用于检测和跟踪身体器官的位置和/或变形的装置的制作方法

用于检测和跟踪身体器官的位置和/或变形的装置
1.描述
2.本发明涉及一种用于检测和跟踪在术中情景中(例如在外科手术期间中)身体器官的位置和变形的装置和方法。
3.目前被研发用于实现在术中情景中在外科手术过程中进行由增强现实技术辅助的辅助体内定向的已知系统基于身体器官的三维增强现实图像的重建，该三维增强现实图像可使用各种技术获得。
4.基于这种三维增强现实图像的可用性，存在不同的已知方法，这些方法使得能够获得图像与器官的关联，并且使得能够进行对该器官的跟踪以便允许在该术中情景中在外科手术过程中进行辅助体内定向。
5.这种传统方法可例如考虑借助已知的增强现实技术在公共空间中叠加该图像并在医护人员(例如外科医生)的视野中进行手动跟踪。
6.这种方法以及基于类似技术的其他方法可在术中情景中(例如在外科手术期间)使用，但是这些方法不能借助增强现实技术实现与医护人员(例如外科医生)的视野的合理、有效、可确认的实时同步，并且以下两方面也不能实现：在确定器官的位置和/或变形信息和/或与该位置和/或变形相关联的变化方面令人满意的精度，以及该位置和/或变形在三维增强现实图像中的再现。
7.现有技术中已知的可用于以令人满意的方式检测器官的位置和/或变形和/或与该位置和/或变形相关联的变化的可能系统涉及用于诊断用途的身体成像技术，诸如x射线、计算机断层扫描(ct)、磁共振成像(mri)以及基于类似原理的技术。
8.这些技术不能在术中情景中(例如在外科手术期间)使用，因为这些技术的结果通常是离线可用的，并且因此不能用于更新与三维增强现实图像有关的位置和/或变形，该位置和/或变形对应于该增强现实图像是其表示的器官的位置和/或变形和/或与该位置和/或变形相关联的变化。
9.此外，这种技术需要与术中情景不兼容的装备，特别是在外科手术过程中。
10.在现有技术下，可在术中情景中(例如在外科手术期间)采用并且不基于与用于诊断用途的身体成像有关的方法的最常见的技术是以下技术，或者在任何情况下这些技术基于类似的原理：
[0011]-相机或类似性质的设备，其布置在房间内并且/或者以适当且有利的方式靠近相关装备固定在房间内。
[0012]
这种类似性质的相机或设备可用于例如在外科手术期间构建术中情景，并且提供视觉信息，借助归纳或演绎类型的算法从该视觉信息提取对于确定身体器官的位置和/或变形和/或与该位置和/或变形相关联的变化有用的特性。
[0013]-基于相机和基准标记的运动捕捉系统或类似性质的设备，其中相机定位在房间中并且/或者以适当且有利的方式靠近相关装备固定在房间内，并且其中基准标记例如在外科手术期间以适当且有利的方式机械地固定到经受术中情景的身体器官。
[0014]
这种运动捕捉系统或类似性质的设备可用于检测与机械地联接到器官的一个或
多个基准标记的位置和/或与该位置相关联的变化，并且因此提供关于基准标记的位置信息，借助归纳或演绎类型的算法从该位置信息提取对于确定与基准标记所固定到的身体器官的位置和/或变形和/或与该位置和/或变形相关联的变化有用的特性。
[0015]-基于无线电信号的定位系统，诸如基于wi-fi技术等的定位系统，其中至少一个wi-fi信号发射器定位在房间中并且/或者以适当且有利的方式靠近相关装备固定在房间内，并且其中该信号的调制数据(诸如振幅和相位)可被认为是借助归纳或演绎类型的算法可归于对于确定身体器官的位置和/或变形和/或与该位置和/或变形相关联的变化有用的特性的信息。
[0016]
这些技术和基于类似原理的那些技术通常难以在术中情景中(例如在外科手术过程中)使用，其中基于相机的系统可能无法以适当的方式并且/或者无法以必要的精度构建术中情景，运动捕捉系统可能无法以适当的方式检测到机械地联接到身体器官的足够数量的基准标记，并且基于无线电信号的定位系统可能不能孤立该器官来确定位置和/或变形和/或与该位置和/或变形相关联的变化，并且/或者不能在任何情况下以足够精确且可靠的方式来确定在该术中情景中(特别是在外科手术期间)器官的位置和/或变形的表示。
