用于追踪目标对象的位置的系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于追踪目标对象(2)的位置的系统(3)。在此，布置在目标对象(2)上的标记(10)和附加的控制标记(11)借助固定在机器人臂(5)上的追踪装置(9)被追踪。控制标记(11)相对于追踪装置(9)在此以已知的、预设的空间位置关系布置。在追踪目标对象(2)的位置时，测量追踪装置(9)与控制标记(11)之间的预设的空间位置关系。如果在此形成所测量的与真实的预设的空间位置之间的差异，则依据该差异产生相应的信号。

A system for tracking the location of a target object

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于追踪目标对象的位置的系统本专利技术涉及一种用于追踪目标对象的位置的系统、尤其机器人系统，并且涉及一种用于追踪目标对象的位置的方法。本专利技术可以优选应用在医学领域中、例如应用在微创手术中。在此，目标对象由此尤其可以是待治疗或待检查的患者。在实践中已知的是，在患者上布置标记，并且借助导航系统根据该标记追踪患者的位置，所述导航系统可以包括例如指向该标记的摄像头。在例如与由X射线系统产生的患者图像数据配准之后，由此还可以在患者的运动过程中实时地在医学显示器上显示、例如以叠加的形式显示位置准确的重合。在此尤其在使用附加的工具或设备的情况下，可能很快就形成拥挤的场地状况。此外，为了对所有参与运动的设备和对象之间的各个空间位置关系进行监控并相互保持恒定，还可能形成显著的开销。本专利技术所要解决的技术问题在于，通过特别简单的方式以更好可靠性实现对目标对象的位置的追踪(跟踪)。上述技术问题根据本专利技术通过独立权利要求的技术方案来解决。本专利技术的有利的设计方式和改进方式在从属权利要求中以及在说明书中和附图中给出。根据本专利技术的系统、尤其机器人系统具有带有可活动的机器人臂的机器人、追踪装置和数据处理装置。追踪系统的作用在于、也即配备用于，根据布置在目标对象上的标记通过借助系统的数据处理装置处理由追踪装置和/或标记提供的数据来追踪目标对象、尤其患者的位置。为了能够以特别简单且省空间的方式实现对目标对象的位置、也即对目标对象的追踪，将追踪装置至少间接地固定在机器人臂上。为了在追踪目标对象的位置时、也即在追踪目标对象时实现更好的可靠性，所述系统附加地还至少具有控制标记，所述控制标记相对于追踪装置以预设的空间位置关系、也即在机器人运行时已知的空间位置关系布置。在一种优选的设计方式中，控制标记相对于追踪装置以在机器人运行时恒定的空间位置关系布置。在一种优选的改进方式中，控制标记至少间接地固定在机器人臂上。如同控制标记一样，追踪装置也能够以(至少在机器人运行或机器人臂运动时)相对于机器人臂恒定的预设的空间位置关系固定或者说布置在该机器人臂上。该系统设计用于，在追踪目标对象时尤其连续地或规律地测量或确定追踪装置与控制标记之间的空间位置关系。此外，该系统还设计用于，将所测量的空间位置关系与追踪装置和控制标记之间的真实的预设的空间位置关系进行比较。因此，所述预设的空间位置关系是已知的，因为追踪装置和控制标记相对于彼此的各个位置可以通过其在机器人臂上的布置例如在该系统使用前就确定，例如通过或根据系统的技术规格或通过相应的独立测量和/或校准就能确定，并且在机器人系统使用期间，至少在机器人臂运动时可以保持不变。此外，该系统还设计用于，在识别到所测量的空间位置关系与真实的预设的空间位置关系之间的差异时，依据该差异产生相应的信号，该信号尤其以控制信号的方式输出。因此，识别出的差异可以作为所测量的与预设的空间位置关系的比较结果。