CN112955073A - 患者观察系统 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于观察患者的方法，该方法包括插入导管以进行健康过程导航。在患者的身体部位上执行CT扫描。处理来自CT扫描的原始数据以创建三维图像数据，并将图像数据存储在数据存储器中。投影仪接收表示图像数据的图案中所生成的光，并且波导将光引导到观察者的眼睛的视网膜，而来自身体的外表面的光发送到眼睛的视网膜，以使得观察者看到用处理数据渲染的身体部位而增强的身体的外表面。

Description

患者观察系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年8月22日提交的美国临时专利申请序列号62/721,516和于2018年11月26日提交的美国临时专利申请序列号62/771,534的优先权，其各自通过引用全部并入在此。
技术领域
本发明涉及患者观察系统。
背景技术
外科医生、医生和其他观察者使用内窥镜导管来捕获患者体内的身体部位的图像。例如，支气管镜是用于检查节段性支气管的内窥镜导管。导管还具有其它功能，诸如其它内窥镜观察功能，以治疗疾病或执行外科手术。
因为通过最少或没有侵入性手术将导管的尖端插入患者的身体内，所以观察者无法用肉眼看到导管的尖端的位置。为了帮助观察者，屏幕提供了图像的组合。这些图像通常包括术前和术中生成的计算机断层扫描(CT)图像，以及来自导管尖端中的导管相机的实况视频数据。这些图像通常在显示器的不同象限中提供。
就支气管而言，所有支气管隧道看起来都是相同的。结果，观察者经常猜测支气管当前正在导航到哪里。此类观察者在将支气管镜推过支气管时经常会进行多次CT扫描，以确定它们在肺中的位置。
发明内容
本发明提供了一种患者观察系统，其包括：具有内腔和尖端的导管，检测尖端运动的尖端跟踪设备，左投影仪和右投影仪，被连接到左投影仪和右投影仪的左光波导和右光波导，处理器，被连接到处理器的计算机可读介质，计算机可读介质上的数据存储器，以及存储在计算机可读介质上并且可由处理器执行的指令集。该指令集可以包括：1)导管跟踪系统，其被连接到尖端跟踪设备并且接收基于由尖端跟踪设备检测到的运动的测量，并且基于该测量确定尖端的位置并将尖端的位置存储在数据存储器中，以及2)连接到数据存储器以接收图像数据的立体分析器，该立体分析器确定左图像数据集和右图像数据集，左投影仪和右投影仪分别投影左图像数据集和右图像数据集，左图像数据集和右图像数据集彼此不同以对观察者提供三维渲染的感知。
本发明还提供一种观察患者的方法，该方法包括：将导管的尖端插入患者的身体内；用尖端跟踪设备检测尖端的运动；接收基于由尖端跟踪设备检测到的运动的测量；基于测量来确定尖端的位置；存储尖端的位置；基于尖端的位置确定左图像数据集和右图像数据集；使用分别投影左图像数据集和右图像数据集的左投影仪和右投影来生成仪表示尖端的位置的图案中的光作为光；以及将光引导至观察者的左眼和右眼的视网膜，以使得观察者看到尖端的位置，左图像数据集和右图像数据集彼此不同以对观察者提供三维渲染的感知。
本发明还提供了一种患者观察系统，其包括：具有内腔和尖端的导管，检测尖端运动的尖端跟踪设备，投影仪，连接到投影仪的光波导，处理器，连接到处理器的计算机可读介质，计算机可读介质上的数据存储器，以及存储在计算机可读介质上并且可由处理器执行的指令集。该指令集可以包括：1)导管跟踪系统，其被连接到尖端跟踪设备，并接收基于由尖端跟踪设备检测到的运动的测量，并且基于测量确定尖端的位置，并将尖端的位置存储在数据存储器中；2)过去路径计算器，其将尖端的过去路径存储在数据存储器中；以及3)导管显示集成器，该导管显示集成器将尖端的过去路径与尖端的位置一起显示。
本发明还提供一种观察患者的方法，该方法包括：将导管的尖端插入患者的身体内；用尖端跟踪设备检测尖端的运动；接收基于由尖端跟踪设备检测到的运动的测量；基于测量确定尖端的位置；存储尖端的位置；基于尖端的位置确定左图像数据集和右图像数据集；使用分别投影左图像数据集和右图像数据集的左投影仪和右投影来生成仪表示尖端的位置的图案中的光作为光；以及将光引导至观察者的左眼和右眼的视网膜，以使得观察者看到尖端的位置，左图像数据集和右图像数据集彼此不同以对观察者提供三维渲染的感知；将尖端的过去路径存储在数据存储器中；以及将尖端的过去路径与尖端的位置一起显示。
本发明还提供了一种患者观察系统，其包括：具有内腔和尖端的导管，检测尖端运动的尖端跟踪设备，投影仪，连接到投影仪的光波导，处理器，连接到处理器的计算机可读介质，计算机可读介质上的数据存储器，以及存储在计算机可读介质上并且可由处理器执行的指令集。该指令集可以包括：1)导管跟踪系统，其被连接到尖端跟踪设备并接收基于由尖端跟踪设备检测到的运动的测量，并且基于该测量确定尖端的位置并将尖端的位置存储在数据存储器中；2)预期路径计算器，其基于尖端的位置来计算尖端的未来路径，导管显示集成器显示该未来路径，以及3)导管显示集成器，该导管显示集成器将尖端的未来路径与尖端的位置一起显示。
本发明还提供一种观察患者的方法，该方法包括：将导管的尖端插入患者的身体内；用尖端跟踪设备检测尖端的运动；接收基于由尖端跟踪设备检测到的运动的测量；基于测量来确定尖端的位置；存储尖端的位置；基于尖端的位置来确定左图像数据集和右图像数据集；使用分别投影左图像数据集和右图像数据集的左投影仪和右投影来生成仪表示尖端的位置的图案中的光作为光；将光引导至观察者的左眼和右眼的视网膜，使得观察者看到尖端的位置，左图像数据集和右图像数据集彼此不同以对观察者提供三维渲染的感知；基于尖端的位置来计算尖端的未来路径；以及将尖端的未来路径与尖端的位置一起显示。
本发明还提供了一种患者观察系统，其包括：发射机；能量源，其被连接到发射机以激活发射机，患者的身体相对于发射机可定位，以使发射机在身体内的身体部位处生成前向波；接收机，其相对于身体可定位以检测来自身体部位的返回波，来自身体部位的返回波是对由发射机产生的前向波的响应，处理器；计算机可读介质，其被连接到处理器；数据存储器，其位于计算机可读介质上；以及指令集，其被存储在计算机可读介质上并且可由处理器执行。该指令集可以包括：1)原始数据接收单元，其接收由接收机检测的返回波的原始数据，并将原始数据存储在数据存储器中；2)图像生成单元，其被连接到数据存储器，以处理返回波的原始数据以创建表示图像的图像数据，并将图像数据存储在数据存储器中；3)图像数据接收单元，其从数据存储器接收图像数据；4)投影仪，其被连接到图像数据接收单元以接收图像数据，该投影仪生成表示图像数据的图案中的光，以及5)连接到投影仪的光波导，其将光引导到观察者的眼睛的视网膜，而来自身体的外表面的光发送到眼睛的视网膜，使得观察者看到通过渲染身体部位而增强的身体的外表面。
本发明还提供了一种观察患者的方法，该方法包括：激活发射机以在身体内的身体部位处生成前向波；用接收机检测来自身体部位的返回波，来自身体部位的返回波是对由发射机产生的前向波的响应；接收由接收机检测的返回波的原始数据；将原始数据存储在数据存储器中；处理返回波的原始数据以创建表示图像的图像数据；将图像数据存储在数据存储器中；从数据存储器接收图像数据；生成表示图像数据的图案中的光；以及将光引导至观察者的眼睛的视网膜，而来自身体的外表面的光发送到眼睛的视网膜，使得观察者看到通过渲染身体部位而增强的身体的外表面。
附图说明
参考附图，通过示例的方式还描述了本发明，在附图中：
图1是根据本发明的实施例的患者观察系统的框图；
图2是根据一些实施例的形成患者观察系统的一部分的CT扫描仪、数据接收单元、图像生成单元和数据存储器的局部透视图和局部框图；
图3是根据一些实施例的形成患者观察系统的一部分的显示系统、导管和数据存储器的局部透视图和局部框图；
图4是根据一些实施例的示出形成图3中的显示系统的一部分的导管集成系统的框图，并且还示出了导管；
图5是根据一些实施例的示出外科医生形式的观察者的透视图，该观察者看到患者的身体以及患者体内的身体部位的渲染，并且还看到导管尖端和尖端的过去路径的渲染；
图6是根据一些实施例的图5的顶视图；
图7是根据一些实施例的由观察者看到的视图；
图8是根据一些实施例的在观察者围绕患者的身体逆时针移动并且已经逆时针移动他们的头部以保持看到患者的身体之后的类似于图6的视图；
图9是示出根据一些实施例的如何在视图内修改患者的身体和渲染的类似于图7的视图；
图10根据一些实施例以放大的细节示出在图7和图9中向观察者示出的渲染；
图11是根据一些实施例的由图7和图9中的观察者看到的视图的一部分的放大图；
图12是根据一些实施例的由图7和图9的视图中的观察者看到的实况视频数据和网格的放大图；
图13是示出根据一些实施例的三个自由度的导管的尖端的运动以及从第一位置到第二位置运动了第一量的曲线图；
图14是根据一些实施例的处于第一位置的导管的尖端的视图；
图15是根据一些实施例的处于第二位置的导管的视图；
图16是示出根据一些实施例的延伸穿过内腔的路径和不延伸穿过内腔以避免伤害的路径的类似于图16的视图；
图17是示出根据一些实施例的尖端的计算出的未来路径的类似于图16的视图，该尖端的未来路径被显示为向观察者的三维渲染；
图18是根据本发明的一个实施例的可以在本发明的系统中找到应用的计算机形式的机器的框图；以及
图19示出根据本发明的一个实施例的根据患者观察到的位置变化来调节医疗器械输入的时序关系。
具体实施方式
附图中的图1示出根据本发明的实施例的患者观察系统20，其包括CT扫描仪22、数据存储器24、导管26和显示系统28。
数据存储器24被连接到CT扫描仪22。来自CT扫描仪22的原始数据可以被存储在数据存储器24中。数据存储器24还存储基于原始数据的图像数据。
显示系统28被连接到数据存储器24，以能够从数据存储器24取得图像数据。导管26被连接到显示系统28，以使得显示系统28可以从导管26中取得测量和视频数据，以进行进一步处理或显示给观察者。
在使用中，患者位于CT扫描仪22的工作站(station)32处。用CT扫描仪22扫描患者的身体30，以获得CT扫描仪22存储在数据存储器24中的原始数据。然后处理原始数据以获得3D图像数据。
将患者从CT扫描仪22处的工作站32转移到显示系统28处的工作站34。观察者使用显示系统28来观察患者的身体30。显示系统28还从数据存储器24取得图像数据。观察者使用显示系统28以3D渲染患者的身体30的形式来观察图像。观察者将导管26插入身体30。显示系统28从导管26的尖端取得数据，以进行进一步处理或显示给观察者。
图2示出根据一些实施例的患者观察系统20的组件，包括CT扫描仪22、数据存储器24、能量源36、数据接收单元38和图像生成单元40。
CT扫描仪22包括基座42、平台44、转子46、x射线发射机48和多个x射线检测器50。
平台44通过允许平台44相对于基座42平移运动的机构(未示出)被固定至基座42。诸如步进电机(未示出)的致动器可操作以引起平台44相对于基座42的平移运动。
