本申請(qǐng)涉及使用慣性傳感器的計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)，更具體地涉及在髖關(guān)節(jié)手術(shù)中機(jī)械引導(dǎo)的髖臼杯定位過(guò)程。

背景技術(shù)：

在髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中，對(duì)髖臼進(jìn)行擴(kuò)孔以便隨后將髖臼杯收納在髖臼中。髖臼杯是一種植入物，它被收納在擴(kuò)孔后的髖臼內(nèi)并且用作天然股骨頭或股骨頭植入物的容置部。因此，在該過(guò)程中使用諸如擴(kuò)孔器和杯沖擊器等外科手術(shù)工具。這種過(guò)程中的挑戰(zhàn)之一是為髖臼杯提供適當(dāng)?shù)亩ㄏ?。?shí)際上，不精確的定向可能導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)喪失、步態(tài)異常和/或植入物部件的過(guò)早磨損。

髖臼杯典型地借助被稱(chēng)為沖擊器的外科手術(shù)工具來(lái)定位并插入擴(kuò)孔后的髖臼中。沖擊器具有桿，桿的近端處安裝有假體髖臼杯。桿由沖擊自由的遠(yuǎn)端的使用者(例如外科醫(yī)生)操作，以將髖臼杯驅(qū)動(dòng)至髖臼中。然而，重要的是使用者將沖擊器的桿保持在精確的三維定向上，以確保在側(cè)傾角(inclination)和前傾角(anteversion)方面實(shí)現(xiàn)髖臼杯的期望定向。

為此，計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)系統(tǒng)經(jīng)常被用于幫助使用者將沖擊器(因而還有安裝于其上的假體髖臼杯)定位并定向到期望定向上。在計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)中使用的各種跟蹤技術(shù)中，光學(xué)導(dǎo)航和c臂驗(yàn)證已經(jīng)被使用。然而，光學(xué)導(dǎo)航需要使用相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)航系統(tǒng)，這增加了操作時(shí)間。還需要將導(dǎo)航系統(tǒng)可見(jiàn)的光學(xué)參照物釘在患者身上，這增加了該過(guò)程的侵襲性。此外，這種光學(xué)系統(tǒng)必然受視線限制，這可能妨礙正常的手術(shù)流程。c臂驗(yàn)證需要使用體積龐大的設(shè)備并且驗(yàn)證的成本效率較低。此外，它不提供杯定位一旦完成之后的定量評(píng)估，并且通常是在手術(shù)后使用而不是在手術(shù)進(jìn)行時(shí)使用。

慣性傳感器最近已經(jīng)被使用在外科手術(shù)應(yīng)用中，用以確定各種外科手術(shù)工具的定向，并且由于它們的成本效率以及它們提供的有價(jià)值的信息而令人滿意。

然而，仍然需要與基于慣性的計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)系統(tǒng)聯(lián)合使用的改進(jìn)的設(shè)備及其相關(guān)聯(lián)的使用方法，由此實(shí)現(xiàn)沖擊器(因而還有髖臼杯)的定向被機(jī)械地引導(dǎo)至其期望定向上。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于在髖關(guān)節(jié)置換術(shù)期間將髖臼杯定位并插入骨盆的髖臼中的沖擊器，該沖擊器包括：細(xì)長(zhǎng)主體，其包括桿，該桿具有近端和相反的遠(yuǎn)端；杯接合元件，其設(shè)置在桿的近端處，該杯接合元件適于接合髖臼杯以插入髖臼中；沖擊元件，其設(shè)置在桿的遠(yuǎn)端處并且適于接收用于將髖臼杯驅(qū)動(dòng)至髖臼中的力，桿限定在杯接合元件和沖擊元件之間延伸的縱向軸線，該縱向軸線由此限定沖擊軸線；引導(dǎo)元件，其安裝至細(xì)長(zhǎng)主體，該引導(dǎo)元件具有第一和第二開(kāi)口，該第一和第二開(kāi)口彼此對(duì)準(zhǔn)以限定在彼此之間延伸的軸向通道，引導(dǎo)軸線對(duì)中地設(shè)置在第一和第二開(kāi)口內(nèi)并且貫穿軸向通道，第一和第二開(kāi)口沿著上述引導(dǎo)軸線隔開(kāi)一軸向距離，第一和第二開(kāi)口以及軸向通道收納從其中穿過(guò)的引導(dǎo)銷(xiāo)，該引導(dǎo)銷(xiāo)適于相對(duì)于骨盆釘在固定位置，引導(dǎo)銷(xiāo)限定縱向地貫穿其中心的銷(xiāo)軸線；并且其中，引導(dǎo)元件提供機(jī)械定向引導(dǎo)件，當(dāng)引導(dǎo)銷(xiāo)相對(duì)于骨盆釘在固定位置并且通過(guò)引導(dǎo)元件的第一和第二開(kāi)口被收納時(shí)，機(jī)械定向引導(dǎo)件限制沖擊器相對(duì)于引導(dǎo)銷(xiāo)的角度定向，并且其中，使引導(dǎo)元件的開(kāi)口相對(duì)于固定位置處的引導(dǎo)銷(xiāo)對(duì)中實(shí)現(xiàn)了沖擊器的在預(yù)定角度公差內(nèi)的期望定向。

以上定義的沖擊器還可以包括第一和第二開(kāi)口的外緣，該外緣提供物理止動(dòng)件，該物理止動(dòng)件限定在沖擊器相對(duì)于固定引導(dǎo)銷(xiāo)的預(yù)定角度公差內(nèi)的最大角度偏差。

以上定義的沖擊器的引導(dǎo)元件還可以包括分別包圍第一和第二開(kāi)口的第一和第二環(huán)，第一和第二開(kāi)口是圓形的，并且第一和第二環(huán)相對(duì)于縱向軸線軸向地隔開(kāi)上述距離。

以上定義的沖擊器的引導(dǎo)元件的第一和第二環(huán)可以相對(duì)于縱向軸線橫向地從細(xì)長(zhǎng)主體的桿突出。

以上定義的沖擊器的軸向通道可以被第一和第二環(huán)僅部分地封閉，第一和第二環(huán)限定軸向通道內(nèi)彼此之間的間隙。

以上定義的沖擊器的引導(dǎo)元件可以包括管狀柱體，該管狀柱體在其相反的兩端處限定上述第一和第二開(kāi)口，軸向通道貫穿位于管狀柱體的相反的兩端處的第一和第二開(kāi)口之間的上述管狀柱體。

以上定義的沖擊器的引導(dǎo)元件可以相對(duì)于細(xì)長(zhǎng)主體的桿在固定且預(yù)定的位置和定向上可移除地附接至細(xì)長(zhǎng)主體的桿。

以上定義的沖擊器的引導(dǎo)元件的第一和第二開(kāi)口可以構(gòu)造成允許桿的縱向軸線與引導(dǎo)銷(xiāo)的銷(xiāo)軸線之間的預(yù)定角度公差為最大±10度。

以上定義的沖擊器的引導(dǎo)元件的第一和第二開(kāi)口可以構(gòu)造成允許桿的縱向軸線與引導(dǎo)銷(xiāo)的銷(xiāo)軸線之間的預(yù)定角度公差為約±2.6度。

以上定義的沖擊器的第一和第二開(kāi)口可以具有約20mm的直徑，隔開(kāi)第一和第二開(kāi)口的軸向距離為約70mm，并且第一和第二開(kāi)口中位于最近側(cè)的一者位于距設(shè)置在桿的近端處的杯接合元件約220mm處。

以上定義的沖擊器的引導(dǎo)元件的引導(dǎo)軸線可以大致平行于細(xì)長(zhǎng)主體的桿的縱向軸線。

以上定義的沖擊器的引導(dǎo)軸線和縱向軸線隔開(kāi)一預(yù)定橫向距離。

以上定義的沖擊器還可以包括安裝至細(xì)長(zhǎng)主體的至少一個(gè)慣性傳感器單元，該慣性傳感器能夠操作以確定并輸出至少表示沖擊器在空間中的定向的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

以上定義的沖擊器的慣性傳感器單元可以包括微機(jī)電傳感器(mems)，該mems具有一個(gè)或更多加速度計(jì)、陀螺儀、傾角儀和/或磁力計(jì)。

以上定義的沖擊器的mems可以包括與其集成的一個(gè)或更多用戶界面。

以上定義的沖擊器的mems的用戶界面可以包括led顯示器、屏幕和數(shù)字顯示器中的至少一者。

以上定義的沖擊器的mems可以包括led顯示器，該led顯示器指示沖擊器的適當(dāng)和/或不適當(dāng)?shù)亩ㄏ颉?/p>

以上定義的沖擊器的mems可以包括屏幕，該屏幕能夠操作以顯示沖擊器的定向的數(shù)字角度值。

以上定義的沖擊器的慣性傳感器單元可以與遠(yuǎn)離沖擊器的(cas)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)(cas)處理單元無(wú)線通信。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供一種用于在準(zhǔn)備髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的過(guò)程中以預(yù)定的固定位置和定向?qū)⒁龑?dǎo)銷(xiāo)安裝在骨盆上的患者特異性引導(dǎo)銷(xiāo)安裝夾具，該引導(dǎo)銷(xiāo)安裝夾具包括：髖臼元件，其具有安裝在至該髖臼元件的髖臼殼，該髖臼殼構(gòu)造并形成為用于特異性患者的髖臼內(nèi)的精確配合；夾具主體，其從髖臼元件隔開(kāi)并且向近側(cè)延伸，以便與髖臼的邊緣以及另一預(yù)先選擇的解剖標(biāo)志中的至少一者抵接，以限定夾具主體的預(yù)定位置和/或定向；以及銷(xiāo)引導(dǎo)元件，其與夾具主體及髖臼元件相連，銷(xiāo)引導(dǎo)元件具有引導(dǎo)孔，該引導(dǎo)孔貫穿銷(xiāo)引導(dǎo)元件并且適于收納鉆頭和引導(dǎo)銷(xiāo)中的至少一者，銷(xiāo)引導(dǎo)元件允許引導(dǎo)銷(xiāo)在預(yù)定位置和定向上釘至骨盆。

