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用于全关节成形术中的基于计划、数字化、以及配准的植入物

阅读：1088发布：2020-06-07

IPRDB可以提供用于全关节成形术中的基于计划、数字化、以及配准的植入物专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供了一种用于执行矫形外科手术的系统和方法，其使用一患者现有的植入物作为一矫形外科手术过程的一配准工具。系统和方法可以与计算机辅助系统或导航系统一起使用，以帮助去除骨骼、骨骼接合剂、或一骨骼假体，通常一骨骼假体被用于髋关节置换术、膝关节置换术等一些类似手术。假体的移除可以通过常规方法，以导航系统、机器人协助或铰接手持系统来完成。骨骼和/或骨骼接合剂的去除可通过使用导航系统、机器人系统、铰接手持系统及其组合来执行。，下面是用于全关节成形术中的基于计划、数字化、以及配准的植入物专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于患者的全膝关节置换(TKR)的翻修的方法，包括：执行具有一安装的植入物的骨骼的成像扫描；

分离所述的安装的植入物并分离所述的植入物区域外的骨骼；

基于所述的安装的植入物的制造商规格获得三维(3D)模型；

配准所述的制造商的3D模型于分离的植入物以生成其转换矩阵；

应用所述的转换矩阵于患者的一组数字成像和医学通信(DICOM)数据；以及基于术前计划用新的植入物为患者调整TKR。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的调整使所述的新的植入物的关节表面与所述的安装的植入物的关节表面对准。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的调整对于所述的新的植入物具有从所述的安装的植入物的平坦表面偏移的平面切口。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述的调整为使用一机器人手术系统进行的。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述的调整包括：继续移除所述的患者的安装的植入物；

然后测量在各个平面中移除的骨量；

选择一种手术计划将新切口置于所述的骨骼的剩余骨库中；

使用机器人手术系统切割骨骼并钻孔髓内通道；

任选地使用垫片植入所述的新的植入物的股骨组件以恢复所述的安装的植入物的关节表面；以及任选地使用合适的聚合物厚度植入新的植入物的胫骨组件以恢复所述的安装的植入物的关节表面。

6.一种用于患者的全髋关节置换术(THR)的翻修的方法，包括：执行具有一安装的植入物的骨骼的成像扫描；

分离所述的安装的植入物并分离所述的植入物区域外的骨骼；

基于所述的安装的植入物的制造商规格获得3D模型；

配准所述的制造商的3D模型于分离的植入物以生成其转换矩阵；

应用所述的转换矩阵于患者的一组数字成像和医学通信(DICOM)数据；以及通过一标准转子截骨术、一转子滑动截骨术、或一扩张性转子截骨术调整THR，以基于所述的DICOM数据为患者置入新的植入物。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的调整使所述的新的植入物的表面与所述的安装的植入物的表面对准。

8.根据权利要求6或7中任一项所述的方法，其特征在于，所述的调整是术前计划多次的，使得所述的新切割表面将在所述的骨骼内部用于任何量的剩余骨库。

9.根据权利要求6或7中任一项所述的方法，其特征在于，所述的调整为机器人完成地。

10.根据权利要求6或7中任一项所述的方法，其特征在于，所述的调整包括：继续移除所述的患者的安装的植入物；

然后测量在各个平面中剩余的骨量；

选择一种手术计划将新切割表面置于所述的骨骼的剩余骨库中；以及使用机器人切割所述的骨骼。

11.一种手术系统，包括：

一输入设备，其能够从具有安装的假体的骨骼的一图像中接收数据；

一数据库，包含所述的安装的假体的三维(3D)模型和制造商规格；

一计算机处理器单元(CPU)，其能够：分离所述的安装的假体并分离所述的假体区域外的骨骼，配准所述的制造商的3D模型于分离的植入物并生成其转换矩阵；

以及一手术工具，其计算所述的植入物的变转矩阵到患者的一组数字成像和医学通信(DICOM)数据中，以执行外科手术。

12.根据权利要求11所述的手术系统，其特征在于，所述的手术工具为由导航系统、机器人系统或铰接手持系统组成的一计算机控制的辅助手术装置。

13.根据权利要求11所述的手术系统，其特征在于，所述的外科手术是术前计划地。

说明书全文

用于全关节成形术中的基于计划、数字化、以及配准的植入物

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请主张2014年12月8日递交的序列号为62/088,896的美国临时申请的优先权；据此，其内容通过引用的方式并入。

