AT506048A2 - Vorrichtung und verfahren zur minimierung der gegenseitigen induktivitätskopplung zwischen spulen eines elektromagnetischen erfassungssystems - Google Patents

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DIPL.-ING. WALTER HOLZER DIPL.-ING. DR. TECHN. ELISABETH SCHOBER

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft im allgemeinen ein elektromagnetisches Erfassungssystem, das elektromagnetische Felder zur Bestimmung der Position und der Ausrichtung eines Objektes benutzt, und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Minimierung der gegenseitigen Induktivitätskopplung zwischen Spulen eines elektromagnetischen Erfassungssystems.

Elektromagnetische Erfassungssysteme werden in zahlreichen Industriezweigen und Anwendungen verwendet, um Information über die Position und die Ausrichtung betreffend eines Objektes zu erhalten. Zum Beispiel können elektromagnetische Erfassungssysteme in Anwendungen der Luftfahrt, Anwendungen der Bewegungserkennung, Einzelhandelsanwendungen und medizinischen Anwendungen nützlich sein. Elektromagnetische Erfassungssysteme wurden in medizinischen Anwendungen dazu verwendet, einen Operator (z.B. einen Arzt, einen Chirurg oder einen anderen medizinisch Tätigen) mit Information zur Unterstützung bei der genauen und schnellen Anordnung eines medizinischen Gerätes oder Instrumentes, das in oder nahe eines Patientenkörpers während des bildgeführten Eingriffes angeordnet ist, zu schaffen. Ein elektromagnetisches Erfassungssystem schafft Information der Position und der Ausrichtung für eine medizinische Vorrichtung oder ein Instrument hinsichtlich des Patienten oder eines Bezugssystems. Ein elektromagnetisches Erfassungssystem schafft eine intraoperative Erfassung der genauen Position einer medizinischen Vorrichtung oder eines Instrumentes hinsichtlich multidimensionaler Bilder einer Patientenanatomie .

Ein elektromagnetisches Erfassungssystem verwendet Visualisierungswerkzeuge, um den medizinisch Tätigen mit ergänzend' aufgezeichneten Ansichten graphischer Darstellungen des medizinischen Gerätes oder Instrumentes mit voroperativen oder intraoperativen Bildern der Patientenanatomie zu versorgen. Mit anderen Worten erlaubt es ein elektromagnetisches Erfassungssystem dem medizinisch Tätigen, die Patientenanatomie zu vi-sualisieren und die Position und Ausrichtung eines medizinischen Gerätes oder Instrumentes bezüglich der Patientenanatomie zu erfassen. Sobald das medizinische Gerät oder Instrument hinsichtlich der Patientenanatomie geortet ist, wird das dargestellte Bild kontinuierlich erneuert und gibt die Position und die Ausrichtung des medizinischen Gerätes oder Instrumentes in Echt zeit wieder. Die Verbindung von Bild und Wiedergabe des erfaßten medizinischen Gerätes oder Instrumentes schafft Positions- und Ausrichtungsinformation, die es einem medizi-

• ··· · · • · ····· • · · · • ·· ♦ nisch Tätigen erlaubt, ein medizinisches Gerät oder Instrument an eine gewünschte Stelle mit einer genauen Position und Ausrichtung zu steuern.

Im allgemeinen beinhalten elektromagnetische Erfassungssysteme elektromagnetische Sender und elektromagnetische Empfänger mit zumindest einer Spule oder einem Spulenfeld. Ein wechselndes Steuerstromsignal wird an jede Spule in dem elektromagnetischen Sender angeschlossen, das ein elektromagnetisches Feld, das von jeder Spule des elektromagnetischen Senders ausgestrahlt wird, erzeugt. Das elektromagnetische Feld, das in jeder Spule des elektromagnetischen Senders erzeugt wird, induziert eine Spannung in jeder Spule des elektromagnetischen Empfängers. Diese Spannungen sind bezeichnend für die gegenseitigen Induktivitäten zwischen den Spulen des elektromagnetischen Senders und den Spulen des elektromagnetischen Empfängers. Diese Spannungen und gegenseitigen Induktivitäten werden zur Weiterverarbeitung an einen Computer geschickt. Der Computer verwendet die gemessenen Spannungen und gegenseitigen Induktivitäten, um die Position und die Ausrichtung der Spulen des elektromagnetischen Senders relativ zu den Spulen des elektromagnetischen Empfängers oder der Spulen des elektromagnetischen Empfängers relativ zu den Spulen des elektromagnetischen Senders, einschließend sechs Freiheitsgrade (x-, y-und z-Messungen ebenso wie Roll-, Neigungs- und Gierwinkel), zu berechnen. 4 ·· • · • V • · • ·· • · • · • · ··· · ·· · • · ··· · · • ····· • · · ·· t

Vorzugsweise können die gegenseitigen Induktivitäten zwischen den Spulen des elektromagnetischen Senders und des elektromagnetischen Empfängers ohne Ungenauigkeiten gemessen werden. Elektromagnetische Erfassungssysteme sind allerdings dafür bekannt, an Genauigkeitseinbußen aufgrund einer Verzerrung des elektromagnetischen Feldes, die durch die Anwesenheit eines unspezifizierten metallischen Verzerrers innerhalb des Erfassungsbereiches oder elektromagnetischen Feldes des elektromagnetischen Erfassungssystems verursacht ist, zu leiden. Die Anwesenheit eines unspezifizierten metallischen Verzerrers innerhalb des Erfassungsbereiches oder des elektromagnetischen Erfassungssystems kann eine Verzerrung des elektromagnetischen Feldes des elektromagnetischen Erfassungssystems erzeugen. Diese Verzerrung kann Ungenauigkeiten bei der Erfassung der Position und Ausrichtung von medizinischen Geräten und Instrumenten verursachen, indem Ungenauigkeiten bei den Positionsund Ausrichtungsberechnungen der Spulen des elektromagnetischen Senders relativ zu den Spulen des elektromagnetischen Empfängers oder der Spulen des elektromagnetischen Empfängers relativ zu den Spulen des elektromagnetischen Senders erzeugt werden.

Bei einer zusätzlichen Betrachtung können elektromagnetische Erfassungssysteme durch die Anzahl der Freiheitsgrade, die sie erfassen können, begrenzt sein. Im allgemeinen hängt die Anzahl der Freiheitsgrade, die ein elektromagnetisches Er- fassungssystem erfassen und auflösen kann, von der Anzahl der Sender- und Empfängerspulen des Systems ab. Zum Beispiel kann ein System, das eine einzelne Senderspule und eine Vielzahl an Empfängerspulen umfaßt, ein Gerät oder ein Instrument nur in fünf Freiheitsgraden (x-, y- und z-Koordinaten ebenso wie Nei-gungs- und Gierwinkel) erfassen. Der Rollwinkel ist nicht meßbar. Wie einzusehen ist, ist das Magnetfeld einer Spule, die klein genug ist, um näherungsweise ein Dipol zu sein, symmetrisch um die Spulenachse (Rollachse der Spule). Das Drehen der Spule um die Spulenachse (d.h. der Freiheitsgrad, der allgemein als „Roll"winkel bekannt ist) ändert demzufolge das Magnetfeld nicht. Der Rechner, der die Berechnung durchführt, kann nicht die Rotationsausrichtung (Rollwinkel) der Spule auf lösen. Nur fünf Freiheitsgrade der Position und der Ausrichtung sind konsequenterweise erfaßbar.

Ein Ansatz, um die Rollwinkelmessung zu erhalten, besteht darin, eine weitere Spule zu der elektromagnetischen Senderoder der elektromagnetischen Empfängerkonfiguration hinzuzufügen. Allerdings bringt die Anordnung zweier Spulen in enger Nähe zueinander die „gegenseitige Induktivitätskopplung" in das Ensemble. Die gegenseitige Induktivitätskopplung zwischen Spulen kann sich negativ auf die Genauigkeitsleistung eines elektromagnetischen Erfassungssystems auswirken, weil Querkopplungsströme nicht genau gemessen werden können. Die gegenseitige Induktivitätskopplung zwischen zwei Spulen erlaubt es 6

• ··· · · • · ♦ ·♦·· * * · · • ·· · • · · dem Strom einer Spule, eine Spannung in der zweiten Spule zu induzieren, wobei ein Stromfluß in der zweiten Spule in der Wellenform der ersten Spule erzeugt wird. Dieser unerwünschte Strom erschwert die Unterscheidung der Magnetfelder beider Spulen.