转子46具有开口52。x射线发射机48在开口52的一侧上被固定到转子46，并且x射线检测器50在开口52的相对侧上被固定到转子46。转子46围绕平台44被安装到基座42。平台44在其平移运动期间相对于开口52移动。马达(未示出)被连接在基座42与转子46之间，并且可操作以使转子46围绕平台44旋转。
能量源36可以通过开关54被连接到x射线发射机48。x射线检测器50可以连接到数据接收单元38。数据接收单元38可以是驻留在计算机的计算机可读介质上的软件单元。数据存储器24驻留在计算机可读介质上。计算机可读介质可以是单个计算机可读介质，或者可以在一个个人计算机或在网络上彼此连接的多个个人计算机内分开。数据接收单元38直接或通过网络连接到数据存储器24。
图像生成单元40可以是驻留在计算机可读介质上的计算机程序。图像生成单元40直接地或通过网络连接到数据存储器24。
在使用中，CT扫描仪22的操作者将患者的身体30放在平台44上。然后，接通连接在基座42与转子46之间的马达，使得转子46围绕平台44和患者的身体30在方向58上旋转。操作者还接通马达，该马达使平台44相对于基座42在平移方向上移动，使得平台44相对于转子46在方向60上移动。然后，操作者连接能量源36与x射线发射机48之间的开关54，以激活x射线发射机48。然后，x射线发射机生成前向x射线波62。
患者的身体30相对于x射线发射机48定位，使得前向x射线波62穿透身体30到达身体30内的身体部位(未示出)。出于本示例的目的，被扫描的身体部位是患者的肺部。肺部有许多支气管，导管可以行进通过该支气管。导管也可能行进通过血液循环系统的心脏、动脉和静脉等中的中空通道。在此所述的系统也可用于观察内部身体部位，而无需使用导管进行视觉、手术或干预，例如观察腹部内的生长情况，分析膝盖的内部功能等。身体部位降低前向x射线波62的能量。身体部位内的不同材料以不同的量来降低能量。x射线检测器50之一相对于身体30定位，以检测从身体部位返回x射线波64。来自身体部位的返回x射线波64响应于前向x射线波62而被检测到，并且实质上是由于被身体部位减小功率而具有减小的功率的前向x射线波62。还示出了进一步前向x射线波66。进一步x射线波在前向x射线波62与66之间生成，并由x射线检测器50中的相应的x射线检测器检测。以该方式，从身体部位的不同部分接收返回x射线波。
x射线发射机48和x射线检测器50与转子46一起围绕患者的身体30内的身体部位旋转。以该方式，可以从不同角度扫描身体部位以创建解剖结构的二维“切片”。CT扫描能够示出骨骼、器官、软组织。通过在方向60上移动平台44来获取随后的切片。因此，每个切片表示二维数据，并且这些切片一起表示身体部位的三维数据。
数据接收单元38从x射线检测器50接收返回x射线波64的原始数据。原始数据包括x射线发射机48相对于患者的身体30内身体部位的角度、每个x射线检测器50所检测到的能量、每个x射线检测器50的位置、以及平台44的位置之间的时间顺序相关性。数据接收单元38将原始数据存储为由x射线检测器50检测到的返回x射线波的原始数据68。
当收集到足够的身体部位的原始数据68时，操作者断开开关54并停止平台44。然后，操作者停止转子46并将患者从平台44移开。
图像生成单元40从数据存储器24中取得原始数据68。图像生成单元40基于原始数据68生成图像数据。图像数据包括身体部位的三维渲染。然后，图像生成单元40将图像数据作为图像数据70存储在数据存储器24中。数据存储器24可以是单个数据存储器，或者可以在平台之间分布，并且因此，原始数据68和图像数据70可以位于个人计算机内的单个数据存储器中，或位于多个个人计算机内的多个数据存储器内。
图3根据一些实施例更详细地示出患者观察系统20的组件，并且示出数据存储器24(保存图像数据70)、导管26和显示系统28。
导管26包括内腔76和附接到内腔76的端部的尖端78。内腔是形成导管26的大部分长度的细长构件(例如，管状部分的腔)。内腔76包括机构(未示出)，该机构可操作以在至少四个正交方向和正交方向之间的所有方向上移动尖端78。因此，尖端78可利用内腔76中的机构来操纵。内腔具有足够大的中空孔(bore)，以容纳用于将尖端与可以通过内腔76将来自尖端的信号中继到显示系统28所需的任何电缆和/或光纤一起操纵的机构。
导管26还包括固定到尖端78的导管惯性运动单元(IMU)80和导管相机82。导管IMU80可以例如是半导体芯片，该半导体芯片具有形成在其中的多个测量设备。测量设备包括一个或多个陀螺仪以及一个或多个加速度计。来自陀螺仪和加速度计的测量单独或组合地提供指示尖端78运动的数据。可以在六个自由度中跟踪此类运动，例如，在x、y和z方向上的平移以及围绕x、y和z轴的旋转。
导管相机82在尖端78的与内腔76相对的一侧上具有透镜(未示出)。导管相机82被定位成在尖端78前面的区域中(即在与内腔76相对的一侧)捕获实况视频数据形式的图像。在相机尖端的不同侧可能有多个光源和多个相机，但是为便于讨论，我们假设只有单个相机，例如导管远端上的内置相机和光源。
显示系统28包括头戴式框架86、左投影仪88A和右投影仪88B、左波导90A和右波导90B、检测设备92和视觉算法94。左投影仪88A和右投影仪88B、左波导90A和右波导90B以及检测设备92被固定到头戴式框架86。头戴式框架86被成形为安装到观察者的头部。头戴式框架86的组件可例如包括围绕观察者的头部的后部缠绕的带子(未示出)。
左投影仪88A和右投影仪88B连接到电源。每个投影仪88A或88B具有用于将图像数据提供给相应的投影仪88A或88B的相应输入。相应的投影仪88A或88B在通电时生成二维图案中的光并从中发出光。左波导90A和右波导90B被定位成分别接收来自左投影仪88A和右投影仪88B的光。左波导90A和右波导90B是透明波导。
检测设备92包括头部单元IMU 100和一个或多个头部单元相机102。头部单元IMU100包括一个或多个陀螺仪和一个或多个加速度计。陀螺仪和加速度计通常形成在半导体芯片中，并且能够检测头部单元IMU 100和头戴式框架86的运动，包括沿三个正交轴的运动以及围绕三个正交轴的旋转。
头部单元相机102从头戴式框架86周围的环境连续捕获图像。可以将图像彼此比较以检测头戴式框架86和观察者的头部的运动。
视觉算法94包括图像数据接收单元106、显示定位算法108、导管集成系统110、显示调节算法112、图像处理系统114和立体分析器116。图像数据接收单元106通过直接连接或通过网络连接到数据存储器24。视觉算法94的组件通过子例程或调用彼此链接。通过此类子例程和调用，图像数据接收单元106经由显示定位算法108链接到立体分析器116。
导管集成系统110可以通过内腔76中的导体连接到导管IMU 80和导管相机82。本领域的普通技术人员将理解，视觉算法94驻留在计算系统上，并且导管集成系统110从导管相机82和导管IMU 80接收信号，并且该信号可以从模拟或数字数据转换为计算机软件数据。导管集成系统110可以通过子例程或调用连接到立体分析器116。
显示调节算法112和图像处理系统114分别连接到头部单元IMU 100和头部单元相机102。此类连接是通过导体，并且如果适用，还可以通过将模拟或数字数据转换为计算机软件数据的转换器(inverter)进行。显示调节算法112可以通过子例程和调用连接到显示定位算法108。图像处理系统114可以通过调用和子例程被连接到显示调节算法112。
在使用中，观察者将头戴式框架86安装到他们的头部。左波导90A和右波导90B然后位于观察者的左眼120A和右眼120B的前面。
图像数据接收单元106从数据存储器24中取得图像数据70，并将图像数据70提供给显示定位算法108。显示定位算法108将图像数据70输入到立体分析器116中。图像数据70是如上所述的身体部位的三维图像数据。立体分析器116分析图像数据70，以基于图像数据70确定左图像数据集和右图像数据集。左图像数据集和右图像数据集是表示彼此略有不同以对观察者提供三维渲染的感知的二维图像的数据集。图像数据70是不随时间推移变化的静态数据集。
立体分析器116将左图像数据集和右图像数据集输入到左投影仪88A和右投影仪88B。然后，左投影仪88A和右投影仪88B创建左光图案122A和右光图案122B。在平面图中示出了显示系统28的组件，并且在正视图中示出左光图案122A和右光图案122B。每个光图案122A和122B包括多个像素。为了说明的目的，示出了来自像素中的两个像素的光线124A和126A离开左投影仪88A并进入左波导90A。光线124A和126A从左波导90A的侧面反射。示出了光线124A和126A通过内部反射在左波导90A内从左向右传播，但是应当理解，光线124A和126A也使用折射和反射系统沿一定方向传播到纸面中。光线124A和126A通过光瞳(pupil)128A离开左光波导90A，并且然后通过左眼的瞳孔130A进入左眼120A。然后，光线124A和126A落在左眼120A的视网膜132A上。以该方式，左光图案122A落在左眼120A的视网膜132A上。给观察者的感觉是，形成在视网膜132A上的像素是观察者感知到的位于左波导90A的与左眼120A相对的一侧上的某个距离处的像素134A和136A。
以类似的方式，立体分析器116将右图像数据集输入到右投影仪88B中。右投影仪88B发送右光图案122B，该右光图案122B由光线124B和126B形式的像素表示。光线124B和126B在右波导90B内反射并通过光瞳128B离开。光线124B和126B然后通过右眼120B的瞳孔130B进入并且落在右眼120B的视网膜132B上。光线124B和126B的像素被感知为右光波导90B后面的像素134B和136B。
在视网膜132A和132B上创建的图案被分别感知为在正视图前面示出的左图像140A和右图像140B。由于立体分析器116的功能，左图像140A和右图像140B彼此略有不同。在观察者的头脑中，左图像140A和右图像140B被视为三维渲染。
如上所述，左波导90A和右波导90B是透明的。来自左波导90A和右波导90B的与眼睛120A和120B相对的一侧上的真实对象的光可以穿过左波导90A和右波导90B投射并落在视网膜132A和132B上。特别地，来自患者的身体30的表面的光落在视网膜132A和132B上，使得观察者可以看到患者的身体30的表面。创建增强现实，其中，由于由观察者组合感知的左图像140A和右图像140B，因此观察者看到的患者的身体30的表面被观察者感知的三维渲染增强。
头部单元IMU 100检测观察者的头部的每一个运动。例如，如果观察者围绕患者的身体30逆时针移动并同时逆时针旋转其头部以继续观察患者的身体30，则此类运动将被头部单元IMU 100中的陀螺仪和加速度计检测到。头部单元IMU 100将来自陀螺仪和加速度计的测量提供给显示调节算法112。显示调节算法112计算放置值，并将该放置值提供给显示定位算法108。显示定位算法108修改图像数据70以补偿观察者的头部的运动。显示定位算法108将修改的图像数据70提供给立体分析器116以显示给观察者。
