CN112914755A - 手术追踪系统及其控制方法 - Google Patents

手术追踪系统及其控制方法 Download PDF

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CN112914755A CN202110098170.8A CN202110098170A CN112914755A CN 112914755 A CN112914755 A CN 112914755A CN 202110098170 A CN202110098170 A CN 202110098170A CN 112914755 A CN112914755 A CN 112914755A
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毛佳炜
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刘文海
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Abstract

本发明实施例公开了一种手术追踪系统及其控制方法。该系统包括：追踪对象、控制器、标记物和至少两个相机装置，各所述相机装置和所述追踪对象分别与所述控制器通信连接；其中，各所述相机装置分别通过相机支架固定在手术追踪系统中的固定装置上，所述标记物安装在所述追踪对象上，所述标记物在各所述相机装置的相机视野范围内；所述追踪对象上设置有用于调整所述标记物的标记状态的状态调整装置；所述控制器，用于基于各所述相机装置分别采集到的标记物图像，控制所述状态调整装置调整所述标记物的标记状态。本发明实施例解决了追踪过程中标记物被遮挡的问题，提高了手术的灵活性和降低了手术风险。

Description

手术追踪系统及其控制方法
技术领域
本发明实施例涉及外科手术导航技术领域，尤其涉及一种手术追踪系统及其控制方法。
背景技术
随着科学技术的发展，微创和无创手术已成为外科手术的趋势。立体追踪技术和成像技术的逐渐成熟使外科手术导航系统更广泛地用于神经外科、耳鼻喉科和骨科等外科手术中。一般来说，手术过程中都会使用相机和物体识别等光学追踪系统来辅助手术。
红外相机立体跟踪技术是一种常用的技术手段，红外相机通过对手术器械上的至少三个标记物进行追踪，可以实现对手术器械的空间位置和角度的准确追踪。
但是，现有的光学追踪方案要求标记物和相机之间不可以存在任何遮挡：如果相机和标记物之间被其他物体遮挡，或者手术器械上的标记物有一部分因旋转而被遮挡时，则红外相机立体追踪系统则无法准确获取手术器械的位置信息。因此，在手术过程中，外科医生必须时刻注意手术器械的遮挡问题，这种缺陷限制了手术的灵活性和增加了手术风险。
发明内容
本发明实施例提供了一种手术追踪系统及其控制方法，以解决手术追踪过程中标记物被遮挡问题，并加强追踪精度，提高手术的灵活性和降低手术风险。
第一方面，本发明实施例提供了一种手术追踪系统，该系统包括：追踪对象、控制器、标记物和至少两个相机装置，各所述相机装置和所述追踪对象分别与所述控制器通信连接；
其中，各所述相机装置分别通过相机支架固定在手术追踪系统中的固定装置上，所述标记物安装在所述追踪对象上，所述标记物在各所述相机装置的相机视野范围内；
所述追踪对象上设置有用于调整所述标记物的标记状态的状态调整装置；
所述控制器，用于基于各所述相机装置分别采集到的标记物图像，控制所述状态调整装置调整所述标记物的标记状态。
第二方面，本发明实施例还提供了一种手术追踪系统的控制方法，该方法包括：
获取至少两个相机装置分别采集到的标记物图像，并基于各所述标记物图像确定标记物的空间位置数据；
基于标记物的局部位置数据和所述空间位置数据，确定标记物对应的转换误差数据，并基于所述转换误差数据，控制状态调整装置调整标记物的标记状态；其中，所述局部位置数据和空间位置数据分别用于表征标记物在追踪对象坐标系下的位置数据和在世界坐标系下的位置数据；
基于调整后的标记物对应的调整标记物图像，确定手术追踪系统中追踪对象的空间位姿。
第三方面，本发明实施例还提供了一种手术追踪系统的控制装置，该装置包括：
空间位置数据确定模块，用于获取至少两个相机装置分别采集到的标记物图像，并基于各所述标记物图像确定标记物的空间位置数据；
标记状态调整模块，用于基于标记物的局部位置数据和所述空间位置数据，确定标记物对应的转换误差数据，并基于所述转换误差数据，控制状态调整装置调整标记物的标记状态；其中，所述局部位置数据和空间位置数据分别用于表征标记物在追踪对象坐标系下的位置数据和在世界坐标系下的位置数据；
空间位姿确定模块，用于基于调整后的标记物对应的调整标记物图像，确定手术追踪系统中追踪对象的空间位姿。
第四方面，本发明实施例还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行上述所涉及的任一所述的手术追踪系统的控制方法。
本发明实施例通过在手术追踪系统中设置可调整标记物的标记状态的状态调整装置，当手术追踪系统中的相机装置视野中的标记物被遮挡时，可通过状态调整装置调整被遮挡的标记物的标记状态，解决了追踪过程中标记物被遮挡的问题，提高了手术的灵活性和降低了手术风险。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种手术追踪系统的结构示意图。
图2是本发明实施例一提供的一种手术追踪系统的具体实例的结构示意图。
图3A是本发明实施例二提供的一种安装有主动式标记物的手术器械的结构示意图。
图3B是本发明实施例二提供的一种安装有反射式标记物的手术器械的结构示意图。
图4A是本发明实施例二提供的一种包含轮廓仪的手术追踪系统的结构示意图。
图4B是本发明实施例二提供的一种轮廓仪的结构示意图。
图5A是本发明实施例三提供的一种安装有主动式标记物的遥控器的结构示意图。
图5B是本发明实施例三提供的一种安装有反射式标记物的遥控器的结构示意图。
图6是本发明实施例四提供的一种手术追踪系统的控制方法的流程图。
图7是本发明实施例四提供的一种追踪射线的示意图。
图8是本发明实施例五提供的一种手术追踪系统的控制方法的流程图。
图9是本发明实施例五提供的一种追踪射线与相机中心轴的角度的示意图。
图10是本发明实施例五提供的一种追踪射线与标记物中心轴的角度的示意图。
图11是本发明实施例六提供的一种手术追踪系统的控制方法的流程图。
图12是本发明实施例六提供的一种手术追踪系统的控制方法的具体实例的流程图。
图13是本发明实施例七提供的一种手术追踪系统的控制装置的示意图。
附图标记说明：
