跟踪系统及利用上述跟踪系统的跟踪方法
【技术领域】
[0001] 本发明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。
【背景技术】
[0002] 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 更快恢复而正研宄和导入机器人手术。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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。
【发明内容】
[0008] 解决的技术问题
[0009] 因此，本发明的目的在于，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。
[0010] 技术方案
[0011] 本发明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。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 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。
[0016] 本发明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。
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 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。
[0020] 发明效果
[0021] 像这样，本发明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。 艮P，从各个标记释放的光通过两个路径（第一路径：标记一成像单元，第二路径：标记一反 射器一成像单元）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。
[0022] 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】
[0023] 图1为本发明的一实施例的跟踪系统的简图。
[0024] 图2为多个标记附着于目标物的例示图。
[0025] 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。
[0026] 图4为用于说明本发明的一实施例的跟踪方法的框图。
[0027] 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。
[0028] 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。
[0029] 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】
[0030] 本发明可以实施多种变更，也可以具有多种形态，本发明将特定实施例例示于附 图中，并在本文中进行详细说明。但这并不用于将本发明限定于特定的公开形态，而应理解 为包括本发明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。
[0031] 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 发明的保护范围的情况下，第一