動態(tài)3d健康護(hù)理環(huán)境中的安全性的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及動態(tài)3D健康護(hù)理環(huán)境中的安全。本發(fā)明具體涉及用于動態(tài)3D健康護(hù)理環(huán)境的醫(yī)學(xué)安全系統(tǒng)、帶有機(jī)動裝備的醫(yī)學(xué)檢查系統(tǒng)、圖像采集裝置以及用于在動態(tài)3D健康護(hù)理環(huán)境中提供安全移動的方法。為了提供動態(tài)3D健康護(hù)理環(huán)境中改進(jìn)的安全性，同時(shí)還要有方便的可調(diào)節(jié)性，提供一種用于動態(tài)3D健康護(hù)理環(huán)境中的醫(yī)學(xué)安全系統(tǒng)（10），其包括檢測系統(tǒng)（12）、處理單元（14）以及接口單元（16）。所述檢測系統(tǒng)包括至少一個(gè)傳感器裝置（18），其適于提供被觀察場景（22）中的至少一部分的深度信息。所述處理單元包括關(guān)聯(lián)單元（24），其適于關(guān)聯(lián)所述深度信息。所述處理單元包括生成單元（26），所述生成單元適于生成3D自由空間模型（32）。所述接口單元適于提供所述3D自由空間模型。
【專利說明】動態(tài)3D健康護(hù)理環(huán)境中的安全性
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及動態(tài)3D健康護(hù)理環(huán)境中的安全性。本發(fā)明具體涉及用于動態(tài)3D健康護(hù)理環(huán)境的醫(yī)學(xué)安全系統(tǒng)、帶有機(jī)動裝備(motorized equipment)的醫(yī)學(xué)檢查系統(tǒng)、圖像采集裝置、用于在動態(tài)3D健康護(hù)理環(huán)境中提供安全移動的方法、計(jì)算機(jī)程序單元以及計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
【背景技術(shù)】
[0002]在動態(tài)3D健康護(hù)理環(huán)境中，必須避免移動部分與其他移動部分或與固定裝置的部分或靜置部分的碰撞，以防止系統(tǒng)的損壞和故障。因此，提供碰撞檢測或碰撞警報(bào)系統(tǒng)，以檢測可能的碰撞狀況，以及提供停止當(dāng)前移動的可能性。例如，US4578757描述了用于預(yù)防患者檢查臺與呈可移動的C型臂形式的X射線成像系統(tǒng)之間的碰撞。另一種預(yù)防或檢測碰撞的可能為被提供在移動中部件上的傳感器，其在觸及另一元件時(shí)給出警報(bào)信號，以能夠停止當(dāng)前移動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，碰撞傳感器常常限制動態(tài)3D健康護(hù)理環(huán)境的可能移動速度。另外的缺點(diǎn)是，動態(tài)3D健康護(hù)理環(huán)境的可調(diào)節(jié)性可能是受限的，或者要求對相應(yīng)的碰撞預(yù)防系統(tǒng)的繁瑣調(diào)節(jié)。
[0004]因此，需要提供動態(tài)3D健康護(hù)理環(huán)境中改進(jìn)的安全性，同時(shí)還要有方便的可調(diào)節(jié)性。
[0005]本發(fā)明的目標(biāo)通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題得以解決，其中，在從屬權(quán)利要求中并入了另外的實(shí)施例。
[0006]應(yīng)該注意，下文描述的本發(fā)明的各方面也適用于用于動態(tài)3D健康護(hù)理環(huán)境的醫(yī)學(xué)安全系統(tǒng)、帶有機(jī)動裝備的醫(yī)學(xué)檢查系統(tǒng)、用于在動態(tài)3D健康護(hù)理環(huán)境中提供安全移動的方法、計(jì)算機(jī)程序單元以及計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于3D健康護(hù)理環(huán)境的醫(yī)學(xué)安全系統(tǒng)，其包括檢測系統(tǒng)、處理單元以及接口單元。所述檢測系統(tǒng)包括至少一個(gè)傳感器裝置，其適于提供被觀察場景的至少一部分的深度信息。所述處理單元包括關(guān)聯(lián)單元，所述關(guān)聯(lián)單元適于關(guān)聯(lián)所述深度信息。所述處理單元包括生成單元，所述生成單元適于生成3D自由空間模型。所述接口單元適于提供所述3D自由空間模型。
[0008]術(shù)語“3D自由空間模型”是指限定了空間的空間或體積數(shù)據(jù)，所述空間中沒有對象和結(jié)構(gòu)，并且因此能被用于，例如部件或元件的移動。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，所述檢測系統(tǒng)包括至少一個(gè)飛行時(shí)間照相機(jī)作為傳
感器裝置。
