[发明专利]跟踪外科手术工具来控制外科手术系统

说明书

背景技术

本发明涉及外科手术系统，并且更具体地涉及将外科手术控制工具用作控制输入的外科手术系统。

准确的外科手术设置对于外科手术的成功至关重要。因此，当外科手术情况在外科手术过程中发生变化时，非常期望有调整外科手术设置的能力，特别对于精细的眼科手术是如此。现代外科手术控制台被设计为具有针对每个特定任务的不同操作模式和设置。例如，玻璃体视网膜外科手术控制台可以配备有用于玻璃体切除手术的三种不同模式，包括去核(CORE)、剃刮(SHAVE)和50/50。当开始进行玻璃体切除手术时，控制台被配置成在去核模式下使得可以高效地去除大部分玻璃体皮质。此后，控制台需要手动地配置到剃刮模式以便安全地剃光在外围的玻璃体基部。而且，甚至在同一外科手术模式中，外科医生可能想要基于不同的外科手术情况改变一些设置。例如，如果玻璃体切除术期间出现视网膜出血，那么外科医生将立即增加眼内压(IOP)以试图使流血停止。

在目前的眼外科手术中，由助手通过距离外科医生几英尺的触摸屏对外科手术设置进行控制或者由外科医生通过脚踏板对外科手术设置进行控制。如果由助手执行，那么外科医生将必须先与助手口头沟通，然后等待直到助手完成动作，假设助手会总是会明白外科医生的要求。此外，它增加了给定外科手术的人力需求。另一方面，如果由外科医生通过脚踏板执行，则不涉及上述任何复杂性。然而，脚踏板是仅能容纳有限数量的控制命令的物理装置。

因此，需要使外科医生能够完全控制外科手术设置的外科手术系统，而不增加当前外科手术控制台的复杂性，从而潜在地实现无助手外科手术。

发明内容

本发明披露了一种外科手术系统，所述外科手术系统包括目镜、外科手术显微镜、控制单元、外科手术工具、用于跟踪所述外科手术工具的运动的跟踪单元、以及用于处理所述外科手术工具的运动以获得所述外科手术工具的时空信息的处理单元。所述控制单元进一步包括具有多个控制命令的控制输入单元。所述控制单元通过使所述控制输入单元和所述外科手术工具的时空信息相关联来识别控制动作并且对所述外科手术系统应用相应的控制命令。

所述跟踪单元可以是基于软件的工具跟踪单元。例如，所述跟踪单元可以是成像单元，所述成像单元捕获所述外科手术工具和手术部位的至少一个图像。所述成像单元可以是光学相机、干涉仪、红外相机等。所述跟踪单元也可以是基于硬件的工具跟踪单元。例如，所述跟踪单元可以包括一个或多个跟踪传感器，例如陀螺仪、磁传感器、光学传感器、加速度计等。

所述控制输入单元包括多个控制命令。每个控制命令可以分别与运动图案/手势相关联或者编码成运动图案/手势。每个控制命令也可以分别被设计为按钮/图标。按钮/图标可以显示和/或更新各种外科手术设置的参数。

所述外科手术工具的时空信息包含所述外科手术工具的信息例如为运动轮廓、运动图案/手势、位置、旋转方向、工具角度、与手术部位的尖端接近度、速度、方向、长度、数量等。所述外科手术工具的时空信息可以包含所述外科手术工具的远端、所述外科手术工具的任何部分或者所述整个外科手术工具的信息。

本披露进一步描述了本发明的若干实例。在本发明的一个实例中，所述跟踪单元包括成像单元以及抬头显示器，所述抬头显示器被配置在所述外科手术显微镜中用于与使用者进行交互。所述成像单元可以捕获所述外科手术工具和手术部位的至少一个图像，并且所述控制命令与多种不同运动图案/手势相关联或者编码成多种不同运动图案/手势。

在本发明的另一个实例中，所述控制输入单元可以进一步包括配置在所述外科手术显微镜中的虚拟图形用户界面(GUI)。所述虚拟GUI可以通过抬头显示器显示并且每个控制指令被设计成在所述虚拟GUI内部的按钮或图标。所述控制命令可以根据不同的应用来设计。所述虚拟GUI可以显示在距离手术部位一定距离处的虚拟平面中或者在所述手术部位的周边，而所述控制命令可以设计在所述虚拟GUI的中心或者所述虚拟GUI的周边。

在本发明的另一个实例中，所述外科手术系统包括两个跟踪单元(例如，成像单元)使得可以获得所述手术部位的立体视觉。可以执行3D工具跟踪以提取3D运动。在这种外科手术系统中，所述外科手术工具的时空信息可以包含3D信息。

在本发明的另一个实例中，所述外科手术系统的跟踪单元包括连接至所述外科手术工具的一个或多个跟踪传感器。所述跟踪单元可以进一步产生3D运动。在这种外科手术系统中，所述外科手术工具的时空信息可以包含3D信息。一个或多个跟踪传感器可以联接至所述外科手术工具。