CN113382692A - 用于坐标系之间的配准和选定构件的导航的系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于辅助引导和执行对对象的手术的系统。所述系统可以同时跟踪导航或跟踪空间中的多个成员。每个被跟踪的成员可以与各种部分相关，诸如图像中的部分。所述图像可以被分割以区分和描绘所述部分，从而实现导航空间中的多个成员的基本实时(例如，真实空间移动与图像表示之间的滞后最小或没有滞后)。所述导航系统可以操作或接收来自多个跟踪系统的跟踪信息，包括以第一跟踪模态(例如电磁(EM))操作的第一跟踪系统和以第二跟踪模态(例如光学跟踪)操作的第二操作系统。

Description

用于坐标系之间的配准和选定构件的导航的系统和方法

技术领域

本公开整体涉及跟踪和导航系统，并且具体地涉及针对各种手术配准坐标系，诸如在手术期间导航一个或多个构件。

背景技术

此部分提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

可以相对于患者导航器械以实施各种手术。在外科手术期间，可以在导航或跟踪空间中跟踪器械，该导航或跟踪空间也可以是患者空间的至少一部分或包括患者空间的至少一部分。被跟踪的器械的位置可以相对于患者的图像显示在显示设备上。

患者的位置可以使用跟踪系统确定。然而，为了相对于图像跟踪患者，通常经由相对于患者跟踪器械以生成对象或目标空间(例如，患者空间)与图像空间之间的平移图，将患者配准到图像。这在外科手术过程中通常需要时间让使用者(例如外科医生)识别对象空间中的一个或多个点并关联图像空间中的通常相同的点。

配准后，在跟踪器械的同时，器械的位置可以适当地显示在显示设备上。器械相对于对象的位置可以显示为图形表示，有时称为显示设备上的图标。

发明内容

此部分提供对本公开的整体概述，并且并不是对其全部范围或所有其特征的全面公开。

公开了一种允许跟踪各种构件的系统。该系统可以同时跟踪导航或跟踪空间中的多个构件。跟踪的构件中的每个构件可以与各个部分(诸如图像中的部分)相关。可以分割图像以区分和描绘该部分以允许导航空间中的多个构件的基本实时(例如，真实空间移动和图像表示之间的延迟最小或没有延迟)。导航系统可以操作多个跟踪系统或从多个跟踪系统接收跟踪信息，包括以第一跟踪模态(例如，电磁(EM))操作的第一跟踪系统和以第二跟踪模态(例如，光学跟踪)操作的第二操作系统。

为了说明或相对于图像进行导航，可以在选定的物理空间(例如，对象空间或导航空间)和图像空间(例如，由图像限定)之间发生配准。根据各种实施方案，可成像基准点可用于执行配准。例如，基准点对象可以用成像系统进行成像，并且可以在图像数据和图像中被识别或分割。基准点对象可以连接到选定的系统，例如机器人系统。机器人系统可以包括适当的机器人系统，例如由在以色列设有营业场所的Mazor Robotics公司和/或在美国明尼苏达设有营业场所的美敦力公司销售的Mazor X^TM机器人引导系统。在成像规程期间，基准点对象还可以连接到对象和/或相对于对象的位置。此外，对象的自然发生或固有特征可以被识别为基准点对象。

基准点目标可以包括一个或多个目标，例如离散目标的阵列。离散目标可以包括球体、各种形状的物体、连续的杆和/或一根或多根均可以在一个平面内或与一个平面相交的杆。基准点目标可以在三维(3D)空间中建模为3D模型。可以从3D模型中提取基准点特征。基准点特征可以与由被成像的基准点对象或其某个部分产生的图像基准点特征进行比较或协调(例如，图像基准点特征可以是与球体或圆的中心有关的点或与杆和平面交叉点有关的点)。

跟踪设备可以具有一个或多个跟踪构件，所述一个或多个跟踪构件可以被定位在导航空间内以利用一个或多个跟踪系统进行跟踪。例如，跟踪构件可以连接到对象的一个或多个构件或部分。跟踪构件可以连接到患者的椎骨或椎骨的一部分。类似地，跟踪设备可以连接到任何选定结构(诸如汽车、机身、机柜系统等)的一个或多个部分，诸如支撑梁。无论如何，跟踪构件通常以固定方式相对于对象的构件或部分定位，使得可以通过跟踪该跟踪构件并确定所连接的构件在导航空间中的位置来确定关系并将其用于允许跟踪导航空间中的构件。因此，在选定跟踪规程期间可以在导航空间中跟踪一个或多个构件。此外，器械可被定位或移动到与对象(诸如钻头、锥子、植入构件、紧固件等)分开的导航空间中。

一个或多个跟踪系统可以结合到导航系统中或与导航系统一起操作，该导航系统包括可以相对于对象被跟踪的一个或多个器械。导航系统可以包括跟踪各个部分的一个或多个跟踪系统，诸如可以与一个或多个构件(诸如骨骼部分、器械等)相关联的跟踪设备。跟踪系统可以包括定位器，该定位器被配置为确定跟踪设备在导航系统坐标系中的位置。导航系统坐标系的确定可以包括在各种参考文献中描述的那些，包括美国专利号8,737,708、美国专利号9,737,235、美国专利号8,503,745、和美国专利号8,175,681，所有这些专利均全部通过引用并入本文。具体地，定位器能够相对于对象来跟踪体积内的对象。可以在其中跟踪设备的导航体积可以包括或被称为导航坐标系或导航空间。两个坐标系之间的确定或相关性可以允许或也称为两个坐标系之间的配准。

此外，可以获取对象的选定部分的图像。可以显示图像以供使用者例如外科医生查看。图像可能已经在图像的一部分上叠加了被跟踪部分或构件例如器械的图形表示。而且，可以分割图像的各个部分(例如，骨骼构件)。根据各种实施方案，由于图像空间(也称为图像坐标系)到对象空间的配准，图形表示可以在适当位置处叠加在图像上。将由对象限定的对象空间配准到图像空间的方法可以包括在美国专利号8,737,708、美国专利号9,737,235、美国专利号8,503,745和美国专利号8,175,681中公开的方法，所有这些专利均全部通过引用并入本文。

可以与对象分开的选定器械的图形表示可以叠加在所显示的图像上。叠加的图形表示可以说明由于对象或导航空间到图像空间的配准以及在导航空间中跟踪器械而被跟踪的器械相对于对象的位置。而且，如上所述，跟踪设备可以连接到对象的各个部分，以便跟踪构件相对于其和相对于彼此进行参考。对象的分割部分可以被图示为叠加在图像上和/或作为图像的部分。由于跟踪在各个部分上的跟踪设备，图像的分割部分或其图形表示也可被移动。因此，由于跟踪设备的跟踪，图像可以被更新以包括构件的被跟踪部分(例如，骨骼部分)的表示。

在选定的手术期间，由于选定的手术，例如对象的成像，可以将第一坐标系配准到对象空间或对象坐标系。在各种实施方案中，可以通过利用相对于第一构件或系统例如机器人系统固定的基准点部分对对象进行成像来将第一坐标系配准到对象。由于第二坐标系到第一坐标系的配准，可以允许将未固定到第一坐标系或在第一坐标系中未跟踪的附加元件跟踪到在第一坐标系内确定或跟踪的位置和/或对象的图像。

在手术例如外科手术或手术治疗过程中对器械的跟踪，允许对手术进行导航。当图像数据用于限定图像空间时，可以与由对象例如患者限定的物理空间相关联或配准。因此，根据各种实施方案，患者限定了可以在其中跟踪和导航器械的患者空间。由图像数据限定的图像空间可以被配准到由患者限定的患者空间。可以通过使用可以在图像数据和患者空间中识别的基准点来进行配准。

根据本文所提供的描述，其他应用领域将变得显而易见。本发明内容中的描述和特定实例旨在仅用于例示的目的而不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本文中所描述的附图仅出于选择的实施方案而非所有可能实施方式的说明性目的，并且并不旨在限制本公开的范围。

图1是图示根据各种实施方案的机器人系统和导航系统的概览的示意图；

图2是根据各种实施方案的跟踪系统的详细环境视图；

图3是根据各种实施方案的跟踪系统的详细环境视图；

图4是示出第一图像的显示设备；

图5是示出第二图像的显示器；

图6是方法的流程图；

图7是根据各种实施方案的跟踪系统的详细环境视图；

图8是根据各种实施方案的具有跟踪设备的器械的图示；

图9是根据各种实施方案的具有跟踪设备的器械的图示；

图10是根据各种实施方案的跟踪系统的详细环境视图；

图11A是根据各种实施方案的跟踪系统的详细环境视图；

图11B是示出根据各种实施方案的其中具有跟踪部分的图像的显示器；

图12A是示出根据各种实施方案的其中具有处于第一相对位置的跟踪部分的图像的显示器；以及

图12B是示出根据各种实施方案的其中具有处于第二相对位置的跟踪部分的图像的显示器。

对应附图标记在整个附图的若干视图中指示对应零件。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地对示例性实施方案进行描述。

本主题公开涉及对例如人类患者的对象的外科手术的示例性实施方案。然而，应当理解，本文描述的系统和方法仅仅是示例性的，并不旨在限制本文所包括的权利要求的范围。在各种实施方案中，应当理解，系统和方法可以并入和/或用于非有生命的目标。例如，这些系统可用于配准在两个系统之间的坐标系，以在制造系统和维护系统等上使用。例如，汽车组装可以使用一个或多个机器人系统，该机器人系统包括单独的坐标系，这些坐标系可以一起配准，用于协调或联合动作。因此，本文中外科手术的示例性说明不旨在限制所附权利要求的范围。

根据各种实施方案，本文所讨论的是用于允许在各种坐标系之间配准的过程和系统。在各种实施方案中，第一坐标系可以配准到第二坐标系。第一坐标系可以是由具有第一定位器的第一跟踪系统限定的第一跟踪空间，并且第二坐标系可以是由具有第二定位器的第二跟踪系统限定的第二跟踪空间。第一坐标系和第二坐标系中的一者或两者可以被配准到附加坐标系或空间(例如，第三坐标系、第四坐标系等)。附加坐标系可以包括图像坐标系或空间和/或对象坐标系或空间。如本文所讨论的，导航空间或坐标系可以相对于对象空间并且至少部分地由跟踪系统空间来限定。

首先参考图1，图示了手术室诸如外科手术室。被定位在手术室内的可以是在相对于对象执行手术期间使用和/或辅助相对于对象执行手术的各种系统和构件。例如，导航系统20可以被定位在手术室内。在手术室内，导航系统20可以包括各种元件或部分，诸如光学定位器88和电磁(EM)定位器94，这些元件或部分限定或用于在选定的第一坐标系和/或第二坐标系中生成导航或跟踪空间，如在此进一步讨论的。如本文进一步讨论的，相应的定位器88、94也可以相对于彼此配准(也称为相关)，以允许在任一或两个坐标系中跟踪一个或多个器械，并且将跟踪位置与附加坐标系相关联。因此，用户72可以跟踪一个或多个器械，诸如相对于对象30的器械68和/或跟踪对象30的多个部分或构件。

