启用测量参数的矫形工具的装置和方法

启用测量参数的矫形工具的装置和方法
【专利摘要】在此披露用于启用医疗装置的系统。该系统包括具有用于生成磁场的磁体的支座。该支座在预定取向上支撑并对准该医疗装置。放置在该支座中的该医疗装置使磁敏开关暴露于该磁体的该磁场中，该磁场产生该磁敏开关的状态的变化。医疗装置进一步包括的开关、指示器、逻辑电路、延迟电路、以及检测电路用于将电源联接到电子电路。在第一操作模式下，该医疗装置可以被打开并且然后关闭。在第二操作模式下，该医疗装置在被打开之后不能关闭。
【专利说明】启用测量参数的矫形工具的装置和方法
[0001]领域
[0002]本发明总体涉及外科手术电子产品，并且具体来说，涉及用于在脊柱外科手术和长期植入期间估算对准和外科手术植入物参数的方法和装置。
[0003]背景
[0004]脊柱是由通过肌肉和韧带连接在一起的许多单独的称为椎骨的骨骼组成。软椎间盘使每块椎骨与下一椎骨分开并且起缓冲作用。由于椎骨是分开的，因此脊柱是柔性的并且能够弯曲。椎骨为脊髓神经束提供管道。椎骨、椎间盘、神经、肌肉以及韧带一起组成脊椎柱(vertebral column)或脊柱(spine)。脊柱的大小和形状有所不同,其中可能由于环境因素、健康以及衰老而发生变化。健康的脊柱具有由前到后的曲线，但偏离正常的颈椎前凸、胸椎后凸以及腰椎前凸的畸形状况可以引起疼痛、不适以及移动困难。这些状况会由于可以挫伤神经的椎间盘突出而加剧。
[0005]存在畸形脊柱弯(spinal curve)的许多不同的原因以及从疗法到外科手术的各种治疗选项。手术的目的通常是脊柱的弯曲部分中的两块或更多块椎骨的坚实融合。融合是通过对脊柱进行手术并增添骨骼移植物实现的。椎骨和骨骼移植物愈合在一起以形成坚实的骨块，这称为融合。可替代地，通常使用包括骨骼移植物的脊柱笼(spinalcage)来使椎骨分开和使椎骨融合在一起。骨骼移植物可以来自骨骼库或患者自身的髋骨或其他自体部位。可以通过各种仪表化工具和技术使用金属杆和挂钩、丝线或螺钉来大致拉直脊柱。杆或有时是支架或石膏模型将脊柱保持在适当位置，直到该融合有机会愈合。
[0006]附图简要说 明
[0007]该系统的不同特征在所附权利要求书中具体地阐述。结合附图，参考以下说明可以理解在此的实施例，在附图中:
[0008]图1示出根据示例实施例的脊柱测量系统；
[0009]图2示出非限制实例中的脊柱器械；
[0010]图3示出非限制实例中的具有集成电子器件的脊柱器械；
[0011]图4示出非限制实例中的具有椎骨部件的插入器械；
[0012]图5示出非限制实例中的定位在脊柱的椎骨之间用于感测椎骨参数的脊柱器械的侧视图；
[0013]图6示出根据示例实施例的展示图5的脊柱器械的轴向视图的图形用户界面(GUI)；
[0014]图7示出根据示例实施例的定位在脊柱的椎骨之间用于椎间位置和力感测的脊柱器械；
[0015]图8示出根据示例实施例的展示图7的脊柱器械的用户界面；
[0016]图9示出根据示例实施例的用于脊柱笼的放置的脊柱插入器械的侧视图；
[0017]图10示出非限制实例中的展示图9的插入器械的图形用户界面；
[0018]图11是根据示例实施例的脊柱器械的部件的方框图；
[0019]图12是根据示例实施例的用于短程遥测的示例性通信系统的示意图；[0020]图13示出根据示例实施例的用于测量和报告的通信网络；
[0021]图14示出呈计算机系统形式的机器的示例性图示，在该计算机系统内，指令集当被执行时可以使该机器执行在此所披露的方法中的任何一种或多种；
[0022]图15示出根据示例实施例的脊柱器械的部件；
[0023]图16示出根据示例实施例的用于提供椎间负载和负载位置数据的脊柱测量系统；
[0024]图17示出根据示例实施例的用于提供椎间负载和负载位置数据的脊柱测量系统；
[0025]图18示出根据示例实施例的模块和手柄的分解视图；
[0026]图19示出根据示例实施例的用于接收可移除的感测头的轴；
[0027]图20示出根据示例实施例的感测头的阴联接的截面视图；
[0028]图21示出根据示例实施例的脊柱器械的分解视图；
[0029]图22示出根据示例实施例的图21的脊柱器械的轴区的截面视图； [0030]图23示出根据示例实施例的图21的脊柱器械的感测头区的截面视图；
[0031]图24示出图21的脊柱器械的感测头区的分解视图；
[0032]图25示出根据示例实施例的图21的脊柱器械的感测头区的截面视图；
[0033]图26示出根据示例实施例的脊柱器械和支座；
[0034]图27示出根据示例实施例的膝插入物和支座；
[0035]图28示出根据示例示例实施例的启用和禁用医疗装置的系统的方框图；并且
[0036]图29示出根据示例实施例的医疗装置启用电路的状态图。
[0037]详细说明
[0038]虽然本说明书以界定本发明的实施例的被认为是新颖的特征的权利要求书结束，但认为，通过考虑以下说明结合附图特征，本发明的方法、系统以及其他实施例将得到更好地理解，在各附图中相同的参考标号转页进行。
[0039]根据需要，在此披露了本发明的方法和系统的详细实施例。然而，应理解，所披露的这些实施例仅仅是示例性的，这些实施例可以不同形式来实施。因此，在此披露的特定结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅作为权利要求的基础，并且作为教示本领域的技术人员以几乎任何适当详细的结构来不同地利用本发明的这些实施例的一种代表性基础。此外，在此所使用的术语和短语不意在是限制性的，而是为了提供对本说明书的实施例的一种可理解的描述。
[0040]概括地说，本发明的实施例涉及一种用于椎骨负载和位置感测的系统和方法。脊柱测量系统包括联接到远程显示器上的脊柱器械。该脊柱测量系统可以测量负载、平衡以及对准，以便估算椎骨上的负载力。该脊柱器械可以是具有电子组件和可以关节连接在椎间隙内的感测头组件的有源装置。该感测头可以插入椎骨之间并报告椎骨状况，如力、压力、取向以及边缘负载。脊柱测量系统进一步包括对准电路。该对准电路提供用于识别脊柱器械的取向和定位的位置信息。远程系统的GUI可以用于显示当该器械在外科手术过程中被放置在椎间隙中时脊柱器械被相对于椎体定位在何处。该系统可以基于所感测的负载和位置参数报告最佳的假体大小和位置，包括可任选的取向、旋转以及沿着确定的插入轨迹的插入角度。[0041]在此还提供了插入器械，其具有用于插入诸如脊柱笼或椎弓根螺钉等椎骨部件的负载平衡和对准系统。该系统可以基于先前捕获到的参数测量结果来检查和报告该器械在插入过程中是否为边缘负载。它展示具有椎骨部件的插入器械的跟踪，并且基于位置和负载感测参数来提供视觉指导和反馈。该系统展示插入器械相对于一个或多个椎体的三维(3D)跟踪，该椎体或这些椎体的取向和位置也被3D建模。
[0042]图1示出非限制实例中的脊柱测量系统100。系统100包括可以通信地联接到远程系统105的脊柱器械102。脊柱测量系统100可以进一步包括对准电路103以确定取向、旋转、角度以及位置中的至少一个的位置信息。该位置信息可以涉及工具、装置、设备、患者、或肌肉-骨骼系统的区域。在该实例中，对准电路103可以是脊柱器械102的一部分，或者包括外部部件。在一个实施例中，构成对准电路103的外部部件可以联接到脊柱器械102或者联接到脊柱的区以用于确定位置信息。在一个实施例中，定位和位置可以经由一个或多个加速度计来确定。可替代地，定位和位置可以经由信号的飞行时间或飞行差分时间来确定。位置信息可以包括用于估算脊柱112的对准的取向和平移数据。位置信息可以在手术过程中实时测量或者提供给远程系统105。
[0043]在该实例中，脊柱器械102可以用于术中测量脊柱区的参数。脊柱器械102包括用于测量该参数的至少一个传感器。脊柱器械102可以具有用于测量不同参数并实时向外科医生提供量化数据的多于一个传感器。在一个实施例中，脊柱器械102测量负载、负载位置以及对准。脊柱器械102不限于负载和对准测量实例。用于测量不同参数的其他传感器类型可以集成到该装 置中。器械102所生成的量化数据可以用于确定用于在脊柱中放置诸如椎弓根螺钉或脊柱笼等假体部件的位置。脊柱器械102可以用于撑开正在测量的脊柱区。一般情况下，脊柱器械102和对准电路103可以在手术室的无菌区109内使用。无菌区109也可以称为在其中执行患者手术的外科手术区。典型地，远程系统105在手术室的无菌区109之外。远程系统105可以是膝上型计算机、移动工作站、显示器或呈现图形用户界面(⑶I) 107的其他装置。在一个实施例中，⑶1107包含展示脊柱112并报告脊柱器械量化测量数据的工作流。例如，远程系统可以接收并显示来自脊柱器械102和对准电路103的负载、负载位置以及对准数据。可替代地，脊柱器械102可以具有用于显示或指示量化测量数据的界面。在该实例中，脊柱器械102是用于生成测量数据的自含式装置。
[0044]⑶1107以远程系统105和脊柱测量系统100的方式呈现。在该实例中，⑶1107可以具有用于显示脊柱器械102和对准电路103所提供的量化测量数据的多于一个窗口。⑶1107被展示在远程系统105的显示器上，以用于提供来自脊柱器械107和对准电路103的实时量化数据。在该实例中，脊柱器械102被引导到脊柱区中。更具体地说，脊柱器械102被引导到脊柱的椎骨之间。传感器可以放置在脊柱器械102的感测头内。该感测头可以用于撑开椎骨从而在椎骨之间形成等于该感测头的高度的间隙。脊柱器械102可以有线或无线地联接到远程系统105。在该实例中，脊柱器械102无线地联接到远程系统105上以用于传送数据。所传送的数据可以包括负载、定位以及位置数据。GUI107可以实时显示对准数据，如轴角和对应于脊柱器械102相对于所关注椎骨的方向的旋转分量。此外，GUI107可以提供关于在插入后椎骨对脊柱器械102的感测头施加的负载和负载位置的量化测量数据。因此，测量系统100允许外科医生和医务人员使脊柱器械102的使用和所感测的参数可视化。[0045]脊柱测量系统100可以通信地联接至数据库123，如服务器125，以便提供在外科手术之前或之中捕获的三维(3D)成像(例如，软组织)和3D模型(例如，骨骼)。这些3D成像和模型可以与手术过程中测得的位置信息结合使用，以便建立相对位置和取向。服务器125可以是本地的、位于附近，或者通过互联网121远程访问。作为一个实例，服务器125提供3D脊柱和椎骨模型。可以采用CAT扫描仪(未示出)来产生身体的选择部分的一系列截面的X射线图像。计算机操作该扫描仪，并且所得到的图片表示身体的切片。服务器125从这些切片产生三维(3D)模型。服务器125还可以提供从磁共振成像(MRI)扫描仪(未示出)生成的3D模型。服务器125还可以支持荧光透视成像，以便通过使用X-射线源(未示出)和荧光屏来提供患者的内部结构相对于脊柱测量系统100装置的实时移动图像。
[0046]在该实例中，脊柱器械102的感测头包括用于测量负载的传感器。在一个实施例中，感测头包括多于一个传感器以用于测量所施加力的位置、压力或感测头的表面上的负载。测量施加到脊柱器械102的感测头的表面上的力的位置提供了关于脊柱区和力的分布的信息。例如，一种应用可以要求施加在感测头的大面积表面上的力的均匀分布。相反，一种应用可以要求施加在感测头的表面的小面积上的峰值力。在两者之中任一实例中，脊柱器械102可以提供与所施加力的量值和位置有关的测量数据，借此外科医生将该量化数据与主观信息结合使用，以用于评定所探测的脊柱区。
[0047]物理系统或身体内的许多所关注的物理参数可以通过评估能量波或脉冲的特征的变化来测量。作为一个例子，可以测量传播通过一种变化中的介质的能量波或脉冲的渡越时间或形状的变化，以便确定作用在该介质上并引起这些变化的力。该能量波或脉冲在该介质中的传播速度可以受到该介质的物理变化的影响。所关注的一个或多个物理参数可以包括，但不限于，负载、力、压力、位移、密度、粘度以及局部温度的测量结果。这些参数可以通过由定位在身体、器械、设备或其他机械系统上或其内的无线感测模块或装置测量能量脉冲或波的传播时间相对于取向、对准、方向或位置、以及沿一条轴线或多条轴线的组合的移动、旋转或加速度的变化来评估。可替代地，所关注的测量结果可以使用(仅举几例)薄膜传感器、机械传感器、聚合物传感器、微机电系统(mems)器件、应变计、压阻结构以及电容结构来测量。
[0048]图2示出非限制实例中的脊柱器械400。呈现了侧视图和俯视图。脊柱器械400是图1的脊柱器械102的非限制实例的更详细的图示。脊柱器械400包括手柄409、轴430以及感测头407。手柄409联接在轴430的近端处。感测头407联接到轴430的远端。外科医生通过手柄409握持脊柱器械400来将轴430和感测头407引导至脊柱区。在一个实施例中，手柄409、轴430以及感测头407形成具有几乎没有屈曲的刚性结构。可替代地，手柄409、轴430以及感测头407中的一个或多个可以具有一定的柔性。脊柱器械400包括可操作地联接到一个或多个传感器的电子组件401。这些传感器可以联接到感测头407的移动部件404/405上的表面403/406。电子组件401可以朝轴407的近端定位或者位于手柄409中。如图所示，电子组件401是联接到轴409的模块。电子组件401包括电子电路，电子电路包括逻辑电路、加速度计以及通信电路。该电子电路控制传感器测量、接收测量数据、存储该数据并且可以将该数据发送给外部装置。
[0049] 在一个实施例中，感测头407的表面403和406可以具有凸起的形状。表面403和406的凸起形状支持将感测头407放置在脊柱区内并且更确切地说，放置在椎骨的轮廓之间。在一个实施例中，感测头407是高度可调节的，这是借助顶部件404和底部件405通过根据手柄409转动运动411而均匀地张开和闭合的插口 402的方式进行的。插口 402联接到感测头407的部件404和405的内表面。轴430包括一个或多个纵长通道。例如，诸如柔性电线互连件之类的互连件可以联接穿过轴430的一个纵长通道，这样使得电子组件401可操作地联接到感测头407中的一个或多个传感器。类似地，螺纹杆可以联接穿过轴430的第二通道以用于将手柄409联接到插口 404，从而允许经由手柄409的旋转来调节感测头407的高度。
[0050]脊柱器械400还可以通过一个或多个嵌入加速度计的方式来确定位置和取向。感测头407支持多种功能，这些功能包括确定手术区域(例如，椎间隙)的参数的能力，该参数包括压力、张力、剪力、负载、扭矩、骨骼密度和/或承重。在一个实施例中，感测头407中可以包括多于一个负载传感器。这多于一个负载传感器可以联接至表面403和406的预定位置。具有多于一个负载传感器允许感测头407测量施加到表面403和406上的负载的负载量值和位置。感测头 407可以用于在安装椎骨部件之前测量、调节以及测试脊椎关节。如下文将看到，测量系统100可以在椎间负载感测期间评估脊柱器械400的最佳插入角度和位置。测量系统100可以复制器械400或另一工具，如插入器械的插入角度和位置。
[0051 ] 在本发明中，这些参数可以用集成的无线感测头407或包括以下各项的装置来测量:i)支撑传感器和接触表面的封装结构，以及ii)电子组装件，该电子组装件集成了电源、感测元件、一个或多个超声波谐振器或一个或多个换能器以及一个或多个超声波波导、一个或多个偏置弹簧或其他形式的弹性构件、加速度计、天线以及用于处理测量数据以及控制所有的能量转换、传输和检测以及无线通信操作的电子电路。感测头407或器械400可以定位在范围广泛的物理系统上或在其内，或者与其相接合，或者附接或贴合到其上或在其内，以用于实时感测和传送所关注的参数，这些物理系统包括但不限于器械、电器、车辆、设备或其他物理系统以及动物和人体。
[0052]作为非限制例子，脊柱器械400可以在脊柱笼的安装中使用。脊柱笼用于替代椎间盘使椎骨分开。脊柱笼典型地是中空的，并且可以形成为具有用于固定的外螺纹。往往在椎骨之间安装两个或更多个融合器，以便提供充分的支撑和负载在运动范围上的分布。在一个实施例中，脊柱笼可以由钛制成，以用于支撑脊柱负载并使椎骨之间分开。还可以在融合器中放置骨骼生长材料以开始并促进骨骼生长，从而进一步长期强化椎间区域。脊柱器械400可以用于提供量化数据，如可以是假体部件如脊柱笼的候选的椎骨之间的区的负载和负载位置。典型地，脊柱器械400被插入由外科医生选择的处于椎骨之间的间隙中。脊柱器械400测量负载和负载位置，该负载和负载位置数据可以在该装置上的界面上查看，或者可以发送给诸如图1中所披露的远程系统。负载的位置对应于将负载施加在感测头407的表面403或406上的椎骨区域表面。还可以测量脊柱器械400的感测头407的插入角度和位置。外科医生使用负载量值和负载位置测量来确定椎骨之间的植入物位置和对于该植入物位置的脊柱笼的大小。典型地，所选脊柱笼的高度和长度约等于感测头407的高度和长度。此外，选择用于脊柱笼位置的区域可以在脊柱器械400所测得的预定负载范围内装载假体部件。相反，可以发现该预定范围之外的椎骨负载的量化测量结果不适合用于假体部件的安装。外科医生可以修改椎骨的接触表面，以便落入脊柱器械400所测量的预定范围之内。外科医生还可以基于脊柱器械400所提供的量化数据在椎骨之间定位更合适的不同区。
[0053]在该实例中，在移除感测头407之后，脊柱笼被插入到所测量的区中。可以使用量化测量数据将脊柱笼插入感测头407所测量的同一位置中。脊柱器械400的对准数据是在插入过程以及负载和负载位置的测量期间生成并记录的。当以与感测头位置407相同的位置和角度插入时，所植入的脊柱笼上的负载约等于脊柱器械400所测得的测量结果。所记录的角度和位置测量结果随后可以用于指导将脊柱笼引导到同一位置中，并且更确切地说，通过与脊柱器械400类似的插入路径引导。在一个实施例中，脊柱器械400可以用于将假体部件放置到所识别的区中。也可以使用单独的器械来插入假体部件。
[0054]图3示出非限制 实例中的具有集成电子器件的脊柱器械410。脊柱器械410是图1的脊柱器械102的非限制实例的更详细的图示并且与脊柱器械400有关。电子组件401被放置在脊柱器械410的手柄415内。将电子组件401放置在手柄415中提供了使电路与外部环境隔离的益处。手柄415可以进一步提供电子组件401的冲击隔离以获得可靠性。在一个实施例中，外部无线能量源414可以放置邻近于电子组件401内的充电单元以启动无线充电操作。无线能量源414可以包括电源、调制电路以及数据输入端。能量源414中的电源可以是电池、充电装置、电容器、电源连接，或用于生成可以向脊柱器械410输送功率的无线功率信号的其他能量源。外部无线能量源414可以(但不限于)以电磁感应或其他电磁或超声波发射的形式传送能量。在至少一个示例性实施例中，无线能量源包括线圈以电磁联接到感测装置中的感应线，并且当将该线圈紧靠该感应线圈放置时，可以使该线圈激活(例如，通电)。
[0055]电子组件401可操作地联接到感测头407中的用于测量参数的传感器。电子组件401包括用于将所测得的参数数据经由数据通信电路传送至接收器的通信电路。所接收到的参数数据可以进行远程处理，以允许使感测头上的不同点处的参数的水平和分布可视化。还可以使用外部无线能量源414向电子组件401提供信息。可以通过接口或端口向外部无线能量源414提供数据。该信息或数据可以从另一数据源(如从计算机)经由有线或无线连接(例如，USB、IEEE802.16等)输入。在一个实施例中，外部无线能量源414包括调制电路，该调制电路可以将输入信息调制成功率信号以用于向电子组件401供应能量。在该实例中，电子组件401具有联接的解调电路，以用于从功率信号去除有关信息并提供所需信息以供脊柱器械410使用。
[0056]图4示出非限制实例中的具有椎骨部件的插入器械420。如在此所描述的电子组件401支持插入器械420的取向和位置数据的生成。在一个实施例中，电子组件401包括用于提供取向和位置数据的加速度计。简要参照图11，插入器械420的电子组件401可以具有比针对脊柱器械400和410所披露的更多或更少的电路。通过测量系统100的方式，使用者可以复制插入角度、位置以及轨迹(路径)，以便实现椎骨部件的正确的或预先计划的放置。插入器械420包括手柄432、轴434以及尖端451。附接/释放机构455联接到轴434的近端以用于控制尖端451。附接/释放机构455允许外科医生固持或释放联接到尖端451的椎骨部件。附接/释放机构455可以通过轴434机械地联接以控制尖端451。可替代地，附接/释放机构455可以是电子控制。在该实例中，手柄432轴434的近端以一个角度延伸。手柄432的定位允许外科医生在脊柱区中准确地引导尖端451，同时允许接近附接/释放机构455。电子组件可以容纳在手柄432中或者附接到插入器械420。简要参照图12，电子组件401包括通信电路以安全地传送和接收来自远程系统的数据。插入器械420是脊柱测量系统100的工具。量化测量数据如取向和位置数据可以传送给图1的远程系统105以用于插入过程的实时可视化。电子组件401还可以联接到插入器械420的一个或多个传感器。在第一实例中，尖端451可以联接到压力传感器，以便确定脊柱区所施加到联接到其上的假体部件上的力、压力或负载。在第二实例中，尖端451可以是可移除的，这样使得可以将感测头联接到插入器械420。在第三实例中，假体部件可以包括传感器。假体部件的该传感器包括接口，该接口联接至电子组件401以用于提供量化测量数据。
