本申请请求享有2016年2月24日提交的美国临时专利申请号62/299267的权益，其内容通过引用以其整体并入本文中。
技术领域
本发明涉及用于矫形外科手术的器械和方法，且更具体地但非排他地，涉及用于在髋部手术期间识别髋臼植入物的角位置/定向的器械和方法。
背景技术：
虽然人体解剖结构的区域旨在以平滑且非磨蚀的方式相对于彼此自然地进行关节运动，但随着时间的推移，这些解剖区域能够进行关节运动的容易程度质量退化。无论这些问题是由损伤、压力或是退化性健康问题引起的，对于这些受影响的个体来说，这些解剖区域的自然关节运动往往不再可能。为了纠正这些缺陷并恢复这些解剖区域的正常关节运动，可期望用假体构件替换受影响的区域。例如，如果患者的髋臼的关节在近侧股骨变得粗糙、磨损或受损，则可需要用假体构件替换患者的髋臼。为了根据手术前限定的定向在髋臼中准确地安装髋臼杯，有必要监测髋臼杯相对于患者解剖结构的角位置或定向，作为髋部手术的部分。然而，在实践中，在准确地使杯与其目标的手术前计划定向定位一致的方面存在高水平的可变性。例如，如果患者的身体在外科手术期间移动，则可难以量化角旋转以及其将如何影响髋臼植入物的计划定位。
常规的角定位装置通常用于直接可视化目的，并且已经用于不同的治疗阶段，包括手术前治疗、手术中治疗和手术后治疗。这些直接可视化设计中的一些包括水平和对准工具，其平行于或垂直于平面或物品定位，例如手术室的地板、患者脊柱的对准，或手术室的手术台的位置/定向。还有其它设计利用手术中成像技术来可视化患者体内的髋臼植入物或髋臼试验品，以用于测量相关角度的目的，或利用CT、MRI或X射线成像技术。这些图像然后可用于创建为患者的髋臼或股骨解剖结构的负片的装置。大体上，这些装置是患者特有的设计，旨在与直接可视化技术一起使用。因此，在任何植入物可定位之前，必须将其插入并物理附接到患者的骨骼解剖结构上。然而，这些过程对于微创技术来说不是非常可行。
尽管在外科领域取得了一些进步，仍然需要提供一种改进的器械和方法，用于在髋部手术期间识别髋臼植入物的角位置/定向。本发明满足了这个需要，且以新颖且不明显的方式提供了其它益处和优点。
技术实现要素：
虽然参照所附权利要求仅可确定本文覆盖的本发明的实际性质，但作为本文公开的实施例的特征的本发明的某些形式简要地如下描述。
本发明的一个目的是提供一种改进的器械和方法，用于在髋部手术期间识别髋臼植入物的角位置/定向。本发明的其它实施例、形式、特征、方面、益处、目的和优点将从本文提供的详细描述和附图中变得清楚。
根据本发明的一种形式，提供了一种矫形角度测量装置，其包括细长轴，该细长轴具有纵向轴线并且构造成附接到髋臼杯上，以及至少一个与轴相关联的标记，该标记在手术中可见，以在装置相对于纵向轴线移动时，确定髋臼杯相对于手术前图像的位置和/或定向。
根据本发明的另一种形式，提供了一种测量髋臼杯的角位置的方法，包括提供插入装置，该插入装置构造成附接到髋臼杯上，将标记放置在插入装置上，该标记通过成像装置在手术中可见，将插入装置从第一位置旋转到第二位置，以及在装置旋转到第二位置之后确定髋臼杯相对于患者解剖结构的手术前图像的角位置。
根据本发明的另一个形式，提供了一种与成像装置一起使用的矫形角度测量装置。测量装置包括细长轴，其具有纵向轴线且构造成附接到骨接合部件上。至少一个标记与轴相关联，且利用成像装置在手术中可见，以在细长轴相对于参考角移动时确定纵向轴线相对于参考角的定向。
根据本发明的又一个形式，提供了一种矫形插入工具，其包括细长轴，细长轴具有纵向轴线且构造成用于附接到髋臼杯上。至少一个标记与轴相关联，且在手术中可见，以在装置相对于纵向轴线移动时确定髋臼杯相对于手术前图像的位置和/或定向。
根据本发明的又一个形式，提供了一种测量骨接合部件的角位置的方法，包括提供插入装置，该插入装置构造成用于附接到骨接合部件上，将由成像装置在手术中可见的标记放置在插入装置上，将插入装置从第一定向移动到第二定向，以及在装置移动到第二定向之后确定骨接合部件相对于患者解剖结构的手术前图像的角定向。
附图说明
图1A为定位成第一角定向的根据本发明的一种形式的矫形角度测量装置的立面视图。
图1B为定位成第二角定向的矫形角度测量装置的立面视图。
图1C为定位成第三角定向的矫形角度测量装置的立面视图。
