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CN109952069A - 手术导航系统 - Google Patents

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CN109952069A
CN109952069A CN201780066961.4A CN201780066961A CN109952069A CN 109952069 A CN109952069 A CN 109952069A CN 201780066961 A CN201780066961 A CN 201780066961A CN 109952069 A CN109952069 A CN 109952069A
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CN
China
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surgical
surgical site
navigation system
sensing
surgical tool
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Application number
CN201780066961.4A
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金俊永
诸敏圭
徐安罗
金信润
金贤德
金炫文
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Qingbei University School Industry University Cooperative Force
Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Original Assignee
Qingbei University School Industry University Cooperative Force
Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
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Abstract

根据一实施例的手术导航系统，包括：电磁波产生部；第一感应部，附着于对象的手术部位，感应附着于所述手术部位的位置；第二感应部，设置在插入所述手术部位的专用植入物，接收电磁波并感应所述专用植入物的位置；第三感应部，设置在插入所述手术部位的手术工具，感应所述手术工具的位置；信息处理部，将所述专用植入物插入所述手术部位时的所述专用植入物的位置设定为基准位置，配准所述第一感应部的位置及所述第三感应部的位置，以所述第一感应部的附着在所述手术部位的位置为基准跟踪所述手术工具的位置；以及显示部，显示包括所述对象、所述专用植入物的位置，以及所述手术工具的位置的信息。

Description

手术导航系统
技术领域
以下实施例涉及一种手术导航系统。
背景技术
全髋关节置换术(Total Hip Arthroplasty)是指将形成髋关节(骨盆关节及股骨关节)的腰骨部分的髋臼与股骨全部替换为人工植入物。即，当髋关节因各种原因遭到破坏而无法发挥其功能时，为使遭到破坏的髋关节以与正常髋关节相同的方式作用，通过植入物进行重建的一种手术方法。
上述全髋关节置换术中使用的股骨植入物包括球状头部(head)及与所述头部想连接而插入股骨髓腔的柄(stem)，代替窝状髋臼的髋臼植入物包括金属的杯(cup)及杯内的内衬(liner)。
在全髋关节置换术中插入所述柄时，需要注意的角度是柄前倾角(stemanteversion)。所述柄前倾角优选为相对于髁轴(condylar axis)约为10～20°。
并且，在全髋关节置换术中插入所述杯时，需要注意的角度是髋臼杯外展角(cupinclination)及髋臼杯前倾角(cup anteversion)。所述髋臼杯外展角优选为相对于轴面(axial plane)约为35～45°；所述髋臼杯前倾角优选为相对于冠状面(coronal plane)约为10～20°。
例如，美国授权专利公报第6,206,929号中，公开了BIPOLAR HIP PRSTHESIS WITHLOCKING HEAD。
发明内容
技术问题
根据一实施例的目的在于提供一种手术导航系统，在进行全髋关节置换术时，减小由于每个患者的解剖学差异所具有的特征而发生的手术误差。
根据一实施例的目的在于提供一种手术导航系统，使用惯性传感器及电磁传感器，分别配准及跟踪手术部位的位置及手术工具的位置。