头部单元相机102随着观察者移动其头部而连续捕获图像。图像处理系统114通过识别图像内的对象的图像来分析图像。图像处理系统114分析对象的运动以确定头戴式框架86的姿势位置。图像处理系统114将姿势位置提供给显示调节算法112。显示调节算法112使用姿势位置来进一步细化显示调节算法112提供给显示定位算法108的放置值。显示定位算法108因此基于头部单元IMU 100中的运动传感器与由头部单元相机102拍摄的图像的组合来修改图像数据70。
在观察者将尖端78插入患者的身体30中之前，导管集成系统110可以检测导管26的尖端78的位置。观察者随后将尖端78插入患者的身体30中。然后，尖端78对于观察者是不可见的。导管IMU 80向导管集成系统110提供指示尖端78的每个运动的信号。导管集成系统110因此可以使用导管IMU 80中的运动传感器来跟踪尖端78的位置。与静态的图像数据70不同，尖端78的位置随时间推移变化。导管集成系统110将尖端78的位置提供给立体分析器116。尖端78的位置可以是动态的，因为其随时间推移变化并且在三维上移动。立体分析器116将尖端78定位在插入左投影仪88A和右投影仪88B中的左图像数据集和右图像数据集中。观察者因此可以看到在左图像140A和右图像140B内的尖端78的位置。尖端78的位置在左图像140A和右图像140B内略有变化，使得观察者以三维感知尖端78的位置。当尖端78穿过患者的身体30时，由左图像140A和右图像140B提供的尖端78的位置的渲染随时间推移改变。尖端78的位置的此类运动随着三维中渲染变化，使得观察者将尖端78的渲染感知为在三维上移动，即向左、向右、向上、向下、向前、向后等。
导管相机82继续捕获视频数据并将视频数据提供给导管集成系统110。导管集成系统110将视频数据提供给立体分析器116。除非或直到检测到指示位置应当改变的用户交互事件，否则立体分析器116将视频数据放置在观察者的视野内的固定位置。视频数据随时间推移而变化，因为导管相机82会捕获不同的图像。
视觉算法94是与数据存储器24一起存储在计算机可读介质上的指令集。指令集可由处理器执行以执行上述方法。存储视觉算法94的计算机可读介质可以位于观察者佩戴的腰包上。
图4更详细地示出患者观察系统20的组件，特别是导管集成系统110的组件，以及它们与尖端78中的导管IMU 80和导管相机82以及立体分析器116的关系。
导管集成系统110包括导管跟踪系统150、过去路径计算器152、网格生成器154、预期路径计算器156、视频数据接收单元158和导管显示集成器160。导管跟踪系统150被连接到导管IMU 80。导管跟踪系统150基于由导管IMU 80检测的运动来计算尖端78的位置。导管IMU 80包括多个尖端跟踪设备，包括多个陀螺仪和加速计，以在六个自由度中跟踪其运动。导管跟踪系统150将尖端78的当前位置作为位置162存储在数据存储器24中。导管跟踪系统150继续监控导管IMU 80，继续计算尖端78的当前位置，并继续将尖端78的当前位置作为当前位置162存储在数据存储器24中。
导管显示集成器160从数据存储器24接收当前位置162，并将当前位置162提供给立体分析器116。立体分析器116向观察者显示尖端78的当前位置162作为渲染，使得观察者可以看到尖端78的位置作为三维渲染。
过去路径计算器152在每个时间点从数据存储器24中取得每个位置162。过去路径计算器152以三维计算尖端78的过去路径，并且将过去路径作为过去路径164存储在数据存储器24中。导管显示集成器160从数据存储器24接收过去路径164，并将过去路径164提供给立体分析器116。立体分析器116将过去路径164作为三维渲染显示给观察者。
网格生成器154从数据存储器中取得过去路径164，并围绕过去路径164生成三维网格。网格生成器154然后将网格作为网格166存储在数据存储器24中。导管显示集成器160从数据存储器24取得网格166，并将网格166提供给立体分析器116。立体分析器116将网格166显示给观察者。立体分析器116创建网格166的三维渲染，在一些实施例中，网格166覆盖过去路径164。
预期路径计算器156从数据存储器24取得尖端78的每个位置162，并基于从数据存储器24取得的位置162和过去位置来计算尖端78的未来路径。预期路径计算器156然后将未来路径作为未来路径168存储在数据存储器24中。导管显示集成器160从数据存储器24中取得未来路径168，并将未来路径168提供给立体分析器116。立体分析器116向观察者显示未来路径168作为三维渲染。
视频数据接收单元158从导管相机82接收实况视频。视频数据接收单元158将实况视频数据提供给导管显示集成器160。导管显示集成器160将实况视频数据提供给立体分析器116。立体分析器116将实况视频数据显示给观察者。实况视频数据是二维显示，该二维显示在三维空间中以某些预定距离显示给观察者。导管显示集成器还将网格166与来自视频数据接收单元158的视频数据集成在一起，使得将网格166显示在视频数据上。随着视频数据改变，随着导管26在患者的身体30内的位置的改变，网格166也相应地改变。
图5示出根据一些实施例的由观察者172以外科医生的形式在上文中描述的患者观察系统20的使用，该外科医生使用导管26作为支气管镜，目的是检查包括患者肺部中段性支气管的身体部位174。
观察者172可以通过左波导90A和右波导90B看到患者的身体30。身体部位174在患者的身体30内侧，因此观察者看不到真实的(即物理的)身体部位174。
观察者172还看到基于如上所述的图像数据70的三维渲染176。在特定实施例中，渲染176位于患者的身体30旁边。渲染176包括在图中以示出观察者172相对于患者的身体30感知渲染176的位置，但是应当理解，从该文档的阅读者的角度来看，渲染176确实在真实世界中不存在。插入180示出观察者172可以看到身体部位174的三维渲染182作为渲染176的一部分。
观察者172将导管26的尖端78插入患者的嘴中。然后，观察者172使尖端78前进到身体部位174中。如上所述，在时间上紧密间隔的情况下，监控尖端78的位置，并且其过去路径被存储为三维。采样时间可取决于使用情况而变化，并且可能会进行优化，诸如仅在内窥镜位于患者身体内部时或在用户激活“开始记录/采样”功能后才捕获数据。插入184示出渲染176包括三维的尖端78的位置的渲染186和三维的尖端78的过去路径的渲染188。渲染182、186和188可以同时显示给观察者172，使得观察者看到渲染182内的渲染186和188。
图6是示出根据一些实施例的观察者172相对于患者的身体30的位置的顶视图，并且还示出渲染176在观察者172的视野内的位置。基于用户偏好、预编程的默认设置或任何其它合适的手段，可以将渲染176放置在相对于患者的身体30的任何位置。患者的身体30在图6中相对于渲染176的特定相对位置仅出于说明的目的，绝不应认为是限制性的。
图7根据一些实施例示出由图6中的观察者172看到的视图192。观察者172可以看到患者的实际身体30和渲染176。视图192还包括基于由图4中的导管相机82捕获的视频数据的实况视频。视图192还示出覆盖视频194的网格196。网格196是图4中网格166的显示。
根据一些实施例，在图8中，观察者172已围绕患者身体30逆时针移动，并且还逆时针旋转其头部以继续观察患者的身体30。显示调节算法112检测观察者172的头部的运动并相应地调节渲染176的位置，使得渲染176在观察者172的视野内看起来相对于患者的身体30保持静止。
根据一些实施例中，在图9中，患者的身体30已经相对于图7顺时针旋转。渲染176还已经顺时针旋转，使得它相对于患者的身体30保持静止。然而，实况视频194的位置并未从图7中的视图192改变为图9中的视图192。因此，观察者172在相同位置中看到实况视频194和网格196，并且这些部件不会在观察者172的头部运动时移动。因此，观察者172可以从不同侧和角度观察患者的身体30和渲染176，而不会忽略实况视频194和网格196。网格196的目的可以是当在网格产生之后在观察者172第二次将尖端78插入身体部位174的通道中时，或者在随着导管在相反方向上移动通过相同路径而移除导管期间，协助观察者引导导管26的尖端78。一些实施例对于虚拟内容(例如，网格196、实况视频194、渲染176)可以具有不同的观察配置，其中一些或全部虚拟内容相对于真实世界坐标是固定的，或者相对于观察者是固定的。
图10根据一些实施例示出显示给观察者的渲染176的部件太小而无法在图7和图9的视图中看到。观察者172看到身体部位174、尖端78和尖端的过去路径的渲染182、186和188。观察者还看到了网格196的三维渲染。出于说明的目的，网格196被示出为与渲染182、186和188分离，但是应当理解网格196可以覆盖身体部位174的渲染182。
如图11和图12中所示，在一些实施例中，观察者172在两个位置中看到网格196，即作为渲染176(图11)的一部分并覆盖实况视频194(图12)。
图13示出根据一些实施例的图4中的预期路径计算器156的功能。该曲线图示出导管26的尖端78随时间推移围绕x-y轴和x轴旋转。可以在短时间量内分析围绕每个轴的旋转，以确定从第一位置202到第二位置204的第一运动量200。第一运动量200可以用于计算对尖端78的运动的预测。
图14示出根据一些实施例的处于第一位置202的尖端78。根据一些实施例，在图15中，尖端78已经从第一位置202移动到第二位置204达第一量200。图15中示出的第一量200是围绕所有轴并且在所有平移方向上的所有运动的所有矢量的总和。
在图14中，可以假设，如果将尖端78进一步插入身体部位174中，则尖端78将遵循的方向沿着内腔76的延伸206。图16示出根据一些实施例在内腔76已经移动了第一量200之后的内腔76的延伸208。观察者通常将不会沿着延伸208的路径推进尖端78，因为它将与身体部位174接触并造成伤害。取而代之的是，观察者172将更喜欢沿着路径210以便避免伤害。路径210从第二位置204到第三位置214移位了第二量212。为了便于参考，在相同方向上测量了第一量200和第二量212。
图17示出根据一些实施例的尖端78将可能遵循的实际路径218。当观察者将尖端78进一步插入身体部位174中时，路径218离开路径208并接近路径214。立体分析器116以三维向观察者172显示路径218。
图18示出根据一些实施例的计算机系统900的示例性形式的机器的示意图，在该机器内可以执行一组指令以使该机器执行在此所讨论的方法中的任何一个或多个方法。在替代实施例中，该机器作为独立设备操作，或者可以连接(例如，联网)到其它机器。此外，虽然仅示出了单个机器，但是术语“机器”也应被理解为包括机器的任何集合，该机器单独地或共同地执行一组(或多组)指令以执行在此所讨论的方法中的任何一个或多个方法。
示例性计算机系统900包括经由总线908彼此通信的处理器902(例如，中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)或两者)、主存储器904(例如，只读存储器(ROM)、闪存、诸如同步DRAM(SDRAM)或Rambus DRAM(RDRAM)等的动态随机存取存储器(DRAM))，以及静态存储器906(例如闪存、静态随机存取存储器(SRAM)等)。
