(méi)有通過(guò)PC的任何開(kāi)銷處理。該實(shí)施方式得到較小、較輕且成本較低的OTT裝置。
[0106]可以理解，示意圖盡管主要用于顯示圖像的類型、特定OTT裝置或OTT裝置和OTTCAS計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)處理和總的計(jì)算機(jī)處理能力，該視圖可能不反映具體部件之間的實(shí)際取向、間距和/或?qū)?zhǔn)。電子通信能力(COM)經(jīng)由自和向適于并構(gòu)造用于這里描述的OTTCAS處理、算法和模式的計(jì)算機(jī)進(jìn)行有線連接或任何合適的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模式提供。OTT裝置和OTT CAS計(jì)算機(jī)(如果使用的話)之間的處理數(shù)據(jù)交換的類型、多樣性、數(shù)量和質(zhì)量將根據(jù)所利用的特定OTT CAS程序、模式或系統(tǒng)的具體參數(shù)和考量而變化。
[0107]圖15A圖示OTT裝置的實(shí)施方式的示意圖。該實(shí)施方式利用具有合并的電子電路的商品USB照相機(jī)，該電子電路捕獲來(lái)自照相機(jī)的圖像并且將其調(diào)節(jié)為USB兼容。該輸出被壓縮并隨后有線或無(wú)線地傳輸，且沒(méi)有進(jìn)一步與追蹤相關(guān)的處理。
[0108]在該圖示的實(shí)施方式中，提供
[0109].照相機(jī):微軟LifeCam
[0110].計(jì)算機(jī):戴爾精密R5500架工作站
[0111].COM:CaramboIa8 裝置芯，或者 DTW-200D (CDMA2000 IX)和 DTW-500D (EVDO RevA)
[0112].投影機(jī):Microvision的SHOffffX激光微型投影機(jī)
[0113]其如視圖中所示設(shè)置。該【具體實(shí)施方式】中的部件的構(gòu)造被利用以提供模塊化方案，用于提供電子OTT元器件。該實(shí)施方式使用低成本商品照相機(jī)并允許照相機(jī)以模塊化形式使用，其中，它們能夠變化或升級(jí)以反映技術(shù)進(jìn)步，且不擾亂OTT或地面系統(tǒng)。
[0114]如果OTT CAS計(jì)算機(jī)針對(duì)DSP優(yōu)化，則沒(méi)有必要使用工具承載的DSP。該實(shí)施方式使得使用商業(yè)上可獲得的圖像處理庫(kù)中的任意庫(kù)成為可能。例如，Halcon圖像處理軟件僅需約Ims就能處理很大的二進(jìn)制數(shù)據(jù)塊(骨參考框架LED)并計(jì)算其形心。因此，圖像能夠被直接從OTT工具發(fā)送至OTT CAS計(jì)算機(jī)以便處理。重要的是，當(dāng)與其它實(shí)施方式相比時(shí)，將需要選擇COM以處理較高帶寬。 類似地，將需要選擇計(jì)算機(jī)以處理更多的繁重的計(jì)算。
[0115]可以理解，示意圖盡管主要用于顯示圖像的類型、特定OTT裝置或OTT裝置和OTTCAS計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)處理和總的計(jì)算機(jī)處理能力，該視圖可能不反映具體部件之間的實(shí)際取向、間距和/或?qū)?zhǔn)。電子通信能力(COM)經(jīng)由自和向適于并構(gòu)造用于這里描述的OTTCAS處理、算法和模式的計(jì)算機(jī)進(jìn)行有線連接或任何合適的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模式提供。OTT裝置和OTT CAS計(jì)算機(jī)(如果使用的話)之間的處理數(shù)據(jù)交換的類型、多樣性、數(shù)量和質(zhì)量將根據(jù)所利用的特定OTT CAS程序、模式或系統(tǒng)的具體參數(shù)和考量而變化。
[0116]圖15B圖示OTT裝置的實(shí)施方式的示意圖。在該圖示的實(shí)施方式中，提供
[0117].照相機(jī):如圖15A中的智能照相機(jī)或者如圖15C中的USB照相機(jī)
[0118]?慣性傳感器:Bosch SMB380、Freescale PMMA7660、Kionix KXSD9
[0119].在載處理器:ARM處理器
[0120]?計(jì)算機(jī):PC-Windows2000/XP/Vista/7 ；1.5GHz 處理器；256MB RAM ;5MB可用硬盤(pán)空間；USB2.0或USB3.0高速端口(最小，更快更好)
[0121 ].COM:標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11通信協(xié)議或用于在承擔(dān)OTT的處理器和地面站PC之間通信的類似協(xié)議
[0122].投影機(jī):Microvision的SHOffffX激光微型投影機(jī)
[0123]其如視圖中所示設(shè)置。該【具體實(shí)施方式】中的部件的構(gòu)造被利用以提供在OTT裝置上執(zhí)行復(fù)雜處理的實(shí)施方式，從而為了 OTT CAS手術(shù)的目的根據(jù)需要完成大多數(shù)人體追蹤。該裝置是完全獨(dú)立的追蹤裝置。OTT裝置還包含一個(gè)或多個(gè)慣性傳感器。DSP涉及慣性傳感器的使用以預(yù)測(cè)‘下一幀’中的基準(zhǔn)的位置。因此，在OTT裝置上的DSP上的計(jì)算負(fù)擔(dān)最小化。
[0124]可以理解，示意圖盡管主要用于顯示圖像的類型、特定OTT裝置或OTT裝置和OTTCAS計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)處理和總的計(jì)算機(jī)處理能力，該視圖可能不反映具體部件之間的實(shí)際取向、間距和/或?qū)?zhǔn)。電子通信能力(COM)經(jīng)由自和向適于并構(gòu)造用于這里描述的OTTCAS處理、算法和模式的計(jì)算機(jī)進(jìn)行有線連接或任何合適的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模式提供。OTT裝置和OTT CAS計(jì)算機(jī)(如果使用的話)之間的處理數(shù)據(jù)交換的類型、多樣性、數(shù)量和質(zhì)量將根據(jù)所利用的特定OTT CAS程序、模式或系統(tǒng)的具體參數(shù)和考量而變化。
[0125]除上述細(xì)節(jié)和【具體實(shí)施方式】之外，可以理解，OTT裝置的替代實(shí)施方式可以具有電子元器件，所述電子元器件包括具有處理能力的元器件以及軟件和硬件和電子指示以根據(jù)這里描述的OTT CAS處理方法、模式和算法提供OTT CAS數(shù)據(jù)的以下示例性類型中的一種或多種:
[0126]?接收并處理視覺(jué)和IR光譜圖像數(shù)據(jù)
[0127].確定圖像幀內(nèi)的每個(gè)標(biāo)記的形心的坐標(biāo)
[0128].確定圖像幀內(nèi)的所有標(biāo)記的尺寸
[0129]?報(bào)告一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)的尺寸和坐標(biāo)
[0130].子像素分析以確定圖像幀內(nèi)的形心的位置、標(biāo)記布置或選擇的標(biāo)記布置
[0131].基于來(lái)自中央計(jì)算機(jī)或內(nèi)部指令的輸入或響應(yīng)于OTT CAS處理模式適應(yīng)從每秒20幀至60幀的可變和可控幀率
[0132]圖16A、16B和16C提供在計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)中使用的參考框架300的各種視圖。設(shè)有框架305，其具有由周邊315界定的表面310。一個(gè)或多個(gè)有源或無(wú)源基準(zhǔn)標(biāo)記70經(jīng)過(guò)表面310以型式72布置。設(shè)有從框架305延伸的桿320和在桿上的聯(lián)結(jié)件325。聯(lián)結(jié)件325用以將框架305連結(jié) 到基部330?；?30具有能夠接合與手術(shù)相關(guān)的外科區(qū)域內(nèi)的解剖結(jié)構(gòu)的一部分的第一表面335?；?30具有第二表面340以與聯(lián)結(jié)件325接合。聯(lián)結(jié)件325和第二表面340在圖16A中接合，但在圖16B和16C中分離。在圖16C和16C的視圖中，在聯(lián)結(jié)件上可見(jiàn)至少一個(gè)配準(zhǔn)元件，并且在第二表面上可見(jiàn)至少一個(gè)配準(zhǔn)元件。在圖示的實(shí)施方式中，配準(zhǔn)元件342b是在聯(lián)結(jié)件325上的凹形特征部，而在第二表面340上的聯(lián)結(jié)元件325a是凸形特征部。當(dāng)聯(lián)結(jié)件325和第二表面340接合時(shí)，配準(zhǔn)元件的尺寸和位置被設(shè)定成配合協(xié)作?？梢岳斫猓?dāng)聯(lián)結(jié)件接合到第二表面時(shí)，各種不同的配準(zhǔn)元件類型和位置可以適于并構(gòu)造成用于提供配合協(xié)作。
[0133]基部330包括用以接合解剖結(jié)構(gòu)的第二表面335。所有表面或表面的一部分可以包括鋸齒形邊緣以輔助與解剖結(jié)構(gòu)、尤其圍繞關(guān)節(jié)的骨解剖結(jié)構(gòu)接合?；康谝槐砻?35包括與基部第一表面在外科手術(shù)過(guò)程中附接到其上的解剖部位互補(bǔ)的曲度。在一種實(shí)施方式中，解剖結(jié)構(gòu)的骨部分鄰近作為外科手術(shù)的目標(biāo)的關(guān)節(jié)。關(guān)節(jié)可以從膝、肩、腕、踝、髖或椎骨選擇?；?30包括至少一個(gè)孔口 337，所述至少一個(gè)孔口 337適于并構(gòu)造用于固定元件，所述固定元件用以將基部附加到人體上的部位。固定元件可以從銷、螺釘、釘子或外科釘中的一種或多種選擇。
[0134]圖17圖示參考框架引導(dǎo)件350的示意圖。參考框架引導(dǎo)件350具有框架355和從框架355延伸的桿360。桿360具有被構(gòu)造成與解剖特征部接合的曲度或形狀，以在框架引導(dǎo)件附接到框架305時(shí)輔助參考框架300在外科區(qū)域內(nèi)以期望位置和取向布置。參考框架引導(dǎo)件350還包括沿著框架355的一個(gè)或多個(gè)接合元件365，用于與參考框架305的周邊315或一部分暫時(shí)接合，以允許與使用元件365附接的參考框架300相聯(lián)的基部330的適當(dāng)定位和調(diào)節(jié)。圖18圖示附接到參考框架300的框架305的參考框架引導(dǎo)件。在使用中，接合元件365可以斷裂，以在外科手術(shù)過(guò)程中從引導(dǎo)框架移除參考框架。盡管圖示為與參考框架300配合協(xié)作，參考框架引導(dǎo)件350可以適于并構(gòu)造成與不同形狀和尺寸的參考框架(諸如圖24中的參考框架400)形成配合接合。
[0135]在一種特定實(shí)施方式中，桿360的曲度或形狀362被構(gòu)造用于桿關(guān)于髁的布置，以提供參考框架300沿著股骨在外科區(qū)域內(nèi)的對(duì)準(zhǔn)。圖19和20示出基部330沿著股骨10的定位。關(guān)節(jié)參考框架引導(dǎo)件和參考框架結(jié)構(gòu)(參照?qǐng)D18)被定位(沿著圖19中的箭頭)，以使桿360的曲度362在股骨10的髁12之間對(duì)準(zhǔn)，從而使基部330如圖20中所示以適當(dāng)取向布置在股骨上。之后，參考框架300通過(guò)利用諸如螺釘或釘子施加到孔口 337或使用生物相容性骨接合劑的一種或多種方法連結(jié)基部第一表面335來(lái)附接到股骨10。一旦參考框架300被確認(rèn)處于適當(dāng)位置，參考框架引導(dǎo)件350被移除(圖21 )，僅留下根據(jù)待進(jìn)行的外科計(jì)劃(圖22)與髁12成期望關(guān)系且沿著股骨10處于期望位置的參考框架。
[0136]圖23圖示參考框架400和沿著脛骨15的位置的實(shí)施方式。在圖示的實(shí)施方式中，參考框架400附接在脛骨粗隆上或圍繞脛骨粗隆(圖25中更清楚地示出)并利用上述關(guān)于參考框架300描述的若干固定方法中任一種緊固到骨。參考框架400的附加細(xì)節(jié)可以在閱讀圖24A、24B和24C后提供。這些附圖提供在計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)中使用的參考框架400的各種視圖。設(shè)有框架405，其具有由周邊415界定的表面410。一個(gè)或多個(gè)有源或無(wú)源基準(zhǔn)標(biāo)記70經(jīng)過(guò)表面410以型式74布置。設(shè)有從框架405延伸的桿420和在桿上的聯(lián)結(jié)件425。聯(lián)結(jié)件425用以將框架405連結(jié)到基部430?；?30具有能夠接合與手術(shù)相關(guān)的外科區(qū)域內(nèi)的解剖結(jié)構(gòu)的一部分的第一表面435。基部430具有第二表面440以與聯(lián)結(jié)件425接合。聯(lián)結(jié)件425和第二表面440在圖24A中接合，但在圖24B和24C中分離。在圖24C和24C的視圖中，在聯(lián)結(jié)件上可見(jiàn)至少一個(gè)配準(zhǔn)元件，并且在第二表面上可見(jiàn)至少一個(gè)配準(zhǔn)元件。在圖示的實(shí)施方式中，配準(zhǔn)元件442b是在聯(lián)結(jié)件425上的凹形特征部，而在第二表面440上的聯(lián)結(jié)元件425a是凸形特征部。當(dāng)聯(lián)結(jié)件425和第二表面440接合時(shí)，配準(zhǔn)元件的尺寸和位置被設(shè)定成配合協(xié)作?？梢岳斫猓?dāng)聯(lián)結(jié)件接合到第二表面時(shí)，各種不同的配準(zhǔn)元件類型和位置可以 適于并構(gòu)造成用于提供配合協(xié)作。
[0137]基部430包括用以接合解剖結(jié)構(gòu)的第二表面435。所有表面或表面的一部分可以包括鋸齒形邊緣以輔助與解剖結(jié)構(gòu)、尤其圍繞關(guān)節(jié)的骨解剖結(jié)構(gòu)接合?；康谝槐砻?35包括與基部第一表面在外科手術(shù)過(guò)程中附接到其上的解剖部位互補(bǔ)的曲度。在一種實(shí)施方式中，解剖結(jié)構(gòu)的骨部分鄰近作為外科手術(shù)的目標(biāo)的關(guān)節(jié)。關(guān)節(jié)可以從膝、肩、腕、踝、髖或椎骨選擇。基部430包括至少一個(gè)孔口 437，所述至少一個(gè)孔口 437適于并構(gòu)造用于固定元件，所述固定元件用以將基部附加到人體上的部位。固定元件可以從銷、螺釘、釘子或外科釘中的一種或多種選擇。
[0138]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖26A、26B和26C，描述被設(shè)計(jì)的參考框架的附加方面。參照?qǐng)D26A，框架305和基部300之間的取向可以在多種預(yù)設(shè)取向之間調(diào)節(jié)。改變這兩個(gè)部件之間的關(guān)系是通過(guò)改變關(guān)節(jié)可獲得的多個(gè)配準(zhǔn)元件中的哪些配準(zhǔn)元件是接合部件來(lái)完成的。一方面，在聯(lián)結(jié)件上設(shè)有多個(gè)配準(zhǔn)元件，并且在第二表面上設(shè)有多個(gè)配準(zhǔn)元件。參考框架的取向可以在第一取向382和不同的第二取向384之間調(diào)節(jié)，基于此，配準(zhǔn)元件分組用于將基部330連結(jié)到框架305。在一種實(shí)施方式中，其中，聯(lián)結(jié)件上的配準(zhǔn)元件的一部分與第二表面上的配準(zhǔn)元件的一部分接合，結(jié)果將框架在外科區(qū)域內(nèi)以第一取向定向。另一方面，聯(lián)結(jié)件上的不同的配準(zhǔn)元件與第二表面上的不同的配準(zhǔn)元件配合，結(jié)果是框架305將在外科區(qū)域內(nèi)以不同的第二取向呈現(xiàn)。一方面，第一取向是在外科預(yù)先計(jì)劃中使用的已知位置。另一方面，第二取向是在外科預(yù)先計(jì)劃中使用的已知位置。第一取向和/或第二取向可以在這里描述的OTT CAS技術(shù)的促進(jìn)中使用。
[0139]圖26A還圖示適于并構(gòu)造成維持聯(lián)結(jié)件和第二表面的相對(duì)位置和取向的安裝聯(lián)結(jié)件的一種實(shí)施方式。在該實(shí)施方式中，撓性聯(lián)接機(jī)構(gòu)被示出為在這兩個(gè)部件之間，并且其在參考框架內(nèi)的尺寸、形狀和取向用以維持框架305在外科區(qū)域內(nèi)的取向。換句話說(shuō)，安裝聯(lián)結(jié)件具有足夠的剛性，使得如果框架305在手術(shù)過(guò)程中遭撞擊，其不會(huì)失去它的對(duì)準(zhǔn)。在另一替代方面，安裝聯(lián)結(jié)件完全地設(shè)置在使用的結(jié)構(gòu)中，安裝聯(lián)結(jié)件設(shè)置成使得當(dāng)安裝聯(lián)結(jié)件附接到參考框架時(shí)，安裝聯(lián)結(jié)件基本上或完全環(huán)繞聯(lián)結(jié)件和第二表面之間配合接觸的面積。
[0140]圖27A和27B提供替代參考框架表面形狀以及替代方案以顯示標(biāo)記型式。圖27A圖示具有以型式78設(shè)置的多個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)記70的參考框架的大致矩形框架390。圖27B圖示框架395上的大致梯形表面形狀310。多個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)記70以型式設(shè)置在表面305上。
[0141]圖28圖示在全膝置換手術(shù)中使用的假體20的表示的等軸測(cè)圖。在假體20上標(biāo)出的數(shù)字是在膝外科過(guò)程中作出的切口的類型的表示。圖29A-29I和30圖示這里描述的OTT CAS系統(tǒng)的獨(dú)特組合之一。盡管上述參考框架中的每個(gè)可以獨(dú)立地或結(jié)合其它解剖部位或外科設(shè)備使用，參考框架300和400對(duì)于這里描述的工具承載的追蹤裝置和OTT CAS手術(shù)具有特別的優(yōu)勢(shì)。將工具承載的追蹤裝置用于手持式預(yù)切外科的一個(gè)挑戰(zhàn)是在手術(shù)過(guò)程中獲得相關(guān)追蹤 信息并維持追蹤的參考框架。通過(guò)獨(dú)特的設(shè)計(jì)和布置，參考框架300和400可以用以利用這里描述的OTT追蹤技術(shù)正好提供這種類型的動(dòng)態(tài)參考框架追蹤。如以下附圖中所示，在用于植入假體20的代表性切口的每一個(gè)中，在0TT100上承載的視覺(jué)系統(tǒng)能夠視覺(jué)上識(shí)別并與參考框架300和參考框架400全部或一部分配準(zhǔn)。盡管這些特定構(gòu)造是針對(duì)膝外科的OTT CAS系統(tǒng)和工具的能力的說(shuō)明，可以理解，這里描述的參考框架和視覺(jué)引導(dǎo)技術(shù)可以適于人體中的其它關(guān)節(jié)和其它手術(shù)。
[0142]圖29A-29I和30每個(gè)圖示針對(duì)參考框架300在股骨10上的布置和參考框架400沿著脛骨15、特別是在脛骨粗隆18上或圍繞脛骨粗隆18的布置的代表性外科設(shè)置?？梢岳斫猓S后圖示的OTT CAS手術(shù)利用參考框架300、400，它們?cè)陔S后的所有OTT CAS過(guò)程步驟過(guò)程中不運(yùn)動(dòng)，但保持在相同位置。工具承載的追蹤裝置100聯(lián)結(jié)到外科工具50，用于具有活動(dòng)元件56的工具54的定位和使用。
[0143]在圖29A的示意性實(shí)施方式中，0TT100提供引導(dǎo)，用于使用活動(dòng)元件56制造遠(yuǎn)端外側(cè)髁切口。在該切割過(guò)程中，在0TT100上承載的照相機(jī)在圖示的切割的所有或主要部分過(guò)程中基于從參考框架300和參考框架400接收的信息捕獲、成像并提供相對(duì)導(dǎo)向和定位信息。
[0144]在圖29B的示意性實(shí)施方式中，0TT100提供引導(dǎo)，用于使用活動(dòng)元件56制造遠(yuǎn)端內(nèi)側(cè)髁切口。在該切割過(guò)程中，在0TT100上承載的照相機(jī)在圖示的切割的所有或主要部分過(guò)程中基于從參考框架300和參考框架400接收的信息捕獲、成像并提供相對(duì)導(dǎo)向和定位信息。
[0145]在圖29C的示意性實(shí)施方式中，0TT100提供引導(dǎo)，用于使用活動(dòng)元件56制造前部切口。在該切割過(guò)程中，在0TT100上承載的照相機(jī)在圖示的切割的所有或主要部分過(guò)程中基于從參考框架300和參考框架400接收的信息捕獲、成像并提供相對(duì)導(dǎo)向和定位信息。
[0146]在圖29D的示意性實(shí)施方式中，0TT100提供引導(dǎo)，用于使用活動(dòng)元件56制造后部外側(cè)髁切口。在該切割過(guò)程中，在0TT100上承載的照相機(jī)在圖示的切割的所有或主要部分過(guò)程中基于從參考框架300和參考框架400接收的信息捕獲、成像并提供相對(duì)導(dǎo)向和定位信息。
[0147]在圖29E的不意性實(shí)施方式中，0TT100提供引導(dǎo),用于使用活動(dòng)兀件56制造后部?jī)?nèi)側(cè)髁切口。在該切割過(guò)程中，在0TT100上承載的照相機(jī)在圖示的切割的所有或主要部分過(guò)程中基于從參考框架300和參考框架400接收的信息捕獲、成像并提供相對(duì)導(dǎo)向和定位信息。
[0148]在圖29F的示意性實(shí)施方式中，0TT100提供引導(dǎo)，用于使用活動(dòng)元件56制造前部倒角切口。在該切割過(guò)程中，在0TT100上承載的照相機(jī)在圖示的切割的所有或主要部分過(guò)程中基于從參考框架300和參考框架400接收的信息捕獲、成像并提供相對(duì)導(dǎo)向和定位信
肩、O
[0149]在圖29G的不意性實(shí)施方式中，0TT100提供引導(dǎo)，用于使用活動(dòng)兀件56制造后部外側(cè)髁倒角切口。在該切割過(guò)程中，在0TT100上承載的照相機(jī)在圖示的切割的所有或主要部分過(guò)程中基于從參考框架300和參考框架400接收的信息捕獲、成像并提供相對(duì)導(dǎo)向和定位信息。
[0150]在圖29H的不意性實(shí)施方式中，0TT100提供引導(dǎo)，用于使用活動(dòng)兀件56制造后部?jī)?nèi)側(cè)髁倒角切口。在該切割過(guò)程中，在0TT100上承載的照相機(jī)在圖示的切割的所有或主要部分過(guò)程中基于從參考框架300和參考框架400接收的信息捕獲、成像并提供相對(duì)導(dǎo)向和定位信息。
[0151]在圖291的示意性實(shí)施方式中，0TT100提供引導(dǎo)，用于使用活動(dòng)元件56制造脛骨切口。在該切割過(guò)程中，在0TT100上承載的照相機(jī)在圖示的切割的所有或主要部分過(guò)程中基于從參考框架300和參考框架400接收的信息捕獲、成像并提供相對(duì)導(dǎo)向和定位信息。
[0152]圖30圖示聯(lián)結(jié)到具有工具54和活動(dòng)元件56的外科器械50的0TT100。參考框架300,400也關(guān)于圍繞膝的OTT CAS外科部位示出。具有桿398和末端399的附加參考框架397用于外科區(qū)域的進(jìn)一步配準(zhǔn)或標(biāo)記。參考框架397的配準(zhǔn)通過(guò)具有工具的0TT100的成像系統(tǒng)提供。配準(zhǔn)框架397連同配準(zhǔn)框架300和/或配準(zhǔn)框架400 —起配準(zhǔn)。盡管這里描述的OTT CAS方法的實(shí)施方式利用參考框架300和參考框架400，可以理解，由于OTT和OTT CAS處理的改進(jìn)的基于圖像追蹤能力，OTT CAS系統(tǒng)具有兩個(gè)可用的參考框架，但在處理過(guò)程中選擇以僅使用來(lái)自一個(gè)參考框架的追蹤信息。
[0153]當(dāng)考慮這里描述的獨(dú)特的參考框架實(shí)施方式的使用時(shí)，考慮OTT CAS系統(tǒng)使用者優(yōu)選可以進(jìn)行觀察的方式。OTT CAS系統(tǒng)是預(yù)編程序的，使得對(duì)于某些切口來(lái)說(shuō)，某些觀察是默認(rèn)示出的。例如，在制備用于TKR手術(shù)的股骨假體中切除股骨的例子中，如圖29和30中所示，若干表面待切除。每個(gè)表面可以在手術(shù)過(guò)程中從不同角度最佳觀察。當(dāng)切割內(nèi)側(cè)髁的前表面時(shí)，第一觀察可以是期望的，而在切割外側(cè)髁的前表面時(shí)，第二觀察可以是期望的。相應(yīng)地，系統(tǒng)設(shè)置預(yù)定第一觀察，用于在內(nèi)側(cè)髁的前表面被切除時(shí)觀察虛擬模型。類似地，針對(duì)多種共同的切除手術(shù)能夠限定默認(rèn)視覺(jué)觀察。當(dāng)OTT CAS系統(tǒng)確定待執(zhí)行切割時(shí)，系統(tǒng)確定用于切口的最佳匹配并且在沒(méi)有外科醫(yī)生介入的情況下自動(dòng)顯示默認(rèn)。以幾乎相同的方式，由OTT CAS計(jì)算機(jī)執(zhí)行的基于視覺(jué)的過(guò)程可以被預(yù)選擇，以根據(jù)環(huán)境自動(dòng)地使用來(lái)自一個(gè)或兩個(gè)參考框架的所有或一部分可得到的追蹤信息。另外，OTT CAS可以引導(dǎo)使用者調(diào)節(jié)參考框架在外科區(qū)域內(nèi)的取向，以改進(jìn)來(lái)自該框架的引導(dǎo)信息。盡管在這里描述保持基部的配準(zhǔn)位置的框架的可調(diào)節(jié)取向。
