相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2015年2月2日提交的美國臨時專利申請no.62/110,861的優(yōu)先權(quán)，其通過引用并入本申請。

本發(fā)明涉及一種例如在髖關(guān)節(jié)手術(shù)的計算機輔助手術(shù)(cas)中使用的提供腿長差異和偏移測量的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

在整形手術(shù)例如髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中，腿長差異為腿長度沿著患者的縱軸線在術(shù)前長度和術(shù)中或術(shù)后長度之間的變化。同樣在髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中，偏移為腿部在髖關(guān)節(jié)處沿著患者的內(nèi)外軸線(medio-lateralaxis)的平移移位的測量值。這些參數(shù)在髖關(guān)節(jié)手術(shù)中都是緊密相關(guān)的，包括全髖關(guān)節(jié)置換、髖臼杯植入、股骨植入(例如頭部和頸部植入物、表面修復(fù))。因而，需要一種確定腿長差異和偏移的系統(tǒng)和方法，其在微創(chuàng)的同時仍是準(zhǔn)確和精確的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的為提供新式的系統(tǒng)和方法，用于確定腿長差異和偏移以評估髖關(guān)節(jié)整形手術(shù)。

因此，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，提供一種計算機輔助的手術(shù)系統(tǒng)，其用于輸出術(shù)前腿狀況和植入后重新接合的腿狀況之間的腿長差異和偏移中的至少一種，所述計算機輔助的手術(shù)系統(tǒng)包括：至少一個器械；與所述至少一個器械連接的至少一個慣性傳感器單元，所述慣性傳感器單元產(chǎn)生表示其取向的讀數(shù)；計算機輔助的手術(shù)處理器單元，其操作手術(shù)輔助過程并且包括：坐標(biāo)系模塊，其用于當(dāng)所述至少一個器械處于相對于骨盆的給定取向時從所述至少一個慣性傳感器單元的讀數(shù)設(shè)定骨盆坐標(biāo)系；追蹤模塊，其用于在所述至少一個器械移動期間使用來自器械上的所述慣性傳感器單元的讀數(shù)追蹤所述至少一個器械相對于所述骨盆坐標(biāo)系的取向；和幾何關(guān)系數(shù)據(jù)模塊，所述幾何關(guān)系數(shù)據(jù)模塊用于術(shù)前記錄所述至少一個器械的、表示雙腿相對于所述骨盆坐標(biāo)系的內(nèi)外軸線的內(nèi)外取向以及雙腿之間沿著所述內(nèi)外軸線的距離，用于記錄植入物重新接合之后所述內(nèi)外取向和所述距離，并且用于基于上述距離和上述內(nèi)外取向計算腿長差異和偏移中的至少一個；界面，其用于至少輸出術(shù)前腿狀況和植入后重新接合的腿狀況之間的腿長差異或偏移。

此外，根據(jù)第一實施例，所述至少一個器械為卡鉗，所述卡鉗具有本體和配置成與骨盆標(biāo)志抵接的腿部，所述本體具有用于伸展/收縮的平移接頭。

此外，根據(jù)第一實施例，所述至少一個器械支承光源，所述光源發(fā)出相對于所述平移接頭的方向垂直的光束。

此外，根據(jù)第一實施例，所述光源能沿著所述本體移位，當(dāng)所述卡鉗抵靠著所述骨盆標(biāo)志時所述光束為腿對準(zhǔn)標(biāo)記。

此外，根據(jù)第一實施例，所述給定取向具有所述平移接頭的與骨盆的內(nèi)外軸線平行的方向。

此外，根據(jù)第一實施例，踝關(guān)節(jié)夾具有配置成與踝關(guān)節(jié)保持固定的踝關(guān)節(jié)接口以及將所述踝關(guān)節(jié)接口互連的聯(lián)動裝置。

此外，根據(jù)第一實施例，所述聯(lián)動裝置中的標(biāo)尺測量所述距離。

此外，根據(jù)第一實施例，所述聯(lián)動裝置在與雙腿之間的內(nèi)外軸線大致對齊的方向上包括至少平移接頭。

此外，根據(jù)第一實施例，設(shè)置指示器以用于接收所述卡鉗的端部以通過與所述踝關(guān)節(jié)夾抵靠的卡鉗記錄內(nèi)外取向。

此外，根據(jù)第一實施例，所述至少一個器械為髖臼-植入物撞擊器，并且其中，所述撞擊器支承發(fā)出光束的光源，所述光束具有相對于所述撞擊器的縱軸線的已知取向。

