CN102014771A - 用于识别标记的系统和方法 - Google Patents

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CN102014771A CN2008801289083A CN200880128908A CN102014771A CN 102014771 A CN102014771 A CN 102014771A CN 2008801289083 A CN2008801289083 A CN 2008801289083A CN 200880128908 A CN200880128908 A CN 200880128908A CN 102014771 A CN102014771 A CN 102014771A
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Abstract

本发明披露了一种用于识别标记的系统(1010、1110)。所述系统包括用于产生磁场的场发生器(1016、1116)、位于所述磁场内的矫形外科植入物(1030、1130)，所述植入物具有至少一个标记(1028，1128)，具有第一磁性传感器(1026，1126)的可拆卸的探测器(1029，1129)、具有第二磁性传感器(1020、1120)的标记识别器(1016、1116)、和处理器(1012、1112)，所述处理器用于对比来自所述第一传感器和所述第二传感器的传感器数据并且使用设定距离来计算所述标记识别器相对于所述至少一个标记的位置。本发明使得可对一个或多个标记进行盲式目标定位。

Description

用于识别标记的系统和方法
对相关申请的交叉参考
本申请要求于2008年2月29日提交的申请号为PCT/US2008/55300的PCT国际专利申请的权益。该申请的整体披露内容在此作为参考被引用。
涉及联邦赞助的研究或开发的声明
不适用
附录
不适用
技术领域
本发明的实施例主要涉及矫形外科植入物，且更特别地，本发明的实施例涉及识别矫形外科植入物上的盲标记(blind landmark)。
背景技术
互锁股骨钉的使用大大拓宽了长骨骨折的髓内(IM)固定范围。髓内钉的锁定使得上述构造沿纵向更为稳定且停止了钉在骨内的旋转。典型的髓内钉固定外科手术涉及将夹具、X射线成像装置和人工目测装置组合起来以便定位并钻出远端螺钉孔。
在该外科手术过程中，髓内钉被锤入骨折长骨的导管内以便将骨折的端部固定在一起。通常情况下，首先实施的是近端锁定且通常使用夹具实施所述近端锁定。然而，钉在插入髓内的过程中产生的变形可导致对于远端螺钉而言出现夹具不准确的情况。主要的困难在于对远端锁定螺钉进行的定位以及使钻具对齐以便钻出远端螺钉孔的步骤，这是因为这是整个植入过程中最耗时也最具挑战性的步骤。因此，无法实施远端锁定的两个主要原因是骨上的进入点不准确以及钻具的取向错误。如果这两个因素中的任一因素出现错误，则钻具将不会穿过钉孔。
进入点的不准确还使钻头的圆形端部通常出现打滑的问题更加复杂，且因而使得难以设置与较早形成的一个钻孔相邻的另一钻孔。不准确的远端锁定会导致过早地出现毁损，且使穿过钉孔的钉出现断裂、使螺钉出现断裂、或者使骨内的钻头出现断裂。
手动技术是最普遍也最被接受的用于观察远端螺钉孔的技术并且在矫形外科产业中占据优势地位。大多数的远端目标定位技术都会使用衬套(圆柱形套筒)来引导钻具。使该引导衬套对齐并将其保持在适当位置处的机理有所不同。在一些情况下，外科医生使用半套筒(沿纵向切成两半的衬套)或者完整套筒来帮助在钻削过程中稳定钻头。在任何情况下，外科医生都将对病人实施切入并将钻具插置通过该切口。手动技术主要基于外科医生的手动技术且使用了射线照相术的X射线成像装置和机械夹具。
在长钉上实现该目的的另一种方法是在C形臂部的帮助下使用所谓“标准圆(perfect circle)”技术。在这种情况下，技术人员对病人和C形臂部进行定向，从而使得当采用荧光检查法观察该植入物时，螺钉所将要穿过的孔呈现出圆的形状。如果C形臂部并不垂直于该孔，则其将呈现椭圆形或甚至不存在。
在所属领域中，仍需要提供一种用于对医用植入物的标记进行目标定位的系统和方法。进一步地，在所属领域中，仍需要对远端锁定螺钉进行准确定位且需要使钻具对齐以便钻出远端螺钉孔。
发明内容
本发明提供了一种用于识别标记的系统，所述系统包括：用于产生磁场的场发生器；位于所述磁场内的矫形外科植入物，所述矫形外科植入物具有至少一个标记；具有与所述至少一个标记隔开的第一磁性传感器的可拆卸的探测器；具有第二磁性传感器的标记识别器；和处理器，所述处理器用于对比来自所述第一传感器和所述第二传感器的传感器数据并且使用所述设定距离来计算所述标记识别器相对于所述至少一个标记的位置。
本发明还提供了一种用于识别标记的系统，所述系统包括：用于产生磁场的场发生器；位于所述磁场内的矫形外科植入物，所述矫形外科植入物具有至少一个标记和纵向沟槽，所述纵向沟槽具有近端部分和远端部分；第一磁性传感器，所述第一磁性传感器在所述纵向沟槽的所述远端部分处被安装到所述矫形外科植入物上且与所述至少一个标记隔开设定距离；具有第二磁性传感器的标记识别器；和处理器，所述处理器用于对比来自所述第一传感器和所述第二传感器的传感器数据并且使用所述设定距离来计算所述标记识别器相对于所述至少一个标记的位置。
根据一些实施例，所述标记选自包括结构、空隙、凸起、通道、制动器、凸缘、沟槽、构件、分隔件、梯级、孔洞、孔穴、腔体、凹部、导管、间隙、凹口、孔口、通路、切口、孔眼或狭槽的组群。
根据一些实施例，所述矫形外科植入物是髓内钉。
根据一些实施例，所述矫形外科植入物具有外表面、形成插管的内表面和位于其间的壁部，且所述第一磁性传感器被安装在所述壁部内。
根据一些实施例，所述矫形外科植入物进一步包括凹窝且所述第一传感器被设置在所述凹窝内。
根据一些实施例，所述矫形外科植入物进一步包括盖。
根据一些实施例，所述矫形外科植入物进一步包括适于接收盖的第二开口。
根据一些实施例，所述矫形外科植入物进一步包括周向的凹窝。
根据一些实施例，所述系统包括被连接至第一磁性传感器的引线。
根据一些实施例，所述系统包括被可拆卸地附接到所述矫形外科植入物上的插入柄。
根据一些实施例，所述系统包括被电连接至所述处理器的监控器。
根据一些实施例，所述系统包括被连接至所述第一传感器的可拆卸的引线。
根据一些实施例，所述纵向沟槽是沿所述植入物的外表面设置的。
根据一些实施例，所述矫形外科植入物进一步包括插管，且所述纵向沟槽通常与所述插管相邻。
根据一些实施例，所述标记识别器包括钻具套筒。
根据一些实施例，所述标记识别器进一步包括锯齿尖端。
根据一些实施例，所述标记识别器进一步包括管道。
根据一些实施例，所述标记识别器进一步包括标识传感器(marking sensor)。
根据一些实施例，所述标记识别器进一步包括柄。
根据一些实施例，所述处理器为用户提供了反馈信息。
本发明提供了一种用于识别标记的系统，所述系统包括：用于产生磁场的场发生器；位于所述磁场内的矫形外科植入物，所述矫形外科植入物具有至少一个标记；磁体，所述磁体被安装到所述矫形外科植入物上且与所述至少一个标记隔开设定距离；具有磁性传感器的标记识别器；和处理器，所述处理器用于对比来自所述磁性传感器的传感器数据并且使用所述设定距离来计算所述标记识别器相对于所述至少一个标记的位置。
