CN101803924B

CN101803924B - 在定位跟踪测量中磁偶极子模糊度求解

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Publication number: CN101803924B
Application number: CN2010101357412A
Authority: CN
Inventors: A·戈瓦里; M·巴-塔尔; D·雷兹尼克; D·路德温; A·沙尔吉; Y·凯达
Original assignee: Biosense Webster Inc
Current assignee: Biosense Webster Inc
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2027-03-02
Also published as: IL181676A; US20060241397A1; CN101028188B; EP1829477B1; CN101803924A; CA2579542A1; ATE554700T1; CA2579542C; MX2007002599A; EP1829477A2; BRPI0700635A; CN101028188A; JP5265122B2; AU2007200938B2; CA2858896A1; US8180430B2; KR20070090813A; US20060241394A1; EP1829477A3; IL181676A0

Abstract

用于定位跟踪的方法，包括：使用位于相应不同的第一和第二位置的第一和第二场发生器以在第一和第二对象的附近产生相应的第一和第二磁场。利用分别与第一和第二对象相关联的第一和第二定位传感器测量第一和第二场。响应于第一和第二磁场来计算第一对象相对于第二对象的第一和第二可能相对坐标。处理可能相对坐标，以确定第一对象相对于第二对象的正确相对坐标。

Description

在定位跟踪测量中磁偶极子模糊度求解

本申请是申请日为2007年3月2日、申请号为200710092392.9、发明名称为“在定位跟踪测量中磁偶极子模糊度求解”的专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请是于2005年2月22日提交的被转让给本专利申请的受让人的美国专利申请11/063,094的部分继续，其公开在此引入作为参考。

技术领域

本发明一般涉及磁定位跟踪系统，尤其涉及用于在定位跟踪测量中求解磁偶极子模糊度的方法和系统。

背景技术

在本领域中已知各种方法和系统用于在医疗过程中跟踪对象的坐标。例如，美国专利5,391,199和5,443,489描述了采用一个或多个场换能器(transducer)确定体内探测器的坐标的系统，其公开在此引入作为参考。这样的系统用于产生关于医疗探测器(例如导管)的位置信息。诸如线圈之类的传感器被放置在探测器中，并响应外部施加的磁场而产生信号。所述磁场由磁场换能器(诸如辐射器线圈)生成，所述磁场换能器被固定在外部参考系的相互间隔的已知位置中。对传感器信号进行处理以确定在外部参考系中探测器的坐标。

与磁定位跟踪(magnetic position tracking)有关的其它方法和系统例如也在PCT专利公布WO 96/05768、美国专利6,690,963、6,239,724、6,618,612和6,332,089、和美国专利申请公布2002/0065455A1、2003/0120150A1和2004/0068178A1中被描述，其公开全部在此引入作为参考。所述公布描述了对体内对象(例如心脏导管、矫形植入物和在不同医疗过程中使用的医疗器具)的定位进行跟踪的方法和系统。

发明内容

一些定位跟踪系统计算和提供一个对象相对于另一对象的相对坐标。一个示例性的实施例是矫形系统，该矫形系统提供插入抽出器具相对于矫形植入物的相对坐标。该系统使外科医生能够利用器具以对周围组织有最小损伤的方式接近植入物。

在一些情况中，例如当外部施加的磁场为偶极子场时，相对坐标的计算是模糊的，提供与正确相对坐标相应的两个或多个可能相对坐标。

本发明的实施例提供用于在计算两个对象之间的相对坐标时求解(resolve)模糊的位置计算的方法和系统。在一些实施例中，处于不同位置的第一和第二场发生器被用于在两个对象附近产生相应的第一和第二磁场。分别与两个对象相关联的两个定位传感器测量所述第一和第二场。将关于定位传感器中的一个相对于场发生器中的至少一个的定位的先验(a-priori)知识与由两个定位传感器对磁场的相对测量相结合，以明确地求解相对坐标。

