用于配准到手术台的系统及方法技术方案

本公开涉及用于配准到手术台的系统及方法。一种配准手术台和计算机辅助设备的系统及方法，该系统包括铰接臂以及联接到该铰接臂的控制单元。该铰接臂具有被构造成在身体开口处插入到患者体内的远端安装的器械。该控制单元被配置为检测经由通信连接联接到该控制单元的手术台的第一运动。该手术台的第一运动引起该铰接臂的控制点的相应的第二运动。该控制单元还被配置为确定该第一运动在手术台坐标系中的第一角方向，确定该第二运动在计算机辅助医疗设备坐标系中的第二角方向，并且基于该第一角方向和第二角方向来确定该手术台和该计算机辅助医疗设备之间的第三角度关系。

System and Method for Registration to Operating Table

【技术实现步骤摘要】
用于配准到手术台的系统及方法本申请是于2015年10月27日提交的名称为“用于配准到手术台的系统及方法”的中国专利申请201580057620.1的分案申请。相关申请本公开要求于2014年10月27日提交的标题为“用于集成手术床的系统及方法(SystemandMethodforIntegratedOperatingTable)”的美国临时专利申请62/069,245以及于2015年3月17日提交的标题为“用于配准到手术台的系统及方法(SystemandMethodforRegisteringtoaSurgicalTable)”美国临时专利申请US62/134,296的优先权，这两个公开通过引用以其全文结合在此。
本公开总体上涉及具有铰接臂的设备的操作，并且更具体地涉及确定具有铰接臂的设备与集成手术台之间的配准。
技术介绍
越来越多的设备正在被自主和半自主电子设备取代。这在现今在手术室、介入套房、加强监护病房、急诊室等中找到大批自主的和半自主的电子设备的医院尤其如此。例如，玻璃和水银温度计由电子温度计取代，静脉滴注管线现在包括电子监测器和流量调节器，并且传统的手持式外科器械正由计算机辅助医疗设备所取代。随着越来越多的自主和半自主设备投入使用，其提供了两个或更多个设备协作以实现共同目标的机会。例如，考虑在手术室或介入套件中的情景，其中具有一个或多个铰接臂的计算机辅助手术设备用于对位于具有铰接式结构的手术台上的患者执行手术，该铰接式结构允许该手术台的台面移动。当外科医生和/或其他手术室工作人员想要使用该手术台来重新调整和/或移动患者时，相对于该计算机辅助手术设备的铰接臂发生这种运动。为了避免造成对该患者的伤害、对该计算机辅助设备的损坏和/或对该手术台的损坏，理想的情况是该计算机辅助手术设备来检测该手术台的运动并相应地调整铰接臂。为了有效地实现这一点，了解该手术台和该计算机辅助手术设备之间的几何和/或运动学关系通常是有帮助的。该问题的一个解决方案是让手术室工作人员手动输入该位置和定向。在实践中，这可能是一种麻烦的、不切实际的和/或容易出错的过程。其他解决方案涉及例如通过将该计算机辅助手术设备栓接到该手术台而将该计算机辅助手术设备相对于该手术台放置在已知的位置和定向上，和/或使用该计算机辅助手术设备和该手术台之间的铰接式结构，该铰接式结构可以用于确定该计算机辅助手术设备和该手术台的位置和定向。这两种方法可能都不合理地限制了该计算机辅助手术设备的可能的位置和定向，这可能使得该计算机辅助手术设备难以有效地用于各种尺寸的患者和/或不同类型的手术。另外，这些方法可能引入当该计算机辅助手术设备和/手术台移动时可能必须执行的附加步骤。因此，有利的是具有确定计算机辅助手术设备和手术台的位置和定向(即配准)的改进的系统及方法。
技术实现思路
与一些实施例一致，一种计算机辅助医疗设备包括铰接臂以及联接到该铰接臂的控制单元。该铰接臂具有被构造成在身体开口处插入到患者体内的远端安装的器械。该控制单元被配置为检测经由通信连接联接到该控制单元的手术台的第一运动。该手术台的第一运动引起该铰接臂的控制点的相应的第二运动。该控制单元还被配置为确定该第一运动在手术台坐标系中的第一角方向，确定该第二运动在计算机辅助医疗设备坐标系中的第二角方向，并且基于该第一角方向和第二角方向来确定该手术台和该计算机辅助医疗设备之间的第三角度关系。根据一些实施例，该控制单元还被配置为检测该手术台的第三运动。该手术台的第三运动包括围绕第一轴线的第一旋转。