[0010]根據(jù)本發(fā)明另外的示范性實(shí)施例，以如下方式放置多個(gè)傳感器:使得對象可以由多個(gè)傳感器從多個(gè)角度看到。[0011]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供帶有機(jī)動裝備的醫(yī)學(xué)檢查系統(tǒng)，所述醫(yī)學(xué)檢查系統(tǒng)包括機(jī)動功能系統(tǒng)和根據(jù)上述方面或?qū)嵤├坏尼t(yī)學(xué)安全系統(tǒng)。所述機(jī)動功能系統(tǒng)包括可移動裝置以執(zhí)行至少一個(gè)任務(wù)。提供可調(diào)節(jié)移動限制設(shè)備，其適于將所述裝置的移動限制為在由所述接口單元提供的所述3D自由空間模型之內(nèi)的移動。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，所述醫(yī)學(xué)檢查系統(tǒng)的所述機(jī)動功能系統(tǒng)是帶有可移動裝置的圖像采集裝置，以從不同投影采集對象的圖像數(shù)據(jù)。所述圖像采集裝置包括帶有X射線源和X射線探測器的可移動C型臂結(jié)構(gòu)，所述X射線源和X射線探測器被布置在所述C型臂結(jié)構(gòu)的相對兩端上。所述C型臂結(jié)構(gòu)的移動可能性被限定到所述3D自由空間模型。
[0013]根據(jù)第三方面，提供一種用于在動態(tài)3D健康護(hù)理環(huán)境中提供安全移動的方法，包括以下步驟:在提供步驟中，提供被觀察場景的至少一部分的深度信息。在關(guān)聯(lián)步驟中關(guān)聯(lián)所述深度信息。在生成步驟中生成3D自由空間模型。在第二提供步驟中，提供所述3D自由空間模型。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，所述3D自由空間模型被提供到帶有機(jī)動裝備的醫(yī)學(xué)檢查系統(tǒng)的可移動裝置，并且所述可移動裝置可以在所述3D自由空間模型內(nèi)自由移動。例如,移動被限制為在由所述3D自由空間模型限定的所述體積內(nèi)部發(fā)生。
[0015]根據(jù)本發(fā)明另外的示范性實(shí)施例，在所述第二提供步驟之后，提供計(jì)算步驟，在所述計(jì)算步驟中計(jì)算要被定位在所述3D自由空間模型之內(nèi)的可移動裝置的移動路徑。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，檢測自由空間并由此生成3D自由空間模型。所述3D自由空間模型可以然后被用作能在其中安排移動的可能空間。特別是，不需要關(guān)于可能妨礙可能的移動的對象的外部信息，因?yàn)樗鰴z測系統(tǒng)像這樣僅檢測自由空間。所述檢測系統(tǒng)不被耦合到任意可移動設(shè)備，并因此在所述3D健康護(hù)理環(huán)境改變的情況中提供改進(jìn)的可調(diào)節(jié)性。3D自由空間模型的生成也允許這樣的環(huán)境，其中移動也受外部參數(shù)影響，例如人控制的移動，并且其中可移動元件的軌跡因此而不完全為事先已知的。
[0017]參考下文描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些以及其他方面將變得明顯并將得以闡明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]下文將參考附圖描述本發(fā)明的示范性實(shí)施例。
[0019]圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的用于動態(tài)3D健康護(hù)理環(huán)境的醫(yī)學(xué)安全系統(tǒng)。
[0020]圖2至圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明的醫(yī)學(xué)安全系統(tǒng)的另外的范例。
[0021]圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的帶有機(jī)動裝備的醫(yī)學(xué)檢查系統(tǒng)。
[0022]圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明的帶有機(jī)動裝備的醫(yī)學(xué)檢查系統(tǒng)的另外的范例。
[0023]圖8示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的用于在動態(tài)3D健康護(hù)理環(huán)境中提供安全移動的方法的基本方法步驟。
[0024]圖9和圖10示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的方法的另外的范例。
【具體實(shí)施方式】
[0025]圖1示出用了于動態(tài)3D健康護(hù)理環(huán)境的醫(yī)學(xué)安全系統(tǒng)10。醫(yī)學(xué)安全系統(tǒng)10包括檢測系統(tǒng)12、處理單元14，以及接口單元16。檢測系統(tǒng)12包括至少一個(gè)傳感器裝置18，其適于提供被觀察場景的至少部分的深度信息。在圖1中，用朝向表示要被觀察的場景的附圖標(biāo)記22的兩條虛線20示意性地示出所述觀察。
[0026]處理單元14包括關(guān)聯(lián)單元24和生成單元26。關(guān)聯(lián)單元24適于關(guān)聯(lián)所述深度信息。生成單元26適于生成3D自由空間模型32。
[0027]此外，接口單元16適于提供所述3D自由空間模型。
[0028]至少一個(gè)傳感器裝置18因此將深度信息提供到檢測系統(tǒng)12，用第一連接線28指示。所述深度信息然后被提供到所述處理單元，用第二連接線30指示。必須注意，所述連接線是示意性示出的，并且可以被提供為無線連接或有線連接。
