栓形成OVT)。然后同時記錄術前和術后影像并計算實際鉆孔軌跡。
[0075] 圍繞預設軌跡定義感興趣的正方形區域（3X3mm)。在每個相距0.3mm，方向為 〇i并且長度為1的進入位置（ei)，根據式1計算五條備選軌跡。
【主權項】
1. 一種用于估計工具在物體內部空間位置的系統，所述物體特別是使用所述工具待加 工的人骨形式，所述系統包括： 被設計為聯接至所述工具的傳感器（21)，傳感器（21)進一步被設計為在沿實際軌跡 (30) 加工所述物體（1)時產生傳感器輸出信號（31)，傳感器輸出信號（31)取決于沿所述 實際軌跡（30)的所述物體（1)的材料特性， 被設計為確定所述工具（2)在所述物體（1)內部空間位置的分析裝置，其中為了確定 所述空間位置，所述工具被設計為確定特別在加工所述物體（1)時的所述傳感器輸出信號 (31) 與至少一個預設的備選輸出信號（42)之間的相關性，所述預設備選輸出信號（42)由 沿所述物體（1)的模型中的相關模型軌跡（40)的所述材料特性預先生成。
2. 根據權利要求1所述的系統，其特征在于，為了估計所述空間位置，所述分析裝置被 設計為確定特別在加工所述物體（1)時的所述傳感器輸出信號（31)與多個預設備選信號 (42)之間的相關性，每個所述備選輸出信號（42)由沿所述物體（1)的模型中的相關軌跡 (40)的所述材料特性預先生成。
3. 根據權利要求2所述的系統，其特征在于，為了確定所述工具（2)在所述物體（1)中 的空間位置，所述分析裝置被設計為確定至少一個與所述傳感器輸出信號相關性最好的備 選輸出信號，其中特別地，所述分析裝置被設計為將物體（1)內部的所述工具（2)的空間位 置確定為與所述相關性最好備選輸出信號相關的模型軌跡的端點和/或所述模型軌跡的 方向。
4. 根據權利要求3所述的系統，其特征在于，為了至少確定與所述傳感器輸出信號狂） 相關性最好的備選輸出信號（Yi)，所述分析裝置被設計為對每個備選輸出信號（Yi)的至少 部分進行線性變換，W將后者與傳感器（21)的傳感器輸出信號狂）相匹配，特別地根據Zi =bYJ+c，其中Zi是變換后的備選輸出信號，b是比例系數且C是移位矢量，并且T是可選的 正交旋轉矩陣，且其中所述分析裝置被設計為選取b、c和可選的T，使得由中二E J狂j.-Zy)2 定義的不相關度測量值di最小，其中特別地所述分析裝置被設計為將與傳感器輸出信號 狂）相關性最好的備選輸出信號（Yi)被確定為與最小di相關的備選輸出信號（Yi)。
5. 根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述分析裝置被設計為計算與每一個模 型軌跡（40)相關的權重（Wi)，作為對傳感器輸出信號（31)和對應的模型軌跡（40)相關 的對應的備選輸出信號（42)之間的相關性的測量，其中特別地，每個所述權重（Wi)是傳感 器輸出信號（31)和與其對應的備選輸出信號（42)之間的差，特別是方差的函數，其中特別 地，為確定所述物體（1)內所述工具（2)的空間位置，所述分析裝置被設計為對所述模型軌 跡（40)的對應的點，特別是端點也），和/或在所述模型軌跡（40)的方向（〇i)計算加權 的平均值，其中每個所述點（Pi)和/或每個所述方向W權重（Wi)被加權，所述權重（Wi)與 所述對應點（Pi)和/或所述方向（〇i)所屬的模型軌跡（40)相關。
6. 根據前述權利要求中的一項所述的系統，其特征在于，所述系統還包括用于加工所 述物體（1)的工具（2)。
7. 根據前述權利要求中的一項所述的系統，其特征在于，所述工具（2)形成為鉆頭，其 中特別地所述鉆頭包括鉆頭尖（20)，其被設計為當在所述鉆頭（2)圍繞沿著鉆頭（2)延伸 方向的所述鉆頭（2)的縱軸（L)旋轉，且所述鉆頭尖（20)被向所述物體（1)擠壓時，將鉆 孔（4)鉆入所述物體（1)中。
8. 根據權利要求7所述的系統，其特征在于，所述系統包括用于圍繞所述鉆頭（2)的所 述縱軸（L)旋轉所述鉆頭（2)的驅動器。
9. 根據前述權利要求中的一項所述的系統，其特征在于，所述材料特性是所述物體 (1)的密度，特別是骨密度。
