CN101897585A - 具有磁阻传感器的手术导航系统 - Google Patents

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CN101897585A CN2009102584251A CN200910258425A CN101897585A CN 101897585 A CN101897585 A CN 101897585A CN 2009102584251 A CN2009102584251 A CN 2009102584251A CN 200910258425 A CN200910258425 A CN 200910258425A CN 101897585 A CN101897585 A CN 101897585A
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Abstract

一种具有磁阻传感器的手术导航系统，该手术导航系统(30，50，80，110，140)，具有一个或多个磁阻传感器(10)，其中该传感器具有适于电磁位置和方位追踪的噪声和动态范围。该手术导航系统(30，50，80，110，140)包括至少一个磁阻参考传感器(36，62，116，146)，其固定附着到患者(38，118，148)的解剖参照物，至少一个磁阻传感器(32，58，88，112，120，124，142)，其附着到至少一个装置(34，114，152)，以及至少一个处理器(52，82)，用于确定该至少一个装置(34，114，152)的位置和方位。

Description

具有磁阻传感器的手术导航系统
技术领域
本公开总体上涉及手术导航系统(surgical navigation system)，尤其涉及利用磁阻传感器(magnetoresistance sensor)的手术导航系统。
背景技术
手术导航系统追踪手术器械、植入物(implant)或其它医疗装置关于患者解剖体(anatomy)的多维图像的精确位置和方位。此外，手术导航系统使用可视化工具为外科医生提供这些手术器械、植入物或其它医疗装置与患者解剖体的相互配准(co-registered)视图。
可在手术过程之前或在手术过程期间生成多维图像。例如，可利用任何合适的医学成像技术，例如X射线、计算机断层扫描(CT)、磁共振(MR)、正电子发射断层扫描(PET)、超声、或其它任何合适的成像技术，及其任意组合。在将多维图像与患者的位置和方位或者与解剖特征或感兴趣区域的位置和方位配准(register)之后，导航手术器械、植入物或其它医疗装置的图形表现(graphicalrepresentation)与多维图像的结合提供位置和方位信息，该信息使开业医生(medical practitioner)能够操纵手术器械、植入物或其他医疗装置到达想要的位置和方位。
当前的手术导航系统包括位置和方位传感器，或基于电磁(EM)、射频(RF)、光学(视线)和/或机械技术的传感子系统。
通常利用线圈或微线圈(microcoil)来实现EM传感器以生成并检测磁场。虽然成功地实现了基于线圈的EM传感器，但是当发射器线圈频率降低和/或接收器线圈体积减小时，基于线圈的EM传感器具有差的信噪比(SNR)。SNR降低转化为EM传感器的范围(从发射器到接收器的距离)缩小，这会产生临床意义的位置误差。
与基于线圈的EM传感器相关的另一个问题是，基于线圈的EM传感器易受附近导电物体中的涡流引起的磁场畸变的影响。使用基于线圈的EM传感器的追踪技术依赖稳定的磁场或已知的磁场图。因此，由磁场中金属物体产生的不可预测的干扰降低准确度或者甚至使得追踪技术没有用处。选择应用所允许的低磁场频率能够减少由涡流所产生的问题，然而由于基于线圈的EM传感器是基于感应(induction)的，所以也会降低基于线圈的EM传感器的灵敏度。
与基于线圈的EM传感器相关的其它问题是，通常基于线圈的EM传感器的制造更加困难且昂贵，并且其还对电缆、连接器以及电子设备的寄生电感和电容固有地敏感，这是因为传感器信号的比例较小但是寄生信号保持不变。虽然使用更多的昂贵部件以及制造工艺可以使某些寄生成分部分地无效，但是剩下的寄生电感和电容导致缩小的范围。
除了基于线圈的EM传感器之外，还有各种各样的具有不同价格和性能属性的磁传感器。霍耳效应传感器通常被用于检测低至大约10-6特斯拉的场。这些传感器稳定、紧凑、相对便宜并且具有大的动态范围。各向异性磁阻(AMR)传感器能够检测低至大约10-9特斯拉的场。虽然这些传感器紧凑并且相对便宜，但是其极易漂移(drift)且具有小的动态范围。因此，需要使用高电流脉冲来频繁地对AMR传感器进行重新初始化。磁通门磁力仪(Fluxgate magnetometer)能够检测低至大约10-11特斯拉的场。然而这些传感器昂贵、体积大并且具有相对小的动态范围。SQUID磁力仪能够检测低至大约10-15特斯拉的场。因为其需要冷冻剂或大功率闭式循环冷却系统，所以因为巨大的操作成本也很昂贵。
因此，需要一种手术导航系统，其包括具有小波形因数、良好的信噪比、良好的低频操作、对寄生电感和电容较低的灵敏度、对畸变较低的灵敏度的磁阻传感器，并且制造成本极低。
发明内容
根据本公开的一方面，手术导航系统包括至少一个磁阻参考传感器，其固定附着到患者的解剖参照物；至少一个磁阻传感器，其附着到至少一个装置；以及至少一个处理器，用于确定该至少一个装置的位置和方位。
根据本公开的一方面，手术导航系统包括至少一个磁阻参考传感器，其固定附着到患者的解剖参照物；至少一个电磁线圈传感器，其附着到至少一个装置；以及至少一个处理器，用于确定该至少一个装置的位置和方位。
根据本公开的一方面，手术导航系统包括至少一个电磁线圈传感器，其固定附着到患者的解剖参照物；至少一个磁阻传感器，其附着到至少一个装置；以及至少一个处理器，用于确定该至少一个装置的位置和方位。
