專利名稱：醫(yī)療導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)備和操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)療裝置和方法，更具體地，涉及一種手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備和所述手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備的操作方法。
背景技術(shù)：
在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，手術(shù)是指使用醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行切割或切入或以其它方式操作患者的皮膚、黏膜或其它組織，以處理病理狀況的過程。諸如切開皮膚從而處理、重構(gòu)或切除內(nèi)部器官等的剖腹手術(shù)的手術(shù)過程可能會導(dǎo)致失血、副作用、疼痛以及疤痕的問題，因此，涉及手術(shù)機器人的使用的當(dāng)前的手術(shù)方法目前被認(rèn)為是一種受歡迎的替代方式。在傳統(tǒng)的手術(shù)方法中，圖像引導(dǎo)手術(shù)(IGS，image-guided surgery)是追蹤手術(shù)室中手術(shù)器械的位置并將該位置可視化為與患者的諸如CT和MR圖像等診斷圖像重疊，由此提高手術(shù)的準(zhǔn)確性和安全性的方法。圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備。利用紅外線攝像機101，手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)100確定與探針102連接的紅外線反射器103的位置，并且從探針102的位置所見的患者的病變被顯示在手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)100的顯示單元104上，在預(yù)存儲在手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)100中的三維圖像數(shù)據(jù)的相應(yīng)的部分中。為了更詳細(xì)地觀察患者的病變，可以使用手術(shù)顯微鏡105。然而，在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備中，不是手術(shù)中實際使用的所有儀器都安裝有位置探針，因此不得不使用能夠檢測位置的某一探針來檢測位置。此外，在手術(shù)前期檢測位置時可以頻繁地使用手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備，但是當(dāng)完成位置檢測并且開始實際的手術(shù)時，預(yù)存儲的圖像數(shù)據(jù)可能會與實際手術(shù)地點的圖像數(shù)據(jù)不同或相對于實際手術(shù)地點的圖像數(shù)據(jù)發(fā)生變化，因此不會經(jīng)常使用手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備。發(fā)明人為了研發(fā)本發(fā)明，或者在研發(fā)本發(fā)明的過程中獲得了上述背景技術(shù)中的信息。因此，應(yīng)該理解，這些信息不必屬于在本發(fā)明的專利申請日之前的公開領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面提供一種手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備及其操作方法，通過所述手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備及其操作方法，可以實時地提供在手術(shù)期間獲得的病變圖像，并與手術(shù)前的圖像進(jìn)行對比。本發(fā)明的另一方面提供一種手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備及其操作方法，通過所述手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備及其操作方法，可以與手術(shù)前獲得的圖像并列地提供內(nèi)窺鏡的當(dāng)前位置和周圍結(jié)構(gòu)的3D 形式，由此可以更精確地進(jìn)行手術(shù)，還可以為手術(shù)提供更大的便利。本發(fā)明的一個方面提供一種手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備，包括第一匹配單元，被構(gòu)造為利用手術(shù)前獲取的圖像所產(chǎn)生的患者位置數(shù)據(jù)和患者的參考圖像數(shù)據(jù)匹配患者的位置與參考圖像數(shù)據(jù)；第二匹配單元，被構(gòu)造為實時地匹配所述患者位置數(shù)據(jù)與對比圖像數(shù)據(jù)，其中所述對比圖像數(shù)據(jù)從圖像獲取單元接收；以及圖像處理單元，被構(gòu)造為利用所述患者位置數(shù)據(jù)實時地匹配所述對比圖像數(shù)據(jù)和所述參考圖像數(shù)據(jù)。