CN109844451A - 机械光学指针 - Google Patents

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Abstract

本文总体上描述了用于数字化坐标系内的位置的系统和方法的实施例。一设备可以包括包含套管跟踪标记的套管和包含跟踪标记阵列和探针末端的被跟踪探针部分。可以通过相对于所述跟踪标记阵列中的至少一个跟踪标记跟踪套管跟踪标记来监控探针末端相对于套管在至少第一位置和第二位置之间的移动。

Description

机械光学指针
优先权要求
本申请要求于2016年10月14日提交的美国临时专利申请序列号No.62/408,516的权益，在此要求其优先权权益，并且其全部内容被通过引用方式并入本文。
背景技术
在进行手术时，有时规划手术的某些方面是有用的。例如，如果要在手术中使用骨切割或植入物，外科医生可能想要规划在哪里进行骨切割或放置植入物。使用成像技术和指针设备，可以在术前或术中(手术期间)映射特定位置。然而，用于数字化所述位置的设备可能比较昂贵，使用麻烦，需要双手操作，或者需要单独的激活设备，例如用户界面。
附图说明
在不必须按比例绘制的附图中，相同的数字可以描述不同视图中的类似部件。具有不同字母后缀的相同数字可以表示类似部件的不同实例。总体上附图通过示例而非限制的方式示出了本文件中讨论的各实施例。
图1示意出根据一些实施例的包括套管的指针设备。
图2示意出根据一些实施例的用于数字化坐标系内的位置的系统。
图3示意出根据一些实施例的用于跟踪坐标系中的对象的系统。
图4示意出示出了根据一些实施例的用于数字化坐标系内的位置的技术的流程图。
具体实施方式
这里描述了被跟踪或导航的指针设备以及指针设备的使用方法。指针设备可用于选择特定位置，诸如骨头或其他目标对象上的特定位置，以及将所述特定位置映射到由手术跟踪或导航系统生成的虚拟坐标系内。例如，光学导航系统可以与位置数字化仪协作使用，以将目标骨头上的位置映射在虚拟坐标系中。光学导航系统可以跟踪位置数字化仪，例如通过使用位置数字化仪上的多个跟踪标记。
这当中，本发明人认识到，在外科手术环境中激活目标对象上的期望位置的数字化可能比较困难。为了解决这个困难，除了其他益处之外，发明人创造了一种具有机械机构的指针设备，该机械机构与跟踪系统一起工作以简化数字化的激活。在一示例中，指针设备可以包括机械机构，其可以被检测为被激活或停用(deactivate)，例如通过光学导航系统。当机械机构被激活时，光学导航系统可以对位置、例如对在指针设备的远端处的探针末端的位置进行数字化。当机械机构被停用时，探针末端的位置可能会被光学导航系统忽略。指针设备可以包括跟踪标记阵列，包括在指针设备的近端上的跟踪标记。跟踪标记可被包括在机械套管机构上，该机械套管机构在指针设备激活时相对于其余的跟踪标记移动。光学导航系统可以跟踪所述跟踪标记阵列和机械机构上的跟踪标记，以确定机械机构是激活还是停用。例如，机械机构的运动可用于激活该机械机构。该运动可以被光学导航系统检测到，参考该阵列中的跟踪标记的位置确定机械机构上的跟踪标记的位置。在一示例中，本文描述了用于跟踪对象以及数字化其在坐标系中的位置的系统和方法。可以在坐标系内确定各跟踪标记的位置。可以在坐标系内确定要被数字化的位置，例如由探针末端识别的位置。
图1示意出根据一些实施例的包括套管104的指针设备100。指针设备100可包括被跟踪探针102，其包括近端。该近端可以配置为支撑跟踪标记阵列110A-110C。在一示例中，当使用指针设备100对界标进行数字化时，该近端可被外科医生抓握住。在另一示例中，外科医生可以抓住套管104并激活指针设备100的跟踪，例如通过将探针末端106压在目标物体上。例如，可以用足够的力压探针末端106，以使被跟踪探针102相对于套管104的位置移位。
跟踪标记阵列110A-110C可以由光学导航系统识别以跟踪指针设备100的位置或取向。例如，跟踪标记阵列110A-110C可以由光学导航系统检测，并且可以确定跟踪标记阵列110A-110C在坐标系内的位置。被跟踪探针102可包括包含探针末端106的远端。坐标系中的位置可用于确定探针末端106被设置的地方，并且该位置可以被数字化。在示例中，所述位置包括目标对象上的位置，例如骨头上的位置。所述位置可以在用户界面上以目标对象的虚拟表示显示出来。
