【技术实现步骤摘要】
包括机器人的用于引导骨切除的增强现实可视化分案说明本申请是申请日为2017年3月10日、申请号为201780029093.2、专利技术名称为“用于手术的装置与方法”的中国专利技术专利申请的分案申请。相关申请本专利申请要求2016年3月12日提交的美国临时申请，编号62/307,476；2016年4月4日提交的美国临时申请，编号62/318,157；2016年4月17日提交的美国临时申请，编号62/323,716；2016年5月5日提交的美国临时申请，编号62/331,995；2016年6月26日提交的美国临时申请，编号62/354,780；2016年8月23日提交的美国临时申请，编号62/378,242；2016年9月11日提交的美国临时申请，编号62/393,054；2016年10月10日提交的美国临时申请，编号62/406,379；2016年11月21日提交的美国临时申请，编号62/425,019；2017年1月12日提交的美国临时申请，编号62/445,691；2017年2月1日提交的美国临时申请，编号62/453,484，的权益和优先权，其全部内容通过引用整体纳入本申请。
本专利技术的各方面涉及，使用光学头戴式显示器进行视觉引导以执行外科手术步骤或外科手术治疗的设备与方法。
技术介绍
利用计算机辅助手术(比如，手术导航或机器人)，可使用患者的术前影像学检查。影像学检查可以在手术室(OR)中的外部计算机监视器上显示，并且患者解剖结构(比如，测点)可以与显示器上显示的信息配准。由于...
【技术保护点】
1.一种用于准备患者体内的物理关节的系统，包括：/n至少一个计算机，其被配置为生成虚拟手术导板，其中所述虚拟手术导板是虚拟平面，其中所述虚拟平面是三维数字表示，其指示与一个或多个解剖结构相关的预定切除水平、预定切除角度、预定内翻或外翻角度、预定屈曲、预定斜度或其组合，用于对准一个或多个物理手术导板、物理锯片、或物理插入件；和/n透视光学头戴式显示器，其被配置为以所述预定切除水平、预定切除角度、预定内翻或外翻角度、预定屈曲、预定斜度、或其组合将所述虚拟手术导板显示在透过所述透视光学头戴式显示器能够直接可见的所述物理关节的表面上，以便将所述虚拟手术导板迭加在所述物理关节的所述表面上，/n其中所述虚拟手术导板被配置为允许所述一个或多个物理手术导板、物理锯片或物理插入件与所述虚拟手术导板之间的迭加和对准，/n其中所述患者的所述物理关节以及所述一个或多个物理手术导板、物理锯片、或物理插入件透过所述透视光学头戴式显示器能够直接可见，/n其中所述一个或多个物理手术导板、物理锯片、或物理插入件被配置为执行或指示所述关节的一个或多个骨切割，并且/n其中所述一个或多个解剖结构被配准在坐标系中。/n
【技术特征摘要】
20160312 US 62/307,476;20160404 US 62/318,157;20161.一种用于准备患者体内的物理关节的系统，包括：
至少一个计算机，其被配置为生成虚拟手术导板，其中所述虚拟手术导板是虚拟平面，其中所述虚拟平面是三维数字表示，其指示与一个或多个解剖结构相关的预定切除水平、预定切除角度、预定内翻或外翻角度、预定屈曲、预定斜度或其组合，用于对准一个或多个物理手术导板、物理锯片、或物理插入件；和
透视光学头戴式显示器，其被配置为以所述预定切除水平、预定切除角度、预定内翻或外翻角度、预定屈曲、预定斜度、或其组合将所述虚拟手术导板显示在透过所述透视光学头戴式显示器能够直接可见的所述物理关节的表面上，以便将所述虚拟手术导板迭加在所述物理关节的所述表面上，
其中所述虚拟手术导板被配置为允许所述一个或多个物理手术导板、物理锯片或物理插入件与所述虚拟手术导板之间的迭加和对准，
其中所述患者的所述物理关节以及所述一个或多个物理手术导板、物理锯片、或物理插入件透过所述透视光学头戴式显示器能够直接可见，
其中所述一个或多个物理手术导板、物理锯片、或物理插入件被配置为执行或指示所述关节的一个或多个骨切割，并且