[0057]在该图示中，示例假体部件是脊柱笼475。脊柱笼475是可以在外科手术过程中插入脊柱的椎骨之间的具有多孔壁的小的中空装置，通常由钛制成。一般情况下，在脊柱笼475插入之前，撑开过程使椎骨分开预定距离。作为改善患者舒适度的一种解决方案，脊柱笼475可以提高稳定性、减小椎体压缩，并且减少神经压迫。脊柱笼475可以包括螺纹表面以允许融合器是自攻型的并且提供进一步稳定性。脊柱笼475可以是多孔的，以便包括支持骨骼在椎体之间生长并穿过融合器475的骨骼移植材料。可以在椎骨之间放置多于一个脊柱笼以缓解不适。脊柱笼475的正确放置和定位对于成功的长期植入和患者结果是重要的。如上面所提到的，可以实时跟踪插入器械420相对于所关注的脊柱区的取向和位置。在一个实施例中，正在跟踪的取向和位置是通过插入器械420固持的假体部件。在该实例中，该假体部件是脊柱笼475。脊柱笼475可以在3D空间中进行跟踪，因为关于脊柱器械420和其中的一个或多个测量加速度计，假体部件的位置是已知的。
[0058]在图示中，第二假体部件是椎弓根螺钉478。椎弓根螺钉478是设计用于植入到椎弓根中的一种特定类型的骨骼螺钉。每块椎骨存在联接到其他结构(例如，椎板、椎弓)上的两个椎弓根。多轴椎弓根螺钉可以由钛制成，以便抵抗腐蚀并且增大部件强度。椎弓根螺钉长度的范围从30mm到60_。直径的范围从5.0mm到8.5_。这些尺寸用作尺寸示例，并不限于这些尺寸。 椎弓根螺钉478可以用于器械手术中，用于将杆和板固定到脊柱上以矫正畸形和/或治疗创伤。它可以用于固定脊柱的一部分以通过使骨骼结构保持在一起来协助融合。通过电子组件401 (其可以集成在内部或外部)，插入器械420可以确定螺钉放置的深度和角度并引导其中的螺钉。在该实例中，一个或多个加速度计用于在插入过程中提供尖端451的取向、旋转、角度或位置信息。
[0059]在一个安排中，螺钉478嵌入有传感器。这些传感器可以传送能量，以及获得密度读数并监测密度随时间的变化。作为一个实例，测量系统100可以监测和报告骨折部位的愈合情况。这些传感器可以检测该骨折部位处的运动以及螺钉与骨骼之间的运动的变化。这类信息有助于监测愈合情况，并且给予医护人员监测所指示的椎骨承重的能力。这些传感器还可以通过外部激活来向骨折本身发送能量波以帮助愈合。
[0060]图5示出非限制实例中的定位在脊柱的椎骨之间用于感测椎骨参数的脊柱器械400的侧视图。该图示也可以适用于脊柱器械410和插入器械420。一般来说，当感测头407插入到脊柱区中时，压缩力会施加到表面403和406上。在一个实施例中，感测头407包括两个或更多个负载传感器，这些传感器识别表面403、表面406或两者之上的负载的与两个表面之间的椎间力相关的量值矢量。在所示实例中，脊柱器械400被定位在椎骨(L5)与骶骨(SI)之间，这样使得压缩力施加到表面403和406上。一种用于插入器械400的方法是从后部(背侧)通过一个微小剖腹术插入，因为内窥镜方法可能难以可视化或提供良好的暴露。另一种方法是从前部(前侧)插入，这允许外科医生穿过腹部到达脊柱来工作。通过这种方式，位于背部中的脊柱肌肉不被破坏或切开；从而避免了肌肉无力和疤痕形成。脊柱器械400可以用于前部或后部脊柱方法中的任一种。
[0061]脊柱器械400的带传感器的部件的多个方面在于2010年6月29日提交的标题为“用于矫形负载感测插入装置的系统和方法”的美国专利申请12/825，638，以及于2010年6月29日提交的标题为“用于感测肌肉-骨骼系统参数的无线感测模块”的美国专利申请12/825，724中进行了披露，这些申请的全部内容通过引用结合在此。简要地说，感测头407可以测量椎骨的相应位置处的力(Fx、Fy以及Fz)和力矩(例如，Tx、Ty以及Tz)以及边缘负载。电子电路401 (未示出)控制感测头407中的传感器的操作和测量。电子电路401进一步包括用于短程数据传送的通信电路。然后，它可以将所测得的数据传送给远程系统，以便提供实时可视化来协助外科医生确定实现最佳关节平衡所需的任何调整。
[0062]下面披露了一种在肌肉-骨骼系统中安装部件的方法。该方法的步骤可以任何顺序来执行。使用了将融合器放置在椎骨之间的实例来示范该方法，但该方法适用于其他肌肉-骨骼区，如膝、髋、踝、脊柱、肩、手、臂以及脚。在第一步骤中，将具有预定宽度的感测头放置在肌肉-骨骼系统的区中。在该实例中，插入区是在脊柱的椎骨之间。可以使用锤来轻敲手柄的一端，以便提供足够的力来将感测头插入椎骨之间。插入过程还可以撑开椎骨，从而增大间距。在第二步骤中，测量施加到感测头上的负载的位置。因此，可获得感测头的表面上的负载的负载量值和位置。一旦感测头被插入，肌肉-骨骼系统所施加的负载定位在感测头的表面上的方式可以有助于确定部件的稳定性。可以预测这样一种情形:在施加到感测头的不规则负载的情况下，所施加的力会将部件推挤远离插入位置。一般情况下，感测头用于基于量化数据确定用于插入部件的合适位置。在第三步骤中，来自感测头的负载和负载位置数据被实时显示在远程系统上。类似地，在第四步骤中，取向、旋转、角度或位置中的至少一个被实时显示在该远程系统。在定位感测头过程中所做的改变被反映在远程系统显示器上的数据中。在第五步骤中，确定了具有适当的负载和位置的椎骨之间的位置，并且相应的量化测量数据被存储在存储器中。
[0063]在第六步骤中，将感测头移除。在第七步骤中，将部件插入肌肉-骨骼系统中。作为实例，所存储的量化测量数据被用于支持部件在肌肉-骨骼系统中的定位。在该实例中，插入器械可以用于将部件引导到肌肉-骨骼系统中。插入器械是有源装置，当正在插入部件时，该有源器件提供部件的取向、旋转、角度或位置。先前测得的感测头的插入的方向和位置可以用于指导插入器械。在一个实施例中，远程系统显示器可以帮助显示插入器械和部件与先前插入的感测头的关系对准。插入器械与该系统一起可以提供视觉的、声音的、触觉的或其他反馈，以便进一步帮助引导部件的放置。一般情况下，正在插入的部件具有与感测头大致相同的高度和长度。理想情况下，部件以与先前插入的感测头相同的定位和位置插入，这样使得部件上的负载和负载位置类似于量化测量结果。在第八步骤中，将部件与先前插入的感测头相同地定位并且释放部件。然后可以将插入器械从肌肉-骨骼系统中移除。在第九步骤中，至少对感测头进行处理。
[0064] 因此，感测头被用于确定用于部件插入的合适位置。该插入由包括位置和定位的量化测量提供支持。此外，在已完成手术之后，可以得知部件上的近似负载和负载位置。一般情况下，知道肌肉-骨骼系统所施加的负载和在部件的表面上的位置可以有助于确定部件长期的稳定性。施加在部件上的不规则负载可以导致所施加的力将部件推挤远离插入位置。
[0065]图6示出非限制实例中的展示图5的带传感器的脊柱器械的轴向(顶)视图的图形用户界面(GUI) 500。图形用户界面500以图1的远程系统105和脊柱测量系统100的方式呈现。参考了图2的脊柱器械400和图1的测量系统100。⑶1500图示了可以如何呈现数据的实例。⑶1500包括窗口 510和相关窗口 520。窗口 520关于正在评估的椎骨522展示了脊柱器械400和传感器头407。在这个实例中，示出了椎骨的轴向(顶)视图。它指示轴角523和旋转分量524，该轴角和该旋转分量揭示脊柱器械400例如当它朝前移动到切口中时的接近角和旋转。在手术过程中，窗口 520和相应的CTI信息被呈现并实时更新。它允许外科医生使脊柱器械400的使用和感测到的参数可视化。窗口 510展示了感测头407的感测表面(403或406)。十字线512叠加在传感器头图像上，以便确定力的最大点和位置。它还可以延长以显示椎骨边缘负载。窗口 513报告传感器头表面上的负载力，例如，201bs。在手术过程中，这一信息被呈现并实时更新。
[0066]如前所述，脊柱测量系统100可以通过参数感测(例如，脊柱负载、边缘负载、压缩等)的方式在手术中使用以帮助假体、器械以及硬件的植入。脊柱器械400可以包括电源，该电源可以为仅一次使用或手术提供电力。在一个实施例中，诸如脊柱器械400等部件可以在一次手术中使用后处理掉。远程系统105可以放置在外科手术区之外以在不同手术中以及与不同工具一起使用。 [0067]在脊柱中，测量系统100评估对骨组织和软组织成分的影响，以及软组织(例如，软骨、肌腱、韧带)在外科手术过程中的变化，所述外科手术包括矫正性脊柱外科手术。在手术过程中(和术后)过程中使用的工具、装置或植入物的传感器可以支持对随时间的变化的评估和可视化并报告动态变化。当存储外科手术参数读数时，传感器可以在手术中激活。手术后紧接着，传感器被激活，并且得知基线。
[0068]测量系统100允许关于(但不限于)骨骼密度、流体粘度、温度、应变、压力、角畸形、振动、负载、扭矩、距离、倾斜度、形状、弹性以及运动对脊柱和结缔组织进行评估。由于传感器跨越椎间隙，因此这些传感器可以在它们插入之前预测椎骨部件功能的变化。如前所述，测量系统100可以用于将脊柱器械400放置在椎间隙中，在那里脊柱器械400被展示为相对于椎体522进行定位。一旦它被放置在椎骨中心中并被视觉确认，系统100就报告器械上的任何边缘负载，该边缘负载又被用来确定适当的椎骨装置的大小和插入方案(例如，接近角、旋转、深度、路径轨迹)。植入物部件功能的实例(仅举几例)包括轴承磨损、沉陷、骨骼结合、正常和异常运动、热量、粘度变化、颗粒物、动力学。
[0069]图7示出根据示例实施例的定位在脊柱的椎骨之间用于椎骨间位置和力感测的脊柱器械400。参考了图2的脊柱器械400和图1的测量系统100。该图示也可以适用于图3的脊柱器械410和图4的插入器械420。如图所示，脊柱器械400的感测头407被放置在椎骨L3和椎骨L4之间。脊柱器械400撑开L3和L4椎骨成感测头407的高度，并且提供关于负载量值和负载位置的量化数据。如前面所提到的，脊柱测量系统100可以包括对准电路103。对准电路103可以包括外部装置，如棒510和棒520。棒510和520可以包括加速度计或电路，以便生成飞行时间和差分飞行时间测量结果的信号。棒510和520联接到脊柱区的不同区域。在一个实施例中，脊柱器械400包括与棒510和棒520通信以确定位置和取向的电路。棒510和520联接到脊柱的不同椎骨，并且脊柱器械400被定位成与每个棒在视线上并排。在每个棒上设有长轴514以允许定位在脊柱的椎骨内并且还与其他棒以及脊柱器械400的电子组件401并排。棒510跟踪椎骨L3的取向和位置，而棒520跟踪椎骨L4的取向和位置。这允许脊柱测量系统100跟踪脊柱器械400相对于相邻椎骨的移动的取向和移动。类似于脊柱器械400，每个棒也可以带传感器。棒510和棒520对应地包括传感器512和传感器513。传感器512和513可以传送和接收位置信息。在该实例中，电子组件401与棒510和520 —起双重地用于解决脊柱器械400在手术过程中的取向和位置。因此，脊柱测量系统100可以同时提供诸如负载和负载位置、脊柱器械400的位置和对准、以及脊柱的一个或多个区的位置和对准之类的量化测量数据。
[0070]图8示出根据示例实施例的展示图7的脊柱器械400的用户界面600。参考了图2的脊柱器械400和图1的测量系统100。该图示也可以适用于图3的脊柱器械410和图4的插入器械420。用户界面600是以远程系统105和脊柱测量系统100 (参见图1)的方式呈现。⑶1600包括窗口 610和相关窗口 620。窗口 620关于正在评估的椎骨部件622展示了脊柱器械400和感测头407。在这个实例中，展示了脊柱的矢状视图。它指示轴角623和旋转分量624，该轴角和该旋转分量揭示脊柱器械400和感测头407的接近角和旋转。在手术过程中，窗口 620和相应的⑶I信息被呈现并实时更新。它允许外科医生使脊柱器械400的感测头407和感测到的负载力参数可视化。窗口 610展示了感测头407的感测表面。十字线612置加在感测头407的图像上，以便确定力的最大点和位置。还可以调整该图像的宽度和长度以显示椎骨边缘负载。另一个⑶I窗口 613报告感测头407表面上的负载力。在手术过程中，⑶1600被呈现并实时更新。
[0071]图9示出 根据示例实施例的用于脊柱笼475的放置的脊柱插入器械420的侧视图。该图示也可以适用于图2的脊柱器械400和图3的插入器械410(当其被适配成固持部件以用于插入安装时)。插入器械420提供了用于将椎骨部件475 (例如，脊柱笼、椎弓根螺钉、传感器)植入在图示中的L3与L4椎骨之间的外科手术装置。轴434的远端处的机械组件尖端451允许通过附接/释放机构455的方式来附接和释放椎骨部件。如图所示，椎骨部件475可以通过背部中的中线切口例如经由后路椎体间融合术(PLIF)放置在脊柱的背部中。类似地，插入器械420可以在前路椎体间融合术(ALIF)手术中使用。
[0072]在在此所设想的一种方法中，脊柱笼475在插入之前的位置是例如通过关于图1的对准电路103、关于图6和图7中所示的脊柱器械400所描述的3D成像或者通过超声导航来最佳地限定的。如上所述，负载传感器407 (参见图7)定位在椎骨之间以评估负载力，其中限定了最佳插入路径和轨迹。负载力和器械插入路径被记录。其后如图9中所示，插入器械420根据所记录的脊柱器械400的路径并且基于负载力来插入最终的脊柱笼475。在插入过程中，如图10中所示的⑶I将脊柱器械420导航至所记录的插入点。脊柱插入器械420可以配备有用作最终脊柱笼的占位物(placeholder)的一个或多个负载传感器。在将脊柱笼放置在椎骨之间、将脊柱笼从插入器械420中释放、以及移除插入器械420之后，脊柱笼475周围被占据的开放空间然后经由相邻椎骨上的杆和椎弓根螺钉而闭合。这将周围的椎骨压缩到脊柱笼上，并且为椎骨融合提供了稳定性。在这一手术过程中，图10的GUI700报告脊柱解剖的变化，例如，由于杆的调整和椎弓根螺钉的收紧造成的脊柱前凸和后凸。值得注意的是，GUI700还提供视觉反馈，该视觉反馈指示对杆和螺钉进行器械调整的量和方向以实现所计划的脊柱对准。
[0073]图10示出非限制实例中的展示图9的插入器械420的侧视图的图形用户界面(⑶I) 700。⑶1700可以图1的远程系统105和测量系统100的方式呈现。⑶1700包括窗口 710和相关窗口 720。窗口 720关于正在评估的L4和L5椎骨展示了脊柱器械420和椎骨部件475。在这个实例中，展示了脊柱的矢状(侧)视图。它指示轴角723和旋转分量724，该轴角和该旋转分量揭示插入器械420和椎骨部件475的接近角和旋转。在手术过程中，窗口 720和相应的⑶I信息可以呈现并实时更新。实时显示允许外科医生根据先前所感测的负载力参数使插入器械420的椎骨部件475可视化。
[0074]窗口 710展示了目标感测头取向722和当前器械头部取向767。目标取向722展示了先前当使用脊柱器械400评估负载参数时所确定的接近角、旋转以及轨迹路径。当前器械头部取向767展示了对插入器械420当前用来插入脊柱笼475的跟踪。GUI700基于当前器械头部取向767呈现目标取向模型722，以便提供先前所确定的手术方案的可视化。
[0075]参照图1、图5、图6、图7以 及图8，脊柱器械400用于基于所确定的感测参数(例如，负载、力、边缘)评定手术参数(例如，角度、旋转、路径)。返回参照图10，一旦确定了这些手术参数，测量系统100现在就通过⑶1700的方式指导外科医生操作插入器械420来插入椎体部件475 (例如，脊柱笼、椎弓根螺钉)。在一个安排中，测量系统100提供触觉反馈，以便在插入过程中指导插入器械420。例如，插入器械420可以在当前接近角713偏离目标接近角时发生振动，或者当取向767未与目标轨迹路径722对准时提供视觉提示(红色/绿色指示)。反馈(如触觉或视觉)的量可以对应于偏离量。可替代地，系统100可以提供声音反馈，以便补充所提供的视觉和触觉信息。GUI700基于先前的插装通过视觉和触觉反馈有效地再现了插入器械420的位置和目标路径。在此所设想的是，脊柱器械420还可以被适配用于负载测量和插入过程二者。
[0076]在手术过程中，可以使用通过测量系统100来自在此所披露的带传感器的装置的用于对准的数据和参数，通过外科手术技术和调整在预定的量化测量范围内对负载、平衡以及位置进行调整。试验插入物和最终插入物(例如，脊柱笼、椎弓根螺钉、传感器等)两者均可以包括感测模块，以便将所测得的数据提供给远程系统以供显示。最终插入物还可以用于监测椎骨关节长期。该数据可以由患者和卫生保健提供者使用，以便确保椎骨关节或融合后椎骨在康复期间以及在患者回到活跃的正常生活方式时功能正常。相反，当所测得的参数超出规定范围时，可以通知患者或卫生保健提供者。这提供了脊柱问题的早期发现，从而可以在给患者最小压力的情况下解决脊柱问题。来自最终插入物的数据可以使用来自嵌入感测模块的数据来实时显示在显示器上。在一个实施例中，使用手持式装置来接收来自最终插入物的数据。该手持式装置可以邻近于脊柱被保持，从而允许获得很强的信号以用于数据的接收。
[0077]在非限制实例中，披露了一种用于将假体部件插入脊柱区中的方法。该方法可以用比所示出的步骤的数量更多或更少的步骤来实践，并且不限于所示出的顺序。为了描述该方法，将参照图1、图7以及图9，虽然应理解，该方法可以任何其他方式、使用其他合适的部件来实施。在第一步骤中，撑开该脊柱区以形成间隙或间隔。该撑开过程产生合适的间隔，以用于接收假体部件。如在此所披露，撑开过程还可以生成量化数据，如脊柱区施加到与假体部件大小类似的测量装置上的负载和负载位置测量结果。在第二步骤中，假体部件被引导到脊柱区处。在该实例中，外科医生使用插入器械来引导被该装置的尖端处的工具固持的假体部件。在第三步骤中，插入器械测量假体部件的取向、旋转、角度或位置中的至少一个。插入器械可以在插入过程中实时跟踪插入器械和假体部件的轨迹。在第四步骤中，插入器械传送与假体部件和插入器械的取向、旋转、角度或位置中的至少一个有关的数据。在该实例中，数据是在本地无线传送给手术。
[0078]在第五步骤中，从插入器械所传输的数据被显示在远程系统上。在该实例中，该远程系统可以在外科医生正在其处实施手术的手术室中。取向、旋转、角度或位置中的至少一个的测量数据可以允许使假体部件到脊柱区的轨迹可视化的方式进行显示。这种可视化允许外科医生在该区的其中可见性有限的位置更好地引导假体部件。此外，这种可视化提供了使用量化测量数据将假体部件放置在先前确定的区域中，并且以与脊柱区类似的轨迹进行放置的益处。在第六步骤中，可以将所跟踪的插入器械和假体部件的轨迹与先前测得的轨迹进行比较。所比较的运动轨迹可以在远程系统的显示器上进行显示和可视化。
[0079]在第七步骤中，将假体部件插入到脊柱区之中。在该实例中，假体部件被放置在从先前撑开过程形成的间隙或间隔中。假体部件可以与之前的装置如在此所披露的脊柱器械大致相同的位置和对准进行放置。在第八步骤中，将假体部件释放在脊柱区中。外科医生可以在远程显示器上查看假体部件的放置。该插入器械所提供的测量数据对假体部件的位置和对准提供支持。附接/释放机构被用于从插入器械释放假体部件。在第九步骤中，将插入器械从脊柱区移除。在第十步骤中，可以在手术完成之后将插入器械处理掉。可替代地，可以将插入器械灭菌 以在另一手术中使用。
[0080]图11是根据示例实施例的脊柱器械400的部件的方框图。该方框图也可以适用于图3的脊柱器械410和图4的插入器械420。应注意，脊柱器械400可以包括比所示部件的数量更多或更少的部件。脊柱器械400是可以测量肌肉-骨骼系统的参数的自含式工具。在该实例中，当被插入脊柱区中时，脊柱器械400测量负载和负载位置。脊柱器械400的有源部件包括一个或多个传感器1602、负载板1606、电源1608、电子电路1610、收发器1612、以及加速度计1614。在非限制实例中，脊柱区向传感器1602施加所施加的压缩力并且该压缩力由脊柱器械400进行测量。
[0081]传感器1602可以定位、接合、附接或固定到脊柱器械400的表面403和406。一般情况下，当插入到脊柱区中时，脊柱区会向表面403和406施加压缩力。表面403和406联接到传感器1602上，这样使得压缩力被施加到每个传感器。在一个实施例中，可以测量施加到表面403和406上的负载的位置。在该实例中，感测头中使用三个负载传感器来确定所施加的负载的位置。每个负载传感器联接到负载板1606上的预定位置。负载板1606联接到表面403上以便将施加到脊柱器械400的感测头的压缩力分布到每个传感器。负载板1606可以是刚性的并且当将力、压力或负载分布到传感器1602时不发生挠曲。每个传感器所测得的力或负载量值可以反向关联至表面403上所施加的负载的位置。