导航系统20可用于跟踪一个或多个跟踪设备的位置，跟踪设备可包括对象跟踪设备58、成像系统跟踪设备62和/或工具跟踪设备66。工具68可以是任何适当的工具，诸如钻头、镊子或由使用者72操作的其他工具。工具68还可包括植入物，例如脊椎植入物或整形外科植入物。应当进一步注意的是，导航系统20可以用于导航任何类型的器械、植入物或递送系统，包括：导丝、关节镜系统、矫形植入物、脊柱植入物、脑深部刺激(DBS)探针等。此外，这些器械可以用于导航或映射身体的任何区域。导航系统20和各种器械可以用于任何适当手术中，例如通常微创手术或开放式手术的器械。

成像设备80可用于获取对象例如对象30的术前、术中或术后或实时图像数据。然而，应当理解，可以对任何适当的对象成像，并且可以相对于对象实施任何适当的手术。在所示出的实例中，成像系统80包括由在美国科罗拉多州路易斯维尔设有营业场所的美敦力导航公司销售的

成像设备。成像设备80可以具有大致环形的机架壳体82，图像捕获部分可移动地放置在该机架壳体中。成像设备80可以利用x射线来获取图像数据。图像捕获部分可以包括x射线源或发射部分，并且x射线接收部分或图像接收部分彼此大体上或实际上尽可能成180度定位，并且相对于轨道或导轨安装在转子上。图像捕获部分可以用于在图像获取期间旋转360度。图像捕获部分可以绕中心点或轴线旋转，允许从多个方向或在多个平面中获取患者80的图像数据。成像设备80可以包括在以下中公开的成像系统：美国专利号7,188,998、美国专利号7,108,421、美国专利号7,106,825、美国专利号7,001,045和美国专利号6,940,941，所有这些专利均通过引用并入本文或其任何适当部分。在一个实例中，成像设备80可以利用具有1,720×1,024像素可视区域的平板技术。

可以相对于成像设备80的任何其他部分精确地知道成像设备80和/或其中的部分例如图像捕获部分的位置。根据各种实施方案，成像设备80可以知道并相对于固定坐标系或选定坐标系再调用精确的坐标。这可以允许成像系统80知道其相对于患者30或其他参考的位置。另外，如本文所讨论的，图像捕获部分的位置的精确知识可以与跟踪系统结合使用，以确定图像捕获部分的位置和相对于被跟踪的对象如患者30等的图像数据。

成像设备80也可以用跟踪设备62来跟踪。根据各种实施方案，限定患者30的获取的图像空间的图像数据可以相对于目标空间固有地或自动地配准。目标空间可以是由患者30在导航系统20中限定的空间。自动配准可以通过在成像设备80上包括跟踪设备62和/或图像捕获部分的可确定的精确位置来实现。根据各种实施方案，如本文所讨论的，还可使用可成像部分、虚拟基准点和其他特征来允许自动或以其他方式的配准。然而，将理解的是，可以获取将限定对象空间的任何对象的图像数据。患者空间是示例性的对象空间。配准允许在患者空间与图像空间之间进行平移。

当患者移动时，患者80也可以利用患者跟踪设备(也称为动态参考系(DRF))或跟踪器58来跟踪。替代地或除此之外，患者30可以固定在由导航系统20限定的导航空间内，以允许配准。如本文进一步讨论的，图像空间与患者空间或对象空间的配准允许使用图像数据来导航器械68。当导航器械68时，器械68的位置可以在显示设备84上相对于患者30的获取的图像数据被图示。各种跟踪系统，诸如包括光学定位器88或电磁(EM)定位器92的跟踪系统，可用于跟踪器械68。

可以使用一个以上的跟踪系统来跟踪导航系统20中的器械68。根据各种实施方案，这些可以包括具有EM定位器94的电磁跟踪(EM)系统和/或具有光学定位器88的光学跟踪系统。如本文所讨论的，跟踪系统中的一个或两个均可以用于跟踪选定的跟踪设备。应当理解，除非另外讨论，否则跟踪设备可以是具有被选定跟踪系统的可跟踪部分。跟踪设备不必指跟踪设备所附着或关联的整个构件或结构。还应理解，还可以使用附加的或替代的跟踪系统，诸如雷达、声学、超声波和/或其他跟踪系统。通常，跟踪系统在跟踪或导航空间中对跟踪设备进行跟踪。跟踪系统能够基于跟踪(例如，在相机的视场、EM场等内)生成信号，并且该信号在导航系统内用于确定被跟踪元件的位置。在各种实施方案中，所确定的位置然后可以在显示设备上相对于另一个坐标系(诸如图像空间)被示出。

还应理解，成像设备80可以是不同于

成像设备的成像设备，并且可以额外地或替代地包括荧光镜C形臂。其他示例性成像设备可以包括荧光镜仪，例如双平面荧光镜系统、天花板安装荧光镜系统、导管实验室荧光镜系统、固定C臂荧光镜系统、等心C臂荧光镜系统、3D荧光镜系统等。其他合适的成像设备还可以包括MRI、CT、超声等。

在各种实施方案中，成像设备控制器96可以控制成像设备80，并且可以接收在图像捕获部分生成的图像数据，并且存储图像以备后用。在各种实施方案中，控制器96可以包括处理器97和/或各种存储器部分。控制器96还可以控制成像设备80的图像捕获部分的旋转。应当理解，控制器96不需要与机架外壳82成为一体，而是可以与其分离。例如，控制器可以是导航系统20的一部分，该导航系统可以包括处理系统和/或控制系统98，该处理系统和/或控制系统包括处理单元或处理部分102。然而，控制器96可以与机架82整合在一起，并且可以包括诸如便携式计算机中的第二和单独的处理器97。

患者30可以固定在手术台104上。根据一个实例，手术台104可以是由在日本东京设有营业场所的Mizuho Ikakogyo公司的分公司OSI或在美国加利福尼亚州设有经营场所的Orthopedic Systems公司出售的Axis

手术台。患者定位设备可与手术台一起使用，并且包括

夹具或在共同转让的美国专利申请号10/405,068中提出的患者定位设备，该美国专利申请的标题为《集成电磁导航与患者定位设备》，于2003年4月1日提交，其据此通过引用并入本文。

因此，可以通过导航系统20确定患者30相对于成像系统80的位置。跟踪设备62可用于跟踪和定位成像设备80的至少一部分例如机架或外壳82。如本文进一步讨论的，可以用动态参考系58跟踪患者30。因此，可以确定患者30相对于成像系统80的位置。此外，由于成像部分在壳体82内的导轨上的精确位置、基本上不灵活的转子等，可以相对于壳体82确定成像部分的位置。如果成像设备80是由在科罗拉多州路易斯维尔设有营业场所的美敦力导航公司出售的

成像设备，则成像设备80可以包括例如在10微米以内的精度。在以下中进一步描述了成像部分的精确定位：美国专利号7,188,998号、美国专利号7,108,421、美国专利号7,106,825、美国专利号7,001,045和美国专利号6,940,941，所有这些专利均通过引用并入本文。

根据各种实施方案，成像设备80可以从X射线源生成和/或发射X射线，该X射线传播通过患者30并且被X射线成像接收部分接收。图像捕获部分生成表示接收到的X射线强度的图像数据。通常，图像捕获部分可以包括首先将x射线转换为可见光的图像增强器和将可见光转换为数字图像数据的照相机(例如电荷耦合设备)。图像捕获部分也可以是将X射线直接转换为数字图像数据以形成图像的数字设备，从而潜在地避免了由于首先转换为可见光而引起的失真。

可由成像设备80拍摄的二维和/或三维荧光镜图像数据可以被捕获并存储在成像设备控制器96中。还可以捕获和组合由成像设备80获取的多个图像数据以提供患者30的整个区域的更大视图或图像，而不是仅针对患者30的一部分区域。例如，患者30的脊柱的多个图像数据可以附加在一起，以提供脊柱的完整视图或完整的一组图像数据。

然后可以将图像数据从图像设备控制器96转发到导航计算机和/或处理器系统102，该导航计算机和/或处理器系统可以是具有显示器84和用户界面106的控制器或工作站98的一部分。还可以理解，图像数据不一定首先保存在控制器96中，也可以直接传送到工作站98。工作站98可以提供设施，该设施用于在显示器84上将图像数据显示为图像108并且用于保存、数字处理或打印接收的图像数据的硬拷贝图像。可以是键盘、鼠标、触摸笔、触摸屏或其他合适设备的用户接口106允许用户72提供输入，以经由图像设备控制器96控制成像设备80或调整显示器84的图像设置。工作站98还可以指示图像设备控制器96调整成像设备80的图像捕获部分，以获得沿不同平面的各种二维图像，从而生成具有代表性的二维图像数据和三维图像数据。

继续参考图1，导航系统20还可以包括跟踪系统，该跟踪系统可以是电磁(EM)定位器94和/或光学定位器88中的一者或两者。然而，如上所述，还可以提供或使用更多或替代的跟踪系统。跟踪系统可以包括控制器和接口部分110。控制器110可以连接到处理器部分102，该处理器部分可以包括包含在计算机内的处理器。控制器110还可以连接到定位器(诸如EM定位器94和/或光学定位器88)中的一个或多个定位器。连接可以是有线的或无线的，并且允许单向或双向通信。EM跟踪系统可包括由在科罗拉多州路易斯维尔设有营业场所的美敦力导航公司出售的

AXIEM^TM导航系统，或者可以是2010年7月6日提交的标题为《手术导航的方法和装置》的美国专利号7,751,865、1999年6月22日发布的标题为《位置定位系统》的美国专利号5,913,820以及1997年1月14日发布的标题为《用于导航导管探针的方法和系统》的美国专利号5,592,939中描述的EM跟踪系统；所有这些专利均通过引用并入本文。应当理解，导航系统26还可以是或包括任何适当的跟踪系统，包括具有光学定位器的

或S7^TM跟踪系统，其可以用作光学定位器88，并且由位于科罗拉多州路易斯维尔市的美敦力导航公司出售。其他跟踪系统包括声学系统、辐射系统、雷达系统等。跟踪系统可以根据在上面结合的参考文献中的通常已知的或描述的技术来使用。除非阐明主题公开的选定操作，否则本文将不包括细节。

有线连接件或物理连接件可以互连跟踪系统、成像设备80等。或者，与直接耦合到控制器110不同，各个部分例如器械68可以采用无线通信信道，例如在2002年11月5日发布的主题为《外科手术通信电源系统》的美国专利号6,474,341中公开的，该专利通过引用并入本文。此外，跟踪设备62、66、54可以生成由定位器88、94感测的场和/或信号。

导航系统20的各个部分，例如器械68，以及下面将详细描述的其他部分，可以配备至少一个并且通常是多个的跟踪设备66。该器械还可包括多于一种类型或模态的跟踪设备66，诸如EM跟踪设备66e和/或光学跟踪设备66o。器械68可包括在近端处的可抓握或可操纵部分，并且跟踪设备可固定在器械68的可操纵部分附近。

1999年11月9日发布的标题为《导管定位系统和方法》的美国专利号5,983,126中阐述了另外的代表性或替代性的定位和跟踪系统，该专利在此通过引用并入本文。因此，导航系统20可以是包括来自各种跟踪系统的部件的混合系统。

