TWI687198B - 動態參考偏移偵測方法及其系統 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種動態參考偏移偵測方法，係偵測並紀錄第一定位件之第一初始定位座標、第一即時位移座標及第二定位件之第二初始定位座標、第二即時位移座標。計算第一即時位移座標與第一初始定位座標之差異而得到第一定位差異值。計算第二即時位移座標與第二初始定位座標之差異而得到第二定位差異值。利用上述四個定位座標計算出相對定位差異值。依據第一定位差異值、第二定位差異值及相對定位差異值的大小判斷動態參考基準座標系是否偏移。藉此，可即時判定動態參考基準座標系是否被動到，以增加定位可靠度及導航正確性。

Description

動態參考偏移偵測方法及其系統

本發明是關於一種偏移偵測方法及其系統，特別是關於一種動態參考偏移偵測方法及其系統。

光學之偏移偵測方法及其系統已經廣泛地應用在各種外科手術中，如神經外科、脊椎神經外科，同時也用於胸腹部、組織活檢穿刺等微創手術。光學之偏移偵測方法及其系統能夠通過光學感測機制讓顯示裝置呈現反光球位於實際空間的相對位置標記，通過對實際空間中手術器械的即時追蹤，以獲得手術器械在圖像空間的三維座標，進而輔助醫生進行精確地手術操作或量測。

目前市面上有一種習知的偏移偵測方法及其系統，其系統利用兩組多個反光球分別設於兩個待偵測的物件上，然後透過光學追蹤器偵測其相對位置與座標，進而分析出偏移的狀況。然而，此種習知技術需要過多的反光球，致使系統的複雜度以及判斷的運算程序增加，進而增加成本與時效性。由此可知，目前市場上缺乏一種可準確且即時偵測、系統複雜度低以及可增加定位可靠度及導航 正確性的動態參考偏移偵測方法及其系統，故相關業者均在尋求其解決之道。

因此，本發明之目的在於提供一種動態參考偏移偵測方法及其系統，其透過特定之動態參考偏移偵測方法結合動態參考偏移偵測系統可以即時地偵測動態參考框架的動態參考基準座標系是否被動到而位移，並可在手術導航中透過警示訊號來即時提醒醫療人員，以增加定位可靠度及導航正確性。

依據本發明的方法態樣之一實施方式提供一種動態參考偏移偵測方法，其用以偵測一動態參考基準座標系之位移，此動態參考偏移偵測方法包含一座標偵測步驟、一第一定位座標變異計算步驟、一第二定位座標變異計算步驟、一相對定位座標變異計算步驟以及一動態參考偏移判斷步驟。其中座標偵測步驟係驅動一光學追蹤器偵測並紀錄一第一定位件之一第一初始定位座標與一第二定位件之一第二初始定位座標。第一初始定位座標與第二初始定位座標係依據動態參考基準座標系定義求得。第一定位座標變異計算步驟係利用光學追蹤器持續偵測第一定位件的一第一即時位移座標，此第一即時位移座標係依據動態參考基準座標系定義求得。而且第一定位座標變異計算步驟驅動一處理器計算第一即時位移座標與第一初始定位座標之差異而得到一第一定位差異值。再者，第二定位座 標變異計算步驟係利用光學追蹤器持續偵測第二定位件的一第二即時位移座標，此第二即時位移座標係依據動態參考基準座標系定義求得。第二定位座標變異計算步驟利用處理器計算第二即時位移座標與第二初始定位座標之差異而得到一第二定位差異值。相對定位座標變異計算步驟係利用處理器計算第一即時位移座標與第二即時位移座標之差異而得到一即時相對定位間隔值，並計算第一初始定位座標與第二初始定位座標之差異而得到一初始相對定位間隔值，然後計算即時相對定位間隔值與初始相對定位間隔值之差異而得到一相對定位差異值。此外，動態參考偏移判斷步驟係利用處理器依據第一定位差異值、第二定位差異值及相對定位差異值的大小判斷動態參考基準座標系是否偏移。

藉此，本發明之動態參考偏移偵測方法透過第一定位件、第二定位件及參考件的簡易設置就可即時偵測，可解決習知技術中需要過多反光球之複雜偵測系統以及無法即時確認動態參考框架移動的問題。

依據前述實施方式之動態參考偏移偵測方法的其他實施例，其中前述動態參考偏移偵測方法可包含一元件安裝步驟，此元件安裝步驟係分別安裝第一定位件、第二定位件及一參考件於一第一定位位置、一第二定位位置及一參考位置。參考件對應動態參考基準座標系且與動態參考基準座標系同步位移。第一定位位置、第二定位位置 及參考位置彼此相異，且第一定位件、第二定位件及參考件彼此獨立。

依據前述實施方式之動態參考偏移偵測方法的其他實施例，其中在前述元件安裝步驟中，將參考件及三光學感測件設置於一動態參考框架上，並將動態參考框架設於一目標物上。此外，參考件及三光學感測件形成動態參考基準座標系，動態參考框架對應動態參考基準座標系。參考件與目標物的距離小於任一光學感測件與目標物的距離。

依據前述實施方式之動態參考偏移偵測方法的其他實施例，其中在前述座標偵測步驟中，第一初始定位座標、第二初始定位座標及參考件之一初始參考座標形成一初始平面，初始參考座標係依據動態參考基準座標系定義求得。另外，在前述動態參考偏移判斷步驟中，係依據第一定位差異值、第二定位差異值及相對定位差異值的大小判斷動態參考基準座標系是否相對於初始平面偏移。

