CN107106253B - 脉动光发射标记设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于被引入到人类组织中并且跟踪人体的感兴趣区域的有源标记设备(100)。所述有源标记设备包括光源(101)，所述光源用于发射光，使得能够由光传感器探测到发射的光。以这种方式，有源标记设备和/或感兴趣区域能够由包括光学传感器的跟踪系统来跟踪。有源标记设备(100)还包括开关(102)，所述开关用于打开和关闭光源，并且用于以脉动模式操作光源。

Description

脉动光发射标记设备

技术领域

本发明涉及标记和/或跟踪人体的感兴趣区域。具体地，本发明涉及有源标记设备、跟踪系统和检查装置。

背景技术

在手术中，能够需要提供术中成像。这是因为术前已经被成像的解剖结构可以在手术期间明显改变。例如，通过组织切割或通过人体中的器官，(例如肝脏)的移动可以引起变形。因此，可以具有组织的显著非线性变形，并且术中成像与术前成像的简单配准能够是困难的。

为了这个目的，已知使用组织标记以便找到在后续过程期间在术前成像中识别的相关组织。在术前阶段期间这样的标记被引入组织中。例如，可以使用在术中采集的X射线图像中可见的X射线吸收标记。

然而，应当限制在手术期间的X射线的使用，不仅仅为了限制由患者接收的有害辐射的剂量，而且例如由于手术环境必须是无菌的事实。当应用X射线成像时，这是更困难的，因为术中X射线成像要求外科医师穿戴例如铅屏蔽布，其可以是不方便的。

发明内容

能够需要提供适于人体的感兴趣物体的精确和可靠标记的标记设备。

在独立权利要求中定义了本发明。在从属权利要求、描述和附图中定义了另外的优点和实施例。

本发明的第一方面涉及一种标记设备，其可被引入到组织中以用于跟踪对象的感兴趣区域，诸如患者的身体。标记设备包括适于发射光的光源，使得标记设备对光学传感器是可见的。此外，标记设备包括适于以脉动模式操作光源的开关。

下文中，根据本发明的标记设备也被称为“有源标记设备”，即包括有源发射器，具体地光源的标记设备。这与“无源”标记设备(诸如X射线吸收标记)是相反的。

本发明的主旨可以在于提供用于跟踪和/或记录人体的感兴趣物体或区域的光学标记。为了这个目的，提供了在本发明的背景下描述的有源标记设备。可以理解，有源标记设备的光源具体地被配置用于发射脉动光。

有源标记能够在术前阶段期间被植入到身体中。在后续过程期间，能够使用合适的跟踪设备跟踪有源标记设备，其优选地包括光学传感器和更优选地至少一个飞行时间相机。因此，标记的组织结构能够直接被链接到在手术室中的坐标系，并且例如也被链接到诸如X射线系统的医学成像系统的坐标系。

通过发射脉动光，有源标记设备消耗更少的电功率。此外，能够由飞行时间相机更可靠地探测发射脉动光的有源标记设备。此外，从有源标记设备发射的脉动光可更好地区别于周围光，例如，通过手术任务光或通过在操作室的天花板上的灯具发射的光，而不是静态光源。

此外，有源标记设备可以是通过脉动光属性，例如，频率或具体脉冲样式可识别的。脉动LED的又一优点可以是超驱动LED的能力，即，峰值功率可以大于最大平均功率。以这种方式，平均LED温度可以是更低的，使得效率被改进，并且可以从LED发射更亮的闪光。

尽管有源标记设备被描述为可引入到人组织中，但是有源标记设备可以适于被引入到动物组织中，例如，为了兽医的目的。此外，有源标记设备可以适于被引入到死亡组织中，例如，为了病理学。

因此，有源标记设备与临时植入式发光标记相关，其适于例如在医学修成期间，在身体外部被探测。优选地，有源标记设备适于发射能够利用飞行时间相机探测的光脉冲。有源标记设备可以包括环氧树脂(例如，EPO-TEK301)，有源标记设备(例如，光源和开关)的电子部件被封装到所述环氧树脂中。换言之，有源标记设备可以包括舱，光源和开关以及其他部件可以被封装到所述舱中。有源标记设备的舱可以包括细长的形状，并且可以安装到插入针的套管中。

