4的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。該程序定位CT掃描圖像中的基準(zhǔn)標(biāo)記34，以和照相機(jī)探測(cè)到的標(biāo)記34對(duì)齊。因此，軟件處理CT掃描圖像的自動(dòng)定位，以和從照相機(jī)獲取的實(shí)際視頻數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。
[0084]—旦將CT掃描圖像定位至實(shí)際視頻數(shù)據(jù)，如由照相機(jī)圖像數(shù)據(jù)確定的對(duì)口腔夾具12的實(shí)際運(yùn)動(dòng)的追蹤，并由此對(duì)病人口腔(在三個(gè)維度上)運(yùn)動(dòng)的追蹤可被關(guān)聯(lián)至并且描繪在之前掃描的CT圖像上，使得病人口腔的實(shí)際運(yùn)動(dòng)將在計(jì)算機(jī)屏幕上產(chǎn)生病人口腔的掃描的圖像的對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)?？谇粖A具12的實(shí)際運(yùn)動(dòng)由傳輸參考圖案212的圖像的口腔夾具12上的照相機(jī)30確定。利用參考圖案212的圖像和存儲(chǔ)的口腔夾具12上的實(shí)際基準(zhǔn)標(biāo)記34相對(duì)于照相機(jī)30的位置數(shù)據(jù)，該程序可以計(jì)算口腔夾具12的實(shí)際運(yùn)動(dòng)。這樣的計(jì)算和程序是眾所周知的，因此，不需要進(jìn)一步的信息。
[0085]該程序還配置為接收正被使用的手術(shù)工具的位置數(shù)據(jù)。具體地，如上討論的，工具夾具100附接至工具102或與其形成一體。照相機(jī)105附接至工具夾具100上的照相機(jī)底座104。當(dāng)工具102位于底座內(nèi)時(shí)，照相機(jī)105附接至工具夾具100上的照相機(jī)底座104。當(dāng)工具102放置在照相機(jī)105放置的底座內(nèi)時(shí)，會(huì)使其朝向參考夾具上的參考圖案212。至于口腔夾具，工具夾具100上的照相機(jī)105將參考圖案212的圖像轉(zhuǎn)發(fā)至軟件程序。利用參考圖案212的圖像和存儲(chǔ)的工具102上的照相機(jī)105的位置數(shù)據(jù)，該程序可以計(jì)算工具102的實(shí)際運(yùn)動(dòng)。
[0086]然而以上討論涉及視頻追蹤系統(tǒng)的使用，該系統(tǒng)包括安裝在口腔夾具和工具夾具上的照相機(jī)以及參考板，也可以預(yù)計(jì)其它設(shè)置。例如，在圖13所示的一個(gè)替代實(shí)施例中，口腔夾具12不包括照相機(jī)和照相機(jī)底座，但是被構(gòu)造成類似于之前的實(shí)施例，并且正如以上所述的被安裝在病人的牙齒或固定到骨上?？谇粖A具12包括夾具參考圖案302，與參考圖案212類似，其被應(yīng)用至或形成在口腔夾具212的表面。同樣，在該實(shí)施例中，工具102不包括工具夾具100，但是卻包括工具參考圖案304，其同樣類似于參考圖案212。參考板200上安裝有兩個(gè)照相機(jī)306，一個(gè)被定位從而可視地探測(cè)夾具參考圖案302的位置，并且另一個(gè)被定位為可視地探測(cè)工具參考圖案304。系統(tǒng)根據(jù)這兩個(gè)圖案的視頻數(shù)據(jù)能夠?qū)T掃描圖像關(guān)聯(lián)至底座的實(shí)際方向，并且描繪掃描圖像上工具的位置?；蛘?，沒(méi)有兩個(gè)照相機(jī)，參考板可以具有一個(gè)照相機(jī)，其具有足夠廣的視野以可視地探測(cè)工具夾具和口腔夾具上的每個(gè)參考圖案。
