TWI297265B - - Google Patents

Description

I297265 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於-種手術定位系統，特別是指一種確 保影像擷取效果的手術定位系統。 【先前技術】 W科w師在進彳丁手術前，須事先獲得病患的電腦 月掃描或核磁共振之各切面二維影像，經檢視後自行在 自海中重建立體影像、想像病灶位置，從而規劃手術内容 中I括切人點、切人方向、深度等。手術中，醫師憑 =眼或顯微鏡的輔助尋找病灶，若病灶深㈣正常的腦組 4内U必須一邊切開正常組織一邊尋找。 /閱圖1 ’針對上述狀況，市面上有公司推 於之VeCtGrVisi°n手術導航系統1。該導航系統1包含-置 於：；亡且設有底輪而可移動的電腦主機Π，及固接架設 機械手臂上的數位攝料13，二人，㈣12、二架設於 ^ ^ 攝〜械13，再配合一如圖2所示且固設 於—手術器械（圖未示）上的定位裝置U共同使用。 下：使用6亥手★導航系统i的作業程序及系統細節概述如 手術前’先將病患的電腦_掃描或核磁共振之各切 面一維影像載入電腦 # LV B5 &機11 ’經重建運算後得到-立體影 像以頒不於顧+复 行、/ 主、…、幕 在該立體影像中標定病灶位置及 夕數特徵點座標，用 直及 據及 作為病患手術中實際對位 病灶定位標準。 ^ 1297265 该疋位裝置14包括複數個螢光元件141，該等發光元 件141可代表標的物一手術器械的點座標，透過數位攝影 機13模擬雙眼的立體視覺，監測並擷取該等發光元件I#} 之影像，將所擷取影像資訊傳送至電腦主機u，藉以求出 手術器械與病灶之間的相對距離及方向角度，進一步推算 手術器械在空間中的座標位置。當該手術器械接近病灶， 或方位角度錯誤等狀況發生時，電腦主機η將分別透過顯 不幕12或另一外接的聲音播放裝置發出訊息或警示聲。 手術過程中，數位攝影機13持續偵測該定位裝置Μ， 並透過電腦主機1 運算求得手術器械的即時座標位置、方 向角度° 4主機U並藉由前述取得的手術器械相關資訊 在立體〜像中加入模擬該手術器械切入的晝面，供執行 該手術的外科S師等人員觀看，以掌握手術過程及内容。 但貝際運用上，手術台周圍除了控台的主刀醫師之外 通系疋站滿了第_助手、第二助手、實習醫師等人員， 該等人員時有行走流動，使前述數位攝影機i3 f遭遮擔而 …、法摘取適當的拍攝^面，必須不斷透過機械手臂或推動 整台電腦主機11以位移調整位置及角度。 、也就疋5兄’固接架設在電腦主機11上的數位攝影機13 並無法確保具有良好拍攝角度，其往往需不斷變換其空 間座標，需要護理人員從旁協助取得最佳拍攝位置，如此 曰人力負#且間接影響了手術流程及手術所需時間。此 外’由於位於較遠之影像擷取位置，因此所計算之座標誤 差也較為大。 1297265 叹於该手術态械21及病患手術部位纟 、、為7而隨之移動的空 間疋位崙3、一如眼鏡般配戴於操作 ^ ^ , 鈿邗者20碩部的影像擷取 衣置4、一供影像擷取裝置4連 m 逆接以傳迗貧料的數位處理裝 置5 ’及-與數位處理裝置5連接的顯示裝置6。 配合參閱圖4，空間定位器3包括一 ^ 7 θ g ^ ^ 栝固疋在手術部位組 ί Γ 元件33之第—定位單元，以及另一設 在手術為械21上且具有三個發光 兀兀件33之第二定位單元 二但貫作上並不以此型態為限。前述空間定位器3的第一 定位早兀是固設在較適合裝設的骨頭等硬組織上，亦可以 黏貼方式固定在軟組織上。 一母疋位早几包括一定位座31，該定位座Μ包括三自 二中心點Mi同平面徑向輕射不等長延伸的支臂312。空間 定位器30更包括一垂直哕笼± μ專支# 312且自中心點311轴 向延伸的方位桿32，及三分 ，口軸 寻支臂31末端的發光 $㈣1方位桿32用以固定在器械21及 病患手術部位硬組織。發光 x九凡件33是發射紅外線的發光二 =。()’但也可以是其他可發出光亮的光源或榮光件 1的=圖5，影像擷取裝置4包括-供操作者2。配 戴二戴件41，及二組裝於配戴件Μ且模擬視覺的微型數 位攝衫機（CCD ) 42。該配戴件 ，實際應用上也可以呈頭：::可疋如眼鏡鏡架型態 作者配戴。 m'，或以肩掛帶形式供該操 該數位攝影機42數量應為二且平行裝設，其自操作者 I297265 20鄰近眼睛處朝处M〜 影像mn 一 器3的該等發光元件33拍攝取得 二像^〇’並傳送到數位處理裝置5,藉此計算空間座 ^㈣理U s接收該等影像訊號4〇後，計算得對應 :讀置資訊5〇—包括數位攝影機心與空間定位 間的即時距離、空問 〜 間疋位态3的即時角度，並且由於空間 疋位器3固設於手#哭、w 哭… U戒21上’因此可間接推算出該手術 口口械21的即時空間座標、角度。 處理裝置5預先儲存有病患的電腦斷層掃 “或核磁共振等各切面平 田、一 丁囬酉子衫像，運异重建後得到一 用以顯示於顯示裝置6的立體旦彡德， 體〜像並在该立體影像標定

