器具的校准器及跟踪器系统技术方案

一种标准医用器具或外科器具的轴线是通过将器具（２０）连接到具有已知几何关系的多个位置指示元件或标示器上而定位的，并且将器具设置在器具校准器（１６）上，校准器以允许不同直径的器具旋转的方式来支撑器具，同时器具的轴线保持在固定的或稳定的方向上。当器具旋转时，标示器定位系统跟踪标示器在器具上的位置，随后相对于夹紧在器具上的标示器推断或确定旋转的轴线。器具校准器具有第二组位置指示元件或标示器，它们彼此之间以及相对于止动件具有固定几何或空间位置关系，而器具的端部或顶端相对于止动件设置。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及一种用于医用器具跟踪系统的器具校准器。
技术介绍
大脑、脊髓和身体其它部位的三维空间诊断图像可以由例如CT扫描仪、磁共振成像仪、三维荧光检查器和类似仪器的诊断成像设备产生出来。这些成像形式通常提供具有毫米或更高分辨率的结构细节。图像导向的介入系统发展到与内科、外科或其它形式介入处理的计划步骤相结合以便利用这些数据来辅助医生、外科医生或其它专科医师，并且在该介入处理期间精确定位患者体内的重要区域。在介入操作期间，图像导向的介入系统还可以用于显示医用器具相对于患者图像的位置和取向。在医疗或医疗处理期间，患者图像数据的多个视图通常在监视器上显示出来，这对于操作器具的人来说是可见的。这些视图可以包含患者的轴向、径向和冠状视图。有时显示第四个倾斜视图，以展现正交于器具顶端的平面中的图像数据。器具顶端的位置、器具的轨迹、以及器具头部的直径在这些图像中的一个或多个中显示出来。在器具的顶端和所希望位置之间的数学距离也可以在监视器上数字地显示出来。对于图像导向处理的给定种类，能够具有较高精确度地跟踪器具顶端的位置、器具的轨迹、以及器具头部的直径是必需的，通常需要校准到小于毫米级的精确度。器具的位置和取向是通过使用跟踪系统来跟踪的。跟踪系统通过检测三个或更多标示器的位置来跟踪器具，标示器彼此之间以及相对于器具具有已知的几何位置关系。跟踪系统可以使用任何形式的跟踪技术，例如光学的、磁的、射频的、以及纤维光学的，仅举这几个例子。依赖于系统的形式，标示器可以是无源的或是有源的。跟踪系统的一个公知的例子是使用反射红外线能量的球状标示器。跟踪系统使得该球设置在红外射线中。多个空间分离的照相机用于检测该球的相对位置关系。位置指示元件或标示器以独特的方式定位在每一个器具上，以允许跟踪系统能够相互区别每一个器具。换句话说，独特的方式可以是用来表示器具的特征。跟踪系统使用关于每一个器具相对于器具的位置指示元件的顶端位置和轨迹的信息以及有关器具头部直径的信息来预编程序。例如，关于具有三个红外线发射器的跟踪探测器，跟踪系统保持有关探测器顶端位置与在由三个红外线发射器确定的平面上的选择点的相关位置关系的信息。在这些信息的基础上，顶端的精确位置可以在一个监视器上计算和显示出来。在例如钻、探测器、内诊镜等的多种医用器具中，对于医生、外科医生或其它个人来说对器具做出修改通常是有利的，这可以影响顶端的定位以及器具头部的直径。例如，在医疗用的钻上，对外科医生来说能够改变钻头的尺寸和长度以实现不同的医疗操作通常是有帮助的。此外，关于探测器，通常希望在探测器手柄上替换不同长度和直径的轴，以接触到患者体内的不同区域。不利的是，在传统系统中由于每一个器具顶端相对于器具的位置指示元件的位置以及器具头部直径是预编程序设置的，这将不能容易地做出影响器具的顶端位置和器具头部直径的修改。如果做出修改，操作者需要测量器具顶端和器具的位置指示元件之间新的位置关系，并且将这些信息输入到计算机中。此外，还需要输入有关新的器具头部直径的信息。这些过程需要消耗时间并且是繁琐的。如果不将新的信息输入到跟踪系统中，将不能在监视器上正确地跟踪和显示器具的顶端。在图像导向的介入系统中允许使用标准外科器具是所希望的。这个特征将有助于降低图像导向的外科器械的成本。在美国专利第5987960号中公开了这样一种器具校准器，这里将引入作为参考。器具校准器包含形成滑动接合并且将器具固定在所希望的位置上的两个可移动块。器具通过在两个可移动块的每一个上的一系列交错的V形槽固定，可移动块相对器具头部的直径具有已知的几何位置关系。器具校准器进一步包含至少一个用于连通器具校准器在操作间或其它区域中位置的位置指示元件。