计算机系统900可以还包括磁盘驱动器单元916和网络接口设备920。
磁盘驱动器单元916包括机器可读介质922，其上存储着体现在此所述方法或功能中的任何一个或多个的一组或多组指令924(例如，软件)。在计算机系统900执行软件期间，软件还可以全部或至少部分地驻留在主存储器904内和/或处理器902内，主存储器904和处理器902也构成机器可读介质。
可以经由网络接口设备920在网络928上进一步发送或接收软件。
计算机系统900包括用于驱动投影仪以生成激光的激光驱动器芯片950。激光驱动器芯片950包括其自己的数据存储器和其自己的处理器962。
尽管在示例性实施例中将机器可读介质922示出为单个介质，但是术语“机器可读介质”应被认为包括存储一组或多组指令的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库，和/或关联的缓存和服务器)。术语“机器可读介质”也应被认为包括能够存储、编码或携带一组指令以供机器执行并且使机器执行以下本发明的方法中任何一种或多种方法的任何介质。因此，术语“机器可读介质”应被认为包括但不限于固态存储器、光学和磁介质以及载波信号。
上面描述的实现方式使用CT扫描仪22来扫描身体部位174。CT扫描仪具有x射线发射机形式的发射机，x射线检测器形式的接收机，并发送和接收x射线波形式的波。可能会使用其它扫描设备，该其它设备使用其它发射机和接收机并发送和检测不同的波。例如，声纳系统使用声音发送器发送声波，并使用声音接收机接收声波。视觉系统可以包括被插入身体部位内的发送光波的光源并且具有位于身体部位内的相机，该相机捕获从身体部位反射的光波。
然而，CT扫描仪比其它扫描设备更可取，因为CT扫描仪可以在三维中提供非常详细的身体部位的原始数据，并且可以很容易地用图像生成单元转换此类数据以创建三维图像数据。CT数据的另一个优势是它可以包含有关特定物质、材料和材料密度的数据。所描述的实现方式在观察者172的视图192中示出了放置在患者的身体30旁边的渲染176。也可以将渲染与患者的身体30进行匹配，使得身体部位的渲染位于实际身体部位的地方，并且导管尖端的渲染位于导管尖端的实际位置所处的地方。
本发明的各方面也可以在没有导管的情况下实现。例如，可以扫描患者的身体以确定生长，并且观察者可以使用显示系统来将生长的渲染以三维覆盖在患者的实际身体上。以该方式，观察者可以“看到”患者实际身体“内”的生长情况。
在某些方面和实施例中，代替或除了所描述的导管，通常使用侵入性手术工具。例如，参考图14至图17，尖端78可以指示热成像相机的前端，该热成像相机耦合至导管以通过其穿过的解剖学通道收集温度数据。然后可以根据黑白热图像来转换热数据，并通过图像接收单元106将其向操作者显示为可变颜色覆盖图。将意识到，并非每个显示器都需要每个用户共同的图像。第一操作者或观察者(本地或远程)可能希望某些信息显示，诸如指示动脉血与静脉血或冻伤组织的温度数据，而第二操作者或观察者可能希望某些信息，诸如指示手术工具的位置的信息。换句话说，信息的显示不必限于工具在患者体内的位置的图像，而也可以是从工具收集的图像。在一些热成像实施例中，可以为每个用户选择温度梯度；第一操作者可能想要从无机材料中辨别出有机组织，并将基本温度设置为98.6华氏度，而第二操作者可能旨在专门跟踪手术工具，并将成像的基本温度设置为预设温度，而不是绝对温度。
在一些实施例中，实现操作包络(envelope)。返回图14-17，在导航解剖通道的同时，患者的特殊处置可能会改变器械的操作负载。例如，如果患者成像指示器械附近的敏感组织，则可以按比例调节负载。为了进一步说明，如果对房颤患者的成像指示左心房壁薄，则可在靠近左心房壁操作时将标准轴向负载为0.1N的消融(ablation)导管拉至0.01或0.05N的范围内。在一些实施例中，可以结合诸如位置或收集的图像的器械图像向操作者显示作为位置的函数的加载范例，该加载范例是绝对的并且是相对于解剖标记(诸如敏感组织)的。因此，可以提供视觉反馈，指示作为位置的函数的器械上的负载上限，以告知操作者该时刻的设备功能或限制。另外，对于给定的过程，附加操作者或观察者可以立即识别出器械何时未处于正确位置或超出患者参数。尽管此类反馈被描述为视觉反馈，但是反馈可以采用其它形式，诸如音频或触觉(器械控件上的阻力或摩擦增加)。
在一些实施例中，可观察到的运动伪像为器械提供了位置调节。头部单元相机102可以对患者的位置数据成像，并向器械提供实时的位置调节。在一些实施例中，观察患者的呼吸节律并且修改器械控件以适应呼吸状态。头部单元相机102可以例如通过在操作环境或已知尺寸的固定机器内的基准标记来记录位置数据，以在呼气和吸气期间比较胸部位置并关联尺寸变化。在一些实施例中，当肺部在吸气期间膨胀并且周围的解剖结构在反应中压缩时，器械运动可以相应地减慢并且然后恢复正常的操作参数，因为在呼气期间肺部收缩，或者进行x-y-z调节以匹配胸腔的上升和下降，使得器械就可以绝对地在解剖通道中移动，但是相对于该解剖参考是稳定的。其它观察到的触发因素也可以提供操作调节，并且心率和预期的血管收缩/扩张可以为器械提供位置更新。
在一些实施例中，在时间Tl至T2至T3时由头部单元相机102在三个单独的时间收集对患者活动(例如，呼吸节律、心跳)的反馈控制，并图像在时间T4被分析以确定患者位置的变化(由于患者的运动、他们的呼吸节律、心跳等)。在时间T0(即，在T1之前或与之同时)为可操作地耦接至头部单元相机102的器械提供控制输入，并在时间T5基于时间T1至T3内观察到的患者位置的变化对控制输入进行调节。在一些实施例中，控制输入的变化是所测量的患者位置变化的一部分。
图19示出所测量的患者位置数据与控制反馈调节之间的示例性关系。如图所示，曲线1901表示由于呼吸而胸部扩张引起的患者位置理论上在y方向上的变化。在时间T1、T2和T3收集观察到的患者位置数据，分别对应于胸部位置y1、y2和y3。优选地，进行三个收集时间以提供用于目标测量的趋势分析。例如，人的平均呼吸速率是每分钟15次呼吸，为任何给定的吸气或呼气分配大约2秒的时间。为了避免对基于测量的吸气但在呼气期间所应用的器械位置进行校正，至少要进行三个测量以提供趋势分析。给定人类的平均呼吸速率，两次测量之间的时间间隔至少优选为0.667秒或1.5Hz。此类频率不必是T0与T5之间的每个时间的时间，并且优选的是使在T4和T5处的相关动作尽可能快地被应用。
返回到图19，位置y1到y2到y3的变化在T4的分析期间向系统指示了在接近T3结束吸气。这样，在T5的反馈控制可以不提供调节，以避免在呼气期间应用“吸气校正”，或者可以基于T5与T3的时间关系和外推的y位置变化来提供负的y位置调节。例如，如果T3和T5之间的时间类似于T2和T3之间的时间，并且系统根据y1与y2之间的变化(与y2与y3相比较)中识别出患者正在y方向上经历变化，则该调节可以小于或等于如从T2到T3所测量的变化。可以将其描述为以下逻辑关系：
如果(T5-T3＝T3-T2)∩(y3-y2)<(y2-y1)，则在T5<(y3-y2)处进行校正。
尽管已经描述并在附图中示出了某些示例性实施例，但是应当理解，这些实施例仅是示例性的，而不是对本发明的限制，并且本发明不限于所示出和描述的具体结构和布置，因为本领域普通技术人员可以进行修改。

Claims (183)

1.一种患者观察系统，包括：
导管，其具有内腔和尖端；
尖端跟踪设备，其检测所述尖端的运动；
左投影仪和右投影仪；
左光波导和右光波导，所述左光波导被连接到所述左投影仪以及所述右光波导被连接到所述右投影仪；
处理器；
计算机可读介质，其被连接到所述处理器；
数据存储器，其位于所述计算机可读介质上；
图像数据，其被存储在所述数据存储器上；
指令集，其被存储在所述计算机可读介质上并且由所述处理器执行，包括：
导管跟踪系统，其被连接到所述尖端跟踪设备，其中，所述导管跟踪系统接收基于由所述尖端跟踪设备检测到的运动的测量，基于所述测量来确定所述尖端的位置，并将所述尖端的所述位置存储在所述数据存储器中；以及
立体分析器，其被连接到所述数据存储器以接收所述图像数据，所述立体分析器确定左图像数据集和右图像数据集，所述左投影仪和所述右投影仪分别投影所述左图像数据集和所述右图像数据集，所述左图像数据集和所述右图像数据集彼此不同以对观察者提供三维渲染的感知。
2.根据权利要求1所述的患者观察系统，还包括：
头戴式框架，所述光波导被固定到所述头戴式框架。
3.根据权利要求2所述的患者观察系统，其中，所述光波导是被定位在眼睛与身体的外表面之间的透明光波导。
4.根据权利要求2所述的患者观察系统，还包括：
头部单元检测设备，其检测所述头戴式框架的运动，
所述指令集，其包括：
显示调节算法，其被连接到所述头部单元检测设备，并接收基于由所述头部单元检测设备检测到的运动的测量，并计算放置值；以及
显示定位算法，其基于所述放置值来修改身体部位在所述眼睛的视野内的位置。
5.根据权利要求4所述的患者观察系统，其中，所述头部单元检测设备包括：
头部单元惯性测量单元IMU，其被安装到所述头戴式框架，所述头部单元IMU包括检测所述头戴式框架的运动的运动传感器。
6.根据权利要求4所述的患者观察系统，其中，所述头部单元检测设备包括：
头部单元相机，其被安装到所述头戴式框架，所述头部单元相机通过拍摄在所述头部单元相机的视野内的对象的图像来检测所述头戴式框架的运动。
7.根据权利要求6所述的患者观察系统，其中，所述指令集包括：
图像处理系统，其分析所述图像以检测所述头戴式框架的姿势位置。
8.根据权利要求1所述的患者观察系统，还包括：
发射机；
能量源，其被连接到所述发射机以激活所述发射机，患者的身体相对于所述发射机可定位，以使所述发射机在所述身体内的身体部位处生成前向波；
接收机，其相对于所述身体可定位以检测来自所述身体部位的返回波，来自所述身体部位的所述返回波是对由所述发射机产生的所述前向波的响应，
所述指令集，其包括：
原始数据接收单元，其接收由所述接收机检测的所述返回波的原始数据，并将所述原始数据存储在所述数据存储器中；
图像生成单元，其被连接到所述数据存储器以处理所述返回波的所述原始数据以创建表示图像的图像数据，并将所述图像数据存储在所述数据存储器中；
图像数据接收单元，其从所述数据存储器接收所述图像数据；以及
导管显示集成器，其将所述尖端的所述位置与所述图像数据结合，由所述投影仪产生的光图案包括表示所述图像数据的图案和所述尖端的所述位置。
9.根据权利要求8所述的患者观察系统，包括：
计算机断层扫描CT扫描仪，其包括：
基座；
用于所述患者的平台；以及
转子，其被安装到所述基座以围绕所述患者旋转，其中，所述发射机是被固定到所述转子并发射x射线波的x射线发射机，所述接收机是被固定到所述转子以检测所述x射线波的x射线检测器，所述平台相对于所述基座的运动允许所述患者相对于从所述x射线发射机延伸到所述x射线检测器的平面的运动。
10.根据权利要求1所述的患者观察系统，其中，所述指令集包括：
