提供了一种光学跟踪系统。所述光学跟踪系统包括可高压灭菌基准标记组件，所述可高压灭菌基准标记组件包括不透明壳体、光源、被构造成折射来自光源的穿过其中的光线的窗面板、以及在所述窗面板与所述不透明壳体的相接部处形成气密密封的金属化涂层。所述基准标记组件被构造成屏蔽所述窗面板的周边边缘以免受所述光线的影响。所述系统还包括跟踪装置，所述跟踪装置包括被配置成检测由所述光源发射的光线的位置的至少两个光学传感器。所述系统还包括处理器，所述处理器被配置成从所述光学传感器接收所述光线的位置，基于所计算的折射偏差移动每个光线的位置，以及基于每个光线的移动位置对所述光源的定位进行三角测量。动位置对所述光源的定位进行三角测量。动位置对所述光源的定位进行三角测量。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光学跟踪的易于制造的可高压灭菌LED
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求享有2020年7月8日提交的名称为“Easy to Manufacture Autoclavable LED for Optical Tracking(用于光学跟踪的易于制造的可高压灭菌LED)”的美国临时申请第63/049,319号的优先权的权益，该临时申请的全部内容通过引用并入本文。
[0003]本公开大体上涉及用于光学跟踪的方法、系统和设备。所公开的技术可以应用于例如肩、髋和膝关节置换术以及其它外科手术，如关节镜手术、脊柱手术、颌面手术、肩袖手术、韧带修复和置换手术。更具体地，本公开涉及包括可高压灭菌LED标记的系统和设备，所述可高压灭菌LED标记被配置成促进以高定位准确性进行光学跟踪。
技术介绍
[0004]光学跟踪通常用于计算机辅助手术(CAS)应用中，以帮助医生针对靶向组织进行定位和导航并治疗靶向组织。基准标记可以联接到感兴趣对象并且用作待由系统跟踪的光学参考。在一些应用中，基准标记包括发光二极管(LED)，所述发光二极管发射待由系统的光学跟踪装置例如摄像头跟踪的光。所述系统基于对发射光的连续监测来确定感兴趣对象的定位。
[0005]通常独立地包装且联接到壳体或支撑件的基准标记可被设计成用于在手术环境中长期使用和重复使用。然而，为了以这种方式使用，基准标记必须设计成可承受高压灭菌器循环，以满足手术室环境的灭菌要求。虽然已经提出了密封的可高压灭菌LED的设计(参见例如DE 10 2015 103 331 B4和DE 20 2010 000 518 U1)，但光源的封装通常导致不期望的光学效应。一般来说，在不牺牲计量准确性的情况下，设计用于光学跟踪的可高压灭菌LED一直是困难的。
[0006]现在参考图8，示出了密封光源的二维图示以及所得定位误差。基准标记800可包括壳体805、出口窗口810和光源815，并且可与包括光学传感器825的立体光学跟踪装置820结合使用以对光源815的定位进行三角测量。然而，当光源815发射光线830时，光线在离开的光线830B到达光学传感器825之前在通过出口窗口810时可能经历折射830A。因此，光线830不形成连续直线，并且折射830A的量也基于出口窗口810的光学特性和基准标记800相对于每个光学传感器825的倾斜角度而变化。当所述系统假定光线830为直线835时，光源815的计算定位840可以从真实定位偏离显著裕度。因此，计算中的较大计量误差可能导致不可接受的定位不准确。
[0007]当前解决方案包括被设计成减轻折射的基准标记。例如，美国专利第7,147,352号提出了位于圆顶出口窗口的球形中心处的光源，使得光线在所有方向上基本上正交于出口窗口。然而，此类设计需要以超出标准制造技术的机械公差的非常高的准确度水平进行构造。以减少定位误差所需的准确度水平制造基准标记需要复杂的制造和组装技术，这导致
非常高的制造成本。
[0008]因此，具有有利于简单制造技术和减少定位不准确性的可高压灭菌LED将是有利的。此外，具有被配置成减少与光折射相关联的计量误差的系统将是有利的。
技术实现思路
[0009]提供了一种光学跟踪系统。所述光学跟踪系统包括：可高压灭菌基准标记组件，所述可高压灭菌基准标记组件包括：限定内腔的不透明壳体，发光半导体管芯，所述发光半导体管芯设置在所述内腔中并且与阳极和阴极电连通，窗面板，所述窗面板接合到所述不透明壳体以在所述窗面板与所述不透明壳体之间封闭所述内腔，所述窗面板被构造成折射由所述发光半导体管芯发射的多个光线，以及金属化涂层，所述金属化涂层在所述窗面板与所述不透明壳体的相接部处形成气密密封，其中所述基准标记组件被构造成屏蔽所述窗面板的周边边缘以免受所述多个光线的影响；跟踪装置，所述跟踪装置包括至少两个光学传感器，每个光学传感器被配置成检测所述多个光线中的光线的位置；处理器；以及存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在被执行时使所述处理器：从每个光学传感器接收每个光线的位置，基于所计算的折射偏差移动每个光线的位置，以及基于每个光线的移动位置对所述发光半导体管芯的定位进行三角测量。
