手术器具定位系统及其定位方法技术方案

本发明专利技术公开了一种手术器具定位系统及其定位方法，将术前拍摄的医疗影像所呈现的人体自然特征信息数据先输入本发明专利技术的定位系统，并进行3D数据重构，再将经光感应元件所得手持器具的位置信息回传至定位系统。接着，可经由定位系统自动建议特征点或自动指定特征点或由操作者手工点选特征点，以建立病患位置与手持器具的坐标关系，解决现有技术对于医生在手术过程中所产生的影响问题。

【技术实现步骤摘要】
手术器具定位系统及其定位方法
本专利技术为一种用于在手术中，针对手术器具进行定位的系统与定位方法。
技术介绍
在进行精密的外科手术时，因下刀或穿刺的位置是达成成功手术的重要因素之一，因此通常进行此类手术时是通过影像导引确认手术穿刺针的位置，藉此避免手术过程因些许距离位置差异而造成的失误与带来手术成效的影响。此类手术常见的应用包括：椎弓螺钉置入手术、活体取样手术、脊椎神经阻断术或植牙等。其中一种现有的手术技术，施术者为能掌握器具位置，需重复照射X光影像，来导引穿刺针前进方向，以确认穿刺针最后的位置。通过精准的穿刺针放置，用以可提供后续手术器械的导引路径，而达到精确无误的治疗。然而，前述的侵入性手术，亦可利用外部的引导系统(或称导航系统)来记录或告知施术者目前手术器具所抵达的位置。其中一种导引方式即是在手术器具上贴上反光元件，在手术进行前，先于引导系统中对该手术器具进行位置注册，以确认反光元件与手术器具间的相对位置关系，而在手术进行时，被施行手术的部位(人体上)也会设置数个反光元件，以供引导系统进行分析手术器具与施行手术部位的相对位置关系。然而，在施术部位上设置反光元件的作法，很容易形成施术者于施术过程中的障碍阻挠，例如：影响器具的动作路径。有鉴于此，当知在现有技术当中，如何解决目前外科手术引导系统上的不便及困难，即是本专利技术所欲解决的问题的所在，针对上述的问题，本专利技术提出一种手术器具定位系统及其定位方法，藉以解决前述的缺失。
技术实现思路
本专利技术主要通过指定身体某个位置为特征点，取代现有技术的方式(对应部位设置反光元件)。藉此，可克服现有技术的问题。本专利技术的主要目的在于提供一种手术器具定位系统及其定位方法，本专利技术的方法是依据分析被施行手术部位或是其周围的表面影像数据，由施术者自行指定或由系统建议或由系统选定至少三个位置，并对应设定与记录为第一坐标数据与第二坐标数据，以将第一坐标数据分别建立成定位系统中的第一特征点、第二特征点与第三特征点，再将第一特征点、第二特征点与第三特征点可设定成绝对位置。该电子计算器所搭载的一手术器具显示软件，即可藉由该光感应元件回传的数据与前述的第一坐标数据、第二坐标数据与第三坐标数据计算出该光感应元件的实时影像位置数据的相对位置并再据以呈像于屏幕。通过本专利技术将无需于被施行手术部位或是其周围再设置数个反光元件，克服施术者在施行手术过程中所产生的施术障碍。为了达成前述的目的，本专利技术在此揭示一种手术器具定位系统，于进行手术时，可用以确认一手持器具的前端相对于一人体内施行手术部位的位置，该手术器具定位系统包括一光感应元件、一影像撷取设备、一电子计算器与一显示设备。光感应元件设置于该手持器具上。影像撷取设备用以连续撷取该手术部位的表面影像数据及该光感应元件的实时影像位置数据。电子计算器电讯连接该影像撷取设备，可接收该表面影像数据及该光感应元件的实时影像位置数据，该电子计算器根据该光感应元件位置计算出该手持器具相对人体以及影像数据位置的位置。该电子计算器再搭载执行一手术器具显示软件，以分析该表面影像数据后，寻找合适的至少三个位置，并对应设定并记录为一第一坐标数据、一第二坐标数据与第三坐标数据，所述的分析寻找合适的位置，其亦可由使用者直接指定或是于分析后向使用者提出建议，并将该第一坐标数据、该第二坐标数据与第三坐标数据分别建立成一第一特征点、一第二特征点与第三特征点。显示设备电性连接该电子计算器，以显示出该第一特征点、该第二特征点与第三特征点及该手持器具的实时仿真影像。前述的手术器具定位系统中，该第一坐标数据、该第二坐标数据与第三坐标数据设为绝对位置，而该光感应元件的实时影像位置数据为该第一坐标数据、该第二坐标数据与第三坐标数据的相对位置。