明的目的，在图中展示较佳形式。然而，应当理解，本发明并不限于图中展示的精确配置及工具。
[0030]图1是根据本发明的一个实施例的口腔夹具的的透视图。
[0031]图2是图1中的口腔夹具的仰视图。
[0032]图3是图1中的口腔夹具的俯视图。
[0033]图4是沿图3中的线4-4看到的口腔夹具的截面图，绘示了其内形成有印模的可塑材料。
[0034]图5是具有根据本发明的实施例的工具夹具的工具的透视图。
[0035]图6是图5中的工具和工具夹具的侧视图。
[0036]图7是根据本发明的一个实施例的用于上排牙齿的参考夹具的透视图。
[0037]图8是图7中参考夹具的仰视图，绘示了参考图案的图形表示。
[0038]图8A和图8B是本发明中有用的不同的参考图案的图形绘示。
[0039]图9是根据本发明的另一个实施例的用于下排牙齿的参考夹具的透视图。
[0040]图10是图9中参考夹具的俯视图，绘示了参考图案的图形表示。
[0041]图11是沿图9中的线11-11看到的参考夹具的截面图，其上具有可塑材料。
[0042]图12是根据本发明的一个实施例的用于病人口腔中的口腔夹具、参考夹具和工具夹具的表示。
[0043]图13-15是利用口腔夹具、参考夹具和具有照相机和参考图案的不同设置的工具的本发明的可选实施例的示意性表示。
[0044]图16-18是利用口腔夹具、参考夹具和具有照相机和/或参考图案的不同设置的工具的本发明的可选实施例的示意性表示。
[0045]图19是根据本发明的另一个实施例的用于病人口腔中的口腔夹具、参考夹具和工具夹具的表示，其中口腔夹具附接至病人的口腔。
[0046]图20绘示了用于配准(registering)工具和刀具的配准设备的实施例。
【具体实施方式】
[0047]通过提供用于口腔手术期间有效地追踪病人的口腔运动的图像导航系统，本发明解决了现有技术的缺陷。在一个实施例中，图像导航系统包括多个照相机，其位于口腔内部以提供光学可视图案的口腔图像，该图像用于追踪口腔内手术仪器或工具的运动。处理系统接收并处理该口腔图像以识别图案，并三角测量每个照相机的位置和方向。该处理系统利用参考数据集，该参考数据集基于与口腔结构的一部分的对准定义了参考坐标系统。该处理系统基于该参考数据集确定被追踪的手术仪器的位置和方向。在实施例中，该系统包括口腔夹具，该口腔夹具可移除地附接至病人的牙齿，并被配置为固定其中一个照相机。
[0048]现在参考附图，示出了图像导航系统10的实施例。在一个实施例中，系统10包括口腔器械或夹具12、工具夹具100和参考夹具200(其可以是另一个口腔器械)。这些夹具与追踪软件(或运行该软件的处理系统)一起使用，以提供口腔手术期间改善的图像导航。参考图1-3，示出了新型的口腔夹具12，其可移除地附接至病人的口腔。更具体地，如图中所示，口腔夹具12包括由合适强度的材料制成支架14，优选地为热固塑料材料，其足够坚硬从而当经受以下讨论的高温时不会变形。在一个实施例中，该塑料材料是聚苯砜或共聚甲醛。支架14包括基座16，优选地，该基座16通常是具有内壁18和外壁20的平面。内壁18和外壁20附接至基座16，并且从基座16向外延伸。优选地，壁18和20相对基座16以基本或大致合适的角度从基座16向外延伸。然而，如可以从下述讨论中理解的，这些壁可以相对基座16处于其它需要的角度。优选地，壁和基座形成为整体构件。基座16和/或壁18、20可以包括一个或多个表面不规则处22，诸如凸起或凹陷，其形成于它们的内表面上，并且有助于固定或附接以下将要讨论的覆盖材料。类似地，可以将孔24并入基座16中和/或壁18、20中，以进一步固定覆盖材料。
[0049]内壁和外壁18、20的间隔大于想要将口腔夹具12附接至的牙齿的宽度。应当很明显地，设计用于成人和小孩的夹具的壁18、20的间隔可以不同。优选地，壁18、20具有从基座起的高度，安装时该基座从病人牙齿顶部下方延伸。优选地，当将覆盖材料安装在病人牙齿上时，该高度足够从咬合面(occlusal surface)向下延伸大约1mm至13.5mm。
[0050]夹具12还包括至少一个底座26，其附接至支架14或与支架14形成一体。该底座配置为将追踪元件附接至用于图像导航系统的口腔夹具。在一个实施例中，底座配置为接收用于以下讨论的追踪的多个照相机中的一个。也可以设想底座可被用于将参考板附接至支架，以下将会更易懂。在绘示的实施例中，示出的照相机底座26与外壁20形成一体，并且由此向外突出。如将会的更易懂的，照相机底座26还用作把手，以便于从病人的牙齿放置和移除口腔夹具12。照相机底座26包括至少一个照相机支架28，可以将照相机安装在该照相机支架28中。配置该照相机支架28，从而将照相机固定在一个方向，以从口腔夹具12观察口腔前方或口腔对面的表面。在绘示的实施例中，照相机支架28是形成在照相机底座26中的通道或孔，该照相机底座26的大小被设置为接收小视频照相机。如以下将讨论的，该照相机支架28还配置为允许附接至照相机的线延伸出支架并附接至计算机或下文要讨论的其它记录设备。该照相机支架替代地可以是夹子、扣钩或其它适于将照相机固定至支架14的设备。