技术领域

[0003] 本发明通常涉及计算机辅助外科系统(computer-aided surgical systems)，特别是涉及一种用于执行计算机辅助的全关节成形术(computer-aided total joint arthroplasty)的新型优越的方法。

背景技术

[0004] 全关节置换术(total joint replacement)(TJR)(又称主要全关节置换术(primary total joint arthroplasty))是一种外科手术，其中一关节的关节连接表面被替换为假体部件或植入物。TJR已被证明是一个成功的手术，特别是对于臀部、膝盖、肩膀以及脚踝，并使人们在恢复功能的同时大大减少与骨关节炎相关的疼痛。

[0005] 骨骼是一种通过破骨细胞(osteoclasts)吸收基质和通过成骨细胞(osteoblasts)沉积新基质而不断变化的活组织。关节软骨(articular cartilage)是一种在关节表面上发现的无血管组织，用于提供一平滑的界面，使骨骼可以彼此连接。TJR是一种矫形外科手术(orthopedic procedures)，其中关节的典型磨损关节表面被假体部件或植入物代替。TJR通常需要去除关节的关节软骨，包括一根据使用的关节和植入物而决定的不同量的骨骼。这些软骨和骨骼然后被替换为合成植入物、典型的金属或塑料，用于产生新的关节表面。

[0006] 关节置换术中使用的替代植入物的预期寿命有限，且时而需要更换。一TJR植入物的替换称为翻修全关节置换术(revision total joint replacement)(RTJR)，并涉及从骨骼中移除旧的植入物(多个)，移除在TJR期间使用的任何的骨骼接合剂(bone cement)(聚(甲基丙烯酸甲酯)或PMMA)，重塑骨骼以适应新的翻修植入物(多个)，并将新的翻修植入物(多个)植入骨骼中。已知RTJR是一个困难且冗长的手术，因为外科医生通常具有的关于先前的TJR中的骨骼接合剂的位置和数量的信息有限。旧植入物和骨骼接合剂的移除通常使用一系列手工工具进行，包括骨凿(osteotomes)、锯(saws)、冲孔(punches)、动力锯(power saws)、动力钻(power burs)和超声仪器。然而，这些工具可能使用起来非常的乏味，特别是试图从更深的腔或小洞移除骨骼接合剂时。此外，这些工具在移除植入物或骨骼结合剂时存在着一骨折的风险。为了增加骨骼接合剂和骨骼-植入物接口的可见度，可能会将孔或视窗切割或钻入骨骼中；然而，这些程序倾向于削弱骨骼并增加后期骨折的风险。

[0007] 翻修关节置换术是一项在过程的技术上存在困难的手术，常常在手术中会出现挑战。例如，在移除先前植入物或骨骼接合剂上的困难可能会导致健康骨骼的过量移除。此外，骨骼结构可能会因为工具而损坏，而且充分清除所有骨骼接合剂所需的时间长度可能会使患者的生命安全受到威胁。在转让给本申请的受让人的美国专利5,769，092中描述了一种用于移除骨骼接合剂或其他材料的计算机实施的系统和方法。然而，现在在成像方面已有的进展可能会在翻修关节置换术期间改善骨骼和或骨骼接合剂的移除。因此，需要一种更有效的方法来充分移除先前的植入物、任何骨骼接合剂，并为翻修植入物准备好一新的空腔且不会进一步破坏骨骼的结构。