[0017]
这些技术和基于类似原理的那些技术在确定在术中情景中(例如在外科手术期间)身体器官的位置和/或变形和/或与该位置和/或变形相关联的变化的精度方面常常不能确保有令人满意的性能，该术中情景是不适于使用例如以下项来确定位置和/或变形的情景：
[0018]-从相机获得的信息，这是因为由于术中情景的特定配置(诸如，存在插置在相机与期望确定其位置和/或变形的身体器官之间的对象、医疗设备、医护人员或其他身体器官)而导致的遮挡，或者这是因为由于为了不负面地影响术中情景(诸如，需要不干扰在那里工作的医护人员(例如，外科医生)的操作)而必须将相机放置的距离而导致用于确定该位置和/或变形的该信息的分辨率不适当；
[0019]-从运动捕捉系统获得的信息，这是因为由于术中情景的特定配置(诸如，存在插置在相机和机械地联接到期望确定其位置和/或变形的身体器官的一个或多个基准标记之间的医护人员、对象、医疗设备或其他身体器官)而导致的遮挡，或者这是因为由于位置通常不适合于可将此类基准标记放置在该器官上以便不负面地影响术中情景的目的(诸如，需要不阻碍在那里工作的医护人员(例如，外科医生)的动作的自由)而导致需要同时检测足够数量的此类基准标记以便确定该位置和/或变形；
[0020]
从基于无线电信号的定位系统(诸如，基于wi-fi技术等的定位系统)获得的信息，这是因为这种信号不能孤立和划分期望确定其位置和/或变形的身体器官，或者这是因为可用于完成这种划分的精度不够，所述精度不够是由于因其中出现了术中情景(例如外科手术)的环境而引起的无线电信号的调制的波动。
[0021]
不适合环境的典型示例是用于医疗性质的活动的区域、地带或房间(其中存在用于医疗用途的各种对象、各种医疗设备和各种医护人员)，诸如外科医生在其中进行手术的手术室或可出现术中情景的一般区域、地带或房间。
[0022]
因此，需要改进用于检测和跟踪在术中情景中(例如在外科手术过程中)身体器官的位置和变形的已知的系统和方法。
[0023]
因此，本发明的技术任务是提供一种用于检测和跟踪在术中情景中(例如在外科
手术过程中)身体器官的位置和变形的装置和方法，该装置和方法允许消除现有技术的上述技术缺点。
[0024]
在该技术任务的范围内，本发明的一个目的是提供一种用于检测和跟踪在术中情景中(例如在外科手术过程中)身体器官的位置和变形的装置，该装置使得该器官的三维增强现实图像能够以简单、有效且安全的方式与该器官的位置和/或变形的所述表示相关联。
[0025]
本发明的另一个目的是提供一种用于检测和跟踪在术中情景中(例如在外科手术过程中)身体器官的位置和变形的装置，该装置使得能够在术中情景中在外科手术过程中引导辅助体内定向。
[0026]
本发明的又一个目的是提供一种用于检测和跟踪在术中情景中(例如在外科手术过程中)身体器官的位置和变形的装置，该装置提供局限于该器官的表面的绝对或时间差异类型的数据。
[0027]
根据本发明的技术任务以及这些和其他目的是通过提供一种用于至少检测和跟踪经受操纵的身体器官的位置的检测和跟踪装置实现的，其特征在于，该检测和跟踪装置具有：
[0028]-至少一个检测传感器，该至少一个检测传感器用于检测所述身体器官的位置，被配置为提供绝对或时间差异类型的信息；
[0029]-刚性联接装置，该刚性联接装置用于将所述至少一个检测传感器联接到所述身体器官；
[0030]-至少一个传输单元，该至少一个传输单元用于传输关于由所述检测传感器检测到的绝对或时间差异类型的所述位置的信息；
[0031]-至少一个接收单元，该至少一个接收单元用于接收关于由所述传输单元传输的绝对或时间差异类型的所述位置的所述信息；
[0032]-至少一个可穿戴和/或便携的显示设备；
[0033]-至少一个处理单元，该至少一个处理单元与所述接收单元和所述显示设备通信，被配置为执行用于评估关于绝对或时间差异类型的所述位置的所述信息的过程的以下步骤：
[0034]
a)确定所述器官的所述位置的表示，所述处理单元具有用于确定所述表示的归纳或演绎算法；