10、照明装置；11、照明底座；12、照明支架；20、追踪对象；201、遥控器；202、手术器械；203、轮廓仪；2031、轮廓仪主体；2032、激光器；21、标记物；211、主动式标记物；212、反射式标记物；22、指示器；23、标记物支架；24、安装接头；25、状态调整装置；251、镂空板；26、机械固定座；27、控制面板；271、中间连接装置；30、相机装置；31、相机支架；311、关节组件；40、机器人；50、手术台；60、显示器；70、计算机；80、轮廓对象；801、轮廓图像。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的一种手术追踪系统的结构示意图，本实施例可适用于对手术过程中的追踪对象进行追踪定位的情况。
该系统包括：追踪对象20、控制器、标记物21和至少两个相机装置30，各相机装置30和追踪对象20与控制器之间通信连接；其中，各相机装置30分别通过相机支架31固定在手术追踪系统中的固定装置上，标记物21安装在追踪对象20上，标记物21在各相机装置30的相机视野范围内；追踪对象20上设置有可调整标记物的标记状态的状态调整装置；控制器，用于基于各相机装置30分别采集到的标记物图像，控制状态调整装置调整标记物21的当前标记状态。
图1中并未示出状态调整装置，状态调整装置可设置在追踪对象20的内部或表面，关于状态调整装置的具体设置位置将在下述实施例中进行具体解释说明。其中，示例性的，状态调整装置可用于调整标记物21的开关状态和/或位姿状态，其中，位姿状态包括位置状态和/或角度状态，位姿状态用于描述是标记物21相对于追踪对象20位姿数据。其中，示例性的，当检测到与标记物图像对应的标记物21被遮挡或追踪质量不佳时，控制状态调整装置调整标记物21的当前标记状态，直到采集到的标记物图像对应的标记物21被遮挡且追踪质量较高时，完成调整操作。
其中，示例性的，手术追踪系统中的固定装置可以是天花板、相机固定台或照明装置。在一个实施例中，可选的，相机装置30通过相机支架31固定在手术追踪系统中的照明装置10上。具体的，图1示出的手术追踪系统中，相机装置30分散安装在照明装置10的照明底座11上，以使相机视野可以从不同方向覆盖整个追踪区域。其中，追踪区域包括追踪对象20的可移动区域。
在一个实施例中，可选的，照明底座11通过可旋转组件设置在照明装置10上。具体的，照明底座11可相对于照明装置10进行旋转。在一个实施例中，可选的，照明底座11上固定有移动手柄，用户通过移动手柄可控制照明底座11进行旋转。
在一个实施例中，可选的，照明底座11与照明支架12的一端进行连接，照明支架12的另一端连接到固定装置上，示例性的，固定装置可以是天花板，也可以是照明固定台。其中，具体的，照明底座11可相对于照明装置10和照明支架12进行旋转。
在一个实施例中，可选的，各相机支架31上分别设置可旋转和/或可伸缩的关节组件311，关节组件311中设置有对相机装置30的位置进行编码的编码器。其中，具体的，可通过控制相机支架31上的关节组件311进行旋转和/或伸缩，改变固定在相机支架31上的相机装置30的位置。
在一个实施例中，可选的，标记物21的数量为至少三个。其中，具体的，基于至少三个标记物21的空间位置数据可确定追踪对象20的六自由度信息，具体的，六自由度信息包括三个坐标轴上的坐标自由度以及绕三个坐标轴的转动自由度。图1示出的追踪对象20上安装有3个标记物21。
在一个实施例中，可选的，追踪对象20包括手术器械、遥控器和轮廓仪中至少一种。其中，示例性的，手术器械包括但不限于穿刺针、切割刀、手术剪刀、射频消融针和超声探头等等。其中，示例性的，轮廓仪可以是激光轮廓仪，用于测量目标区域内被测对象的轮廓数据。
图2是本发明实施例一提供的一种手术追踪系统的具体实例的结构示意图，以手术追踪系统中的追踪对象20包括遥控器201为例，具体的，手术追踪系统还包括机器人40、手术台50、显示器60和计算机70，示例性的，手术追踪系统中的控制器可设置在计算机70中。其中，机器人40跟随遥控器201移动。此处对机器人40的功能和类型不作限定。
在一个实施例中，可选的，追踪对象20上还设置有指示器，指示器包括指示灯和/或声音播放器。其中，示例性的，当指示器包括指示灯时，指示灯可用于发射不同颜色的光波，具体的，不同颜色的光波可代表不同的提示信息。当指示器包括声音播放器时，声音播放器可用于发射声波传递提示信息。在一个实施例中，可选的，在状态调整装置调整标记物的当前标记状态的过程中，打开追踪对象20上的指示器。
本实施例的技术方案，通过在手术追踪系统中设置可调整标记物的标记状态的状态调整装置，当手术追踪系统中的相机装置视野中的标记物被遮挡时，可通过状态调整装置调整被遮挡的标记物的标记状态，解决了追踪过程中标记物被遮挡的问题，提高了手术的灵活性和降低了手术风险。
实施例二
本实施例的技术方案是上述实施例的基础上的进一步细化。可选的，当追踪对象20包括手术器械和/或轮廓仪时，标记物21通过标记物支架安装在追踪对象20上，标记物21包括主动式标记物和/或反射式标记物。
图3A是本发明实施例二提供的一种安装有主动式标记物的手术器械的结构示意图，具体的，图3A示出的标记物支架23为圆柱形，当然，标记物支架23还可以多边形或圆形，此处对标记物支架23的具体形状不作限定。其中，具体的，主动式标记物211可以是通过外部供电发射特定波长光线的发光二极管。其中，示例性的，特定波长光线可以是红外光线。其中，具体的，标记物支架23内置电池，用于为主动式标记物211供电。
示例性的，图3A示出的手术器械202可以是穿刺针。具体的，主动式标记物211周向安装在标记物支架23上，手术器械202上还设置有指示器22和安装接头24，其中，安装接头24用于连接标记物支架23和手术器械202。
在一个实施例中，可选的，当标记物21包括主动式标记物211时，状态调整装置设置在标记物支架23内，状态调整装置包括用于控制标记物开关状态的第一开关装置。其中，具体的，第一开关装置通过控制内置电池的供电状态，控制主动式标记物211的打开或关闭状态。在一个实施例，状态调整装置属于无线装置，适用于无源的手术器械202，如穿刺针和切割刀等。在另一个实施例中，状态调整装置属于有线装置，依靠电缆为状态调整装置供能，适用于有源的手术器械202，如射频消融针和超声探头等。
其中，具体的，当检测到与标记物图像对应的标记物被遮挡或追踪质量不佳时，通过状态调整装置调整主动式标记物211的开关状态。举例而言，主动式标记物211中的标记物A被遮挡时，则通过状态调整装置关闭标记物A并打开标记物B。
图3B是本发明实施例二提供的一种安装有反射式标记物的手术器械的结构示意图。在一个实施例中，可选的，当标记物21包括主动式标记物211和/或反射式标记物212时，标记物支架23通过状态调整装置25安装在手术器械202上，状态调整装置25包括可旋转的执行器，状态调整装置25中设置有用于编码标记物支架23位置的编码器。