在所公开的实施例中，该系统基于由定位传感器对第一磁场的测量来计算第一组可能相对坐标，并基于第二磁场的测量来计算第二组可能相对坐标。由于正确相对坐标并不取决于场发生器的位置，因而既不出现在第一组也不出现在第二组中的可能相对坐标是无效的。

然后该系统利用与场发生器中的至少一个和定位传感器中的至少一个有关的先验位置信息使除了余下的相对坐标中的一个之外全部无效，以产生两个对象之间的正确相对坐标。在一些实施例中，提供先验位置信息包括预先固定场发生器中的一个相对于对象中的一个的取向。

在下文描述的可替换的实施例中，可利用单个位置垫片来执行确定的定位测量，该位置垫片具有以已知偏移被固定在所述位置垫片内的多个场发生器。

因此根据本发明的实施例，提供一种用于定位跟踪的方法，包括：

使用位于相应不同的第一和第二位置的第一和第二场发生器，在第一和第二对象的附近产生相应的第一和第二磁场；

利用分别与第一和第二对象相关联的第一和第二定位传感器测量第一和第二场；

响应于第一磁场来计算第一对象相对于第二对象的第一可能相对坐标，和响应于第二磁场来计算第一对象相对第二对象的第二可能相对坐标；以及

通过：

将第一可能相对坐标与第二可能相对坐标相比较；和

将第一和第二可能相对坐标中的至少一个与关于场发生器中的至少一个和定位传感器中的至少一个的先验位置信息相比较；

来处理第一和第二可能相对坐标，以确定第一对象相对于第二对象的正确相对坐标。

在公开的实施例中，第一和第二对象中的一个包括插入患者身体的植入物，其中第一和第二对象中的另一个包括器具，并且处理第一和第二可能相对坐标包括跟踪该器具相对于该植入物的相对定位。

在一些实施例中，处理第一和第二可能相对坐标包括使第一和第二可能相对坐标的一个中的不出现在第一和第二可能相对坐标的另一个中的相对坐标值无效。附加地或者可替换地，处理第一和第二可能相对坐标包括响应于相对坐标值和先验位置信息之间的不一致性使第一和第二可能相对坐标中的至少一个中的相对坐标值无效。

在公开的实施例中，该方法包括通过对场发生器中的至少一个进行定位以便使磁场中的至少一个具有相对于定位传感器中的至少一个的已知取向，来提供先验位置信息。典型地，对场发生器中的至少一个进行定位包括利用指示磁场中的至少一个的取向的标记来标记场发生器中的至少一个。

在另一实施例中，该方法包括通过沿轴以离第一对象的第一距离定位第一场发生器，沿该轴在第一对象的相对侧以离第一对象的不同于第一距离的第二距离定位第二场发生器，以便使在第一对象处所测量的第一和第二场具有不同的量值，来提供先验位置信息。

在又一实施例中，其中第一和第二场发生器具有相应的第一和第二轴，该方法包括通过以已知的相互距离定位第一和第二场发生器，以便该第一和第二轴平行，来提供先验位置信息。

在再一实施例中，该方法包括通过定义指定有第一和第二对象的位置坐标的有效范围的工作容积，并且以离第一和第二对象足够远的距离定位第一场发生器，以便第一和第二可能相对坐标中的至少一个落在工作容积之外，来提供先验位置信息。

典型地，第一和第二磁场包括偶极子和半偶极子磁场中的至少一个。

根据本发明的实施例，还提供一种用于定位跟踪的方法，包括：

使用在位置垫片中沿共有轴以相应已知的相互偏移所固定的第一和第二场发生器的同轴对，在对象附近产生相应的第一和第二磁场；

利用与该对象相关联的定位传感器测量第一和第二磁场；

基于所测量的第一和第二磁场和已知的偏移，计算该对象相对于该位置垫片的确定的定位坐标。

在一些实施例中，该方法包括利用沿相应不同的轴以相应已知的相互偏移所固定的场发生器的一个或多个附加的同轴对来产生附加的磁场，和通过定位传感器测量附加的磁场，其中计算确定的定位坐标包括响应于所测量的附加的磁场和相应已知的偏移来计算坐标。