过去路径计算器，其将所述尖端的过去路径存储在所述数据存储器中，所述导管显示集成器将所述尖端的所述过去路径与所述尖端的位置一起显示。
11.根据权利要求1所述的患者观察系统，其中，所述指令集包括：
过去路径计算器，其存储所述尖端的过去路径；以及
网格生成器，其生成围绕所述尖端的所述过去路径的三维网格，并将所述网格存储在所述数据存储器中，所述导管显示集成器将所述网格与所述尖端的位置一起显示。
12.根据权利要求11所述的患者观察系统，还包括：
所述尖端中的导管相机，所述导管相机捕获视频数据，
所述指令集，其包括：
视频数据接收单元，其被连接到所述尖端中的所述导管相机以接收所述视频数据，所述导管显示集成器基于所述视频数据来显示实况视频。
13.根据权利要求1所述的患者观察系统，其中，所述指令集包括：
预期路径计算器，其基于所述尖端的所述位置来计算所述尖端的未来路径，所述导管显示集成器显示所述未来路径。
14.根据权利要求13所述的患者观察系统，其中，所述未来路径是基于由所述尖端跟踪设备检测的所述运动来计算的。
15.根据权利要求14所述的患者观察系统，其中，由所述尖端跟踪设备检测的所述运动是在所选方向上通过第一角度从第一位置到第二位置的第一运动量，并且所述未来路径是在所选方向上通过第二角度从所述第二位置到第三位置的第二运动量。
16.根据权利要求1所述的患者观察系统，还包括：
在所述尖端上的侵入性手术工具。
17.根据权利要求1所述的患者观察系统，还包括：
在所述尖端上的相机；以及
至少一个显示器，其向操作者显示由所述相机捕获的图像。
18.根据权利要求17所述的患者观察系统，其中，第一显示器向第一操作者显示所述三维渲染和由所述相机捕获的图像。
19.根据权利要求17所述的患者观察系统，其中，第一显示器向第一操作者显示所述三维渲染，还包括：
第二显示器，其向第二操作者显示由所述相机捕获的图像。
20.根据权利要求1所述的患者观察系统，还包括：
第一显示器，其向第一操作者显示所述三维渲染；
数据收集系统，其在没有所述导管的情况下收集数据；以及
第二显示器，其向第二操作者显示用所述数据收集系统收集的数据。
21.根据权利要求1所述的患者观察系统，还包括：
负载检测系统，其被连接到所述尖端以确定所述尖端上的操作负载；以及
警告系统，其被连接到所述负载检测系统，以便如果所述尖端上的负载超过预定极限，则警告操作者。
22.根据权利要求21所述的患者观察系统，其中，所述警告是以下中的一种：视觉警告，音频警告，以及触觉警告。
23.根据权利要求1所述的患者观察系统，还包括：
运动检测系统，其观察运动伪像；以及
位置调节系统，其被连接到所述运动检测系统以基于所述运动伪像来对所述尖端进行位置调节。
24.根据权利要求23所述的患者观察系统，其中，所述运动检测系统在时间T1至时间T2至时间T3的三个单独时间收集患者活动的反馈控制图像，所述图像在时间T4被分析以确定患者位置的变化，并在时间T5基于在所述时间T1至所述时间T3上观察到的患者位置的变化来对控制输入进行调节。
25.根据权利要求24所述的患者观察系统，其中：
如果(T5-T3＝T3-T2)∩(y3-y2)<(y2-y1)，则在T5<(y3-y2)处进行校正。
26.一种观察患者的方法，包括：
将导管的尖端插入患者的身体内；
用尖端跟踪设备检测所述尖端的运动；
接收基于由所述尖端跟踪设备检测到的运动的测量；
基于所述测量来确定所述尖端的位置；
存储所述尖端的位置；
基于所述尖端的位置来确定左图像数据集和右图像数据集；
使用分别投影所述左图像数据集和右图像数据集的左投影仪和右投影仪来生成表示所述尖端的位置的图案中的光作为光；以及
将所述光引导到观察者的左眼和右眼的视网膜，以使得所述观察者看到所述尖端的位置，所述左图像数据集和所述右图像数据集彼此不同以对所述观察者提供三维渲染的感知。
27.根据权利要求26所述的方法，还包括：
将头戴式框架安装到观察者的头部，光波导被固定到所述头戴式框架。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述光波导是被定位在所述眼睛与所述身体的外表面之间的透明光波导。
29.根据权利要求27所述的方法，还包括：
检测所述头戴式框架的运动；
基于所检测的运动来计算放置值；以及
基于所述放置值，修改身体部位在所述眼睛的视野内的位置。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，用被安装到所述头戴式框架的头部单元惯性测量单元IMU的运动传感器来检测所述运动。
31.根据权利要求29所述的方法，其中，用被安装到所述头戴式框架的头部单元相机来检测所述运动，所述头部单元相机通过拍摄在所述头部单元相机的视野内的对象的图像来检测所述头戴式框架的运动。
32.根据权利要求31所述的方法，还包括：
分析所述图像以检测所述头戴式框架的姿势位置。
33.根据权利要求26所述的方法，还包括：
激活发射机以在所述身体内的身体部位处生成前向波；
用接收机检测来自所述身体部位的返回波，来自所述身体部位的所述返回波是对由所述发射机产生的所述前向波的响应；
接收由所述接收机检测的所述返回波的原始数据；
将所述原始数据存储在数据存储器中；
处理所述返回波的所述原始数据以创建表示图像的图像数据；
将所述图像数据存储在所述数据存储器中；
从所述数据存储器接收所述图像数据；以及
将所述尖端的所述位置与所述图像数据结合，所产生的光图案包括表示所述图像数据的图案和所述尖端的位置。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述发射机是被固定到转子并发射x射线波的x射线发射机，并且所述接收机是被固定到所述转子以检测x射线波的x射线检测器，平台相对于基座的运动允许所述患者相对于从所述x射线发射机延伸到所述x射线检测器的平面的运动。
35.根据权利要求26所述的方法，还包括：
将所述尖端的过去路径存储在所述数据存储器中；以及
将所述尖端的所述过去路径与所述尖端的位置一起显示。
36.根据权利要求26所述的方法，还包括：
生成围绕所述尖端的所述过去路径的三维网格；
将所述网格存储在所述数据存储器中；以及
所述导管显示集成器将所述网格与所述尖端的位置一起显示。
37.根据权利要求36所述的方法，还包括：
用所述尖端中的导管相机捕获视频数据；
接收所述视频数据，所述导管显示集成器基于所述视频数据来显示实况视频；以及
基于所述视频数据来显示实况视频。
38.根据权利要求26所述的方法，其中，所述指令集包括：
基于所述尖端的所述位置来计算所述尖端的未来路径；以及
显示所述未来路径。
39.根据权利要求38所述的方法，其中，所述未来路径是基于由所述尖端跟踪设备检测的运动来计算的。
40.根据权利要求39所述的方法，其中，由所述尖端跟踪设备检测的所述运动是在所选方向上通过第一角度从第一位置到第二位置的第一运动量，并且所述未来路径是在所选方向上通过第二角度从所述第二位置到第三位置的第二运动量。
41.根据权利要求26所述的方法，还包括：
用所述尖端上的侵入性手术工具执行侵入性手术。
42.根据权利要求26所述的方法，还包括：
用所述尖端上的相机捕获图像；以及
向操作者显示由所述相机捕获的图像。
43.根据权利要求42所述的方法，还包括：
向第一操作者显示所述三维渲染和由所述相机捕获的图像。
44.根据权利要求42所述的方法，还包括：
向第一操作者显示所述三维渲染；以及
向第二操作者显示由所述相机捕获的图像。
45.根据权利要求26所述的方法，还包括：
向第一操作者显示所述三维渲染；
在没有所述导管的情况下收集数据；以及
向第二操作者显示在没有所述导管的情况下收集的数据。
46.根据权利要求26所述的方法，还包括：
确定所述尖端上的操作负载；以及
如果所述尖端上的负载超过预定极限，则警告操作者。
47.根据权利要求46所述的方法，其中，所述警告是以下中的一种：视觉警告，音频警告，以及触觉警告。
48.根据权利要求26所述的方法，还包括：
观察运动伪像；以及
基于所述运动伪像来对所述尖端进行位置调节。
49.根据权利要求48所述的方法，其中，运动检测系统在时间T1至时间T2至时间T3的三个单独时间收集患者活动的反馈控制图像，并且所述图像在时间T4被分析以确定患者位置的变化，并在时间T5基于在所述时间T1至所述时间T3上观察到的患者位置的变化来对所述控制输入进行调节。
50.根据权利要求49所述的方法，其中：
如果(T5-T3＝T3-T2)∩(y3-y2)<(y2-y1)，则在T5<(y3-y2)处进行校正。
51.一种患者观察系统，包括：
导管，其具有内腔和尖端；
尖端跟踪设备，其检测所述尖端的运动；
投影仪；
光波导，其被连接到所述投影仪；
处理器；
计算机可读介质，其被连接到所述处理器；
数据存储器，其位于所述计算机可读介质上；
指令集，其被存储在所述计算机可读介质上并且由所述处理器执行，包括：
导管跟踪系统，其被连接到所述尖端跟踪设备，并接收基于由所述尖端跟踪设备检测到的运动的测量，以及基于所述测量来确定所述尖端的位置，并将所述尖端的所述位置存储在所述数据存储器中；
过去路径计算器，其将所述尖端的过去路径存储在所述数据存储器中；以及
导管显示集成器，所述导管显示集成器将所述尖端的所述过去路径与所述尖端的位置一起显示。
52.根据权利要求51所述的患者观察系统，其中，所述指令集包括：
网格生成器，其生成围绕所述尖端的所述过去路径的三维网格并将所述网格存储在所述数据存储器中，所述导管显示集成器将所述网格与所述尖端的位置一起显示。
53.根据权利要求51所述的患者观察系统，还包括：
所述尖端中的导管相机，所述导管相机捕获视频数据，
所述指令集，其包括：
视频数据接收单元，其被连接到所述尖端中的所述导管相机以接收所述视频数据，并且所述导管显示集成器基于所述视频数据来显示实况视频。
54.根据权利要求51所述的患者观察系统，其中，所述指令集包括：
预期路径计算器，其基于所述尖端的所述位置来计算所述尖端的未来路径，所述导管显示集成器显示所述未来路径。
55.根据权利要求54所述的患者观察系统，其中，所述未来路径是基于由所述尖端跟踪设备检测的所述运动来计算的。
56.根据权利要求55所述的患者观察系统，其中，由所述尖端跟踪设备检测的所述运动是在所选方向上通过第一角度从第一位置到第二位置的第一运动量，并且所述未来路径是在所选方向上通过第二角度从所述第二位置到第三位置的第二运动量。
57.根据权利要求51所述的患者观察系统，还包括：
头戴式框架，所述光波导被固定到所述头戴式框架。
58.根据权利要求57所述的患者观察系统，其中，所述光波导是被定位在眼睛与身体的外表面之间的透明光波导。
59.根据权利要求57所述的患者观察系统，其中，所述投影仪是左投影仪，所述光波导是左光波导，并且所述眼睛是所述观察者的左眼，还包括：
右投影仪，其被连接到图像数据接收单元以接收图像数据，所述右投影仪生成表示所述图像数据的图案中的光；以及
右光波导，其被连接到所述右投影仪以将来自所述右投影仪的所述光引导到所述观察者的右眼的视网膜，而来自所述身体的所述外表面的光发送到所述右眼的所述视网膜，以使得所述观察者用所述右眼看到通过渲染所述身体部位而增强的所述身体的所述外表面。
