[發(fā)明專利]使用慣性測量單元提高手術(shù)準(zhǔn)確性的系統(tǒng)、設(shè)備和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880022271.3
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN110475509B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: W.弗拉西爾;M.哈爾;D.錢;M.普爾斯
• 申請（專利權(quán)）人: 德普伊新特斯產(chǎn)品公司
• 主分類號: A61B5/06
• 分類號: A61B5/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 徐予紅;申屠偉進

本發(fā)明提供了準(zhǔn)確性提高的系統(tǒng)、設(shè)備和方法，其使用從慣性測量單元(IMU)獲得的數(shù)據(jù)來提供。IMU設(shè)置在患者、外科手術(shù)臺、外科器械、成像設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)等中的一者或多者上。收集來自每個IMU中的傳感器的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)用于計算其上設(shè)置有IMU的患者、外科手術(shù)臺、外科器械、成像設(shè)備和導(dǎo)航系統(tǒng)的絕對定位和相對定位。除其他信息之外，由IMU生成的數(shù)據(jù)可與醫(yī)學(xué)圖像和相機視力耦合以生成和/或提供外科導(dǎo)航、成像系統(tǒng)的對準(zhǔn)、術(shù)前診斷和計劃、術(shù)中工具引導(dǎo)和錯誤校正以及術(shù)后評估。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及慣性測量單元(IMU)，并且更具體地涉及它們在術(shù)前、術(shù)中和術(shù)后的使用以實現(xiàn)提高的準(zhǔn)確性。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)上，使用醫(yī)學(xué)成像和外科導(dǎo)航系統(tǒng)和設(shè)備的組合來確定術(shù)前、術(shù)中和術(shù)后的準(zhǔn)確性和成功率。醫(yī)學(xué)成像設(shè)備是允許醫(yī)療專業(yè)人員使用成像方法(諸如計算機斷層攝影(CT)、磁共振(MR)、血管造影或熒光鏡透視檢查)來對患者的感興趣的解剖區(qū)域成像的系統(tǒng)或系統(tǒng)組。醫(yī)學(xué)成像設(shè)備包括X射線成像系統(tǒng)和C形臂系統(tǒng)。外科導(dǎo)航系統(tǒng)使用醫(yī)學(xué)成像和相機或其他傳感器的組合，以允許醫(yī)療專業(yè)人員在外科手術(shù)期間對患者的解剖結(jié)構(gòu)進行導(dǎo)航。

為了獲得最佳外科手術(shù)結(jié)果，常常對患者的解剖結(jié)構(gòu)醫(yī)學(xué)成像多次。例如，如果患者正在經(jīng)受矯形外科手術(shù)諸如脊柱外科手術(shù)，則患者可(1)在術(shù)前暴露于一個或多個X射線圖像，以探知患者的狀況和/或損傷，識別所需的外科手術(shù)類型和手術(shù)參數(shù)，并且/或者確定患者的脊柱在接近外科手術(shù)日期的確切狀態(tài)；(2)在術(shù)中暴露于一個或多個X射線圖像，以在外科手術(shù)時評估患者的脊柱，提供外科工具(例如，導(dǎo)絲、針、鉆、抽頭、驅(qū)動器等)在其被操作時的導(dǎo)航，并且/或者確定每個外科手術(shù)任務(wù)在其被執(zhí)行時的準(zhǔn)確性；并且(3)在術(shù)后暴露于一個或多個X射線圖像，以在對患者進行手術(shù)后評估患者的脊柱，確定由外科手術(shù)引起的變化，并且/或者探知外科手術(shù)相對于術(shù)前計劃的成功率。患者的這種頻繁醫(yī)學(xué)成像可使患者或醫(yī)療人員暴露于高劑量的輻射，這可導(dǎo)致嚴(yán)重的醫(yī)療風(fēng)險諸如癌癥。

為了使暴露于輻射最小化，期望減少患者所經(jīng)歷的醫(yī)學(xué)圖像的數(shù)量。減少對患者成像的一種方法是避免采集患者的目標(biāo)解剖結(jié)構(gòu)的不準(zhǔn)確或低于標(biāo)準(zhǔn)的圖像，這可由不對準(zhǔn)成像系統(tǒng)使得目標(biāo)解剖結(jié)構(gòu)不能夠被成像系統(tǒng)正確地或最佳地查看到而引起。傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)諸如C形臂系統(tǒng)被手動定位成最佳對準(zhǔn)，這是一項耗時且經(jīng)受人為錯誤的任務(wù)。通常，醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)必須被對準(zhǔn)，被移除以允許對患者進行手術(shù)，并且在外科手術(shù)期間多次返回到相同的最佳定位。并且，有時，醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)必須在單一外科手術(shù)期間對準(zhǔn)到多個最佳定位，例如，以在矯形外科手術(shù)期間對準(zhǔn)到不同的解剖區(qū)域，諸如患者的脊柱的不同椎弓根。在時間和準(zhǔn)確性甚至更為關(guān)鍵的術(shù)中環(huán)境中，正確和精確的對準(zhǔn)具有突出的重要性。此外，這些醫(yī)學(xué)成像和外科導(dǎo)航系統(tǒng)和設(shè)備的購買、維護和操作是昂貴的。

因此，需要在減少暴露于輻射的同時提供醫(yī)學(xué)成像和/或外科導(dǎo)航的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。還需要比傳統(tǒng)裝置便宜同時提供提高的手術(shù)準(zhǔn)確性的此類系統(tǒng)、方法和設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容

提供了用于使用慣性測量單元(IMU)來提高手術(shù)準(zhǔn)確性的系統(tǒng)和方法。在一些示例性實施方案中，提高的手術(shù)準(zhǔn)確性包括通過輸出操作反饋來提供手術(shù)輔助。為了生成操作反饋，由患者的醫(yī)學(xué)圖像生成患者解剖結(jié)構(gòu)的三維(3D)表示。基于所生成的3D表示來計算手術(shù)參數(shù)。IMU用于測量患者的相對位置，并且繼而其他IMU用于測量啟用IMU的工具的相對位置。基于從IMU的測量獲得的手術(shù)參數(shù)和數(shù)據(jù)來獲得輸出操作反饋。

在其他示例性實施方案中，提高的手術(shù)準(zhǔn)確性包括使用定位在或附接到患者的解剖結(jié)構(gòu)、外科手術(shù)臺、外科器械、或醫(yī)學(xué)成像和導(dǎo)航系統(tǒng)和設(shè)備上的IMU來提供術(shù)前評估、術(shù)中評估和術(shù)后評估和/或反饋。從IMU的傳感器獲得的IMU數(shù)據(jù)用于計算患者的解剖結(jié)構(gòu)、外科手術(shù)臺、外科器械、或醫(yī)學(xué)成像和導(dǎo)航系統(tǒng)和設(shè)備的絕對定位和/或相對定位。例如，可將IMU數(shù)據(jù)與醫(yī)學(xué)圖像、相機等組合，以提供器械或設(shè)備的外科導(dǎo)航、對準(zhǔn)和放置，以及生成術(shù)前計劃、計算手術(shù)參數(shù)、確定術(shù)中校正，以及評估術(shù)后變化。