專利名稱：用于基于患者的計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)程序的系統(tǒng)和方法
用于基于患者的計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)程序的系統(tǒng)和方法相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求2010年4月14日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/324，207和2010年4月15日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/324，692的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益。前述各申請(qǐng)的全部公開內(nèi)容以參考的方式并入本文中。
背景技術(shù)：
骨科植入物用于通常經(jīng)受高水平的應(yīng)力和磨損或外傷性損傷的關(guān)節(jié)(例如膝、髖、肩、踝和肘)的重新?lián)Q面或置換。用于置換這些關(guān)節(jié)的植入物必須堅(jiān)固并且能夠承受這些關(guān)節(jié)處的每日應(yīng)力和磨損，尤其是用于承重的膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)置換。但提供足夠堅(jiān)固而且可正確配合的植入物則是挑戰(zhàn)性的。傳統(tǒng)的骨科植入物是由聚合物、陶瓷、金屬或者其它適當(dāng)材料制成，并且形成為使得骨科植入物牢固地嵌合患者的骨。在膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)中，例如，典型的方式涉及切割脛骨和/或股骨的端部，然后將新植入物嵌合切割端。外科醫(yī)生通?；谑譁y(cè)量和目視估計(jì)來決定植入物的尺寸。植入物的尺寸以及骨與植入物之間的配合可以變化，在一些情況下太松而在其它情況下太緊。已開發(fā)出提供切除骨的圖形圖像的計(jì)算機(jī)輔助方法、以及允許外科醫(yī)生把植入物安裝成更精確地嵌合手術(shù)部位的設(shè)計(jì)軟件。在計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)(CAS)期間，外科醫(yī)生通過利用配準(zhǔn)工具接觸患者關(guān)節(jié)周圍的各種標(biāo)志而配準(zhǔn)患者的解剖部位。一旦配準(zhǔn)步驟完成，外科醫(yī)生便可利用手術(shù)工具(例如，切割器)切除患者關(guān)節(jié)中的骨?？衫糜?jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)來引導(dǎo)手術(shù)工具。然而，傳統(tǒng)的配準(zhǔn)方法中存在弊端。在配準(zhǔn)步驟中，外科醫(yī)生通常使用腳踏板或者需要助手的幫助。要求外科醫(yī)生把配準(zhǔn)工具穩(wěn)定地固定在光滑的骨表面上。雖然外科醫(yī)生握住該工具，但外科醫(yī)生的助手告知計(jì)算機(jī)外科醫(yī)生正配準(zhǔn)哪個(gè)配準(zhǔn)點(diǎn)。另外，為了配準(zhǔn)單個(gè)點(diǎn)，外科醫(yī)生可能需要在各種角度上改變配準(zhǔn)工具相對(duì)于配準(zhǔn)點(diǎn)的方向，以確保跟蹤攝像機(jī)準(zhǔn)確地捕獲該位置。該配準(zhǔn)方法是單調(diào)、耗時(shí)的并且易產(chǎn)生誤差。常規(guī)的計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)還包括參考陣列，該參考陣列是由可在視頻攝像機(jī)上看見的光反射材料所制成并且用于在手術(shù)期間跟蹤手術(shù)工具的位置。該參考陣列定位在患者上或者患者附近，但如果有人移動(dòng)手術(shù)臺(tái)或者推動(dòng)參考陣列則該參考陣列可以容易發(fā)生碰撞和錯(cuò)位。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，需要對(duì)患者的解剖位置進(jìn)行重新配準(zhǔn)，因而延長(zhǎng)了手術(shù)時(shí)間。遺憾地，外科醫(yī)生會(huì)發(fā)現(xiàn)難以重新定位以前配準(zhǔn)的相同解剖標(biāo)志部位，因此會(huì)難以重新配準(zhǔn)該部位，有可能降低手術(shù)程序的精確度。在一些情況下，外科醫(yī)生在手術(shù)前基于患者關(guān)節(jié)的3D模型或者患者的MRI (磁共振成像)或CT圖像確定切骨邊界。因此，手術(shù)程序的精確度會(huì)取決于配準(zhǔn)的骨(基于患者的3D模型或圖像)匹配實(shí)體骨的程度。該匹配可能難以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于允許外科醫(yī)生反復(fù)地且更高效地在手術(shù)中配準(zhǔn)患者骨的配準(zhǔn)方法存在著需要
發(fā)明內(nèi)容
本文中公開的是利用成像裝置提供患者感染區(qū)域的3D模型的手術(shù)系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)和方法(以及各種相關(guān)的設(shè)備)使用該模型并憑借虛擬植入和生物力學(xué)模擬技術(shù)來確定最佳植入物和/或最佳植入物位置。在一些實(shí)施例中，這些技術(shù)創(chuàng)建在一個(gè)空間取向中與患者的解剖結(jié)構(gòu)一致的患者匹配器械，把該患者匹配器械放置在患者的解剖結(jié)構(gòu)上，將手術(shù)工具與患者匹配器械配準(zhǔn)同時(shí)患者匹配器械仍然與患者解剖結(jié)構(gòu)接觸，要求關(guān)于手術(shù)工具的相對(duì)位置和/或取向的信息，以及聯(lián)接帶計(jì)算機(jī)的手術(shù)工具。該計(jì)算機(jī)優(yōu)選地使用控制器、跟蹤硬件、跟蹤軟件以及包含關(guān)于一個(gè)或多個(gè)預(yù)先計(jì)劃的解剖修改的信息的文件。控制器的功用是在手術(shù)期間根據(jù)手術(shù)工具相對(duì)于患者的位置而命令手術(shù)工具執(zhí)行或不執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)手術(shù)功能。把關(guān)于被執(zhí)行手術(shù)程序的信息儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中，并且該信息用于通過結(jié)合由患者匹配器械所獲得的配準(zhǔn)信息來控制該工具的一個(gè)或多個(gè)手術(shù)功能。本文中還公開了患者匹配器械的實(shí)施例，該患者匹配器械可用于獲取配準(zhǔn)信息。某些實(shí)施例包括患者匹配的手術(shù)導(dǎo)向裝置，該裝置用于配準(zhǔn)患者骨(例如脛骨)的位置。通過配準(zhǔn)骨的位置，外科醫(yī)生可以更容易地在骨內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)?shù)那懈?，從而?zhǔn)備用于植入物置入或者其它手術(shù)。該手術(shù)導(dǎo)向裝置包括內(nèi)表面，所述內(nèi)表面符合患者的骨；以及主體，所述主體具有配準(zhǔn)部位，其接收醫(yī)療裝置的配準(zhǔn)工具以便將該配準(zhǔn)工具的位置告知處理器。該配準(zhǔn)部位包括一個(gè)或多個(gè)配準(zhǔn)點(diǎn)，該配準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于在患者骨的圖像(例如計(jì)算機(jī)圖像中)顯示和描述的一個(gè)或多個(gè)參考標(biāo)記。該配準(zhǔn)部位易于點(diǎn)在手術(shù)導(dǎo)向裝置上。因此，如果在手術(shù)期間外科醫(yī)生需要重新配準(zhǔn)裝置，那么他或她可以容易地發(fā)現(xiàn)在配準(zhǔn)部位上的參考標(biāo)記，而不是必須記住骨自身上的配準(zhǔn)標(biāo)記的位置?；颊吖堑膱D像用于創(chuàng)建患者骨的三維模型，并且選擇配準(zhǔn)點(diǎn)以便對(duì)準(zhǔn)患者骨三維模型的相關(guān)參考標(biāo)記。這些標(biāo)記優(yōu)選地限定相對(duì)于患者骨的關(guān)節(jié)面的空間關(guān)系。例如，當(dāng)把該導(dǎo)向裝置嵌合切除的股骨端時(shí)，可以在被選擇覆蓋在切除的股骨上的預(yù)選部位的位置在聚合物導(dǎo)向裝置的主體內(nèi)創(chuàng)建點(diǎn)。外科醫(yī)生在骨的計(jì)算機(jī)圖形圖像中選擇參考標(biāo)記部位，然后生成具有對(duì)應(yīng)于該參考標(biāo)記部位的點(diǎn)的該導(dǎo)向裝置的主體。患者匹配的導(dǎo)向裝置具有將在手術(shù)期間切出的、與解剖位置相互配合的表面。該表面可構(gòu)成為為了易于對(duì)準(zhǔn)而使它在單個(gè)空間取向中與導(dǎo)向裝置相互配合。該表面可以是部分球形。也優(yōu)選地從患者骨的圖形圖像中準(zhǔn)備該導(dǎo)向裝置，該患者骨的圖形圖像是通過創(chuàng)建手術(shù)部位的圖形圖像而取得，然后使用該圖像來創(chuàng)建三維模型。在某些實(shí)施例中，該圖像具有虛擬手術(shù)模型，通過快速原型法從虛擬模型中創(chuàng)建物理模型。某些實(shí)施例包括一種利用導(dǎo)向裝置(構(gòu)造成患者匹配的塊)來配準(zhǔn)患者解剖部分的位置的系統(tǒng)。所述塊具有符合患者骨和連接器的面向解剖結(jié)構(gòu)的表面。安裝件附接到骨和連接器，并且被構(gòu)造成接收陣列，該陣列用于把骨位置告知計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)。以相對(duì)于面向解剖結(jié)構(gòu)的表面為固定的空間關(guān)系來定位安裝件?？蓪⒃摪惭b件設(shè)置在與配準(zhǔn)部位對(duì)接的切割工具上。在某些實(shí)施例中，提供一種用于執(zhí)行計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)程序以便把假體裝置植入患者的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括患者匹配塊，該患者匹配塊具有配準(zhǔn)部位以及構(gòu)造成符合患者骨的內(nèi)表面。該系統(tǒng)包括帶切割刀片的手術(shù)工具(該刀片與配準(zhǔn)部位對(duì)接且用于識(shí)別配準(zhǔn)部位的位置)、以及跟蹤該工具相對(duì)于患者骨位置的位置的處理器。在某些實(shí)施例中，切割刀片包括中心，該中心對(duì)應(yīng)于患者匹配塊的配準(zhǔn)點(diǎn)。本文所公開的系統(tǒng)可以使用計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)具有跟蹤硬件、跟蹤軟件和控制器；該控制器用于根據(jù)包含手術(shù)計(jì)劃的文件來弓I導(dǎo)手術(shù)工具。該系統(tǒng)可包括一個(gè)或多個(gè)文件，該文件包括識(shí)別導(dǎo)向裝置(例如，患者匹配的塊)上的一個(gè)或多個(gè)配準(zhǔn)部位相對(duì)于患者骨的位置的數(shù)據(jù)。在某些實(shí)施例中，提供用于與處理器相互通信的跟蹤接收器，該跟蹤接收器構(gòu)造成通過識(shí)別附接到配準(zhǔn)工具的陣列的位置而識(shí)別配準(zhǔn)部位的位置。該跟蹤接收器可以構(gòu)造成陣列?？砂迅櫧邮掌靼惭b在殼體上。該殼體可位于切割工具上。該陣列可以是把患者匹配塊安裝到患者上的殼體的一部分。本發(fā)明還設(shè)計(jì)使用方法和操作方法。某些實(shí)施例包括執(zhí)行將假體裝置植入患者的計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)程序的方法。這種方法包括以下步驟創(chuàng)建患者骨的一部分的三維模型，確定最佳植入物或者植入位置，以及創(chuàng)建符合骨的一部分的主體(例如，患者匹配的塊)，該主體具有對(duì)應(yīng)于骨的預(yù)定位置的配準(zhǔn)部位。在某些實(shí)施例中，方法包括把患者匹配塊放置在患者身體上，通過使一部分的手術(shù)工具接觸配準(zhǔn)部位而配準(zhǔn)手術(shù)工具，限定患者解剖結(jié)構(gòu)的切割邊界，以及通過在切割邊界內(nèi)進(jìn)行切割而除去患者解剖結(jié)構(gòu)的一部分。在某些方法中，創(chuàng)建虛擬的植入文件。該文件包括用于建立切割邊界并且以電子方式表示該邊界的處理器指令?？蓪⑶懈钸吔顼@示于監(jiān)視器上。如果切割工具穿過該邊界，那么成像裝置檢測(cè)該穿過并向處理器發(fā)出信號(hào)以警告外科醫(yī)生。在某些實(shí)施例中，提供操作手術(shù)對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)向裝置的方法。這種方法包括提供患者匹配塊，該塊具有至少一個(gè)配準(zhǔn)部位以及符合患者解剖部分的內(nèi)表面。這種方法還可提供手術(shù)工具，該手術(shù)工具具有與配準(zhǔn)部位對(duì)接的對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)或尖部。這些方法還可涉及相對(duì)于至少一個(gè)配準(zhǔn)部位而定位對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)以便對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)向裝置和工具?？梢允褂酶櫣ぞ摺Ｔ谀承?shí)施例中，所述方法包括跟蹤手術(shù)工具相對(duì)于參考陣列的位置，以便識(shí)別工具的位置。在某些實(shí)施例中，處理器限定切割邊界，該切割邊界具有患者的解剖結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)預(yù)先計(jì)劃的優(yōu)化切除術(shù)。對(duì)手術(shù)工具相對(duì)于切割邊界的位置進(jìn)行跟蹤。在某些實(shí)施例中，外科醫(yī)生通過跟蹤手術(shù)工具相對(duì)于患者骨的位置并且沿由處理器確定的路徑切割骨而除去定位在切割邊界內(nèi)的患者骨的一部分。在某些實(shí)施例中，提供一種用于將假體裝置植入患者的方法。該方法包括把患者匹配手術(shù)設(shè)備放置在一部分患者骨的周圍，所述設(shè)備具有符合骨部的內(nèi)表面以及接收配準(zhǔn)工具的對(duì)準(zhǔn)部位。在某些實(shí)施例中，該方法包括將對(duì)準(zhǔn)部位與配準(zhǔn)工具連接、以及通過檢測(cè)手術(shù)工具相對(duì)于陣列的位置而跟蹤手術(shù)工具相對(duì)于患者骨位置。在各種實(shí)施例中，使用配準(zhǔn)工具。該配準(zhǔn)工具可以構(gòu)成為具有或者包括手術(shù)工具的遠(yuǎn)端尖部。在某些實(shí)施例中，該配準(zhǔn)工具是手術(shù)工具遠(yuǎn)端尖部的。在某些實(shí)施例中，利用兩個(gè)以上的陣列來幫助以電子方式限定切割邊界。將第一陣列安裝到患者或者在附近手術(shù)室中的一些部位，并且手術(shù)工具包括第二陣列。在某些實(shí)施例中，配準(zhǔn)工具包括與對(duì)準(zhǔn)部位對(duì)接的連接器。該配準(zhǔn)工具可直接地與陣列相互配合或者經(jīng)由適配器間接地用于接收陣列。也可使用或者提供某些系統(tǒng)。這些系統(tǒng)具有患者匹配手術(shù)設(shè)備，該患者匹配手術(shù)設(shè)備具有符合患者的骨的內(nèi)表面以及對(duì)準(zhǔn)部位；配準(zhǔn)工具，該配準(zhǔn)工具構(gòu)造成與對(duì)準(zhǔn)部位對(duì)接以便識(shí)別患者的骨的位置；以及處理器，該處理器跟蹤手術(shù)工具相對(duì)于陣列的位置。下面參照附圖對(duì)各種實(shí)施例的其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)說明。


并入說明書中且是說明書一部分的附圖示出了多個(gè)實(shí)施例并且連同描述一起用于解釋所公開的方法和系統(tǒng)的各種實(shí)施例。在附圖中
圖I示出了通過掃描患者而獲得患者圖像數(shù)據(jù)的步驟；
圖2a示出了根據(jù)一些實(shí)施例的磁共振成像的患者圖像數(shù)據(jù)；
圖2b示出了根據(jù)其它實(shí)施例的CT患者圖像數(shù)據(jù)；
圖3示出了分割患者數(shù)據(jù)的步驟；
圖4示出了將分割的患者數(shù)據(jù)加以組合的步驟；
圖5示出了使用分割的患者數(shù)據(jù)來創(chuàng)建患者模型的步驟；
圖6示出了基于患者模型從植入物的數(shù)據(jù)庫(kù)中創(chuàng)建或選擇植入物的步驟；
圖7示出了在患者模型中執(zhí)行虛擬手術(shù)步驟以便創(chuàng)建不完整虛擬手術(shù)模型的步驟；
圖8示出了在患者模型中實(shí)施一個(gè)或多個(gè)其它手術(shù)步驟以創(chuàng)建不完整的虛擬手術(shù)模型的步驟；
圖9示出了把完整的虛擬手術(shù)模型加載入生物力學(xué)模擬器并且運(yùn)行迭代模擬的步驟；圖10示出了通過迭代地執(zhí)行圖6-9中所示的步驟而評(píng)估工作特性以確定最佳植入物和/或植入物最佳定位的步驟；
圖11-12示出了根據(jù)一些實(shí)施例的手術(shù)系統(tǒng)的各部分；
圖13-14示出了根據(jù)一些實(shí)施例的手術(shù)系統(tǒng)部件的配準(zhǔn)位置信息的步驟；
圖15示出了根據(jù)一些實(shí)施例的、基于所獲得的配準(zhǔn)信息以及一個(gè)或多個(gè)預(yù)先計(jì)劃的切除術(shù)而修改解剖結(jié)構(gòu)的步驟；
圖16-19示出了使用具有受控功能的手術(shù)工具的手術(shù)切割步驟；
圖20示出了根據(jù)一些實(shí)施例的手術(shù)系統(tǒng)的配準(zhǔn)特征；
圖21a-d示意性地示出了根據(jù)一些實(shí)施例的使用手術(shù)系統(tǒng)的方法；
圖22-42示出了根據(jù)某些實(shí)施例的手術(shù)系統(tǒng)及其使用；
圖43示意性地示出了使用圖22-42中所示手術(shù)系統(tǒng)的方法；
圖44示意性地示出了根據(jù)一些實(shí)施例的方法；并且圖45示出了根據(jù)一些實(shí)施例的手術(shù)機(jī)器人。
具體實(shí)施例方式這些附圖示出了利用患者匹配對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)向裝置而執(zhí)行計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)程序的系統(tǒng)和方法的某些實(shí)施例?；颊咂ヅ涞膶?duì)準(zhǔn)導(dǎo)向裝置在計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)程序期間幫助外科醫(yī)生更準(zhǔn)確地配準(zhǔn)患者的骨。與手動(dòng)配準(zhǔn)方法相比，基于患者的對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)向裝置也幫助加速配準(zhǔn)方法。在某些實(shí)施例中，患者匹配的對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)向裝置包括內(nèi)表面，所述內(nèi)表面符合患者的骨；以及主體，所述主體具有配準(zhǔn)部位，其接收醫(yī)療裝置的配準(zhǔn)工具以便將該配準(zhǔn)工具的位置告知處理器。參照附圖，其中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，圖I示出了通過掃描患者20而獲得患者信息的步驟。用于獲得患者信息的裝置可包括例如X射線、計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)、磁共振成像(MRI )、超聲、或者其它類似的成像裝置。對(duì)患者20進(jìn)行掃描10，并且平臺(tái)12或者一個(gè)或多個(gè)夾具或固定裝置(未圖示)可以使患者20保持靜止以減小顯像偽差。收集患者感染區(qū)域22的圖像數(shù)據(jù)。雖然圖示和本文所描述的具體實(shí)施例總體上涉及膝關(guān)節(jié)，但應(yīng)當(dāng)理解的是所公開的方法可以有利地用于任何手術(shù)程序。例如，本文所描述的系統(tǒng)和方法同樣可適用于但不限于關(guān)節(jié)成形術(shù)或者髖、足、臂、肘、肩、頸、脊柱、顱骨-下顎(CMF)區(qū)、手足的重建。圖2A和圖2B示出了根據(jù)兩個(gè)示例性實(shí)施例的患者數(shù)據(jù)。圖2A示出了磁共振成像掃描切面圖像30，圖2B示出了 CT掃描切面圖像30’。圖3示出了分割方法內(nèi)的步驟。把多個(gè)切面圖像中的一個(gè)圖像30a輸入具有分割軟件(例如MIMICS)的計(jì)算機(jī)。MMICS是Materialise Inc.的注冊(cè)商標(biāo)，其總部在Technologielaan 15,3001 Leuven,比利時(shí)。在切面圖像30a以及剩下的多個(gè)切面圖像中,將骨、軟骨和軟組織的各區(qū)加以分離。在圖示的具體實(shí)施例中，將膝關(guān)節(jié)切片圖像30a分割成單獨(dú)的股骨和取自脛骨的軟骨31a和軟骨35a、以及軟組織(例如十字韌帶32a)、四頭肌腱33a和髕韌帶34a。分割可以是自動(dòng)、手動(dòng)、或者其組合。圖4示出了多幅(40幅)分割的切面圖像30a_f，各圖像具有分割部31a_f。將多個(gè)分割的切面圖像30a-f輸入建模軟件，以創(chuàng)建患者的感染解剖結(jié)構(gòu)的3D模型50，如圖5中所示。3D模型50可用作生物力學(xué)模擬中所使用的工作模型，如在下文中的論述。3D模型50可包括來源于患者掃描的骨、軟骨和/或軟組織。在圖示的具體實(shí)施例中，3D模型50是患者感染膝關(guān)節(jié)的模型，并且包括骨、軟骨和十字韌帶模型，該模型包括單個(gè)患者的股骨51、脛骨55、腓骨、外側(cè)副韌帶56和內(nèi)側(cè)副韌帶57的特征。在這種情況下，因?yàn)槭褂秒p十字穩(wěn)定化植入物，所以從3D模型50中省略了前和后十字韌帶。模型中可包含一系列參考點(diǎn)標(biāo)記59a-f，各標(biāo)記59a-f限定了存在于3D模型50中的標(biāo)記與解剖標(biāo)志或特征之間的空間關(guān)系。將這些標(biāo)記59a-f的位置選擇成與某些解剖標(biāo)志或者股骨51和脛骨55的關(guān)節(jié)面相一致。更具體地，可將標(biāo)記59a-59c選擇成對(duì)應(yīng)于股骨的內(nèi)髁和外髁以及股骨的內(nèi)上髁和外上髁解剖表面。參考點(diǎn)標(biāo)記59a_59c中的一個(gè)可對(duì)應(yīng)于股骨的遠(yuǎn)端髁線、Whiteside線、或者腿的機(jī)械軸線?？梢赃x擇對(duì)應(yīng)于脛骨解剖標(biāo)志(例如脛骨的內(nèi)髁和外髁和脛骨粗隆)的標(biāo)記59c-59f的其它參考點(diǎn)?？梢允褂闷渌鼌⒖键c(diǎn)，例如解剖軸線、機(jī)械軸線、A-P深度、M-L寬度、關(guān)節(jié)線、前十字韌帶附著、脛骨溝、內(nèi)踝、后髁軸線和遠(yuǎn)端股骨髁中的一個(gè)或多個(gè)。