提供了一种跟踪器、外科手术跟踪系统和用于操作跟踪器的方法。跟踪器包括被配置为将跟踪器附接到待跟踪的外科手术对象的接合装置。跟踪器还包括电路，该电路包括被配置成检测电磁辐射的检测器，其中该电路被配置成在检测器检测到电磁辐射强度的变化时产生触发信号。该电路还包括被配置为发射电磁辐射的多个发射器，其中该电路被配置为控制所述多个发射器响应于触发信号发射电磁辐射。应于触发信号发射电磁辐射。应于触发信号发射电磁辐射。
【技术实现步骤摘要】
具有由电磁辐射触发的发射器的外科手术跟踪器
[0001]本公开总体上涉及一种用于外科手术跟踪系统的跟踪器。特别地，提出了一种具有由电磁辐射触发的发射器的跟踪器、一种包括该跟踪器的外科手术跟踪系统以及一种操作该跟踪器的方法。
技术介绍
[0002]外科手术跟踪系统通常被配置为跟踪外科手术对象，例如外科手术器械或外科手术室中的患者。一种常见的跟踪技术涉及具有电磁辐射的发射器的主动跟踪器以及能够检测由跟踪器发射的电磁辐射的相机。基于检测到的电磁辐射，跟踪系统确定关于跟踪器的位置和定向中的一者或两者的信息，从而确定待跟踪的外科手术对象的信息。
[0003]主动跟踪器需要在整个外科手术期间可靠地运行，这可能持续长达几个小时。为了提供足够的电力来操作跟踪器的发射器，跟踪器可以包括连接到插座的电源线。但是，电源线会对跟踪器的操纵产生负面影响。
[0004]另一种方法是用电池为跟踪器供电，并控制发射器发射脉冲式电磁辐射，以便降低功耗。在这种情况下，发射器需要与相机操作同步地脉冲(例如，在曝光时间方面)。在这种实施方式中，跟踪器需要专用的通信和处理装置，以便接收和处理相机的操作参数。这种装置增加了跟踪器的功耗、重量和材料成本。特别是对于一次性跟踪器，这些因素要尽量减少。
[0005]US 10,105,186 B2公开了一种反向虚拟刚体光学跟踪系统，该系统包括基于激光的扫描光源，用于扫描操作者在其中利用待跟踪的工具的区域。三个或更多个光电二极管安装在工具表面上。当系统运行时，扫描光源对工作区域进行扫描。一旦单个光电二极管检测到激光照射，系统就会记录扫描光束的定向。给定光电二极管和工具之间的预先校准的空间配准，工具的位置和定向可以从所述三个光束定向记录中得出，这表明激光束在所述三个光电二极管上扫描。跟踪系统根据时间分辨信号确定每个光电二极管的位置，这需要大量的处理资源。此外，基于激光的扫描光源是一种复杂且因此昂贵的装置。
技术实现思路
[0006]需要一种解决上述或其他问题中的一个或多个的跟踪技术。
[0007]根据第一方面，提供了一种用于外科手术跟踪系统的跟踪器。跟踪器包括接合装置，所述接合装置被配置为将跟踪器附接到待跟踪的外科手术对象。跟踪器还包括电路。该电路包括检测器，所述检测器被配置为检测电磁辐射，其中该电路被配置为在检测器检测到电磁辐射的强度的变化时产生触发信号。该电路还包括多个发射器，所述多个发射器被配置为发射电磁辐射，其中该电路被配置为控制所述多个发射器响应于触发信号发射电磁辐射。
[0008]电磁辐射的强度的变化的检测可以是二元检测(例如，基于电磁辐射源的开/关状态)。电磁辐射的强度的变化的检测可以基于阈值标准。阈值标准可以包括强度阈值。替代
地，阈值标准可以包括辐射强度变化率的阈值。
[0009]该电路可以被配置为仅在检测器检测到电磁辐射的强度增加时(例如，当电磁辐射源从关闭状态切换到开启状态时)产生触发信号。强度增加的检测可以基于强度超过阈值强度的检测中的至少一种。
[0010]替代地，电路可以被配置为仅在检测器检测到电磁辐射的强度降低时(例如，当电磁辐射源从开启状态切换到关闭状态时)产生触发信号。强度降低的检测可以基于强度下降到阈值强度以下的检测中的至少一种。
[0011]该电路可以被配置为在检测器随后(即，在初始强度变化之后，例如从关闭状态到开启状态之后)未检测到(例如，从开启状态回到关闭状态的)电磁辐射的强度的(进一步)变化的持续时间内产生触发信号。例如，当电磁辐射的强度继续超过或低于强度阈值时，检测器可以检测到电磁辐射的强度没有变化。
[0012]该电路可以被配置为在预定的持续时间内产生触发信号。预定持续时间可以低于10ms，例如，高于5μs。预定持续时间可以在100μs和1ms之间(例如，可以设定为大约200μs至400μs)。
[0013]响应于触发信号，可以控制所有发射器发射电磁辐射。检测器可以包括与发射器的至少一子集相关联的单个辐射敏感元件，其中该子集包括所述多个发射器中的多于一个的发射器。该子集可以包括所述多个发射器中的所有发射器。该电路可以包括发射器中的多于一个的子集，其中每个子集包括所述多个发射器中的多于一个的发射器。对于每个发射器子集，该电路可以包括与发射器子集相关联的辐射敏感元件。发射器的第一子集和分配给其的第一辐射敏感元件可以布置在跟踪器的第一面上。发射器的第二子集和分配给其的第二辐射敏感元件可以布置在跟踪器的第二面上，其中第一面和第二面彼此成一角度(例如，在从90
