接收。跟踪数据用于确定骨骼结构的实际、物理位置以使得物理位置可与骨骼模型(其处于虚拟、软件空间中)配准。一旦实际骨骼结构与虚拟骨骼模型配准，跟踪系统能够在手术程序期间精确地跟踪骨骼结构的位置。
[0029]在示例性配准过程中，相对于固定至骨骼结构的可跟踪标记物的位置和定向，计算设备106确定超声波探针108的超声波换能器110的二维阵列的位置和定向(通过跟踪固定至超声波探针108的可跟踪标记物来获得)。计算设备106导致每个超声波换能器产生信号并且记录信号的回波振幅和延迟。回波振幅和延迟可结合目标位置来记录以产生相关联位置和振幅/延迟的列表。然后，计算设备106可使用所收集的振幅和延迟数据以将潜在骨骼结构与结构模型配准。
[0030]图1还包括显示器102和接口 104。接口 104可为允许临床医师或其它操作者与计算设备106和超声波探针108交互作用的用户接口。接口 104可包括键盘、鼠标、显示器102、触摸屏等。接口 104允许临床医师向超声波探针108发送并接收命令和控制信号以如本文描述来使用。计算设备106可将数据格式化以在显示器102 (例如，CRT监视器、IXD屏幕等)上使用。举例来说，计算设备106可产生适当信号以使得所接收的超声波信息作为实时图像来显示。
[0031]参看图2，示出根据示例性实施方案的配准探针200。配准探针200可被配置来在内部(例如，经由切口)或外部(例如，患者皮肤)使用。配准探针200包括圆形(或另外弯曲)尖端202，其在性质上可为刚性或柔性。圆形尖端202包括超声波换能器204的阵列。超声波换能器204的阵列可为如结合图1描述的超声波换能器110的二维阵列。超声波换能器204的阵列可操作地耦合至圆形尖端202。超声波换能器204的阵列可使用本领域技术人员已知的任何方式耦合至圆形尖端202。在一些实施方案中，超声波换能器204的阵列还可移除，或另外可更换。举例来说，具有某些尺寸或传感器特性的超声波换能器204的具体阵列可针对具体用途来选择。在示例性实施方案中，超声波换能器204的阵列由电容式微机械超声波换能器(CMUT)设备的阵列形成。
[0032]在另一个实施方案中，超声波换能器204的阵列还可包括压力感测设备。示例性压力感测设备包括微电子机械系统(MEMS)压力传感器，但是设想其它压力感测设备。这类压力感测设备被配置来向计算设备(例如，图1的计算设备106)提供压力数据(例如，力数据)。压力数据由计算设备用于补充确定哪些换能器与患者解剖结构接触。举例来说，可评估所提供的压力信号的幅度以确定哪些换能器与患者接触。幅度可按照代表骨骼、软骨或其它患者接触表面的刚度的值来评估。在一个实施方案中，压力感测设备散布于超声波换能器之间。在另一个实施方案中，压力感测设备可为耦合至超声波换能器204的阵列的分离阵列的一部分(例如，在超声波换能器204的阵列下方)。
[0033]在图2示出的示例性实施方案中，配准探针还包括通信接口 206。通信接口 206可为用于将配准探针200连接至计算设备的有线或无线传输机构。通信接口 206促进配准探针200与计算设备之间的数据的传输和接收。数据可包括控制信号、命令、超声波信息、压力数据等。
[0034]参看图3，示出根据示例性实施方案的配准探针尖端300。配准探针尖端300包括超声波换能器302的阵列。超声波换能器302的阵列可为如本文描述的超声波换能器的阵列(例如，图1的超声波换能器110的二维阵列)。配准探针尖端300描绘为在性质上是弯曲的，并且可为柔性或刚性。超声波换能器302的阵列可操作地耦合至配准探针尖端300。在示例性实施方案中，超声波换能器302的阵列包括被配置成二维阵列的电容式微机械超声波换能器(CMUT)设备。CMUT设备中的每一个提供超声波信号(例如，源信号、回波和反射信息)，其可由计算设备在将患者的解剖结构与骨骼模型配准中使用。CMUT设备中的每一个可个别地、以子集形式，或作为整个阵列由计算设备来控制。CMUT设备的此阵列能够以较高频率发送并接收信号，其适用于允许临床医师快速收集较高数量的配准点。计算设备可如本文描述来处理所接收的超声波信息以确定哪些CMUT设备与患者的解剖结构接触。基于由CMUT设备检测到的超声波反射的振幅和相应延迟，计算设备可进一步确定所扫描的患者解剖结构(例如，骨骼、软骨、其它软组织等)的性质。在另一个实施方案中，压电换能器可用于实施在本文中描述的系统和方法。