[0035]
b)将所述器官的三维增强现实图像与所述器官的所述位置的所述表示相关联；
[0036]
c)通过所述可穿戴和/或便携的显示设备将所述三维增强现实图像与在公共三维空间中的所述器官的位置相重叠；
[0037]
d)跟踪与所述器官的位置对应的所述三维增强现实图像的所述位置，从而将关于所述位置的所述信息与器官的位置的多个预定义模型进行比较，所述三维增强现实图像是所述器官的表示。
[0038]
在本发明的一个实施方案中，当被操纵的身体器官是刚性的或几乎像前列腺那样是刚性的时，一个单个检测传感器就足够了。
[0039]
在本发明的一个实施方案中，至少当器官是可变形的时，提供：至少两个检测传感器，该至少两个检测传感器用于检测所述身体器官的位置和变形；所述至少一个传输单元，所述至少一个传输单元被配置为传输关于由所述检测传感器检测到的绝对或时间差异类
型的所述位置和所述变形的信息；所述至少一个接收单元，所述至少一个接收单元被配置为接收关于由所述传输单元传输的绝对或时间差异类型的所述位置和所述变形的所述信息；所述至少一个处理单元，所述至少一个处理单元被配置为：确定所述器官的所述位置和所述变形的表示，将所述器官的三维增强现实图像与所述器官的所述位置和所述变形的所述表示相关联，通过所述可穿戴和/或便携的显示设备将所述三维增强现实图像与在公共三维空间中的所述器官的所述位置和所述变形相重叠，跟踪与所述器官的所述位置和所述变形对应的所述三维增强现实图像的所述位置和所述变形，从而将关于所述位置和所述变形的所述信息与器官的位置和变形的多个预定义模型进行比较，所述三维增强现实图像是所述器官的表示。
[0040]
身体器官选自胸部内部器官、腹部器官和盆腔器官。
[0041]
更详细地，身体器官选自：包括大动脉和静脉血管以及心脏的心血管系统的器官、包括肺部和气管和纵隔结构的呼吸系统的器官、包括肝脏、食道、胃、胆囊、胰腺、肠、直肠的消化系统的器官、包括脾的内脏器官，以及包括肾、输尿管、膀胱、前列腺、子宫、卵巢、阴道的泌尿和生殖系统的器官。
[0042]
在所附权利要求中限定了本发明的其他特征。
[0043]
本发明的附加特征和优点将从对根据本发明的用于检测和跟踪在术中情景中(例如在外科手术过程中)经受操纵的身体器官的位置和/或变形的装置的优选但非限制性的实施方案的描述中变得更加显而易见，将在附图中通过非限制性示例示出，在这些附图中：
[0044]
在图1中，图示并举例说明了本发明。
[0045]
参照上述图，该图示出了一种用于检测和跟踪在术中情景中(例如在外科手术过程中)经受操纵的身体器官的位置和/或变形的装置，该装置整体由附图标记(1)表示。
[0046]
身体器官(10)具有：用于检测位置和/或变形的至少一个检测传感器(11)，该至少一个检测传感器被配置为提供绝对或时间差异类型的信息；和用于将该至少一个传感器联接到器官的刚性联接装置(12)。
[0047]
传感器(11)检测关于位置和/或变形的信息，并且传输单元(20)将该信息传输到接收单元(30)。
[0048]
处理单元(40)与接收单元(30)和至少一个可穿戴且便携的显示设备(50)通信，并且被配置为执行用于评估由检测传感器(11)检测到的信息的过程的连续步骤。
[0049]
通过归纳或演绎类型的算法和过程，处理单元(40)确定在术中情景中身体器官(10)的位置和/或变形的表示。
[0050]
身体器官(10)的位置和/或变形的所述表示可以是一组点和角度的空间坐标的形式，例如一组三个点和三个角度的空间坐标。
[0051]
然后，处理单元(40)将器官(10)的三维增强现实图像(100)与其位置和/或其变形的表示相关联，并且通过可穿戴和/或便携的显示设备(50)(通常通过已知的增强现实技术)将三维增强现实图像(100)重叠在公共三维空间中的身体器官(10)上。
[0052]
然后，处理单元(40)跟踪与在术中情景中身体器官(10)的位置和/或变形对应的三维增强现实图像(100)的位置和/或变形，从而将关于位置和/或变形和/或与该位置和/或变形相关联的变化的信息与位置和/或变形和/或该位置和/或变形的演变的多个预定义模型进行比较，增强现实图像(100)是该身体器官的表示。
