跟踪外科手术工具来控制外科手术系统技术方案

外科手术系统将外科手术工具用作控制输入。跟踪单元跟踪所述外科手术工具的运动，并且处理单元用于处理所述外科手术工具的运动以获得所述外科手术工具的时空信息。所述控制单元进一步包括具有多个控制命令的控制输入单元。所述控制输入单元使所述外科手术工具的时空信息与相应的控制命令相关联。

Tracking surgical tools to control the surgical system

The surgical system uses the surgical tools to control the input. The tracking unit tracks the movement of the surgical tools, and the processing unit is used to process the movement of the surgical tools to obtain the spatio-temporal information of the surgical tools. The control unit further includes a control input unit with a plurality of control commands. The control input unit associates the spatio-temporal information of the surgical tool with the corresponding control commands.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】跟踪外科手术工具来控制外科手术系统
技术介绍
本专利技术涉及外科手术系统，并且更具体地涉及将外科手术控制工具用作控制输入的外科手术系统。准确的外科手术设置对于外科手术的成功至关重要。因此，当外科手术情况在外科手术过程中发生变化时，非常期望有调整外科手术设置的能力，特别对于精细的眼科手术是如此。现代外科手术控制台被设计为具有针对每个特定任务的不同操作模式和设置。例如，玻璃体视网膜外科手术控制台可以配备有用于玻璃体切除手术的三种不同模式，包括去核(CORE)、剃刮(SHAVE)和50/50。当开始进行玻璃体切除手术时，控制台被配置成在去核模式下使得可以高效地去除大部分玻璃体皮质。此后，控制台需要手动地配置到剃刮模式以便安全地剃光在外围的玻璃体基部。而且，甚至在同一外科手术模式中，外科医生可能想要基于不同的外科手术情况改变一些设置。例如，如果玻璃体切除术期间出现视网膜出血，那么外科医生将立即增加眼内压(IOP)以试图使流血停止。在目前的眼外科手术中，由助手通过距离外科医生几英尺的触摸屏对外科手术设置进行控制或者由外科医生通过脚踏板对外科手术设置进行控制。如果由助手执行，那么外科医生将必须先与助手口头沟通，然后等待直到助手完成动作，假设助手会总是会明白外科医生的要求。此外，它增加了给定外科手术的人力需求。另一方面，如果由外科医生通过脚踏板执行，则不涉及上述任何复杂性。然而，脚踏板是仅能容纳有限数量的控制命令的物理装置。因此，需要使外科医生能够完全控制外科手术设置的外科手术系统，而不增加当前外科手术控制台的复杂性，从而潜在地实现无助手外科手术。
技术实现思路
本专利技术披露了一种外科手术系统，所述外科手术系统包括目镜、外科手术显微镜、控制单元、外科手术工具、用于跟踪所述外科手术工具的运动的跟踪单元、以及用于处理所述外科手术工具的运动以获得所述外科手术工具的时空信息的处理单元。所述控制单元进一步包括具有多个控制命令的控制输入单元。所述控制单元通过使所述控制输入单元和所述外科手术工具的时空信息相关联来识别控制动作并且对所述外科手术系统应用相应的控制命令。所述跟踪单元可以是基于软件的工具跟踪单元。例如，所述跟踪单元可以是成像单元，所述成像单元捕获所述外科手术工具和手术部位的至少一个图像。所述成像单元可以是光学相机、干涉仪、红外相机等。所述跟踪单元也可以是基于硬件的工具跟踪单元。例如，所述跟踪单元可以包括一个或多个跟踪传感器，例如陀螺仪、磁传感器、光学传感器、加速度计等。所述控制输入单元包括多个控制命令。每个控制命令可以分别与运动图案/手势相关联或者编码成运动图案/手势。每个控制命令也可以分别被设计为按钮/图标。按钮/图标可以显示和/或更新各种外科手术设置的参数。所述外科手术工具的时空信息包含所述外科手术工具的信息例如为运动轮廓、运动图案/手势、位置、旋转方向、工具角度、与手术部位的尖端接近度、速度、方向、长度、数量等。所述外科手术工具的时空信息可以包含所述外科手术工具的远端、所述外科手术工具的任何部分或者所述整个外科手术工具的信息。本披露进一步描述了本专利技术的若干实例。在本专利技术的一个实例中，所述跟踪单元包括成像单元以及抬头显示器，所述抬头显示器被配置在所述外科手术显微镜中用于与使用者进行交互。所述成像单元可以捕获所述外科手术工具和手术部位的至少一个图像，并且所述控制命令与多种不同运动图案/手势相关联或者编码成多种不同运动图案/手势。在本专利技术的另一个实例中，所述控制输入单元可以进一步包括配置在所述外科手术显微镜中的虚拟图形用户界面(GUI)。所述虚拟GUI可以通过抬头显示器显示并且每个控制指令被设计成在所述虚拟GUI内部的按钮或图标。所述控制命令可以根据不同的应用来设计。所述虚拟GUI可以显示在距离手术部位一定距离处的虚拟平面中或者在所述手术部位的周边，而所述控制命令可以设计在所述虚拟GUI的中心或者所述虚拟GUI的周边。在本专利技术的另一个实例中，所述外科手术系统包括两个跟踪单元(例如，成像单元)使得可以获得所述手术部位的立体视觉。