圖6示出了根據(jù)一些實(shí)施例的對(duì)植入物530進(jìn)行選擇560的步驟，例如取自一系列植入物(500) 510、520、530的膝關(guān)節(jié)假體的股骨部件。假體部件可包括具有不同的幾何形狀的關(guān)節(jié)面512、522、532，具有不同幾何形狀的關(guān)節(jié)面和/或面向骨的表面部514、524、534?？捎捎?jì)算機(jī)軟件、工程師、保健提供者、銷售助理或技師，基于3D模型50的參數(shù)而臨時(shí)地確定選擇560。在某些實(shí)施例中，基于患者模型50創(chuàng)建植入物530?？删唧w地把面向骨的表面部514、524、534的形狀設(shè)計(jì)成符合患者的獨(dú)特關(guān)節(jié)形狀以及沿關(guān)節(jié)表面的局部輪廓。在某些實(shí)施例中，從用具有變化形狀和尺寸的植入物預(yù)先加載的庫(kù)中選擇植入物530。如圖7中所示，可把3D患者模型50轉(zhuǎn)換成不完整虛擬手術(shù)模型60，該模型60包括對(duì)3D患者模型50的一個(gè)或多個(gè)手術(shù)修改，基于植入物選擇560以及所選擇植入物530的特性532、534。不完整虛擬手術(shù)模型60可包括例如分別對(duì)股骨61和脛骨65的一個(gè)或多個(gè)虛擬的切除或切割63、62。在某些實(shí)施例中，將一個(gè)或多個(gè)參考點(diǎn)標(biāo)記69a-f維持在與3D患者模型50中的標(biāo)記59a-f相同的相對(duì)于模型60的解剖部分61、65、66、67的空間位置。例如，標(biāo)記69a-f可限定標(biāo)記69a-f與臨時(shí)決定的脛骨65和股骨61的虛擬切除或切割62、63之間的其它空間關(guān)系。在某些實(shí)施例中，在計(jì)算機(jī)模型中決定虛擬切除或切割 后挑選點(diǎn)標(biāo)記69a_f。在某些實(shí)施例中，可以選擇一個(gè)或多個(gè)參考點(diǎn)標(biāo)記69a_f以便限定切割面。在某些實(shí)施例中，參考點(diǎn)標(biāo)記69a-f中的一個(gè)或多個(gè)對(duì)應(yīng)于設(shè)置在患者匹配工具(例如，切割塊)上的銷孔的一個(gè)或多個(gè)位置。在某些實(shí)施例中，患者匹配工具可包括接收用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端切除的切割片的槽、以及用于一旦嵌合患者骨中則防止工具旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)銷孔。在替代實(shí)施例中，如果在手術(shù)期間除去患者匹配裝置，則可以利用一個(gè)或多個(gè)其它或者替代參考標(biāo)記來指示骨或骨模型中的位置，用于在患者骨中制作一個(gè)或多個(gè)孔或切割從而協(xié)助切割裝置的配準(zhǔn)?？梢栽谀Ｐ?0或者虛擬手術(shù)模型60中標(biāo)出一個(gè)或多個(gè)這種標(biāo)記，以便對(duì)應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)銷孔、槽或其它切割，在患者骨中形成以協(xié)助配準(zhǔn)以及引導(dǎo)手術(shù)工具。例如，模型中可以包含一個(gè)或多個(gè)替代標(biāo)記以表示用于把一個(gè)或多個(gè)孔插入患者匹配裝置(例如，患者匹配的塊200)的位置以及相應(yīng)地插入被患者匹配裝置所覆蓋的患者骨。例如，可以把一個(gè)或多個(gè)孔例如圖23的2004或2006等(如下所述)放置在患者匹配塊中，并且在這種孔下面在直接位于所述塊下方的位置中在患者骨中鉆出或切割出對(duì)應(yīng)的孔。在插入這種孔后，如果在切除術(shù)之前拆除塊，保健提供者可以使用骨中的孔或槽作為參考點(diǎn)，用于工具或?qū)蚬ぞ叩闹匦屡錅?zhǔn)從而在切除術(shù)期間進(jìn)行切割。如圖8中所示，可以把虛擬手術(shù)模型60轉(zhuǎn)換成完整的虛擬手術(shù)模型70，該模型70包括基于所選擇植入物530的特性532、534和植入物選擇560對(duì)于3D患者和不完整虛擬手術(shù)模型50、60的一個(gè)或多個(gè)手術(shù)修改63、62。完整的虛擬手術(shù)模型70可包括例如一個(gè)或多個(gè)植入物部件，例如股骨部件78a、脛骨關(guān)節(jié)的插入部件78b和脛骨基板部件78c。將一個(gè)或多個(gè)參考點(diǎn)標(biāo)記79a-f維持在與3D患者中的標(biāo)記59a-f、69a-f和不完整虛擬手術(shù)模型50、60相同的相對(duì)于完整虛擬手術(shù)模型70的空間位置中的解剖部分71、75、76、77。例如，標(biāo)記79a_f可限定標(biāo)記79a_f與臨時(shí)決定的虛擬關(guān)節(jié)面和植入物部件78a_c的面向骨的界面表面之間的其它空間關(guān)系。如圖9中所示，可把完整的虛擬手術(shù)模型70輸入生物力學(xué)模擬軟件(例如由LIFEM0D生產(chǎn)的KNEESM)以確定植入物部件78a-c的一個(gè)或多個(gè)預(yù)測(cè)的工作特性?！癓ifeMOD”和“KneeSIM”是 LifeModeler, Inc. (2730 Camino Capistrano, Suite 7 SanClemente，加利弗尼亞州)的商標(biāo)?？梢杂貌煌耐暾摂M手術(shù)模型70來迭代地運(yùn)行模擬模型80 —每個(gè)完整虛擬手術(shù)模型70包含不同的植入物選擇560。選擇560可具有包括尺寸差異的不同植入物特性，關(guān)節(jié)的幾何形狀512、522，以及面向骨的附接幾何形狀514、524?？商娲?，可以用不同的完整虛擬手術(shù)模型70來迭代地運(yùn)行模擬模型80，每個(gè)包含不同的植入物定位。例如，在每個(gè)完整的虛擬手術(shù)模型70中，一個(gè)或多個(gè)植入物部件78a-c可以具有不同的相對(duì)于患者的解剖結(jié)構(gòu)71、75、76、78的空間取向。生物力學(xué)模擬模型80還包括代表了患者自身解剖結(jié)構(gòu)的軟組織，例如四頭肌和腱73、髕韌帶74和副韌帶76、77。生物力學(xué)模擬軟件的迭代和自發(fā)本質(zhì)是有利的，因?yàn)樗阌谌魏我粋€(gè)或多個(gè)的最優(yōu)化植入物選擇560，植入物相對(duì)于患者解剖結(jié)構(gòu)的取向，以及手術(shù)步驟(例如，定位一個(gè)或多個(gè)切割62、63)。這示于圖10。通過把一組參數(shù)輸入模型50、60、70、80中的一個(gè)或多個(gè)而創(chuàng)建迭代模型90。參數(shù)可包括例如與一系列植入物98a、98b有關(guān)的信息，植入物98a、98b具有類似的面向骨的表面的幾何形狀(95a、95b)，一個(gè)或多個(gè)不同的面向骨的表面的幾何形狀(95a、96)，或者一個(gè)或多個(gè)不同的關(guān)節(jié)面(92a、92b)。如同其它模型50、60、70、80，迭代模型90也可包含一個(gè)或多個(gè)參考點(diǎn)標(biāo)記99a-f,將這些參考點(diǎn)標(biāo)記維持在與標(biāo)記59a-f、69a-f、79a-f相同的相對(duì)于迭代模型90的解剖部分91的空間位置，正如在其它模型50、60、70中。例如，標(biāo)記99a-f可限定標(biāo)記99a_f與解剖結(jié)構(gòu)91之間或者標(biāo)記99a_f與一個(gè)或多個(gè)迭代模型90的特性92a、98a、95a ;92b、98b、95b ;96之間的其它空間關(guān)系。生物力學(xué)模擬，連同模型70的準(zhǔn)備和物理模型(例如，塊200)的形成可以在手術(shù)前進(jìn)行。圖11示出了根據(jù)一些實(shí)施例的手術(shù)系統(tǒng)2000利用從模型50、60、70、80、90中的一個(gè)或多個(gè)獲得的信息創(chuàng)建患者匹配的器械塊200，參考上述。塊200包含具有多個(gè)球形部210、212、214、240、242、244的主體、以及包括至少三個(gè)接觸點(diǎn)的表面202，該表面符合掃描的患者20的感染區(qū)域22的解剖部分，例如患者的股骨遠(yuǎn)端100?？捎苫颊叩?D模型50(圖5)制造表面202。塊200僅在一個(gè)空間取向上嵌合感染區(qū)域22的解剖部分。更具體地，表面202構(gòu)造成具體地匹配患者的骨表面，使得當(dāng)外科醫(yī)生把塊200放置在患者的關(guān)節(jié)上時(shí)，患者的骨表面與表面202對(duì)接從而暫時(shí)地把塊200固定在患者骨上，但是由于對(duì)應(yīng)于骨的塊的形狀和外形，該塊僅在一個(gè)方向上配合骨。一旦配合，塊200不相對(duì)于患者的骨而移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)直到外科醫(yī)生以物理方式把塊200從患者的骨中除去。這允許外科醫(yī)生拿去塊200并且如果他或她需要把塊200安裝在重新配準(zhǔn)患者的骨表面上則可正確地重新嵌合塊200。在圖示的實(shí)施例中，球形部210、212、214、240、242、244含有通常為部分球面，該球面具有對(duì)應(yīng)于模型50、60、70、80、90中的一個(gè)或多個(gè)參考標(biāo)記59a_f、69a_f、79a_f、99a-f的中心配準(zhǔn)點(diǎn)211、213、215、241、243、245 (如上所述)。通過獲取模型50、60、70、80、90中的一個(gè)或多個(gè)并且確定對(duì)應(yīng)于可在選擇的模型中發(fā)現(xiàn)的一個(gè)或多個(gè)參考標(biāo)記59a-f、69a-f、79a-f、99a-f的球形部210、212、214、240、242、244的位置而創(chuàng)建塊200。這允許塊200起到將虛擬解剖結(jié)構(gòu)與患者實(shí)際解剖結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)的物理手術(shù)模板的作用。在某些情況下，各球形部的配準(zhǔn)點(diǎn)211、213、215、241、243、245可限定一個(gè)或多個(gè)參考平面，諸如前冠狀平面240或者遠(yuǎn)端橫剖面260。例如，股骨患者匹配的器械塊200是構(gòu)造成用于膝關(guān)節(jié)，該膝關(guān)節(jié)可包括中心配準(zhǔn)點(diǎn)限定其它解剖標(biāo)志，例如關(guān)節(jié)的機(jī)械軸線232，關(guān)節(jié)的解剖軸線234，懷特塞德線250，上髁軸線(252)，等等。手術(shù)工具300包括主體320、跟蹤構(gòu)件370，并且提供可旋轉(zhuǎn)的、往復(fù)運(yùn)動(dòng)的、或者振動(dòng)的切割構(gòu)件310。切割構(gòu)件310適合于在多個(gè)位置(即，在各球形部)與塊200相連通?？稍O(shè)置跟蹤構(gòu)件370，利用接收器1010在空間上跟蹤例如具有一個(gè)或多個(gè)(三個(gè))基準(zhǔn)標(biāo)記構(gòu)件372的陣列，如下所述。可替代地，雖然未圖示，但工具300可包括接收器1010，代替感測(cè)手術(shù)場(chǎng)所中的其它陣列的陣列。在圖示的具體實(shí)施例中，切割構(gòu)件310具有中心312，該中心312相等地對(duì)應(yīng)于球形部 210、212、214、240、242、244 的中心配準(zhǔn)點(diǎn) 211、213、215、241、243、245。配準(zhǔn)步驟可包括把切割構(gòu)件310放入塊200的各球形部210、212、214、240、242、244從而把關(guān)于工具300和切割器310相對(duì)于塊200和患者解剖結(jié)構(gòu)100的空間定位信息告知具有控制器的計(jì)算機(jī)1020。