[发明专利]用于计算机辅助外科手术的系统方法以及计算机程序产品

权利要求书

1.一种帮助一外科医生终端用户的计算机化系统，所述系统包括：

一光投影仪配置为将至少一个图案投射到至少一脊柱上，

多个3D摄像机，当所述脊柱在它们的视野内时，可运行以捕获所述脊柱和图案的3D视频影像；

一工具跟踪器，又称工具适配器；以及

一计算机，又称处理器，包括逻辑器，所述逻辑器配置为接收由所述工具跟踪器和所述3D视频影像产生的所述输出工具状态指示，以及使用所述处理器已知的所述图案来追踪所述脊柱的至少一脊椎骨，并且在一外科手术过程中相应地给所述外科医生提供反馈，从而提供对脊椎骨的直接追踪，而不是对附着在所述脊柱上的标记的追踪，

所述工具追踪器包括:

一惯性导航子系统(INS)，用以重复计算在脊柱上的一外科手术过程中使用的至少一工具(又称外科手术器械)的一当前方向(又称角度，又称角定向)和一当前位置的一输出工具状态指示，从而提供对所述工具的位置和角度的惯性追踪；以及

一无线通信模块，可运行以提供所述子系统和所述处理器间的数据通信，所述数据通信包括发送所述输出工具状态指示至所述处理器。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述反馈包括在至少近乎实时地，对关于所述脊柱的至少一部分的至少一所述工具的一当前相对位置和角度的一指示。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述反馈包括在一显示屏上呈现给所述外科医生终端用户的视觉反馈，所述显示屏和所述逻辑器进行数据通信。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述工具追踪器安装在所述工具上。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于：提供多个工具追踪器并且安装在多个工具上，从而能够实时追踪多个工具。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于：用于追踪所述工具的标记是固定在所述工具和/或工具追踪器上的。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述系统还包括一用户界面，通过在所述用户界面上所述外科医生终端用户能够在脊柱上标记至少一要追踪的骨特征，并且其中所标记的所述骨特征用来追踪所述脊柱的至少一部分。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述处理器能够访问以数字方式存储的脊椎骨形状的和邻近脊椎骨之间的几何学关系的先验知识，并且其中所述处理器配置为将所述脊柱分割为单独的脊椎骨从而便于追踪所述脊柱的每个单独的脊椎骨。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述工具追踪器向所述外科医生终端用户呈现由所述处理器产生的且通过所述通信模块发送到所述工具追踪器的视觉反馈，所述视觉反馈指示如何改变所述工具的当前角定向，具有包括至少一所述工具的位置，角定位和深度的反馈，从而提供所述反馈给所述外科医生终端用户，而不需要所述外科医生终端用户从外科手术区中转移目光去看一个远离所述外科手术区的屏幕。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于：至少一LED安装在所述工具追踪器上并且其中所述至少一LED被控制以提供所述视觉反馈。

11.如权利要求8所述的系统，其特征在于：所述先验知识包括至少一单独的脊椎骨的至少一3D模型。

12.如权利要求6所述的系统，其特征在于：所述标记包括基准标记。

13.如权利要求6所述的系统，其特征在于：所述标记包括球形标记。

14.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述惯性导航子系统(INS)可运行以连续地计算至少一工具的当前角定向和当前位置的输出工具状态指示。