典型地，产生第一和第二磁场包括以具有相应不同的第一和第二频率的相应第一和第二驱动信号来驱动第一和第二场发生器。

根据本发明的实施例，还提供了一种用于定位跟踪的系统，包括：

位于相应不同的第一和第二位置的第一和第二场发生器，其被布置用于在第一和第二对象附近产生相应的第一和第二磁场；

分别与该第一和第二对象相关联的第一和第二定位传感器，其被布置用于测量第一和第二场；

处理器，其被布置用于响应于第一磁场计算第一对象相对于第二对象的第一可能相对坐标，响应于第二磁场计算第一对象相对于第二对象的第二可能相对坐标，和处理第一和第二可能相对坐标，以通过将第一可能相对坐标和第二可能相对坐标相比较，以及将第一和第二可能相对坐标中的至少一个和与场发生器中的至少一个和定位传感器中的至少一个有关的先验位置信息相比较来确定第一对象相对于第二对象的正确相对坐标。

根据本发明的实施例，进一步提供一种用于定位跟踪的系统，包括：

位置垫片，其包括沿共有轴以已知的相互偏移所固定的第一和第二场发生器的同轴对，其被布置用于在对象附近产生相应的第一和第二磁场；

与该对象相关联的定位传感器，其被布置用于测量第一和第二磁场；和

处理器，其被布置用于基于所测量的第一和第二磁场和已知的偏移来计算该对象关于该位置垫片的确定的定位坐标。

此外，根据本发明的实施例提供一种用在定位跟踪系统中的计算机软件产品，该产品包括计算机可读介质，其中存储有程序指令，当由计算机读取时，所述指令使计算机控制位于相应不同的第一和第二位置的第一和第二场发生器，以便在第一和第二对象的附近产生相应的第一和第二磁场，从分别与第一和第二对象相关联的第一和第二定位传感器接收第一和第二场的测量，响应于第一磁场计算第一对象相对于第二对象的第一可能相对坐标，响应于第二磁场计算第一对象相对于第二对象的第二可能相对坐标，处理第一和第二可能相对坐标，以便通过将第一可能相对坐标和第二可能相对坐标相比较，以及将第一和第二可能相对坐标中的至少一个和与场发生器中的至少一个和定位传感器中的至少一个有关的先验位置信息相比较来确定第一对象相对于第二对象的正确相对坐标。

结合附图从本发明的实施例的以下详细说明中将会更全面地理解本发明，其中：

附图说明

图1是根据本发明的实施例的在外科手术中所使用的磁定位跟踪系统的示意性图示；

图2是根据本发明的实施例的位置垫片的示意性图示；

图3是根据本发明的实施例的传感器单元的示意性图示；

图4是根据本发明的实施例的模糊定位测量的示意性图示；

图5是根据本发明的另一实施例的模糊定位测量的示意性图示；

图6是根据本发明的实施例示意性阐明用于求解测量模糊度的方法的流程图；

图7A是根据本发明的另一实施例的位置垫片的示意性图示；和

图7B是根据本发明的另一实施例示意性阐明用于求解测量模糊度的方法的图示。

具体实施方式

系统说明

在典型的基于磁的定位传感系统(例如引自上述参考文献中的系统)中，外部产生的磁场在接收器(例如传感器线圈)中感应出定位响应(position-responsive)电流，所述接收器位于传感器单元内。在这种系统的医疗应用中，传感器单元被装配在医疗植入物、探测器或其它医疗器具中。传感器单元内的传感器控制单元从接收器获得信号，计算定位信息，和将该信息传送到外部系统。该外部系统基于从传感器单元所接收的定位信息来计算该传感器单元的位置和取向。