被跟踪探针102可包括中间区段118，其被构造成在布置在套管104的孔内时可滑动地接合套管104。中间区段118可以将探针末端106与被跟踪探针102的近侧部分连接。中间区段118可以被套管104至少部分地或完全径向地围绕。在一示例中，当套管104沿中间区段118滑动时，中间区段118可以提供抵靠着孔的摩擦，以便防止意外移动。在另一示例中，套管104可以在中间区段118不与孔接触的情况下滑动。
在一示例中，被跟踪探针102包括中间点112，其可以用作用来确定到跟踪标记(例如，110A-110C或108)的距离114的固定点。中间点112的位置可以通过对跟踪标记阵列110A-110C进行三角测量或以其他方式推断距跟踪标记阵列110A-110C的位置来确定。可以将中间点112与套管跟踪标记108进行比较，来确定中间点112和套管跟踪标记108之间的距离的变化。在一示例中，用于利用探针末端106来对位置进行数字化的条件可以包括确定该变化是否已经导致该距离超过阈值。中间点112在本文中使用是为了方便描述套管104(由套管跟踪标记108表示)和被跟踪探针102(由跟踪标记110A-110C表示)的相对运动，但是对于所描述的设备行驶功能来说不是必须的。跟踪标记阵列110A-110C中每个跟踪标记相对于被跟踪探针102的位置是已知的，并且检测任何两个的位置可足以确定被跟踪探针102的位置。检测所有这三个跟踪标记110A-110C的位置可以用于确定地计算被跟踪探针102的位置和取向，而不必计算中间点112。
套管104可包括远端，近端，和沿着远端和近端之间的纵向轴线的孔。在一示例中，套管104可以是一次性的。在一示例中，套管104可以包括两个或更多个独立部件，它们被配置为耦接在一起，例如围绕着指针设备100的一部分(例如，中间区段118)。所述两个或更多个独立部件可以连接起来以形成孔。例如，如果套管104是一次性的，则所述两个或更多个独立部件可以安装在被跟踪探针102上，然后在使用后丢弃。在另一示例中，探针末端106可以被配置成在组装期间穿过套管104(例如，穿过孔)，使得套管104可以滑到被跟踪探针102上。在又一示例中，探针末端106可以被配置为从被跟踪探针102分离，以便允许套管104滑到被跟踪探针102(例如，中间区段118)上。在套管104耦接到被跟踪探针102之后，可以附接(例如，在一示例中，探针末端106可以是一次性的)或重新附接探针末端106。附接或重新附接探针末端106可以将套管104固定在被跟踪探针102上，使得套管104不会从被跟踪探针102滑落。
套管104可包括在近端附近附连的套管跟踪标记108。套管跟踪标记108可以是反射标记，例如可由光学导航系统识别的一个标记。光学导航系统可以检测套管跟踪标记108的位置，例如在坐标系内的位置或相对于跟踪标记阵列110A-110C中的一个或多个跟踪标记的位置。在一示例中，套管跟踪标记108的位置可用于确定距离，例如到所述跟踪标记阵列中的一个或多个跟踪标记的距离或者到中间点112的距离。该距离可用于确定阈值是否已被超过。例如，当该距离超过阈值或低于阈值时，探针末端106的位置可以被数字化或可以被忽略。在一示例中，可以例如通过光学导航系统监控探针末端106相对于套管104在至少第一位置和第二位置之间的移动。可以通过跟踪套管跟踪标记108来监控该第一位置和第二位置之间的移动。在一示例中，可以在一时间段上、例如以一间隔(例如，每毫秒、每秒等)跟踪从套管跟踪标记108到参考点的距离。当确定该距离在一段时间内超过了阈值时，可以将探针末端106的多个位置数字化，例如以创建一组位置，位置曲线(可以通过数字化方式使曲线平滑)，或者位置区域(例如，如果一区域被在该时间段上的位置包围，所述封闭区域可以被视为数字化区域)。
