用于計算外科手術(shù)設(shè)備位置的計算機實現(xiàn)技術(shù)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了一種用于計算外科手術(shù)設(shè)備相對于由成像設(shè)備成像的患者區(qū)域的位置的計算機實現(xiàn)方法。外科手術(shù)設(shè)備和成像設(shè)備之一與標(biāo)記具有預(yù)定第一位置關(guān)系，具有包括所述標(biāo)記的視場的第一攝像機與另一設(shè)備具有預(yù)定第二位置關(guān)系。將所述位置關(guān)系存儲為校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。本技術(shù)的方法實現(xiàn)包括以下步驟：從成像設(shè)備接收表示成像患者區(qū)域的術(shù)中拍攝第一圖像數(shù)據(jù)；從第一攝像機接收表示標(biāo)記的術(shù)中拍攝第二圖像數(shù)據(jù)；以及基于所述第一和第二圖像數(shù)據(jù)及校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，在術(shù)中計算至少部分外科手術(shù)設(shè)備相對于成像患者區(qū)域的位置。
【專利說明】用于計算外科手術(shù)設(shè)備位置的計算機實現(xiàn)技術(shù)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體上涉及計算機輔助外科手術(shù)。具體地，呈現(xiàn)了一種用于計算術(shù)中成像患者相對于外科手術(shù)設(shè)備的位置的技術(shù)。所述技術(shù)可以實現(xiàn)為一種方法、計算機程序產(chǎn)品、計算設(shè)備和用于計算機輔助外科手術(shù)的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]通?；谑中g(shù)前拍攝的圖像數(shù)據(jù)(例如，磁共振成像(MRI)或計算機斷層掃描(CT)數(shù)據(jù))來執(zhí)行圖像引導(dǎo)外科手術(shù)。如果在外科手術(shù)期間沒有發(fā)生明顯改變，則這些術(shù)前拍攝的圖像數(shù)據(jù)是非常準(zhǔn)確的。然而，例如在外科手術(shù)期間存在許多不同因素可能影響組織移動，因此造成在外科手術(shù)之前獲取的圖像中無法反映出的改變。在軟組織區(qū)域中，這些移動非常普遍(在神經(jīng)外科中將這種改變也稱為腦移位問題)。
[0003]為了避免這種問題，建議在外科手術(shù)過程期間連續(xù)更新圖像數(shù)據(jù)。為此，使用術(shù)中(intra-Operative)成像方法。這些方法包括例如實時超聲成像。
[0004]一旦外科手術(shù)設(shè)備也位于成像設(shè)備的視場中，則術(shù)中拍攝圖像數(shù)據(jù)在將外科手術(shù)設(shè)備(例如，活檢針)置于患者目標(biāo)區(qū)域時會向外科醫(yī)師提供現(xiàn)場反饋。主要限制在于難以在實時患者圖像中始終獲得例如外科手術(shù)設(shè)備末梢部分和目標(biāo)區(qū)域的優(yōu)化視圖。例如，當(dāng)使用二維圖像時，僅能可視化與圖像平面相交的外科手術(shù)設(shè)備的近端部分(proximalpart)ο
[0005]由于通常不受 約束地進行外科手術(shù)過程，其中超聲探針和外科手術(shù)設(shè)備可以同時自由移動和朝向，可視化變得更加困難。此外，優(yōu)化視圖是了解外科手術(shù)設(shè)備相對于重要解剖結(jié)構(gòu)的位置的關(guān)鍵。在術(shù)中圖像中通常將共面方法用于可視化外科手術(shù)設(shè)備，其中在圖像平面內(nèi)機械地引導(dǎo)外科手術(shù)設(shè)備。然而，這種引導(dǎo)限制了成像設(shè)備和外科手術(shù)設(shè)備的可能位置配置。
[0006]為了最佳地引導(dǎo)外科醫(yī)師，寶貴的是在圖像中重現(xiàn)外科手術(shù)設(shè)備之前，獲知如何調(diào)整該外科手術(shù)設(shè)備以便將外科手術(shù)設(shè)備引向感興趣的解剖區(qū)域。為此，需要相對于術(shù)中圖像定位和可視化工具。通過直接方法提供這些附加信息幫助外科醫(yī)師例如擊中目標(biāo)，并阻止對其他組織的損傷。還提供附加信息來實現(xiàn)對外科手術(shù)設(shè)備更準(zhǔn)確的放置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本公開的一個目標(biāo)在于提供一種計算機實現(xiàn)技術(shù)，以便有效計算外科手術(shù)設(shè)備相對于術(shù)中成像患者的位置。
[0008]根據(jù)一個方面，提供了一種計算外科手術(shù)設(shè)備相對于由成像設(shè)備成像的患者區(qū)域的位置的計算機實現(xiàn)方法。外科手術(shù)設(shè)備和成像設(shè)備之一與標(biāo)記具有預(yù)定第一位置關(guān)系，具有包括所述標(biāo)記的視場的第一攝像機與另一設(shè)備具有預(yù)定第二位置關(guān)系。提供了指示第一和第二位置關(guān)系的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。所述方法包括:從成像設(shè)備接收表示成像患者區(qū)域的術(shù)中拍攝第一圖像數(shù)據(jù)；從第一攝像機接收表示標(biāo)記的術(shù)中拍攝第二圖像數(shù)據(jù)；以及基于所述第一和第二圖像數(shù)據(jù)和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，在術(shù)中計算至少部分外科手術(shù)設(shè)備相對于成像患者區(qū)域的位置。
[0009]成像患者區(qū)域可以是二維區(qū)域(即，圖像平面)或三維圖像(即，圖像空間)。成像設(shè)備可以在操作期間檢測或不檢測外科手術(shù)設(shè)備。例如，無論外科手術(shù)設(shè)備處于成像設(shè)備的圖像平面還是圖像空間，均可以執(zhí)行計算步驟。當(dāng)外科手術(shù)設(shè)備處于成像設(shè)備的圖像平面或圖像空間之外時，也可以因此計算外科手術(shù)設(shè)備或其一部分相對于成像患者區(qū)域的位置。在這種情況下，計算出的相對位置可以用于確定外科手術(shù)設(shè)備相對于所述圖像平面或圖像空間的投影、軌跡或其投影軌跡。當(dāng)外科手術(shù)設(shè)備進入圖像平面或圖像空間并可由成像設(shè)備檢測時，第一圖像數(shù)據(jù)也可以表示外科手術(shù)設(shè)備(例如，可以在成像患者區(qū)域中可視化外科手術(shù)設(shè)備本身)。
[0010]如上所述，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)指示位置關(guān)系。位置關(guān)系可以以數(shù)學(xué)方式定義，例如，通過變換參數(shù)等。在一個實施例中，所述第一位置關(guān)系由標(biāo)記的坐標(biāo)系與外科手術(shù)設(shè)備或成像設(shè)備的坐標(biāo)系之間的第一變換來定義，所述第二位置關(guān)系由第一攝像機的坐標(biāo)系與另一設(shè)備的坐標(biāo)系之間的第二變換來定義。第一變換和第二變換均可以由變換參數(shù)集來定義。
