專利名稱：基準(zhǔn)標(biāo)記布置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種于目標(biāo)物上布置基準(zhǔn)標(biāo)記(fiducial marker)的方法。 具體地，本發(fā)明的實(shí)施方案涉及于工作物(workpiece)諸如醫(yī)學(xué)患者上 布置基準(zhǔn)標(biāo)記。
背景技術(shù)：
當(dāng)工作物被作用時(shí)，有時(shí)有必要將工作物的實(shí)際位置與其圖像配準(zhǔn)， 以確保任何工作在所述工作物的正確區(qū)域上進(jìn);f亍。例如，當(dāng)于外部不可
見的工作物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一部分上進(jìn)行工作時(shí)，可以獲得工作物的內(nèi)部 結(jié)構(gòu)的圖像，并將其用作導(dǎo)標(biāo)。
在這種情況下，必須將用于獲得工作物圖像的參照框架(frame of reference )與當(dāng)前的參照框架配準(zhǔn)，4吏得將工具定向于工作物之上或之內(nèi)， 以作用于感興趣的區(qū)域(諸如工作物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一部分)。可以利用早 先獲得的工作物的圖像來定向工具，然而，以該方式定向工具是困難的， 這是因?yàn)楣ぷ魑锏漠?dāng)前方向通常不同于獲得早先的圖像時(shí)工作物的方 向。另外，圖像的格式可能不利于這樣的工作。例如，工作物的圖像片 層可以以其當(dāng)前方向描述工作物，但基于圖像片層定向工具不是容易的 操作程序。
通常，為了將工作物的圖像與工作物的實(shí)際位置配準(zhǔn)，有必要使用 既可以在圖像中也可以在工作物的當(dāng)前視圖中可見的工作物的特征。
例如，工作物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的X射線圖像必須參照同樣可以在X射線 圖像中可見的工作物的外部特征來解釋，以實(shí)現(xiàn)配準(zhǔn)。然而，圖像與實(shí) 際特征的配準(zhǔn)由于可能的特征的多個(gè)不同方向而是困難的，甚至在特征 在空間上配準(zhǔn)時(shí)也是如此。類似地，當(dāng)自動(dòng)儀(robot)作用于工作物時(shí)，有必要在自動(dòng)儀的空 間參照框架內(nèi)確定工作物的精確方向和位置。如果不在自動(dòng)儀的參照框 架內(nèi)限定工作物的位置和方向，那么，自動(dòng)儀不能精確地將工作工具與 工作物對(duì)齊以實(shí)施任務(wù)。
在利用自動(dòng)儀以于工作物上實(shí)施任務(wù)的某些情況下，對(duì)自動(dòng)儀設(shè)定 程序以對(duì)具有精確已知的尺寸和形狀的工作物進(jìn)行操作。將工作物以相 對(duì)于自動(dòng)儀的預(yù)定位置提供給自動(dòng)儀，因此，在自動(dòng)儀的空間參照框架 內(nèi)限定工作物。例如，自動(dòng)化機(jī)動(dòng)車裝配線包括例如在相對(duì)于自動(dòng)儀的 已知位置來放置機(jī)動(dòng)車的布置。機(jī)動(dòng)車(motorvehicle)的尺寸和形狀是 標(biāo)準(zhǔn)的，該信息已經(jīng)被設(shè)計(jì)程序至自動(dòng)儀中。因此，自動(dòng)儀可實(shí)施與機(jī) 動(dòng)車相關(guān)的一系列任務(wù)。
另一方面，如果工作物不在相對(duì)于自動(dòng)儀的預(yù)定位置，或者工作物 不具有已知的維度，(或者二者均有)，那么，有必要在工作自動(dòng)儀可于 工作物上實(shí)施任何任務(wù)之前，在自動(dòng)儀的參照框架內(nèi)確定工作物的精確 位置、方向和維度。
物時(shí)，會(huì)出現(xiàn)與將工作物限定在自動(dòng)儀參照框架內(nèi)的相關(guān)的另外的問題。 另外，在某些情況下，在由自動(dòng)儀于所述工作物上實(shí)施的任務(wù)的過程中， 所述工作物可在自動(dòng)儀的參照框架內(nèi)移動(dòng)。因此，盡管在任務(wù)開始時(shí)可 以將工作物限定在自動(dòng)儀的空間框架內(nèi)，但在任務(wù)接近完成時(shí)，所述工
作物不再被精確地限定在自動(dòng)儀的參照框架內(nèi)。 為了克服這些問題，已經(jīng)開發(fā)了基準(zhǔn)標(biāo)記。
