TWI716924B

TWI716924B - 用於手術的定位與導航系統及其運作方法

Info

Publication number: TWI716924B
Application number: TW108123344A
Authority: TW
Inventors: 蔣明富
Original assignee: 鉅旺生技股份有限公司
Priority date: 2019-07-03
Filing date: 2019-07-03
Publication date: 2021-01-21
Also published as: TW202102186A

Abstract

本發明提出一種用於手術的定位與導航系統，包含：一穿戴式裝置，包含：至少一處理器；至少一毫米波定位模組，與該至少一處理器連接；以及一第一顯示模組，與該至少一處理器連接；以及一手術器械裝置，與該穿戴式裝置連接。本發明可透過至少一毫米波定位模組偵測患者手術部位的影像資訊，並將該影像資訊即時顯示於第一顯示模組，藉此輔助手術器械裝置或是配戴有穿戴式裝置的醫生進行手術的定位與導航。

Description

用於手術的定位與導航系統及其運作方法

本發明屬於一種定位與導航系統及其運作方法，尤指一種用於手術的定位與導航系統及其運作方法。

導航定位系統一般分為機械式、光學式以及電磁式三種不同追蹤與定位方式，然而現階段這三種導航方式皆有其優缺點而無法偏廢。

首先，機械式追蹤系統是以機械手臂為追蹤器，準確度與穩定性佳，然而在空間追蹤範圍亦受到機械手臂機構上的限制，因此自由度較差且活動範圍小。

另一方面，現今較常使用的光學式追蹤系統幾乎是以紅外線感測原理方式進行追蹤，其追蹤原理是利用紅外線光源感測相機進行感測追蹤，其中紅外線光源感測相機外圈為紅外線發射器，內圈為紅外線接收器。然而，利用紅外線光源感測儘管準確度與穩定性足夠，但容易受到遮蔽，故多用於外部定位與相關資訊的擷取。

至於電磁式追蹤系統則是利用磁場感應的原理來擷取空間資訊，由於沒有視距（line-of-sight）的限制以及不會因為遮蔽物而影響操作的過程；近年來由於製程與相關技術的發展，感測器可做得相當微小而常將其運用於進入體內之追蹤器。然而，磁場的準確性與穩定度較低，且亦會受到外在電磁波的干擾，較難以做大面積的定位。

最後，目前仍在開發中的定位方式主要是利用影像處理的方式來判斷空間資訊，進而做定位與導航。其一是利用不同但已知位置兩個或多個CCD攝影機進行拍攝，再將拍攝到的影像重組達到立體視覺的效果來做定位；另一種方式則是僅用一組CCD進行拍攝，後續再將模型套用疊合，來達到間接的定位，上述兩種方式都需要藉由影像處理來達成，因此也提供了可在進行影響處理時達到組織辨識的能力。但由於該類方式主要是藉由拍攝的影像做後續處理來定位，並非直接進行定位，因此定位的精準度有待大幅提昇，且該類方式需要大量的影像處理與計算，難以達到大面積且即時的定位。

綜合以上的各種定位方式，扣除仍正在開發中的方式外，最普遍的導航定位是採用紅外線感測。而目前紅外光的定位裝置還需要外加上感光球裝置，並對感光球裝置做進一步定位；由於感光球裝置具有一定體積，且操作時亦須謹慎以避免遮蔽到光路，因此使用上有一定的不便利性。

為解決先前技術中所提到，如何克服目前定位與導航系統的缺失，本發明提出一種用於手術的定位與導航系統，包含：一穿戴式裝置，包含：至少一處理器；至少一毫米波定位模組，與該至少一處理器連接；以及一第一顯示模組，與該至少一處理器連接；以及一手術器械裝置，與該穿戴式裝置連接。

另外，本發明更提出另一種用於手術的定位與導航系統，包含：一穿戴式裝置，包含：至少一處理器；一輔助定位模組，偵測一患者的手術部位，該輔助定位模組包含至少一感測單元；以及一第一顯示模組，與該至少一處理器連接；至少一毫米波定位模組，與該至少一處理器連接；以及一手術器械裝置，與該穿戴式裝置及該毫米波定位模組連接。其中，該輔助定位模組還可偵測該手術器械裝置的位置。

