CN109745119A - 用于校准和测量用于脑神经导航仪的目标点的装置和方法 - Google Patents

用于校准和测量用于脑神经导航仪的目标点的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明描述了一种用于校准或测量用于脑神经导航仪的目标点(1)的装置，其包括：处理器(2)，该处理器(2)包括视频输出(3)，患者的脑部的预加载的三维或二维图(4)可以显示在该视频输出上；刚性体(5)，其包括多个光学标记(6)和设计成放在患者头部上的支撑尖部(7)；以及立体摄像机(8)，其被配置以在患者头部的预设点(9)处检测光学标记(6)相对于患者头部的位置，并将位置发送到处理器(2)以允许获取预设点(9)。该立体摄像机(8)被配置以用于检测光学标记(6)的静态位置和移动，并将其发送至处理器(2)。处理器(2)还被配置以用于当针对预定时间间隔(11)的整个持续时间，光学标记(6)的移动落入预设移动范围(10)内时，获取预设点(9)的位置。

Description

用于校准和测量用于脑神经导航仪的目标点的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于校准和测量用于脑神经导航仪的目标点的装置。
本发明涉及一种用于脑神经导航仪的校准方法。
背景技术
术语“脑神经导航仪”用于指目的在于允许利用处理器的监视器在患者的脑部的二维或三维图中进行导航的设备。
更具体地，脑神经导航仪使得能够在屏幕上显示先前通过磁共振或其它类似方法产生并加载在处理器中的患者的脑部图，并且因此能够显示在对患者执行的适当操作(例如，各种类型的刺激或神经传导速度测试的模拟)之后的反应。
为了能够进行这些操作，首先需要校准患者的脑部图，检测患者头部上的至少三个点，使得患者头部的移动与处理器的屏幕上的三维图的移动相对应。
利用特定设备来执行对患者头部上的至少三个点的检测，该特定设备除了获取之外，还允许检测患者头部的移动，并且利用该图在处理器屏幕上再现这些移动。测量这些移动使得能够进行上述测试。
用于校准或测量目标点的现有技术设备包括使用配备有光学标记以及设计成检测光学标记的至少一个立体摄像机的装置。
在实践中，将校准基准放在患者头部的待获取的头部的多个点中的一个点上，并且立体摄像机开始获取光学标记相对于患者头部的位置。
该获取通过安装在处理器上的踏板发生，该踏板必须由操作者按压，操作者通常是必须将校准基准放在患者头部上的同一个操作者。
不利地，这导致在操作者为了按压踏板而必须执行的两个功能的同时移动和动作之后，无法非常精确地获得预定点，从而使待放在患者头部上的装置发生不期望的抖动。
此外，踏板的存在迫使进行摄像机和处理器的预定定位，这对于操作者和患者都会导致各种不便的障碍，因为产生了工作位置，(操作者和患者两者)在该工作位置中移动会受到限制。换言之，必须将摄像机定位成可以捕获光学标记，同时处理器以操作者可以按压踏板的方式足够靠近操作者。
不利地，为了获得尽可能精确的获取，需要将校准基准长时间放在患者头部上，从而会产生对于患者感到不太舒适的情况。
不利地，如果待检测的点的精度差，则需要第二踏板，其目的是删除所获取的点，从而会增加障碍并限制患者和操作者的移动。
发明内容
因此，本发明的技术目的在于提供一种用于校准脑神经导航仪的装置和方法，其能够克服现有技术的缺点。
因此，本发明的目的在于提供一种用于校准脑神经导航仪的装置和方法，其允许获取精确的预定点，其对于患者而言不是非常具有侵入性。
本发明的另一个目的在于提供一种用于校准脑神经导航仪的装置和方法，其为患者和操作者减小了整体尺寸，从而允许两者都有一定的移动自由度。