對(duì)于使用基準(zhǔn)標(biāo)記來說，使用諸如計(jì)算機(jī)斷層掃描術(shù)(CT)、核磁 共振(MR)以及超聲成像的方法來獲得包括基準(zhǔn)標(biāo)記的工作物的圖像并 使這些圖像與例如工作物的內(nèi)部掃描配準(zhǔn)是可能的。
這些標(biāo)記可粘附于工作物的外部，或牢固地包埋于工作物內(nèi)，使得 至少一部分標(biāo)記可從工作物的外部可見或可^r測(cè)到。在某些情況下，包 括基準(zhǔn)標(biāo)記的框架與工作物連接。所述框架可使用接觸工作物或被包埋 于工作物的多個(gè)銷(pin)固定于工作物?？蚣艿氖褂迷试S使用非常少的
6與工作物接觸的實(shí)際點(diǎn)將多個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)記牢固定位于相對(duì)于工作物的固定 位置。因此，對(duì)于工作物的潛在損害減少。另外，不需要從實(shí)際工作物 拆去標(biāo)記和將標(biāo)記再連接于實(shí)際工作物來調(diào)整于框架上的基準(zhǔn)標(biāo)記的位 置是可能的。
在大多數(shù)情況下，可在自動(dòng)儀已經(jīng)實(shí)施其一個(gè)任務(wù)或一 系列任務(wù)之 后，或在圖像已經(jīng)與工作物配準(zhǔn)用于任何相關(guān)的目的之后，從工作物去 除基準(zhǔn)標(biāo)記(或框架)。
基準(zhǔn)標(biāo)記應(yīng)用的 一個(gè)實(shí)例是在醫(yī)學(xué)手術(shù)之前或僅出于診斷目的用于 患者腦部的醫(yī)學(xué)掃描。基準(zhǔn)標(biāo)記可通過粘合劑或粘合帶粘附于患者頭部 皮膚上。可選地，基準(zhǔn)標(biāo)記可被包埋于患者的顱骨，以確保它們不移動(dòng) 或變得松動(dòng)。應(yīng)理解，將基準(zhǔn)標(biāo)記包埋于患者顱骨中相對(duì)較昂貴，且對(duì) 于患者來說不舒服。通常，包埋的基準(zhǔn)標(biāo)記僅在粘附的標(biāo)記移動(dòng)或松動(dòng) 將誘發(fā)超過植入的基準(zhǔn)標(biāo)記的有害作用的顯著問題的情況下使用。如上 所述，框架的使用是優(yōu)選的，這是因?yàn)樗_保標(biāo)記相對(duì)于患者牢固布置 而不需要大量的單獨(dú)包埋的基準(zhǔn)標(biāo)記。
下面通過舉例的方式解釋與包埋和粘附的基準(zhǔn)標(biāo)記都有關(guān)的問題。
在從患者腦去除腦腫瘤的外科手術(shù)之前(或，例如將電極插入患者
腦中，用于治療帕金森氏病或癲癇的研究)，有必要使用例如CTX射線 掃描、MR圖像掃描或超聲波掃描采集腦的多個(gè)圖像。這些腦圖像允許外 科醫(yī)生鑒定腦腫瘤的位置(或感興趣的其他區(qū)域)和需要在后續(xù)的手術(shù) 過程中去除的(或必須布置電極的)腦的部分。
在實(shí)施實(shí)際的手術(shù)時(shí)，外科醫(yī)生理想上希望對(duì)患者的健康顱骨和組 織引起盡可能小的損害，而同時(shí)確保腦腫瘤盡可能多地去除(或確保電 極植入正確的位置)。
因此，有必要提供一種系統(tǒng)以將腦的掃描圖像與患者頭部的外部視 圖配準(zhǔn)。為了實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，將所述基準(zhǔn)標(biāo)記置于患者的顱骨上。自動(dòng)儀可 被用于采集包括基準(zhǔn)標(biāo)記的患者顱骨的多個(gè)(例如兩個(gè))外部圖像，這 些可用于將患者頭部的方向與先前獲得的腦的圖像配準(zhǔn)，由此相對(duì)于通 常限定的參照框架來配準(zhǔn)患者頭部。在光學(xué)圖像引導(dǎo)的外科手術(shù)過程中，可將包括多個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)記的框架
固定于患者(例如，固定于其頭部)?；颊叩腗RI或CTX射線圖像、框 架以及標(biāo)記可用來鑒定患者中感興趣的區(qū)域。在之后的外科手術(shù)過程中， 一種工具用于實(shí)施部分外科手術(shù)，該工具包括另外的基準(zhǔn)標(biāo)記和/或可連 接至框架。安置兩部攝像機(jī)，使得它們可被操作用于采集患者、具有基 準(zhǔn)標(biāo)記的框架以及工具上的基準(zhǔn)標(biāo)記(如果有一些的話)的。患者的圖 像被用于參照框架上的基準(zhǔn)標(biāo)記、工具上的標(biāo)記(如果有一些的話)以 及先前獲得的圖像(例如，MRI或CT X射線圖像)來指導(dǎo)工具的使用(可 以是由外科醫(yī)生手動(dòng)操作或由自動(dòng)儀自動(dòng)控制)。因此，可將工具定向至 正確的位置而無對(duì)周圍腦組織的不必要的損害。