應(yīng)當(dāng)理解的是，雖然圖示的切割器310和球形部210、212、214、240、242、244包括球面部，但只要切割器310、312構(gòu)造成適當(dāng)?shù)嘏錅?zhǔn)與塊200連接的配準(zhǔn)點(diǎn)211、213、215、241、243,245那么也可以采用其它形狀(例如，圓錐形、圓柱形)。圖12示出了塊200的橫向剖面圖，以及球形部210、212、214、240、242、244，配準(zhǔn)點(diǎn)211、213、215、241、243、245，解剖結(jié)構(gòu)100、102，以及一個(gè)或多個(gè)預(yù)先計(jì)劃的優(yōu)化的切除術(shù)130之間的相對(duì)關(guān)系。因?yàn)榕錅?zhǔn)點(diǎn)211、213、215、241、243、245是從是從對(duì)應(yīng)于模型50、60、70、80、90的參考標(biāo)記59a-f、69a-f、79a-f、99a-f中獲得，可以利用作為用于時(shí)虛擬解剖結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)實(shí)際解剖結(jié)構(gòu)的手術(shù)模板的塊200而將一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化的手術(shù)步驟從虛擬模型50、60、70、80、90中轉(zhuǎn)換成患者的實(shí)際解剖結(jié)構(gòu)。例如，優(yōu)化的虛擬切除術(shù)63相對(duì)于標(biāo)記69c的空間關(guān)系(從虛擬手術(shù)模型60中確定并且利用模擬模型80、90驗(yàn)證其最佳性能)可直接地等同于計(jì)劃的實(shí)際切除術(shù)130相對(duì)于塊200上的配準(zhǔn)點(diǎn)245的空間關(guān)系。圖13和圖14示出了使用塊200的多個(gè)配準(zhǔn)步驟中的一個(gè)。把切割器310放入多個(gè)球形部中的244，使得切割器中心312與球形部244的配準(zhǔn)點(diǎn)245對(duì)準(zhǔn)。保持切割器310的工具300可以以種角度旋轉(zhuǎn)，從而將切割器310保持在球形部244以便確保合適的配準(zhǔn)。應(yīng)當(dāng)了解的是尺寸和形狀與切割器310相同的單獨(dú)的平滑球形球配準(zhǔn)極端可以用于代替切割器310，從而完成相同的配準(zhǔn)功能并且減小切割器310上的齒切割入或者損壞塊200。在配準(zhǔn)步驟期間，可把從屬于切割器310與解剖部分例如位于未切骨110下方的關(guān)節(jié)面102或者一個(gè)或多個(gè)預(yù)先計(jì)劃的優(yōu)化的切除術(shù)130之間的相對(duì)空間關(guān)系294、292的信息傳遞至具有控制器的計(jì)算機(jī)1020，或者獨(dú)立計(jì)算機(jī)和位于工具300上或內(nèi)的控制裝置。外科醫(yī)生可把關(guān)于在任何給定時(shí)間對(duì)準(zhǔn)哪個(gè)配準(zhǔn)點(diǎn)245或球形部244的信息輸入計(jì)算機(jī)1020。應(yīng)當(dāng)指出的是，一個(gè)或多個(gè)預(yù)先計(jì)劃的優(yōu)化的切除術(shù)130，同時(shí)顯示為一系列平面切割，可包括一系列曲線、齒條、不規(guī)則形狀的表面、B-齒條和3D表面，以匹配或者更好地配合特定的患者解剖結(jié)構(gòu)。例如，非平面切除術(shù)可用于具有匹配的非平面附著面的定制的植入物，從而減少為容納具有平面切除術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)植入物而必須除去的骨或軟骨的總量。一個(gè)或多個(gè)預(yù)先計(jì)劃的優(yōu)化的切除術(shù)130可僅集中在惡化的解剖結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致創(chuàng)傷性最小的手術(shù)和更好的骨保護(hù)。圖14示出了利用患者匹配塊配準(zhǔn)手術(shù)工具300和相關(guān)切割器310的步驟。在把塊200放置在患者骨上之后，可把具有一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)記472的一個(gè)或多個(gè)陣列470固定到患者的解剖結(jié)構(gòu)(例如，股骨)。優(yōu)選地，把一個(gè)或多個(gè)陣列470設(shè)置成鄰近患者的感染部位(例如，股骨遠(yuǎn)端)。外科醫(yī)生把工具300的切割器310放入多個(gè)球形部210、212、214、242的244并且在任意給定時(shí)間告知計(jì)算機(jī)1020哪個(gè)球形部與切割器310相連通。這可以通過圖形用戶界面(⑶I)或者位于工具300上或者與工具300連接的小鍵盤而完成。然后，將切割器310的中心與其它球形部210、212、214、242的一個(gè)或多個(gè)配準(zhǔn)，直到期望的虛擬的手術(shù)模型60與患者的實(shí)際解剖結(jié)構(gòu)22對(duì)準(zhǔn)。因?yàn)榍懈钇?10的中心312基本上匹配塊200上的各配準(zhǔn)點(diǎn)211、213、215、243、245的空間位置，把關(guān)于各配準(zhǔn)點(diǎn)245相對(duì)于患者的解剖結(jié)構(gòu)102的空間位置294的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)1020中的第一文件中。還把包含術(shù)前計(jì)劃的第二文件，關(guān)于一個(gè)或多個(gè)手術(shù)程序步驟的信息，和/或一個(gè)或多個(gè)預(yù)先計(jì)劃的優(yōu)化的切除術(shù)130的3D圖像文件上傳給計(jì)算機(jī)1020。第二文件代表了虛擬手術(shù)模型60并且包括一個(gè)或多個(gè)參考標(biāo)記69a-f,參考標(biāo)記69a-f是各配準(zhǔn)點(diǎn)245的各空間位置292 (數(shù)據(jù)可在制造塊200中獲得)的同義詞。實(shí)質(zhì)上，從最基本的意義上講，第二文件是用作用于患者特定步驟的虛擬手術(shù)計(jì)劃的，并且第一文件用作校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)使得手術(shù)工具300可以物理地用于執(zhí)行虛擬的手術(shù)計(jì)劃。通過把第一文件中獲得的信息輸入計(jì)算機(jī)1020，計(jì)算機(jī)的處理器可以確定在3D空間中工具300和切割器310相對(duì)于患者實(shí)際解剖結(jié)構(gòu)和虛擬手術(shù)模型60的實(shí)際的物理位置和取向。也可使用包含于第二文件中的信息來確定工具300和切割器310在3D空間中相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)預(yù)先計(jì)劃的優(yōu)化的切除術(shù)130相對(duì)位置和取向，并將其顯示于GUI裝置上，如圖15中所示。圖15-19用圖形方式示出了實(shí)施一個(gè)或多個(gè)預(yù)先計(jì)劃的優(yōu)化的切除術(shù)130’的步驟。在配準(zhǔn)后，工具300可操作地使切割器310發(fā)生旋轉(zhuǎn)、振動(dòng)、或往復(fù)運(yùn)動(dòng)。然后，把切割器310插入并經(jīng)過解剖表面102 (例如，關(guān)節(jié)面)以便除去在切割器310與一個(gè)或多個(gè)預(yù)先計(jì)劃的優(yōu)化的切除術(shù)130’之間的骨、軟骨和其它解剖結(jié)構(gòu)的部分110。利用跟蹤接收器1010跟蹤關(guān)于切割器310 (例如，中心312)相對(duì)于解剖結(jié)構(gòu)102、110的空間位置394以及一個(gè)或多個(gè)計(jì)劃的切除術(shù)130的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將該實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸入與計(jì)算機(jī)1020相關(guān)聯(lián)的控制器。當(dāng)切割器310的表面接近、接觸、或者超過一個(gè)或多個(gè)預(yù)先計(jì)劃的優(yōu)化的切除術(shù)130的表面邊界時(shí)，控制器信號(hào)工具300收回工具300內(nèi)的切割器310或者阻止切割器310的旋轉(zhuǎn)從而防止切割超過一個(gè)或多個(gè)手術(shù)前計(jì)劃的優(yōu)化的切除術(shù)130，如圖18中所示?？商娲?，當(dāng)切割器310接近、接觸、或者超過一個(gè)或多個(gè)預(yù)先計(jì)劃的優(yōu)化的切除術(shù)130的表面邊界時(shí)，顯示器可以警告外科醫(yī)生減小在某些區(qū)域的壓力或切割。在手術(shù)期間，當(dāng)切割器中心312與一個(gè)或多個(gè)計(jì)劃的切除術(shù)130之間的最近距離392等于一個(gè)或多個(gè)計(jì)劃的切除術(shù)130的整個(gè)邊界表面的切割器310的半徑，結(jié)束修改解剖結(jié)構(gòu)的步驟，并且可以從手術(shù)部位拆除工具300。然后，可以植入具有附著面534的植入物500，附著面534匹配對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)計(jì)劃的切除術(shù)表面130。圖20示出了根據(jù)一些實(shí)施例的、用于手術(shù)工具的配準(zhǔn)的替代器械和方法。手術(shù)工具300包括陣列1375，陣列1375經(jīng)由安裝裝置1350附接到手術(shù)工具300。陣列1375包括至少三個(gè)類似于圖11、圖14和圖15中所示實(shí)施例的基準(zhǔn)跟蹤標(biāo)記1372。然而，陣列還包括多個(gè)位置特征1382，這些該位置特征適合于與設(shè)置在患者匹配塊600上的多個(gè)位置特征610,620,630連接。在某些實(shí)施例中，把位置特征1382、1384和1386的形狀設(shè)計(jì)成當(dāng)陣列1375連接塊600時(shí)，位置特征1382、1384、1386的內(nèi)和/或外表面與塊600的位置特征610、620、630僅在一個(gè)方向上相互配合。在一些實(shí)施例中，位置特征被鍵連接以便當(dāng)陣列1375接合塊600時(shí)迫使陣列1375僅定位在一個(gè)取向上?？衫媚Σ涟盐恢锰卣?382、1384、1386保持在位置特征610、620、630內(nèi)。在使用中，在把塊600固定到解剖結(jié)構(gòu)100 (例如，通過利用孔630來銷連接塊600)后，僅在一個(gè)可能的構(gòu)造中，可把陣列1375上的位置特征與塊600上的位置特征610、620、630相連結(jié)。然后，外科醫(yī)生指令計(jì)算機(jī)1020配準(zhǔn)工具300的空間位置和取向。因?yàn)楦浇拥焦ぞ叩那懈钇?10的尺寸是已知的并且切割器10在一個(gè)配置中可僅附接到工具，并且可以確定各跟蹤基準(zhǔn)標(biāo)記1372與切割器310的中心312之間的距離，所以計(jì)算機(jī)1020可以在手術(shù)程序期間實(shí)時(shí)地跟蹤切割器310的空間取向。圖21a_21d用圖形方式示出了根據(jù)一些實(shí)施例的實(shí)施手術(shù)3000的方法。利用成像裝置(諸如CT、microCT、或者磁共振成像)對(duì)患者進(jìn)行掃描3002。然后，將2D圖像切片保存3004并輸入3006分割軟件(例如，MMICS軟件)。一個(gè)或多個(gè)切面圖像的一個(gè)或多個(gè)部分可以被分割3008以便從骨和軟骨中分離出軟組織?？衫密浖?