CN113749770A - 医疗设备定位*** - Google Patents

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CN113749770A CN202110651420.6A CN202110651420A CN113749770A CN 113749770 A CN113749770 A CN 113749770A CN 202110651420 A CN202110651420 A CN 202110651420A CN 113749770 A CN113749770 A CN 113749770A
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Abstract

一种用于外科手术室的定位***，包括耦合到医疗设备的光学标记。传感器被配置为获得所述光学标记的初始位置数据。激光设备被配置为获得所述光学标记的后续位置数据。控制器被配置为接收来自所述传感器的所述初始位置数据和来自所述激光设备的所述后续位置数据。控制器被配置为确定所述医疗设备在所述外科手术室内的位置，并响应于所述光学标记识别所述医疗设备的类型。

Description

医疗设备定位***
技术领域
本公开总体上涉及一种用于外科手术室中医疗设备的定位***。
发明内容
根据本公开的一个方面，一种用于外科手术室的定位***，包括耦合到医疗设备的光学标记；传感器被配置为获得所述光学标记的初始位置数据；激光设备被配置为获得所述光学标记的后续位置数据；控制器被配置为接收来自所述传感器的所述初始位置数据和来自所述激光设备的所述后续位置数据；所述控制器被配置为确定所述医疗设备在所述外科手术室内的位置，并响应于所述光学标记识别所述医疗设备的类型。
根据本公开的另一方面，一种调整外科手术室内的设备的方法，包括检测所述外科手术室内的医疗设备的类型；确定所述医疗设备是固定设备还是移动设备；使用传感器和耦合到所述医疗设备的至少一个光学标记来检测所述医疗设备的位置；确定所述医疗设备的移动路径和调整路径中的至少一个；响应于检测到的所述医疗设备的位置，在所述外科手术室内移动所述医疗设备。
根据本公开的另一方面，一种用于外科手术室的定位***，包括耦合到医疗设备的多个光学标记；传感器被配置为获得多个光学标记的初始位置数据；激光设备被配置为获得所述多个光学标记的后续位置数据；控制器被配置为接收来自所述传感器的初始位置数据和来自所述激光设备的后续位置数据。控制器被配置为确定所述医疗设备在所述外科手术室内的位置；以及调整部件，其耦合到所述医疗设备，并且通信耦合到所述控制器，其中所述调整部件被配置为响应于来自所述控制器的信号，沿着移动路径和调整路径中的至少一个来调节所述医疗设备。
通过参考以下说明书、权利要求书和附图，本领域技术人员将进一步理解和领会本公开的这些和其他特征、优点和目的。
附图说明
附图中：
图1是根据本公开的包括定位***的外科手术室的示意图；
图2是图1的外科手术室的示意图，其中医疗器械位于不同的位置；
图3是根据本公开的用于外科手术室的定位***的示意图；
图4是根据本公开的与医疗设备通信的定位***的框图；
图5是根据本公开的定位***的流程图，该定位***用于控制外科手术室内医疗设备的移动；以及
图6是根据本公开的用于沿着移动路径或调整路径调节医疗设备的方法的流程图。
具体实施方式
本图示实施例主要在于与医疗设备定位***相关的方法步骤和设备部件的组合。因此，设备部件和方法步骤已经在适当的地方由附图中的常用符号表示，仅示出了与理解本公开的实施方式相关的那些特定细节，而不会用从本说明书受益的本领域普通技术人员容易明白的细节来模糊本公开。此外，说明书和附图中相似的数字代表相似的元件。
出于描述目的，此处使用的术语“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、“前”、“垂直”、“水平”及其衍生词语涉及图1定向的公开内容。除非另有说明，术语“前”指的是最接近预期观察者的表面，术语“后”指的是离预期观察者最远的表面。然而，应该理解的是，本公开可以采取各种不同的取向，除非有相反的明确规定。还应该理解的是，附图中示出的以及下面说明书中描述的特定结构和过程仅仅是在所附权利要求中定义的发明概念的示例性实施方式。因此，除非权利要求另有说明，否则这里公开的与实施方式相关的具体尺寸和其他物理特性不应被认为是限制性的。
术语"包括"、"包含"、"含有"或其任何其他变体旨在涵盖非排他性的包含，使得包括一系列元素的过程、方法、物品或装置不仅仅包括这些元素，还可以包括未明确列出的或该过程、方法、物品或装置固有的其他元素。以“包含”开头的元素在没有更多限制的情况下，不排除包含该元素的工艺、方法、物品或装置中存在额外的相同元素。
参见图1-6；附图标记10通常表示外科手术室14的定位***。光学标记18耦合到医疗设备，该医疗设备可以是移动设备22或固定设备或结构24。三维(3D)传感器26被配置成获得光学标记18的初始位置数据。激光设备30被配置成获得光学标记18的确认或后续位置数据。控制器34接收来自3D传感器26的初始位置数据和来自激光设备30的后续位置数据。控制器34被配置成确定移动设备22在外科手术室14内的位置，并响应于初始位置数据和后续位置数据来控制移动设备22的移动。控制器34还被配置成响应于光学标记18识别移动设备22和固定设备24的类型。
参考图1和2，定位***10在外科手术室14中示出，但是可以在其他医疗设施和/或环境中使用。定位***10通常被配置成确定移动设备22在外科手术室14内的位置，并控制移动设备22的移动。外科手术室14可以在任何给定时间包括一个或多个移动设备22和固定设备或结构24。医疗设备和结构22、24可以是通常在外科手术室14内的任何静态或动态设备，用于医疗过程，或者医疗环境。