图2A为定位成图1A中所示的第一角定向的矫形角度测量装置的第二立面视图。
图2B为定位成图1B中所示的第二角定向的矫形角度测量装置的第二立面视图。
图2C为定位成图1C中所示的第三角定向的矫形角度测量装置的第二立面视图。
图3为与髋臼杯关联使用来相对于患者的髋臼定位髋臼杯的矫形角度测量装置的立面视图。
图4为包括悬臂梁机构的根据本发明的另一个形式的矫形角度测量装置的立面视图。
图5为示出多个记号标记的图4中的矫形角度测量装置的旋转立面视图。
图6为示出多个记号标记的图5中的矫形角度测量装置的部分的放大视图。
图7为根据本发明的另一个形式的矫形角度测量装置的立面视图。
图8为根据本发明的另一个形式的矫形角度测量装置的立面视图。
图9为成第一角定向的根据本发明的另一种形式的矫形角度测量装置的立面视图。
图10为成第二角定向的图9中的矫形角度测量装置的立面视图。
图11为成第三角定向的图9中的矫形角度测量装置的立面视图。
图12为根据本发明的另一个形式的矫形角度测量装置的立面透视图。
具体实施方式
出于促进理解本发明的原理的目的，现在将参照附图中所示的实施例，且特定语言将用于描述其。然而将理解的是，不旨在由此限制本发明的范围。所述实施例的任何变型和其它修改，以及如本文所述的本发明的原理的任何其它应用构想为本发明涉及的领域中的技术人员一般将想到的。
本发明的非限制性实施例的以下描述和图示在性质上为示例性的，应理解的是，涉及其的描述和图示绝不旨在限制本文公开的发明和/或其应用和使用。
参看图1-3，本文示出了根据本发明的一种形式的矫形角度测量装置10a。矫形角度测量装置10a大体上沿纵向轴线L延伸，且包括细长手柄或轴11，以及附接到细长轴11上的一个或多个标记12。除用作测量角位置/定向之外，角度测量装置10a还可用作插入和/或冲击装置。尽管下文将论述用于使用矫形角度测量装置10a来识别附接的植入物、试验品或其它结构的角位置/定向的方法，但应理解和认识到，还可构想出落入本发明的范围内的测量装置10a的其它方法和用途。
根据第一例示实施例，角度测量装置10a控制植入物、试验品或其它结构如何和在何处定位/定向，而不使用任何患者特定或定制的器械的测量构件。相反，角度测量装置10a或到装置的附接在相对于患者的解剖结构的手术中图像旋转出平面时，产生不同的视觉外形、轮廓、图案、记号或阴影。为了实现其，不透射线或射线可透过的圆、盘、记号或标记12可与装置10a关联使用。如图1A-1C中所示，标记12固定到装置10a上，且分别沿大致垂直于装置的纵向轴线L的平面布置。
当标记12旋转出平面时，圆/盘产生不同尺寸的可观察到的椭圆形状，其彼此交叉或与其它标记或标识符交叉。虽然应该理解和认识到，根据本发明的某些方面，任何几何形状、词语、数字、记号和/或其组合可与标记12结合使用，但圆特别有用，因为其不需要以特定方式旋转器械或将器械旋转到特定原位/定向，以便准确地显示图像。在平面中看时，不同直径的圆(或盘)表现为线(见图1A)。标记12在图1A/2A、1B/2B和1C/2C中以不同的角定向示出，其中图1A/2A示出了相对于参考轴线15成0°角的装置。在图1A/2A中，参考轴线15限定为零度轴线。当通过成像装置在图1A/2A中所示的0°定向下观察标记12时，观察到的标记12表现为平行线(参见图1A)。
图1B/2B示出了装置10a相对于参考轴线15以10°的角θ旋转(即，在纵向轴线L和参考轴线15之间限定的10°角)，并且图1C/2C示出了装置10a相对于参考轴线15以20°的角θ旋转(即，在纵向轴线L和参考轴线15之间限定的20°角)。当旋转出平面时，标记12作为椭圆形变得可见(例如，参见图1B和1C的标记12)，其中图1B/2B示出了相对于参考轴15以10°旋转的装置10a，以及图1C/2C示出了相对于参考轴15以20°旋转的装置10a。换言之，当标记12相对于彼此定位在特定深度时，并且当装置10a旋转到平面外时，标记12产生椭圆形错觉，当以角度θ旋转出平面时，其相交。椭圆的交叉点或切向位置设计成在装置10a的特定角定向上出现，这继而提供装置10a的角定向的指示(即，以角θ)。如果设备10a设置有实心盘，则较小盘的消失或重叠也可表示装置10a的特定角定向。
图3示出了矫形角度测量装置10a的透视图，其与骨接合部件14结合使用以将骨接合部件14相对于患者的骨16定位。在所示的实施例中，骨接合部件14是髋臼杯，其构造成接合患者髋骨的窝，且更具体地是患者的髋臼。虽然示出了髋臼杯与装置10a关联使用，本发明不限于与髋臼杯关联使用，但是其它骨接合部件14相对于其它骨的使用也构想成落入本发明的范围内。成像装置18在不同的实施例中使用以提供装置10相对于参考轴15的角θ的指示。可与本发明关联使用以观察或可视化标记12的成像装置18包括但不限于x射线成像装置、超声成像装置、磁共振成像(MRI)装置、计算机断层扫描(CT)成像装置、荧光成像装置或其它合适的成像装置。
参看图4，本文示出了根据本发明的另一形式的矫形角度测量装置10b。矫形角度测量装置10b大体上沿纵向轴线L延伸，且包括细长手柄或轴20，且示为相对于参考轴线22成零度角。装置10b可包括附接到轴20的近端上的冲击器24，其用于将骨接合部件14驱动到骨中。轴20支承悬臂梁部件26，其包括具有圆柱形形状构造成包绕轴20的部分的保持器28。在一个实施例中，保持器28可围绕轴20自由旋转且可沿轴20滑动，且可沿轴20和围绕轴20固定在各种位置。在其它实施例中，保持器28的内部可支承轴承，使得保持器28可在重力下自由地旋转。
对准引导支承件30从保持器28延伸，且固定地联接到保持器28上。对准引导支承件30永久地固定到保持器28上，或包括联接器，其允许对准引导支承件30可释放地联接到保持器28上，以将保持器28附接到轴20上和从轴20除去保持器28。如下文与图12关联所述，支承件30构造成提供用于对准引导件的安装件。
图5示出了图4中的矫形角度测量装置10b，但其中装置围绕纵向轴线L旋转90度，以示出多个标记或可视记号32。尽管示出了第一标记32a和第二标记32b，但应理解，构想出包括任何数量的标记或记号，包括一个标记或三个或多个标记。每个标记32a和32b限定通道或通路，其完全延伸穿过轴20，使得光穿过通道。在其它实施例中，通道可仅部分地延伸穿过轴20。对于每个标记32，通道限定侧壁，其构造成限定具体形状。例如，标记32a限定星形，且标记32b限定三角形。
轴20中形成的每个标记32关于纵向轴线L倾斜。例如，在一个实施例中，标记32a相对于布置成垂直或正交于纵向轴线L的线成30度倾斜或定向，且标记32b相对于布置成垂直或正交于纵向轴线L的线成20度倾斜或定向。成角的通道确定轴20且因此装置10b和骨接合部件14b是否以相对于参考轴线22的正确/期望的角定向正确对准。例如，为了相对于参考轴线22成30度对准骨接合部件14，轴20成角地位移，直到标记32a的内侧壁不可见(即，由标记32a限定的通道与成像装置成角对准)。然而，如果轴20以20度对准，则标记32b的内侧壁不可见(即，由标记32b限定的通道与成像装置成角对准)。如图6中可见，标记32a和32b两者的内侧壁可见，且因此骨接合部件14未成20度或30度对准
参看图7，本文示出了根据本发明的另一形式的矫形角度测量装置10c。矫形角度测量装置10c包括圆柱形标记34，其关于轴20的纵向轴线L对中。在一个实施例中，圆柱形标记34由射线可透过的材料形成，其具有围绕圆筒的直径形成的多个不透射线的等角线36。每个等角线相对于轴20的纵向轴线L倾斜，使得在装置10c相对于参考轴线22的角定向改变时，等角线的外观相对于观察者而改变，这可由个人直接观察或通过成像系统观察。例如，当轴20相对于参考轴线或平面倾斜30度时，等角线38表现为对于观察者是直线，并且每个剩余的等角线在装置10c倾斜30度时表现为具有不同外形的类型的椭圆。随着装置10c和纵向轴线L的角度改变，例如改变到15度，等角线40从椭圆形状过渡到直线，从而指示轴20相对于参考轴线或平面倾斜15度。利用手术中成像或观察者直接观察，装置10c的角定向可根据不透射线的等角线的形状确定(即，当观察到特定的等角线作为直线时，其对应于装置相对于参考轴线或平面的特定角定向）。
