=bYJ+C，其中Zi是變換后的備選輸出信號(hào)，b是比例系數(shù)且C是移 位矢量，并且T是可選的正交旋轉(zhuǎn)矩陣，且其中選擇b，c和可選的T使得被定義為屯= E在j上相加）的不相關(guān)度的測(cè)量值屯最小，其中特別地與傳感器輸出信號(hào)X 相關(guān)度最好的備選輸出信號(hào)t被看作備選輸出信號(hào)（Y^，其與所有備選輸出信號(hào)中最小的 屯相關(guān)。
[0047] 根據(jù)另一個(gè)方面，對(duì)每個(gè)模型軌跡，相關(guān)度/相似度可被標(biāo)示成權(quán)重Wi的形式，其 中特別地，每個(gè)權(quán)重^是傳感器輸出信號(hào)與相應(yīng)的備選輸出信號(hào)之間的差的函數(shù)，特別是 方差的函數(shù)。然后，為了確定物體內(nèi)工具的空間位置，對(duì)對(duì)應(yīng)點(diǎn)，特別是對(duì)模型軌跡端點(diǎn)Pi 和/或模型軌跡的方向〇i可自動(dòng)進(jìn)行加權(quán)平均，其中所述點(diǎn)P種/或所述方向〇i的每個(gè) 以其相關(guān)的權(quán)重^被加權(quán)。
[0048] 優(yōu)選地，特別是為了實(shí)時(shí)地在物體內(nèi)確定工具的當(dāng)前空間位置，特別地，在用所述 工具加工物體時(shí)，自動(dòng)確定整個(gè)當(dāng)前傳感器輸出序列與至少一個(gè)預(yù)設(shè)備選輸出信號(hào)的相應(yīng) 部分或每個(gè)預(yù)設(shè)的備選輸出信號(hào)之間的相關(guān)性。
[0049] 優(yōu)選地，將傳感器輸出信號(hào)作為沿實(shí)際軌跡的工具位置的函數(shù)，和/或作為在使 用所述工具沿實(shí)際軌跡加工物體過(guò)程中過(guò)去的時(shí)間的函數(shù)，其中為了簡(jiǎn)化傳感器輸出信號(hào) 與（預(yù)測(cè)的）備選輸出信號(hào)之間的比較，所述傳感器輸出信號(hào)和/或至少一個(gè)備選輸出信 號(hào)或多個(gè)備選輸出信號(hào)優(yōu)選地沿時(shí)間軸或位置軸成比例地縮放，特別地，使得用對(duì)應(yīng)的至 少一個(gè)備選輸出信號(hào)的延伸，或用對(duì)應(yīng)的多個(gè)備選輸出信號(hào)的延伸，與傳感器輸出信號(hào)沿 時(shí)間或位置軸的延伸相匹配。特別是在將所述信號(hào)表示為矢量的情況下，這些矢量具有相 同的大小，其簡(jiǎn)化了上述權(quán)重的計(jì)算和變換。
[0050] 優(yōu)選地，所述工具是鉆頭，使得模型軌跡是（基本上）線性的軌跡，其中，特別地， 所述模型軌跡是（自動(dòng)的）圍繞預(yù)設(shè)軌跡分布的，沿所述預(yù)設(shè)軌跡，所述物體將被加工（產(chǎn) 生實(shí)際軌跡），其中，特別地，模型軌跡圍繞預(yù)設(shè)軌跡以組分布，其中每個(gè)組中的模型軌跡具 有進(jìn)入物體的相同的進(jìn)入點(diǎn)。優(yōu)選地，每組包括具有預(yù)設(shè)軌跡方向的軌跡，和具有與預(yù)設(shè)軌 跡小角度的方向偏離的軌跡，優(yōu)選地在0.1°至0.3°范圍內(nèi)，更為優(yōu)選地為1.5°。
[0051] 根據(jù)本發(fā)明所述方法的一個(gè)方面，沿對(duì)應(yīng)的模型軌跡的所述材料特性被優(yōu)選地用 作相應(yīng)的備選輸出信號(hào)。優(yōu)選地，所述傳感器輸出信號(hào)是力，其中材料特性優(yōu)選地是密度， 特別是與之相關(guān)的骨密度（見上文）。
[0052] 特別地，（自動(dòng)）生成備選輸出信號(hào)的模型由物體的材料特性的層析3D圖像表示， 該圖像包括多個(gè)體素，每個(gè)體素表示材料特性（如骨密度）的特定值。特別地，所述圖像由 物體的（錐形束）CT掃描而預(yù)先形成。
[0053] 備選輸出信號(hào)優(yōu)選地沿相應(yīng)的模型軌跡通過(guò)將其分成具有預(yù)設(shè)步長(zhǎng)的步而被離 散化，其中對(duì)于沿相關(guān)模型軌跡的每一步，在對(duì)應(yīng)于在垂直于對(duì)應(yīng)的模型軌跡的橫向平面 中的工具半徑的半徑中的體素被（自動(dòng)）集成形成材料特性值，（即，沿相應(yīng)的模型軌跡與 相應(yīng)的步（位置）相關(guān)的相應(yīng)的備選輸出信號(hào)的值。