所述圖像處理單元可以利用所述患者位置數(shù)據(jù)和與所述圖像獲取單元聯(lián)結(jié)的機器人臂的機器人位置數(shù)據(jù)來匹配所述對比圖像數(shù)據(jù)和所述參考圖像數(shù)據(jù)。此外，所述圖像處理單元可以控制顯示單元來輸出與所述患者位置數(shù)據(jù)匹配的所述參考圖像數(shù)據(jù)和所述對比圖像數(shù)據(jù)。此外，所述圖像處理單元可以利用與所述機器人臂的距離、延伸方向和所述圖像獲取單元的觀察方向來匹配所述對比圖像數(shù)據(jù)和所述參考圖像數(shù)據(jù)。這里，所述圖像獲取單元可以利用每個都具有不同的視差的多個鏡頭或利用一個鏡頭并在移動的同時獲得圖像來產(chǎn)生拍攝目標(biāo)的距離信息。本發(fā)明的另一方面提供一種手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備的操作方法，所述手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備通過所述方法在手術(shù)期間實時地處理圖像。所述方法包括利用手術(shù)前獲取的圖像所產(chǎn)生的患者位置數(shù)據(jù)和患者的參考圖像數(shù)據(jù)將患者的位置與所述參考圖像數(shù)據(jù)匹配；實時地匹配所述患者位置數(shù)據(jù)與對比圖像數(shù)據(jù)，所述對比圖像數(shù)據(jù)從圖像獲取單元接收；以及利用所述患者位置數(shù)據(jù)實時地匹配所述對比圖像數(shù)據(jù)和所述參考圖像數(shù)據(jù)。這里，所述參考圖像數(shù)據(jù)可以包括與手術(shù)前獲取的圖像所產(chǎn)生的患者的診斷圖像有關(guān)的數(shù)據(jù)，并且所述參考圖像數(shù)據(jù)和所述對比圖像數(shù)據(jù)可以是2D或3D圖像數(shù)據(jù)，同時所述圖像獲取單元可以是內(nèi)窺鏡。所述對比圖像數(shù)據(jù)和所述參考圖像數(shù)據(jù)的匹配可以進(jìn)一步包括利用所述患者位置數(shù)據(jù)和與所述圖像獲取單元聯(lián)結(jié)的機器人臂的機器人位置數(shù)據(jù)來匹配所述對比圖像數(shù)據(jù)和所述參考圖像數(shù)據(jù)。此外，在匹配所述對比圖像數(shù)據(jù)和所述參考圖像數(shù)據(jù)之后，所述方法可以進(jìn)一步包括控制顯示單元來輸出利用所述患者位置數(shù)據(jù)匹配的所述參考圖像數(shù)據(jù)和所述對比圖像數(shù)據(jù)。這里，根據(jù)所述圖像獲取單元的觀察方向輸出所述參考圖像數(shù)據(jù)。此外，所述對比圖像數(shù)據(jù)和所述參考圖像數(shù)據(jù)的匹配進(jìn)一步包括利用與所述機器人臂的距離、延伸方向和所述圖像獲取單元的觀察方向來匹配所述對比圖像數(shù)據(jù)和所述參考圖像數(shù)據(jù)。所述患者位置數(shù)據(jù)和所述對比圖像數(shù)據(jù)的匹配可以進(jìn)一步包括圖像獲取單元利用每個都具有不同的視差的多個鏡頭來產(chǎn)生拍攝目標(biāo)的距離信息或者可以進(jìn)一步包括圖像獲取單元利用一個鏡頭并在移動的同時獲得目標(biāo)的圖像來產(chǎn)生拍攝目標(biāo)的距離信息。所述圖像處理單元執(zhí)行從所述對比圖像數(shù)據(jù)中提取差異圖像數(shù)據(jù)的方法，所述差異圖像數(shù)據(jù)根據(jù)手術(shù)進(jìn)程產(chǎn)生，并且通過從所述參考圖像數(shù)據(jù)中除去所述差異圖像數(shù)據(jù)來重新配置所述參考圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備及其操作方法可以實時地提供在手術(shù)期間獲得的病變圖像，從而可以將這些圖像與手術(shù)前的圖像進(jìn)行對比?？梢砸耘c內(nèi)窺鏡的當(dāng)前位置和周圍結(jié)構(gòu)相關(guān)的3D形式輸出所提供的圖像，由此可以更精確地進(jìn)行手術(shù)，還可以為外科醫(yī)生提供更大的便利。此外，當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備及其操作方法時，進(jìn)行手術(shù)的外科醫(yī)生可以觀看由對比圖像數(shù)據(jù)實現(xiàn)的當(dāng)前圖像，還可以從同一位置沿同一方向觀看由參考圖像數(shù)據(jù)實現(xiàn)的手術(shù)前獲取的圖像。因此，可以實時地通知外科醫(yī)生手術(shù)已進(jìn)行的程度。從權(quán)利要求和下面的書面說明書中，可以顯見除了上述之外的其他方面、特征和優(yōu)點。


圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備；圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備的框圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備的操作方法的流程圖。
