对基于跟踪器的手术导航的优化

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年5月20日提交的美国临时申请No.63/190,791的优先权，所述美国临时申请的公开内容在此以引用的方式整体并入本文。

背景技术

传统的手术导航系统通过对安装到对象的基准点进行成像并根据成像计算手术工作空间中的此类基准点的位置来跟踪手术工作空间中的对象。未达最佳标准的照明可能会影响手术导航系统精确地确定每个基准点的位置的能力，这继而可能影响其跟踪精度。

发明内容

本发明内容以简化的形式介绍在以下具体实施方式中进一步描述的构思的选择。本发明内容无意限制所要求保护的主题的范围，并且不一定识别所要求保护的主题的各个和每一个关键或必要特征。

在第一方面，提供了一种用于优化对手术工作空间中的对象的跟踪的导航系统。所述导航系统包括：跟踪器，所述跟踪器相对于对象设置并包括用于跟踪手术工作空间中的跟踪器的姿态的预定义几何形状的有源标志器；定位器相机，所述定位器相机被配置为与所述跟踪器协作以生成图像数据，所述图像数据指示由从所述有源标志器发射的光信号生成的针对所述有源标志器中的每一者的斑点；以及控制器，所述控制器通信地耦合到所述跟踪器和所述定位器相机。所述控制器被配置为将所述斑点中的每一者指派给对应于所述斑点的所述有源标志器；获取每个斑点的特性；将所述获取的特性与最佳特性进行比较；以及基于所述比较，将至少一个控制信号传送到所述跟踪器从而致使所述跟踪器调节从所述有源标志器中的至少一者发射的所述光信号。

在第二方面，提供了一种用于优化对手术工作空间中的对象的跟踪的导航系统。所述导航系统包括：第一跟踪器，所述第一跟踪器相对于手术工作空间中的第一对象设置，并且包括用于跟踪手术工作空间中的所述第一跟踪器的姿态的预定义几何形状的有源标志器；第二跟踪器，所述第二跟踪器相对于手术工作空间中的第二对象设置并且包括用于跟踪手术工作空间中的所述第二跟踪器的姿态的预定义几何形状的有源标志器；定位器相机，所述定位器相机被配置为与所述第一跟踪器和所述第二跟踪器协作以生成图像数据，所述图像数据指示由从所述有源标志器发射的光信号生成的针对所述第一跟踪器的所述有源标志器中的每一者的第一斑点，和由从所述有源标志器发射的光信号生成的针对所述第二跟踪器的所述有源标志器中的每一者的第二斑点；以及控制器，所述控制器通信地耦合到所述第一跟踪器和所述第二跟踪器以及所述定位器相机。所述控制器被配置为获取所述第一斑点和所述第二斑点中的每一者的特性；将所述获取的特性与特定于所述第一跟踪器的第一最佳特性和特定于所述第二跟踪器的与所述第一最佳特性不同的第二最佳特性进行比较；以及基于所述比较，将所述第一斑点指派给所述第一跟踪器，并且将所述第二斑点指派给所述第二跟踪器。

在第三方面，提供了一种用于优化对手术工作空间中的对象的跟踪的导航系统。所述导航系统包括：跟踪器，所述跟踪器相对于对象设置并包括用于跟踪手术工作空间中的跟踪器的姿态的预定义几何形状的有源标志器；定位器相机，所述定位器相机被配置为与所述跟踪器协作以生成图像数据，所述图像数据指示由从所述有源标志器发射的光信号生成的针对所述有源标志器中的每一者的斑点；以及控制器，所述控制器通信地耦合到所述跟踪器和所述定位器相机。所述控制器被配置为基于所述图像数据确定手术工作空间中的所述跟踪器的所述有源标志器的位置；以及基于所述有源标志器的所确定的位置，将至少一个控制信号传送到所述跟踪器从而致使所述跟踪器调节从所述有源标志器中的至少一者发射的光信号。

在第四方面，提供了一种用于优化对手术工作空间中的对象的跟踪的导航系统。所述导航系统包括：跟踪器，所述跟踪器相对于对象设置，并且包括用于跟踪手术工作空间中的所述跟踪器的姿态的预定义几何形状的无源标志器；定位器相机，所述定位器相机包括被配置为发射用于照亮所述无源标志器的光信号的光源，所述定位器相机被配置为生成图像数据，所述图像数据指示由无源标志器对从所述光源发射的光信号的反射而生成的针对所述无源标志器中的每一者的斑点；以及控制器，所述控制器通信地耦合到所述定位器相机。控制器被配置为获取每个斑点的特性；将所获取的特性与最佳特性进行比较；基于所述比较，调节定位器相机的至少一个光学参数。

在第五方面，提供了一种用于跟踪手术工作空间中的对象的导航系统。所述导航系统包括：第一跟踪器，所述第一跟踪器相对于所述手术工作空间中的第一对象设置，并且包括用于跟踪手术工作空间中的所述第一跟踪器的姿态的预定义几何形状的无源标志器；第二跟踪器，所述第二跟踪器相对于手术工作空间中的第二对象设置，并且包括用于跟踪手术工作空间中的所述第二跟踪器的姿态的预定义几何形状的无源标志器；定位器相机，所述定位器相机包括被配置为发射用于照亮所述第一跟踪器和所述第二跟踪器的所述无源标志器的光信号的光源，所述定位器相机被配置为生成图像数据，所述图像数据指示由所述无源标志器对从所述光源发射的所述光信号的反射而生成的针对所述第一跟踪器和所述第二跟踪器的所述无源标志器中的每一者的斑点；以及控制器，所述控制器通信地耦合到所述定位器相机。所述控制器被配置为：从光源发射特定于第一跟踪器的第一光信号；接收由定位器相机生成的与所发射的第一光信号相对应的图像数据；以及基于与所述第一光信号相对应的接收到的图像数据来跟踪手术工作空间中的第一跟踪器的姿态。所述控制器还被配置为从光源发射特定于第二跟踪器的第二光信号，并且所述第二光信号具有与第一光信号的至少一个对应特性不同的至少一个特性；接收由定位器相机生成的与所发射的第二光信号相对应的图像数据；以及基于与第二光信号相对应的接收到的图像数据来跟踪手术工作空间中的第二跟踪器的姿态。

在第六方面，提供了一种用于优化对手术工作空间中的对象的跟踪的导航系统。所述导航系统包括：跟踪器，所述跟踪器相对于对象设置，并且包括用于跟踪手术工作空间中的所述跟踪器的姿态的预定义几何形状的无源标志器；定位器相机，所述定位器相机包括被配置为发射用于照亮所述无源标志器的光信号的光源，所述定位器相机被配置为生成图像数据，所述图像数据指示由无源标志器对从所述光源发射的光信号的反射而生成的针对所述无源标志器中的每一者的斑点；以及控制器，所述控制器通信地耦合到所述定位器相机。所述控制器被配置为从光源发射具有不同特性的光信号；接收由定位器相机针对所发射的光信号中的每一者生成的图像数据，所述图像数据指示由无源标志器对所发射的光信号的反射而生成的针对所述无源标志器中的每一者的斑点；对于接收到的图像数据的每个实例，获取由图像数据指示的每个斑点的特性，并将所获取的特性与最佳特性进行比较，以确定接收到的图像数据的实例中的哪个实例最接近最佳；响应于确定最接近最佳的接收到的图像数据的实例，将与接收到的图像数据的实例相对应的光信号的特性指派给跟踪器；以及基于指派给跟踪器的光信号特性来跟踪手术工作空间中的跟踪器的姿态。

在第七方面，提供了一种用于优化对手术工作空间中的对象的跟踪的导航系统。所述导航系统包括：跟踪器，所述跟踪器相对于对象设置，并且包括用于跟踪手术工作空间中的所述跟踪器的姿态的预定义几何形状的无源标志器；定位器相机，所述定位器相机包括被配置为发射用于照亮所述无源标志器的光信号的光源，所述定位器相机被配置为生成图像数据，所述图像数据指示由无源标志器对从所述光源发射的光信号的反射而生成的针对所述无源标志器中的每一者的斑点；以及控制器，所述控制器通信地耦合到所述定位器相机。所述控制器被配置为基于图像数据确定手术工作空间中的跟踪器的无源标志器的位置；以及基于无源标志器的所确定的位置，调节定位器相机的至少一个光学参数。

在第八方面，提供了一种用于优化对手术工作空间中的对象的跟踪的导航系统。所述导航系统包括：跟踪器，所述跟踪器相对于对象设置，并且包括用于跟踪手术工作空间中的所述跟踪器的姿态的预定义几何形状的可人工重新定位的无源标志器；定位器相机，所述定位器相机包括被配置为发射用于照亮所述无源标志器的光信号的光源，所述定位器相机被配置为生成图像数据，所述图像数据指示由无源标志器对从所述光源发射的光信号的反射而生成的针对所述无源标志器中的每一者的斑点；以及控制器，所述控制器通信地耦合到所述定位器相机。所述控制器被配置为获取每个斑点的特性；将所获取的特性与最佳特性进行比较；基于所述比较确定并显示用于重新定位跟踪器的无源标志器的指导。

在第九方面，提供了一种用于优化导航系统对手术工作空间中的对象的跟踪的方法。所述导航系统包括：跟踪器，所述跟踪器相对于对象设置并包括用于跟踪手术工作空间中的跟踪器的姿态的预定义几何形状的有源标志器；定位器相机，所述定位器相机被配置为与所述跟踪器协作以生成图像数据，所述图像数据指示由从所述有源标志器发射的光信号生成的针对所述有源标志器中的每一者的斑点；以及控制器，所述控制器通信地耦合到所述跟踪器和所述定位器相机。所述方法包括：相对于手术工作空间中的对象设置跟踪器；由定位器相机生成图像数据，所述图像数据指示由从有源标志器发射的光信号生成的针对所述有源标志器中的每一者的斑点；由控制器将所述斑点中的每一者指派给对应于所述斑点的有源标志器；由控制器获取每个斑点的特性；由控制器将所获取的特性与最佳特性进行比较；以及基于所述比较，由控制器将至少一个控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器调节从所述有源标志器中的至少一者发射的光信号。

在第十方面，提供了一种用于优化导航系统对手术工作空间中的对象的跟踪的方法。所述导航系统包括：第一跟踪器，所述第一跟踪器相对于手术工作空间中的第一对象设置，并且包括用于跟踪手术工作空间中的所述第一跟踪器的姿态的预定义几何形状的有源标志器；第二跟踪器，所述第二跟踪器相对于手术工作空间中的第二对象设置并且包括用于跟踪手术工作空间中的所述第二跟踪器的姿态的预定义几何形状的有源标志器；定位器相机，所述定位器相机被配置为与所述第一跟踪器和所述第二跟踪器协作以生成图像数据，所述图像数据指示由从所述有源标志器发射的光信号生成的针对所述第一跟踪器和所述第二跟踪器的所述有源标志器中的每一者的斑点；以及控制器，所述控制器通信地耦合到所述第一跟踪器和所述第二跟踪器以及所述定位器相机。所述方法包括：分别相对于手术工作空间中的第一对象和第二对象设置第一跟踪器和第二跟踪器；由定位器相机生成图像数据，所述图像数据指示由从有源标志器发射的光信号生成的针对第一跟踪器和第二跟踪器的有源标志器中的每一者的斑点；由控制器获取第一斑点和第二斑点中的每一者的特性；由控制器将所获取的特性与特定于第一跟踪器的第一最佳特性和特定于第二跟踪器的与第一最佳特性不同的第二最佳特性进行比较；基于所述比较，由控制器将第一斑点指派给第一跟踪器并将第二斑点指派给第二跟踪器。

在第十一方面，提供了一种用于优化导航系统对手术工作空间中的对象的跟踪的方法。所述导航系统包括：跟踪器，所述跟踪器相对于对象设置并包括用于跟踪手术工作空间中的跟踪器的姿态的预定义几何形状的有源标志器；定位器相机，所述定位器相机被配置为与所述跟踪器协作以生成图像数据，所述图像数据指示由从所述有源标志器发射的光信号生成的针对所述有源标志器中的每一者的斑点；以及控制器，所述控制器通信地耦合到所述跟踪器和所述定位器相机。所述方法包括：相对于手术工作空间中的对象设置跟踪器；由定位器相机生成图像数据，所述图像数据指示由从有源标志器发射的光信号生成的针对有源标志器中的每一者的斑点；由控制器基于图像数据确定手术工作空间中的跟踪器的有源标志器的位置；以及基于有源标志器的所确定的位置，由控制器将至少一个控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器调节从有源标志器中的至少一者发射的光信号。

在第十二方面，提供了一种用于优化导航系统对手术工作空间中的对象的跟踪的方法。所述导航系统包括：跟踪器，所述跟踪器相对于对象设置，并且包括用于跟踪手术工作空间中的所述跟踪器的姿态的预定义几何形状的无源标志器；定位器相机，所述定位器相机包括被配置为发射用于照亮所述无源标志器的光信号的光源，所述定位器相机被配置为生成图像数据，所述图像数据指示由无源标志器对从所述光源发射的光信号的反射而生成的针对所述无源标志器中的每一者的斑点；以及控制器，所述控制器通信地耦合到所述定位器相机。所述方法包括：相对于手术工作空间中的对象设置跟踪器；由定位器相机生成图像数据，所述图像数据指示由无源标志器对从光源发射的光信号的反射而生成的针对无源标志器中的每一者的斑点；由控制器获取每个斑点的特性；由控制器将所获取的特性与最佳特性进行比较；以及基于所述比较，由控制器调节定位器相机的至少一个光学参数。