本发明提供了一种用于识别标记的方法，所述方法包括：提供矫形外科植入物组件，所述矩形植入物组件具有矫形外科植入物和可拆卸的引线，所述矩形植入物具有纵向沟槽，所述可拆卸的引线上附接有磁性传感且位于所述纵向沟槽内，所述矫形外科植入物具有近端部分、远端部分和位于所述远端部分上的至少一个标记；将所述矫形外科植入物组件植入病人体内；首先将刺穿元件安装在所述近端部分中；使用标记识别器对所述至少一个标记进行识别；在首先将刺穿元件安装在所述近端部分中之后，将刺穿元件安装在位于所述远端部分中的所述至少一个标记中；并且拆除所述可拆卸的引线。
本发明提供了一种图形化的用户界面，所述图形化的用户界面包括：表示相对于植入物的钻削深度的第一部分；和第二部分，所述第二部分表示相对于标记的标记识别器位置，所述标记位于所述植入物上。
本发明具有优于现有装置和技术的多个优点。首先，本发明可独立于荧光检查法而运行且使得无需设置X射线装置对刺穿元件进行目标定位，由此减轻了用户和病人暴露于辐射的程度。其次，本发明使得用户可在锁定非驱动端之前锁定驱动端。换句话说，在一些实施例中，本发明不需要使用植入物插管且使得可在进行远端锁定之前进行近端锁定。
下面将结合附图对本发明进一步的特征、方面和优点以及本发明的多个实施例的结构和运行进行详细描述。
附图说明
附图被包括在本说明书中且构成了本说明书的一部分。图中示出了本发明的实施例，且附图与下面的说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1示出了用于识别标记的系统的第一实施例；
图2是矫形外科植入物组件的第一实施例的剖视图；
图3示出了传感器的第一实施例；
图4示出了传感器的第二实施例；
图5示出了图4所示的传感器；
图6示出了矫形外科植入物组件的第二实施例；
图7是可拆卸的引线的前视图；
图8是图6所示矫形外科植入物组件的顶视图；
图9示出了标记识别器；
图10是示出了第一实施例中的点式接触的剖视图；
图11是示出了第二实施例中的点式接触的剖视图；
图12A是示出了弯皱的电连接装置的剖视图；
图12B是示出了在第一可选实施利中的电连接装置的示意图；
图12C是示出了图12B所示电连接装置的侧视示意图；
图12D是示出了在第二可选实施利中的电连接装置的示意图；
图13A是示出了在第一实施利中用于使矫形外科植入物与插入柄对齐的其它可选机构的部分透视图；
图13B是示出了在第二可选实施利中用于使矫形外科植入物与电连接装置对齐的其它可选机构的部分透视图；
图14示出了插入柄与矫形外科植入物的连接；
图15示出了用于识别标记的系统的第二实施例；
图16是示出了视野选择标准的示意图；
图17是示出了视野选择步骤的流程图；
图18是示出了使标记识别器对齐的第一种可选方法的示意图；
图19是示出了使标记识别器对齐的第二种可选方法的示意图；
图20示出了监控器的典型视图；
图21示出了标记识别器的另一种可选实施例；
图22示出了插入柄的第一可选实施例；
图23示出了用于识别标记的系统的第三实施例；
图24示出了插入柄的第二可选实施例；
图25示出了用于识别标记的系统的第三实施例；
图26示出了髓内钉的详细的横截面视图；
图27示出了一个包装实施例；
图28示出了将该系统连接到网络的方法；
图29示出了用于识别标记的系统的第四实施例；
图30示出了用于使用该系统的第一流程图；
图31示出了用于使用该系统的第二流程图；
图32示出了用于追踪钻削深度的第二实施例；
图33A和33B示出了用于追踪钻削深度的第三实施例；
图34示出了用于追踪钻削深度的第四实施例；
图35示出了插入柄；
图36示出了可调节止挡的顶部透视图；
图37示出了图36所示可调节止挡的底部透视图；和
图38示出了用于系统校准的第三流程图。
具体实施方式
参见附图，图中相似的附图标记表示相似的元件，图1示出了用于识别标记的系统10的第一实施例。系统10包括处理器12、磁场发生器16、标记识别器18和矫形外科植入物组件28。在一些实施例中，系统10进一步包括被电连接至处理器12的监控器14和被可拆卸地附接到矫形外科植入物组件28上的插入柄40。处理器12在图1中被示作桌上型电脑，但同样也可使用其它类型的计算装置。作为实例，处理器12可以是桌上型计算机、膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、移动手持装置或专用装置。在如图所示的实施例中，磁场发生器是可由以下供应商提供的装置：107 Catamount Drive，Milton Vermont，U.S.A.的Ascension Technology Corporation；103 Randall Drive，Waterloo，Ontario，Canada的Northern Digital Inc.；或40 HerculesDrive，Colchester Vermont，U.S.A.的Polhemus。当然，也可使用其它发生器。作为实例，场发生器16可提供脉冲直流电磁场或交流电磁场。在一些实施例中，系统10进一步包括被连接至磁场发生器16的控制单元(未示出)。控制单元控制场发生器、接收来自小型移动电感传感器的信号、并且与处理器12进行通信，这是通过有线或无线方式实现的。在一些实施例中，控制单元可通过硬件或软件被纳入处理器12内。
系统10是磁性位置追踪系统。出于图示性的目的，系统10包括磁场发生器16，所述磁场发生器包括被适当布置的电磁电感线圈，该线圈用作空间磁基准框架(即X、Y、Z)。系统10进一步包括小型移动电感传感器，所述传感器被附接到被追踪的物体上。应该理解：其它变型也是易于被接受的。小型移动电感传感器的位置和角度取向取决于该传感器与由磁场发生器16产生的源场所进行的磁耦合。
应该注意到：磁场发生器16产生了一系列，或一组，不同的空间磁场形状或分布，此处为六个，每个空间磁场形状或分布都由小型移动电感传感器感测。每个系列都使得小型移动电感传感器能够产生一系列信号。对这一系列信号的处理使得能够确定小型移动电感传感器的位置和/或取向，且因此能够确定其上安装有该小型移动电感传感器的物体相对于磁坐标基准框架的位置，该磁坐标基准框架与磁场发生器16的关系是固定的。处理器12或控制单元使用基准坐标系统和感测到的数据来形成变换矩阵，所述变换矩阵包括位置和取向信息。
标记识别器18用于对标记，例如矫形外科植入物组件28上的标记，进行目标定位。标记识别器18包括一个或多个小型移动电感传感器。在如图所示的实施例中，标记识别器18具有第二传感器20。标记识别器18可以是任何数量的装置。作为实例，标记识别器18可以是钻具引导装置、钻具套筒、钻具、钻鼻(drill nose)、钻筒(drillbarrel)、钻夹头(drill chuck)或固定元件。在如图1所示的实施例中，标记识别器18是钻具套筒。在一些实施例中，所述标记识别器可包括锯齿尖端22、管道24和柄26中的一个或多个。管道24也可被称作衬套、圆柱体、引导装置或钻具/螺钉安放引导装置。在所示实施例中，第二传感器20相对于管道24的轴线被设置在一定取向下，所述管道可接收钻具。传感器20相对于管道24形成的这种偏移使得该管道的位置和取向可相对于磁场发生器16或系统中的另一传感器而在六个尺寸(三个平移尺寸和三个角度尺寸)上被定位于空间中。在一些实施例中，可能需要对处理器12进行校准以便调节第二传感器20的偏移距离。在一些实施例中，标记识别器18和场发生器16可被组合成单个部件。例如，场发生器16可被纳入柄26内。