根据本公开的一方面，手术导航系统包括至少一个磁阻参考传感器，其附着到患者的解剖参照物；至少一个磁阻传感器，其附着到第一装置；至少一个光学传感器，其附着到第二装置；以及至少一个处理器，用于确定该第一装置和第二装置的位置和方位。
本领域技术人员能够从附图和具体描述中得到它的各种特征、方面以及优点。
附图说明
图1是磁阻传感器的示意性实施例的放大侧视图；
图2是手术导航系统的示意性实施例的示意图；
图3是手术导航系统的示意性实施例的框图；
图4是利用电磁线圈传感器和磁阻传感器两种技术的手术导航系统的示意性实施例的框图；
图5是手术导航系统的示意性实施例的示意图；
图6是利用光学和电磁两种技术的手术导航系统的示意性实施例的示意图。
具体实施方式
现参见附图，图1示出磁阻传感器10的一示意性实施例的放大侧视图。磁阻装置是提供施加磁场时导体或半导体电阻变化的装置。该装置的电阻取决于所施加的磁场。如图1所示，磁阻传感器10包含绝缘衬底12、沉积在绝缘衬底表面18上的金属材料14和半导体材料16的交替图案、以及沉积在金属材料14和半导体材料16的交替图案上方的偏磁(bias magnet)材料20。金属材料14和半导体材料16的交替图案形成具有金属材料14和半导体材料16的交替带(alternating band)的组合结构(composite structure)。至少一个输入接头(connection contact)22被耦合到金属材料14，至少一个输出接头24被耦合到金属材料14。
半导体材料16可以串联连接以增加磁阻传感器10的电阻。在一示意性实施例中，半导体材料16可以由单个半导体元件组成。偏磁材料20使半导体材料16受到达到所需灵敏度所需的磁场的作用。磁阻传感器10响应磁场的强度和方向而提供信号。在一示意性实施例中，磁场可以近似为0.1到0.2特斯拉。
磁场的施加将电子限制于半导体材料16，这导致路径长度增加。增加路径长度，就增加了磁阻传感器10的灵敏度。磁场也增加了磁阻传感器10的电阻。在图1公开的几何结构中，在零磁场下，电流密度在整个磁阻传感器10中是均匀的。在高磁场下，电子(或空穴)向外朝向半导体材料16的角(corner)放射状地传播，从而导致大的磁阻(高电阻)。
很多新的临床应用包括对各种装置进行追踪，这些装置包括导管、导丝(guidewire)、以及其它要求传感器的大小非常小(毫米尺寸(millimeterdimension)或更小)的血管内(endovascular)器械。磁阻传感器10的活性面积(active area)可缩放(scale)到大小小于0.1mm×0.1mm。
在一示意性实施例中，磁阻传感器可用各种不同的体系结构和几何结构来构造，包括，巨磁阻(GMR)传感器和异常磁阻(extraordinary magnetoresistance，EMR)传感器。
磁阻传感器10提供极小的波形因数、良好的信噪比(低噪声操作)、以及良好的低频响应。低噪声与宽动态范围相结合使磁阻传感器10能够用于手术导航系统中的位置和方位追踪。磁阻传感器10的低频响应使手术导航系统能够在金属耐性(metal tolerance)最大化的极低频率下操作。
图2示出手术导航系统30的一示意性实施例的示意图。手术导航系统30包括附着到至少一个装置34的至少一个磁阻传感器32、至少一个磁阻参考传感器36以及便携式工作站40，该至少一个磁阻参考传感器36固定附着到正在经受医疗过程的患者38的解剖参照物(anatomical reference)。该至少一个磁阻参考传感器36也可被称为动态参照物，因为其固定附着到患者38的解剖参照物，并随患者38一起移动。便携式工作站40包括计算机42、至少一个显示器44以及导航接口46。手术导航系统30被配置成通过操作该至少一个磁阻传感器32和该至少一个磁阻参考传感器36从而确定该至少一个装置34的位置和方位。台48位于便携式工作站40附近以在医疗过程期间支撑患者38。
该至少一个磁阻传感器32可用于确定相对于该至少一个磁阻参考传感器34或相对于一个或多个磁阻传感器32的一维或多维的位置和/或方位信息(x，y，z，roll，pitch，yaw)。
该至少一个磁阻传感器32和至少一个磁阻参考传感器36耦合到导航接口46。该至少一个磁阻传感器32和该至少一个磁阻参考传感器36可以通过有线或无线连接耦合到导航接口46并与导航接口46通信。导航接口耦合到计算机42。
该至少一个磁阻参考传感器36与该至少一个磁阻传感器32通信并且接收来自该至少一个磁阻传感器32的数据。导航接口46耦合到该至少一个磁阻参考传感器36和该至少一个磁阻传感器32并且接收来自该至少一个磁阻参考传感器36和该至少一个磁阻传感器32的数据。手术导航系统30提供追踪和显示具有附着于其上的磁阻传感器32的复合(multiple)装置34的位置和方位的能力。
在一示意性实施例中，该至少一个磁阻传感器32可以被配置为发射器或磁场发生器，该至少一个磁阻参考传感器36可以被配置为磁场接收器。然而，应该意识到根据可选实施例该至少一个磁阻传感器32可以被配置为磁场接收器，该至少一个磁阻参考传感器36可以被配置为磁场发生器。
在一示意性实施例中，该至少一个磁阻参考传感器36生成由至少一个磁阻传感器32检测的至少一个磁场。在一示意性实施例中，该至少一个磁阻传感器32生成由至少一个磁阻参考传感器36检测的至少一个磁场。
根据任何合适的方法或系统，磁场测量结果可用于计算该至少一个装置34的位置和方位。在使用耦合到该至少一个磁阻传感器32的电子设备对磁场测量结果进行数字化之后，数字化的信号从该至少一个磁阻传感器32发送到导航接口46。数字化的信号可以使用有线或无线通信协议和接口从该至少一个磁阻传感器32发送到导航接口46。导航接口46接收的数字化的信号表示由该至少一个磁阻传感器32检测的磁场信息。
在一示意性实施例中，导航接口46接收的数字化的信号表示由该至少一个或至少一个磁阻传感器32检测的来自该至少一个磁阻参考传感器34的磁场信息。导航接口46向计算机42传输数字化的信号。计算机42基于接收的数字化的信号计算该至少一个装置34的位置和方位信息。
