專利名稱：補(bǔ)償由熒光檢查儀產(chǎn)生的磁干擾的制作方法
補(bǔ)償由熒光檢查儀產(chǎn)生的磁干擾技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明總體涉及感測(cè)設(shè)置在活體內(nèi)的物體的位置，具體地講，涉及補(bǔ)償對(duì)位置傳感器造成影響的磁干擾。
背景技術(shù)：
寬泛的醫(yī)療手術(shù)范圍涉及在體內(nèi)設(shè)置諸如傳感器、管、導(dǎo)管、分配設(shè)備和植入物等物體。實(shí)時(shí)成像方法常常用來輔助醫(yī)師在手術(shù)過程中觀察物體及其周邊環(huán)境。一些方法通過使用磁場(chǎng)的物體來跟蹤物體。然而，磁場(chǎng)方面的干擾可能導(dǎo)致跟蹤出錯(cuò)。
美國專利6，714，008描述了測(cè)定大物體磁場(chǎng)的梯度測(cè)量方法該專利被授予 Holmes等人，其公開內(nèi)容以引用方式并入本文。
美國專利申請(qǐng)2004/0034515描述了在電磁系統(tǒng)中估計(jì)位置和取向測(cè)量值的方法，該專利申請(qǐng)授予Bar Tal等人，其公開內(nèi)容以引用方式并入本文。該方法包括使介于測(cè)量用模型與一個(gè)或多個(gè)測(cè)量值之間的差值最小化。
W. I. P. 0 (世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織)專利公布W0/2004/006770描述了用于校準(zhǔn)醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的方法，該專利公布授予Sati等人，其公開內(nèi)容以引用方式并入本文。據(jù)說，針對(duì) C形臂成像裝置的多個(gè)取向中的每一個(gè)取向，該方法都能夠測(cè)定成像源的位置和(如果適用)磁場(chǎng)畸變。
美國專利申請(qǐng)2005/0107687描述了用于減少電磁跟蹤器中磁場(chǎng)畸變的系統(tǒng)，該專利申請(qǐng)授予Anderson，其公開內(nèi)容以引用方式并入本文。據(jù)說，該系統(tǒng)的某些實(shí)施例包括跟蹤分析單元，其用于分析儀器的跟蹤行為；和跟蹤修正單元，其用于補(bǔ)償儀器的跟蹤行為。
美國專利申請(qǐng)2007/0055125描述了電磁跟蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括場(chǎng)發(fā)生器和場(chǎng)傳感器，其被布置用于分別產(chǎn)生和檢測(cè)電磁場(chǎng)，該專利申請(qǐng)授予Anderson等人，其公開內(nèi)容以引用方式并入本文。
美國專利申請(qǐng)2008/0183064描述了用于檢測(cè)電磁(EM)場(chǎng)畸變的方法，該專利申請(qǐng)授予Chandonnet等人，其公開內(nèi)容以引用方式并入本文。該方法包括對(duì)設(shè)置在所關(guān)注體積內(nèi)的傳感器組件進(jìn)行采樣，以獲得所關(guān)注體積內(nèi)的電磁場(chǎng)的測(cè)量值；以及監(jiān)測(cè)所述測(cè)量值，以檢測(cè)所關(guān)注體積內(nèi)的電磁場(chǎng)畸變。
美國專利6，147，480描述了用于跟蹤物體的方法由于響應(yīng)能量場(chǎng)而引入的物品產(chǎn)生了干涉作用，在存在干涉作用的情況下，該方法在物體附近使用能量場(chǎng)，該專利被授予 Osadchy等人，其公開內(nèi)容以引用方式并入本文。
美國專利5，767，669描述了用于使用從固定位置產(chǎn)生的脈沖磁場(chǎng)來測(cè)定遠(yuǎn)程傳感器的位置和取向的系統(tǒng)，該專利被授予Hansen等人，其公開內(nèi)容以引用方式并入本文。 由該系統(tǒng)單獨(dú)感測(cè)和消減渦流畸變。
美國專利7，657，075描述了用于確定三維術(shù)前圖像數(shù)據(jù)集的變換的方法，以獲得三維圖像數(shù)據(jù)與X射線成像系統(tǒng)的配準(zhǔn)，該專利被授予Viswanathan，其公開內(nèi)容以引用方式并入本文。美國專利7，689，019描述了用于將物體的二維投影圖像相對(duì)于同一物體的三維圖像數(shù)據(jù)記錄配準(zhǔn)的方法和裝置，該專利被授予Boese等人，其公開內(nèi)容以引用方式并入本文。物體中包含的三維特征(其也可在三維圖像中識(shí)別出)用符號(hào)重建。美國專利申請(qǐng)2009/0010540描述了用于進(jìn)行圖像配準(zhǔn)的方法，該專利申請(qǐng)授予 Mullick等人，其公開內(nèi)容以引用方式并入本文。該方法包括獲得基準(zhǔn)圖像數(shù)據(jù)集和目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)集，以及在基準(zhǔn)圖像數(shù)據(jù)集中限定用于所關(guān)注的區(qū)域的圖像掩碼。美國專利申請(qǐng)2002/01723 描述了用于將儀器的空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成其對(duì)應(yīng)的X射線投影圖像的方法，該專利申請(qǐng)授予Dekel，其公開內(nèi)容以引用方式并入本文。據(jù)說，該方法的根據(jù)是通過同時(shí)記錄校準(zhǔn)工具的空間坐標(biāo)和X射線投影圖像，將X射線束成像系統(tǒng)的坐標(biāo)系與定位裝置配準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供方法，該方法包括使用多個(gè)磁發(fā)射器在某一區(qū)域中產(chǎn)生磁場(chǎng)；將場(chǎng)擾動(dòng)元件引入該區(qū)域中；表征每一個(gè)磁發(fā)射器在場(chǎng)擾動(dòng)元件中的多幅圖像；根據(jù)表征的圖像計(jì)算該區(qū)域中的反應(yīng)磁場(chǎng)；將探針定位在該區(qū)域中以及測(cè)量在該探針處的被擾動(dòng)的磁場(chǎng)；以及針對(duì)測(cè)量的被擾動(dòng)的磁場(chǎng)和計(jì)算的反應(yīng)磁場(chǎng)來測(cè)定探針的位置。產(chǎn)生磁場(chǎng)的步驟通常包括在不存在場(chǎng)擾動(dòng)元件的情況下測(cè)量磁場(chǎng)，以及在該區(qū)域中存在場(chǎng)擾動(dòng)元件的情況下測(cè)量磁場(chǎng)。在本發(fā)明所公開的實(shí)施例中，將場(chǎng)擾動(dòng)元件引入該區(qū)域中的步驟包括測(cè)量場(chǎng)擾動(dòng)元件相對(duì)于磁發(fā)射器限定的軸線的位置和取向。測(cè)量場(chǎng)擾動(dòng)元件的位置和取向的步驟可包括針對(duì)反應(yīng)磁場(chǎng)適應(yīng)地計(jì)算位置和取向。在本發(fā)明所公開的另一個(gè)實(shí)施例中，表征多幅圖像的步驟包括假定多幅圖像相對(duì)于彼此處于預(yù)定構(gòu)型。預(yù)定構(gòu)型可包括矩形，并且多幅圖像可包括位于矩形的拐角和中心處的五幅圖像。在本發(fā)明所公開的又一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算反應(yīng)磁場(chǎng)的步驟包括根據(jù)球諧函數(shù)展開來計(jì)算場(chǎng)。計(jì)算反應(yīng)磁場(chǎng)的步驟可包括進(jìn)行高達(dá)3階的球諧函數(shù)展開。作為另外一種選擇或除此之外，根據(jù)球諧函數(shù)展開來計(jì)算場(chǎng)的步驟可包括將該展開配置成空間轉(zhuǎn)移矩陣，該方法還可包括測(cè)定作為反應(yīng)場(chǎng)矩陣的場(chǎng)擾動(dòng)元件的性質(zhì)，并且計(jì)算反應(yīng)磁場(chǎng)的步驟可響應(yīng)于空間轉(zhuǎn)移矩陣與反應(yīng)場(chǎng)矩陣的乘積。通常，定位探針的步驟包括將探針定位在患者體內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，場(chǎng)擾動(dòng)元件包括熒光檢查儀的至少一部分。該方法可包括將熒光檢查儀的熒光檢查儀軸線與發(fā)射器所限定的軸線配準(zhǔn)。配準(zhǔn)熒光檢查儀軸線的步驟可包括用固定地連接到發(fā)射器的攝像頭來形成附接到熒光檢查儀的基準(zhǔn)標(biāo)記的圖像。引入場(chǎng)擾動(dòng)元件的步驟可包括針對(duì)圖像來測(cè)量場(chǎng)擾動(dòng)元件的位置和取向。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還提供了設(shè)備，該設(shè)備包括
多個(gè)磁發(fā)射器,其被配置用于在某一區(qū)域中產(chǎn)生磁場(chǎng)；
場(chǎng)擾動(dòng)元件，其被引入所述區(qū)域中；和
處理器，其被配置用于
表征每一個(gè)磁發(fā)射器在場(chǎng)擾動(dòng)元件中的多幅圖像，
根據(jù)表征的圖像計(jì)算該區(qū)域中的反應(yīng)磁場(chǎng)，
測(cè)量設(shè)置在該區(qū)域中的探針處的被擾動(dòng)的磁場(chǎng)，以及
針對(duì)測(cè)量的被擾動(dòng)的磁場(chǎng)和計(jì)算的反應(yīng)磁場(chǎng)來測(cè)定探針的位置。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還提供了方法，該方法包括
在定位墊上安裝磁發(fā)射器，所述磁發(fā)射器被配置用于在患者體內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)；
將定位墊攝像頭以相應(yīng)的固定取向附接到定位墊；
將可旋轉(zhuǎn)攝像頭連接到定位墊；
將基準(zhǔn)標(biāo)記附接到被配置用于使患者成像的熒光檢查儀；
將熒光檢查儀定位到不同位置中；以及
對(duì)每一個(gè)位置都執(zhí)行如下操作
將可旋轉(zhuǎn)攝像頭取向?yàn)橐阎∠颍每尚D(zhuǎn)攝像頭和定位墊攝像頭形成相應(yīng)的基準(zhǔn)標(biāo)記的圖像，以及
分析相應(yīng)的圖像，以將熒光檢查儀的位置和取向與定位墊的軸線配準(zhǔn)。
該方法可包括從定位墊移除可旋轉(zhuǎn)攝像頭，以及僅使用由定位墊攝像頭形成的基準(zhǔn)標(biāo)記的圖像來確定熒光檢查儀相對(duì)于定位墊軸線的位置和取向。在一個(gè)實(shí)施例中，將定位墊攝像頭附接到定位墊的步驟包括將可拆卸夾具附接到定位墊，以及通過用攝像頭使夾具成像而將定位墊攝像頭與相應(yīng)的固定取向?qū)R。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還提供了設(shè)備，該設(shè)備包括
定位墊；
磁發(fā)射器，其被配置用于在患者體內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)，并且被安裝在定位墊上；
定位墊攝像頭，其以相應(yīng)的固定取向被附接到定位墊；
可旋轉(zhuǎn)攝像頭，其被連接到定位墊；
熒光檢查儀，其被配置用于使患者成像；
基準(zhǔn)標(biāo)記，其被附接到熒光檢查儀；和
處理器，其被配置用于
將熒光檢查儀定位到不同位置中，并對(duì)每一個(gè)位置都執(zhí)行如下操作
將可旋轉(zhuǎn)攝像頭取向?yàn)橐阎∠?，用可旋轉(zhuǎn)攝像頭和定位墊攝像頭形成相應(yīng)的基準(zhǔn)標(biāo)記的圖像，以及
分析相應(yīng)的圖像，以將熒光檢查儀的位置和取向與定位墊的軸線配準(zhǔn)。
通過以下與附圖結(jié)合在一起的本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)說明，將更全面地理解本發(fā)明。


圖I為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的位置感測(cè)系統(tǒng)的示意性立體圖2為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的探針的遠(yuǎn)端的示意性詳細(xì)視圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的位置感測(cè)系統(tǒng)中使用的元件的示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例測(cè)定探針遠(yuǎn)端的位置的工序的流程圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可選位置感測(cè)系統(tǒng)的示意性立體圖；圖6A和圖6B為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可選位置感測(cè)系統(tǒng)的部分的示意圖和系統(tǒng)校準(zhǔn)中使用的元件的示意圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例由控制單元在操作可選位置感測(cè)系統(tǒng)中執(zhí)行的步驟的流程圖；以及圖8A-8G示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的矩陣元素。
具體實(shí)施例方式鍵本發(fā)明的實(shí)施例提供了用于對(duì)某區(qū)域中的磁場(chǎng)中產(chǎn)生的擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ā_動(dòng)元件(通常為金屬元件)引入到磁發(fā)射器所產(chǎn)生的場(chǎng)中會(huì)引起擾動(dòng)。為了對(duì)擾動(dòng)元件的存在進(jìn)行補(bǔ)償，本發(fā)明的實(shí)施例中使用的反應(yīng)場(chǎng)模型假定每以個(gè)磁發(fā)射器都在元件中產(chǎn)生多幅發(fā)射器圖像。該模型假定每一幅圖像都產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)場(chǎng)，這些反應(yīng)場(chǎng)總體起到擾動(dòng)由發(fā)射器產(chǎn)生的場(chǎng)的作用。每一幅圖像通常都可表征為多極(S卩，雙極、四極和/或更高階的極)的組合。每一幅圖像的特征還特別都取決于產(chǎn)生圖像的發(fā)射器場(chǎng)。該模型通常通過假定場(chǎng)可由球諧函數(shù)展開表示，并根據(jù)圖像的特征來計(jì)算來自多極圖像中的每一幅的反應(yīng)場(chǎng)。通常，通過在存在擾動(dòng)元件以及在不存在擾動(dòng)元件的情況下測(cè)量發(fā)射器發(fā)射的場(chǎng)來有效測(cè)定圖像特征，這些特征可用空間轉(zhuǎn)移矩陣和反應(yīng)場(chǎng)矩陣的方式表示?！﹫D像被表征，設(shè)置在該區(qū)域中的探針就測(cè)量被擾動(dòng)的磁場(chǎng)。然后，可針對(duì)測(cè)量的磁場(chǎng)和如上所述計(jì)算的反應(yīng)場(chǎng)來計(jì)算探針在該區(qū)域中的位置。系統(tǒng)說明現(xiàn)在參見圖1、圖2和圖3，圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的位置感測(cè)系統(tǒng)20的示意性立體圖，該系統(tǒng)被配置用于感測(cè)導(dǎo)管探針22的遠(yuǎn)端21的位置，圖2為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的遠(yuǎn)端21的示意性詳細(xì)視圖，圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)20中使用的元件的示意圖。通常由醫(yī)務(wù)人員在系統(tǒng)20的操作階段將探針22插入患者體腔或器官中，而在系統(tǒng)的校準(zhǔn)階段不提供探針22。為清楚起見，探針22在圖1中用虛線表示。