矫形外科植入物组件28包括植入物30和一个或多个小型移动电感传感器。在所示实施例中，矫形外科植入物组件28具有第一传感器23。在如图1所示的实施例中，植入物30以髓内钉的形式存在，但也可使用其它类型的植入物。作为实例，植入物可以是髓内钉、骨板、髋关节假体、或膝关节假体。第一传感器32相对于植入物30上的一个或多个标记被设置成一定取向且被设置在预定位置处。作为实例，所述标记可以是结构、空隙、凸起、通道、制动器、凸缘、沟槽、构件、分隔件、梯级、孔洞、孔穴、腔体、凹部、导管、间隙、凹口、孔口、通路、切口、孔眼或狭槽。在如图1所示的实施例中，标记是刺穿孔31。第一传感器32相对于标记形成的这种偏移使得该标记的位置可相对于磁场发生器16或系统中的另一传感器而在六个尺寸(三个平移尺寸和三个角度尺寸)上被定位于空间中，所述另一传感器例如为第二传感器。在一些实施例中，可能需要对处理器12进行校准以便调节第一传感器32的偏移距离。
第一传感器32和第二传感器20被连接至处理器12。这可通过有线或无线方式实现。第一传感器32和第二传感器20可以是具有六个自由度的传感器，所述传感器被构造以便沿通常被称作X、Y和Z的三个平移轴和通常被称作俯仰(pitch)、侧摆(yaw)和滚动(roll)(即姿态，也就是绕X、Y和Z轴的旋转角)的三个角度取向来描述每个传感器的位置。通过将传感器定位在这些基准框架中，并获知每个传感器的位置和取向，标记识别器18可相对于植入物30上的标记被定位。在一个特定实施例中，来自传感器的信息使得外科医生可对用于进行固定的外科手术路径进行规划并且使钻具与固定盲孔适当地对齐。在所示实施例中，传感器32、20是由以下供应商提供的具有六个自由度的传感器：107 Catamount Drive，Milton Vermont，U.S.A.的Ascension Technology Corporation；103 Randall Drive，Waterloo，Ontario，Canada的Northern Digital Inc.；或40 Hercules Drive，Colchester Vermont，U.S.A.的Polhemus。当然，也可使用其它传感器。
第一传感器32可被附接到植入物30上。例如，第一传感器32可被附接到外表面37上。在如图1所示的实施例中，植入物30进一步包括沟槽34和凹窝36(最佳如图2所示)。沟槽34和凹窝36位于植入物30的壁部中。在所示实施例中，第一传感器32旨在被附接到植入物30上且在植入物30的服役寿命期间都被安装在病人体内。进一步地，在一些实施例中，矫形外科植入物组件28包括盖38以便覆盖凹窝36和/或沟槽34。盖38可与植入物30的外表面37大体上齐平。因此，在一些实施例中，植入物30包括第二开口39(最佳如图2所示)以便接收盖38。
第一传感器32可被栓系到引线上以便实现通信和供电。引线和传感器可被固定到植入物30上。引线50被用以将第一传感器32连接至处理器12或控制单元。引线50可由生物相容的金属线制成。作为一个实例，引线50可由Fort Wayne Metals Research Products Corp.，9609 Indiahapolis Road，Fort Wayne，Indiaha 46809得到的DFT金属线制成。DFT是Fort Wayne Metals Research Products Corp.的注册商标。第一连接器52可用于相对于植入物30安放引线50。第二连接器54可用于将引线50连接至另一装置，如处理器12或插入柄40。
可使用多种高刚性粘结剂或聚合物将第一传感器32固定在凹窝36中，所述多种高刚性粘结剂包括环氧树脂、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚醚酮、可通过UV固化的粘结剂、硅酮和医用级别的氰基丙烯酸酯。作为实例，可使用由Epoxy Technology，14 Fortune Drive，Billerica，Massachusetts 01821提供的EPO-TEK 301。引线50可以相似方式被固定在沟槽中。这些类型的固定方法不会对电气部件的性能产生负面影响。随后可将盖38置于植入物30上并将所述盖焊接就位。例如，所述盖可通过激光焊接方式被焊接到植入物上。
监控器14可被构造以便显示出第一传感器32和第二传感器20的位置和取向，从而使得可通过这种显示为外科医生提供两个传感器相对于彼此的位置和取向。处理器12可通过有线方式或无线方式将位置数据发送至用户界面，所述用户界面可以图形方式显示出标记识别器与监控器上的植入物之间的相对位置。该监控器14上显示的图像可相对于标记识别器被设置成一定取向，从而使得外科医生可将用户界面显现出来而作为标记识别器的延伸。该用户界面还可被设置成一定取向，从而使得外科医生可在观察外科手术视场的同时观察该监控器。
插入柄40可用于安装矫形外科植入物组件28且还可用于按一定路线引导来自第一传感器32的引线。例如，插入柄40可按一定路线引导介于植入物30与处理器12之间的通信引线和电源引线。
在如图1所示的实施例中，标记识别器18和插入柄40分别包括用于以无线方式将数据从传感器20、32传送至处理器12的通信模块21、25，但所属领域技术人员应该理解：可利用其它方法，如通过有线方式，实现传送。在所示实施例中，第二连接器54插入通信模块25内。另一种可选方式是，且正如下文更详细地描述地那样，植入物30和插入柄40可具有相配合的电接触装置，当对部件进行组装时，所述相配合的电接触装置形成了连接，从而使得第一传感器32被连接至通信模块25。
在一些实施例中，植入物30可包括通信电路和用于实现无线通信的天线。用于第一传感器32和/或通信电路的电源可被定位在插入柄40内。例如，可将蓄电池安放在插入柄40内，以便将电功率传送至第一传感器32和/或其它电子器件。另一种可选方式是，通信电路、天线和蓄电池可位于插入柄40内，且这些部件中的每个部件可被栓系到第一传感器32上。在又一实施例中，植入物30可包括线圈以便以电感方式为通信电路提供电功率并且实现从第一传感器32进行的数据通信。电源可以是单电源模式或可以是双模AC/DC。
在使用过程中，矫形外科植入物组件28被安装在病人体内。例如，在进行内部固定的情况下，髓内钉被置于髓内导管内。可选方式是，用户可使用刺穿元件，如螺钉，以便首先对髓内钉的近端进行锁定。操作者使用目标定位装置18和第一传感器32以便识别标记31。例如，在进行髓内钉固定的情况下，外科医生使用目标定位装置18对刺穿盲孔进行识别并钻通该孔以便安放刺穿元件。
图2进一步示出了图1所示的植入物30。植入物30包括第一传感器32、纵向沟槽34、凹窝36、盖38和第二开口39。作为实例，盖38可包括金或钛箔片。在一些实施例中，植入物30包括内表面35，所述内表面形成了插管33。植入物30包括外表面37。
图3示出了第一传感器32的第一实施例。第一传感器32包括两个线圈，所述两个线圈彼此交叉放置且具有角度α。