應(yīng)理解，如果任何基準(zhǔn)標(biāo)記移動(dòng)或由于一些原因使得不能使用，那 么將患者頭部的外部圖像與腦的內(nèi)部圖像精確配準(zhǔn)是不可能的。這可導(dǎo) 致多個(gè)問題，例如，在手術(shù)過程中去除健康腦組織。
由于基準(zhǔn)標(biāo)記在工作物上布置的對(duì)稱性，可以產(chǎn)生其他問題。例如，
正方形模式的基準(zhǔn)標(biāo)記會(huì)在自動(dòng)儀的參照框架內(nèi)產(chǎn)生工作物的四個(gè)表淺 的有效方向。在某種程度上，在標(biāo)記的布置過程中，可以避免明顯對(duì)稱 的圖型。然而，從一個(gè)視野表現(xiàn)為不對(duì)稱的圖型可在另一個(gè)視野中可表 現(xiàn)為對(duì)稱。另外，如果一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記變得不能使用，那么剩余的標(biāo)記 可形成對(duì)稱圖型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的問題。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了 一種確定兩個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)記的預(yù)期 位置的方法，其包括以下步驟就工作物，自原點(diǎn)限定具有一定半徑的 路徑，所述半徑相對(duì)于自原點(diǎn)的所述路徑的角位移以非重復(fù)性方式改變； 以及選擇各基準(zhǔn)標(biāo)記的兩個(gè)或多個(gè)預(yù)期位置，使得所述預(yù)期位置相對(duì)于 所述工作物基本上定位于沿所限定的路徑的點(diǎn)。
優(yōu)選地，所述基準(zhǔn)標(biāo)記的預(yù)期位置基本使任何一個(gè)預(yù)期位置從沿所 述^^徑的鄰近預(yù)期位置的角位移不是互質(zhì)的360。。便利地，所述路徑是變波那契螺旋(Fibonacci spiral)或黃金螺旋。 可選地，所述路徑是對(duì)數(shù)螺旋。
優(yōu)選地，選擇四個(gè)或更多個(gè)預(yù)期位置，這樣的工作物的定位可通過 研究預(yù)期位置的定位使用旋轉(zhuǎn)不變性來確定。
便利地，基準(zhǔn)標(biāo)記的預(yù)期位置位于工作物上。
有利地，預(yù)期位置位于在相對(duì)于工作物的固定位置上的一個(gè)或多個(gè) 表面上。
本發(fā)明的另一方面提供了一種將兩個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)記布置于工作物 上的方法，其包括以下步驟就工作物，自原點(diǎn)限定具有一定半徑的路 徑，所述半徑相對(duì)于自原點(diǎn)的所述路徑的角位移以非重復(fù)性方式改變； 以及選擇各基準(zhǔn)標(biāo)記的兩個(gè)或多個(gè)預(yù)期位置，使得所述預(yù)期位置相對(duì)于 所述工作物基本上定位于沿所限定的路徑的點(diǎn)；以及將基準(zhǔn)標(biāo)記基本置 于兩個(gè)或多個(gè)預(yù)期位置的各位置上。
有利地，基準(zhǔn)標(biāo)記的預(yù)期位置基本使任何一個(gè)預(yù)期位置從沿所述路 徑的鄰近預(yù)期位置的角位移不是互質(zhì)的360°。
優(yōu)選地，所述路徑是變波那契螺旋或黃金螺旋。
可選地，所述路徑是對(duì)數(shù)螺旋。
有利地，所述方法還包括基本在兩個(gè)或多個(gè)預(yù)期位置的各個(gè)位置將 基準(zhǔn)標(biāo)記固定于工作物的步驟。
優(yōu)選地，所述固定包括基本在兩個(gè)或多個(gè)預(yù)期位置的各個(gè)位置將基 準(zhǔn)標(biāo)記包埋于工作物的步驟。
便利地，所述固定包括基本在兩個(gè)或多個(gè)預(yù)期位置的各個(gè)位置將基 準(zhǔn)標(biāo)記粘附于工作物的步驟。
有利地，所述方法還包括將基準(zhǔn)標(biāo)記固定于相對(duì)于工作物位于固定 位置的一個(gè)或多個(gè)表面。
