[發明專利]用于器械跟蹤的構造標記設計和檢測

有效

• 申請號: 200980157767.2
• 申請日: 2009-12-17
• 公開（公告）號: CN102341054A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 趙濤;趙文毅;W·C·諾林
• 申請（專利權）人: 直觀外科手術操作公司
• 主分類號: A61B19/00
• 分類號: A61B19/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

1.一種手術機器人工具跟蹤方法，其包含：

引導來自光源的照明光到達患者體內的機器人手術工具上，其中所述工具包括在所述工具上具有已知位置的多個原始特征，并且其中每個特征都包括球形反射表面；

當所述工具處于所述患者體內時，捕捉多個所述原始特征的立體圖像，其中通過所述光源附近的立體圖像捕捉裝置捕捉立體圖像，以便從被成像的原始特征反射向所述圖像捕捉裝置的照明光基本與所述被成像的原始特征的表面的球心對齊；以及

通過處理所述立體圖像以便通過使用被反射的光來定位所述被成像的原始特征的球心，從而確定所述工具的位置。

2.根據權利要求1所述的方法，其中所述照明光包括可見光譜。

3.根據權利要求1所述的方法，其中通過處理所述圖像對所述工具位置的確定被實現為通過使用鏡面反射光識別至少一個所述原始特征。

4.根據權利要求1所述的方法，進一步包含處理所述立體圖像，以便確定所述被成像的原始特征的所述球心的三維位置數據。

5.根據權利要求4所述的方法，其中星座算法用于識別第一圖像中的所述原始特征的圖案。

6.根據權利要求5所述的方法，進一步包含：

通過使用來自所述工具的現有圖像的至少一種現有工具狀態或來自實現所述工具的運動的機器人致動系統的關節數據來產生所述工具的估計工具狀態，以及

在所述星座算法中使用所述估計工具狀態。

7.根據權利要求4所述的方法，其進一步包含：

捕捉多個時間點的立體圖像；

產生所述多個時間點的估計工具狀態；以及

通過使用魯棒估計技術，拒絕任何矛盾的圖案檢測。

8.根據權利要求7所述的方法，其中使用的所述魯棒估計技術為隨機抽樣一致技術，即RANSAC技術。

9.根據權利要求4所述的方法，其中基于模型的圖像識別標志用于所述圖像中的原始特征的識別。

10.根據權利要求4所述的方法，其進一步包含：

處理所述立體圖像，以便識別兩個所述圖像中的所述工具的自身特征；

確定被識別的自身特征的三維位置；以及

通過使用所述自身特征的三維位置并結合所述被成像的原始特征的三維位置數據，確定源自圖像的工具狀態。

11.根據權利要求1所述的方法，其進一步包含：

通過使用來自所述工具的現有圖像的至少一種現有工具狀態或實現所述工具的運動的機器人致動系統的關節數據來產生所述工具的估計工具狀態，以及

使用所述估計工具狀態來拒絕矛盾的圖案檢測。

12.根據權利要求1所述的方法，其中至少一個所述原始特征包含與所述工具的關節軸線對齊的凸或凹球形反射表面，所述表面由關節結構限定。

13.一種機器人手術系統，其包含：

機器人手術工具，其具有在所述工具上有已知位置的多個原始特征，并且其中每個特征都包含球形反射表面；

光源，其被導向從而在患者體內發射照明光；

立體圖像捕捉裝置，其鄰近照明源，以便從所述原始特征反射向所述圖像捕捉裝置的照明光基本與所述球面的球心對齊；以及

處理器，其與所述圖像捕捉裝置連接，并且被配置為用于通過處理立體圖像以便通過使用反射光定位被成像的原始特征的球心，從而確定所述工具的位置。

14.根據權利要求13所述的系統，其進一步包含有形媒介，所述有形媒介包括可由所述處理器執行以便處理所述立體圖像的機器可讀指令。

15.根據權利要求13所述的系統，其中所述處理器被配置為通過處理所述立體圖像以便使用鏡面反射光識別至少一個所述原始特征，來確定所述工具的位置。

16.根據權利要求13所述的系統，其中所述原始特征中的一個與所述工具的關節軸線對齊，所述表面由關節結構限定。

17.根據權利要求13所述的系統，其中所述處理器被配置，以便通過處理所述立體圖像，確定所述被成像的原始特征的球心的三維位置數據。

18.根據權利要求17所述的系統，其中所述成像裝置包含立體內窺鏡。