在手术中跟踪患者位置的方法和系统技术方案

一种响应于患者(101)的移动来更新用于机械臂组件(140)的手术路径的方法。方法包括处理与标签(200)相关联的二维图像(300)，标签(200)与患者(101)具有空间关系。基于该空间关系，来确定标签(200)响应于患者(101)的移动的对应移动。标签(200)包括第一点(201)和第二点(202)，并且二维图像(300)包括第一点图像(301)和第二点图像(302)。方法还包括：将第一点图像(301)与第一点(201)相关联，并且将第二点图像(302)与第二点(202)相关联，并且基于第一点(201)和第二点(202)与第一点图像(301)和第二点图像(302)的转换矩阵来更新手术路径。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在手术中跟踪患者位置的方法和系统相关申请的交叉引用本申请要求于2018年08月01日提交的美国临时申请号62/713522和2019年03月19日提交的美国临时申请号62/820804的权益，通过引用以其整体合并于此。
本专利技术的实施例通常涉及在手术中跟踪患者的位置或定向的方法和系统。
技术介绍
除非本文中另外指示，否则本节中描述的方法对本申请中的权利要求而言并非现有技术，并且通过包括在本节中并非承认其为现有技术。为了执行手术，手术路径的计划至关重要。机器人手术可以提供对手术路径的精确控制。在手术前，对患者进行医学扫描(例如CT或MRI)。基于医学扫描来计划到所需解剖区域的手术路径。可以采用人工智能向外科医师建议带来最少损害量的最佳路径。为了执行手术，患者的位置可以与医疗扫描的透视图进行匹配，以沿着所规划的手术路径准确执行手术。然而，在手术中，患者的位置可能移动。因此，所计划的手术路径根据患者的移动的位置可能不适用，并且可以响应于患者的移动的位置而被更新。附图说明图1是示出被配置成对患者执行手术的手术系统的示例图；图2是示出标签的示例图；图3A是由光学装置捕获的标签的示例图像；图3B是由光学装置捕获的标签的示例经处理图像；图4是图示处理与标签相关联的二维图像的示例过程的流程图；图5是图示将点图像与标签的点相关联的示例过程的流程图；图6是图示基于多个转换矩阵来响应于患者的移动来更新手术路径的示例过程的流程图，全部都根据本公开的一些实施例进行布置。具体实施方式在下面的具体实施方式中，参考形成其一部分的附图。在附图中，除非上下文另外指出，否则类似符号通常标识类似组件。具体实施方式、附图和权利要求中描述的说明性实施例并非意指限制。可以利用其他实施例，并且可能做出其他改变，而不背离在这里呈现的主题的精神或范畴。将容易理解，如本文一般描述以及图中图示的本公开的方面可以以广泛多种的不同配置进行布置、替换、组合和设计，所有这些在本文中被明确预期。图1是示出根据本公开的一些实施例布置的，被配置成对患者101执行手术的手术系统100的示例图。在一些实施例中，手术系统100包括框架120、手术台130和机械臂组件(roboticarmassembly)140。在一些实施例中，框架120被配置成支撑和附接到患者110的手术目标(例如，患者的头部103)。此外，框架120还被配置成附接到手术台130。在一些实施例中，框架120还包括标签(tag)121。标签121与框架120固定在一起或一体形成。因此，患者的头部103、手术台130、框架120和标签121一起可以形成预先确定的空间关系。换句话说，响应于患者头部103的第一移动，标签121基于预先确定的空间关系也具有对应的第二移动。因此，标签121的移动也可以用于确定患者的头部是否已经移动。在一些实施例中，框架121可以包括一个以上的标签。每个标签可以包括彼此唯一的标识图案。因此，手术系统100可以基于这些标签来处理不同的需求。在一些实施例中，机械臂组件140可以包括外科手术器械141、光学装置143、第一臂147、第二臂148和第三臂149。在一些实施例中，光学装置143是能够在不同的时间捕获标签121的图像的IR相机。这些捕获的图像被处理以标识标签121的移动是否超过阈值。响应于确定标签121的移动超过阈值，与机械臂组件140相关联的处理器(未示出)可以基于上述预先确定的空间关系来确定患者110已经移动，并且向机械臂组件140发出命令，以停止手术并且移动到不会对患者110造成伤害的安全点。响应于确定患者110已经移动，处理器可以计算新的手术路径，并且向机械臂组件140发出命令，以从安全点沿着新手术路径移动。图2是示出根据本公开的一些实施例布置的标签200的示例图。标签200可以对应于图1的标签121。在一些实施例中，标签200包括点201、点202、点203、点204、点205和标识图案209。点201、202、203、204、205和标识图案209可以发射具有特定波长的光，该具有特定波长的光可以被光学装置(例如，光学装置143)捕获。相反，标签200的其他部分发射非常少的这种光，并且因此可以几乎不被光学装置捕获。在一些其他实施例中，点201、202、203、204、205和标识图案209可以反射由光源生成的具有特定波长的光，该具有特定波长的光可以被光学装置(例如，光学装置143)捕获。标签200的其他部分可以吸收这种光，并且因此可以几乎不被光学装置捕获。图3A是根据本公开的一些实施例布置的由光学装置捕获的标签的示例图像300。图像300可以包括点图像301、302、303、304和305，在点图像304和305之间的条形图像306，以及标识图像309。将点图像301、302、303、304和305与点201、202、203、204和205相关联是一个挑战。在一些实施例中，点图像301可以对应于点201的图像。类似地，点图像302可以对应于点202的图像，点图像303可以对应于点203的图像，点图像304可以对应于点204的图像，并且点图像305可以对应于点205的图像。条形图像306可以对应于在点204和205之间的标签200的部分。标识图像309可以对应于标识图案209。图3B是由光学装置捕获的标签的示例经处理图像300’，图4是图示用于处理与标签相关联的二维图像的示例过程400的流程图，全部都根据本公开的一些实施例进行布置。过程400可以包括如由框410、420和/或430所示的一个或多个操作、功能或动作，其可以由硬件、软件和/或固件执行。各个框不旨在限于所描述的实施例。概述的步骤和操作仅作为示例被提供，并且步骤和操作中的一些可以是可选的、可以被组合成较少的步骤和操作，或者可以被扩展成附加步骤和操作，而不会有损所公开实施例的实质。尽管以顺序的次序图示了框，但是这些框也可以被并行执行和/或以与本文描述的顺序不同的顺序执行。结合图3B，下面将进一步详细描述图4。过程400可以在框410“分配坐标”处开始。参考图3A，在一些实施例中，图像300是与标签200相关联的二维图像。在图3B中，图像300’可以是经处理的图像300。在一些实施例中，二维坐标系被分配给图像300’。在一些实施例中，左上角307被指定为二维坐标系的原点(0，0)。二维坐标系可以是基于图像300的像素。因此，可以通过二维坐标系来描述图像300上的点图像301、302、303、304和305。框410可以跟随有框420“标识与点图像相关联的坐标”。在一些实施例中，为了从图像300’有效地标识点图像301、302、303、304和305，可以应用阈值化技术。例如，首先以包括许多像素的块来处理图像300’。在一些实施例中，不包括具有大于阈值的强度的任何像素的块(例如，区域310或条形图像306)被丢弃不进行进一步的处理以节省计算资源。然后，在像素基础上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种响应于患者的移动，而更新用于机械臂组件的手术路径以对所述患者执行手术的方法，所述患者与包括标签的框架具有预定的空间关系，所述方法包括：/n处理与所述标签相关联的二维图像，所述标签与所述患者具有所述空间关系，其中所述标签响应于所述患者的所述移动的对应移动基于所述空间关系而被确定，并且其中所述标签包括第一点和第二点，并且所述二维图像包括第一点图像和第二点图像；/n将所述第一点图像与所述第一点相关联，并且将所述第二点图像与所述第二点相关联；以及/n基于所述第一点和所述第二点与所述第一点图像和所述第二点图像的转换矩阵，更新所述手术路径。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180801 US 62/713,522;20190319 US 62/820,8041.一种响应于患者的移动，而更新用于机械臂组件的手术路径以对所述患者执行手术的方法，所述患者与包括标签的框架具有预定的空间关系，所述方法包括：
处理与所述标签相关联的二维图像，所述标签与所述患者具有所述空间关系，其中所述标签响应于所述患者的所述移动的对应移动基于所述空间关系而被确定，并且其中所述标签包括第一点和第二点，并且所述二维图像包括第一点图像和第二点图像；
将所述第一点图像与所述第一点相关联，并且将所述第二点图像与所述第二点相关联；以及
基于所述第一点和所述第二点与所述第一点图像和所述第二点图像的转换矩阵，更新所述手术路径。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述处理所述二维图像还包括：基于扩大因子和缩小因子，标识具有大于第一阈值的强度的所述第一点图像和所述第二点图像。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述处理二维图像还包括：将二维坐标系分配给所述二维图像，并且在所述二维坐标系中标识与所述第一点图像和所述第二点图像相关联的坐标。