在醫(yī)務(wù)人員(其可以操作位置感測(cè)系統(tǒng)20)施行手術(shù)過程中，患者通常平躺在手術(shù)臺(tái)M上。為簡(jiǎn)單明了起見， 患者和醫(yī)務(wù)人員均未在圖1中示出。以舉例的方式，在下文的描述中，假定探針22用于患者心室內(nèi)進(jìn)行的侵入式手術(shù)。將患者置于處于磁場(chǎng)中的手術(shù)臺(tái)M上，該磁場(chǎng)是通過在患者下方設(shè)置定位墊沈而產(chǎn)生的，該定位墊包含大致類似的交變磁場(chǎng)發(fā)射器線圈32A、32B、的構(gòu)造觀，這些線圈在本文也統(tǒng)稱為磁場(chǎng)發(fā)射器線圈32。線圈32在區(qū)域30中產(chǎn)生其交變磁場(chǎng)，該區(qū)域在圖1中以橢圓形示意性示出。圖3示出了線圈32的示例性構(gòu)造。通常情況下以及如圖3所示，構(gòu)造觀包括發(fā)射器線圈32，該發(fā)射器線圈成形為三組三軸線圈34、36和38，每一組三軸線圈都包括彼此正交的三個(gè)線圈。然而，除了構(gòu)造28 以外，磁場(chǎng)發(fā)射器線圈32的其他構(gòu)造也是可行的，并且此類構(gòu)造對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。授予Govari的美國專利6，484，118描述了與構(gòu)造28類似的線圈構(gòu)造以及可用于系統(tǒng)20中的線圈32的其他構(gòu)造，該專利被授予Govari，其公開內(nèi)容以引用方式并入本文。本文的描述假定遠(yuǎn)端21包括三個(gè)作為位于遠(yuǎn)端的電磁(EM)傳感器46的部件的大致正交的線圈40、42和44。(遠(yuǎn)端通常包括其他元件，諸如圖2所示的電極48。)線圈 32產(chǎn)生的磁場(chǎng)在傳感器46的線圈中根據(jù)線圈感測(cè)的場(chǎng)產(chǎn)生電信號(hào)。將來自傳感器46線圈的電信號(hào)傳送到控制單元50，該控制單元對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行分析，以便測(cè)定探針22的位置和取向的坐標(biāo)。假定坐標(biāo)參照一組正交的xyz軸線(如圖3所示)，這些軸線相對(duì)于定位墊 26固定。遠(yuǎn)端21中用于檢測(cè)探針22位置和取向的線圈的其他構(gòu)造在本領(lǐng)域是已知的。一種此類構(gòu)造采用一個(gè)線圈，該線圈測(cè)量磁場(chǎng)的投影。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在加以必要的變通后將能夠?qū)Ρ久枋鲞M(jìn)行修改，以闡釋與線圈40、42和44例示的構(gòu)造不同的線圈構(gòu)造。控制單元50包括處理器52，通常為具有適當(dāng)信號(hào)處理電路的計(jì)算機(jī)。處理器使用存儲(chǔ)器54，該存儲(chǔ)器通常包括其內(nèi)存儲(chǔ)操作系統(tǒng)20的數(shù)據(jù)的易失性和非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件。連接處理器以驅(qū)動(dòng)控制臺(tái)，該控制臺(tái)可提供探針22的位置的視覺顯示器56。系統(tǒng)20包括熒光檢查儀60，該熒光檢查儀由熒光檢查儀控制器61操作，并且能夠產(chǎn)生手術(shù)臺(tái)M上的患者的熒光透視圖像。假定熒光檢查儀控制器61為控制單元50的子單元。熒光檢查儀60具有多個(gè)部分，包括準(zhǔn)直X射線源62 (在本文也稱為準(zhǔn)直器6 和檢測(cè)器64。準(zhǔn)直器和檢測(cè)器通過另一部分即“C形臂” 66連接在一起，“C形臂” 66允許它們圍繞兩條軸線旋轉(zhuǎn)，所述兩條軸線即水平軸線68和垂直于紙面經(jīng)過軸線68的軸線。C形臂也允許準(zhǔn)直器和檢測(cè)器在空間中平移，諸如沿平行于水平軸線的方向平移。在熒光檢查儀圍繞軸線68旋轉(zhuǎn)的過程中，C形臂66使準(zhǔn)直器和檢測(cè)器保持彼此固定地對(duì)齊，并且保持彼此之間恒定的距離。通常，熒光檢查儀60形成的圖像可以用圍繞軸線68旋轉(zhuǎn)至任何取向的熒光檢查儀形成，所述取向根據(jù)患者的需要和專業(yè)操作系統(tǒng)20的要求而選擇。通常，熒光檢查儀60基本上在采用探針22的同一時(shí)間進(jìn)行操作，以產(chǎn)生其成像。 然而，熒光檢查儀中靠近區(qū)域30的金屬元件改變線圈32在該區(qū)域中產(chǎn)生的磁場(chǎng)。如果不補(bǔ)償這些變化，則會(huì)造成測(cè)量的探針22的位置不準(zhǔn)確。如本文所述，本發(fā)明的實(shí)施例在不論熒光檢查儀相對(duì)于手術(shù)臺(tái)M處于何種取向或位置的情況下，對(duì)熒光檢查儀60引起的磁場(chǎng)變化進(jìn)行了補(bǔ)償，從而防止了測(cè)量的探針位置出現(xiàn)任何不準(zhǔn)確。通常，系統(tǒng)20包括其他元件，出于簡(jiǎn)潔起見，這些元件未在圖中示出，并且下列描述會(huì)視需要提及。例如，系統(tǒng)20可以包括ECG監(jiān)視器，該ECG監(jiān)護(hù)儀被連接以接收來自一個(gè)或多個(gè)身體表面電極的信號(hào)，以便向控制單元50提供ECG同步信號(hào)。圖1的配置為示例性配置，僅僅是出于概念明晰目的而選擇。在可供選擇的實(shí)施例中，也可以使用任何其他合適的配置。處理器52通常在軟件內(nèi)編程，以執(zhí)行本文所述功能。例如，該軟件可以電子形式通過網(wǎng)絡(luò)下載到處理器，或者作為另外一種選擇或除此之夕卜，該軟件可以被提供和/或存儲(chǔ)在非臨時(shí)性有形介質(zhì)(諸如磁性、光學(xué)或電子存儲(chǔ)器) 上。系統(tǒng)20還包括能夠標(biāo)繪線圈32在區(qū)域30中產(chǎn)生的磁場(chǎng)的設(shè)備。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，標(biāo)測(cè)器70用于標(biāo)繪磁場(chǎng)，該標(biāo)測(cè)器包括磁場(chǎng)檢測(cè)器72的陣列，這些磁場(chǎng)檢測(cè)器固定地安裝在固體基部(諸如塑料板)的已知位置中。標(biāo)測(cè)器70被配置用于使得其可以相對(duì)于定位墊26的已知預(yù)定位置和取向而設(shè)置在手術(shù)臺(tái)M上。在一個(gè)實(shí)施例中，標(biāo)測(cè)器70包括50個(gè)檢測(cè)器。通常，檢測(cè)器在標(biāo)測(cè)器中被配置用于使得磁場(chǎng)和所有其不可忽略的梯度為可測(cè)量。在可供選擇的實(shí)施例中，標(biāo)測(cè)器具有78個(gè)分布在矩形框中的檢測(cè)器，該矩形框的近似尺寸(高X寬X長(zhǎng))為等于150mmX250mmX250mm。通?？墒褂脕碜詸z測(cè)器72的磁測(cè)量值，將標(biāo)測(cè)器相對(duì)于上下左右大致居中地設(shè)置。雖然在有關(guān)系統(tǒng)20操作的下列描述中假定標(biāo)測(cè)器70用于標(biāo)繪磁場(chǎng)，但應(yīng)當(dāng)理解標(biāo)測(cè)器是用于測(cè)量區(qū)域30中的磁場(chǎng)的示例性系統(tǒng)，并且可以使用任何其他合適的系統(tǒng)，諸如可移動(dòng)到已知位置中的一個(gè)或多個(gè)場(chǎng)檢測(cè)器。此類可供選擇的磁場(chǎng)標(biāo)繪系統(tǒng)對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言將顯而易見，并應(yīng)認(rèn)為涵蓋于本發(fā)明的范圍內(nèi)。檢測(cè)器72可包括用于測(cè)量磁場(chǎng)大小和方向的任何便捷傳感器，諸如大致類似于傳感器46的霍爾探針或霍爾傳感器。通常通過電纜74將來自檢測(cè)器的讀數(shù)傳輸?shù)娇刂茊卧?0，但也可使用任何其他方便的傳輸方法，諸如無線傳輸。