專利名稱：瞄準整形外科器械的標志物的制作方法
技術領域：
本公開涉及瞄準整形外科器械的標志物。
背景技術：
整形外科器械在很多場合被用于穩定和/或支撐骨和其他組織例如斷骨和骨碎片。在連接整形外科器械期間，瞄準整形外科器械的一個或多個標志物有時是必要或有利的。例如，被遮掩的標志物譬如已植入的整形外科器械的固定孔可以利用裝配架和/或X射線成像來定位。一旦定位，工具和/或緊固件就可以與標志物接合。另外，還可以瞄準可見的標志物以確保工具或緊固件正確或符合需要地對準整形外科器械的標志物。例如，工具或緊固件相對于整形外科器械標志物的期望插入角度可以利用機械裝配架實現。可選地，整形外科器械的標志物可以利用電磁空間測量系統進行瞄準，由此確定與傳感器線圈形式的感應式電磁傳感器相連的整形外科器械的位置。當整形外科器械被置于磁場內時，在傳感器線圈內會感應出電壓或電流，感應電壓或電流可以被測量系統用于確定整形外科器械的位置。由于磁場是低強度并且能夠安全地穿過人體組織，因此整形外科器械的位置測量可以在沒有光學空間測量系統的視線約束的情況下進行。在機械上，自由度(DOF)是明確對象的移動位置和旋轉取向的獨立位移和/或旋轉的集合。例如，在三維空間內移動的質點具有三個平移分量并且因此具有三個自由度(3D0F)。平移是無旋轉地移動的能力，而旋轉是圍繞某條軸線的角運動。與質點相比，剛體可具有包括三個旋轉和三個平移分量在內的最大的6D0F。具體地，在d維剛體的情況下，剛體具有d (d+1) /2個自由度(d個平移和d (d-1) /2個旋轉分量)。因此，三維(X，Y和Z)剛體具有最大的6D0F。如本文中所用，對象的位置包括確定對象在三維空間內位置的平移位置和旋轉取向。目前可用的電磁傳感器可以嵌入或連接至對象例如手術器械或整形外科植入物以允許在正確的解剖環境中實時顯示對象的位置。參照圖1-2，電磁傳感器10可以被設置在柱狀主體或桿11內。傳感器10包括以交叉結構彼此重疊放置的兩個線圈12，13以及設置在線圈12，13之間以保護線圈12，13免遭破壞的印刷電路板(PCB) 14。如果只需要將OTOF的傳感器用于空間跟蹤應用，那么因為圍繞柱體直徑或軸線z (圖2)的旋轉可以忽略，所以圖1-2中示出的設置方式是可接受的。但是，圖I和2中的設置方式要求容納傳感器10的結構厚度至少是線圈12，13的直徑的兩倍以容納線圈12，13的交叉結構以及主體或桿11。而且，因為6D0F的傳感器是某些瞄準應用例如瞄準整形外科植入物譬如髓內釘的遠端所必需的或者對其有利，所以傳感器殼體11(圖I)的圓形截面形狀會由于柱體11在組裝期間傾向于圍繞其軸線Z (圖2)旋轉并且因此坐標的預定取向也可能會在組裝期間改變而難以將傳感器10始終以預定取向放置于植入物內。

發明內容
公開了用于在瞄準整形外科器械的標志物時使用的瞄準傳感器。感應式電磁傳感器可以被嵌入到整形外科器械內，設置在整形外科器械上，或者與整形外科器械聯合使用例如在與整形外科器械可移除地相聯的探針內或探針上使用。傳感器可以包括安裝平臺例如PCB以及至少兩個安裝或印制的傳感器線圈。在一個主要方面中，一種整形外科器械包括感應式電磁傳感器，具有非柱狀的安裝平臺和至少兩個傳感器線圈。傳感器線圈以基本共面的方式并且相對于彼此成一定角度地被連接至平臺，傳感器線圈彼此不重疊。實施例可以包括以下的一種或多種特征。例如，平臺具有大于約I. 5:1的寬高比。 平臺具有范圍是從約I. 5:1到約5: I、范圍從約2:1到約3:1或者約為2. 5:1的寬高比。平臺具有一定的高度和寬度，高度范圍是從約O. 2mm到約1mm，高度小于寬度。平臺的寬度小于約3_。平臺的寬度范圍是從約Imm到約3_。傳感器的至少兩個線圈相對于彼此形成的角度Θ的范圍是從約15°到約175°，或者是從約15°到約90°。線圈被至少部分地嵌入到平臺內。平臺是由聚酰胺樹脂構成的印刷電路板。印刷電路板具有大致為矩形的截面，其寬高比大于約I. 5:1。印刷電路板進一步包括多個導電的跡線和焊點。