使用基準(zhǔn)的手術(shù)對(duì)準(zhǔn)的制作方法
【專利摘要】用于使用基準(zhǔn)進(jìn)行手術(shù)對(duì)準(zhǔn)的方法、系統(tǒng)和包括計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)的設(shè)備。在一個(gè)一般方面中，一種方法包括將導(dǎo)向器聯(lián)接到關(guān)節(jié)，該導(dǎo)向器限定軸線且具有成形為基本上適形于關(guān)節(jié)的一部分的外輪廓。第一基準(zhǔn)相對(duì)于關(guān)節(jié)附連在固定方位處。一種定位系統(tǒng)用來確定軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位，其中軸線的方位基于在導(dǎo)向器聯(lián)接到關(guān)節(jié)的同時(shí)導(dǎo)向器的方位來確定。導(dǎo)向器從關(guān)節(jié)被移除，并且在導(dǎo)向器從關(guān)節(jié)被移除之后，基于第二基準(zhǔn)相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位而將器械相對(duì)于軸線定位。
【專利說明】使用基準(zhǔn)的手術(shù)對(duì)準(zhǔn)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求2011年6月16日提交的、名稱為“Surgical Alignment UsingReferences”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/497,604以及2011年6月16日提交的、名稱為“Surgical Alignment Using References”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/497，601的優(yōu)先權(quán)和全部益處。這兩份申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用方式并入本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本公開涉及整形外科。
【背景技術(shù)】
[0003]常常稱為關(guān)節(jié)置換的關(guān)節(jié)成形術(shù)能恢復(fù)受損關(guān)節(jié)的功能。由受傷、疾病或磨損造成的關(guān)節(jié)損傷會(huì)限制關(guān)節(jié)的功能并會(huì)造成極度的痛苦。受損關(guān)節(jié)可用提供與自然關(guān)節(jié)類似的功能的假體置換或增強(qiáng)。例如，在髖關(guān)節(jié)成形術(shù)中，可在髖白、股骨頭或兩者處放置植入物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個(gè)一般方面中，一種用于確定器械相對(duì)于關(guān)節(jié)的對(duì)準(zhǔn)(alignment)的方法包括:將導(dǎo)向器聯(lián)接到關(guān)節(jié)，導(dǎo)向器限定軸線且具有成形為基本上適形于關(guān)節(jié)的一部分的外輪廓；將第一基準(zhǔn)相對(duì)于關(guān)節(jié)附連在固定方位；使用定位系統(tǒng)來確定軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位，在導(dǎo)向器聯(lián)接到關(guān)節(jié)的同時(shí)，基于導(dǎo)向器的方位確定軸線的方位；從關(guān)節(jié)移除導(dǎo)向器；以及在從關(guān)節(jié)移除導(dǎo)向器之后，基于第二基準(zhǔn)相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位而將器械相對(duì)于軸線定位。
[0005]實(shí)施可包括下列一個(gè)或多個(gè)特征。例如，當(dāng)導(dǎo)向器聯(lián)接到關(guān)節(jié)時(shí)，軸線具有相對(duì)于關(guān)節(jié)的已知的傾斜角和已知的前傾角`。使用定位系統(tǒng)來確定軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位包括將基準(zhǔn)定位在具有相對(duì)于軸線的已知偏移量的方位處。導(dǎo)向器的外輪廓在使用導(dǎo)向器之前形成使得外輪廓基本上適形于關(guān)節(jié)的接納部分，并且導(dǎo)向器以單一取向與關(guān)節(jié)的接納部分配合。使用定位系統(tǒng)來確定軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位包括將識(shí)別器相對(duì)于軸線對(duì)準(zhǔn)，其中識(shí)別器包括電磁場(chǎng)發(fā)生器、磁傳感器和框標(biāo)(fiducial)中的至少一個(gè)。使用定位系統(tǒng)來確定軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位包括在導(dǎo)向器聯(lián)接到關(guān)節(jié)的同時(shí)并且在第二基準(zhǔn)聯(lián)接到器械的同時(shí)將器械接合到導(dǎo)向器。第二基準(zhǔn)包括紅外檢測(cè)器，第一基準(zhǔn)包括框標(biāo)，并且使用定位系統(tǒng)來確定軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位包括使用定位系統(tǒng)，使得定位系統(tǒng)確定在紅外檢測(cè)器和框標(biāo)之間的相對(duì)方位。第二基準(zhǔn)包括電磁場(chǎng)發(fā)生器，第一基準(zhǔn)包括電磁場(chǎng)傳感器，使用定位系統(tǒng)來確定軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位包括使用定位系統(tǒng)使得定位系統(tǒng)確定電磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)傳感器之間的相對(duì)方位。導(dǎo)向器的外輪廓尺寸設(shè)計(jì)成與處于單一預(yù)定取向的特定患者的髖白配合。將導(dǎo)向器聯(lián)接到關(guān)節(jié)包括使導(dǎo)向器與處于單一預(yù)定取向的髖臼配合。將第一基準(zhǔn)相對(duì)于關(guān)節(jié)附連在固定方位包括將電磁場(chǎng)傳感器或框標(biāo)固結(jié)到包括髖臼的骨盆。使用定位系統(tǒng)來確定軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位包括在導(dǎo)向器配合到處于單一預(yù)定取向的髖臼的同時(shí)將器械接合到導(dǎo)向器，器械在與導(dǎo)向器接合時(shí)相對(duì)于髖臼取向成第一取向。將器械相對(duì)于軸線定位包括在從關(guān)節(jié)移除導(dǎo)向器之后使器械相對(duì)于髖白返回至第一取向。由導(dǎo)向器限定的軸線的方位使用針對(duì)關(guān)節(jié)的影像數(shù)據(jù)來確定。
[0006]在另一個(gè)一般方面中，一種系統(tǒng)包括:導(dǎo)向器，其具有基本上適形于關(guān)節(jié)的接納部分的外輪廓，當(dāng)導(dǎo)向器配合到關(guān)節(jié)時(shí)，導(dǎo)向器限定具有相對(duì)于關(guān)節(jié)的已知方位的軸線；第一基準(zhǔn)裝置，其用于附連到關(guān)節(jié)的骨；第二基準(zhǔn)裝置，其用于聯(lián)接在相對(duì)于導(dǎo)向器的已知對(duì)準(zhǔn)處；以及控制單元，其與第一基準(zhǔn)裝置和第二基準(zhǔn)裝置通信，控制單元被構(gòu)造成基于指示當(dāng)?shù)诙鶞?zhǔn)裝置處于與導(dǎo)向器的已知對(duì)準(zhǔn)并且導(dǎo)向器配合到關(guān)節(jié)時(shí)第二基準(zhǔn)裝置相對(duì)于第一基準(zhǔn)裝置的方位的數(shù)據(jù)來確定軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)裝置的方位。
[0007]實(shí)施可包括下列一個(gè)或多個(gè)特征。例如，當(dāng)導(dǎo)向器聯(lián)接到關(guān)節(jié)時(shí)，軸線具有相對(duì)于關(guān)節(jié)的已知的傾斜角和已知的前傾角。第二基準(zhǔn)被構(gòu)造成在具有相對(duì)于軸線的已知偏移量的方位處附連到導(dǎo)向器。導(dǎo)向器的外輪廓在使用導(dǎo)向器之前形成使得外輪廓基本上適形于關(guān)節(jié)的接納部分，并且導(dǎo)向器以單一取向與關(guān)節(jié)的接納部分配合。關(guān)節(jié)是特定患者的髖關(guān)節(jié)，軸線是基于髖關(guān)節(jié)的影像數(shù)據(jù)確定的髖關(guān)節(jié)的髖臼嵌塞(impaction)軸線，并且導(dǎo)向器是患者專用的導(dǎo)向器，其具有針對(duì)特定患者限定的外輪廓，外輪廓基本上適形于髖關(guān)節(jié)的髖白的一個(gè)或多個(gè)部分，使得導(dǎo)向器以單一取向與髖白配合。該系統(tǒng)包括電磁場(chǎng)發(fā)生器，第一基準(zhǔn)裝置包括第一電磁場(chǎng)傳感器，并且第二基準(zhǔn)裝置包括電磁場(chǎng)發(fā)生器或第二電磁場(chǎng)傳感器。該系統(tǒng)包括紅外檢測(cè)器，第一基準(zhǔn)裝置包括第一框標(biāo)，并且第二基準(zhǔn)裝置包括第二框標(biāo)。為了確定軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)裝置的方位，控制單元被構(gòu)造成確定軸線在參考系中的方位，第一基準(zhǔn)具有相對(duì)于參考系的固定方位?？刂茊卧粯?gòu)造成(i)在第二基準(zhǔn)裝置或第三基準(zhǔn)裝置聯(lián)接到器械的同時(shí)確定器械相對(duì)于軸線的方位，以及(ii)在用戶接口上輸出指示器械相對(duì)于軸線的方位的數(shù)據(jù)?？刂茊卧粯?gòu)造成在導(dǎo)向器從關(guān)節(jié)被移除之后確定器械的方位。為了確定器械相對(duì)于軸線的方位，控制單元被構(gòu)造成確定器械繞軸線的旋轉(zhuǎn)方位，并且輸出指示器械相對(duì)于軸線的方位的數(shù)據(jù)，控制單元被構(gòu)造成輸出指示器械繞軸線的旋轉(zhuǎn)方位的數(shù)據(jù)。為了確定軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)裝置的方位，控制單元被構(gòu)造成(i)訪問指示軸線相對(duì)于導(dǎo)向器的方位的第一數(shù)據(jù)，并且(ii)訪問指示當(dāng)?shù)诙鶞?zhǔn)裝置處于與導(dǎo)向器的已知對(duì)準(zhǔn)時(shí)第二基準(zhǔn)和導(dǎo)向器之間的偏移量的第二數(shù)據(jù)。控制單元還被構(gòu)造成:基于指示器械相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位的信息來確定器械相對(duì)于關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心或關(guān)節(jié)的表面的方位；計(jì)算相對(duì)于器械的方位沿軸線的擴(kuò)孔(reaming)深度；以及提供指示擴(kuò)孔深度的信息。為了計(jì)算擴(kuò)孔深度，控制單元被構(gòu)造成:訪問指示植入物的一個(gè)或多個(gè)特性的信息；基于植入物的一個(gè)或多個(gè)特性確定優(yōu)選擴(kuò)孔深度；以及在器械的當(dāng)前方位和器械的優(yōu)選方位之間的差異，優(yōu)選方位對(duì)應(yīng)于優(yōu)選擴(kuò)孔深度。為了提供指示擴(kuò)孔深度的信息，控制單元被構(gòu)造成提供指示在器械的當(dāng)前方位和器械的優(yōu)選方位之間的差異的信息。
[0008]在另一個(gè)一般方面中，一種用于確定相對(duì)于關(guān)節(jié)的對(duì)準(zhǔn)的設(shè)備包括一個(gè)或多個(gè)處理裝置和存儲(chǔ)指令的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)裝置，該指令在由一個(gè)或多個(gè)處理裝置執(zhí)行時(shí)可操作以造成一個(gè)或多個(gè)處理裝置執(zhí)行操作。操作包括接收指示第一基準(zhǔn)相對(duì)于第二基準(zhǔn)的測(cè)量方位的信息，測(cè)量方位出現(xiàn)`在下列情況下:(i)第一基準(zhǔn)相對(duì)于關(guān)節(jié)的骨附連在固定位置處；(ii)具有基本上適形于關(guān)節(jié)的一部分的外輪廓的患者專用的導(dǎo)向器聯(lián)接到該骨；并且(iii)第二基準(zhǔn)相對(duì)于患者專用的導(dǎo)向器聯(lián)接在已知方位處。操作包括:基于測(cè)量方位確定外科軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位；接收指示在導(dǎo)向器從關(guān)節(jié)被移除之后器械相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位的信息；使用器械相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位確定器械相對(duì)于外科軸線的方位。
[0009]在另一個(gè)一般方面中，一種用于確定器械相對(duì)于關(guān)節(jié)的對(duì)準(zhǔn)的方法包括:接收指示第一基準(zhǔn)相對(duì)于第二基準(zhǔn)的方位的信息；第一基準(zhǔn)相對(duì)于關(guān)節(jié)附連在固定位置處，第二基準(zhǔn)相對(duì)于由導(dǎo)向器限定的軸線對(duì)準(zhǔn)在已知方位處，該導(dǎo)向器聯(lián)接到關(guān)節(jié)且在使用之前形成為使得導(dǎo)向器的外輪廓基本上適形于關(guān)節(jié)的一部分；使用第二基準(zhǔn)的已知方位確定軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位；接收指不器械相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位的信息；以及使用器械相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位確定器械相對(duì)于軸線的方位。[0010]實(shí)施可包括下列一個(gè)或多個(gè)特征。例如，指示器械相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位的信息在從關(guān)節(jié)移除導(dǎo)向器之后生成。第二基準(zhǔn)包括電磁場(chǎng)發(fā)生器或紅外檢測(cè)器。第二基準(zhǔn)包括電磁場(chǎng)傳感器、紅外反射器或紅外發(fā)射器。接收指示器械相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位的信息包括接收指示第三基準(zhǔn)相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位的信息，第三基準(zhǔn)在已知方位處聯(lián)接到器械。該方法包括:訪問指示在第二基準(zhǔn)的方位和關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心或關(guān)節(jié)的表面之間的偏移量的信息；以及確定關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心或關(guān)節(jié)的表面相對(duì)于第一基準(zhǔn)的位置。該方法包括:基于指不器械相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位的信息來確定器械相對(duì)于關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心或關(guān)節(jié)的表面的方位；計(jì)算相對(duì)于器械的方位沿軸線的擴(kuò)孔深度；以及提供指示擴(kuò)孔深度的信息。計(jì)算擴(kuò)孔深度包括:訪問指示植入物的一個(gè)或多個(gè)特性的信息；使用植入物的一個(gè)或多個(gè)特性計(jì)算優(yōu)選擴(kuò)孔深度；以及計(jì)算相對(duì)于與優(yōu)選擴(kuò)孔深度相對(duì)應(yīng)的方位的器械的方位。提供指示擴(kuò)孔深度的信息包括提供指示器械相對(duì)于優(yōu)選擴(kuò)孔深度的方位的信息。提供指示器械相對(duì)于優(yōu)選擴(kuò)孔深度的方位的信息包括提供指示為到達(dá)優(yōu)選擴(kuò)孔深度而要擴(kuò)孔的距離的信息。接收指示第一基準(zhǔn)相對(duì)于第二基準(zhǔn)的方位的信息包括接收指示第二基準(zhǔn)繞軸線的旋轉(zhuǎn)方位的信息，接收指示器械相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位的信息包括接收指示器械的旋轉(zhuǎn)方位的信息，并且確定器械相對(duì)于軸線的方位包括確定器械繞軸線的旋轉(zhuǎn)方位。
[0011]在另一個(gè)一般方面中，一種用于確定器械相對(duì)于關(guān)節(jié)的對(duì)準(zhǔn)的控制單元包括:輸入模塊，其被構(gòu)造成接收指示第一基準(zhǔn)相對(duì)于第二基準(zhǔn)的方位的信息和指示器械相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位的信息，第一基準(zhǔn)相對(duì)于關(guān)節(jié)附連在固定位置處，第二基準(zhǔn)相對(duì)于由導(dǎo)向器限定的軸線對(duì)準(zhǔn)在已知方位處，該導(dǎo)向器聯(lián)接到關(guān)節(jié)且在使用之前形成為使得導(dǎo)向器的外輪廓基本上適形于關(guān)節(jié)的一部分；處理模塊，其被構(gòu)造成使用第二基準(zhǔn)的已知方位來確定軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位并且使用器械相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位來確定器械相對(duì)于軸線的方位；以及輸出模塊，其被構(gòu)造成指示器械相對(duì)于軸線的方位。
[0012]在另一個(gè)一般方面中，一種對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)包括:導(dǎo)向器，其基本上適形于關(guān)節(jié)的接納部分，導(dǎo)向器限定使用針對(duì)關(guān)節(jié)的影像數(shù)據(jù)確定的軸線；第一電磁場(chǎng)傳感器，其聯(lián)接到導(dǎo)向器且相對(duì)于軸線在已知方位處對(duì)準(zhǔn)；第二電磁場(chǎng)傳感器；識(shí)別器，其包括電磁場(chǎng)發(fā)生器，識(shí)別器可操作地聯(lián)接到第一電磁場(chǎng)傳感器和第二電磁場(chǎng)傳感器；以及控制單元，其與識(shí)別器、第一電磁場(chǎng)傳感器和第二電磁場(chǎng)傳感器通信，控制單兀被構(gòu)造成確定軸線相對(duì)于第二基準(zhǔn)的方位。
[0013]在另一個(gè)一般方面中，一種用于確定軸線相對(duì)于關(guān)節(jié)的方位的方法包括:將第一基準(zhǔn)相對(duì)于關(guān)節(jié)附連在第一固定方位處；將第二基準(zhǔn)相對(duì)于關(guān)節(jié)附連在第二固定方位處使得關(guān)節(jié)的移動(dòng)改變第二基準(zhǔn)相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位；測(cè)量第二基準(zhǔn)相對(duì)于第一基準(zhǔn)的多個(gè)位置，多個(gè)位置中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于關(guān)節(jié)的不同方位；以及基于多個(gè)位置和軸線相對(duì)于其它關(guān)節(jié)的方位來確定軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位。
[0014]實(shí)施可包括下列一個(gè)或多個(gè)特征。例如，點(diǎn)的位置相對(duì)于第一基準(zhǔn)而確定，并且軸線的方位相對(duì)于第一基準(zhǔn)而確定。該方法包括:測(cè)量器械相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位；以及確定器械相對(duì)于軸線的方位。測(cè)量第一基準(zhǔn)相對(duì)于第二基準(zhǔn)的多個(gè)位置在關(guān)節(jié)移動(dòng)期間進(jìn)行。
[0015]在另一個(gè)一般方面中，一種計(jì)算軸線相對(duì)于關(guān)節(jié)的方位的方法包括:接收指示關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的信息；使用指示運(yùn)動(dòng)范圍的信息計(jì)算基本上對(duì)應(yīng)于關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心的第一點(diǎn)；使用在關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍和一個(gè)或多個(gè)其它關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍之間的一種或多種相關(guān)性來計(jì)算第二點(diǎn)；以及確定在第一點(diǎn)和第二點(diǎn)之間的軸線。
[0016]在另一個(gè)一般方面中，一種確定器械相對(duì)于關(guān)節(jié)的對(duì)準(zhǔn)的方法包括:接收識(shí)別第一基準(zhǔn)相對(duì)于第二基準(zhǔn)的多個(gè)位置的信息，第一基準(zhǔn)和第二基準(zhǔn)定位成使得關(guān)節(jié)的移動(dòng)改變第二基準(zhǔn)相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位，多個(gè)位置中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于關(guān)節(jié)的不同方位；使用多個(gè)位置計(jì)算關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心；使用多個(gè)位置和關(guān)于其它關(guān)節(jié)的信息來計(jì)算與關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心相交的軸線，軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位為已知的；接收識(shí)別器械相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位的信息；以及確定器械相對(duì)于軸線的方位。
[0017]實(shí)施可包括下列一個(gè)或多個(gè)特征。例如，該方法包括基于器械相對(duì)于第二基準(zhǔn)的方位來指示器械相對(duì)于軸線的方位。第一基準(zhǔn)固結(jié)到第一骨，第二基準(zhǔn)固結(jié)到第二骨，并且多個(gè)位置中的一個(gè)或多個(gè)對(duì)應(yīng)于關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的極端。第一基準(zhǔn)固結(jié)到骨盆，第二基準(zhǔn)固結(jié)到股骨，并且多個(gè)位置在股骨相對(duì)于骨盆的不同方位處測(cè)量，不同方位包括與股骨相對(duì)于骨盆的運(yùn)動(dòng)范圍的極端相對(duì)應(yīng)的方位。多個(gè)位置中的一個(gè)或多個(gè)在股骨相對(duì)于骨盆的移動(dòng)期間測(cè)量。使用多個(gè)位置計(jì)算關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心包括生成作為對(duì)多個(gè)位置的數(shù)據(jù)擬合的球面的表示以及確定對(duì)應(yīng)于球面的中心的點(diǎn)的位置。使用多個(gè)位置和關(guān)于其它關(guān)節(jié)的信息來確定與關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心相交的軸線的方位包括:使用多個(gè)位置生成關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的第一表示；基于多個(gè)關(guān)節(jié)的測(cè)量的運(yùn)動(dòng)范圍訪問復(fù)合表示，該復(fù)合表示指示復(fù)合軸線的方位，復(fù)合軸線的方位使用與多個(gè)關(guān)節(jié)的相應(yīng)的測(cè)量運(yùn)動(dòng)范圍相對(duì)應(yīng)的方位來確定；以及基于在第一表示和復(fù)合表示之間的一種或多種相關(guān)性來計(jì)算關(guān)節(jié)的軸線的方位。計(jì)算關(guān)節(jié)的軸線的方位包括識(shí)別在第一表不和復(fù)合表不之間的一種或多種相關(guān)性或執(zhí)行第一表不相對(duì)于復(fù)合表示的數(shù)據(jù)擬合。第一表示包括基本上對(duì)應(yīng)于關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的極端的跡線的表示，該跡線是對(duì)多個(gè)位置中的位置的數(shù)據(jù)擬合。對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的測(cè)量運(yùn)動(dòng)范圍的軸線使用用于多個(gè)關(guān)節(jié)中的相應(yīng)關(guān)節(jié)的影像數(shù)據(jù)來確定。對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的測(cè)量運(yùn)動(dòng)范圍的軸線具有相對(duì)于多個(gè)關(guān)節(jié)中的相應(yīng)關(guān)節(jié)的已知的傾斜角和前傾角。使用多個(gè)位置和關(guān)于其它關(guān)節(jié)的信息來計(jì)算與關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心相交的軸線的方位包括:對(duì)于多個(gè)關(guān)節(jié)中的每一個(gè)來說，訪問指示(i)特定關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的表示與(ii)具有用于該特定關(guān)節(jié)的已知的傾斜角和前傾角的軸線之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)； 以及使用在基于多個(gè)位置的表示與所訪問的數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性計(jì)算軸線的方位。
[0018]在另一個(gè)一般方面中，一種分析關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)的方法包括:對(duì)于多個(gè)關(guān)節(jié)中的每一個(gè)來說，訪問指示⑴對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍、以及(ii)為對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)確定的相對(duì)于該對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的軸線的方位；識(shí)別在關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍和多個(gè)關(guān)節(jié)的軸線的方位之間的關(guān)系；以及存儲(chǔ)指示所識(shí)別的關(guān)系的信息。
[0019]實(shí)施可包括下列一個(gè)或多個(gè)特征。例如，對(duì)于多個(gè)關(guān)節(jié)中的每一個(gè)來說，使用該對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)的斷層掃描數(shù)據(jù)來確定軸線的方位。對(duì)于多個(gè)關(guān)節(jié)中的每一個(gè)來說，軸線的方位的傾斜角和前傾角相對(duì)于其對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)為已知的。每個(gè)軸線中的每一個(gè)的方位具有相對(duì)于其對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)的基本上相同的標(biāo)稱傾斜角和如傾角。識(shí)別在關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍和多個(gè)關(guān)節(jié)的軸線之間的關(guān)系包括將每個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍的表示映射到公共坐標(biāo)系。將每個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍的表示映射到公共坐標(biāo)系包括識(shí)別每個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)志(landmark)和相對(duì)于在坐標(biāo)系中的基準(zhǔn)方位對(duì)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的標(biāo)志。識(shí)別在關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍和多個(gè)關(guān)節(jié)的軸線之間的關(guān)系包括對(duì)指示多個(gè)關(guān)節(jié)相對(duì)于彼此的運(yùn)動(dòng)范圍的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合?；趯?duì)應(yīng)于多個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍生成復(fù)合表示；使用所識(shí)別的關(guān)系來確定相對(duì)于復(fù)合表示的復(fù)合軸線的方位；以及存儲(chǔ)指示復(fù)合運(yùn)動(dòng)范圍和復(fù)合軸線相對(duì)于該復(fù)合運(yùn)動(dòng)范圍的方位的信息。該方法包括基于所識(shí)別的關(guān)系確定指示關(guān)于復(fù)合軸線的公差的信息，該公差表明記錄的特定集合在相對(duì)于復(fù)合運(yùn)動(dòng)范圍取向時(shí)具有在該公差內(nèi)的對(duì)應(yīng)軸線。指示多個(gè)關(guān)節(jié)中的每一個(gè)的運(yùn)動(dòng)范圍的數(shù)據(jù)包括指示基本上對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的極端的跡線的表示。
[0020]在另一個(gè)一般方面中，用于確定器械相對(duì)于關(guān)節(jié)的對(duì)準(zhǔn)的控制單兀包括:輸入模塊，其被構(gòu)造成接收指示關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的信息和指示器械相對(duì)于基準(zhǔn)的方位的信息；處理模塊，其被構(gòu)造成:使用指示運(yùn)動(dòng)范圍的信息來計(jì)算第一點(diǎn)的位置，第一點(diǎn)基本上對(duì)應(yīng)于關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心；訪問指示對(duì)于多個(gè)關(guān)節(jié)中的每一個(gè)來說在運(yùn)動(dòng)范圍和具有相對(duì)于該運(yùn)動(dòng)范圍已知的方位的軸線之間的一個(gè)或多個(gè)關(guān)系的數(shù)據(jù)；以及使用指示運(yùn)動(dòng)范圍的信息和所訪問的數(shù)據(jù)來計(jì)算第二點(diǎn)的位置；以及輸出模塊，其被構(gòu)造成提供指示器械相對(duì)于通過第一點(diǎn)和第二點(diǎn)限定的軸線的方位的信息。