其中，具体的，反射式标记物212是带有反射材料的标记物，示例性的，反射式标记物212可以是带有反射材料的标记球。当检测到与标记物图像对应的标记物被遮挡或追踪质量不佳时，通过状态调整装置调整标记物支架23的位姿状态，以实现调整标记物支架23上的主动式标记物211和/或反射式标记物212相对于追踪对象的位姿状态。
其中，示例性的，执行器可以为伺服电机、步进电机或编码器。在一个实施例中，执行器响应于手动旋转。
图3B示出的手术器械还设置有机械固定座26，用于连接状态调整装置25和手术器械202。
图4A是本发明实施例二提供的一种包含轮廓仪的手术追踪系统的结构示意图。具体的，将轮廓仪203置于相机装置的采集区域内，手术追踪系统还包括轮廓对象80，图5A的右边是轮廓仪203采集到的轮廓图像801。
图4B是本发明实施例二提供的一种轮廓仪的结构示意图。具体的，标记物21通过标记物支架23安装在轮廓仪203的轮廓仪主体2031上，示例性的，标记物21可以是主动式标记物211和/或反射式标记物212。图4B示出的轮廓仪203为激光轮廓仪，轮廓仪203上设置有用于激光发射和激光接收的激光器2032。
本实施例的技术方案，通过标记物支架将标记物安装在追踪对象上，并采用主动式标记物和/或反射式标记物对追踪对象进行定位，解决了标记物在手术器械或轮廓仪上的安装问题，使得手术追踪系统适用于手术器械和轮廓仪的应用领域，扩宽了手术追踪系统的适用范围。
实施例三
本实施例的技术方案是上述实施例的基础上的进一步细化。可选的，当追踪对象包括遥控器时，标记物21通过控制面板安装在遥控器上，相应的，状态调整装置设置在控制面板上，标记物21包括主动式标记物和/或反射式标记物。
图5A是本发明实施例三提供的一种安装有主动式标记物的遥控器的结构示意图。图5A示出的遥控器201上的主动式标记物211以阵列的形式安装在控制面板27上。在一个实施例中，可选的，当标记物21包括主动式标记物211时，状态调整装置25包括用于控制标记物21开关状态的第二开关装置，第二开关装置包括开关按钮和/或触摸面板。
其中，具体的，状态调整装置25用于控制控制面板27上的主动式标记物211的打开和关闭状态。示例性的，第二开关装置的数量为至少一个。举例而言，当第二开关装置中的按钮“1”被触发时，控制面板27上的主动式标记物A、主动式标记物B和主动式标记物C被打开，当第二开关装置按钮“2”被触发时，控制面板27上的主动式标记物B、主动式标记物C和主动式标记物D被打开。
在本实施例中，机器人40会跟随遥控器201移动，当检测到与标记物图像对应的标记物21被遮挡或追踪质量不佳时，或者，当状态调整装置25调整标记物21的开关状态时，或者，当遥控器201处于关闭状态时，机器人40会立即停止当前操作。
图5B是本发明实施例三提供的一种安装有反射式标记物的遥控器的结构示意图。在一个实施例中，可选的，当标记物21包括反射式标记物212时，控制面板27上设置有用于连接反射式标记物212的中间连接装置271，和/或，状态调整装置25包括用于遮挡反射式标记物212的镂空板251。
图5B中的左图示出了一种包含中间连接装置271的遥控器202。其中，示例性的，中间连接装置271可以是螺丝，以阵列的形式设置在控制面板27上。相应的，反射式标记物212是带有内螺纹的标记球，反射式标记物212可以根据需求通过中间连接装置271安装在控制面板27上。这样设置到的好处在于，可以随时更改遥控器202上反射式标记物212的分布状态。
图5B中的右图示出了一种包含镂空板251的遥控器202。具体的，镂空板251上存在镂空区域和实体区域，使得处于镂空区域的反射式标记物212可以被相机装置30追踪到，处于实体区域的反射式标记物212不可以被相机装置30追踪到。在一个实施例中，处于镂空区域的反射式标记物212的数量为至少三个。在一个实施例中，可选的，状态调整装置25包括至少一种镂空板251，不同镂空板251上的镂空区域和实体区域的设置位置不同。
本实施例的技术方案，通过控制面板将标记物安装在追踪对象上，并采用主动式标记物和/或反射式标记物对追踪对象进行定位，解决了标记物在遥控器上的安装问题，使得手术追踪系统适用于遥控器的应用领域，扩宽了手术追踪系统的适用范围。
实施例四
图6是本发明实施例四提供的一种手术追踪系统的控制方法的流程图，本实施例可适用于对手术过程中的追踪对象进行追踪定位的情况，该方法可以由手术追踪系统的控制装置来执行，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现，该装置可以配置于手术追踪系统中。具体包括如下步骤：
S410、获取至少两个相机装置分别采集到的标记物图像，并基于各标记物图像确定标记物的空间位置数据。
其中，示例性的，标记物图像用于表征相机装置采集到的追踪对象上至少一个标记物对应的图像，空间位置数据用于描述标记物在世界坐标系下的位置数据。
在一个实施例中，可选的，基于各标记物图像确定标记物的空间位置数据，包括：针对每个标记物图像，基于标记物图像中与标记物对应的标记中心点和标记物图像对应的相机装置的相机镜头中心点，确定标记物图像对应的追踪射线；针对每个标记物，基于与标记物对应的追踪射线的追踪质量参数，确定至少两个目标追踪射线以及与各目标追踪射线对应的射线权重；基于各目标追踪射线和射线权重，确定标记物的空间位置数据。
其中，具体的，标记中心点用于描述标记物在标记物图像中的中心点，相机镜头中心点表示相机装置上相机镜头的中心点，追踪射线是基于标记中心点和相机镜头中心点确定的连线。举例而言，追踪对象上设置有标记物A、标记物B和标记物C，则标记物图像包含与标记物A、标记物B和标记物C分别对应的标记中心点A、标记中心点B和标记中心点C。相应的，追踪射线包括与标记物A、标记物B和标记物C分别对应的追踪射线A、追踪射线B和追踪射线C。
图7是本发明实施例四提供的一种追踪射线的示意图。图7以一个标记物为例，图7示出了3个相机装置，以最左边的相机装置为例，最左边的方框表示相机装置的成像单元，采集到的标记物图像成像在相机成像单元上，该相机成像单元上的深黑色“×”表示标记物图像的标记中心点。该方框右边的双圆形表示相机装置的相机镜头，相机镜头上的两条虚线的正交交点表示该相机装置的相机镜头中心点。三个相机装置分别与标记物之间的连线表示追踪射线。
其中，具体的，追踪质量参数可用于评价追踪射线的质量、与追踪射线对应的标记物图像的质量和与追踪射线对应的标记物的质量中至少一种。示例性的，当追踪质量参数为多个时，可基于各追踪质量参数确定综合质量参数，并基于综合质量参数确定至少两个目标追踪射线以及各目标追踪射线对应的射线权重。
其中，具体的，基于追踪质量参数对追踪射线进行筛选或调整追踪射线对应的射线权重。示例性的，假设基于标记物图像确定的追踪射线数量为3个，分别为追踪射线A、追踪射线B和追踪射线C，且追踪射线A对应的追踪质量参数较差，在一个实施例中，将追踪射线B和追踪射线C分别作为目标追踪射线，或者，降低追踪射线A对应的射线权重。