发明内容

[0008] 一种用于一患者的一全膝关节置换术(total knee replacement(TKR))的翻修方法包括对具有一安装的植入物的骨骼进行一成像扫描。分离安装的植入物和植入物区域外的骨骼。然后获得一基于安装的植入物的制造商规格的三维(3D)模型。被分离植入物的制造商规格的3D模型被配准以用于生成其转换矩阵(transformation matrix thereof)。转换矩阵应用于患者的一组数字成像和医学通信(DICOM)数据。基于此产生的术前计划，用来针对患者使用的新植入物调整TKR。

[0009] 还提供一种外科手术系统，其包括能从具有一安装的假体的骨骼的一图像接收数据的一输入设备。一数据库包含安装的假体的三维(3D)模型和制造商规格。提供一计算机处理器单元(CPU)分离安装的假体和在假体区域外的骨骼，将制造商的3D模型配准到分离的植入物并生成其转换矩阵。提供了一种手术工具，其计算植入物的转换矩阵到患者的一组数字成像和医学通信(DICOM)数据中以执行一外科手术。

附图说明

[0010] 被视为本发明的主题在说明书结论的权利要求中特别指出并明确要求保护，结合以下附图的详细描述中，本发明的前述的和其它目的、特征和优点是显而易见的，其中：

[0011] 图1显示了根据本发明用于执行一植入物的翻修的一外科手术机器人系统的结构；

[0012] 图2A～2C分别描绘了根据本发明的实施例的一股骨和制造与机械轴垂直的远侧平面切口、和用于植入物的倒角；以及

[0013] 图3描绘了根据本发明的用于股骨柄植入物移除的转子截骨术的实施例。

具体实施方式

[0014] 本发明作为矫形外科手术的一系统和方法是有实用性的。本发明的各种实施例的以下描述并不旨在将本发明限制于这些具体实施例，而是使得本领域技术人员能够通过其实例的方面来使用本发明。本文公开了在矫形手术中使用一患者的现有植入物作为一配准(registration)工具的系统和进程。此外，系统和方法可能会与计算机辅助系统或导航系统一起使用以帮助去除骨骼、骨骼接合剂或骨假体，通常一骨假体被用于于髋关节置换手术、膝关节置换手术、以及相似手术中。假体的移除可以通过常规方法，通过导航系统、机器人辅助或铰接手持系统来完成。骨骼和/或骨骼接合剂的移除可以使用导航系统、机器人系统、铰接手持系统及其组合来执行。机器人系统、导航系统、以及铰接手持系统的示例可以与以下所公开的发明一起使用，包括机器人医生外科手术系统(思科手术公司)(THINK Surgical，Inc.)、NavioPFS系统(Blue Belt Technologies，Inc.)、RIO机器人系统(Mako Surgical Corp.)、垂直地图ASM膝导航(Stryker Corporation)、一导航手绘锯(TRAK Surgical)、导航切割指引、4自由度锯、具有1至7自由度的系统、具有至少一个自由度的铰链手持式系统、在本申请中通过引用全部并入本文的临时申请62/054,009中本申请的同一受让人所公开的铰接式手持式钻孔系统、或任何其他计算机控制或计算机辅助的外科手术装置。

[0015] 这里将提及髋关节和膝关节的替换，且其应该被理解为所述的本发明可被应用于身体内的其它关节和体内发现的任何其他骨骼。通过本发明修补的这些其它关节示例性地包括髋关节、肩关节、踝关节、腕关节、指关节、脚趾关节、或其他关节。如本文所用，受试者被定义为一人；或一非人灵长类动物、一马、一牛、一羊、一山羊、一狗、一猫、一啮齿动物、和一鸟类动物。

