[发明专利]用于定位和跟踪工具轴线的方法

权利要求书

1.一种校准装置，包括：

主体，具有外表面，所述主体配置为围绕具有工具轴线的工具放置，使得所述主体围绕所述工具轴线旋转；

至少一个基准标记，位于所述主体的外表面上，其中所述至少一个基准标记与跟踪系统相通信；

固定基准标记阵列，与所述跟踪系统相通信；以及

其中所述校准装置确定相对于所述基准标记阵列的工具轴线。

2.根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于，所述主体为中空圆柱形套筒。

3.根据权利要求1所述的校准装置，还包括沿所述中空圆柱形套筒的纵向轴线轴向偏移的两个或多个基准标记。

4.根据权利要求2所述的校准装置，其特征在于，所述至少一个基准标记位于距离所述中空圆柱形套筒的第一端的已知距离处。

5.根据权利要求2所述的校准装置，其特征在于，所述套筒还包括具有邻接表面的第一端，并且所述至少一个基准标记的位置距离所述邻接表面已知距离。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的校准装置，其特征在于，所述主体还包括与刚性件连接的两个或多个附接点或夹具；以及

其中所述至少一个基准标记位于所述刚性件上。

7.一种手术系统，包括：

具有工具轴线的工具；

跟踪模块；

基准标记阵列，固定于所述工具并与所述跟踪模块相通信；以及

校准装置，包括具有位于主体上的至少一个基准标记的主体，所述主体配置为围绕所述工具放置，使得所述主体围绕所述工具轴线旋转；以及

其中响应于所述主体的旋转，由所述跟踪模块跟踪的至少一个基准标记产生一个或多个圆形路径，并且所述跟踪模块计算所述旋转的中心点或圆形路径的法向量中的至少一个，以确定相对于固定到所述工具和所述跟踪模块的基准标记阵列的工具轴线方向。

8.根据权利要求7所述的手术系统，其特征在于，所述校准装置为具有两个或多个基准标记的中空圆柱形套筒，所述基准标记沿着所述中空圆柱形套筒的纵向轴线轴向偏移。

9.一种使用根据权利要求7或8中任一项所述的手术系统的方法，通过以下计算来确定所述工具的工作端相对于所述基准标记阵列的工具中心点的位置：

a)由所述至少一个基准标记跟踪的所述一个或多个圆形路径在所述旋转的中心点处的法向量的交点，以及

b)由距离所述基准标记已知距离的所述校准装置上的邻接表面确定的平面。

10.一种使用权利要求7或8中任一项所述的手术系统来确定所述工具轴线方向的方法，所述方法包括以下中的至少一个：

a)计算由两个或多个旋转的基准标记跟踪的圆形路径的法向量的平均值

b)计算由所述两个或多个旋转的基准标记跟踪的圆形路径的中心点之间的法向量的平均值，或

c)计算a和b的平均值。

11.一种用于确定相对于基准标记阵列的工具轴线的方法，包括：

固定所述基准标记阵列于工具上；

附接具有至少一个基准标记的校准装置于所述工具上；

围绕所述工具轴线旋转所述校准装置；

用跟踪模块跟踪所述至少一个基准标记的旋转；以及

从由所述基准标记旋转跟踪的一个或多个圆形路径计算法向量和中心点，以确定相对于基准标记阵列的工具轴线方向。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

用数字化仪在所述工具的工具末端表面上收集一组点；

用处理器将所收集到的一组点最佳拟合平面；以及

根据1)在所述旋转的中心点处的法向量的交点与2)最佳拟合平面，确定在工具末端表面的相对于基准标记阵列的工具中心点的位置。