参看图8，本文示出了根据本发明的另一形式的矫形角度测量装置10d。矫形角度测量装置10d包括圆筒42，其具有延伸穿过圆筒42的轴20，且其中圆筒42固定在沿轴的轴向位置。在各种实施例中，圆筒42可由不透射线或射线可透过的材料形成。然而，在该实施例中，圆筒42的端部相对于轴20的纵向轴线L倾斜。圆筒42包括第一端44，第一端44限定平面表面，该平面表面相对于纵向轴线L以第一角倾斜。圆柱体42的第二端46限定平面表面，该平面表面相对于纵向轴线L以第二角倾斜。在该示例性实施例中，第一端44指示30度的角，且第二端46指示20度的角。在一个实施例中，圆筒24由不透射线的材料形成，使得每端44和46在手术中程序期间通过成像装置可见。在另一个实施例中，圆筒42由射线可透过的材料形成，并且每端44和46涂覆或涂有对于观察者或通过成像系统是明显的或可观察到的不透射线的材料。
参看图9，本文示出了根据本发明的另一形式的矫形角度测量装置10e。图9中所示的矫形角度测量装置10e以相对于参考轴线或平面的第一角定向示出。在该第一角定向中，表面44表现为直线，以指示装置10e与由表面44指示的角度对准。然而，表面46不显示为直线，而是改为提供表面46的至少局部视图。由于表面46是可见的，因此装置10e不与由表面46指示的角度对准。
图10示出了处于第二角定向的矫形角度测量装置10e的立面视图。该位置是装置10e未定向在由表面44和表面46指示的任一预定角度的位置。可看出，表面44和表面46的每个表面至少部分可见，这继而指出装置10e位于相对不确定和近似的位置。在该位置，装置10e位于由表面44指示的角和由表面46指示的角之间。
图11示出了处于第三角定向的矫形角度测量装置10e的立面视图。在该位置，表面46显示为对于观察者或成像装置是直线，其指示装置10e与由表面46指示的角对准，并且其中表面44的至少部分是可见的，这继而指示装置10e未成由表面44指示的角。
参看图12，本文示出了根据本发明的另一形式的矫形角度测量装置10f。矫形角度测量装置10f包括支承件28，其构造成定位和支承对准引导件50。在一个实施例中，对准引导件50由具有包括不透射线的材料的多个侧部或边缘的射线可透过的材料形成。对准引导件50通过安装件30固定地连接到装置10f上。在其它实施例中，可使用其它支承件或安装件来固定引导件50相对于轴20的位置，使得可提供装置10f的角度的可重复确定。在一个实施例中，对准引导件50从轴20偏移，以使成像装置或观察者能够确定出现在轴20上的任何标记的特性。在另一个实施例中，对准引导件50与轴20对准，以使成像装置或观察者能够确定由对准引导件50提供的唯一标记的特性。
对准引导件50包括围绕引导件50的周边定位的外表面52。外表面52在周边的某些部分处涂覆不透射线的材料，以限定取景器54，取景器54的位置由不存在不透射线的材料限定。在引导件50的底部56处，提供了指示倾斜角度的一个或多个数字或符号。在所示实施例中，所提供的数字是20和30，每个数字对应于装置10f相对于零或参考轴的角度。如果装置10f以30度角成角，则观察者或成像装置通过取景器54看到数字30。然而，如果装置10f以20度角成角，则观察者或成像装置通过取景器看到数字20。
根据本发明的其它实施例，可使用具有通过C-ARM或X射线可见的预定形状或标记的器械或试验品。这些装置可匹配以识别患者特定骨接合部件放置，包括髋臼放置，如手术前或手术中确定的，并且可使用专门的不透射线或射线可透射标记或记号。根据该过程的某些方面，外科医生或其他医务人员将在手术前计划放置特定形式和外展角的骨接合部件(如髋臼植入物)。为了实现这一点，可使用器械，当以预定的植入物定向定位并在手术中观察时，其会提供表示该装置处于正确或不正确位置的视觉形状。在一个或多个实施例中，相比到撞击器24，标记位于更靠近骨接合部件所在的工具的端部。然而，也可构想出其它位置。
此外，手术中成像可与覆盖物或模板一起使用，以比较骨接合部件的位置，包括髋臼构件。这是对当前患者特定引导件的改进，其通常需要与解剖结构直接配合，以及额外的手术前和手术中外科手术步骤。此外，利用手术中成像的外科医生可从此系统中受益，因为它不需要使用定制植入物，并且仅需要查看手术中图像以确定插入器且因此植入物是否以正确的方式定位。
本领域的技术人员将清楚本文所述的实施例的各种变化和修改，且这种变化和修改可在不脱离本发明的精神和范围和不消除其预期优势的情况下制作出。此外，尽管已经在附图和前述描述中示出和描述了本发明，但其认作是性质上是示范性而非限制性的，将理解的是，已经示出和描述了仅所选实施例，且归入以下权利要求限定的本发明的精神内的所有变化、等同方案和修改期望受到保护。