依據前述實施方式之動態參考偏移偵測方法的其他實施例，其中當前述第一定位差異值或第二定位差異值超過一預設定位門檻值，且相對定位差異值大於一預設相對定位門檻值時，處理器判斷動態參考基準座標系未發生偏移。再者，當前述第一定位差異值或第二定位差異值超過預設定位門檻值，且相對定位差異值小於等於預設相對定位門檻值時，處理器判斷動態參考基準座標系發生偏移。

依據前述實施方式之動態參考偏移偵測方法的其他實施例，其中當前述第一定位差異值超過預設定位門檻值，且相對定位差異值大於預設相對定位門檻值時，處理器判斷動態參考基準座標系未發生偏移與第一定位件發生偏移。此外，當第二定位差異值超過預設定位門檻值，且相對定位差異值大於預設相對定位門檻值時，處理器判斷動態參考基準座標系未發生偏移與第二定位件發生偏移。

依據本發明的方法態樣之另一實施方式提供一種動態參考偏移偵測方法，其用以偵測一動態參考基準座標系之位移，此動態參考偏移偵測方法包含一座標偵測步驟、一定位座標變異計算步驟、一相對定位座標變異計算步驟以及一動態參考偏移判斷步驟。其中座標偵測步驟係驅動一光學追蹤器偵測並紀錄複數個定位件之複數個初始定位座標，這些初始定位座標係依據動態參考基準座標系定義求得。而定位座標變異計算步驟係利用光學追蹤器持續偵測各定位件的一即時位移座標，並驅動一處理器計算各即時位移座標與對應之初始定位座標之差異而得到一定位差異值。此外，相對定位座標變異計算步驟係利用處理器計算此些即時位移座標之間的差異而得到複數個即時相對定位間隔值，並計算此些初始定位座標之間的差異而得到複數個初始相對定位間隔值，然後計算此些即時相對定位間隔值與此些初始相對定位間隔值之差異而分別得到複數個相對定位差異值。至於動態參考偏移判斷步驟係利用 處理器依據此些定位差異值及此些相對定位差異值的大小判斷動態參考基準座標系是否偏移。

藉此，本發明之動態參考偏移偵測方法利用多個定位件的偵測方式來準確地偵測動態參考模組的動態參考基準座標系是否被動到而位移，能夠大幅地降低誤判之機率。

依據前述實施方式之動態參考偏移偵測方法的其他實施例，其中前述動態參考偏移偵測方法可包含一元件安裝步驟，此元件安裝步驟係分別安裝此些定位件及一參考件於複數個定位位置及一參考位置上。參考件對應動態參考基準座標系且與動態參考基準座標系同步位移，此些定位位置及參考位置彼此相異，且此些定位件及參考件彼此獨立。

依據前述實施方式之動態參考偏移偵測方法的其他實施例，其中在前述元件安裝步驟中，將參考件及三光學感測件設置於一動態參考框架上，並將動態參考框架設於一目標物上。參考件及光學感測件形成動態參考基準座標系，動態參考框架對應動態參考基準座標系，參考件與目標物的距離小於任一光學感測件與目標物的距離。

依據前述實施方式之動態參考偏移偵測方法的其他實施例，其中在前述座標偵測步驟中，此些初始定位座標及參考件之一初始參考座標形成一初始平面，初始參考座標係依據動態參考基準座標系定義求得。另外，在動態參考偏移判斷步驟中，係依據此些定位差異值及相對定 位差異值的大小判斷動態參考基準座標系是否相對於初始平面偏移。

依據前述實施方式之動態參考偏移偵測方法的其他實施例，其中當前述任一個定位差異值超過一預設定位門檻值，且相對定位差異值大於一預設相對定位門檻值時，處理器判斷動態參考基準座標系未發生偏移。此外，當任一個定位差異值超過預設定位門檻值，且相對定位差異值小於等於預設相對定位門檻值時，處理器判斷動態參考基準座標系發生偏移。

依據本發明的結構態樣之一實施方式提供一種使用前述動態參考偏移偵測方法的動態參考偏移偵測系統，其包含參考件、第一定位件、第二定位件、光學追蹤器以及處理器。其中參考件對應動態參考基準座標系。第一定位件設於一目標物的一第一定位位置上。第二定位件設於目標物的一第二定位位置上。光學追蹤器感應第一定位件、第二定位件及參考件，光學追蹤器偵測並紀錄第一定位件之第一初始定位座標與第二定位件之第二初始定位座標。光學追蹤器持續偵測第一定位件的第一即時位移座標與第二定位件的第二即時位移座標，第一初始定位座標、第二初始定位座標、第一即時位移座標及第二即時位移座標均依據動態參考基準座標系定義求得。再者，處理器電性連接光學追蹤器，處理器計算第一即時位移座標與第一初始定位座標座標之差異而得到第一定位差異值。處理器計算第二即時位移座標與第二初始定位座標之差異而 得到第二定位差異值。處理器計算第一即時位移座標與第二即時位移座標之差異而得到即時相對定位間隔值，並計算第一初始定位座標與第二初始定位座標之差異而得到初始相對定位間隔值，然後計算即時相對定位間隔值與初始相對定位間隔值之差異而得到相對定位差異值。處理器依據第一定位差異值、第二定位差異值及相對定位差異值的大小判斷動態參考基準座標系是否偏移。