[0154]可以理解，多種多樣的動(dòng)力或非動(dòng)力工具中的任意種能夠與這里描述的OTT CAS系統(tǒng)一起利用。例如，在整形外科領(lǐng)域中，系統(tǒng)能夠在單個(gè)整形動(dòng)力鋸(諸如，Stryker系統(tǒng)6精密振動(dòng)鋸)上建立。類似地，系統(tǒng)能夠與整形外科中通常使用的其它動(dòng)力工具(諸如，磨刀石或鉆子)一起使用。在這種應(yīng)用中，系統(tǒng)可以集成在外科工具的設(shè)計(jì)內(nèi)或者作為改型增加。另外，系統(tǒng)可以利用不需要任何外部動(dòng)力源(諸如，指針、標(biāo)記器或手術(shù)刀)的工具。理想地，系統(tǒng)可以容納多個(gè)待在外科手術(shù)的不同階段使用的智能工具并且使得系統(tǒng)足夠穩(wěn)健以執(zhí)行很多種外科手術(shù)。
[0155]系統(tǒng)可以在整形外科之外的其它應(yīng)用中使用。例如，其可以在模擬和用于指導(dǎo)和訓(xùn)練整形外科外科醫(yī)生的模擬器中使用。替代地，系統(tǒng)可以用于要求硬組織的精確取向和操縱的其它醫(yī)療手術(shù)。本技術(shù)的計(jì)算機(jī)輔助外科可以容易地便利這種牙科手術(shù)。系統(tǒng)還能夠在非醫(yī)療應(yīng)用中使用，例如，在木工、金屬板加工和所有其它工程標(biāo)記和加工過(guò)程中，以引導(dǎo)使用者制造特定型式的材料切割或鉆孔。
[0156]這里描述的OTT CAS系統(tǒng)的實(shí)施方式通過(guò)在工具上布置一個(gè)或多個(gè)追蹤器消除了對(duì)外部追蹤裝置的需要。本發(fā)明能夠完全消除對(duì)外部追蹤系統(tǒng)的需要或者利用追蹤子系統(tǒng)以增加新的追蹤數(shù)據(jù)。在任一構(gòu)造中，與外部追蹤器追蹤工具和患者的解剖結(jié)構(gòu)兩者以確定彼此的相對(duì)位置截然不同，工具本身追蹤患者的解剖結(jié)構(gòu)，或者相對(duì)于患者解剖結(jié)構(gòu)追蹤其本身。此外，由于向追蹤系統(tǒng)提供輸入的部件位于工具本身上，系統(tǒng)的所有被追蹤元件相對(duì)于工具被追蹤。因此，由工具承載的追蹤器產(chǎn)生的追蹤數(shù)據(jù)非常不同。工具的位置例如不必被獨(dú)立追蹤，因?yàn)樗衅渌蛔粉櫟哪繕?biāo)均從工具的有利位置被追蹤。在載追蹤系統(tǒng)減輕由外部被追蹤系統(tǒng)面對(duì)的問(wèn)題，其中，包括外科器械的系統(tǒng)的所有部件由外部裝置追蹤。邏輯上，本發(fā)明通過(guò)將追蹤或向追蹤系統(tǒng)的處理部分提供輸入的部件布置在工具本身上允許手術(shù)室消除或至少最小化在手術(shù)室中對(duì)單件設(shè)備的需要。通過(guò)用于追蹤的傳感器在工具上，其帶來(lái)更靠近被追蹤目標(biāo)的另一優(yōu)點(diǎn)，并且由此可以得到更高分辨率和精度以及在追蹤器和其它系統(tǒng)的被追蹤元件之間對(duì)“視線”接近的較松要求。
[0157]追蹤器-追蹤子系統(tǒng)還包括能夠被外科器械上的追蹤器檢測(cè)到的一個(gè)或多個(gè)追蹤元件。在系統(tǒng)中能夠利用很多種追蹤元件。例如，包含一個(gè)或多個(gè)反射表面的參考框架能夠?qū)⒓t外或可見(jiàn)光反射回到外科工具。發(fā)光二極管能夠類似地指示被追蹤目標(biāo)回到外科工具的位置。諸如基準(zhǔn)點(diǎn)或圖像識(shí)別的其它方式可以消除對(duì)外部參考框架待布置在需要被追蹤的諸如患者組織的目標(biāo)上的需要。在其它實(shí)施方式中，在沒(méi)有任何其它參考點(diǎn)輔助的情況下，患者的解剖結(jié)構(gòu)的具體圖像能夠用作追蹤元件。
[0158]外科 器械借助于一個(gè)或多個(gè)追蹤器追蹤被追蹤元件的位置。在一種實(shí)施方式中，系統(tǒng)利用作為追蹤器的兩個(gè)照相機(jī)的立體布置。照相機(jī)在鋸子的刀片/鉆頭/磨石等的任一側(cè)上以適用于立體視覺(jué)的角度范圍并排傾斜。對(duì)于其它工具，諸如鉆子，照相機(jī)能夠類似地立體并排布置在鉆頭或任何其它工具的端部執(zhí)行器的任一側(cè)上。
[0159]照相機(jī)相對(duì)于工具的端部執(zhí)行器的布置影響追蹤器-追蹤元件子系統(tǒng)的操作。例如，一個(gè)或多個(gè)照相機(jī)遠(yuǎn)離端部執(zhí)行器的布置擴(kuò)大觀察區(qū)域。對(duì)于像關(guān)節(jié)置換的應(yīng)用，或者當(dāng)工具緊靠患者的解剖結(jié)構(gòu)時(shí)，寬的觀察區(qū)域是有益的。通過(guò)擴(kuò)大的觀察區(qū)域，工具能夠更容易地找到追蹤元件。將一個(gè)或多個(gè)照相機(jī)更靠近工具的端部執(zhí)行器布置限制觀察區(qū)域，但增加對(duì)諸如牙科手術(shù)的應(yīng)用有用的放大率和分辨率。另外，照相機(jī)的布置必須考慮子系統(tǒng)的其它元件的相對(duì)位置。將照相機(jī)布置成使其軸線處于工具的端部執(zhí)行器的平面內(nèi)將使端部執(zhí)行器阻擋照相機(jī)的觀察的程度最小化。但是，可以設(shè)想，照相機(jī)可以以被認(rèn)為合適于外科手術(shù)中追蹤一個(gè)或多個(gè)追蹤元件的任意構(gòu)造布置。隨著技術(shù)進(jìn)步，這些當(dāng)前描述的構(gòu)造之外的構(gòu)造對(duì)于特定工具和外科環(huán)境可能更有利。
[0160]子系統(tǒng)能夠利用很多種照相機(jī)或照相機(jī)的系統(tǒng)。通常，系統(tǒng)利用數(shù)碼照相機(jī)。另外，系統(tǒng)利用至少兩個(gè)照相機(jī)以提供立體視覺(jué)?？梢允褂媚M照相機(jī)，假如有數(shù)字轉(zhuǎn)換的有效方式，諸如建立的有時(shí)被稱為‘抓幀器’或‘捕獲卡’的圖像格式轉(zhuǎn)換技術(shù)。立體視覺(jué)以及基于來(lái)自兩個(gè)照相機(jī)的圖像中的不同獲得進(jìn)一步信息的能力有助于系統(tǒng)在位置和取向或姿態(tài)方面更好地三維定位追蹤元件。系統(tǒng)可以利用多于兩個(gè)照相機(jī)，其利用所謂的“冗余”以改進(jìn)導(dǎo)向的能力，諸如在被追蹤元件中的一些對(duì)照相機(jī)中的一個(gè)或多個(gè)不可見(jiàn)并且由此兩個(gè)照相機(jī)在這些情況下不足夠時(shí)的情況中。附加地，系統(tǒng)可以利用單個(gè)照相機(jī)，但將需要附加的圖像處理以像立體系統(tǒng)那樣精確地導(dǎo)向。
[0161]替代地，子系統(tǒng)可以利用追蹤器和追蹤元件的不同系統(tǒng)。在一種替代方案中，追蹤器是在標(biāo)準(zhǔn)手術(shù)室條件中存在的可見(jiàn)光譜下對(duì)圖像識(shí)別優(yōu)化的高分辨率照相機(jī)。追蹤元件是基于存儲(chǔ)在外科計(jì)劃中的醫(yī)療圖像的患者的解剖結(jié)構(gòu)。另外，較窄的觀察區(qū)域還可以對(duì)患者的解剖結(jié)構(gòu)的有效識(shí)別有益。最后，外科計(jì)劃本身可能需要并入或識(shí)別患者的特定解剖標(biāo)志以建立功能追蹤元件。 [0162]不管構(gòu)造如何，照相機(jī)需要具有足夠的分辨率以準(zhǔn)確地追蹤追蹤元件到某一預(yù)定的精度水平。例如，具有作為帶紅外LED的參考框架的追蹤元件的系統(tǒng)，具有640X480分辨率的照相機(jī)具有足夠的分辨率以便以外科精度追蹤追蹤元件。系統(tǒng)能夠利用諸如紅外過(guò)濾器的附加元件，并且使追蹤元件與照相機(jī)隔離。在這種系統(tǒng)中較低分辨率的照相機(jī)能夠足以產(chǎn)生高準(zhǔn)確度的追蹤。
[0163]分辨率不是照相機(jī)影響系統(tǒng)操作的唯一特征。根據(jù)系統(tǒng)的特定構(gòu)造，幀率是重要的考量。例如，約IOOHz (幀每秒)的非常高的幀率將產(chǎn)生最小等待，但將在圖像處理器上非常繁重。系統(tǒng)可以要求大功率處理器，以便在給定時(shí)間單位內(nèi)從非常多的捕獲圖像中提取追蹤元件。替代地，如果幀率非常低，那么系統(tǒng)將產(chǎn)生過(guò)多等待。如果操作員過(guò)快地運(yùn)動(dòng)工具，那么系統(tǒng)將不能繼續(xù)追蹤工具。在系統(tǒng)中應(yīng)當(dāng)利用可接受的最小幀率。對(duì)于連同VGA照相機(jī)陣列一起利用參考框架中的紅外LED的系統(tǒng)，30Hz的幀率將產(chǎn)生適于徒手整形外科的系統(tǒng)。
[0164]這些例子一起圖示用于追蹤元件和照相機(jī)的的各種構(gòu)造，包括追蹤器-追蹤元件子系統(tǒng)的示例性照相機(jī)-追蹤實(shí)施方式。除追蹤元件的準(zhǔn)確布置之外，追蹤元件的位置必須從由照相機(jī)捕獲的圖像提取。從照相機(jī)接收的圖像信號(hào)必須經(jīng)歷數(shù)字信號(hào)處理(DSP)，以將追蹤元件的圖像轉(zhuǎn)換成相對(duì)于工具的數(shù)學(xué)坐標(biāo)。數(shù)學(xué)坐標(biāo)隨后發(fā)送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并且相對(duì)于外科計(jì)劃進(jìn)行比較，允許計(jì)算機(jī)系統(tǒng)確定外科路徑是否遵循意指的切除。
[0165]考慮到有若干步驟將來(lái)自照相機(jī)的原始數(shù)據(jù)處理為數(shù)學(xué)坐標(biāo)。最初，系統(tǒng)必須獲取圖像。對(duì)于檢測(cè)標(biāo)記(例如，紅外LED的、反射體、基準(zhǔn)等)的照相機(jī)，系統(tǒng)必須:確定在總的追蹤元件中使用的每個(gè)單獨(dú)標(biāo)記的形心的坐標(biāo)、確定每個(gè)元件的尺寸并且向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)報(bào)告每個(gè)LED的尺寸、形狀和坐標(biāo)。用以處理捕獲的圖像的附加操作(諸如子像素分析以確定形心的位置)能夠改進(jìn)精度。
[0166]對(duì)于以30Hz操作的系統(tǒng)，步驟必須在大約33ms完成，并且計(jì)算機(jī)將需要確定單獨(dú)的LED之間的關(guān)系并且計(jì)算追蹤元件的位置和取向。計(jì)算機(jī)從該數(shù)據(jù)將必須確定模型的取向和骨與外科工具之間的相對(duì)位置。信號(hào)處理僅具有在兩個(gè)連續(xù)幀之間的時(shí)間量，以執(zhí)行任何需要的操作。(例如，對(duì)于30Hz的幀率，處理系統(tǒng)具有上述33ms時(shí)間段以執(zhí)行這些操作)。在一種實(shí)施方式中，前述步驟中的大多數(shù)能夠在工具本身上通常通過(guò)集成在照相機(jī)(或其它追蹤器)本身上的CPU完成。
[0167]例如，由照相機(jī)捕獲的圖像的附加處理能夠經(jīng)由集成到照相機(jī)內(nèi)或在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上或這兩者的一些組合的CPU完成。例如，許多小的照相機(jī)具有能夠在輸出數(shù)據(jù)信號(hào)之前運(yùn)行數(shù)字信號(hào)處理算法的集成的CPU。DSP能夠包括簡(jiǎn)單的步驟，像將彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度或復(fù)雜操作，像將視頻圖像剪切為環(huán)繞識(shí)別的LED的小框。最初的處理使得從在照相機(jī)上捕獲的圖像最終提取追蹤元件的計(jì)算任務(wù)較輕并且總的追蹤處理更有效。
[0168]照相機(jī)-追蹤元件子系統(tǒng)能夠通過(guò)數(shù)字圖像傳輸或通過(guò)無(wú)線傳輸利用數(shù)碼照相機(jī)。有很多種通過(guò)數(shù)字圖像傳輸?shù)恼障鄼C(jī)，其一般被叫做“IP”或“Wifi”照相機(jī)。許多小且低成本的方案能夠被利用，以任何格式(例如，Mpeg)并且通過(guò)許多已知的數(shù)字流媒體協(xié)議之一供給到處理電子元器件的流媒體圖像(其能夠在兩個(gè)照相機(jī)之間同步)。替代地，模擬圖像傳輸能夠利用所謂的第一人視角(FPV)技術(shù)用在航空模型中。這有利于容易地得到商品照相機(jī)，其具有最小重量和尺寸、小的無(wú)線傳輸和低成本。在用于被追蹤元件的坐標(biāo)的圖像處理和提取之后，附加處理是必須的以形成足以通知計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的追蹤數(shù)據(jù)。被追蹤元件的坐標(biāo)與關(guān)于照相機(jī)的信息(諸如說(shuō)明和校準(zhǔn)數(shù)據(jù))結(jié)合，以進(jìn)一步細(xì)化每個(gè)被追蹤元件的位置空間。基于每個(gè)被追蹤元件的細(xì)化位置，子系統(tǒng)利用針對(duì)特定追蹤元件(有時(shí)稱為參考框架)的用戶限定的集群定義，以檢測(cè)用于追蹤元件的有效集群以及其在空間中的位置和取向。確定空間中的位置和取向的數(shù)據(jù)是格式化的，以便使用。例如，系統(tǒng)能夠?qū)⑻厥獾淖鴺?biāo)布置在與外科計(jì)劃中使用的空間的總的定義兼容的矩陣內(nèi)。
[0169]前述處理與能夠在工具上進(jìn)行的處理不同并且不是圖像調(diào)節(jié)和空間提取。其能夠通過(guò)專用軟件處理，專用軟件可以在外科計(jì)劃和計(jì)劃的切除被計(jì)算的相同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，或者其可以在中間計(jì)算機(jī)上發(fā)生，該中間計(jì)算機(jī)可以在工具上或者與工具和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)均分離。
[0170]附加導(dǎo)向數(shù)據(jù)能夠擴(kuò)展照相機(jī)-追蹤元件系統(tǒng)。工具還能夠包含一個(gè)或多個(gè)加速計(jì)或慣性傳感器，以確定工具沿著外科路徑的取向和運(yùn)動(dòng)。除來(lái)自一個(gè)或多個(gè)照相機(jī)的追蹤數(shù)據(jù)之外，加速計(jì)能夠向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供附加數(shù)據(jù)。替代地，外部追蹤系統(tǒng)能夠擴(kuò)展工具的在載追蹤。這種應(yīng)用不是必需的，但能夠用以主要通過(guò)‘預(yù)期’使用者的運(yùn)動(dòng)來(lái)擴(kuò)展系統(tǒng)的追蹤能力。系統(tǒng)還可以包括多個(gè)追蹤器-追蹤元件模態(tài)。例如，系統(tǒng)可以包括紅外照相機(jī)和具有紅外LED的追蹤元件以及用于光學(xué)分辨率的可見(jiàn)光照相機(jī)。來(lái)自這兩者的追蹤信息可以被處理以建立工具的三維坐標(biāo)。
[0171]如在計(jì)算機(jī)輔助外科中典型的，外科計(jì)劃在開(kāi)始期望的外科手術(shù)之前或者在執(zhí)行期望的外科手術(shù)中的步驟之前被確定。外科計(jì)劃基于在患者的解剖結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)重現(xiàn)上由外科醫(yī)生指定的意指切除部。患者的解剖結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)重現(xiàn)可以通過(guò)諸如CT或MRI掃描的各種醫(yī)療成像技術(shù)產(chǎn)生。另外，鋸子、鉆子、磨石、植入物或任何外科器械或其部分的計(jì)算機(jī)重現(xiàn)可以通過(guò)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)編程的設(shè)計(jì)說(shuō)明(或模型)取得。一旦通過(guò)諸如顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、觸摸屏或用于與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)交互的任何其它裝置的計(jì)算機(jī)交互裝置可接近患者的解剖結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)重現(xiàn)，外科醫(yī)生可以通過(guò)將待執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)切口、待鉆孔的區(qū)域或待移除的組織體積輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)手動(dòng)指定用于外科計(jì)劃的切除部。替代地，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以被構(gòu)造成基于由外科醫(yī)生選擇的一組具體參數(shù)來(lái)產(chǎn)生外科計(jì)劃。具體參數(shù)可以對(duì)應(yīng)于例如外科醫(yī)生希望附接到患者的解剖結(jié)構(gòu)的植入物的形狀、尺寸和/或位置。計(jì)算機(jī)可以相應(yīng)地產(chǎn)生包括將植入物配合到患者的解剖結(jié)構(gòu)所需的切除部的外科計(jì)劃。一旦外科計(jì)劃由外科醫(yī)生指定，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將外科計(jì)劃轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)或多個(gè)數(shù)學(xué)限定的表面，所述表面限定包括外科計(jì)劃的意指的切除部的邊界。通過(guò)之前描述的追蹤器-追蹤元件子系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)隨后能夠用以將器械的外科路徑與外科計(jì)劃進(jìn)行比較，以便確定外科路徑的偏差。
[0172]接著，外科計(jì)劃被描繪為在諸如笛卡爾、球面或柱面坐標(biāo)的可接受的三維坐標(biāo)系統(tǒng)或其它基于解剖學(xué)的坐標(biāo)系統(tǒng)中數(shù)學(xué)地限定的一個(gè)或多個(gè)表面。例如，在使用笛卡爾坐標(biāo)的外科計(jì)劃中，切口可以被限定為沿著限定原點(diǎn)的XYZ坐標(biāo)的X、Y和Z軸中的每個(gè)的具體距離。沿著每個(gè)軸的具體距離不必是線性的。例如，代表在患者的解剖結(jié)構(gòu)中待鉆孔的區(qū)域的柱面可以在笛卡爾坐標(biāo)中被限定為圓形表面，該圓形表面具有圍繞原點(diǎn)定位的具體直徑并在垂直于圓形表面的方向上從原點(diǎn)突出具體距離。任何切口、一系列切口或待移除的組織體積可以通過(guò)限定表面的類似方式被數(shù)學(xué)地限定，所述表面描繪外科器械必須遵循以完成指定的切除的外科計(jì)劃的邊界。
[0173]如之前注意到的，外科醫(yī)生可以在患者的解剖結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)重現(xiàn)上手動(dòng)指定外科計(jì)劃的切除部。在一種實(shí)施方式中，外科醫(yī)生能夠使用計(jì)算機(jī)交互裝置來(lái)觀察并操縱患者的解剖結(jié)構(gòu)的三維重現(xiàn)并且作出表示切口的標(biāo)記。在三維重現(xiàn)上作出的標(biāo)記隨后轉(zhuǎn)變?yōu)槊枥L外科醫(yī)生使用外科器械必須遵循的外科計(jì)劃的數(shù)學(xué)表面。
[0174]在諸如全膝置換手術(shù)的利用植入物的外科手術(shù)中，在描繪用于更好地確保植入物將正確地配合在患者的解剖結(jié) 構(gòu)上的外科計(jì)劃時(shí)，使用植入物的物理說(shuō)明是有利的。在這種實(shí)施方式中，外科醫(yī)生能夠使用計(jì)算機(jī)交互裝置以觀察并操縱患者的解剖結(jié)構(gòu)的三維重現(xiàn)以及一個(gè)或多個(gè)具體植入物。例如，外科醫(yī)生能夠從具有諸如尺寸、形狀等不同物理特征的植入物目錄進(jìn)行選擇。外科醫(yī)生可以選擇合適的植入物并操縱植入物的三維重現(xiàn)，以便以期望的對(duì)準(zhǔn)配合在患者的解剖結(jié)構(gòu)的三維重現(xiàn)上。外科醫(yī)生接著能夠?yàn)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)選擇選項(xiàng)，以產(chǎn)生包括制備患者的解剖結(jié)構(gòu)以接收植入物所需的計(jì)劃的切除部的外科計(jì)劃。相應(yīng)地，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以被構(gòu)造成通過(guò)計(jì)算在由外科醫(yī)生對(duì)準(zhǔn)的植入物和患者的解剖結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)重現(xiàn)之間的每個(gè)交叉部處的表面產(chǎn)生合適的數(shù)學(xué)表面以描繪外科計(jì)劃。
[0175]為了引導(dǎo)外科醫(yī)生利用外科器械遵循外科計(jì)劃，必須有用于將外科器械的路徑與計(jì)劃的切除進(jìn)行比較的方式。追蹤器-追蹤元件子系統(tǒng)可以相應(yīng)地追蹤外科計(jì)劃的數(shù)學(xué)地限定的表面相對(duì)于工具的三維位置和取向。在一種實(shí)施方式中，數(shù)學(xué)表面通過(guò)在患者的解剖結(jié)構(gòu)上的固定位置處定位的追蹤元件參考。為了更好的準(zhǔn)確度，追蹤元件可以在可容易識(shí)別的位置處固定到硬組織。這樣做將簡(jiǎn)化患者的解剖結(jié)構(gòu)與追蹤系統(tǒng)的配準(zhǔn)并且將避免可能由軟組織的不可預(yù)知的運(yùn)動(dòng)引起的不希望的錯(cuò)誤。一旦患者的解剖結(jié)構(gòu)與追蹤系統(tǒng)配準(zhǔn)，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中限定的數(shù)學(xué)表面能夠基于其相對(duì)于追蹤元件的固定位置的坐標(biāo)的坐標(biāo)被追蹤。由于追蹤系統(tǒng)位于外科器械上，由追蹤系統(tǒng)收集的關(guān)于患者的解剖結(jié)構(gòu)的位置和取向和外科計(jì)劃的相應(yīng)數(shù)學(xué)表面的追蹤數(shù)據(jù)是相對(duì)于在外科器械上限定的參考點(diǎn)的。相應(yīng)地，在外科過(guò)程中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以使用追蹤數(shù)據(jù)來(lái)作出由外科器械遵循的外科路徑和外科計(jì)劃的表面之間的偏差的迭代計(jì)算。外科路徑和外科計(jì)劃之間對(duì)準(zhǔn)的錯(cuò)誤以及矯正動(dòng)作可以通過(guò)諸如計(jì)算機(jī)屏幕上的圖形通知、LCD、或投影的顯示器、閃光燈、聲音報(bào)警、觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)的指示器或用于指示偏差錯(cuò)誤的任何其它方式向外科醫(yī)生通信。
[0176]一方面，指示器是向外科醫(yī)生提供關(guān)于如何對(duì)準(zhǔn)外科路徑以實(shí)現(xiàn)外科計(jì)劃的意指切除的引導(dǎo)的系統(tǒng)。在一種實(shí)施方式中，指示器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的用以向手術(shù)室中的外科醫(yī)生提供信息的元件。美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)N0.11/927429中【0212】段處教導(dǎo)手術(shù)室計(jì)算機(jī)的使用以引導(dǎo)外科醫(yī)生對(duì)外科工具的操作?！?29專利中教導(dǎo)的指示的一種方式是外科工具的致動(dòng)。隨著由在載照相機(jī)-追蹤元件子系統(tǒng)檢測(cè)到的外科醫(yī)生的外科路徑從意指的切除部偏離，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將與外科工具通信以減緩或者甚至停止工具操作。在這種系統(tǒng)中，外科工具的致動(dòng)是如‘429申請(qǐng)中【0123】段處進(jìn)一步教導(dǎo)的外科醫(yī)生從計(jì)算機(jī)輔助外科系統(tǒng)接收指示的方式。 [0177]在另一實(shí)施方式中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以經(jīng)由外部顯示器指示外科路徑何時(shí)從意指的切除部偏離。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠顯示外科工具和患者的解剖結(jié)構(gòu)的三維重現(xiàn)。覆蓋在該圖像上的是外科計(jì)劃的三維重現(xiàn)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更新由照相機(jī)-追蹤元件子系統(tǒng)確定的外科工具和患者的解剖結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置，并且覆蓋意指的切除部。外科醫(yī)生隨后能夠利用顯示器以使外科路徑與意指的切除部對(duì)準(zhǔn)。類似地，外科工具和患者的解剖結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置能夠顯示在諸如個(gè)人眼鏡顯示的其它屏、手術(shù)室中的大型投影顯示器、附接到工具的智能手機(jī)或屏幕上。諸如在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上的外部屏幕和諸如在工具本身上的屏幕的其它屏幕的組合可以向外科醫(yī)生提供最佳信息量。例如，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上的屏幕能夠向外科醫(yī)生提供手術(shù)的總體概覽，而工具上的屏幕能夠針對(duì)手術(shù)中的具體切除部或步驟提供特定引導(dǎo)。
