互补光学跟踪系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了有助于改进外科环境中的光学跟踪的方法、非暂时性计算机可读介质、跟踪器装置、中央处理器装置和光学跟踪系统。利用这种技术，在采集序列内捕获背景图像。背景图像用于分析在采集序列中捕获的当前图像的质量，并且确定光学跟踪器装置的光学传感器模块相对于联接到参考框架的光源的角位置，所述参考框架可以与跟踪器装置中的相对的一个集成。使用多个跟踪装置促进更准确且能够承受光学传感器模块的遮挡的互补角位置确定。此技术在基准被遮蔽时在跟踪器装置处生成警报，并且促进改进关于手术应用程序使用的姿态数据的准确性以用于自动操纵手术工具和手术可视化。确性以用于自动操纵手术工具和手术可视化。确性以用于自动操纵手术工具和手术可视化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】互补光学跟踪系统及其方法
[0001]本申请要求2020年4月10日提交的美国临时申请序列号63/008,020的权益，该临时申请的内容以全文引用的方式并入本文中。


[0002]本公开总体上涉及与计算机辅助手术系统有关的方法、系统和装置，所述计算机辅助手术系统包括一起工作以增强手术流程的各种硬件和软件部件。所公开的技术可以应用于例如肩、髋和膝关节置换术，以及其它手术干预，如关节镜手术、脊柱手术、神经手术、牙科手术、颌面手术、肩袖手术、韧带修复和置换手术。

技术介绍

[0003]光学跟踪系统通常用于在手术环境中跟踪手术装置和/或患者解剖结构的位置。在常规光学跟踪系统中，标记或基准被点亮，且反射光被(立体)相机或其它感测装置捕获，以促进相关联基准的位置和/或取向数据的三角测量。位置和取向数据，也称为姿态数据，可以在手术程序期间由手术软件应用程序使用以自动地控制机器人手术器械和/或帮助外科医生(例如，改善解剖结构的可见性)。
[0004]然而，光学跟踪系统通常需要感测装置与基准之间的视线，所述视线可在手术程序期间被遮蔽。例如，由于手术环境中的外科医生或手术对象阻挡感测装置与基准之间的视线，基准可以被物理地遮蔽。已经开发了光学跟踪系统，其中基准配置有传感器以感测由光源输出的光(例如，在红外范围内)。然而，此类系统可易受进入手术环境的阳光反射影响，这可能“蒙蔽”基准，由此遮蔽传感器。
[0005]因此，当前光学跟踪系统通常无效和/或不准确，这可能对手术程序质量和患者结果产生负面影响。另外，许多光学跟踪系统是昂贵的，在手术环境中需要重复使用，增加污染风险，和/或体积庞大，需要增加物理存储容量，并且在手术程序期间阻止外科医生和/或手术装置移动，以及其它缺陷。

