实施例。由此，将省略对与步骤702、704、712、714、716和718分别对应的步骤802、804、814、816、818和820的描述。
[0140]在步骤806中，将缩放参考190放置在配准相机160的查看方向上(S卩，视野中)。然后，在步骤808中，利用配准相机160从多个视角(或查看角度)记录感兴趣患者区域(在此是患者脸部)的视频数据流，使得还可以看到缩放参考190。在另一步骤810中，对解剖患者特征进行识别并可选地分类，以基于检测到的特征在视频数据流中进行跟踪。应用SfM来如上所述地解释三维点云。
[0141]结合步骤810(即，并行地)，在步骤812中应用模式识别来识别附加的解剖患者特征(所谓的地标)，该附加的解剖患者特征被用来定义预期有解剖患者特征的图片区域。该方案有助于防止检测到没有位于患者表面的特征。将意识到的是，在步骤820中还将会利用解剖患者特征来定义用于手术导航的患者跟踪设备。由此，不管是专用特征块还是专用患者跟踪设备，在图8A和图8B中示出的实施例中都不需要。
[0142]在图8A的实现中，步骤810中使用的解剖患者特征可以是个人皮肤特征。这样的皮肤特征包括在配准相机160获取的图片数据集中(经由模式识别)可检测到的毛孔、斑点和胎记中的一项或多项。应该明白，在其他实现中，可将涂抹在患者皮肤上的图样用于与皮肤特征相同的目的。一般而言，这样的涂抹图样可替代任何的上述实施例中的基于衬底的特征块330。
[0143]应该注意到，在图8A示出的设置中，缩放参考190是可选的。作为备选，可基于患者图像数据中固有包括的缩放信息来结合表面匹配执行缩放。
[0144]从以上实施例将变得显而易见的是，本公开提供了具有创新性配准方法的手术导航技术。可以低成本地提供导航系统，因为在最简单的变型中，单个相机(例如，经由接口耦接到计算机设备的网络相机)便足够了。配准流程是容易且直观的，且对于获取用于手术导航的患者图像数据而言，不需要任何特别的患者治疗。
[0145]在上文中，已经示例性地描述了实现本文公开的技术的原理、实施例和各种模式。不应将本发明解释为限制在本文公开的具体原理、实施例和模式。相反，将要意识到，本领域技术人员可在不背离下面的权利要求中定义的本发明的范围的情况下做出各种改变和修改。
【主权项】
1.一种确定导航参考坐标系(302)与图像坐标系(304)之间的转换(Tl)的计算机实现的方法，所述导航参考坐标系用于相对于患者图像数据来导航手术设备(150)，在所述图像坐标系中，所述患者图像数据定义患者表面的形状，所述方法包括: 接收(202)多个图片数据集，其中，所述图片数据集是从所述患者表面的不同视角得到的； 根据所述图片数据集并在所述导航参考坐标系(302)中确定(204)所述图片数据集中能够识别的多个特征(170)的特征坐标； 根据所述特征坐标确定所述导航参考坐标系(302)中所述患者表面的形状模型；以及使用所述形状模型与由所述患者图像数据定义的患者表面的形状之间的表面匹配来确定(208)所述导航参考坐标系(302)与所述图像坐标系(304)之间的转换(Tl)。2.根据权利要求1所述的方法，其中: 所述图片数据集是从在得到所述图片数据集时能够相对于所述患者移动的第一相机(160)接收的。3.根据权利要求2所述的方法，其中: 所述第一相机(160)是视频相机，且所述图片数据集是通过视频数据流的形式从所述第一相机(160)接收的。4.根据权利要求2或3所述的方法，其中: 所述第一相机(160)是以下至少之一:手持相机，以及能够贴附到所述手术设备(150)。5.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中: 将至少一个图片数据集中能够识别的特征中的若干特征归组，以形成特征组，其中，每个特征组能导致位置和定向中的至少一项。6.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，使用运动结构SfM技术、同时定位及映射技术SLAM和姿态估计技术中的一项或多项来确定所述特征坐标和所述形状模型中的至少一项。7.根据权利要求5或6所述的方法，其中: 将SLAM应用于所述特征组。8.根据权利要求6所述的方法，其中: SfM从不同的视角构建针对在所述图片数据集中能够识别的各个特征的特征跟踪，且将基于不同视角的三角测量法应用于各个特征跟踪。9.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中: 由点云表示所述形状模型。10.根据前述任一项权利要求所述的方法，还包括: 基于在所述图片数据集中识别出的特征(170)中的至少一些特征确定所述导航参考坐标系(302) ο11.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中: 针对在手术导航期间使用的患者跟踪设备(320)的一个或多个跟踪器特征确定所述特征坐标，其中，所述患者跟踪设备(320)在所述图片数据集中是能够至少部分识别的，并相对于所述患者具有固定位置。12.根据权利要求1O或11所述的方法，其中: 所述跟踪器特征至少部分地定义所述导航参考坐标系(302)。13.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中: 针对在所述图片数据集中能够识别的一个或多个解剖患者特征确定所述特征坐标。14.根据权利要求13所述的方法，还包括: 使用与解剖特征有关的通用知识在所述图片数据集中识别所述一个或多个解剖患者特征。15.根据权利要求13或14结合权利要求7所述的方法，其中: 至少部分地根据所述解剖患者特征确定所述导航参考坐标系(302)。