60.根据权利要求59所述的患者观察系统，其中，所述指令集包括：
立体分析器，其被连接到所述数据接收单元以接收所述图像数据，所述立体分析器确定左图像数据集和右图像数据集，所述左投影仪和所述右投影仪分别投影所述左图像数据集和所述右图像数据集，所述左图像数据集和所述右图像数据集彼此不同以对观察者提供三维渲染的感知。
61.根据权利要求57所述的患者观察系统，还包括：
头部单元检测设备，其检测所述头戴式框架的运动，
所述指令集，其包括：
显示调节算法，其被连接到所述头部单元检测设备，并接收基于由所述头部单元检测设备检测到的运动的测量，并计算放置值；以及
显示定位算法，其基于所述放置值来修改所述身体部位在所述眼睛的视野内的位置。
62.根据权利要求61所述的患者观察系统，其中，所述头部单元检测设备包括：
头部单元惯性测量单元IMU，其被安装到所述头戴式框架，所述头部单元IMU包括检测所述头戴式框架的运动的运动传感器。
63.根据权利要求61所述的患者观察系统，其中，所述头部单元检测设备包括：
头部单元相机，其被安装到所述头戴式框架，所述头部单元相机通过拍摄在所述头部单元相机的视野内的对象的图像来检测所述头戴式框架的运动，
所述指令集，其包括：
图像处理系统，其分析所述图像以检测所述头戴式框架的姿势位置。
64.根据权利要求31所述的患者观察系统，还包括：
发射机；
能量源，其被连接到所述发射机以激活所述发射机，患者的身体相对于所述发射机可定位，以使所述发射机在所述身体内的身体部位处生成前向波；
接收机，其相对于所述身体可定位以检测来自所述身体部位的返回波，来自所述身体部位的所述返回波是对由所述发射机产生的所述前向波的响应，
所述指令集，其包括：
原始数据接收单元，其接收由所述接收机检测的所述返回波的原始数据，并将所述原始数据存储在所述数据存储器中；
图像生成单元，其被连接到所述数据存储器以处理所述返回波的所述原始数据以创建表示图像的图像数据，并将所述图像数据存储在所述数据存储器中；
图像数据接收单元，其从所述数据存储器接收所述图像数据；以及
导管显示集成器，其将所述尖端的所述位置与所述图像数据结合，由所述投影仪产生的光图案包括表示所述图像数据的图案和所述尖端的位置。
65.根据权利要求64所述的患者观察系统，包括：
计算机断层扫描CT扫描仪，其包括：
基座；
用于所述患者的平台；以及
转子，其被安装到所述基座以围绕所述患者旋转，其中，所述发射机是被固定到所述转子并发射x射线波的x射线发射机，并且所述接收机是被固定到所述转子以检测所述x射线波的x射线检测器，所述平台相对于所述基座的运动允许所述患者相对于从所述x射线发射机延伸到所述x射线检测器的平面的运动。
66.根据权利要求51所述的患者观察系统，还包括：
所述尖端上的侵入性手术工具。
67.根据权利要求51所述的患者观察系统，还包括：
在所述尖端上的相机；以及
至少一个显示器，其向操作者显示由所述相机捕获的图像。
68.根据权利要求67所述的患者观察系统，其中，第一显示器向第一操作者显示所述三维渲染和由所述相机捕获的图像。
69.根据权利要求67所述的患者观察系统，其中，第一显示器向第一操作者显示所述三维渲染，还包括：
第二显示器，其向第二操作者显示由所述相机捕获的图像。
70.根据权利要求51所述的患者观察系统，还包括：
第一显示器，其向第一操作者显示所述三维渲染；
数据收集系统，其在没有所述导管的情况下收集数据；以及
第二显示器，其向第二操作者显示用所述数据收集系统收集的所述数据。
71.根据权利要求51所述的患者观察系统，还包括：
负载检测系统，其被连接到所述尖端以确定所述尖端上的操作负载；以及
警告系统，其被连接到所述负载检测系统，以便如果所述尖端上的负载超过预定极限，则警告操作者。
72.根据权利要求71所述的患者观察系统，其中，所述警告是以下中的一种：视觉警告，音频警告，和触觉警告。
73.根据权利要求51所述的患者观察系统，还包括：
运动检测系统，其观察运动伪像；以及
位置调节系统，其被连接到所述运动检测系统以基于所述运动伪像来对所述尖端进行位置调节。
74.根据权利要求73所述的患者观察系统，其中，所述运动检测系统在时间T1至时间T2至时间T3的三个单独时间收集患者活动的反馈控制图像，并且所述图像在时间T4被分析以确定患者位置的变化，并在时间T5基于在所述时间T1至所述时间T3上观察到的患者位置的变化来对所述控制输入进行调节。
75.根据权利要求74所述的患者观察系统，其中：
如果(T5-T3＝T3-T2)∩(y3-y2)<(y2-y1)，则在T5<(y3-y2)处进行校正。
76.一种观察患者的方法，包括：
将导管的尖端插入患者的身体内；
用尖端跟踪设备检测所述尖端的运动；
接收基于由所述尖端跟踪设备检测到的运动的测量；
基于所述测量来确定所述尖端的位置；
存储所述尖端的位置；
基于所述尖端的位置来确定左图像数据集和右图像数据集；
使用分别投影所述左图像数据集和所述右图像数据集的左投影仪和右投影仪来生成表示所述尖端的位置的图案中的光作为光；以及
将所述光引导至观察者的左眼和右眼的视网膜，以使得所述观察者看到所述尖端的位置，所述左图像数据集和所述右图像数据集彼此不同以对所述观察者提供三维渲染的感知；
将所述尖端的过去路径存储在所述数据存储器中；以及
将所述尖端的所述过去路径与所述尖端的位置一起显示。
77.根据权利要求76所述的方法，还包括：
生成围绕所述尖端的所述过去路径的三维网格；
将所述网格存储在所述数据存储器中；以及
所述导管显示集成器将所述网格与所述尖端的位置一起显示。
78.根据权利要求76所述的方法，还包括：
用所述尖端中的导管相机捕获视频数据；
接收所述视频数据，所述导管显示集成器基于所述视频数据来显示实况视频；以及
基于所述视频数据来显示实况视频。
79.根据权利要求76所述的方法，其中，所述指令集包括：
基于所述尖端的位置来计算所述尖端的未来路径；以及
显示所述未来路径。
80.根据权利要求79所述的方法，其中，所述未来路径是基于由所述尖端跟踪设备检测的运动来计算的。
81.根据权利要求80所述的方法，其中，由所述尖端跟踪设备检测的所述运动是在所选方向上通过第一角度从第一位置到第二位置的第一运动量，并且所述未来路径是在所选方向上通过第二角度从所述第二位置到第三位置的第二运动量。
82.根据权利要求76所述的方法，还包括：
将头戴式框架安装到观察者的头部，光波导被固定到所述头戴式框架。
83.根据权利要求82所述的方法，其中，所述光波导是被定位在眼睛与身体的外表面之间的透明光波导。
84.根据权利要求82所述的方法，其中，所述眼睛是所述观察者的左眼，还包括：
将所述光引导到所述观察者的右眼的视网膜，而来自所述身体的所述外表面的光发送到所述右眼的所述视网膜，以使得所述观察者用所述右眼看到通过渲染所述身体部位而增强的所述身体的所述外表面。
85.根据权利要求84所述的方法，还包括：
确定左图像数据集和右图像数据集，所述左图像数据集和所述右图像数据集彼此不同以对所述观察者提供三维渲染的感知。
86.根据权利要求82所述的方法，还包括：
检测所述头戴式框架的运动；
基于所检测的运动来计算放置值；以及
基于所述放置值，修改所述身体部位在所述眼睛的视野内的位置。
87.根据权利要求86所述的方法，其中，用被安装到所述头戴式框架的头部单元惯性测量单元IMU的运动传感器来检测所述运动。
88.根据权利要求86所述的方法，其中，用被安装到所述头戴式框架的头部单元相机来检测所述运动，所述头部单元相机通过拍摄在所述头部单元相机的视野内的对象的图像来检测所述头戴式框架的运动，所述方法还包括：
分析所述图像以检测所述头戴式框架的姿势位置。
89.根据权利要求76所述的方法，还包括：
激活发射机以在所述身体内的身体部位处生成前向波；
用接收机检测来自所述身体部位的返回波，来自所述身体部位的所述返回波是对由所述发射机产生的所述前向波的响应；
接收由所述接收机检测的所述返回波的原始数据；
将所述原始数据存储在数据存储器中；
处理所述返回波的所述原始数据以创建表示图像的图像数据；
将所述图像数据存储在所述数据存储器中；
从所述数据存储器接收所述图像数据；以及
将所述尖端的所述位置与所述图像数据结合，所产生的光图案包括表示所述图像数据的图案和所述尖端的位置。
90.根据权利要求89所述的方法，其中，所述发射机是被固定到转子并发射x射线波的x射线发射机，并且所述接收机是被固定到所述转子以检测x射线波的x射线检测器，所述平台相对于基座的运动允许所述患者相对于从所述x射线发射机延伸到所述x射线检测器的平面的运动。
91.根据权利要求76所述的方法，还包括：
用所述尖端上的侵入性手术工具执行侵入性手术。
92.根据权利要求76所述的方法，还包括：
用所述尖端上的相机捕获图像；以及
向操作者显示由所述相机捕获的图像。
93.根据权利要求92所述的方法，还包括：
向第一操作者显示所述三维渲染和由所述相机捕获的图像。
94.根据权利要求92所述的方法，还包括：
向第一操作者显示所述三维渲染；以及
向第二操作者显示由所述相机捕获的图像。
95.根据权利要求76所述的方法，还包括：
向第一操作者显示所述三维渲染；
在没有所述导管的情况下收集数据；以及
向第二操作者显示在没有所述导管的情况下收集的所述数据。
96.根据权利要求76所述的方法，还包括：
确定所述尖端上的操作负载；以及
如果所述尖端上的负载超过预定极限，则警告操作者。
97.根据权利要求96所述的方法，其中，所述警告是以下中的一种：视觉警告，音频警告，和触觉警告。
98.根据权利要求76所述的方法，还包括：
观察运动伪像；以及
基于所述运动伪像来对所述尖端进行位置调节。
99.根据权利要求98所述的方法，其中，所述运动检测系统在时间T1至时间T2至时间T3的三个单独时间收集患者活动的反馈控制图像，并且所述图像在时间T4被分析以确定患者位置的变化，并在时间T5基于在所述时间T1至所述时间T3上观察到的患者位置的变化来对所述控制输入进行调节。
100.根据权利要求99所述的方法，其中：
如果(T5-T3＝T3-T2)∩(y3-y2)<(y2-y1)，则在T5<(y3-y2)处进行校正。
101.一种患者观察系统，包括：
导管，其具有内腔和尖端；
尖端跟踪设备，其检测所述尖端的运动；
投影仪；
光波导，其被连接到所述投影仪；
处理器；
计算机可读介质，其被连接到所述处理器；
数据存储器，其位于所述计算机可读介质上；
指令集，其被存储在所述计算机可读介质上并且由所述处理器执行，包括：
导管跟踪系统，其被连接到所述尖端跟踪设备，并接收基于由所述尖端跟踪设备检测到的运动的测量，并且基于所述测量来确定所述尖端的位置，并将所述尖端的位置存储在所述数据存储器中；
预期路径计算器，其基于所述尖端的位置来计算所述尖端的未来路径，导管显示集成器显示所述未来路径；以及
导管显示集成器，所述导管显示集成器将所述尖端的过去路径与所述尖端的位置一起显示。
102.根据权利要求101所述的患者观察系统，其中，由所述尖端跟踪设备检测的所述运动是在所选方向上通过第一角度从第一位置到第二位置的第一运动量，并且所述未来路径是在所选方向上通过第二角度从所述第二位置到第三位置的第二运动量。