在一示例中，套管跟踪标记108可被附连到机构120，例如机械机构。机构120可以是触发机构，使得当被拉动时套管跟踪标记108朝向被跟踪探针102的近端移动。机构120可以通过外科医生朝向被跟踪探针102的近端拉动机构120来激活，从而减小套管跟踪标记108与中间点112或跟踪标记阵列中的至少一个跟踪标记之间的距离。光学导航系统可以响应于机构120被激活而确定距离已经改变并且距离已经超过阈值。
在一示例中，套管跟踪标记108可以替换跟踪标记阵列中的跟踪标记110C，以创建包括跟踪标记110A和110B的新的跟踪标记阵列。例如，光学导航系统可以确定套管跟踪标记108与跟踪标记110A和110B创建了新的跟踪标记阵列。响应于检测到新的跟踪标记阵列(例如，套管跟踪标记108已经替换了跟踪标记110C)，可以激活探针末端106以对位置(例如，目标对象上)进行数字化。在另一示例中，套管跟踪标记108可以被检测为新的跟踪标记阵列的一部分(例如，与跟踪标记110A和110B一起)，并且可以将新的跟踪标记阵列与跟踪标记阵列110A-110C进行比较。例如，可以将跟踪标记阵列110A-110C的第一三角测量位置(例如，中间点112)与新的跟踪标记阵列的第二三角测量位置进行比较。可以确定第一三角测量位置和第二三角测量位置之间的距离，并且可以使该距离与阈值进行比较以确定该距离是否已经超过阈值。
在一示例中，距离(例如，从套管跟踪标记108到一个或多个其他跟踪标记，探针末端106，中间点112，三角测量点之间等)可以在多状态配置中使用。状态可以对应于特定距离。在一示例中，可以使用第一状态来识别要数字化的位置，并且可以使用第二状态来删除数字化的位置。在另一示例中，所述状态可以顺序地包括第一状态和第二状态。例如，超过阈值的第一距离可以对应于第一状态，然后再次超过阈值的第二距离可以对应于第二状态。在另一示例中，该距离可以超过对应于第一状态的第一阈值，并且该距离可以改变以超过对应于第二状态的第二阈值。这些状态可用于顺序地识别要数字化的位置(例如，预期的连续点，比如头部中心，机械轴入口，内侧髁等)。
在一示例中，机构120可被触发以使套管跟踪标记108移动一距离，比如到半途，该距离可以通过电阻或物理的、听觉的或触觉的反馈的变化来指示。半途位置(或三分之一路途，或四分之一路途等)可用于第一数字化位置(例如，头部中心)，并且全距离可用于第二数字化位置(例如，机械轴入口)。在一示例中，距离的快速变化可以用于指示对先前记录的数字界标的变化。例如，如果该距离在预定时间段内(例如，在一秒内)超过阈值两次，则可以从系统的存储器中移除先前数字化的界标。例如，可以从存储器中删除先前刚刚数字化的界标。在另一示例中，距离的快速变化可以用于重置系统(例如，从存储器中擦除全部或一组先前数字化的界标)。
套管104可包括弹性阻力构件116，例如弹簧，弹性带等。弹性阻力构件116可用于抵抗套管104的移动，例如抵抗套管104相对于中间区段118的滑动运动或抵抗套管104相对于探针末端106的运动。在一示例中，当机构120被接合时，可以克服由弹性阻力构件116提供的阻力。例如，当机构120是触发机构并且弹性阻力构件116是弹簧时，可以拉动触发机构以压缩弹簧，从而使套管104相对于被跟踪探针102的近端移动。
在一示例中，可以使用其他可移动部件来代替套管104。例如，轨道，操作杆，或可相对于被跟踪探针102的一部分(例如框架部分或中间区段118)或探针末端106移动的其他机构。
图2示意出根据一些实施例的用于数字化坐标系内的位置的系统200。系统200包括指针设备202和光学导航系统208。外科医生204可以使用系统200来数字化坐标系内的位置，例如患者206上的位置。当指针设备202在坐标系内移动时，光学导航系统208可以跟踪指针设备202。指针设备202可以包括在上面关于图1所描述的方面，例如跟踪标记阵列，套管跟踪标记，和用于激活指针设备202的探针末端的机构。光学导航系统208可以跟踪所述跟踪标记阵列和套管跟踪标记。在一示例中，光学导航系统208可以确定从套管跟踪标记到跟踪标记阵列中的一个或多个跟踪标记或到指针设备202上的中间点的距离。光学导航系统208可以检测到距离已经改变。响应于确定该距离已经改变，光学导航系统208可以确定该距离是否已经超过阈值，并且如果已经超过阈值，则记录位置(例如，指针设备202上的探针末端的位置)。