[0029]處理單元14使用關(guān)聯(lián)單元24中的所述深度信息，并且關(guān)聯(lián)深度信息，例如來自不同空間段的若干深度信息。所述生成單元然后從所關(guān)聯(lián)的深度信息生成所述3D自由空間模型。用在表示生成單元26的框內(nèi)部的附圖標(biāo)記32指示所述3D自由空間模型。
[0030]必須注意，關(guān)聯(lián)單元24和生成單元26是示意性示出的，并且可以被提供為獨(dú)立的計(jì)算單元或處理單元14的集成部分。必須注意，此外，檢測系統(tǒng)12和至少一個(gè)傳感器裝置18也可以被提供為集成部件，例如也與處理單元14集成到集成安全單元中。類似地適用于接口單元16，其也可以以與處理單元14集成的方式提供。
[0031]如用虛線20所指示的，傳感器裝置18提供在所述傳感器與所檢測的深度之間的自由空間(即，沒有任意對象的任意材料占用的空間)的信息。
[0032]例如，關(guān)聯(lián)單元24基于所述深度信息重建自由空間，并且生成單元26將所述自由空間融合到3D自由空間模型32中。
[0033]所述3D自由空間模型包括限定一空間的空間或體積數(shù)據(jù)，所述空間中沒有對象和結(jié)構(gòu)，并且因此可以被用于例如部件或元件的移動(參見下文，例如圖5至圖8)。
[0034]例如，在所檢測的深度信息之間缺失部分的情況中，生成單元26可以生成可以說是針對所述缺失部分的虛擬深度數(shù)據(jù)，從而以自由深度數(shù)據(jù)覆蓋完整體積，以生成3D自由空間體積。例如，所述缺失部分可以通過插值獲得。再例如，在缺失深度信息的情況中，可以提供針對某些空間區(qū)域的假設(shè)，必須預(yù)期在所述空間區(qū)域中布置了裝備，并且很可能不在這樣的區(qū)域中提供額外的設(shè)備。例如，在檢查臺水平以上并且明顯在天花板以下足夠低的區(qū)域?qū)⒖赡懿伙@示任何另外的檢查臺裝置或照明裝置。
[0035]例如，所述至少一個(gè)傳感器或傳感器裝置適于測量自由移動的體積的至少一部分的自由3D深度結(jié)構(gòu)。
[0036]所述環(huán)境可以為未定義的或沒有預(yù)先定義的環(huán)境，例如在醫(yī)學(xué)的手術(shù)室的情況中。未定義或沒有預(yù)先定義的環(huán)境也可以為健康護(hù)理環(huán)境中的任意其他情況，其中當(dāng)前醫(yī)學(xué)環(huán)境以不可規(guī)劃和/或不可預(yù)測的方式不斷改變。
[0037]醫(yī)學(xué)安全系統(tǒng)10適于以3D自由空間模型32的形式，提供對可用于移動的自由空間的實(shí)時(shí)3D重建。
[0038]一旦已經(jīng)生成3D自由空間模型32，就可能也對所述深度信息進(jìn)行驗(yàn)證并更新，以及調(diào)整所述3D自由空間模型，例如，通過經(jīng)由接口單元16，在所述處理單元中提供相應(yīng)的更新循環(huán)，所述更新循環(huán)觸發(fā)所述傳感器，以提供相應(yīng)的更新信息，以及提供相應(yīng)更新的3D自由空間模型到另外的處理步驟。
[0039]根據(jù)另外的范例(但是未示出)，所述傳感器適于提供所述深度信息作為時(shí)間深度信息，并且生成單元26適于提供4D自由空間模型。這樣，接口單元可以然后提供所述3D自由空間模型。例如，所述傳感器也提供被耦合到所述深度信息的時(shí)間信號，使得所述處理單元得到相應(yīng)的深度信息何時(shí)可用的信息。
[0040]例如，所述時(shí)間信息可以被用于，例如因其他可移動部件造成的，在所述環(huán)境自身中的重復(fù)移動循環(huán)。
[0041]在圖2中，示出了檢測系統(tǒng)12的另外的范例?？梢钥闯觯瑱z測系統(tǒng)12包括至少一個(gè)飛行時(shí)間照相機(jī)34作為傳感器裝置，該飛行時(shí)間照相機(jī)獲得并提供深度圖像。所述深度圖像然后(例如通過光線跟蹤算法)被處理，其中所述照相機(jī)與所檢測的深度之間的空間被聲明為自由空間。隨著所述照相機(jī)被校準(zhǔn)到原點(diǎn)，這些自由空間可以被轉(zhuǎn)化為所述場景的完全自由空間模型，如上文所描述。
[0042]正如飛行時(shí)間照相機(jī)的原理所表明，飛行時(shí)間照相機(jī)34發(fā)射調(diào)制光36，并利用它的接收器測量相移，用返回箭頭40指示，所述相移被對象38反射。相應(yīng)的信號44被從光發(fā)射單元44提供到光接收單元46。這當(dāng)然是針對空間中的若干點(diǎn)提供的，從而可以確定在飛行時(shí)間照相機(jī)34與對象38之間相應(yīng)的自由體積48。
[0043]例如，飛行時(shí)間照相機(jī)34使用紅外光。
[0044]飛行時(shí)間照相機(jī)34適于提供深度圖像，并且處理單元14適于組合多個(gè)這樣的深度圖像，以能夠生成3D自由空間模型32或如上文提及的所述4D自由空間模型。
[0045]處理單元14可以適于將3D自由空間模型32傳送到檢查實(shí)驗(yàn)室的全局空間數(shù)據(jù)，或構(gòu)建位點(diǎn)或任意其他空間情況。
[0046]根據(jù)另外的示范性實(shí)施例(未示出)，檢測系統(tǒng)12包括至少一個(gè)立體視覺設(shè)置作為傳感器裝置，以提供相應(yīng)的深度信息。
[0047]根據(jù)另外的示范性實(shí)施例(也未示出)，檢測系統(tǒng)12包括至少一個(gè)結(jié)構(gòu)光設(shè)置作為傳感器裝置。
[0048]根據(jù)另外的示范性實(shí)施例(也未示出)，檢測系統(tǒng)12包括至少一個(gè)激光設(shè)置作為傳
感器裝置。
