阅读说明：本技术 受试者的相关表面点的采样方法 (Method for sampling relevant surface points of a subject ) 是由 费迪南德·施托希 詹尼克·克里斯特 于 2020-04-09 设计创作，主要内容包括：提供了一种用于对医学导航系统的受试者的相关表面点进行采样的方法和配准设备。特别地,从受试者的多个表面点中,接受相关表面点并且丢弃非相关表面点。本发明的一个技术效果是可以改进受试者的表面几何形状获取。为此,获取表面点的附加信息,并且将附加信息分配给相应的表面点以用于验证每个表面点。(A method and a registration device for sampling relevant surface points of a subject of a medical navigation system are provided. In particular, from a plurality of surface points of the subject, relevant surface points are accepted and non-relevant surface points are discarded. A technical effect of the present invention is that surface geometry acquisition of a subject may be improved. To this end, additional information of the surface points is acquired and assigned to the respective surface points for verification of each surface point.)

具体实施方式

是数字灯箱。这样的数字灯箱的示例是博医来股份公司的产品蜂音器(Buzz)。监视器还可以是诸如智能电话或个人数字助理或数字媒体播放器的便携式(例如手持式)设备的监视器。

本发明还涉及：程序，该程序当在计算机上运行时，使得计算机执行本文描述的方法步骤中的一个或更多个步骤或全部步骤；和/或程序存储介质，程序(特别是以非暂态形式)存储在该程序存储介质上；以及/或者包括所述程序存储介质的计算机；和/或(物理的，例如电的，例如技术上生成的)承载表示程序的信息的信号波(例如数字信号波)，该程序(例如以上提及的程序)，例如包括适于执行本文描述的方法步骤中的任何步骤或所有步骤的代码装置。

在本发明的框架内，可以由硬件和/或软件(这包括固件、常驻软件、微代码等)来实施计算机程序单元。在本发明的框架内，计算机程序单元可以采取计算机程序产品的形式，该计算机程序产品可以由计算机可用的例如计算机可读数据存储介质实施，该计算机可读数据存储介质包括计算机可用的例如计算机可读程序指令，在所述数据存储介质中实施的“代码”或“计算机程序”用于在指令执行系统上使用或与指令执行系统结合使用。这样的系统可以是计算机；计算机可以是数据处理设备，该数据处理设备包括用于执行根据本发明的计算机程序单元和/或程序的装置，例如数据处理设备包括：数字处理器(中央处理单元或CPU)，其执行计算机程序单元；以及可选的易失性存储器(例如随机存取存储器或RAM)，其用于存储用于执行计算机程序单元的数据以及/或者通过执行计算机程序单元而产生的数据。在本发明的框架内，计算机可用的例如计算机可读数据存储介质可以是可以包括，存储、传递、传播或传输用于在指令执行系统、装置或设备上使用或与指令执行系统、装置或设备结合使用的程序的任何数据存储介质。该计算机可用的例如计算机可读数据存储介质可以例如是但不限于电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置或设备或诸如因特网的传播介质。计算机可用的或计算机可读数据存储介质甚至可以例如是在其上打印程序的纸或另一合适的介质，因为程序可以例如通过光学扫描纸或其他合适的介质来电子地捕获，并且然后以合适的方式编译、解释或以其他方式处理。数据存储介质优选地是非易失性数据存储介质。此处描述的计算机程序产品和任何软件和/或硬件形成用于执行示例实施方式中的本发明的功能的各种装置。计算机和/或数据处理设备可以例如包括引导信息设备，该引导信息设备包括用于输出引导信息的装置。引导信息可以例如通过视觉指示装置(例如，监视器和/或灯)可视地以及/或者通过声学指示装置(例如，扬声器和/或数字语音输出设备)声学地以及/或者通过触觉指示装置(例如，振动元件或结合到仪器中的振动元件)向用户输出。出于本文档的目的，计算机是技术计算机，该技术计算机例如包括技术部件，例如有形的部件，例如机械部件和/或电子部件。在本文档中这样提及的任何设备是技术设备，例如有形的设备。

