技术摘要：
电磁髓内钉螺丝定位系统用来在手术过程中协助骨科医生将螺丝钻头引导器与髓内钉中的螺丝接收孔精确对准。但是，由于存在大量不同类型的髓内钉，因此必须在每次手术期间对系统进行校准。描述了一种改进的校准系统，不再需要外科医生在手术期间进行校准以节省时间并提高  全部
背景技术：
治疗长骨骨干骨折的一种常见骨科手术方法是将髓内钉(IntraMedullary  Nail  IMN)插入骨头的髓内空间，然后用螺丝将骨头固定到钉子上，螺丝与钉子中的孔配合和/或 穿过钉子中的孔。这些孔通常至少位于钉子的近端和远端(在本文中，近端是指钉子进入骨 头的入口点)。与该过程有关的困难在于，一旦将钉子插入骨中，这些孔的确切位置将被周 围的组织和骨隐藏，从而难以识别打钻的位置。 因此，标准的外科手术过程是利用X射线成像获得一系列静止图像或实时荧光透 视成像，以识别骨头、钉子和孔的相对位置，以允许在手术期间正确放置骨科设备并对准。 然而，这种放射学方法的显著缺点是，这种做法通常会使外科医生和手术人员暴露于潜在 的有害辐射下(尤其是手部)。此外，辐射和检测设备不便于组装或必须带入手术室。尽管获 得的图像很有帮助，但由于它们仍然不够精确，因此可能需要较长时间才能生成有用的图 像。这增加了手术时间以及手术过程的费用。 已经使用各种方法来解决这些问题。一种方法是使用附接到IMN的夹具，该夹具设 计为对钻头进行引导，以无需通过X射线成像确认螺丝的放置，就可以确保准确地放置互锁 螺丝使其穿过骨头到达位于骨头内的IMN。尽管已经知道钻头对准夹具能够成功地对准位 于近端的一个或多个螺孔，但是当IMN的远端插入骨中时，它经常会发生明显的挠曲。这导 致明显的远端夹具对准误差，因此需要进行一次或多次X射线检查来识别远端孔的确切位 置，并确保或确认在制作骨中的位于远端的孔之前，钻头引导器被准确定位。 在另一种变化形式中，利用额外的切口和与钉子垂直地打钻的孔。将前瞄准钩 (anterior  aiming  hook)穿过该孔，以物理定位IMN，并针对IMN挠曲校正引导器的对准。尽 管这种方法可以减少或消除对X射线图像的需求，但缺点是需要更复杂的对准夹具，并给患 者带来额外的创伤。 还探索了各种电磁定位技术。例如，已经提出的一种电磁方法是静态磁场瞄准法， 其涉及检测插入IMN中的永磁体的位置。有源电磁系统使用电磁发射器和接收器，发射器和 接收器中的至少一个位于或插入钉子内以帮助识别。 基于电磁的方法的一个困难是它们必须灵敏到足以检测金属部件中的小空洞的 位置。这样一来，不管是因为手术设备本身(无论是因为设备是铁磁的(即钢钉)还是因为导 4 CN 111587092 A 说　明　书 2/16 页 电非铁磁材料(例如钛钉)中产生涡流)还是因为附近存在导体或电磁场所造成的电磁场畸 变，它们都敏感。畸变的确切性质因手术不同而不同，取决于钉子的长度、材料以及手术设 备的相对位置。例如，对静态磁场瞄准法进行实际调查后发现，该系统的瞄准精度不够，由 于来自其他来源和附近铁磁材料的磁场大小相似，存在较大的偏移值，这对瞄准很不利，导 致无法可靠地使用该方法。 有源系统的性能更好。例如，在一个系统中，IMN包括一个中心轴(即，是空心的)， 传感器以已知的距离插入该轴中。两个发射器位于支撑臂上，该支撑臂固定在围绕钻套的 对准夹具上。微控制器处理信号，显示模块显示钉子和孔的位置以及当前的打钻位置。然后 可以调整钻孔夹具，直到当前打钻位置与目标孔对准为止。尽管已证明该系统有效果，但一 个缺点是必须在手术期间进行系统的校准。这包括外科医生(或其他手术人员)将无菌钉子 插入夹具中，将传感器插入钉子的轴中，将支撑臂固定到夹具上，然后调节夹具，直到支撑 臂中的钻套与钉子上的目标孔对准为止。此时，用户按下设置按钮以通知控制器系统已对 准。