[0021] 實(shí)施可包括下列一個(gè)或多個(gè)特征。例如，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)指示一個(gè)或多個(gè)關(guān)系的數(shù)據(jù)，并且處理模塊還被構(gòu)造成從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊訪問指示該一個(gè)或多個(gè)關(guān)系的數(shù)據(jù)。指示關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的信息是表示關(guān)節(jié)的不同方位的多個(gè)位置。
[0022]在另一個(gè)一般方面中，一種對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)包括:第一基準(zhǔn)；第二基準(zhǔn)；識(shí)別器，其可操作地聯(lián)接到第一基準(zhǔn)和第二基準(zhǔn)；控制單元，其與識(shí)別器通信，該控制單元被構(gòu)造成使用指示第一基準(zhǔn)相對(duì)于第二基準(zhǔn)的多個(gè)位置的信息來計(jì)算關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心、使用該多個(gè)位置和指示相對(duì)于其它關(guān)節(jié)的相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)范圍的軸線的方位的信息來計(jì)算與關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心相交的軸線、并且確定器械相對(duì)于該軸線的方位。
[0023]在另一個(gè)一般方面中，一種相對(duì)于股骨對(duì)準(zhǔn)器械的方法包括:將基準(zhǔn)相對(duì)于股骨附連在固定方位處；測(cè)量相對(duì)于基準(zhǔn)的圍繞股骨的頸部的多個(gè)位置；使用所測(cè)量的多個(gè)位置來確定軸線相對(duì)于基準(zhǔn)的方位；確定器械相對(duì)于基準(zhǔn)的方位；以及基于測(cè)量方位相對(duì)于軸線對(duì)準(zhǔn)器械。該方法包括將銷沿軸線插入股骨中。將基準(zhǔn)相對(duì)于股骨附連在固定方位包括將基準(zhǔn)附連在股骨的大轉(zhuǎn)子(trochanter)處。使用所測(cè)量的多個(gè)位置來確定軸線相對(duì)于基準(zhǔn)的方位包括生成從該多個(gè)位置外推的柱形表示和確定該柱形表示的大致中心軸線。
[0024]在另一個(gè)一般方面中，一種指示器械相對(duì)于股骨的方位的方法包括:接收指示相對(duì)于基準(zhǔn)的圍繞股骨的頸部的多個(gè)位置的信息，該基準(zhǔn)相對(duì)于股骨位于固定方位處；使用所測(cè)量的多個(gè)位置來確定軸線相對(duì)于基準(zhǔn)的方位；接收指示器械相對(duì)于基準(zhǔn)的方位的信息；以及提供指示器械相對(duì)于軸線的方位的信息。
[0025]實(shí)施可包括下列一個(gè)或多個(gè)特征。例如，使用所測(cè)量的多個(gè)位置來確定軸線相對(duì)于基準(zhǔn)的方位包括生成從該多個(gè)位置外推的圓柱體的表示和確定該圓柱體的大致中心軸線的方位。確定圓柱體的半徑并提供指示圓柱體的半徑的信息。多個(gè)位置中的一個(gè)或多個(gè)通過使可移動(dòng)探針與股骨的頸部接合來測(cè)量。多個(gè)位置中的一個(gè)或多個(gè)響應(yīng)于在可移動(dòng)探針與股骨的頸部接觸的同時(shí)可移動(dòng)探針的觸發(fā)機(jī)構(gòu)的促動(dòng)而測(cè)量。多個(gè)位置中的一個(gè)或多個(gè)響應(yīng)于可移動(dòng)探針接觸股骨的頸部而測(cè)量。接收指示相對(duì)于基準(zhǔn)的圍繞股骨的頸部的多個(gè)位置的信息包括確定可移動(dòng) 探針的觸發(fā)機(jī)構(gòu)被促動(dòng)并且響應(yīng)于確定觸發(fā)機(jī)構(gòu)被促動(dòng)而記錄指示可移動(dòng)探針相對(duì)于基準(zhǔn)的方位的信息。
[0026]在另一個(gè)一般方面中，用于指不器械相對(duì)于股骨的方位的控制單兀包括:輸入模塊，其被構(gòu)造成接收(i)指示相對(duì)于基準(zhǔn)的圍繞股骨的頸部的多個(gè)位置的信息(該基準(zhǔn)相對(duì)于股骨位于固定方位處)和(ii)指示器械相對(duì)于基準(zhǔn)的方位的信息；處理模塊，其被構(gòu)造成使用所測(cè)量的多個(gè)位置來確定軸線相對(duì)于基準(zhǔn)的方位；以及輸出模塊，其被構(gòu)造成指不器械相對(duì)于軸線的方位。
[0027]在另一個(gè)一般方面中，一種定位系統(tǒng)包括:第一基準(zhǔn)；包括第二基準(zhǔn)的可移動(dòng)探針；識(shí)別器，其可操作地聯(lián)接到第一基準(zhǔn)和第二基準(zhǔn)；以及控制單元，其與識(shí)別器通信，該控制單元被構(gòu)造成接收(i)指示相對(duì)于基準(zhǔn)的圍繞股骨的頸部的多個(gè)位置的信息(該基準(zhǔn)位于相對(duì)于股骨的固定方位處)和(ii)指示器械相對(duì)于基準(zhǔn)的方位的信息、使用所測(cè)量的多個(gè)位置來確定軸線相對(duì)于基準(zhǔn)的方位、以及指示器械相對(duì)于軸線的方位。
[0028]在另一個(gè)一般方面中，一種用于確定一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)特性中的差異的方法包括:將第一基準(zhǔn)固定地附連在第一位置處；將第二基準(zhǔn)固定到附連在第二位置處，使得關(guān)節(jié)的移動(dòng)改變第二基準(zhǔn)相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位；測(cè)量第二基準(zhǔn)相對(duì)于第一基準(zhǔn)的第一多個(gè)位置；測(cè)量第二基準(zhǔn)相對(duì)于第一基準(zhǔn)的第二多個(gè)位置；以及使用第一多個(gè)位置和第二多個(gè)位置來確定在一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)特性中的差異。
[0029]在另一個(gè)一般方面中，一種用于確定一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)特性中的差異的方法包括:接收指示第一基準(zhǔn)相對(duì)于第二基準(zhǔn)的第一多個(gè)位置的信息；接收指示第一基準(zhǔn)相對(duì)于第二基準(zhǔn)的第二多個(gè)位置的信息；以及使用第一多個(gè)位置和第二多個(gè)位置來確定在一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)特性中的差異。
[0030]實(shí)施可包括下列一個(gè)或多個(gè)特征。例如，第一多個(gè)位置指示在外科手術(shù)之前的關(guān)節(jié)的不同方位，并且第二多個(gè)位置指示在外科手術(shù)之后的關(guān)節(jié)的不同方位。在第一基準(zhǔn)相對(duì)于第一骨固連在第一方位處并且第二基準(zhǔn)相對(duì)于第二骨固連在第二方位的同時(shí)，測(cè)量第一多個(gè)位置和第二多個(gè)位置。使用第一多個(gè)位置和第二多個(gè)位置來確定腿部長(zhǎng)度中的差異包括:使用第一多個(gè)位置來生成第一表面的第一表示；使用第二多個(gè)位置來生成第二表面的第二表不;以及比較第一表不與第二表不。第一表面包括具有第一半徑的球面的一部分，第二表面包括具有第二半徑的球面的一部分，并且比較第一表示與第二表示包括確定在第一半徑和第二半徑之間的差異。該方法包括基于第一多個(gè)位置和第二多個(gè)位置來確定在關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心中的差異。該方法包括基于第一多個(gè)位置和第二多個(gè)位置來確定在關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍中的差異。確定在一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)特性中的差異包括下列中的一個(gè)或多個(gè):確定腿部長(zhǎng)度中的差異、確定關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心中的差異、確定關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的偏移量、確定在關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的尺寸中的差異、以及確定在關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的形狀中的差異。使用第一多個(gè)位置和第二多個(gè)位置來確定在一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)特性中的差異包括:使用第一多個(gè)位置生成指示關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的極限的表示；使用第二多個(gè)位置生成指示關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的極限的表不；以及比較第一表不與第二表不。
[0031]關(guān)節(jié)為髖關(guān)節(jié)，第一位置是相對(duì)于髖關(guān)節(jié)的骨盆的固定位置，并且第二位置是相對(duì)于髖關(guān)節(jié)的股骨的固定位置。關(guān)節(jié)為肩關(guān)節(jié)，第一位置是相對(duì)于肩關(guān)節(jié)的肩胛骨的固定位置，并且第二位置是相對(duì)于肩關(guān)節(jié)的肱骨的固定位置。
[0032]在另一個(gè)一般方面中，一種用于確定關(guān)節(jié)特性中的差異的控制單元包括:輸入模塊，其被構(gòu)造成接收指示第一基準(zhǔn)相對(duì)于第二基準(zhǔn)的第一多個(gè)位置的信息、以及指示第一基準(zhǔn)相對(duì)于第二基準(zhǔn)的第二多個(gè)位置的信息；處理模塊，其被構(gòu)造成使用第一多個(gè)位置和第二多個(gè)位置來確定在一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)特性中的差異；以及輸出模塊，其被構(gòu)造成指示在一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)特性中的差異。
[0033]在另一個(gè)一般方面中，一種用于確定在關(guān)節(jié)特性中的差異的系統(tǒng)包括:第一基準(zhǔn)，其被構(gòu)造成附連到第一骨；第二基準(zhǔn)，其被構(gòu)造成附連到第二骨；識(shí)別器，其可操作地聯(lián)接到第一基準(zhǔn)和第二基準(zhǔn)；以及控制單元，其與識(shí)別器通信，該控制單元被構(gòu)造成接收(i)指示第一基準(zhǔn)相對(duì)于第二基準(zhǔn)的第一多個(gè)位置的信息和(ii)指示第一基準(zhǔn)相對(duì)于第二基準(zhǔn)的第二多個(gè)位置的信息、并且使用第一多個(gè)位置和第二多個(gè)位置來確定在一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)特性中的差異。
[0034]一個(gè)或多個(gè)實(shí)施的細(xì)節(jié)在附圖中和下文的描述中闡述。本公開的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將從說明書和附圖顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1和圖2是對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的圖示。
[0036]圖3A是示出關(guān)節(jié)的透視圖。
`[0037]圖3B是用于關(guān)節(jié)的髖臼導(dǎo)向器的透視圖。
[0038]圖3C是接納在關(guān)節(jié)中的圖3B的髖臼導(dǎo)向器的透視圖。
[0039]圖4A和圖4B是示出用于確定軸線的方位的技術(shù)的透視圖。
[0040]圖5A和圖5B是示出用于計(jì)算器械相對(duì)于軸線的方位的技術(shù)的透視圖。
[0041]圖6、圖7A和圖7B是圖1的系統(tǒng)的控制單元的用戶接口的圖示。
[0042]圖8、圖9、圖1OA至圖1OC以及圖1lA和圖1lB是用于采集關(guān)節(jié)的數(shù)據(jù)的過程的圖示。
[0043]圖12A至圖12C和圖13是用于處理多個(gè)關(guān)節(jié)的數(shù)據(jù)的過程的圖示。
[0044]圖14A、圖14B、圖15和圖16是用于使用其它關(guān)節(jié)的數(shù)據(jù)來確定某關(guān)節(jié)的力線(alignment)的過程的圖示。
[0045]圖17至圖20是用于選擇和靶向相對(duì)于關(guān)節(jié)的骨的力線的過程的圖示。
[0046]圖21A和圖21B是示出用于基于相對(duì)于關(guān)節(jié)的骨已知的力線來確定關(guān)節(jié)的力線的過程的透視圖。
[0047]圖22A、圖22B和圖23是用于選擇植入物的過程的圖示。
[0048]圖24A和圖24B是示出用于測(cè)量關(guān)節(jié)的特性的過程的透視圖。[0049]圖25A、圖25B、圖26A和圖26B是為關(guān)節(jié)翻修術(shù)(revision arthroplasty)確定對(duì)準(zhǔn)的過程的圖示。
[0050]圖27是圖1的系統(tǒng)的控制單元的框圖。
[0051]圖28是備選的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的圖示。
[0052]圖29至圖31、圖36至圖38和圖40是示出用于相對(duì)于關(guān)節(jié)確定對(duì)準(zhǔn)的示例性過程的流程圖。
[0053]圖34和圖43是示出用于確定關(guān)節(jié)特性中的差異的示例性過程的流程圖。
[0054]圖39是示出用于處理描述多個(gè)關(guān)節(jié)的數(shù)據(jù)的示例性過程的流程圖。
[0055]圖32和圖41是示出用于相對(duì)于關(guān)節(jié)確定對(duì)準(zhǔn)的示例性過程的流程圖。
[0056]圖33和圖42是示出用于確定試驗(yàn)植入物的適合性的示例性過程的流程圖。
[0057]圖35和圖44是示出用于確定包括植入物的關(guān)節(jié)的特性的示例性過程的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0058]參看圖1，對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)100可用來在外科手術(shù)期間方便器械、植入物和組織的正確對(duì)準(zhǔn)。例如，對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)100可用來在例如髖關(guān)節(jié)10的關(guān)節(jié)成形術(shù)期間對(duì)準(zhǔn)組織和外科器械30。雖然下文結(jié)合髖關(guān)節(jié)描述了許多技術(shù)，但相同的技術(shù)可適用于其它關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)成形術(shù)，包括諸如肩關(guān)節(jié)的其它球窩關(guān)節(jié)。這些技術(shù)也可應(yīng)用于除關(guān)節(jié)成形術(shù)之外的外科手術(shù)。
[0059]在髖關(guān)節(jié)成形術(shù)期間，外科醫(yī)生可使用系統(tǒng)100來確定嵌塞軸線相對(duì)于髖關(guān)節(jié)的方位。嵌塞軸線和其它力線可用來例如制備髖白的表面、安裝髖白植入物和制備股骨以接納植入物。系統(tǒng)100可指示在器械的當(dāng)前對(duì)準(zhǔn)和優(yōu)選對(duì)準(zhǔn)之間的差異，從而輔助外科醫(yī)生將器械定位在優(yōu)選對(duì)準(zhǔn)處。
[0060]系統(tǒng)100包括一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)。組織和器械的方位相對(duì)于基準(zhǔn)中的一個(gè)或多個(gè)而確定，并且基準(zhǔn)的方位相對(duì)于彼此而確定?；鶞?zhǔn)的示例包括識(shí)別器20和傳感器12a-12c。系統(tǒng)100包括與傳感器12a-12c中的一個(gè)或多個(gè)通信的識(shí)別器20。當(dāng)與識(shí)別器20通信時(shí)，每個(gè)傳感器12a-12c產(chǎn)生指不傳感器12a-12c與識(shí)別器20的相對(duì)方位的信號(hào)。
[0061]下文將更詳細(xì)描述的識(shí)別器20產(chǎn)生可由傳感器12a_12c檢測(cè)到的電磁場(chǎng)。識(shí)別器20可具有大體上板狀的形狀，并且也可具有其它形狀。識(shí)別器20可由落地式底座支撐，如圖所示。識(shí)別器20可備選地放置在患者下方或另一位置處。如在其它附圖中所示和如下所述，識(shí)別器20可以是手持式或可聯(lián)接到可移動(dòng)器械。
[0062]如本文所用，方位(position)可包括位置(location)和取向(orientation)兩者。例如，指示一基準(zhǔn)相對(duì)于另一基準(zhǔn)的方位的數(shù)據(jù)可指示在基準(zhǔn)之間的平移偏移量以及角向偏移量和旋轉(zhuǎn)偏移量。
[0063]控制單元50接收指示基準(zhǔn)相對(duì)于彼此的方位的信息?；谧R(shí)別器20和傳感器12a-12c的方位以及其它已知的空間關(guān)系，控制單元50確定相對(duì)于關(guān)節(jié)10的優(yōu)選對(duì)準(zhǔn)和相對(duì)于關(guān)節(jié)10的當(dāng)前對(duì)準(zhǔn)。
[0064]兩個(gè)基準(zhǔn)的相`對(duì)方位(例如，一基準(zhǔn)相對(duì)于另一基準(zhǔn)的方位)可直接或間接確定。例如，第一基準(zhǔn)和第二基準(zhǔn)的相對(duì)方位可通過確定每個(gè)基準(zhǔn)相對(duì)于第三基準(zhǔn)的方位來確定。因此，確定一基準(zhǔn)相對(duì)于另一基準(zhǔn)的方位不需要在由所述基準(zhǔn)中任一個(gè)限定的參考系中進(jìn)行測(cè)量。[0065]類似地，方位可以是相對(duì)于基準(zhǔn)已知的，即使它是間接已知的。例如，當(dāng)基準(zhǔn)A和基準(zhǔn)B的相對(duì)方位為已知并且基準(zhǔn)B和基準(zhǔn)C的相對(duì)方位為已知時(shí)，基準(zhǔn)A和基準(zhǔn)C的相對(duì)方位也是已知的，即使該相對(duì)方位不是直接存儲(chǔ)或計(jì)算的。
[0066]控制單元50包括控制模塊，其被構(gòu)造成例如提供功率并控制信號(hào)以調(diào)節(jié)與控制單元50通信的傳感器和識(shí)別器的操作。控制單元50包括輸入模塊以從傳感器、識(shí)別器和其它系統(tǒng)接收信號(hào)。使用所接收的信息，控制單元50的處理模塊計(jì)算器械30與組織的優(yōu)選對(duì)準(zhǔn)。處理模塊還計(jì)算器械和組織相對(duì)于優(yōu)選對(duì)準(zhǔn)的當(dāng)前方位?？刂茊卧?0還包括輸出模塊，其可在用戶接口 52上指示器械與組織的優(yōu)選對(duì)準(zhǔn)和實(shí)際對(duì)準(zhǔn)以及下文中所述的其它信息。例如，用戶接口 52可顯示包括關(guān)節(jié)10的表示10’和器械30的表示30’的圖像并可指示器械30相對(duì)于關(guān)節(jié)10的方位。
[0067]參看圖2，更詳細(xì)地，識(shí)別器20包括電磁(EM)場(chǎng)發(fā)生器21，其操作用于產(chǎn)生具有已知特性的EM場(chǎng)。EM場(chǎng)發(fā)生器21位于識(shí)別器20的外殼23內(nèi)。EM場(chǎng)發(fā)生器21包括一個(gè)或多個(gè)線圈或產(chǎn)生EM場(chǎng)的其它部件。所生成的EM場(chǎng)由一個(gè)或多個(gè)磁傳感器檢測(cè)，例如EM場(chǎng)傳感器40,其各自基于所檢測(cè)到的EM場(chǎng)產(chǎn)生輸出信號(hào)。多種不同的磁傳感器中的任一個(gè)都可用作EM場(chǎng)傳感器40，例如，感應(yīng)線圈、霍爾效應(yīng)傳感器、磁通門磁場(chǎng)傳感器和磁阻傳感器中的一個(gè)或多個(gè)。當(dāng)EM場(chǎng)傳感器40檢測(cè)到足夠的EM場(chǎng)能量時(shí)，EM場(chǎng)傳感器40產(chǎn)生指不EM場(chǎng)傳感器40相對(duì)于EM場(chǎng)發(fā)生器21的方位的信號(hào)。 [0068]控制單元50驅(qū)動(dòng)EM場(chǎng)發(fā)生器21，從EM場(chǎng)傳感器40接收輸出信號(hào)，并且顯示EM場(chǎng)傳感器40和識(shí)別器20的相對(duì)方位。例如，識(shí)別器20、傳感器40和控制單元50可包括如在WIPO國(guó)際公布N0.W02008/106593和W02009/108214 (每份專利均以引用方式全文并入本文中)中描述的和在美國(guó)專利申請(qǐng)N0.12/758，747和12/768,689(每份專利均以引用方式全文并入本文中)中描述的特征。
[0069]識(shí)別器20的可用范圍為識(shí)別器20周圍的三維區(qū)域，其被稱為識(shí)別器20的工作容積。工作容積的大小和形狀基于由EM場(chǎng)發(fā)生器21產(chǎn)生的EM場(chǎng)的特性并且可基于對(duì)靶向精度的需求而被修改至更大或更小。識(shí)別器20的工作容積的形狀和尺寸部分地取決于EM場(chǎng)發(fā)生器21的構(gòu)型、EM場(chǎng)發(fā)生器21的操作的具體特性(例如，驅(qū)動(dòng)信號(hào)的特性)和其它因素。
[0070]在一些實(shí)施中，工作容積是圍繞識(shí)別器20的區(qū)域。例如，識(shí)別器20可以在工作容積內(nèi)大體上居中定位。對(duì)于一些實(shí)施來說，例如在用于關(guān)節(jié)成形術(shù)對(duì)準(zhǔn)期間使用的那些實(shí)施，工作容積可在寬度上延伸大約50cm或以上并且在深度上延伸大約40cm或以上并且位于距識(shí)別器20約5cm的距離處。因此，聯(lián)接到識(shí)別器20的鉆導(dǎo)向器或其它器械將從識(shí)別器20延伸例如超過5cm以確保在工作容積內(nèi)的正確對(duì)準(zhǔn)。備選地，對(duì)于一些用途來說，具有較小尺寸的工作容積可用來增加準(zhǔn)確度和精度。
[0071]傳感器40與識(shí)別器20的EM場(chǎng)發(fā)生器21通信，例如，當(dāng)傳感器40位于EM場(chǎng)發(fā)生器21的工作容積內(nèi)時(shí)通過接收由EM場(chǎng)發(fā)生器21產(chǎn)生的EM場(chǎng)。傳感器40生成指示所檢測(cè)到的EM場(chǎng)的強(qiáng)度。傳感器40包括例如電感式傳感器，其被構(gòu)造成通過輸出一個(gè)或多個(gè)感應(yīng)電流而對(duì)由識(shí)別器20產(chǎn)生的EM場(chǎng)做出響應(yīng)。傳感器40可包括相對(duì)于彼此位于已知的固定方位處的兩個(gè)或更多個(gè)感應(yīng)線圈，并且每個(gè)線圈可輸出感應(yīng)電流。
[0072]傳感器40包括諸如傳感器引線34的連接，以傳輸輸出信號(hào)或與該信號(hào)有關(guān)的數(shù)據(jù)。傳感器引線34提供用于傳輸傳感器40的輸出的有線連接。傳感器引線34可響應(yīng)于EM場(chǎng)而載送由傳感器40產(chǎn)生的信號(hào)。在一些實(shí)施中，連接可包括無線發(fā)射器。另外，傳感器引線34可包括不止一個(gè)連接，并且傳感器引線34除信號(hào)或數(shù)據(jù)之外可載送功率和控制信號(hào)，并且雙向通信是可能的。例如，關(guān)于傳感器40的校準(zhǔn)的信息可存儲(chǔ)在聯(lián)接到傳感器40的存儲(chǔ)裝置中。
[0073]由傳感器40產(chǎn)生的信號(hào)允許確定識(shí)別器20和傳感器40的相對(duì)方位。在EM場(chǎng)發(fā)生器21的工作容積內(nèi)的不同方位處，傳感器40檢測(cè)不同的EM場(chǎng)能，導(dǎo)致不同的輸出信號(hào)。輸出信號(hào)可用來準(zhǔn)確地確定識(shí)別器20相對(duì)于傳感器40的方位。位于識(shí)別器20的工作容積外部的傳感器40可不會(huì)從場(chǎng)發(fā)生器21接收足夠的EM能以生成可用來準(zhǔn)確地確定傳感器40和識(shí)別器20的相對(duì)方位的輸出信號(hào)。
[0074]傳感器40的輸出允許在最多六個(gè)自由度中確定傳感器40的方位，例如沿通常稱為X、Y和Z的三個(gè)平移軸線，以及通常稱為俯仰、偏航和橫搖的三個(gè)角向取向，它們均被限定為繞三個(gè)平移軸線中的一個(gè)的旋轉(zhuǎn)。因此，由單個(gè)傳感器40產(chǎn)生的信號(hào)可限定相對(duì)于識(shí)別器20的軸線。指示少至三個(gè)自由度的傳感器可用來測(cè)量在參考系中的位置。為了限定軸線的方位，可使用允許確定至少五個(gè)自由度的傳感器。當(dāng)需要關(guān)于軸線的方位和繞軸線的旋轉(zhuǎn)方位的信息時(shí)，可使用指示六個(gè)自由度的數(shù)據(jù)的傳感器。
[0075]諸如傳感器40和識(shí)別器20的基準(zhǔn)可聯(lián)接到組織或器械，從而可基于基準(zhǔn)的方位來確定組織或器械的方位。 基準(zhǔn)可附連在相對(duì)于器械或組織的已知方位處或者附連到未知的方位。
[0076]對(duì)于一些測(cè)量來說，不需要知道組織或器械的尺寸和基準(zhǔn)初始地附連的方位。例如，第一基準(zhǔn)可附連在相對(duì)于器械或組織的任意方位處。在第一基準(zhǔn)保持在相對(duì)于器械的固定方位(例如，第一基準(zhǔn)隨器械移動(dòng))的同時(shí)，器械可相對(duì)于聯(lián)接到第二基準(zhǔn)的骨定位。在特定方位處，控制單元50確定在基準(zhǔn)的方位之間的偏移量并存儲(chǔ)該偏移量。當(dāng)器械和骨的相對(duì)方位變化時(shí)，控制單元50可指示與此前測(cè)量的相對(duì)方位的偏差。因此，甚至當(dāng)基準(zhǔn)未相對(duì)于彼此校準(zhǔn)并且基準(zhǔn)不位于器械或組織的已知方位處時(shí)，控制單元50也可輔助系統(tǒng)100的操作者將器械返回至相對(duì)于骨的測(cè)量方位。
[0077]對(duì)于其它測(cè)量來說，傳感器40可聯(lián)接在相對(duì)于器械或組織的已知方位處。例如，傳感器40可位于器械30的標(biāo)志處并取向在相對(duì)于器械30的已知取向處。系統(tǒng)100的操作者例如通過輸入識(shí)別標(biāo)志的信息而向控制單兀50輸入指不傳感器相對(duì)于器械30的位置和取向的信息。控制單元50訪問指示器械30的尺寸和標(biāo)志相對(duì)于器械30的特征的方位的信息。例如，控制單元50可訪問指示在標(biāo)志和構(gòu)造成接合組織的器械30的端部之間的偏移量的信息。
[0078]因?yàn)閭鞲衅?0的方位相對(duì)于器械30為已知的，所以控制單元50可基于傳感器40的方位來確定器械30的方位。例如，為了確定器械30的端部的方位,控制單元50確定傳感器40的方位，并且通過在傳感器40和端部之間的偏移量調(diào)整該方位。因此，當(dāng)傳感器40的方位相對(duì)于基準(zhǔn)被確定時(shí)，器械30的端部的方位也可相對(duì)于相同基準(zhǔn)而確定。
[0079]在一些實(shí)施中，外科醫(yī)生或系統(tǒng)100的其它操作者可通過外殼23夾持識(shí)別器20以將識(shí)別器20相對(duì)于患者、器械和/或傳感器40定位。識(shí)別器20可包括聯(lián)接構(gòu)件22，器械和其它附件聯(lián)接到該聯(lián)接構(gòu)件22。通過將識(shí)別器20相對(duì)于手術(shù)部位取向，操作者也將聯(lián)接的器械相對(duì)于手術(shù)部位取向。例如，聯(lián)接構(gòu)件22可接納聯(lián)接到鉆導(dǎo)向器26的鉆導(dǎo)向器附件24。識(shí)別器20可用來定位鉆導(dǎo)向器26，從而將插入穿過鉆導(dǎo)向器26的鉆頭或?qū)тN引導(dǎo)至醫(yī)療程序所需或?qū)τ卺t(yī)療程序合適的方位。也可包括附件以將擴(kuò)孔鉆、鉆孔器、嵌塞器和其它器械聯(lián)接在相對(duì)于識(shí)別器20的已知方位處。器械可由非鐵素體材料構(gòu)成以限制對(duì)在識(shí)別器20和傳感器40之間的EM通信的干擾。
[0080]在一些實(shí)施中，包括EM場(chǎng)發(fā)生器21的識(shí)別器20為獨(dú)立式單元或安裝到底座。識(shí)別器20可因此在器械相對(duì)于手術(shù)部位定位的同時(shí)保持在靜止方位，或者可獨(dú)立于器械的移動(dòng)而移動(dòng)。第二傳感器40聯(lián)接到外科器械且與EM場(chǎng)發(fā)生器21通信。控制單元50接收聯(lián)接到器械的傳感器40和聯(lián)接到器械的傳感器40兩者的輸出信號(hào)。控制單元50可基于這兩個(gè)傳感器40的信號(hào)來確定識(shí)別器20相對(duì)于器械30的方位。在一些實(shí)施中，可使用附加的傳感器40。
[0081]控制單元50控制識(shí)別器20的操作并接收來自一個(gè)或多個(gè)傳感器40的輸入。控制單元50可通過有線或無線鏈路與識(shí)別器20通信以傳輸控制EM場(chǎng)發(fā)生器21的操作的功率和控制信號(hào)。例如，識(shí)別器20可包括提供到控制單元50的連接的纜線27。
[0082]控制單元50包括一個(gè)或多個(gè)處理裝置，其被構(gòu)造成確定識(shí)別器20的EM場(chǎng)發(fā)生器21和每一個(gè)傳感器40的相對(duì)方位。因?yàn)槊總€(gè)傳感器40的方位相對(duì)于相同基準(zhǔn)(EM場(chǎng)發(fā)生器21)而確定，所以一個(gè)或多個(gè)處理裝置可確定每個(gè)傳感器40相對(duì)于每個(gè)其它傳感器40的方位。使用來自傳感器40的信號(hào)，控制單元50確定器械30相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)的方位。
[0083]控制單元50包括顯示器，圖像用戶接口 52在該顯示器上呈現(xiàn)給外科醫(yī)生。在一些實(shí)施中，控制單元50在用戶 接口 52上輸出對(duì)器械30的當(dāng)前方位是否相對(duì)于優(yōu)選方位可接受的指示。例如，在用戶接口 52上的輸出可包括一個(gè)或多個(gè)元素，例如，表示器械30相對(duì)于手術(shù)對(duì)準(zhǔn)的角度的元素、表示器械30相對(duì)于手術(shù)對(duì)準(zhǔn)的可接受方位的一個(gè)或多個(gè)元素、表示器械30相對(duì)于手術(shù)對(duì)準(zhǔn)的不可接受方位的一個(gè)或多個(gè)元素、器械30相對(duì)于解剖軸線的角度的數(shù)字指示、指示器械30的當(dāng)前方位可接受的元素、以及指示器械30的當(dāng)前方位不可接受的元素。
[0084]系統(tǒng)100可用于各種測(cè)量和程序，包括例如:(I)使用患者專用導(dǎo)向器來確定手術(shù)對(duì)準(zhǔn)；(2)使用存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)來確定手術(shù)對(duì)準(zhǔn)；(3)通過測(cè)量繞關(guān)節(jié)的骨的位置來確定手術(shù)對(duì)準(zhǔn)；(4)基于關(guān)節(jié)的已知方位來確定手術(shù)對(duì)準(zhǔn)；(5)試驗(yàn)部件以選擇植入物；(6)確定關(guān)節(jié)的特性并識(shí)別關(guān)節(jié)的特性中的變化；以及(7)為翻修手術(shù)確定對(duì)準(zhǔn)。
[0085]下面描述使用系統(tǒng)100的方法的示例。
[0086]1.使用患者專用的導(dǎo)向器對(duì)準(zhǔn)