位置和方位信息可以从计算机42发送到显示器44以便于开业医生查看。
在此处描述的手术导航系统30能够在不同的过程期间追踪许多不同类型的装置。取决于过程，该至少一个装置34可以是手术器械(例如，成像导管，诊断导管，治疗导管，导丝，清除器(debrider)，吸引器，手柄，导向器，等)，手术植入物(例如，人工椎间盘(artificial disk)，接骨螺钉，分流器(shunt)，椎弓根螺钉，板(plate)，髓内杆(intramedullary rod)，等)，或其它装置。取决于手术导航系统30的使用环境，可以使用任意数量的合适的装置。在一示意性实施例中，可以有多于一个的装置34和附着于每个装置34的多于一个的磁阻传感器32。
实现计算机42的一示例系统可以包括通用计算装置，其包括处理单元、系统存储器以及系统总线，系统总线将包括系统存储器的各种不同的系统部件耦合到处理单元。系统存储器可以包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。计算机还可以包括用于从磁性硬盘读出并向磁性硬盘写入的磁性硬盘驱动器、用于从移动(removable)磁盘读出或向移动磁盘写入的磁盘驱动器、以及用于从移动(removable)光盘(例如CD ROM或其他光学介质)读出或向移动光盘写入的光盘驱动器。驱动器和其相关的机器可读介质提供机器可执行指令、数据结构、程序模块以及计算机的其他数据的非易失性(nonvolatile)存储。
图3示出手术导航系统50的一示意性实施例的框图。手术导航系统50概念化地示出为模块集，但也可以使用专用硬件板、数字信号处理器、现场可编程门阵列和处理器的任意组合来实现。作为选择，模块可以使用具有单个处理器或多个处理器、功能操作在处理器之间分配的非专门设计的(off-the-shelf)计算机来实现。例如，具有用于位置和方位计算的专用处理器以及用于可视化操作的专用处理器是可取的。做为进一步的选择，可以使用混合配置来实现模块，其中某些模块功能使用专用硬件执行，而其余模块功能使用非专门设计的计算机执行。在图3所示的实施例中，系统50包括处理器52、系统控制器54以及存储器56。模块的操作可以由系统控制器54控制。
至少一个磁阻传感器58和至少一个磁阻参考传感器62耦合到导航接口60。手术导航系统50可被配置成通过导航接口60给每个磁阻传感器58和每个磁阻参考传感器62分配唯一的标识符，以便于手术导航系统50识别哪个磁阻传感器附着到哪个装置或者哪个磁阻参考传感器62附着到哪个解剖参照物。在一示意性实施例中，该至少一个磁阻传感器58生成由该至少一个磁阻参考传感器62检测的至少一个磁场。在一示意性实施例中，该至少一个磁阻参考传感器62生成由该至少一个磁阻传感器58检测的至少一个磁场。
在一示意性实施例中，该至少一个磁阻传感器58可被配置为发射器或磁场发生器，该至少一个磁阻参考传感器62可被配置为磁场接收器。然而，应该意识到根据可选的实施例，该至少一个磁阻传感器58可被配置为磁场接收器，该至少一个磁阻参考传感器62可被配置为磁场发生器。
导航接口60接收和/或发送来自该至少一个磁阻传感器58或该至少一个磁阻参考传感器62的数字化的信号。导航接口60可以包括至少一个以太网(Ethernet)端口。可以给该至少一个端口提供例如以太网网络接口卡或适配器。然而，根据各种可选的实施例，使用可选的有线或无线通信协议和接口，数字化的信号可以从该至少一个磁阻传感器58或该至少一个磁阻参考传感器62发送到导航接口60。
由导航接口60接收的数字化的信号表示由该至少一个磁阻参考传感器62检测的来自该至少一个磁阻传感器58的磁场信息。在一可选实施例中，由导航接口60接收的数字化的信号表示由该至少一个磁阻传感器58检测的来自该至少一个磁阻参考传感器62的磁场信息。导航接口60通过本地接口66向追踪器模块64发送数字化的信号。在一示意性实施例中，本地接口66是外设部件互连(PCI)总线。然而，根据各种可选的实施例，可以使用等效的总线技术来替换。在一示意性实施例中，追踪器模块64基于接收的数字化的信号计算位置和方位信息。该位置和方位信息提供装置的位置。追踪器模块64通过本地接口66向导航模块68传递位置和方位信息。
一接收到位置和方位信息，导航模块68就被用于将装置的位置与获取的患者数据配准(register)。在图3所示的实施例中，获取的患者数据存储在盘(disk)70上。获取的患者数据可以包括计算机断层扫描(CT)数据、磁共振(MR)数据、正电子发射断层扫描(PET)数据、超声数据、x射线数据、或任何其它合适的数据，以及其任意组合。仅做为示例，盘70为硬盘驱动器，但也可使用其它合适的存储装置。
获取的患者数据从盘70载入存储器56。获取的患者数据由盘控制器72从盘70中检索。导航模块68从存储器56读取获取的患者数据。导航模块68将装置的位置与获取的患者数据配准，并且产生装置的表现(representation)和适合于可视化患者图像数据的图像数据。在图3所示的实施例中，图像数据通过本地接口66被发送到显示控制器74。显示控制器74用于输出图像数据至显示器76。
各种显示配置可用于改善手术室工效学(operating room ergonomics)，显示不同的视图，或者为各种不同位置的人员显示信息。例如，如图2所示，手术导航系统30可以包括至少一个显示器44。该至少一个显示器44可以包括两个或更多的独立的显示器或者被分成两个或更多显示区域的大显示器。作为选择，该至少一个显示器44可以安装在从手术室的天花板或墙壁伸出的手术臂(surgical boom)上。该手术臂可安装到手术室的天花板或墙壁并从手术室的天花板或墙壁伸出，附着于手术台，或安装在便携式车(portable cart)上。