整形外科器械是髓內釘并且傳感器被設置在髓內釘的遠端部分內。整形外科器械進一步包括具有外表面的狹長主體以及用于容納感應式電磁傳感器的至少一個構件。整形外科器械是被設置用于與整形外科穩定構件可移除地接合的探針。在另一個主要方面中，整形外科器械包括具有外表面的狹長主體以及用于容納感應式電磁傳感器的至少一個構件。感應式電磁傳感器包括與至少一個構件相接合的非柱狀安裝平臺以及安裝在平臺上的至少兩個傳感器線圈，傳感器線圈以基本共面的方式并且相對于彼此成一定角度Θ地被連接至平臺，傳感器線圈彼此不重疊。實施例可以包括以下的一種或多種特征。例如，平臺具有范圍是從約I. 5:1到約5:1、從約2:1到約3:1或者約為2. 5:1的寬高比。平臺具有一定的高度和寬度，高度范圍是從約O. 2mm到約Imm,高度小于寬度,并且寬度范圍是從約Imm到約3mm。平臺的寬度小于約3_。傳感器的至少兩個線圈相對于彼此形成的角度Θ的范圍是從約15°到約175°，或者是從約15°到約90°。線圈被至少部分地嵌入到平臺內。平臺是由聚酰胺樹脂構成的印刷電路板，印刷電路板具有矩形的截面，其寬高比大于約1.5:1。印刷電路板進一步包括多個導電的跡線和焊點。在另一個主要方面中，一種用于識別標志物的系統包括用于生成磁場的場發生器，位于磁場內的整形外科器械，整形外科器械具有至少一個標志物，至少一個傳感器，至少一個傳感器包括非柱狀的安裝平臺以及安裝在平臺上的至少兩個傳感器線圈，傳感器線圈以基本共面的方式并且相對于彼此成一定角度Θ地被連接至平臺，傳感器線圈彼此不重疊，傳感器以設定距離與至少一個標志物間隔開，標志物識別器，以及用于處理來自至少一個傳感器的傳感器數據并且利用設定距離確定標志物識別器相對于至少一個標志物的位置的處理器。實施例可以包括以下的一種或多種特征。例如，標志物識別器包括第二傳感器。標志物是從由構件、孔隙、凸塊、管道、定位槽、凸緣、凹槽、元件、隔板、梯級、孔口、鉆孔、空腔、凹痕、導管、間隙、凹口、小孔、通道、狹縫、孔洞或溝槽構成的組中選出。整形外科器械是髓內釘。整形外科器械具有帶凹部的外表面，構成插管的內表面以及其間的壁部，并且凹部和第一傳感器被設置在壁部內。整形外科器械進一步包括設置在凹部和第一傳感器上的罩蓋。標志物識別器進一步包括鉆頭套管。標志物識別器進一步包括鋸齒狀尖端。處理器向用戶提供反饋信息。標志物識別器包括場發生器。至少一個傳感器被連接至可以從整形外科器械上移除的探針。標志物識別器進一步包括套管，套管在相對于磁場的已知位置具有縱向軸線。縱向軸線通常與和磁場相關聯的參考坐標系的某一軸線同軸。在另一個主要方面中，一種用于識別標志物的方法包括提供整形外科器械和相對于整形外科器械設置在已知位置的第一傳感器，整形外科器械具有近端部分、遠端部分和設置在遠端部分上的至少一個標志物，第一傳感器包括非柱狀的安裝平臺以及安裝在平臺上的至少兩個傳感器線圈，傳感器線圈以基本共面的方式并且相對于彼此成一定角度Θ地被連接至平臺，傳感器線圈彼此不重疊，將整形外科器械連接至患者的一根或多根骨，利 用標志物識別器和第一傳感器的輸出來瞄準標志物，然后利用標志物識別器使工具和緊固件中的至少一者與標志物接合。


圖I是現有技術中感應式電磁傳感器的端視圖。圖2是圖I中所示傳感器的頂部俯視圖。圖3是其中植入有髓內釘的股骨的示意圖。圖4是可以裝有一個或多個瞄準傳感器的髓內釘的透視圖。圖5是感應式電磁傳感器的頂部俯視圖。圖6示出了表示用于在感應式電磁傳感器內使用的12種不同平臺的非圓形或非柱狀截面的端視圖。圖7示出了用于電磁傳感器的線圈設置方式的頂部俯視圖。圖8是用于瞄準整形外科器械標志物的系統的示意圖。圖9是圖8中整形外科器械遠端的放大局部視圖，示出了不同的罩蓋。圖10是圖8中整形外科植入物的截面圖。圖11是用于瞄準整形外科器械標志物的系統的示意圖。圖12是圖11中整形外科器械的局部截面圖。應該理解附圖并非一定按比例繪制并且公開的實施方式有時是示意性地以及在局部視圖中示出。在某些情況下，可能省略了并非理解本公開所必需的細節或者會使其他細部難以理解的細節。應該理解本公開并不局限于本文中介紹的特定實施方式。