[0016] 本发明的实施例提供一种方法，其使用患者植入物的已知几何结构在翻修关节置换期间提供快速和准确的术中配准。本发明概念的实施例包括患者的植入物的几何结构的分离，通过计算机断层扫描(CT)进行扫描，随后配准植入物制造商的三维(3D)模型；因此可以获得准确和可预测的数字化目标。或者，可以使用双平面X射线而不是CT来配准患者的植入物的制造商3D模型。可以创建双平面X射线的术前计划，然后将其转换为相对于制造模型定位的3-D植入物计划。测量植入物移除后的剩余的骨量，以便从一组术前计划中选出最佳计划。本发明方法的实施例是有优势的，因为比患者的要做手术的骨骼已知有更高的精度的植入物的几何结构。用数字成像和医学通信(DICOM)标准案卷(standard files)分离植入物的方法是有优势的，因为与骨骼分离相比，其需要较少的计算步骤和时间。此外，与传统的数字化到骨骼的方法相比，术中配准中使用患者植入物的制造商的3D模型需要的数字化点大大减少。一精确的植入物模型允许对患者的整个手术骨进行准确的数字化，而不需要手术部位外的任何部分解剖结构的数字化。扫描和/或分离骨骼的准确性仅影响计划准确性，而不是影响计划准确度和数字化准确度。如果植入物被计划到DICOM标准案卷，而不是骨骼的实体模型，则骨骼的分离(segmentation)不是必要的。

[0017] 在本发明的一具体实施方案中，仅给出植入物模型库和一用于沿植入物的一个或多个表面进行导航切割的系统，其中表面是平坦的或其他任意连接或未连接的几何结构，表面点的坐标从植入物的裸露表面收集，例如在翻修全膝关节置换术(TKR)手术期间的一胫骨衬垫(tibia tray)。随后，系统在植入物库中找到收集的表面坐标和3D植入物模型之间最佳拟合匹配。在确定最佳拟合植入物之后，3D植入物模型被配准到患者的数字化的植入物，并因此被配准到患者的手术骨中。然后使用者用常规的方法移除植入物。植入物移除后测量剩余的骨量，以便于可以从一组术前计划中选择最佳计划，并且使用如上所述的导航系统、机器人系统或铰接手持系统为新植入物准备骨骼。

[0018] 在本发明的一个实施例中，仅给出植入物模型库和一用于沿植入物的一个或多个表面进行导航切割的系统，其中表面是平坦的或其他任意连接或未连接的几何结构，表面点的坐标从植入物的裸露表面收集，例如在翻修全膝关节置换术(TKR)手术期间的一胫骨衬垫。随后，系统在植入物库中找到收集的表面坐标和3D植入物模型之间最佳拟合匹配。在确定最佳拟合植入物之后，3D植入物模型被配准到患者的数字化的植入物，并因此被配准到患者的手术骨中。然后用导航下的切割设备、和一机器人系统或一铰接钻孔系统来分离关节连接的表面，直到分离足够到移除植入物而不会对骨骼造成进一步的显著损伤。

[0019] 例如，在一翻修TKR的手术中，临时申请62/054,009中公开的导航的自动铰接手持切割工具的钻头尖端用于追踪植入物的表面(在移除衬垫之后)同时在导航空间内收集3D坐标。所收集的坐标然后是最适合于一胫骨衬垫库的，且从衬垫底部的位置中从现在配准的托盘几何结构中计算出一个水平面。随后，切割器被定位在将平面使得切割器移除胫骨衬垫下方材料的大致位置，并且允许切割器自动铰接并锁定到相对于平面的跟踪模式。所述的切割器被打开，即使在存在骨骼运动的情况下，也要仔细切割方向被锁定的平面。操作员通过查看反馈信息，可能是图形性质，来确定钻头相对于龙骨的当前位置，仔细地围绕龙骨切割。一旦围绕龙骨的切割完成到外科医生感觉足够的程度，胫骨衬垫被拉开，留下平面的骨骼表面。如果在胫骨表面上留下接合剂，操作员可能向系统指示应将平面切割成较低的深度，然后重复切割以刮掉其余的接合剂。以这种方式，本发明减少了骨骼接合剂的手动移除。在一实施例中，手持铰接系统可以包括确保龙骨不被切割的一自由度。例如NavioPFS系统(Blue Belt Technologies)具有手持式装置，由此该切割器线性地制动。当使用者移动切割器时，由于活跃的线性制动，该系统可以主动地避免冲击胫骨基板的龙骨。

