用于實(shí)時(shí)原位手術(shù)計(jì)量的遠(yuǎn)心標(biāo)度投影系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于實(shí)時(shí)原位手術(shù)計(jì)量的遠(yuǎn)心標(biāo)度投影系統(tǒng)。一種用于確定內(nèi)窺鏡尺寸測(cè)量值的系統(tǒng)和方法，包括投影儀組件以及聯(lián)接到所述投影儀組件的掩模，所述投影儀組件包括用于將光投影通過遠(yuǎn)心透鏡并投影到手術(shù)部位中的光源。從所述光源投影出的光投影通過所述掩模。通過所述掩模的投影的光可以是準(zhǔn)直的圖案，所述準(zhǔn)直的圖案在大小上不根據(jù)距投影平面的距離的函數(shù)而顯著變化。投影的光圖案可以包括用于測(cè)量組織的不同特征的多波長(zhǎng)的光，且可以結(jié)合光成形光漫射器使用激光器、或者結(jié)合光成形光漫射器使用發(fā)光二極管或者使用空間濾波器來產(chǎn)生投影的光圖案。投影的光圖案可以采取同心環(huán)的形式，每個(gè)環(huán)代表給定尺寸的半徑。
【專利說明】用于實(shí)時(shí)原位手術(shù)計(jì)量的遠(yuǎn)心標(biāo)度投影系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2012年7月25日提交的第61/675，397號(hào)美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，其全部公開內(nèi)容通過引用合并于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本公開涉及用于測(cè)量手術(shù)部位需要部分的尺寸的方法和系統(tǒng)。更具體地，本公開涉及用于將已知大小的圖案投影到手術(shù)部位需要部分上以測(cè)量需要部分的方法和系統(tǒng)。該圖案可以用于選擇適合大小的植入物并為植入物顯示需要的或最佳的固定點(diǎn)。
【背景技術(shù)】
[0004]諸如腹腔鏡手術(shù)、內(nèi)窺鏡手術(shù)和胸腔鏡手術(shù)的微創(chuàng)手術(shù)具有許多勝過傳統(tǒng)開放式手術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。特別地，微創(chuàng)手術(shù)消除了大切口的需要，因而減少了不適感、復(fù)原時(shí)間以及與傳統(tǒng)的開放式手術(shù)有關(guān)的許多有害的副作用。
[0005]微創(chuàng)手術(shù)通過在患者皮膚內(nèi)的小開口來進(jìn)行。這些開口可以是皮膚內(nèi)的切口或者可以是天生的身體孔口(例如，嘴、肛門或者陰道)。通常，使用注入流體來擴(kuò)大目標(biāo)手術(shù)部位周圍的區(qū)域，從而建立更大、更易介入的工作區(qū)域。
[0006]在許多外科手術(shù)情境中，擁有提供尺寸測(cè)量的實(shí)時(shí)計(jì)量工具將對(duì)外科醫(yī)生有幫助。特別是微創(chuàng)手術(shù)中介入手術(shù)部位受限的情況。該工具可以是獨(dú)立的工具，或者是與手術(shù)器械成一體的工具。盡管在大多數(shù)開放式手術(shù)應(yīng)用中計(jì)量工具的大小不是那么的重要，但是對(duì)于微創(chuàng)操作來說，具有盡可能小的形狀因素將是有幫助的。
[0007]由于考慮精確性并且由于手術(shù)部位復(fù)雜的局部解剖以及需要盡可能地保持部位無(wú)菌，所以理想的是以非接觸的方`式來操作計(jì)量工具。
[0008]常常提供有各種大小和構(gòu)造的手術(shù)植入物，并且可以使用計(jì)量工具來選擇適合的或最佳的植入物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]目前的公開描述了內(nèi)窺鏡計(jì)量工具的幾種實(shí)施例，所述內(nèi)窺鏡計(jì)量工具能夠以小形狀因素而實(shí)現(xiàn)并采用用于尺寸測(cè)量的非接觸方法。這些實(shí)施例主要是利用光學(xué)和/或聲學(xué)方法。
[0010]本公開的一個(gè)方案提供了用于測(cè)量手術(shù)部位的需要部分的尺寸的系統(tǒng)，包括:投影儀組件，其包括用于將光投影通過遠(yuǎn)心透鏡并投影到手術(shù)部位中的光源；以及掩模，其可操作地聯(lián)接到所述投影儀組件。從所述光源投影出的光投影通過掩模。通過掩模的投影的光可以是準(zhǔn)直的圖案，其在大小上不根據(jù)距投影平面(即，手術(shù)部位的需要部分)的距離的函數(shù)而顯著地變化。所投影的光可以包括用于測(cè)量手術(shù)部位內(nèi)組織的不同特征的多波長(zhǎng)的光。所述掩?？梢园ㄍ队暗绞中g(shù)部位的需要部分上的標(biāo)度。所述掩?？梢跃哂型沫h(huán)，每個(gè)同心環(huán)代表給定尺寸的半徑。所述光源可以包括至少一個(gè)照明元件。所述光源可以進(jìn)一步包括用于漫射由至少一個(gè)照明元件產(chǎn)生的光的漫射器。所述掩模可以包括準(zhǔn)直的圖案以便將準(zhǔn)直的圖案投影到手術(shù)部位的需要部分上。所述遠(yuǎn)心透鏡和/或掩模可以由柔性材料形成。所述系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括聚合物標(biāo)度，其定位在手術(shù)部位外部以便投影標(biāo)度通過組織以在手術(shù)部位內(nèi)進(jìn)行觀察。