[0054] 優(yōu)選地，在使用所述工具加工所述物體時(shí)，傳感器輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)由物體施加在工 具上的力。其中，特別地，所述工具被形成為上述鉆頭。
[0055] 相應(yīng)地，材料特性優(yōu)選物體密度，特別是骨密度。隨后傳感器輸出信號(hào)可大體上被 表不為力矢量，且備選輸出信號(hào)可被表不為（軸向）密度矢量。
[0056] 此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在物體內(nèi)沿實(shí)際軌跡移動(dòng)工具時(shí)，當(dāng)以上述相關(guān)性 方式確定的物體中工具當(dāng)前的空間位置與預(yù)設(shè)（理論的）軌跡之間的距離超過(guò)預(yù)設(shè)閾值 時(shí)，產(chǎn)生警告信號(hào)。然后根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，所述工具也可自動(dòng)停止。
[0057] 根據(jù)本發(fā)明所述方法的另一個(gè)變型，通過(guò)移動(dòng)生成裝置，可自動(dòng)地引導(dǎo)通過(guò)工具 對(duì)物體的加工，其中沿實(shí)際軌跡控制工具的移動(dòng)（加工物體），使得通過(guò)相關(guān)性確定的工具 在物體中的當(dāng)前空間位置沿預(yù)定的軌跡趨近于工具的當(dāng)前預(yù)定空間位置。此外，用來(lái)在加 工物體時(shí)沿實(shí)際軌跡移動(dòng)工具和用于圍繞其縱軸旋轉(zhuǎn)工具（鉆頭）的驅(qū)動(dòng)器的所述移動(dòng)生 成裝置被優(yōu)選地控制，使得在物體加工時(shí)工具的當(dāng)前速度趨近于工具的當(dāng)前預(yù)定速度。
[0058] 最后，根據(jù)本發(fā)明的問(wèn)題也可通過(guò)具有權(quán)利要求15中所述特征的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn) 品（軟件）解決，其特別地存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的可讀介質(zhì)上或是可下載的（例如，從計(jì)算機(jī)），并 且其特別地被設(shè)計(jì)用于下載到計(jì)算機(jī)的（或當(dāng)前系統(tǒng)的）存儲(chǔ)器，其中計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品被 設(shè)計(jì)用于一在計(jì)算機(jī)（或當(dāng)前系統(tǒng)）上執(zhí)行該產(chǎn)品時(shí)一執(zhí)行下列步驟：基于物體的材料特 性，沿所述物體模型中的模型軌跡產(chǎn)生至少一個(gè)備選輸出信號(hào)，所述模型軌跡與至少一個(gè) 備選輸出信號(hào)關(guān)聯(lián)，根據(jù)材料特性，沿所述物體中的實(shí)際軌跡讀取傳感器輸出信號(hào)，將該信 號(hào)作為計(jì)算機(jī)程序的輸入，并且確定傳感器輸出信號(hào)與至少一個(gè)備選輸出信號(hào)之間的相關(guān) 性，用于確定物體中工具的空間位置。
[0059] 另外，當(dāng)在計(jì)算機(jī)上（或當(dāng)前系統(tǒng)上）執(zhí)行時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可特 別地被設(shè)計(jì)為實(shí)施權(quán)利要求10至14之一所述至少一個(gè)步驟（在本說(shuō)明書最后涉及權(quán)利要 求10至14)。
【附圖說(shuō)明】
[0060] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)詳細(xì)描述的實(shí)施例并參考附圖進(jìn)行描述，其中
[0061] 圖1示出了工具沿預(yù)設(shè)軌跡加工物體（乳突骨）的示意圖，其產(chǎn)生沿實(shí)際軌跡的 空腔，其中，在加工過(guò)程中，傳感器輸出信號(hào)通過(guò)與工具聯(lián)接的傳感器生成，該信號(hào)對(duì)應(yīng)在 工具頂端（鉆頭尖）處測(cè)量到的力；