藉此，本發明之動態參考偏移偵測系統結合特定之動態參考偏移偵測方法，可以即時地偵測動態參考框架的動態參考基準座標系是否被動到而位移，並可在手術導航中透過警示訊號來即時提醒醫療人員，以增加定位可靠度及導航正確性。

依據前述實施方式之動態參考偏移偵測方法的其他實施例，其中前述動態參考偏移偵測系統可包含三光學感測件及一動態參考框架，參考件及三光學感測件均設置於動態參考框架上，且動態參考框架設於目標物上。再者，光學追蹤器感應參考件及三光學感測件而形成動態參考基準座標系，動態參考框架對應動態參考基準座標系，參考件與目標物的距離小於任一光學感測件與目標物的距離。

依據前述實施方式之動態參考偏移偵測方法的其他實施例，其中前述處理器可計算第一初始定位座標、第二初始定位座標及參考件之一初始參考座標而形成一初始平面，初始參考座標係依據動態參考基準座標系定義求 得。處理器依據第一定位差異值、第二定位差異值及相對定位差異值的大小判斷動態參考基準座標系是否相對於初始平面偏移。

依據前述實施方式之動態參考偏移偵測方法的其他實施例，其中當前述第一定位差異值或第二定位差異值超過一預設定位門檻值，且相對定位差異值大於一預設相對定位門檻值時，處理器判斷動態參考基準座標系未發生偏移。再者，當第一定位差異值或第二定位差異值超過預設定位門檻值，且相對定位差異值小於等於預設相對定位門檻值時，處理器判斷動態參考基準座標系發生偏移。

依據前述實施方式之動態參考偏移偵測方法的其他實施例，其中當前述第一定位差異值超過預設定位門檻值，且相對定位差異值大於預設相對定位門檻值時，處理器判斷動態參考基準座標系未發生偏移與第一定位件發生偏移。另外，當第二定位差異值超過預設定位門檻值，且相對定位差異值大於預設相對定位門檻值時，處理器判斷動態參考基準座標系未發生偏移與第二定位件發生偏移。

100、100a:動態參考偏移偵測系統

110:目標物

200:動態參考模組

210:參考件

220:光學感測件

230:動態參考框架

300a:第一定位件

300b:第二定位件

300c:第三定位件

300d:第四定位件

400:光學追蹤器

500:處理器

600、600a、600b、600c:動態參考偏移偵測方法

S11、S22、S31、S42:座標偵測步驟

S12、S23:第一定位座標變異計算步驟

S13、S24:第二定位座標變異計算步驟

S14、S25、S33、S44:相對定位座標變異計算步驟

S15、S26、S34、S45:動態參考偏移判斷步驟

S21、S41:元件安裝步驟

d1:第一定位差異值

d2:第二定位差異值

RD:即時相對定位間隔值

ID:初始相對定位間隔值

D1、D2、D3、D4:距離

M1:第一方向

M2:第二方向

S32、S43:定位座標變異計算步驟

第1圖係繪示本發明一實施例之動態參考偏移偵測系統的立體示意圖。

第2圖係繪示第1圖之第一定位件、第二定位件以及參 考件的座標差異示意圖。

第3圖係繪示第1圖之動態參考偏移偵測系統的局部側視圖。

第4A圖係繪示第1圖之第一定位件受外力移動的示意圖。

第4B圖係繪示第1圖之第二定位件受外力移動的示意圖。

第5圖係繪示第1圖之參考件受外力而沿第一方向移動的示意圖。

第6圖係繪示第1圖之參考件受外力而沿第二方向移動的示意圖。

第7圖係繪示本發明一實施例的動態參考偏移偵測方法的流程示意圖。

第8圖係繪示本發明另一實施例的動態參考偏移偵測方法的流程示意圖。

第9圖係繪示本發明另一實施例之動態參考偏移偵測系統的立體示意圖。

第10圖係繪示本發明又一實施例的動態參考偏移偵測方法的流程示意圖。

第11圖係繪示本發明再一實施例的動態參考偏移偵測方法的流程示意圖。

以下將參照圖式說明本發明之複數個實施例。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之；並且重複之元件將可能使用相同的編號表示之。

請一併參閱第1、2及3圖，第1圖係繪示本發明一實施例之動態參考偏移偵測系統100的立體示意圖。第2圖係繪示第1圖之第一定位件300a、第二定位件300b以及參考件210的座標差異示意圖。第3圖係繪示第1圖之動態參考偏移偵測系統100的局部側視圖。如圖所示，動態參考偏移偵測系統100用以偵測一動態參考基準座標系之位移，且動態參考偏移偵測系統100包含動態參考模組200、第一定位件300a、第二定位件300b、光學追蹤器400以及處理器500。

動態參考模組200設於目標物110且包含一參考件210、三光學感測件220以及一動態參考框架230(Dynamic Reference Frame；DRF)，其中參考件210及三光學感測件220固設於動態參考框架230的一端。參考件210及三光學感測件220形成動態參考基準座標系，因此參考件210、三光學感測件220以及動態參考框架230均對應動態參考基準座標系。動態參考框架230的另一端設於目標物110，本實施例之目標物110為皮膚或脊突，動 態參考框架230夾設於脊突，參考件210及三光學感測件220均為反光球。

