用于模拟外科手术的触觉增强和虚拟现实系统的利记博彩app
【专利说明】
[0001] 优先权声明
[0002] 本申请要求目前未决的于2012年9月27日递交的第13/628,841号美国申请的 优先权。
技术领域
[0003] 本发明涉及一种利用触觉增强和虚拟现实系统用于脑动脉瘤夹闭（clipping) 的触觉上可行的模拟的方法、装置和系统，触觉增强和虚拟现实系统包括模拟开放性手术 (open surgery)步骤执行的开放性手术台和用于模拟显微手术步骤执行的显微手术台。
【背景技术】
[0004] 脑动脉瘤（brain aneurysm)与非常显著的死亡率和发病率相关联，其涉及到先前 健康的年轻患者以及较年长患者的中风。动脉瘤夹闭对于大而复杂的不能通过动脉瘤卷曲 方法得到治疗的动脉瘤是重要的方法。此外，不管动脉瘤其本身多复杂，其通常花费医生长 达六个月仅仅获知如何通过翼点穿颅术和大脑侧裂解剖用外科方法接近动脉瘤位置。而 且，在学习动脉瘤夹闭的外科方法方面，还有手术判断的许多待学习要素，例如，最佳手术 角度，从该最佳手术角度接近动脉瘤，其影响了动脉瘤的定位。
【附图说明】
[0005] 为了说明和描述已经选择了具体示例，该具体示例在附图中示出，并形成说明书 的一部分。
[0006] 图1示出了已知的开放性手术台的一个示例的透视示意图，该开放性手术台可以 用在本发明的触觉增强和虚拟现实系统中。
[0007] 图2示出了用于图1的系统的已知的软件和硬件构架的框图。
[0008] 图3示出了图1的开放性手术台的第二透视示意图。
[0009] 图4示出了本发明的显微手术台的一个示例的透视示意图，该显微手术台可以用 在本发明的触觉增强和虚拟现实系统中。
[0010] 图5示出了利用本发明的触觉增强和虚拟现实系统执行模拟脑动脉瘤夹闭的方 法的一个示例的框图。
[0011] 图6示出了可以用在本发明的触觉增强和虚拟现实系统的触针（haptic stylus) 的一个示例。
[0012] 图7示出了在本发明的触觉增强和虚拟现实系统的仪器库中可提供的虚拟动脉 瘤夹钳的一个示例。
[0013] 图8示出了在本发明的触觉增强和虚拟现实系统的仪器库中可提供的虚拟动脉 瘤夹钳保持器的一个示例。
[0014] 图9示出了在本发明的触觉增强和虚拟现实系统的仪器库中可提供的虚拟开颅 器的一个示例。
[0015] 图10示出了在本发明的触觉增强和虚拟现实系统的仪器库中可提供的虚拟吸头 69的一个示例。
[0016] 图11示出了在本发明的触觉增强和虚拟现实系统的仪器库中可提供的虚拟钻孔 工具（burr tool) 64的一个示例。
[0017] 图12示出了在本发明的触觉增强和虚拟现实系统的仪器库中可提供的虚拟烧灼 器（cauterizer)的一个示例。
[0018] 图13示出了在本发明的触觉增强和虚拟现实系统的仪器库中可提供的虚拟双极 电灼钳的一个不例。
[0019] 图14示出了在本发明的触觉增强和虚拟现实系统的仪器库中可提供的虚拟手术 标记器的一个示例。
[0020] 图15示出了在本发明的触觉增强和虚拟现实系统的仪器库中可提供的虚拟螺钉 的一个示例。
[0021] 图16A示出了在本发明的触觉增强和虚拟现实系统的仪器库中可提供的虚拟橡 子（acorn)钻头的一个示例。
[0022] 图16B示出了在本发明的触觉增强和虚拟现实系统的仪器库中可提供的虚拟球 形钻头的一个示例。
[0023] 图17示出了在本发明的触觉增强和虚拟现实系统的仪器库中可提供的虚拟往复 锯的一个示例。
[0024] 图18示出了在本发明的触觉增强和虚拟现实系统的仪器库中可提供的虚拟显微 剪刀的一个示例。
【具体实施方式】
[0025] 本发明包括用于执行模拟手术过程的触觉增强和虚拟现实的方法、系统和装置， 该模拟手术过程包括开放性手术步骤和显微手术步骤，包括但不限于脑动脉瘤夹闭。