此外，根據(jù)第一實施例，所述給定取向使得所述光束照亮所述骨盆的內(nèi)外軸線，所述撞擊器的軸位于所述光束的平面中。

此外，根據(jù)第一實施例，踝關(guān)節(jié)夾具有配置成與踝關(guān)節(jié)保持固定的踝關(guān)節(jié)接口以及將所述踝關(guān)節(jié)接口互連的聯(lián)動裝置，所述踝關(guān)節(jié)夾還包括由所述光束照亮的指示器以記錄所述內(nèi)外取向。

此外，根據(jù)第一實施例，所述聯(lián)動裝置中的標(biāo)尺測量所述距離。

根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，提供一種計算機輔助的手術(shù)系統(tǒng)，其用于輸出術(shù)前腿狀況和植入后重新接合的腿狀況之間的腿長差異和偏移中的至少一種，所述計算機輔助的手術(shù)系統(tǒng)包括：至少一個器械；與所述至少一個器械連接的至少一個慣性傳感器單元，所述慣性傳感器單元產(chǎn)生表示其取向的讀數(shù)；計算機輔助的手術(shù)處理器單元，其操作手術(shù)輔助過程并且包括：坐標(biāo)系模塊，其用于當(dāng)所述至少一個器械處于相對于骨盆的給定取向時從所述至少一個慣性傳感器單元的讀數(shù)設(shè)定骨盆坐標(biāo)系；追蹤模塊，其用于在所述至少一個器械移動期間使用來自器械上的所述慣性傳感器單元的讀數(shù)追蹤所述至少一個器械相對于所述骨盆坐標(biāo)系的取向；和幾何關(guān)系數(shù)據(jù)模塊，所述幾何關(guān)系數(shù)據(jù)模塊用于術(shù)前記錄相對于骨盆坐標(biāo)系的標(biāo)志取向以及所述至少一個器械的第一端與骨盆標(biāo)志抵接且第二端與腿標(biāo)志抵接時的距離，用于記錄植入物重新接合之后所述標(biāo)志取向和所述距離，并且用于基于上述距離和上述標(biāo)志取向計算腿長差異和偏移中的至少一個；界面，其用于至少輸出術(shù)前腿狀況和植入后重新接合的腿狀況之間的腿長差異或偏移。

此外，根據(jù)第二實施例，所述至少一個器械為卡鉗，所述卡鉗具有本體以及配置成與所述骨盆標(biāo)志和所述腿標(biāo)志接觸的腿部，所述本體具有用于伸展/收縮的平移接頭。

此外，根據(jù)第二實施例，所述卡鉗支承光源，所述光源發(fā)出相對于所述平移接頭的方向垂直的光束。

此外，根據(jù)第二實施例，所述給定取向使得所述光束照亮所述骨盆的內(nèi)外軸線。

此外，根據(jù)第二實施例，標(biāo)尺位于所述平移接頭上以獲得所述距離。

此外，根據(jù)第二實施例，所述至少一個器械包括機械測量儀，所述機械測量儀具有本體以及配置成與構(gòu)成所述骨盆標(biāo)志和所述腿標(biāo)志的銷連接的孔，所述本體具有用于伸展/收縮的平移接頭。

此外，根據(jù)第二實施例，標(biāo)尺位于所述平移接頭上以獲得所述距離。

此外，根據(jù)第二實施例，所述至少一個器械包括支承所述慣性傳感器單元的髖臼-植入物撞擊器，并且其中，所述撞擊器支承發(fā)出光束的光源，所述光束具有相對于所述撞擊器的縱軸線的已知取向。

此外，根據(jù)第二實施例，所述給定取向使得所述光束照亮所述骨盆的內(nèi)外軸線，所述撞擊器的軸位于所述光束的平面中。

此外，根據(jù)第二實施例，所述標(biāo)志取向使得所述光束照亮所述機械測量儀的縱軸線，所述撞擊器的軸位于所述光束的平面中。

根據(jù)本發(fā)明的第三實施例，提供一種用于重復(fù)術(shù)前腿狀況和植入后重新接合的腿狀況之間腿對準(zhǔn)的方法，包括：在手術(shù)前患者處于仰臥位時，使用骨盆上的標(biāo)志定向光源以產(chǎn)生與骨盆的橫斷面對準(zhǔn)的光束，將患者的腿中的至少一個定位成與所述光束成一直線，和在骨盆的遠(yuǎn)側(cè)設(shè)定位于患者雙腿上的標(biāo)志；植入后重新接合之后患者處于仰臥位時，重復(fù)所述定向和所述定位，和記錄所述標(biāo)志的移動。

此外，根據(jù)第三實施例，設(shè)定位于患者雙腿上的標(biāo)志包括將來自所述腿中的第一條腿上的標(biāo)志的光束投射到所述腿中的第二條腿上的標(biāo)志上的標(biāo)尺上。