在一个实施例中，可选的，追踪质量参数包括图像质量、追踪射线与相机中心轴的角度质量、追踪射线的稳定值、追踪射线与标记物的误差质量、追踪射线与标记物中心轴的角度质量中至少一种。
在一个实施例中，可选的，当追踪质量参数包括追踪射线与标记物的误差质量时，基于与标记物对应的追踪射线的追踪质量参数，确定至少两个目标追踪射线以及与各目标追踪射线对应的射线权重，包括：基于追踪射线与标记物的误差质量，确定至少两个目标追踪射线以及与各目标追踪射线对应的射线权重，以使基于目标追踪射线和射线权重确定的标记物的空间位置数据满足追踪射线与标记物的误差质量最小；其中，追踪射线与标记物的误差质量用于表征标记物与各追踪射线之间的权重距离平方和。
其中，具体的，当目标追踪射线数量i≥2时，对于误差较大的目标追踪射线，则会直接将其从计算中去除。具体的，权重距离平方和满足公式：
Figure BDA0002915140810000141
其中，i表示第i个目标追踪射线，wi表示第i个目标追踪射线对应的射线权重，Dri表示坐标点与第i个目标追踪射线之间的距离。
S420、基于标记物的局部位置数据和空间位置数据，确定标记物对应的转换误差数据，并基于转换误差数据，控制状态调整装置调整标记物的标记状态。
在本实施例中，局部位置数据和空间位置数据分别用于表征标记物在追踪对象坐标系下的位置数据和在世界坐标系下的位置数据。其中，将第i个标记物在追踪对象坐标系下的局部位置数据记为
Figure BDA0002915140810000142
将第i个标记物在时间t对应的空间位置数据记为
Figure BDA0002915140810000143
其中，具体的，基于局部位置数据和空间位置数据确定追踪对象坐标系与世界坐标系对应的转换矩阵，基于转换矩阵和局部位置数据确定的参考空间位置数据与空间位置数据之间的位置误差，确定标记物对应的转换误差数据。
示例性的，基于i个标记物对应的局部位置数据和i个标记物对应的空间位置数据，求得追踪对象坐标系下的局部位置数据转换为世界坐标系下的转换矩阵
Figure BDA0002915140810000151
因此，第i个标记物的参考空间位置数据
Figure BDA0002915140810000152
满足公式：
Figure BDA0002915140810000153
令
Figure BDA0002915140810000154
其中，Ei,t表示位置误差。理论上，参考空间位置数据与空间位置数据同属于同一标记物，即Ei,t＝0。但由于转换误差的存在，使得Ei,t≠0。将Ei,t内的元素求平方和可以求得在时间t下，第i个标记物的转换误差数据Dmi,t。
在一个实施例中，采用优化搜索算法计算
Figure BDA0002915140810000155
使得ΣiDmi,t最小。由于每个标记物在追踪对象的空间位姿的计算过程中权重相同，当其中某一个标记物的空间位置数据偏离实际标记位置数据比较远时，仍会被纳入计算中，从而导致后续追踪对象的空间位姿失真。在另一个实施例中，可选的，采用优化计算
Figure BDA0002915140810000156
使得
Figure BDA0002915140810000157
最小。其中，wi表示第i个标记物对应的权重。具体的，该权重可与目标追踪射线对应的射线权重相同。对于误差较大的标记物，则会直接将其从计算中去除。
在一个实施例中，如果转换误差数据大于预设误差阈值，则控制状态调整装置调整标记物的标记状态。其中，控制状态调整装置调整标记物的标记状态包括：将优化搜索算法计算过程中去除的标记物的标记状态调整为关闭状态，保留的标记物的标记状态维持打开状态；或者，通过可旋转的执行器调整标记物相对于追踪对象坐标系的局部位置数据。
在上述实施例的基础上，可选的，该方法还包括：基于各追踪射线分别对应的追踪质量参数，确定追踪质量评价结果；如果追踪质量评价结果不满足追踪质量评价标准，则打开追踪对象上的指示器，以对追踪质量评价结果进行提示。
其中，示例性的，基于各追踪质量参数的参数值和参数权重，确定追踪质量评价结果。其中，示例性的，追踪质量评价结果可以是追踪质量评分，相应的，追踪质量评价标准可以是追踪质量评分阈值。具体的，如果追踪质量评分小于追踪质量评分阈值，则打开追踪对象上的指示器，提示用户可以暂停手术，直到追踪质量评分大于等于追踪质量评分阈值。
S430、基于调整后的标记物对应的调整标记物图像，确定手术追踪系统中追踪对象的空间位姿。
其中，具体的，基于调整标记物图像确定调整后的标记物对应的转换误差数据，如果转换误差数据小于等于预设误差阈值，则基于调整后的标记物的局部位置数据和空间位置数据，确定追踪对象在世界坐标系下的空间位姿。其中，具体的，空间位姿包括位置数据和角度数据，其中，角度数据可基于至少三个标记物的空间位置数据对应的空间位置关系和局部位置数据对应的局部位置关系确定。示例性的，假设三个标记物的空间位置数据对应的空间位置关系为与水平面平行的三角形，如果三个标记物的局部位置数据对应的局部位置关系为与追踪对象平行的三角形，则追踪对象的角度数据为与水平面平行；如果三个标记物的局部位置数据对应的局部位置关系为与追踪对象垂直的三角形，则追踪对象的角度数据为与水平面垂直。
本实施例的技术方案，通过基于标记物图像确定的空间位置数据和局部位置数据，确定标记物对应的转换误差数据，并基于转换误差数据控制手术追踪系统中的状态调整装置调整标记物的标记状态，解决了追踪过程中标记物被遮挡的问题，提高了手术的灵活性和降低了手术风险。
实施例五
图8是本发明实施例五提供的一种手术追踪系统的控制方法的流程图，本实施例的技术方案是上述实施例的基础上的进一步细化。可选的，追踪质量参数包括图像质量、追踪射线与相机中心轴的角度质量、追踪射线的稳定值、追踪射线与标记物的误差质量、追踪射线与标记物中心轴的角度质量中至少一种。
本实施例的具体实施步骤包括：
S510、获取至少两个相机装置分别采集到的标记物图像。
S520、针对每个标记物图像，基于标记物图像中与标记物对应的标记中心点和标记物图像对应的相机装置的相机镜头中心点，确定标记物图像对应的追踪射线。
S530、针对每个标记物，基于与标记物对应的追踪射线的追踪质量参数，确定至少两个目标追踪射线以及与各目标追踪射线对应的射线权重。
在一个实施例中，可选的，当追踪质量参数包括图像质量时，方法还包括：针对每个标记物图像，基于标记物图像的图像尺寸、图像亮度和图像圆度中至少一种图像参数，确定基于标记物图像确定的追踪射线对应的图像质量。
其中，具体的，根据光学追踪原理，相机成像单元上的标记物图像的形状为圆形。由于追踪射线是基于标记物的标记中心点和相机镜头中心点确定的，因此标记物图像的尺寸和圆度会影响到标记中心点的精确度，进而影响到追踪射线的质量。