具體實施例方式圖3示出了股骨16以及設置在股骨16內并且通過多個銷釘或螺釘18固定就位的髓內釘17。圖4中提供了髓內釘17的透視圖。銷釘或螺釘18被容納在貫穿孔19內。釘17分別包括近端21和遠端22。為了向外科醫生提供關于通孔19或其他標志物的信息，一個或多個感應式電磁傳感器25(圖5)可以被安裝在髓內釘17上或髓內釘17內，其中至少一個傳感器25如圖8所不設置為朝向髓內釘17的遠端22。設置為朝向釘17遠端22的傳感器25可以是6D0F傳感器。轉至圖5，傳感器25包括以共面的方式安裝在或者印制在平臺28上的兩個線圈26，27。平臺28也支持用于容納焊點32的電子部件29和導電跡線31。平臺28具有寬度W、長度I和厚度或高度h(圖6)。具體地，轉至圖6，示出了具有不同截面輪廓的12種不同的平臺28a_28k。每一種平臺28a-28k都具有寬度w和厚度或高度h。平臺28a的特征在于矩形的截面輪廓；平臺28b的特征在于矩形的截面輪廓和圓緣35 ;平臺28c的特征在于平行四邊形的截面輪廓； 平臺28d的特征在于梯形的截面輪廓；平臺28e的特征在于矩形的截面輪廓和能夠被容納在設于整形外科器械或探針(未示出)內的互補槽內的側向舌片36 ;平臺28f的特征在于三角形的截面輪廓；平臺28f的特征在于不規則的五邊形截面輪廓；平臺28g的特征在于六邊形的截面輪廓；平臺28h和28i的特征在于曲線式的截面輪廓；平臺28j的特征在于不規則的四邊形截面輪廓，其中一側37短于另一側38 ;以及平臺28k的特征在于一條圓形或凸形的側邊41和一條凹形的側邊42。通常，幾乎所有的非圓形截面輪廓均可被用于平臺28。在圖5中，線圈26，27相對于彼此以約160°的角度Θ設置。線圈26，27之間的角度Θ可以如圖7所示有很大的改變。具體地，設置在平臺281上的線圈26a，27a相對于彼此以約165°的角度Θ設置；設置在平臺28m上的線圈26b，27b相對于彼此以約90°的角度Θ設置；設置在平臺28η上的線圈26c，27c相對于彼此以約45°的角度Θ設置；設置在平臺28ο上的線圈26d，27d相對于彼此以約60°的角度Θ設置；設置在平臺28p上的線圈26e，27e相對于彼此以約110°的角度Θ設置；還有設置在平臺28q上的線圈26f，27f相對于彼此以約135°的角度Θ設置。感應式電磁傳感器25可以被嵌入到整形外科器械例如髓內釘17內或者與連接至整形外科器械的探針或其他構件聯合使用。例如，探針可以可移除地與髓內釘、骨板或其他的整形外科穩定構件相接合。傳感器25包括可以是具有非圓形或非柱狀的形狀和尺寸的PCB形式的非柱狀安裝平臺28-28k和至少兩個安裝或印制的傳感器線圈26-26f，27_27f以提供能夠在植入物加工或組裝期間穩定地放置在整形外科器械17內預定位置或者能夠設置在可與整形外科器械17例如植入物、外部固定器械或其他穩定構件可移除地接合的探針內的低外形傳感器25。平臺28_28q優選地具有大于約1.5:1的寬高比(也就是寬度w與高度h的比值)，更優選地大于2. O: I。在某些實施例中，傳感器25具有約2. 5:1的寬高t匕。通常，傳感器25的高度可以落在約O. 2mm到約Imm的范圍內，并且線圈26_26f，27-27f的直徑可以是確定傳感器25高度的主要因素。傳感器25的寬度可以落在約Imm到約3mm的范圍內。平臺28_28q的寬度w和/或長度I可以被確定用于容納線圈26_26f，27_27f之間形成的角度Θ。具體地，寬度w隨著Θ接近90°而增大，同時長度I隨著Θ接近90°而減小。隨著Θ接近180°或0°，平臺28-28a的寬度w減小且長度I增大。通常，至少兩個線圈26-26f，27-27f形成的角度Θ的范圍是從約15°到約175°。而且，為了節約空間，線圈26-26f，27-27f以共面的方式設置在平臺28_28q上而非彼此重疊。