图4和图5示出了第一传感器32的第二实施例。第一传感器包括通常彼此正交的两个线圈以便在六个自由度上建立起取向和位置。第一线圈可具有沿植入物30的长度的取向。第二线圈可被设置成卷绕在植入物的圆周周围的取向，所述卷绕例如是在沟槽中实现的，或者该第二线圈可具有沿植入物30的半径的取向。此外，尽管优选使线圈彼此垂直，但也可使用其它取向，但从数学上来说可能会更为复杂。进一步地，线圈可被设置成螺旋围绕植入物30的取向。这种取向可允许两个线圈彼此垂直地被放置，且两个线圈既沿植入物的长度又沿植入物30的圆周被安放。
图6-图8示出了矫形外科植入物组件60的第二实施例。矫形外科植入物组件60包括植入物30。在如图6所示的实施例中，植入物30包括以刺穿孔31的形式存在的标记。植入物30包括纵向内部沟槽66和可拆卸的引线64。在如图8所示的实施例中，如图所示的纵向沟槽66的直径与插管33是垂直的；然而，在其它实施例中，纵向内部沟槽的直径被包含在外表面37与内表面35之间。可拆卸的引线64包括位于其远端部分65处的第一传感器32。该第一传感器32相对于标记31所形成的偏移是已知的。图6-图8所示的植入物包括生物相容的材料，且可以是金属合金或聚合物。纵向沟槽66可通过机加工的方式或模制成型的方式被设置在适当位置处。
在使用过程中，具有可拆卸的引线的植入物30被安装在病人体内。例如，在进行内部固定的情况下，髓内钉被置于髓内导管内。可选地，用户可使用刺穿元件，如螺钉，以便首先锁定髓内钉的近端。由于纵向沟槽66的位置，因此可拆卸的引线64对首先锁定髓内钉的近端产生干扰。操作者使用目标定位装置18和第一传感器32以便识别标记31。例如，对于进行髓内钉固定的情况而言，外科医生使用目标定位装置18以便识别刺穿盲孔并且钻通该孔以便放置刺穿元件。在植入物30被固定之后，操作者拆除该可拆卸的引线64并将其丢弃。
图9进一步示出了如图1所示的标记识别器18的一个特定实施例。在该特定实施例中，所述标记识别器18包括传感器20、锯齿尖端22、管道24和柄26。钻具90具有标识92，所述标识与标识传感器19相互作用，所述标识传感器与管道24相邻。这种相互作用与一对数字式测量卡尺的相似之处在于：标识92与传感器19之间的位置等同于一定的距离。可利用该距离以便确定钻具钻入骨内的深度并最终确定将被插入钻出的孔内的骨钉的长度。仅当传感器92与19彼此紧密相邻时，即仅当钻具90位于管道24内部时，才可获得距离读数或钻削深度读数。在于2004年1月13日授权给Sasaki等的美国专利No.6,675,491和于2007年8月7日授权给Me等的美国专利No.7,253,611中描述了典型的测量装置，每个所述专利都在此作为参考被引用。在所示实施例中，标识传感器19被连接至通信模块21。另一种可选方式是，标识传感器19可通过有线方式被连接至处理器12。在图9中，通信模块21包括用于电连接至处理器12的第三传感器23。图32-34中示出了标记识别器的其它实施例。
图10-图12示出了用于将植入物30电连接至插入柄40的典型方法，所述植入物和插入柄具有相对应的电接触装置。在图10中，偏置元件72使接触装置70朝向插入柄40偏置。在图11中，植入物30具有弹性电接触装置74。在图12A中，在引线50与另一部件之间延伸的金属线在接合处76弯皱在一起。在一种方法中，金属线是免撕开(tornfree)并且在安装了矫形外科植入物组件28之后在接合处76被分开。在又一种方法中，在安装了矫形外科植入物组件28之后，在接合处76上方切割所述金属线。在图12B和12C中，两块挠曲板53将一个或多个焊接点57被软钎焊在一起从而将线束55连接至传感器。线束55可以被安装到插入柄40上或者被安装在插入柄40的插管内。在图示实施例中，四个焊接点57被软钎焊在一起。锁定突片59被夹在植入物30与插入柄40之间，从而耐受与植入物插入相关的磨损和拉伸。一旦插入柄被拆除，线束55可受到拉动从而使得随之拉出所有生物不相容的材料。在图12D中，环61，63在制造过程中被连接。在植入之后，通过拉动有套的金属线67，环61，63均被拆除。
现在参见图13A和13B，植入物30和/或插入柄40可包括一个或多个对齐特征44和与之相配合的凹口80，或者可包括对齐销46和与之相配合的孔82。插入柄可被构造以便与植入物的上表面对齐。在一个实施例中，插入柄可具有键槽，所述键槽被构造以便与位于植入物上的狭槽相配合。可使用其它对齐引导装置。此外，引导装置可具有电连接器，所述电连接器被构造以便与植入物上的电连接器相配合。引导装置与植入物之间的连接装置可以是弹簧加载的装置，以便确保在电连接器之间实现电接触。为了避免引导装置与植入物之间的连接装置出现短路，可对电连接器进行绝缘护理。作为将插入柄电连接至植入物的另一实例，电连接器可包括柱和滑环。环可位于植入物上，且柱位于插入柄上。该柱被偏置以便与环接触。在这种实施例中，插入柄相对于植入物轴线的角度位置并未被固定。这使得无论具有怎样的角度位置，插入柄都可相对于植入物被定位。
在图13B所示的另一实施例中，植入物30和/或插入柄40可包括一个或多个对齐销47和与之相配合的孔83。对齐销47可以是被设计用以实现单次接合的针阀尖销，且在被拆除时，植入物的销夹持部分随之拆除所有生物不相容的材料。
上面所提到的任意电连接器可包括用于储存传感器校准的偏移数值的记忆存储装置(图中未示出)。
现在参见图14，植入物30和插入柄40可被制成一定尺寸，从而使得即使当对部件进行组装或配合时，仍可获得用于该第一连接器52的空间。
作为实例，可使用用于识别标记的系统以便对被植入的髓内钉的螺钉盲孔进行目标定位。该髓内钉被植入病人体内。电磁场发生器被启动。处理器接收来自被安装到髓内钉上的传感器的信号和来自被安装到标记识别器上的传感器的信号，所述标记识别器例如为钻具套筒。在处理器上运行的计算机程序使用至少两个传感器的信息并且以图形的方式在监控器上显示出该至少两个传感器的相对位置。外科医生使用由处理器提供的反馈使标记识别器移动就位。当标记识别器位于适当位置处时，外科医生钻通骨骼和髓内钉以便形成螺钉孔。在一些实施例中，处理器可提供与被钻出的孔的深度相关的反馈。外科医生随后可使螺钉穿过该被钻出的孔以便对髓内钉的盲孔进行附固。
图15示出了用于识别标记的系统110的第二实施例。系统110包括处理器112、标记识别器118和矫形外科植入物组件128。在一些实施例中，系统110进一步包括监控器114和插入柄140。
标记识别器118用于对标记进行目标定位。标记识别器118包括第二传感器120。在如图15所示的实施例中，标记识别器118是具有锯齿尖端122、管道124和柄126的钻具套筒。在所示实施例中，第二传感器120相对于管道的轴线被设置在一定取向下，所述管道可接收钻具。传感器相对于管道形成的这种偏移使得该管道的位置可相对于传送器或系统中的另一传感器而在六个尺寸(三个平移尺寸和三个角度尺寸)上被定位于空间中。在一些实施例中，可能需要对处理器进行校准以便调节第二传感器20的偏移距离。
矫形外科植入物组件128包括植入物130和磁体132。该磁体可以是永磁体或电磁体。磁体132相对于植入物130上的标记被设置成一定取向而位于预定位置处。磁体相对于标记形成的这种偏移使得该标记的位置可相对于传送器或系统中的另一传感器而在六个尺寸(三个平移尺寸和三个角度尺寸)上被定位于空间中，所述另一传感器例如为第二传感器。在一些实施例中，可能需要对处理器12进行校准以便调节磁体132的偏移距离。在如图1所示的实施例中，植入物130进一步包括凹窝136和盖138。对于电磁体的情况而言，引线150连接至磁体132且被包含在沟槽134内。