具體實施例方式由于本發(fā)明允許各種變型和多個實施例，因此將在附圖中示出并在書面說明書中詳細(xì)描述具體的實施例。然而，這不意在將本發(fā)明限制在具體的實施方式中，并且應(yīng)該理解，所有不脫離本發(fā)明的精神和技術(shù)范圍的變型、同等物和替換都包括在本發(fā)明中。在書面說明書中，當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)的某些詳細(xì)說明被視為不必要地使本發(fā)明的實質(zhì)不清楚時，省略這些詳細(xì)說明。盡管包括諸如“第一”和“第二”等序數(shù)的術(shù)語可以用于描述各種元件，但是這些元件不限于上述術(shù)語。上述術(shù)語僅用于將一個元件和其它元件區(qū)分開來。當(dāng)描述一個組件與另一個組件“連接”或“訪問”另一個組件時，應(yīng)當(dāng)理解為兩個組件可以互相直接連接或直接訪問，但是它們之間也可以包括一個或多個其它組件。在本說明書中使用的術(shù)語僅用于區(qū)分具體的實施例，并且不意在限制本發(fā)明。單數(shù)表達(dá)就可以包括復(fù)數(shù)表達(dá)，除非在上下文中有清楚的不同含義。在本說明書中，應(yīng)該理解，諸如“包括” 和“具有”之類的術(shù)語意在表示公開在說明書中的特征、數(shù)量、步驟、操作、組件、部件或其結(jié)合的存在，并且不排除存在或增加一個或多個不同的特征、數(shù)量、步驟、操作、組件、部件或其結(jié)合的可能。此外，在給出涉及附圖的說明時，在所有附圖中，用相同的附圖標(biāo)記表示相同或相應(yīng)的組件，并且省略重復(fù)的描述。在書面描述中，當(dāng)對現(xiàn)有技術(shù)的詳細(xì)說明不必要地使本發(fā)明的主旨不清楚時，省略這些詳細(xì)說明。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備。圖2示出了機器人臂203、手術(shù)儀器205、圖像獲取單元207、外科醫(yī)生210和手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備220。盡管下面的描述將集中于使用手術(shù)機器人處理圖像的方法，但是本發(fā)明不限于這種機器人手術(shù)，并且本發(fā)明可以應(yīng)用于例如僅配備有攝像功能的手術(shù)輔助機器人。本實施例的特征是圖像處理方法，在該方法中，圖像，即手術(shù)前獲得的圖像產(chǎn)生的患者診斷圖像數(shù)據(jù)，和在手術(shù)期間由內(nèi)窺鏡獲得的圖像數(shù)據(jù)相互匹配，從而實時提供在手術(shù)前和手術(shù)期間病變的圖像信息，由此更精確地進(jìn)行手術(shù)并且使得外科醫(yī)生更便捷地進(jìn)行手術(shù)。由手術(shù)前獲得的圖像產(chǎn)生的患者診斷圖像是顯示病變的狀態(tài)、位置等的圖像，并且不受類型的具體限制。例如，診斷圖像可以包括諸如CT圖像、MRI圖像、PET圖像、X射線圖像、超聲波圖像之類的各種圖像。機器人臂203可以聯(lián)結(jié)有手術(shù)儀器205和諸如內(nèi)窺鏡的圖像獲取單元207。這里， 內(nèi)窺鏡可以是2D或3D內(nèi)窺鏡，其可以包括鼻鏡、氣管鏡、食道鏡、胃鏡、十二指腸鏡、直腸鏡、膀胱鏡、腹腔鏡、胸腔鏡、縱膈鏡、心臟鏡等。下面的描述將集中于圖像獲取單元207是 3D內(nèi)窺鏡的例子。手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備220可以是用于為進(jìn)行圖像導(dǎo)引手術(shù)的外科醫(yī)生210提供便利的設(shè)備。手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備220可以向顯示單元輸出通過使手術(shù)前獲取的圖像和手術(shù)期間獲取的圖像進(jìn)行匹配而形成的圖像。通過利用手術(shù)前獲取的患者的參考圖像數(shù)據(jù)、患者的位置數(shù)據(jù)和手術(shù)期間的患者病變的對比圖像數(shù)據(jù)，手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備220可以將手術(shù)前的圖像和手術(shù)期間的圖像進(jìn)行匹配?；颊叩膮⒖紙D像數(shù)據(jù)可以由特定的醫(yī)療裝置產(chǎn)生，該特定的醫(yī)療裝置使用附在患者上的特殊標(biāo)記在手術(shù)前獲取上述診斷圖像。此外，通過在手術(shù)馬上開始前將附在患者身體上的標(biāo)記點位置與包括在參考圖像數(shù)據(jù)中的標(biāo)記點位置進(jìn)行匹配，可以匹配患者位置數(shù)據(jù)和參考圖像數(shù)據(jù)。通過確定位于患者病變處的特定探針的位置可以產(chǎn)生患者位置數(shù)據(jù)。例如，如果探針位于病變處或患者身上的特定位置，則特定的攝像機(例如，紅外線攝像機)可以識別探針的具體反射器(例如，紅外線反射器)并且可以將探針的位置信息傳送到手術(shù)導(dǎo)航識別220，由此可以獲得患者的位置數(shù)據(jù)。當(dāng)然，根據(jù)本實施例的患者位置數(shù)據(jù)還可以通過除上述方法之外的方法(例如，通過光學(xué)追蹤系統(tǒng)(0TS，optiCal tracking system)、磁系統(tǒng)、 超聲波系統(tǒng)等)產(chǎn)生。將預(yù)先產(chǎn)生并存儲在手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備220中的參考圖像數(shù)據(jù)和患者位置數(shù)據(jù)互相匹配并記錄的方法可以以多種方式來實現(xiàn)，并且本發(fā)明不限于這些具體方法。