CN111278380A - 用于追踪目标对象的位置的系统 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

用于追踪目标对象的位置的系统

本发明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。本发明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。

本发明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发明通过独立权利要求的技术方案来解决。本发明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。

根据本发明的系统、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，根据本发明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形臂可以作为本发明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“electromagnetic tracking”)，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发明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，以实施根据本发明的方法。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置在独立的壳体中。数据处理装置例如可以经由数据连接或数据线与机器人连接。然而数据处理装置同样可以分散地布置，也就是说由布置在不同位置处的部件组合而成。作为数据处理装置或其部件，同样可以使用例如计算机或控制装置，控制装置可以例如同时应用于其他任务。数据处理装置可以优选与显示或可视化装置耦合，以便例如显示目标对象的追踪位置。在此例如同样可以显示对目标对象的追踪或所测量的位置和/或定向的当前可靠性或品质。

本发明的特殊优点在于，通过追踪装置与控制标记之间的预定的空间位置关系与相应的所测量的空间位置关系的比较的比较结果，能够实现对目标对象或标记的追踪、也即位置确定的可靠性或品质。基于恒定的预设的空间位置关系，在符合规定且无干扰的运行过程中由此可以期望，控制标记相对于追踪装置的位置、也就是例如其相互间的距离提供恒定的信号或测量结果。也就是，如果在运行过程中测量或确定了相对于预期的恒定的信号或测量结果的偏差或差值，则这成为对于“存在干扰”的直接且可靠的指标。于是在此情况下由此必须期望，所测量的目标对象的位置与其实际位置相应地也会不同。恰恰在电磁式追踪中可能会以不明显或非可直接识别的方式引发干扰或不准确性，例如由于标记区域中的金属物体或由其他设备发出的电磁干扰场。

因此，本发明可以有利地在无附加设备的情况下并且以最小化的场地需求给出对目标对象的追踪的可靠性，并且由此有助于更好的治疗结果。由于为测量追踪装置与控制标记之间的空间位置关系、也即为追踪控制标记使用与追踪标记或目标对象相同的追踪装置，由此还可以有利地直接识别追踪装置的功能干扰或干扰影响。因此，总之在本发明中，有利地通过将追踪装置和冗余的控制标记同时集成在系统中或系统上，实现品质检验或可靠性监控，其例如可以定量地检测并给出或反馈追踪装置的干扰、追踪的干扰或普遍在系统环境内的干扰。

特别优选地可以规定，在根据本发明的系统运行时、也即例如在工作位置下，控制标记相对于目标对象上的标记在空间上邻近、优选距离小于1m、特别优选距离小于50cm。这例如能够由此实现，控制标记优选布置在固持在系统上或设计为系统部件的工具的前部的、也即面向目标对象的端部区域中。由此可以有利地特别可靠地识别出向标记的区域发挥作用或在标记的区域中发挥作用的干扰影响，尤其是在所述干扰影响具有相对较小的空间到达范围时。

以下为清楚起见也不受限制地将根据本发明的系统称为机器人系统。

在本发明的另外的优选的设计方式中，可以将追踪装置固定在机器人臂的机器人法兰上或在机器人臂的底座上、也就是机器人的机器人底座上。所述机器人底座可以构成机器人臂的背离目标对象的端部，并且例如固定或装配在机器人系统的相应的应用空间的底部上。机器人法兰相反可以布置在机器人臂的相对设置的、面向目标对象的端部上。在机器人法兰上可以例如固定有设计用于与目标对象交互作用的工具(Tool)。同样，机器人法兰或工具可以构成机器人臂的端部。将追踪装置固定在机器人法兰上所具有的优点在于，追踪装置在机器人系统使用时自动朝目标对象定向，并且可以特别接近目标对象并且进而接近标记。由此带来的在追踪装置与标记之间的较小距离可以有利地实现目标对象的更准确的追踪。尤其电磁式追踪具有有限的有效到达范围。然而在使用光学追踪的情况下，通过将追踪装置固定或布置在机器人法兰上，由于与目标对象更近为此能够降低干扰对象进入追踪装置与标记之间的视线的概率。相对地，追踪装置固定或布置在机器人底座上可以具有如下优点：不占用目标对象邻近范围或环境中的空间，从而例如为手术医生提供更多活动自由。