例如，MIMICS)把所形成的分割的2D切面圖像組合3009、3012入單個(gè)3D文件，并且輸入CAD軟件3010以創(chuàng)建用于分析和術(shù)前計(jì)劃的3D患者模型50。CAD軟件也可用于使從分割的2D切面圖像中創(chuàng)建的單個(gè)3D文件變平。在某些實(shí)施例中，基于患者模型50創(chuàng)建定制的植入物和定制的解剖修改130，或者理想的植入物530可以從植入物510、520、530的數(shù)據(jù)庫(kù)500中選擇3014。定制的或選擇的植入物的計(jì)算機(jī)模型，包括在第一位置和取向3016上經(jīng)由虛擬的切除術(shù)3018和虛擬的植入3020、3022加載入患者模型的附著面，并且位于患者模型上，如圖7和圖8中所示。在某些實(shí)施例中，通過擬合試驗(yàn)植入物從而確認(rèn)被使用的植入物的嵌合和尺寸，而確定植入物尺寸。任選地，生物力學(xué)模擬軟件(諸如KNEESM或者LIFEMOD)可被使用3024、3026、3028以決定所選擇植入物530的一個(gè)或多個(gè)工作特性，如果用于患者20并且在虛擬的3D患者模型50中的第一位置和取向上定位3016，如圖9中所示。如果一個(gè)或多個(gè)工作特性是可接受的3032，那么可以創(chuàng)建患者匹配的塊200。如果所選擇植入物530的一個(gè)或多個(gè)工作特性是不可接受的，那么可從數(shù)據(jù)庫(kù)500中選擇3034其它植入物510、520，或者可以使用不同的虛擬解剖修改62、63把相同的植入物530虛擬地植入3036第二位置和方向，并且可以再次形成模擬模型80。在一些實(shí)施例中，可以把所提出的與工作特性有關(guān)的計(jì)算機(jī)模型和/或數(shù)據(jù)以電子方式發(fā)送給保健提供者。在其它實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)接入可允許保健提供者經(jīng)由計(jì)算機(jī)和/或網(wǎng)絡(luò)訪問被提出的計(jì)算機(jī)模型和/或與工作特性有關(guān)的數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，用戶(例如工程師)可在從與所提出的計(jì)算機(jī)模型和/或涉及工作特性的數(shù)據(jù)有關(guān)的保健提供者接收到指令或許可時(shí)進(jìn)行操作。如果拒絕許可，那么經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)發(fā)送表示拒絕的消息，或者對(duì)計(jì)算機(jī)模型以及模型或數(shù)據(jù)進(jìn)行修改和重新發(fā)送。步驟3038-3048描述了創(chuàng)建具有配準(zhǔn)特征210、212、214、240、242、244的患者匹配塊200。該配準(zhǔn)特征確定配準(zhǔn)點(diǎn)211、213、215、241、243、245，這些配準(zhǔn)點(diǎn)被設(shè)計(jì)用來在手術(shù)期間接收并檢測(cè)材料移除植入物、骨鉆、鉆頭、曲槽刨、銑刀或者手術(shù)工具300的切割器310相對(duì)于患者的解剖結(jié)構(gòu)100的位置。配準(zhǔn)點(diǎn)與關(guān)節(jié)的表面102、以及一個(gè)或多個(gè)預(yù)先計(jì)劃的優(yōu)化的切除術(shù)130之間的空間關(guān)系是預(yù)定的，把該關(guān)系存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)文件中，并且上傳至具有控制器的計(jì)算機(jī)1020。該計(jì)算機(jī)文件用于形成塊200，并且還可在手術(shù)期間用來進(jìn)行空間配準(zhǔn)，塊200、工具300、切割器310、關(guān)節(jié)表面102的相對(duì)空間位置、以及所有預(yù)先計(jì)劃的解剖修改和切除術(shù)外形130。外科醫(yī)生把患者匹配的塊200放置3050在感染部位100 (例如，關(guān)節(jié)炎的骨)上，以便塊200僅在一個(gè)空間取向3052上嵌合?？砂褖K200固定3054到感染部位100(例如，用銷)，以便可以用計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)(CAS)系統(tǒng)準(zhǔn)確地配準(zhǔn)手術(shù)工具300。在步驟3056中提供工具300，通過把的一部分的工具(例如，切割器310)放入3060、3062各球形部中而配準(zhǔn)，同時(shí)把關(guān)于手術(shù)工具300的位置的信息告知3064計(jì)算機(jī)1020同時(shí)把手術(shù)工具300定位在塊200的各球形部。各球形部211、213、215、241、243、245處的切割器310的中心位置312通常匹配包含一個(gè)或多個(gè)術(shù)前計(jì)劃的患者優(yōu)化解剖修改130’的電子文件內(nèi)的相同的空間參考點(diǎn)69a-f (見圖7)。在步驟3058，把該電子文件上傳至計(jì)算機(jī)1020，利用電子文件對(duì)配準(zhǔn)信息進(jìn)行處理3068以限定3070手術(shù)切割邊界并且設(shè)定手術(shù)工具300的控制限。把與手術(shù)切割邊界130’有關(guān)的信息發(fā)送至與計(jì)算機(jī)1020相關(guān)聯(lián)的控制器。跟蹤裝置1010確定工具300和切割器310的實(shí)時(shí)定位并且將關(guān)于即時(shí)工具位置的信息發(fā)送到控制器。跟蹤裝置1010可以是被動(dòng)系統(tǒng)或主動(dòng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可采用電磁波、紅外、或超聲。在某些實(shí)施例中，該系統(tǒng)是被動(dòng)的，并且使用紅外線。如果工具300的實(shí)時(shí)位置和取向把切割器310放置成比期望的切割邊界130’更淺，那么控制器命令工具300繼續(xù)切割3072。然而，如果工具300的實(shí)時(shí)位置把切割器310放置成鄰近期望的切割邊界130’，在切割邊界130’上或者經(jīng)過切割邊界130’，那么控制器命令3074工具300停止切割操作。例如，當(dāng)計(jì)算機(jī)輔助跟蹤軟件判定切割器310鄰近期望的切割邊界130’，在切割邊界130’上或者經(jīng)過切割邊界130’時(shí)，控制器可命令工具300收回切割器310或者減小或除去輸給工具300的電流。一旦制備了解剖結(jié)構(gòu)3076，可以安裝3078具有匹配制備好的解剖結(jié)構(gòu)130的附著面534的植入物530，并且以常規(guī)方式結(jié)束手術(shù)程序3080。圖22-43示出了一種替代的手術(shù)系統(tǒng)和方法。提供患者特定工具，將該工具設(shè)計(jì)成至少部分符合患者的獨(dú)特解剖結(jié)構(gòu)的輪廓。例如，如圖所示，將患者特定工具設(shè)置成遠(yuǎn)端股骨塊2000，該遠(yuǎn)端股骨塊2000包括用于接收一個(gè)或多個(gè)手術(shù)緊固件2202、2204、2206的一個(gè)或多個(gè)安裝裝置(例如孔2002、2004、2006)。塊2000具有面向解剖結(jié)構(gòu)的部分2020，該部分2020包括與患者的解剖結(jié)構(gòu)9000 (例如，遠(yuǎn)端股骨關(guān)節(jié)的軟骨和骨)的表面接觸、線接觸、或者點(diǎn)接觸。塊2000與解剖結(jié)構(gòu)1000在六個(gè)自由度內(nèi)在僅一個(gè)空間取向上匹配。塊2000包括對(duì)準(zhǔn)部位，該對(duì)準(zhǔn)部位是采用與安裝件2400互補(bǔ)的適配器部2460配合的適配器部2100的形式。殼體接收陣列或者其它成像部位，如下所述，因此殼體2400起安裝件的作用。適配器部2100、2460可以構(gòu)造成燕尾連接、舌榫嵌合凹槽連接、軸孔連接、卡扣連接、陽(yáng)型連接器/陰型連接器，或者任何其它已知的連接。適配器部可以是自我固定或者可以用一個(gè)或多個(gè)螺釘、磁體、或者銷暫時(shí)地固定到一起。而且，適配器部可以構(gòu)造成使得安裝件2400可以從多個(gè)方向附接到塊2000?？梢园褖K2000固定到患者的天然解剖結(jié)構(gòu)，或者利用手術(shù)緊固件2202、2204、2206固定到天然解剖結(jié)構(gòu)，如圖24和圖25中所示。然后，可以利用適配器部2460、2100把安裝件2400固定到塊2000，如圖26和圖27中所示。然后，把安裝件固定到患者的解剖結(jié)構(gòu)，如圖28和圖29中所示。例如，安裝件2400可具有一個(gè)或多個(gè)套筒2430、2480，這些套筒具有適于接收手術(shù)緊固件2203、2205的孔口 2432、2482。一旦把安裝件2400固定到患者的解剖結(jié)構(gòu)，便可除去塊2000，如圖30和圖31中所示。如果使用手術(shù)緊固件2202、2204、2206，則可以存在小空隙9002、9004、9006。安裝件2400可包括延伸部2450和安裝適配器，該安裝適配器用于接收具有互補(bǔ)的安裝適配器2510的陣列2500。安裝適配器2410、2510優(yōu)選地在六個(gè)自由度內(nèi)在僅一個(gè)相對(duì)空間取向上把陣列2500牢固地固定到安裝件2400。一旦把陣列2500安裝在安裝件2400上，則跟蹤陣列2500的位置并把其位置告知計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)的處理器。陣列一般包括三個(gè)以上的基準(zhǔn)標(biāo)記2502、2504、2506，可由安裝在平臺(tái)2518上的計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)的接收器1010看見這些基準(zhǔn)標(biāo)記。安裝適配器可包括跟蹤的部分、螺紋連接、燕尾接合、球式棘爪、卡扣可釋放連接、直角轉(zhuǎn)彎緊固件、或者磁化的陰型/陰型連接器。在塊2000的產(chǎn)生期間，工程師策略性地將安裝適配器2410的數(shù)據(jù)(并且最終將陣列2500的數(shù)據(jù)以及標(biāo)記2502、2504、2506之間的平面)設(shè)定成相對(duì)于符合的面向解剖結(jié)構(gòu)的表面外形2020的固定空間關(guān)系。這樣，患者匹配的塊2000用于執(zhí)行“即時(shí)的”配準(zhǔn)功能，不要求外科醫(yī)生參與把手術(shù)工具接觸各種解剖標(biāo)志的耗時(shí)步驟，正如傳統(tǒng)所要求的。而且，塊2000允許工程師或者外科醫(yī)生以比常規(guī)計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)方法更高的精確度實(shí)際地復(fù)制術(shù)前手術(shù)計(jì)劃，因?yàn)橛捎阱e(cuò)誤的手動(dòng)配準(zhǔn)技術(shù)而把誤差導(dǎo)入手術(shù)的可能性被消除。在已知的空間取向上相對(duì)于患者解剖結(jié)構(gòu)9000的塊位置陣列2500而建立數(shù)據(jù)。如圖35-37中所示，可利用手術(shù)工具1800來實(shí)現(xiàn)患者解剖結(jié)構(gòu)9000的一個(gè)或多個(gè)解剖變化。例如，如圖所示，工具1800包括主體1820、跟蹤構(gòu)件1870和切割器1810。在某些實(shí)施例中，切割器1810是可旋轉(zhuǎn)的(例如，骨鉆或者端銑刀裝置)并且是計(jì)算機(jī)控制的以輔助外科醫(yī)生實(shí)施解剖變化9010、9020，緊密地配合術(shù)前確定的手術(shù)計(jì)劃?？商峁└櫂?gòu)件1870，例如植入具有至少三個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)記1872、1874、1876的陣列，可利用接收器(例如，圖15中所示的接收器1010)來跟蹤該陣列。