[0053]
在装置的有利配置中，可通过校准步骤来将所述参数和所述预定义模型渲染为对于不同类型的内部身体器官是特定的，由此，借助演绎类型的算法和过程，对于每个这种类型的内部身体器官，都有可能确定用于确定位置和/或变形和/或与该位置和/或变形相关联的变化的模型。
[0054]
类似地，通过基于归纳类型的算法和过程的学习步骤，对于每种类型的内部身体器官，都有可能推广用于确定位置和/或变形和/或与该位置和/或变形相关联的变化的模型，这是由于在术中情景中(例如在外科手术过程中)的操纵动作。
[0055]
此类动作对应于执行外科手术过程中的通常行为的条件，有一种算法可用于此类目的，该算法用于预测所述位置和/或变形，形式为归纳或演绎算法，诸如基于神经网络的计算模型或能够在当前使用或过程期间以封闭形式执行学习循环的其他近似算法。
[0056]
以举例的方式，发明人已经能够观察到，由于使用例如基于神经网络的归纳类型的算法，因此通过仅分析该环境中的内部器官的差异移动数据，而不需要使用如在已知系统中的相机、运动捕捉系统或基于无线电信号的定位系统，就有可能识别并跟踪经受术中情景(诸如外科手术)的该内部器官的位置和/或变形的演变和/或与该位置和/或变形相关联的变化。
[0057]
所有这些都明显有利于构造辅助体内定向的系统，该系统在该术中情景中在该外科手术过程中是可靠的，并且也明显有利于该外科手术的精确性和成本降低。
[0058]
作为另一示例，发明人已经能够观察到，由于仅使用差异移动数据，有可能将器官的三维增强现实图像与该器官的位置和/或变形的所述表示相关联，然后通过可穿戴或便携的显示设备将三维增强现实图像与在公共三维空间中的所述器官的位置和/或变形相重叠，然后例如借助增强现实技术来更新与器官的位置和/或变形对应的三维增强现实图像的位置和/或变形，以便提高外科手术的性能。
[0059]
根据本发明的用于检测和跟踪在术中情景(1)中经受操纵的身体器官的位置和/或变形的装置的操作在所描述和示出的内容中清楚地呈现，并且特别是在第一优选但非限制性的实施方案中呈现，大致如下。
[0060]
身体器官(10)(我们将其特定实例定义为o，其经受外科手术)的三维扫描被认为是可用的，被用作增强现实图像(100)，我们将其特定实例定义为i。
[0061]
i被认为是m个元素的集合ri，使得ri＝(q_1,
…
,q_i,
…
,q_m)，其中通用元素q_i是三个值的集合(x_i,y_i,z_i)，该集合表示q_i在公共空间中相对于适当定义的笛卡尔参考系w的位置。
[0062]
显示设备(50)被认为是可用的，我们将其特定实例定义为用于现在被标识为h的增强现实的透视显示器，诸如商用microsoft hololens或类似设备或3d机械护目镜。
[0063]
n个检测传感器(11)被认为是可用的，通常为可经由缆线或借助无线连接从其获取数据的惯性传感器，诸如加速计、陀螺仪、磁力计、被识别为集合d_1、
…
、d_i、
…
、d_n的特定实例的设备。
[0064]
设备d_1、
…
、d_i、
…
、d_n可借助联接装置(12)(通常为机械紧固件)固定到器官o。
[0065]
不设置有触觉反馈的手术机器人r被认为是可用的；其未在图中示出。
[0066]
因此认为，外科医生c能够触及器官o，并且已经实现了接近手术部位以及定位手术器械的相关过程。
[0067]
根据本发明的用于检测和跟踪在术中情景1中经受操纵的身体器官的位置和/或变形的装置的操作包括以下步骤。
[0068]
步骤_1
[0069]
将设备d_1、
…
、d_i、
…
、d_n最初布置在预定义位置中以便被校准，即以便相对于笛卡尔参考系统w配准相应的笛卡尔参考系统。
[0070]
因此，通用设备d_i与参考系统w之间以及w与各种d_1、
…
、d_i、
…
、d_n之间的变换是已知的。
[0071]
步骤_2
[0072]