在本发明的一种有利的改进方式中，追踪装置具有电磁场生成器(EM场生成器)，也即例如一个或多个发射线圈。控制标记(和优选所述标记)于是具有与EM场生成器匹配的传感器、尤其至少一个接收线圈。在本发明的该改进方式中，电磁式追踪用于追踪目标对象的位置并用于测量追踪装置与控制标记之间的空间位置关系。有利地，与光学追踪相比，电磁式追踪可以不那么容易受到进入追踪装置与控制标记或与目标对象上的标记之间的直接视线中的对象的干扰。

在本发明的一种有利的改进方式中，追踪装置具有用于光学检测标记和控制标记的摄像头。也就是在本发明的该改进方式中，光学追踪用于追踪目标对象的位置并用于测量追踪装置与控制标记之间的空间位置关系。在此，控制标记和/或目标对象上的标记可以具有多个以光学方式可被追踪装置检测的特征或标志，所述特征或标志能够在空间中确定相应的定向。同样地，控制标记和/或标记在此例如可以由相应的多个子标记的集合组成，所述子标记相互间以已知的固定的空间位置关系布置。与例如通过电磁式追踪所实现的相比，光学追踪可以有利地在更大的空间距离上实现可靠的追踪和相应位置或空间位置关系的测量。同样地，与电磁式追踪相比，通过使用光学追踪可以降低受到电磁影响和/或例如进入控制标记附近和/或标记附近的金属物体的易干扰性。

在本发明的一种有利的改进方式中，追踪装置和/或控制标记为预设其相互间的空间位置关系可活动地、然而可紧固地固定在机器人臂上。换言之，由此追踪装置和/或控制标记相对于机器人臂的位置和/或定向可调整或调节，并且随后以新的位置和定向被紧固。为此，追踪装置和/或控制标记例如可以借助可卡锁的枢转臂或活节臂固定在机器人臂上。由此可以有利地根据需要确保，无论控制标记还是目标对象上的标记都可以处于、也就是布置在追踪装置的视野范围或检测范围中。如果追踪装置或控制标记被调整或重新定向，而机器人臂和目标对象处于静止，则可以有利地实施自动的再配准或重新配准。由此可以自动确定追踪装置与控制标记之间的新的空间位置关系、也即相应的新的位置和/或定向，并且为在相应的固定之后对目标对象的位置所实施的继续追踪以及在测量追踪装置与控制标记之间重新预设的空间位置关系时予以考虑。在此，可以例如将通过追踪装置和/或控制标记和/或标记提供的数据与成像系统、例如X射线设备的图像数据配准。因此，本发明与传统的系统相比提供了更好的灵活度和更简便的可操作性的优点，因为基于已知的预设的空间位置关系足够自动地提供信息，以便能够在元件、也即例如追踪装置或控制标记的重新定向时自动实施重新配准。

在本发明的一种有利的改进方式中，机器人系统还具有外置的、尤其既不固定在机器人上也不固定在目标对象上的、由辅助标记组成的集合。机器人系统在此设计用于，在追踪目标对象的位置时测量追踪装置与辅助标记的集合之间的空间位置关系和/或辅助标记相互间、也即彼此之间的空间位置关系，并且根据相应的测量结果验证对目标对象的位置的追踪的合理性。辅助标记例如可以与控制标记或与目标对象上的标记相同地构造。

对目标对象的位置的追踪的合理性验证、也即所确定的目标对象的位置和定向的合理性验证可以例如包括或意味着，所测量的辅助标记的或相对于辅助标记的空间位置关系与在无干扰运行中所期望的相应的测量值或测量结果进行比较。同样，为进行合理性验证，可以检查所测量的值或信号与期望的值或信号之间是否形成高于预设阈值的偏差或差异。该阈值可以例如被称为干扰阈值。

辅助标记可以相互间、也即彼此之间优选以已知的固定的位置关系布置，所述辅助标记能够尤其优选从每个观察方向或视角明确地确定辅助标记的集合在空间中的定向。辅助标记可以不同地定位，例如能够相对于机器人或相对于目标对象固定地定位，和/或例如在外置坐标系中固定地、也即位置稳定地定位，所述外置坐标系可以例如由机器人系统所处的应用空间的墙壁、地面和天花板来定义。