除此之外，本發明還提出一種用於手術的定位與導航系統的運作方法，包含以下步驟：（A）一穿戴式顯示裝置偵測一患者的手術部位以取得一部份的三維特徵點影像，其中該穿戴式顯示裝置包含至少一毫米波定位模組、一輔助定位模組以及一顯示模組；（B）疊合一三維虛擬影像與該部份的三維特徵點影像疊合以形成一三維疊合影像，並顯示於該第一顯示模組；以及（C）依據該三維疊合影像對該患者進行手術；其中，該穿戴式顯示裝置可透過該輔助定位模組或該至少一毫米波定位模組偵測的至少一感測資訊即時校正與更新該三維疊合影像。其中該步驟（A）之前更包含步驟：（a）一外部裝置掃描該患者的手術部位以取得至少一第一二維影像；以及（b）該第一影像處理模組重組該至少一二維影像重組為該三維虛擬影像。

以上對本發明的簡述，目的在於對本發明之數種面向和技術特徵作基本說明。發明簡述並非對本發明的詳細表述，因此其目的不在特別列舉本發明的關鍵性或重要元件，也不是用來界定本發明的範圍，僅為以簡明的方式呈現本發明的數種概念而已。

為能瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，茲進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如後：

本發明提出一種用於手術的定位與導航系統及其運作方法，可透過系統中的毫米波定位模組偵測患者的手術部位，建構出該手術部位的（二維或三維）影像並顯示於顯示模組，藉以輔助手術器械或是進行手術者（如醫生）的定位及導航，以提高手術過程的準確定及效率。具體而言，以下實施例中所適用的手術種類可包含神經外科手術、骨科手術或內視鏡手術等，本發明不應依此為限。

首先，請同時參照第一圖及第二圖，第一圖為本發明第一實施例之定位與導航系統的示意圖，第二圖為本發明第一實施例之定位與導航系統的細部示意圖。如第一圖所示，本實施例之用於手術的定位與導航系統10包含有一穿戴式裝置100，以及與該穿戴式裝置100有線或無線連接的一手術器械裝置200。該穿戴式裝置100可以是手環、臂帶、腕帶、指環、頭帶或眼罩等，而在本實施例中該穿戴式裝置為穿戴式眼鏡；進一步而言，穿戴式裝置100還包含有至少一處理器110，與該至少一處理器110連接的至少一毫米波定位模組130，以及與該至少一處理器110連接的一第一顯示模組150。該至少一處理器110可依據至少一毫米波定位模組130接收到的資訊進行運算處理後，將其結果輸出並顯示於第一顯示模組150，以輔助手術器械裝置200或是配戴有穿戴式裝置的進行手術者（如醫生）對患者的手術部位300進行定位及導航。

以下將針對本第一實施例之定位與導航系統做進一步的說明。請參照第二圖並配合第一圖所示，在本實施例中該至少一處理器110包含還包含有一第一資訊收發模組111，以及與該第一資訊收發模組111連接的一第一影像處理模組113。該第一資訊收發模組111可接收外部裝置（圖未示）所掃描的至少一影像資訊，具體而言，該至少一影像資訊可以是針對患者的手術部位透過電腦斷層掃描（Computed Tomography, CT）、核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）、功能性核磁共振成像（Functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI）、擴散核磁成像（Diffusion Tensor Imaging, DTI）或其組合等方式所建置的影像資訊（如二維影像資訊），而該第一影像處理模組113可將前述之二維影像資訊進行三維影像重組形成一三維虛擬影像。

該毫米波定位模組130更包含有一訊號處理單元131、一訊號發射單元133以及一訊號接收單元135（可同時參照第五圖），該訊號發射單元133可針對患者300的手術部位發出頻率範圍介於24-300GHz的毫米波訊號，或是24-300GHz的毫米波訊號結合3-30GHz的超高頻（Super high frequency, SHF）訊號；舉例而言可以是頻率範圍介於24.25-27.5GHz的毫米波訊號、頻率範圍介於31.8-33.4GHz的毫米波訊號、頻率範圍介於37-40.5GHz的毫米波訊號、頻率範圍介於40.5-42.5GHz的毫米波訊號、頻率範圍介於45.5-50.2GHz的毫米波訊號、頻率範圍介於50.4-52.6GHz的毫米波訊號、頻率範圍介於66-76GHz的毫米波訊號或頻率範圍介於81-86GHz的毫米波訊號，然不應依上述範圍為限。該訊號接收單元135可接收偵測患者300手術部位後所反射的毫米波訊號。最後，該訊號處理單元131即時辨識手術部位的組織部位資訊及其深度資訊，並透過訊號接收單元135所取得的相關資訊（如患者手術部位的組織部位資訊、深度資訊等），建構出該患者300手術部位的一三維特徵點影像；值得注意的是，該三維特徵點影像可以是手術部位中完整的三維特徵點影像，也可是僅有手術部位中部份的三維特徵點影像。

