CN108066009B - 免触控式手术导引系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种免触控式手术导引系统，其先透过患部与其对应的术前规划影像的空间转换关系导引手术器械。接着，在立体空间中媒合患部的解剖结构与术前规划影像的对应关系，然后辨识手术器械种类并校正手术器械尺寸。再者，位移手术器械而移动器械尖端标记选取术前规划影像中的虚拟手术器械，致使显示装置呈现切开口导引画面。最后，依据切开口导引画面位移手术器械而使器械尖端标记靠近已规划手术位置。借此，在免触控的条件下，医疗人员可依据手术需求自由地更换器械，不但提高便利性，而且系统仍可维持一定的精确度与安全性。

Description

免触控式手术导引系统

技术领域

本发明是关于一种手术导引方法及其系统，特别是关于一种准确度高且安全可靠的免触控式手术导引方法及其系统。

背景技术

一般手术导引系统可以帮助医疗人员定位患者身体部位并导引手术器械，而且能植入特定的医疗装置(例如：骨钉)。传统的手术导引系统包括运算处理单元、追踪装置以及患者身体部位信息，其可通过使用医学影像来得知患者身体部位信息以及手术器械的位置，其中医学影像可为计算机断层扫描器(Computed Tomography，CT)或者C型臂透视X光机(即C-arm)照射所得到的二维或三维影像。

为了能够成功地植入医疗装置或者导引手术器械于患者身体部位，一般已知的手术导引系统采用了各种形式的计算技术以及硬体相互搭配操作，其包含触控式设备、显示装置、追踪器以及三维影像运算处理单元，可使医疗人员能够执行各式各样的外科手术。虽然这些已知的手术导引系统可以帮助医疗人员导引手术器械与医疗装置，但在导引的过程中，往往需要额外的触控操作或其他输入操作(如：语音、键盘、鼠标等)来调整系统的设定值或参数值。此种额外的操作在手术室中容易造成手术时的阻碍，而且有些操作还需要额外的辅助人力来执行，相当不方便。尤其是当器械作更换时，整体系统的精确度与可靠度会大幅地将低，进而造成手术的安全性下降。

由此可知，目前市场上缺乏一种便利性高、无需额外人力与触控操作、精确且安全的免触控式手术导引方法及其系统，故相关业者均在寻求其解决的道。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种免触控式手术导引方法及其系统，其可让医疗人员在免触控的条件下依据手术需求自由地更换器械，无需额外的触控操作来调整系统的设定值或参数值，而且透过免触控的辨识及校正，能够让器械位置维持一定的精确度。此外，透过双标记的图像呈现方式结合颜色变化，让医疗人员能快速且准确地位移手术器械至目标位置，进而大幅缩短手术时间以及提高手术安全性。因此，本发明可解决已知操控技术需要额外触控以输入、确认或变更系统设定值所造成的不方便以及不精确的问题。

依据本发明的结构态样的一实施方式提供一种免触控式手术导引系统。此免触控式手术导引系统包含手术器械、显示装置、光学追踪器、运算处理单元、校正块以及校正光学感测装置，其中手术器械受控位移，且设有一手术器械光学感测装置。而显示装置则显示一屏幕画面，此屏幕画面呈现术前规划影像、切开口导引画面或手术器械导引画面。此外，光学追踪器对准光学感测装置而追踪辨识出手术器械的手术器械信息。运算处理单元信号连接显示装置与光学追踪器，运算处理单元包含读取术前规划模块、影像对位模块、辨识校正器械模块、选取路径模块以及导引路径模块。读取术前规划模块读取并显示术前规划影像于屏幕画面上。影像对位模块信号连接读取术前规划模块，且影像对位模块用以建立术中患者身体部位影像与术前规划影像之间的空间转换关系，并使术前规划影像媒合术中患者身体部位影像。再者，辨识校正器械模块信号连接影像对位模块，辨识校正器械模块接收手术器械信息与屏幕画面。辨识校正器械模块辨识手术器械与屏幕画面的相对位置，并于屏幕画面上显示器械尖端标记。而选取路径模块则信号连接辨识校正器械模块与影像对位模块，此选取路径模块选取术前规划影像的虚拟手术器械，致使显示装置呈现切开口导引画面。至于导引路径模块信号连接辨识校正器械模块与选取路径模块，导引路径模块依据屏幕画面位移手术器械靠近已规划手术位置。校正块可拆卸地连接手术器械。而校正光学感测装置则设于校正块上，此校正光学感测装置用以对准光学追踪器。手术器械光学感测装置与校正光学感测装置对准光学追踪器，借以令光学追踪器追踪辨识校正块、手术器械及术前规划影像的相对位置。免触控式手术导引系统使用免触控式手术导引方法。免触控式手术导引方法用以导引手术器械对应于术中患者身体部位影像，且包含读取术前规划步骤、影像对位步骤、辨识校正器械步骤、选取规划路径步骤以及切开口导引路径步骤。其中读取术前规划步骤是读取并显示术前规划影像于显示装置上。影像对位步骤是建立术中患者身体部位影像与术前规划影像之间的空间转换关系，并使术前规划影像媒合术中患者身体部位影像。再者，辨识校正器械步骤是辨识手术器械，然后校正手术器械而使显示装置显示器械尖端标记。而选取规划路径步骤是位移手术器械而移动器械尖端标记选取术前规划影像中的虚拟手术器械，致使显示装置呈现切开口导引画面。此外，切开口导引路径步骤是依据切开口导引画面位移手术器械而使器械尖端标记靠近已规划手术位置，此已规划手术位置显示于切开口导引画面中。前述选取规划路径步骤是位移手术器械而移动术前规划影像中的器械尖端标记，此器械尖端标记对应手术器械的尖端的位置。当器械尖端标记移至虚拟手术器械的位置时，显示装置由术前规划影像转换成切开口导引画面。