图4示出手术导航系统80的一示意性实施例的框图。手术导航系统80是实现电磁(EM)线圈传感器和磁阻传感器技术的混合手术导航系统。手术导航系统80概念化地示出为模块集，但也可以使用专用硬件板、数字信号处理器、现场可编程门阵列和处理器的任意组合来实现。作为选择，模块可以使用具有单个处理器或多个处理器、功能操作在处理器之间分配的非专门设计的计算机来实现。例如，具有用于位置和方位计算的专用处理器以及用于可视化操作的专用处理器是可取的。做为进一步的选择，可以使用混合配置来实现模块，其中某些模块功能使用专用硬件执行，而其余模块功能使用非专门设计的计算机执行。在图4所示的实施例中，系统50包括处理器82、系统控制器84以及存储器86。模块的操作可以由系统控制器84控制。
至少一个磁阻传感器88和至少一个EM线圈传感器92耦合到导航接口90。
在一示意性实施例中，该至少一个磁阻传感器88生成由该至少一个EM线圈传感器92检测的至少一个磁场。在一示意性实施例中，该至少一个EM线圈传感器92生成由该至少一个磁阻传感器88检测的至少一个磁场。
在一示意性实施例中，该至少一个磁阻传感器88可被配置为发射器或磁场发生器，该至少一个EM线圈传感器92可被配置为磁场接收器。然而，应该意识到根据可选的实施例，该至少一个磁阻传感器88可被配置为磁场接收器，该至少一个EM线圈传感器92可被配置为磁场发生器。
在一示意性实施例中，该至少一个EM线圈传感器92可用各种不同的EM线圈体系结构来构造。在一示意性实施例中，EM线圈传感器92可以包括单线圈、一对单线圈、单偶极子线圈、工业标准线圈体系结构(industry-standard-coil-architecture，ISCA)型线圈、一对ISCA型线圈、多级螺旋(multiple coil)或者线圈阵列。
ISCA型线圈定义为三个大致配套(collocated)、大致正交(orthogonal)、并且近似偶极子的线圈。因此，ISCA线圈包括三个大致配套、大致正交并且近似偶极子的线圈。在ISCA配置中，三个线圈(即，线圈三件套(coil trios))呈现相同的有效面积(effective area)，彼此正交，且中心在相同的点。
在一示意性实施例中，该至少一个EM线圈传感器92可由用各种不同的EM微线圈体系结构构造的至少一个EM微线圈配置而成。在一示意性实施例中，EM微线圈可以包括铁氧体磁芯，导线围绕铁氧体磁芯缠绕。在一示意性实施例中，电磁微线圈可以包括涂覆到多个凸出(projection)的铁氧体材料，例如铁氧体膏(ferrite paste)，导线围绕铁氧体材料缠绕。在一示意性实施例中，每个EM微线圈可以密封在每个微线圈外面的可收缩材料、热缩包装套(shrinkwrap sleeve)或涂层内。
导航接口90接收和/或发送来自该至少一个磁阻传感器88或该至少一个EM线圈传感器92的数字化的信号。使用可选的有线或无线通信协议和接口，数字化的信号可以从该至少一个磁阻传感器88或该至少一个EM线圈传感器92发送到导航接口90。
由导航接口90接收的数字化的信号表示由该至少一个EM线圈传感器92检测的来自该至少一个磁阻传感器88的磁场信息。在一可选实施例中，由导航接口90接收的数字化的信号表示由该至少一个磁阻传感器88检测的来自该至少一个EM线圈传感器92的磁场信息。导航接口60通过本地接口96向追踪器模块94发送数字化的信号。在一示意性实施例中，本地接口96是外设部件互连(PCI)总线。在一示意性实施例中，追踪器模块94基于接收的数字化的信号计算位置和方位信息。该位置和方位信息提供装置的位置。追踪器模块94通过本地接口96向导航模块98传递位置和方位信息。
一接收到位置和方位信息，导航模块98就被用于将装置的位置与获取的患者数据配准。获取的患者数据存储在盘100上。获取的患者数据可以包括计算机断层扫描(CT)数据、磁共振(MR)数据、正电子发射断层扫描(PET)数据、超声数据、x射线数据、或任何其它合适的数据，以及其任意组合。仅做为示例，盘100为硬盘驱动器，但也可使用其它合适的存储装置。
获取的患者数据从盘100载入存储器86。获取的患者数据由盘控制器102从盘100中检索。导航模块98从存储器86读取获取的患者数据。导航模块98将装置的位置与获取的患者数据配准，并且产生装置的表现和适合于可视化患者图像数据的图像数据。图像数据通过本地接口96被发送到显示控制器104。显示控制器104用于输出图像数据至显示器106。
图5示出手术导航系统110的一示意性实施例的示意图。手术导航系统110包括附着到至少一个装置114的至少一个磁阻传感器112、第一磁阻参考传感器116、附着到成像设备122的第二磁阻参考传感器120、位于支撑患者118的台126上的第三磁阻参考传感器124以及便携式工作站128，第一磁阻参考传感器116固定附着到正在经受医疗过程的患者118的解剖参照物(anatomicalreference)。在一示意性实施例中，成像设备122为移动荧光镜成像设备(mobilefluoroscopic imaging apparatus)。便携式工作站128包括计算机130、至少一个显示器132以及导航接口134。手术导航系统110被配置成通过操作该至少一个磁阻传感器112以及第一、第二和第三磁阻参考传感器116、120、124从而确定该至少一个装置114的位置和方位。
该至少一个磁阻传感器112以及该第一、第二和第三磁阻参考传感器116、120、124耦合到导航接口134。该至少一个磁阻传感器112以及该第一、第二和第三磁阻参考传感器116、120、124可通过有线或无线连接耦合到导航接口134并与导航接口134通信。导航接口耦合到计算机130。