根据一实施例的目的在于提供一种手术导航系统，使用包括基于电磁传感器的标志物的患者专用植入物(patient specific instrument)，减小用于手术导航系统的感应部的大小，实现空间的小型化。
根据一实施例的目的在于提供一种手术导航系统，仅在手术前使用包括基于电磁传感器的标志物的专用植入物，由此，在手术中能够在没有电磁场畸变的情况下跟踪手术工具的位置。
根据一实施例的目的在于提供一种手术导航系统，在进行全髋关节置换术时，能够准确插入髋臼杯及柄。
解决问题的技术方法
根据一实施例的手术导航系统，包括：电磁波产生部；第一感应部，附着于对象的手术部位，感应附着于所述手术部位的位置；第二感应部，设置在插入所述手术部位的专用植入物，接收电磁波并感应所述专用植入物的位置；第三感应部，设置在插入所述手术部位的手术工具，感应所述手术工具的位置；信息处理部，将所述专用植入物插入所述手术部位时的所述专用植入物的位置设定为基准位置，配准所述第一感应部的位置及所述第三感应部的位置，以所述第一感应部的附着在所述手术部位的位置为基准跟踪所述手术工具的位置；以及显示部，显示包括所述对象、所述专用植入物的位置，以及所述手术工具的位置的信息。
所述信息处理部设定插入所述手术部位的所述手术工具的插入路径，所述显示部在三维对象模型进一步显示所述手术工具的插入路径。
所述第一感应部包括供表示所述对象的手术部位的位置的惯性传感器；所述第二感应部包括供表示所述专用植入物的位置的电磁传感器；所述第三感应部包括供表示所述手术工具的位置的惯性传感器。
当从所述对象的手术部位移除所述专用植入物时，同时移除所述第二感应部。
所述手术工具包括插入所述手术部位的扩孔钻，并且，所述信息处理部设定轴，所述轴用于插入至所述对象的手术部位的扩孔钻的钻孔。
所述手术工具包括插入所述手术部位的骨凿、试验用股骨柄，以及股骨柄，所述信息处理部设定插入所述对象的骨凿、试验用股骨柄，以及股骨柄的插入轴。
当所述专用植入物插入至所述对象的手术部位时，所述信息处理部将三维对象模型的坐标及所述对象的坐标进行对应。
根据一实施例的手术导航系统还包括拍摄部，从所述对象实时地获得对象图像，所述显示部用于显示所述对象图像及所述对象图像上的所述手术工具的插入路径。
发明的效果
根据一实施例的手术导航系统，在进行全髋关节置换术时，能够减小由于每个患者的解剖学差异所具有的特征而发生的手术误差。
根据一实施例的手术导航系统，能够使用惯性传感器及电磁传感器，分别配准及跟踪手术部位的位置及手术工具的位置。
根据一实施例的手术导航系统，能够使用包括基于电磁传感器的标志物的患者专用植入物(patient specific instrument)，减小用于手术导航系统的感应部的大小，实现空间的小型化。
根据一实施例的手术导航系统，仅在手术前使用包括基于电磁传感器的标志物的专用植入物，由此，在手术中能够在没有电磁场畸变的情况下跟踪手术工具的位置。
根据一实施例的手术导航系统，在进行全髋关节置换术时，能够准确插入髋臼杯及柄。
根据一实施例的手术导航系统的效果并非限于以上言及部分，未言及的其他效果将通过以下说明，被本领域普通技术人员所理解。
附图说明
图1为显示使用一实施例的手术导航系统进行全髋关节置换术的一系列过程的流程图。
图2为概略显示根据一实施例的用于插入髋臼杯的手术导航系统的附图。
图3为概略显示根据一实施例的将髋臼用专用植入物插入于手术部位后的附图。
图4为概略显示根据一实施例的将手术工具沿着最佳髋臼轴插入手术部位的附图。
图5a为显示根据一实施例的基于惯性传感器的标志物的附图。
图5b为显示根据另一实施例的基于惯性传感器的标志物的附图。
图6为显示根据一实施例的基于电磁传感器的标志物的附图。
图7为概略显示根据一实施例的用于插入股骨柄的手术导航系统的附图。
图8为概略显示根据一实施例的将股骨用专用植入物插入手术部位后的附图。
具体实施方式
下面，通过示例性附图对实施例进行说明。在对各附图的构成要素赋予附图标记时，相同的构成要素即使表示在不同附图中，也尽可能使用相同的附图标记。并且，在对实施例进行说明的过程中，当有关公知构成及功能的具体说明妨碍对于实施例的理解时，省略对其进行详细说明。
并且，在对实施例的构成要素进行说明时，能够使用第一、第二、A、B、(a)、(b)等术语。以上术语仅用于将该构成要素区别于其他构成要素，并非用于限定相应构成要素的本质、次序或顺序。当描述任何构成要素“连接”、“结合“、或”接触“其他构成要素时，该构成要素能够直接接触或连接于其他构成要素，或者，各构成要素之间“连接”、“结合“、或”接触“有其他构成要素。
与包括在任何一个实施例的构成要素具有相同功能的构成要素，在其他实施例中使用相同的名称进行说明。在没有言及反例的情况下，记录在任何一个实施例的说明能够适用于其他实施例，在重复的范围内省略具体说明。
图1为显示使用一实施例的手术导航系统进行全髋关节置换术的一系列过程的流程图。