光源可以是发光二极管(LED)，例如，低功率LED或半导体激光二极管。光源也可以是具有低功耗和小尺寸的另一种光源。

光源可以被配置为发射具有大于150mcd，优选地大于500mcd，甚至更优选地，大于1000mcd的发光强度的光。此外，光源可以被配置为发射具有大于1lm，优选地大于5lm，甚至更优选地，大于10lm的光通量的光。

开关可以涉及用于打开和关闭光源并且用于以脉动模式操作光源的电路。可以具有能够如何结构化开关的不同可能性。例如，开关可以是机械开关，可以使得例如刚刚在有源标记设备的植入之前，通过操作开关手动激活有源标记设备。例如，可以通过按压微型按钮操作开关。

此外，开关可以适于以非接触方式操作，使得有源标记设备的光源能够远程地被激活，即以非接触方式从患者身体外部被激活，例如，在有源标记设备已经被临时植入身体组织中之后。例如，可以借助于磁场激活光源。对于利用磁场激活，开关例如可以包括微型双稳态舌簧开关。此外，开关可以包括可以经由RF脉冲激活的电子引信。开关也可以包括相变材料。例如，当有源标记被引入身体中时，能够通过外部加热或通过体热诱导相变材料的相变。在这种情况下，开关可以通过相变材料的扩张或收缩来操作，其引起到机械开关中的机械力(例如，压力)，使得电路闭合。开关可以备选地包括基于用于操作开关的材料的相变改变其导电性的材料。

开关可以包括用于以脉动模式操作光源的电路。例如，开关可以包括用于以脉动模式操作光源的计时器。此外，开关可以包括用于被远程触发的接收单元。换言之，光源可以被操作以发射分离的光脉冲。例如，可以通过脉冲的频率表征光源的脉动模式。例如，频率可以在0.1Hz和100Mhz之间。换言之，脉动模式可以涉及通过光源以其发射脉动光的频率。脉冲持续时间可以是例如光源的脉动模式的工作周期的50％。然而，脉冲持续时间也可以是多于或少于工作周期的50％。备选地或额外地，可以通过一个或多个具体脉冲样式表征脉动模式。

此外，能够提供多个有源标记设备，其中，每个标记设备发射具有不同脉动模式，例如具有不同脉冲频率或不同脉冲样式的光。此外，多个有源标记设备的每个有源标记设备可以经由脉动模式唯一地可识别。

根据本发明的示范性实施例，开关被配置用于以多个不同脉动模式操作光源。此外，开关可配置用于以多个不同脉动模式中的一个特定脉动模式操作光源。

以这种方式，多个有源标记设备能够被用于跟踪感兴趣对象，其中，每个有源标记设备具有其自己的脉动模式，并且经由其脉动模式唯一地可识别。

例如，开关能够适于操作具有不同频率的光源。开关可以可编程为发射具有特定脉动模式，例如特定频率或特定脉冲样式的光。开关也可以包括用于在不同脉动模式之间机械切换的机械开关。此外，开关可以包括用于接收关于光源应当以其发射光的脉动模式的信息的接收单元。

根据本发明的又一示范性实施例，有源标记设备还包括适于接收光源的激活信号的接收单元。此外，开关被配置为当接收单元接收到激活信号时打开光源。接收单元可以被封装在有源标记设备的舱中。