[0011]校準(zhǔn)數(shù)據(jù)還可以描述成像設(shè)備的坐標(biāo)系和所述成像設(shè)備拍攝圖像(例如，第一圖像數(shù)據(jù))的坐標(biāo)系之間的第三變換。備選地或附加地，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以描述第一攝像機的坐標(biāo)系和由第一攝像機拍攝圖像(例如，第二圖像數(shù)據(jù))的坐標(biāo)系之間的第四變換。第三變換和第四變換均可以由變換參數(shù)集來定義。在一個實施例中，第三變換和第四變換中的至少一個由(例如，從三維空間到二維圖像平面的)投影函數(shù)來定義。
[0012]標(biāo)記可以至少部分地對第一攝像機可視。此外，對于標(biāo)記，通?？梢愿鶕?jù)第二圖像數(shù)據(jù)來確定標(biāo)記(例如，幾何)特性。校準(zhǔn)數(shù)據(jù)還可以描述標(biāo)記的幾何特性。標(biāo)記的幾何特性可以以多種方式定義。在一個實施例中，標(biāo)記包括多個(例如，3個、4個或更多)單獨標(biāo)記物。在這種實施例中，在標(biāo)記的坐標(biāo)系中，標(biāo)記的幾何特性可以由標(biāo)記物彼此之間的位置來定義。根據(jù)另一實施例，標(biāo)記是二維圖案或三維物體，其中圖案或物體的形狀可以在標(biāo)記的坐標(biāo)系中定義標(biāo)記的幾何特性。
[0013]計算步驟可以包括:確定標(biāo)記的坐標(biāo)系與第一攝像機和由第一攝像機拍攝圖像中至少一個的坐標(biāo)系之間的第五變換。第五變換可以由變換參數(shù)集來描述。此外，第五變換可以涉及標(biāo)記的(已知)幾何特性和由第一攝像機拍攝的第二圖像數(shù)據(jù)所識別的標(biāo)記的形狀。作為一個示例，可以基于從與第一攝像機相關(guān)的二維圖像平面到標(biāo)記的坐標(biāo)系的透視背投影來定義第五變換。這樣，可以求解從第一攝像機拍攝圖像到標(biāo)記的坐標(biāo)系的透視背投影的方程系統(tǒng)。
[0014]計算步驟可以包括確定外科手術(shù)設(shè)備或其一部分相對于成像患者區(qū)域(例如，在成像設(shè)備和由成像設(shè)備拍攝圖像中至少一個的坐標(biāo)系)的位置。這樣，可以基于第六變換來確定外科手術(shù)設(shè)備或其一部分的位置?？梢杂筛鶕?jù)第一到第四變換中一個或多個的變換參數(shù)獲得的變換參數(shù)來定義第六變換。例如，可以基于第一變換、第二變換和第五變換來確定在成像設(shè)備和由成像設(shè)備拍攝圖像中至少一個的坐標(biāo)系內(nèi)，外科手術(shù)設(shè)備或其一部分的位置。還可以根據(jù)一個或多個其它變換得到第五變換，例如，根據(jù)第四變換和第七變換，其中第七變換將標(biāo)記的坐標(biāo)系和由第一攝像機拍攝圖像的坐標(biāo)系相關(guān)聯(lián)。[0015]通常可以針對二維圖像平面或三維圖像空間提供第一圖像數(shù)據(jù)和第二圖像數(shù)據(jù)。在針對圖像平面提供第一圖像數(shù)據(jù)的情況下，計算步驟可以包括:確定一個或多個外科手術(shù)設(shè)備的圖像平面交點、外科手術(shù)設(shè)備的投影、軌跡和投影軌跡。在更通用的方法中，計算步驟可以包括確定外科手術(shù)設(shè)備或其一部分相對于患者或成像患者區(qū)域的投影、軌跡和投影軌跡中的至少一個。
[0016]這里所述方法還包括:基于至少部分外科手術(shù)設(shè)備和成像患者區(qū)域之間的計算出的相對位置，向外科醫(yī)師提供計算機輔助引導(dǎo)，以便相對于患者或成像患者區(qū)域?qū)Ш酵饪剖中g(shù)設(shè)備或其一部分。在一個實施例中，計算機輔助引導(dǎo)可以包括可視化外科手術(shù)設(shè)備或其一部分相對于成像患者區(qū)域計算出的投影、軌跡或投影軌跡(例如，通過在可視化第一圖像數(shù)據(jù)上疊加外科手術(shù)設(shè)備的投影、軌跡和/或投影軌跡)。備選地或附加地，計算機輔助引導(dǎo)可以包括聲學(xué)和觸覺反饋之一或二者。
[0017]在一個變體中，這里所述的方法可以包括:從安裝在外科手術(shù)設(shè)備之上或之中的第二攝像機接收第三圖像數(shù)據(jù)?？蛇x地，當(dāng)利用外科手術(shù)設(shè)備執(zhí)行外科手術(shù)過程時，第二攝像機可以具有包括至少部分患者目標(biāo)區(qū)域的視場?？梢詫Φ谌龍D像數(shù)據(jù)進行可視化。作為一個示例，可以以疊加在第一圖像數(shù)據(jù)上的形式對第三圖像數(shù)據(jù)進行可視化。此外，作為另一備選，可以來連同可視化計算機輔助引導(dǎo)一同對第三圖像數(shù)據(jù)進行可視化(例如，以疊加的形式)。
[0018]可以以一個或多個自由度計算外科手術(shù)設(shè)備或其一部分的位置。作為一個示例，可以以4個自由度、5個自由度或6個自由度來計算位置。當(dāng)以4或5個自由度計算位置時，可以不考慮外科手術(shù)設(shè)備的滾動角和/或外科手術(shù)設(shè)備的深度信息(例如，相對于患者身體表面的預(yù)定表面)。
[0019]還提供了一種包括程度代碼部分的計算機程序產(chǎn)品，用于當(dāng)通過計算設(shè)備執(zhí)行計算機程序產(chǎn)品時執(zhí)行這里所述的方法和方法方面中的任何的步驟。計算機程序產(chǎn)品可以存儲在計算機可讀記錄介質(zhì)上，例如，硬盤、⑶-ROM、DVD或半導(dǎo)體存儲器。此外，可以通過網(wǎng)絡(luò)連接下載來提供計算機程序產(chǎn)品。
[0020]根據(jù)另一方面，提供了一種計算設(shè)備，用于在手術(shù)中計算外科手術(shù)設(shè)備相對于由成像設(shè)備成像的患者區(qū)域的位置。外科手術(shù)設(shè)備和成像設(shè)備之一與標(biāo)記具有預(yù)定第一位置關(guān)系；具有包括所述標(biāo)記的視場的第一攝像機與另一設(shè)備具有預(yù)定第二位置關(guān)系。提供指示了第一和第二位置關(guān)系的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。所述設(shè)備包括第一數(shù)據(jù)接口，配置為從成像設(shè)備接收表示成像患者區(qū)域的術(shù)中拍攝第一圖像數(shù)據(jù)；第二圖像數(shù)據(jù)接口，配置為從第一攝像機接收表示標(biāo)記的術(shù)中拍攝第二圖像區(qū)域；以及處理器，配置為基于所述第一和第二圖像數(shù)據(jù)及校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，在術(shù)中計算至少部分外科手術(shù)設(shè)備相對于成像患者區(qū)域的位置。