校准显示器h的位置，即相关的笛卡尔参考系，并且这也意味着相对于笛卡尔参考系w配准与由h管理的增强现实空间相关联的笛卡尔参考系。
[0073]
因此，h与w之间以及w与h之间的变换，以及因此设备d_1、
…
、d_i、
…
、d_n与h之间以及h与各种设备d_1、
…
、d_i、
…
、d_n之间的变换是已知的。
[0074]
步骤_3
[0075]
设备d_1、
…
、d_i、
…
、d_n被外科医生c引入到腹部中并固定到器官o的表面，以使得：
[0076]
(i)优先化o的表面上他或她预期将由于机械和操作应力而引起的最大变形的区域，以及
[0077]
(ii)如果由设备d_1、d_i、d_n进行的数据获取是经由缆线进行的，则使得缆线将不会妨碍外科医生c的工作并且特别是不会干扰机器人r的工作空间的可能性最大化。
[0078]
步骤_4
[0079]
设备d_1、
…
、d_i、
…
、d_n被供电，然后每个设备d_i以特定频率f_i生成时间序列s_i。
[0080]
符号s_i还可被理解为对相关联的设备d_i的特定惯性传感器的参考。
[0081]
实际上假设频率全部都相等，即，f_1＝
…
＝f_n，并且因此所述频率可总体上被称为f。
[0082]
每个时间序列s_i在每个时刻t由一对(a_t,v_t)组成，其中a_t指示线性加速度向量并且由三个值(a_x,a_y,a_z)的集合组成，其中a_x是沿着x轴的线性加速度，a_y是沿着y轴的线性加速度，a_z是沿着z轴的线性加速度(所述轴将被理解为是相对于设备d_i的参考系的，但是可变换成相对于笛卡尔参考系w的相应值)，并且
[0083]
v_t指示角速度向量并且由一组三个值(v_x,v_y,v_z)组成，其中v_x是绕x轴的角速度，a_y是绕y轴的角速度，a_z是绕z轴的角速度(同样，在这种情况下，所述轴也被理解为是相对于设备d_i的参考系的，但是可变换成相对于笛卡尔参考系w的相应值)。
[0084]
对于包括在1与n之间的每个i，以及对于与外科手术的持续时间对应的在1与t之间的每个t，s_it＝(a_it,v_it)是指与时刻t的时间序列s_i有关的对。
[0085]
步骤_5
[0086]
对于每个设备d_i和时刻t，s_it由传感器s_i获取，由传输单元(20)(我们现在将其特定实例定义为tx_i)传输，由接收单元(30)(我们现在将其特定实例定义为rx，其聚集来自所有设备的信号)接收，然后被提供给在处理单元(40)(我们现在将其特定实例定义为计算设备e)上运行的算法alg_p。这在频率f下进行。
[0087]
步骤_6
[0088]
当显示器h由外科医生c穿戴时，外科医生c看到世界的两个叠加表示，即增强空间sa(由h人工地生成)和公共空间sc。
[0089]
关于表示sa，外科医生c看到漂浮在空间中并处于特定位置pi的器官o的图像i。
[0090]
对于与外科手术的持续时间对应的包括在1与t之间的每个t，将特定时刻t中的该位置称为pi_t。
[0091]
在每个时刻t，pi_t是算法alg_p的操作结果，该算法的行为随后在步骤_9中描述。
[0092]
关于表示sc，外科医生c看到其中o的位置(我们将其称为po)不对应于位置pi的术中情景。
[0093]
步骤_7
[0094]
随后，这两个位置pi和po必须相对于参考系统w进行配准。
[0095]
这在自动模式下完成。
[0096]
算法alg_r实现了三维视觉伺服的已知技术。
[0097]
alg_r具有作为输入的图像i和由h提供的感觉接近数据，该感觉接近数据被方便地表示为u元素的向量rh，使得rh＝(q_1、
…
、q_i、
…
、q_u)，其中每个元素q_i是三个值(x_i,y_i,z_i)的集合，该集合表示q_i在增强空间sa中相对于h的参考系(但是它可显然是指w)的位置。
[0098]
alg_r的目的是将i叠加到o上，特别是叠加两个相应位置pi和po。
[0099]
