專利名稱：表面跟蹤和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償外科手術(shù)工具系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的當(dāng)前所要求的各實(shí)施例的領(lǐng)域涉及外科手術(shù)工具和包括外科手術(shù)工具的系統(tǒng)，更具體地涉及具有集成的表面跟蹤和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償傳感器的外科手術(shù)工具和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
視網(wǎng)膜外科手術(shù)是微型外科手術(shù)的一個(gè)示例。在現(xiàn)行實(shí)踐中，在無手動(dòng)的儀器的手術(shù)顯微鏡下進(jìn)行視網(wǎng)膜外科手術(shù)。人的局限性包括不能清楚地觀察外科手術(shù)目標(biāo)、生理性的手部顫動(dòng)和缺少工具到組織的相互作用的觸覺反饋。此外，諸如缺少接近檢測或者智能的功能的工具局限性是增加外科手術(shù)危險(xiǎn)性和降低完成外科手術(shù)目標(biāo)的可能性的重要因素。當(dāng)前的儀器不提供生理性的或者甚至基本的解釋性的信息。常規(guī)的儀器不能克服的技術(shù)障礙部分地限制了外科手術(shù)的結(jié)果(成功和失敗)。微型外科手術(shù)需要對(duì)由于諸如呼吸和心臟跳動(dòng)的生理學(xué)過程的無意識(shí)的病人運(yùn)動(dòng)和由于外科醫(yī)生的手部顫動(dòng)的持續(xù)的注意力和補(bǔ)償。由此的無意識(shí)的距離在外科手術(shù)工具和外科手術(shù)組織表面之間變化，盡管通常在小于5Hz下數(shù)量級(jí)為幾百顯微量尺，但由于微型外科手術(shù)的尺度，它可以造成嚴(yán)重的誤差。在諸如玻璃體視網(wǎng)膜外科手術(shù)和大腦皮層神經(jīng)外科手術(shù)的需要來自有經(jīng)驗(yàn)的外科醫(yī)生的高技巧和持續(xù)的注意力的易毀壞組織的軸向的無意識(shí)的運(yùn)動(dòng)是主要顧慮的表面手術(shù)情況下，“工具-組織”的相對(duì)運(yùn)動(dòng)尤其關(guān)鍵。因此需要改進(jìn)用于微型外科手術(shù)應(yīng)用的外科手術(shù)工具和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償外科手術(shù)工具系統(tǒng)包括外科手術(shù)工具，該外科手術(shù)工具包括手柄和可移動(dòng)部件；驅(qū)動(dòng)組件，該驅(qū)動(dòng)組件將該可移動(dòng)部件連接到該手柄，使得該可移動(dòng)部件可以通過該驅(qū)動(dòng)組件在相對(duì)于該手柄的軸向移動(dòng)。該運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償外科手術(shù)工具系統(tǒng)還包括光學(xué)探測系統(tǒng)，該光學(xué)探測系統(tǒng)包括附接于該可移動(dòng)部件的光纖，該光纖具有距該可移動(dòng)部件的最末端部分固定距離的端部。該光學(xué)探測系統(tǒng)配置為在外科手術(shù)期間輸出用于確定所述可移動(dòng)部件的所述最末端部分到目標(biāo)的距離的信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償外科手術(shù)工具系統(tǒng)的外科手術(shù)工具包括手柄、連接到該手柄的驅(qū)動(dòng)組件、連接到該驅(qū)動(dòng)組件的可移動(dòng)部件，該可移動(dòng)部件連接到該驅(qū)動(dòng)組件使得該可移動(dòng)部件在相對(duì)于該手柄的軸向方向上可移動(dòng)，以及附接于該可移動(dòng)部件的光纖，該光纖具有距該可移動(dòng)部件的最末端部分固定距離的端部。該光纖適合于光學(xué)地耦接到光學(xué)探測系統(tǒng)，所述光學(xué)探測系統(tǒng)被配置為輸出用于確定所述可移動(dòng)部件的最末端部分在外科手術(shù)期間到所述目標(biāo)的距離的信號(hào)。