[0021]第一數(shù)據(jù)接口和第二數(shù)據(jù)接口中的每個可以實現(xiàn)為軟件接口、硬件接口或其組合。第一數(shù)據(jù)接口和第二數(shù)據(jù)接口可以集成為單個數(shù)據(jù)接口。
[0022]計算設(shè)備還可以包括輸出接口，配置為向外科醫(yī)師提供計算機輔助引導(dǎo)，以便相對于患者或成像患者區(qū)域?qū)Ш酵饪剖中g(shù)設(shè)備。輸出接口可以是顯示設(shè)備，例如，計算機監(jiān)控器或觸摸屏。備選地或附加地，輸出接口可以配置為提供聲學(xué)和觸覺反饋中的至少一個。
[0023]還提供了一種計算機輔助外科手術(shù)的系統(tǒng)，包括這里所述的計算設(shè)備、第一攝像機和標(biāo)記。所述系統(tǒng)可以附加地包括外科手術(shù)設(shè)備和成像設(shè)備中的至少一個。
[0024]根據(jù)第一實施例，第一攝像機安裝在外科手術(shù)設(shè)備之上或之中，標(biāo)記設(shè)置在成像設(shè)備上。根據(jù)第二實施例，第一攝像機安裝在成像設(shè)備之上或之中，標(biāo)記設(shè)置在外科手術(shù)設(shè)備上?？梢越Y(jié)合第一和第二實施例，將專用第一攝像機安裝在外科手術(shù)設(shè)備和成像設(shè)備中的每個之上或之中。類似地，專用標(biāo)記可以設(shè)置在外科手術(shù)設(shè)備和成像設(shè)備的每個之上。
[0025]外科手術(shù)設(shè)備可以具有配置為插入患者身體內(nèi)的近端和配置為由外科醫(yī)師操控的遠端。在一個實施例中，可以相對于外科手術(shù)設(shè)備的近端預(yù)先定義第一和/或第二預(yù)定關(guān)系。當(dāng)外科手術(shù)設(shè)備實現(xiàn)為外科手術(shù)工具時，遠端可以實現(xiàn)為工具末梢。通常，外科手術(shù)設(shè)備可以是注射針、切除探針、活檢針、電極、導(dǎo)管(例如，剛性導(dǎo)管)或任何類似裝置之一。
[0026]成像設(shè)備可以包括手持成像探針。在這樣的實施例中，可以相對于成像探針預(yù)先定義第一和/或第二位置關(guān)系。通常成像設(shè)備可以實現(xiàn)為多種形式，例如，實現(xiàn)為超聲成像設(shè)備、顯微鏡、gamma攝像機或X射線設(shè)備。
[0027]這里所述的系統(tǒng)還可以包括安裝在外科手術(shù)設(shè)備之上或之中的第二攝像機。第二攝像機可以具有包括至少部分患者目標(biāo)區(qū)域的視場。在一個實施例中，視場的方向沿著外科手術(shù)設(shè)備的縱軸。可以在顯示單元或其他上可視化由第二攝像機拍攝的第三圖像數(shù)據(jù)。
[0028]此外，系統(tǒng)可以包括安裝在外科手術(shù)設(shè)備之中或之上的投影儀。備選地，投影儀也可以安裝在成像設(shè)備上。投影儀配置為在患者(例如，患者身體)上投影可視化數(shù)據(jù)?？梢暬瘮?shù)據(jù)可以包括:第一圖像數(shù)據(jù)；計算出的至少部分外科手術(shù)設(shè)備的位置(例如，相對于患者圖像)；外科手術(shù)設(shè)備或其一部分的投影、軌跡和投影軌跡中的至少一個；以及計算機輔助引導(dǎo)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]根據(jù)結(jié)合附 圖對示例實施例的以下描述，將清楚本公開的其它方面、細(xì)節(jié)和優(yōu)點，其中:
[0030]圖1示意性地示出了用于計算并進一步處理外科手術(shù)設(shè)備相對于由成像設(shè)備拍攝的患者圖像的位置的系統(tǒng)的實施例；
[0031]圖2是示出了這里所述技術(shù)的方法實施例的流程圖；
[0032]圖3示意性地示出了使用圖1系統(tǒng)實施例的外科手術(shù)情景；
[0033]圖4示意性地示出了在使用圖1系統(tǒng)的導(dǎo)航處理期間向外科醫(yī)師呈現(xiàn)的屏幕截圖；
[0034]圖5是示出了與外科手術(shù)設(shè)備和患者圖像數(shù)據(jù)之間的相對位置有關(guān)變換的示意圖；以及
[0035]圖6示意性地示出了與向外科醫(yī)師提供計算機輔助引導(dǎo)以便導(dǎo)航外科手術(shù)設(shè)備有關(guān)的修改實施例。
【具體實施方式】
[0036]在示例實施例的以下描述中，為了解釋而不是限制的目的，描述了具體細(xì)節(jié)(例如，特定方法、功能和過程)以便提供對這里所述技術(shù)的全面理解。本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚本技術(shù)可以實踐在脫離這些具體細(xì)節(jié)的其它實施例中。例如，盡管以下實施例將部分地基于超聲成像設(shè)備和外科手術(shù)針來進行描述，然而顯而易見的是也可以使用不同類型成像設(shè)備和其它外科手術(shù)設(shè)備來實現(xiàn)這里所述技術(shù)。[0037]此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，可以使用連同編程微處理器的軟件功能、專用集成電路(ASIC)、數(shù)字信號處理器(DSP)或通用目的計算機來實現(xiàn)這里所解釋的方法、功能和步驟。同樣可以理解盡管以下實施例將主要在方法和設(shè)備的背景下進行描述，然而本公開也可以表現(xiàn)為計算機程序產(chǎn)品，可以加載以便在計算設(shè)備或包括一個或多個處理器和一個或多個作為存儲設(shè)備的存儲器的分布式計算機系統(tǒng)上運行，其中所述一個或多個存儲器配置為存儲一個或多個可以執(zhí)行這里所公開方法、功能和步驟的程序。
[0038]圖1示出了計算機輔助外科手術(shù)的系統(tǒng)100的實施例。如圖1所示，系統(tǒng)100包括計算設(shè)備110 (例如，個人平板或膝上型計算機)、顯示設(shè)備120 (例如，觸摸屏或計算機監(jiān)控器)和外部存儲設(shè)備130 (例如，提供數(shù)據(jù)庫或其它數(shù)據(jù)系統(tǒng)的硬盤或半導(dǎo)體存儲器)。系統(tǒng)100還包括成像設(shè)備140，配置為在術(shù)中拍攝患者區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)。成像設(shè)備140可以是能夠連續(xù)拍攝患者的實時圖像數(shù)據(jù)的實時成像設(shè)備(例如，每秒一幀或更多圖像幀)。備選地，成像設(shè)備140可以配置為緊接在外科手術(shù)過程之前或在外科手術(shù)過程期間非連續(xù)地拍攝圖像數(shù)據(jù)(例如，僅緊接在外科手術(shù)過程之前一次，或僅在外科手術(shù)過程期間若干次)。
[0039]通常，成像設(shè)備140可以是不受約束的可操作設(shè)備、機械引導(dǎo)設(shè)備或完全靜止設(shè)備(fully stationery device)。在成像設(shè)備是不受約束可操作設(shè)備的情況下,可以將其配置為上述連續(xù)拍攝患者的圖像數(shù)據(jù)。如果成像設(shè)備140是機械引導(dǎo)或靜止設(shè)備，則可以將其配置為非連續(xù)地拍攝患者圖像數(shù)據(jù)。