如下文更詳細(xì)描述的，標(biāo)測(cè)器70用于系統(tǒng)20的校準(zhǔn)階段，從而標(biāo)測(cè)器及其連接電纜在圖1中用虛線表示。在系統(tǒng)20處于其操作階段時(shí)移除標(biāo)測(cè)器及其電纜。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)20包括一個(gè)或多個(gè)與傳感器46大致類似的參考傳感器76。 如下文所述，傳感器76控制單元50提供信號(hào)，以使該單元能夠確定熒光檢查儀60的位置和取向。通常，傳感器76相對(duì)于手術(shù)臺(tái)M固定，并便利地定位在手術(shù)臺(tái)下方。作為另外一種選擇，參考傳感器76可固定到熒光檢查儀60?，F(xiàn)在參見圖4，該圖為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例測(cè)定探針22遠(yuǎn)端21的位置的工序的流程圖100。流程圖100包括第一校準(zhǔn)階段102，然后是第二操作階段104。該流程圖的下列描述還涉及下列標(biāo)題為“反應(yīng)場(chǎng)模型”章節(jié)中的部分。在校準(zhǔn)階段的第一標(biāo)測(cè)步驟106中，將可擾動(dòng)線圈32所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的所有物體 (本文稱為場(chǎng)擾動(dòng)器或場(chǎng)擾動(dòng)元件)從區(qū)域30及其附近移除。此類物體包括熒光檢查儀 60。將標(biāo)測(cè)器70以其相對(duì)于定位墊沈的預(yù)定位置和取向設(shè)置在手術(shù)臺(tái)M上，并啟動(dòng)發(fā)射器線圈32?？刂茊卧?0操控磁場(chǎng)檢測(cè)器72，以便標(biāo)測(cè)在區(qū)域30中未受擾動(dòng)的磁場(chǎng)。在第二標(biāo)測(cè)步驟108中，在標(biāo)測(cè)器70保持就位的情況下，將熒光檢查儀60設(shè)置在區(qū)域30附近的相對(duì)于定位墊軸線的具體位置和取向(LO)?？刂茊卧?0可使用熒光檢查儀控制器61測(cè)定具體位置和取向。作為另外一種選擇，在包括參考傳感器76的實(shí)施例中，控制單元50可使用來自傳感器的信號(hào)測(cè)定位置和取向，如下文在標(biāo)題為“熒光檢查儀的適應(yīng)定位”章節(jié)中所述。下文結(jié)合圖5、圖6A、圖6B和圖7描述了用于確定熒光檢查儀已知位置和取向的另一可供選擇的光學(xué)方法。如下文所述，假定熒光檢查儀60具有兩個(gè)擾動(dòng)元件準(zhǔn)直器62和檢測(cè)器64。為了使下文針對(duì)步驟110描述的表征有效，選擇了不同的位置和取向，以使得它們分成兩組 第一組中準(zhǔn)直器62遠(yuǎn)離區(qū)域30，以使得僅檢測(cè)器64為擾動(dòng)元件；第二組中檢測(cè)器64遠(yuǎn)離區(qū)域30，以使得僅準(zhǔn)直器62為擾動(dòng)元件。對(duì)于每一個(gè)已知位置和取向而言，控制單元50都操控磁場(chǎng)檢測(cè)器72，以便標(biāo)測(cè)區(qū)域30中的被擾動(dòng)的磁場(chǎng)。
10
在多極表征步驟110中，控制單元假定由熒光檢查儀60的每一個(gè)擾動(dòng)元件引起的擾動(dòng)都?xì)w因于相應(yīng)的元件中磁圖像源產(chǎn)生的反應(yīng)場(chǎng)。在下文標(biāo)題為“反應(yīng)場(chǎng)模型”的章節(jié)中更詳細(xì)描述了在步驟110中進(jìn)行的分析。磁性源可視為發(fā)射器線圈32在擾動(dòng)元件(即在兩種元件中準(zhǔn)直器62和檢測(cè)器64)中產(chǎn)生的圖像。如果熒光檢查儀60具有不同數(shù)量的元件，或者對(duì)于其他場(chǎng)擾動(dòng)器而言，本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員將能夠?qū)υ撁枋鲞M(jìn)行調(diào)整。理論上，如果場(chǎng)擾動(dòng)器為理想導(dǎo)體球并且發(fā)射器為力矩朝向球體中心的雙極，那么球體產(chǎn)生的發(fā)射器圖像為單個(gè)雙極。為了容許存在與此類理論模型的差異(尤其包括 發(fā)射器不是理想雙極，并且擾動(dòng)器也不是理想導(dǎo)體球)，本發(fā)明實(shí)施例假定在熒光檢查儀的每一個(gè)擾動(dòng)元件內(nèi)，單個(gè)發(fā)射器線圈32都產(chǎn)生線圈的兩幅或更多幅多極磁性源圖像。假定每一個(gè)多極都產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)場(chǎng)，并且多極可包括雙極、四極和/或更高階的極?？紤]到反應(yīng)場(chǎng)的圖像源可能具有除雙極之外的元件，控制單元50并非使用分立的極來分析數(shù)據(jù)，而是使用球諧函數(shù)分析。如章節(jié)“反應(yīng)場(chǎng)模型”所闡釋的，并且以舉例的方式， 本文假定每一個(gè)線圈32在準(zhǔn)直器62中都產(chǎn)生五幅多極圖像，并在檢測(cè)器64中產(chǎn)生五幅多極圖像。圖像位置充當(dāng)假定描述反應(yīng)場(chǎng)的球諧函數(shù)的展開點(diǎn)。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員將能夠?qū)Ρ久枋鲎鞒稣{(diào)整，以適于準(zhǔn)直器和/或檢測(cè)器中的其他數(shù)量的圖像。在步驟110結(jié)束時(shí)，通常為校準(zhǔn)階段結(jié)束時(shí)，控制單元已表征了每一個(gè)擾動(dòng)元件所有的多個(gè)圖像源。對(duì)于每一個(gè)擾動(dòng)元件，該表征都包括定位圖像源在擾動(dòng)器中的位置，以及測(cè)定每一個(gè)擾動(dòng)元件的圖像源所產(chǎn)生的反應(yīng)場(chǎng)矩陣[T&s]的元素。對(duì)于此處考慮的示例性實(shí)施例(其中準(zhǔn)直器62和檢測(cè)器64為擾動(dòng)元件)，測(cè)定了相應(yīng)的矩陣[TasJittss和檢測(cè)器。在一個(gè)實(shí)施例中，檢測(cè)器具有尺寸為38cmX48cm的外部矩形框架。假定用于檢測(cè)器的五個(gè)圖像源位于距離矩形拐角大約IOcm和位于矩形中心處，以及位于檢測(cè)器表面下方大約IOcm的位置。準(zhǔn)直器的外部具有相似的矩形尺寸，并且準(zhǔn)直器的五個(gè)圖像源按照與檢測(cè)器的那些圖像源相似的方式設(shè)置。在操作階段，控制單元使用矩陣[Tas]準(zhǔn)直器和[T&應(yīng)]檢測(cè)器來計(jì)算圖像源產(chǎn)生的反應(yīng)場(chǎng)。在第一操作階段的步驟112中，如果發(fā)射器線圈32在步驟110后已停用，則控制單元會(huì)啟動(dòng)發(fā)射器線圈32。在擾動(dòng)步驟114中，熒光檢查儀60移動(dòng)到已知位置和取向，即檢測(cè)器位于區(qū)域30 附近的已知位置和取向并且準(zhǔn)直器也位于區(qū)域30附近的已知位置和取向，并且控制單元 50配準(zhǔn)已知位置和取向?？赏ㄟ^以上針對(duì)校準(zhǔn)過程所述方法之一將已知位置和取向提供給控制單元50。在初始位置測(cè)定步驟118中，控制單元測(cè)量從探針22遠(yuǎn)端21中的傳感器產(chǎn)生的信號(hào)。作為第一逼近程度，控制單元假定由這些信號(hào)測(cè)定的場(chǎng)為未受擾動(dòng)的場(chǎng)?？刂茊卧褂玫米缘谝粯?biāo)測(cè)步驟106的結(jié)果來測(cè)定遠(yuǎn)端的大致位置。在場(chǎng)校正步驟120中，控制單元50使用方程(7)計(jì)算在前述步驟中測(cè)定的位置處的反應(yīng)場(chǎng)?？刂茊卧獜臏y(cè)量的場(chǎng)中減去反應(yīng)場(chǎng)，以得出在該位置處未受擾動(dòng)的場(chǎng)的改進(jìn)估值。