[发明专利]计算机辅助手术系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算机辅助手术系统以及操作计算机辅助手术系统的方法，具体地涉及提供医疗设备的虚拟表示以提供这种医疗设备的较容易应用(如植入等)的一种计算机辅助手术系统以及操作计算机辅助手术系统的方法。

背景技术

股骨颈骨折可通过如髓内钉来进行治疗。在这些治疗中，用于髓内钉的钉典型地包括用于接收接骨螺钉的至少一个钻孔。通常以该股骨的纵向方向引入这种钉，其中，当该接骨螺钉容纳在该至少一个钻孔内时，该接骨螺钉以与该股骨的颈所成的某个角度侧向延伸。外科医生的一种不可避免的问题是预测这种钉或植入件或其一部分的未来位置或植入位置。在以前，手术人员一直以反复试验的方式来获得该植入件的或多或少的最佳位置。不过，这可能会导致较长的手术持续时间，而较长的手术持续时间则可能会导致对患者的更高的压力。进一步来讲，对于每一次尝试而言，通常必需至少一个X光图像(如荧光照片)，以检查该植入件的当前位置，从而评估其位置。

在最近，用于动力髋螺钉的计算机辅助手术已由Amir Herman等人在The International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery，2008年12月29日，第5卷，第45至50页中进行了描述，其描述了一种计算机辅助手术系统，这种系统采用了一种图像分析技术，以测量三维距离、使植入件模板可视化并且在标准的荧光透视图上观察受导轨迹。引导系统结合合并在透明硬件中的一组X光不能够穿透的标记作为瞄准、定位和参照装置。这种装置附接到引导线。荧光图像由这名外科医生获得，然后由图像处理引擎进行处理，该图像处理引擎计算该图像中相对于C臂的三维取向以及钻孔轨迹。

另外，EP1149151B1对获取旨在用于将锁定螺钉插入髓内装置的开口的信息的过程进行了描述。该文件描述了获取旨在用于将锁定螺钉插入髓内装置的远端锁定孔的信息的过程。所描述的过程包括利用放射单元获取该髓内装置的远端部分的不同取向的两个图像、通过将固定在该髓内装置上的基准帧和备选的固定在该放射单元上的另一个基准帧定位来获取投影参数，尤其是该X光源的位置和每个图像的投影平面。该过程还包括校正这些图像的任何失真、将每个图像中的该髓内装置的远端部分分段以及计算与该装置的位置有关并且与这些孔的位置有关的属性，其中，这些属性至少包括该装置的轮廓、它的重心以及它的主轴。另外，该过程还包括对每个图像的该装置的远端部分的投影锥进行构造、确定这两个投影锥的交叉点、基于该交叉点对该髓内装置进行建模、借助于该建模和在这些图像上确定的这些孔的重心来确定锁定孔的中心、以迭代方式确定该锁定开口的取向以及引导钻孔工具。

发明内容

本发明提供允许所要应用的医疗设备简单而快速地定位的一种计算机辅助手术系统以及操作计算机辅助手术系统的方法，这种医疗设备如一种植入件。

根据本发明的一个实施例，提供一种操作计算机辅助手术系统的方法，这种方法包括：相对于解剖结构将基准体定位，该基准体虚拟地表示将要应用于解剖结构的医疗设备的位置；检测该基准体相对于解剖结构的位置；基于检测到的基准体相对于解剖结构的位置将该解剖结构与将要应用的医疗设备的虚拟表示叠置；提供相对于解剖结构应用医疗设备的允许范围的规则；修正该基准体的位置；以及优化将要应用的医疗设备相对于解剖结构的虚拟位置以获得与这些允许范围的规则的最佳匹配。

因此，通过使用将要应用的医疗设备的虚拟表示，能够预测实际的医疗设备的未来的位置，而无需在确定该医疗设备的最终理想位置阶段期间将这种医疗设备插入。这样就能够在将该医疗设备插入之前虚拟优化该医疗设备的位置。这就可能会降低切口和X光冲击对患者造成的压力。优化可包括该医疗设备即该植入件的最佳位置、取向和几何结构的确定。这种优化可在计算机设备的支持下进行。该基准体可以是特别的附加元件以及具有独特的几何结构以在成像时识别其位置的医疗器械。

根据本发明的另一个实施例，医疗设备的位置包括该医疗设备的尺寸、位置以及取向。

因此，这种医疗设备能够被虚拟地表示，并且考虑相对于患者的解剖结构的所有的相关信息。位置还可以是医疗设备的几何结构，尤其是从预定的多种医疗设备中选出的几何结构。

根据本发明的又一个实施例，检测相对于解剖结构的已定位的基准体包括从不同的角度获取两个二维图像并且基于这两个二维图像生成三维表示，以及基于该三维表示确定基准体相对于解剖结构的空间位置。这两个二维图像可包括容纳医疗设备的解剖结构。该医疗设备相对于解剖结构的位置可以基于该三维表示。