Daher besteht ein Bedarf für eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Minimierung der gegenseitigen Induktivitätskopplung zwischen Spulen in einem elektromagnetischen Erfassungssystem.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

In einer Ausführungsform ist ein elektromagnetisches Erfassungssystem gezeigt, das zumindest eine Senderbaugruppe mit zumindest zwei Senderspulen umfaßt, wobei die zumindest zwei Senderspulen voneinander beabstandet sind und angeordnet sind, um die gegenseitige Induktivitätskopplung zwischen den zumindest zwei Senderspulen zu minimieren; zumindest eine Empfängerbaugruppe mit zumindest einer Empfängerspule, wobei die zumindest eine Empfängerbaugruppe mit den zumindest zwei Spulen der zumindest einen Senderbaugruppe kommuniziert und von ihnen Signale empfängt; und eine Elektronik, die mit der zumindest einen Senderbaugruppe und der zumindest einen Empfängerbaugruppe gekoppelt ist und mit ihnen kommuniziert, um die Position und die Ausrichtung eines zu erfassenden Objektes zu berechnen. 7 • ···· ·· · ·♦ · · ·

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In einer Ausführungsform ist ein Verfahren zur Minimierung der gegenseitigen Induktivitätskopplung zwischen Spulen in einem elektromagnetischen Erfassungssystem gezeigt, wobei das Verfahren das Anordnen von zumindest zwei Spulen der Senderbaugruppe in einer feststehenden Anordnung umfaßt, wobei die zumindest zwei Spulen voneinander beabstandet und bei einem feststehenden Winkel bezüglich einer longitudinalen Achse, die sich durch die zumindest zwei Spulen erstreckt, angeordnet sind; Aussetzen eines Steuersignals an jede Spule der zumindest zwei Spulen der Senderbaugruppe, um ein Magnetfeld jeder Spule zu erzeugen; Erfassen jeder Spule der zumindest zwei Spulen der Senderbaugruppe unabhängig als einzelne Spulen mit einer Empfängerbaugruppe und einer Elektronik zur Bestimmung der Position der zumindest zwei Spulen; und Verwenden der erfaßten Positionen und der bekannten feststehenden Anordnung der zumindest zwei Spulen zur Bestimmung der Ausrichtungen der zumindest zwei Spulen.

In einer Ausführungsform ist eine Vorrichtung zur Minimierung der gegenseitigen Induktivitätskopplung zwischen Spulen in einem elektromagnetischen Erfassungssystem gezeigt, wobei das System zumindest eine elektromagnetische Senderbaugruppe mit zumindest zwei Spulen umfaßt, wobei die zumindest zwei Spulen der zumindest einen Senderbaugruppe voneinander beabstandet und bei einem feststehenden Winkel bezüglich einer longitudinalen Achse, die sich durch die zumindest zwei Spulen 8 8 ··

♦ ♦·♦· ·· « ·♦ ♦ · · • · ·«· · · • · · · ···· • · · · « ·♦· · ·· · erstreckt, angeordnet sind; zumindest eine elektromagnetische Empfängerbaugruppe mit zumindest einer Spule; eine Steuerschaltung für jede Spule der zumindest zwei Spulen der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe, die einen Steuerstrom an jede Spule zum Aktivieren jeder Spule schaffen kann und bei jeder Spule dazu führt, daß ein Magnetfeld, das durch zumindest eine Spule der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe erfaßt werden kann, erzeugt wird; eine Schaltung mit offenem Schaltkreis für jede Spule der zumindest zwei Spulen der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe, die einen offenen Schaltkreis für jede Spule schaffen kann und sicherstellt, daß kein Strom durch eine offen geschaltete Spule fließt; und eine Elektronik, die an zumindest eine Senderbaugruppe und an zumindest eine Empfängerbaugruppe gekoppelt ist und mit ihnen zur Berechnung der Position und der Ausrichtung eines zu erfassenden Objektes kommuniziert; wobei die zumindest eine elektromagnetische Senderbaugruppe an einer Halterung befestigt ist, um die zumindest eine elektromagnetische Senderbaugruppe, die mechanisch relativ zu der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe befestigt ist, zu halten.

In einer Ausführungsform ist ein Verfahren zum Verbessern des Erfassens eines elektromagnetischen Erfassungssystems gezeigt, wobei das Verfahren das Kalibrieren einer einzelnen Senderbaugruppe umfaßt, die zwei oder mehr einzelne Spulen • ···· ·· · ·· · · · • · ··· · · • · · · ···· • · · · « • · ·· aufweist, durch Bestimmung der inhärenten gegenseitigen Induktivität skopplung zwischen den zwei oder mehr einzelnen Spulen; Herstellen einer mathematischen Darstellung der inhärenten gegenseitigen Induktivitätskopplung zwischen den zwei oder mehr einzelnen Spulen der einzelnen Senderbaugruppe und Speichern der hergestellten mathematischen Darstellung in Verbindung mit der bestimmten Senderbaugruppe; Erfassen der Position und Ausrichtung der bestimmten Senderbaugruppe; und Anpassen der erfaßten Position und Ausrichtung der ausgewählten Senderbaugruppe, um irgendwelche Fehler, die durch die inhärente gegenseitige Induktivitätskopplung zwischen den zwei oder mehr einzelnen Spulen der ausgewählten Senderbaugruppe verursacht sind, auszugleichen.

Verschiedene andere Merkmale, Objekte und Vorteile der Erfindung werden für den Fachmann aus den beigefügten Zeichnungen und deren detaillierter Beschreibung ersichtlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform eines elektromagnetischen Erfassungssystems dar-stellt;

Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform einer Anordnung einer elektromagneti- 10 10 • · • · ·· · • · · • · · • · · ·· ··· · ···· Μ · • · · • ··· · · • # · ···· • · · · sehen Sender- oder Empfängerspule für ein elektromagnetisches Erfassungssystem darstellt;

Fig. 3 ist ein Flußdiagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zur Minimierung der gegenseitigen Induktivitätskopplung in einem elektromagnetischen Erfassungssystem darstellt;

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform eines Systems zur Minimierung der gegenseitigen Induktivitätskopplung zwischen Spulen in einem elektromagnetischen Erfassungssystem darstellt; und

Fig. 5 ist ein Flußdiagram, das eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zur Minimierung der gegenseitigen Induktivitätskopplung zwischen Spulen in einem elektromagnetischen Erfassungssystem darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Nun bezugnehmend auf die Zeichnungen zeigt Fig. 1 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines elektromagnetischen Erfassungssystems 10. Das elektromagnetische Erfassungssystem 10 umfaßt zumindest eine elektromagnetische Senderbaugruppe 12 mit zwei oder mehr Spulen und zumindest eine elektromagnetische Empfängerbaugruppe 14 mit zwei oder mehr Spulen. Die zumindest eine elektromagnetische Senderbaugruppe 12 mit zwei oder mehr Spulen ist ausgerichtet, um die gegen- 11 11

···· ·· · • · ♦ • ··· ♦ · • · ♦ ···· • ♦ ♦ · seitige Induktivitätskopplung zwischen zwei oder mehr Spulen zu minimieren.

Das elektromagnetische Erfassungssystem 10 umfaßt weiters einen erfassenden Arbeitsplatzrechner 20, der mit der zumindest einen Senderbaugruppe 12 und der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 14 gekoppelt ist und von ihnen Daten empfängt, eine Anwenderschnittstelle 30, die mit dem erfassenden Arbeitsplatzrechner 20 gekoppelt ist, und eine Anzeige 40 zur Visualisierung der bildgebenden und erfassenden Daten. Der erfassende Arbeitsplatzrechner 20 umfaßt einen Erfassungssystem-Computer 22 und ein Erfassungsmodul 26. Der Erfassungssystem-Computer 22 umfaßt zumindest einen Prozessor 23, einen System Controller 24 und einen Speicher 25.

Die zwei oder mehr Spulen der zumindest einen elektromagnetischen Sender- und Empfängerbaugruppen 12, 14 können mit verschiedenen Spulenarchitekturen gebaut werden. Spulen des Typs des Industriestandards für Spulenarchitektur (Industry Standard Coil Architecture - ISCA) sind als drei näherungsweise nebeneinanderliegende, näherungsweise orthogonale und näherungsweise Dipol-Spulen definiert. Daher würde ein ISCA-elek-tromagnetisches Erfassungssystem drei näherungsweise nebeneinanderliegende, näherungsweise orthogonale und näherungsweise Dipol-Spulen für den Sender und drei näherungsweise nebeneinanderliegende, näherungsweise orthogonale und näherungsweise Dipol-Spulen für den Empfänger umfassen. Mit anderen Worten ·· • • ···· ·· • · • · • · ·· • • • · • • • • • • ··· + · ·· ··· ··· • ·· umfaßt eine ISCA-Konfiguration einen Drei-Achsen-Dipol-Spulen-Sender und einen Drei-Achsen-Dipol-Spulen-Empfänger. Die Senderspulen und Empfängerspulen sind in der ISCA-Konf iguration so eingerichtet, daß die drei Spulen (d.h. die Spulentrios) denselben effektiven Bereich aufweisen, orthogonal zueinander ausgerichtet und an demselben Punkt zentriert sind. Unter Verwendung dieser Konfiguration können Parametermessungen erhalten werden (d.h. eine Messung zwischen jeder Senderspule und jeder Empfängerspule). Eine Berechnung kann aus den Parametermessungen die Information über Position und Ausrichtung für jede Spule des Senders hinsichtlich jeder Spule des Empfängers und umgekehrt bestimmen. Wenn sich jede der Senderbaugruppe und der Empfängerbaugruppe in einer bekannten Position befindet, kann die Berechnung auch die Information der Position und Ausrichtung relativ zu der bekannten Position lösen.

