專利名稱：具有視覺反饋的對象定位的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及對象的精確定位，以及具體地，涉及ー種用于獲得有關對象定位的視覺反饋的系統和方法。
背景技術：
在過去幾十年間，放射治療和醫療診斷領域內已有了相當大的發展。外線束放射治療加速器、近距離放射治療和其他專業放射治療設備的性能已在迅速提高。放射線光束質量和適應性出現的發展已包括新的靶和濾波器、改進型加速器、通過新施源器、準直儀和掃描系統的光束成形的改善的靈活性、以及光束補償技術，且已引入了改進型計量和幾何治療驗證方法。
此外，已開發了許多強大的三維診斷技術，范圍從計算機斷層掃描(CT)、正電子和單光子發射計算機斷層掃描(PET和SPECT)到超聲及磁共振成像和磁共振光譜(MRI和MRS)。同樣重要的是，増加了對腫瘤和正常組織分餾均勻和非均勻用藥劑量的生物效應以及新檢測技術的了解，包括有效細胞倍增時間和單個組織敏感性的確定，允許復雜形狀和早期階段的腫瘤的用藥劑量的最佳化。如今，放射治療和診斷領域中的主要問題在于在放射治療或診斷之前對病人床(couch)上的患者的精確定位，以實現對待治療或者診斷的患者身體部位的正確定位。美國專利第2005/0283068號公開了用于MRI系統的移動跟蹤器。包括紅外(IR)反射器的結構機械附著至患者身體。IR掃描器將IR光投射到IR反射器上，以及攝像機被配置為實時監視IR反射器的移動。在MRI掃描之前以及掃描期間均可獲得多達六維的反饋信息。該反饋信息顯示在患者或醫務人員的顯示屏上，以試圖基于該反饋信息來重定位preposition;患者。美國專利第2005/0283068號的系統以及類似的現有技術的患者定位系統的缺陷在干，定義應如何重定位患者身體的反饋信息顯示在顯示屏上。該顯示屏一般必須配置在離開放射系統的距離，以在無任何碰到顯示屏的風險的情況下，允許龍門具有足夠空間在患者周圍安全旋轉。然而，顯示屏相對于患者所躺的床的這ー遠程配置使站在床和患者旁邊的醫務人員在觀看遠程顯示屏的同時正確重定位患者變得非常麻煩。
發明內容
本文所公開的實施方式解決了現有技術配置的這ー問題和其它問題。總的目的是提供ー種在人員正操作的區域附近顯示重定位反饋信息的定位系統和方法。具體目的是提供一種將重定位反饋信息投射到與床相連接的表面上的定位系統和方法。這些和其它目的通過本文所公開實施方式來滿足。簡要地，ー種定位系統包括圖形投射器，其被配置為將ニ維(2D)或三維(3D)圖形投射到置于床上的對象(諸如患者)的表面上。響應所投射的2D/3D圖形的至少ー個檢測器或攝像機產生表示在對象表面上檢測到的2D/3D圖形的檢測信號。該檢測信號由圖形分析電路處理，圖形分析電路被配置為基于該檢測信號，產生對象表面的至少一部分的表面表征(surface representation)。校正分析電路將所產生的表面表征與所存儲的基準表面表征相比較，以產生校正信號。該校正信號表不表面表征相對于基準表面表征的位置和/或姿勢的差異。校正信號還被用于產生表示位置和/或姿勢差異的信息。該信息被光投射器投射到對象表面或床的另ー表面上。因此，所投射信息對于正在重定位對象以達到由基準表面表征定義的目標位置和姿勢的人員直接可用。從而，無需可能與附近器械的任何旋轉部件(諸如，放射龍門、外科手術或裝配機械臂等)相碰撞的遠程顯示屏，以視覺上傳達人員確定達到目標位置和/或姿勢必需的對象重定位所需的信息。ー個方面涉及ー種對象定位方法，且包括將2D/3D圖形投射到置于床上的對象表面上。產生表示在對象表面上檢測到的2D/3D圖形的檢測信號，且該檢測信號被用于產 生對象表面的表面表征。將該表面表征與基準表征相比較，以基于該比較產生表不對象位置/姿勢相對于所確定的目標位置/姿勢的差異的校正信號。該校正信號被用于產生投射到對象表面上的信息，從而視覺上傳達定義該位置和/或姿勢差異的信息。
本發明與其更多目的和優勢一起可通過參照結合附圖的以下描述而被最好地理解。圖I是配備有根據ー種實施方式的定位系統的放射龍門的示意性總體圖；圖2示出了定位系統的投射器和檢測器的實施方式；圖3示出了定位系統的投射器和檢測器的另ー實施方式；圖4是定位系統的數據處理単元的示意性框圖；圖5示意性示出了為確定三維表面表征的目的而投射的結構光；圖6示意性示出了根據實施方式可使用的支持數字光投射的原理；圖7是配備有根據另ー實施方式的定位系統的放射龍門的示意性總體圖；圖8是圖7的放射龍門在工作期間的示意性總體圖；圖9是與圖7和圖8的放射龍門相關聯而采用的投射和檢測配置的示圖；圖10示出了根據ー種實施方式的差異信息的投射；圖11從另一角度示出了圖10的差異信息的投射；以及圖12是示出根據ー種實施方式的對象定位方法的流程圖。
具體實施例方式遍及所有附圖，相同的附圖標記被用于類似或相應的元件。這些實施方式總體上涉及ー種用于確定對象位置并投射表示所確定位置和目標位置的差異的視覺信息的非接觸方法和系統。這些實施方式用于醫療領域內很有優勢，且具體地，當為了對患者進行診斷成像、放射治療或機器人手術而定位床上的患者(諸如獸醫應用中的動物患者或人患者)時。在這些應用中，實現有效診斷或治療的關鍵在于將患者在床上正確定位。在這些應用中，不僅動物患者且人患者也受益于精確定位。常見做法是將不同對象排列成接近床上的患者。例如，為將患者固定于給定姿勢，床上可存在固定設備。該固定設備的實例包括靠墊，該靠墊包括充氣墊、支撐結構等。一般地，在患者被置于床上之前，這些裝置應被放置并正確定位。本領域眾所周知，在這些醫療應用中，相對所定義坐標系來確定患者位置以及可選地，固定設備的位置。在坐標系中確定的患者/設備位置隨后可與坐標系中的相應基準位置比較，以確定需要患者或設備重定位的任何差異。為更好地理解關于正確定位的需求，以放射治療過程的簡要介紹開始可能是有助的。一般地，放射治療過程的第一步是執行診斷處理或者診斷。采用不同診斷器械來定位腫瘤及相鄰組織和器官。該診斷解剖信息被用于盡可能精確地確認患者體內腫瘤的準確位置，并檢測在隨后的放射治療處理中可能受放射線光束影響或者應當避免放射線光束的任何器官或組織。通常可建議使用來自不同診斷器械的解剖信息，因為不同成像技術給 出了不同解剖信息。例如，CT擅長獲得密度信息，以及MRI擅長檢索有關骨結構附近的軟組織(諸如中樞神經系統)的解剖信息。因此，來自不同診斷器械的信息彼此互補，且應當一同給出靶區及周圍組織的充足圖像。