線圈26_26f，27_27f可以部分或完全嵌入安裝平臺28-28q內。平臺28_28q與線圈26_26f，27_27f的這種形狀和尺寸的設置方式提供了能夠穩定地放置在整形外科植入物17內或整形外科植入物17上已知位置的低外形傳感器25。平臺28-28q由不導電、無磁性的材料制成。圖5中的感應式電磁傳感器包括印刷電路板形式的平臺28，包括具有寬度w約為2. 5mm且高度或厚度h約為Imm的矩形截面。附加的導電跡線31被印制在平臺或電路板28上以允許節約空間地設置焊點32。平臺或電路板28可以包括聚酰胺樹脂。兩個傳感器線圈26，27被部分嵌入平臺或電路板28內，通常是共面的并且形成的角度Θ的范圍是從約140°到約170°。圖8示出了一種用于識別標志物例如髓內釘17內的孔19的公開的系統40。系統40可以包括處理器41、磁場發生器42、標志物識別器43和整形外科器械也就是裝有一個或多個傳感器25的髓內釘17。在某些實施例中，系統40還可以包括電耦合至處理器41的監視器44。系統40還可以包括可移除地連接至髓內釘17的插入手柄45。處理器41在圖8中被示出為臺式計算機，但是也可以使用其他類型的計算設備。作為示例，處理器41可以是 臺式計算機、筆記本電腦、個人數據助理(PDA)、移動手持設備或專用設備。磁場發生器42可以是能夠從美國 Vermont 州 Mi I ton 市 Catamount Drive 107 號的 Ascension Technology公司、加拿大 Ontario 州 Waterloo 市 Randall Drive 103 號的 Northern Digital 公司或者美國Vermont州Colchester市Hercules Drive 40號的Polhemus公司購得的設備。但是，也可以使用其他的發生器；例如場發生器42可以提供脈沖直流電磁場或交流電磁場。在某些實施例中，系統40還可以包括耦合至磁場發生器42的控制單元(未示出)。控制單元可以控制場發生器42，從小型移動感應式傳感器接收信號并且以有線或無線方式與處理器41通信。在某些實施例中，控制單元可以通過硬件或軟件在處理器41內實施。磁場發生器42包括適當設置的提供空間磁參考坐標系(也就是X，Y和Z軸)的電磁感應線圈。與髓內釘17相連的小型移動感應式傳感器的位置根據由磁場發生器42生成的源場由傳感器25的輸出確定。磁場發生器42可以生成不同空間磁場形狀或屬性的序列或集合，其中每一個都通過感應式傳感器25測量。例如，可以用重復序列生成六種不同的磁場形狀。序列中的每一個磁場都促使感應式傳感器25生成輸出信號(可能包括空信號)以使傳感器25基于磁場序列來生成輸出信號序列。處理輸出信號序列使得能夠確定傳感器25相對于由電磁場發生器42提供的空間參考磁坐標系的位置。由此，就可以根據傳感器25相對于髓內釘17的已知位置來確定髓內釘17以及髓內釘17中與傳感器25相關聯的各個標志物相對于空間參考磁坐標系的位置。處理器41或控制單元利用空間參考磁坐標系和傳感器輸出來建立包括位置信息的變換矩陣。標志物識別器43被用于瞄準標志物例如髓內釘17中的貫穿孔19。標志物識別器43可包括一個或多個小型移動感應式傳感器50，其可以具有與傳感器25類似或相同的結構和/或操作。標志物識別器43可以是任意數量的器械；例如標志物識別器43可以是鉆頭導管、鉆頭套管、鉆頭、鉆鼻、鉆筒、鉆頭夾盤或固定元件。如圖8所示，標志物識別器43是具有鋸齒狀尖端46、管47和手柄48的鉆頭套管。管47也可以被稱作襯套、圓筒、導管或鉆接/螺接移動導管。在某些實施例中，標志物識別器43包括具有縱向軸線的鉆頭套管，沿縱向軸線接收鉆頭。縱向軸相對于電磁場發生器參考坐標系的坐標軸被設置在已知位置。例如，縱向軸線可以與電磁場發生器的參考坐標系的坐標軸基本平行或同軸。第二傳感器50相對于管47的軸線被設置在已知位置，管47可以接收鉆頭或其他工具。