優(yōu)選地，將基準(zhǔn)標(biāo)記布置于四個(gè)或更多個(gè)預(yù)期位置，所述工作物的 位置可通過研究基準(zhǔn)標(biāo)記的位置使用旋轉(zhuǎn)不變性來確定。
本發(fā)明另一方面提供了一種工作物，所述工作物上被布置有兩個(gè)或 多個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)記，使得所述標(biāo)記基本位于相對(duì)于工作物限定的路徑上，所述路徑具有以相對(duì)于自原點(diǎn)的所述路徑的角位移以非重復(fù)性方式改變的 半徑。
優(yōu)選地，基準(zhǔn)標(biāo)記的位置基本使任何一個(gè)位置從沿所述路徑的鄰近
位置的角位移不是互質(zhì)的360°。 優(yōu)選地，所述路徑是對(duì)數(shù)螺旋。 可替換地，所述路徑是變波那契螺旋或黃金螺旋。 1更利地，所述標(biāo)記^皮固定于所述工作物。 優(yōu)選地，所述標(biāo)記^皮包埋于所述工作物中。
有利地，所述標(biāo)記#:粘附至所述工作物。 ^更利地，四個(gè)或更多個(gè)標(biāo)記被布置于所述工作物上，這樣的工作物 的定位可通過研究基準(zhǔn)標(biāo)記的定位使用旋轉(zhuǎn)不變性確定。
本發(fā)明的另 一 方面提供了 一種被設(shè)計(jì)程序以實(shí)施上述方法的計(jì)算機(jī)。
本發(fā)明的另 一 方面提供了 一種用于根據(jù)上述方法操作計(jì)算機(jī)的程序。


為了更容易地理解本發(fā)明，將通過舉例的方式參照附圖描述其實(shí)施
方案，其中
圖l描述了包括多個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)記的工作物；
圖2描述了包括多個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)記的醫(yī)學(xué)患者的頭部；以及
圖3描述了對(duì)數(shù)旋轉(zhuǎn)的近似值。
具體實(shí)施例方式
從上述與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的問題的描述應(yīng)理解，基準(zhǔn)標(biāo)記的隨機(jī)布置 將不能保證當(dāng)工作物的圖像與工作物在三維空間配準(zhǔn)時(shí)，工作物的方向 或位置的明確。因此，本發(fā)明的實(shí)施方案提供了確定其中應(yīng)在工作物上 布置基準(zhǔn)標(biāo)記的位置的方法，使得如果一些標(biāo)記不能使用(例如，脫落、 移動(dòng)或被封閉)，工作物的圖像可仍舊精確地與實(shí)際的工作物或工作物的其他圖像配準(zhǔn)。
將參照?qǐng)Dl和2描述本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，如果工作物2
的表面1是平坦的(或基本平坦的)，那么可將基準(zhǔn)標(biāo)記3以沿著非重復(fù) 方式或順序的間隔布置于投影至表面1上的數(shù)學(xué)螺旋4上。
沿螺旋4布置標(biāo)記3，所述螺旋4具有相對(duì)于自原點(diǎn)恒定變化的角度 而非重復(fù)順序變化的半徑。
例如，可將標(biāo)記3布置于具有下列通用極方程式的對(duì)數(shù)或等角螺旋4 上(見方程式1和圖3):
r = a.e(be) [方程式1]
其中，r二半徑，a,b二常量，以及6=角度。
常量"a"表示換算系數(shù)，常量"b"決定標(biāo)繪螺旋的緊密程度和方向。某 一點(diǎn)從原點(diǎn)的角位移由e表示，其將無限增加，直至螺旋4足以包括所 討論的工作物或位于工作物2上的感興趣的區(qū)域。
對(duì)數(shù)或等角螺旋4的有用的近似值可通過使用斐波那契螺旋或黃金 螺旋獲得。這些近似值中的任一者可用于本發(fā)明的實(shí)施方案。
對(duì)數(shù)螺旋及其近似值適于確定在工作物2上由于角度的恒定變化而 半徑以增加和非重復(fù)方式增加對(duì)于基準(zhǔn)標(biāo)記3的布置。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解其他方程式也符合上述給出的由于角度恒定 變化而具有半徑的非重復(fù)順序變化的螺旋4的標(biāo)準(zhǔn)。這些其他方程式可 用于本發(fā)明的實(shí)施方案。