然后拆卸系统，将钉子插入患者的骨头中，然后插入传感器。然后使用支撑臂将夹具重 新组装到患者身上，并使用显示模块将校准后的系统用于将钻套与目标孔对准。一旦钻套 对准，外科医生进行钻孔并插入螺丝。 该校准过程并不理想，因为它必须在手术期间进行，因此占用了宝贵的时间。而 且，它要求在将灭菌的钉子放置在患者体内之前将其插入灭菌的夹具中，这增加了钉子可 能被污染的风险。此外，它将正确执行校准过程的责任施加到外科医生或手术人员身上。尤 其是，它要求远离金属部件和电磁源执行该过程，这可能会使钉子周围的电磁场失真，从而 导致错误的校准。例如，理想状态是在远离手术设备的自由空间(例如，空气中)中进行校 准，但是如果是在手术过程中由外科医生或手术人员进行校准，则这种情形未必会出现。 因此，需要提供一种改进的电磁瞄准系统和校准方法，或者至少提供现有系统和 方法的有用的替代方案。
技术实现要素：
根据第一方面，提供一种用于电磁髓内钉螺丝定位系统的控制装置，用于将钻头 引导机构定位，该钻头引导机构能够用于将钻头引导到髓内钉中的螺丝接收孔，该装置包 括： 至少一个处理器、至少一个存储器和用户界面， 其中：存储器包括多个偏移值，每个偏移值与髓内钉标识相关联，且存储器包括指 令以使处理器： 通过用户界面从用户接收髓内钉标识； 向一个或多个信号发射和接收电路发送至少一个控制信号，以从至少一个换能器 发射一个或多个信号； 从至少一个换能器接收来自一个或多个信号发射和接收电路的至少一个接收信 号； 使用至少一个接收信号来估计位于螺丝接收孔附近的换能器相对于钻头引导机 构的纵向轴线的位置； 使用所接收的髓内钉标识来确定偏移值； 5 CN 111587092 A 说　明　书 3/16 页 将所确定的偏移应用于换能器的位置的估计，以获得更新的估计；以及 使用用户界面指示位于螺丝接收孔附近的换能器相对于钻头引导机构的纵向轴 线的位置的更新的估计。 在一种形式中，所接收的钉子标识包括钉子直径、钉子成分、钉子长度和钉子侧 (nail  side)中的一项或多项。在另一种形式中，所接收的钉子标识包括产品代码或目录 号。在另一种形式中，控制装置包括条形码扫描器，且从条形码扫描器接收钉子标识。 在一种形式中，多个偏移值在至少一个存储器中被保存为偏移表，其中，每个偏移 都与钉子标识相关联。在另一种形式中，偏移值是从在外科手术之前执行的参考校准过程 获得的，其中，参考校准过程包括： 利用电磁髓内钉螺丝定位系统使用参考钉，进行参考校准； 对于一组钉子类型中的每个钉子，测量插入电磁髓内钉螺丝定位系统中的钉子相 对于参考钉的对准偏移，其中每种类型都包括钉子直径、钉子成分和钉子长度的唯一组合； 以及 将一组测得的对准偏移与每个相关联的钉子类型一起保存在至少一个存储器中。 在一种形式中，控制装置包括显示器，且指示换能器的位置的更新的估计包括：可 视地指示位于螺丝接收孔附近的换能器相对于钻头引导机构的纵向轴线的位置的更新的 估计。 根据第二方面，提供一种电磁髓内钉螺丝定位系统，包括： a)框架，包括： 用于附接到髓内钉的髓内钉保持器； 从髓内钉保持器延伸的细长延伸构件，用于允许细长延伸构件相对于髓内钉保持 器移动；以及 细长的钻头引导机构，其与延伸构件相关联，以使钻头引导机构的纵轴基本上定 向成朝向髓内钉； b)至少两个换能器，一个换能器位于与螺丝孔之一邻近的髓内钉中，且至少一个 换能器相对于细长延伸构件被定位； c)一个或多个信号发射和接收电路，用于与相应的换能器进行一个或多个信号的 通信，以分别发射和接收一个或多个信号； d)根据权利要求1至7中任一项的控制装置； 其中，延伸构件的位置能够相对于髓内钉保持器移动，直到位置指示装置指示：位 于螺丝接收孔附近的换能器关于相对于延伸构件被定位的至少一个换能器被定位成，使得 由钻头引导机构引导的钻头将进入或被引导至髓内钉中的螺丝接收孔的正上方位置。 