[0020] 或者，一使用者可以在没有植入物模型时来定位衬垫底部或接合剂层，例如使用一导航的自动铰接手持式切割工具的切割器的尖端。使用者在移除胫骨衬垫(tibial liner)后，可以将胫骨衬垫顶部的点数字化，以便在导航空间中定义该平面。然后使用者收集位于衬垫的底部或结合剂层的点，其将指定胫骨托盘平面与接合剂层或托盘的底部之间的偏移距离。然后使用者将铰接切割器具保持平行于顶平面，但是向下偏移到接合剂层或衬垫的底部以移除植入物或穿过接合剂切割。以这种方式，本发明减少了骨骼接合剂的手动移除，并且保留了健康的骨骼，而不需要制造商的植入物模型。

[0021] 此外，当股骨和胫骨组件中的任一个或两者松动时，接合剂通常具有分离的不平坦表面；然而，接合剂在股骨和胫骨组件的顶部上仍然具有平坦表面，其仍然附着在骨骼上。植入物在骨骼上的位置可以通过简单的数字化接合剂平坦表面的顶部来确定并且创建一组通用的五平面或者配准植入物的内表面的已知几何结构，其之后可以用于执行1)一术前计划，2)一骨骼表面翻修以清除接合剂，或3)植入位置的移位，例如一股骨的近端几毫米，其之后可以用手持装置执行。

[0022] 应当理解的是植入物移除的方法可以类似地与导航设备和/或机器人辅助设备一起使用。例如，胫骨衬垫的3D坐标、骨骼接合剂的平坦表面、衬垫的底部和/或接合剂层可以使用与一光学追踪系统、导航系统、机器人系统及其任何组合通信的一光学或机械数字化追踪器确定和/或收集。该坐标可用于帮助植入物移除，例如在植入物和骨骼之间切割。或者数据可以用来确定五平面的通用集合或者配准植入物的内表面的已知几何结构，然后可以用于执行1)一术前计划，2)一骨骼表面翻修以清除接合剂，或3)植入物位置的移位，例如一股骨近端几毫米，其之后都可以用诸如上述的一导航系统或一机器人系统执行。

[0023] 在另一实施例中，一机器人系统上的一夹具可以在指定位置附接到现有植入物。夹具在植入物上的位置使机器人系统具有植入物的位置和方向，因此不需要数字化。然后机器人系统相对于植入物执行术前计划，例如，通过在植入物下方或周围切割以移除植入物，同时对新植入物同时执行术前计划。

[0024] 本文公开的实施例也可用于翻修单室膝关节手术。植入物被类似地扫描、分离并用于配准。在手术中配准了UKA植入物后，可以通过常规方法，使用导航系统、机器人系统或手持铰接系统来移除现有的植入物。然后可以使用导航系统、机器人系统或一手持铰接系统来准备骨骼，其中现有植入物在植入物的相对侧上，或者根据患者的诊断和需要整个骨骼可准备用于全膝盖调整案例。例如，如果一患者有一侧向单室膝关节置换，则外侧植入物可用于一外科手术的配准。外科手术可以是膝关节侧面的翻修案例，或者是一膝关节内侧的主要单侧膝关节置换术，也可以是全膝关节置换手术。植入物为一手术区域中的所有解剖组件提供了一个配准工具。

[0025] 在翻修全髋关节置换的情况下，现有假体在骨骼中很好地固定并且难以移除，可能不得不将重要的骨骼移除到假体的远端部分。在一个实施例中，使用者可以数字化股骨的近端部分中的裸露的假体以配准假体至制造商的模型，从而将其配准到术前计划。一旦配准，系统允许在外科医生计划的假体远端进行一干净的截骨术。由于外科医生无法可视地看到在骨骼内的植入物，所以系统排除了任何猜测的成分或在骨头中钻多孔以确定假体位置。随后，系统可以准备裸露的骨库用于一第二次假体的插入。该系统可以是导航系统、机器人系统或手持铰接系统中的任何一个。

[0026] 另外，在翻修全髋关节置换术中，通常需要移除接合剂以适当地准备用于新植入物的管道。在一实施例中，在将植入的假体配准到制造商的模型之后，系统可以用于在假体周围提供导航的超声波接合剂移除以便于移除假体。当超声波工具位于植入物表面的一特定距离内时，该系统可以激活超声波工具。这将保持工具在定义的“安全区域”中运行且降低对周围组织造成任何伤害的风险。例如，可以使用一导航系统、机器人系统或手持系统来定位诸如OSCAR 3(Orthosonics)的超声波装置，使得其处于安全的距离以去除可能在术前图像中被识别的骨接合剂。

[0027] 在另一个实施例中，可以创建植入物特定的引导物(implant specific guides)，其完美地置于植入物上。引导物具有用于锯槽的位置，使得新的膝植入物相对于上述的术前计划精确定位。或者，可以使用植入物特定的针形引导物。引导物完美坐于植入物上，并显示外科医生在哪里放置作为术前规划一部分的针。接下来，移除植入物，然后将切割引导物并固定到然后用到的引导物放置的针用于完成该计划。

[0028] 用于执行机器人辅助手术的系统和方法记载于美国专利号5,086,401中。计算机辅助成像和探针跟踪系统记载在美国专利号5,383,454；5,198,877；以及WO 91/07726。现在参考图1，一般如10所示的示例性系统能够实现用于机器人辅助外科手术的本发明的翻修方法。系统10包括一术前计划工作站12和一植入物设计库14，例如以CAD模型数据集15的形式。获得骨骼图像数据集16，例如代表性的一CT骨骼图像，且转移到术前计划工作站12。使用者，例如一治疗医师或与治疗医师一起工作的助手，能够在术前计划工作站工作，以选择和定位患者骨骼内的一合适的植入物设计。关于上述引用的ORTHODOC术前计划系统的文献中详细描述了这样的术前计划的细节。

[0029] 系统10还包括一机器人手术系统20，其包括一机器人控制器22，例如可编程计算机形式的数字处理器、一在线显示屏24、和一机器人臂26。机器人臂26可以是任何常规的具有可操纵的机械臂28的工业机器人，其具有至少5个轴并且能够高精度地放置。在一些实施例中，一力-扭矩传感器30安装在臂28的远端，并且具有探针32或一手术切割工具(未示出)形式的端部执行器可以附接到力-扭矩传感器。

[0030] 机器人系统20还包括一安全处理器44、和实时监视计算机46。力-扭矩传感器30、安全处理器44、实时监视器46、以及骨骼运动监视器50各自帮助监视位置、滑动和阻止可操纵臂28的效应器端。在一些实施例中，骨骼60(例如，股骨)被固定在固定器组件52中的位置。对这些参数的实时监测有助于确保机器人系统按计划运行。上述描述了机器人医生机器人外科手术系统(THINK Surgical，Inc.，Fremont，California，USA)的引用文献中记载了监控系统的细节。

[0031] 在一些发明实施例中，一数字化骨骼数据集包括由一骨骼数字化仪臂测量的一系列骨骼中的表面位置的坐标位置，配准到机器人坐标系统。因此，系统10还包括例如共同拥有美国专利No.6,033,415中所述的骨数字化仪臂100。获取的数字化骨数据集17由数字化仪臂100获得，并用于将骨骼图像数据集16变换成机器人坐标系统。应当理解的是诸如DICOM的数据集容易从附加源获得。

[0032] 实施例：

[0033] 实施例1：翻修TKR过程(恢复当前植入物的关节线)

[0034] 本发明方法的在用于翻修TKR过程来恢复患者的当前植入物的关节线的一实施例的一个实现中，该过程以包括一术前协议、术中协议：配准、以及术中协议：外科手术的三步协议实施。