获取数据

例如，表述“获取数据”(在计算机实现的方法的框架内)包括其中数据由计算机实现的方法或程序确定的场景。确定数据例如包括测量物理量并且将所测量的值转换成数据(例如数字数据)，以及/或者借助于计算机并且例如在根据本发明的方法的框架内计算(和例如输出)数据。“获取数据”的含义例如还包括通过(例如输入至)计算机实现的方法或程序，例如从另一程序、先前的方法步骤或数据存储介质接收数据或检索数据，例如用于由计算机实现的方法或程序进一步处理的情形。要获取的数据的生成可以但不必然是根据本发明的方法的一部分。因此，表述“获取数据”还可以例如意指等待接收数据和/或接收数据。所接收的数据可以例如经由接口输入。表述“获取数据”还可以意指计算机实现的方法或程序执行步骤以(主动地)从数据源(例如数据存储介质(例如ROM、RAM、数据库、硬盘驱动器等))或者经由接口(例如，从另一台计算机或网络)接收或检索数据。分别通过所公开的方法或设备获取的数据可以从位于数据存储设备中的数据库获取，该数据存储设备可操作地连接至计算机，用于数据库与计算机之间(例如从数据库到计算机)的数据传输。计算机获取数据以用作确定数据的步骤的输入。所确定的数据可以再次输出至同一数据库或另一数据库来存储以供以后使用。用于实现所公开的方法的数据库或数据库可以位于网络数据存储设备或网络服务器(例如，云数据存储设备或云服务器)或本地数据存储设备(例如，可操作地连接至执行所公开的方法的至少一台计算机的大容量存储设备)上。通过在获取步骤之前执行附加步骤，可以使数据“准备好使用”。根据该附加步骤，生成数据以便获取。数据(例如通过分析设备)例如被检测或捕获。替选地或附加地，根据附加步骤(例如经由接口)输入数据。所生成的数据例如可以被输入(例如至计算机中)。根据附加步骤(在获取步骤之前)，还可以通过执行以下附加步骤来提供数据：将数据存储在数据存储介质(例如ROM、RAM、CD和/或硬盘驱动器)中，使得数据准备好在根据本发明的方法或程序的框架内使用。因此，“获取数据”的步骤还可以涉及命令设备获得和/或提供要被获取的数据。特别地，获取步骤不涉及侵入性步骤，该侵入性步骤表示对身体的实质性物理干扰，需要专业的医学经验来执行，并且即使在用所需的专业护理和专业知识执行时也会带来实质性的健康风险。特别地，获取数据(例如确定数据)的步骤不涉及手术步骤，并且特别地不涉及使用手术或治疗来治疗人体或动物体的步骤。为了区分由本方法使用的不同数据，数据被表示为(即，被称为)“XY数据”等，并且根据数据描述的信息来限定，该信息然后优选地被称为“XY信息”等。

配准

当将存储在导航系统中的图像(CT、MR等)的图像数据点分配给空间内的实际对象(例如，手术室中的身体部分)的每个点的空间位置时，配准身体的n维图像。

图像配准

图像配准是将不同的数据集转换到一个坐标系中的处理。该数据可以是多张照片以及/或者来自不同传感器、不同时间或不同视点的数据。图像配准用于计算机视觉、医学成像以及编译和分析来自卫星的图像和数据。为了能够比较或整合从这些不同测量获得的数据，需要进行配准。

标记物

标记物的功能是由标记物检测设备(例如，摄像装置或超声接收器或诸如CT或MRI设备的分析设备)来检测，使得可以确定其空间位置(即，其空间方位和/或对准)。检测设备例如是导航系统的一部分。标记物可以是有源标记物。有源标记物可以例如发射可以在红外光谱范围、可见光谱范围和/或紫外光谱范围内的电磁辐射和/或波。然而，标记物也可以是无源标记物，即例如可以反射红外光谱范围、可见光谱范围和/或紫外光谱范围内的电磁辐射或者可以阻挡x射线辐射。为此，标记物可以设置有具有相应的反射特性或者可以由金属制成以阻挡X射线辐射的表面。标记物还可以反射和/或发射在射频范围内或在超声波波长下的电磁辐射和/或波。标记物优选地具有球形形状和/或球体形状，并且因此可以被称为标记球；然而，标记物也可以呈现例如立方体形状的角形。

标记设备

标记设备例如可以是定标星或指示器或单个标记物或多个(单独的)标记物，这些标记物优选地呈预定的空间关系。标记设备包括一个、两个、三个或更多个标记物，其中两个或更多个这样的标记物呈预定的空间关系。该预定的空间关系例如对导航系统是已知的并且例如存储在导航系统的计算机中。

在另一实施方式中，标记设备包括例如在二维表面上的光学图案。光学图案可以包括比如圆形、矩形和/或三角形的多个几何形状。可以在由摄像装置捕获的图像中识别光学图案，并且可以根据图像中的图案的尺寸、图像中的图案的取向以及图像中的图案的失真来确定标记设备相对于摄像装置的位置。这使得能够根据单个二维图像确定在多达三个旋转维度和多达三个平移维度上的相对位置。

可以例如通过医学导航系统来确定标记设备的位置。如果将标记设备附接至诸如骨头或医疗器械的对象，则可以根据标记设备的位置以及标记设备与对象之间的相对位置来确定对象的位置。确定该相对位置还被称为配准标记设备和对象。可以跟踪标记设备或对象，这意味着标记设备或对象的位置随着时间的推移被确定两次或更多次。

标记保持器

标记保持器被理解为意指用于单独的标记物的附接设备，其用于将标记物附接至仪器、该本体的一部分和/或定标星的保持元件，其中，该标记物可以被附接成使得标记物是静止的并且有利地使得标记物可以被拆卸。标记保持器例如可以是杆状和/或圆柱形。用于标记设备的紧固设备(例如闩锁机构)可以设置在标记保持器的面向标记物的端部处，并且有助于将标记设备以力配合和/或形状配合的方式放置在标记保持器上。

指示器

指示器是杆，其包括紧固至其上的一个或更多个(有利地，两个)标记物，并且可以用于测量身体的一部分上的各个坐标，例如空间坐标(即，三维坐标)，其中，用户将指示器(例如，相对于附接至指示器的至少一个标记物具有限定的并且有利地固定的位置的指示器部分)引导到与坐标对应的位置，使得可以通过使用手术导航系统来检测指示器上的标记物来确定指示器的位置。用于测量坐标的指示器的标记物与指示器部分(例如，指示器的末端)之间的相对位置例如是已知的。然后，手术导航系统能够将(三维坐标的)位置分配给预定的身体结构，其中该分配可以自动地进行或通过用户过程来进行。

