增强现实支持的膝盖手术制造技术

系统和方法可以在外科手术期间使用增强现实装置。该系统和方法可以使用增强现实装置的增强现实显示在外科手术期间呈现或投射虚拟特征，同时允许通过增强现实显示查看手术区域的实体方面。虚拟特征可以包括术前计划、手术装置、患者的解剖学方面等各个方面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增强现实支持的膝盖手术优先权要求本申请要求2017年3月10日提交的名称为“AugmentedRealitySupportedKneeSurgery”的美国临时申请62/469,815的优先权，该美国临时申请的全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
在美国，每年执行超过五十万次全膝关节置换手术。外科手术的进步使外科医生能够使用术前计划、手术区域内的显示装置、光学成像装置和引导装置来改善手术结果并为患者定制手术。虽然这些进步在某些情况下允许实现更快和更成功的外科手术，但它们最终依赖于实体物体，这些实体物体具有制造和配置的成本和时间要求。实体物体和装置还可能阻挡手术区域的一部分，从而损害其益处。另外，许多这些技术进步最终需要额外的手术时间或显著增加手术的成本。此外，这些技术进步中的一些消除了外科医生在外科手术期间使用他/她的经验做出关键决定的能力。附图说明在不一定按比例绘制的这些附图中，相同的附图标记可以描述不同视图中的类似组件。具有不同字母后缀的相同数字可表示类似部件的不同实例。附图通过示例而非通过限制的方式大体示出了本文件中讨论的各种实施方式。图1示出了根据一些实施方式的手术区域。图2示出了根据一些实施方式的包括被隐藏的手术仪器的增强现实显示。图3示出了根据一些实施方式的包括软组织可视化的增强现实显示。图4示出了根据一些实施方式的包括虚拟计划部件的增强现实显示。图5示出了根据一些实施方式的包括用于销钉放置的示例引导装置的增强现实显示。图6示出了根据一些实施方式的在外科手术期间使用增强现实装置的系统。图7示出了根据一些实施方式的在外科手术期间使用增强现实装置来呈现被隐藏的特征的技术的流程图。图8示出了根据一些实施方式的在外科手术期间使用增强现实装置来投射术前计划的一方面的技术的流程图。图9大体上示出了根据一些实施方式的机器的框图的示例，在该机器上，可以执行本文所讨论的任何一种或多种技术。具体实施方式本文描述了在外科手术期间使用增强现实装置的系统和方法。本文中的系统和方法描述了增强现实装置的用途，例如显示叠加在真实环境上的真实物体的虚拟部件或虚拟表达。增强现实(AR)装置允许用户查看所显示的虚拟物体，所述虚拟物体看起来像被投射到真实环境中，所述真实环境也是可见的。AR装置通常包括两个显示镜头或屏幕，其中对于用户的每只眼睛来说各一个显示镜头或屏幕。允许光通过两个显示镜头，以使得真实环境的各个方面是可见的，同时还投射光以使虚拟元件对AR装置的用户可见。本文描述了使用增强现实来辅助外科手术的各种技术。本文中的AR装置包括多种显示(显示界面、显示器)，所述显示可提供软组织(例如，韧带，肌腱，肌肉等)可视化以允许外科医生在该外科医生看不到实际的软组织(例如，该实际的软组织被其他组织、手术仪器、植入物、试选装置等挡住)时查看虚拟软组织。在微创手术期间的AR显示(显示界面)可以提供解剖结构的可视化，而不需要将切口扩展到超过插入手术仪器所需的程度。本文描述的AR显示可以显示叠加在骨骼上的虚拟试选装置或虚拟植入物。可以例如通过可由相机或传感器捕获的用户的输入(例如，手势)在AR显示内修改虚拟试选装置或虚拟植入物。修改可以包括修改虚拟试选装置或植入物的装配、尺寸或位置，并将修改提供给手术计划系统。一旦确定虚拟试选装置或植入物是可接受的，就可以使用虚拟试选装置或植入物作为模板来创建实体(物理)试选装置或植入物。备选地，可以仅基于使用虚拟试选植入物时所产生的反馈和调整来进行外科手术。在一个示例中，手术计划系统可用于创建术前手术计划。可以使用本文所述的AR显示来修改手术计划，并且可以在术前或术中修改手术计划。例如，可以使用AR显示来修改为手术计划而选择的植入物或试选装置的尺寸。可以将修改发送到手术计划系统以输出包括所述修改的新的手术计划。在另一个示例中，当在术中进行修改时，可以使用手术计划系统实时更新新的手术计划。本文描述的AR装置可用于显示用于将销钉放置在骨骼的参考位置上的虚拟引导装置。销钉放置可以包括显示用于对准和定向销钉的圆锥或漏斗，然后可以基于虚拟引导装置将销钉在参考位置处驱动至骨骼中。当手术仪器的一部分被骨骼、切割引导装置、另一仪器等阻挡时，AR装置可提供手术仪器(例如锯片或其他切割工具(例如，骨钻、锉刀、扩孔器))的一部分的虚拟表达。手术仪器的一部分的虚拟表达可以看起来像是该手术仪器的可见部分的虚拟延伸。可以跟踪所述虚拟表达的位置或方位，以准确地表达被阻挡或被隐藏的部分。本文描述的AR装置可以显示用于运动范围测试的虚拟平面、轴线、角度或旋转信息(例如，术中运动范围测试)。虽然本文描述的一些示例和附图涉及特定示例，例如全膝关节置换术或部分膝关节置换术，但是本文描述的许多技术可以用于髋关节置换术、肩部替换手术、其他整形外科植入手术等。本文描述的AR装置可以显示可以替换实体部件(例如引导装置、试选装置等)的虚拟表达。在其他示例中，本文描述的AR装置可以显示被隐藏或受阻挡物体(例如软组织，仪器，骨骼等)的虚拟表达。本文描述的各种实施方式可以组合在统一的AR显示中，所述统一的AR显示例如显示一个或多个引导装置、试选装置、被隐藏或受阻挡物体或物体部分等的组合。图1示出了根据一些实施方式的手术区域100。手术区域100在图1中示出，其包括外科医生102、患者106并且可包括相机110(或在一些示例中为多个相机)或传感器。外科医生佩戴增强现实(AR)装置104，其可以用于向外科医生102显示虚拟物体108。如果手术区域100内的其他人没有佩戴AR装置，则手术区域100内的这些其他人可能看不到虚拟物体108。即使另一个人正在用AR装置观看手术区域，该人也可能无法看到虚拟物体108或者可能能够在与外科医生102共享的增强现实中看到虚拟物体108，或者可能能够看到虚拟物体108的修改版本(例如，根据外科医生102或该人独有的定制)。下面更详细地解释增强现实。增强现实是用于显示叠加在真实环境上的虚拟或“增强”物体或视觉效果的技术。真实环境可以包括房间或特定区域(例如，手术区域100)，或者可以更一般地包括整个世界。叠加在真实环境上的虚拟方面可以表达为相对于真实环境的一个或多个方面锚定或处于设定位置。例如，虚拟物体108可以被配置为看起来像搁在桌子上。AR系统可以呈现固定至真实物体的虚拟方面，而不考虑AR系统的一个观看者或多个观看者(例如，外科医生102)的视角。例如，虚拟物体108可以存在于房间中，对于该房间内的AR系统的观看者可见，并且对于该房间外的AR系统的观看者不可见。当观看者进入房间时，该房间中的虚拟物体108可以显示给该房间外的观看者。在该示例中，房间可以充当在AR系统中虚拟物体108所固定至的真实物体。AR装置104可以包括一个或多个屏幕，诸如单个屏幕或两个屏幕(例如，用户的每只眼睛一个屏幕)。屏幕可以允许光通过所述屏幕，以使得在显示虚拟物体108的同时可以看到真实环境的各个方面。可以通过投射光使外科医生102看到虚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在外科手术期间使用的增强现实装置，其包括：/n增强现实显示，以在允许通过所述增强现实显示查看手术区域的同时在手术区域内的计划位置处投射术前计划的一方面的虚拟表达；/n传感器，以捕获所述手术区域内的手术部件的位置和方位信息；和/n处理器，以：/n将所述手术区域内的所述手术部件的位置与所述术前计划内的所述计划位置进行比较；并且/n输出比较结果。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170310 US 62/469,8151.一种在外科手术期间使用的增强现实装置，其包括：
增强现实显示，以在允许通过所述增强现实显示查看手术区域的同时在手术区域内的计划位置处投射术前计划的一方面的虚拟表达；
传感器，以捕获所述手术区域内的手术部件的位置和方位信息；和
处理器，以：
将所述手术区域内的所述手术部件的位置与所述术前计划内的所述计划位置进行比较；并且
输出比较结果。


