CN106132339B - 用于检测标记有应答器的物体的方法、设备和物件 - Google Patents

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Abstract

通过利用脉冲式宽带频率信号询问或激励联接至物体的应答器来判定存在或者不存在物体。询问分解成若干子样本扫描周期，每一个具有在时间上使起始时间前进了期望的应答器响应信号的周期的分数的询问周期。估计环境噪声或背景噪声且基于噪声水平来调节阈值。调节可以基于多个噪声测量值或样本。噪声检测可以受限，其重点放在增加信噪比的询问上。可以采用匹配滤波。存在/不存在判定可以考虑到频率和/或Q值以限制错误检测。如果检测到的噪声超出限定的操作范围，可以采取适当的行为，例如，停止询问和/或提供适当的指示。

Description

用于检测标记有应答器的物体的方法、设备和物件
技术领域
本公开一般涉及检测存在或者不存在标记有应答器的物体，其可以例如允许在外科手术期间检测手术物体。
背景技术
能够判定物体的存在或者不存在通常是有用的或者重要的。
例如，在完成手术之前确定与手术关联的物体是否存在于患者体内是重要的。这种物体可以采用各种形式。例如，物体可以采用器械的形式，例如解剖刀、剪刀、手术钳、止血钳和/或夹子。还例如，物体可以采用相关附件和/或一次性物体的形式，例如手术海绵、纱布和/或衬垫。在患者缝合完毕之前定位物体失败的话可能需要额外手术，在一些情况下可能具有严重有害的医疗后果。
一些医院已经创立了一些操作，这些操作包括核查列表或者需要执行多次计数以在手术期间追踪物体的使用和返回。这种人工方法是效率低的，需要高级培训人员的时间并且易于出错。
另一方法采用应答器以及无线询问和检测系统。这种方法采用附接至在手术期间使用的各种物体的无线应答器。询问和检测系统包括：发送器，其发出脉冲式宽带无线信号(例如，无线电或者微波频率)；以及检测器，其用于检测由应答器响应于发出的脉冲式宽带信号而返回的无线信号。这种自动化系统可以有利地增加准确度，同时降低高级培训以及高报酬人员需要的时间量。授权于2000年2月22日的美国专利6,026,818以及公开于2004年12月16日的美国专利公开US2004/0250819中讨论了这种方法的例子。
这种自动化系统的商用实施方式要求整个系统的成本具有竞争力并且具有较高精确性。尤其，必须避免假性否定以确保不会错误地将物体留在患者体内。一些机构可能希望在每个手术室安装单个询问和检测系统，而其他机构可能会在多个手术室之间移动询问和检测系统。无论在哪种情况下，整个系统将需要大量应答器，因为至少一个应答器要被携带、附接或者以其他方式联接至手术中可能或者将使用的每个物体。结果，应答器必须是便宜的。但是，便宜的应答器典型地在它们发出的信号的频率上具有较大变动，使得难以精确地检测由应答器返回的信号。在相对于应答器的特定谐振频率上充满噪音的一些环境中这尤其困难。结果，很期望检测存在以及不存在应答器的新方法，其便利使用便宜的应答器。
发明内容
一种操作应答器检测装置的方法可以概括为包括：在第一多个连续询问周期中的每一个期间，在询问周期的发送部分期间发出周期性的电磁询问信号；在跟在询问周期的发送部分之后的询问周期的接收响应部分期间接收电磁信号；以及在所述第一多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待第一延迟时段，对于第一多个询问周期的第一延迟时段等于标称标签响应信号周期的第一分数；在第二多个连续询问周期中的每一个期间，在询问周期的发送部分期间发出周期性的电磁询问信号；在跟在询问周期的发送部分之后的询问周期的接收响应部分期间接收电磁信号；以及在第二多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待第二延迟时段，对于第二多个询问周期的第二延迟时段等于标称标签响应信号周期的第二分数，标称标签响应信号周期的第二分数不同于标称标签响应信号周期的第一分数。所述应答器检测装置包括：至少一个处理器；至少一个非暂态处理器可读介质，其通信地联接至至少一个处理器并存储能够由所述至少一个处理器执行的指令或者数据中的至少一种。
方法可以进一步包括：在第三多个连续询问周期中的每一个期间，在询问周期的发送部分期间发出周期性的电磁询问信号；在跟在询问周期的发送部分之后的询问周期的接收响应部分期间接收电磁信号；以及在第三多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待第三延迟时段，对于第三多个询问周期的第三延迟时段等于标称标签响应信号周期的第三分数，标称标签响应信号周期的第三分数不同于标称标签响应信号周期的第一分数和标称标签响应信号周期的第二分数。在第一多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待第一延迟时段可以包括在第一多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待第一延迟时段，第一延迟时段小于标称标签响应信号周期，且在第二多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待第二延迟时段可以包括在第二多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待第二延迟时段，第二延迟时段小于标称标签响应信号周期。