利用三維跟蹤傳感器進行配準及導(dǎo)航的制作方法
【專利說明】利用三維跟蹤傳感器進行配準及導(dǎo)航
[0001]相關(guān)申請的交叉參考
[0002]本申請主張2012年12月13日申請的第13/714，066號美國專利的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，該案的全文以引用的方式并入本文中。
【背景技術(shù)】
[0003]本發(fā)明大體上涉及物體的配準及導(dǎo)航領(lǐng)域，且更特定來說涉及利用三維跟蹤傳感器進行配準和導(dǎo)航。
[0004]三維跟蹤傳感器(“3D跟蹤傳感器”)可跟蹤移動物體的位置及取向(也就是姿態(tài))。例如，用于WINDOWS的KINECT 3D跟蹤傳感器使用相機和紅外深度傳感器來實現(xiàn)骨骼和面部跟蹤。3D跟蹤傳感器已經(jīng)實施在(例如)游戲產(chǎn)業(yè)中(例如，用于XBOX 360游戲系統(tǒng)的KINECT跟蹤傳感器)，來讓用戶與計算機或其它裝置互動，而無需實際接觸所述裝置。
[0005]3D跟蹤傳感器的另一個例子是Leap Mot1n, Inc.(加利福尼亞州圣弗朗西斯科)研發(fā)的3D跟蹤傳感器。由Leap Mot1n, Inc.研發(fā)的裝置可跟蹤位于所述裝置周圍3D“互動空間”內(nèi)的物體。通過使物體(例如，手)在互動空間內(nèi)移動，用戶可與以可通信方式鏈接至所述裝置的軟件互動，并控制軟件。例如，用戶可將裝置連接至膝上型計算機，并在3D空間中通過執(zhí)行手勢進行點擊及滾動，而無需實際接觸鼠標或膝上型計算機屏幕。
[0006]第2010/0110165號美國專利公開中公開3D跟蹤傳感器的另一個例子，該案的全文以引用的方式并入本文中。第2010/0110165號美國專利公開公開了用于獲得和計算與一個或多個目標物體相關(guān)的三維信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個實施方案涉及一種手術(shù)系統(tǒng)。所述手術(shù)系統(tǒng)包括耦合至便攜式手術(shù)元件的3D跟蹤傳感器和固定至物體的可跟蹤元件。所述手術(shù)系統(tǒng)另外包括至少部分基于所述3D跟蹤傳感器所提供的信息確定所述可跟蹤元件的姿態(tài)及使所述物體與所述物體的三維呈現(xiàn)配準的手術(shù)控制器。
[0008]本發(fā)明的另一個實施方案涉及一種利用3D跟蹤傳感器進行配準的方法。所述方法包括利用3D跟蹤傳感器跟蹤可跟蹤元件，其中所述3D跟蹤傳感器與便攜式手術(shù)元件耦合，且所述可跟蹤元件固定至物體；基于所述3D跟蹤傳感器所提供的信息確定所述可跟蹤元件的姿態(tài)；及使所述物體與所述物體的三維呈現(xiàn)配準。
[0009]替代性示例實施方案涉及通常在權(quán)利要求書中列舉的其它特征和特征組合。
【附圖說明】
[0010]通過以下詳細說明，結(jié)合附圖將更充分理解本公開，其中相同參考數(shù)字指代相同元件，其中:
[0011]圖1是根據(jù)示例性實施方案的手術(shù)控制器的框圖。
[0012]圖2是根據(jù)示例性實施方案的利用3D跟蹤傳感器進行配準的手術(shù)系統(tǒng)。
[0013]圖3是根據(jù)另一個示例性實施方案的利用3D跟蹤傳感器進行配準的手術(shù)系統(tǒng)。
[0014]圖4是根據(jù)示例性實施方案的利用3D跟蹤傳感器進行導(dǎo)航的手術(shù)系統(tǒng)。
[0015]圖5是根據(jù)另一個示例性實施方案的利用3D跟蹤傳感器進行導(dǎo)航的手術(shù)系統(tǒng)。
[0016]圖6是根據(jù)示例性實施方案的利用多個3D跟蹤傳感器進行導(dǎo)航的手術(shù)系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0017]在轉(zhuǎn)向詳細說明示例性實施方案的圖示之前，應(yīng)理解，本申請并不限于說明中所列或圖示中所述細節(jié)或方法。還應(yīng)理解，術(shù)語的目的只是為了描述，而不應(yīng)視為限制。
[0018]本文所述示例性實施方案涉及利用3D跟蹤傳感器(諸如(上述)由LeapMot1n, Inc.所研發(fā)的裝置，其可跟蹤物體相對于所述3D跟蹤傳感器的姿態(tài))的手術(shù)應(yīng)用。兩種利用3D跟蹤傳感器的示例性應(yīng)用是手術(shù)程序期間的配準和導(dǎo)航。根據(jù)一個實施方案，3D跟蹤傳感器用于使物體(諸如患者解剖結(jié)構(gòu)的一部分)與在所述手術(shù)程序之前所生成的患者解剖結(jié)構(gòu)的三維呈現(xiàn)配準。在另一個實施方案中，3D跟蹤傳感器用于在手術(shù)程序期間協(xié)助跟蹤物體(例如，所述患者、手術(shù)工具)。