在改進(jìn)的位置測(cè)定步驟122中，控制單元使用未受擾動(dòng)的場(chǎng)的值和步驟120中測(cè)定的磁場(chǎng)的值，對(duì)遠(yuǎn)端位置作出改進(jìn)的測(cè)定。在可選的比較步驟124中，控制單元檢查介于步驟122中測(cè)定的最后位置與倒數(shù)第二位置之間的差值是否小于預(yù)設(shè)值，預(yù)設(shè)值通常為大約0. 1mm。如果差值大于或等于預(yù)設(shè)值，則控制單元返回到步驟122。如果差值小于預(yù)設(shè)值，則控制單元繼續(xù)到最終步驟126。應(yīng)當(dāng)理解，步驟120-1M描述了一種可選的迭代循環(huán)，其中控制單元對(duì)遠(yuǎn)端位置執(zhí)行逐漸精準(zhǔn)的測(cè)定，同時(shí)還對(duì)該位置的未受擾動(dòng)的場(chǎng)執(zhí)行逐漸精準(zhǔn)的測(cè)定。在一些實(shí)施例中，對(duì)時(shí)序測(cè)量值執(zhí)行大致類似于步驟120和124(但不包括步驟 122)限定的循環(huán)。在這種情況下，可按時(shí)對(duì)每一個(gè)傳感器的下一個(gè)測(cè)量值都實(shí)施反應(yīng)場(chǎng)校正。在每16ms對(duì)測(cè)量值進(jìn)行計(jì)算的一個(gè)此類實(shí)施例中，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于固定傳感器而言，需要進(jìn)行三次或更少次迭代，從而得到傳感器位置的真值。在最終步驟126中，控制單元使用步驟122中得到的最終位置測(cè)定值作為遠(yuǎn)端的位置。圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可選位置感測(cè)系統(tǒng)150的示意性立體圖。圖6A和圖 6B為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)150的一部分的示意圖和系統(tǒng)校準(zhǔn)中使用的元件的示意圖； 除了下文所述的差異外，系統(tǒng)150的操作大致類似于系統(tǒng)20 (圖1-4)的操作，并且在系統(tǒng) 20和150兩者中用相同附圖標(biāo)號(hào)指示的元件通常在構(gòu)造和操作方面大致類似。為簡(jiǎn)單明了起見，系統(tǒng)150的一些元件(存在于系統(tǒng)20中并在圖1中示出)未在圖5中示出。在系統(tǒng)150中，一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)記152固定到熒光檢查儀60的元件。本文以舉例的方式假定兩個(gè)標(biāo)記152附接到準(zhǔn)直器62。此外，兩個(gè)或更多個(gè)攝像頭154固定地附接到定位墊26。攝像頭IM受控制單元50的控制，以使得處理器52能夠接收并處理由攝像頭生成的圖像。攝像頭固定到具有位置和取向的定位墊26，以使得由攝像頭形成的圖像包括基準(zhǔn)標(biāo)記152的圖像。如下文結(jié)合圖7的流程圖所詳述，控制單元50使用基準(zhǔn)標(biāo)記152的攝像頭圖像來確定熒光檢查儀60 (包括其準(zhǔn)直器62和檢測(cè)器64)相對(duì)于定位墊沈的位置和取向。為執(zhí)行此測(cè)定操作，使攝像頭的位置相對(duì)于定位墊配準(zhǔn)。攝像頭與定位墊的配準(zhǔn)，以及基準(zhǔn)標(biāo)記的圖像與熒光檢查儀的位置和取向的關(guān)系的測(cè)定，均根據(jù)圖7的流程圖由控制單元50實(shí)現(xiàn)?？墒褂醚b入定位墊中的已知位置中的可拆卸的預(yù)制校準(zhǔn)夾具156來完成配準(zhǔn)操作。在一些實(shí)施例中，夾具156可伸縮地鉸接在鉸鏈158和160處。通過使夾具156可伸縮，現(xiàn)場(chǎng)工程師可以簡(jiǎn)單有效地改進(jìn)現(xiàn)有位置感測(cè)系統(tǒng)20中定位墊沈中的夾具，如圖6B 所示。來自夾具156的元件的圖像用于在定位墊中對(duì)準(zhǔn)攝像頭154，并用于校正可能由攝像頭引起的任何光學(xué)誤差。控制單元50可使用熒光校準(zhǔn)系統(tǒng)(FCQ 162來確定基準(zhǔn)標(biāo)記的圖像與熒光檢查儀的位置和取向的關(guān)系，如圖5和圖6A所示。FCS 162包括第二對(duì)攝像頭164，該對(duì)攝像頭可以將其圖像傳輸至控制單元。攝像頭安裝在支撐件166上，并且每一個(gè)攝像頭都能夠根據(jù)從控制單元50接收的命令獨(dú)立地全景拍攝和傾斜。圖7為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例由操作系統(tǒng)150中控制單元50執(zhí)行的步驟的流程圖 200。流程圖200分為校準(zhǔn)階段202和操作階段204。在校準(zhǔn)階段的第一步驟206中，將基準(zhǔn)標(biāo)記152固定到熒光檢查儀60?；鶞?zhǔn)標(biāo)記被布置為使得在如下文所述將攝像頭連接到定位墊26時(shí)位于攝像頭IM的視野之內(nèi)。通常， 對(duì)將標(biāo)記固定到其上的熒光檢查儀的元件加以選擇，以使得對(duì)于熒光檢查儀的基本上所有的操作位置和取向，標(biāo)記都位于攝像頭154中的至少一個(gè)的視野之內(nèi)。本文以舉例的方式假定基準(zhǔn)標(biāo)記固定到準(zhǔn)直器。在一些實(shí)施例中，在系統(tǒng)150中使用不止兩個(gè)攝像頭154，以使得對(duì)于熒光檢查儀的所有位置和取向，基準(zhǔn)標(biāo)記152都位于攝像頭中的至少一個(gè)的視野之內(nèi)。在攝像頭安裝步驟208中，攝像頭IM固定地附接到定位墊26，以使得攝像頭位于已知的位置中并具有已知的取向。在一些實(shí)施例中，在附接之后，使用充當(dāng)攝像頭的校準(zhǔn)物體的夾具156，將攝像頭對(duì)齊到其已知位置和取向。由攝像頭中的每一個(gè)形成的夾具的圖像都可以使攝像頭能夠精確對(duì)準(zhǔn)，以及提供使控制單元50能夠校正攝像頭成像中的缺陷的數(shù)據(jù)。作為另外一種選擇，可采用用于將攝像頭1 相對(duì)于定位墊固定到已知位置和取向， 以及用于校正攝像頭的圖像中的缺陷的任何其他簡(jiǎn)便方法。在設(shè)置步驟210中，F(xiàn)CS 162相對(duì)于定位墊沈固定地設(shè)置在已知位置中。FCS 162 的定位可通過將FCS的支撐件166附接到手術(shù)臺(tái)24 (如圖5所示)，或附接到任何其他方便的物體(諸如定位墊26自身)來進(jìn)行。設(shè)置FCS 162，使得安裝在支撐件166上的攝像頭 164能夠由控制單元旋轉(zhuǎn)，以使得它們始終能夠使基準(zhǔn)標(biāo)記152成像。在數(shù)據(jù)測(cè)量步驟212中，使用熒光檢查儀控制器61將熒光檢查儀60移入多個(gè)不同位置中，即多個(gè)不同位置和取向。在每一個(gè)不同位置中，控制單元50都將信號(hào)傳輸至攝像頭164，以使得攝像頭位于已知全景拍攝和傾斜角度?？刂茊卧?0使攝像頭全景拍攝和 /或傾斜，以使得每一個(gè)攝像頭164都使基準(zhǔn)標(biāo)記152成像?？刂茊卧?0記錄每一個(gè)攝像頭的全景拍攝和傾斜角度(由于控制單元發(fā)送全景拍攝和傾斜信號(hào)，因此它可感知每一個(gè)攝像頭164的取向)以及由每一個(gè)攝像頭形成的基準(zhǔn)標(biāo)記的圖像。此外，在熒光檢查儀的每一個(gè)不同位置處，控制單元50都記錄由每一個(gè)攝像頭 154生成的基準(zhǔn)標(biāo)記的圖像。在相關(guān)性步驟214中，控制單元50生成介于攝像頭164的基準(zhǔn)標(biāo)記的圖像和攝像頭154的基準(zhǔn)標(biāo)記的圖像之間的相關(guān)性。所述相關(guān)性允許控制單元配準(zhǔn)兩個(gè)系統(tǒng)的軸線， 即熒光檢查儀的軸線和定位墊的軸線。在校準(zhǔn)階段的最后一個(gè)步驟216中，一旦進(jìn)行了配準(zhǔn)，F(xiàn)CS 162(包括其攝像頭 164)就被移除。