[0087]參考圖14，示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例310。在該實(shí)施例中，口腔夾具12包括如上討論的夾具參考圖案302。工具102包括工具夾具100，其類似于以上描述的工具夾具，但是只有一個(gè)照相機(jī)312朝向參考板200上的參考圖案212。參考板200還包括照相機(jī)306，其被安裝以探測(cè)口腔夾具12上的夾具參考圖案302。系統(tǒng)根據(jù)來(lái)自兩個(gè)照相機(jī)的視頻數(shù)據(jù)和對(duì)兩個(gè)圖案的探測(cè)，能夠?qū)T掃描圖像關(guān)聯(lián)至口腔的實(shí)際方向，并且描繪掃描圖像上工具的位置。
[0088]參考圖15，示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例320。在該實(shí)施例中，口腔夾具12類似于根據(jù)圖1描述的口腔夾具，并且包括照相機(jī)底座26和照相機(jī)30。在該實(shí)施例中，工具102不需要工具夾具100，但是卻包括如關(guān)于圖13討論的參考圖案304。參考板200還包括照相機(jī)306，其被安裝以探測(cè)工具102上的工具參考圖案304。將口腔夾具12上的照相機(jī)定向以探測(cè)參考板200上的參考圖案212。系統(tǒng)利用來(lái)自兩個(gè)照相機(jī)的視頻數(shù)據(jù)和對(duì)兩個(gè)圖案的探測(cè)，能夠?qū)T掃描圖像關(guān)聯(lián)至口腔的實(shí)際方向，并且描繪掃描圖像上工具的位置。
[0089]參考圖16，出了本發(fā)明的另一個(gè)變化的實(shí)施例330。在該實(shí)施例中，沒(méi)有使用參考圖案200。相反，口腔夾具12包括如上討論的夾具參考圖案302。工具102包括工具夾具，其類似于以上描述的工具夾具，但是只有一個(gè)照相機(jī)312朝向口腔夾具12上的參考圖案302。系統(tǒng)根據(jù)來(lái)自工具102上照相機(jī)的視頻數(shù)據(jù)和口腔夾具上的圖案，能夠?qū)T掃描圖像關(guān)聯(lián)至口腔的實(shí)際方向，并且描繪掃描圖像上工具的位置。
[0090]參考圖17，示出了本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例340。在該實(shí)施例中，同樣沒(méi)有使用參考板200。相反，口腔夾具12包括照相機(jī)底座，其類似于朝向根據(jù)102的與照相機(jī)30 —起使用的底座。工具102包括工具參考圖案304，其類似于參考圖13描述的工具參考圖案。系統(tǒng)根據(jù)來(lái)自口腔夾具12上照相機(jī)的視頻數(shù)據(jù)和工具102上的圖案，能夠?qū)T掃描圖像關(guān)聯(lián)至口腔的實(shí)際方向，并且描繪掃描圖像上工具的位置。
[0091]參考圖18，示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例350。在該實(shí)施例中，同樣沒(méi)有使用參考板200。相反，口腔夾具12包括照相機(jī)底座，其類似于圖17的實(shí)施例中朝向工具102的底座。工具102包括類似于圖16中的照相機(jī)。該工具和夾具都包括參考圖案。系統(tǒng)利用來(lái)自照相機(jī)的視頻數(shù)據(jù)將CT掃描圖像關(guān)聯(lián)至口腔的實(shí)際方向，并且描繪掃描圖像上工具的位置。
[0092]在本發(fā)明的另一個(gè)變化的實(shí)施例中，可以設(shè)想，外科醫(yī)生可以利用照相機(jī)(諸如安裝至工具夾具100的照相機(jī))在手術(shù)日映射(map)病人的口腔。在該實(shí)施例中，在手術(shù)日將口腔夾具12和參考板200形成并附接至病人。然后，外科醫(yī)生利用該工具照相機(jī)可以創(chuàng)建病人口腔的3D光學(xué)圖像。然后，利用來(lái)自該3D模型和之前的CT掃描圖像的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)同時(shí)參考這兩種數(shù)據(jù)。在該實(shí)施例中，不需要提前制作口腔夾具12。