In einer beispielhaften Ausführungsform können zwei oder mehr Spulen der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 12 als einzelne Dipol-Spulen charakterisiert sein und Magnetfelder aussenden, wenn Strom durch die Spulen geleitet wird. Der Fachmann wird erkennen, daß eine Vielzahl von Senderspulen in einer Zusammenstellung verwendet werden kann, um eine Vielzahl von Magnetfeldern zu erzeugen. Ähnlich zu der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 12 können die zwei oder mehr Spulen der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 14 als einzelne Dipol-Spulen charak- 13 13 ·· • • • 99# • · • · 999· • · • 99 · • · ···· • · · · # • · · 9 « ·· ··· ··· · terisiert sein und die durch die zumindest eine elektromagnetische Senderbaugruppe 12 ausgesendeten Magnetfelder erkennen. Wenn ein Strom zu den Spulen der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 12 zugeführt ist, können die durch die Spulen erzeugten Magnetfelder eine Spannung in jeder Spule der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 14 induzieren. Die induzierte Spannung ist ein Hinweis auf die gegenseitige Induktivität zwischen den zwei oder mehr Spulen der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 12. Daher wird die induzierte Spannung entlang jeder Spule der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 14 erfaßt und berechnet, um die gegenseitige Induktivität zwischen jeder Spule der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 12 und jeder Spule der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 14 zu bestimmen.

Die Messungen des Magnetfeldes können verwendet werden, um die Position und die Ausrichtung der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 12 hinsichtlich der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 14 oder umgekehrt gemäß irgendeinem angemessenen Verfahren oder einer Vorrichtung zu berechnen. Die Messungen des erfaßten Magnetfeldes werden durch eine Elektronik, die in der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 14 oder dem Erfassungsmodul 26 enthalten sein kann, digitalisiert. Die Messungen des Magnetfeldes oder die digitalisierten Signale können von der zu- 14

··· • ··· · · • · ····· • · · · • · ·· · mindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 14 zu dem Erfassungssystem-Computer 22 unter Verwendung von verkabelten oder kabellosen Kommunikationsprotokollen und Schnittstellen übertragen werden. Die digitalisierten Signale, die durch den Erfassungssystem-Computer 22 empfangen werden, stellen die Information des Magnetfeldes, die durch die zumindest eine elektromagnetische Empfängerbaugruppe 14 erfaßt ist, dar. Die digitalisierten Signale werden dazu verwendet, die Information zur Position und Ausrichtung der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 12 oder dem zumindest einen elektromagnetischen Empfängerfeld 14 zu berechnen.

Die Information zur Position und Ausrichtung wird dazu verwendet, die Ortung der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 14 oder der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 12 zu registrieren, um Bilddaten von einem bildgebenden System zu erhalten. Die Daten der Position und der Ausrichtung werden auf einer Anzeige 40 visualisiert, die in Echtzeit die Ortung der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 12 oder der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 14 auf zuvor erhaltenen oder Echtzeitbildern des bildgebenden Systems zeigt. Die erhaltenen Bilddaten können von einem bildgebenden System der Computertomographie (CT) , einem bildgebenden System der Magnetresonanz (MR) , einem bildgebenden System der Positronenemissionstomographie (PET), einem bildgebenden System mit Ultraschall, ei- 15 • · • · · • ♦ · • « · ·· ··· • · ··· ···· ·· · ♦ · · • ··· · · * · *···· • · · · nem bildgebenden System mit Röntgenstrahlen oder einer angemessenen Kombination daraus stammen. Alle sechs Freiheitsgrade (drei der Position (x, y, z) und drei der Ausrichtung (Rollwinkel, Neigungswinkel, Gierwinkel)) der zumindest einen elektromagnetischem Empfängerbaugruppe 14 oder der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 12 können bestimmt und erfaßt werden.

In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Spulen der zumindest einen elektromagnetischen Sender- und Empfängerbaugruppen 12, 14 entweder präzise hergestellt oder während der Herstellung präzise vermessen, um mathematische Modelle der Spulen in den zumindest einen elektromagnetischen Senderund Empfängerbaugruppen 12, 14 zu erhalten. Die Position und die Ausrichtung der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 14 hinsichtlich der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 12 kann aus den Messungen des Magnetfeldes und den mathematischen Modellen der Spulen bestimmt werden. Alternativ kann die Position und die Ausrichtung der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 12 hinsichtlich der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 14 bestimmt werden.

In einer beispielhaften Ausführungsform kann die zumindest eine elektromagnetische Senderbaugruppe 12 eine batteriebetriebene kabellose Senderbaugruppe, eine passive Senderbaugruppe oder eine verkabelte Senderbaugruppe sein. In einer • · • ···· ·· · 16 • · · ♦ ······ • ♦ · · · · · ···· • · · ····· ♦ ♦ ♦♦♦ ··♦ ♦ ·· · beispielhaften Ausführungsform kann die zumindest eine elektromagnetische Empfängerbaugruppe 14 eine batteriebetriebene kabellose Empfängerbaugruppe, eine passive Empfängerbaugruppe oder eine verkabelte Empfängerbaugruppe sein.

In einer beispielhaften Ausführungsform kann die zumindest eine elektromagnetische Senderbaugruppe 12 an einem medizinischen Gerät oder Instrument, das erfaßt wird, befestigt sein, und die zumindest eine elektromagnetische Empfängerbaugruppe 14 kann innerhalb des zumindest einen elektromagnetischen Feldes, das durch die zumindest eine elektromagnetische Senderbaugruppe 12 erzeugt wird, angeordnet sein.

In einer beispielhaften Ausführungsform kann die zumindest eine elektromagnetische Empfängerbaugruppe 14 an einem medizinischen Gerät oder Instrument, das erfaßt wird, befestigt sein, und die zumindest eine elektromagnetische Senderbaugruppe 12 kann angeordnet sein, um zumindest ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, das durch die zumindest eine elektromagnetische Empf ängerbaugruppe 14 empfangen werden kann.

In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Erfassungsmodul 26 eine St euer Schaltung enthalten, die dazu ausgerichtet ist, einen Steuerstrom an jede Spule der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 12 abzugeben. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Steuerschaltung auf der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 12 enthalten sein. In einem Beispiel kann der Steuerstrom durch

·· · · · • · · · · · · • · · ····· • · · · · ····· ·· · eine Steuerschaltung zur Verfügung gestellt sein, um eine Spule der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 12 zu betreiben und dabei ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, das durch eine Spule der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 14 erfaßt wird. Der Steuerstrom kann aus einer periodischen Wellenform mit einer vorgegebenen Frequenz (z.B. eine Sinuskurve, Kosinuskurve oder ein anderes periodisches Signal) bestehen. Der an einer Spule liegende Steuerstrom wird ein elektromagnetisches Feld derselben Frequenz wie die des Steuerstromes erzeugen. Das elektromagnetische Feld, das durch eine Spule der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 12 erzeugt ist, induziert eine Spannung, die ein Hinweis auf die gegenseitige Induktivität in einer Spule der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 14 darstellt. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Erfassungsmodul 26 eine Schaltung zum Erhalten der Empfängerdaten enthalten, um Daten der Spannung und der gegenseitigen Induktivität von der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 14 zu empfangen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Schaltung zum Erhalten der Empfängerdaten auf der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 14 enthalten sein.

In einer beispielhaften Ausführungsform können an die zwei oder mehr Spulen der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 12 Sinuswellen-Signale angelegt werden, die bei 18 18 • ♦ • · · ♦ · *«· « · • · ♦ · · · · ···· • · · «···· ·· ♦·· ·♦· · ·· « unterschiedlichen Frequenzen, oberhalb der Netzfrequenzen von 50 bis 60 Hz, arbeiten. In einer beispielhaften Ausführungsform können die Sinuswellen-Signale bei Frequenzen zwischen 8 kHz und 40 kHz, folglich Magnetfelder bei Frequenzen zwischen 8 kHz und 40 kHz erzeugend, liegen.

In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Erfassungssystem-Computer 22 zumindest einen Prozessor 23 enthalten, wie zum Beispiel einen digitalen Signalprozessor, eine CPU oder ähnliches. Der Prozessor 23 kann die gemessene Spannung und Daten der gegenseitigen Induktivität von der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 14 verarbeiten, um die Position und die Ausrichtung der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 12 oder der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 14 zu erfassen.

Der zumindest eine Prozessor 23 kann irgendeinen angemessenen Algorithmus bzw. irgendwelche angemessenen Algorithmen ausführen, um das gemessene Spannungssignal, das die gegenseitige Induktivität anzeigt, zu verwenden, um die Position und die Ausrichtung der zumindest einen elektromagnetischen Empfänge rbaugruppe 14 relativ zu der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 12 oder der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 12 relativ zu der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 14 zu berechnen.

Zum Beispiel kann der zumindest eine Prozessor 23 die Verhältnisse der gegenseitigen Induktivität zwischen jeder Spule der 19 • · ··· · · • · · · ···· ·· ··· ♦·· · ·· · zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 14 und jeder Spule der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 12 dazu verwenden, die relativen Positionen der Spulen zu triangulieren. Der zumindest eine Prozessor 23 kann dann diese relativen Positionen dazu verwenden, die Position und die Ausrichtung der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 12 und der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 14 zu berechnen.

In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Erfassungssystem-Computer 22 einen System Controller 24 enthalten.

Der System Controller 24 kann Arbeitsschritte des elektromagnetischen Erfassungssystems 10 kontrollieren.

In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Erfassungssystem-Computer 22 einen Speicher 25 enthalten, der irgendein prozessorlesbares Medium sein kann, welches für die Komponenten des erfassenden Arbeitsplatzrechners 20 zugänglich ist. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Speicher 25 entweder ein sich selbstlöschendes oder ein nicht-selbstlöschendes Medium sein. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Speicher 25 entweder ein entfernbares oder ein nicht-entfernbares Medium sein. Beispiele eines prozessorlesbaren Mediums können enthalten (beispielhaft und nicht eingrenzend) : RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), Register, Cache, Flash-Speicher, Speichervorrichtungen, Memory 20 20 • · • ···· ♦· · ······ · · · • · · · ♦ ·♦· · · • · · · · · · ·♦·· ♦ · · ··♦·· ·· ··· ··· · ·· ·

Sticks, Floppy-Disketten, Festplatten, CD-ROM, DVD-ROM, Netzwerkspeicher und ähnliches.