接續，前述至少一處理器110所包含的第一影像處理模組113即時接收該毫米波定位模組130所建構之完整的三維特徵點影像或部份的三維特徵點影像；同時，該第一影像處理模組113將三維虛擬影像與三維特徵點影像（包含完整的三維特徵點影像或部份的三維特徵點影像）疊合形成患者300手術部位的一三維疊合影像，並將該三維疊合影像顯示於第一顯示模組150中，提供醫生在手術過程中即時對照手術部位與影像資訊，更精準鎖定下刀位置以減少手術誤差。進一步而言，前述之處理器110還可包含與的一影像處理模組113連接的一第一手術導航模組（圖未示），使用者（如醫生）可依據該三維疊合影像由外部輸入一手術導航資訊至手術導航模組中；或是由手術導航模組依據該三維疊合影像運算出該手術導航資訊，並呈現於該第一顯示模組150，得以讓醫生於手術過程中依據手術導航資訊即時得知手術的路徑，以避開危險區域。

值得注意的是，該第一顯示模組150除了是一般顯示裝置如投影機、螢幕或顯示面板，也可以是虛擬實境（Virtual Reality, VR）、增強實境（Augmented Reality, AR）或混合實境（Mixed Reality, MR）的顯示裝置，用以顯示虛擬實境影像、增強實境影像或混合實境影像。

除此之外，訊號處理單元131也可以依據訊號發射單元133和訊號接收單元135發射和接收毫米波訊號之間的時間差，來推算出毫米波定位模組130（或穿戴式裝置100）與患者300手術部位之間的相對距離，並進一步得知穿戴式裝置100相對於患者300手術部位的移動位置、加速度、角速度、旋轉角度或其組合，藉以調整校對第一顯示模組150中的三維疊合影像，當配戴有穿戴式裝置100的進行手術者移動或旋轉其配戴的部位（在此為頭部），即可隨著穿戴式裝置100移動或旋轉的距離或角度，即時地連續更新第一顯示模組150中的三維疊合影像。

最後，與該穿戴式裝置100連接的手術器械裝置200可接收前述之三維疊合影像及／或手術導航資訊，輔助開刀者（如醫生）針對患者300的手術部位準確地進行手術；或是直接透過手術器械裝置200針對患者300的手術部位，依據該手術導航資訊進行手術。

在本第一實施例中，該穿戴式裝置100更包含一輔助定位模組170與該至少一處理器110連接；該輔助定位模組170包含至少一感測單元、至少一攝像單元或其組合，用以取得至少一第二感測資訊。該至少一感測單元包含陀螺儀、磁力計、加速度計、紅外線感測器、地磁計、微波感測器或其組合等；感測單元也可以是九軸姿態感測器或慣性測量單元（Inertial Measurement Unit, IMU）。九軸姿態感測器具有三軸陀螺儀、三軸磁力計及三軸加速度計，慣性測量單元則由三個加速度計及三個陀螺儀所構成，其二者的目的皆在於偵測穿戴式裝置100相對於患者300手術部位或手術器械裝置200的角度、位置、位移、轉動及速度。感測單元可以偵測穿戴式裝置相對於患者手術部位的初始位置、終止位置、相對位置、位移量、三軸旋轉矩陣、角度（方向角或俯仰角）、速度及加速度等資訊。該至少一攝像單元可以是攝像機、攝影機或其組合等，其目的在於擷取患者300手術部位的影像並透過該影像推算出患者300手術部位或手術器械裝置200與穿戴式裝置100間的相對距離。