[0011]另外地或可選擇地，本公開的另一個(gè)方案提供了成像單元，其用于捕獲手術(shù)部位中所投影的光的圖像。所述成像單元可以是CMOS攝像機(jī)和/或光柵掃描裝置。另外地或可選擇地，微處理器可以聯(lián)接到所述成像單元，并且所述微處理器可以對(duì)被捕獲圖像執(zhí)行視差修正。所述微處理器可以是能夠計(jì)算手術(shù)部位的需要部分的測(cè)量尺寸的。顯示器可以聯(lián)接到所述微處理器，并且可以在所述顯示器上顯示由微處理器計(jì)算出的尺寸。另外地或可選擇地，所述系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括用于執(zhí)行三角測(cè)量或距離感測(cè)的傳感器。另外地或可選擇地，干涉儀可以聯(lián)接到所述傳感器?？梢詫⑹中g(shù)部位的需要部分的測(cè)量值發(fā)送至植入物打印裝置，以便例如根據(jù)測(cè)量值來創(chuàng)建手術(shù)用網(wǎng)片，或者以便使用需要點(diǎn)來標(biāo)記網(wǎng)片以通過釘、縫合線或其他網(wǎng)片進(jìn)行固定。
[0012]本公開的另一個(gè)方案提供了用于測(cè)量手術(shù)部位的需要部分的方法，所述方法包括將光從投影儀組件投影到手術(shù)部位并分析所投影的光。所述投影儀組件可以包括用于將光投影通過遠(yuǎn)心透鏡的光源，以及可操作地聯(lián)接到所述投影儀組件的掩模。從所述光源投影出的光投影通過所述掩模。通過所述掩模的投影的光可以是準(zhǔn)直的圖案，所述準(zhǔn)直的圖案在大小上不根據(jù)距投影平面(即，需要部分)的距離的函數(shù)而顯著地變化。所投影的光可以包括多波長(zhǎng)的光，而且分析步驟可以包 括通過比較不同波長(zhǎng)的光來測(cè)量手術(shù)部位內(nèi)組織的不同特性。另外地或可選擇地，所述掩?？梢跃哂袠?biāo)度且標(biāo)度被投影到手術(shù)部位的需要部分上，并且分析步驟包括通過將需要部分與所投影的標(biāo)度相比較來測(cè)量手術(shù)部位的需要部分。另外地或可選擇地，所述掩?？梢跃哂型沫h(huán)，每個(gè)環(huán)代表給定尺寸的半徑，并且所述同心環(huán)被投影到手術(shù)部位的需要部分上，并且分析步驟包括通過將需要部分與同心環(huán)相比較來測(cè)量手術(shù)部位的需要部分。所述光源可以具有至少一個(gè)照明元件和/或可以包括用于漫射由至少一個(gè)照明元件所產(chǎn)生的光的漫射器。另外地或可選擇地，所述掩?？梢园?zhǔn)直的圖案用于將準(zhǔn)直的圖案投影到手術(shù)部位的需要部分上，并且分析步驟可以包括通過將需要部分與準(zhǔn)直的圖案相比較來測(cè)量手術(shù)部位的需要部分。所述圖案可以對(duì)應(yīng)于與可得網(wǎng)片大小相對(duì)應(yīng)的已知或一系列已知的植入物大小。所述遠(yuǎn)心透鏡和/或所述掩?？梢杂扇嵝圆牧闲纬?。另外地或可選擇地，所述方法可以進(jìn)一步包括在手術(shù)部位的外部定位聚合物標(biāo)度并且投影標(biāo)度通過組織以在手術(shù)部位內(nèi)進(jìn)行觀察。因而，例如，可以從腹部?jī)?nèi)部使用于網(wǎng)片的固定點(diǎn)投影通過組織，從而允許從腹部外部進(jìn)行縫合或固定。
[0013]另外地或可選擇地，本公開的另一個(gè)方案提供了進(jìn)一步包括如下步驟的上述方法:經(jīng)由成像單元捕獲手術(shù)部位內(nèi)所投影的光的圖像。所述成像單元可以是CMOS攝像機(jī)和/或光柵掃描裝置。所述方法可以進(jìn)一步包括經(jīng)由可操作地聯(lián)接到所述成像單元的微處理器來對(duì)被捕獲圖像執(zhí)行視差修正。所述方法可以進(jìn)一步包括計(jì)算手術(shù)部位的需要部分的測(cè)量尺寸。所述方法可以進(jìn)一步包括在可操作地聯(lián)接到所述微處理器的顯示器上顯示計(jì)算出的測(cè)量尺寸。所述方法可以進(jìn)一步包括經(jīng)由傳感器執(zhí)行三角測(cè)量或距離感測(cè)。干涉儀可以可操作地聯(lián)接到所述傳感器。所述方法可以進(jìn)一步包括基于測(cè)量尺寸選擇植入物。在整個(gè)說明書中，植入物可以是網(wǎng)片，例如疝氣網(wǎng)片、無(wú)紡裝置、薄膜、組織工程支架和其他類型的植入物。在使用網(wǎng)片作為示例的情況下，可以用其他合適的植入物替代。植入物可以使用諸如3-D打印的方法來快速原型化。例如，所述方法可以進(jìn)一步包括將計(jì)算出的測(cè)量尺寸發(fā)送到網(wǎng)片打印裝置，并根據(jù)測(cè)量值創(chuàng)建手術(shù)用網(wǎng)片。所建立的網(wǎng)片可以包括最佳固定點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，根據(jù)下文的詳細(xì)描述，本公開的上述及其他方案、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯，在附圖中:
[0015]圖1是依照本公開原理的投影儀組件的側(cè)視示意圖；
