TW384217B

TW384217B - Stereotactic surgical procedure apparatus and method

Info

Publication number: TW384217B
Application number: TW086106479A
Authority: TW
Inventors: Michael A Peshkin; Julio J Santos-Munne
Original assignee: Univ Northwestern
Priority date: 1996-05-15
Filing date: 1997-05-15
Publication date: 2000-03-11
Also published as: JP2007307399A; US6198794B1; US5799055A; EP0955935A4; CA2255041C; JP5065783B2; NZ332764A; JP2000510730A; IL127027A0; WO1997042898A1; EP0955935A1; JP4469423B2; IL127027A; AU3066497A; CA2255041A1; US6069932A

Description

經濟部中央標準局員工消費合作社印製五、發明説明（本發明獲美國政府協助，領有國家科學基金會第DMC_ 8857854號案獎助，因此美國政府也同時擁有本發明之權利。曼明背景輿搞要本發明是關於一種裝置與方法，可以規劃，導引某種穿，器械，循著直線軌跡，進入體内，更具體來説，本發明疋關於一種裝置與方法，藉對應兩侗拍攝到的螢光影像，只須運用二維影像，即可有效规劃立空間中的轨道。許多醫療行爲，會在體内置入一穿刺針、鑽針、螺釘、釘、導線或其他器械，某些情況中，器械的角度和位置，都是很關键性的重點，例如沿脊莖軸，用螺釘鑽孔，有些時候，重點是該器械端點的定，如將切片針刺入疑似腫瘤的部位，還有一些情沉，目標不是—條線，而只是要確定某一個點，例如放射治療時，將腫瘤目標標出，其他還有 #午多例子，特別是在整形外科方面。本發明也與經皮技術的開發有關，將器械循著某一直線軌道，通過皮膚刺入體内，困難度其實比切開式的外科手術更高，但因爲皮膚受侵害與損傷程度均較低，因此還是有其需求之處。螢光檢查是外科醫師經常使用的外科輔助工具，但手術中連續使用螢光檢查並不鼓勵使用，因爲這樣會使醫師的手受到放射線照射，並，且不論是間歇性或連續性螢光檢查，所得的，都是二維影像，而穿刺時，醫師卻必須能夠清楚立體空間内的相對關係。 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4現格（2ΐ〇χ297公釐）裝訂 (請先閲讀背面之注意事項再4寫本頁) 五發明説明（ 2 A7 B7 本發明之裝置與方法，應用了忐选丄A 所姑坦應了兩張由身體兩個不同角度所拍攝的螢光檢查，—般而言，其月度 '裝-- (請先閲讀背面之註意事項再填寫本頁) 後影像…)，另一張是側面所二前==的/前 =對的，然後將兩張影像顯示在兩部並排的勞幕上，醫 »以用軌跡球或其他電腦常用的輸人裝置，在螢幕出刺入點與刺入軌道。疋接下來，要用機械式的定位裝置，在醫師進行器穿刺器’疋位導引器，這㈣位裝置可以是電腦控制的操控 r丰：如？械手臂，或者是一種可以據電腦的輸出値，進仃手動調節的機械裝置。、牵:發：之裝置方法，可以算出所攝得的兩張榮

*1T 腳及體内結構之三維，㈣光檢查機則可隨意、丄每樣的兩個影像，形成一個對應對，可以進行三維的规劃’如果不用此法，將可能需要使用電腦斷層（描。 ’ ¾ 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝雖然醫師在規劃三維時，通常需要兩個大玫正交的影像，但也不是絕對需要的，有些時候，尤是醫師已經將榮光光束對齊規劃中的軌道時，單—影像也可以，相對地，當然也可以有兩張以上的影像，這樣應該也有它的優點。其他發明人也曾提出—些立體定位手術，或應用機械手臂的手術方法，這些方法都是在顯示影像的電腦螢幕上進行规劃，接下來將列舉説明，本發明之方法及裝置是源自於一種我們稱爲對應式螢光檢查器的技術，螢光檢查則是一種註記與規劃手術程序的技術，藉由得的螢光影像，就 5- f紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐 A7 B7 五、發明説明（可以狂記影像範園，不需要其他測定装置，它也可以藉由兩個不同角度的螢光影像，設計三維的手術规劃，不需三維的影像’例如c τ，而且兩張螢光影像也不需由正交位置攝取。餘記狂記是任何使用影像導向之手術系統的關键步驟，註記就是測足规劃手術所用的影像與患者（或患者體内結構）所在I作業空間中的各點的對應關係，如果使用數位控制裝置（不論機械手臂或手動式），該裝置的對應系統也必須與影像行註記。經濟部中央標準局負工消費合作社印製狂記時，常會借用整體（或全球）定位裝置的協助，這通苇疋光學裝置，可以從一個大空間中，測定該空間内任何標圮點所在位置的三維座標，使用對應於螢光檢查器，就可二不需要使用這種昂貴又不方便的裝置，只要由攝得的螢光影像，就可以直接進行註記了。當要由不同角度（或姿勢）取一張或多張螢光影像時，對應式螢光檢查就使用一種狂圮人工構造，這種裝置裝設在相對於病患的某個固定位置上，並且不必限制螢光檢查時的姿勢，例如攝取兩正交角度=影像’同時也不需增加任何測角度的裝置，事實上，妥勢万面的數據，都是事後再由影像資料中讀取出來，這就是本發明實質上的優點，外科醫師可以按照個人白慣，選擇以任何姿勢取螢光影像。註記人工構造上面有幾對參考點（基準點），這些點在螢光影像上，很容易可以辨認出來，它的設計方式是在一個 _______ -6- 本紙張尺度顧t 家辟（CNS ) A4^格hiox 2^^一經濟部中央標準局員工消費合作社印製五、發明説明透光的貝上，嵌入8個鋼質小圓球，這些基準點的位置，與標記上的對應系統具有已知的關連性，可以事先雙好，或事後測量。叹叶由螢光影像上的基準點的二維投影位置，我們可以決定幾何的投影，也就是將標記周圍的立體空間中的點，對應 I “像上的投射點，這就冗成影像與作業空間的註紀了數個影像均―到相同的註記人工構造，所以所有影像都可彼此進行註記。 1 上面所討論的幾何投影，可能無法使用影像的原片做確認’這時的影像相當不具線性，扭曲，因此必須先對這些扭曲進行對應與補償處理，在與先前技藝比較起來，本發明注意到了扭曲及補償處理的需要，是很有用的。規劃手術程序规劃手術程序也是影像導引式手術的—個關鍵步驟，對於三維之手術程序的規劃，理當需有三維的資料，才能做到，例如由口的資料加以重建，然而，外科醫師都是習慣使用二維影像進行规劃，例如放ψ影像或螢光影像，事奋上，即使有C 丁資料，通常還是只用二維的CT切面圖進ς 規劃’不是由三維資料進行重建。對於一般代表所使用之螺釘，i片針或鑽孔的線段，並端點的座標，當然就是三維的座標，同理，體内某一點的座標，可以代表Μ所在位E，或者sluapnel的片段，在規劃手術程序時’這些點可以由一張平的影像或者個別由多張二維影像表現出來，每一張這的二維影像，都是同一個 ______-7- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再.填寫本頁) ，'裝------π-----f)0---------------- 、發明説明（三維的投影。標母：：像士的指定點的二維座標，必須轉換成三維座内奸定^器械在所需要的軌道上進行，或者進入體幾何_:’因此’使用者必須瞭解形成該影像之投影的 :果：瞭解這種幾何關係，則影像上的某一指定點，以體内的某—定點，因1 =可把根本就不會對應到 , 局在—維影像上的—個指定，其實就線的投影，而三維内的提示點，則是兩條 m的交點，這個點在每個影像上 =兩條這樣的線，可能不會相交，同樣的，對某一特定 '而口，線段也可以不由兩個影像中選取，除非在整體上，不會對應到一個良好的三維線段上。在對應式的螢光檢查中，規劃前，就已確定幾何投影可將兩個影像連繫到單-的三維座標系統中，醫師要由兩個 (或更多個）影像中選取點，可借助於軟體，使他們確實進入一個明確的三維中，實務上，當醫師在影像上調整某個特足點或線段時，顯示在另—個影像上的點或線，也會持績更新，並作芫整的調整，但我們無法單獨在影像上劃出任意的點；軟體不會允許劃出在三維中對應明確點或ς段的點或線段。在如上所述之幾何座標定位的影像上進行规劃的優點有三项： ’ 1)只要醫師選擇了兩張影像上的點或線段，它們在三維 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ':裝— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 |、玎 'W----------------