[0019]參考圖1，手術(shù)控制器10可用于實現(xiàn)本文所述各種功能(例如，計算、控制機制、過程)。手術(shù)控制器10包括具有處理器14和存儲器16的處理電路12。處理器14可實施為通用處理器、專用集成電路(ASIC)、一個或多個現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、處理組件組或其它合適的電子處理組件。存儲器16(例如，存儲器、存儲器單元、存儲裝置等)是一種或多種用于存儲完成或協(xié)助本申請中所述各種過程的數(shù)據(jù)和/或計算機代碼的裝置(例如，RAM、ROM、閃速存儲器、硬盤存儲器等)。存儲器16可以是或包括易失性存儲器或非易失性存儲器。存儲器16可包括數(shù)據(jù)庫組件、目標代碼組件、腳本組件或者用于支持本申請中所述各種活動的任何其它類型信息結(jié)構(gòu)。根據(jù)示例性實施方案，存儲器16可與處理器14通信連接，且包括用于執(zhí)行本文所述一個或多個過程的計算機代碼。存儲器16可包括各種模塊，每個模塊可存儲與特定類型功能有關(guān)的數(shù)據(jù)和/或計算機代碼。在一個實施方案中，存儲器16包括幾個與手術(shù)程序有關(guān)的模塊，諸如規(guī)劃模塊24、導(dǎo)航模塊26、配準模塊28和機器人控制模塊30。
[0020]應(yīng)理解，手術(shù)控制器10無需容納在單個殼體中。確切的說，手術(shù)控制器10的組件可位于圖2中所示手術(shù)系統(tǒng)100的各個位置，或甚至位于遠處。手術(shù)控制器10的組件可位于(例如)3D跟蹤傳感器36或觸覺裝置32中。
[0021]本公開預(yù)期任何機器可讀介質(zhì)上用于完成各種操作的方法、系統(tǒng)及程序產(chǎn)品。機器可讀介質(zhì)可以是手術(shù)控制器10的一部分或者可與其接合。本公開的實施方案可利用現(xiàn)有計算機處理器，或通過出于此目的或另一目的并入的用于合適系統(tǒng)的專用計算機處理器，或通過硬接線系統(tǒng)實施。本公開的范疇內(nèi)的實施方案包括程序產(chǎn)品，其包括用于攜帶或在其上存儲機器可執(zhí)行指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的機器可讀介質(zhì)。此種機器可讀介質(zhì)可以是可被通用或?qū)Ｓ糜嬎銠C或者其它具有處理器的機器訪問的任何可用介質(zhì)。舉例而言，此種機器可讀介質(zhì)可包括RAM、ROM、EPROM, EEPROM、CD-ROM或其它光盤存儲器、磁盤存儲器、其他磁存儲裝置、固態(tài)存儲裝置或者可用于攜帶或存儲呈機器可執(zhí)行指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式的期望的程序代碼且可被通用計算機或?qū)Ｓ糜嬎銠C或者其它具有處理器的機器訪問的任何其它介質(zhì)。當通過網(wǎng)絡(luò)或另一種通信連接(硬接線連接、無線連接或者硬接線連接或無線連接的組合)將信息轉(zhuǎn)移或提供至機器時，所述機器適當?shù)貙⑺鲞B接視為機器可讀介質(zhì)。因此，適當?shù)貙⑷魏未朔N連接稱為機器可讀介質(zhì)。上述組合還包括在機器可讀介質(zhì)的范疇內(nèi)。機器可執(zhí)行指令包括(例如)使通用計算機、專用計算機或?qū)Ｓ锰幚頇C器執(zhí)行一定功能或功能組的指令和數(shù)據(jù)。
[0022]再次參考圖1，手術(shù)控制器10進一步包括通信接口 18。通信接口 18可以是或包括經(jīng)由直接連接或網(wǎng)絡(luò)連接(例如因特網(wǎng)連接、LAN、WAN或WLAN連接等)與外部源進行數(shù)據(jù)通信的有線或無線接口(例如插口、天線、發(fā)射器、接收器、收發(fā)器、電線接頭等)。例如，通信接口 18可包括用于經(jīng)由基于以太網(wǎng)的通信鏈路或網(wǎng)絡(luò)發(fā)送及接收數(shù)據(jù)的以太網(wǎng)卡及端口。在另一例子中，通信接口 18可包括經(jīng)由無線通信網(wǎng)絡(luò)進行通信的WiFi收發(fā)器。因此，如果手術(shù)控制器10與圖2中所示手術(shù)系統(tǒng)100的其它組