當(dāng)工具1800使切割器1810移動(dòng)至接近預(yù)定的切除術(shù)邊界130’的解剖結(jié)構(gòu)9000的位置，控制器向工具1800發(fā)送提供來自工具1800的響應(yīng)的輸入。該輸入可包括例如除去輸給工具1800的電流或者指令工具1800收回切割器1810以及來自工具1800的響應(yīng)，例如，終止進(jìn)一步的解剖變化(例如，阻止切割)。在圖11-14所描述的實(shí)施例中，患者匹配塊具有一個(gè)或多個(gè)接收配準(zhǔn)工具(例如，手術(shù)工具300的尖端310)的對(duì)準(zhǔn)部位(例如，210、212、214、240、242和244)。然后，把配準(zhǔn)工具連接到對(duì)準(zhǔn)部位，通過檢測(cè)位于患者附近或患者上的手術(shù)工具相對(duì)于參考陣列(例如，470)的位置而跟蹤手術(shù)工具相對(duì)于患者骨的位置。在這種實(shí)施例中，手術(shù)工具300起配準(zhǔn)工具各切割器的作用，并且通過使切割器的遠(yuǎn)端尖部接觸塊上的配準(zhǔn)部位而進(jìn)行配準(zhǔn)和重新配準(zhǔn)。在圖22-36的替代實(shí)施例中，配準(zhǔn)工具容納參考陣列并且使用單個(gè)配準(zhǔn)部位(例如，適配器部2100)。殼體2400 (圖26)是這種配準(zhǔn)工具的實(shí)例。殼體2400連接器(例如，適配器部2460)與互補(bǔ)形狀的連接器(例如，患者匹配塊2000的適配器部2100，如圖26中所示)對(duì)接以對(duì)準(zhǔn)塊。殼體適配器2410接收陣列2500，如圖33中所示。通過檢測(cè)手術(shù)工具相對(duì)于參考陣列2500的位置，可以跟蹤手術(shù)工具諸如手術(shù)工具1800 (圖36)相對(duì)于患者的骨位置。在這種情況下，參考陣列2500直接地接合到殼體2400。這種實(shí)施例可以消除使部位與切割器接觸用于配準(zhǔn)的需要。利用處理器將安裝在殼體2400上的陣列(根據(jù)患者特定塊進(jìn)行對(duì)準(zhǔn))配準(zhǔn)，由此自動(dòng)地配準(zhǔn)患者骨的位置。一旦實(shí)際的解剖修改9020基本上匹配在術(shù)前確定的手術(shù)計(jì)劃中概述的解剖變化130’，可把陣列2500和安裝件2400從解剖結(jié)構(gòu)9000中除去，如圖38-40中所示，以便可安裝植入物4000。如果把手術(shù)緊固件2203、2205用于把安裝件2400固定到患者的解剖結(jié)構(gòu)9000，則可以存在解剖空隙9003、9005。植入物4000可以是定制的植入物或者標(biāo)準(zhǔn)植入物。解剖修改9020可優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)植入物的置入，從而獲得患者的最佳生物力學(xué)性能。植入物4000可具有匹配解剖修改9020的面向解剖結(jié)構(gòu)的部分(例如，掛鉤、龍骨、脊、突起、多孔向內(nèi)生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)、或者水泥界面表面)。圖43示意性地示出了圖22-42中所示的方法。圖44描述了替代系統(tǒng)和方法，其中，安裝件2400’可以一體地設(shè)置有面向解剖結(jié)構(gòu)的部分，該面向解剖結(jié)構(gòu)的部分構(gòu)造成在六個(gè)自由度內(nèi)在一個(gè)空間取向上符合并且匹配患者的解剖結(jié)構(gòu)9000’。面向解剖結(jié)構(gòu)的部分可以符合并且通過表面接觸、線接觸、或者點(diǎn)接觸而與患者解剖結(jié)構(gòu)9000’匹配，使得如圖23-31中所示的單獨(dú)的患者匹配塊2000是不必需的。僅在一個(gè)空間取向上把安裝件2400’放置在患者的解剖結(jié)構(gòu)9000’上，然后用手術(shù)緊固件2203’、2205’固定到解剖結(jié)構(gòu)9000’，如圖28-39中所示。以與圖43中所描述類
似的方式結(jié)束該步驟。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本文所提供的標(biāo)記、校準(zhǔn)方法和跟蹤方法只是說明性的，可以采用發(fā)現(xiàn)工件和/或切割工具表面上的坐標(biāo)的其它方法，包括例如超聲、熒光成像、電磁傳感器、光學(xué)位置傳感器、機(jī)械臂等。跟蹤系統(tǒng)可以是例如美國(guó)專利第5，828，770,5, 923，417,6, 061，644和6，288，785號(hào)中所述，這些專利的內(nèi)容以參考的方式并入本文中?？刹捎闷渌櫹到y(tǒng)，例如無線射頻(RF)跟蹤、超聲跟蹤、電磁跟蹤，包括“鳥群(Flock of Birds)”跟蹤，如美國(guó)專利第4，849，692,5, 600，330,5, 742，394,5, 744，953,5, 767，669 和 6，188，55 中所述，這些專利的內(nèi)容以參考的方式并入本文中。本文所描述的系統(tǒng)和方法也可用于自動(dòng)化的機(jī)器人手術(shù)。圖45示出了具有第一臂5002的手術(shù)機(jī)器人5000，該機(jī)器人用于把患者匹配器械塊200或2000嵌合患者的骨，并且第二臂5004構(gòu)造成接收切割工具(例如，手術(shù)工具300，如圖11中所示)，用于根據(jù)手術(shù)計(jì)劃切除患者的骨。技師可把塊200嵌合第一臂5002，手術(shù)機(jī)器人5000引導(dǎo)第一臂5002以便正確地使塊200對(duì)準(zhǔn)患者的骨。一旦把塊200嵌合患者的骨，機(jī)器人5000可通過把由第二臂5004操作的配準(zhǔn)工具(例如，工具300)連接到位于塊200上的球形部210、212、214、240,242和244的一個(gè)或多個(gè)而配準(zhǔn)患者骨的位置?？商娲?，技師或者外科醫(yī)生可以把塊200直接地放置在患者骨上，手術(shù)機(jī)器人5000可以根據(jù)預(yù)定的手術(shù)方案和切割邊界配準(zhǔn)并切除患者骨。手術(shù)機(jī)器人5000的一個(gè)實(shí)例可以是由Smith & Nephew, Inc.所銷售的PiGalileo手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)。在閱讀本公開之后，本文所公開的系統(tǒng)和方法的各種實(shí)施方式(以及任何裝置和設(shè)備)及其任意組合將變得顯見。例如，某些實(shí)施例包括用于配準(zhǔn)手術(shù)工具的位置的患者匹配設(shè)備(例如患者匹配塊200)。該設(shè)備包括內(nèi)表面，該內(nèi)表面符合患者解剖部分的圖像(例如骨)以及主體，該主體具有一個(gè)或多個(gè)構(gòu)造成接收配準(zhǔn)工具的配準(zhǔn)部位。該配準(zhǔn)部位可包括對(duì)應(yīng)于患者解剖部分的圖像中所示一個(gè)或多個(gè)參考標(biāo)記的一個(gè)或多個(gè)配準(zhǔn)點(diǎn)。該圖像可以公開、描述或者顯示為計(jì)算機(jī)圖像或者任何其它圖形圖像、電子圖像或其它圖像。任何設(shè)備的內(nèi)表面可構(gòu)造成在預(yù)定的空間取向上嵌合患者的解剖部分，例如僅在一個(gè)空間取向上嵌合解剖部分。任何前述患者匹配設(shè)備的配準(zhǔn)部位可包括部分球形的表面。本文所公開的任何配準(zhǔn)工具或者任何前述患者匹配設(shè)備或者系統(tǒng)或方法可包括切割構(gòu)件，該切割構(gòu)件與配準(zhǔn)部位對(duì)接以便識(shí)別配準(zhǔn)部位的位置并且把該位置告知計(jì)算機(jī)。配準(zhǔn)工具可把配準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)于參考陣列的位置輸入計(jì)算機(jī)中的第一文件。在各種實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)可包括一個(gè)或多個(gè)跟蹤硬件、跟蹤軟件、以及控制器，該控制器用于根據(jù)包含手術(shù)計(jì)劃的第二文件引導(dǎo)手術(shù)工具。在前述實(shí)施例中，手術(shù)工具的切割構(gòu)件可包括對(duì)應(yīng)于患者匹配塊或者設(shè)備的配準(zhǔn)點(diǎn)的中心。任何患者匹配設(shè)備的配準(zhǔn)點(diǎn)可對(duì)應(yīng)于參考標(biāo)記。任何配準(zhǔn)點(diǎn)可對(duì)應(yīng)于患者的迭代生物力學(xué)模擬模型的參考標(biāo)記。在各種實(shí)施方式中，提供一種用于操作手術(shù)對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)向裝置的方法。該方法包括在患者匹配設(shè)備上提供至少一個(gè)配準(zhǔn)部位的步驟。該設(shè)備可具有符合輪廓患者解剖部分的圖像的輪廓的內(nèi)表面。該方法還可包括以下步驟中一個(gè)或多個(gè)步驟提供手術(shù)工具，該手術(shù)工具具有構(gòu)造成與配準(zhǔn)部位對(duì)接的對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)；以及相對(duì)于配準(zhǔn)部位對(duì)準(zhǔn)該對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)從而把配準(zhǔn)部位的位置告知處理器；跟蹤手術(shù)工具相對(duì)于參考陣列的位置以識(shí)別手術(shù)工具的位置；限定手術(shù)工具的物理邊界；根據(jù)手術(shù)工具相對(duì)于手術(shù)工具的物理邊界的位置而引導(dǎo)手術(shù)工具的操作；把手術(shù)工具相對(duì)于物理邊界的相對(duì)位置顯示于顯示裝置上；把配準(zhǔn)部位的位置經(jīng)由跟蹤接收器告知處理器；或者其任意組合。在各種實(shí)施方式中，提供一種用于制造手術(shù)對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)向裝置的方法。該方法包括以下步驟中的一個(gè)或多個(gè)步驟基于患者關(guān)節(jié)的圖像創(chuàng)建患者關(guān)節(jié)計(jì)算機(jī)模型；在患者關(guān)節(jié)的計(jì)算機(jī)模型中創(chuàng)建至少一個(gè)參考點(diǎn)；確定參考點(diǎn)與患者關(guān)節(jié)的計(jì)算機(jī)模型的骨表面之間的空間關(guān)系；創(chuàng)建具有至少一個(gè)對(duì)應(yīng)于參考點(diǎn)的部位的患者匹配對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)向裝置；創(chuàng)建患者匹配對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)向裝置的內(nèi)表面，該內(nèi)表面具有符合患者關(guān)節(jié)圖像的輪廓的外形；或者其任意組合。在各種實(shí)施方式中，提供一種利用患者匹配設(shè)備(例如塊)配準(zhǔn)患者解剖部分的位置的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括患者匹配設(shè)備，該匹配設(shè)備具有第一連接器以及面向解剖結(jié)構(gòu)的表面，該面向解剖結(jié)構(gòu)的表面符合患者的骨的圖像；以及安裝件，該安裝件具有第二連接器，該第二連接器與第一連接器匹配并且構(gòu)造成接收陣列以便把陣列的位置告知計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)?？梢怨潭ǖ目臻g關(guān)系把安裝件定位在面向解剖結(jié)構(gòu)的表面上。