經濟部中央標準局員工消費合作社印製五、發明説明（6 ) 中的對應點或線段就可以完全確定，可以執行。 2) CT所取得的軸影像，通常無法用螢光方法取得，而在軸方向最容易看到的角度，稱爲橫向角，在螢光檢查時，就不容選取或執行，，在座標螢光檢查當中，醫師在兩影像中選擇線段，卻可以定出橫向角，使醫師可以看到橫向角，並用它來進行规劃。 3) 在傳統的螢光檢查中，由於光發散，影像稀釋的程度不明，因此難以精確測定解剖距離，在座標螢光檢查中^ 所得到之線段長度可以利用軟體測定，這對選擇適當的螺釘長度，以及其他目的，都是很好的。發明背景法國Grenoble的Lavalle等人，發展了一種用於脊椎手術的系統，是以電腦斷層攝影取得影像，它先將電腦斷層攝影的資料整合成三維的資料，再分解正交面上的可能結果’手術的规劃，可以在三個互相正交的二維上同時進行，註記時，則使用光學的軌跡裝置，將脊椎二維圖上的點數位化，再將這二維上的點與電腦斷層攝影的資料做比較。瑞士伯恩的Nolte等人也發展了一種與Lavalle等人的設計很類似的系統，不同的是在註記時，光學的轨跡裝置是用來將特的解剖標記數位化，.而不是一·般的二維輪廟，然後再以人工方式，從C T的資料中，將定位點挑出來，進行比對。英國High Wycombie的P. Finlay則發展了一個用於股骨頭一 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210'乂297公釐） ----------..1'裝------訂------ LX. .i#先聞讀背面之注意事項再，填寫本頁} 經濟部中央標準局員工消費合作衽印製、發明説明（7 ) (髖骨）骨折的螢光檢查系統，由 s ^ 叫、k禋子術所須的準確度 :::局，所以不需做螢光影像扭曲的補償處理，也不必 t發明-樣’由#像中確認其幾何投影，但是Α酱光檢 :時：兩個位置，卻必須呈正交關係，€形臂絕不可沿著 c間的二維運動，註記時，要標記出影像上之外械上的幾個特定點，然後在螢光檢查視界内，將同時出現的記號線標記出來。英國儉敦的PQtamianGS等人發展—套用於腎臟切片類似軟'.且織手術的系統，它搭配了一種數位化的機械手臂，可以接亡？片針’也可以由醫師手動操，它無法規劃手術程序，只是在切片針靠近病患及刺入病患體内時，將一條代表片針當時位置的線段，疊.到所攝得的（靜態的）螢光影像上。英國Hull的Phillips等人發展一用於整形手術的系統，它使用光學軌跡裝置及勞光檢查，記作業則是在營光檢查中加裝光發射二極體（light emitting dl〇de)，然後再以光學軌跡器追蹤軌跡，规劃手術程序的软體則只用於手術程序中’其功能比較像是提供意見，而不像本發明一樣，可以顯π軌跡，譬如髓腔内釘放置術，醫師可以描繪出髓腔内成形術的目標孔，軟體則可以計算通過該孔的軌道。美國專利第4,75〇,487號（Zanetti)是一種立體定位性的框 ^，可以罩隹病患，它需要有A/P的螢光檢查，並且在框架上可以看到有—個十字形記號，計算這個十字形記號與目標點之間的距離，就可以移動框架，使兩者相吻合，這 (讀先閔讀背面之注意事項再4寫本頁.) 裝訂本紙張_縣（ -10 A4規格（210X 297公釐）經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（8 ) 項發明和本發明不同，它無法輔助三維的立體定位作業。美國專利第5,078，140號（Kwoh)是一種用於神經手術的立體定位與機械系統，但它使用的是C T影像。發明説明根據本發明，其中提供一種方法，可以规劃立體定位手術程序，使用螢光檢查產生身體的影像，將外科器械循直線軌道刺入體内，這種方法還包括在身體附近放置一個含有多對基準點的註記人工構造；在電腦螢幕上顯示病患身體與註記人工構造的影像；接收使用者或自動計算的輸入値，以確認第一個螢幕上所顯示之註記人工構造的基準點的二維座標；以及產生一個有參數的幾何模型，以註記該影像，該模型可以將三維座標投影成影像上的點，並且將幾何模型的參數做最佳化的處理，使基準點之已知的三維座標，與影像上所計算出的二維座標做最佳吻合。這種方法又包括在第二部電腦螢幕上顯示第二個影像，也是一個病患身體與註記人工構造的影像，但攝影角度與第一個影像不同，並接收使用者或自動計算的輸入値，以確認第二個螢幕上所顯示之註記人工構造的基準點的平面座標；以及產生一個有參數的幾何模型，以註記該影像，該模型可以將三維座標投影成影像上的點，並且將幾何模型的參數做最佳化的處理，使基準點之已知的三度空間座標，與第二個影像上所計算出的平面座標做最佳吻合。這個方法，不論所要求的是一張或兩張影像，都包括了 __-_ν^_._ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ---------裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本貰) 、^τ i« 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 _______—B7 五、發明説明（9 ) -個接用者輸入的步驟，以便在電腦螢幕上，選擇外科器械的穿刺進入點，如果使用兩張影像，也是要接收使用者的輸入’以在電腦榮幕上選定代表外科器械之軌道的假想導線的位置’長度與角度，然後在影像上劃出一條稱爲投影導線的線段，如果有兩張影像，.則投影導線在幾何上，會同時對應到空間中的相同線段，這爲假想導線。個方法又包括收使用者的輸入的步驟，可以移動投影導線的一個端點，以修正該投影導線所投影的假想導線，然後根據該修正後的假想導線，重新描繪投影導線。逞個方法又包括收使用者的輸入的步驟，可以改變假想導線的長度，再根據該修正後的假想導線，重新描繪投影導線，有一種特殊的情況，該長度爲零，此時，所規劃的一個假想目“點，而不是一個假想導線。本方法又包括一個括收使用者的輸入的步驟，可以改變假想導線的側面，橫向或冠向角，再根據新的角度，更新假想導線的方向，然後根據該修正後的假想導線，重新描繪投影導線。本方法又包括產生一個輸出値，可以調整導引器的座標’使該導引器的軸在影像上的投影可以與電腦榮幕所顯示的進入點相對應。 ' 本方法又包括產生一個輸出値，可以調整導引器的座標，使它可與假想導線對應；或者產生一個輸出值，可以調整導引器的座標，使導引器的軸線可以離開假想導線之某一端點一段事先設定好的距離，以控制即將穿刺的器械 -12 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇><297公釐） ~~----- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ----------!裝----- 訂 · 五在内的位置。 t法又包括將該座標傳遞賴械手臂或其他自動機和置二，或顯示該座標，使操作人員可以手動調整機械澤 .圖式簡针對各圖式再做詳細説明，其中：應發明之立以位手術裝置的圖示，本發明應用對臂劃醫療作並時的線性軌道，並控制機械手 ’ 以技制直線作業程序。圖2气本發明之註記人工構造與工具導引器的侧面觀。杏用者界面的螢幕顯示例子，包括以螢光檢一所取侍的則/後（A/P)影像，顯示上，上面還有許多按钮與進入區，是執行程式所;^榮幕圖3b是一種使用者界面的螢幕顯示例子，包括以螢查所的前後切面影像，顯示在第二部電腦螢幕上面還按鈕與進入區是執行程式所必需。圖電腦主程式迴圈執行的流程圖。經濟部中央標準局員工消費合作社印製圖樣臻腦要求由勞光檢查搞取A/p影像時的流程圖圖5是電腦要求由螢光檢查擷取側面影像時的流程圖圖6是電腦與使用者由圖3 a所顯示之A / p影像上或確認A / P基準點時的流程圖。. ‘' 圖7是電腦與使用者丨圖31)所顯示之倒面影像上，驾或確認側面基準點時的流程圖。圖8是電腦註記A/P影像時的流程圖。 __ - 13- 本紙張尺度適用中國國家^準（CNS ) A4規格（210X297公" A7 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ~ 1 B7 五、發明説明（Ή) 圖9是電腦註記側面影像時的流程圖。圖1 0疋電腦修改假想導線之橫向角的流程圖。圖1 1疋電腦修改立體定位手術程序所用之假想導線長度時的流程圖。圖12是電腦修改假想導線之側面角的流程圖。圖1 3是電腦修改機械手臂之進入角的流程圖。圖1 4是電腦移動圖i之機械手臂到規劃位置與方向的流程圖。圖15疋電腦沿工具導引器軸移動機械手臂之末端效應器 (end effector)的流程圖。圖1 6是電腦的執行流程圖，此時電腦要接收使用者的輸入値，其游標是位在圖3a(A/p影像區。圖1 7疋電腦的執行流程圖’此時電腦要接收使用者的輸入値’其游標是位在圖3 b之側面影像區。圖1 8疋電腦的執行流程圖，此時電腦要接收使用者的輸入値’其游標是位在圖3 a_b之機械手臂控制區。圖表詳細説明現在先看到圖1，這是立體定位系統i 〇的圖示說明，這個系統使用校正與標定的螢光檢查，進行線性軌跡的醫療作業’本發明的裝置與方法的設計，係利用由一螢光檢杏器12，例如一標準c型機械臂所取得的影像，這種機械二可以拍下手術台14上的人體的螢光或x光影像，攝影臂^ 是可動的，可以拍攝身體前/後向（A/p)及前後切面向 (sagittal)或侧面向的影像。 _:__ -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------'^------,ΐτ------:'w {#先閱讀背*之注意事項再.填寫本頁) 五、發明説明（機械手臂18位於手術台14旁邊，在例子中，機械手臂是 — PUMA-560型機械手臂，機械手臂18有一可動手臂機红，機組有邊緣上有&緣22，標齊或註記人工構造^則和機械手臂1 8的邊緣凸緣2 2配對裝置。. 註記人工構造24在圖2表示得很清楚，註記人工構造Μ 除了 8個不透光的圓球，或稱爲基準點26之外，其他部份X 光及可見光都可透過，另外還有—圓孔3〇，可以固^通刀過註記人工構造24的導引器28，啓動時，註記人工構造以的位置大約是在身體32之作業目標區的上方，同時也是在螢光檢查器16的拍攝範圍内，因此基準點26會在下面所要 .时4"的A / P與前後切面影像上，映出不同的點，兮紀人工構造的形狀是經過設計的，使基準點26在影像上所形成的點，不會互相重疊，並且敏感度足以區別出不同的角度，機械手臂20可調整註記人工構造24在三維中，如圖}所示之X軸3 4，Y軸3 6或Z軸3 8的位置。本發明之定位的螢光檢查控制系統.，是由電腦4〇控制，該電腦包括一微處理器4 2，内部RAM 44，以及—硬式磁碟機46.·.，電腦40搭配了兩台繪圖螢幕48及5〇，第一台繪圖螢幕4 8可以顯示C型臂1 2所攝得的前後切面影像，第二台螢幕50則顯示C型臂12所攝得的A/P影像，電腦4〇又 :包括了一序列通訊埠52，可以連接機械手臂18的控制器 5 3，電腦4 0也與C型臂1 2連線，可以經由影像擷取卡5 4，由C型臂12接收到影像，電腦40又與輸入裝置56連線，例如一配備軌跡球輸入控制5 8的鍵盤，軌跡球輸入裝置5 8可 -15 私紙锒尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） {請先閲讀背面之注意事項再.填寫本頁) 裝_

、1T Μ濟部中央標準.局貝工消費合作社印裝 A7 ____________B7 五、發明説明（13 ) 以'同時揸制螢幕a與π上的游標。螢幕48與50的顯示内容，如圖3a與3b所示，現在先看圖3b，W後切面影像就顯示在螢幕4s的區域62，全部8個基準點2 6應該都會顯示在前後切面影像區6 2内，如果没有，就必須調整註記人工構造24或〇型臂12，就像後面所要詳細討論的，電腦4〇顯示一投影導線68的上端進入點 64與下端底66，撓影導線以是一顯示於前後切面影像區内的線段，是代表要在立體定位手術中，進行穿刺之器械的位置’視線7 0也顯示於前後切面影像區6 2内。經濟部中央標準局員工消費合作社印製營幕48可以看到各種供使用者選擇的按鈕，醫師或操作員將游標移到按鈕上，按下按鍵，或者在鍵盤上瑪擇適當功能键（例如FI，F2)，就可以選擇這些功能，螢幕以的選擇按鈕有呼叫前後切面影像的按鈕72 (功能鍵F2)，選擇則後切面基準點的按鈕7 4 (功能键F.4 )，以及註記前後切面影像的按鈕76(功能键F6)，另外，按鈕78(功能键Fl〇)可以設定前後切面的角度，按鈕8〇(功能键FS)可以設定螺釘的長度，按鈕82(功能鍵F12)則可以沿導引器的軸，移動機械手臂，最後，顯示螢幕還包括一機械手臂的控制區 8 4，操作員可以移動游標，在機械手臂控制區8 4内按下按键，以控制後面將會討論到的機械手臂18。看到圖3 a ’圖示.可見_螢幕5 0的顯示勞幕上，顯示了 a / P影像，A / P影像是顯示在螢幕上的區域8 6，並且，全部 8個基準點26應該都會顯示在A/P影像區86内，圖中，假想導線的上端刺入點出現在位置8 8，下端點則位在位置 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2】0X297公釐）經濟部中央標準局員工消費合作社印¾ A7 —-------- :__ 五、發明説明（14) 9〇，導線在A/P影像上，是顯.示爲線段92。電腦40也會在螢幕5〇上顯示各種選擇按鉦，按鈕可以呼叫A/P影像，按鈕96(F3)可以選取A/p基準點，按紐98(F5)可以柱記AP影像，按益l〇〇(F7)可以設定假想導線的橫向角，按紐1()2(F9)則可以設定機械手臂的進入角度，按鈕104(F11)可以移動機械手臂，電腦4〇也同時顯示-塊機械手臂的控制區84，操作員可以移動游標到機械手同U區84 ’按下按键，可以控制以下所要討論的機械手臂1 8。本發明可讓醫師移動位在A/p影像區86之投影導線88 的上端點，以選取器械穿刺時的進入點，操作員也可以調正投;5V導 '’泉9 0的下端點，設定橫向與側面向的角度，另外，操作員也可以調整投影導線64的上端點，設定它在視線上的位置，以及調整投影導線66的下端點，設定前後切面影像62内的侧面與橫向角，因此，醫師可以選擇器械刺進入體内的位置與方向。 —電腦4G搭配有软體，可以錢光檢查12之光學所產生的工門扭曲本發明之系統只需要-對顯示在並列的螢幕4 8 與5 0的_維螢光影像’就可以有效規劃三維的立體定位外科手術％序，它不需要使用CT切片影像，也可以設定器械的位置，電腦40不受影像扭曲影響，也不在乎C型臂12的隨機或自由式定位，可以決定A/P與側面影像之間的幾何關係’並確認A/P與側面影像，本發明所改良之系統可以設足正確的幾何關係，正確度達到毫米之内。本紙張尺度朝tilS家 (背先Μ讀背面之注意事碩再4寫本頁) 裝、11 五、發明説明（15 ) =WP影像—旦絲完成，㈣只需要在A/p影 ^側面影像中，選取點或線，電腦4〇就會立即在另一個 β像上將其對餘㈣示出來，因此，I㈣ ^影像與榮幕50之Α/Ρ影像，就可 =道，不需要CT掃描的切面影像，並且，執行;; 能超過-百萬美元。 ^備，這種設備成本可明_本發明u統的㈣’在圖3(：_18有詳細的操作説所有代號，下標符號與數學公式，方程式及解釋，都列