病灶位置及多數特徵點，得到該箄特矜κ β ^ & A 、 丁 j 4寻将被點及病灶的空間座

* ’作為病患手術中實F — 力位之依據及病灶定位標準，並 糟以計算該手術器械21盘病灶 /、病灶之間的距離及相對角度。數 位處理裝置5並可藉由寻彡德杳4 ,一 精由〜像貝矾40及所推算的手術器械21 相關資訊，對應模擬得到一手術 亍術杰械衫像，結合立體影像 在顯示裳置6共同顯示年名奸哭#。， 一二 貝于術态械21切入病灶的畫面，供執 行該手術的外科醫師等人員觀看 规爷以旱握手術過程及内容 〇 顯示裝置6可以是架設在供操作者方便觀看之任何位 置的液晶顯示幕，或是將畫面投射在手術台上的投影機， 甚至是如_ 5料之—穿戴在醫師頭部之數位透明榮幕顯 不盗，如此裝置可使醫師不需移動頭部去觀看身旁的傳統 顯示裝置而使影像擷取裝置無法觀察空間定位器，因而導 1297265 致座標重新計算。此外，此 勞幕顯示器亦可將病患手術部位;手在二;部之數位透明 更方#的车''+_“訊4合，提 供更方便的手術作業方式。 時 聲 示 2手術賴接近敍，或方㈣度錯 數位處理裝置5將分別透過顯示裳置“戈另一外= 播放裝置發出訊息或警示聲。 — 、 在本實施例，影像擷衫置4的配戴件4 以呈眼鏡形式供該操作者2Q配戴於頭部舉例作斤 =攝影機42透過配戴件41固定於操作者2〇頭部4數 =-，因此可計算定位器3之立體空間座標。影像處理 : 可確保在手術過程巾總能擷取職的物-設有空間

定^器3之手術器械的影像。此外，影_«置4 Z 隨担作者20頭部移動，因此所擷取影像的角度可較接近操 作者20的視覺角度，經計算之手術器械與患部組織空間三 為座標可配合重違的#辨旦，& . ^ 口里罨的立體影像，在畫面中顯示符合操作 2〇視覺角度的影像。 歸納上述，本發明手術定位系統之影像擷取裝置4與 #作者20結合，可在手術過程中確保處於良好拍攝角度， 手術空間座標亦不會產生太大幅度之變換。因此，數位處 理裝置5可石雀實提供即時的手術座標與相關資訊顯示，顯 不裝置6亦可確實播放即時畫面，達到本發明手術定位系 統的監測引導目標。 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利 10 1297265 皆仍 範圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與 屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1疋一習知手術導航系統的立體圖； 圖2疋一與該習知手術導航系統配合使用的定位農置 的立體圖；