該系統(tǒng)可包括具有第二陣列的手術(shù)工具，該第二陣列構(gòu)造成告知手術(shù)工具的相對(duì)于第一陣列的位置。在各種實(shí)施方式中，提供一種用于操作手術(shù)對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)向裝置的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括具有內(nèi)表面的患者匹配手術(shù)設(shè)備，內(nèi)表面符合患者骨的圖像和對(duì)準(zhǔn)部位；配準(zhǔn)工具，構(gòu)造成與對(duì)準(zhǔn)部位對(duì)接從而使患者匹配手術(shù)設(shè)備的位置與手術(shù)工具相聯(lián)系；以及跟蹤手術(shù)工具相對(duì)于陣列的位置的處理器。在各種實(shí)施方式中，公開了一種用于配準(zhǔn)患者骨位置的患者匹配的手術(shù)導(dǎo)向裝置。該手術(shù)導(dǎo)向裝置可包括內(nèi)表面，所述內(nèi)表面符合患者的骨；以及主體，所述主體具有配準(zhǔn)部位，其接收醫(yī)療裝置的配準(zhǔn)工具以便將該配準(zhǔn)工具的位置告知處理器，其中，配準(zhǔn)部位包括配準(zhǔn)點(diǎn)，該配準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于患者骨圖像中所描繪的參考標(biāo)記。內(nèi)表面可以構(gòu)造成在僅一個(gè)空間取向上嵌合患者骨的一部分。在這種導(dǎo)向裝置的任意實(shí)施例中，患者匹配手術(shù)導(dǎo)向裝置的配準(zhǔn)部位可包括部分球面。在這種導(dǎo)向裝置的任意實(shí)施例中，圖像可以是患者的骨的三維模型，并且標(biāo)記可限定相對(duì)于患者骨的關(guān)節(jié)面的空間關(guān)系。在這種導(dǎo)向裝置的任意實(shí)施例中，圖像可以具有虛擬手術(shù)模型。在各種實(shí)施方式中，提供一種利用患者而匹配的塊配準(zhǔn)患者解剖部分的位置的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括患者匹配塊，該塊具有符合患者的骨的面向解剖結(jié)構(gòu)的表面和連接器；和安裝件，該安裝件附接到骨和連接器并且構(gòu)造成接收陣列從而把骨位置告知計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)的任意實(shí)施例中，可將該安裝件定位成固定的空間關(guān)系相對(duì)于面向解剖結(jié)構(gòu)的表面。在各種實(shí)施方式中，提供一種用于實(shí)施把假體程序植入患者的計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)程序的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括患者匹配塊，該塊具有配準(zhǔn)部位以及構(gòu)造成符合患者骨的內(nèi)表面；具有與配準(zhǔn)部位對(duì)接以識(shí)別配準(zhǔn)部位的位置的切割尖端的手術(shù)工具；以及跟蹤工具相對(duì)于患者骨位置的位置的處理器。在這種系統(tǒng)的任意實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)可具有以下中的一個(gè)或多個(gè)跟蹤硬件、跟蹤軟件、以及用于根據(jù)含有手術(shù)計(jì)劃的文件引導(dǎo)手術(shù)工具的控制器。在這種系統(tǒng)的任意實(shí)施例中，患者匹配的塊的配準(zhǔn)部位可包括具有中心配準(zhǔn)點(diǎn)的部分球面。在這種系統(tǒng)的任意實(shí)施例中，切割尖端可包括對(duì)應(yīng)于患者匹配塊的配準(zhǔn)點(diǎn)的中心。在這種系統(tǒng)的任意實(shí)施例中，配準(zhǔn)部位可包括配準(zhǔn)點(diǎn)，該配準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于患者骨三維模型的參考標(biāo)記。該配準(zhǔn)點(diǎn)可對(duì)應(yīng)于完整的虛擬手術(shù)模型的參考標(biāo)記。在這種系統(tǒng)的任意實(shí)施例中，第一文件包含患者匹配塊的配準(zhǔn)部位相對(duì)于患者骨的位置的數(shù)據(jù)。在這種系統(tǒng)的任意實(shí)施例中，跟蹤接收器與處理器相連通，該跟蹤接收器構(gòu)造成識(shí)別配準(zhǔn)部位的位置。在各種實(shí)施方式中，提供一種操作手術(shù)對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)向裝置的方法。該方法包括以下步驟中的一個(gè)或多個(gè)步驟提供患者匹配的塊，該塊具有至少一個(gè)配準(zhǔn)部位以及符合患者解剖部分的內(nèi)表面；提供手術(shù)工具，該手術(shù)工具具有與配準(zhǔn)部位對(duì)接的對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)；相對(duì)于至少一個(gè)配準(zhǔn)部位對(duì)準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)；跟蹤手術(shù)工具相對(duì)于參考陣列的位置以識(shí)別該工具的位置；限定切割邊界，該切割邊界具有患者解剖結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)預(yù)先計(jì)劃的優(yōu)化的切除；或者其任意組合。在各種實(shí)施方式中，提供一種用于將假體裝置植入患者的計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)程序的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括具有符合患者骨的內(nèi)表面和對(duì)準(zhǔn)部位的患者匹配手術(shù)設(shè)備；構(gòu)造成與對(duì)準(zhǔn)部位對(duì)接以識(shí)別患者骨的位置的配準(zhǔn)工具；以及跟蹤手術(shù)工具相對(duì)于陣列的位置的處理器。鑒于前述內(nèi)容，將看到本發(fā)明實(shí)現(xiàn)和獲得了若干優(yōu)點(diǎn)。正如在不背離本發(fā)明范圍的情況下可以在本文所公開的構(gòu)造和方法中進(jìn)行各種修改，意圖是前面的描述中以及附圖中的所有主題應(yīng)當(dāng)被看作是說明性的而不是限制。在閱讀了本公開后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)想到變更和修改?？梢砸耘c本文所描述的一個(gè)或多個(gè)其它特征的任何組合和亞組合(包括多個(gè)從屬組合和亞組合)的形式實(shí)施公開的特征。上面所描述和圖示的各種特征，包括其任何部件，可以組合或者并入其它系統(tǒng)。而且，某些特征可以省略或者不被實(shí)施。本領(lǐng)域技術(shù)人員可了解變化、替換和變更的例子，并且可以在不背離本文所公開信息的范圍的情況下做出變化、替換和變更。本文中所引用的所有參考的全部?jī)?nèi)容以參考的方式并入本文中并且成為本申請(qǐng)的一部分。
權(quán)利要求
1.一種用于配準(zhǔn)手術(shù)工具的位置的患者匹配裝置(200)，所述裝置包括 內(nèi)表面(202 )，所述內(nèi)表面(202 )符合患者的解剖部分的圖像；以及 主體，所述主體具有構(gòu)造成接收配準(zhǔn)工具(300)的配準(zhǔn)部位(210、212、214、240、242、244)， 其中，所述配準(zhǔn)部位包括配準(zhǔn)點(diǎn)(211、213、215、241、243、245)，所述配準(zhǔn)點(diǎn)(211、213、215、241、243、245)對(duì)應(yīng)于所述患者的解剖部分的圖像中所描述的參考標(biāo)記(59a-f )。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述內(nèi)表面構(gòu)造成僅在一個(gè)空間取向上與所述患者的解剖部分相符。
3.如權(quán)利要求I至2中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述患者匹配塊的配準(zhǔn)部位包括部分球形的表面。
4.如權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述配準(zhǔn)工具(300)包括切割構(gòu)件(310)，所述切割構(gòu)件(310)與所述配準(zhǔn)部位對(duì)接從而識(shí)別所述配準(zhǔn)部位的位置并且把該位置告知計(jì)算機(jī)(1020)。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述配準(zhǔn)工具告知所述配準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)于參考陣列的位置以便存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)(1020)中的第一文件中。
6.如權(quán)利要求4或5所述的裝置，其中，所述計(jì)算機(jī)包括跟蹤硬件、跟蹤軟件以及控制器，所述控制器用于根據(jù)含有手術(shù)計(jì)劃的第二文件弓I導(dǎo)所述手術(shù)工具。
7.如權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述手術(shù)工具的切割構(gòu)件(310)包括對(duì)應(yīng)于所述患者匹配塊的配準(zhǔn)點(diǎn)的中心(312 )。
8.如權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述配準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于完整虛擬手術(shù)模型(70)的參考標(biāo)記(79a-f)。
9.如權(quán)利要求I至8中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述配準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于所述患者的迭代生物力學(xué)模擬模型(90)的參考標(biāo)記(99a-f)。
10.一種操作手術(shù)對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)向裝置的方法，包括以下步驟 在患者匹配塊(200)上提供至少一個(gè)配準(zhǔn)部位(210，212，214，240，242，244)，所述塊具有符合患者的解剖部分的圖像的輪廓的內(nèi)表面(202)； 提供具有對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)(310)的手術(shù)工具(300)，所述對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)造成與所述配準(zhǔn)部位對(duì)接；以及 相對(duì)于所述配準(zhǔn)部位對(duì)準(zhǔn)所述對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)，從而把該配準(zhǔn)部位的位置告知處理器。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，包括步驟跟蹤所述手術(shù)工具相對(duì)于參考陣列的位置以識(shí)別所述手術(shù)工具的位置。
12.如權(quán)利要求10至11中任一項(xiàng)所述的方法，包括步驟為所述手術(shù)工具(300)限定物理邊界(130’)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，包括步驟基于所述手術(shù)工具相對(duì)于所述手術(shù)工具的物理邊界的位置而引導(dǎo)所述手術(shù)工具的操作。