参照图1，手术者(operator)从对象获得CT图像，并从CT图像生成三维对象模型S101。在此，手术者能够理解为实施手术的人、机器人等。并且，对象是指接受手术的人、动物等的骨盆(pelvis)、股骨(femur)、颈骨(tibia)等，本发明中将示例对象设定为骨盆及股骨，但并非受限于此。并且，三维对象模型是指通过处理器(例如电脑等)等构成从CT图像获得的虚像(virtual image)、三维云数据等，本发明中使用三维对象图像作为虚像的示例，但并非限定于此。
手术者能够根据三维对象模型制作内置有传感器(例如电磁传感器)的三维专用植入物S102。在此，专用植入物是指符合患者的解剖学差异的特征的手术工具，也称为患者专用植入物(PSI，patient specific instrument)。例如，当对象是骨盆时，手术者能够制作对应于髋臼(acetabulum)的形象的半球形专用植入物，即髋臼用PSI。并且，当对象为股骨时，手术者能够制作对应于股骨颈(neck of femur)的形象的具有凹槽的专用植入物，即股骨用PSI。
手术者将股骨从骨盆中脱位后，向股骨颈插入股骨用PSI S103。
手术者能够在股骨用PSI与三维对象模型之间进行配准(registration)，配准后，移除股骨用PSI并执行股骨颈切除(excision)S104。在此，配准是指是将实际模型坐标与虚拟模型坐标互相对应，被称为坐标配准(coordinate registration；geocoding)。换言之，配准是指为叠放两张以上的图片，进行几何学排列的处理方式。并且，在移除股骨用PSI并执行股骨颈切除之前，手术导航系统能够利用增强现实(augmented reality)或者虚拟现实(virtual reality)设定并显示最佳切除线。
手术者将符合对象的髋臼的解剖学特征的髋臼用PSI插入髋臼，并执行髋臼用PSI与三维对象模型之间的配准S105。
之后，手术者移除股骨用PSI后，手术导航系统能够利用增强现实或虚拟现实设定最佳的髋臼轴(acetabular axis)，并显示所述髋臼轴S106。例如，当手术导航系统配置有网络摄影机(web camera)时，能够通过网络摄影机实时地拍摄骨盆，并根据所拍摄的骨盆图像设定用于在髋臼进行扩孔的最佳的髋臼轴。
手术者能够沿着设定的最佳髋臼轴进行钻孔(reaming)S107。在此，钻孔是指将髋臼磨成符合待插入的髋臼杯的样子的过程，也称为扩孔。为进行钻孔，手术者能够使用扩孔钻(reamer)。
在完成钻孔后，手术者能够沿着所设定的最佳髋臼轴插入髋臼杯(acetabularcup)S108，并沿着基于增强现实或虚拟现实设定并显示的股骨前倾角将骨凿(box chisel)及试验用股骨柄插入股骨S109，并且，获得通过增强现实或虚拟现实显示的股骨柄(stem)的位置，将股骨柄(stem)插入股骨S110。
图2为概略显示根据一实施例的用于插入髋臼杯的手术导航系统的附图；
图3为概略显示根据一实施例的将髋臼用专用植入物插入于手术部位后的附图；
图4为概略显示根据一实施例的将手术工具沿着最佳髋臼轴插入手术部位的附图。
参照图2至图4，根据一实施例的手术导航系统1能够包括电磁波产生部11、第一感应部121、第二感应部131、第三感应部141、信息处理部(未图示)及显示部15。手术导航系统1用于对人体、动物等对象进行髋关节手术，本发明中的手术导航系统1以人体为对象，说明了用于人体的骨盆及股骨的实施例，但本发明并非限定于此。
电磁波产生部11能够产生电磁波(electromagnetic wave)。所产生的电磁波在例如使用手术导航系统1的手术室等空间内传播，能够感应例如电磁传感器的构件。换言之，通过电磁波产生部11所产生的电磁波获得电磁传感器的位置信息。
第一感应部121附着于对象的手术部位，用于感应附着于手术部位的位置。第一感应部121能够包括供表示对象的手术部位的位置的惯性传感器(inertial sensor)。在此，手术部位是指进行全髋关节置换术时作为手术对象的部位。例如，当对象为骨盆P时，手术部位能够包括骨盆P的髋臼A。此时，第一感应部121能够附着于髋臼A的髋臼缘(acetabulummargin)。根据第一感应部121所附着的位置，相比将第一感应部121附着于坐骨(ischium)及髂骨(ilium)，能够最小化周围软组织(soft tissue)的剥离规模，具有不需要切开与手术无关的部位的优点。