圖3是一 塊圖； 本發明手術定位系統之較佳實施例的系統方 圖 圖 4是該實施例中-空間定位器的立體圖；及 5是該實施例中一數位處理裝置的立體圖。 1297265 【主要元件符號說明】 20 · · · 操作者 4 · · · •影像擷取裝置 21 · · · 手術器械 40. · · •影像訊號 3 · · · · 空間定位器 41· · · •配戴件 31 · · · 定位座 42· · · •數位攝影機 311 · · 中心點 5 · · · •數位處理裝置 312 · · 支臂 50· · · •位置訊號 32 · · · 方位桿 6 · · · •顯示裝置 33 · · · 發光元件 7 · · ·

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Claims (1)

1297265 第 〇94ί25(^·ϋί11^_£^^ 頁（替換曰期 96.7) 十、申請專利範圓·· ί手㈣m配合—手^作者針對一 • 病患手術部位使用，該系統包含·· ‘、—空間定位11 ’固設於該手術ϋ械及該手術部位， 並包括複數非等間隔的發光元件及螢光件其甲之一； —一影像擷取裝S，供該操作者配戴並用以針對該空 間定位器擷取複數筆影像訊號；及 數位處理裝置’與該影像擷取裝置連接，用以接 收該等影像訊號並計算得對應之即時位置資訊。 2·依據巾請專利範圍第i項所述之手術定位㈣，其中， ㈣裝置包括―心供該㈣者配戴於頭部及肢 立之#配戴件’及—組I於該配戴件^模擬雙眼 立體視覺的數位攝影機。 3. 依據申請專利範圍第2項所述之手術定位系統，"， 該影像榻取裝置的配戴件是呈頭盘形式供該操作者配戴 4. 依據申請專利範圍第2項所述之手術定位系統，盆中， 該影像掘取裝置的配戴件是呈眼鏡形式供該操作者配戴 5‘依據中請專利範㈣3或4項所述之手 包含-與該數位處理裝置連接的顯示裝置，該 裝設在該配戴件上；當操作 " 於該操作者其中一眼前方。^成，该顯示裝置位 13 J297265 6·依據申請專利範圍第2項 該影像擷取梦、斤处之手術定位系統，其中， 〇1豕城取裝置的配戴 ^ 戴。 ’ 王肩掛帶形式供該操作者配 _入依據申請專利範圍第i項所 該空間定位哭更勺括、处 街疋位系統，其中， j <饥时更包括一 定位座包括-白士 又於4手術裔械的定位座，該 藉以# n 季田射不4長延伸的支臂， (“亥4發光元件設於其端部。 8·依據申請專利範圍第7 ^ ^ ^ , 、斤述之手術定位系統，其中， :亥工間疋位器更包括—自該定位座之中 等支臂的軸向延伸的方位桿。 ‘ ^ ^ - 9.依據申請專利範圍第i項所述之 該數# /疋位系、冼，其中， 趟位處縣置計算得到 H S2 & m „ ^ 了促置貝5孔’包括該影像 。:裝置與该空間定位器之間的即時距離、該空間定位 益的即時角度，並間接推導出竽 π疋位 μ手術态械的即時位置、 角度。 申請專利範圍第丄項所述之手術定位系統，其中， :“:處理裝置預先儲存有由複數平面醫學影像重組而 :位ΐ立！影像’並在該立體影像標記複數特徵點及病 火位置，用以作為病灶定位標準。 u·依據申請專利範圍第1〇項所述之手術定位系統，更包人 -與該數位處理裝置連接賴μ置，其^卩時 該立體影像，及一由該數位處理裝置依據該即時位置次 訊模擬之手術器械影像。 貝 12·依據申請專利範圍第項所述之手術定位系統，其中，

14 1297265 該顯示裝置是一架設在供操作者方便觀看之任何位置的 液晶顯示幕、一將畫面投射在手術台上的投影機，及穿 戴在醫師頭部之數位透明螢幕顧示器，其中之一。 13·依據申請專利範圍第u項所述之手術定位系統一，並中， 該：示裝置是一穿戴在醫師頭部之數位透明螢幕顯示哭 ，用以將病患手術部位與手術導航資訊疊合。 °° 14_:!J严利範圍第1項所述之手術定位系統，其中， β亥工間定位哭幻紅 /、I ， 元件之第;: 定在該手術部位且具有三個發光 《先兀件之第二定位單元。 ’另

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