该手术台的第三运动引起该控制点的相应的第四运动。该控制单元还被配置为检测该手术台的第五运动。该手术台的第五运动包括围绕第二轴线的第二旋转。该手术台的第五运动引起该控制点的相应的第六运动。该第二轴线与该第一轴线不同。该控制单元还被配置为基于第一旋转和该控制点的第四运动来确定该控制点和该第一轴线之间的第一垂直距离，基于第二旋转和该控制点的第六运动来确定该控制点和该第二轴线之间的第二垂直距离，并且基于该控制点的位置以及该第一垂直距离和第二垂直距离来确定该设备和该手术台之间的XY配准。与一些实施例一致，一种配准手术台和计算机辅助医疗设备的方法包括检测手术台的第一运动。第一运动引起该计算机辅助医疗设备的铰接臂的控制点的相应的第二运动。该计算机辅助医疗设备经由通信连接联接到该手术台。该方法还包括：确定该第一运动在手术台坐标系中的第一角方向，确定该第二运动在计算机辅助医疗设备坐标系中的第二角方向，以及基于该第一角方向和第二角方向来确定该手术台和该计算机辅助医疗设备之间的第三角度关系。根据一些实施例，该方法还包括检测该手术台的第三运动。该手术台的第三运动包括围绕第一轴线的第一旋转。该手术台的第三运动引起该控制点的相应的第四运动。该方法还包括检测该手术台的第五运动。该手术台的第五运动包括围绕第二轴线的第二旋转。该手术台的第五运动引起该控制点的相应的第六运动。该第二轴线与该第一轴线不同。该方法还包括：基于第一旋转和该控制点的第四运动来确定该控制点和该第一轴线之间的第一垂直距离，基于第二旋转和该控制点的第六运动来确定该控制点和该第二轴线之间的第二垂直距离，并且基于该控制点的位置以及该第一垂直距离和第二垂直距离来确定该设备和该手术台之间的XY配准。与一些实施例一致，一种非暂时性机器可读介质包括多个机器可读指令，这些机器可读指令在由与计算机辅助医疗设备相关联的一个或多个处理器执行时适于使该一个或多个处理器来执行一种方法。该方法包括检测手术台的第一运动。第一运动引起该计算机辅助医疗设备的铰接臂的控制点的相应的第二运动。该计算机辅助医疗设备经由通信连接联接到该手术台。该方法还包括：确定该第一运动在手术台坐标系中的第一角方向，确定该第二运动在计算机辅助医疗设备坐标系中的第二角方向，并且基于该第一角方向和第二角方向来确定该手术台和该计算机辅助医疗设备之间的第三角度关系。根据一些实施例，该方法还包括检测该手术台的第三运动。该手术台的第三运动包括围绕第一轴线的第一旋转。该手术台的第三运动引起该控制点的相应的第四运动。该方法还包括检测该手术台的第五运动。该手术台的第五运动包括围绕第二轴线的第二旋转。该手术台的第五运动引起该控制点的相应的第六运动。该第二轴线与该第一轴线不同。该方法还包括：基于第一旋转和该控制点的第四运动来确定该控制点和该第一轴线之间的第一垂直距离，基于第二旋转和该控制点的第六运动来确定该控制点和该第二轴线之间的第二垂直距离，并且基于该控制点的位置以及该第一垂直距离和第二垂直距离来确定该设备和该手术台之间的XY配准。附图说明图1是根据一些实施例的计算机辅助系统的简化图。图2是示出根据一些实施例的计算机辅助系统的简化图。图3是根据一些实施例的计算机辅助医疗系统的运动学模型的简化图。图4A和图4B是根据一些实施例的手术台和计算机辅助设备之间的关系的简化图。图5是根据一些实施例的θZ配准手术台与计算机辅助设备的方法的简化图。图6是根据一些实施例的设备基座坐标系和台座坐标系之间的关系的简化图。图7是根据一些实施例的XY配准手术台与计算机辅助设备的方法的简化图。图8A-8G是示出结合了本文所述的集成计算机辅助设备和可移动手术台特征的各种计算机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计算机辅助医疗系统，包括：包含铰接臂的计算机辅助医疗设备，所述铰接臂被配置为具有远端安装的器械，其中所述远端安装的器械被配置为插入位于台上的患者体内；和联接到所述铰接臂的控制单元；其中所述控制单元被配置成：检测所述台的第一运动，所述台的所述第一运动包括围绕第一轴线的第一旋转，所述台的所述第一运动引起所述计算机辅助医疗设备的控制点的相应的第二运动；检测所述台的第三运动，所述台的所述第三运动包括围绕第二轴线的第二旋转，所述台的所述第三运动引起所述控制点的相应的第四运动，所述第二轴线不同于所述第一轴线；基于所述第一旋转和所述控制点的所述第二运动确定所述控制点和所述第一轴线之间的第一偏移；基于所述第二旋转和所述控制点的所述第四运动确定所述控制点和所述第二轴线之间的第二偏移；以及基于所述控制点的位置以及所述第一偏移和所述第二偏移确定所述计算机辅助医疗设备和所述台之间的配准。

