用于在外科程序的准备中布置手术室中的对象的系统的制作方法
【专利说明】用于在外科程序的准备中布置手术室中的对象的系统
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2013年3月13日提交的美国临时专利申请N0.61/779，725的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
[0003]本发明通常涉及用于在外科程序的准备中布置手术室中的对象的系统和方法。
【背景技术】
[0004]在开始外科程序之前，需要在手术室中适当地布置许多对象。这些对象包括器械、患者、外科人员、仪器等等。在程序开始之前适当布置手术室中的这些对象有助于确保外科程序在没有不必要延迟的情况下进行。传统地，根据可以包括手术室布局的书面协议和与正在执行的特定程序相关联的书面指示来布置对象。
[0005]在一些外科程序中，诸如感测设备的导航器械(例如，跟踪摄像机、磁场传感器等等)和跟踪设备需要在程序开始之前进行布置。导航系统采用这种导航器械来帮助用户定位对象。例如，导航系统帮助外科医生相对于患者的解剖结构精确地放置外科仪器。使用导航系统的外科手术包括神经外科手术和整形外科手术。典型地，对器械和解剖结构进行跟踪，并在显示器上显示的它们的相对运动。
[0006]导航系统可以采用光信号、声波、磁场、RF信号等等以跟踪对象的位置和/或取向。跟踪设备附接至正在跟踪的对象。包括感测设备的定位器与跟踪设备协作以确定跟踪设备的位置，并且最终确定对象的位置和/或取向。导航系统通过跟踪设备监控对象的移动。
[0007]许多导航系统依赖跟踪设备与感测设备之间无阻挡的视线。当视线被阻挡时，从跟踪设备传输的信号没有由感测设备接收。因此，可能发生误差。典型地，在该情况下，导航中断并且向用户传送误差消息直到视线恢复或者系统重置。这可能引起外科程序的推迟。在其它类型的导航系统(诸如依赖感测磁场的导航系统)中，还可能发生关于放置跟踪和/或感测设备的误差。例如，磁场中的金属可能引起确定所跟踪对象的位置和/或取向的不精确性。
[0008]因此，在本领域中需要帮助布置跟踪设备和/或感测设备以帮助减少可能的误差的系统和方法。在本领域中还需要使用这种系统和方法以基于要执行的特定程序布置手术室中的其它对象。
【发明内容】
[0009]在一个实施例中，提供了用于在外科程序的准备中布置手术室中的多个对象的系统。系统包括具有显示器和控制单元的引导台。能够与引导台通信的跟踪元件与多个对象中的第一对象相关联以使得可以跟踪第一对象。引导台的控制单元基于程序信息确定多个对象的期望放置。随后控制单元根据期望放置引导多个对象的放置。
[0010]在另一个实施例中，提供了用于使用具有显示器的引导台布置手术室中的多个对象的方法。方法包括向引导台提供外科程序信息。方法还包括基于程序信息确定多个对象的期望放置，其中多个对象中的至少一个包括能够与引导台通信的跟踪元件。根据期望放置引导多个对象的放置。
[0011]这些实施例的一个优点是以高效方式以及基于要执行的特定程序促进手术室中的对象的布置，以使得对象放置在期望位置中以用于特定程序。
【附图说明】
[0012]当关联附图考虑下列【具体实施方式】时，通过参照下列【具体实施方式】，本发明的优点将被容易地领会，从而变得更好理解，其中:
[0013]图1是与机器人操纵器结合使用的引导台的透视图；
[0014]图2是引导台、跟踪设备、指示器和加工台(machining stat1n)的示意图；
[0015]图3是实施以创建手术前计划并且将手术前计划加载到系统中的步骤的流程图；
[0016]图4是由引导台实施的步骤的流程图；
[0017]图5是由引导台实施以帮助布置手术室中的对象的步骤的流程图；
[0018]图5A是来自提供关于摄像机单元的放置的指令的OR设置软件模块的屏幕截图的图示；
[0019]图5B是来自提供关于摄像机单元的放置的指令的OR设置软件模块的替代屏幕截图的图不;
[0020]图5C是来自提供关于放置患者的指令的OR设置软件模块的屏幕截图的图示；
[0021]图f5D是来自提供关于放置跟踪器的指令的OR设置软件模块的屏幕截图的图示；
[0022]图5E是来自提供关于放置跟踪器的指令的OR设置软件模块的替代屏幕截图的图示;
[0023]图6是示例的右旋手术室布局的顶视图；
[0024]图7是不例的左旋手术室布局的顶视图；