接收单元可以是无线接收单元，例如，RF(射频)天线。仅当接收单元接收到激活信号时，例如，仅当RF天线接收到无线电信号时，开关可以适于以脉动模式操作光源。

以这种方式，当感兴趣对象要被光学地跟踪时，能够远程激活有源标记设备。因此，可以确保仅当有源标记设备被用于跟踪感兴趣物体时，所述有源标记设备消耗电功率。

根据本发明的又一示范性实施例，接收单元被配置用于接收包括关于脉动模式的性质的信息的信号。此外，开关被配置用于以具有所述性质的脉动模式操作光源。

例如，脉动模式的性质可以是通过光源发射的脉冲的频率。

以这种方式，信号能够被发送到有源标记设备，使得有源标记设备以具体脉动模式发射光。因此，有源标记设备能够被操作以以特定脉动模式发射光，使得所述光能够由光学传感器和被耦合到所述光学传感器的处理单元处理，例如以用于识别标记设备。

根据本发明的又一示范性实施例，接收单元被配置用于接收触发由光源对脉冲生成的触发信号。此外，开关被配置用于仅在由接收单元接收到触发信号时打开光源。

换言之，由光源生成的脉冲能够由外部触发信号，例如RF触发信号触发。以这种方式，能够由发射触发光源的脉冲的信号的外部源定义脉动模式。因此，特定脉动模式能够在有源标记设备的操作期间被确定，而不需要在植入有源标记设备之前被确定。

根据本发明的又一示范性实施例，有源标记设备还包括适于向光源供应电能的能量源。

能量源可以被封装在有源标记设备的舱中。

根据本发明的又一示范性实施例，能量源包括电池。

为了为光源提供功率，能量源可以包括锂离子电池。此外，由于有源标记仅仅需要在手术期间发射光，因此电池能够被配置为仅针对小于24小时，优选地小于10小时，甚至更优选地小于5小时向光源提供能量。因此，电池能够被制造的足够小，使得防止有源标记设备变得笨重。

根据本发明的又一示范性实施例，能量源包括用于能量源的无线功率供应的LC电路。

根据本发明的又一示范性实施例，有源标记设备被配置用于被引入到插入针的套管中。

例如，有源标记设备能够具有小于2.4mm的外直径。此外，有源标记设备可以具有尺度，使得其安装到插入针的16量规、优选14量规、甚至更优选11量规的通道。

根据本发明的又一示范性实施例，光源被配置用于发射具有在600nm和1300nm之间，优选在700nm和1000nm之间的范围中的波长的光。

对于波长的所述范围，人类组织可以具有允许有源标记设备甚至在组织的深内部被跟踪的低吸收。

光源可以备选地被配置为发射具有波长的光，其在较大程度上被组织吸收。以这种方式，不仅有源标记能够被找到，而且其能够增加组织结构对医师的可见性。

此外，有源标记设备也能够被配置为结合已经被注入到患者中的对比剂来使用。由于光源可以被插入组织中，因此能够实现对比剂(其可以是荧光对比剂)的良好照明。

本发明的第二方面涉及用于跟踪人类组织的感兴趣物体的跟踪系统。跟踪系统包括在本发明的背景下描述的有源标记，以及适于探测由有源标记设备的光源发射的光的光学传感器。此外，跟踪系统包括处理单元，其适于基于由光学传感器探测到的光确定有源标记设备的位置。

换言之，跟踪系统能够被配置用于在光学基础上确定有源标记设备的位置。跟踪系统的光学传感器可以具有成像能力。例如，光学传感器可以是光学相机。光学传感器也可以被配置为探测由有源标记设备的光源发射的红外光。

根据又一示范性实施例，光学传感器包括至少两个光学相机。此外，处理单元被配置用于基于由用于确定有源标记设备的位置的至少两个光学相机记录的图像来执行三角测量。

根据本发明的示范性实施例，光学传感器包括用于接收由有源标记设备发射的光的至少一个飞行时间相机。处理单元被配置用于通过三角测量来确定有源标记设备的位置。

如本领域理解的，飞行时间(TOF)相机是产生深度图像的相机；这样的相机的每个像素编码到在相机的视场中的对应点的距离。根据本发明，TOF相机通常被配置为测量入射光，具体地由有源标记设备发射的光脉冲，的相位延迟。