图1是根据本发明的实施例的在外科手术中所使用的磁定位跟踪系统20的示意性图示。外科医生22使用医疗器具24对患者23执行医疗过程。将标记为26A和26B的矫形植入物26引入到患者体内的外科手术部位，在此实例中所述外科手术部位位于患者的腿30内。该跟踪系统通过测量和提供值入物26和器具24的定位来引导外科医生执行所述过程，在此实例中为膝关节手术。该系统对贯穿包括外科手术部位的工作容积(working volume)的位置和取向坐标进行测量。

特别地，系统20计算和提供器具24相对于植入物26中的一个(或两个)的相对定位坐标。例如，在一些实施例中，器具24包括插入器具，其用于将植入物26插入骨中和/或从中抽出。通过提供器具24相对于该植入物的相对坐标，定位跟踪系统辅助外科医生利用器具准确地接近该植入物，从而使所引起的对周围组织的损伤最小化。

附加地或者可替换地，相对坐标的计算和提供在其它情形或应用中也是所希望的，例如在脊骨外科手术中对脊骨椎弓根螺钉(spine pedicle screw)的导航和相对参考补块(patch)对导管的导航。

利用场发生器(诸如位置垫片(location pad)34)测量器具24和植入物26的坐标。位置垫片34可被附着在患者身体或使用任何适当的外部固定物来定位。在图1的实例中，分别标记为34A和34B的两个垫片被放置在患者的靠近植入物26A和26B的小腿和大腿上。信号发生器单元38产生驱动位置垫片34的驱动信号。典型地，垫片34包括响应驱动信号而产生贯穿工作容积的磁场的场发生线圈。虽然无线连接也是可行的，但位置垫片典型地通过电缆44连接到单元38。

植入物26和器具24包含微型的无线传感器单元，其在下面被详细描述。每个传感器单元都包括被设计用于感测其附加磁场的定位传感器。由位置垫片34产生的磁场在被装配于器具24和植入物26的传感器单元的定位传感器中感应出电流。响应于感应电流，每个传感器单元中的控制和通信电路产生和传送指示该植入物或器具的位置和取向的定位信号。无线传感器单元也可以被装配到各种临时标记设备中，例如临时地被插入骨中并在过程之后被移出的标记设备。

定位信号由耦合到计算机41的无线控制单元40接收。计算机41用作系统20的主系统控制器。在一些实施例中，计算机41处理所接收的信号，并计算器具24相对于植入物26的相对定位(位置和取向)坐标，而不管其相对于位置垫片的定位。典型地，结果在显示器42上被提供给外科医生。

典型地，计算机41包括通用计算机，其以软件方式被编程用以运行在此所描述的功能。例如，软件可通过网络以电子形式被下载到计算机，或者可替换地，所述软件可以在诸如CD-ROM的有形介质上被供给计算机。计算机41可以被实施为独立单元(standalone unit)，或可替换地与系统20的其它部件集成。

图1中所示的系统与矫形应用有关。关于这种定位跟踪系统的进一步细节可在上述的美国专利申请No.11/063,094中找到。另外，用于矫形应用的可实施本发明原理的类似系统在于2004年3月5日提交的美国临时专利申请No.60/550,924、现于2005年2月18日提交的作为美国专利申请No.11/062,258中进行了描述。所有这些申请被转让给本专利申请的受让人，并且其公开在此引入作为参考。

如下文将详细描述的那样，通过定位传感器所执行的场强测量有时会导致模糊的位置计算。下述方法和系统解决这些模糊度以提供器具相对于植入物的真实的相对位置。

图2是根据本发明的实施例的位置垫片(location pad)34的示意性图示。垫片34包括用于将该位置垫片附着到患者身体的基底50。该位置垫片包括至少一个场发生线圈54，其响应由电缆44所传送的驱动信号来产生偶极子或半偶极子磁场。在一些实施例中，在垫片34上所标记的箭头58以相对于由位置垫片所产生的磁场的已知方向排列。箭头58协助解决测量模糊度，如将在下面所解释的那样。