作为实例，可使用用于识别标记的系统以便对被植入的髓内钉的螺钉盲孔进行目标定位。该髓内钉被植入病人体内。处理器接收来自被安装到标记识别器上的传感器的信号，所述标记识别器例如为钻具套筒。在处理器上运行的计算机使用传感器的信息并且以图形的方式在监控器上显示出该传感器相对于该磁体的相对位置。外科医生使用由处理器提供的反馈使标记识别器移动就位。当标记识别器位于适当位置处时，外科医生钻通骨骼和髓内钉以便形成螺钉孔。在一些实施例中，处理器可提供与被钻出的孔的深度相关的反馈。外科医生随后可使螺钉穿过该被钻出的孔以便对髓内钉的盲孔进行附固。
图16示出了一种用于选择与标记识别器位置相对应的视野的方法。在一些实施例中，显示在监控器上的视野取决于标记识别器相对于植入物的位置。植入物的直径被分成多个扇区或场域。在如图16所示的实施例中，该直径被分成三个场域：(A)135度至225度；(B)0度至135度；和(C)225度至360度。该初始视野基于的是标记识别器相对于植入物的取向。当用户使标记识别器移向植入物或移动远离植入物时，监控器显示出所选择的场域上的区域的放大或缩小。
图17是用于选择视野并显示一个标记的流程图。该过程对于多个标记可不断重复进行。该处理器12在以下过程步骤中使用变换矩阵。在步骤200中，基于相关传感器的位置计算标记识别器相对于植入物的位置，并且选择最接近标记识别器的标记将其显示出来。在步骤210中限定全局视野，该视野显示出了在所选定的标记被设置在一定取向下以便于适当观察的情况下的整个植入物。全局视野与在隔开一定距离的位置处观察植入物的情况是类似的。在步骤220中，判定是否有多个标记具有相同的取向。如果答案为是，则在步骤230中，处理器计算哪个标记与标记识别器的位置最为接近并选择该标记进行观察。如果答案为否，则在步骤240中限定出局部视野并使该视野以选定标记为中心。局部视野与在紧密邻接的位置处观察该植入物的情况是类似的。在一些实施例中，在限定出局部视野时，可能希望隐藏该标记识别器。在步骤250、260和270中，处理器12识别出从标记识别器至该标记的距离，并且根据所做出的上述判定隐藏或呈现该标记识别器。在步骤250中，计算标记识别器至该标记的距离并且将该计算出的距离D与设定的变量T全局和T局部相比较。如果D大于T全局，则在步骤260中选择全局视野且处理器前进至步骤285。如果D小于T局部，则在步骤270中选择局部视野并使该视野以该标记为中心。随后，处理器前进至步骤275。在可选的步骤275中，标记识别器被隐藏。另一种方式是，在步骤280中，基于距离D计算中间的照相机位置，从而使得能够从全局视野向局部视野进行平滑的过渡。在步骤285中，标记识别器被呈现出来。在步骤290中，提供具有选定的照相机位置的场景。
图18示意性地示出了使标记识别器对齐的第一可选方法。可使用在处理器上运行的计算机程序获取所述至少两个传感器的信息并且以图形方式在监控器上显示所述至少两个传感器的相对位置(该第二传感器相对于该第一传感器的相对位置)。这使得用户可使用该系统引导标记识别器的安放。在钻削出髓内钉盲孔的情况下，该系统引导用户进行钻具套筒的安放并且随后适当地钻通该髓内钉中的该孔。图形化的用户界面可包括为每个自由度提供的对齐引导标志。可设定最低限度的对齐水平，从而使外科医生继续对标记识别器进行定向，直至每个自由度都满足最低限度的对齐水平，从而有效地安放标记识别器。图18所示的实例给出了这样一种情况，其中沿Y方向的安放满足了所需的最低限度的追踪安放。然而，其它平移自由度或旋转自由度都没有满足该最低限度的需求。尽管图中以柱形图的方式示出了追踪幅度，但也可使用其它图形化表现方式，例如颜色编码。
图19示意性地示出了使标记识别器对齐的第二可选方法。在该实施例中，使用多个LED对钻具进行定位的图形化界面可被置于标记识别器上，所述标记识别器例如为钻具套筒。通过使用LED对钻具进行轨迹化追踪，外科医生可使钻具与固定盲孔对齐。此外，该轨迹还可使用次级显示器以便为系统增加更多信息。例如，为了影响调节幅度，该轨迹可包括使LED闪烁，从而使得高频的闪烁需要更大幅度的调节，而低频闪烁则可需要更小幅度的调节。相似地，颜色可增加与为了实现对齐而进行的调节相关的信息。
图20示出了监控器的典型视图。第一部分500示出了在植入物的每侧上进行的钻削距离。这使得用户可更好地了解钻削深度并且在达到适当的钻削深度的情况下向用户发出何时停止的警报。第二部分510为用户提供了对齐信息。作为一个实例，可使用如图9所示的实施例获得钻削深度的数据。
图21示出了标记识别器的另一可选实施例。该标记识别器被构造以便通过LED显示出位置和轨迹信息从而实现适当的对齐。LED的尺寸可显示出与所需调节幅度相关的附加信息。该轨迹灯可显示出在对齐的轨迹与未对齐的轨迹之间的简单的拨动开关。作为另一实例，可对轨迹LED进行颜色编码以便提供所需调节幅度的建议从而实现适当的对齐。
图22示出了插入柄700的第一可选实施例。该插入柄700包括弓形狭槽710。该弓形狭槽限制了标记识别器18、118在操作空间内的移动。在对螺钉盲孔进行识别的情况下，该弓形狭槽限制了钻具套筒的移动从而对其位置进行精确调节。在一些实施例中，插入柄700包括支架712，所述支架接收标记识别器并在狭槽710中行进。
图23示出了用于识别标记的系统的第三实施例。在该实施例中，矫形外科植入物800是骨板且插入柄810是被附固到该骨板上的引导装置。在所示实施例中，电感传感器相对于一个或多个标记被置于矫形外科植入物800的表面上。引导装置810使得标记识别器818可相对于引导装置进行平移和/或旋转，以使标记识别器与标记802适当地对齐，所述标记例如为紧固器孔。此外，对于在植入物上设置多个固定孔的情况而言，引导装置810上设置的附加的引导孔812可有助于接近附加的固定孔的位置。
图24示出了插入柄的第二可选实施例。该插入柄900包括通过使用小型伺服马达920、922、924对标记识别器918的位置进行精确调节。伺服马达920、922、924可对标记识别器918的取向和位置进行调节。可通过自动方式或可由外科医生对该伺服马达进行控制。
图25示出了骨100和用于识别标记的系统1010的第三实施例。系统1010包括控制单元1012、场发生器1014、标记识别器1016、髓内钉1024和探测器1029。标记识别器1016也可被叫作目标定位装置。控制单元1012可被包括作为上文所述的处理器的一部分或者可以是一个单独的单元。髓内钉1024被插入骨100中，并且髓内钉1024具有孔或标记1028。在图示实施例中，场发生器1014被电连接至控制单元1012。在图示实施例中，插入柄1022被可拆卸地附接到髓内钉1024上面。插入柄1022和/或髓内钉1024可带有插管。在一些实施例中，插入柄1022包括第三传感器1032。
标记识别器1016包括第二传感器1020。标记识别器1016可引导钻头1018，并且钻头1018可被连接到钻具(图中未示出)上面。或是通过有线方式或是通过无线方式，第二传感器1020可被连接至控制单元1012。在一些实施例中，场发生器1014可以被直接安装在标记识别器1016上面。