根据示范性实施例，处理单元被配置用于确定三个球面，有源标记设备位于所述三个球面上。此外，处理单元被配置用于通过确定三个球面的交叉来确定标记设备的位置。换言之，能够确定在3D空间中的有源标记设备的位置。与由TOF相机的至少一个像素接收到的由有源标记设备发射的光脉冲相关联的信息，诸如光脉冲的估计的飞行时间，能够被用于确定在有源标记设备和表面点(例如，与TOF相机的至少一个像素相关联的患者的外表面上的点)之间的路径长度。因此，能够在有源标记设备被定位于其上的3D空间确定球面。通过确定三个这样的球面的交叉点，能够以高准确性识别在3D空间中的标记位置。

例如，光学传感器包括单个飞行时间相机，其包括至少三个图像点或像素。飞行时间相机可以包括用于接收由标记设备发射的光的至少三个像素，其中，处理单元可以被配置用于确定针对至少三个像素中的每一个的球面。此外，处理单元可以被配置用于通过确定三个球面的交叉来确定标记设备的位置。

跟踪系统能够被配置为确定有源标记设备的位置，其中，单个飞行时间相机的不同像素接收从身体的表面上的多个对应点(例如，3个点)发射的有源标记设备的光脉冲。此外，跟踪系统能够被配置为，例如，在配准过程期间和/或通过标准反射飞行时间测量，确定在身体的表面上的所述点的位置。因为已知在身体的表面上的点的位置，因此跟踪系统可以被配置为从表示在不同像素的发射的光脉冲的接收的TOF相机信号的信号中的相位延迟，确定在表面上的所述点中的每个和有源标记设备之间的距离。因此，跟踪系统能够被配置用于对有源标记设备的位置进行三角测量，即确定针对所述点中的每个的球面，并且被配置用于确定产生有源标记设备的位置的球面的交叉。

跟踪系统可以被配置用于例如通过发射RF信号来触发有源标记设备的光源的脉冲。此外，跟踪系统可以被配置用于确定在传送用于触发光源脉冲的RF信号之间和通过飞行时间相机探测脉冲之间的时间段。以这种方式，跟踪设备能够确定在有源标记设备和每个飞行时间相机之间的距离。

此外，跟踪系统也可以包括多于一个飞行时间相机以用于改进系统的鲁棒性。以这种方式，在一个相机不能够捕获有源标记设备的光时，也能够确定在3D空间中的位置。此外，跟踪系统可以被配置用于考虑在组织和空气之间的光传播时间，以便更准确地确定有源标记设备和飞行时间相机之间的距离。例如，能够使用可以在手术设置中记录的患者表面模型来估计在每个飞行时间相机和有源标记设备之间的距离。

根据本发明的又一示范性实施例，处理单元被配置用于基于由相机接收的光的脉动模式来识别有源标记设备。

例如，处理单元能够基于由光源发射的脉冲的频率，识别有源标记设备。

根据本发明的又一示范性实施例，跟踪系统还包括用于将激活信号传送到标记设备的传送单元。

本发明的第三方面涉及一种医学检查装置，包括医学成像装置和在本发明的背景下描述的跟踪系统。

医学成像装置可以是X射线设备、MRI、US、PET-CT或另一成像设备。例如，医学成像装置可以包括C型臂，跟踪系统的一个或多个光学传感器在或被附接在所述C型臂上。

此外，首先可以由成像设备(例如X射线系统或其他模态(MRI、X射线、CT、US))确定有源标记设备的精确位置。一旦已知有源标记设备的精确位置，就能够利用具有高精度的相机跟踪有源标记设备的小移动。

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将显而易见并得以阐述。

附图说明

图1示出了根据本发明的示范性实施例的有源标记设备。

图2A、2B和2C示出了根据示范性实施例的有源标记设备到人类组织中的引入。

图3A和3B示出了包括套管的插入针，根据示范性实施例的有源标记设备被引入所述套管中。

图4A和4B示出了根据本发明的示范性实施例的有源标记设备的电路。

图5示出了向有源标记设备无线地提供电能的电路。

图6示出了根据示范性实施例的医学检查装置。

图7示出了根据本发明的示范性实施例的跟踪系统。

图8A示出了根据本发明的示范性实施例的跟踪系统。

图8B示出了根据本发明的示范性实施例的跟踪系统。

附图是示意性的，并非按真实比例绘制。如果在以下描述中不同附图的元件用相同的附图标记标注，他们认为是相同或类似的元件。然而，相同或类似的元件也可以用不同的附图标记标注。