[0040]系統(tǒng)100還包括外科手術(shù)設(shè)備150，用于在外科手術(shù)過程中使用。如這里所理解的，也可以將對患者的診斷或處置理解為是外科手術(shù)過程。外科手術(shù)設(shè)備150可以是不受約束的可操作設(shè)備(即，沒有任何機械引導(dǎo))或受引導(dǎo)的設(shè)備。在后者的情況下，外科手術(shù)設(shè)備150可以利用機器人全自動或半自動操作。備選地，機械引導(dǎo)可以呈現(xiàn)為由外科醫(yī)師限制外科手術(shù)設(shè)備150的移動。
[0041]顯示設(shè)備120配置為在外科手術(shù)過程中，可視化由成像設(shè)備140連續(xù)或非連續(xù)拍攝的圖像數(shù)據(jù)。顯示設(shè)備120還配置為可視化計算機輔助引導(dǎo)，以便外科醫(yī)師導(dǎo)航將在下文詳細(xì)描述的外科手術(shù)設(shè)備150。應(yīng)注意，這種引導(dǎo)也可以通過聲學(xué)或觸覺反饋來提供。[0042]如圖1所不，系統(tǒng)100包括攝像機160和標(biāo)記170。攝像機160配直為在術(shù)中拍攝標(biāo)記170的圖像數(shù)據(jù)。可選地，可以提供第二攝像機160A。第二攝像機160A安裝在外科手術(shù)設(shè)備150之上或之中，并具有包括由外科手術(shù)設(shè)備150指定的患者區(qū)域的視場。作為一個示例，當(dāng)使用的外科手術(shù)設(shè)備150具有指向患者的縱向軸時，通常視場可以沿外科手術(shù)設(shè)備150的縱軸延伸。此外，提供了投影儀165。投影儀165能夠?qū)⒂梢粋€或多個成像設(shè)備140和第一攝像機160提供的圖像數(shù)據(jù)投影到患者上。
[0043]標(biāo)記170可以是有源標(biāo)記(例如，發(fā)射由攝像機160檢測的輻射)。備選地，標(biāo)記170可以是無源標(biāo)記。在無源標(biāo)記的情況下，標(biāo)記170可以具有反射特性。然后可以設(shè)置其它輻射發(fā)射器，攝像機160可以配置為檢測由標(biāo)記170反射的輻射。在其他配置中，將標(biāo)記170簡單地印刷在成像設(shè)備140上，或印刷到能夠剛性(rigidly)附著到成像設(shè)備140的載體上。
[0044]攝像機160與成像設(shè)備140和外科手術(shù)設(shè)備150之一具有預(yù)定位置關(guān)系，類似地標(biāo)記170與另一設(shè)備150、140具有預(yù)定關(guān)系。在本實施例中，通過將攝像機160和標(biāo)記170分別剛性(可選地，是可釋放地)附著到成像設(shè)備140和外科手術(shù)設(shè)備150來定義對應(yīng)關(guān)系O
[0045]標(biāo)記170可以是光學(xué)標(biāo)記，在這樣的情況下，攝像機160是光學(xué)設(shè)備。在其他配置下，標(biāo)記170可以是紅外(IR)標(biāo)記，包括一個或多個IR發(fā)射器。在這樣的情況下，攝像機160是IR設(shè)備。
[0046]在一個實施例中，標(biāo)記170包括多個單獨標(biāo)記物，例如色點或IR 二極管。這些標(biāo)記物可以具有二維或三維排列。在其它實施中，標(biāo)記170包括二維圖案或三維物體。
[0047]仍參考圖1，系統(tǒng)100還可以包括至少一個用戶可操作輸入設(shè)備，例如，鍵盤、鼠標(biāo)或軌跡球(未示出)，用于產(chǎn)生或觸發(fā)產(chǎn)生用戶交互信號。用戶交互信號可以控制系統(tǒng)100的操作。在一個變體中，顯示設(shè)備120和輸入設(shè)備集成為觸摸屏。觸摸屏可以是平板計算機的一部分。
[0048]如圖1所示，計算設(shè)備110包括至少一個數(shù)據(jù)接口 112、例如中央處理單元(CPU)的至少一個處理器114和例如用于存儲程序代碼的硬盤或半導(dǎo)體存儲器的內(nèi)部存儲設(shè)備116。數(shù)據(jù)接口 112配置為輸入/輸出接口，用于在計算設(shè)備110和顯示設(shè)備120、存儲設(shè)備130、成像設(shè)備140、攝像機160、160A、投影儀165和計算機網(wǎng)絡(luò)180 (例如，本地局域網(wǎng)、LAN和/或互聯(lián)網(wǎng))之間建立有線或無線通信。
[0049]數(shù)據(jù)接口 112可以實現(xiàn)為一個或多個硬件組件、一個或多個軟件組件或一個或多個硬件組 件和一個或多個軟件組件的組合的形式。作為示例，數(shù)據(jù)接口 112可以實現(xiàn)為包括一個或多個通用串行總線(USB)接口。
[0050]內(nèi)部存儲設(shè)備116或外部存儲設(shè)備130或二者可以存儲校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。備選地或附加地，這種校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以通過計算機網(wǎng)絡(luò)180下載。例如，外部存儲設(shè)備130可以至少部分地實現(xiàn)為成像設(shè)備140和外科手術(shù)設(shè)備150之一或二者，以便存儲與各設(shè)備相關(guān)聯(lián)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。成像設(shè)備140和/或外科手術(shù)設(shè)備150所存儲的對應(yīng)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以由計算設(shè)備110無線讀取。
[0051]在本實施例中，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)一方面包括指示攝像機160與成像設(shè)備140或外科手術(shù)設(shè)備150之間位置關(guān)系的數(shù)據(jù)，另一方面包括指示標(biāo)記170和另一設(shè)備150、140之間位置關(guān)系的數(shù)據(jù)。例如，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以在幾何上(例如，通過矢量等)定義實體140、150、160、170的相應(yīng)對之間的相對位置。
[0052]可選地，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)還可以包括成像設(shè)備140和攝像機160的成像函數(shù)?？梢杂沙上裨O(shè)備140和由成像設(shè)備140拍攝圖像的坐標(biāo)系之間、以及攝像機160和由攝像機160拍攝圖像的坐標(biāo)系之間的相應(yīng)變換(例如，通過變換參數(shù))來定義這種成像函數(shù)。在每種情況下圖像都可以是二維或三維形式。