其中所述一个或多个解剖结构被配准在坐标系中。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述物理手术导板、物理锯片或物理插入件附接在机器人上。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述机器人包括机器人手臂。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述虚拟平面与所述关节的所述表面相交，并且其中所述虚拟平面是所述物理锯片的虚拟预定路径。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述透视光学头戴式显示器被配置为显示与所述关节的至少一部分相交的虚拟锯片。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述虚拟锯片是物理锯片的三维数字表示。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述虚拟平面被配置为允许所述一个或多个物理手术导板、物理锯片、或物理插件与所述虚拟平面至少部分迭加。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述虚拟平面在所述预定切除水平、预定切除角度、预定内翻或外翻角度、预定屈曲、预定斜度或其组合下的显示被配置为当所述一个或多个物理手术导板、物理锯片、或物理插入件在用户的视野中移动时或所述当患者的所述物理关节移动时，由所述至少一个计算机相对于所述一个或多个解剖结构保持在所述物理关节的所述表面上。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个计算机被配置为当所述一个或多个物理手术导板、物理锯片、或物理插入件至少部分地与所述虚拟平面迭加时，将所述虚拟平面相对于所述一个或多个解剖结构保持在所述预定切除水平、预定切除角度、预定内翻或外翻角度、预定屈曲、预定斜度或其组合。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述预定切除水平、预定切除角度、预定内翻或外翻角度、预定屈曲、或预定斜度包括预定起始位置、预定起始点、预定中间位置、预定中间点、预定结束位置、预定结束点、或其组合中的至少一个，或者其中所述预定切除水平、预定切除角度、预定内翻或外翻角度、预定屈曲、或预定斜度包括预定角度、预定起始定向、预定起始对准、预定中间定向、预定中间对准、预定结束定向、预定结束对准、或其组合。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述虚拟平面在所述预定切除水平、或预定切除角度中的所述至少一个下的显示确定了髋关节置换中的股骨组件的位置、定向、或其组合或髋关节置换中的腿长度。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述虚拟平面在所述预定切除水平、预定切除角度、预定内翻或外翻角度、预定屈曲、预定斜度或其组合下的显示确定了膝关节置换中股骨组件的位置、定向、内翻或外翻角度、屈曲、旋转、或其组合或者胫骨组件的位置、定向、内翻或外翻角度、斜度、旋转、或其组合。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述虚拟平面在所述预定切除水平或预定切除角度中的至少一个下的显示确定了肩关节置换中肱骨组件的位置、定向、或其组合。
14.根据权利要求1所述的系统，其中所述虚拟平面在所述预定切除水平、预定切除角度、预定内翻或外翻角度、或预定屈曲中的至少一个下的显示确定了踝关节置换中胫骨或距骨组件的位置、定向、旋转、或其组合。
15.根据权利要求1所述的系统，进一步包括红外标记、射频标记、有源标记、无源标记、IMU、LED、光学标记、几何图案、手术导航系统、相机、视频系统、图像捕获系统、深度传感器、激光扫描仪、3D扫描仪、患者特异性标记、患者特异性模板、x射线、成像系统、或其组合中的至少一个，其被配置为确定所述一个或多个解剖结构在所述坐标系中的x、y和z坐标。
16.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个解剖结构包括解剖标志、解剖平面、关节表面、软骨表面、软骨下骨表面、皮质骨表面、切割骨表面、扩孔骨表面、铣削骨表面、撞击骨表面、组织切除、表面、一个或多个表面点、解剖轴、生物力学轴、机械轴或其组合。
17.一种用于准备患者体内的物理关节的系统，包括：
至少一个计算机，其被配置为生成虚拟手术导板，其中所述虚拟手术导板是虚拟平面，其中所述虚拟平面是三维数字表示，其指示相对于一个或多个解剖结构的预定切除水平、预定切除角度、预定内翻或外翻角度、预定屈曲、预定斜度或其组合，用以对准物理组织切割器，其中所述物理组织切割器附接到机器人；和