還提供一種用于在髖關(guān)節(jié)置換術(shù)期間將假體髖臼杯定位并插入骨盆的髖臼中的套件，該套件包括：以上定義的沖擊器；以及以上定義的患者特異性引導(dǎo)銷(xiāo)安裝夾具。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，進(jìn)一步提供一種用于在髖關(guān)節(jié)置換術(shù)期間將髖臼杯安裝到骨盆的髖臼中的方法，該方法包括：a)將引導(dǎo)銷(xiāo)安裝夾具安置在髖臼中；b)使用引導(dǎo)銷(xiāo)安裝夾具將引導(dǎo)銷(xiāo)設(shè)置在預(yù)先計(jì)劃的位置和定向上，并且在上述預(yù)先計(jì)劃的位置和定向上將引導(dǎo)銷(xiāo)驅(qū)動(dòng)至骨盆中；c)提供至少具有引導(dǎo)元件的沖擊器，該引導(dǎo)元件具有包圍相應(yīng)開(kāi)口的第一和第二軸向地隔開(kāi)的環(huán)，該開(kāi)口收納從其中穿過(guò)的引導(dǎo)銷(xiāo)，其中，引導(dǎo)元件提供機(jī)械定向引導(dǎo)件，該機(jī)械定向引導(dǎo)件將沖擊器相對(duì)于引導(dǎo)銷(xiāo)的角位移限制在預(yù)定角度公差內(nèi)；d)通過(guò)沖擊器的引導(dǎo)元件的開(kāi)口饋送引導(dǎo)銷(xiāo)，并且將杯接合元件置于髖臼內(nèi)的沖擊器的近端上；e)使沖擊器在一角度定向上對(duì)準(zhǔn)，使得引導(dǎo)銷(xiāo)在沖擊器上的引導(dǎo)元件的開(kāi)口內(nèi)大致對(duì)中，由此將沖擊器設(shè)置在預(yù)定角度公差內(nèi)的預(yù)先計(jì)劃的期望定向上；以及f)一旦沖擊器處于由引導(dǎo)元件限定的期望定向上，則使用沖擊器將假體髖臼杯沖擊到髖臼中。

附圖說(shuō)明

圖1是用于計(jì)算機(jī)輔助髖關(guān)節(jié)手術(shù)中的導(dǎo)航設(shè)備的系統(tǒng)的示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于與圖1的cas系統(tǒng)一起使用的沖擊器的透視圖，該沖擊器具有機(jī)械定向引導(dǎo)元件；

圖3是本發(fā)明的沖擊器的局部透視圖，該沖擊器具有機(jī)械定向引導(dǎo)元件；

圖4a是就位的沖擊器的透視圖，該沖擊器用于定位假體髖臼杯并且具有安裝至該沖擊器的慣性傳感器；

圖4b是圖4a的慣性傳感器的框圖；

圖5a是引導(dǎo)銷(xiāo)安裝夾具的透視圖，該引導(dǎo)銷(xiāo)安裝夾具用于定向并安裝與圖2至圖4b的沖擊器一起使用的引導(dǎo)銷(xiāo)；

圖5b是可選的引導(dǎo)銷(xiāo)安裝夾具的透視圖，該引導(dǎo)銷(xiāo)安裝夾具用于定向并安裝與圖2至圖4b的沖擊器一起使用的引導(dǎo)銷(xiāo)；

圖6是根據(jù)另一實(shí)施例的跟蹤沖擊器，該沖擊器具有安裝于其上的引導(dǎo)銷(xiāo)安裝夾具；

圖7是可以用于在骨盆中創(chuàng)建孔的跟蹤擴(kuò)孔器/鉆孔機(jī)，該孔具有用于將引導(dǎo)銷(xiāo)收納在其中的預(yù)定位置和定向；以及

圖8是根據(jù)本發(fā)明的使用沖擊器的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

參考圖1，一種用于在計(jì)算機(jī)輔助髖關(guān)節(jié)手術(shù)中為手術(shù)設(shè)備導(dǎo)航的系統(tǒng)總體上如附圖標(biāo)記1處所示，并且是用于實(shí)施方法300的類(lèi)型，如將會(huì)在下文中詳述的那樣。系統(tǒng)1總體上包括計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)(cas)處理單元2，如圖1中的單元所示。然而，cas處理單元2可以集成到一個(gè)或更多慣性傳感器單元30(也稱(chēng)為“艙(pods)”)中，這些慣性傳感器單元包括“mems”(微機(jī)電傳感器)并且安裝至系統(tǒng)1的各種裝置和設(shè)備。為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，整個(gè)慣性傳感器單元30在本文中可以簡(jiǎn)稱(chēng)為“mems”。這種mems可以例如包括但不限于加速度計(jì)、陀螺儀和其他慣性傳感器。