在第二多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待第二延迟时段可以包括在第二多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待第二延迟时段，第一延迟时段和第二延迟时段中的一个是第一延迟时段和第二延迟时段中的另一个的整数倍。在第一多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待第一延迟时段可以包括在第一多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待第一延迟时段，第一延迟时段小于标称标签响应信号周期的一半，且在第二多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待第二延迟时段可以包括在第二多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待第二延迟时段，第二延迟时段小于标称标签响应信号周期的一半。在第一多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待第一延迟时段可以包括在第一多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待第一延迟时段，第一延迟时段大于标称标签响应信号周期，且在第二多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待第二延迟时段可以包括在第二多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待第二延迟时段，第二延迟时段大于标称标签响应信号周期。在第一多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待第一延迟时段可以包括在第一多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待第一延迟时段，第一延迟时段近似等于零秒，且在第二多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待第二延迟时段可以包括在第二多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待第二延迟时段，第二延迟时段小于标称标签响应信号周期。在第二多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待第二延迟时段可以包括在第二多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待第二延迟时段，第二延迟时段大于第一延迟时段。方法可以进一步包括：在多个询问周期的每一个期间，在询问周期的接收响应部分之前，在询问周期的发送部分之后等待固定恢复时间，固定恢复时间具有在每一个询问周期的发送部分和接收响应部分之间提供同步的持续时间。方法可以进一步包括：至少部分地基于在第一多个询问周期和第二多个询问周期期间接收到的电磁信号的若干测量值来判定存在或者不存在应答器。判定存在或者不存在应答器可以至少部分地基于在限定频率范围内的在询问周期期间接收到的电磁信号的频率。限定频率范围可以从大约137kHz延伸至大约160kHz。判定存在或者不存在应答器可以至少部分地基于在询问周期期间接收到的电磁信号的Q值。判定存在或者不存在应答器可以至少部分地基于在询问周期期间接收到的电磁信号的至少等于Q值阈值的Q值。Q值阈值可以为35。方法可以进一步包括：至少部分地基于信号检测阈值来判定存在或者不存在应答器。方法可以进一步包括：在噪声检测部分期间接收电磁信号；确定指示噪声水平的噪声值，其对应于在噪声检测部分期间接收到的电磁信号的若干测量值；至少部分地基于所确定的噪声值来调节信号检测阈值；以及至少部分地基于在第一多个询问周期和第二多个询问周期期间接收到的电磁信号的若干测量值和调节后的信号检测阈值来判定存在或者不存在应答器。判定存在或者不存在应答器可以包括比较多个匹配滤波器输出的最大值与调节后的信号检测阈值。至少部分地基于所确定的噪声值来调节信号检测阈值可以包括调节信号检测阈值为所确定的噪声值的近似两倍。方法可以进一步包括：判定至少一个匹配滤波器在噪声检测部分期间的输出是否超过指示噪声故障的噪声故障阈值。在询问周期的发送部分期间发出电磁询问信号可以包括发出在136kHz频带、139kHz频带、142kHz频带、145kHz频带、148kHz频带、151kHz频带或者154kHz频带中的至少一个中的电磁询问信号。方法可以进一步包括：忽视在询问周期的接收响应部分之前的询问周期的恢复部分期间接收到的任何电磁信号。方法可以进一步包括：在询问周期的接收响应部分之前的询问周期的清除部分期间清除来自天线电路的能量。在跟在询问周期的发送部分之后的询问周期的接收响应部分期间接收电磁信号可以包括在询问周期的接收响应部分期间接收未调制的电磁信号。
一种操作应答器检测装置的方法可以概述为包括：获取若干子样本，每一个子样本与等于标称标签响应信号周期的相应各个分数的相应各个延迟时段相关联，相应各个分数彼此不相同，若干子样本中的每一个通过以下来获取：在与若干子样本中的每一个相关联的多个连续询问周期中的每一个期间，在询问周期的发送部分期间发出周期性的电磁询问信号；在跟在询问周期的发送部分之后的询问周期的接收响应部分期间接收电磁信号；以及在多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待与询问周期相关联的若干子样本中一个的延迟时段，所述应答器检测装置包括：至少一个处理器；至少一个非暂态处理器可读介质，其通信地联接至至少一个处理器以及存储能够被所述至少一个处理器执行的指令或者数据中的至少一种。