该至少一个磁阻传感器112与该第一、第二和第三磁阻参考传感器116、120、124通信并且发送/接收来自该第一、第二和第三磁阻参考传感器116、120、124的数据。导航接口134耦合到该至少一个磁阻传感器112并且接收来自该至少一个磁阻传感器112的数据，与该第一、第二和第三磁阻参考传感器116、120、124通信并且发送/接收来自该第一、第二和第三磁阻参考传感器116、120、124的数据。手术导航系统110提供追踪和显示具有附着于其上的磁阻传感器112的复合装置114的位置和方位的能力。位置和方位信息可以从计算机130发送到显示器132以便于开业医生查看。
在一示意性实施例中，取决于应用，该至少一个磁阻传感器112以及该第一、第二和第三磁阻参考传感器116、120、124可以被配置为发射器或磁场发生器，或者被配置为磁场接收器。
在此处描述的手术导航系统110能够在不同的过程期间追踪许多不同类型的装置。取决于过程，该至少一个装置114可以是手术器械(例如，成像导管，诊断导管，治疗导管，导丝，清除器，吸引器，手柄，导向器，等)，手术植入物(例如，人工椎间盘，接骨螺钉，分流器，椎弓根螺钉，板，髓内杆，等)，或其它装置。取决于手术导航系统110的使用环境，可以使用任意数量的合适的装置。在一示意性实施例中，可以有多于一个的装置114，和附着于每个装置114的多于一个的磁阻传感器112。
在一示意性实施例中，磁阻参考传感器固定到解剖参照物，第一磁阻传感器固定到第一装置或植入物，第二磁阻传感器固定到第二装置、植入物或成像设备。
在一示意性实施例中，磁阻传感器位于手术台上，磁阻参考传感器固定到解剖参照物，多个磁阻传感器固定到装置、植入物、患者身体部分和/或成像装置。
在一示意性实施例中，该至少一个磁阻传感器可以被配置为发射器或磁场发生器，该至少一个磁阻参考传感器可以被配置为磁场接收器。然而，应该意识到根据可选实施例该至少一个磁阻传感器可以被配置为磁场接收器，该至少一个磁阻参考传感器可以被配置为磁场发生器。
图6示出手术导航系统140的一示意性实施例的示意图。手术导航系统140是实现EM和光学技术的混合手术导航系统。手术导航系统140包括附着到至少一个装置144的至少一个磁阻传感器142、磁阻参考传感器146、附着到至少一个装置152的至少一个光学传感器150、成像设备158、便携式EM工作站154以及光学控制器156，磁阻参考传感器146固定附着到正在经受医疗过程的患者148的解剖参照物。在一示意性实施例中，成像设备158为移动荧光镜成像设备。手术导航系统140被配置成通过操作该至少一个磁阻传感器142、磁阻参考传感器146、该至少一个光学传感器150，从而确定该至少一个装置144和该至少一个装置152的位置和方位。
虽然本公开是参照多个实施例来描述的，但是本领域技术人员将会理解，在不偏离本公开精神的情况下可以对实施例进行替换、改变和删减。因此，之前的描述仅仅作为举例，而不应限定本发明的权利要求的范围。
部件列表
Figure G2009102584251D00131

Claims (12)

1.一种手术导航系统(30，50)，包括：
至少一个磁阻参考传感器(10，36，62)，固定附着到患者(38)的解剖参照物；
至少一个磁阻传感器(10，32，58)，附着到至少一个装置(34)；以及
至少一个处理器(52)，用于确定该至少一个装置(34)的位置和方位。
2.如权利要求1所述的手术导航系统(30，50)，其中磁阻参考传感器(10，36，62)包括绝缘衬底(12)、沉积在该绝缘衬底(12)的表面(18)上的金属材料(14)和半导体材料(16)的交替图案、以及沉积在该金属材料(14)和该半导体材料(16)的该交替图案上方的偏磁材料(20)。
3.如权利要求1所述的手术导航系统(30，50)，其中该磁阻传感器(10，32，58)包括绝缘衬底(12)、沉积在该绝缘衬底(12)的表面(18)上的金属材料(14)和半导体材料(16)的交替图案、以及沉积在该金属材料(14)和该半导体材料(16)的该交替图案上方的偏磁材料(20)。
4.如权利要求3所述的手术导航系统(30，50)，其中该偏磁材料(20)使该半导体材料(16)受到磁场的作用。
5.如权利要求4所述的手术导航系统(30，50)，其中该磁阻传感器(10，32，58)响应磁场的强度和方向而提供信号。
6.如权利要求1所述的手术导航系统(30，50)，其中该磁阻传感器(10，32，58)具有大约0.1mm乘0.1mm大小的活性面积。
7.一种手术导航系统(30，80)，包括：
至少一个磁阻参考传感器(10，36，88)，固定附着到患者(38)的解剖参照物；
至少一个电磁线圈传感器(92)，附着到至少一个装置(34)；以及
至少一个处理器(82)，用于确定该至少一个装置(34)的位置和方位。
8.如权利要求7所述的手术导航系统(30，80)，其中该磁阻参考传感器(10，36，88)包括绝缘衬底(12)、沉积在该绝缘衬底(12)的表面(18)上的金属材料(14)和半导体材料(16)的交替图案、以及沉积在该金属材料(14)和该半导体材料(16)的该交替图案上方的偏磁材料(20)。
9.如权利要求8所述的手术导航系统(30，80)，其中该偏磁材料(20)使该半导体材料(16)受到磁场的作用。
10.如权利要求9所述的手术导航系统(30，80)，其中该磁阻参考传感器(10，36，88)响应磁场的强度和方向而提供信号。
11.如权利要求8所述的手术导航系统(30，80)，其中该磁阻参考传感器(10，36，88)具有大约0.1mm乘0.1mm大小的活性面积。
12.一种手术导航系统(30，80)，包括：
至少一个电磁线圈传感器(92)，固定附着到患者(38)的解剖参照物；
至少一个磁阻传感器(32，88)，附着到至少一个装置(34)；以及
至少一个处理器(82)，用于确定该至少一个装置(34)的位置和方位。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107106104A (zh) * 2015-01-23 2017-08-29 辰维医疗科技有限公司 用于骨科分析和治疗设计的系统和方法
CN111796155A (zh) * 2019-04-05 2020-10-20 柯惠有限合伙公司 磁干扰检测系统和方法