在第十三方面，提供了一种用于通过导航系统跟踪手术工作空间中的对象的方法。所述导航系统包括：第一跟踪器，所述第一跟踪器相对于所述手术工作空间中的第一对象设置，并且包括用于跟踪手术工作空间中的所述第一跟踪器的姿态的预定义几何形状的无源标志器；第二跟踪器，所述第二跟踪器相对于手术工作空间中的第二对象设置，并且包括用于跟踪手术工作空间中的所述第二跟踪器的姿态的预定义几何形状的无源标志器；定位器相机，所述定位器相机包括被配置为发射用于照亮所述第一跟踪器和所述第二跟踪器的所述无源标志器的光信号的光源，所述定位器相机被配置为生成图像数据，所述图像数据指示由所述无源标志器对从所述光源发射的所述光信号的反射而生成的针对所述第一跟踪器和所述第二跟踪器的所述无源标志器中的每一者的斑点；以及控制器，所述控制器通信地耦合到所述定位器相机。所述方法包括：分别相对于手术工作空间中的第一对象和第二对象设置第一跟踪器和第二跟踪器；从光源发射特定于第一跟踪器的第一光信号；由控制器接收由定位器相机生成的与所发射的第一光信号相对应的图像数据；以及由控制器基于与第一光信号相对应的接收到的图像数据来跟踪手术工作空间中的第一跟踪器的姿态。所述方法还包括：从光源发射特定于第二跟踪器的第二光信号，并且所述第二光信号具有与第一光信号的至少一个对应特性不同的至少一个特性；由控制器接收由定位器相机生成的与所发射的第二光信号相对应的图像数据；以及由控制器基于与第二光信号相对应的接收到的图像数据来跟踪第二跟踪器在手术工作空间中的姿态。

在第十四方面，提供了一种用于优化导航系统对手术工作空间中的对象的跟踪的方法。所述导航系统包括：跟踪器，所述跟踪器相对于对象设置，并且包括用于跟踪手术工作空间中的所述跟踪器的姿态的预定义几何形状的无源标志器；定位器相机，所述定位器相机包括被配置为发射用于照亮所述无源标志器的光信号的光源，所述定位器相机被配置为生成图像数据，所述图像数据指示由无源标志器对从所述光源发射的光信号的反射而生成的针对所述无源标志器中的每一者的斑点；以及控制器，所述控制器通信地耦合到所述定位器相机。所述方法包括：相对于手术工作空间中的对象设置跟踪器；从光源发射具有不同特性的光信号；由控制器接收由定位器相机针对所发射的光信号中的每一者生成的图像数据，所述图像数据指示由无源标志器对所发射的光信号的反射而生成的针对所述无源标志器中的每一者的斑点；对于接收到的图像数据的每个实例，由控制器获取由图像数据指示的每个斑点的特性，并且由控制器将所获取的特性与最佳特性进行比较，以确定接收到的图像数据的实例中的哪个实例最接近最佳；响应于确定最接近最佳的接收到的图像数据的实例，由控制器将与接收到的图像数据的实例相对应的光信号的特性指派给跟踪器；以及由控制器基于指派给跟踪器的光信号特性来跟踪手术工作空间中的跟踪器的姿态。

在第十五方面，提供了一种用于优化手术导航系统对手术工作空间中的对象的跟踪的方法。所述导航系统包括：跟踪器，所述跟踪器相对于对象设置，并且包括用于跟踪手术工作空间中的所述跟踪器的姿态的预定义几何形状的无源标志器；定位器相机，所述定位器相机包括被配置为发射用于照亮所述无源标志器的光信号的光源，所述定位器相机被配置为生成图像数据，所述图像数据指示由无源标志器对从所述光源发射的光信号的反射而生成的针对所述无源标志器中的每一者的斑点；以及控制器，所述控制器通信地耦合到所述定位器相机。所述方法包括：在手术工作空间中相对于对象设置跟踪器；由定位器相机生成图像数据，所述图像数据指示由无源标志器对从光源发射的光信号的反射而生成的针对无源标志器中的每一者的斑点；由控制器基于图像数据确定跟踪器的无源标志器在手术工作空间中的位置；以及基于无源标志器的所确定的位置，由控制器调节定位器相机的至少一个光学参数。

在第十六方面，提供了一种用于优化导航系统对手术工作空间中的对象的跟踪的方法。所述导航系统包括：跟踪器，所述跟踪器相对于对象设置，并且包括用于跟踪手术工作空间中的所述跟踪器的姿态的预定义几何形状的可重新定位的无源标志器；定位器相机，所述定位器相机包括被配置为发射用于照亮所述无源标志器的光信号的光源，所述定位器相机被配置为生成图像数据，所述图像数据指示由无源标志器对从所述光源发射的光信号的反射而生成的针对所述无源标志器中的每一者的斑点；以及控制器，所述控制器通信地耦合到所述定位器相机。所述方法包括：在手术工作空间中相对于对象设置跟踪器；由定位器相机生成图像数据，所述图像数据指示由无源标志器对从光源发射的光信号的反射而生成的针对无源标志器中的每一者的斑点；由控制器获取每个斑点的特性；由控制器将所获取的特性与最佳特性进行比较；以及由控制器基于所述比较来确定和显示用于重新定位跟踪器的无源标志器的指导。

在第十七方面，提供了一种机器人手术系统，所述机器人手术系统包括：机器人装置，所述机器人装置被配置为支撑手术工具；以及一个或多个控制器，所述一个或多个控制器被配置为实施第九方面至第十六方面中的任何一者或多者的方法，其中所述一个或多个控制器被配置为控制机器人装置相对于切割边界移动手术工具以移除目标体积的患者组织。

以上方面中的任一者可以全部或部分地组合。

以上方面中的任一者可与以下实现方式中的任何一者或多者一起利用，无论是单独地还是组合地利用：

一些实现方式包括：传送到跟踪器的至少一个控制信号致使跟踪器调节从有源标志器中的至少一者发射的光信号的强度和/或持续时间。一些实现方式包括：对于每个斑点，将斑点的所获取的特性与最佳特性进行比较以确定所述斑点是否为次最佳的；以及响应于基于所述比较确定斑点是次最佳的，将控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器调节从对应于斑点的有源标志器发射的光信号。

一些实现方式包括：每个斑点的所获取的特性指示第一值，最佳特性指示第二值，以及将针对所述斑点指示的第一值与第二值进行比较；响应于所述比较指示斑点的第一值大于第二值，将控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器减小从对应于斑点的有源标志器发射的光信号的强度和/或持续时间；以及响应于所述比较指示斑点的第一值小于第二值，将控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器增加从对应于斑点的有源标志器发射的光信号的强度和/或持续时间。

一些实现方式包括：所获取的特性是斑点强度特性，并且最佳特性是最佳斑点强度特性。一些实现方式包括：最佳斑点强度特性指示大于或等于定位器相机的满刻度强度值的75％并且小于或等于所述满刻度强度值的95％的强度值。一些实现方式包括：所获取的特性是斑点尺寸特性，并且最佳特性是最佳斑点尺寸特性。一些实现方式包括：所获取的特性是斑点形状特性，并且最佳特性是最佳斑点形状特性。

一些实现方式包括：将所获取的特性定义为所获取的第一特性，将最佳特性定义为第一最佳特性，以及获取一个或多个斑点的一个或多个第二特性；将一个或多个所获取的第二特性与第二最佳特性进行比较；以及基于一个或多个所获取的第二特性与第二最佳特性的比较，将至少一个控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器调节从对应于一个或多个斑点的一个或多个有源标志器中的至少一者发射的光信号。一些实现方式包括：一个或多个所获取的第二特性包括一个或多个斑点中的每一者的所获取的第二特性，并且对于一个或多个斑点中的每一者，将斑点的所获取的第二特性与第二最佳特性进行比较以确定所述斑点是否为次最佳的；以及响应于基于所述比较确定斑点是次最佳的，将控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器调节从对应于斑点的有源标志器发射的光信号。

一些实现方式包括：将所获取的特性定义为所获取的第一特性，将最佳特性定义为第一最佳特性，并且对于每个斑点，将斑点的所获取的第一特性与第一最佳特性进行比较以确定斑点的所获取的第一特性是否为次最佳的；响应于基于所述比较确定斑点的所获取的第一特性是次最佳的，将控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器调节从对应于斑点的有源标志器发射的光信号；以及响应于基于所述比较确定斑点的所获取的第一特性不是次最佳的：获取斑点的第二特性；将斑点的所获取的第二特性与第二最佳特性进行比较以确定斑点的所获取的第二特性是否为次最佳的；以及响应于基于所述比较确定斑点的所获取的第二特性是次最佳的，将控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器调节从对应于斑点的有源标志器发射的光信号。

一些实现方式包括：所获取的第一特性是斑点强度特性，并且所获取的第二特性是斑点尺寸特性或斑点形状特性。一些实现方式包括：所获取的第一特性是斑点尺寸特性，并且所获取的第二特性是斑点强度特性或斑点形状特性。一些实现方式包括：所获取的第一特性是斑点形状特性，并且所获取的第二特性是斑点强度特性或斑点尺寸特性。

一些实现方式包括：图像数据包括对应于定位器相机的第一光学传感器的第一图像数据和对应于定位器相机的第二光学传感器的第二图像数据，所述第一图像数据和所述第二图像数据中的每一者指示由从有源标志器发射的光信号生成的针对每个有源标志器的斑点，并且从第一图像数据识别第一斑点并且从第二图像数据识别第二斑点，所述第一斑点和所述第二斑点对应于同一有源标志器；获取第一斑点的第一特性和第二斑点的第二特性；将所获取的第一特性和所获取的第二特性进行组合以形成组合斑点特性；将组合斑点特性与最佳特性进行比较以确定组合斑点特性是否为次最佳的；以及响应于基于所述比较确定组合斑点特性是次最佳的，将控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器调节从对应于第一斑点和第二斑点的有源标志器发射的光信号。

一些实现方式包括：组合斑点特性指示第一值，最佳特性指示第二值，以及将第一值与第二值进行比较；响应于所述比较指示第一值大于第二值，将控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器减小从对应于所述第一斑点和所述第二斑点的有源标志器发射的光信号的强度和/或持续时间；以及响应于所述比较指示第一值小于第二值，将控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器增加从对应于所述第一斑点和所述第二斑点的有源标志器发射的光信号的强度和/或持续时间。

一些实现方式包括：所获取的第一特性和第二特性是所获取的强度特性，并且最佳特性是最佳斑点强度特性。一些实现方式包括：最佳斑点强度特性指示大于或等于定位器相机的满刻度强度值的75％并且小于或等于所述满刻度强度值的95％的强度值。一些实现方式包括：所获取的第一特性和第二特性是所获取的尺寸特性，并且最佳特性是最佳斑点尺寸特性。一些实现方式包括：所获取的第一特性和第二特性是所获取的形状特性，并且最佳特性是最佳斑点形状特性。

一些实现方式包括：将组合斑点特性定义为第一组合斑点特性，将最佳特性定义为第一最佳特性，以及获取第一斑点的第三特性和第二斑点的第四特性；将所获取的第三特性和所获取的第四特性进行组合以形成第二组合斑点特性；将第二组合斑点特性与第二最佳特性进行比较；以及基于第二组合斑点特性与第二最佳特性的比较，将控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器调节从对应于第一斑点和第二斑点的有源标志器发射的光信号。一些实现方式包括：将第二组合斑点特性与第二最佳特性进行比较以确定第二组合斑点特性是否为次最佳的；以及响应于基于所述比较确定第二组合斑点特性是次最佳的，将控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器调节从对应于第一斑点和第二斑点的有源标志器发射的光信号。

一些实现方式包括：将组合斑点特性定义为第一组合斑点特性，将最佳特性定义为第一最佳特性，以及将第一组合斑点特性与第一最佳特性进行比较以确定第一组合斑点特性是否为次最佳的；响应于确定第一组合斑点特性是次最佳的，将控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器调节从对应于第一斑点和第二斑点的有源标志器发射的光信号；以及响应于基于所述比较确定第一组合斑点特性不是次最佳的：获取第一斑点的第三特性和第二斑点的第四特性；将所获取的第三特性和所获取的第四特性进行组合以形成第二组合斑点特性；将第二组合斑点特性与第二最佳特性进行比较以确定第二组合斑点特性是否为次最佳的；以及响应于基于所述比较确定第二组合斑点特性是次最佳的，将控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器调节从对应于第一斑点和第二斑点的有源标志器发射的光信号。

一些实现方式包括：所获取的第一特性和第二特性是斑点强度特性，并且所获取的第三特性和第四特性是斑点尺寸特性或斑点形状特性。一些实现方式包括：所获取的第一特性和第二特性是斑点尺寸特性，并且所获取的第三特性和第四特性是斑点强度特性或斑点形状特性。一些实现方式包括：所获取的第一特性和第二特性是斑点形状特性，并且所获取的第三特性和第四特性是斑点强度特性或斑点尺寸特性。

一些实现方式包括：将对象定义为第一对象，将斑点定义为第一斑点，将跟踪器定义为第一跟踪器，将所获取的特性定义为所获取的第一特性，将最佳特性定义为特定于第一跟踪器的第一最佳特性，以及第二跟踪器相对于手术工作空间中的第二对象设置，并且包括用于跟踪手术工作空间中的第二跟踪器的姿态的预定义几何形状的有源标志器，其中由定位器相机生成的图像数据包括由从第二跟踪器的有源标志器发射的光信号生成的针对第二跟踪器的有源标志器中的每一者的第二斑点。一些实现方式还包括：将第二斑点中的每一者指派给第二跟踪器的与第二斑点相对应的有源标志器；获取每个第二斑点的第二特性；将所获取的第二特性与第二最佳特性进行比较，所述第二最佳特性特定于第二跟踪器并且不同于第一最佳特性；以及基于所述比较，将至少一个控制信号传送到第二跟踪器从而致使第二跟踪器调节从第二跟踪器的有源标志器中的至少一者发射的光信号。

