[发明专利]手术导航系统及相关方法

说明书

提供了一种用于手术导航的包括各种装置和方法的系统(10)。该系统被配置成借助于一个或更多个摄像装置(34、36)拍摄图像来跟踪患者的脊柱。该摄像装置被配置成拍摄一个或更多个阵列(38)的图像。该系统将图像发送给计算机系统(12)。所述一个或更多个阵列例如通过脊柱销(52)或脊柱夹具(124)与患者的脊柱可释放地固定。该系统可以利用和处理所拍摄图像来确定相关解剖学特征、植入物以及器械的空间位置和取向。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年10月5日提交的美国临时申请No.62/404,761和2017年2月10日提交的美国临时申请No.62/457,610的优先权日的权益，前述临时申请的全部内容如同本文中全面阐述地一样通过引用到本公开中而明确地并入于此。

技术领域

本申请涉及脊柱手术。更具体地，本申请涉及用于在使辐射暴露最小化的同时增强空间感知和器械可视化的导航系统。描述了这样的装置、系统以及使用方法。

背景技术

脊柱是高度复杂的骨骼和结缔组织系统，其为身体提供支撑，并且保护脆弱的脊髓和神经。脊柱包括一系列彼此堆叠的椎体，每个椎体包括内部或中部的相对较弱的松质骨以及外部的相对较强的皮质骨。位于各个椎体之间的是椎间盘，其缓冲和抑制施加在脊柱上的压缩力。包含脊髓的椎管位于椎体后面。脊柱具有自然曲度(即，腰椎和颈椎区域的脊柱前凸以及胸椎区域的脊柱后凸)，使得上部椎骨和下部椎骨的终板朝向彼此倾斜。

有许多类型的脊柱疾病，包括脊柱侧凸(脊柱异常侧弯)、过度脊柱后凸(脊柱异常前弯)、过度脊柱前凸(脊柱异常后弯)、脊椎前移(一个椎骨在另一椎骨上前移)、以及由异常、疾病或创伤引起的其他疾病(例如椎间盘破裂或滑动、退行性椎间盘疾病、椎骨骨折等)。患有这些病症的患者通常会经历极度和使人衰弱的疼痛，以及神经功能减弱。

医学界的一个值得注意的趋势是从经由传统的“开放式”技术来执行手术转而采用所谓的“微创”或“最小破坏性”技术。开放式手术技术通常是不期望的，因为它们通常需要具有大量组织位移的大切口来获得进入手术目标位点的通路，这伴随着大量疼痛、延长住院时间(增加医疗费用)、以及患者人群中的高发病率。低创手术技术(包括最小入口和微创技术)正在受到青睐，因为它们涉及经由尺寸明显较小的切口进入手术目标位点，并且组织位移要求大大降低。这又减少了疼痛、发病率以及与此类手术相关联的费用。虽然迄今已在这种微创技术上取得了进步，但仍有无法满足的临床需求。

微创手术(MIS)涉及小的手术切口，与传统的“开放式”技术相比，减弱了外科医生对患者解剖学结构的可视化以及三维(3D)空间感知。减弱的可视化可导致降低的位置感知和不准确的植入物放置。微创手术的技术挑战可能导致更长的手术室时间和/或增加放错植入物位置的风险。

术中(Intraoperative)荧光透视(在监视器上显示连续X射线图像的医学成像)是微创手术期间外科医生可视化的当前“黄金标准”。在手术期间通常需要对患者进行反复的术中荧光透视以评估器械和植入物的位置。虽然对于患者而言X射线暴露通常可以忽略不计，但随着时间的推移和对不同患者的多个手术，这种增加的暴露使外科医生和手术室(OR)工作人员面临增加的健康风险。

目前的脊柱导航技术的广泛采用存在许多障碍。系统设定时间、潜在的不准确度、以及对手术工作流程的破坏限制了脊柱导航技术的广泛采用。同时，OR正变得越来越拥挤，并且对于附加技术来说空间有限。未与其它OR系统集成的独立系统增加了OR环境的复杂性、混乱以及低效率。

因此，对于包括作为手术计划的一部分的补偿性变化、提供改进的外科医生可视化、减少对患者和OR工作人员的辐射、提高手术效率以及减少OR设备占用空间的系统和方法的需求仍然存在。

发明内容