附图标记列表

100 有源标记设备

101 光源

102 开关

103 能量源

104 光

105 舱

200 插入针

201 人体

202 身体表面

203 感兴趣对象(例如，肿瘤)

301 插入针

302 插入针

303 套管

304 有源标记设备

400 电路

401 光源(LED)

402 能量源(电池)

403 接收单元(RF天线)

404 场效应晶体管

405 二极管

406 电阻器

407 电容器

410 电路

411 光源(LED)

412 能量源(电池)

413 接收单元(RF天线)

414 晶体管

415 二极管

501 有源标记设备

502 能量供应设备

503 LC电路

504 线圈

505 电容器

506 负载电路

507 LED驱动器电子设备

508 线圈

509 LC电路

510 线圈

511 电容器

512 源电路

513 交流源

514 线圈

600 医学检查装置

601 C型臂

602 X射线探测器

603 X射线源

604 光学传感器

605 光学传感器

606 身体

607 感兴趣区域(肿瘤)

608 有源标记设备

609 跟踪系统

610 处理单元

700 跟踪系统

701 相机支撑物

702 飞行时间相机

703 飞行时间相机

704 飞行时间相机

705 飞行时间相机

706 身体

707 感兴趣区域(肿瘤)

708 有源标记设备

709 有源标记设备

710 有源标记设备

801 身体的表面

802 有源标记设备

803 光脉冲的信号

804 第一飞行时间相机

805 通过第一飞行时间相机生成的信号

806 第二飞行时间相机

807 通过第二飞行时间相机生成的信号

808 用于确定相位延迟的设备

809 在身体的表面上的第一点

810 在有源标记和第一点之间的路径

811 在第一点和第一飞行时间相机之间的路径

812 第一球面

813 在身体的表面上的第二点

814 在有源标记和第二点之间的路径

815 在第二点和第二飞行时间相机之间的路径

816 第二球面

817 单个飞行时间相机

818 在第一点和单个飞行时间相机之间的距离

819 在第二点和单个飞行时间相机之间的距离

820 第一球面

821 第二球面

具体实施方式

在图1中，示出了根据本发明的示范性实施例的有源标记设备100。有源标记设备适于被引入人类组织中以用于标记和跟踪人体的感兴趣物体，例如肿瘤。有源标记设备包括100适于发射光104的光源101，使得有源标记设备100对光学传感器是可见的。此外，有源标记设备100包括开关102，其适于打开和关闭光源101，并且以脉动模式操作光源101。此外，有源标记设备100包括能量源103，例如，电池或LC电路，以用于向有源标记设备100无线供能。光源101、开关102和能量源103被封装在有源标记设备100的舱105中。

例如，有源标记设备100包括低功率LED 101，诸如Nichia NESL 157AT-H3 LED。该LED通常具有11.5lm的光通量和4.0cd的发光强度。LED 101可以例如被连接到小电池103，并且开关102可以是从远处可切换的。LED也能够是具有1.5x0.8x0.6mm尺寸的HSMW白色ChipLED。此外，LED能够是具有1.0x0.52x0.2mm尺寸的ROHM的PICOLED。LED和有源标记的电子设备100可以被封装在生物相容性和光学透明的环氧树脂(例如，EPO-TEK 301)的舱105中。舱105被制造成细长的形状，使得其适合在插入针的套管里面。

在图2A至2C中，示出了将根据本发明的示范性实施例的有源标记设备100引入人体201中。有源标记设备100位于插入针200的套管中。人体201包括感兴趣区域203，例如肿瘤。此外，人体具有体表面202。