探测器1029包括金属丝1030、带1034和止挡1036。在图示实施例中，带1034是可从Sycamore，Illinois的Ideal Industries，Inc.获得的宽0.125英寸厚0.060英寸的300系列的不锈钢卷带。然而，本领域的技术人员应该理解：也可以使用其它材料和其它尺寸。例如，任何聚合物、复合材料或金属的窄带可被用作带1034，但是优选使用非铁金属。在安放进入到髓内钉1024中之前，带1034可进行卷绕。带1034的卷绕可能会导致所述带具有自然曲率。在一些实施例中，带1034可具有参与所述带的取向以使其被安放在髓内钉1024的插管中的矩形几何形状。也可以采用椭圆形、正方形或圆形的几何形状。在一些实施例中，金属丝1030可被操作性地连接到带1034上。例如，可通过使用粘合剂或紧固器实现这一过程。带1034可包括在被插入到植入物中时表示所述带的深度的刻度或锁键。
或是通过有线方式或是通过无线方式，第一传感器1026被连接至控制单元1012。在图示实施例中，通过使用金属丝1030和连接器1038连接第一传感器1026。在一些实施例中，可省去连接器1038。第一传感器1026可被连接至带1034的远端，并且止挡1036可被连接至带1034的近端。
在一些实施例中，探测器1029可包括罩住第一传感器1026的传感器外壳(图中未示出)。该传感器外壳可被附接到带1034上面。传感器外壳可由非铁材料例如聚合物、复合材料或金属制成。该传感器外壳可包括适当的应变消除从而保护金属丝1030不受应力作用。该传感器外壳可被构造和布置成足够大用以保持第一传感器1026且被构造和布置成足够小用以装配通过插入柄或植入物的插管。此外，该传感器外壳可被构造和布置成足够长以便允许通过髓内钉弯曲部、髓内钉弓形部分和/或相关仪器中的弯曲部。该传感器外壳的前端面和后端面可被设计从而使得该传感器外壳不会挡在或卡在所述仪器或植入物的插管上面。
止挡1036可被用于控制传感器1026的安放。如果带1034长度固定且已知从插入柄的端部到孔1028的距离，那么能够实现第一传感器1026的可重复地安放。带1034可具有足够长的长度，从而使得传感器1026与孔1028对齐，邻近所述孔1028，或者自所述孔1028产生偏移。
在一些实施例中，可省去插入柄1022。在这种情况下，可以选择不同带长。从而使得止挡1036接合钉1024的一部分或端部。
图26示出了髓内钉1024、传感器1026和孔1028的详细视图。传感器1026与孔1028对齐，邻近所述孔1028，或者自所述孔1028产生偏移。在图示实施例中，传感器1026大体上邻近所述孔1028。
在使用过程中，髓内钉1024被放入骨100中。插入柄1022可被附接到髓内钉1024上面。探测器1029被供给通过插入柄1022的插管并且进入到髓内钉1024的插管中直至止挡1036接合插入柄1022。在一个特定实施例中，金属丝1030被连接到控制单元1012上，并且使用控制单元1012对传感器1026、1020和1032进行校准。在一些实施例中，探测器1029在进行校准后可被拆除。如果是这样的话，可以使用第三传感器1032和变换矩阵识别第二传感器1020的相对位置，由此标记识别器1016。可选择地，用户可以使用刺穿元件，例如螺钉，从而首先锁定髓内钉的近端。操作人员使用标记识别器1016和第一传感器1026来识别标记1028。例如，在髓内钉固定的情况下，外科医生使用标记识别器1016来识别盲刺穿孔并且钻削穿过所述孔用以安放刺穿元件。
图27示出了一个包装实施例。通常，髓内钉在进行植入之前必须要进行杀菌。如果在进行杀菌之前就将传感器装设在髓内钉中，那么在杀菌过程中，特别是如果杀菌过程涉及辐射的话，传感器可能会失去其校准度。例如，γ辐射可用于对密封部件例如传感器进行杀菌。图27所示的实施例示出了在允许对传感器重新进行校准的同时保持髓内钉无菌的方式。图27所示的实施例包括第一包装1040、第二包装1042、第一连接器1044、第二连接器1046、和线缆1048。在图示实施例中，传感器(图中未示出)和髓内钉1024位于第一包装1040内。另一种可选方式是，探测器1029和传感器位于第一包装1040内。在另一实例中，仅传感器位于第一包装1040内。记忆装置(图中未示出)可被连接至传感器。记忆装置可被用于储存校准变换矩阵(x1，y1，z1，x2，y2，z2)以及其它数据，例如髓内钉或探测器的长度和尺寸。记忆装置可被安装或被安放在髓内钉1024或探测器1029上面。第一连接器1044被电连接，但被可拆卸地附接，到第二连接器1046上面。第一连接器1044还被电连接到传感器或记忆装置上面。第一包装1040保持其内的装置无菌。线缆1048被电连接至第二连接器1046和记忆装置(图中未示出)。用于所述传感器的校准从存储装置上面下载并且通过连接器1044，1046传输至传感器和记忆装置。在制造过程中或者刚好在植入植入物之前可执行校准步骤。
图28示出了将该系统1010连接到网络的方法。图28示出了网络1060、计算装置1050、线缆1048、第二连接器1046、第一连接器1044和髓内钉1024。在图示实施例中，传感器(图中未示出)位于髓内钉1024内。另一种可选方式是，传感器可被附接到探测器1029上面或者是独立式的。在一些实施例中，髓内钉1024可被包在包装例如第一包装1040和/或第二包装1042中，但也并不总是这样。记忆装置(图中未示出)可被连接至传感器。记忆装置(图中未示出)可被连接至传感器。记忆装置可被用于储存校准变换矩阵(x1，y1，z1，x2，y2，z2)以及其它数据，例如髓内钉或探测器的长度和尺寸。记忆装置可被安装或被安放在髓内钉1024或探测器1029上面。网络1060可以是局域网或者广域网。计算装置1054被连接到网络1060中。在一些实施例中，可对网络通信进行加密。通过使用连接器1044，1046，线缆1048将计算装置1054连接到传感器或记忆装置上面。按照这种方式，所述传感器的校准可从计算装置1054和/或网络1060上面下载。虽然图示实施例中示出了传感器位于髓内钉内，但也并不总是这样。传感器可被附接到探测器上面或者是独立式的。在一些实施例中，记忆装置可位于控制单元内，并且控制单元被连接至网络以便下载校准数据。
图29示出了用于识别标记的系统1110的第四实施例。系统1110包括控制单元1112、场发生器1114、标记识别器1116、髓内钉1124、下落体1136和探测器1129。控制单元1112可被包括作为上文所述的处理器的一部分或者可以是一个单独的单元。髓内钉1124被插入骨100中，并且髓内钉1124具有孔或标记1128。在图示实施例中，或是通过有线方式或是通过无线方式，场发生器1114被电连接至控制单元1112。在图示实施例中，插入柄1122被可拆卸地附接到髓内钉1124上面。插入柄1122和/或髓内钉1124可带有插管。在一些实施例中，插入柄1122包括第三传感器1132。下落体1136可包括第四传感器1139。
标记识别器1116包括第二传感器1120。标记识别器1116可引导钻头1018，并且钻头1018可被连接到钻具(图中未示出)上面。或是通过有线方式或是通过无线方式，第二传感器1120可被连接至控制单元1112。在一些实施例中，场发生器1114可以被直接安装在标记识别器1116上面。