定标星

“定标星”是指多个标记物(有利地三个标记物)附接至其上的设备，其中标记物(例如可拆卸地)附接至定标星，使得标记物是静止的，从而提供标记物相对于彼此的已知(并且有利地固定的)的位置。对于在手术导航方法的框架内使用的每个定标星，标记物相对于彼此的位置可以是单独不同的，以使手术导航系统能够基于其标记物相对于彼此的位置来识别对应的定标星。因此，然后还可以相应地识别和/或区分定标星所附接至的对象(例如，仪器和/或身体的部分)。在手术导航方法中，定标星用于将多个标记物附接至对象(例如，骨或医疗器械)以能够检测对象的位置(即，其空间位置和/或对准)。这样的定标星的特点在于，例如附接至对象(例如，夹具和/或线)和/或保持元件和/或标记保持器的方式，该保持元件确保标记物与对象之间的距离(例如，以有助于标记物对于标记检测设备的可见性)，标记保持器机械地连接至保持元件并且标记物可以连接至标记保持器。

导航系统

本发明还涉及一种用于计算机辅助手术的导航系统。导航系统优选地包括以上提及的计算机，该计算机用于处理根据如本文描述的实施方式中的任意一个描述的计算机实现的方法提供的数据。导航系统优选地包括检测设备，该检测设备用于检测代表主要点和辅助点的检测点的位置，以生成检测信号并且将所生成的检测信号提供给该计算机，使得计算机可以基于接收到的检测信号来确定绝对主要点数据和绝对辅助点数据。检测点例如是解剖结构表面上例如由指示器检测到的点。以这种方式，可以将绝对点数据提供给计算机。导航系统还优选地包括用于接收来自计算机的计算结果(例如，主平面的位置、辅助平面的位置和/或标准平面的位置)的用户接口。用户接口将接收到的数据作为信息提供给用户。用户接口的示例包括诸如监视器或扬声器的显示设备。用户接口可以使用任何类型的指示信号(例如，视觉信号、音频信号和/或振动信号)。显示设备的一个示例是可以用作用于导航的所谓的“护目镜”的增强现实设备(也称为增强现实眼镜)。这样的增强现实眼镜的具体示例是谷歌眼镜(谷歌公司的商标)。增强现实设备可以用于通过用户交互向导航系统的计算机输入信息，并且也可以用于显示由计算机输出的信息。

本发明还涉及一种用于计算机辅助手术的导航系统，包括：

计算机，其用于处理绝对点数据和相对点数据；

检测设备，其用于检测主要点和辅助点的位置以生成绝对点数据，并且将绝对点数据提供给计算机；

数据接口，其用于接收相对点数据并且将相对点数据提供给计算机；以及

用户接口，其用于接收来自计算机的数据以向用户提供信息，其中，所接收的数据是由计算机基于计算机执行的处理的结果而生成的。

手术导航系统

导航系统(例如手术导航系统)被理解为意指可以包括以下的系统：至少一个标记设备；发射器，其发射电磁波和/或辐射和/或超声波；接收器，其接收电磁波和/或辐射和/或超声波；以及电子数据处理设备，其连接至接收器和/或发送器，其中，数据处理设备(例如，计算机)例如包括处理器(CPU)和工作存储器，并且有利地包括用于发出指示信号的指示设备(例如，诸如监视器的视觉指示设备和/或诸如扬声器的音频指示设备和/或诸如振动器的触觉指示设备)以及永久数据存储器，其中，数据处理设备处理由接收器转发至其的导航数据，并且可以有利地经由指示设备向用户输出引导信息。导航数据可以存储在永久数据存储器中，并且例如与先前存储在所述存储器中的数据进行比较。

标志

标志是解剖体部位的限定元素，标志在多个患者的相同解剖体部位中总是相同的或以高度相似性重复。典型的标志例如是股骨的上髁或椎骨的横突和/或背突的末端。点(主要点或辅助点)可以表示这样的标志。位于身体部位的特征解剖结构上的(例如表面上的)标志也可以表示所述结构。标志可以表示整个解剖结构或者仅表示解剖结构的一个点或一部分。标志例如也可以位于例如是突出结构的解剖结构上。这样的解剖结构的示例是髂嵴的后方。标志的另一示例是由髋臼的边缘(例如由所述边缘的中心)限定的标志。在另一示例中，标志表示髋臼的底部或最深点，该底部或最深点来自多个检测点。因此，一个标志例如可以表示多个检测点。如以上提及的，标志可以表示基于身体部位的特征结构限定的解剖特征。另外，标志还可以表示由两个身体部位的相对移动限定的解剖特征，例如当相对于髋臼移动时股骨的旋转中心。

定标

如果确定位置意味着将导航系统的参考系中的所述位置通知给导航系统，则将确定位置称为定标。

例如，本发明不涉及或不特别地包括或涵盖侵入性步骤，该侵入性步骤将表示对身体的实质性物理干扰，需要专业的医学经验来执行，并且即使在用所需的专业护理和专业知识执行时也会带来实质性的健康风险。例如，本发明不包括以下步骤：定位医疗植入物以将医疗植入物紧固至解剖结构、或者将医疗植入物紧固至解剖结构、或者准备用于使医疗植入物紧固至其上的解剖结构。更具体地，本发明不涉及或不特别包括或涵盖任何手术或治疗活动。

下面将更详细地描述优选实施方式。

根据本发明的另一示例性实施方式，确定至少一个表面点的位置的步骤包括确定配准设备相对于受试者的空间位置和/或取向，以及确定配准设备与受试者的表面点之间的距离。

在优选实施方式中，以5或6个自由度确定配准设备的空间位置和/或取向。优选地，跟踪设备确定配准设备相对于受试者的空间位置和/或取向。

优选地，跟踪系统被配置用于确定配准设备与受试者的空间位置和/或取向，从而确定配准设备与受试者的空间位置和/或取向的关系。换言之，确定了参考点，相对于该参考点确定配准设备和受试者的空间位置和/或取向。因此，可以确定配准设备关于受试者的空间位置和/或取向。跟踪系统优选地包括跟踪配准设备和受试者所必需的所有部件。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，该方法包括识别受试者的组织类型的步骤，该步骤包括：确定受试者的特性测量，以及将所确定的受试者的特性测量与关联于不同组织类型的预定特性值进行比较。

“术语特性测量”涉及可以被测量的受试者的不同特性。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，特性测量包括辐射衰减、颜色、光谱吸收、拉曼光谱和/或荧光。

优选地，颜色涉及对象的原始颜色，如皮肤颜色或头发颜色。另外，例如绿色或蓝色对于人体表面是不常见的，但是对于医疗技术中使用的盖布是常见的。因此，受试者在特定表面点处的颜色可以得出受试者的组织类型。

特性测量优选地由组织类型识别单元测量，该组织类型识别单元还优选地包括被配置用于测量受试者的特性测量的特性测量单元。特性测量单元优选地包括：摄像装置(特别用于测量颜色)、辐射检测器(特别用于测量辐射的衰减)、光谱仪(特别用于测量光谱吸收)、拉曼光谱仪(特别用于测量拉曼光谱)、和/或光度计(特别用于测量荧光)。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，该方法包括以下步骤：确定受试者的至少一个表面点，并且针对每个表面点同时执行识别受试者在所确定的至少一个表面点处的组织类型。

因此，不需要将组织类型关联到对应的表面点的步骤。

因此，可以简化并且因此改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，该方法包括通过使用无接触跟踪设备来确定受试者的至少一个表面点的位置的步骤。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，该方法包括通过使用光学跟踪设备来确定受试者的至少一个表面点的步骤。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，该方法包括通过使用光学跟踪设备的至少一个光学标记物，以至少5个自由度确定配准设备相对于受试者的空间位置和/或取向的步骤。

优选地，跟踪设备是配准设备的用于跟踪配准设备的部件。

在优选实施方式中，该方法包括以下步骤：由光学跟踪系统的光学光源提供光束，在至少布置在配准设备处的至少一个光反射光学标记物处反射光束，以及基于所反射的光束以至少5个自由度确定配准设备相对于受试者的空间位置和/或取向。

优选地，光束是红外光束。

优选地，至少一个光学标记物被分别布置在配准设备和受试者处。

优选地，光学光源限定参考点，相对于该参考点确定配准设备和受试者的空间位置和/或取向。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，该方法包括通过使用电磁跟踪设备确定受试者的至少一个表面点的位置的步骤。

跟踪设备例如是电磁跟踪设备，该电磁跟踪设备包括用于跟踪的至少一个电磁传感器(特别是线圈和/或芯片)。优选地，电磁传感器以与跟踪设备的其他传感器呈角度地布置在跟踪设备内。与光学跟踪相比，电磁跟踪不依赖于与受试者的视觉连接。因此，对于处于俯卧位置的受试者和/或柔性器械的末端跟踪，电磁跟踪是特别优选的。如果受试者被覆盖，特别是被通风物(draft)覆盖或当受试者被血液染色时，这也适用。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，该方法包括通过使用电磁设备的至少一个电磁传感器(特别是线圈或芯片)，以至少5个自由度确定配准设备相对于受试者的空间位置和/或取向的步骤。

在优选实施方式中，该方法包括以下步骤：由电磁跟踪系统的电磁场发生器提供时变电磁场，以及基于电磁场以至少5个自由度确定配准设备相对于受试者的空间位置和/或取向。优选地，电磁传感器被配置用于检测电磁场随时间的变化。例如，如果电磁传感器包括至少一个线圈，则时变电磁场将时变电流感应到线圈中。

优选地，至少一个电磁传感器被分别布置在配准设备和受试者处。

优选地，电磁场发生器限定参考点，配准设备和受试者的空间位置和/或取向被确定到该参考点。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，该方法包括通过使用磁跟踪设备确定受试者的至少一个表面点的位置的步骤。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，该方法包括通过使用磁跟踪设备的至少一个磁传感器以至少5个自由度确定配准设备相对于受试者的空间位置和/或取向的步骤。

在优选实施方式中，该方法包括以下步骤：由磁跟踪系统的磁场发生器提供时变磁场，以及基于磁场以至少5个自由度确定配准设备相对于受试者的空间位置和/或取向。优选地，磁传感器被配置用于检测磁场随时间的变化。

优选地，磁场发生器包括永磁体并且被配置成使永磁体同时围绕第一旋转轴和第二旋转轴旋转，以生成时变磁场。第二旋转轴与第一旋转轴在偏离永磁体的质心的相交处相交。

优选地，磁传感器包括巨磁阻传感器、各向异性磁阻传感器或霍尔效应传感器。

优选地，至少一个磁传感器被分别布置在配准设备和受试者处。

优选地，磁场发生器限定参考点，配准设备和受试者的空间位置和/或取向被确定到该参考点。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，该方法包括通过使用基于视频的跟踪设备来确定受试者的至少一个表面点的位置的步骤。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，该方法包括通过使用基于视频的跟踪设备的至少一个视频标记物，以至少5个自由度确定配准设备相对于受试者的空间位置和/或取向的步骤。