103.根据权利要求101所述的患者观察系统，其中，所述未来路径是基于由所述尖端跟踪设备检测的所述运动来计算的。
104.根据权利要求101所述的患者观察系统，还包括：
所述尖端中的导管相机，所述导管相机捕获视频数据，
所述指令集，其包括：
视频数据接收单元，其被连接到所述尖端中的所述导管相机以接收所述视频数据，所述导管显示集成器基于所述视频数据来显示实况视频。
105.根据权利要求101所述的患者观察系统，其中，所述指令集包括：
过去路径计算器，其基于所述尖端的所述位置来计算所述尖端的过去路径，所述导管显示集成器显示所述未来路径。
106.根据权利要求105所述的患者观察系统，其中，所述指令集包括：
网格生成器，其生成围绕所述尖端的所述过去路径的三维网格并将所述网格存储在所述数据存储器中，所述导管显示集成器将所述网格与所述尖端的位置一起显示。
107.根据权利要求106所述的患者观察系统，其中，由所述尖端跟踪设备检测的所述运动是在所选方向上通过第一角度从第一位置到第二位置的第一运动量，并且所述未来路径是在所选方向上通过第二角度从所述第二位置到第三位置的第二运动量。
108.根据权利要求101所述的患者观察系统，还包括：
头戴式框架，所述光波导被固定到所述头戴式框架。
109.根据权利要求108所述的患者观察系统，其中，所述光波导是被定位在眼睛与身体的外表面之间的透明光波导。
110.根据权利要求108所述的患者观察系统，其中，所述投影仪是左投影仪，所述光波导是左光波导，并且所述眼睛是所述观察者的左眼，还包括：
右投影仪，其被连接到图像数据接收单元以接收图像数据，所述右投影仪生成表示所述图像数据的图案中的光；以及
右光波导，其被连接到所述右投影仪以将来自所述右投影仪的所述光引导到所述观察者的右眼的视网膜，而来自所述身体的所述外表面的光发送到所述右眼的所述视网膜，以使得所述观察者用所述右眼看到通过渲染所述身体部位而增强的所述身体的所述外表面。
111.根据权利要求110所述的患者观察系统，其中，所述指令集包括：
立体分析器，其被连接到所述数据接收单元以接收所述图像数据，所述立体分析器确定左图像数据集和右图像数据集，所述左投影仪和所述右投影仪分别投影所述左图像数据集和所述右图像数据集，所述左图像数据集和所述右图像数据集彼此不同以对观察者提供三维渲染的感知。
112.根据权利要求108所述的患者观察系统，还包括：
头部单元检测设备，其检测所述头戴式框架的运动，
所述指令集，其包括：
显示调节算法，其被连接到所述头部单元检测设备，并接收基于由所述头部单元检测设备检测到的运动的测量，并计算放置值；以及
显示定位算法，其基于所述放置值来修改身体部位在所述眼睛的视野内的位置。
113.根据权利要求112所述的患者观察系统，其中，所述头部单元检测设备包括：
头部单元惯性测量单元IMU，其被安装到所述头戴式框架，所述头部单元IMU包括检测所述头戴式框架的运动的运动传感器。
114.根据权利要求112所述的患者观察系统，其中，所述头部单元检测设备包括：
头部单元相机，其被安装到所述头戴式框架，所述头部单元相机通过拍摄在所述头部单元相机的视野内的对象的图像来检测所述头戴式框架的运动，
所述指令集，其包括：
图像处理系统，其分析所述图像以检测所述头戴式框架的姿势位置。
115.根据权利要求1011所述的患者观察系统，还包括
发射机；
能量源，其被连接到所述发射机以激活所述发射机，患者的身体相对于所述发射机可定位，以使所述发射机在所述身体内的身体部位处生成前向波；
接收机，其相对于所述身体可定位以检测来自所述身体部位的返回波，来自所述身体部位的所述返回波是对由所述发射机产生的所述前向波的响应，
所述指令集，其包括：
原始数据接收单元，其接收由所述接收机检测的所述返回波的原始数据，并将所述原始数据存储在所述数据存储器中；
图像生成单元，其被连接到所述数据存储器以处理所述返回波的所述原始数据以创建表示图像的图像数据，并将所述图像数据存储在所述数据存储器中；
图像数据接收单元，其从所述数据存储器接收所述图像数据；以及
导管显示集成器，其将所述尖端的所述位置与所述图像数据结合，由所述投影仪产生的光图案包括表示所述图像数据的图案和所述尖端的位置。
116.根据权利要求115所述的患者观察系统，其中，包括：
计算机断层扫描CT扫描仪，其包括：
基座；
用于所述患者的平台；以及
转子，其被安装到所述基座以围绕所述患者旋转，其中，所述发射机是被固定到所述转子并发射x射线波的x射线发射机，并且所述接收机是被固定到所述转子以检测所述x射线波的x射线检测器，所述平台相对于所述基座的运动允许所述患者相对于从所述x射线发射机延伸到所述x射线检测器的平面的运动。
117.根据权利要求101所述的患者观察系统，还包括：
在所述尖端上的相机；以及
至少一个显示器，其向操作者显示由所述相机捕获的图像。
118.根据权利要求118所述的患者观察系统，其中，第一显示器向第一操作者显示所述三维渲染和由所述相机捕获的图像。
119.根据权利要求118所述的患者观察系统，其中，第一显示器向第一操作者显示所述三维渲染，还包括：
第二显示器，其向第二操作者显示由所述相机捕获的图像。
120.根据权利要求101所述的患者观察系统，还包括：
第一显示器，其向第一操作者显示所述三维渲染；
数据收集系统，其在没有所述导管的情况下收集数据；以及
第二显示器，其向第二操作者显示用所述数据收集系统收集的所述数据。
121.根据权利要求101所述的患者观察系统，还包括：
负载检测系统，其被连接到所述尖端以确定所述尖端上的操作负载；以及
警告系统，其被连接到所述负载检测系统，以便如果所述尖端上的负载超过预定极限，则警告操作者。
122.根据权利要求122所述的患者观察系统，其中，所述警告是以下中的一种：视觉警告，音频警告，以及触觉警告。
123.根据权利要求101所述的患者观察系统，还包括：
运动检测系统，其观察运动伪像；以及
位置调节系统，其被连接到所述运动检测系统以基于所述运动伪像来对所述尖端进行位置调节。
124.根据权利要求124所述的患者观察系统，其中，所述运动检测系统在时间T1至时间T2至时间T3的三个单独时间收集患者活动的反馈控制图像，并且所述图像在时间T4被分析以确定患者位置的变化，并在时间T5基于在所述时间T1至所述时间T3上观察到的患者位置的变化来对控制输入进行调节。
125.根据权利要求125所述的患者观察系统，其中：
如果(T5-T3＝T3-T2)∩(y3-y2)<(y2-y1)，则在T5<(y3-y2)处进行校正。
126.一种观察患者的方法，包括：
将导管的尖端插入患者的身体内；
用尖端跟踪设备检测所述尖端的运动；
接收基于由所述尖端跟踪设备检测到的运动的测量；
基于所述测量来确定所述尖端的位置；
存储所述尖端的位置；
基于所述尖端的位置来确定左图像数据集和右图像数据集；
使用分别投影所述左图像数据集和右图像数据集的左投影仪和右投影来生成仪表示所述尖端的位置的图案中的光作为光；
将所述光引导到观察者的左眼和右眼的视网膜，使得所述观察者看到所述尖端的位置，所述左图像数据集和所述右图像数据集彼此不同以对所述观察者提供三维渲染的感知；
基于所述尖端的所述位置来计算所述尖端的未来路径；以及
将所述尖端的所述未来路径与所述尖端的位置一起显示。
127.根据权利要求127所述的方法，其中，由所述尖端跟踪设备检测的所述运动是在所选方向上通过第一角度从第一位置到第二位置的第一运动量，并且所述未来路径是在所选方向上通过第二角度从所述第二位置到第三位置的第二运动量。
128.根据权利要求127所述的方法，其中，所述未来路径是基于由所述尖端跟踪设备检测的所述运动来计算的。
129.根据权利要求127所述的方法，还包括：
用所述尖端中的导管相机捕获视频数据；
接收所述视频数据，所述导管显示集成器基于所述视频数据来显示实况视频；以及
基于所述视频数据来显示实况视频。
130.根据权利要求127所述的方法，其中，所述指令集包括：
将所述尖端的过去路径存储在所述数据存储器中；以及
将所述尖端的所述过去路径与所述尖端的位置一起显示。
131.根据权利要求131所述的方法，还包括：
生成围绕所述尖端的所述过去路径的三维网格；
将所述网格存储在所述数据存储器中；以及
所述导管显示集成器将所述网格与所述尖端的位置一起显示。
132.根据权利要求132所述的方法，其中，由所述尖端跟踪设备检测的所述运动是在所选方向上通过第一角度从第一位置到第二位置的第一运动量，并且所述未来路径是在所选方向上通过第二角度从所述第二位置到第三位置的第二运动量。
133.根据权利要求127所述的方法，还包括：
将头戴式框架安装到观察者的头部，光波导被固定到所述头戴式框架。
134.根据权利要求134所述的方法，其中，所述光波导是被定位在眼睛与身体的外表面之间的透明光波导。
135.根据权利要求134所述的方法，其中，所述眼睛是观察者的左眼，还包括：
将所述光引导到所述观察者的右眼的视网膜，而来自所述身体的所述外表面的光发送到所述右眼的所述视网膜，以使得所述观察者用所述右眼看到通过渲染所述身体部位而增强的所述身体的所述外表面。
136.根据权利要求136所述的方法，还包括：
确定左图像数据集和右图像数据集，所述左图像数据集和所述右图像数据集彼此不同以对所述观察者提供三维渲染的感知。
137.根据权利要求134所述的方法，还包括：
检测所述头戴式框架的运动；
基于所检测的运动来计算放置值；以及
基于所述放置值，修改身体部位在所述眼睛的视野内的位置。
138.根据权利要求138所述的方法，其中，用被安装到所述头戴式框架的头部单元惯性测量单元IMU的运动传感器来检测所述运动。
139.根据权利要求138所述的方法，其中，用被安装到所述头戴式框架的头部单元相机来检测所述运动，所述头部单元相机通过拍摄在所述头部单元相机的视野内的对象的图像来检测所述头戴式框架的运动，
还包括：
分析所述图像以检测所述头戴式框架的姿势位置。
140.根据权利要求127所述的方法，还包括：
激活发射机以在所述身体内的身体部位处生成前向波；
用接收机检测来自所述身体部位的返回波，来自所述身体部位的所述返回波是对由所述发射机产生的所述前向波的响应；
接收由所述接收机检测的所述返回波的原始数据；
将所述原始数据存储在数据存储器中；
处理所述返回波的所述原始数据以创建表示图像的图像数据；
将所述图像数据存储在所述数据存储器中；
从所述数据存储器接收所述图像数据；以及
将所述尖端的所述位置与所述图像数据结合，所产生的光图案包括表示所述图像数据的图案和所述尖端的位置。
141.根据权利要求141所述的方法，其中，所述发射机是被固定到转子并发射x射线波的x射线发射机，并且所述接收机是被固定到所述转子以检测x射线波的x射线检测器，平台相对于基座的运动允许所述患者相对于从所述x射线发射机延伸到所述x射线检测器的平面的运动。
142.根据权利要求127所述的方法，还包括：
用所述尖端上的侵入性手术工具执行侵入性手术。
143.根据权利要求127所述的方法，还包括：
用所述尖端上的相机捕获图像；以及
向操作者显示由所述相机捕获的图像。
144.根据权利要求144所述的方法，还包括：