通过使用附加的辅助标记及其已知的空间方位和位置，可以有利地实现对目标对象的追踪以及对该追踪的可靠性的确定的更好的灵活性和品质。类似于结合控制标记所描述的情况，在机器人系统的无干扰运行中期望提前已知针对追踪装置与辅助标记之间的空间位置关系和/或针对辅助标记相互之间的空间位置关系的信号或测量结果。这在前者情况下可以是以特定的预期的方式变化的信号，而在后者情况下可以是特定的恒定信号或恒定参量的测量结果。于是如果在运行中确定对此的偏差，则可以推断出在对目标对象的位置进行追踪时的干扰或受限的准确性或可靠性。而且当根据辅助标记通过相应的比较确定了该类型的偏差或差异、也即识别出干扰时，可以由数据处理装置自动产生或输出所述信号或控制信号或相应的信号或控制信号。

通过使用集合、也即多个辅助标记，可以有利地确保在机器人臂的特别大的枢转或运动范围内始终有至少一个或几个辅助标记处于追踪装置的检测范围或视野内。因此，在机器人臂运行时，在时间曲线中，各个辅助标记可能进入和/或离开追踪装置的检测范围。而且辅助标记进入和/或出现在追踪装置的检测范围中和辅助标记离开追踪装置的检测范围的时间曲线(和/或相应的进入时刻和/或离开时刻)能够例如通过数据处理装置被自动分析，以检查或评估对目标对象的追踪，也就是换言之以识别干扰。在此特别有利的可能在于，集合的各个辅助标记具有相应的辨别特征，能够通过追踪装置和/或通过数据处理装置根据所述辨别特征对辅助标记进行明确地且单独地辨别。辅助标记的集合在此可以包括多个在空间中分散地布置的、辅助标记的组。在每组辅助标记中，各个辅助标记可以优选相对于彼此布置为，使得能够从每个观察方向明确地确定对该组辅助标记的空间定向。

作为辅助标记的补充或替换，能够以相应的方式例如设置一个或多个附加的追踪装置。借此可以例如从已知的替换视角追踪控制标记。因此，这同样提供了附加的冗余，该冗余能够改进对目标对象的追踪的可靠性和/或干扰识别的可靠性以及在机器人臂和/或布置在机器人臂上的追踪装置的布置和/或定向时的灵活性。

根据本发明的方法用于借助系统、尤其机器人系统追踪目标对象、尤其患者的位置、尤其位置和定向。在此，借助固定在机器人的可活动的机器人臂上的追踪装置和布置在目标对象上的标记来追踪目标对象的位置。在接下来的方法步骤中，在进行追踪时测量追踪装置与至少一个控制标记之间的空间位置关系，所述控制标记相对于所述追踪装置以预设的、在机器人运行中(优选恒定的)已知的空间位置关系布置。控制标记同样可以固定或布置在机器人臂上。在另一方法步骤中，所测量的空间位置关系与相应的真实的、预设的空间位置关系进行比较。当识别到所测量的与真实的、预设的空间位置关系之间的差异时，在接下来的方法步骤中由系统依据所识别出的差异产生相应的信号。根据本发明的方法也就是说可以例如借助根据本发明的机器人系统实施。

在根据本发明的方法的有利的改进方式中，所述信号作为控制信号输出。

在根据本发明的方法的有利的改进方式中，通过所述信号或控制信号输出关于识别到差异的警告。因此，所述信号可以是用于警告装置的控制信号，并且相应地输出或传输至警告装置，以便促使其输出警告(例如声学和/或视觉警告)。通常，在对目标对象的位置的追踪过程中的准确性或可靠性的降低或干扰或损耗不能由相应的使用者或用户容易地识别。通过警告可以使使用者、例如手术医生有利地提起对此的注意。由此可以有利地避免相应的用户在存在干扰时也不加考虑地信赖机器人系统或目标对象的位置追踪。因此，所述方法、尤其警告可以例如有助于避免在治疗患者时的错误或麻烦。

