CN216365321U - 手术追踪系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开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。本实用新型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

技术领域

本实用新型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。

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。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种手术追踪系统，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。

本实用新型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。

进一步地，所述追踪对象包括手术器械、遥控器和轮廓仪中至少一种。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

本实用新型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是本实用新型实施例一提供的一种手术追踪系统的结构示意图。

图2是本实用新型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是本实用新型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是本实用新型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是本实用新型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是本实用新型实施例二提供的一种轮廓仪的结构示意图。

图5A是本实用新型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是本实用新型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。

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实用新型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实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本实用新型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是本实用新型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是本实用新型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是本实用新型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是本实用新型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是本实用新型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是本实用新型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是本实用新型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。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型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实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

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。

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