[0016]圖2A是依照本公開的一個(gè)實(shí)施例的圖1的投影儀組件的掩模的主視圖；
[0017]圖2B是依照本公開的另一實(shí)施例的圖1的投影儀組件的掩模的主視圖；
[0018]圖2C是依照本公開的另一實(shí)施例的圖1的投影儀組件的掩模的主視圖；
[0019]圖2D是依照本公開的另一實(shí)施例的圖1的投影儀組件的掩模的主視圖；
[0020]圖3是依照本公開的實(shí)施例的計(jì)量系統(tǒng)的側(cè)視示意圖；
[0021]圖4是依照本公開的實(shí)施例的插入手術(shù)部位中的計(jì)量系統(tǒng)的側(cè)視示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]在下文中參照附圖描述本公開的特定實(shí)施例；然而，應(yīng)理解的是所公開的實(shí)施例僅為本公開的示例，并可以以多種形式來實(shí)施所公開的實(shí)施例。未詳細(xì)描述公知的功能或構(gòu)造以避免在不必要的細(xì)節(jié)上使本公開不清楚。因此，在本文中所公開的具體結(jié)構(gòu)上和功能上的細(xì)節(jié)不應(yīng)解釋為限 制，而僅僅作為權(quán)利要求的依據(jù)，并作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以不同的方式以實(shí)際上任何適當(dāng)詳述的結(jié)構(gòu)采用本公開的代表性依據(jù)。
[0023]在對(duì)附圖的整個(gè)描述中，相似的附圖標(biāo)記可以指代類似的或相同的元件。如附圖所示和在下文的整個(gè)描述中所述，如在涉及到手術(shù)器械上的相對(duì)定位時(shí)所傳統(tǒng)使用的，術(shù)語(yǔ)“近側(cè)”是指系統(tǒng)和/或設(shè)備的距用戶較近的端部或部分，而術(shù)語(yǔ)“遠(yuǎn)側(cè)”是指系統(tǒng)和/或設(shè)備的距用戶較遠(yuǎn)的端部或部分。術(shù)語(yǔ)“臨床醫(yī)師”或“用戶”是指執(zhí)行包括使用這里描述的實(shí)施例的醫(yī)療操作的任何醫(yī)療專業(yè)人士(即，醫(yī)生、外科醫(yī)生、護(hù)士等)。
[0024]如圖1所示，計(jì)量系統(tǒng)100包括投影儀組件110，投影儀組件110被配置為與內(nèi)窺鏡手術(shù)裝置(未顯示)聯(lián)接。投影儀組件110包括:光源，其包括用于發(fā)射光束130的至少一個(gè)光發(fā)射器120，例如，LED、激光二極管或其任意組合；遠(yuǎn)心透鏡135 ;以及掩模140。雖然遠(yuǎn)心透鏡135和掩模140顯示為獨(dú)立部件，但是還可以想到的是，遠(yuǎn)心透鏡135可以包括掩模140和/或掩模140可以包括遠(yuǎn)心透鏡135。光發(fā)射器120布置在投影儀組件的近側(cè)端上并且光束130朝向前方，即，遠(yuǎn)側(cè)方向。遠(yuǎn)心透鏡135布置在光發(fā)射器120的遠(yuǎn)側(cè)使得光束130穿過遠(yuǎn)心透鏡135。掩模140布置在遠(yuǎn)心透鏡135的遠(yuǎn)側(cè)使得光束130還穿過掩模140并且進(jìn)入手術(shù)部位“S”。掩模140可以包括特定特征或圖案142 (圖2A至圖2D)，以便將光圖案“P”投影在手術(shù)部位“S，，的需要部分“D”上。如上所述，雖然掩模140顯示為布置在遠(yuǎn)心透鏡135的遠(yuǎn)側(cè)，但是遠(yuǎn)心透鏡135可以布置在掩模140的遠(yuǎn)側(cè)。手術(shù)部位“S”的需要部分“D”可以包括手術(shù)部位“S”的任何特征，例如但不限于，病變、患疝氣缺陷或者可以存在于手術(shù)部位“S”內(nèi)并需要被用戶測(cè)量的任何其他解剖特征。
[0025]遠(yuǎn)心透鏡135和/或掩模140可以由柔性材料形成從而有助于將投影儀組件110插入手術(shù)部位“S”中。合適的透鏡可以包括，例如但不限于，可折疊的成像透鏡、可卷曲的透鏡和/或眼內(nèi)人工晶狀體植入物。遠(yuǎn)心透鏡135可以是復(fù)合透鏡，其具有消除對(duì)圖像放大率的依賴性的無(wú)窮遠(yuǎn)處的入射光瞳和/或出射光瞳。在是像空間中遠(yuǎn)心的系統(tǒng)的情況下，這會(huì)產(chǎn)生平行于關(guān)注空間中光軸的主光線以及恒定放大率。在無(wú)窮遠(yuǎn)處的入射光瞳使得遠(yuǎn)心透鏡135成為導(dǎo)致圖像放大率獨(dú)立于視場(chǎng)中的物體距離或位置的物空間遠(yuǎn)心。在無(wú)窮遠(yuǎn)處的出射光瞳使得遠(yuǎn)心透鏡成為像空間遠(yuǎn)心。另外，在無(wú)窮遠(yuǎn)處的入射光瞳和在無(wú)窮遠(yuǎn)處的出射光瞳兩者都使得遠(yuǎn)心透鏡135成為雙遠(yuǎn)心。