在根据本发明的方法的有利的改进方式中，在追踪装置与控制标记之间的预设的空间位置关系改变(在所述改变中可以调整追踪装置或控制标记)之后，由系统自动实施与预设的坐标系或相应的图像数据、尤其成像系统的图像数据的配准或重新配准。在此，所述配准根据未调整的控制标记或根据未调整的追踪装置或相应的所测量的和/或已知的位置数据进行。预设的空间位置关系的改变在此在机器人臂停止期间、尤其相对于目标对象停止期间进行。由此能够确保，由机器人系统和目标对象所组成的整个系统内仅一个元件或仅一个参量发生改变，从而能够以特别简单和低开销的方式实施随之变得必要的重新配准。该过程能够有利地、也即灵活地对与情况相关的状况作出反应，以便例如确保，控制标记和布置在目标对象上的标记继续或在机器人臂未来运动时也处于追踪装置的视野内或检测范围内。

在根据本发明的方法的有利的改进方式中，由已知的差异确定校正值。于是在追踪目标对象的位置时自动考虑该校正值，以便补偿导致差异的干扰影响。由此尤其在条件更具多样性的情况下，可以例如使目标对象的真实的方位和位置以更好的准确性和可靠性被可视化或显示。因此，所述信号可以例如是用于显示装置的或用于产生或控制目标对象的方位和位置的可视化的装置的控制信号。因此，校正值可以例如被处理或解释为偏移，从而由此能够通过控制信号根据校正值促使目标对象或其位置的可视化或显示的相应的移动和/或旋转。

因此，所述信号可以作为控制信号被输出至外置装置或外置设备。然而所述信号同样可以是内部信号，也即可以被发送或传输至机器人系统的或数据处理装置的内部功能单元。例如当用于目标对象或目标对象的空间位置的可视化的装置是机器人系统的一部分时，则可以是后者的情况。

根据本发明的机器人系统以及根据本发明的方法的迄今和以下给出的特性和改进方式以及相应的优点分别能够有意义地在本发明的上述方面之间相互转用。这也适用于为实施根据本发明的方法所使用的或能使用的部件和装置。因此，根据本发明的机器人系统和根据本发明的方法的改进设计同样也属于本发明，其具有在此未以各种组合方式详细描述的设计方案。

本发明的其他特征、细节和优点由以下对优选实施例的描述以及借助附图给出。在此在附图中：

图1示出了具有追踪装置的机器人系统在患者上使用时的示意性侧视图；

图2示出了图1情形下的示意性侧视图，其中，追踪装置被布置在机器人系统的其他位置处；并且

图3示出了用于追踪目标对象的位置的方法的示例性示意流程图。

以下描述的实施例是本发明的优选实施方式。在这些实施例中，实施方式的描述的部件分别是本发明的单独的、能彼此独立地看待的特征，这些特征也分别彼此独立地形成本发明的扩展设计并且因此也能够单独或以与所示组合不同的组合被视为本发明的组成部分。此外，所描述的实施方式也可以通过本发明的已描述的其它特征补充。

图1示出了治疗情况的示意性侧视图。其中，患者2平躺在患者安置台1上，借助机器人系统3对患者进行治疗或应进行治疗。机器人系统3在此具有带有可活动的多轴式机器人臂5的机器人4。机器人法兰6位于机器人臂5的端部上，通过所述机器人法兰将工具7固定在机器人臂5上。此外，通过活节臂8将追踪装置9固定在机器人法兰6上(并且由此至少间接地固定在机器人臂5上)。然而机器人法兰6和/或工具7在此同样可以是机器人臂5的部件。追踪装置9可以具有EM(电磁)场发生器和/或优选立体式的摄像头。追踪装置9用于追踪(跟踪)患者2的位置和定向。

在此情况下，为此在患者2上布置标记10。追踪装置9被定向为，使得标记10位于追踪装置的检测范围内。附加地，机器人系统3还具有控制标记11，所述控制标记在此情况下示例性地处于工具7的尖端。然而，控制标记11同样可以被直接布置在机器人臂5或例如布置在机器人法兰6上。控制标记11同样也可以例如类似于追踪装置9通过活节臂连接，而非如此处所示那样直接布置。追踪装置9和控制标记11相互间并且相对于机器人臂5始终处于已知的、恒定的预设空间位置关系。相应地，追踪装置9与标记10之间的空间位置关系在机器人臂5活动时显然可以自行发生变化。规定了，控制标记11也处于追踪装置9的检测范围内。