第二感应部131能够接收从电磁波产生部11产生的电磁波，感应专用植入物的位置。当对象为骨盆P时，制作专用植入物13使其符合例如髋臼的手术部位A的形象，在手术过程中，将专用植入物13以符合手术部位A的形象的方式插入手术部位A。第二感应部131能够包括供表示专用植入物13的位置的基于电磁传感器(electromagnetic sensor)的标志物。此时，当第二感应部131接收电磁波时，能够通过后述的信息处理部感应设置有第二感应部131的位置。例如，第二感应部131能够设置于插入手术部位A的专用植入物13，随着第二感应部131接收电磁波，信息处理部获得专用植入物13的位置信息。换言之，当将专用植入物13插入手术部位A时，第二感应部131能够感应专用植入物13的插入位置，由此，信息处理部能够获得插入有专用植入物13的髋臼A的位置信息。基于上述结构，在进行手术前暂时使用专用植入物13，以对配置有第一感应部121的手术部位A的位置进行配准，无需在手术进行过程中使用，由此，不会因为在手术过程中的手术工具导致电磁波畸变现象降低电磁波传感器的准确度问题。为此，将专用植入物13从对象P的手术部位A移除的同时移除第二感应部131。
第三感应部141能够感应手术工具的位置。当对象为骨盆P时，手术工具14能够是用于对髋臼A进行钻孔的扩孔钻，在手术过程中，手术工具14能够插入手术部位A。第三感应部141能够设置在手术工具14，用于感应手术工具14的位置。例如，如图2所示，第三感应部141能够设置在手术工具14的扩孔钻的把手部分，随着第三感应部141感应手术工具14的位置，信息处理部获得手术工具14的位置信息。第三感应部141能够包括惯性传感器，供表示手术工具14的位置，基于上述结构。第一感应部121及第三感应部141分别感应手术部位A的位置及手术工具14的位置，由此获得手术部位A的位置与手术工具14的位置关系。换言之，能够获得手术部位A与手术工具14的相对位置信息。
信息处理部将插入于手术部位A的专用植入物13的位置设定为基准位置，对第一感应部121的位置及第三感应部141的位置进行配准。图3为显示将专用植入物13插入于手术部位A后的附图。第二感应部131能够接收从电磁波产生部11产生的电磁波，信息处理部能够获得第二感应部131的位置信息。当将专用植入物13插入手术部位A，第二感应部131位于手术部位A，此时，信息处理部将第二感应部131的位置设定为基准位置。此时，设置有第三感应部141的手术工具14的一端部能够邻近专用植入物13，信息处理部能够对第一感应部121的位置及第三感应部141的位置进行配准。换言之，随着专用植入物13位于手术部位A，第二感应部131的位置作为手术部位A的位置被设定为基准位置，为此后的跟踪过程，对第一感应部121的位置及第三感应部141的位置一同进行配准。由此，信息处理部将通过上述过程获得的专用植入物13的位置(图3中为手术部位A)配准为基准位置，由此，以基准位置为准跟踪手术工具14的相对位置。
信息处理部能够以第一感应部121在手术部位A的附着位置为基准跟踪手术工具14的位置。由此，信息处理部以在手术部位A的第一感应部121的附着位置为基准获得设置有第三感应部141的手术工具14的相对位置关系，由此，在进行手术期间，持续跟踪手术工具14的位置。
信息处理部能够设定插入手术部位A的手术工具14的插入路径La。在进行手术期间，手术者需要将手术工具14准确插入手术部位A。为此，信息处理部设定手术工具14的插入路径La，以使手术工具14能够准确插入手术部位A，由此，手术者能够生成引导手术工具14的插入的信息。例如，当对象为骨盆P时，信息处理部能够设定用于插入至骨盆P的髋臼A的手术工具14的钻孔的轴。此时，将手术工具14用于髋臼A的扩孔后，当手术者将髋臼杯插入骨盆P的髋臼A时，能够将髋臼杯没有误差地准确插入髋臼A。
当将专用植入物13插入至对象P的手术部位A时，信息处理部能够将三维对象模型的坐标与对象的坐标进行对应。从对象的CT图像中生成的三维对象模型包括三维坐标。此时，当信息处理部将插入手术部位A的专用植入物13的位置作为基准位置进行配准时，骨盆P及髋臼A的坐标信息能够与包括三维对象模型的虚拟骨盆VP的坐标信息及虚拟髋臼VA的坐标信息对应。
显示部15能够将手术工具14的插入路径显示在三维对象模型。根据该方法，手术者通过显示部15确认三维对象模型，易于把握手术工具14的插入路径，由此，相比基于手术者的感觉，能够没有误差地进行手术。
手术导航系统1还包括分别连接第一感应部121、专用植入物13，及手术工具14的长度方向部件W。例如，长度方向部件W能够是金属丝(wire)、绳缆(cable)、臂(arm)、链等。根据上述结构，当专用植入物13沿着长度方向部件W插入手术部位A时，能够准确插入手术部位A。并且，长度方向部件W的端部能够连接于第一感应部121、专用植入物13及手术工具14的预先确定的位置，并且，长度方向部件W能够沿着长度方向伸长或收缩。根据以上结构，能够保障对第一感应部121的位置及第三感应部141的位置进行配准时的一贯性，即使使用手术导航系统1的手术者不同，也能够减少第一感应部121的位置及第三感应部141的位置的差异，即相对位置关系的误差。
手术导航系统1还能够包括实时地从对象P获得对象图像的拍摄部16。此时，显示部15能够显示对象图像，以及对象图像上的手术工具14的插入路径La。例如，拍摄部16能够是网络摄影机、智能手机的相机等，能够实时获得骨盆P图像并传递至显示部15。此外，显示部15能够是与显示屏(display)相同的构成。根据上述结构，手术者在进行手术期间，能够实时把握对象的手术部位与手术工具的插入路径，相比依靠手术者的感觉，能够没有误差地进行手术。