外科醫(yī)生可使用系統(tǒng)100來確定手術(shù)對(duì)準(zhǔn)相對(duì)于關(guān)節(jié)的方位。例如，外科醫(yī)生可使用系統(tǒng)100來確定具有已知方位的嵌塞軸線相對(duì)于患者的解剖結(jié)構(gòu)的方位。
[0087]在髖關(guān)節(jié)成形術(shù)中，常常沿嵌塞軸線安裝諸如髖白杯的髖白植入物。在手術(shù)期間使用的嵌塞軸線確定諸如髖臼杯的髖臼植入物的安裝取向。外科醫(yī)生通過對(duì)髖臼擴(kuò)孔(常常通過將擴(kuò)孔鉆相對(duì)于嵌塞軸線取向)而制備髖白以接納髖白杯。外科醫(yī)生接著將髖臼杯沿嵌塞軸線打入經(jīng)制備的髖白中。在關(guān)節(jié)成形術(shù)期間使用的嵌塞軸線可顯著地影響重建后的關(guān)節(jié)的性能。[0088]髖白杯應(yīng)安裝成的優(yōu)選取向可通過杯前傾角和杯傾斜角來指示。髖白杯的表面或邊緣可限定平面。杯傾斜角可以是在杯的表面和矢狀面之間在冠狀面中的角度。杯前傾角可以是在杯的表面和矢狀面之間在橫斷面中的角度。髖白杯的優(yōu)選安裝取向可以是例如45度的杯傾斜角和20度的杯前傾角。
[0089]嵌塞軸線穿過髖臼杯的中心并且當(dāng)杯處于優(yōu)選取向時(shí)垂直于髖臼杯的表面取向。沿嵌塞軸線安裝髖白杯將髖白杯定位在優(yōu)選取向。
[0090]為了簡(jiǎn)化描述，嵌塞軸線的前傾和傾斜在本文中被稱為對(duì)應(yīng)于具有等同的杯前傾和傾斜值的取向。例如，嵌塞軸線的前傾角可測(cè)量為在冠狀面和嵌塞軸線在橫斷面上的投影之間的角度。嵌塞軸線的傾斜角可測(cè)量為在橫斷面和嵌塞軸線在冠狀面上的投影之間的角度。在這樣的定義下，20度的杯前傾角對(duì)應(yīng)于20度的嵌塞軸線前傾角，盡管這樣的角度不是相對(duì)于相同的參考平面測(cè)量的。以上所述定義作為示例給出以簡(jiǎn)化描述。在實(shí)施中，可備選地使用傾斜和前傾的其它定義(例如，標(biāo)準(zhǔn)解剖、手術(shù)或放射學(xué)定義)和用于限定植入物放置的其它解剖參考系。
[0091]為了確定嵌塞軸線相對(duì)于患者的關(guān)節(jié)的方位，外科醫(yī)生可使用為接納到關(guān)節(jié)中而定制形狀的患者專用的導(dǎo)向器。導(dǎo)向器可在手術(shù)前成形以適形于關(guān)節(jié)。當(dāng)位于關(guān)節(jié)中時(shí)，導(dǎo)向器可指示具有相對(duì)于關(guān)節(jié)(更確切地說相對(duì)于關(guān)節(jié)作為其一部分的身體的解剖平面)已知的傾斜角和已知的前傾角的嵌塞軸線的對(duì)準(zhǔn)。
[0092]作為示例，使用導(dǎo)向器和系統(tǒng)100，外科醫(yī)生可確定嵌塞軸線相對(duì)于關(guān)節(jié)的方位。外科醫(yī)生將第一基準(zhǔn)放置在相對(duì)于關(guān)節(jié)的固定方位處，例如髖關(guān)節(jié)的骨盆處。外科醫(yī)生將導(dǎo)向器放置在關(guān)節(jié)中，并且相對(duì)于由導(dǎo)向器指示的嵌塞軸線對(duì)準(zhǔn)第二基準(zhǔn)。在該對(duì)準(zhǔn)下，第二基準(zhǔn)標(biāo)記嵌塞軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位。控制單元50確定基準(zhǔn)相對(duì)于彼此的方位，并且記錄嵌塞軸線相對(duì) 于第一基準(zhǔn)的方位。外科醫(yī)生接著將導(dǎo)向器從關(guān)節(jié)移除。因?yàn)閷?dǎo)向器從關(guān)節(jié)被移除，所以外科醫(yī)生在制備髖白和植入髖白植入物時(shí)具有無阻礙的通路。
[0093]系統(tǒng)100使用嵌塞軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)的記錄方位來指示相對(duì)于嵌塞軸線的方位的器械的方位。例如，第二基準(zhǔn)可聯(lián)接到器械。隨著第二基準(zhǔn)和器械一起移動(dòng)，控制單元50計(jì)算在第二基準(zhǔn)的當(dāng)前方位和第二基準(zhǔn)的此前確定的方位之間的差異，此前確定的方位對(duì)應(yīng)于沿嵌塞軸線的對(duì)準(zhǔn)?？刂茊卧?0輸出信息，該信息例如通過在相對(duì)于導(dǎo)向器對(duì)準(zhǔn)時(shí)使第二基準(zhǔn)返回至其方位或至從測(cè)量方位的特定偏移量處而輔助外科醫(yī)生沿嵌塞軸線對(duì)準(zhǔn)器械。由于由系統(tǒng)100如此輔助，外科醫(yī)生可相對(duì)于嵌塞軸線取向器械以執(zhí)行外科手術(shù)，而不需要在擴(kuò)孔和嵌塞期間物理接觸導(dǎo)向器。
[0094]系統(tǒng)100輔助外科醫(yī)生實(shí)現(xiàn)由導(dǎo)向器指示的對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)允許外科醫(yī)生進(jìn)行調(diào)整以應(yīng)對(duì)變化的條件和在手術(shù)期間進(jìn)行的發(fā)現(xiàn)。
[0095]1.1對(duì)導(dǎo)向器進(jìn)行手術(shù)前成形
參看圖3A，采集指示髖關(guān)節(jié)10的輪廓的信息。該信息可包括在手術(shù)之前采集的髖關(guān)節(jié)10的影像數(shù)據(jù)55。關(guān)節(jié)10可使用諸如計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)或磁共振成像(MRI)的斷層掃描技術(shù)來成像。影像數(shù)據(jù)的其它示例包括X射線圖像和超聲掃描數(shù)據(jù)。
[0096]參看圖3B，使用影像數(shù)據(jù)55，導(dǎo)向器60被制造成基本上適形于關(guān)節(jié)10的接納部分，例如髖白13的一個(gè)或多個(gè)部分。每個(gè)髖關(guān)節(jié)的髖白是獨(dú)特的。導(dǎo)向器60的外輪廓62成形為基本匹配髖曰13的輪廓，使得導(dǎo)向器60與髖曰13配合。從影像數(shù)據(jù)55確定的髖臼13的特征被用來對(duì)導(dǎo)向器60的對(duì)應(yīng)的配合表面(例如，外輪廓62)進(jìn)行成形。因此，作為在影像數(shù)據(jù)55中描述的對(duì)特定關(guān)節(jié)10的定制配合的結(jié)果，導(dǎo)向器60是患者專用的。
[0097]導(dǎo)向器60可適形于髖臼13,使得導(dǎo)向器60以單一取向與髖臼13配合。導(dǎo)向器60可由諸如塑料、金屬或陶瓷的剛性材料形成。導(dǎo)向器60可以被成形、尺寸設(shè)計(jì)和成輪廓為使得外輪廓62適形于髖白13的足夠部分，以便當(dāng)導(dǎo)向器60被接納到髖白13時(shí)形成穩(wěn)定接合。在一些實(shí)施中，導(dǎo)向器適形于髖臼13的表面的大部分。
[0098]此外，或作為髖臼13的配合表面的備選方案，導(dǎo)向器60也可適形于其它特征，包括靠近髖臼13的骨盆的部分。導(dǎo)向器60也可適形于例如髖臼緣、坐骨大切跡、髂骨的一部分、和/或髂前下棘的全部或部分。
[0099]因?yàn)樾g(shù)前影像數(shù)據(jù)55用來形成導(dǎo)向器60，所以導(dǎo)向器60可在手術(shù)之前成形為適形于髖曰13。導(dǎo)向器60可作為具有通常不可調(diào)整的外輪廓62的預(yù)成形單元提供給外科醫(yī)生。例如，導(dǎo)向器60可被模制、切割、機(jī)加工、三維打印、或以其它方式制造成合適形狀。導(dǎo)向器60可形成為塊體或整體單元。
[0100]影像數(shù)據(jù)55也用來確定嵌塞軸線14相對(duì)于關(guān)節(jié)10的方位。嵌塞軸線14使用影像數(shù)據(jù)55選擇成具有相對(duì)于患者的解剖結(jié)構(gòu)已知的傾斜角和已知的前傾角。嵌塞軸線14的方位可任選地在導(dǎo)向器60上指示，從而指示嵌塞軸線14相對(duì)于髖白的輪廓的方位。當(dāng)導(dǎo)向器60被接納在關(guān)節(jié)10中時(shí)，由導(dǎo)向器60指示的方位與嵌塞軸線14的方位重合。例如，導(dǎo)向器60可限定沿嵌塞軸線14部分地或完全地通過導(dǎo)向器60的導(dǎo)向孔64。附加地或備選地，導(dǎo)向器60的標(biāo)記或特征可指示軸線14相對(duì)于導(dǎo)向器60的取向。
[0101]導(dǎo)向器60任選地包括識(shí)別患者的標(biāo)記,例如,標(biāo)記在導(dǎo)向器60上的患者姓名或患者編號(hào)。其它識(shí)別信息可標(biāo)記在導(dǎo)向器60上或嵌入其中以將導(dǎo)向器60與例如對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)
10、患者、外科醫(yī)生或醫(yī)院相關(guān)聯(lián)。
[0102]影像數(shù)據(jù)55也可用來確定關(guān)`節(jié)10的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)15 (圖3A)(例如，關(guān)節(jié)10的運(yùn)動(dòng)中心點(diǎn))?；鶞?zhǔn)點(diǎn)65相對(duì)于導(dǎo)向器60的方位可被確定，其中基準(zhǔn)點(diǎn)65對(duì)應(yīng)于關(guān)節(jié)10的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)15。例如，基準(zhǔn)點(diǎn)65可確定成使得當(dāng)導(dǎo)向器60駐留在髖臼13中時(shí)，基準(zhǔn)點(diǎn)65與關(guān)節(jié)10的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)15重合。備選地，基準(zhǔn)點(diǎn)65可相對(duì)于導(dǎo)向器60的標(biāo)志或特征(例如構(gòu)造成接合器械30或傳感器的部分66)而確定?；鶞?zhǔn)點(diǎn)65的方位可標(biāo)記在導(dǎo)向器60上或者可單獨(dú)地指示。
[0103]在一些實(shí)施中，可確定在導(dǎo)向器60的標(biāo)志和導(dǎo)向器60的外輪廓62之間的距離。例如，可確定在部分66和外輪廓62之間沿嵌塞軸線14的距離。備選地，部分66可在距外輪廓已知距離處形成或標(biāo)記。其它距離(例如，在導(dǎo)向器60的不同標(biāo)志處導(dǎo)向器60的厚度)也可被測(cè)量和記錄，或者備選地形成至預(yù)定規(guī)格。指示這些距離的數(shù)據(jù)可由控制單元50訪問ο
[0104]1.2確定嵌塞軸線的取向
參看圖3C，外科醫(yī)生產(chǎn)生切口以觸及關(guān)節(jié)10和使關(guān)節(jié)10脫位。外科醫(yī)生將導(dǎo)向器60插入關(guān)節(jié)10中，使得它與髖臼13配合。因?yàn)閷?dǎo)向器60基本上適形于髖臼13的部分，所以髖臼13與處于已知取向的導(dǎo)向器60配合。結(jié)果，當(dāng)導(dǎo)向器60被髖臼13接納時(shí)，由導(dǎo)向器孔64或?qū)蚱?0的其它標(biāo)記指示的方位指示嵌塞軸線14相對(duì)于關(guān)節(jié)10的方位。
[0105]使用術(shù)前形成的導(dǎo)向器60能顯著簡(jiǎn)化手術(shù)程序并減少手術(shù)時(shí)間。例如，外科醫(yī)生不需要在手術(shù)期間再成形或調(diào)整導(dǎo)向器60。外科醫(yī)生也不需要人工識(shí)別髖臼13的特征。因此，在許多情況中，外科醫(yī)生能基于與髖臼13的接觸而將導(dǎo)向器60迅速地定位成與髖臼13穩(wěn)定接合。因此，使用預(yù)成形的導(dǎo)向器60來確定嵌塞軸線14的方位可比使用在手術(shù)期間在視覺上識(shí)別的解剖基準(zhǔn)確定軸線的方位更快速且更準(zhǔn)確。此外，在由髖白13接納時(shí)導(dǎo)向器60的穩(wěn)定性可向外科醫(yī)生提供對(duì)導(dǎo)向器60正確定位的確認(rèn)。
[0106]因?yàn)閷?dǎo)向器60在擴(kuò)孔和嵌塞發(fā)生時(shí)不需要保持在髖臼13中，所以導(dǎo)向器60能接合盡可能多的髖白13以用于提供與髖白13的精確連接。導(dǎo)向器60可通過與髖白13接合而實(shí)現(xiàn)已知的配合定位，并且在一些實(shí)施中，不接合骨盆16的其它表面。結(jié)果，為了定位導(dǎo)向器60，外科醫(yī)生不需要將軟組織從骨盆16的周圍表面分開。因此，外科醫(yī)生能迅速定位導(dǎo)向器60，而不造成髖白13外部大面積的軟組織創(chuàng)傷。
[0107]此外，外科醫(yī)生對(duì)髖臼13的觸及通常由于關(guān)節(jié)10周圍的組織而受到限制。例如，外科醫(yī)生可通過相對(duì)狹窄的空間觸及髖臼13，其中髖臼13位于可以是距切口大約6至9英寸的深度處。然而，外科醫(yī)生常常可將導(dǎo)向器60以直接方式配合到髖臼13，而不需要無阻擋的可視性以放置導(dǎo)向器60。
[0108]外科醫(yī)生將第一基準(zhǔn)附連在相對(duì)于關(guān)節(jié)10(例如關(guān)節(jié)10的骨)的固定位置處。第一基準(zhǔn)可在將導(dǎo)向器60插入關(guān)節(jié)10之前或之后附連。例如，外科醫(yī)生將位于髖曰13外部的EM場(chǎng)傳感器70附連到骨盆16，以免妨礙手術(shù)。傳感器70可包括具有帶螺紋部分的外殼，以允許傳感器70在固定位置處擰入骨盆16中。傳感器70可安裝成使其隨骨盆16移動(dòng)。傳感器70可例如通過用來觸及髖白13的相同切口或通道植入到髖白13附近。將傳感器70附連在相對(duì)于骨盆16的固定方位并將傳感器70保持在其方位中允許控制單元50使用傳感器70來相對(duì)于骨盆16建立一致的參考系。
[0109]當(dāng)傳感器70被植入時(shí)，不需要知道傳感器70相對(duì)于關(guān)節(jié)10的方位。軸線14相對(duì)于傳感器70的方位隨后由系統(tǒng)100確定，因此外科醫(yī)生具有為傳感器70選擇位置的靈活性。在一些實(shí)施中，傳感器70可被植入使得傳感器70使用在導(dǎo)向器上的指示取向成基本上平行于嵌塞軸線14。結(jié)果，傳感器70的方位可提供嵌塞軸線14的取向的視覺指示。傳感器70可因此提供隨后由控制單元50指示的嵌塞軸線14的軌跡的視覺確認(rèn)。
[0110]圖4A和圖4B不出用于使用導(dǎo)向器60確定嵌塞軸線14相對(duì)于關(guān)節(jié)10的方位的備選程序。通過將第二基準(zhǔn)定位在相對(duì)于軸線14的已知對(duì)準(zhǔn)處并且在處于已知對(duì)準(zhǔn)的同時(shí)測(cè)量第二基準(zhǔn)相對(duì)于第一基準(zhǔn)(傳感器70)的方位來確定取向。因此，嵌塞軸線14的方位相對(duì)于傳感器70的參考系而確定。第二基準(zhǔn)可包括例如識(shí)別器20 (圖4A)或第二 EM場(chǎng)傳感器72(圖4B)?？刂茊卧?0可在用戶接口 52上指示器械30、傳感器、以及(在確定時(shí))嵌塞軸線14和旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)15的方位中的一個(gè)或多個(gè)。這些指示可用關(guān)節(jié)10的三維視圖來顯示。
[0111]參看圖4A，外科醫(yī)生使用識(shí)別器20作為基準(zhǔn)來確定軸線14相對(duì)于傳感器70的方位。諸如擴(kuò)孔鉆的器械30聯(lián)接到識(shí)別器20。外科醫(yī)生將器械30的端部31插入導(dǎo)向器60的導(dǎo)向器孔64中，從而沿嵌塞軸線14對(duì)準(zhǔn)器械30和識(shí)別器20。傳感器70檢測(cè)由識(shí)別器20的EM場(chǎng)發(fā)生器21生成的EM場(chǎng)并將信號(hào)傳輸至控制單兀50?；谠撔盘?hào),控制單兀50確定識(shí)別器20相對(duì)于傳感器70的方位。外科醫(yī)生在用戶接口 52上選擇控制器，表明識(shí)別器20相對(duì)于導(dǎo)向器60對(duì) 準(zhǔn)。作為響應(yīng)，控制單元50記錄與優(yōu)選嵌塞軸線14的方位相對(duì)應(yīng)的識(shí)別器20的方位。
[0112]識(shí)別器20相對(duì)于器械的取向?yàn)橐阎?。例如，?lián)接構(gòu)件22(圖2)可附連識(shí)別器20，以使得器械30在距識(shí)別器20的已知方位處延伸。在一些實(shí)施中，關(guān)于識(shí)別器20相對(duì)于器械30的方位的附加信息也是已知的，例如，識(shí)別器20沿器械30的長(zhǎng)度的方位和識(shí)別器20繞器械30的旋轉(zhuǎn)方位。
[0113]已知的方位或偏移量中的一個(gè)或多個(gè)可由外科醫(yī)生在控制單元50上輸入。例如，外科醫(yī)生可指示使用了標(biāo)準(zhǔn)偏移量或方位。外科醫(yī)生可輸入表明使用了器械30的特定模型的信息?？刂茊卧?0可訪問指示器械30的尺寸和沿器械30的各種標(biāo)志的方位的信息。外科醫(yī)生也可選擇接合導(dǎo)向器60的器械30的標(biāo)志或識(shí)別器20聯(lián)接到的標(biāo)志。外科醫(yī)生也可手動(dòng)輸入非標(biāo)準(zhǔn)的偏移量。已訪問器械30的尺寸和在器械30的已知方位處的特定標(biāo)志時(shí)，控制單元50可計(jì)算或訪問在標(biāo)志之間的偏移量。在一些實(shí)施中，可從控制單元50的存儲(chǔ)裝置或通過網(wǎng)絡(luò)訪問指示已知方位的數(shù)據(jù)。
[0114]控制單元50可確定關(guān)節(jié)10的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)15相對(duì)于傳感器70的位置。識(shí)別器20相對(duì)于端部31的方位也可以是已知的。例如，識(shí)別器20可聯(lián)接在器械30的標(biāo)志處，導(dǎo)致具有距端部31的已知第一偏移量的方位?；陉P(guān)節(jié)10的影像數(shù)據(jù)55，在旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)15的位置和導(dǎo)向器60的部分66之間的第二偏移量也可以是已知的并可由控制單兀50訪問。器械30可在已知方位處接合導(dǎo)向器60,例如,器械30的端部31可接合導(dǎo)向器60的部分66。因此，從識(shí)別器20的方位(當(dāng)端部31與部分66接合時(shí)測(cè)量)，增加第一偏移量和第二偏移量導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)15相對(duì)于傳感器70的方位。
[0115]以類似的方式，控制單元50可確定髖曰13的表面的位置。導(dǎo)向器60可具有在部分66 (其 接合器械30的端部31)和外輪廓62 (其接合髖白13)之間沿嵌塞軸線14已知的偏移量或厚度。指示該偏移量的數(shù)據(jù)可由控制單元50訪問并且可與指示在識(shí)別器20和端部31之間的偏移量的數(shù)據(jù)一起用來從識(shí)別器20的方位確定髖白13的表面沿嵌塞軸線14的方位。
[0116]在一些實(shí)施中，代替沿嵌塞軸線14對(duì)準(zhǔn)器械30和識(shí)別器20，識(shí)別器20可取向在相對(duì)于嵌塞軸線14的不同的已知方位處。例如，識(shí)別器20可在相對(duì)于嵌塞軸線14具有已知的平移偏移量和/或角向偏移量的方位處接合導(dǎo)向器60?？刂茊卧?0可使用由外科醫(yī)生輸入的或從另一來源訪問的已知偏移量來確定嵌塞軸線14的方位。
[0117]參看圖4B，軸線14的方位可備選地通過相對(duì)于軸線14對(duì)準(zhǔn)第二 EM傳感器72而相對(duì)于EM傳感器70確定。外科醫(yī)生將第二傳感器72相對(duì)于軸線14定位在已知的方位處。例如，外科醫(yī)生將第二傳感器72在沿軸線14的導(dǎo)向器孔64處(例如，在部分66處)聯(lián)接到導(dǎo)向器60。傳感器70、72被引入識(shí)別器20的EM場(chǎng)發(fā)生器21的工作容積內(nèi)。在一些實(shí)施中，在將導(dǎo)向器60聯(lián)接到關(guān)節(jié)10之前，第二傳感器72附連到導(dǎo)向器60。例如，可將導(dǎo)向器60提供給外科醫(yī)生，其中第二傳感器72附連在相對(duì)于軸線14的已知位置和/或取向處。
[0118]因?yàn)樗P(guān)注的方位是傳感器70、72相對(duì)于彼此的方位，所以識(shí)別器20的精確方位不是關(guān)鍵的。器械30可與EM場(chǎng)發(fā)生器21物理地分離，以使得器械30可相對(duì)于識(shí)別器20自由地移動(dòng)。例如，識(shí)別器20的EM場(chǎng)發(fā)生器21可以是自立式或者可具有固定底座。在一些實(shí)施中，識(shí)別器20可置于患者下方，例如，在未被手術(shù)的髖關(guān)節(jié)下方。[0119]因?yàn)樽R(shí)別器20使用EM場(chǎng)與傳感器70、72通信，所以不需要在識(shí)別器20和傳感器70,72之間無阻擋的視線。此外，因?yàn)閭鞲衅?0、72較小且可直接附連到骨，所以骨的正常振動(dòng)實(shí)際上不影響測(cè)量。
[0120]傳感器70、72檢測(cè)由EM場(chǎng)發(fā)生器21產(chǎn)生的EM場(chǎng)，并且傳輸指示每個(gè)傳感器70、72相對(duì)于EM場(chǎng)發(fā)生器21的方位的信號(hào)?？刂茊卧?0接收分別指示傳感器70、72相對(duì)于識(shí)別器20的方位的信號(hào)?？刂茊卧?0使用相對(duì)于相同基準(zhǔn)(識(shí)別器20)測(cè)量的兩個(gè)方位來計(jì)算第二傳感器72相對(duì)于第一傳感器70的方位。
[0121]當(dāng)?shù)诙鞲衅?2沿軸線14對(duì)準(zhǔn)時(shí)，第二傳感器72的取向指示嵌塞軸線14的方位。因此，控制單元50將第二傳感器72的方位記錄為軸線14的方位。當(dāng)?shù)诙鞲衅?2取向在相對(duì)于軸線14的不同的已知方位處時(shí)，控制單元50使用在第二傳感器72的方位和軸線14之間的已知偏移量來計(jì)算軸線14的方位?？刂茊卧?0記錄軸線14相對(duì)于第一傳感器70的計(jì)算方位。
[0122]控制單元50也可計(jì)算并存儲(chǔ)旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)15的方位和相對(duì)于第一傳感器70在髖臼13的表面上的位置。因?yàn)榈诙鞲衅?2位于相對(duì)于導(dǎo)向器60的已知方位處,所以控制單元50可訪問在第二傳感器72的方位和旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)15的位置以及髖白13的表面的位置之間的已知偏移量，以確定它們相對(duì)于傳感器70的位置。控制單元50可顯示軸線14相對(duì)于關(guān)節(jié)10的方位的指示14’。
[0123]在圖4A和圖4B兩者中所示的實(shí)施中，控制單元50可確定并存儲(chǔ)繞嵌塞軸線14的旋轉(zhuǎn)方位。例如，接合器械30的端部31或第二傳感器72的導(dǎo)向器60的部分66可包括鍵槽或凹口，其允許在繞嵌塞軸線14的有限數(shù)量的旋轉(zhuǎn)方位(例如，單個(gè)方位)中對(duì)準(zhǔn)。備選地，導(dǎo)向器60可包括指示特定旋轉(zhuǎn)方位的標(biāo)記。
[0124]外科醫(yī)生將器械30或第二傳感器72定位在由導(dǎo)向器60指示的已知的旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)中。結(jié)果，識(shí)別器20相對(duì)于傳感器70的方位(圖4A)或第二傳感器72相對(duì)于傳感器70的方位(圖4B)對(duì)應(yīng)于已知的旋轉(zhuǎn)方位。
[0125]1.3取向器械
在外科醫(yī)生使用控制單兀50來確定嵌塞軸線14相對(duì)于第一傳感器70的方位之后,外科醫(yī)生從關(guān)節(jié)10移除導(dǎo)向器60，露出髖臼13。當(dāng)外科醫(yī)生將器械30相對(duì)于關(guān)節(jié)10定位時(shí)，系統(tǒng)100輔助外科醫(yī)生相對(duì)于嵌塞軸線14取向器械30。例如，系統(tǒng)100可指示擴(kuò)孔鉆的當(dāng)前取向的變化，這種變化將導(dǎo)致擴(kuò)孔鉆沿嵌塞軸線14定位。因此，在外科醫(yī)生例如通過移除軟骨和骨而制備髖白13的同時(shí)，系統(tǒng)100輔助外科醫(yī)生沿嵌塞軸線14定位擴(kuò)孔鉆。系統(tǒng)100也可指示用于將髖臼植入物打入經(jīng)制備的髖臼13的嵌塞工具的對(duì)準(zhǔn)。
[0126]圖5A和圖5B示出用于確定器械30相對(duì)于關(guān)節(jié)的當(dāng)前對(duì)準(zhǔn)的備選技術(shù)。圖5A和圖5B中所不備選技術(shù)中的任一種都可與圖4A和圖4B中所不技術(shù)中的任一種一起用來確定嵌塞軸線14的方位。器械30的方位可例如使用識(shí)別器20的方位(當(dāng)聯(lián)接到器械30時(shí))(圖5A)或使用聯(lián)接到器械30的EM場(chǎng)傳感器的方位(圖5B)來確定。
[0127]參看圖5A，在識(shí)別器20聯(lián)接到器械30的同時(shí)，外科醫(yī)生定位器械30。識(shí)別器20相對(duì)于器械30附連在固定方位`處，以便識(shí)別器20和器械30 —起移動(dòng)。如果使用圖4A的技術(shù)來確定嵌塞軸線14的方位，識(shí)別器20可保持附連在用來測(cè)量嵌塞軸線14的方位的器械30的相同方位處。在一些實(shí)施中，外科醫(yī)生可將識(shí)別器20圍繞器械30聯(lián)接在器械30的已知方位處。
[0128]外科醫(yī)生在髖臼13附近移動(dòng)器械30，并且傳感器70檢測(cè)來自附連到器械30的識(shí)別器20的EM場(chǎng)。傳感器70的輸出指示傳感器70和識(shí)別器20的相對(duì)方位，控制單元50使用該相對(duì)方位來計(jì)算器械30相對(duì)于傳感器70的方位。當(dāng)外科醫(yī)生將器械30移動(dòng)至相對(duì)于髖臼13對(duì)準(zhǔn)時(shí)，來自傳感器70的信號(hào)變化以反映其相對(duì)于識(shí)別器20變化的方位。當(dāng)器械30相對(duì)于髖白13移動(dòng)時(shí),控制單兀50使用傳感器信號(hào)來計(jì)算器械30的方位。
[0129]參看圖5B，作為備選技術(shù)，外科醫(yī)生將第二傳感器72在器械30的已知的固定方位處聯(lián)接到器械30。例如，第二傳感器72可附連在器械30的標(biāo)志處，例如接納第二傳感器72的器械30的部分。在一些實(shí)施中，第二傳感器72具有已知的旋轉(zhuǎn)方位。例如，外科醫(yī)生可附連第二傳感器72，使得器械30在相對(duì)于器械30已知的旋轉(zhuǎn)方位處接納第二傳感器72。
[0130]外科醫(yī)生使器械30靠近髖臼13，造成傳感器70、72被引入識(shí)別器20的EM場(chǎng)發(fā)生器21的工作容積內(nèi)?？刂茊卧?0從傳感器70、72接收指示它們相對(duì)于識(shí)別器20的相應(yīng)方位的信號(hào)。使用器械30相對(duì)于第二傳感器72的已知方位，以及相對(duì)于識(shí)別器20已知的傳感器70、72的方位,控制單兀50計(jì)算器械30相對(duì)于第一傳感器70的方位。為了相對(duì)于關(guān)節(jié)10定位第二器械，外科醫(yī)生將傳感器72置于相對(duì)于第二器械的已知方位處。
[0131]在一些實(shí)施中，代替將第二傳感器72附連到器械，外科醫(yī)生可將不同的傳感器聯(lián)接到器械30。在一些實(shí)施中，第三傳感器和第二傳感器72可在手術(shù)之前校準(zhǔn)。控制單元50可存儲(chǔ)指示傳感器的校準(zhǔn)的信息，或者每個(gè)傳感器可包括存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置上的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
[0132]圖5A和圖5B的技術(shù)允許控制單元50計(jì)算器械30相對(duì)于傳感器70的當(dāng)前方位。因?yàn)榍度S線14的方位相對(duì)于傳感器70確定，所以控制單元50可比較器械30的當(dāng)前方位與嵌塞軸線的方位。隨著器械30的方位改變，控制單元50從(多個(gè))傳感器70、72接收更新的信號(hào)并重新計(jì)算器械30相對(duì)于軸線14的方位。
[0133]參看圖6，控制單元50在用`戶接口 52上指示器械30的方位?？刂茊卧?0指示器械30相對(duì)于軸線14的對(duì)準(zhǔn)，例如，指示在器械30的當(dāng)前方位和嵌塞軸線的方位之間的差異。在髖臼13的擴(kuò)孔和髖臼殼的嵌塞期間，擴(kuò)孔鉆和嵌塞器在它們與嵌塞軸線14共線時(shí)正確地對(duì)準(zhǔn)。
[0134]作為示例，當(dāng)識(shí)別器20保持聯(lián)接在與圖4A中的器械30的相同方位處時(shí)，對(duì)應(yīng)于與導(dǎo)向器60的先前的物理對(duì)準(zhǔn)的識(shí)別器20的方位是其中器械30沿嵌塞軸線14對(duì)準(zhǔn)的方位。將器械30和識(shí)別器20返回至前一方位沿嵌塞軸線14對(duì)準(zhǔn)器械30。
[0135]以類似的方式，當(dāng)使用第二傳感器72來確定如圖4B所示的嵌塞軸線14的方位，并且第二傳感器72保持聯(lián)接在圖5B中器械30的相同方位處時(shí)，器械30在第二傳感器72相對(duì)于此前記錄的第一傳感器70返回至相同方位時(shí)沿嵌塞軸線14對(duì)準(zhǔn)。因此，控制單元50可通過比較(i)第二傳感器72相對(duì)于第一傳感器70的當(dāng)前方位與(ii)第二傳感器72相對(duì)于第一傳感器70的此前記錄方位而輔助外科醫(yī)生沿嵌塞軸線14對(duì)準(zhǔn)器械30。當(dāng)前方位與記錄方位的偏差指示器械30與嵌塞軸線14的偏差。
[0136]控制單元50可顯示關(guān)節(jié)10的三維圖示54 (例如,渲染(rendering))。例如,控制單元50可訪問影像數(shù)據(jù)55并可基于影像數(shù)據(jù)55顯示例如關(guān)節(jié)10的斷層掃描圖像或其它圖示。相對(duì)于第一傳感器70確定的嵌塞軸線14的方位可定位成與如對(duì)影像數(shù)據(jù)55的注釋中指示的嵌塞軸線14的方位重合。當(dāng)繞嵌塞軸線14的旋轉(zhuǎn)方位相對(duì)于第一傳感器70為已知時(shí)，該已知的旋轉(zhuǎn)方位可用來在第一傳感器70的坐標(biāo)參考系中進(jìn)一步取向影像數(shù)據(jù)55。備選地，一個(gè)或多個(gè)解剖標(biāo)志的位置可通過將解剖標(biāo)志與器械30的端部31或探針接觸而相對(duì)于第一傳感器70進(jìn)行測(cè)量?？刂茊卧?0使用標(biāo)志的測(cè)量方位來表示在影像數(shù)據(jù)55中指示的關(guān)節(jié)10的對(duì)應(yīng)方位。
[0137]如果影像數(shù)據(jù)55不可得，則可顯示髖關(guān)節(jié)的一般圖示，以針對(duì)影像數(shù)據(jù)55所述的相同方式對(duì)準(zhǔn)到第一傳感器70的坐標(biāo)系。 [0138]圖示54可以是從外科醫(yī)生預(yù)計(jì)觀察手術(shù)部位的大致角度對(duì)手術(shù)部位的可視化，以使得圖示54對(duì)應(yīng)于外科醫(yī)生對(duì)患者的髖臼13的視圖。圖示54的視角可以是沿嵌塞軸線14向下看的取向。
[0139]相對(duì)于圖示54，控制單元50指示嵌塞軸線14相對(duì)于關(guān)節(jié)10的方位和指示器械30的當(dāng)前對(duì)準(zhǔn)的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記68?？刂茊卧?0也可顯示當(dāng)器械30在軸線14的特定公差內(nèi)對(duì)準(zhǔn)時(shí)可接受定位的指示并且顯示當(dāng)器械30定位在公差以外時(shí)不可接受定位的指示。
[0140]控制單元50也可顯示例如在器械30的對(duì)準(zhǔn)和嵌塞軸線14的軌跡之間的差異的指示。例如，控制單元50顯示指示器械30與軸線14的平移偏移量和角向偏差的信息。控制單元50可顯示表示沿軸線14的對(duì)準(zhǔn)的諸如圓的標(biāo)記80和指示器械30的方位的第二標(biāo)記81或圓。兩個(gè)標(biāo)記80、81重合的方位可對(duì)應(yīng)于器械30沿軸線14的對(duì)準(zhǔn)。