例如，通過映射參考圖像數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)、產(chǎn)生患者位置數(shù)據(jù)的攝像機的坐標(biāo)系統(tǒng)和患者位置數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)，可以使參考圖像數(shù)據(jù)和患者位置數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配。此記錄過程可以包括將患者位置數(shù)據(jù)中的點轉(zhuǎn)換為參考圖像數(shù)據(jù)中的點的過程。然后，在手術(shù)期間，上述患者位置數(shù)據(jù)和與機器人臂203聯(lián)結(jié)的圖像獲取單元207 獲取的對比圖像數(shù)據(jù)可以互相匹配。對比圖像數(shù)據(jù)可以是從對患者病變進(jìn)行拍攝的3D內(nèi)窺鏡產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)，并且該對比圖像數(shù)據(jù)可以與上述參考圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配并在顯示器上實時地輸出。由于圖像獲取單元207與機器人臂203聯(lián)結(jié)，因此可以將機器人臂203的位置識別為關(guān)于附在患者身上的標(biāo)記點的坐標(biāo)。此外，由于可以根據(jù)初始設(shè)置值和修正值來計算與機器人臂203的一端的距離、延伸方向和圖像獲取單元207的觀察方向，因此還可以通過利用機器人臂203的機器人位置數(shù)據(jù)和患者位置數(shù)據(jù)識別圖像獲取單元207的位置坐標(biāo)和方向。因此，由于參考圖像數(shù)據(jù)可以與患者位置數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，并且對比圖像數(shù)據(jù)也可以與患者位置數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，因此對比圖像數(shù)據(jù)可以與參考圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配。由于此圖像數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)為2D或3D，因此可以根據(jù)圖像獲取單元207的觀察方向輸出參考圖像數(shù)據(jù)。例如，可以根據(jù)圖像獲取單元207的觀察方向重新配置與參考圖像數(shù)據(jù)相對應(yīng)的圖像， 以便輸出。這可以通過利用圖像獲取單元207的位置坐標(biāo)和方向信息來實現(xiàn)，所述位置坐標(biāo)和方向信息是為如上所述的參考圖像數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)、用于產(chǎn)生患者位置數(shù)據(jù)的攝像機的坐標(biāo)系統(tǒng)和患者位置數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)計算的。因此，為了更精確地進(jìn)行手術(shù)和更加便利，進(jìn)行手術(shù)的外科醫(yī)生在手術(shù)期間可以觀看同一位置和同一方向的從對比圖像數(shù)據(jù)實現(xiàn)的當(dāng)前獲取的圖像和從參考圖像數(shù)據(jù)實現(xiàn)的手術(shù)前獲取的圖像。此外，由于通過與機器人臂203的位置信息進(jìn)行比較，可以相應(yīng)地識別圖像獲取單元207的位置信息，因此可以通過利用機器人臂203的位置數(shù)據(jù)確定圖像獲取單元207 的一端的位置和觀察方向信息。因此，手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備220可以在屏幕上輸出圖像獲取單元 207，同時輸出參考圖像數(shù)據(jù)或?qū)Ρ葓D像數(shù)據(jù)。例如，當(dāng)圖像獲取單元207塑形為桿狀時，手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備220可以在通過參考圖像數(shù)據(jù)實現(xiàn)的診斷中額外地顯示與圖像獲取單元207相對應(yīng)的桿狀形狀。這里，機器人臂203、手術(shù)儀器205、圖像獲取單元207和手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備220可以通過有線或無線通信傳輸和接收信息。應(yīng)用無線通信可以消除由導(dǎo)線導(dǎo)致的麻煩，以便更加便捷地進(jìn)行手術(shù)。此外，圖像獲取單元207可以通過利用每個都具有不同視差的多個鏡頭產(chǎn)生拍攝目標(biāo)的距離信息。例如，圖像獲取單元207可以安裝有布置在左側(cè)和右側(cè)的兩個鏡頭，并且通過以不同視差獲取目標(biāo)的圖像，可以通過利用左側(cè)圖像和右側(cè)圖像之間的會聚角度的差來確定距離，并且可以用3D形式識別拍攝目標(biāo)。手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備220可以接收此3D信息以輸出對比圖像數(shù)據(jù)。