CN117597085A - 用于确定对象位姿的***、方法和装置 - Google Patents

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Y·乌什皮津
I·朱克
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Abstract

提供了用于确定工具位姿的***、方法和装置。安装到工具的跟踪装置可包括多个面和限定多组标记的多个标记。每组标记可包括该多个标记中的一个或多个标记，并且每组标记可安置在对应的面上。可接收关于该多个标记中的一组标记的信息。可确定该多个面中的其上安置有该组标记的面。可基于该信息和所确定的面确定该工具的位姿。

Description

用于确定对象位姿的***、方法和装置
技术领域
本技术整体涉及确定对象的位姿，并且更具体地涉及在对象上安装跟踪装置以确定对象的位姿。
背景技术
外科机器人可以辅助外科医生或其他医疗提供者执行外科规程，或者可以自主完成一个或多个外科规程。在外科规程期间，医疗提供者可使用对象上的参考标记或对象本身来检测和/或跟踪对象。参考标记可安置在任何对象上，诸如机器人臂、端部执行器、仪器或工具。
发明内容
本公开的示例性方面包括：
一种根据本公开的至少一个实施方案的用于确定工具位姿的***包括跟踪装置，该跟踪装置安装到工具，并且包括：多个面；多个标记，该多个标记限定多组标记，每组标记包括该多个标记中的一个或多个标记，每组标记安置在对应的面上；至少一个处理器；和存储器，该存储器存储用于由该至少一个处理器处理的数据，该数据在被处理时使该至少一个处理器：接收关于该多个标记中的一组标记的信息；确定该多个面中的在该多个面上安置有该一组标记的面，以及基于该信息和所确定的面确定该工具的位姿。
本文的方面中的任一方面，其中该信息包括该一组标记中的每个标记的检测到的位置。
本文的方面中的任一方面，其中每个相邻组的标记共享至少两个标记。
本文的方面中的任一方面，其中第一组标记以与第二组标记不同的图案布置。
本文的方面中的任一方面，其中从相机接收该信息。
本文的方面中的任一方面，其中该工具由机器人臂支撑。
本文的方面中的任一方面，其中这些标记是红外发光二极管。
本文的方面中的任一方面，其中这些标记是红外发光二极管。
本文的方面中的任一方面，还包括控制器，该控制器被配置为选择性地使该一组标记中的一个或多个标记发射红外光。
本文的方面中的任一方面，其中该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的额外数据，该额外数据在被处理时进一步使该至少一个处理器：使该控制器依次激活每组标记中的仅一个标记；接收关于检测到的激活标记的信息；以及使该控制器激活包括所检测到的激活标记的该一组标记。
本文的方面中的任一方面，还包括：传感器，该传感器被配置为检测该一组标记，其中从该传感器接收该信息。
本文的方面中的任一方面，其中该多个面围绕该工具的圆周延伸。
一种根据本公开的至少一个实施方案的跟踪装置包括：主体；第一环，该第一环由该主体支撑；第二环，该第二环由该主体支撑，该第二环与该第一环轴向对准并且与该第一环间隔开；和安置在该第一环上的第一多个标记和安置在该第二环上的第二多个标记，该第一多个标记和该第二多个标记限定多组标记，每组标记包括该第一多个标记和该第二多个标记中的每一者的一个或多个标记，每组标记限定多个面中的对应面。
本文的方面中的任一方面，其中该多组标记中的第一组标记以第一图案安置，并且该多组标记中的第二组标记以第二图案安置。
本文的方面中的任一方面，其中该第二图案是该第一图案的反向图案。
本文的方面中的任一方面，其中该第一图案和该第二图案均为梯形。
本文的方面中的任一方面，其中每组标记包括至少三个标记。
本文的方面中的任一方面，其中该多个面包括八个相邻面，每个面与两个其他面相邻。
一种根据本公开的至少一个实施方案的用于跟踪多个对象的***包括第一跟踪装置和第二跟踪装置，其中该第一跟踪装置和该第二跟踪装置各自包括：多个面和多个标记，该多个标记限定多组标记，每组标记包括该多个标记中的一个或多个标记，每组标记安置在对应的面上，控制器，该控制器被配置为选择性地激活该多个标记中的一个或多个标记；至少一个处理器；和存储器，该存储器存储用于由该至少一个处理器处理的数据，该数据在被处理时使该至少一个处理器：使该控制器选择性地激活该第一跟踪装置上的该多个标记中的一个或多个标记以及该第二跟踪装置上的该多个标记中的一个或多个标记。
本文的方面中的任一方面，其中该第一跟踪装置上的每个标记具有第一布置，并且该第二跟踪装置上的每个标记具有第二布置。
本文的方面中的任一方面，其中该第一布置不同于该第二布置。
本文的方面中的任一方面，其中该第二布置与该第一布置相同。
本文的方面中的任一方面，其中该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的额外数据，该额外数据当被执行时进一步使该至少一个处理器：使该控制器以第一序列激活该第一跟踪装置上的这些标记，以及使该控制器以第二序列激活该第二跟踪装置上的这些标记。
本文的方面中的任一方面，其中该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的额外数据，该额外数据当被执行时进一步使该至少一个处理器：使该控制器以第一波长激活该第一跟踪装置上的这些标记，以及使该控制器以第二波长激活该第二跟踪装置上的这些标记。
一种根据本公开的至少一个实施方案的用于确定工具位姿的***包括跟踪装置，该跟踪装置安装到工具，并且包括：多个区段，和多个标记，该多个标记限定多组标记，每组标记包括该多个标记中的一个或多个标记，每组标记安置在对应的区段上，控制器，该控制器被配置为选择性地激活每个区段上的该多个标记中的一个或多个标记；传感器，该传感器具有视场并且被配置为检测该视场内的激活标记；至少一个处理器；和存储器，该存储器存储用于由该至少一个处理器处理的数据，该数据在被处理时使该至少一个处理器：使该控制器选择性地激活该跟踪装置上的该多个标记中的一个或多个标记；以及基于来自该传感器的对应于该一个或多个激活标记的数据确定该工具的取向，该一个或多个激活标记安置在该多个区段中的单个区段上，其中不在该单个区段上的标记不被激活。
本文的方面中的任一方面，其中该工具由机器人臂支撑。
本文的方面中的任一方面，其中使该控制器选择性地激活该多个标记中的一个或多个标记使该控制器激活预测区段上的一个或多个标记，并且其中该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的额外数据，该额外数据当被执行时进一步使该至少一个处理器：基于该机器人臂的已知位姿确定该视场内的该多个区段中的该预测区段；使用该传感器识别该一个或多个激活标记中的至少一个标记；基于所识别到的至少一个标记确定实际区段；以及将该实际区段与该预测区段进行比较，以确认该实际区段与该预测区段匹配。
本文的方面中的任一方面，其中使该控制器选择性地激活该多个标记中的一个或多个标记使该控制器依次激活该多个区段中的每个区段上的单个标记，并且其中该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的额外数据，该额外数据在被处理时进一步使该至少一个处理器：从该传感器接收已检测到激活标记的指示；以及使该控制器激活与该激活标记相同的区段上的任何剩余标记。
一种根据本公开的至少一个实施方案的用于确定工具位姿的***包括跟踪装置，该跟踪装置安装到工具，并且包括：多个区段，和多个标记，该多个标记限定多组标记，每组标记包括该多个标记中的一个或多个标记，每组标记安置在每个区段上，控制器，该控制器被配置为选择性地激活每个区段上的该多个标记中的一个或多个标记；传感器，该传感器具有视场并且被配置为检测该视场内的激活标记；至少一个处理器；和存储器，该存储器存储用于由该至少一个处理器处理的数据，该数据在被处理时使该至少一个处理器：使该控制器激活该多个区段中的第一组区段上的这些标记中的所有标记，以及基于来自该传感器的数据确定是否已检测到激活标记；当已检测到激活标记时，使该控制器激活该多个区段中的这些第一组区段上的第一标记子集；并且当未检测到激活标记时，使该控制器激活该多个区段中的第二组区段上的这些标记中的所有标记，该多个区段中的这些第一组区段和这些第二组区段包括该多个区段中的所有区段。
本文的方面中的任一方面，其中该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的额外数据，该额外数据在被处理时进一步使该至少一个处理器：当未检测到该多个区段中的这些第一组区段上的该第一标记子集中的激活标记时，使该控制器激活该多个区段中的这些第一组区段上的第二标记子集。
本文的方面中的任一方面，其中该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的额外数据，该额外数据在被处理时进一步使该至少一个处理器：当已从该多个区段中的这些第二组区段上的标记检测到激活标记时，使该控制器激活该多个区段中的这些第二组区段上的第一标记子集。