[0141]控制單元50也可顯示嵌塞軸線14的傾斜角56和前傾角57。附加地或備選地可顯示將由在當(dāng)前方位處的嵌塞引起的杯傾斜角和杯前傾角(如果不同的話)。控制單元50計(jì)算并例如用與嵌塞軸線的傾斜角和前傾角的偏差的數(shù)值指示58a、58b來指示在器械30的當(dāng)前方位和嵌塞軸線14之間的差異。備選地，控制單元50可顯示器械30的絕對(duì)傾斜角和前傾角，而不是與優(yōu)選的傾斜角和前傾角的差異。
[0142]嵌塞軸線14的傾斜角56和前傾角57可使用關(guān)節(jié)10的影像數(shù)據(jù)55來確定，導(dǎo)致嵌塞軸線14方位相對(duì)于解剖參考軸線為已知的。由導(dǎo)向器60限定的嵌塞軸線14是與由控制單元50測(cè)量的相同嵌塞軸線14，并且因此具有與使用影像數(shù)據(jù)55確定的相同的傾斜角和前傾角。器械30與軸線14的偏差因此指示與軸線14的已知傾斜角和前傾角的偏差，以允許控制單元50確定器械30的絕對(duì)傾斜角和前傾角?？刂茊卧?0可顯示器械30的和嵌塞軸線14的傾斜角和前傾角，其指示優(yōu)選對(duì)準(zhǔn)。為了滿足患者的需求，外科醫(yī)生也可將優(yōu)選的嵌塞軸線調(diào)整至不同于由導(dǎo)向器60指示的軸線14。
[0143]控制單元50可用在髖臼13中就位的植入物的圖像82來顯示關(guān)節(jié)的視圖。當(dāng)外科醫(yī)生移動(dòng)器械30時(shí)，控制單元50相對(duì)于關(guān)節(jié)10移動(dòng)植入物的圖像82，顯示當(dāng)在器械30的當(dāng)前方位處執(zhí)行擴(kuò)孔或嵌塞時(shí)將產(chǎn)生的植入物的方位。外科醫(yī)生可輸入識(shí)別待安裝的髖臼植入物的信息，例如植入物的部件號(hào)?？刂茊卧?0可使用所接收的信息來訪問將生成圖像的植入物的模型。
[0144]控制單元50還顯示用來輔助外科醫(yī)生實(shí)現(xiàn)用于對(duì)髖臼13擴(kuò)孔的優(yōu)選深度的信息。優(yōu)選擴(kuò)孔深度59a、當(dāng)前擴(kuò)孔深度59b和這兩個(gè)深度59a、59b之間的差異59c也可在用戶接口 52上被指示?？刂茊卧?0可基于關(guān)節(jié)10的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)15的已知方位且基于指示待安裝的髖白植入物的特性的所訪問的信息來確定優(yōu)選擴(kuò)孔深度59a。所訪問的信息可指示例如特定髖白植入物的尺寸(例如，植入物的厚度)和植入物的旋轉(zhuǎn)中心的方位?？刂茊卧?0計(jì)算優(yōu)選擴(kuò)孔深度59a，使得利用適當(dāng)?shù)捏y白殼嵌塞，所安裝的髖白植入物將具有這樣的旋轉(zhuǎn)中心:其與關(guān)節(jié)10的初始旋轉(zhuǎn)中心重合或具有由外科醫(yī)生確定的具體偏移量。
[0145]作為備選，控制單元50可基于髖臼13的表面的已知方位和髖臼植入物的厚度來確定優(yōu)選擴(kuò)孔深度59a。此外，優(yōu)選擴(kuò)孔深度59a可選擇為在特定范圍內(nèi)的深度。最小深度可被設(shè)定以確保髖白植入物能足夠牢固地錨固的髖白13，并且最大深度可被設(shè)定以防止造成骨盆的內(nèi)側(cè)壁變得過薄。
[0146]器械30的端部31 (例如，擴(kuò)孔鉆的頂點(diǎn))可具有相對(duì)于聯(lián)接到器械30的基準(zhǔn)的已知方位，并且該已知方位可輸入到控制單元50。因此，控制單元50可在擴(kuò)孔和其它程序期間跟蹤器械30的端部31的方位。
[0147]隨著擴(kuò)孔繼續(xù)，控制單元50可刷新用戶接口 52以反映更新后的擴(kuò)孔深度信息。在一些實(shí)施中，旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)15可用指示器53顯示，指示器53指示當(dāng)擴(kuò)孔結(jié)束于當(dāng)前方位時(shí)將獲得的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)。隨著擴(kuò)孔繼續(xù)，指示器53朝所顯示的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)15前進(jìn)且最終到達(dá)該點(diǎn)，表明已獲得適當(dāng)?shù)臄U(kuò)孔深度。因此，系統(tǒng)100輔助外科醫(yī)生獲得優(yōu)選擴(kuò)孔深度，并且指示何時(shí)擴(kuò)孔不完全或過度。 [0148]參看圖7A，控制單元50可在用戶接口 52上顯示髖臼13的側(cè)視圖13’，例如，垂直于嵌塞軸線14的視圖(例如，立體剖視圖)。用戶接口 52可顯示圖像84，該圖像示出髖臼13的當(dāng)前表面85和在擴(kuò)孔之后的期望表面86，以及擴(kuò)孔必須繼續(xù)以到達(dá)所需方位的距離87?？刂茊卧?0也可顯示停止平面的指示78，該平面指示最大擴(kuò)孔距離，超出該距離可發(fā)生對(duì)患者的傷害。
[0149]控制單元50也可計(jì)算和顯示旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)15的方位和將從在當(dāng)前擴(kuò)孔深度處安裝所選髖白植入物導(dǎo)致的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)88。
[0150]用戶接口 52也可示出在用戶接口 52上的一個(gè)或多個(gè)彩色指示89，以指示所需的擴(kuò)孔量。例如，用戶接口可顯示用于指示擴(kuò)孔應(yīng)繼續(xù)的綠色符號(hào)、用于指示擴(kuò)孔接近或到達(dá)所需方位的藍(lán)色符號(hào)、或用于指示擴(kuò)孔應(yīng)停止(例如，因?yàn)檫_(dá)到或超出所需深度或因?yàn)閿U(kuò)孔鉆失準(zhǔn))的紅色符號(hào)。
[0151]外科醫(yī)生可在用戶接口 52上指示擴(kuò)孔何時(shí)完成。控制單元50可基于所達(dá)到的最終擴(kuò)孔深度識(shí)別建議的髖白植入物和用于股骨植入物的建議頸部長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度可用來實(shí)現(xiàn)匹配關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)15的初始方位。
[0152]參看圖7B，在一些實(shí)施中，控制單元50確定器械30相對(duì)于所需旋轉(zhuǎn)方位的旋轉(zhuǎn)方位。例如，當(dāng)對(duì)準(zhǔn)嵌塞器以安裝髖白植入物時(shí)，控制單元50可顯示具有待安裝的髖白植入物的圖像91的關(guān)節(jié)10的圖像90?？刂茊卧?0可顯示指示器92，其指示器械30的優(yōu)選旋轉(zhuǎn)方位93和當(dāng)前旋轉(zhuǎn)方位94。
[0153]如上所述，當(dāng)用來使用導(dǎo)向器60測(cè)量嵌塞軸線14的方位時(shí)，識(shí)別器20或第二傳感器72的方位可具有繞嵌塞軸線14的已知旋轉(zhuǎn)取向。該旋轉(zhuǎn)方位(例如，相對(duì)于解剖基準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)方位)可使用在導(dǎo)向器60形成時(shí)刻的影像數(shù)據(jù)55相對(duì)于患者的解剖結(jié)構(gòu)來確定?？刂茊卧?0訪問指示相對(duì)于患者的解剖結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)方位的信息?？刂茊卧?0還訪問指示待安裝的髖白植入物的特性的信息，例如，在植入物中的孔95的方位，螺釘可插入穿過該孔以將植入物錨固到骨盆。
[0154]使用指示標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)方位和骨盆的已知特性的信息，控制單元50計(jì)算繞嵌塞軸線14的優(yōu)選旋轉(zhuǎn)方位，該方位將對(duì)準(zhǔn)孔95與足夠厚的骨盆骨以與螺釘形成穩(wěn)定連接。備選地，控制單元50可訪問指示預(yù)計(jì)算的優(yōu)選旋轉(zhuǎn)方位的信息?？刂茊卧?0比較器械30的當(dāng)前旋轉(zhuǎn)方位與優(yōu)選旋轉(zhuǎn)方位，并且更新用戶接口 52以指示達(dá)到優(yōu)選旋轉(zhuǎn)方位所需的方位中的變化。
[0155]使用圖6、圖7A和圖7B中所示用戶接口 52上顯示的指示，外科醫(yī)生完成外科手術(shù)。因?yàn)閷?dǎo)向器60已從關(guān)節(jié)10移除，所以外科醫(yī)生具有到整個(gè)髖臼13的通路。因?yàn)榭刂茊卧?0指示在不存在導(dǎo)向器60的情況下嵌塞軸線14的方位，所以外科醫(yī)生保持相對(duì)于軸線14對(duì)準(zhǔn)器械30的能力。例如，外科醫(yī)生相對(duì)于嵌塞軸線14對(duì)準(zhǔn)擴(kuò)孔鉆并制備髖臼13以接納髖臼植入物，例如，通過移除髖臼13的軟骨并擴(kuò)孔至如在用戶接口 52上指示的優(yōu)選深度。外科醫(yī)生也可使用系統(tǒng)100沿嵌塞軸線14對(duì)準(zhǔn)嵌塞器械并將髖白植入物沿嵌塞軸線14打入(drive into)方位。
[0156]所描述的技術(shù)可用來確定除髖關(guān)節(jié)之外的關(guān)節(jié)(例如，肩關(guān)節(jié))的對(duì)準(zhǔn)。作為示例，基本上適形于關(guān)節(jié)盂的導(dǎo)向器可用來確定手術(shù)對(duì)準(zhǔn)相對(duì)于肩胛骨的方位。系統(tǒng)100可用來指示相對(duì)于如上所述肩胛骨的對(duì)準(zhǔn)。
[0157]2.使用用于多個(gè)關(guān)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)
外科醫(yī)生可使用系統(tǒng)100來確定關(guān)節(jié)相對(duì)于患者的解剖軸線的手術(shù)對(duì)準(zhǔn)，而不使用針對(duì)待手術(shù)的關(guān)節(jié)的影像數(shù)據(jù)。具有相對(duì)于患者的解剖結(jié)構(gòu)的已知對(duì)準(zhǔn)的外科軸線的方位可基于關(guān)于多個(gè)人的關(guān)節(jié)的數(shù)據(jù)來識(shí)別。例如，數(shù)據(jù)庫可存儲(chǔ)指示多個(gè)關(guān)節(jié)的集合的特性和在相對(duì)于相應(yīng)的關(guān)節(jié)的已知方位處手術(shù)對(duì)準(zhǔn)的方位的關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)。在所存儲(chǔ)的關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)和用于不在集合中的關(guān)節(jié)的數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性可用來確定與不在集合中的關(guān)節(jié)的特定傾斜角和前傾角相對(duì)應(yīng)的方位。
[0158]對(duì)于相同類型的關(guān)節(jié)，例如不同患者的髖關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍可具有類似的特性。例如，大體上對(duì)應(yīng)于髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的極限的區(qū)域可具有特征形狀。因此，不同的髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的表示可指示類似的形狀和對(duì)應(yīng)的特征。
[0159]可采集用于關(guān)節(jié)的集合的數(shù)據(jù)，包括描述集合中每個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的數(shù)據(jù)?？蔀榧现械拿總€(gè)關(guān)節(jié)確定一個(gè)或多個(gè)力線，例如，具有已知的傾斜角和前傾角的軸線。該軸線相對(duì)于每個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的方位可以被確定和存儲(chǔ)。
[0160]可基于在運(yùn)動(dòng)范圍之間的共性來確定不同關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍之間的關(guān)系。例如，可將描述第一關(guān)節(jié)的第一運(yùn)動(dòng)范圍的關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)與描述不同的第二關(guān)節(jié)的第二運(yùn)動(dòng)范圍的關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)相比較。當(dāng)具有特定傾斜角和特定前傾角的軸線相對(duì)于第一運(yùn)動(dòng)范圍的方位已知時(shí)，可相對(duì)于第二運(yùn)動(dòng)范圍確定具有相同傾斜角和相同前傾角的對(duì)應(yīng)方位。
[0161]使用所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，可為在存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)中未描述的不同關(guān)節(jié)10確定手術(shù)對(duì)準(zhǔn)。測(cè)量關(guān)節(jié)10的運(yùn)動(dòng)范圍，并且控制單元50比較所測(cè)量的運(yùn)動(dòng)范圍與在數(shù)據(jù)庫中描述的關(guān)節(jié)的存儲(chǔ)的運(yùn)動(dòng)范圍?；谠陉P(guān)節(jié)10的測(cè)量的運(yùn)動(dòng)范圍和其它關(guān)節(jié)的存儲(chǔ)的運(yùn)動(dòng)范圍之間的共性，控制單元50選擇用于關(guān)節(jié)10的嵌塞軸線，該嵌塞軸線對(duì)應(yīng)于其它關(guān)節(jié)的嵌塞軸線相對(duì)于它們的運(yùn)動(dòng)范圍的方位。例如，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可指示具有45度的傾斜角和15度的前傾角的軸線相對(duì)于用于多個(gè)關(guān)節(jié)的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)范圍的方位。對(duì)于關(guān)節(jié)10來說，存儲(chǔ)的關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)可用來使用關(guān)于關(guān)節(jié)10的運(yùn)動(dòng)范圍的信息來識(shí)別具有相同傾斜角和前傾角的軸線。
`[0162]通過使用存儲(chǔ)的關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)計(jì)算關(guān)節(jié)的手術(shù)對(duì)準(zhǔn)，常?？梢匝杆俅_定手術(shù)對(duì)準(zhǔn)，并且不需要針對(duì)關(guān)節(jié)的影像數(shù)據(jù)?；颊卟划a(chǎn)生對(duì)關(guān)節(jié)成像的成本，并且避免將伴隨CT掃描的輻射照射。也可在沒有定制導(dǎo)向器且不需要外科醫(yī)生人工識(shí)別髖臼的解剖基準(zhǔn)的情況下確定手術(shù)對(duì)準(zhǔn)。
[0163]下面描述采集關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)和在手術(shù)期間使用數(shù)據(jù)來對(duì)準(zhǔn)器械的示例。
[0164]2.1采集關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)
系統(tǒng)100可用來采集關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可用來在隨后的程序中輔助外科醫(yī)生。作為示例，系統(tǒng)100可用來采集關(guān)于多個(gè)髖關(guān)節(jié)的嵌塞軸線的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可包括在髖關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫中。在一些實(shí)施中，通過使用患者專用導(dǎo)向器測(cè)量髖關(guān)節(jié)來采集髖關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)。
[0165]參看圖8，示出了將在數(shù)據(jù)庫中描述的關(guān)節(jié)200。系統(tǒng)100采集關(guān)于關(guān)節(jié)200的運(yùn)動(dòng)范圍的信息。外科醫(yī)生建立兩個(gè)基準(zhǔn)，其可相對(duì)于彼此移動(dòng)且相對(duì)于關(guān)節(jié)200位于固定方位處。例如，外科醫(yī)生在相對(duì)于關(guān)節(jié)200的不同的固定方位處植入第一 EM場(chǎng)傳感器210和第二 EM場(chǎng)傳感器212。第一傳感器210在髖臼204外部附連到骨盆202，并且隨骨盆202移動(dòng)。第二傳感器212例如在股骨206的大轉(zhuǎn)子208的頂端處附連到股骨206，并且隨股骨206移動(dòng)。結(jié)果，股骨206相對(duì)于骨盆202的移動(dòng)造成傳感器210、212相對(duì)于彼此移動(dòng)。
[0166]外科醫(yī)生定位識(shí)別器20使得傳感器210、212兩者均在EM場(chǎng)發(fā)生器21的工作容積內(nèi)?？刂茊卧?0從傳感器210、212接收指示傳感器210、212相對(duì)于場(chǎng)發(fā)生器21的方位的信號(hào)?？刂茊卧?0可在用戶接口 52上顯示諸如關(guān)節(jié)200的表示200’的信息。
[0167]參看圖9，外科醫(yī)生將關(guān)節(jié)200移動(dòng)通過運(yùn)動(dòng)范圍。在關(guān)節(jié)200的多個(gè)不同方位處，控制單元50記錄傳感器210、212的相對(duì)位置。因?yàn)閭鞲衅?10、212的方位相對(duì)于相同基準(zhǔn)(識(shí)別器20)為已知的，所以控制單元50可確定傳感器210、212相對(duì)于彼此的位置?？刂茊卧?0可將第一傳感器210指定為例如固定基準(zhǔn)點(diǎn)，并可記錄第二傳感器212相對(duì)于第一傳感器210的不同測(cè)量位置。記錄的位置可由點(diǎn)220表示，該點(diǎn)指示在三維坐標(biāo)系中第二傳感器212相對(duì)于第一傳感器210的方位。關(guān)節(jié)200和點(diǎn)220的方位可在用戶接口 52上顯示或以其它方式指示。`
[0168]控制單元50記錄傳感器210、212相對(duì)于彼此的不同位置，每個(gè)位置對(duì)應(yīng)于關(guān)節(jié)200的不同方位。在傳感器210、212在運(yùn)動(dòng)中的同時(shí)，或在傳感器210、212為靜止的同時(shí)，控制單元50可記錄方位。外科醫(yī)生可手動(dòng)地接合控制器，其造成控制單元50記錄傳感器210,212的當(dāng)前方位。備選地，控制單元50可例如以限定的時(shí)間間隔或在檢測(cè)到方位的變化之后自動(dòng)地記錄在關(guān)節(jié)200的不同方位處傳感器210、212的不同位置。
[0169]經(jīng)由外科醫(yī)生的關(guān)節(jié)200通過運(yùn)動(dòng)范圍的移動(dòng)可包括到在關(guān)節(jié)200的運(yùn)動(dòng)范圍的極端處或附近的方位的移動(dòng)?？刂茊卧?0記錄與在運(yùn)動(dòng)范圍的極端處或附近的關(guān)節(jié)200的方位相對(duì)應(yīng)的傳感器210、212的一個(gè)或多個(gè)位置。因此，記錄的點(diǎn)220可包括特異(outlying)點(diǎn)221，其基本上對(duì)應(yīng)于在關(guān)節(jié)200的運(yùn)動(dòng)范圍的極端處的關(guān)節(jié)200的方位。例如，特異點(diǎn)221可對(duì)應(yīng)于方位，使得可使用特異點(diǎn)221來逼近運(yùn)動(dòng)范圍的極限?？刂茊卧?0可識(shí)別特異點(diǎn)221，并且在特異點(diǎn)221之間內(nèi)插線性或彎曲段，以限定基本上對(duì)應(yīng)于在三個(gè)維度中運(yùn)動(dòng)范圍的極限的路徑。
[0170]在一些實(shí)施中，對(duì)應(yīng)于關(guān)節(jié)200的一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)方位的點(diǎn)220被記錄?？刂茊卧?0可記錄傳感器210、212的一個(gè)或多個(gè)方位，其基本上對(duì)應(yīng)于例如髖部屈曲、髖部延伸、髖部過伸、髖部外展、髖部?jī)?nèi)收、髖部外旋和髖部?jī)?nèi)旋中的一個(gè)或多個(gè)的極端。[0171]參看圖1OA至圖10C,控制單元50基于點(diǎn)220生成表示。例如,該表示可指示逼近點(diǎn)220的位置的三維表面的特征。如本文所用，表示可以是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。表示可以但不一定能夠被渲染以用于視覺顯示。為了計(jì)算表面，控制單元50可使用數(shù)據(jù)擬合技術(shù)(例如，曲線擬合或非線性回歸技術(shù))，例如普通最小二乘或總最小二乘算法，來計(jì)算內(nèi)插在點(diǎn)220之間和/或從點(diǎn)220外推的表面。
[0172]例如，基于點(diǎn)220生成的表面可以是繞關(guān)節(jié)200的球面230，其被計(jì)算以延伸穿過由點(diǎn)220跨越的區(qū)域?？刂茊卧?0可通過將曲線擬合技術(shù)應(yīng)用于點(diǎn)220以選擇包括下列的參數(shù)來生成球面230: (i)球面230的中心點(diǎn)232的方位和(ii)球面230的半徑。球面230因此是從點(diǎn)220外推的數(shù)據(jù)擬合，并且不一定是對(duì)點(diǎn)220的最佳或精確擬合。中心點(diǎn)232對(duì)應(yīng)于關(guān)節(jié)200的旋轉(zhuǎn)中心。
[0173]控制單元50計(jì)算逼近由點(diǎn)220跨越的區(qū)域的運(yùn)動(dòng)范圍表面234。表面234可逼近由點(diǎn)220中的全部或基本上全部跨越的區(qū)域。換言之，對(duì)于基本上所有記錄的點(diǎn)220來說，通過中心點(diǎn)232和特定點(diǎn)220的線性軸線與表面234相交。表面234可基本上由特異點(diǎn)221界定。表面234可以是球面230的一部分，并且可具有逼近特異點(diǎn)221的邊界237。因此，邊界237可基本上對(duì)應(yīng)于在關(guān)節(jié)200通過其運(yùn)動(dòng)范圍的移動(dòng)期間傳感器212的記錄位置的極限，其中邊界237形成逼近傳感器212的移動(dòng)極限的跡線或路徑。指示關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的特性的諸如表面234的表面在本文中被稱為關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍表面。
[0174]因?yàn)辄c(diǎn)220的位置相對(duì)于第一傳感器210來測(cè)量,所以表面234的方位、球面230和中心點(diǎn)232是相對(duì)于第一傳感器210已知的?？刂茊卧?0可在用戶接口 52上指示計(jì)算的表面234、球面230、測(cè)量的點(diǎn)220和中心點(diǎn)232相對(duì)于彼此的方位。
[0175]參看圖11A，外科醫(yī)生使關(guān)節(jié)200脫位并將定制的導(dǎo)向器260插入髖臼204中。導(dǎo)向器260基于針對(duì)關(guān)節(jié)200的術(shù)前影像數(shù)據(jù)術(shù)前形成以基本上適形于髖曰204。導(dǎo)向器260指示用于關(guān)節(jié)200的嵌塞軸線270的方位。嵌塞軸線270具有基于針對(duì)關(guān)節(jié)200的影像數(shù)據(jù)相對(duì)于患者的解剖結(jié)構(gòu)確定的已知傾斜角和已知前傾角。例如，導(dǎo)向器260可指示嵌塞軸線270的方位，使得當(dāng)導(dǎo)向器2 60與關(guān)節(jié)配合時(shí)，嵌塞軸線270具有15度的傾斜角和45度的前傾角或另一個(gè)已知的傾斜角或前傾角。
[0176]在導(dǎo)向器260被置于關(guān)節(jié)200中的同時(shí),識(shí)別器20被用來確定由導(dǎo)向器260指不的嵌塞軸線270的方位。例如，嵌塞軸線270的對(duì)準(zhǔn)使用沿嵌塞軸線270對(duì)準(zhǔn)的第三傳感器214并使用上文結(jié)合圖5B描述的技術(shù)相對(duì)于此前植入的第一傳感器210來確定。備選地，識(shí)別器20相對(duì)于嵌塞軸線270來對(duì)準(zhǔn)，如結(jié)合圖5A所描述那樣。
[0177]備選地，關(guān)節(jié)200的嵌塞軸線270可使用不需要導(dǎo)向器260的其它技術(shù)來確定，例如，使用參照?qǐng)D21A和圖21B的技術(shù)。
[0178]參看圖11B，控制單元50確定嵌塞軸線270與表面234相交的交點(diǎn)236的位置。如上所述，控制單兀50確定表面234的方位和嵌塞軸線270相對(duì)于相同基準(zhǔn)(第一傳感器210)的方位。因此，控制單元50可參照第一傳感器210計(jì)算交點(diǎn)236的位置，其指示嵌塞軸線270相對(duì)于表面234的方位。
[0179]控制單元50記錄指示表面234的特性的數(shù)據(jù)，例如，描述邊界237的形狀和表面234的曲率的數(shù)據(jù)?？刂茊卧?0也可記錄指示球面230的半徑和球面230的中心點(diǎn)232相對(duì)于表面234的位置的數(shù)據(jù)?？刂茊卧?0也記錄指示交點(diǎn)236相對(duì)于表面234的位置的數(shù)據(jù)。中心點(diǎn)232和交點(diǎn)236 —起限定嵌塞軸線270，并且因此指示嵌塞軸線270相對(duì)于表面234的方位?？刂茊卧?0也記錄嵌塞軸線270的傾斜角和前傾角。
[0180]針對(duì)關(guān)節(jié)200所描述的測(cè)量和計(jì)算可對(duì)不同患者的髖關(guān)節(jié)重復(fù)。在一些實(shí)施中，當(dāng)針對(duì)不同關(guān)節(jié)的數(shù)據(jù)被采集時(shí)，可將位于股骨處的基準(zhǔn)放置在大體上一致的方位處以方便比較來自不同髖關(guān)節(jié)的數(shù)據(jù)。例如，可將基準(zhǔn)一致地置于股骨的大轉(zhuǎn)子的頂端處?；鶞?zhǔn)可備選地置于另一解剖位置處，例如，在大轉(zhuǎn)子的不同部分處，在股骨頸部的特定部分處，或在小轉(zhuǎn)子處或附近。
[0181]無論位于骨盆處的傳感器的方位如何，運(yùn)動(dòng)范圍表面都具有大體上相當(dāng)?shù)男螤?。位于相?duì)于骨盆固定位置處的傳感器的方位可從一關(guān)節(jié)到另一關(guān)節(jié)變化，而不影響所記錄的數(shù)據(jù)的可比性。
[0182]2.2分析采集的數(shù)據(jù)
參看圖12A，可包括或不包括控制單元50的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310從一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)裝置訪問描述多個(gè)關(guān)節(jié)的數(shù)據(jù)。例如，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310可訪問數(shù)據(jù)庫300，數(shù)據(jù)庫300存儲(chǔ)描述不同的髖關(guān)節(jié)的數(shù)據(jù)。為簡(jiǎn)化起見，用于每個(gè)關(guān)節(jié)的數(shù)據(jù)被稱為記錄。然而，數(shù)據(jù)不一定存儲(chǔ)為任何特定格式，并且可存儲(chǔ)在任何合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或存儲(chǔ)系統(tǒng)中。用于多個(gè)關(guān)節(jié)的數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在單個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，并且用于單個(gè)關(guān)節(jié)的數(shù)據(jù)可分布在許多不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。
[0183]數(shù)據(jù)庫300存儲(chǔ)多個(gè)記錄302a_302c,每個(gè)記錄描述不同關(guān)節(jié)的特性。記錄302a-302c可因此包括關(guān)于不同人的不同髖關(guān)節(jié)的信息。每個(gè)記錄302a_302c描述(I)用于髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍和(2)相對(duì)于運(yùn)動(dòng)范圍的髖關(guān)節(jié)的一個(gè)或多個(gè)力線(例如一個(gè)或多個(gè)嵌塞軸線)的方位。
[0184] 每個(gè)記錄302a_302c可描述髖關(guān)節(jié)的三維的運(yùn)動(dòng)范圍表面304a_304c和交點(diǎn)306a-306c的位置。交點(diǎn)306a_306c可指示嵌塞軸線與對(duì)應(yīng)表面304a_304c相交的位置。在一些實(shí)施中，每個(gè)記錄302a-302c也可指示對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)髖關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心的中心點(diǎn)的位置。備選地，髖關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)可從運(yùn)動(dòng)范圍表面304a-304c來計(jì)算。每個(gè)記錄302a-302c也可指示由交點(diǎn)306a_306c和對(duì)應(yīng)的中心點(diǎn)限定的嵌塞軸線的傾斜角和前傾角。
[0185]在一些實(shí)施中，由交點(diǎn)306a_306c表不的嵌塞軸線可具有相同傾斜角和相同前傾角。例如，每個(gè)交點(diǎn)306a-306c可指示與具有對(duì)應(yīng)髖關(guān)節(jié)的例如45的傾斜角和15度的前傾角的軸線的交點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的位置。
[0186]參看圖12A和圖12B，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310識(shí)別在記錄302a_302c中的關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。例如，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310通過識(shí)別在不同關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍表面304a-304c之間的相關(guān)性而識(shí)別關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍之間的相關(guān)性。由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310識(shí)別的相關(guān)性可包括例如在運(yùn)動(dòng)范圍表面304a-304c (例如運(yùn)動(dòng)范圍表面304a_304c的對(duì)應(yīng)標(biāo)志)之間的共性。標(biāo)志可包括運(yùn)動(dòng)范圍表面304a-304c的邊界305a_305c的部分(例如，邊緣)。