此外，根據(jù)第一實施例，記錄所述標(biāo)志的移動包括至少記錄所述標(biāo)尺上的光束的位移。

此外，根據(jù)第一實施例，記錄所述標(biāo)志的移動包括至少記錄所述標(biāo)志之間的距離變化。

附圖說明

圖1為腿定位技術(shù)期間骨盆上的卡鉗器械的透視圖；

圖2為機械踝關(guān)節(jié)夾上的卡鉗器械的透視圖；

圖3為在相對于骨盆的腿長和偏移測量中使用的撞擊器的透視圖；

圖4為在相對于機械踝關(guān)節(jié)夾的腿長和偏移測量中使用的撞擊器的透視圖；

圖5為帶銷機械測量儀的透視圖；

圖6為帶銷機械測量儀的放大透視圖；

圖7為帶銷機械測量儀和撞擊器的透視圖；

圖8為所述帶銷機械測量儀和撞擊器的透視圖；

圖9為帶銷機械測量儀和卡鉗器械的透視圖；

圖10為卡鉗器械上的標(biāo)尺的放大圖；

圖11為具有光源的機械踝關(guān)節(jié)夾的透視圖；

圖12為機械踝關(guān)節(jié)夾上的標(biāo)尺的放大圖；以及

圖13為根據(jù)本發(fā)明的、通過儀器操作從而計算腿長差異和偏移的計算機輔助的手術(shù)系統(tǒng)的框圖。

具體實施方式

在本發(fā)明中，使用基本的三角學(xué)解決腿長差異和偏移測量。測量腿長差異和/或偏移從而確定患者術(shù)后步態(tài)的數(shù)量、診斷患者的狀況、有助于物理治療、或乃至進行術(shù)中矯正動作、或除此之外的多種其它可能。在髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)中，可在患者身上進行這些測量，或可在骨骼模型或尸體上進行。總的來說，基于來自機械儀器的讀數(shù)獲得距離測量。使用慣性傳感器可有助于實現(xiàn)上述測量的精確性和準(zhǔn)確性。例如，如圖1所示，可使用卡鉗器械10。美國專利公布文獻no.2014/0031829(其通過引用并入本申請)記載了卡鉗器械10，其使用了慣性傳感器技術(shù)。

如圖1所示，卡鉗器械10可用作骨骼數(shù)字化系統(tǒng)中的骨骼數(shù)字化裝置的一部分，以便在手術(shù)中相對于骨骼創(chuàng)建用于后續(xù)工具導(dǎo)航的參照系，例如基于骨盆的內(nèi)外軸線的確定。器械10被稱為卡鉗，因為其以可相對于彼此例如以伸縮方式移動的一對腿部12為特征。表述“卡鉗”的使用是非限制性的?？梢允褂萌魏纹渌线m的表述來描述器械10，例如內(nèi)外數(shù)字化裝置。

在圖示實施例中，圖1的腿部12均包括平移接頭13從而沿著y軸是可伸展或可收縮的。譬如，平移接頭13可以是滑動接頭、伸縮接頭、移動接頭(prismaticjoint)、分度接頭(indexingjoint)等中的任一者。作為替代，可以只有單一腿部具有接頭。還可以考慮使用旋轉(zhuǎn)接頭來替代平移接頭13，旋轉(zhuǎn)接頭的軸線與卡鉗器械10的平面垂直。通常提供鎖定機構(gòu)，以鎖定平移接頭13，并因此將腿部12設(shè)定在選定的長度。每個腿部12的自由端具有抵接端14，根據(jù)卡鉗器械10將要接觸的骨骼或身體部位的類型，可以為抵接端14考慮任何合適的形狀，例如平坦接觸面、盤、各種凹部或凸部、尖狀端等。圖1的扁平端部14非常適合于與骨盆一起使用，在骨盆手術(shù)中，當(dāng)患者處于仰臥位時，使端部14接觸骨盆相反兩側(cè)上的髂前上棘(asis)。可替換地，卡鉗器械10也可以用于髂后上棘，或其它可能。

仍然參照圖1，腿部12通過卡鉗器械10的細(xì)長本體20相互連接。細(xì)長本體20的特征在于平移接頭21，使得細(xì)長本體20沿著x軸是可伸展或可收縮的。平移接頭21可以是任何合適的接頭，例如平移接頭、伸縮接頭、移動接頭和/或分度接頭。還可以考慮使用旋轉(zhuǎn)接頭來替代平移接頭21。

