[发明专利]图像引导外科系统

说明书

技术领域

本公开涉及一种包括有利的位置检测系统的图像引导外科系统。

背景技术

从美国专利第5,389,101已知了一种图像引导外科系统。

图像引导外科系统通常用于辅助外科医生在手术过程中决定手术器械 的位置。在复杂的外科手术期间，对于外科医生来说常常很难或甚至不可 能直接看到他/她在病人体内移动手术器械。在显示设备上，图像引导外科 系统为外科医生显示了手术器械相对于正在进行外科手术区域的位置。这 样，图像引导外科系统能使外科医生超越直接视觉在病人体内移动手术器 械，而不会有损伤要害部位的风险。

已知的图像引导外科系统的位置检测系统包括两个摄像机，这两个摄 象机从不同方向获取手术器械的图像。该图像引导外科系统包括用于从两 个摄像机的图像信号得到手术器械的空间位置的数据处理器。在手术期间， 将较早收集的图像显示给外科医生。例如，可以将手术前形成的计算机断 层扫描(CT)图像或磁共振(MRI)图像显示到监视器上。数据处理器计算图像 中手术器械的相应位置。在所显示的图像中，手术器械的实际位置与手术 器械使用区域的图像一起显示。

优选地将这种图像引导外科系统用于神经外科，为外科医生示出正在 动手术的病人大脑中的手术器械位置。

已知的图像引导外科系统的缺点是难以知道何时手术器械移出测量区 域。一旦该器械移到测量区域的外部，则位置检测系统将不再能够检测到 该手术器械的位置。

为了克服该问题，美国专利5,954,648公开了一种改进的图像引导外科 系统，该系统并入了一种能够(诸如由半导体激光器)产生光源的指示系统。

然而，问题仍然存在。通常对光学跟踪或位置检测系统的多个摄像机 进行预配置，使得这些摄象机的光轴会聚于距摄像机标称距离的位置。该 会聚点近似定义了光学跟踪系统的视野中心(“最佳位置”)。因为在手术环 境中难以确定该光学跟踪系统的视野中心位置，所以难以确定摄像机系统 的最优位置。

实际上，首先将光学跟踪系统手工放置在近似位置处，初始方向朝向 期望的工作空间(即，手术区域)。然后，用户(例如，外科医生)尝试跟踪期 望工作空间中的对象，以测试该工作空间是否包含在该光学跟踪系统的视 野(即，测量区域)中。如果该工作空间没有包含在该视野中，该用户对跟踪 系统的位置和/或方向作出调整，并进行另一个测试。不断进行以上重复， 直到找到满意的该光学跟踪系统的方向和位置。

同样，2005年1月20日出版的美国专利申请号2005/0015099A1公开 了一种包括用于确定手术工具位置的至少两个激光束的手术位置测量装 置。然而，没有公开如何克服在手术期间快速确保摄像机视野与手术区域 基本一致的问题。

发明内容

本公开的目标是提供一种图像引导外科系统，其尤其包括能够精确指 向手术区域的位置检测系统。

通过本公开的图像引导外科系统达到该目标，其特征是为该位置检测 系统提供具有多个半导体激光器(例如，两个半导体激光器)的指示系统，用 于标记位置检测系统的敏感区域。

手术区域是在手术治疗期间手术器械在其中移动的空间。指示系统相 对于手术区域示出了该位置检测系统敏感的空间部分，即该位置检测系统 的测量区域。该测量区域是摄像机单元从中获取图像的空间部分。通过相 对于彼此安排摄像机单元和手术区域，来定位该位置检测系统。

优选地，将摄像机单元指向该手术区域，但是也可以移动被进行手术 的病人，以在位置检测系统的测量区域内移动手术区域。指示系统示出了 该测量区域是否充分地与手术区域相对应。很容易地精确地定位位置检测 系统的摄像机单元，也就是令位置检测系统敏感的区域(即该测量区域) 与手术区域基本对应。因此，可以轻易地避免由于手术器械离开该测量区 域所出现的复杂情况。这就减轻了外科医生进行复杂手术的压力。此外， 本公开的图像引导外科系统不需要在实际外科手术开始前为精确定位摄像 机单元而进行复杂精细的测试。本公开的图像引导外科系统不仅为病人大 脑或脊髓的外科手术提供了这些优点，而且为在有关其它解剖区域和/或器 官的外科手术中提供了这些优点。

本公开的图像引导外科系统的优选实施例的特征至少部分地在于，指 示系统标记所述区域的中心。