第一定位件300a設於目標物110(皮膚)的第一定位位置上。第二定位件300b設於目標物110(皮膚)的第二定位位置上。本實施例之第一定位件300a與第二定位件300b均為反光球，其設置之方式均為黏貼，且第一定位位置上及第二定位位置均與動態參考框架230所在之位置相異。當然，設置之方式可為其他形式，不以上述揭露為限。

光學追蹤器400感應第一定位件300a、第二定位件300b、參考件210以及光學感測件220，光學追蹤器400偵測並紀錄第一定位件300a之第一初始定位座標與第二定位件300b之第二初始定位座標。光學追蹤器400持續偵測第一定位件300a的第一即時位移座標與第二定位件300b的第二即時位移座標，第一初始定位座標、第二初始定位座標、第一即時位移座標及第二即時位移座標均依據動態參考基準座標系定義求得。

處理器500電性連接光學追蹤器400，處理器500計算第一即時位移座標與第一初始定位座標座標之差異而得到第一定位差異值d1。處理器500計算第二即時位移座標與第二初始定位座標之差異而得到第二定位差異值d2。處理器500計算第一即時位移座標與第二即時位移座標之差異而得到即時相對定位間隔值RD，並計算第一初始定位座標與第二初始定位座標之差異而得到初始相對定位 間隔值ID，然後計算即時相對定位間隔值RD與初始相對定位間隔值ID之差異而得到一相對定位差異值。最後，處理器500依據第一定位差異值d1、第二定位差異值d2及相對定位差異值的大小判斷動態參考基準座標系是否偏移。詳細地說，處理器500可為電腦、行動裝置或其他電子運算處理單元等。參考件210及三光學感測件220與目標物110分別相隔距離D1、D2、D3、D4，其中參考件210與目標物110的距離D1小於任一光學感測件220與目標物110的距離D2、D3、D4。換句話說，距離D1小於距離D2、距離D3及距離D4，如第3圖所示。此外，處理器500計算第一定位件300a的第一初始定位座標、第二定位件300b的第二初始定位座標及參考件210之初始參考座標而形成一初始平面(例如：XY平面，即Z=0之平面)，初始參考座標係依據動態參考基準座標系定義求得。處理器500依據第一定位差異值d1、第二定位差異值d2及相對定位差異值的大小判斷動態參考基準座標系是否相對於初始平面偏移。當第一定位差異值d1或第二定位差異值d2超過一預設定位門檻值，且相對定位差異值大於一預設相對定位門檻值時，處理器500判斷動態參考基準座標系未發生偏移。反之，當第一定位差異值d1或第二定位差異值d2超過預設定位門檻值，且相對定位差異值小於等於預設相對定位門檻值時，處理器500判斷動態參考基準座標系發生偏移。再者，當第一定位差異值d1超過預設定位門檻值，且相對定位差異值大於預設相對定位門檻值時，處理器500判斷動 態參考基準座標系未發生偏移與第一定位件300a發生偏移；當第二定位差異值d2超過預設定位門檻值，且相對定位差異值大於預設相對定位門檻值時，處理器500判斷動態參考基準座標系未發生偏移與第二定位件300b發生偏移。另外值得一提的是，動態參考偏移偵測系統100可包含警示裝置，警示裝置電性連接處理器500，警示裝置可為螢幕或蜂鳴器。警示裝置依據處理器500的判斷結果提供影像或聲音之警示訊號給醫療人員(例如：螢幕局部畫面紅色閃爍或蜂鳴器產生特定的聲響)。藉此，本發明之動態參考偏移偵測系統100可以即時地偵測動態參考框架230的動態參考基準座標系是否被動到而位移，並可在手術導航中透過影像或聲音之警示來即時提醒醫療人員，以增加定位可靠度及導航正確性。

請一併參閱第1、2及4A圖，第4A圖係繪示第1圖之第一定位件300a受外力移動的示意圖。如圖所示，當第一定位件300a所在的目標物110之附近位置(即靠近第一定位位置)遭外力按壓時(例如：手術過程因操作而推擠病患皮膚)，第一定位件300a受外力移動，且第一定位件300a會從第一初始定位座標位移至第一即時位移座標。第一初始定位座標與第一即時位移座標偏差一第一定位差異值d1，且第一定位差異值d1超過預設定位門檻值。再者，由於第二定位件300b未被移動，亦即第二初始定位座標與第二即時位移座標相同，故相對定位差異值會大於預設相 對定位門檻值，藉以令處理器500判斷出「動態參考基準座標系未發生偏移」與「第一定位件300a發生偏移」。

請一併參閱第1、2及4B圖，第4B圖係繪示第1圖之第二定位件300b受外力移動的示意圖。如圖所示，當第二定位件300b所在的目標物110之附近位置(即靠近第二定位位置)遭外力按壓時，第二定位件300b連動位移，且第二定位件300b會從第二初始定位座標位移至第二即時位移座標。第二初始定位座標位移至第二即時位移座標偏差一第二定位差異值d2，且第二定位差異值d2超過預設定位門檻值。此外，由於第一定位件300a未被移動，亦即第一初始定位座標與第一即時位移座標相同，故相對定位差異值會大於預設相對定位門檻值，藉以令處理器500判斷出「動態參考基準座標系未發生偏移」與「第二定位件300b發生偏移」。

