跟踪系统及利用上述跟踪系统的跟踪方法技术方案

本发明专利技术公开了一种跟踪系统及利用其的跟踪方法，其仅利用一台成像单元也能计算出各个标记的三维坐标，从而不仅能够减少制作费用，而且实现了装备的紧凑化，使得能够最小化手术空间的制约。在上述跟踪系统及利用上述跟踪系统的跟踪方法中，从各个标记释放的光通过两个路径向一台成像单元传输，从而在上述成像单元的图像传感器中，对各个标记形成基于各个路径的两个(直接影像和反射影像)影像，使得能够仅利用一台成像单元也能计算和确认附着于目标物的标记的空间位置和方向，因此，不仅能够降低跟踪系统的制作费用，而且能够实现装备的小型轻量化，从而与现有的跟踪系统相比，具有相对少受手术空间的制约的效果。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】跟踪系统及利用上述跟踪系统的跟踪方法
本专利技术涉及跟踪系统及利用上述跟踪系统的跟踪方法，更详细地，涉及通过跟踪附着于患者的患处或手术器械之类的目标物的多个标记的坐标，来检测目标物的空间位置信息或方向信息的手术用跟踪系统及利用上述跟踪系统的跟踪方法。
技术介绍
最近，当实施腹腔镜手术或耳鼻喉科手术时，为了更加减少患者的痛苦，并使患者更快恢复而正研究和导入机器人手术。当实施这种机器人手术时，为了可以将手术的风险最小化，并能进行更加精密的手术，使用可以在准确地跟踪并检测患处或手术器械之类的目标物的空间位置和方向之后，向患者的患处准确地引导(NAVIGATE)上述手术器械的导航仪。如上所述的手术用导航仪包括可以准确地跟踪并检测如上所述的患处或手术器械之类的目标物的空间位置和方向的跟踪系统。如上所述的跟踪系统包括：标记，通常附着于患处或手术器械之类的目标物；第一成像单元、第二成像单元，使通过上述多个标记来释放的光完成成像；以及处理器，与上述第一成像单元、第二成像单元相连接来计算出上述多个标记的三维坐标之后，将用于连接已保存的相邻的上述多个标记的多个直线的信息和由相邻的一对直线所形成的角度信息，与上述多个标记的三维坐标进行比较，来计算出上述目标物的空间位置和方向。在此，为了通过处理器来计算出上述多个标记的三维坐标，通常在假设从一个标记中释放并在第一成像单元完成成像的上述标记的坐标和在上述第二成像单元完成成像的上述标记的坐标相同的情况下，通过三角法，借助上述处理器进行检测，因此，为了通过处理器来计算出各个标记的三维坐标，必须需要两台探测器。因此，现有的普通的跟踪系统必须设置用于在互不相同的位置使从各个标记中释放的光成像的两台成像单元，因此，不仅会使制作费用上升，而且系统的整体大小变大，从而具有手术空间受到很大制约的问题。
技术实现思路
解决的技术问题因此，本专利技术的目的在于，提供一种跟踪系统及利用上述跟踪系统的跟踪方法，其仅利用一台成像单元也可以计算出各个标记的三维坐标，从而不仅可以减少制作费用，而且能够实现装备的紧凑化，使得能够最小化手术空间的制约。技术方案本专利技术的一实施例的跟踪系统包括：至少三个标记，附着于目标物，释放光或反射从至少一个光源释放的光；反射器，反射从上述多个标记释放的光或借助上述多个标记来反射后释放的光；成像单元，直接接收从上述多个标记释放的光，使直接影像完成成像，与此同时，接收从上述多个标记释放光后借助上述反射器来反射并释放的光，使反射影像完成成像；以及处理器，利用在上述成像单元中完成成像的所述多个标记的直接影像和反射影像，来分别计算出上述多个标记的三维坐标后，对上述多个标记的三维坐标和已保存的相邻的多个标记之间的几何学信息进行比较，从而计算出上述目标物的空间位置和方向。作为一例，上述反射器可以为镜子，上述镜子能够通过向上述成像单元侧反射从上述多个标记释放的光，使反射影像完成成像。作为一例，上述反射器可以与上述成像单元位于相同的光程，通过上述处理器的控制，来变更上述反射器的设置位置或角度、反射面的形状中的至少一个，从而改变上述反射影像的成像位置。作为一例，上述成像单元可以为摄像机，上述摄像机通过接收从上述标记直接释放的光和借助上述反射器来反射的光，来使影像完成成像。另一方面，上述多个标记之间的几何学信息可以为长度信息和角度信息，上述长度信息为用于连接相邻的上述多个标记的多个直线的长度信息，上述角度信息为由相邻的一对上述直线所形成的角度信息。本专利技术的一实施例的跟踪方法包括：直接接收从附着于目标物的至少三个标记释放的光，使直接影像在成像单元完成成像，与此同时，接收从上述多个标记释放后借助设置于特定位置来反射光的反射器所释放的光，使反射影像在成像单元中完成成像的步骤；利用在上述成像单元中完成成像的上述多个标记的直接影像和反射影像，并通过处理器来计算出上述各个标记的三维坐标的步骤；以及对上述各个标记的三维坐标和已保存于上述处理器的相邻的多个标记之间的几何学信息进行比较，来计算出上述目标物的空间位置和方向的步骤。在此，上述多个标记之间的几何学信息可以为长度信息和角度信息，上述长度信息为用于连接相邻的上述多个标记的多个直线的长度信息，上述角度信息为由相邻的一对上述直线所形成的角度信息。另一方面，使上述反射影像在成像单元中完成成像的步骤可以包括由上述处理器控制反射器的设置位置、角度及反射面的形状的变更中的至少一个，从而在与上述成像单元相同的光程上改变上述反射影像的成像位置的步骤。