In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Anwenderschnittstelle 30 Vorrichtungen zur Vereinfachung des Datenaustausches und des Arbeitsflusses zwischen dem System und dem Anwender enthalten. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Anwenderschnittstelle 30 beispielsweise eine Tastatur, eine Maus, einen Joystick, Schalter, einen berührungsempfindlichen Bildschirm, oder andere Vorrichtungen, die zum Beispiel vom Anwender auswählbare Möglichkeiten schaffen, enthalten. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Anwenderschnittstelle 30 auch einen Drucker und andere Peripherievorrichtungen enthalten.

In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Anzeige 40 zur Visualisierung der Position und der Ausrichtung des erfaßten Gegenstandes hinsichtlich eines verarbeiteten Bildes von einem bildgebenden System verwendet werden.

Ungeachtet der Beschreibung der beispielhaften Ausführungsform des elektromagnetischen Erfassungssystems 10, das in Fig. 1 dargestellt ist, können alternative Systemarchitekturen eingesetzt werden, ohne sich von dem Erfindungsgedanken zu entfernen.

Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform einer elektromagnetischen Sender- oder Empfängerspulenanordnung 50 für ein elektromagnetisches Erfas- 21 ··

• · ···· ·Φ • ·· ·· · · • t · · ··· • · · · · ♦ • · · · · · ··· ··· · ··

sungssystem darstellt. Die elektromagnetische Senderspulenanordnung 50 enthält ein elektromagnetisches Senderspulenfeld 52, das in einem Gehäuse 54 eingeschlossen ist. Das Senderspulenfeld 52 enthält eine erste Senderspule 56 und eine zweite Senderspule 58, die durch einen Abstand 60 voneinander beab-standet sind. Das Gehäuse 54 ermöglicht eine feste Befestigung der ersten Senderspule 56 und der zweiten Senderspule 58. Das Gehäuse 54 kann die Form einer Abdeckung annehmen, die mit dem Korpus eines Gerätes oder Instrumentes verbunden ist. Die erste Senderspule 56 und die zweite Senderspule 58 sind relativ zueinander in einer unterschiedlichen geometrischen Anordnung zusammengestellt, um das gegenseitige Induktivitätskoppeln zwischen der ersten Senderspule 56 und der zweiten Senderspule 58 zu minimieren, und erlaubt allen sechs Freiheitsgraden (x, y, z, Rollwinkel, Neigungswinkel, Gierwinkel), erfaßt zu werden.

In dieser geometrischen Anordnung sind die erste Senderspule 56 und eine zweite Senderspule 58 angeordnet, um die gegenseitige Induktivität zwischen den beiden Spulen zu minimieren. In einer beispielhaften Ausführungsform liegen die erste Senderspule 56 und eine zweite Senderspule 58 bei näherungsweise 54,7 Grad hinsichtlich einer horizontalen Achse 62, die durch die Mittelpunkte 66, 68 der beiden Spulen führt. Die erste Senderspule 56 und die zweite Senderspule 58 sind bei derselben Ausrichtung hinsichtlich der horizontalen Achse 62, die

• ···· ·· · ♦ · # · · • ♦ ··♦ · ♦ • · · · ···· • » · · ♦ • ··♦ ♦ ·♦ · von dem Mittelpunkt 66 der ersten Senderspule 56 zu dem Mittelpunkt 68 der zweiten Senderspule 58 verläuft, ausgerichtet.

Zum Beispiel kann die erste Senderspule 56 in einem Winkel 70 von der horizontalen Achse 62 angeordnet sein. Die zweite Senderspule 58 kann in demselben Winkel 72 von der horizontalen Achse 62 angeordnet sein. In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform können die erste Senderspule 56 und die zweite Senderspule 58 einen ersten Größenvektor 74 und entsprechend einen zweiten Größenvektor 76 aufweisen, wenn an den Spulen Steuerströme anliegen.

Wie voranstehend erwähnt, minimiert die geometrische Anordnung der Spulen die gegenseitige Induktivitätskopplung zwischen den Spulen, so daß jede Spule Strom nur bei ihrer eigenen Frequenz und/oder Wellenform führt. Aufgrund dieser Anordnung werden die beiden Senderspulen unabhängig als Spulen erfaßt, so daß die Positionen der ersten Senderspule und der zweiten Senderspule erfaßt werden können.

Jede der beiden Senderspulen wird mit unterschiedlichen Stromwellenformen versorgt. In einer beispielhaften Ausführungsform werden die beiden Spulen mit unterschiedlichen Frequenzen und/oder unterschiedlichen Wellenformen gefahren. Zum Beispiel kann jede Senderspule bei einer Sinuskurve, aber mit unterschiedlichen Frequenzen gefahren werden. In einer beispielhaften Ausführungsform wird der ersten Senderspule 54 ein erste Steuersignal bei einer ersten Frequenz zugeführt, und 23

• · ··· • · der zweiten Senderspule 56 wird ein zweites Steuersignal bei einer zweiten Frequenz zugeführt. Die zwei Senderspulen werden bei unterschiedlichen Frequenzen betrieben, so daß ihre Magnetfelder unterschieden werden können. Die beiden Frequenzen liegen oberhalb der Netzfrequenzen von 50 bis 60 Hz. Alternativ kann jede Senderspule mit unterschiedlichen Wellenformen bei derselben Frequenz oder bei unterschiedlichen Frequenzen gefahren werden. In einer beispielhaften Ausführungsform wird der ersten Senderspule 54 eine Sinuswelle und der zweiten Senderspule 56 eine Kosinuswelle zugeführt. Die unterschiedlichen Steuersignale erlauben es, die Magnetfelder der beiden Senderspulen 54, 56 zu unterscheiden.

Das Verarbeiten kann eingesetzt werden, um jede Spule zu erfassen. Um dies zu erfüllen, muß das Verarbeiten jedes der Magnetfelder, das bei zumindest einem Empfängerspulenfeld erfaßt ist, unterschieden werden. Steuerströme sind an jede der ersten Spule und der zweiten Spule angeschlossen. Zum Beispiel kann jeder Steuerstrom ein identifizierendes Merkmal enthalten, um es dem Verarbeiten zu ermöglichen, zu unterscheiden, welche Spule des Senders jedes der erfaßten Magnetfelder erzeugt. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Schaffen eines Stromes zum Induzieren eines Magnetfeldes das Fahren sowohl der ersten Spule als auch der zweiten Spule bei derselben Frequenz, aber nicht in Phase enthalten. Zum Beispiel kann die erste Spule bei einem Strom mit Sinuswellenform und die 24 • · • · • · • · • ·

zweite Spule bei einem Strom mit Kosinuswellenform gefahren werden. In dieser Ausführungsform können die beiden Stromwellenformen dieselbe Frequenz mit einer Phasenverschiebung von näherungsweise neunzig Grad aufweisen.

Ein Fachmann wird erkennen, daß die Wellenformen, mit denen die erste Spule und die zweite Spule gefahren werden, eine Phasenverschiebung enthalten kann, die nicht neunzig Grad beträgt, aber die ausreichend ist, um es der Weiterverarbeitung zu erlauben, zwischen den erzeugten Wellenformen zu unterscheiden.

Obwohl die Verschiebung der Phasen der Wellenformen, die jeder der Spulen des Senders mitgeteilt werden, zur Unterscheidung der ersten Spule und der zweiten Spule beitragen kann, kann es zur Unterstützung der Verarbeitung notwendig sein, ein zusätzliches unterscheidendes Merkmal an jeder der entsprechenden Wellenformen zu schaffen. Dies kann durch Steigern oder Absenken der Stärke der Magnetfelder relativ zueinander erfüllt werden. Die Magnetfeldstärke kann durch die Größe des Momentenvektors des Magnetfeldes bestimmt sein. Die Größe des Momentenvektors des Magnetfeldes kann durch Variieren der Amplitude der Steuerstromwellenform gesteigert oder abgesenkt werden. Zum Beispiel kann die erste Spule mit einer Stromwellenform einer ersten Amplitude gefahren werden, und die zweite Spule kann mit einer Stromwellenform einer zweiten Amplitude gefahren werden. In einer beispielhaften Ausfüh- - 25 - • ··«····· ·· ·· · · · • · · ··· · · * · · · ····· • · · · · · ··· ··· · ·· · rungsform kann das Verhältnis des ersten Größenvektors und dem zweiten Größenvektor dazu verwendet werden, die beiden Magnetfelder zu unterscheiden und es folglich der Verarbeitung zu erlauben, die erste Spule und die zweite Spule zu unterscheiden.

Ein Fachmann wird erkennen, daß das Verhältnis der Größenvektoren variiert werden kann, um besonderen Anwendungen Rechnung zu tragen. Zum Beispiel kann ein größeres Verhältnis in einem System gewünscht sein, das eingerichtet ist, Signale von deutlich unterschiedlicher Größe zu erfassen und zu verarbeiten, oder ein kleineres Verhältnis kann in einem System gewünscht sein, das eingerichtet ist, Signale von gleicher Größe zu erfassen und zu verarbeiten.