根據(jù)說明書、附圖和示例的解釋，更進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償外科手術(shù)工具系統(tǒng)(CCD、行掃描照相機(jī)；G，光柵；L1、L2，無色準(zhǔn)直儀)的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的外科手術(shù)工具的示意圖(IN :用于外科手術(shù)刀架的內(nèi)部針；0N:用于保護(hù)和對(duì)準(zhǔn)的外部針；0NM:外部針架；BS:備用彈簧；SL:用于內(nèi)部針架的滑動(dòng)器；SQ :SQUIGGLE微型馬達(dá)；SQM:微型馬達(dá)固定架；SQC:微型馬達(dá)繩索；SMF:單模)。圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的外科手術(shù)工具的原型；圖38示出了用于微型解剖器的外科手術(shù)刀尖；圖3C示出了用于微型鑷子的外科手術(shù)刀尖(SMF :單模光纖)；圖3D示出了手持的情形。圖4A-4D示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的邊緣搜索方法。圖4A示出了原始的A型掃描數(shù)據(jù)(存在〃幻邊(Ghost Edge) 〃)。圖4B示出了在一維腐蝕算法(〃幻邊〃被擦掉和實(shí)際邊緣保留)后的A型掃描數(shù)據(jù)。圖4C示出了 A型掃描的閾值化。圖4D示出了用于邊緣位置的第一過零點(diǎn)(深度標(biāo)尺改變)。圖5A是系統(tǒng)控制流程圖；圖5B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的速度控制曲線。圖6A和6B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償結(jié)果。
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圖7A-7D示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的利用表面跟蹤和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)那锌诘囊粋€(gè)示例。圖7A是切口區(qū)域的正面圖像；圖7B是沿著圖7A中的紅色蹤跡(切口的底部)的B型掃描；圖7C是沿著圖7A中的藍(lán)色蹤跡(切口的頂部)的B型掃描；以及圖7D是(b)和(c)的組合；圖8A-8D示出了利用徒手的切口的一個(gè)示例；圖8么是切口區(qū)域的正面圖像；圖88是沿著圖8A中的紅色蹤跡(切口的底部)的B型掃描；圖SC是沿著圖8A中的藍(lán)色蹤跡(切口的頂部)的B型掃描；以及圖8D是(b)和(c)的組合；圖9A和9B示出了沿著切口蹤跡的切口深度變化的一個(gè)示例，圖9A具有表面跟蹤和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償而圖9B沒有表面跟蹤和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。
具體實(shí)施例方式以下詳細(xì)地討論本發(fā)明的一些實(shí)施例。在要描述的實(shí)施例中，為了清楚起見，使用特定的技術(shù)名詞。然而，本發(fā)明不意圖局限于這樣選擇的特定的技術(shù)名詞。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在不脫離本發(fā)明的寬泛概念下，可以使用其它等效的部件和開發(fā)其它的方法。本說明書中任何地方所引用的所有引證文獻(xiàn)應(yīng)看作每個(gè)已被逐一包括那樣通過引用被包括。本發(fā)明的一些實(shí)施例可以提供基于共用路徑光學(xué)相干層析成像(common-pathoptical coherence tomography, CP-0CT)距離傳感器能夠表面跟蹤和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償以提高微型外科手術(shù)的準(zhǔn)確性和安全性的簡單和緊湊的手持式微型外科手術(shù)工具。本發(fā)明的一些實(shí)施例利用單光纖探針作為CP-OCT距離傳感器并且利用高速的壓電微型線性馬達(dá)用于一維致動(dòng)。刀尖和外科手術(shù)目標(biāo)表面之間的距離從OCT信號(hào)通過自動(dòng)邊緣搜索算法來確定。目標(biāo)表面可以例如是組織的表面，或者它可以在組織內(nèi)。根據(jù)來自CP-OCT距離傳感器的反饋通過計(jì)算機(jī)來控制微型線性馬達(dá)。在本示例中，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的CP-OCT微型外科手術(shù)工具被小型化到直徑15_的塑料注射器內(nèi)并且能夠在小于5顯微量尺分辨率下表面跟蹤。利用內(nèi)部脂質(zhì)層產(chǎn)生的虛擬影像用于模擬實(shí)際的組織表面和單光纖集成微解剖器作為外科手術(shù)尖端工作以在這個(gè)示例中的虛擬影像表面上進(jìn)行跟蹤和精確地切割。