[0082]在该椎间测量实例中，具有表面403和406的感测头可以定位在脊柱的椎骨之间。感测头的表面403联接到第一椎骨表面，并且类似地，表面406联接到第二椎骨表面。加速度计1614或外部对准系统可以用于测量当感测头被引导到脊柱区中时感测头的位置和取向。传感器1602联接到电子电路1610。电子电路1610包括逻辑电路、输入/输出电路、时钟电路、D/A和A/D电路。在一个实施例中，电子电路1610包括减小形状系数、降低功率并且提高性能的专用集成电路。一般情况下，电子电路1610控制测量过程、接收测量信号、将测量信号转换成数字格式、支持显示在界面上，并且启动测量数据的数据传输。电子电路1610测量传感器1602的物理变化以确定所关注的参数，例如作用在表面403和406上的力的水平、分布以及方向。插入物感测装置400可以由内部电源1608供电。因此，测量肌肉-骨骼系统的参数所需的所有部件驻留在脊柱器械400中。
[0083]作为一个实例，传感器1602可以包括在第一换能器与第二换能器之间的弹性的或可压缩的传播结构。这些换能器可以是超声波(或超声)谐振器，并且该弹性的或可压缩的传播结构可以是超声波波导。电子电路1610电联接到换能器上以便将可压缩的传播结构的长度(或压缩或延展)变化转化成所关注的参数，如力。该系统测量可压缩的传播结构(例如，波导)的长度响应于所施加的力的变化并将该变化转换成电信号，这些电信号可以经由收发器1612传送以传达所施加的力的水平和方向。例如，可压缩传播结构具有所施加的力与波导长度的已知的且可重复的特征。可以使用已知特征将使用超声波信号的波导长度的精确测量转换成一个力。
[0084]传感器1602不限于力、压力或负载感测的波导测量。在又一些其他安排中，传感器1602可以包括压阻传感器、可压缩聚合物传感器、电容传感器、光学传感器、微机电系统、应变仪、化学传感器、温度传感器、PH传感器、以及机械传感器，以用于测量肌肉-骨骼系统的参数。在可替代实施例中，可以使用压阻薄膜传感器来感测负载。压阻薄膜具有低轮廓，从而减小实施植入所需的形状系数。压阻薄膜的电阻随所施加的压力发生变化。可以向压阻薄膜施加电压或电流来监测电阻的变化。可以联接电子电路1610以施加该电压或电流。类似地，可以联接电子电路1610以测量对应于压阻薄膜的电阻的电压和电流。压阻薄膜与所施加的力、压力或负载的关系是已知的。电子电路1610可以将所测得的电压或电流转换成施加到感测头上的力、压力或负载。此外，电子电路1610可以将测量结果转换成数字格式以用于显示或传输以便实时使用或存储。电子电路1610可以包括允许串行和并行数据传输，由此测量和数据传送可以同时发生的转换器、输入端、输出端以及输入/输出端。在一个实施例中，电子电路1610中包括ASIC，该ASIC包括数字控制逻辑以管理控制功能和由使用者引导的脊柱器械400的测量过程。
[0085]加速度计1614可以测量加速度和静态重力引力。加速度计1614可以是检测作为矢量的加速度的量值和方向的单轴和多轴加速度计结构。加速度计1614还可以用于感测取向、振动、冲击以及震动。电子电路1610与加速度计1614以及传感器1602 —起可以相对于脊柱器械400的取向来测量所关注的参数(如负载分布、力、压力、位移、移动、旋转、扭矩、位置以及加速度)。在这种安排中，可以计算出所测得的参数相对于所选择的参考系的空间分布并呈现以用于实时显示。
[0086] 收发器1612包括发送器1622和天线1620，以便允许无线操作和遥测功能。在各个实施例中，天线1620可以通过设计配置为集成的环形天线。该集成环形天线被配置在印刷电路板上的不同层和位置处，该印刷电路板具有其他安装到其上的电部件。例如，电子电路1610、电源1608、收发器1612以及加速度计1614可以安装在位于脊柱器械400上或脊柱器械400中的电路板上。一旦启动收发器1612，就可以实时广播所关注的参数。遥测数据可以用各种接收器、或者用定制接收器来接收和解码。无线操作可以消除由以下各项所引起的测量的失真或测量上的限制:由联接无线感测模块与一个电源或与相关联数据收集、存储或显示设备以及数据处理设备的接线和线缆所造成的物理干扰的可能性或所强加的限制。
[0087]收发器1612从电源1608接收电力，并且可以通过例如包含在电子电路1610或专用集成电路内的高效率电源管理方案的方式以低功率在不同的无线电频率下操作。选择作为一个实例，收发器1612可以通过天线1620以选择的发射模式在选择的频率下传输数据。所选择的频率可以包括，但不限于，国际电信联盟区域1、2以及3中所识别的ISM频带。选择的发射模式可以是，但不限于，高斯频移键控(GFSK)、幅移键控(ASK)、相移键控(PSK)、最小频移键控(MSK)、频率调制(FM)、振幅调制(AM)，或其他版本的频率或振幅调制(例如，二进制、相干、正交)。
[0088]天线1620可以与感测模块的部件集成以便提供射频传送。天线1620和电子电路1610被安装并联接，以使用电线踪迹在印刷电路板上形成电路。天线1620可以进一步包括匹配网络以用于高效的信号传输。天线和电子器件的这种集成水平使得能够减小无线设备的大小和成本。潜在应用可以包括但不限于，其中通常使用紧凑天线的任何类型的短程手持式、可佩戴式或其他便携式通信设备。这包括一次性模块或装置，以及可重复使用的模块或装置和用于长期使用的模块或装置。
[0089]电源1608向脊柱器械400的电子部件提供电力。在一个实施例中，电源1608可以通过有线能量传输、短距离无线能量传输或它们的组合进行充电。用于向电源1608提供无线能量的外部电源可以包括但不限于，一个或多个电池、交流电电源、射频接收器、电磁感应线圈、一个或多个光电电池、一个或多个热电偶、或一个或多个超声波换能器。通过电源1608的方式，脊柱器械400可以单一充电进行操作直到内部能量被耗尽。它可以周期性地再充电，从而能够连续操作。电源1608可以进一步利用电源管理技术以用于向脊柱器械400的部件高效地供 应和提供能量，从而利于测量和无线操作。电源管理电路可以结合在ASIC上以管理ASIC功率消耗以及系统的其他部件。
[0090]电源1608使在测量操作过程中为感测模块供电所需的额外能量辐射源最少。在一个实施例中，如图所示，能量存储1608可以包括电容式能量存储装置1624和感应线圈1626。外部充电源可以通过一个或多个电磁感应线圈1626通过感应充电的方式无线地联接到电容式能量存储装置1624。充电操作可以通过被设计成或具有电子电路1610的电源管理系统进行控制。例如，在电子电路1610的操作过程中，功率可以通过高效的升压和降压电压转换电路从电容式能量存储装置1624进行传输。这使电路块的操作功率保持在支持所要求的性能水平的最小电压水平。可替代地，电源1608可以包括容纳在脊柱器械400内的一个或多个电池。这些电池可以为脊柱器械400的一次使用供电，由此该装置在其已在外科手术中使用后被处理掉。
[0091]在一种配置中，外部电源可以进一步用于在再充电操作过程中向收发器1612传送下行链路数据。例如，可以将下行链路控制数据调制到无线能量源信号上，并且之后通过电子电路1610的方式从感应线圈1626进行解调。代替配置收发器1612用于上行链路和下行链路操作两者，这可以用作用于接收下行链路数据的更高效的方式。作为一个实例，下行链路数据可以包括脊柱器械400在进行测量(如外部位置信息)时或者用于重新校准目的所使用的已更新的控制参数。它还可用于下载序号或其他识别数据。[0092]电子电路1610管理并且控制感测模块的部件的不同操作，如感测、电源管理、遥测以及加速度感测。它可以包括模拟电路、数字电路、集成电路、分立部件或其任何组合。在一种安排中，它可以在多个集成电路和多个分立部件之间进行分配以最小化功率消耗而不影响性能。在数字电路与模拟电路之间分配功能增强了设计灵活性并且有助于最小化功率消耗而不损失功能性或性能。因此，电子电路1610可以包括一个或多个集成电路或ASIC，例如，专用于一种核心信号处理算法。
[0093]在另一种安排中，电子电路1610可以包括具有相关联的存储存储器和逻辑的控制器，如可编程处理器、数字信号处理器(DSP)、微控制器或微处理器。控制器可以利用与存储存储器(如Flash、ROM、RAM、SRAM、DRAM)相关的计算技术、或用于控制感测模块的上述部件的操作的其他类似技术。在一种安排中，存储器可以存储使在此所描述的任何一种或多种方法或功能具体化的一组或多组指令(例如，软件)。这些指令还可以在其由另一个处理器或计算机系统执行的过程中完全地或至少部分地驻留在其他存储器和/或处理器中。
[0094]电子组装件还支持可测试性和校准特征，这些可测试性和校准特征确保完成的无线感测模块或装置的质量、准确性以及可靠性。可以使用临时双向联接来确保这些电子器件的高水平的电可观测性和可控制性。该测试互连还提供感测子系统的高水平的电可观察性，这些感测子系统包括换能器、波导以及机械弹簧或弹性组件。载体或固定物在制造加工过程中模仿完成的无线感测模块或装置的最终外壳，从而使得能够捕获完成的无线感测模块或装置的校准的参数的准确校准数据。这些校准参数被存储在集成至电子组装件中的板上存储器内。
[0095]包括传感器1602和电子电路1610的电子组件的应用可以包括但不限于，一次性模块或装置以及可重 复使用的模块或装置和用于长期使用的模块或装置。除了非医疗应用之外，广泛范围的潜在医疗应用的实例可以包括但不限于，可植入装置，可植入装置内的模块，手术中植入物或手术中植入物内的模块或试验插入物，插入或摄入装置内的模块，可佩戴装置内的模块，手持式装置内的模块，器械、器具、设备或所有这些的附件内的模块，或植入物、试验插入物、插入或摄入装置、可佩戴装置、手持式装置、器械、器具、设备或这些装置、器械、器具或设备的附件内的一次性用品。
[0096]图12是根据示例性实施例的用于短程遥测的示例性通信系统1700的示意图。该图示适用于图2的脊柱器械400、图3的脊柱器械410、图4的插入器械420以及图1的脊柱测量系统100。应注意，通信系统1700可以包括比所示部件的数量更多或更少的部件。如图所示，通信系统1700包括在脊柱器械中的医疗装置通信部件1710和在基于处理器的远程系统中的接收系统通信。在一个实施例中，这些接收远程系统通信是在外科手术小组在手术期间可以查看的计算机或膝上型计算机中或者联接到其上。远程系统可以在手术室的无菌区的外部，但在实时访问所测得的量化数据的观察范围内。医疗装置通信部件1710可操作地联接至(包括但不限于)天线1712、匹配网络1714、遥测收发器的1716、CRC电路1718、数据打包器1722、数据输入端1724、电源1726以及一个专用集成电路(ASIC) 1720。医疗装置通信部件1710可以包括比所示部件的数目更多或更少的部件，并且不限于所示的这些部件或这些部件的顺序。
[0097]接收站通信部件1750包括天线1752、匹配网络1754、遥测接收器1756、CRC电路1758、数据打包器1760以及可任选地USB接口 1762。值得注意的是，其他接口系统可以直接联接至数据打包器1760以用于处理和呈现传感器数据。
[0098]参照图11，电子电路1610可操作地联接到脊柱器械400的一个或多个传感器602。在一个实施例中，一个或多个传感器602所生成的数据可以包括来自微机电系统结构、压阻式传感器、应变仪、机械传感器、脉冲式传感器、连续波传感器或可以转化为肌肉-骨骼系统的正在测量的参数的其他传感器类型的电压、电流、频率或计数。返回参照图12，数据打包器1722将传感器数据组装成包；这包括由ASIC1720接收或处理的传感器信息。ASIC1720可以包括用于高效地执行医疗装置通信部件1710的核心信号处理功能的专用模块。ASIC1720的益处是减小了工具的形状因数。
[0099]CRC电路1718对分组数据应用错误码检测。循环冗余校验是基于计算任何长度的数据流或分组的校验和的一种算法。这些校验和可以用于检测传送过程中数据的干扰或意外更改。循环冗余校验尤其善于检测由电噪声引起的错误，并且因此使得能够在具有高水平的电磁活动环境中良好地防止对已损坏数据的不正确处理。然后，遥测发送器1716经由天线1712通过匹配网络1714来传送经CRC编码的数据包。匹配网络1714和1754提供了用于实现最佳通信功率效率的阻抗匹配。
[0100]接收系统通信部件1750接收由脊柱器械通信部件1710发送的传送信息。在一个实施例中，遥测发送器1716与专用遥测接收器1756结合操作，该专用遥测接收器被约束以接收指定发射模式中的指定频率上的数据流广播。遥测接收器1756通过接收站天线1752来检测所指定频率下的传入传送信息。天线1752可以是定向天线，该定向天线可以被指向部件1710的定向天线。使用至少一个定向天线可以通过进一步限制是辐射方向图的数据来减少数据损坏，同时增加数据安全性。匹配网络1754联接到天线1752上以便提供阻抗匹配，该阻抗匹配将来自天线1752的信号高效地传输至遥测接收器1756。遥测接收器1756可以减小一个或多 个步骤中的载波频率并且剥离部件1710所发送的信息或数据。遥测接收器1756联接到CRC电路1758。CRC电路1758验证单独数据包的循环冗余校验和。CRC电路1758联接到数据打包器1760。数据打包器1760处理单独数据包。一般来说，由CRC电路1758验证的数据被解码(例如，解包)并且被转发至用于随后处理、显示、或存储或这些的一些组合的外部数据处理装置(如外部计算机)。
[0101]遥测接收器1756被设计和构造成在非常低的功率下操作，该功率例如但不限于，从供电的USB端口 1762或电池可获得的功率。在另一个实施例中，遥测接收器1756被设计成用于以最少的可控制功能使用，以便限制对所接收到的数据的无意损坏或恶意篡改的机会。遥测接收器1756可以被设计和构造为紧凑的、便宜的、并且使用标准制造工艺容易制造的，同时确保始终如一高水平的质量和可靠性。
[0102]在一种配置中，通信系统1700以仅传送操作的方式来操作、广播范围为大约几米，以便提供针对任何形式的未经授权的或意外的查询的高安全性和保护。传送范围可以通过所传送的信号强度、天线选择或两者的组合进行控制。在数据捕获操作过程中，高传送重复率可以与嵌入在所传送的数据包中的循环冗余校验(CRC)位结合使用，从而使得接收系统能够丢弃已损坏数据而不实质性地影响数据的显示或数据的视觉表示的完整性，该数据包括但不限于，操作中物理系统或静态物理系统内的负载、力、压力、位移、挠曲、姿态以及位置的测量结果。
[0103]通过将操作范围限制为数米级别的距离，遥测发送器1716可以对于所选择的操作频率来说适当的一种或多种发射模式在非常低的功率下操作，而不影响数据的传送重复率。这种操作模式还支持使用紧凑天线(如集成的环形天线)的操作。低功率和紧凑天线的组合使得能够实现(但不限于)高度紧凑的遥测发送器的构造，这些高度紧凑的遥测发送器可以用于广泛范围的非医疗应用和医疗应用。
[0104]通过在预定条件内操作遥测系统，发送器安全性以及所传输的数据的完整性得以保证。发送器的安全性不会受影响，因为它是以一种仅发送模式进行操作并且不存在非法侵入医疗装置通信部件的路径。CRC算法和测量结果的重复率的使用确保了数据的完整性。限制该装置的广播范围使未经授权的数据接收的风险最小化。即使未经授权的数据包的接收发生，也存在进一步减轻数据访问的适当防范措施。第一种措施是所传送的数据包仅包含来自计数器的二进制位连同CRC位。第二种措施是在任何时间没有数据可用于或不需要数据来解释二进制值广播的意义。可以实施的第三种措施是在任何时间都不广播患者或装置识别数据。
[0105]遥测发送器1716还可以根据一些FCC条例进行操作。根据FCC条例的章节
18.301，美国境内的 ISM 频带包括 6.78,13.56,27.12,30.68,915,2450 和 5800MHz 以及
24.125、61.25、122.50和245GHz。在全球，其他ISM频带(包括433MHz)是由国际电信联盟在一些地理位置定义的。在18.303中限定的禁止频带的列表是“以下安全、搜索以及救援频带被禁止:490-510kHz、2170-2194kHz、8354-8374kHz、121.4-121.6ΜΗζ、156.7-156.9MHz以及 242.8-243.2MHz”。
[0106]章节18.305规定ISM设备操作时的场强度和发射水平不能超出所限定的ISM频带之外。总之，可以得出结论，ISM设备可以在ISM频带内以及在高于9ΚΗζ的大多数其他频带内在全世界范围内操作，只要通过设计或通过主动控制满足章节18.305中所指定的对场强度和发射水平的限制。作为替代，可商购的ISM收发器，包括可商购的集成电路ISM收发器可以被设计成当正确使用时满足这些场强度和发射水平要求。
[0107]在一种配置中，遥测发送器1716还可以在无许可的ISM频带或者在无许可的低功率设备操作中进行操作，其中ISM设备(例如，遥测发送器1716)可以在除FCC码的章节
18.303中所指明的之外高于9kHz的任何频率上操作。
[0108]无线操作消除由以下各项的物理干扰的可能性或所强加的限制所引起的测量的失真或测量上的限制:联接无线感测模块或装置与电源或与数据收集、存储或显示设备的接线和线缆。用于这些感测部件和电子电路的功率维持在内部能量存储装置上的无线感测模块或装置内。这个能量存储装置是用外部电源进行充电的，这些外部电源包括但不限于，一个或多个电池、超级电容器、电容器、交流电源、射频接收器、电磁感应线圈、一个或多个光电池、一个或多个热电偶或一个或多个超声波换能器。无线感测模块可以用单一充电进行操作，直到内部能量源被耗尽，或该能量源可以进行周期性地再充电以便能够连续操作。嵌入的电源使在测量操作过程中为无线感测模块或装置供电所需的额外能量辐射源最少。遥测功能也集成在无线感测模块或装置内。一旦启动，遥测发送器就持续地实时广播测量数据。遥测数据可以用商用接收器或者用一种简单的低成本定制接收器进行接收并解码。
[0109] 图13示出根据示例实施例的用于测量和报告的通信网络1800。简要地，通信网络1800使图1的脊柱测量系统100、图2的脊柱器械400、图3的脊柱器械410以及插入器械420之间相互通信，以便向其他装置或服务提供广播数据连接性。如图所示，脊柱对准系统100、脊柱器械400以及插入器械420可以通信地联接至通信网络1800和任何相关系统或服务。应注意，通信网络1800可以包括比所示通信网络和系统的数量更多或更少的通信网络和系统。
[0110]作为一个实例，测量系统100、脊柱器械400、脊柱器械410以及插入器械420可以与远程服务或提供商共享其所关注的参数(例如，负载分布、力、压力、位移、移动、旋转、扭矩以及加速度)，例如以便分析或报告外科手术状态或结果。在传感器系统被永久植入的情况下，来自传感器的数据可以例如与服务提供商共享以监测进度，或者与计划管理员共享以用于外科手术计划的目的或效力研究。通信网络1800可以进一步连结至电子医疗记录(EMR)系统以便实施健康信息技术实践。在其他实施例中，通信网络1800可以通信地联接至HIS医院信息系统、HIT医院信息技术以及HM医院信息管理、EHR电子健康记录、CPOE计算机化的医嘱条目以及CDSS计算机化的决策支持系统。这提供了不同的信息技术系统和软件应用程序进行通信以便准确地、有效地并且一致地交换数据以及使用所交换的数据的能力。
[0111]通信网络1800可以通过局域网(LAN) 1801、无线局域网(WLAN) 1805、蜂窝网络1814、和/或其他射频(RF)系统来提供有线或无线连接性。LAN1801和WLAN1805可以例如通过中心局通信地联接至因特网1820。该中心局可以容纳用于分配电信服务的常见网络交换设备。电信服务可以包括传统的POTS (普通老式电话服务)和宽带服务，如电缆、HDTV、DSL, VoIP (因特网协议电话)、IPTV (因特网协议电视)、因特网服务等等。
[0112]通信网络1800可以利用常见计算和通信技术来支持电路交换和/或分组交换通信。用于因特网1820和其他分组交换网络传送的各标准(例如，TCP/IP、UDP/IP、HTML、HTTP、RTP、MMS、SMS)代表现有技术的实例。这类标准被具有大致相同功能的更快或更高效的等效标准周期性地 取代。因此，具有相同功能的替代标准和协议被认为是等效的。
[0113]蜂窝网络1814可以通过许多接入技术来支持语音和数据服务，这些接入技术如GSM-GPRS、EDGE、CDMA、UMTS、WiMAX、2G、3G、WAP、软件定义无线电(SDR)以及其他已知技术。蜂窝网络1814可以在一种频率复用方案下联接至基站接收器1810以用于与移动装置1802进行通信。
[0114]基站接收器1810进而可以通过一种包交换链路将移动装置1802连接至因特网1820。因特网1820可以支持用于将来自脊柱对准系统100、脊柱器械400以及插入器械420的数据分配至移动装置502的应用服务和服务层。移动装置1802还可以使用无线通信信道通过因特网1820连接至其他通信装置。