其中，示例性的，基于图像尺寸、图像亮度和图像圆度分别对应的尺寸等级、亮度等级和圆度等级，确定图像质量。示例性的，不同等级对应的尺寸范围、亮度范围和圆度范围不同，根据图像尺寸、图像亮度和图像圆度分别处于的尺寸范围、亮度范围和圆度范围确定标记物图像对应的尺寸等级、亮度等级和圆度等级。其中，具体的，图像质量可用于评价标记物图像的质量，当图像质量较高时，将该标记物图像对应的追踪射线作为目标追踪射线或增大该标记物图像对应的追踪射线的射线权重。
在一个实施例中，可选的，当追踪质量参数包括追踪射线与相机中心轴的角度质量时，方法还包括：针对每个追踪射线，基于追踪射线与追踪射线对应的相机装置的中心轴线之间的夹角，确定追踪射线与相机中心轴的角度质量。
其中，示例性的，当追踪射线与相机中心轴的角度质量较高时，说明追踪射线与相机装置的中心轴线之间的夹角较小，相反的，当追踪射线与相机中心轴的角度质量较低时，说明追踪射线与相机装置的中心轴线之间的夹角较大。图9是本发明实施例五提供的一种追踪射线与相机中心轴的角度的示意图。具体的，追踪射线是基于标记中心点和相机镜头中心点确定的射线，相机装置的中心轴线是基于相机成像单元的单元中心点和相机镜头中心确定的射线，图9中的“α”表示追踪射线与相机装置的中心轴线之间的夹角。
在一个实施例中，可选的，当追踪质量参数包括追踪射线的稳定值时，方法还包括：针对每个追踪射线，确定追踪射线在第二预设时间长度内的状态变化次数和/或追踪射线对应的除追踪射线的稳定值之外的至少一个追踪质量参数在第二预设时间长度内的波动次数，基于状态变化次数和/或波动次数，确定追踪射线的稳定值。
手术过程中，由于追踪对象的移动和旋转等操作，可能会出现多个标记物在同一相机装置上的成像投影发生重合或标记物被遮挡或者脱离相机追踪范围的情况，当这种情况发生时，可能会导致追踪射线的消失。追踪射线的反复出现和消失会使得确定的位姿数据产生一定的波动。所以即使标记物的实际位置并没有发生变化，部分追踪射线的消失也将对标记物的空间位置数据产生一定的影响。
在一个实施例中，可选的，状态变化次数包括出现次数和/或消失次数，波动次数用于表征追踪质量参数对应的参数变化量超过预设变化量阈值的次数。
其中，具体的，当追踪质量参数包括追踪射线的稳定值和至少一个其他追踪质量参数时，确定除追踪射线的稳定值之外的至少一个追踪质量参数在第二预设时间长度内的状态变化次数。其中，示例性的，其他追踪质量参数可以是图像质量、追踪射线与相机中心轴的角度质量、追踪射线与标记物的误差质量、追踪射线与标记物中心轴的角度质量中至少一种。其中，示例性的，假设追踪质量参数为图像质量，且在第二预设时间长度内确定的图像质量的参数值分别为10、9、10.5、9和9.5，假设预设变化量阈值为1，则波动次数为2次。
在一个实施例中，可选的，当追踪质量参数包括追踪射线与标记物中心轴的角度质量时，方法还包括：针对每个追踪射线，基于追踪射线与追踪射线对应的标记物的中心轴线之间的夹角，确定追踪射线与标记物中心轴的角度质量。
其中，示例性的，当追踪射线与标记物中心轴的角度质量较高时，说明追踪射线与标记物的中心轴线之间的夹角较小，相反的，当追踪射线与标记物中心轴的角度质量较低时，说明追踪射线与标记物的中心轴线之间的夹角较大。图10是本发明实施例五提供的一种追踪射线与标记物中心轴的角度的示意图。图10中的“β”表示追踪射线与标记物的中心轴线之间的夹角。
其中，具体的，由于标记物的中心轴线随追踪对象的移动或旋转而变化，因此，该方法还包括获取追踪对象对应的上一空间位姿，基于上一空间位姿和局部位置数据确定标记物的上一中心轴线，确定当前追踪射线与标记物的上一中心轴线之间的夹角，确定追踪射线与标记物中心轴的角度质量。由于手术追踪系统计算追踪对象的空间位姿的频率较高，因此标记物的上一中心轴线与追踪射线对应的当前中心轴线之间的误差可忽略不计。
S540、基于各目标追踪射线和射线权重，确定标记物的空间位置数据。
S550、基于标记物的局部位置数据和空间位置数据，确定标记物对应的转换误差数据，并基于转换误差数据，控制状态调整装置调整标记物的标记状态。
S560、基于调整后的标记物对应的调整标记物图像，确定手术追踪系统中追踪对象的空间位姿。
本实施例的技术方案，通过基于多种追踪质量参数对基于标记物图像确定的追踪射线进行筛选或权重的调整，以基于确定的目标追踪射线和目标追踪射线对应的射线权重计算标记物的空间位置数据，解决了手术追踪系统计算结果不准确的问题，通过选取高质量的追踪射线或降低低质量的追踪射线对应的权重，进一步提高了基于调整后的追踪射线和射线权重计算得到的追踪对象的空间位姿的精确度。
实施例六
图11是本发明实施例六提供的一种手术追踪系统的控制方法的流程图，本实施例的技术方案是上述实施例的基础上的进一步细化。可选的，所述方法还包括：获取预设对象的空间位置数据，基于所述空间位置数据和与所述预设对象对应的相机装置的相机位置，确定所述预设对象与相机装置之间的对象距离；其中，所述预设对象为标记物或追踪对象；基于所述对象距离，控制与所述对象距离对应的相机装置执行对焦处理。
S610、获取至少两个相机装置分别采集到的标记物图像，并基于各标记物图像确定标记物的空间位置数据。
S620、基于标记物的局部位置数据和空间位置数据，确定标记物对应的转换误差数据，并基于转换误差数据，控制状态调整装置调整标记物的标记状态。
在上述实施例的基础上，可选的，该方法还包括：获取第一预设时间长度内确定的至少一个标记物各自对应的空间位置数据；针对每个标记物，基于标记物对应的空间位置数据，确定标记物的稳定性评估结果，并基于稳定性评估结果，调整标记物对应的标记权重，和/或，控制状态调整装置调整标记物的标记状态。
其中，具体的，手术追踪系统基于预设频率计算各标记物对应的空间位置数据，示例性的，假设预设频率为100Hz，则针对同一标记物，手术追踪系统在1秒钟内计算得到100个空间位置数据。
在一个实施例中，可选的，基于第一预设时间长度内标记物对应的空间位置数据的统计数据量以及手术追踪系统的预设频率对应的标准数据量，确定标记物的稳定性评估结果。其中，稳定性评估结果包括统计数据量与标准数据量之间的差值绝对值或比例值。
举例而言，假设第一预设时间长度为2秒钟，预设频率为100Hz，则标准数据量为200个。假设统计数据量为150个，则二者的差值绝对值为50，比例值为4/3或3/4。其中，示例性的，如果稳定性评估结果中的差值绝对值或比例值大于预设差值阈值或预设比例阈值，则调整标记物对应的标记权重，和/或，控制状态调整装置调整标记物的标记状态。
在另一个实施例中，可选的，获取第一预设时间长度内追踪对象对应的空间位姿；基于标记物对应的空间位置数据确定标记物对应的标记物变化频率，基于追踪对象对应的空间位姿确定追踪对象对应的追踪对象变化频率，基于标记物变化频率和追踪对象变化频率之间的差值确定标记物的稳定性评估结果。
其中，具体的，如果当前空间位置数据与上一空间位置数据之间的差值大于第一预设差值阈值，则将标记物对应的变化次数加1。如果当前空间位姿与上一空间位姿之间的差值大于第二预设差值阈值，则将追踪对象对应的变化次数加1。基于标记物对应的变化次数和第一预设时间长度确定标记物变化频率，基于追踪对象对应的变化次数和第一预设时间长度确定追踪对象变化频率。
S630、获取预设对象的空间位置数据，基于空间位置数据和与预设对象对应的相机装置的相机位置，确定预设对象与相机装置之间的对象距离。
在本实施中，预设对象为标记物或追踪对象。其中，具体的，当预设对象为追踪对象时，在S620中计算得到追踪对象对应的空间位姿，其中，空间位姿包括空间位置数据。
S640、基于对象距离，控制与对象距离对应的相机装置执行对焦处理。
其中，示例性的，对焦处理用于表征相机装置通过调整物距和像距，使得采集到的标记物图像可以清晰的成像到相机成像单元上。其中，物距u是指标记物到相机镜头中心点的距离，像距v是指相机成像单元到相机镜头中心点的距离。在本实施例中，对象距离可以是指物距。
其中，具体的，物距u和像距v满足成像定律
Figure BDA0002915140810000221
其中，焦距f是指平行光入射时从相机镜头中心点到光聚焦焦点之间的距离。当焦距确定时，物距和像距满足一元函数关系，具体的，调整相机成像单元与相机镜头之间的距离(即像距)的过程可以理解为对焦的处理过程。
S650、基于调整后的标记物和对焦处理后的相机装置，重新获取调整后的标记物对应的调整标记物图像，确定手术追踪系统中追踪对象的空间位姿。
在上述实施例的基础上，可选的，当追踪对象为轮廓仪时，方法还包括：获取轮廓仪扫描得到的被测对象对应的轮廓数据；基于轮廓仪与被测对象之间的相对位置数据和轮廓仪的空间位姿，对轮廓数据进行三维重建处理，得到被测对象对应的三维轮廓数据。
其中，轮廓仪扫描得到的轮廓数据是基于轮廓仪坐标系下的轮廓数据，因此轮廓仪扫描得到的轮廓数据与轮廓仪的相对位置固定，也就是说，轮廓仪与被测对象之间的相对位置数据固定。基于轮廓仪与被测对象之间的相对位置数据和轮廓仪在世界坐标系下的空间位姿，将轮廓仪坐标系下的轮廓数据转换到世界坐标系下，并对转换后的多个轮廓数据进行三维重建处理，得到被测对象在世界坐标系下的三维轮廓数据。本实施例可应用用于术前三维影像配准和/或术中患者体位配准。
图12是本发明实施例六提供的一种手术追踪系统的控制方法的具体实例的流程图。具体的，将具有多个标记物的追踪对象放置在多个相机装置共同的视野内，基于相机装置采集到的标记物图像，确定与各标记物对应的至少一个追踪射线。一方面，基于追踪射线对应的图像质量、追踪射线与相机中心轴线的夹角以及追踪射线的时间稳定值，调整追踪射线对应的射线权重和/或对确定出的标记物进行筛选，得到用作标记物计算的目标追踪射线，基于目标追踪射线和目标追踪射线对应的射线权重计算追踪对象上多个标记物对应的空间坐标。此外，基于目标追踪射线和目标追踪射线对应的射线权重计算得到的标记物对应的空间坐标使得追踪射线与标记物的误差最小。
另一方面，对第一预设时间长度内标记物的稳定性进行评估，基于稳定性评估结果调整标记物对应的标记权重和/或调整用作追踪对象计算的标记物状态。基于标记物的空间位置数据和局部位置数据，确定追踪对象对应的转换矩阵，基于转换矩阵确定标记物与追踪对象的转换误差数据，并基于转换误差数据调整标记物对应的标记权重和/或调整用作追踪对象计算的标记物状态。此外，基于追踪对象的空间位姿确定追踪对象上标记物的标记物中心轴线，基于追踪射线与标记物中心轴线之间的角度，调整追踪射线对应的射线权重和/或对确定出的标记物进行筛选，得到用作标记物计算的目标追踪射线。
再一方面，基于标记物的空间位置数据或追踪射线的空间位姿，确定标记物或追踪射线与相机装置之间的对象距离，基于对象距离控制与对象距离对应的相机装置执行对焦处理，并基于对焦处理后的相机装置重新采集标记物对应的标记物图像。
本实施例的技术方案，通过计算标记物或追踪射线与相机装置之间的距离，基于该距离调整相机装置的相机焦距，解决了手术追踪系统计算结果不准确的问题，提高了标记物图像的图像质量，进而提高了基于标记物图像确定的追踪射线的追踪质量，进一步提高了计算得到的追踪对象的空间位姿的精确度。
实施例七
图13是本发明实施例七提供的一种手术追踪系统的控制装置的示意图。本实施例可适用于对手术过程中的追踪对象进行追踪定位的情况，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现，该装置可以配置于手术追踪系统中。该手术追踪系统的控制装置包括：空间位置数据确定模块710、标记状态调整模块720和空间位姿确定模块730。
其中，空间位置数据确定模块710，用于获取至少两个相机装置分别采集到的标记物图像，并基于各标记物图像确定标记物的空间位置数据；
标记状态调整模块720，用于基于标记物的局部位置数据和空间位置数据，确定标记物对应的转换误差数据，并基于转换误差数据，控制状态调整装置调整标记物的标记状态；其中，局部位置数据和空间位置数据分别用于表征标记物在追踪对象坐标系下的位置数据和在世界坐标系下的位置数据；
空间位姿确定模块730，用于基于调整后的标记物对应的调整标记物图像，确定手术追踪系统中追踪对象的空间位姿。
本实施例的技术方案，通过基于标记物图像确定的空间位置数据和局部位置数据，确定标记物对应的转换误差数据，并基于转换误差数据控制手术追踪系统中的状态调整装置调整标记物的标记状态，解决了追踪过程中标记物被遮挡的问题，提高了手术的灵活性和降低了手术风险。
在上述技术方案的基础上，可选的，该装置还包括：
标记物稳定性评估模块，用于获取第一预设时间长度内确定的至少一个标记物各自对应的空间位置数据；针对每个标记物，基于标记物对应的空间位置数据，确定标记物的稳定性评估结果，并基于稳定性评估结果，调整标记物对应的标记权重，和/或，控制状态调整装置调整标记物的标记状态。
在上述技术方案的基础上，可选的，空间位置数据确定模块710包括：
追踪射线确定单元，用于针对每个标记物图像，基于标记物图像中与标记物对应的标记中心点和标记物图像对应的相机装置的相机镜头中心点，确定标记物图像对应的追踪射线；
射线权重确定单元，用于针对每个标记物，基于与标记物对应的追踪射线的追踪质量参数，确定至少两个目标追踪射线以及与各目标追踪射线对应的射线权重；
空间位置数据确定单元，用于基于各目标追踪射线和射线权重，确定标记物的空间位置数据。
在上述技术方案的基础上，可选的，追踪质量参数包括图像质量、追踪射线与相机中心轴的角度质量、追踪射线的稳定值、追踪射线与标记物的误差质量、追踪射线与标记物中心轴的角度质量中至少一种。
在上述技术方案的基础上，可选的，当追踪质量参数包括图像质量时，该装置还包括：
图像质量确定模块，用于针对每个标记物图像，基于标记物图像的图像尺寸、图像亮度和图像圆度中至少一种图像参数，确定基于标记物图像确定的追踪射线对应的图像质量。
在上述技术方案的基础上，可选的，当追踪质量参数包括追踪射线与相机中心轴的角度质量时，该装置还包括：
相机中心轴的角度确定模块，用于针对每个追踪射线，基于追踪射线与追踪射线对应的相机装置的中心轴线之间的夹角，确定追踪射线与相机中心轴的角度质量。
在上述技术方案的基础上，可选的，当追踪质量参数包括追踪射线的稳定值时，该装置还包括：
追踪射线稳定性确定模块，用于针对每个追踪射线，确定追踪射线在第二预设时间长度内的状态变化次数和/或追踪射线对应的除追踪射线的稳定值之外的至少一个追踪质量参数在第二预设时间长度内的波动次数，基于状态变化次数和/或波动次数，确定追踪射线的稳定值。
在上述技术方案的基础上，可选的，当追踪质量参数包括追踪射线与标记物的误差质量时，射线权重确定单元，具体用于：
基于追踪射线与标记物的误差质量，确定至少两个目标追踪射线以及与各目标追踪射线对应的射线权重，以使基于目标追踪射线和射线权重确定的标记物的空间位置数据满足追踪射线与标记物的误差质量最小；其中，追踪射线与标记物的误差质量用于表征标记物与各追踪射线之间的权重距离平方和。
在上述技术方案的基础上，可选的，当追踪质量参数包括追踪射线与标记物中心轴的角度质量时，该装置还包括：
标记物中心轴的角度确定模块，用于针对每个追踪射线，基于追踪射线与追踪射线对应的标记物的中心轴线之间的夹角，确定追踪射线与标记物中心轴的角度质量。
在上述技术方案的基础上，可选的，该装置还包括：
相机焦距调整模块，用于获取预设对象的空间位置数据，基于空间位置数据和与预设对象对应的相机装置的相机位置，确定预设对象与相机装置之间的对象距离；其中，预设对象为标记物或追踪对象；基于对象距离，控制与对象距离对应的相机装置执行对焦处理。
在上述技术方案的基础上，可选的，当追踪对象为轮廓仪时，该装置还包括：
三维轮廓数据确定模块，用于获取轮廓仪扫描得到的被测对象对应的轮廓数据；基于轮廓仪与被测对象之间的相对位置数据和轮廓仪的空间位姿，对轮廓数据进行三维重建处理，得到被测对象对应的三维轮廓数据。
本发明实施例所提供的手术追踪系统的控制装置可以用于执行本发明实施例所提供的手术追踪系统的控制方法，具备执行方法相应的功能和有益效果。
值得注意的是，上述手术追踪系统的控制装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
实施例八
本发明实施例八还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种手术追踪系统的控制方法，该方法包括：
获取至少两个相机装置分别采集到的标记物图像，并基于各标记物图像确定标记物的空间位置数据；
基于标记物的局部位置数据和空间位置数据，确定标记物对应的转换误差数据，并基于转换误差数据，控制状态调整装置调整标记物的标记状态；其中，局部位置数据和空间位置数据分别用于表征标记物在追踪对象坐标系下的位置数据和在世界坐标系下的位置数据；
基于调整后的标记物对应的调整标记物图像，确定手术追踪系统中追踪对象的空间位姿。
本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质,其计算机可执行指令不限于如上的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的手术追踪系统的控制方法中的相关操作。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (20)

1.一种手术追踪系统，其特征在于，包括：追踪对象、控制器、标记物和至少两个相机装置，各所述相机装置和所述追踪对象分别与所述控制器通信连接；
其中，各所述相机装置分别通过相机支架固定在手术追踪系统中的固定装置上，所述标记物安装在所述追踪对象上，所述标记物在各所述相机装置的相机视野范围内；
所述追踪对象上设置有用于调整所述标记物的标记状态的状态调整装置；
所述控制器，用于基于各所述相机装置分别采集到的标记物图像，控制所述状态调整装置调整所述标记物的标记状态。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述追踪对象包括手术器械、遥控器和轮廓仪中至少一种。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，当所述追踪对象包括手术器械和/或轮廓仪时，所述标记物通过标记物支架安装在所述追踪对象上，所述标记物包括主动式标记物和/或反射式标记物。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，当所述标记物包括主动式标记物时，所述状态调整装置设置在所述标记物支架内，所述状态调整装置包括用于控制标记物开关状态的第一开关装置。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，当所述标记物包括主动式标记物和/或反射式标记物时，所述标记物支架通过所述状态调整装置安装在所述手术器械上，所述状态调整装置包括可旋转的执行器，所述状态调整装置中设置有用于编码所述标记物支架位置的编码器。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，当所述追踪对象包括遥控器时，所述标记物通过控制面板安装在所述遥控器上，相应的，所述状态调整装置设置在所述控制面板上，所述标记物包括主动式标记物和/或反射式标记物。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，当所述标记物包括主动式标记物时，所述状态调整装置包括用于控制标记物开关状态的第二开关装置，所述第二开关装置包括开关按钮和/或触摸面板。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，当所述标记物包括反射式标记物时，所述控制面板上设置有用于安装反射式标记物的中间安装装置，和/或，所述状态调整装置包括用于遮挡所述反射式标记物的镂空板。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述追踪对象上还设置有指示器，所述指示器包括指示灯和/或声音播放器。
10.一种手术追踪系统的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-9任一所述的手术追踪系统，所述方法包括：
获取至少两个相机装置分别采集到的标记物图像，并基于各所述标记物图像确定标记物的空间位置数据；
