跟踪系统及利用其的跟踪方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及跟踪系统及利用所述跟踪系统的跟踪方法，更详细地，涉及通过跟踪 附着于患者的患处或手术器械之类的目标物的多个标记的坐标，来检测目标物的空间位置 信息或方向信息的手术用跟踪系统及利用所述跟踪系统的跟踪方法。
【背景技术】
[0002] 最近，当实施腹腔镜手术或耳鼻喉科手术时，为了更加减少患者的痛苦，并使患者 更快恢复而正研究和导入机器人手术。
[0003] 当实施这种机器人手术时，为了可以将手术的风险最小化，并能进行更加精密的 手术，使用可以在准确地跟踪并检测患处或手术器械之类的目标物的空间位置和方向之 后，向患者的患处准确地引导（NAVIGATE)所述手术器械的导航仪。
[0004] 如上所述的手术用导航仪包括可以准确地跟踪并检测如上所述的患处或手术器 械之类的目标物的空间位置和方向的跟踪系统。
[0005] 如上所述的跟踪系统包括：标记，通常附着于患处或手术器械之类的目标物；第 一成像单元、第二成像单元，使通过所述多个标记来释放的光完成成像；以及处理器，与所 述第一成像单元、第二成像单元相连接来计算出所述多个标记的三维坐标之后，将用于连 接已保存的相邻的所述多个标记的多个直线的信息和由相邻的一对直线所形成的角度信 息，与所述多个标记的三维坐标进行比较，来计算出所述目标物的空间位置和方向。
[0006] 在此，为了通过处理器来计算出所述多个标记的三维坐标，通常在假设从一个标 记中释放并在第一成像单元完成成像的所述标记的坐标和在所述第二成像单元完成成像 的所述标记的坐标相同的情况下，通过三角法进行检测，因此必须需要两台探测器。
[0007] 因此，现有的普通的跟踪系统必须设置用于在互不相同的位置使从各个标记中释 放的光成像的两台成像单元，因此，不仅会使制作费用上升，而且系统的整体大小变大，从 而具有手术空间受到很大制约的问题。
【发明内容】
[0008] 解决的技术问题
[0009] 因此，本发明的目的在于，提供一种跟踪系统及利用所述跟踪系统的跟踪方法，其 仅利用一台成像单元也可以计算出各个标记的三维坐标，从而不仅可以减少制作费用，而 且能够实现装备的紧凑化，使得能够最小化手术空间的制约。
[0010] 技术方案
[0011] 本发明一个实施例的跟踪系统包括：标记，其至少为3个，附着于目标物并使光反 射；光源，其为一对，在互不相同的位置向所述多个标记释放光；透镜部，其使从所述一对 光源释放并被所述多个标记反射的光通过；成像单元，其接收通过所述透镜部的光，按每个 标记为单位完成一对标记影像的成像；及处理器，其利用在所述成像单元中按每个标记为 单位完成成像的一对标记影像，算出所述多个标记的三维坐标后，比较所述多个标记的三 维坐标与已保存的相互相邻的多个标记间的几何学信息，算出目标物的空间位置信息与方 向信息。
[0012] 另一方面，所述跟踪系统还可以包括分束器，其配置于所述透镜部与成像单元之 间，使从所述一对光源中的任意一个光源释放的光的一部分反射，使得通过所述透镜部而 向所述多个标记的珠心方向释放，使向所述多个标记的珠心方向释放并被所述多个标记再 反射而通过所述透镜部而流入的光的一部分通过所述成像单元。
[0013] 另外，所述跟踪系统还可以包括扩散器，其配置于向所述分束器侧释放光的光源 与所述分束器之间，使从所述光源释放的光扩散。
[0014] 若举出一例，所述成像单元可以是接收从所述多个标记反射并依次通过所述透镜 部和分束器的光，从而按每个标记为单位完成一对影像成像的摄像头。
[0015] 若举出一例，所述多个标记间的几何学信息可以是连接所述相互相邻的多个标记 的多个直线的长度信息和所述相互相邻的一对直线构成的角度信息。
[0016] 本发明一个实施例的跟踪方法包括：从配置于互不相同位置的一对光源，向至少 3个标记释放光的步骤；从所述一对光源释放的光被所述多个标记而向透镜部侧反射的步 骤；被所述多个标记反射的光通过所述透镜部，在成像单元中按每个标记为单位完成一对 标记影像的成像的步骤；利用在所述成像单元中按每个标记为单位完成成像的一对标记影 像，通过处理器算出所述各个标记的三维坐标的步骤；及比较所述各个标记的三维坐标与 所述处理器中已保存的相互相邻的多个标记间的几何学信息，算出所述目标物的空间位置 和方向的步骤。