診斷器械中收集的診斷信息一般相對于坐標系來定義。若使用多個不同診斷器械，則重要的是擁有可定義來自不同診斷器械的診斷和解剖信息的共用坐標系。因此，與每個醫療器械相關地確定患者位置，以及可使用診斷器械的坐標系與定位系統的坐標系之間的已知變換來定義定位系統的坐標系中的診斷信息，該定位系統的坐標系隨后被用作共用坐標系。可替代地，使用從器械坐標系到共用坐標系的診斷信息的坐標的第一變換，以及從床坐標系到共用坐標系的患者的坐標的第二變換。在任ー情況下，診斷信息均可在相同坐標系中作為定位信息來共同表達。在隨后的診斷器械中，患者的位置和姿勢優選通過定位系統來確定，且與患者的相應基準位置和姿勢相比較，諸如與另ー診斷器械相關聯來確定。本文所公開的實施方式可被用于在這些情況下對患者的精確定位。基于所測量的解剖信息，執行治療或劑量規劃過程。在治療規劃中，目標通常是實現靶區中的所需劑量；均勻分配靶區中的劑量；避免周圍組織和器官中以及危險器官中的高劑量；以及限制患者接收到的總劑量。為實現這些目標，研究測量到的解剖信息，以定義靶區并識別危險器官。其后，指定關于靶區的劑量處方和危險器官的耐受水平。此外，為具體治療選擇放射模式和治療技木。考慮當前解剖信息，在確定了治療技術之后，選擇并優化光束入口(源)數量和光束入射方向。同樣，基于實際患者信息來選擇并優化光束準直、光束強度分布、分懼時間表等。一旦優化了這些參數，便計算患者體內的劑量分布，以及若它滿足總體目標，則構成了治療或劑量方案。治療方案應當包括關于實際放射治療處理的所有相關信息，諸如從治療規劃和放射治療器械的當前配置及其設置中所選擇的以及優化的參數。在實際放射治療處理之前，可執行可選擇的治療模擬以測試和驗證治療方案。在模擬程序中，使用根據治療方案的設置和設備。經常使用入口圖像(即，基于治療光束自身的圖像)來驗證治療并監視其可重復性。此外，例如，可使用體內劑量或相關技術來檢查靶區和/或相鄰組織(優選危險器官)中所投放的放射劑量。若所測量數據對應于治療方案中的所計算數據，則可啟動實際放射治療處理。然而，若檢測到所測量數據與所計算數據之間的某些差異，且該差異超過了安全閾值，則必須執行治療方案的改變。這ー改變在某些情況下可以是簡單的參數重設，但也可以是治療方案的較大改變，諸如利用來自新診斷測量的更多解剖信息來完成治療規劃過程。無論何種方式，均確定了新治療方案，該新治療方案可在可選擇的新治療模擬中測試和驗證。隨后利用該治療方案中指定的設備、配置和設置來執行放射治療處理。極為重要的是，基于該治療方案在放射治療器械中精確定位患者。僅幾毫米的錯位都可能導致對相鄰組織和器官的損傷，且使該治療無效。本文所公開的實施方式可被有利地用于根據治療方案中定義的基準位置來定位患者。一旦定位就緒，光束即根據治療方案來照射患者，以在靶區中投放所計算的劑量。雖然，已針對單一治療情況描述了上述部分中的放射治療處理，但實際劑量投放 最常見地分成若干(通常20-30)餾分。這意味著，總放射治療處理通常延續幾天、幾星期或者在某些情況下甚至幾個月的時間。這意味著，患者精確定位的問題存在于每個這種放射情況。在各治療情況之后，跟進或治療監視評估到目前為止所執行的放射治療，可能導致在下一治療階段之前改變治療方案，類似于上述所討論的模擬程序。此外，可利用不同的治療器械。例如，在ー個治療場合，使用高能放射治療器械，然而，在下個場合，利用適于治愈性放射治療的放射治療器械來進行治療。在這種情況下，也可使用不使用治愈性、緩解治療或手術放射的醫療器械。典型實例是需要患者精確定位的不同手術設備和器具，諸如包括手術機器人的設備。根據實施方式,優選結合相對于共用整體坐標系的醫療器械來確定患者的表面表征。對于診斷器械，這意味著，結合患者解剖信息的測量來測定該表征。在包括治療模擬機的放射治療器械中，在實際劑量投放之前、期間和/或之后，從光束源測量表面表征。下文中，將參照附圖更詳細地描述這些實施方式，附圖示出了結合用于將治療放射線光束施加于人患者的放射系統而配置的定位系統。然而，這應當僅被看作說明性實例應用。一般地，定位系統可被用于對于將對象(諸如人或動物患者、固定設備等)在床上定位是至關重要的任何應用中。這意味著，在機器人被用于將不同部件連接成裝配體的制造エ業中，也可從本文所公開的定位系統中受益。在該情況下，將對象定位其上的床應當廣義地被解釋為包括承載待正確定位的相關對象的任何結構。圖I是具有放射治療器械I的治療室的示意性總體圖，放射治療器械I具有用于將放射線光束15導向躺在床20的臺頂面25上的患者30的靶區35 (諸如癌腫瘤)中。定位系統用于確定和控制床20上患者30的位置，以實現靶區35相對于放射線光束15的精確和正確定位，從而滿足之前確定的治療方案的需求。定位系統包括在圖2和圖3中更清晰看到的圖形投射器70。該圖形投射器70被配置為將ニ維或三維(2D或3D)圖形45投射到對象30 (這里指置于床20上的患者30)表面上。定位系統的檢測器80或多個檢測器80、85響應所投射的2D或3D圖形45。至少ー個檢測器80、85還被配置為產生表征所檢測到的患者30表面上的2D或3D圖形45的檢測信號。來自檢測器80、85的檢測信號被轉發至圖4所示的圖形分析電路110。圖形分析電路110被配置為基于檢測信號產生患者30表面的至少一部分的表面表征,諸如2D或3D表面表征。因此，圖形分析電路110能基于投射到患者表面上或者由檢測器80、85檢測到的2D或3D圖形來確定患者30表面的至少一部分的坐標。有關患者表面的坐標優選在與定位系統相關聯的坐標系中表達，或者可變換或映射成共用坐標系中的相應坐標。在該情況下，圖形分析電路110優選具有對所需坐標變換的訪問,所需坐標變換之前已確定并存儲在所連接的數據存儲器120中。基于對投射到對象表面上的2D或3D圖形的檢測來確定表面表征在本領域中已知。一般地，可根據各種已知測量方法來進行這一表面測量和數據收集。然而，這些方法通常會產生3D表面的基于點的表征，諸如點云形式。在配準期間，當要匹配兩個表面表征時，采用了不同表征形式或算法，諸如基于特征的技術、基于點的技術、基于模型的技術和基于全局形狀的技木。因此，數據收集(即，測量)和配準(即，匹配)通常在兩個單獨步驟中進行。 簡言之，基于特征的技術試圖將表面形態表達為ー組特征，該組特征通過預處理步驟來提取。這些特征提供了表面形狀的緊湊描述，盡管以丟失信息為代價。用于表面配準的特征一般分為三類點特征、曲線和區。點特征是重要幾何意義的突出、局域優化稀疏位點。第二類型特征對應于連續直線或曲線，通常由諸如區域之間的隆起或邊界的差異結構組成。反過來，區域是處理某個同質特性(諸如一致曲率符號)的區。基于點的技術基于保持一致的相對密集的點集來配準表面,其中，這些點集構成了可用表面點樣本的全部或重要子集。基于模型的技術包括根據某個基于物理或表面演變的表達，采用原圖像數據將經由區序列跟蹤的一個區或表面中的表面標識表達為調和表面的可能形狀和/或動態行為的模型。上述基于特征、點和模型的技術可廣義地描述為依賴用于配準表面的局部信息。基于全局形狀的技術與基于全局表面幾何的配準表面形成鮮明對比。該技術的實例包括旋轉圖表征和基于特征形狀或外觀的方法。醫學圖像分析2000年9月第4卷第3期201-217頁提供了對可用于產生根據實施方式的表面表征的不同表面配準技術的回顧。該醫學圖像分析文章在公開如上簡述可如何確定表面表征方面的教導通過引用完全結合于此。表面表征與基準表面表征之間的匹配結果將作為本文所定義的校正信號。在具體實施方式
中，校正分析電路還被配置為將該匹配結果(即，校正信號)應用于可變形體積模型。在該情況下，可以確定患者表面上的任何移動將對患者體內靶區位置具有什么影響。因此，分析電路基于可變形體積模型來確定由校正信號表示的表面移動可誘導的變形改變。所產生的變形改變的信息可存儲在存儲器中，或者作為給醫務人員的信息數據而投射到患者身體上。在2D圖形情況下,可使用患者30身體上某處的單輪廓線(contour line)45。由于當在縱向上從一端行進到相反一端時身體輪廓的改變，所以可以測量身體表面上幾乎任何地方的唯一的輪廓線。然而，為得到更精確的表征，可替代地使用3D圖形45。在該情況下，3D圖形可投射到整個身體表面或者其所選擇的合適部分上，其中，越大的表面通常意味著越精確的表面表征。所產生的表面表征可以是身體的一部分的連續3D表面或者幾個分散的表面，該表面的相對空間關系已知。優選分散表面符合用于放射治療中的一些標準解剖基準點。這些點僅具有基本骨架上非常小的組織，且因此，即使皮膚繃緊也相當穩定。標準基準點例如包括髂骨上端邊緣和末梢邊緣、恥骨聯合上端點、肩胛骨末端點、鼻子上端點、髕骨上端點和下端點以及腓骨下端點。然而，可針對患者身體的任何合適部位產生2D或3D表面表征，且尤其是與腫瘤緊密相連的部位，例如通過測量直接在腫瘤位置上方的身體部分輪廓。圖形投射技術的實例包括基于光子的技木。例如，激光掃描裝置形式的圖形投射器70發出打在患者30表面的激光薄束40。身體上的亮線45被反射并由檢測器80、85來檢測。檢測到的亮線45的圖像被用于重構身體輪廓。圖像中每個點亮像素對應于一個已知向量。該向量與激光定義的表面相交的點為身體表面上的已知點。若現在掃描程序停止，則獲得患者30的2D表面表征。然而，若需要3D表面表征，則可使用幾個這種輪廓圖像，因為各圖像僅給出了單個輪廓。若激光源在各圖像檢測場合之間略微平移和/或旋轉，則檢測器80、85將捕獲一系列連續輪廓。 激光掃描技術一般被稱為三角技術，且其精度取決于許多因素，包括檢測器分辨率、激光掃描機制精度、掃描裝置與檢測器之間距離、掃描裝置和檢測器相對于共用坐標系的校準、激光線寬度以及激光打在身體表面上的角度。這些參數優選在實際測量之前選擇和/或優化。適用的合適激光掃描儀例如是來自瑞典的Latronix AB的商用激光掃描儀。可用于上述三角激光掃描的檢測器實例可以是不同種類的攝像機，諸如CCD (電荷耦合器件)攝像機和CMOS (互補金屬氧化物半導體)攝像機。可使用飛行時間激光掃描技術來取代使用發出激光薄束的三角激光掃描。在該技術中，脈沖點激光源在患者身體一部分上掃描，并發出脈沖激光點形式的激光。對于2D表征，激光源沿所確定的身體上的輪廓線掃描，然而對于3D表征，激光在一個或幾個預定身體表面上掃描。檢測器檢測患者身體表面反射的脈沖激光點。基于這一所檢測到的數據，使用已知成像算法，獲得患者表面的2D或3D表面表征。第三可行的激光掃描技術是基于干涉的成像過程。在該技術中，來自激光源的激光束被分成兩個不同光束，第一光束被導向患者，其中，它被反射并由檢測器檢測，然而第ニ光束被導向檢測器。在檢測器中，患者被描繪為亮暗干涉帶圖形。該技術具有以復雜成像處理為代價的非常高的分辨率。數據存儲器120優選也被配置為存儲患者30表面的至少一部分的基準表面表征。例如，該基準表面表征可構成之前已為具體患者30產生的治療方案的一部分。基準表面表征可與另ー醫療器械(諸如診斷器械)相關聯記錄，或者在治療模擬期間記錄。可替代地，基準表面表征在相同器械處產生，而不是在之前定位場合產生。在該情況下，基準表面表征優選是由圖形分析電路110基于來自與(另一)醫療器械相關聯而配置的檢測器80、85的檢測信號而產生的患者30表面的至少一部分的表面表征。因此，在優選實施中，與提供的診斷信息、進行的治療模擬和提供的放射治療相關聯而采用的各醫療器械優選配備有或者具有對各圖形投射器70和檢測器80、85的訪問，以允許與醫療器械I相關聯而產生患者30的表面表征。
實際可以具有基準表面表征，該基準表面表征不基于任何圖形檢測來記錄。鮮明對比地，基準表面表征可以是“虛擬”或計算機生成的表面表征。例如，身體或器官圖在診斷領域內越來越常用。該圖是包括人體或其一部分的解剖信息的數據庫或數據銀行。這種圖可由從不同患者收集的幾個不同診斷測量發展而來。換言之，該圖通常是一般人的表征，優選包括所有主要器官和組織、骨骼和神經系統。基準表面表征隨后可對應于從該圖獲得的表征，可以遵循用于調節圖本體的大小等的修改來對應于具體患者身體30。校正分析電路130被配置為基于圖形分析電路110產生的表面表征和來自數據存儲器120的基準表面表征來產生校正信號。該校正信號表不表面表征相對于基準表面表征的位置和姿勢中的至少ー個的差異。因此，校正信號指示患者30應當如何移動(諸如平移和/或旋轉)，以達到如基準表面表征定義的目標位置。此外或可替代地，校正信號可指示單個身體部位相對于由基準表面表征定義的患者30的目標姿勢的姿勢差異。定位系統還包括光投射器70、75，光投射器70、75響應來自校正分析電路130的 校正信號。光投射器70、75將表示位置和/或姿勢差異的信息55投射到患者30和/或床20的表面上。因此，投射信息55提供了患者30的當前位置和/或姿勢相對于目標位置和/或姿勢的信息。投射信息55可被視為定義了應如何重定位患者30以達到目標位置和/或姿勢的指令。這意味著，投射信息55定義了當前位置和/或姿勢與目標位置和/或姿勢之間的差異。與現有技術解決方案形成鮮明對比，表示差異的信息55直接投射到患者身體30上，或者可選擇地，床20的某個其他表面上，從而對于靠近床20和患者30工作的醫務人員視覺可用。這意味著，為確定應如何重定位患者30所需的信息55對于靠近他們站立的位置的人員直接可用。在優選實施方式中，信息55投射到患者身體30上,如圖I示意性示出。例如,在人患者30的情況下，信息55可投射到患者30的胃和/或胸，因為這些身體部位提供了良好適用于信息55的顯示的比較大且平坦的部分。若相反患者趴在肚子上，則信息55可有利地投射在患者30的背部某處。信息55向患者身體30上的投射尤其適用干與表示患者30的姿勢相對于目標姿勢的差異的信息55相關聯，這在本文中將進ー步描述。作為將信息55投射到患者表面上的替代或補充，光投射器70、75可被配置為將信息55投射到床20的表面上。在該情況下，這ー表面優選是當站在患者30和床20旁邊時醫務人員視覺上可獲得的床20的預定表面部分。當重定位患者30吋，人員隨后可直接觀看床20的這一部分，而不必像現有技術那樣觀看遠程顯示屏。在具體實施方式
中，校正分析電路130被配置為產生表表面表征到由基準表面表征定義的目標位置的剛體平移的校正信號。因此，在該實施方式中，由圖形分析電路110確定的表面表征被用于定義患者30的至少一部分的剛體表征。隨后確定該剛體表征相對于由基準表面表征定義的基準剛體表征的相應坐標的坐標。匹配表面表征(諸如剛體表征)在現有技術中眾所周知，且例如在上述醫學圖像分析文章中已公開。校正分析電路130隨后產生校正信號，該校正信號被轉發至光投射器70、75用于投射定義患者30的平移以達到目標位置的信息55。該平移定義信息55優選是指笛卡爾坐標系中患者30的平移。例如，坐標系的第一軸可對應于患者30相對于目標位置的高度調節。第二坐標軸對應于患者30沿患者30的縱軸或前后軸的縱向調節。第三和最后坐標軸對應于患者30沿橫軸、水平軸、緯度軸或左右軸的橫向調節。在優選實施方式中，床20包括可移動臺頂面25，待重定位的患者30或其它對象躺到該臺頂面25上。臺頂面25隨后可沿其縱軸(根據上文對應于第二坐標軸)或橫軸(根據上文對應于第三坐標軸)相對于床20的基本単元移動。此外，臺頂面25相對于地面的高度可在基本単元中有利地調節。在第一實施方式中，臺頂面25可由醫務人員手動操作，例如，通過沿基本単元中的軌道推動臺頂面。投射到患者身體30上的信息55隨后提供了應移動臺頂面多少以及在什么方向(縱向、橫向和/或上/下)上移動以使患者30位于期望目標位置中的指令。在可替代的實施方式中，床20包括電機和電機控制，該電機控制操作電機，從而相對于基本単元沿縱向和/或橫向移動臺頂面25和/或調節臺頂面25以及其上的患者30的高度。醫務人員隨后將站在電機控制處，該電機控制可以操縱桿、按鈕或一些其他的用戶 輸入裝置22的形式實施，見圖7和圖8。在通常靠近床20的基本単元的位置處，醫務人員具有對所投射信息的視覺訪問，所投射信息告知人員應如何移動臺頂面25和患者30以進入目標位置。圖10和圖11示出了定義患者的平移移動的投射信息55的ー個實例。在該情況下，沿三個坐標軸的調節信息55顯示在患者30上，這里用5. 6mm的橫向調節、8. 3mm的縱向調節和7. 2mm的高度或垂直調節來表示。如圖所示，符號(加與減)可用于定義沿各軸的移動方向。此外，或者另外，投射信息55可包括箭頭，該箭頭示出了為從當前位置移動患者30到目標位置所需的調節方向。作為平移調節的替代或優選作為其補充，可基于來自校正分析電路130的校正信號來產生投射信息55，該校正信號表示所確定的表面表征以及由此的患者30到由基準表面表征定義的目標位置的剛體旋轉。該旋轉可繞著患者的背腹軸(即，垂直軸)。可替代地，患者的旋轉可繞著患者的前后軸(即，水平軸)。也可能為達到目標位置需要相對于這兩個旋轉軸的旋轉。在該情況下，投射信息55優選包括對這兩個旋轉調節的表示。圖10和圖11示出了該旋轉信息可如何通過投射以旋轉角度表示形式定義患者30的旋轉以達到目標位置的信息55來實施。圖中，患者30應繞垂直軸旋轉I度。類似于平移信息，符號可用于定義旋轉方向。可替代地，或者此外，旋轉方向的圖形表示可以半圓形箭頭的形式來顯示。圖7和圖8示出了床20可有利地連接至地面上的旋轉盤。該盤能使床20和患者30繞著盤中心的垂直軸旋轉。除了基于校正信號產生并將信息55投射到患者上之外，可選擇地，定位系統可包括床控制電路140。該床控制電路140基于校正信號產生床控制信號。床控制信號控制床20的電機，從而使床20的臺頂面25根據床控制信號而自動移動。因此，在本實施方式中，由于基于床控制信號而自動進行位置調節，所以所顯示的信息55可主要為提供信息的目的。然而，在實際應用中，可通過床控制信號來實現的自動移動的類型有些受限。這意味著，床控制信號可用于執行患者位置的自動、粗略的調節。醫務人員隨后基于投射信息55并使用用戶輸入裝置22來進行余下的對患者位置的精細調節。可投射到患者30或床表面上的剛體調節信息55可包括數值、圖形信息或其組合，如圖10和圖11所示。這提供了醫務人員可很容易理解的視覺吸引和信息數據顯示。定位系統也可采用校正分析電路130來實施，校正分析電路130被配置為產生表示患者30相對于由基準表面表征定義的目標姿勢的姿勢變形(posture deformation)的校正信號。與剛體調節相比，該姿勢變形的優勢在于可校正單個身體部位的姿勢。例如，存在于基于剛體表征定義的目標位置的患者30仍可具有身體30內的靶區35，由于姿勢未對齊，該靶區35與根據治療方案的期望位置有些未對齊。例如，若患者30的左肩與目標姿勢相比定位得太低，則與略微抬起肩來防止上軀干旋轉的情況相比，所產生的上軀干局部旋轉可使靶區35略微移動。通過剛體表征，不同身體部位的這種局部姿勢未對齊通常不能檢測或克服。因此，定位系統有利地還另外或可替換地處理姿勢變形，以及優選患者30的單個身體部位相對于目標姿勢的姿勢變形。因此，光投射器70、75在本實施方式中被配置為將定義姿勢變形的信息56投射到患者30或床表面上。在優選實施方式中，定義姿勢變形的信息56優選投射到基于表面表征和基準表面表征確定的未對齊的單個身體部位上。這意味著，光投射器70、75將姿勢變 形信息56直接投射到患者30的需要使其姿勢變形或改變以達到目標姿勢的部位上。該信息投射將高度信息化，且容易理解，從而正確識別患者30的姿勢應如何改變。有關姿勢變形的信息56可有利地作為圖形信息56的形式，如圖10和圖11所示。在該實例中，將光圖形56投射到需要略微移動以達到目標姿勢的身體部位(左上臂)上。第ー實施方式可包括光投射器70、75,光投射器70、75僅將光圖形56投射到相關身體部位上。在更詳細的實施方式中，通過定義應如何進行姿勢變形，所投射的光圖形56可另外攜帶更多信息。例如，所投射的光圖形56可以是不同顔色，以指示身體部位的當前姿勢多么接近目標姿勢。作為ー個實例，紅色可指示當前與目標姿勢之間相對很大的差異，黃色指示略微差異，而綠光指示已達到目標姿勢。在又ー實施方式中，所投射的圖形56的顔色不僅指示當前姿勢距離目標姿勢的多么遠，而且還指示身體部位應如何移動以達到目標姿勢。例如，紅色可指示身體部位的相對大的向上移動，黃色指示小的向上移動，藍色指示身體部位小的向下移動，以及紫色指示身體部位相對大的向下移動。作為該圖形信息的替代或作為其補充，投射信息56可包括數字和/或文字數據，以為醫務人員指示單個身體部位應如何移動以達到其目標姿勢。在優選實施方式中，定位系統可產生并投射表示患者位置和姿勢兩個差異的信息55、56，如圖10和圖11所示。這意味著，可使用投射信息55、56來確定和克服在平移、旋轉和姿勢未對齊方面的任何未對齊。定位系統可被配置為執行患者30的單表面表征確定，且產生例如與患者的設置相關聯的投射到患者30上的信息55、56。然而，通常優選執行患者30的更新表面表征確定，從而產生可投射到患者30上的更新信息55、56。在該情況下，醫務人員可使用最初的投射信息55、56來根據信息55、56重定位患者。此后，圖形投射器70再次投射由檢測器80、85檢測到的2D或3D圖形，以產生更新檢測信號。圖形分析電路110處理更新檢測信號以產生更新表面表征，更新表面表征通過校正分析電路130與基準表面表征相比較。通過校正分析電路130來產生表示所確定表面表征相對于基準表面表征的位置和/或姿勢當前差異的更新校正信號，并被用于通過光投射器70、75來投射更新信息55、56。醫務人員隨后可檢查是否需要任何其他的患者重定位或者是否已達到目標位置。在該實施方式中，定位系統被激活以基于由醫務人員的用戶輸入激活來執行位置/姿勢信息更新。這意味著，用戶必須觸發定位系統的激活。在可替代實施方式中，在測量會話期間，定位系統可連續或周期性激活。這意味著，定位系統實時或接近實時地確定當前患者位置和姿勢以及相對于目標位置和姿勢的差異。為了獲得實時、連續的表面測量，定位系統的采樣頻率優選在亞秒級范圍內。然而，在大多數實際近實時應用中，可從每隔一秒到每隔30秒進行采樣來確定更新表面表征和更新差異信息55、56。定位系統的圖形投射器70優選被配置為投射被動結構光或主動結構光形式的2D或3D圖形。例如，以將光40的窄2D帶投射到對象30表面上的形式的結構光產生了從其它角度看與圖形投射器70相比出現失真的照明線。因此，通過將檢測器80、85定位在相對于圖形投射器70空間上不同的位置處，所檢測到的失真照明線可用于表面形狀的準確的幾何形狀重建。為覆蓋對象表面的較大部分，例如，通過在表面上移動該線，圖形投射器70可將該光40的帶投射到不同表面部分上。在線的各位置處，檢測器80、85配準表面照射線，從而允許對3D表面表征的確定。更快速且更通用的方法不是投射2D圖形(帯)，而是投射由一次許多條紋45或任 意光柵組成的3D圖形，如圖5示意性所示。圖中，圖形投射器70將具有期望圖形45的光束投射到表面上，以及通過檢測器80來記錄所產生的失真圖形。投射光結構可以是規則結構，諸如交叉圖形、例如斑點或隨機圓圈或者條紋圖形。一般地，垂直于投射器/攝像機基線的圖形特征將提供比平行于該基線的特征更多的三角含義。因此，優選垂直方向上的條紋圖形。為了精確坐標獲取的主要任務，具有(在理想情況下)余弦形亮度(COS2強度)梯度的條紋圖形合適。通過利用強度梯度，獨立于實際像素光柵而進行三角化，且可以非常高的分辨率來測量距離。基于條紋圖形投射70的定位系統原理上只需要一個檢測器80 (諸如攝像機)以及一個圖形投射器70。關鍵參數是定義三角測量基線的對象距離、視野以及攝像機與投射器之間的角度。為全部部位數字化，需要來自多個角度的視角，可使用如圖2和圖3所示的優選定位于圖形投射器70各側上的兩個檢測器。設置于中心圖形投射器70兩側上，這些攝像機80、85 —次投射兩個圖像，從而加速進程，以及避免一個檢測器可能的不對稱性質。此外，多個(即，至少兩個)檢測器80、85的使用還允許全部或部分攝影操作(立體攝像機原理，但具有插入光禿表面中的偽特征)。定位系統可具有專用圖形投射器70和專用光投射器75，如圖3所示可替代地，同一投射器70可作為圖形投射器和光投射器兩者來工作，如圖2示意性所示。不論實施選擇，圖形投射器70或共用投射器優選投射2D或3D圖形45作為第一波長或波長間隔的光圖形。光投射器75或共用投射器隨后投射信息55、56作為與第一波長或第一波長間隔不同的第二波長間隔的第二波長的可見光。例如，光投射器70、75可將在可見光譜(S卩，約從380nm到750nm)內的可見光50的光束投射到患者上。盡管如前所述可優選利用投射信息55,56的不同顏色以及由此的不同波長，但也可利用可見光譜內的單波長或窄波長間隔。圖形投射器70隨后優選被配置為投射2D或3D圖形作為不可見光的光束40。例如，可由圖形投射器70使用在約IOnm至400nm范圍內的紫外(UV)光或在約700nm至3000nm范圍內的IR光。至少ー個檢測器80、85優選包括帶通濾波器，該帶通濾波器被配置為使由圖形投射器70投射的光40 (即，在第一波長間隔內)通過，但卻衰減由光投射器70、75投射的光50 (即，在第二波長間隔內)。該解決方案與連續或近連續表面測量相關聯尤為有利，因為圖形投射器70和光投射器70、75均可隨后同時激活，且檢測器80、85在由光投射器70、75投射信息55、56期間不必關閉。關于圖形投射器和光投射器兩者的共用投射器的優選實施是采用數字光處理(DLP)投射器。DLP投射器采用其上顯示光的移動微鏡和DLP芯片。DLP芯片不明顯吸收光，且因此允許極高的光強度。