栓形成OVT)。然后同時(shí)記錄術(shù)前和術(shù)后影像并計(jì)算實(shí)際鉆孔軌跡。
[0075] 圍繞預(yù)設(shè)軌跡定義感興趣的正方形區(qū)域（3X3mm)。在每個(gè)相距0.3mm，方向?yàn)?〇i并且長度為1的進(jìn)入位置（ei)，根據(jù)式1計(jì)算五條備選軌跡。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于估計(jì)工具在物體內(nèi)部空間位置的系統(tǒng)，所述物體特別是使用所述工具待加 工的人骨形式，所述系統(tǒng)包括： 被設(shè)計(jì)為聯(lián)接至所述工具的傳感器（21)，傳感器（21)進(jìn)一步被設(shè)計(jì)為在沿實(shí)際軌跡 (30) 加工所述物體（1)時(shí)產(chǎn)生傳感器輸出信號(hào)（31)，傳感器輸出信號(hào)（31)取決于沿所述 實(shí)際軌跡（30)的所述物體（1)的材料特性， 被設(shè)計(jì)為確定所述工具（2)在所述物體（1)內(nèi)部空間位置的分析裝置，其中為了確定 所述空間位置，所述工具被設(shè)計(jì)為確定特別在加工所述物體（1)時(shí)的所述傳感器輸出信號(hào) (31) 與至少一個(gè)預(yù)設(shè)的備選輸出信號(hào)（42)之間的相關(guān)性，所述預(yù)設(shè)備選輸出信號(hào)（42)由 沿所述物體（1)的模型中的相關(guān)模型軌跡（40)的所述材料特性預(yù)先生成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，為了估計(jì)所述空間位置，所述分析裝置被 設(shè)計(jì)為確定特別在加工所述物體（1)時(shí)的所述傳感器輸出信號(hào)（31)與多個(gè)預(yù)設(shè)備選信號(hào) (42)之間的相關(guān)性，每個(gè)所述備選輸出信號(hào)（42)由沿所述物體（1)的模型中的相關(guān)軌跡 (40)的所述材料特性預(yù)先生成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，為了確定所述工具（2)在所述物體（1)中 的空間位置，所述分析裝置被設(shè)計(jì)為確定至少一個(gè)與所述傳感器輸出信號(hào)相關(guān)性最好的備 選輸出信號(hào)，其中特別地，所述分析裝置被設(shè)計(jì)為將物體（1)內(nèi)部的所述工具（2)的空間位 置確定為與所述相關(guān)性最好備選輸出信號(hào)相關(guān)的模型軌跡的端點(diǎn)和/或所述模型軌跡的 方向。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，為了至少確定與所述傳感器輸出信號(hào)狂） 相關(guān)性最好的備選輸出信號(hào)（Yi)，所述分析裝置被設(shè)計(jì)為對每個(gè)備選輸出信號(hào)（Yi)的至少 部分進(jìn)行線性變換，W將后者與傳感器（21)的傳感器輸出信號(hào)狂）相匹配，特別地根據(jù)Zi =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，且其中所述分析裝置被設(shè)計(jì)為選取b、c和可選的T，使得由中二E J狂j.-Zy)2 定義的不相關(guān)度測量值di最小，其中特別地所述分析裝置被設(shè)計(jì)為將與傳感器輸出信號(hào) 狂）相關(guān)性最好的備選輸出信號(hào)（Yi)被確定為與最小di相關(guān)的備選輸出信號(hào)（Yi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述分析裝置被設(shè)計(jì)為計(jì)算與每一個(gè)模 型軌跡（40)相關(guān)的權(quán)重（Wi)，作為對傳感器輸出信號(hào)（31)和對應(yīng)的模型軌跡（40)相關(guān) 的對應(yīng)的備選輸出信號(hào)（42)之間的相關(guān)性的測量，其中特別地，每個(gè)所述權(quán)重（Wi)是傳感 器輸出信號(hào)（31)和與其對應(yīng)的備選輸出信號(hào)（42)之間的差，特別是方差的函數(shù)，其中特別 地，為確定所述物體（1)內(nèi)所述工具（2)的空間位置，所述分析裝置被設(shè)計(jì)為對所述模型軌 跡（40)的對應(yīng)的點(diǎn)，特別是端點(diǎn)也），和/或在所述模型軌跡（40)的方向（〇i)計(jì)算加權(quán) 的平均值，其中每個(gè)所述點(diǎn)（Pi)和/或每個(gè)所述方向W權(quán)重（Wi)被加權(quán)，所述權(quán)重（Wi)與 所述對應(yīng)點(diǎn)（Pi)和/或所述方向（〇i)所屬的模型軌跡（40)相關(guān)。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括用于加工所 述物體（1)的工具（2)。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述工具（2)形成為鉆頭，其 中特別地所述鉆頭包括鉆頭尖（20)，其被設(shè)計(jì)為當(dāng)在所述鉆頭（2)圍繞沿著鉆頭（2)延伸 方向的所述鉆頭（2)的縱軸（L)旋轉(zhuǎn)，且所述鉆頭尖（20)被向所述物體（1)擠壓時(shí)，將鉆 孔（4)鉆入所述物體（1)中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括用于圍繞所述鉆頭（2)的所 述縱軸（L)旋轉(zhuǎn)所述鉆頭（2)的驅(qū)動(dòng)器。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述材料特性是所述物體 (1)的密度，特別是骨密度。