中，圖4_18的流程圖，參考資料都在附錄段至第[1 5 ]段。 1 J 主程式由圖3c的步骤1ια開始，電腦4〇在步驟li2時，奋開啓-個主視窗，然後執行圖中之步驟ιΐ4，在主視窗; 顯枯鈕’接著進入圖中步驟110，電腦4〇在螢幕4"戌 -側面影像的予視窗，在圖中之步驟118時，電腦4〇也：螢幕50開啓-A/P影像的子视窗，在步驟12〇，電腦4〇备偵'測是否有独或按键被按下，如果沒有，電腦2〇就執ς 經濟部中央標準局員工消費合作社印製步嚴122 ’進入等待狀態，隨後回到步驟ΐ2〇，等候按紐或按鍵。大如果在步驟120中有按鈕或按键抉下，電腦4 〇即執行乎驟124 ’偵測掏取Α/ρ影像按糾4或？1按鍵是否按下，2 果是’就進入圖4的步骤166，如果不是，.電腦4〇執行^ 126 ,偵測擷取側面影像按鈕94或？2按鍵是否按下，如果 18 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（21〇χ297公釐 A7 B7 五、發明説明（16 ) 是，就進入圖5的步驟200，如果不是，電腦4〇執行步驟 128，偵測選擇A/P基準點按鈕冗或”按键是否按下，如果是，電腦40就進入圖6的步驟234，如果在步驟n8時，按鈕96或F3按键沒有被按下，電腦4〇就執行圖中之步驟 130，偵測選擇側面基準點按鈕74或]?4按键是否按下，: 果是，電腦40就進入圖7的步驟276，如果不是，電腦4〇就進入步驟132。 ’ 在步驟132，電腦40會偵測A/p影像註記按鈕984F5 按鍵是否按下，如果是，電腦4〇就進入圖8的步驟324，如果不是’電腦4〇就執行圖中之步骤1S4，债測侧面影像註記按鈕76或F6按鍵是否按丁，如果是，電腦4〇就進入圖9 的步驟350，如果不是，電腦4〇就進入步驟136。經濟部中央標準局員工消費合作杜印製從步驟136開始，電腦40會執行圖中之步驟n8，偵測橫向角按鈕1〇〇或”按鍵是否按下，如果是，電腦4〇就進二圖10的步驟376，如果不是，電腦4〇就執行圖中之步驟 14 0，偵測螺釘長度按鈕8 〇或F 8按鍵是否按下，如果是，電腦40就進入圖η的步驟388，如果不是，電腦4〇會執行圖中t步驟14 2，偵測側面向角按鈕7 8或F丨〇按键是否按下，如果是，電腦40就進入圖12的步驟4〇〇，如果不是，電腦？會執行圖中之步驟144，偵測進入角按鈕ι〇2〇9 按键是否按下，如果是，電腦4〇就進入圖13的步驟M2，如果不是，電腦40就進入步驟146。在步驟146，電腦40會偵測移動機械手臂按鈕1〇4或fii 按键是否按下’如果是’電腦4〇就進入圖14的步聲422， 19-

17 、發明説明（果不疋，私細40，沈執行圖中之步驟148 機械手臂按-82或；F12按键m、π ㈣&轴私動 .. 刼鍵疋否按下，如果是，電腦40就圖15的步驟452，如果不是，#游標位在Α/ρ影像區 ^時，電腦40會執行圖中之步聲15。，偵測螢幕冗之A〆 ρ影像區是否有被按紐選取，如果是，電腦4q就進入圖ΐ6 的步驟476，如果不是，電腦4〇會偵測游標是否移入螢幕化侧面影像區62 ’並且側面影像區是否有被按紐選取，如果是，電腦40就進入圖17的步驟5〇6，如果不是，電腦 40就進入步驟154。經濟部中央標準局員工消費合作社印裝從步驟154開始，電腦40會偵測螢幕以之機械手臂控制區8 4 ’或螢幕5 〇之機械手臂控制區1〇6，是否有游標移入，機械手臂控制區54或1〇6是否有被按鈕選取，如果機械手臂控制區被選取了，電腦4 〇就進入圖i 8的步驟536 , 如果機械手臂控制區沒有被選取，電腦4 〇就執行步驟 15 8 ’偵測'Q ”按键是否被按下，表示操作員要離開主程式，如果"Q ”按鍵被按下，電腦4 〇會執行圖中之步驟 160，將所有配置使用的記憶體釋出，並且執行步驟“2，結束主程式，如果在步驟158時，"Q"按键沒有被按下，電腦4 0就進入步驟12 2，等待按鍵或按艇按下。本發明之系統所執行之各種功能，將作詳細説明，如果呼叫A/P影像的按鈕94或按键F1被按下時，電腦40會進入圖4的步驟166，在步驟168時，電腦40會決定影像呼叫卡是否處於通透模式，按紐_9 4與按鍵F 1可以做切換，當按紐94或按键F1被按下時，卡會轉成通透模式，由c型臂12 20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 五、發明説明（18 ) 取得的影像可以直接傳送到螢幕5 〇，任何由c型臂取得的衫像’都會顯示在螢幕5 〇的A / p影像區8 6中，所以，如果在步驟168時，卡不是處於通透模式，就要在步驟17〇，按下按鈕94或按鍵F1，切換爲通透模式，電腦4〇接著回到圖中之步驟丨7 2，等待下一個指令，到圖中之步驟丨7 *，如果電腦40内的影響擷取卡已處於通透模式，並丑又再按下按鈕94或按鍵F1，它就會固定活動的影像，捕捉入/卩影像，所捕捉的影像會在圖中之步驟17 6時，顯示在螢幕 5〇上’隨後電腦40停止Fll ’ F12與F5按键的作用，淡化其圖象，並且在圖中之步驟178時，啓動按鈕96與按鍵F3 的作用，使其圖象呈高亮度，換句話説，當A / p影像捕捉芫成時，電腦40會允許操作員使用按鈕96或按键F3，選取A/P基準點。經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 (諳先聞讀背面之注意事項再.填寫本頁} 電腦4〇在步驟180時，會指定一 NULL工具，機械手臂的. NULL工具，是機械手臂丨8之邊緣凸緣22在空間中的位置，換句話説，邊緣凸緣22給機械手臂決定了空間中的位置，並且與可能接到邊緣凸緣2 2之器械的種類無關，電腦 4〇在步驟182時，會偵測是否已指定了適當工具，如果沒有，電腦40會在圖中之步驟184時，送出一個π沒有指定工具"的錯誤訊息，然後電腦40執行圖中之步驟186，等待下一個指令，如果在步驟182時，已經指定了適當的 NULL工具，電腦4〇會執行圖中之步驟188，由機械手臂控制區5 3取待當時疋邊緣凸緣的位置，接著電腦* 〇執行圖中之步驟190，偵測側面影像是否已顯示在螢幕48，如果没 21 木紙張尺度適财標準（CNS ) M規格（2獻297公澄 A7 B7 19 五、發明説明（有’電腦40就在圖中之步驟192時，送出„擷取侧面影像，, 的訊息’然後執行步驟19 4，.返回並等待下一個指令，步驟19 〇時，側面影像如果已顯示出來，電腦4 0就在圖中之步驟196時，送出"選擇基準點"的訊息，然後執行步驟 198，返回並等待下一個指令。如果擷取側面影像的按鈕72或按鍵F2被按下時，電腦40 曰,進入圖5的步.驟200，在步驟202時，電腦4 〇會決定影像呼叫卡是否處於通透模式，按鈕72與按键F2可以做切換，如果在步驟202時，卡不是處於通透模式，只要在步驟2〇4 時，按下按鈕7 2或按鍵F 2，可將卡設定成通透模式，隨後電腦40執行圖中之步驟2〇6，返回並等待下一個指令，如果電腦4〇内的影響擷取卡已處於通透模式，並且又再按下按鉦72或按键F2，它就會執行圖中之步驟2〇8，固定活動的影像，捕捉側面影像，所捕捉的影像會在圖中之步驟 210時，顯示在螢幕48上，隨後電腦“停止”丄，以之與 F6按键的作用，淡化其圖象，並且在圖中之步驟212時了啓動按鈕74與按键F3的作用，使其圖象呈高亮度，換句話説，當側面影像捕捉完成時，€腦4〇會允許操作員使用按紐7 4或按键F 4，選取侧面基準點。電腦40在步驟214時’會指定—NULL工具，電腦4〇在步驟216時，會偵測是否已指定了適當的1^1；1^工具，如果没有，電腦40會在圖中之步驟218時，送出—個"沒有指定工具"的錯誤訊息，然後電腦40執行圖中之步等 -個指令，如果在步物時，已經指下 22 Μ氏張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公楚） /裝、1T (讀先K讀背面之注意事項再.填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製工 A7 A7 20 五、發明説明（會執行圖中之步驟222，由機械手臂控制器53 取传*時之邊緣凸緣的位置，接著電腦4〇執行圖中之步驟 224,偵測A/P影像是否已顯示在螢幕5〇，如果= 月^:在圖中之步驟226時，送出"呼叫A/p影像”的訊息，然後執行步驟228,返回並等待下—個指令，步驟Μ* 時’ A/P影像如果已顯示出來’電腦4。就執行圖中之步驟230時，送出"選擇基準點"的訊息，然後執行步驟返回並寺待下—個指令。如果選擇A / P基準點按鈕9 6或F 3按鍵被按下時，電腦 40就進入圖6的步驟234。電腦4〇會執行圖中之步驟，先偵測A / P影像是否已經顯示在螢幕5 〇，如果不是，電腦40就執行圖中之步驟23 8，送出”擷取A/p影像”的二息，然後執行步驟24 0，返回並等待下一個指令。如果在步驟23 6時，A/P影像已經顯示出來7，電腦⑼會執行圖中之步驟242，顯示一方形游標於螢幕π之顯示幕上。電腦40然後會執行圖中之步驟244，將定位的基準點數重新設定爲〇，接下來，電腦40執行圖中之步驟246，等 =操作員按下軌跡球的按鍵，如果軌跡球在某個基準點的範圍内被按下按鍵時，電腦4〇就執行圖中之步驟248，發出嗶聲，然後如圖所示，執行步驟25〇，偵測所選擇之滑鼠游標的座標四周的邊界，這種偵測邊界的動作，是應用附錄罘[1 ]段所描述之John Canny所發展的方法，這部份内容是列在參考資料中，也是説明内容的一份。 -23- 本紙張尺度顧巾關硕（CNS ) A4A^TT^97公釐 (请先閲讀背面之注意事項再·填寫本頁) 裝- 訂經濟部中央標準局員工消費合作社印製經濟部中央標準局員.工消費合作社印製 A7 ~----51 五、發明説明（21 ) j行步驟252時，電腦40會如圖卢斤示，在邊界债測時， /貝^邊界像素是否至少有3個，如果沒有，電腦4。會如圍 :不，執行步驟254，產生"試著再接近基準點"的錯誤訊〜、，然後回到步驟246，等候再按下滑鼠按鍵，在步驟M2 時，電腦40如果發現邊界像素已至少有3個，就會如圖所不，執行步驟25 6，應用附綠之方程式[13]，將這些邊界像素對應到其校正後的影像座標。然後，電腦40利用依據附錄方程式[14]所校正的邊界像素，偵測基準點26所產生之基準點影像的中心點，這個程序在步驟25 8中有所説明，然後電腦4〇就進入圖6的步驟 26 2，由步驟26 2開始，電腦4 〇會在基準點影像之中心點周圍劃一圓形。接著，如圖中步驟264所示，電腦4〇會偵測全部8個基準點26是否都已經進入Α/ρ影像内，如果不是，電腦仙就返回圖步驟24 6，在另一個基準點視窗中，等待再按下滑鼠按键。如果在步驟264時，全部8個基準點26都已就位，電腦4〇忒如圖中之步驟26 8所示，將所有基準點已設定好的影像座標，存入電腦記憶體中，然後如圖中之步驟27〇所示，啓動症把A / Ρ影像的按麵9 8或F 5按鍵的功能，使其圖象呈高亮度，並如圖中之步驟272所示，送出註記A/p影像"訊息。接著，電腦40如圖中之步驟274所示，自動進入圖8的 ENTRY1位置，電腦4 0不會等候操作員按下按鍵，即開始 -24- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X^97公釐） --------裝----I-I1T-----ί (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局員工消費合作社印製移動到圖8的ENTRY1位置。 2果4擇侧面基準點或1"4接鍵按Ύ，電腦4()就進入圖7 旦:驟276 ’電腦4〇會如圖中之步驟278所示，先偵測侧面 •:像是否已經顯示在螢幕48,如果不是，電腦4〇就執行圖二步躁280，适出揭取側面影像"的錯誤訊息，然後執订ν碟2 8 2，返回並等待下—個指令。如果在步驟278時，Α/Ρ影像已V經顯示出來，電腦4〇會二：步驟290所示，在電腦勞幕48顯示-方形游標，然故二，40會執行圖中疋步驟292，將定位的基準點數重新二疋爲G ’接下來，電腦4()執行圖中之步驟別，等待操作 =按下軌跡球的按键，如果軌跡球被按下按键時，電腦4〇執行圖中之步驟296，發出澤聲，然後如圖所示，執行步 V 8偵測所選擇之滑鼠游標的座標四周的邊界，這種偵 :邊界的動作，是應用附錄第⑴段所描述之· c贿乂所發展的gradient base方法。八執行步驟則時，電腦40會如圖所示，在邊界摘測時，測 ^邊界像素是否至少有3個，如果沒有，電腦會如圖所執行步驟302 ’產生”試著再接近基準點”的錯誤訊息， :、後回到步碟294，等候再按下滑鼠按鍵，在步操3〇〇時，電腦㈣如果發現邊界像素已至少有3個，就會如圖所示，執仃步驟304，應用附錄之方程式[13]，將這些邊界像對應到其校正後的影像座標。、然後、’電腦40利用依據附錄方程式[14]所校正的邊界像素’谓測基準點26所I生之基準點影像的中心點，這個程 ---------裝 II (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 • 1 -I I- - HI [

