4的位置来实现。该程序定位CT扫描图像中的基准标记34，以和照相机探测到的标记34对齐。因此，软件处理CT扫描图像的自动定位，以和从照相机获取的实际视频数据相关联。
[0084]—旦将CT扫描图像定位至实际视频数据，如由照相机图像数据确定的对口腔夹具12的实际运动的追踪，并由此对病人口腔(在三个维度上)运动的追踪可被关联至并且描绘在之前扫描的CT图像上，使得病人口腔的实际运动将在计算机屏幕上产生病人口腔的扫描的图像的对应运动。口腔夹具12的实际运动由传输参考图案212的图像的口腔夹具12上的照相机30确定。利用参考图案212的图像和存储的口腔夹具12上的实际基准标记34相对于照相机30的位置数据，该程序可以计算口腔夹具12的实际运动。这样的计算和程序是众所周知的，因此，不需要进一步的信息。
[0085]该程序还配置为接收正被使用的手术工具的位置数据。具体地，如上讨论的，工具夹具100附接至工具102或与其形成一体。照相机105附接至工具夹具100上的照相机底座104。当工具102位于底座内时，照相机105附接至工具夹具100上的照相机底座104。当工具102放置在照相机105放置的底座内时，会使其朝向参考夹具上的参考图案212。至于口腔夹具，工具夹具100上的照相机105将参考图案212的图像转发至软件程序。利用参考图案212的图像和存储的工具102上的照相机105的位置数据，该程序可以计算工具102的实际运动。
[0086]然而以上讨论涉及视频追踪系统的使用，该系统包括安装在口腔夹具和工具夹具上的照相机以及参考板，也可以预计其它设置。例如，在图13所示的一个替代实施例中，口腔夹具12不包括照相机和照相机底座，但是被构造成类似于之前的实施例，并且正如以上所述的被安装在病人的牙齿或固定到骨上。口腔夹具12包括夹具参考图案302，与参考图案212类似，其被应用至或形成在口腔夹具212的表面。同样，在该实施例中，工具102不包括工具夹具100，但是却包括工具参考图案304，其同样类似于参考图案212。参考板200上安装有两个照相机306，一个被定位从而可视地探测夹具参考图案302的位置，并且另一个被定位为可视地探测工具参考图案304。系统根据这两个图案的视频数据能够将CT扫描图像关联至底座的实际方向，并且描绘扫描图像上工具的位置。或者，没有两个照相机，参考板可以具有一个照相机，其具有足够广的视野以可视地探测工具夹具和口腔夹具上的每个参考图案。
[0087]参考图14，示出了本发明的另一个实施例310。在该实施例中，口腔夹具12包括如上讨论的夹具参考图案302。工具102包括工具夹具100，其类似于以上描述的工具夹具，但是只有一个照相机312朝向参考板200上的参考图案212。参考板200还包括照相机306，其被安装以探测口腔夹具12上的夹具参考图案302。系统根据来自两个照相机的视频数据和对两个图案的探测，能够将CT扫描图像关联至口腔的实际方向，并且描绘扫描图像上工具的位置。
[0088]参考图15，示出了本发明的另一个实施例320。在该实施例中，口腔夹具12类似于根据图1描述的口腔夹具，并且包括照相机底座26和照相机30。在该实施例中，工具102不需要工具夹具100，但是却包括如关于图13讨论的参考图案304。参考板200还包括照相机306，其被安装以探测工具102上的工具参考图案304。将口腔夹具12上的照相机定向以探测参考板200上的参考图案212。系统利用来自两个照相机的视频数据和对两个图案的探测，能够将CT扫描图像关联至口腔的实际方向，并且描绘扫描图像上工具的位置。
[0089]参考图16，出了本发明的另一个变化的实施例330。在该实施例中，没有使用参考图案200。相反，口腔夹具12包括如上讨论的夹具参考图案302。工具102包括工具夹具，其类似于以上描述的工具夹具，但是只有一个照相机312朝向口腔夹具12上的参考图案302。系统根据来自工具102上照相机的视频数据和口腔夹具上的图案，能够将CT扫描图像关联至口腔的实际方向，并且描绘扫描图像上工具的位置。
[0090]参考图17，示出了本发明的又一个实施例340。在该实施例中，同样没有使用参考板200。相反，口腔夹具12包括照相机底座，其类似于朝向根据102的与照相机30 —起使用的底座。工具102包括工具参考图案304，其类似于参考图13描述的工具参考图案。系统根据来自口腔夹具12上照相机的视频数据和工具102上的图案，能够将CT扫描图像关联至口腔的实际方向，并且描绘扫描图像上工具的位置。
[0091]参考图18，示出了本发明的另一个实施例350。在该实施例中，同样没有使用参考板200。相反，口腔夹具12包括照相机底座，其类似于图17的实施例中朝向工具102的底座。工具102包括类似于图16中的照相机。该工具和夹具都包括参考图案。系统利用来自照相机的视频数据将CT扫描图像关联至口腔的实际方向，并且描绘扫描图像上工具的位置。
[0092]在本发明的另一个变化的实施例中，可以设想，外科医生可以利用照相机(诸如安装至工具夹具100的照相机)在手术日映射(map)病人的口腔。在该实施例中，在手术日将口腔夹具12和参考板200形成并附接至病人。然后，外科医生利用该工具照相机可以创建病人口腔的3D光学图像。然后，利用来自该3D模型和之前的CT扫描图像的数据，系统会同时参考这两种数据。在该实施例中，不需要提前制作口腔夹具12。
