集成手术导航和可视化系统及其方法与流程

本公开的某些方面总体涉及手术系统，具体涉及用于集成的手术导航和可视化的系统和方法。背景技术：1、通过使用来自计算机断层摄影(computed tomography，ct)、磁共振成像(magnetic resonance imaging，mri)和弥散张量成像(diffusion tensor imaging，dti)模态的容积患者数据引导外科医生朝向并通过目标手术部位，手术导航可以改善患者结果。手术导航系统可以将实体患者配准到容积患者数据，从而允许在给定手术工具(诸如导航指针)位于实时患者上或中时显示所述工具在患者数据中的当前位置。利用手术显微镜的手术可视化可以用在许多手术中，诸如神经手术、整形手术和重建手术，其中，需要对小结构的可视化。2、当今的手术导航系统(例如medtronic的stealth和brainlab的curve)通常与手术可视化系统(例如zeiss的kinevo和leica的oh series)分离和分立。手术导航与手术可视化之间的任何集成通常是有限的。例如，一些系统通过包括显微镜视图的导航作为工具以示出显微镜焦点的位置来组合导航和可视化的功能。一些系统在容积患者数据上显示显微镜视场，或者经由眼睛图像注入将容积患者数据视图配准到显微镜的视场上，并且在外部监视器中显示所得到的视图。例如，导航系统(诸如medtronic的stealth和brainlab的curve)可以可选地与某些显微镜(例如zeiss的kinevo和leica的oh series)集成。一些制造商(例如stryker和synaptive)可以形成商业协议，其中，单独的导航和显微镜系统被封装为一个产品，但是保持为单独的设备。3、这种配对系统(例如手术导航系统和手术可视化系统)的各个部件的分立性质可能导致设置和使用上的困难。这些困难经常导致这些系统的停用或利用不足。这些困难包括但不限于：对于具有有限空间的手术室而言有太多的物理设备(“太多家具”)；将配对系统的各个部件彼此连接和连接到电源所需的过多电缆；在通信地和功能地连接配对系统的各个部件方面的技术困难；以及在校准手术和可视化部件以实现统一功能方面的挑战。4、本公开的各种实施例解决了上面提出的一个或多个缺点。技术实现思路1、本公开提供了用于集成手术导航和可视化系统的新颖且创新的系统和方法。2、在一个示例中，公开了一种集成手术导航和可视化系统。该系统包括：单个推车，其提供运动性；立体数字手术显微镜；一个或多个计算设备(例如包括单个计算设备)，其容纳并共同执行手术导航模块和手术可视化模块，并且由单个电源连接供电，由此减少手术室占用面积；单个统一显示器；处理器；以及存储器。此外，系统可以提供从立体数字手术显微镜扩展到n相机数字手术显微镜的基础，其中，n为2或更大。存储器存储计算机可执行指令，当由处理器执行时，计算机可执行指令使系统执行一个或多个步骤。例如，该系统可以响应于用户输入提供手术部位的导航；并且经由单个统一显示器提供手术部位的可视化。系统还可以执行手术导航模块和数字手术显微镜的启动。此外，系统可以实时地将手术部位的可视化与手术部位的导航同步。例如，系统可以经由统一显示器提供集成的导航信息和显微镜手术部位可视化。而且或替代地，系统可以提供覆盖所有视图的同一焦平面处的立体视图中的实时手术视图的导航信息。3、在至少一个方面，系统可以利用给定的参考(例如光轴)来控制立体数字手术显微镜的位置。例如，数字手术显微镜的给定参考与nico端口或脊柱扩张器工具的中心轴线准连续地准实时对准。而且或替代地，系统可以接收与用于手术部位导航的预先规划的轨迹相关联的用户输入；并且系统可以通过将数字手术显微镜的给定参考与预先规划的轨迹对准来控制立体数字手术显微镜的位置。4、在至少一个实施例中，系统可以通过使用数字手术显微镜的焦点而不是导航探针来提供(例如患者的)非接触式配准，以用于患者配准的基准匹配、界标匹配和跟踪方法。例如，系统可以提示患者的非接触式配准；并且接收与患者的非接触式配准相关联的用户输入。系统可以经由摄影测量或立体摄影测量接收与非接触式配准相关联的用户输入。5、而且，系统可以赋予若干优点，包括但不限于：减少通信延迟和连接风险(例如通过在计算系统中容纳并共同执行手术导航模块和手术可视化模块)；消除或减少连接两个系统(例如用于导航和可视化)的需要，使得两个系统的工作流程正确并且同步地工作，消除或减少将两个系统彼此连接所需的任何工作流程步骤；消除或减少两个系统之间的物理电缆连接或其它通信连接要求；与两个分立系统相比降低电力电缆要求；以及缓解视线问题。