[0093]前述實(shí)施例是基于這樣的假設(shè)，即病人有足夠的牙齒來(lái)安裝口腔夾具12和參考板200。然而，如果病人的口腔情況不允許同時(shí)連接口腔夾具12和參考板200或其中之一，那么本發(fā)明想到可以將任意一個(gè)元件直接安裝到病人的頌骨。圖19對(duì)此有描繪，口腔夾具400固定地附接至病人的上頌骨。如上所討論的，口腔夾具包括照相機(jī)402，對(duì)其定位以探測(cè)參考板200上的圖案212。
[0094]同樣，可以設(shè)想，可以從本發(fā)明中去掉口腔夾具12上的基準(zhǔn)標(biāo)記34。反之，可以利用對(duì)病人的掃描圖像探測(cè)牙齒，將其作為基準(zhǔn)標(biāo)記，并且照相機(jī)相對(duì)于牙齒的位置可以由系統(tǒng)確定。
[0095]也可以設(shè)想，可以不使用任何基準(zhǔn)(無(wú)基準(zhǔn))來(lái)執(zhí)行本發(fā)明。例如，將包含照相機(jī)但不包含基準(zhǔn)的夾具在手術(shù)時(shí)附接至病人，并且具有朝上的照相機(jī)和朝下的照相機(jī)越過(guò)牙齒。當(dāng)移動(dòng)工具時(shí)，朝上的照相機(jī)與口腔夾具的照相機(jī)一樣相對(duì)于參考板參考自身。這確定了口腔夾具被附接至的牙齒與移動(dòng)的工具之間的相對(duì)位置，允許對(duì)工具的運(yùn)動(dòng)的精確估計(jì)。反過(guò)來(lái)，這已知的運(yùn)動(dòng)允許朝下的照相機(jī)同時(shí)創(chuàng)建3D模型來(lái)估計(jì)牙齒和牙床的結(jié)構(gòu)和外形。在該實(shí)施例中，只使用3D結(jié)構(gòu)來(lái)將光學(xué)獲得的表面配準(zhǔn)至之前產(chǎn)生的(例如通過(guò)步進(jìn)立方體)CT圖像獲得的表面，從而提供口腔夾具的照相機(jī)和CT坐標(biāo)系統(tǒng)之間的聯(lián)結(jié)。
[0096]本發(fā)明的一個(gè)益處為消除制作鑄造模型的需要。因此，以上公開(kāi)的系統(tǒng)和夾具加快了整個(gè)手術(shù)過(guò)程并且減少了病人的不舒適。
[0097]除了病人的運(yùn)動(dòng)，程序還配置為接收用于確定正在被使用的手術(shù)工具的相對(duì)位置的光學(xué)數(shù)據(jù)，O具體地，如上討論的，優(yōu)選地，工具夾具包括第二照相機(jī)109，其提供手術(shù)中正被使用的刀具106的圖像。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為確定刀具106的三維位置，并且調(diào)整仿真的手術(shù)工具的位置，該仿真的手術(shù)工具被描繪在圖像數(shù)據(jù)的顯示器上。因此，實(shí)際工具的運(yùn)動(dòng)由顯示器上的仿真工具模擬。
[0098]為了這么做，在手術(shù)開(kāi)始，醫(yī)生或技師必須通過(guò)將特定儀器輸入軟件系統(tǒng)來(lái)配準(zhǔn)手術(shù)儀器，這時(shí)系統(tǒng)檢索儀器的細(xì)節(jié)，包括其尖端，并且可以檢索其它特征，諸如長(zhǎng)度、形狀等等。或者，并且更優(yōu)選地，參考圖20，醫(yī)生或技師利用配準(zhǔn)設(shè)備500提供光學(xué)數(shù)據(jù)，可以利用該光學(xué)數(shù)據(jù)確定刀具106相對(duì)于照相機(jī)105、109的位置，以及刀具的長(zhǎng)度和直徑。優(yōu)選地，配準(zhǔn)設(shè)備500包括安裝在基座504上的球形觸摸板502。配準(zhǔn)圖案506形成在配準(zhǔn)設(shè)備500的限定位置。在繪示的實(shí)施例中，圖案506位于基板504上，并且508從基板504向上延伸。優(yōu)選地，該圖案506類似于以上涉及的非重復(fù)圖案212。
