跟踪系统及利用上述跟踪系统的跟踪方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种跟踪系统及利用上述跟踪系统的跟踪方法，更详细地，涉及一种 通过跟踪附着于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 更快恢复而对机器人手术进行研宄和导入。
[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，可以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，具 有手术空间受到很大制约的问题。
【发明内容】
[0008] 解决问题的手段
[0009] 因此，本发明的目的在于，提供仅利用一台成像单元也可以计算出各个标记的三 维坐标，从而可以减少制作费用，实现装备的紧凑化，使得手术空间的制约最小化的跟踪系 统及利用上述跟踪系统的跟踪方法。
[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，附着于目标物来释放光；镜 头陈列单元，由至少两个镜头按预定间隔排列，从上述多个标记释放的光通过上述至少两 个镜头；成像单元，接收从上述多个标记释放并通过上述镜头陈列单元的各镜头的光，并在 每个标记中分别完成与上述镜头陈列单元的镜头的数量相对应的数量的像的成像；以及处 理器，利用在上述成像单元中完成成像的标记影像，来计算出上述各个标记的三维坐标后， 对上述标记的三维坐标和已保存的相邻的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，其中上述标记影像为针对每个标记完成成像的与上述镜头陈 列单元的镜头的数量相对应的数量的标记影像。
[0012] 作为一例，上述多个标记可以为自身释放光的主动标记。
[0013] 另外，本发明还可以包括至少一个光源，上述至少一个光源从上述镜头陈列单元 侧向上述多个标记释放光，在此情况下，上述多个标记可以为向上述镜头陈列单元侧反射 从上述光源释放的光的被动标记。
[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多个标记释 放并通过上述镜头陈列单元的各镜头的光，来使每个标记的，与上述镜头陈列单元的镜头 数量相对应的至少两个像完成成像。
[0015] 作为一例，上述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可以包括：从附着于目标物的至少三个标记中释放 光的步骤；从上述多个标记中释放的光通过镜头陈列单元的至少两个镜头，并在成像单元 中完成与上述镜头陈列单元的镜头的数量相对应的数量的像的成像；利用在上述成像单元 中完成成像的标记影像，并通过处理器来计算出上述各个标记的三维坐标的步骤，其中上 述标记影像为针对每个标记完成成像的与上述镜头陈列单元的镜头的数量相对应的数量 的标记影像；以及对上述各个标记的三维坐标和已保存在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，从而计算出上述目标物的空间位置和方向的步骤。
[0017] 作为一例，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，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完成成像的每个标记的与上述镜头陈列单元的镜头的数量相对应 的数量的标记影像的二维坐标的步骤；以及利用上述每个标记的与上述镜头陈列单元的镜 头的数量相对应的数量的标记影像的二维坐标，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。
[0019] 作为一例，在释放上述光的步骤中，可以向上述镜头陈列单元侧释放由上述标记 自身发出的光。
[0020] 不同与此，在释放上述光的步骤中，可以通过上述多个标记来向镜头陈列单元侧 反射从至少一个光源中释放的光。
[0021] 另一方面，上述光源的空间位置和方向已保存在上述处理器。
[0022] 发明的效果
[0023] 像这样，在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中，从 各个标记释放的光通过具有至少一对镜头的镜头陈列单元，从而在成像单元完成标记影像 的成像，其中上述标记影像为针对每个标记形成的与上述镜头陈列单元所具有的镜头的数 量相对应的数量的标记影像，最终可以仅利用一台成像单元也能通过三角法来计算出上述 多个标记的三维坐标，并能计算和确认附着于目标物的空间位置和方向。
[0024] 并且，由于不受镜头的排列方法及倍率的影响，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】
[0025] 图1为本发明的一实施例的跟踪系统的简图。
[0026] 图2为多个标记附着于目标物的例示图。
[0027] 图3为用于说明在镜头的相同光程上，当标记的位置改变时的标记影像完成成像 的位置的变化的例示图。
[0028] 图4为用于说明本发明的一实施例的跟踪方法的框图。
[0029] 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。
[0030] 图6为将成像单元的图像传感器虚拟分割为第一标记影像的坐标系和第二标记 影像的坐标系的例示图。
[0031] 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】
[0032] 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，