-- - I 本紙張尺^ i. I -1— Hi 五、發明説明（ 23 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印¾. 序在步驟3〇6中有所説明，然後電腦4 0就進入步驟3 1()，由步驟3 10開始，電腦40會在基準點影像之中心點周圍劃一圓形，接著，如圖中步驟3 12所示，電腦40會偵測全部8個基準點2 6是否都已經進入側面影像内，如果不是，電腦4 〇就返回步驟294，等待再按下滑鼠按键。如果在步驟3 1 2時，全部8個基準點2 6都已就位，電腦4 〇就如圖中之步驟316所示，將所有基準點已設定好的影像座標，存入電腦記憶體中，然後如圖中之步驟318所示，啓動si圮侧面影像的按紐7 6或F 6按鍵的功能，使其.圖象呈高亮度，並如圖中之步驟320所示，送出”註記侧面影像"訊息。 . 接著，電腦40如圖中之步騍322所示，自動進入圖9的 ENTRY2位置，電腦40不會等候操作員按下按键，即開始移動到圖9的ENTRY2位置。如果A / P影像註記按鈕9 8或F 5按鍵按下時，電腦4 〇就進入圖8的步驟324，電腦4〇會如圖中之步驟326所示，先偵測A/P的基準點是否已經全部找到，如果不是，電腦 40就執行圖中之步驟328，.送出"肖未選取所有基準點"的錯誤訊息，然後執行步驟33 0，返回並等待下一個指令。如果在步驟326，A//P基準點已經全部找到，電腦“會進入步驟33 2，如同前面所提到的，電腦4()在基準點全部找到後，也會由圖6的步驟274自動進在步驟⑽，電腦4。會先叫出所有中心點的一維座標，接下來，電腦40如圖中之步驟334所示，由一 __________26_ 本紙張尺度適家標準（CNS )八4離（ho;-7公瘦） («·先聞讀背面之Vi意事領再‘填寫本頁) 裝. • - I - - -I ft I- -I ,

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經濟部中央標準局員工消费合作社印^ 個含有基準點2 6中心點之三維座標的檔案中，讀取資料，基準點26中心點之三維的座標是使用一種座標量測器 (CMM)所測得’因此，這些資料是提供與基準點^之眞實位置有關的訊息，—般的情況，這種CMM的座標是由註記人工構造24的生產廠商提供。接下來，電腦4 0會將投影在三維座標的幾何模型的參數，與對應的影像點做最佳化的處理，這種最佳化的模型就是在+第[3]般的註記矩陣内，所謂最佳化，就是使步驟 334所讀取的三維座標，以及步驟M2所讀取的二維座標，兩模型投影之間的差値達到最小値（就像是最小平方），使用的方法是附錄第[2 ]核式中所述之Levenb 法三程序如圖之步驟336所示，隨後，電腦4〇會依據附錄 ^第[3]段，建立一個註記矩陣，這個程序在步驟33 8中有所説明。然後電腦40就如圖之步驟34〇所示，偵測側面影像是否已趣註記完成，如果不是，電腦4〇會執行圖中所示之步驟 =2，送出—個，I執行侧面影像註記"的錯誤訊息，然後電腦4 0執行圖中之步驟344，等待下一個指令。 t果在步據340時，側面影像已經註記完成，電腦“就執仃圖中所不之步驟346，顯示一個"選擇進入點"的訊息’然後電腦4 0執行圖中之步驟34 8，等待下—個指令。如果側面影像註記按紐764F6按键按下時，電腦術尤進入圖9的步驟35〇，電腦4〇會如圖中之步驟Μ]所示，先偵測側面的鱗點是否已經全部找到，如果不是，電腦㈣就 -27. 本纸張尺度適财國國家標準（CNS ) M規格⑺以297公着）裝-- (許先閲讀背面·5>i意事項再.镇寫本頁) I訂----- I管！

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• I - I I 五、發明説明（25) 執行圖中之步驟354 ,送出”尚未選取所有基準點，，的錯誤訊息，然後執步驟35 6，返回並等待下一個指人。如果在步驟352時，側面基準點已經全部找二電腦4〇 S進入步驟35 8，如同前面所提到❾，電腦4〇在基準點全邵找到後’也會由圖7的步驟322自動進人步聲Μ 8。在步骤35 8中’電腦4G會先叫出所有基準點之中心點的二維座標，接下來，電腦40如圖中之步驟360所示，由— 個含有基準點26巾,讀之三維轉的錢中，讀取資料，基準點26中心點之三維的座標是使用-種座標量測器㈣⑷㈣得，因此，這些資料是提供與基準點％之眞實位置有關的訊息，-般的情況，這種CMm的座標是由註記人工構造24的生產廠商提供。接下來，電腦40會將投影在三維座標的幾何模型的參數，與對應的影像點做最佳化的處理，這種最佳化的模型就是在第m般的註記矩陣内’所謂最佳化，就是使步驟 360所讀㈣三維座標，以及步驟358所讀取的二维座標，兩模型投影之間的差値達到最小値（就像是最小平方），使用的方法是附錄第[2 ]方程式中所述之卜彻㈣彻經濟部中央標準局員工消费合作社印製法:程序如圖之步驟362所示，随後，電腦4q會依據附錄 Μ [4]段，建立-個註記矩陣，這個程序在步㈣*中有所説明。然後電腦40就如圖之步驟366所示，偵測A/p影像是否已經註記完成，如果不是，電腦4〇會執行圖中所示之步驟 36 8，送出一個”執行A/p影像註記„的錯誤訊息，然後電 ______-28- 本^Z適用中_家標準（CNS ) A4規格（21。297么$ A7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作社印製五、發明説明（服40執行圖中之步骤3 7〇，等待下一個指令。如果在步驟366時，A/P影像已經註記完成，電腦4〇就執行圖中所示之步驟372，顯示一個·"選擇進入點，，的訊息’然後電腦4 0執行圖中之步驟374，等待下一個指令。如果橫向角按鈕1〇〇或F7按鍵已經按下，電腦4〇就進入圖10的步驟376，橫向角就是以右手定律對圖1之又軸34測 I到的角度，調整橫向角時，操作員必須如圖丨〇之步驟 378所示，將游標移到圖3&進入區按鈕1〇1，然後，操作要如圖之步驟38 0所示，輸入一個橫向角的數値，電腦4〇就會i買取新的橫向角，並且根據附錄第[6]段之方程式，更新假想導線的方向，這個程序在步驟S8 2中有所説明，接下來，電腦40會如圖之步驟384所示，使用附錄第[7]段的方私式’重劃A / P影像區8 6内之假想導線投影9 2，以及側面影像區62内之假·想導線投影68，然後，電腦4〇返回圖之步驟38 6，等待下一個指令。如果螺釘長度按鈕80或F8按鍵已經按下，電腦40就進入圖1 1的步蘇3 8 8，然後如圖之步驟3 9 〇所示，游標會移到圖 3b的進入區81，操作員必須如圖之步驟392所示，輸入_ 個新的螺釘長度的數値，電腦4 0會讀取新的螺釘長度，並且根據附錄第[1 1]段之方程式，更.新假想導線的長度，這個程序在步驟394中有所説明，接下來，電腦4〇會如圖之步驟38 4所示，使用附錄第[7]段的方程式，重劃A/p影像區8 6内之假想導線投影9 2，以及側面影像區6 2内之假想導線投影6 8。這些步驟説明於步驟3 96中，然後，電腦 29- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (諳先閔讀背面之注意事碩再填寫本頁) 裝 ,ιτ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ----- B7__ 五、發明説明（27) ~ 一'—一"~ 40返回圖之步驟398，等待下一個指令。如果側面向角按鈕^或！^“按鍵已經按下，電腦4〇就進 ^圖丨3的步驟400，調整侧面向角，侧面向角就是以右手定律對圖1之Y軸3 6測量到的角度。如圖之步驟402所示，將游標移到圖化的進入區79，然後，操作員要如圖之步驟404所示，輸入一個侧面向角的數値，電腦40就會讀取新的側面向角，並且根據附錄第 [10]段之方程式，更新假想導線的方向，這些程序在步驟 406中有所説明，接下來，電腦4〇會如圖所示，使用附錄第[7]段的方程式，重劃A/P影像區86内之假想導線投影 92，以及侧面影像區62内之假想導線投影68，這些程序在步驟40 8中有所説明，然後，電腦4〇返回圖之步驟41〇, 等待下一個指令。如果進入角按鈕1〇2或F9按键是否按下，如果是，電腦 40就進入圖12的步驟412，進入角就是以右手定律對圖j 之Z軸3 8測量到的角度。如圖之步驟414所示，游標會移到圖3a的進入區1〇3，操作員必須如圖之步驟41 6所示·，輸入一個新的進入角的數値，電腦40會如圖之步驟418所示，讀取新的進入角，然後，電腦4 0返回圖之步驟42 0，等待下一個指令。因爲要在空;間中規劃一個直線軌道，所以只要兩個角戶即可，在這種特定程序中，所需要的是橫向角與側面向角’進入角是提供醫師控制機械手臂的運動，換句話說，在規劃道時，不需用到進入角。 __ -30- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ------------ (讀洗閣讀背击之注意事項再填寫本頁)