图3是根据本发明的实施例的包含在植入物26和器具24中的传感器单元62的示意性图示。传感器单元62包括定位传感器66，所述定位传感器典型地包括感测在该传感器单元附近所施加的磁场的三个场传感线圈。在一些实施例中，能量线圈70用作传感器单元62的能量源。典型地，能量线圈通过电感耦合从外部驱动天线(其可以是在图1中所示的无线控制单元40的一部分)接收射频(RF，radio frequency)能量。可替换地，可通过传感器单元62内的电池(未示出)或通过其它适合的装置供应能量。通信线圈74被用于从传感器单元传送定位信号到无线控制单元40。可替换地，或者传感器单元62的线圈或者能量线圈70也可被用于传送定位信号，从而避免需要单独的通信线圈。

定位传感器66和线圈70、74被偶合到传感器控制单元78。由位置垫片34所产生的磁场在定位传感器62中的场传感线圈两端感应时变信号电压，如上所述。单元78接收信号电压并响应于这些电压来产生定位信号。单元78驱动通信线圈74来传送定位信号到外部系统内的接收天线，该外部系统典型地为无线控制单元40。图3示出示例性的传感器单元构造。如上所述，可使用任何其它适当的电和/或机械构造来实现传感器单元62以适应不同的医疗植入物和器具。

定位测量中的模糊度

在下面的说明书中，假定由位置垫片34中的场发生线圈54所产生的磁场基本上为偶极子磁场。还假定定位传感器62测量磁场的三个正交的部件(例如通过采用沿三个相互正交的轴定向的三个场传感线圈)。在这些假定下，传感器62相对于特定的位置垫片的的位置坐标可以通过求解下面的三个方程来确定：

[1] - - - B_{x} = \frac{- 2 x^{2} + y^{2} + z^{2}}{{(x^{2} + y^{2} + z^{2})}^{5 / 2}}

[2] - - - B_{y} = \frac{- 3 xy}{{(x^{2} + y^{2} + z^{2})}^{5 / 2}}

[3] - - - B_{z} = \frac{- 3 xz}{{(x^{2} + y^{2} + z^{2})}^{5 / 2}}

其中，B_x，B_y和B_z分别表示由场发生线圈54所产生的偶极子磁场的x-、y-、和z轴分量。不失一般性地，该磁偶极子假定沿x轴定向。坐标x、y和z表示定位传感器相对于场发生线圈的三个位置坐标。

在系统20的操作过程中，在器具24或者植入物26中的定位传感器62测量B_x、B_y和B_z。在一些实施例中，计算机41求解上述方程[1]-[3]，推导出传感器62相对于垫片34的x、y和z位置坐标。由于偶极子场的对称性，对于求解上述方程[1]-[3]的任意{x，y，z}位置坐标而言，由{-x，-y，-z}给出的位置坐标也是解。{-x，-y，-z}位置坐标也被称为镜像坐标(mirror coordinate)。位置计算中的这些模糊度导致系统20中模糊的和/或有误差的定位跟踪测量。

图4是根据本发明的实施例的示意性示出模糊定位测量的图示。图4展示出单个器具24和单个植入物26的定位传感器的真实的和镜像的位置坐标，两者都测量由单个位置垫片34所产生的场。

器具24中的定位传感器测量由垫片34所产生的场。基于该测量，计算机41计算出上述方程[1]-[3]的两个解。这些解中的一个对应于器具24的真实位置坐标82，另一解对应于该器具的镜像位置坐标90。即使给定可用的所测量的信息，计算机41也无法确定这两个解中的哪个对应于器具的正确位置。

植入物26中的定位传感器也测量由垫片34所产生的场，基于该测量，计算机41推导出方程[1]-[3]的两个解。所述两个解中的一个对应于植入物26的真实位置坐标86，另一个解对应于植入物的镜像位置坐标94。另外，计算机41无法确定两个解中的哪个对应于植入物的正确位置。