[0178]‘429申請(qǐng)中【0215】段處教導(dǎo)了在外科工具上的屏幕。在載屏幕可以顯示如上所述的外部顯示器上的相同類型的圖像。OTT裝置的內(nèi)容中的示例性植入在圖52A和52B中示出并描述。在載屏幕可以顯示外科路徑和意指的切除部的對(duì)準(zhǔn)的簡(jiǎn)化描繪。在一種實(shí)施方式中，簡(jiǎn)化的顯示包括三條線。外科路徑通過(guò)一小一大的兩條線描繪。小線描繪外科路徑的遠(yuǎn)端，而較寬的線描繪外科路徑的近端。第三條線描繪意指的切除部。前兩條線由外科工具的導(dǎo)向位置(定位和取向)計(jì)算。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)編譯所有三條線以顯示在外科工具上的屏幕上。顯示示出外科路徑的近側(cè)部分和遠(yuǎn)側(cè)部分，向外科醫(yī)生指示其三維相對(duì)位置。當(dāng)外科路徑與意指的切除部對(duì)準(zhǔn)時(shí)，所有三條線對(duì)準(zhǔn)。指示器向外科醫(yī)生示出如何校正工具的三維位置。
[0179]在一種實(shí)施方式中，顯示被優(yōu)化以提供用于導(dǎo)向鋸子的引導(dǎo)。外科路徑由大致對(duì)應(yīng)于鋸子制造的切口的形狀的線描繪。在另一實(shí)施方式中，簡(jiǎn)化的描繪可以由兩個(gè)圈描繪:小圈描繪外科路徑的遠(yuǎn)端，較大圈描繪近端。尺寸大致等同的第二形狀(諸如十字形或菱形)描繪意指的切除部。如之前描述的，外科醫(yī)生能夠通過(guò)排列形狀來(lái)使外科路徑對(duì)準(zhǔn)于意指的切除部。圈描繪像鉆子的不同工具的外科路徑。以此方式，系統(tǒng)能夠?yàn)楹芏喾N外科工具提供引導(dǎo)。在一種實(shí)施方式中，在指示器中描述的所有元件的位置應(yīng)當(dāng)以比人的反應(yīng)時(shí)間快的速率通過(guò)計(jì)算機(jī)和追蹤子系統(tǒng)更新。
[0180]外科顯示的一個(gè)限制是它們將外科醫(yī)生的注意力從患者轉(zhuǎn)移。一種方案是將指示信息直接投影在進(jìn)行手術(shù)的患者身體的部分上。任何種類的投影機(jī)可以布置在工具上并且在患者上顯示任何指示方法。在一種實(shí)施方式中，在載微型投影機(jī)可以顯示上述三條線簡(jiǎn)化方式。在許多方面，第三條線將非常有用，因?yàn)槠鋵⒃诨颊呱暇_描繪意指的切除部相對(duì)于患者的解剖結(jié)構(gòu)的剩余部分開(kāi)始的位置。另外，指示器能夠提供有關(guān)如何校正外科路徑以便與意指的切除部對(duì)準(zhǔn)的更多直接引導(dǎo)，并且將引導(dǎo)信息直接投影在患者上。例如，投影機(jī)能夠描繪指向外科醫(yī)生需要運(yùn)動(dòng)以校正外科路徑的方向的箭頭。 [0181]將指示信息準(zhǔn)確地投影在患者解剖結(jié)構(gòu)上存在若干挑戰(zhàn)。首先，對(duì)于在載在工具上的方式，投影平臺(tái)將不斷地運(yùn)動(dòng)。另外，投影機(jī)投影在其上的表面是不平的。為了解決第二個(gè)問(wèn)題，系統(tǒng)利用在外科計(jì)劃過(guò)程中獲得的信息。首先，系統(tǒng)知曉患者的解剖結(jié)構(gòu)的表面的幾何形狀。外科計(jì)劃包含患者的醫(yī)療圖像，諸如CT掃描，其能夠自此提取指示器將在其上投影的表面的幾何形狀。系統(tǒng)相應(yīng)地投影引導(dǎo)信息，使得通過(guò)外科醫(yī)生觀察適當(dāng)?shù)乜吹皆诨颊叩慕馄式Y(jié)構(gòu)的表面上的投影信息。例如，如果系統(tǒng)通過(guò)利用直線指示外科醫(yī)生用鋸子應(yīng)當(dāng)切割的位置，那么系統(tǒng)能夠彎曲并弧形化線，使得當(dāng)投影在患者的解剖結(jié)構(gòu)上時(shí)，其將顯示為直的。利用該方式，指示器能夠投影上面教導(dǎo)的對(duì)準(zhǔn)的三條線簡(jiǎn)化描繪。
[0182]類似地，系統(tǒng)還借助于追蹤系統(tǒng)計(jì)算工具的相對(duì)位置。通過(guò)該信息，系統(tǒng)能夠連續(xù)地修改投影角度，以確保指示器投影到患者的解剖結(jié)構(gòu)上的意指的切除部的適當(dāng)位置。指示器能夠使用很多種投影機(jī)，諸如迷你標(biāo)準(zhǔn)LED投影機(jī)或激光掃描微型投影機(jī)系統(tǒng)。然而，前述中的任何都不阻止利用不在工具上或者以計(jì)算機(jī)輔助外科的任何其它形式使用的投影機(jī)。例如，外部追蹤的系統(tǒng)可以包括單獨(dú)的投影系統(tǒng)，其類似地將指示信息投影在患者的解剖結(jié)構(gòu)上。
[0183]除在鋸子上的屏幕或投影機(jī)之外，系統(tǒng)能夠利用智能手機(jī)或平板電腦，諸如蘋(píng)果IPhone4G，以向外科醫(yī)生提供指示。使用智能手機(jī)或平板電腦的指示器具有可移除屏幕的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)。附加地，正像在載屏幕，智能手機(jī)能夠顯示工具和患者兩者的重現(xiàn)或簡(jiǎn)化的圖像，諸如兩條線實(shí)施方式。不同的簡(jiǎn)化的顯示可以提供外科路徑和意指的切除部何時(shí)對(duì)準(zhǔn)以及它們未對(duì)準(zhǔn)的方向的指示。例如，如果外科醫(yī)生過(guò)慢地接近切除部，那么屏幕能夠描繪指向上的箭頭。箭頭能夠以二維顯不，向外科醫(yī)生提供進(jìn)一步指不。
[0184]對(duì)于簡(jiǎn)化的指示器，顯示不必像智能手機(jī)或其它高分辨率屏幕那樣穩(wěn)定。一組LED例如可以顯示之前描述的三條線或箭頭指示。指示方法不必是視覺(jué)上的。如‘429申請(qǐng)中【0122】段處進(jìn)一步描述的，系統(tǒng)可以向使用者聽(tīng)覺(jué)地指示外科路徑何時(shí)偏離意指的切除部。
[0185]如上具體描述的，計(jì)算機(jī)輔助外科從基于計(jì)算機(jī)的解剖模型(諸如，基于利用任何已知的醫(yī)療成像模態(tài)獲得的圖像和重構(gòu)的基于計(jì)算機(jī)的解剖模型)，或者從為了在基于計(jì)算機(jī)的解剖模型的輔助下使解剖或骨模型用在計(jì)算機(jī)輔助外科中而通過(guò)變形或其它已知過(guò)程產(chǎn)生的解剖模型進(jìn)行，針對(duì)具體患者和手術(shù)開(kāi)發(fā)待進(jìn)行的外科計(jì)劃。外科預(yù)先計(jì)劃包括多個(gè)步驟，諸如獲得手術(shù)前圖像數(shù)據(jù)、針對(duì)待進(jìn)行的具體手術(shù)進(jìn)行外科計(jì)劃、針對(duì)患者具體解剖結(jié)構(gòu)或狀況以及如果合適的話，針對(duì)待在CAS手術(shù)過(guò)程中放置在、連結(jié)到或用在所選三維對(duì)準(zhǔn)處的任何具體假體、裝置、植入物或其它結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)劃的適應(yīng)性改變。利用手頭的該總的手術(shù)前計(jì)劃信息，外科醫(yī)生移至外科部位處的待進(jìn)行的患者具體術(shù)中計(jì)劃?；颊呔唧w術(shù)中外科計(jì)劃將適于解決具體部位或諸如可以通過(guò)使用計(jì)算機(jī)輔助外科增強(qiáng)的任何整形手術(shù)或侵入性最小手術(shù)的具體手術(shù)。例如，具體關(guān)節(jié)可以針對(duì)修補(bǔ)的一些形式、針對(duì)局部置換或針對(duì)全置換被對(duì)準(zhǔn)?？梢岳斫猓@里描述的技術(shù)可以應(yīng)用于諸如踝、髖、腕、肩的其它關(guān)節(jié)或?qū)⑹芤嬗谶@里描述的對(duì)計(jì)算機(jī)輔助外科的改進(jìn)的骨骼解剖結(jié)構(gòu)的其它部分(例如，截骨或脊柱外科手術(shù))?？梢允芤嬗谶@些技術(shù)的骨骼解剖結(jié)構(gòu)的例子包括但不限于脊柱椎骨、肩胛帶、臂中的骨、腿中的骨以及腳或手中的骨。
[0186]借助于非限制性例子，全膝關(guān)節(jié)成形術(shù)將用作具體例子。出于討論的目的，全膝關(guān)節(jié)成形術(shù)將通常包括用于股骨的五個(gè)外科切口(在CR或PCL保留上以及在PS或PCL犧牲上八個(gè)切口)和用于脛骨的一個(gè)或多個(gè)切口，每個(gè)切口將在下面更詳細(xì)描述?？梢岳斫猓@些切口可以被修改為著重外科手術(shù)或步驟的一部分的一個(gè)或多個(gè)特定方面。例如，用于特定手術(shù)的假體裝置的具體幾何結(jié)構(gòu)、取向或特征可以導(dǎo)致在外科計(jì)劃的某些方面的修改。在另一例子中，特定手術(shù)或假體可以受益于切口、工具或外科方式的具體類型。這些因素中的任意因素還可以用以調(diào)節(jié)計(jì)算機(jī)輔助外科根據(jù)這里描述的實(shí)施方式進(jìn)行的方式。作為非限制性例子，計(jì)算機(jī)輔助外科系統(tǒng)可以在計(jì)算機(jī)輔助外科步驟之前或過(guò)程中將切口的表面(例如，平面)選擇作為向外科醫(yī)生呈現(xiàn)的最重要信息。另一方面，OTT CAS將允許使用者使用二維、三維或與使用的外科工具或所造成的該工具在解剖結(jié)構(gòu)上的使用的表示有關(guān)的其它輸出信息選擇或基于外科步驟決定。例如，如果外科工具是鋸子，那么使用者可以從尺寸大致設(shè)定為對(duì)應(yīng)于鋸子的輪廓或?qū)?yīng)于與通過(guò)鋸子在解剖結(jié)構(gòu)中形成的得到的切口相對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)表面(在該具體例子中為平面)的矩形形狀選擇。在附加例子中，外科工具包括鉆子，使用對(duì)應(yīng)于鉆子的尺寸的圈、與鉆子的使用的解剖影響有關(guān)的柱以及可能表示鉆子切割末端與解剖結(jié)構(gòu)接合的其它因素向使用者提供系統(tǒng)基礎(chǔ)處理決定。在另一例子中，外科工具包括鉸刀或 其它球形工具。在該例子中，系統(tǒng)或使用者被提供有圓形、柱形、半球形或球形表示，其也用于向使用者顯示并反饋或者作為OTT CAS系統(tǒng)內(nèi)使用的處理決定的一部分。在最后的例子中，外科工具包括平銼刀，所述表示將再次為描繪由接觸到解剖表面導(dǎo)致的銼動(dòng)作的一定厚度的平表面(或薄矩形塊)。
[0187]在以下實(shí)施方式中，工具承載的追蹤系統(tǒng)(OTT)實(shí)施方式用以獲取、執(zhí)行一些機(jī)載數(shù)據(jù)處理，并且向計(jì)算機(jī)輔助外科計(jì)算機(jī)提供有關(guān)外科手術(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并且用以接收來(lái)自后者的指令以設(shè)置其自身的馬達(dá)速度、減弱速度或者甚至停止以防止意外切割。工具承載的追蹤系統(tǒng)用以提供用于計(jì)算機(jī)輔助外科系統(tǒng)使用的各種數(shù)據(jù)。一種數(shù)據(jù)形式是來(lái)自由工具承載的追蹤器提供的成像傳感器的成像數(shù)據(jù)。由這些成像傳感器提供的數(shù)據(jù)包括例如立體圖像，其一旦被處理，能夠用于追蹤通過(guò)獨(dú)立的或包含的投影機(jī)或工具承載的追蹤系統(tǒng)使用的任何類型的投影機(jī)投影在外科區(qū)域上的信息。由成像傳感器提供的其它數(shù)據(jù)包括用于限定外科區(qū)域的參考框架的參考框架位置、取向、對(duì)準(zhǔn)或其它物理表征。一個(gè)或多個(gè)參考框架可以圍繞區(qū)域、圍繞關(guān)節(jié)、圍繞膝定位，或者其尺寸和形狀關(guān)于在外科手術(shù)的所有或主要步驟的至少一部分過(guò)程中可見(jiàn)參考框架的外科區(qū)域設(shè)定。(參照例如針對(duì)圖16-30描述的參考框架實(shí)施方式)。另外，可以基于CAS手術(shù)或CAS步驟的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)評(píng)估僅從相關(guān)參考框架或其部分選擇數(shù)據(jù)。[0188]例如，在兩個(gè)框架都存在的CAS手術(shù)中，這兩個(gè)框架可以在切割開(kāi)始時(shí)使用并且隨后系統(tǒng)轉(zhuǎn)為僅使用在切割過(guò)程中使用的一個(gè)參考框架。以類似的方式，系統(tǒng)可以在促進(jìn)以下描述的模式調(diào)節(jié)中在手術(shù)的過(guò)程中使用少于在具體參考框架上可得到的所有基準(zhǔn)標(biāo)記。較少的基準(zhǔn)要處理可以允許更快的更新或減少的圖像處理計(jì)算機(jī)循環(huán)時(shí)間。如這里示出和描述的，參考框架可以具有相同的形狀或不同的形狀，并且可以包含由OTT中的可見(jiàn)或紅外追蹤系統(tǒng)檢測(cè)的以各種適當(dāng)?shù)牟贾弥械娜我獠贾玫母鞣N基準(zhǔn)標(biāo)記中的任意基準(zhǔn)標(biāo)記。從成像傳感器可得到的另外的數(shù)據(jù)包括諸如真實(shí)或人造解剖結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的解剖構(gòu)造、定位在患者上的標(biāo)記、圍繞諸如指針、標(biāo)記的外科區(qū)域或在區(qū)域中使用的像鋸子、鉆子、磨石、銼刀的器械定位的附加目標(biāo)的景象信息，景象信息是指圖像捕獲、圖像處理或照相機(jī)調(diào)節(jié)，以基于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)CAS手術(shù)和CAS外科計(jì)劃、鉸刀或工具承載的追蹤系統(tǒng)安裝到的任何其它外科工具的考量選擇并處理框架的一部分、調(diào)節(jié)照相機(jī)以歸零或聚焦或放大到外科區(qū)域中感興趣的一部分。
[0189]當(dāng)切除各個(gè)部分時(shí)，可以期望修改在OTT監(jiān)視器上顯示的虛擬模型的視圖。例如，當(dāng)沿著第一平面切割時(shí)，可以期望從第一角度觀察虛擬模型，并且當(dāng)沿著第二平面切割時(shí)，可以期望從第二角度觀察虛擬模型。相應(yīng)地，OTT CAS系統(tǒng)追蹤有關(guān)手術(shù)狀態(tài)的各種數(shù)據(jù)，包括但不限于:外科工具相對(duì)于待切除的組織的位置和外科工具相對(duì)于待切除的組織的取向。基于組織和外科工具的位置和取向，系統(tǒng)計(jì)算在手術(shù)過(guò)程中哪個(gè)表面即將被切割并且相應(yīng)地更新OTT監(jiān)控器。
[0190]另外，OTT CAS系統(tǒng)能夠被構(gòu)造成考慮每個(gè)使用者的喜好以及使用OTT裝置的器械的特征。具體地，外科醫(yī)生可能針對(duì)特定切除步驟或切割平面期望與默認(rèn)視圖不同的視圖。系統(tǒng)允許外科醫(yī)生推翻默認(rèn)選擇并指定針對(duì)特定切割的視圖。系統(tǒng)存儲(chǔ)有關(guān)特定外科醫(yī)生針對(duì)特定切割的期望視圖的信息，并在將來(lái)當(dāng)系統(tǒng)確定制造類似切口時(shí)將該視圖用作默認(rèn)視圖。系統(tǒng)基于被輸入OTT CAS系統(tǒng)內(nèi)的使用者來(lái)追蹤使用者喜好。 [0191]除上述數(shù)據(jù)的類型之外，工具承載的追蹤系統(tǒng)還可以在工具承載的追蹤器上提供其他類型的數(shù)據(jù)，諸如來(lái)自一個(gè)或多個(gè)傳感器的輸出。示例性傳感器包括位置傳感器、傾斜計(jì)、加速計(jì)、振動(dòng)傳感器和可以用于監(jiān)控、確定或補(bǔ)償承載工具承載的追蹤系統(tǒng)的工具的運(yùn)動(dòng)的其它傳感器。例如，工具承載的追蹤系統(tǒng)內(nèi)可以設(shè)有傳感器，以補(bǔ)償由工具產(chǎn)生的噪音或振動(dòng)，使得噪音和振動(dòng)可以被補(bǔ)償，即，抵消被傳輸至計(jì)算機(jī)輔助外科系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的成像數(shù)據(jù)或其它OTT數(shù)據(jù)。在另一例子中，可以提供加速計(jì)或運(yùn)動(dòng)傳感器，以向在基于工具和追蹤系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)下一個(gè)框架或估計(jì)成像框架中的相關(guān)信息所處位置中使用的計(jì)算機(jī)輔助外科系統(tǒng)產(chǎn)生輸出。在另一方面，承載于工具承載的追蹤系統(tǒng)上的傳感器可以用以檢測(cè)、測(cè)量并輔助取消可能干擾CAS或OTT圖像處理、損害其質(zhì)量或使其復(fù)雜化的不期望的運(yùn)動(dòng)。這種類型的反饋的具體例子包括用以檢測(cè)并輔助取消使用者手顫或運(yùn)動(dòng)的傳感器。在另一例子中，傳感器可以被提供用以檢測(cè)并輔助取消或補(bǔ)償在實(shí)際外科步驟過(guò)程中產(chǎn)生的不期望的運(yùn)動(dòng)或其它干擾。
[0192]在其它變型中，圖像捕獲、處理和照相機(jī)調(diào)節(jié)還可以用在或變?yōu)檠a(bǔ)償技術(shù)的主題，包括用以動(dòng)態(tài)地優(yōu)化觀察區(qū)域和感興趣的體積。在一個(gè)例子中，設(shè)置在OTT上的照相機(jī)包含自動(dòng)對(duì)焦能力，其在來(lái)自CAS計(jì)算機(jī)的指令和這里描述的各種因素下將動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)照相機(jī)和觀察以放大、追蹤、搖轉(zhuǎn)或聚焦在框架、框架的一部分或天然或人造特征部上。在另一方面，在OTT上的照相機(jī)的成像部分設(shè)有適當(dāng)?shù)脑谳d運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，以傾斜或調(diào)節(jié)鏡頭，從而在CAS計(jì)算機(jī)的方向上將鏡頭引導(dǎo)至一個(gè)或多個(gè)特征部。這種傾斜的鏡頭可以結(jié)合上述動(dòng)態(tài)鏡頭或結(jié)合具有固定特征(即，不可調(diào)節(jié)特征)的鏡頭使用。在一方面，支承照相機(jī)的微型機(jī)械基部根據(jù)來(lái)自CAS計(jì)算機(jī)的指令調(diào)節(jié)。可以理解，盡管鏡頭/照相機(jī)調(diào)節(jié)可以在MEMS結(jié)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行，這也可以在其外部進(jìn)行。例如，外殼中的照相機(jī)可以通過(guò)動(dòng)態(tài)階段(例如，x-y-z或x-y運(yùn)動(dòng))承載,其中,來(lái)自CAS計(jì)算機(jī)的狀態(tài)接收器指令用以根據(jù)這里描述的OTTCAS過(guò)程調(diào)節(jié)照相機(jī)位置。另外形式的補(bǔ)償提供針對(duì)諸如OTT安裝在頂部、OTT安裝在左側(cè)或OTT安裝在右側(cè)的OTT-工具取向的圖像處理或其它調(diào)節(jié)。另外，用于連同對(duì)外科區(qū)域內(nèi)感興趣的體積的調(diào)節(jié)一起控制觀察區(qū)域(包括單獨(dú)或以任何組合的水平觀察區(qū)域和/或豎直觀察區(qū)域)的上述各個(gè)方面可以利用包含在OTT CAS系統(tǒng)內(nèi)的指令、CAS模式選擇處理次序和/或包括基于視覺(jué)的算法或具體模式算法的具體CAS模式算法中的任意算法動(dòng)態(tài)地完成且實(shí)時(shí)優(yōu)化。
[0193]設(shè)置和補(bǔ)償技術(shù)的另一例子包括布置在照相機(jī)鏡頭前方的紅外過(guò)濾器的實(shí)施和開(kāi)/關(guān)，使得成像能夠僅為紅外的或通過(guò)參考框架標(biāo)記發(fā)射或反射，以切斷白光噪音并使圖像處理和標(biāo)記檢測(cè)容易。
[0194]可以理解，補(bǔ)償?shù)倪@些方面可以由每個(gè)單獨(dú)或以任意組合的機(jī)械部件、電氣部件或軟件實(shí)施。
[0195]出于討論且不限制的目的，來(lái)自工具承載的追蹤系統(tǒng)的數(shù)據(jù)將被歸類為成像數(shù)據(jù)和傳感器數(shù)據(jù)以捕獲上述寬分類。使用工具承載的追蹤系統(tǒng)本身上提供或由計(jì)算機(jī)輔助外科計(jì)算機(jī)提供的系統(tǒng)資源，數(shù)據(jù)被處理以提供由計(jì)算機(jī)輔助外科系統(tǒng)使用的輸出。數(shù)據(jù)處理的期望的輸出根據(jù)如以下更詳細(xì)描述的被評(píng)估的具體過(guò)程以多種不同形式出現(xiàn)。出于這種概覽的目的，可以考慮到從工具承載的追蹤系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)輸出可以包括諸如工具承載的追蹤器在外科區(qū)域中的取向、工具或工具承載的追蹤器關(guān)于外科區(qū)域的位置、有關(guān)外科區(qū)域的信息(諸如對(duì)經(jīng)受外科的解剖結(jié)構(gòu)的物理改變)、OTT被追蹤工具在外科區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)、工具在外科區(qū)域內(nèi)的移位、被追蹤的外科步驟的明顯進(jìn)展以及有關(guān)啟動(dòng)、進(jìn)展或完成外科步驟或計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)的其它信息這樣的事項(xiàng)。
[0196]接下來(lái)，將工具承載的追蹤器的以適于進(jìn)行的特定計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)的任何形式的輸出與根據(jù)外科計(jì)劃進(jìn)行的步驟或手術(shù)進(jìn)行比較。該比較的結(jié)果產(chǎn)生返回機(jī)載工具承載的追蹤器的輸出，其給出與計(jì)劃、步驟或外科計(jì)劃的步驟進(jìn)展有關(guān)的信息。一般地，該輸出作為來(lái)自工具承載的追蹤器上的投影機(jī)的投影的圖像的結(jié)果向使用者呈現(xiàn)，但其也能夠包括聲音反饋、計(jì)算機(jī)屏幕(如果可得到?jīng)_的變化/消息、切割工具上的動(dòng)作(例如，切割速度、方向和停止的改變)等。可以理解，來(lái)自該投影機(jī)(作為例子)的輸出可以基于諸如圖像可以投影在其上的可得到的外科區(qū)域、工具承載的追蹤器及其工具到外科區(qū)域的可能位置和取向以及使投影的圖像對(duì)使用者可見(jiàn)的可能挑戰(zhàn)的多種考量進(jìn)行適應(yīng)。因此，在載投影機(jī)能夠基于在外科手術(shù)過(guò)程中存在的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)環(huán)境以各種構(gòu)造投影圖像。此外，工具承載的追蹤系統(tǒng)可以設(shè)有附加的照明源，以使系統(tǒng)或使用者能夠在可見(jiàn)光譜、紅外光譜中或在適于使用工具承載的追蹤系統(tǒng)的圖像處理的任何其它光譜中獲得圖像數(shù)據(jù)。在另外的方面中，這里描述的CAS模式處理方法中的一種或多種可以被修改以并入各種型式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺(jué)或其它基于計(jì)算機(jī)的追蹤算法的任意的使用，以便在空間中相對(duì)于外科部位或相對(duì)于外科部位附近的其它器械追蹤OTT器械的位置和取向以及OTT CAS外科步驟的進(jìn)展，且不或基本不使用基于參考框架的追蹤信息。換句話說(shuō)，OTT CAS方法的實(shí)施方式包括使用從OTT上的追蹤器或照相機(jī)獲得的視覺(jué)信息，以便識(shí)別、評(píng)估、追蹤并以其它方式提供CAS數(shù)據(jù)，該CAS數(shù)據(jù)足以向使用者提供合適的CAS輸出以完成一個(gè)或多個(gè)CAS處理步驟。一方面，外科區(qū)域內(nèi)的解剖結(jié)構(gòu)的一部分被標(biāo)記或者彩繪，以便增強(qiáng)基于視覺(jué)的追蹤和基于視覺(jué)的算法過(guò)程。由于被提供來(lái)自在載追蹤系統(tǒng)的投影機(jī)的信息，使用者可以通過(guò)不改變其動(dòng)作或者通過(guò)如在步驟或手術(shù)的環(huán)境下必要地調(diào)節(jié)工具在外科區(qū)域中的操作、布置、取向、速度或位置中的一個(gè)或多個(gè)來(lái)響應(yīng)于該信息。來(lái)自投影機(jī)的信息可以單獨(dú)或與諸如觸覺(jué)或觸感反饋的其它OTT部件或反饋或指示結(jié)合提供。