在多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待延迟时段可以包括在多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待延迟时段，对于若干子样本中的每一个的延迟时段在零秒和标称标签响应信号周期之间。在多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待延迟时段可以包括在多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待延迟时段，对于若干子样本中至少一个的延迟时段为标称标签响应信号周期和标称标签响应信号周期的两倍之间的持续时间。在多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待延迟时段可以包括在多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待延迟时段，且对于每一连续的子样本对，与所述子样本对中的连续的第一个相关联的延迟时段小于与所述子样本对中的连续的下一个相关联的延迟时段。在多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待延迟时段可以包括在多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待延迟时段，且对于每一连续的子样本对，与所述子样本对中的连续的第一个相关联的延迟时段可以比与所述子样本对中的连续的下一个相关联的延迟时段小了一持续时间，该持续时间近似等于标称标签响应信号周期除以子样本的数量。在多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待延迟时段可以包括在多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待延迟时段，且与每一个子样本相关联的延迟时段和对于其他子样本的延迟时段相差不到标称标签响应信号周期。在多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待延迟时段可以包括在多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待延迟时段，且与每一个子样本相关联的延迟时段可以近似为标称标签响应信号周期除以子样本的数量的结果的整数倍。方法可以进一步包括：在多个询问周期的每一个期间，在询问周期的接收响应部分之前，在询问周期的发送部分之后等待固定恢复时间，固定恢复时间具有被确定为在每一个询问周期的发送部分和接收响应部分之间提供同步的持续时间。应答器检测装置可以包括多个天线，方法可以进一步包括：为多个天线中的每一个获取若干子样本。方法可以进一步包括：至少部分地基于在若干子样本中的至少一个的多个询问周期期间接收到的电磁信号的若干测量值，来判定存在或者不存在应答器。判定存在或者不存在应答器可以至少部分地基于在限定频率范围内的在询问周期期间接收到的电磁信号的频率。限定频率范围可以从大约137kHz延伸至大约160kHz。判定存在或者不存在应答器可以至少部分地基于在询问周期期间接收到的电磁信号的Q值。判定存在或者不存在应答器可以至少部分地基于在询问周期期间接收到的电磁信号的至少等于Q值阈值的Q值。Q值阈值可以为35。方法可以进一步包括：至少部分地基于信号检测阈值来判定存在或者不存在应答器。至少部分地基于在若干子样本中的至少一个的多个询问周期期间接收到的电磁信号的若干测量值来判定存在或者不存在应答器可以包括判定是否若干子样本中至少两个子样本高于信号检测阈值。方法可以进一步包括：在噪声检测部分期间接收电磁信号；确定指示噪声水平的噪声值，其对应于在噪声检测部分期间接收到的电磁信号的若干测量值；至少部分地基于所确定的噪声值来调节信号检测阈值；以及至少部分地基于在若干子样本中的至少一个的多个询问周期期间接收到的电磁信号的若干测量值和调节后的信号检测阈值，来判定存在或者不存在应答器。判定存在或者不存在应答器可以包括比较多个匹配滤波器输出的最大值与调节后的信号检测阈值。至少部分地基于所确定的噪声值来调节信号检测阈值可以包括调节信号检测阈值为所确定的噪声值的近似两倍。方法可以进一步包括：判定至少一个匹配滤波器在噪声检测部分期间的输出是否超过指示噪声故障的噪声故障阈值。在询问周期的发送部分期间发出电磁询问信号可以包括发出在136kHz频带、139kHz频带、142kHz频带、145kHz频带、148kHz频带、151kHz频带或者154kHz频带中的至少一个中的电磁询问信号。方法可以进一步包括：忽视在询问周期的接收响应部分之前的询问周期的恢复部分期间接收到的任何电磁信号。方法可以进一步包括：在询问周期的接收响应部分之前的询问周期的清除部分期间清除来自天线电路的能量。在跟在询问周期的发送部分之后的询问周期的接收响应部分期间接收电磁信号可以包括在询问周期的接收响应部分期间接收未调制的电磁信号。