[0062] 圖2示出了通過(guò)考慮材料特性（密度），沿模型軌跡產(chǎn)生備選（模型）輸出信號(hào)的 示意圖，所述材料特性（密度）與根據(jù)圖1的所述力相關(guān)聯(lián)，且所述備選輸出信號(hào)與根據(jù)圖 1的傳感器輸出信號(hào)相關(guān)聯(lián)，用于估計(jì)物體中工具最可能的位置；
[0063] 圖3示出了在鉆入乳突骨時(shí)測(cè)量到的力與對(duì)應(yīng)的備選輸出信號(hào)（乳突骨的密度； 模型信息）的比較；
[0064] 圖4示出了模型軌跡圍繞預(yù)設(shè)軌跡（實(shí)際軌跡）分布的示例；
[0065] 圖5示出了密度（備選輸出信號(hào)）和力（測(cè)量到的傳感器輸出信號(hào)）在實(shí)際（鉆 入）軌跡和最好相關(guān)備選輸出信號(hào)（密度矢量）之間的比較；在圖的頂部中，上面的部分代 表實(shí)際被鉆孔的面積，而下面部分代表沿相關(guān)的模型軌跡的最好相關(guān)的密度；
[0066] 圖6示出了用于移動(dòng)工具的機(jī)械臂形式的移動(dòng)生成裝置；以及
[0067] 圖7示出了圖6的細(xì)節(jié)。
【具體實(shí)施方式】
[0068]圖1示出了物體1的模型（CT圖像）表明了空間中物體的密度（材料特性），物 體1通過(guò)工具2將被加工（被鉆孔），工具2是鉆頭的形式。當(dāng)沿預(yù)設(shè)軌跡10鉆入物體1 時(shí)，產(chǎn)生空腔4,空腔4其沿（線性）實(shí)際軌跡30延伸，在工具2頂端（鉆頭尖）20反映了 沿實(shí)際軌跡30變化的密度的力通過(guò)聯(lián)接到工具的傳感器21被測(cè)量，傳感器21在沿實(shí)際軌 跡30的位置上和/或鉆孔過(guò)程的時(shí)間上產(chǎn)生傳感器輸出信號(hào)31。傳感器輸出信號(hào)31優(yōu)選 地由矢量表示，其中傳感器輸出信號(hào)31的位置軸/時(shí)間軸被離散成段（區(qū)間），且矢量分量 對(duì)應(yīng)于傳感器輸出信號(hào)31的相應(yīng)位置/時(shí)間段（步）的值。
[0069] 在通過(guò)工具2鉆入物體1之前，根據(jù)圖2生成多個(gè)備選輸出信號(hào)41，其通過(guò)考慮對(duì) 應(yīng)的多個(gè)模型軌跡40并取沿對(duì)應(yīng)的模型軌跡的密度42為對(duì)應(yīng)的"備選"輸出信號(hào)42,其中 可以在穿過(guò)相應(yīng)的模型軌跡40的側(cè)平面中的一個(gè)對(duì)應(yīng)于相關(guān)的工具2截面面積上對(duì)密度 進(jìn)行積分（平均）。
[0070] 同樣，本文中備選輸出信號(hào)42根據(jù)測(cè)量的傳感器輸出信號(hào)31的段（步）長(zhǎng)而被離 散，且以矢量被表示。這允許容易地將傳感器輸出信號(hào)31與備選輸出信號(hào)42相關(guān)聯(lián)（一 個(gè)輸入接一個(gè)輸入）。
[0071] 詳細(xì)地，在物體操作過(guò)程中，將原始輸出（傳感器）信號(hào)31與對(duì)應(yīng)的所有可用的 備選（期待）輸出信號(hào)42的例子的對(duì)應(yīng)部分相關(guān)聯(lián)。所述系統(tǒng)然后選擇與測(cè)量的傳感器 輸出信號(hào)31相關(guān)度最好的備選輸出信號(hào)42。所述對(duì)應(yīng)的模型軌跡40然后允許估計(jì)工具2 最可能的位置，因?yàn)樵撐恢脤?duì)應(yīng)于被操縱物體1中所述（當(dāng)前）模型軌跡40?？蛇x地，可以 如下方式計(jì)算平均值。
[0072] 圖3示出了工具傳感器數(shù)據(jù)（代表鉆孔力的傳感器輸出信號(hào)31)與對(duì)應(yīng)的模型 信息（此處為從計(jì)算的層析成像中沿對(duì)應(yīng)的模型軌跡40的物體材料的密度（備選輸出信 號(hào)）42)，以及在物體1本身中對(duì)工具2的估計(jì)。
[0073] 圖4和圖5示出了所述系統(tǒng)和方法的定量測(cè)試。本文中，采用術(shù)前錐形束CT掃描， 其中貫穿人體乳突骨的四條預(yù)定軌跡被分析如下。使用機(jī)械系統(tǒng)（移動(dòng)生成裝置）鉆出每 一條軌跡，同時(shí)通過(guò)上面討論過(guò)的傳感器記錄力的數(shù)據(jù)。所述鉆孔反饋速率是0. 3mm/s，鉆 孔速度為5000RPM。
[0074] 鉆孔之后，將導(dǎo)線插入每個(gè)（實(shí)際）軌跡中以幫助分割（離散化成段）且進(jìn)行術(shù) 后深靜脈血