[0197]接著，使用者的繼續(xù)動(dòng)作或動(dòng)作改變通過(guò)工具承載的追蹤系統(tǒng)檢測(cè)，并且提供數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)并將其提供用于通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助外科系統(tǒng)進(jìn)行比較和評(píng)估的過(guò)程繼續(xù)。
[0198]再次，該總的概覽被理解為這里描述的工具承載的追蹤啟用的計(jì)算機(jī)輔助外科系統(tǒng)的實(shí)施方式相對(duì)于計(jì)劃的計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)在使用中如何監(jiān)控并評(píng)估使用工具承載的追蹤器的器械的位置、運(yùn)動(dòng)、使用、預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)中的一個(gè)或多個(gè)，并且至少部分地基于通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助外科系統(tǒng)的實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)輔助外科評(píng)估向使用者產(chǎn)生合適的計(jì)算機(jī)輔助外科輸出。
[0199]現(xiàn)在從總的概覽轉(zhuǎn)向通過(guò)這里描述的工具承載的追蹤系統(tǒng)的使用如何修改計(jì)算機(jī)輔助外科的更具體討論。圖31A圖示用于計(jì)算機(jī)輔助外科的信息的總的處理流程。圖31B類似地表示在計(jì)算機(jī)輔助外 科計(jì)劃的實(shí)際傳遞過(guò)程中使用的總的步進(jìn)式方式。這兩個(gè)流程圖將用以提供根據(jù)這里描述的實(shí)施方式改進(jìn)計(jì)算機(jī)輔助外科的總的框架作業(yè)。
[0200]參照?qǐng)D31A，從系統(tǒng)獲得的信息被處理。其能夠包括來(lái)自位于外科區(qū)域內(nèi)的各個(gè)源或來(lái)自在繼續(xù)運(yùn)行反饋環(huán)路中的外科手術(shù)過(guò)程中使用的器械的信息。接著，使用合適的計(jì)算機(jī)輔助外科算法評(píng)估已獲得且被處理的信息。最后，從評(píng)估產(chǎn)生輸出，以輔助使用者執(zhí)行外科手術(shù)。產(chǎn)生的輸出可以包括顯示、投影的圖像或指示中的一種或多種。指示可以包括例如觸覺(jué)反饋信號(hào)(包括例如溫度變化)、具有不同頻率和/或振幅的力或振動(dòng)的觸感反饋信號(hào)、器械的馬達(dá)或致動(dòng)器關(guān)于其速度、方向、制動(dòng)和停止的遠(yuǎn)程或在載控制、以合適于環(huán)境和工具承載的追蹤系統(tǒng)和附接到其上的器械的使用的方式向使用者提供的聽(tīng)覺(jué)信號(hào)或視覺(jué)信號(hào)。
[0201]雖然在一些方面類似于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助外科，這里描述的系統(tǒng)和技術(shù)是不同的并且相對(duì)于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助外科系統(tǒng)和方法提供獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。
[0202]工具承載的圖像和投影模炔基于進(jìn)行的計(jì)算機(jī)輔助外科的類型適于并構(gòu)造有多種不同的特征。投影在水平觀察區(qū)域適應(yīng)范圍和豎直觀察區(qū)域適應(yīng)范圍上的在用于CAS手術(shù)的期望使用過(guò)程中關(guān)于外科區(qū)域的OTT位置、投影機(jī)到被引導(dǎo)的工具的取向、外科區(qū)域中的表面的形狀和表面狀況(即，血液或外科碎屑的不平滑存在)僅僅是在這里描述的實(shí)施方式中采用的一些考量。
[0203]這里描述的計(jì)算機(jī)輔助外科系統(tǒng)的另外其它實(shí)施方式補(bǔ)償對(duì)由上述特征導(dǎo)致的部件選擇和構(gòu)造的改變和替代。一種示例性補(bǔ)償涉及針對(duì)外科步驟的照相機(jī)調(diào)節(jié)或圖像調(diào)節(jié)(上面討論的)或基于特定計(jì)算機(jī)輔助外科技術(shù)的區(qū)域調(diào)節(jié)。另一示例性補(bǔ)償涉及在特定實(shí)施方式上的實(shí)際投影機(jī)位置。特定實(shí)施方式的投影機(jī)位置基于水平或豎直觀察區(qū)域可以不在裝置的中心線上或最佳位置中，或者可以傾斜，以便解決諸如使裝置更小或容納其它裝置部件的其它設(shè)計(jì)考量。針對(duì)該方面的一種補(bǔ)償形式是基于實(shí)際投影機(jī)位置調(diào)節(jié)投影機(jī)輸出。這種補(bǔ)償類型類似于針對(duì)投影機(jī)輸出的基礎(chǔ)調(diào)節(jié)。設(shè)置在工具承載的追蹤系統(tǒng)上的投影機(jī)可以使其輸出補(bǔ)償投影機(jī)輸出將顯示的外科區(qū)域的期望或?qū)嶋H部分。在外科手術(shù)過(guò)程中，外科部位可能不是平坦的，這樣將無(wú)法如實(shí)地反映來(lái)自投影機(jī)的意指的圖像。但是，由于目標(biāo)解剖結(jié)構(gòu)的幾何結(jié)構(gòu)(例如，骨表面)已知，由投影機(jī)投影的圖像能夠通過(guò)軟件改變以補(bǔ)償，使得當(dāng)投影在不平坦表面上時(shí)，其將如意指的那樣對(duì)于使用者看起來(lái)更清楚。用于投影的目標(biāo)解剖結(jié)構(gòu)表面的形狀、取向、曲度或碎屑、血液的存在可以變化，并且另外，OTT投影機(jī)的輸出可以基于諸如由OTT視覺(jué)系統(tǒng)和物體檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)的因素的實(shí)時(shí)因素進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)切割開(kāi)始時(shí)，將有新的‘非平坦’源，即，骨的原始天然表面之間的界面和由切口引入的新的表面。這能夠通過(guò)輸入制造切口的位置在切割過(guò)程中計(jì)算(并補(bǔ)償)，或者假定為期望的理想/計(jì)劃的表面，或者在每次切割之后數(shù)字化(例如，利用指針)。
[0204]OTT外科技術(shù)和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助外科技術(shù)之間的另外的區(qū)別包括提供輸出或接收來(lái)自工具承載的追蹤系統(tǒng)或使用者的輸入的類型和方式。用以提供觸覺(jué)、觸感或運(yùn)動(dòng)反饋的傳感器和系統(tǒng)以及諸如警報(bào)、視覺(jué)指示器或針對(duì)具體OTT系統(tǒng)的能力的其它使用者輸入的各種指示器可以被使用。
[0205]圖31B涉及具有附加細(xì)節(jié)的總的OTT啟用的CAS過(guò)程，以得到OTT CAS系統(tǒng)的附加方面。當(dāng)手術(shù)開(kāi)始時(shí)，使用者具有選擇的外科工具，該外科工具具有以由使用者和OTT CAS計(jì)劃確定的頂部安裝、右側(cè)安裝、左側(cè)安裝或底部安裝安裝到其上的工具承載的追蹤系統(tǒng)。具有附接的OTT的工具通過(guò)諸如工具傳輸識(shí)別信號(hào)的工具配準(zhǔn)程序或自配準(zhǔn)過(guò)程或其它適當(dāng)?shù)呐錅?zhǔn)過(guò)程向系統(tǒng)識(shí)別。手術(shù)前計(jì)劃步驟如需要根據(jù)待進(jìn)行的程序完成。用計(jì)算機(jī)輔助外科計(jì)劃開(kāi)始，使用 者啟動(dòng)計(jì)算機(jī)輔助外科步驟。作為工具承載的追蹤系統(tǒng)的使用的結(jié)果，產(chǎn)生工具承載的追蹤數(shù)據(jù)。工具承載的追蹤數(shù)據(jù)被處理，并隨后向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供，其將計(jì)劃的外科步驟信息與從工具承載的追蹤數(shù)據(jù)接收的信息進(jìn)行比較和評(píng)估。作為工具承載的追蹤數(shù)據(jù)的這種比較和評(píng)估的結(jié)果，向使用者或向OTT的在載馬達(dá)控制電路提供作為馬達(dá)或致動(dòng)器控制信號(hào)的合適的輸出，以減慢、停止或反向器械或通過(guò)手動(dòng)在載手觸發(fā)器使其以使用者期望的速度繼續(xù)。該輸出通過(guò)工具承載的追蹤系統(tǒng)檢測(cè)并作用，其提供再次供給追蹤計(jì)算機(jī)的附加數(shù)據(jù)。接著，使用者響應(yīng)于所提供的輸出并且或者繼續(xù)當(dāng)前動(dòng)作，或者改變由工具承載的追蹤系統(tǒng)追蹤的工具的使用。使用者的響應(yīng)不論是否涉及動(dòng)作都由工具承載的追蹤檢測(cè)，并且變?yōu)榈酵饪朴?jì)算機(jī)的附加數(shù)據(jù)輸入。這些過(guò)程隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理步驟相對(duì)于外科計(jì)劃的進(jìn)展而繼續(xù)。如果對(duì)步驟完成的答案為否，則繼續(xù)數(shù)據(jù)比較和向使用者輸出。如果對(duì)步驟完成的答案為是，那么使用者可以啟動(dòng)接下來(lái)的外科步驟或者外科計(jì)劃計(jì)算機(jī)可以向使用者提供輸出以通知他一個(gè)步驟被完成并且其它剩余的步驟中的任一個(gè)能夠進(jìn)行。待執(zhí)行的CAS步驟的次序完全由使用者決定，除非一個(gè)步驟在沒(méi)有其它步驟在設(shè)置的外科計(jì)劃中被確認(rèn)的前提不能被執(zhí)行的情況中?？刂仆耆谑褂谜叩氖种?，計(jì)算機(jī)僅(可選地)建議哪些步驟能夠進(jìn)行，或者(可選地)禁止哪些步驟不能夠進(jìn)行。這些過(guò)程根據(jù)計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)繼續(xù)，直到計(jì)劃被履行。如果計(jì)劃完成，使用者可以確定是否進(jìn)行外科區(qū)域的任何實(shí)時(shí)修訂。修訂過(guò)程也可以被追蹤和監(jiān)控以向使用者提供信息。如果不需要修訂或者CAS計(jì)劃完成，那么CAS計(jì)劃完成。[0206]圖32提供用以描述對(duì)由這里描述的工具承載的追蹤系統(tǒng)的實(shí)施方式提供的計(jì)算機(jī)輔助外科的另外改進(jìn)的流程圖。如前，系統(tǒng)將收集并處理計(jì)算機(jī)輔助外科數(shù)據(jù)。接著，計(jì)算機(jī)輔助外科系統(tǒng)將在CAS手術(shù)過(guò)程中評(píng)估CAS數(shù)據(jù)。作為該評(píng)估的結(jié)果，CAS計(jì)算機(jī)將確定CAS處理模式。之后，基于模式的處理的適應(yīng)將應(yīng)用于CAS過(guò)程中使用的數(shù)據(jù)。最后，OTT CAS系統(tǒng)基于處理模式向使用者或器械馬達(dá)/致動(dòng)器提供CAS輸出(或速度和馬達(dá)方向設(shè)置點(diǎn))。
[0207]模式選擇涉及用于動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)評(píng)估和CAS操作的多個(gè)方面的交換的OTT CAS系統(tǒng)能力，包括更新使用者、處理率、切割器械馬達(dá)控制/致動(dòng)瞬時(shí)速度和預(yù)期響應(yīng)時(shí)間的需要以及基于CAS步驟進(jìn)展或與患者或有關(guān)OTT CAS系統(tǒng)的總的響應(yīng)的其它因素的相互作用獲得改進(jìn)的或不同的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)的相對(duì)重要部分的要求。參照?qǐng)D33可以理解確定上面在圖32中描述的CAS處理模式的步驟的附加方面。圖33涉及系統(tǒng)為確定處理模式考量的輸入以及該確定的結(jié)果。由OTT CAS系統(tǒng)用于確定處理模式所使用的示例性輸入包括(作為例子但不限制)以下各項(xiàng)中的一個(gè)或多個(gè):工具的速度或運(yùn)動(dòng)或其馬達(dá)/致動(dòng)器速度、來(lái)自工具監(jiān)控裝置的輸入或指示、來(lái)自使用者的聲音輸入或指示、外科區(qū)域中的包括天然或人造參數(shù)的物理參數(shù)、參考框架輸入、投影的圖像、來(lái)自傳感器的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、來(lái)自計(jì)算的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、總的CAS手術(shù)狀態(tài)、CAS步驟狀態(tài)、使用者輸入(例如，CAS屏幕、運(yùn)動(dòng)傳感器、姿態(tài)識(shí)別等)、包括例如完成百分比、與計(jì)劃的偏差、實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的CAS步驟進(jìn)展。作為由OTT CAS計(jì)算機(jī)執(zhí)行的確定步驟的結(jié)果，處理模式將基于由用于OTT計(jì)算機(jī)的CAS的算法作出的外科手術(shù)的實(shí)時(shí)環(huán)境和評(píng)估進(jìn)行選擇。用于確定模式由OTT CAS計(jì)算機(jī)使用的標(biāo)準(zhǔn)包括如外科工具到患者解剖結(jié)構(gòu)的物理接近、由使用者進(jìn)行的動(dòng)作、工具運(yùn)動(dòng)的傳感器輸入、預(yù)期的工具運(yùn)動(dòng)、工具運(yùn)動(dòng)的速度、工具的馬達(dá)或切割致動(dòng)器的速度這樣的因素以及涉及外科工具在OTT圖像區(qū)域內(nèi)的布置、取向或使用的其它因素。作為非限制性例子，CAS處理模式可以包括懸停模式、部位接近模式和實(shí)際步驟模式。一般來(lái)說(shuō)，懸停模式涉及在OTT CAS手術(shù)過(guò)程中當(dāng)工具承載的追蹤器和工具靠近或在外科區(qū)域內(nèi)但工具和患者之間沒(méi)有接觸時(shí)的情況。一般來(lái)說(shuō)，部位接近模式涉及在OTTCAS手術(shù)過(guò)程中當(dāng)工具承載的追蹤器和工具位于外科區(qū)域內(nèi)且與患者接觸，但工具不主動(dòng)地接合患者解剖結(jié)構(gòu)以執(zhí)行諸如鋸、切割、鉸除、鉆孔、磨光、修面、銼等外科步驟時(shí)的情況。一般來(lái)說(shuō)，實(shí)際步驟模式涉及在OTT CAS手術(shù)過(guò)程中當(dāng)工具承載的追蹤器和工具 與患者解剖結(jié)構(gòu)接合以執(zhí)行諸如鋸、切割、鉸除、鉆孔、磨光、修面、銼等外科步驟時(shí)的情況。作為確定CAS處理模式?jīng)Q定的結(jié)果，OTT CAS計(jì)算機(jī)將在情況合適時(shí)使CAS處理模式適應(yīng)于懸停模式、部位接近模式或?qū)嶋H步驟模式或在懸停模式、部位接近模式或?qū)嶋H步驟模式之間適應(yīng)。
[0208]參照?qǐng)D34進(jìn)一步描述使CAS過(guò)程適應(yīng)于上面關(guān)于圖33描述的特定模式的步驟。一般來(lái)說(shuō)，OTT CAS計(jì)算機(jī)適于并構(gòu)造成基于調(diào)節(jié)因素適應(yīng)CAS過(guò)程模式以產(chǎn)生特定模式處理算法。作為例子，圖34中示出各種模式調(diào)節(jié)處理因素。基于如在上面的流程圖中具體說(shuō)明的處理輸入，OTT CAS計(jì)算機(jī)將基于以下CAS模式處理調(diào)節(jié)因素的組合或變型中的一種或多種調(diào)節(jié)為OTT CAS進(jìn)行的處理步驟:照相機(jī)幀尺寸和/或照相機(jī)取向(如果照相機(jī)軟件或硬件提供這種調(diào)節(jié))、對(duì)照相機(jī)圖像輸出的調(diào)節(jié)以修改在照相機(jī)的水平觀察區(qū)域、豎直觀察區(qū)域或水平和豎直觀察區(qū)域內(nèi)感興趣的區(qū)域的尺寸、用于可調(diào)節(jié)照相機(jī)透鏡調(diào)節(jié)或定位的驅(qū)動(dòng)信號(hào)、圖像幀率、圖像輸出質(zhì)量、刷新率、抓幀率、參考框架二、參考框架一、開(kāi)啟參考框架基準(zhǔn)選擇、關(guān)閉參考框架基準(zhǔn)選擇、視覺(jué)光譜處理、IR光譜處理、反射光譜處理、LED或照明光譜處理、外科工具馬達(dá)/致動(dòng)器速度和方向、總的CAS手術(shù)進(jìn)展、具體CAS步驟進(jìn)展、圖像數(shù)據(jù)陣列修改、微型投影機(jī)刷新率、微型投影機(jī)準(zhǔn)確度、圖像分段技術(shù)、基于CAS進(jìn)展的圖像部分的基于邏輯的提取、信噪比調(diào)節(jié)、圖像放大和過(guò)濾、用于動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)加強(qiáng)或減小成像速率、像素或子像素視覺(jué)處理的加權(quán)平均或其他因素、手震顫補(bǔ)償、基于器械的噪聲補(bǔ)償(即，鋸子振動(dòng)補(bǔ)償)。換句話說(shuō)，上面列出的各種因素可以被分組到提供照相機(jī)的調(diào)節(jié)的各種方式中，所述方式基于能夠在照相機(jī)內(nèi)進(jìn)行的那些調(diào)節(jié)、諸如在由照相機(jī)電子元器件本身提供的軟件或硬件或操作模塊中進(jìn)行。并且另一方面，在更廣泛的范圍內(nèi)，照相機(jī)在其外殼中的總體調(diào)節(jié)是相對(duì)于OTT外殼的。以此方式，照相機(jī)運(yùn)動(dòng)涉及整個(gè)照相機(jī)本體或照相機(jī)透鏡本身的更一般的移位，而非基于照相機(jī)圖像信息的電子元器件處理的照相機(jī)輸出的內(nèi)部電子元器件修改或適應(yīng)。對(duì)于在照相機(jī)變型內(nèi)，這些是諸如焦點(diǎn)、縮放、暴露、光圈和將照相機(jī)輸出作為成像調(diào)節(jié)的一部分進(jìn)行調(diào)節(jié)的其它基于照相機(jī)的修改。在一個(gè)具體例子中，上述特征中的一個(gè)或多個(gè)用以產(chǎn)生在懸停模式處理適應(yīng)過(guò)程中使用的懸停模式CAS算法。在一個(gè)具體例子中，上述特征中的一個(gè)或多個(gè)用以產(chǎn)生在接近模式處理適應(yīng)過(guò)程中使用的接近模式CAS算法。在一個(gè)具體例子中，上述特征中的一個(gè)或多個(gè)用以產(chǎn)生在實(shí)際步驟模式處理適應(yīng)過(guò)程中使用的實(shí)際步驟模式CAS算法。
[0209]圖35圖示建立在上述步驟上的示例性O(shè)TT CAS過(guò)程的流程圖。收集并處理CAS數(shù)據(jù)。在CAS手術(shù)過(guò)程中評(píng)估CAS數(shù)據(jù)。確定CAS處理模式。進(jìn)行基于模式的CAS評(píng)估適應(yīng)。在基于模式的確定的結(jié)果基礎(chǔ)上，如果是懸停模式，應(yīng)用懸停模式CAS算法以處理。向使用者提供懸停模式CAS輸出，或向OTT馬達(dá)控制電路提供速度控制指令/信號(hào)。示例性使用者輸出包括懸停模式顯示輸出、懸停模式投影的圖像輸出、諸如適于在懸停模式中使用的處理步驟的觸覺(jué)、觸感、聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)指示的懸停模式指示。在基于模式的確定的結(jié)果基礎(chǔ)上，如果是部位接近模式， 應(yīng)用部位接近模式CAS算法以處理。向使用者提供部位接近模式CAS輸出。示例性輸出包括接近模式顯示輸出、接近模式投影的圖像輸出、諸如適于在接近部位模式中使用的處理步驟的觸覺(jué)、觸感、聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)指示的接近模式指示。
[0210]在基于模式的確定的結(jié)果基礎(chǔ)上，如果是實(shí)際步驟模式，應(yīng)用實(shí)際步驟模式CAS算法以處理。向使用者提供實(shí)際步驟模式CAS輸出。示例性輸出包括實(shí)際步驟模式顯示輸出、實(shí)際步驟模式投影的圖像輸出、諸如適于在實(shí)際步驟模式中使用的處理步驟的觸覺(jué)、觸感、聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)指示的實(shí)際步驟模式指示。
[0211]圖36圖示基于上述但使用獨(dú)特的觸發(fā)器動(dòng)作指示器、工具監(jiān)控器或觸覺(jué)或觸感反饋以進(jìn)一步向OTT CAS系統(tǒng)的使用者提供益處的示例性O(shè)TT CAS過(guò)程間的流程圖。以下關(guān)于圖37A-52B提供觸發(fā)器動(dòng)作指示器的各種替代實(shí)施方式。如同之前，通過(guò)收集和處理CAS數(shù)據(jù)進(jìn)行OTT CAS過(guò)程。在一個(gè)替代方面中，收集和處理還可以包括來(lái)自觸發(fā)器動(dòng)作的指示。接著，跟隨上述過(guò)程，OTT CAS系統(tǒng)將在CAS手術(shù)過(guò)程中評(píng)估CAS數(shù)據(jù)。這里再次，觸發(fā)器動(dòng)作指示也可以連同其它CAS數(shù)據(jù)一起應(yīng)用于該步驟并進(jìn)行評(píng)估。之后，將基于如上所述一個(gè)或多個(gè)觸發(fā)器動(dòng)作指示器的使用向使用者提供合適的CAS輸出。合適的CAS輸出可以包括顯示、投影的圖像或諸如如上所述或在CAS手術(shù)中典型的觸覺(jué)指示、觸感指示、聽(tīng)覺(jué)指示或視覺(jué)指示的多種指示中的任意指示。
[0212]針對(duì)該OTT CAS過(guò)程的各個(gè)方面的背景，提供以下例子。[0213]可以理解，OTT CAS模式可以由許多因素(例如，參考框架、位置、相對(duì)運(yùn)動(dòng)等)檢測(cè)和確定。附加地，在外科手術(shù)的情況，基于工具/目標(biāo)接近或使用來(lái)關(guān)聯(lián)OTT CAS模式的限定屬性也是有益的?？剂恳韵吕?A)懸停:工具和目標(biāo)都在外科區(qū)域內(nèi)，但不接觸；B)接近:工具和目標(biāo)都在外科區(qū)域內(nèi)，并且它們接觸；和C)實(shí)際步驟模式:工具和目標(biāo)都在外科區(qū)域內(nèi)，并且它們接觸，并且工具與組織主動(dòng)接合。一方面，OTT裝置電子元件器將該模式選擇功能并入‘智能觀察’模塊中。該模塊設(shè)置在主CAS系統(tǒng)計(jì)算機(jī)內(nèi)或在OTT裝置內(nèi)(其中，電子元器件包括實(shí)施所有模式檢測(cè)算法或其主要部分的軟件和硬件)，并且觸發(fā)OTT CAS模式選擇功能的不同事件。
[0214]在OTT CAS模式控制的一些附加方面中，以下變型或替代中的一個(gè)或多個(gè)可以被并入:
[0215]1.由于一般地在OTT CAS系統(tǒng)和CAS系統(tǒng)上的時(shí)間/特別分辨率，當(dāng)工具和目標(biāo)位于給定使用者預(yù)選擇的(可設(shè)置的)距離包封內(nèi)時(shí)，接近模式的一些實(shí)施方式可以被認(rèn)為是合適的。距離包封可以以測(cè)量范圍指定。一個(gè)示例性范圍可以在由OTT CAS系統(tǒng)確定的IOmm至Omm之間。其它方面，接近模式可以由OTT CAS系統(tǒng)劃定，確定在外科工具的活動(dòng)元件和OTT CAS外科區(qū)域內(nèi)的解剖結(jié)構(gòu)之間可能有接觸。
[0216]2.在一些方面，OTT CAS模式設(shè)有‘遲滯’因素。該OTT CAS遲滯因素被選擇以包括環(huán)境或CAS狀況的類型，其如果滿足、諸如在預(yù)定時(shí)間段連續(xù)，將導(dǎo)致CAS模式被維持。換句話說(shuō)，OTT CAS模式遲滯的參數(shù)必須在時(shí)間段內(nèi)被連續(xù)滿足以‘鎖定到模式’或維持該OTT CAS模式。如這里使用的，連續(xù)是指在OTT處理時(shí)間的時(shí)域和取樣率的范圍內(nèi)，并且不意于表不被監(jiān)控狀況的絕對(duì)非中斷。作為類似的例子，遲滯或遲滯狀況中的一些在一定時(shí)間段中必須不被連續(xù)滿足，以‘解鎖’或允許OTT CAS模式的調(diào)節(jié)。OTT CAS模式遲滯因素的使用改進(jìn)系統(tǒng)瞬時(shí)響應(yīng)、避免或降低系統(tǒng)從一個(gè)OTT CAS模式不合適地跳至另一OTT CAS模式的可能性并且改進(jìn)系統(tǒng)的可用性，因?yàn)殡S著系統(tǒng)將從單個(gè)OTT CAS模式提供OTT CAS輸出，使用者可能看到更穩(wěn)定的OTT CAS輸出。