[0053]類似地，攝像機160與成像設(shè)備140或外科手術(shù)設(shè)備150之間、以及標(biāo)記170與另一設(shè)備150、140之間的位置關(guān)系可以由攝像機160和一個設(shè)備140、150的坐標(biāo)系之間以及標(biāo)記170和另一設(shè)備150、140的坐標(biāo)系之間的相應(yīng)變換(例如，通過變換參數(shù))來定義。
[0054]在一種變體中，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)還包括標(biāo)記170的(因此已知)幾何特性(例如，幾何形狀)的描述?？梢栽跇?biāo)記170的坐標(biāo)系中提供該描述。例如，如果標(biāo)記170包括多個標(biāo)記物，則該描述可以包括從該坐標(biāo)系中心指向每個單獨標(biāo)記物的矢量。在另一情況下，該描述可以包括描述標(biāo)記170輪廓的坐標(biāo)(例如，當(dāng)標(biāo)記170實現(xiàn)為圖案或物體時)。
[0055]下文中，將參考其余附圖更詳細(xì)地描述圖1所示系統(tǒng)100的操作的示例模式。應(yīng)注意，這里所述可操作模式也可實現(xiàn)為具有不同于圖1所示系統(tǒng)的配置的系統(tǒng)。
[0056]通常操作圖1系統(tǒng)100以便在外科手術(shù)過程期間提供計算機輔助。計算機輔助可以包括針對外科醫(yī)師的計算機輔助引導(dǎo)，以便相對于患者導(dǎo)航外科手術(shù)設(shè)備150或其一部分。這樣，圖2示出了表示用于提供計算機輔助引導(dǎo)的方法實施例的流程圖200。應(yīng)注意，這里所述技術(shù)也可以用于除計算機輔助引導(dǎo)之外的目的，例如，機器人外科手術(shù)或提供日志文件以便隨后評估。
[0057]如流程圖200所示，方法實施例包括三個(或更多)獲取信息的專用步驟。在步驟202，接收表示成像患者區(qū)域的第一圖像數(shù)據(jù)。第一圖像數(shù)據(jù)是由成像設(shè)備140在術(shù)中拍攝的，可選地，可以是在使用成像設(shè)備140期間連續(xù)更新的。在步驟204，接收表示標(biāo)記170的第二圖像數(shù)據(jù)。第二圖像數(shù)據(jù)是由攝像機160在術(shù)中實時拍攝并連續(xù)更新的。步驟204需要標(biāo)記170至少部分地位于攝像機160的視場中。當(dāng)在外科手術(shù)過程期間標(biāo)記170 (完全或部分地)離開攝像機160的視場時，可以由系統(tǒng)100產(chǎn)生可聽或可視的警告消息。
[0058]在步驟206，檢索校準(zhǔn)數(shù)據(jù)(例如，從內(nèi)部存儲設(shè)備116或外部存儲設(shè)備130)。上文已討論了可以檢索的多種類型校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。在本方法實施例中，至少檢索對兩對實體140、150、160、170之間的位置關(guān)系加以指示的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
[0059]應(yīng)注意，可以以任何順序執(zhí)行也可以同時執(zhí)行信息獲取步驟202、204和208。在一個變體中，在外科手術(shù)過程期間，可以在延伸時間段內(nèi)連續(xù)且并行執(zhí)行圖像數(shù)據(jù)接收步驟202、204。另一方面，針對特定外科手術(shù)過程，可以僅在設(shè)置系統(tǒng)100時執(zhí)行校準(zhǔn)數(shù)據(jù)檢索步驟206。
[0060]在步驟208，基于在步驟202、204和206獲取的信息來計算外科手術(shù)設(shè)備150或其一部分的位置。在手術(shù) 中實時執(zhí)行計算步驟208以便確定外科手術(shù)設(shè)備150相對于由成像設(shè)備140成像的患者區(qū)域的位置?？梢岳猛饪剖中g(shù)設(shè)備150相對于成像患者區(qū)域的位置來可視化外科手術(shù)設(shè)備150的投影(例如，在圖像平面或圖像空間上)和/或其軌跡(包括在圖像平面或圖像空間上投影的軌跡)。
[0061]基于在步驟208計算的位置，在下一步驟210，向外科醫(yī)師提供計算機輔助引導(dǎo)。應(yīng)注意，可以并行或連續(xù)地執(zhí)行步驟208和210，以便能夠?qū)崟r導(dǎo)航外科手術(shù)設(shè)備150。計算機輔助引導(dǎo)可以例如包括在顯示設(shè)備120上顯示患者圖像和外科手術(shù)設(shè)備的位置(或根據(jù)該位置計算出的投影、軌跡或投影軌跡)。
[0062]下文中，將參考如圖3到6所示的實施例更詳細(xì)的解釋以上結(jié)合圖1和2所述的實施例。應(yīng)注意，圖3到6的實施例可以使用圖1的系統(tǒng)100來實現(xiàn)，因此，將使用相同附圖標(biāo)記。然而，也可以使用具有不同配置的系統(tǒng)來實現(xiàn)圖3到6的實施例。
[0063]圖3示出了外科手術(shù)過程，其中使用類似針的器件150 (下文也簡稱為器件150)形式的外科手術(shù)設(shè)備來處置患者。例如，器件150可以實現(xiàn)為活檢針或注射針?？梢岳斫?，也可以使用不同外科手術(shù)設(shè)備(例如，解剖探針、電極或?qū)Ч?來實現(xiàn)圖3到6的實施例。
[0064]如圖3所示，器件150具有配置為插入患者身體內(nèi)的近端152和由外科醫(yī)師操控的手柄形式的遠端154。攝像機160可釋放地附著到遠離近端152的器件150上。如上所述，將攝像機160和器件150近端152 (例如，工具末梢)之間的位置關(guān)系存儲為校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
[0065]如圖3所示，成像設(shè)備是實時連續(xù)提供圖像數(shù)據(jù)的手持超聲探針140形式?？梢岳斫擒姡谄渌麑嵤├锌梢允褂闷渌问降某上裨O(shè)備，例如，顯微鏡、ga_a攝像機和X射線設(shè)備。
[0066]在圖3所示實施例中，超聲探針140和器件150可由外科醫(yī)師自由定位，這意味著不存在針對這兩個設(shè)備中任何一個的機械引導(dǎo)。在其它實施例中，可以按需要機械引導(dǎo)這兩個設(shè)備之一或二者。此外，超聲探針140也可以實現(xiàn)為相對于患者靜止的形式。
[0067]超聲探針140配備有標(biāo)記170。在本實施例中，標(biāo)記170實現(xiàn)為二維分布在超聲探針140上的12個單獨標(biāo)記物。構(gòu)成標(biāo)記170的標(biāo)記物是光學(xué)標(biāo)記物,攝像機160是配置為拍攝表示標(biāo)記物相對位置的圖像數(shù)據(jù)的光學(xué)攝像機。使用中，排列器件150和超聲探針140，使得攝像機160具有包括至少部分標(biāo)記170 (例如，4個或更多標(biāo)記物)的視場。
[0068]標(biāo)記170剛性地附著到超聲探針140。換言之，在標(biāo)記170和超聲探針140之間存在預(yù)定位置關(guān)系，將該預(yù)定位置關(guān)系存儲為校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