從手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備220輸出的圖像可以是從手術(shù)前獲取的2D圖像或3D 圖像重新配置的圖像，并且由于圖像獲取單元207接收和從圖像獲取單元207輸出的重新配置的圖像可以是當(dāng)前的3D形式，因此外科醫(yī)生可以實時地看見手術(shù)已進(jìn)行的程度。此外，根據(jù)另一實施例，圖像獲取單元207可以通過使用一個鏡頭并且在移動同時拍攝圖像來產(chǎn)生拍攝目標(biāo)的距離信息。例如，通過在移動時用不同的視差獲取目標(biāo)的圖像，圖像獲取單元207可以識別如上所述的3D形式的拍攝目標(biāo)。由于圖像獲取單元207在進(jìn)行向前或向后移動、轉(zhuǎn)動等動作時產(chǎn)生上述距離信息，因此它可以通過使用圖像獲取單元207所處空間的信息來識別3D形式。通過利用從如上所述的拍攝目標(biāo)的距離信息獲得的3D信息，可以從診斷圖像中獲得手術(shù)的進(jìn)程信息。就是說，可以對比手術(shù)前獲得的診斷信息和手術(shù)期間獲得的重新配置的圖像并且推斷出差異圖像，之后可以從診斷圖像中去除該相應(yīng)的差異圖像，以輸出當(dāng)前的手術(shù)進(jìn)程信息。例如，如果病變是形成腫瘤的部分，并且所進(jìn)行的手術(shù)是為了移除該腫瘤，則所述差異圖像可以是與被移除的腫瘤相對應(yīng)的圖像，并且移除腫瘤的進(jìn)程可以作為重新配置的診斷圖像實時地輸出。為此，根據(jù)本實施例的手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備220可以從在手術(shù)期間獲取的對比圖像數(shù)據(jù)中提取與手術(shù)進(jìn)程相對應(yīng)地產(chǎn)生的差異圖像數(shù)據(jù)，通過從參考圖像數(shù)據(jù)中除去差異圖像數(shù)據(jù)來重新配置參考圖像數(shù)據(jù)，并且將結(jié)果作為重新配置的診斷圖像輸出。通過比較同一拍攝目標(biāo)的參考圖像數(shù)據(jù)和對比圖像數(shù)據(jù)或者通過比較同一拍攝目標(biāo)的多組對比圖像數(shù)據(jù)， 可以提取出差異圖像數(shù)據(jù)。圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備的框圖。圖3示出了手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備 220，其包括第一匹配單元222、第二匹配單元224、圖像處理單元2 和顯示單元228。通過利用手術(shù)前獲取的圖像產(chǎn)生的患者位置數(shù)據(jù)和患者的參考圖像數(shù)據(jù)，第一匹配單元222可以將患者的位置數(shù)據(jù)與參考圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配。如上所述，患者的位置數(shù)據(jù)與參考圖像數(shù)據(jù)可以互相匹配并且被第一匹配單元222記錄。例如，可以通過映射參考圖像數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)、產(chǎn)生上述患者位置數(shù)據(jù)的攝像機的坐標(biāo)系統(tǒng)和患者位置數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系
8統(tǒng)，來匹配患者位置數(shù)據(jù)與參考圖像數(shù)據(jù)。第二匹配單元2 可以實時地匹配患者位置數(shù)據(jù)和從圖像獲取單元接收的對比圖像數(shù)據(jù)。就是說，第二匹配單元2M可以使在手術(shù)期間通過聯(lián)結(jié)到機器人臂203的圖像獲取單元207獲取的對比圖像數(shù)據(jù)與上述的患者位置數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配。例如，第二匹配單元224 可以通過計算來自患者位置數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)的機器人臂203和圖像獲取單元207的坐標(biāo)值來實時地匹配患者位置數(shù)據(jù)和對比圖像數(shù)據(jù)。當(dāng)然，可以通過相對于患者位置數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)預(yù)設(shè)機器人臂203的坐標(biāo)系統(tǒng)或圖像獲取單元207的坐標(biāo)系統(tǒng)來計算機器人臂203和圖像獲取單元207的坐標(biāo)值，然后應(yīng)用改變的值。盡管在這里指出第二匹配單元224與第一匹配單元222不同，但是它們可以實現(xiàn)為相同的設(shè)備。就是說，雖然第一匹配單元222和第二匹配單元2M在功能上可以是單獨的組件，但是它們可以實現(xiàn)為基本相同的設(shè)備或者只有具體的源代碼不同。圖像處理單元2 可以通過利用患者位置數(shù)據(jù)實時地匹配對比圖像數(shù)據(jù)和參考圖像數(shù)據(jù)。匹配的對比圖像數(shù)據(jù)和參考圖像數(shù)據(jù)可以輸出在相鄰的顯示單元2 上，以便外科醫(yī)生可以容易地對比兩組數(shù)據(jù)。圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備的操作方法的流程圖。