本文的方面中的任一方面，其中该存储器存储用于由该至少一个处理器执行的额外数据，该额外数据在被处理时进一步使该至少一个处理器：当未检测到该多个区段中的这些第二组区段上的该第一标记子集中的激活标记时，使该控制器激活该多个区段中的这些第二组区段上的第二标记子集。
任何方面与任一个或多个其他方面组合。
本文所公开特征中的任一个或多个。
本文大体上公开特征中的任一个或多个。
本文大体上公开的特征中的任一个或多个与本文大体上公开的任一个或多个其他特征组合。
方面/特征/实施方案中的任一个与任一个或多个其他方面/特征/实施方案组合。
使用本文所公开的方面或特征中的任一个或多个。
应当了解，本文所述的任何特征可与如本文所述的任何其他特征组合来要求保护，而不管特征是否来自同一描述的实施方案。
本公开的一个或多个方面的细节在以下附图和说明书中示出。根据说明书和附图以及权利要求书，本公开中描述的技术的其他特征、目的和优点将显而易见。
短语“至少一个”、“一个或多个”以及“和/或”是在操作中具有连接性和分离性两者的开放式表述。例如，表述“A、B和C中的至少一个”、“A、B或C中的至少一个”、“A、B和C中的一个或多个”、“A、B或C中的一个或多个”以及“A、B和/或C”中一者意指仅A、仅B、仅C、A和B一起、A和C一起、B和C一起，或A、B和C一起。当上述表述中的A、B和C中的每一者都指诸如X、Y和Z的一个元素或诸如X1-Xn、Y1-Ym和Z1-Zo的一类元素时，短语意图指选自X、Y和Z的单个元素、选自同一类的元素(例如，X1和X2)的组合以及选自两类或更多类的元素(例如，Y1和Zo)的组合。
术语“一”实体是指一个或多个该实体。因此，术语“一”、“一个或多个”和“至少一个”在本文中可以可互换地使用。还应当注意，术语“包括”、“包含”和“具有”可以可互换地使用。
前述内容是本公开的简化概述以提供对本公开的一些方面的理解。本发明内容既不是对本公开及其各个方面、实施方案和配置的广泛性概述也不是详尽性概述。其既不意图确定本公开的关键或重要元素，也不意图划定本公开的范围，而是以简化形式呈现本公开的选定概念，作为对下文呈现的更详细描述的介绍。如应当理解的，本公开的其他方面、实施方案和配置可能单独或组合地利用上文所阐述或下文所详细描述的特征中的一个或多个特征。
在考虑下文提供的实施方案描述之后，本发明的许多额外特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。
附图说明
附图并入并形成本说明书的一部分以示出本公开的几个示例。这些附图连同描述一起解释本公开的原理。附图仅示出如何实施和使用本公开的优选和替代示例，并且这些示例不应解释为仅将本公开限制于所示出和所描述的示例。另外的特征和优点将根据以下对本公开的各个方面、实施方案和配置的更详细的描述变得显而易见，如通过以下参考的附图所示出。
图1是根据本公开的至少一个实施方案的***的框图；
图2A是根据本公开的至少一个实施方案的跟踪装置的等轴视图；
图2B是根据本公开的至少一个实施方案的跟踪装置的等轴视图；
图3是根据本公开的至少一个实施方案的跟踪装置的等轴视图；
图4是根据本公开的至少一个实施方案的跟踪装置的等轴视图；
图5是根据本公开的至少一个实施方案的流程图；
图6是根据本公开的至少一个实施方案的流程图；
图7是根据本公开的至少一个实施方案的流程图；
图8是根据本公开的至少一个实施方案的流程图；并且
图9是根据本公开的至少一个实施方案的流程图。
具体实施方式
应当理解，本文所公开的各个方面可以与说明书和附图中具体呈现的组合不同的组合进行组合。还应当理解，取决于示例或实施方案，本文所述的任何过程或方法的某些动作或事件可以不同的顺序执行，和/或可添加、合并或完全省略(例如，根据本公开的不同实施方案，实行所公开技术可能不需要所有描述的动作或事件)。此外，虽然为了清楚起见，本公开的某些方面被描述为由单个模块或单元执行，但应当理解，本公开的技术可由与例如计算装置和/或医疗装置相关联的单元或模块的组合执行。
在一个或多个示例中，所描述的方法、过程和技术可在硬件、软件、固件或它们的任何组合中实施。如果在软件中实施，则功能可作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上并且由基于硬件的处理单元执行。另选地或另外地，功能可使用机器学习模型、神经网络、人工神经网络或其组合(单独地或组合指令)来实施。计算机可读介质可包括非暂时性计算机可读介质，其对应于有形介质，诸如数据存储介质(例如，RAM、ROM、EEPROM、闪存存储器，或可用于存储呈指令或数据结构形式的期望程序代码并且可由计算机访问的任何其他介质)。
指令可由一个或多个处理器执行，诸如一个或多个数字信号处理器(DSP)、通用微处理器(例如，Intel Core i3、i5、i7或i9处理器；Intel Celeron处理器；Intel Xeon处理器；Intel Pentium处理器；AMD Ryzen处理器；AMD Athlon处理器；AMD Phenom处理器；Apple A10或10XFusion处理器；Apple A11、A12、A12X、A12Z或A13 Bionic处理器；或任何其他通用微处理器)、图形处理单元(例如，Nvidia GeForce RTX 2000系列处理器、NvidiaGeForce RTX 3000系列处理器、AMD Radeon RX 5000系列处理器、AMD Radeon RX 6000系列处理器或任何其他图形处理单元)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)或其他等效的集成或离散逻辑电路***。因此，如本文所用的术语“处理器”可指前述结构或适合于实施所描述的技术的任何其他物理结构中的任一种。另外，本技术可在一个或多个电路或逻辑元件中完全实现。
在详细地解释本公开的任何实施方案之前，应当理解，本公开在其应用方面不限于以下描述中阐述或附图中示出的构造细节和部件布置。本公开能够具有其他实施方案并且能够以各种方式实践或实行。另外，应当理解，本文所用的措词和术语是出于描述的目的，而不应被视为是限制性的。本文中使用“包括”、或“具有”及其变化形式意在涵盖其后列出的项目及其等效物，以及额外项目。此外，本公开可使用示例来示出其一个或多个方面。除非另有明确说明，否则使用或列出一个或多个示例(其可由“例如”、“借助于示例”、“诸如”或类似语言指示)不意图且并不限制本公开的范围。
术语“近侧”和“远侧”在本公开中以其常规医学含义使用，近侧更靠近***的操作者或使用者并且更远离患者中或患者上的手术感兴趣区域，而远侧更靠近患者中或患者上的手术感兴趣区域并且更远离***的操作者或使用者。
机器人引导的脊柱外科手术的一部分可包括确定用于脊柱外科手术的机器人的位置或位姿，但应理解的是，机器人的位置或位姿可在其他类型的手术规程中确定。一种执行机器人位置或位姿的期望验证的建议方法使用例如多面工具上的有源标记的光学跟踪。例如，有源标记可包括安装在陶瓷基部上的红外发光二极管(IRED)。位置传感器(诸如例如相机或红外相机)可检测由激活标记发出的红外光。例如，诸如导航***或计算***的***可单独报告标记的位置，并且可计算包含标记的一个或多个工具的位置和取向。
多面工具的一个实施方案可以是在工具的面中布置有标记的工具。在一些示例中，位置传感器可一次仅跟踪一个面。在一些情况下，多面工具上的标记可能不会被位置传感器同时检测到。如果预期的应用要求工具旋转超过最大标记角度，则多面工具可能是有益的。有源有线工具与机器人臂的集成可允许连续跟踪机器人臂的位置及其取向。
有源工具可物理连接到***，诸如例如导航***或计算***，并包含有源标记。为了跟踪有源工具，位置传感器检测例如由有源标记发出的红外光。该***可通过到***的***控制单元的有线连接来控制标记(选择性地发射例如红外光)。为了识别工具，***控制单元可同步(例如，根据预定图案)触发IRED或LED，直到***控制单元找到足够的IRED或LED来计算工具的变换。如果***控制单元试图跟踪独特的几何工具，IRED或LED可同时测序，因为工具取向可通过独特的形状来检测。
对于多面工具，在工具可能丢失的情况下，***控制单元可一次照亮一个标记，直到标记在位置传感器的视图中。位置传感器然后可锁定标记是其一部分的面(并且可对面中的每个IRED或LED测序以找到面的取向)。为了减少锁定时间，可以使用有源有线标记和独特的几何形状的组合。***控制单元照亮整个面，而不是为独特的几何工具一次照亮一个标记。
在一些情况下，如果工具的视图已经被位置传感器挡住，然后又回到位置传感器的视场中，则位置传感器不知道其正在看哪个面，所以其***地确定位置传感器正在看哪个面。例如，如果位置传感器跟踪面，并且该面从传感器的视场中消失，则测序可从相邻面开始，以确定哪个面现在在传感器的视场中。***控制单元或控制器可通过依次激活标记直到传感器检测到标记来实现这一点。
对于示例性工具，可采用智能算法来减少锁定时间并提高搜索过程的效率。代替按自然顺序(例如，1、2、3等)击发/激活IRED或LED，***控制单元可通过击发每个面的主IRED或LED来击发/激活每个面的IRED或LED。当位置传感器识别出IRED或LED时，其然后对面上的IRED或LED进行测序以识别其取向。例如，在常规方式中，如果工具具有16个LED，其被分成8个面(每个面与其相邻面共享2个LED)，为了检测最后一个面，使用常规算法将需要击发至少19个LED(一个面4个LED，并且为了获得变换，3个LED就足够了)。在使用智能算法的建议方法中，将需要击发仅10个LED(8个面加上最后一个面中的2个LED)，这可能产生例如对于60Hz刷新率的锁定时间减少大约150ms的差异。