如上所述，计算机41计算和提供器具24相对于植入物26的相对位置坐标。由于模糊的位置计算，计算机41应当考虑四个可能相对位置坐标，在图4中被标记为矢量TT、MM、MT和TM。矢量TT表示器具的真实位置相对于植入物的真实位置的相对位置。矢量MM表示器具的镜像位置相对于植入物的镜像位置的相对位置。矢量TM表示器具的真实位置相对于植入物的镜像位置的相对位置。最后，矢量MT表示器具的镜像位置相对于植入物的真实位置的相对位置。基于可用信息，计算机41无法确定这四个矢量中的哪个对应于器具24相对于植入物26的正确相对位置坐标。

模糊度求解方法

在一些实施例中，系统20采用两个位置垫片34、以及与位置垫片中的至少一个和定位传感器中的至少一个有关的先验位置信息，以对模糊的位置计算求解并确定器具24相对于植入物26的正确相对位置坐标。

图5是根据本发明的实施例的示意性示出关于两个位置垫片34的模糊的定位测量的图示。该图相对于两个位置垫片34A和34B(分别表示为PAD1和PAD2)示出单个器具24和单个植入物26的不同的真实和镜像坐标。下面的表格列出图中所示的六个坐标：

附图标记	说明
		82	器具24的真实位置坐标
86	植入物26的真实位置坐标
		98	器具24相对于位置垫片34A(PAD1)的镜像位置坐标
102	植入物26相对于位置垫片34A(PAD1)的镜像位置坐标
		106	器具24相对于位置垫片34B(PAD2)的镜像位置坐标
110	植入物26相对于位置垫片34B(PAD2)的镜像位置坐标

由于模糊的位置计算，计算机41应当考虑器具24相对于植入物26的八个可能相对坐标。在下面的表格中列出八个可能相对坐标：

附图标记	说明
		TT1	利用PAD1场所测量的、器具真实位置相对植入物真实位置
MM1	利用PAD1场所测量的、器具镜像位置相对植入物镜像位置
		TM1	利用PAD1场所测量的、器具真实位置相对植入物镜像位置
MT1	利用PAD1场所测量的、器具镜像位置相对植入物真实位置
		TT2	利用PAD2场所测量的、器具真实位置相对植入物真实位置
MM2	利用PAD2场所测量的、器具镜像位置相对植入物镜像位置
		TM2	利用PAD2场所测量的、器具真实位置相对植入物镜像位置
MT2	利用PAD2场所测量的、器具镜像位置相对植入物真实位置

利用PAD1的磁场测量了四个相对坐标(TT1，MM1，TM1和MT1)。这些矢量被认为属于组1。余下的四个矢量(TT1，MM1，TM1和MT1)已利用PAD2的磁场被测量，并且被认为属于组1。

图6是根据本发明的实施例示意性示出用于求解测量模糊度的方法的流程图。该方法开始于在测量步骤120时系统20利用两个位置垫片34执行场测量。在可能的矢量计算步骤122，计算机41利用场测量来计算可能相对坐标矢量。例如，在上面图5中所述的实施例中，计算机41计算被标记为TT1、TM1、MT1、MM1、TT2、TM2、MT2和MM2八个矢量。

在第一模糊度求解步骤124，计算机41现在使通过两个位置垫片以不类似方式所测量的可能相对坐标无效。该机制背后的推理在于，正确相对坐标值不取决于位置或者被用于测量所述位置的位置垫片的身份(identity)。因此，应当利用PAD1和PAD2的场以类似方式(即，在与测量误差有关的可接受的公差界限内)测量正确相对坐标。