一些实现方式包括：对于每个第二斑点，将第二斑点的所获取的第二特性与第二最佳特性进行比较以确定所述第二斑点是否为次最佳的；以及响应于基于所述比较确定第二斑点是次最佳的，将控制信号传送到第二跟踪器从而致使第二跟踪器调节从第二跟踪器的与第二斑点相对应的有源标志器发射的光信号。

一些实现方式包括：基于第一最佳特性将第一斑点指派给第一跟踪器的有源标志器。一些实现方式包括：对于每个第一斑点：确定第一斑点的所获取的第一特性与第一最佳特性之间的差；确定第一斑点的所获取的第一特性与第一最佳特性之间的差是否小于阈值；以及响应于确定第一斑点的所获取的第一特性与第一最佳特性之间的差小于阈值，确定第一斑点对应于第一跟踪器并且将第一斑点指派给第一跟踪器的与第一斑点相对应的有源标志器。

一些实现方式包括：基于第二最佳特性将第二斑点指派给第二跟踪器的有源标志器。一些实现方式包括：对于每个第二斑点：确定第二斑点的所获取的第二特性与第二最佳特性之间的差；确定第二斑点的所获取的第二特性与第二最佳特性之间的差是否小于阈值；以及响应于确定第二斑点的所获取的第二特性与第二最佳特性之间的差小于阈值，确定第二斑点对应于第二跟踪器并且将第二斑点指派给第二跟踪器的与第二斑点相对应的有源标志器。

一些实现方式包括：第一跟踪器的预定义几何形状的有源标志器和第二跟踪器的预定义几何形状的有源标志器是基本上等同的。

一些实现方式包括：基于所述图像数据确定手术工作空间中的所述跟踪器的所述有源标志器的位置；以及基于所述有源标志器的所确定的位置，将至少一个控制信号传送到所述跟踪器从而致使所述跟踪器调节从所述有源标志器中的至少一者发射的光信号。一些实现方式包括：对于每个有源标志器，将对应于有源标志器的斑点的所获取的特性与最佳特性进行比较，以确定对应于有源标志器的斑点是否为次最佳的；以及响应于确定对应于有源标志器的斑点是次最佳的，将控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器基于有源标志器的所确定的位置来调节从有源标志器发射的光信号。

一些实现方式包括：将控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器通过将有源标志器的所确定的位置与有源标志器的先前确定的位置进行比较以确定有源标志器与定位器相机之间的距离变化而基于有源标志器的所确定的位置来调节从有源标志器发射的光信号；以及基于距离的变化，将控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器调节从有源标志器发射的光信号。一些实现方式包括：将控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器通过确定距离的变化是否指示有源标志器与定位器相机之间的距离的增加或减小而基于所确定的距离变化来调节从有源标志器发射的光信号；响应于所述距离变化指示有源标志器与定位器相机之间的距离增加，将控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器增加从有源标志器发射的光信号的强度和/或持续时间；以及响应于所述距离变化指示有源标志器与定位器相机之间的距离减小，将控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器减小从有源标志器发射的光信号的强度和/或持续时间。

一些实现方式包括：所述跟踪器包括用于重新定位跟踪器的有源标志器的至少一个致动器，并且基于所获取的特性与最佳特性的比较，将至少一个控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器重新定位有源标志器中的至少一者。一些实现方式包括：对于每个斑点，将斑点的所获取的特性与最佳特性进行比较以确定所述斑点是否为次最佳的；以及响应于基于所述比较确定斑点是次最佳的，将控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器重新定位对应于斑点的有源标志器。一些实现方式包括：每个斑点的所获取的特性指示第一值，最佳特性指示第二值，以及对于每个斑点，将针对所述斑点指示的第一值与第二值进行比较；响应于所述比较指示斑点的第一值大于第二值，将控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器将对应于斑点的有源标志器远离定位器相机重新定位；以及响应于所述比较指示斑点的第一值小于第二值，将控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器朝向定位器相机重新定位对应于斑点的有源标志器。

一些实现方式包括：通过基于所述比较调节从光源发射以照亮无源标志器的光信号来基于所述比较调节定位器相机的至少一个光学参数。一些实现方式包括：通过基于所述比较调节从光源发射以照亮无源标志器的光信号的强度和/或持续时间来基于所述比较调节定位器相机的至少一个光学参数。

一些实现方式包括：组合所获取的特性以形成组合斑点特性；将组合斑点特性与最佳特性进行比较以确定组合斑点特性是否为次最佳的；以及响应于基于所述比较确定组合斑点特性是次最佳的，调节定位器相机的至少一个光学参数。一些实现方式包括：组合斑点特性指示第一值，最佳特性指示第二值，以及将第一值与第二值进行比较；响应于所述比较指示第一值大于第二值，减小从光源发射以照亮无源标志器的光信号的强度和/或持续时间；以及响应于所述比较指示第一值小于第二值，增加从光源发射以照亮无源标志器的光信号的强度和/或持续时间。

一些实现方式包括：将所获取的特性定义为所获取的第一特性，将组合斑点特性定义为第一组合斑点特性，将最佳特性定义为第一最佳特性，以及将第一组合斑点特性与第一最佳特性进行比较以确定第一组合斑点特性是否为次最佳的；响应于基于所述比较确定第一组合斑点特性是次最佳的，调节定位器相机的至少一个光学参数；以及响应于基于所述比较确定第一组合斑点特性不是次最佳的：获取每个斑点的第二特性；组合所获取的第二特性以形成第二组合斑点特性；将第二组合斑点特性与第二最佳特性进行比较以确定第二组合斑点特性是否为次最佳的；以及响应于基于所述比较确定第二组合斑点特性是次最佳的，调节定位器相机的至少一个光学参数。

一些实现方式包括：将对象定义为第一对象，将斑点定义为第一斑点，将跟踪器定义为第一跟踪器，将光信号定义为特定于第一跟踪器的第一光信号，以及第二跟踪器相对于手术工作空间中的第二对象设置，并且包括用于跟踪手术工作空间中的第二跟踪器的姿态的预定义几何形状的无源标志器。一些实现方式还包括：从光源发射特定于第二跟踪器的第二光信号，所述第二光信号具有与第一光信号的至少一个对应特性不同的至少一个特性；接收对应于由定位器相机生成的第二光信号的图像数据，接收到的图像数据指示由无源标志器对从光源发射的第二光信号的反射而生成的针对第二跟踪器的无源标志器中的每一者的第二斑点；获取每个第二斑点的特性；将第二斑点的所获取的特性与最佳特性进行比较，以确定第二斑点的所获取的特性是否为次最佳的；以及响应于基于所述比较确定第二斑点的所获取的特性是次最佳的，调节第二光信号的至少一个特性。

一些实现方式包括：与第一光信号的至少一个对应特性不同的第二光信号的至少一个特性包括光强度特性和/或光持续时间特性。一些实现方式包括：与第二光信号相对应的图像数据指示由无源标志器对从光源发射的第二光信号的反射而生成的针对第一跟踪器的无源标志器中的每一者的第三斑点，并且响应于接收到与第二光信号相对应的图像数据，基于最佳特性将第二斑点与第三斑点区分开。一些实现方式包括：通过获取每个第三斑点的特性而基于最佳特性来将第二斑点和第三斑点区分开；将第二斑点和第三斑点的所获取的特性与最佳特性进行比较；基于第二斑点和第三斑点的所获取的特性与最佳特性的所述比较，将第二斑点和第三斑点区分开。

一些实现方式包括：对于第二和第三斑点中的每一者，确定斑点的所获取的特性与最佳特性之间的差；确定所述差是否小于阈值；以及响应于确定所述差小于阈值，确定所述斑点对应于第二斑点中的一者。一些实现方式包括：第一跟踪器的预定义几何形状的无源标志器和第二跟踪器的预定义几何形状的无源标志器是基本上等同的。

一些实现方式包括：从光源发射具有不同特性的光信号；接收由定位器相机针对所发射的光信号中的每一者生成的图像数据，所述图像数据指示由无源标志器对所发射的光信号的反射而生成的针对所述无源标志器中的每一者的斑点；对于接收到的图像数据的每个实例，获取由图像数据指示的每个斑点的特性，并将所获取的特性与最佳特性进行比较，以确定接收到的图像数据的实例中的哪个实例最接近最佳；响应于确定最接近最佳的接收到的图像数据的实例，将与接收到的图像数据的实例相对应的光信号的特性指派给跟踪器；以及基于指派给跟踪器的光信号特性来跟踪手术工作空间中的跟踪器的姿态。

一些实现方式包括：通过从光源发射具有指派给跟踪器的光信号特性的光信号以照亮跟踪器的无源标志器，基于指派给跟踪器的光信号特性来跟踪手术工作空间中的跟踪器的姿态；接收由定位器相机生成的与具有指派给跟踪器的光信号特性的所发射的光信号相对应的图像数据；以及基于接收到的图像数据确定手术工作空间中的跟踪器的姿态。一些实现方式包括：从光源发射具有指派给跟踪器的光信号特性的光信号以照亮跟踪器的无源标志器；接收与具有指派给跟踪器的光信号特性的所发射的光信号相对应的图像数据，接收到的图像数据指示由无源标志器对具有指派给跟踪器的光信号特性的所发射的光信号的反射而生成的针对跟踪器的每个无源标志器的斑点；获取接收到的图像数据中的斑点中的每一者的特性；将接收到的图像数据中的斑点的所获取的特性与最佳特性进行比较，以确定斑点的所获取的特性是否为次最佳的；以及响应于基于所述比较确定斑点的所获取的特性是次最佳的，调节指派给跟踪器的光信号特性。

一些实现方式包括：基于图像数据确定手术工作空间中的跟踪器的无源标志器的位置；以及基于无源标志器的所确定的位置，调节定位器相机的至少一个光学参数。一些实现方式包括：将斑点的所获取的特性与最佳特性进行比较以确定斑点是否为次最佳的；以及响应于基于所述比较确定斑点是次最佳的，基于无源标志器的所确定的位置来调节定位器相机的至少一个光学参数。

一些实现方式包括：通过基于无源标志器的所确定的位置确定无源标志器与定位器相机之间的平均距离，基于无源标志器的所确定的位置来调节定位器相机的至少一个光学参数；将所确定的平均距离与无源标志器与定位器相机之间的先前确定的平均距离进行比较，以确定无源标志器与定位器相机之间的平均距离的变化；以及基于平均距离的变化，调节定位器相机的至少一个光学参数。一些实现方式包括：通过确定平均距离的变化是否指示无源标志器与定位器相机之间的平均距离的增加或减小来基于平均距离的变化调节定位器相机的至少一个光学参数；响应于距离的变化指示无源标志器与定位器相机之间的平均距离的增加，增加从光源发射以照亮无源标志器的光信号的强度和/或持续时间；以及响应于距离的变化指示无源标志器与定位器相机之间的平均距离的减小，减小从光源发射以照亮无源标志器的光信号的强度和/或持续时间。

一些实现方式包括：跟踪器的无源标志器是可人工重新定位的，并且基于所获取的特性与最佳特性的比较，确定并显示用于重新定位跟踪器的无源标志器的指导。一些实现方式包括：对于斑点中的每一者，将所述斑点指派给对应于所述斑点的无源标志器；将斑点的所获取的特性与最佳特性进行比较，以确定所述斑点是否为次最佳的；以及响应于基于所述比较确定斑点是次最佳的，确定并显示用于重新定位与斑点相对应的无源标志器的指导。

一些实现方式包括：每个斑点的所获取的特性指示第一值，最佳特性指示第二值，并且对于每个斑点，将斑点指派给对应于所述斑点的无源标志器；将针对斑点指示的第一值与第二值进行比较；响应于所述比较指示斑点的第一值大于第二值，确定并显示将与斑点相对应的无源标志器重新定位远离定位器相机的指导；以及响应于所述比较指示斑点的第一值小于第二值，确定并显示朝向定位器相机18重新定位与斑点相对应的无源标志器的指导。

一些实现方式包括：通过调节定位器相机的电子光圈时间来基于所述比较调节定位器相机的至少一个光学参数。一些实现方式包括：最佳特性指示第一值，并且组合所获取的特性以形成指示第二值的组合斑点特性；将第二值与第一值进行比较；响应于所述比较指示第二值大于第一值，减小定位器相机的电子光圈时间；以及响应于所述比较指示第二值小于第一值，增加定位器相机的电子光圈时间。

一些实现方式包括：定位器相机包括机械快门；以及通过调节机械快门的快门时间来基于比较调节定位器相机的至少一个光学参数。一些实现方式包括：最佳特性指示第一值，并且组合所获取的特性以形成指示第二值的组合斑点特性；将第二值与第一值进行比较；响应于所述比较指示第二值大于第一值，减小机械快门的快门时间；以及响应于所述比较指示第二值小于第一值，增加机械快门的快门时间。

一些实现方式包括：定位器相机包括机械光圈；以及通过调节机械光圈的捕获尺寸来基于比较调节定位器相机的至少一个光学参数。一些实现方式包括：最佳特性指示第一值，并且组合所获取的特性以形成指示第二值的组合斑点特性；将第二值与第一值进行比较；响应于所述比较指示第二值大于第一值，减小机械光圈的捕获尺寸；以及响应于所述比较指示第二值小于第一值，增加机械光圈的捕获尺寸。