如图1所示，外科手术室14包括与一面墙相邻的柜台，这是外科手术室14内一个固定结构24的实施例。图示的外科手术室14还包括不同类型的移动设备22的两个实施例。图1所示的示例性移动设备是手术台和C形臂X光机。手术台可以沿着移动路径36在外科手术室14中从一个物理位置自由移动到另一个物理位置。C形臂X光机固定地耦合到外科手术室14内的天花板40，因此不能在外科手术室14内的不同物理位置之间自由移动(例如，从左到右或从前到后)。然而，C形臂X光机可以自由调节，如调节高度或旋转，同时保持在固定位置。因此，C形臂X光机通常可沿调整路径38移动。
一些移动设备22，例如手术台，可以沿着移动路径36和调整路径38移动。移动路径36通常限定两个不同或离散的物理位置之间的空间(例如，围绕外科手术室14水平移动)。当移动设备22沿着移动路径36平移时，调整路径38通常限定单个物理位置处或物理位置之间的物理状态、条件或特征之间的变化。医疗设备或结构的其他示例22、24可以是：例如，仪表台、计算机或其他电子设备、存储设备、成像设备和/或任何其他设备。
光学标记18通常耦合到外科手术室14内的每个移动设备22和固定设备或结构24的外表面。光学标记18可以是定位***10能够识别的任何可行的特征。光学标记18能够对每个移动设备22进行光学配准和测量。光学标记18的数量可以基于移动设备22或固定设备24的尺寸、几何形状、类型、移动设备22或固定设备24的静态或动态性质、移动设备22是否沿着移动路径36平移、或者移动设备22是否沿着调整路径38移动以及移动设备22的各个方面而不同。例如，如图1所示，固定C形臂X光机包括三个光学标记18，手术台包括六个光学标记18，柜台包括四个光学标记18。图示的设备和结构22、24上的光学标记18的数量仅仅是示例性的，并且任何可行数量的光学标记18可以耦合到每个设备或结构22、24，而不脱离本文的教导。
如图1所示，定位组件42被耦合到外科手术室14内的天花板40。定位组件42可以包括3D传感器26、激光设备30和控制器34。将定位组件42定位临近天花板上40或定位于天花板上40可以增加外科手术室14内3D传感器26和激光设备30可以从中获得数据的面积，从而增加定位***10可以控制的移动设备22的数量。然而，可以设想，定位组件42可以设置在外科手术室14内的任何可行位置或多个位置。3D传感器26、激光设备30和控制器34中的每一个都可以包含在单个组件中，或者可替换地，可以是外科手术室14中的独立组件。
定位***10被配置成检测外科手术室内的移动设备22和固定设备24的位置，并识别每种类型的设备或结构22、24。定位***10的3D传感器26被配置成获得光学标记18的初始位置数据。3D传感器26测量3D传感器26和光学标记18之间的距离。3D传感器26通常包括光源44、图像传感器46和电路板48(图4)。3D传感器26中的光源44被配置为将可见或不可见光谱中的光发射到外科手术室14中。发射的光通常被每个光学标记18反射，并且随后被图像传感器46检测到。
3D传感器26被配置为测量3D传感器26和每个光学标记18之间的距离。因此，3D传感器26被配置成测量具有光学标记18的移动设备22或固定设备24和3D传感器26之间的距离，其基于光发射和反射光返回到3D传感器26之间的时间差。3D传感器26可以使用任何可行的方法，例如定时光脉冲、反射光的相移或其任意组合，来确定3D传感器26和移动设备22或固定设备24之间的距离。例如，定位***10可以使用通常与激光跟踪设备相关联的飞行时间计算。这种设备基于飞行时间计算距离，并基于角度取向或旋转和识别激光的投影线的仰角轴计算位置。在另一个实施例中，定位***10可以被配置为光学视觉***，其使用立体相机的视差效应来确定位置和深度。
3D传感器26的光源44可以是任何类型的光源。在特定的非限制性实施例中，3D传感器26可以包括激光或发光二极管(LED)。通常，3D传感器26被配置成发射红外光(例如，波长在大约700纳米和大约1毫米之间的范围内)、近红外光(例如，波长在大约700纳米和大约940纳米之间的范围内)，或者其组合。
在非限制性实施例中，3D传感器26可以是飞行时间相机。在这样的实施例中，3D传感器26被配置为确定3D传感器26和移动设备22之间的距离，其基于从光源44的发射光和反射回3D传感器26的图像传感器46的反射光的接收之间的时间差。更具体地，由3D传感器26的光源44发射光和由图像传感器46接收反射光之间的时间指示3D传感器26和移动设备22或固定设备24之间的距离。由3D传感器26确定的距离和位置可以作为初始位置数据传送给控制器34。3D传感器26可以在移动设备22沿着移动路径36或调整路径38平移时继续获得移动设备22的初始位置数据，以动态校准和更新移动设备22的位置。
3D传感器26也可以被配置成基于光学标记18的布置或模式来获得关于移动设备22或固定设备24的类型的识别数据。因此，定位***10可以识别外科手术室14内的移动设备22或固定设备24的类型，以及每个设备22、24的位置。光学标记18可以以特定模式排列，该模式代表对应于在控制器34内注册或存储的设备22、24的类型的特定代码。附加地或替代地，光学标记18可以被排列成以特定方式反射从3D传感器26发射的光，或者具有定位***10识别的其他独特属性。3D传感器26可以获得与设备22、24的类型相关的识别数据，并将识别数据传送给控制器34。识别设备或结构22、24的类型可能有利于定位***10确定移动设备22和固定设备24在外科手术室14内的确切位置和布置，以及确定被检测设备22、24是可移动的还是固定的。
仍然参照图1和2，定位组件42的激光设备30被配置成获得设置在移动设备22上的每个光学标记18的确认或后续位置数据。定位***10可以使用激光设备30来确定光学标记18相对于由3D传感器26确定的初始位置的更精确和/或更准确的位置。激光设备30的精度可以与激光设备30和光学标记18之间的距离成比例。在特定的非限制性实施例中，激光设备30可以提供大约0.1mm/m的位置精度。因此，激光设备30可以确认并增强由3D传感器26获得的初始位置数据的精度。