[0010]根据一些实施例，所计算的折射偏差基于所述窗面板的已知折射率、所述窗面板的已知厚度以及所述基准标记组件相对于每个光学传感器的取向。根据附加实施例，所述跟踪装置被配置成检测与所述基准标记的取向有关的图像信息。根据附加实施例，所述光学跟踪系统还包括加速度计，所述加速度计被配置成检测和传输与所述基准标记的取向有关的取向信息。
[0011]根据一些实施例，所述金属化涂层形成从所述相接部径向向内延伸以覆盖所述窗面板的一部分的环，其中所述环被构造成屏蔽所述窗面板的周边边缘以免受所述多个光线的影响。
[0012]根据一些实施例，所述金属化涂层包括焊料。
[0013]根据一些实施例，所述阳极和所述阴极延伸穿过所述不透明壳体。
[0014]根据一些实施例，所述不透明壳体限定被构造成接收所述窗面板的凹口。
[0015]根据一些实施例，所述窗面板限定凹口，所述凹口被构造成将所述发光二极管固定在标记支撑件内。
[0016]根据一些实施例，所述基准标记组件还包括杆，所述杆邻近所述窗面板支撑所述发光半导体管芯。根据附加实施例，所述杆包括散热器，所述散热器被构造成从所述发光半导体管芯排出热量。根据附加实施例，所述发光半导体管芯的直径大于或等于所述杆的直径。根据附加实施例，所述不透明壳体、所述窗面板和所述杆中的每一个的热膨胀系数基本上相等。根据附加实施例，所述不透明壳体包括镍
‑
钴铁合金；所述窗面板包括铝氧化物；并且所述杆包括镍
‑
钴铁合金。
[0017]根据一些实施例，所述窗面板包括固定在所述窗面板的面向所述金属化涂层的内面上的光吸收层。
[0018]还提供了可高压灭菌基准标记组件。所述基准标记组件包括：限定内腔的不透明壳体；发光半导体管芯，所述发光半导体管芯设置在所述内腔中并且与阳极和阴极电连通；
窗面板，所述窗面板接合到所述不透明壳体以在所述窗面板与所述不透明壳体之间封闭所述内腔，所述窗面板被构造成折射由所述发光半导体管芯发射的多个光线；以及在所述窗面板与所述不透明壳体的相接部处形成气密密封的金属化涂层，其中所述基准标记组件被构造成屏蔽所述窗面板的周边边缘以免受所述多个光线的影响。
[0019]根据一些实施例，所述金属化涂层形成从所述相接部径向向内延伸以覆盖所述窗面板的一部分的环，其中所述环被构造成屏蔽所述窗面板的周边边缘以免受所述多个光线的影响。
[0020]根据一些实施例，所述金属化涂层包括焊料。
[0021]根据一些实施例，所述阳极和所述阴极延伸穿过所述不透明壳体。
[0022]根据一些实施例，所述不透明壳体限定被构造成接收所述窗面板的凹口。
[0023]根据一些实施例，所述窗面板限定凹口，所述凹口本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学跟踪系统，包括：可高压灭菌基准标记组件，所述可高压灭菌基准标记组件包括：限定内腔的不透明壳体，发光半导体管芯，所述发光半导体管芯设置在所述内腔中并且与阳极和阴极电连通，窗面板，所述窗面板接合到所述不透明壳体以在所述窗面板与所述不透明壳体之间封闭所述内腔，所述窗面板被构造成折射由所述发光半导体管芯发射的多个光线，以及金属化涂层，所述金属化涂层在所述窗面板与所述不透明壳体的相接部处形成气密密封，其中所述基准标记组件被构造成屏蔽所述窗面板的周边边缘以免受所述多个光线的影响；跟踪装置，所述跟踪装置包括至少两个光学传感器，每个光学传感器被配置成检测所述多个光线中的光线的位置；处理器；以及存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在被执行时使所述处理器：从每个光学传感器接收每个光线的位置，基于所计算的折射偏差移动每个光线的位置，以及基于每个光线的移动位置对所述发光半导体管芯的定位进行三角测量。2.根据权利要求1所述的光学跟踪系统，其中所计算的折射偏差基于所述窗面板的已知折射率、所述窗面板的已知厚度以及所述基准标记组件相对于每个光学传感器的取向。3.根据权利要求2所述的光学跟踪系统，其中所述跟踪装置被配置成检测与所述基准标记的取向有关的图像信息。4.根据权利要求2所述的光学跟踪系统，还包括加速度计，所述加速度计被配置成检测和传输与所述基准标记的取向有关的取向信息。5.根据权利要求1所述的光学跟踪系统，其中所述金属化涂层形...
【专利技术属性】
技术研发人员：盖坦，
申请(专利权)人：史密夫和内修整形外科股份公司新加坡施乐辉亚太有限公司，
类型：发明
国别省市：
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