可以提供鎖定機構(gòu)，由此允許使用者設(shè)定細(xì)長本體20的長度。在細(xì)長本體20上限定慣性傳感器支承部或接納部23。慣性傳感器支承部23例如形成有特定的幾何形狀，以便以預(yù)定的互補連接方式準(zhǔn)確并精確地容納慣性傳感器單元，從而簡化慣性傳感器單元26(圖2)與卡鉗器械10之間的初始化(initialization)。例如，慣性傳感器單元具有與卡鉗器械10的維度對準(zhǔn)的預(yù)設(shè)取向。換言之，將慣性傳感器單元安裝在支承部23中時的機械約束使得慣性傳感器單元的三個軸線與卡鉗器械10的x軸、y軸和z軸對準(zhǔn)。因此，圖1所示的卡鉗器械可以沿著x軸和y軸兩者伸展和收縮。還在卡鉗器械10上設(shè)置光源24。光源24為產(chǎn)生平面光束的類型，使得平面光束在表面上的投影為一條直線。光源24可位于滑架25上，從而可沿著細(xì)長本體20平移移位。作為替代，可以考慮將滑架25配置成卡合到細(xì)長本體20上，從而實現(xiàn)其沿著細(xì)長本體20在任何位置的安裝。

與卡鉗器械10一起使用的慣性傳感器單元26可以具有任何合適類型的慣性傳感器，以提供三軸定向追蹤。例如，慣性傳感器單元可以具有多組加速度計和/或陀螺儀等。慣性傳感器單元可以是公知的無源傳感器單元、公知的微機電傳感器單元等。如上所述，慣性傳感器單元以預(yù)定的互補連接方式配合地容納在慣性傳感器支承部23中，以至于慣性傳感器單元的初始化將使慣性傳感器單元相對于圖1所示的x-y-z坐標(biāo)系(z軸是x軸和y軸的叉積)具有特定的取向。

慣性傳感器單元26利用慣性傳感器讀數(shù)連續(xù)地計算身體的取向和速度，而不需要外部參照，即不需要從傳感器組件的外部傳遞信號，慣性傳感器單元26是自主式的。這個過程通常稱為航位推算(dead-reckoning)且形成為公知常識的一部分。必須向慣性傳感器單元26提供最初的取向和速度，即圖1的x-y-z坐標(biāo)系，在此之后在每個時間步長通過整合陀螺儀讀數(shù)的角速率而追蹤所述取向。通過對慣性傳感器單元26相對于地球參照系的取向進行精確估算，能去除重力效應(yīng)，并且能將作用在加速度計上的慣性力整合以追蹤速度和位置的變化。由于慣性傳感器單元26不需要外部參照，因而其可以不受環(huán)境因素例如磁場的影響，并且可以在廣泛范圍的條件下操作。

參照圖2，示出了機械夾具30。機械夾具30具有由可鎖定平移接頭32分開的踝關(guān)節(jié)箍31或類似的踝關(guān)節(jié)附接件或界面。因而，可以調(diào)節(jié)踝關(guān)節(jié)箍31之間的距離。能從接頭32上的標(biāo)尺讀出兩個踝關(guān)節(jié)箍31之間的距離。如圖所示踝關(guān)節(jié)箍31為倒u形結(jié)構(gòu)。根據(jù)實施例，每個箍31均與一對踝骨抵靠，使得箍31和各個踝關(guān)節(jié)之間的相互連接是穩(wěn)定和可重復(fù)的。為此，箍31可以具有空腔31a以容納踝骨。可考慮其他構(gòu)造，包括箍31的不同形狀，具有條帶，其它接頭組等。

機械夾具30可具有視覺指示器33以在其中以圖2所示的方式接收卡鉗器械10的端部14，從而利用卡鉗器械10的標(biāo)尺并且還確保了卡鉗器械10和機械夾具30之間的精確和可重復(fù)的對準(zhǔn)，以至于卡鉗器械10和機械夾具30之間的互連從手術(shù)前至手術(shù)后的相互作用是可重復(fù)的。當(dāng)使用機械夾具30時，視覺指示器33可以識別出兩個踝關(guān)節(jié)上的兩個踝骨的中心。而且，踝關(guān)節(jié)箍31可以借助可鎖定平移接頭34相對于彼此縱向(即沿著腿)平移。也可使用其它類型的接頭(例如聯(lián)動裝置)實現(xiàn)踝關(guān)節(jié)箍31和可鎖定平移接頭32之間的相對運動。例如，可鎖定平移接頭32可在其端部設(shè)有鉸鏈，通過這些鉸鏈其能連接到踝關(guān)節(jié)箍31上。因而，踝關(guān)節(jié)接口31可與踝關(guān)節(jié)保持固定關(guān)系，同時本文所描述的各種接頭允許踝關(guān)節(jié)之間的相對運動。視覺指示器33如此定位使得能以下文記載的方式量化術(shù)前狀況和植入后重新接合的狀況之間的任何相對運動。