附图说明

图1绘示了包括用于优化对手术工作空间中的对象的跟踪的手术导航系统的手术系统。

图2绘示了图1的手术系统的部件。

图3绘示了用于使用有源跟踪器来优化对手术工作空间中的对象的跟踪的方法。

图4绘示了可由手术导航系统的定位器相机生成的图像数据。

图5绘示了可以附着到手术工作空间中的对象以用于跟踪此类对象的跟踪器。

图6绘示了可由手术导航系统的定位器相机生成的次最佳图像数据。

图7绘示了可由手术导航系统的定位器相机生成的最佳图像数据。

图8绘示了用于使用无源跟踪器来优化对手术工作空间中的对象的跟踪的方法。

图9A绘示了具有在第一方向上定向的可重新定位的有源标志器的有源跟踪器。

图9B绘示了具有在第二方向上定向的可重新定位的有源标志器的图9A的有源跟踪器。

图10A绘示了具有在第一方向上定向的可重新定位的无源标志器的无源跟踪器。

图10B绘示了具有在第二方向上定向的可重新定位的无源标志器的图10A的无源跟踪器。

具体实施方式

图1绘示了用于治疗患者的手术系统10。手术系统10可以位于诸如医疗机构的手术室的手术环境中。手术系统10可以包括手术导航系统12和机器人操纵器14。机器人操纵器14可以联接到手术器械16，并且可以被配置为操纵手术器械16以诸如在外科医生和/或手术导航系统12的引导下治疗患者组织的目标体积。例如，手术导航系统12可以致使机器人操纵器14操纵手术器械16以移除患者组织的目标体积，同时避开手术工作空间中与目标体积相邻的其他对象，诸如其他医疗工具和相邻的解剖结构。替代地，外科医生可以在接收来自手术导航系统12的指导的同时手动地握持和操纵手术器械16。作为一些非限制性示例，手术器械16可以是去毛刺器械、电外科器械、超声器械、扩孔钻、冲击器或矢状锯。

在外科手术期间，手术导航系统12可以被配置为使用基于跟踪器的定位来跟踪手术工作空间内的所关注对象的姿态(位置和取向)。手术工作空间可以包括正在治疗的患者组织的目标体积以及目标体积周围可能存在治疗障碍的区域。被跟踪对象可以包括但不限于患者的解剖结构、诸如手术器械16的手术器械，以及诸如外科医生的手或手指的手术人员的解剖结构。患者的被跟踪解剖结构可以包括诸如韧带、肌肉和皮肤的软组织，并且可以包括诸如骨骼的硬组织。被跟踪手术器械可包括在手术过程期间使用的牵开器、切割工具和废物管理装置。

每个所关注对象可以附着到跟踪器，所述跟踪器被配置为将光信号传输到手术导航系统12。手术导航系统12可以被配置为通过将跟踪器成像来检测此类光信号，并且基于所述成像来确定手术工作空间中的跟踪器的姿态。手术导航系统12然后可以被配置为基于跟踪器的所确定的姿态以及对象与跟踪器之间的预定位置关系来确定手术工作空间中的对象的姿态。

手术导航系统12还可以被配置为诸如通过优化从跟踪器传输的光信号以提高跟踪精度来优化对手术工作空间中的对象的跟踪。具体地，如果从跟踪器传输的光信号对于跟踪器相对于手术导航系统12的成像装置的当前位置和/或对于当前环境照明条件而言是次最佳的，则导航系统12可能难以精确地跟踪手术工作区空间中的跟踪器。例如，如果光信号的强度太低，则导航系统12可能会检测到光信号的不足部分。替代地，如果光信号的强度太高，则导航系统12可能在将跟踪器成像时产生非所要的伪影。任一情况都可能影响手术导航系统12准确地明确从跟踪器传输的光信号的位置的能力，这可能相应地影响由手术导航系统12提供的跟踪精度。因此，响应于检测到来自跟踪器的光信号，导航系统12可以被配置为将检测到的光信号与最佳特性进行比较，并且基于所述比较调节从跟踪器传输的光信号以获得最佳特性。

响应于确定手术工作空间中的所关注对象的姿态，手术导航系统12可以显示被跟踪对象的相对姿态以辅助外科医生。手术导航系统12还可以基于与被跟踪对象相关联的虚拟边界来控制和/或约束机器人操纵器14和/或手术器械16的移动。例如，手术导航系统12可以基于被跟踪对象来识别待治疗的患者组织的目标体积以及手术工作空间中的潜在障碍物。然后，手术导航系统12可以约束手术工具(例如，手术器械16的末端执行器EA)接触超出待治疗的患者组织的目标体积的任何对象，从而提高患者安全性和手术准确性。手术导航系统12还可以消除由与其他对象的无意接触引起的对手术器械的损坏，这还可能导致在目标部位处的非所要的碎屑。

如图1中绘示，手术导航系统12可包括定位器相机18和导航车组件20。导航车组件20可以收容导航控制器22，所述导航控制器被配置为实施本文描述的手术导航系统12的功能、特征和过程。具体地，导航控制器22可以包括处理器24，所述处理器被编程为实施本文描述的导航控制器22和手术导航系统12的功能、特征和过程。例如，处理器24可被编程为将从定位器相机18接收的基于光学的图像数据转换成指示手术工作空间中的被跟踪对象的姿态的对象姿态数据。

导航控制器22可与手术导航系统12的用户界面26操作性地通信。用户界面26可以促进用户与手术导航系统12和导航控制器22的交互。例如，用户界面26可以包括诸如从导航控制器22向用户提供信息的一个或多个输出装置。所述输出装置可包括适于位于包括手术工作空间的无菌场外部的显示器28，并且可包括适于位于无菌场内部的显示器30。显示器28、30可以可调节地安装到导航车组件20。用户界面26还可以包括一个或多个输入装置，所述一个或多个输入装置实现对手术导航系统12的用户输入。所述输入装置可以包括键盘、鼠标和/或触摸屏32，用户可以与它们交互以将手术参数输入到导航控制器22并控制导航控制器22的各方面。所述输入装置还可以包括实现通过语音辨识技术的用户输入的麦克风。

定位器相机18可以被配置为通过生成指示附着到对象的跟踪器的姿态的图像数据来促进识别手术工作空间中的被跟踪对象的姿态。具体地，定位器相机18可以通信地耦合到手术导航系统12的导航控制器22，并且可以被配置为生成图像数据并将所述图像数据传送到导航控制器22，所述图像数据指示手术工作空间中的跟踪器的姿态。导航控制器22然后可以被配置为基于图像数据以及对象与跟踪器之间的预定位置关系来生成指示附着到手术工作空间中的跟踪器的对象的姿态的对象姿态数据。

定位器相机18可以具有收容至少两个光学传感器36的外壳34。光学传感器36中的每一者可以适于检测由跟踪器传输的特定频带的光信号，诸如不可见光信号(例如，红外线或紫外线)。虽然图1将定位器相机18绘示为具有多个光学传感器36的单个单元，在替代性示例中，定位器相机18可以包括布置在手术工作空间周围的单独单元，每个单元具有单独的外壳34和一个或多个光学传感器36。

光学传感器36可以是一维或二维电荷耦合器件(CCD)。例如，外壳34可以收容用于对手术工作空间中的跟踪器的位置进行三角测量的两个二维CCD，或者可以收容用于对手术工作空间中的跟踪器的位置进行三角测量的三个一维CCD。另外或替代地，定位器相机18可以采用其他光学感测技术，诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)有源像素。

定位器相机18可以安装到可调节臂，以选择性地将光学传感器36定位在手术工作空间和目标体积的视场中，理想情况下，没有障碍物。定位器相机18可以是能够通过围绕旋转关节旋转在至少一个自由度上调节的，并且可以是能够在两个或更多个自由度上调节的。

如前所述，定位器相机18可与多个跟踪器38协作以确定跟踪器38所附着的手术工作空间内的对象的位置。一般而言，每个跟踪器38所附着的对象可以是刚性的且不可弯曲的，使得对象的移动不能或不太可能改变对象与跟踪器38之间的位置关系。换言之，尽管手术工作空间内的对象的位置发生变化，手术工作空间中的跟踪器38与跟踪器38所附接的对象之间的关系也可以保持固定。例如，跟踪器38可以牢固地附着至患者骨骼和手术器械，诸如牵开器和手术器械16。以这种方式，响应于使用定位器相机18确定手术工作空间中的跟踪器38的位置，导航控制器22可以基于跟踪器的所确定的位置来推断跟踪器38所附着的对象的位置。

例如，当待治疗的目标体积位于患者的膝盖区域处时，跟踪器38A可以牢固地附着到患者的股骨F，跟踪器38B可以牢固地附着到患者的胫骨T，并且跟踪器38C可以牢固地附着到手术器械16。跟踪器38A、38B可以以美国专利No.7,725,162中所示的方式附接到股骨F和胫骨T，所述专利在此以引用的方式并入。跟踪器38A、38B还可以像美国专利No.9,566,120中所示的那样安装，所述专利在此以引用的方式并入。跟踪器38C可以在制造期间集成到手术器械16中，或者可以在准备手术过程中单独地安装到手术器械16。

在使用手术系统10开始手术过程之前，可以生成所关注的解剖结构的术前图像，所述解剖结构诸如限定和/或邻近将由手术器械16治疗的患者组织的目标体积的解剖结构。例如，当待治疗的患者组织的目标体积在患者的膝盖区域中时，可以拍摄患者的股骨F和胫骨T的术前图像。这些图像可以基于患者解剖结构的MRI扫描、放射扫描或计算机断层扫描(CT)扫描，并且可以用于形成解剖结构的虚拟模型。解剖结构的每个虚拟模型可以包括三维模型(例如，点云、网格、CAD)，其包括表示整个或至少一部分解剖结构的数据，和/或指示将治疗的解剖结构的一部分的数据。这些虚拟模型可以在手术过程之前提供给导航控制器22并存储在导航控制器22中。

作为拍摄术前图像的补充或替代，还可以在手术室中根据运动学研究、骨骼追踪和其他方法制定治疗计划。这些相同的方法还可用于生成上述虚拟模型。

除了对应于患者的所关注解剖结构的虚拟模型之外，在手术过程之前，导航控制器22还可以接收并存储所关注的其他被跟踪对象的虚拟模型，所述其他被跟踪对象诸如手术器械和可能存在于手术工作空间中的其他对象。(例如，外科医生的手和/或手指)。导航控制器22还可以接收并存储设置在手术工作空间中的每个跟踪器38的虚拟模型，以及每个跟踪器38与跟踪器38所附着的对象之间的位置关系。例如，跟踪器38与跟踪器38所附着的对象之间的每个位置关系可以在导航控制器22中由关系模型来表示，所述关系模型将跟踪器38的虚拟模型和对象的虚拟模型在共同三维坐标系中组合。以这种方式，响应于识别手术工作空间中的跟踪器38的姿态，导航控制器22可以参考跟踪器38的关系模型来确定跟踪器38在手术工作空间中所附着的对象的姿态。

在一些示例中，每个跟踪器38与跟踪器38所附着的对象之间的位置关系可以经由用户界面26人工指示。替代地，每个跟踪器38与跟踪器38所附着的对象之间的位置关系可以通过用具有其自身的固定跟踪器38的指针式仪表追踪对象来确定，所述固定跟踪器在追踪期间由导航系统12跟踪，其中导航系统12还同时跟踪附着到对象的跟踪器38，以使被追踪对象的姿态与附着的跟踪器38的姿态相关。

导航控制器22还可以在过程之前接收并存储手术计划数据。手术计划数据可以识别在手术过程中涉及的患者解剖结构，可以识别在手术过程中使用的器械，并且可以限定在手术过程期间器械的计划轨迹和患者组织的计划移动。

在手术过程期间，定位器相机18的光学传感器36可以检测从跟踪器38发射的光信号，诸如不可见光信号(例如，红外线或紫外线)，并且可以输出指示光学传感器36检测到所述光信号的图像平面位置的基于光学的信号。定位器相机18可以被配置为将这些信号合并成图像数据，然后将所述图像数据传送到导航控制器22。导航控制器22可以被配置为基于图像数据以及跟踪器38与对象之间的预定义位置关系来生成对象姿态数据，所述对象姿态数据指示在共同坐标系(诸如特定于定位器相机18的坐标系)中跟踪器38所附着的对象的位置。

手术器械16可以形成机器人操纵器14的末端执行器的一部分。机器人操纵器14可包括底座40、从底座40延伸的若干连杆42，以及用于相对于底座40移动手术器械16的若干活动关节44。连杆42可以形成如图1中所示的串联臂结构、平行臂结构，或其他合适的结构。机器人操纵器14可以包括以人工模式操作的能力，其中用户抓握机器人操纵器14的末端执行器以致使手术器械16移动(例如，直接地，或通过导致对机器人操纵器14的主动驱动的力/扭矩传感器测量)。机器人操纵器14还可以包括半自主模式，其中机器人操纵器14沿着预定义工具路径移动手术器械16(例如，操作机器人操纵器14的活动关节44以移动手术器械16，而不需要来自用户的对末端执行器的力/扭矩)。在美国专利No.9,119,655中描述了半自主模式下的操作的示例，所述专利在此以引用的方式并入。单独的跟踪器38可以附接至机器人操纵器14的底座40，以还通过定位器相机18跟踪底座40的移动。

与手术导航系统12类似，机器人操纵器14可收容操纵器控制器46，所述操纵器控制器包括处理器48，所述处理器被编程为实施机器人操纵器14的功能、特征和过程，或者更具体地是实施本文描述的操纵器控制器46的功能、特征和过程。例如，处理器48可被编程为通过连杆42的移动(诸如在手术导航系统12的引导下)来控制手术器械16的操作和移动。

在手术过程期间，操纵器控制器46可以被配置为诸如基于从导航控制器22接收到的导航数据来确定手术器械16应移动到的期望位置。基于此确定以及与手术器械16的当前位置相关的信息，操纵器控制器46可以被配置为确定连杆42需要移动的程度，以将手术器械16从当前位置重新定位到期望的位置。可将指示连杆42将被重新定位到何处的数据转发到控制机器人操纵器14的活动关节44的关节马达控制器(例如，用于控制每个马达的一个关节马达控制器)。响应于接收到此类数据，关节马达控制器可以被配置为根据所述数据移动连杆42，并且因此将手术器械16移动到期望位置。

现在参考图2，定位器相机18可包括定位器控制器52，定位器控制器52通信地耦合到光学传感器36和导航控制器22。在手术过程期间，定位器控制器52可以被配置为操作光学传感器36以致使它们生成基于光学的信号，所述基于光学的信号指示从跟踪器38接收到的检测到的光信号，或者更具体地指示检测到此类光信号的光学传感器36的图像平面位置。

跟踪器38可各自包括预定义几何形状的标志器54，所述标志器将光信号引导至光学传感器36。在一些实现方式中，跟踪器38可以是有源跟踪器38，每个有源跟踪器具有至少三个有源标志器54，所述有源标志器从电源接收电流以生成光信号并将光信号发射到光学传感器36。在这种情况下，跟踪器38可以各自由内部电池供电，或者可以具有通过导航控制器22接收电力的引线。例如，有源标志器54可以是朝向光学传感器36传输光的发光二极管(LED)，所述光诸如不可见光(例如，红外或紫外光)。

每个有源跟踪器38还可以包括通信地耦合到有源标志器54和导航控制器22的跟踪器控制器56。跟踪器控制器56可以被配置为控制有源标志器54诸如在导航控制器22的引导下启动的速率和顺序。例如，跟踪器38的跟踪器控制器56可以使每个跟踪器38的有源标志器54以不同的速率和/或时间启动，以有利于导航控制器22区分跟踪器38和/或标志器54。在一些示例中，导航控制器22可以与每个跟踪器控制器56形成双向红外通信信道，以控制有源标志器54的启动的时序、写入/读取非易失性数据并取得有源跟踪器38或有源跟踪器38所附着的对象的状态(例如，电池电量、损坏的LED)。

光学传感器36的采样率是光学传感器36检测来自循序地发射的标志器54的光信号的速率。光学传感器36可以具有以下采样率：100Hz或更高，或更优选地300Hz或更高，或者最优选地500Hz或更高。在一种情况下，光学传感器36可以具有8000Hz的采样率。

跟踪器38可以是包括无源标志器54的无源跟踪器38，而不是有源的，所述无源标志器诸如反射从定位器相机18发射的光的反射器。具体地，定位器相机18可以包括光源58，所述光源用诸如不可见光(例如，红外线或紫外线)的光照射跟踪器38。标志器54可以被配置为将光反射回定位器相机18，然后所述光可以被光学传感器36检测到。在一些情况下，手术工作空间可以包括用于跟踪手术工作空间中的各种对象的有源和无源跟踪器38的组合。

响应于光学传感器36从跟踪器38接收到光信号，光学传感器36可以向定位器控制器52输出基于光学的信号，所述基于光学的信号指示跟踪器38相对于定位器相机18的姿态，并且相应地指示附着到跟踪器38的对象相对于定位器相机18的姿态。具体地，每个光学传感器36可以包括一维或二维传感器区域(还称为“图像平面”)，所述一维或二维传感器区域检测来自跟踪器38的光信号，并且响应地输出指示传感器区域内的检测到每个光信号的像素坐标的基于光学的信号。因此，从每个光学传感器36输出的基于光学的信号可以表示由光学传感器36根据检测到的光信号生成的跟踪器38的图像，其中所述图像包括与光学传感器36的图像平面中检测到光信号的位置相对应的像素坐标中的斑点。每个光信号的检测到的位置可以基于光学传感器36接收光信号所处的角度，并且因此可以对应于手术工作空间中向光学传感器36发射检测到的光信号的标志器54的位置。

光学传感器36可以将基于光学的信号传送到定位器控制器52，所述定位器控制器继而可以基于从光学传感器36接收到的基于光学的信号生成每个光学传感器36的图像数据，并将此类图像数据传送到导航控制器22。光学传感器36的图像数据可以指示由从光学传感器36接收的基于光学的信号表示的图像和/或像平面位置。导航控制器22然后可以基于接收到的图像数据生成指示跟踪器38相对于定位器相机18的姿态的跟踪器姿态数据。更具体地，导航控制器22可以基于图像数据确定跟踪器38在定位器相机18的坐标系中的位置。例如，导航控制器22可以被配置为使与针对每个光学传感器36同时生成的图像数据中的同一标志器54相对应的斑点相关；基于图像数据中的相关斑点的位置以及光学传感器36之间的预定位置关系对标志器54相对于定位器相机18的位置进行三角测量；以及将三角测量位置指派给每个跟踪器38的预定义几何形状的标志器54，以确定每个跟踪器38相对于定位器相机18的姿态。

此后，导航控制器22可以基于跟踪器姿态数据来生成指示附着到跟踪器38的对象相对于定位器相机18的姿态的对象姿态数据。具体地，导航控制器22可以检索跟踪器38与跟踪器38所附着的对象之间的所存储的位置关系，并且可以将这些位置关系应用到跟踪器姿态数据以确定固定到跟踪器38的对象相对于定位器相机18的姿态。替代地，定位器控制器52可被配置为基于由光学传感器36生成的基于光学的信号来确定跟踪器姿态数据和/或对象姿态数据，并将跟踪器姿态数据和/或对象姿态数据传输至导航控制器22进行进一步处理。

如先前所描述的，导航控制器22可以包括被编程为执行本文所描述的导航控制器22的功能、特征和过程的处理器24。导航控制器22还可以包括存储器60和非易失性存储区62，其各自操作性地耦合到处理器24。

处理器24可以包括一个或多个选自以下各项的装置：微处理器、微控制器、数字信号处理器、微型计算机、中央处理单元、现场可编程门阵列、可编程逻辑装置、状态机、逻辑电路、模拟电路、数字电路或基于存储在存储器60中的操作指令来操纵信号(模拟或数字)的任何其他装置。存储器60可以包括单个存储器装置或多个存储器装置，包括但不限于只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、易失性存储器、非易失性存储器、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、闪存、高速缓冲存储器或任何其他能够存储信息的装置。非易失性存储区62可以包括一个或多个持久数据存储装置，诸如硬盘驱动器、光盘驱动器、磁带驱动器、非易失性固态装置或能够持久存储信息的任何其他装置。

非易失性存储区62可以存储软件64，所述软件可以包括一个或多个应用程序和/或模块，诸如定位引擎66、手术导航器68和优化器70。每个应用程序或模块可以由一组不同的计算机可执行指令来体现，由多种编程语言和/或技术编译或解译，包括但不限于单独或组合的Java、C、C++、C#、Objective C、Fortran、Pascal、Java Script、Python、Perl和PL/SQL。处理器24可以在存储在非易失性存储区62中的软件64的控制下操作。具体地，处理器24可以被配置为读入存储器60并执行体现软件64的计算机可执行指令。当由处理器24执行时，计算机可执行指令可以被配置为致使处理器24实施本文描述的导航控制器22的所配置的功能、特征和过程。

导航控制器22的非易失性存储区62还可以存储有利于导航控制器22的操作的数据74。具体地，导航控制器22的软件64可以被配置为在执行时访问数据74，以促进实施本文描述的导航控制器22的功能、特征和过程。例如，存储在非易失性存储区62中的数据74可以包括模型数据76、手术计划数据78和最佳斑点数据80。

模型数据76可以包括手术过程所关注的解剖结构的虚拟模型，包括诸如外科医生的手或手指的潜在障碍的虚拟模型，以及手术过程中使用的外科器械的虚拟模型，如上所述。模型数据76还可以包括每个跟踪器38的虚拟模型，其指示跟踪器38的标志器54的预定几何形状，以及每个跟踪器38与跟踪器38所附着的对象之间的位置关系。模型数据76还可以指示定位器相机18的配置参数，诸如光学传感器36在特定于定位器相机18的坐标系中的位置，以使得能够基于由定位器相机18生成的图像数据对标志器54在特定于定位器相机18的坐标系统中的位置进行三角测量。

手术计划数据78可以识别在手术过程中涉及的患者解剖结构和目标体积，可以识别在手术过程中使用的器械，并且可以限定在手术过程期间器械的计划轨迹和患者组织的计划移动。最佳斑点数据80可以指示由定位器相机18由从跟踪器38的标志器54接收到的光信号生成的斑点的最佳特性，以优化接收到的光信号并提高跟踪精度。

再次参看可由导航控制器22的处理器24执行的软件64，定位引擎66可被配置为诸如基于从定位器相机18接收的图像数据生成指示跟踪器38相对于定位器相机18的姿态的跟踪器姿态数据。定位引擎66还可以被配置为诸如基于跟踪器姿态数据和在模型数据76中指示的位置关系将跟踪器38相对于定位器相机18的姿态变换为附着至跟踪器38的对象相对于定位器相机18的姿态。

手术导航器68可以被配置为基于对象姿态数据和手术计划数据78提供手术指导。例如，手术导航器68可以被配置为在导航显示器28、30上显示被跟踪对象的相对姿态，并且可以被配置为向机器人操纵器14发出控制命令以在避免与其他被跟踪对象的非所要的接触的同时移动手术器械16。

优化器70可以被配置为诸如通过以下操作来优化对手术工作空间中的对象的跟踪：基于由定位器相机18生成的图像数据与最佳斑点数据80的比较来调节由跟踪器38的标志器54传输到定位器相机18的光信号。下面更详细地描述这种优化的示例。

操纵器控制器46和定位器控制器52中的每一者还可以包括处理器、存储器和非易失性存储区，所述非易失性存储区包括被配置为在由处理器执行时实施本文描述的控制器的功能、特征和过程的数据和软件。

图3绘示了用于通过调节从跟踪器38发射的光信号以提高跟踪精度来优化对手术工作空间中的对象的跟踪的方法100。当包括有源标志器54的有源跟踪器38存在于手术工作空间中时，可以利用方法100。方法100可以由手术导航系统12来促进，或更具体地由导航控制器22诸如在执行软件64时来促进。

在框102中，可以相对于手术工作空间中期望被跟踪的对象来设置跟踪器38。具体地，可将跟踪器38附着到每个对象，其中每个跟踪器38包括预定义几何形状的有源标志器54。每个跟踪器38或更具体地每个跟踪器38的标志器54与跟踪器38所附着的对象之间的位置关系可以作为模型数据76存储在导航控制器22的非易失性存储区62中。

在框104中，可以由定位器相机18诸如在导航控制器22的引导下生成图像数据。具体地，导航控制器22可以将控制信号传送到跟踪器38的跟踪器控制器56，所述控制信号指示跟踪器控制器56从有源标志器54发射光信号，诸如不可见光信号。同时，导航控制器22可以将控制信号传送到定位器控制器52，所述控制信号指示定位器控制器52操作光学传感器36以检测从有源标志器54发射的光信号。每个光学传感器36可以响应地生成指示用于每个有源标志器54的斑点的基于光学的信号，其中所述斑点具有与在光学传感器36的图像平面中从有源标志器54接收到光信号的位置相对应的像素坐标。定位器控制器52可以从光学传感器36接收基于光学的信号，并且将与基于光学的信号相对应的图像数据传送到导航控制器22，如上所述。

图4绘示了可以根据由图5中绘示的示例性跟踪器38的有源标志器54发射的光信号为定位器相机18的二维光学传感器36生成的图像数据120。如在所绘示的示例中所示，图像数据120可以指示包括斑点124的二维图像122。每个斑点124可以由从图5中绘示的跟踪器38的有源标志器54中的不同一个有源标志器发射的光信号生成，并且图像122中的每个斑点124的像素坐标可以对应于在光学传感器36的图像平面上检测到与斑点124相对应的光信号的位置。例如，斑点124可以由从有源标志器54A发射的光信号生成，斑点124B可以由从有源标志器54B发射的光信号生成，且依此类推。

再次参看图3，在框106中，诸如导航控制器22在执行定位引擎66时可将由定位器相机18生成的图像数据的每个斑点124指派给与斑点124相对应的跟踪器38的有源标志器54。例如，跟踪器38的跟踪器控制器56可以被配置为诸如在导航控制器22的引导下以不同的时间和/或速率启动有源标志器54，并且定位器相机18可以被配置为生成每个启动的有源标志器54的不同图像数据。因此，导航控制器22能够使接收到的图像数据的每个实例的斑点124与在生成图像数据时启动的有源标志器54相关。

作为另一示例，诸如如果同时启动有源标志器54，则导航控制器22可被配置为诸如通过基于光学传感器36之间的位置关系将极线几何应用于图像数据而使针对每个光学传感器36同时生成的图像数据中对应于同一标志器54的斑点124相关，所述位置关系可以预先确定并作为模型数据76存储在导航控制器22的非易失性存储区62中。此后，导航控制器22可以被配置为对每组相关斑点124相对于定位器相机18的三维位置进行三角测量。然后，导航控制器22可以被配置为将指示每个跟踪器38的预定几何形状的标志器54的模型数据76应用到三角测量位置，以识别对应于跟踪器38的每个标志器54的三角测量位置，并且相应地指派斑点。