它還具有極為線性的灰度值再現，因為它通過脈沖長度調制來轉向。該DLP投射器可有利地與作為2D或3D圖形的結構光相關聯來使用。圖6示出了使用發光二極管(LED) 71作為光源的DLP投射器70的實施。實際上未如所述平坦，因為微鏡對角線傾斜。聚光透鏡72和略凹透鏡73將光導向DLP芯片74。DLP芯片74包括以半導體芯片或襯底的矩陣布置的極細小的鏡子，一般被稱為數字微鏡器件(DMD)。各透鏡表示所投射圖形中的ー個以上像素。從鏡子反射的光通過投射器透鏡76 ，以將光45導向患者30的表面上，其中，該光通過檢測器80來檢測。為提供待用于2D或3D圖形的光以及差異信息光，可使用能夠提供不同波長光的LED或其它光源71。可替代地，色環可設置在光源71與DLP芯片74之間以在不同顔色之間切換。在又一方法中，多個單獨光源71可用于產生不同顔色或光類型(可見光、UV或IR)。例如，光源71可以示LED或激光。也可以使用具有棱鏡的所謂三芯片DLP投射器來從光源71分光，并將各分光束導向其自身的DLP芯片，以及隨后重組且使光通過投射器透鏡76。與配置為用于數字光柵投影用途的圖形投射器70相關聯而采用的檢測器80、85優選具有至少與圖形投射器70 —祥好的攝像機分辨率。然而，由于所使用的連續灰度級梯度這一事實，對于更高分辨率沒有限制，檢測器和投射器分辨率以及甚至很高分辨率很大程度上彼此獨立。較高檢測器分辨率主要増加定位系統的橫向分辨率，這在許多應用中很重要，但也增加了噪聲且減少了景深。檢測器80、85可有利地以攝像機形式來實施，諸如GFM 的 MikroCAD。也有可以具有多個(S卩，至少兩個)圖形投射器。在該情況下，第一圖形投射器被設置成將第一 2D或3D圖形投射到對象(諸如，患者)上，然而第二圖形投射器將第二 2D或3D圖形投射到對象上。這自然能進ー步擴展為使用多于兩個圖形投射器的情況。在一種實施方式中，多個圖形投射器投射相同波長或波長間隔的光。可替代地，圖形投射器可使用不同波長或波長間隔。在該情況下，優選采用多個檢測器，使得多個檢測器中的至少ー個檢測器可檢測由第一圖形投射器投射的圖形，至少ー個檢測器可檢測由第二圖形投射器投射的圖形等。各檢測器可因此具有相應的帶通濾波器，該帶通濾波器被設計為使具有ー個圖形投射器的波長(間隔)的光通過，但阻止或抑制另ー圖形投射器的波長(間隔)。在具體實施方式
中，采用多個圖形投射器-檢測器對，其中，這種對的檢測器具有適于成對的圖形投射器的波長(間隔)的帶通濾波器。具有多個圖形投射器使得將2D或3D圖形從不同方向投射到對象上成為可能。與投射覆蓋對象表面的大部分的大圖形相比，通過具有多個投射器及相關聯的檢測器通常可更快速地進行所檢測到的投射圖形數據的收集、檢測信號的產生以及表面表征的產生。圖形投射器70和檢測器80、85優選一同置于共用機架或結構60上,如圖2和圖3所示。若定位系統中使用単獨的光投射器75，則光投射器75也可有利地置于機架60中，如圖3示意性所示。機架60優選設計為附著至室內天花板5，定位系統可在室內工作。這在圖I、圖7至圖9中示出。如果需要，投射器70、75和檢測器80、85的這ー配置能使比較大的視角形成，從而能獲取患者30的整個表面。大視角意味著身體部位遮擋其它身體表面部位的風險降低，從而具有對于有關患者表面的檢測器80、85的恒定視場。圖形分析電路110、校正分析電路130和可選床控制電路140可優選與數據存儲器120 —同在共用數據處理単元100中實施，如圖4所示。數據處理単元100可被實施為連接至定位系統的檢測器以及優選連接至投射器70、75以用于控制這些的計算機或其它數據處理単元。若定位系統與非生物對象(諸如，固定設備)相關聯使用，則這些単元可有利地各自包括視覺可檢測的識別標簽。例如，各對象可具有專用條形碼。這些條形碼或其它識別標簽優選被置于對象上，使得尤其在采用基于攝像機的檢測器80、85的情況下，可通過檢測器80、85來讀取或獲取該條形碼。檢測器80、85由此產生表示粘附至對象的所檢測到的條形碼或其它視覺上可檢測到的識別標簽的識別檢測信號。在該情況下，數據處理単元100 優選包括對象識別器150，為識別具體對象的目的，該對象識別器150處理所獲取的條形碼圖像(即，識別檢測信號)，并產生對象的標識符。盡管可訪問數據處理単元100，但數據處理單元100的存儲器120或遠程存儲器隨后可包括不同對象及其相應條形碼或識別標簽的信息。例如，存儲器120可存儲針對多個不同對象產生的基準表面表征。應用于具體對象的具體基準表面表征隨后可通過圖形分析電路110或數據處理単元110的專用表征識別器(圖4未示出)基于對象識別器150的輸出(即，所產生的標識符)來自動選擇。因此，存儲于存儲器120中的各基準表面表征與相關對象的標識符相關聯，且所存儲的標識符通過對象識別器150與由檢測器80、85獲取的條形碼或識別標簽相比較。條形碼和其他視覺可檢測的識別標簽自然也可與動物和人患者相關聯來使用，且不限于非生物對象。數據處理単元100優選可連接至用戶輸入160，諸如觸摸感應屏、鍵盤或鼠標，該用戶輸入160允許用戶輸入數據至數據處理単元100。所輸入的數據可以示基于定位系統來定位的動物或人對象的標識符。例如，患者30的社會保險號、個人代號或醫療機構分配給患者30的局部標識符均可以是這種標識符。在該情況下，存儲器120可存儲與多個不同患者30相關聯的基準表面表征。數據處理単元100的圖形分析電路110隨后從用戶輸入160接收標識符，并利用該標識符來從存儲器120識別和獲取相關的基準表面表征。存儲器120或連接至數據處理単元100的一些其它存儲器可另外存儲其他患者相關的信息，諸如個人特定數據，包括患者名字、社會保險號或根據以上治療方案等的其他標識符。該患者信息還可由醫務人員來關注。在該情況下，光投射器70、75不僅投射表示患者位置和/或姿勢的差異的信息，而且還投射患者信息。例如，存儲器120可存儲患者30的名字和照片。一旦醫務人員在用戶輸入160中輸入了患者30的標識符，通過數據處理單元100 (諸如，圖形分析電路110)可從存儲器120自動檢索患者的相關患者信息。所檢索到的患者信息被轉發至光投射器70、75，以投射到患者30或床表面上。這里，醫務人員可通過檢查所投射的社會保險號或照片來驗證患者信息涉及正確患者30。若正確，則醫務人員將知道，也基于所輸入的標識符從存儲器120檢索到的基準表面表征將對應于正確患者30。