[0069]超聲探針140配置為以二維圖像平面142形式拍攝患者區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)。該圖像平面142在使用中延伸入患者身體，因此圖像數(shù)據(jù)表示患者身體內(nèi)的解剖結(jié)構(gòu)。在備選實施例中，超聲探針140或其它成像設(shè)備配置為以三維圖像空間形式拍攝患者區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)。
[0070]根據(jù)這里所述的技術(shù)，由在術(shù)中系統(tǒng)100相對于超聲探針140成像的患者區(qū)域來定位器件150 (例如，其近端152)。一旦處理器114計算出對應(yīng)位置信息，顯示器120顯示術(shù)中拍攝圖像和輔助信息以幫助外科醫(yī)師引導(dǎo)(或“導(dǎo)航”)器件150。附加信息可以包括圖像平面142上器件150的投影和器件150沿著其縱軸的投影軌跡中的至少一個。附加信息幫助外科醫(yī)師在患者體內(nèi)非常準(zhǔn)確地調(diào)整器件150并沿著優(yōu)化軌跡向成像目標(biāo)區(qū)域移動。應(yīng)注意，可以在近端152進入超聲探針140的圖像平面142之前已提供對應(yīng)輔助。
[0071]現(xiàn)將參考圖4詳細(xì)描述如圖3所示的典型超聲引導(dǎo)活檢過程。圖4示出了在外科手術(shù)過程期間顯示單元120的屏幕。具體地，顯示單元120基于由超聲探針140拍攝的圖像數(shù)據(jù)顯示對應(yīng)超聲圖像平面142。在較小窗口 402中，對攝像機160的視場(包括部分標(biāo)記170)進行可視化。窗口 402允許外科醫(yī)師進行控制使得器件150和超聲探針140相對彼此適當(dāng)排列。這意味著攝像機160的視場必須包括標(biāo)記170中足夠多的單獨標(biāo)記物(例如，4個或更多)以允許計算器件150和圖像平面142之間的相對位置。
[0072]在超聲引導(dǎo)活檢過程的初始步驟中，外科醫(yī)師在患者身體上放置并對準(zhǔn)超聲探針140，以便在顯示設(shè)備120上可視化目標(biāo)患者區(qū)域(參照圖4的圖像平面142)。在實現(xiàn)目標(biāo)區(qū)域的優(yōu)化可視化之后，外科醫(yī)師保持超聲探針140基本穩(wěn)定，并拿起這里擊中(hit)目標(biāo)區(qū)域的器件150。如上所述，在本實施例中，器件150是允許在特定目標(biāo)點處獲取組織切片的活檢針。當(dāng)初始將器件150指向患者身體外側(cè)時，外科醫(yī)師使超聲探針140上的標(biāo)記170位于附著到器件150的攝像機160的視場內(nèi)(參照圖4的窗口 402)。
[0073]只要攝像機160可以相對器件150本身定位超聲探針140上的標(biāo)記170，系統(tǒng)100就計算器件150和成像患者區(qū)域之間的相對位置(可選地，包括朝向)，并基于該位置，在所顯示的超聲圖像上將計算的器件150近端152的軌跡與該軌跡和圖像平面142的相交點重疊。圖4中通過虛線來可視化計算出的軌跡，并由圓點指示相交點。此外，對器件150的近端152的當(dāng)前位置的投影進行可視化。
[0074]在外科手術(shù)過程期間實時更新對應(yīng)外科手術(shù)信息。這樣，外科醫(yī)師可以沿著優(yōu)化方法軸調(diào)整器件150，該優(yōu)化方法軸允許準(zhǔn)確擊中目標(biāo)點。然后，外科醫(yī)師在基于顯示單元120的視覺反饋來校正朝向的同時沿該軌跡移動器件150，直到擊中目標(biāo)點。
[0075]當(dāng)然，基于超聲探針140和器件150之間的位置朝向關(guān)系的視覺反饋也可以是三維可視化數(shù)據(jù)。此外，可以提供外科醫(yī)師如何校正器件150的當(dāng)前位置或朝向以便擊中目標(biāo)點的任何其它反饋(例如，聲音、顯示量度等)。
[0076]下文中，將參考圖5更詳細(xì)地描述在以上結(jié)合圖3和4所述的外科手術(shù)過程期間由處理器114執(zhí)行的計算步驟。可以理解，可以結(jié)合其它類型成像設(shè)備和其他類型外科手術(shù)設(shè)備來執(zhí)行類似處理步驟。
[0077]如圖5所示，標(biāo)記170與標(biāo)記坐標(biāo)系170K相關(guān)聯(lián)，標(biāo)記150 (即，其近端152)與器件坐標(biāo)系150K相關(guān)聯(lián)。類似地，超聲探針150與成像設(shè)備坐標(biāo)系140K相關(guān)聯(lián)，攝像機160與攝像機坐標(biāo)系160K相關(guān)聯(lián)。由超聲探針140拍攝的圖像與圖像坐標(biāo)系140iK相關(guān)聯(lián)，由攝像機160拍攝的圖像與圖像坐標(biāo)系160iK相關(guān)聯(lián)。
[0078]由具有對應(yīng)變換參數(shù)的第一變換Tl來定義標(biāo)記坐標(biāo)系170K和成像設(shè)備坐標(biāo)系140K之間的位置關(guān)系。類似地，由攝像機坐標(biāo)系160K和器件坐標(biāo)系150K之間的第二變換T2的變換參數(shù)來定義攝像機160和器件150之間的位置關(guān)系?？梢杂缮a(chǎn)期間的校準(zhǔn)處理(例如，專用器件或成像設(shè)備的工廠校準(zhǔn))或在外科手術(shù)過程之前的校準(zhǔn)處理(例如，對通常適用于任何器件150或成像設(shè)備140的現(xiàn)場校準(zhǔn))來獲得對應(yīng)變換參數(shù)。
[0079]校準(zhǔn)數(shù)據(jù)還描述成像設(shè)備坐標(biāo)系140K和相關(guān)圖像坐標(biāo)系140iK之間的第三變換T3的變換參數(shù)。此外，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)描述攝像機坐標(biāo)系160K和圖像坐標(biāo)系160iK之間的第四變換T4的變換參數(shù)?？梢杂蓴z像機160與成像設(shè)備140的制造商或系統(tǒng)100的發(fā)行人來提供對應(yīng)變換參數(shù)。在特定實施例中，可以由攝像機160和/或成像設(shè)備140本身(例如，依賴于針對攝像機160和/或成像設(shè)備140在術(shù)中選擇的當(dāng)前縮放因數(shù))來提供變換參數(shù)。
[0080]此外，將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)提供為標(biāo)記170的幾何形狀(即，標(biāo)記坐標(biāo)系170K中單獨標(biāo)記物的相對位置)?；跇?biāo)記170的幾何形狀和由攝像機160拍攝圖像中(即，攝像機坐標(biāo)系160iK中)的標(biāo)記170的(投影)形狀，可以通過從由圖像坐標(biāo)系160iK定義的三維圖像平面到二維標(biāo)記坐標(biāo)系170K的透視背投影，實時確定第五變換T5的變換參數(shù)。盡管本實施例中在單個平面中排列了多個標(biāo)記物，然而這里仍將該標(biāo)記的坐標(biāo)表示為三維。
[0081]通過求解針對每個單獨標(biāo)記物j的以下方程系統(tǒng)來計算第五變換T5的變換參數(shù):