对于两种类型的工具–标准几何工具和/或独特的几何工具—可使用另一种方法，而不是按顺序击发/激活面。该方法可将面分成两个相邻组–第一组和第二组–并激活第一组中的所有标记。如果位置传感器检测到IRED或LED，则第一组被分成两个子组，并且每个子组的标记被激活，直到位置传感器检测到IRED或LED。如果位置传感器没有检测到IRED或LED，则第二组中的标记被激活。在此类实施方案中，可减少锁定时间。例如，对于具有八个面的工具，为了检测最后一个面，将需要激活八个面上的标记，即16帧激活。如果使用建议算法，需要仅六帧来检测面，这可能导致例如对于60Hz刷新率锁定时间减少大约166ms的差异。
在一些实施方案中，多面有源有线工具可定位在机器人臂上。该连接可向位置传感器提供哪个面在传感器的视场中的预测，并且因此可显著减少锁定时间。该算法或序列利用该通信，使得每当工具丢失时，***控制单元将根据求解器信息计算传感器的视场内的预测面，并且仅点亮相关的IRED或LED，而不是开始标准的常规测序。例如，对于具有16个LED的标准几何工具，其被分成八个面(每个面与其相邻面共享2个LED)，为了使用常规算法来检测最后一个面，将需要激活至少19个LED(一个面4个LED，并且为了获得变换，3个LED就足够了)。使用该算法或序列，将需要激活仅3个LED，这可能导致对于60Hz刷新率的大约533ms锁定时间的差异。
本公开的实施方案提供了对以下问题中的一个或多个问题的技术方案：(1)基于安装到工具上的跟踪装置来确定工具的位姿，(2)改善传感器对跟踪装置的锁定时间，(3)基于安装到工具上的跟踪装置来跟踪工具，(4)在手术规程中验证机器人臂的位姿，以及(5)减少总操作时间。
首先转向图1，示出了根据本公开的至少一个实施方案的***100的框图。***100可用于确定对象(例如，工具、仪器、端部执行器、机器人臂、患者的解剖元素等)的位姿和/或执行本文所公开的一种或多种方法的一个或多个其他方面。***100包括计算装置102、一个或多个传感器112、机器人114、一个或多个控制器126、一个或多个跟踪装置200、300、400、导航***118、数据库130和/或云或其他网络134。根据本公开的其他实施方案的***可包括比***100更多或更少的部件。例如，***100可不包括机器人114、导航***118、控制器126、计算装置102的一个或多个部件、数据库130和/或云134。
计算装置102包括处理器104、存储器106、通信接口108和用户接口110。根据本公开的其他实施方案的计算装置可包括比计算装置102更多或更少的部件。
计算装置102的处理器104可为本文所述的任何处理器或任何类似的处理器。处理器104可被配置为执行存储在存储器106中的指令，这些指令可使处理器104利用或基于从传感器112、机器人114、控制器126、跟踪装置200、300、400、导航***118、数据库130和/或云134接收的数据来实施一个或多个计算步骤。
存储器106可为或包括RAM、DRAM、SDRAM、其他固态存储器、本文所述的任何存储器或用于存储计算机可读数据和/或指令的任何其他有形的非暂时性存储器。存储器106可存储对于完成例如本文所述的方法500、600、700、800、和/或900或任何其他方法的任何步骤有用的信息或数据。存储器106可存储例如一个或多个测序算法122和/或指令124。在一些实施方案中，可将此类指令124或算法122组织成一个或多个应用、模块、软件包、层、神经网络或引擎。算法122和/或指令124可使处理器104操纵存储在存储器106中的数据和/或从或经由传感器112、机器人114、控制器126、跟踪装置200、300、400、导航***118、数据库130和/或云134接收的数据。
计算装置102也可包括通信接口108。通信接口108可用于从外部源(诸如传感器112、机器人114、控制器126、跟踪装置200、300、400、导航***118、数据库130、云134和/或不是***100的一部分的任何其他***或部件)接收传感器数据或其他信息，和/或用于将指令、图像或其他信息传输到外部***或装置(例如另一计算装置102、传感器112、机器人114、控制器126、跟踪装置200、300、400、导航***118、数据库130、云134和/或不是***100的一部分的任何其他***或部件)。通信接口108可以包括一个或多个有线接口(例如，USB端口、以太网端口、火线端口)和/或一个或多个无线收发器或接口(被配置为例如经由诸如802.11a/b/g/n、蓝牙、NFC、ZigBee等一个或多个无线通信协议发射和/或接收信息)。在一些实施方案中，通信接口108可用于使得装置102能够与一个或多个其他处理器104或计算装置102通信，无论是减少完成计算密集型任务所需的时间还是出于任何其他原因。
计算装置102也可包括一个或多个用户接口110。用户接口110可以是或包括键盘、鼠标、轨迹球、监测器、电视、屏幕、触摸屏以及/或者用于从用户接收信息和/或用于向用户提供信息的任何其他装置。用户接口110可用于例如接收关于本文所描述的任何方法的任何步骤的用户选择或其他用户输入。尽管如此，本文所描述的任何方法的任何步骤的任何所需输入可由***100(例如，由处理器104或***100的另一部件)自动生成或由***100从***100外部的源接收。在一些实施方案中，用户接口110可用于允许外科医生或其他用户根据本公开的一个或多个实施方案修改待由处理器104执行的指令(诸如指令124)并且/或者修改或调整显示在用户接口110上或与其相对应的其他信息的设置。
尽管用户接口110被示出为计算装置102的一部分，但在一些实施方案中，计算装置102可利用与计算装置102的一个或多个剩余部件分开容纳的用户接口110。在一些实施方案中，用户接口110可以位于计算装置102的一个或多个其他部件附近，而在其他实施方案中，用户接口110可以位于远离计算机装置102的一个或多个其他部件之处。
***100包括一个或多个传感器112。传感器112可操作以检测安置在跟踪装置200、300、400上的多个标记204(关于图2A至图4详细描述的)。传感器112可为例如光学相机；红外相机；3D相机***；立体视觉***；成像装置；或可检测多个标记204的任何其他传感器。在一些示例中，标记204可以是有源标记，并且传感器112可被配置为在标记204(例如，通过控制器126)被激活时感测标记204。在此类示例中，标记204可以是红外发光二极管，并且传感器112可以是被配置为在标记204发射红外光时进行感测的红外相机。
传感器112可包括用于执行存储在传感器112的专用存储器中的指令的专用处理器，或传感器112可简单地被配置为将其收集的数据传输到计算装置102或***100的另一部件。在一些实施方案中，尽管在图1中示出为仅与计算装置102通信，但是传感器112可与跟踪装置200、300、400、计算装置102、机器人114、控制器126、导航***118、数据库130和/或云134中的任一者或多者进行通信。另外，在一些实施方案中，计算装置102可包括传感器112，而在其他实施方案中，导航***118可包括传感器112。在其他实施方案中，机器人114可包括传感器112。
传感器112可直接定位于手术台或其一部分的上方，或定位于手术台或其一部分的上方和一侧，或定位于手术室或其他房间内的另一方便位置。传感器112可定位在被选择为在其操作期间为传感器112提供跟踪装置200、300、400的清晰和/或无障碍视图(并且因此提供固定地固定到跟踪装置200、300、400的一个或多个标记204的清晰和/或无障碍视图)的位置处。在一些实施方案中，传感器112是固定的，而在其他实施方案中，传感器112可在一个或多个方向上精确地移动(无论手动还是自动)。
传感器112可被配置为仅在给定时刻捕获关于所感测的标记204的数据。例如，在传感器112是相机的情况下，传感器112可被配置为捕获包括一个或多个标记204的静态图像。传感器112可被配置为以周期性间隔捕获此类数据，或当由用户命令(例如，经由用户接口112)时或根据来自控制器126、计算装置102、机器人114和/或导航***118(自主地生成或响应于用户输入)的信号捕获此类数据。
传感器112可另外地或另选地可操作以连续地实时捕获对应于多个标记204的数据。在此类实施方案中，传感器112可向计算装置102提供实时传感器数据流，该计算装置可连续地处理传感器数据以检测其中的标记204。在一些实施方案中，传感器112可包括多于一个的传感器112。