因此，定位系統及其光投射器70、75不一定只投射與患者位置和/或姿勢有關的信息，還可另外投射對于醫務人員關注的所有信息。例如，患者30的治療方案可指定墊子應置于患者膝蓋下方。從存儲器120獲取的該信息可投射到患者30上，從而將與患者30和治療有關的該信息或其他方面信息告知醫務人員。圖形分析電路110、校正分析電路130、床控制電路140、對象識別器150和用戶輸入160可通過數據處理單元100的可編程微控制器來實施，可編程微控制器控制定位系統的運行。則該控制器通常包括微處理器或專門為使這些電路110、130、140、150、160的工作有效而設計的等效控制電路，且還可包括RAM或ROM存儲器、邏輯和定時電路、狀態機電路以及輸入/輸出(I/O)電路。數據處理單元100的電路110、130、140、150、160可實施或配置為軟件、硬件或其組合。在基于軟件實施的情況下，實施電路110、130、140、150或其一部分的計算機程序產品包括運行在通用或專用自適應計算機、處理器或微處理器上的軟件或計算機程序。軟件包括圖4所示的計算機程序代碼元素或軟件代碼部分。該程序可整體或部分存儲在ー個以 上合適的計算機可讀介質或數據存儲裝置上或計算機可讀介質或數據存儲裝置中，諸如磁盤、CD-ROM、DVD光盤、USB存儲器、硬盤、磁光存儲器、RAM或易失性存儲器中、ROM或閃存中、作為固件或者在數據服務器上。已知在現有技術中，不同標記可粘附至患者以便于正確定位，諸如背景技術部分討論的IR標記。該標記自然可通過圖形投射器70來照射，并通過定位系統的檢測器80、85來檢測。然而，本實施方式的優勢在于，無需該標記來通過定位系統實現有效患者定位。圖12是示出根據ー種實施方式的對象定位方法的流程圖。該方法始于步驟SI，其中，2D或3D圖形被投射到置于床上的對象表面上。在步驟S2中，檢測所投射的圖形，并產生表示所檢測到的在對象表面上的2D或3D圖形的檢測信號。在步驟S3中，為基于檢測信號產生對象表面的至少一部分的表面表征的目的，處理該檢測信號。優選通過將表面表征上的點坐標與基準表面表征上相應或匹配的點坐標相比較來將表面表征與基準表面表征相比較。在步驟S4中，基于該比較產生表示表面表征與基準表面表征的位置和/或姿勢差異的校正信號。表示所檢測到的位置和/或姿勢差異的信息被投射到對象表面或床的某個其他表面部分上，從而變為對靠近床和對象工作的人員可見。如之前已討論，更新檢測信號、表面表征、校正信號和投射信息優選半連續、周期性或在用戶激活后產生，從而允許人員在重定位或跟隨重定位時視覺上獲得所投射的對象位置和/或姿勢的當前差異的更新信息。這在圖中用線LI示意性示出。上述實施方式應被理解為本發明的ー些說明性實例。本領域技術人員將理解，在不脫離本發明范圍的情況下，可對這些實施方式做出各種修改、組合和變更。具體地，若技術上可行，不同實施方式中的不同部分的解決方案可結合在其他配置中。然而，本發明的范圍由所附權利要求來限定。
權利要求
1.一種定位系統，包括 圖形投射器(70)，其被配置為將二維或三維圖形(45)投射到置于床(20)上的對象(30)的表面上； 檢測器(80、85)，其響應所述投射的二維或三維圖形(45)，且被配置為產生表示在所述對象(30)的所述表面上檢測到的二維或三維圖形(45)的檢測信號； 圖形分析電路(110)，其連接至所述檢測器(80、85)，且被配置為基于所述檢測信號，產生所述對象(30)的所述表面的至少一部分的表面表征； 存儲器(120)，其被配置為存儲所述對象(30)的所述表面的至少一部分的基準表面表征； 校正分析電路(130)，其被配置為產生表示所述表面表征相對于所述基準表面表征的位置和姿勢中的至少一個的差異的校正信號；以及 光投射器(70、75)，其連接至所述校正分析電路(130)，且被配置為將表示位置和姿勢中的至少一個的所述差異的信息(55、56)投射到所述對象(30)或所述床(20)的表面上。
2.根據權利要求I所述的定位系統，其中，所述校正分析電路(130)被配置為產生表示所述表面表征到由所述基準表面表征定義的目標位置的剛體平移的校正信號。
3.根據權利要求2所述的定位系統，其中，所述光投射器(70、75)被配置為投射定義所述對象(30)的平移以到達所述目標位置的信息。
4.根據權利要求3所述的定位系統，其中，所述光投射器(70、75)被配置為投射在笛卡爾坐標系中定義所述平移的信息(55)，其中，第一坐標軸對應于所述床(20)的臺頂面(25)的高度調節，第二坐標軸對應于所述臺頂面(25)的縱向移動，以及第三坐標軸對應于所述臺頂面(25)的橫向移動，所述臺頂面(25)被設計為承載所述對象(30)。
5.根據權利要求I至4中任一項所述的定位系統，其中，所述校正分析電路(130)被配置為產生表示所述表面表征到由所述基準表面表征定義的目標位置的剛體旋轉的校正信號。
6.根據權利要求5所述的定位系統，其中，所述光投射器(70、75)被配置為投射以旋轉角度表示的形式定義所述對象(30)的旋轉以到達所述目標位置的信息(55)。
7.根據權利要求I至6中任一項所述的定位系統，其中，所述校正分析電路(130)被配置為產生表示所述對象相對于由所述基準表面表征定義的目標姿勢的姿勢變形的校正信號。
8.根據權利要求7所述的定位系統，其中，所述校正分析電路(130)被配置為產生表示所述對象(30)的單個身體部位相對于所述目標姿勢的姿勢變形的校正信號。
9.根據權利要求8所述的定位系統，其中，所述光投射器(70、75)被配置為將定義所述單個身體部位相對于所述目標姿勢的姿勢變形的信息(56)投射到所述身體部位上。
10.根據權利要求I至9中任一項所述的定位系統，其中，所述檢測器(80、85)包括第一檢測器(80)和第二空間隔開的檢測器(85)。
11.根據權利要求I至10中任一項所述的定位系統，其中，所述圖形投射器(70)和所述檢測器(80、85 )被配置在設計為附著至天花板(5 )的機架(60 )上。
12.根據權利要求I至11中任一項所述的定位系統，其中，所述圖形投射器(70)被配置為投射二維或三維不可見光圖形(45)。
13.根據權利要求I至12中任一項所述的定位系統，其中，所述圖形投射器(70)和所述光投射器(70、75)是同一投射器(70、75)，所述投射器(70、75)被配置為投射第一波長間隔的二維或三維光圖形(45)，以及通過與所述第一波長間隔不同的第二波長間隔的可見光來投射所述信息(55、56)。