在步驟S410，利用手術(shù)前獲取的圖像所產(chǎn)生的患者位置數(shù)據(jù)和參考圖像數(shù)據(jù)，第一匹配單元222可以將患者的位置數(shù)據(jù)與參考圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配。如上所述，這可以通過映射參考圖像數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)、產(chǎn)生上述患者位置數(shù)據(jù)的攝像機的坐標(biāo)系統(tǒng)和患者位置數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)來實現(xiàn)。在步驟S420，第二匹配單元2 可以實時地匹配患者位置數(shù)據(jù)和從圖像獲取單元 207接收的對比圖像數(shù)據(jù)。這里，圖像獲取單元207可以通過具有不同視差的多個鏡頭或者通過在移動時獲取圖像來產(chǎn)生拍攝目標(biāo)的距離信息，從而實現(xiàn)3D圖像(步驟S422)。此3D 圖像可以用于在圖像獲取單元207的觀察方向上輸出參考圖像數(shù)據(jù)。在步驟S430，圖像處理單元2 可以通過利用患者位置數(shù)據(jù)實時地匹配對比圖像數(shù)據(jù)和參考圖像數(shù)據(jù)。這里，圖像處理單元2 可以通過利用與圖像獲取單元207聯(lián)結(jié)的機器人臂的機器人位置數(shù)據(jù)和患者位置數(shù)據(jù)來匹配對比圖像數(shù)據(jù)和參考圖像數(shù)據(jù)(步驟 S432)。此外，圖像處理單元2 可以通過利用與機器人臂203的距離、延伸方向和圖像獲取單元207的觀察方向來匹配對比圖像數(shù)據(jù)和參考圖像數(shù)據(jù)(步驟S434)。在步驟S440，手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備220可以控制顯示單元以輸出利用患者位置數(shù)據(jù)匹配的對比圖像數(shù)據(jù)和參考圖像數(shù)據(jù)，在此情形中，可以根據(jù)圖像獲取單元的觀察方向輸出參考圖像數(shù)據(jù)。由于對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是顯而易見的，因此將省略涉及根據(jù)本發(fā)明的實施例的手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備的其它詳細(xì)描述，包括例如，諸如嵌入式系統(tǒng)、0/S等的通用平臺技術(shù)， 諸如通信協(xié)議、I/O接口等的接口標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，以及諸如用于致動器、電池、攝像機、傳感器等的組件標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明的實施例的手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備的操作方法還可以實現(xiàn)為通過各種計算機手段可執(zhí)行的程序指令的形式，并且可以被記錄在計算機可讀介質(zhì)中。換言之，記錄介質(zhì)可以是能夠被計算機讀取的介質(zhì)，并且所述記錄介質(zhì)包括記錄在其上的使計算機可以執(zhí)行上述步驟的程序。
計算機可讀介質(zhì)可以包括程序指令、數(shù)據(jù)文件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等中的一個或其結(jié)合。記錄在介質(zhì)上的程序指令可以是為本發(fā)明特別設(shè)計和構(gòu)造的程序指令或者可以是技術(shù)人員在計算機軟件行業(yè)可獲得的程序指令。計算機可讀的記錄介質(zhì)的例子包括諸如硬盤、軟盤和磁帶的磁介質(zhì)，諸如CD-ROM和DVD的光學(xué)介質(zhì)，諸如軟光盤的磁光介質(zhì)，以及被特殊構(gòu)造為存儲和執(zhí)行所述程序指令的諸如ROM、RAM、閃存等的硬件裝置。盡管在上面的描述中公開了根據(jù)本發(fā)明某些實施例的手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備，例如利用手術(shù)機器人和圖像導(dǎo)引手術(shù)系統(tǒng)，但是本發(fā)明不必要因此受限。例如，本發(fā)明的實施例還可以應(yīng)用于使用手動內(nèi)窺鏡的手術(shù)系統(tǒng)，并且即使圖像導(dǎo)引手術(shù)系統(tǒng)的組件之一不同，且在整體操作和效果上不存在實質(zhì)上的不同，則這種配置也包括在本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。例如，本發(fā)明的某些實施例還可以應(yīng)用于具有主動-從動結(jié)構(gòu)的手術(shù)機器人系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，通過安裝在主動機器人上的主接口的操作來操縱與從動機器人聯(lián)結(jié)的機器人臂、手術(shù)儀器和圖像獲取單元。