图5a为显示根据一实施例的基于惯性传感器的标志物的附图；图5b为显示根据另一实施例的基于惯性传感器的标志物的附图；图6为显示根据一实施例的基于电磁传感器的标志物的附图。
参照5a及图5b，图5a为圆筒形像的基于惯性传感器的标志物的示例，以及图5b为包括硬币大小的形成为四边形的基于惯性传感器的标志物的第一感应部121及第三感应部141的示例。基于该结构，在进行手术期间，由于基于惯性传感器的标志物尺寸小，不会发生出血等副作用，不会妨碍插入手术工具的路径。
参照6，图6示出了包括圆筒形像的基于电磁传感器的标志物的第二感应部131的示例附图。根据以上结构，能够插入半球形象的专用植入物13的中央部，高效地接收电磁波的同时有效利用空间。
图7为概略显示根据一实施例的用于插入股骨柄的手术导航系统的附图；
图8为概略显示根据一实施例的将股骨用专用植入物插入手术部位后的附图。
参照图7及图8，根据一实施例的手术导航系统2包括电磁波产生部21、第一感应部221、第二感应部231、第三感应部241、信息处理部及显示部25。
当对象为股骨F时，手术部位能够包括股骨F的股骨颈HF。此时，第一感应部221附着于股骨颈HF的髋臼缘或者股骨近端。
当对象为股骨F时，第二感应部231设置于以符合股骨颈HF的形象制作的专用植入物23。
当对象为股骨F时，第三感应部241能够设置于插入股骨F的手术工具24。此时，手术工具24能够是插入手术部位，例如插入股骨颈HF或者股骨近端的骨凿、试验用股骨柄(未图示)，以及股骨柄(未图示)。图8为在没有切除股骨颈HF的状态下插入骨凿、试验用股骨柄，及股骨柄的附图，但并非限定于此。例如，在切除股骨颈HF或股骨近端后，为通过与第一感应部221的关系跟踪位置而执行配准的过程中，能够暂时使用骨凿、试验用股骨柄，以及股骨柄。换言之，骨凿、试验用股骨柄，以及股骨柄能够分别用于配准过程以及在切除股骨颈HF的状态下的跟踪过程。
信息处理部能够设定插入股骨F的骨凿24、试验用股骨柄，以及股骨柄的插入轴Lb。
信息处理部将专用植入物23插入手术部位HF后的专用植入物23的位置设定为基准位置，从而对第一感应部221的位置及第三感应部241的位置进行配准。例如，信息处理部将专用植入物23上的第二感应部231识别为专用植入物23的坐标，将识别的坐标与三维对象模型VF上的坐标进行对应。
手术导航系统2还包括连接第一感应部221、专用植入物23，及手术工具24的长度方向部件W。
手术导航系统2还包括实时地从对象F获得对象图像的拍摄部26。
根据一实施例的手术导航系统包括以下优点：在进行全髋关节置换术时，能够减少由于每个患者的解剖学差异带来的特征导致的手术误差；使用惯性传感器及电磁传感器，分别配准手术部位的位置及手术工具的位置；使用包括基于电磁传感器的标志物的专用植入物，减小用于手术导航系统的感应部的大小，实现空间小型化；仅在手术前使用包括基于电磁传感器的标志物的专用植入物，由此，在手术中能够在没有电磁场畸变的情况下跟踪手术工具的位置；以及在进行全髋关节置换术时，准确插入髋臼杯及柄。
综上，通过有限的附图对实施例进行了说明，本领域普通技术人员能够基于所述记载进行多种更改与变形。例如，所说明的技术按照与说明的方法不同的顺序执行，和/或所说明的系统、结构、装置、电路等构成要素按照与说明的方法不同的形态进行结合或组合，或者由其他构成要素或者等同物置换或代替，也能得到适当的结果。

Claims (8)

1.一种手术导航系统，包括：
电磁波产生部；
第一感应部，附着于对象的手术部位，感应附着于所述手术部位的位置；
第二感应部，设置在插入所述手术部位的专用植入物，接收电磁波并感应所述专用植入物的位置；
第三感应部，设置在插入所述手术部位的手术工具，感应所述手术工具的位置；
信息处理部，将所述专用植入物插入所述手术部位时的所述专用植入物的位置设定为基准位置，配准所述第一感应部的位置及所述第三感应部的位置，以所述第一感应部的附着在所述手术部位的位置为基准跟踪所述手术工具的位置；以及
显示部，显示包括所述对象、所述专用植入物的位置，以及所述手术工具的位置的信息。
2.根据权利要求1所述的手术导航系统，
所述信息处理部设定插入所述手术部位的所述手术工具的插入路径，所述显示部在三维对象模型进一步显示所述手术工具的插入路径。
3.根据权利要求1所述的手术导航系统，
所述第一感应部包括供表示所述对象的手术部位的位置的惯性传感器；所述第二感应部包括供表示所述专用植入物的位置的电磁传感器；所述第三感应部包括供表示所述手术工具的位置的惯性传感器。
4.根据权利要求3所述的手术导航系统，
当从所述对象的手术部位移除所述专用植入物时，同时移除所述第二感应部。
5.根据权利要求2所述的手术导航系统，
所述手术工具包括插入所述手术部位的扩孔钻，并且，所述信息处理部设定轴，所述轴用于插入至所述对象的手术部位的扩孔钻的钻孔。