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經濟部中央標準局員工消費合作杜印製如果移動機械手臂按鉦104或F11按鍵按下時，電腦40就進入圖14的步驟422，電腦4〇會如圖之步驟424所示，先由記憶體中叫出造入角，然後，電腦4〇又如圖之步驟似所不，叫出侧面向角，橫向角及假想導線上端點的三維座標，然後使用附錄第[12]之方程式，計算規劃的位置與方向，这個程序會引入步驟428中，接下來，電腦4〇如圖中之步驟43 0所示，由一個與手術程序所規劃出之特定手術末端效應器有關的檔案中讀取資料，這些資料包括使用座標量測器（CMM)所測得的三維座標。電腦40會在步驟434時，偵測外科末端效應器是否已經適當地指定完成，如果不是，電腦4〇會如圖之步驟43 6所不，產生一個”尚未指定外科末端效應器"的錯誤訊息，然後如圖之步驟43 8所示，返回並等候下一個指令。如果在步躁434時，已經指定了適當的外科末端效應器，電腦40會如圖之步驟44〇所示，經由序列通訊埠5〇送出一個才曰々、機械手臂控制器5 3，將機械手臂的移動到规劃的位置與方向，如圖之步驟442所示，電腦會指定末端效應器，在步驟444，電腦4〇會债測是否已指定好 NULL末端效應器，如果不是，電腦4〇會如圖中之步驟所示，送出一個"沒有指定NULL末端效應器，，的錯誤訊息，然後電腦40執行步驟448，返回並等待下一個指令，如果在步驟444時，已經指定了適當末端效應器工具，電腦4 0會如圖中之步驟wo所示，返回.並等待下—個指令。 ____ -31- 本紙張尺度^中國國家標準（CNS) ^υ2ιοχϋ^_) (請先閱背背面之注意事項再.填寫本頁)

五、發明説明（ 29 經濟部中央標準局員工消費合作社印裂一如果圖3b之沿軸移動機械手臂按鈕82已被選取，電腦4〇畎進入圖15的步驟452，由於電腦4〇在圖2〇的程序中，就已經將機械手臂移到適當方向，所以圖21的程序是爲了沿圖2之導引器28所界定之導引器軸移動機械手臂所設計的，-般情形，導引器都是沿著導引器轴，移近或挪離手術台14上之病患身體的，電腦4〇在步驟454時，會作測，， =動機财臂軸”這個程序是U在進行，這段程序只有在 Lt止時，才會停止運作，如果在步驟454時，程式沒有電㈣會在圖之步驟456時，開始執行這般程式，昧後在步驟45 8時返回，並等候其他指令，如果在步祕* 争"，程式已經開始，電腦40會在圖之步驟私叫，债測"上 '、按鍵是否键下，如果没有，電、時，偵測”下頁，，按键是否鍵：：;;°:在，步驟462 步驟偏，等候下-個指令。又有，電腦4G就返回如果在步驟460時按下”上頁”按鍵，電腦4〇時，偵測”上頁"按键是否持續按著，如在/驟466 如圖之+驟γ - 果不疋，電腦40就 Ώ〜驟468所不，返回並等候下—個指令驟460時.，”上頁"按鍵持續按著，電馳就在二步碟470時，由序列通訊埤50送出-個VA ^不，在臂控制器53，將機械手臂循著導引器的给機械手器的正方向是—彳轉㈤病患， I動，導引 466。二使電腦40返回步驟如果在步驟462時按下"下頁"按键，電時，偵測"下頁”按鍵是否持續按著，曰在步驟472 果不疋，電腦40就 ^、1T^-------- /6¾. .· (請先閲讀背面之注意事頰再.填寫本頁)

A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製五、發明説明（30) 如圖之步驟46 8所示，返回並等候下—彳因扣入咖卜個扣令，如果在步 π472時，’’下頁"按鍵持續按著，電腦4〇就如圖所示，在步驟474時，送出一個VAL命令，將機械手臂循著導引器的負万向移動，導引器的負方向是一個迫近病患的方向，然後電腦4 Q返回步骤47 2。換句話説，圖1.5的控制程序，使操作員可以沿著導引器的軸移動機械手臂，一旦機械手臂開始移動，不論是朝^ 方向或負方向，都會持續到上頁或下頁按键鬆開爲止，爲了將末端效應器24與導引器28保持在同樣順著規劃軸的方向上，所以機械手臂要整組移動，換句話説，機械手臂i 8 的末端效應器24可以維持在一個方向上，與圖1之2軸38 保持4S度角的關係，VAL是—種pUMA_56〇控制器趵使用的程式控制語言，所以其他機械手臂，控制器與程式語言，本發明也都可以使用。如果游標已經移到圖3a的A/P影像區8 6上面，電腦4〇忒進入圖1 6的步驟47 6，如圖之步驟47 8所示，這時電腦 4 0會等待軌跡球在a / p影像區8 6内按鍵，如果軌跡球在步驟47 8時按下按键，電腦40會執行圖中之步驟48〇，偵測 A / P影像與側面影像是否已經註記，如果沒有，電腦4 〇會回到步驟482，等候下一個指令。如果在步驟48 0時，A / P影像與側面影像已經註記，電腦4 0會執行圖中之步驟4S 4，偵測投影導線是否已經劃出’如果沒有，電腦4 0會先確認操作員要繪出投影導線，因此’電腦4 0會如圖之步驟48 6所示，在軌跡球的座標處 -33 表紙張尺度適用中國i標準（CNS ) A4規格（21()><297公瘦） (諳先閱讀背面之Vi意事項再.镇寫本頁)

五、發明説明（31 (，V)二不個十字形記號，接著，電腦40就如圖之步驟、斤丁應用附錄第[5 ]段方程式，劃出代表位在側面景多的線段的曲線’之所以劃域表所在位置之線段的曲泉‘疋因爲〜像發生扭曲，如果您以X光拍得一條直線，由於螢光⑽像增強器有扭曲影像的作用，所以其影像將是曲線，這就是必須劃出代表視線的曲線的原因了，只要視線顯示器70顯示到圖讣之侧面影像區以内時，電腦4〇就如圖之步驟490所示，返回並等待下—個指令。如果在步驟48 4時，投影導線已經劃出，電腦4 〇會偵測軌跡球座標是否與A/p影像區86内之上端點“的距離在；個圖素之内，這個程序在步驟49 2中有所説明，如果游標的座‘已I位在上端點8 8的5個圖素之内時，電腦4 〇會如圖之步驟494所示，將投影導線清除，並且執行步驟496，返回並等候下一個指令。如果在步驟496時，軌跡球游標的座標不在上端點“的5 個圖素内，電腦40會如圖之步驟498所示，偵測軌跡球座標是否位在下端點9 0的5個圖素之内，如果不是，電腦4 〇就如圖之步驟49 0所示’返回並等候下一個指令，如果在步驟498時，軌跡球游標的座標已在下端點9〇的5個圖素之内，電腦40會如圖之步驟500所示，偵測軌跡球按鍵是又再按下，如果是，電腦40就返回步驟490，等候下一個指令，如果不是，電腦40會如圖之步驟5〇2所示，根據執跡球的移動’更新橫向角與側面角，如果軌赫球向上移動，橫向角角度增加，如果軌跡球向下移動，横向角角度減. -34- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2lOX；297公釐） ----------抑衣----^---1T------'% (., (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製五、發明説明（32) 如果軌跡球向右移冑，側面角角度增加，如果向左移、'〗面角角度減小，増加的單位是每個圖素0 i度，這個程f是參照附錄第[6]段之方程式。田橫向角及/或側面角在步驟5〇2中更新時，電腦々Ο會 ^ Γ附^第[7]段的方程式，重劃A/P影像區86内之假想、二泉投以9 2，以及侧面影像區6 2内之假想導線投影μ，現些程序在步碟5。4中有所説明，然後，電腦4。返回步驟 50 0 〇 ’ 取經濟部中央標準局員工消費合作社印製、、如果游標已經移到圖313的侧面影像區62上面，電腦4〇就，入圖1 7的步驟50 6 ’電腦4 0會執行步驟50 8，偵測視線，否已經顯示出來，如果没有，電腦4〇會回到步驟51〇，寺候下-個指如果在步驟5〇8時，I線已經顯示出，，電腦40會使用附錄第[8]段的方程式，重劃Α/ρ影像區86内心假想導線投影92，〃及側面影像區。内之假相導線投影68，這些程序在步驟512中有所説明，電腦4〇ς y驟513時，也會檢查機械手臂是否已經啓動，如果是，電腦40會執行步驟513.5，啓動„移動機械手臂按紐"1〇4， "沿鑽針軸移動按鈕”82，以及按键？11，Fi2的作用，使其圖，呈高亮度，錢，電腦4Q會如圖中之步驟514所不，等候按下位在侧面影像區62内之軌跡球的按键，如果機械手臂尚未啓動，電腦40會在圖中之步驟514時，等候按下位在側面影像區62内之軌跡球的按鍵，然後，電腦會如圖中之步驟516所示，偵測軌跡球游標的座標是否位在上端點64的5個圖素之内，如果不是，電腦4〇就如圖之 -35- 本紙張尺度適用t國國—家標準（CNS ) A4規格（2丨0\297公玉"7 A7 B7 五、發明説明（33 ) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製步驟51 8所示，偵測軌跡球座標是否位在下端點6 6的5個圖素之内，如果不是，電腦40就返回步驟520，等候下一個指令。如果在步驟5 1 6時，軌跡球座標位在上端點6 4的5個圖素之内電腦4 0會執行步驟5 2 2，偵測軌跡球按键是又再按下，如果是，電腦4 0就返回步驟52 4，等候下一個指令，如果不是，電腦40會根據軌跡球的移動，將假想導線與視線的方向對齊，以更新假想導線的位置，增加比率是每個圖素0.1度，這個程序在步驟52 6中有所説明，電腦是使用附錄第[9 ]段的方程式，更新假想導線的位置，然後，電腦 40會如圖之步驟528所示，使用附錄第[7]段的方程式，重劃側面影像區62内之投影導線68，以及A/p影像區^内之投影導線9 2，然後，電腦4 0返回步驟52 2。、如果在步驟518時，軌跡球座標位在上端點以的5個圖素之内，t腦40會執行步驟53〇，偵測軌跡球按鍵是又再按下，如果是，電腦40就返回步驟524，等候下—個指人， :果不是，電腦40會先確認操作員要調整下端點“：位置，因此’電腦40會如圖之步驟532所示移動，更新側面角及A橫向角，如果軌跡==的橫向角角度増加，如編球向下移動，橫向角二如果軌跡球向右移動，側面角角度增加，如果向：移則面角角度減小，增加的單位是每個 ^ 是參照附錄第[10]段之方程式，’電腦 532的程序，炊接中 ^ 執仃圖中所示之步驟久、後，黾細4 0會如圖之步驟53J 4所不，使用附 (詩先閔讀背面之注意事項4.填寫本頁) 裝- 訂 -1^ 本錄尺度心中 - 36 - A7 B7 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製五、發明説明（34) 錄罘[7]段的方程式，重劃側面影像區62内之投影導線 68，以及Ay/P影像區86内之投影導線，然後，電腦返回步驟5 3 0。如果圖3 a - b的機械手臂控制區被選取了，電腦4 〇就進入圖1 8的步驟53 6，接著，電腦4〇執行步驟538，顯示選單 ^使用者選#，第一個選項是,,啓動機械手臂"，電腦4 〇接耆在步驟54 0時，偵測啓動機械手臂選項是否已經被選擇，如果是，電腦40會如圖之步驟542所示，開啓序列通訊埠5 2，如繫機械手臂控制器，然後如圖之步驟4所不’、電腦4 0會送出啓動機械手臂控制器5 3所需要的vAl 程式語言指令，步驟546時，電腦40會偵測VA：L是已經正確啓動，如果VAL沒有正常啓動，電腦4 〇就如圖之步驟 548所示，送出VAL没有啓動53的訊息，然後電腦4〇返回步驟550。如果在步驟546時，VAL已正常啓動，電腦4〇就如圖之步驟55 2所示，送出預先設定好的HOME與START位置給機械手臂控制器5 3，HOME與START位置是機械手臂作業區内的兩個位置，另外，電腦4〇會如圖之步驟554所示，啓動設定好的NULL末端效應器與手術末端效應器，換句話説，電腦40會給即將使用的器械送出正確的作業规則，因此，受程式的控制，控制器5 3可將機械手臂移到這些位置上，操作期間’電腦40可以命令控制器53移動到特定的 HOME與START位置，另外，控制器5 3會認得給特定手術末端效應器的指令，這個末端效應器在程序554期間已經 -37- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公瘦） ^.IT / mi (请先閲讀背面之注意事項再4寫本1) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 五、發明説明（35 ) 啓動，接下來，如圖之步驟556所示，機械手臂的速度要設到最慢’例如將機械手臂速度設在256中的第5，然後，電腦40會檢查假想導線是否已經規劃完成，如果是，就執行步驟557·5，啓動"移動機械手臂按鈕” 1〇4。"沿鑽針軸移動按鈕”82，以及按鍵1?11，F12的作用，使其圖象呈高亮度，然後，電腦40就返回步驟559，等候下—個指令。如果假想導線沒有規劃完成，電腦4〇如圖之步驟=8* 示，返回等候下一個指令。如果如圖之步驟560所示，已經由跳出選單538中選取了移動到預定位置"，並且機械手臂也已經啓動，電腦4 〇就會如圖之步驟562所示，顯示對話盒，以選擇是否將機械手臂移動到預定位置，換句話説，對話盒顯示了將機械手臂移動到HOME或START位置的選擇項，操作員可以在步驟562時，由這些選項中選擇一項，然後電腦4〇就如圖^ 步驟564所示，送出一個VAL指令給控制器μ，以將機械手臂1 8移動到特定位置，電腦4 〇就回到步壞5 6 8，等候下一個指令。如果如圖之步驟570所示，電腦40偵測到已經由跳出選單538中選取了”指定預定工具”，並且機械手臂也已經啓動，.電腦40就會顯示對話盒，以選擇事先已在步驟554中設定好的預定工具，這個程序在步驟574中有所説明，換句話説，電腦4.0顯.示了對話盒，可在步碟5 7 4時，指定 NULL末端效應器或手術末端效應器，如果選定了想要的工具’電腦4 0就如圖之步驟57 6所示，送出—個VAL指人 _____ -38- 本紙張尺ϋ用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） —---- (#先Μ讀背面之注意事項再.镇寫本頁) 裝訂 B7 經濟部中央標準局員工消费合作社印製五、發明説明（36 ) &制器5 3，指定特定的末端效應器，然後，電腦回至| 1578 ’、等候下—個指令，如果在步驟570時，没有指定驟s⑼效應奋’或者機械手臂沒有啓動，電腦40就运回步驟W2，等候下_個指令。 ::::已經詳説明，並以某些例子做參考，但在不瓶 ^飾請之本發明的料與猜神下，都可以做改變與 39- -------- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（210Χ：297公釐）五、發明説明（37. 流程圖中的代號 WCS " CCS (ye. y. z) (工. (»· v〇 _a βY 卞標字體： w = WCS c = CCS l = top b = bottom a = A/P * 、 s = Sasittal A7 B7 附錄 (Page 1 of 6) …全球座標系統_ c’臂座標系焱；+ ， WCS及CCS所用之3D座標校^影像座標時使用 " 眞會影像座標使^ ΪΜ·面角’ ；橫向為 .ϋϊ入角知走座標桌統只用於3D、座標系統· 指走假想導纟表上的一彳固端點指出該影像X貪訊 ----------裝— '> (請先閏讀背面之注意事項-f,%寫本頁) [I] Canny: “A Computadonal Approach【〇 Edge Detection”；正EE Transactions on Partem Analysis Machine Imelligencc; Vol 8, Nov. 1986, pp. 679-698.