請一併參閱第1、2、3及5圖，第5圖係繪示第1圖之參考件210受外力而沿第一方向M1移動的示意圖。如圖所示，當動態參考模組200遭受外力而移動時，參考件210會連動位移，進而導致動態參考基準座標系同步位移。此外，參考件210沿第一方向M1移動會讓距離D1縮短；換句話說，參考件210接近目標物110。當此種現象發生時，第一定位差異值d1或第二定位差異值d2超過預設定位門檻值，且相對定位差異值小於等於預設相對定位門檻值，因此處理器500判斷動態參考基準座標系發生偏移。另外值得一提的是，動態參考模組200沿第一方向M1移動 的緣由不限定是被醫療人員動到，其他緣由例如：固定不夠緊、骨鬆而無法穩固地固定、因使用一段時間後受重力影響而下垂或其他非預期之影響所造成。

請一併參閱第1、2、3及6圖，第6圖係繪示第1圖之參考件210受外力而沿第二方向M2移動的示意圖。如圖所示，當動態參考模組200遭受外力而移動時，參考件210會連動位移，進而導致動態參考基準座標系同步位移。此外，參考件210沿第二方向M2移動會讓距離D1增加；換句話說，參考件210遠離目標物110。當此種現象發生時，第一定位差異值d1或第二定位差異值d2超過預設定位門檻值，且相對定位差異值小於等於預設相對定位門檻值，因此處理器500判斷動態參考基準座標系發生偏移。

請一併參閱第1、2及7圖，第7圖係繪示本發明一實施例的動態參考偏移偵測方法600的流程示意圖。此動態參考偏移偵測方法600用以偵測動態參考基準座標系之位移，且動態參考偏移偵測方法600包含座標偵測步驟S11、第一定位座標變異計算步驟S12、第二定位座標變異計算步驟S13、相對定位座標變異計算步驟S14以及動態參考偏移判斷步驟S15。

座標偵測步驟S11係驅動光學追蹤器400偵測並紀錄第一定位件300a之第一初始定位座標與第二定位件300b之第二初始定位座標，第一初始定位座標與第二初始定位座標係依據動態參考基準座標系定義求得。詳細地說，在座標偵測步驟S11中，第一定位件300a之第一初始 定位座標、第二定位件300b之第二初始定位座標及參考件210之一初始參考座標形成一初始平面(例如：XY平面)，初始參考座標係依據動態參考基準座標系定義求得。

第一定位座標變異計算步驟S12係利用光學追蹤器400持續偵測第一定位件300a的第一即時位移座標，第一即時位移座標係依據動態參考基準座標系定義求得。而且第一定位座標變異計算步驟S12驅動處理器500計算第一即時位移座標與第一初始定位座標之差異而得到第一定位差異值d1。

第二定位座標變異計算步驟S13係利用光學追蹤器400持續偵測第二定位件300b的第二即時位移座標，第二即時位移座標係依據動態參考基準座標系定義求得。而且第二定位座標變異計算步驟S13利用處理器500計算第二即時位移座標與第二初始定位座標之差異而得到第二定位差異值d2。

相對定位座標變異計算步驟S14係利用處理器500計算第一即時位移座標與第二即時位移座標之差異而得到一即時相對定位間隔值RD，並計算第一初始定位座標與第二初始定位座標之差異而得到一初始相對定位間隔值ID，然後計算即時相對定位間隔值RD與初始相對定位間隔值ID之差異而得到一相對定位差異值。

動態參考偏移判斷步驟S15係利用處理器500依據第一定位差異值d1、第二定位差異值d2及相對定位差異值的大小判斷動態參考基準座標系是否偏移。詳細地 說，動態參考偏移判斷步驟S15係依據第一定位差異值d1、第二定位差異值d2及相對定位差異值的大小判斷動態參考基準座標系是否相對於初始平面偏移。當第一定位差異值d1或第二定位差異值d2超過一預設定位門檻值，且相對定位差異值大於一預設相對定位門檻值時，處理器500判斷「動態參考基準座標系未發生偏移」。當第一定位差異值d1或第二定位差異值d2超過預設定位門檻值，且相對定位差異值小於等於預設相對定位門檻值時，處理器500判斷「動態參考基準座標系發生偏移」。此外，當第一定位差異值d1超過預設定位門檻值，且相對定位差異值大於預設相對定位門檻值時，處理器500判斷「動態參考基準座標系未發生偏移」與「第一定位件300a發生偏移」。當第二定位差異值d2超過預設定位門檻值，且相對定位差異值大於預設相對定位門檻值時，處理器500判斷「動態參考基準座標系未發生偏移」與「第二定位件300b發生偏移」。藉此，本發明之動態參考偏移偵測方法600結合動態參考偏移偵測系統100可以即時地偵測動態參考模組200的動態參考基準座標系是否被動到而位移，並可在手術導航中透過影像或聲音警示來即時提醒醫療人員，以增加定位可靠度及導航正確性。

請一併參閱第1、2、7及8圖，第8圖係繪示本發明另一實施例的動態參考偏移偵測方法600a的流程示意圖。此動態參考偏移偵測方法600a包含元件安裝步驟S21、座標偵測步驟S22、第一定位座標變異計算步驟 S23、第二定位座標變異計算步驟S24、相對定位座標變異計算步驟S25以及動態參考偏移判斷步驟S26。