[0026]繼續(xù)參照?qǐng)D1，掩模140可以包括光成形光學(xué)漫射器、空間濾波器或者本領(lǐng)域中已知的能夠散射光和/或擴(kuò)散光的任何其他合適的物體。另外地或可選擇地，光成形光學(xué)漫射器、空間濾波器和/或本領(lǐng)域中已知的任何其他合適的物體可以作為與掩模140分離的部件布置在投影儀組件110中，并且/或者光成形光學(xué)漫射器、空間濾波器和/或本領(lǐng)域中已知的任何其他合適的物體可以并入遠(yuǎn)心透鏡135中。另外地或可選擇地，光成形光學(xué)漫射器和/或空間濾波器可以布置在掩模140和/或遠(yuǎn)心透鏡135的近側(cè)。每個(gè)光發(fā)射器120發(fā)射光束130用于將光圖案“P”投影在手術(shù)部位“S”的需要部分“D”上。光發(fā)射器120創(chuàng)建光束130，并且使用多個(gè)光發(fā)射器120創(chuàng)建多條光束130。光束130 —旦穿過光成形光學(xué)漫射器、空間濾波器或本領(lǐng)域中已知的任何其他合適的物體就漫射(即，散射和/或擴(kuò)散)為使得光束130可以一致地分布通過遠(yuǎn)心透鏡135和/或掩模140。隨著一致分布或散射的光束130穿過遠(yuǎn)心透鏡135和/或掩模140，由掩模140上的圖案142 (圖2A至圖2D)創(chuàng)建的光圖案“P”在投影到手術(shù)部位“S”上時(shí)不會(huì)被放大或降質(zhì)(degraded)。
[0027]繼續(xù)參照?qǐng)D1，相鄰的光束130之間具有固定距離。可以使這些光束130被準(zhǔn)直以增大投影在手術(shù)部位“S”的需要部分“D”上的光圖案“P”的精確度，或者可以如上所述地散射或漫射光束130。光束130可以是任何合適形式的光，例如，相干光、部分相干光、可見光、紅外線或者紫外線。光束130可以具有例如532nm的波長(zhǎng)以將光束130與人體內(nèi)任何自然存在的組織的顏色相區(qū)分。另外地或可選擇地，光束130可以是用于測(cè)量手術(shù)部位“S”的需要部分“D”(即患病組織)的不同特征或者用于同時(shí)畫出其邊緣輪廓的多波長(zhǎng)的光。
[0028]光發(fā)射器120由電源200供電。如圖1所示，電源200可以布置在投影儀組件110內(nèi)。另外地或可選擇地，電源200可以被定位在不同位置，例如，投影儀組件110所聯(lián)接的裝置(未顯示)內(nèi)。電源200可以是標(biāo)準(zhǔn)商用電池組或者本領(lǐng)域中已知的能夠給光發(fā)射器120供電的任何其他合適的電源。另外地或可選擇地，光發(fā)射器120可以無(wú)需電源200就能發(fā)射光束130，例如通過化學(xué)方法產(chǎn)生光。
[0029]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2A至圖2D，掩模140可以是半透明的和/或可在其上具有基本上不透明的掩模圖案142。掩模圖案142可以具有基準(zhǔn)或標(biāo)記(基準(zhǔn)或標(biāo)記之間的距離已知)，并且/或者可以進(jìn)一步包括標(biāo)度以有助于目測(cè)。例如，掩模圖案142可以是一系列均勻地間隔開的同心圓142a (圖2A)、均勻地間隔開的線142b (圖2B)、單條線142c (圖2C)或者均勻地間隔開的點(diǎn)142d (圖2d)。另外地或可選擇地，還可以投影已知距離“d”的實(shí)際尺寸。當(dāng)實(shí)際尺寸與光圖案“P” 一起被投影時(shí)，當(dāng)圖案“P”被直接投影在手術(shù)部位“S”的需要部分“D”上時(shí)用戶(B卩，外科醫(yī)生)可以直接觀察需要部分“D”的測(cè)量值?？梢岳斫獾氖?，掩模圖案142可以采取除了本說明書中所述和附圖中所示的那些形狀和形式以外的多種形狀和形式。另外地或可選擇地，雖然掩模140被顯示為基本上是正方形形狀，但是可以設(shè)想到的是掩模140可以采取具有任何形狀的形式。
[0030]特別轉(zhuǎn)向圖2A，具有圖案142的掩模140的正面顯示為均勻地間隔開的同心圓142a。顯示了四個(gè)均勻地間隔開的同心圓142a，在同心圓142a之間均具有均勻的距離“d”。雖然圖2A中顯示了四個(gè)均勻地間隔開的同心圓142a，但是掩模140可以包括任意數(shù)量的均勻地間隔開的同心圓142a。例如，掩模140可以僅包括單個(gè)圓142a且可以具有已知直徑。雖然未明確顯示，但是每個(gè)均勻地間隔開的同心圓142a之間的距離“d”的實(shí)際測(cè)量值也可以包括在圖案142中，使得當(dāng)將圖案142投影到手術(shù)部位“S”時(shí)，也將投影實(shí)際距離“d”，因此還將使用戶看到實(shí)際距離“d”以便在手術(shù)部位“S”內(nèi)進(jìn)行目測(cè)。 [0031]特別地，現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2B，具有圖案142的掩模140的正面顯示為均勻地間隔開的線142b。顯示了八條均勻地間隔開的線142b，在線142b之間均具有均勻的距離“d”。雖然圖2B中顯示了八條均勻地間隔開的線142b，但是掩模140可以包括任意數(shù)量的均勻地間隔開的線142b。另外，雖然未明確顯示，但是每個(gè)均勻地間隔開的線142b之間的距離“d”的實(shí)際測(cè)量值也可以包括在圖案142中，使得當(dāng)圖案142被投影到手術(shù)部位“S”中時(shí)，也將投影實(shí)際距離“d”，因此將使用戶看到實(shí)際距離“d”以便在手術(shù)部位“S”內(nèi)進(jìn)行目測(cè)。
