[发明专利]工件的操作系统及其方法

说明书

本发明总体提供了一种用于诸如图像引导植入中的牙科医生等操作人员的人体工程学操作系统及其方法。靠近牙科钻孔或与牙科钻相结合的物理或虚拟显示器显示需要手术医生高频度观察的信息。因此，手术医生能够同时监视钻孔部位和显示器，而不会将头部向不在其视野内的其他显示器方向移动。本发明显示出许多技术优点，例如操作的简单性、改进的操作安全性、更高的生产率和提高的效率等等。

技术领域

本发明涉及操作人员操作工件的操作系统或装置及其方法。虽然这项发明将以图像引导钻患者的下颌骨为例来说明和解释，应当领会的是本发明还可以应用于其他领域，比如，图像引导的工业程序；其他图像引导外科程序，比如在耳、鼻、喉、鼻窦进行的手术；图像引导的助听器植入或安装；图像引导传递治疗剂，比如输送到眼内或者其他器官；图像引导的导管；比如，肿瘤治疗的图像引导放射疗法；图像引导心瓣膜置换术或修复等等。

背景技术

钛植入体被广泛用于修复残缺的牙齿。在整个过程中，对患者的颌骨钻孔以准备植入部位是重要的但高风险的步骤。为了避免伤害患者，手术医生必须非常谨慎。这种潜在损伤的例子包括无意间进入下颌神经管，可能使皮质骨板穿孔，或损伤邻近的牙齿。为了执行一个精心计算钻孔计划，就要求手术医生密切、持续地监测钻头与颌骨之间的动态空间关系。

在图像引导的钻孔过程中，在手术室放置大屏幕显示器。显示屏实时显示安装在手持件上的钻头、手术计划中的钻孔轨迹，以及患者颌骨的3D图像的相对位置。在颌骨钻孔的过程中，手术医生受显示屏的引导。例如，Sonenfeld等人的公开号为20080171305的美国专利申请，在图2J中说明了这类植入手术。手术医生面临的一个挑战是，当他专注于显示屏时，为了安全他还必须注意现实世界中的患者颌骨。因此，当在真实的颌骨上钻孔时，手术医生必须经常上下移动他的头来观察在现实世界中钻孔的位置和显示屏上的虚拟钻头和颌骨。这种严格的要求使医生感到紧张和压力，并增加了误操作的可能性，这可能会导致对患者的颌骨造成不可挽回的损失，或者对钻孔计划执行不力。

因此，存在克服上述问题的需要。有利的是，本发明提供了一种设备操作人员在工件上操作的操作系统或装置，具有众多技术的优点，如方便和符合人体工程学设计，操作简单，提高了操作的安全性，更高的生产效率，提高了工作效率等等。

发明内容

本发明的一个方面提供一种用于操作人员在工件上操作的操作系统或装置。该系统包括：

(1)用于操作人员手持的手持设备，其中所述手持设备包括在操作人员的控制下在工件上工作的动作部件；

(2)测量所述动作部件和所述工件之间的空间关系的传感系统(例如3D相机、3D传感头或3D跟踪系统)；

(3)用于显示n条信息P1、P2...Pn的显示系统，n条信息选自所述手持设备的工作条件、所述工件的条件、所述手持设备的3D图像、所述工件的3D图像、所述动作部件与所述工件之间实时空间关系以及所述动作部件与所述工件之间的预先计划的空间关系，其中n是整数，n≥2；所述显示系统包括第一显示器，该第一显示器与所述手持设备的最短距离Dmin1小于30厘米。例如，当该第一显示器连接或结合到所述手持设备时，Dmin＝0。该显示系统还包括与所述手持设备分离的第二显示器。所述第一显示器可以是物理显示器(或硬件显示器)或虚拟显示器，所述第一显示器显示选自所述n条信息中的至少一条信息；所述第二显示器显示选自所述n条信息中的至少一条信息。这两种“至少一条信息”可以相同或不同。

本发明的另一方面提供一种在工件上操作的方法，包括：

(i)提供用于操作人员手持的手持设备，其中所述手持设备包括在操作人员的控制下在工件上工作的动作部件；

(ii)用传感系统来测量所述动作部件和所述工件之间的空间关系；