通过包括在一个或多个所附权利要求中描述的技术特征的用于校准脑神经导航仪的装置和方法，基本实现了所指示的技术目的和所指定的目的。
本发明的其它特征和优点在以下用于校准脑神经导航仪的装置和方法的优选实施例的非限制性描述中更加明显。
附图说明
下面参照附图进行描述，附图仅是为了说明的目的而提供的，而不限制本发明的范围，并且其中：
图1是根据本发明的校准装置的示意图。
具体实施方式
参考附图，数字1表示用于脑神经导航仪的校准装置，为了简单起见，以下将其称为校准装置1。
校准装置1包括配备有视频输出3的处理器2，在附图中，视频输出3集成在处理器2中(但是视频输出3也可以是与处理器2分离的屏幕)。
视频输出3允许显示患者的脑部的预加载的三维图4。可以通过磁共振或其他类似手段获得预加载的三维图4，并将其加载到处理器2中，以使操作者(无论是医生还是其他熟练技术人员)可以获得患者脑部的三维视图。
校准装置1还包括刚性体5，该刚性体5配备有多个光学标记6(图1中示出了四个光学标记6)以及设计成放在患者头部上的支撑尖部7。
优选地，如图1所示，刚性体5被制成笔5a的形式，笔5a包括在第一端5b中的支撑尖部7和在与第一端5b相对的第二端5c中的多个光学标记6。
换言之，多个光学标记6与支撑尖部7相对，使得与患者头部充分间隔开。
校准装置1还包括配备有合适的平行透镜8a的立体摄像机8，平行透镜8a被配置以拍摄和再现三维图像。
立体摄像机8被配置以用于测量光学标记6相对于患者头部的位置。光学标记6与患者的头部充分地间隔开，从而可通过立体摄像机8被容易地检测到，而不会被例如患者的头发或操作者的手所阻碍。
换言之，立体摄像机8由于其能够检测三维图像，优选能够获取患者头部的图像并将其与预加载的三维图4相关联，并因此能够识别刚性体5的位置，并且处理器上的软件能够重构患者头部的位置，从而知道标记相对于患者头部的位置。
立体摄像机8还能够检测光学标记6相对于初始参考位置“R”的移动(下面将更详细地描述初始参考位置的含义)。
优选地，摄像机能够检测连接到患者头部的刚性体支撑标记的位置和移动。
立体摄像机8被设计成将光学标记6的位置和移动发送到处理器2，以允许获取患者头部的预设点9，从而识别预加载的三维图4的方位。
换言之，操作者识别患者头部的待获取的至少三个点，并在处理器2中输入这些点，从而在预加载的三维图4上显示这些点(或者，操作者可以在患者头部上标记预设点9以帮助其获取)。
根据本发明，当某些条件出现时获取每个预设点9。更具体地，当刚性体5的位置与期望预设点9(或者在落入用于校准目的的可接受的区域内的任何情况下)相对应并且当光学标记6的移动落入针对预设时间间隔11的整个持续时间的预设移动范围10内时，获取每个预设点9。如果甚至只有上述三个条件中的一个没有出现，则不获取预设点9。
初始参考位置“R”对应于刚性体5在放置的初始时刻的位置，此时刚性体5的支撑尖部7放在患者头部上的预设点9中。
优选地，预设移动范围10在0.1mm与1mm之间；甚至更优选地，当操作者对他/她保持刚性体5静止的能力有信心时，预设移动范围10接近零。
当刚性体5的移动在预设时间间隔11的期满内超过预设移动范围10时，重置初始参考点“R”。换言之，除了防止获取预设点9之外，不符合预设移动范围10会导致重置预设点9的获取。
优选地，预设时间间隔11(其进程可以显示在视频输出3上)在0.5秒和4秒之间。甚至更优选地，预设时间间隔11为1秒(用以防止在获取预设点9期间对于操作者和患者的恼人的时间增加的理想解决方案)。
这两个范围先前已经由操作者基于期望获取的精度决定好。
