[发明专利]用于在坐标系之间配准和导航的系统和方法

说明书

公开了一种用于辅助引导和执行对对象的手术的系统。所述对象可以是任何合适的对象，例如无生命的目标和/或有生命的目标。导向件和所述系统可以包括各种可操纵的或可移动的构件，例如机器人系统，并且可以配准到选定的坐标系。

技术领域

本主题公开一般涉及一种跟踪和导航系统，特别涉及配准坐标系。

背景技术

这部分提供与本公开有关的不一定是现有技术的背景信息。

可以相对于对象导航器械以实施各种手术。例如，对象可以包括正在对其实施外科手术的患者。在外科手术过程中，可以在目标或对象空间中跟踪器械。在各种实施方式中，对象空间可以是由患者限定的患者空间。被跟踪的器械的位置可以相对于患者的图像显示在显示设备上。

患者的位置可以使用跟踪系统确定。通常，经由相对于患者跟踪器械以生成对象或目标空间(例如，患者空间)与图像空间之间的平移图，将患者配准到图像。这在外科手术过程中通常需要时间让使用者(例如外科医生)识别对象空间中的一个或多个点并关联图像空间中的通常相同的点。

配准后，在跟踪器械的同时，器械的位置可以适当地显示在显示设备上。器械相对于对象的位置可以显示为图形表示，有时称为显示设备上的图标。

发明内容

这部分提供对本公开的整体概述，并且并非是其完整范围或所有其特征的全面公开内容。

根据各种实施方式，基准点对象可以使用成像系统成像。基准点对象可以连接到选定的系统，例如机器人系统。机器人系统可以包括适当的机器人系统，例如由在以色列设有营业场所的Mazor Robotics公司和/或在美国明尼苏达设有营业场所的美敦力公司销售的Mazor X^TM机器人引导系统。基准点目标可以包括一个或多个目标，例如离散目标的阵列。离散目标可以包括球体、各种形状的物体、连续的杆和/或一根或多根均可以在一个平面内或与一个平面相交的杆。基准点目标可以在三维(3D)空间中建模为3D模型。可以从3D模型中提取基准点特征。基准点特征可以与作为成像基准点对象或其某个部分的图像基准点特征进行比较或协调(例如，图像基准点特征可以是与球体或圆的中心有关的点或与杆和平面交叉点有关的点)。

在各种实施方式中，相对于对象使用的不同系统可以包括不同的坐标系(例如定位系统)。例如，机器人系统可以相对于包括机器人坐标系的对象移动。机器人可以被固定，包括在相对于对象的位置处可拆卸地固定。因此，由于机器人的各种特征，可以知道机器人的一部分相对于机器人的底座(即机器人的固定部分)的运动。例如，编码器(例如光学编码器或电位计编码器等)可用于确定机器人的各种关节(例如枢轴)的运动或运动量。机器人的末端执行器(例如终端)相对于机器人的底座的位置是已知的。考虑到对象相对于底座的已知位置以及底座和对象的不可移动的相对位置，末端执行器相对于对象的位置在机器人移动期间和/或在机器人的静止期间是已知的。因此，机器人可以限定相对于对象的坐标系。

还可以相对于对象来跟踪各个其他部分。例如，跟踪系统可以并入导航系统中，该导航系统包括可以相对于对象被跟踪的一个或多个器械。导航系统可以包括一个或多个跟踪系统，该一个或多个跟踪系统跟踪与器械相关联的各个部分例如跟踪设备。跟踪系统可以包括定位器，该定位器被配置为确定跟踪设备在导航系统坐标系中的位置。导航系统坐标系的确定可以包括在各种参考文献中描述的那些，包括美国专利号8,737,708、美国专利号9,737,235、美国专利号8,503,745、和美国专利号8,175,681，所有专利均全部通过引用并入本文。具体地，定位器能够相对于对象来跟踪体积内的对象。可以在其中跟踪设备的导航体积可以包括或被称为导航坐标系或导航空间。两个坐标系之间的确定或相关性可以允许或也称为两个坐标系之间的配准。