本发明专利技术公开了一种用于手术期间的计算机辅助导航的摄像机跟踪系统。所述摄像机跟踪系统包含摄像机杆、第一和第二跟踪摄像机以及第三跟踪摄像机。所述第一和第二跟踪摄像机附接在所述摄像机杆上间隔开的位置处。所述第三跟踪摄像机附接在所述摄像机杆上的在所述第一和第二跟踪摄像机的位置之间的位置处，且与延伸穿过所述第一和第二跟踪摄像机的中心的线相隔一定距离。相隔一定距离。相隔一定距离。
【技术实现步骤摘要】
用于手术期间的计算机辅助导航的摄像机跟踪系统
[0001]本公开涉及医疗装置和系统，并且更具体地，涉及手术期间计算机辅助导航的摄像机跟踪系统。
技术介绍
[0002]手术期间的计算机辅助导航可以为外科医生提供手术工具的当前位姿相对于患者的解剖结构的医学图像的计算机化可视化。用于计算机辅助导航的摄像机跟踪系统使用一个或多个立体摄像机来跟踪附接到手术工具上的一组基准点，所述手术工具在手术期间由外科医生或其它用户定位。所述一组基准点(也称为动态参考阵列)允许摄像机跟踪系统确定手术工具相对于医学图像中的解剖结构以及相对于患者的位姿以显示给外科医生。外科医生可由此使用实时位姿反馈，以在手术过程期间对手术工具进行导航。
[0003]当被跟踪的对象被移动到摄像机系统的跟踪区域之外或者由于介入人员和/或设备而被阻碍不能从摄像机查看时，使用现有导航系统的导航手术过程易于发生触发间歇暂停的事件。还需要改进导航系统的跟踪准确性。
技术实现思路
[0004]提供了涉及一种用于手术期间的计算机辅助导航的摄像机跟踪系统的一些实施例。摄像机跟踪系统可包含摄像机杆、第一和第二跟踪摄像机以及第三跟踪摄像机。所述第一和第二跟踪摄像机可附接在摄像机杆上间隔开的位置处。所述第三跟踪摄像机可附接在摄像机杆上的在第一和第二跟踪摄像机的位置之间的位置处，且与延伸穿过所述第一和第二跟踪摄像机的中心的线相隔一定距离。
[0005]一些其它实施例涉及一种手术工具跟踪阵列。所述手术工具跟踪阵列可包含多面参考阵列、多个不同的光学编码图案以及工具保持器。所述多面参考阵列可具有多个平坦面。所述多个不同的光学编码图案可各自在平坦面中不同的一个上。所述工具保持器可被配置成将手术工具的一部分联接到手术工具跟踪阵列。
[0006]另外一些其它实施例涉及一种手术系统，所述手术系统包含摄像机跟踪系统、手术机器人和至少一个控制器。
[0007]摄像机跟踪系统可包含摄像机杆、第一和第二跟踪摄像机、第三跟踪摄像机以及至少一个处理器。所述第一和第二跟踪摄像机可附接在摄像机杆上间隔开的位置处。所述第三跟踪摄像机可附接在摄像机杆上的在第一和第二跟踪摄像机的位置之间的位置处，且与延伸穿过所述第一和第二跟踪摄像机的中心的线相隔一定距离。所述至少一个处理器可操作以基于将在来自第一、第二和第三跟踪摄像机的视频流中成像的一组物理对象的位置三角测量到间隔开的第一、第二和第三跟踪摄像机在三维空间中的位置而确定所述对象在三维空间中的位姿。
[0008]所述手术机器人可包含机器人底座、机器人臂和至少一个马达。所述机器人臂可连接到机器人底座且被配置成连接到引导手术工具的移动的末端执行器。所述至少一个马
达可操作性地连接以使机器人臂相对于机器人底座移动。
[0009]所述至少一个控制器可连接到至少一个马达，并被配置成确定末端执行器相对于末端执行器的计划位姿的位姿，同时引导手术工具的移动以对患者进行操作。另外，所述至少一个控制器还可被配置成基于末端执行器的计划位姿与所确定位姿的比较而生成转向信息，其中所述转向信息指示末端执行器需要被移动以变得与计划位姿对准的位置，因此手术工具将由末端执行器引导而沿着朝向患者的计划轨迹。
[0010]在审阅以下图式和详细描述之后，根据实施例的其它手术系统、摄像机跟踪系统和手术工具跟踪阵列对于本领域技术人员来说将是或变得显而易见的。预期所有此类手术系统、摄像机跟踪系统和手术工具跟踪阵列包含在本说明书中、在本公开的范围之内且受所附权利要求的保护。而且，意图是可以以任何方式和/或组合来单独或组合实现本文公开的所有实施例。
附图说明
[0011]附图展示了专利技术概念的某些非限制性实施例，所述附图被包含在内以提供对本公开的进一步理解，并且结合在本申请内并构成本申请的一部分。在附图中：
[0012]图1展示了根据本公开的一些实施例的手术系统的实施例；
[0013]图2展示了根据本公开的一些实施例的图1的手术系统的手术机器人组件；
[0014]图3A展示了根据本公开的一些实施例的图1的手术系统的摄像机跟踪系统组件；
[0015]图3B和3C展示了根据本公开的一些实施例的可以与图1的手术系统一起使用的另一个摄像机跟踪系统组件的正视图和等距视图；
[0016]图4展示了可连接到机器人臂并且根据本公开的一些实施例配置的末端执行器的实施例；
[0017]图5展示了医疗操作，其中手术机器人和摄像机系统被安置在患者周围；
[0018]图6展示了用于医疗操作的图5的手术系统的组件的框图视图；