[0026] 本发明的用于脑动脉瘤夹闭的本发明模拟方法可以包括动脉瘤手术过程的所 有方面，包括例如穿颜术、硬脑膜切开、大脑侧裂解剖、大脑中动脉（middle cerebral artery，MCA)分叉部动脉瘤的夹闭、以及载瘤动脉（parent vessel)通畅率的流动检测。本 发明的方法、装置和系统可以和综合性手术模拟系统一起使用，该综合性手术模拟系统使 用开放性手术台和显微手术台以便模拟虚拟患者解剖的开放视角和虚拟患者解剖的显微 视角。
[0027] 如在此所使用的，术语"开放性手术台"应当理解为意味着设置的一种环境，在该 环境中，提供给用户的可视显示包括叠加在真实现实上的虚拟现实方面，且在该环境中，在 执行虚拟的开放性手术的步骤同时，除了叠加的虚拟现实方面之外，用户可以看到真实现 实的方面。例如，在开放性手术台，用户可以与显示的虚拟患者解剖交互，且模拟的手术仪 器可以被显示成使得它似乎被保持在用户（该用户持有作为该仪器的代表的触针）的实际 手中。
[0028] 如在文中使用的，术语"显微手术台"应当理解为意味着设置的一种环境，在该环 境中提供给用户的可视显示由虚拟方面构成，该虚拟方面为计算机产生的图像，在用户执 行模拟显微手术步骤的同时用户可以看到该图像。例如，在显微手术台，用户可以利用显示 的虚拟手术仪器与显示的虚拟患者解剖交互，且虽然用户将触针用作该仪器的代表，但该 用户不会看到真实现实的方面。
[0029] 触觉增强和虚拟现实系统
[0030] 如上所述，本发明的触觉增强和虚拟现实系统可以包括开放性手术台10和显微 手术台11，开放性手术台10模拟开放性手术，该开放性手术的一个示例示出在图1和图3 中，显微手术台11模拟显微手术，该显微手术的一个示例示出在图4中。台10和台11都 可以包括一些同类的物理组件，为了参考的方便，对于图1至图5中的台10和台11，相同的 物理组件标记为相同的附图标记。
[0031] 可以用在本发明中的开放性手术台的一些示例描述在美国专利第7, 812, 815号 中，其通过全文引用包含在文中。参考用于模拟开放性手术步骤的开放性手术台10,用户 12可以坐或站在物理桌面工作空间14处，物理桌面工作空间14由在一侧上具有开口 18的 壳体16限定。开放性手术台10可以包括多感知计算机界面，该多感知计算机界面包括立 体视觉界面20、至少一个触觉装置22、以及3D音响系统24。此外，头部跟踪装置26和以至 少一个触觉机器人触针27形式的手部跟踪装置可以提供关于用户与该系统交互以及用户 的关于开放性手术台10的用户可视角度的信息。
[0032] 参考用于模拟显微手术步骤的显微手术台11，用户（未在图4中示出）可以坐或 站在物理桌面工作空间14处，物理桌面工作空间14由在一侧具有开口 18的壳体16限定。 显微手术台11可以包括多感知计算机界面，该多感知计算机界面包括双筒手术显微镜目 镜31、至少一个触觉装置22、和3D音响系统24。此外，以至少一个触觉机器人触针27形式 的手部跟踪装置可以提供关于用户与该系统的交互以及用户的关于显微手术台11的用户 可视角度的信息。
[0033] 可以利用本发明的触觉增强和虚拟现实系统而模拟的手术过程可以包括利用单 手技术、或需要利用多手的过程。因此，开放性手术台10和显微手术台11的每一个可以包 括至少一个、或两个触觉装置22,触觉装置22可以跟踪用户的手部位置和取向，且将力反 馈提供给用户。例如，由于动脉瘤夹闭过程的很多部分趋于需要两手技术，因此在此提供的 动脉瘤夹闭模拟的方法可以包括同时使用两个触觉装置22。第一手术工具的3D图像可以 搭配有第一触觉装置22,而第二手术工具的3D图像可以搭配有第二触觉装置22。例如，模 拟方法可以包括用户将第一触觉装置22保持在第一只手中（例如右手），且将第一手术工 具（例如动脉瘤夹钳保持器或蛛网膜刀）的图像叠加在第一触觉装置22上。模拟方法还 可以包括用户将第二触觉装置22保持在第二只手中（例如左手），且将第二手术工具（例 如吸头）的图像叠加在第二触觉装置22上。其他的手术工具也可以被模拟，例如双极电灼 头、显微剪刀、和其他合适的仪器。
[0034] 开放