在操作階段的操作步驟218中，啟動(dòng)攝像頭154。在本實(shí)例中，在基準(zhǔn)標(biāo)記附接到準(zhǔn)直器位置處，控制單元從攝像頭接收基準(zhǔn)標(biāo)記的圖像，并使用步驟214中確定的相關(guān)性對(duì)圖像進(jìn)行分析，以確定準(zhǔn)直器相對(duì)于定位墊的位置和取向。由于熒光檢查儀60的準(zhǔn)直器和檢測(cè)器彼此處于固定的物理關(guān)系，因此，控制單元可通過準(zhǔn)直器的位置和取向確定檢測(cè)器的位置和取向，具體由它們之間的距離而定。通常使用優(yōu)化技術(shù)來確定該缺失值，該技術(shù)類似于下文所述的“熒光檢查儀的適應(yīng)定位”法。已結(jié)合確定熒光檢查儀相對(duì)于定位墊的位置和取向?qū)α鞒虉D200進(jìn)行了描述。應(yīng)當(dāng)理解，加以必要的修改后，也可以實(shí)施流程圖中的各個(gè)步驟，來確定另一物體的位置和取向，所述物體通常為定位在定位墊附近并進(jìn)行移動(dòng)的、可能會(huì)干擾定位墊的發(fā)射器的物體。 所有這類具體實(shí)施都被認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
反應(yīng)場(chǎng)樽型本發(fā)明實(shí)施例的反應(yīng)場(chǎng)模型假定由設(shè)置在源磁場(chǎng)中的磁場(chǎng)擾動(dòng)元件所導(dǎo)致的磁反應(yīng)場(chǎng)是通過所述元件中的多個(gè)點(diǎn)源生成的。源磁場(chǎng)可由任何數(shù)量的場(chǎng)發(fā)射器生成。點(diǎn)源可視為場(chǎng)發(fā)射器的擾動(dòng)元件中的圖像。為簡(jiǎn)單起見，對(duì)與本發(fā)明實(shí)施例有關(guān)的模型的描述進(jìn)行了以下假設(shè) 擾動(dòng)元件。熒光檢查儀60包括通過C形臂66連接的準(zhǔn)直器62和檢測(cè)器64。 本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果假定僅檢測(cè)器和準(zhǔn)直器為擾動(dòng)元件，則會(huì)獲得由熒光檢查儀生成的反應(yīng)場(chǎng)的良好結(jié)果，因此，下面的分析中假定僅有兩個(gè)此類元件。然而，也可對(duì)其他擾動(dòng)元件采用相同類型的分析，以使得本發(fā)明的范圍包括任何數(shù)量的此類元件。 發(fā)射器的數(shù)量和類型。為與構(gòu)造觀的三個(gè)三軸線圈相對(duì)應(yīng)，假定有九個(gè)磁場(chǎng)發(fā)射器。發(fā)射器中的每一個(gè)都為近似的雙極。然而，通常對(duì)場(chǎng)發(fā)射器的數(shù)量或構(gòu)造沒有任何限制。 每一個(gè)擾動(dòng)元件中的點(diǎn)源。以舉例的方式，假定給定發(fā)射器在每一個(gè)擾動(dòng)元件中成像時(shí)都生成五個(gè)點(diǎn)源，本文也稱為展開點(diǎn)(因?yàn)橄挛奶峒暗那蛑C函數(shù)是通過這些點(diǎn)展開的)。在其他實(shí)施例中，可以假定每個(gè)發(fā)射器的其他圖像點(diǎn)源數(shù)量，并且用于不同擾動(dòng)元件的源數(shù)量不必相等。在本發(fā)明的實(shí)施例中，假定與不同發(fā)射器對(duì)應(yīng)的五個(gè)點(diǎn)源彼此全等。 此外，假定該五個(gè)點(diǎn)源還位于矩形的中心處和拐角處。 球諧函數(shù)?？蓪⒚恳粋€(gè)點(diǎn)源都視為由雙極、四極和/或更高階的極組成。模型不是分析單獨(dú)的分量，而是假定來自每一個(gè)點(diǎn)源的場(chǎng)都可通過球諧函數(shù)展開來表示。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，展開至3階會(huì)得到良好的結(jié)果，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的范圍包括展開至更低階或更高階。 位置測(cè)量。為簡(jiǎn)單起見，假定相對(duì)于單組軸線測(cè)量所有位置。以舉例的方式，假定該單組軸線基于檢測(cè)器64，其原點(diǎn)位于檢測(cè)器的中心圖像點(diǎn)源處，其中χ軸和y軸由檢測(cè)器中的點(diǎn)源的矩形的邊限定。一個(gè)發(fā)射器首先考慮一個(gè)發(fā)射器以及由發(fā)射器在擾動(dòng)元件(除非另外指明，否則在本文中假定為檢測(cè)器64)中形成的一個(gè)展開點(diǎn)。為簡(jiǎn)單起見，假定所述一個(gè)展開點(diǎn)位于基于檢測(cè)器的(x，y，z)坐標(biāo)組的原點(diǎn)(0，0，0)處，那么離開原點(diǎn)的位置(x，y，z)處的磁反應(yīng)場(chǎng)的表達(dá)式(表示為3元素列向量)為
'Bx(x,y, z)l
By{x,y,z) = [T^ix,y,z)} · [C0](1)
Bz(_x,y, ζ)
'Bx{x,y,z)其中By(XyfZ)為表示為列向量的反應(yīng)場(chǎng)，
Bz{x,y,z)[C0]為基于1-3階球諧函數(shù)項(xiàng)、圍繞原點(diǎn)展開(下文將給出[C]展開形式的表達(dá)式)的15元素列向量，并且[Tsfal (x, y，ζ)]為得自[C0]的球諧函數(shù)項(xiàng)的3X15空間轉(zhuǎn)移矩陣。圖8A-8G示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的[T(x，y，ζ)]的元素中的每一個(gè)。
14
對(duì)于五個(gè)展開點(diǎn)(0,0,0)、(X1, Y1, Z1)、(x2, j2, z2)、(x3, y3, z3)、(x4, y4, z4)而言，
方程⑴變?yōu)?br> By (X1 y, ζ) = [?？臻g(χ, y, ζ) (5)]. [C5](2)
Bz(,x,y, ζ)其中[TSfa](x，y，z)(5)]為3X75空間轉(zhuǎn)移矩陣，并且[C5]為75元素列向量。[Tsra (x,y,z) (5)]通過將四個(gè)[Tsra]矩陣(每一個(gè)矩陣距離原點(diǎn)的偏移量都為其相應(yīng)位移的坐標(biāo))與[Tsra (x, y，ζ)]連接在一起而形成。艮口，[Tsfi (x, y, z) (5)]=[Τ 空間(x，y，ζ) .··!"空間(χ_χ4，y~y4, ζ~ζ4) ](3)[C5]通過將5個(gè)列向量疊加在一起而形成，每一個(gè)列向量都基于圍繞相應(yīng)展開點(diǎn)展開的球諧函數(shù)項(xiàng)。艮口，
！
qIc5I = C2(4)
‘來自一個(gè)發(fā)射器的場(chǎng)來自區(qū)域30中任意點(diǎn)處的任何給定發(fā)射器的場(chǎng)都可通過定位墊制造過程期間執(zhí)行的校準(zhǔn)步驟進(jìn)行計(jì)算。為了表征發(fā)射器，考慮檢測(cè)器64的區(qū)域中的多個(gè)點(diǎn)。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，17個(gè)點(diǎn)已足夠，但也可采用任何其他適合的數(shù)字。在17個(gè)點(diǎn)處的場(chǎng)可通過未受擾動(dòng)的場(chǎng)的51元素列向量[Bis]來表示，其中
Γ引Ξ ·『(5)
瑪7 均7 M根據(jù)以下方程，假定[C5]隨[Bm]而變化[C5] = [Τ 反應(yīng)]· [B 衛(wèi)星](6)其中[Tas]為75X51反應(yīng)矩陣，其中的元素表示檢測(cè)器的反應(yīng)特性。一般情況可通過上述推導(dǎo)，將用于在點(diǎn)(X，y, ζ)處的檢測(cè)器反應(yīng)磁場(chǎng)的表達(dá)式寫為下面的方程(7)。該表達(dá)式假定檢測(cè)器中有九個(gè)發(fā)射器和五個(gè)展開點(diǎn)。^反應(yīng)“，又，幻！二^空間“，又，幻⑶^^反應(yīng)^^衛(wèi)星⑶](7)其中[B反應(yīng)(X，y，ζ)]為3X9反應(yīng)場(chǎng)矩陣，該矩陣有9列，每一列都類似于方程 (1)的反應(yīng)場(chǎng)向量的列，5》^囑‘