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2902891B1 (fr) * 2006-06-22 2008-12-12 Commissariat Energie Atomique Systeme et procede de mesure d'un signal de resonance magnetique
US8283921B2 (en) * 2008-11-26 2012-10-09 General Electric Company Magnetoresistance sensors for position and orientation determination
US8358128B2 (en) * 2008-11-28 2013-01-22 General Electric Company Surgical navigation system with magnetoresistance sensors
US8483800B2 (en) * 2008-11-29 2013-07-09 General Electric Company Surgical navigation enabled imaging table environment
US9913693B2 (en) 2010-10-29 2018-03-13 Medtronic, Inc. Error correction techniques in surgical navigation
US9351800B2 (en) * 2010-12-27 2016-05-31 General Electric Company Hybrid tracking system utilizing combined LED and magnetoresistance sensors
PL2939601T3 (pl) 2011-09-06 2019-04-30 Ezono Ag Magnetyczny wyrób medyczny
US9846218B2 (en) 2012-12-31 2017-12-19 General Electric Company Calbration of a sensor assembly for use in medical position/orientation tracking
US9459087B2 (en) 2013-03-05 2016-10-04 Ezono Ag Magnetic position detection system
GB201303917D0 (en) 2013-03-05 2013-04-17 Ezono Ag System for image guided procedure
US9257220B2 (en) 2013-03-05 2016-02-09 Ezono Ag Magnetization device and method
US10588541B2 (en) 2014-07-15 2020-03-17 General Electric Company Magnetic tracker system and method for use for surgical navigation
US10076267B2 (en) * 2014-10-03 2018-09-18 General Electric Company Methods and systems for improved navigation
CN110035716B (zh) * 2016-11-02 2021-02-26 捷迈有限公司 用于感测植入物位置和撞击的装置
US20180220926A1 (en) * 2017-02-06 2018-08-09 Boston Scientific Scimed Inc. Electromagnetic navigation system with magneto-resistive sensors and application-specific integrated circuits
WO2020010063A1 (en) * 2018-07-02 2020-01-09 Boston Scientific Scimed Inc Magnetic tracking transmitter
US11975157B2 (en) 2019-04-12 2024-05-07 Covidien Lp Method of manufacturing an elongated catheter having multiple sensors for three-dimensional location of the catheter
US11844603B2 (en) * 2019-12-24 2023-12-19 Biosense Webster (Israel) Ltd. Visualizing a treatment of breast cancer

Family Cites Families (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GR74576B (zh) 1980-06-13 1984-06-29 Securitas Int Prod
AU675077B2 (en) * 1992-08-14 1997-01-23 British Telecommunications Public Limited Company Position location system
US5422621A (en) * 1993-10-29 1995-06-06 International Business Machines Corporation Oriented granular giant magnetoresistance sensor