激光设备30可以使用例如三角测量、脉冲调制或其组合来检测每个光学标记18。可以利用角度计算来确定激光设备30和每个光学标记18之间的距离。激光设备30可以包括成像器(例如互补金属氧化物半导体或电荷耦合装置)或检测器50(例如位置敏感检测器)、以及激光光源52和电路板54(图4)。激光光源52通常发射红外光和/或近红外光。激光光源52可以将光发射到外科手术室14中，并且来自光学标记18的反射光可以通过聚焦光学器件被接收并被引导到激光设备30的检测器50中。随着移动设备22在外科手术室14内的移动，反射光相对于成像器或检测器50移动，并且激光设备30可以随着移动设备22在移动路径36或调整路径38上移动而继续获得确认或后续位置数据。
由3D传感器26获得的初始位置数据可以提供外科手术室14内光学标记18的位置的粗略估计。初始位置数据可以是传送到控制器34，随后传送到激光设备30。激光设备30可以利用3D传感器26确定的初始位置数据来引导激光进入光学标记18的一般区域。由3D传感器26获得的信息可以引导激光设备30的区域扫描或精确定位激光设备30，以引导激光获得每个光学标记18的精确位置。
外科手术室内14内的移动设备22可由绝对或相对坐标系中的控制器34定位。如前所述，移动设备22的位置由控制器34基于3D传感器26识别的位置信息结合激光设备30的测量值来计算。在操作中，从激光设备30发射的激光从光学标记18反射，光学标记18可以实现为回射目标或类似的反射目标。控制器34基于由激光设备30测量的角度取向(方位轴和仰角轴)和距离读数来检测或改善每个移动设备22的计算位置，以便精确地确定移动设备22在外科手术室14中的位置和/或方向。控制器34可以识别移动设备22相对于彼此、固定设备24的位置和/或基于其在外科手术室14的校准坐标网格和操作包络内的相关位置。操作包络可以被定义或编程到控制器34中，作为相对于坐标网格定义的预定工作范围。
根据各个方面，由3D传感器26的光源44发射的光可以被明亮的表面散射或者可基于反射表面的形状产生失真的反射，这可以影响由3D传感器26获得的距离测量。激光设备30可以有利地用于高反射表面，例如在外科手术室14中常见的金属部件。因此，3D传感器26可以提供光学标记18的估计位置，并为定位***10提供动态校准，并且激光设备30可以确认每个光学标记18的精确定位。
参考图3，如前所述，激光设备30可以获得光学标记18的后续位置数据。其可用于确认外科手术室14内的移动设备22或固定设备24的位置。此外，激光设备30可以配置为将信息56投影到外科手术室14内的表面。该表面可以是外科手术室14内的任何表面，例如墙壁、地板空间、白板，或者用于显示数据的可移除或永久部件。激光设备30可以将信息56投影到空间上对准并且信息56不发生实质性失真的任何表面上。信息56可以是或包括在外科手术室14或医疗过程中可能有用的任何信息或数据。
例如，投影信息56可以是关于移动设备22或固定设备24(例如，设备数据、设备类型数据等)的数据、关于移动路径36或调整路径38的信息(例如，设备移动数据、障碍物数据等)、从移动设备22或固定设备24输出的信息56(例如，感测的患者数据、设备位置数据等)、关于患者的信息56(例如，存储的患者数据、患者记录数据等)、或任何其他信息56。不同类型的信息56也可以被同时投影和显示，如图3所示。信息56可以被显示为静态图像或运动图像。激光设备30可以独立于信息56投影并与信息56投影同时操作以获得光学标记18的后续位置数据。
参考图4，定位***10包括控制器34，控制器34包括处理器58、存储器60和其它控制电路。指令或例程62存储在存储器60中，并且可由处理器58执行。控制器34可以包括至少一个例程62，该例程62涉及从3D传感器26接收初始位置数据，并基于初始位置数据确定每个光学标记18(图1)的初始位置。类似地，控制器34可以包括至少一个例程62，该例程62涉及从激光设备30接收后续位置数据，并基于后续位置数据确认每个光学标记18的位置。附加或可替代地，控制器34可以包括至少一个例程62，用于响应初始位置数据来调整激光设备30，以向光学标记18的大致位置发射光。
根据各个方面，控制器34可以在存储器60中存储关于注册的移动设备22或固定设备24的信息。控制器34可以包括至少一个例程62，其被配置为评估光学标记18的模式或代码，并使用存储的注册移动设备22和固定设备24识别设备或结构22、24的类型。控制器34可存储每个注册设备或结构22、24的物理特性，包括占地面积、体积、几何形状等。控制器34还可以在存储器60中存储与外科手术室14的几何形状相关的信息，以及与外科手术室14中可能充当障碍物的固定设备或结构24的位置相关的信息。控制器34中可编程识别与光学标记18相关的被各个设备22、24阻挡或占据的位置的每个注册设备或结构22、24的清除或干扰区。这些参数可以用识别数据来访问。
如前所述，每个移动设备22的位置可以通过3D传感器26获得的初始位置数据获得，并通过激光设备30获得的后续位置数据进行增强或验证。附加地或者替代地，作为安全冗余或碰撞预防协议，固定设备或结构24的位置可通过3D传感器26获得的初始位置数据进行验证，和/或通过激光设备30获得的后续位置数据进行验证。虽然固定设备24的位置和物理特性通常存储在控制器34的存储器60中，但是在移动设备22沿着移动路径36或调整路径38平移之前，位置或物理特性可以被确认为协议的一部分。
控制器34可以包括通信电路64，以允许定位***10的控制器34与一个或多个移动设备22通信。外科手术室14中的一个、一些或全部移动设备22可以包括控制单元66，该控制单元66具有处理器70、存储器74和其他控制电路。指令或例程78存储在存储器74中，并且可由处理器70执行。移动设备22可包括通信电路82，以允许与控制器34通信。控制器34通常被配置为从3D传感器26和激光设备30收集输入，处理输入，并生成对输入的输出响应。控制器34可以向移动设备22发送信号，以控制移动设备22在外科手术室14内的移动。
这里公开的控制器34和控制单元66可以包括不同类型的控制电路，如数字或模拟电路，并且可以包括处理器58、70、微控制器、专用电路(ASIC)或其他电路，其被配置为执行这里描述的各种输入或输出、控制、分析或其他功能。这里描述的存储器60、74可以以各种易失性和非易失性存储器格式实现。例程62、78包括操作指令，以实现这里描述的各种方法和功能。
控制器34和控制单元66彼此通信耦合，以在定位***10和每个移动设备22之间建立通信接口86。控制器34也可以被配置为与远程服务器(例如，云服务器、互联网连接的数据库、计算机等)通过通信接口86通信。通信接口86可以是网络，其可以是一个或多个各种通信机制，包括有线(例如，电缆和光纤)和/或无线通信以及任何网络拓扑或拓扑的任意组合。
示例性网络包括无线通信网络，例如Wi-Fi收发器、IrDA收发器、RFID收发器等。附加地或替代地，通信接口86可以经由一个或多个直接或间接的非分层通信协议来实现，包括但不限于，蓝牙、蓝牙低能(BLE)、线程、超宽带、Z波、紫蜂(ZigBee)等。在示例中，控制器34和控制单元66经由蓝牙设备通信，移动设备22和定位***10可以链接或同步。通常设想定位***10可以与任意数量的移动设备22相关联或同步。通常设想，定位***10可以与任意数量的移动设备22相关联或同步。控制器34和控制单元66中的每一个可以包括被配置用于双向无线通信的电路。
此外，示例性网络可以包括但不限于，全球移动通信***(GSM)、通用分组无线服务、码分多址、增强型数据GSM环境、***(4G)无线、第五代(5G)无线、Wi-Fi、有线微波接入全球互通(WiMAX)、局域网(LAN)、广域网(WAN)，包括互联网和其他数据通信服务。可以设想，控制器34和控制单元66可以通过任何合适的数据交换技术进行通信。通过灵活地实现通信接口86，各种设备和服务器可以通过无线通信接口86或蜂窝数据连接彼此直接通信。
参考图2、图4和图5，定位***10的控制器34和移动设备22的控制单元66之间的通信接口86可以用于传输信号，以控制一个或多个移动设备22沿着移动路径36和调整路径38中的一个或两个的移动。每个移动设备22可以包括调整部件90。调整部件90可以是任何调整移动设备22的物理位置或特征的组件或***。可调整的移动设备22的特征可以是例如移动设备22的角度、高度、方向、物理位置或任何其他方面(例如趋势、倾斜、最大行程等)。
调整部件90可辅助手术台或其他支撑装置的平移和转向。在一个非限制性的实施例中，调整部件90可以是机动化的轮子组件，其沿着移动路径36将移动设备22平移到外科手术室14内的不同物理位置。在另一个非限制性的实施例中，调整部件90可以是液压或气动的汽缸、机动组件等，用于调整沿着调整路径38的移动设备22的基于高度的特性。例如，调整部件90可以用于手术台或其他支撑装置的液压调整。附加地或替代地，调整部件90可以是具有一个或多个自由度的铰接机器人臂。其他非限制性调整部件90可包括齿轮组件或导轨组件。调整部件90的配置通常取决于移动设备22。
在操作中，设想定位***10可以检测外科手术室14内每个移动设备22和固定设备24的位置，识别移动设备22和固定设备24的类型，并控制至少一个移动设备22的移动。3D传感器26可以使用每个光学标记18(图1)以及每个光学标记18的粗略位置来确定3D传感器26和每个移动设备22之间的距离。激光设备30可以使用各个光学标记18确认每个移动设备22和激光设备30之间的距离。因此，通过使用3D传感器26和激光设备30，定位***10可以检测外科手术室14内每个移动设备22的精确位置。
此外，如前所述，定位***10可以独立地或同时地确定外科手术室14中的设备或结构22、24的类型。3D传感器26可以基于光学标记18的布置获得移动设备22的类型相关的识别数据。可以设想，光学标记18可以具有不同的属性，这些属性可以由3D传感器26或控制器34检测，其指示移动设备22或固定设备24的类型。
控制器34可以包括至少一个例程62，该例程62响应于接收到的初始和后续位置数据来确定外科手术室14内的每个移动设备22的位置。控制器34可以包括存储的关于固定设备24的位置和物理特性的信息，例如移动设备22和固定设备24的每一种类型的几何形状。通过使用标识数据结合初始和后续位置数据，控制器34还可以确定外科手术室14内每个移动设备22的精确方位。控制器34可以利用各个移动设备22和固定设备24的方位、精确位置和类型来确定移动路径36或调整路径38。
控制器34可以向待移动的每个移动设备22的控制单元66发送信号。可以设想，外科手术室14内的一个、几个或所有设备24可以包括控制单元66，以直接与控制器34通信。可选地，固定设备24可以不与控制器34直接通信，而移动设备22可以包括用于与控制器34通信的控制单元66。如前所述，移动设备22可以沿着移动路径36在外科手术室14周围自由移动(例如，在不同物理位置之间移动)。附加地或替代地，移动设备22也可以具有可调节的特性(例如，高度、倾斜、旋转等)，并且可以在不同的条件或状态之间沿着调整路径38移动。设想移动医疗设备22可以是手动或自动移动的。可以确定每个移动路径36和调整路径38，以避免与外科手术室14内的其他移动设备22和固定设备24碰撞。