[0019]图7展示了在使用手术系统的导航功能时可以在图5和6的显示器上显示的各种显示屏；
[0020]图8展示了根据本公开的一些实施例的手术机器人的一些电组件的框图；
[0021]图9展示了根据本公开的一些实施例的手术系统的组件的框图，所述手术系统包含连接到可以操作性地连接到摄像机跟踪系统和/或手术机器人的计算机平台的成像装置；
[0022]图10展示了根据本公开的一些实施例的可以与手术机器人组合使用的C形臂成像装置的实施例；
[0023]图11展示了根据本公开的一些实施例的可以与手术机器人组合使用的O形臂成像装置的实施例；
[0024]图12展示了包含根据本公开的一些实施例进行操作的一对XR头戴装置和辅助跟踪杆的手术系统的组件的框图视图；
[0025]图13展示了根据本公开的一些实施例配置的XR头戴装置；
[0026]图14展示了根据本公开的一些实施例的可以操作性地连接到计算机平台、一个或多个成像装置和/或手术机器人的XR头戴装置的电组件；
[0027]图15展示了示出根据本公开的一些实施例的XR头戴装置的光学组件的布置的框图；
[0028]图16展示了根据本公开的一些实施例的通过用于在医疗程序期间提供导航辅助以操纵手术工具的XR头戴装置的显示屏的示例视图；
[0029]图17示出了根据本公开的一些实施例配置的具有两对立体摄像机的辅助跟踪杆的示例性配置；
[0030]图18示出了包含根据本公开的一些实施例共同操作的在一对AR头戴装置和在辅助跟踪杆中的包含跟踪摄像机的手术系统的组件的框图视图；
[0031]图19示出了根据本公开的一些实施例的具有摄像机杆的手术工具跟踪阵列的实例配置，所述摄像机杆具有三个立体跟踪摄像机；
[0032]图20a示出了使用两个跟踪摄像机的单点立体摄像机三角测量；
[0033]图20b示出了根据本公开的一些实施例的使用三个跟踪摄像机的单点三角测量；
[0034]图21示出了根据本公开的一些实施例的附接到具有基准盘的物理参考阵列的手术工具的实例；
[0035]图22示出了根据本公开的一些实施例的附接到图21的手术工具的物理参考阵列的实例侧视图；
[0036]图23示出了根据本公开的一些实施例的包含多面参考阵列的手术工具跟踪阵列的实例；
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于手术期间的计算机辅助导航的摄像机跟踪系统，其包括：摄像机杆；第一和第二跟踪摄像机，其附接在所述摄像机杆上间隔开的位置处；以及第三跟踪摄像机，其附接在所述摄像机杆上的在所述第一和第二跟踪摄像机的位置之间的位置处，且与延伸穿过所述第一和第二跟踪摄像机的中心的线相隔一定距离。2.根据权利要求1所述的摄像机跟踪系统，其中：所述第三跟踪摄像机与所述第一和第二跟踪摄像机相隔的距离相同。3.根据权利要求1所述的摄像机跟踪系统，其中：所述第三跟踪摄像机与所述线相隔的所述距离在所述第一和第二跟踪摄像机的所述中心之间的距离的四分之一到二分之一之间。4.根据权利要求1所述的摄像机跟踪系统，其进一步包括：至少一个处理器，其操作以基于将在来自所述第一、第二和第三跟踪摄像机的视频流中成像的一组物理对象的位置三角测量到间隔开的所述第一、第二和第三跟踪摄像机在三维空间中的位置而确定所述对象在所述三维空间中的位姿。5.根据权利要求4所述的摄像机跟踪系统，其中所述一组物理对象为间隔开的基准点的物理参考阵列，其中所述至少一个处理器进一步操作以：基于使所述视频流中成像的所述物理参考阵列的所述基准点之间的距离的图案的相似性与数据库中限定的一组配准参考阵列中的一个中的所述基准点之间的距离的图案相关，以及选择与所述配准参考阵列中的所述一个相对应的标识符，而从对应于所述数据库中限定的所述配准参考阵列的一组配准标识符中选择与所述物理参考阵列相对应的所述标识符。6.根据权利要求5所述的摄像机跟踪系统，其中所述至少一个处理器进一步操作以：基于所选择的所述标识符而从所述数据库获得所述物理参考阵列的所述基准点之间的配准空间关系，并基于所述配准空间关系和在来自所述第一、第二和第三跟踪摄像机的所述视频流中成像的所述物理参考阵列的所述基准点的位置到间隔开的所述第一、第二和第三跟踪摄像机在所述三维空间中的所述位置的三角测量而确定所述物理参考阵列的所述位姿。7.根据权利要求4所述的摄像机跟踪系统，其中所述一组物理对象为间隔开的基准点的物理参考阵列，其中所述至少一个处理器进一步操作以：基于将在来自所述第一和第二跟踪摄像机的所述视频流中成像的间隔开的基准点的位置三角测量到间隔开的所述第一和第二跟踪摄像机在所述三维空间中的...
【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：格罗伯斯医疗有限公司，
类型：发明
国别省市：
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