透過前述之輔助定位模組170所產生至少一第二感測資訊，可進一步得知穿戴式裝置100相對於患者300手術部位或手術器械裝置200的移動位置、加速度、角速度、旋轉角度或其組合，藉此判斷醫生進行手術時，其穿戴式裝置100的運動軌跡，以即時地連續更新第一顯示模組150中的三維疊合影像。

除此之外，本第一實施例之定位與導航系統更包含一外部伺服器400與該穿戴式裝置100有線或無線連接，該外部伺服器400包含一第二資訊收發模組411，與該至少一毫米波定位130模組和該第二資訊收發模組411連接的一第二影像處理模組413，與該第二影像處理模組413連接的第二顯示模組450，以及與該第二影像處理模組413連接的第二手術導航模組（圖未示）。其中，該第二資訊收發模組411的用途相當於前述之第一收發模組111，可接收外部裝置（如CT、MRI、fMRI或DTI等）所掃描的至少一影像資訊（如二維影像資訊），而該第二影像處理模組413同樣可將前述之二維影像資訊進行三維影像重組形成一三維虛擬影像。接續，該第二影像處理模組413還可即時接收該毫米波定位模組130所建構之完整的三維特徵點影像或部份的三維特徵點影像；同時，該第二影像處理模組413將三維虛擬影像與三維特徵點影像（包含完整的三維特徵點影像及／或部份的三維特徵點影像）疊合形成患者300手術部位的一三維疊合影像，並將該三維疊合影像顯示於前述之第一顯示150模組或第二顯示模組450中。最後，第二手術導航模組相當於前述之第一術導航模組，可依據該三維疊合影像由外部輸入一手術導航資訊至手術導航模組中；或是由手術導航模組依據該三維疊合影像運算出該手術導航資訊，並呈現於第一顯示模組150或第二顯示模組450。

透過上述的說明可以看出，在本實施例中該外部伺服器400的用途即相當於穿戴式裝置100中的處理器110；換言之，在其他可能的實施例中，可移除穿戴式裝置100內部的處理器110，轉而將毫米波定位模組130或輔助定位模組170所偵測到的相關資訊輸出至外部伺服器400進行運算處理後，再回傳至穿戴式裝置100的顯示模組150顯示相對應的影像。

另一方面，請同時參照第三圖及第四圖，第三圖為本發明第二實施例之定位與導航系統的示意圖，第四圖為本發明第二實施例之定位與導航系統的細部示意圖。如第三圖所示，本實施例之用於手術的定位與導航系統20包含有一穿戴式裝置500，與該穿戴式裝置500有線或無線連接的至少一毫米波定位模組600，以及與該穿戴式裝置500有線或無線連接的一手術器械裝置700。該穿戴式裝置500可以是手環、臂帶、腕帶、指環、頭帶或眼罩等，而在本實施例中該穿戴式裝置500為穿戴式眼鏡；進一步而言，穿戴式裝置500還包含有至少一處理器510，與該至少一處理器510連接的一輔助定位模組570，且該輔助定位模組570包含至少一感測單元（如紅外線感測器、攝像機等）用以偵測一患者800的手術部位或是手術器械裝置的位置，以及與該至少一處理器連接510的一第一顯示模組550。該至少一處理器510可依據該輔助定位模組570及該至少一毫米波定位模組600接收到的資訊進行運算處理後，將其結果輸出並顯示於第一顯示模組550，以輔助手術器械裝置700或是配戴有穿戴式裝置500的進行手術者（如醫生）進行定位及導航。本第二實施例之定位與導航系統與第一實施例的差異在於，本實施例是使用具有光感測單元的穿戴式裝置配合至少一毫米波定位模組所形成的影像資訊進行定位及導航。

以下將針對本第二實施例之定位與導航系統做進一步的說明。請參照第四圖並配合第三圖所示，在本實施例中該至少一處理器510包含還包含有一第一資訊收發模組511，以及與該第一資訊收發模組511連接的一第一影像處理模組513。該第一資訊收發模組511可接收外部裝置所掃描的至少一影像資訊，具體而言，該至少一影像資訊可以是針對患者800的手術部位透過電腦斷層掃描（Computed Tomography, CT）、核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）、功能性核磁共振成像（Functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI）、擴散核磁成像（Diffusion Tensor Imaging, DTI）或其組合等方式所建置的影像資訊（如二維影像資訊），而該第一影像處理模組513可將前述之二維影像資訊進行三維影像重組形成一三維虛擬影像。