參照圖5、6、7和8，40處示出了根據(jù)本發(fā)明的機械測量儀，其為可用于實施本發(fā)明的方法的另一種儀器。機械測量儀40為采用一對銷41的類型，盡管在機械測量儀40的相對端定位有銷孔42。在測量儀40的可鎖定平移接頭44上設(shè)置標(biāo)尺43。因而，機械測量儀40可用于測量距離。在實施例中，將機械測量儀40偏置到標(biāo)尺43上的零讀數(shù)。

參照圖3、4、7和8，50處示出了撞擊器。撞擊器50為用于對髖臼中的髖臼杯植入物進行撞擊的類型，例如pct國際公布文獻wo2014/197988中所記載的，其通過引用并入本申請?？蓪⒆矒羝?0用作儀器中的一種以測量腿長差異和偏移，這僅是因為其已經(jīng)可用于植入手術(shù)中。撞擊器50具有允許其對準(zhǔn)的光源51，以及具有與單元26類似的慣性傳感器單元52，其包含用于航位推算的陀螺儀。

參照圖13，在計算機輔助的髖關(guān)節(jié)手術(shù)中用于對上述儀器導(dǎo)航的系統(tǒng)大致在100處示出，且類型為用于實施下文所描述的方法。在實施例中，系統(tǒng)100用于輔助使用者進行髖關(guān)節(jié)手術(shù)，而且還具有模塊以執(zhí)行本文所記載的腿長差異和偏移計算。系統(tǒng)100包括計算機輔助手術(shù)(cas)處理單元102。cas處理單元2可以被集成到一個或多個慣性傳感器單元26和52中，其也被稱為安裝到系統(tǒng)100的各種儀器的桿(pod)，在其它可能性中或被稱為計算機或便攜式設(shè)備的模塊。

慣性傳感器單元26和52結(jié)合了處理單元102，且因而可以裝備(一個或多個)用戶界面103以提供導(dǎo)航數(shù)據(jù)，無論其形式為led顯示器、屏幕、數(shù)字顯示器等?？商鎿Q地，慣性傳感器單元26和52可與包括屏幕或類似監(jiān)視器的獨立處理裝置b連接，以提供額外的顯示能力和表面。作為示例，處理裝置b為與慣性傳感器單元26/52進行有線或無線通信的無線便攜式設(shè)備，如平板電腦。

慣性傳感器單元26/52可以被認(rèn)為是微機電傳感器(mems)，并且可包括一個或多個慣性傳感器，例如加速度計、陀螺儀、磁力計、或其它可能的慣性傳感器。慣性傳感器為受自然現(xiàn)象例如重力的影響而自動提供數(shù)據(jù)的無源傳感器。慣性傳感器單元a還具有本體，所述本體通常由殼體限定從而給出慣性傳感器單元a，通過該殼體慣性傳感器單元a可被固定到儀器上。

處理單元102包括不同的模塊以執(zhí)行導(dǎo)航。手術(shù)流程模塊102a可以與用戶界面103或處理裝置b結(jié)合使用，以引導(dǎo)操作者進行導(dǎo)航的步驟。這可能需要向操作者提供逐步的引導(dǎo)，并且為了使系統(tǒng)100記錄即時取向和位置數(shù)據(jù)需要敦促操作者采取行動，例如按壓作為界面103的一部分的“記錄”界面或輸入由卡鉗器械10的標(biāo)尺或機械測量儀40測量的數(shù)據(jù)。雖然這會在手術(shù)的整個期間發(fā)生，但本說明書的剩余部分不會描述系統(tǒng)100和使用者之間的敦促和相互作用，這是因為它們會隱含地發(fā)生?？梢韵氲綄⑹中g(shù)流程模塊102a設(shè)置在處理裝置b中，與此同時在慣性傳感器單元a和處理裝置b之間共同作用以在下文描述的測量過程期間引導(dǎo)操作者，并且與操作者進行通信以記錄過程的進程。

追蹤模塊102b也可以為處理單元102的一部分。追蹤模塊102b接收來自慣性傳感器26/52的讀數(shù)，并將這些讀數(shù)轉(zhuǎn)化為有用的信息，即導(dǎo)航數(shù)據(jù)。如上所述，導(dǎo)航數(shù)據(jù)可為使儀器與骨盆相關(guān)聯(lián)的取向數(shù)據(jù)。追蹤模塊102b可以執(zhí)行航位推算以追蹤慣性傳感器26/52，這將在下文進行描述。