參照與采用了具有基于慣性傳感器的可追蹤部件的基于慣性的cas系統(tǒng)相結(jié)合的裝置的用途，本文將會(huì)總體上描述本外科手術(shù)的工具和方法，例如美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)no.us2011/0218458中公開(kāi)的用于跟蹤參考系的基于mems的系統(tǒng)和方法以及美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)no.us2009/0248044中公開(kāi)的用于計(jì)劃/引導(dǎo)對(duì)骨的改造的基于mems的系統(tǒng)和方法，這兩項(xiàng)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文。雖然這些文件更具體地涉及膝關(guān)節(jié)手術(shù)應(yīng)用，其中使用這種慣性mems傳感器跟蹤股骨和/或脛骨，但應(yīng)該理解的是，其中描述的基于慣性的cas系統(tǒng)和方法可以應(yīng)用在本文描述的關(guān)于髖關(guān)節(jié)應(yīng)用的骨和/或設(shè)備的跟蹤中。

安裝至cas設(shè)備5、7、10等的慣性傳感器單元30與處理單元2通信或并入該處理單元，并可能因此配備用于提供導(dǎo)航數(shù)據(jù)的用戶界面，該用戶界面可能呈led顯示器、屏幕、數(shù)字顯示器等形式。可選地，慣性傳感器單元a可以連接至包括屏幕或監(jiān)視器的獨(dú)立的cas處理單元2。慣性傳感器單元30可以包括以上描述的微機(jī)電傳感器(mems)，并可以因此包括加速度計(jì)、陀螺儀、傾角儀、磁力計(jì)以及其他可能的慣性傳感器中的一者或多者。

在一個(gè)特定實(shí)施例中，可以與系統(tǒng)1一起使用的裝置包括：髖臼邊緣數(shù)字化器(acetabularrimdigitizer)75，其用于限定用于后續(xù)導(dǎo)航的坐標(biāo)系；以及外科手術(shù)設(shè)備/工具，例如沖擊器10、髖臼擴(kuò)孔器77、沖擊器引導(dǎo)銷(xiāo)鉆導(dǎo)向器等。

cas處理單元2可以包括用于一些裝置和設(shè)備的幾何數(shù)據(jù)。因此，當(dāng)將慣性傳感器單元30安裝至裝置和設(shè)備中的一者時(shí)，裝置/設(shè)備與慣性傳感器單元30的坐標(biāo)系之間的關(guān)系是已知的。例如，這種關(guān)系是在裝置/設(shè)備的軸線或3d坐標(biāo)系與慣性傳感器單元的坐標(biāo)系之間。此外，慣性傳感器單元30可以是便攜式和可移除式單元，該單元與一個(gè)裝置/設(shè)備一起使用并且隨后被轉(zhuǎn)移至另一個(gè)裝置/設(shè)備，從而在處理中保留全局坐標(biāo)系的定向數(shù)據(jù)。

設(shè)備的術(shù)語(yǔ)“導(dǎo)航”意指實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)地跟蹤定向的自由度中的至少一些自由度，以便為操作者提供由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)備(例如由cas單元2)計(jì)算出的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)在其他實(shí)例中代表髖關(guān)節(jié)手術(shù)參數(shù)，例如前傾角和側(cè)傾角。根據(jù)實(shí)施例，前傾角可以定義為軸線(例如沖擊器軸線、杯法線)與患者額狀面(patientfrontalplane)之間的角度，該額狀面由配準(zhǔn)裝置(registrationdevice)所形成的平面或射線照相平面限定。前傾角可以可選地是中間側(cè)向軸線(medio-lateralaxis)與髖臼軸線在橫向平面(即，患者的中間側(cè)向軸線和‘前-后’向軸線所在的平面)上的投影之間的角度。側(cè)傾角是中間側(cè)向軸線與髖臼軸線在額狀面(即，患者的中間側(cè)向軸線和‘頭-尾’向軸線所在的平面)上的投影之間的角度。在以下系統(tǒng)、裝置和方法中使用的慣性傳感器30可以在公共坐標(biāo)系(在下文中稱(chēng)為坐標(biāo)系)中相互聯(lián)系，該坐標(biāo)系又稱(chēng)為世界坐標(biāo)系、全局坐標(biāo)系、骨盆參考系等。公共坐標(biāo)系用作對(duì)外科手術(shù)的不同項(xiàng)目(即，設(shè)備和裝置相對(duì)于骨盆)的相對(duì)定向進(jìn)行量化的基準(zhǔn)。