16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中: 至少部分地根据所述解剖患者特征确定所述形状模型。17.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中: 针对涂敷到所述患者并在所述图片数据集中能够至少部分地识别的特征块(330)的一个或多个块特征确定所述特征坐标。18.根据权利要求17结合权利要求10所述的方法，其中: 至少部分地根据所述块特征确定所述导航参考坐标系(302)。19.根据权利要求17或18所述的方法，其中: 所述特征块(330)贴合到所述患者表面，且至少部分地根据所述块特征确定所述形状模型。20.根据前述任一项权利要求所述的方法，还包括: 根据所述表面匹配导出缩放因子，且还根据所述缩放因子确定所述导航参考坐标系(302)。21.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中: 在所述图片数据集中能够识别缩放参考(190)的缩放特征，且还根据从所述缩放特征导出的缩放因子确定所述导航参考坐标系(302)。22.根据前述任一项权利要求所述的方法，还包括: 在导航期间跟踪或计算所述手术设备(150)或其一部分相对于所述导航参考坐标系(302)的位置，所述导航参考坐标系(302)是已根据所述特征中的一个或多个特征确定的。23.根据权利要求22所述的方法，其中: 至少根据一个或多个患者特征以及所述患者跟踪设备(320)的一个或多个跟踪器特征执行所述跟踪或计算，所述患者跟踪设备(320)不同于涂敷到所述患者的特征块(330)。24.根据权利要求22或23所述的方法，还包括: 将所述手术设备(150)或其一部分相对于所述患者图像进行可视化，其中根据所述跟踪或计算对所述可视化进行适配。25.根据权利要求22至24中任一项所述的方法，其中: 从第一相机(160)接收所述图片数据集，且基于由不同于所述第一相机(160)的第二相机(160A)提供的图片信息执行所述跟踪或计算。26.根据权利要求25所述的方法，其中: 在手术期间，将第二相机(160A)维持在手术室中的基本固定的位置。27.根据权利要求22至24中任一项所述的方法，其中: 从第一相机(160)接收所述图片数据集，且还基于从所述第一相机(160)接收到的图片数据集执行所述跟踪或计算。28.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中: 根据预定编码方案对在所述图片数据集中能够识别的两个或更多个特征进行编码，使得在所述图片数据集中所述特征能够彼此区分开。29.根据前述任一项权利要求所述的方法，还包括: 基于模式识别来识别所述图片数据集中的一个或多个特征。30.根据前述任一项权利要求所述的方法，还包括: 接收所述患者图像数据，所述患者图像数据是在所述图像坐标系(304)中提供的；以及 从所述患者图像数据提取所述患者表面的形状。31.根据权利要求30所述的方法，其中: 所述患者图像数据没有示出任何配准标记。32.根据权利要求30或31所述的方法，其中: 所述患者图像数据是手术前生成的。33.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中: 在导航前确定所述转换(Tl)，且附加地在导航期间一次或多次地确定所述转换(Tl)，以验证或校正导航前确定的所述转换。34.根据权利要求33所述的方法，其中: 基于在导航期间接收到的每个图片数据集重新确定所述转换(Tl)。35.—种包括程序代码部分的计算机程序产品，当由计算设备执行所述计算机程序产品时，所述程序代码部分执行前述权利要求中的任一项所述的步骤。36.—种用于确定导航参考坐标系(302)与图像坐标系(304)之间的转换(Tl)的设备(110)，所述导航参考坐标系用于相对于患者图像数据来导航手术设备(150)，在所述图像坐标系中，所述患者图像数据定义患者表面的形状，所述设备(110)包括: 接口(112)，适于接收多个图片数据集，其中，所述图片数据集是从所述患者表面的不同视角得到的； 处理器(114)，适于:根据所述图片数据集并在所述导航参考坐标系(302)中确定所述图片数据集中能够识别的多个特征(170)的特征坐标;根据所述特征坐标确定所述导航参考坐标系(302)中所述患者表面的形状模型；以及，使用所述形状模型与由所述患者图像数据定义的患者表面的形状之间的表面匹配来确定所述导航参考坐标系(302)与所述图像坐标系(304)之间的转换(Tl)。37.—种系统(100)，包括: 根据权利要求36所述的设备；以及 相机(160)，能够相对于患者移动，并被配置为提供图片数据集。
【专利摘要】提供了一种用于确定导航参考坐标系(302)与图像坐标系(304)之间的转换的技术，导航参考坐标系用于相对于患者图像数据来导航手术设备(150)，在图像坐标系中，患者图像数据定义患者表面的形状。该技术的计算机实现方法的实现包括：接收多个数据集，其中，所述数据集是从患者表面的不同视角得到的。根据图片数据集并在导航参考坐标系(302)中确定图片数据集中可识别的多个特征(170)的特征坐标。根据特征坐标，确定导航参考坐标系(302)中患者表面的形状模型。然后，应用形状模型与由患者图像数据定义的患者表面的形状之间的表面匹配来确定导航参考坐标系(302)与图像坐标系(304)之间的转换(T1)。
【IPC分类】A61B34/20
【公开号】CN105658167
【申请号】
【发明人】约亨·布赖萨克尔, 让·斯塔维亚斯基, 托比亚斯·赖夫
【申请人】斯瑞克欧洲控股I公司
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2013年8月23日