光学导航系统208可包括多个相机210A-210B，红外光源212，和可选的显示器214。多个相机210A-210B可以检测源自红外光源212并且从跟踪标记(例如，跟踪标记阵列或套管跟踪标记)反射的红外光。在一示例中，所述多个相机210A-210B可以包括可见光滤光器。在另一示例中，光学导航系统208可包括相机，用于捕获可见光、比如术野(surgicalfield)以在显示器214上显示。在一示例中，显示器214可以用于显示目标对象、数字化位置或指针设备202的虚拟表示。
光学导航系统208可以包括处理器和存储器，可以连接到服务器或云服务，或者可以与数据库连接。对信息的处理，比如数字化界标，确定距离是否涉及套管跟踪标记，或检测到距离已经改变(例如，是否已经超过阈值)可以由处理器、服务器、云服务等进行。
图3示意出根据一些实施例的用于跟踪坐标系中的对象的系统300。系统300包括光学导航系统302和指针设备304。光学导航系统302包括处理器306，存储器308，至少一个相机310，和红外光源312。所述至少一个相机310可以用于检测红外光，例如从跟踪标记反射的光，该光源自红外光源312。
指针设备304包括被跟踪探针框架部分314，探针末端316，和套管318。探针末端316可以设置在指针设备304的远端上。被跟踪探针框架部分314包括跟踪标记阵列320。套管318包括套管跟踪标记322。套管318可包括远端，近端，和沿着远端和近端之间的纵向轴线的孔。指针设备304可包括中间区段，其被构造成可滑动地接合套管318，例如当该中间区段设置在套管318的孔内时。
存储器308可以用于存储指令，所述指令当由处理器306执行时致使处理器306执行各操作。处理器306可用于确定探针末端316相对于套管318在至少第一位置和第二位置之间的移动。可以通过相对于跟踪标记阵列320中的至少一个跟踪标记、探针末端316、或指针设备304上的中间点(例如，在被跟踪探针框架部分314上)跟踪套管跟踪标记322来监测该移动。在一示例中，探针末端316移动到第二位置可以指示将要通过超过套管跟踪标记322与跟踪标记阵列的至少一个跟踪标记、探针末端316或中间点之间的阈值距离而数字化探针末端316处的一位置。
在一示例中，套管318是一次性的。例如，指针设备304可以用于多次手术中，每次更换套管318。套管可任选地包括弹性阻力构件324。弹性阻力构件324可以设置在孔内，并且可以对套管318在沿着孔的方向上的移动(例如，沿中间区段滑动)提供阻力。在一示例中，弹性阻力构件324可包括弹簧，弹性带等。套管318可被配置用于接收使弹性阻力构件324压缩或松弛的力。该力可以减小套管跟踪标记322与跟踪标记阵列320中的至少一个跟踪标记、探针末端316或中间点之间的距离。在一示例中，套管318可包括用于接收该力的机构，例如触发机构或其他机械机构。
在一示例中，处理器306可以用于从相机310接收信息。相机310可以包括两个或更多个相机，包括具有可见光滤光器(例如，以允许红外光通过)的相机。处理器306可以确定从套管跟踪标记322到跟踪标记阵列320中的至少一个跟踪标记的距离是否已经超过阈值。响应于确定该距离已经超过阈值，处理器306可以记录指针设备304的探针末端316的一个或多个位置。
图4示出了根据一些示例的用于数字化坐标系内的位置的技术400的流程图。技术400包括用于跟踪指针设备的操作402，该指针设备包括安装在指针设备的可移动部件(例如套管部分)上的可移动部件跟踪标记。在另一示例中，所述可移动部件可包括轨道，操作杆，或可相对于指针设备的一部分、例如框架部分移动的另一机构。可以使用光学导航系统来执行操作402。指针设备可以包括安装在指针设备的被跟踪探针框架部分上的跟踪标记阵列。
技术400包括操作404，以检测(例如使用光学导航系统)从可移动部件跟踪标记到探针框架跟踪标记(例如跟踪标记阵列的探针框架跟踪标记)的距离已经改变。在一示例中，检测该距离已经改变可以包括检测从可移动部件跟踪标记到跟踪标记阵列的所有跟踪标记的距离已经改变。