根据各种实施方案，导航系统26可用于相对于患者30跟踪器械68。如上所述，可以用跟踪系统跟踪器械68。患者30或适当对象的图像数据可用于帮助使用者72引导器械68。然而，图像数据被配准到患者30。图像数据限定了图像空间，该图像空间配准到由患者30限定的患者空间。可以如本文所讨论的那样自动地、手动地或它们的组合来执行配准。

通常，配准允许平移图相对于图像数据的图像空间生成器械68的物理位置。平移图允许器械68的跟踪位置相对于图像数据108显示在显示设备84上。图形表示68i，也称为图标，可以用来图示器械68相对于图像数据108的位置。

如上所述，成像系统80或任何适当的成像系统可以获取对象30的图像。可以根据诸如本领域已知的各种规程自动配准图像，包括(例如，利用图像跟踪设备62)跟踪成像系统80和利用对象跟踪器58跟踪对象30。其他配准过程可以包括识别图像108中和患者或对象30上的基准点或相关点。基准点可以包括作为可成像部分(例如，不透射线标记)的人造基准点，其在使用成像设备80获取图像期间被定位在对象30上和/或植入对象中并且出现在图像108上，诸如基准点标记113。用户72可以识别图像108中的基准点标记113，然后还识别对象30上的基准点，诸如用一个或多个跟踪系统跟踪的器械68触摸对象中的基准点。导航系统20然后可以确定被跟踪器械68的位置并将其与图像108中识别的基准点113相关联。

在各种实施方案中，当基准点部分113用成像设备80成像时，生成包括或识别基准点部分113的图像数据。基准点部分113可以在图像数据中自动(例如，通过执行程序的处理器)、手动(例如，通过选择使用者72的识别)或其组合(例如，通过选择种子点的使用者72的识别和由执行程序的处理器执行的分割)识别为成像的基准点部分113i。自动可成像部分识别的方法包括在2012年4月3日发布的美国专利号8,150,494中公开的方法，该专利通过引用并入本文。手动识别可包括选择图像数据中的元素(例如像素)或区域，其中可成像部分已被成像。无论如何，在图像数据中识别的基准点部分120可用作基准点或基准点位置，该基准点或基准点位置可用于将图像数据或图像数据的图像空间与患者空间配准。

在各种实施方案中，为了将图像空间或坐标系配准到另一个空间或坐标系，例如导航空间，然后可以以适当的方式在由对象30限定的对象空间中识别在图像108中识别的基准点部分120。例如，如果基准点部分在获取图像数据以生成图像108期间在相同位置附接到对象30，则使用者72可以相对于对象30移动器械68，以接触基准点部分120。应当理解，如上文在各种实施方案中所讨论的，基准点部分120可以附接到对象30和/或可以包括对象30的解剖部分。

另外，跟踪设备可以被并入基准点部分113中，并且它们可以在获取图像之后与对象30一起保持。在这种情况下，可以在对象空间中进行基准点部分120的配准或识别。然而，根据各种实施方案，使用者72可以移动器械68以接触基准点部分113。由于附接到器械68的跟踪设备66，例如具有光学定位器88的跟踪系统可以跟踪该器械的位置。这允许使用者72在导航空间中识别在图像108中识别的基准点部分120的位置。在识别基准点部分120在可以包括对象空间的导航空间中的位置之后，可以在导航空间中由对象30限定的主题空间与由图像108限定的图像空间之间制作平移图。因此，如本文进一步讨论的，相同或已知位置允许配准。

在配准期间，在例如图像108等的图像数据的图像数据坐标系与由患者30限定的患者空间之间确定平移图。一旦发生配准，器械68就可以用配准到图像数据的跟踪系统进行跟踪，以允许将被跟踪器械68的位置识别和图示为叠加在图像数据上的图标。图像108(或任何选择的图像数据)到对象30的配准可以在任何适当的时间发生。

在将图像空间配准到患者空间之后，可以相对于图像108跟踪器械68。如图1所示，可以在显示器84上相对于图像108显示表示器械68的位置(其可以包括6自由度位置(包括3D位置和取向))的图标68i。由于图像空间到患者空间的配准，图标68i相对于图像108的位置可以基本上识别或模拟器械68相对于患者空间中的患者30的位置。如上所述，这可以允许导航过程发生。

继续参考图1和图2，患者跟踪器或对象跟踪器58还可包括多于一个跟踪元件或部分和/或可与一个或多个跟踪系统一起操作。例如，患者跟踪器58可包括一个或多个光学可跟踪构件或部分，诸如反射构件58o。应当理解，光学可跟踪构件也可以是有源发射器(例如，LED)或无源的，诸如反射器。此外，对象跟踪器58可以包括电磁跟踪构件或部分58e。EM跟踪器58e可以相对于光学跟踪器58o固定，使得位置(包括三维位置和/或一个或多个自由度取向)是固定的。因此，使用至少两个跟踪系统，诸如光学定位器88和EM定位器94，患者跟踪器58可以用作相对于患者30的配准或动态参考系。

对象跟踪器58还可用于包括具有选定基准点或配准部分150的器械68的器械的配准和/或校准。配准部分150可包括器械68可接触的凹口或凹痕，以允许导航系统20确定器械68相对于跟踪设备66的远侧端部或终端部。如上所述，跟踪设备66还可以在包括光学跟踪设备66o和EM跟踪设备66e的多于一个跟踪系统中被跟踪。

应当理解，跟踪设备66的多个部分可以在单个单元中固定在一起，类似于可跟踪构件或组件154。替代地或除此之外，两个跟踪设备诸如光学跟踪设备66o和EM跟踪设备66e可以相对于彼此固定在器械68上。因此，不管配置如何，EM跟踪设备66e相对于光学跟踪设备66o的位置对于选定的手术(诸如在对象30上进行手术)是固定的。

除了对象跟踪器58之外，还可以将附加跟踪元件附连到患者30，包括单独的或分开的构件跟踪器160，包括选定的数量(例如3个)，包括160i、160ii和160iii。单独的跟踪器160中的每个跟踪器也可以称为跟踪设备并且可以固定到可以相对于彼此移动的不同骨骼部分，诸如不同的椎骨，包括第一椎骨166i、第二椎骨166ii和第三椎骨166iii。因此，椎骨166的每个椎骨可以相对于彼此移动，诸如第一椎骨166i和第二椎骨166ii。连接到单独的椎骨的单独跟踪器160可以允许相对于彼此跟踪单独的椎骨，如本文进一步讨论的。

另外参考图3和图4，患者跟踪器58可以相对于对象30固定，诸如相对于骨盆的一部分(包括髂嵴)或其他适当的部分固定。此外，对象30可以相对于手术台104固定，并且患者跟踪器58也固定到手术台104，使得患者30和患者跟踪器58之间没有移动。无论如何，患者跟踪器58可用于通过测量和跟踪对象30的移动以更新限定对象空间的对象30与患者跟踪器58之间在导航空间中相对于图像空间的平移，来维持对象30相对于图像108的配准。

如上所述，患者跟踪器58可以包括EM跟踪器58e。EM跟踪器58e可以诸如通过控制器110以诸如无线、有线或其组合的适当方式与导航系统20通信。类似地或除此之外，构件跟踪器160诸如跟踪器160i也可以经由有线通信、无线通信或它们的组合与导航系统20通信。如图2和图3所示，包括第一椎骨166i和第二椎骨166ii的椎骨可以各自包括或具有分别连接到其上的相应的跟踪器或跟踪设备160i、160ii。因此，跟踪设备160中的每个跟踪设备可跟踪选定的构件或元件，诸如包括椎骨166的骨骼部分。

如上所述，跟踪系统可以实时跟踪骨骼部分或连接到骨骼部分的跟踪设备。图像108可以包括椎骨诸如第一椎骨166i'和第二椎骨166ii'的图像数据或图像。椎骨(包括每个椎骨)可以以任何适当的方式在图像中被分割，诸如以基本上自动的过程、手动过程或手动过程和自动过程的组合。椎骨的分割可以包括诸如由

Robotic系统用于分割椎骨的分割或其他适当的分割技术。手动分割可包括用户72勾勒或限定与选定部分诸如第一椎骨166i和第二椎骨166ii相关的图像部分。自动分割可包括处理器诸如处理器102，其执行算法以分割图像中的椎骨。半手动分割可包括用户72识别种子像素或体素或多个种子像素或体素，并且处理器可执行指令以分割与识别的种子部分相关的图像数据。然而，图像108可以包括分割的部分，诸如第一椎骨、第二椎骨和第三椎骨166的分割。

除了椎骨的分割之外，还可以识别其各个部分。在各种实施方案中，椎骨的上终板和下终板可以在图像108中被分割或识别，诸如包括第一椎骨的第一终板170i和第二椎骨166ii的第二终板170ii的终板。应当理解，椎骨中的每个椎骨通常包括两个终板，并且这里对第一终板170和第二终板174的讨论仅仅是示例性的。此外，可以识别椎骨的其他部分和/或可以识别终板的部分或多个部分。终板可以自动识别(例如，基于其中确定的分割和角度)或者可以基于用户进行的终板确定来识别(例如，识别终板的端部)。

终板170、174的识别可以帮助识别图像108中的椎骨166的端点或终止部分。此外，可以识别相应的第一终板170和第二终板174的平面178、182。平面178、182的确定或识别可用于测量平面178、182之间的相应距离，诸如前距离184和后距离188。距离184、188的差异还可用于限定或确定平面178、182之间的角度192。还应理解，角度192的确定可直接在平面178、182之间进行。平面178、182还可以限定在分割的椎骨的边界内，而不是从那里延伸，如图4所示。

如上所述，单独的或分开的跟踪设备160可以连接到分开的椎骨166。因此，可以使用相应的跟踪设备160i和160ii跟踪一个椎骨的移动，诸如第一椎骨166i相对于第二椎骨166ii的移动。然后，如本文所讨论的，基于跟踪设备160的跟踪位置，通过改变图像108，可以在显示设备84上示出跟踪的改变。

参考图5，椎骨例如第二椎骨166ii可以出于各种目的相对于第一椎骨166i移动，诸如试图实现对准、测量椎骨的移动性等。因此，显示器84可以显示图像108以将第二椎骨166ii的移动图示为图像部分166ii'。可以在显示器84上相对于彼此示出和/或测量先前已经识别的终板170、174和相应的平面178、182。在各种实施方案中，用户72可以向导航系统20提供输入，诸如输入命令，以确定第二椎骨166ii移动之后的测量结果。也可以在手术期间基本上自动地进行和/或显示测量结果的确定。导航系统20或适当的系统可以测量距离或角度，诸如平面178、182之间的第二角度210。因此，用户72可以确定或理解两个椎骨166i和166ii之间的移动或位置。