在图2B中，示出了将有源标记设备100在感兴趣区域203处或附近引入或插入人体201中。为了这个目的，插入针200通过身体表面202刺入人体201中，并且有源标记设备100被植入感兴趣区域203中或附近。

在图2C中，示出了植入在感兴趣区域203处或附近的有源标记设备100以脉动模式发射光104，以用于分别跟踪有源标记设备100和感兴趣区域203。例如，通过手动操作开关，能够在将有源标记设备植入身体201中之前激活有源标记设备100的光源。备选地，例如通过发送RF激活信号，能够在有源标记设备已经被植入人体201中时，以非接触方式激活光源。

图3A示出了插入针301和探针302，插入针301包括用于引入根据本发明的示范性实施例的有源标记设备的套管303。在图3B中，示出了套管303的放大截面。能够获悉，有源标记设备位于插入针的套管303内部。

图4A示出了用于操作根据本发明的示范性实施例的有源标记设备的光源401的范例电路400。光源被实现为发光二极管(LED)401。此外，电路包括能量源402，例如电池。此外，光源401被耦合到切换电路408，所述切换电路包括场效应晶体管404、RF天线403、二极管405、电阻器406和电容器407。RF天线403、二极管405、电阻器406和电容器407是切换电路408的AM接收器的部分。

图4B示出了用于操作根据本发明的示范性实施例的有源标记设备的光源411的简单电路410。再次，光源411被实现为发光二极管(LED)。在这种情况下，AM接收器包括RF天线413、二极管415和晶体管414，并且使用晶体管414的输入电容。

在图5中，示出了用于向有源标记设备501无线提供电能的电路501和502。

有源标记设备501包括具有线圈504和电容器505的LC电路503。此外，有源标记设备包括负载电路506，所述负载电路包括线圈508和LED驱动器电子设备507。

由通过能量供应设备502将电能无线地提供到有源标记设备501。能量供应设备502包括具有线圈510和电容器511的LC电路509。能量供应设备502还包括源电路，所述源电路包括交变能量源和线圈514。

源电路512被配置为经由线圈514和510将能量耦合到共振LC电路509。有源标记设备的LC电路503接收通过LC电路509生成的电磁通量的部分，并且将能量耦合到负载电路506中，其向LED驱动器电子设备供应电能。

在图6中，示出了根据本发明的示范性实施例的包括医学成像装置601的医学检查装置600。在该示范性实施例中，医学成像装置601包括具有X射线源603和X射线探测器602的C型臂。C型臂601还包括具有光学传感器604和605以及处理单元610的跟踪系统。

此外，人体606位于X射线源603和C型臂的X射线探测器602之间。人体606包括感兴趣区域，例如肿瘤。此外，有源标记设备608在感兴趣区域607处或附近被植入人体中。以这种方式，例如当在手术期间移动人体的时，能够跟踪有源标记设备608和/或感兴趣区域，而不必激活X射线源。处理单元610适于基于通过光学传感器604、605探测的光确定有源标记设备608的位置，例如，3D位置。处理单元610适于通过应用三角测量确定有源标记设备608的位置。

在图7中，示出了根据本发明的示范性实施例的跟踪系统700。跟踪系统包括针对飞行时间相机702、703、704、705的支撑结构701。支撑结构701是例如，医学检查装置的C型臂。

示意性地示出了具有肿瘤(感兴趣区域)707的患者706的身体。此外，示出了在肿瘤周围的三个植入有源标记设备708、709和710。跟踪系统700被配置用于通过确定由四个飞行时间相机702、703、704和705中的至少三个飞行时间相机确定的三个球面的交叉，来确定有源标记设备708、709和710的位置。换言之，如通过飞行时间相机探测的，使用通过有源标记设备708、709、710发射的脉动光的路径信息来确定3D空间中的有源标记设备的位置。光脉冲的估计的飞行时间(其表示从有源标记设备到相机的发射的光的路径长度)被用于确定有源标记设备位于其上的球面。