技术400包括决定操作406，以确定从可移动部件跟踪标记到探针框架跟踪标记的距离是否已经超过阈值。操作406可以包括确定被跟踪探针框架部分上的中间点以及确定从所述中间点到可移动部件跟踪标记的距离。所述中间点可以通过对距跟踪标记阵列中的至少三个跟踪标记的距离进行三角测量来确定。在一示例中，确定所述距离是否已经超过阈值包括确定由于指针设备的可移动部件(例如，套管部分)的移动而所述距离已经下降到阈值以下。
技术400包括操作408，以响应于确定所述距离未超过阈值而不记录指针设备的探针末端的位置或停止记录探针末端的位置。技术400包括操作410，以响应于确定所述距离已经超过阈值而记录指针设备的探针末端的一个或多个位置。
技术400可以包括确定所述距离已经超过阈值一段时间的操作。技术400可以包括对在所述一段时间期间记录的指针设备的探针末端的所述一个或多个位置进行归类。例如，所述一个或多个位置可以被归类为曲线，区域，位置系列等。
在一示例中，指针设备的可移动部件(例如，套管部分)可以是一次性的。技术400可以包括确定从可移动部件跟踪标记到跟踪标记阵列中的一个或多个或每一个跟踪标记的初始距离。该初始距离可以基于指针设备的可移动部件(例如，套管部分)的安装位置。
在一示例中，术语“机器可读介质”可以包括被配置用于存储一个或多个指令的单一介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库，或相关联的高速缓存和服务器)。术语“机器可读介质”可以包括能够存储、编码或携带用于由机器执行的指令并且使机器执行本公开的任何一种或多种技术、或能够存储、编码或携带由这些指令使用或与这些指令相关联的数据结构的任何介质。非限制性机器可读介质示例可包括固态存储器，以及光学和磁性介质。机器可读介质的具体示例可以包括：非易失性存储器，比如半导体存储器设备(例如，电可编程只读存储器(EPROM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM))和闪存设备；磁盘，比如内部硬盘和可移除磁盘；磁光盘；和CD-ROM和DVD-ROM盘。
以上描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读了上面的描述之后可以使用其他实施例。而且，在上面的详细描述中，各种特征可以组合在一起以简化本公开。这不应解释为不请求保护的被公开特征对于任何权利要求是必不可少的。相反，发明主题可以少于特定公开实施例的所有特征而存在。因此，下面的权利要求作为示例或实施例合并入此详细描述中，其中每个权利要求自身作为单独的示例，并且预期这些实施例可以以各种组合或置换相互组合。应参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等效内容的全部范围来确定本发明的范围。上面的详细描述包括对附图的参考，附图形成此详细描述的一部分。附图通过图示的方式示出了可以实施本发明的具体实施例。
各种备注和示例
这些非限制性示例中的每一个可以独立存在，或者可以以各种排列或组合与一个或多个其他的示例相结合。
示例1是一种用于数字化坐标系内的位置的指针设备，所述指针设备包括：套管，其包括远端，近端和沿着远端和近端之间的纵向轴线的孔，所述套管包括与近端相邻地附连的套管跟踪标记；和被跟踪探针，其包括被配置成支撑跟踪标记阵列的近端，包括探针末端的远端，以及中间区段，所述中间区段被构造成当设置在所述孔内时可滑动地接合所述套管；其中，能够通过相对于所述跟踪标记阵列中的至少一个跟踪标记跟踪所述套管跟踪标记来监控所述探针末端相对于所述套管在至少第一位置和第二位置之间的移动。
在示例2中，示例1的主题包括：所述探针末端移动到所述第二位置指示将要通过超过所述套管跟踪标记与所述跟踪标记阵列中的所述至少一个跟踪标记之间的阈值距离而数字化在所述探针末端处的一位置。
在示例3中，示例1-2的主题包括：所述套管是一次性的。