alg_r考虑了向量rh的子集ro(其包含rh中与器官o对应的点q_i)，并且实现了最小化取决于增强空间sa中的ri与rh之间的距离度量的代价函数的技术、或确定等效度量的基于学习的技术、或基于多物理仿真的技术。
[0100]
距离度量可有利地是确定性的或概率性的。
[0101]
在前一种情况下，当代价函数的值低于特定阈值sq_1时，这意味着图像i和器官o被叠加，并且特别是分别为图像和器官的两个位置pi和po被叠加。
[0102]
在后一种情况下，当代价函数及其主矩的值由被整体定义为sq_1的某些统计性质来表征时，这意味着图像i和器官o被叠加，并且特别是分别为图像和器官的两个位置pi和po被叠加。
[0103]
步骤_8
[0104]
外科医生c在手术步骤中通过作用于r机器人来操纵器官o，从而移动器官o。
[0105]
从操作方面来看，将器官o看作刚体是有利的。
[0106]
这意味着pi(相应地，po)是值的向量(p_x,p_y,p_z,o_x,o_y,o_z)，其中p_x是i(相应地，o)相对于x轴的位置，p_y是i(相应地，o)相对于y轴的位置，p_z是i(相应地，o)相对于z轴的位置，o_x是i(相应地，o)相对于x轴的定向，o_y是i(相应地，o)相对于y轴的定向，o_z是i(相应地，o)相对于z轴的定向，所有这些都是相对于笛卡尔参考系统w而言的。
[0107]
步骤_9
[0108]
当器官o跟随外科医生c的动作而移动时，对于每个时刻t(其中t包括在1与t之间)，呈s_it＝(a_it,v_it)形式的n个数据(每个设备d_i一个)由alg_p处理。
[0109]
alg_p实现了非线性概率估计算法，该算法可通过学习模型获得，也可呈封闭形式；该算法使用对a_it的值进行两次积分并且整对v_t的值进行一次积分的模型来生成pi_
t的变量的估计值，从而确定图像i在空间sa内的相对于笛卡尔参考系统w配准的位置。
[0110]
步骤_10
[0111]
在每个时刻t(其中t被包括在1与t之间)，pi_t被用于更新图像i的位置，并且因此更新空间sa内相对于笛卡尔参考系w配准的向量ri的形式，如由外科医生c所看到的。
[0112]
步骤_11
[0113]
当外科医生c作用于器官o时，各种设备d_1、d_i、d_n针对包括在1与t之间的每个时刻t生成时间序列s_it，该时间序列s_it由alg_p处理，有助于计算图像i的位置pi_t并且因此有助于通过对位置pi_t的估计来跟踪器官o的位置po_t。
[0114]
从技术方面来看，目标是针对包括在1与t之间的每个t最小化pi_t与po_t之间的确定性或概率性距离度量(其对应于增强空间sa中ri与rh之间的距离度量)，并且在任何情况下确保这被包含在阈值sq_1内(或与阈值sq_1兼容)。
[0115]
步骤_12
[0116]
当外科手术完成时，即，当t等于t时，将设备d_1、
…
、d_i、
…
、d_n从o的表面移除。
[0117]
第二优选实施方案提供上述步骤_8的扩展步骤—扩展步骤_8，如下所述。
[0118]
在手术步骤期间，外科医生c通过作用于机器人r来操纵器官o，并且因此该器官由于外科手术而变形。
[0119]
从操作方面来看，现在可将器官o看作可变形体。
[0120]
假设各种设备d_1、
…
、d_i、
…
、d_n定位o的表面上，并且各种时间序列s_it＝(a_it,v_it)(其中t包括在1与t之间)表示其中各种设备已经固定到o的表面区域的移动。
[0121]
进一步假设器官o的主要机械特性的表征是可用的，例如呈应力-应变关系的形式，或者进一步假设在多物理仿真中存在此类关系的模型，或者在任何情况下所述模型可通过学习技术来获得。
[0122]
这意味着pi(相应地，po)是由n个元素组成的向量，每个元素的形式为(p_x,p_y,p_z,o_x,o_y,o_z)_i，其中i包括在1与n之间，其中第i p_x是d_i相对于x轴的位置，第i p_y是d_i相对于y轴的位置，第i p_z是d_i相对于z轴的位置，第i o_x是d_i相对于x轴的定向，第i o_y是d_i相对于y轴的定向，第i o_z是d_i相对于z轴的定向，所有这些都是相对于笛卡尔参考系w而言的。