控制器34被配置为将移动路径36或调整路径38中的至少一个通信到移动设备22，其基于从每个识别的设备或结构的3D传感器26和激光设备30接收的初始和后续位置数据、移动设备22的类型和存储的外科手术室14和移动设备22的物理特征。因此，控制器34将移动设备22引导到外科手术室14内的新物理位置，同时避开外科手术室14内的其他物体(例如，移动设备22和固定设备24)。更具体地说，控制器34可以以避免与其他检测到的设备或结构22、24碰撞的方式控制移动设备22的移动。这可以通过对每个设备22、24的清除或干扰区进行编程来实现，这些设备22、24识别每个物体相对于光学标记18的被阻挡或占据的位置。这些参数可以用识别数据来访问。
附加地或替代地，控制器34可以以避免与其他移动设备22和固定设备24碰撞的方式引导移动设备22沿着调整路径38移动到新的设置或状态。以这种方式，外科手术室14内的部分或全部移动设备22可以在外科手术室14内自动移动。还可以设想，移动设备22的控制单元66可以基于从控制器34接收的信息来确定移动路径36或调整路径38。因此，来自控制器34的信号可以作为移动释放信号操作，以激活移动设备22的独立移动。
利用来自3D传感器26和激光设备30的信息，控制器34可以确定每个移动设备22和固定设备24在外科手术室14中的位置和方向。设备22、24的精确定向可以使用光学标记18的至少一个位置以及存储的关于设备22、24的信息来确定。使用其他感测的或存储的关于外科手术室的信息，控制器34被配置为基于选择的触发事件来确定移动路径36或调整路径38，以移动或调整移动设备22。所选触发事件可能是用户输入、事件(例如顶灯激活或护理员登录)等。控制器34可以存储对应于触发事件的每个设备22的后续位置。
例如，控制器34可以存储信息，即当顶灯在外科手术室14中被激活时，支撑装置将被定位在顶灯正下方。如果手术台位置不正确，控制器34可以自动调整支撑装置的位置。在另一个非限制性的实施例中，响应于外科手术室14中专业医疗人员输入，C形臂X光机可以被调整以在支撑装置上提供患者的成像。专业医疗人员可以通过用户界面发出命令(例如，触摸命令、语音命令、手势等)，该命令被传送到定位***10。定位***10可以根据命令调整C形臂X光机。
基于触发事件，控制器34被配置为确定或映射移动路径36或调整路径38以将移动设备22调整到选定的后续位置或方向。控制器34获得外科手术室14内各种可移动和固定设备22、24的位置信息。使用外科手术室14内其他设备22、24的选定的后续或末端定位或位置以及位置和方向，控制器34确定避开外科手术室14内其他设备22、24的适当移动路径36或调整路径38。控制器34然后可以向移动设备22的控制单元66发送信号，其随后激活调整部件90以移动移动设备22。
可以设想，附加的光学标记18可以包括在外科手术室14的表面(例如，墙壁)上，以验证外科手术室的存储信息。附加地或替代地，可以设想，外科手术室14中的专业医疗人员可以佩戴或以其他方式具有可由定位***10感测的光学标记18。这种配置对于在专业医疗人员周围移动移动设备24可能是有利的。
参考图6，并进一步参考图1-5，调整外科手术室14中的移动设备22的方法100包括激活定位***10的步骤102。定位组件42可以响应于触发事件而被激活。定位组件42可以通过自动或自动化过程或通过手动输入来激活。触发事件可以指示要移动的移动设备22以及移动设备22的后续或结束位置。
在步骤104中，移动设备22的类型由定位组件检测42检测。3D传感器26可以基于所选择的移动设备22上的光学标记18的布置或模式来获得关于移动设备22的类型的识别数据，该识别数据可以随后被传送到控制器34。3D传感器26可用于感测或检测外科手术室14周围的光学标记18的位置或布置。控制器34可以包括存储在存储器60中的关于光学标记18的布置的信息，其将特定模式与特定类型的设备或结构相关联。使用特定模式，控制器34可以确定设备22是移动设备22。
此外，在步骤104中，控制器34可以将检测到的设备22的类型与存储的特征相关联。知道移动设备22的类型可能有利于确定一个或多个移动路径36、一个或多个调整路径38或两者对于移动设备22是否可用。例如，当控制器34确定移动设备22是支撑装置时，控制器34可以识别尺寸、形状、移动能力、调节能力等。
在步骤106中，控制器34还可以使用3D传感器26和耦合到附加设备的附加光学标记18来检测外科手术室中的附加设备的类型，包括固定设备24和其他移动设备22(例如，那些未被选择移动的设备)。控制器34然后可以将设备22、24的类型与存储的特征相关联。例如，当控制器34确定固定设备24是工作台面时，控制器34可以识别尺寸、形状、干扰区域、外科手术室14中的位置等。使用光学标记18的特定模式，控制器34可以确定设备22、24是固定的还是可移动的。因此，使用光学标记18的布置，定位***10可以确定设备22、24是可移动的还是固定的，以及设备22、24的确切类型或类别，以及将存储的信息与检测到的设备22、24的类型相关联。
在步骤108中，可以使用3D传感器26检测每个光学标记18的位置，并因此检测移动设备22的位置。3D传感器26可以被配置为发射光并确定3D传感器26和每个光学标记18之间的距离，其基于光从3D传感器26发射和反射光被3D传感器26接收之间的时间差。初始位置数据可以被传送到控制器34。可以设想，3D传感器26可以连续地获得每个光学标记18的初始位置数据，可以周期性地获得初始位置数据，或者可以响应用户命令获得初始位置数据。
在步骤110中，控制器34可以验证或确认附加设备22、24在外科手术室14内的位置。定位***10可以利用3D传感器26来获得固定设备24和其他移动设备22上的光学标记18的位置(例如，初始位置数据)的估计。控制器34可以将每个固定设备24的光学标记18的感测位置与存储位置进行比较。
在步骤112中，每个光学标记18在选定的移动设备22上的位置可以使用激光设备30来检测和确认。激光设备30可以使用三角测量或脉冲调制来检测每个光学标记18的更精确或更准确的位置。随后的位置数据可以被传送到控制器34。可以设想，激光设备30可以连续地获得每个光学标记18的后续位置数据，可以周期性地获得后续位置数据，或者可以响应于用户命令获得后续位置数据。