附加地，在此还将由辅助标记13组成的集合12在此情况下示例性地在患者安置台1上设置在患者2附近。辅助标记13由此在此情况下相对于标记10并进而相对于患者2处于固定的空间位置关系。此外，辅助标记13相对于彼此处于已知的固定的空间位置关系。辅助标记13同样可以如标记10和控制标记11一样被追踪装置检测。基于辅助标记13的布置，在此可以由追踪装置9的各视角明确地确定集合12的位置和定向。集合12可以在治疗期间、也即在机器人系统3的使用期间永久地或仅暂时地，全部地或部分地处于追踪装置9的检测范围内。

由追踪装置9、标记10、控制标记11和/或辅助标记13产生的信号或数据可以由机器人系统3的数据处理装置14处理。数据处理装置14可以根据所述信号或数据例如在预定的坐标系中计算追踪装置9、标记10和由此患者2、控制标记11和集合12的各个绝对和/或相对的位置及定向。因此，由此可以确定并追踪机器人臂5、尤其工具7相对于患者2的位置或空间方位。

图2示出了与图1相同的示意性侧视图，其区别在于，此处追踪装置9不是固定在机器人法兰6上，而是固定在机器人4的底座15上。在此可以涉及机器人系统3的替换实施方式。然而，追踪装置9同样也可以仅在相同的机器人系统3上改变装配，以便规避例如由在此未示出的其他设备所带来的空间限制。

图3示出了用于追踪目标对象、例如患者2尤其相对于机器人系统3的位置及定位的方法的示例性示意流程图16。

以下根据图3并参照图1和图2阐述所述方法。所述方法可以始于方法步骤S1。在此，例如可以将追踪装置9和集合12按预设定位。同样地，追踪装置9与控制标记11之间以及集合12与标记10之间和/或例如集合12与底座15之间的空间位置关系可以被预定和/或检测、确定，由此将所述空间位置关系作为已知参量提供用于以下方法。同样地可以采取必要的配准，例如标记10与患者2或者与在此未示出的成像系统、例如X射线系统的图像数据或坐标系的配准。为此，拍摄相应的X射线图像并且评估标记10在X射线图像中的位置。附加地或替换地，可以例如将此处未示出的标记框架(标记框)以预设的方式布置在患者2上或围绕患者布置，或者布置在成像系统2上。最后，机器人系统3可以在方法步骤S1中投入运行。

在方法步骤S2中，追踪装置9与控制标记11之间和必要时与集合12之间的预设的且由此本身已知的空间位置关系借助机器人系统3、也即由机器人系统本身进行测量。与其并行地，例如可以在方法步骤S3中开始对标记10、也即患者2的位置的追踪和位置确定。

在方法步骤S4中，可以例如通过相应的比较计算出在方法步骤S2中所测量的空间位置关系或多个位置关系与预设的、也即在无干扰运行中也作为测量结果所期望的相应的值之间的差异。如果计算出的差异小于预设的阈值，则机器人系统3以及对患者2的位置的追踪正确地工作、也即具有充分的可靠性和/或准确性地工作。随后可以开始或继续患者2的治疗、也即机器人系统的使用。也就是，对追踪装置9与控制标记11之间的空间位置关系的测量或监控被用于确保标记10和由此患者2的位置测量和位置追踪的完整性。

在治疗过程中或在所述方法过程中，于是例如可以遵照路径17通往方法步骤S5。在此例如可以将追踪装置9调整或改装至其他位置处，例如与图1相比在图2中所示的那样。在此，追踪装置9在调整或改装至其新位置和定向之后被固定，并且随后重新形成相对于控制标记11的恒定的、预设的空间位置关系。追踪装置9和/或控制标记11的可调整的布置或可固定性能够有利地克服或规避视线遮挡问题、也即会对相应追踪或测量构成妨碍的障碍物或者视野遮盖。在传统的方法中使用单独的导航系统，不同于传统的方法，此处的优点在于，对追踪装置9和/或控制标记11的调整可以直接在设备(也即在此直接在机器人系统3或机器人4上)上进行，所述设备无论如何都被使用者、例如被手术医生操作并且由此始终处于其到达范围内。这有利地实现了优化的、特别高效的工作流程(Workflow)。