In einer beispielhaften Ausführungsform werden, wenn das Senderspulenfeld 52 kabellos ist, die erste Senderspule und die zweite Senderspule mit einem unabhängigen Schaltkreis und Energiequelle gefahren. Die Phasen der Sinuswellen der Spulen werden mit solch einer kabellosen Ausführung erfaßt und unterliegen einer 180 Grad Uneindeutigkeit. Dies hat zum Effekt, daß jeder erfaßte Ausrichtungsvektor mit -1 oder nicht mit -1 multipliziert werden kann. Gleichermaßen kann gesagt werden, daß die Vorzeichen der Verstärkungen der Spulen nicht bekannt sind.

Die mechanische Asymmetrie der Anordnung der beiden Senderspulen erlaubt eine Bestimmung dieser Vorzeichen. Die er- 26 • · ♦··· »« · • ·· ·Ι · · « • · · · ·♦· m · • · t · · ···♦· • · · · · « · ··· ··« 9 t» · faßten Positionen und das bekannte mechanische Verhältnis zwischen den beiden Spulen können dazu verwendet werden, die erwarteten Ausrichtungsvektoren der beiden Spulen zu berechnen. Diese beiden geschätzten Ausrichtungsvektoren werden individuell näherungsweise gleich oder näherungsweise zu den erfaßten Ausrichtungsvektoren entgegengesetzt gerichtet sein. Die Richtung der erfaßten Ausrichtungsvektoren wird wie benötigt umgekehrt, um die erfaßten Ausrichtungsvektoren mit den erwarteten Ausrichtungsvektoren in Übereinstimmung zu bringen.

Fig. 3 ist ein Flußdiagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens 80 zur Minimierung der gegenseitigen Induktivitätskopplung zwischen Spulen in einem elektromagnetischen Erfassungssystem darstellt. Das Verfahren 80 beschreibt eine beispielhafte Ausführungsform zum Berechnen der Position und der Ausrichtung einer Senderbaugruppe oder einer Empfängerbaugruppe, die an ein medizinisches Gerät, ein Implantat oder ein Instrument angeheftet werden können, die das elektromagnetische Erfassungssystem 10, dargestellt in Fig. 10, und die elektromagnetische Senderspulenanordnung 50, dargestellt in Fig. 2, verwenden. Weiters kann das Verfahren 80 durch Computer-Software, Hardware, Firmware oder irgendeine Kombination daraus durchgeführt werden.

Das Verfahren 80 kann mit einer Senderbaugruppe ausgeführt werden, die zwei oder mehr Spulen in einer Hazeltine-Anordnung bei Schritt 82 aufweist. Eine Hazeltine-Anordnung ist als zwei • · · · 27 • · ···· oder mehr Spulen definiert, die durch einen Abstand voneinander beabstandet sind, und einen Winkel von näherungsweise 54,7 Grad hinsichtlich einer horizontalen Achse, die durch die Mittelpunkte der beiden Spulen führt, einschließen. Bei Schritt 84 wird ein Steuersignal an die zwei oder mehr Spulen der Senderbaugruppe mit Wellenformen von unterschiedlicher Frequenz oder unterschiedlichen Wellenformen angelegt. Die zwei oder mehr Spulen der Senderbaugruppe können unabhängig als einzelne Spulen erfaßt werden, um die Position der zwei oder mehr Spulen bei Schritt 86 zu bestimmen. Bei Schritt 88 werden die erfaßten Positionen und die bekannten mechanischen Verhältnisse zwischen den zwei oder mehr Spulen der Senderbaugruppe dazu verwendet, die Ausrichtung der zwei oder mehr Spulen der Senderbaugruppe zu bestimmen.

Es folgt ein Algorithmus zur Bestimmung der Ausrichtungs-quaternionen beider Spulen (einschließlich der Informationen zum Rollwinkel, die aus der Erfassung jeder Spule im einzelnen nicht erhältlich sind), wie im Verfahren 80 diskutiert.

Die erfaßten Positions- und Ausrichtungsvektoren können definiert werden als:

Px = Positionsvektor der ersten Spule; und 01 = Ausrichtungsvektor der ersten Spule; P2 = Positionsvektor der zweiten Spule; und 02 = Ausrichtungsvektor der zweiten Spule. - 28 - 28 ···· ♦ ··

Der Positionsvektor einer Spule weist auf die Position der Spule. Der Ausrichtungsvektor einer Spule weist in dieselbe Richtung wie die Achse der Spule. Die Länge des Ausrichtungsvektors ist normalerweise auf eins normiert.

Der Vektor von der zweiten Spule zu der ersten Spule kann definiert sein als: V2i = Pi - P2

Die Kartesischen Koordinaten jeder Spule des Rollwinkels können als ein Satz dreier orthogonaler Einheitsvektoren ausgedrückt werden. Ein Satz dreier orthogonaler Einheitsvektoren der ersten Spule (Xhat_first, Yhat_first, Zhat_first) kann unter Verwendung des Wissens von V2i gebildet werden. V2i weist in die Richtung des Baugruppengehäuses +X, so daß ein Einheitsvektor in der Richtung des Baugruppengehäuses +X sein kann:

Xhat_housing = V21 / |V21|

Dieser Einheitsvektor ist für die erste und die zweite Spule derselbe.

Der Einheitsvektor in +X-Ausrichtung der ersten Spule kann sein:

Xhat_first = Xhat_housing

Ein Vektor in +Z-Richtung für die erste Spule kann sein: Zfirst = Oi . cross . Xhat_first / Oi . dot . Xhat_first, wobei .cross, das Vektorkreuzprodukt darstellt und .dot. das Vektorpunktprodukt bedeutet. - 29 ·· • · • Φ ·· • · ·· • · · · • · ·· ·

Dies funktioniert, weil der Vektor Oi weit davon entfernt ist, parallel zu dem Vektor V2i zu liegen, und Oi weit davon entfernt ist, senkrecht zu dem Vektor V2i zu stehen.

Der Nenner macht das Ergebnis unabhängig von dem Vorzeichen der Spulenverstärkung. Wenn der mechanische Winkel der Spule näherungsweise -54,7 Grad eher als näherungsweise +54,7 Grad beträgt, dann ist Zfirst mit -1 zu multiplizieren.

Der Einheitsvektor in +Z-Ausrichtung für die erste Spule kann sein:

Zhat_first = Zfirst / |Zfirst|

Der Einheitsvektor in +Y-Ausrichtung für die erste Spule kann sein:

Yhat_first = Zhat_first . cross . Xhat_first Die drei Einheitsvektoren Xhat_first, Yhat_first, Zhat_first können zu einer 3x3 Matrix zusammengefaßt werden, um eine orthonormale Rotationsmatrix zu erhalten, die die Ausrichtung der ersten Senderspule repräsentiert. Es kann ein Algorithmus verwendet werden, um die Matrix zu konvertieren, um das Ausrichtungsquaternion der ersten Empfängerspule zu bestimmen.

Die gleichen Berechnungen, die oben diskutiert worden sind, können für die zweite Senderspule verwendet werden.

Der Einheitsvektor in +X-Ausrichtung für die zweite Spule kann sein:

Xhat_second = Xhat_housing ···· ·· · 30 • · • ···« • · • · • · ··

Ein Vektor in +Z-Richtung für die zweite Spule kann sein: Zsecond = 02 . cross . Xhat / 02 . dot . Xhat, wobei .cross, das Vektorkreuzprodukt darstellt und .dot. das Vektorpunktprodukt bedeutet.

Der Nenner macht das Ergebnis unabhängig von dem Vorzeichen der Spulenverstärkung. Wenn der mechanische Winkel der Spule näherungsweise -54,7 Grad eher als näherungsweise +54,7 Grad beträgt, dann ist Zsecond mit -1 zu multiplizieren.

Der Einheitsvektor in +Z-Ausrichtung für die zweite Spule kann sein:

Zhat_second = Zsecond / |Zsecond|

Der Einheitsvektor in +Y-Ausrichtung für die zweite Spule kann sein:

Yhat_second = Zhat_second . cross . Xhat_second Die drei Einheitsvektoren Xhat_second, Yhat_second, Zhat_second können zu einer 3x3 Matrix zusammengefaßt werden, um eine orthonormale Rotationsmatrix zu erhalten, die die Ausrichtung der zweiten Spule repräsentiert. Es kann ein Algorithmus verwendet werden, um die Matrix zu konvertieren, um das Ausrichtungsquaternion der zweiten Empfänger zu bestimmen.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform eines Systems zur Minimierung der gegenseitigen Induktivitätskopplung zwischen Spulen in einem elektromagnetischen Erfassungssystem 100 darstellt. Das elektromagnetische Erfassungssystem 100 umfaßt zumindest eine elektromagnetische

Senderbaugruppe 112 mit zumindest zwei Spulen und zumindest eine elektromagnetische Empfängerbaugruppe 114 mit zumindest einer Spule. Die zumindest zwei Spulen der zumindest einen Senderbaugruppe können als Spule 1, Spule 2 bis zu Spule N für N-Spulen bezeichnet werden. Die zumindest eine elektromagnetische Senderbaugruppe 112 kann an einer Halterung 116 befestigt sein, um die zumindest eine elektromagnetische Senderbaugruppe 112 mechanisch relativ zu der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 114 zu fixieren.