例如，假设具有预定义几何形状的六个标志器54的跟踪器38存在于手术工作空间中，则导航控制器22可以被配置为识别六个三角测量位置的每个可能的组合。对于每个可能的组合，导航控制器22然后可以被配置为确定由所述组合的三角测量位置形成的几何形状是否对应于跟踪器38的标志器54的预定义几何形状。如果是，则导航控制器22可以被配置为诸如通过以下操作将用于生成所述组合的三角测量位置的每个斑点指派给曾生成所述斑点的跟踪器38的标志器54：将对应于所述斑点的三角测量位置与所述组合的其他三角测量位置之间的关系匹配到预定义几何形状的标志器54之一。

如先前所描述的，响应于将斑点指派给曾生成斑点的跟踪器38的标志器54，导航控制器22可以被配置为确定跟踪器38所附着的对象的姿态。具体地，如果尚未计算，则导航控制器22可被配置为基于图像数据内指派给标志器54的斑点的位置和光学传感器36之间的预定位置关系对跟踪器38的每个标志器54相对于定位器相机18的位置进行三角测量。标志器54相对于定位器相机18的位置指示跟踪器38相对于定位器相机18的姿态，并且导航控制器22可以被配置为然后基于标志器54的三角测量位置以及跟踪器38与对象之间的预定位置关系来确定跟踪器38所附着的对象相对于定位器相机18的姿态，如上所述。

方法100的以下框可以涉及优化从有源标志器54发射的光信号以提高跟踪精度。具体地，从有源标志器54发射次最佳光信号可能导致光学传感器36生成次最佳斑点，这又可能导致次最佳或不精确的跟踪。例如，如果从有源标志器54发射的光信号的强度对于当前环境照明条件以及有源标志器54与定位器相机18之间的当前距离来说太低，则定位器相机18可能无法充分地检测到所述光信号来用于跟踪有源标志器54。替代地，如果从有源标志器54发射的光信号的强度太高，则光信号可能使每个光学传感器36的图像平面的一个或多个像素过饱和，这可能在图像数据中引入非所要的伪影，这会影响导航控制器22精确跟踪有源标志器54的能力。

作为示例，图6绘示了示例性图像数据132，所述图像数据可由光学传感器36由从有源标志器54发射的致使光学传感器36的一个或多个像素过饱和的光信号生成。如所绘示的示例中所示，图像数据132可以包括由过饱和引起的非所要的伪影，诸如晕染伪影134和污点伪影136。这种伪影可能导致导航控制器22不精确地计算有源标志器54相对于定位器相机18的三维位置，这又可能导致对有源标志器54所对应的对象的不精确跟踪。相反，图7绘示了可由光学传感器36由从有源标志器54发射的最佳光信号生成的示例性图像数据138。如所绘示的示例中所示，图像数据138可以描绘根据圆形且具有均匀强度的光信号生成的斑点124N。

再次参看图3，在框108中，可以选择图像数据的斑点124之一，并且在框110中，可以获取所选择的斑点124的一个或多个特性。例如，导航控制器22可以诸如经由优化器70识别所选择的斑点124的强度特性和/或尺寸特性和/或形状特性。强度特性可以对应于由光学传感器36接收到的与所选择的斑点124相对应的光信号的幅度，并且可以被确定为斑点124的最高像素强度、斑点124的平均像素强度，或者斑点124的静矩。尺寸特性可以对应于斑点124的面积并且可以通过对形成斑点124的像素数目进行计数来确定。选定斑点124的形状特性可以对应于选定斑点124的周界并且可以使用边缘检测算法来确定。

在框112中，可以将所获取的特性与对应的最佳特性进行比较，并且在框114中，可以基于所述比较来确定斑点是否为最佳的。更具体地，导航控制器22的非易失性存储区62可以存储指示一个或多个最佳斑点特性的最佳斑点数据80。由光学斑点数据80指示的最佳斑点特性可以对应于使得手术导航系统12能够准确定位曾生成斑点的标志器54的斑点特性，并且因此可以与所获取的特性进行比较以确定斑点是否最佳用于导航目的。例如，最佳斑点数据80可以指示用于与所获取的强度特性比较的最佳强度特性，和/或用于与所获取的尺寸特性比较的最佳尺寸特性，和/或用于与所获取的形状特性比较的最佳形状特性。

每个最佳斑点特性可以指示对应的所获取的斑点特性可以被视为最佳的最佳值或最佳值范围。例如但不限于，最佳强度特性可以指示大于或等于光学传感器36的像素的满刻度强度值的75％且小于或等于所述满刻度强度值的95％的单个强度值，诸如80％、85％或90％。光学传感器36的像素的满刻度强度值可以对应于给定像素在变得过饱和之前可以适应的最大光强度。如果所获取的强度特性大于或小于所指示的最佳强度值，则所获取的强度特性可能不被视为最佳。

替代地，最佳强度特性可以指示由下强度阈值(诸如光学传感器36的像素的满刻度强度值的75％)和上强度阈值(诸如光学传感器36的像素的满刻度强度的95％)限定的最佳值范围。在这种情况下，如果所获取的强度特性大于或等于下阈值强度值并且小于或等于上阈值强度值，则所获取的强度特性可被视为最佳。作为替代的非限制性示例，最佳强度特性可以指示光学传感器36的像素的满刻度强度值的60％至95％、80％至95％或85％至95％的范围。最佳尺寸特性可以类似地指示所获取的尺寸特性可以被视为最佳的面积值或面积值范围。

最佳形状特性可以指示具有最佳面积的最佳形状(例如，圆形)，并且可以指示最佳比率值(例如，一)或由下比率阈值(例如，0.8)和上比率阈值(例如，1.2)限定的最佳比率值范围。为了将给定斑点的所获取的形状特性与最佳形状特性进行比较，导航控制器22可以被配置为将斑点的所获取的形状与最佳形状特性的最佳形状对准，并且计算在最佳形状之外延伸的所获取的形状的面积与在所获取的形状之外延伸的最佳形状的面积的比率。此计算出的比率可以被视为至少部分地限定了给定斑点的所获取的形状特性。如果最佳形状特性指示单个最佳比率值，则在计算出的比率等于最佳比率值的情况下，所获取的形状特性可被视为最佳。替代地，如果最佳形状特性指示最佳比率值范围，则在计算出的比率大于或等于下比率阈值并且小于或等于上比率阈值的情况下，所获取的形状特性可被视为最佳。

响应于确定所获取的斑点特性是次最佳的(框114的“否”分支)，在框116中，可以调节从对应于斑点124的有源标志器54发射的光信号以用于对标志器54的未来跟踪，以便致使有源标志器54发射导致生成在未来跟踪中最佳或接近最佳的斑点特性的光信号。更具体地，可以调节从有源标志器54发射的光信号的强度和/或持续时间。例如，导航控制器22诸如经由优化器70可以被配置为将用于有源标志器54的控制信号传送到跟踪器控制器56从而致使跟踪器控制器56调节从有源标志器54发射的光信号的强度和/或持续时间，以用于对标志器54的未来跟踪。更具体地，如果所获取的斑点特性大于由对应的最佳斑点特性限定的一个或多个最佳值，则导航控制器22可以被配置为将控制信号传送到跟踪器控制器56从而致使跟踪器控制器56减小从有源标志器54发射的光信号的强度和/或持续时间。替代地，如果所获取的斑点特性小于由对应的最佳斑点特性限定的一个或多个最佳值，则导航控制器22可以被配置为将控制信号传送到跟踪器控制器56从而致使跟踪器控制器56增加从有源标志器54发射的光信号的强度和/或持续时间。

从有源标志器54发射的光信号的强度可以与施加到有源标志器54的电流的幅度成比例。因此，如果要增加从有源标志器54发射的光信号的强度，则传送到跟踪器控制器56的控制信号可以致使跟踪器控制器56在未来的跟踪迭代中增加施加到有源标志器54的电流。相反地，如果要减小从有源标志器54发射的光信号的强度，则传送到跟踪器控制器56的控制信号可以致使跟踪器控制器56在未来的跟踪迭代中减小施加到有源标志器54的电流。从有源标志器54发射的光信号的持续时间可以与向有源标志器54施加电流的持续时间成比例，可以类似地调节所述持续时间以导致更短或更长的持续时间。

所发射的光信号的强度和/或持续时间增加或减小的程度可以与所获取的特性与最佳特性之间的差成比例。另外或替代地，导航控制器22可以被配置为实施PID环和/或存储的查找表以确定增加或减小所发射的光信号的强度和/或持续时间的程度，以便使所获取的斑点特性最佳。

在一些示例中，导航控制器22可以被配置为优先优化某些类型的所获取的斑点特性，再优化其他斑点特性。例如，对于给定的斑点124，导航控制器22可以被配置为最初优化斑点124的所获取的强度特性。响应于所获取的强度特性被优化，导航控制器22可以被配置为然后优化所获取的尺寸特性。响应于所获取的尺寸特性被优化，导航控制器22可以被配置为然后优化所获取的形状特性。在每次跟踪和优化迭代期间，导航控制器22因此可以被配置为获取最高优先级的斑点特性的类型并且检查所述类型是否为最佳的。如果不是，则导航控制器22可以被配置为在未来的迭代中调节从对应的有源标志器54发射的光信号以优化斑点特性的类型，如上所述。如果确定最高优先级的斑点特性的类型是最佳的，则导航控制器22可以被配置为获取次最高优先级的斑点特性的类型并且检查所述类型是否为最佳的，且依此类推。

响应于确定所获取的斑点特性中的每一者都是最佳的(框114的“是”分支)，或者响应于在框116中调节从对应的有源标志器54发射的光信号，在框118中，可以确定图像数据是否包含尚未对照最佳斑点特性进行检查的附加斑点124。如果是(框118的“是”分支)，则在适当时方法100可以返回到框108以选择附加斑点124并且重复框110至116。如果否(框118的“否”分支)，则方法100可返回框104以生成手术工作空间中的跟踪器38的进一步图像数据，且依此类推。因此，从给定标志器54发射的光信号可以随时间变化，并且可以在给定手术过程中多次调节。

在一些情况下，导航控制器22可以被配置为一起优化与同一有源标志器54相对应的图像数据的斑点124，而不是单独地优化每个斑点124。如前所述，由定位器相机18生成的图像数据可以包括每个光学传感器36的图像数据，其中图像数据的每个实例指示手术工作空间中的在图像数据被捕获时发射光信号的每个有源标志器54的斑点。对于可以如上所述确定的与同一有源标志器54相对应的图像数据内的每组斑点，导航控制器22可以被配置为获取每个斑点的至少一个特性。然后，导航控制器22可以被配置为组合相同类型的所获取的特性(例如，强度、尺寸、形状)，以诸如通过对由所述类型的所获取的特性指示的值求平均来形成所述组斑点的所述类型的组合斑点特性。例如，导航控制器22可以被配置为：通过对对应斑点124的所获取的强度特性的强度值求平均来确定一组对应斑点124的组合斑点强度特性；通过对由对应斑点124的所获取的尺寸特性指示的面积求平均来确定一组对应斑点124的组合斑点尺寸特性；以及通过对由对应斑点124的所获取的形状特性指示的比率求平均来确定一组对应斑点124的组合斑点形状特性。

导航控制器22然后可以被配置为将每个组合斑点特性与对应的最佳斑点特性进行比较以确定组合斑点特性是否为次最佳的。如果是，则导航控制器22可以被配置为将控制信号传送到包括与组合斑点特性相对应的有源标志器54的跟踪器38从而致使跟踪器38调节从有源标志器54发射的光信号，如上所述。

为此，如上所述，导航控制器22还可以被配置为优先优化某些类型的组合斑点特性。例如，对于对应于同一有源标志器54的一组斑点124，导航控制器22可以被配置为最初确定具有最高优先级的类型的组合斑点特性(例如，斑点强度)，并且将组合斑点特性与对应的最佳特性进行比较，以确定组合斑点特性是否为次最佳的。响应于基于所述比较确定最高优先级类型的组合斑点特性是次最佳的，导航控制器22可以被配置为将控制信号传送到跟踪器38从而致使跟踪器38调节从对应于组合斑点特性的有源标志器54发射的光信号，如上所述。

相反，响应于基于比较确定组合斑点特性不是次最佳的，导航控制器22可以被配置为：获取所述集合中的每个斑点的具有次最高优先级类型的特性(例如，尺寸、形状)；将这些所获取的特性进行组合，以形成次最高优先级类型的另一组合斑点特性；以及将所述另一组合斑点特性与对应于次最高优先级类型的最佳特性进行比较，以确定所述另一组合斑点特性是否为次最佳的。响应于基于比较确定所述另一组合斑点特性是次最佳的，导航控制器22可以被配置为将控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器38调节从对应于所述一组对应斑点124的有源标志器54发射的光信号，如上所述。

在一些替代性示例中，导航控制器22可以被配置为基于仅从斑点124中的对应于有源标志器54的一个斑点(诸如在由光学传感器36中的指定一者生成的图像数据中指示的斑点124)获取的斑点特性来优化从每个有源标志器54发射的光信号。

在一些情况下，不同的跟踪器38可以根据不同的最佳斑点特性进行优化。为此，最佳斑点数据80可以指示不同跟踪器38的一个或多个最佳斑点特性的不同集合。例如，最佳斑点数据80可以指示一个跟踪器38的光学传感器36像素的满刻度强度值的90％的最佳强度特性、另一跟踪器38的光学传感器36像素的满刻度强度值的80％的最佳强度特性，且依此类推。