[0032]繼續(xù)參照?qǐng)D2B，雖然未明確顯示，但是各條單獨(dú)的均勻間隔開的線142b的長(zhǎng)度的實(shí)際測(cè)量值“dd”也可以包括在圖案142中，使得當(dāng)圖案142被投影到手術(shù)部位“S”中時(shí)，實(shí)際長(zhǎng)度“dd”也將被投影，因此用戶也將看到實(shí)際長(zhǎng)度“dd”以便在手術(shù)部位“S”內(nèi)進(jìn)行目測(cè)。雖然均勻地間隔開的線142b顯示為具有與所有其他均勻地間隔開的線142b相同的長(zhǎng)度“dd”，但是每條均勻地間隔開的線142b可以包括與其他均勻地間隔開的線142b不同的長(zhǎng)度“dd”。
[0033]繼續(xù)參照?qǐng)D2B，均勻地間隔開的線142b顯示為豎直延伸(即向下/向上)的均勻間隔開的列。還可以設(shè)想的是，均勻地間隔開的線142b可以采用水平延伸(B卩，左到右)的行的形式。另外地或可選擇地，均勻地間隔開的線142b可以既包括豎直延伸的線又包括水平延伸的線。當(dāng)水平線和豎直線都存在時(shí)，水平線可以延伸為越過一條或多條豎直的線，反之亦然。另外地或可選擇地，掩模140的一部分可以包括水平延伸的線,而掩模140的另一部分可以包括豎直延伸的線。另外地或可選擇地，豎直延伸的線可以以垂直方式與水平延伸的線相交或者它們可以以非垂直的方式彼此相交。
[0034]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2C，具有圖案142的掩模140的正面顯示為單條線142c。單條線具有長(zhǎng)度“dd”，且長(zhǎng)度“dd”的實(shí)際測(cè)量值也可以包括在圖案142中，使得當(dāng)圖案142被投影到手術(shù)部位“S”中時(shí)，實(shí)際長(zhǎng)度“dd”也將被投影，因此用戶還將看到實(shí)際長(zhǎng)度“dd”以便在手術(shù)部位內(nèi)進(jìn)行目測(cè)。另外地或可選擇地，為了更準(zhǔn)確的測(cè)量，單個(gè)基準(zhǔn)和/或標(biāo)度或者多個(gè)基準(zhǔn)和/或標(biāo)度可以以其之間已知距離的方式包括在單條線142c上。
[0035]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2D，具有圖案142的掩模140的正面顯示為均勻地間隔開的點(diǎn)142d。每個(gè)均勻地間隔開的點(diǎn)142d與相鄰的均勻間隔開的點(diǎn)142d之間具有距離“d”。雖然圖2D中顯示了 16個(gè)均勻地間隔開的點(diǎn)142d，但是掩模140可以包括任意數(shù)量的均勻間隔開的點(diǎn)142d。另外地，雖然未明確顯示，但是每個(gè)均勻地間隔開的點(diǎn)142d之間的距離“d”的實(shí)際測(cè)量值也可以被包括在圖案142中，使得當(dāng)圖案142被投影到手術(shù)部位“S”中時(shí)，實(shí)際距離“d”也將被投影，因此用戶還將看見實(shí)際距離“d”以便在手術(shù)部位“S”內(nèi)進(jìn)行目測(cè)。
[0036]有關(guān)圖2A至圖2D的上述任何圖案142可以進(jìn)一步包括標(biāo)度(例如基準(zhǔn))，且標(biāo)度可以和圖案142 —起被投影到手術(shù)部位“S”的需要部分“D”上。利用標(biāo)度被投影到需要部分“D”上，用戶可以通過將投影的圖案“P”置于(Bp，對(duì)準(zhǔn))手術(shù)部位“S”的需要部分“D”上來測(cè)量需要部分“D”。
[0037]另外地或可選擇地，大型遠(yuǎn)心激光照明器可以以紅光波長(zhǎng)或近紅外波長(zhǎng)用作投影通過與患者外部皮膚相接觸的大的、柔性的聚合物標(biāo)度。在選擇網(wǎng)片大小以使其在閉合/修補(bǔ)功用方面匹配之前，盡管內(nèi)部缺陷以及由外科醫(yī)生的腹腔鏡攝像機(jī)捕獲的器官層和最小散射損失仍然可以在體腔內(nèi)部或外部進(jìn)行測(cè)量，但是上述實(shí)施方案仍能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)度本身的投影。
[0038]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3，系統(tǒng)100可以進(jìn)一步包括成像單元170，其被配置為捕獲圖像，SP，手術(shù)部位“S”的像素化圖像或者系列圖像。特別地，成像單元170可以捕獲由投影儀組件110所創(chuàng)建的投影圖案“P”的單個(gè)或多個(gè)圖像。如圖3所示，投影圖案“P”被直接投影到手術(shù)部位“S”的需要部分“D”上。另外地或可選擇地，雖然未明確顯示，但是投影圖案“P”可以被投影在手術(shù)部位“S”的需要部分“D”附近。成像單元170可以是CMOS攝像機(jī)、光柵掃描裝置或者本領(lǐng)域中已知的任何其他合適的成像單元。成像單元170可以布置在投影儀組件110內(nèi)，可以可操作地聯(lián)接到投影儀組件110，或者可以是與投影儀組件110分離的單元。遠(yuǎn)心透鏡也可以是捕獲由投影儀組件所產(chǎn)生的投影圖案的圖像的成像單元(圖3和圖4中的170)的一部分。
