[發明專利]用于追蹤物體的系統

有效

• 申請號: 201680003753.5
• 申請日: 2016-01-27
• 公開（公告）號: CN107110631B
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發明（設計）人: 路易斯·費雷拉;馬修·斯托克斯
• 申請（專利權）人: 西安大略大學
• 主分類號: G01B5/00
• 分類號: G01B5/00;A61B34/20;G01L25/00;G05D3/14;A61B34/30
• 代理公司: 32270 南京科知維創知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 王萍萍

本披露提供了一種導航方法和系統，該方法和系統不需要遠程放置的追蹤系統、或額外的目標或其它裝置安裝在被追蹤的病人或物體上。該系統使用一個與病人/物體物理接觸的柔性部件，并測量作為力的函數的相對位置，該力由柔性部件在其彎曲時生成。該系統為了機器人、其他操作器、或為了人類手工導航而將力轉化成導航命令。也描述了一種為了該導航模式而將預計劃的運動路徑轉變為一系列力的方法。該系統也可應用在可能并不精確知曉物體或組件的位置或位置不恒定的機器人制造領域。如在機械加工情況下，在此披露的方法和系統可以用于維持物體/組件的已知位置，或相對于物體/組件為機器人的運動導航。

技術領域

現在的披露涉及一種導航方法和系統(也被稱為通過彎曲力的導航)，應用于外科手術應用和制造，以及需要經過相對短的距離的位置導航的其它領域。

背景技術

追蹤系統在外科手術中是需要的，來為了給病人身體相關的術前計劃導航。追蹤系統一般用于在外科手術過程中追蹤病人身體，并用于給手動操作的外科手術工具或機器人輔助的外科手術工具導航。

現在使用的外科手術追蹤系統依靠于確定目標，諸如附接于儀器或者固定在骨頭里的紅外線發射二極管或回射球，的姿勢(位置和朝向)。生產這種系統的業界領袖為NDI，其具有的醫療產品線包含兩個追蹤系統家族，稱為Polaris和Aurora。Polaris系統的詳細信息可由此找到：http://www.ndigital.com/medical/products/polaris-family/。Polaris追蹤系統通過光學測量技術，追蹤附接于外科手術工具的主動或被動標記的三維位置和朝向。Aurora系統的詳細信息可由此找到：http://www.ndigital.com/medical/products/aurora/。

但是，現在的用于追蹤病人身體的系統有一些顯著缺陷。現在的光學追蹤系統需要清楚的視線以為了“看見”它們的目標。光學追蹤系統可能是扎眼的，并且干擾外科手術工作流程，因為外科手術人員不能堵隔攝像頭的視線。這些攝像頭一般安裝在離病人一段距離處。由于外科手術工作區域已經有點狹小和緊湊，這使得外科手術人員在工作時不阻隔攝像頭很困難。外科醫生表達了為什么在大多數原本光學追蹤系統是有價值的手術中而不采用導航和機器人輔助系統，而這可能就是最被外科醫生所注意到的原因。

而且，許多現在的手術內部的追蹤系統需要追蹤剛性地安裝到病人的有利害關系的骨頭上的裝置。這意味著為了進入骨頭而形成刺入切口，以便追蹤目標可以被鉆入骨頭中。這些安裝位置往往經常不是外科手術的切口和暴露處的一部分。因此，它們被認為是額外的必須治愈的病態以及增加感染風險的源頭。

在外科手術系統采用中，成本也起了重要作用。成本有三個元素，包括初始資本費用(現在的追蹤系統可以輕易花費100,000美金或以上)、替換費用和維護費用，包括消毒和手術室時間的費用。因此，成本對于較小或較偏遠的醫療機構是重要因素。

現在的追蹤系統的追蹤目標由于損壞和位于外科手術場地內的磨損，需要間或的替換。許多流行的光學追蹤器使用了在每次外科手術后必須丟棄和替換的被動的回射目標，這樣導致了相當多的浪費和費用。此外，可再用的電子目標和它們的骨頭安裝硬件必須使用對電子設備安全的手段來消毒。每個目標具有至少兩個用于骨頭安裝的部件，并且需要每次外科手術必須替換的電池。大多數外科手術在切口和暴露后可以立即開始。但是，如上所述，最常見的外科手術追蹤系統是光學的，為了光線而需要對攝像頭進行一些設置，為了將追蹤目標安裝進骨頭中而需要對追蹤目標進行相當多的設置。這增加了相當多的手術室時間，從而顯著增加了醫院和醫療系統的成本。非光學的追蹤系統，諸如電磁的或超聲波的，如上所述，仍然需要在身體中安裝目標、接收器或發射器。