在优选实施方式中，该方法包括以下步骤：通过基于视频的跟踪系统的摄像机识别至少布置在配准设备处的视频标记物，并且基于视频标记物以至少5个自由度确定配准设备相对于受试者的空间位置和/或取向。

优选地，视频标记物为条形码或QR码。

优选地，至少一个视频标记物被分别布置在配准设备和受试者处。

优选地，摄像机限定参考点，配准设备和受试者的空间位置和/或取向被确定到该参考点。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，该方法包括以下步骤：根据所接受的相关表面点来执行表面匹配配准，从而将受试者配准到医学导航设备。

在优选实施方式中，医学导航设备已存储受试者的虚拟图像数据，相关表面点与受试者的虚拟图像数据匹配以用于表面匹配配准。另外，医学导航设备已存储与所跟踪的配准设备一致的配准设备的虚拟图像数据。因此，如果完美地执行匹配，则在现实中配准设备到受试者的布置与配准设备的虚拟图像到受试者的虚拟图像的布置一致。

优选地，当已经接受了预定量的相关表面点时，执行表面匹配配准。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，该方法包括通过将配准设备在受试者的视图中的真实位置与配准设备的虚拟表示在受试者的图像数据集的视图中的虚拟位置进行比较来验证表面匹配配准的步骤。

在优选实施方式中，由医疗专业人员(如外科医生)来执行验证步骤。

在优选实施方式中，易于检查的控制点被用于验证。例如，用户将配准设备的末端(特别是笔形基于接触的跟踪设备的末端)相对于受试者的真实位置与配准设备的虚拟表示的末端(特别是笔形基于接触的跟踪设备的末端)相对于受试者的图像数据集的虚拟位置进行比较。

受试者的图像数据集优选地是受试者的数字模型，进一步优选地预先确定取样方法。

配准设备在现实生活中的位置同配准设备与受试者(特别是患者)的物理解剖结构相比的位置相关。

应当清楚，不必在特定位置(例如配准设备的末端)处获取受试者的特定表面点。

根据本发明的另一示例性实施方式，该方法包括通过使用基于接触的跟踪设备来确定受试者的至少一个表面点的位置的步骤。

优选地，基于接触的跟踪设备以笔形式从配准设备延伸，基于接触的跟踪设备具有用于接触受试者表面的末端。

在优选实施方式中，基于接触的位置确定优选地用于确定另外的表面点。因此，可以通过基于接触的位置确定来确定表面点，所述表面点几乎不能或不能全部通过无接触位置确定来确定。例如，头部的表面的位置可以相对容易地通过无接触位置确定来确定。然而，如果头部的部分覆盖有毛发，则无接触位置确定可能是不合适的。在这种情况下，可以使用基于接触的位置确定来确定这样的表面点。

优选地，基于接触的跟踪设备自身能够在接触受试者时确定受试者在不同表面点处的组织类型。例如，当接触受试者时，基于接触的跟踪设备可以在骨骼与皮肤之间不同。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，该方法包括以下步骤：根据所确定的配准设备与受试者的表面点之间的距离，在使用基于接触的跟踪设备确定至少一个表面点的位置与使用无接触的跟踪设备确定至少一个表面点的位置之间进行切换。

换言之，当配准设备与表面点接触时，自动使用基于接触的位置确定。为了防止意外的基于接触的位置确定，在基于接触的位置确定被激活之前，基于接触的跟踪设备优选地需要在预定时间内与受试者处于预定距离内。

优选地，基于接触的跟踪设备与受试者的表面的接触由接触传感器检测。如果接触传感器检测到基于接触的跟踪设备与受试者的表面的接触(特别是通过检测皮肤接触)，则触发受试者的至少一个表面点的确定。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据另一方面，提供了一种用于配准医学导航系统的受试者的配置设备。配准设备包括：组织类型识别单元和控制设备，组织类型识别单元被配置成用于识别受试者在至少一个表面点处的组织类型，控制设备被配置成用于确定受试者的至少一个表面点的位置，从而根据预期过程确定用于受试者上的预期过程的表面配准类型，其中，表面配准类型包括受试者的至少一部分的至少一个相关的组织类型，并且根据所识别的组织类型和所确定的预期过程的表面配准类型来验证至少一个表面点，从而确定至少一个相关表面点和/或至少一个非相关表面点的位置，其中，接受至少一个相关表面点并且丢弃至少一个非相关表面点。

组织类型识别单元可以替选地仅被配置成收集关于组织类型的信息，而附加的外部单元被配置成用于根据由组织类型识别单元所收集的信息来识别组织类型。

替选地，可以由机器人系统来确定配准设备的空间位置和/或取向。如果将接近传感器附接至机器人致动器的远端上，则可以从机器人系统的姿势得出空间位置和/或取向。

例如，将配置设备实现为手持设备。在其他示例中，将配准设备实现为内窥镜。

优选地，接近传感器是激光三角测量传感器。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，配准设备包括：跟踪设备，其被配置用于确定配准设备相对于受试者的空间位置和/或取向；和接近传感器，其被配置用于确定配准设备与受试者的至少一个表面点之间的距离。控制设备被配置用于根据所确定的空间位置和/或取向和/或距离来确定受试者的至少一个表面点的位置。