[0049]圖3示出了另外的示范性實(shí)施例，其中，檢測系統(tǒng)12包括以如下方式放置的多個(gè)50傳感器52:使得對象可以由多個(gè)傳感器從多個(gè)角度看到。例如，用傳感器52a從左側(cè)，用傳感器52b和52c從上側(cè)，以及用傳感器52d至少部分地從右側(cè)，看到對象54。
[0050]例如，所述傳感器被提供為多個(gè)飛行時(shí)間照相機(jī)，其可以以這樣的方式放置:使得可以由多相機(jī)從多個(gè)角度看到對象。
[0051]例如，所述傳感器被固定裝置并校準(zhǔn)到它們的位置，以提供便于由處理單元14生成所述3D自由空間模型的相應(yīng)的深度數(shù)據(jù)。
[0052]提供若干傳感器提供了以下優(yōu)點(diǎn)，即也可以針對這樣的區(qū)域計(jì)算3D自由空間模型，所述區(qū)域不會僅被單一傳感器檢測為自由空間，例如因?yàn)樗鼈儽徊贾迷诔洚?dāng)可以說是視覺屏障的對象后面。
[0053]圖4示出了醫(yī)學(xué)安全系統(tǒng)的另外的示范性實(shí)施例，其中，所述傳感器以能夠移動的方式安裝，例如在軌道構(gòu)架56上。用箭頭58指示移動可能性。當(dāng)然，示例性示出的軌道架構(gòu)56僅為范例。當(dāng)然，任意其他可移動安裝支撐物，例如旋轉(zhuǎn)移動或移動的組合，也是可能的。例如，傳感器可以被安裝到天花板或其他具有若干可移動線路構(gòu)架的上方結(jié)構(gòu)，以覆蓋下方體積布置的更大區(qū)域，即允許在水平方向的移動，以及能夠被下降到低高度，以提供還針對隱藏在障礙后面的區(qū)域的相應(yīng)的深度信息。
[0054]根據(jù)圖4中所示的示范性實(shí)施例，檢測所述至少一個(gè)傳感器的移動，如用檢測單元60所指示。由然后根據(jù)所檢測的傳感器位置調(diào)整所述傳感器提供的所述深度信息。這由進(jìn)入檢測系統(tǒng)框12的調(diào)節(jié)箭頭62指示。當(dāng)然，也有可能(如由檢測單元60所提供的)將相應(yīng)的移動信息提供到處理單元14，如用虛線調(diào)節(jié)箭頭64所指示的?？梢躁P(guān)于調(diào)節(jié)箭頭62備選地或額外地提供這種移動信息。
[0055]例如，移動裝置的到達(dá)區(qū)域的至少一部分由至少一個(gè)傳感器覆蓋。
[0056]例如，所述移動裝置的到達(dá)區(qū)域的全部區(qū)域由若干傳感器覆蓋。
[0057]例如，所述移動裝置為機(jī)動裝備，例如醫(yī)學(xué)檢查系統(tǒng)中的C型臂，其將在下文進(jìn)一步得到解釋。
[0058]根據(jù)本發(fā)明另外的方面，處理單元14也可以適于計(jì)算針對移動中的裝置68的移動路徑66，該移動路徑定位于所述3D自由空間模型32內(nèi)部(也參見圖5)。
[0059]參考圖5，僅以非常簡化的方式示意性地圖示了移動中的裝置68。例如，檢測系統(tǒng)12檢測虛線外框32作為其中可用于移動的自由空間的區(qū)域，從而該自由空間可以被生成為3D自由空間模型32。僅示意性地指示的是，例如，在該圖左側(cè)的對象線70。
[0060]然而，必須注意，根據(jù)本發(fā)明，對象70，例如，對于限定所述3D自由空間模型并非尤其必須的。而是僅需要檢測具有表示可以在其中發(fā)生移動的自由體積的深度信息的某些區(qū)域。因此，例如在該圖的右側(cè)，未示出對應(yīng)于左側(cè)一個(gè)的相應(yīng)對象。然而，僅檢測直到所述3D自由空間模型的特定邊界的自由空間，并且因此所述3D自由空間模型僅跨所示區(qū)域延伸。然而，這并不意味著特定對象實(shí)際被布置在這里，其僅意味著這是自由移動的實(shí)際空間。
[0061]作為范例，接口單元16將由處理單元14計(jì)算的移動路徑的相應(yīng)信息提供到移動裝置68。必須注意，移動路徑66是附加于3D自由空間模型32提供的，該3D自由空間模型充當(dāng)移動路徑66自身的計(jì)算的基礎(chǔ)。然而，沒有如圖1中的情況那樣，進(jìn)一步示出3D自由空間模型32。移動路徑66的提供用箭頭72指示。用括號內(nèi)的附圖標(biāo)記74指示所述限制設(shè)備。
[0062]例如，限制設(shè)備74可以被提供為實(shí)際的可調(diào)節(jié)硬件部件，其限制相應(yīng)部分的移動，并因此充當(dāng)限制停止或抓捕機(jī)構(gòu)。然而，限制設(shè)備74也可以被提供為電子控制設(shè)備的形式，其限制被發(fā)送到移動部件的移動命令，使得所述命令僅導(dǎo)致所述3D自由空間模型內(nèi)部的移動。這也可以被提供為軟件形式，例如現(xiàn)有移動控制軟件的插件模塊。
[0063]所述3D自由空間模型可以被提供到可移動裝置，例如移動裝置68，并且可以提供可調(diào)節(jié)移動限制設(shè)備，其未被進(jìn)一步示出，該限制設(shè)備適于將所述可移動裝置的移動限制為在所述3D自由空間模型內(nèi)部的移動。
[0064]圖6示意性地描述了根據(jù)本發(fā)明的帶有機(jī)動裝備的醫(yī)學(xué)檢查系統(tǒng)80的示范性實(shí)施例。醫(yī)學(xué)檢查系統(tǒng)80包括機(jī)動功能系統(tǒng)82，以及根據(jù)上述實(shí)施例之一的醫(yī)學(xué)安全系統(tǒng)
10。機(jī)動功能系統(tǒng)82包括可移動裝置84，以執(zhí)行至少一個(gè)任務(wù)。提供可調(diào)節(jié)移動限制設(shè)備86 (為進(jìn)一步示出)，其適于將所述裝置的移動限制為在由醫(yī)學(xué)安全系統(tǒng)10提供的所述3D自由空間模型內(nèi)部的移動。機(jī)動功能系統(tǒng)被示為帶有三段可移動臂結(jié)構(gòu)，作為僅用于圖示目的的范例。