[0051]为了提供通用的口腔夹具12，可以设想该照相机底座26可以包括超过一个照相机支架28。如图1-3和图4A所示的，在绘示的实施例中，在照相机底座26中放置有两个通道28，以将照相机30相对于支架14定位在两个不同的方向。优选地，如图4A所示，该方向与垂直轴(vetical access)Z的每一侧成α的角度。优选地，与垂直轴形成的角α在5度和45度之间，并且更优选地，大约为30度。这种配置允许在病人上部牙齿或下部牙齿以及口腔的两侧使用口腔夹具12。如果照相机底座26上只有一个照相机支架28，那么可以将其形成在底座26中，以将照相机定位在与垂直轴Z成O度和大约45度之间的任何角度。
[0052]如图4Β所示，口腔夹具12还包括位于支架14的内表面上(优选地位于基座16上)可塑的热塑性材料。该可塑材料32设计为形成病人部分牙齿的印模。更具体地，当该可塑材料处于非固化(未凝固)状态时，通过将口腔夹具12 (其上具有可塑材料32的支架14)放进一碗温水或热水中将该材料“激活”，水的温度高于该材料开始变的可塑的温度。优选地，所选的材料具有为用户提供可视指示的特征，该指示即为材料已准备好被铸模，诸如改变颜色(例如从白色变为清色或透明)。一旦材料32被激活，将口腔夹具12放置在病人牙齿上，并且施加轻微的向下的压力，该压力使可塑材料32围绕支架的壁18和20之间的牙齿的顶端和至少一些侧面变形。经过规定的时间段之后，大约30秒至I分钟，该可塑材料形成由材料覆盖牙齿的外部形状的印模和轮廓。另外，通过将具有可塑材料的口腔夹具12放进冷水或冰水中，以完成定形过程来进行固化。
[0053]选择的材料必须在处于通常人体嘴内的温度(一般大约100° F)时保持固态(固化的)，并且在高于该温度(例如高于130° F)时可塑，至少直到其被初始地定形。该材料在固态时应该足够硬，从而维持印模的形状而不会变形。用于本申请的合适的热塑材料32包括聚苯砜或聚二甲硅氧烷(PVS)。然而，可以定形并且维持印模的任何类型的可塑材料都可以用于本发明。铸模过程中可以将该可塑材料32调味以使病人愉悦。使用的材料数量根据需要被铸模的牙齿数量和大小而变化。
[0054]已经确定口腔夹具12和可塑材料32可以足够小以覆盖两颗或三颗牙齿，并仍然提供口腔夹具12至病人牙齿的固定连接。如果正确地塑形，可以使用甚至更小尺寸的夹具，因此最小化病人的不适。口腔夹具12和可塑材料32的尺寸可以设置为适合不同的口腔大小(例如，成人、青少年、小孩)。还可以设想，可以将支架14设计为大尺寸，沿其长度的不同点处具有减弱线，这允许在需要的长度处折断该支架。这样的配置将允许医生更容易地设置口腔夹具12的大小以适应病人的口腔。如将从以下讨论中更明显看出，支架14不是意在将夹具12固定在牙齿上。反之，可塑材料32提供口腔夹具12至牙齿的保持。因此，需要有足够数量的可塑材料32以将口腔夹具12保持在牙齿上。
[0055]如上讨论的，优选地，支架14包括形成在基座16和/或壁18、20上的表面不规则处22和/或孔24，其便于可塑材料32至支架14的连接。当形成可塑材料时，该材料流过或流进孔24以及不规则处22周围，从而提供至支架14的更牢固的连接。
[0056]口腔夹具12还包括安装在支架14上的多个基准标记34，用于该系统确定口腔夹具12 (以及照相机)相对于病人牙齿的位置。标记34位于夹具12上的某个位置，并且是配准系统的一部分，该配准系统用于正确地定位夹具12。如以下将要详细讨论的，在CT扫描病人的口腔期间探测基准标记，并且将它们的位置配准到扫描图像中。优选地，具有至少三个基准标记34，彼此间隔开并且牢固地附接至支架14。三个基准标记的使用允许口腔夹具的位置是三维的。基准标记可以位于基座16上和/或壁18和20上。如图1-3所示，支架14包括标记底座36，其可以是形成在支架14上的孔或压痕，并且被设计为接收基准标记34。
[0057]基准标记34可以是球形和/或有颜色的，从而可以很容地被技术人员或医生以及正在使用的软件探测到。更具体地，为了使基准标记34在扫描的图像被探测到，基准标记34必须具有与夹具、可塑材料和牙齿不同的放射密度(即由CT扫描探测到的密度)。在一个实施例中，基准标记34是陶瓷球轴承。然而，也可以使用其它材料、形状和尺寸。优选地，基准标记34每一个具有自己的放射密度或者不同的尺寸或形状，使得可以使用软件程序自动地探测到扫描图像中不同的基准标记34。如下将进一步讨论的，该软件也可以在扫描图像中施加与标记的颜色对应的颜色或形状，以帮助配准口腔夹具12。也可以设想，基准标记可以包括无源光学属性，诸如反射表面或漫反射表面，或有源光学属性，诸如发光材料，用于相对于照相机或其它位置可视地定位该标记。
[0058]虽然优选的基准标记通过它们的放射密度与牙齿和口腔夹具12区分开，但是也可以设想，除了密度也可以利用其它显著特征。例如，标记可以是预先固定的发射器或其它位置定位设备。
[0059]现在参考图5和图6，示出了根据一个实施例的工具夹具100。工具夹具100安装在牙科手术工具102 (诸如钻子)上或者是牙科手术工具102的一部分。优选地，工具夹具100包括用于相对于工具102固定和定位照相机的至少一个工具照相机底座104。优