换句话说，计算机41可以无效或者排除既不出现在组1也不出现在组2中的任一矢量。如果某一矢量既出现在组1又出现在组2中，则该矢量可能(但不是必然地)对应于正确相对坐标。因而，在步骤124，计算机41将组1和组2中的矢量比较并且只考虑在两组中都出现的矢量。例如，仔细观察上述图5，可以看出一半的矢量(也即矢量TM1，MT1，TM2，和MT2)可以被无效。在相对的组中，这些矢量中没有一个具有相似相对量(counterpart)。

然而，即使在使矢量TM和MT无效之后，仍然存在某一模糊度有待求解。特别地，组1中的矢量TT1与组2中的矢量TT2相似，以及组1中的矢量MM1与组2中的矢量MM2相似。为求解余下的模糊度，在第二模糊度求解步骤126，计算机41使用与相对于位置垫片中的至少一个的位置传感器中的至少一个有关的先验位置信息。计算机41使与该先验位置信息不一致的可能相对坐标无效。

提供该先验信息的一个示例性方法是预先使位置垫片中的一个相对于植入物中的一个的取向固定。在一些实施例中，外科医生贴上位置垫片中的一个，以便在此垫片上所标记的箭头58指向植入物中的一个的方向。

不失一般性地，假定垫片的箭头58沿x轴的位置方向指向。利用该信息，计算机41可以使具有负x轴分量的任何矢量无效。在上述图5的实例中，先验信息使计算机41使具有负x轴分量的矢量MM1和MM2无效，并确定矢量TT1和TT2确实与器具24相对于植入物26的正确相对坐标对应。可替换地，位置垫片34可采用任何其它适当的方法进行标记和/或安装，以便固定在至少一个位置垫片和至少一个定位传感器之间的已知取向。也可以使用其它类型的关于定位传感器和位置垫片的位置信息。

因而，在两个模糊度求解步骤124和126之后，计算机41使除了可能的相对矢量中的一个之外全部无效。余下的矢量对应于器具24相对于植入物26的正确相对坐标。

在可替换的实施例中，可使用附加技术来利用先验定位信息求解偶极子测量模糊度。例如，可以通过在沿特定的轴在离植入物不同的距离处并在该轴的相对侧放置两个位置垫片来求解模糊度。与对于较远的位置垫片而言相比，在植入物处所感测的磁场的绝对量值对于较近的位置垫片而言较大。可以通过比较由两个位置垫片所产生的场强的量值来求解模糊度。在这种情况下的先验位置信息包括沿所述轴在植入物与两个位置垫片之间的距离的已知差。这种技术可被一般化，以消除二维或者三维的测量模糊性。

在另一可替换的实施例中，附加的场发生线圈可以位于离位置垫片34之一中的场发生线圈54的已知距离处。如此对该附加的场发生线圈定位，使得其轴与该位置垫片的线圈54的轴平行。然后，利用场发生线圈的每一个在无模糊度的情况下测量器具24相对于植入物26的相对坐标。这种情况下的先验位置信息包括两个线圈的已知相对位置。

在另一实施例中，位置垫片34中的一个可以进一步远离该工作容积，使得模糊的位置坐标落在预定的工作容积之外。将所测量的坐标限定为在工作容积内的值使能够区分真实的和镜像的坐标。这种情况下的先验位置信息包括工作容积相对于远的位置垫片的已知边界。

利用单个位置垫片的模糊度求解(ambiguity resolution)

在可替换的实施例中，可利用具有多个场发生线圈的单个位置垫片来解决偶极子的场模糊度。

图7A是根据本发明实施例的位置垫片130的示意性图示。位置垫片130包括六个场发生线圈134A…134F。场发生线圈被布置成三对，其中每一线圈对在平面中以与其它两对正交的方式被定向。换句话说，两个线圈在X-Y平面上被定向，两个线圈在X-Z平面上被定向，和两个线圈在Y-Z平面上被定向。这些线圈以离位置垫片中心已知的偏移被定位。

图7B是根据本发明的实施例示意性阐明用于利用位置垫片130求解测量模糊度的方法的图示。该图示出垫片130的线圈134A…134F。不失一般性地，坐标系的原点被选在该位置垫片的中心。线圈134A…134F离原点的偏移分别表示为-Δx、Δx、-Δy、Δy、-Δz和Δz。

