跟蹤系統及利用其的跟蹤方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及跟蹤系統及利用所述跟蹤系統的跟蹤方法，更詳細地，涉及通過跟蹤 附著于患者的患處或手術器械之類的目標物的多個標記的坐標，來檢測目標物的空間位置 信息或方向信息的手術用跟蹤系統及利用所述跟蹤系統的跟蹤方法。
【背景技術】
[0002] 最近，當實施腹腔鏡手術或耳鼻喉科手術時，為了更加減少患者的痛苦，并使患者 更快恢復而正研究和導入機器人手術。
[0003] 當實施這種機器人手術時，為了可以將手術的風險最小化，并能進行更加精密的 手術，使用可以在準確地跟蹤并檢測患處或手術器械之類的目標物的空間位置和方向之 后，向患者的患處準確地引導（NAVIGATE)所述手術器械的導航儀。
[0004] 如上所述的手術用導航儀包括可以準確地跟蹤并檢測如上所述的患處或手術器 械之類的目標物的空間位置和方向的跟蹤系統。
[0005] 如上所述的跟蹤系統包括：標記，通常附著于患處或手術器械之類的目標物；第 一成像單元、第二成像單元，使通過所述多個標記來釋放的光完成成像；以及處理器，與所 述第一成像單元、第二成像單元相連接來計算出所述多個標記的三維坐標之后，將用于連 接已保存的相鄰的所述多個標記的多個直線的信息和由相鄰的一對直線所形成的角度信 息，與所述多個標記的三維坐標進行比較，來計算出所述目標物的空間位置和方向。
[0006] 在此，為了通過處理器來計算出所述多個標記的三維坐標，通常在假設從一個標 記中釋放并在第一成像單元完成成像的所述標記的坐標和在所述第二成像單元完成成像 的所述標記的坐標相同的情況下，通過三角法進行檢測，因此必須需要兩臺探測器。
[0007] 因此，現有的普通的跟蹤系統必須設置用于在互不相同的位置使從各個標記中釋 放的光成像的兩臺成像單元，因此，不僅會使制作費用上升，而且系統的整體大小變大，從 而具有手術空間受到很大制約的問題。
【發明內容】
[0008] 解決的技術問題
[0009] 因此，本發明的目的在于，提供一種跟蹤系統及利用所述跟蹤系統的跟蹤方法，其 僅利用一臺成像單元也可以計算出各個標記的三維坐標，從而不僅可以減少制作費用，而 且能夠實現裝備的緊湊化，使得能夠最小化手術空間的制約。
[0010] 技術方案
[0011] 本發明一個實施例的跟蹤系統包括：標記，其至少為3個，附著于目標物并使光反 射；光源，其為一對，在互不相同的位置向所述多個標記釋放光；透鏡部，其使從所述一對 光源釋放并被所述多個標記反射的光通過；成像單元，其接收通過所述透鏡部的光，按每個 標記為單位完成一對標記影像的成像；及處理器，其利用在所述成像單元中按每個標記為 單位完成成像的一對標記影像，算出所述多個標記的三維坐標后，比較所述多個標記的三 維坐標與已保存的相互相鄰的多個標記間的幾何學信息，算出目標物的空間位置信息與方 向信息。
[0012] 另一方面，所述跟蹤系統還可以包括分束器，其配置于所述透鏡部與成像單元之 間，使從所述一對光源中的任意一個光源釋放的光的一部分反射，使得通過所述透鏡部而 向所述多個標記的珠心方向釋放，使向所述多個標記的珠心方向釋放并被所述多個標記再 反射而通過所述透鏡部而流入的光的一部分通過所述成像單元。
[0013] 另外，所述跟蹤系統還可以包括擴散器，其配置于向所述分束器側釋放光的光源 與所述分束器之間，使從所述光源釋放的光擴散。
[0014] 若舉出一例，所述成像單元可以是接收從所述多個標記反射并依次通過所述透鏡 部和分束器的光，從而按每個標記為單位完成一對影像成像的攝像頭。
[0015] 若舉出一例，所述多個標記間的幾何學信息可以是連接所述相互相鄰的多個標記 的多個直線的長度信息和所述相互相鄰的一對直線構成的角度信息。
[0016] 本發明一個實施例的跟蹤方法包括：從配置于互不相同位置的一對光源，向至少 3個標記釋放光的步驟；從所述一對光源釋放的光被所述多個標記而向透鏡部側反射的步 驟；被所述多個標記反射的光通過所述透鏡部，在成像單元中按每個標記為單位完成一對 標記影像的成像的步驟；利用在所述成像單元中按每個標記為單位完成成像的一對標記影 像，通過處理器算出所述各個標記的三維坐標的步驟；及比較所述各個標記的三維坐標與 所述處理器中已保存的相互相鄰的多個標記間的幾何學信息，算出所述目標物的空間位置 和方向的步驟。
[0017] 其中，所述一對光源中的任意一個光源可以向配置于所述透鏡部與成像單元之間 的分束器方向釋放光后，借助于所述分束器而使光的一部分反射，通過所述透鏡部向所述 多個標記的珠心方向釋放，另一個光源向所述多個標記直接釋放光。
[0018] 另一方面，向所述分束器方向釋放的光可以被配置于所述分束器之間的擴散器而 擴散，向所述分束器側釋放。
[0019] 若舉出一例，所述多個標記間的幾何學信息可以是連接所述相互相鄰的多個標記 的多個直線的長度信息和所述相互相鄰的一對直線構成的角度信息。
[0020] 若舉出一例，算出所述多個標記的三維坐標的步驟還可以包括：通過所述處理器， 利用在所述成像單元中成像的按每個標記為單位的一對標記影像的成像位置信息，算出所 述各標記的二維中心坐標的步驟；及利用所述各標記的二維中心坐標，算出所述多個標記 的三維坐標的步驟。
[0021] 發明效果
[0022] 如上所述，本發明一個實施例的跟蹤系統及利用其的跟蹤方法，由于可以借助配 置于互不相同位置的一對光源，在成像單元的互不相同的位置，按每個標記為單位完成一 對標記影像的成像，因而只利用一臺成像單元，便能夠通過三角法算出所述各標記的三維 坐標，從而算出并確認附著于目標物的多個標記的空間位置信息和方向信息。
[0023] 因此，不僅可以降低跟蹤系統的制作費用，而且可以實現裝備的小型輕量化，從而 與現有的跟蹤系統相比，具有相對少受手術空間的制約的效果。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本發明一個實施例的跟蹤系統的概略圖。
[0025] 圖2是多個標記附著于目標物的示例圖。
[0026] 圖3是用于說明本發明一個實施例的跟蹤方法的框圖。
[0027] 圖4是用于說明算出多個標記的三維坐標的過程的框圖。
[0028] 圖5是用于說明在3個標記與透鏡水平排列的狀態下，多個標記的影像在成像單 元中成像的狀態的示例圖。
[0029] 圖6是用于說明多個標記與透鏡部的距離而導致的標記影像的成像位置變化的 放大示例圖。
[0030] 圖7是用于說明算出第一標記的二維中心坐標的過程的示例圖。
[0031] 圖8是用于說明光在標記的表面反射的地點與標記的中心的關系的示例圖。
[0032] 圖9是用于說明算出光在標記的表面反射的地點的坐標的過程的示例圖。
【具體實施方式】
[0033] 本發明可以實施多種變更，也可以具有多種形態，本發明將特定實施例例示于附 圖中，并在本文中進行詳細說明。但這并不用于將本發明限定于特定的公開形態，而應理解 為包括本發明的思想及技術范圍所包括的所有變更、等同技術方案及代替技術方案。
[0034] 第一、第二等術語可用于說明多種結構要素，但上述結構要素不能僅限于上述術 語。上述術語僅用于從另一個結構要素中區別出一個結構要素的目的。例如，在不脫離本 發明的保護范圍的情況下，第一結構要素可命名為第二結構要素，相似地，第二結構要素也 可命名為第一結構要素。
[0035] 在本發明中所使用的術語僅用于對特定的實施例進行說明，并不用于限定本發 明。只要在上下文中未明確地表示不同，單數的表達就可以包括復數的表達。在本申請中， 應理解為"包括"或"具有"等術語用于指定說明書所記載的特征、數字、步驟、動作、結構 要素、部件或他們的組合的存在，并不用于提前排除一個或一個以上的其他特征或數字、步 驟、動作、結構要素、部件或他們的組合的存在或附加可能性。
[0036] 只要沒有以不同的方式定義，包括技術性術語或科學性術語在內的，在此使用的 所有術語具有與本發明所屬技術領域的普通技術人員通常所理解的含義相同的含義。
[0037] 通常所使用的詞典上已定義的術語應解釋為具有與相關技術的上下文中所具有 的含義相一致的含義，在本申請中，只要沒有明確定義，就不會以異常或過分形式性的含義 來進行解釋。
[0038] 下面參照附圖，更詳細地說明本發明的優選實施例。
[0039] 本發明的一實施例的跟蹤系統及利用上述跟蹤系統的跟蹤方法在患處或手術器 械之類的目標物附著至少三個標記之后