[发明专利]用于与机器人外科手术系统一起使用的增强现实导航系统及其使用方法

说明书

本公开涉及增强现实导航系统及其使用方法，其尤其解决了对机器人外科手术系统导航的系统和方法的需要，同时减少了外科医生的分心。本文中所公开的增强现实导航系统使得外科医生能够保持集中于外科手术部位和/或用于外科手术的外科手术工具，同时获得与手术相关的广泛范围的导航信息。当在手术期间被呈现在安置于外科医生的自然视野中的虚拟显示器上时，导航信息可显现在所述增强现实导航系统中。导航信息还可显现为覆盖在患者的解剖结构上。增强现实导航系统包括：头戴式显示器，其包括至少部分透明的显示屏；至少一个检测器，其连接到所述头戴式显示器以用于识别实物特征；以及计算机子系统。

技术领域

本发明大体上涉及用于与机器人外科手术系统一起使用的增强现实系统及其使用方法。

背景技术

机器人外科手术系统用于许多外科手术以便帮助外科医生精确地和准确地执行手术。这些手术经常需要精确放置一个或多个植入物且可使用微创技术执行。机器人外科手术系统遵循预先规划的或手术中规划的轨迹，所述预先规划的或手术中规划的轨迹帮助外科医生放置植入物，同时保持其既定对准。贯穿外科手术环境放置的导航标记用于使环境(例如，患者解剖结构)与机器人外科手术系统配准以便使机器人恰当地定向到预先规划的或手术中规划的轨迹。另外，医学图像数据可被与机器人外科手术系统配准以提供患者的解剖结构的模型用于导航。

外科医生在手术期间使用固定显示器规划和监控轨迹以及监控机器人外科手术系统的状态和患者的解剖结构，所述固定显示器例如附接到或紧靠机器人外科手术系统。这种固定显示器是用于在手术期间导航和监控机器人外科手术系统的主要机构。这对于患者的解剖结构阻挡对外科手术部位的直视的微创手术尤其正确。然而，固定显示器需要外科医生将他或她的视线远离外科手术部位和/或他或她正操控的外科手术工具转移以便获得显示在屏幕上的导航信息。此外，显示屏可能会在物理上阻碍外科医生观看外科手术环境的一部分。

发明内容

需要用于观看来自机器人外科手术系统的导航信息的系统和方法，所述系统和方法减少了外科医生对转移他或她的视觉的需要，同时不会阻碍观看外科手术环境。本公开涉及增强现实导航系统及其使用方法，其除了别的以外解决了对机器人外科手术系统导航的系统和方法的需要，同时减少了外科医生的分心。本文中所公开的增强现实导航系统使得外科医生能够保持集中于外科手术部位和/或用于外科手术的外科手术工具，同时获得与手术相关的广泛范围的导航信息。导航信息包含但不限于来源于医学图像数据的患者解剖结构的模型、外科手术工具或机器人外科手术系统的轨迹或位置、或者外科手术植入物的位置和定向。导航信息可被发送到增强现实导航系统作为来自机器人外科手术系统的导航输入数据。当在手术期间被呈现在安置于外科医生的自然视野中的虚拟显示器上时，导航信息可显现在增强现实导航系统中。导航信息还可显现为覆盖在患者的解剖结构上。导航信息可包含否则在外科医生的自然视野中不可见的信息，例如，轨迹和或外科手术工具被患者的解剖结构遮挡的部分。

增强现实导航系统包括：头戴式显示器，其包括至少部分透明的显示屏；至少一个检测器，其连接到头戴式显示器以用于识别实物特征；和计算机子系统。显示屏显示增强图形，例如，向外科医生提供导航信息的导航增强图形。导航增强图形在外科医生的视野中可表现为单独显示器或覆盖在患者的解剖结构上。至少一个检测器识别实物特征，其中所述实物特征可例如为经由图像辨识方法辨识的基准和/或患者解剖结构。以此方式，安装到头戴式显示器的至少一个检测器充当在外科手术期间使用的典型导航系统中的检测器(例如，可用于使患者的解剖结构与机器人外科手术系统配准)，而在外科手术环境中无需额外设备件。计算机子系统可被配置成在手术期间执行对外科医生有用的各种导航任务，包含例如轨迹规划和执行。运动传感器可任选地被包含以检测佩戴增强现实导航系统的外科医生的头部运动，所述增强现实导航系统提供额外功能和/或性能(例如，选择输入装置或偏移校正)。