在步骤114中，可以通过激光设备30获得包括固定设备24和其他移动设备22的附加设备的后续位置数据。后续位置数据可以提供对设备22、24的精确位置和方向的确认。激光设备30可用于确认或验证设备22、24的位置。控制器34可以将后续位置数据与固定设备24和固定设备24上的光学标记18的存储位置信息进行比较。
在步骤116中，控制器34可以基于移动设备22或待移动的移动设备22来计算或确定移动路径36、调整路径38或其组合。控制器34可以利用外科手术室14内设备22、24的初始和后续位置数据，以及外科手术室14内任何其他光学标记18的位置。控制器34然后可以确定移动路径36或调整路径38，其允许移动设备22到达随后的位置或状态，并避免与检测到的外科手术室14内的其他设备22、24或物体碰撞。因此，控制器34被配置为确定和确认所选择的移动设备22以及外科手术室14中的附加设备的位置，以提供没有附加设备的移动路径36或调整路径38。
在步骤118中，移动设备22可以响应于检测到的移动设备22的位置和检测到的类型而在外科手术室14内移动。控制器34可以向移动设备22传送信号，然后可以向调整部件90发送相应的信号。移动设备22可以沿着移动路径36在外科手术室14内的初始位置(例如，第一位置)和后续位置(例如，第二位置)之间移动。移动路径36或调整路径38可以由控制器34或控制单元66限定，并且该路径上可以没有外科手术室14内检测到的任何其他装置或结构。控制器34可以响应于各种检测到的数据和存储的数据来设计移动路径36和调整路径38，以避免外科手术室14中移动设备22和其他设备和结构22、24之间的碰撞。可以设想，移动设备22可以以类似的方式沿着调整路径38移动，以避免碰撞。例如，移动设备22可以在外科手术室14内的初始位置(例如，第一状态)和后续位置(例如，第二状态)之间沿着调整路径38移动。
控制器34还可以沿着移动路径36或调整路径38辅助引导移动设备22。例如，当移动设备22运动时，控制器34可以在连续的基础上传送移动路径36或调整路径38的部分。或者，控制器34可以将整个移动路径36或调整路径38传送给控制单元66。
在步骤120中，定位组件42可以在移动期间继续监控移动设备22的位置，并调整或停止移动设备22的移动。定位组件42可以连续监控外科手术室14内光学标记18的位置。控制器34可以监视移动设备22是否仍然在先前确定的移动路径36或调整路径38上。此外，控制器34可以确定具有光学标记18的另一物体是否已经被移动到移动路径36或调整路径38中。控制器34可以与控制单元66通信以停止移动设备22，从而避免潜在的碰撞。附加地或替代地，控制器34可以为移动设备22确定新的移动路径36或调整路径38。
在步骤122中，激光设备30可以将信息56投影到外科手术室14中。投影信息56的类型是基于用户输入、预定义设置等来确定的。激光设备30可以将信息56投影到外科手术室14内的预定位置，以向专业医疗人员提供信息56。通常，预定义的投影位置提供信息56的空间对准，而没有显著的失真。信息56可以涉及患者、外科手术室14内的各种设备22、24等。在某些方面，由激光设备30投影的信息56可以是与各种设备22、24的检测位置和设备22、24的特征(例如，最大行程、趋势倾斜等)相关的输出。信息56也可以通过不同的用户接口设备输出，而不背离这里的教导。
方法100可由定位***10自动执行，定位***10可提供在外科手术室14内移动设备22的协调自动移动。在这样的实施例中，定位***10可以通过用户命令或另一激活信号(例如，外科手术室14的准备)来激活。一旦定位***10被激活，定位***10可以连续监控外科手术室14内每个移动设备22的位置。
附加地或替代地，方法100可以响应于用户命令来执行。用户，如专业医疗人员或外科手术室14的护理人员，可以通过用户界面提供用户命令来启动方法100。可以设想，方法100可以根据用户命令连续地、周期性地、零星地执行，或者以其组合方式执行。方法100允许定位***10检测和登记移动设备22，并因此以避免碰撞的方式控制移动设备22的移动。方法100可提高外科手术室22内定位移动设备22的准确性，并增加外科手术室14内空间的灵活性。应当理解，方法100的步骤可以以任何顺序同时执行和/或略去不执行，而不脱离本文提供的教导。
利用本申请的设备可以提供多种优势。例如，定位***10使用3D传感器26和激光设备30获得外科手术室14内每个移动设备22的位置数据。激光设备30可以提高位置数据的精度和准确度。此外，定位***10可以被配置成控制外科手术室14内的一些或所有移动设备22的移动。此外，3D传感器26可以检测外科手术室14内移动设备22和固定设备24的类型。定位***10可以响应于初始位置数据、后续位置数据、识别数据、存储数据或其组合，沿着移动路径36或调整路径38移动具有控制单元66的每个移动设备22。
此外，对于独立移动设备22，控制器34可以沿着移动路径36或调整路径38引导移动设备22，以避免与外科手术室14内的其他登记或检测的装置和结构碰撞。移动路径36为移动设备22提供从一个物理位置到另一个物理位置的平移，调整路径38为移动设备22提供从第一设置或状态到第二设置或状态的移动。因此，定位***10可以用于在外科手术室14内检测和登记的设备和结构的碰撞监控。此外，定位***10可以提高外科手术室14内的准确性和灵活性，并实现移动医疗设备22的远程或自动协调。可以实现和/或达到这些和其他益处或优点。
在下面的段落中进一步总结了本文公开的设备，并且其特征还在于其中描述的各种方面的任意和全部的组合。
根据本公开的一个方面，用于外科手术室的定位***包括耦合到医疗设备的光学标记。传感器被配置成获得光学标记的初始位置数据。激光设备被配置成获得光学标记的后续位置数据。控制器被配置成接收来自传感器的初始位置数据和来自激光设备的后续位置数据。控制器被配置成响应于光学标记来确定医疗设备在所述外科手术室中的位置并识别医疗设备的类型。