4.根据权利要求1所述的方法，其中所述将所述第一点图像与所述第一点相关联还包括：
在所述二维坐标系中获得与所述第一点图像和所述第二点图像相关联的几何中心；
获得所述第一点图像与所述几何中心之间的第一距离，并且获得所述第二点图像与所述几何中心之间的第二距离；以及
基于所述第一距离和所述第二距离，选择所述第一点图像作为基点图像。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述将所述第二点图像与所述第二点相关联还包括：
在所述二维坐标系中，获得从所述几何中心到所述第一点图像的第一矢量；
在所述二维坐标系中，获得从所述几何中心到所述第二点图像的第二矢量；以及
基于所述第一矢量和所述第二矢量的叉积以及所述第一矢量和所述第二矢量的点投影，将所述第二点图像与所述第二点相关联。


6.根据权利要求1所述的方法，其中所述更新所述手术路径还包括：
基于所述转换矩阵，在所述二维坐标系中获得与所述第一点相关联的第一投影点以及与所述第二点相关联的第二投影点；
在所述二维坐标系中，获得所述第一投影点与所述第一点图像之间的第三距离；以及
在所述二维坐标系中，获得所述第二投影点与所述第二点图像之间的第四距离。


7.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括：响应于所述第三距离和所述第四距离之和大于第二阈值，标识所述患者的所述移动并且更新所述手术路径。


8.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括：
响应于标识所述患者的所述移动，将所述机械臂组件移动到安全点；以及
基于经更新的所述手术路径，将所述机械臂组件从所述安全点移动到所述患者的手术目标。


9.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：验证经更新的所述手术路径以标识与所述机械臂组件相关联的碰撞。


10.一种响应于患者的移动，而更新用于机械臂组件的手术路径以对所述患者执行手术的系统，所述患者与包括标签的框架具有预定的空间关系，所述系统包括：
光学装置；以及
处理器，被配置成：
处理与所述标签相关联的二维图像，所述标签与所述患者具有所述空间关系，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈阶晓，王冠茹，
申请(专利权)人：钛隼生物科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71