[發明專利]用于在外科手術過程中減少跟蹤中斷的導航系統和方法

有效

• 申請號: 201680008515.3
• 申請日: 2016-02-24
• 公開（公告）號: CN107205786B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: J·L·莫克特蘇馬·德拉巴雷拉;D·W·馬拉克沃斯基
• 申請（專利權）人: 馬科外科公司
• 主分類號: A61B34/20
• 分類號: A61B34/20
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 高文靜

用于減少外科手術期間跟蹤中斷的導航系統和方法。虛擬邊界發生器生成與跟蹤設備和定位器相關聯的虛擬邊界。碰撞檢測器評估虛擬物體相對于虛擬邊界的移動，以檢測虛擬物體與虛擬邊界之間的碰撞。反饋發生器響應于碰撞檢測，以減少跟蹤設備與定位器之間的跟蹤中斷。

對相關申請的交叉引用

本申請要求于2015年2月25日提交的美國臨時專利申請No.62/120,585的優先權和權益，其全部內容通過引用并入本文。

技術領域

本公開一般而言涉及用于在外科手術過程中減少跟蹤中斷的導航系統和方法。

背景技術

導航系統輔助用戶定位物體。例如，導航系統用在工業、航空航天和醫療應用中。在醫療領域中，導航系統輔助外科醫生相對于患者的解剖結構放置外科手術工具。使用導航系統的外科手術包括神經外科和矯形外科手術。通常，工具和解剖結構與顯示器上顯示的它們的相對移動一起被跟蹤。

導航系統可以采用光信號、聲波、磁場、射頻信號等，以便跟蹤物體的位置和/或朝向。導航系統常常包括附連到被跟蹤的物體的跟蹤設備。定位器與跟蹤設備上的跟蹤元件協作，以確定跟蹤設備的位置，并最終確定物體的位置和/或朝向。導航系統經由跟蹤設備監視物體的移動。

許多導航系統依賴跟蹤元件與定位器的傳感器之間無阻礙的視線，其中傳感器接收來自跟蹤元件的跟蹤信號。這些導航系統還依賴位于定位器的視場內的跟蹤元件。因此，已經努力減少阻礙跟蹤元件與傳感器之間的視線的可能性并將跟蹤元件維持在定位器的視場內。例如，在一些導航系統中，在導航系統的初始設置期間，顯示器以圖形方式表示定位器的視場，以指導跟蹤設備的初始放置，使得跟蹤元件位于視線沒有障礙的視場內。但是，這種導航系統不能防止在手術過程中由于物體移動到視線內而可能出現的視線障礙，例如在初始設置之后和對患者的治療期間，或者不能防止跟蹤元件移動到視場之外。

當視線被阻擋時，或者當跟蹤元件在視場之外時，由跟蹤元件發送的跟蹤信號不被定位器接收。因此，會發生錯誤。通常，在這種情況下，停止導航，并且將錯誤消息傳送給用戶，直到再次接收到跟蹤信號或導航系統被重置為止。這會造成外科手術的延誤。例如，如果發生這些錯誤，那么依賴導航數據相對于患者組織自主定位刀具的操縱器必須停止操作。這會顯著增加外科手術時間，特別是如果在恢復視線方面出現困難的話。這與要求減少手術時間以便減少感染風險和延長使用麻醉相關的風險的現代醫學實踐的需求相反。

因此，在本領域中需要減少跟蹤設備與接收來自跟蹤設備的信號的定位器之間的跟蹤中斷的導航系統和方法，使得外科手術不間斷。

發明內容

在一個實施例中，提供了用于減少由物體造成的跟蹤中斷的導航系統。導航系統包括具有視場的定位器。跟蹤設備放置在視場內，以建立與定位器的視線關系。虛擬邊界發生器基于跟蹤設備與定位器之間的視線關系生成虛擬視線邊界。虛擬邊界發生器還更新虛擬視線邊界，以考慮在外科手術期間跟蹤設備與定位器之間的相對移動。物體在虛擬空間中被定義為虛擬物體。碰撞檢測器評估虛擬物體相對于虛擬視線邊界的移動，以檢測虛擬物體與虛擬視線邊界之間的碰撞，以便能夠對檢測進行響應，從而防止物體阻擋跟蹤設備與定位器之間的視線。

還提供了用于減少跟蹤設備與導航系統的定位器之間的跟蹤中斷的方法。該方法包括在定位器的視場內檢測跟蹤設備。基于跟蹤設備與定位器之間的視線關系生成虛擬視線邊界。更新虛擬視線邊界，以考慮跟蹤設備與定位器之間的相對移動。虛擬物體與定位器的視場中的物體相關聯。基于對虛擬物體與虛擬視線邊界之間的相對移動的評估，在虛擬物體與虛擬視線邊界之間檢測到碰撞，以便能夠對檢測進行響應，從而防止物體阻擋跟蹤設備與定位器之間的視線。