根据另一方面，医疗设备包括通信耦合到控制器的调整部件。调整部件被配置为响应于来自控制器的信号，沿着移动路径和调整路径中的至少一个来调整医疗设备。
根据另一方面，当医疗设备沿着调整路径移动时，医疗设备的特征被调整。医疗设备的特征包括医疗设备的高度、旋转、最大冲程、趋势和倾斜中的至少一个。
根据另一个方面，光学标记在医疗设备上以某一模式设置。控制器被配置为基于该模式来确定医疗设备的类型。
根据另一个方面，激光设备被配置成将信息投影到所述外科手术室内的表面上。
根据另一方面，信息包括设备移动数据、设备类型数据、障碍物数据、设备位置数据和患者数据中的至少一个。
根据另一方面，控制器被配置成响应于初始位置数据和后续位置数据来控制医疗设备在所述外科手术室内的移动。
根据另一方面，一种调整外科手术室内的设备的方法，包括：检测所述外科手术室内的医疗设备的类型；确定所述医疗设备是固定设备还是可移动设备；使用传感器和耦合到所述医疗设备的至少一个光学标记来确定所述医疗设备的位置；确定所述医疗设备的移动路径和调整路径中的至少一个；响应于检测到的所述医疗设备的位置，在所述外科手术室内移动所述医疗设备。根据另一方面，移动医疗设备的步骤包括在所述外科手术室内沿着从第一位置到第二位置的移动路径移动医疗设备。根据另一方面，移动医疗设备的步骤包括沿着从第一状态到第二状态的调整路径移动医疗设备。根据另一方面，移动医疗设备的步骤包括响应于检测到的医疗设备的类型和触发事件中的至少一个来在所述外科手术室内移动医疗设备。根据另一方面，使用激光设备来确认至少一个光学标记的位置，并因此确认医疗设备的位置。
根据另一方面，移动医疗设备的步骤包括在所述外科手术室内沿着移动路径将医疗设备从第一位置移动到第二位置。
根据另一方面，移动医疗设备的步骤包括沿着调整路径将医疗设备从第一状态移动到第二状态。
根据另一方面，移动医疗设备的步骤包括响应于检测到的医疗设备的类型和触发事件中的至少一个来在所述外科手术室内移动医疗设备。
根据另一方面，使用激光设备确认至少一个光学标记的位置，从而确认医疗设备的位置。
根据另一方面，使用传感器和耦合到每个附加设备的附加光学标记来确定所述外科手术室内附加设备的位置。使用所述附加光学标记的所述激光设备来确定所述附加设备在所述外科手术室内的位置。
根据另一方面，确定所述移动路径和所述调整路径中的至少一个的步骤包括计算所述移动路径和所述调整路径中的至少一个以避开所述附加设备。
根据另一方面，至少一个光学标记包括以预定模式排列的多个光学标记。检测所述医疗设备的类型的步骤包括识别耦合到医疗设备的多个光学标记的预定模式。
根据另一方面，一种用于外科手术室的定位***包括耦合到医疗设备的多个光学标记。传感器被配置为获得多个光学标记的初始位置数据。激光设备被配置为获得所述多个光学标记的后续位置数据。控制器被配置为接收来自所述传感器的初始位置数据和来自所述激光设备的后续位置数据。控制器被配置为确定所述医疗设备在所述外科手术室内的位置。调整部件耦合到所述医疗设备，并且通信耦合到所述控制器。调整部件被配置为响应于来自所述控制器的信号，沿着移动路径和调整路径中的至少一个来调节所述医疗设备。
根据另一个方面，当医疗设备沿着调整路径移动时，医疗设备的特征被调整。医疗设备的特征包括医疗设备的最大行程、趋势和倾斜中的至少一个。
根据另一个方面，当沿着所述移动路径调节所述医疗设备时，调整部件被配置为将医疗设备从所述外科手术室内的初始位置调整到后续位置。
根据另一个方面，传感器是三维传感器和飞行时间相机中的至少一个。
根据另一方面，多个光学标记在所述医疗设备上以预定模式排列。控制器被配置为识别所述预定模式以确定所述医疗设备的类型。
一种用于定位外科手术室内设备的装置，包括用于检测的耦合到医疗设备的装置。用于测量距离的装置被配置成获得用于检测的装置的初始位置数据。用于确认测量的装置被配置为获得用于检测的装置的后续位置数据。用于确定位置的装置被配置为接收来自用于测量距离的装置的初始位置数据，并接收来自用于确认测量的装置的后续位置数据。用于确定位置的装置被配置成确定医疗设备在外科手术室内的位置。用于确定位置的装置被配置成响应于用于检测的装置来识别医疗设备的类型。
相关申请，例如在此列出的那些申请，通过引用完全并入。相关申请中的描述旨在辅助对本领域普通技术人员可能依据的本文信息进行描述。任何相关申请和本公开之间的任何改变都不旨在限制在此公开的包括权利要求的信息的描述。因此，本申请包括对本文公开的信息的描述以及对任何或所有相关申请中的信息的描述。
本领域普通技术人员将理解，所描述的公开内容和其他组件的构造不限于任何特定的材料。本公开的其他示例性实施例可以由多种材料形成。除非另有说明。
为实现本公开的目的，术语“耦合”(表示为各种形式，如耦合、耦合的、被耦合的等)通常指两个部件(电气的或机械的)直接或间接相互连接。这种连接可以是固定的，也可以是活动的。这种连接可以通过两个部件(电气的或机械的)和任何附加的中间部件彼此一体或与这两个部件形成单个整体来实现。除非另有说明，这种连接可以是永久性的，也可以是可拆卸的或可释放的。
同样重要的是要注意，如示例性实施例所示，本公开的元件的构造和布置仅是说明性的。尽管在本公开中仅详细描述了本发明的几个实施例，但是阅读本公开的本领域技术人员将容易理解，可进行多个修改(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料使用、颜色、方向等的变化)，而实质上不脱离所述主题的新颖教导和优点。例如，显示为整体形成的元件可以由多个部分构成，或者显示为多个部分的元件可以整体形成，界面的操作可以颠倒或以其他方式改变，***的结构和/或构件或连接器或其他元件的长度或宽度可以改变，元件之间提供的调节位置的性质或数量可以改变。应该注意的是，***的元件和/或组件可以由多种材料中的任何一种构成，这些材料以多种颜色、纹理和其组合中的任何一种提供足够的强度或耐用性。因此，所有这些修改都旨在包括在本发明的范围内。在不脱离本发明精神的情况下，可以在期望的和其他示例性实施例的设计、操作条件和布置中进行其他替换、修改、改变和省略。