坐標(biāo)系模塊102c產(chǎn)生坐標(biāo)系。坐標(biāo)系為虛擬的框架，器械和工具的取向通過該框架與骨骼的取向聯(lián)系起來。例如，當(dāng)器械相對于骨盆處于給定取向時，坐標(biāo)系模塊102c根據(jù)慣性傳感器26/52的讀數(shù)設(shè)定骨盆坐標(biāo)系。

為了通過用戶界面103或處理裝置b在所期望的離散取向輸出記錄的取向并且計算偏移和腿長差異，處理單元102可以通過幾何關(guān)系數(shù)據(jù)模塊102d預(yù)編程序。因而，幾何關(guān)系數(shù)據(jù)模塊102d用于記錄支承慣性傳感器26/52的各種器械的取向，并且使用這些取向連同距離一起計算腿長差異和/或偏移。

慣性傳感器單元26/52如此設(shè)計使得它們以可能的單一取向與器械和工具連接，以至于慣性傳感器單元26/52的取向相對于當(dāng)打開時與其連接的器械和工具是已知的。借助于連接器5，慣性傳感器單元a可以為便攜和可拆卸的單元，可以與一個裝置/儀器使用，并且隨后轉(zhuǎn)移到另一裝置/儀器，同時利用航位推算保存全局坐標(biāo)系的進程取向數(shù)據(jù)。

為了與本文所描述的裝置和儀器進行特定的使用而對幾何關(guān)系數(shù)據(jù)模塊102d編程。因此，當(dāng)慣性傳感器單元安裝至裝置和儀器中的一個時，裝置/儀器和慣性傳感器單元的坐標(biāo)系之間的關(guān)系通過幾何關(guān)系數(shù)據(jù)模塊102d是已知的(與全局坐標(biāo)系相比)。例如，這種關(guān)系可以存在于裝置/儀器的軸線或3d坐標(biāo)系和慣性傳感器單元a的坐標(biāo)系之間。

儀器的導(dǎo)航旨在意味著實時或準(zhǔn)實時地追蹤取向的自由度中的至少一些自由度，從而向操作者提供由計算機輔助計算的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。如果采取適當(dāng)?shù)牟襟E以記錄或校準(zhǔn)坐標(biāo)系中的慣性傳感器a的取向，在以下方法中使用的慣性傳感器可在全局坐標(biāo)系(下文稱為坐標(biāo)系)中相互關(guān)聯(lián)。坐標(biāo)系用作對手術(shù)的不同項(即儀器和裝置)相對于骨盆的相對取向進行量化的參考。

本申請想到了不同的技術(shù)以提供腿長和偏移測量?？偟膩碚f，這些技術(shù)均包括兩個過程，即腿定位，和進行腿長和/或偏移測量。以下段落闡釋了不同的技術(shù)以使用上文描述的一些儀器測量術(shù)前狀況和術(shù)后狀況之間的腿長差異和偏移。為了清楚起見，本文使用的表述“術(shù)后”表示當(dāng)腿能被重新接合(即植入后重新接合)時，將植入物定位在骨骼上之后的過程的一部分。然而，術(shù)后包括術(shù)中，因為在過程結(jié)束之前可以進行測量，從而允許例如采取修正措施。因此，在本文中，表述“術(shù)后”的使用包括術(shù)中介入。未使用機械測量儀40的技術(shù)是非介入性的，因為它們可以在皮膚之上使用，或因為除手術(shù)所需之外它們不需要病人組織的改變。

腿定位過程

該過程的目的在于以可重復(fù)的方式沿著患者的縱軸線(又稱頭-尾軸線)定位或重新定位腿。假如腿平放于手術(shù)臺之上，該腿的定位可以實現(xiàn)腿與患者的額板的對準(zhǔn)。為了準(zhǔn)確和精確地測量偏移和腿長差異，必須在測量之間重復(fù)腿的定位。通過使用該過程可最小化由腿未對準(zhǔn)引起的對腿長差異的測量的影響。以如下方式進行該過程：

1.將患者放置于仰臥位。

2.參照圖1，在對卡鉗器械10進行伸縮性設(shè)置以具有適當(dāng)?shù)拈L度之后將其放在兩個骨盆標(biāo)志上。例如，以圖1所示的方式將卡鉗器械10放置在兩個髂前上棘之上。假定卡鉗器械10與患者的內(nèi)外軸線對齊。從附接到卡鉗器械10的光源24發(fā)出光束。光源24與卡鉗器械10的框架連接，使得光束在圖1的z方向上向遠(yuǎn)側(cè)地且垂直于卡鉗器械10的框架并由此平行于患者的縱軸線(又稱頭-尾軸線)進行投射。使用者需要通過手動移動第一腿將其與投射的光束對準(zhǔn)。