优选地，接近传感器到跟踪设备的空间位置是已知的。

根据本发明的另一示例性实施方式，跟踪设备包括被配置用于确定受试者的至少一个表面点的位置的无接触跟踪设备。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，跟踪设备包括光学跟踪设备。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，光学跟踪设备包括至少一个光学标记物，该至少一个光学标记物被配置用于以至少5个自由度确定配准设备相对于受试者的空间位置和/或取向。

优选地，光学跟踪系统包括：光学光源，其被配置用于提供光束；以及至少一个光反射标记物，其至少布置在患者处，被配置用于反射光学光源的光束。因此，至少一个光学传感器被配置用于基于所反射的光束来确定配准设备相对于受试者的空间位置和/或取向。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，跟踪设备包括电磁跟踪设备。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，电磁跟踪设备包括至少一个电磁传感器，该至少一个电磁传感器被配置用于以至少5个自由度确定配准设备相对于受试者的空间位置和/或取向。

优选地，电磁跟踪系统包括被配置用于生成时变电磁场的电磁场发生器。因此，至少一个电磁传感器(优选地电磁传感器阵列)被配置用于基于电磁场以至少5个自由度确定配准设备相对于受试者的空间位置和/或取向。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，跟踪设备包括磁跟踪设备。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，磁跟踪设备包括至少一个磁传感器(优选地磁传感器阵列)，该至少一个磁传感器被配置用于以至少5个自由度确定配准设备相对于受试者的空间位置和/或取向。

优选地，磁跟踪系统包括被配置用于生成时变磁场的磁场发生器。因此，至少一个磁传感器被配置用于基于磁场以至少5个自由度确定配准设备相对于受试者的空间位置和/或取向。

优选地，磁场发生器包括永磁体并且被配置成使永磁体同时围绕第一旋转轴和第二旋转轴旋转。第二旋转轴与第一旋转轴在偏离永磁体的质心的相交处相交。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，跟踪设备包括基于视频的跟踪设备。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，基于视频的跟踪设备包括至少一个视频传感器，该至少一个视频传感器被配置用于以至少5个自由度确定配准设备相对于受试者的空间位置和/或取向。

优选地，基于视频的跟踪系统包括布置在配准设备处的至少一个可扫描标记物。因此，至少一个视频传感器被配置用于基于可扫描标记物以至少5个自由度确定配准设备相对于受试者的空间位置和/或取向。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，电磁跟踪设备包括至少一个传感器(特别是线圈和/或芯片)，该至少一个传感器被配置用于以至少5个自由度确定配准设备相对于受试者的空间位置。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，跟踪设备包括基于接触的跟踪设备，优选地指示器，进一步优选地除了无接触跟踪设备之外跟踪设备包括基于接触的跟踪设备，该基于接触的跟踪设备被配置用于确定受试者的至少一个表面点的位置。

基于接触的跟踪设备优选地包括软接触。

在优选实施方式中，基于接触的跟踪设备被配置用于识别所确定的至少一个表面点的组织类型。

因此，提供了一种跟踪配准设备，其具有用于无接触跟踪和基于接触跟踪的装置。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，控制设备被配置用于通过将配准设备相对于受试者的真实位置与配准设备的虚拟表示相对于受试者的图像数据集的虚拟位置进行比较来验证表面匹配配准。

优选地，自动验证表面匹配配准。优选地，在匹配过程完成之后，使受试者与基于接触的跟踪设备接触以进行验证。在一个实施方式中，表面匹配配准的验证基于施加到基于接触的跟踪设备的末端的测量压力。在其中配准设备的虚拟表示相对于受试者的图像数据集的虚拟位置在接触点相遇的情况下，确定施加到基于接触的跟踪设备的末端的压力。期望这样的情况，当表面匹配配准准确时，基于接触的跟踪设备的末端与受试者接触。因此，微小的力或压力在基于接触的跟踪设备的末端处应当是可测量的。

因此，将所测量的施加到基于接触的跟踪设备的末端的压力与预定的力范围(优选地与零的下边界)进行比较。如果确定没有力施加到基于接触的跟踪设备的末端，或者换言之，基于接触的跟踪设备在现实生活中不与受试者接触，则自动不验证表面匹配配准。如果确定大于力范围的力被施加到基于接触的跟踪设备的末端，或者换言之，基于接触的跟踪设备不仅与受试者接触，而且在现实生活中按压到受试者的皮肤上，则不验证表面匹配配准。然而，优选地需要进行验证。因此，如果确定在基于接触的跟踪设备的末端处测量的力在预定的力范围内，则自动地验证表面匹配配准。

换言之，控制设备被配置用于：确定施加到基于接触的跟踪设备的末端的力；确定配准设备的虚拟表示相对于受试者的图像数据集的虚拟位置在接触点相遇；将施加到基于接触的跟踪设备的末端的力与预定的力范围进行比较；以及如果所确定的力在力范围内，则验证表面匹配配准，而如果所确定的力不在力范围内，则不验证表面匹配配准。