在这种布置下，响应于接收到指示与一个或多个跟踪器38的有源标志器54相对应的斑点124的图像数据，导航控制器22可以被配置为基于特定于跟踪器38的一个或多个最佳特性将斑点124指派给每个跟踪器38的有源标志器54。更具体地，为了确定斑点124是否对应于给定的跟踪器38，导航控制器22可以被配置为确定斑点124的所获取的特性与特定于跟踪器38的对应最佳特性之间的差，并且确定所述差是否小于阈值(例如，对应最佳特性的5％)。如果是，则导航控制器22可以被配置为确定斑点124对应于跟踪器38，并且诸如基于跟踪器38的标志器54的预定义几何形状将斑点124指派给与斑点124相对应的跟踪器38的有源标志器54，如上所述。

在一些示例中，诸如当针对每个斑点124获取多种类型的特性时，导航控制器22可以被配置为通过确定斑点124的所获取的特性与特定于跟踪器38的对应最佳特性之间的每个差是否小于基于对应最佳特性而确定的阈值(例如，对应最佳特性的5％)来确定斑点124是否对应于给定跟踪器38。替代地，导航控制器22可被配置为确定斑点124的所获取的特性与特定于跟踪器38的对应最佳特性之间的差的平均值或差的平方和，并且确定此类值是否小于阈值。如果是，则导航控制器22可以被配置为确定斑点124对应于跟踪器38，并且将斑点124指派给跟踪器38的与斑点124相对应的有源标志器54，如上所述。

在一些示例中，如上所述，导航控制器22可以被配置为确定被识别为对应于同一有源标志器54的给定一组斑点124的一个或多个组合斑点特性，并且将所述组合斑点特性与对应最佳特性进行比较，如前一段所述，以确定所述一组斑点124是否对应于给定跟踪器38。如果是，则导航控制器22可以被配置为确定所述一组斑点124对应于跟踪器38，并且诸如基于跟踪器38的标志器54的预定义几何形状将所述一组斑点124指派给与斑点124相对应的跟踪器38的有源标志器54，如上所述。

当跟踪器38根据不同的最佳特性进行优化时，具有基本上等同的预定几何形状的标志器54的多个跟踪器38可以存在于手术工作空间中。换句话说，假设手术工作空间中的相同姿态和相同的发光特性，这些跟踪器38的预定几何形状的标志器54可能无法由导航控制器22区分。将此类跟踪器38根据不同最佳特性进行优化可因此使得导航系统12能够区分此类跟踪器38。

响应于基于特定于跟踪器38的最佳特性来确定对应于给定跟踪器38的有源标志器54的斑点124，导航控制器22可以被配置为跟踪跟踪器38的姿态，并且基于特定于跟踪器38的最佳特性来优化从跟踪器38的有源标志器54发射的光信号，如上所述。

在一些示例中，导航控制器22还可以或替代地被配置为基于手术工作空间中的有源标志器54的所确定的位置来优化从跟踪器38的有源标志器54发射的光信号。更具体地，导航控制器22可以被配置为基于如上所述的图像数据来确定手术工作空间中的每个有源标志器54的位置。基于手术工作空间中的有源标志器54的所确定的位置和/或最佳特性，导航控制器22可以被配置为将至少一个控制信号传送到跟踪器38从而致使跟踪器38调节从有源标志器54中的至少一者发射的光信号。

例如，对于给定跟踪器38的每个有源标志器54，导航控制器22可以被配置为将对应于有源标志器54的斑点124的一个或多个所获取的特性与匹配的最佳特性进行比较以确定所述斑点124是否为次最佳的，如上所述。响应于确定对应于有源标志器54的斑点124是次最佳的，导航控制器22可以被配置为将控制信号传送到跟踪器38从而致使跟踪器38基于有源标志器54的所确定的位置来调节从有源标志器54发射的光信号。

更具体地，导航控制器22可以被配置为将给定的有源标志器54的当前确定的位置与手术工作空间中的有源标志器54的先前确定的位置进行比较，以确定有源标志器54与定位器相机18之间的距离是否已经改变，且如果是，则调节从有源标志器54发射的光信号。例如，导航控制器22可以被配置为确定距离的变化是否指示有源标志器54与定位器相机18之间的距离的增加或减小。如果距离的变化指示增加，则导航控制器22可以被配置为将控制信号传送到跟踪器38从而致使跟踪器38增加从有源标志器54发射的光信号的强度和/或持续时间，并且如果距离已经减小，则导航控制器22可以被配置为将控制信号传送到跟踪器从而致使跟踪器38减小从有源标志器54发射的光信号的强度和/或持续时间。所发射的光信号的强度和/或持续时间增加或减小的程度可以与距离的变化成比例。另外或替代地，导航控制器22可以被配置为实施PID环和/或存储的查找表以基于改变的距离来确定增加或减小所发射的光信号的强度和/或持续时间的程度。

导航控制器22还可以或替代地被配置为基于对应于有源标志器54的斑点124的所获取的特性与最佳特性的比较通过被配置为基于所述比较重新定位至少一个有源标志器54来调节从手术工作空间中的有源标志器54中的至少一者发射的光信号。更具体地，参看图9A和图9B，每个跟踪器38可以包括至少一个致动器92，用于重新定位跟踪器38的有源标志器54。例如，如所绘示的示例中所示，给定跟踪器38的每个标志器54可以包括固定到标志器54的专用致动器92，所述专用致动器被配置为相对于跟踪器38的主体94旋转标志器54以便瞄准有源标志器54。当将标志器54进一步瞄准向定位器相机18时，定位器相机18可检测到从有源标志器54发射的更多光信号，并且当将标志器54进一步瞄准远离定位器相机18时，定位器相机18可检测到从有源标志器54发射的更少光信号。

给定跟踪器38的每个致动器92可以通信地耦合到跟踪器38的跟踪器控制器56并由所述跟踪器控制器操作。因此，导航控制器22可以被配置为通过以下操作来重新定位跟踪器38的有源标志器54：将控制信号传送到跟踪器38的跟踪器控制器56，这继而可以通过操作固定到有源标志器54的致动器92来改变标志器54相对于定位器相机18的取向。例如，图9A和图9B绘示了导航控制器22已经致使所绘示的有源标志器54从面向由箭头96A表示的方向改变为面向由箭头96B表示的方向的示例。

因此，对于对应于给定跟踪器38的接收到的图像数据中的每个斑点124，导航控制器22可以被配置为将斑点124的一个或多个所获取的特性与对应最佳特性进行比较，以确定斑点124是否为次最佳的，如上所述。响应于基于比较确定斑点124是次最佳的，导航控制器22可以被配置为将控制信号传送到跟踪器38从而致使跟踪器38在跟踪有源标志器54的进一步迭代中重新定位与斑点124相对应的有源标志器54。

作为示例，假设每个斑点124的所获取的特性指示所获取的值，并且对应最佳特性指示至少一个最佳值，对于每个斑点124，导航控制器22可以被配置为将针对斑点124指示的所获取的值与所述至少一个最佳值进行比较，以确定所获取的值是否大于所述至少一个最佳值。响应于所述比较指示斑点124的所获取的值大于至少一个最佳值，导航控制器22可以被配置为将控制信号传送到跟踪器38从而致使跟踪器38将对应于斑点124的有源标志器54远离定位器相机18重新定位。相反地，响应于所述比较指示斑点124的所获取的值小于至少一个最佳值，导航控制器22可以被配置为将控制信号传送到跟踪器38从而致使跟踪器38将对应于斑点124的有源标志器54朝向定位器相机18重新定位。

有源标志器54朝向或远离定位器相机18重新定位的程度可以跟所获取的特性与最佳特性之间的差成比例。另外或替代地，导航控制器22可以被配置为实施PID环和/或所存储的查找表，以基于所获取的特性与最佳特性之间的差来确定将有源标志器54重新定位的程度。

图8绘示了用于通过调节定位器相机18的一个或多个光学参数来优化对手术工作空间中的对象的跟踪的另一种方法200。当包括无源标志器54的无源跟踪器38存在于手术工作空间中时，可以利用方法200。方法200可以由手术导航系统12来促进，或更具体地由导航控制器22诸如在执行软件64时来促进。为了效率，在接下来的段落中不再重复可能与上文已经描述的方法100的框相对应的方法200的框的某些细节。

在框202中，可以相对于将被跟踪的对象来设置跟踪器38。每个跟踪器38可以包括预定几何形状的无源标志器54。在框204中，可以照亮跟踪器38。更具体地，导航控制器22可以被配置为将控制信号传送到定位器控制器52从而致使定位器控制器52从光源58将光信号发射到手术工作空间中。在框206中，可以基于无源标志器54对所发射的光信号的反射来生成图像数据。具体地，定位器控制器52可以为每个光学传感器36生成表示图像的图像数据，所述图像指示通过无源标志器54对所发射的光信号的反射而生成的与无源标志器54中的每一者相对应的斑点124。每个光学传感器36的图像数据内的每个斑点124的像素坐标可以对应于在光学传感器36的图像平面上检测到反射的位置。在框208中，可诸如使用上述三角测量和匹配方法将在图像数据中指示的每个斑点124指派给跟踪器38的对应于斑点124的无源标志器54。

在框210中，可以获取每个斑点124的一个或多个特性。例如，导航控制器22可以被配置为获取每个斑点124的强度特性和/或尺寸特性和/或形状特性。此后，在框212中，可将所获取的斑点特性与一个或多个最佳斑点特性进行比较，所述一个或多个最佳斑点特性诸如存储在导航控制器22的非易失性存储区62中的最佳斑点数据80中指示的最佳斑点特性。在框214中，可以基于所述比较来确定斑点124是否为最佳的。

导航控制器22可以被配置为通过组合相同类型(例如，强度、尺寸、形状)的所获取的斑点特性以形成所述特性类型的组合斑点特性来将所获取的斑点特性与最佳斑点特性进行比较。例如，相对于斑点强度类型特性，导航控制器22可以被配置为计算由斑点124的所获取的强度特性指示的强度值的平均值作为强度类型特性的组合斑点特性。相对于斑点尺寸类型特性，导航控制器22可以被配置为计算由斑点124的所获取的尺寸特性指示的面积的平均值作为斑点尺寸类型特性的组合斑点特性。相对于斑点形状类型特性，导航控制器22可以被配置为计算由斑点124的所获取的形状特性指示的比率的平均值作为斑点形状类型特性的组合斑点特性。此后，导航控制器22可以被配置为将组合斑点特性与它们的对应的最佳斑点特性进行比较，以确定组合斑点特性是否为最佳的，如上所述。

响应于确定给定类型的组合斑点特性是次最佳的(框214的“否”分支)，在框216中，可以调节定位器相机18的至少一个光学参数。在一个示例中，可以调节从光源58发射的光信号，以便致使无源标志器54在未来的跟踪迭代中传送光信号，这导致生成最佳或更接近最佳的类型的组合斑点特性。更具体地，导航控制器22可以被配置为诸如通过以下操作来调节从光源58发射的光信号的强度和/或持续时间：将控制信号传送到定位器控制器52从而致使定位器控制器52调节施加到光源58的电流，如上所述。

作为示例，如果组合斑点特性指示大于由对应的最佳斑点特性限定的一个或多个最佳值的值，则导航控制器22可以被配置为将控制信号传送到定位器控制器52从而致使定位器控制器52减小从光源58发射的光信号的强度和/或持续时间。相反地，如果组合斑点特性指示小于由对应的最佳斑点特性限定的一个或多个最佳值的值，则导航控制器22可以被配置为将控制信号传送到定位器控制器52从而致使定位器控制器52增加从光源58发射的光信号的强度和/或持续时间。

所发射的光信号的强度和/或持续时间增加或减小的程度可以与所获取的特性与最佳特性之间的差成比例。另外或替代地，导航控制器22可以被配置为实施PID环和/或存储的查找表以确定增加或减小所发射的光信号的强度和/或持续时间的程度，以便使所获取的斑点特性最佳。

与上面结合有源标志器54描述的内容类似，导航控制器22可以被配置为优先优化某些类型的所获取的斑点特性，再优化其他斑点特性。例如，导航控制器22可以被配置为首先优化组合强度特性。响应于组合强度特性被优化，导航控制器22可以被配置为优化组合尺寸特性。响应于组合尺寸特性被优化，导航控制器22可以被配置为优化组合形状特性。在每次优化迭代期间，导航控制器22可以被配置为获取最高优先级的组合斑点特性的类型并且检查所述类型是否为最佳的。如果不是，则导航控制器22可以被配置为调节定位器相机18的至少一个光学参数以优化组合斑点特性的类型，如上所述。如果确定最高优先级的组合斑点特性的类型是最佳的，则导航控制器22可以被配置为确定次最高优先级的组合斑点特性的类型并且检查所述类型是否为最佳的，且依此类推。

在一些情况下，导航控制器22可以被配置为通过从光源58发射不同的光信号来独立地跟踪和优化无源跟踪器38，其中每个发射的光信号具有与手术工作空间中的不同跟踪器38相对应的至少一个特性。换句话说，对应于不同跟踪器38的每个发射的光信号可以具有与对应于手术工作空间中的其他跟踪器38的所发射的光信号不同的至少一个特性，诸如光强度特性和/或光持续时间特性。