为了解释飞行时间相机的工作原理，在图8A和8B中示出了在简化2D表示中的示范性实施例。

在图8A中，示出了根据本发明的实施例的跟踪系统。此外，描绘了具有表面801的身体，有源标记设备802被植入在其中。有源标记设备被配置为以脉动模式发射光。还示出了引起有源标记设备802的光脉冲的有源标记设备的切换的信号曲线803。跟踪系统包括第一飞行时间相机804和第二飞行时间相机806。还示出了第一飞行时间相机804生成由有源标记设备802的光脉冲803引起的脉冲形信号805。第二飞行时间相机806生成由有源标记设备的光脉冲803引起的脉冲形信号807。此外，跟踪系统包括用于确定在第一和第二飞行时间相机804和806的脉冲805和807之间的相位延迟的设备808。在脉冲805和807之间的相位延迟相关到从有源标记设备802到患者表面801的平均路径延迟加从患者表面801到飞行时间相机804、806的距离。换言之，相位延迟对应于在路径810和811的总和与路径814和815的总和之间的路径长度的差异。路径810对应于有源标记设备802和在表面801上的点809之间的路径，并且路径811对应于表面上的点809和飞行时间相机804之间的路径。同样地，路径814对应于有源标记设备802和在表面801上的点813之间的路径，并且路径815对应于表面上的点813和飞行时间相机806之间的路径。以这种方式，跟踪系统能够通过确定球面812和816的交叉来对有源标记设备802的位置进行三角测量。

优选地，额外的第三飞行时间相机(未示出)可以被使用，使得有源标记设备802的3D位置对应于三个球面的单个交叉点，针对每个相机设备，一个。

在图8B中，示出了具有一个单个飞行时间相机817的有源标记设备802的位置的确定。飞行时间相机的多个像素接收来自有源标记的光脉冲。第一像素接收从身体的表面801的点809发射的光，并且第二像素接收从身体的表面801的点813发射的光。对于像素的这些中的每个，例如，从将相机位置与现有患者轮廓扫描配准，从标准反射飞行时间测量或从任何其他合适的距离测量获知在相机与患者表面上的对应点809、813之间的距离。

在接收来自表面点809的光的第一像素处，测量值包括距离810和818的总和。同样地，在接收来自表面点813的光的第二像素处，测量值包括由距离814和819的总和。类似于先前的实施例，在飞行时间相机的第一和第二像素处测量的相位延迟对应于在路径810和818的总和与路径814和819的总和之间的路径长度的差异。

因为从点809和813的3D位置和飞行时间相机817的3D位置获知路径818和819的长度，跟踪系统能够确定距离810和814，并且随后通过确定球面820和821的交叉来对有源标记设备的位置进行三角测量。

在3D中，优选地，使用来自飞行时间相机的至少三个单独的像素确定有源标记设备的位置。即，基于在这些信号之间的相位延迟，可以确定从有源标记设备到通过单个飞行时间相机的对应像素观察的至少三个表面点的距离。再次，通过确定对应于这些距离的三个球面的单个交叉点，随后对有源标记设备的位置进行三角测量。

典型图像可以具有对TOF相机的不同像素可见的更多的表面点。因此，优选地，可以依赖来自接收来自在不同时刻的标记的光脉冲的额外像素的信号，以便进一步提高标记位置确定结果的准确性。

任选地，准直器可以被用于将通过不同像素接收到的图像信息限制到总表面的有限区。即，例如，第一像素可以接收来自表面点809的光，但是准直器阻止来自表面点813的光到达第一像素。类似地，准直器阻止来自表面点809的光到达飞行时间相机的第二像素。

尽管在附图和前面的描述中已经详细图示和描述了本发明，但是这些图示和描述应被视为说明性或示范性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

通过研究附图、公开内容以及权利要求书，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时能够理解和实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求书中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。在权利要求中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。

Claims (16)