[0123]
借助已知的优化算法，有可能基于pi_t和o的应力-应变关系来计算或估计在时刻t器官o的图像i的变形de_t，并且因此基于pi_t和de_t来确定i。
[0124]
第三优选实施方案包括如上所述的s步骤_7的另选步骤—另选步骤_7，如下所述。
[0125]
在步骤_6之后，这两个位置pi和po必须相对于笛卡尔参考系统w进行配准。
[0126]
这由外科医生c在辅助模式下完成。
[0127]
首先，算法alg_ra执行算法alg_r，该算法alg_r实现了已知的三维视觉伺服技术。
[0128]
alg_r具有作为输入的图像i和由设备h提供的感觉接近数据，该感觉接近数据被方便地表示为u个元素的向量rh，使得rh＝(q_1、
…
、q_i、
…
、q_u)，其中每个元素q_i是三个值(x_i,y_i,z_i)的集合，该集合表示q_i在增强空间sa中相对于h的参考系(但是它可以是指w)的位置。
[0129]
alg_r的目的是将i叠加到o上，特别是叠加两个位置pi和po。
[0130]
alg_r考虑了向量rh的子集ro(其包含rh中与器官o对应的点q_i)，并且实现了最
小化取决于增强空间sa中的ri与rh之间的距离度量的代价函数的技术、或确定等效度量的基于学习的技术、或基于多物理仿真的技术。
[0131]
距离度量可有利地是确定性的或概率性的。
[0132]
在前一种情况下，当代价函数的值低于特定阈值sq_1时，这意味着图像i和器官o被叠加，并且特别是分别为图像和器官的两个位置pi和po被叠加。
[0133]
在后一种情况下，当代价函数及其主矩的值由被整体定义为sq_1的某些统计性质来表征时，这意味着图像i和器官o被叠加，并且特别是分别为图像和器官的两个位置pi和po被叠加。
[0134]
在以下情况下：代价函数的值在确定性情况下不变得低于阈值sq_1，或者目标函数的值的统计性质在概率性情况下与被定义为sq_1的统计性质不兼容，在特定时间阈值sq_2内，要求外科医生c对pi进行手动调整，然后alg_r从与由外科医生c手动获得的pi相关联的数据i开始恢复。
[0135]
在alg_ra中重复这些迭代，直到代价函数的值在确定性情况下变得低于阈值sq_1，或者统计性质变得与sq_1的那些统计性质兼容，并且因此这意味着i和o被叠加，并且特别是pi和po被叠加。
[0136]
外科医生c可在两个步骤中进行手动调整：
[0137]
(i)借助设备h的界面使用离散移动，外科医生c选择i，以及
[0138]
(ii)进行连续移动，他或她以用他或她的能力将i最佳地叠加在o上的方式执行i的旋转平移。
[0139]
在实践中已经观察到，根据本发明的用于检测和跟踪在术中情景中经受操纵(例如经受外科手术)的身体器官的位置和/或变形的装置对于以简单、有效且安全的方式将该器官的三维增强现实图像与该器官的位置和/或变形的所述表示相关联是特别有利的。
[0140]
本发明的另一个优点是提供一种用于检测和跟踪在术中情景中(例如在外科手术期间)身体器官的位置和/或变形的装置，该装置使得能够在术中情景中在外科手术过程中实现辅助体内定向，方法是：通过具有与医护人员的视野的合理、有效且可确认的实时同步的可穿戴或便携的显示设备将三维增强现实图像与在公共三维空间中的身体器官的位置和/或变形相重叠。
[0141]
本发明的另一个优点是提供一种用于检测和跟踪在术中情景中(例如在外科手术过程中)身体器官的位置和/或变形的装置，该装置更新与身体器官的位置和/或变形对应的三维增强现实图像的位置和/或变形，并且提供局限于该器官的表面的绝对或时间差异类型的数据。
[0142]
因此设想了用于检测和跟踪在术中情景中经受操纵(例如经受外科手术)的身体器官的位置和/或变形的装置，该装置能够进行许多修改和变型，所有这些修改和变型都落入了如权利要求所限定的本发明构思的范围内。
[0143]
在实践中，所使用的材料和设备以及尺寸、参数和算法可根据需要以及现有科学和技术而定。