Das elektromagnetische Erfassungssystem 100 umfaßt weiters einen erfassenden Arbeitsplatzrechner 120, der mit der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 112 und der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 114 verbunden ist und von ihnen Daten empfängt, eine Anwenderschnitt-stelle 130, die mit dem erfassenden Arbeitsplatzrechner 120 verbunden ist, und eine Anzeige 140 zur Visualisierung der bildgebenden und erfassenden Daten. Der erfassende Arbeite-platzrechner 120 enthält einen Erfassungssystem-Computer 122 und ein Erfassungsmodul 126. Der Erfassungssystem-Computer 122 enthält zumindest einen Prozessor 123, einen System Controller 124 und einen Speicher 125.

In einer beispielhaften Ausführungsform kann die zumindest eine elektromagnetische Senderbaugruppe 112 eine kabellose Senderbaugruppe oder eine verkabelte Senderbaugruppe sein. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die zumindest eine elektromagnetische Empfängerbaugruppe 114 eine kabellose Empfänge rbaugruppe oder eine verkabelte Empfängerbaugruppe sein.

In einer beispielhaften Ausführungsform kann die zumindest eine elektromagnetische Senderbaugruppe 112 an ein medizinisches Gerät oder Instrument befestigt sein, um erfaßt zu werden, und die zumindest eine elektromagnetische Empfängerbaugruppe 114 kann innerhalb des zumindest einen elektromagnetischen Feldes angeordnet sein, das durch die zumindest eine elektromagnetische Sendebaugruppe 112 erzeugt ist.

In einer beispielhaften Ausführungsform kann die zumindest eine elektromagnetische Empfängerbaugruppe 114 mit einem medizinischen Gerät oder Instrument verbunden sein, um erfaßt zu werden, und die zumindest eine elektromagnetische Senderbaugruppe 112 kann angeordnet sein, um zumindest ein elektromagnetisches Feld, das durch die zumindest eine elektromagnetische Empfängergruppe 114 empfangbar ist, zu erzeugen.

In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Erfassungsmodul 126 eine Steuerschaltung enthalten, die ausgebildet ist, um einen Strom jeder Spule der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 112 zur Verfügung zu stellen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Steuerschaltung auf der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 112 enthalten sein. In einem Beispiel kann ein Strom durch die Steuerschaltung bereitgestellt sein, um eine Spule der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 112 zu betrei- 33 33 ·# • · • · • ♦ • ♦ ·· ···· ··♦· ♦♦ · • · · • ♦·· · • · ♦ · • · · ♦ ♦· ben, um dabei ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, das durch eine Spule der zumindest einen elektromagnetischen Empfänge rbaugruppe 114 erfaßt wird. Der Steuerstrom kann eine periodische Wellenform mit einer vorgegebenen Frequenz (z.B. eine Sinuswelle, eine Kosinuswelle oder ein anderes periodisches Signal) umfassen. Der Steuerstrom, mit dem eine Spule versorgt wird, wird ein elektromagnetisches Feld mit derselben Frequenz wie die des Stromes erzeugen. Das elektromagnetische Feld, das durch eine Spule der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 112 erzeugt wird, induziert eine Spannung, die die gegenseitige Induktivität in einer Spule der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 114 anzeigt. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Erfassungsmodul 126 eine Schaltung der Empfängerdatensammlung enthalten, um Daten zur Spannung und gegenseitigen Induktivität von der zumindest einen elektromagnetischen Empfänge rbaugruppe 114 zu empfangen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Schaltung der Empfängerdatensammlung auf der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 114 enthalten sein.

In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Erfassungsmodul 126 eine Schaltung mit offenem Schaltkreis für jede Spule der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 112 enthalten, die dazu in der Lage ist, einen offenen Schaltkreis für jede Spule zu erzeugen, um sicherzustellen, daß innerhalb eines bestimmten Zeitabschnittes kein Stromfluß durch 34 • ·· · ···· • · · ··· · • · ·· ·· ··· ··· · ·· eine Spule mit offenem Schaltkreis fließt. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Schaltung mit offenem Schaltkreis für jede Spule auf der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 112 enthalten sein. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Schaltung mit offenem Schaltkreis mit jeder Spule der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 112 in Serie geschaltet sein.

In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Erfassungssystem-Computer 122 zumindest einen Prozessor 123 enthalten, wie einen digitalen Signalprozessor, eine CPU oder ähnliches. Der Prozessor 123 kann die gemessene Spannung und Daten der gegenseitigen Induktivität von der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 114 verarbeiten, um die Position und die Ausrichtung der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 112 oder der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 114 zu erfassen.

Der zumindest eine Prozessor 123 kann irgendeinen angemessenen Algorithmus bzw. irgendwelche angemessenen Algorithmen ausführen, um das gemessene Spannungssignal, das die gegenseitige Induktivität anzeigt, zu verwenden, um die Position und die Ausrichtung der zumindest einen elektromagnetischen Empfänge rbaugruppe 114 relativ zu der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 112 oder der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 112 relativ zu der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 114 zu berechnen. 35 • · ·

• ··· · · • · ····· • · · · • ·· ·

Zum Beispiel kann der zumindest eine Prozessor 123 die Verhältnisse der gegenseitigen Induktivität zwischen jeder Spule der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 114 und jeder Spule der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 112 dazu verwenden, die relativen Positionen der Spulen zu triangulieren. Der zumindest eine Prozessor 123 kann dann diese relativen Positionen dazu verwenden, die Position und die Ausrichtung der zumindest einen elektromagnetischen Senderbaugruppe 112 und der zumindest einen elektromagnetischen Empfängerbaugruppe 114 zu berechnen.

In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Erfassungssystem-Computer 122 einen System Controller 124 umfassen. Der System Controller 124 kann Arbeitsschritte des elektromagnetischen Erfassungssystems 100 kontrollieren.

In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Erfassungssystem-Computer 122 einen Speicher 125 enthalten, der irgendein prozessorlesbares Medium sein kann, das für die Komponenten des erfassenden Arbeitsplatzrechners 120 zugänglich ist. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Speicher 125 entweder ein sich selbstlöschendes oder ein nicht-selbst-löschendes Medium sein. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Speicher 125 entweder ein entfernbares oder ein nicht-entfernbares Medium sein. Beispiele eines prozessorlesbaren Mediums können enthalten (beispielhaft und nicht eingrenzend) : RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), - 36 ·· · « • · · · · · • · · « • · · · • · · « ·· ··· ··· ···· ·· · • · · • ··· · · • · ····· • · · · • ·· ·

Register, Cache, Flash-Speicher, Speichervorrichtungen, Memory Sticks, Floppy-Disketten, Festplatten, CD-ROM, DVD-ROM, Netzwerkspeicher und ähnliches.

In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Anwenderschnittstelle 130 Vorrichtungen zur Vereinfachung des Datenaustausches und des Arbeitsflusses zwischen dem System und dem Anwender enthalten. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Anwenderschnittstelle 130 eine Tastatur, eine Maus, einen Joystick, Schalter, einen berührungsempfindlichen Bildschirm, oder andere Vorrichtungen, die zum Beispiel vom Anwender auswählbare Möglichkeiten schaffen, enthalten. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Anwenderschnittstelle 130 auch einen Drucker und andere Peripherievorrichtungen enthalten.

In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Anzeige 140 zur Visualisierung der Position und der Ausrichtung des erfaßten Gegenstandes hinsichtlich eines verarbeiteten Bildes von einem bildgebenden System verwendet werden.

Ungeachtet der Beschreibung der beispielhaften Ausführungsform des elektromagnetischen Erfassungssystems 100, das in Fig. 4 dargestellt ist, können alternative Systemarchitekturen eingesetzt werden, ohne sich von dem Erfindungsgedanken zu entfernen.

Fig. 5 ist ein Flußdiagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens 150 zur Minimierung der gegen- i 37 • · • • ···· ·· · • · • · ·· • • · • · • • • ··· · · • • • · ···· ·· ··· ··· • ·· · seitigen Induktivitätskopplung zwischen Spulen in einem elektromagnetischen Erfassungssystem darstellt. Das Verfahren 150 beschreibt eine beispielhafte Ausführungsform zur Minimierung der gegenseitigen Induktivitätskopplung zwischen Spulen in einem elektromagnetischen Erfassungssystem mittels eines Kalibrationsprozesses. Dieses Verfahren 150 kann mit einem oder mehreren der verschiedenen Teile, die in Fig. 4 dargestellt sind, durchgeführt werden. Darüber hinaus kann dieses Verfahren 150 mit einer Software, Hardware, Firmware oder irgendeiner Kombination daraus durchgeführt werden.

Das Verfahren 150 wird dazu verwendet, eine Senderbaugruppe eines elektromagnetischen Erfassungssystems zu kalibrieren. Das Verfahren 150 kann mit einer Senderbaugruppe, die zwei oder mehr Spulen in einer Hazeltine-Anordnung aufweist, und einer Empfängerbaugruppe ausgeführt werden. Eine Hazeltine-An-ordnung ist als zwei oder mehr Spulen definiert, die über einen Abstand voneinander beabstandet sind, und einen Winkel von näherungsweise 54,7 Grad hinsichtlich einer horizontalen Achse, die durch die Mittelpunkte der zwei oder mehr Spulen führt, einschließen.