向第一操作者显示所述三维渲染和由所述相机捕获的图像。
145.根据权利要求144所述的方法，还包括：
向第一操作者显示所述三维渲染；以及
向第二操作者显示由所述相机捕获的图像。
146.根据权利要求127所述的方法，还包括：
向第一操作者显示所述三维渲染；
在没有所述导管的情况下收集数据；以及
向第二操作者显示在没有所述导管的情况下收集的所述数据。
147.根据权利要求127所述的方法，还包括：
确定所述尖端上的操作负载；以及
如果所述尖端上的负载超过预定极限，则警告操作者。
148.根据权利要求148所述的方法，其中，所述警告是以下中的一种：视觉警告，音频警告，以及触觉警告。
149.根据权利要求127所述的方法，还包括：
观察运动伪像；以及
基于所述运动伪像对所述尖端进行位置调节。
150.根据权利要求150所述的方法，其中，运动检测系统在时间T1至时间T2至时间T3的三个单独时间收集患者活动的反馈控制图像，并且所述图像在时间T4被分析以确定患者位置的变化，并在时间T5基于在所述时间T1至所述时间T3上观察到的患者位置的变化来对所述控制输入进行调节。
151.根据权利要求151所述的方法，其中：
如果(T5-T3＝T3-T2)∩(y3-y2)<(y2-y1)，则在T5<(y3-y2)处进行校正。
152.一种患者观察系统，包括：
发射机；
能量源，其被连接到所述发射机以激活所述发射机，患者的身体相对于所述发射机可定位，以使所述发射机在所述身体内的身体部位处生成前向波；
接收机，其相对于所述身体可定位以检测来自所述身体部位的返回波，来自所述身体部位的所述返回波是对由所述发射机产生的所述前向波的响应于，
处理器；
计算机可读介质，其被连接到所述处理器；
数据存储器，其位于所述计算机可读介质上；
指令集，其被存储在所述计算机可读介质上并且由所述处理器执行，包括：
原始数据接收单元，其接收由所述接收机检测的所述返回波的原始数据，并将所述原始数据存储在所述数据存储器中；
图像生成单元，其被连接到所述数据存储器以处理所述返回波的所述原始数据以创建表示图像的图像数据，并将所述图像数据存储在所述数据存储器中；
图像数据接收单元，其从所述数据存储器接收所述图像数据；
投影仪，其被连接到所述图像数据接收单元以接收所述图像数据，所述投影仪生成表示所述图像数据的图案中的光；以及
光波导，其被连接到所述投影仪以将所述光引导到观察者的眼睛的视网膜，而来自所述身体的外表面的光发送到所述眼睛的所述视网膜，以使得所述观察者看到通过渲染所述身体部位而增强的所述身体的所述外表面。
153.根据权利要求153所述的患者观察系统，还包括：
头戴式框架，所述光波导被固定到所述头戴式框架。
154.根据权利要求154所述的患者观察系统，其中，所述光波导是被定位在所述眼睛与所述身体的所述外表面之间的透明光波导。
155.根据权利要求154所述的患者观察系统，其中，所述投影仪是左投影仪，所述光波导是左光波导，并且所述眼睛是所述观察者的左眼，还包括：
右投影仪，其被连接到所述图像数据接收单元以接收所述图像数据，所述右投影仪生成表示所述图像数据的图案中的光；以及
右光波导，其被连接到所述右投影仪以将来自所述右投影仪的所述光引导到所述观察者的右眼的视网膜，而来自所述身体的所述外表面的光发送到所述右眼的所述视网膜，以使得所述观察者用所述右眼看到通过渲染所述身体部位而增强的所述身体的所述外表面。
156.根据权利要求156所述的患者观察系统，其中，所述指令集包括：
立体分析器，其被连接到所述数据接收单元以接收所述图像数据，所述立体分析器确定左图像数据集和右图像数据集，所述左投影仪和所述右投影仪分别投影所述左图像数据集和所述右图像数据集，所述左图像数据集和所述右图像数据集彼此不同以对所述观察者提供三维渲染的感知。
157.根据权利要求154所述的患者观察系统，还包括：
头部单元检测设备，其检测所述头戴式框架的运动，
所述指令集，其包括：
显示调节算法，其被连接到所述头部单元检测设备，并接收基于由所述头部单元检测设备检测到的运动的测量，并计算放置值；以及
显示定位算法，其基于所述放置值来修改所述身体部位在所述眼睛的视野内的位置。
158.根据权利要求158所述的患者观察系统，其中，所述头部单元检测设备包括：
头部单元惯性测量单元IMU，其被安装到所述头戴式框架，所述头部单元IMU包括检测所述头戴式框架的运动的运动传感器。
159.根据权利要求158所述的患者观察系统，其中，所述头部单元检测设备包括：
头部单元相机，其被安装到所述头戴式框架，所述头部单元相机通过拍摄在所述头部单元相机的视野内的对象的图像来检测所述头戴式框架的运动，
所述指令集，其包括：
图像处理系统，其分析所述图像以检测所述头戴式框架的姿势位置。
160.根据权利要求158所述的患者观察系统，其中，包括：
计算机断层扫描CT扫描仪，其包括：
基座；
用于所述患者的平台；以及
转子，其被安装到所述基座以围绕所述患者旋转，其中，所述发射机是被固定到所述转子并发射x射线波的x射线发射机，并且所述接收机是被固定到所述转子以检测所述x射线波的x射线检测器，所述平台相对于所述基座的运动允许所述患者相对于从所述x射线发射机延伸到所述x射线检测器的平面的运动。
161.根据权利要求153所述的患者观察系统，还包括：
导管，其具有内腔和尖端；以及
尖端跟踪设备，其检测所述尖端的运动；
所述指令集，其包括：
导管跟踪系统，其被连接到所述尖端跟踪设备，并接收基于由所述尖端跟踪设备检测到的运动的测量，并基于所述测量来确定所述尖端的位置；以及
导管显示集成器，其将所述尖端的所述位置与所述图像数据结合，由所述投影仪产生的光图案包括表示所述图像数据的图案和所述尖端的位置。
162.根据权利要求162所述的患者观察系统，其中，所述指令集包括：
过去路径计算器，其将所述尖端的过去路径存储在所述数据存储器中，所述导管显示集成器将所述尖端的所述过去路径与所述尖端的位置一起显示。
163.根据权利要求162所述的患者观察系统，其中，所述指令集包括：
过去路径计算器，其存储所述尖端的过去路径；以及
网格生成器，其生成围绕所述尖端的所述过去路径的三维网格并将所述网格存储在所述数据存储器中，所述导管显示集成器将所述网格与所述尖端的位置一起显示。
164.根据权利要求164所述的患者观察系统，还包括：
所述尖端中的导管相机，所述导管相机捕获视频数据，
所述指令集，其包括：
视频数据接收单元，其被连接到所述尖端中的所述导管相机以接收所述视频数据，所述导管显示集成器基于所述视频数据来显示实况视频。
165.根据权利要求162所述的患者观察系统，其中，所述指令集包括：
预期路径计算器，其基于所述尖端的所述位置来计算所述尖端的未来路径，所述导管显示集成器显示所述未来路径。
166.根据权利要求166所述的患者观察系统，其中，所述未来路径是基于由所述尖端跟踪设备检测的所述运动来计算的。
167.根据权利要求167所述的患者观察系统，其中，由所述尖端跟踪设备检测的所述运动是在所选方向上通过第一角度从第一位置到第二位置的第一运动量，并且所述未来路径是在所选方向上通过第二角度从所述第二位置到第三位置的第二运动量。
168.一种观察患者的方法，包括：
激活发射机以在身体内的身体部位处生成前向波；
用接收机检测来自所述身体部位的返回波，来自所述身体部位的所述返回波是对由所述发射机产生的所述前向波的响应；
接收由所述接收机检测的所述返回波的原始数据；
将所述原始数据存储在数据存储器中；
处理所述返回波的所述原始数据以创建表示图像的图像数据；
将所述图像数据存储在所述数据存储器中；
从所述数据存储器接收所述图像数据；以及
将所述光引导到观察者的右眼的视网膜，而来自所述身体的外表面的光发送到所述右眼的所述视网膜，以使得所述观察者看到通过渲染所述身体部位而增强的所述身体的所述外表面。
169.根据权利要求169所述的方法，还包括：
将头戴式框架安装到观察者的头部，所述光波导被固定到所述头戴式框架。
170.根据权利要求170所述的方法，其中，所述光波导是被定位在所述眼睛与所述身体的所述外表面之间的透明光波导。
171.根据权利要求170所述的方法，其中，所述眼睛是所述观察者的左眼，还包括：
将所述光引导到所述观察者的右眼的视网膜，而来自所述身体的所述外表面的光发送到所述右眼的所述视网膜，以使得所述观察者用所述右眼看到通过渲染所述身体部位而增强的所述身体的所述外表面。
172.根据权利要求172所述的方法，还包括：
确定左图像数据集和右图像数据集，所述左图像数据集和所述右图像数据集彼此不同以对所述观察者提供三维渲染的感知。
173.根据权利要求170所述的方法，还包括：
检测所述头戴式框架的运动；
基于所检测的运动来计算放置值；以及
基于所述放置值，修改所述身体部位在所述眼睛视野内的位置。
174.根据权利要求174所述的方法，其中，用被安装到所述头戴式框架的头部单元惯性测量单元IMU的运动传感器来检测所述运动。
175.根据权利要求174所述的方法，其中，用被安装到所述头戴式框架的头部单元相机来检测所述运动，所述头部单元相机通过拍摄在所述头部单元相机的视野内的对象的图像来检测所述头戴式框架的运动，
所述方法还包括：
分析所述图像以检测所述头戴式框架的姿势位置。
176.根据权利要求174所述的方法，其中，所述发射机是被固定到转子并发射x射线波的x射线发射机，并且所述接收机是被固定到所述转子以检测x射线波的x射线检测器，所述平台相对于基座的运动允许所述患者相对于从所述x射线发射机延伸到所述x射线检测器的平面的运动。
177.根据权利要求179所述的方法，还包括：
将导管的尖端插入患者的身体内；
用尖端跟踪设备检测所述尖端的运动；
接收基于由所述尖端跟踪设备检测到的运动的测量；
基于所述测量来确定所述尖端的位置；以及
将所述尖端的所述位置与所述图像数据结合，所产生的光图案包括表示所述图像数据的图案和所述尖端的位置。
178.根据权利要求178所述的方法，还包括：
将所述尖端的过去路径存储在所述数据存储器中；以及
将所述尖端的所述过去路径与所述尖端的位置一起显示。
179.根据权利要求178所述的方法，还包括：
生成围绕所述尖端的所述过去路径的三维网格；
将所述网格存储在所述数据存储器中；以及
所述导管显示集成器将所述网格与所述尖端的位置一起显示。
180.根据权利要求180所述的方法，还包括：
用所述尖端中的导管相机捕获视频数据；
接收所述视频数据，所述导管显示集成器基于所述视频数据来显示实况视频；以及
基于所述视频数据来显示实况视频。
181.根据权利要求178所述的方法，其中，所述指令集包括：
基于所述尖端的所述位置来计算所述尖端的未来路径；以及
显示所述未来路径。
182.根据权利要求182所述的方法，其中，所述未来路径是基于由所述尖端跟踪设备检测的所述运动来计算的。
183.根据权利要求183所述的方法，其中，由所述尖端跟踪设备检测的所述运动是在所选方向上通过第一角度从第一位置到第二位置的第一运动量，并且所述未来路径是在所选方向上通过第二角度从所述第二位置到第三位置的第二运动量。
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