探测器1129包括金属丝1130、带1134和止挡1136。在一些实施例中，带1134可具有参与所述带的取向以使其被安放在髓内钉1124的插管中的矩形几何形状。在一些实施例中，金属丝1130可被操作性地连接到带1134上。例如，可通过使用粘合剂或紧固器实现这一过程。或是通过有线方式或是通过无线方式，第一传感器1126被连接至控制单元1112。在图示实施例中，通过使用金属丝1130连接第一传感器1126。在一些实施例中，可使用可分离的连接器。第一传感器1126可被连接至带1134的远端，并且止挡1136可被连接至带1134的近端。止挡1136可被用于控制传感器1126的安放。如果带1134长度固定且已知从插入柄的端部到标记1128的距离，那么能够实现第一传感器1126的可重复地安放。带1134可具有足够长的长度，从而使得传感器1126与标记1128对齐，邻近所述标记1128，或者自所述标记1128产生偏移。
在使用过程中，髓内钉1124被放入骨100中。插入柄1122可被附接到髓内钉1124上面。探测器1129被供给通过插入柄1122并且进入到髓内钉1124中直至止挡1136接合插入柄1122。在一个特定实施例中，金属丝1130被连接到控制单元1112上，并且使用控制单元1112对传感器1126、1120和1132进行校准。在一些实施例中，探测器1129在进行校准后可被拆除。如果是这样的话，可以使用第三传感器1132和/或第四传感器1139和变换矩阵识别第二传感器1120的相对位置，由此目标定位装置1116。可选择地，用户可以使用刺穿元件，例如螺钉，从而首先锁定髓内钉的近端。操作人员使用标记识别器1116和第一传感器1126来识别标记1128。例如，在髓内钉固定的情况下，外科医生使用标记识别器1116来识别盲刺穿孔并且钻削穿过所述孔用以安放刺穿元件。
图30示出了用于使用该系统识别标记的第一种方法。该方法从步骤1210开始。在步骤1212中，传感器被安放在钉中。在步骤1214中，插入柄被连接到钉上，并且下落体被附接到插入柄上。在步骤1216中，控制单元被连接至传感器。在步骤1218中，对传感器进行校准。在步骤1220中，传感器与孔对齐。在步骤1222中，通过使用控制单元，传感器位置被记录下来。在步骤1224中，从钉上面拆除传感器。在步骤1226中，钉被植入到骨中。在步骤1228中，使用目标定位装置钻孔。该方法结束于步骤1230。
图31示出了用于使用该系统识别标记的第二种方法。在步骤1310中，追踪系统被接通。在步骤1312中，髓内钉被插入骨中。在步骤1314中，探测器以预定位置和取向插入到髓内钉管道中。在步骤1316中，需要判断髓内钉是需要在远端之前进行近端锁定。如果是的话，那么在步骤1326中，下落体被附接到钉上。在步骤1328中，计算探测器与下落体之间的偏移量。换言之，产生变换矩阵。另一种可选方式是，下落体不与髓内钉相连，而是使用被安装在插入柄中的传感器来计算偏移量。在步骤1330中，从钉上面拆除探测器。在步骤1334中，所述钉被近端锁定。这一过程可通过使用标记识别器、机械夹具或通过手动操作而得以实现。在步骤1336中，标记识别器被用以对钻具进行目标定位。在步骤1338中，钻出用于远端螺钉的孔。在步骤1340中，髓内钉被远端锁定。另一方面，如果判断首先进行远端锁定的话，那么在步骤1318中，标记识别器和探测器被用以对钻头进行目标定位。在步骤1320中，钻出用于远端螺钉的孔。在步骤1322中，髓内钉被远端锁定。在步骤1324中，从髓内钉上面拆除探测器。在步骤1324中，髓内钉被近端锁定。这一过程可通过使用标记识别器、机械夹具或通过手动操作而得以实现。
图32示出了一种用于测量钻头安放深度的系统。系统1400包括固定片1410和滑动件1412。固定片1410和滑动件1412形成了能够感测相对运动的电容性阵列。使固定片1410和滑动件1412相对于彼此进行线性移动会导致可被解释为和被用以确定已行进的距离的电压波动。在一些实施例中，电子测量电路(图中未示出)和滑动件1412可被罩在标记识别器内，并且钻头可被专门构造成具有沿外表面的固定片1410，从而使得固定片1410和滑动件1412彼此间非常线性接近。钻头固定片1410的线性移动在接收滑动件1412中感应产生可被解释为电子测量电路的距离测量结果的电压。该距离测量结果可被发送至控制单元和/或被显示在监控器上。电容传感器对于湿气非常敏感，因此一些实施例可用于防止液体例如体液在固定片1410与滑动件1412之间流动。可在标记识别器中结合O形圈或者一些其它类似形式的擦拭器，以便保持钻头基本上是干的。
图33A和33B示出了另一种用于测量钻头安放深度的系统。系统1500包括反射码盘或条1510、透镜1512、和编码器1514。透镜1512将光线聚焦在码条1510上面。随着码条1510进行旋转，分别由窗口和码条投射出的光线的交替图案落在编码器1514的光电二极管上面。编码器1514将该图案转化成表示码条线性运动的数字输出。在图示实施例中，所使用的编码器是可从350 W Trimble Road，San Jose，California的Avago Technologies获得的AEDR-8300型反射光学编码器。另一种可选方式是，也可以使用Avago Technologies ADNS-5000One Chip USB基于LED的导航系统。编码器及其支持电子装置可被安装在标记识别器内部，从而使得其输入区取向朝向标记识别器插管中的“窗口”。标识，例如深色的同心环或者亮色反射环可被加到钻头上面，以便增强钻头相对于编码器的能见度。这些标识也可以用以指示用于测量的开始零点。随着钻头在标记识别器内进行线性移动，编码器测量到所述钻头的移动。该距离测量结果可被发送至控制单元和/或被显示在监控器上。
图34示出了用于测量钻削深度的又一种系统。系统1600使用了线性可变差动变压器(LVDT)1612。线性可变差动变压器是一种用于测量线性位移的变压器。线性可变差动变压器1612包括多个端对端围绕管道1610进行安放的螺管线圈1618，其在图示实施例中为标记识别器。在图34所示的实施例中，中心线圈是初级线圈，外面的两个线圈是次级线圈。圆柱形的铁磁芯1610例如钻头沿着管道的轴线进行滑动。交变电流1614被驱动流过初级线圈，导致在每一个次级线圈中与同初级线圈的其互感系数成比例地感应产生电压。拾取传感器1616测量输出电压的大小，所述输出电压与芯子所移动的距离(最大到其行程极限)成正比。电压的相位表示该位移的方向。由于滑动芯子不接触管道的内部，因此它可在无摩擦的条件下进行移动，从而使线性可变差动变压器成为一种高度可靠的装置。没有任何滑动或旋转接触使得线性可变差动变压器相对于环境被完全密封住。该距离测量结果可被发送至控制单元和/或被显示在监控器上。
图35-37示出了插入柄1700和可调节止挡1800。插入柄1700具有在端部部分处1712与植入物例如髓内钉(图中未示出)相连的钎杆1710。插入柄1700可包括用于附接到下落体、近端目标定位装置或者一些其它仪器或设备上面的快速连接器1716。插入柄包括顶部部分1714，所述顶部部分可包括孔和/或对齐特征。可调节止挡1800可包括狭槽1810、对齐构件1812和紧固器孔1814。
