[发明专利]光学跟踪系统及光学跟踪系统的坐标系整合方法

权利要求书

1.一种光学跟踪系统，所述光学跟踪系统用于利用在对患者实施手术之前预先获得的三维影像，跟踪患者或对所述患者实施手术的手术工具，其中，包括：

基准标记部，其附着于固定物体，并相对于所述患者配置；

形状测量部，其针对与所述三维影像对应的所述患者的预定部位测量三维形状；

跟踪传感器部，其传感所述基准标记部及所述形状测量部，以便能够分别跟踪所述基准标记部及所述形状测量部；及

处理部，其以所述跟踪传感器部对所述基准标记部及所述形状测量部传感的结果为基础，获得所述基准标记部与所述跟踪传感器部之间的第一坐标变换关系及所述形状测量部与所述跟踪传感器部之间的第二坐标变换关系，以所述形状测量部测量的所述三维形状为基础，获得所述患者的预定部位与所述形状测量部之间的第三坐标变换关系，从所述获得的第一、第二及第三坐标变换关系，针对所述基准标记部而定义相对的所述患者的坐标系。

2.根据权利要求1所述的光学跟踪系统，其中，

所述形状测量部包括测量装置及安装于所述测量装置的标记，

所述跟踪传感器部传感所述形状测量部的标记，

所述处理部获得所述形状测量部的标记与所述跟踪传感器部之间的第四坐标变换关系及所述形状测量部的测量装置与所述形状测量部的标记之间的第五坐标变换关系。

3.根据权利要求2所述的光学跟踪系统，其中，

所述第一、第二、第三、第四以及第五坐标变换关系分别以坐标变换矩阵表现，

所述处理部根据如下数学式，针对所述基准标记部而定义相对的所述患者的坐标系，

PR＝T1^-1T2T3T4

PR为相对于所述基准标记部的所述患者的坐标变换矩阵，T1为相对于所述跟踪传感器部的所述基准标记部的坐标变换矩阵，T2为相对于所述跟踪传感器部的所述形状测量部的标记的坐标变换矩阵，T3为相对于所述形状测量部的标记的所述形状测量部的测量装置的坐标变换矩阵，T4为相对于所述形状测量部的测量装置的所述患者的坐标变换矩阵。

4.根据权利要求3所述的光学跟踪系统，其中，

所述跟踪传感器部测量用于获得相对于所述跟踪传感器部的所述基准标记部的坐标变换矩阵T1及相对于所述跟踪传感器部的所述形状测量部的标记的坐标变换矩阵T2所需的第一信息，

所述形状测量部测量用于获得相对于所述形状测量部的测量装置的所述患者的坐标变换矩阵T4所需的第二信息，

所述处理部利用测量的所述第一及第二信息，获得多个所述坐标变换矩阵T1、T2、T4，从获得的多个所述坐标变换矩阵T1、T2、T4，算出相对于所述形状测量部标记的所述形状测量部的测量装置的坐标变换矩阵T3及相对于所述基准标记部的所述患者的坐标变换矩阵PR。

5.根据权利要求4所述的光学跟踪系统，其中，

所述跟踪传感器部对所述第一信息的测量执行2次以上，所述形状测量部对所述第二信息的测量执行2次以上。

6.根据权利要求1所述的光学跟踪系统，其中，

所述处理部以所述形状测量部测量的所述三维形状为基础，整合针对在所述患者实施手术之前预先获得的三维影像的坐标系及对于所述基准标记部而进行相对定义的所述患者的坐标系。

7.根据权利要求6所述的光学跟踪系统，其中，

还包括手术工具，所述手术工具包含对所述患者实施手术所需的标记，

所述跟踪传感器部传感所述手术工具的标记，以便能够跟踪所述手术工具的标记，

所述处理部以所述跟踪传感器部对所述基准标记部及所述形状测量部传感的结果为基础，获得所述基准标记部与所述跟踪传感器部之间的所述第一坐标变换关系及所述手术工具的标记与所述跟踪传感器部之间的第六坐标变换关系，利用所述第一及第六坐标变换关系及对于所述基准标记部而进行相对定义的所述患者的坐标系，针对所述患者定义相对的所述手术工具的坐标系。