2.根据权利要求1所述的增强现实装置，其中，所述术前计划的所述方面包括植入物的虚拟表达，并且其中所述手术部件是所述植入物。


3.根据权利要求2所述的增强现实装置，其中，为了将所述手术部件的位置与所述计划位置进行比较，所述处理器将确定所述手术部件与所述虚拟表达之间的重叠程度，并且其中所述比较结果包括所述重叠程度。


4.根据权利要求3所述的增强现实装置，其中，响应于确定所述重叠程度高于阈值，所述增强现实显示还将所述虚拟表达投射为绿色；并且响应于确定所述重叠程度低于所述阈值，所述增强现实显示还将所述虚拟表达投射为红色。


5.根据权利要求1所述的增强现实装置，其中，所述术前计划的所述方面包括试选装置的虚拟表达，并且其中所述手术部件是所述试选装置。


6.根据权利要求5所述的增强现实装置，其中，所述增强现实显示还呈现伸展-弯曲间隙厚度的虚拟表达。


7.根据权利要求5所述的增强现实装置，其中，所述试选装置包括用于跟踪所述试选装置的方位的激光标记。


8.根据权利要求5所述的增强现实装置，其中，所述增强现实显示还基于已知的切除和所述试选装置的位置来投射建议的承载厚度选项。


9.根据权利要求1所述的增强现实装置，其中，所述传感器还检测来自外科医生的手势以改变所述术前计划。


10.根据权利要求1所述的增强现实装置，其中，所述术前计...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·M·梅，W·哈特曼，
申请(专利权)人：拜欧米特制造有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US