此外，在获取图像数据并示出将跟踪设备160定位在相应椎骨166中的图像108之后，用户72还可查看椎骨相对于彼此的位置并执行椎骨166的手动操纵。如本文进一步讨论的，用户72可以在显示设备84上查看椎骨166的移动，而无需获取对象30的附加图像数据。因此，在各种实施方案中，对象30和/或用户72或相对于对象30的其他用户的辐射可以减小，因为图像108由于相应的跟踪设备160而基于单独椎骨166的跟踪位置而改变。应当理解，除了椎骨之外，其他适当的构件和/或器械可以被单独跟踪并且它们的位置可以用显示设备84来显示。

此外，如上所述，可以以适当的方式将对象30配准到图像108。一旦对象30被配准到图像108，对象跟踪设备58可用于保持配准。如上所述，对象跟踪设备58可以包括EM跟踪设备和光学跟踪部分58o。因此，光学定位器88和EM定位器94可以跟踪患者跟踪器58。此外，由于EM跟踪设备58和光学跟踪部分58o两者(诸如经由连接或夹具214)相对于患者58固定在单个位置，相应跟踪系统的定位器88、94两者可以包括单个原点或相对参考系，以用于跟踪与其相关的附加元件或部分。因此，如上所述，器械68可以包括要相对于对象30被跟踪的跟踪设备66e和66o的一者或两者并且具有相对于图像108示出的表示68i。

由于跟踪设备160中的每一者以及这里讨论的其他设备可以连接到对象，因此它们也可以用于保持和/或确认配准。跟踪设备160可以包括单个跟踪模态(例如，光学或EM)，而患者跟踪器58可以包括多个跟踪模态(例如，光学和EM两者)以允许两种跟踪模态之间的相关。

然而，应当理解，其他跟踪设备诸如对象构件跟踪设备160可以仅包括单个跟踪模态或类型的跟踪器，诸如EM跟踪器。因此，根据各种实施方案，单独构件跟踪器160可以仅包括单一类型的跟踪设备。在各种实施方案中，EM跟踪设备可包括形成为可感测和/或发射电磁场的线圈的一个或多个导电材料构件。线圈可以是选定的尺寸和配置以允许相对于选定的对象构件进行有效定位。然而，应当理解，单独跟踪构件160也可以形成或提供为其他适当的构件，如本文进一步讨论的。

椎骨166诸如第二椎骨166ii相对于第一椎骨166i的移动可以通过任何适当的机构进行。然而，一旦相对于相应的椎骨进行了相应跟踪设备的识别，则如图4和图5所示，可以在显示器84上示出该移动。例如，用户72可以使用输入106来识别第一椎骨166i和与其相关联的跟踪设备160i。类似地，用户72可以将图像166ii'与椎骨166ii相关联并且进一步将第二跟踪设备160ii与椎骨166ii相关联。用户72或任何适当的人员可以用相应的椎骨(或任何适当的单独的或分开的构件)来识别相应的跟踪设备。因此，跟踪系统和/或跟踪系统88、94可以单独跟踪相应的跟踪设备。然后可以使用来自相应的单独跟踪设备160的信号来识别被移动或被跟踪为移动的特定部分或构件。识别的特定构件然后与图像的图形部分相关，以允许更新图像108以说明相应构件或对象30的部分的移动。

还可以基本上自动地将单独跟踪设备分配给选定构件。例如，已知患者跟踪器58位于选定的位置，诸如骨盆上。可以在图像中(例如，通过选择或分割)确定骨盆。其他构件诸如单独椎骨可以在图像108中被分割。可以用输入来确定或指示导航系统，该输入指示靠近骨盆的三块椎骨具有与其连接的跟踪设备。然后，导航系统可以基于分割顺序地确定椎骨，并且按照距骨盆上的患者跟踪器58的距离顺序地分配给每个被跟踪的跟踪设备。

跟踪的运动可以是基本上实时的，诸如小于一秒的延迟，包括在构件部分(例如，椎骨166)的移动和通过改变图像108在显示器84上显示移动之间小于10毫秒的延迟。因此，用户72可以用显示设备84查看图像108以了解对象30的相应构件的基本实时位置和/或移动。

因此，继续参考根据各种实施方案的图4和图5，可以利用导航系统20执行相对于对象30的手术。另外参考图6，示出了根据各种实施方案的相对于对象30执行手术的方法260。方法260通常被理解为包括可以利用来自用户72或其他适当用户的输入来执行的特征或部分。因此，根据各种实施方案，在框264中，对象30可以在适当的时间相对于成像系统80定位。应当理解，对象30可以相对于任何适当的成像系统定位并且成像系统80仅仅是示例性的。此外，在框268中，单独构件跟踪设备或分割构件跟踪设备160可以连接到适当的构件，诸如单独椎骨166。这些不同的步骤可以在任何适当的时间发生，但允许方法260发生或被执行，如本文进一步讨论的。

方法260可以包括在框278中获取图像数据。在框278中获取图像数据可以包括基本上在选定时间用成像设备80或任何其他适当的成像设备扫描对象30。此外，框278中的图像数据的获取可以是在适当的时间调用或访问获取的图像数据，诸如在将对象30相对于导航系统20定位在手术室中之前。因此，在各种实施方案中，可以获取对象30的图像数据。

在框282中，图像数据然后可以被分割。如上所述，可以以任何适当的方式对图像数据的分割进行分割。分割可以包括分割图像中的单独椎骨166，诸如第一椎骨图像166i'和第二椎骨图像166ii'。各种分割技术包括上面讨论的那些可用于分割椎骨。此外，如果可能不需要特定或详细的边缘提取或分割，则用户72和/或处理器系统102可以识别各种端点，诸如终板170、174的端点。因此，例如，如图4所示，用户72可以识别第一椎骨图像166i'上的两个端点170i和170ii以及相对于第二椎骨图像166ii'的两个分开的端点174i和174ii。这两个点可用于识别相应的终板170、174和/或平面178、182并执行与其相关的各种功能和分析。然而，应当理解，分割可用于基于分割部分的几何形状、相对部分等自动确定终板和/或平面。因此，框282中的图像数据的分割可以包括分割相应部分的所有边缘或边界和/或识别适当或选定部分，诸如识别端点并相对于端点确定线或平面。

图像数据与至少第一坐标系的配准发生在框286中。对图像数据的配准可以是对从框278获取的图像数据和/或框282中的分割图像数据的配准。无论如何，可以对第一坐标系诸如光学定位器88的坐标系进行配准。因此，图像数据可被配准在可由光学定位器88限定的第一坐标系中。应当理解，第一坐标系可以是任何适当的坐标系，并且对光学定位器88的引用仅仅是示例性的。

然而，一旦在框286中执行对图像数据的配准，第一坐标系和第二坐标系之间的相关就可以在框290中发生。例如，如上所述，EM定位器94还可用于限定相对于对象30的导航或跟踪空间。由于患者跟踪器58包括EM跟踪设备58e和光学跟踪设备部分58o两者，可以执行光学定位器88的第一坐标系和EM定位器94的第二坐标系之间的相关。如上所述，患者跟踪器58相对于单个固定点(也称为参考点)保持EM跟踪设备58e和光学跟踪设备58o两者。因此，这些部分中的任一个部分(诸如光学跟踪部分58o)与图像数据的配准可以用于将单个点与EM跟踪系统的第二坐标系相关联，因为EM跟踪设备58e相对于该相同点固定。因此，应当理解，附加跟踪设备也可与患者跟踪器58相关联。例如，雷达跟踪设备也可以与患者跟踪器58相关联，以允许与可以限定第三坐标系的雷达跟踪系统的相关。

在适当的时间，诸如在将图像数据配准到第一坐标系和/或第一坐标系和第二坐标系之间的相关之后，在框294中进行单独跟踪设备和图像中的分割部分之间的对应性的识别或确定。框294中的识别可以被理解为允许图像108中的特定分割部分(诸如椎骨166i'的分割图像部分)的关联与对象的特定椎骨166i相关联或相关。应当理解，也可以建立构件的任何其他适当的关联。

如上所述，图像中的单独部分诸如单独椎骨166可以具有附接到其上的一个跟踪设备160。同样如上所述，可以在任何适当的跟踪系统中跟踪单独跟踪设备。然而，如图2和图3所示，可以以单一方式诸如利用EM定位器94跟踪单独跟踪设备160。其他器械诸如器械68可以用不同的跟踪系统诸如光学跟踪系统88跟踪。因此，第一坐标系的配准可以是用光学跟踪系统，而第二坐标系可以是用EM跟踪系统。因此，第一坐标系和第二坐标系之间的相关可以允许第二跟踪系统中的跟踪与在框286中配准的图像数据相关。因此，如果单独跟踪设备160相对于第二坐标系被跟踪，则框294中的对应性的识别或确定可以在框290中的相关之后发生。

可以如上文所讨论的那样进行单独跟踪设备160相对于椎骨166中的每个椎骨的识别或确定。例如，用户72可以相对于椎骨图像166i’、166ii’和166iii’中的每个椎骨图像单独地识别每个跟踪设备。因此，导航系统20可以识别图形图像部分或分割部分中的哪一个与单独跟踪设备中的每个跟踪设备相关。然而，应当理解，单独跟踪设备也可以自动地与单独分割部分相关。例如，患者跟踪器58可被确定或已知为最下面的可跟踪部分，并且单独跟踪设备可附接到从其向上移动的每个椎骨。因此，导航系统20可以识别患者跟踪器58，然后顺序地识别距患者跟踪器58一定距离的每个单独跟踪设备，其中最近的跟踪设备在最近的椎骨中，下一最近的跟踪设备在下一最近的椎骨中，等等。因此，导航系统20还可以基本上自动地在手术室中识别相对于跟踪设备中的每个跟踪设备的分割元件。

在框298中跟踪单独跟踪设备，包括连接到构件诸如椎骨166的单独跟踪设备160、器械跟踪设备66和其他跟踪设备。在框298中对跟踪设备进行跟踪可以包括确定跟踪设备在导航空间中的位置。在框298中对跟踪设备进行跟踪允许确定连接到跟踪设备的部分(诸如包括椎骨166的单独构件部分)的位置。因此，在框304中，可以基于单独跟踪设备的跟踪位置来更新图像108，包括其分割的图像部分。如图4和图5所示，椎骨166i’和166ii’的图像部分可以基于与其相关联的跟踪设备的跟踪位置来显示。因此，跟踪设备160跟踪可以移动的相关部分诸如椎骨166，并且可以在显示设备64上显示的图像108上改变或更新与其相关的图像部分166'。

用户72然后可以在框308中相对于对象移动椎骨和/或器械68。如上所述，器械68可以包括任何适当的器械，诸如要相对于对象30定位的丝锥和/或植入物。用户72可以相对于对象移动器械68并且可以在显示设备上显示图形显示或图标68’，如图4所示，或者可以示出器械68的任何适当的表示。此外，如上所述，可以通过更新图像108在显示设备84上示出对象30的移动。

在各种实施方案中，可以在框310中进行测量和/或对选定测量结果(诸如角度192、距离184、188或其他适当的测量结果)的展示。这些测量结果可以显示在显示设备84上，诸如相对于图像108的图形块，包括离散或小图形块312和/或316中的凸缘(ledge)。因此，用户72可以基于图像108的分割和/或对象30的各个部分的移动和/或器械68的跟踪来查看各种测量结果。