本發(fā)明的一些實(shí)施例可以集成到標(biāo)準(zhǔn)的徒手微型外科手術(shù)工具里和使外科醫(yī)生能夠安全地和有效地做出精確的外科手術(shù)動(dòng)作。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償外科手術(shù)工具系統(tǒng)100的示意圖。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償外科手術(shù)工具系統(tǒng)100包括外科手術(shù)工具102，外科手術(shù)工具102包括手柄104和可移動(dòng)部件106。該外科手術(shù)工具還包括將可移動(dòng)部件106連接到手柄104的驅(qū)動(dòng)組件108，使得可移動(dòng)部件106在相對(duì)于手柄104的軸向110通過驅(qū)動(dòng)組件108可移動(dòng)。外科手術(shù)工具系統(tǒng)100還包括光學(xué)探測系統(tǒng)112，該光學(xué)探測系統(tǒng)112包括附接于可移動(dòng)部件106的光纖114，該光纖具有距可移動(dòng)部件106的最末端部分固定距離的端部。光學(xué)探測系統(tǒng)112配置為輸出用于確定可移動(dòng)部件106的最末端部分到目標(biāo)116的距離的信號(hào)。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償外科手術(shù)工具系統(tǒng)100還包括配置為與用于移動(dòng)外科手術(shù)工具102的可移動(dòng)部件106的驅(qū)動(dòng)組件108通信的驅(qū)動(dòng)控制器118。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償外科手術(shù)工具系統(tǒng)100還包括配置為與光學(xué)探測系統(tǒng)112通信以接收用于確定距離的信號(hào)和配置為與驅(qū)動(dòng)控制器118通信的數(shù)據(jù)處理器120。 圖2是外科手術(shù)工具102的放大視圖的示意圖。在這個(gè)示例中，可移動(dòng)部件106是沿著中心向下具有光纖124的內(nèi)部針122。光纖124例如可以是單模光纖。在這個(gè)實(shí)施例中，還有提供保護(hù)和對(duì)準(zhǔn)的外部針126。外部針126由外部針固定架128夾持。內(nèi)部針122利用連接在外部針固定架1 28和滑動(dòng)器130之間以提供回復(fù)力的復(fù)位彈簧132附接于滑動(dòng)器130。微型馬達(dá)134驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)器130從而驅(qū)動(dòng)內(nèi)部針122。SQUIGGLE微型馬達(dá)已經(jīng)被認(rèn)為適合于微型馬達(dá)134的一些實(shí)施例。微型馬達(dá)134具有附接于它的微型馬達(dá)繩索136。數(shù)據(jù)處理器120可以配置為進(jìn)行邊緣搜索以確定根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的目標(biāo)116的邊緣、質(zhì)心或者軸向特征的至少一個(gè)。數(shù)據(jù)處理器120可以是專用的“硬線連接”裝置，或者它可以是可編程裝置。例如，它可以是但不限于個(gè)人計(jì)算機(jī)、工作站或者用于特殊應(yīng)用的任何其它合適的電子裝置。在一些實(shí)施例中，它可以集成到一個(gè)單元里或者它可以是可附接的、遠(yuǎn)程的和/或分布式的。在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理器120還配置為通過驅(qū)動(dòng)組件108來確定要被移動(dòng)的可移動(dòng)部件106的移動(dòng)量、移動(dòng)速度和/或移動(dòng)方向，以對(duì)可移動(dòng)部件106的最末端部分在外科手術(shù)期間相對(duì)于目標(biāo)116的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行計(jì)量。在一些實(shí)施例中，光學(xué)探測系統(tǒng)112還包括光學(xué)上連接到光纖114的光源138和光學(xué)上連接到光纖114的光學(xué)檢測器140。例如，可以包括2X1光耦合器142以將光源138和光學(xué)檢測器連接到光纖114(本文中所使用的術(shù)語"光"具有寬泛的含義。例如，紅外線、可見和紫外光可以包括在術(shù)語"光"的寬泛的含義內(nèi))。光纖114提供共用傳輸和接收光路使得光學(xué)探測系統(tǒng)是共用路徑光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)(CP-0CT)。