[0217]3.在一些OTT CAS步驟過(guò)程中，存在使用者執(zhí)行的動(dòng)作，其可能不需要使用投影機(jī)、可能需要不同的輸入-輸出(IO)裝置(例如，在植入物位置評(píng)估過(guò)程中，其可能無(wú)法在骨上投影信息)，并且/或者可能不具有限定的目標(biāo)-工具關(guān)系(例如，膝運(yùn)動(dòng)范圍評(píng)估僅要求看到脛骨和股骨參考框架)?？梢岳斫?，OTT CAS系統(tǒng)還可以接收來(lái)自其它源的輸入，并且存在OTT CAS輸出，其中，不提供或利用投影機(jī)輸出。
[0218]4.一般來(lái)說(shuō)，處理算法和OTT CAS模式因素是基于有關(guān)諸如骨、器械、植入物等的相對(duì)運(yùn)動(dòng)將隨著OTT CAS模式從懸停模式進(jìn)展到實(shí)際步驟模式而減小的機(jī)率或可能性來(lái)選擇的。針對(duì)該一般過(guò)程假定的一個(gè)例外是OTT CAS裝置或系統(tǒng)用于針對(duì)涉及的關(guān)節(jié)在外科區(qū)域內(nèi)或該關(guān)節(jié)作為OTT CAS手術(shù)或步驟的目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)范圍的評(píng)估過(guò)程時(shí)。
[0219]OTT CAS模式例子
[0220]骨配準(zhǔn):
[0221]目標(biāo):找出參考框架的原點(diǎn)和骨模型的原點(diǎn)之間的幾何關(guān)系。
[0222]程序:利用工具(例如，導(dǎo)向指針)使骨表面上的點(diǎn)數(shù)字化，并且相對(duì)于骨模型的預(yù)定幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)處理這些點(diǎn)
[0223]OTT CAS系統(tǒng)如何識(shí)別該任務(wù):[0224]-指針的和骨(脛骨或股骨)的參考框架(RF)對(duì)OTT可見(jiàn)。
[0225]啟動(dòng)任務(wù):
[0226]-OTT CAS系統(tǒng)識(shí)別共存于現(xiàn)場(chǎng)中(至少適于該配準(zhǔn)的最小時(shí)間段)的兩個(gè)參考框架。
[0227]-附加‘推測(cè)’因素是程序的階段，因?yàn)槔缜懈钪钡焦桥錅?zhǔn)才能夠進(jìn)行。在這種情況中，用于該事件的觸發(fā)可以是OTT裝置維持就位，以將兩個(gè)參考框架保持在觀察區(qū)域內(nèi)，直到骨配準(zhǔn)過(guò)程完成。該觸發(fā)能夠任選地通過(guò)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)提示使用者來(lái)確定和他們響應(yīng)而被確認(rèn)。
[0228]-在OTT裝置骨配準(zhǔn)過(guò)程中獲得的信息如果需要可以通過(guò)使用者的輸入(觸摸屏、聲音指令、利用指針在骨的參考框架上的具體皮層上接觸等)標(biāo)注或重寫(xiě)。
[0229]OTT CAS 模式
[0230]懸停:
[0231]-范圍狀況:0ΤΤ裝置距離RF很遠(yuǎn)，或者2個(gè)RF分開(kāi)很遠(yuǎn)。用以觸發(fā)該狀況的范圍是在系統(tǒng)的校準(zhǔn)/調(diào)諧過(guò)程中或者通過(guò)使用者的喜好可設(shè)置的，并且被指定為照相機(jī)到目標(biāo)解剖結(jié)構(gòu)參考框架之間超過(guò)最佳FOV的距離閾值(在本實(shí)施情況中大于200mm)。
[0232]追蹤器:較低刷新率
[0233]投影機(jī):可能不 在骨上投影任何圖像(由于骨位置尚未限定)，但能夠在途中出現(xiàn)的任何反射表面上投影諸如確認(rèn)該模式/狀態(tài)等初步有用的信息。低刷新率，由追蹤器限定。
[0234]通:在‘全局’坐標(biāo)中監(jiān)控指針的末端和骨的RF位置。驅(qū)動(dòng)追蹤器、投影機(jī)和其它IO裝置。
[0235]接近:
[0236]-范圍狀況:中間0TT/RF和RF/RF距離。用以觸發(fā)該狀況的范圍是在系統(tǒng)的校準(zhǔn)/調(diào)諧過(guò)程中或者通過(guò)使用者的喜好可設(shè)置的，并且被指定為自目標(biāo)解剖結(jié)構(gòu)參考框架的距離范圍，諸如100_200mm。
[0237]-
[0238]追蹤器:高刷新率，優(yōu)化指針和骨RF讀數(shù)(例如，忽略或不管其它RF)。
[0239]投影機(jī):如上，可能不投影任何限定的圖像(由于骨位置尚未限定)，但能夠投影基于‘準(zhǔn)備’改變顏色(例如，紅、黃和綠)的立體屏，以開(kāi)始收集配準(zhǔn)點(diǎn)。
[0240]MM:在‘全局’坐標(biāo)中監(jiān)控指針的末端和骨的RF位置。驅(qū)動(dòng)追蹤器、投影機(jī)和其它IO裝置。
[0241]實(shí)際:
[0242]-較小0TT/RF和RF/RF距離。例如，自目標(biāo)參考框架的距離小于70_100mm，再次如上通過(guò)使用者喜好可設(shè)置。
[0243]追蹤器:高刷新率，優(yōu)化指針和骨RF讀數(shù)。
[0244]投影機(jī):如上。
[0245]MM:在‘全局’坐標(biāo)中監(jiān)控指針的末端和骨的RF位置。針對(duì)每個(gè)數(shù)字化骨，記錄指針的末端位置。驅(qū)動(dòng)追蹤器、投影機(jī)和其它IO裝置。監(jiān)控配準(zhǔn)過(guò)程的進(jìn)展，并且當(dāng)完成時(shí)其計(jì)算最終配準(zhǔn)矩陣。[0246]可以要求或不附加IO裝置(例如，觸摸屏)。
[0247]用于在模式之間轉(zhuǎn)換的OTT CAS考量:
[0248]-模式轉(zhuǎn)換基于距離閾值。
[0249]如果沒(méi)有骨配準(zhǔn)信息，那么無(wú)法確定骨-指針‘接觸’或‘靠近’。系統(tǒng)替代地著眼于指針(其被配準(zhǔn))和骨的參考框架(代替骨本身)之間的標(biāo)稱距離。得到的標(biāo)稱距離隨后可以用以基于該(骨)參考框架通常被推薦布置的標(biāo)稱位置(參照?qǐng)D表18-23)評(píng)估或假定近似配準(zhǔn)。另一種替代是為了確定系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)處于何種“模式”，(任選地)由系統(tǒng)(另一默認(rèn)骨的或來(lái)自之前的患者或外科的系統(tǒng))簡(jiǎn)單使用任何舊的配準(zhǔn)信息以進(jìn)行近似配準(zhǔn)。該選項(xiàng)的可用性也是通過(guò)使用者可設(shè)置/可選擇的。
[0250]-或者通過(guò)使用者的輸入。
[0251]任務(wù)結(jié)束:
[0252]-所有配準(zhǔn)標(biāo)志已被訪問(wèn)并指出(配準(zhǔn)過(guò)程全完成)。
[0253]-或者系統(tǒng)停止以觀察指針的RF(至少最小時(shí)間段)。
[0254]-替代地，過(guò)程可以由使用者的輸入(觸摸屏、聲音指令、利用指針在骨的參考框架上的具體皮層上接觸等)補(bǔ)充或重寫(xiě)。
[0255]骨切割/鉆 孔:
[0256]目標(biāo):利用工具(通常為動(dòng)力、智能器械，諸如鋸子、鉆子、磨石、銼刀等)對(duì)骨重新塑形以分配和植入。
[0257]程序:跟隨系統(tǒng)的方向，使用者每次切割/鉆孔(通常)一個(gè)表面。該特定動(dòng)作應(yīng)用于每個(gè)骨上的不同的單獨(dú)的‘目標(biāo)表面’，每個(gè)表面待執(zhí)行一個(gè)切口 /孔，使得系統(tǒng)將在使用或處理工具相對(duì)于骨的位置或取向錯(cuò)誤時(shí)維持這種參考。不同的工具具有不同的活動(dòng)元件(例如，切割末端)，并且當(dāng)工具或工具活動(dòng)元件與外科區(qū)域中的解剖結(jié)構(gòu)相互作用時(shí)，使得每個(gè)工具形狀的不同的活動(dòng)元件導(dǎo)致解剖結(jié)構(gòu)的不同二維和三維修改。這樣，用于每個(gè)工具的引導(dǎo)將隨著在OTT CAS過(guò)程步驟中使用的工具和活動(dòng)元件的類型變化。
[0258]系統(tǒng)OTT CAS系統(tǒng)如何識(shí)別該任務(wù):
[0259]-OTT檢測(cè)至少一個(gè)骨的參考框架(RF)。
[0260]-指定的骨被配準(zhǔn)。
[0261]-被切割的骨的參考框架在使用者可選擇的最大距離(假設(shè)僅例如小于200mm)內(nèi)。
[0262]啟動(dòng)任務(wù):
[0263]-系統(tǒng)識(shí)別共存于現(xiàn)場(chǎng)中(至少最小時(shí)間段)的兩個(gè)RF。
[0264]-這可以通過(guò)使用者的輸入(觸摸屏、聲音指令、利用指針或切割器械在骨的參考框架或骨本身上的具體皮層或標(biāo)記上接觸等)補(bǔ)充或重寫(xiě)。
[0265]模式
[0266]懸停:
[0267]-OTT距離骨很遠(yuǎn)。例如，大于200mm (可由使用者設(shè)置的值)。
[0268]追蹤器:較低刷新率
[0269]投影機(jī):可能不投影任何圖像(骨可以在投影機(jī)的視野之外)，或僅可以顯示大致形狀(例如，箭頭以指示在哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)器械-例如，鋸子、鉆子等-以使其與骨對(duì)準(zhǔn))。任選地，投影機(jī)輸出被修改以簡(jiǎn)單顯示如在之前例子中的不同顏色。低刷新率，由追蹤器的刷新設(shè)置限定。
[0270]魏:監(jiān)控工具相對(duì)于骨(即，在骨的坐標(biāo)中)的位置和取向。驅(qū)動(dòng)追蹤器、投影機(jī)和其它IO裝置。雙向通信并且驅(qū)動(dòng)智能器械。
[0271]接近:
[0272]-OTT在距離骨的中間距離處。例如，在IOOmm和200mm之間。
[0273]追蹤器:高刷新率，優(yōu)化指針和骨RF讀數(shù)。 [0274]投影機(jī):顯示以中間刷新率針對(duì)骨幾何結(jié)構(gòu)校正的對(duì)準(zhǔn)輔助(彩色文本、線、圈、箭頭等)。
[0275]遞:監(jiān)控工具相對(duì)于骨的位置(即，在骨的坐標(biāo)中)并且計(jì)算橫滾、俯仰、偏航和距離偏差。驅(qū)動(dòng)追蹤器、投影機(jī)和其它IO裝置。雙向通信并且驅(qū)動(dòng)智能器械。
[0276]實(shí)際:
[0277]-OTT靠近骨。例如，在70mm和IOOmm之間。
[0278]追蹤器:高刷新率，優(yōu)化指針和骨RF讀數(shù)。
[0279]投影機(jī):顯示以高刷新率針對(duì)骨幾何結(jié)構(gòu)校正的對(duì)準(zhǔn)輔助(彩色文本、線、圈、箭頭
-T^ J O
[0280]MM:監(jiān)控工具相對(duì)于骨的位置(即，在骨的坐標(biāo)中)并且計(jì)算橫滾、俯仰、偏航和距離偏差。驅(qū)動(dòng)追蹤器、投影機(jī)和其它IO裝置。雙向通信并且以較高速度驅(qū)動(dòng)智能器械。
[0281]模式之間的轉(zhuǎn)換:
[0282]-轉(zhuǎn)換可以基于距離閾值。
[0283]-轉(zhuǎn)換基于使用者輸入。
[0284]任務(wù)結(jié)束:
[0285]-使用者移至另一任務(wù)。
[0286]-所有切口和細(xì)化全完成。
[0287]-在一種替代方案中，OTTCAS系統(tǒng)停止以觀察骨的RF (至少最小時(shí)間段)。
[0288]-該步驟可以由使用者的輸入(觸摸屏、聲音指令、利用指針在骨的參考框架上的具體皮層上接觸等)修改、補(bǔ)充或重寫(xiě)。
[0289]骨切口的評(píng)定:
[0290]目標(biāo):評(píng)估新表面(例如，平面、柱形孔等)取向、表面粗糙度、深度等。
[0291]程序:使表面全部或局部數(shù)字化(例如，利用導(dǎo)向指針接觸/穿過(guò)該表面)，利用‘表面監(jiān)控器’(具有位于平切口上的平坦表面的導(dǎo)向工具)評(píng)定切口位置和取向、利用導(dǎo)向指針測(cè)量孔的深度等。
[0292]OTT CAS系統(tǒng)如何識(shí)別該任務(wù):
[0293]-OTT觀察到至少一個(gè)骨的參考框架(RF)以及評(píng)定器械的(表面監(jiān)控器或指針)RF。
[0294]-指定的骨和器械已被配準(zhǔn)。
[0295]-至少一切口已執(zhí)行。
[0296]-被切割的骨在最大距離‘D’內(nèi)。
[0297]啟動(dòng)任務(wù):
[0298]-系統(tǒng)識(shí)別共存于現(xiàn)場(chǎng)中(至少最小時(shí)間段)的兩個(gè)RF(骨和器械)，同時(shí)上述狀況被滿足。
[0299]-這可以通過(guò)使用者的輸入(觸摸屏、聲音指令、利用指針或切割器械在骨的參考框架或骨本身上的具體皮層或標(biāo)記上接觸等)補(bǔ)充或重寫(xiě)。
[0300]模式
[0301]懸停:
[0302]-OTT距離RF很遠(yuǎn)，或者2個(gè)RF分開(kāi)很遠(yuǎn)。
[0303]追蹤器:較低刷新率
[0304]投影機(jī):可能不投影任何限定的圖像(因?yàn)楣悄軌蛟谕队皺C(jī)的視野之外)，或者其能夠投影基于,備’改變顏色(例如，紅、黃和綠)以開(kāi)始過(guò)程的立體屏。低刷新率，由追蹤器的限定。
[0305]蓋統(tǒng):監(jiān)控工具相對(duì)于骨(即，在骨的坐標(biāo)中)的位置。
[0306]驅(qū)動(dòng)追蹤器、投影機(jī)和其它IO裝置。
[0307]接近:
[0308]-OTT在距離兩個(gè)RF中間距離處和中間骨-工具距離。
[0309]追蹤器:高刷新率，針對(duì)器械和骨RF讀數(shù)優(yōu)化。
[0310]投影機(jī):可能不投影任何限定的圖像(因?yàn)楣悄軌蛟谕队皺C(jī)的視野之外)，或者其能夠投影基于‘準(zhǔn)備’改變以開(kāi)始過(guò)程的立體屏。中間刷新率。
[0311]系統(tǒng):監(jiān)控工具相對(duì)于骨的位置(即，在骨的坐標(biāo)中)。
[0312]驅(qū)動(dòng)追蹤器、投影機(jī)和其它IO裝置。
[0313]實(shí)際:
[0314]-OTT在距離兩個(gè)RF中間/靠近距離處和小的骨-工具距離。
[0315]追蹤器:高刷新率，針對(duì)指針和骨RF讀數(shù)優(yōu)化。
[0316]投影機(jī):可能不投影任何限定的圖像(因?yàn)楣悄軌蛟谕队皺C(jī)的視野之外)，或者其能夠投影基于過(guò)程狀態(tài)(數(shù)據(jù)收集開(kāi)始到結(jié)束)改變的立體屏。高刷新率。
[0317]纖:監(jiān)控工具相對(duì)于骨的位置(即，在骨的坐標(biāo)中)。針對(duì)每個(gè)數(shù)字化點(diǎn)或表面監(jiān)控位置和取向，記錄指針的末端位置。驅(qū)動(dòng)追蹤器、投影機(jī)和其它IO裝置。監(jiān)控評(píng)定過(guò)程的進(jìn)展，并且當(dāng)完成時(shí)，其計(jì)算、記錄并顯示計(jì)算的參數(shù)。
[0318]可以要求或不附加的IO裝置(例如，觸摸屏)。
[0319]模式之間的轉(zhuǎn)換:
[0320]-簡(jiǎn)單地基于距離閾值。
[0321 ]-或者通過(guò)使用者輸入。
[0322]任務(wù)結(jié)束:
[0323]-評(píng)定過(guò)程全完成。
[0324]-任選地，OTTCAS系統(tǒng)停止以觀察器械的RF (至少最小時(shí)間段)。
[0325]-這可以由使用者的輸入(觸摸屏、聲音指令、利用指針在骨的參考框架上的具體皮層上接觸等)補(bǔ)充或重寫(xiě)。 [0326]植入物配合和對(duì)準(zhǔn)的評(píng)定:
[0327]目標(biāo):將骨上的植入物(或試驗(yàn)品)的實(shí)際位置相對(duì)于根據(jù)計(jì)劃所期望的進(jìn)行比較。這能夠在試驗(yàn)過(guò)程中并且在植入物粘合或鎖定之前/過(guò)程中/之后進(jìn)行。[0328]程序:植入物(例如，股骨部件、脛骨托盤(pán)等)附加有RF，并且在‘骨’坐標(biāo)系統(tǒng)中被追蹤。在任意給定時(shí)間，系統(tǒng)能夠顯示/記錄其位置(相對(duì)于骨)，并且將瞬時(shí)錯(cuò)誤(若有的話)與假定的進(jìn)行比較。
[0329]系統(tǒng)如何識(shí)別該任務(wù):
[0330]-OTT觀察到至少一個(gè)骨的參考框架(RF)以及對(duì)應(yīng)的植入物的RF。
[0331]-指定的骨和植入物已被配準(zhǔn)。
[0332]-所有切口已執(zhí)行。 [0333]-骨和植入物在最大距離‘D’內(nèi)。
[0334]啟動(dòng)任務(wù):
[0335]-系統(tǒng)識(shí)別共存于現(xiàn)場(chǎng)中(至少最小時(shí)間段)的兩個(gè)RF(骨和植入物)，同時(shí)上述狀況被滿足。
[0336]-這可以通過(guò)使用者的輸入(觸摸屏、聲音指令、利用指針或切割器械在骨的參考框架或骨本身上的具體皮層或標(biāo)記上接觸等)補(bǔ)充或重寫(xiě)。
[0337]模式
[0338]懸停:
[0339]-OTT距離RF很遠(yuǎn)，或者2個(gè)RF分開(kāi)很遠(yuǎn)。
[0340]追蹤器:較低刷新率
[0341]投影機(jī):可能不投影任何限定的圖像(因?yàn)楣悄軌蛟谕队皺C(jī)的視野之外)，或者其能夠投影基于,備’改變顏色(例如，紅、黃和綠)以開(kāi)始過(guò)程的立體屏。低刷新率，由追蹤器的限定。
[0342]通:監(jiān)控植入物/試驗(yàn)品相對(duì)于骨(即，在骨的坐標(biāo)中)的位置。驅(qū)動(dòng)追蹤器、投影機(jī)和其它IO裝置。
[0343]接近:
[0344]-中間0TT/RF距離并且植入物/試驗(yàn)品相對(duì)靠近骨。
[0345]追蹤器:高刷新率，針對(duì)植入物/試驗(yàn)品和骨RF讀數(shù)優(yōu)化。
[0346]投影機(jī):可能不投影任何限定的圖像(因?yàn)楣悄軌蛟谕队皺C(jī)的視野之外)，或者其能夠投影基于‘準(zhǔn)備’改變以開(kāi)始過(guò)程的立體屏。中間刷新率。
[0347]纖:監(jiān)控植入物相對(duì)于骨的位置(即，在骨的坐標(biāo)中)。
[0348]驅(qū)動(dòng)追蹤器、投影機(jī)和其它IO裝置。
[0349]實(shí)際:
[0350]-較小0TT/RF距離并且植入物/試驗(yàn)品靠近/接觸骨。
[0351]追蹤器:高刷新率，針對(duì)植入物和骨RF讀數(shù)優(yōu)化。
[0352]投影機(jī):可能不投影任何限定的圖像(因?yàn)楣悄軌蛟谕队皺C(jī)的視野之外)，或者其能夠投影基于過(guò)程狀態(tài)(數(shù)據(jù)收集開(kāi)始到結(jié)束)改變的立體屏。高刷新率。
[0353]魏:監(jiān)控植入物/試驗(yàn)品相對(duì)于骨的位置(即，在骨的坐標(biāo)中)。計(jì)算并顯示(并且當(dāng)需要時(shí)記錄)由被導(dǎo)向植入物的實(shí)際位置/取向相對(duì)于根據(jù)計(jì)劃應(yīng)當(dāng)所處的限定的錯(cuò)誤。驅(qū)動(dòng)追蹤器、投影機(jī)和其它IO裝置。監(jiān)控評(píng)定過(guò)程的進(jìn)展，并且當(dāng)完成時(shí)，其計(jì)算、記錄并顯示計(jì)算的參數(shù)?？梢砸蠡虿桓郊拥腎O裝置(例如，觸摸屏)。
[0354]模式之間的轉(zhuǎn)換:[0355]-簡(jiǎn)單地基于距離閾值。
[0356]-或者通過(guò)使用者輸入。
[0357]任務(wù)結(jié)束:
[0358]-評(píng)定過(guò)程全完成。
[0359]-(或者)系統(tǒng)停止以觀察器械的RF(至少最小時(shí)間段)。
[0360]-這可以由使用者的輸入(觸摸屏、聲音指令、利用指針在骨的參考框架上的具體皮層上接觸等)補(bǔ)充或重寫(xiě)。
[0361]運(yùn)動(dòng)范圍:
[0362]目標(biāo):在植入之后評(píng)定關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍和生物力學(xué)性。其能夠利用試驗(yàn)品或最終植入物進(jìn)行。
[0363]程序:在布置上試驗(yàn)品(或?qū)嶋H植入物)之后，在移除骨的RF并閉合傷口之前，外科醫(yī)生撓曲膝并且執(zhí)行操作關(guān)節(jié)，達(dá)到像最大撓曲和超伸展的極限位置。該操縱是在將OTT指向脛骨和股骨RF的同時(shí)執(zhí)行的。動(dòng)態(tài)測(cè)量(脛骨相對(duì)于股骨)在解剖方面表示。
[0364]系統(tǒng)如何識(shí)別該任務(wù):
[0365]-OTT觀察到脛骨的和股骨的參考框架(RF)。
[0366]-兩個(gè)骨已被切割。 (骨切割和植入物位置可以已被執(zhí)行或者未被執(zhí)行)
[0367]啟動(dòng)任務(wù):
[0368]-系統(tǒng)識(shí)別共存于現(xiàn)場(chǎng)中(至少最小時(shí)間段)的兩個(gè)RF，同時(shí)上述狀況被滿足。
[0369]-這可以通過(guò)使用者的輸入(觸摸屏、聲音指令、利用指針或切割器械在骨的參考框架或骨本身上的具體皮層或標(biāo)記上接觸等)補(bǔ)充或重寫(xiě)。
[0370]模式
[0371]懸停:
[0372]-OTT 距離 RF 很遠(yuǎn)。
[0373]追蹤器:較低刷新率
[0374]投影機(jī):可能不投影任何限定的圖像(因?yàn)楣悄軌蛟谕队皺C(jī)的視野之外)，或者其能夠投影基于,備’改變顏色(例如，紅、黃和綠)以開(kāi)始過(guò)程的立體屏。低刷新率，由追蹤器的限制。
[0375]纖:監(jiān)控脛骨相對(duì)于股骨的位置。驅(qū)動(dòng)追蹤器、投影機(jī)和其它IO裝置。
[0376]接近:
[0377]-中間0TT/RF 距離。
[0378]追蹤器:高刷新率，針對(duì)骨的RF讀數(shù)優(yōu)化。
[0379]投影機(jī):可能不投影任何限定的圖像(因?yàn)楣悄軌蛟谕队皺C(jī)的視野之外)，或者其能夠投影基于‘準(zhǔn)備’改變以開(kāi)始過(guò)程的立體屏。中間刷新率。
[0380]魏:監(jiān)控植入物相對(duì)于骨的位置(即，在骨的坐標(biāo)中)。驅(qū)動(dòng)追蹤器、投影機(jī)和其它IO裝置。
[0381]實(shí)際:
[0382]-較小0TT/RF距離并且植入物/試驗(yàn)品靠近/接觸骨。
[0383]追蹤器:高刷新率，針對(duì)植入物和骨RF讀數(shù)優(yōu)化。
[0384]投影機(jī):可能不投影任何限定的圖像(因?yàn)楣悄軌蛟谕队皺C(jī)的視野之外)，或者其能夠投影基于過(guò)程狀態(tài)(數(shù)據(jù)收集開(kāi)始到結(jié)束)改變的立體屏。高刷新率。
[0385]魏:監(jiān)控脛骨相對(duì)于股骨的位置。計(jì)算并顯示(并且當(dāng)需要時(shí)記錄)動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)(撓性/伸展、內(nèi)翻/外翻、內(nèi)部/外部旋轉(zhuǎn)、AP運(yùn)動(dòng)等)。驅(qū)動(dòng)追蹤器、投影機(jī)和其它IO裝置。監(jiān)控評(píng)定過(guò)程的進(jìn)展，并且當(dāng)完成時(shí)，其保存記錄的所有參數(shù)并通知使用者。
[0386]可以要求或不要求附加的IO裝置(例如，觸摸屏)。
[0387]模式之間的轉(zhuǎn)換:
[0388]-簡(jiǎn)單地基于距離閾值。
[0389]-或者通過(guò)使用者輸入。
[0390]任務(wù)結(jié)束:
[0391]-評(píng)定過(guò)程全完成。
[0392]-(或者)系統(tǒng)停止以觀察骨的RF(至少最小時(shí)間段)。
[0393]-這可以由使用者的輸入(觸摸屏、聲音指令、利用指針在骨的參考框架上的具體皮層上接觸等)補(bǔ)充或重寫(xiě)。
[0394]其它動(dòng)作(例如，配準(zhǔn)核實(shí)、骨切割細(xì)化等)能夠被認(rèn)為是上述的子情況。 [0395]在上述例子中的任意例子的一方面中，較低刷新率是指刷新率從約30-100HZ到低至1-1OHz的改變。
[0396]當(dāng)切除骨的一部分時(shí)，外科醫(yī)生可以在切割工具距離待切除的面積的邊界相對(duì)遠(yuǎn)時(shí)更快速且侵入地切割。隨著OTT CAS檢測(cè)外科醫(yī)生接近切除面積的邊界，外科醫(yī)生可以接收合適的OTT CAS輸出以減慢切割步調(diào)，從而確保切除維持在期望的邊界內(nèi)。為了幫助外科醫(yī)生容易評(píng)定接近于切除邊界，OTT CAS系統(tǒng)可以隨著外科醫(yī)生接近邊界向外科醫(yī)生提供多種合適的OTT CAS輸出。另外，OTTCAS系統(tǒng)可以被構(gòu)造成提供有關(guān)裝備有OTT的外科工具響應(yīng)于工具接近切除邊界的操作控制以及相應(yīng)OTT CAS數(shù)據(jù)處理響應(yīng)和得到的CAS輸出的反饋。