[0187]計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310使用該相關(guān)性在公共的坐標(biāo)參考系中對(duì)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)范圍表面304a-304c。運(yùn)動(dòng)范圍表面304a-304c可相對(duì)于坐標(biāo)系單獨(dú)地對(duì)準(zhǔn)，或者可相對(duì)于彼此直接對(duì)準(zhǔn)。在一些實(shí)施中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310也可將運(yùn)動(dòng)范圍表面304a-304c縮放至共同的曲率半徑。
[0188]參看圖13，用于在坐標(biāo)系中對(duì)準(zhǔn)表面304a_304c的技術(shù)的示例包括確定軸線相對(duì)于每個(gè)表面304a-304c的標(biāo)志的方位。標(biāo)志可包括例如作為整體的表面304a_304c的邊界305a-305c、邊界305a_305c的區(qū)段、或邊界305a_305c的特定點(diǎn)。也可識(shí)別最大值點(diǎn)和最小值點(diǎn)以及沿邊界的拐點(diǎn)并將它們用作標(biāo)志。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310識(shí)別不同表面304a-304c的標(biāo)志，并且使用該標(biāo)志將每個(gè)表面304a-304c對(duì)齊到坐標(biāo)系。雖然標(biāo)志可在形狀和方位上從一運(yùn)動(dòng)范圍表面到另一運(yùn)動(dòng)范圍表面變化，但所用標(biāo)志可以是可能在大多數(shù)運(yùn)動(dòng)范圍表面中存在的運(yùn)動(dòng)范圍表面的特性特征，并且因此可指示在不同表面之間的相關(guān)性。
[0189]在圖13的示例中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310識(shí)別運(yùn)動(dòng)范圍表面304a的第一標(biāo)志307a和第二標(biāo)志308a。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310限定通過標(biāo)志307a、308a的軸線Yp計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310通過識(shí)別與第一標(biāo)志307a和第二標(biāo)志308a相對(duì)應(yīng)的標(biāo)志來識(shí)別與其它運(yùn)動(dòng)范圍表面304b、304c的相關(guān)性。對(duì)于其它運(yùn)動(dòng)范圍表面304b、304c中的每一個(gè)來說，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310識(shí)別對(duì)應(yīng)的第一標(biāo)志307b、307c和對(duì)應(yīng)的第二標(biāo)志308b、308c。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310基于對(duì)應(yīng)的標(biāo)志限定分別針對(duì)每個(gè)表面304b、304c的軸線Y2、Y3。對(duì)于每個(gè)表面304a-304c來說，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310也確定在第一標(biāo)志307a-307c和第二標(biāo)志308a_308c之間的距離的中點(diǎn)309a_309c。
[0190]計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310沿公共軸線Y對(duì)準(zhǔn)軸線Y1、Y2、Y3中的每一個(gè)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310也對(duì)準(zhǔn)表面304a-304c，使得中點(diǎn)309a_309c均由軸線X相交，從而將中點(diǎn)定位在X-Y坐標(biāo)系的原點(diǎn)處。通過使用對(duì)應(yīng)的標(biāo)志來對(duì)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)范圍表面304a-304c，在表面304a_304c之間的相關(guān)性體現(xiàn)在表面304a-304c在坐標(biāo)系中相對(duì)于彼此的所得方位中。由于根據(jù)相同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)到相同坐標(biāo)系，表面304a-304c因此也相對(duì)于彼此對(duì)準(zhǔn)。雖然僅示出兩個(gè)軸線，但運(yùn)動(dòng)范圍表面304a-304c可在三個(gè)維度中描述運(yùn)動(dòng)范圍，并且如上所述對(duì)準(zhǔn)可將表面304a_304c取向在坐標(biāo)系的三個(gè)維度中。
[0191]計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310也可使用超出圖示那些的附加相關(guān)性來取向運(yùn)動(dòng)范圍表面304a-304c。例如，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310可基于附加標(biāo)志為運(yùn)動(dòng)范圍表面304a確定第二軸線N，并可確定在軸線N和軸線Y1之間的角度Θ?？蔀槠渌\(yùn)動(dòng)范圍表面304b、304c確定對(duì)應(yīng)的角度并可使用該角度將每個(gè)表面304a-304c對(duì)準(zhǔn)到坐標(biāo)系。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310可使用在標(biāo)志之間的距離、標(biāo)志之間的角度、表面304a-304c的面積、以及其它特征中的共性來取向表面304a-304c。此外,在對(duì)準(zhǔn)表面304a_304c時(shí)坐標(biāo)系的軸線不一定與標(biāo)志相交,并且可建立在軸線和標(biāo)志之間的各種不同的關(guān)系。
[0192]代替將每個(gè)表面304a_304c單獨(dú)地對(duì)準(zhǔn)到坐標(biāo)系，可將表面304a_304c的對(duì)應(yīng)標(biāo)志直接相對(duì)于彼此對(duì)準(zhǔn)。在一些實(shí)施中，運(yùn)動(dòng)范圍表面304a-304c使用數(shù)據(jù)擬合技術(shù)來相對(duì)于彼此對(duì)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)擬合可用來基于在各個(gè)表面304a-304c的邊界305a_305c、邊界305a-305c的特定標(biāo)志特征、或由表面304a_304c跨越的區(qū)域之間的共性而將表面304a-304c相對(duì)于彼此對(duì)準(zhǔn)。例如，數(shù)據(jù)擬合可用來確定使在對(duì)應(yīng)標(biāo)志的方位之間的總誤差最小化的表面304a-304c的方位。在一些實(shí)施中，不一定識(shí)別特定標(biāo)志，并且通過數(shù)據(jù)擬合對(duì)準(zhǔn)表面304a-304c的整個(gè)邊界305a_305c或區(qū)域。 [0193]現(xiàn)在參看圖12C，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310基于關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)生成復(fù)合表示320。復(fù)合表示320包括關(guān)于廣義運(yùn)動(dòng)范圍和廣義嵌塞軸線相對(duì)于廣義運(yùn)動(dòng)范圍的方位的信息。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310使用運(yùn)動(dòng)范圍表面304a-304c之間的相關(guān)性來確定廣義或復(fù)合表示320。例如，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310使用基于對(duì)應(yīng)標(biāo)志對(duì)準(zhǔn)到公共參考系的表面304a_304c的方位來確定復(fù)合表不320。[0194]當(dāng)表面304a_304c的力線基于對(duì)應(yīng)特征中的相關(guān)性而已知時(shí)，表面304a_304c在本文中被稱為相關(guān)的。因此，對(duì)于相關(guān)的表面304a-304c來說，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310存儲(chǔ)指示例如每個(gè)表面304a-304c相對(duì)于參考系的方位的數(shù)據(jù)。
[0195]復(fù)合表示320可包括基于運(yùn)動(dòng)范圍表面304a_304c的邊界305a_305c計(jì)算的復(fù)合運(yùn)動(dòng)范圍表面322。為了確定復(fù)合運(yùn)動(dòng)范圍表面322的邊界325，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310使用例如數(shù)據(jù)擬合來確定相對(duì)于作為整體的相關(guān)表面304a-304c具有最小誤差的邊界325。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310備選地確定多個(gè)表面304a-304c的邊界305a_305c的平均值或加權(quán)平均值。
[0196]計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310也為記錄302a_302c中描述的關(guān)節(jié)分析嵌塞軸線的相交。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310計(jì)算相關(guān)表面304a-304c的嵌塞軸線將與復(fù)合運(yùn)動(dòng)范圍表面322相交的交點(diǎn)324a-324c。根據(jù)對(duì)應(yīng)于不同嵌塞軸線的交點(diǎn)324a_324c，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310確定在復(fù)合表面322上的最佳擬合交點(diǎn)326。例如，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310計(jì)算將為相對(duì)于交點(diǎn)324a_324c的誤差最小點(diǎn)的交點(diǎn)326。
[0197]記錄302a_302c的交點(diǎn)306a_306c可各自指示具有特定傾斜角和前傾角(例如，45度和15度)的軸線的方位。結(jié)果，交點(diǎn)326表示通過具有相同傾斜角和前傾角(例如，45度和15度)的軸線的復(fù)合表面322的相交。如果記錄302a-302c指示具有傾斜角和前傾角的不同組合(例如，45度和15度、50度和20度、50度和15度等)的不同軸線的相交，那么復(fù)合表示320可包括針對(duì)不同軸線中每一個(gè)的復(fù)合表面322上的交點(diǎn)。
[0198]計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310識(shí)別繞復(fù)合交點(diǎn)326延伸的區(qū)域330、331、332，該區(qū)域指示對(duì)于嵌塞軸線相對(duì)于復(fù)合運(yùn)動(dòng)范圍表面322的方位的統(tǒng)計(jì)置信水平。例如，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)310識(shí)別多個(gè)區(qū)域330、331、332，每個(gè)區(qū)域封閉復(fù)合運(yùn)動(dòng)范圍表面322的不同部分，并且包含與相關(guān)記錄302a-302c的嵌塞軸線的 交點(diǎn)的特定百分比。第一區(qū)域330、第二區(qū)域331和第三區(qū)域332可分別包括例如通過復(fù)合運(yùn)動(dòng)范圍表面322的相關(guān)記錄302a-302c的嵌塞軸線的交點(diǎn)324a-324c 的 90%、95% 和 99%。
[0199]數(shù)據(jù)庫300可包括復(fù)合表示320和描述各個(gè)關(guān)節(jié)的記錄302a_302c兩者。復(fù)合表示320可包括例如指示復(fù)合運(yùn)動(dòng)范圍表面322和復(fù)合嵌塞軸線的交點(diǎn)326的信息。表面322的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)328 (參見圖13)和表面322的曲率半徑均可從表面322導(dǎo)出并且也可被存儲(chǔ)。
[0200]交點(diǎn)326和旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)328限定復(fù)合軸線329 (參見圖13)相對(duì)于復(fù)合運(yùn)動(dòng)范圍表面322的方位。復(fù)合軸線329因此基于在嵌塞軸線(每個(gè)均處于相同的已知傾斜角和前傾角)相對(duì)于記錄302a-302c中描述的關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的方位之間的相似性。結(jié)果，復(fù)合軸線329表示具有相對(duì)于復(fù)合表面322的傾斜角和前傾角的特定集合(例如，45度的傾斜角和15度的前傾角)的軸線。在一些實(shí)施中，可限定多個(gè)復(fù)合軸線，每個(gè)對(duì)應(yīng)于傾斜角和前傾角的不同組合。
[0201]2.3使用存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)來對(duì)準(zhǔn)
系統(tǒng)100可通過使用數(shù)據(jù)庫300中的髖關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)確定嵌塞軸線的方位而輔助外科醫(yī)生，而不需要正在手術(shù)的關(guān)節(jié)的影像數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫300中的數(shù)據(jù)用來確定在數(shù)據(jù)庫300中的記錄302a-302c中未描述的關(guān)節(jié)的嵌塞軸線的方位。
[0202]關(guān)節(jié)的嵌塞軸線可通過確定沿嵌塞軸線的兩個(gè)點(diǎn)、關(guān)節(jié)的計(jì)算的旋轉(zhuǎn)中心和相對(duì)于關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的極限確定的第二點(diǎn)來限定。數(shù)據(jù)庫300中的數(shù)據(jù)指示處于對(duì)關(guān)節(jié)的已知傾斜角和前傾角的一個(gè)或多個(gè)嵌塞軸線相對(duì)于這些關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的方位。在數(shù)據(jù)庫300中描述的嵌塞軸線與關(guān)節(jié)的相關(guān)聯(lián)的運(yùn)動(dòng)范圍之間的關(guān)系用來為數(shù)據(jù)庫300中未描述的關(guān)節(jié)確定第二點(diǎn)沿嵌塞軸線的取向。不需要用針對(duì)關(guān)節(jié)的影像數(shù)據(jù)來確定用于關(guān)節(jié)的嵌塞軸線的軌跡。
[0203]參看圖14A，外科醫(yī)生在相對(duì)于關(guān)節(jié)400固定且在關(guān)節(jié)400移動(dòng)時(shí)相對(duì)于彼此可移動(dòng)的方位處建立兩個(gè)基準(zhǔn)。例如，外科醫(yī)生在骨盆402處植入第一 EM場(chǎng)傳感器420并且在股骨406的大轉(zhuǎn)子408的頂端處植入第二 EM場(chǎng)傳感器422。在傳感器420、422在EM場(chǎng)發(fā)生器21的工作容積內(nèi)的同時(shí)，外科醫(yī)生將關(guān)節(jié)400移動(dòng)通過運(yùn)動(dòng)范圍?？刂茊卧?0在關(guān)節(jié)400的多個(gè)方位處記錄傳感器422相對(duì)于傳感器420的位置424，包括在關(guān)節(jié)400的運(yùn)動(dòng)范圍的極端處的方位。關(guān)節(jié)400或點(diǎn)426的圖像或其它表示400’、424’或其它數(shù)據(jù)可呈現(xiàn)在用戶接口 52上。
[0204]參看圖14B,如針對(duì)圖1OA所述,控制單元50基于所測(cè)量的位置424計(jì)算表面,例如球面430?？刂茊卧?0計(jì)算球面430的中心點(diǎn)432，其對(duì)應(yīng)于關(guān)節(jié)400的運(yùn)動(dòng)中心。控制單元50也計(jì)算運(yùn)動(dòng)范圍表面434，其可以是球面430的一部分。運(yùn)動(dòng)范圍表面434逼近在關(guān)節(jié)400通過運(yùn)動(dòng)范圍的移動(dòng)期間由傳感器422的測(cè)量位置424跨越的區(qū)域。球面430、表面434、測(cè)量位置424、旋轉(zhuǎn)中心432的方位可在用戶接口 52上顯示或以其它方式指示。
[0205]參看圖15，控制單元50確定嵌塞軸線446與運(yùn)動(dòng)范圍表面434相交的點(diǎn)440。交點(diǎn)440和中心點(diǎn)432限定用于關(guān)節(jié)400的嵌塞軸線446的方位。為了識(shí)別交點(diǎn)440，控制單元50使用來自數(shù)據(jù)庫300的數(shù)據(jù)?？刂茊卧?0可將數(shù)據(jù)庫300存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)介質(zhì)上。附加地或備選地，控制單元50通過網(wǎng)絡(luò)或從可移動(dòng)介質(zhì)訪問數(shù)據(jù)庫300。
[0206]表面434上的交點(diǎn)440的位置可基于復(fù)合表面322上的交點(diǎn)326的位置來確定。例如，控制單元50可定位與相對(duì)于復(fù)合表面322的交點(diǎn)326相對(duì)應(yīng)的表面434上的點(diǎn)440。對(duì)應(yīng)的點(diǎn)440可以是這樣的點(diǎn):該點(diǎn)具有例如與點(diǎn)326具有的相對(duì)于復(fù)合表面322的邊界325的位置類似的、相對(duì)于表面434的邊界435的位置。
[0207]嵌塞軸線446的方位可基于表面322、434的幾何形狀的相似性來確定。例如，交點(diǎn)326相對(duì)于復(fù)合表面322的邊界325的方位用來確定相對(duì)于關(guān)節(jié)400的表面434的邊界435的嵌塞軸線446的對(duì)應(yīng)交點(diǎn)440?？刂茊卧?0可識(shí)別復(fù)合表面322的標(biāo)志327并可確定在交點(diǎn)326和標(biāo)志327之間的相對(duì)距離?？刂茊卧?0可接著識(shí)別與復(fù)合表面322的標(biāo)志327相對(duì)應(yīng)的表面434的標(biāo)志437，并可限定在具有相對(duì)于表面434的標(biāo)志437類似的相對(duì)距離的位置處的交點(diǎn)440。
[0208]例如，控制單元50可以以如針對(duì)圖13描述的類似的方式將兩個(gè)表面434、322相對(duì)于彼此對(duì)準(zhǔn)。 控制單元50使用在表面322、434(包括例如對(duì)應(yīng)標(biāo)志437、327和對(duì)應(yīng)邊界325,435)之間的相關(guān)性在公共坐標(biāo)參考系中取向表面322、434。控制單元50可基于例如在表面322、434的邊界325、435之間的最小誤差、表面322、434的區(qū)域的最大重疊程度、表面322、434的標(biāo)志437、327的對(duì)準(zhǔn)、或這些和其它標(biāo)準(zhǔn)的組合來對(duì)準(zhǔn)表面322、434。一旦這兩個(gè)表面322、434被相對(duì)于彼此取向，則復(fù)合表面322上的交點(diǎn)326就與運(yùn)動(dòng)范圍表面434上的對(duì)應(yīng)位置重合。因此，當(dāng)表面322、434基于對(duì)應(yīng)特征對(duì)準(zhǔn)時(shí)，交點(diǎn)440可選擇為交點(diǎn)326的位置。
[0209]在一些實(shí)施中，使用描述各個(gè)關(guān)節(jié)的記錄302a_302c而不是多個(gè)關(guān)節(jié)的復(fù)合表示320來確定交點(diǎn)440。例如，控制單元50可訪問針對(duì)不同關(guān)節(jié)的一個(gè)或多個(gè)記錄302a-302c，并可基于在記錄302a-302c中描述的一個(gè)或多個(gè)交點(diǎn)324a_324c來確定交點(diǎn)440的位置?？刂茊卧?0也可使用記錄302a-302c的子集(例如，控制單元50基于與運(yùn)動(dòng)范圍表面434的高相似度選擇的記錄的子集)來確定交點(diǎn)。
[0210]在一些實(shí)施中，不同的復(fù)合表示用于不同的患者。例如，可訪問針對(duì)具有小、中或大股骨頸長(zhǎng)度的患者的不同的復(fù)合表示。每個(gè)復(fù)合表示可使用描述運(yùn)動(dòng)范圍表面具有在特定范圍內(nèi)的曲率半徑的關(guān)節(jié)的數(shù)據(jù)而生成。對(duì)于具有在特定范圍內(nèi)的曲率半徑的患者來說，合適的植入物可具有在對(duì)應(yīng)范圍內(nèi)的股骨頸長(zhǎng)度。類似地，在特定范圍內(nèi)的曲率半徑可對(duì)應(yīng)于股骨柄尺寸的特定范圍。
[0211]為了確定關(guān)節(jié)400的交點(diǎn)440，控制單元50選擇最適合關(guān)節(jié)400的運(yùn)動(dòng)范圍表面434的曲率半徑的復(fù)合表示。因此，可基于具有與正在手術(shù)的關(guān)節(jié)類似的特性的關(guān)節(jié)的性質(zhì)來確定交點(diǎn)。此外，每個(gè)不同的復(fù)合表示可對(duì)應(yīng)于不同的股骨植入物尺寸或股骨植入物尺寸范圍?？刂茊卧?0可基于用來計(jì)算交點(diǎn)440的特定復(fù)合表示、基于運(yùn)動(dòng)范圍表面434的曲率半徑、或基于關(guān)節(jié)400的運(yùn)動(dòng)范圍的其它方面來向外科醫(yī)生建議適合關(guān)節(jié)400的特定的股骨植入物或植入物特性。
[0212]參看圖16，控制單元50限定通過對(duì)應(yīng)于關(guān)節(jié)400的旋轉(zhuǎn)中心的點(diǎn)432且通過位于運(yùn)動(dòng)范圍表面434上的交點(diǎn)440的關(guān)節(jié)400的嵌塞軸線446。運(yùn)動(dòng)范圍表面434、旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)432和第二點(diǎn)的方位均相對(duì)于第一傳感器420為已知的。因此,系統(tǒng)100可用來在第一傳感器420的參考系中相對(duì)于嵌塞軸線446對(duì)準(zhǔn)器械30。
[0213]嵌塞軸線446的傾斜角和前傾角也是已知的，因?yàn)榍度S線446被選擇為對(duì)應(yīng)于復(fù)合軸線329。復(fù)合軸線329表示已知的傾斜角和前傾角。因?yàn)榍度S線446具有與復(fù)合軸線329相對(duì)于復(fù)合表面322所具有的方位對(duì)應(yīng)的相對(duì)于運(yùn)動(dòng)范圍表面434的方位，所以嵌塞軸線446具有與復(fù)合軸線329相同的傾斜角和前傾角。因此，嵌塞軸線446相對(duì)于解剖基準(zhǔn)已知的方位可用作基準(zhǔn)軸線，從該基準(zhǔn)軸線可確定器械30相對(duì)于解剖基準(zhǔn)的方位。
[0214]控制單元50計(jì)算如上文針對(duì)圖5A和圖5B所述的器械的對(duì)準(zhǔn)，并且在用戶接口 52上輸出器械30的對(duì)準(zhǔn)的指示，如上文參照?qǐng)D6、圖7A和圖7B所述?？刂茊卧?0也顯示關(guān)于嵌塞軸線446的公差，其指示器械的對(duì)準(zhǔn)多么接近地對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)庫300中描述的關(guān)節(jié)的力線。例如，控制單元50可指示將包括數(shù)據(jù)庫300中描述的嵌塞軸線的特定百分比的交點(diǎn)的區(qū)域330、331、332。例如，區(qū)域330、331、332可被指示，其分別包含關(guān)節(jié)記錄302a_302c的樣本集中描述的嵌塞軸線的至少90%、95%和99%。區(qū)域330、331、332的邊界可由控制單元50訪問或者可由控制單元50確定。
[0215]除了指示器械30相對(duì)于嵌塞軸線446的對(duì)準(zhǔn)之外，控制單元50可指示關(guān)節(jié)400的髖臼的擴(kuò)孔的優(yōu)選擴(kuò)孔深度和當(dāng)前擴(kuò)孔深度。如上所述，控制單元50計(jì)算優(yōu)選擴(kuò)孔深度，使得在髖白殼的嵌塞之后，關(guān)節(jié)400的旋轉(zhuǎn)中心將位于關(guān)節(jié)400的初始旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)432處或到旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)432的期望偏移量處。另外，控制單元50可基于它們相對(duì)于嵌塞軸線446的方位顯示器械30的前傾角和傾斜角。
[0216]在一些實(shí)施中，控制單元50比較關(guān)節(jié)400的運(yùn)動(dòng)范圍表面434的形狀和尺寸與復(fù)合表面322。當(dāng)運(yùn)動(dòng)范圍表 面434在與復(fù)合運(yùn)動(dòng)范圍表面322的相似度的閾值水平之外時(shí)，控制單元50在用戶接口 52上指示差異。例如，控制單元50可基于表面322、434之間的差異確定關(guān)節(jié)400在一個(gè)或多個(gè)方面為異常靈活(flexible)的，這可以成為特別考慮的依據(jù)以確保重建后的關(guān)節(jié)400的穩(wěn)定性?？刂茊卧?0可因此提醒外科醫(yī)生可需要小心或?qū)κ中g(shù)進(jìn)行調(diào)整以確保重建后的關(guān)節(jié)400不易脫位。控制單元50可建議補(bǔ)償異常的運(yùn)動(dòng)范圍特性，例如建議使用所計(jì)算的特定傾斜角或前傾角以補(bǔ)償異常。
[0217](3)用于股骨表面重修的對(duì)準(zhǔn)
外科醫(yī)生可使用系統(tǒng)100制備股骨以接納股骨植入物。使用關(guān)于股骨頸的方位和尺寸的輸入，系統(tǒng)100計(jì)算用于股骨導(dǎo)銷的軸線。股骨頸可在外科手術(shù)進(jìn)行時(shí)測(cè)量，從而不需要關(guān)節(jié)的影像數(shù)據(jù)。系統(tǒng)100也指示器械相對(duì)于計(jì)算的軸線的對(duì)準(zhǔn)以指導(dǎo)導(dǎo)銷沿軸線的安裝。所安裝的導(dǎo)銷可接著用于對(duì)股骨頭擴(kuò)孔。
[0218]參看圖17，外科醫(yī)生在相對(duì)于關(guān)節(jié)400的股骨406的固定位置處建立基準(zhǔn)。例如，此前用來確定關(guān)節(jié)400的運(yùn)動(dòng)范圍的傳感器422可保持在股骨406的大轉(zhuǎn)子408處。傳感器422可定位成避免妨礙股骨頭409和股骨頸410的表面重修或股骨植入物的植入。股骨406和傳感器422被引入到EM場(chǎng)發(fā)生器21的工作容積內(nèi)。
[0219]外科醫(yī)生暴露并測(cè)量股骨頸410。例如，外科醫(yī)生通過使股骨頸410與聯(lián)接到EM場(chǎng)傳感器452的探頭450接觸來測(cè)量在股骨頸410的表面上的不同位置456。探頭450包括接觸股骨頸410的端部454，例如狹窄的頂端。探頭450的端部454相對(duì)于探頭450的傳感器452的位置是已知的并且固定的。例如，在傳感器452和端部454之間的距離是已知的，以允許控制單兀50基于由傳感器452產(chǎn)生的信號(hào)來確定端部454的方位。
[0220]在探頭450的端部454與股骨頸410接觸的情況下，外科醫(yī)生按下按鈕451或啟動(dòng)另一個(gè)觸發(fā)器，造成控制單元50記錄傳感器452相對(duì)于傳感器422的當(dāng)前方位。控制單元50確定探頭450的傳感器452相對(duì)于端部454的方位并存儲(chǔ)接觸股骨頸410的端部454的位置456。外科醫(yī)生移動(dòng)探頭450并記錄繞股骨頸410的附加位置456。
[0221]在一些實(shí)施中，控制單元50響應(yīng)于探頭450接合股骨頸410而自動(dòng)地記錄位置
456。探頭450的端部454可包括響應(yīng)于接觸的元件,例如壓敏元件或可壓低(depressible)的元件。當(dāng)與端部454的接觸發(fā)生時(shí)，探頭450發(fā)送信號(hào)至控制單元50，觸發(fā)控制單元50以記錄探頭450的當(dāng)前方位。因此，當(dāng)外科醫(yī)生抵靠股骨頸410接觸端部454時(shí)，控制單元50自動(dòng)地記錄所接觸的位置456。
[0222]當(dāng)位置456被測(cè)量時(shí)，例如通過在用戶接口 52上顯示在股骨406的三維視圖406’上的指示456’，控制單元50可指示探頭450的方位并指示相對(duì)于股骨406的位置456。
[0223]參看圖18，控制單元50使用測(cè)量的位置456來計(jì)算用于插入導(dǎo)銷的軸線464。例如，控制單元50從測(cè)量的位置456外推以計(jì)算繞股骨頸410的圓柱體462。圓柱體462可被計(jì)算以具有最小誤差大小和相對(duì)于位置456的對(duì)準(zhǔn)。備選地，圓柱體462可被計(jì)算以具有包含基本上所有位置456的半徑。控制單元50計(jì)算圓柱體462的中心軸線464，其為導(dǎo)銷的優(yōu)選軌跡?？刂茊卧?0可在用戶接口 52上顯示類似于圖16中所示視圖的三維視圖。
`[0224]參看圖19，控制單元50在用戶接口 52上顯示圓柱體462的視圖。例如，控制單元50顯示通過圓柱體462的中心軸線對(duì)準(zhǔn)的圓柱體462的視圖。圓柱體462的半徑也可被確定和在用戶接口 52上指示。測(cè)量的位置456和指示中心軸線464的點(diǎn)466也在用戶接口 52上被指示。使用用戶接口 52，外科醫(yī)生可調(diào)整圓柱體462相對(duì)于所測(cè)量的位置456的位置，并且因此改變軸線464相對(duì)于測(cè)量的位置456的方位。例如，外科醫(yī)生可在垂直于圓柱體462的方向上偏移圓柱體462的方位及其中心軸線464，以調(diào)整圓柱體462相對(duì)于股骨頸410的偏移量。在一些實(shí)施中，當(dāng)關(guān)節(jié)400的旋轉(zhuǎn)中心被確定時(shí)，如上所述，可在用戶接口 52上指示旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)432。
[0225]參看圖20，控制單元50指示器械相對(duì)于股骨406的力線。外科醫(yī)生使用鉆470，其包括聯(lián)接在相對(duì)于鉆470已知的固定方位處的EM場(chǎng)傳感器472。帶有其附連的傳感器472的鉆470和帶有植入的傳感器422的股骨406被引入EM場(chǎng)發(fā)生器21的工作容積內(nèi)。基于從傳感器422、472所接收的信號(hào)，控制單元50計(jì)算鉆470相對(duì)于軸線464的方位。
[0226]備選地，代替使用聯(lián)接到鉆470的傳感器472，鉆470可在已知方位處聯(lián)接到EM場(chǎng)發(fā)生器21。植入的傳感器422相對(duì)于EM場(chǎng)發(fā)生器21的方位因此指示鉆470相對(duì)于傳感器422的方位，并且可用來確定鉆470相對(duì)于軸線464的取向。
[0227]在用戶接口 52上，控制單元50顯示鉆470的方位的指示470’和軸線464相對(duì)于鉆470的方位的指示464’。例如，控制單元50指示與軸線464的角度偏差和平移偏移量?？刂茊卧?0可基于測(cè)量的位置456以及軸線464的力線和鉆470相對(duì)于股骨406的力線來顯示示出股骨406的三維方面的圖示。
