不能为解剖学界标提供直接观察，并且对于倾斜进入所需的高精度只能使用机 器人控制来总得实现。
[0073] 现在参见图3A和3B，其是显示神经根部是如何通过椎间孔从脊柱处、从紧挨着面 关节或者在面关节之上的位置处横向地露出并从椎弓根横向地下降的脊柱部分的图解。图 3A是椎骨30的横截面图，其显示了脊髓31及其神经根部32,该脊髓31及其神经根部32在 椎间孔33处离开脊柱通道并且刚好在面关节35之前横向地向外延伸。图3B是单个椎骨 30的立体图，其显示了神经根部32在离开椎骨结构的椎间孔33之后是如何向下弯曲的。 由于神经的该三维局部解剖的结果，如图3B的椎骨中的虚线轮廓所示，螺钉轨迹37的路径 从下椎骨的椎弓根穿过椎间盘间隙38朝上椎体的前部皮质边缘、非常靠近并且刚好在离 开椎间孔33的神经32下面向上对角地经过。因此，除非非常高精度地钻出螺钉的轨迹，否 贝1J存在破坏神经根部或者脊髓的危险。此外，为了到达上椎骨，在椎弓根中钻孔的角度不会 与椎弓根的轴线重合。因此，如果未使用精确的轨迹，则钻头可能刺破椎弓根的皮质壁，弓丨 起附带损害。
[0074] 神经损伤的可能性可能是为什么利用包含所涉及的椎骨的标准的后部显露的外 科手术方法来执行Grob和同事的现有工作的主要原因，以便外科医生可以看到钻孔的准 确路径，并且对准该准确路径以避开神经根部。
[0075] 在本方法的外科手术前的规划阶段，外科医生通常基于一组CT扫描来规划出螺 钉的位置和进入的轨迹，其中操作点的三维视图是可得到的。虽然CT扫描目前是最常用的 三维成像技术，但是应当理解，同样可以使用其他成像技术，例如，MRI或者超声波。在该应 用中，CT扫描的数据被用作说明性的而非限制性的三维成像方法。外科医生使用具体的判 据，该具体判据使其能够选择对操作点附近的神经根部具有最小危险的最安全的路径。可 以在CT扫描数据上标记出神经根部的位置，以便当规划插入轨迹时可以避开所述位置。因 为传统的脊柱CT扫描不显示神经组织，所以当使用CT数据时，外科医生可能基于椎骨解剖 学的结构，以及外科医生对于神经相对于这些结构的位置了解来估计神经位置。因为神经 在MRI成像中是直接可见的，所以如果使用所述成像方式，则外科医生在其外科手术前的 规划中可以直接使用神经位置。
[0076] 然后，将外科手术前的CT扫描与手术中的成像系统配准，通常为荧光镜成像系 统。执行所述图像配准的一种方法是使用图像处理系统将CT扫描中的患者的某些解剖拓 扑特征与荧光镜图像中的这些相同特征进行比较。另外，机器人的坐标系必须与荧光镜的 坐标系配准，以使机器人姿态可以与荧光镜图像相关。这可能一般通过使用三维标记物目 标来实现，其相对于机器人的位置和对准是已知的，例如，通过将其安装在与机器人所使用 的相同基板上，并且然后在荧光镜系统中限定出其图像，从而将机器人的绝对参照系与荧 光镜的图像的坐标系配准。作为使用目标的替代，可以使用导航系统，借助于例如附接到椎 骨上的LED或者回反射器的标记物来检测机器人位置和椎骨的位置，其位置与使用的导航 系统相关。替代地，可以通过受监控的接触工具来显示已知的解剖用的界标的位置和机器 人上的已知点。一旦完成该配准过程，则可以对机器人编程来沿由外科医生规划的安全轨 迹引导外科手术工具。
[0077] 现在参见图4A，其是安装在患者背部上、用于执行在本发明中所描述的倾斜的螺 钉轨迹钻孔方法的机器人系统的示意图。机器人40安装在桥接组件41上，该桥接组件41 通过夹持或者通过利用一个或多个K线43支撑在脊柱的椎骨和/或骨盆上，并且还选择性 地被夹持到手术台42上。使用到手术台的该辅助的夹持在钻孔期间将作用力施加到机器 人上的情况下增加了机器人的稳定性，该作用力在钻孔过程在脊柱上施加作用力时可能促 使其移动。另外，通过夹持器或者K线43形成了对于脊柱的刚性基准，以便相对于被机器 人操作的骨头来固定机器人的位置。机器人通常本身不用来执行钻孔，而是以计算好的位 置和方向来对准刀具导向件44,以便然后外科医生可以使用刀具导向件来执行所述过程以 确保精确而安全的进入路径。然而，应当理解，机器人的使用不限于对准刀具导向件，而且 所述应用还用来包括在执行所述过程中机器人的更有效的使用，例如在钻孔本身中。控制 系统45适合于利用预先储存的来自CT扫描的输入数据来将外科医生选择的进入路径植入 到所述数据中。CT扫描应当包括关于脊椎构造的数据并且控制软件能够使用由该脊椎结构 所确定的神经的位置，作为插入轨迹穿过或者经过附近的禁止区域。从而，系统通过显示出 外科医生所规划的插入轨迹与位于其路径上的神经的潜在的抵触路线来为其提供帮助。