在各种实施方案中，如上所述，导航域中的构件或元件可以用与其连接的单独跟踪器进行跟踪。此外，还可以用多个跟踪设备跟踪相对于对象30移动的部分或构件。如上所述，可以用器械跟踪设备66相对于对象30跟踪器械68。

同样如上所述，器械68可以代表多个器械，诸如由多个构件组装而成的器械。因此，在各种实施方案中，器械68的不同部分可以连接在一起并且不同部分或构件中的每一者可以具有与其相关联的跟踪设备。在这方面，参考图3，器械68可以包括器械跟踪设备66和第二器械跟踪设备320。第二跟踪设备320可以是类似于EM跟踪设备66e的类型，或者是任何适当的跟踪设备。然而，第二器械跟踪设备320可用于跟踪器械68的与器械跟踪设备66到器械68的连接点间隔开或远离的部分或构件。应当理解，多个跟踪设备也可以与各种其他构件相关联，诸如植入物，特别是可移动或可调整植入物，其可以具有有意或无意地相对于彼此移动的部分。

转向参考图7，患者跟踪器58可以在选定位置诸如尾骨或髂嵴附近连接到对象30。其他跟踪器可以在其他适当位置相对于对象30连接，诸如连接到椎骨166。椎骨166可具有连接到其上的不同且分开的跟踪设备，如可在各种实施方案中提供的。如本文所讨论的，各种跟踪设备中的每一者可以在尺寸、几何形状、形状、颜色、跟踪模态等方面变化。

在各种实施方案中，如图7所示，示出了跟踪设备，其可作为跟踪设备160的补充或替代被提供或使用。例如，第一跟踪设备330可以连接到第一椎骨166i，第二跟踪设备334连接到第二椎骨166ii并且第三跟踪设备338可以连接到第三椎骨166iii。跟踪设备330、334、338中的每一者可以在光学定位器88的视场或导航空间内。光学定位器88可以包括多个相机，诸如第一相机340和第二相机344。相机340、344可以查看可以限定导航空间的全部或一部分的视场。因此，导航系统20可以查看视场或分析视场以识别单独跟踪设备330-338。

跟踪设备330-338中的每个跟踪设备可以包括不同的形状或几何形状，诸如三角形或彼此不同的其他几何形状。例如，第一跟踪设备330可以具有为锐角三角形的跟踪元件或构件348。第二跟踪设备334可以具有为钝角三角形的可跟踪元件352。最后，第三跟踪设备338可以包括为平行四边形的可跟踪元件356。因此，导航系统20可以在视场中识别可跟踪元件348、352、356中的每个可跟踪元件。如上所述，可跟踪设备330-338中的每个可跟踪设备可与相应的椎骨166相关联。因此，导航系统可以基本上分开地和单独地对跟踪设备330-338进行跟踪，并且关联或改变显示设备84以显示关于相应椎骨166或相应跟踪设备所连接的构件的基本上实时的位置的图像108。除了跟踪部分348-356中的每个跟踪部分的改变的形状或不同形状之外，每个跟踪部分可以包括在视场中也可以识别的不同颜色、阴影等。因此，在选定的跟踪规程期间，可以通过形状和/或颜色两者来识别单独跟踪设备中的每个跟踪设备。

继续参考图7，跟踪设备还可以包括或替代地包括第四跟踪设备360和第五跟踪设备364。跟踪设备360、364中的每个跟踪设备可以连接到选定的单独椎骨或构件，诸如第四椎骨166iv和第五椎骨166v。还应理解，跟踪设备360、364可用于替代跟踪设备330、334、356或如上所述的其他适当的跟踪设备。

跟踪设备360、364可以包括相应的可跟踪元件或构件368和372。可跟踪元件368可包括已知的第一图案或光改变特性。例如，导航系统20可以包括数据库，该数据库包括可跟踪部分368的图案。另外，如上所述的可跟踪部分348、352、356也可以包括在数据库中。第二可跟踪部分372可以包括不同的图案或光变化特性。选定相机或透镜特征诸如全光相机或在使用结构化光发射器时可用于识别从可跟踪部分368、372反射的光的差异。可跟踪部分368、372可包括形成在可跟踪部分368、372上的三维图案，其可改变从其发射或反射的光。选定的相机340、344可用于识别反射光的类型并识别特定的跟踪构件360、364。例如，全光相机可以包括远离焦平面定位的多个透镜以分析遇到光感单元或光接收器(例如，互补金属氧化物半导体传感器)的光。通过分析反射光，导航系统20可能能够识别特定的跟踪设备360、364。如上所述，单独跟踪设备中的每个跟踪设备可与单独椎骨诸如第四椎骨166iv和第五椎骨166v相关联。因此，导航系统20可以识别特定椎骨并基于跟踪设备360、364的跟踪位置更新图像108。

继续参考图7，更进一步或替代的跟踪设备可以包括跟踪设备380和跟踪设备384。跟踪设备380、384中的每个跟踪设备可以分别具有可跟踪部分386、388。可跟踪部分386、388中的每个可跟踪部分可基本上是三维的或具有深度以改变或转变被反射的光的方向。因此，可基于反射光的方向或改变或预测的类型来识别可跟踪部分386、388中的每个可跟踪部分。例如，可跟踪部分386可以沿着第一光线392反射来自光源的光。第二可跟踪部分388可以沿着第二光线396反射光。正如两条光线所表示的，可跟踪部分可以在不同方向反射光。光可以来自单个光源398，并且定位器88的相机340、344可以识别特定光反射以识别相应的跟踪设备380、384。如上所述，还可通过颜色、反射特征等来改变或区分可跟踪部分386、388的各个部分。

因此，可连接到不同且分开的椎骨166vi和166vii的相应和单独跟踪设备380、384可用于在跟踪规程期间识别相应椎骨。如上所述，导航系统20然后可以更新图像108以识别对象30的相应构件(诸如椎骨166)的位置的移动。更新的图像可以基于相应和单独跟踪设备380、384的跟踪位置。

应当理解，适当类型的跟踪设备可以以任何适当的方式与椎骨166相关联，并且可以包括可以用于感测场并在其上传输信号的电磁或对流线圈(EM)。独立跟踪设备的识别可以包括关于独立跟踪设备中的每个跟踪设备的信号。在有线传输中，独立信号可以涉及用有线连接或物理连接传输的特定跟踪设备。在无线传输系统中，可以将选定识别特征添加到传输的信号中以识别传输信号的特定跟踪设备。实例包括跟踪设备序列号或硬编码的通用唯一识别码(UUID)。其他可能的跟踪设备还可以包括雷达跟踪设备、射频跟踪设备、超声波跟踪设备等。

除了相对于选定参考(诸如患者跟踪器58)跟踪相应椎骨中的每个椎骨之外，相应跟踪设备中的每个跟踪设备可以用作参考标记，以用于跟踪相对于它们的其他元件。例如，一旦第一跟踪设备330和第二跟踪设备334两者都在导航坐标系内配准，即可以相对于第二跟踪设备跟踪第一跟踪设备。如上所述，患者跟踪器58可以被配准到图像108并且可以包括多个跟踪器，使得可以相对于患者跟踪设备58和/或导航场中的其他跟踪设备来跟踪连接到个体的跟踪设备的所选类型的跟踪器，包括图7所示的跟踪器和上面讨论的跟踪器。

在各种实施方案中，可以将多种类型的跟踪器划分为相对于对象30相关联的跟踪设备，以用于辅助跟踪多种类型的规程。如图7和上面的图中所示，可跟踪部分可以连接到直接固定到骨骼部分的构件诸如椎骨上。这些跟踪设备中的每个跟踪设备可以包括固定到骨骼部分的销、螺钉等，并且跟踪设备可以延伸穿过对象的软组织，诸如其真皮或肌肉。因此，如图7和虚线所示，真皮层30d可以覆盖椎骨166的一部分，使得可跟踪部分358延伸经过真皮并且销或连接构件367延伸到椎骨166iii中。应当理解，其他跟踪设备可以包括类似的连接机构，使得可跟踪部分在真皮层30d上方延伸。然而，在各种实施方案中，跟踪设备的可跟踪部分可以替代和/或附加的方式连接到椎骨。

在各种实施方案中，如图8所示，植入物可以相对于对象30定位。如上所述，植入物是器械68。然而，在各种实施方案中，植入物可包括紧固件，诸如椎弓根螺钉410。椎弓根螺钉可以包括各种部分，诸如柄414和头部418。椎弓根螺钉410可以是任何适当的椎弓根螺钉，诸如由在美国明尼苏达州(Minnesota,USA)设有营业地点的美敦力公司(Medtronic,Inc.)销售的CD

脊椎系统。椎弓根螺钉可以允许头部418相对于柄414移动。

椎弓根螺钉410可以包括跟踪构件，诸如第一或头部跟踪构件422和第二或柄跟踪构件424。跟踪构件可以被导航系统20中的跟踪系统跟踪。在各种实施方案中，跟踪构件422、424可以是EM跟踪构件。

其他可跟踪设备可包括椎间设备，诸如

椎间盘置换或椎间盘植入物和/或

椎间盘置换或椎间盘植入物，两者均由Medtronic,Inc.出售。椎间设备430可定位在两个椎骨之间，诸如定位在终板170、174之间和/或与终板接触，如所讨论的。应当理解，各种椎间植入物可包括外科植入物、腰椎植入物等。通常，椎间植入物430可以包括第一终板或接触侧434和第二植入物或接触侧436。靠近或邻近两侧434、436定位的可以是跟踪设备，诸如第一跟踪设备438和第二跟踪设备442。同样，跟踪设备438、442可以是用导航系统20跟踪的EM跟踪设备。

在任一情况下，跟踪设备422、424、438、442可用于跟踪相应构件410、430的不同部分的位置或相对位置。例如，两个跟踪设备422、424可用于跟踪头部418与轴414的相对位置。椎间植入物430的跟踪设备438、442可用于显示两个表面434、436之间的距离或其相对角度等。

此外，可以在手术期间使用与植入物410、430相关联的跟踪设备。例如，椎弓根螺钉410可以被定位在椎骨诸如椎骨166i中。当螺钉410被定位在椎骨166i内时，螺钉中的跟踪设备可用于跟踪螺钉。一旦螺钉410被定位在椎骨166i内，除了或替代如上所述的跟踪设备(例如，如上所述的160)，螺钉410上的跟踪设备或跟踪设备中的选定的一个跟踪设备然后可用作用于特定椎骨的跟踪设备。类似地，椎间设备430的跟踪设备438、442可用于跟踪被定位的椎间设备430，然后一旦被定位就相对于椎骨进行跟踪。应当理解，其他适当的植入物也可以包括跟踪设备并且一旦被定位在对象中即可以用作单独的构件跟踪设备。

转向参考图9，示出了椎骨166i。在各种实施方案中，如上所述，先导孔口或孔450可出于各种目的形成在椎骨166i中，诸如将椎弓根螺钉410定位在其中。钻孔器械或钻头454可用于形成孔口450。钻孔器械454可形成为包括可跟踪部分458以在形成孔口450期间跟踪钻孔。在形成孔口450之后，可跟踪部分458可以从钻头454脱离接合或移除并且保留在孔口450中。因此，跟踪设备458可以在手术的选定部分和/或在植入其他构件之后保留在孔口450中。在各种实施方案中，跟踪设备458是由EM定位器94跟踪的跟踪设备。跟踪设备458可包括一个或多个导电材料线圈。