[0228]外科醫(yī)生將導(dǎo)銷474裝配在鉆470上并且沿著由控制單元50指示的軸線464植入導(dǎo)銷474。當(dāng)導(dǎo)銷474被插入時(shí)，控制單元50基于從傳感器422、472接收的信號(hào)來更新顯示在用戶接口 52上的信息，以反映鉆470相對(duì)于軸線464的當(dāng)前方位。在導(dǎo)銷474被植入之后，外科醫(yī)生在視覺上確認(rèn)植入的銷474相對(duì)于股骨406的解剖特征的正確放置。在導(dǎo)銷474就位的情況下，外科醫(yī)生使用導(dǎo)銷474來對(duì)準(zhǔn)用于制備股骨406以接納股骨植入物的切削工具。
[0229]此外，圓柱體462的半徑可用來選擇用來切割股骨頭409的工具的大小和構(gòu)型。例如，外科醫(yī)生可配置切削工具以確保股骨頸410的切割不發(fā)生在導(dǎo)銷474的特定半徑內(nèi)，以避免在制備股骨406的同時(shí)在股骨頸410中形成凹口。在其中不會(huì)發(fā)生切割的繞導(dǎo)銷474的半徑可以是圓柱體462的半徑。
`[0230]基于對(duì)關(guān)節(jié)400的運(yùn)動(dòng)范圍的測(cè)量，系統(tǒng)100計(jì)算關(guān)節(jié)400相對(duì)于植入的傳感器422的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)432。旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)432是位于股骨頭409內(nèi)部的點(diǎn)。在關(guān)節(jié)400脫位之前確定的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)432可由控制單元50用來確定例如對(duì)股骨406擴(kuò)孔的適當(dāng)深度或執(zhí)行股骨頸410的截骨術(shù)的優(yōu)選位置。
[0231](4)定位外科軸線
外科醫(yī)生可使用系統(tǒng)100基于關(guān)節(jié)的一個(gè)骨的方位來確定該關(guān)節(jié)的另一個(gè)骨的手術(shù)對(duì)準(zhǔn)。例如，對(duì)于髖關(guān)節(jié)400來說，股骨導(dǎo)銷軸線464 (圖18)的方位可用來確定嵌塞軸線相對(duì)于骨盆402的方位。下文進(jìn)一步詳細(xì)描述的這種技術(shù)是對(duì)使用導(dǎo)向器或使用針對(duì)其它關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)確定嵌塞軸線的方位的方法的備選方案。
[0232]外科醫(yī)生將第一基準(zhǔn)(第一傳感器420)附連在相對(duì)于骨盆402的固定方位處并將第二基準(zhǔn)(第二傳感器422)附連在相對(duì)于股骨406的固定方位處，如參照?qǐng)D14A所述。第二基準(zhǔn)422不一定置于大轉(zhuǎn)子408的頂端處，而是可以位于那里?？蛇x地，關(guān)節(jié)400的運(yùn)動(dòng)范圍和關(guān)節(jié)400的旋轉(zhuǎn)中心可使用參照?qǐng)D14A描述的技術(shù)相對(duì)于第一傳感器420確定。
[0233]參看圖21A,外科醫(yī)生將關(guān)節(jié)400脫位。外科醫(yī)生確定相對(duì)于股骨406的力線,例如，通過股骨406的頸部410的大致中心的軸線。該軸線可以是如參照?qǐng)D17和圖18描述而確定的導(dǎo)銷軸線464，基于繞股骨406的頸部410的測(cè)量位置456而確定?？刂茊卧?0確定導(dǎo)銷軸線464相對(duì)于第二傳感器422的方位。備選地，代替確定通過股骨406的頸部410的基本上中心軸線的方位，可確定具有相對(duì)于股骨406已知的解剖對(duì)準(zhǔn)的不同軸線的方位。
[0234]參看圖21B,代替沿導(dǎo)銷軸線464插入導(dǎo)銷,外科醫(yī)生使關(guān)節(jié)400復(fù)位(reduce)。在關(guān)節(jié)400復(fù)位的情況下，外科醫(yī)生將股骨406置于相對(duì)于骨盆402已知的方位處。例如，外科醫(yī)生將患者的腿部置于中立位中。中立位可以是對(duì)應(yīng)于髖部的完全伸展的“零度”方位，例如，其中股骨406以與患者站立時(shí)類似的方式伸直的方位。在中立位中，代表通過股骨頸410的基本上中心軸線的導(dǎo)銷軸線464與用于安裝髖臼植入物的優(yōu)選的嵌塞軸線重合。
[0235]外科醫(yī)生使識(shí)別器20靠近關(guān)節(jié)400，以使得第一傳感器420和第二傳感器422與識(shí)別器20電磁連通。外科醫(yī)生選擇控制單元50的控制器，其指示股骨406定位在中立位中。作為響應(yīng)，控制單元50使用來自第一傳感器420和第二傳感器422的傳感器信號(hào)來計(jì)算每個(gè)傳感器420、422相對(duì)于識(shí)別器20的方位。利用傳感器420、422相對(duì)于相同基準(zhǔn)已知的的方位，控制單兀50計(jì)算第二傳感器422相對(duì)于第一傳感器420的方位。
[0236]如上所述，控制單元50此前確定導(dǎo)銷軸線464相對(duì)于第二傳感器422的方位。控制單元50使用⑴第一傳感器420和第二傳感器422之間的偏移量以及(ii)第二傳感器422和導(dǎo)銷軸線464之間的偏移量來確定導(dǎo)銷軸線464相對(duì)于第一傳感器420的方位。因?yàn)殛P(guān)節(jié)400處于中立位，所以導(dǎo)銷軸線464的方位是關(guān)節(jié)400的嵌塞軸線465的方位?？刂茊呜?0將相對(duì)于第一傳感器420確定的導(dǎo)銷軸線464的方位記錄為嵌塞軸線465的方位。
[0237]外科醫(yī)生使關(guān)節(jié)400脫位，并且例如如參照?qǐng)D5A和圖5B所述通過將識(shí)別器20或第三傳感器聯(lián)接到器械30而將器械相對(duì)于嵌塞軸線465對(duì)準(zhǔn)?？刂茊卧?0顯示指示器械30相對(duì)于關(guān)節(jié)400且相對(duì)于優(yōu)選對(duì)準(zhǔn)的當(dāng)前方位，如參照?qǐng)D6、圖7A和圖7B所述。雖然嵌塞軸線465的傾斜角和前傾角可能不是準(zhǔn)確已知的，但控制單元50能以誤差邊際顯示對(duì)應(yīng)于嵌塞軸線465的可能的傾斜角和前傾角。外科醫(yī)生使用在用戶接口 52上的輸出對(duì)關(guān)節(jié)400的髖臼擴(kuò)孔并且沿嵌塞軸線465安裝髖臼植入物。
[0238]在一些實(shí)施中，嵌塞軸線的方位可通過將股骨406定位在不同于關(guān)節(jié)400的中立位的相對(duì)于骨盆402已知的方位而確定。例如，傳感器420、422的方位可在90度的屈曲下測(cè)量?？刂茊卧?0可使用在該方位與髖關(guān)節(jié)的中立位之間的已知偏移量或關(guān)系(對(duì)于特定髖關(guān)節(jié)400或?qū)τ谝话泱y關(guān)節(jié)已知)來從導(dǎo)銷軸線464的方位確定嵌塞軸線465的方位。以類似的方式，可將除了通過股骨頸410的大致中心的軸線之外的相對(duì)于股骨406的計(jì)算的方位與在該計(jì)算方位和股骨頸410之間的關(guān)系一起使用。
[0239]作為備選，在確定導(dǎo)銷軸線464的方位之后，在使關(guān)節(jié)400復(fù)位和確定嵌塞軸線465的方位之前，可沿導(dǎo)銷軸線464鉆出孔。外科醫(yī)生將第三傳感器在沿導(dǎo)銷軸線464的力線中沿導(dǎo)銷軸線464插入導(dǎo)銷孔。在第三傳感器駐留在股骨頭409或股骨頸410內(nèi)的同時(shí)，外科醫(yī)生使關(guān)節(jié)400復(fù)位。外科醫(yī)生接著將關(guān)節(jié)400定位在中立位，并且在關(guān)節(jié)400處于中立位的同時(shí)使用控制單元50來記錄第三傳感器相對(duì)于第一傳感器420的定位。在關(guān)節(jié)400的中立位中，第三傳感器沿關(guān)節(jié)的優(yōu)選的嵌塞軸線465對(duì)準(zhǔn)。[0240]外科醫(yī)生再次使關(guān)節(jié)400脫位并將第三傳感器從導(dǎo)銷孔移除。外科醫(yī)生可將第三傳感器聯(lián)接在器械30的已知方位處。當(dāng)外科醫(yī)生移動(dòng)器械30時(shí)，控制單元50可指示第三傳感器相對(duì)于第三傳感器的此前測(cè)量方位的方位?？刂茊卧?0的輸出可輔助外科醫(yī)生將第三傳感器沿嵌塞軸線465返回至其此前方位或返回至與嵌塞軸線的特定偏移處，從而將器械相對(duì)于嵌塞軸線465對(duì)準(zhǔn)。
[0241]可使用相同技術(shù)來確定除髖關(guān)節(jié)之外的關(guān)節(jié)的力線，包括諸如肩關(guān)節(jié)的球窩關(guān)節(jié)。例如，外科醫(yī)生可將第一傳感器置于相對(duì)于肩胛骨的固定方位處并且將第二傳感器置于相對(duì)于肱骨的固定方位處。外科醫(yī)生使肩關(guān)節(jié)脫位，并且測(cè)量與在用于髖關(guān)節(jié)的股骨頸上測(cè)量的位置類似的在肱骨上的位置。使用該測(cè)量的位置，控制單元50確定第一軸線相對(duì)于在肱骨上的第二傳感器的方位。第一軸線具有相對(duì)于例如肱骨頭已知的方位，控制單元50確定通過肱骨的解剖頸部的大致中心的軸線的方位或相對(duì)于肱骨的另一已知方位。
[0242]外科醫(yī)生接著使肩關(guān)節(jié)復(fù)位，并且將肱骨對(duì)準(zhǔn)到相對(duì)于肩胛骨的已知方位。該已知方位可以是例如中立位，即，當(dāng)肱骨的縱向軸線大體平行于患者身體的縱向軸線時(shí)，與在患者的側(cè)面處的患者的手臂相對(duì)應(yīng)的方位。
[0243]在肩關(guān)節(jié)處于已知方位的同時(shí)，外科醫(yī)生使用控制單元來確定第一軸線相對(duì)于第一傳感器的方位。外科醫(yī)生使用控制單元50來確定嵌塞軸線的方位以用于制備和安裝用于肩關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)盂植入物。當(dāng)肩關(guān)節(jié)處于中立位時(shí)，嵌塞軸線可不與第一軸線重合，但是對(duì)于一般地肩關(guān)節(jié)來說可具有與當(dāng)關(guān)節(jié)處于中立位時(shí)由第一軸線表示的解剖方位的已知角向偏移量和方位偏移量。以與上文所述類似的方式，基于第二傳感器相對(duì)于第一傳感器的方位、第一軸線相對(duì)于第二傳感器的方位以及在第一軸線和嵌塞軸線的方位之間的標(biāo)準(zhǔn)偏移量，控制單元50確定嵌塞軸線的方位。
[0244](5)試驗(yàn)技術(shù)
可將諸如EM場(chǎng)傳感器的基準(zhǔn)附連到試驗(yàn)部件(例如，試驗(yàn)植入物)或永久性植入物來確定試驗(yàn)部件或植入物對(duì)于特定關(guān)節(jié)的適合性。例如，外科醫(yī)生可使用系統(tǒng)100來選擇用于髖關(guān)節(jié)400的合適的股骨部件。類似的技術(shù)可用來選擇髖白植入物，或選擇用于諸如肩關(guān)節(jié)的另一類關(guān)節(jié)的植入物。
[0245]參看圖22A，已確定關(guān)節(jié)400的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)432的位置，例如，如參照?qǐng)D14A和圖14B所述。股骨406的優(yōu)選股骨頸軸線(例如導(dǎo)銷軸線464)的方位也已確定，例如，如參照?qǐng)D17和圖18所述。這些方位由控制單元50存儲(chǔ)為與第二傳感器422的相對(duì)方位，第二傳感器422附連在相對(duì)于股骨406的固定位置處。旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)432和軸線464的方位是關(guān)節(jié)400的性質(zhì)，其指示例如應(yīng)由植入物匹配的優(yōu)選對(duì)準(zhǔn)。
[0246]外科醫(yī)生例如通過執(zhí)行股骨頸410和股骨頭409的關(guān)節(jié)成形術(shù)來制備股骨406以接納植入物。外科醫(yī)生也沿股骨的縱向軸線擴(kuò)孔到股骨406中以限定在股管中的開口 411。從而將股骨406制備成接納股骨植入物。
[0247]參看圖22B，控制單元50訪問指示一個(gè)或多個(gè)試驗(yàn)部件的特性的數(shù)據(jù)。例如，控制單元50可訪問包括關(guān)于多個(gè)股骨試驗(yàn)部件中每一個(gè)的數(shù)據(jù)的試驗(yàn)部件庫。對(duì)于每個(gè)試驗(yàn)部件來說，該數(shù)據(jù)可指示下列中的一個(gè)或多個(gè):頸部長(zhǎng)度、頸部高度、頸部角度、頸部長(zhǎng)度、與柄軸線453的偏移量、部件寬度或其它尺寸、以及其它特性。該數(shù)據(jù)也可指示用于接納球頭的耳軸(trunnion)或其它緊固件的方位。[0248]由該數(shù)據(jù)指示的特性可包括限定接納試驗(yàn)部件的關(guān)節(jié)將如何操作的功能特性。功能特性可包括頸部軸線455的方位，例如，通過試驗(yàn)部件的頸部的大致中心軸線的方位。功能特性也可包括關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)457，其可表示由于安裝植入物而可能將對(duì)關(guān)節(jié)導(dǎo)致的旋轉(zhuǎn)中心。該數(shù)據(jù)也可描述對(duì)試驗(yàn)部件的調(diào)整和可從例如通過使用具有不同尺寸的球頭的標(biāo)準(zhǔn)定位實(shí)現(xiàn)的偏移量。在一些實(shí)施中，不同的球頭可用來實(shí)現(xiàn)針對(duì)相同試驗(yàn)部件或植入物的不同旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)。
[0249]該數(shù)據(jù)可包括關(guān)于試驗(yàn)部件和用于多個(gè)植入物類型的對(duì)應(yīng)植入物的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)也可描述模塊化的植入物系統(tǒng)，以允許控制單元50確定模塊化部件的不同組合的尺寸和特性。在一些實(shí)施中，用于試驗(yàn)部件的數(shù)據(jù)表示指示試驗(yàn)部件的外表面尺寸的模型459?？刂茊卧?0可使用模型459不僅確定沿匹配的試驗(yàn)部件的外部的方位，而且顯示試驗(yàn)部件的二維或三維視圖。
[0250]該數(shù)據(jù)也描述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)志461a、461b相對(duì)于試驗(yàn)部件的方位。結(jié)果，每個(gè)試驗(yàn)部件的特性可具有相對(duì)于標(biāo)志的已知關(guān)系。例如，頸部軸線455的方位、關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)
457、以及由模型459表示的試驗(yàn)部件的表面可相對(duì)于每個(gè)標(biāo)志461a、461b為已知的。 [0251]使用用戶接口 52，外科醫(yī)生輸入其偏好，例如將在手術(shù)中使用的植入物或植入物系統(tǒng)的優(yōu)選類型。使用試驗(yàn)部件庫中的數(shù)據(jù)，控制單元50比較試驗(yàn)部件的特性與股骨406和關(guān)節(jié)400的已知特性。例如，第二基準(zhǔn)422可位于股骨406的解剖基準(zhǔn)方位處，例如大轉(zhuǎn)子408的頂端，并且可將位置輸入到控制單元50?？刂茊卧?0使用在旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)432和第二基準(zhǔn)422之間的距離來確定可能匹配關(guān)節(jié)400的特性的試驗(yàn)部件的頸部長(zhǎng)度。類似地，控制單元50使用相對(duì)于第二基準(zhǔn)422的位置的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)432的位置來確定試驗(yàn)部件的頸部角度。控制單元50使用旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)相對(duì)于軸線464的位置來確定實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)432所需的偏移量，如果有的話。控制單元50選擇可能導(dǎo)致正確的關(guān)節(jié)特性的一個(gè)或多個(gè)試驗(yàn)部件，并且在用戶接口 52上提供指示所選試驗(yàn)部件的信息。
[0252]參看圖23，外科醫(yī)生選擇可能已由控制單元50建議或者可能未被建議的試驗(yàn)部件463，并且在用戶接口 52上指示哪個(gè)試驗(yàn)部件463被選中。例如，外科醫(yī)生輸入試驗(yàn)部件463或?qū)?yīng)植入物的產(chǎn)品代碼，或從在用戶接口 52上顯示的選項(xiàng)中選擇。如果使用模塊化部件或可調(diào)整部件，外科醫(yī)生指示所用部件的特定組合或配置。
[0253]外科醫(yī)生將試驗(yàn)部件463插入股骨406中。外科醫(yī)生也將第三EM傳感器467附連在標(biāo)志461b處。傳感器467可在試驗(yàn)部件463被插入股骨406之前或之后附連到試驗(yàn)部件463。標(biāo)志461b可以是例如在構(gòu)造成接納螺釘或其它緊固件的內(nèi)孔中的位置。為了實(shí)現(xiàn)在標(biāo)志461處的已知方位,傳感器467的外殼可接合內(nèi)孔的底部。備選地，傳感器467的外殼的一部分可接合試驗(yàn)部件463以與試驗(yàn)部件的外表面齊平。控制單元50訪問指示在試驗(yàn)部件463上的標(biāo)志461b的位置的信息。例如，外科醫(yī)生可輸入識(shí)別標(biāo)志461b的信息。備選地，外科醫(yī)生可選擇由控制單元50建議的標(biāo)志461b。
[0254]控制單元50從試驗(yàn)部件庫訪問指示試驗(yàn)部件463的特性的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)指示例如在標(biāo)志461b和試驗(yàn)部件463的頸部軸線468之間的偏移量以及在標(biāo)志461b和對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)中心的試驗(yàn)部件463的點(diǎn)469之間的偏移量。因?yàn)榈谌齻鞲衅?67位于標(biāo)志461b處，所以偏移量可用來確定頸部軸線468的方位和相對(duì)于由第三傳感器467產(chǎn)生的信號(hào)指示的方位的點(diǎn)469。[0255]當(dāng)試驗(yàn)部件463聯(lián)接到關(guān)節(jié)400時(shí)，試驗(yàn)部件463限定關(guān)節(jié)400的新性質(zhì)。例如，一個(gè)性質(zhì)是與試驗(yàn)部件463的頸部軸線468重合的新股骨軸線。當(dāng)試驗(yàn)部件463聯(lián)接到股骨406時(shí)，頸部軸線468取代股骨406的自然頸部軸線(例如，導(dǎo)銷軸線464)。由試驗(yàn)部件463限定的關(guān)節(jié)400的另一個(gè)性質(zhì)是用于關(guān)節(jié)400的新旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)。在安裝試驗(yàn)部件463的情況下，關(guān)節(jié)400具有由將位于點(diǎn)469處的試驗(yàn)部件463的特性限定的新的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)。
[0256]為了確定關(guān)節(jié)400的新性質(zhì)是否為可接受的，外科醫(yī)生使股骨406靠近識(shí)別器20，使得第二傳感器422和第三傳感器467在EM場(chǎng)發(fā)生器21的工作容積內(nèi)。控制單元50基于由傳感器422、467產(chǎn)生的信號(hào)來確定第三傳感器467相對(duì)于第二傳感器422的方位。使用從試驗(yàn)部件庫中的數(shù)據(jù)獲取的偏移量，控制單元50確定頸部軸線468和旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)469相對(duì)于第一傳感器420的方位。在試驗(yàn)部件463聯(lián)接到處于當(dāng)前方位的股骨406的同時(shí)，這些方位表示關(guān)節(jié)400的 當(dāng)前性質(zhì)。
[0257]控制單元50比較頸部軸線468的當(dāng)前方位與優(yōu)選頸部軸線464的方位，確定例如一個(gè)或多個(gè)角向和平移偏移量。例如，控制單元50可確定角度β，其表示在頸部軸線468和優(yōu)選頸部軸線464之間的傾斜角度中的差異。控制單元50還比較試驗(yàn)部件463的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)469的位置與關(guān)節(jié)400的優(yōu)選旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)432的位置，確定在位置之間的偏移量D。因此，控制單元50確定在關(guān)節(jié)400的初始性質(zhì)與利用聯(lián)接在其當(dāng)前方位處的試驗(yàn)部件463實(shí)現(xiàn)的關(guān)節(jié)400的性質(zhì)之間的差異。
[0258]在一些實(shí)施中，控制單元50在用戶接口 52上顯示股骨406和試驗(yàn)部件463的圖示，并且顯示軸線464、468和點(diǎn)432、469的方位?？刂茊卧?0還指示在優(yōu)選方位與由試驗(yàn)部件463實(shí)現(xiàn)的方位之間的差異。
[0259]控制單元50確定當(dāng)前試驗(yàn)部件463的特性是否在與優(yōu)選特性的可接受公差內(nèi)。例如，控制單元50可比較在第一性質(zhì)和第二性質(zhì)與閾值之間的差異。如果計(jì)算的差異滿足閾值，則控制單元50在用戶接口 52上指示當(dāng)前試驗(yàn)部件463提供可接受的關(guān)節(jié)特性。
[0260]如果試驗(yàn)部件463的特性不可接受，則控制單元50比較試驗(yàn)部件463的當(dāng)前特性與通過調(diào)整或添加特定的模塊化部件(例如，具有特定特性的球頭)而利用相同的試驗(yàn)部件463可實(shí)現(xiàn)的一系列其它關(guān)節(jié)特性?？刂茊卧?0確定特定球頭或?qū)υ囼?yàn)部件463的調(diào)整是否能實(shí)現(xiàn)優(yōu)選的關(guān)節(jié)特性。如果可以，則控制單元50識(shí)別或調(diào)整產(chǎn)生優(yōu)選特性的部件并且在用戶接口 52上指示部件或調(diào)整。當(dāng)使用模塊化植入物系統(tǒng)時(shí)，控制單元50可指示實(shí)現(xiàn)所需關(guān)節(jié)特性的部件的一個(gè)或多個(gè)組合。
[0261]如果在試驗(yàn)部件庫中描述的部件或調(diào)整都不能用試驗(yàn)部件463產(chǎn)生優(yōu)選關(guān)節(jié)特性，則控制單元50指示試驗(yàn)部件463是不可接受的?？刂茊卧?0也可指示試驗(yàn)部件不可接受的原因，例如，因?yàn)轭i部為4mm,太短。
[0262]使用試驗(yàn)部件庫中的數(shù)據(jù)，控制單元50識(shí)別可實(shí)現(xiàn)優(yōu)選關(guān)節(jié)特性的第二試驗(yàn)部件。例如，控制單元50在試驗(yàn)部件庫中獲取試驗(yàn)部件模型471a-471c以選擇最接近產(chǎn)生優(yōu)選關(guān)節(jié)特性且滿足外科醫(yī)生偏好的試驗(yàn)部件?？刂茊卧?0可選擇第二試驗(yàn)部件，例如，對(duì)應(yīng)于模型471c的試驗(yàn)部件，以修正由使用試驗(yàn)部件463導(dǎo)致的與優(yōu)選關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心432和優(yōu)選頸部軸線464的偏移量β、D。
[0263]如果試驗(yàn)部件463是不可接受的，則外科醫(yī)生將其從股骨406移除并將傳感器467從試驗(yàn)部件463移除。外科醫(yī)生將新的試驗(yàn)部件插入股骨406中，例如，對(duì)應(yīng)于控制單元50確定最可能實(shí)現(xiàn)所需關(guān)節(jié)特性的模型471c的試驗(yàn)部件。外科醫(yī)生在第二試驗(yàn)部件的標(biāo)志處插入第三傳感器467，并且使用控制單元50來以與上文針對(duì)第一試驗(yàn)部件463描述的相同方式比較相對(duì)于優(yōu)選關(guān)節(jié)特性的第二試驗(yàn)部件的特性。
[0264]外科醫(yī)生可重復(fù)試驗(yàn)過程，直到識(shí)別具有可接受特性的試驗(yàn)部件為止。外科醫(yī)生可接著在合適的試驗(yàn)部件和球頭就位的情況下使關(guān)節(jié)400復(fù)位，以測(cè)量關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍，包括使用下文參照?qǐng)D26A和圖26B所描述的技術(shù)。當(dāng)外科醫(yī)生確信關(guān)節(jié)400利用特定試驗(yàn)部件呈現(xiàn)出合適的特性時(shí)，外科醫(yī)生選擇具有與所選試驗(yàn)部件相同特征的永久性植入物，并且將永久性植入物安裝在試驗(yàn)部件的位置。
[0265]在一些實(shí)施中，代替將傳感器附連在試驗(yàn)部件的標(biāo)志處，傳感器可附連到鉆孔器或用來安裝試驗(yàn)部件的其它器械。當(dāng)試驗(yàn)部件正確地置于股骨406中時(shí)，外科醫(yī)生使用控制單兀50來確定鉆孔器上的傳感器相對(duì)于股骨406上的傳感器422的方位?？刂茊呜?0可使用傳感器相對(duì)于鉆孔器的已知方位和鉆孔器與試驗(yàn)部件的已知方位來從附連到鉆孔器的傳感器的方位確定試驗(yàn)部件的方位。
[0266]上述試驗(yàn)技術(shù)也可用于肩關(guān)節(jié)例如以試驗(yàn)肱骨植入物。以與上文中所述類似的方式，控制單元50可使用關(guān)于肱骨試驗(yàn)部件的數(shù)據(jù)在手術(shù)進(jìn)行中提供關(guān)于在肩關(guān)節(jié)的自然旋轉(zhuǎn)中心和帶有特定肱骨試驗(yàn)部件或植入物的肩關(guān)節(jié)的新旋轉(zhuǎn)中心之間的距離以及其它特性的信息。
[0267](6)測(cè)量關(guān)節(jié)特性
外科醫(yī)生可使用系統(tǒng)100來測(cè)量關(guān)節(jié)的特性。測(cè)量的特性可與此前測(cè)量的關(guān)節(jié)的特性相比較以確定部件的適合性或評(píng)價(jià)完成的手術(shù)的質(zhì)量。
[0268]參看圖24A，外科醫(yī)生使用控制單元50來記錄指示關(guān)節(jié)400的運(yùn)動(dòng)范圍的信息。例如在外科手術(shù)開始時(shí)記錄運(yùn)動(dòng)范圍以在手術(shù)期間調(diào)整之前指示關(guān)節(jié)400的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。如上所述，傳感器420、422可位于相對(duì)于關(guān)節(jié)400固定、但當(dāng)關(guān)節(jié)400移動(dòng)時(shí)相對(duì)于彼此可移動(dòng)的方位處。如圖所示，第一傳感器420可植入在骨盆402處，并且第二傳感器422可植入在股骨406處。在傳感器420、422位于EM場(chǎng)發(fā)生器21的工作容積內(nèi)的同時(shí)，外科醫(yī)生將關(guān)節(jié)400移動(dòng)通過其運(yùn)動(dòng)范圍?？刂茊卧?0記錄在關(guān)節(jié)400的不同方位處第二傳感器422相對(duì)于第一傳感器420的第一組位置424，該方位包括對(duì)應(yīng)于關(guān)節(jié)400的運(yùn)動(dòng)范圍的極限的方位。
[0269]控制單元50計(jì)算第二傳感器422相對(duì)于第一傳感器420的第一組記錄位置的逼近。例如，如上所述，控制單元50外推圍繞關(guān)節(jié)400的最佳擬合球面430。球面430的中心點(diǎn)432對(duì)應(yīng)于關(guān)節(jié)400的旋轉(zhuǎn)中心?？刂茊卧?0還計(jì)算運(yùn)動(dòng)范圍表面434，即逼近由第一組位置424跨越的區(qū)域的球面430的一部分。
[0270]在一些實(shí)施中，外科醫(yī)生還可在控制單元50上輸入?yún)?shù)以指示關(guān)節(jié)400的優(yōu)選運(yùn)動(dòng)范圍，關(guān)節(jié)400可與由表面434指示的運(yùn)動(dòng)范圍不同。例如，外科醫(yī)生可伸展、限制、偏移或再成形表面434以根據(jù)患者的需求設(shè)定優(yōu)選的運(yùn)動(dòng)范圍。
[0271]參看圖24B，外科醫(yī)生例如在對(duì)關(guān)節(jié)400的調(diào)整之后將關(guān)節(jié)400移動(dòng)通過第二運(yùn)動(dòng)范圍。例如，第二運(yùn)動(dòng)范圍可在插入假體之后或在關(guān)節(jié)400修復(fù)之后進(jìn)行。第二運(yùn)動(dòng)范圍可在插入試驗(yàn)部件以測(cè)試試驗(yàn)部件的適合性之后進(jìn)行。
[0272]控制單元50記錄第二傳感器422相對(duì)于第一傳感器420的第二組位置477，每個(gè)位置對(duì)應(yīng)于通過第二運(yùn)動(dòng)范圍的關(guān)節(jié)400的不同方位。第二運(yùn)動(dòng)范圍可用與在通過第一運(yùn)動(dòng)范圍的移動(dòng)期間相對(duì)于股骨406處于相同方位處的第二傳感器422進(jìn)行。因此，由第二傳感器422在第二運(yùn)動(dòng)范圍期間描繪的軌跡可與第二傳感器422在第一運(yùn)動(dòng)范圍期間的軌跡直接比較。備選地，如果第二傳感器422已移動(dòng)，或者如果不同的傳感器附連到股骨406上，則控制單元50將位置相關(guān)以偏移記錄的位置，使得數(shù)據(jù)為已知的，就像第二傳感器422相對(duì)于股骨406 —直保持在其初始方位中那樣。
[0273]控制單元50計(jì)算第二組位置477的逼近。例如，控制單元50使用第二組位置477外推第二球面480，其中第二球面480的中心點(diǎn)482對(duì)應(yīng)于關(guān)節(jié)400的當(dāng)前旋轉(zhuǎn)中心。使用第二組位置477，控制單元50識(shí)別逼近關(guān)節(jié)400的新運(yùn)動(dòng)范圍的在第二球面480上的表面484。
[0274]控制單元50識(shí)別在初始或優(yōu)選的測(cè)量關(guān)節(jié)特性與隨后測(cè)量的關(guān)節(jié)特性之間的差異。例如，控制單元50確定第二球面480的中心點(diǎn)482是否從第一球面430的中心點(diǎn)432偏移?？刂茊卧?0還比較第二球面480的半徑與第一球面430的半徑以確定患者的腿部的長(zhǎng)度是否已通過手術(shù)改變。如果患者的腿部已在手術(shù)期間縮短，則第二球面480被指示為小于第一球面430。控制單元50確定腿部長(zhǎng)度中的差異，并且如果長(zhǎng)度中的差異為零，則腿部在第一組位置424和第二組位置477的測(cè)量之間已改變。此外，控制單元50比較初始運(yùn)動(dòng)范圍的極限與第二運(yùn)動(dòng)范圍的極限，例如，通過比較第二運(yùn)動(dòng)范圍表面484與初始運(yùn)動(dòng)范圍表面434。
[0275]控制單元50指示初始運(yùn)動(dòng)范圍與當(dāng)前運(yùn)動(dòng)范圍之間的差異。例如，控制單元50顯示圍繞關(guān)節(jié)400的三維視圖的計(jì)算球面430、480或運(yùn)動(dòng)范圍表面434、484的描繪?？刂茊卧?0也可顯示旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)432、482和測(cè)量位置424、477。
[0276]當(dāng)控制單元50確定關(guān)節(jié)400的當(dāng)前特性不同于關(guān)節(jié)400的初始特性時(shí),控制單元50計(jì)算建議變化以修正差異。例如，控制單元50確定用于修正關(guān)節(jié)400的旋轉(zhuǎn)中心中的偏移的建議偏移量，以及用于修正腿部長(zhǎng)度中的變化的建議調(diào)整?？刂茊卧?0也指示用于再對(duì)準(zhǔn)由表面484指示的運(yùn)動(dòng)范圍與表面434的調(diào)整?？刂茊卧?0在用戶接口 52上指示對(duì)關(guān)節(jié)400的建議改變，從而允許外科醫(yī)`生調(diào)整關(guān)節(jié)400，從而實(shí)現(xiàn)初始測(cè)量的特性。