获取至少三个预设点9能够定位预加载的三维图4，从而在预加载的三维图4和患者头部的移动之间产生同步。因此，增加待获取的预设点9会导致预加载的三维图4相对于患者头部的移动具有更高精度。
优选地，校准装置1(更具体地，处理器2)还允许删除先前通过刚性体5的预定移动获取的预设点9的位置。
换言之，可以通过根据先前建立并记录在处理器2中的移动并以一定速度(该速度识别操作者执行删除动作的有效期望)摇动刚性体5来执行删除动作。
优选地，处理器2还被配置以将校准装置1的多个功能分配给刚性体5的相应移动。
换言之，可以将其它命令分配给刚性体5的特定移动。
例如，如果操作者需要，可以分配与上述用于在一个操作中删除所获取的所有点9的移动类似的移动。
通过下面对脑神经导航仪的校准方法的描述，将更清楚地理解如上所述的校准装置1的正确使用。
校准方法包括：A)准备处理器2，患者的脑部的预加载的三维图4可以显示在该处理器2上，B)在预加载的三维图4上选择至少三个参考点9a，C)准备刚性体5，其包括多个光学标记6和设计成放在患者头部的支撑尖部7，以及D)准备立体摄像机8。
该方法包括：E)将刚性体5的支撑尖部7放在患者头部上与参考点9a中的一个点相对应的多个预设点9中的一个点中。
随后，该方法包括：F)利用立体摄像机8检测光学标记6的位置，并且G)再次利用立体摄像机8检测光学标记6相对于初始参考位置“R”的移动。
与步骤F)和G)同时执行步骤H)，用于将位置和移动从立体摄像机8发送到处理器2。
接着，步骤I)用于利用识别预加载三维图4的方位的处理器2获取预设点9。
更具体地，步骤I)包括以下子步骤：(I1)将光学标记6的移动与针对预设时间间隔11的整个持续时间的预设移动范围10进行比较，(I2)当移动落入针对预设时间间隔11的整个持续时间的预设移动范围10内时，获取预设点9的位置。
获取步骤之后进行步骤J)，对每个参考点9a重复步骤E)至I)。换言之，重复步骤E)至I)，直到获得患者头部的至少三个预设点9。
如果步骤B)包括输入更多数量(相对于三个)的参考点9a以获得预加载的三维图4的更准确和更精确的方位，则将步骤E)至I)重复相同的次数，然后在患者头部移动后，允许预加载的三维图4的移动。
优选地，校准方法包括步骤K)，用于当获取步骤I)没有提供足够精确的结果(其中，表达“不足够精确的结果”，对操作者来说意味着，该结果没有满足对在预加载的三维图4的移动和患者头部的移动之间进行精确校准的要求)时，删除所获取的预设点9。
仍然更优选地，删除步骤K)包括摇动刚性体5，使得立体摄像机8能够识别与删除所获取的预设点9的命令相关联的刚性体5的预定移动。
优选地，校准方法还包括步骤L)：当在预设时间间隔11的期满内移动超过预设移动范围10时，重置初始参考点“R”的位置。
有利地，上述校准装置1和校准方法能够克服现有技术的缺点。
更具体地，校准装置1允许获取精确的预定点，这对于患者来说不是非常具有侵入性。
有利地，根据本发明的装置1使得能够容易地删除被认为不是非常精确的获取，并重复获取操作，而不会使患者感到不舒服。
更有利地，根据本发明的校准装置1使得能够减少对患者和操作者的障碍，这些障碍将在其他方面与现有技术的校准装置一起存在。更具体地，校准装置1对于操作者和患者两者都可以具有一定的移动自由度，而不受踏板的限制或因处理器和立体摄像机的布置引起的尺寸的限制。

Claims (8)

1.一种用于校准或测量用于二维和三维脑神经导航仪的目标点的装置(1)，包括：
处理器(2)，其包括视频输出(3)，患者的脑部的预加载的三维图(4)可以显示在所述视频输出(3)上；
刚性体(5)，其包括多个光学标记(6)和被设计成放在患者头部上的支撑尖部(7)；