14.根據權利要求13所述的定位系統，其中，所述檢測器(80、85)包括帶通濾波器，所述帶通濾波器被配置為使所述第一波長間隔的光通過，但卻衰減所述第二波長間隔的光。
15.根據權利要求13所述的定位系統，其中，所述同一投射器(70、75)是數字光處理DLP 投射器(70、75)。
16.根據權利要求I至15中任一項所述的定位系統，還包括床控制電路(140)，所述床控制電路(140)被配置為基于所述校正信號產生床控制信號，以使所述床(20)的臺頂面(25)根據所述床控制信號來自動移動，所述臺頂面(25)被配置為承載所述對象(30)。
17.根據權利要求I至16中任一項所述的定位系統，其中，所述對象(30)是置于所述床(20)上的患者(30)，以及所述定位系統還包括用戶輸入(160)，所述用戶輸入(160)被配置為接收所述患者(30)的標識符，其中，所述圖形分析電路(110)被配置為從所述用戶輸入(160)接收所述標識符，并基于所述標識符從所述存儲器(120)識別和獲取所述基準表面表征。
18.根據權利要求I至17中任一項所述的定位系統，其中，所述對象(30)是置于所述床(20)上的患者(30)，以及所述光投射器(70、75)被配置為將識別所述患者(30)的信息投射到所述患者(30)或所述床(20)的所述表面上。
19.根據權利要求18所述的定位系統，還包括用戶輸入(160)，所述用戶輸入(160)被配置為接收所述患者(30)的標識符，其中，所述圖形分析電路(110)被配置為基于所述標識符從所述存儲器(120)檢索識別所述患者(30)的所述信息。
20.根據權利要求I至19中任一項所述的定位系統，其中，所述檢測器(80、85)被配置為產生表示所檢測到的粘附至所述對象(30)的視覺上可檢測的識別標簽的識別檢測信號，所述定位系統還包括對象識別器(150)，所述對象識別器(150)被配置為處理所述識別檢測信號，并基于所述識別檢測信號來產生所述對象(30)的標識符，其中，所述圖形分析電路(110)被配置為基于由所述對象識別器(150)產生的所述標識符從所述存儲器(120)識別和獲取所述基準表面表征。
21.—種對象定位方法，包括 將二維或三維圖形(45)投射到置于床(20)上的對象(30)的表面上； 產生表示在所述對象(30)的所述表面上檢測到的二維或三維圖形(45)的檢測信號； 基于所述檢測信號，產生所述對象(30)的所述表面的至少一部分的表面表征； 產生表示所述表面表征相對于存儲在存儲器(120)中的所述對象(30)的所述表面的至少一部分的基準表面表征的位置和姿勢中的至少一個的差異的校正信號；以及 將表示位置和姿勢中的至少一個的所述差異的信息投射到所述對象(30)或所述床(20)的表面上。
22.根據權利要求21所述的方法，其中，產生所述校正信號包括產生表示所述表面表征到由所述基準表面表征定義的目標位置的剛體平移的校正信號。
23.根據權利要求21或22所述的方法，其中，產生所述校正信號包括產生表示所述表面表征到由所述基準表面表征定義的目標位置的剛體旋轉的校正信號。
24.根據權利要求21至23中任一項所述的方法，其中，產生所述校正信號包括產生表示所述對象(30)相對于由所述基準表面表征定義的目標姿勢的姿勢變形的校正信號。
25.根據權利要求24所述的方法，其中， 產生所述校正信號包括產生表示所述對象(30)的單個身體部位相對于所述目標姿勢的姿勢變形的校正信號；以及 投射信息(56)包括將定義所述單個身體部位相對于所述目標姿勢的姿勢變形的信息(56)投射到所述身體部位上。
26.根據權利要求21至25中任一項所述的方法，其中，投射所述二維或三維圖形(45)包括投射二維或三維不可見光圖形(45)。
27.根據權利要求21至26中任一項所述的方法，其中，投射所述二維或三維圖形(45)包括投射第一波長間隔的二維或三維光圖形(45)，以及投射所述信息(55、56)包括通過與所述第一波長間隔不同的第二波長間隔的可見光來投射所述信息(55、56)。
28.根據權利要求27所述的方法，還包括對檢測到的所述二維或三維圖形(45)帶通濾波，以使所述第一波長間隔的光通過，但卻衰減所述第二波長間隔的光。
29.根據權利要求21至28中任一項所述的方法，還包括基于所述校正信號產生床控制信號，以使所述床(20)的臺頂面(25)根據所述床控制信號來自動移動，所述臺頂面(25)被配置為承載所述對象(30 )。
30.根據權利要求21至29中任一項所述的方法，其中，所述對象(30)是置于所述床(20)上的患者(30),所述方法還包括 接收所述患者(30)的標識符；以及 基于所述標識符從所述存儲器(120)識別和獲取所述基準表面表征。
31.根據權利要求21至30中任一項所述的方法，其中，所述對象(30)是置于所述床(20)上的患者(30)，所述方法還包括將識別所述患者(30)的信息投射到所述患者(30)或所述床(20)的所述表面上。
32.根據權利要求31所述的方法，還包括 接收所述患者(30)的標識符；以及 基于所述標識符從所述存儲器(120)檢索識別所述患者(30)的所述信息。
33.根據權利要求21至32中任一項所述的方法，還包括產生表示所檢測到的粘附至所述對象(30)的視覺上可檢測的識別標簽的識別檢測信號; 基于所述識別檢測信號來產生所述對象(30)的標識符，以及產生所述對象(30)的標識符；以及 基于所述標識符從所述存儲器(120)識別和獲取所述基準表面表征。
全文摘要
一種定位系統包括圖形投射器(70)，其用于將2D/3D圖形(45)投射到對象表面上。2D/3D圖形(45)由檢測器(80、85)來檢測，檢測器(80、85)產生檢測信號，該檢測信號被圖形分析電路(110)采用來產生對象表面的表面表征。校正分析電路(130)產生表示該表面表征相對于所存儲的基準表面表征的位置和/或姿勢的差異的校正信號。該校正信號被用于產生被光投射器(70、75)投射到對象表面上的信息(55、56)。所投射的信息(55、56)表示所確定的對象位置和/或姿勢的差異。
文檔編號A61B6/04GK102811769SQ201080063313
公開日2012年12月5日 申請日期2010年12月6日 優先權日2009年12月7日
發明者克里斯托弗·馬德 申請人:C-Rad定位公司