如果上述螺旋4中的一個(gè)投影至工作物2的平坦表面1上，基準(zhǔn)標(biāo) 記3以規(guī)則的角度間隔粘附于位于螺旋4的投影線上的工作物的表面1, 那么會(huì)出現(xiàn)定標(biāo)誤差，即如果某些標(biāo)記3變得不能使用，阻止了工作物2 的圖像明確地與實(shí)際的工作物2 (或其其他圖像)配準(zhǔn)。這個(gè)問題可通過 選擇與360。不互質(zhì)的相鄰的標(biāo)記3的角距(angular separation)而改善。
因此，通過根據(jù)上述方法將基準(zhǔn)標(biāo)記3粘附于工作物2的平坦表面1 上，防止當(dāng)工作物2的圖像與工作物2本身或工作物2的其他圖像或模 型配準(zhǔn)時(shí)圖像2對(duì)齊不良(或?qū)?zhǔn)不良)。
應(yīng)理解大多數(shù)工作物2不包括螺旋4投影于其上的平坦表面1 。因此，
ii本發(fā)明還提供了確定將標(biāo)記3定位于三維圖型上的預(yù)期位置的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，使用上述螺旋4中的一個(gè)，并以上述方式確 定預(yù)期標(biāo)記位置5。然后將標(biāo)記3的預(yù)期位置5投影至三維工作物2上， 并將基準(zhǔn)標(biāo)記3布置于投影的預(yù)期標(biāo)記位置5和工作物2的表面之間的 交點(diǎn)上。當(dāng)然，標(biāo)記3的位置可同樣在螺旋4投影至工作物2上之后計(jì)算。
應(yīng)理解上述將標(biāo)記3的預(yù)期位置5投影至三維工作物2上的方法與 用于產(chǎn)生圖語的球面投影相似，但是是顛倒的。如果三維工作物2是球 斷面，這變得更加明顯。
根據(jù)本發(fā)明的其他方面，改變上述用于計(jì)算螺旋4的方程式以包括 深度坐標(biāo)(而不僅僅在二維空間操作)。因此，螺旋4的深度還作為角度 的函數(shù)變化。
理想地，標(biāo)記3應(yīng)位于非平面布置中以包圍工作物2中的任何感興 趣的區(qū)域，例如，在醫(yī)學(xué)患者中，標(biāo)記3可包圍潛在的手術(shù)耙標(biāo)，例如 腦腫瘤。
如果將基準(zhǔn)標(biāo)記成簇布置使得它們具有與工作物2中感興趣的區(qū)域 相同的質(zhì)心，則可實(shí)現(xiàn)圖像配準(zhǔn)或?qū)R的精確性改進(jìn)。在某些情況下， 這不總是可能的，因此，如果成簇的標(biāo)記3使得任何切過感興趣的區(qū)域 的平面還切過該標(biāo)記簇，則可實(shí)現(xiàn)這種系統(tǒng)的精確性的某些改進(jìn)。
例如，丘腦下核通常是醫(yī)學(xué)患者腦中的感興趣的區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明 的多個(gè)方面布置的并意于優(yōu)化該區(qū)域中的圖像配準(zhǔn)或?qū)R的精確性的標(biāo) 記3的簇應(yīng)該以其圖心基本落在丘腦下核上的方式來布置。
可使用例如光投影設(shè)備將螺旋4和預(yù)期的標(biāo)記位置5投影至實(shí)際的 工作物2上，或可將其投影至虛擬的工作物上。可通過從不同角度獲得 工作物2的兩個(gè)或多個(gè)圖像和使用立體圖像來形成工作物2的虛擬三維 模型來制作虛擬工作物。
在某些實(shí)施方案中，可使用工作物2的虛擬三維模型來確定預(yù)期的 標(biāo)記位置5,然后通過參照工作物2的特征或用于確保實(shí)際的基準(zhǔn)標(biāo)記3 的精確布置的另外的臨時(shí)基準(zhǔn)標(biāo)記(未顯示)來確定實(shí)際的工作物2上的預(yù)期標(biāo)記位置5 (臨時(shí)標(biāo)記可在實(shí)際的標(biāo)記3布置之后去除)。
可將基準(zhǔn)標(biāo)記3粘附于實(shí)際工作物2上，或可通過相對(duì)于工作物2 的各標(biāo)記3的位置中的一個(gè)或多個(gè)支持結(jié)構(gòu)(未顯示)諸如臂來支持基 準(zhǔn)標(biāo)記3。
實(shí)際上，在某些實(shí)施方案中，將標(biāo)記3以布置于先前所述的螺旋4 的線上的中空?qǐng)A頂(dome)或圓錐形的殼(shell)(未顯示)上。將所述 殼連接至可固定于工作物2 (諸如患者)的框架上。所述殼相對(duì)于框架可 以移動(dòng)，使得其可以位于(和牢固固定于)特定的感興趣的區(qū)域上。