[0065]此外，以簡化方式示出了醫(yī)學(xué)安全系統(tǒng)10，僅有矩形框以及指示上述深度信息的檢測的兩條虛線88。必須注意，醫(yī)學(xué)安全系統(tǒng)10可以被提供為上述范例中的任一個(gè)，或上述范例中的兩個(gè)或更多個(gè)的組合。
[0066]所述機(jī)動功能系統(tǒng)可以為帶有可移動裝置的圖像采集設(shè)備，以從不同投影采集對象的圖像數(shù)據(jù)。
[0067]帶有機(jī)動裝備的醫(yī)學(xué)檢查系統(tǒng)例如可以為在健康護(hù)理環(huán)境中的機(jī)器人，所述健康護(hù)理環(huán)境中具有可能會有未知移動的未知對象。沒有根據(jù)本發(fā)明的醫(yī)學(xué)安全系統(tǒng)，這將很可能導(dǎo)致碰撞。
[0068]作為另外的范例，帶有機(jī)動裝備的醫(yī)學(xué)系統(tǒng)可以為手術(shù)室中與醫(yī)學(xué)介入有關(guān)的C型臂裝置或C形拱。所述C形拱可能與其他設(shè)備或與工作人員(例如做手術(shù)的醫(yī)生)碰撞。
[0069]根據(jù)本發(fā)明，提供，例如使用飛行時(shí)間照相機(jī)的醫(yī)學(xué)安全系統(tǒng)，以尋找所述機(jī)器人或所述C形拱可以在其中移動的自由空間。
[0070]飛行時(shí)間照相機(jī)可以給出被觀察場景的深度信息。通過在場景中使用多個(gè)飛行時(shí)間照相機(jī)，并且關(guān)聯(lián)獲得的深度信息，可以重建所述場景中的自由空間，其最終可以被轉(zhuǎn)化成所述自由空間的3D模型。使用自由空間的位置的信息，可以做出在被觀察場景中機(jī)器人臂或C形拱的移動，而不與任意對象碰撞。飛行時(shí)間照相機(jī)還具有以下優(yōu)點(diǎn)，對其表面正被檢測的對象的結(jié)構(gòu)沒有限制，并且它們還以實(shí)時(shí)的方式工作。
[0071]另外的優(yōu)點(diǎn)在于，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)還提供移動中設(shè)備與固定設(shè)備之間的協(xié)作，所述固定設(shè)備與在所述場景中移動的，所述系統(tǒng)的可移動部件或機(jī)動裝備相聯(lián)系，以及還與用戶相聯(lián)系。移動速度也不受限，如在帶有，例如電容式傳感器或壓力傳感器的情況中。
[0072]提供對自由空間(并且不是以對象結(jié)構(gòu)形式的完整3D環(huán)境)的檢測也限制了檢測可移動部件的路徑是否安全所需要的數(shù)據(jù)的量。同樣，也有可能從某種中心點(diǎn)開始，并且檢測在該店周圍是否有自由空間。在其中不能以充分方式(即以足夠高的概率)獲得精確信息(例如深度信息)的情況中，有可能簡單地忽略該空間，并且限定僅針對在其中深度信息明確限定自由空間實(shí)際可獲得的那些區(qū)域，明確限定所述自由空間。因此，在不確定的情況中，不需要做出任何假設(shè)，而是略過該特定空間以保證其安全。
[0073]在針對飛行時(shí)間照相機(jī)使用紅外光的情況中，所述系統(tǒng)獨(dú)立于光條件而運(yùn)行。進(jìn)一步，由于飛行時(shí)間照相機(jī)能夠捕獲每秒至少25幀的深度，故有可能提供實(shí)時(shí)3D重建。
[0074]另外的優(yōu)點(diǎn)在于，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，不需要對象信息；所述系統(tǒng)不特別需要有關(guān)對象的體積的任何信息。
[0075]—個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)在于，可以引入新的對象，而沒有任何提供通用適用性的問題。
[0076]由于所述傳感器可以被自由地布置在操作位點(diǎn)周圍，因而提供了相對于自由空間的檢測的大的可視范圍。以此，較大路徑距離的路徑規(guī)劃是可能的，因?yàn)椴僮鞑幌抻诶鐧C(jī)器人的視線。在有多個(gè)傳感器的情況中，所述系統(tǒng)能環(huán)視對象，并計(jì)算有效路徑，甚至是針對從機(jī)器人的視點(diǎn)看在路徑開始時(shí)不可見的那些區(qū)域。
[0077]圖7示出了用于(例如)針對醫(yī)院中的手術(shù)室的檢查系統(tǒng)90的范例。所述機(jī)動功能系統(tǒng)為帶有可移動裝置94的圖像采集裝置92，以從不同投影采集對象96 (例如患者)的圖像數(shù)據(jù)。圖像采集裝置92包括帶有X射線源100和X射線探測器102的C型臂結(jié)構(gòu)98，X射線源100和X射線探測器102被布置在所述C型臂結(jié)構(gòu)的相對兩端上。所述C型臂結(jié)構(gòu)的移動可能性限于3D自由空間模型32，其未在圖7中進(jìn)一步示出。
[0078]此外，患者檢查臺104被示為支撐感興趣的對象96。再者,顯示裝置106被示為在檢查臺104以及照明設(shè)備108附近。此外，在前景中指示了用于控制檢查系統(tǒng)90的具有顯示和接口設(shè)備的控制站110，。
[0079]此外，提供了根據(jù)上述范例之一的醫(yī)學(xué)安全系統(tǒng)，在所述醫(yī)學(xué)安全系統(tǒng)中，僅示出了被布置在檢查臺104上方和側(cè)邊的傳感器作為多個(gè)傳感器112。所述傳感器提供被觀察場景的至少一部分的深度信息?？梢砸耘c檢查系統(tǒng)90的控制站110集成的方式，提供所述檢測系統(tǒng)的所述處理單元。