借此，本发明的免触控式手术导引系统透过双标记的图像呈现方式结合颜色变化，让医疗人员能快速且准确地位移手术器械至目标位置，进而大幅缩短手术时间以及提高手术安全性。另外，透过手术器械光学感测装置搭配校正块，可让医疗人员操作手术器械的精准度与安全性提高。

附图说明

图1是绘示本发明一第一实施例的免触控式手术导引方法的流程示意图；

图2A是绘示本发明的第一实施例的免触控式手术导引系统导引手术器械的示意图；

图2B是绘示本发明的第一实施例的手术器械结合校正块的校正示意图；

图2C是绘示本发明的第一实施例的免触控式手术导引系统的方块图；

图3A是绘示本发明的第一实施例的术前规划影像的示意图；

图3B是绘示本发明的第一实施例的切开口导引画面的示意图；

图3C是绘示本发明的第一实施例的手术器械导引画面的示意图；

图4是绘示本发明一第二实施例的免触控式手术导引方法的流程示意图；

图5A是绘示本发明的第二实施例的免触控式手术导引系统的示意图；

图5B是绘示本发明的第二实施例的第一手术器械结合校正块的校正示意图；

图5C是绘示本发明的第二实施例的第二手术器械结合校正块的校正示意图；

图5D是绘示本发明的第二实施例的免触控式手术导引系统的方块图；

图6A是绘示本发明的第二实施例的术前规划影像的示意图；

图6B是绘示本发明的第二实施例的切开口导引画面的示意图；

图6C是绘示本发明的第二实施例的手术器械导引画面导引第一手术器械的示意图；

图6D是绘示本发明的第二实施例的手术器械导引画面呈现第二手术器械的辨识与校正示意图；

图6E是绘示本发明的第二实施例的手术器械导引画面导引第二手术器械的示意图。

具体实施方式

以下将参照附图说明本发明的多个实施例。为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施例中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示；并且重复的元件将可能使用相同的编号表示。

请一并参阅图1～图3C，图1是绘示本发明一第一实施例的免触控式手术导引方法100的流程示意图。图2A是绘示本发明一第一实施例的免触控式手术导引系统102导引手术器械210的示意图。图2B是绘示本发明一第一实施例的手术器械210结合校正块500的校正示意图。图2C是绘示本发明的第一实施例的免触控式手术导引系统102的方块图。图3A是绘示本发明的第一实施例的术前规划影像310的示意图。图3B是绘示本发明的第一实施例的切开口导引画面330的示意图。图3C是绘示本发明的第一实施例的手术器械导引画面340的示意图。如图所示，免触控式手术导引方法100用以导引一个手术器械210对应于患者身体部位110，其中手术器械210可为导引探针或骨钉，而患者身体部位110可为脊椎。免触控式手术导引方法100包含读取术前规划步骤S11、影像对位步骤S12、辨识校正器械步骤S13、选取规划路径步骤S14、切开口导引路径步骤S15以及手术器械导引路径步骤S16。

