用于手术的装置与方法制造方法及图纸

公开了一种使用光学头戴式显示器、通过视觉引导执行手术步骤或外科手术的装置和方法。

Device and method for operation

【技术实现步骤摘要】
用于手术的装置与方法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。由于手术部位位于不同的位置，并且外科医生目之所视与外部计算机监视器的视图坐标系统迥异，因此，手眼协调对于外科医生来说具有挑战性。
技术实现思路
此外，本专利技术的各方面旨在实现患者实时数据(比如，患者的脊柱或关节)，以及虚拟数据的数字表示(比如，光学头戴式显示器(opticalheadmounteddisplay，OHMD)的虚拟切割和/或带切割块或钻孔导板的虚拟手术导板(guide))的同时可视。在一些实施方案中，包括患者实时数据的手术部位，光学头戴式显示器和虚拟数据都在共同坐标系中配准。在一些实施方案中，虚拟数据被迭加到患者实时数据上并与之对准。与混合实时数据的虚拟现实头戴系统不同，光学头戴式显示器允许外科医生查看患者实时数据(比如，手术野)，同时使用光学头戴式显示器单元的显示器查看具有预定位置和/或方位的患者和/或虚拟手术器械或植入体的虚拟数据。本专利技术的各方面描述了例如通过显示如下内容的虚拟表示(virtualrepresentation)而使用光学头戴式显示器执行外科手术步骤或手术治疗的新颖装置：一个或多个虚拟手术工具，包括虚拟手术导板或切割块的虚拟手术器械，虚拟试验植入体，虚拟植入体组件，虚拟植入体或虚拟设备，预定起始点，预定起始位置，预定起始定向或对准，预定中间点，预定中间位置，预定中间定向或对准，预定终点，预定结束位置，预定结束定向或对准，预定路径，预定平面，预定切割平面，预定外形或轮廓或横截面或表面特征或形状或投影，预定深度标记或深度计，预定角度或定向或旋转标记，预定轴(比如，旋转轴，弯曲轴，延伸轴，虚拟手术工具、包括虚拟手术导板或切割块的虚拟手术器械、虚拟试验植入体、虚拟植入体组件、植入体或装置等的预定轴)，用于一个或多个装置或植入体或植入体组件或手术器械或手术工具的非可视化部分，和/或一种或多种预定组织变化或改变等。本专利技术的各方面涉及包括至少一台光学头戴式显示器的一种装置，配置该装置可产生虚拟手术导板。在一些实施方案中，虚拟手术导板是数字格式的三维表示，其至少对应于物理手术导板，物理手术导板的置位指示物或其组合中的一部分。在一些实施方案中，所述至少一个光学头戴式显示器配置成显示至少部分地基于虚拟手术导板的预定位置坐标来迭加在物理关节上的虚拟手术导板，并且虚拟手术导板配置成将物理手术导板或物理锯片与虚拟手术导板对准以引导关节骨切割。在一些实施方案中，该装置包括一个，两个，三个或更多个光学头戴式显示器。在一些实施方案中，虚拟手术导板配置成在膝关节置换，髋关节置换，肩关节置换或踝关节置换中引导骨切割。在一些实施方案中，虚拟手术导板包括用于虚拟或物理锯片的虚拟槽。在一些实施方案中，虚拟手术导板包括用于对准虚拟或物理锯片的平面区域。在一些实施方案中，虚拟手术导板包括两个或更多个虚拟导板孔或路径，以用于对准两个或更多个物理钻头或钉。在一些实施方案中，虚拟手术导板的预定位置包括关节的解剖信息和/或对准信息。比如，关节的解剖和/或对准信息可以基于关节坐标，关节的解剖轴，关节的生物力学轴，机械轴或其组合中的至少一个。在一些实施方案中，至少一个光学头戴式显示器被配置为基于预定肢体对准(predeterminedlimbalignment)以对准虚拟手术导板。比如，预定肢体对准可以是腿的正常机械轴对准。在一些实施方案中，至少一个光学头戴式显示器被配置为基于预定股骨或胫骨组件旋转(femoralortibialcomponentrotation)来对准虚拟手术导板。在一些实施方案中，所述至少一个光学头戴式显示器被配置为基于股骨组件的预定屈曲或胫骨组件的预定斜度来对准虚拟手术导板。在一些实施方案中，虚拟手术导板被配置为基于预定腿长引导近端股骨切割。在一些实施方案中，虚拟手术导板被配置为在踝关节置换中引导远端胫骨或距骨的骨切割，并且至少一个光学头戴式显示器被配置为基于预定的脚踝对准来对准虚拟手术导板，其中预定脚踝对准包括冠状面植入体组件对准(coronalplaneimplantcomponentalignment)，矢状面植入体组件对准，轴向平面组件对准(axialplanecomponentalignment)，植入体组件旋转或其组合。在一些实施方案中，虚拟手术导板被配置为在肩关节置换中引导近端肱骨(proximalhumerus)的骨切割，并且至少一个光学头戴式显示器被配置为基于预定的肱骨植入体组件对准来对准虚拟手术导板，其中，肱骨植入体组件对准包括冠状面植入体组件对准，矢状面植入体组件对准，轴向平面组件对准，植入体组件或其组合。在一些实施方案中，手术导板的预定位置基于术前或术中影像学检查，一个或多个术中测值，术中数据或其组合。本专利技术的各方面涉及一种包括用于两个或更多用户的两个或更多个光学头戴式显示器的设备，其中该设备被配置为生成虚拟手术导板，其中虚拟手术导板是数字格式的三维表示，三维表示对应于物理手术导板的一部分，物理手术导板的置位指示物或其组合中的至少一个，其中光学头戴式显示器被配置为至少部分的基于虚拟手术导板的预定位置的坐标而显示迭加到物理关节的虚拟手术导板，并且其中虚拟手术导板配置成用于对准物理手术导板或锯片以引导关节的骨切割。本专利技术的各方面涉及包括至少一个光学头戴式显示器的装置和虚拟骨切割平面，其中虚拟骨切割平面被配置为引导关节的骨切割，其中虚拟骨切割平面对应于骨切割平面的至少一部分，并且其中光学头戴式显示器被配置为至少部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于脊柱外科手术的系统，所述系统包括：/n至少一个处理器；/n至少一个透视光学头戴式显示器；和/n至少一个用户接口，/n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、虚拟轨迹、虚拟路径、虚拟点、或其组合，其中所述虚拟轴、虚拟轨迹、虚拟路径、虚拟点、或其组合是三维数字表示，其指示至少一个物理手术工具、物理手术器械、物理装置、或其组合在坐标系中的至少一个预定坐标处的预定位置、预定定向、或其组合，/n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所述至少一个预定坐标处将所述虚拟手术导板显示在患者的物理脊柱上，/n其中所述系统被配置为当所述物理脊柱移动时，将所述虚拟手术导板的显示保持在所述坐标系中的所述至少一个预定坐标处，/n其中所述至少一个用户接口被配置为当放置在所述物理脊柱中的所述至少一个物理手术工具、物理手术器械、物理装置、或其组合的所述位置、定向、或位置和定向偏离所述虚拟手术导板在所述至少一个预定坐标处的所述预定位置、预定定向、或其组合时，辅助坐标校正、坐标调整、坐标转换、重新配准、或其组合，/n其中所述至少一个透视光学头戴式显示器被配准在所述坐标系中，并且/n其中所述物理脊柱被配准在所述坐标系中。/n...

【技术特征摘要】
20160312 US 62/307,476;20160404 US 62/318,157;20161.一种用于脊柱外科手术的系统，所述系统包括：
至少一个处理器；
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、虚拟轨迹、虚拟路径、虚拟点、或其组合，其中所述虚拟轴、虚拟轨迹、虚拟路径、虚拟点、或其组合是三维数字表示，其指示至少一个物理手术工具、物理手术器械、物理装置、或其组合在坐标系中的至少一个预定坐标处的预定位置、预定定向、或其组合，
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所述至少一个预定坐标处将所述虚拟手术导板显示在患者的物理脊柱上，
其中所述系统被配置为当所述物理脊柱移动时，将所述虚拟手术导板的显示保持在所述坐标系中的所述至少一个预定坐标处，
其中所述至少一个用户接口被配置为当放置在所述物理脊柱中的所述至少一个物理手术工具、物理手术器械、物理装置、或其组合的所述位置、定向、或位置和定向偏离所述虚拟手术导板在所述至少一个预定坐标处的所述预定位置、预定定向、或其组合时，辅助坐标校正、坐标调整、坐标转换、重新配准、或其组合，
其中所述至少一个透视光学头戴式显示器被配准在所述坐标系中，并且
其中所述物理脊柱被配准在所述坐标系中。