Bei Schritt 152 wird die Senderbaugruppe an eine Halterung befestigt, um die Senderbaugruppe in einer mechanisch festen Position relativ zu einer Empfängerbaugruppe zu halten. Die Senderbaugruppe enthält zumindest zwei Spulen. Ein Steuersignal von der elektronischen Steuerschaltung wird an eine erste 38 ·· · · ···· M t ...... · · · • · · · · ··· · · • · · · · · ····· ··· ····· ·· ··· ··· · ιι ,

Spule abgegeben, um die erste Spule der Senderbaugruppe zu aktivieren, und ein Signal des offenen Schaltkreises wird an eine zweite Spule der Senderbaugruppe bei Schritt 154 abgegeben. Das elektromagnetische Erfassungssystem kann eine elektronische Steuerschaltung für jede Spule der Senderbaugruppe enthalten. Die elektronische Steuerschaltung ist dazu in der Lage, jede Spule zu aktivieren, um ein passendes Magnetfeld zu erzeugen, und ermöglicht jeder Spule der Senderbaugruppe, durch das elektromagnetische Erfassungssystem innerhalb eines bestimmten Zeitraumes erfaßt zu werden. Das elektromagnetische Erfassungssystem kann auch eine elektronische Schaltung mit offenem Schaltkreis für jede Spule der Senderbaugruppe enthalten. Die elektronische Schaltung mit offenem Schaltkreis ist dazu in der Lage, einen offenen Schaltkreis für jede Spule zu schaffen, um sicherzustellen, daß kein Stromfluß durch eine Spule mit offenem Schaltkreis innerhalb eines bestimmten Zeitraumes fließt. Die Erfassungselektronik und ein Erfassungsalgorithmus können verwendet werden, um die Position, Ausrichtung und Verstärkung der ersten Spule der Senderbaugruppe bei Schritt 156 zu berechnen und zu bewahren. Dies schafft Ausgangsdaten über die Position, Ausrichtung und Verstärkung der ersten Spule bei Abwesenheit irgendeiner gegenseitigen Induktivitätskopplung mit der zweiten Spule.

Bei Schritt 158 wird ein Steuersignal von der elektronischen Steuerschaltung an die zweite Spule abgegeben, um die zweite Spule der Senderbaugruppe zu aktivieren, und ein Signal des offenen Schaltkreises wird an die erste Spule der Senderbaugruppe abgegeben. Die Erfassungselektronik und ein Erfassungsalgorithmus können dazu verwendet werden, die Position, Ausrichtung und Verstärkung der zweiten Spule der Senderbaugruppe bei Schritt 160 zu berechnen und zu bewahren. Dies schafft Ausgangsdaten über die Position, Ausrichtung und Verstärkung der zweiten Spule bei Abwesenheit irgendeiner gegenseitigen Induktivitätskopplung mit der ersten Spule.

Bei Schritt 162 wird ein Steuersignal von der elektronischen Steuerschaltung an die ersten und zweiten Spulen abgegeben, um die ersten und zweiten Spulen der Senderbaugruppe gleichzeitig zu aktivieren. Das Steuersignal, das an die ersten und zweiten Spulen der Senderbaugruppe abgegeben wird, kann Wellenformen von unterschiedlicher Frequenz oder unterschiedliche Wellenformen aufweisen. Es wird angenommen, daß die ersten und zweiten Spulen mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden, so daß Teile der induzierten Signale in den Spulen der Empfängerbaugruppe von jeder Spule der Senderbaugruppe durch Signalverarbeitungsverfahren unterschieden werden können. Die Erfassungselektronik und ein Erfassungsalgorithmus können dazu verwendet werden, die Position, Ausrichtung und Verstärkung der ersten und zweiten Spulen der Senderbaugruppe bei Schritt 164 nachzurechnen und zu bewahren. 40 40 ♦ · ♦ ··

Bei Schritt 166 können Wechsel in der Position, Ausrichtung und Verstärkung der ersten und zweiten Spulen bestimmt werden. Wechsel in der Position, Ausrichtung und Verstärkung von sowohl der ersten als auch der zweiten Spulen der Senderbaugruppe können an der gegenseitigen Induktivitätskopplung zwischen der ersten und der zweiten Spule liegen. Wenn der Wechsel in der Position, Ausrichtung und Verstärkung innerhalb bestimmter Leistungsgrenzen des elektromagnetischen Erfassungssystems liegt, kann die gegenseitige Induktivitätskopplung zwischen der ersten und der zweiten Spule als vernachlässigbar eingeschätzt werden, und der Kalibrationsvorgang ist bei Schritt 170 beendet. Wenn der Wechsel in der Position, Ausrichtung und Verstärkung allerdings nicht innerhalb der bestimmten Leistungsgrenzen des elektromagnetischen Erfassungssystems liegt, kann die gegenseitige Induktivitätskopplung zwischen der ersten und der zweiten Spule als bedeutsam eingeschätzt werden, und die gegenseitige Induktivitätskopplung zwischen der ersten und der zweiten Spule der Senderbaugruppe wird bei Schritt 168 korrigiert.

Mehrere Ansätze können zum Korrigieren oder Ausgleichen der gegenseitigen Induktivitätskopplung zwischen der ersten und der zweiten Spule der Senderbaugruppe verwendet werden. Die Erfassungselektronik und Erfassungsalgorithmen können zur Bestimmung einer Kopplungsmatrix oder eines Kopplungsmodells zum Speichern der Effekte der gemessenen gegenseitigen Induk-

tivitätskopplung zwischen den beiden Spulen der Senderbaugruppe verwendet werden.

In einem ersten Ansatz wird eine Kopplungsmatrix zwischen jeder Spule der Senderbaugruppe und der Empfangerbaugruppe in Anwesenheit einer bekannten und feststehenden Störungsquelle berechnet. Die Kopplungsmatrix stellt die bestimmte gegenseitige Induktivitätskopplung zwischen jeder Spule der Senderbaugruppe und der Empfängerbaugruppe in Anwesenheit einer bekannten und feststehenden Störungsquelle dar. Für die erste Spule der Senderbaugruppe ist die zweite Spule der bekannte und feststehende Störer, und umgekehrt ist für die zweite Spule der Senderbaugruppe die erste Spule der bekannte und feststehende Störer. Der mathematischen Einfachheit halber kann der Störer als magnetisches Dipol-Element modelliert werden. Für jede Spule wird die Verstärkung des Störers ein feststehendes Verhältnis der besonderen Verstärkung der Senderspule sein. Die Verstärkung der Senderspule kann über die Zeit variieren, aber solange der Störerort und die Impedanz des Schaltkreises konstant sind, wird das Verstärkerverhältnis konstant sein. Die Kopplungsmatrix kann durch iteratives Anpassen der Verstärkung des Störers bestimmt werden, bis die Positions-, Aus-richtungs- und Verstärkungsmessungen der ersten Spule allein und der zweiten Spule allein hinnehmbar weit mit den Positions-, Ausrichtungs- und Verstärkungsmessungen von sowohl der ersten und zweiten Spule zusammen übereinstimmen. Diese Ver- 42 • · • · • · · • · * -

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• ·

Stärkungsdaten der Verhältnismetrik und die Information zum räumlichen Verhältnis über die Spulen wird bewahrt und während der Erfassung verwendet.

Bei einem zweiten Ansatz wird ein Modell der gegenseitigen Induktivitätskopplung bestimmt. Die gegenseitige Induktivität kann aus der Geometrie und dem bekannten räumlichen Verhältnis der ersten und der zweiten Spule der Senderbaugruppe bestimmt werden. Typischerweise ist die Geometrie der Spulen (z.B. Anzahl der Windungen, Größe der Windungen, Eisenkern) aus der Baubeschreibung erhältlich. Die gegenseitige Induktivität kann aus dieser Information berechnet werden (z.B. diskrete Doppelintegralnäherung) , und diese Berechnung kann als gute anfängliche Abschätzung für die gegenseitige Induktivität herangezogen werden. Diese Abschätzung kann durch Einstellung der eingeschätzten gegenseitigen Induktivität verbessert werden, bis die Position, Ausrichtung und Verstärkung, die für die akt-vierten Zustände der einzelnen ersten Spule oder der einzelnen zweiten Spule gemessen sind, erreicht ist. Sobald eine gute Abschätzung der gegenseitigen Induktivität erhalten ist, kann die Einschätzung der gegenseitigen Induktivität in den Erfassungsalgorithmus eingefügt und während des Erfassens verwendet werden.

Das elektromagnetische Erfassungssystem kann nun die Kopplungsmatrix oder das Kopplungsmodell verwenden, um die bestimmte gegenseitige Induktivitätskopplung zwischen den Spulen - 43 - - 43 - ···· ·· • · • ··· • · · • · · • ·· • · ···· auszugleichen, und um präzise die Position und die Ausrichtung einer Senderbaugruppe oder einer Empfängerbaugruppe, die an einem medizinischen Gerät, Implantat oder Instrument befestigt sein kann, zu erfassen.

Einige Ausführungsformen sind vorstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben worden. Diese Zeichnungen stellen bestimmte Details der beispielhaften Ausführungsformen dar, welche die Offenbarung des Systems, des Verfahrens und der Computerprogramme ausführen. Die Zeichnungen sollten allerdings nicht als Einführung irgendwelcher Begrenzungen in Verbindung mit den in den Zeichnungen gezeigten Merkmalen ausgelegt werden. Diese Offenbarung vertieft Verfahren, Systeme und Programmprodukte auf irgendwelchen maschinenlesbaren Medien zur Ausführung der programmierten Arbeitsschritte. Wie voranstehend bemerkt worden ist, können bestimmte Ausführungsformen unter Verwendung eines existierenden Computerprozessors oder durch einen Computerprozessor eines bestimmten Zweckes, der für diesen oder einen anderen Zweck bestimmt ist, oder einen fest verdrahteten System ausgeführt werden.