[0093]前述实施例是基于这样的假设，即病人有足够的牙齿来安装口腔夹具12和参考板200。然而，如果病人的口腔情况不允许同时连接口腔夹具12和参考板200或其中之一，那么本发明想到可以将任意一个元件直接安装到病人的颂骨。图19对此有描绘，口腔夹具400固定地附接至病人的上颂骨。如上所讨论的，口腔夹具包括照相机402，对其定位以探测参考板200上的图案212。
[0094]同样，可以设想，可以从本发明中去掉口腔夹具12上的基准标记34。反之，可以利用对病人的扫描图像探测牙齿，将其作为基准标记，并且照相机相对于牙齿的位置可以由系统确定。
[0095]也可以设想，可以不使用任何基准(无基准)来执行本发明。例如，将包含照相机但不包含基准的夹具在手术时附接至病人，并且具有朝上的照相机和朝下的照相机越过牙齿。当移动工具时，朝上的照相机与口腔夹具的照相机一样相对于参考板参考自身。这确定了口腔夹具被附接至的牙齿与移动的工具之间的相对位置，允许对工具的运动的精确估计。反过来，这已知的运动允许朝下的照相机同时创建3D模型来估计牙齿和牙床的结构和外形。在该实施例中，只使用3D结构来将光学获得的表面配准至之前产生的(例如通过步进立方体)CT图像获得的表面，从而提供口腔夹具的照相机和CT坐标系统之间的联结。
[0096]本发明的一个益处为消除制作铸造模型的需要。因此，以上公开的系统和夹具加快了整个手术过程并且减少了病人的不舒适。
[0097]除了病人的运动，程序还配置为接收用于确定正在被使用的手术工具的相对位置的光学数据，O具体地，如上讨论的，优选地，工具夹具包括第二照相机109，其提供手术中正被使用的刀具106的图像。该系统设计为确定刀具106的三维位置，并且调整仿真的手术工具的位置，该仿真的手术工具被描绘在图像数据的显示器上。因此，实际工具的运动由显示器上的仿真工具模拟。
[0098]为了这么做，在手术开始，医生或技师必须通过将特定仪器输入软件系统来配准手术仪器，这时系统检索仪器的细节，包括其尖端，并且可以检索其它特征，诸如长度、形状等等。或者，并且更优选地，参考图20，医生或技师利用配准设备500提供光学数据，可以利用该光学数据确定刀具106相对于照相机105、109的位置，以及刀具的长度和直径。优选地，配准设备500包括安装在基座504上的球形触摸板502。配准图案506形成在配准设备500的限定位置。在绘示的实施例中，图案506位于基板504上，并且508从基板504向上延伸。优选地，该图案506类似于以上涉及的非重复图案212。
[0099]使用中，医生或技师插入或触摸在触摸板502上的刀具106的尖端。启动系统中的配准程序，致使照相机105、109接收视频(光学)数据。放置配准图案506使得两个照相机105、109或其中之一可以探测该图案。一旦照相机接收数据，医生或技师相对于该工具的尖端移动(旋转或回转)该工具，使得照相机可以捕获配准图案506中的变化。系统根据接收的数据可以确定刀具106的尖端相对于照相机105、109的位置。利用具有不同长度的两个刀具106重复该过程，允许系统确定刀具106相对于每个照相机的轴。
[0100]如上提到的，手术过程中可能发生的问题之一是外科医生可以改变手术仪器或仪器的尖端，因此，除非配准新的尖端或新的手术工具，否则会潜在地干扰手术工具的成像描绘的精确性。有时，手术过程的复杂度会使对工具配准困难，或导致外科医生无意地忘记对工具配准。本发明通过设置手术区域或边界解决了该问题，该手术区域或边界是基于对参考图案212的连续探测。更具体地，一旦手术过程已经开始，系统会探测参考板200(或夹具图案302)上的参考图案212，将工具102认为是口腔的边界容积。
[0101]由于程序可以通过监控参考图案212 (或接近图案302)来追踪工具102，因此，可将其用于确定是否医生可能已经对手术仪器做了改变。例如，程序会探测，初始配置工具之后，工具102上的照相机什么时候第一次看到参考图案(或夹具图案)。然后其会在配置之后继续监控工具102。如果照相机继续探测参考图案(或夹具图案)，那么程序会推定没有对工具102做改变。然而，如果在预定的时间段内工具102上的照相机没有探测到参考图案(或夹具图案)，那么程序会确定工具102可能已经离开了空腔，并且需要医生在继续手术之前采取额外的步骤。在一个实施例中，程序发送弹出消息至显示器通知医生它们已经被移出口腔，并且要求其确认没有对手术工具102做改变将新工具配准至配准设备500。一旦医生做了响应，弹出显示会消失，并且医生可以继续看到整个屏幕。
[0102]因此，本发明提供用于追踪图像导航的手术过程中被使用的手术工具的新型方法，以及通知医生确认是否对工具做了改变的方法。
[0103]然而以上描述涉及手术工具或手术仪器，其包括钻子，术语“手术仪器”或“手术工具”意在覆盖口腔内手术使用的其它工具，诸如用于切除组织的工具，该组织包括小孩的第三臼齿。
[0104]可以在任何形式的计算机上实施本文中描述的系统，并且可以将元件实施为专属应用或在客户-服务器结构中实施该元件，该结构包括基于网络的结构，并且可以包括函数程序、