2.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个物理手术工具、物理手术器械、物理装置或其组合的所述位置、定向、或位置和定向在至少一个方向上偏离所述虚拟手术导板的所述预定位置、预定定向或其组合约10mm、约9mm、约8mm、约7mm、约6mm、约5mm、约4mm、约3mm、约2mm、约1mm、约0.5mm、约0.25mm、或更小，或0.25mm至0.5mm、0.25mm至1mm、0.25mm至2mm、0.25mm至3mm、0.25mm至4mm、0.25mm至5mm、0.25mm至6mm、0.25mm至7mm、1mm至2mm、1mm至3mm、1mm至4mm、1mm至5mm、1mm至6mm、1mm至7mm、2mm至3mm、2mm至4mm、2mm至5mm、2mm至6mm、2mm至7mm、3mm至4mm、3mm至5mm、3mm至6mm、3mm至7mm、4mm至5mm、4mm至6mm、4mm至7mm、5mm至6mm、5mm至7mm、6mm至7mm，或者其中所述至少一个物理手术工具、物理手术器械、物理装置或其组合的所述位置、定向、或位置和定向在至少一个方向上偏离所述虚拟手术导板的所述预定位置、预定定向或其组合约10°、约9°、约8°、约7°、约6°、约5°、约4°、约3°、约2°、约1°、约0.5°、约0.25°或更小，或0.25°至10°、0.25°至9°、0.25°至8°、0.25°至7°、0.25°至6°、0.25°至5°、0.25°至4°、0.25°至3°、0.25°至2°、0.25°至1°、0.25°至0.5°、0.5°至9°、0.5°至8°、0.5°至7°、0.5°至6°、0.5°至5°、0.5°至4°、0.5°至3°、0.5°至2°、0.5°至1°、1°至9°、1°至8°、1°至7°、1°至6°、1°至5°、1°至4°、1°至3°、1°至2°、2°至9°、2°至8°、2°至7°、2°至6°、2°至5°、2°至4°、2°至3°、3°至9°、3°至8°、3°至7°、3°至6°、3°至5°、3°至4°、4°至9°、4°至8°、4°至7°、4°至6°、4°至5°、5°至9°、5°至8°、5°至7°、5°至6°、6°至9°、6°至8°、6°至7°、7°至9°、7°至8°、8°至9°。


3.根据权利要求1所述的系统，其中相对于至少一个解剖结构来确定所述坐标系中的所述至少一个预定坐标。


4.根据权利要求1所述的系统，其中相对于至少一个解剖结构来确定所述坐标系。


5.根据权利要求4所述的系统，其中当所述物理脊柱移动时，所述坐标系相对于所述至少一个解剖结构保持不变。


6.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统被配置为相对于至少一个红外标记、射频标记、IMU、LED、光学标记、几何图案、患者特异性标记、患者特异性模板或其组合来参考所述至少一个坐标，或者使用手术导航系统、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、x射线、成像系统或其组合来获得所述至少一个坐标。


7.根据权利要求6所述的系统，其中将所述至少一个红外标记、射频标记、IMU、LED、光学标记、几何图案、患者特异性标记、患者特异性模板、或其组合附着到所述患者身上。


8.根据权利要求6所述的系统，其中所述至少一个红外标记、射频标记、IMU、LED、光学标记、几何图案、患者特异性标记、患者特异性模板、或其组合附着到所述物理脊柱、棘突、后脊柱结构、小关节、皮肤、皮下组织、骶骨、髂骨翼、枕骨、或其组合的至少一部分。


9.根据权利要求1所述的系统，其中相对于附着在所述患者身上的至少一个标记来确定所述坐标系中的所述至少一个预定坐标。


10.根据权利要求1所述的系统，其中相对于附着在所述患者身上的至少一个标记来确定所述坐标系。


11.根据权利要求10所述的系统，其中当所述物理脊柱移动时，所述坐标系相对于所述至少一个标记保持不变。


12.根据权利要求9所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·K·朗，
申请(专利权)人：P·K·朗，
类型：发明
国别省市：美国;US