[发明专利]用于医疗程序中的感觉增强系统和方法

说明书

本发明提供一种由用户(106)在外科手术程序期间佩戴的混合现实外科手术导航系统(10)，其包括：显示装置(104)，所述显示装置由用户(106)在外科手术程序期间佩戴，所述显示装置包括处理器单元(102)、显示生成器(204)、传感器套件(210)，所述传感器套件具有至少一个相机(206)或深度传感器，其中所述处理单元(102)用从所述传感器套件(210)接收的数据创建解剖对象(4204)的暴露表面(5806)的参考表面图(5804)；所述处理单元(102)针对所述参考表面图(5804)建立相对于所述传感器套件(210)的参考系(5810)；所述参考系(5810)的朝向通过创建所述解剖对象(4204)的其它解剖学特征(5824)的另外的表面图(5834)来建立；所述处理单元(102)通过以下操作跟踪所述解剖对象(4204)相对于所述系统(10)的姿态：创建所述暴露表面(5806)的移位表面图(5814)并且使所述移位表面图(5814)和参考系(5810)旋转和平移，以实现与所述参考表面图(5804)的最佳拟合。

申请日权益的要求

本申请是于2017年8月11日提交的美国申请第15/674,749号以及于2017年8月11日提交的专利合作条约申请第PCT/US2017/046438号的部分继续申请，所述两个申请均要求于2016年8月16日提交的、题为“用于医疗程序中感觉增强的系统和方法(Systems andMethods of Sensory Augmentation in Medical Procedures)”的美国临时申请序列号60/375,483的优先权；出于所有目的，所有申请均通过引用整体并入。

技术领域

本发明涉及用于医疗程序期间的定位、本地化和态势感知的新型可视化和感觉增强装置、系统、方法和设备，所述医疗程序包含但不限于外科手术程序、诊断程序、治疗程序和麻醉程序。

背景技术

当前的医疗程序通常由外科医生或医学专业人员在除了所需工具之外具有很少辅助或没有辅助的情况下执行，以影响患者的变化。例如，矫形外科医生可以具有一些测量工具(例如，标尺或类似工具)和切割工具(例如，锯或钻)，但是不辅助外科医生进行视觉、听觉和触觉输入。换句话说，外科医生除了他或她正在操作的东西之外什么也看不到，除了来自手术室中的其它参与者的正常沟通之外什么也听不到，并且除了来自程序中所关注的抓握工具或其它物品的正常反馈之外什么也感觉不到。可替代地，利用大型控制台型导航或机器人系统，其中显示器和相机定位在远离外科医生的无菌区域之外。这些需要外科医生将他或她的目光在手术部位与二维显示器之间反复移动。同样，当帘、人员或仪器阻碍了相机查看无菌区域中的标记，并且相机的有利位置不能让其自身在伤口内成像时，相机的远程定位会引起视线问题。通常使用带有标记的触针执行解剖配准，从而以标志对相机可见的这种方式进行探测。

发明内容

本发明提供了将一个或多个程序所需的反馈以视觉方式投射到用户的视野中，所述投射不需要使用户的头部不自然地运动或转动来查看外部屏幕。增强的显示或虚拟显示对用户表现为用户的视觉感知自然延伸或加强。进一步地，定位在用户的头组件中的传感器和相机具有与用户相同的有利位置，这最小化了一系列与外部相机相关联的视线模糊问题。与当前的触针点云方法相比，用本发明对解剖表面和特征进行3D映射并将其与来自术前扫描的模型相匹配更快，并且代表在外科手术期间以对解剖体进行配准的更准确的方式。

本发明包括新颖的感觉增强装置或设备，所述感觉增强装置或设备通常由对用户的视觉、听觉或触觉中的至少一个的增强组成，所述增强帮助进行医疗程序。可以以增强现实的形式提供用户的视野上的实时视觉覆盖形式的视觉辅助或者以虚拟现实的形式提供作为视觉场景的替代的供视觉辅助。可以提供简单的哔哔声和音调或更复杂的声音(如语音和指令等)形式的听觉辅助。可以提供简单的警告触觉反馈或更复杂的触觉生成形式的触觉辅助，目的是引导用户。在优选的实施例中，视觉(增强或虚拟)辅助将由音频反馈或触觉反馈或音频和触觉反馈两者来补充。