〔0158〕0)1為未受擾動(dòng)的場(chǎng)的51X9矩陣，該矩陣具有類似于向量〔8皿〕(方程
⑶)的列， 〔0159〕
01,101,9
匕X匕X三
^17,1 ^17,9
〔0160〕 并且對(duì)于方程⑵和㈤而言，[！ “小力⑶]和〔I反應(yīng)]具有相同的量綱，而 且元素符合方程(了)的要求。
勸61] 應(yīng)當(dāng)理解，乘積[了勃旬(乂，又，2) ^5)1 ‘ [了反應(yīng)]能有效地表征在檢測(cè)器中形成的五幅 圖像。
〔0162〕 方程⑴在系統(tǒng)20的校準(zhǔn)階段和操作階段中均可使用，如下所述。 〔0163〕 在一些實(shí)施例中，通過用〔8反應(yīng)“，口)]和[下空間“，口)⑶]除以|…&，又， | |來改寫方程(了)，而不是按原樣使用方程^，其中^&，”幻為來自在“[幻處的 發(fā)射器的未受擾動(dòng)的場(chǎng)。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，此類改寫可為發(fā)射器場(chǎng)較弱的位置賦予更大 的權(quán)重，并可以補(bǔ)償該場(chǎng)的測(cè)量誤差。
〔0164〕 為簡(jiǎn)單起見，本文的具體實(shí)施方式
假定按原樣使用方程(了)，并且本領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員加以必要的變通后將能夠更改所述具體實(shí)施方式
，以用于實(shí)施例實(shí)現(xiàn)對(duì)上述方程 ⑵的改寫。 〔0165〕 校準(zhǔn)階段
〔0166〕 在校準(zhǔn)階段中，方程⑵用于獲得[、一的值。
〔0167〕 對(duì)于具體位置(^？口)，〔8反應(yīng)(^？^)]的元素可通過如下方式取得當(dāng)檢測(cè)器 64位于對(duì)磁場(chǎng)有擾動(dòng)的位置時(shí)和檢測(cè)器被設(shè)定為不會(huì)擾動(dòng)磁場(chǎng)時(shí)，獲得這兩個(gè)場(chǎng)之間的差值。
〔0168〕 [！巧)的元素可通過圖8中所示的方程取得，假定在適用時(shí)在所述方
程中使用展開點(diǎn)(結(jié)合方程^提及)的位置。
〔0169〕 因此，在方程⑵中，除[、一之外的所有項(xiàng)都是已知的。
〔0170〕 可使用將為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所熟知的方法，通過處理方程⑴取得[！ ^^。
一種用于取得[！^」的此類方法是使〔8反應(yīng)〈X，1，2)1和[！^貞]向量化，并應(yīng)用克羅內(nèi)
克積0生成換算的方程
〔01川
”605反應(yīng)(；^ 乂‘力]^
〔0172〕7" 0『空間⑶江；^)]“反應(yīng)]‘(⑴)
〔0173〕 其中上標(biāo)I表示轉(zhuǎn)置。
勸74] 卯。[了反應(yīng)]通過將方程⑶)的兩邊都乘以〔舊衛(wèi)星⑶卩0 [『空間⑶江叉2)])"^㈨III
』
權(quán)利要求
1.一種方法，包括使用多個(gè)磁發(fā)射器在某一區(qū)域中產(chǎn)生磁場(chǎng)；將場(chǎng)擾動(dòng)元件引入所述區(qū)域中；表征每一個(gè)磁發(fā)射器在所述場(chǎng)擾動(dòng)元件中的多幅圖像；根據(jù)所表征的圖像計(jì)算所述區(qū)域中的反應(yīng)磁場(chǎng)；將探針定位在所述區(qū)域中，并且測(cè)量在所述探針處的被擾動(dòng)的磁場(chǎng)；以及針對(duì)所測(cè)量的被擾動(dòng)的磁場(chǎng)和所計(jì)算的反應(yīng)磁場(chǎng)來確定所述探針的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中產(chǎn)生所述磁場(chǎng)的步驟包括在不存在所述場(chǎng)擾動(dòng)元件的情況下測(cè)量所述磁場(chǎng)，以及在所述區(qū)域中存在所述場(chǎng)擾動(dòng)元件的情況下測(cè)量所述磁場(chǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述場(chǎng)擾動(dòng)元件引入所述區(qū)域中的步驟包括測(cè)量所述場(chǎng)擾動(dòng)元件相對(duì)于由所述磁發(fā)射器限定的軸線的位置和取向。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中測(cè)量所述場(chǎng)擾動(dòng)元件的所述位置和所述取向的步驟包括針對(duì)所述反應(yīng)磁場(chǎng)適應(yīng)地計(jì)算所述位置和所述取向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中表征所述多幅圖像的步驟包括假定所述多幅圖像相對(duì)于彼此處于預(yù)定構(gòu)型。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述預(yù)定構(gòu)型包括矩形，并且其中所述多幅圖像包括五幅圖像，所述五幅圖像位于所述矩形的拐角和中心處。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中計(jì)算所述反應(yīng)磁場(chǎng)的步驟包括根據(jù)球諧函數(shù)展開來計(jì)算所述反應(yīng)磁場(chǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中計(jì)算所述反應(yīng)磁場(chǎng)的步驟包括進(jìn)行高達(dá)3階的所述球諧函數(shù)展開。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中根據(jù)所述球諧函數(shù)展開來計(jì)算所述反應(yīng)磁場(chǎng)的步驟包括將所述球諧函數(shù)展開配置成空間轉(zhuǎn)移矩陣，所述方法還包括確定作為反應(yīng)場(chǎng)矩陣的所述場(chǎng)擾動(dòng)元件的性質(zhì)，并且其中計(jì)算所述反應(yīng)磁場(chǎng)的步驟響應(yīng)于所述空間轉(zhuǎn)移矩陣與所述反應(yīng)場(chǎng)矩陣的乘積。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中定位所述探針的步驟包括將所述探針定位在患者體內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述場(chǎng)擾動(dòng)元件包括熒光檢查儀的至少一部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括將所述熒光檢查儀的熒光檢查儀軸線與由所述發(fā)射器限定的軸線配準(zhǔn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中配準(zhǔn)所述熒光檢查儀軸線的步驟包括用固定地連接到所述發(fā)射器的攝像頭來形成附接到所述熒光檢查儀的基準(zhǔn)標(biāo)記的圖像。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中引入所述場(chǎng)擾動(dòng)元件的步驟包括針對(duì)所述圖像來測(cè)量所述場(chǎng)擾動(dòng)元件的位置和取向。