[0277]在對(duì)關(guān)節(jié)400進(jìn)行調(diào)整之后，例如，在基于在用戶接口 52上指示的建議改變調(diào)整關(guān)節(jié)400之后，可進(jìn)行附加的運(yùn)動(dòng)范圍測(cè)量。控制單元50可測(cè)量傳感器422相對(duì)于傳感器420的第三組位置，基于第三組位置計(jì)算最佳擬合球面和運(yùn)動(dòng)范圍表面，并且確定在恢復(fù)優(yōu)選關(guān)節(jié)特性中接著進(jìn)行的調(diào)整。運(yùn)動(dòng)范圍測(cè)量和與初始關(guān)節(jié)特性的比較可重復(fù)進(jìn)行，直到外科醫(yī)生確信關(guān)節(jié)400的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性(kinematics)符合關(guān)節(jié)的優(yōu)選運(yùn)動(dòng)學(xué)特性為止，該優(yōu)選運(yùn)動(dòng)學(xué)特性可以是在外科手術(shù)之前測(cè)量的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。
[0278](7)為翻修手術(shù)確定對(duì)準(zhǔn)
外科醫(yī)生可使用系統(tǒng)100來確定對(duì)準(zhǔn)并選擇用于關(guān)節(jié)翻修術(shù)手術(shù)的植入物。例如，外科醫(yī)生可使用該系統(tǒng)來迅速確定關(guān)節(jié)特性，例如關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心的方位。
[0279]參看圖25A，關(guān)節(jié)400示出為在初次關(guān)節(jié)成形術(shù)已完成之后。股骨植入物490安裝在股骨406處，并且髖臼植入物491安裝在關(guān)節(jié)400的髖臼中。
[0280]對(duì)于翻修手術(shù)來說，外科醫(yī)生識(shí)別安裝在關(guān)節(jié)400中的植入物490、491的類型。例如，外科醫(yī)生可識(shí)別產(chǎn)品代碼或針對(duì)植入物490、491的其它識(shí)別信息。外科醫(yī)生將識(shí)別植入物490、491的信息輸入控制單元50中?？刂茊卧?0可訪問類似于試驗(yàn)部件庫的植入物庫，其描述多個(gè)植入物的特性?？刂茊卧?0訪問指示植入物490、491的特性的數(shù)據(jù)。外科醫(yī)生也可將關(guān)于重建后的關(guān)節(jié)400的附加信息(例如，識(shí)別關(guān)節(jié)400的球部件的信息)輸入到控制單元50。
[0281]外科醫(yī)生將三個(gè)EM傳感器481、483、485附連在關(guān)節(jié)400處。第一傳感器481附連在相對(duì)于骨盆402的固定位置處，例如在骨盆402上。第二傳感器483位于相對(duì)于股骨的固定位置處，例如在股骨406上。第三傳感器485附連在股骨植入物490的標(biāo)志處。外科醫(yī)生將識(shí)別器20取向成使得傳感器481、483、485位于EM場(chǎng)發(fā)生器21的工作容積內(nèi)。
[0282]控制單元50從傳感器481、483、485接收信號(hào)，并且確定傳感器481、483、485相對(duì)于彼此的方位。控制單元50使用基于來自植入物庫的數(shù)據(jù)確定的股骨植入物490的標(biāo)準(zhǔn)特性來確定旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)493和股骨頸軸線494相對(duì)于傳感器481、483、485的方位。
[0283]控制單元50確定相對(duì)于第一傳感器481和第二傳感器483兩者的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)。因此，當(dāng)關(guān)節(jié)400復(fù)位時(shí)，旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)493的方位可使用不同的傳感器481、483相對(duì)于骨盆402和股骨406已知。
[0284]外科醫(yī)生可將股骨406移入相對(duì)于骨盆的已知對(duì)準(zhǔn)中，使得股骨頸軸線494的方位具有相對(duì)于優(yōu)選嵌塞軸線的已知方位。例如，如參照?qǐng)D21B所述，外科醫(yī)生將股骨406移入相對(duì)于骨盆402的中立力線，其中股骨頸軸線494與優(yōu)選嵌塞軸線重合。在關(guān)節(jié)400的中立位中，外科醫(yī)生使用控制單元50來記錄傳感器481、483、485相對(duì)于彼此的方位，并且在關(guān)節(jié)400處于中立位的同時(shí)，控制單元50將股骨頸軸線494的方位指定為嵌塞軸線的方位。
[0285]在一些實(shí)施中，代替將關(guān)節(jié)400對(duì)準(zhǔn)在中立位以確定嵌塞軸線的方位，第四EM傳感器可附連到具有相對(duì)于髖白植入物491已知的方位的標(biāo)志。控制單元50訪問指示髖臼植入物491的特性的植入物庫中的數(shù)據(jù)，并且使用該數(shù)據(jù)來確定嵌塞軸線相對(duì)于標(biāo)志的方位。因?yàn)榈谒膫鞲衅魑挥谙鄬?duì)于髖臼植入物491的已知的固定方位處，所以外科醫(yī)生可使用第一傳感器481和第四傳感器確定髖白植入物491沿其安裝的嵌塞軸線的方位，而不使用股骨頸軸線494的方位。
[0286]此外，當(dāng)使用第四傳感器來確定嵌塞軸線的方位時(shí)，控制單元50可用來確定嵌塞軸線(基于髖白部件491的安裝方位確定)是否與股骨頸軸線494 (基于股骨植入物490的安裝方位確定)重合。外科醫(yī)生可將關(guān)節(jié)400定位在中立位中，并可使用控制單元50來比較股骨頸軸線494的方位與嵌塞軸線的方位?？刂茊卧?0可計(jì)算在軸線之間的偏移量，并可使用該偏移量來調(diào)整翻修后的關(guān)節(jié)400的優(yōu)選軸線。
[0287]可選地，在關(guān)節(jié)400復(fù)位的同時(shí)，外科醫(yī)生可測(cè)量關(guān)節(jié)400的運(yùn)動(dòng)范圍，如參照?qǐng)D24A所述?？蓪⒂沙醮侮P(guān)節(jié)成形術(shù)導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)范圍與在關(guān)節(jié)翻修術(shù)期間和之后測(cè)量的運(yùn)動(dòng)范圍相比較，以確定是否已獲得合適的運(yùn)動(dòng)范圍。
[0288]參看圖25B，外科醫(yī)生使關(guān)節(jié)400脫位，并且如果手術(shù)這樣需要，則移除股骨植入物490。第二傳感器483保持在股骨406上，使得初始旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)493和初始股骨頸軸線494的方位可借助于它們相對(duì)于第二傳感器483的已知方位而相對(duì)于股骨406已知。
[0289]以類似的方式，外科醫(yī)生可移除髖臼植入物491。因?yàn)榍度S線的方位相對(duì)于保持附連到骨盆402的第一傳感`器481已知，所以外科醫(yī)生可使用系統(tǒng)100來相對(duì)于嵌塞軸線定位器械和植入物。
[0290]參看圖26A，外科醫(yī)生可在控制單元50上輸入偏移量以改變關(guān)節(jié)400的所需特性。例如，如果由初次關(guān)節(jié)成形術(shù)導(dǎo)致的旋轉(zhuǎn)中心是不期望的，則外科醫(yī)生可通過指示與此前的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)493的偏移量來設(shè)定新的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)495?？刂茊卧?0使用上述技術(shù)來選擇實(shí)現(xiàn)所需的關(guān)節(jié)特性的試驗(yàn)部件和植入物。例如，控制單元50可識(shí)別和建議實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)495的新的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)的新植入物。
[0291]參看圖26B，在外科醫(yī)生完成手術(shù)的試驗(yàn)階段之后，外科醫(yī)生安裝股骨植入物498和髖白植入物499。外科醫(yī)生使關(guān)節(jié)400復(fù)位并將傳感器485附連在股骨部件485的標(biāo)志處。外科醫(yī)生使用控制單元50來基于傳感器485的方位和股骨植入物498的已知特性確定關(guān)節(jié)400的一個(gè)或多個(gè)特性。例如，控制單元50計(jì)算當(dāng)前旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)497的位置并將該位置與在關(guān)節(jié)翻修術(shù)之前的關(guān)節(jié)400的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)493的位置相比較。因此，外科醫(yī)生可比較在翻修之后關(guān)節(jié)400的特性與從初次關(guān)節(jié)成形術(shù)起關(guān)節(jié)的特性以確定翻修的目標(biāo)是否已實(shí)現(xiàn)以及是否應(yīng)進(jìn)行額外的調(diào)整。
[0292]可使用上述技術(shù)的組合。當(dāng)開始關(guān)節(jié)成形術(shù)時(shí)，控制單元50可顯示選項(xiàng)的列表以允許外科醫(yī)生定制手術(shù)。例如，控制單元50可允許外科醫(yī)生選擇外科醫(yī)生喜歡用來確定關(guān)節(jié)的嵌塞軸線的方位的方法。作為另一示例，外科醫(yī)生可選擇使用系統(tǒng)100來安裝髖臼植入物，但在制備股骨以接納股骨植入物時(shí)選擇不使用系統(tǒng)100進(jìn)行輔助?？刂茊卧?0因此允許外科醫(yī)生通過在手術(shù)開始時(shí)選擇“照菜單點(diǎn)(a la carte)”選項(xiàng)來創(chuàng)建定制的手術(shù)計(jì)劃。在手術(shù)期間，控制單元50通過省略外科醫(yī)生不期望的步驟和功能來使手術(shù)更有效率。
[0293]參看圖27，控制單元50包括輸入模塊110、處理模塊120和輸出模塊130?？刂茊卧?0還包括控制模塊140 、通信模塊150和電源(未示出)。雖然控制單元50的功能描述為模塊，但功能不一定由單獨(dú)的部件來執(zhí)行。例如，單個(gè)處理器可執(zhí)行操作以便能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)模塊的功能。作為另一示例，單個(gè)部件或接口可提供輸入和輸出功能兩者。
[0294]輸入模塊110包括傳感器接口 112以從EM場(chǎng)傳感器接收信號(hào)。傳感器接口 112可包括有線通信鏈路、無線通信鏈路或兩者。傳感器接口 112也可被構(gòu)造成從其它類型的傳感器接收輸入，例如，紅外傳感器、超聲傳感器和接近傳感器(例如，渦電流傳感器)。傳感器接口 112可用來請(qǐng)求和接收存儲(chǔ)在傳感器中的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
[0295]輸入模塊110也包括用戶輸入控制器116，例如，按鈕、小鍵盤和觸敏表面。輸入模塊110可包括允許從一個(gè)或多個(gè)外圍裝置接收輸入的有線或無線接口。
[0296]輸入模塊110可選地包括識(shí)別器輸入接口 114以從識(shí)別器20接收輸入。在一些實(shí)施中，控制單元50不需要來自識(shí)別器20的輸入。由控制單元50傳輸?shù)目刂菩盘?hào)可用來確定識(shí)別器20的操作性質(zhì)。然而，在其它實(shí)施中，識(shí)別器20可通過識(shí)別器輸入接口 114提供信息。如下文中參照?qǐng)D28所述，一些識(shí)別器可輸入指示基準(zhǔn)的相對(duì)方位的數(shù)據(jù)，并且這樣的信息可通過識(shí)別器輸入接口 114接收。
[0297]處理模塊120包括一個(gè)或多個(gè)處理裝置122和一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)裝置124。一個(gè)或多個(gè)處理裝置122與一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)裝置124通信以記錄和訪問數(shù)據(jù)，例如，通過輸入模塊接收的數(shù)據(jù)和作為由一個(gè)或多個(gè)處理裝置122進(jìn)行的計(jì)算的結(jié)果而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)裝置124存儲(chǔ)可由一個(gè)或多個(gè)處理裝置122執(zhí)行的指令，從而造成一個(gè)或多個(gè)處理裝置122執(zhí)行如上所述的操作。操作包括例如確定基準(zhǔn)之間的相對(duì)方位和基于該相對(duì)方位計(jì)算對(duì)準(zhǔn)。一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)裝置124可包括通過網(wǎng)絡(luò)訪問的遠(yuǎn)程存儲(chǔ)裝置。一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)裝置124可存儲(chǔ)例如試驗(yàn)部件庫、植入物庫、描述多個(gè)關(guān)節(jié)的特性的數(shù)據(jù)、以及其它數(shù)據(jù)。
[0298]一個(gè)或多個(gè)處理裝置122生成控制信號(hào)以控制識(shí)別器20的操作?？刂茊卧?0使用控制模塊140將控制信號(hào)傳輸至識(shí)別器20，控制模塊140包括用于與識(shí)別器20通信的接□。
[0299]輸出模塊130包括顯示器132，在顯示器132上顯示用戶接口 52。在一些實(shí)施中，顯示器132為可拆卸的或與控制單元50的外殼物理上分離的模塊。輸出模塊130也可包括揚(yáng)聲器或其它裝置以將音頻輸出提供給用戶。
[0300]通信模塊150允許控制單元50與其它系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)通信。控制單元50可因此通過網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)據(jù)并可通過網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。
[0301]參看圖28，備選的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)500可用來執(zhí)行上述技術(shù)中的每一種。系統(tǒng)500包括控制單元550、識(shí)別器520和一個(gè)或多個(gè)框標(biāo)，例如紅外反射器540a-540c。識(shí)別器520和紅外反射器540a-540c是可用來在手術(shù)期間確定組織和器械的相對(duì)方位的基準(zhǔn)。系統(tǒng)500中的基準(zhǔn)可使用紅外線而不是電磁場(chǎng)通信，以允許控制單元550確定相對(duì)方位。在一些實(shí)施中，紅外發(fā)射器可除了或代替紅外反射器540a-540c使用。
[0302]識(shí)別器520包括一個(gè)或多個(gè)紅外探測(cè)器，例如紅外攝像機(jī)或成像裝置。例如，識(shí)別器520包括兩個(gè)紅外攝像機(jī)521。識(shí)別器520也可包括紅外發(fā)射器523以朝紅外反射器540a-540c導(dǎo)向紅外線。識(shí)別 器520可通過通信鏈路525與控制單元550通信，通信鏈路525可以是有線的或無線的。
[0303]紅外反射器540a_540c可各自包括紅外反射器或紅外發(fā)射器。例如，如圖所示，每個(gè)紅外反射器540a-540c可包括定位在平面中的紅外反射元件542的陣列,例如球面。從紅外反射元件542反射的紅外線指示其中布置球面542的平面的取向。識(shí)別器520將紅外線朝反射器540a-540c中的一個(gè)導(dǎo)向，并且檢測(cè)從反射器的每一個(gè)紅外反射器反射的紅外線?；谒鶛z測(cè)到的紅外線，控制單元550計(jì)算其中定位有紅外反射元件542的平面的方位。例如，控制單元550可使用三角形劃分(triangulation)來計(jì)算識(shí)別器520相對(duì)于紅外反射器540a_540c的方位和紅外反射器540a_540c相對(duì)于彼此的方位。
[0304]控制單元550為識(shí)別器520的紅外攝像機(jī)521供電并且從紅外攝像機(jī)521接收輸出信號(hào)。使用來自紅外攝像機(jī)521的輸出信號(hào)，控制單元550確定紅外反射器540a-540c相對(duì)于識(shí)別器520的方位?？刂茊呜?50還確定反射器540a_540c相對(duì)于彼此和相對(duì)于器械30及組織的方位。
[0305]作為示例，可使用系統(tǒng)500以類似于上文參照?qǐng)D3A至圖6所述技術(shù)的方式確定關(guān)節(jié)10的嵌塞軸線14。第一紅外反射器540a可作為半永久性平面基準(zhǔn)固定到骨盆16的髂嵴18，這意味著例如紅外反射器540a在整個(gè)手術(shù)中保持方位。第二反射器540b可聯(lián)接到髖臼導(dǎo)向器60。識(shí)別器520將紅外線朝反射器540a、540b導(dǎo)向，并且用紅外攝像機(jī)521檢測(cè)反射的紅外線?？刂茊卧?50接收指示所接收的紅外線的信息，使用該信息確定平面的方位?；诘诙瓷淦?40b的方位和由第二反射器540b指示的平面，控制單元550計(jì)算嵌塞軸線14相對(duì)于由第一反射器540a指示的平面的方位。第三反射器540c聯(lián)接到器械30，例如，嵌塞器(impactor)柄部或擴(kuò)孔鉆柄部，并且第三反射器540c相對(duì)于器械30的方位相對(duì)于第一反射器540a而確定。然后，在控制單元550的用戶接口 552上指示器械30相對(duì)于嵌塞軸線14的方位。以類似的方式，可使用系統(tǒng)500的識(shí)別器520和紅外反射器540a-540c而不是使用系統(tǒng)100的識(shí)別器20和各種EM傳感器執(zhí)行上述其它技術(shù)。
[0306]除了上述基準(zhǔn)之外，可使用其它類型的基準(zhǔn)。例如，可使用紅外傳感器、超聲傳感器和接近傳感器(例如，渦電流傳感器)作為基準(zhǔn)。基準(zhǔn)通常在手術(shù)完成之后移除。在一些實(shí)施中，傳感器可被消毒。在其它實(shí)施中，使用一次性傳感器且在每個(gè)手術(shù)之后將其丟棄。
[0307]參看圖29，可由外科醫(yī)生執(zhí)行用于確定相對(duì)于關(guān)節(jié)的對(duì)準(zhǔn)的過程600。以下描述的過程600也可包括上述附加特征，例如，參照?qǐng)D3A至圖7B描述的特征。
[0308]將導(dǎo)向器聯(lián)接到關(guān)節(jié)(602)。導(dǎo)向器限定軸線或其它力線，并且導(dǎo)向器具有形成為基本上適形于關(guān)節(jié)的一部分的外輪廓。由導(dǎo)向器限定的軸線可對(duì)應(yīng)于相對(duì)于關(guān)節(jié)已知的傾斜角和前傾角。軸線的方位可基于關(guān)節(jié)的影像數(shù)據(jù)。導(dǎo)向器可以以已知的取向與關(guān)節(jié)的接納部分配合。在一些實(shí)施中，導(dǎo)向器以單一取向與關(guān)節(jié)的接納部分配合。
[0309]將第一基準(zhǔn)相對(duì)于關(guān)節(jié)附連在固定方位處(604)。確定軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位(606)。例如，外科醫(yī)生可將第二基準(zhǔn)聯(lián)接到器械并將器械相對(duì)于軸線對(duì)準(zhǔn)。外科醫(yī)生可通過使用控制單元來接收指示第二基準(zhǔn)和第一基準(zhǔn)的相對(duì)方位的信號(hào)而確定軸線的方位。外科醫(yī)生可指示控制單元的操作，使得控制單元確定和存儲(chǔ)第二基準(zhǔn)相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位。
[0310]將導(dǎo)向器從關(guān)節(jié)移除(608)。在將導(dǎo)向器從關(guān)節(jié)移除之后，將器械定位在關(guān)節(jié)附近(610)?；诘诙鶞?zhǔn)相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位來確定器械相對(duì)于軸線的方位(612)。外科醫(yī)生可使用控制單元來確定第二基準(zhǔn)和第一基準(zhǔn)的相對(duì)方位，并且來確定器械相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位。
[0311]參看圖30，可由外科醫(yī)生執(zhí)行用于確定相對(duì)于關(guān)節(jié)的對(duì)準(zhǔn)的過程700。以下描述的過程700也可包括上述附加特征，例如，參照?qǐng)D14A至圖16描述的特征。
[0312]將第一基準(zhǔn)相對(duì)于關(guān)節(jié)附連在固定方位處(702)。將第二基準(zhǔn)相對(duì)于關(guān)節(jié)附連在第二固定方位處(704)?；鶞?zhǔn)可附連到關(guān)節(jié)的不同骨。將關(guān)節(jié)移動(dòng)通過一系列運(yùn)動(dòng)(706)。測(cè)量第二基準(zhǔn)相對(duì)于第一基準(zhǔn)的多個(gè)位置(708)?；跍y(cè)量的位置和軸線相對(duì)于其它關(guān)節(jié)的方位來確定軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位。
[0313]通過使用控制單元來確定大致對(duì)應(yīng)于關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心的點(diǎn)的位置，外科醫(yī)生可基于測(cè)量的位置確定軸線的方位。外科醫(yī)生也可基于軸線相對(duì)于其它關(guān)節(jié)的方位使用控制單元來訪問數(shù)據(jù)，并且使用所訪問的數(shù)據(jù)沿軸線確定第二點(diǎn)。例如，外科醫(yī)生可使用控制單元測(cè)量位置，該控制單元被構(gòu)造成:(i)基于測(cè)量的位置生成關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的表示，(ii)基于軸線相對(duì)于其它關(guān)節(jié)的方位訪問復(fù)合表示，并且(iii)使用在第一表示和復(fù)合表示之間的相關(guān)性來確定軸線的方位。
[0314]參看圖31，可由外科醫(yī)生執(zhí)行用于確定相對(duì)于關(guān)節(jié)的對(duì)準(zhǔn)的過程800。以下描述的過程800也可包括上述附加特征，例如，參照?qǐng)D17至圖20描述的特征。
[0315]將基準(zhǔn)相對(duì)于關(guān)節(jié)的骨附連在固定方位處(802)。測(cè)量圍繞骨的一部分的位置(804)。測(cè)量位置使得位 置相對(duì)于基準(zhǔn)為已知的。位置可圍繞股骨的頸部或肱骨的頸部進(jìn)行測(cè)量?；跍y(cè)量的位置確定軸線相對(duì)于基準(zhǔn)的方位。軸線可以是通過股骨的頸部或肱骨的頸部的大致中心軸線。外科醫(yī)生可使用控制單元確定軸線的方位，該控制單元被構(gòu)造成基于所測(cè)量的位置生成柱形表示并確定柱形表示的大致中心軸線。
[0316]確定器械相對(duì)于基準(zhǔn)的方位(808)。外科醫(yī)生可使用控制單元確定器械的方位，控制單元被構(gòu)造成確定第二基準(zhǔn)相對(duì)于基準(zhǔn)的方位，其中第二基準(zhǔn)附連到器械。使用器械相對(duì)于基準(zhǔn)的方位將器械相對(duì)于軸線對(duì)準(zhǔn)(810)。
[0317]參看圖32，可由外科醫(yī)生執(zhí)行用于確定相對(duì)于關(guān)節(jié)的對(duì)準(zhǔn)的過程900。以下描述的過程900也可包括上述附加特征，例如，參照?qǐng)D21A至圖21B描述的特征。
[0318]將第一基準(zhǔn)相對(duì)于關(guān)節(jié)的第一骨附連在固定方位處(902)。確定軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位(904)。將第二基準(zhǔn)相對(duì)于關(guān)節(jié)的第二骨附連在固定方位處(906)。將第一骨相對(duì)于第二骨定位在已知對(duì)準(zhǔn)中(908)。確定第一基準(zhǔn)相對(duì)于第二基準(zhǔn)的方位,該方位對(duì)應(yīng)于第一骨相對(duì)于第二骨的已知對(duì)準(zhǔn)(910)。例如，在第一骨相對(duì)于第二骨在已知對(duì)準(zhǔn)中對(duì)準(zhǔn)的同時(shí)，可測(cè)量第一基準(zhǔn)和第二基準(zhǔn)的相對(duì)方位。確定軸線相對(duì)于第二基準(zhǔn)的方位(912)。軸線的方位可基于(i)第一基準(zhǔn)相對(duì)于第二基準(zhǔn)的方位、以及(ii)軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位而確定。
[0319]參看圖33，可由外科醫(yī)生執(zhí)行用于選擇植入物的過程1000。以下描述的過程1000也可包括上述附加特征，例如，參照?qǐng)D22A、圖22B和圖23描述的特征。
[0320]識(shí)別關(guān)節(jié)的第一性質(zhì)(1002)。第一性質(zhì)可以是例如旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)或關(guān)節(jié)的軸線。第一性質(zhì)相對(duì)于第一基準(zhǔn)為已知，并且第一基準(zhǔn)位于相對(duì)于骨的固定方位處。將植入物聯(lián)接到骨(1004)。植入物的特性具有相對(duì)于植入物的標(biāo)志的已知關(guān)系，例如，相對(duì)于標(biāo)志的已知方位。植入物的特性可以是例如頸部角度、對(duì)應(yīng)于關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心的植入物的位置、頸部長(zhǎng)度、植入物的尺寸、或者由植入物限定的軸線的方位，并且相對(duì)于標(biāo)志的已知關(guān)系是相對(duì)于標(biāo)志的已知方位。過程1000可包括確定植入物的特性。外科醫(yī)生可使用控制單元來訪問指示特性和其與標(biāo)志的關(guān)系的數(shù)據(jù)。
[0321]將第二基準(zhǔn)在相對(duì)于標(biāo)志已知的`方位處(例如在標(biāo)志處)附連到植入物(1006)。確定第二基準(zhǔn)和第一基準(zhǔn)的相對(duì)方位(1008)。基于相對(duì)方位和植入物的特性，確定關(guān)節(jié)的第二性質(zhì)(1010)。第二性質(zhì)可由植入物限定。例如，第二性質(zhì)可以是由植入物在骨處的方位產(chǎn)生的關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心。確定在第一性質(zhì)和第二性質(zhì)之間的差異(1012)。
[0322]第一性質(zhì)和第二性質(zhì)可均為頸部角度、頸部長(zhǎng)度、關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心的位置或頸部的軸線的方位。例如，第一性質(zhì)可以是關(guān)節(jié)的自然旋轉(zhuǎn)中心的位置，并且第二性質(zhì)可以是由當(dāng)聯(lián)接到骨時(shí)的植入物限定的關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心的位置。作為另一示例，骨可以是股骨，第一性質(zhì)可以是由股骨的頸部限定的軸線的方位，植入物的特性可以是由植入物的頸部限定的軸線的方位，并且第二性質(zhì)可以是當(dāng)植入物聯(lián)接到股骨時(shí)由植入物的頸部限定的軸線的方位。
[0323]參看圖34，可由外科醫(yī)生執(zhí)行用于確定關(guān)節(jié)特性的過程1100。以下描述的過程1100也可包括上述附加特征，例如，參照?qǐng)D24A至圖24B描述的特征。
[0324]將第一基準(zhǔn)固定地附連在第一位置處(1102)，例如，在關(guān)節(jié)的骨處。將第二基準(zhǔn)固定地附連在第二位置處，使得關(guān)節(jié)的移動(dòng)改變第二基準(zhǔn)和第一基準(zhǔn)的相對(duì)方位(1104)。測(cè)量第二基準(zhǔn)相對(duì)于第一基準(zhǔn)的第一組位置(1106)。第一組位置可包括對(duì)應(yīng)于關(guān)節(jié)的不同方位的基準(zhǔn)的相對(duì)位置，包括在關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的極端處的關(guān)節(jié)的方位。測(cè)量第二基準(zhǔn)相對(duì)于第一基準(zhǔn)的第二組位置(1108)。第二組位置可包括對(duì)應(yīng)于關(guān)節(jié)的不同方位的基準(zhǔn)的相對(duì)位置，包括在關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的極端處的關(guān)節(jié)的方位。使用第一多個(gè)位置和第二多個(gè)位置確定一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)特性中的差異(1110)。第一組位置可在外科手術(shù)之前測(cè)量，并且第二組位置可在外科手術(shù)之后測(cè)量。因此，一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)特性中的差異可以是由外科手術(shù)造成的差異。
[0325]參看圖35，可由外科醫(yī)生執(zhí)行用于確定用于翻修手術(shù)的對(duì)準(zhǔn)的過程1200。以下描述的過程1200也可包括上述附加特征，例如，參照?qǐng)D25A至圖26B描述的特征。
[0326]將第一基準(zhǔn)相對(duì)于關(guān)節(jié)的骨附連在固定方位處(1202)。識(shí)別附連到骨的植入物(1204)。訪問指示所識(shí)別的植入物的一個(gè)或多個(gè)特性的信息(1206)。例如，外科醫(yī)生可通過將識(shí)別所識(shí)別的植入物的信息輸入到控制單元或通過選擇請(qǐng)求訪問該特性的控制器而造成信息被訪問。將第二基準(zhǔn)附連在相對(duì)于植入物的已知方位處(1208)。例如，第二基準(zhǔn)可附連在植入物的標(biāo)志處。確定第二基準(zhǔn)和第一基準(zhǔn)的相對(duì)方位(1210)。例如，外科醫(yī)生可使用控制單元來確定基準(zhǔn)的相對(duì)方位?；谙鄬?duì)方位、第二基準(zhǔn)的已知方位和植入物的一個(gè)或多個(gè)特性而確定關(guān)節(jié)的特性(1212)。特性可以是例如關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心的方位或由植入物限定的軸線。
[0327]參看圖36，可例如由控制單元50、550中的一個(gè)過程1300以確定器械相對(duì)于關(guān)節(jié)的對(duì)準(zhǔn)。過程1300也可包括上述附加特征，例如，參照?qǐng)D3A至圖7B所描述的特征。
[0328]接收指示第一基準(zhǔn)相對(duì)于第二基準(zhǔn)的方位的信息，其中第二基準(zhǔn)相對(duì)于軸線對(duì)準(zhǔn)(1302)。第一基準(zhǔn)相對(duì)于關(guān)節(jié)附連在固定位置處。第二基準(zhǔn)在相對(duì)于軸線已知的方位處對(duì)準(zhǔn)，該軸線由聯(lián)接到關(guān)節(jié)的導(dǎo)向器限定。導(dǎo)向器在使用之前形成，使得導(dǎo)向器的外輪廓基本上適形于關(guān)節(jié)的一部分。例如，導(dǎo)向器可以是形成為基本上適形于特定髖關(guān)節(jié)的髖白的輪廓的髖臼導(dǎo)向器60。軸線可以是基于針對(duì)導(dǎo)向器適形于的特定髖關(guān)節(jié)的諸如斷層掃描數(shù)據(jù)的影像數(shù)據(jù)為關(guān)節(jié)確定的嵌塞軸線14。