[0080]例如，以固定布置的方式，在天花板的區(qū)域中的固定的點(diǎn)處，示出了用符號f指示的若干所述傳感器。此外，提供了用符號m指示，例如移動部分(例如C型臂或顯示裝置)上的可移動探測器。它們也提供深度信息，然而所述深度信息是與，例如由位置檢測系統(tǒng)提供的，它們在空間中的當(dāng)前情況組合的，所述位置檢測系統(tǒng)被以任意方式裝置，以提供關(guān)于所述C型臂結(jié)構(gòu)，或者也有所述顯示裝置的當(dāng)前狀態(tài)的信息。
[0081]一旦所述傳感器已檢測到足夠的深度信息，則如上文所述地生成3D自由空間模型，并然后將其提供到所述C型臂結(jié)構(gòu)。因此，所述C型臂結(jié)構(gòu)的移動可能性被限制到所述3D自由空間模型，以避免所述C型臂結(jié)構(gòu)與上述部件中的任一個(gè)的碰撞。
[0082]由于本創(chuàng)新的醫(yī)學(xué)安全系統(tǒng)，有可能在檢查臺104附近布置額外的設(shè)備。然后，在改變所述檢查臺周圍的所述設(shè)備或其他對象時(shí)，可以進(jìn)行更新，以得到更新的3D自由空間模型。其可以然后被用于確定用于圖像采集程序的所述C型臂結(jié)構(gòu)的移動路徑。
[0083]可以連續(xù)的或以預(yù)定時(shí)間間隔提供所述更新。也可以手動觸發(fā)所述更新。
[0084]在所述環(huán)境中已知可移動部件(例如機(jī)器人)的位置和取向，可以計(jì)算所述部件的未來移動。
[0085]所述3D自由空間模型可以被用于，例如確定空間中的移動路徑，例如在從患者96采集三維X射線圖像信息時(shí)。
[0086]額外地或備選地，所述3D自由空間模型也可以被用于(例如)由操作人員(例如外科醫(yī)生)，對所述C型臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行的自由移動，試著尋找患者的特定視圖。因此，用戶能以自由方式控制所述C型臂結(jié)構(gòu)的移動，然而，所述移動則自動地受限于為所述3D自由空間模型形式的可用空間。因此，為所述用戶提供了操作所述C型臂的便利方式，因?yàn)椴辉傩枰貏e地尋找可能的碰撞情形。相反，所述用戶能按照他或她的期望移動所述C型臂，由于將移動可能性限制到所生成的3D自由空間模型，因而確保了避免碰撞。
[0087]必須注意，如上文提及的，可以以硬件部件的形式，實(shí)際限制所述移動；或以軟件工具的形式，將相應(yīng)的移動命令限制為位于所述3D自由空間模型內(nèi)部，而提供對移動可能性的限制。
[0088]作為另外的選項(xiàng)，也有可能采用所述C型臂結(jié)構(gòu)或帶有可移動部件的任意其他成像模態(tài)的預(yù)計(jì)算的移動路徑，使得可調(diào)節(jié)路徑則位于所述3D自由空間模型內(nèi)部。例如，這在的額外的醫(yī)學(xué)設(shè)備的情況中，可能是必須的，在計(jì)算初始移動路徑時(shí)沒有考慮到所述醫(yī)學(xué)設(shè)備。
[0089]必須注意，可以不再需要任意其他碰撞報(bào)警系統(tǒng)，例如傳感器。[0090]圖8示意性地描述了用于在動態(tài)3D健康護(hù)理環(huán)境中提供安全移動的方法200。提供以下步驟:在第一提供步驟210中，提供被觀察場景的至少部分的深度信息212。接下來，在關(guān)聯(lián)步驟214中，關(guān)聯(lián)所述深度信息。然后，在生成步驟216中，生成3D自由空間模型218。進(jìn)一步，在第二提供步驟220中，提供3D自由空間模型218。注意上文中，3D自由空間模型218也已用附圖標(biāo)記32指示。
[0091]必須注意，第一提供步驟210也被稱作步驟a)，關(guān)聯(lián)步驟214也被稱作步驟b)，生成步驟216也被稱作步驟d)，并且第二提供步驟220也被稱作步驟d)。
[0092]3D自由空間模型218可以被提供到可移動裝置，并且所述可移動裝置可以然后在所述3D自由空間模型中自由移動。
[0093]根據(jù)圖9中所示的示范性實(shí)施例，在步驟d)之后，提供步驟e)作為計(jì)算步驟222，其中，計(jì)算要被定位在3D自由空間模型218內(nèi)部的可移動裝置的移動路徑224。移動路徑224可以是，例如圖5中的移動路徑66。
[0094]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的另外的示范性實(shí)施例，其中，深度信息被提供為時(shí)間深度信息212t，其中，用附圖標(biāo)記210t指示所述提供步驟。例如，通過時(shí)間提供子步驟228提供時(shí)間信號226。例如，時(shí)間信號226可以被直接提供到第一提供步驟210t，用直線形式的第一提供箭頭230指示。然而，額外地或備選地，也有可能還將時(shí)間信號226提供到生成步驟C)，如用曲線第二提供箭頭232所指示。
[0095]因此，步驟b)包括所述時(shí)間深度信息的關(guān)聯(lián)，這就是為什么用附圖標(biāo)記214t指示所述關(guān)聯(lián)步驟。
[0096]在步驟c)中，生成4D自由空間模型234，即步驟c)為時(shí)間生成步驟236。然后在提供步驟，被稱作提供步驟220t中，提供所述4D自由空間模型234。
[0097]注意，在提供時(shí)間信息226，或時(shí)間信號的情況中，僅在步驟C)，即生成步驟236中。上文提及的步驟a)和b)當(dāng)然被稱作提供步驟210和關(guān)聯(lián)步驟214，即沒有符號t。