仍参考图1，机器人114可以是任何手术机器人或手术机器人***。机器人114可以是或包括例如Mazor XTM隐形版机器人引导***。机器人114可被配置为将跟踪装置200、300、400定位在例如一个或多个精确位置和取向，和/或将跟踪装置200、300、400在稍后时间点返回到同一位置和取向。机器人114可以另外地或可替代地被配置为操纵手术工具(无论是否基于来自导航***118的引导)以完成或辅助手术任务。在一些实施方案中，机器人114可以被配置成在手术规程期间或结合手术规程而保持和/或操控解剖元素。机器人114可包括一个或多个机器人臂116。在一些实施方案中，机器人臂116可以包括第一机器人臂和第二机器人臂，但机器人114可以包括多于两个机器人臂。在一些实施方案中，机器人臂116中的一个或多个机器人臂可用于保持和/或操控跟踪装置200、300、400。在使用两个跟踪装置200、300、400的实施方案中，一个机器人臂116可保持第一跟踪装置，并且另一个机器人臂116可保持第二跟踪装置。每个机器人臂116可以独立于其他机器人臂定位。应理解的是，任何数量的机器人臂116可用于支撑或保持任何数量的跟踪装置200、300、400。可以在单个共享坐标空间中或在单独坐标空间中控制机器人臂。
机器人114连同机器人臂116可以具有例如一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个或更多个自由度。进一步地，机器人臂116可以以任何位姿、平面和/或焦点定位或可定位。该位姿包含位置和取向。因此，由机器人114(或更具体地，由机器人臂116)保持的跟踪装置200、300、400、手术工具或其他对象可以是能够被精确地定位在一个或多个所需且特定的位置和取向。
机器人臂116可以包括一个或多个传感器，其使得处理器104(或机器人114的处理器)能够确定机器人臂(以及由机器人臂保持或固定到机器人臂的任何对象或元件)在空间中的精确位姿。
在一些实施方案中，一个或多个参考标记(即，导航标记)204(图2A至图4中所示)可放置在机器人114上(包括例如放置在机器人臂116上)、或手术空间中的任何其他对象上。标记204可由导航***118跟踪，并且跟踪的结果可由机器人114和/或***100或其任何部件的操作者使用。在一些实施方案中，导航***118可用于跟踪***的其他部件，并且***可在不使用机器人114的情况下操作(例如，外科医生例如基于由导航***118生成的信息和/或指令手动地操纵一个或多个手术工具)。
在操作期间，导航***118可为外科医生和/或外科手术机器人提供导航。导航***118可以是任何已知的或未来开发的导航***，包括例如美敦力公司(Medtronic)StealthStationTMS8手术导航***或其任何后续产品。导航***118可包括一个或多个相机或其他传感器，诸如传感器112，用于跟踪手术室或***100的部分或全部所在的其他房间内的标记204、导航***或其他对象。一个或多个相机可以是光学相机、红外相机或其他相机。在一些实施方案中，导航***118可包括一个或多个电磁传感器。在各种实施方案中，导航***118可用于跟踪机器人114和/或机器人臂116和/或一个或多个手术工具的位置和取向(即，位姿)(或更具体地说，用于跟踪直接或间接以固定关系附接到前述一者或多者的导航***的位姿)。导航***118可包括显示器，该显示器用于显示来自外部源(例如，计算装置102、传感器112或其他源)的一个或多个图像或用于显示来自一个或多个相机或导航***118的其他传感器的图像和/或视频流。在一些实施方案中，***100可以在不使用导航***118的情况下操作。导航***118可被配置成向外科医生或***100的其他用户或其部件、向机器人114或***100的任何其他元件提供关于例如一个或多个解剖元素的位姿、工具是否处于恰当轨迹中和/或如何根据手术前或其他手术规划将工具移动到恰当轨迹中以实行手术任务的引导。
在示出的实施方案中，***100包括控制器126，但是在一些实施方案中，***100可不包括控制器126。控制器126可以是电子控制器、机械控制器或机电控制器。控制器126可包括或可以是本文所述的任何处理器。控制器126可包括存储指令的存储器，这些指令用于执行本文所述的由控制器126执行的任何功能或方法。在一些实施方案中，控制器126可被配置为简单地将从计算装置102(例如，经由通信接口108)所接收的信号转换成命令而用于操作跟踪装置200、300、400(并且更具体地说，用于激活固定地固定到跟踪装置200、300、400的标记204)、传感器112、导航***118和/或机器人114。在其他实施方案中，控制器126可被配置为处理和/或转换从跟踪装置200、300、400、传感器112、导航***118和/或机器人114所接收的信号。此外，控制***126可从一个或多个源(例如，跟踪装置200、300、400、传感器112、导航***118和/或机器人114)接收信号，并且可向一个或多个源输出信号。
控制器126可操作以使多个标记204中的一个或多个标记选择性地激活。控制器126可使一个或多个标记以任何持续时间、任何强度和/或任何波长激活。在一些实施方案中，控制器126可使一个或多个标记选择性地依次激活。在其他实施方案中，控制器126可使一个或多个标记一次激活一个。在其他实施方案中，控制器126可使一个或多个标记集同时激活，同时去激活不在一个或多个标记集中的标记。
***100还包括以下关于图2A至图4详细描述的跟踪装置200、300、400。跟踪装置200、300、400可安装到由诸如机器人臂116的机器人臂支撑的工具或端部执行器上。通过将装置200、300、400安装到工具、端部执行器或任何其他对象上，可基于装置200、300、400的位姿来确定此类工具、端部执行器或对象的位姿。在一些实施方案中，跟踪装置200、300、400的位姿可用于确定和验证诸如机器人臂116的机器人臂的位姿。在此类实施方案中，如由跟踪装置200、300、400确定的机器人臂116的位姿可与如由机器人臂116确定的机器人臂116的位姿进行比较(例如，使用与机器人臂116安置或集成的传感器)以验证机器人臂116的位姿。
转到图2A，示出了跟踪装置200。跟踪装置200包括主体202。主体202可由任何材料形成，诸如例如陶瓷、铝、钢等。在示出的实施方案中，主体202的横截面是圆柱形的。在其他实施方案中，主体202的横截面可以是任何形状，诸如正方形、椭圆形、矩形等。在一些实施方案中，主体202具有约70mm的高度。在其他实施方案中，主体可具有小于或大于70mm的高度。在一些实施方案中，主体具有约5.5mm的直径。在其他实施方案中，主体可具有小于或大于5.5mm的直径。
主体202包括外表面206、内表面208和内部空间210。如图所示，外表面206可以是光滑的，或可具有任何纹理。如图所示，外表面206也可以是弯曲的，或可具有任何形状或形式。多个面或区段214可横跨外表面206并围绕主体202的圆周延伸。在一些实施方案中，多个面214可包括八个相邻的面。在此类实施方案中，每个面与两个其他面相邻。在其他实施方案中，多个面214可包括少于或多于八个面。在其他实施方案中，一些面可与一个、两个或多于两个面相邻，和/或一些面可不与任何面相邻。用于示例性目的，多个面214的四个面的边界在图2A中以虚线示出。在一些实施方案中，每个面可具有约40mm的长度。在其他实施方案中，每个面可具有小于或大于40mm的长度。
在示出的实施方案中，多个标记204固定地固定到外表面206。多个标记204围绕主体202的圆周分布，并且在装置200上提供360度的标记，使得至少一个标记204在装置200的任何旋转位置处都是可见的或在传感器(诸如传感器112)的视场中。在一些实施方案中，多个标记204包括16个标记。在其他实施方案中，多个标记204包括少于或多于16个标记。
只要装置200与传感器112之间的视线是清晰的或不被阻挡，多个标记204可被间隔开，使得至少一个标记可在任何给定位置处在传感器(诸如传感器112)的视场中可见。如图所示，多个标记204可包括第一行标记203和第二行标记205。第一行203和第二行205中的每个标记可围绕主体202等距离且对称地间隔开，尽管如下文将示出和描述的，每个标记可以不同的距离和/或彼此不对称地间隔开。在一些实施方案中，第一行203和第二行205中的标记可相对于主体202的中心轴线201与同一行中的相邻标记间隔约45度。例如，标记216A,B可与标记216B,C间隔约45度。在其他实施方案中，标记可与相邻标记间隔小于或大于45度。
多个标记204可以是有源标记。在一些实施方案中，多个标记204是红外发光二极管。在其他实施方案中，多个标记204可以是任何类型的有源标记。例如，多个标记204可以任何波长发射光。在一些实施方案中，多个标记204可包括不同类型的有源标记。在其他实施方案中，多个标记204可包括相同类型的有源标记。在其他实施方案中，多个标记204可以是无源标记。例如，多个标记204可以是反射球。
多个标记204限定了多组标记216，并且每组标记216安置在多个面214的对应的面上。例如，在示出的实施方案中，该组标记216A和216A,B对应于面214A。如图所示，每组标记216包括四个标记。在其他实施方案中，每组标记216包括三个标记。在其他实施方案中，每组标记216可包括少于或多于四个标记。每组标记216可包括相同数量的标记。在其他实施方案中，一组标记216可包括与另一组标记216不同数量的标记。在示出的实施方案中，每组标记216以正方形布置。在其他实施方案中，每组标记216可以任何形状或图案布置。在其他实施方案中，一组标记216可以与另一组标记216不同的形状或图案布置。例如，第一组标记可以第一图案或独特的几何形状布置，并且第二组标记可以不同于第一图案的第二图案或独特的几何形状布置。此类图案或独特的几何形状可有助于基于传感器112能够检测到的图案的对应的面来确定装置200(并且因此例如对应的机器人臂116)的位置。