3.考慮不同的方式以實現(xiàn)對準(zhǔn)。例如，當(dāng)光束成一條直線時，使用者可將光束線與腿標(biāo)志對準(zhǔn)。例如，用光束線照射膝蓋骨的中心和踝關(guān)節(jié)的中心?？稍谙ドw和/或踝關(guān)節(jié)上標(biāo)出臨時記號或油墨符號以指示對準(zhǔn)用的標(biāo)志。

4.隨后，使用滑架25將光源24沿著卡鉗器械10滑動。光束由此橫向平移。因而，由于所選標(biāo)志的引導(dǎo)，能通過手動移動第二腿而以相同的方式將其對準(zhǔn)。由于光束垂直于卡鉗器械10，并因此也垂直于患者的內(nèi)外軸線，所以光束指示患者矢狀面的投影。作為對該假設(shè)情況的代替，可通過桿(pod)來評估手術(shù)臺面以確定手術(shù)臺面是否為水平的。一旦利用光源24以上述方式對準(zhǔn)，則假定雙腿相對于縱軸線物理地對準(zhǔn)。并且，由于患者處于仰臥位，所以能假定雙腿處于額狀面中。于是，腿是沿著縱軸線的(即矢狀面和額狀面二者的交線)?；谶@些假定，能沿著縱軸線測量腿長差異。能沿著內(nèi)外軸線測量偏移。這能通過比較由上述儀器獲得的在術(shù)前測量和術(shù)中和/或術(shù)后測量之間的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)。

過程：腿長差異和/或偏移測量：

為了該過程，很多技術(shù)都是可用的，下文將參照附圖進行描述。

技術(shù)1：所需的儀器為卡鉗器械10，或撞擊器50作為替代，以及光源24和慣性傳感器單元26或52的航位推算，以測量腿長差異。

1.參照圖2，在使用上文描述的腿定位過程定位患者的雙腿的同時，將機械夾具30剛性地附接到患者的踝關(guān)節(jié)上；

2.通過以上述方式使用卡鉗器械10、或使用撞擊器50獲得第一內(nèi)外軸線，即骨盆的內(nèi)外軸線。撞擊器50可以被導(dǎo)航以確定內(nèi)外軸線，例如在pct國際公布文獻wo2014/197988中所記載的(其通過引用并入本申請)。譬如，光源的光束相對于撞擊器50的軸處于已知的關(guān)系中；

3.在獲得骨盆內(nèi)外軸線之后，將卡鉗器械10移動到踝關(guān)節(jié)以獲得靠近腳的第二內(nèi)外軸線。例如，第二內(nèi)外軸線、即腿的內(nèi)外軸線可以由連接兩個踝關(guān)節(jié)的兩個中心的直線限定(如圖2)，由此利用機械夾具30的視覺指示器物理地提供這些標(biāo)志。在圖2的布置中，卡鉗器械10處于記錄踝關(guān)節(jié)處內(nèi)外軸線的位置；

4.在獲得內(nèi)外軸線的過程中，附接到卡鉗器械10(或替代實施例中的撞擊器)的慣性傳感器單元26包含陀螺儀。陀螺儀將提供隨后由cas處理單元使用以執(zhí)行航位推算的數(shù)據(jù)，由此獲得兩個內(nèi)外軸線，αpreop，即髖關(guān)節(jié)(圖1)和踝關(guān)節(jié)(圖2)處的內(nèi)外軸線，之間的相對取向；

5.在完成髖關(guān)節(jié)手術(shù)期間或之時，隨著動手術(shù)的腿重新接合，重復(fù)步驟1至4獲得兩個內(nèi)外軸線之間的角度αpostop。在進行測量之前使用相同的腿定位技術(shù)，從而確保以與手術(shù)前相同的方式、即平行于矢狀面地定位雙腿；

6.基于從接頭32上的標(biāo)尺(如標(biāo)尺21)得到的兩個踝關(guān)節(jié)(d)之間的已知距離以及α中的角度差，能由d·tan(αpostop)-d·tan(αpreop)算出腿長差異。正值將意味著術(shù)后的腿較長，而負(fù)值意味著術(shù)后的腿較短。圖3和圖4示出了使用撞擊器作為代替的技術(shù)1。應(yīng)當(dāng)注意的是，d在術(shù)前測量和術(shù)后測量之間會發(fā)生變化，由此該方案中的第一個d為術(shù)后測量的d，該方案中的第二個d為術(shù)前測量的d。也能想到使得d固定，從而步驟5將不需要如步驟1那樣對腿重新對位。