而该第一坐标数据、该第二坐标数据与第三坐标数据输入的其中一种方式藉由一输入设备，该输入设备为电性连接该电子计算器，用户可配合显示设备所呈现的内容，操控输入设备进行点选第一特征点、第二特征点与第三特征点进而输入本手术器具定位系统。亦可通过手术器具直接点选特征点或是自动扫描(线对线或面对面)的方式进行，达到完成定位的目的，该手术器具显示软件可藉由该影像撷取设备确认该光感应元件是否到达对应的位置上。为了精确地计算出本系统所需的定位信息，该第一特征点、该第二特征点与第三特征点可为人体特征，所述人体特征包括眼角、鼻尖、牙齿间隙、牙齿线条趋势或牙窝等具有可部分辨识的影像。本专利技术在此揭示一种手术器具定位方法，于进行外科手术时，确认该手持器具的前端相对于人体内被施行手术部位的位置，手术器具定位方法包含有下列步骤：(A)提供一光感应元件，设置于该手持器具上；(B)提供一影像撷取设备，以连续地或间歇地撷取该人体的一表面影像数据及该光感应元件的实时影像位置数据；(C)根据该表面影像数据及该光感应元件位置计算出该手持器具相对人体以及影像数据位置的位置；(D)提供一手术器具显示软件，以分析该表面影像数据的至少三个位置，并对应设定并记录为一第一坐标数据、一第二坐标数据与一第三坐标数据，并将该第一坐标数据、该第二坐标数据与第三坐标数据分别建立成一第一特征点、一第二特征点与第三特征点；以及(E)提供一显示设备，以显示出该第一特征点、该第二特征点与第三特征点及该手持器具的实时位置或是仿真影像。前述的手术器具定位方法中，于步骤(E)之后更包括下列步骤：藉由一输入设备点选该第一特征点、该第二特征点与第三特征点，由该显示设备所显示的该手术器具显示软件显示该影像撷取设备确认该光感应元件是否到达该第一特征点、该第二特征点或第三特征点的位置上。而前述的手术器具显示软件中的演算方法流程如下：(a)加载医学影像；(b)医学图像处理；(c)3D数据重构；(d)判断特征数据；(e)取得实际空间特征数据；(f)取得初对位矩阵或(f-1)特征点对应算法，以取得影像与实际空间转换矩阵；(g)取得实际空间中表面数据；(h)表面对应算法，以取得影像与实际空间转换矩阵。其中该演算方法步骤(d)的判断方式可为自动判断或手动判断；而该演算方法步骤(d)的判断特征数据为点、面或部位。其中该演算方法步骤(g)取得实际空间中表面数据利用接触方式或非接触方式。而当该演算方法步骤(d)的判断方式可为自动判断时，该自动判断特征数据的流程如下：(d-1)加载医学影像；(d-2)影像滤波、去噪声、强化；(d-3)直方图分析、影像频率分析；(d-4)数据分群与条件设定；(d-5-1)根据不同阈值、范围、频率区域成长；(d-5-2)根据解剖构造区域成长或分割；(d-6)梯度与散度计算；(d-7)特征部位判断；(d-8)输出特征部位坐标、形状、类型。经由上述的说明可知，藉由本专利技术的手术器具定位系统及其定位方法，即可实现本专利技术人人所欲达成的目标，藉由病患本人的生物特征作为绝对寻址位置，仅配合手持器具上的光感应元件，而不需在被施行手术部位上再设置数个反光元件，藉以解决施术者在施行手术过程中所产生的施术障碍。附图说明图1为本专利技术的手术器具定位系统示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手术器具定位系统，于进行一外科手术时，用于确认一手持器具的前端相对于一人体内的位置，其特征在于，该手术器具定位系统包括：/n一光感应元件，设置于该手持器具上；/n一影像撷取设备，以连续地或间歇性地撷取该人体的一表面影像数据，及该光感应元件的实时影像位置数据；/n一电子计算器，电性连接该影像撷取设备，接收该表面影像数据及该光感应元件的实时影像位置数据，该电子计算器根据该光感应元件位置计算出该手持器具相对人体以及影像数据位置的位置，且该电子计算器搭载执行一手术器具显示软件，用以分析该表面影像数据的至少三个位置，并对应设定并记录为一第一坐标数据、一第二坐标数据与一第三坐标数据，并将该第一坐标数据与该第二坐标数据与一第三坐标数据分别建立成一第一特征点、一第二特征点与一第三特征点；以及/n一显示设备，电性连接该电子计算器，以显示出该第一特征点、该第二特征点、第三特征点及该手持器具的实时位置或是显示仿真该手持器具与其周围立体影像。/n