立体摄像机(8)，其被配置以用于在所述患者头部的预设点(9)处检测所述光学标记(6)相对于所述患者头部的位置，并将所述位置发送到所述处理器(2)以允许获取所述预设点(9)；所述立体摄像机(8)被配置以用于检测所述光学标记(6)相对于初始参考位置(R)的移动，并将其发送至所述处理器(2)，并且其中所述处理器(2)被配置以用于当针对所需的预定时间间隔(11)的整个持续时间，所述光学标记(6)的所述移动落入预设移动范围(10)内时，获取所述预设点(9)的位置，其特征在于，所述处理器(2)被配置以用于删除先前通过所述刚性体(5)的预定移动所获取的预设点(9)的位置。
2.根据权利要求1所述的用于校准或测量用于二维和三维脑神经导航仪的目标点的装置(1)，其中，所述处理器(2)被配置以用于获取所述预设点(9)在0.1mm到1mm的预设移动范围(10)内的位置。
3.根据权利要求1所述的用于校准或测量用于二维和三维脑神经导航仪的目标点的装置(1)，其中，所述处理器被配置以用于当在所述预设时间间隔(11)期满内所述移动超过所述预设移动范围(10)时，重置所述初始参考点(R)的位置。
4.根据权利要求1所述的用于校准或测量用于二维和三维脑神经导航仪的目标点的装置(1)，其中，所述预设时间间隔(11)在0.5至4秒之间，优选地，所述预设时间间隔(11)为1秒。
5.根据权利要求1所述的用于校准或测量用于二维和三维脑神经导航仪的目标点的装置(1)，其中，所述刚性体(5)被制成笔(5a)的形式，所述笔(5a)包括第一端(5b)中的所述支撑尖部(7)和与所述第一端(5b)相对的第二端(5c)中的多个光学标记(6)。
6.根据权利要求1所述的用于校准或测量用于二维和三维脑神经导航仪的目标点的装置(1)，其中，所述处理器(2)被配置以用于将所述校准装置(1)的多个功能分配给所述刚性体(5)的相应预定移动。
7.一种用于校准或测量用于脑神经导航仪的目标点的方法，包括以下步骤：
A)准备处理器(2)，患者的脑部的预加载的三维图(4)能够显示在所述处理器(2)上；
B)在所述预加载的三维图(4)上选择至少三个参考点(9a)；
C)准备刚性体(5)，其包括多个光学标记(6)和被设计成放在所述患者头部上的支撑尖部(7)；
D)准备立体摄像机(8)；
E)将所述刚性体(5)的所述支撑尖部(7)放在所述患者头部上的预定点(9)处，所述预定点(9)与多个所述参考点(9a)中的一个对应；
F)利用所述立体摄像机(8)测量所述光学标记(6)的位置；
G)利用所述立体摄像机(8)测量所述光学标记(6)相对于初始参考位置(R)的移动；
H)将所述位置和所述移动从所述立体摄像机(8)发送到所述处理器(2)；
I)利用用于识别所述预加载的三维图(4)的方位的所述处理器(2)来获取所述预设点(9)的位置，所述获取所述预设点(9)的位置的步骤包括以下子步骤：
I1)针对预设时间间隔(11)的整个持续时间，将所述光学标记(6)的所述移动与预设移动范围(10)进行比较；
I2)当针对所述预设时间间隔(11)的整个持续时间，所述移动落入所述预设移动范围(10)内时，获取所述预设点(9)的所述位置；
J)对每个参考点(9a)重复步骤E)至I)；
K)删除通过所述刚性体(5)的预定移动，优选通过摇动所述刚性体(5)，而获得的所述预设点(9)的所述位置。
8.根据权利要求7所述的用于校准或测量用于脑神经导航仪的目标点的方法，还包括以下步骤L)：当在所述预设时间间隔(11)的期满内、所述移动超过所述预设移动范围(10)时，重置所述初始参考点(R)的位置。
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