[0098]必須注意，可以以不同的方式組合方法的上述示范性實(shí)施例。
[0099]術(shù)語“健康護(hù)理”涉及在其中提供醫(yī)學(xué)檢查、醫(yī)學(xué)處置、醫(yī)學(xué)介入等等的所有領(lǐng)域，例如在醫(yī)院、醫(yī)生實(shí)踐等等中。健康護(hù)理也涉及對損傷、疾病或不適的診斷以及處置和預(yù)防。術(shù)語“醫(yī)學(xué)”限定了與醫(yī)藥領(lǐng)域的關(guān)系。
[0100]在本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例中，提供一種計(jì)算機(jī)程序或計(jì)算機(jī)程序單元，其特征為適于在合適的系統(tǒng)上，運(yùn)行根據(jù)前述實(shí)施例之一的方法的方法步驟。
[0101]所述計(jì)算機(jī)程序單元因此可以被存儲在計(jì)算機(jī)單元上，其也可以為本發(fā)明的實(shí)施例的部分。該計(jì)算單元可以適于執(zhí)行或引起執(zhí)行上述方法的步驟。此外，其可以適于操作上述裝置的部件。所述計(jì)算單元可以適于自動操作和/或運(yùn)行用戶的命令。計(jì)算機(jī)程序可以被載入到數(shù)據(jù)處理器的工作存儲器中。所述數(shù)據(jù)處理器可以因此被裝備為執(zhí)行本發(fā)明的方法。
[0102]本發(fā)明的該示范性實(shí)施例覆蓋了從一開始就使用本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序和借助于更新將現(xiàn)有程序轉(zhuǎn)為應(yīng)用本發(fā)明的程序的計(jì)算機(jī)程序兩者。
[0103]進(jìn)一步，所述計(jì)算機(jī)程序單元可以能夠提供所有必要的步驟，以完成如上所述的方法的示范性實(shí)施例的流程。
[0104]根據(jù)本發(fā)明另外的示范性實(shí)施例，提供計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，例如CD-ROM，其中，所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)具有存儲于其上的計(jì)算機(jī)程序單元，所述計(jì)算機(jī)程序單元由前述段落描述。
[0105]計(jì)算機(jī)程序可以被存儲和/或分布在合適的介質(zhì)上，例如與其他硬件一起供應(yīng)或作為其他硬件的部分供應(yīng)的光學(xué)存儲介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)，但也可以以其他形式分布，例如經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)或其他有線或無線通信系統(tǒng)。
[0106]然而，所述計(jì)算機(jī)程序也可以被提供在網(wǎng)絡(luò)上，例如萬維網(wǎng)，并且可以從這樣的網(wǎng)絡(luò)被下載到數(shù)據(jù)處理器的工作存儲器中。根據(jù)本發(fā)明另外的示范性實(shí)施例，提供用于制作可用于下載的計(jì)算機(jī)程序單元的介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)程序單元被布置為執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的前述實(shí)施例之一的方法。
[0107]必須注意，本發(fā)明的實(shí)施例是參考不同的主題描述的。具體地，一些實(shí)施例參考方法型權(quán)利要求進(jìn)行描述，而其他實(shí)施例參考設(shè)備型權(quán)利要求進(jìn)行描述。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將從以上及以下的描述獲悉，除非另外指出，除了屬于一種類型主題的特征的任意組合以外，涉及不同主題的特征之間的任意組合也被認(rèn)為被申請公開。然而，提供大于所述特征的簡單加和的協(xié)同效應(yīng)的所有特征均可以被組合。
[0108]盡管已在附圖和前文的描述中圖示并描述了本發(fā)明，但是這種圖示和描述應(yīng)被認(rèn)為是示例性的或示范性的而非限制性的。本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員在時(shí)間要求保護(hù)的本發(fā)明時(shí)，根據(jù)對附圖、公開內(nèi)容以及權(quán)利要求的研究，可以理解并實(shí)現(xiàn)對所公開實(shí)施例的其他變型。