6、在一个示例中，一种由具有一个或多个处理器的计算设备执行的方法可以包括：执行计算系统的启动，从而引起与计算系统相关联的手术导航模块和手术可视化模块的启动；利用给定参考来控制立体数字手术显微镜的位置；响应于用户输入提供手术部位的导航；经由单个统一显示器提供手术部位的可视化；以及通过经由单个统一显示器集成导航信息和手术部位的可视化来实时地同步可视化。方法还可以包括：由计算系统接收与用于由立体数字显微镜导航手术部位的预先规划的轨迹相关联的用户输入；以及将数字手术显微镜的给定参考与预先规划的轨迹对准。7、在一个示例中，公开了一种用于计算机系统上的非瞬态计算机可读介质。非瞬态计算机可读介质可以包含计算机可执行编程指令，其可以使处理器执行本文所述的一个或多个步骤或方法。技术特征：1.一种集成手术导航和可视化系统，包括：2.根据权利要求1所述的集成手术导航和可视化系统，其中，所述手术导航模块和所述手术可视化模块的所述容纳以及所述共同执行降低通信延迟和连接风险。3.根据权利要求1所述的集成手术导航和可视化系统，其中，所述指令在由所述处理器执行时还使得所述系统：4.根据权利要求1所述的集成手术导航和可视化系统，其中，所述指令在由所述处理器执行时还使得所述系统：5.根据权利要求4所述的集成手术导航和可视化系统，其中，所述指令在由所述处理器执行时使得所述系统：通过经由所述统一显示器提供集成的导航信息和显微镜手术部位可视化来使所述可视化同步。6.根据权利要求1所述的集成手术导航和可视化系统，其中，所述立体数字手术显微镜包括不具有导航目标构件的显微镜头部。7.根据权利要求1所述的集成手术导航和可视化系统，其中，所述指令在由所述处理器执行时使得所述系统：8.根据权利要求1所述的集成手术导航和可视化系统，其中，所述指令在由所述处理器执行时使得所述系统：9.根据权利要求8所述的集成手术导航和可视化系统，其中，所述指令在由所述处理器执行时使得所述系统：10.根据权利要求9所述的集成手术导航和可视化系统，其中，所述指令在由所述处理器执行时使得所述系统通过以下方式来控制所述立体数字手术显微镜的位置：11.根据权利要求9所述的集成手术导航和可视化系统，其中，所述数字手术显微镜的所述给定参考与nico端口或脊柱扩张器工具的中心轴线准连续地准实时对准。12.根据权利要求1所述的集成手术导航和可视化系统，其中，所述立体数字手术显微镜包括n相机立体数字手术显微镜，其中，n为2或更大。13.根据权利要求1所述的集成手术导航和可视化系统，其中，所述一个或多个计算设备还容纳并共同执行定位器，所述系统还包括：14.根据权利要求1所述的集成手术导航和可视化系统，其中，所述指令在由所述处理器执行时使得所述系统：15.根据权利要求14所述的集成手术导航和可视化系统，其中，所述指令在由所述处理器执行时使得所述系统：经由摄影测量或立体摄影测量接收与所述非接触式配准相关联的所述用户输入。16.一种用于在具有一个或多个处理器的计算系统中集成手术导航和手术可视化的方法，所述方法包括：17.根据权利要求16所述的方法，还包括：18.一种用于在计算设备上使用的非瞬态计算机可读介质，所述计算机可读介质包含用于集成手术导航和手术可视化的计算机可执行编程指令，所述指令包括：19.根据权利要求19所述的非瞬态计算机可读介质，其中，所述指令还包括：技术总结公开了用于集成手术导航和可视化的新颖且创新的系统和方法。一种示例系统包括：单个推车，提供运动性；立体数字手术显微镜；一个或多个计算设备(例如包括单个计算设备)，容纳并共同执行手术导航模块和手术可视化模块，并且由单个电源连接供电，由此减少手术室占用面积；单个统一显示器；处理器；以及存储器。在一个实施例中，系统可以利用给定参考来控制立体数字手术显微镜的位置；响应于用户输入提供手术部位的导航；经由单个统一显示器提供手术部位的可视化；以及通过经由单个统一显示器集成导航信息和手术部位的可视化来实时地同步可视化。技术研发人员：斯蒂芬·明尼,乔治·C·波尔钦,西蒙·拉布,艾伦·弗里德曼·兰德罗斯,诺曼·汉诺特,迈克尔·拉金,托马斯·卡努斯基,索拉布·科蒂安受保护的技术使用者：数字化外科系统公司技术研发日：技术公布日：2024/8/16