[0115]移动装置1802还可以通过WLAN1805连接至因特网1820。无线本地接入网络(WLAN)提供了在局部地理区域内的无线接入。WLAN典型地是由接入点(AP) 1804(也被称为基站)的群集组成。脊柱对准系统100、脊柱器械400以及插入器械420可以与基站区域内的其他WLAN站(如膝上型计算机1803)通信。在典型的WLAN实现中，物理层使用多种技术，如802.1lb或802.1lg WLAN技术。物理层可以使用2.4GHz频带中的红外、跳频扩频，
2.4GHz频带中的直接序列扩频，或(例如)5.8GHz ISM频带或更高ISM频带(例如，24GHz等)中的其他接入技术。
[0116]通过通信网络1800，脊柱对准系统100、脊柱器械400以及插入器械420可以与网络上的远程服务器1830并且与其他移动装置建立连接以用于交换数据。远程服务器1830可以访问数据库1840，该数据库被本地或远程地存储并且可以包括专用数据。远程服务器1830还可以直接地、或通过因特网1820来托管(host)应用服务。
[0117]图14描绘了呈计算机系统1900形式的机器的示例性图形表示，在该计算机系统内，指令集当被执行时可以使该机器执行以上所论述的方法中的任何一种或多种。在一些实施例中，该机器作为独立装置操作。在一些实施例中，该机器可以(例如，使用网络)连接至其他机器。在网络化部署中，该机器可以作为服务器-客户端用户网络环境中的一个服务器或一个客户端用户机或作为点对点(或分布式)网络环境中的一个对等机操作。
[0118]该机器可以包括服务器计算机、客户端用户计算机、个人计算机(PC)、平板PC、膝上型计算机、台式计算机、控制系统、网络路由器、交换机或网桥、或能够执行指定将由该机器采取的动作的指令集(顺序地或以另外的方式)的任何机器。应当理解的是，本披露的装置广义上包括提供语音、视频或数据通信的任何电子装置。另外，虽然图解了单一机器，术语“机器”还应当理解为包括单独地或联合地执行指令集(或多个指令集)以执行在此所讨论的任何一种或多种方法的机器的任何集合。
[0119]计算机系统1900可以包括经由总线1908彼此通信的处理器1902(例如，中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)或两者)、主存储器1904以及静态存储器1906。计算机系统1900可以进一步 包括视频显示单元1910(例如,液晶显示器(IXD)、平板、固态显示器或阴极射线管(CRT))。计算机系统1900可以包括输入装置1912(例如，键盘)、光标控制装置1914 (例如，鼠标)、磁盘驱动单元1916、信号产生装置1918 (例如，扬声器或远程控制)以及网络接口装置1920。
[0120]磁盘驱动单元1916可以包括机器可读介质1922，在该机器可读介质上存储有实施在此所描述的任何一种或多种方法或功能(包括以上所说明的那些方法)的一个或多个指令集(例如，软件1924)。这些指令1924还可以在由计算机系统1900执行其期间，完全地或至少部分地驻留在主存储器1904、静态存储器1906内、和/或处理器1902内。主存储器1904和处理器1902还可以构成机器可读介质。
[0121]可以类似地构建专用硬件实施，包括但不限于:专用集成电路、可编程的逻辑阵列以及其他硬件装置，以便实施在此所描述的方法。可以包括不同实施例的设备和系统的应用广泛地包括多种电子系统和计算机系统。一些实施例可以在两个或更多个特定互连的硬件模块或装置中实施功能，这些模块或装置带有在模块之间和通过模块通信的相关控制信号和数据信号，或作为专用集成电路的部分。因此，该示例性系统适用于软件、固件以及硬件实施。
[0122]根据本披露的不同实施例，在此所描述的方法旨在用于作为在处理器、数字信号处理器或逻辑电路上运行的软件程序而操作。此外，软件实施可以包括但不限于，分布式处理或部件/对象分布式处理、并行处理或虚拟机器处理，还可以被构建以实施在此所描述的方法。
[0123]本披露设想一种机器可读介质，该机器可读介质包括指令1924或接收并执行来自传播信号的指令1924，这样使得连接到网络环境1926的装置可以发送或接收语音、视频或数据，并且使用这些指令1924通过网络1926进行通信。这些指令1924可以通过网络接口装置1920在网络1926上进一步传送或接收。
[0124]虽然在示例性实施例中示出了机器可读介质1922是单一介质，但术语“机器可读介质”应被理解为包括存储该一个或多个指令集的单一介质或多重介质(例如，中心式或分布式数据库，和/或相关高速缓冲存储器和服务器)。术语“机器可读介质”还应当被认为包括能够存储、编码或携带指令集的任何介质，这些指令集由机器执行并且使得机器执行本披露的方法中的一种或多种。
[0125]术语“机器可读介质”因此应该被理解为包括但不限于:固态存储器，如存储卡或容纳一个或多个只读(非易失性)存储器、随机存取存储器或其他可重写(易失性)存储器的其他封装；磁光介质或光介质如磁盘或磁带；以及载波信号，如实施传送介质中的计算机指令的信号；和/或电子邮件的数字文件附件或其他自含式信息文档或文档集被认为是等效于实体存储介质的分布式介质。因此，认为本披露包括任何一种或多种机器可读介质或分布式介质，如在此所列举的并且包括本领域技术人员能够识别的等效物和后继介质，其中存储在此的软件实施。
[0126]虽然本说明书描述了参考具体标准和协议的实施例中实现的部件和功能，但本披露不局限于这类标准和协议。用于因特网的和其他分组交换网络传送的每个标准(例如，TCP/IP、UDP/IP、HTML、HTTP)代表现有技术的实例。这类标准被具有大致相同功能的更快或更高效的等效标准周期性地取代。因此，具有相同功能的替代标准和协议被认为是等效物。 [0127]在此所描述的实施例的说明旨在提供对不同实施例的结构的一般理解，并且它们不旨在用作对可能利用在此所描述的结构的设备和系统的所有元件和特征的完整描述。许多其他实施例将为本领域的技术人员在回顾以上描述时显而易见。可以使用其他实施例并且从其中衍生，这样使得可以作出结构性和逻辑性替换和改变而不偏离本披露的范围。附图也仅是代表性的并且可以不是按比例绘制的。其某些部分可能被放大，而其他部分可以被最小化的。因此，应以说明意义而非以限制性意义看待本说明书和附图。
[0128]本发明主题的此类实施例可以在此单独地和/或共同地由术语“发明”提到，该术语仅出于方便起见并且不意在自行地将本申请的范围限于任何单一发明或发明构思(如果实际上披露多于一个的话)。因此，虽然已经在此说明和描述了特定实施例，但是应当理解，可以用经计算以实现相同目的的任何安排替换所示的特定实施例。本披露意在覆盖不同实施例的任何和全部改编或变化。上述实施例的组合以及未在此确切地描述的其他实施例，对于本领域的技术人员在回顾以上描述时变得明显。
[0129]图15示出根据示例实施例的脊柱器械2000的部件。脊柱器械2000是图1的脊柱器械102、图2的脊柱器械400以及图3的脊柱器械410的非限制实例的更详细的图示。脊柱器械2000是具有感测头2002的测量装置，该感测头包括用于测量脊柱的参数的至少一个传感器。脊柱器械2000包括感测头2002、传感器2008、轴2010、电子组件2024、互连件2028以及手柄2030。在一个实施例中，手柄2030由联接结构2020和2022 —起形成。轴2010的近端2018联接到手柄2030的远端上。感测头2002的近端联接到轴2010的远端2014上。手柄2030可以由外科医生握持，以便将该器械引导到患者的脊柱区中来进行一个或多个量化测量。感测头2002可以插入到脊柱区中，这样使得传感器2008可以测量所关注的参数。电子组件2024操作性联接到传感器2008，以便接收、处理、并提供量化测量数据。一般来说，脊柱器械2000可以通过安装在感测头2002上或者安装在其中的传感器2008来提供所探测区的量化测量数据。该量化数据还可以支持将部件安装到肌肉-骨骼区中。与手术有关的量化数据或信息可以显示在界面2038上，该界面可以包括在脊柱器械2000中。可替代地，脊柱器械2000可以通过如在此所披露的远程系统来提供量化数据以支持手术。该远程系统可以有线或无线地联接到脊柱器械2000。量化数据可以实时提供以用于手术的可视化。
[0130]在该实例中，感测头2002包括支撑结构2004和支撑结构2006。支撑结构2004年和2006可以相对于彼此移动。例如，可以向支撑结构2004和2006的外表面施加压缩力。结构2004和2006可以在该压缩力作用下移动，从而导致感测头2002的高度的变化。一般情况下，随着所施加的力或压力增大，支撑结构2004和2006的外表面将会靠拢在一起。在一个实施例中，支撑结构2004和2006的外表面之间的距离的移动或改变相对于没有施加压缩力时感测头2002的高度来说是较小的。
[0131]传感器2008被示出为从感测头2002拆卸下来。传感器2008在被组装时放置在感测头2002内。传感器2008联接在支撑结构2004和2006的内表面之间。施加到支撑结构2004和2006的外表面上的压缩力、压力或负载传递至传感器2008。传感器的可测量参数可以直接或间接地对应于施加到传感器上的力、压力或负载。在一个实施例中，传感器2008是具有低轮廓的薄膜传感器。薄膜传感器的实例是压阻传感器或聚合物传感器。压阻薄膜传感器的电阻随所施加的力、压力或负载发生变化。如在此所披露，可以使用其他类型的传感器。一般情况下，每个传感器位于感测头2002内的预定位置处。该预定位置可以联接至支撑结构2004和2006的外表面上的预定位置。将每个传感器定位在已知的预定位置处支持对施加到支撑结构2004和2006的外表面上的负载的位置的确定。如图所示，四个传感器被放置在感测头2002内。典型地使用多于一个传感器来确定所施加的负载的位置。传感器2008的负载测量是结合每个传感器的相应位置来评定的。例如，最接近所施加的负载的传感器将测量最高负载量值。相反，离所施加的负载最远的传感器将测量最低负载量值。每个传感器测量结果可以用于确定其中负载被施加到支撑结构2004和2006的外表面上的位置、以及在所确定的位置处所施加的负载的量值。
[0132]压阻薄膜传感器的电阻对应于膜的厚度。施加到压阻薄膜传感器上的压力使该厚度减小从而降低了电阻。每个压阻传感器的表面区域被选择以配合在感测头2002内，并且关联到支撑结构2004和2006的外表面上的预定位置以用于位置确定。传感器2008的表面区域对应于在脊柱器械2000的可测量负载范围内正在测量的电阻范围。典型地，传感器2008的可测量参数的量值或量值在指定的负载范围内的变化是已知的或已测量的。
[0133]典型地，电子组件2024向压阻薄膜传感器提供电压或电流。例如，向压阻薄膜传感器提供已知电流会生成对应于电阻的电压。该电压可以由电子组件2024测得并转化为负载测量结果。类似地，可以向压电薄膜传感器施加已知电压。压电薄膜传感器所传导的电流对应于该器件的电阻。该电流可以由电子组件2024测得并转化为负载测量结果。测量的准确度可以通过校准每个传感器并将校准数据提供给电子组件2024以提供对所测得的数据的校正来提高。校准可以将传感器测量结果与施加到感测头2002上的已知负载进行比较。校准可以发生在不同的操作条件(如温度)下。在一个实施例中，可以作为脊柱器械2000的最终测试的一部分来校准传感器2008。
[0134] 如前面所提到的，传感器2008包括四个传感器，这四个传感器支持对施加到支撑结构2004和2006的外表面中的至少一个上的负载的位置的测量。在一个实施例中，支撑结构2004和2006具有凸形的外表面，这种凸形的外表面有助于将感测头2002插入到脊柱区中，如椎骨之间。感测头2002的高度是支撑结构2004和2006的外表面之间的距离。感测头可以用于撑开椎骨并在椎骨之间产生间隙。例如，外科医生选择具有预定高度的感测头，以便产生约等于感测头高度的间隙。
[0135]轴2010提供了手柄2030与感测头2002之间的间距。轴2010允许外科医生查看脊柱器械2000的感测头2002并且将其引导到脊柱的暴露区域中。轴2010的远端2014配合到感测头2002的近端2016中并且紧固到其上。在一个实施例中，轴2010是圆柱形的形状，并且包括至少一个纵长通道2012。感测头2002的近端2016可以包括用于接收轴2010的远端2014的开口。轴2010可以通过机械的、粘合的、焊接的、粘接的或其他附接方式固定在感测头2002的该开口中。在一个实施例中，该附接过程永久地将感测头2002固定到轴2010上。轴2010的纵长通道2012可以用于将部件从手柄2030联接到感测头2002。例如，互连件2028可以联接穿过纵长通道2012。互连件2028同时在轴2010的远端2014和近端2018处从纵向通道2012延伸出来。互连件2028将传感器2008联接到电子组件2024。类似地，轴2010中的第二纵长通道可以支持螺纹杆，该螺纹杆联接到感测头2002内的剪式插口，以用于如在此所披露的那样升高和降低支撑结构2004和2006。尽管所披露的是圆柱形的形状，但轴2010可以形成为具有其他形状。在该实例中，轴2010是刚性的，并且当被用于将感测头2002插入到脊柱区中时不会发生弯曲或挠曲。在一个实施例中，手柄2030、轴2010、支撑结构2004和2006是由聚合物材料如聚碳酸酯制成。可替代地，脊柱器械可以含有多种金属组分或聚合物与金属的组合来形成该结构。这些金属组分可以包括不锈钢。
[0136]手柄2030包括结构2020和结构2022。结构2020和2022可以形成为包括一个或多个腔、狭槽或开口。一个腔2026被成形以接收容纳在手柄2030中的电子组件2024。腔2026可以包括一个或多个特征，以便支撑和固持电子组件2024。狭槽2032可以用于引导和固持互连件2028到电子组件2024上以用于联接。结构2020和2022联接在一起以形成手柄2030。手柄2030 的远端上的开口 2034接收轴2010的近端2018。在一个实施例中，结构2020和2022可以由聚合物或金属形成。在该实例中，感测头2002、轴2010以及结构2020和2022可以通过模制工艺使用聚合物材料如聚碳酸酯来形成。结构2020和2022可以通过机械的、粘合的、焊接的、粘接的或其他附接方法紧固在一起。类似地，轴2010的近端2018可以通过机械的、粘合的、焊接的、粘接的或其他附接方法联接到手柄2030的远端上的开口 2034。一般情况下，脊柱器械2000内的有源电路是从外部环境隔离的，并且当感测头2002、轴2010以及手柄2030被联接在一起时形成刚性装置。在一个实施例中，密封过程是永久性的，并且脊柱器械2000无法拆卸以更换可能包括在电子组件2024中的部件，如电源(例如，电池)。手柄2030可以形成为具有符合人体工程学的形状，以用于定位脊柱器械2000。手柄2030可以包括放置在内部腔中的重物，以便改善该装置用于外科手术时的感觉和平衡。可以增加加固结构以使脊柱器械2000变硬，从而减少装置挠曲。手柄2030的近端包括凸缘2036，该凸缘用于由锤轻敲以便帮助将感测头2002插入到脊柱区中。凸缘被确定大小以接受标准的拍击锤来帮助将感测头从脊柱区移除。凸缘2036和手柄2030的近端被加固以承受外科医生的锤轻敲。
[0137]电子组件2024控制脊柱器械2000的测量过程。在该实例中，该系统的部件被安装到印刷电路板上。该印刷电路板可以具有互连的多个层。部件可以安装在印刷电路板的两面。在一个实施例中，印刷电路板包括用于接收和固持互连件2028的连接器2040。在该实例中，互连件2028可以是具有在其上的多条铜迹线的柔性的平面互连件，这些铜迹线包括用于联接到传感器2008的五个互连件。可以将电源，如电池安装到印刷电路板上以用于为电子组件2024供电。电子组件2024的通信电路可以将测量数据无线传送至远程系统以用于实时查看。脊柱器械2000还可以通过有线或无线连接接收信息或数据。脊柱器械2000可以包括具有⑶I的显示器2038来在本地向外科医生提供数据。还可以经由远程传感器系统可操作地联接脊柱器械2000，以允许通过声音手段、视觉手段、触觉手段、手势或其他通信手段进行控制或反馈，从而简化工作流程或者减少手术所需的工作人员。
[0138]图16示出根据示例实施例的用于提供椎间负载和负载位置数据的脊柱测量系统2100。脊柱测量系统2100是图1的脊柱测量系统100的非限制实例的更详细的图示。系统2100还可以包括插入器械和外部对准装置。系统2100包括脊柱器械2102A-F(2102A、2102B、2102C、2102D、2102E以及2102F)，这些脊柱器械中包括有源电路以用于测量肌肉-骨骼系统的参数。脊柱器械2102A-F是图2的脊柱器械400、图3的脊柱器械410以及脊柱器械2000的非限制实例。在该实例中，脊柱器械2102A-F各自包括一个或多个传感器以便测量负载和负载位置。
[0139]系统2100包括一组脊柱器械2102A-F，其中每个工具具有不同的撑开高度。还可以为脊柱器械提供具有不同长度的感测头。如图所示，该组脊柱器械2102A-F具有感测头长度2120。下面披露了具有不同头部长度的感测头的实例，并且该实例可以被适配用于系统2100。每个脊柱器械2102A、2102B、2102C、2102D、2102E以及2102F对应地具有感测头2104A、2104B、2104C、2104D、2104E以及2104F。外科医生针对撑开脊柱区至对患者生理状况合适的适当的感测头高度来选择脊柱器械。如图所示，六个感测头2104A、2104B、2104C、2104D、2104E以及21 04F对应地具有高度A、B、C、D、E以及F。感测头2104A-F的这六个不同高度A-F是典型系统中可以提供的高度的实例。一组感测头的撑开高度范围的实例可以是从6毫米至14毫米。感测头的长度的实例范围可以是从22毫米至36毫米。一般情况下，系统2100的感测头2104A-F的不同高度和长度被选择为覆盖外科医生可以见到的统计学显著比例的患者群体。具有不同高度和长度的感测头的实际数目可以取决于应用而有所不同。在一个实施例中，不在限额内的感测头的高度和长度可以在手术室中纳入清单，但可以不是最初在手术过程中所提供的工具组的一部分。在该工具组未能提供用于患者的适合的感测头高度和长度的情况下，可以向外科医生提供这些纳入清单的感测头。
[0140]一般情况下，脊柱测量系统2100测量脊柱区的参数。在该实例中，所测量的是负载和负载位置。脊柱器械2102A-F还可以用每个工具中的一个或多个内部加速度计来测量3D空间中的定位和位置。在一个实施例中，加速度计实时确定感测头的轨迹、定位以及位置。该加速度计可以与电子组件一起位于脊柱器械2102A-F的手柄中。由系统2100输出的一个或多个参数测量结果提供了量化数据以支持手术。例如，外科医生使脊柱区暴露并查看所关注的区域。提供了脊柱器械2102A-F，这样使得外科医生可以选择和使用这些工具中的至少一个。远程系统105典型地放置在手术室的无菌区之外。在一个实施例中，每个脊柱器械2102A-F可以存储在未打开的单独灭菌包装中，直到外科医生查看正在修复的脊柱区。由于脊柱间隙和患者生理状况的变化，脊柱器械的选择是特定于患者的。在该实例中，外科医生首先确定适当的间隙高度，并且然后打开无菌包装，该无菌包装具有带有所选择高度的感测头的脊柱器械。在一个实施例中，可以通过能够启动上电序列(power upsequence)的装置来放置所选择的脊柱器械。该启用过程将该工具的内部电源联接到电子电路和其中的传感器。一旦上电，所选择的脊柱器械就可以联接到远程系统105。远程系统105接收并显示来自所选择的脊柱器械的数据。远程系统105包括⑶1107，以用于控制用户交互并且将数据提供在显示器上。GUI107可以在不同手术步骤时提供不同的屏幕或窗口作为工作流，该工作流以一种或多种格式向外科医生提供量化数据，这样使得该数据支持外科手术结果。
[0141]外科医生握持所选择的脊柱器械的手柄，并且将感测头引导到椎骨之间。启用的脊柱器械将负载、负载位置、器械位置以及定位数据发送给远程系统105，在该远程系统处数据被实时显示。如在此所提到的，感测头的外表面是凸形的形状，这样使得尖端变窄，从而允许在撑开之前在椎骨之间的间隔空间之间透过。撑开椎骨所需的力的大小可以变化。可能需要施加到所选择的脊柱器械上的可控力来增大椎骨之间的开口。例如，可以使用锤来轻敲所选择的脊柱器械的手柄的端部处的凸缘来将感测头插入椎骨之间。
[0142]在该实例中，感测头的最终位置对应于在随后步骤中可以在其处放置部件(如脊柱笼)的位置。该脊柱笼的高度和长度将大致等于所选择的脊柱器械的感测头的高度和长度。系统2100测量并显示来自所选择的脊柱器械的量化数据，如感测头的轨迹、位置、定位、负载以及负载位置。该数据支持该部件在该位置中的放置。更确切地说，当部件被放置并定位在感测头在撑开椎骨时的最终位置中时，放置在椎骨之间的部件上的负载和负载位置可以大致等于来自所选择的脊柱器械的量化测量结果。