[0035] 用于翻修TKR的本发明实施例的术前协议的实施例包括步骤：获取具有安装的植入物的手术骨的一CT扫描；从容积数据分离安装的植入物；在植入物区域外分离骨骼(仅用于术前计划且在术中并不需要)；确定植入物布置/模型/尺寸，并将制造商的3D模型配准到患者的分离植入物中，从而在制造商的3D模型和患者的DICOM数据之间提供一转换矩阵。所述植入物可以自然而然地通过确定植入物布置、模型和尺寸确定最佳匹配的分离植入物，或植入物也可以手动确定，如果布置、模型和尺寸已知。相对于使用任何过程的DICOM数据计划手术。对于给定的植入物，有几个预先打包的计划取决于植入物移除后剩余的骨量。手术计划将新植入物的关节表面与安装的(旧)植入物的关节表面对准。手术计划的不同之处在于新的平面切口与旧的平面切口相偏移的量。在某些本发明的实施例中，计划自动相对于旧植入物(制造商的模型)产生的，且所有的计划是在过程将被执行的手术室中是可得到的。

[0036] 术中协议的一本发明实施例包括用于翻修TKR的本发明实施例的配准，通过：数字化严格地固定在患者的手术骨上的患者的植入物；配准数字化植入物于虚拟的(nominal)3-D模型，从而在数字化植入物和制造商的3-D模型之间提供转换矩阵；并计算数字化植入物和患者的DICOM数据之间的转换矩阵，从而配准整个患者的手术骨于术前的系列计划。

[0037] 术中协议的一个实施例：用于TKA调整的本发明的实施方式的外科手术包括步骤：继续移除患者假体组件，并在移除组件之后，测量在移除期间各种平面中移除的骨量，示例性地包括前-后、近-远和其他方向；选择将新的平面切口放置在剩余的骨库中的计划；使用机器人切割骨骼并钻孔髓内通道；使用适当的垫片来植入股骨组件以补偿添加的骨移除，以恢复先前的植入物关节表面；以及植入胫骨组件，使用适当的聚合物厚度(poly thickness)以补偿添加的骨移除，以恢复先前的植入物关节表面。如本文所用，聚合物指的是常规的TKA植入物的聚合物接触表面，其示例性地包括不同交联程度的聚乙烯；其它聚亚烷基、氟化聚亚烷基及其共聚物。

[0038] 实施例2：翻修TKA过程(与机械轴正交的新关节线)

[0039] 在用于翻修TKR以创建一垂直于机械轴的新的关节线的本发明方法的实施例的一个实现中，该过程可以以包括一术前协议、术中协议：配准、和术中协议：外科手术的三步协议实施。

[0040] 用于翻修TKR的本发明实施例的术前协议的一个实施例包括：获取具有安装的植入物的骨骼的一CT扫描；分离安装的植入物；分离在植入物区域外的骨骼：只需在术前计划中，而在术中不需要；确定植入物的布置/模型/尺寸，并配准制造商的3D模型至患者的分离的植入物中，从而在制造商的3D模型和患者的DICOM数据之间提供转换矩阵。可以通过确定植入物的布置、模型和尺寸与分离的植入物最佳匹配来自然而然确定植入物，或者如果布置、模型和尺寸是已知的，也可以手动确定植入物。解剖标志位于DICOM数据上，这些数据在执行过程的手术室中是可得的。

[0041] 术中协议的一种实施例：用于TKA调整的本发明实施例的配准包括步骤：数字化严格固定在患者手术骨上的患者植入物；配准数字化植入物于虚拟的3D模型，从而在数字化植入物和制造商的3D模型之间提供转换矩阵；并计算数字化植入物和患者的DICOM数据之间的转换矩阵，从而配准整个患者的手术骨于一组解剖标志中。

[0042] 术中协议的一种实施例：用于TKA调整的本发明的一实施方式的外科手术包括步骤：继续移除患者假体组件；使用单个点数字化股骨近端远端水平面，以形成与机械轴线垂直的远侧平面切口，然后对外科医生希望使用的新植入物模型和尺寸进行特定的倒角(chamfer)切割(如图2A、2B和2C所示，分别用于股骨102、倒角切口120和植入物140)；并使用单个点数字化胫骨的近端-远端水平面，以形成与机械轴线正交的远侧平面切口(类似于股骨的准备)，然后对外科医生希望使用的植入物模型和尺寸进行特定的胫骨成型。在具体实施例中的上述步骤的变动中，不执行或制造术前计划或解剖标志，且在术中产生切割位置。