6.根据权利要求2所述的手术导航系统，
所述手术工具包括插入所述手术部位的骨凿、试验用股骨柄，以及股骨柄，所述信息处理部设定插入所述对象的骨凿、试验用股骨柄，以及股骨柄的插入轴。
7.根据权利要求1所述的手术导航系统，
当所述专用植入物插入至所述对象的手术部位时，所述信息处理部将三维对象模型的坐标及所述对象的坐标进行对应。
8.根据权利要求1所述的手术导航系统，还包括：
拍摄部，从所述对象实时地获得对象图像，所述显示部用于显示所述对象图像及所述对象图像上的所述手术工具的插入路径。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112690899A (zh) * 2021-01-11 2021-04-23 北京华康同邦科技有限公司 一种利用磁场导航定位微波针的方法
WO2025055941A1 (zh) * 2023-09-14 2025-03-20 春风化雨(苏州)智能医疗科技有限公司 用于骨科手术机器人电磁定位导航的参考架和其校准方法

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10013808B2 (en) 2015-02-03 2018-07-03 Globus Medical, Inc. Surgeon head-mounted display apparatuses
US20190254753A1 (en) 2018-02-19 2019-08-22 Globus Medical, Inc. Augmented reality navigation systems for use with robotic surgical systems and methods of their use
US12133772B2 (en) 2019-12-10 2024-11-05 Globus Medical, Inc. Augmented reality headset for navigated robotic surgery
US12220176B2 (en) 2019-12-10 2025-02-11 Globus Medical, Inc. Extended reality instrument interaction zone for navigated robotic
US11992373B2 (en) 2019-12-10 2024-05-28 Globus Medical, Inc Augmented reality headset with varied opacity for navigated robotic surgery
US11464581B2 (en) 2020-01-28 2022-10-11 Globus Medical, Inc. Pose measurement chaining for extended reality surgical navigation in visible and near infrared spectrums
US11382699B2 (en) 2020-02-10 2022-07-12 Globus Medical Inc. Extended reality visualization of optical tool tracking volume for computer assisted navigation in surgery
US11207150B2 (en) 2020-02-19 2021-12-28 Globus Medical, Inc. Displaying a virtual model of a planned instrument attachment to ensure correct selection of physical instrument attachment
US11607277B2 (en) 2020-04-29 2023-03-21 Globus Medical, Inc. Registration of surgical tool with reference array tracked by cameras of an extended reality headset for assisted navigation during surgery
US11153555B1 (en) 2020-05-08 2021-10-19 Globus Medical Inc. Extended reality headset camera system for computer assisted navigation in surgery
US11382700B2 (en) 2020-05-08 2022-07-12 Globus Medical Inc. Extended reality headset tool tracking and control
