确定至少一个物体在手术室中的相对位置的方法和系统技术方案

确定至少一个物体在手术室中的相对位置的方法和系统。本发明专利技术涉及一种用于确定至少一个物体在手术室（1）中、手术显微镜（5）的相对位置检测装置的参考坐标系中的相对位置的方法和系统，包括：

【技术实现步骤摘要】
确定至少一个物体在手术室中的相对位置的方法和系统


[0001]本专利技术涉及一种用于确定至少一个物体在手术室中、手术显微镜的相对位置检测装置的参考坐标系中的相对位置的方法和系统。

技术介绍

[0002]通常，例如，多个物体被布置在用于实现（神经）外科干预的手术室中。除了手术台之外，手术室还可以包含例如手术显微镜、（显微镜外部）立体跟踪系统、一个或多个显示装置、一个或多个用于术中成像的装置，例如OCT设备、X射线设备或超声设备。
[0003]为了使实施干预更容易、和/或减少所述干预所需的时间，外科医生可以由手术导航系统辅助。该手术导航系统特别有助于以正确的相对位置共同表示术中产生的信息和术前产生的信息。作为示例，术中获得的数据可以涉及关于医疗器械或术中产生的图像数据的相对位置的信息。CT或MRI体积数据可以是术前获得的信息的示例。
[0004]所谓的跟踪系统用于手术导航；这些跟踪系统有助于在手术中确定物体（尤其是器械）在手术室中的相对位置。特别地，用于捕获比如指针或其他成像物体/设备等器械在手术室中的相对位置的立体系统是已知的。为了借助于这种系统确定相对位置，通常需要在旨在要确定相对位置的物体上布置标记或具有一组多个标记的目标。由于手术室中的空间边界条件，跟踪系统的成像单元与物体之间通常存在1 m或高达2 m的空间距离。然而，这种距离也需要标记或目标占据一定的空间体积，以便能够由成像单元以确定相对位置所需的分辨率进行成像。这是不利的，特别是在显微外科干预的情况下，因为例如在这种情况下器械很小并且相应的空间体积不可用。
[0005]集成到手术显微镜中的相对位置检测装置也是已知的。这些相对位置检测装置使用用于手术显微镜的显微成像的图像捕获装置或与其分离的环境相机，以便以基于图像的方式确定物体在相应图像捕获装置的捕获区域中的相对位置。因此，DE 10 2018 206 406 A1描述了具有用于光学检测目标的图像捕获装置的显微系统。然而，使用这种跟踪系统的缺点是这些跟踪系统仅具有空间受限的捕获区域，因此不再检测更广泛环境中的其他物体，因此无法确定它们的相对位置。
[0006]WO 2017/157763 A1披露了跟踪医疗器械在医疗工作区域中的空间位置的相对位置，其中显微镜集成相机用于确定器械在医疗工作区域中的相对位置。设置有第二视频相机用于确定解剖结构与此上述显微镜集成相机之间的相对位置。因此，这允许借助于此第二相机检测手术显微镜并确定其相对位置，而手术显微镜本身能够借助于显微镜集成相机检测医疗器械并能够确定所述医疗器械的相对位置。在这种情况下的缺点是，检测手术显微镜周围环境中另外的物体的相对位置需要所有这些物体同时处于第二相机的捕获区域中。因此所述这些物体必须相应地定位，并且在某些情况下在手术期间还必须重新定位。通常，这需要大量时间并且可能会中断或延长手术。另一缺点是增加距离还需要适当缩放标记/目标的大小。进一步，与这种第二相机一起操作的跟踪系统在手术室中通常具有不希望的大占用空间。
[0007]所谓的头戴式显示器（HMD）也是已知的。US 2021/090344 A1披露了一种具有用于确定相对于患者的相对位置和绝对位置的机构的HMD，其中例如相机被配置的方式为使得其检测患者身上的标记并且基于其来检测外科医生的位置和相对于患者的视线。US 2005/203380 A1披露了一种具有至少一个跟踪相机的HMD。WO 2020/102665 A1披露了所谓的由内向外跟踪，其中一个或多个相机被紧固到HMD上。
[0008]然而，期望提供关于不在手术显微镜的相对位置检测装置的捕获区域中的物体在手术室中、手术显微镜的相对位置检测装置的参考坐标系中的相对位置的信息，以便于能够将这种物体的相对位置和/或由这种物体提供的信息（例如，术中产生的图像数据）与由手术显微镜的相对位置检测装置提供的信息和/或由手术显微镜提供的（图像）信息以简单的方式融合。特别地，但不排他地，如果术中图像数据是由手术显微镜产生的，则期望能够快速、准确、可靠地、特别是还以与另外的信息（例如，还有术前产生的信息）相关的正确的相对位置显示这些图像数据。