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Levenberg-Marquardt最佳化相關之數學 ,ιτ cos^cos^ cos^sin^siny^- sintpcosif/ s\t\(ix：os9 sin^sinesia y/+ cosfcosy/ -sin0 cosftiny cos^sin0cosi/+ sin^sini^ sin^in^cos v/ - cos^ini^ cos&osi/ «c(Xi； a).. and vc(Xi； a)：十 U|2>. + R|3f + 〇 ^r3^ + r32>* + r33- + ^ + R22y + R22z + f/ R. t义十 R32)· + R33i 線經濟部中央標準局員工消費合作社印製r rjega ： a -X2(x; a} = ' wc(Xj； a))2 + (Vj - ν〇(χ^ a))1) .. I *0 · ·- .:矣·中, >=[x;y;2]i是基準點的3D座標，（u,v)是基準點中心的2D 4標，护〇，Θ ,+Hty，U]是定義一個有6·個自由度姿勢的6個參數。

[3】-進疔吻合時，I要建構同質的轉換螽陣.，'對應下參S _ (a=[0，0，0，tx，ty，tz]): cosicosB ς〇5φ5ίηθ3ΐηψ - sincbcosV cosd)sin9cosv +sind)sin\/ sin6c〇s9 sin4)sin9sin\|/ + cosocosv sincbsinOcosy - cos^siny py -sinG cosOsin^ COS0COS\|/ . P: 0 0 0 t 40- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（2丨OX 297公釐）五、發明説明（38) μ] [5] A7 B7 附錄· (Page 2 of 6) 進行吻合時，I要建構同質的轉.換矩陣，對應下列最佳化的麥數 (a=[mtx，ty，tz]) : ' REGa οοδφοοδθ cos(i)sin6siny - sincpcosy δϊηφοοχθ stn4isin9sinv + οοεφοοεψ 1 -5ΐηθ ςοδθδΐηψ . 0 ο cos<i>sin9G〇sv/·+ 5ίηφ; sintbs'mScosv - cos$s cos9cpsy 0 1.1

^pypzI .計算視線妁方法-ccs中’視線以(〇,〇,〇)及(Ue,Vc,〇爲界註_· (Uc，vc)是指(u,v)的校正當量，.參考[13] · LS^i LSy.、LSy^i LSl^i "Uc 〇 = [rega]-i vc 0 / ο -1 l - LSx^c LSxwi LSywl LSy^j LSz^, LSz^2 工ci\ •'ΐ»! vc,z— ί—-----^-丨裝—— (诗先閎讀背面之注意事項Ην;%寫本頁) [REGa] vr ：^ϋ./ vi: 由.於螢光影像扭曲，所以視線會畫成曲奉·秦彳象，这i由[^]之(uiJi)與(u2,v；〇之間的線舉上的50個未校正點所做成，可以畫.出多條通,過該點的線。假想導滅就是在〇:“九|；(和(0„1)，0心,-3(^\^咕1'^)之間的315物件， /? =/? +ο_ι*(#ϋ：球所移動’過的圖素） =[Τι(α,·/3. tx, ry, u)] Owt p-b O.m 'icrewiert^c/Ub ~ ― l l - , …·_【..t」線經濟部中央榡準局勇工消費合作衽印製 [7] 在(Vx、vt，Vywt,Vzwi)與(Vxwb,Vy'vb，Vz'vb)之間，假想導泉的才 ° 下列方程式綠於A/P及sagiuai影像上： .、叫 •、叫-Vc*h [咖Λ] ；[REGS]

Ky.t

UV.K -41 (匚奶）六4規格（210><：297公釐）五、發明説明（39 -Sf -tf 3» •、CH f v.« = —f ycih •f .*c<n r vjh = —f 附錄 . (Page 3 of 6) ，由於螢光影像的扭曲，投影導線呈知線狀，这可以用[15]所述’位於(U»l,Vnl)G • (11丄，31))之間的直線上，未^&正的20個點完殳，在人03影像上，畫出多條通過這些點的竦，同樣的，側面影像則應用(Ust,VSl)與(USb,VSb)。 [8] 劃伋想導線的投影時，WCS.中的兩個點(〇,〇,〇)和(〇,〇，-screwlength)要轉形，彳吏上端點(〇,〇，0)位在視線上，假響導線最初設爲30 mm，投影導線以下刿數學式飧出： depth. = 0.2 screwlengih — 30ram . α = 0, /3 = 0 * ...... - 位在(1/5\说1,1^':1,1^之„/1)與(1^\¥2上8>^2，1^认2)之間6勺視線上’@此·: cr = LS^, - dep(hm{LSx^ - LSx^d . ry = LSvwi - depthm{LSy^2 - LSy^) . rz ~.LS^ - depth^LS^ - LSud · — ：[Τ'(σ. jS, rx, rz)] (U · -jcrewiengfA, 11 爲了在影像\金—占也影導線·，（Vx'v'，〇ZvJ與(Vxwb，Vy、yb，Vzwb)&ffiS[7] (請先閱讀背面之注意事項#4'寫本頁) 經濟部中央標隼局負工消費合作社印裝 •⑼’假想導線是位在(Owt，.9wt.,〇wt):與(〇w.b Avb，-screw丨engthwb)之間的3D物件 : - -- £/e;^ = £^/i + 0.i_* (#.圖素數由軌跡球移動）.. lx = L5x^{ - depth*(L5x^2 - LSx^x) ry = LS〉\' · depth*{LS>、i- LSy-ι) rz = LS。、- depth'LSz^'- LSui) 由以下冬變形所構成： T = TransCrx. ry. tz) R〇i{y, cc) Rot(.rf β) 〔丁（or. /?. n 〇' O] cosoi sinosin/? 0 cos/3 -since cosasin/3 sinacos/3 -sin/3 cosacos/3 cc -42 - 本紙張尺度適用中國國家標产（CNS ) A4規格（210 X ：297公釐） A7 B7 五、發明説明（40 ) 附鍊: (Page 4 of 6} 0^, 0W( (U -screwlen^th^ KVw, ' K>*-h ：[Τ*(α. β. tx, (y, tz)] [1〇1.假想導竦是植1(〇«1，〇糾爪1)與队1),卜1)，-5沉\^邮1^1))之間的3〇物件。 a = ct + 0.i* (#,圖素數由軌跡球移動） 0., . CL, "' 〇vt · .-screy^iengih^h

Vx^ V.x^ - _ Vy,., Vv.» 1 1 _ =[Τ^α, β, tx, 〇*, f：)] mi假想導線是位在(〇wlAw，〇W<>與(0:vWb，-SCrewlengthwb)之間的3D物件 "〇*, 一 U- \f· =[Τ'(α. /?, cx. ry, rz)] 〇wt 〇wb 0_ . -screwiengih^b • ^*1 * -1 1 一 L i i. 」 (請先閲讀背面之注意事項κ,—心寫本頁) 裝. 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 [丨2]令 . [Tool]2 =[R〇t(r, -90)][R〇t(y, -90)] [Pi^]2 = [R〇t(y,a)][R〇t(x,P)][T〇〇i] . [Approach] = CR〇t(z*7)] ，厂 Pn, I [FinalPlan]- = PNr *? *? L Pn，· j ......... 使用下列算式，I測定可以完成[FP]的其他兩個向量。拄：第一向量(N)是由[Plan]M維持’它是dri11的導引軸： : Conirainis: 1) fpax: + FPA/+ fpai3 = 1 2) A.s · ΡΡΛ = 〇 3) FPy · FPA = 〇 A>.T (A^. · FP~.. - FPy. -ASgl A^u.. An, (FP.·^, · Am, - Am,· FPhj)〜 * . (Αί： · FPy, - FPy, -AO (FP-Nx * Αν. - FP.Nr) :這些矩陣形式如下： "Nx Ox Αλ Ny Oy Ay _ Nz 〇z Az - -43- 本紙張尺度適用中國國家標f ( CNS ) A4規格（210X297公爱.）

•1T 線 A7 B7 五、發明説明（41 ) . · · - 附錄 - (Page 5 of 6) FP,„ = ±VD: + E; + I - FPa, = D . FPa< FP,V =.E ‘ Π5..', 冬計算如下： FP0 = FPV x FFa 因此； P.N, FPi；I F?m F?0y FPa, L ^r. 'FP,Jt FPAt r 因.PUMA.56(M幾^手臂採用Euler representation來指定方位.