[0397]如上所述，OTT CAS系統(tǒng)提供患者模型的手術(shù)前分析和待切除的組織的識(shí)別。在確定待切除的組織部分之后，OTT CAS系統(tǒng)可以分析用于模型的數(shù)據(jù)并且識(shí)別用于切除的邊界。隨后可以基于與切除邊界的關(guān)系使用多種顏色在OTT投影機(jī)輸出中識(shí)別待切除的組織。
[0398]例如，OTT投影機(jī)輸出可以基于OTT CAS處理因素適應(yīng)，從而以紅色投影在不被去除的一部分組織上。任選地，OTT投影機(jī)輸出可以黃色指示相對(duì)靠近于切除邊界的待切除的一部分組織。在另一替代方案中，OTT CAS過(guò)程可以產(chǎn)生OTT投影機(jī)輸出，由此待切除的組織的剩余部分可以用綠色排除。以此方式，隨著外科醫(yī)生在手術(shù)過(guò)程中觀察外科區(qū)域，外科醫(yī)生可以在OTT投影機(jī)輸出指示工具在綠色區(qū)域的組織上操作時(shí)快速且侵入地切割。隨著外科醫(yī)生接近切除邊界，基于OTT的投影機(jī)輸出指示工具在黃色區(qū)域的組織上操作。這些OTT CAS確定的投影機(jī)輸出用作向外科醫(yī)生的指示，以隨著工具接近切除邊界更緩慢地進(jìn)行。以此方式，OTT CAS系統(tǒng)直接在外科區(qū)域上提供可容易識(shí)別的視覺(jué)和圖形顯示，其通知外科醫(yī)生當(dāng)前外科動(dòng)作接近于切除邊界。類似地，OTT CAS系統(tǒng)能夠用以視覺(jué)上認(rèn)識(shí)并使用基于OTT的投影機(jī)輸出，以識(shí)別外科工具接近于敏感的解剖結(jié)構(gòu)，諸如神經(jīng)、脈管、韌帶等。向投影機(jī)的OTT CAS輸出可以包括作為用于使用者的OTT CAS輸出的一部分的區(qū)別性配色方案以識(shí)別外科區(qū)域內(nèi)的結(jié)構(gòu)。[0399]圖37A-44涉及連同相關(guān)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一起的各種替代觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)。
[0400]圖37A圖示偏轉(zhuǎn)以響應(yīng)于觸發(fā)力運(yùn)動(dòng)致動(dòng)器的彎曲形式。圖37B圖示將響應(yīng)于觸發(fā)力變形并恢復(fù)其形狀的滑動(dòng)梯形形式。圖37C圖示用以向觸發(fā)力提供旋轉(zhuǎn)響應(yīng)的旋轉(zhuǎn)讀取器或編碼器。圖37D圖示響應(yīng)于觸發(fā)力運(yùn)動(dòng)以將軸壓入基部?jī)?nèi)的框架，其中，軸的運(yùn)動(dòng)可以被當(dāng)作觸發(fā)力的指示。圖37E圖示可以偏轉(zhuǎn)以指示觸發(fā)力的量的銷元件。
[0401]圖38A和38B圖示分別處于升高位置和降低位置的簡(jiǎn)單的四桿機(jī)構(gòu)，其可以用以配準(zhǔn)觸發(fā)力并且使軸移位。
[0402]圖39A、39B和39C每個(gè)圖示沒(méi)有位置恢復(fù)元件的剪式機(jī)構(gòu)80 (39A)，和驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器80，利用拉力彈簧作為位置恢復(fù)元件84 (39B)，和利用壓縮彈簧作為位置恢復(fù)元件84(39C)。所示致動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)確定剪式臂的上端的高度，由此確定剪式機(jī)構(gòu)的高程。該高度將擠壓，并且將通過(guò)使用者將他或她的手指放置在工具觸發(fā)器上來(lái)感覺(jué)。
[0403]圖40A和40B圖示分別處于升高和降低構(gòu)造的剪式機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖。剪式機(jī)構(gòu)80包括在樞轉(zhuǎn)點(diǎn)處聯(lián)結(jié)的第一聯(lián)接件86和第二聯(lián)接件88，由此剪式機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)升高并降低第一平臺(tái)90和第二平臺(tái)92。這里作為彈簧示出的位置恢復(fù)元件84聯(lián)結(jié)到第二聯(lián)接件的一端和致動(dòng)器82。平臺(tái)在圖40中所示的升高狀況中具有大約22mm的長(zhǎng)度和大約20mm的最大上升。
[0404]圖40C和40D是有關(guān)圖40A和40B的剪式機(jī)構(gòu)80的移位特征的圖表。圖40C使平臺(tái)軌跡與裝置的高度相關(guān)。圖40D使剪式機(jī)構(gòu)角度與裝置的移位變化相關(guān)。
[0405]圖41圖示具有外科醫(yī)生系統(tǒng)超控能力的另一剪式機(jī)構(gòu)80。超控能力經(jīng)由包括與通過(guò)致動(dòng)器施加的力一致的彈簧來(lái)提供。致動(dòng)器可以是部件140，其用于在計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)過(guò)程中提供或接收OTT CAS數(shù)據(jù)。在該方面，工具承載的追蹤裝置包括適于并構(gòu)造用于將從反饋機(jī)構(gòu)(諸如從軸80相對(duì)運(yùn)動(dòng))接收的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)中使用的信號(hào)的部件140。部件140可以以多種不同的構(gòu)造(諸如編碼器、致動(dòng)器或運(yùn)動(dòng)傳感器)提供。一方面，信號(hào)涉及由觸發(fā)器操作的外科工具的操作。在另一實(shí)施方式中，部件是或者適于包括致動(dòng)器，以向軸施加運(yùn)動(dòng)，從而影響第一平臺(tái)和第二平臺(tái)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。另一方面，致動(dòng)器被構(gòu)造用于響應(yīng)于與計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)過(guò)程中控制外科工具的操作有關(guān)的信號(hào)向軸施加運(yùn)動(dòng)。
[0406]圖示的剪式機(jī)構(gòu)實(shí)施方式顯示由剪式機(jī)構(gòu)80的聯(lián)接件86、88承載的第一平臺(tái)90和第二平臺(tái)92的關(guān)系。另外，該實(shí)施方式顯示具有結(jié)合剪式機(jī)構(gòu)80使用的一對(duì)位置恢復(fù)元件的剪式機(jī)構(gòu)。一個(gè)位置恢復(fù)元件是定位在剪式機(jī)構(gòu)80內(nèi)的復(fù)位彈簧。另一位置恢復(fù)元件是定位在剪式機(jī)構(gòu)和致動(dòng)器或部件140之間的超控彈簧。
[0407]圖42圖示類似于圖41中圖示的示意機(jī)構(gòu)的剪式機(jī)構(gòu)。剪式機(jī)構(gòu)80包括在聯(lián)接件86、88的一端處與第一平臺(tái)和第二平臺(tái)成樞轉(zhuǎn)關(guān)系并且與聯(lián)接件88、86的另一端成滑動(dòng)關(guān)系連接的第一平臺(tái)90和第二平臺(tái)92。這里為彈簧的位置恢復(fù)元件布置在致動(dòng)器或纜索和剪式聯(lián)接件88的滑動(dòng)部之間。該實(shí)施方式還包括第一和第二平臺(tái)的細(xì)長(zhǎng)槽的細(xì)節(jié)，以允許聯(lián)接件第一端相對(duì)于第一和第二平臺(tái)的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。聯(lián)接件88、86的第二端與第一平臺(tái)90和第二平臺(tái)92成樞轉(zhuǎn)關(guān)系聯(lián)結(jié)。這里，第一平臺(tái)和第二平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)根據(jù)彈簧的使用或在致動(dòng)器的影響下調(diào)節(jié)。參照?qǐng)D表和圖43和44可以更好地理解圖42的機(jī)構(gòu)的操作特征。
[0408]圖45是觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)的等軸測(cè)圖。圖45和46A分別圖示觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)150的等軸測(cè)圖和側(cè)視圖。圖45的視圖顯示用于附接到鄰近觸發(fā)器52的外科工具50的基板152。剪式機(jī)構(gòu)(圖46A中最佳顯示)被由第一平臺(tái)183承載的罩191覆蓋并且隨同平臺(tái)一起運(yùn)動(dòng)。致動(dòng)纜索82聯(lián)結(jié)到剪式機(jī)構(gòu)并且響應(yīng)于剪式機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
[0409]圖46B圖示圖46A的剪式機(jī)構(gòu)155的等軸測(cè)圖，其中沒(méi)有罩191或平臺(tái)183、184。Y形聯(lián)接機(jī)構(gòu)160和165被銷接163以形成剪式機(jī)構(gòu)155。位置恢復(fù)元件84定位在第一聯(lián)接件的第一端和第二聯(lián)接件的第一端之間。在該視圖中還可見(jiàn)用以沿著平臺(tái)中的槽178滑動(dòng)的軸173。
[0410]圖46A-46F圖示圖45的機(jī)構(gòu)的部件和操作的各種視圖。圖46C和46D顯示具有(圖46D)和不具有(圖46C)頂部平臺(tái)183且在擴(kuò)展?fàn)顩r中的圖45和46A的TFM150。纜索82關(guān)于聯(lián)接件沿著槽178的運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)度從較低平臺(tái)184運(yùn)動(dòng)位移+y。
[0411]圖46E和46F顯示具有(圖46F)和不具有(圖46E)頂部平臺(tái)183且在閉合或縮回狀況中的圖45和46A的TFM150。纜索82關(guān)于聯(lián)接件沿著槽178的運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)度從較低平臺(tái)184運(yùn)動(dòng)位移+X。
[0412]圖47和48是在具有鄰近外科工具的觸發(fā)器定位的TFM150的外科工具50上的0TT100的側(cè)視圖。致動(dòng)器82從TFM延伸到0TT100中。OTT內(nèi)的部件140被構(gòu)造成接收并提供輸出到TFM或者從TFM接收。在該實(shí)施方式中，罩191遠(yuǎn)離基部152擴(kuò)展，暴露基部184的一部分。
[0413]當(dāng)TFM將罩191移入所示位置時(shí)，外科工具上的觸發(fā)器功能由阻擋接近觸發(fā)器152的罩191損害。圖48圖示處于觸發(fā)器52可被接近的移開(kāi)構(gòu)造的罩191。
[0414]圖47和48圖示安 裝在具有工具(這里為鋸子)的外科器械上的工具承載的追蹤裝置的側(cè)視圖，其中，圖45的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)就位以與外科器械的觸發(fā)器相互作用。圖47圖示處于覆蓋觸發(fā)器的擴(kuò)展構(gòu)造的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)，圖48示出塌縮以暴露觸發(fā)器的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)。
[0415]圖49A-49B圖示處于打開(kāi)或擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)(圖49A)和閉合狀態(tài)(圖49B)的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)的另一替代方案。圖49C-49E圖示圖49A和49B中的裝置的內(nèi)部機(jī)構(gòu)的各種視圖。
[0416]圖49A和49B分別圖示處于升高和降低狀況的超越觸發(fā)器(over trigger)觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)600的等軸測(cè)圖。超越觸發(fā)器觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)600具有附接到第一平臺(tái)183的觸發(fā)器適配器605。修改的觸發(fā)器種子(seed text)適于與觸發(fā)器52接合。修改的觸發(fā)器種子配合在觸發(fā)器適配器605內(nèi)并且相對(duì)于觸發(fā)器適配器605可動(dòng)。剪式機(jī)構(gòu)155如前提供以運(yùn)動(dòng)第一平臺(tái)和第二平臺(tái)。
[0417]視圖中平臺(tái)的相對(duì)位置圖示在塌縮狀況中修改的觸發(fā)器座610如何升高到觸發(fā)器適配器605之上。相反，在升高狀況中，修改的觸發(fā)器座610被收回到觸發(fā)器適配器605的上表面內(nèi)且在其下方。
[0418]圖49C是上部平臺(tái)和觸發(fā)器適配器被移除的處于升高狀態(tài)的剪式機(jī)構(gòu)155的等軸測(cè)圖。圖49D類似于圖49C的視圖，其中上部平臺(tái)183附接到剪式機(jī)構(gòu)155。上部平臺(tái)183中設(shè)有孔口 620?？卓?620用以在修改的觸發(fā)器座610和觸發(fā)器52之間提供聯(lián)結(jié)。
[0419]圖49E類似于其它實(shí)施方式，其中增加了觸發(fā)器適配器605，其就位在第一平臺(tái)183的頂部上。圖50圖示聯(lián)結(jié)到外科工具50的OTT 100的實(shí)施方式，其中，工具50的觸發(fā)器52由觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)600覆蓋。[0420]在圖50的構(gòu)造中，使用者操縱觸發(fā)器52的能力由觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)600的操作覆蓋。
[0421]圖50圖示聯(lián)結(jié)用于與具有圖49A和49B的機(jī)構(gòu)的實(shí)施方式的外科工具一起使用的OTT的實(shí)施方式，其中OTT安裝用于與外科工具的觸發(fā)器協(xié)作并且能夠發(fā)送和接收與OTT中的部件相關(guān)的觸發(fā)。
[0422]圖51是利用兩個(gè)位置恢復(fù)元件的剪式機(jī)構(gòu)的替代實(shí)施方式。圖51圖示類似于圖42的剪式機(jī)構(gòu)。相比于圖42的剪式機(jī)構(gòu)，該實(shí)施方式中圖示的剪式機(jī)構(gòu)包括一對(duì)位置恢復(fù)元件。一個(gè)位置恢復(fù)元件84是在第一平臺(tái)和第二平臺(tái)之間延伸并且聯(lián)結(jié)到聯(lián)接件86、88的第一端的復(fù)位彈簧。復(fù)位彈簧用以修改運(yùn)動(dòng)平臺(tái)并且因此修改控制觸發(fā)器響應(yīng)。另一位置恢復(fù)元件是沿著第二平臺(tái)延伸的超控彈簧。超控彈簧聯(lián)結(jié)到聯(lián)接件88的滑動(dòng)部和纜索
82。復(fù)位彈簧與超控彈簧協(xié)作以向觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)提供如圖51示意性表示的各種不同的響應(yīng)特征。因此，使用多于一個(gè)不同類型的位置恢復(fù)元件將為這里描述的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)提供很多種響應(yīng)特征。
[0423]圖52A和52B分別圖示聯(lián)結(jié)到外科工具50的另一 OTT實(shí)施方式的前等軸測(cè)圖和后等軸測(cè)圖。0TT700包括具有照相機(jī)安裝件705和投影機(jī)710的外殼710。在該實(shí)施方式中，照相機(jī)安裝件705在外殼710的上表面上。安裝件705包含指向工具74用于成像活動(dòng)元件56的一對(duì)照相機(jī)707。另外，該實(shí)施方式包括在工具50的觸發(fā)器上方的TFM。出于這里描述的觸覺(jué)反饋的各種目的，纜索80在TFM600和0TT700之間提供交接部。0TT700還包括在外殼710的上表面上的顯示器702。顯示器702可以用以為使用者提供OTT CAS輸出信息。附加地或替代地， 顯示器702用作用于使用者輸入的使用者交互裝置。顯示器702可以被構(gòu)造為圖形用戶界面(⑶I)或其它類型的計(jì)算機(jī)輸入裝置。還示出與0TT700通信的計(jì)算機(jī)，用于利用在促進(jìn)計(jì)算機(jī)輔助外科完成中在CAS手術(shù)過(guò)程中從OTT的使用獲得的信息。計(jì)算機(jī)包括針對(duì)工具承載的追蹤計(jì)算機(jī)輔助外科可訪問(wèn)到處理單元指令的電子存儲(chǔ)器。在一種實(shí)施方式中，計(jì)算機(jī)包括在作為外殼中的電子兀器件包的一部分的0TT700內(nèi)。在另一實(shí)施方式中，計(jì)算機(jī)是外部部件，其被構(gòu)造用于無(wú)線地或經(jīng)由到和自0TT700的有線連接接收并傳輸與OTT CAS過(guò)程相關(guān)的數(shù)據(jù)。
[0424]如圖示實(shí)施方式中的上述例子顯示，本發(fā)明的TFM機(jī)構(gòu)的實(shí)施方式可以適于或構(gòu)造用于提供與觸發(fā)器運(yùn)動(dòng)或位置有關(guān)或用于由OTT CAS計(jì)算機(jī)進(jìn)一步處理的輸出。這里提供的各種TFM機(jī)構(gòu)可以用于以侵入最小的方式提供由OTT CAS系統(tǒng)使用的工具操作、特征或參數(shù)(速度、位置、旋轉(zhuǎn)、設(shè)置、功率水平等)的指示。來(lái)自觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)的輸出可以經(jīng)由機(jī)構(gòu)中、OTT裝置中或安裝在外科工具本身上的編碼器/讀取器提供。另外，反饋機(jī)構(gòu)實(shí)施方式可以包括用于傳輸觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)信息或觸發(fā)器信息以便在OTT裝置或OTTCAS計(jì)算機(jī)中進(jìn)一步處理的無(wú)線通信。在另外的方面中，觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)部件可以在基于OTTCAS過(guò)程、模式或算法接收的指令下被驅(qū)動(dòng)。在一些實(shí)施方式中，觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)指示和數(shù)據(jù)用以從OTT CAS系統(tǒng)提供動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)反饋回路。來(lái)自觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)的指示也可以用以提供一個(gè)或多個(gè)外科工具控制特征的自動(dòng)控制，諸如，工具的馬達(dá)，致動(dòng)器減弱其馬達(dá)/切割/鉆孔動(dòng)作速度或使其停止，作為合適的OTT CAS處理輸出的一部分。一方面，反饋回路控制基于OTT CAS系統(tǒng)關(guān)于需要外科工具功能的自動(dòng)干涉以防止不適當(dāng)?shù)那懈罨蛘哂泻τ贠TTCAS外科區(qū)域內(nèi)的解剖結(jié)構(gòu)的確定來(lái)提供。
[0425]在另外的方面，被構(gòu)造成利用來(lái)自這里描述的系統(tǒng)和方法的輸出的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)或其它反饋機(jī)構(gòu)的實(shí)施方式可以用以自動(dòng)地或半自動(dòng)地控制利用工具承載的追蹤裝置的外科工具的活動(dòng)元件的一個(gè)或多個(gè)操作特征。另外，OTT CAS系統(tǒng)的實(shí)施方式還可以被構(gòu)造用于響應(yīng)于外科工具相對(duì)于期望邊界的位置的確定控制外科工具的操作。具體地，如果系統(tǒng)確定工具位于不接近邊界的待切除的組織內(nèi)(即，在綠色區(qū)域內(nèi))，系統(tǒng)可以允許外科工具由外科醫(yī)生根據(jù)需要控制。如果系統(tǒng)確定工具位于接近邊界的待切除的組織內(nèi)(即，黃色區(qū)域)，系統(tǒng)可以減少或減弱外科工具的操作。例如，如果工具是鋸子，并且其進(jìn)入黃色區(qū)域，系統(tǒng)可以隨著鋸子運(yùn)動(dòng)接近切除邊界使鋸子的往復(fù)運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)減慢。另外，如果系統(tǒng)檢測(cè)工具位于邊界處或不被切除或操作的組織上，系統(tǒng)可以通過(guò)完全停止工具來(lái)控制外科工具。雖然系統(tǒng)可以自動(dòng)地控制外科工具的操作，系統(tǒng)包括超控功能，其允許外科醫(yī)生超控工具的控制。以此方式，如果外科醫(yī)生確定應(yīng)當(dāng)切除的一部分組織未在手術(shù)前分析過(guò)程中被識(shí)別為切除，外科醫(yī)生能夠超控系統(tǒng)并且在手術(shù)過(guò)程中切除組織。
[0426]觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)的實(shí)施方式包括很多種觸覺(jué)模擬。例如，模擬可以像增強(qiáng)的振動(dòng)那樣簡(jiǎn)單，以指示外科路徑從意指的切除偏離。觸覺(jué)模擬根據(jù)由這里描述的OTT CAS方法提供的各種修改和輸出提供用于更復(fù)雜的指示的機(jī)會(huì)。
[0427]一般來(lái)說(shuō)，動(dòng)力外科工具借助于觸發(fā)器啟動(dòng)，并且這里描述的基于反饋的機(jī)構(gòu)的實(shí)施方式在觸發(fā)器上提供可檢測(cè)和可變(在OTTCAS計(jì)算機(jī)的控制下增大和減小)的阻力，或者在致動(dòng)工具的外科醫(yī)生的手指上提供壓力，其方式用以向外科醫(yī)生指示活動(dòng)元件的外科路徑或當(dāng)前使用何時(shí)從根據(jù)OTT CAS外科計(jì)劃的意指的切除或其它動(dòng)作偏離?？梢岳斫?，用于提供觸覺(jué)反饋的各種不同的構(gòu)造可以與用于致動(dòng)與OTT裝置一起使用的外科工具的未修改、修改或替換的觸發(fā)器一起使用。在一些各種替代實(shí)施方式中，基于觸發(fā)器的反饋組件包括動(dòng)態(tài)構(gòu)件，其聯(lián)結(jié)到剪式機(jī)構(gòu)，剪式機(jī)構(gòu)又聯(lián)結(jié)到固定基部(通常安裝在外科工具的手柄上)。組件的位置或剛度 (通常作為與傳動(dòng)軸或纜索相互作用的結(jié)果)由OTT內(nèi)的控制單元支配?？刂茊卧梢员粯?gòu)造用于提供很多種與OTT相關(guān)的反饋功能，作為例子，包括致動(dòng)器用以操作傳動(dòng)軸，其又改變用以閉合剪式機(jī)構(gòu)的力、使觸發(fā)器機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到全擴(kuò)展位置、使觸發(fā)器機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到全縮回位置、運(yùn)動(dòng)到用以削弱觸發(fā)器的操作的位置、或者可選地，停止工具的活動(dòng)元件的操作。一方面，傳動(dòng)軸或纜索或元件是鮑登纜索。在其它實(shí)施方式中，將剪式機(jī)構(gòu)聯(lián)結(jié)到OTT中的相聯(lián)部件的傳動(dòng)軸可以是任何適當(dāng)?shù)脑?，諸如桿、彈簧、螺線管、鏈、齒輪或迷你氣動(dòng)或液壓致動(dòng)系統(tǒng)。另外，可以理解，用于上述控制的致動(dòng)器還可以包括在接近觸發(fā)器的反饋機(jī)構(gòu)內(nèi)。在該方面的一種替代方案中，致動(dòng)器可以經(jīng)由有線或無(wú)線連接連接到OTT裝置，以在促進(jìn)上述OTT CAS技術(shù)中向致動(dòng)器提供合適的OTT CAS過(guò)程控制信號(hào)。
[0428]控制單元還能夠接收來(lái)自計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)通過(guò)將工具的位置與外科計(jì)劃的意指切除進(jìn)行比較確定超過(guò)具體閾值水平的偏差存在于外科路徑和外科計(jì)劃之間時(shí)，控制單元致動(dòng)傳動(dòng)裝置，增加拉動(dòng)觸發(fā)器所需的阻力。指示能夠以防止觸發(fā)器壓下的形式提供，使得外科醫(yī)生不能啟動(dòng)工具。替代地，指示能夠采用增加的阻力的形式，其能夠由外科醫(yī)生通過(guò)施加更大的力來(lái)克服。