技术实现思路

[0006]示出了改进手术环境中的光学跟踪的方法、非暂时性计算机可读介质和光学跟踪系统。根据某些实施例，公开了一种系统，所述系统包括第一跟踪器装置，所述第一跟踪器装置包括：第一光学传感器模块和第二光学传感器模块；第一非暂时性计算机可读介质，所述第一非暂时性计算机可读介质包括其上存储的第一指令；以及第一处理器，所述第一处理器联接到所述第一非暂时性计算机可读介质。所述第一处理器被配置成执行所存储的第一指令以分别使用所述第一光学传感器模块和所述第二光学传感器模块捕获第一和第二组一个或多个背景图像以及第一和第二组当前图像。所述第一和第二组当前图像各自包括在第一、第二和第三光源分别被启用时捕获的第一、第二和第三当前图像。另外，所述第一和第二组一个或多个背景图像在所述光源中没有一个被启用时被捕获。
[0007]然后对第一或第二组当前图像中的至少一组中的第一、第二或第三当前图像中的
至少一个图像的质量是否低于阈值质量水平进行确定。在一些示例中，所述确定基于所述第一和第二组当前图像中的每一组中的第一、第二和第三当前图像中的每个图像分别与所述第一和第二组一个或多个背景图像中的一个或多个背景图像中的一个或多个的比较。当所述确定指示所述第一或第二组当前图像中的至少一组中的第一、第二或第三当前图像中的至少一个图像的质量低于所述阈值质量水平时，输出警报。
[0008]根据一些实施例，所述第一处理器还被配置成执行所存储的第一指令以基于所述第一或第二组当前图像中的一个或多个生成所述光源中的每一个的角位置。
[0009]根据一些实施例，所述光学跟踪系统还包括中央处理器装置。在这些实施例中，所述第一处理器还被配置成执行所存储的第一指令以将所生成的角位置发送至所述中央处理器装置。所述中央处理器装置包括：第二非暂时性计算机可读介质，所述第二非暂时性计算机可读介质包括存储在其上的第二指令；以及第二处理器，所述第二处理器联接到所述第二非暂时性计算机可读介质，并且被配置成执行所述存储的第二指令以基于所述光源中的每一个的角位置生成所述第一跟踪器装置的姿态。
[0010]根据一些实施例，所述光学跟踪系统还包括中央处理器装置，并且第一处理器还被配置成执行所存储的第一指令以基于生成的所述光源中的每一个的角位置生成所述第一跟踪器装置的姿态；并将所述姿态发送至所述中央处理器装置。
[0011]根据一些实施例，所述光学跟踪系统还包括中央处理器装置，所述中央处理器装置包括：第二非暂时性计算机可读介质，所述第二非暂时性计算机可读介质包括存储在其上的第二指令；以及第二处理器，所述第二处理器联接到所述第二非暂时性计算机可读介质，并且被配置成执行所存储的第二指令以基于所述第一跟踪器装置的姿态自动控制一个或多个手术器械或向显示器装置更新显示输出，所述第一跟踪器装置的姿态是基于生成的所述光源中的每一个角位置确定的。
[0012]根据一些实施例，所述光学跟踪系统还包括在所述第一跟踪器装置外部的参考框架。所述参考框包括光源。在这些实施例中，所述光学跟踪系统还包括驱动器，所述驱动器联接到所述参考框架并且包括电子电路，所述电子电路被配置成按顺序交替地启用所述光源。所述第一处理器还被配置成执行所存储的第一指令以使所述第一和第二组一个或多个背景图像或第一和第二组当前图像的捕获与所述驱动器同步。
[0013]根据一些实施例，所述光学跟踪系统还包括第二跟踪器装置，所述第二跟踪器装置包括：所述光源；第三非暂时性计算机可读介质，所述第三非暂时性计算机可读介质包括存储在其上的第三指令；以及第三处理器，所述第三处理器联接到所述第三非暂时性计算机可读介质并且被配置成执行所存储的第三指令以按顺序交替地启用所述光源。在这些实施例中，所述第三处理器还被配置成执行所述第三指令，以由所述第一跟踪器装置使所述光源的启用与对所述第一和第二组一个或多个背景图像或第一和第二组当前图像的捕获同步。
[0014]根据一些实施例，所述第一和第二组一个或多个背景图像中的每一组中的一个或多个背景图像包括第一、第二和第三背景图像。在这些实施例中，所述第一处理器还被配置成执行所存储的第一指令以分别相对于所述第一和第二组当前图像中的第一、第二和第三当前图像，交替地捕获所述第一和第二组背景图像中的每一组中的第一、第二和第三背景图像。此外，基于所述第一和第二组当前图像中的每一组中的第一、第二和第三当前图像中
的每一个分别与紧接在捕获所述第一和第二组当前图像中的每一组中的第一、第二和第三当前图像之前捕获的第一或第二组背景图像中的一组中的第一、第二或第三背景图像中的一个的比较，确定所述第一和第二组当前图像中的每一组中的第一、第二和第三当前图像的质量。