【技术特征摘要】
20180712 TW 1071241481.一种手术器具定位系统，于进行一外科手术时，用于确认一手持器具的前端相对于一人体内的位置，其特征在于，该手术器具定位系统包括：
一光感应元件，设置于该手持器具上；
一影像撷取设备，以连续地或间歇性地撷取该人体的一表面影像数据，及该光感应元件的实时影像位置数据；
一电子计算器，电性连接该影像撷取设备，接收该表面影像数据及该光感应元件的实时影像位置数据，该电子计算器根据该光感应元件位置计算出该手持器具相对人体以及影像数据位置的位置，且该电子计算器搭载执行一手术器具显示软件，用以分析该表面影像数据的至少三个位置，并对应设定并记录为一第一坐标数据、一第二坐标数据与一第三坐标数据，并将该第一坐标数据与该第二坐标数据与一第三坐标数据分别建立成一第一特征点、一第二特征点与一第三特征点；以及
一显示设备，电性连接该电子计算器，以显示出该第一特征点、该第二特征点、第三特征点及该手持器具的实时位置或是显示仿真该手持器具与其周围立体影像。


2.如权利要求1所述的手术器具定位系统，其特征在于，该第一坐标数据、该第二坐标数据与该第三坐标数据为绝对位置，且该光感应元件的实时影像位置数据为该第一坐标数据、该第二坐标数据与该第三坐标数据的相对位置。


3.如权利要求2所述的手术器具定位系统，其特征在于，更包括：一输入设备，电性连接该电子计算器，该输入设备藉由该显示设备所显示的该手术器具显示软件，以点选该第一特征点或该第二特征点或该第三特征点，且该手术器具显示软件可藉由该影像撷取设备确认该光感应元件所结合的手持器具是否到达该第一特征点或该第二特征点或该第三特征点的位置上。


4.如权利要求3所述的手术器具定位系统，其特征在于，该第一特征点、该第二特征点与或该第三特征点为人体特征、眼角、鼻尖、牙齿间隙、牙齿线条趋势或牙窝。


5.如权利要求3所述的手术器具定位系统，其特征在于，该光感应元件为一反光元件或是一可主动发光元件。


6.一种手术器具定位方法，于进行一外科手术时，用于确认一手持器具的前端相对于一人体内的位置，其特征在于，该手术器具定位方法包括下列步骤：
(A)提供一光感应元件，用以设置于该手持器具上；
(B)提供一影像撷取设备，以连续撷取该人体的一表面影像数据及该光感应元件的实时影像位置数据；
(C)根据该表面影像数据及该光感应元件位置计算出该手持器具相对人体以及影像数据位置的位置；
(D)提供一手术器具显示软件，以分析该表面影像数据的至少三个位置，并对应设定并记录为...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄大可，黄大千，
申请(专利权)人：医百科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71