本發(fā)明的設(shè)備還可以與如下專(zhuān)利申請(qǐng)中描述的系統(tǒng)和方法結(jié)合起來(lái)使用，這些專(zhuān)利申請(qǐng)是：2015年11月6日提交的發(fā)明名稱(chēng)為“instrumentnavigationincomputer-assistedhipsurgery(計(jì)算機(jī)輔助髖關(guān)節(jié)手術(shù)中的設(shè)備導(dǎo)航)”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)no.14/934,894，以及2014年6月11日提交的、公開(kāi)為us2014/0364858并且發(fā)明名稱(chēng)為“acetabularcupprosthesispositioninginstrumentandmethod(髖臼杯假體定位設(shè)備和方法)”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)no.14/301,877，這兩項(xiàng)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文。

現(xiàn)在參考圖2至圖3，現(xiàn)在將更詳細(xì)地描述可以與上述cas系統(tǒng)的cas處理單元2一起使用的沖擊器10。本發(fā)明的沖擊器10用于將假體髖臼杯8定位并插入骨盆4的髖臼6中。典型地，在髖關(guān)節(jié)置換術(shù)期間，髖臼首先被擴(kuò)孔工具擴(kuò)孔，隨后將假體髖臼杯收納于其中。因此，沖擊器10用于精確地且可重復(fù)地定位和定向假體髖臼杯，然后將髖臼杯8插入骨盆4的髖臼6內(nèi)的適當(dāng)位置。

沖擊器10總體上包括主體12，該主體包括細(xì)長(zhǎng)的臂或桿13，該桿具有近端16和相反的遠(yuǎn)端18。桿13可以是直的或彎曲的。桿13的遠(yuǎn)端18包括手柄19，手柄19終止于沖擊元件20(例如沖砧)中，該沖擊元件適于接收用于將髖臼杯8驅(qū)動(dòng)至髖臼6中的沖擊力。

頭部或杯接合元件22設(shè)置在桿13的近端16處，杯接合元件22適于使假體髖臼杯8安裝至該杯接合元件，使得髖臼杯8可以由沖擊器10的操作者(例如外科醫(yī)生)使用手柄19根據(jù)需要來(lái)定位，然后通過(guò)在沖擊元件20上施加力(例如沖擊力)將髖臼杯插入髖臼6中，從而將髖臼杯8驅(qū)動(dòng)至擴(kuò)孔后的髖臼6中。

考慮到縱向軸線24可能是彎曲的(如圖2所示)，盡管該縱向軸線不一定貫穿桿13的中心，但該縱向軸線貫穿沖擊器10的主體12。更具體地，縱向軸線24在杯接合元件22和沖擊元件20之間縱向地延伸以限定沖擊軸線?？v向軸線24也與髖臼杯8的杯軸線對(duì)準(zhǔn)，使得施加至沖擊元件20的沖擊力沿著它的縱向軸線24并沿著假體髖臼杯8的杯軸線通過(guò)沖擊器10傳遞。因此，頭部或杯接合元件22可以設(shè)置成使得沖擊器10的縱向軸線24垂直于位于髖臼杯8的邊緣9所在的平面。換句話說(shuō)，在一個(gè)實(shí)施例中，沖擊器主體12的軸線24與杯8的軸線重合，該杯軸線是該杯在髖臼中定向的基準(zhǔn)。

仍然參考圖2至圖3，本發(fā)明的沖擊器10進(jìn)一步包括引導(dǎo)元件26，該引導(dǎo)元件安裝至沖擊器主體12的桿13并且在橫過(guò)(盡管不一定垂直于)縱向沖擊軸線24的方向上從桿13突出。引導(dǎo)元件26可以與形成沖擊器10的細(xì)長(zhǎng)主體12的桿13的其余部分整體地形成，或者可選地可以獨(dú)立地形成并且可移除地附接至上述其余部分。在圖2所示的實(shí)施例中，引導(dǎo)元件26在沖擊器主體12的桿13上的預(yù)定位置和定向上緊固在位。以這種方式緊固的引導(dǎo)元件26可以例如使用快速連接型卡扣件來(lái)可移除地緊固，或者可以使用適當(dāng)?shù)木o固件或焊接件等來(lái)更加永久性地固定。

沖擊器10的引導(dǎo)元件26提供機(jī)械定向引導(dǎo)件，該機(jī)械定向引導(dǎo)件限制沖擊器相對(duì)于固定引導(dǎo)銷(xiāo)40的角度定向，該固定引導(dǎo)銷(xiāo)以將會(huì)在下文中更詳細(xì)地描述的方式在骨盆上固定在位。引導(dǎo)銷(xiāo)40可以限定縱向地貫穿其中心的銷(xiāo)軸線41。

