[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

说明书

光学跟踪系统包括基准标记部、形状测量部、跟踪传感器部及处理部。基准标记部相对于患者而进行固定配置。形状测量部针对与三维影像对应的患者预定部位，测量三维形状。跟踪传感器部传感基准标记部及形状测量部。处理部以跟踪传感器部传感的结果为基础，获得基准标记部与跟踪传感器部之间的坐标变换关系及形状测量部与跟踪传感器部之间的坐标变换关系，以形状测量部测量的结果为基础，获得患者的预定部位与形状测量部之间的坐标变换关系，从获得的坐标变换关系，针对基准标记部定义相对的患者的坐标系。因此，能够在更短时间，以更少费用，准确而容易地跟踪患者或手术工具。

技术领域

本发明涉及光学跟踪系统及光学跟踪系统的坐标系整合方法，更详细而言，涉及一种用于跟踪患者或手术工具的光学跟踪系统及光学跟踪系统的坐标系整合方法。

本发明是从作为知识经济部的产业核心技术开发事业的一环而执行的研究导出的[课题固有编号：10040097，课题名：基于医疗手术机器人影像的耳鼻喉科及神经外科手术用微创多自由度手术机器人系统技术开发]。

背景技术

最近，在治疗患者的患处的手术中，利用已拍摄的影像的影像引导手术(image-guided surgery)被大量地应用。特别是需要在避开患者身体内的重要神经和主要脏器的同时进行手术的情况下，要求以已拍摄的影像为基础，进行具有高准确度的手术。

一般而言，已拍摄的影像包括借助于MRI摄像、CT摄像等而获得的三维影像，在开始手术时，需要使这种已拍摄的三维影像的坐标系和患者的坐标系相互一致的整合(registration)，在手术进行期间，需要实时掌握患者或手术工具移动导致的位置及姿势变化。另外，当在手术期间，患者的姿势变化时，需要对患者的坐标系进行重新整合(re-registration)，持续跟踪患者或患处。

以往，为了这种整合及跟踪，一直使用动态参照装置(dynamic reference base,DRB)。即，事先把所述动态参照装置附着于患者后，拍摄诸如CT的三维影像，在开始手术时，把所述三维影像的坐标系和患者的坐标系相互整合后，在进行手术期间，以所述动态参照装置为基础，跟踪手术工具，从而跟踪针对于患者患处相对的手术工具的位置等。此时，为了整合，需要在所述动态参照装置固定于患者的状态下，事先拍摄三维影像，为了准确跟踪，需要严格固定于患者。

为此，以往，例如采用在患者的骨骼部分作下标记(marker)后对其进行传感并跟踪的方法、对在患者牙齿上附着了标记的模板(template)进行咬模后对其进行传感并跟踪的方法等，或者采用生成人造结构物来加工的STAMP(Surface Template-Assisted MarkerPosition)的方法等。

但是，就如上所述的以往方法而言，存在标记附着困难、因在骨骼作下标记而发生的副作用、因牙齿咬模而可能发生的标记位置变化导致的准确性及可靠性减小、手术前需制作昂贵的STAMP的麻烦和制作所需的大量时间和费用等各种问题。另外，就以往的方法而言，即使动态参照装置严格固定于患者，在患者移动的情况下，所述动态参照装置与患者患处之间的距离、姿势等可能会变化，因而无法实现准确的跟踪，也无法进行重新整合，存在无法使用的问题。因此，以往的方法是假定患者不动而进行手术，但实际上在手术中，患者往往移动，因而实际上在实现准确跟踪方面存在困难。

因此，要求开发一种能够在更短时间以更少费用获得准确的整合结果的整合方法，要求开发一种在手术中，即使在患者移动或姿势变化的情况下，跟踪也比较准确而容易的跟踪系统及跟踪方法。

发明内容

解决的技术问题

因此，本发明要解决的课题是提供一种能够在更短时间，以更少费用，准确而容易地跟踪患者或手术工具的光学跟踪系统。

本发明要解决的另一课题是提供一种能够在更短时间，以更少费用，准确而容易地跟踪患者或手术工具的光学跟踪系统的整合方法。