技术实现思路

[0009]因此，出现的技术问题是开发一种用于确定至少一个物体在手术室中的相对位置的方法和系统，其有助于快速、准确、可靠并且在相对位置方面正确确定关于物体特别是在手术显微镜的相对位置检测装置的参考坐标系中的相对位置的信息。
[0010]技术问题的解决方案由具有独立权利要求特征的主题提供。根据从属权利要求，本专利技术的另外的有利配置是显而易见的。
[0011]提出了一种用于确定至少一个物体在手术室中、手术显微镜的相对位置检测装置的参考坐标系中的相对位置的方法。该手术显微镜的相对位置检测装置以下也称为内部相对位置检测装置。此相对位置检测装置的参考坐标系可以是该手术显微镜的参考坐标系或者可以相对于此坐标系以静止方式布置。
[0012]该方法包括：
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借助于可移动布置的显微镜外部相对位置检测装置在第一坐标系中确定该物体的相对位置，该第一坐标系是被布置成相对于该手术室静止的坐标系，
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由该非静止显微镜外部相对位置检测装置在该第一坐标系中确定该参考坐标系的相对位置，
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将该物体的相对位置从该第一坐标系变换到该手术显微镜的相对位置检测装置的参考坐标系中。
[0013]在这种情况下，手术室可以表示为执行手术而设定的房间或类似房间的区域。特别地，在该手术室中布置了执行手术所需的装置或设备，特别是开头提到的一个或多个物体，但列举并不全面。特别地，物体可以是用于术中成像的装置，例如用于产生X射线图像的装置（比如C形臂）、用于产生超声图像的装置或用于产生OCT图像的装置。物体也可以是器械，特别是医疗器械，更特别是手术器械。例如，这包括比如夹子、固持器、注射器、镊子、刮刀、剪刀、手术刀、伤口钩、钳子、抽吸器、烧灼工具、还有例如脑牵开器的牵开器等器械。
[0014]在本专利技术的含义内，确定物体的相对位置可以表示完全且一对一确定在目标坐标系中的相对位置，例如确定笛卡尔物体坐标系的原点关于笛卡尔目标坐标系的三个空间轴的位置值并且确定在笛卡尔物体坐标系的三个空间轴与笛卡尔目标坐标系的三个空间轴
之间的三个角度值。该目标坐标系可以是相应的相对位置检测装置的参考坐标系。然而，确定相对位置也可以表示不完全确定相对位置，例如在这种情况下不是所有的位置值和/或不是所有的角度值都被确定。
[0015]在本专利技术的含义内，手术显微镜可以指代用于放大视觉呈现检查物体或检查区域的装置。该显微镜可以是传统的光学显微镜，该光学显微镜通过利用光学效应生成放大的图像表示，特别是通过用于光束引导和/或光束整形和/或光束偏转的器件，例如透镜元件。然而，该显微镜也可以是数字显微镜，其中要由该显微镜可视化的图像表示能够借助于显微成像的图像捕获装置产生并且能够显示在适当的显示装置、例如视觉显示单元上。手术显微镜可以包括用于固持物镜的支架，该物镜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于确定至少一个物体在手术室（1）中、手术显微镜（5）的相对位置检测装置的参考坐标系中的相对位置的方法，该方法包括：
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借助于可移动布置的显微镜外部相对位置检测装置在第一坐标系中确定该物体的相对位置，该第一坐标系是被布置成相对于该手术室（1）静止的坐标系，
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由该非静止显微镜外部相对位置检测装置在该第一坐标系中确定该参考坐标系的相对位置，
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将该物体的相对位置从该第一坐标系变换到该手术显微镜（5）的相对位置检测装置的参考坐标系中。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该可移动显微镜外部相对位置检测装置的至少一个传感器被集成在头戴式显示器（17）中或布置在其上。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该显微镜外部相对位置检测装置的相对位置保持恒定或者在通过该显微镜外部相对位置检测装置确定该物体的相对位置与确定该参考坐标系的相对位置之间改变。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该显微镜外部相对位置检测装置包括至少一个图像捕获装置（18）和/或至少一个飞行时间传感器和/或至少一个深度传感器和/或用于检测表面以确定相对位置的装置。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该第一坐标系的相对位置通过评估至少一个用于获取该显微镜外部相对位置检测装置的环境信息的装置的输出信号来确定或定义，该用于获取环境信息的装置被集成在该显微镜外部相对位置检测装置中或布置在其上。6.根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：卡尔蔡司医疗技术股份公司，
类型：发明
国别省市：