該穿戴式裝置500所包含的輔助定位模組570與該至少一處理器連接510，用以偵測患者800的手術部位；該輔助定位模組570包含至少一感測單元、至少一攝像單元或其組合，用以取得至少一感測資訊以及至少一二維影像。該至少一感測單元包含陀螺儀、磁力計、加速度計、紅外線感測器、地磁計、微波感測器或其組合等；感測單元也可以是九軸姿態感測器或慣性測量單元（Inertial Measurement Unit, IMU）。九軸姿態感測器具有三軸陀螺儀、三軸磁力計及三軸加速度計，慣性測量單元則由三個加速度計及三個陀螺儀所構成，其二者的目的皆在於偵測穿戴式裝置500相對於患者800手術部位或手術器械裝置700的角度、位置、位移、轉動及速度。感測單元可以偵測穿戴式裝置500相對於患者手術部位的初始位置、終止位置、相對位置、位移量、三軸旋轉矩陣、角度（方向角或俯仰角）、速度及加速度等感測資訊。該至少一攝像單元可以是攝像機、攝影機或其組合等，攝像單元或紅外線感測器的目的在於擷取患者800手術部位的至少一二維影像。

該毫米波定位模組600更包含有一訊號處理單元631、一訊號發射單元633以及一訊號接收單元635（可同時參照第五圖），該訊號發射單元633可針對患者800的手術部位發出頻率範圍介於24-300GHz的毫米波訊號，或是24-300GHz的毫米波訊號結合3-30GHz的超高頻（Super high frequency, SHF）訊號；舉例而言可以是頻率範圍介於24.25-27.5GHz的毫米波訊號、頻率範圍介於31.8-33.4GHz的毫米波訊號、頻率範圍介於37-40.5GHz的毫米波訊號、頻率範圍介於40.5-42.5GHz的毫米波訊號、頻率範圍介於45.5-50.2GHz的毫米波訊號、頻率範圍介於50.4-52.6GHz的毫米波訊號、頻率範圍介於66-76GHz的毫米波訊號或頻率範圍介於81-86GHz的毫米波訊號，然不應依上述範圍為限。該訊號接收單元635可接收偵測手術部位後所反射的毫米波訊號，透過訊號處理單元631即時辨識手術部位的組織部位資訊或／及其深度資訊。

接續，前述至少一處理器510所包含的第一影像處理模組513即時接收該毫米波定位模組600所取得的組織部位資訊或／及其深度資訊，以及輔助定位模組570所取得的至少一二維影像，建構出該患者800手術部位的一三維特徵點影像；值得注意的是，該三維特徵點影像可以是手術部位中完整的三維特徵點影像，也可是僅有手術部位中部份的三維特徵點影像。同時，該第一影像處理模組513將前述之三維虛擬影像與三維特徵點影像（包含完整的三維特徵點影像及／或部份的三維特徵點影像）疊合形成患者800手術部位的一三維疊合影像，並將該三維疊合影像顯示於第一顯示模組550中，提供醫生在手術過程中即時對照手術部位與影像資訊，更精準鎖定下刀位置以減少手術誤差。進一步而言，前述之處理器510還可包含與的一影像處理模組513連接的一第一手術導航模組（圖未示），使用者（如醫生）可依據該三維疊合影像由外部輸入一手術導航資訊至手術導航模組中；或是由手術導航模組依據該三維疊合影像運算出該手術導航資訊，並呈現於該第一顯示模組550，得以讓醫生於手術過程中依據手術導航資訊即時得知手術的路徑，以避開危險區域。

值得注意的是，該第一顯示模組550除了是一般顯示裝置如投影機、螢幕或顯示面板，也可以是虛擬實境（Virtual Reality, VR）、增強實境（Augmented Reality, AR）或混合實境（Mixed Reality, MR）的顯示裝置，用以顯示虛擬實境影像、增強實境影像或混合實境影像。