在示例4中，示例1-3的主题包括：所述套管包括设置在所述孔内的弹性阻力构件，所述弹性阻力构件对所述套管在沿着所述孔的方向上的移动提供阻力。
在示例5中，示例4的主题包括：所述弹性阻力构件是弹簧。
在示例6中，示例4-5的主题包括：所述套管被配置用于接收使所述弹性阻力构件压缩并使所述套管跟踪标记与所述跟踪标记阵列中的所述至少一个跟踪标记之间的距离减小的力。
在示例7中，示例6的主题包括：所述套管包括用于接收所述力的触发机构。
示例8是一种用于跟踪坐标系中的对象的方法，所述方法包括：使用光学导航系统跟踪指针设备，所述指针设备包括安装在指针设备的套管部分上的套管跟踪标记和安装在指针设备的被跟踪探针框架部分上的跟踪标记阵列；使用所述光学导航系统检测从所述套管跟踪标记到所述跟踪标记阵列中的至少一个跟踪标记的距离已经改变；确定从所述套管跟踪标记到所述至少一个跟踪标记的距离是否已经超过阈值；以及响应于确定所述阈值已被超过而记录所述指针设备的探针末端的一个或多个位置。
在示例9中，示例8的主题包括：确定所述距离是否已经超过所述阈值包括确定所述被跟踪探针框架部分上的中间点，以及确定从所述中间点到所述套管跟踪标记的距离。
在示例10中，示例9的主题包括：确定所述中间点包括对所述跟踪标记阵列中的至少三个跟踪标记进行三角测量。
在示例11中，示例8-10的主题包括：检测从所述套管跟踪标记到所述跟踪标记阵列中的至少一个跟踪标记的距离已经改变包括检测从所述套管跟踪标记到所述跟踪标记阵列中的所有跟踪标记的距离已经改变。
在示例12中，示例8-11的主题包括：确定从光学跟踪器到光学标记的距离是否已经超过阈值包括确定由于所述指针设备的所述套管部分的移动而所述距离已经下降到所述阈值以下。
在示例13中，示例8-12的主题包括：响应于确定所述阈值未被超过而阻止对所述指针设备的探针末端的位置的记录。
在示例14中，示例8-13的主题包括：确定所述距离已经超过所述阈值一段时间；并且对在所述一段时间期间记录的所述指针设备的探针末端的所述一个或多个位置进行归类。
在示例15中，示例8-14的主题包括：所述指针设备的套管部分是一次性的，并且所述方法还包括确定从所述套管跟踪标记到所述跟踪标记阵列中的每一个跟踪标记的初始距离，所述初始距离基于所述指针设备的套管部分的安装位置。
示例16是一种用于跟踪坐标系中的对象的系统，所述系统包括：指针设备，其包括套管、安装在指针设备的被跟踪探针框架部分上的跟踪标记阵列、和探针末端，其中套管跟踪标记安装在所述套管部分上；和光学导航系统，其包括两个或更多个相机，红外光源，和处理器，所述处理器用于：从所述两个或更多个相机接收信息；确定从所述套管跟踪标记到所述跟踪标记阵列中的至少一个跟踪标记的距离是否已经超过阈值；以及响应于确定所述阈值已被超过而记录所述指针设备的探针末端的一个或多个位置。
在示例17中，示例16的主题包括：所述套管是一次性的。
在示例18中，示例16-17的主题包括：所述套管包括弹性阻力构件，所述弹性阻力构件对所述套管抵靠着所述指针设备的滑动运动提供阻力。
在示例19中，示例18的主题包括：所述弹性阻力构件是弹簧。
在示例20中，示例18-19的主题包括：所述套管包括触发机构，所述触发机构被配置用于接收使所述弹性阻力构件压缩并使所述套管跟踪标记与所述跟踪标记阵列中的所述至少一个跟踪标记之间的距离减小的力。
示例21是至少一种机器可读介质，其包括指令，所述指令当被处理电路执行时致使所述处理电路执行操作以实施示例1-20中的任一项。
示例22是包括实施示例1-20中任一项的手段的装置。
示例23是实现示例1-20中任一项的系统。
示例24是实施示例1-20中任一项的方法。

Claims (20)

1.一种用于数字化坐标系内的位置的指针设备，所述指针设备包括：
套管，其包括远端，近端和沿着远端和近端之间的纵向轴线的孔，所述套管包括与近端相邻地附连的套管跟踪标记；和
被跟踪探针，其包括被配置成支撑跟踪标记阵列的近端，包括探针末端的远端，以及中间区段，所述中间区段被构造成当设置在所述孔内时可滑动地接合所述套管；