[0329]確定軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位(1304)。使用第二基準(zhǔn)相對(duì)于軸線的已知方位和指示第一基準(zhǔn)相對(duì)于第二基準(zhǔn)的方位的信息來確定軸線的方位。例如，在第二基準(zhǔn)的方位之間的偏移量可被確定并用來計(jì)算軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位。
[0330]接收指示器械相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位的信息(1306)。例如，第三基準(zhǔn)可聯(lián)接到器械，并且可確定指示第三基準(zhǔn)相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位的信息。該信息可在導(dǎo)向器從關(guān)節(jié)分離之后生成，并可指示當(dāng)器械從關(guān)節(jié)分離時(shí)器械的方位。
[0331]確定器械相對(duì)于軸線的方位(1308)。例如，將器械的方位與在(1304)中確定的軸線的方位相比較，其中兩個(gè)方位都相對(duì)于相同的第一基準(zhǔn)已知。器械的方位可在導(dǎo)向器與關(guān)節(jié)分離之后確定。
[0332]過程1300可包括確定關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)相對(duì)于第一基準(zhǔn)的位置。當(dāng)導(dǎo)向器聯(lián)接到關(guān)節(jié)時(shí)，旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)可相對(duì)于導(dǎo)向器已知。基于旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)相對(duì)于導(dǎo)向器的已知位置和第二基準(zhǔn)相對(duì)于導(dǎo)向器的已知方位以及指不第一基準(zhǔn)相對(duì)于第二基準(zhǔn)的方位的信息，確定中心點(diǎn)相對(duì)于第一基準(zhǔn)的位置。旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)的方位可用來確定關(guān)節(jié)的優(yōu)選擴(kuò)孔深度，例如，基于用于關(guān)節(jié)的植入物的 已知特性。
[0333]參看圖37，可例如由控制單元50、550中的一個(gè)過程1400以計(jì)算軸線相對(duì)于關(guān)節(jié)的方位。過程1300也可包括上述附加特征，例如，參照?qǐng)D8至圖16描述的特征。
[0334]接收指示關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的信息(1402)。該信息可包括多個(gè)位置424，其中多個(gè)位置424中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于關(guān)節(jié)的不同方位。該信息可附加地或備選地包括運(yùn)動(dòng)范圍的表示，例如在三維坐標(biāo)系中限定的表面434。信息可指示關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的一個(gè)或多個(gè)極端。
[0335]確定基本上對(duì)應(yīng)于關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心的第一點(diǎn)(1404)。第一點(diǎn)的位置可使用指示運(yùn)動(dòng)范圍的信息來計(jì)算。例如，第一點(diǎn)可以是表示關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的表面434的焦點(diǎn)或中心點(diǎn)。指示關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的信息可以是相對(duì)于基準(zhǔn)已知的，并且第一點(diǎn)的位置可相對(duì)于相同基準(zhǔn)而確定。
[0336]使用在運(yùn)動(dòng)范圍與一個(gè)或多個(gè)其它關(guān)節(jié)的第二運(yùn)動(dòng)范圍之間的一種或多種相關(guān)性來確定第二點(diǎn)(1406)。第二點(diǎn)可使用表示在多個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍和軸線之間的共性的復(fù)合信息來確定。
[0337]相關(guān)性可包括在運(yùn)動(dòng)范圍和第二運(yùn)動(dòng)范圍之間識(shí)別的關(guān)系，例如共性和識(shí)別的對(duì)應(yīng)標(biāo)志。相關(guān)性也可包括在運(yùn)動(dòng)范圍的邊界和第二運(yùn)動(dòng)范圍的邊界之間的計(jì)算方位偏移量，例如用于將邊界在最小誤差取向?qū)?zhǔn)的偏移量。例如，相關(guān)性可用來在三維坐標(biāo)系中將關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍與第二運(yùn)動(dòng)范圍對(duì)準(zhǔn)。對(duì)準(zhǔn)可基于沿運(yùn)動(dòng)范圍的邊界的點(diǎn)和/或指示運(yùn)動(dòng)范圍的其它點(diǎn)和區(qū)域在三維中的普通最小平方或幾何最小平方。
[0338]使用相關(guān)性確定第二點(diǎn)可包括使用相對(duì)于第二運(yùn)動(dòng)范圍已知的軸線的方位來確定相對(duì)于運(yùn)動(dòng)范圍的一個(gè)或多個(gè)對(duì)應(yīng)方位。當(dāng)運(yùn)動(dòng)范圍和第二運(yùn)動(dòng)范圍基于在公共坐標(biāo)參考系中的相關(guān)性對(duì)準(zhǔn)時(shí)，將針對(duì)第二運(yùn)動(dòng)范圍的軸線的方位在相對(duì)于運(yùn)動(dòng)范圍的對(duì)應(yīng)方位處對(duì)準(zhǔn)。
[0339]確定在第一點(diǎn)和第二點(diǎn)之間的軸線(1408)。例如，與第一點(diǎn)和第二點(diǎn)相交的軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)而限定，第一基準(zhǔn)位于相對(duì)于關(guān)節(jié)的固定方位處。軸線可以是例如如上所述確定的嵌塞軸線446。
[0340]參看圖38，在過程1400中，確定第二點(diǎn)(1406)可包括過程1500的特征。
[0341]生成關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的第一表示(1500)。例如，指示關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的信息可包括多個(gè)位置或點(diǎn)，并且生成表示可包括將表面數(shù)據(jù)擬合到位置或點(diǎn)。訪問基于多個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的復(fù)合表不(1504)。確定基于在第一表不和復(fù)合表不之間的相關(guān)性的方位關(guān)系(1506)。例如，在第一表示和復(fù)合表示之間的方位關(guān)系可基于在對(duì)應(yīng)特征之間的共性來確定。該共性可用來相對(duì)于復(fù)合表不對(duì)準(zhǔn)第一表不。基于相對(duì)于復(fù)合表不已知的點(diǎn)的位置，識(shí)別相對(duì)于第一表不的對(duì)應(yīng)點(diǎn)的位置(1508)。例如,可用復(fù)合表不識(shí)別在第一表不上的點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)于軸線的交點(diǎn)。用來限定嵌塞軸線的第二點(diǎn)可以是相對(duì)于第一表示識(shí)別的點(diǎn)。
[0342]參看圖39，可以例如由控制單元50、550中的一個(gè)或另一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來過程1600以分析關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)。過程1600也可包括上述附加特征，例如，參照?qǐng)D12A、圖12B和圖13描述的特征。
[0343]訪問指示運(yùn)動(dòng)范圍和軸線的方位的多個(gè)記錄(1602)。記錄可從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置訪問，或者可基于所接收的信息創(chuàng)建。在每個(gè)記錄中指示的軸線的方位可以是使用對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)的斷層掃描數(shù)據(jù)確定的方位。
[0344]識(shí)別在記錄的軸線和運(yùn)動(dòng)范圍之間的關(guān)系(1604)。該關(guān)系可包括基于在對(duì)應(yīng)特征之間的相關(guān)性確定的方位關(guān)系。存儲(chǔ)指不所識(shí)別的關(guān)系的數(shù)據(jù)(1606)。關(guān)系的不例包括在不同記錄中指示的運(yùn)動(dòng)范圍`之間的相關(guān)性、在一個(gè)記錄中指示的軸線的方位和另一個(gè)記錄中指示的軸線的方位之間的關(guān)系、以及在記錄中的一個(gè)中的軸線的方位和記錄中的不同的一個(gè)的運(yùn)動(dòng)范圍之間的關(guān)系(參見圖12A至圖12C和圖13以及對(duì)應(yīng)的描述)。對(duì)于記錄中的每一個(gè)來說，關(guān)系還可包括在軸線的方位和關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的特征(例如，運(yùn)動(dòng)范圍的邊界)之間的關(guān)系。
[0345]過程1600可包括提供對(duì)存儲(chǔ)的關(guān)系的訪問。過程1600可包括使用所識(shí)別的關(guān)系生成和存儲(chǔ)運(yùn)動(dòng)范圍和復(fù)合軸線329的復(fù)合表示320。過程800可包括基于所識(shí)別的關(guān)系確定關(guān)于復(fù)合軸線329的公差，例如，圖12C中的區(qū)域330、331、332中的一個(gè)或多個(gè)的半徑。公差可指示特定數(shù)量的記錄、記錄的百分比、或百分比的范圍(例如，范圍“90%或以上”)(當(dāng)與基于對(duì)應(yīng)特征的復(fù)合范圍相關(guān)時(shí))具有在公差內(nèi)的對(duì)應(yīng)軸線。 [0346]參看圖40，可例如由控制單元50、550中的一個(gè)過程1700以指示器械相對(duì)于關(guān)節(jié)的骨的方位。過程1700也可包括上述附加特征，例如，參照?qǐng)D17至圖20描述的特征。
[0347]接收指示圍繞股骨的頸部的多個(gè)位置的信息(1702)。所接收的信息可指示相對(duì)于位于相對(duì)于股骨的已知方位處的基準(zhǔn)的位置。基準(zhǔn)可聯(lián)接到股骨。
[0348]基于多個(gè)位置確定軸線的方位(1704)。例如，可從多個(gè)位置外推柱形，并且軸線可以是柱形的中心軸線。柱形可相對(duì)于基準(zhǔn)確定，并且因此可相對(duì)于基準(zhǔn)確定軸線的方位。
[0349]接收指示器械的方位的信息(1706)。信息可指示器械相對(duì)于相同基準(zhǔn)的方位，多個(gè)位置相對(duì)于該基準(zhǔn)被指示。
[0350]例如在用戶接口上提供指示器械相對(duì)于軸線的方位的信息(1708)。例如，可顯示股骨的三維視圖，其具有軸線的方位和器械的方位的指示。
[0351]參看圖41，可例如由控制單元50、550中的一個(gè)過程1800以確定相對(duì)于關(guān)節(jié)的對(duì)準(zhǔn)。過程1800也可包括上述附加特征，例如，參照?qǐng)D21A和圖21B描述的特征。
[0352]確定軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位，第一基準(zhǔn)位于相對(duì)于關(guān)節(jié)的第一骨的固定方位處(1802)。接收指示第一基準(zhǔn)和第二基準(zhǔn)的相對(duì)方位的信息(1804)。第二基準(zhǔn)位于相對(duì)于關(guān)節(jié)的第二骨的固定方位處。第一基準(zhǔn)相對(duì)于第二基準(zhǔn)的方位對(duì)應(yīng)于第一骨相對(duì)于第二骨的已知方位。例如，第一骨可以是股骨，第二骨可以是骨盆，并且已知方位可以是股骨相對(duì)于骨盆的中立力線。作為另一示例，第一骨可以是肱骨，第二骨可以是肩胛骨，并且已知方位可以是肱骨相對(duì)于肩胛骨的中立方位。
[0353]確定軸線相對(duì)于第二基準(zhǔn)的方位(1806)。軸線相對(duì)于第二基準(zhǔn)的方位基于(i)第一基準(zhǔn)和第二基準(zhǔn)的相對(duì)方位以及(ii)軸線相對(duì)于第一基準(zhǔn)的方位而確定。例如，可確定當(dāng)?shù)谝还翘幱谙鄬?duì)于第二骨的已知方位時(shí)在第二基準(zhǔn)的方位和軸線的方位之間的偏差。提供指示軸線的方位的信息(1808)。例如，在使關(guān)節(jié)脫位之后，可提供指示軸線相對(duì)于第二骨的方位的信息。
[0354]參看圖42，可例如由控制單元50、550中的一個(gè)過程1900以確定植入物的適合性。過程1900也可包括上述附加特征，例如，參照?qǐng)D22A、圖22B和圖23所描述的特征。
[0355]識(shí)別關(guān)節(jié)的第一'丨生質(zhì)(1902)。第一'丨生質(zhì)相對(duì)于第一基準(zhǔn)為已知，并且第一基準(zhǔn)位于相對(duì)于骨的固定方位處。訪問指示(i)植入物的特性和(ii)在該特性與植入物的標(biāo)志之間的關(guān)系的信息(1904)。植入物的特性可以是例如頸部角度、對(duì)應(yīng)于關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心的位置、頸部長(zhǎng)度、植入物的尺寸、或者由植入物限定的軸線的方位中的一個(gè)，并且相對(duì)于標(biāo)志的已知關(guān)系是相對(duì)于標(biāo)志的已知方位。接收指示第一基準(zhǔn)和第二基準(zhǔn)的相對(duì)方位的信息(1906)。第二基準(zhǔn)位于相對(duì)于標(biāo)志的已知方位處,例如,在標(biāo)志處。基于相對(duì)方位和植入物的特性，確定關(guān)節(jié)的第二性質(zhì)(1908)。第二性質(zhì)可由植入物限定。確定在第二性質(zhì)和第一性質(zhì)之間的差異(1910)。
[0356]過程1900也可包括提供指示在第二性質(zhì)和第一性質(zhì)之間的差異的信息。過程1900也可包括識(shí)別計(jì)算為限定關(guān)節(jié)的第三性質(zhì)的第二植入物，使得在第三性質(zhì)和第一性質(zhì)之間的差異小于在第二性質(zhì)和第一性質(zhì)之間的差異，并且提供識(shí)別第二植入物的信息。識(shí)別第二植入物可包括基于在第一性質(zhì)和第二性質(zhì)之間的差異以及特性而識(shí)別所需特性。例如，當(dāng)?shù)谝恍再|(zhì)和第二性質(zhì)為頸部長(zhǎng)度，并且在它們之間的差異表明第一植入物的頸部長(zhǎng)度太短時(shí)，可通過將該差異增加至第一植入物的頸部長(zhǎng)度而確定所需特性。識(shí)別第二植入物還可包括:訪問指示多個(gè)植入物的特性的數(shù)據(jù)；比較所需特性與由訪問的數(shù)據(jù)指示的一個(gè)或多個(gè)特性；以及選擇具有基本上等于所需特性的特性的一個(gè)或多個(gè)植入物或植入物的組合。
[0357]識(shí)別第二植入物可包括識(shí)別第二植入物的型號(hào)或部件號(hào)。第一性質(zhì)和第二性質(zhì)可以均為頸部角度、頸部長(zhǎng)度、關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心的位置或頸部的軸線的方位。例如，第一性質(zhì)可以是關(guān)節(jié)的自然旋轉(zhuǎn)中心的位置，并且第二性質(zhì)可以是由聯(lián)接到骨的植入物所限定的關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心的位置。
[0358]作為另一示例，第一性質(zhì)可以是自然股骨的頸部角度，例如，在通過股骨的頸部的軸線和股骨的縱向軸線之間的角度。第二性質(zhì)可以是由植入物限定的頸部角度，例如，當(dāng)植入物聯(lián)接到骨時(shí)，通過植入物的頸部的軸線和股骨的縱向軸線的角度。
[0359]在一些實(shí)施中，骨為股骨，第一性質(zhì)是由股骨的頸部限定的軸線的方位，植入物的特性是由植入物的頸部限定的軸線的方位，并且第二性質(zhì)是當(dāng)植入物聯(lián)接到股骨時(shí)由植入物的頸部限定的軸線的方位。
[0360] 參看圖43，可例如由控制單元50、550中的一個(gè)過程2000來確定關(guān)節(jié)特性中的差異。過程2000可包括上述附加特征，例如，參照?qǐng)D24A和圖24B描述的特征。
[0361]接收指示第一基準(zhǔn)相對(duì)于第二基準(zhǔn)的第一多個(gè)位置的信息(2002)。接收指示第一基準(zhǔn)相對(duì)于第二基準(zhǔn)的第二多個(gè)位置的信息(2004)。第一多個(gè)位置和第二多個(gè)位置可分別在外科手術(shù)之前和之后在關(guān)節(jié)的不同方位處進(jìn)行測(cè)量。第一多個(gè)位置和第二多個(gè)位置可用位于相對(duì)于關(guān)節(jié)的骨的已知方位的第一基準(zhǔn)和位于相對(duì)于關(guān)節(jié)的不同骨的不同的已知方位的第二基準(zhǔn)來測(cè)量，使得關(guān)節(jié)的移動(dòng)。
[0362]使用第一多個(gè)位置和第二多個(gè)位置確定在一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)特性中的差異(2006)。可從第一多個(gè)位置外推第一三維表面以表示在第一時(shí)點(diǎn)(a first point in time)的運(yùn)動(dòng)范圍。可從第二多個(gè)位置外推第二三維表面以表示在第二時(shí)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)范圍?？杀容^第一表面和第二表面。第一表面和第二表面可以是球面，并且可比較球面的半徑以確定腿部長(zhǎng)度中的差異?？杀容^對(duì)應(yīng)于球面的中心的點(diǎn)以確定關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心中的變化?？纱_定關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心中的變化、腿部長(zhǎng)度的差異和其它特性。
[0363]基于第一多個(gè)位置和第二多個(gè)位置，例如使用在第一表面和第二表面之間識(shí)別的差異，計(jì)算對(duì)關(guān)節(jié)的調(diào)整以造成由第一多個(gè)位置指示的運(yùn)動(dòng)范圍具有與由第二多個(gè)位置指示的運(yùn)動(dòng)范圍的特定關(guān)系。例如，該特定關(guān)系可以是運(yùn)動(dòng)范圍大小、形狀和位置相等，或者具有彼此間的特定偏差。
[0364]參看圖44，可例如由控制單元50、550中的一個(gè)過程2100以確定翻修手術(shù)的對(duì)準(zhǔn)。過程2200可包括上述附加特征，例如，參照?qǐng)D25A、圖25B、圖26A和圖26B所描述的特征。
[0365]接收識(shí)別植入物的信息，該植入物附連到關(guān)節(jié)的骨(2102)。訪問指示所識(shí)別的植入物的一個(gè)或多個(gè)特性的信息(2104)。接收指示第一基準(zhǔn)和第二基準(zhǔn)的相對(duì)方位的信息(2106)。第一基準(zhǔn)位于相對(duì)于骨的固定方位處。第二基準(zhǔn)位于相對(duì)于植入物的諸如標(biāo)志的已知方位處?；诘诙鶞?zhǔn)和第一基準(zhǔn)的相對(duì)方位來確定關(guān)節(jié)的特性(2108)。特性的確定也可基于第二基準(zhǔn)相對(duì)于植入物的已知方位和植入物的一個(gè)或多個(gè)特性來確定。關(guān)節(jié)的特性可以是例如關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心。關(guān)節(jié)的特性也可以是由植入物限定的軸線或植入物安裝所沿的軸線。
[0366]在上述系統(tǒng)100、500中，控制單元50、550均可包括存儲(chǔ)可被執(zhí)行或解譯的指令的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)裝置，例如，非瞬時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。當(dāng)由控制單元的一個(gè)或多個(gè)處理裝置執(zhí)行時(shí)，指令造成控制單元執(zhí)行上述操作。
[0367]各種實(shí)施可包括對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)、設(shè)備和計(jì)算機(jī)程序，其構(gòu)造成執(zhí)行編碼在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)裝置上的在本文中描述的過程的動(dòng)作。一個(gè)或多個(gè)處理裝置或一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)可借助于在操作中造成系統(tǒng)執(zhí)行該動(dòng)作的安裝在系統(tǒng)上的軟件、固件、硬件、或它們的組合而如此構(gòu)造。一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序可通過具有如下指令而如此構(gòu)造:該指令在由數(shù)據(jù)處理設(shè)備執(zhí)行時(shí)造成設(shè)備執(zhí)行該動(dòng)作。
[0368]本說明書中描述的主題的實(shí)施和功能操作可實(shí)施于數(shù)字電子電路中、有形地嵌入的計(jì)算機(jī)軟件或固件中、計(jì)算機(jī)硬件中，包括在本說明書中公開的結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)等同物、或它們中的一個(gè)或多個(gè)的組合。本說明書中描述的主題的實(shí)施可實(shí)施為一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序，即，計(jì)算機(jī)程序指令的一個(gè)或多個(gè)模塊，其被編碼在有形的非瞬時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，以用于由數(shù)據(jù)處理設(shè)備執(zhí)行或控制數(shù)據(jù)處理設(shè)備的操作。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是機(jī)器可讀的存儲(chǔ)裝置、機(jī)器可讀的存儲(chǔ)基板、存儲(chǔ)器裝置、實(shí)現(xiàn)機(jī)器可讀的傳播信號(hào)的組合物、或它們中的一個(gè)或多個(gè)的組合。術(shù)語“數(shù)據(jù)處理設(shè)備”涵蓋所有用于處理數(shù)據(jù)的設(shè)備、裝置和機(jī)器，包括舉例來說可編 程的處理器、計(jì)算機(jī)、或多個(gè)處理器或計(jì)算機(jī)。除了硬件之外，該設(shè)備可包括形成用于所關(guān)注的計(jì)算機(jī)程序的執(zhí)行環(huán)境的代碼，例如，構(gòu)成處理器固件、協(xié)議棧、操作系統(tǒng)、或它們中的一個(gè)或多個(gè)的組合的代碼。
[0369]已經(jīng)描述了多個(gè)實(shí)施和備選方案。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本公開的精神和范圍的情況下，可進(jìn)行各種修改。例如，雖然以上實(shí)施中的一些已結(jié)合用于髖關(guān)節(jié)的外科手術(shù)進(jìn)行了描述，但上述實(shí)施可用于針對(duì)身體的其它關(guān)節(jié)和手術(shù)部位，例如，肩關(guān)節(jié)。另外，上述實(shí)施可用于除關(guān)節(jié)成形術(shù)之外的手術(shù)。因此，其它實(shí)施在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種系統(tǒng)，包括: 導(dǎo)向器，其具有基本上適形于關(guān)節(jié)的接納部分的外輪廓，所述導(dǎo)向器限定當(dāng)所述導(dǎo)向器配合到所述關(guān)節(jié)時(shí)具有相對(duì)于所述關(guān)節(jié)的已知方位的軸線； 第一基準(zhǔn)裝置，其用于附連到所述關(guān)節(jié)的骨； 第二基準(zhǔn)裝置，其用于聯(lián)接在相對(duì)于所述導(dǎo)向器的已知對(duì)準(zhǔn)處；以及 控制單元，其與所述第一基準(zhǔn)裝置和所述第二基準(zhǔn)裝置通信，所述控制單元構(gòu)造成基于指示當(dāng)所述第二基準(zhǔn)裝置處于與所述導(dǎo)向器的已知對(duì)準(zhǔn)且所述導(dǎo)向器配合到所述關(guān)節(jié)時(shí)所述第二基準(zhǔn)裝置相對(duì)于所述第一基準(zhǔn)裝置的方位的數(shù)據(jù)，來確定所述軸線相對(duì)于所述第一基準(zhǔn)裝置的方位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述導(dǎo)向器聯(lián)接到所述關(guān)節(jié)時(shí)，所述軸線相對(duì)于所述關(guān)節(jié)具有已知的傾斜角和已知的前傾角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二基準(zhǔn)構(gòu)造成在具有相對(duì)于所述軸線的已知偏移量的方位處附連到所述導(dǎo)向器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)向器的外輪廓在使用所述導(dǎo)向器之前形成，使得所述外輪廓基本上適形于所述關(guān)節(jié)的接納部分，并且所述導(dǎo)向器以單一取向與所述關(guān)節(jié)的接納部分配合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于: 所述關(guān)節(jié)是特定患者的髖關(guān)節(jié)； 所述軸線是基于針對(duì)所述髖關(guān)`節(jié)的影像數(shù)據(jù)確定的用于所述髖關(guān)節(jié)的髖曰嵌塞軸線；并且 所述導(dǎo)向器是患者專用的導(dǎo)向器，其具有針對(duì)所述特定患者限定的外輪廓，所述外輪廓基本上適形于所述髖關(guān)節(jié)的髖白的一個(gè)或多個(gè)部分，使得所述導(dǎo)向器以單一取向與所述髖臼配合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括電磁場(chǎng)發(fā)生器；其中，所述第一基準(zhǔn)裝置包括第一電磁場(chǎng)傳感器，并且所述第二基準(zhǔn)裝置包括所述電磁場(chǎng)發(fā)生器或第二電磁場(chǎng)傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括紅外檢測(cè)器； 其中，所述第一基準(zhǔn)裝置包括第一框標(biāo)，并且所述第二基準(zhǔn)裝置包括第二框標(biāo)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，為了確定所述軸線相對(duì)于所述第一基準(zhǔn)裝置的方位，所述控制單元構(gòu)造成確定所述軸線在參考系中的方位，所述第一基準(zhǔn)具有相對(duì)于所述參考系的固定方位。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元構(gòu)造成: 在所述第二基準(zhǔn)裝置或第三基準(zhǔn)裝置聯(lián)接到所述器械的同時(shí)，確定器械相對(duì)于所述軸線的方位；以及 在用戶接口上輸出指示所述器械相對(duì)于所述軸線的方位的數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元構(gòu)造成確定在所述導(dǎo)向器從所述關(guān)節(jié)移除之后所述器械的方位。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，為了確定所述器械相對(duì)于所述軸線的方位，所述控制單元構(gòu)造成確定所述器械繞所述軸線的旋轉(zhuǎn)方位；并且其中，為了輸出指示所述器械相對(duì)于所述軸線的方位的數(shù)據(jù)，所述控制單元構(gòu)造成輸出指示所述器械繞所述軸線的旋轉(zhuǎn)方位的數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，為了確定所述軸線相對(duì)于所述第一基準(zhǔn)裝置的方位，所述控制單元構(gòu)造成: 訪問指示所述軸線相對(duì)于所述導(dǎo)向器的方位的第一數(shù)據(jù)；以及訪問指示當(dāng)所述第二基準(zhǔn)裝置處于與所述導(dǎo)向器的已知對(duì)準(zhǔn)時(shí)在所述第二基準(zhǔn)和所述導(dǎo)向器之間的偏移量的第二。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元還構(gòu)造成: 基于指示器械相對(duì)于所述第一基準(zhǔn)的方位的信息來確定所述器械相對(duì)于所述關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心或所述關(guān)節(jié)的表面的方位； 計(jì)算相對(duì)于所述器械的方位沿所述軸線的擴(kuò)孔深度；以及 提供指示所述擴(kuò)孔深度的信息。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于: 為了計(jì)算所述擴(kuò)孔深度，所述控制單元構(gòu)造成: 訪問指示植入物的一個(gè)或多個(gè)特性的信息； 基于所述植入物的一個(gè)或多個(gè)特性來確定優(yōu)選的擴(kuò)孔深度；以及確定在所述器械的當(dāng)前方位和所述器械的優(yōu)選方位之間的差異，所述優(yōu)選方位對(duì)應(yīng)于優(yōu)選的擴(kuò)孔深度；以及 為了提供指示所述擴(kuò)孔深度的信息，所述控制單元被構(gòu)造成提供指示在所述器械的當(dāng)前方位和所述器械的優(yōu)選方位之間的差異的信息。
15.一種用于確定相對(duì)于關(guān)節(jié)的對(duì)準(zhǔn)的設(shè)備，包括: 一個(gè)或多個(gè)處理裝置和存儲(chǔ)指令的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)裝置，所述指令在由所述一個(gè)或多個(gè)處理裝置執(zhí)行時(shí)可操作以造成所述一個(gè)或多個(gè)處理裝置執(zhí)行操作，所述操作包括: 接收指示第一基準(zhǔn)相對(duì)于第二基準(zhǔn)的測(cè)量方位的信息，所述測(cè)量方位出現(xiàn)在下列情況下:(i)所述第一基準(zhǔn)相對(duì)于所述關(guān)節(jié)的骨附連在固定位置處；(ii)具有基本上適形于所述關(guān)節(jié)的一部分的外輪廓的患者專用的導(dǎo)向器聯(lián)接到所述骨；并且(iii)所述第二基準(zhǔn)相對(duì)于所述患者專用的導(dǎo)向器聯(lián)接在已知方位處； 基于所述測(cè)量方位來確定外科軸線相對(duì)于所述第一基準(zhǔn)的方位； 接收指示器械相對(duì)于所述第一基準(zhǔn)的方位的信息；以及 在所述導(dǎo)向器從所述關(guān)節(jié)移除之后，使用所述器械相對(duì)于所述第一基準(zhǔn)的方位來確定所述器械相對(duì)于所述外科軸線的方位。
【文檔編號(hào)】A61B17/88GK103732165SQ201280040044
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月16日
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