基于标记物的局部位置数据和所述空间位置数据，确定标记物对应的转换误差数据，并基于所述转换误差数据，控制状态调整装置调整标记物的标记状态；其中，所述局部位置数据和空间位置数据分别用于表征标记物在追踪对象坐标系下的位置数据和在世界坐标系下的位置数据；
基于调整后的标记物对应的调整标记物图像，确定手术追踪系统中追踪对象的空间位姿。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取第一预设时间长度内确定的至少一个标记物各自对应的空间位置数据；
针对每个标记物，基于所述标记物对应的所述空间位置数据，确定所述标记物的稳定性评估结果，并基于所述稳定性评估结果，调整所述标记物对应的标记权重，和/或，控制状态调整装置调整所述标记物的标记状态。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述基于各所述标记物图像确定标记物的空间位置数据，包括：
针对每个标记物图像，基于所述标记物图像中与标记物对应的标记中心点和所述标记物图像对应的相机装置的相机镜头中心点，确定所述标记物图像对应的追踪射线；
针对每个标记物，基于与所述标记物对应的追踪射线的追踪质量参数，确定至少两个目标追踪射线以及与各所述目标追踪射线对应的射线权重；
基于各所述目标追踪射线和所述射线权重，确定标记物的空间位置数据。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述追踪质量参数包括图像质量、追踪射线与相机中心轴的角度质量、追踪射线的稳定值、追踪射线与标记物的误差质量、追踪射线与标记物中心轴的角度质量中至少一种。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，当所述追踪质量参数包括图像质量时，所述方法还包括：
针对每个标记物图像，基于所述标记物图像的图像尺寸、图像亮度和图像圆度中至少一种图像参数，确定基于所述标记物图像确定的追踪射线对应的图像质量。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，当所述追踪质量参数包括追踪射线与相机中心轴的角度质量时，所述方法还包括：
针对每个追踪射线，基于所述追踪射线与所述追踪射线对应的相机装置的中心轴线之间的夹角，确定追踪射线与相机中心轴的角度质量。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，当所述追踪质量参数包括追踪射线的稳定值时，所述方法还包括：
针对每个追踪射线，确定所述追踪射线在第二预设时间长度内的状态变化次数和/或所述追踪射线对应的除所述追踪射线的稳定值之外的至少一个追踪质量参数在第二预设时间长度内的波动次数；
基于所述状态变化次数和/或波动次数，确定所述追踪射线的稳定值。
17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，当所述追踪质量参数包括追踪射线与标记物的误差质量时，所述基于与所述标记物对应的追踪射线的追踪质量参数，确定至少两个目标追踪射线以及与各所述目标追踪射线对应的射线权重，包括：
基于所述追踪射线与标记物的误差质量，确定至少两个目标追踪射线以及与各所述目标追踪射线对应的射线权重，以使基于目标追踪射线和射线权重确定的标记物的空间位置数据满足追踪射线与标记物的误差质量最小；其中，所述追踪射线与标记物的误差质量用于表征标记物与各追踪射线之间的权重距离平方和。
18.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，当所述追踪质量参数包括追踪射线与标记物中心轴的角度质量时，所述方法还包括：
针对每个追踪射线，基于所述追踪射线与所述追踪射线对应的标记物的中心轴线之间的夹角，确定追踪射线与标记物中心轴的角度质量。
19.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取预设对象的空间位置数据，基于所述空间位置数据和与所述预设对象对应的相机装置的相机位置，确定所述预设对象与相机装置之间的对象距离；其中，所述预设对象为标记物或追踪对象；
基于所述对象距离，控制与所述对象距离对应的相机装置执行对焦处理。
20.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，当所述追踪对象为轮廓仪时，所述方法还包括：
获取所述轮廓仪扫描得到的被测对象对应的轮廓数据；
基于所述轮廓仪与所述被测对象之间的相对位置数据和所述轮廓仪的空间位姿，对所述轮廓数据进行三维重建处理，得到所述被测对象对应的三维轮廓数据。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0404345D0 (en) * 2004-02-27 2004-03-31 Depuy Int Ltd Surgical jig and methods of use
CN101889857B (zh) * 2009-05-22 2012-09-19 许杰 手术导航设备
JP6745998B2 (ja) * 2016-12-16 2020-08-26 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． 手術を誘導する画像を提供するシステム
CN106890025B (zh) * 2017-03-03 2020-02-28 浙江大学 一种微创手术导航系统和导航方法
CN107374730A (zh) * 2017-09-06 2017-11-24 东北大学 光学手术导航系统
EP3476358B8 (de) * 2017-10-27 2020-10-21 Siemens Healthcare GmbH System zum nachverfolgen einer position eines zielobjekts
CN111000632B (zh) * 2018-10-08 2023-04-18 格罗伯斯医疗有限公司 具有跟踪标记的手术机器人自动化
CN112914755A (zh) * 2021-01-25 2021-06-08 深圳市奥昇医疗科技有限责任公司 手术追踪系统及其控制方法
CN113476141B (zh) * 2021-06-30 2023-02-10 苏州微创畅行机器人有限公司 位姿控制方法及其适用的光学导航系统、手术机器人系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022156569A1 (zh) * 2021-01-25 2022-07-28 深圳市奥昇医疗科技有限责任公司 手术追踪系统及其控制方法

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