[0099]使用中，醫(yī)生或技師插入或觸摸在觸摸板502上的刀具106的尖端。啟動(dòng)系統(tǒng)中的配準(zhǔn)程序，致使照相機(jī)105、109接收視頻(光學(xué))數(shù)據(jù)。放置配準(zhǔn)圖案506使得兩個(gè)照相機(jī)105、109或其中之一可以探測(cè)該圖案。一旦照相機(jī)接收數(shù)據(jù)，醫(yī)生或技師相對(duì)于該工具的尖端移動(dòng)(旋轉(zhuǎn)或回轉(zhuǎn))該工具，使得照相機(jī)可以捕獲配準(zhǔn)圖案506中的變化。系統(tǒng)根據(jù)接收的數(shù)據(jù)可以確定刀具106的尖端相對(duì)于照相機(jī)105、109的位置。利用具有不同長(zhǎng)度的兩個(gè)刀具106重復(fù)該過(guò)程，允許系統(tǒng)確定刀具106相對(duì)于每個(gè)照相機(jī)的軸。
[0100]如上提到的，手術(shù)過(guò)程中可能發(fā)生的問(wèn)題之一是外科醫(yī)生可以改變手術(shù)儀器或儀器的尖端，因此，除非配準(zhǔn)新的尖端或新的手術(shù)工具，否則會(huì)潛在地干擾手術(shù)工具的成像描繪的精確性。有時(shí)，手術(shù)過(guò)程的復(fù)雜度會(huì)使對(duì)工具配準(zhǔn)困難，或?qū)е峦饪漆t(yī)生無(wú)意地忘記對(duì)工具配準(zhǔn)。本發(fā)明通過(guò)設(shè)置手術(shù)區(qū)域或邊界解決了該問(wèn)題，該手術(shù)區(qū)域或邊界是基于對(duì)參考圖案212的連續(xù)探測(cè)。更具體地，一旦手術(shù)過(guò)程已經(jīng)開(kāi)始，系統(tǒng)會(huì)探測(cè)參考板200(或夾具圖案302)上的參考圖案212，將工具102認(rèn)為是口腔的邊界容積。
[0101]由于程序可以通過(guò)監(jiān)控參考圖案212 (或接近圖案302)來(lái)追蹤工具102，因此，可將其用于確定是否醫(yī)生可能已經(jīng)對(duì)手術(shù)儀器做了改變。例如，程序會(huì)探測(cè)，初始配置工具之后，工具102上的照相機(jī)什么時(shí)候第一次看到參考圖案(或夾具圖案)。然后其會(huì)在配置之后繼續(xù)監(jiān)控工具102。如果照相機(jī)繼續(xù)探測(cè)參考圖案(或夾具圖案)，那么程序會(huì)推定沒(méi)有對(duì)工具102做改變。然而，如果在預(yù)定的時(shí)間段內(nèi)工具102上的照相機(jī)沒(méi)有探測(cè)到參考圖案(或夾具圖案)，那么程序會(huì)確定工具102可能已經(jīng)離開(kāi)了空腔，并且需要醫(yī)生在繼續(xù)手術(shù)之前采取額外的步驟。在一個(gè)實(shí)施例中，程序發(fā)送彈出消息至顯示器通知醫(yī)生它們已經(jīng)被移出口腔，并且要求其確認(rèn)沒(méi)有對(duì)手術(shù)工具102做改變將新工具配準(zhǔn)至配準(zhǔn)設(shè)備500。一旦醫(yī)生做了響應(yīng)，彈出顯示會(huì)消失，并且醫(yī)生可以繼續(xù)看到整個(gè)屏幕。
[0102]因此，本發(fā)明提供用于追蹤圖像導(dǎo)航的手術(shù)過(guò)程中被使用的手術(shù)工具的新型方法，以及通知醫(yī)生確認(rèn)是否對(duì)工具做了改變的方法。
[0103]然而以上描述涉及手術(shù)工具或手術(shù)儀器，其包括鉆子，術(shù)語(yǔ)“手術(shù)儀器”或“手術(shù)工具”意在覆蓋口腔內(nèi)手術(shù)使用的其它工具，諸如用于切除組織的工具，該組織包括小孩的第三臼齒。
[0104]可以在任何形式的計(jì)算機(jī)上實(shí)施本文中描述的系統(tǒng)，并且可以將元件實(shí)施為專屬應(yīng)用或在客戶-服務(wù)器結(jié)構(gòu)中實(shí)施該元件，該結(jié)構(gòu)包括基于網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，并且可以包括函數(shù)程序、