[0082]MJjl60iK-T4.T5.Μ』，170Κ，
[0083]其中Mj,16QiK是攝像機160的圖像數(shù)據(jù)中成像的標(biāo)記物j，具有相對于圖像坐標(biāo)系160?Κ的坐標(biāo),提供Mj,17(liK作為校準(zhǔn)數(shù)據(jù)并指示標(biāo)記物j, Mj,17具有相對于標(biāo)記坐標(biāo)系170K的坐標(biāo)。
[0084]基于與變換Tl到T5相關(guān)聯(lián)的變換參數(shù)的知識，可以計算器件150 (或其近端152)相對于成像患者區(qū)域的位置。具體地，可以在超聲探針140和由超聲探針140拍攝的圖像之一或二者的坐標(biāo)系中，計算器件150的位置。為此，結(jié)合第一變換Tl、第二變換T2和第五變換T5。因此可以通過器件坐標(biāo)系150K和成像設(shè)備坐標(biāo)系160K之間的第六變換T6來確定器件150的近端152相對于超聲探針140的圖像平面142的位置，如下所示:
[0085]T6=T2x T5_1x Tl.[0086]然后，變換Τ6的知識允許計算器件150軌跡在圖像平面142上的投影和對應(yīng)相交點。可以在下一步驟中如圖3和4所示來可視化所述軌跡和相交點。
[0087]圖6示出了對以上參考圖3和5討論的實施例的改進。具體地，在圖6實施例中，將附加第二攝像機160A安裝在器件150上。第二攝像機160A通常沿器件150的近端152定向，并具有沿器件150縱軸延伸的視場。該視場包括患者的部分目標(biāo)區(qū)域。
[0088]攝像機160A是光學(xué)攝像機，由攝像機160A拍攝的圖像可以疊加在顯示單元120所顯示的任何其它信息上。在圖6的具體示例中，疊加由攝像機160A拍攝的圖像(包括器件150近端152)并相對于超聲探針140在術(shù)中拍攝的圖像進行對準(zhǔn)，反之亦然。可以按照需要顯示附加導(dǎo)航信息。具體地，在圖6的示例中，通過白色十字突出顯示器件150的近端152的軌跡與圖像平面142的相交點。圖6所示的可視化使得外科醫(yī)師能夠更好的手眼協(xié)調(diào)。
[0089]在一個變體中，可以小型投影儀165安裝在器件150之上或之中(例如，除了攝像機160A之外附加地，或代替攝像機160A)。投影儀165可以用于在患者身體上投影對通過超聲探針140或任何其它成像設(shè)備拍攝的可視化圖像數(shù)據(jù)。附加地，或備選地，可以投影導(dǎo)航信息(例如，如圖4和6所示)。
[0090]顯而易見的是在圖3到6的情境中，可以互換攝像機160和標(biāo)記170。換言之，攝像機160可以安裝在超聲探針140 (或任何其它成像設(shè)備)上，而標(biāo)記170可以安裝在器件150 上。
[0091]從示例實施例的描述應(yīng)清楚的是,這里所述技術(shù)允許相對于患者身體內(nèi)的目標(biāo)點準(zhǔn)確定位外科手術(shù)設(shè)備。可以降低錯失目標(biāo)點的可能性或重新放置外科手術(shù)設(shè)備的需要。 [0092]在多個可能實現(xiàn)中，不需要傳統(tǒng)導(dǎo)航過程使用的在標(biāo)記和全球標(biāo)記檢測系統(tǒng)之間的視線(line of sight)。由于用于檢測標(biāo)記的攝像機可以直接位于由外科醫(yī)師操作的外科手術(shù)設(shè)備和/或成像設(shè)備上，外科醫(yī)師妨礙標(biāo)記和相關(guān)攝像機之間的視線的可能性非常低。
[0093]在本技術(shù)的光學(xué)實現(xiàn)中，可以避免電磁或金屬干擾。此外，由于可以減少對外科手術(shù)器件的位置的修改，相較于傳統(tǒng)過程而言，也可以降低外科手術(shù)過程所需的時間。如此，相較于同樣以4、5或6個自由度操作的其它導(dǎo)航方案,可以減小成本和復(fù)雜性。此外,在多種實現(xiàn)中，可以消除對全球定位系統(tǒng)或外部定位系統(tǒng)的需要。
[0094]這里所述的技術(shù)可能臨床應(yīng)用包括中心靜脈通路、囊腫抽吸、關(guān)節(jié)穿刺術(shù)和神經(jīng)阻滯。
[0095]在上述原理中，示例性地示出了實現(xiàn)這里所公開技術(shù)的實施例和多種模式。本發(fā)明不應(yīng)理解為限于這里所述特定原理、實施例和模式。相反，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明范圍的前提下，進行多種改變和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種計算外科手術(shù)設(shè)備(150)相對于由成像設(shè)備(140)成像的患者區(qū)域(142)的位置的計算機實現(xiàn)方法，其中所述外科手術(shù)設(shè)備(150)和成像設(shè)備(140)之一與標(biāo)記(170)具有預(yù)定第一位置關(guān)系，具有包括所述標(biāo)記(170)的視場的第一攝像機(160)與另一設(shè)備(140 ；150)具有預(yù)定第二位置關(guān)系，以及提供指示所述第一和第二位置關(guān)系的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，所述方法包括: 從成像設(shè)備(140)接收表示成像患者區(qū)域(142)的術(shù)中拍攝第一圖像數(shù)據(jù)； 從第一攝像機(160)接收表示標(biāo)記(170)的術(shù)中拍攝第二圖像數(shù)據(jù)；以及 基于所述第一和第二圖像數(shù)據(jù)及校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，在術(shù)中計算外科手術(shù)設(shè)備(150)的至少一部分相對于成像患者區(qū)域(142)的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中: 所述第一位置關(guān)系由標(biāo)記(170)的坐標(biāo)系(170K)與外科手術(shù)設(shè)備(150)或成像設(shè)備(140)的坐標(biāo)系(150K;140K)之間的第一變換(Tl)來定義，所述第二位置關(guān)系由第一攝像機(160)的坐標(biāo)系(160Κ)與另一設(shè)備的坐標(biāo)系(140Κ;150Κ)之間的第二變換(Τ2)來定義。