尽管可以采用任何其它适当的构造，但是在本实例中垫片130被如此构造使得所有偏移都彼此相等，并且处于数量级为1cm。附加地或者可替换地，也可以采用非正交线圈构造。尽管垫片130的示例性构造包括六个场发生线圈，但也可以采用具有已知相互偏移的两个或者多个线圈的任何其它适当的构造。

在图中所示的传感器单元62可以被装配在植入物26、器具24、或者任何其它适当的被跟踪对象内。典型地，相对于每个线圈134A…134F来测量传感器单元62的定位坐标。使用六个测量和线圈相对于原点的已知偏移值，可以在无模糊度的情况下确定传感器单元62的真实定位(位置和取向(location andorientation))坐标。

在一些实施例中，线圈由具有不同频率的相应驱动信号驱动，并且所产生的场的不同频率可以被用于使定位测量与适当的线圈相关联。可替换地，可采用时分复用(TDM)方案以一次一个的方式驱动线圈。通过使由传感器单元62所生成的定位信号与TDM定时同步，可以使每个定位测量与适当的场发生线圈相关联。

虽然这里所描述的方法从事单个相对坐标的计算，但该方法可被用于在任何数量的定位传感器之中计算相对坐标，所述定位传感器与诸如植入物、医疗器械和器具的对象相关联。

因而，应当理解的是，以实例的方式对上面所描述的实施例进行引用，而且本发明并不局限于上文具体所示出和描述的。更确切地说，本发明的范围包括上文描述的各种特征的组合和子组合、以及其变型和修改，所述变型和修改对于本领域技术人员在阅读前述的说明书的基础上可进行产生，并且在现有技术中未被公开。

Claims

1.一种用于定位跟踪的方法，包括：

使用在位置垫片中沿共有轴以相应已知的相互偏移所固定的第一场发生器和第二场发生器的同轴对，在对象附近产生相应的第一磁场和第二磁场；

利用与该对象相关联的定位传感器测量第一磁场和第二磁场；和

基于所测量的第一磁场和第二磁场以及已知的偏移，计算该对象相对于该位置垫片的明确的定位坐标。

2.根据权利要求1所述的方法，包括利用沿相应不同的轴以相应已知的相互偏移所固定的第一场发生器和第二场发生器的一个或者多个附加的同轴对来产生附加的磁场，和通过定位传感器测量附加的磁场，其中计算明确的定位坐标包括响应于所测量的附加的磁场和相应已知的偏移来计算坐标。

3.根据权利要求1所述的方法，其中产生第一磁场和第二磁场包括利用具有相应不同的第一频率和第二频率的相应第一驱动信号和第二驱动信号来驱动第一场发生器和第二场发生器。

4.一种定位跟踪系统，包括：

位置垫片，包括沿共有轴以已知的相互偏移所固定的第一场发生器和第二场发生器的同轴对，其被布置用于在对象附近产生相应的第一磁场和第二磁场；

与该对象相关联的定位传感器，其被布置用于测量第一磁场和第二磁场；和

处理器，其被布置用于基于所测量的第一磁场和第二磁场以及已知的偏移来计算该对象关于该位置垫片的明确的定位坐标。

5.根据权利要求4所述的系统，其中位置垫片包括沿相应不同的轴以相应已知的相互偏移所固定的第一场发生器和第二场发生器的一个或者多个附加同轴对，其被布置用于产生附加的磁场，其中定位传感器进一步被布置用于测量附加的磁场，以及其中处理器被布置用于响应于所测量的附加的磁场和相应已知的偏移来计算明确的定位坐标。

6.根据权利要求4所述的系统，其中利用具有相应不同的第一频率和第二频率的相应第一驱动信号和第二驱动信号来驱动第一场发生器和第二场发生器。