盡管參照了具體的實施例來描述本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，在不脫離由所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種變型和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備，包括第一匹配單元，被構(gòu)造為利用手術(shù)前獲取的圖像所產(chǎn)生的患者位置數(shù)據(jù)和患者的參考圖像數(shù)據(jù)將患者的位置與參考圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配；第二匹配單元，被構(gòu)造為實時地匹配所述患者位置數(shù)據(jù)與對比圖像數(shù)據(jù)，所述對比圖像數(shù)據(jù)從圖像獲取單元接收；以及圖像處理單元，被構(gòu)造為利用所述患者位置數(shù)據(jù)實時地匹配所述對比圖像數(shù)據(jù)和所述參考圖像數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備，其中，所述參考圖像數(shù)據(jù)包括與手術(shù)前獲取的圖像所產(chǎn)生的患者的診斷圖像有關(guān)的數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1所述的手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備，其中，所述參考圖像數(shù)據(jù)和所述對比圖像數(shù)據(jù)是2D或3D圖像數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求1所述的手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備，其中，所述圖像獲取單元包括一個或多個內(nèi)窺鏡，所述一個或多個內(nèi)窺鏡從包括鼻鏡、氣管鏡、食道鏡、胃鏡、十二指腸鏡、直腸鏡、膀胱鏡、腹腔鏡、胸腔鏡、縱膈鏡、心臟鏡的組中選擇。
5.如權(quán)利要求1所述的手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備，其中，所述圖像處理單元利用所述患者位置數(shù)據(jù)和與所述圖像獲取單元聯(lián)結(jié)的機器人臂的機器人位置數(shù)據(jù)來匹配所述對比圖像數(shù)據(jù)和所述參考圖像數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求5所述的手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備，其中，所述圖像處理單元利用與所述機器人臂的距離、延伸方向和所述圖像獲取單元的觀察方向來匹配所述對比圖像數(shù)據(jù)和所述參考圖像數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求1所述的手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備，其中，所述圖像處理單元控制顯示單元來輸出與所述患者位置數(shù)據(jù)匹配的所述參考圖像數(shù)據(jù)和所述對比圖像數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求7所述的手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備，其中，根據(jù)所述圖像獲取單元的觀察方向輸出所述參考圖像數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求1所述的手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備，其中，所述圖像獲取單元利用每個都具有不同的視差的多個鏡頭來產(chǎn)生拍攝目標(biāo)的距離信息。
10.如權(quán)利要求1所述的手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備，其中，所述圖像獲取單元利用一個鏡頭并在移動的同時獲得拍攝目標(biāo)的多個圖像來產(chǎn)生拍攝目標(biāo)的距離信息。
11.如權(quán)利要求1所述的手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備，其中，所述圖像處理單元從所述對比圖像數(shù)據(jù)中提取差異圖像數(shù)據(jù)，所述差異圖像數(shù)據(jù)根據(jù)手術(shù)進(jìn)程產(chǎn)生，并且其中通過從所述參考圖像數(shù)據(jù)中除去所述差異圖像數(shù)據(jù)來重新配置所述參考圖像數(shù)據(jù)。