[0043] 实施例3：翻修THR过程

[0044] 在用于翻修THR以调整髋关节植入物的的本发明方法的一实施例的一实现中，该过程可以在包括一术前协议、和一术中协议：具有配准和外科手术的协议步骤中进行。

[0045] 用于翻修THR的本发明实施例的术前协议的一个实施例包括步骤：用获取具有安装的植入物的骨骼的一CT扫描；分离安装的植入物；分离植入物区域外的骨骼：只需在术前计划中，而术中不需要；确定植入物的布置/模型/尺寸，并配准制造商的3D模型于患者中的分离植入物，从而在制造商的3D模型和患者的DICOM数据之间提供转换矩阵。可以通过确定植入物的布置、模型和尺寸与分离植入物匹配最佳来自然而然确定植入物，或者如果布置、型号和尺寸是已知的，也可以手动确定植入物。相对于使用任何过程的DICOM数据计划手术。对于给定的植入物，有几个预先打包的计划取决于植入物和接合剂移除后剩余的骨量。在手术计划期间，其目标是实现所需的腿部长度、偏移(offset)、前倾角度、以及运动范围，同时确保新的植入物组件位置完好地放置于骨骼中。可以创建多个计划取决于剩余的骨量，所有计划在执行过程的手术室中都是可得的。

[0046] 用于翻修THR调整的本发明实施例的术中协议的一种实施例包括：

[0047] A)选择是否将执行如图3所示的一标准的转子截骨术(1)、一转子滑动截骨术(2)、或者一扩张性转子截骨术(3)。

[0048] B)配准

[0049] i.数字化植入物和骨骼的最突出的暴露的交叉点(大致在图3的点处)

[0050] ii.如有必要，在截骨区域内钻几个孔以沿植入物数字化附加点，以改善配准[0051] iii.沿着股骨的侧向轴数字化转子截骨术的“终点”、或远端、终点，或在骨骼的表面上数字化截骨路径。

[0052] iv.配准数字化植入物于虚拟3-D模型，从而提供数字化植入物和制造商的3-D模型之间的转换矩阵。

[0053] v.计算数字化植入物和患者DICOM数据之间的转换矩阵，从而配准整个患者的手术骨骼于该组术前计划

[0054] C)移除植入物

[0055] D)测量剩余的骨量并选择合适的计划

[0056] E)机器人外科手术系统根据术前计划使用新植入物的3-D模型切割患者的股骨[0057] F)手动执行任何额外的骨量

[0058] G)植入所需的植入物

[0059] 本领域技术人员将从前面的详细描述以及附图和权利要求中认识到，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以对本发明的优选实施例进行修改和改变。

标题	发布/更新时间	阅读量
用于力感测器械的光纤连接-专利编号CN102448399B	2020-05-20	489
机器人接口定位确定系统及方法-专利编号CN106232048A	2020-05-18	384
处理医学影像的方法和装置、及影像引导机器人手术系统-专利编号CN102908158A	2020-05-13	360
外科手术导航系统基于光学定位的机器人手术定位方法-专利编号CN1650813A	2020-05-14	482
机器人接口定位确定系统及方法-专利编号CN106232048B	2020-05-17	330
用于机器人手术系统的光学力传感器-专利编号CN108348297A	2020-05-11	106
处理医学影像的方法和装置、及影像引导机器人手术系统-专利编号CN102908158B	2020-05-15	868
外科手术导航系统基于光学定位的机器人手术定位方法-专利编号CN100496429C	2020-05-12	896
用于在图像捕获装置的视场内检测物体的系统和方法-专利编号CN110177518A	2020-05-16	289
远程运动中心机器人的光学配准-专利编号CN108348299A	2020-05-19	955

用于全关节成形术中的基于计划、数字化、以及配准的植入物

用于全关节成形术中的基于计划、数字化、以及配准的植入物

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