更具體地，引導(dǎo)元件26包括至少第一和第二軸向地隔開(kāi)的環(huán)28，每個(gè)環(huán)包圍一開(kāi)口29。這兩個(gè)軸向地隔開(kāi)的開(kāi)口29大致對(duì)準(zhǔn)以限定在二者之間延伸的軸向通道27，并且引導(dǎo)銷(xiāo)40穿過(guò)該軸向通道。該軸向通道27可以僅部分地(即，被環(huán)28)封閉，如圖2的實(shí)施例所示，或者可以可選地完全地封閉(即，軸向地隔開(kāi)的環(huán)28實(shí)際上可以形成完全地周向封閉的筒體的相反的兩端)。在后一種情況(即，完全地封閉的筒體限定貫穿其中的軸向通道27)下，仍然在筒體的相反的兩個(gè)開(kāi)口端中的每一者處限定開(kāi)口29，銷(xiāo)40穿過(guò)該開(kāi)口。無(wú)論如何，通過(guò)使引導(dǎo)元件26的軸向地隔開(kāi)的開(kāi)口29相對(duì)于固定的引導(dǎo)銷(xiāo)40對(duì)中，可以容易地實(shí)現(xiàn)沖擊器的在預(yù)定角度公差內(nèi)的期望定向，并且可以由外科醫(yī)生迅速且準(zhǔn)確地在視覺(jué)上確認(rèn)(例如通過(guò)確保引導(dǎo)銷(xiāo)40在引導(dǎo)元件26的兩個(gè)開(kāi)口29內(nèi)對(duì)中)。

因此，引導(dǎo)元件26的兩個(gè)開(kāi)口29的中心沿著引導(dǎo)軸線25設(shè)置，該引導(dǎo)軸線貫穿兩個(gè)軸向地隔開(kāi)的開(kāi)口29的中心。引導(dǎo)軸線25平行于沖擊器10的縱向軸線24并且從該縱向軸線橫向地隔開(kāi)一預(yù)定橫向距離x。該橫向距離x被選擇為與沖擊器的(即，貫穿髖臼的中心的)軸線24和引導(dǎo)銷(xiāo)40的銷(xiāo)軸線41之間的已知距離相同。選擇這些開(kāi)口29的直徑，從而為髖臼杯8限定角度范圍(例如距由銷(xiāo)軸線41限定的髖臼杯的最佳定向例如±10度)。

在沖擊器10的一個(gè)特定實(shí)施例中，由引導(dǎo)元件26的環(huán)28限定的圓形開(kāi)口29具有約20mm的直徑，并且這些開(kāi)口29定位成相距約70mm(即，近側(cè)的環(huán)28中的最近開(kāi)口29與遠(yuǎn)側(cè)的環(huán)28中的最遠(yuǎn)開(kāi)口之間的軸向距離)。在引導(dǎo)元件26的軸向定位方面，近側(cè)的環(huán)28的最近開(kāi)口29定位成距骨盆4(因而距引導(dǎo)銷(xiāo)40的基部)約220mm。在該特定實(shí)施例中采用的引導(dǎo)銷(xiāo)40具有約4mm的直徑。因此，沖擊器10的縱向軸線24相對(duì)于引導(dǎo)銷(xiāo)40的銷(xiāo)軸線41的定向θ被限制在±2.6度內(nèi)，這是通過(guò)計(jì)算θ＝tan^-1(10/220)得到的。因此，這導(dǎo)致總共可能的角度公差范圍為5.2度。

在引導(dǎo)銷(xiāo)40在骨盆4內(nèi)在位的情況下，沖擊器10因此可以朝向和遠(yuǎn)離骨軸向地移動(dòng)，引導(dǎo)銷(xiāo)40保持在引導(dǎo)元件26的開(kāi)口29內(nèi)。這樣，引導(dǎo)元件26用于將沖擊器定向在由引導(dǎo)銷(xiāo)40的角度定向限定的期望角度定向上，并且允許預(yù)定量的角度公差(誤差)——例如在上述實(shí)例中為±2.6度——同時(shí)仍然借助限定每個(gè)開(kāi)口29的邊緣(銷(xiāo)抵接每個(gè)邊緣以形成機(jī)械止動(dòng)件或限制件)為偏離預(yù)定角度公差內(nèi)的期望定向的最大角度偏差提供機(jī)械限制。

沖擊器的定向的角度公差以及因而允許的最大角度偏差的量可以根據(jù)需要通過(guò)改變大量參數(shù)中的一個(gè)或更多參數(shù)來(lái)選擇和/或修改，這些參數(shù)包括：沿著沖擊器的主體的引導(dǎo)元件26的軸向位置；引導(dǎo)元件26的開(kāi)口29的尺寸；引導(dǎo)元件的兩個(gè)開(kāi)口29中的每一者之間的軸向間隔；以及引導(dǎo)銷(xiāo)40的直徑。

現(xiàn)在參考圖4a，沖擊器10還可以具有安裝至位于沖擊器10的主體12上的桿13或其他部位上的艙收納基座(pod-receivingbase)15的上述慣性傳感器單元30中的至少一者。艙收納基座15以及因而可移除地安裝于其上的慣性傳感器單元30的確切位置被設(shè)置在相對(duì)于沖擊器10的縱向軸線24已知的位置和定向上，以便至少跟蹤沖擊器10的定向。沖擊器10如以上描述的那樣，然而，它被示出的是引導(dǎo)元件26已被移除的情況。