12.—種手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備的操作方法，所述手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備通過所述方法在手術(shù)期間實時地處理圖像，所述方法包括利用手術(shù)前獲取的圖像所產(chǎn)生的患者位置數(shù)據(jù)和患者的參考圖像數(shù)據(jù)將患者的位置與所述參考圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配；實時地匹配所述患者位置數(shù)據(jù)與對比圖像數(shù)據(jù)，所述對比圖像數(shù)據(jù)從圖像獲取單元接收；以及利用所述患者位置數(shù)據(jù)實時地匹配所述對比圖像數(shù)據(jù)和所述參考圖像數(shù)據(jù)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述參考圖像數(shù)據(jù)包括與手術(shù)前獲取的圖像所產(chǎn)生的患者的診斷圖像有關(guān)的數(shù)據(jù)。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述參考圖像數(shù)據(jù)和所述對比圖像數(shù)據(jù)是2D或 3D圖像數(shù)據(jù)。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述圖像獲取單元包括一個或多個內(nèi)窺鏡，所述一個或多個內(nèi)窺鏡從包括鼻鏡、氣管鏡、食道鏡、胃鏡、十二指腸鏡、直腸鏡、膀胱鏡、腹腔鏡、胸腔鏡、縱膈鏡、心臟鏡的組中選擇。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述對比圖像數(shù)據(jù)和所述參考圖像數(shù)據(jù)的匹配進(jìn)一步包括利用所述患者位置數(shù)據(jù)和與所述圖像獲取單元聯(lián)結(jié)的機器人臂的機器人位置數(shù)據(jù)來匹配所述對比圖像數(shù)據(jù)和所述參考圖像數(shù)據(jù)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述對比圖像數(shù)據(jù)和所述參考圖像數(shù)據(jù)的匹配進(jìn)一步包括利用與所述機器人臂的距離、延伸方向和所述圖像獲取單元的觀察方向來匹配所述對比圖像數(shù)據(jù)和所述參考圖像數(shù)據(jù)。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，在匹配所述對比圖像數(shù)據(jù)和所述參考圖像數(shù)據(jù)之后， 進(jìn)一步包括控制顯示單元來輸出利用所述患者位置數(shù)據(jù)匹配的所述參考圖像數(shù)據(jù)和所述對比圖像數(shù)據(jù)。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，根據(jù)所述圖像獲取單元的觀察方向輸出所述參考圖像數(shù)據(jù)。
20.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述患者位置數(shù)據(jù)和所述對比圖像數(shù)據(jù)的匹配進(jìn)一步包括通過圖像獲取單元利用每個都具有不同的視差的多個鏡頭來產(chǎn)生拍攝目標(biāo)的距離信息。
21.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述患者位置數(shù)據(jù)和所述對比圖像數(shù)據(jù)的匹配進(jìn)一步包括通過圖像獲取單元利用一個鏡頭并在移動的同時獲得拍攝目標(biāo)的多個圖像來產(chǎn)生拍攝目標(biāo)的距離信息。
22.如權(quán)利要求12所述的方法，在匹配所述對比圖像數(shù)據(jù)和所述參考圖像數(shù)據(jù)之后， 進(jìn)一步包括從所述對比圖像數(shù)據(jù)中提取差異圖像數(shù)據(jù)，所述差異圖像數(shù)據(jù)根據(jù)手術(shù)進(jìn)程產(chǎn)生；以及通過從所述參考圖像數(shù)據(jù)中除去所述差異圖像數(shù)據(jù)來重新配置所述參考圖像數(shù)據(jù)。
全文摘要
公開了一種手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備及手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備的操作方法。手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備包括第一匹配單元，被構(gòu)造為利用手術(shù)前獲取的圖像所產(chǎn)生的患者位置數(shù)據(jù)和患者的參考圖像數(shù)據(jù)將患者的位置與參考圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配；第二匹配單元，被構(gòu)造為實時地匹配所述患者位置數(shù)據(jù)與對比圖像數(shù)據(jù)，所述對比圖像數(shù)據(jù)從圖像獲取單元接收；以及圖像處理單元，被構(gòu)造為利用所述患者位置數(shù)據(jù)實時地匹配所述對比圖像數(shù)據(jù)和所述參考圖像數(shù)據(jù)。所述手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備可以在手術(shù)期間實時地提供病變的圖像，從而可以將這些圖像與手術(shù)前獲取的圖像進(jìn)行對比，由此可以更精確地進(jìn)行手術(shù)并且為外科醫(yī)生提供更多的便利。
文檔編號A61B19/00GK102316817SQ201080007545
公開日2012年1月11日 申請日期2010年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月12日
發(fā)明者崔勝旭, 李珉奎 申請人:伊頓株式會社