根 据控制系统的一替代性实施方案，所述程序可以确保即使无意中规划出危险的插入轨迹路 径，但是控制系统将通过阻挡机器人的姿态而使外科医生不能执行所述规划。另外，在某些 倾斜的进入过程中，特别是在经受脊柱前凸的患者的骶骨部执行的那些中，插入的角度可 能接近于脊柱的轴向排列，以使钻孔轨迹可能与髋骨抵触。因此，可能在编程阻挡机器人的 姿态中也考虑到了与骨骼构造的抵触。当MRI被用作成像方式时，也能看到神经，并且其成 像的位置可以被直接用来规划插入轨迹。可以通过任何已知的配准方法（例如，如上所述 的那些）来执行外科手术前的CT数据和机器人的坐标系的真实值之间的配准，例如，如在 实时的C臂荧光镜图像46上所确定的。图4B示出了三维目标47的一个示例性实施例，例 如，可以用于将机器人的坐标系配准到荧光镜系统的坐标系。该目标47是三维物体，可透 过X射线，优选是包含两层不透X射线的标记物球48,其位置是已知的，以便可以使用目标 的X射线图像上的标记物球的位置来确定物件的三维定向。所示的示例性物件具有一组螺 钉或销49,用于将其附接到由机器人使用的同一底座上，以便其与安装好的机器人具有已 知的几何关系，并且一旦由图像分析已知了其位置和定向，则就已知机器人的位置和定向。
[0078] 虽然在上文中已经描述了供脊柱融合术使用的系统和方法，但是还可以在没有融 合的情况下使用相同的倾斜进入过程和用于脊柱的动态稳定化的系统。这可以通过在椎骨 之间具有挠性而非刚性的连接来实现。然后，倾斜的固定螺钉沿其长度的一部分设有稍微 烧性的部位以能够限制两个椎骨之间的运动。在I.H.Lieberman等的美国专利公开号US 2009/0112269中已经描述了所述应用，其也是本申请的发明人之一，并且转让给克利夫兰 临床基金会。
[0079] 为了实现良好的骨融合，必须清理干净椎间盘间隙以移除椎间盘髓核并且插入骨 移植物或者促进体内骨生长和骨融合的任何种类的骨替代品。通过跟着所述过程，骨头可 能生长很好，并且实现骨融合。此外，有可能使用倾斜的进入螺钉与某些后部融合技术结合 来固定相邻的椎骨，例如横跨面关节或者横突之间的后-侧/医学融合，而不是椎骨间融 合。在所述过程中，不需要清理椎骨间的间隙和骨移植物。此外，在脊柱的动态稳定化的情 况下，在没有融合时，不需要清理椎间盘和骨移植物。
[0080] 除了钻孔和插入螺钉之外，需要更多步骤来完成过程。这些步骤包括：髓核切碎、 髓核残余物的移除/排空、椎骨终板刮削和某些情况中的椎骨牵引。
[0081] 存在用于髓核物质的椎间盘切碎和移除的商用工具。大多数情况下，所述现有技 术的工具被从患者的侧面径向地插入椎间盘间隙中。除了插入固定螺钉所需的孔之外，这 涉及以环形地钻出辅助的孔，即使对于最小侵入方法。因为所述环对于椎间盘具有重要的 支撑特性，所以环中的所述辅助孔可以显著地影响椎骨间的支撑强度。另一方面，倾斜的方 式，通过接近椎间盘的中心而不是通过环本身，排除了对所述辅助孔的需要。此外，因为在 本发明中所描述的倾斜的后部进入方法提供了至椎间盘间隙的通路，该非倾斜的进入方法 仅可以从侧向进入，所述方法完全能够在不需要制造出任何辅助孔的情况下插入椎间盘切 碎和移除工具，除了钻出的用于固定螺钉本身的倾斜的孔之外。
[0082] 通过倾斜轨迹的椎间盘清理和移除需要以更详细的方式来了解三维结构。这通过 参考图5和6来说明。
[0083] 首先参见图5,其是显示两个孔52的椎骨50的椎间盘部位的示意性横截面视图， 倾斜轨迹的钻孔路径通过所述孔进入椎间盘髓核间隙53。所钻的孔一般具有大约4到5毫 米的直径。在下文中所描述类型的椎间盘清理工具（其具有挠性线头部）通过所钻出的工 作通道之一被插入到髓核间隙中，并且工具的转动使线头部分开并切碎出口孔周围部位55 中的髓核组织。所述工具在以下方面不同于现有技术的工具：切削刃是由挠性线构成的，以 便当工具转动时可以改变相对于工具轴线的攻角。使用挠性线头部能够使工具覆盖椎间盘 环内部的空间，而不管工具的旋转轴线与椎间盘间隙的轴线成角度。一旦已经切碎了清理 头部范围内的区域，则工具被缩回并被插过另一个孔，并且在其中重复所述过程。因为两个 处理过的部位重叠，所以选择孔的适当放置能够通过该装置来清理整个椎间盘部位的椎间 盘组织。
[0084] 图6是处理过的脊柱部位的侧视图，其显示了清理工具56穿过倾斜轨迹孔57之 一，以便接近椎间盘部位51来清理。当工具旋转时，端部切削线58通过转动而弯曲并且从 而能够比在相同位置中利用刚性的头部工具更宽的区域上切削和切碎组织。因为线切削头 部58可以伸出或从工具套筒56缩回，所以其可以被调节来实质上覆盖位于椎间盘侧面上 的椎间盘的整个内部体积。
[0085]