然后在方法步骤S6中实施自动的重新配准，以便考虑追踪装置9的新的相对位置。

随后机器人系统3如上所述继续使用，这在此通过返回方法步骤S2和S3的循环所示。因此，方法步骤S2和S3在机器人系统3的使用过程中连续地实施。

如果在方法步骤S4中确定，所述差异大于预设的阈值，则可以遵照路径18通往方法步骤S7。其中可以检查：所确定的差异是否可补偿，也就是是否能例如通过数据处理装置14计算校正值，在追踪患者2的方位和位置时可以考虑该校正值，以补偿引发差异的干扰。如果是肯定的情况，则可以遵照路径19在方法步骤S9中计算相应的校正值。为此可能例如需要事先的校准，所述校准例如同样可以在方法步骤S1中实施。

然后在接下来的方法步骤S10中，可以基于计算出的校正值产生校正控制信号、例如用于在此未示出的可视化装置的校正控制信号。

如果在方法步骤S7中得出：不可能补偿所述差异，则可以遵照路径20进行所述方法。属于这种情况的例如可以是，所述差异过大、也即例如高于预设的校正阈值，和/或例如具有波动、例如由于高频干扰影响导致的波动。

可以遵循路径20到达方法步骤S8，随后产生替换的、也即不同于校正控制信号的控制信号。

无论遵照路径19还是路径20，都可以在方法步骤S11中输出相应的产生的控制信号。与“已经产生了哪个控制信号”相关地，或依据“已经产生了哪个控制信号”，可以选择或确定相应的输出目标、也即向其输出相应的控制信号的装置或功能单元。也就是说在方法步骤S10中产生的校正控制信号例如可以输出至可视化装置，而在方法步骤S8中产生的控制信号例如可以传输至用于输出警告的警告装置。

随后在方法步骤S12中进行由相应的控制信号触发或引起的反应。因此，这可以例如是所追踪的患者2的位置的可视化或显示的校正和/或警告的输出。有利地可以规定，当所述差异超过预设的阈值并且不可补偿时，作为警告的替换或附加，例如应使机器人3或机器人臂5停止。由此能够有利地避免机器人臂5、尤其工具7以相应的使用者不可监控的方式运动。

也就是总体上描述了具有集成追踪的机器人系统3。在此，布置在待追踪目标对象上的标记10区别于控制标记11，所述控制标记仅用于所述追踪的控制和检查。

Claims (13)

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，

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(5)上。

8.根据上述权利要求中任一项所述的系统(3)，其特征在于，

-所述系统(3)附加地还具有外置的、尤其既不固定在机器人(4)上也不固定在目标对象(2)上的、由辅助标记(13)组成的集合(12)，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)与所述集合(12)之间的空间位置关系和/或辅助标记(13)相互间的空间位置关系，并且根据相应的测量结果验证对目标对象(2)的位置的追踪的合理性。

9.一种用于借助系统、尤其机器人系统来追踪目标对象(2)、尤其患者的位置的方法，其中，

-借助固定在机器人(4)的可活动的机器人臂(5)上的追踪装置(9)和布置在目标对象(2)上的标记来追踪目标对象(2)的位置，

-在进行追踪时测量追踪装置(9)与至少一个控制标记(11)之间的空间位置关系，所述控制标记相对于所述追踪装置(9)以预设的、在机器人(4)运行过程中已知的空间位置关系布置，

-将所测量的空间位置关系与相应的真实的、预设的空间位置关系进行比较，并且

-当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，尤其当所述差异大预设的阈值时，由系统(3)依据识别出的差异产生相应的信号。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述信号作为控制信号被输出。

11.根据权利要求9和10中任一项所述的方法，其特征在于，通过所述信号输出关于识别出差异的警告。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，在机器人臂(5)停止期间、尤其相对于目标对象(2)停止期间实施追踪装置(9)与控制标记(11)之间的预设的空间位置的改变，在所述改变中调整所述追踪装置(9)或所述控制标记(11)，在所述改变之后，由所述系统(3)根据未调整的控制标记(11)或根据未调整的追踪装置(9)实施与预设的坐标系、尤其成像系统坐标系的自动的配准。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征在于，通过识别出的差异确定校正值，并且在追踪目标对象(2)的位置时考虑所述校正值，以便补偿引发所述差异的干扰影响。

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