慣性傳感器單元30如以上描述的那樣，并且在圖4b中被更詳細(xì)地示出。慣性傳感器單元30包括適當(dāng)?shù)奈C(jī)電傳感器31(例如加速度計(jì)、陀螺儀、傾角儀等)以及相關(guān)聯(lián)的電子器件和處理器，該電子器件和處理器被選擇用于通過(guò)輸出與慣性傳感器單元30的運(yùn)動(dòng)相關(guān)的實(shí)時(shí)定向數(shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行下文描述的任務(wù)。慣性傳感器單元30被預(yù)先編程為手術(shù)之前計(jì)劃的功能，以執(zhí)行下文描述的任務(wù)。然而已知的是，慣性傳感器單元30必須被校準(zhǔn)以使其讀數(shù)與骨盆的定向相關(guān)，并且可以具有用于校準(zhǔn)和導(dǎo)航的患者特異性文件。作為起點(diǎn)，設(shè)備校準(zhǔn)數(shù)據(jù)32例如被提供為使慣性傳感器單元30在初始化時(shí)與設(shè)備10的縱向軸線24對(duì)準(zhǔn)。設(shè)備校準(zhǔn)數(shù)據(jù)基于設(shè)備10的初始基準(zhǔn)定向與骨盆的解剖學(xué)標(biāo)志之間的計(jì)劃的幾何關(guān)系，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)用于校準(zhǔn)與骨盆相關(guān)的慣性傳感器單元30，以使慣性傳感器單元30能夠基于手術(shù)之前的計(jì)劃產(chǎn)生定向輸出?；颊咛禺愋晕募€可以包括基于手術(shù)之前的計(jì)劃的期望的髖臼杯定向數(shù)據(jù)。該期望的髖臼杯定向數(shù)據(jù)可以例如由前傾角數(shù)據(jù)33和/或外展角數(shù)據(jù)(abductionangledata)34構(gòu)成并作為手術(shù)之前計(jì)劃的功能也被編程到慣性傳感器單元30中，前傾角數(shù)據(jù)33代表操作者想要杯達(dá)到的前傾角，而外展角數(shù)據(jù)34代表操作者想要杯達(dá)到的外展角。任何適當(dāng)形式的界面35也將作為慣性傳感器單元30的一部分而被提供，該界面直接設(shè)置在慣性傳感器單元上或遠(yuǎn)離慣性傳感器單元。界面35可以呈表示適當(dāng)/不適當(dāng)定向的led的形式，或者是給出數(shù)字角度值的屏幕。

當(dāng)將植入物杯保持在髖臼中時(shí)，在進(jìn)行沖擊之前，將設(shè)備10布置成豎直的(即，初始基準(zhǔn)定向)。根據(jù)實(shí)施例，慣性傳感器單元30用于引導(dǎo)操作者實(shí)現(xiàn)設(shè)備10的豎直度。例如，可以在慣性傳感器單元30上設(shè)置led，以便在達(dá)到適當(dāng)?shù)呢Q直度時(shí)提供視覺(jué)指示。

現(xiàn)在參見(jiàn)圖5a至圖5b，引導(dǎo)銷(xiāo)安裝夾具50和150可以用于相對(duì)于骨盆4的髖臼6精確地定位和定向引導(dǎo)銷(xiāo)40。在一個(gè)可能的實(shí)施例中，引導(dǎo)銷(xiāo)安裝夾具50、150是患者特異性設(shè)備(psi)，它特定地構(gòu)造和形成為：一旦髖臼已經(jīng)被擴(kuò)孔以準(zhǔn)備收納假體髖臼杯8，則該引導(dǎo)銷(xiāo)安裝夾具就適合給定患者的髖臼6。

psi夾具50、150包括至少部分地被收納在骨盆4的髖臼6內(nèi)的髖臼元件57。髖臼元件57可以附接至髖臼殼(即，不是將會(huì)實(shí)際地被植入的最終的假體杯)，該髖臼殼具有特定地構(gòu)造的尺寸和形狀以便配合在特定患者的骨盆4的髖臼6內(nèi)。這可以是尺寸適于配合在未被擴(kuò)孔的髖臼內(nèi)的臨時(shí)的髖臼殼，或者可選地是尺寸和構(gòu)造適于配合在已被擴(kuò)孔的髖臼內(nèi)的髖臼殼。psi夾具50、150還可以包括夾具主體52，該夾具主體與髖臼6的邊緣7或另一預(yù)先選擇的解剖標(biāo)志配合，由此允許引導(dǎo)銷(xiāo)定向在手術(shù)之前計(jì)劃的期望定向上。在本實(shí)施例中，因?yàn)閵A具50、150是psi夾具，所以它被制造成相對(duì)于患者的髖臼6精確地定位和定向骨盆4中的孔，該孔將會(huì)收納引導(dǎo)銷(xiāo)40。因此，psi夾具50、150還包括鉆引導(dǎo)元件54，該鉆引導(dǎo)元件具有貫穿其中的鉆引導(dǎo)孔，該鉆引導(dǎo)孔用于引導(dǎo)鉆頭55，該鉆頭用于在由psi夾具50、150的鉆引導(dǎo)元件54限定的預(yù)先計(jì)劃的定向上在骨盆中鉆出孔?？蛇x地，可以簡(jiǎn)單地使用鉆引導(dǎo)件54直接將引導(dǎo)銷(xiāo)40驅(qū)動(dòng)到骨中。