10. -種用于估計物體內工具的空間位置的方法，所述方法包括如下步驟： 基于所述物體（1)的材料特性，沿所述物體（1)的模型中的模型軌跡（40)生成至少一 個備選輸出信號（42)，所述模型軌跡（40)與所述至少一個備選輸出信號（42)相關， 根據沿所述物體（1)中的實際軌跡（30)的材料特性，提供傳感器輸出信號（31)， 確定所述傳感器輸出信號（31)與所述至少一個備選輸出信號（42)之間的相關性，W 確定所述物體（1)中所述工具（2)的空間位置。
11. 根據權利要求10所述的方法，其特征在于，為了估計所述空間位置，確定特別是在 加工所述物體（1)時的所述傳感器輸出信號（31)與多個預設的備選信號（42)之間的相關 性，每個所述備選輸出信號（42)使用沿所述物體（1)的模型中的相關模型軌跡（40)的所 述材料特性預先生成。
12. 根據權利要求11所述的方法，其特征在于，將所述物體（1)中的所述工具（2)的空 間位置定義為備選輸出信號（42)，所述備選輸出信號與所述傳感器輸出信號（31)相關性 最好，其中特別地，所述物體（1)中的所述工具（2)的空間位置被確定為與所述相關性最好 的備選輸出信號（42)相關的所述模型軌跡（40)的端點和/或被確定為所述模型軌跡（40) 的方向。
13. 根據權利要求12所述方法，其特征在于，為了確定與所述傳感器輸出信號狂）相 關性最好的備選輸出信號（Yi)，對每個備選輸出信號（Yi)的至少一部分進行線性變換，W 將后者與所述傳感器的傳感器輸出信號狂）匹配，特別地根據Zi=bYJ+c，其中是Z/變換 后的備選輸出信號，b是比例系數且C是移位矢量，并且T是可選的正交旋轉矩陣，且其中 選取b，C和可選的T，使得由中二E J成-Zy)2定義的不相關度的測量值d i最小，其中特別 地，與所述傳感器輸出信號狂）相關性最好的備選輸出信號（Yi)被確定為與最小di相關的 備選輸出信號（Yi)。
14. 根據權利要求10所述的方法，其特征在于，為每個模型軌跡（40)計算權重（Wi)作 為所述傳感器輸出信號（31)和對應的模型軌跡（40)相關的對應的備選輸出信號（42)之 間的相關性測量，其中特別地，每個權重（Wi)是所述傳感器輸出信號（31)和對應的所述備 選輸出信號（42)之間差特別是方差的函數，其中特別地，為確定所述物體（1)中的所述工 具（2)的空間位置，對所述模型軌跡（40)的對應的點，特別是端點（Pi)，和/或在所述模型 軌跡（40)的方向（〇1)，計算加權平均，其中每個所述點也）和/或方向（〇i) W權重（Wi)被 加權，所述權重與所述對應點（Pi)和/或方向（〇i)所屬的模型軌跡（40)相關。
15. -種計算機程序產品，當在計算機上執行時，其被設計為執行如下步驟： 基于物體（1)的材料特性，沿所述物體（1)的模型中的模型軌跡（40)生成至少一個備 選輸出信號（42)，所述模型軌跡（40)與至少一個備選輸出信號（42)相關， 根據沿所述物體（1)中實際軌跡（30)的所述材料特性，接收傳感器輸出信號（31)作 為輸入， 確定所述傳感器輸出信號（31)與至少一個備選輸出信號（42)之間的相關性，W確定 所述物體（1)中所述工具（2)的空間位置。
【專利摘要】本發明涉及一種用于估計工具(2)在物體(1)中，特別是用所述工具加工的人骨中的空間位置(姿態)的系統，該系統包括：被設計為聯接至所述工具(2)的傳感器(21)，傳感器(21)還被設計為在沿實際軌跡(30)加工所述物體(1)時產生傳感器輸出信號(31)，所述傳感器輸出信號(31)取決于沿實際軌跡(30)的所述物體的材料特性，被設計為確定在加工所述物體(1)時所述傳感器輸出信號(31)與多個預設備選輸出信號(42)間的相關度的分析裝置，利用所述材料特性，在所述物體(1)的模型中沿相關模型軌跡(40)預先生成每個備選輸出信號(42)，且其中，例如利用與模型軌跡(40)相關的具有與傳感器輸出信號(31)最高相關度的備選輸出信號(42)，所述分析裝置被設計為估計在物體(1)內工具(2)的空間位置。本發明還涉及用于估計工具(2)的姿態的方法，及計算機程序產品。
【IPC分類】A61B19-00
【公開號】CN104540467
【申請號】CN201380026826
【發明人】布雷特·J·貝爾, 斯蒂芬·韋伯, 湯姆·威廉姆森
【申請人】伯爾尼大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2013年5月21日
【公告號】EP2666428A1, US20150157419, WO2013174801A2, WO2013174801A3