基于手术工作空间中的跟踪器38的不同姿态，由跟踪器38中的一者生成的斑点124对所发射的光信号的特性可不同于由其他跟踪器38生成的斑点124对相同光信号的特性。相应地，不同的跟踪器38可以响应于不同特性的所发射的光信号来生成最佳斑点。例如，当从光源58发射的光信号处于光源58的全强度水平的90％时，一个跟踪器38可以生成最佳斑点124，当从光源58发射的光信号处于光源58的全强度水平的80％时，另一跟踪器38可以生成最佳斑点124，且依此类推。

因此，导航控制器22可以被配置为通过以下操作来跟踪和优化对跟踪器38的跟踪：在从光源58发射具有不同特性(诸如具有范围从60％到95％的不同强度水平)的光信号之间交替，以及从定位器相机18接收对应于每个所发射的光信号的图像数据，所述图像数据指示由无源标志器54对所发射的光信号的反射而生成的针对每个无源标志器54的斑点124。尽管接收到的图像数据的每个实例可以包括由每个跟踪器38的每个无源标志器54生成的斑点124，但是基于手术工作空间中的跟踪器38的姿态和所发射的光信号的特性，对应于一个跟踪器38的无源标志器54的斑点124可能比对应于另一跟踪器38的无源标志器54的斑点124更接近最佳。

因此，对于每个跟踪器38，导航控制器22可以被配置为获取对应于跟踪器38的标志器54的图像数据的每个接收到的实例中的每个斑点124的特性，并且将所获取的特性与最佳特性进行比较，以确定接收到的图像数据的哪个实例最接近最佳。响应于确定最接近最佳的接收到的图像数据的实例，导航控制器22可以被配置为将与接收到的图像数据的实例相对应的光信号的特性指派给跟踪器38，并且基于指派给跟踪器38的光信号特性来执行跟踪手术工作空间中的跟踪器38的姿态的未来迭代。

因此，每个跟踪器38可以被指派特定的光特性，并且为了跟踪给定跟踪器38的姿态，导航控制器22可以被配置为诸如通过发射具有指派给跟踪器38的光特性的光信号来从特定于跟踪器38的光源58发射光信号。然后，导航控制器22可以被配置为基于针对特定于跟踪器38的所发射的光信号接收到的图像数据中指示的斑点124来跟踪跟踪器38的姿态，如上所述。

导航控制器22还可以被配置为基于指派给一个跟踪器38的照明特性和一个或多个所存储的最佳特性，将对应于一个跟踪器38的无源标志器54的斑点124与对应于其他跟踪器38的无源标志器54的斑点区分开。更具体地，响应于接收到与从光源58发射的具有对应于给定跟踪器38的至少一个特性的光信号相对应的图像数据，导航控制器22可以被配置为通过以下操作将对应于给定跟踪器38的斑点124与手术工作空间中的其他跟踪器38区分开：获取由图像数据指示的每个斑点124的至少一个特性；将斑点124的所获取的特性与一个或多个最佳特性进行比较；以及基于所述比较来区分斑点124。

例如，对于由图像数据指示的每个斑点124，导航控制器22可以被配置为诸如通过计算差的平均值或差的平方和来确定斑点124的一个或多个所获取的特性与对应的一个或多个最佳特性之间的差。此后，导航控制器22可以被配置为确定所确定的差是否小于阈值，并且如果是，则确定斑点124对应于给定跟踪器38。在替代性示例中，导航控制器22可以被配置为响应于确定斑点124的所获取的特性与对应的最佳特性之间的每个差小于阈值来确定斑点124对应于给定跟踪器38。

响应于区分对应于给定跟踪器38的斑点124，导航控制器22可以被配置为调节指派给给定跟踪器38的所发射的光信号的特性，以便优化对给定跟踪器38的跟踪，如上所述。在对给定跟踪器38的跟踪和/或优化跟踪的下一次迭代中，导航控制器22可以被配置为利用调节后的特性。与上述内容类似，当使用从光源58发射的具有不同特性的光信号来跟踪和优化跟踪器38时，手术工作空间中可以存在多个跟踪器38，所述多个跟踪器具有基本上等同的预定几何形状的无源标志器54。

在一些示例中，导航控制器22还可被配置为基于手术工作空间中的跟踪器38的跟踪姿态来调节定位器相机18的至少一个光学参数。更具体地，如上所述，导航控制器22可以被配置为基于接收到的图像数据来确定手术工作空间中的每个无源标志器54的位置，这进而可以指示手术工作空间中的跟踪器38的姿态。基于所确定的姿态，导航控制器22可以被配置为调节定位器相机18的至少一个光学参数。例如，响应于将斑点124的所获取的特性与最佳特性进行比较并且确定斑点124是次最佳的，导航控制器22可以被配置为基于无源标志器54的所确定的位置来调节定位器相机18的至少一个光学参数。

在一个示例中，导航控制器22可以被配置为通过被配置为进行以下操作来基于无源标志器54的所确定的位置调节定位器相机18的至少一个光学参数：确定一个或多个跟踪器38的无源标志器54与定位器相机18之间的平均距离；以及将此平均差与无源标志器54的先前计算的平均距离进行比较，以确定无源标志器54与定位器相机18之间的平均距离的变化。导航控制器22然后可以被配置为基于平均距离的变化来调节定位器相机18的至少一个光学参数。

例如，导航控制器22可以被配置为确定平均距离的变化是否指示无源标志器54与定位器相机18之间的平均距离的增加或减小。响应于指示无源标志器54与定位器相机18之间的平均距离的增加的距离变化，导航控制器22可以被配置为增加从光源58发射以照亮无源标志器54的光信号的强度和/或持续时间。相反地，响应于指示无源标志器54与定位器相机18之间的平均距离的减小的距离变化，导航控制器22可以被配置为减小从光源58发射以照亮无源标志器54的光信号的强度和/或持续时间。所发射的光信号的强度和/或持续时间增加或减小的程度可以与平均距离的变化成比例。另外或替代地，导航控制器22可以被配置为实施PID环和/或存储的查找表以确定增加或减小所发射的光信号的强度和/或持续时间的程度，以便基于平均距离的变化使所获取的斑点特性最佳。

在一些示例中，作为调节从光源58发射的光信号的补充或替代，导航控制器22可以被配置为调节定位器相机18的其他光学参数以优化从标志器54生成的斑点124。例如，导航控制器22可以被配置为基于斑点124的一个或多个所获取的特性与一个或多个最佳特性的比较，调节定位器相机18的每个光学传感器36的电子光圈时间。更具体地，如上所述，导航控制器22可以被配置为根据为光学传感器36生成的图像数据形成每个光学传感器36的一个或多个组合斑点特性，并且对于每个组合斑点特性，将由组合斑点特性指示的值与由对应的最佳斑点特性指示的最佳值进行比较。响应于所述比较指示组合斑点特性的值大于最佳值，导航控制器22可以被配置为减小对应的光学传感器36的电子光圈时间，并且响应于所述比较指示组合斑点特性的值小于最佳值，导航控制器22可以被配置为增加对应的光学传感器36的电子光圈时间。

作为其他示例，定位器相机18还可以包括每个光学传感器36的机械快门和/或机械光圈，并且导航控制器22可以被配置为基于斑点124的一个或多个所获取的特性与一个或多个最佳特性的比较，调节机械快门的快门时间和/或调节每个光学传感器36的机械光圈的捕获尺寸。更具体地，如上所述，导航控制器22可以被配置为根据为光学传感器36生成的图像数据形成每个光学传感器36的一个或多个组合斑点特性，并且对于每个组合斑点特性，将由组合斑点特性指示的值与由对应的最佳斑点特性指示的最佳值进行比较。响应于所述比较指示组合斑点特性的值大于最佳值，导航控制器22可以被配置为减小机械快门的快门时间和/或光学传感器36的机械光圈的捕获尺寸，并且响应于所述比较指示组合斑点特性的值小于最佳值，导航控制器22可以被配置为增加机械快门的快门时间和/或光学传感器36的机械光圈的捕获尺寸。

再次参看图8，响应于确定组合斑点特性中的每一者是最佳的(框214的“是”分支)，或者响应于在框216中调节定位器相机18的至少一个光学参数，方法200可返回到框204以再次经由定位器相机18的光源58照亮跟踪器38。

在一些示例中，每个跟踪器38的无源标志器54可以是可人工重新定位的，并且导航控制器22还可以被配置为基于斑点124的所获取的特性与最佳特性的比较，确定并诸如在显示器28、30上显示用于重新定位跟踪器38的至少一个无源标志器54的指导。例如，参看图10A和图10B，给定跟踪器38的每个无源标志器54可以安放在可旋转插口98中，所述可旋转插口允许用户相对于跟踪器38的主体94人工旋转无源标志器54，以便将无源标志器54朝向和远离定位器相机18瞄准。

因此，对于由接收到的图像数据指示的每个斑点124，导航控制器22可以被配置为：将斑点124指派给与斑点124相对应的无源标志器54；将斑点124的一个或多个所获取的特性与一个或多个最佳的对应最佳特性进行比较以确定斑点124是否为次最佳的；以及响应于基于比较确定斑点124是次最佳的，确定并显示用于重新定位与斑点124相对应的无源标志器54的指导。

例如，假设每个斑点124的所获取的特性指示所获取的值，并且对应的最佳特性指示最佳值，对于每个斑点，导航控制器22可以被配置为将斑点124指派给对应于斑点124的无源标志器54，并且将针对斑点124指示的所获取的值与最佳值进行比较。响应于所述比较指示斑点124的所获取的值大于最佳值，导航控制器22可以被配置为确定并显示将与斑点124相对应的无源标志器54远离定位器相机18重新定位的指导。相反地，响应于所述比较指示斑点124的所获取的值小于最佳值，导航控制器22可以被配置为确定并显示将与斑点124相对应的无源标志器54朝向定位器相机18重新定位的指导。

一些手术环境可以并入有无源和有源跟踪器38。在这种情况下，导航控制器22可以被配置为实施上述用于优化有源跟踪器38的过程和上述用于优化无源跟踪器38的过程。在一个示例中，导航控制器22可以被配置为使用上述过程在优化和跟踪有源和无源跟踪器38之间交替。替代地，导航控制器22可被配置为诸如通过以下操作同时实施跟踪和优化过程：使有源跟踪器38的标志器54以与从光源58发射的光信号不同的频率发射光信号，以减少干扰并改善跟踪器38类型之间的区分，和/或利用不同跟踪器类型的不同组的一个或多个最佳斑点特性来进一步促进这种区分。

一般来说，所执行的用以实施前述描述的方面的例程无论实施为操作系统或特定应用、部件、程序、对象、模块或指令序列的部分还是甚至实施为其子集在本文都可称为“计算机程序代码”或简称为“程序代码”。程序代码可包括在不同时期驻留在计算机中的各种存储器和存储装置中的计算机可读指令，并且所述计算机可读指令当由计算机中的一个或多个处理器读取和执行时致使那个计算机执行实行体现所述描述的各方面的操作和/或要素所需的操作。用于执行所述描述的各方面的操作的计算机可读程序指令可以是(例如)汇编语言，或者通过一种或多种编程语言的任何组合编写的源代码或目标代码。

在本文描述的应用/模块中的任一者中体现的程序代码可能够单独地或共同地以多种不同的形式分发为程序产品。具体地，可使用在上面具有用于致使处理器执行所述描述的方面的计算机可读程序指令的计算机可读存储介质来分发所述程序代码。

固有非瞬态的计算机可读存储介质可包括在用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据等信息的任何方法和技术中实施的易失性和非易失性以及可移除和非可移除有形介质。计算机可读存储介质还可包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪存储器或其他固态存储器技术、便携式压缩光盘只读存储器(CD-ROM)或其他光学存储装置、磁带盒、磁带、磁盘存储装置或其他磁性存储装置或可用于存储期望的信息并且可由计算机读取的任何其他介质。计算机可读存储介质本身不应理解为瞬态信号(例如，无线电波或其他传播的电磁波、通过诸如波导的传输介质传播的电磁波或通过电线传输的电信号)。可将计算机可读程序指令从计算机可读存储介质下载到计算机、另一种类型的可编程数据处理设备或另一装置，或者经由网络下载到外部计算机或外部存储装置。

存储在计算机可读介质中的计算机可读程序指令可用于引导计算机、其他类型的可编程数据处理设备或其他装置以特定的方式起作用，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括指令的制品，所述指令实施在流程图、序列图和/或框图中指定的功能/动作。计算机程序指令可以被提供给一个或多个处理器，使得经由一个或多个处理器执行的指令导致执行一系列计算来实施在本文描述的流程图、序列图和/或框图中指定的功能和/或动作。

在某些替代方案中，在不脱离本发明的范围的情况下，可重排、连续地处理和/或同时处理在流程图、序列图和/或框图中指定的功能和/或动作。此外，任何流程图、序列图和/或框图可以包括比本文所示的框更多或更少的框。

本文使用的术语是用于仅描述特定示例的目的，而无意具有限制性。如本文所使用，除非上下文另外清楚地指示，否则希望单数形式“一”和“所述”还包括复数形式。将进一步理解，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”当用于本说明书中时指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。此外，关于在具体实施方式或权利要求书中使用术语“包含(includes)”、“具有(having)”、“具有(has)”、“具有(with)”、“包括(comprised of)”或其变体，希望此类术语与术语“包括(comprising)”类似地是包括性的。

虽然已经提供了各种示例的描述，并且虽然已经相当详细地描述了这些示例，但是本申请人无意将所附权利要求书的范围约束或以任何方式限制于此类细节。本领域技术人员将容易明白额外的优势和修改。本发明的更广方面因此不限于特定细节、代表性设备和方法和所示出和描述的说明性示例。因此，在不脱离申请人的一般发明性概念的精神或范围的情况下，可脱离这些细节。