例如，所述工作物可以是患者的頭部，可以以使得所述標(biāo)記3的質(zhì) 心位于患者腦中感興趣的區(qū)域上的方式布置所述殼。
有利地，工具也可以連接至所述框架。優(yōu)選地，工具包括用于配準(zhǔn) 工具的位置的另外的基準(zhǔn)標(biāo)記。
應(yīng)理解所述殼可包括多個(gè)不需要相互之間連接的表面。實(shí)際上，可 以將所述標(biāo)記布置于從所述框架延伸的臂上?？蛇x地，殼和臂均可以祐: 使用。
因此，應(yīng)理解，可以使用前述任選追蹤的圖像引導(dǎo)的外科手術(shù)方法 來利用本發(fā)明的多個(gè)方面。
優(yōu)選地，工作物2是人或動(dòng)物機(jī)體(例如，醫(yī)學(xué)患者)的一部分。 應(yīng)理解本發(fā)明的幾個(gè)方面適于在腦手術(shù)、研究或其他治療(例如放射治 療或電極布置)之前或作為其一部分用于在患者頭部的基準(zhǔn)標(biāo)記3的定 位。
應(yīng)理解，當(dāng)本發(fā)明的實(shí)施方案應(yīng)用于實(shí)際的情形中時(shí)，根據(jù)確定的 預(yù)期標(biāo)記位置5對(duì)基準(zhǔn)標(biāo)記3的精確定位是不可能的。然而，本發(fā)明的 優(yōu)點(diǎn)仍舊可使用預(yù)期標(biāo)記位置5作為標(biāo)記3的實(shí)際位置的近似值而獲得。 因此，可將實(shí)際的標(biāo)記3布置接近于預(yù)期的標(biāo)記位置5，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)仍 舊可以獲得。
如上所述，本發(fā)明的多個(gè)方面可用于以下目的即，對(duì)齊或配準(zhǔn)工 作物2的兩個(gè)或更多個(gè)圖像，或?qū)⒐ぷ魑?與自動(dòng)儀的參照框架(未顯 示)配準(zhǔn)。甚至在一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記3變得不能使用時(shí)，本發(fā)明的多個(gè)方面也允許所述對(duì)齊或配準(zhǔn)。
例如，可根據(jù)上述方法將基準(zhǔn)標(biāo)記3布置于工作物2上，在該實(shí)例 中，工作物2為患者的頭部。例如，可以使用諸如MR成像的方法采集 患者腦的一個(gè)或多個(gè)圖像，所述一個(gè)或多個(gè)圖像包括在患者頭部上的基 準(zhǔn)標(biāo)記3的位置的圖像。MR圖像可用于例如鑒定用于手術(shù)或進(jìn)一步的研 究的區(qū)域。在基準(zhǔn)標(biāo)記3在患者頭部的相同位置上(優(yōu)選在間歇期沒有 被去除)的情況下，可以為手術(shù)目的對(duì)患者進(jìn)行準(zhǔn)備。在該實(shí)例中，自 動(dòng)儀包括在外科手術(shù)方法中，所述自動(dòng)儀捕捉患者頭部的至少兩個(gè)圖像， 以構(gòu)建患者頭部的三維模型。所述至少兩個(gè)圖像包括患者頭部的基準(zhǔn)標(biāo) 記3的圖像。然后，自動(dòng)儀可用于將患者頭部的三維模型與早先獲得的 腦的MR圖〗象對(duì)準(zhǔn)、對(duì)齊或配準(zhǔn)。因此，通過參照患者的腦和頭部才莫型 的對(duì)齊圖像觀察患者頭部來確定腦中具有外科意義的區(qū)域的位置是可能 的。
應(yīng)理解，可在捕捉腦和模型的圖像和隨后對(duì)齊的圖像之前，獲得頭 部的三維模型。然而，在這樣的實(shí)施例中，不再于自動(dòng)儀的空間參照框 架內(nèi)配準(zhǔn)患者頭部，因此，自動(dòng)儀的使用因不能確定在其參照框架內(nèi)的 患者頭部的精確位置而受限制(不從新圖像重建模型)。
只要在工作物上存在至少四個(gè)標(biāo)記3，上述的對(duì)齊、配準(zhǔn)或?qū)?zhǔn)可仍 舊能夠進(jìn)行。可選地，可以使用任何數(shù)量的標(biāo)記3，工作物的一個(gè)或多個(gè) 特征可用作虛擬的基準(zhǔn)標(biāo)記。精確的對(duì)齊取決于總共有至少四個(gè)基準(zhǔn)3 和虛擬的基準(zhǔn)標(biāo)記。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可能的，這是因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的多個(gè)方面，將標(biāo)記3 布置于工作物2上的位置，使得例如在基準(zhǔn)標(biāo)記3的位置之間沒有對(duì)稱 性——甚至在一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記變得不能使用的情況下也是如此。