[0039]繼續(xù)參照?qǐng)D3，系統(tǒng)100可以進(jìn)一步包括可操作地聯(lián)接到成像單元170的微處理器175。成像單元170經(jīng)由有線連接或無(wú)線地將手術(shù)部位“S”的被捕獲的單個(gè)或多個(gè)圖像發(fā)送到微處理器175。雖然微處理器175被顯示為與成像單元170分離的部件，但是也可以設(shè)想的是，微處理器175可以與成像單元170是同一單元，并且/或者成像單元170可以能夠執(zhí)行微處理器175的所有功能。因?yàn)槌上駟卧?70無(wú)法從與投影儀組件110相同的視角(即，相同的觀察角)觀察手術(shù)部位“S”上的投影圖案“P”，所以微處理器175被配置為對(duì)由成像單元170所發(fā)送的捕獲的單個(gè)或多個(gè)圖像執(zhí)行視差修正。另外地或可選擇地，如上所述，成像單元170可以被配置為執(zhí)行視差修正。微處理器175可以被配置為分析由成像單元170捕獲的圖像并計(jì)算手術(shù)部位“S”的需要部分“D”的測(cè)量尺寸。
[0040]另外地或可選擇地，微處理器175可以采用三角測(cè)量技術(shù)來估算投影儀組件110和/或成像單元170與手術(shù)部位“S”的需要部分“D”之間的相對(duì)距離。能夠通過多種方式來獲得三角測(cè)量，包括使用單個(gè)成像裝置170、多個(gè)成像裝置、或者成像裝置170和準(zhǔn)直光源的組合。另外地或可選擇地，還可以采用光學(xué)和/或聲學(xué)方法來用于測(cè)距，其一個(gè)示例可以是光學(xué)或聲學(xué)干涉儀(未明確示出)和/或傳感器(未明確示出)。為了額外的準(zhǔn)確度，可以通過多個(gè)已知的相對(duì)角來執(zhí)行計(jì)量。在需要三角測(cè)量和/或距離感測(cè)的應(yīng)用中，借助于LED或激光源，與Si基傳感器或GaAs基傳感器一起可以實(shí)現(xiàn)條紋計(jì)數(shù)外差干涉儀。
[0041]繼續(xù)參照?qǐng)D3，系統(tǒng)100可以進(jìn)一步包括可操作地聯(lián)接到微處理器175的顯示器180。另外地或可選擇地，顯示器180可以可操作地聯(lián)接到成像單元170?？梢栽O(shè)想的是，顯示器180可以是圖形用戶界面，且顯示器180可以與投影儀組件110和/或成像單元170所附接的手術(shù)內(nèi)窺鏡成一體，使得用戶可以直接在器械(即手術(shù)內(nèi)窺鏡)上觀察在顯示器180上產(chǎn)生的圖像和/或計(jì)算出的測(cè)量值。顯示器180顯示由成像單元170所捕獲的圖像。另外地或可選擇地，顯示器180可以顯示由微處理器175和/或成像單元170計(jì)算出的測(cè)量尺寸。
[0042]繼續(xù)參照?qǐng)D3，系統(tǒng)100可以進(jìn)一步包括經(jīng)由有線連接或無(wú)線地可操作地聯(lián)接到微處理器175、成像裝置170和/或顯示器180的快速原型化或打印裝置190。打印裝置190可以是，例如但不限于，激光切割機(jī)或織機(jī)，其可以制造定制的植入物或襯底，然而，打印裝置190可以是本領(lǐng)域中已知的任意打印裝置。微處理器175將由成像單元170所捕獲的圖像發(fā)送到打印裝置190以便將被捕獲的圖像打印到襯底上和/或創(chuàng)建襯底。襯底可以是，例如但不限于，手術(shù)用網(wǎng)片。襯底，即手術(shù)用網(wǎng)片，可以包括由交織的細(xì)絲制成的多孔織物，其中打印裝置190被配置為交織細(xì)絲。細(xì)絲可以是單絲或復(fù)絲，并且在實(shí)施例中，多個(gè)復(fù)絲可以被結(jié)合形成紗線。細(xì)絲可以以在細(xì)絲彼此交叉創(chuàng)建共同相交點(diǎn)的地方產(chǎn)生截面的方式水平延伸和豎直延伸。襯底(即，手術(shù)用網(wǎng)片)可以是紡織的、無(wú)紡的、針織的或編織的。在一些實(shí)施例中，細(xì)絲可以形成二維網(wǎng)片或三維網(wǎng)片。打印裝置190根據(jù)計(jì)算值、測(cè)量值和由成像單元170和/或微處理器175所捕獲和創(chuàng)建的圖像來打印和/或以其他方式創(chuàng)建襯底(即，手術(shù)用網(wǎng)片)。網(wǎng)片可以印有由外科醫(yī)生確定的或由計(jì)算機(jī)通過專家系統(tǒng)算法確定的最佳固定點(diǎn)或者基點(diǎn)?？梢杂?jì)算出這些點(diǎn)以估計(jì)腹部縮小的效果，使得減小后的直徑允許網(wǎng)片正確地落在組織上，而不是例如產(chǎn)生褶皺。
[0043]繼續(xù)參照?qǐng)D3，光發(fā)射器120發(fā)射光束130以在手術(shù)部位“S”的需要部分“D”上創(chuàng)建投影圖案“P”。如上所述，投影圖案“P”可以包括投影形狀的實(shí)際尺寸。雖然如上所述，圖3示出了均勻地間隔開的同心圓142a (圖2A)，但是投影圖案“P”可以包括圖2A至圖2D中描述的任何圖案或者其任意組合。
[0044]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖4，并繼續(xù)參照?qǐng)D3，現(xiàn)在將描述使用計(jì)量系統(tǒng)100的方法。如圖4所示，待測(cè)量的需要部分“D”存在于組織“T”下方的手術(shù)部位“S”內(nèi)。計(jì)量系統(tǒng)100的投影儀組件110可以附接到手術(shù)器械“N”的遠(yuǎn)側(cè)端。通過被定位在組織“T”內(nèi)開口中的手術(shù)介入口 “A”來插入手術(shù)器械“N”。通過手術(shù)介入口 “A”插入內(nèi)窺鏡“E”以便觀察手術(shù)部位“S”。如上所述，內(nèi)窺鏡“E”可以是系統(tǒng)100的成像單元170。另外地或可選擇地，成像單元170可以可操作地聯(lián)接至內(nèi)窺鏡“E”和/或手術(shù)器械“N”。