除此之外，輔助定位模組570所產生至少一感測資訊，可進一步得知穿戴式裝置相對於患者800手術部位或手術器械裝置700的移動位置、加速度、角速度、旋轉角度或其組合，藉此判斷醫生進行手術時，其穿戴式裝置500的運動軌跡，以即時地連續更新第一顯示模組550中的三維疊合影像。當配戴有穿戴式裝置500的進行手術者移動或旋轉其配戴的部位（在此為頭部），即可隨著穿戴式裝置500移動或旋轉的距離或角度，即時地連續更新第一顯示模組550中的三維疊合影像。

最後，與該穿戴式裝置500連接的手術器械裝置700可接收前述之三維疊合影像及／或手術導航資訊，輔助開刀者（如醫生）針對患者800的手術部位準確地進行手術；或是直接透過手術器械裝置700針對患者800的手術部位，依據該手術導航資訊進行手術。

除此之外，本第二實施例之定位與導航系統更包含一外部伺服器900與該穿戴式裝置500有線或無線連接，該外部伺服器900包含一第二資訊收發模組911；與該至少一毫米波定位模組600、該輔助定位模組570和該第二資訊收發模組911連接的一第二影像處理模組913；與該第二影像處理模組913連接的第二顯示模組950；以及與該第二影像處理模組913連接的第二手術導航模組（圖未示）。其中，該第二資訊收發模組911的用途相當於前述之第一收發模組511，可接收外部裝置（如CT、MRI、fMRI或DTI等）所掃描的至少一影像資訊（如二維影像資訊），而該第二影像處理模913組同樣可將前述之二維影像資訊進行三維影像重組形成一三維虛擬影像。接續，該第二影像處理模組913還可即時接收該毫米波定位模組600所取得的組織部位資訊或／及其深度資訊，以及輔助定位模組570所取得的至少一二維影像，建構出該患者800手術部位的一三維特徵點影像；同時，該第二影像處理模組913將三維虛擬影像與三維特徵點影像（包含完整的三維特徵點影像或／及部份的三維特徵點影像）疊合形成患者800手術部位的一三維疊合影像，並將該三維疊合影像顯示於前述之第一顯示模組550或第二顯示模組950中。最後，第二手術導航模組相當於前述之第一術導航模組，可依據該三維疊合影像由外部輸入一手術導航資訊至手術導航模組中；或是由手術導航模組依據該三維疊合影像運算出該手術導航資訊，並呈現於第一顯示模組550或第二顯示模組950。

最後，請參照第六圖，其為本發明較佳實施例之用於手術的定位與導航系統的運作方法流程圖。如第六圖所示，本實施例之用於手術的定位與導航系統的運作方法包含以下步驟，（A）一穿戴式顯示裝置偵測一患者的手術部位以取得一部份的三維特徵點影像，其中該穿戴式顯示裝置包含至少一毫米波定位模組、一輔助定位模組以及一顯示模組；（B）疊合一三維虛擬影像與該部份的三維特徵點影像疊合以形成一三維疊合影像，並顯示於該第一顯示模組；以及（C）依據該三維疊合影像對該患者進行手術；其中，該穿戴式顯示裝置可透過該輔助定位模組或該至少一毫米波定位模組偵測的至少一感測資訊即時校正與更新該三維疊合影像。其中該步驟（A）之前更包含步驟：（a）一外部裝置掃描該患者的手術部位以取得至少一第一二維影像；以及（b）該第一影像處理模組重組該至少一二維影像重組為該三維虛擬影像。

透過本案之用於手術的定位與導航系統及其運作方法所能達到的優越功效如下：

（1）毫米波的波長較一般紅外線感測裝置來的長，當遇到障礙物時相對較容易繞過，而不易受到障礙物干擾。

（2）毫米波由於波長較長，對組織的穿透率較佳；相反的，紅外線感測裝置由於對組織的穿透率較差，因此只能利用表面的特徵物做定位的參考點。然而，由於毫米波的穿透率較佳，因此能夠利用特徵物的三維空間做定位，或者截取不同深度的特徵點來做定位參考，定位準確度明顯優於紅外線感測裝置。

（3）紅外線感測裝置的定位容易受到干擾而影響定位準確度。由於人體的自然輻射以及機械設備所發出的熱輻射位於紅外線的波段內，因此該些熱輻射會干擾紅外線感測的準確度；而毫米波並不會受到熱輻射的干擾。除此之外，由於紅外線相關裝置設備相當普遍，彼此之間容易互相干擾，尤其在手術時可能同時開啟多台儀器設備做使用，該些儀器設備皆有可能會對紅外線導航定位產生干擾。最後，由於大氣對紅外線有較佳的穿透率，因此手術外環境的紅外線皆有可能對定位導航產生影響；然而，大氣對毫米波的穿透率較差，故外在環境的毫米波干擾幾可忽略。