在第8圖的實施例中，座標偵測步驟S22、第一定位座標變異計算步驟S23、第二定位座標變異計算步驟S24、相對定位座標變異計算步驟S25及動態參考偏移判斷步驟S26均與第7圖中對應之步驟相同，不再贅述。特別的是，第8圖實施例之動態參考偏移偵測方法600a更包含元件安裝步驟S21，元件安裝步驟S21係分別安裝第一定位件300a、第二定位件300b及參考件210於第一定位位置、第二定位位置及參考位置，參考件210對應動態參考基準座標系且與動態參考基準座標系同步位移。第一定位位置、第二定位位置及參考位置彼此相異，且第一定位件300a、第二定位件300b及參考件210彼此獨立。藉此，本發明透過安裝特定的第一定位件300a、第二定位件300b、參考件210及動態參考框架230於患者的皮膚上，並結合特定的偵測方法可以即時確認參考件210與動態參考框架230是否位移。

請一併參閱第1及9圖，第9圖係繪示本發明另一實施例之動態參考偏移偵測系統100a的立體示意圖。動態參考偏移偵測系統100a用以偵測一動態參考基準座標系之位移，且動態參考偏移偵測系統100a包含動態參考模組200、第一定位件300a、第二定位件300b、第三定位件300c、第四定位件300d、光學追蹤器以及處理器(未示於圖中)。

在第9圖實施方式中，動態參考模組200、第一定位件300a、第二定位件300b、光學追蹤器及處理器均與第1圖中對應之元件結構相同，不再贅述。特別的是，第9圖實施例之動態參考偏移偵測系統100a更包含第三定位件300c與第四定位件300d，其中第三定位件300c設於目標物110的第三定位位置上，而第四定位件300d設於目標物110的第四定位位置上。第一定位位置、第二定位位置、第三定位位置、第四定位位置及參考位置彼此相異，且第一定位件300a、第二定位件300b、第三定位件300c、第四定位件300d及參考件210彼此獨立。此外，光學追蹤器偵測並紀錄第一定位件300a、第二定位件300b、第三定位件300c及第四定位件300d之四個初始定位座標，此四個初始定位座標係依據動態參考基準座標系定義求得。光學追蹤器會持續偵測各定位件的即時位移座標。另外，處理器計算各即時位移座標與對應之初始定位座標的差異而得到定位差異值，而且處理器計算此些即時位移座標之間的差異而得到四個即時相對定位間隔值(未示於圖中)，並計算此些初始定位座標之間的差異而得到四個初始相對定位間隔值(未示於圖中)，然後處理器會計算此些即時相對定位間隔值與此些初始相對定位間隔值之差異而分別得到四個相對定位差異值。最後，處理器依據此些定位差異值及此些相對定位差異值的大小判斷動態參考基準座標系是否偏移。

請一併參閱第1、9及10圖，第10圖係繪示本發明又一實施例的動態參考偏移偵測方法600b的流程示意圖。此動態參考偏移偵測方法600b應用於第9圖之動態參考偏移偵測系統100a，且包含座標偵測步驟S31、定位座標變異計算步驟S32、相對定位座標變異計算步驟S33以及動態參考偏移判斷步驟S34。其中座標偵測步驟S31係驅動光學追蹤器400偵測並紀錄複數個定位件之複數個初始定位座標，這些初始定位座標係依據動態參考基準座標系定義求得。而定位座標變異計算步驟S32係利用光學追蹤器400持續偵測各定位件的一即時位移座標，並驅動處理器500計算各即時位移座標與對應之初始定位座標之差異而得到一定位差異值。此外，相對定位座標變異計算步驟S33係利用處理器500計算此些即時位移座標之間的差異而得到複數個即時相對定位間隔值(未示於圖中)，並計算此些初始定位座標之間的差異而得到複數個初始相對定位間隔值(未示於圖中)，然後計算此些即時相對定位間隔值與此些初始相對定位間隔值之差異而分別得到複數個相對定位差異值。至於動態參考偏移判斷步驟S34係利用處理器500依據此些定位差異值及此些相對定位差異值的大小判斷動態參考基準座標系是否偏移。藉此，本發明之動態參考偏移偵測方法600b結合動態參考偏移偵測系統100a可以準確地偵測動態參考模組200的動態參考基準座標系是否被動到而位移，透過多個定位件之偵測方式，能夠大幅地降低誤判之機率。

請一併參閱第1、2、9、10及11圖，第11圖係繪示本發明再一實施例的動態參考偏移偵測方法600c的流程示意圖。如圖所示，此動態參考偏移偵測方法600c包含元件安裝步驟S41、座標偵測步驟S42、定位座標變異計算步驟S43、相對定位座標變異計算步驟S44以及動態參考偏移判斷步驟S45。

在第11圖的實施例中，座標偵測步驟S42、定位座標變異計算步驟S43、相對定位座標變異計算步驟S44以及動態參考偏移判斷步驟S45均與第10圖中對應之步驟相同，不再贅述。特別的是，第11圖實施例之動態參考偏移偵測方法600c更包含元件安裝步驟S41，元件安裝步驟S41係分別安裝複數個定位件及一參考件210於複數個定位位置及一參考位置，參考件210對應動態參考基準座標系且與動態參考基準座標系同步位移。此些定位位置及參考位置彼此相異，且此些定位件及參考件210彼此獨立。藉此，本發明透過安裝特定的定位件(反光球)、參考件210及動態參考框架230於患者的皮膚上，可結合特定的偵測方法以即時確認參考件210與動態參考框架230是否位移。