在一些實(shí)施例中，光源138可以是超輻射發(fā)光二極管。在一些實(shí)施例中，光學(xué)檢測器140可以是如圖1的示例中示出的分光計(jì)。在其它實(shí)施例中，光源138可以是波長掃描激光器并且光學(xué)檢測器140可以是光電探測器。本發(fā)明的各寬泛的概念不限于這些特殊的示例。在一些實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)組件108可以包括具有至少20mm的行程、至少4mm/s的最大速度和至少0. 5 的行進(jìn)分辨率的壓電微型馬達(dá)。在一些實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)組件可以包括重量小于大約100克的壓電微型馬達(dá)。在一些實(shí)施例中，夕卜科手術(shù)工具102可以是但不限于微型外科手術(shù)工具。微型外科手術(shù)工具可以是例如針、夾子、解剖刀、鑷子、剪刀或者套管針的其中之一。在圖1的示例中，傅里葉域CP-OCT系統(tǒng)提供檢測部分，該檢測部分包括超輻射發(fā)光二極管(superluminescent diode, SLED)光源、高速分光計(jì)和寬帶光纖稱合器。集成到手持式工具中的單模光纖工作為距離傳感探頭。刀尖和外科手術(shù)目標(biāo)之間的距離從OCT信號(hào)通過自動(dòng)邊緣搜索算法來直接地確定，并且微型線性馬·達(dá)根據(jù)來自CP-OCT距離傳感器的反饋由計(jì)算機(jī)控制。在CP-OCT系統(tǒng)部中，12比特CCD行掃描照相機(jī)(e2v，EM4, USA)用作OCT分光計(jì)的檢測器。超福射發(fā)光二極管(SLED)源(愛爾蘭，Superlum公司，X o=870nm、A A =180nm)用作光源，它具有空氣中3. 6 y m的試驗(yàn)上的軸向分辨率。最小行周期是照相機(jī)限制于14.2US，相當(dāng)于70k-A型掃描/秒的最大線比率。集成到手持式工具中的單模光纖工作為距離傳感探頭。刀尖和外科手術(shù)目標(biāo)表面之間的距離通過自動(dòng)邊緣搜索算法從 OCT 信號(hào)來直接地確定。(IEEE Trans Biomed Eng. , 56 (9), 2318-2321 (2009)的作者為；Zhang, K Zhang, K. , Wang, ff. , Han, J-H. , Kang, J. U. , "A surfacetopology and motion compensation system for microsurgery guidance andintervention based on common-path optical coherence tomography, 〃；Electron.Lett.，46(22)，1482-1483(2010)的作者 % Zhang, K. , Akpek, E. K. , Weibl inger, R.P. , Kim, D-H. , Kang, J. U.,和 Ilev,1.K. , ^Noninvasive volumetric quality evaluationof post-surgical clear corneal incision via high—resolution Fourier-domainoptical coherence tomography, 〃，其全部內(nèi)容通過引用合并于此)，并且根據(jù)來自CP-OCT距離傳感器的反饋通過計(jì)算機(jī)來控制微型線性馬達(dá)。四核的戴爾17500工作站用于服務(wù)幀接收器、馬達(dá)控制器并且進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)處理和反饋控制。在圖2的示例中，手持式微型外科手術(shù)工具使用壓電微型馬達(dá)(瑞典，PiezoMotorAB公司，LEGS-L01S-11)作為機(jī)械模塊以驅(qū)動(dòng)具有固定的內(nèi)部針的滑動(dòng)器。LEGS-L01S-11馬達(dá)具有35_的行程、20mm/s的最大速度、依賴于不同的控制模式的小于Inm分辨率以及ION的最大驅(qū)動(dòng)力。例如，諸如鑷子、剪刀和微型套管針的各種微型外科手術(shù)工具可以附接于內(nèi)部針尖并且單模CP-OCT光纖探頭可以固定在內(nèi)部針內(nèi)。圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的集成到直徑15_的塑料注射器里的外科手術(shù)工具系統(tǒng)的原型。