从钻头454脱离接合的可跟踪部分458可用作跟踪设备以跟踪单独椎骨166i。应当理解，其他适当的器械可用于在选定的构件上执行手术的第一部分，并且钻头和椎骨仅是示例性的。然而，包括在第一器械部分中的跟踪部分可以脱离接合并保留在选定构件诸如椎骨中，以用于手术的其他部分。剩余的跟踪部分可以单独地或除了可以在外部连接到椎骨或其他构件的其他跟踪设备之外用作用于手术的附加部分的跟踪设备。

应当理解，其他适当的构件也可以包括跟踪部分，该跟踪部分可以用于相对于对象30和/或其特定构件(诸如椎骨166或其他植入物)跟踪器械。例如，牵开器、丝锥、锥子等可以在手术期间临时地或在延长的时间段内接合解剖结构的选定部分。跟踪的部分可以用解剖结构的相应部分来识别，并且可以用于在手术的选定部分期间跟踪对象的特定部分。通过在手术期间跟踪单独部分，图像108可以被更新以示出跟踪设备所连接或关联的选定构件的被跟踪的实时位置。

转向参考图10，如上所述，一个或多个元件或部分诸如包括椎骨的骨骼构件可具有与其相关联的跟踪设备。跟踪设备也可用作患者跟踪器或参考系，以便用另一器械相对于其进行跟踪。如上所述，器械68可以在选定的手术期间相对于对象30移动。

如图10所示并参考图1和图3，第一跟踪设备160i可以连接到第一椎骨166i并且第二跟踪设备160ii可以连接到第二椎骨166ii。在选定的手术期间，可以相对于对象30跟踪器械68。如图10所示，器械68可以相对于对象10移动，诸如被定位在第一椎骨166i附近。当被定位在第一椎骨166i附近时，最近的跟踪设备160i可用作参考系，以用于相对于第一椎骨166i跟踪器械68。器械68和/或单独的器械诸如器械470可以被定位在第二椎骨166ii附近。器械470可以与第一器械68相同或不同。然而，第二跟踪设备160ii可以是最靠近器械470的跟踪设备，并且因此可以用作参考系以相对于第二椎骨166i跟踪器械470。

然而，应当理解，在各种实施方案中，对于手术的选定部分或对于手术可以仅跟踪单个器械68并且可以在第一椎骨166i和第二椎骨166ii之间移动该单个器械。因此，选择跟踪设备以用作参考系可以基于在手术的一部分期间确定跟踪设备最靠近器械68。选择用于参考的最接近的跟踪设备可以增加跟踪器械相对于选定构件(诸如椎骨166)的准确度。

在各种实施方案中，单个患者跟踪器58可用作参考系。如上所述，在单独部分上提供单独跟踪设备160，使得一旦单独跟踪设备在导航空间中被配准，就可以将单独跟踪设备中的每个跟踪设备用作参考设备。因此，可以在患者跟踪器58、第一跟踪设备160i、第二跟踪设备160ii或其他适当的跟踪设备之间切换参考设备的选择。

除了和/或替代地选择离被跟踪的器械最近的跟踪设备，可以基于最高的测量质量来选择假定的固定跟踪设备。因此，继续参考图10并跟踪器械68，第一跟踪设备160i、第二跟踪设备160ii或患者跟踪器58可以用作用于跟踪器械68的参考跟踪设备。在跟踪器械68时用于参考的跟踪设备的选择可以基于连接到对象30的选定跟踪设备的跟踪质量。跟踪质量可以基于几何形状、信号强度等方面的误差。例如，如上所述，跟踪设备160i可以被提供为任何适当的跟踪设备，诸如跟踪设备330、334、338。跟踪设备中的每个跟踪设备具有可用于识别导航空间中的跟踪设备的已知几何形状。几何形状的最低误差可用于确定最佳用作相对于对象30跟踪器械68的参考的跟踪设备。另外，对信号干扰(例如，涡旋EM场)的确定可用于将跟踪设备确定为选定参考设备。

在各种实施方案中，可以基于具有最小误差(包括几何形状误差)的跟踪设备来获得更大置信度或质量。误差可以被测量为测量的跟踪设备位置与预期跟踪设备位置的差异的平均值或均方根。例如，在EM跟踪设备中，线圈相对于彼此处于已知且固定的位置。因此，可以跟踪每个线圈并且可以使用整个信息来确定跟踪设备的位置。然而，可以相对于彼此跟踪每个线圈位置，并且因此可以使用已知的和跟踪位置来确定跟踪信息的质量。噪声或伪频谱分量也可用于根据信号质量或干扰的存在对测量结果进行加权。测量的信号相位也可用于评估单个质量。

因此，在对象30中提供多个跟踪设备(诸如第一跟踪设备160i和第二跟踪设备160ii)允许选择不同的跟踪设备以相对于其参考器械68的跟踪。在选定手术期间可以基本上自动和/或手动(例如，由用户)地进行选择。例如，导航系统20可以在选定手术期间接收跟踪设备中的每个跟踪设备的跟踪信号。当器械68相对于对象30被跟踪时，导航系统20可以确定相对于连接到对象30的多个跟踪设备的最低误差。误差可以通过比较测量的基准点特性与预期基准点特性来确定，所述基准点特性包括物理尺寸和几何形状、颜色、纹理、信号频谱组成和相位等。因此，跟踪系统20可以自动选择具有最低误差的跟踪设备进行导航或相对于对象30跟踪器械68。类似地，跟踪系统20可以测量导航空间中器械68和其他跟踪设备之间的距离，并且选择最靠近器械68的跟踪设备作为跟踪设备以参考跟踪器械68。替代地和/或与其组合，用户72可以选择和/或验证或确认用于导航器械68的跟踪设备的选择。

如上所述，继续参考图10并进一步参考图7，多个跟踪设备可以连接到对象30的各部分中的每个部分。例如，如图10所示，椎骨166i可以连接到第一跟踪设备160i和跟踪设备330。类似地，第二椎骨166ii可以连接到跟踪设备160ii和跟踪设备334。相应跟踪设备中的每个跟踪设备可以连接在相同点处，诸如第一椎骨166i上的跟踪设备或参考点480和第二椎骨166ii上的第二跟踪或参考点484。因此，两个跟踪设备330和160i连接在单个跟踪点480处。类似地，两个跟踪设备334和160ii连接在第二跟踪点484处。

两个不同的跟踪设备诸如EM跟踪设备160i和160ii可以以不同的跟踪模态进行跟踪，并且第二跟踪部分可以是光学跟踪设备部分330、334。因此，两个不同的跟踪系统(包括光学定位器88和EM定位器94)可用于跟踪相同点480、484。应当理解，多种类型的跟踪设备可以连接在一起并且连接到相同的跟踪点，诸如包括雷达跟踪设备、声学跟踪设备等。器械诸如器械68可以仅包括与其相关的一个或多个跟踪设备模态。无论如何，由于在单个跟踪点或跟踪点480、484处的多种类型的跟踪设备，导航系统20可以相对于选定部分诸如单独椎骨166被共同配准。

应当理解，这些椎骨中的每个椎骨或对象的每个适当的构件或部分可以具有与其连接的跟踪设备。因此，在手术期间，还可以基于具有关于参考设备的跟踪数据的最大置信度的跟踪系统来进行用于参考的最佳跟踪设备的选择。最大置信度可以基于各种不同跟踪设备的跟踪位置的置信度水平的比较。置信度可以基于跟踪部分单独和/或相对于彼此的几何形状误差、预测光(可见或不可见(例如，红外))成形或衍射、信号强度或信噪比、或其他考虑因素。如本文所讨论的，每个跟踪设备的置信度可以在手术期间以选定的速率确定，并且用于各种目的。

在器械68的导航期间，器械68可以用对光学跟踪设备66o进行跟踪的光学系统来跟踪，而椎骨166i用EM跟踪设备诸如跟踪设备160i来跟踪。由于跟踪设备相对于椎骨166i单独和/或与患者跟踪器58的预先配准，这两个跟踪系统可以共同配准或相关。EM定位器94可以用于利用EM跟踪设备160i跟踪椎骨166i，并且具有定位器88的光学跟踪系统可以利用光学跟踪设备部分66o跟踪器械68。椎骨166i的位置和器械68的位置可以图示为图形表示，叠加在分割图像108上或通过改变分割图像来图示，如上所述。

跟踪设备的多个跟踪部分允许基于导航系统20中的一个或多个跟踪设备相对于椎骨166i跟踪器械68。应当理解，也可以跟踪多个器械，并且可以根据用户78或其他适当的选择来选择特定类型的跟踪系统，以上仅是示例性的。然而，椎骨166i可以用第一跟踪模态(例如，EM跟踪)来跟踪，并且器械68可以用第二跟踪模态(例如，光学跟踪)来跟踪。如上所述，两个跟踪系统可以被共同配准，并且允许在显示设备84上显示椎骨166i和器械68的相应位置，如上所述。

跟踪系统的相关可以允许跟踪设备部分66o由光学跟踪系统相对于用跟踪设备160i(可以是由EM定位器94跟踪的电磁跟踪设备)跟踪的椎骨166i进行跟踪。尽管这两个跟踪系统可以包括在不同模态(例如，光学的和不同于电磁的)下操作的不同定位器，但是由于EM跟踪系统和光学跟踪系统以及相关坐标系之间的相关，器械68相对于椎骨166i的跟踪位置可以是已知的。该关系可以归因于连接到椎骨166i上的单个点480的跟踪设备，包括可以是EM跟踪设备的跟踪设备160i和可以是光学系统跟踪设备的跟踪设备330。另外，上面讨论的跟踪设备58可以包括EM跟踪部分和光学跟踪部分两者，这允许两个跟踪系统之间的共同配准或相关。相关可以在任何适当的时间进行，诸如最初或在手术期间。可以在两个跟踪系统(或任何适当数量的跟踪系统)可以跟踪或确定单个位置以允许所有跟踪系统的坐标系之间的相关的情况下进行相关。

如上所述，器械68包括跟踪设备66，跟踪设备可包括一个或多个跟踪部分，诸如光学跟踪部分66o和EM跟踪部分66e。因此，器械68可以用两个定位器88、94基本上同时地跟踪。如上所述，具有两个相应坐标系的两个定位器可以是相关的。

在两个坐标系中跟踪器械68可用于帮助增加器械68的跟踪位置的置信度。可以用两个跟踪系统跟踪器械68的跟踪位置，并且可以通过用两个跟踪系统跟踪和/或选择具有最小误差量的跟踪系统来确认跟踪位置和/或增加跟踪位置的置信度。此外，可以基本上连续地跟踪器械68，而不管与跟踪系统中的任一个跟踪系统的干扰。另外，移动器械68通过空间并用两个跟踪系统保持跟踪器械可以允许确定不同空间区域中对跟踪系统中的任一者或两者的可能干扰。应当理解，任何适当数量的跟踪系统可以同时跟踪器械68，并且这两个跟踪系统仅仅是示例性的。

