[发明专利]用于外科手术工具的触觉控制的系统和方法

说明书

一种外科手术系统包括外科手术工具(36)，外科手术工具(36)与虚拟触觉交互点(60)相关联以使得所述虚拟触觉交互点的运动对应于所述外科手术工具的运动。所述外科手术系统还包括处理电路(20)以建立虚拟入口边界(50)和激活触觉对象(52)，其在所述触觉交互点穿过所述虚拟入口边界后约束所述外科手术工具。

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年12月21日提交的美国申请号13/725,348的权益和优先权，其全部内容以引用的方式并入本文中。

背景

本发明总体上涉及触觉领域，并且更具体地涉及外科手术工具的触觉控制。

在计算机辅助外科手术中，外科医生可利用触觉装置。“触觉”是指触摸的感觉，且触觉领域尤其涉及提供反馈给操作者的人交互式装置。反馈可以包括触觉，诸如例如，振动。反馈还可以包括提供力给用户，如运动的正向力或阻力。触觉的一个常见用途是为装置用户提供操纵所述装置的引导或限制。例如，触觉装置可以联接到外科手术工具，它可以由外科医生操纵以执行外科手术。外科医生的外科手术工具操纵可以通过使用在外科手术工具的操纵过程中提供反馈给外科医生的触觉被引导或限制。

手术方案通常在用触觉装置执行外科手术之前制定。手术方案可以是针对具体患者的。基于手术方案，外科手术系统在手术过程的部分期间引导或限制外科手术工具的运动。外科手术工具的控制用来在实施手术方案的过程中保护患者和帮助外科医生。

通常，在外科手术过程中使用的触觉装置可以具有至少两个操作模式。在自由模式中，外科医生可基本上自由地操纵联接到装置的外科手术工具。在触觉控制模式中，外科手术系统的组件(例如，触觉对象)被激活，以引导或限制外科手术工具的运动。使用现有技术的触觉装置可通过在手术过程中改进自由模式和触觉控制模式之间的转换的机制来增强。

发明概述

本发明的一个实施方案涉及一种外科手术系统。所述外科手术系统包括与虚拟触觉交互点相关联的外科手术工具，其中所述虚拟触觉交互点的运动对应于所述外科手术工具的运动。所述外科手术系统还包括处理电路，其被配置为建立虚拟入口边界和激活触觉对象，其中被激活的触觉对象被配置为在所述触觉交互点穿过所述虚拟入口边界后约束所述外科手术工具。

本发明的另一实施方案涉及一种使用外科手术系统的方法。所述方法包括提供外科手术工具和提供虚拟触觉交互点，其中所述虚拟触觉交互点的运动对应于所述外科手术工具的运动。所述方法还包括提供虚拟入口边界和激活触觉对象，其中被激活的触觉对象被配置为在所述触觉交互点穿过所述虚拟入口边界后约束所述触觉交互点。

本发明的又一实施方案涉及一种上面具有在由处理电路执行时有助于计划或执行外科手术的指令的计算机可读存储介质。所述介质包括用于使外科手术工具与虚拟触觉交互点相关联使得所述虚拟触觉交互点的运动对应于所述外科手术工具的运动的指令；用于建立虚拟入口边界和虚拟出口边界的指令；用于激活触觉对象的指令，其中被激活的触觉对象被配置为在所述触觉交互点穿过所述虚拟入口边界后约束所述外科手术工具；以及用于在所述触觉交互点穿过虚拟出口边界后停用所述触觉对象的指令。

可替代示例性实施方案涉及如一般可在权利要求中所引用的其它特征和特征的组合。

附图简述

结合附图，从以下详细说明将更全面地了解本发明，其中相同的参考标号是指相同的元件，其中：

图1是根据示例性实施方案的外科手术系统。

图2A和2B是矢状锯的实施方案。

图3A和3B示出根据示例性实施方案的计划股骨改造，以及图3C和3D阐明根据示例性实施方案的计划胫骨改造。

图4示出根据示例性实施方案的使用外科手术系统的方法。