在示出的实施方案中，每个面214由对应的一组标记216限定，并且相邻面214可共享两个标记216。换句话讲，第一组标记和第二组标记可共享两个标记，而第一组和第二组中的每一组总共包括四个标记。例如，如图所示，面214A包括一组标记216A和216A,B，并且面214B包括一组标记216A,B和216B,C。在其他实施方案中，每个面214(并且因此对应的一组标记)可不与相邻面(并且因此相邻的一组标记)共享任何标记。
转到图2B，示出了跟踪装置200。多根导线218可存储在主体202的内部空间210中，并且多根导线218中的一根或多根导线可固定到主体202的内表面208。应理解的是，任何硬件都可存储或固定在内部空间210中。每根导线218可向对应的标记204提供或递送电力，以在电力递送到对应的标记204时选择性地激活对应的标记204。在标记204是红外发光二极管的实施方案中，激活标记204使标记204发射红外光。相反，当电力没有递送到标记204并且标记204没有被激活时，标记204不发射红外光。
尽管未示出，但是跟踪装置200可安装到、安装到或以其他方式固定到任何对象上，诸如端部执行器、机器人臂(包括例如机器人臂的端部、机器人臂的关节、机器人臂的区段或机器人臂的任何部分)、或任何其他部件。
转到图3，示出了根据至少一个实施方案的跟踪装置300。跟踪装置300可与上文所述的跟踪装置200相同或相似。在示出的实施方案中，多个标记304固定地固定到主体302的外表面306。多个标记304限定了多组标记316，并且每组标记316安置在多个面314的对应的面上。如图所示，每组标记316包括四个标记。在其他实施方案中，每组标记316可包括少于或多于四个标记。在其他实施方案中，一组标记316可包括与另一组标记316不同数量的标记。
在示出的实施方案中，每组标记316限定了梯形，用于示例性目的以虚线示出。在一些实施方案中，梯形的第一区段可以是约27mm，梯形的第二区段可以是约68mm，梯形的第三区段可以是约51mm，并且梯形的第四区段可以是约73mm。在其他实施方案中，第一区段可小于或大于27mm，第二区段可小于或大于68mm，第三区段可小于或大于51mm，并且第四区段可小于或大于73mm。在示出的实施方案中还示出，对应于面314A的第一组标记316A和316A,B从对应于面314B的相邻的且第二组标记316B和316A,B旋转180度。换句话讲，该组标记316可以是相邻的一组标记316的图案的反向图案(并且如图所示，例如，相邻梯形的反转梯形)。在其他实施方案中，每组标记316可以任何形状或图案配置。在又其他实施方案中，一组标记316可以与另一组标记316不同的形状或图案配置。在示出的实施方案中，每个面314由对应的一组标记316限定，并且相邻面314可共享两个标记316。换句话讲，第一组标记和第二组标记可共享两个标记，而第一组和第二组中的每一组总共包括四个标记。在其他实施方案中，每个面314(并且因此对应的一组标记)可不与相邻面(并且因此相邻的一组标记)共享任何标记。
转到图4，示出了根据至少一个实施方案的跟踪装置400。除了跟踪装置400包括与第二环403间隔开的第一环401之外，跟踪装置400可与上文所述的跟踪装置200相同或相似。在一些实施方案中，第一环401与第二环403间隔开约68.5mm的距离。在其他实施方案中，第一环401可与第二环403间隔开小于或大于68.5mm的距离。尽管第一环401和第二环403被示出具有圆形的横截面，但是应理解的是，第一环401和第二环403可具有任何形状的任何横截面，诸如例如矩形、正方形或椭圆形。装置400还包括跨越第一环401与第二环403之间的距离的基部405。基部405可支撑例如硬件、导线、连接器407(例如，用于将装置400连接到端部执行器或机器人臂)等。
第一多个标记404A安置在第一环401上，并且第二多个标记404B安置在第二环403上。第一多个标记404A和第二多个标记404B限定了多组标记416，其中每组标记416包括第一多个标记404A和第二多个标记404B的每一者的一个或多个标记。每组标记416可属于或限定多个面414中的对应的面。在示出的实施方案中，用于示例性目的，一个面414以虚线示出。
在一些实施方案中，第一多个标记404A包括与第二多个标记404B相同数量的标记。在其他实施方案中，第一多个标记404A可具有比第二多个标记404B更多或更少的标记。类似地，在一些实施方案中，第一多个标记404A可以与安置在第二环403上的第二多个标记404B相同的布置安置在第一环401上。在其他实施方案中，第一多个标记404A可以与安置在第二环403上的第二多个标记404B不同的布置安置在第一环401上。在示出的实施方案中–其中第一环401和第二环403是相同的(换句话讲，第一多个标记404A和第二多个标记404B分别以相同的布置安置在第一环401和第二环403上)–第一环401和第二环403对准，以便偏移第一多个标记404A和第二多个标记404B。在此类实施方案中，多个面中的每个面可成形为例如平行四边形。在其他实施方案中，第一环401和第二环403可对准，以便对准第一多个标记404A和第二多个标记404B。在此类实施方案中，多个面中的每个面可成形为例如矩形，或取决于第一环401与第二环403之间的间距，可成形为正方形。应理解的是，第一多个标记404A和第二多个标记404B可以任何布置安置，以将多个面中的每个面限定为任何形状。
尽管装置200、300包括相对于图2A、图2B和图3的主体202、302，并且装置400包括第一环401、第二环403和基部405，但是应理解的是，任何实施方案可包括主体、基部和环的任何组合或任何数量。例如，装置300可包括第一环和第二环，而不是主体。在另一个示例中，装置400可包括主体，而不是第一环和第二环。
图1的***100或类似***以及图2A至图4的跟踪装置200、300、400或类似跟踪装置可用于例如执行本文所述的方法500、600、700、800和/或900中的任一种方法的一个或多个方面。***100或类似***和/或跟踪装置200、300、400或其他类似跟踪装置也可用于其他目的。
图5描绘了可用于例如确定工具位姿的方法500。
方法500(和/或其一个或多个步骤)可例如由至少一个处理器实行或以其他方式执行。至少一个处理器可与上文所述的计算装置102的处理器104相同或相似。至少一个处理器可以为机器人(诸如机器人114)的一部分或导航***(诸如导航***118)的一部分。除了本文所述的任何处理器之外的处理器也可用于执行方法500。至少一个处理器可通过执行存储在存储器，诸如存储器106中的指令，诸如指令124来执行方法500。这些指令可对应于下文所述的方法500的一个或多个步骤。这些指令可使处理器执行一个或多个算法，诸如测序算法122。
方法500包括使控制器激活一组标记中的一个标记(步骤504)。控制器可与控制器126相同或相似，并且该组标记可与该组标记216、316、416相同或相似。该组标记可以是多组标记的一部分。每组标记可包括固定地固定到诸如跟踪装置200、300、400的跟踪装置的多个标记(诸如多个标记204、304、404A、404B)中的一个或多个标记。每组标记可限定多个面(诸如多个面214、314、414)中的对应的面。
跟踪装置可安装到工具上。在一些实施方案中，该工具由诸如机器人臂116的机器人臂支撑。在其他实施方案中，工具是由机器人臂支撑的端部执行器。在使用期间，可如本文所述确定跟踪装置的位姿。通过确定跟踪装置的位姿，也可相对于跟踪装置的位姿确定工具的位姿。
在多个标记中的每个标记都是红外发光二极管的一些实施方案中，激活标记使标记发射红外光。红外光可由诸如传感器112的传感器检测，该传感器可以是例如红外相机。在其他实施方案中，激活标记可使标记发射任何波长的光。激活标记可包括使用例如处理器(诸如处理器104)来生成指令(诸如指令124)并将指令传输到控制器。此外，控制器可使用诸如测序算法122的算法依次激活一个或多个标记。在一些实施方案中，控制器依次激活每组标记中的一个标记，直到传感器检测到激活标记。如下文所述，通过一次激活一个标记，可确定对应于激活标记的面。
方法500还包括接收关于检测到的激活标记的信息(步骤508)。该信息可从被配置为检测激活标记的传感器接收。传感器可以是相机，诸如例如红外相机或光学相机。该信息可包括例如检测到的激活标记的检测到的位置。
方法500还包括使控制器激活包括检测到的激活标记的该一组标记(步骤512)。步骤512可与上文所述的关于激活一个或多个标记的步骤504相同或相似。在一些实施方案中，该一组标记中的每个标记可被依次激活。在其他实施方案中，可同时激活整组标记。所检测到的激活标记对应于多个面中的一个面，并且因此，包括激活标记的该一组标记也对应于该面。如下文所述，通过激活对应于面的该一组标记，可确定面的取向。