傳感器50相對于管47的已知位置允許確定管47相對于磁場發生器42或系統內其他傳感器例如與髓內釘17相關聯的傳感器25的六個維度(三個平移和三個旋轉)的空間位置。在某些實施例中，處理器41可能需要校準以調節第二傳感器50相對于管47或標志物識別器43中其他部件的位置。在某些實施例中，標志物識別器43可以包括例如裝在手柄48內的場發生器42并且傳感器50可以省略。除了髓內釘17以外，其他的整形外科器械也可以包括用于瞄準整形外科器械中標志物的傳感器25。例如，整形外科器械可以是骨板、髖部假體、膝蓋假體或其他的關節假體或外部固定器械或者是任意這些器械中的部件。如圖9所示，傳感器25相對于髓內釘17上的一個或多個標志物被設置在已知位置。如上所述，標志物可以是髓內釘17或其他整形外科器械中可輕易識別的任何構件，例 如貫穿孔19或者任意的一個或多個孔隙、凸塊、管道、定位槽、凸緣、凹槽、元件、隔板、梯級、孔口、鉆孔、空腔、凹痕、導管、間隙、凹口、小孔、通道、狹縫、溝槽或其組合。傳感器25相對于標志物19偏移就允許將標志物19的位置相對于磁場發生器42和/或系統內其他傳感器例如第二傳感器50以六維(三個平移和三個旋轉)在空間內定位。在某些實施例中，處理器41可能需要校準以調節第二傳感器50相對于一個或多個關注的標志物的偏移距離。傳感器25和第二傳感器50通過有線或無線方式或者通過有線和無線耦合的組合率禹合至傳感器41。傳感器25和第二傳感器50是6D0F傳感器,被設置用于輸出允許針對通常被稱為X，Y和Z的三根平移軸以及針對通常被稱為俯仰、偏轉和側滾的三個角取向來定位每一個傳感器25，50的信號。通過確定傳感器在這些參照系內的位置，標志物識別器43即可相對于髓內釘17上的標志物19定位。例如，從傳感器25，50接收到的信號允許外科醫生安排手術路線以用于固定鉆頭或其他工具并將其與被遮掩的固定孔19正確對準。在某些實施例中，傳感器25，50是6D0F傳感器，來自于美國Vermont州Milton市 Catamount Drive 107 號的 Ascension Technology 公司、加拿大 Ontario 州 Waterloo市 Randall Drive 103 號的 Northern Digital 公司或者美國 Vermont 州 Colchester 市Hercules Drive 40號的Polhemus公司。也可以使用其他的傳感器,這對于本領域技術人員來說是顯而易見的。傳感器25可以被連接至、嵌入到或以其他方式連接至髓內釘17。例如，傳感器25可以被連接至髓內釘17的外表面51。在某些實施例中，髓內釘17還可以包括凹處或凹部52 (在圖9中清楚可見)。凹部52位于髓內釘17的壁部內。因此，在某些實施例中，傳感器25應該被連接至髓內釘17并且在髓內釘17的使用壽命期間都安裝在患者體內。另外，髓內釘17可以包括罩蓋53以蓋住凹處或凹部52。如圖8所示，罩蓋53可以與髓內釘17的外表面51基本平齊，或者如圖9所示，罩蓋53可以環繞髓內釘17。傳感器25可以連接至引線54以用于通信和供電。引線54和傳感器25可以例如通過灌封材料和/或粘合劑固定至髓內釘17。引線54可以被設置在髓內釘17外表面51內的縱向狹縫或凹槽49中。引線54可以被用于將傳感器25連接至處理器41或控制單元。引線54可以由生物可相容的導線制成，例如可以從Indiana州Fort Wayne市Indianapolis Road 9609號的FortWayne Metals Research Products 公司(郵編 46809)購得的 DFT 導線。第一接插件 55可以被用于將引線54連接至另一器械例如處理器41、控制單元或插入手柄45。在某些實施例中，第二接插件56也可以被用于將引線54連接至處理器41。如上所述，傳感器25可以用高稠度粘合劑或聚合物例如環氧樹脂材料、聚氨酯材料、聚甲基丙烯酸甲酯材料、聚醚醚酮材料、紫外線可固化的粘性材料、硅樹脂材料或醫用級氰基丙烯酸鹽粘合材料固定在凹部52內。