读取术前规划步骤S11是读取并显示至少一个术前规划影像310于显示装置300上。详细地说，术前规划影像310包含术前患者身体部位影像312与虚拟手术器械320。若以脊椎手术而言，术前患者身体部位影像312可为三维脊椎影像，其是透过计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)扫描患者身体部位110后重建所产生的三维医学影像，而虚拟手术器械320则为骨钉图像。而医疗人员在取得术前患者身体部位影像312之后，可规划出手术中欲植入的骨钉规格与路径，而且骨钉的规格与路径能储存建档，以供读取与重复使用。此外，读取术前规划步骤S11可用以检视虚拟手术器械320与术前患者身体部位影像312的相对位置。读取术前规划步骤S11包含术前规划界面呈现步骤、植入物图像新增步骤、植入物图像位置调整步骤以及环景影像检视步骤。其中术前规划界面呈现步骤是显示术前患者身体部位影像312、选单及控制游标。植入物图像新增步骤是移动控制游标点选选单的一新增植入物项目而于术前患者身体部位影像312中产生虚拟手术器械320，此虚拟手术器械320位于一起始位置。再者，植入物图像位置调整步骤是操作控制游标调整虚拟手术器械320的位置，并将虚拟手术器械320从起始位置移至术前患者身体部位影像312中的一目标位置。此外，环景影像检视步骤是依据虚拟手术器械320所在的目标位置为一中心轴旋转被植入体图像一角度以供检视，较佳的角度是大于0度且小于等于180度。当然，角度亦可大于0度且小于等于360度。换句话说，在读取术前规划步骤S11中，医疗人员可利用椎体绕着骨钉为轴旋转的画面来评估骨钉是否超出椎体，并确认椎体与骨钉之间精确的相对位置，进而大幅地增加手术的安全性与可靠度。

影像对位步骤S12是建立患者身体部位110与术前规划影像310之间的空间转换关系，并使术前规划影像310媒合患者身体部位110。详细地说，影像对位步骤S12是在立体空间中媒合患者身体部位110的解剖结构与术前规划影像310的对应关系。影像对位步骤S12是启动一放射影像撷取系统以撷取出对应患者身体部位110的术中患者身体部位影像，且安装一放射光学感测装置于放射影像撷取系统，并安装一身体部位光学感测装置120于患者身体部位110。本实施例的放射影像撷取系统为C型臂透视X光机(即C-arm)，且身体部位光学感测装置120是由多个反光球与动态参考框架(Dynamic Reference Frame；DRF)所组成。然后，将放射光学感测装置与身体部位光学感测装置120对准光学追踪器400而建立患者身体部位110与读取术前规划步骤S11的术前规划影像310之间的空间转换关系。术前患者身体部位影像312透过空间转换关系对应术中患者身体部位影像。换句话说，医疗人员于手术中先拍摄两张或多张C-arm影像，取得病患的真实空间方位。接着，透过系统的影像对位演算法，将术前规划影像310的术前患者身体部位影像312与术中拍摄的C-arm影像对位，使CT影像空间与真实病患空间一致。

辨识校正器械步骤S13是辨识手术器械210，然后校正手术器械210而使显示装置300显示一器械尖端标记(未示于图中)。详细地说，器械模块200包含手术器械210与手术器械光学感测装置220，其中手术器械210为导引探针，手术器械光学感测装置220是由四个反光球与Y型的动态参考框架所组成。再者，辨识校正器械步骤S13包含辨识器械步骤S132与校正器械步骤S134，其中辨识器械步骤S132是安装手术器械光学感测装置220于手术器械210上，并将手术器械光学感测装置220对准光学追踪器400，借以令光学追踪器400辨识手术器械210的型号与规格。此外，校正器械步骤S134是安装校正光学感测装置510于校正块500上，然后将手术器械210对应嵌合校正块500并对准光学追踪器400，且光学追踪器400同时追踪辨识器械模块200与校正块500而建立手术器械210的尖端与手术器械光学感测装置220之间的空间转换关系。也就是说，光学追踪器400同时侦测手术器械光学感测装置220的四个反光球以及校正块500的校正光学感测装置510的四个反光球，并透过八个反光球的位置信息得知手术器械210在空间中的精确尖端位置，此精确尖端位置会显示于显示装置300上。

选取规划路径步骤S14如图3A所示，其是位移手术器械210而移动器械尖端标记(未示于图3A中)选取术前规划影像310中的虚拟手术器械320，致使显示装置300呈现切开口导引画面330。详细地说，选取规划路径步骤S14是位移手术器械210而移动术前规划影像310中的器械尖端标记，此器械尖端标记对应手术器械210的尖端的位置。当器械尖端标记移至虚拟手术器械320的位置时，显示装置300由术前规划影像310转换成切开口导引画面330。