圖3B和3C示出了具有集成的單模光纖(5.6 y m/125 ym，芯層/包覆層直徑)的外科手術(shù)刀尖的示例。光纖尖端和外科手術(shù)刀尖之間的固定距離可以通過數(shù)字式顯微鏡來確切地預(yù)測量。圖3D示出了外科手術(shù)工具原型的手持情形的示例。圖4A-4D示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的從OCT信號(hào)確定光纖尖端距目標(biāo)表面的距離的邊緣搜索算法的示例。原始的OCT信號(hào)首先由一維腐蝕濾波器濾波以使該信號(hào)平滑和除去可能的〃幻邊〃。然后通過使用某一閾值電平來處理新的A型掃描數(shù)據(jù)以防止噪聲影響。最后通過后閾值化數(shù)據(jù)的微分的第一過零點(diǎn)給出邊緣位置。圖5A和5B分別示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的外科手術(shù)工具系統(tǒng)的一個(gè)示例的控制流程圖和速度控制曲線。邊緣搜索算法用于確定CP-OCT探頭到目標(biāo)的距離d，該距離d被期望保持在固定距離D。在跟蹤期間速度控制曲線V (e)應(yīng)用在該算法中以防止過沖和振蕩，其中e是d和D之間的誤差。示例首先我們對(duì)一個(gè)示例實(shí)施表面跟蹤和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償測試。外科手術(shù)刀尖垂直地指向反射的目標(biāo)表面，該目標(biāo)表面從初始位置來回地移動(dòng)。該刀尖感測該運(yùn)動(dòng)并且通過連同目標(biāo)表面一起移動(dòng)來調(diào)節(jié)為保持恒定距離D=I 120 Um0如圖6A中，隨時(shí)間記錄d和D之間變化的誤差，并且通過比較〃補(bǔ)償關(guān)閉〃模式和〃補(bǔ)償開啟〃模式之間的誤差值，補(bǔ)償?shù)淖饔檬敲黠@的。圖6B示出了圖6A中的在〃補(bǔ)償開啟〃模式下的誤差時(shí)間曲線的放大圖。補(bǔ)償誤差在±5 y m范圍內(nèi)，這與CP-OCT的分辨率較好地匹配。還可以通過將預(yù)測濾波應(yīng)用到跟蹤算法來降低相位誤差(IEEE Trans. Biomed. Eng.，56 (9)，2318-2321 (2009)，作者為 Zhang,K.，Wang, W.，Han, J-H.，Kang, J. U.，〃A surface topology and motion compensationsystem for microsurgery guidance and intervention based on common-path opticalcoherence tomography, 〃).然后，為了顯示這些工具將實(shí)際上提高外科醫(yī)生的能力，使用從內(nèi)部脂質(zhì)膜制造的虛擬影像，我們進(jìn)行具有表面跟蹤和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償以及沒有表面跟蹤和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)深度lOOym的外科手術(shù)切割。為了顯示相對(duì)于虛擬影像表面的切口深度，我們使用我們的高速FD-OCT系統(tǒng)拍攝了切口部位的三維體積的OCT圖像(Opt Express, 18 (11)，11772-117842010),作者為 Zhang, K. and Kang, J. U.，〃Real time4D signal processing andvisualization using graphics processing unit on a regular nonlinear-kFourier-domain OCT syst em")。圖像體積是 1000 (X) X 150 (Y) X 512 (Z)三維像素。圖 7A和8A示出了切口區(qū)域的正面投影圖。藍(lán)線和紅線表示切口的頂部邊緣和底部的截面圖像蹤跡。如圖7D和8D中最后組合地示出的，利用表面跟蹤和補(bǔ)償?shù)那懈罹哂写蠹s100 ii m的恒定切口深度，而徒手切割具有100 u m到大約250 u m的不規(guī)則的深度。圖9示出了兩個(gè)情況下的沿著切割蹤跡的切口深度變化。這些結(jié)果清楚地顯示智能的工具提供了高精確度的切口深度控制、均勻的切口深度，并且事實(shí)上消除了人手顫動(dòng)。具有和沒有跟蹤工具控制的切口深度的偏差分別是±5 ii m和±80 ii m。測試了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的基于CP-OCT距離傳感器的手持式微型外科手術(shù)工具。