将会理解，所描述的过程中的任何描述的过程或步骤可以与其他公开的过程或步骤相结合，以形成本公开范围内的结构。本文公开的示例性结构和过程是为了说明的目的，不应被解释为限制性的。

Claims (20)

1.一种用于外科手术室的定位***，包括：
耦合到医疗设备的光学标记；
传感器，被配置为获得所述光学标记的初始位置数据；
激光设备，被配置为获得所述光学标记的后续位置数据；以及
控制器，被配置为接收来自所述传感器的所述初始位置数据和来自所述激光设备的所述后续位置数据，其中所述控制器被配置为：
确定所述医疗设备在所述外科手术室内的位置；并
响应于所述光学标记以识别所述医疗设备的类型。
2.根据权利要求1所述的定位***，其特征在于，所述医疗设备包括通信耦合到所述控制器的调整部件，其中所述调整部件被配置为响应于来自所述控制器的信号以沿着移动路径和调整路径中的至少一个来调整所述医疗设备。
3.根据权利要求2所述的定位***，其特征在于，当所述医疗设备沿着所述调整路径移动时，调整所述医疗设备的特征，其中，所述医疗设备的特征包括所述医疗设备的高度、旋转、最大行程、趋势和倾斜中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的定位***，其特征在于，所述光学标记以模式设置在所述医疗设备上，其中所述控制器被配置为基于所述模式来确定所述医疗设备的类型。
5.根据权利要求1所述的定位***，其特征在于，所述激光设备被配置为将信息投影到所述外科手术室内的表面上。
6.根据权利要求5所述的定位***，其特征在于，所述信息包括设备移动数据、设备类型数据、障碍物数据、设备位置数据和患者数据中的至少一个。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的定位***，其特征在于，所述控制器被配置为响应于所述初始位置数据和后续位置数据来控制所述医疗设备在所述外科手术室内的移动。
8.一种调整外科手术室内的设备的方法，包括：
检测所述外科手术室内的医疗设备的类型；
确定所述医疗设备是固定设备还是移动设备；
使用传感器和耦合到所述医疗设备的至少一个光学标记来检测所述医疗设备的位置；
确定所述医疗设备的移动路径和调整路径中的至少一个；以及
响应于检测到的所述医疗设备的位置，在所述外科手术室内移动所述医疗设备。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，移动所述医疗设备的步骤包括在所述外科手术室内沿着所述移动路径将所述医疗设备从第一位置移动到第二位置。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，移动所述医疗设备的步骤包括沿着所述调整路径将所述医疗设备从第一状态移动到第二状态。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，移动所述医疗设备的步骤包括响应于所检测到的医疗设备的类型和触发事件中的至少一个，在所述外科手术室内移动所述医疗设备。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述至少一个光学标记包括以预定模式布置的多个光学标记，其中检测所述医疗设备的类型的步骤包括识别耦合到所述医疗设备的多个光学标记的预定模式。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：
使用所述传感器和耦合到每个附加设备的附加光学标记来确定所述附加设备在所述外科手术室内的位置；以及
使用所述附加光学标记的所述激光设备来确定所述附加设备在所述外科手术室内的位置。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，确定所述移动路径和所述调整路径中的至少一个的步骤包括计算所述移动路径和所述调整路径中的至少一个以避开所述附加设备。
15.根据权利要求8-14中任一项的方法，进一步包括：
使用激光设备确认至少一个光学标记的位置，并因此确认所述医疗设备的位置。
16.一种用于外科手术室的定位***，包括：
耦合到医疗设备的多个光学标记；
传感器，被配置为获得多个光学标记的初始位置数据；
激光设备，被配置为获得所述多个光学标记的后续位置数据；
控制器，被配置为接收来自所述传感器的初始位置数据和来自所述激光设备的后续位置数据，所述控制器被配置为确定所述医疗设备在所述外科手术室内的位置；以及
调整部件，其耦合到所述医疗设备，并且通信耦合到所述控制器，其中所述调整部件被配置为响应于来自所述控制器的信号以沿着移动路径和调整路径中的至少一个来调节所述医疗设备。
17.根据权利要求16所述的定位***，其特征在于，当所述医疗设备沿着所述调整路径移动时，调整所述医疗设备的特征，其中所述医疗设备的特征包括所述医疗设备的最大行程、趋势和倾斜中的至少一个。
18.根据权利要求16所述的定位***，其特征在于，所述调整部件被配置为当沿着所述移动路径调整所述医疗设备时，将所述医疗设备从所述外科手术室内的初始位置调整到后续位置。
19.根据权利要求16所述的定位***，其特征在于，所述传感器是三维传感器和飞行时间相机中的至少一个。
20.根据权利要求16-19中任一项所述的定位***，其特征在于，所述多个光学标记在所述医疗设备上以预定模式布置，其中所述控制器被配置为识别所述预定模式以确定所述医疗设备的类型。
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