[0109]在權(quán)利要求中，詞語“包括”不排除其他元件或步驟，并且定語“一”或“一個(gè)”不排除復(fù)數(shù)。單個(gè)處理器或其他單元可以完成權(quán)利要求中記載的幾個(gè)項(xiàng)目的功能。盡管互不相同的從屬權(quán)利要求中記載了特定措施，但是這并不指示不能有利地組合這些措施。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記均不應(yīng)被解釋為對范圍的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種用于動態(tài)3D健康護(hù)理環(huán)境的醫(yī)學(xué)安全系統(tǒng)(10)，包括: -檢測系統(tǒng)(12); -處理單元(14);以及 -接口單元(16)； 其中，所述檢測系統(tǒng)包括至少一個(gè)傳感器裝置(18)，所述傳感器裝置適于提供被觀察場景(22)的至少一部分的深度信息； 其中，所述處理單元包括關(guān)聯(lián)單元(24)，所述關(guān)聯(lián)單元適于關(guān)聯(lián)所述深度信息； 其中，所述處理單元包括生成單元(26)，所述生成單元適于生成3D自由空間模型(32);并且 其中，所述接口單元適于提供所述3D自由空間模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)學(xué)安全系統(tǒng)，其中，所述檢測系統(tǒng)包括至少一個(gè)作為傳感器裝置的飛行時(shí)間照相機(jī)(34 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的醫(yī)學(xué)安全系統(tǒng)，其中，所述檢測系統(tǒng)包括以如下方式放置的多個(gè)(50)傳感器(52):使得對象能夠由多個(gè)傳感器從多個(gè)角度看到。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3中任一項(xiàng)所述的醫(yī)學(xué)安全系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述傳感器是以能夠移動的方式安裝(58)的；并且其中，至少一個(gè)所述傳感器的所述移動被檢測(60)，并且其中，所述深度信息根據(jù)所檢測的傳感器位置調(diào)整?！?br> 5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的醫(yī)學(xué)安全系統(tǒng)，其中，所述處理單元適于計(jì)算移動裝置的移動路徑(66)，該移動路徑定位于所述3D自由空間模型(32)內(nèi)部。
6.一種帶有機(jī)動裝備的醫(yī)學(xué)檢查系統(tǒng)(80)，包括: -機(jī)動功能系統(tǒng)(82);以及 -根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)的醫(yī)學(xué)安全系統(tǒng)(10)； 其中，所述機(jī)動功能系統(tǒng)包括可移動裝置(84)，以執(zhí)行至少一個(gè)任務(wù)； 其中，可調(diào)節(jié)移動限制設(shè)備(86)被提供，所述可調(diào)節(jié)移動限制設(shè)備適于將所述裝置的移動限制為在由所述安全系統(tǒng)提供的所述3D自由空間模型內(nèi)部的移動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的醫(yī)學(xué)檢查系統(tǒng)，其中，所述機(jī)動功能系統(tǒng)是帶有可移動裝置(94)的圖像采集裝置(92)，以從不同投影采集對象(96)的圖像數(shù)據(jù)；并且其中，所述圖像采集裝置包括帶有X射線源(100)和X射線探測器(102)的可移動C型臂結(jié)構(gòu)(98)，所述X射線源(100)和所述X射線探測器(102)被布置在所述C型臂結(jié)構(gòu)的相對兩端上；其中，所述C型臂結(jié)構(gòu)的移動可能性被限制到所述3D自由空間模型。
8.一種用于在動態(tài)3D健康護(hù)理環(huán)境中提供安全移動的方法(200)，包括以下步驟: a)提供(210)被觀察場景的至少一部分的深度信息(212)； b)關(guān)聯(lián)(214)所述深度信息； c)生成(216)3D自由空間模型(218);并且 d)提供(220)所述3D自由空間模型。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述3D自由空間模型被提供到帶有機(jī)動裝備的醫(yī)學(xué)檢查系統(tǒng)的可移動裝置，并且其中，所述可移動裝置能在所述3D自由空間模型內(nèi)自由移動。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其中，在步驟d)之后提供步驟e)，計(jì)算(222)要被定位在所述3D自由空間模型內(nèi)部的可移動裝置的移動路徑(224)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8、9和10中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述深度信息被提供(210t)作為時(shí)間深度信息(212t);并且其中，生成(236)并提供(220t)4D自由空間模型(234)。
12.一種用于控制根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的裝置的計(jì)算機(jī)程序單元，所述計(jì)算機(jī)程序單元在被處理單元運(yùn)行時(shí)，適于執(zhí)行如權(quán)利要求8至I中任一項(xiàng)所述的方法步驟。
13.一種存儲了如權(quán)利要求12所述的程序單元的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
【文檔編號】G06T17/00GK103582851SQ201280027727
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月6日
【發(fā)明者】I·W·J·哈默斯馬, J·J·德賴斯, M·J·H·登哈爾托赫, Y·莫爾萬, M·J·G·范德莫倫格拉夫特 申請人:皇家飛利浦有限公司