专利名称：接近-触发的计算机辅助手术系统和方法多年以来，计算机辅助手术已经发展成使用计算机的计算速度来引导外科医生和手术室人员以高的精密度和准确度在骨骼上实施矫形手术。为了减少手术室中的硬件需求，微机电系统(MEMS)、例如陀螺仪和加速计被用来计算手术器械和骨骼的方位和/或位置。MEMS被用来作为其他类型的跟踪器、例如光学跟踪系统(例如，Navi track )的补充或替代。在一些情况下，光学跟踪系统可用MEMS替换，从而去除在器械和骨骼上的庞大的光学跟踪器装置。由于MEMS的微小规格，甚至想到在实施计算机辅助手术时不使用独立的监控器，而是用器械上的LED指示器或显示屏来提供手术领域内的所有信息。期望使用MEMS来自动操作计算机辅助手术，以加快手术过程。
因此，根据第一实施例，提供了一种计算机辅助手术系统，包括具有跟踪单元的第一手术装置，所述第一手术装置在手术过程中被跟踪，且适于执行与手术过程相关的第一功能；第二手术装置，其适于执行与手术过程相关的第二功能；触发单元，其在第一手术装置和第二手术装置达到预定的接近关系时被触发；手术过程处理单元，其至少跟踪第一手术装置。所述手术过程处理单元 包括触发探测器，其探测所述触发单元的触发；计算机辅助手术应用程序，其操作手术过程的各个步骤；控制器，其用于在触发探测器发出探测信号时，命令计算机辅助手术应用程序在手术过程中启动与第二功能相关的选定步骤；以及界面，其在手术过程中显示关于选定步骤的信息。仍然根据第一实施例，一个手术装置具有阴性连接器，另一手术装置具有阳性连接器，所述手术装置通过所述阳性和阴性连接器的适配接合来互相连接。还是仍然根据第一实施例，所述触发单元是开关，且所述预定的接近关系是所述适配接合，所述开关通过所述阳性和阴性连接器的适配接合来触发。还是仍然根据第一实施例，所述第一手术装置是安装到骨骼上以跟踪骨骼的基准器械。还是仍然根据第一实施例，所述第二手术装置是可拆卸地连接到所述基准器械以确定骨骼的轴线的数字化器械。还是仍然根据第一实施例，所述系统还包括在所述触发单元和所述触发探测器之一中的状态数据库，以确认所述预定的接近关系与状态数据库的状态相一致。还是仍然根据第一实施例，下一步骤是模式的改变，且所述界面在触发探测器发出探测信号时自动地改变模式。还是仍然根据第一实施例，所述第二手术装置具有跟踪单元，用于在手术过程中被跟踪。还是仍然根据第一实施例，所述跟踪单元包括微机电系统。根据第二实施例，提供了一种用于执行计算机辅助手术应用程序的手术过程的步骤的方法，包括至少跟踪适于执行与手术过程相关的第一功能的第一手术装置；探测所述第一手术装置和适于执行与手术过程相关的第二功能的第二手术装置之间的预定的接近关系；在所述预定的接近关系被探测到时，启动与第二功能相关的手术过程的选定步骤；以及显示关于选定步骤的信息。仍然根据第二实施例，跟踪第一手术装置包括接收来自微机电系统的跟踪数据。还是仍然根据第二实施例，探测预定的接近关系包括探测第一手术装置和第二手术装置之间的适配接合。还是仍然根据第二实施例，所述方法还包括跟踪第二手术装置。还是仍然根据第二实施例，跟踪第二手术装置包括根据对第一手术装置的跟踪以及根据所述手术装置之间已知的适配接合几何关系来跟踪第二手术装置。还是仍然根据第二实施例，显示关于选定步骤的信息包括显示关于跟踪第二手术装置的信息。还是仍然根据第二实施例，所述方法包括在启动选定步骤之前，确认所探测的预定的接近关系符合预定的状态。还是仍然根据第 二实施例，跟踪第一手术装置包括跟踪在患者的胫骨上的胫骨基准。还是仍然根据第二实施例，所述方法还包括跟踪第二手术装置且第二手术装置是胫骨数字化仪，其中，显示关于选定步骤的信息包括显示胫骨轴线。图1是根据本申请的一个示例性实施例的接近-触发计算机辅助手术系统的框图；图2是在图1的计算机辅助手术系统中使用的相对于骨骼适配的手术装置的示意图；图3是在图1的计算机辅助手术系统中使用的相对于骨骼适配的手术装置的示意图；图4A是带有CAS监控器的图2的适配的手术装置在适配之前的示意图；和图4B是带有CAS监控器的图2的适配的手术装置在适配之后的示意图。

触发探测器28设置在CAS处理单元20中，以便接收来自触发单元16的探测信号。接收到探测信号后，触发探测器28向手术过程控制器24发出触发信号。在使用接近传感器时，触发探测器28可例如通过确认手术装置14足够靠近手术装置12来执行确认步骤。此外，如果装置12和14适配地接合，触发探测器28可要求持续的探测信号来确认触发。这些确认步骤也可由触发单元16来执行，上述两种情况下都要有状态数据库的参与。所述触发在手术装置14与手术装置12接近或接触定位时被自动地进行。因此，手术过程控制器24会在接收到来自触发探测器28的信号之后改变它的操作流程，以进一步推进手术过程的步骤流程，这会在界面26上、例如通过显示屏上的数据的变化而被观察至|J。因此，通过执行该操作，操作员和CAS系统10之间的一个交互步骤被去除，并代之以多数标准外科技术中所需的用于给定类型的手术的直观步骤。参考图4A和图4B，示出了通过接近而自动地触发CAS系统的方法。在图4A中，胫骨基准12固定于胫骨A，且被校准和定位。因此，胫骨A在对其随后的手术步骤中被跟踪。界面12示出了显示屏1，所述显示屏I与手术过程中的进展相一致。因此，显示屏I可显示通过跟踪胫骨基准12得到的关于骨骼A的跟踪信息(例如，轴线、骨骼模型、值)。此外，根据手术过程，显示屏I指示，下一步骤是将胫骨数字化仪14A通过其与胫骨基准12之间的适配连接(例如，图2)而连接到胫骨基准12。如以上所述，手术装置14的定位可不要求与手术装置12在物理上互相连接。显示屏I上的数据可以是关于在骨骼A上的特定位置处经外科技术安装手术装置14，所述特定位置例如在可由接近开关和传感器探测到的距离手术装置12的给定距离处。参考图4B，胫骨数字化仪14A适配地连接于胫骨基准12，从而使触发单元16触发。因此，如果符合触发状态(例如，时间结束、接近等)，CAS处理单元20自动地改变界面26上的数据，如图4B中的显示屏2所示的数据。数据的改变可以是手术流程中的模式的自动改变，以启动与胫骨数字化仪14A相关的数据收集(例如，胫骨轴线的配准)，从命令模式变为数据收集模式。数据的改变也可以是装置12和14充分地相互连接的指示，从而提示CAS系统10的操作员执行下一步骤。上述步骤是由CAS处理单元20依照CAS应用程序25来操作的整套步骤的一部分，一些是强制性的、或选择性的、或在外科技术中所限定的先决条件。上述步骤在手术过程中可被重复。例如，在安装切 割块14B (图3)时，自动的触发也可使手术过程流程改变。


一种计算机辅助手术系统，包括具有跟踪单元的第一手术装置，其在手术过程中被跟踪，且适于执行与手术过程相关的第一功能。第二手术装置适于执行与手术过程相关的第二功能。触发单元在第一手术装置和第二手术装置达到预定的接近关系时被触发。手术过程处理单元跟踪第一手术装置。触发探测器探测所述触发单元的触发。CAS应用程序操作手术过程的各个步骤。控制器在触发探测器发出探测信号时，命令CAS应用程序在手术过程中启动与第二功能相关的选定步骤。界面在手术过程中显示关于选定步骤的信息。