[0045]繼續(xù)參照?qǐng)D3和圖4，`且如上所述，投影儀組件110的光發(fā)射器120發(fā)射光束130通過遠(yuǎn)心透鏡135和/或掩模140。掩模140的圖案142確定被投影到手術(shù)部位“S”中(特別是被投影到手術(shù)部位“S”的需要部分“D”上)的相應(yīng)圖案“P”。光束130可以包括多波長(zhǎng)的光以用于測(cè)量手術(shù)部位“S”的需要部分“D”(即患病組織)的不同特征或者用于同時(shí)畫出其邊緣輪廓。例如，用戶可以通過觀察被投影到需要部分“D”上的不同波長(zhǎng)來分析需要部分“D”。
[0046]在投影圖案“P”被投影到手術(shù)部位“S”中后，用戶可以分析被投影的圖案“P”。用戶可以在顯示器180上觀察手術(shù)部位“S”內(nèi)需要部分“D”上的投影圖案“P”。除了在顯示器180上觀察手術(shù)部位“S”以外，用戶還可以在顯示器180上觀察由微處理器175計(jì)算出的需要部分“D”的計(jì)算出來的測(cè)量尺寸。利用需要部分“D”上的投影圖案“P”，用戶可以通過以下進(jìn)一步詳述的幾種不同方式來分析需要部分“D”的實(shí)際大小。
[0047]特別地，當(dāng)掩模140具有同心環(huán)142a(圖2A)，每個(gè)環(huán)142a代表給定尺寸的半徑且同心環(huán)142a被投影到手術(shù)部位“S”中作為投影圖案“P”時(shí)，用戶可以通過將需要部分“D”與同心環(huán)142a相比較來分析和/或測(cè)量需要部分“D”。另外地或可選擇地，當(dāng)掩模140包括均勻地間隔開的線142b (圖2B)且均勻地間隔開的線142b被投影到手術(shù)部位“S”中作為投影圖案“P”時(shí)，用戶可以通過將需要部分“D”與均勻地間隔開的線142b相比較來分析和/或測(cè)量需要部分“D”。另外的或可選擇地，當(dāng)掩模140包括單條線142c (圖2c)且單條線142c被投影到手術(shù)部位“S”中作為投影圖案“P”時(shí)，用戶可以通過將需要部分“D”與單條線142c相比較來分析和/或測(cè)量需要部分“D”。另外地或可選擇地，當(dāng)掩模140包括均勻地間隔開的點(diǎn)142d (圖2D)且均勻地間隔開的點(diǎn)142d被投影到手術(shù)部位“S”中作為投影圖案“P”時(shí)，用戶可以通過將需要部分“D”與均勻地間隔開的點(diǎn)142d相比較來分析和/或測(cè)量需要部分“D”。如前所述，投影圖案“P”可以包括標(biāo)度和/或基準(zhǔn)以有助于測(cè)量。
[0048]如上所述，具體的基準(zhǔn)和/或標(biāo)度可以被投影在手術(shù)部位“S”上，手術(shù)部位“S”可以被成像到圖像的像素陣列傳感器上，在像素陣列傳感器中基于相對(duì)大小和形狀或者基準(zhǔn)位置的現(xiàn)有信息，圖像處理算法創(chuàng)建目標(biāo)部位“S”上關(guān)注部分的尺寸特征。關(guān)注部分的這些特征包括，例如，用于附接植入物的最佳固定點(diǎn)和基點(diǎn)。為了額外的準(zhǔn)確度，雖然未示出，但是可以通過多個(gè)已知的相對(duì)角執(zhí)行計(jì)量。[0049]如上所述，遠(yuǎn)心透鏡135和/或掩模140可以由柔性材料形成。在遠(yuǎn)心透鏡135和/或掩模140由柔性材料形成的情況下，為了插入到手術(shù)部位“S”中，用戶可以例如通過卷曲或折疊來減小遠(yuǎn)心透鏡135和/或掩模140的大小。在插入到手術(shù)部位“S”中之后，遠(yuǎn)心透鏡135和/或掩模140可以恢復(fù)到原始形狀以將光束130投影到手術(shù)部位“S”中。
[0050]使用遠(yuǎn)心透鏡135能夠使投影圖案“P”成為像空間中的遠(yuǎn)心。該特征允許，例如，獨(dú)立于用于捕獲投影圖案“P”的圖像的成像單元170光學(xué)裝置中的任意放大率變化，掩模140的標(biāo)度142 (圖2A至圖2D)被直接投影在手術(shù)部位“S”的任何部分上(即，手術(shù)過程中的任何器官上)，從而向用戶創(chuàng)建任何需要部分“D”的直接測(cè)量。
[0051]投影圖像、基點(diǎn)和其他基準(zhǔn)可以具有足夠的亮度以照射通過組織和/或網(wǎng)片，從而允許外科醫(yī)生通過腹部或中間組織以及筋膜層從外部區(qū)分這些特征。因而，可以將網(wǎng)片最佳地定位在內(nèi)部，使用需要圖案和從外部可見的圖案來照射網(wǎng)片，從而允許從腹膜外部到腹膜內(nèi)部的準(zhǔn)確固定。
[0052]從前面的描述和附圖中可以理解的是，已經(jīng)描述了根據(jù)本公開的光學(xué)計(jì)量和圖像修正系統(tǒng)的實(shí)施例，其產(chǎn)生采用相干或不相干的可見、紫外線或近紅外線(IR)輻射進(jìn)行實(shí)時(shí)體腔內(nèi)計(jì)量的方法，從而減少總的手術(shù)時(shí)間并減輕外科醫(yī)生的認(rèn)知負(fù)擔(dān)。實(shí)施例還利用更準(zhǔn)確、更小的(取決于微型化的等級(jí))切口操作潛在地改善了患者的手術(shù)效果，這不太容易出現(xiàn)人為錯(cuò)誤或計(jì)算錯(cuò)誤。