該工具能夠跟蹤微型外科手術(shù)目標(biāo)的組織表面并且能夠補(bǔ)償測微器標(biāo)尺上的工具-組織的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。利用虛擬影像模型，使用三維FD-OCT來評(píng)價(jià)切口深度的品質(zhì)，并且與通過徒手的結(jié)果相比，使用表面跟蹤和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償工具的結(jié)果明顯地改善。這樣的工具可以廣泛地應(yīng)用于其它的微型外科手術(shù)方法并且可以提高外科手術(shù)的準(zhǔn)確性和安全性。本說明書中所示出和討論的實(shí)施例僅意圖教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員如何實(shí)現(xiàn)和使用本發(fā)明。在本發(fā)明描述的實(shí)施例中，為了清楚起見，使用特定的技術(shù)名詞。然而，本發(fā)明不旨在局限于這樣選擇的特定的技術(shù)名詞。正如根據(jù)上述講解本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，在不脫離發(fā)明的情況 下，可以修改和改變本發(fā)明的上述實(shí)施例。因此要理解的是，可以在權(quán)利要求和它們的等同物的范圍內(nèi)，除了如特定地描述的之外，實(shí)施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.ー種運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償外科手木工具系統(tǒng)，其包括 外科手木工具，其包括手柄和可移動(dòng)部件； 驅(qū)動(dòng)組件，其將所述可移動(dòng)部件連接到所述手柄，使得所述可移動(dòng)部件通過所述驅(qū)動(dòng)組件在相對(duì)于所述手柄的軸向可移動(dòng)；以及 光學(xué)探測系統(tǒng)，其包括附接至所述可移動(dòng)部件的光纖，所述光纖具有距所述可移動(dòng)部件的最末端部分固定距離的端部， 其中所述光學(xué)探測系統(tǒng)被配置為輸出用于確定所述可移動(dòng)部件的所述最末端部分在外科手術(shù)期間到目標(biāo)的距離的信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償外科手木工具系統(tǒng)，還包括驅(qū)動(dòng)控制器，所述驅(qū)動(dòng)控制器被配置為與用于移動(dòng)所述外科手木工具的所述可移動(dòng)部件的所述驅(qū)動(dòng)組件通信。
3.如權(quán)利要求2所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償外科手木工具系統(tǒng)，還包括數(shù)據(jù)處理器，所述數(shù)據(jù)處理器被配置為與所述光學(xué)探測系統(tǒng)通信以接收用于確定所述距離的所述信號(hào)并且與所述驅(qū)動(dòng)控制器通信。
4.如權(quán)利要求3所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償外科手木工具系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)處理器被配置為進(jìn)行邊緣搜索以確定所述目標(biāo)的邊緣、質(zhì)心或者軸向特征中的至少ー個(gè)。
5.如權(quán)利要求4所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償外科手木工具系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)處理器還被配置為通過所述驅(qū)動(dòng)組件來確定所述可移動(dòng)部件的移動(dòng)的量、移動(dòng)速度和移動(dòng)方向，以對(duì)所述可移動(dòng)部件的所述最末端部分在外科手術(shù)期間相對(duì)于所述目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行計(jì)量。
6.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償外科手木工具系統(tǒng)，其中所述光學(xué)探測系統(tǒng)還包括光學(xué)地耦接到所述光纖的光源，以及光學(xué)地耦接到所述光纖的光學(xué)檢測器，其中所述光纖提供共用的傳輸和接收光路，使得所述光學(xué)探測系統(tǒng)是共用路徑光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)。