14.如權(quán)利要求12-13任一項(xiàng)所述的方法，包括步驟把所述手術(shù)工具(300)相對(duì)于所述物理邊界(130’ )的相對(duì)位置顯示于顯示裝置上。
15.如權(quán)利要求10-14任一項(xiàng)所述的方法，包括步驟把所述配準(zhǔn)部位的位置經(jīng)由跟蹤接收器(1010)告知處理器。
16.一種制造手術(shù)對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)向裝置的方法，包括以下步驟 基于患者關(guān)節(jié)的圖像而建立所述患者關(guān)節(jié)的計(jì)算機(jī)模型； 在所述患者關(guān)節(jié)的計(jì)算機(jī)模型上建立至少一個(gè)參考點(diǎn)； 限定所述參考點(diǎn)與所述患者關(guān)節(jié)的計(jì)算機(jī)模型的骨表面之間的空間關(guān)系；以及 建立具有對(duì)應(yīng)于所述參考點(diǎn)的至少一個(gè)部位的患者匹配對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)向裝置。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，建立所述患者匹配對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)向裝置的內(nèi)表面，所述內(nèi)表面具有符合所述患者關(guān)節(jié)的圖像的輪廓的外形。
18.一種利用患者匹配塊配準(zhǔn)患者的解剖部分的位置的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 患者匹配塊(2000)，所述患者匹配塊(2000)具有第一連接器(2100)以及面向解剖結(jié)構(gòu)的表面(2020)，所述面向解剖結(jié)構(gòu)的表面(2020)符合所述患者的骨的圖像；以及 安裝件(2400 )，所述安裝件(2400 )具有第二連接器(2460 )，所述第二連接器(2460 )與所述第一連接器(2100)匹配并且被構(gòu)造成接收陣列(2500)從而把所述陣列的位置告知計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，以相對(duì)于所述面向解剖結(jié)構(gòu)的表面的固定的空間關(guān)系定位所述安裝件。
20.如權(quán)利要求18至19中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，包括具有第二陣列(1870)的手術(shù)工具(1800)，所述第二陣列(1870)構(gòu)造成告知所述手術(shù)工具(1800)相對(duì)于所述陣列(2500)的位置。
21.一種用于操作手術(shù)對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)向裝置的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 患者匹配手術(shù)裝置(200、2000 )，所述患者匹配手術(shù)裝置(200、2000 )具有內(nèi)表面(202，2020)以及對(duì)準(zhǔn)部位(210，2100)，所述內(nèi)表面符合患者的骨的圖像； 配準(zhǔn)工具(300、2400)，所述配準(zhǔn)工具(300、2400)構(gòu)造成與所述對(duì)準(zhǔn)部位對(duì)接從而使所述患者匹配手術(shù)裝置的位置與手術(shù)工具(1800)相聯(lián)系；以及 處理器，所述處理器跟蹤所述手術(shù)工具相對(duì)于陣列(470，2500)的位置。
22.一種用于配準(zhǔn)患者的骨的位置的患者匹配手術(shù)導(dǎo)向裝置，所述手術(shù)導(dǎo)向裝置包括 內(nèi)表面，所述內(nèi)表面符合所述患者的骨；以及 主體，所述主體具有配準(zhǔn)部位，所述配準(zhǔn)部位接收醫(yī)療裝置的配準(zhǔn)工具以便將該配準(zhǔn)工具的位置告知處理器， 其中，所述配準(zhǔn)部位包括配準(zhǔn)點(diǎn)，所述配準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于所述患者的骨的圖像中所描述的參考標(biāo)記。
23.如權(quán)利要求22所述的手術(shù)導(dǎo)向裝置，其中，所述內(nèi)表面構(gòu)造成僅在一個(gè)空間取向上與所述患者的骨的一部分相符。
24.如權(quán)利要求22至23中任一項(xiàng)所述的手術(shù)導(dǎo)向裝置，其中，所述患者匹配手術(shù)導(dǎo)向裝置的配準(zhǔn)部位包括部分球形的表面。
25.如權(quán)利要求22至24中任一項(xiàng)所述的手術(shù)導(dǎo)向裝置，其中，所述圖像是所述患者的骨的三維模型，所述標(biāo)記限定相對(duì)于所述患者的骨的關(guān)節(jié)面的空間關(guān)系。
26.如權(quán)利要求22至24中任一項(xiàng)所述的手術(shù)導(dǎo)向裝置，其中，所述圖像具有虛擬手術(shù)模型。
27.一種利用患者匹配塊來配準(zhǔn)患者的解剖部分的位置的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括患者匹配塊，所述患者匹配塊具有符合患者的骨的面向解剖結(jié)構(gòu)的表面以及連接器；以及 安裝件，所述安裝件附接到所述骨和所述連接器，并且構(gòu)造成接收陣列從而把所述骨的位置告知計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)。
28.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中，以相對(duì)于所述面向解剖結(jié)構(gòu)的表面的固定的空間關(guān)系定位所述安裝件。
29.一種用于執(zhí)行計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)程序以便把假體裝置植入患者的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括患者匹配塊，所述患者匹配塊具有配準(zhǔn)部位和內(nèi)表面，所述內(nèi)表面構(gòu)造成符合患者的骨； 手術(shù)工具，所述手術(shù)工具具有切割尖部，所述切割尖部與所述配準(zhǔn)部位對(duì)接以識(shí)別所述配準(zhǔn)部位的位置；以及 處理器，所述處理器跟蹤所述工具相對(duì)于所述患者的骨的位置的位置。
30.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)具有 跟蹤硬件； 跟蹤軟件；以及 控制器，所述控制器用于根據(jù)包含手術(shù)計(jì)劃的文件來弓I導(dǎo)所述手術(shù)工具。
31.如權(quán)利要求29至30中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述患者匹配塊的配準(zhǔn)部位包括具有中心配準(zhǔn)點(diǎn)的部分球形的表面。
32.如權(quán)利要求29至31中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述切割尖部包括對(duì)應(yīng)于所述患者匹配塊的配準(zhǔn)點(diǎn)的中心。
33.如權(quán)利要求29至32中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述配準(zhǔn)部位包括配準(zhǔn)點(diǎn)，所述配準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于所述患者的骨的三維模型的參考標(biāo)記。
34.如權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中，所述配準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于完整虛擬手術(shù)模型的參考標(biāo)記。
35.如權(quán)利要求29至34中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，包括第一文件，所述第一文件含有所述患者匹配塊的配準(zhǔn)部位相對(duì)于所述患者的骨的位置的數(shù)據(jù)。
36.如權(quán)利要求29-35中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，包括與所述處理器相連通的跟蹤接收器，所述跟蹤接收器構(gòu)造成識(shí)別所述配準(zhǔn)部位的位置。
37.一種操作手術(shù)對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)向裝置的方法，包括以下步驟 提供患者匹配塊，所述塊具有至少一個(gè)配準(zhǔn)部位以及內(nèi)表面，所述內(nèi)表面符合所述患者的解剖部分； 提供具有對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)的手術(shù)工具，所述對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)與所述配準(zhǔn)部位對(duì)接；以及 相對(duì)于所述至少一個(gè)配準(zhǔn)部位而對(duì)準(zhǔn)所述對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，包括步驟跟蹤所述手術(shù)工具相對(duì)于參考陣列的位置以識(shí)別所述工具的位置。
39.如權(quán)利要求37至38中任一項(xiàng)所述的方法，包括步驟限定切割邊界，所述切割邊界具有所述患者的解剖結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)預(yù)先計(jì)劃的優(yōu)化切除。
40.一種用于執(zhí)行計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)程序以便把假體裝置植入患者的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 患者匹配手術(shù)裝置，所述患者匹配手術(shù)裝置具有內(nèi)表面以及對(duì)準(zhǔn)部位，所述內(nèi)表面符合所述患者的骨； 配準(zhǔn)工具，所述配準(zhǔn)工具構(gòu)造成與所述對(duì)準(zhǔn)部位對(duì)接以識(shí)別所述患者的骨的位置；以及 處理器，所述處理器跟蹤手術(shù)工具相對(duì)于陣列的位置。
全文摘要
公開了手術(shù)系統(tǒng)和方法，其利用成像裝置來創(chuàng)建患者感染區(qū)域的3D模型，利用該模型來確定植入物方向和位置，形成患者匹配器械，把患者匹配器械放置在患者的解剖結(jié)構(gòu)上，配準(zhǔn)計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)工具，以及獲取配準(zhǔn)信息。該方法和系統(tǒng)還包括將手術(shù)工具與計(jì)算機(jī)相關(guān)聯(lián)以執(zhí)行計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)。還公開了用于獲取配準(zhǔn)信息的患者匹配器械的實(shí)施例。
文檔編號(hào)A61B17/56GK102933163SQ201180029559
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者M.D.休斯, J.A.夏普 申請(qǐng)人:史密夫和內(nèi)修有限公司