器具顶端的位置和取向是通过对比固定在器具校准器上的器具位置和两个可移动块中的每一个的位置来确定的。此外，在两个可移动块中每一个的位置的基础上，可以计算出器具头部的直径。器具校准器能够立刻校准器具顶端的位置、顶端所指向的方向、以及器具头部的直径。器具顶端所指向的方向是通过对比连接于固定器具的两个可移动块的每一个上的位置指示元件和连接于器具上的位置指示元件之间的位置关系而确定的。器具顶端的位置是通过对比连接于器具校准器上的位置指示元件的位置和连接于器具上的位置指示元件的位置而确定的。器具的直径是借助两个可移动块的V形槽和器具头部的直径之间的已知几何位置关系而确定的。
技术实现思路
为了使得用于在图像导向的介入系统中校准标准医用或外科器具的处理简化和/或更精确，标准医用或外科器具的轴线是这样定位的，即通过将多个具有已知几何位置关系的位置指示元件或标示器连接到器具上，并且将器具设置在器具校准器上进行所述定位，该器具校准器这样的方式支承该器具，即，允许不同直径的器具旋转，同时保持器具轴线沿固定的或稳定的方向。当器具旋转时，标示器定位系统跟踪标示器在器具上的位置，而后推断或确定旋转轴线相对于夹紧到器具上的标示器的位置。器具校准器还可以包含彼此之间以及相对于止动件具有固定几何或空间位置关系的第二组位置指示元件或标示器，器具的端部或顶端设置成抵靠在该止动件上。标示器定位或跟踪系统确定器具顶端相对于连接到器具上的标示器的取向和位置。因此，可以以相当简单的方式精确地校准标准医用器具的位置范围，从而避免需要使用专用结构的器具。在一个实施例中，构形成用于支撑外科或医用器具或用具的器具校准器的框架，以使得其沿其轴线在至少两个分离的位置接触器具，从而允许支撑具有在一确定范围内直径的任何器具，并使其轴线在稳定的或固定的位置旋转。器具校准器还可以与当器具旋转时相对框架夹持器具的元件合并在一起。在另一个实施例中，用于图像导向的介入系统的器具校准器形成支撑框架，当器具旋转时，其使用形成在表面上的槽来接收器具，并且保持器具的轴线处于固定位置，该槽优选地为“V”形的或类似的形状。器具校准器进一步包含当器具旋转时可操作地将器具保持在槽中的器具夹持器，以及可操作地将器具的顶端相对校准器保持在固定位置上的器具止动件。器具校准器具有彼此之间以及相对于器具止动件成固定空间位置关系的多个位置指示元件。附图说明图1是操作间具有代表性实例的透视图，其中可以配置有器具校准器和医用或外科仪器跟踪系统。图2是器具跟踪器实例的透视图。图3是器具跟踪器的正视图。图4是器具校准器的典型实施例的透视图。图5是器具跟踪器和器具校准器的透视图。具体实施方式图1是操作间10的透视图，其中配置有器具的校准器及跟踪器系统12，并且与图像导向的外科系统14一起使用。器具的校准器及跟踪器系统12包含器具校准器16和器具跟踪器18。器具跟踪器18接附在例如医用的探针、钻或内诊镜的器具20上。器具20可操作地安装在器具校准器16中，以将器具与图像导向系统进行对准。定位系统22安装在相对于其上支撑患者的工作台的公知位置上。定位系统22可以在操作间10中以另一种方式相对于另一个适合的公知位置来安装。在图示实施例中，定位系统包含无源的红外线光学系统，其在红外线辐射源上包含两个照相机24，辐射源使用红外辐射来照射照相机的观察区域。这样的系统是公知的。然而，虽然图示实施例可更有利地使用无源的红外线跟踪系统，但在通常情况下，本专利技术可以使用任何形式的跟踪系统，其包含光学系统、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于校准医用器具或外科器具的轴线取向和顶端位置以便确定固定在器具上的定位元件的位置的系统，该系统包含：用于确定一器具的标志的系统，该系统包括一器具校准器，其包括：用于接收医用器具或外科器具的一支撑件，以便当该器具在该支撑 件上旋转时，该器具的纵向轴线保持固定；在操作上保持该器具的顶端的一器具止动件；以及多个位置指示元件，该位置指示元件彼此之间以及相对于该器具止动件具有固定的和已知的空间位置关系。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：R潘迪，L阿拉塔，B拉罗奎，
申请(专利权)人：Z凯特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]