另外，控制设备在验证或不验证表面匹配配准之前，优选地检查将配准设备保持在待验证位置中的预定最小时间量和预定最小比较接触点量。

替选地，医疗专业人员(如外科医生)验证表面匹配配准。在这种情况下，还优选地，如果例如通过确定由于保持基于接触的跟踪设备在现实生活中与受试者接触而向基于接触的跟踪设备的末端施加力，确定基于接触的跟踪设备在现实生活中与受试者接触，则配准设备仅允许医疗专业人员的手动验证。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，控制设备被配置用于根据所接受的相关表面点来执行表面匹配配准，从而将受试者与医学导航设备配准。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一示例性实施方式，控制单元被配置用于：根据所确定的配准设备与受试者的表面点之间的距离，在使用基于接触的跟踪设备确定至少一个表面点的位置与使用无接触跟踪设备确定至少一个表面点的位置之间进行切换。

因此，可以改进受试者的表面几何形状获取。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于计算机辅助手术的手术导航系统，该系统包括如本文描述的配准设备。

根据本公开内容，提供了一种计算机程序，当该计算机程序在计算机上运行或被加载到计算机上时，该计算机程序使计算机执行如本文描述的方法的方法步骤。此外，提供了一种其上存储有程序的程序存储介质。此外，提供了一种包括至少一个处理器和存储器和/或程序存储介质的计算机，其中，程序在计算机上运行或者被加载到计算机的存储器中。提供了一种携载表示程序的信息的信号波或数字信号波。提供了一种表示程序的数据流。

例如以上提及的程序，该程序例如包括适于执行根据第一方面的方法的步骤中的任何步骤或所有步骤的代码装置。存储在盘上的计算机程序是数据文件，并且当文件被读取和发送时，该文件变成例如以(物理的，例如电的，例如技术上生成的)信号形式的数据流。可以将信号实现为本文描述的信号波。例如，信号(例如信号波)被构造成为经由计算机网络(例如LAN、WLAN、WAN，例如因特网)传输。因此，根据第二方面的本发明可以替选地或附加地涉及表示上述提及的程序的数据流。

在另一方面，本发明涉及一种其上存储有如本文描述的程序的非暂态计算机可读程序存储介质。

附图说明

在下文中，参照附图描述本发明，附图给出了背景说明并且表示本发明的具体实施方式。然而，本发明的范围不限于在附图的上下文中所公开的具体特征，在附图中

图1示意性地示出了本发明的方法的实施方式的流程图；

图2示意性地示出了布置在受试者前方的配准设备；

图3示意性地示出了布置在受试者的图像数据集前方的配准设备的虚拟表示；

图4示意性地示出了本发明的方法的实施方式的流程图；以及

图5示意性地示出了配准设备。

具体实施方式

图1示意性地示出了对医学导航系统的受试者20的相关表面点进行采样的方法的实施方式的流程图。在步骤Z1中，基于受试者的预期过程P确定用于预期过程P的表面配准类型R。例如，预期过程P是神经手术。因此，表面配准类型R被确定为面部配准。

在步骤Z2中，用户(特别是医学专家)瞄准用于在受试者20处配准受试者20的配准设备10。在这种情况下，受试者20是患者的解剖结构。在开始时，执行无接触点获取处理以确定受试者20的多个表面点21、22的位置。例如，通过连续测量(优选地只要用户按下配准设备10上的按钮)来执行表面点21、22的确定。该测量过程确定受试者20的多个帧。

在步骤Z3中，对所确定的每一帧，执行以下测量。首先，确定配准设备10相对于受试者20的空间位置X和/或取向O。优选地，以5个至6个自由度确定空间位置X和/或取向O。其次，确定配准设备10与受试者20上的所测量的表面点21、22之间的距离d。再次，确定受试者表面(特别是所测量的每一表面点21、22)的可测量特性(称为特性测量)。例如，受试者20在特定表面点21、22处的颜色是这种的特性测量。在这种情况下，由摄像装置(未示出)来测量可测量特性。

在步骤Z4中，通过将配准设备10的空间位置X和/或取向O与配准设备10到受试者20的距离d组合来计算表面点21、22(特别是表面坐标)。

在步骤Z5中，基于所确定的特性测量为所测量的表面点21、22中的每一个确定受试者表面的组织类型T。例如，如果所测量的表面点21、22与绿色的特性测量相关联，则所识别的组织类型T是手术盖布。优选地基于将所测量的特性测量的值与已知已关联存储的特性测量的值进行比较来执行这样的关联。

在步骤Z6中，将表面点21、22链接到基于与表面点21、22相关联的特性测量而确定的组织类型T。

在步骤Z7中，验证表面点21、22。根据预期过程P(特别是所确定的配准类型R)，丢弃被视为与预期过程P不相关的非相关表面点22，并且接受被视为与预期过程P相关的相关表面点。例如，在预期过程P是神经手术的情况下，表面配准类型R被确定为面部配准。因此，相关组织类型是皮肤。基于所测量的表面点21、22的颜色，具有肤色的表面点21、22中的一个与组织类型皮肤相关联，并且因此被确定为相关表面点21。表面点21、22中的另一个与褐色相关联。因此，表面点的组织类型T被确定为与预期过程P无关的毛发。这样的表面点被视为非相关表面点22并且被丢弃。

在步骤Z8中，确定是否需要另外的表面点21、22以更好地获取受试者20。如果需要更多的表面点21、22，则该方法跳转至步骤Z9。否则，方法跳转至步骤Z10。

在步骤Z9中，借助于基于接触的点获取来获取附加的表面点21、22。在这种情况下，患者面部被毛发覆盖的区域可以通过基于接触的点获取来规避，并且因此被直接地确定。表面点21、22的测量是例如通过按下配准设备10上的按钮手动触发以及/或者通过组织接触自动触发。