[0025]图8是实施以相对于患者放置跟踪器的步骤的流程图；
[0026]图9是实施以放置加工台的步骤的流程图；以及
[0027]图9A是来自提供关于放置加工台的指令的OR设置软件模块的屏幕截图的图示。
【具体实施方式】
[0028]公开了用于布置手术室中的对象的系统和方法。参照图1和图2，在一个实施例中，系统包括引导台20以及与各种对象相关联的跟踪元件。跟踪元件能够与引导台20通信以跟踪对象。程序信息被提供至引导台20。程序信息可以来自手术前外科计划和/或在手术中提供。基于程序信息(例如，正在治疗的解剖结构的标识、程序类型-诸如髋关节置换外科手术或者全部或者部分膝关节置换外科手术、植入物类型/大小、患者信息、外科医生偏好等等)，引导台20执行确定对象的期望放置并且引导外科人员根据期望放置来放置对象的步骤。本系统和方法的一个优点是减少手术室中的设置时间并且提高外科手术的效率。
[0029]在图1中，示出了医疗设施的手术室中的引导台20。建立引导台20以跟踪手术室中各种对象的移动。这些对象包括例如，外科仪器22、股骨F以及胫骨T。引导台20跟踪这些对象以便向外科医生显示它们的相对位置和取向，以及在某些情况下，控制或者约束外科仪器22相对于预定路径或者解剖边界的移动。如将在下面进一步讨论的，引导台20还帮助在开始外科程序之前和/或在手术中布置手术室中的这些对象以及其它对象。
[0030]引导台20包括容纳导航计算机26或者其它类型的控制单元的计算机推车组件24。导航界面与导航计算机26进行可操作通信。导航界面包括适合位于无菌区域外部的第一显示器28以及适合位于无菌区域内部的第二显示器29。显示器28、29可调节地安装至计算机推车组件24。第一输入设备30和第二输入设备32 (诸如鼠标和键盘)可以用于将信息输入到导航计算机26中或者以其它方式选择/控制导航计算机26的某些方面。可设想其它输入装置，包括触摸屏(未示出)或者语音激活。
[0031]定位器34与导航计算机26进行通信。在所示实施例中，定位器34是光学定位器并且包括摄像机单元36 (还称为感测设备)。摄像机单元36具有容纳一个或者多个光学位置传感器40的外壳38。在一些实施例中，采用至少两个光学传感器40，优选地采用三个或者更多个。光学传感器40可以是三个分开的电荷耦合设备(CCD)。在一个实施例中，采用三个一维CCD。应当理解，在其它实施例中，还可以围绕手术室布置各自具有单独的CCD或者两个或更多个CCD的单独摄像机单元。CCD检测红外(IR)信号。
[0032]摄像机单元36安装在可调节臂上以将光学传感器40安置成具有下面讨论的跟踪器的理想地不受阻碍的视场。可调节臂允许摄像机单元36调节至少一个自由度，以及在一些实施例中两个或者更多个自由度。
[0033]摄像机单元36包括与光学传感器40通信的摄像机控制器42用以从光学传感器40接收信号。摄像机控制器42通过有线连接或者无线连接(未示出)与导航计算机26进行通信。一个这种连接可以是IEEE 1394接口，该IEEE 1394接口是用于高速通信和等时实时数据传送的串行总线接口标准。连接还可以使用公司特定的协议。在其它实施例中，光学传感器40与导航计算机26直接通信。
[0034]将位置和取向信号和/或数据传输至导航计算机26以便跟踪对象。显示器28、29和摄像机单元36可以如在2010年5月25日颁布的、标题为“Surgery System”的、Malackowski等人的美国专利N0.7, 725, 162中描述的那些一样，该专利通过引用合并于此。
[0035]导航计算机26可以是个人计算机或者膝上型计算机。导航计算机26具有显示器28、29、中央处理单元(CPU)和/或其它处理器、存储器(未示出)和存储装置(未示出)。如下所述，导航计算机26加载有软件。软件将从摄像机单元36接收的信号/数据转换成表示当前跟踪对象的位置和取向的数据。
[0036]引导台20与多个跟踪设备44、46、48(此处还称为跟踪器)进行通信。在图示的实施例中，一个跟踪器44牢固地固定至患者的股骨F以及另一个跟踪器46牢固地固定至患者的胫骨T。跟踪器44、46牢固地固定至骨骼的段。跟踪器44、46可以以美国专利N0.7，725，162 (其通过引用合并于此)中示出的方式附接至股骨F和胫骨T。跟踪器44、46还可以如 2013 年 I 月 16 日提交的、标题为“Tracking Devices and Navigat1n Sys