US5818323A (en) * 1994-09-09 1998-10-06 Sanyo Electric Co., Ltd. Magnetoresistive device
US6690963B2 (en) * 1995-01-24 2004-02-10 Biosense, Inc. System for determining the location and orientation of an invasive medical instrument
US5729129A (en) * 1995-06-07 1998-03-17 Biosense, Inc. Magnetic location system with feedback adjustment of magnetic field generator
US5752513A (en) * 1995-06-07 1998-05-19 Biosense, Inc. Method and apparatus for determining position of object
JP4141500B2 (ja) * 1996-02-27 2008-08-27 バイオセンス・ウェブスター・インコーポレイテッド 位置決め装置およびその動作方法
US5782765A (en) * 1996-04-25 1998-07-21 Medtronic, Inc. Medical positioning system
AU3845099A (en) 1998-05-15 1999-12-06 Robin Medical Inc. Method and apparatus for generating controlled torques on objects particularly objects inside a living body
US6789043B1 (en) * 1998-09-23 2004-09-07 The Johns Hopkins University Magnetic sensor system for fast-response, high resolution, high accuracy, three-dimensional position measurements
US6241671B1 (en) * 1998-11-03 2001-06-05 Stereotaxis, Inc. Open field system for magnetic surgery
US6610602B2 (en) * 1999-06-29 2003-08-26 The Research Foundation Of State University Of New York Magnetic field sensor and method of manufacturing same using a self-organizing polymer mask
US6246231B1 (en) * 1999-07-29 2001-06-12 Ascension Technology Corporation Magnetic field permeable barrier for magnetic position measurement system
US6427079B1 (en) * 1999-08-09 2002-07-30 Cormedica Corporation Position and orientation measuring with magnetic fields
US6493573B1 (en) * 1999-10-28 2002-12-10 Winchester Development Associates Method and system for navigating a catheter probe in the presence of field-influencing objects
US6701179B1 (en) * 1999-10-28 2004-03-02 Michael A. Martinelli Coil structures and methods for generating magnetic fields
US6172499B1 (en) * 1999-10-29 2001-01-09 Ascension Technology Corporation Eddy current error-reduced AC magnetic position measurement system
WO2002037131A1 (fr) * 2000-10-26 2002-05-10 The Foundation : The Research Institute For Electric And Magnetic Materials Capteur de champ magnetique a couche mince
GB0031287D0 (en) * 2000-12-21 2001-01-31 Oxford Instr Ltd Magnetic field generating system and method
US6636757B1 (en) * 2001-06-04 2003-10-21 Surgical Navigation Technologies, Inc. Method and apparatus for electromagnetic navigation of a surgical probe near a metal object
JP2002365010A (ja) 2001-06-05 2002-12-18 Ascension Technology Corp 磁界閉じ込め手段を備えた磁気的位置測定システム