[0015]根据一些实施例，所述第一和第二组一个或多个背景图像中的每一组中的一个或多个背景图像包括第一背景图像和第二背景图像。在这些实施例中，所述第一处理器还被配置成执行所存储的第一指令以分别在捕获所述第一和第二组当前图像中的第一、第二和第三当前图像之前捕获所述第一背景图像和所述第二背景图像。另外，基于所述第一和第二组当前图像中的每一组中的第一、第二和第三当前图像中的每一个分别与所述第一背景图像和所述第二背景图像的比较，确定所述第一和第二组当前图像中的每一组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学跟踪系统，包括：第一跟踪器装置，所述第一跟踪器装置包括：第一光学传感器模块和第二光学传感器模块；第一非暂时性计算机可读介质，所述第一非暂时性计算机可读介质包括存储在其上的第一指令；以及第一处理器，所述第一处理器联接到所述第一非暂时性计算机可读介质并且被配置成执行所存储的第一指令以：分别使用所述第一光学传感器模块和所述第二光学传感器模块捕获第一和第二组一个或多个背景图像以及第一和第二组当前图像，其中所述第一和第二组当前图像各自包括在第一光源、第二光源和第三光源被启用时分别捕获的第一当前图像、第二当前图像和第三当前图像，并且在所述光源中没有一个光源被启用时所述第一和第二组一个或多个背景图像被捕获；基于所述第一和第二组当前图像中的每一组中的第一当前图像、第二当前图像和第三当前图像中的每个当前图像分别与所述第一和第二组一个或多个背景图像中的一个或多个背景图像中的一个或多个的比较，确定所述第一或第二组当前图像中的至少一组中的第一当前图像、第二当前图像或第三当前图像中的至少一个当前图像的质量是否低于阈值质量水平；以及当所述确定指示所述第一或第二组当前图像中的至少一组中的第一当前图像、第二当前图像或第三当前图像中的至少一个当前图像的质量低于所述阈值质量水平时，输出警报。2.根据权利要求1所述的光学跟踪系统，其中所述第一处理器还被配置成执行所存储的第一指令以基于所述第一或第二组当前图像中的一个或多个生成所述光源中的每一个光源的角位置。3.根据权利要求2所述的光学跟踪系统，还包括中央处理器装置，其中：所述第一处理器还被配置成执行所存储的第一指令以将所生成的角位置发送至所述中央处理器装置；并且所述中央处理器装置包括：第二非暂时性计算机可读介质，所述第二非暂时性计算机可读介质包括存储在其上的第二指令；以及第二处理器，所述第二处理器联接到所述第二非暂时性计算机可读介质，并且被配置成执行所述存储的第二指令以基于所述光源中的每一个光源的角位置生成所述第一跟踪器装置的姿态。4.根据权利要求2所述的光学跟踪系统，还包括中央处理器装置，其中所述第一处理器还被配置成执行所存储的第一指令以：基于生成的所述光源中的每一个光源的角位置生成所述第一跟踪器装置的姿态；以及将所述姿态发送至所述中央处理器装置。5.根据权利要求2所述的光学跟踪系统，还包括中央处理器装置，所述中央处理器装置包括：第二非暂时性计算机可读介质，所述第二非暂时性计算机可读介质包括存储在其上的
第二指令；以及第二处理器，所述第二处理器联接到所述第二非暂时性计算机可读介质，并且被配置成执行所存储的第二指令以基于所述第一跟踪器装置的姿态自动控制一个或多个手术器械或向显示器更新显示输出，所述第一跟踪器装置的姿态是基于生成的所述光源中的每一个光源的角位置确定的。6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学跟踪系统，还包括：在所述第一跟踪器装置外部的参考框架，其中所述参考框架包括所述光源；以及驱动器，所述驱动器联接到所述参考框架并且包括电子电路，所述电子电路被配置成按顺序交替地启用所述光源，其中所述第一处理器还被配置成执行所存储的第一指令以使所述第一和第二组一个或多个背景图像或第一和第二组当前图像的捕获与所述驱动器同步。7.根据权利要求1至5中任一项所述的光学跟踪系统，还包括第二跟踪器装置，所述第二跟踪器装置包括：所述光源；第三非暂时性计算机可读介质，所述第三非暂时性计算机可读介质包括存储在其上的第三指令；以及第三处理器，所述第三处理器联接到所述第三非暂时性计算机可读介质并且被配置成执行所存储的第三指令以：按顺序交替地启用所述光源；以及由所述第一跟踪器装置使所述光源的启用与所述第一和第二组一个或多个背景图像或第一和第二组当前图像的捕获同步。8.根据权利要求1至7中任一项所述的光学跟踪系统，其中：所述第一和第二组一个或多个背景图像中的每一组中的一个或多个背景图像包括第一背景图像、第二背景图像和第三背景图像；并且所述第一处理器还被配置成执行所存储的第一指令以：分...

【专利技术属性】
技术研发人员：盖坦，
申请(专利权)人：史密夫和内修整形外科股份公司新加坡施乐辉亚太有限公司，
类型：发明
国别省市：