[FinaiPlan] 所以[FP]的反矩陣應以下列方法求解·_ - .Eyler representation = Κ〇ι(ζ,φ) Rcj【(y· Θ) Ro【(z. ψ).因此[;]。 . ό = ατ〇ΐΆη{ίΡΛ}, FP^) .... ,' θ = arcan(FPA, cos(<p) + FPA< · sin(<?), FPAJ ψ = azza.ni-FP^ sm{<p) + FPS! cos(W..-FP0< · sin(^) + FP^ · cosiii；; PUMA再加上特定子集合必及0，即得最後位置及方向最後位置=(孕 + 90, Θ - 90, v/,.cr, />>, m) Π3] 邊緣圖素(u，v)的校正座·標係以下列4次多項式計算·· ’ 义=a" + a, uV + α: "V + …+ a:3 "V + g2x . y = £1,，tiJVJ + + (3: ίΤ〆 + …十 Gy UV + Ct:4 參數a，b之集合，先以影像校正程式計算。 .. . _ / . ί141 基準點影像的中心點，是應用假逆轉法，將圓圏方程式與邊緣圖素吻ϋ得。. 請洗閱讀背之注意事項寫本頁經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 *" ' η * ν',, -Hi ' 2h = 2k -A + 八· -弋.'.n i _ _r - h2 -k:. 或 A = BP · 應用假逆轉法 ' P = CBrB)*' BTA ' .. P涘定後，基準點的中心(h，k)就以下刃方式钭算： -44 - 本紙浪尺度適用中國國家標# ( CNS ) A4規格（210X297公釐）五、發明説明（42: A7 B7 附錄 (Page 6 of 6) /,=^ 2 t'51 來校正(扭曲)的座標(u，v)與校正後座標(x，y)的對應，可以下列4次多項式計算 “ =α0 工'、··1 + a t + a: + …十 a。.ry + a。 ν - σ(, ,rJya -t- a, + az .vV + ... + a:J xy + a,4 ；參數a，b之集合，颉先以另外的校正程式求出_。 *

Robot Manipulators: Maihcmacics. Proyramming. and Control: Richard P. Paul; The ΜΓΓ Press' Cambridge. ' Massachusecis and London. England, 1983. I---------批衣—— ΐ V . (請先閱讀背面之注意事項\ν%寫本頁) 、1Τ 經濟部中央標準局員工济費合作社印製 45 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS〉A4規格（210X297公釐〉

Claims

第86106479號專利申請案中文申請專利範圍修正本⑽年2月） ABCD

六、申請專利範圍 1. 一種規劃立體定位外科手術程序之方法，係使用螢光檢查器攝影術以產生身體影像，本方法之步騾包括：在身體附近放置一含有多對基準點之註記人工構造，其位置相對於註記人工構造之已知座標範圍，亦為I知在電腦螢幕上顯示病患身體與註記人工構造的影像；接收輸入值，以確認顯示在影像之註記人工構造基準點之二維座標；及產生一具有參數之幾何模型，以註記該影像，該模型可以將三維座標投影成影像上之點，並且將幾何模型的參數做最佳化處理，使基準點之已知三維座標，與影像 .上所計算出之二維座標做最佳吻合。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，另包括以下步驟：在第二電腦螢幕上顯示第二影像，也是一個病患身體與註記人工構造之影像，但攝影角度與第一影像不同；接收使用者或自動計算之輸入值，以確認第二螢幕上所顯示之註記人工構造基準點之二維座標；及經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 產生一個具有參數的幾何模型，以註記該影像，該模型可以將三維座標投影成影像上之點，並且將幾何模型的參數做最佳化的處理，使基準點之已知之三維座標，與影像上所計算出之二維座標做最佳吻合。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，另包括一接用者輸入的步驟，以便在第一影像上選擇一點，該點部份指定到一條假想導線。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）六、申請專利範圍 4.如申請專利範圍第3項之方法，另包括接收一輸入假想導線之位置、長度與角度的步騾。 5..如申請專利範圍第4項之方法，另包括在影像上劃出一投影導線之線段，其中投影導線即投影在影像上之假想導線。 6. 如申請專利範圍第5項之方法，另包括接收一使用者輸入之步驟，可以在任一影像上移動投影導線之一端點，以修正該投影導線所投影的假想導線，然後根據該修正後之假想導線，重新描繪投影導線。 7. 如申請專利範圍第5項之方法，另包括'接收一使用者輸入之步驟，可以改變假想導線長度，再根據該修正後之假想導線，重新描繪投影導線。 8. 如申請專利範圍第5項之方法，另包括一接收使用者輸入之步驟，可以改變取想導線之侧面角，再根據新侧面角度，更新假想導線之方向，然後根據該修正後之假想導線，重新描繪投影導線。經濟部中央標準局員工消費合作社印策 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 9. 如申請專利範圍第5項之方法，另包括一接收.使用者輸入之步騾，可以改變假想導線之橫向角，再根據新橫向角度，更新假想導線之方向，然後根據該修正後之假想導線，重新描繪投影導線。 10. 如申請專利範圍第5項之方法，另包括一接收使用者輸入之步驟，可以.改變假想導線之冠角，再根據新冠角度，更新假想導線之方向，然後根據該修正後之假想導線，重新描繪投影導線。 -2- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 •如申4專利la園第5項之方法，另包括產生—輸出值，可以調整導引器座標，使其可與假想導線對應。 2·如申請專利範圍第11項之方法，另包括產生一輸出值，可以調整導引器座標，使導5丨m線可以離開假想導線之某一端點一段事先設定好之距離。 •如申4專利圍第11項之方法，另包括將該座標傳遞到自動機械裝置上之步騾。 '如申凊專利範圍第11項之方法，另包括顯示該座標之步驟，使操作人員可以手動調整機械裝置。 15·如申請專利職第W之方法，其中之註記人工構造包括一工具導引器。队如申請專利範園第2項之方法，另包括接收一輸入之步騾，係從第一張影像選取—點，該點對應於一手術器械之假想目標點。 R如申請專利範圍第16’之方法，另包括在第—影像上劃出一投影點，以及在第二影像劃出另一投影點，其中投影點即投影在影像上之假想目標點。 18. 如申請專利範圍第17項之方法，另包括接收—使用者輸入之步驟，可以在任一影像上移動投影點，以修正該投影點所投影之假想目標點，然後根據該修正後之假想目標點，重新描繪投影目標點。 ^ 19. 如令請專利範圍第18項之方法，另包括產生—個輸出值，可以調整導引器之座標’使其可與假想目標點對應。 20. 如申請專利範圍第丨9項之方法，另包括產生—輸出值， -3- 衣紙張尺度適用中國國家標準（c叫A4· ^1Gx297公疫γ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部中央標準局員工消費合作社印製