在該說明書和權(quán)利要求書中使用的術(shù)語"路徑"包括無直部分的曲線 (或螺旋)和一系列限定曲線的近似值的基本直的線(或一條或多條曲 線和一條或多條直線的組合)。
在該說明書和權(quán)利要求書中使用的術(shù)語"包括(comprises)"和"包含 (comprising )"及其變化形式是指包括特定的特征、步驟或組件(integer )。這幾個(gè)術(shù)語不應(yīng)解釋為排除其他特征、步驟或組件的存在。
前述說明書、或權(quán)利要求或附圖中以其特定形式或以用于合適地實(shí) 施所揭示的功能或用于獲得所揭示的結(jié)果的方法或程序的方式表述的特 征，可以分別或以所述特征的任何組合用于以不同方式來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種確定兩個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)記的預(yù)期位置的方法，其包括以下步驟就工作物，自原點(diǎn)限定具有一定半徑的路徑，所述半徑相對(duì)于自原點(diǎn)的所述路徑的角位移以非重復(fù)性方式改變；以及選擇各基準(zhǔn)標(biāo)記的兩個(gè)或多個(gè)預(yù)期位置，使得所述預(yù)期位置相對(duì)于所述工作物基本上定位于沿所限定的路徑的點(diǎn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述基準(zhǔn)標(biāo)記的預(yù)期位置基 本使任何一個(gè)預(yù)期位置從沿所述路徑的鄰近預(yù)期位置的角位移不是互質(zhì) 的360。。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述路徑是變波那 契螺i走或黃金螺^走。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述路徑是對(duì)數(shù)螺旋。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中，選擇四個(gè)或更多個(gè) 預(yù)期位置，所述工作物的這樣的定位可通過研究預(yù)期位置的定位使用旋 轉(zhuǎn)不變性來確定。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述基準(zhǔn)標(biāo)記的預(yù) 期位置位于工作物上。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述預(yù)期位置位于 在相對(duì)于工作物的固定位置上的 一個(gè)或多個(gè)表面上。
8. —種將兩個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)記布置于工作物上的方法，其包括以下步驟就工作物，自原點(diǎn)限定具有一定半徑的路徑，所述半徑相對(duì)于自原 點(diǎn)的所述路徑的角位移以非重復(fù)性方式改變；選擇各基準(zhǔn)標(biāo)記的兩個(gè)或多個(gè)預(yù)期位置，使得所述預(yù)期位置相對(duì)于 所述工作物基本上定位于沿所限定的路徑的點(diǎn)；以及將基準(zhǔn)標(biāo)記基本置于兩個(gè)或多個(gè)預(yù)期位置的各位置上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述基準(zhǔn)標(biāo)記的預(yù)期位置基本使任何一個(gè)預(yù)期位置從沿所述路徑的鄰近預(yù)期位置的角位移不是互質(zhì)的360。。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求8至9任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述路徑是 變波那契螺旋或黃金螺旋。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8或9任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述路徑是對(duì)數(shù) 螺旋。