1.一种被配置为在过程之前被植入到组织中以在所述过程期间跟踪对象的感兴趣区域的有源标记设备(100)，所述有源标记设备包括：

光源(101)，其用于发射光(104)，使得所述有源标记设备能够由光学传感器探测到；以及

开关(102)，其用于以脉动模式操作所述光源，其中，所述开关被配置为以非接触方式被操作，以用于在所述过程期间远程地激活所述光源。

2.根据权利要求1所述的有源标记设备(100)，

其中，所述开关(102)能够配置用于以多个不同脉动模式中的一个特定脉动模式操作所述光源。

3.根据权利要求1或2所述的有源标记设备(100)，所述有源标记设备包括：

接收单元(403、413)，其用于接收针对所述光源的激活信号；

其中，所述开关被配置为在所述接收单元接收到所述激活信号时打开所述光源。

4.根据权利要求3所述的有源标记设备(100)，

其中，所述接收单元被配置用于接收包括关于所述脉动模式的性质的信息的信号；并且

其中，所述开关被配置用于以具有所述性质的所述脉动模式操作所述光源。

5.根据权利要求4所述的有源标记设备(100)，其中，所述脉动模式的所述性质是频率和/或脉冲样式。

6.根据权利要求3所述的有源标记设备(100)，

其中，所述接收单元被配置用于接收触发信号，所述触发信号触发通过所述光源的脉冲的生成；并且

其中，所述开关被配置用于仅在由所述接收单元接收到所述触发信号时打开所述光源。

7.根据权利要求1或2所述的有源标记设备(100)，包括：

能量源(103)，其适于向所述光源供应电能。

8.根据权利要求7所述的有源标记设备(100)，

其中，所述能量源包括LC电路(503)，以用于对所述能量源的无线功率供应。

9.根据权利要求1或2所述的有源标记设备(100)，

其中，所述有源标记设备被配置用于被引入到插入针(301)的套管(303)中。

10.根据权利要求1或2所述的有源标记设备(100)，

其中，所述有源标记设备包括舱，所述光源和所述开关被封装到所述舱中。

11.一种医学成像系统(600)，包括：

根据权利要求1-10中的任一项所述的有源标记设备；以及

用于跟踪对象中的感兴趣区域的跟踪设备(609)，其包括：

光学传感器(604、605)，其被配置为探测由所述有源标记设备的所述光源发射的光；以及，

处理单元(610)，其被配置为基于由所述光学传感器探测到的所述光来确定所述有源标记设备的位置，其中，所述光学传感器包括至少一个飞行时间相机(703)，以用于接收由所述有源标记设备发射的光脉冲，并且生成与所述光脉冲的接收相关联的信息，并且

其中，所述处理单元被配置为基于来自所述至少一个飞行时间相机的信息来确定所述有源标记设备的所述位置。

12.根据权利要求11所述的医学成像系统(600)，

其中，所述系统包括至少两个飞行时间相机(804、806)；并且

其中，所述处理单元被配置为基于在通过由所述有源标记发射的光脉冲引起的第一飞行时间相机(804)的脉冲形信号(805)与第二飞行时间相机(806)的脉冲形信号(807)之间的相位延迟，来确定所述有源标记设备的所述位置。

13.根据权利要求11所述的医学成像系统(600)，

其中，所述系统包括具有至少三个像素的单个飞行时间相机(817)，所述至少三个像素被配置为接收从身体的表面上的多个对应点发射的所述有源标记设备的所述光脉冲，并且

其中，所述处理单元被配置为基于表示发射的光脉冲在所述至少三个像素处的接收的所述飞行时间相机的信号中的相位延迟来确定所述有源标记设备的所述位置。

14.根据权利要求12或13所述的医学成像系统(600)，

其中，所述处理单元被配置用于通过三角测量来确定所述有源标记设备的所述位置。

15.根据权利要求11至13中的任一项所述的医学成像系统(600)，

其中，所述处理单元(610)被配置用于基于由所述相机接收到的所述光的脉动模式来识别所述有源标记设备。

16.根据权利要求11至13中的任一项所述的医学成像系统(600)，还包括：

医学成像设备(601)。

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