、申請專利範圍經濟部中央標準局員工消費合作社印製可以調整導引辱之座標，使導，引器之軸線可以離開假想目標點某一段事先設定好之距離。 21. 如申請專利範圍第1 9項之方法，另包括將該座標傳遞到自動機械裝置上之步騾。 22. 如申請專利範圍第1 9項之方法，另包括顯示該座標之步驟’使操作人員可以手動調整機械裝置。丄 •.σ申请專利範園第19項之方法，其中之柱記人工構造包括一工具導引器。 24·如申請專利範圍第i項之方法，另包括接收一使用者輸入之步騾，以便在第一影像上選擇一點，該點部份指定到條代表.器械進入體内之軌道之假想導線。 25. 如申請專利範圍第24項之方法，另包括產生一輸出值，可以調整導引器之座標，使其可與假想導線對應。 26. 如申請專利範園第25項之方法，另包括將該座標傳遞到自動機械裝置上之步驟。 27. 如申請專利範圍第25項之方法，另包括顯示該座標之步驟’使操作人員可以手動調整機械裝置。汊如申請專利範圍第25項之方法，其中之註記人工構造包括一工具導引器。 , 汉-種規劃立體定位外科手術程序之裝置，係使用勞光檢查器以產生身體影像，·本裝置包括：將含有多數基準點之註記人工構造放置於身體附近之裝置；在電腦螢幕上顯示病患身體與註記人工構造之影像之 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、-口 • I I --- - 1 ........ · f -4 本紙張尺度逋用中國國家榇準（CNS ) A4規格（210X297公釐）六、申請專利範圍裝置；確認影像内基準點之二維座標之裝置；對應該基準人工構造而註記一影.像之裝置；接收輸入以選擇與調整一假想導線或目標點之裝置，該導線或目標點的投影則顯示在影像上；及供產生一輸出值以調整工具導引器之座標之裝置。 30. —種規劃立體定位外科手術程序之裝置，係使用螢光檢查器以產生身體的影像，本裝置包括：一註記人工構造，設置在身體附近，該註記人工構造含有多對基準點，其位置相對於註記人工構造之已知座標範圍’亦為已知，顯示裝置，在至少一電腦螢幕上顯示攝自人體以及基準點之至少一影像；確認裝置，確認每一影像基準點的二維座標；及最佳化裝置，將幾何模型之參數做最佳化的處理，該模型可以將三維座標投影成影像上之點，使基準點之已知三維座標，與影像上之二維座標做最佳吻合。經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) 31. 如申請專利範圍第3 0項之裝置，另包括一接收使用者輸入之接收與顯示裝置，以選擇假想導線之位置、長度與角度，以及在每個註記影像上顯示代表假想導線位置之一投影導線線段。 32. 如申請專利範圍第3 0項之裝置，另包括一工具導引器，及產生一輸出值以調整工具導引器座標之產生裝置。 33. —種用以規劃一外科手術程序之電腦輔助方法，包含： -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 ' 第一觀察角度所取得人體解剖的一第一個二維勞光鏡影像註記於—已知座標架構；顯示該第一影像；以及於该所顯不之第—影像中繪（draw)—欲置入於該人體中之外科手術物件的表示，其係基於以該已知座標架構做為該第一影像之註記。 34.如申請專利範圍第门項之方法，其中於該所顯示之第一 β像中續孩外科手術物件的表示係回應於一使用者指示該外科手術物件之至少一定位參數。 35_如申請專利範園第3 4項之方法，其中該外科手術物件之该至少一定位參數係春照該已知座標架構所定義。 36·如申請專利範園第3 5項之方法，其中該至少一參數包括該外科手術物件之一接近角度。 37.如申請專利範圍第3 4項之方法，其中該至少一參數係參照該第一影像所定義。. 38·如申請專利範圍第3 7項之方法，其中該至少一參數包括於該人體中4 39. 如申請專利範圍第3 7項之方法，其中該使用者係藉由將於該第一影像中所顯示之一游標定位來指示該至少一參數。 40. 如申請專利範圍第3 3項之方法，其中，使用者指示界定該外科手術物件之至少一參數。 41. 如申請專利範圍第4 〇項之方法，其中該至少一參數包括該外科手術物件之一維度。 -6 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS ) Α4規格（il〇X297公爱） (請先閨讀背面之注意事項再.填寫本頁) 、1T 經濟部中央榇準局員工消費合作社印製點之 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 42. 如申請專利範圍第3 3項之方法，進一步包含：將於一第二觀察角度所取得之該人體解1剖的一第二個二維螢光鏡影像註記至該已知座標架構；顯示該第二影像；以及於該所顯示之第二影像中繪該外科手術物件之表示，其係基於以該已知座標架構為該第'二影像之註記。 43. 如申請專利範圍第42項之方法，其中於該第二影像中給該外科手術物件之表示係回應於一使用者於該顯示之第一影像上之指示，其顯示於該第一影像中該外科手術物件之表示的一位置改變。 44. 如申請專利範圍第3 3項之方法，其中該外科手術物件之表示係一虚擬指引，其界定至少部分該外科手術物件插入該人體之一曲線。 45. 如申請專利範圍第3 3項之方法，其中該外科手術物件之表示係一虚擬指引，具有一長度相應於要被插入該人體之該外科手術物件之二維度。 46. 如申請專利範圍第3 3項之方法，進一步包含發射座標給一定位機構，該等座標係用以顯示表示於該第一影像中之該外科手術物件的位置。. 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 47. 如申請專利範圍第4 6啰之方法，進一步包含操縱該定位機構，使得一耦合至該定位機構之一導桿係實質地對齊於該影像中該外科手術物件之表示。 , 48. 如申請專利範圍第3 3項之方法，進一步包含顯示用以代表表示於該第一影像中該外科手術物件之位置的訊息。 -7- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4» ( 210X297公釐）經濟部中央標準局員工消費合作社印袋 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 49. 一種載有指令之電腦可讀取儲存媒體，其當由一電腦讀取時可啟動一電腦執行一程序，包含：將於一第一觀察角度所取得人體解剖之一第一個二維螢光鏡影像註記至一已知座標架構；顯示該第一影像；以及 .〆於所顯示之第一影像中給一欲置入該人體之一外科物件之一表示，其係基於以該已知座標架構為該f 一影像之註記。 50. 如申請專利範圍第4 9項之電腦可讀取儲存媒體，其中於該所顯示之第一影像中繪該外科手術物件的表示係回應於一使用者指示該外科手，物件之至少一定位參數。 51. 如申請專利範圍第5 0項之電腦可讀取儲存媒體，其中該外科手術物件之該至少一定位參數係參照該已知座標架構所定義。 52. 如申請專利範圍第5 1項之電腦可讀取儲存媒體，其中該至少一定位參數之指示係為一由一使用者所控制之於所顯示之第一影像的一參考。 53. 如申請專利範圍第4 9項之電腦可讀取儲存媒體，其中該程序進一步包含：將於一第二觀察角度所取得該人體解剖的一第二個二維螢光鏡影像註記至該已知座標架構；顯示該第二影像；以及於該所顯示之第二影像中繪該外科手術物件之表示，其係基於以該已知座標架構為該第二影像之註記。 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公嫠） ---------Ί-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂丨六、申請專利範圍 54. 如申請專利範圍第5 3項之電腦可讀取儲存媒體，其中於該第二影像中繪該外科手術物件之表示係回應於由一輸入者所接收之一輸入，其顯示該外科手術物件之一位置〇 55. 如申請專利範圍第5 3項之電腦可讀取儲存媒體，其中於該第二影像中繪該外科手術物件之表示係回應於由一輸入者所接收之一輸入，其顯示於所顯示第一影像中該外科手術物件之表示之一位置。 56. 如申請專利範圍第5 3項之電腦可讀取儲存媒體，其中於該第二影像中繪該外兮手術物件之表示係回應於一輸入，其顯示於該第一影像中該外科手術物件之表示的一位置改變。 57. 如申請專利範圍第5 3項之電腦可讀取儲存媒體，其中將該第一及該第二影像註記至該已知座標架構包括以於該第一及該第一影像中之多個基準位置來註記於該參考架構中多個基準之已知座標。 58. —種用以規劃一外科手術程序之電腦輔助方法，包含：以於一第二觀察角度所取得人體解剖之一第二個二維經濟部中央標準局員工消費合作社印裂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 螢光屏影像來註記於一第一觀察角度所取得之一第一個二維螢光鏡影像；顯示該第一影像；於所顯示之第一影像中繪一欲放入該人體之一外科手術物件之一表示，其係基於以顯示該外科手術物件之一位置的一輸入； .-9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）中請專利範圍顯示該第二影像；以及、广顯7F之第—影像中綠該外科手術物件之表示。外如申請專利範園第58项之方法，其中於該第二影該外科手術物件之|千伤、、'θ ,, 仟又表不係至少邵分基於在該第一影像中該外科手術物件之表示的所顯示第一影像中定位。 60. 如申請專利範圍第58項之方法，其f於該第—影像及該第二影像中输該外科手術物件之代表係至少部分回應^ /使用者指示該外科手術物件之至少一定位參數。 61. 如申請專利範圍第60項之方法，其中該外科手術物件之至少一足位參數係參照一已知座標架構所定義，而該第 /及第二影像係註記至該已知座標架構。 62. 如申請專利範圍第60項之方法，其中該至少一參數包括該外科手術物件之一接近角度。 63. 如申請專利範圍第6 0項之方法，其中該至少—參數包括於該人體中之一點。 ' 64. 如申請專利範圍第6 0項之方法，其中該使用者係藉由定位顯示於該第一或第二影像中之一參考來指示該至少— 參數。經濟部中央標隼局員工消費合作社印裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 65. 如申請專利範圍第5 8項之方法，其中一使用者指示界定該外科手術物件之至少一參數。 66. 如申請專利範圍第5 8項之方法，進一步包含發射座標給一定位機構，該等座標係用以顯示表示於該第—影像中之該外科手術物件的位置。 67. 如申請專利範圍第6 6頊之方法，進一步包含操縱該定位 -10- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格.（210Χ297公釐）六、申請專利範圍機構，使得一耦合至該定位機構之一導桿係實質地對齊於該影像中該外科手術物件之表示。 68/如申請專利範園第5 8項之方法，進一步包含顯示用以指示該外科手術物件之參考的一已知座標架構中之位置的訊息，供用於人工地定位一導桿。 . 69. 如申請專利範圍第5 8項之方法，進一步包含註記該第一及該第二影像包括以於該個別之第一及第二影像中之多個基準來註記於參考之一已知座標架構中多個具有已知座標之多個基準。 . 70. —種載有指令之電腦可讀取儲存媒體，其當由一電腦讀取之時啟動一電腦執行一程序，包含：接收由一病患身體所取得之一第一個二維螢光鏡影像及多個位於鄰近該身體之多個已知位置之輻射線不可透過之基準；以及藉由最佳化一已知幾何模型之參數而註記該榮光屏影像，使得該等多個基準之投影至該第一影像，最佳吻合該影像中多個基準點。 71. 如申請專利範圍第7 0項之電腦可讀取儲存媒體，其中該程序進一步包含：經濟.部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 接收一由該病患身體所取得之第二個二維螢光鏡影像以及多個不同於該第一螢光鏡影像之一位置的基準；以及藉由最佳化該已知幾何模型之參數來註記該第二個螢光鏡影像，使得該等多個基準之投影至該第二個影像， -11 - 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍最佳吻合於該第二個影像之多個基準點。 72. 如申請專利範圍第7 1項之電腦可讀取儲存媒體，其中該程序進一步包含：接收輸入，其顯示於該等第一及第二影像之一上的對於該身體之一虚擬物件的一代表之一位置；以及於該等第一及第二影像之另一者上繪投影至該第一及第二影像之另一者的該虚擬影像之一相應表示。 73. 如申請專利範圍第7 2項之電腦可讀取儲存媒體，進一步包含：接收輸入，其顯示於該第一及第二影像之一中虚擬物件之表示之一第二位置的政變；以及於該第一及第二影像之另一者中重繪於該第二位置之虛擬物件之該相應表示。 74. 如申請專利範圍第7 2項之電腦可讀取儲存媒體，其中該虛擬物件係為一外科+術物件之一表示，且該相·應表示係亦為相同外科手術物件的。 75. 如申請專利範圍第7 1項之電腦可讀取儲存媒體，其中該程序進一步包.含：經濟部中央標準局肩工消費合作社印I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 接收一輸入，其顯示於該身體中一虛擬物件之一位置 ;以及於該等第一及第二影像上而在所指示位置繪該虛擬物件之一表示。 76. 如申請專利範圍第7 5項之電腦可讀取儲存媒體，其中該程序進一步包含： -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）六、申請專利範圍接收一輸入，其顯示於該虚擬物件之位置對一第二位置之改變；以及於該等第一及第二物件中重缯'於該第二位置之虛擬物件之表示。 77. 如申請專利範圍第7 0項之電腦可讀取儲存媒體，其中註記該螢光鏡影像進一步包含：顯示該螢光屏影像；以及從一使用者接收一輸入，其於該螢光鏡影像上指示於該影像中每一個基準之位置。 78. 如申請專利範圍第7 0項之電腦可讀取儲存媒體，其中該程序進一步包含在註記該影像前線性化該螢光鏡影像。 79. —種方法，包含：接收由一病患身體所取得之一第一個二維螢光鏡影像及多個位於鄰近該身體在多個已知位置之輕射線不可透過基準；以及. 藉由最佳化一已知幾何模型之參數來註記該螢光鏡影像，使得該等多個基準之投影至該第一影像，最佳吻合於該影像中之多個基準點。 80. 如申請專利範圍第7 9項之方法，進一步包含：經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 接收一由該病患身體所取得之第二個二維螢光鏡影像以及多個不同於該第一螢光鏡影像之一位置的基準；以及藉由最佳化該已知幾何模型之參數來註記該第二個螢光鏡影像，使得該等多個基準之投影至該第二個影像， -13 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) ( 210X297公釐） ABCD 經濟.邱中央標準局員工消費合作社印製六、申請專利範圍最佳吻合於該第二個影像之多個基準點。 81. 如申請專利範園第80項之方法，進一步包含：接收輸入，其顯示於該等第一及第二影像之一上的對於該身體之一虚擬物件的一代表之一位置；以及於該等第一及第二影像之另一者上繪投影至該第一及第二影像之另一者的該虛擬影像之一相應表示。 82. 如申請專利範圍第8 1項之方法，進一步包含： ' 接收輸入，其顯示於該第一及第二影像之一中虚擬物件之表示之一第二位置的改變；以及於該第一及第二影像之另一者中重繪於該第二位置之虚擬物件之該相應表示。 83. 如申請專利範圍第8 1項之方法，其中：該虛擬物件係為一 4科手術物件之一表示，且該相應表示係亦為相同外科手術物件的。 84. 如申請專利範圍第8 0項之方法，進一步包含：接收一輸入，其顯示於該身體中一虚擬物件之一位置 ;以及 ’ 於該等第一及第二影像上而在所指示位置繪該虛擬物件之一表示。 85. 如申請專利範圍第8 4項之方法，進一步包含：接收一輸入，其顯示於該虛擬物件之位置對一第二位置之改變；以及 ‘ 於該等第一及第二物件中重繪於該第二位置之虛擬物件之表示。 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁)

A8 B8 • C8 D8 、申請專利範圍 86. 如申請專利範圍第7 9項之方法，進一步包含：顯示該螢光屏影像；以及從一使用者接收一輸入，其於該螢光鏡影像上指示於該影像中每一個基準之位置。 87. 如申請專利範圍第7 9項之方法，進一步包含：在註記該影像前線性化該螢光鏡影像。 (請先閨讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印策 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）