在图35-37所示的实施例中，可调节止挡1800能够被可拆卸地附接到顶部部分1714上面。在一些实施例中，可调节止挡可与插入柄1700一体成形。在其它实施例中，可调节止挡可被永久地附接到插入柄1700上面。在图示实施例中，对齐构件1812装配在所述顶部部分的对齐特征内从而防止可调节止挡发生转动。紧固器(图中未示出)可被安放穿过紧固器孔1814从而将可调节止挡附接到插入柄1700上面。带1034，1134可被安放穿过狭槽1810，穿过钎杆1710并且进入到髓内钉插管中。狭槽1810可具有与带的几何形状相匹配的形状，从而有助于其插入或者防止所述带发生转动。带1034，1134可包括用于表示对于给定钉长而言表示合适深度的标识、刻度或锁键。在一些实施例中，可调节止挡1800可包括用于在特定深度处暂时锁定带1034，1134的锁定机构(图中未示出)。最简单地，该锁定机构可以是摩擦接合带1034，1134的紧固器。
图38示出了校准用于识别标记的该系统的方法。对于准确度而言，校准是必要的。该方法从步骤1900开始，该步骤可包括为该系统通电。在步骤1910中，如果有包装的话，从包装上拆除探测器和标记识别器，并且对探测器和标记识别器进行扫描。在一些实施例中，同样对下落体进行扫描。该扫描可包括使用条形码读出器读取条形码。该扫描致使在步骤1912中该系统取回与查询表中的条形码相对应的偏移传感器数据。该查询表可以是本地的或者与网络如因特网相连的。另一种可选方式是，探测器和标记识别器可包括序列号或者其它唯一的识别器，并且该唯一的识别器与查询表结合使用从而取回偏移传感器数据。在步骤1914中，该偏移传感器数据被储存在系统的本机存储器中。在步骤1916中，用户相对于植入物安放探测器并且尝试使用标记识别器追踪标记。在步骤1918中，要判断是否校准是正确的。如果是的话，该方法结束于步骤1920。否则，在步骤1912中取回新的偏移数值。
在一个特定实施例中，所提供的反馈信息选自听觉信息、视觉信息和触觉信息。听觉反馈可通过扬声器、头戴耳机、耳芽或耳机被输出。可利用射频或地面数据传送而通过有线或无线方式传送听觉反馈信号。视觉反馈可通过阴极射线管、液晶显示器或等离子体显示器被输出。作为实例，视觉反馈装置可包括电视监控器、个人数字助理或个人多媒体播放器。可利用射频或地面数据传送而通过有线或无线方式传送视觉反馈信号。触觉反馈可通过手套、器具或地毯被输出。可利用射频或地面数据传送而通过有线或无线方式传送触觉反馈信号。
本发明进一步包括一种用于识别标记的方法。所述方法包括以下步骤：提供矫形外科植入物组件，所述矩形植入物组件具有矫形外科植入物和可拆卸的引线，所述矩形植入物具有纵向沟槽，所述可拆卸的引线上附接有磁性传感且位于所述纵向沟槽内，所述矫形外科植入物具有近端部分、远端部分和位于所述远端部分上的至少一个标记；将所述矫形外科植入物组件植入病人体内；首先将刺穿元件安装在所述近端部分中；使用标记识别器对所述至少一个标记进行识别；在首先将刺穿元件安装在所述近端部分中之后，将刺穿元件安装在位于所述远端部分中的所述至少一个标记中；并且拆除所述可拆卸的引线。该方法使得可在使得可在进行远端锁定之前对该植入物进行近端锁定。这是优于现有技术的一个明显优点，这是因为现有的装置需要在进行近端锁定之前进行远端锁定。
在制造过程中、在分配之后、或者刚好在植入物的植入之前可实现系统校准。校准步骤与计算机辅助外科手术中的配准相类似。可能会因为不同的原因而需要进行校准。例如，可能会需要进行传感器校准从而对制造公差进行修正。所述系统基于计算机辅助设计模型进行设计，并且校准被用以准确地相对于彼此地安放传感器。所述处理器或者控制单元可包括用于生成X、Y、Z、俯仰(pitch)、侧摆(yaw)和滚动(roll)偏移数值从而将所述传感器定位在整体坐标系中或者简单地相对于彼此进行安放。在一个实施例中，所述系统在制造过程中被生产出并且得到校准，且被分配了唯一的标识符、例如序列号、色码、条形码或者射频识别(RFID)标签。如果所述系统需要进行重新校准，那么或者在局部或者在网络上可以使用唯一的标识符以取回偏移数值。进一步地，可以使用唯一的标识符以取回其它数据，例如髓内钉的尺寸、或者髓内钉和/或探测器的长度。
通过前面的描述可以看到：通过本发明实现和获得了多个优点。
上文选择并描述的实施例旨在对本发明的原理及其实际应用进行最佳地阐述，由此使得所属领域技术人员能够以最佳方式使用本发明的多个实施例，且预想了适于特定用途的各种变型。
由于可在不偏离本发明的范围的情况下对在此描述和图示的构造和方法做出多种变型，因此前面的描述中包含或者在附图中示出的所有内容应该被解释为示例性而非限制性的。例如，尽管图1示出了用于将第一传感器附固到植入物上的凹窝，但也可使用其它结构和/或方法将这些物体附固在一起。因此，本发明的广度和范围不应限于任何上述典型实施例中的任何实施例，而是应该仅根据所附的以下权利要求书及其等效方式限定该广度和范围。

Claims (11)

1.一种用于识别标记的系统，所述系统包括：
a.用于产生磁场的场发生器；
b.位于所述磁场内的矫形外科植入物，所述矫形外科植入物具有至少一个标记；
c.具有与所述至少一个标记隔开的第一磁性传感器的可拆卸的探测器；
d.具有第二磁性传感器的标记识别器；和
e.处理器，所述处理器用于对比来自所述第一传感器和所述第二传感器的传感器数据并且使用所述设定距离来计算所述标记识别器相对于所述至少一个标记的位置。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述标记选自包括结构、空隙、凸起、通道、制动器、凸缘、沟槽、构件、分隔件、梯级、孔洞、孔穴、腔体、凹部、导管、间隙、凹口、孔口、通路、切口、孔眼或狭槽的组群。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述矫形外科植入物是髓内钉。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其中所述矫形外科植入物具有外表面、形成插管的内表面和位于所述外表面与所述内表面之间的壁部。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，进一步包括被可拆卸地附接到所述矫形外科植入物上的插入柄且所述插入柄具有第三传感器。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，进一步包括被电连接至所述处理器的监控器。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的系统，进一步包括具有第四传感器的下落体。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，其中所述可拆卸的探测器进一步包括带。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，其中所述标记识别器包括钻具套筒。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，其中所述标记识别器进一步包括锯齿尖端。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的系统，其中所述处理器为用户提供了反馈信息。
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