因此，本系统有利地是集成式系统，其中，追踪装置通过被布置在机器人臂上而与机器人集成，也即能够与机器人构成一个共同的设备或系统，该追踪装置可以相应于传统的独立导航系统的主要部分。由此有利地不依赖于附加的、独立的外置导航系统。由此可以特别简单地避免不兼容性和/或摒弃例如针对为相应系统配备的个性化单独解决方案的附加的研发或调试开销。追踪装置固定在机器人臂上意味着或者能够意味着，在机器人运行中、也即例如在机器人使用或运动时，机器人臂和追踪装置作为刚性系统共同运动或能够共同运动。由此可以有利地省去追踪装置的独立制导，如在使用构造为独立式单独设备的导航系统中通常所需的那样。同样地，还可以实现改进的工作流程(Workflow)，因为可以降低例如在追踪装置与标记之间的视野遮盖的概率，因为机器人臂无论如何都始终指向患者的方向，并且由此可以消除机器人臂位于布置在患者上的标记与独立导航系统的追踪装置之间的问题。机器人可以例如是医学机器人或工业机器人，其具有至少六个、例如六至十个轴或自由度。该类型的机器人具有相应的控制装置和/或传感器，所述传感器能够监控机器人的各个当前位置和定向、或者说形态，并且能够提供相应的位置数据。同样地，根据本专利技术的系统可以包括例如C形臂设备。C形臂在此可以是可活动的，从而使C形臂可以作为本专利技术范畴内的机器人或机器人臂。在此情况下例如还可以将追踪装置布置在C形臂上。控制标记和/或其他标记、例如辅助标记例如能够以相对于C形臂或相对于追踪装置的已知的空间位置关系或关联布置或固定在C形臂上或患者安置台上。因此，由于在使用机器人时始终都存在位置数据，基于追踪装置与机器人臂之间的已知位置关系，可以有利地省去独立的传感装置或对追踪装置的位置和定向的独立监控。在机器人运行过程中存在或者给定了控制标记和/或追踪装置相对于机器人臂的恒定的、预设的空间位置关系，这意味着或至少不能排除：可以例如在机器人停止时(并且进而在机器人臂停止时)使控制标记和/或追踪装置就其相应的位置和/或定向进行改变或调整。也就是说在机器人臂上的相应固定优选是可逆的并且可无损拆卸的。如同所述标记一样，控制标记也可以通过不同的方式构造，尤其取决于或匹配于追踪装置的类型或设计地构造。如果追踪装置构造用于光学追踪、也就是例如构造为摄像头，则标记和控制标记例如能够构造为反射式的金属或塑料的球或半球。光学追踪在此无需局限于使用可见光，而是可以例如同样优良地使用红外光或其他频率或波长。如果追踪装置构造用于电磁式追踪(EMT，英文“electromagnetictracking”)，则标记和控制标记可以例如具有至少一个、优选多个接收线圈或电磁传感器。在此，追踪装置可以例如具有多个、例如八个发射线圈的布置。这些发射线圈在此能够以已知的相互间的空间位置关系布置，以便能够与具体定向无关地实现可靠的追踪。各个发射线圈在此例如能够以给定的次序被激活，也即以特定的顺序发送相应的追踪信号。这连同发射线圈的已知布置一起，能够通过在标记或在控制标记处接收到的或所测量的信号确定追踪装置与标记或控制标记之间的空间位置关系，并且由此确定标记或控制标记的位置和定向。在任何情况下，一方面追踪装置并且另一方面标记或控制标记能够相互匹配或协调，使得通过其协同作用实现追踪。为了使开销最小化并且为了实现对标记和进而对目标对象的追踪或者说位置确定的可验证性或可靠性控制，标记和控制标记优选可以是相同类型的。优选地，追踪装置和标记或控制标记和/或数据处理装置或者说整个系统设计为，以三个空间位置坐标和三个空间角度(6D追踪)确定各个方位和位置。由此可以有利地不仅确定目标对象的位置，而且还能够确定其定向，也就是说总体上确定各个形态。数据处理装置可以包括处理器装置，例如微芯片或微控制器，以及数据存储器。在该数据存储器中可以例如暂存由追踪装置和/或标记和/或控制标记提供的数据。