透视光学头戴式显示器，其被配置为以所述预定切除水平、预定切除角度、预定内翻或外翻角度、预定屈曲、预定斜度或其组合将所述虚拟手术导板显示在透过所述透视光学头戴式显示器能够直接可见的所述物理关节的表面上，以便将所述虚拟手术导板迭加在所述物理关节的所述表面上，
其中所述虚拟手术导板被配置为允许所述物理组织切割器与所述虚拟手术导板之间的迭加和对准，
其中所述患者的所述物理关节和所述物理组织切割器透过所述透视光学头戴式显示器能够直接可见，
其中所述物理组织切割器被配置为执行所述关节的一个或多个骨切割或所述关节的骨移除，并且
其中所述一个或多个解剖结构被配准在坐标系中。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述组织切割器是锯、锯片、去毛刺器、钻、钉、手术刀、刀片、扩孔器、拉刀、或铣刀。
19.根据权利要求17所述的系统，其中所述组织切割器是手持式的。
20.根据权利要求17所述的系统，其中所述机器人包括机器人手臂。
21.根据权利要求17所述的系统，其中所述至少一个计算机被配置为当所述物理组织切割器在用户的视野内移动时或者当所述患者的所述物理关节移动时，将所述虚拟平面的显示相对于所述一个或多个解剖结构在所述预定切除水平、预定切除角度、预定内翻或外翻角度、预定屈曲、预定斜度、或其组合中的所述至少一个下保持在所述物理关节的所述表面上。
22.根据权利要求17所述的系统，其中所述至少一个计算机被配置为当所述物理组织切割器至少部分地与所述虚拟平面迭加时，将所述虚拟平面的显示相对于所述一个或多个解剖结构保持在所述预定切除水平、预定切除角度、预定内翻或外翻角度、预定屈曲、预定斜度、或其组合中的所述至少一个下。
23.根据权利要求17所述的系统，其中所述预定切除水平、预定切除角度、预定内翻或外翻角度、预定屈曲或预定斜度中的所述至少一个包括预定起始位置、预定起始点、预定中间位置、预定中间点、预定结束位置、预定结束点、或其组合中的至少一个。
24.根据权利要求17所述的系统，其中所述预定切除水平、预定切除角度、预定内翻或外翻角度、预定屈曲或预定斜度中的所述至少一个包括预定角度、预定起始定向、预定起始对准、预定中间定向、预定结束定向、预定结束对准、或其组合中的至少一个。
25.根据权利要求17所述的系统，其中所述至少一个计算机被配置为通过所述光学头戴式显示器显示安全区域。
26.根据权利要求25所述的系统，其中所述至少一个计算机被配置为当所述组织切割器在所述安全区域内、靠近所述安全区域或者违反所述安全区域时通过所述光学头戴式显示器显示视觉警报或者触发声学警报。
27.根据权利要求17所述的系统，其中所述虚拟平面与所述关节的所述表面相交，并且其中所述虚拟平面是锯片的虚拟预定路径。
28.根据权利要求17所述的系统，其中所述至少一个计算机被配置为通过所述透视光学头戴式显示器显示从所述患者的所述物理关节的预定组织移除或预定组织切除。
29.根据权利要求17所述的系统，其中所述透视光学头戴式显示器被配置为显示与所述关节的至少一部分相交的虚拟锯片。
30.一种用于准备患者体内的物理关节的系统，所述系统包括：
至少一个处理器，和
至少一个透视光学头戴式显示器，和
至少一个用户接口，
其中所述系统被配置为生成虚拟手术导板，其中所述虚拟手术导板是虚拟轴，其中所述虚拟轴是用于所述至少一个物理手术钻、钻孔导板、钉、导向杆、扩孔器、铣刀、去毛刺器、或撞击器、或其组合的三维数字表示，其是从相对于所述物理关节的至少一个解剖结构的预定切除水平、预定切除角度、预定内翻或外翻角度、预定屈曲、预定斜度、预定倾侧、预定倾斜、或其组合导出的，
其中，所述系统被配置为通过所述至少一个透视光学头戴式显示器在预定切除水平、预定切除角度、预定内翻或外翻角度、预定屈曲、预定斜度、预定倾侧、预定倾斜、或其组合下将所述虚拟手术导板显示在透过所述透视光学头戴式显示器能够直接可见的物理关节的表面上，以便将虚拟手术导板迭加到物理关节的表面上，
其中所述系统被配置为允许所述至少一个物理手术钻、钻孔导板、钉、导向杆、扩孔器、铣刀、去毛刺器、或撞击器、或其组合与由所述至少一个透视光学头戴式显示器显示的所述虚拟手术导板的至少一部分之间的迭加和对准，并且
其中所述至少一个解剖结构被配准在所述坐标系中。
31.根据权利要求30所述的系统，其中所述系统被配置为响应于所述物理关节的移动来调整所述虚拟手术导板的显示，以将所述虚拟手术导板的显示相对于所述物理关节的所述至少一个解剖结构保持在所述预定切除水平、预定切除角度、预定内翻或外翻角度、预定...
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