切开口导引路径步骤S15如图3B所示，其是依据切开口导引画面330位移手术器械210而使器械尖端标记2104靠近一已规划手术位置3362，此已规划手术位置3362显示于切开口导引画面330中。其中切开口导引画面330包含转换横截面332、转换矢截面334以及切开口瞄准图像336。转换横截面332具有二维横座标系，转换横截面332呈现第一视角的虚拟手术器械320与器械尖端标记2102。而转换矢截面334则具有二维矢座标系，转换矢截面334呈现第二视角的虚拟手术器械320与器械尖端标记2102，二维横座标系与二维矢座标系彼此正交。虚拟手术器械320的位置即对应已规划手术位置3362。至于切开口瞄准图像336则呈现器械尖端标记2104与已规划手术位置3362。再者，转换横截面332中的器械尖端标记2102、转换矢截面334中的器械尖端标记2102以及切开口瞄准图像336中的器械尖端标记2104与手术器械210同步动作。换句话说，上述三个画面的器械尖端标记2102、2104会依据手术器械210以及各自的座标系作相对应的位移。另外，在切开口导引画面330的切开口瞄准图像336中，器械尖端标记2104与已规划手术位置3362相隔一间距。当间距大于一第一预设距离值时，器械尖端标记2104呈现第一颜色，本实施例的第一颜色为红色。当间距小于等于第一预设距离值且大于第二预设距离值时，器械尖端标记2104呈现第二颜色，本实施例的第二颜色为黄色。当间距小于等于第二预设距离值，器械尖端标记2104呈现第三颜色，本实施例的第三颜色为绿色，由上述可知，第一颜色、第二颜色及第三颜色彼此相异。此外，切开口导引路径步骤S15是位移手术器械210，借以令切开口导引画面330中的器械尖端标记2104对准已规划手术位置3362。当器械尖端标记2104完全对准已规划手术位置3362并维持一段时间后，显示装置300由切开口导引画面330转换成手术器械导引画面340。

手术器械导引路径步骤S16如图3C所示，其是依据手术器械导引画面340位移手术器械210的尖端与尾端而靠近已规划手术位置3362，并将尖端与尾端同时对准已规划手术位置3362。手术器械导引画面340包含转换横截面342、转换矢截面344以及导引瞄准图像346，其中转换横截面342、转换矢截面344分别与切开口导引画面330的转换横截面332、转换矢截面334相同，不再赘述。而导引瞄准图像346包含器械尖端标记2106、器械尾端标记2108以及已规划手术位置3362。器械尖端标记2106对应手术器械210的尖端，且器械尖端标记2106与已规划手术位置3362相隔一尖端间距；器械尾端标记2108对应手术器械210的尾端，且器械尾端标记2108与已规划手术位置3362相隔一尾端间距。当尖端间距大于第一预设距离值时，器械尖端标记2106呈现第一颜色(即红色)；同理，当尾端间距大于第一预设距离值时，器械尾端标记2108亦呈现第一颜色。当尖端间距小于等于第一预设距离值且大于第二预设距离值时，器械尖端标记2106呈现第二颜色(即黄色)；同理，当尾端间距小于等于第一预设距离值且大于第二预设距离值时，器械尾端标记2108呈现第二颜色。当尖端间距小于等于第二预设距离值，器械尖端标记2106呈现第三颜色(即绿色)；同理，当尾端间距小于等于第二预设距离值，器械尾端标记2108呈现第三颜色。由上述可知，第一颜色、第二颜色及第三颜色彼此相异，第一预设距离值大于第二预设距离值。另外，第一预设距离值与第二预设距离值可由手术操作者(医疗人员)依据实际的手术需求加以设定。借此，本发明透过免触控式的特定步骤来减少医疗人员控制系统的额外触控操作，进而大幅地增加医疗人员的操作便利性。

请一并参阅图1～图3C，免触控式手术导引系统102是使用前述的免触控式手术导引方法100加以操控手术器械210，且患者身体部位110装设有身体部位光学感测装置120。免触控式手术导引系统102包含器械模块200、显示装置300、光学追踪器400、校正块500以及运算处理单元700。