方法500还包括接收关于激活的该一组标记的信息(步骤516)。该信息可从传感器接收，该传感器可以是相机，诸如例如红外相机或光学相机。该信息可包括激活的该一组标记中每个标记的检测到的位置。该信息还可包括激活的该一组标记的图案或布置。
在一些实施方案中，关于激活的一组标记的信息是关于在步骤512中激活的激活的一组标记的信息。在其他实施方案中，可从本文所述的其他方法或步骤获得关于激活的该一组标记的信息。换句话讲，下文描述确定工具位姿的步骤520和524可应用于使用除了上文所述的步骤504-512之外的方法获得的关于激活的一组标记的信息。例如，可从例如步骤804-812接收信息。
方法500还包括确定多个面中具有至少一组标记的面(步骤520)。可基于激活的该一组标记的每个标记的检测到的位置来确定面。此外，可基于激活的该一组标记中的每个标记的检测到的位置来确定面的取向。在对应的一组标记以独特的图案布置在每个面上的实施方案中，也可基于激活的该一组标记的图案来确定面。
方法500还包括基于该信息和所确定的面来确定工具和/或机器人臂的位姿(步骤524)。更具体地，工具和/或机器人臂的位姿可基于所确定的面和所确定的面的取向。
方法500还包括基于所确定的工具和/或机器人臂的位姿来验证工具和/或机器人臂的位姿(步骤528)。可通过将如例如在步骤524中确定的工具和/或机器人臂的所确定的位姿与从机器人臂接收的位姿信息进行比较来验证工具和/或机器人臂的位姿。在一些实施方案中，机器人臂可包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器被配置为感测机器人臂的位姿并产生位姿信息。当从机器人臂接收的位姿信息与从跟踪装置确定的所确定的位姿匹配时，则这指示工具和/或机器人臂的位姿是有效的。当从机器人臂接收的位姿信息与从跟踪装置确定的所确定的位姿不匹配时，则这指示误差已经发生。该误差可能与例如诸如导航***118的导航***和/或配准过程有关。
本公开涵盖方法500的实施方案，这些实施方案包括比上文所述的步骤更多或更少的步骤和/或与上文所述的步骤不同的一个或多个步骤。
图6描绘了可用于例如跟踪多个对象的方法600。
方法600(和/或其一个或多个步骤)可例如由至少一个处理器实行或以其他方式执行。至少一个处理器可与上文所述的计算装置102的处理器104相同或相似。至少一个处理器可以为机器人(诸如机器人114)的一部分或导航***(诸如导航***118)的一部分。除了本文所述的任何处理器之外的处理器也可用于执行方法600。至少一个处理器可通过执行存储在存储器(诸如存储器106)中的指令(诸如指令124)来执行方法600。这些指令可对应于下文所述的方法600的一个或多个步骤。这些指令可使处理器执行一个或多个算法，诸如测序算法122。
方法600包括使控制器选择性地激活第一跟踪装置的一个或多个标记和第二跟踪装置的一个或多个标记(步骤604)。步骤614可与关于激活一个或多个标记的方法500的步骤504相同或相似。第一跟踪装置和第二跟踪装置中的每个跟踪装置可与跟踪装置200、300、400相同或相似。在一些实施方案中，第一跟踪装置与第二跟踪装置相同。在其他实施方案中，第一跟踪装置可不同于第二跟踪装置。控制器可与控制器126相同或相似。在一些实施方案中，一个控制器可控制第一跟踪装置和第二跟踪装置中的每个跟踪装置。在其他实施方案中，第一控制器可控制第一跟踪装置，并且第二控制器可控制第二跟踪装置。
第一跟踪装置的一个或多个标记可在第一布置中可释放地或固定地固定到第一跟踪装置，并且第二跟踪装置的一个或多个标记可在第二布置中固定地固定到第二跟踪装置。在一些实施方案中，第一布置与第二布置相同。在其他实施方案中，第一布置可不同于第二布置。
方法600还包括使控制器在第一配置中激活第一跟踪装置上的标记(步骤608)。在一些实施方案中，第一配置可以是第一序列，并且控制器可使用算法(诸如测序算法122)来使第一跟踪装置上的标记以第一序列激活。例如，第一跟踪装置上的一个或多个标记中的每个标记可依次一次激活一个，两个或更多个标记可依次一起激活，或两个或更多个标记可以图案一起激活。在其他实施方案中，第一配置可以是第一波长。波长可包括例如红外光、可见光或紫外光。在一些实施方案中，波长可介于约700nm至1nm之间。在其他实施方案中，波长可为约880nm。在其他实施方案中，波长可小于700nm或大于1mm。在其他实施方案中，波长可以是红外光谱内的任何波长。在一些实施方案中，第一配置可包括序列和/或波长的组合。
方法600还包括使控制器在第二配置中激活第二跟踪装置上的标记(步骤612)。在一些实施方案中，第二配置可以是第二序列，并且控制器可使用算法(诸如测序算法122)来使第二跟踪装置上的标记以第二序列激活。第二序列可与第一序列相同或相似。在这种情况下，第二序列可在第一序列之前或之后被激活，以将第二跟踪装置与第一跟踪装置区分开。在其他情况下，第二序列可不同于第一序列。在这种情况下，第二序列对于第二跟踪装置可以是唯一的，以便将第二跟踪装置与第一跟踪装置区分开。在其他实施方案中，第二配置可以是第二波长。第二波长可与第一波长相同或相似。在其他情况下，第二波长可不同于第一波长。在其他实施方案中，第一配置可包括序列和/或波长的组合。
在其他示例中，第一跟踪装置和第二跟踪装置的位姿可根据例如第一跟踪装置和第二跟踪装置分别安装到的第一机器人臂和第二机器人臂来确定。因此，可基于第一机器人臂和第二机器人臂的已知位姿将第二跟踪装置与第一跟踪装置区分开。在此类示例中，第一跟踪装置和第二跟踪装置中的每个跟踪装置上的标记可用于确认第一跟踪装置和第二跟踪装置的取向。
本公开涵盖方法600的实施方案，这些实施方案包括比上文所述的步骤更多或更少的步骤和/或与上文所述的步骤不同的一个或多个步骤。
转到图7至图9，方法700、800、900涉及基于对工具或对象耦合或安装在其上的跟踪装置上的一个或多个标记进行测序来确定工具或对象位姿。方法700、800、900可用于例如跟踪装置(诸如跟踪装置200、300、400)退出传感器(诸如传感器112)的视场并重新进入视场的情况。在这种情况下，传感器112不再具有描述跟踪装置的多个面中的哪个面在视场内的信息。通过对下文所述的方法700、800、900中的一个或多个标记进行测序，可减少传感器对跟踪装置的面的锁定时间。锁定时间的此类减少可减少手术规程的总时间。
图7描绘了可用于例如确定工具位姿的方法700。
方法700(和/或其一个或多个步骤)可例如由至少一个处理器实行或以其他方式执行。至少一个处理器可与上文所述的计算装置102的处理器104相同或相似。至少一个处理器可以为机器人(诸如机器人114)的一部分或导航***(诸如导航***118)的一部分。除了本文所述的任何处理器之外的处理器也可用于执行方法700。该至少一个处理器可以通过执行诸如存储在诸如存储器106的存储器中的指令124之类的指令来执行方法700。这些指令可对应于下文所述的方法700的一个或多个步骤。这些指令可使处理器执行一个或多个算法，诸如测序算法122。
方法700包括确定传感器的视场内的跟踪装置的多个区段的预测区段(或面)(步骤704)。跟踪装置可与跟踪装置200、300、400相同或相似，多个区段可与多个区段214、314、414相同或相似，并且传感器可与传感器112相同或相似。跟踪装置可由诸如机器人臂116的机器人臂支撑。在一些实施方案中，跟踪装置安装到例如由机器人臂支撑的对象或工具上。确定预测区段可基于机器人臂的已知位姿，并且在一些情况下，基于传感器的已知位姿。更具体地说，可基于传感器的已知位姿来确定视场，并且可基于视场内的机器人臂的已知位姿来确定视场内的预测区段。
方法700还包括使控制器激活跟踪装置上的多个标记中的一个或多个标记(步骤708)。跟踪装置可与跟踪装置200、300、400相同或相似，并且多个标记可与多个标记204、304、404A、404B相同或相似。步骤708可与关于激活一个或多个标记的方法500的步骤504相同或相似。步骤708还包括激活在上文所述的步骤704中识别的预测区段上的一个或多个标记。
方法700还包括识别一个或多个激活标记中的至少一个标记(步骤712)。例如，所识别到的至少一个标记可由传感器识别。识别至少一个标记可包括识别至少一个标记的位置。
方法700还包括基于所识别到的至少一个标记确定实际区段(步骤716)。实际区段可基于至少一个标记的位置，并且可基于跟踪装置的位置来确定。实际区段对应于传感器的视场中的区段。
方法700还包括将实际区段与预测区段进行比较(步骤720)。在实际区段与预测区段匹配的实施方案中，此类匹配确认预测区段在传感器的视场中，并且传感器然后可锁定并跟踪跟踪装置。在实际区段与预测区段不匹配的其他实施方案中，可重复步骤704-720，直到实际区段与预测区段匹配。在进一步的实施方案中，在实际区段与预测区段不匹配的情况下，可利用诸如方法800和/或900的另一种方法来确定工具或对象的位姿。
此类方法700可减少传感器对跟踪装置的锁定时间。例如，如果因为跟踪装置不再在传感器的视场中而不再跟踪跟踪装置，则重新进入传感器的视场，方法700可用于确定传感器的视场内的预测区段，并确认预测区段实际上在传感器的视场内。因此，可再次识别和跟踪跟踪装置。