另外，可以以各种方式将来自两个或更多跟踪系统的跟踪信息进行组合。在各种实施方案中，组合跟踪信息可以包括通过将中心极限定理或卡尔曼滤波应用于跟踪数据以确定器械68的跟踪位置的传感器融合方法。无论如何，器械68的跟踪位置，或者两个或更多个跟踪部分允许两个或更多个跟踪系统跟踪的任何适当部分，可以基本上同时用两个或多个跟踪系统跟踪，以试图增加跟踪设备所连接的跟踪位置的置信度和/或精度。

此外，通过相对于已知点诸如患者跟踪器58定位器械68，可以将其定位在跟踪坐标系内。患者跟踪器58可包括可由器械68接触的类似于参考点150的参考点或部分500。一旦器械68接触点500，相应的跟踪系统即可在导航空间内配准或协调器械68。例如，如果患者跟踪器58包括光学跟踪系统和EM跟踪系统两者，则一旦器械68在点500处接触器械部分，可以确定跟踪系统之间的相关。即使用光学跟踪系统(仅具有光学跟踪部分66o)跟踪器械68的位置，该相关也允许在具有光学定位器88的光学跟踪系统中跟踪器械68，并且使其与EM坐标系相关联。

此外，器械68上的跟踪设备可以通过将器械68定位或与点500接触来配准或确定。可以在导航空间中确定患者参考58，并且一旦器械68接触参考点500，即可以相对于参考点500确定跟踪部分诸如光学跟踪部分66o的跟踪位置。这可以允许确定跟踪部分66o相对于器械68的选定部分(诸如其远侧点或终点)的位置。应当理解，可以以类似的方式或通过接触任何适当的参考点诸如植入物(例如，椎弓根螺钉)来确定任何适当构件中的跟踪部分。作为替代或除此之外，跟踪设备66o或任何适当的跟踪设备可以在已知或预先确定的位置处制造或安装到器械68。导航系统20然后可以调用已知和预先确定的位置以确定器械的点或器械相对于跟踪部分66o的部分或几何形状。

还可以通过对对象30成像并识别图像中的跟踪部分来确定各种跟踪设备诸如跟踪设备160i相对于对象30的构件的位置。跟踪部分可以在图像中自动(例如，通过已知几何结构的分割)、半自动(例如，用户在基于此的分割中选择选定像素或体素)或通过用户手动选择来识别。无论如何，可以在图像中确定跟踪部分160i(或任何适当的跟踪设备)的位置的识别。因此，当更新图像108时，跟踪设备的已知位置可用于帮助确定图像中的适当位置(例如，三维位置和适当数量的取向自由度)。

转向参考图11，对象30可以包括多个部分，诸如对于选定的手术可能感兴趣的多个椎骨166。在选定的手术期间，各种跟踪设备诸如患者跟踪器58可以与其他适当的跟踪设备诸如第三跟踪设备部分160iii和第一跟踪设备部分160i一起相对于对象30连接。如图11A所示，第一跟踪设备部分160i连接到第一椎骨166i。第三跟踪设备160iii连接到第三椎骨166iii。然而，第二椎骨166ii可能不具有连接到其上的跟踪设备。如上所述，跟踪设备所连接的对象30的选定部分的识别可以以各种方式执行，诸如通过自动识别、手动识别等。然而，导航系统20可以单独地或相对于图像108中的解剖结构的其他部分直接示出第一椎骨166i的位置和第三椎骨166iii的位置。如上所述，跟踪相应跟踪设备160i和160ii的移动或位置可以允许直接确定它们所附接的相应椎骨的当前位置或跟踪位置。

然而，第二椎骨166ii也可以被间接跟踪或使其位置相对于第一椎骨166i和第二椎骨166iii中的任一者或两者被估计。例如，如图11B所示，图像108将所有椎骨显示为包括椎骨的分割部分和/或其图形表示的图像。因此，第一椎骨被示出为第一椎骨图像部分166i'、第二椎骨图像部分166ii'和第三椎骨图像部分166iii'。由于跟踪设备与不同的椎骨相关联，导航系统20可以测量选定部分之间的距离，诸如第一椎骨图像166i'的质心520、第二椎骨图像166ii'的第二质心524和第三椎骨图像166iii'的第三质心528。每个质心可相对于彼此被测量以允许确定被跟踪的椎骨166i和166iii与第二椎骨166ii之间的最接近的成对位置。应当理解，可以在图像部分之间测量其他适当的部分，诸如椎弓根、棘突或图像中的其他适当的确定或识别的部分。此外，如上所述，可以确定和图示椎骨的终板和/或与其相关联的几何形状诸如线或平面。这些还可以用于显示和/或确定图像108中椎骨的位置和移动。导航系统可以包括适当的指令以分割和/或识别图像108中椎骨解剖结构的选定部分和/或用于测量图像部分之间的比较距离的其他适当部分。

导航系统20还可包括关于哪些部分被直接跟踪的信息，诸如如上所述的自动输入或手动输入。因此，可以确定与未跟踪部分最接近的部分或跟踪部分。例如，导航系统可以测量第一质心520和第二质心524之间的距离并确定其是最短距离。因此，可以基于第一椎骨166i的直接跟踪位置推断第二椎骨166ii相对于第一椎骨166i的位置。

因此可以基于对最近椎骨的直接跟踪，用第二椎骨166ii的选定位置来更新图像108。例如，第二椎骨166ii的位置可假定从最接近椎骨的直接跟踪位置的选定阈值内的初始或原始分割位置移动，诸如具有直接跟踪部分的大约70％到大约90％的平移移动(例如，增量)。在各种实施方案中，可以假定选定部分移动或具有与选定跟踪部分完全相同量的增量平移。因此，第二椎骨166ii可以被图示为以与选定椎骨诸如椎骨166i相同的量和方式移动。

此外，未跟踪椎骨166ii的确定位置可以基于两个直接跟踪椎骨之间的内插。例如，第一椎骨166i的位置直接从第一跟踪设备160i获知，并且第三椎骨166iii的精确位置从第三跟踪设备160iii的跟踪位置直接获知。未跟踪椎骨166ii的位置可基于未跟踪椎骨166ii任一侧上的两个椎骨的已知位置的选定函数。

内插函数可以是任何适当的函数，并且可以由用户在选定的手术期间确定和/或基于两个相邻椎骨之间，特别是在解剖结构的选定部分中椎骨的已知或可疑移动的生物力学模型预先确定。例如，内插可以是直接内插，诸如在第一椎骨图像166i’和第三椎骨图像166iii’之间的线或平面中。因此，如果第一椎骨166ii被跟踪到第一角取向540而第三椎骨166iii被跟踪到第二角位置544，则第二椎骨166i的内插角位置可被确定为第一角位置540和第二角位置544之间的大致相等的距离，并且大致被确定为处于角位置548。角位置548可与第二角位置544相距第一距离552和第二距离554。因此，第三角位置548可以基本上在第一角位置544和第二角位置或线544之间。根据各种实施方案，球面线性内插可以是一种可用于内插两个不同变换的旋转分量的特定方法。

替代地或除此之外，生物力学模型可用于确定和/或更新或细化内插或估计的位置，诸如基于已知肌肉或软组织相互作用、运动限制或确定的范围或其他适当的已知或确定的生物力学特征的模型。在各种实施方案中，生物力学特征可以包括刚体动力学、碰撞响应、胡克定律或基于经验确定的材料特性(一般的或患者特定的)的更先进的相互作用模型、有限元建模、以及上述的任何组合。

如上所述，参考图11A和图11B，导航空间中未被跟踪的元件或部分可以在两个跟踪部分之间和/或相对于单个跟踪部分内插或确定其位置。类似地，器械可具有可相对于彼此定位或移动的多个部分。另外，植入物可包括多于一个部分，诸如椎弓根螺钉和互连杆、多件式心室间盘、用于全膝关节置换(total knee replacement)的股骨植入物和胫骨植入物、或其他植入物系统。未跟踪部分的位置可以基于对最近部分的跟踪、两个跟踪部分之间的内插以及基于一个部件相对于另一个部件的选定或已知移动能力的确定来确定。因此，当用跟踪系统内插时，器械的未跟踪部分也可以被跟踪。

参考以上附图，并且示例性地参考图11A和图11B，导航域的跟踪部分可用于更新图像108的显示84。应当理解，可以在显示器上查看任何适当的部分，其可以包括椎骨部分，诸如显示为椎骨166'的第一椎骨166i。随着椎骨166i在导航空间中移动，其位置可在显示器84上更新，使得图像108将改变以显示椎骨显示部分166i'的移动。可以基于相对于选定参考(诸如第三跟踪设备160iii和/或患者跟踪器58)跟踪第一跟踪设备160i来确定移动。

椎骨166i的移动可以处于任何适当的平移或旋转位置，例如包括角移动到示例性位置，包括166i’a。当显示84被更新并且图像108被改变时，植入物部分166i’的先前位置可能不会出现，从而仅显示椎骨166i的当前跟踪位置。应当理解，其他位置也在显示器84上更新，诸如跟踪器械68的位置可以作为图形表示68'显示在显示器上。

如图11A所示，当植入物或构件定位在对象30诸如椎间体600中时，可能会发生这种变化。椎间体可以在第一椎骨166i和第二椎骨166ii之间移动或定位。椎间体600可以相对于图像108作为图形表示600'显示在显示设备84上。椎间体600的图形表示600'可以基于椎间体600的跟踪位置直接显示，诸如利用类似于上面讨论的定位在椎间体中的跟踪元件604。此外，当相邻或接触的椎骨和/或其他适当部分也被跟踪到椎骨的位置时，椎骨的位置也可以在显示设备84上示出。

继续参照图11A和图11B并另外参考图12A和图12B，显示器84也可以用选定图像更新。例如，图像108可以随着时间的推移而更新，诸如以图示或显示第一图像108i和第二图像108ii。第二图像108ii可以包括椎骨166i'和166ii'的显示位置的变化以显示椎骨相对于彼此的移动、相对于椎骨定位的植入物以及其他适当信息。

例如，如图12A所示，线610和612可以代表相应椎骨166i'和166ii'的相应终板616和618。如上所述，终板和/或平面或线可以由于分割而被确定，并且线610、612也可以被确定并且然后被显示在图像108i中。第一角度622可以被显示为在线610、612之间确定的。在对象30的操纵之后，诸如椎骨166i和166ii的移动，图像可以被更新为图12B中所示的108ii。椎骨166的移动可能是由于植入物(诸如图11A所示的椎间植入物600)的定位、脊柱的手动操纵、融合系统的植入或其他适当的变化。然而，图像108i可以包括相对于相应椎骨166i'和166ii'的线610和612。

可以在两条线610、612之间显示第二角度630。可分析第二角度613以确定选定角度或与计划角度、先验角度或其他适当确定进行比较。例如，用户72可以确定两个椎骨166i和166ii之间的期望角度或选定角度，并且用户可以查看显示器84以确定第二角度630是否是选定角度。如果不是，则可以进一步执行对椎骨的操纵以试图达到选定角度。