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中: 所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)還描述以下中的至少一個:成像設(shè)備(140)的坐標(biāo)系(140Κ)與所述成像設(shè)備(140)拍攝的圖像的坐標(biāo)系(140iK)之間的第三變換(T3)，以及第一攝像機(160)的坐標(biāo)系(160K)與由第一攝像機(160)拍攝的圖像的坐標(biāo)系(160iK)之間的第四變換(T4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3之一所述的方法，其中: 所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)還描述標(biāo)記(170)的幾何特性，所述計算步驟包括:基于標(biāo)記(170)和由第一攝像機(160)拍攝的第二圖像數(shù)據(jù)中所識別的標(biāo)記(170)的幾何特性，確定標(biāo)記的坐標(biāo)系(170K)與第一攝像機(160)和由第一攝像機(160)拍攝的圖像中的至少一個的坐標(biāo)系(160K，160iK)之間的第五變換(T5 ;T4xT5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的方法，其中: 基于第一變換(Tl)、第二變換(Τ2)和第五變換(Τ5)來確定外科手術(shù)設(shè)備(150)或其一部分(152)相對于成像患者區(qū)域(142)的位置。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中: 所述計算步驟包括:在成像設(shè)備(140)和由成像設(shè)備(140)拍攝圖像中的至少一個的坐標(biāo)系(140Κ ；140iK)中，確定外科手術(shù)設(shè)備(150)或其一部分(152)的位置。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中: 所述計算步驟包括:確定外科手術(shù)設(shè)備(150)或其一部分(152)相對于成像患者區(qū)域(142)的投影、軌跡和投影軌跡中的至少一個。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，還包括: 基于計算出的相對位置，向外科醫(yī)師提供計算機輔助引導(dǎo)，以便相對于患者或成像患者區(qū)域(142)導(dǎo)航外科手術(shù)設(shè)備(150)或其一部分(152)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其中: 所述計算機輔助引導(dǎo)包括:可視化外科手術(shù)設(shè)備(150)或其一部分(152)相對于成像患者區(qū)域(142)的計算出的投影、軌跡或投影軌跡。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，還包括:從安裝在外科手術(shù)設(shè)備(150)之上或之中的第二攝像機(160A)接收第三圖像數(shù)據(jù)，當(dāng)利用外科手術(shù)設(shè)備(150)執(zhí)行外科手術(shù)過程時，所述第二攝像機(160A)具有包括患者目標(biāo)區(qū)域的至少一部分的視場；以及 可視化第三圖像數(shù)據(jù)。
11.一種包括程序代碼部分的計算機程序產(chǎn)品，用于當(dāng)通過計算設(shè)備執(zhí)行計算機程序產(chǎn)品時執(zhí)行前述權(quán)利要求之一的步驟。
12.—種計算設(shè)備(110)，用于在術(shù)中計算外科手術(shù)設(shè)備(150)相對于由成像設(shè)備(140)成像的患者區(qū)域(142)的位置，其中外科手術(shù)設(shè)備(150)和成像設(shè)備(140)之一與標(biāo)記(170)具有預(yù)定第一位置關(guān)系；配置為具有包括所述標(biāo)記(170)的視場的第一攝像機(160)與另一設(shè)備(140;150)具有預(yù)定第二位置關(guān)系，以及提供指示所述第一和第二位置關(guān)系的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，所述計算設(shè)備包括: 第一數(shù)據(jù)接口(112)，配置為從成像設(shè)備(140)接收表示成像患者區(qū)域(142)的術(shù)中拍攝第一圖像數(shù)據(jù)； 第二數(shù)據(jù)接口(112)，配置為從第一攝像機(160)接收表示標(biāo)記(170)的術(shù)中拍攝第二圖像數(shù)據(jù)；以及 處理器(114)，配置為基于所述第一和第二圖像數(shù)據(jù)及校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，在術(shù)中計算外科手術(shù)設(shè)備(150)的至少一部分 (152)相對于成像患者區(qū)域(142)的位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，還包括: 輸出接口(120)，配置為向外科醫(yī)師提供計算機輔助引導(dǎo)，以便相對于患者或成像患者區(qū)域(142)導(dǎo)航外科手術(shù)設(shè)備(150)。
14.一種計算機輔助外科手術(shù)的系統(tǒng)(100)，包括: 權(quán)利要求12或13所述的計算設(shè)備(110)、第一攝像機(160)和標(biāo)記(170)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，還包括: 外科手術(shù)設(shè)備(150)和成像設(shè)備(140)，其中第一攝像機(160)安裝在外科手術(shù)設(shè)備(150)之上或之中，標(biāo)記(170)設(shè)置在成像設(shè)備(140)上。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，還包括: 外科手術(shù)設(shè)備(150)和成像設(shè)備(140)，其中第一攝像機(160)安裝在成像設(shè)備(140)之上或之中，標(biāo)記(170)設(shè)置在外科手術(shù)設(shè)備(150)上。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的系統(tǒng)，其中: 所述外科手術(shù)設(shè)備(150)具有配置為插入患者身體內(nèi)的近端(152)和配置為由外科醫(yī)師操控的遠端(154)，其中相對于外科手術(shù)設(shè)備(150)的近端(152)來預(yù)先定義所述第一或第二預(yù)定關(guān)系。
18.根據(jù)權(quán)利要求15到17之一所述的系統(tǒng)，其中: 所述成像設(shè)備(140)包括手持成像探針，相對于成像探針來預(yù)先定義所述第一或第二位置關(guān)系。
19.根據(jù)權(quán)利要求15到18之一所述的系統(tǒng)，還包括: 第二攝像機(160A)，安裝在外科手術(shù)設(shè)備(150)之上或之中，其中第二攝像機(160A)具有包括患者目標(biāo)區(qū)域的至少一部分的視場。
20.根據(jù)權(quán)利要求15到19之一所述的系統(tǒng)，還包括:投影儀(165)，安裝在外科手術(shù)設(shè)備(150)之中或之上，并配置為在患者上投影第一圖像數(shù)據(jù)的可視化數(shù) 據(jù)。
【文檔編號】A61B19/00GK104000654SQ201410061731
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月25日
【發(fā)明者】約瑟·布里薩切, 艾米爾·薩瓦絲坦尼 申請人:史賽克雷賓格爾有限公司