7.如權(quán)利要求6所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償外科手木工具系統(tǒng)，其中所述光源是超輻射發(fā)光二極管。
8.如權(quán)利要求6所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償外科手木工具系統(tǒng)，其中所述光源是波長掃描激光器并且所述光學(xué)檢測器是光電探測器。
9.如權(quán)利要求6所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償外科手木工具系統(tǒng)，其中所述光學(xué)檢測器是分光計(jì)。
10.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償外科手木工具系統(tǒng)，其中所述驅(qū)動(dòng)組件包括具有至少20mm的行程、至少4mm/s的最大速度和至少0. 5 y m的行進(jìn)分辨率的壓電微型馬達(dá)。
11.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償外科手木工具系統(tǒng)，其中所述驅(qū)動(dòng)組件包括重量小于約100克的壓電微型馬達(dá)。
12.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償外科手木工具系統(tǒng)，其中所述外科手木工具是微外科手術(shù)工具。
13.如權(quán)利要求12所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償外科手木工具系統(tǒng)，其中所述微外科手木工具是針、夾子、解剖刀、鑷子、剪刀或者套管針的其中之一。
14.ー種用于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償外科手木工具系統(tǒng)的外科手木工具，其包括 手柄； 連接到所述手柄的驅(qū)動(dòng)組件； 可移動(dòng)部件，其連接到所述驅(qū)動(dòng)組件，使得所述可移動(dòng)部件在相對(duì)于所述手柄的軸向方向上可移動(dòng)；以及光纖，所述光纖附接至所述可移動(dòng)部件，所述光纖具有距所述可移動(dòng)部件的最末端部分固定距離的端部， 其中所述光纖適合于光學(xué)地耦接到光學(xué)探測系統(tǒng)，所述光學(xué)探測系統(tǒng)被配置為輸出用于確定所述可移動(dòng)部件的所述最末端部分在外科手術(shù)期間到目標(biāo)的距離的信號(hào)。
15.如權(quán)利要求14所述的外科手木工具，其中所述驅(qū)動(dòng)組件包括壓電微型馬達(dá)。
16.如權(quán)利要求15所述的外科手木工具，其中所述壓電微型馬達(dá)具有至少20mm的行程、至少4mm/s的最大速度和至少0. 5iim的行進(jìn)分辨率。
17.如權(quán)利要求15所述的外科手木工具，其中所述驅(qū)動(dòng)組件包括重量小于約100克的壓電微型馬達(dá)。
18.如權(quán)利要求14所述的外科手木工具，其中所述外科手木工具是微外科手木工具。
19.如權(quán)利要求18所述的外科手木工具，其中所述微外科手木工具是針、夾子、解剖刀、鑷子、剪刀或者套管針的其中之一。
全文摘要
一種運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償外科手術(shù)工具系統(tǒng)包括外科手術(shù)工具，該外科手術(shù)工具包括手柄和可移動(dòng)部件；驅(qū)動(dòng)組件，該驅(qū)動(dòng)組件將該可移動(dòng)部件連接到該手柄，使得該可移動(dòng)部件可以在相對(duì)于該手柄的軸向由該驅(qū)動(dòng)組件移動(dòng)。該運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償外科手術(shù)工具系統(tǒng)還包括光學(xué)探測系統(tǒng)，該光學(xué)探測系統(tǒng)包括附接至該可移動(dòng)部件的光纖，該光纖具有距該可移動(dòng)部件的最末端部分固定距離的該光纖具有端部。該光學(xué)探測系統(tǒng)配置為在外科手術(shù)期間輸出用于確定可移動(dòng)部件的最末端部分到目標(biāo)的距離的信號(hào)。
文檔編號(hào)A61B3/10GK103052368SQ201180035450
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者康金應(yīng), 彼得·吉爾巴赫, 拉塞爾·H·泰勒, 張康 申請(qǐng)人:約翰霍普金斯大學(xué)