由上述實施方式可知，本發明具有下列優點：其一，本發明之動態參考偏移偵測方法結合動態參考偏移偵測系統可以即時地偵測動態參考框架的動態參考基準座標系是否被動到而位移，並可在手術導航中透過影像或聲音警示來即時提醒醫療人員，以增加定位可靠度及導航正確性。其二，透過第一定位件、第二定位件及參考件的簡 易設置就可即時偵測，可解決習知技術中需要過多反光球之複雜偵測系統以及無法即時確認動態參考框架移動的問題。其三、利用多個定位件的偵測方式來準確地偵測動態參考模組的動態參考基準座標系是否被動到而位移，能夠大幅地降低誤判之機率。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

600‧‧‧動態參考偏移偵測方法

S11‧‧‧座標偵測步驟

S12‧‧‧第一定位座標變異計算步驟

S13‧‧‧第二定位座標變異計算步驟

S14‧‧‧相對定位座標變異計算步驟

S15‧‧‧動態參考偏移判斷步驟

Claims (16)

1. 一種動態參考偏移偵測方法，用以偵測一動態參考基準座標系之位移，該動態參考偏移偵測方法包含以下步驟：一座標偵測步驟，係驅動一光學追蹤器偵測並紀錄一第一定位件之一第一初始定位座標與一第二定位件之一第二初始定位座標，該第一初始定位座標與該第二初始定位座標係依據該動態參考基準座標系定義求得，該動態參考基準座標系對應一參考件且與該參考件同步位移；一第一定位座標變異計算步驟，係利用該光學追蹤器持續偵測該第一定位件的一第一即時位移座標，該第一即時位移座標係依據該動態參考基準座標系定義求得，並驅動一處理器計算該第一即時位移座標與該第一初始定位座標之差異而得到一第一定位差異值；一第二定位座標變異計算步驟，係利用該光學追蹤器持續偵測該第二定位件的一第二即時位移座標，該第二即時位移座標係依據該動態參考基準座標系定義求得，並利用該處理器計算該第二即時位移座標與該第二初始定位座標之差異而得到一第二定位差異值；一相對定位座標變異計算步驟，係利用該處理器計算該第一即時位移座標與該第二即時位移座標之差異而得到一即時相對定位間隔值，並計算該第一初始定位座標與該 第二初始定位座標之差異而得到一初始相對定位間隔值，然後計算該即時相對定位間隔值與該初始相對定位間隔值之差異而得到一相對定位差異值；以及一動態參考偏移判斷步驟，係利用該處理器依據該第一定位差異值、該第二定位差異值及該相對定位差異值的大小判斷該動態參考基準座標系是否偏移。
2. 如申請專利範圍第1項所述之動態參考偏移偵測方法，更包含：一元件安裝步驟，係分別安裝該第一定位件、該第二定位件及該參考件於一第一定位位置、一第二定位位置及一參考位置，該第一定位位置、該第二定位位置及該參考位置彼此相異，且該第一定位件、該第二定位件及該參考件彼此獨立。
3. 如申請專利範圍第2項所述之動態參考偏移偵測方法，其中，在該元件安裝步驟中，將該參考件及三光學感測件設置於一動態參考框架上，並將該動態參考框架設於一目標物上；其中，該參考件及該三光學感測件形成該動態參考基準座標系，該動態參考框架對應該動態參考基準座標系， 該參考件與該目標物的距離小於任一該光學感測件與該目標物的距離。
4. 如申請專利範圍第2項所述之動態參考偏移偵測方法，其中，在該座標偵測步驟中，該第一初始定位座標、該第二初始定位座標及該參考件之一初始參考座標形成一初始平面，該初始參考座標係依據該動態參考基準座標系定義求得，及在該動態參考偏移判斷步驟中，係依據該第一定位差異值、該第二定位差異值及該相對定位差異值的大小判斷該動態參考基準座標系是否相對於該初始平面偏移。
5. 如申請專利範圍第1項所述之動態參考偏移偵測方法，其中，當該第一定位差異值或該第二定位差異值超過一預設定位門檻值且該相對定位差異值大於一預設相對定位門檻值時，該處理器判斷該動態參考基準座標系未發生偏移；及當該第一定位差異值或該第二定位差異值超過該預設定位門檻值且該相對定位差異值小於等於該預設相對定位 門檻值時，該處理器判斷該動態參考基準座標系發生偏移。
6. 如申請專利範圍第5項所述之動態參考偏移偵測方法，其中，當該第一定位差異值超過該預設定位門檻值且該相對定位差異值大於該預設相對定位門檻值時，該處理器判斷該動態參考基準座標系未發生偏移與該第一定位件發生偏移；及當該第二定位差異值超過該預設定位門檻值且該相對定位差異值大於該預設相對定位門檻值時，該處理器判斷該動態參考基準座標系未發生偏移與該第二定位件發生偏移。
7. 一種動態參考偏移偵測方法，用以偵測一動態參考基準座標系之位移，該動態參考偏移偵測方法包含以下步驟：一座標偵測步驟，係驅動一光學追蹤器偵測並紀錄複數個定位件之複數個初始定位座標，該些初始定位座標係依據該動態參考基準座標系定義求得，該動態參考基準座標系對應一參考件且與該參考件同步位移； 一定位座標變異計算步驟，係利用該光學追蹤器持續偵測各該定位件的一即時位移座標，並驅動一處理器計算各該即時位移座標與對應之該一初始定位座標之差異而得到一定位差異值；一相對定位座標變異計算步驟，係利用該處理器計算該些即時位移座標之間的差異而得到複數個即時相對定位間隔值，並計算該些初始定位座標之間的差異而得到複數個初始相對定位間隔值，然後計算該些即時相對定位間隔值與該些初始相對定位間隔值之差異而分別得到複數個相對定位差異值；以及一動態參考偏移判斷步驟，係利用該處理器依據該些定位差異值及該些相對定位差異值的大小判斷該動態參考基準座標系是否偏移。