10. -種用于估計(jì)物體內(nèi)工具的空間位置的方法，所述方法包括如下步驟： 基于所述物體（1)的材料特性，沿所述物體（1)的模型中的模型軌跡（40)生成至少一 個(gè)備選輸出信號(hào)（42)，所述模型軌跡（40)與所述至少一個(gè)備選輸出信號(hào)（42)相關(guān)， 根據(jù)沿所述物體（1)中的實(shí)際軌跡（30)的材料特性，提供傳感器輸出信號(hào)（31)， 確定所述傳感器輸出信號(hào)（31)與所述至少一個(gè)備選輸出信號(hào)（42)之間的相關(guān)性，W 確定所述物體（1)中所述工具（2)的空間位置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，為了估計(jì)所述空間位置，確定特別是在 加工所述物體（1)時(shí)的所述傳感器輸出信號(hào)（31)與多個(gè)預(yù)設(shè)的備選信號(hào)（42)之間的相關(guān) 性，每個(gè)所述備選輸出信號(hào)（42)使用沿所述物體（1)的模型中的相關(guān)模型軌跡（40)的所 述材料特性預(yù)先生成。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，將所述物體（1)中的所述工具（2)的空 間位置定義為備選輸出信號(hào)（42)，所述備選輸出信號(hào)與所述傳感器輸出信號(hào)（31)相關(guān)性 最好，其中特別地，所述物體（1)中的所述工具（2)的空間位置被確定為與所述相關(guān)性最好 的備選輸出信號(hào)（42)相關(guān)的所述模型軌跡（40)的端點(diǎn)和/或被確定為所述模型軌跡（40) 的方向。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述方法，其特征在于，為了確定與所述傳感器輸出信號(hào)狂）相 關(guān)性最好的備選輸出信號(hào)（Yi)，對每個(gè)備選輸出信號(hào)（Yi)的至少一部分進(jìn)行線性變換，W 將后者與所述傳感器的傳感器輸出信號(hào)狂）匹配，特別地根據(jù)Zi=bYJ+c，其中是Z/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 選取b，C和可選的T，使得由中二E J成-Zy)2定義的不相關(guān)度的測量值d i最小，其中特別 地，與所述傳感器輸出信號(hào)狂）相關(guān)性最好的備選輸出信號(hào)（Yi)被確定為與最小di相關(guān)的 備選輸出信號(hào)（Yi)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，為每個(gè)模型軌跡（40)計(jì)算權(quán)重（Wi)作 為所述傳感器輸出信號(hào)（31)和對應(yīng)的模型軌跡（40)相關(guān)的對應(yīng)的備選輸出信號(hào)（42)之 間的相關(guān)性測量，其中特別地，每個(gè)權(quán)重（Wi)是所述傳感器輸出信號(hào)（31)和對應(yīng)的所述備 選輸出信號(hào)（42)之間差特別是方差的函數(shù)，其中特別地，為確定所述物體（1)中的所述工 具（2)的空間位置，對所述模型軌跡（40)的對應(yīng)的點(diǎn)，特別是端點(diǎn)（Pi)，和/或在所述模型 軌跡（40)的方向（〇1)，計(jì)算加權(quán)平均，其中每個(gè)所述點(diǎn)也）和/或方向（〇i) W權(quán)重（Wi)被 加權(quán)，所述權(quán)重與所述對應(yīng)點(diǎn)（Pi)和/或方向（〇i)所屬的模型軌跡（40)相關(guān)。
15. -種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，當(dāng)在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行時(shí)，其被設(shè)計(jì)為執(zhí)行如下步驟： 基于物體（1)的材料特性，沿所述物體（1)的模型中的模型軌跡（40)生成至少一個(gè)備 選輸出信號(hào)（42)，所述模型軌跡（40)與至少一個(gè)備選輸出信號(hào)（42)相關(guān)， 根據(jù)沿所述物體（1)中實(shí)際軌跡（30)的所述材料特性，接收傳感器輸出信號(hào)（31)作 為輸入， 確定所述傳感器輸出信號(hào)（31)與至少一個(gè)備選輸出信號(hào)（42)之間的相關(guān)性，W確定 所述物體（1)中所述工具（2)的空間位置。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于估計(jì)工具(2)在物體(1)中，特別是用所述工具加工的人骨中的空間位置(姿態(tài))的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：被設(shè)計(jì)為聯(lián)接至所述工具(2)的傳感器(21)，傳感器(21)還被設(shè)計(jì)為在沿實(shí)際軌跡(30)加工所述物體(1)時(shí)產(chǎn)生傳感器輸出信號(hào)(31)，所述傳感器輸出信號(hào)(31)取決于沿實(shí)際軌跡(30)的所述物體的材料特性，被設(shè)計(jì)為確定在加工所述物體(1)時(shí)所述傳感器輸出信號(hào)(31)與多個(gè)預(yù)設(shè)備選輸出信號(hào)(42)間的相關(guān)度的分析裝置，利用所述材料特性，在所述物體(1)的模型中沿相關(guān)模型軌跡(40)預(yù)先生成每個(gè)備選輸出信號(hào)(42)，且其中，例如利用與模型軌跡(40)相關(guān)的具有與傳感器輸出信號(hào)(31)最高相關(guān)度的備選輸出信號(hào)(42)，所述分析裝置被設(shè)計(jì)為估計(jì)在物體(1)內(nèi)工具(2)的空間位置。本發(fā)明還涉及用于估計(jì)工具(2)的姿態(tài)的方法，及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
【IPC分類】A61B19-00
【公開號(hào)】CN104540467
【申請?zhí)枴緾N201380026826
【發(fā)明人】布雷特·J·貝爾, 斯蒂芬·韋伯, 湯姆·威廉姆森
【申請人】伯爾尼大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2013年5月21日
【公告號(hào)】EP2666428A1, US20150157419, WO2013174801A2, WO2013174801A3