[发明专利]用于对3D术中图像进行自动重新校准的装置和方法

说明书

本发明涉及在机器人辅助手术期间采集患者的解剖区域的图像期间使用的重新校准装置(1)，该重新校准装置包括由射线可透过的材料制成的主体(3)，该主体包括由不透射线的材料制成的基准标记(9)，所述主体(3)具有支承表面(7)，该支承表面(7)意在被手动地放置在患者的所述解剖区域的表面上。根据本发明，所述基准标记(9)被呈特定几何图案布置，从而能够确实检测重新校准装置(1)在三维数字模型中的位置和取向，该三维数字模型通过源自采集解剖区域的图像构建而成。

技术领域

本发明属于机器人辅助手术领域，并且更具体地涉及在复杂解剖区域中实施的机器人辅助手术，例如脑脊髓手术，换句话说，神经外科手术和/或脊柱手术。

在该背景下，本发明涉及一种用于在机器人辅助外科手术过程中在通过医学图片获得的三维数字模型的参考系和患者的解剖区域的参考系之间进行重新校准的装置和方法。在本文件的继续中，数据对应于参与重新校准和/或手术过程的元件的特定坐标系。

在该背景下，本发明的重新校准装置和重新校准方法允许将患者的解剖区域的实际位置与通过患者的解剖区域的医学图片获得的三维数字模型相匹配。

背景技术

脑脊液手术集中在中枢神经系统的主要解剖结构，即大脑和脊柱。在人体的这些特别敏感的部位的手术过程中，最轻微的操作错误也会对患者未来的身体和神经自主性产生极其严重的后果。当进行脑脊髓动作时，极其重要的是，外科医生的手势应是极其准确的。机器人辅助手术确实负责在诸如手术辅助机器人臂之类的非凡的精密工具方面来帮助外科医生，该精密工具将机器的位置严谨性与手术实施者的实践知识相结合。

机器人辅助手术的实施通常需要同时操作若干单独的工具或设备，每个工具或设备均包括特定的参考坐标系。外科手术本身通常先于手术区域的术前或术中成像序列，其中，外科医生使用该序列对与该手术相关的动作进行规划。出于空间和顺序的原因，重要的是致使手术所需的工具在共用坐标系中产生影响，由此包括对手术期间涉及的每个元件的多种参考系进行重新校准的步骤，其中，患者的解剖区域、医学成像系统和/或手术监控系统(包括导航装置和导航目标)和/或外科辅助机器人。

这些重新校准步骤对于执行机器人辅助外科手术是至关重要的。因此，外科手术的准确性以及更一般地，外科手术的成功高度取决于解剖工作区域与手术中所涉及的多种元件之间的重新校准步骤的精确度。重新校准步骤必须是尽可能快速且平稳的，以便被完美地集成到针对所需手术实施的手术方案中。此外，精确的且自动的重新校准步骤允许外科医生专注于处于他的实践知识内的手术任务。

另外，从患者的角度以及就最终的术后效果而言，重要的是手术是尽可能少创伤的，使得患者尽快从手术中恢复。微创手术在此背景下得以发展，主要目的是尽可能多得保留位于手术区域附近的解剖组织和结构。为了实现这一目标，至关重要的是，手术过程的每一步(包括重新校准步骤)应该是尽可能少侵入性的。

目前，存在大量用于在患者的所关注的解剖区域的参考系与所关注的该解剖区域的医学图像的参考系之间进行重新校准的技术。当采集所述患者的所关注的解剖区域的图像时，这些重新校准技术中的每一种使用特定的重新校准装置作为患者参考系。

通常，这种重新校准装置包括设置有不透射线的基准标记和光学目标的射线可透过的主体。不透射线的基准标记允许检测重新校准装置在所关注的解剖区域的医学图像的参考系中的位置和取向。

在已知系统中，US 5,799,055中描述了第一类重新校准装置。该第一类重新校准装置包括适于由外科辅助臂承载的射线可透过的主体。为了在患者参考系和医学图像的参考系之间执行重新校准，射线可透过的主体设置有八个不透射线的基准标记。当采集患者的所关注的解剖区域时，这类重新校准装置的使用在医学图像中产生假象。这些假象是由辅助机器人臂所导致的，并且具有使医学图像中的基准标记的识别更为复杂的负面影响，从而降低了后续重新校准的准确性。而且，该装置并不允许进行三维医学图像的采集。