8. 如申請專利範圍第7項所述之動態參考偏移偵測方法，更包含：一元件安裝步驟，係分別安裝該些定位件及該參考件於複數個定位位置及一參考位置，該些定位位置及該參考位置彼此相異，且該些定位件及該參考件彼此獨立。
9. 如申請專利範圍第8項所述之動態參考偏移偵測方法，其中， 在該元件安裝步驟中，將該參考件及三光學感測件設置於一動態參考框架上，並將該動態參考框架設於一目標物上；其中，該參考件及該三光學感測件形成該動態參考基準座標系，該動態參考框架對應該動態參考基準座標系，該參考件與該目標物的距離小於任一該光學感測件與該目標物的距離。
10. 如申請專利範圍第8項所述之動態參考偏移偵測方法，其中，在該座標偵測步驟中，該些初始定位座標及該參考件之一初始參考座標形成一初始平面，該初始參考座標係依據該動態參考基準座標系定義求得；及在該動態參考偏移判斷步驟中，係依據該些定位差異值及該相對定位差異值的大小判斷該動態參考基準座標系是否相對於該初始平面偏移。
11. 如申請專利範圍第7項所述之動態參考偏移偵測方法，其中，當任一該定位差異值超過一預設定位門檻值且該相對定位差異值大於一預設相對定位門檻值時，該處理器判斷該動態參考基準座標系未發生偏移；及 當任一該定位差異值超過該預設定位門檻值且該相對定位差異值小於等於該預設相對定位門檻值時，該處理器判斷該動態參考基準座標系發生偏移。
12. 一種使用如申請專利範圍第1項所述之動態參考偏移偵測方法的動態參考偏移偵測系統，包含：該參考件，對應該動態參考基準座標系且與該動態參考基準座標系同步位移；該第一定位件，設於一目標物的一第一定位位置上；該第二定位件，設於該目標物的一第二定位位置上；該光學追蹤器，感應該第一定位件、該第二定位件及該參考件，該光學追蹤器偵測並紀錄該第一定位件之該第一初始定位座標與該第二定位件之該第二初始定位座標，該光學追蹤器持續偵測該第一定位件的該第一即時位移座標與該第二定位件的該第二即時位移座標，該第一初始定位座標、該第二初始定位座標、該第一即時位移座標及該第二即時位移座標均依據該動態參考基準座標系定義求得；以及該處理器，電性連接該光學追蹤器，該處理器計算該第一即時位移座標與該第一初始定位座標座標之差異而得到該第一定位差異值，該處理器計算該第二即時位移座標與該第二初始定位座標之差異而得到該第二定位差異值， 該處理器計算該第一即時位移座標與該第二即時位移座標之差異而得到該即時相對定位間隔值，並計算該第一初始定位座標與該第二初始定位座標之差異而得到該初始相對定位間隔值，然後計算該即時相對定位間隔值與該初始相對定位間隔值之差異而得到該相對定位差異值，且該處理器依據該第一定位差異值、該第二定位差異值及該相對定位差異值的大小判斷該動態參考基準座標系是否偏移。
13. 如申請專利範圍第12項所述之動態參考偏移偵測系統，更包含：一動態參考框架，設於該目標物上，該參考件設置於該動態參考框架上；及三光學感測件，設置於該動態參考框架上；其中，該光學追蹤器感應該參考件及該三光學感測件而形成該動態參考基準座標系，該動態參考框架對應該動態參考基準座標系，該參考件與該目標物的距離小於任一該光學感測件與該目標物的距離。
14. 如申請專利範圍第12項所述之動態參考偏移偵測系統，其中，該處理器計算該第一初始定位座標、該第二初始定位座標及該參考件之一初始參考座標而形成一初始平面，該 初始參考座標係依據該動態參考基準座標系定義求得，該處理器依據該第一定位差異值、該第二定位差異值及該相對定位差異值的大小判斷該動態參考基準座標系是否相對於該初始平面偏移。
15. 如申請專利範圍第12項所述之動態參考偏移偵測系統，其中，當該第一定位差異值或該第二定位差異值超過一預設定位門檻值且該相對定位差異值大於一預設相對定位門檻值時，該處理器判斷該動態參考基準座標系未發生偏移；及當該第一定位差異值或該第二定位差異值超過該預設定位門檻值且該相對定位差異值小於等於該預設相對定位門檻值時，該處理器判斷該動態參考基準座標系發生偏移。
16. 如申請專利範圍第15項所述之動態參考偏移偵測系統，其中，當該第一定位差異值超過該預設定位門檻值且該相對定位差異值大於該預設相對定位門檻值時，該處理器判斷該動態參考基準座標系未發生偏移與該第一定位件發生偏移；及 當該第二定位差異值超過該預設定位門檻值且該相對定位差異值大於該預設相對定位門檻值時，該處理器判斷該動態參考基準座標系未發生偏移與該第二定位件發生偏移。

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