本公开涵盖方法700的实施方案，这些实施方案包括比上文所述的步骤更多或更少的步骤和/或与上文所述的步骤不同的一个或多个步骤。
图8描绘了可用于例如确定工具位姿的方法800。
方法800(和/或其一个或多个步骤)可例如由至少一个处理器实行或以其他方式执行。至少一个处理器可与上文所述的计算装置102的处理器104相同或相似。至少一个处理器可以为机器人(诸如机器人114)的一部分或导航***(诸如导航***118)的一部分。除了本文所述的任何处理器之外的处理器也可用于执行方法800。该至少一个处理器可以通过执行诸如存储在诸如存储器106的存储器中的指令124之类的指令来执行方法800。这些指令可对应于下文所述的方法800的一个或多个步骤。这些指令可使处理器执行一个或多个算法，诸如测序算法122。
方法800包括使控制器激活跟踪装置上的多个标记中的一个或多个标记(步骤804)。跟踪装置可与跟踪装置200、300、400相同或相似，并且多个标记可与多个标记204、304、404A、404B相同或相似。步骤804可与关于激活一个或多个标记的方法500的步骤504相同或相似。步骤804还包括依次激活多个区段(诸如多个区段214、314、414)的每个区段上的单个标记。通过激活每个区段上的单个标记(直到例如如下文步骤808所述检测到标记)，可识别对应于检测到的单个标记的面，而无需依次激活多个标记中的每个标记。
方法800还包括从传感器接收已检测到激活标记的指示(步骤808)。关于识别或检测激活标记，步骤808可与步骤700的步骤712相同或相似。
方法800还包括使控制器激活与激活标记相同的区段上的任何剩余标记(步骤812)。步骤812可与关于激活一个或多个标记的方法500的步骤504相同或相似。在一些实施方案中，可依次激活标记。在其他实施方案中，可同时激活标记。在其他实施方案中，一些标记可同时被激活，并且其他标记可依次被激活。
方法800还包括基于来自对应于一个或多个标记的传感器的数据确定工具的取向(步骤816)。剩余的标记可在步骤812中被激活，以确定区段的取向，并且因此确定工具的取向。更具体地说，从传感器接收的数据可以是每个标记的位置。然后，可使用每个标记的位置来确定区段的取向，并且因此，基于区段和区段的取向，可确定工具的取向。
本公开涵盖方法800的实施方案，这些实施方案包括比上文所述的步骤更多或更少的步骤和/或与上文所述的步骤不同的一个或多个步骤。
图9描绘了可用于例如确定工具位姿的方法900。
方法900(和/或其一个或多个步骤)可例如由至少一个处理器实行或以其他方式执行。至少一个处理器可与上文所述的计算装置102的处理器104相同或相似。至少一个处理器可以为机器人(诸如机器人114)的一部分或导航***(诸如导航***118)的一部分。除了本文所述的任何处理器之外的处理器也可用于执行方法900。该至少一个处理器可以通过执行诸如存储在诸如存储器106的存储器中的指令124之类的指令来执行方法900。这些指令可对应于下文所述的方法900的一个或多个步骤。这些指令可使处理器执行一个或多个算法，诸如测序算法122。
方法900包括使控制器激活多个区段的第一组区段上的所有标记(步骤904)。控制器可与控制器126相同或相似。多个区段可与多个区段214、314、414相同或相似。步骤904可与关于激活一个或多个标记的方法500的步骤504相同或相似。当第一组区段上的标记被激活时，第二组区段上的标记可能不被激活。
第一组区段和第二组区段可包括多个区段中的所有区段。在一些实施方案中，第一组区段和第二组区段中的每个区段都包括多个区段中的一半区段。在其他实施方案中，第一组区段可包括比第二组区段更多或更少的区段。
方法900还包括确定是否已检测到激活标记(步骤908)。确定是否已检测到激活标记可基于从诸如传感器112的传感器接收的数据。传感器112还可确定检测到的激活标记的位置。
方法900还包括使控制器激活第一组区段上的第一标记子集(步骤912)。步骤912可与上文所述的关于激活一个或多个标记的方法500的步骤504相同或相似。
当在步骤908中已检测到激活标记时，可激活第一组区段上的第一标记子集，这指示第一组区段上的标记在传感器的视场内。在这种情况下，第一组区段上的标记可被分成第一子集和第二子集。通过进一步划分标记，可通过在传感器的视场中的标记上珩磨来识别工具的多个面中的一个面。当第一标记子集被激活时，所有其他标记可能不被激活(诸如第二标记子集和第二组区段的标记)。
方法900还包括使控制器激活第一组区段上的第二标记子集(步骤916)。步骤916可与上文所述的关于激活一个或多个标记的方法500的步骤504相同或相似。
当在步骤908中激活的第一标记子集中没有检测到激活标记时，可激活第一组区段上的第二标记子集。当第一组区段上的第二标记子集被激活时，所有其他标记可能不被激活(诸如第一标记子集和第二组区段的标记)。
方法900还包括使控制器激活多个区段的第二组区段上的所有标记(步骤920)。步骤920可与上文所述的关于激活一个或多个标记的方法500的步骤504相同或相似。
当在步骤908中未检测到激活标记时，可激活第二组区段上的标记。换句话讲，当没有检测到激活标记时，这可指示对应于第一组区段的跟踪装置的一部分不在传感器的视线或视场中。因此，对应于第二组区段的跟踪装置的一部分可在传感器的视线或视场内。当第二组区段上的标记被激活时，第一组区段上的标记可能不被激活。
方法900还包括使控制器激活第二组区段上的第一标记子集(步骤924)。步骤924可与上文所述的关于激活一个或多个标记的方法500的步骤504相同或相似。
当在步骤920中已检测到激活标记时，可激活第二组区段上的第一标记子集。当第二组区段上的第一标记子集被激活时，所有其他标记可能不被激活(诸如第二标记子集和第一组区段的标记)。
方法900还包括使控制器激活第二组区段上的第二标记子集(步骤928)。步骤928可与上文所述的关于激活一个或多个标记的方法500的步骤504相同或相似。
当在步骤924中激活的第二标记子集中没有检测到激活标记时，可激活第一组区段上的第二标记子集。当第二组区段上的第二标记子集被激活时，所有其他标记可能不被激活(诸如第一标记子集和第一组区段的标记)。
应理解的是，步骤912-916和/或步骤924-928可用更小的子集重复，直到多个区段中的单个区段被识别。
本公开涵盖方法900的实施方案，这些实施方案包括比上文所述的步骤更多或更少的步骤和/或与上文所述的步骤不同的一个或多个步骤。
应理解的是，当使用上文所述的方法500、600、700、800、900中的任一种方法的传感器没有检测到有源标记时，传感器的视线可能被阻挡。在这种情况下，通知可提示用户(例如外科医生或其他医疗提供者)检查视线是否无障碍且清晰。
如上所述，本公开涵盖少于图5、图6、图7、图8和图9中识别的所有步骤的方法(以及方法500、600、700、800和900的对应的描述)，以及包括图5、图6、图7、图8和图9中识别的步骤之外的额外步骤的方法(以及方法500、600、700、800和900的对应的描述)。本公开还涵盖包括来自本文所描述的一种方法的一个或多个步骤和来自本文所描述的另一种方法的一个或多个步骤的方法。本文所描述的任何相关性可以是或包括配准或任何其他相关性。
前述内容并不意图将本公开限于本文所公开的一种或多种形式。在前述的具体实施方式中，例如，出于简化本公开的目的，将本公开的各种特征一起分组在一个或多个方面、实施方案和/或配置中。本公开的方面、实施方案和/或配置的特征可组合在除了上文所论述的那些之外的替代方面、实施方案和/或配置中。本公开的方法不应被解释为反映以下意图：权利要求需要比每项权利要求中明确叙述的特征更多的特征。相反，如以下权利要求书所反映，本发明方面在于少于单个前述公开的方面、实施方案和/或配置的全部特征。因此，以下权利要求特此并入这个具体实施方式中，其中每项权利要求作为本公开的单独的优选实施方案而独立存在。
此外，尽管前述已经包含对一个或多个方面、实施方案和/或配置以及某些变化和修改的描述，但在理解了本公开之后，其他变化、组合和修改在本公开的范围内，例如，可在本领域技术人员的技能和知识范围内。意图在准许的范围内获得包括替代方面、实施方案和/或配置的权利，包括所要求保护的那些的替代、可互换和/或等效的结构、功能、范围或步骤，而不管这些替代、可互换和/或等效的结构、功能、范围或步骤是否在本文中公开，而且不意图公开用于任何可获专利的主题。

Claims (32)

1.一种用于确定工具位姿的***，所述***包括：
跟踪装置，所述跟踪装置安装到工具，并且包括：
多个面；
多个标记，所述多个标记限定多组标记，每组标记包括所述多个标记中的一个或多个标记，每组标记安置在对应的面上；
至少一个处理器；和
存储器，所述存储器存储用于由所述至少一个处理器处理的数据，所述数据在被处理时使所述至少一个处理器：
接收关于所述多个标记中的一组标记的信息；
确定所述多个面中的在所述多个面上安置有所述一组标记的面，以及
基于所述信息和所确定的面确定所述工具的位姿。
2.根据权利要求1所述的***，其中所述信息包括所述一组标记中的每个标记的检测到的位置。
3.根据权利要求1所述的***，其中每个相邻组的标记共享至少两个标记。
4.根据权利要求1所述的***，其中第一组标记以与第二组标记不同的图案布置。
5.根据权利要求1所述的***，其中从相机接收所述信息。