（4）組織辨識：由於不同組織對於電磁波的穿透率與吸收率皆不相同，透過毫米波來回反射的訊號中進行分析，即可得知是從何處組織所傳回的訊號。

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，即依本發明申請專利範圍及說明內容所作之簡單變化與修飾，皆仍屬本發明涵蓋之範圍內。

10　…　定位與導航系統 100　…　穿戴式裝置 110　…　處理器 111　…　第一資訊收發模組 113　…　第一影像處理模組 130　…　毫米波定位模組 131　…　訊號處理單元 133　…　訊號發射單元 135　…　訊號接收單元 150　…　第一顯示模組 170　…　輔助定位模組 200　…　手術器械裝置 300　…　患者 400　…　外部伺服器 411　…　第一資訊收發模組 413　…　第一影像處理模組 450　…　第一顯示模組 20　…　定位與導航系統 500　…　穿戴式裝置 510　…　處理器 511　…　第一資訊收發模組 513　…　第一影像處理模組 600　…　毫米波定位模組 631　…　訊號處理單元 633　…　訊號發射單元 635　…　訊號接收單元 550　…　第一顯示模組 570　…　輔助定位模組 700　…　手術器械裝置 800　…　患者 490　…　外部伺服器 911　…　第一資訊收發模組 913　…　第一影像處理模組 950　…　第一顯示模組（A）-（C）　…　步驟

第一圖為本發明第一實施例之用於手術的定位與導航系統的示意圖。

第二圖為本發明第一實施例之用於手術的定位與導航系統的細部示意圖。

第三圖為本發明第二實施例之用於手術的定位與導航系統的示意圖。

第四圖為本發明第二實施例之用於手術的定位與導航系統的細部示意圖。

第五圖為本發明較佳實施例之毫米波定位模組的示意圖。

第六圖為本發明較佳實施例之用於手術的定位與導航系統的運作方法流程圖。

10　…　定位與導航系統 100　…　穿戴式裝置 110　…　處理器 130　…　毫米波定位模組 150　…　第一顯示模組 200　…　手術器械裝置 300　…　患者