在一個(gè)實(shí)施例中，引導(dǎo)銷(xiāo)安裝夾具50可以包括可調(diào)節(jié)臂56，臂56能夠基于手術(shù)之前計(jì)劃的數(shù)據(jù)(例如ct掃描、2x射線等)的輸出在手術(shù)之前調(diào)節(jié)長(zhǎng)度和/或定向。利用手術(shù)之前的計(jì)劃，首先確定髖臼杯的最佳定向，并由此基于使用任何標(biāo)準(zhǔn)定義限定的骨盆坐標(biāo)系(例如lewinneck骨盆坐標(biāo)系)來(lái)確定鉆引導(dǎo)件54的定向，該定向應(yīng)該平行于髖臼殼軸線的最佳定向。一旦引導(dǎo)銷(xiāo)安裝夾具50的臂56就位，鉆引導(dǎo)件54就被用來(lái)將引導(dǎo)銷(xiāo)40在預(yù)定的定向上固定在骨盆骨4上。

夾具50、150只是一種可能的引導(dǎo)銷(xiāo)定位器，其可以用于將引導(dǎo)銷(xiāo)40設(shè)置在相對(duì)于髖臼的預(yù)定的(預(yù)先計(jì)劃的)位置和定向上。例如，該引導(dǎo)銷(xiāo)定位器可以形成為與髖臼配合的獨(dú)立的髖臼數(shù)字化器的一部分。

可選地，引導(dǎo)銷(xiāo)定位器可以包括可選的實(shí)施例，例如圖6的跟蹤沖擊器110(該沖擊器具有包括鉆頭/銷(xiāo)引導(dǎo)元件112的引導(dǎo)銷(xiāo)安裝夾具250)或者如圖7所示的跟蹤擴(kuò)孔器/鉆210。使用圖6的引導(dǎo)銷(xiāo)安裝夾具250提供如下附加的優(yōu)點(diǎn)：外科醫(yī)生可以將引導(dǎo)銷(xiāo)40置于骨盆上的任何期望位置，并且由安裝有至少一個(gè)mems艙30的跟蹤沖擊器110引導(dǎo)和設(shè)定銷(xiāo)的定向。這使外科醫(yī)生能夠在髖臼周?chē)x擇用來(lái)定位用于引導(dǎo)銷(xiāo)的鉆孔的期望位置。此外，通過(guò)使用能夠被定位在安裝夾具250上的適當(dāng)位置處的可調(diào)節(jié)的鉆引導(dǎo)件112或者可選地具有不同尺寸的鉆孔引導(dǎo)件112，銷(xiāo)40的軸線與髖臼內(nèi)的最終沖擊軸線之間的距離可以根據(jù)外科醫(yī)生的要求來(lái)選擇。一旦該距離被選定，相同的距離就會(huì)被外科醫(yī)生使用在沖擊器10的引導(dǎo)元件26上。

現(xiàn)在參考圖8，使用本文描述的沖擊器10安裝髖臼杯的方法300總體上包括：步驟302，其包括在髖臼擴(kuò)孔之前或之后將引導(dǎo)銷(xiāo)安裝夾具安置在髖臼中；步驟304，其包括使用引導(dǎo)銷(xiāo)安裝夾具在預(yù)先計(jì)劃的定向上將引導(dǎo)銷(xiāo)驅(qū)動(dòng)到骨盆中；步驟306，其包括將引導(dǎo)銷(xiāo)安裝夾具移除并且將沖擊器10放置到位，引導(dǎo)銷(xiāo)40貫穿安裝至沖擊器10的引導(dǎo)元件26的開(kāi)口29；步驟308，其包括使沖擊器在一角度定向上對(duì)準(zhǔn)，使得引導(dǎo)銷(xiāo)40在沖擊器上的引導(dǎo)元件26的兩個(gè)開(kāi)口29內(nèi)大致對(duì)中；以及5)一旦沖擊器基于引導(dǎo)元件26的機(jī)械引導(dǎo)而處于期望定向上，則使用沖擊器10將假體髖臼杯8沖擊到髖臼中。

雖然已經(jīng)參考以特定順序執(zhí)行的特定步驟描述并示出了本文描述的方法和系統(tǒng)，但應(yīng)該理解的是，在不脫離本發(fā)明的教導(dǎo)的情況下，這些步驟可以組合、細(xì)分或重新排序以形成等同的方法。因此，上述步驟的順序和分組不是本發(fā)明的限制。