[0143]外科医生可能发现所选择的脊柱器械具有比所需要的更大或更小的感测头高度。外科医生使用将椎骨 撑开至适当高度所需的一样多数量的脊柱器械。这同样适用于对具有不同长度的脊柱器械的选择。在一个实施例中，每个脊柱器械2102A-F内的电源仅可以在一次手术中为该工具供电。此外，脊柱器械2102A-F可能不能够进行灭菌再利用而不影响装置的完整性。已经从无菌包装中移除的脊柱器械可以在执行外科手术后处理掉。保留在无菌包装中的脊柱器械可以在另一次手术中使用。可以更换使用后处理掉的脊柱器械以使工具组完整。
[0144]一种可替代方法可以使用无源脊柱器械组来完成初始撑开。这些无源脊柱器械没有测量能力。外科医生用这些无源脊柱器械来确定椎骨之间的适当撑开高度。该无源脊柱器械组具有高度与脊柱器械2102A-F相等的头部。然后从脊柱器械2102A-F中选择具有与无源脊柱器械所确定的撑开高度相等的高度的脊柱器械。然后将所选择的脊柱器械插入椎骨之间。然后，所选择的脊柱器械测得量化数据测量结果，以便准备用于将部件植入椎骨之间。无源脊柱器械还可以是低成本一次性的，或者是可以在使用后进行灭菌的工具。该可替代方法提供了使手术中所使用的脊柱器械2102A-F的数量最小化的益处。
[0145]下面披露了一种为手术室提供脊柱器械的方法。该方法的步骤可以任何顺序来执行。该实例包括这样一种系统，该系统包括具有用于测量脊柱区的有源电路的多于一个脊柱器械。该非限制实例是用来示范一种适用于其他肌肉-骨骼区，如膝、髋、踝、脊柱、肩、手、臂以及脚的方法。在第一步骤中，在手术室内提供多于一个脊柱器械。这些脊柱器械均处于单独的灭菌包装中。在一个实施例中，脊柱器械各自具有不同撑开高度和长度。外科医生使脊柱区暴露，并且评定患者生理状况。在第二步骤中，选择脊柱器械中的一个。在该实例中，为患者选择具有适当撑开高度的脊柱器械。脊柱器械被用于测量脊柱区的参数，如负载和负载位置。在第三步骤中，将所选择的脊柱器械从灭菌包装中取出。在第四步骤中，启用所选择的脊柱器械。在该实例中，启用过程将内部电源联接至所选择的脊柱器械中的电路，从而使该装置上电以用于生成量化测量数据。
[0146]使所选择的脊柱器械上电启用该装置内的通信电路。在第五步骤中，所选择的脊柱器械联接到远程系统。在该实例中，该远程系统是在外科医生的视野范围内的手术室。远程系统包括显示器，以用于呈现来自所选择的脊柱器械的量化测得数据。远程系统可以指示通过音频的、视觉的或触觉的反馈来启用所选择的脊柱器械。
[0147]撑开高度可以在选择有源脊柱器械之前使用无源脊柱撑开器械来确定。外科医生在评定或暴露脊柱区后选择无源脊柱器械。在第六步骤中，使用所选择的无源脊柱器械撑开脊柱区。无源脊柱器械不具有用于测量的有源电路。在该实例中，一组无源脊柱器械具有与该组有源脊柱器械相同的高度和长度。在第七步骤中，在用所选择的无源脊柱器械撑开后，将无源脊柱器械从脊柱区移除。在第八步骤中，将所选择的脊柱器械插入先前由所选择的无源脊柱器械撑开的脊柱区中。在该实例中，所选择的脊柱器械具有与所选择的无源脊柱器械相同的高度和长度。在第九步骤中，所选择的脊柱器械进行参数测量。可以将数据无线地传送到远程系统以用于手术的显示或可视化。
[0148]在手术过程中可以使用有源脊柱器械中的一个或多个。在第十步骤中，在手术之后，将用于进行脊柱区 的测量的有源脊柱器械处理掉。在一个实施例中，无源脊柱器械可以经受灭菌过程并且不被处理掉。可替代地，使用后的无源脊柱器械可以类似于有源脊柱器械那样处理掉。在第十一步骤中，更换已使用并且处理掉的脊柱器械。更换使得该工具组重新完整以用于随后的手术。未使用的剩余有源脊柱器械是无菌的，因为其灭菌包装在手术过程中没有被打开并且因此可以再次使用。
[0149]图17示出根据示例实施例的用于提供椎间负载和负载位置数据的脊柱测量系统2200。脊柱测量系统2200是图1的脊柱测量系统100的非限制实例的更详细的图示。系统2200包括远程系统105和模块化脊柱器械。系统2200还可以包括插入器械和外部对准装置。该模块化脊柱器械包括手柄2206、轴2208、多个可移除的感测头2204A-F以及模块2210。一般情况下，脊柱器械是具有可联接到手柄2206和轴2208上的部件的模块化有源装置。系统2200中展示了三组可移除的感测头2204A-F (2204A、2204B、2204C、2204D、2204E以及 2204F)、2216A-F(2216A、2216B、2216C、2216D、2216E 以及 2216F)、以及 2218A-F(2218A、2218B、2218C、2218D、2218E以及2218F)。系统2200中可以提供有多于或少于三组的感测头。感测头2204A-F、2216A-F以及2218A-F可以联接到或者从轴2208的远端移除。类似地，模块2210可以联接到或者从手柄2206的腔2214移除。在附接后，模块2210的外表面可以成形为手柄2206的外表面的一部分。模块2210包括电组件2212，该电组件包括用于接收、处理以及发送来自感测头中的多个传感器的量化数据的电子电路。模块2210还可以包括电源，以用于在手术过程中为脊柱器械2202供电。当对应地被组装到手柄2206和轴2208上时，电接口和互连将模块2210联接到感测头2204A-F中的一个上。
[0150]一般情况下，具有不同高度和不同长度的感测头被提供作为系统的一部分，以用于支持针对较大的统计学群体的脊柱解剖结构进行脊柱测量。该概念可以应用于图16中所披露的配置，其中可以提供具有不同的感测头长度的额外多组脊柱器械。模块化脊柱器械是测量装置和撑开器(distractor)。可移除的感测头2204A、2204B、2204C、2204D、2204E以及2204F对应地具有感测头高度A、B、C、D、E以及F。类似地，可移除的感测头2216A、2216B、2216C、2216D、2216E 以及 2216F,以及 2218A、2218B、2218C、2218D、2218E 以及 2218F对应地具有头部高度A、B、C、D、E以及F。感测头2204A-F的这六个不同高度A-F是典型系统中可以提供的高度的实例。每一组可以具有多于或少于所示的高度数量。如前面所提到的，感测头高度的实例范围可以是6毫米至14毫米。感测头2204A-F、2216A-F以及2218A-F对应地具有感测头长度2220、2222以及2224。外科医生根据患者的脊柱解剖结构来选择适当的感测头长度。感测头长度的实例范围可以是从22毫米至36毫米。
[0151]具有不同高度的感测头的实际数目可以取决于应用而有所不同。在一个实施例中，不在限额内的感测头高度和长度可以在手术室纳入清单，但可以不是手术室的外科手术区内所提供的工具组的一部分。在该工具组未能提供用于患者的适合的感测头高度和长度的情况下，可以向外科医生提供它们。脊柱器械2202的感测头被插入脊柱区中，从而生成约等于感测头的高度的间隙或间隔。脊柱器械2202A-F是图2的脊柱器械400和图3的脊柱器械410的非限制实例。在该实例中，脊柱器械2202A-F包括一个或多个传感器以测量负载和负载位置。
[0152]一般情况下，系统2200可以在手术室中使用来提供脊柱区的量化测量结果。外科医生在撑开之前暴露并查看脊 柱区。外科医生可以选择对应地具有感测头长度2220、2222以及2224的这些组感测头2204A-F、2216A-F以及2218A-F中的一组。例如，外科医生选择具有最短头部长度2220的一组感测头2204A-F。然后，外科医生可以选择感测头2204A-F中的具有撑开脊柱区对于患者生理状况适当的高度的感测头。在一个实施例中，感测头2204A-F是在单独的灭菌包装中。所选择的感测头被从单独灭菌包装中取出。外科医生将所选择的感测头联接到轴2208的远端。类似地，模块2210被从灭菌包装中取出并安装在手柄2206内。然后系统2200被启用以提供来自脊柱器械2202的量化数据。该启用过程可以将该工具的内部电源联接至电子电路和其中的传感器。一旦上电，所选择的脊柱器械就可以联接到远程系统105。远程系统105将提供表明脊柱器械2202被启用和正在操作的指示。远程系统105接收并显示来自所选择的脊柱器械的数据。远程系统105包括⑶1107以用于启动工作流、控制用户交互、并且将数据提供在显示器上。GUI107可以在不同手术步骤时提供不同的屏幕或窗口作为工作流，该工作流以一种或多种格式向外科医生提供量化数据，这样使得该数据支持外科手术结果。
[0153]外科医生在手术过程中可能发现所选择的感测头具有比所需要的更大或更小的高度。可以将脊柱器械2202从脊柱区移除以更换感测头。感测头可以更换需要的任意多次，直到达到适当的撑开高度并且脊柱器械2202的量化测量结果提供对脊柱区的评定。在一个实施例中，模块2210内的电源可以在一次外科手术应用中为该工具供电。模块2210可以被密封以防止更换电源。此外，在完成手术后，模块2210和使用后的感测头2204A-F被以防止再利用的方式处理掉。可以通过更换使用后的感测头并且与未使用的剩余感测头2204A-F组合来形成一套完整的感测头2204A-F，以用于随后手术。脊柱器械2202提供了通过更换系统的仅一部分来降低成本的益处。
[0154]下面披露了测量脊柱区的方法。该方法的步骤可以任何顺序来执行。该实例包括具有用于测量参数、位置以及轨迹的有源电路的一个脊柱器械。该脊柱器械可以用于撑开该脊柱区。该脊柱器械是模块化的，从而允许在手术过程中快速变化来改变撑开高度。该非限制实例是用来示范一种适用于其他肌肉-骨骼区，如膝、髋、踝、脊柱、肩、手、臂以及脚的方法。
[0155]在第一步骤中，选择多个可移除的感测头中的一个。该多个感测头包括其中每个感测头具有不同的高度的工具组。可以提供一组或多组感测头，其中一组感测头具有不同于其他组的头部长度。在一个实施例中，每个感测头是在单独的灭菌包装中。将所选择的感测头从灭菌包装中取出。在第二步骤中，将所选择的感测头联接到该器械的轴的远端。在一个实施例中，该感测头和该轴对应地具有阴联接和阳联接。该阳联接被插入到该阴联接中并锁定到位。锁定步骤可以是感测头旋转到包括一个或多个固持特征的位置。在第三步骤中，将模块联接到脊柱器械。该模块包括用于接收来自感测头中的传感器的数据的电子组件。在一个实施例中，将模块放置在手柄的腔中。模块包括固持特征，该固持特征将模块在手柄中锁定到位但允许移除模块。电子组件经由器械中的电接口和互连件操作性联接到感测头。可以启用器械以用于在撑开过程中进行测量。
[0156]在第四步骤中，移除器械上的感测头。在一个实施例中，器械中的有源电路在感测头移除过程之前被禁用。在该实例中，将感测头从锁定位置旋回，这样使得可以撤回轴。在第五步骤中，从剩余的感测头中选择感测头。典型地，更换先前的感测头，以便基于患者的生理状况选择不同的撑开高度。如前所述，将新选择的感测头从单独灭菌包装中取出。在第六步骤中，如以上所披露的，将新选择的感测头联接到器械的轴的远端。在第七步骤中，启用器械以用于生成肌肉-骨骼系统的量化测量数据。启用过程将模块内的电源联接到电子组件来为器械供电。在一个实施例中，当在灭菌包装中时，将电源从电子组件断开连接，以防止放电并且使寿命最大化。在第八步骤中，在手术后，将使用后的感测头和模块处理掉。感测头和模块被从器械移除并适当处理掉。在一个实施例中，可以对器械的包括手柄和轴的主体进行灭菌以用于随后的手术。 [0157]图18示出根据示例实施例的模块2210和手柄2206的分解视图。模块2210和手柄2206是图17的脊柱器械2202的一部分。可以参考图17和图18的部件。可移除模块2210是可以应用于在此所描述的器械和工具以便降低系统成本并且提供一种性能升级途径的非限制实例。模块2210包括用于接收、处理以及发送来自脊柱器械2202的感测头中的传感器的测量数据的电子组件2212。电子组件2212对应于图15的电子组件2024，并且包括图11和图12中所描述的电路中的至少一些。电子组件2212被密封在模块2210内并且从外部环境隔离。模块2210联接到脊柱器械2202上并且是从脊柱器械2202可移除的。一般情况下，脊柱器械2202包括联接至模块2210的电接口。在该实例中，脊柱器械2202包括用于接收模块2210的腔2214。当插入模块2210时，腔2214中的电接口 2308联接至电接口 2302并且与其对准。在一个实施例中，电接口 2302和2308在压力下结合在一起，以确保每个接口的电联接。例如，电接口 2308可以包括多个弹簧接触件，这些弹簧接触件在模块2210的插入下受力保持联接。柔性互连件2310联接至手柄2206的腔2214中的电接口 2308。柔性互连件2310延伸穿过脊柱器械2202的轴，以用于联接到该装置的感测头区中的传感器上。
[0158]在该实例中，模块2210可以由聚合物材料如聚碳酸酯制成。模块2210可以模制成两片或更多片，并且组装在一起以形成壳体或外壳。电子组件2212可以放置在固持和定向模块2210内的电路的模制腔中。电子组件2212可以使用柔性互连件联接至电接口 2302。电子组件2212和电接口 2302可以包括一个或多个连接器，该一个或多个连接器联接到柔性互连件上以简化组装。可以使用诸如粘合剂、焊接、机械紧固或粘接等密封方法来附接剩余的模制件以形成该壳体或外壳。在一个实施例中，使用无线通信将来自脊柱器械2202的测量数据发送到远程系统以用于显示和可视化。聚合物材料如聚碳酸酯对于无线信号是透射性的，从而允许测量数据从模块2210内穿过外壳传送出去。
[0159]模块2210进一步包括特征2304以便在联接到脊柱器械2202上时对准并固持该装置。当将模块2210插入到手柄2206的腔2214中时，特征2304配合到开口 2312中。锁定机构以与模块2210的相反视角示出。该锁定机构包括柔性接片2306，该柔性接片具有从接片2306延伸的凸缘2316。凸缘2316对应于并且配合到手柄2206的腔2214中的开口 2314中。对应地在开口 2312和2314中的特征2304和2316固持并防止模块2210在脊柱器械2202使用过程中脱离。模块2210移除过程要求柔性接片2306被挠曲以使得凸缘2316从开口 2214移除。然后可以将模块2210从腔2214脱离，同时弯曲柔性接片2306以防止凸缘2316联接到开口 2314。
[0160]图19示出根据示例实施例的用于接收可移除的感测头2402的轴2404。该图示示出图17的感测头2402和轴2208的远端2404的详细视图。可以参考图17和图18的部件。感测头2402对应于图17的感测头2204A-F，以用于提供从脊柱器械2202可移除的感测头的实例。一般情况下，感测头2402的近端包括与该工具的轴2208的远端2404上的联接配对的联接。配对在一起的这些联接物理地附接感测头2402与轴2208以用于撑开和测量过程。感测头2402的近端上的联接和轴2208的远端2404上的联接在附接时形成刚性结构，可以将该刚性结构插入脊柱区中并且移动以将该装置定位在负载下。感测头2402包括用于测量脊柱区的参数的一个或多个传感器。这些传感器可以通过感测头2402内的柔性互连件联接到邻近于感测头2402上的联接的电接口。类似地，电子组件可以通过延伸穿过轴2208的纵长通道的柔性互连件联接到轴2208的远端2404上的电接口。当通过联接附接在一起时，感测头2402和轴2208的远端2404的电接口使该电组件对准并且联接到这些传感器。因此，在手术过程中，当需要时可以移除和更换感测头2402。
[0161] 在该示例附接机构中，通过感测头2402的近端处的开口 2406可接近阴联接。阳联接2408从轴2208的远端2404延伸。阳联接2408包括具有固持特征2416的圆柱形延伸部2414。联接类型可以颠倒，这样使得阳联接在感测头2402上并且阴联接在轴2208的远端2404上。电接口 2410可以形成在轴2404的远端上。阳联接2408从电接口 2410居中延伸。电接口 2410包括多个弹簧式引脚2412以用于电联接并且密封轴2208的远端2404。这些弹簧式引脚2412围绕阳联接2408定位在电接口 2410的外围上。弹簧式引脚2412联接到轴2208内的柔性互连件。弹簧式引脚2412在附接过程所施加的压力下可以压缩。弹簧式引脚2412施加到感测头2402上的相应电接口上的力确保了在附接时从传感器到电组件的可靠的电联接。弹簧式引脚2412包括垫圈或密封件，以便将轴2208的内部从外部环境隔离。在一个实施例中，可以密封电接口 2410以允许轴2404和手柄2206的灭菌,从而在随后手术中再次使用。如图所示，电接口 2410上存在五个弹簧式引脚2412。这五个引脚联接到感测头2402中的四个传感器和地面上。在该实例中，这四个传感器测量脊柱区施加到感测头2402的外表面上的负载和负载位置。[0162]图20示出根据示例实施例的感测头2402的一个阴联接2502的截面视图。一般情况下，阳联接2408联接到阴联接2602，以便将感测头2402固持到轴2208的远端2404。可以参照图17、图18以及图19。感测头2402的开口 2406接收轴2208的远端2404。阴联接2502包括对应于轴2208的远端2404上的电接口 2410的电接口 2504。电接口 2504包括多个电接触点2506，当将感测头2502附接到轴2208的远端2404时，这些电接触点对准弹簧式引脚2412。电互连件2508将电接触点2506联接到感测头2402中的传感器。阴联接2502包括位于该结构的中心的键控开口 2510。键控开口 2510具有允许固持特征2416插入穿过阴联接2502的单一位置。
[0163]在一个实施例中，电接口 2410的外径约等于或小于开口 2406的内径。电接口 2410到开口 2406的配合支持感测头2402到轴2404上的刚性联接。在将固持特征2416插入穿过键控开口 2510后旋转感测头2402。弹簧式障碍物2512处在固持特征2416的旋转路径中。弹簧式障碍物2512可以压缩到阴联接2502的表面的大约表面水平。弹簧式障碍物2512的表面可以是弯曲的或球面的。在附接过程中，固持特征2416在旋转时压缩弹簧式障碍物2512并且在该结构上旋转。在固持特征旋转越过之后，弹簧式障碍物2512中的弹簧使该结构升高回到阴联接2502的表面之上。旋转路径中的旋转停止件2514通过阻挡固持特征2416防止感测头2402的进一步旋转。
[0164]在一个实施例中，固持特征2416停止在旋转停止件2514与弹簧式障碍物2512之间。旋转停止件2514和弹簧式障碍物2512形成屏障，以便防止感测头2402在使用时的移动和旋转。此外，旋转停止件2514将感测头2402定位成使得电接口 2504和电接口 2410对准，以用于将感测头2402中的传感器联接到电组件以便用于提供传感器测量数据。一般情况下，固持特征2416在 力的作用下固持抵靠在阴联接2502的表面上。例如，固持特征2416的旋转路径可以是倾斜的，以便增大当它接近旋转停止件2514时固持特征2416与阴联接2502的表面之间的力。弹簧式引脚2412也可以施加将固持特征2416挤压到阴联接2502的表面的力。
[0165]图21示出根据示例实施例的脊柱器械2600的分解视图。脊柱器械2600是图1的脊柱器械102、图2的脊柱器械400以及图3的脊柱器械410的非限制实例的更详细的图示。脊柱器械2600是具有感测头2002的测量装置，该感测头包括用于测量脊柱区的参数的至少一个传感器。脊柱器械2600包括壳体2602、壳体2604、电子组件2626、互连件2630以及传感器2638。一般情况下，壳体2602和2604联接在一起，来将电子组件2626、互连件2630以及传感器2638从外部环境隔离。外壳2602和2604对应地包括支撑结构2610和支撑结构2616。传感器2638联接到支撑结构2610和2616上以便测量脊柱区的参数。在外科手术过程中，支撑结构2610和2616可以与脊柱区相接触。在一个实施例中，支撑结构2610和2616包括脊柱器械2600的感测头，该感测头在被施加压缩力时可以压缩传感器2638。
[0166]壳体2602包括手柄部分2606、轴部分2608以及支撑结构2610。类似地，壳体2604包括手柄部分2612、轴部分2614以及支撑结构2616。外壳2604进一步包括凸缘2644、腔2618以及纵向通道2646。凸缘2644是脊柱器械2600的手柄的近端上的加固结构。凸缘2644可以用锤子或木槌敲击，以便提供冲击力来将脊柱器械2600的感测头插入到脊柱区中。腔2618支撑并固持电子组件2626。电子组件2626接收、处理以及发送来自传感器2638的量化测量结果。电源2628联接到电子组件2626。在一个实施例中，该电源可以是安装在电子组件2626的印刷电路板上的一个或多个电池。电子组件2626可以通过柔性互连件2630联接到传感器2638。该柔性互连件2630可以包括具有图案化的导电性金属迹线的柔性衬底。电子组件2626可以具有一个或多个连接器，该一个或多个连接器联接到柔性互连件2630以简化组装。柔性互连件2630联接穿过脊柱器械2600的轴中的纵长通道。在一个实施例中，纵长通道2646用作用于将腔2618联接到感测头区的柔性互连件2630的通道。在组装脊柱器械2600时，固持特征2640可以使电源2628、电子组件2626以及柔性互连件2630固持在位。固持特征2640可以含有当将壳体2602联接到壳体2604上时能够联接到部件并且压缩而不损坏有源部件的泡沫。