技術(shù)2：該技術(shù)使用卡鉗器械10測量偏移。

1.使用上文描述的腿定位技術(shù)定位患者的雙腿，如圖1所示，滑動卡鉗器械10上的光源24以將雙腿上投射的光束對齊；

2.記錄來自卡鉗器械10上的慣性傳感器單元26的讀數(shù)(opreop)；

3.在完成髖關(guān)節(jié)手術(shù)的時候，重復(fù)步驟1至2以獲得來自卡鉗器械10上的慣性傳感器單元的讀數(shù)(opostop)；

4.由opostop-opreop算出偏移，正值表示偏移的增大，而負(fù)值表示偏移的降低。

技術(shù)3：該技術(shù)利用機械測量儀40以及航位推算。

1.利用腿定位技術(shù)定位患者的雙腿；

2.在切割股骨頸并準(zhǔn)備髖臼之前，如圖5和圖6所示，第一銷41固定在asis上，且另一銷41固定在大轉(zhuǎn)子區(qū)域上，兩個銷41都位于動手術(shù)的一側(cè)。銷41分別構(gòu)成骨盆標(biāo)志和腿標(biāo)志；

3.將機械測量儀40固定到兩個銷41上，且從測量儀40的標(biāo)尺42獲知兩個銷41之間的距離m；

4.使用圖7所示的撞擊器50，并先將其與內(nèi)外軸線對齊(使用其光源5以將光束投射在兩個asis上)；隨后，如圖8所示，使用光源51將撞擊器50與機械測量儀40的長軸對齊，示出標(biāo)志取向。包含陀螺儀的慣性傳感器單元52執(zhí)行航位推算以獲得內(nèi)外軸線和機械測量儀40的長軸之間的角度(βpreop，注意βpreop＜π/2)；

5.移除測量儀40，同時將銷41保持在股骨和骨盆上，此時使用者可以繼續(xù)做股骨手術(shù)；

6.在完成放置股骨植入物和/或髖臼構(gòu)件并且重新接合腿時(手術(shù)期間或手術(shù)后)，調(diào)整測量儀40的距離，并且將測量儀40再次附著到兩個銷41上。通過重復(fù)步驟4至5獲得在內(nèi)外軸線和測量儀40的長軸之間的角度(βpostop,注意βpostop＜π/2)。事先使用相同的腿定位過程以確保雙腿以與手術(shù)前相同的方式被定位；

7.由m·sin(βpostop)-m·sin(βpreop)可算出腿長差異。由m·cos(βpostop)-m·cos(βpreop)可算出偏移。應(yīng)當(dāng)注意的是，m在術(shù)前測量和術(shù)后測量之間會發(fā)生變化，由此該方案中的第一個m為術(shù)后測量的m，該方案中的第二個m為術(shù)前測量的m。

技術(shù)4：該技術(shù)涉及卡鉗器械10以對(近側(cè)的)腿長差異直接測量。

1.使用上文描述的腿定位過程定位患者的雙腿；

2.將卡鉗器械10的端部14放置在動手術(shù)側(cè)的asis上以及股骨表皮上的標(biāo)示參照物上(例如皮膚上的標(biāo)志)，如圖9和圖10所示，分別為骨盆標(biāo)志和腿標(biāo)志。當(dāng)選擇標(biāo)示參照物時，移動光源24以將其光束投射在相對的asis上；

3.在卡鉗器械10上記錄最初的距離測量值(npreop)；

4.在完成手術(shù)時，在重復(fù)腿定位過程之后，使用卡鉗器械10通過重復(fù)步驟2和3獲得距離測量值(npostop)；

5.能由npostop-npreop算出腿長差異。

技術(shù)5：使用卡鉗器械10、機械夾具30和使用光源24或51中的一個，直接測量(遠(yuǎn)側(cè))腿長差異。

1.使用上文描述的腿定位過程定位患者的雙腿；

2.以圖2所示的方式將機械夾具30放置在兩個踝關(guān)節(jié)上；

3.將光源51連接到機械夾具30上，并投射在動手術(shù)腿上的標(biāo)尺70上以記錄最初的腿長(xpreop)如圖11所示。可以開始手術(shù)，然而平移接頭34被解鎖以允許踝關(guān)節(jié)箍31相對于彼此平移；

4.在完成手術(shù)時，使用機械夾具30(xpostop)通過重復(fù)步驟1至3獲得距離測量；和

5.由xpostop-xpreop算出腿長差異。