器械模块200包含手术器械210与手术器械光学感测装置220，手术器械210受医疗人员操控位移，且手术器械光学感测装置220设于手术器械210上。手术器械210可为导引探针、骨钉或其他外科手术器械，端看医疗人员的选择与使用状况。

显示装置300显示一屏幕画面，此屏幕画面呈现术前规划影像310、虚拟手术器械320、切开口导引画面330或手术器械导引画面340。

光学追踪器400用以追踪患者身体部位110、手术器械210以及校正块500。当医疗人员操控手术器械210时，手术器械光学感测装置220对准光学追踪器400而使光学追踪器400追踪辨识出手术器械210的手术器械信息，此手术器械信息包含器械种类与规格。此外，身体部位光学感测装置120亦对准光学追踪器400，使光学追踪器400辨识并追踪患者身体部位110。

校正块500可拆卸地连接手术器械210。校正块500具有多个校正孔洞，每个校正孔洞具有不同的校正块孔径，这些校正块孔径对应各式各样的骨钉直径，其范围可从2mm至10.5mm，如图6D所示。校正块500设有校正光学感测装置510，校正光学感测装置510用以对准光学追踪器400，借以令光学追踪器400追踪辨识手术器械210的精确尖点位置。另外值得一提的是，若手术器械光学感测装置220、校正光学感测装置510以及身体部位光学感测装置120同时对准光学追踪器400，可让光学追踪器400追踪并辨识校正块500、手术器械210及术前规划影像310的相对位置。

运算处理单元700信号连接显示装置300与光学追踪器400。运算处理单元700可为计算机、云端处理器或移动装置，且运算处理单元700包含读取术前规划模块710、影像对位模块720、辨识校正器械模块730、选取路径模块740以及导引路径模块750。其中读取术前规划模块710用以执行读取术前规划步骤S11，读取术前规划模块710读取并显示术前规划影像310于显示装置300的屏幕画面上。而影像对位模块720用以执行影像对位步骤S12且信号连接读取术前规划模块710，且影像对位模块720用以建立患者身体部位110与术前规划影像310之间的空间转换关系，并使术前规划影像310媒合患者身体部位110。再者，辨识校正器械模块730用以执行辨识校正器械步骤S13且信号连接影像对位模块720，辨识校正器械模块730接收手术器械信息与屏幕画面的信息。辨识校正器械模块730辨识手术器械210与屏幕画面的相对位置，并于屏幕画面上显示器械尖端标记2106。而选取路径模块740则信号连接辨识校正器械模块730与影像对位模块720，此选取路径模块740选取术前规划影像310的虚拟手术器械320，致使显示装置300呈现切开口导引画面330。此外，导引路径模块750信号连接辨识校正器械模块730与选取路径模块740，导引路径模块750依据屏幕画面位移手术器械210，使器械尖端标记2106靠近已规划手术位置3362。借此，本发明的免触控式手术导引系统102利用各式光学感测装置结合光学追踪器400来减少医疗人员操控手术器械210的额外触控作动，进而大幅地增加医疗人员操作上的便利性。此外，透过手术器械光学感测装置220搭配校正块500，可让医疗人员操作手术器械210的精准度与安全性提高。

请一并参阅图4、图5A～图5D及图6A～图6E，图4是绘示本发明一第二实施例的免触控式手术导引方法100a的流程示意图。图5A是绘示本发明的第二实施例的免触控式手术导引系统102a的示意图。图5B是绘示本发明的第二实施例的第一手术器械210a结合校正块500的校正示意图。图5C是绘示本发明的第二实施例的第二手术器械210b结合校正块500的校正示意图。图5D是绘示本发明的第二实施例的免触控式手术导引系统102a的方块图。图6A是绘示本发明的第二实施例的术前规划影像310的示意图。图6B是绘示本发明的第二实施例的切开口导引画面330的示意图。图6C是绘示本发明的第二实施例的手术器械导引画面340导引第一手术器械210a的示意图。图6D是绘示本发明的第二实施例的手术器械导引画面340呈现第二手术器械210b的辨识与校正示意图。图6E是绘示本发明的第二实施例的手术器械导引画面340导引第二手术器械210b的示意图。如图所示，免触控式手术导引方法100a可用以导引多个手术器械对应于一患者身体部位110，本实施例的手术器械包含第一手术器械210a与第二手术器械210b，其中第一手术器械210a为导引探针，第二手术器械210b为骨钉。免触控式手术导引方法100a包含读取术前规划步骤S21、影像对位步骤S22、辨识校正第一器械步骤S23、选取规划路径步骤S24、切开口导引路径步骤S25、更换器械步骤S26、辨识校正第二器械步骤S27以及手术器械导引路径步骤S28。