在步骤Z10中，执行表面匹配配准，从而将受试者20与医学导航设备配准。医学导航设备已经存储了作为受试者20的虚拟表示的受试者20的图像数据集40。将该图像数据集40匹配到所测量的相关表面点21。因此，将由跟踪设备11a、11b跟踪的配准设备10匹配到配准设备的虚拟表示30。

在步骤Z11中，验证表面匹配配准。将配准设备10的位置与配准设备的虚拟表示30相对于图像数据集40的位置进行比较。例如，保持配准设备10的末端12抵靠受试者20的鼻尖。理想地，配准设备的虚拟表示30与图像数据集40中的鼻尖接触。然后，用户可以确定匹配过程对于预期过程P是否足够准确。

图2示意性地示出了布置在受试者20前方的配准设备10。受试者20是具有毛发24的患者的头部23。受试者20的头部23应当被采样以用于医学导航系统。

因此，使用配准设备10。配准设备10包括跟踪设备11、接近传感器13、控制设备(未示出)和组织类型识别单元(未示出)。

跟踪设备11包括无接触跟踪设备11a(其在这种情况下为具有至少一个线圈C1的电磁跟踪设备)以及基于接触的跟踪设备11b(其在这种情况下为具有至少一个线圈C2的笔形指示器)。线圈C1、C2允许五个自由点跟踪，换言之，允许确定配准设备10的空间位置X和/或取向O。基于接触的跟踪设备11b包括末端12。

接近传感器13包括激光器13a和CCD传感器13b，接近传感器13被配置用于确定配准设备10与受试者20的不同表面点21、22之间的距离d。

可以看出，与毛发24相关的表面点可以被视为非相关表面点22，并且不应该在受试者20的相关表面的采样期间被考虑。另一方面，与头部23相关的表面点应当被视为相关表面点21，并且应当在受试者20的相关表面的采样期间被考虑。

图3示意性地示出了布置在受试者20的图像数据集40前方的配准设备10的虚拟表示30。该表示与存储在医学导航系统中的数据一致。与具有头部23和毛发24的真实受试者20相比，受试者20的图像数据集40仅包括与预期过程P相关的信息(在这种情况下是头部23)。理想地，受试者20的采样仅包括受试者20的相关表面点21。因此，可以提高表面匹配配准的精度。

为了验证表面匹配配准，配准设备10的表示30的末端32的位置相比于所存储的图像数据集40的位置应当与配准设备10的末端12的位置相比于受试者20的位置一致。

图4示意性地示出了为医学导航系统采样受试者20的相关表面点的方法的流程图。该方法包括用于根据预期过程来确定用于受试者上的预期过程的表面配准类型的步骤S1，其中，表面配准类型包括受试者的至少部分的至少一个相关组织类型。在步骤S2中，使用配准设备10确定受试者20的至少一个表面点21、22。接着，在步骤S3中，在所确定的至少一个表面点21、22处识别受试者20的组织类型。在步骤S4中，根据所识别的组织类型和所确定的预期过程的表面配准类型来验证至少一个表面点21、22，由此确定至少一个相关表面点21和/或至少一个非相关表面点22的位置，其中，接受至少一个相关表面点21并且丢弃至少一个非相关表面点22。

图5示意性地示出了配准设备10。用于配准医学导航系统的受试者20的配准设备10包括跟踪设备11、接近传感器13、组织类型识别单元14和控制设备15。

跟踪设备11被配置用于确定配准设备相对于受试者20的空间位置X和/或取向O，并且被配置用于将空间位置X和/或取向O提供给控制设备15。接近传感器13被配置用于确定配准设备10与受试者20的至少一个表面点21、22之间的距离d，并且被配置用于将距离d提供给控制设备15。组织类型识别单元14被配置用于识别受试者20在至少一个表面点21、22处的组织类型T，并且被配置用于将组织类型T提供给控制设备15。另外，控制设备15被设置有预期过程P，换言之，计划对受试者20执行介入并且需要针对其进行医学导航。

控制设备15被配置用于：根据所确定的空间位置X和/或取向O和/或距离d来确定受试者20的至少一个表面点21、22的位置、根据预期过程P来确定用于受试者20上的预期过程P的表面配准类型R(其中，表面配准类型R包括受试者20的至少部分的至少一个相关组织类型)、以及根据所识别的组织类型T和所确定的预期过程P的表面配准类型R来验证至少一个表面点21、22，从而确定至少一个相关表面点21和/或至少一个非相关表面点22的位置，其中，接受至少一个相关表面点21并且丢弃至少一个非相关表面点22。

控制设备15优选地包括确定单元15a和判定单元15b。确定单元15a被配置用于：根据所确定的空间位置X和/或取向O和/或距离d来确定受试者20的至少一个表面点21、22、根据受试者20的预期过程P来确定用于预期过程P的表面配准类型R。因此，确定单元15a将组织类型T、至少一个表面点21、22和配准类型R提供给判定单元15b。判定单元15b被配置用于根据所识别的组织类型T和所确定的预期过程P的表面配准类型R来验证至少一个表面点21、22，由此确定至少一个相关表面点21和/或至少一个非相关表面点22的位置，其中，接受至少一个相关表面点21并且丢弃至少一个非相关表面点22。