例如可以使用從Massachusetts州Billerica市 Fortune Drive 14 號的 Epoxy Technology 公司(郵編 01821)購得的 EPO-TEK 301。引線54可以用不會給傳感器25中電子部件的性能帶來不利影響并且不會給髓內釘17的性能帶來不利影響的其他合適的方式固定在凹槽49內。在傳感器25固定后，就可以將罩蓋53放置在髓內釘17上并固定就位。例如，罩蓋53可以被激光焊接至植入物。在某些實施例中，傳感器25可以被可移除地連接至髓內釘17。例如傳感器25可以被安裝在凹槽49內以供在植入和固定髓內釘17期間使用，并且可以在完成外科手術之前例如通過拉動傳感器25和相關聯的引線54脫離凹槽而從髓內釘17中取出傳感器25。 類似地，傳感器25可以被設置在可移除地與髓內釘17相接合的探針內以使傳感器25能夠被用于瞄準髓內釘17的標志物并且隨后即可從髓內釘17中取出。監視器44可以被設置用于顯示標志物識別器43和/或與標志物識別器43相關聯的工具相對于髓內釘17或其他整形外科器械中一個或多個標志物的位置。處理器41可以確定位置數據并且通過用戶界面輸出位置數據的圖像，這樣可以在監視器44上圖形化顯示標識物識別器43和髓內釘17的相對位置。監視器44上顯示的視圖可以相對于髓內釘17或其他整形外科器械取向以使外科醫生或其他操作人員可以看到標志物識別器43相對于髓內釘17或其他整形外科器械的當前相對位置。在某些實施例中，外科醫生或其他操作人員可以同時觀看監視器44和手術區。插入手柄45可以被用于安裝髓內釘17并且也可以被用于引導來自于傳感器25的引線54。例如，插入手柄45可以在植入物17和處理器41之間引導通信和供電引線。在這樣的實施例中，從髓內釘17中取出插入手柄45也會導致取出至少一部分引線54或接插件例如第二接插件55。如圖8所示，標志物識別器43和插入手柄45均包括通信模塊58，59用于從傳感器25，50向處理器41無線傳輸數據。但是也可以使用其他類型的通信方式例如有線通信。在某些實施例中，第二接插件56將通信模塊59連接至傳感器25。可選地，髓內釘17和插入手柄45可以具有配合的電觸點以在組裝部件時形成連接，從而使得傳感器25被連接至通信模塊59。在某些實施例中，髓內釘17可以包括用于無線通信的通信電路和天線(未示出)。另外，用于傳感器25和/或通信模塊59的電源可以被設置在插入手柄45內。例如，電池60可以被裝在插入手柄45內用于為傳感器25、傳輸模塊59和/或其他的電子部件提供電力。可選地，髓內釘17可以包括可操作用于給通信模塊59感性供電并且輸送來自傳感器25的數據的感應線圈。電源可以是單種電源模式或者可以是雙重模式AC/DC。在使用時，髓內釘17被植入患者體內。例如，髓內釘17被放入患者的骨的髓內管中。可選地，穿孔元件例如螺釘或銷釘可以被用于臨時性或永久性地(例如在髓內釘17的使用時段內)鎖定髓內釘的近端。操作人員可以使用標志物識別器43和傳感器25來識別穿孔元件與之接合的髓內釘17中的標志物。例如，外科醫生使用標識物識別器43來識別被遮掩的貫穿孔19，鉆過貫穿孔19以準確地放置穿孔元件18并安裝穿孔元件18。圖10進一步示出了圖8中所示的髓內釘17，其可以包括傳感器25、縱向凹槽49、用于容納傳感器25的凹處或凹部52，以及通常與髓內釘17的外表面51平齊的罩蓋53。在某些實施例中，罩蓋53可以由金箔或鈦箔構成并且植入物17可以包括插管或通道61。髓內釘17包括外表面51以及延伸在表面51和內通道61之間的壁部62。可選地，由于插管或通道61被包括在髓內釘17或其他整形外科器械內，因此例如在探針上或探針內設有傳感器25時即可將傳感器25設置在通道或插管61內。例如，如圖11中所示，系統40a用于瞄準植入骨16內的髓內釘17的標志物。系統40a包括控制單元41a、場發生器42、標志物識別器43a和設置在髓內釘17中的探針62。控制單元41a可以包括以上在圖8中介紹的處理器41或類似設備，或者處理器41也可以是獨立單元。髓內釘17包括一個或多個標志物19例如貫穿孔，并且利用插入手柄45被插入骨16內，從而使 貫穿孔19在視野中被遮掩。場發生器42被連接至控制單元41a。在某些實施例中，插入手柄45可以包括第三傳感器70。標志物識別器43可以包括第二傳感器50并且可以引導鉆頭63。標志物識別器43可以被連接至或者包括用于旋轉鉆頭63的鉆孔器。第二傳感器50可以有線或無線地耦合至控制單元41a。在某些實施例中，場發生器42也可以被包含在標志物識別器43內并且第二傳感器50可以省略。探針62可以包括導線或引線54、帶體64和止擋件65。帶體64可以是例如從Illinois州Sycamore市的Ideal Industries公司購得的約O. 125英寸寬乘約O. 060英寸厚的300系列不銹鋼接合板帶。但是，本領域技術人員應該理解也可以使用其他的材料和其他的尺寸。例如，聚合物、復合材料或金屬構成的任何窄帶均可被用作帶體64，或者還可以有利地使用有色金屬材料。帶體64可以在放入髓內釘17之前先卷繞。卷繞帶體64可以促使其具有自然曲率。帶體64在某些實施例中可以具有矩形的幾何形狀，這有助于在將帶體放入髓內釘17的插管61內時定向帶體。例如，也可以使用橢圓、正方形或圓形的幾何形狀。導線54可以通過使用粘合劑或緊固件而有效地連接至帶體64。帶體64可以包括刻度或定位槽以隨著帶體被插入釘17內指示帶的深度。探針62可以具有殼體而不是帶體64，例如中空管或其他結構。第一傳感器25被有線或無線地耦合至控制單元41a。例如，第一傳感器25可以通過使用導線54和接插件67被連接至控制單元41a。在另一些實施例中，接插件67可以省略或者以類似于圖8中所示的通信模塊59代替。第一傳感器25可以被連接至帶64的遠端，并且止擋件65可以被連接至帶64的近端。在某些實施例中，探針62可以包括傳感器殼體(未不出)以容納第一傳感器25。傳感器殼體可以被連接至帶64以將傳感器25相對于帶體64固定在已知位置。傳感器殼體可以由有色材料例如聚合物、復合材料或金屬制成。傳感器殼體可以包括適當的應變消除以保護導線54和/或傳感器25免受能夠破壞導線54或傳感器25的作用力影響。傳感器殼體可以被構造和設置為使其足夠大以容納第一傳感器25，而且還要足夠小以裝在插入手柄45的插管68內或者裝在髓內釘17的插管61內。而且，傳感器殼體可以被構造和設置為足夠長以允許通過髓內釘的彎曲段、髓內釘的弓形段和/或相關器械內的彎曲段。傳感器殼體的前端面和后端面的幾何形狀可以被設計為使得傳感器殼體不會卡在或夾在儀表或髓內釘17的插管上。止擋件65可以被用于控制探針62在插管61內的插入以實施將傳感器25放置在相對于髓內釘17的已知位置。例如，如果帶體64具有固定長度并且從插入手柄45的末端到標志物19的距離已知，那么就可以通過將止擋件65靠在插入手柄45的末端上來實現第一傳感器25相對于標志物19的可重復放置。帶體64可以具有足夠的長度以使傳感器25對準標志物19、靠近標志物19或者偏離標志物19。在某些實施例中，插入手柄45可以省略，并且可以使用不同的帶體，其具有的長度被選擇為使止擋件65接合髓內釘17的一部分或末端。類似地，止擋件65可以獨立于探針65并且能夠可移除地接合插入手柄45和/或髓內釘17以限制探針62向插管61內的插入。圖12示出了髓內釘17、傳感器25、引線54和標志物19的詳細視圖，其中為清楚起見省略了帶體64和傳感器殼體。如圖所示，傳感器25通常被設置在標志物19附近以使傳感器25不會影響鉆頭63和/或穿孔元件插入通過標志物19。在使用時，髓內釘17被放入骨16內。插入手柄45可以被連接至髓內釘17。如 圖11所示，探針62通過插入手柄45的插管68輸送并且送入髓內釘17的插管61內，直到止擋件65接合插入手柄45為止。導線或引線54可以被耦合至控制單元41a，并且傳感器25，50和70可以利用控制單元41a進行校準。在某些實施例中，探針62可以在校準之后取出。如果是這樣的話，那么即可將第三傳感器70和變換矩陣用于識別第二傳感器50的相對位置和標志物識別器43的位置。可選地，用戶可以使用穿孔元件例如螺釘來首先鎖定髓內釘的近端。操作人員使用標志物識別器43和第一傳感器25來識別標志物19。例如，在髓內釘固定的情況下，外科醫生使用標志物識別器43來識別盲穿孔并且鉆通這些孔以放置穿孔元件。盡管已經介紹了一些實施例，但顯而易見的是本領域技術人員可以根據上述說明得出備選和修改方案。這些以及其他的備選方案被認為是等價的并且落在本公開和所附權利要求的精神和保護范圍以內。
權利要求
1.一種整形外科器械，包括 感應式電磁傳感器，包括非柱狀的安裝平臺和至少兩個傳感器線圈， 傳感器線圈以基本共面的方式并且相對于彼此成一定角度地被連接至平臺，傳感器線圈彼此不重置。
2.如權利要求I所述的整形外科器械，其中所述平臺具有大于約I.5:1的寬高比。
3.如權利要求I所述的整形外科器械，其中所述平臺具有高度和寬度，高度范圍是從約O. 2mm到約Imm,高度小于寬度。
4.如權利要求3所述的整形外科器械，其中所述平臺的寬度小于約3mm。
5.如權利要求I所述的整形外科器械，其中所述傳感器的至少兩個線圈相對于彼此形成的角度Θ的范圍是從約15°到約175°。
6.如權利要求I所述的整形外科器械，其中所述線圈被至少部分地嵌入到平臺內。
7.如權利要求I所述的整形外科器械，其中所述平臺是由聚酰胺樹脂構成的印刷電路板。
8.如權利要求7所述的整形外科器械，其中所述印刷電路板進一步包括多個導電跡線和焊點。
9.如權利要求I所述的整形外科器械，其中所述整形外科器械是髓內釘并且傳感器被設置在髓內釘的遠端部分內。
10.如權利要求I所述的整形外科器械，進一步包括具有外表面的狹長主體以及用于容納感應式電磁傳感器的至少一個構件。
11.如權利要求I所述的整形外科器械，其中所述整形外科器械是被設置用于與整形外科穩定構件可移除地接合的探針。
12.一種用于識別標志物的系統，所述系統包括 用于生成磁場的場發生器； 位于磁場內的整形外科器械，整形外科器械具有至少一個標志物； 至少一個傳感器； 所述至少一個傳感器包括非柱狀的安裝平臺以及安裝在平臺上的至少兩個傳感器線圈，傳感器線圈以基本共面的方式并且相對于彼此成一定角度Θ地被連接至平臺，傳感器線圈彼此不重疊，傳感器以設定距離與至少一個標志物間隔開； 標志物識別器；以及 處理器，用于處理來自至少一個傳感器的傳感器數據并且利用設定距離確定標志物識別器相對于至少一個標志物的位置。
13.一種用于識別標志物的方法，所述方法包括 提供整形外科器械和相對于整形外科器械設置在已知位置的第一傳感器，整形外科器械具有近端部分、遠端部分和設置在遠端部分上的至少一個標志物，第一傳感器包括非柱狀的安裝平臺以及安裝在平臺上的至少兩個傳感器線圈，傳感器線圈以基本共面的方式并且相對于彼此成一定角度Θ地被連接至平臺，傳感器線圈彼此不重疊； 將整形外科器械連接至患者的一根或多根骨； 利用標志物識別器和第一傳感器的輸出來貓準標志物；然后 利用標志物識別器使工具和緊固件中的至少一者與標志物接合。
全文摘要
用于在瞄準整形外科器械的標志物時使用的瞄準傳感器。傳感器包括非柱狀的安裝平臺例如印刷電路板和至少兩個安裝或印制的傳感器線圈以提供能夠以預定位置和取向安置在整形外科器械上或整形外科器械內的低外形傳感器組件。平臺具有非圓形截面，其寬高比大于約1.5:1。平臺的非圓形截面使得能夠將傳感器安置在植入物內已知的固定位置。傳感器線圈可以部分或完全嵌入到平臺內。
文檔編號A61B5/05GK102892364SQ201080055344
公開日2013年1月23日 申請日期2010年10月6日 優先權日2009年10月6日
發明者N.S.里奇, G.E.奧斯汀, C.C.赫奧蒂斯, 斯特凡·R·基爾施 申請人:史密夫和內修有限公司, 北方數碼公司