在数据存储器中同样可以存入代表或编码根据本专利技术的方法的方法步骤的程序代码。也就是，数据处理装置和进而所述系统能够设计用于，借助处理器装置执行所述程序代码，以实施根据本专利技术的方法。数据处理装置可以集中地、也即整体地例如布置在机器人中或机器人上或布本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统(3)，其具有机器人(4)和追踪装置，所述机器人带有可活动的机器人臂(5)，所述追踪系统用于，根据布置在目标对象(2)上的标记(10)通过借助系统(3)的数据处理装置(14)处理由追踪装置(9)和/或标记(10)提供的数据来追踪目标对象(2)、尤其患者(2)的位置，/n其特征在于，/n-所述追踪装置(9)至少间接地固定在机器人臂(5)上，/n-所述系统(3)附加地还具有至少一个控制标记(11)，所述控制标记相对于追踪装置(9)以预设的、也即在机器人(4)运行过程中已知的空间位置关系布置，并且/n-所述系统(3)设计用于，/n-在追踪目标对象(2)的位置时，测量追踪装置(9)与控制标记(11)之间的空间位置关系，/n-将所测量的空间位置关系与真实的、预设的空间位置关系进行比较，并且/n-在识别出所测量的空间位置关系与真实的、预设的空间位置关系之间的差异的情况下产生相应的信号。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171027 EP 17198926.21.一种系统(3)，其具有机器人(4)和追踪装置，所述机器人带有可活动的机器人臂(5)，所述追踪系统用于，根据布置在目标对象(2)上的标记(10)通过借助系统(3)的数据处理装置(14)处理由追踪装置(9)和/或标记(10)提供的数据来追踪目标对象(2)、尤其患者(2)的位置，
其特征在于，
-所述追踪装置(9)至少间接地固定在机器人臂(5)上，
-所述系统(3)附加地还具有至少一个控制标记(11)，所述控制标记相对于追踪装置(9)以预设的、也即在机器人(4)运行过程中已知的空间位置关系布置，并且
-所述系统(3)设计用于，
-在追踪目标对象(2)的位置时，测量追踪装置(9)与控制标记(11)之间的空间位置关系，
-将所测量的空间位置关系与真实的、预设的空间位置关系进行比较，并且
-在识别出所测量的空间位置关系与真实的、预设的空间位置关系之间的差异的情况下产生相应的信号。


2.根据权利要求1所述的系统(3)，其特征在于，所述控制标记(11)相对于追踪装置(9)以在机器人(4)运行过程中恒定的空间位置关系布置。


3.根据上述权利要求中任一项所述的系统(3)，其特征在于，所述控制标记(11)同样至少间接地固定在机器人臂(5)上。


4.根据上述权利要求中任一项所述的系统(3)，其特征在于，所述追踪装置(9)固定在机器人(5)的机器人法兰(6)上或底座(15)上。


5.根据上述权利要求中任一项所述的系统(3)，其特征在于，所述追踪装置(9)具有电磁场生成器，并且所述控制标记(11)具有与所述电磁场生成器匹配的传感器、尤其至少一个接收线圈。


6.根据上述权利要求中任一项所述的系统(3)，其特征在于，所述追踪装置(9)具有用于光学地检测标记(10)和控制标记(11)的摄像头。


7.根据上述权利要求中任一项所述的系统(3)，其特征在于，追踪装置(9)和/或控制标记(11)为预设其相互间的空间位置关系而可活动地、然而可紧固地至少间接地固定在机器人臂...

【专利技术属性】
技术研发人员：P梅维斯，G米勒，C塞森伯格，
申请(专利权)人：西门子医疗有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE