[发明专利]光学位置测量及将坚硬或半柔软的工具引导到目标的系统和方法

权利要求书

1.一种在至少5个自由度上对手持针相对于人体的位置进行测量的系统，该系统包括： 

（a）刚性或半柔性针，具有用来插入所述人体的远端，和用于在所述人体外进行手动操作的近部； 

（b）片，配置为在所述针插入到所述人体的点时应用在所述人体的外表面，所述片具有光学可分辨特征的标识布置，所述标识布置定义了多个基准点； 

（c）用来产生图像的照相机； 

（d）所述照相机与所述针的近部机械连接，使得： 

（i）所述照相机与所述针的所述近部一起移动，和 

（ii）所述照相机被控制为当所述片应用在所述人体的外表面和所述针的所述远端部分插入所述人体时具有包含至少一部分所述片的视野；和 

（e）与所述照相机进行数据通讯的处理系统，被设定为处理来自所述照相机的图像用以确定相对于所述基准点的至少一部分所述针的位置。 

2.如权利要求1所述的系统，其中所述多个基准点包括至少一组4个基准点，其中所述片设定为保持所述一组4个基准点在一个共有平面上。 

3.如权利要求1所述的系统，其中所述标识布置包括多个标识，设定为可以被非光学成像系统容易地检测到。 

4.如权利要求3所述的系统，其中所述标识画出与在所述片上的所述基准点一致的位置。 

5.如权利要求1所述的系统，其中所述片设定为画出所述针的所述远端进入所述人体时的穿透点。 

6.如权利要求5所述的系统，其中所述光学可分辨特征定义第一基准点组和第二基准点组，第二基准点组与所述第一基准点组光学地可区别，所述第一基准点组在空间上比所述第二基准点组更靠近所述穿透点。 

7.如权利要求1所述的系统，其中所述针是半柔性针，其中所述处理系统进一步设定为得到所述针的所述远端的当前尖端位置，所述得到包括从所述照相机的当 前位置和针进入人体的穿透点的位置的结合来计算所述针的弯曲的估计，并使用所述弯曲的估计来确定所述当前尖端位置。 

8.如权利要求1所述的系统，其中所述照相机及至少一部分所述处理系统在公共的处理器芯片上。 

9.一种引导刚性或半柔性针的远端到人体内的目标的方法，所述针具有用于在所述人体外进行手动操作的近部，方法包括以下步骤： 

（a）将片应用于人体外表面，所述片具有光学可分辨特征的标识布置，所述标识布置定义了多个基准点； 

（b）确定所述多个基准点和目标之间的空间关系； 

（c）提供与针的近部机械连接的照相机；和 

（c）在将针插入所述人体时： 

（i）从照相机获得包括多个所述基准点的所述人体的外表面的图像， 

（ii）从所述图像中的所述基准点的位置得到所述针的远端的当前尖端与交叉点相对应的投影，该交叉点为从所述针的所述远端出发，沿着针远端指向的延长线和一平面的交点，该平面包含所述目标，并与针远端的指向垂直，和 

（iii）显示代表至少所述目标和所述当前尖端的投影的位置的图形。 

10.如权利要求9所述的方法，其中所述多个基准点包括至少一组4个基准点，其中所述片设定为保持所述一组4个基准点在一个共有平面上。 

11.如权利要求9所述的方法，其中所述基准点和所述目标的空间关系是由非光学成像系统来确定的，其中所述片包括多个标识，设定为可以被所述非光学成像系统容易地检测到。 

12.如权利要求11所述的方法，其中所述标识与在所述片上的所述基准点一致。 

13.如权利要求9所述的方法，其中所述针插入所述人体是通过穿过所述片而实现的。 

14.如权利要求13所述的方法，其中所述片设定为画出所述针的所述远端进入所述人体时的穿透点。 

15.如权利要求13所述的方法，其中所述针的所述远端进入所述人体的穿透点是在进行所述方法时，通过对所述照相机的图像进行处理得出的。