15.一種設(shè)備，包括多個(gè)磁發(fā)射器，所述多個(gè)磁發(fā)射器被配置用于在某一區(qū)域中產(chǎn)生磁場(chǎng)； 場(chǎng)擾動(dòng)元件，所述場(chǎng)擾動(dòng)元件被引入所述區(qū)域中；和處理器，所述處理器被配置用于表征每一個(gè)磁發(fā)射器在所述場(chǎng)擾動(dòng)元件中的多幅圖像，根據(jù)所表征的圖像計(jì)算所述區(qū)域中的反應(yīng)磁場(chǎng)，測(cè)量設(shè)置在所述區(qū)域中的探針處的被擾動(dòng)的磁場(chǎng)，以及針對(duì)所測(cè)量的被擾動(dòng)的磁場(chǎng)和所計(jì)算的反應(yīng)磁場(chǎng)來確定所述探針的位置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述處理器被配置用于在不存在所述場(chǎng)擾動(dòng)元件的情況下測(cè)量所述磁場(chǎng)，以及在所述區(qū)域中存在所述場(chǎng)擾動(dòng)元件的情況下測(cè)量所述磁場(chǎng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述處理器被配置用于測(cè)量所述場(chǎng)擾動(dòng)元件相對(duì)于由所述磁發(fā)射器限定的軸線的位置和取向。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中測(cè)量所述場(chǎng)擾動(dòng)元件的所述位置和所述取向的步驟包括針對(duì)所述反應(yīng)磁場(chǎng)適應(yīng)地計(jì)算所述位置和所述取向。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中表征所述多幅圖像的步驟包括假定所述多幅圖像相對(duì)于彼此處于預(yù)定構(gòu)型。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中所述預(yù)定構(gòu)型包括矩形，并且其中所述多幅圖像包括五幅圖像，所述五幅圖像位于所述矩形的拐角和中心處。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中計(jì)算所述反應(yīng)磁場(chǎng)的步驟包括根據(jù)球諧函數(shù)展開來計(jì)算所述反應(yīng)磁場(chǎng)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中計(jì)算所述反應(yīng)磁場(chǎng)的步驟包括進(jìn)行高達(dá)3階的所述球諧函數(shù)展開。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中根據(jù)所述球諧函數(shù)展開來計(jì)算所述反應(yīng)磁場(chǎng)的步驟包括將所述球諧函數(shù)展開配置成空間轉(zhuǎn)移矩陣，其中所述處理器被配置用于確定作為反應(yīng)場(chǎng)矩陣的所述場(chǎng)擾動(dòng)元件的性質(zhì)，并且針對(duì)所述空間轉(zhuǎn)移矩陣與所述反應(yīng)場(chǎng)矩陣的乘積來計(jì)算所述反應(yīng)磁場(chǎng)。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述探針定位在患者體內(nèi)。
25.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述場(chǎng)擾動(dòng)元件包括熒光檢查儀的至少一部分。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，還包括將所述熒光檢查儀的熒光檢查儀軸線與由所述發(fā)射器限定的軸線配準(zhǔn)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中配準(zhǔn)所述熒光檢查儀軸線的步驟包括用固定地連接到所述發(fā)射器的攝像頭來形成附接到所述熒光檢查儀的基準(zhǔn)標(biāo)記的圖像。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中所述處理器被配置用于針對(duì)所述圖像來測(cè)量所述場(chǎng)擾動(dòng)元件的位置和取向。
29.—種方法,包括在定位墊上安裝磁發(fā)射器，所述磁發(fā)射器被配置用于在患者體內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)；將定位墊攝像頭以相應(yīng)的固定取向附接到所述定位墊；將可旋轉(zhuǎn)攝像頭連接到所述定位墊；將基準(zhǔn)標(biāo)記附接到熒光檢查儀，所述熒光檢查儀被配置用于使所述患者成像；將所述熒光檢查儀定位到不同位置中；以及對(duì)每一個(gè)位置都執(zhí)行如下操作將所述可旋轉(zhuǎn)攝像頭取向?yàn)橐阎∠?，用所述可旋轉(zhuǎn)攝像頭和所述定位墊攝像頭形成所述基準(zhǔn)標(biāo)記的相應(yīng)的圖像，并且分析所述相應(yīng)的圖像，以將所述熒光檢查儀的位置和取向與所述定位墊的軸線配準(zhǔn)。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的方法，還包括從所述定位墊移除所述可旋轉(zhuǎn)攝像頭，以及僅使用由所述定位墊攝像頭形成的所述基準(zhǔn)標(biāo)記的圖像來確定所述熒光檢查儀相對(duì)于所述定位墊軸線的所述位置和所述取向。
31.根據(jù)權(quán)利要求四所述的方法，其中將所述定位墊攝像頭附接到所述定位墊的步驟包括將可拆卸夾具附接到所述定位墊，以及通過用所述攝像頭使所述夾具成像而將所述定位墊攝像頭與所述相應(yīng)的固定取向?qū)R。
32.—種設(shè)備，包括 定位墊；磁發(fā)射器，所述磁發(fā)射器安裝在所述定位墊上，并且被配置用于在患者體內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)；定位墊攝像頭，所述定位墊攝像頭以相應(yīng)的固定取向附接到所述定位墊； 可旋轉(zhuǎn)攝像頭，所述可旋轉(zhuǎn)攝像頭連接到所述定位墊； 熒光檢查儀，所述熒光檢查儀被配置用于使所述患者成像； 基準(zhǔn)標(biāo)記，所述基準(zhǔn)標(biāo)記附接到所述熒光檢查儀；和處理器，所述處理器被配置用于將所述熒光檢查儀定位到不同位置中，并對(duì)每一個(gè)位置都執(zhí)行如下操作 將所述可旋轉(zhuǎn)攝像頭取向?yàn)橐阎∠?，用所述可旋轉(zhuǎn)攝像頭和所述定位墊攝像頭形成所述基準(zhǔn)標(biāo)記的相應(yīng)的圖像，以及分析所述相應(yīng)的圖像，以將所述熒光檢查儀的位置和取向與所述定位墊的軸線配準(zhǔn)。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述處理器被配置用于當(dāng)所述可旋轉(zhuǎn)攝像頭從所述定位墊移除時(shí)，僅使用所述定位墊攝像頭形成的所述基準(zhǔn)標(biāo)記的圖像來確定所述熒光檢查儀相對(duì)于所述定位墊軸線的所述位置和所述取向。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的設(shè)備，還包括可拆卸夾具，所述可拆卸夾具被配置用于附接到所述定位墊，并且其中所述定位墊攝像頭被配置用于通過用所述攝像頭使所述夾具成像而與所述相應(yīng)的固定取向?qū)R。
全文摘要
本發(fā)明涉及補(bǔ)償由熒光檢查儀產(chǎn)生的磁干擾。本發(fā)明公開了一種方法，所述方法包括使用多個(gè)磁發(fā)射器在某一區(qū)域中產(chǎn)生磁場(chǎng)，以及將場(chǎng)擾動(dòng)元件引入所述區(qū)域中。所述方法包括表征每一個(gè)磁發(fā)射器在所述場(chǎng)擾動(dòng)元件中的多幅圖像，以及根據(jù)所述表征的圖像計(jì)算所述區(qū)域中的反應(yīng)磁場(chǎng)。所述方法還包括將探針定位在所述區(qū)域中，測(cè)量在所述探針處的被擾動(dòng)的磁場(chǎng)，以及針對(duì)所測(cè)量的被擾動(dòng)的磁場(chǎng)和所計(jì)算的反應(yīng)磁場(chǎng)來確定所述探針的位置。
文檔編號(hào)A61B5/05GK102525471SQ20111046155
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者A·D·蒙塔格, M·巴-塔爾, T·H·巴-安 申請(qǐng)人:韋伯斯特生物官能(以色列)有限公司