[0429]圖52A和52B分別是包括顯示器的工具承載的追蹤和導(dǎo)向裝置(OTT)的前視和后視等軸測(cè)圖，其中，OTT外殼聯(lián)結(jié)到外科工具，外科工具具有聯(lián)結(jié)到OTT的基于觸發(fā)器的反饋機(jī)構(gòu)。視圖還示出與OTT通信的示例性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。[0430]圖36是表示示例性O(shè)TT CAS過(guò)程的流程圖，所述過(guò)程包括上述OTT CAS過(guò)程中的任意過(guò)程的修改，以包括相聯(lián)外科工具操作特征、參數(shù)或與在任何OTT CAS過(guò)程或手術(shù)中活動(dòng)元件的使用相關(guān)的其它數(shù)據(jù)。OTT CAS過(guò)程3600包括關(guān)于圖3IA中的OTT CAS過(guò)程3100的上述相同處理步驟中的許多。
[0431]然而，指示器子系統(tǒng)的任何元件可以以任何方式容易地用于計(jì)算機(jī)輔助外科，其中，計(jì)算機(jī)輔助外科系統(tǒng)建立工具的三維位置并且計(jì)算根據(jù)外科計(jì)劃外科醫(yī)生意于制造切除的位置。在一個(gè)替代方面，這里描述的方法、系統(tǒng)和程序被修改以并入于2007年6月18日提交且被公布為 US2008/0009697 的題為 “Method and Apparatus for Computer AidedSurgery”的美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)11/764505中描述的技術(shù)、裝置或方法中的一種或多種，該美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng)出于所有目的整體合并在此。 [0432]本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以對(duì)上述實(shí)施方式作出改變或修改，而不背離本發(fā)明的寬的發(fā)明構(gòu)思。因此，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于這里描述的特定實(shí)施方式，但意于包括在權(quán)利要求中提及的本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)的所有改變和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)，包括: 第一平臺(tái)； 第二平臺(tái)； 通過(guò)第一聯(lián)接機(jī)構(gòu)聯(lián)結(jié)到第二聯(lián)接機(jī)構(gòu)形成的剪式聯(lián)接機(jī)構(gòu)，剪式聯(lián)接機(jī)構(gòu)在第一平臺(tái)和第二平臺(tái)之間延伸，其中，第一聯(lián)接機(jī)構(gòu)的第一端聯(lián)結(jié)到第一平臺(tái)，第一聯(lián)接機(jī)構(gòu)的第二端聯(lián)結(jié)到第二平臺(tái)，第二聯(lián)接機(jī)構(gòu)的第一端聯(lián)結(jié)到第一平臺(tái)，并且第二聯(lián)接機(jī)構(gòu)的第二端聯(lián)結(jié)到第二平臺(tái)；和 至少一個(gè)位置恢復(fù)元件，其聯(lián)結(jié)到剪式聯(lián)接機(jī)構(gòu)，以調(diào)節(jié)第一平臺(tái)和第二平臺(tái)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力響應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)，其中，至少一個(gè)位置恢復(fù)元件聯(lián)結(jié)在第一聯(lián)接機(jī)構(gòu)的第一端和第二聯(lián)接機(jī)構(gòu)的第二端之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)，其中，至少一個(gè)位置恢復(fù)元件沿著第二平臺(tái)延伸并且聯(lián)結(jié)到剪式聯(lián)接機(jī)構(gòu)，以調(diào)節(jié)第二聯(lián)接機(jī)構(gòu)第二端相對(duì)于第二平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)，其中，第一平臺(tái)和第二平臺(tái)能夠在外科工具的觸發(fā)器旁邊操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)，其中，第一平臺(tái)和第二平臺(tái)能夠在外科工具的觸發(fā)器上方操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)，其中，第一平臺(tái)和第二平臺(tái)能夠至少部分地覆蓋外科工具的觸發(fā)器布置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)，其中，第一平臺(tái)和第二平臺(tái)能夠至少部分地環(huán)繞外科工具的觸發(fā)器布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)，其中，觸發(fā)器罩布置在第一平臺(tái)內(nèi)，用于與觸發(fā)器接合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)，其中，聯(lián)結(jié)到剪式聯(lián)接機(jī)構(gòu)以調(diào)節(jié)在第一平臺(tái)和第二平臺(tái)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力響應(yīng)的至少一個(gè)位置恢復(fù)元件被聯(lián)結(jié)成在第一平臺(tái)和第二平臺(tái)之間延伸，并且還包括: 聯(lián)結(jié)到剪式聯(lián)接機(jī)構(gòu)并且沿著第二平臺(tái)延伸的位置恢復(fù)元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)，其中，至少一個(gè)位置恢復(fù)元件是聯(lián)結(jié)到第二聯(lián)接機(jī)構(gòu)的第二端的復(fù)位彈簧；超控彈簧聯(lián)結(jié)到復(fù)位彈簧；并且致動(dòng)器聯(lián)結(jié)到超控彈簧。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)，其中，至少一個(gè)位置恢復(fù)元件是根據(jù)剪式聯(lián)接機(jī)構(gòu)的第二端相對(duì)于第二平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)張力聯(lián)結(jié)的彈簧。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)，其中，至少一個(gè)位置恢復(fù)元件是根據(jù)剪式聯(lián)接機(jī)構(gòu)的第二端相對(duì)于第二平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)的壓縮聯(lián)結(jié)的彈簧。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)，還包括: 從第二平臺(tái)中的開(kāi)口延伸并且聯(lián)結(jié)到剪式聯(lián)接機(jī)構(gòu)的軸，其中，剪式聯(lián)接機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生軸相對(duì)于開(kāi)口的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)，軸包括撓性軸部分、纜索部分、中空軸部分或撓性聯(lián)接機(jī)構(gòu)部分中的一個(gè)或多個(gè)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)，還包括:能夠用在計(jì)算機(jī)輔助外科中的工具承載的追蹤裝置；和 工具承載的追蹤裝置內(nèi)的部件，其能夠?qū)⑤S相對(duì)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛迷谟?jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)中的信號(hào)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)，其中，所述部件是編碼器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)，其中，所述信號(hào)涉及由觸發(fā)器操作的外科工具的操作。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)，其中，所述部件還包括致動(dòng)器，致動(dòng)器向軸施加運(yùn)動(dòng)，以影響第一平臺(tái)和第二平臺(tái)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)，其中，所述致動(dòng)器能夠在計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)過(guò)程中響應(yīng)于與控制外科工具的操作有關(guān)的信號(hào)向軸施加運(yùn)動(dòng)。
20.一種用在計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)中的參考框架，包括: 框架，其具有由周邊界定的表面； 從框架延伸的桿； 在桿上的聯(lián)結(jié)件； 基部，其具有能夠接合與手術(shù)有關(guān)的外科區(qū)域內(nèi)的解剖結(jié)構(gòu)的一部分的第一表面和用以與聯(lián)結(jié)件接合的第二表面。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的參考框架，還包括: 在聯(lián)結(jié)件上的至少一個(gè)配準(zhǔn)元件和在第二表面上的至少一個(gè)配準(zhǔn)元件，其中，當(dāng)聯(lián)結(jié)件接合到第二表面時(shí)，配準(zhǔn)元件能夠配合協(xié)作。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的參考框架，還包括: 在聯(lián)結(jié)件上的多個(gè)配準(zhǔn)元件；和 在第二表面上的多個(gè)配準(zhǔn)元件，其中，聯(lián)結(jié)件上的配準(zhǔn)元件的一部分在與第二表面上的配準(zhǔn)元件的一部分接合時(shí)將框架在外科區(qū)域內(nèi)沿第一取向取向。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的參考框架，其中，第二表面中的聯(lián)結(jié)件之間用以接合所述多個(gè)配準(zhǔn)元件中的其它配準(zhǔn)元件的運(yùn)動(dòng)將框架在外科區(qū)域內(nèi)沿不同的第二取向定位。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的參考框架，其中，第一取向是用在外科預(yù)先計(jì)劃中的已知位置。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的參考框架，其中，第二取向是用在外科預(yù)先計(jì)劃中的已知位置。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的參考框架，基部還包括:沿著第一表面的至少一部分以增強(qiáng)與解剖結(jié)構(gòu)的部分接合的鋸齒形邊緣。
27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的參考框架，基部還包括:能夠用于固定元件的至少一個(gè)孔□。
28.根據(jù)權(quán)利要求20所述的參考框架，其中，固定元件是銷、螺釘、釘子或外科釘中的一種或多種。
29.根據(jù)權(quán)利要求20所述的參考框架，其中，基部第一表面包括與解剖部位互補(bǔ)的曲度，基部第一表面在外科手術(shù)過(guò)程中通過(guò)或不通過(guò)粘合物質(zhì)或螺釘或其它類型的緊固裝置附加到解剖部位上。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的參考框架，其中，所述曲度與包括為促成外科手術(shù)而暴露的解剖結(jié)構(gòu)的骨部分的解剖部位互補(bǔ)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的參考框架，其中，解剖結(jié)構(gòu)的骨部分鄰近于作為外科手術(shù)的目標(biāo)的關(guān)節(jié)。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的參考框架，其中，所述關(guān)節(jié)是膝、肩、腕、踝、髖或椎骨中的一種。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的參考框架，其中，解剖結(jié)構(gòu)的骨部分是鄰近膝關(guān)節(jié)的股骨的一部分。
34.根據(jù)權(quán)利要求30所述的參考框架，其中，解剖結(jié)構(gòu)的骨部分是鄰近膝關(guān)節(jié)的脛骨的一部分。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的參考框架，其中，鄰近膝關(guān)節(jié)的脛骨的所述部分包括脛骨粗隆的一部分。
36.根據(jù)權(quán)利要求20所述的參考框架，還包括: 在框架上的周邊內(nèi)成陣列的一個(gè)或多個(gè)有源或無(wú)源基準(zhǔn)元件的型式。
37.根據(jù)權(quán)利要求20所述的參考框架，還包括: 具有框架和從框架延伸的桿的參考框架引導(dǎo)件，其中，桿具有能夠與解剖特征接合以輔助參考框架的布置的曲度或形狀。
38.根據(jù)權(quán)利要求34所述的參考框架，參考框架引導(dǎo)件還包括:沿著框架的一個(gè)或多個(gè)接合元件，用于與參考框架的周邊或一部分暫時(shí)接合，以允許與參考框架相聯(lián)的基部的適當(dāng)定位和調(diào)節(jié)。
39.根據(jù)權(quán)利要求34所述的參考框架，其中，解剖特征是骨解剖結(jié)構(gòu)的一部分。
40.根據(jù)權(quán)利要 求39所述的參考框架，其中，骨解剖結(jié)構(gòu)的所述部分涉及桿相對(duì)于髁的布置。
41.根據(jù)權(quán)利要求38所述的參考框架，其中，參考框架引導(dǎo)件中的參考框架作為用在外科環(huán)境中的單個(gè)單元提供，其中，一個(gè)或多個(gè)接合元件被設(shè)計(jì)為在用以定位參考框架之后拆去。
42.根據(jù)權(quán)利要求20或37所述的參考框架，還包括: 能夠保持聯(lián)結(jié)件和第二表面的相對(duì)位置和取向的安裝聯(lián)結(jié)件。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的參考框架，其中，安裝聯(lián)結(jié)件設(shè)置在參考框架中，使得當(dāng)安裝聯(lián)結(jié)件配合到基部時(shí)，安裝聯(lián)結(jié)件位于參考框架的內(nèi)部部分中。
44.根據(jù)權(quán)利要求42所述的參考框架，其中，安裝聯(lián)結(jié)件設(shè)置在參考框架中，使得當(dāng)安裝聯(lián)結(jié)件附接到參考框架時(shí)，安裝聯(lián)結(jié)件基本上或完全環(huán)繞聯(lián)結(jié)件和第二表面之間的配合接觸區(qū)域。
45.一種在外科區(qū)域內(nèi)執(zhí)行計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)的方法，包括: 將第一參考框架附接在外科區(qū)域內(nèi)的第一位置處； 將第二參考框架附接在外科區(qū)域內(nèi)的第二位置處；以及 在保持從第一參考框架和第二參考框架獲得的在計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)過(guò)程中使用的定位信息的同時(shí)，使用外科工具開(kāi)始手術(shù)的實(shí)際步驟。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，還包括: 在保持從附接到解剖結(jié)構(gòu)的分段的第一參考框架和/或第二參考框架獲得的在計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)過(guò)程中使用的定位信息的同時(shí)，在手術(shù)的步驟過(guò)程中或作為手術(shù)的一部分調(diào)節(jié)外科工具相對(duì)于解剖結(jié)構(gòu)的分段的位置。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其中，解剖結(jié)構(gòu)的分段包括骨。
48.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，還包括: 在保持從第一參考框架和/或第二參考框架獲得的在計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)過(guò)程中使用的定位信息的同時(shí)，在手術(shù)的步驟過(guò)程中或作為手術(shù)的一部分懸停外科工具。
49.根據(jù)權(quán)利要求45、46和48中任一項(xiàng)所述的方法，其中，開(kāi)始、調(diào)節(jié)或懸停步驟中的一個(gè)或多個(gè)在促成膝上的計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)的一個(gè)或多個(gè)步驟中執(zhí)行。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，膝上的計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)的一個(gè)或多個(gè)步驟包括:制造遠(yuǎn)端外側(cè)媒切口、制造遠(yuǎn)端內(nèi)側(cè)媒切口、制造如部切口、制造后部外側(cè)媒切口、制造后部?jī)?nèi)側(cè)媒切口、制造如部倒角切口、制造后部外側(cè)媒倒角切口、制造后部?jī)?nèi)側(cè)媒倒角切口、制造股骨箱式切口、在外科部位的一部分中鉆出孔以及制造脛骨切口。
51.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，還包括: 使用第一參考框架和第二參考框架開(kāi)始手術(shù)的附加實(shí)際步驟。
52.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，第一位置在股骨的一部分上，第二位置在脛骨的一部分上，手術(shù)是全膝置換，還包括: 在基本上所有的手術(shù)步驟過(guò)程中使用從第一參考框架和/或第二參考框架獲得的位置信息。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，還包括: 在實(shí)際外科步驟開(kāi)始時(shí)使用從第一參考框架和第二參考框架獲得的位置信息，并且之后僅使用來(lái)自第一參考框架或第二參考框架之一的位置信息。
54.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，附接步驟包括將參考框架的一部分通過(guò)粘結(jié)、膠粘、釘接、懸掛、螺絲接合或釘合中的一種或多種附接到外科區(qū)域內(nèi)的解剖部位。
55.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，還包括: 在附接步驟完成之后保持第一參考框架和第二參考框架分別處于第一位置和第二位置的同時(shí)，改變參考框架的一部分相對(duì)于外科區(qū)域的取向，并且之后將來(lái)自改變的取向的位置信息用于計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)的一部分。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其中，將與第一參考框架和第二參考框架在初始取向和改變的取向中的取向有關(guān)的位置信息用作用于計(jì)算機(jī)輔助外科的預(yù)先計(jì)劃的過(guò)程的一部分。
57.一種工具承載的追蹤和引導(dǎo)裝置，包括: 外殼，其具有用于與外科工具的一部分可釋放接合的表面； 第一照相機(jī)和第二照相機(jī)，其處于第一照相機(jī)和第二照相機(jī)均提供用于觀察為計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)選擇的基本上所有的外科區(qū)域所選擇的圖像輸出的布置中； 投影機(jī)，其能夠至少部分地在觀察的外科區(qū)域內(nèi)提供輸出；以及 在外殼內(nèi)的電子圖像處理器，其能夠接收來(lái)自兩個(gè)照相機(jī)中的每個(gè)的輸出并且使用來(lái)自兩個(gè)照相機(jī)中的每個(gè)的輸出的至少一部分執(zhí)行圖像處理操作，以用在計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)中。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，其中，第一照相機(jī)和第二照相機(jī)的觀察區(qū)域內(nèi)的圖像目標(biāo)距第一照相機(jī)和第二照相機(jī)大約70mm到大約200mm。
59.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，其中，第一照相機(jī)和第二照相機(jī)的觀察區(qū)域內(nèi)的圖像目標(biāo)距第一照相機(jī)和第二照相機(jī)大約50mm-250mm。
60.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，其中，用于與外科工具的一部分可釋放接合的表面被成形為與外科工具的所述部分或被選擇用于與外殼接合的修改的外科工具的一部分形成互補(bǔ)弧形。
61.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置,其中，外科工具的所述部分被修改為適應(yīng)與外殼表面可釋放接合。
62.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，其中，用于與外科工具的一部分可釋放接合的表面能夠使得，當(dāng)表面聯(lián)結(jié)到外科工具時(shí)，外科工具的活動(dòng)區(qū)段的至少一部分位于水平觀察區(qū)域和豎直觀察區(qū)域內(nèi)。
63.根據(jù)權(quán)利要求62所述的裝置，其中，外科工具的活動(dòng)區(qū)段的所述至少一部分是在計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)過(guò)程中使用的基本上所有的外科工具活動(dòng)元件。
64.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，其中，投影機(jī)輸出基本上完全在水平觀察區(qū)域和豎直觀察區(qū)域內(nèi)。
65.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，其中，第一照相機(jī)的視軸線和第二照相機(jī)的視軸線相對(duì)于通常平行于外殼或附接到外殼的外科工具的縱向軸線的線朝向彼此傾斜。
66.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，其中，第一照相機(jī)的視軸線和第二照相機(jī)的視軸線相對(duì)于通常平行于外殼的縱向軸線的線以大約0°到大約20°之間的角度傾斜。
67.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，其中，第一照相機(jī)的視軸線和第二照相機(jī)的視軸線相對(duì)于通常平行于與聯(lián)結(jié)到外殼的外科工具相聯(lián)的器械的縱向軸線的線以大約0°到大約20°之間的角度傾斜。
68.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，其中，投影機(jī)定位在外殼中。
69.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，其中，投影機(jī)定位在外殼中并且來(lái)自投影機(jī)的輸出處于第一照相機(jī)和第二照相機(jī)之間的位置。
70.根據(jù)權(quán)利要求69所述的裝置，其中，來(lái)自投影機(jī)的輸出更靠近第一照相機(jī)或第二照相機(jī)之一。
71.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，其中，來(lái)自投影機(jī)的輸出被投射，以出現(xiàn)在與附接到外殼的外科工具相聯(lián)的工具前面。