其中，能够通过相对于所述跟踪标记阵列中的至少一个跟踪标记跟踪所述套管跟踪标记来监控所述探针末端相对于所述套管在至少第一位置和第二位置之间的移动。
2.根据权利要求1所述的指针设备，其中所述探针末端移动到所述第二位置指示将要通过超过所述套管跟踪标记与所述跟踪标记阵列中的所述至少一个跟踪标记之间的阈值距离而数字化所述探针末端处的一位置。
3.根据权利要求1或2所述的指针设备，其中所述套管是一次性的。
4.根据权利要求1所述的指针设备，其中所述套管包括设置在所述孔内的弹性阻力构件，所述弹性阻力构件对所述套管在沿着所述孔的方向上的移动提供阻力。
5.根据权利要求4所述的指针设备，其中所述弹性阻力构件是弹簧。
6.根据权利要求4所述的指针设备，其中所述套管被配置用于接收使所述弹性阻力构件压缩并使所述套管跟踪标记与所述跟踪标记阵列中的所述至少一个跟踪标记之间的距离减小的力。
7.根据权利要求6所述的指针设备，其中所述套管包括用于接收所述力的触发机构。
8.一种用于跟踪坐标系中的对象的方法，所述方法包括：
使用光学导航系统跟踪指针设备，所述指针设备包括安装在指针设备的套管部分上的套管跟踪标记和安装在指针设备的被跟踪探针框架部分上的跟踪标记阵列；
使用所述光学导航系统检测从所述套管跟踪标记到所述跟踪标记阵列中的至少一个跟踪标记的距离已经改变；
确定从所述套管跟踪标记到所述至少一个跟踪标记的距离是否已经超过阈值；以及
响应于确定所述阈值已被超过而记录所述指针设备的探针末端的一个或多个位置。
9.根据权利要求8所述的方法，其中确定所述距离是否已经超过所述阈值包括确定所述被跟踪探针框架部分上的中间点，以及确定从所述中间点到所述套管跟踪标记的距离。
10.根据权利要求9所述的方法，其中确定所述中间点包括对所述跟踪标记阵列中的至少三个跟踪标记进行三角测量。
11.根据权利要求8所述的方法，其中检测从所述套管跟踪标记到所述跟踪标记阵列中的至少一个跟踪标记的距离已经改变包括检测从所述套管跟踪标记到所述跟踪标记阵列中的所有跟踪标记的距离已经改变。
12.根据权利要求8所述的方法，其中确定从光学跟踪器到光学标记的距离是否已经超过阈值包括确定由于所述指针设备的所述套管部分的移动而所述距离已经下降到所述阈值以下。
13.根据权利要求8所述的方法，还包括响应于确定所述阈值未被超过而阻止对所述指针设备的探针末端的位置的记录。
14.根据权利要求8所述的方法，还包括：
确定所述距离已经超过所述阈值一段时间；并且
对在所述一段时间期间记录的所述指针设备的探针末端的所述一个或多个位置进行归类。
15.根据权利要求8-14中任一项所述的方法，其中所述指针设备的套管部分是一次性的，并且所述方法还包括确定从所述套管跟踪标记到所述跟踪标记阵列中的每一个跟踪标记的初始距离，所述初始距离基于所述指针设备的套管部分的安装位置。
16.一种用于跟踪坐标系中的对象的系统，所述系统包括：
指针设备，其包括套管、安装在指针设备的被跟踪探针框架部分上的跟踪标记阵列、和探针末端，其中套管跟踪标记安装在所述套管部分上；和
光学导航系统，其包括两个或更多个相机，红外光源，和处理器，所述处理器用于：
从所述两个或更多个相机接收信息；
确定从所述套管跟踪标记到所述跟踪标记阵列中的至少一个跟踪标记的距离是否已经超过阈值；以及
响应于确定所述阈值已被超过而记录所述指针设备的探针末端的一个或多个位置。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述套管是一次性的。
18.根据权利要求16所述的系统，其中所述套管包括弹性阻力构件，所述弹性阻力构件对所述套管抵靠着所述指针设备的滑动运动提供阻力。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述弹性阻力构件是弹簧。
20.根据权利要求18所述的系统，其中所述套管包括触发机构，所述触发机构被配置用于接收使所述弹性阻力构件压缩并使所述套管跟踪标记与所述跟踪标记阵列中的所述至少一个跟踪标记之间的距离减小的力。
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