[0167]脊柱器械2600的感测头包括支撑结构2610、支撑结构2616、互连件2634、传感器引导件2636以及传感器2638。支撑结构2610和2616的外表面可以成形为凸形的以便支持插入到脊柱区中。互连件2634是柔性互连件2630的覆盖在支撑结构2616的内表面上的一部分。柔性互连件2634包括联接到传感器2638的电接触区上的导电迹线。传感器引导件2636覆盖在互连件2634上。在一个实施例中，互连件2634和传感器引导件2636可以通过外围侧壁对准并且固持在支撑结构2616内。传感器引导件2636包括用于固持和定位传感器2638的开口。在该实例中，传感器2638是力、压力或负载传感器。互连件2634可以具有与传感器引导件2636的开口对准的电接触区。这些电接触区被暴露以用于通过传感器引导件2636的开口联接到传感器2638。传感器引导件2636还固持和定位传感器2638，这样使得每个传感器 的电接口可以联接到互连件2634的相应的电接触区。传感器2638的电接口可以通过诸如焊接、导电环氧树脂、共晶粘接、超声粘接或机械联接等手段联接到互连件2634的相应电接触区。传感器引导件2636还定位传感器以便在预定位置处联接到支撑结构2610或2616。在一个实施例中，传感器2638接触支撑结构2610或2616的对应于外表面上的位置的内表面。经由传感器引导件2636定位传感器允许计算出施加在支撑结构2610的外表面上的负载的位置。负载板2642可以联接在传感器2638与支撑结构2610的内表面之间。负载板2642将来自支撑结构2610的内表面的负载分布至每个传感器2638。
[0168]如前面所提到的，壳体2602和2604在联接在一起时支持对脊柱器械2600的感测头的压缩。施加在支撑结构2610和2616的外表面上的压缩力被引导到传感器2638上。压缩路径中的其他部件，如支撑结构2610、支撑结构2616、负载板2642以及互连件2634在负载下不变形。在一个实施例中，负载板2642含有金属，如钢或不锈钢。可以使用可压缩粘合剂2624来联接支撑结构2610和2616的外围，从而允许感测头和其中的传感器2638在测量范围内的移动。可压缩粘合剂2624可以是诸如基于硅树脂的粘合剂之类的粘合剂。粘合剂2624是弹性的，这样使得感测头在压缩后返回到无负载位置或者移动到可重复的无负载高度。在一个实施例中，在壳体2602和2604的剩余外围周围使用第二粘合剂2622来将这些结构密封并联接在一起。粘合剂2622和2624是在将外壳2602与2604联接在一起之前涂布的。粘合剂2622可以是使外围表面配合在一起的粘接剂，如胶或环氧树脂。换句话说，通过粘合剂2622联接的粘接表面不具有一定范围的压缩，因为这些表面通过粘合剂2622与彼此保持接触。可替代地，粘合剂2624可以在整个外围周围使用以便将壳体2602和2604联接在一起。[0169]图22示出根据示例实施例的脊柱器械2600的轴区的截面视图。该轴区是包括联接在一起的壳体2602和壳体2604的对应的轴2608和2614的截面视图。该图示提供了关于壳体2602和2604的对应于脊柱器械2600的轴区的一部分和手柄区的联接的细节。可以参考图21的部件。一般情况下，用于脊柱器械2600的有源部件的壳体是通过将壳体2602联接到壳体2604形成的。在一个实施例中，壳体2602和壳体2604的外围表面被使用多于一种粘合剂紧固在一起。壳体2602和壳体2604的外围表面配对，这样使得这些结构对准、形成屏障、并且提供用于粘接的表面区域。在该实例中，壳体2602的外围表面2702具有几何形状，如三角形延伸部。壳体2604的外围表面2704具有相应几何形状，如用于接收该三角形延伸部的V形凹槽。可以使用其他凸出结构和凹槽几何形状，如方形、圆形或其他多边形形状。还可以使用诸如对接或搭接之类的接合手段。感测头区的外围表面的轮廓不同于轴区和手柄区的外围表面2702和2704。在该实例中，当壳体2602和2604联接在一起时，外围表面2702的三角形延伸部的表面接触外围表面2704的V形凹槽的表面。
[0170]如前面所提到的，壳体2602和2604的对应外围表面2702和2704联接脊柱器械2600的手柄部分和轴部分。在组装过程中，外围表面2702配合到外围表面2704中，从而提供对准反馈。参照图21，手柄部分和轴部分对应于其中涂布有粘合剂2622的区域。在该实例中，粘合剂2622将外围表面2702和2704附接或粘接在一起而在表面之间除了粘合剂材料之外没有游隙或间隙。在一个实施例中，由于接合的粘接完整性，通过外围表面2702和2704联接的手柄部分和轴部分无法在不损坏壳体的情况下拆开。外围表面2702的形状和粘合剂2622将脊柱器械2600的内部密封并且从外部环境隔离。如图所示，轴的远端的一部分以及支撑结构2610和2616的外围表面可以具有与在此所披露的不同的轮廓。类似地，以其他几何形状成形的表面或弯曲的表面可以用于外围表面2702和2704。
[0171]图23示出根据示例实施例的脊柱器械2600的感测头区的截面视图。该图示提供了支撑结构2610和2 616的对应于感测头区和轴区的远端部分的联接的细节。可以参考图21和图22的部件。一般情况下，该感测头区包括用于测量脊柱区的参数的至少一个传感器。在该实例中，用于测量力、压力或负载的传感器联接在支撑结构2610与2616之间。当插入到脊柱区中时，支撑结构2610和2616压缩这些传感器。传感器输出对应于该压缩的信号。因此，支撑结构2610和2616相对于彼此移动,从而允许压缩传感器。
[0172]如图所示，对应于感测头区的支撑结构2610和2616的壳体2602和壳体2604的外围以允许移动的方式联接在一起。壳体2602的支撑结构2610包括具有三角形成形区的外围表面2802。壳体2604的支撑结构2616包括具有V形凹槽的外围表面2804。在一个实施例中，当壳体2602联接到壳体2604时，外围表面2802与外围表面2804之间存在间隙2806。更确切地说，当如图22所示出的那样，壳体2602的外围表面2702接触壳体2604的外围表面2704时，外围表面2802的三角形成形区的表面不接触外围表面2804的V形凹槽的表面。间隙2806允许施加到支撑结构2610和2616的外表面上的压缩力移动，从而使得感测头区的高度减小。间隙2806大于传感器的高度在脊柱器械2600的测量范围内的变化。虽然在该非限制实例中表面被示出为是三角形和V形凹槽成形的，但表面2802和2804可以采用支持间隙2806以及支撑结构2610和2616的移动的其他形状。
[0173]感测头区和轴的远端的该部分对应于图21中所示粘合剂2624所在的区域。在该实例中，粘合剂2624将外围表面2802和2804弹性地附接在一起。粘合剂2624填充外围表面2802与2804之间的间隙2806。支撑结构2610和2616形成用于脊柱器械2600的传感器组件的壳体。当在支撑结构2610和2616上施加负载时，粘合剂2624可以压缩。粘合剂2624在支撑结构2610和2616的压缩后弹性反弹，从而在无负载时使感测头区返回间隙2806。用粘合剂2624填充间隙2806将感测头区和轴的远端密封并且将其内部从外部环境隔离。在一个实施例中，在组装过程中，粘合剂2622和粘合剂2624在大约相同的时间涂布。粘合剂2622涂布到图22的外围表面2702和2704中的至少一个上。类似地，粘合剂2624涂布到外围表面2802和2804中的至少一个上。然后，将壳体2602和壳体2604联接在一起以形成用于脊柱器械2600的有源系统的壳体。
[0174]在一个实施例中，可以修改支撑结构2610和支撑结构2616，以便使外部负载支承表面是柔性的。在支撑结构2610中形成外围凹槽3006。一般情况下，该凹槽沿周向形成，这样使得外部负载支承表面可以挠曲。力、压力或负载被引导到负载支承表面下方的传感器上。柔性支撑结构负载支承表面使可以导致测量误差的负载联接最小化。例如，凹槽3006减小了从外围表面2802至2804的负载联接。施加到支撑结构2610的负载支承表面上的负载通过内表面3004联接到负载传感器2638。凹槽3006可以限定内表面3004。可以使用负载板来将来自内表面3004的负载分布到传感器2636上。类似地，在支撑结构2616中沿周向形成凹槽3008，这样使得支撑结构2616的外部负载支承表面可以挠曲。施加到支撑结构2616的负载支承表面上的力、压力或负载通过内表面3002被引导到传感器2638上。穿过表面2804至表面2802的负载联接通过支撑结构2616的柔性外部负载支承表面被最小化。凹槽3008可以限定内表面3002。
[0175]图24示出根据示例实施例的脊柱器械2600的感测头区的分解视图。一般情况下，支撑结构2616包括具有外围表面2804的侧壁2904。如图所示，侧壁2904的外围表面2804是V形凹槽。柔性互连件2634的互连件2634将传感器2638联接到电子组件2626。柔性互连件2634延伸穿过 脊柱器械2600的轴到达感测头区。在一个实施例中，互连件2634可以成形为配合在支撑结构2616中。互连件2634覆盖在支撑结构2616的内表面上。互连件2634通过侧壁2904定位、对准、并且固持在支撑结构2616上。
[0176]如图所不，传感器引导件2636覆盖在互连件2634上。传感器引导件2636定位并且保持传感器2838。在一个实施例中，传感器引导件包括用于四个传感器的开口 2906。四个传感器2838可以确定施加到支撑结构2610和2616上的负载量值以及所施加负载的位置。传感器2638的电接触点联接到互连件2634上相应的接触区。在一个实施例中，每个传感器2638具有两个触点，其中之一是共用接地点。传感器引导件2636的开口 2906对准并且暴露出下面的互连件2634。此外，开口 2906露出互连件2634的用于联接到传感器的接触区。负载板2636可以覆盖在传感器2638上。负载板2636是用于将施加到支撑结构2610和2616上的力、负载或压力分布到传感器2638上的可选部件。负载板2636联接到支撑结构2610的内表面。负载板2636还可以通过支撑结构2616的侧壁2904来在感测头区中定位并对准。可替代地，支撑结构2610可以具有用于负载板2636的固持特征。
[0177]图25示出根据示例实施例的脊柱器械2600的组装感测头区的截面视图。该图示提供了支撑结构2610和2616内对应于感测头区的堆叠组件的细节。可以参考图21、图23以及图24的部件。支撑结构2616包括限定内表面3002的侧壁2904。在该实例中，凹槽3008与支撑结构2616的侧壁2904相邻并且限定其表面3002。凹槽3008促进支撑结构2616在负载作用下挠曲。柔性互连件2630将电子组件2626联接到传感器2638。柔性互连件2630包括容纳在脊柱器械2600的感测头区中的互连件2634。互连件2634包括用于联接到传感器2638上的接触区。互连件2634覆盖在支撑结构2616的内表面3002上。互连件2634通过支撑结构2616的侧壁3002固持、对准、并且定位在感测头区内。
[0178]传感器引导件2636覆盖在互连件2634上。传感器引导件2636与互连件2634类似地成形。传感器引导件2636通过支撑结构2616的侧壁2904固持、对准、并且定位在感测头区内。传感器引导件2636具有与互连件2634的接触区对准的开口。传感器2638放置在传感器引导件2636的开口中，这样使得传感器2638的触点联接到互连件2634上的接触区。在一个实施例中，传感器引导板2636包括非导电性的聚合物材料。在该实例中，传感器2638在传感器引导件2636的表面上方延伸，以用于联接到负载板2642或支撑结构2610的内表面。
[0179]负载板2642是该堆叠组件的可选部件。负载板2642将施加至支撑结构2610和2616上的力、压力或负载分布到传感器2638上。在一个实施例中，负载板2642可以与互连件2634和传感器引导件2634类似地成形。负载板2642覆盖并且联接到传感器2638上。在该实例中，支撑结构2610包括将负载板2642定位在传感器2638上方的外围侧壁。在该实例中，凹槽30 06与支撑结构2610的该外围侧壁相邻并且限定支撑结构2610的表面3004。凹槽3006促进支撑结构2610在负载作用下挠曲。支撑结构2610的内表面3004联接到负载板2642。支撑结构2610的外围表面2802以一种支持在压缩负载下移动的方式联接到支撑结构2616的外围表面2804。具体来说，传感器2638的高度在负载下可以发生变化。如上面所披露的，弹性粘合剂2624填充外围表面2802与2804之间的空隙。粘合剂2624将支撑结构2610与2616联接在一起。粘合剂2624将感测头区的堆叠组件密封并且使其与外部环境隔离。此外，粘合剂2624可以压缩，这样使得施加到支撑结构2610和2616上的力、压力或负载从外表面转移到传感器2638上以供测量。
[0180]图26示出根据示例实施例的脊柱器械3100和支座3108。一般情况下，脊柱器械3100是一种包括用于测量脊柱区的参数的一个或多个传感器的矫形工具。在一个实施例中，脊柱器械3100是一次性装置。例如，在外科手术中使用的脊柱器械3100在手术完成之后将被处理掉。作为安全防范，脊柱器械3100内不可移除的电源可以没有足够用于超过一次手术的电量。防止脊柱器械3100的再次使用的另一种安全防范是允许最终使用者启用该装置，但防止该装置被禁用或关闭。一般情况下，脊柱器械3100的电源在测量过程已经完成而该装置保持开启的情况下将继续放电。在一个实施例中，该内部电源的电压最终将由于电流从该电子产品的漏出而下降，从而引起装置由于低电压状态而关闭。应注意，该启用和禁用过程适用于电子医疗装置，并且更确切地说，适用于一次性医疗装置，如矫形假体部件、测量设备以及电子工具。
[0181]脊柱器械3100包括联接到一个或多个传感器的一电子组件3104。电源3114如电池或电容器可以安装在电子组件3104上。如图所示，电子组件3104可以放置在该装置的主体或手柄部分中。在一个实施例中，电子组件3104被密封在脊柱器械3100的手柄中并且无法移除。指示器3102可以提供关于上电序列或启用状态的视觉的、听觉的或触觉的指示。在一个实施例中，指示器3102可以是发光二极管。电子组件3104还包括磁敏开关3106，以便检测脊柱器械3100何时处在高于阈值的磁场中。磁敏开关3106联接到电子组件3104上的电子电路上以启用和禁用脊柱器械3100。
[0182]支座3108支撑脊柱器械3100以启用脊柱器械3100。典型地，支座3108由最终使用者，如外科医生、医生或卫生保健提供者使用。在该实例中，脊柱器械3100可以在手术室中使用以用于外科手术。支座3108位于其处使用脊柱器械3100的地点邻近。支座3108被形成以支撑、保持并且定位脊柱器械3100。脊柱器械3100可以从支座3108容易地移除。在一个实施例中，脊柱器械3100可以放置在模制腔3112中以定位和启用该装置。支座3108包括腔3112下面的磁体3110。将脊柱器械3100放置在支座3108中使磁敏开关3106暴露在来自磁体3110的磁场中。当放置在腔3112中时，磁体3110所生成的磁场大于磁敏开关3106的阈值，从而导致磁敏开关3106改变状态。例如，如果磁敏开关3106在正常情况下是断开的，那么将脊柱器械3100放置在支座3108中将闭合该开关。相反，将脊柱器械3100从支座3112移除使磁场减小至该阈值以下，这样使得磁敏开关是断开的。磁敏开关3108的断开和闭合的定时生成信号，该信号被电子组件3104的电路接收到，以便启用和禁用脊柱器械3100。在一个实施例中，可以将电源从电子电路物理地断开联接。下面更详细地披露了用于启用医疗装置的电路和过程。
[0183]图27示出根据示例实施例的脊柱器械3200和支座3208。该实例示出另一种类型的医疗装置，该医疗装置可以如图26中所披露的那样通过放置在磁场内来启用和禁用。膝插入物3200是具有用于允许膝关节的接合的至少一个关节表面的假体部件。如图所示，膝插入物3200具有两个关节表面。膝插入物3200可以在手术中或永久地用于膝盖中来提供测量数据。虽然示出的是膝插入物，但下面详细描述的电路和方法可以用于其他多种假肢部件，这些假体部件具有用于测量人体的、并且更确切地说肌肉-骨骼系统，如关节、骨骼、肌腱、韧带以及肌肉的参数的传感器。
[0184]插入物3200包括用于测量肌肉-骨骼系统的参数的一个或多个传感器。在一个实施例中，插入物3200包括联接到关节表面上、用于测量所施加的负载的量值和负载位置的压力传感器。插入物3200包括联接到这些压力传感器上用于接收和发送测量数据的电子组件3204。电子组件3204可以包括印刷电路板、电源、电部件以及ASIC。电子组件3204容纳在插入物3200中。指示器3202提供电子组件3204的启用或禁用状态。它还可以指示膝插入物3200准备测量参数的启动过程。磁敏开关3206位于电子组件3204上以用于检测高于阈值的磁场。该磁场的检测被用于启动膝插入物3200的电子组件3204的启用或禁用。[0185]类似于图26的支座3108，支座3208可以用于启用膝插入物3200。支座3208包括用于膝插入物3200的腔3212。磁体3210在腔3212下面。在一个实施例中，腔3212被成形为配合膝插入物3200，从而将磁敏开关3206对准和邻近磁体3210进行放置。将膝插入物3200放置在支座3208中启动启用过程，在该启用过程中，磁敏开关3206由于磁体3210的磁场而改变状态。在一个实施例中，膝插入物3200在放置在支座3208中持续比预定时间更长的时间后被启用并且不能被禁用。可替代地，膝插入物3200可以以下一种模式来启用，该模式允许通过在预定时间段之前将膝插入物3200从支座3208移除而禁用。膝插入物3200在启用后可以很容易地用手从支座3208移除。下面更详细地描述了用于启用和禁用一种医疗装置的定时序列和电路。
[0186]图28示出根据示例实施例的启用和禁用医疗装置3304的系统3300的方框图。系统3300和操作方法适用于范围广泛的医疗装置，如图26和图27中对应的脊柱器械和假体部件。一般情况下，系统3300具有其中该装置被启用并且可以在使用者选择的时间关闭的第一操作模式。第二操作模式使得该装置被启用并且不能关闭。在此所披露的脊柱器械用作实例来说明邻近启用和禁用方法的优点。
[0187]系统3300包括医疗装置3304和支座3306。医疗装置3304是通过磁场3310来启用和禁用的。在非限制实例中，磁体3308可以生成磁场3310。磁体3308可以放置在支座3306中。支座3306可以被设计成将医疗装置3304的预定区域保持和定位成邻近磁体3308。磁敏开关3318驻留在医疗装置3304的该预定区域中。支座3306中的医疗装置3304将磁敏开关3318暴露给大于阈值的磁场3310。将磁敏开关3318放置在支座中使该开关的状态发生改变。例如，磁敏开关3318在正常情况下可以是断开的。将磁敏开关3318暴露给大于该阈值的磁场使该开关闭合。磁敏开关3318保持闭合，直到该磁场降到该阈值以下。当医疗装置3304从支座3306移除从而引起磁场3310降到该阈值以下时，磁敏开关3318返回至断开状态。
[0188]医疗装置3304包括电源3312、开关3314、电子电路3316、指示器3326、磁敏开关3318、检测电路3320、延迟电路3322以及逻辑电路3324。在如医疗装置3304的脊柱器械的实例中，上面列出的这些部件将被容纳在该脊柱器械内。脊柱器械可以用于外科手术中以便帮助假体部件的安装。支座3306典型地将安放在手术室3302邻近或者在手术室3302中，这将允许外科医生或工作人员启用该器械以用于生成脊柱区的量化测量结果。脊柱器械可以是在外科手术后处理掉的一次使用装置。电源3312具有足够用于一次应用的电源。脊柱器械将在上面所披露的第二模式下操作。在第二模式下操作防止了医疗装置3304的进一步使用，因为内部 电源3312将最终放电从而使电子电路3316不能操作。
[0189]磁敏开关3318是一种在存在磁场的情况下改变状态的装置。磁敏开关3318的非限制性实例是舌簧开关或霍尔效应装置(hall-effect device)。磁敏开关3318在正常情况下可以是断开的。磁敏开关3318联接到检测电路3320。对于正常情况下断开的开关3318(例如，不存在磁场)，检测电路3320将开关3318的断开或闭合状态对应地转换成检测=I或检测=O状态。在一个实施例中，检测电路3320可以是具有通过电阻器联接至地面的输入端的逆变器。处于断开状态(例如，无磁场)的开关3318不会影响检测电路3320的该输入端。在开关3318处于断开状态时，检测电路3320将输出检测=I状态。开关3318在存在磁场3310的情况下从断开状态变为闭合状态。开关3318可以将电压耦合至检测电路3320的输入端。如前面所提到的，检测电路3320包括逆变器。提供给开关3318的输入端的电压将检测电路3320的输出从检测=I状态转变为检测=O状态，以便启动医疗装置3304的启用过程。