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8至11任一項(xiàng)所述的方法，其還包括基本在兩個(gè) 或多個(gè)預(yù)期位置的各個(gè)位置將基準(zhǔn)標(biāo)記固定于工作物的步驟。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述固定包括基本在兩個(gè) 或多個(gè)預(yù)期位置的各個(gè)位置將基準(zhǔn)標(biāo)記包埋于工作物的步驟。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述固定包括基本在兩個(gè) 或多個(gè)預(yù)期位置的各個(gè)位置將基準(zhǔn)標(biāo)記粘附于工作物的步驟。
15. 根據(jù)權(quán)利要求8至11任一項(xiàng)所述的方法，其還包括將基準(zhǔn)標(biāo)記 固定于相對(duì)于工作物位于固定位置的一個(gè)或多個(gè)表面的步驟。
16. 根據(jù)權(quán)利要求8至15任一項(xiàng)所述的方法，其中，將基準(zhǔn)標(biāo)記布 置于四個(gè)或更多個(gè)預(yù)期位置，使得所述工作物的位置可通過研究基準(zhǔn)標(biāo) 記的位置使用旋轉(zhuǎn)不變性來確定。
17. —種工作物，所述工作物上被布置有兩個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)記，使得 所述標(biāo)記基本位于相對(duì)于工作物限定的路徑上，所述路徑具有以相對(duì)于 自原點(diǎn)的所述路徑的角位移以非重復(fù)性方式改變的半徑。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的工作物，其中，所述基準(zhǔn)標(biāo)記的位置基 本使任何一個(gè)位置從沿所述路徑的鄰近位置的角位移不是互質(zhì)的360°。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17至18任一項(xiàng)所述的工作物，其中，所述路徑是 對(duì)數(shù)螺旋。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的工作物，其中，所述路徑是變波那 契螺S走或黃金螺:旋。
21. 根據(jù)權(quán)利要求17至20任一項(xiàng)所述的工作物，其中，所述標(biāo)記固 定于所述工作物。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的工作物，其中，所述標(biāo)記被包埋于所述工作物中。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的工作物，其中，所述標(biāo)記被粘附至所述 工作物中。
24. 根據(jù)4又利要求17至23任一項(xiàng)所述的工作物，其中，四個(gè)或更多 個(gè)標(biāo)記被布置于所述工作物上，這樣的工作物的定位可通過研究基準(zhǔn)標(biāo) 記的定位使用旋轉(zhuǎn)不變性確定。
25. —種被設(shè)計(jì)程序以實(shí)施權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的方法的計(jì)算機(jī)。
26. —種用于根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的方法操:作計(jì)算機(jī)的程序。
全文摘要
一種確定兩個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)記(3)的預(yù)期位置(5)的方法，其包括以下步驟就工作物(2)，自原點(diǎn)限定具有一定半徑的路徑(4)，所述半徑相對(duì)于自原點(diǎn)的所述路徑的角位移以非重復(fù)性方式改變；以及選擇各基準(zhǔn)標(biāo)記的兩個(gè)或多個(gè)預(yù)期位置，使得所述預(yù)期位置相對(duì)于所述工作物基本上定位于沿所限定的路徑的點(diǎn)。
文檔編號(hào)A61B19/00GK101616633SQ200780044077
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2007年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月31日
發(fā)明者安東尼·圣約翰 申請(qǐng)人:普羅蘇吉科斯有限公司