US11510750B2 (en) 2020-05-08 2022-11-29 Globus Medical, Inc. Leveraging two-dimensional digital imaging and communication in medicine imagery in three-dimensional extended reality applications
DE102020116073A1 (de) * 2020-06-18 2021-12-23 Aesculap Ag Medizintechnische Vorrichtung, Verfahren zum Registrieren eines Modelldatensatzes, Datenverarbeitungsprogramm und Programmspeichermedium
US11737831B2 (en) 2020-09-02 2023-08-29 Globus Medical Inc. Surgical object tracking template generation for computer assisted navigation during surgical procedure
US11999065B2 (en) 2020-10-30 2024-06-04 Mako Surgical Corp. Robotic surgical system with motorized movement to a starting pose for a registration or calibration routine
CN112378421B (zh) * 2020-11-20 2022-07-08 山东威高医疗科技有限公司 用于测试电磁导航系统定位精度的装置及方法
USD1044829S1 (en) 2021-07-29 2024-10-01 Mako Surgical Corp. Display screen or portion thereof with graphical user interface
US11538228B1 (en) * 2022-08-26 2022-12-27 Illuscio, Inc. Systems and methods for augmented reality viewing based on directly mapped point cloud overlays
CN117084667A (zh) * 2023-10-19 2023-11-21 山东第一医科大学第一附属医院(山东省千佛山医院) 一种用于骨科手术通道检测设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040152970A1 (en) * 2003-01-30 2004-08-05 Mark Hunter Six degree of freedom alignment display for medical procedures
WO2012135190A2 (en) * 2011-03-29 2012-10-04 Boston Scientific Neuromodulation Corporation System and method for atlas registration
CN105208960A (zh) * 2013-05-16 2015-12-30 直观外科手术操作公司 用于与外部成像集成的机器人医疗系统的系统和方法
CN105377175A (zh) * 2013-03-15 2016-03-02 内布拉斯加大学评议会 工具承载的追踪系统以及计算机辅助手术方法
WO2016160788A1 (en) * 2015-03-30 2016-10-06 Biomet Manufacturing, Llc Acetabular guide system and method for placing a guide pin

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6205411B1 (en) 1997-02-21 2001-03-20 Carnegie Mellon University Computer-assisted surgery planner and intra-operative guidance system
US6206929B1 (en) 1998-03-27 2001-03-27 Depuy Orthopaedics, Inc. Bipolar hip prosthesis with locking head