然而，由于对单独椎骨的跟踪，显示器84可以显示基本上实时更新的图像108ii以将椎骨166i、166ii的位置作为表示166i'和166ii’查看。如上所述，显示器上的椎骨的表示可以包括用与其相关联的跟踪设备更新的分割图像。

此外，如图11A中所示，椎间体600可以相对于解剖结构的选定部分诸如第二椎骨166i定位。椎间植入物600可以包括跟踪设备604。因此，一旦植入，植入物600可被确定为邻近终板椎骨166ii定位。因此，显示器诸如显示器11B和/或12B可以被更新以将椎骨图像166ii图示为与椎间体600接触。如图11B所示，植入物600'的图形表示可与椎骨表示166ii'接触显示，并且图像108可被更新以示出相同的情况，即使第二椎骨166ii未被直接跟踪。由于植入物600与椎骨166ii接触的定位，图像108可以被更新以示出椎骨相对于植入物的位置，诸如通过示出图像中的椎骨显示166ii’与植入物600的图形表示接触而与植入物600接触。类似地，图12B中的第二图像108ii可由于植入物定位在椎骨166i和第二椎骨166ii之间而更新。因此，更新的图像可以示出相对于第一图像处于不同位置或改变位置的选定部分(例如，器械和/或图像部分的图形表示)。

在各种实施方案中，植入物600可以是可调整或可伸展的植入物。应当理解，任何合适的植入物可以是可调整植入物并且椎间体600仅仅是示例性的。然而，椎间体600可以被定位在可以被直接跟踪的两个椎骨诸如第一椎骨166i和第二椎骨166ii之间。虽然在图11A中没有具体说明，但如上所述，所有感兴趣的椎骨都可以用图2所示的跟踪设备直接跟踪。因此，椎间体600可以被调整，诸如被调整到最大距离或尺寸。

第一椎骨166i到第二椎骨166ii的跟踪位置可用于通过测量两个椎骨之间的移动量来确定植入物600的功效。例如，如图12A所示，椎间体可以被定位在两个椎骨166i和166ii之间。可以测量代表相应植入物616、618的两条线610、612之间的角度或距离。然后可以调整椎间体，然后可以测量两条线610、612之间的距离并且可以在图像108ii中更新图像。用户72可以评估和/或导航系统20可以评估图像108ii中两个椎骨166i和166ii之间的位置和/或最终位置的差异以确定植入物的功效。例如，如果移动不平行、没有达到选定角度、或由于植入物600的改变而没有达到其他适当的改变，则用户可以评估植入物的功效和/或在试验期间选择新的植入物。

因此，跟踪导航域中的多个元件(诸如对象30中的多个元件)可以用于执行手术或相对于对象30的任何适当的手术。所述多个元件的跟踪可用于更新显示器108以确认手术的选定部分的功效、定位植入物或其他适当信息。因此，跟踪导航空间中的所述多个部分可用于确认手术和/或帮助规划手术的附加部分，包括在选择适当或选定植入物时的跟踪阶段。

此外，通过跟踪导航空间中的所有或多个构件。可以利用用于手术的感兴趣区域中的所有元件(例如，椎骨)的基本上实时的位置来更新图像108。因此，可以相对于感兴趣区域中的构件诸如椎骨导航未连接构件诸如器械68的更准确位置。显示图像108的显示器84可以包括其中的元件(例如，分割构件、器械等)的基本上实时和精确的定位，以用于执行选定手术。此外，图像108可以是直接图像或(诸如基于x射线图像数据)生成的图像。可以从中分割图像的部分，诸如单独椎骨。可以通过移动分割部分来更新图像108。图像108也可以通过成像部分或其他构件(例如，器械)的显示和/或移动图形表示来更新。

前述对实施方案的描述是出于说明和描述的目的提供的。上述描述并不旨在是详尽的或对本发明进行限制。特定实施方案的单独要素或特征通常不限于该特定实施方案，但在可适用的情况下，其是可互换的，并且可以用于所选实施方案中，即使没有具体地示出或描述。也可以以许多方式对特定实施方案的单独要素或特征进行改变。此类变型不会被视为脱离本发明，并且所有此类修改旨在包含于本发明的范围内。

应当理解，本文公开的各个方面可以与说明书和附图中具体呈现的组合不同的组合进行组合。还应理解，取决于实例，本文所描述的过程或方法中的任一个的某些动作或事件可以不同顺序执行，可被添加、合并或完全省略(例如，所有描述的动作或事件对于执行这些技术可不为必需的)。此外，尽管出于清楚的目的，将本公开的某些方面描述为由单个模块或单元来执行，但应理解，本公开的技术可通过与例如医疗设备相关联的单元或模块的组合来执行。

在一个或多个实施方案中，所描述的技术可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果以软件实施，则可以将功能以一个或多个指令或代码的形式存储在计算机可读介质上并且可以由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可以包含非暂时性计算机可读介质，其对应于有形介质，诸如数据存储介质(例如，RAM、ROM、EEPROM、闪速存储器或可以用于存储呈指令或数据结构形式的期望程序代码且可以由计算机访问的任何其他介质)。

可由上述算法产生或从上述算法导出的指令(也称为计算机程序)可以由一个或多个处理器执行，诸如一个或多个数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)或其他等效的集成或离散的逻辑电路。因此，如本文中所使用的术语“处理器”可以指代任何前述结构或者适合于实施所描述的技术的任何其他物理结构。而且，所述技术可完全实施于一个或多个电路或逻辑元件中。

Claims (15)

1.一种相对于对象导航手术的系统，包括：

显示设备，所述显示设备用于显示具有第一分割部分和第二分割部分的第一图像；

第一跟踪系统，所述第一跟踪系统用第一坐标系限定第一跟踪空间；

第二跟踪系统，所述第二跟踪系统用第二坐标系限定第二跟踪空间；

参考点跟踪系统，所述参考点跟踪系统具有(i)可在所述第一坐标系中跟踪的第一跟踪设备和(ii)可在所述第二坐标系中跟踪的第二跟踪设备；

第三跟踪设备，所述第三跟踪设备可在所述第二坐标系中跟踪，其中所述第三跟踪设备与所述第一图像数据中的所述第一分割部分相关联；

第四跟踪设备，所述第四跟踪设备可在所述第二坐标系中跟踪，其中所述第四跟踪设备与所述第一图像数据中的所述第二分割部分相关联；以及

导航处理器系统，所述导航处理器系统可操作以：

基于所述参考点跟踪系统将所述第一图像数据的第一图像数据坐标系配准到导航空间；以及

基于跟踪所述第三跟踪设备和跟踪所述第四跟踪设备来更新所述第一图像，包括改变所述第一分割部分或所述第二分割部分的位置，以及

生成经更新的第一图像以供用所述显示设备显示。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述导航处理器系统可进一步操作以访问所述对象的至少感兴趣区域的所述第一图像数据。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的系统，其中所述第一跟踪系统以第一模态操作，并且所述第二跟踪系统以不同于所述第一模态的第二模态操作。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的系统，还包括：

器械，所述器械用所述第一跟踪系统跟踪；

其中所生成的经更新的第一图像包括相对于所述第一分割部分的所述器械的表示。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的系统，其中所述导航处理器系统可进一步操作以至少由于所述参考点跟踪系统而使所述第一坐标系和所述第二坐标系相关联；

其中经更新的图像基于所述第一坐标系和所述坐标系的关联。

6.一种导航方法，包括：

访问对象的至少感兴趣区域的第一图像数据；

通过跟踪第一跟踪器组件来跟踪第一参考点，其至少(i)在第一坐标系中跟踪第一跟踪设备以及(ii)在第二坐标系中跟踪第二跟踪设备；

通过跟踪所述第一跟踪设备和跟踪所述第二跟踪设备来确定所述第一坐标系和所述第二坐标系中的公共参考；

仅在所述第一坐标系或所述第二坐标系中的一者中跟踪第三跟踪设备；

将所述第一跟踪器组件与所述第一图像数据中的第一分割部分相关联；

将所述第三跟踪设备与所述第一图像数据中的第二分割部分相关联；

用显示设备显示所述第一图像；

基于所跟踪的参考点，将所述第一图像数据的第一图像数据坐标系配准到导航空间；以及

基于跟踪所述第三跟踪设备和跟踪所述第四跟踪设备来更新所述第一图像，包括改变所述第一分割部分或所述第二分割部分的位置。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括：

在所述第二坐标系中跟踪第四跟踪设备；

将所述第四跟踪设备与所述第一图像数据中的第三分割部分相关联；以及

基于跟踪所述第四跟踪设备来更新所述第一图像，包括改变所述第三分割部分的位置。

8.一种导航方法，包括：

访问至少感兴趣区域的第一图像数据；

至少通过(i)在第一坐标系中跟踪第一跟踪设备和(ii)在第二坐标系中跟踪第二跟踪设备来跟踪参考点；

通过跟踪所述第一跟踪设备和跟踪所述第二跟踪设备来确定所述第一坐标系和所述第二坐标系中的公共参考；

在所述第二坐标系中跟踪第三跟踪设备；

在所述第二坐标系中跟踪第四跟踪设备；

将所述第三跟踪设备与所述第一图像数据中的第一分割部分相关联；

将所述第四跟踪设备与所述第一图像数据中的第二分割部分相关联；

用显示设备显示所述第一图像；

基于所跟踪的参考点，将所述第一图像数据的第一图像数据坐标系配准到导航空间；以及

基于跟踪所述第三跟踪设备和跟踪所述第四跟踪设备来更新所述第一图像，包括改变所述第一分割部分或所述第二分割部分的位置。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括：

分割所述图像数据以确定至少选定构件的边界。

10.根据权利要求8或9中任一项所述的方法，还包括：

在所述第一坐标系中跟踪第五跟踪设备，其中所述第五跟踪设备与器械相关联；以及

相对于所显示的第一图像显示所述器械的图形表示。

11.根据权利要求8到10中任一项所述的方法，还包括：

将所述第一跟踪设备和所述第二跟踪设备固定到单个安装结构上。

12.根据权利要求11所述的方法，其中在所述第一坐标系中跟踪所述第一跟踪设备包括用光学定位器跟踪光学跟踪构件；

其中在所述第二坐标系中跟踪所述第二跟踪设备包括用电磁定位器跟踪电磁线圈。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第三跟踪设备连接到所述对象的第一构件，并且所述第四跟踪设备连接到第二构件。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

确定所述第三跟踪设备从第一时间到第二时间的位置变化；

其中所述第一分割构件是所述第一构件，并且更新所述第一图像包括示出由于所确定的所述第三跟踪设备的位置变化而导致的所述第一构件的实时位置。

15.根据权利要求8到14中任一项所述的方法，还包括：

将所述第三跟踪设备固定到第一构件；

将所述第四跟踪设备固定到第二构件；

其中将所述第三跟踪设备与所述第一图像数据中的所述第一分割部分相关联包括由用户向导航系统提供第一输入；

将所述第四跟踪设备与所述第一图像数据中的第二分割部分相关联包括由所述用户向所述导航系统提供第二输入；

其中所述第一输入和所述第二输入允许显示经更新的第一图像。

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