[0035]图3还描绘与配准探针尖端300的一部分接触的患者解剖结构304。患者解剖结构304展示为在性质上为弯曲的，但是还可为平坦的，并且可涉及所扫描的任何解剖结构。患者解剖结构304可包括骨骼、软骨或其它软组织。由于配准探针尖端300的弯曲性质，在接触点处(如与患者解剖结构304 —起所示的接触点处)，存在出于成像目的与患者解剖结构304适当接触的超声波换能器。因此，弯曲探针尖端与换能器的二维阵列的组合确保足够换能器接触以充分地使骨骼表面成像。通过实施本文论述的接触检测系统，计算设备可消除来自未与解剖结构适当接触的超声波换能器(例如，具有指示衰减或损失的信号的超声波换能器)的数据或将该超声波换能器停用。计算设备可继续接收来自超声波换能器的指示具有最小衰减的较强信号的数据。以此方式，计算设备可获得在改进的准确性和精确度下执行配准所需要的点。超声波换能器的此启用和停用可由计算设备实时控制。在另一个实施方案中，计算设备可接收来自所有换能器的数据，但是可实时接收或忽略来自特定超声波换能器的数据以获得与启用或停用换能器相同的效应。
[0036]参看图4，示出根据示例性实施方案的配准探针尖端400。配准探针尖端400包括超声波换能器402的阵列。阵列超声波换能器402类似于本文描述的其它阵列(例如，图1的超声波换能器110的二维阵列)，但是包括散布于超声波换能器402之间的压力传感器404。压力传感器404被配置来提供对应于经由与患者解剖结构接触所产生的力的压力数据。压力传感器中的每一个可个别地、以子集形式，或作为整个阵列将数据提供至计算设备。将压力数据传输至计算设备(例如，图1的计算设备106)并且评估以确定哪些超声波换能器，或配准探针尖端的哪些部分与患者的解剖结构接触。使用压力数据的接触检测可补充或取代利用如上该的滤波技术的接触检测过程。在一个实施方案中，配准探针尖端400包括每个超声波换能器的压力传感器。在另一个实施方案中，配准探针尖端400包括被配置来提供对应于超声波换能器子集的力数据的压力传感器。压力传感器可包括设备诸如压力换能器、压力变送器、压力发送器、压力指示器和压强计、压力计或微机电系统(MEMS)。
[0037]在示例性实施方案中，压力传感器404是MEMS设备。这类MEMS设备通常使用多晶硅层和金属层来构建，并且可被配置成如本领域技术人员已知的压力传感器。MEMS压力传感器可提供与电容式变化有关的数据，该电容式变化由机械结构与患者解剖结构接触导致。来自MEMS压力传感器的数据可进一步处理以确定压力值。如图4中描绘，由压力传感器404提供的压力数据可由计算设备用于确定患者解剖结构406上的接触点。虽然压力传感器404展示为散布于超声波换能器402的阵列之间，其它实施方案可包括其它配置，如将压力传感器安置于超声波换能器的阵列后面。
[0038]参看图5，示出根据示例性实施方案的骨骼结构配准过程500的流程图。在步骤502，从配准探针上的超声波换能器的二维阵列接收对应于患者解剖结构的超声波数据，如本文描述。在步骤504，将所接收的超声波数据处理以确定哪些超声波换能器接触患者解剖结构。在步骤506，将数据滤波以移除来自未接触患者解剖结构的超声波换能器子集的数据。在步骤508，基于来自与患者的解剖结构接触的超声波换能器的超声波数据，产生配准点。在步骤510，使用所产生的配准点将患者解剖结构与骨骼模型配准。配准可使用各种方法来实施，包括将配准点对映至患者特异性模型(步骤512)，将配准点对映至使用无图像系统来获得的模型(步骤514)，或将配准点对映至一般模型(步骤516)。还设想如本领域技术人员已知的其它配准方法。
[0039]参看图6，示出根据示例性实施方案的骨骼结构配准过程600的流程图。在步骤602，从配准探针上的CMUT超声波换能器的二维阵列接收对应于患者解剖结构的超声波数据，如本文描述。在步骤604，接收对应于配准探针与患者解剖结构之间的接触的压力数据。压力数据由配准探针上的MEMS压力传感器提供。在步骤606，所接收的超声波数据和压力数据用于确定哪些超声波换能器接触患者解剖结构。此确定可利用如本文论述的滤波技术。在步骤608，数据选自被确定为接触患者解剖结构的超声波换能器子集。在步骤610，基于对应于与患者的解剖结构接触的超声波换能器的选定超声波数据，产生配准点。在步骤612，使用所产生的配准点将患者解剖结构与骨骼模型配准。配准可使用各种方法来实施，包括将配准点对映至患者特异性模型(步骤614)，将配准点对映至使用无图