6.根据权利要求1所述的***，其中所述工具由机器人臂支撑。
7.根据权利要求1所述的***，其中所述标记是红外发光二极管。
8.根据权利要求1所述的***，其中所述标记是无源标记。
9.根据权利要求7所述的***，所述***还包括：
控制器，所述控制器被配置为选择性地使所述一组标记中的一个或多个标记发射红外光。
10.根据权利要求9所述的***，其中所述存储器存储用于由所述至少一个处理器执行的额外数据，所述额外数据在被处理时进一步使所述至少一个处理器：
使所述控制器依次激活每组标记中的仅一个标记；
接收关于检测到的激活标记的信息；以及
使所述控制器激活包括所检测到的激活标记的所述一组标记。
11.根据权利要求1所述的***，所述***还包括：
传感器，所述传感器被配置为检测所述一组标记，
其中从所述传感器接收所述信息。
12.根据权利要求1所述的***，其中所述多个面围绕所述工具的圆周延伸。
13.一种跟踪装置，所述跟踪装置包括：
主体；
第一环，所述第一环由所述主体支撑；
第二环，所述第二环由所述主体支撑，所述第二环与所述第一环轴向对准并且与所述第一环间隔开；和
安置在所述第一环上的第一多个标记和安置在所述第二环上的第二多个标记，所述第一多个标记和所述第二多个标记限定多组标记，每组标记包括所述第一多个标记和所述第二多个标记中的每一者的一个或多个标记，每组标记限定多个面中的对应的面。
14.根据权利要求13所述的跟踪装置，其中所述多组标记中的第一组标记以第一图案安置，并且所述多组标记中的第二组标记以第二图案安置。
15.根据权利要求14所述的跟踪装置，其中所述第二图案是所述第一图案的反向图案。
16.根据权利要求14所述的跟踪装置，其中所述第一图案和所述第二图案均为梯形。
17.根据权利要求13所述的跟踪装置，其中每组标记包括至少三个标记。
18.根据权利要求13所述的跟踪装置，其中所述多个面包括八个相邻面，每个面与两个其他面相邻。
19.一种用于跟踪多个对象的***，所述***包括：
第一跟踪装置和第二跟踪装置，其中所述第一跟踪装置和所述第二跟踪装置各自包括：
多个面，和
多个标记，所述多个标记限定多组标记，每组标记包括所述多个标记中的一个或多个标记，每组标记安置在对应的面上，
控制器，所述控制器被配置为选择性地激活所述多个标记中的一个或多个标记；
至少一个处理器；和
存储器，所述存储器存储用于由所述至少一个处理器处理的数据，所述数据在被处理时使所述至少一个处理器：
使所述控制器选择性地激活所述第一跟踪装置上的所述多个标记中的一个或多个标记以及所述第二跟踪装置上的所述多个标记中的一个或多个标记。
20.根据权利要求19所述的***，其中所述第一跟踪装置上的每个标记具有第一布置，并且所述第二跟踪装置上的每个标记具有第二布置。
21.根据权利要求20所述的***，其中所述第一布置不同于所述第二布置。
22.根据权利要求20所述的***，其中所述第二布置与所述第一布置相同。
23.根据权利要求19所述的***，其中所述存储器存储用于由所述至少一个处理器执行的额外数据，所述额外数据在被处理时进一步使所述至少一个处理器：
使所述控制器以第一序列激活所述第一跟踪装置上的所述标记，以及
使所述控制器以第二序列激活所述第二跟踪装置上的所述标记。
24.根据权利要求19所述的***，其中所述存储器存储用于由所述至少一个处理器执行的额外数据，所述额外数据在被处理时进一步使所述至少一个处理器：
使所述控制器以第一波长激活所述第一跟踪装置上的所述标记，以及
使所述控制器以第二波长激活所述第二跟踪装置上的所述标记。
25.一种用于确定工具位姿的***，所述***包括：
跟踪装置，所述跟踪装置安装到工具，并且包括：
多个区段，和
多个标记，所述多个标记限定多组标记，每组标记包括所述多个标记中的一个或多个标记，每组标记安置在对应的区段上，
控制器，所述控制器被配置为选择性地激活每个区段上的所述多个标记中的一个或多个标记；
传感器，所述传感器具有视场并且被配置为检测所述视场内的激活标记；
至少一个处理器；和
存储器，所述存储器存储用于由所述至少一个处理器处理的数据，所述数据在被处理时使所述至少一个处理器：
使所述控制器选择性地激活所述跟踪装置上的所述多个标记中的一个或多个标记；以及
基于来自所述传感器的对应于所述一个或多个激活标记的数据确定所述工具的取向，所述一个或多个激活标记安置在所述多个区段中的单个区段上，其中不在所述单个区段上的标记不被激活。
26.根据权利要求25所述的***，其中所述工具由机器人臂支撑。
27.根据权利要求26所述的***，其中使所述控制器选择性地激活所述多个标记中的一个或多个标记使所述控制器激活预测区段上的一个或多个标记，并且
其中所述存储器存储用于由所述至少一个处理器执行的额外数据，所述额外数据在被处理时进一步使所述至少一个处理器：
基于所述机器人臂的已知位姿确定所述视场内的所述多个区段中的所述预测区段；
使用所述传感器识别所述一个或多个激活标记中的至少一个标记；
基于所识别到的至少一个标记确定实际区段；以及
将所述实际区段与所述预测区段进行比较，以确认所述实际区段与所述预测区段匹配。
28.根据权利要求25所述的***，其中使所述控制器选择性地激活所述多个标记中的一个或多个标记使所述控制器依次激活所述多个区段中的每个区段上的单个标记，并且
其中所述存储器存储用于由所述至少一个处理器执行的额外数据，所述额外数据在被处理时进一步使所述至少一个处理器：
接收来自所述传感器的已检测到激活标记的指示；以及
使所述控制器激活与所述激活标记相同的区段上的任何剩余标记。
29.一种用于确定工具位姿的***，所述***包括：
跟踪装置，所述跟踪装置安装到工具，并且包括：
多个区段，和
多个标记，所述多个标记限定多组标记，每组标记包括所述多个标记中的一个或多个标记，每组标记安置在每个区段上，
控制器，所述控制器被配置为选择性地激活每个区段上的所述多个标记中的一个或多个标记；
传感器，所述传感器具有视场并且被配置为检测所述视场内的激活标记；
至少一个处理器；和
存储器，所述存储器存储用于由所述至少一个处理器处理的数据，所述数据在被处理时使所述至少一个处理器：
使所述控制器激活所述多个区段中的第一组区段上的所述标记中的所有标记，以及
基于来自所述传感器的数据确定是否已检测到激活标记；
当已检测到激活标记时，使所述控制器激活所述多个区段中的所述第一组区段上的第一标记子集；并且
当未检测到激活标记时，使所述控制器激活所述多个区段中的第二组区段上的所述标记中的所有标记，所述多个区段中的所述第一组区段和所述第二组区段包括所述多个区段中的所有区段。
30.根据权利要求29所述的***，其中所述存储器存储用于由所述至少一个处理器执行的额外数据，所述额外数据在被处理时进一步使所述至少一个处理器：当未检测到所述多个区段中的所述第一组区段上的所述第一标记子集中的激活标记时，使所述控制器激活所述多个区段中的所述第一组区段上的第二标记子集。
31.根据权利要求29所述的***，其中所述存储器存储用于由所述至少一个处理器执行的额外数据，所述额外数据在被处理时进一步使所述至少一个处理器：当已从所述多个区段中的所述第二组区段上的标记检测到激活标记时，使所述控制器激活所述多个区段中的所述第二组区段上的第一标记子集。
32.根据权利要求31所述的***，其中所述存储器存储用于由所述至少一个处理器执行的额外数据，所述额外数据在被处理时进一步使所述至少一个处理器：当未检测到所述多个区段中的所述第二组区段上的所述第一标记子集中的激活标记时，使所述控制器激活所述多个区段中的所述第二组区段上的第二标记子集。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5828770A (en) * 1996-02-20 1998-10-27 Northern Digital Inc. System for determining the spatial position and angular orientation of an object
US9220573B2 (en) * 2007-01-02 2015-12-29 Medtronic Navigation, Inc. System and method for tracking positions of uniform marker geometries
US20180325610A1 (en) * 2012-06-21 2018-11-15 Globus Medical, Inc. Methods for indicating and confirming a point of interest using surgical navigation systems
EP3989859A1 (en) * 2019-06-28 2022-05-04 Mako Surgical Corporation Tracker-based surgical navigation
JP2022550148A (ja) * 2019-09-26 2022-11-30 ストライカー・ユーロピアン・オペレーションズ・リミテッド 手術器具用トラッカ

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