[发明专利]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

说明书

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。

相关申请的交叉引用

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

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 jointarthroplasty)的新型优越的方法。

背景技术

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。

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。

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(powersaws)、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。

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