Claims

一種用於手術的定位與導航系統，包含：一穿戴式裝置，包含：至少一處理器；至少一毫米波定位模組，與該至少一處理器連接，該至少一毫米波定位模組發出頻率介於24-300GHz的毫米波訊號；以及一第一顯示模組，與該至少一處理器連接；以及一手術器械裝置，與該穿戴式裝置連接；其中，該至少一處理器疊合一三維虛擬影像與一部份的三維特徵點影像以形成一三維疊合影像，並顯示於該第一顯示模組。
如請求項1所述之用於手術的定位與導航系統，其中該至少一處理器包含：一第一資訊收發模組，接收一外部裝置所掃描的至少一影像資訊；以及一第一影像處理模組，與該第一資訊收發模組連接。
如請求項2所述之用於手術的定位與導航系統，其中該第一影像處理模組將該至少一影像資訊重組為該三維虛擬影像，且該至少一毫米波定位模組取得該部份的三維特徵點影像及至少一第一感測資訊。
如請求項3所述之用於手術的定位與導航系統，其中該第一影像處理模組即時接收該部份的三維特徵點影像，且該第一影像處理模組將該三維虛擬影像及該部份的三維特徵點影像疊合形成該三維疊合影像，並顯示於該第一顯示模組。
如請求項4所述之用於手術的定位與導航系統，其中該穿戴式裝置更包含一輔助定位模組與該至少一處理器連接。
如請求項5所述之用於手術的定位與導航系統，其中該輔助定位模組包含至少一感測單元、至少一攝像單元或其組合，且該輔助定位模組取得至少一第二感測資訊。
如請求項6所述之用於手術的定位與導航系統，其中該第一影像處理模組更透過該至少一第一感測資訊及該第二感測資訊即時校正與更新該三維疊合影像。
如請求項5所述之用於手術的定位與導航系統，其中該至少一第一及第二感測資訊包含該穿戴式顯示裝置的移動位置、加速度、角速度、旋轉角度或其組合。
如請求項4所述之用於手術的定位與導航系統，其中該毫米波定位模組更包含一訊號處理單元、一訊號發射單元以及一訊號接收單元，其中該訊號處理單元分別與該訊號發射單元和該訊號接收單元連接。
如請求項2所述之用於手術的定位與導航系統，更包含一外部伺服器與該穿戴式裝置有線連接，該外部伺服器包含：一第二資訊收發模組，接收該外部裝置所掃描的該至少一影像資訊；一第二影像處理模組，與該至少一毫米波定位模組和該第二資訊收發模組連接；以及一第二顯示模組，與該第二影像處理模組連接。
一種用於手術的定位與導航系統，包含：一穿戴式裝置，包含：至少一處理器；一輔助定位模組，偵測一患者的手術部位，該輔助定位模組包含至少一感測單元；以及一第一顯示模組，與該至少一處理器連接；至少一毫米波定位模組，與該至少一處理器連接，該至少一毫米波定位模組發出頻率介於24-300GHz的毫米波訊號；以及一手術器械裝置，與該穿戴式裝置及該毫米波定位模組連接；其中，該至少一處理器疊合一三維虛擬影像與一部份的三維特徵點影像以形成一三維疊合影像，並顯示於該第一顯示模組。
如請求項11所述之用於手術的定位與導航系統，其中該至少一處理器包含：一第一資訊收發模組，接收一外部裝置所掃描的至少一影像資訊；以及一第一影像處理模組，與該至少一毫米波定位模組及該第一顯示模組連接。
如請求項12所述之用於手術的定位與導航系統，其中該第一影像處理模組將該至少一影像資訊重組為該三維虛擬影像。
如請求項13所述之用於手術的定位與導航系統，其中該輔助定位模組取得至少一感測資訊及至少一二維影像，該至少一毫米波定位模組取得一深度資訊。
如請求項14所述之用於手術的定位與導航系統，其中該第一影像處理模組將該深度資訊與該二維影像重組形成該部份的三維特徵點影像。
如請求項15所述之用於手術的定位與導航系統，該第一影像處理模組將該三維虛擬影像及該部分的三維特徵點影像疊合形成該三維疊合影像，並顯示於該第一顯示模組。
如請求項16所述之用於手術的定位與導航系統，其中該第一影像處理模組更透過該至少一感測資訊即時校正與更新該三維疊合影像。
如請求項17所述之用於手術的定位與導航系統，其中該至少一感測資訊包含該穿戴式顯示裝置的移動位置、加速度、角速度或旋轉角度。
如請求項16所述之用於手術的定位與導航系統，其中該至少一毫米波定位模組更包含一訊號處理單元、一訊號發射單元以及一訊號接收單元，其中該訊號處理單元分別與該訊號發射單元和該訊號發接收單元連接。
如請求項12所述之用於手術的定位與導航系統，更包含一外部伺服器與該穿戴式裝置有線連接，該外部伺服器包含：一第二資訊收發模組，接收該外部裝置所掃描的該至少一影像資訊；一第二影像處理模組，與該輔助定位模組及該至少一毫米波定位模組連接；以及一第二顯示模組，與該第二影像處理模組連接。
一種用於手術的定位與導航系統的運作方法，包含：(A)一穿戴式顯示裝置偵測一患者的手術部位以取得一部份的三維特徵點影像，其中該穿戴式顯示裝置包含至少一毫米波定位模組、一輔助定位模組以及一顯示模組；(B)疊合一三維虛擬影像與該部份的三維特徵點影像疊合以形成一三維疊合影像，並顯示於該第一顯示模組；以及(C)依據該三維疊合影像對該患者進行手術；其中，該穿戴式顯示裝置可透過該輔助定位模組或該至少一毫米波定位模組偵測的至少一感測資訊即時校正與更新該三維疊合影像。
如請求項21所述之用於手術的定位與導航系統的運作方法，其中該步驟(A)之前更包含步驟：(a)一外部裝置掃描該患者的手術部位以取得至少一第一二維影像；以及(b)該第一影像處理模組重組該至少一二維影像重組為該三維虛擬影像。