EP1550024A2 (en) * 2002-06-21 2005-07-06 Cedara Software Corp. Computer assisted system and method for minimal invasive hip, uni knee and total knee replacement
US20050021037A1 (en) * 2003-05-29 2005-01-27 Mccombs Daniel L. Image-guided navigated precision reamers
US7559931B2 (en) 2003-06-09 2009-07-14 OrthAlign, Inc. Surgical orientation system and method
AU2007281000A1 (en) 2006-08-03 2008-02-07 Orthosoft Inc. Computer-assisted surgery tools and system
US20120232377A1 (en) 2011-03-10 2012-09-13 Nottmeier Eric W Surgical navigation for revision surgical procedure
BR112013032144A2 (pt) 2011-06-16 2016-12-13 Smith & Nephew Inc alinhamento cirúrgico utilizando referências
WO2014063181A1 (en) 2012-10-26 2014-05-01 Inline Orthopaedics Pty Ltd Surgical system
US20140134586A1 (en) * 2012-11-09 2014-05-15 Orthosensor Inc Orthopedic tool position and trajectory gui
CA3093207C (en) 2013-12-09 2024-05-21 Mohamed R. Mahfouz A method of registering inertial measurement units in an operating room
KR101635515B1 (ko) 2014-10-08 2016-07-04 울산대학교 산학협력단 의료용 항법 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040152970A1 (en) * 2003-01-30 2004-08-05 Mark Hunter Six degree of freedom alignment display for medical procedures
WO2012135190A2 (en) * 2011-03-29 2012-10-04 Boston Scientific Neuromodulation Corporation System and method for atlas registration
CN105377175A (zh) * 2013-03-15 2016-03-02 内布拉斯加大学评议会 工具承载的追踪系统以及计算机辅助手术方法
CN105208960A (zh) * 2013-05-16 2015-12-30 直观外科手术操作公司 用于与外部成像集成的机器人医疗系统的系统和方法
WO2016160788A1 (en) * 2015-03-30 2016-10-06 Biomet Manufacturing, Llc Acetabular guide system and method for placing a guide pin

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112690899A (zh) * 2021-01-11 2021-04-23 北京华康同邦科技有限公司 一种利用磁场导航定位微波针的方法
WO2025055941A1 (zh) * 2023-09-14 2025-03-20 春风化雨(苏州)智能医疗科技有限公司 用于骨科手术机器人电磁定位导航的参考架和其校准方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR101837301B1 (ko) 2018-03-12
US11382698B2 (en) 2022-07-12
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US20190274762A1 (en) 2019-09-12
WO2018080086A2 (ko) 2018-05-03

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