72.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，其中，來(lái)自投影機(jī)的輸出被投射在與附接到外殼的外科工具相聯(lián)的活動(dòng)元件上或其附近。
73.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，其中，來(lái)自投影機(jī)的輸出能夠投射在患者解剖結(jié)構(gòu)的一部分上，或投射在外科場(chǎng)景中的外科區(qū)域表面上或其內(nèi)。
74.根據(jù)權(quán)利要求73所述的裝置，其中，解剖結(jié)構(gòu)的一部分是骨。
75.根據(jù)權(quán)利要求73所述的裝置，其中，調(diào)整的輸出被調(diào)節(jié)用于解剖結(jié)構(gòu)的曲度、粗糙度或狀態(tài)。
76.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，其中，投影機(jī)定位在外殼中包含第一照相機(jī)和第二照相機(jī)的平面之上。
77.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，其中，投影機(jī)定位在外殼中包含第一照相機(jī)和第二照相機(jī)的平面之下。
78.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，其中，當(dāng)外科工具聯(lián)結(jié)到外殼時(shí)，穿過(guò)照相機(jī)的軸線的水平觀察區(qū)域通常平行于由穿過(guò)外科工具的活動(dòng)元件的軸線的水平平面限定的平面或者與該平面成銳角。
79.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，還包括: 在外殼上的顯不器。
80.根據(jù)權(quán)利要求79所述的裝置，其中，顯示器能夠提供包括來(lái)自根據(jù)權(quán)利要求109至149中任一項(xiàng)所述的OTT CAS處理步驟的信息的視覺(jué)輸出。
81.根據(jù)權(quán)利要求79所述的裝置，顯示器能夠作為用于工具承載的追蹤裝置的使用者的輸入裝置。
82.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，其中，投影機(jī)定位在外殼內(nèi)的傾斜基部上。
83.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，其中，投影機(jī)是微型投影機(jī)。
84.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，其中，投影機(jī)輸出以激光的形式提供。
85.根據(jù)權(quán)利要求57所 述的裝置，其中，外科工具的所述部分被選擇成使得在與外科工具一起使用時(shí)，照相機(jī)和投影機(jī)定位在與外科工具相聯(lián)的活動(dòng)元件之上。
86.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，其中，外科工具的一部分被選擇成使得在與外科工具一起使用時(shí)，照相機(jī)和投影機(jī)定位在與外科工具相聯(lián)的活動(dòng)元件之下或其一側(cè)。
87.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，還包括: 在外殼內(nèi)的通信元件，其能夠向與外殼分離的部件提供與圖像處理操作有關(guān)的信息。
88.根據(jù)權(quán)利要求87所述的裝置，其中，通信元件向與外殼分離的部件無(wú)線地提供信息和無(wú)線地提供來(lái)自與外殼分離的部件的信息。
89.根據(jù)權(quán)利要求87所述的裝置，其中，通信元件經(jīng)由有線連接向與外殼分離的部件提供信息。
90.根據(jù)權(quán)利要求87所述的裝置，其中，與外殼分離的部件是在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中包含與來(lái)自使用外科工具活動(dòng)區(qū)段的計(jì)算機(jī)輔助外科的信息的使用有關(guān)的指令的計(jì)算機(jī)。
91.根據(jù)權(quán)利要求87所述的裝置，其中，外殼內(nèi)的通信元件能夠向與外殼分離的部件提供與圖像處理操作有關(guān)的信息。
92.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，還包括: 在外殼內(nèi)的通信元件，其能夠接收并向投影機(jī)提供指令，以至少部分地在第一照相機(jī)和第二照相機(jī)的觀察區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生輸出，輸出包括與利用來(lái)自電子圖像處理器操作的輸出執(zhí)行的計(jì)算機(jī)輔助外科處理步驟有關(guān)的至少一個(gè)可視覺(jué)察覺(jué)的指示。
93.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，還包括: 具有觸發(fā)器和通過(guò)觸發(fā)器的操作控制的活動(dòng)元件的外科工具，其中，外殼與外科工具以可釋放接合方式附接。
94.根據(jù)權(quán)利要求93所述的裝置，其中，第一照相機(jī)和第二照相機(jī)布置提供包含活動(dòng)元件的至少一部分的豎直觀察區(qū)域和水平觀察區(qū)域。
95.根據(jù)權(quán)利要求93所述的裝置，其中，水平觀察區(qū)域和豎直觀察區(qū)域被選擇用于觀察包含基本上整個(gè)活動(dòng)元件的體積。
96.根據(jù)權(quán)利要求93所述的裝置，其中，穿過(guò)照相機(jī)的軸線的水平觀察區(qū)域通常平行于由穿過(guò)活動(dòng)元件的軸線的水平平面限定的平面或者與其成銳角。
97.根據(jù)權(quán)利要求93所述的裝置，其中，第一照相機(jī)和第二照相機(jī)布置在外殼內(nèi)，以便置于活動(dòng)區(qū)段的縱向軸線的任一側(cè)上。
98.根據(jù)權(quán)利要求93所述的裝置，其中，第一照相機(jī)和第二照相機(jī)朝向活動(dòng)區(qū)段的縱向軸線傾斜。
99.根據(jù)權(quán)利要求93所述的裝置，其中，投影機(jī)定位在外殼中且與活動(dòng)區(qū)段的縱向軸線基本上水平對(duì)準(zhǔn)。
100.根據(jù)權(quán)利要求93所述的裝置，其中，投影機(jī)定位在外殼中且相對(duì)于活動(dòng)區(qū)段的縱向軸線成有角度的會(huì)聚關(guān)系。
101.根據(jù)權(quán)利要求93所述的裝置，還包括:配置在裝置內(nèi)以控制工具的操作的電子、通信和軟件部件。
102.根據(jù)權(quán)利要求93所述的裝置，還包括:能夠與觸發(fā)器協(xié)作的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)。
103.根據(jù)權(quán)利要求93所述的裝置，還包括:能夠替代外科工具觸發(fā)器的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)。
104.根據(jù)權(quán)利要求102所述的裝置，觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)還包括聯(lián)結(jié)到機(jī)構(gòu)內(nèi)的剪式聯(lián)接機(jī)構(gòu)的至少一個(gè)位置 恢復(fù)元件。
105.根據(jù)權(quán)利要求102所述的裝置，觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)還包括聯(lián)結(jié)到機(jī)構(gòu)內(nèi)的剪式聯(lián)接機(jī)構(gòu)的至少一個(gè)限制元件，以便機(jī)構(gòu)可控制地改變聯(lián)接機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)范圍或響應(yīng)性。
106.根據(jù)權(quán)利要求102所述的裝置，觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)能夠布置在觸發(fā)器旁邊。
107.根據(jù)權(quán)利要求102所述的裝置，觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)能夠布置在觸發(fā)器上方。
108.根據(jù)權(quán)利要求102所述的裝置，其中，機(jī)構(gòu)的動(dòng)作特征被通信到外殼內(nèi)的部件。
109.一種使用具有附接到其上的工具承載的追蹤裝置的手持式外科器械來(lái)執(zhí)行計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)的方法，方法包括: 利用工具承載的追蹤裝置收集并處理計(jì)算機(jī)輔助外科數(shù)據(jù)； 在計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)過(guò)程中實(shí)時(shí)評(píng)估數(shù)據(jù)； 利用工具承載的追蹤裝置執(zhí)行選自以下各項(xiàng)中的至少兩項(xiàng)的與CAS有關(guān)的操作: 控制工具的操作，控制工具的速度并且向使用者提供與CAS步驟有關(guān)的引導(dǎo)； 控制工具的操作或速度，或者向使用者提供引導(dǎo)以調(diào)節(jié)工具的速度；以及 向外科器械的使用者提供與評(píng)估步驟有關(guān)的輸出。
110.根據(jù)權(quán)利要求109所述的方法，提供步驟還包括:顯示、投射或指示與計(jì)算機(jī)輔助外科處理步驟有關(guān)的輸出中的一種或多種。
111.根據(jù)權(quán)利要求110所述的方法，其中，提供步驟基本上通過(guò)附接到外科器械的工具承載的追蹤裝置提供給使用者。
112.根據(jù)權(quán)利要求109所述的方法，提供步驟的輸出還包括觸覺(jué)指示、觸感指示、聽(tīng)覺(jué)指示或視覺(jué)指示中的一種或多種。
113.根據(jù)權(quán)利要求112所述的方法，其中，觸覺(jué)指示包括溫度指示。
114.根據(jù)權(quán)利要求112所述的方法,其中,觸感指示包括力指示或振動(dòng)指示。
115.根據(jù)權(quán)利要求112所述的方法，其中，提供輸出步驟通過(guò)工具承載的追蹤裝置的部件執(zhí)行。
116.根據(jù)權(quán)利要求109所述的方法，評(píng)估步驟還包括從工具承載的追蹤裝置接收的數(shù)據(jù)和利用計(jì)算機(jī)輔助外科計(jì)劃提供的數(shù)據(jù)的比較。
117.根據(jù)權(quán)利要求109所述的方法，其中，在評(píng)估步驟過(guò)程中執(zhí)行的數(shù)據(jù)處理步驟基于從工具承載的追蹤裝置接收的信息調(diào)整。
118.根據(jù)權(quán)利要求117所述的方法，其中，信息與來(lái)自所涉及的外科區(qū)域信息的視覺(jué)數(shù)據(jù)、來(lái)自工具承載的追蹤裝置上的傳感器的數(shù)據(jù)、關(guān)于外科器械的操作特征獲得的數(shù)據(jù)中的一種或多種有關(guān)。
119.根據(jù)權(quán)利要求109所述的方法，其中，輸出是自動(dòng)地產(chǎn)生以響應(yīng)于評(píng)估步驟的結(jié)果調(diào)節(jié)外科工具的性能參數(shù)的控制信號(hào)。
120.根據(jù)權(quán)利要求119所述的方法，其中，性能參數(shù)包括修改工具切割速度或停止工具操作，提供步驟的輸出還包括用以控制動(dòng)力工具的操作(修改切割速度和/或停止其)的電子元器件。
121.根據(jù)權(quán)利要求109所述的方法，還包括: 基于評(píng)估步驟的結(jié)果確定計(jì)算機(jī)輔助外科處理模式。
122.根據(jù)權(quán)利要求121所述的方法，其中，確定步驟基于以下各項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)的評(píng)定:外科區(qū)域內(nèi)的物理參數(shù)，諸如經(jīng)過(guò)附接有參考框架在區(qū)域內(nèi)追蹤的元件的位置或位置組合，參考框架輸入、帶投影的圖像，從傳感器檢測(cè)的動(dòng)作，來(lái)自計(jì)算的動(dòng)作檢測(cè)，計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù) 的總進(jìn)展，與之前準(zhǔn)備的計(jì)算機(jī)輔助外科計(jì)劃的測(cè)量或預(yù)測(cè)偏差。
123.根據(jù)權(quán)利要求121所述的方法，其中，確定步驟選擇許多預(yù)定處理模式中的一個(gè)。
124.根據(jù)權(quán)利要求123所述的方法，其中，預(yù)定處理模式是懸停模式、部位接近模式和實(shí)際步驟模式。
125.根據(jù)權(quán)利要求124所述的方法，其中，預(yù)定處理模式是懸停模式，并且從工具承載的追蹤裝置接收的數(shù)據(jù)利用懸停模式CAS算法處理。
126.根據(jù)權(quán)利要求125所述的方法，提供步驟包括作為將懸停模式CAS算法應(yīng)用于使用工具承載的追蹤裝置接收的數(shù)據(jù)的結(jié)果產(chǎn)生的輸出。
127.根據(jù)權(quán)利要求124所述的方法，其中，預(yù)定處理模式是部位接近模式，并且從工具承載的追蹤裝置接收的數(shù)據(jù)利用部位接近模式CAS算法處理。
128.根據(jù)權(quán)利要求127所述的方法，提供步驟包括作為將部位接近模式CAS算法應(yīng)用于使用工具承載的追蹤裝置接收的數(shù)據(jù)的結(jié)果產(chǎn)生的輸出。
129.根據(jù)權(quán)利要求124所述的方法，其中，預(yù)定處理模式是實(shí)際步驟模式，并且從工具承載的追蹤裝置接收的數(shù)據(jù)利用實(shí)際步驟模式CAS算法處理。
130.根據(jù)權(quán)利要求129所述的方法，提供步驟包括作為將實(shí)際步驟模式CAS算法應(yīng)用于使用工具承載的追蹤裝置接收的數(shù)據(jù)的結(jié)果產(chǎn)生的輸出。
131.根據(jù)權(quán)利要求123所述的方法，其中，預(yù)定處理模式中的每個(gè)調(diào)節(jié)由計(jì)算機(jī)輔助外科計(jì)算機(jī)或在工具承載的追蹤裝置上的處理系統(tǒng)采用的一個(gè)或多個(gè)處理因素。
132.根據(jù)權(quán)利要求131所述的方法，其中，OTTCAS處理模式因素選自以下各項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng):照相機(jī)幀尺寸；0ΤΤ照相機(jī)取向；根據(jù)希望的調(diào)節(jié)對(duì)照相機(jī)軟件程序或固件的調(diào)節(jié)；為修改照相機(jī)的水平觀察區(qū)域、豎直觀察區(qū)域、或水平觀察區(qū)域和豎直觀察區(qū)域內(nèi)感興趣的區(qū)域的尺寸對(duì)OTT照相機(jī)或其它照相機(jī)圖像輸出的調(diào)節(jié)；用于可調(diào)節(jié)照相機(jī)鏡頭調(diào)節(jié)或定位的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；圖像幀率；圖像輸出質(zhì)量；刷新率；抓幀率；參考框架二 ；參考框架一；開(kāi)啟參考框架基準(zhǔn)選擇；關(guān)閉參考框架基準(zhǔn)選擇；視覺(jué)光譜處理；IR光譜處理；反射光譜處理；LED或照明光譜處理；外科工具馬達(dá)/致動(dòng)器速度和方向，總的CAS手術(shù)進(jìn)展；具體CAS步驟進(jìn)展；圖像數(shù)據(jù)陣列修改；OTT微型投影機(jī)刷新率；ΟΤΤ微型投影機(jī)準(zhǔn)確度；一種或多種圖像分段技術(shù)；基于CAS進(jìn)展的圖像部分的一種或多種基于邏輯的提??；信噪比調(diào)節(jié)；一種或多種圖像放大處理；一種或多種圖像過(guò)濾處理；將加權(quán)平均或其它因素應(yīng)用于圖像速率、像素或子像素視覺(jué)處理的動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)加強(qiáng)或減?。皇终痤澭a(bǔ)償；基于來(lái)自O(shè)TT獨(dú)自或以任何組合的信息針對(duì)鋸子、鉆子或其它電氣外科工具和振動(dòng)補(bǔ)償過(guò)程的基于器械的噪聲補(bǔ)償。
133.根據(jù)權(quán)利要求123所述的方法，其中，輸出是基于預(yù)定處理模式之一的選擇的結(jié)果調(diào)節(jié)的。
134.根據(jù)權(quán)利要求133所述的方法，其中，輸出是利用工具承載的追蹤裝置中的投影機(jī)提供給使用者的。
135.根據(jù)權(quán)利要求134所述的方法，其中，投影機(jī)輸出是基于在投影機(jī)輸出的顯示過(guò)程中呈現(xiàn)的外科部位的物理特征調(diào)節(jié)的。
136.根據(jù)權(quán)利要求135所述的方法，其中，物理特征是對(duì)投影機(jī)輸出可用的尺寸的部分的形狀、投影機(jī)投射的區(qū)域中的分布和投影機(jī)向可用于投影機(jī)輸出的部位的部分的取向中的一種或多種。
137.根據(jù)權(quán)利要求134所述的方法，其中，投影機(jī)輸出包括在外科工具用在外科部位中的同時(shí)外科工具的使用者能夠看見(jiàn)的信息。
138.根據(jù)權(quán)利要求134所述的方法，其中，投影機(jī)輸出包括外科工具的使用者能夠看見(jiàn)以指示與外科工具的活動(dòng)元件根據(jù)外科計(jì)劃在外科區(qū)域內(nèi)的定位有關(guān)的位置、相對(duì)動(dòng)作、取向或其它導(dǎo)向參數(shù)的信息。
139.根據(jù)權(quán)利要求109至138中任一項(xiàng)所述的方法，其中，向使用者輸出CAS輸出的步驟作為在與膝有關(guān)的外科手術(shù)過(guò)程中執(zhí)行的上述步驟之一的結(jié)果變化。
140.根據(jù)權(quán)利要求109至138中任一項(xiàng)所述的方法，提供輸出的步驟還包括:在系統(tǒng)屏幕上、在OTT或移動(dòng)裝置屏幕上的⑶I界面上顯示輸出。
141.根據(jù)權(quán)利要求109至139中任一項(xiàng)所述的方法，其中，OTTCAS處理技術(shù)或輸出作為在與膝有關(guān)的外科手術(shù)過(guò)程中執(zhí)行的上述步驟之一的結(jié)果修改。
142.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，作為使用者執(zhí)行在膝上的計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)的一個(gè)或多個(gè)步驟的結(jié)果，向使用者輸出CAS輸出的步驟變化并且OTT CAS處理技術(shù)或輸出修改，所述一個(gè)或多個(gè)步驟包括:制造股骨遠(yuǎn)端外側(cè)髁切口、制造股骨遠(yuǎn)端內(nèi)側(cè)髁切口、制造股骨遠(yuǎn)端前部切口、制造股骨遠(yuǎn)端后部外側(cè)髁切口、制造股骨遠(yuǎn)端后部?jī)?nèi)側(cè)髁切口、制造股骨遠(yuǎn)端前部倒角切口、制造股骨遠(yuǎn)端后部外側(cè)髁倒角切口、制造股骨遠(yuǎn)端后部?jī)?nèi)側(cè)媒倒角切口、制造胚骨近端切口。
143.根據(jù)權(quán)利要求109至139中任一項(xiàng)所述的方法，其中，作為使用者執(zhí)行在膝上的計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)的一個(gè)或多個(gè)步驟的結(jié)果，向使用者輸出CAS輸出的步驟變化并且OTTCAS處理技術(shù)或輸出修改，所述一個(gè)或多個(gè)步驟包括:制造股骨遠(yuǎn)端外側(cè)髁切口、制造股骨遠(yuǎn)端內(nèi)側(cè)髁切口、制造股骨遠(yuǎn)端前部切口、制造股骨遠(yuǎn)端后部外側(cè)髁切口、制造股骨遠(yuǎn)端后部?jī)?nèi)側(cè)髁切口、制造股骨遠(yuǎn)端前部倒角切口、制造股骨遠(yuǎn)端后部外側(cè)髁倒角切口、制造股骨遠(yuǎn)端后部?jī)?nèi)側(cè)髁倒角切口、制造股骨遠(yuǎn)端箱式切口(當(dāng)需要時(shí))、鉆出股骨遠(yuǎn)端固定柱的腔、制造脛骨近端切口、制造脛骨龍骨近端切口或鉆出脛骨龍骨近端的孔。
144.根據(jù)權(quán)利要求109至138中任一項(xiàng)所述的方法，其中，向使用者輸出CAS輸出的步驟作為在與肩、髖、踝、椎骨或肘中的一個(gè)有關(guān)的外科手術(shù)過(guò)程中執(zhí)行的上述步驟中的一個(gè)步驟的結(jié)果變化。
145.根據(jù)權(quán)利要求109至139中任一項(xiàng)所述的方法，其中，OTTCAS處理技術(shù)或輸出作為在與肩、髖、踝、椎骨或肘中的一個(gè)有關(guān)的外科手術(shù)過(guò)程中執(zhí)行的上述步驟中的一個(gè)步驟的結(jié)果修改。
146.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，利用工具承載的追蹤裝置內(nèi)的處理系統(tǒng)執(zhí)行評(píng)估數(shù)據(jù)的步驟。
147.根據(jù)權(quán)利要求146所述的方法，其中，存在包含在與OTTCAS處理步驟的性能有關(guān)的處理系統(tǒng)能夠訪問(wèn)的電子存儲(chǔ)器內(nèi)的電子指令。
148.根據(jù)權(quán)利要求109至145中任一項(xiàng)所述的方法，其中，利用與工具承載的追蹤裝置通信的處理系 統(tǒng)執(zhí)行評(píng)估數(shù)據(jù)的步驟。
149.根據(jù)權(quán)利要求148所述的方法，其中，存在包含在與OTTCAS處理步驟的性能有關(guān)的處理系統(tǒng)能夠訪問(wèn)的電子存儲(chǔ)器內(nèi)的電子指令。
150.一種用于執(zhí)行計(jì)算機(jī)輔助外科的系統(tǒng)，包括: 外科工具，其具有對(duì)應(yīng)于工具的外科功能的活動(dòng)元件； 工具承載的追蹤裝置，其利用能夠與外科工具的至少一部分接合的外殼聯(lián)結(jié)到工具； 外殼中的至少一個(gè)照相機(jī)，其能夠獲得與外科工具和外科區(qū)域有關(guān)的圖像信息； 外殼中的投影機(jī)，其能夠在外科工具的活動(dòng)元件上或附近提供投射的輸出； 計(jì)算機(jī)，其具有存儲(chǔ)在電子存儲(chǔ)器內(nèi)用于利用至少部分地從工具承載的追蹤裝置獲得的數(shù)據(jù)執(zhí)行計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)并且提供在外科步驟過(guò)程中使用的輸出的計(jì)算機(jī)可讀指令。
151.根據(jù)權(quán)利要求150所述的系統(tǒng)，投影機(jī)還包括以下各項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng):在患者解剖結(jié)構(gòu)的一部分上投射輸出的投射能力，外科場(chǎng)景內(nèi)的表面，電子裝置，或投影機(jī)輸出范圍內(nèi)的其它目標(biāo)。
152.根據(jù)權(quán)利要求150所述的系統(tǒng)，其中，計(jì)算機(jī)在外殼中。
153.根據(jù)權(quán)利要求150所述的系統(tǒng)，其中，計(jì)算機(jī)與工具承載的追蹤裝置分離并且經(jīng)由有線或無(wú)線連接進(jìn)行連接。
154.根據(jù)權(quán)利要求150所述的系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)可讀指令還包括用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求109至149的方法的任一種的指令。
155.根據(jù)權(quán)利要求150或152所述的系統(tǒng)，工具承載的追蹤裝置具有根據(jù)權(quán)利要求57至108中任一項(xiàng)所述的元件中的一個(gè)或多個(gè)。
156.根據(jù)權(quán)利要求150所述的系統(tǒng)，能夠與根據(jù)權(quán)利要求20至56中任一項(xiàng)所述的一個(gè)或多個(gè)參考框架和相關(guān)方法一起使用。
157.根據(jù)權(quán)利要求150或152所述的系統(tǒng)，能夠與根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項(xiàng)所述的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)結(jié)合使用。
【文檔編號(hào)】A61B17/70GK103764061SQ201280042066
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月27日
【發(fā)明者】H·海德, I·阿爾-沙維, O·A·巴瑞拉 申請(qǐng)人:內(nèi)布拉斯加大學(xué)評(píng)議會(huì)