US6528991B2 (en) * 2001-07-03 2003-03-04 Ascension Technology Corporation Magnetic position measurement system with field containment means
US6812842B2 (en) * 2001-12-20 2004-11-02 Calypso Medical Technologies, Inc. System for excitation of a leadless miniature marker
US6822570B2 (en) * 2001-12-20 2004-11-23 Calypso Medical Technologies, Inc. System for spatially adjustable excitation of leadless miniature marker
US6838990B2 (en) * 2001-12-20 2005-01-04 Calypso Medical Technologies, Inc. System for excitation leadless miniature marker
US6784660B2 (en) * 2002-03-18 2004-08-31 Ascension Technology Corporation Magnetic position and orientation measurement system with magnetic field permeable attenuator
US6856823B2 (en) * 2002-06-18 2005-02-15 Ascension Technology Corporation Spiral magnetic transmitter for position measurement system
US8046050B2 (en) * 2004-03-05 2011-10-25 Biosense Webster, Inc. Position sensing system for orthopedic applications
WO2005087125A2 (en) * 2004-03-10 2005-09-22 Depuy International Ltd Orthopaedic operating systems, methods, implants and instruments
CN100571623C (zh) * 2004-03-31 2009-12-23 独立行政法人科学技术振兴机构 活体内三维运动测定装置及其方法
US7373271B1 (en) * 2004-09-20 2008-05-13 Ascension Technology Corporation System and method for measuring position and orientation using distortion-compensated magnetic fields
US7324915B2 (en) * 2005-07-14 2008-01-29 Biosense Webster, Inc. Data transmission to a position sensor
US7835785B2 (en) * 2005-10-04 2010-11-16 Ascension Technology Corporation DC magnetic-based position and orientation monitoring system for tracking medical instruments
ATE483170T1 (de) * 2006-02-23 2010-10-15 Nxp Bv Magnetoresistive sensorvorrichtung und verfahren zur herstellung einer solchen magnetoresistiven sensorvorrichtung
JP5151551B2 (ja) * 2008-02-27 2013-02-27 大同特殊鋼株式会社 薄膜磁気センサ
US8358128B2 (en) * 2008-11-28 2013-01-22 General Electric Company Surgical navigation system with magnetoresistance sensors
US8483800B2 (en) * 2008-11-29 2013-07-09 General Electric Company Surgical navigation enabled imaging table environment
US20100249571A1 (en) * 2009-03-31 2010-09-30 General Electric Company Surgical navigation system with wireless magnetoresistance tracking sensors

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107106104A (zh) * 2015-01-23 2017-08-29 辰维医疗科技有限公司 用于骨科分析和治疗设计的系统和方法
CN111796155A (zh) * 2019-04-05 2020-10-20 柯惠有限合伙公司 磁干扰检测系统和方法
CN111796155B (zh) * 2019-04-05 2023-12-12 柯惠有限合伙公司 磁干扰检测系统和方法

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