在一种形式中，至少两个换能器包括三个换能器，其中，相对于细长延伸构件被定 位的至少一个换能器包括两个换能器，这两个换能器到细长延伸构件的径向距离相等，且 估计位于螺丝接收孔附近的换能器的位置包括：比较来自到细长延伸构件的径向距离相等 的两个换能器中的每个换能器的一个或多个接收信号的信号幅度。 根据第三方面，提供一种为电磁髓内钉螺丝定位系统的控制器中的存储器生成偏 移表的方法，该方法包括： 在手术之前，利用电磁髓内钉螺丝定位系统，使用参考髓内钉进行参考校准； 6 CN 111587092 A 说　明　书 4/16 页 对于一组髓内钉类型中的每个髓内钉，将髓内钉插入电磁髓内钉螺丝定位系统 中，测量被插入的髓内钉相对于参考钉的对准偏移，其中每种类型都包括钉子直径、钉子成 分和钉子长度的唯一组合；以及 将一组测得的对准偏移与相关联的钉子类型一起保存在存储器中。 在一种形式中，该方法还包括：将一组测得的对准偏移保存在多个电磁髓内钉螺 丝定位系统中的每个的存储器中。 在一种形式中，该方法还包括：将预测模型与所测得的对准偏移拟合；以及将预测 模型保存在多个电磁髓内钉螺丝定位系统中的每个的存储器中。 根据第三方面，提供了一种使用电磁髓内钉螺丝定位系统的方法，包括： 在手术之前，利用电磁髓内钉螺丝定位系统，使用参考钉进行参考校准； 将钉子标识输入到电磁髓内钉螺丝定位系统的控制器中，其中该控制器包括存储 器，该存储器保存有与钉子标识相关联的偏移； 使用电磁髓内钉螺丝定位系统来估计钉子中的目标孔的位置，其中将偏移应用于 来自电磁髓内钉螺丝定位系统的一个或多个定位测量，以生成钉子中的目标孔的位置的更 新的估计值，并向用户指示更新的估计。 在一种形式中，输入钉子标识包括：输入钉子直径、钉子成分、钉子长度和钉子侧 中的一项或多项。在另一种形式中，输入钉子标识包括：输入产品代码或目录号。在另一种 形式中，输入钉子标识包括：对代码(code)进行扫描。 根据第二方面，提供了一种使用电磁髓内钉螺丝定位系统的方法，包括： 在手术之前，利用电磁髓内钉螺丝定位系统，使用参考钉进行参考校准； 将钉子标识输入到电磁髓内钉螺丝定位系统的中央控制器中，其中该中央控制器 包括存储器，该存储器保存有与钉子标识相关联的偏移； 使用电磁髓内钉螺丝定位系统来估计钉子中的目标孔的位置，其中将对准偏移应 用于定位测量。 在一种形式中，输入钉子标识包括：输入钉子直径、钉子成分、钉子长度和钉子侧。 在一种形式中，输入钉子标识包括：输入产品代码或目录产品代码或目录号。 在一种形式中，输入钉子标识包括：对代码进行扫描。 根据第三方面，提供了一种电磁髓内钉螺丝定位，包括具有处理器和存储器的中 央控制器，其中存储器保存多个对准偏移，其中每个偏移与钉子标识相关联；处理器被配置 为从用户接收钉子标识，查找与被输入的钉子标识相关联的对准偏移，并在执行定位测量 时应用该偏移。 附图说明 参考附图讨论本发明的实施例，其中： 图1A示出了根据本发明的髓内钉和相关联的螺丝。 图1B描绘了被定位并拧入股骨的髓内钉。 图2是根据一个实施例的电磁瞄准系统的立体侧视图。 图2A是根据一个实施例的电磁瞄准系统的手柄和髓内钉的示意图，示出了目标孔 的位置。 7 CN 111587092 A 说　明　书 5/16 页 图3是根据一个实施例的图2的电磁瞄准系统的上部立体图。 图4是根据一个实施例的图2的电磁瞄准系统的端部立体图。 图5是根据一个实施例的为电磁髓内钉螺丝定位系统产生偏置表的方法的流程 图。 图6是根据一个实施例的使用电磁髓内钉螺丝定位系统的方法的流程图。 图7是根据一个实施例的对准偏移测量的示意图。 图8是根据一个实施例的中央控制器设备的示意图。 在下面的描述中，在所有附图中，相同的附图标记表示相同或相应的部分。