[0017] 其中，所述一对光源中的任意一个光源可以向配置于所述透镜部与成像单元之间 的分束器方向释放光后，借助于所述分束器而使光的一部分反射，通过所述透镜部向所述 多个标记的珠心方向释放，另一个光源向所述多个标记直接释放光。
[0018] 另一方面，向所述分束器方向释放的光可以被配置于所述分束器之间的扩散器而 扩散，向所述分束器侧释放。
[0019] 若举出一例，所述多个标记间的几何学信息可以是连接所述相互相邻的多个标记 的多个直线的长度信息和所述相互相邻的一对直线构成的角度信息。
[0020] 若举出一例，算出所述多个标记的三维坐标的步骤还可以包括：通过所述处理器， 利用在所述成像单元中成像的按每个标记为单位的一对标记影像的成像位置信息，算出所 述各标记的二维中心坐标的步骤；及利用所述各标记的二维中心坐标，算出所述多个标记 的三维坐标的步骤。
[0021] 发明效果
[0022] 如上所述，本发明一个实施例的跟踪系统及利用其的跟踪方法，由于可以借助配 置于互不相同位置的一对光源，在成像单元的互不相同的位置，按每个标记为单位完成一 对标记影像的成像，因而只利用一台成像单元，便能够通过三角法算出所述各标记的三维 坐标，从而算出并确认附着于目标物的多个标记的空间位置信息和方向信息。
[0023] 因此，不仅可以降低跟踪系统的制作费用，而且可以实现装备的小型轻量化，从而 与现有的跟踪系统相比，具有相对少受手术空间的制约的效果。
【附图说明】
[0024] 图1是本发明一个实施例的跟踪系统的概略图。
[0025] 图2是多个标记附着于目标物的示例图。
[0026] 图3是用于说明本发明一个实施例的跟踪方法的框图。
[0027] 图4是用于说明算出多个标记的三维坐标的过程的框图。
[0028] 图5是用于说明在3个标记与透镜水平排列的状态下，多个标记的影像在成像单 元中成像的状态的示例图。
[0029] 图6是用于说明多个标记与透镜部的距离而导致的标记影像的成像位置变化的 放大示例图。
[0030] 图7是用于说明算出第一标记的二维中心坐标的过程的示例图。
[0031] 图8是用于说明光在标记的表面反射的地点与标记的中心的关系的示例图。
[0032] 图9是用于说明算出光在标记的表面反射的地点的坐标的过程的示例图。
【具体实施方式】
[0033] 本发明可以实施多种变更，也可以具有多种形态，本发明将特定实施例例示于附 图中，并在本文中进行详细说明。但这并不用于将本发明限定于特定的公开形态，而应理解 为包括本发明的思想及技术范围所包括的所有变更、等同技术方案及代替技术方案。
[0034] 第一、第二等术语可用于说明多种结构要素，但上述结构要素不能仅限于上述术 语。上述术语仅用于从另一个结构要素中区别出一个结构要素的目的。例如，在不脱离本 发明的保护范围的情况下，第一结构要素可命名为第二结构要素，相似地，第二结构要素也 可命名为第一结构要素。
[0035] 在本发明中所使用的术语仅用于对特定的实施例进行说明，并不用于限定本发 明。只要在上下文中未明确地表示不同，单数的表达就可以包括复数的表达。在本申请中， 应理解为"包括"或"具有"等术语用于指定说明书所记载的特征、数字、步骤、动作、结构 要素、部件或他们的组合的存在，并不用于提前排除一个或一个以上的其他特征或数字、步 骤、动作、结构要素、部件或他们的组合的存在或附加可能性。
[0036] 只要没有以不同的方式定义，包括技术性术语或科学性术语在内的，在此使用的 所有术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。
[0037] 通常所使用的词典上已定义的术语应解释为具有与相关技术的上下文中所具有 的含义相一致的含义，在本申请中，只要没有明确定义，就不会以异常或过分形式性的含义 来进行解释。
[0038] 下面参照附图，更详细地说明本发明的优选实施例。
[0039] 本发明的一实施例的跟踪系统及利用上述跟踪系统的跟踪方法在患处或手术器 械之类的目标物附着至少三个标记之后