Wie voranstehend bemerkt worden ist, umfassen bestimmte Ausführungsformen innerhalb des Umfanges der enthaltenen Programmprodukte maschinenlesbare Medien zum Tragen oder Aufweisen von maschinenausführbaren Anweisungen oder Datenstrukturen, die darauf gespeichert sind. Solche maschinenlesbaren Medien können irgendwelche Medien sein, auf welche Computer ei- 44

···· ·· · ♦ ♦ · • ··♦ · · • · ····· • · ♦ · • ·· · nes allgemeinen Zweckes oder eines besonderen Zweckes oder andere Maschinen mit einem Prozessor Zugriff haben können. Beispielsweise umfassen solche maschinenlesbaren Medien RAM, ROM, PROM, EPROM, EEPROM, Flash, CD-ROM oder eine andere optische Speicherdisk, eine magnetische Speicherdisk oder andere magnetische Speichervorrichtungen, oder irgendein anderes Medium, das dazu verwendet werden kann, einen gewünschten Programmcode in Form von maschinenausführbaren Anweisungen oder Datenstrukturen zu tragen und zu speichern, und auf das ein Computer für einen allgemeinen Zweck oder für einen besonderen Zweck oder eine andere Maschine mit einem Prozessor Zugriff haben kann. Wenn die Information über ein Netzwerk oder eine andere Kommunikationsverbindung (entweder fest verkabelt, kabellos oder eine Kombination aus verkabelt oder kabellos) zu einer Maschine übertragen oder für sie geschaffen ist, betrachtet die Maschine richtigerweise die Verbindung als ein maschinenlesbares Medium. Jede Verbindung dieser Art wird folglich richtigerweise als ein maschinenlesbares Medium begriffen. Kombinationen aus den voranstehenden sind ebenso in dem Umfang der maschinenlesbaren Medien enthalten. Maschinenausführbare Anweisungen umfassen zum Beispiel Anweisungen und Daten, die einen Computer eines allgemeinen Zweckes, einen Computer eines besonderen Zweckes oder verarbeitende Maschinen eines besonderen Zweckes dazu veranlassen, eine bestimmte Funktion oder Gruppe von

Funktionen auszuführen. 45 45 • Ml • ·

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Bestimmte Ausführungsformen, die in dem Zusammenhang mit den Verfahrensschritten beschrieben sind, können durch ein Programmprodukt angewendet werden, welches maschinenausführbare Anweisungen enthält, wie einen Programmcode, zum Beispiel in Form eines Programm-Moduls, das durch Maschinen in Netzwerkumgebungen ausgeführt wird. Programm-Module enthalten allgemein Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen etc., die besondere Aufgaben ausführen oder besondere abstrakte Datentypen durchführen. Maschinenausführbare Anweisungen, beigeordnete Datenstrukturen und Programm-Module stellen Beispiele eines Programmcodes zur Ausführung der Schritte der hier offenbarten Verfahren dar. Die besondere Reihung solcher ausführbarer Anweisungen und beigeordneter Datenstrukturen stellt Beispiele von entsprechenden Handlungen zur Ausführung der in solchen Schritten beschriebenen Funktionen dar.

Bestimmte Ausführungsformen können in einer Netzwerkumgebung unter Verwendung logischer Verbindungen zu einem oder mehreren entfernten Computern, die Prozessoren aufweisen, umgesetzt sein. Logische Verbindungen können ein Local Area Network (LAN) und ein Wide Area Network (WAN) enthalten, die hier beispielhaft und nicht eingrenzend vorgestellt werden. Solche Netzwerkumgebungen sind in büroweiten oder unternehmensweiten Computernetzwerken, Intranets und dem Internet verbreitet und können eine große Vielfalt von verschiedenen Kommunikations-protokollen verwenden. Der Fachmann weiß, daß solche Netzwerk- 46 • ·

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Computerumgebungen typischerweise viele Arten von Computersystemkonfigurationen umspannen, enthaltend Personal-Computer, tragbare Vorrichtungen, Multiprozessorsysteme, mikroprozessorbasierte oder programmierbare Unterhaltungselektronik, Netz-werk-PCs, Minicomputer, Großrechner und ähnliches. Ausführungsformen der Erfindung können auch in verteilten Rechnerumgebungen umgesetzt werden, wo Aufgaben durch lokale und entfernte verarbeitende Vorrichtungen, die über ein Kommunikationsnetzwerk verbunden sind (entweder durch KabelVerbindungen, kabellose Verbindungen oder Kombinationen aus kabel- oder kabellosen Verbindungen), ausgeführt werden. Programm-Module können in einer verteilten Rechnerumgebung sowohl in lokalen als auch in entfernten Speichervorrichtungen plaziert sein.

Ein beispielhaftes System zur Ausführung des gesamten Systems oder Teilen des Systems kann eine Computervorrichtung eines allgemeinen Zweckes in Form eines Computers enthalten, der eine Prozessoreinheit, einen Systemspeicher und einen Systembus enthält, der verschiedene Systemteile, inklusive dem Systemspeicher und der Prozessoreinheit, verbindet. Der Systemspeicher kann ROM (Read Only Memory) oder RAM (Random Access Memory) enthalten. Der Computer kann auch eine magnetische Festplatte zum Lesen aus und Schreiben auf einer magnetischen Festplatte, ein magnetisches Laufwerk zum Lesen aus und Schreiben auf einer entnehmbaren magnetischen Disk, und ein optisches Laufwerk zum Lesen aus und Schreiben auf einer ent- ···· ·· ♦ 47 • # · • ♦♦· · · • · ·♦♦·« • · · · • ♦· · nehmbaren optischen Disk, wie einer CD ROM, oder anderen optischen Medien enthalten. Die Laufwerke und ihre beigeordneten maschinenlesbaren Medien schaffen eine nicht-selbstlöschende Speicherung von maschinenausführbaren Anweisungen, Datenstrukturen, Programm-Modulen und anderen Daten für den Computer. Während die Erfindung unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird der Fachmann sehen, daß bestimmte Ersetzungen, Änderungen und Vermeidbarkeiten an den Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. Dementsprechend ist die voranstehende Beschreibung nur exemplarisch zu verstehen und sollte nicht den Umfang der Offenbarung, wie sie in den folgenden Ansprüchen dargelegt ist, einschränken.

Claims (12)

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   • · ♦ « I · • · • ···· • · Patentansprüche 1. Elektromagnetisches Erfassungssystem (10, 100), um fassend: zumindest eine Senderbaugruppe (12, 112) mit zumindest zwei Senderspulen, wobei die zumindest zwei Senderspulen voneinander beabstandet sind und angeordnet sind, um die gegenseitige Induktivitätskopplung zwischen den zumindest zwei Senderspulen zu minimieren; zumindest eine Empfängerbaugruppe (14, 114) mit zumindest einer Empfängerspule, wobei die zumindest eine Empfängerbaugruppe (14, 114) mit den zumindest zwei Spulen der zumindest einen Senderbaugruppe (12, 112) kommuniziert und von ihr Si gnale empfängt; und eine Elektronik, die mit der zumindest einen Senderbaugruppe (12, 112) und der zumindest einen Empfängerbaugruppe (14, 114) gekoppelt ist und mit ihnen kommuniziert, um die Position und die Ausrichtung eines zu erfassenden Objektes zu berechnen.
2. 2. System nach Anspruch 1, bei welchem die zumindest zwei Senderspulen einen feststehenden Winkel hinsichtlich einer longitudinalen Achse, die durch die Mittelpunkte der zumindest zwei Senderspulen führt, einschließen.
3. 3. System nach Anspruch 2, bei welchem der feststehende Winkel näherungsweise 54,7 Grad beträgt.

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4. 4. System nach Anspruch 1, bei welchem die zumindest eine Senderbaugruppe (12, 112) entfernbar an dem zu erfassenden Objekt befestigbar ist.
5. 5. System nach Anspruch 4, bei welchem das zu erfassende Objekt aus der Gruppe bestehend aus einem medizinischen Gerät, Implantat und Instrument ausgewählt ist.
6. 6. System nach Anspruch 1, bei welchem die zumindest eine Empfängerbaugruppe (14, 114) entfernbar an dem zu erfassenden Objekt befestigbar ist.
7. 7. System nach Anspruch 6, bei welchem das zu erfassende Objekt aus der Gruppe bestehend aus einem medizinischen Gerät, Implantat und Instrument ausgewählt ist.
8. 8. System nach Anspruch 1, bei welchem jede Spule der zumindest zwei Senderspulen eingerichtet ist, um ein Magnetfeld auszusenden, wenn ein Steuersignal an jede Spule gelegt wird.
9. 9. System nach Anspruch 8, bei welchem jedes Steuersignal eine unterschiedliche Wellenform ist.
10. 10. System nach Anspruch 8, bei welchem jedes Steuersignal eine Wellenform mit einer unterschiedlichen Frequenz ist.
11. 11. System nach Anspruch 1, bei welchem die zumindest eine Senderbaugruppe (12, 112) kabellos ist.
12. 12. System nach Anspruch 1, bei welchem die zumindest eine Empfängerbaugruppe (14, 114) kabellos ist.