°
到120
°
的范围内)布置。
[0014]该电路可以包括光电二极管或光电晶体管，所述光电二极管或光电晶体管包含辐射敏感元件。辐射敏感元件可以包括半导体材料。
[0015]跟踪器可以包括至少一个电池，用于为电路供电。电池可以是AAA电池或纽扣电池中的至少一者。电池可以是CR2032型纽扣电池。
[0016]跟踪器可以包括无线电力接收装置，所述无线电力接收装置被配置为无线地接收电力。无线电力接收装置可以包括用于感应耦合的线圈和用于电容耦合的电极中的至少一者。
[0017]该电路可以包括开关(例如，包括一个或多个晶体管)，该开关被配置为响应于触发信号来控制通过发射器的电流。开关可以包括光电晶体管。
[0018]检测器可以被配置为检测红外光。替代地或附加地，所述多个发射器可以被配置为发射红外光。
[0019]所述多个发射器中的每一个可以包括发光二极管LED。该电路可以被配置为将通过LED中的每个LED的电流限制为低于10mA(并且例如高于1mA)的电流。该电路可以被配置为将通过LED中的每个LED的电流限制为3mA或更少的电流。该电路可以被配置为向每个LED施加1.25V或更低的电压。
[0020]根据第二方面，提供了一种外科手术跟踪系统。外科手术跟踪系统包括如本文所述的跟踪器和具有至少一个图像传感器的相机，所述至少一个图像传感器被配置为检测由
外科手术跟踪系统的跟踪器发射的电磁辐射，并基于检测到的电磁辐射生成图像数据。相机具有限定曝光持续时间的曝光时序，相机的所述至少一个图像传感器在所述曝光持续时间内对电磁辐射敏感。外科手术跟踪系统还包括电磁辐射源和控制器，该控制器被配置为控制电磁辐射源以与曝光时序同步地发射电磁辐射脉冲。外科手术跟踪系统还包括处理器，该处理器被配置为基于图像数据确定跟踪器的位置数据。
[0021]曝光时序可以限定所述至少一个图像传感器以第一频率循环曝光。第二频率可以限定由电磁辐射源发射的电磁辐射的强度的周期性变化的重复率。第一频率可以与第二频率相同。替代地，第一频率可以是第二频率的倍数。进一步替代地，第二频率可以是第一频率的倍数。
[0022]控制器可以被配置为将脉冲式电磁辐射的脉冲持续时间控制在相机的曝光时间的十分之一和十倍之间。脉冲式电磁辐射的持续时间可以至少与相机的曝光时间基本上相同。控制器可以被配置为根据发射器发射的电磁本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于外科手术跟踪系统的跟踪器，所述跟踪器包括：接合装置，所述接合装置被配置为将所述跟踪器附接到待跟踪的外科手术对象；以及电路，所述电路包括：检测器，所述检测器被配置为检测电磁辐射，其中，所述电路被配置为在所述检测器检测到电磁辐射的强度的变化时产生触发信号，以及多个发射器，所述多个发射器被配置为发射电磁辐射，其中，所述电路被配置为控制所述多个发射器以响应于所述触发信号而发射电磁辐射。2.根据权利要求1所述的跟踪器，其中，所述电路被配置为仅在所述检测器检测到所述电磁辐射的强度增加时产生所述触发信号。3.根据权利要求1所述的跟踪器，其中，所述电路被配置为仅在所述检测器检测到所述电磁辐射的强度降低时产生所述触发信号。4.根据权利要求1所述的跟踪器，其中，所述电路被配置为在所述检测器随后未检测到所述电磁辐射的强度的变化的持续时间内产生所述触发信号。5.根据权利要求1所述的跟踪器，其中，所述电路被配置为在预定的持续时间内产生所述触发信号。6.根据权利要求1所述的跟踪器，其中，所述检测器包括与发射器的至少一子集相关联的单个辐射敏感元件，其中，所述子集包括所述多个发射器中的多于一个的发射器。7.根据权利要求1所述的跟踪器，其中，所述跟踪器包括用于为所述电路供电的至少一个电池。8.根据权利要求1所述的跟踪器，包括：无线电力接收装置，所述无线电力接收装置被配置为无线地接收电力。9.根据权利要求1所述的跟踪器，其中，所述电路包括开关，所述开关被配置为响应于所述触发信号而控制通过所述发射器的电流。10.根据权利要求1所述的跟踪器，其中，下列项中的至少一项适用：所述检测器被配置为检测红外光；以及所述多个发射器被配置为发射红外光。11.根据权利要求1所述的跟踪器，其中，所述多个发射器中的每一个发射器都包括发光二极管(LED)，并且其中，所述电路被配置为将通过所述发光二极管中的每一个发光二极管的电流限制为低于10mA的电流。12.一种外科手术跟踪系统，包括：跟踪器，所述跟踪器包括：接合装置，所述接合装置被配置为将所述跟踪器附接到待跟踪的外科手术对象；以及
电路，所述电路包括：检测器，所述检测器被配置为检测电磁辐射，其中，所述电路被配置为在所述检测器检测到电磁辐射的强度的变化时产生触发信号，...
【专利技术属性】
技术研发人员：法迪，
申请(专利权)人：史赛克欧洲运营有限公司，
类型：发明
国别省市：
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