[发明专利]用于在导航系统中使用的跟踪设备及其制造方法

说明书

用于在导航系统中使用的跟踪设备以及制造它的方法。跟踪设备包括跟踪头以及由跟踪头支撑以发射光的多个发射器。具有弧形内表面和弧形外表面的多个圆顶形状的透镜定义布置在发射器上具有均匀厚度的外壁，使得光以最小化光折射的方式发射通过外壁。

相关申请

本申请要求于2015年12月10日提交的美国临时专利申请号62/265,585的权益和优先权，通过引用将其全部内容和公开内容合并至此。

技术领域

本公开内容一般地涉及在导航系统中使用的跟踪设备以及制造它的方法。

背景技术

导航系统帮助用户定位对象。例如，导航系统在工业、航空航天和医学应用中使用。在医学领域中，导航系统帮助外科医生定位外科器械和解剖结构，为了相对于解剖结构准确地放置外科器械的目的。典型地，外科器械和解剖结构一起被跟踪，并且在显示器上示出它们的相对移动。

导航系统可以采用光信号、声波、磁场、无线电频率信号等，以便跟踪对象的位置和/或方向。经常，导航系统包括附接到正在跟踪的对象的跟踪设备。定位器与跟踪设备上的跟踪元件合作以确定跟踪元件的位置，并且最终确定对象的位置和方向。导航系统经由跟踪设备监控对象的移动。

一些导航系统采用直接发射光以由定位器接收从而对跟踪元件的位置做三角测量的主动跟踪元件。采用主动跟踪元件的一个优点在于与其他导航系统，诸如依赖于反射由定位器发射的光的反射器元件的导航系统相比较增加的准确度。在采用主动跟踪元件的导航系统中，跟踪元件通常位于透明透镜后面，这使得跟踪设备能够被灭菌而重用，但是这仍然允许光从跟踪元件发射到定位器。然而，这些透明透镜能够在光从跟踪元件发射中引起折射。该折射能够导致定位器不准确地确定跟踪元件的位置，由此导致正在被跟踪的对象的位置和方向的不准确计算。除了减少折射之外，在一些应用中为了实现适当的准确度，跟踪元件必须在制造期间以高精度放置，这在某些情况下难以实现。当不精确的制造和与光的折射相关联的问题相组合时，准确度误差会变得不利。

因此，在本领域中存在对于克服上述问题的一个或多个的跟踪设备的需求。

发明内容

在一个实施例中，提供与导航系统一起使用以跟踪对象的跟踪设备。跟踪设备包括跟踪头。多个发射器由跟踪头支撑。每个发射器被配置为发射光。多个透镜布置在多个发射器上。每个透镜具有外壁，外壁具有弧形内表面和与弧形内表面等距离相隔的弧形外表面以定义均匀的外壁厚度。相对于发射器排列透镜使得从发射器发射的光垂直于弧形内表面穿透外壁以最小化光的折射。

在另一个实施例中，提供用于跟踪对象的导航系统。导航系统包括跟踪头。多个发射器由跟踪头支撑。每个发射器被配置为发射光。多个透镜布置在多个发射器上。每个透镜具有外壁，外壁具有弧形内表面和与弧形内表面等距离相隔的弧形外表面以定义均匀的外壁厚度。相对于发射器排列透镜使得从发射器发射的光垂直于弧形内表面穿透外壁以最小化光的折射。导航系统也包括用于接收从发射器发射的光从而确定对象的位置和方向的定位器。

同样提供一种制造跟踪设备的方法。方法包括将多个发射器在相对于基座的预先定义的z轴高度装配到基座。每个发射器被配置为发射光。方法还包括将多个透镜定位在多个发射器上。每个透镜具有外壁，外壁具有弧形内表面和与弧形内表面等距离相隔的弧形外表面以定义均匀的外壁厚度。多个透镜的每个在x-y平面中相对于发射器而定位，使得从发射器发射的光垂直于弧形内表面穿透外壁以最小化光的折射。

附图说明

当连同附图一起考虑时，本公开内容的优点通过参考下面的详细描述而变得更好理解，并且将容易地领会本公开内容的优点，其中：

图1是连同患者一起使用的导航系统的透视图；

图2是导航系统的示意图；

图3是跟踪设备的透视图；