[0190]检测电路3320联接到延迟电路3322。当医疗装置3304是在磁场3310存在的情形下时，延迟电路3322生成第一预定时间段的第一延迟Dl和第二预定时间段的第二延迟D2。第二延迟D2长于第一延迟D1。延迟电路3322可以在检测电路3320的输出从检测=I状态变为检测=O状态时被触发。延迟电路3322联接到逻辑电路3324。一般情况下，第一延迟和第二延迟产生三个不同的时间段。第一时间段对应于当检测=O时至第一延迟Dl的时间。第二时间段对应于第一延迟Dl至第二延迟D2的时间。第三时间段对应于第二延迟D2后的时间。[0191]一般情况下，在当检测电路3320从检测=I转变为检测=O状态时启动的第一、第二以及第三时间段期间，医疗装置3304被启用。在一个实施例中，医疗装置3304可以在第一和第二时间段期间被禁用。当医疗装置3304被启用时，开关3314将电源3312联接到电子电路3316。逻辑电路3324向开关3314提供控制信号。在该脊柱器械实例中，电源3312在该器械的内部并且包括一个或多个电池。电池不能被移除、更换或在放电后充电。因此，该电池提供用于一次应用的电力并且脊柱器械在使用后被处理掉。
[0192]延迟电路3322所生成的第一时间段的长度足以确保医疗装置3304不会由于放置在瞬态磁场中而打开。在一个实施例中，第一时间段约为0.5秒。如果磁场3310在第一时间段到时之前降到阈值以下，那么医疗装置3304被禁用。如前面所提到的，在第一时间段期间，电源3312通过开关3314联接到电子电路3312。逻辑电路3324启用开关3314，并且启动用于医疗装置3304的电子电路3312的启动程序。逻辑电路3324启用指示器3326，以便指示医疗装置3304被通电。指示器3326可以提供医疗装置3304通电的视觉的、听觉的或触觉的指示。在一个实施例中，指示器3326是发光二极管，该发光二极管在第一时间段期间发射光。一般情况下，该启动程序可以包括医疗装置3304的上电复位和校准以准备好使用。如果在启动程序期间识别出错误或问题，会通知使用者。在一个实施例中，医疗装置3304在第一时间段期间无法进行测量。磁场3310在第一时间段期间降到阈值以下被检测电路3320检测到，从而生成检测=I状态。该第一时间段期间的检测=I状态引起逻辑电路3324生成控制信号，以便将电源3312从电子电路3316断开联接。因为该第一时间段期间的检测=I状态，启动程序被中断并且医疗装置3304被关闭。指示器3326被逻辑电路3324禁用，从而指示电子电路3316不再通电。在该实例中，发光二极管将不再发光。
[0193]第二时间段对应于延迟电路3322所生成的延迟DI和延迟D2之间的时间，在此期间，检测电路3320仍处于检测=O状态。在一个实施例中，医疗装置3304的上电复位和校准在第一时间段结束 之前完成。在第二时间段期间，可以将医疗装置3304置于允许电源3312在使用者选择的时间从电子电路3316断开联接的第一操作模式下。可以通过在第二时间段期间生成检测=I状态来将医疗装置3304置于第一操作模式下。该检测=I状态可以通过将医疗装置3304从支座3306移除以使得磁场3310在延迟D2结束之前降到阈值以下来生成。延迟Dl与延迟D2之间的时间窗是这样的，即使得该操作状态可以很容易地启动。在一个实施例中，延迟Dl为0.5秒并且延迟D2为3.0秒。从将医疗装置3304从支座3306移除开始到启动第二操作模式的时间窗是2.5秒。检测电路3320检测到磁场3310的变化并且从检测=O状态转变为检测=I状态。当接收到检测=I状态时，逻辑电路3324保持开关3314启用来为电子电路3316供电。指示器3326继续指示电源3312被联接到电子电路3316。在该脊柱器械实例中，制造商可以利用第一操作状态来在装置已经组装完成之后测试和校准该装置。此外，可以对脊柱器械进行灭菌并且当启用时脊柱器械可以在无菌包装中，因为它是邻近启用和禁用的。这对于在装运该装置之前测试或校准该装置可以是有用的。因此，脊柱器械可以在保持该装置处于无菌条件下的同时被启用、操作以及禁用。在第一操作模式下操作的脊柱器械将被禁用，以便保持内部电源中的足够电量用于一次手术。
[0194]然后，可以通过将磁敏开关3318放置在大于阈值的磁场3310中来禁用医疗装置3304。例如，将医疗装置3304在第一操作模式期间放回到支座3306中将禁用该器械。在磁场3310存在的情况下，检测电路从检测=I状态转变为检测=O状态。典型地，医疗装置3304已在第一操作状态下启用了大于延迟D2的一段时间。当接收到检测=O状态时，逻辑电路3324禁用开关3314。开关3314通过逻辑电路3324被禁用，从而将电源3312从电子电路3316断开联接。在开关3314将电源断开联接之前，医疗装置3304可以经受一种序列式关闭。指示器3326指示电源3312断开联接并且医疗装置3304关闭。将电源3312从电子电路3316断开联接可以减少可能使电源3312放电的泄漏电流，从而提高产品的贮藏寿命。
[0195]第三时间段对应于大于延迟D2的时间段。在一个实施例中，第二操作模式发生在检测电路3320已经持续长于延迟D2的一段时间保持检测=O状态之时。例如，医疗装置3304已被放置在支座3306中持续大于3秒(D2 = 3秒)的时间段。在第二操作模式下，医疗装置3304被启用并且无法被禁用。典型地，第二操作模式对应于使用医疗装置3304的最终使用者。在该脊柱器械实例中，外科医生已经将该装置从无菌包装中取出，并且正在启用该装置以用于外科手术，如脊柱笼安装。在第二操作模式下，医疗装置3304保持启用并且无法将电源3312从电子电路3316断开联接。在进入第二操作模式之后，磁敏开关3318的状态的随后改变被忽略。因此，手术室内的杂散磁场不会影响脊柱器械，即使它们产生了磁敏开关3318的状态变化。逻辑电路3324保持开关3314启用，从而保持电源3312联接到电子电路3316。在一个实施例中，在第一和第二时间段中指示功率正在被供给至电子电路3316的指示器3326在第三时间段中熄灭。由指示器3326提供的这个指示序列指示医疗装置被启用并且无法再关闭。可以使用医疗装置3304，直到电源3312不能再为电子电路3316充分供电时为止。在该脊柱器械实例中，医疗装置3304用于一次应用并且在手术之后被处理掉。使开关3314 保持启用将继续消耗电源3312，因为使用者无法关闭处于第二操作模式的该装置。此外，逻辑电路3324包括用于监测电源3312的电压的电路。逻辑电路3324检测何时出现低电压状态，并且启动医疗装置3304的关闭，从而使该装置不工作。在低电压状态下医疗装置3304的关闭防止了可能生成错误结果之前的进一步使用。
[0196]图29示出根据一个示例实施例的医疗装置启用电路的状态图3400。一般情况下，该启用电路将内部电源联接到电子电路上来启动该医疗装置的操作。在第一操作模式下，当检测到信号时医疗装置被启用。在该第一模式期间，医疗装置可以被禁用。第一操作模式支持使用内部电源对医疗装置进行测试或校准。在第一操作模式期间，医疗装置可以被关闭。在一个实施例中，当医疗装置被关闭时，电源被从电子电路断开联接。将电源从电子电路断开联接使贮藏寿命最大化并且防止放电。
[0197]在第二操作模式下，在启用后，无法将电源从医疗装置的电子电路断开联接。第二模式支持医疗装置的一次使用。更确切地说，电源仅可以提供足够用于一次使用、手术或操作的电量。超出其指定生命周期的医疗装置的后续使用可能会在测量过程完成之前由于低电压(例如，电量不足)而失败。可以一种防止更换或充电的方式将电源密封在医疗装置中。在第二操作模式中，电源保持联接到电子电路上，因而电源在使用后继续放电。电源最终放电至检测到使装置关闭的欠压状况从而使其无法使用的程度。在该实例中，医疗装置可以在符合卫生要求并且永久地防止再次使用的一个过程(例如，销毁医疗装置)中进行处理。
[0198]状态图3400示出四种状态，在这些状态中，开关可以将电源与医疗装置中的电子电路联接或从其断开联接。可以使用发光二极管来用作该医疗装置的状态的指示器。第一状态3402包括这样一种状态:其中开关被禁用，这样使得医疗装置的电源被从医疗装置的电子电路断开联接。在该第一状态3402下，医疗装置处于关闭。在该实例中，医疗装置具有磁敏开关。该磁敏开关是用来检测磁场的存在。磁敏开关联接到生成检测状态的检测电路。在一个实施例中，磁敏开关在正常情况下是断开的。这对应于在不存在磁场的情况下该检测电路生成检测=I状态。该检测=I状态禁用将电源联接到电子电路上的开关。相反，当磁敏开关在存在高于阈值的磁场的情况下闭合时，检测电路生成检测=O状态。该检测=O状态启用将电源联接到电子电路上的开关。发光二极管在第一状态3402下是关闭的，从而指示医疗装置未被启用。如状态图3400的转变3404所示，当没有磁场存在或者磁场低于该阈值时，医疗装置保持处于第一状态3402。因此，只要没有检测到磁场，电源就保持与电子电路断开联接并且医疗装置保持关闭。
[0199]当磁敏开关在高于阈值的磁场中时，转变3408发生。磁敏开关通过磁场而闭合。在状态图3400中，当磁敏开关在存在大于阈值的磁场的情况下时，转变3408转变为第二状态3406。检测电路通过生成检测=O状态来对闭合的磁敏开关作出响应。该检测=O状态启用将电源联接到电子电路上的开关。医疗装置的电子电路在第二状态3406下被启用。发光二极管导通并因此发光，以指示医疗装置被启用。在一个实施例中，第二状态3406启动上电复位(POR)以便将电子电路置于一种或多种预定条件下。在一个实施例中，医疗装置在上电复位期间无法操作。
[0200]如果联接到磁敏开关的磁场在第一预定时间段之前降到阈值以下，那么转变3410发生。转变3410使医疗装置从第二状态3406转变为第一状态3402。因此，医疗装置从启用状态变成禁用状态。磁敏开关从闭合变成断开，从而引起转变3410。检测电路从检测=O状态转变为检测=I状态，从而禁用开关。如在第一状态3402中所披露的那样，电源被从电子电路断开联接。 在第一状态3402下，发光二极管也被关闭。在该实例中，第一预定时间段约为0.5秒。第一预定时间段防止由于瞬态磁场而无意中将装置启用到工作状态。
[0201]如果磁敏开关持续比第一预定时间段更长的时间段保持在高于阈值的磁场中，那么转变3414发生。转变3414使医疗装置从第二状态3406转变为第三状态3412。在第三状态3412中，电源保持联接到电子电路。发光二极管保持导通，从而指示医疗装置被启用。在该实例中，上电复位在第三状态3412之前完成并且可以使医疗装置成为工作的。
[0202]一般情况下，第三状态3412发生在大于第一预定时间段但小于第二预定时间段的时间段期间。第三状态3412允许医疗装置被启用，并且然后在使用者选择的时间被禁用。在一个实施例中，医疗装置通过在第二预定时间段结束之前将磁敏开关从磁场移除而保持启用。当磁场降到阈值以下时，转变3416发生。磁敏开关由于磁场的变化而从闭合转变为断开。如状态图3400中所示，在第三状态3412下，转变3416循环回到自身。转变3416允许医疗装置停留在第三状态3412，从而保持开关启用，以保持电源联接到电子电路上。检测电路检测到磁敏开关的变化，并且输出检测=I状态。发光二极管也保持导通，以便指示医疗装置被启用并且正在由内部电源供电。在该实例中，第二预定时间段约为3秒。第二预定时间段提供了用于诸如移动医疗装置远离磁场之类的物理动作发生的足够时间。
[0203]在第三状态3412下，医疗装置可以通过将磁敏开关暴露在大于阈值的磁场中而被禁用。当暴露在该磁场中时，磁敏开关闭合。检测电路检测到磁敏开关的变化，并且输出检测=O状态。当检测电路变化为检测=O时，转变3418从第三状态3412转变为第一状态3402。在第一状态3402中，电源从电子电路断开联接。从电子电路撤去电源禁用了医疗装置。在第一状态3402下，发光二极管被关闭。
[0204]如果磁敏开关持续比第二预定时间段更长的时间段保持在大于阈值的磁场中，那么转变3422发生。在该实例中，磁敏开关保持在磁场内持续大于3秒的一段时间。转变3422启动从第三状态3412到第四状态3420的转变。磁敏开关在从第一状态3402到第二状态3406、从第二状态3406到第三状态3412以及从第三状态3412到第四态3420的转变中一直保持处于闭合位置。类似地，在这多次转变期间，检测电路保持检测=O状态。在第四状态3420下，开关保持启用，从而将电源联接到医疗装置的电子电路。在转变到第四状态3420之后，磁敏开关的状态被忽略。因此，电源无法再从电子电路断开联接。在第四状态3420下，发光二极管被关闭。如在此所披露的，在第二状态3406和第三状态3412下，发光二极管发光。在第四状态3420下关闭发光二极管指示电子电路将保持通电，并且医疗装置无法像它在第三状态3412下那样可以被关闭。在使用医疗装置时，可以监测电源电压。随着时间的推移，电源将放电，从而启动转变3424。当检测到电源的低电压时，转变3424发生。转变3424从第四状态3420转变为第一状态3402。开关在第一状态3402下被禁用，从而将电源从医疗装置的电子电路断开联接。如前面所提到的，磁敏开关的状态的后续变化被忽略，这样使得医疗装置保持处于第一状态3402。
[0205]下面披露了一种启用医疗装置的方法。该方法的步骤可以任何顺序来执行。使用了一种包括具有用于测量参数、位置以及轨迹的有源电路的脊柱器械的非限制实例来说明启用过程。该方法适用于具有可以储存持续一个延长的时间段的内部电源的医疗装置。该电源在储存期间被断开联 接以使电池寿命最大化，并且消除可能使该电源放电的漏电路径。在一个实施例中，电源无法被更换或者再充电。该医疗装置可以是一次性装置，该一次性装置可以用于一次应用或者用到直到电源不能再支持装置操作为止。可以将该医疗装置灭菌并放置在无菌包装中。该医疗装置可以在该灭菌包装中时使用所披露的过程来启用，从而允许与装置互动而不影响装置的无菌性。在该实例中，该医疗装置在手术室中在手术中使用，以便支持外科手术并且提供关于肌肉-骨骼系统的量化测量结果。
[0206]在第一步骤中，医疗装置检测到高于阈值的磁场。在一个实施例中，医疗装置被放置在具有磁体的支座中。该支座可以将医疗装置对准或定向成邻近该磁体。磁体所生成的磁场超过该阈值以用于启用医疗装置。例如，支座可以容纳测量装置，如其中具有测量设备的肌肉骨骼器械或假体部件。在第二步骤中，将电源联接到医疗装置的电子电路上。在该实例中，所检测到的磁场启用医疗装置中的将电源联接到电子电路上的开关。因此，电子电路通过电源被启用。在第三步骤中，向电子电路供电启动上电复位过程。该上电复位可以初始化电子电路的内部状态来为使用作准备。还可以执行校准，以确保医疗装置达到性能目标。例如，可以启动脊柱器械以用于执行脊柱手术的工作流程，并且可以进行校准，以便确保量化测量结果如负载、负载位置、三维空间中的位置以及器械轨迹的准确度。在第四步骤中，当磁场在第一时间段之前降到阈值以下时，电源从电子电路断开联接。因此，将医疗装置在该第一时间段内从磁场移除允许医疗装置关闭。
[0207]在第五步骤中，可以提供电源何时被联接到电子电路上的指示。例如，可以使用视觉的、音频的或触觉的手段来向使用者显示医疗装置的启用状态。在一个实施例中，医疗装置上的发光二极管可以用作指示器。当电源在第二步骤中联接到医疗装置的电子电路上时，该发光二极管可以从关断状态变为导通状态，从而指示医疗装置正在通电。
[0208]在第六步骤中，医疗装置在高于阈值的磁场中持续比第一时间段更长的时间。在第七步骤中，上电复位在第一时间段到时之前完成。医疗装置在上电复位期间可以是不工作的。
[0209]医疗装置可以通过内部电源启用和供电持续一个延长的时间段，并且然后在使用者选择的时间被禁用。在第一时间段之后但在第二时间段到时之前的时间段期间，选择其中医疗装置可以被启用和禁用的操作模式。在第八步骤中，检测到磁场在第一时间段之后但小于该第二时间段时降到阈值以下。在一个实例中，可以将医疗装置从生成磁场的磁体邻近移除，从而使磁场减小到阈值以下。如上面所披露的，示例第一时间段约为0.5秒，并且第二时间段约为3秒。因此，使用者将有2.5秒将医疗装置从磁场移除。在第九步骤中，保持对于电源联接到医疗装置的电子电路上的指示。在该实例中，当电源联接到电子电路上时，发光二极管一直发光，以指示医疗装置被启用。当将医疗装置在第一时间段之后但在第二时间段到时之前从磁场移除时，发光二极管继续发光。上电复位已经完成，并且医疗装置是可操作的直到它被禁用。在第十步骤中，对医疗装置执行一个或多个测试。如上面所披露的，启用该装置可以用于在使用内部电源的情况下在组装后测试或校准该装置。
[0210]如前面所提到的，如果将医疗装置在第一时间段之后但在第二时间段到时之前从磁场移除，那么医疗装置被启用并且是可操作的。在第十一步骤中，在第二时间段到时之后检测到高于阈值的磁场。在该实例中，医疗装置被启用并且是可操作的。检测到该高于阈值的磁场禁用医疗装置。在第十二步骤中，将电源从电子电路断开联接。将电源断开联接禁用医疗装置并且使得可以使电池放电的漏电路径最小化。在第十三步骤中，指示电源从电子电路断开联接。 在该实例中，发光二极管从发光变为关闭，从而指示电源已经断开联接并且医疗装置被禁用。
[0211]可以启用医疗装置以使得无法将电源从电子电路断开联接。这可以用于一次性器械或具有有限寿命的装置。在一个实施例中，医疗装置具有能够用于一次手术的电源。内部电源无法更换或充电。将医疗装置保持在磁场中会启用其中无法将电源从电子电路断开联接的操作模式。在第十四步骤中，检测到磁场持续大于第二时间段的一个时间段高于阈值。在该实例中，医疗装置将被保持邻近磁场持续大于3秒。在第十五步骤中，禁用对磁场的检测。在一个实施例中，高于和低于阈值的磁场变化都被忽略。电源保持联接到电子电路上。医疗装置被启用，直到电源不能再支持操作。此外，医疗装置能够不再受高于和低于阈值的磁场变化的影响。在第十六步骤中，提供对于电源保持联接到电子电路上的指示。当医疗装置保持在磁场中持续长于第二时间段的时间时，发光二极管可以从发光变为关闭，从而指示无法再将电源从电子电路断开联接。
[0212]随着时间的推移，电源将最终放电，由于医疗装置的操作或者由于漏电。在第十七步骤，检测到欠压状况。当电源的电压降到预定电压以下时，医疗装置可能不会像要求的那样操作。在第十八步骤中，当检测到欠压状况时，关闭医疗装置。关闭医疗装置防止执行器械的进一步测量或操作。电源可以继续放电从而进一步降低电压。可替代地，可以将电源从电子电路断开联接。医疗装置是不可操作的，并且可能无法再使用。在第十九步骤中，将医疗装置处理掉。医疗装置在使用后可以作为危险物质处理掉或销毁，以防止进一步使用。[0213]虽然已经参考具体实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将认识到，可对其做出许多改变 而不偏离本发明的本发明的精神和范围。这些实施例中的每个及其明显变化被认为属于本发明的精神和范围。
【权利要求】
1.用于启用具有内部电源的医疗装置的系统，包括: 具有磁敏开关的医疗装置；以及 具有磁体的支座，其中该医疗装置配置成在第一模式下从电子电路断开电源，以及其中该医疗装置配置成在第二模式下维持到该电子电路的电力。
2.如权利要求1所述的系统，进一步包括: 联接到该磁敏开关的检测电路； 联接到该检测电路的延迟电路； 联接到该延迟电路的逻辑电路；以及 将该电源联接到该电子电路的开关，其中该开关具有联接到该逻辑电路的控制终端。
3.如权利要求2所述的系统，其中，该磁敏开关在存在高于阈值的磁场时改变状态，其中该检测电路检测该磁敏开关的状态的改变，以及其中该延迟电路评定该磁敏开关在第一时间段和第二时间段的状态。
4.如权利要求3所述的系统,其中该支座中的该磁体生成大于该阈值的磁场。
5.如权利要求3或权利要求4所述的系统，其中，当该磁场在该第一时间段之前降到该阈值以下时，该检测电路、该延迟电路以及该逻辑电路作出响应以将该电源从该电子电路断开联接。
6.如权利要求2至5中任一项所述的系统,其中，当该磁场在大于该第一时间段但小于该第二时间段的时间段中降到该阈值以下时，该检测电路、该延迟电路以及该逻辑电路作出响应以维持该电源联接到该电子电路。
7.如权利要求2至6中任一项所述的系统，其中，当该磁场在该第二时间段之后高于该阈值时，该检测电路、该延迟电路以及该逻辑电路作出响应以将该电源从该电子电路断开联接。
8.如权利要求2至7中任一项所述的系统，其中，在该第二时间段之后，该检测电路、该延迟电路以及该逻辑电路作出响应以保持该电源的联接，由此该磁敏开关的状态的改变不产生变化。
9.如权利要求1至9中任一项所述的系统，其中，该磁敏开关是磁簧开关或霍尔效应装置。
10.启用参数测量的具有内部电源的一次性医疗装置的方法，包括: 将该医疗装置放置为邻近于高于阈值的磁场； 将电源联接到该医疗装置的电子电路； 将该医疗装置保持在该磁场内预定的时间段； 指示该医疗装置被启用且不能将该电源从该电子电路断开联接；以及 忽略磁场的进一步变化。
11.如权利要求10所述的方法，进一步包括以下步骤: 检测欠压状况； 当检测到该欠压状况时关闭该医疗装置；以及 处理该医疗装置。
12.启用医疗装置的方法，包括以下步骤: 检测高于阈值的磁场；将电源联接到该医疗装置的电子电路； 启动该电子电路的上电复位；以及 当该磁场在第一时间段之前降到该阈值以下时，将该电源从该电子电路断开联接。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包括指示该电源联接到该电子电路的步骤。
14.如权利要求12或权利要求13所述的方法，进一步包括以下步骤: 检测该磁场在大于该第一时间段的时间段高于该阈值；以及 在该第一时间段之前完成该上电复位。
15.如权利要求12至14中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤: 检测该磁场在该第一时间段之后但在小于第二时间段的期间降到该阈值以下；以及 维持该电源联接到该电子电路的指示。
16.如权利要求12至15中任一项所述的方法，进一步包括对该医疗装置执行一个或多个测试的步骤。
17.如权利要求12至16中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤: 在大于该第二时间段的时间检测高于该阈值的磁场； 将该电源从该电子电路断开联接；以及 指示该电源被从该电子电路断开联接。
18.如权利要求12至14中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤: 检测该磁场在大于该第二时间段的时间段高于该阈值； 中止磁场检测，其中该电源保持联接到该电子电路；以及 指示该电源保持联接到该电子电路。
19.如权利要求12至18中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤: 检测欠压状况；以及 当检测到该欠压状况时关闭该医疗装置。
20.如权利要求12至19中任一项所述的方法，进一步包括处理该医疗装置的步骤。
21.肌肉-骨骼系统的插入测量系统，包括: 测量器械，其包括: 轴，其包含近端和远端； 连接到该轴的近端的手柄； 用于插入到该肌肉-骨骼系统中的连接联接到该轴的远端的感测头；以及 可操作地联接到该感测头、邻近于该手柄定位的电子电路。
22.如权利要求21所述的系统，其中，该感测头包括测量施加到该感测头上的力、压力或负载的传感器。
23.如权利要求21或权利要求22所述的系统，其中，该感测头包括: 具有外表面的第一支撑结构； 具有外表面的第二支撑结构；以及 联接到该第一支撑结构和该第二支撑结构的多个负载传感器。
24.如权利要求23所述的系统，其中，该第一支撑结构和该第二支撑结构的外表面是凸的。
25.如权利要求23或权利要求24所述的系统，其中，该多个负载传感器是压阻传感器。
26.如权利要求23至25中任一项所述的系统，其中，负载板联接到该多个负载传感器。
27.如权利要求23至26中任一项所述的系统，进一步包括互连件，该互连件将该电子电路联接到该多个负载传感器，其中该互连件联接穿过该轴中的纵长通道。
28.如权利要求21至27中任一项所述的系统，其中，该电子电路被容纳在该手柄中。
29.如权利要求21至28中任一项所述的系统，进一步包括: 插入器械，其包括: 轴； 联接到该轴的远端的尖端； 联接到该轴的近端的附接/释放机构；以及 电子电路。
30.如权利要求29所述的系统，进一步包括具有显示器的远程系统，该显示器接收来自该测量器械或该插入器械的数据。
31.用于手术室的脊柱测量系统，包括: 多个脊柱器械，其中每个脊柱器械具有测量负载的感测头以及将该感测头引导到脊柱区中的手柄，并且其中 该多个脊柱器械的该感测头的高度和长度不同；以及 具有显示器的远程系统，该显示器接收来自该多个脊柱器械中的至少一个的数据。
32.如权利要求31所述的系统，进一步包括具有用于测量定位和位置的至少一个加速度计的插入器械。
33.如权利要求31或权利要求32所述的系统，其中，该多个脊柱器械测量施加到该感测头的负载的位置。
34.如权利要求31至33中任一项所述的系统，其中，该多个脊柱器械中的每一个包括: 轴； 联接到该轴的近端上的该手柄； 联接到该轴的远端的该感测头； 位于该手柄中、可操作地联接到该感测头的电子电路； 将该电子电路联接到该感测头的互连件，其中该互连件联接穿过该轴中的纵长通道。
35.如权利要求32至33中任一项所述的系统，其中，该插入器械包括: 轴； 联接到该轴的远端的尖端； 联接到该轴的近端的附接/释放机构； 联接到该轴的手柄； 该至少一个传感器；以及 测量位置和定位的电子电路。
36.如权利要求34或权利要求35所述的系统，其中，该电子电路包括电源。
37.为手术室提供脊柱器械的方法，包括以下步骤: 提供多个脊柱器械，每个脊柱器械在单独的灭菌包装内，其中该多个脊柱器械各具有不同的感测头高度或长度； 选择该多个脊柱器械中的至少一个以撑开脊柱区并测量该脊柱区的参数；以及将选择的脊柱器械从灭菌包装中移出；以及 启用该选择的脊柱器械以测量参数。
38.如权利要求37所述的方法，进一步包括以下步骤: 在手术后处理掉所使用的脊柱器械；以及 更换在该手术后被处理掉的脊柱器械。
39.如权利要求37或权利要求38所述的方法，进一步包括将该所选择的脊柱器械联接到该手术室内的远程系统以呈现量化测量数据的步骤。
40.如权利要求37至39中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤: 用具有预定高度的无源脊柱器械撑开该脊柱区； 移出该无源脊柱器械； 插入该所选择的脊柱器械，其中该所选择的脊柱器械具有该预定高度；以及 测量该脊柱区的参数。
41.用于脊柱区的插入测量系统，包括: 脊柱器械，其包括: 轴； 联接到该轴的近端的手柄； 联接到该轴的远端的可移除感测头；以及 可操作地联接到该可移除感测头的可移除电子组件。
42.如权利要求41所述的系统，进一步包括联接到该轴的远端的多个可移除感测头，其中该多个感测头中的每一个具有不同的高度以撑开该脊柱区。
43.如权利要求41或权利要求42所述的系统，其中，该轴的远端和该感测头的近端包括将该感测头物理地附接到该轴的远端的联接，其中该轴的远端具有电接口，以及其中该感测头的近端具有对应于该轴的远端上的该电接口的电接口。
44.如权利要求43所述的系统，进一步包括联接到该轴的远端处的该电接口的互连件，其中该互连件联接穿过该轴中的纵长通道，以及其中该互连件联接到该手柄中的电接□。
45.如权利要求41至44中任一项所述的系统，进一步包括容纳该电子组件的模块，其中该模块包括联接到该电子组件的电接口。
46.如权利要求45所述的系统，其中，该模块装备在该手柄中的腔内。
47.如权利要求41至46中任一项所述的系统，其中，该感测头和该模块是一次性的。
48.如权利要求41至47中任一项所述的系统，其中，该感测头包括: 具有外表面的第一支撑结构； 具有外表面的第二支撑结构；以及 联接到该感测头的近端上的该接口的多个负载传感器。
49.如权利要求41至48中任一项所述的系统，进一步包括将假体部件放置在该脊柱区中的插入器械，其中该插入器械包括电子组件，该电子组件测量该假体部件或该插入器械的取向、旋转、角度或位置中的一个。
50.如权利要求49所述的系统，进一步包括具有显示器的远程系统，该显示器接收来自该脊柱器械或该插入器械的数据。
51.测量系统，包括: 具有手柄和轴的脊柱器械； 联接到该轴的远端的多个可移除感测头，其中每个可移除感测头具有不同高度，以及其中每个可移除感测头包括多个负载传感器；以及 提供来自该多个负载传感器的量化数据的电子组件。
52.如权利要求51所述的系统，进一步包括与该脊柱器械的该电子组件进行通信的远程系统，其中该远程系统包括显示器。
53.如权利要求51或权利要求52所述的系统，进一步包括将假体部件放置在该脊柱区中的插入器械，其中该插入器械包括电子组件，该电子组件测量该假体部件或该插入器械的取向、旋转、角度或位置中的一个。
54.如权利要求51至53中任一项所述的系统，其中，该电子组件被容纳在模块中，其中该模块包括电接口，其中该模块装配在该脊柱器械的该手柄的腔中，并且其中该手柄的该腔包括电接口。
55.如权利要求51至54中任一项所述的系统，进一步包括联接到该轴的远端的该电接口的互连件，其中该互连件联接穿过该轴中的纵长通道以联接到该手柄中的该电接口。
56. 如权利要求51至55中任一项所述的系统，其中，该轴的远端和该感测头的近端包括将该感测头物理地附接到该轴的远端的联接，其中该轴的远端具有电接口，并且其中该感测头的近端具有对应于该轴的远端上的该电接口的电接口。
57.测量脊柱区的方法，包括以下步骤: 选择各具有不同高度的多个可移除感测头中的一个； 将第一可移除感测头联接到脊柱器械的轴的远端；以及 将具有电子组件的模块联接到该脊柱器械，其中该电子组件可操作地联接到该第一感测头的传感器。
58.如权利要求57所述的方法，进一步包括以下步骤: 将该第一可移除感测头从该脊柱器械的该轴的远端移除； 选择剩余的具有不同高度的多个感测头中的一个；以及 将第二可移除感测头联接到该测量器械的该轴的远端。
59.如权利要求57或权利要求58所述的方法，进一步包括启用该脊柱器械的步骤，其中该模块内的电源联接到提供该脊柱区的量化测量的电子组件。
60.如权利要求57至59中任一项所述的方法，进一步包括将该模块放置在该脊柱器械的手柄的腔中的步骤。
61.肌肉-骨骼系统的脊柱测量系统，包括: 包括电子组件的插入器械，该插入器械配置成支持将假体部件放置在脊柱区中，其中该电子组件包括对准电路，该对准电路配置成提供关于该插入器械的定位和位置的量化数据；以及 具有显示器的远程系统，该显示器配置成接收并显示来自该插入器械的该量化数据。
62.如权利要求61所述的系统，进一步包括脊柱器械，该脊柱器械具有测量该脊柱区所施加的负载的至少一个负载传感器。
63.如权利要求61或权利要求62所述的系统，其中，该对准电路包括至少一个加速度计。
64.如权利要求61至63中任一项所述的系统，其中，该假体部件联接到该插入器械，以及其中关于该插入器械的定位和位置的量化数据对应于该假体部件的定位和位置。
65.如权利要求61至64中任一项所述的系统,其中，该插入器械包括: 轴； 联接到该轴的远端的尖端，该尖端用于固持和释放假体部件； 联接到该轴的近端的附接/释放机构； 联接到该轴的手柄；以及 该电子组件。
66.如权利要求65所述的系统，其中，该电子组件容纳在该手柄中。
67.如权利要求65或权利要求66所述的系统，其中，该电子组件包括通信电路，该通信电路无线地联接到提供该插入器械的定位和位置的实时可视化的远程系统。
68.如权利要求65至67中任一项所述的系统,其中，该插入器械的该尖端能够固持和释放脊柱笼。
69.如权利要求61至68中任一项所述的系统，其中，相对于该脊柱器械的先前轨迹显示该插入器械的轨迹。
70.如权利要求67所述的系统，其中，该脊柱器械包括: 轴； 联接到该轴的近端的手柄； 配置为插入到该脊柱区中的、联接到该轴的远端的感测头；以及 可操作地联接到该感测头、邻近于该手柄定位的电子电路。
71.如权利要求70所述的系统，其中，该脊柱器械的该感测头包括测量负载和负载位置的多个负载传感器。
72.将假体部件放置在脊柱区中的插入器械，包括: 轴； 固持和释放假体部件的、联接到该轴的远端的尖端； 联接到该轴的近端的附接/释放机构； 联接到该轴、邻近于该轴的近端的手柄；以及 电子组件，其中该电子组件包括提供关于该插入器械的定位和位置的量化数据的至少一个加速度计。
73.如权利要求72所述的插入器械，其中，该电子组件容纳在该手柄中。
74.如权利要求72或权利要求73所述的插入器械，其中，该电子组件包括通信电路，该通信电路无线地联接到提供该插入器械的定位和位置的实时可视化的远程系统。
75.如权利要求72至74中任一项所述的插入器械，其中，该插入器械的该尖端能够固持和释放脊柱笼。
76.将假体部件插入脊柱区中的方法，包括以下步骤: 撑开该脊柱区； 将联接到该插入器械的该假体部件引导至该脊柱区； 测量该假体部件的取向、旋转、角度或位置中的至少一个；以及传送该假体部件的取向、旋转、角度或位置中的至少一个的数据。
77.如权利要求76所述的方法，进一步包括以下步骤:将所传送的数据显示在使该假体部件到该脊柱区的轨迹可视化的远程系统上。
78.如权利要求76或权利要求77所述的方法，进一步包括以下步骤:将该假体部件的该轨迹与该远程系统上的先前轨迹进行比较。
79.如权利要求76至78中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤: 将该假体部件插入该脊柱区中； 释放该假体部件；以及 将该插入器械从该脊柱区移除。
80.如权利要求76至79中任一项所述的方法，进一步包括将该插入器械处理掉的步骤。
81.肌肉-骨骼系统的矫形测量装置，包括: 第一壳体部件； 第二壳体部件，其联接到该第一壳体部件，形成该装置的手柄、轴以及感测头；以及 至少一个传感器，其联接到该感测头，配置为测量该肌肉-骨骼系统的参数。
82.如权利要求81所述的测量工具，进一步包括: 该第一壳体部件中的腔； 该腔中的电子组件；以及 联接到该电子组件的电源。
83.如权利要求82所述的测量工具，其中，一个或多个固持特征将该电子组件固持在该腔中。
84.如权利要求82或权利要求83所述的测量工具，其中，该测量工具的手柄容纳该电子组件和该电源。
85.如权利要求81至84中任一项所述的测量工具，其中，该第一壳体部件和该第二壳体部件包含聚碳酸酯。
86.如权利要求81至85中任一项所述的测量工具，进一步包括: 该轴中的从该手柄到该感测头的至少一个通道；以及 该轴的该通道中的将该至少一个传感器联接到该电子组件的柔性互连件。
87.如权利要求86所述的测量工具，其中，该电子组件包括: 印刷电路板； 安装在该印刷电路板上的电子电路； 安装到该印刷电路板的一个或多个电池，其中该一个或多个电池联接到该电子电路；以及 联接到该电子电路的一个或多个连接器，其中该柔性互连件联接到该一个或多个连接器。
88.如权利要求81至87中任一项所述的测量工具，其中，该第一壳体部件和该第二壳体部件各包括联接在一起的相应的配合表面。
89.如权利要求88所述的测量工具，其中，该第一壳体部件和该第二壳体部件的配合表面包括粘合剂通道。
90.如权利要求88或权利要求89所述的测量工具，其中，弹性粘合剂联接对应于该感测头的该第一壳体部件和该第二壳体部件的配合表面。
91.如权利要求81至90中任一项所述的测量工具，其中，该感测头包括: 第一支撑结构； 第二支撑结构；以及 联接到该第一支撑结构和该第二支撑结构、测量负载和负载位置的该至少一个传感器。
92.如权利要求91所述的测量工具，其中，该感测头进一步包括: 联接到该至少一个传感器的固持结构；以及 联接到该至少一个传感器的柔性互连件。
93.测量脊柱区中的负载的脊柱器械，包括: 第一壳体部件； 第二壳体部件，其联接到该第一壳体部件，形成具有手柄、轴以及感测头的壳体，其中该第一壳体部件包括 该感测头的第一支撑结构，以及其中该第二壳体部件包括该感测头的第二支撑结构；以及 多个传感器，其联接到该感测头的该第一支撑结构和该第二支撑结构以测量负载。
94.如权利要求93所述的器械，其中，该第一壳体部件和该第二壳体部件是由聚碳酸酯模制的。
95.如权利要求93或权利要求94所述的器械，进一步包括: 该手柄中的电子组件；以及 该轴的通道中的柔性互连件，其中该柔性互连件将该电子组件联接到该多个传感器。
96.如权利要求93至95中任一项所述的器械,其中，该第一壳体部件和该第二壳体部件各包括联接在一起的相应的配合表面。
97.如权利要求93至96中任一项所述的器械，其中，该第一壳体部件和该第二壳体部件的配合表面包括粘合剂通道。
98.如权利要求93至97中任一项所述的器械，其中，弹性粘合剂联接对应于该第一支撑结构和该第二支撑结构的配合表面，以允许该感测头压缩。
99.如权利要求98所述的器械，其中，非弹性粘合剂联接剩余的配合表面。
100.粘接参数测量工具的方法，该参数测量工具包括具有配合表面的第一壳体部件和具有相应配合表面的第二壳体部件，该方法包括以下步骤: 用第一粘合剂将该第一壳体部件和该第二壳体部件的配合表面的一部分附接起来；以及 用第二粘合剂将该第一壳体部件和该第二壳体部件的配合表面的剩余部分附接起来，其中该第二粘合剂是弹性的并且允许该第一壳体部件和该第二壳体部件的一部分压缩其中的测量该参数的传感器。
101.测量肌肉-骨骼系统的参数的测量工具，包括: 感测头，该感测头包括: 第一支撑结构； 第二支撑结构；联接到该第一支撑结构的内表面的互连件；以及 联接到该互连件和该第二支撑结构的内表面的多个传感器。
102.如权利要求101所述的工具，进一步包括该第一支撑结构与该第二支撑结构的外围配合表面之间的间隙，用于允许该感测头的压缩。
103.如权利要求102所述的工具，其中，该外围配合表面之间的该间隙填充有将该第一支撑结构联接到该第二支撑结构的弹性粘合剂。
104.如权利要求101至103中任一项所述的工具，其中，该第一支撑结构包括对准和定位该互连件的侧壁。
105.如权利要求101至104中任一项所述的工具，进一步包括叠置在该互连件上的传感器引导件，其中该第一支撑结构的该侧壁将该传感器引导件对准并定位至该互连件。
106.如权利要求105所述的工具，其中，该传感器引导件包括暴露该互连件的多个开□。
107.如权利要求101至106中任一项所述的工具，进一步包括联接在该多个传感器与该第二支撑结构的该内表面之间的负载板。
108.如权利要求101至107中任一项所述的工具，其中，该第一支撑结构和该第二支撑结构的外表面是凸的。
109.如权利要求101至108中任一项所述的工具，其中，该工具包括可操作地联接到该多个传感器的电子组件。
110.如权利要求101至109中任一项所述的工具，进一步包括: 手柄，其在近端处具有凸缘；以及 轴，其具有联接到该手柄的远端的近端和联接到该感测头的近端的远端，其中该电子组件被容纳在该手柄中，其中该互连件将该电子组件联接到该多个传感器，以及其中该互连件联接穿过该轴的纵长通道。
111.测量肌肉-骨骼系统的参数的测量工具，包括: 感测头，该感测头包括: 具有外围表面的第一支撑结构； 具有外围表面的第二支撑结构；以及 联接在该第一支撑结构与该第二支撑结构的内表面之间的多个传感器，其中该第一支撑结构和该第二支撑结构的外围表面联接在一起，以及其中间隙使该外围表面分隔开，允许该感测头的压缩。
112.如权利要求111所述的测量工具，进一步包括联接到该第一支撑结构和该第二支撑结构的外围表面的弹性粘合剂。
113.如权利要求111或权利要求112所述的测量工具，其中，该感测头测量负载量和负载位置。
114.如权利要求111至113中任一项所述的测量工具，其中，该多个传感器是聚合物传感器。
115.如权利要求111至114中任一项所述的测量工具，进一步包括: 电子组件； 可操作地联接到该多个传感器的互连件；加速度计，其联接到该电子组件，测量该感测头的取向、旋转、角度、以及位置中的一个。
116.如权利要求115所述的测量工具，进一步包括叠置在该互连件的一部分上的传感器引导件，其中该第一支撑结构包括侧壁以对准和定位该传感器引导件，以及其中该传感器引导件包括接收该多个传感器的多个开口。
117.如权利要求111至116中任一项所述的测量工具，进一步包括联接在该多个传感器与该第二支撑结构的内表面之间的负载板。
118.如权利要求111至117中任一项所述的测量工具，进一步包括: 手柄，其在近端上具有凸缘；以及 轴，其具有联接到该手柄的远端的近端和联接到该感测头的近端的远端，其中该电子组件容纳在该手柄中，其中该互连件将该电子组件联接到该多个传感器，以及其中该互连件联接穿过该轴的纵长通道。
119.如权利要求118所述的测量工具，其中，该手柄、该轴、该第一支撑结构、以及该第二支撑结构包含聚碳酸酯。
120.形成测量椎间负载的脊柱器械壳体的方法，包括以下步骤: 模制具有手柄部分、轴部分以及第一支撑结构的第一壳体部件；以及 模制具有手柄部分、轴部分以及第二支撑结构的第二壳体部件，其中该第一壳体部件和该第二壳体部件由聚碳酸酯形成，其中该第一支撑结构和该第二支撑结构具有相应的外围表面，以及其中当将该第一壳体部件与该第二壳体部件联接在一起时，间隙形成在该相应的外围表面之间。
【文档编号】A61B5/103GK103997963SQ201280057839
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2012年9月21日 优先权日:2011年9月23日
【发明者】M.斯坦, A.蔡斯 申请人:奥索传感器公司