读取术前规划步骤S21、影像对位步骤S22分别与图1的读取术前规划步骤S11、影像对位步骤S12相同，不再赘述。而辨识校正第一器械步骤S23是先辨识第一手术器械210a(即导引探针)，然后校正第一手术器械210a而使显示装置300显示第一器械尖端标记(未示于图中)，此步骤的第一器械尖端标记为屏幕画面中的鼠标游标。辨识校正第一器械步骤S23包含辨识第一器械步骤S232与校正第一器械步骤S234，其中辨识第一器械步骤S232是安装第一手术器械光学感测装置220a于第一手术器械210a上，并将第一手术器械光学感测装置220a对准光学追踪器400，借以令光学追踪器400辨识第一手术器械210a，如图5A所示。校正第一器械步骤S234是安装校正光学感测装置510于校正块500上，然后将第一手术器械210a对应嵌合校正块500并对准光学追踪器400，且光学追踪器400同时追踪辨识第一手术器械210a与校正块500而建立第一手术器械210a的尖端与第一手术器械光学感测装置220a之间的空间转换关系。本发明使用辨识校正第一器械步骤S23的缘由在于第一手术器械210a使用一段时间后，器械尖点可能产生歪斜状态。故进入导引流程前，第一手术器械210a需先进行辨识与校正，经过辨识与校正的第一手术器械210a才能符合手术的需求以及精准度的要求，其使用于路径导引流程中才能确保手术的正确性与安全性。

选取规划路径步骤S24如图6A所示，其是位移第一手术器械210a而移动第一器械尖端标记(未示于图6A中)选取术前规划影像310中的虚拟第二手术器械320a，致使显示装置300呈现一个切开口导引画面330。换句话说，选取规划路径步骤S24是位移第一手术器械210a而连动术前规划影像310中的第一器械尖端标记，此第一器械尖端标记对应第一手术器械210a的尖端位置，其为屏幕画面中的鼠标游标。当第一器械尖端标记移至虚拟第二手术器械320a的位置时，显示装置300由术前规划影像310转换成切开口导引画面330。本实施例的虚拟第二手术器械320a为一虚拟骨钉。

切开口导引路径步骤S25如图6B、图6C所示，其是依据切开口导引画面330位移第一手术器械210a而使第一器械尖端标记2104a靠近一个已规划手术位置3362，此已规划手术位置3362显示于切开口导引画面330中。当第一器械尖端标记2104a完全对准已规划手术位置3362并维持一段时间后，显示装置300的画面切换至手术器械导引画面340。此外，切开口导引画面330包含转换横截面332、转换矢截面334以及切开口瞄准图像336，而且转换横截面332中的第一器械尖端标记2102a、转换矢截面334中的第一器械尖端标记2102a及切开口瞄准图像336中的第一器械尖端标记2104a与第一手术器械210a会同步动作，以方便医疗人员了解目前手上拿的第一手术器械210a在空间中的相对位置(即第一器械尖端标记2104a)以及目标位置(即已规划手术位置3362)。另外，在切开口导引画面330中，第一器械尖端标记2104a与已规划手术位置3362相隔一间距，此间距的大小改变会影响第一器械尖端标记2104a的颜色；换句话说，医疗人员透过第一器械尖端标记2104a的颜色变异即可得知间距的状况，其中红色代表间距大于第一预设距离值，黄色代表间距小于等于第一预设距离值且大于第二预设距离值，绿色代表间距小于等于第二预设距离值。另外值得一提的是，手术器械导引画面340显示第一器械尖端标记2106a、第一器械尾端标记2108a及已规划手术位置3362，其中第一器械尖端标记2106a对应第一手术器械210a的尖端，第一器械尾端标记2108a对应第一手术器械210a的尾端。第一器械尖端标记2106a与已规划手术位置3362相隔尖端间距，第一器械尾端标记2108a与已规划手术位置3362相隔尾端间距。借此，本发明透过双标记的图像呈现方式结合颜色变化，让医疗人员能快速且准确地位移第一手术器械210a至目标位置，进而大幅缩短手术时间以及提高手术安全性。

更换器械步骤S26是将第一手术器械210a(即导引探针)更换成第二手术器械210b(骨钉)，而且医疗人员会依据选取规划路径步骤S24的虚拟第二手术器械320a选择对应的第二手术器械210b来执行手术。在执行更换器械步骤S26之后，手术器械导引画面340的第一器械尖端标记2106a与第一器械尾端标记2108a会分别更换成第二器械尖端标记2106b与第二器械尾端标记2108b。