[0053]手術(shù)操作的改善源自時(shí)間的節(jié)省和當(dāng)試圖為給定的體內(nèi)工作或操作選擇依賴測(cè)量的裝置時(shí)(例如，在疝氣修補(bǔ)期間選擇網(wǎng)片大小時(shí))由給定外科醫(yī)生做出的更準(zhǔn)確的手術(shù)選擇。
[0054]雖然在附圖中已經(jīng)示出了本公開的幾個(gè)實(shí)施例，但是并不旨在將本公開限制于此，而是意指本公開具有本領(lǐng)域?qū)⒃试S的盡可能寬的范圍，并且意指也同樣地來理解說明書。因此，上述說明不應(yīng)該被解釋為限制，而僅僅是作為特定實(shí)施例的示例。
【權(quán)利要求】
1.一種用于測(cè)量手術(shù)部位的需要部分的計(jì)量系統(tǒng)，包括: 投影儀組件，其包括用于將光投影通過遠(yuǎn)心透鏡并投影到所述手術(shù)部位中的光源；以及 掩模，其可操作地聯(lián)接到所述投影儀組件，其中從所述光源投影出的光投影通過所述掩模。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所投影的光包括用于測(cè)量所述手術(shù)部位內(nèi)組織的不同特征的多波長(zhǎng)的光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述掩模具有同心環(huán)用于將所述同心環(huán)投影到所述手術(shù)部位中，并且每個(gè)同心環(huán)代表給定尺寸的半徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述掩模具有多條均勻地間隔開的線用于將所述均勻地間隔開的線投影到所述手術(shù)部位中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述掩模具有單條線用于將所述單條線投影到所述手術(shù)部位中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述掩模具有均勻地間隔開的點(diǎn)用于將所述均勻地間隔開的點(diǎn)投影到所述手術(shù)部位中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述掩模包括標(biāo)度，且所述標(biāo)度被投影到所述手術(shù)部位的需要部分上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述光源包括至少一個(gè)光發(fā)射器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系`統(tǒng)，其中，所述光源進(jìn)一步包括用于漫射由所述至少一個(gè)光發(fā)射器產(chǎn)生的光的漫射器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述遠(yuǎn)心透鏡由柔性材料形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述掩模由柔性材料形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括聚合物標(biāo)度，其被配置為定位在所述手術(shù)部位的外部和投影所述標(biāo)度通過組織以在所述手術(shù)部位內(nèi)進(jìn)行觀察。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步具有成像單元，其被配置為捕獲所述手術(shù)部位內(nèi)所投影的光的圖像。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述成像單元是CMOS攝像機(jī)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述成像單元是光柵掃描裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括微處理器，其可操作地聯(lián)接到所述成像單元，所述微處理器被配置為對(duì)被捕獲圖像執(zhí)行視差修正。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括顯示器，其可操作地聯(lián)接到所述微處理器，所述微處理器被配置為計(jì)算所述手術(shù)部位的需要部分的測(cè)量尺寸且將所述測(cè)量尺寸發(fā)送到所述顯示器。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步具有傳感器，其被配置為執(zhí)行三角測(cè)量或距離感測(cè)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括干涉儀，其可操作地聯(lián)接到所述傳感器。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述需要部分的測(cè)量值被發(fā)送到網(wǎng)片打印裝置，所述網(wǎng)片打印裝置被配置為根據(jù)測(cè)量值創(chuàng)建手術(shù)用網(wǎng)片。
【文檔編號(hào)】A61B19/00GK103565524SQ201310317291
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月25日
【發(fā)明者】平托·坎迪多·迪奧尼西奧, 拉維·迪爾瓦蘇拉, 詹姆斯·鮑爾, 馬勇, 潘迪·阿什維尼, 約拿單·托馬斯 申請(qǐng)人:柯惠Lp公司