【技术特征摘要】
2014.10.27 US 62/069,245;2015.03.17 US 62/134,2961.一种计算机辅助医疗系统，包括：包含铰接臂的计算机辅助医疗设备，所述铰接臂被配置为具有远端安装的器械，其中所述远端安装的器械被配置为插入位于台上的患者体内；和联接到所述铰接臂的控制单元；其中所述控制单元被配置成：检测所述台的第一运动，所述台的所述第一运动包括围绕第一轴线的第一旋转，所述台的所述第一运动引起所述计算机辅助医疗设备的控制点的相应的第二运动；检测所述台的第三运动，所述台的所述第三运动包括围绕第二轴线的第二旋转，所述台的所述第三运动引起所述控制点的相应的第四运动，所述第二轴线不同于所述第一轴线；基于所述第一旋转和所述控制点的所述第二运动确定所述控制点和所述第一轴线之间的第一偏移；基于所述第二旋转和所述控制点的所述第四运动确定所述控制点和所述第二轴线之间的第二偏移；以及基于所述控制点的位置以及所述第一偏移和所述第二偏移确定所述计算机辅助医疗设备和所述台之间的配准。2.如权利要求1所述的计算机辅助医疗系统，其中所述第一偏移是所述控制点和所述第一轴线之间的垂直距离。3.如权利要求1所述的计算机辅助医疗系统，其中所述第一偏移和所述第二偏移沿着由所述台和所述计算机辅助医疗设备之间的角度关系所确定的相应方向投影。4.如权利要求1-3中任一项所述的计算机辅助医疗系统，其中所述第一轴线和所述第二轴线具有至少30度的角间距。5.如权利要求1-3中任一项所述的计算机辅助医疗系统，其中所述第二运动是所述计算机辅助医疗设备的多个铰接臂中的每一个的一个或多个控制点的运动的聚合，并且所述第四运动是所述计算机辅助医疗设备的所述多个铰接臂中的每一个的所述一个或多个控制点的所述运动的聚合。6.如权利要求1-3中任一项所述的计算机辅助医疗系统，其中：所述控制单元进一步被配置为将所述配准与其他配准聚合以形成复合配准；并且所述其他配准对应于：由于附加的台运动而导致的在所述台和所述计算机辅助医疗设备之间的配准；或者使用所述计算机辅助医疗设备的其他控制点所确定的所述台和所述计算机辅助医疗设备之间的配准。7.如权利要求1-3中任一项所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制单元还被配置为基于所述配准生成台到计算机辅助医疗设备变换。8.一种配准台和计算机辅助医疗设备的方法，所述方法包括：检测所述台的第一运动，所述台的所述第一运动包括围绕第一轴线的第一旋转，所述台的所述第一运动引起所述计算机辅助医疗设备的控制点的相应的第二运动；检测所述台的第三运动，所述台的所述第三运动包括围绕第二轴线的第二旋转，所述台的所述第三运动引起所述控制点的相应的第四运动，所述第二轴线不同于所述第一轴线；基于所述第一旋转和所述控制点的所述第二运动确定所述控制点和所述第一轴线之间的第一偏移；基于所述第二旋转和所述控制点的所述第四运动确定所述控制点和所述第二轴线之间的第二偏移；以及基于所述控制点的位置以及所述第一偏移和所述第二偏移确定所述计算机辅助医疗设备和所述台之间的XY配准。9.如权利要求8所述的方法，其中所述第一偏移是所述控制点和所述第一轴线之间的垂直距离。10.如权利要求8所述的方法，其中所述第一偏移和所述第二偏移沿着由所述台和所述计算机辅助医疗设备之间的角度关系所确定的相应方向投影。11.如权利要求8-10中任一项所述的方法，其中所述第一轴线和所述第二轴线具有至少30度的角间距。12.一种计算机辅助医疗系统，包括：包含铰接臂的计算机辅助医疗设备，所述铰接臂被配置为具有远端安装的器械，其中所述远端安装的...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·G·格里菲思，B·D·伊特科维兹，
申请(专利权)人：直观外科手术操作公司，
类型：发明
国别省市：美国,US