可以执行3D工具跟踪以提取3D运动。在这种外科手术系统中，所述外科手术工具的时空信息可以包含3D信息。在本专利技术的另一个实例中，所述外科手术系统的跟踪单元包括连接至所述外科手术工具的一个或多个跟踪传感器。所述跟踪单元可以进一步产生3D运动。在这种外科手术系统中，所述外科手术工具的时空信息可以包含3D信息。一个或多个跟踪传感器可以联接至所述外科手术工具。在另一个实例中，所述系统包括用于与使用者进行交互的输出单元。所述输出单元可以是扬声器(和麦克风)，使得所述外科手术系统可以在应用相应的控制命令之前警告使用者使得外科手术工具远离组织或者通知使用者控制动作已被识别。所述输出单元也可以是显示虚拟GUI的抬头显示器，使得所述虚拟GUI可以更新/通知所述使用者所述外科手术系统的状态和/或使得所述使用者能够确认所述相应的控制命令。在另一个实例中，所述系统包括中断单元，使得所述中断单元可以允许所述使用者随时通过软件断开或硬件断开而重新启动或者取消手术工具跟踪。在本专利技术的又另一个实例中，披露了一种用于控制外科手术系统的方法。所述方法包括：启动外科手术工具控制模式；跟踪外科手术工具以获得所述外科手术工具的运动；处理所述外科手术工具的运动以获得所述外科手术工具的时空信息；通过使控制输入单元与所述外科手术工具的时空信息相关联来识别控制动作、替代地与使用者通信以通知所述外科手术系统的最新状态和/或使得所述使用者能够确认相应的控制命令；并且对所述外科手术系统应用相应的控制命令。在上述方法中，如果将所述控制输入单元和所述外科手术工具的时空信息相关联失败，则识别控制动作可以指向跟踪所述外科手术工具。如果相应的控制命令没有得到确认，则确认相应的控制命令将指向跟踪所述外科手术工具。可以随时重新启动或者取消所述外科手术工具跟踪模式。在本专利技术的还另一个实例中，在启动外科手术工具控制与跟踪外科手术工具之间显示虚拟GUI。所述详细方法包括：启动外科手术工具控制模式；显示虚拟GUI；跟踪外科手术工具以获得所述外科手术工具的运动；处理所述外科手术工具的运动以获得所述外科手术工具的时空信息；通过使控制输入单元与所述外科手术工具的时空信息相关联来识别控制动作、替代地与使用者通信以通知所述外科手术系统的最新状态和/或使得所述使用者能够确认相应的控制命令；并且对所述外科手术系统应用所述相应的控制命令。在上述方法中，如果将所述控制输入单元和所述外科手术工具的时空信息相关联失败，则识别控制动作将指向跟踪所述外科手术工具。如果相应的控制命令没有得到确认，则确认相应的控制命令将指向跟踪所述外科手术工具。可以随时重新启动或者取消所述外科手术工具跟踪模式。附图说明结合在此说明书中并且构成此说明书的一部分的这些附图展示了本专利技术的若干实施例、并且与说明部分一起用于解释本专利技术的原理。图1是眼科手术控制台的一个实施例的示意性表示。图2是外科手术系统的一个实施例的表示。图3a-3h是作为控制命令的示例性运动图案/手势的示意图。图4是具有3D跟踪的外科手术系统的一个实施例的表示。图5是具有跟踪传感器的外科手术系统的一个实施例的表示。图6a-6c是不具有和具有虚拟图形用户界面(GU本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种外科手术系统，包括：显微镜；控制单元；外科手术工具；跟踪单元，所述跟踪单元用于跟踪所述外科手术工具的运动；以及处理单元，所述处理单元用于处理所述外科手术工具的运动以获得所述外科手术工具的时空信息；其中所述控制单元还包括控制输入单元，所述控制输入单元包括多个控制命令，所述控制单元通过使所述控制输入单元和所述外科手术工具的时空信息相关联来识别控制动作并且对所述外科手术系统应用相应的控制命令。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.14 US 14/712,1861.一种外科手术系统，包括：显微镜；控制单元；外科手术工具；跟踪单元，所述跟踪单元用于跟踪所述外科手术工具的运动；以及处理单元，所述处理单元用于处理所述外科手术工具的运动以获得所述外科手术工具的时空信息；其中所述控制单元还包括控制输入单元，所述控制输入单元包括多个控制命令，所述控制单元通过使所述控制输入单元和所述外科手术工具的时空信息相关联来识别控制动作并且对所述外科手术系统应用相应的控制命令。2.如权利要求1所述的外科手术系统，其中所述外科手术系统还包括配置在所述显微镜中的抬头显示器，所述抬头显示器通知使用者系统状况或者使得所述使用者能够确认相应的控制命令。3.如权利要求2所述的外科手术系统，其中所述跟踪单元包括成像单元，所述成像单元捕获所述外科手术工具和手术部位的至少一个图像。4.如权利要求3所述的外科手术系统，其中所述控制命令中的每一者与运动图案相关联，并且所述外科手术工具的时空信息包括所述外科手术工具的远端的运动图案。5.如权利要求2所述的外科手术系统，其中所述控制输入单元还包括通过所述抬头显示器显示的虚拟图形用户界面，并且所述控制命令中的每一者显示为在所述虚拟图形用户界面中的图标。6.如权利要求5所述的外科手术系统，其中所述外科手术工具的时空信息包括所述外科手术工具的远端的运动图案。7.如权利要求5所述的外科手术系统，其中所述虚拟图形用户界面显示在距离所述手术部位一定距离处的虚拟平面中。8.如权利要求5所述的外科手术系统，其中所述控制命令位于所述虚拟图形用户界面的中心或周边。9.如权利要求3所述的外科...

【专利技术属性】
技术研发人员：任虎刚，俞凌峰，
申请(专利权)人：诺华股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH