[發(fā)明專利]跟蹤系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980109999.0
• 申請(qǐng)日: 2009-03-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101978243A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: C·普羅克斯;L-P·阿米歐特;Y·布廷;Y·布里頓;K·杜瓦爾;B·佩爾蒂埃;A·理查德;M·瓦林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 奧索瑟夫特公司
• 主分類號(hào): G01D21/00
• 分類號(hào): G01D21/00;A61B19/00;G01P15/18
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 陳華成

對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本專利申請(qǐng)要求在2008年3月25日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.61/039,184和在2008年9月25日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.61/100,173的優(yōu)先權(quán)。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及例如用于計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)的跟蹤系統(tǒng)，并且更具體地，涉及在計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)期間用于手術(shù)器械跟蹤的器具以及涉及用于標(biāo)定慣性傳感器的方法。

背景技術(shù)

手術(shù)器具或器械的跟蹤是計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)(下文稱CAS)的必要部分。以獲得與身體部分有關(guān)的信息的方式來(lái)跟蹤器械的位置和/或方向。這些信息隨后被用于對(duì)于身體的各種介入(例如，整形外科手術(shù)、神經(jīng)手術(shù))，比如手術(shù)期間的骨骼改變，植入物定位，切割等等。

跟蹤系統(tǒng)可使用不同的技術(shù)，例如機(jī)械、聲學(xué)、磁、光學(xué)和射頻跟蹤。取決于所應(yīng)用的技術(shù)，不同類型的可跟蹤部件被永久地或臨時(shí)地固定于需要被跟蹤的物體上。例如，在整膝蓋替換(TKR)手術(shù)期間，可跟蹤部件固定在肢體和不同的手術(shù)器具上，并且這些可跟蹤部件由跟蹤系統(tǒng)跟蹤。CAS系統(tǒng)計(jì)算與跟蹤有關(guān)的位置和方向數(shù)據(jù)，并且這些由計(jì)算機(jī)顯示的信息被外科醫(yī)生所利用，以便顯現(xiàn)被操縱的器具相對(duì)于肢體的位置，或以數(shù)值的形式顯示。

通常使用兩種類型的跟蹤系統(tǒng)。有源跟蹤系統(tǒng)提供發(fā)射器作為被跟蹤的器械上的可跟蹤部件，該發(fā)射器發(fā)射由CAS系統(tǒng)的處理器所接收的信號(hào)，該處理器將根據(jù)所接收到的信號(hào)計(jì)算器械的位置和/或方向。有源跟蹤系統(tǒng)的發(fā)射器，例如通過(guò)導(dǎo)線連接到CAS系統(tǒng)或通過(guò)提供有獨(dú)立的電源來(lái)供電，以便發(fā)出信號(hào)。

無(wú)源跟蹤系統(tǒng)不在器械上提供有源發(fā)射器作為可跟蹤部件。與無(wú)源跟蹤有關(guān)的CAS系統(tǒng)提供有光學(xué)傳感器裝置，以便視覺(jué)檢測(cè)器械上的光學(xué)元件。光學(xué)元件是無(wú)源的，由此，沒(méi)有電源與其相關(guān)聯(lián)。

為了獲得位置和/或方向值，光學(xué)元件必須在光學(xué)傳感器裝置的視線內(nèi)。相應(yīng)地，利用無(wú)源跟蹤系統(tǒng)，根據(jù)光學(xué)傳感器裝置和光學(xué)元件之間所要求的可見(jiàn)性，在給定方向上進(jìn)行手術(shù)。

當(dāng)前使用的可跟蹤部件，無(wú)論有源的還是無(wú)源的，取決于所使用的技術(shù)，都具有較大的尺寸。對(duì)于電磁系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，殼體導(dǎo)線連接到CAS系統(tǒng)并固定到器具或病人上。對(duì)光學(xué)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可跟蹤部件通常包括至少三個(gè)光學(xué)元件。例如，光學(xué)元件為導(dǎo)線連接到CAS系統(tǒng)并形成不等邊三角形的光源。光源可以單獨(dú)地固定或安裝到基座上。在該第二種結(jié)構(gòu)中，部件較大且有妨礙。

作為一種替代方式，無(wú)源反射體球或片可用于代替光源，并利用光源照亮它們(在紅外光譜內(nèi))

在選擇跟蹤系統(tǒng)的類型時(shí)必須考慮到一些因素：有源可跟蹤部件的導(dǎo)線在無(wú)菌區(qū)域中出現(xiàn)；當(dāng)使用光學(xué)跟蹤時(shí)導(dǎo)航所需要的視線；手術(shù)期間為了實(shí)現(xiàn)所需要的精確度的可跟蹤部件的尺寸；外科醫(yī)生對(duì)于在計(jì)算機(jī)屏幕上顯現(xiàn)手術(shù)過(guò)程中的對(duì)準(zhǔn)信息的需要；外科醫(yī)生對(duì)于將骨骼上的標(biāo)志數(shù)字化以構(gòu)建坐標(biāo)系的需要；由于當(dāng)前光學(xué)、電磁或射頻傳感器的體積而帶來(lái)的在一次性器具(例如切割導(dǎo)向裝置)中將它們集成的難度。

發(fā)明內(nèi)容

因而，本申請(qǐng)的一個(gè)目的是提供一種新的可跟蹤部件和跟蹤系統(tǒng)。

本申請(qǐng)的進(jìn)一步的目的是將跟蹤系統(tǒng)用于計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)中。

根據(jù)第一實(shí)施方式，提供一種用于在手術(shù)期間跟蹤器具和骨骼的計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)，其包括：第一可跟蹤部件，其具有至少產(chǎn)生基于方向的數(shù)據(jù)的第一慣性傳感器單元；第二可跟蹤部件，其具有至少產(chǎn)生基于方向的數(shù)據(jù)的第二慣性傳感器單元，其中，可跟蹤部件中的一個(gè)連接到器具，可跟蹤部件中的另一個(gè)連接到骨骼；以及處理單元，其用于從可跟蹤部件接收基于方向的數(shù)據(jù)，該處理單元具有方向計(jì)算器，該方向計(jì)算器根據(jù)兩個(gè)所述可跟蹤部件的基于方向的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算第二可跟蹤部件相對(duì)于第一可跟蹤部件的方向，由此，所述處理單元計(jì)算器具相對(duì)于骨骼的方向。

進(jìn)一步，根據(jù)第一實(shí)施方式，第一可跟蹤部件和第二可跟蹤部件產(chǎn)生基于位置的數(shù)據(jù)，并且處理單元存儲(chǔ)幾何數(shù)據(jù)，該幾何數(shù)據(jù)至少使可跟蹤部件中的一個(gè)與骨骼相關(guān)聯(lián)而可跟蹤部件中的另一個(gè)與器具相關(guān)聯(lián)，由此，方向計(jì)算器計(jì)算器具相對(duì)于骨骼的位置和方向。

再進(jìn)一步，根據(jù)第一實(shí)施方式，處理單元實(shí)際上為第二可跟蹤部件的一部分。

再進(jìn)一步，根據(jù)第一實(shí)施方式，第二可跟蹤部件具有顯示第二可跟蹤部件相對(duì)于第一可跟蹤部件的方向的用戶界面。

再進(jìn)一步，根據(jù)第一實(shí)施方式，可跟蹤部件中的至少一個(gè)具有確認(rèn)指示器，該確認(rèn)指示器從處理單元接收信號(hào)，以可視地顯示對(duì)來(lái)自至少一個(gè)可跟蹤部件的命令的確認(rèn)。