辨识校正第二器械步骤S27如图6D所示，其是辨识第二手术器械210b，然后校正第二手术器械210b而使显示装置300显示第二器械尖端标记2106b。详细地说，辨识校正第二器械步骤S27包含辨识第二器械步骤S272与校正第二器械步骤S274，其中辨识第二器械步骤S272是安装第二手术器械光学感测装置220b于第二手术器械210b上，并将第二手术器械光学感测装置220b对准光学追踪器400，借以令光学追踪器400辨识第二手术器械210b。再者，辨识第二器械步骤S272安装无线射频辨识标签620(Radio Frequency IDentificationtag；RFID tag)于第二手术器械210b上，并驱动一无线信号接收器610(RFID reader)感应无线射频辨识标签620，借以令无线信号接收器610辨识第二手术器械210b，如图6D的器械种类所示。另外，校正第二器械步骤S274是将第二手术器械210b对应嵌合于装有校正光学感测装置510的校正块500上并对准光学追踪器400。当第二手术器械210b对应嵌合校正块500时，医疗人员会将第二手术器械210b对应最适合的尺寸大小的校正块孔径，此校正块孔径大于等于第二手术器械210b的直径，如图6D的骨钉直径所示。此外，光学追踪器400同时追踪辨识第二手术器械210b与校正块500而建立第二手术器械210b的尖端与第二手术器械光学感测装置220b之间的空间转换关系，并得知精确的第二手术器械210b的长度，如图6D的骨钉长度所示。

手术器械导引路径步骤S28如图6E所示，其是依据手术器械导引画面340位移第二手术器械210b而使第二器械尖端标记2106b靠近已规划手术位置3362。详细地说，手术器械导引路径步骤S28是依据手术器械导引画面340位移第二手术器械210b而使第二器械尖端标记2106b与第二器械尾端标记2108b完全对准已规划手术位置3362，其中第二器械尖端标记2106b对应第二手术器械210b的尖端，第二器械尾端标记2108b对应第二手术器械210b的尾端。第二器械尖端标记2106b与已规划手术位置3362相隔一尖端间距，第二器械尾端标记2108b与已规划手术位置3362相隔一尾端间距。当尖端间距大于第一预设距离值时，第二器械尖端标记2106b呈现第一颜色(即红色)。当尾端间距大于一第一预设距离值时，第二器械尾端标记2108b呈现第一颜色。当尖端间距小于等于第一预设距离值且大于第二预设距离值时，第二器械尖端标记2106b呈现第二颜色(即黄色)。当尾端间距小于等于第一预设距离值且大于第二预设距离值时，第二器械尾端标记2108b呈现第二颜色。当尖端间距小于等于第二预设距离值，第二器械尖端标记2106b呈现第三颜色(即绿色)。当尾端间距小于等于第二预设距离值，第二器械尾端标记2108b呈现第三颜色。由上述可知，第一颜色、第二颜色及第三颜色彼此相异。若医疗人员在操作第二手术器械210b的过程中能将第二器械尖端标记2106b与第二器械尾端标记2108b均维持在第三颜色(即绿色)，则代表第二手术器械210b在正确且理想的位置操作，并符合术前规划的路径与设定。

请一并参阅图2C、图5A、图5B、图5C及图5D，免触控式手术导引系统102a是使用前述的免触控式手术导引方法100a加以操控第一手术器械210a与第二手术器械210b，且患者身体部位110装设有身体部位光学感测装置120。免触控式手术导引系统102a包含第一器械模块200a、第二器械模块200b、显示装置300、光学追踪器400、校正块500、无线信号接收器610、无线射频辨识标签620以及运算处理单元700。