作为一例，计算出上述多个标记的三维坐标的步骤可以包括：通过上述处理器来计算出在上述成像单元中完成成像的上述多个标记的直接影像和反射影像的二维坐标的步骤；以及利用上述多个标记的直接影像的二维坐标和上述反射影像的二维坐标，并通过上述处理器来计算出上述多个标记的三维坐标的步骤。专利技术效果像这样，本专利技术的一实施例的跟踪系统及利用上述跟踪系统的跟踪方法使各个标记所释放的光直接向成像单元流入的同时借助反射器来反射，从而向上述成像单元流入。即，从各个标记释放的光通过两个路径(第一路径：标记→成像单元，第二路径：标记→反射器→成像单元)向成像单元传输，从而在上述成像单元的图像传感器中，对各个标记形成基于各个路径的两个(直接影像和反射影像)影像，使得仅利用一台成像单元也可以计算和确认附着于目标物的标记的空间位置和方向。因此，不仅可以降低跟踪系统的制作费用，而且可以实现装备的小型轻量化，从而与现有的跟踪系统相比，具有相对少受手术空间的制约的效果。附图说明图1为本专利技术的一实施例的跟踪系统的简图。图2为多个标记附着于目标物的例示图。图3为用于说明在镜头的相同光程之上，当标记的位置改变时的反射影像所成像的位置的变化的例示图。图4为用于说明本专利技术的一实施例的跟踪方法的框图。图5为用于说明计算出多个标记的三维坐标的过程的框图。图6为将成像单元的图像传感器虚拟分割为直接影像的坐标系和反射影像的坐标系的例示图。图7为用于说明影像中的二维坐标和实际标记的三维坐标之间的关系的图。具体实施方式本专利技术可以实施多种变更，也可以具有多种形态，本专利技术将特定实施例例示于附图中，并在本文中进行详细说明。但这并不用于将本专利技术限定于特定的公开形态，而应理解为包括本专利技术的思想及技术范围所包括的所有变更、等同技术方案及代替技术方案。第一、第二等术语可用于说明多种结构要素，但上述结构要素不能仅限于上述术语。上述术语仅用于从另一个结构要素中区别出一个结构要素的目的。例如，在不脱离本专利技术的保护范围的情况下，第一结构要素可命名为第二结构要素，相似地，第二结构要素也可命名为第一结构要素。在本专利技术中所使用的术语仅用于对特定的实施例进行说明，并不用于限定本专利技术。只要在上下文中未明确地表示不同，单数的表达就可以包括复数的表达。在本申请中，应理解为“包括”或“具有”等术语用于指定说明书所记载的特征、数字、步骤、动作、结构要素、部件或他们的组合的存在，并不用于提前排除一个或一个以上的其他特征或数字、步骤、动作、结构要素、部件或他们的组合的存在或附加可能性。只要没有以不同的方式定义，包括技术性术语或科学性术语在内的，在此使用的所有术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。通常所使用的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种跟踪系统，其特征在于，包括：至少三个标记，附着于目标物，释放光或反射从至少一个光源释放的光；反射器，反射从上述多个标记释放的光或借助上述多个标记来反射后释放的光；成像单元，直接接收从上述多个标记释放的光，使直接影像完成成像，与此同时，接收从上述多个标记释放后借助上述反射器来反射并释放的光，使反射影像完成成像；以及处理器，利用在上述成像单元中完成成像的上述多个标记的直接影像和反射影像，来分别计算出上述多个标记的三维坐标后，对上述多个标记的三维坐标和已保存的相邻的多个标记之间的几何学信息进行比较，从而计算出上述目标物的空间位置和方向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.01.10 KR 10-2013-00028411.一种跟踪系统，其特征在于，包括：至少三个标记，附着于目标物，释放光或反射从至少一个光源释放的光；反射器，反射从上述至少三个标记释放的光或借助上述至少三个标记来反射后释放的光；成像单元，直接接收从上述至少三个标记释放的光，使直接影像完成成像，与此同时，接收从上述至少三个标记释放后借助上述反射器来反射并释放的光，使反射影像完成成像；以及处理器，利用在上述成像单元中完成成像的上述至少三个标记的直接影像和反射影像，来分别计算出上述至少三个标记的三维坐标后，对上述至少三个标记的三维坐标和已保存的相邻的多个标记之间的几何学信息进行比较，从而计算出上述目标物的空间位置和方向。2.根据权利要求1所述的跟踪系统，其特征在于，上述反射器为镜子，上述镜子能够通过向上述成像单元侧反射从上述至少三个标记释放的光，使反射影像完成成像。3.根据权利要求1所述的跟踪系统，其特征在于，上述反射器与上述成像单元位于相同的光程上，通过上述处理器的控制，来变更上述反射器的设置位置或角度、反射面的形状中的至少一个，从而改变上述反射影像的成像位置。4.根据权利要求1所述的跟踪系统，其特征在于，上述成像单元为摄像机，上述摄像机通过接收从上述至少三个标记直接释放的光和借助上述反射器来反射的光，使影像完成成像。5.根据权利要求1所述的跟踪系统，其特征在于，上述至少三个标记之间的几何学信息为长度信息和角度信息，上述长度信息为用于连接相邻的至少三...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪钟圭，李贤箕，郑载宪，金珉永，
申请(专利权)人：株式会社高永科技，庆北大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：韩国;KR