图5D的实施方式中，显示装置300、光学追踪器400、校正块500及运算处理单元700均与图2C中对应的方块相同，不再赘述。特别的是，图5D实施方式的免触控式手术导引系统102a还包含第一器械模块200a、第二器械模块200b、无线信号接收器610及无线射频辨识标签620。其中第一器械模块200a包含第一手术器械210a与第一手术器械光学感测装置220a，第二器械模块200b则包含第二手术器械210b、第二手术器械光学感测装置220b、器械套件230b以及共用握把240b，本实施例的第一手术器械210a为导引探针，第二手术器械210b为骨钉。器械套件230b为骨钉套件，且器械套件230b连接于第二手术器械210b与共用握把240b之间。此外，无线信号接收器610邻近光学追踪器400而设置，无线信号接收器610用以感应无线射频辨识标签620。无线射频辨识标签620设于器械套件230b上且载有第二手术器械210b的种类与规格。当无线射频辨识标签620在一定的距离范围对准光学追踪器400时，无线信号接收器610可辨识第二手术器械210b的器械种类与规格。借此，在使用本发明的免触控式手术导引系统102a与免触控式手术导引方法100a时，医疗人员可以依据手术需求而自由更换器械，无需额外的触控操作来调整设定或参数，而且系统可以自动辨识及校正，并能够维持一定的精确度。因此，本发明的免触控式手术导引系统102a与免触控式手术导引方法100a非常适合应用于外科手术中，可解决已知操控技术需要额外触控以输入、确认或变更系统设定值所造成的不方便以及不精确的问题。

由上述实施方式可知，本发明具有下列优点：其一，利用各式光学感测装置结合光学追踪器可减少医疗人员操控手术器械的额外触控作动，进而大幅地增加医疗人员操作上的便利性。其二，透过双标记的图像呈现方式结合颜色变化，让医疗人员能快速且准确地位移第一手术器械至目标位置，进而大幅缩短手术时间以及提高手术安全性。其三，透过手术器械光学感测装置搭配校正块，可让医疗人员操作手术器械的精准度与安全性提高。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (1)

1.一种免触控式手术导引系统，其特征在于，包含：

一手术器械受控位移，且设有一手术器械光学感测装置；

一显示装置，显示一屏幕画面，该屏幕画面呈现一术前规划影像、一切开口导引画面或一手术器械导引画面；

一光学追踪器，该手术器械光学感测装置对准该光学追踪器而使该光学追踪器追踪辨识出该手术器械的一手术器械信息；

一运算处理单元，信号连接该显示装置与该光学追踪器，该运算处理单元包含：

一读取术前规划模块，读取并显示该术前规划影像于该屏幕画面上；

一影像对位模块，信号连接该读取术前规划模块，该影像对位模块用以建立一术中患者身体部位影像与该术前规划影像之间的空间转换关系，并使该术前规划影像媒合该术中患者身体部位影像；

一辨识校正器械模块，信号连接该影像对位模块，该辨识校正器械模块接收该手术器械信息与该屏幕画面，该辨识校正器械模块辨识该手术器械与该屏幕画面的相对位置，并于该屏幕画面上显示一器械尖端标记；

一选取路径模块，信号连接该辨识校正器械模块与该影像对位模块，该选取路径模块选取该术前规划影像的一虚拟手术器械，致使该显示装置呈现该切开口导引画面；及

一导引路径模块，信号连接该辨识校正器械模块与该选取路径模块，该导引路径模块依据该屏幕画面位移该手术器械靠近一已规划手术位置；

一校正块，可拆卸地连接该手术器械；以及

一校正光学感测装置，设于该校正块上，该校正光学感测装置用以对准该光学追踪器；

其中，该手术器械光学感测装置与该校正光学感测装置对准该光学追踪器，借以令该光学追踪器追踪辨识该校正块、该手术器械及该术前规划影像的相对位置；

其中，该免触控式手术导引系统使用一免触控式手术导引方法，该免触控式手术导引方法用以导引该手术器械对应于该术中患者身体部位影像，且包含以下步骤：

一读取术前规划步骤，是读取并显示该术前规划影像于该显示装置上；

一影像对位步骤，是建立该术中患者身体部位影像与该术前规划影像之间的空间转换关系，并使该术前规划影像媒合该术中患者身体部位影像；

一辨识校正器械步骤，是辨识该手术器械，然后校正该手术器械而使该显示装置显示该器械尖端标记；

一选取规划路径步骤，是位移该手术器械而移动该器械尖端标记选取该术前规划影像中的该虚拟手术器械，致使该显示装置呈现该切开口导引画面；及

一切开口导引路径步骤，是依据该切开口导引画面位移该手术器械而使该器械尖端标记靠近该已规划手术位置，该已规划手术位置显示于该切开口导引画面中；

其中，该选取规划路径步骤是位移该手术器械而移动该术前规划影像中的该器械尖端标记，该器械尖端标记对应该手术器械的一尖端的位置，当该器械尖端标记移至该虚拟手术器械的位置时，该显示装置由该术前规划影像转换成该切开口导引画面。

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