一种操作应答器检测装置的方法可以概括为包括：对于一个或多个天线中的每一个，获取第一组子样本，每一个子样本与等于标称标签响应信号周期的相应各个分数的相应各个延迟时段相关联，所述相应各个分数彼此不相同，第一组子样本中的每一个子样本通过以下来获取：在与第一组子样本中的每一个子样本相关联的多个连续询问周期中的每一个期间，在询问周期的发送部分期间发出第一周期性的电磁询问信号，第一电磁询问信号具有第一询问信号频率；在跟在询问周期的发送部分之后的询问周期的接收响应部分期间接收电磁信号；以及在多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前，等待与询问周期相关联的第一组子样本中若干子样本的一个的延迟时段；获取第二组子样本，每一个子样本与等于标称标签响应信号周期的相应各个分数的相应各个延迟时段相关联，所述相应各个分数彼此不相同，第二组子样本中的每一个子样本通过以下来获取：在与第二组子样本中的每一个子样本相关联的多个连续询问周期中的每一个期间，在询问周期的发送部分期间发出第二周期性的电磁询问信号，第二电磁询问信号具有不同于第一询问信号频率的第二询问信号频率；在跟在询问周期的发送部分之后的询问周期的接收响应部分期间接收电磁信号；以及在多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前，等待与询问周期相关联的第二组子样本中若干子样本的一个的延迟时段，所述应答器检测装置包括：至少一个处理器；至少一个非暂态处理器可读介质，其通信地联接至至少一个处理器并存储能够由至少一个处理器执行的指令或者数据中的至少一种；以及一个或多个天线。
一种操作应答器检测装置的方法可以概述为包括：在多个询问周期中的每一个期间，在询问周期的发送部分期间发出周期性的电磁询问信号；在跟在询问周期的发送部分之后的询问周期的接收响应部分期间接收电磁信号；以及在多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待延迟时段；其中，多个询问周期中的询问周期被分组为若干子样本，每一个包括多个连续询问周期，且对于若干子样本中的第一子样本内的询问周期的延迟时段彼此相等并等于标称标签响应信号周期的第一分数，且对于若干子样本中的第二子样本内的询问周期的延迟时段彼此相等并等于标称标签响应信号周期的第二分数，第二分数不同于第一分数，所述应答器检测装置包括：至少一个处理器；至少一个非暂态处理器可读介质，其通信地联接至所述至少一个处理器并存储能够由所述至少一个处理器执行的指令或者数据中的至少一种。
第一分数和第二分数可以近似等于子样本的数量除以标称标签响应信号周期的结果的整数倍。
应答器检测装置可以概括为包括：天线；处理器，其操作地联接至天线；以及非暂态处理器可读介质，其通信地联接至处理器并存储能够由处理器执行的指令或者数据中的至少一种，所述指令或数据使得处理器：执行第一多个连续询问周期，其中，在第一多个连续询问周期中的每一个期间，所述应答器检测装置在询问周期的发送部分期间发出周期性的电磁询问信号；在跟在询问周期的发送部分之后的询问周期的接收响应部分期间接收电磁信号；以及在多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待第一延迟时段，对于第一多个询问周期的第一延迟时段等于标称标签响应信号周期的第一分数；执行第二多个连续询问周期，其中，在第二多个连续询问周期中的每一个期间，所述应答器检测装置在询问周期的发送部分期间发出周期性的电磁询问信号；在跟在询问周期的发送部分之后的询问周期的接收响应部分期间接收电磁信号；以及在多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待第二延迟时段，对于第二多个询问周期的第二延迟时段等于标称标签响应信号周期的第二分数，标称标签响应信号周期的第二分数不同于标称标签响应信号周期的第一分数。
处理器可以进一步：执行第三多个连续询问周期，其中，在第三多个连续询问周期中的每一个期间，所述应答器检测装置在询问周期的发送部分期间发出周期性的电磁询问信号；在跟在询问周期的发送部分之后的询问周期的接收响应部分期间接收电磁信号；以及在第三多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待第三延迟时段，对于第三多个询问周期的第三延迟时段等于标称标签响应信号周期的第三分数，标称标签响应信号周期的第三分数不同于标称标签响应信号周期的第一分数和标称标签响应信号周期的第二分数。第一延迟时段和第二延迟时段均可以小于标称标签响应信号周期。第一延迟时段和第二延迟时段均可以大于标称标签响应信号周期。第一延迟时段可以近似等于零秒且第二延迟时段可以小于标称标签响应信号周期。第二延迟时段可以大于第一延迟时段。第一延迟时段和第二延迟时段中的一个是第一延迟时段和第二延迟时段中的另一个的整数倍。第一延迟时段和第二延迟时段可以均小于标称标签响应信号周期的一半。在多个询问周期的每一个期间，在询问周期的接收响应部分之前，处理器可以进一步：在询问周期的发送部分之后等待固定恢复时间，固定恢复时间具有确定为在每一个询问周期的发送部分和接收响应部分之间提供同步的持续时间。处理器可以进一步：至少部分地基于在第一多个询问周期和第二多个询问周期期间接收到的电磁信号的若干测量值来判定存在或者不存在应答器。处理器可以进一步：至少部分地基于在限定频率范围内的在询问周期期间接收到的电磁信号的频率来判定存在或者不存在应答器。限定频率范围可以从大约137kHz延伸至大约160kHz。处理器可以进一步：至少部分地基于在询问周期期间接收到的电磁信号的Q值来判定存在或者不存在应答器。处理器可以进一步：至少部分地基于在询问周期期间接收到的电磁信号的至少等于Q值阈值的Q值来判定存在或者不存在应答器。Q值阈值可以为35。处理器可以进一步：至少部分地基于信号检测阈值来判定存在或者不存在应答器。处理器可以进一步：在噪声检测部分期间接收电磁信号；确定指示噪声水平的噪声值，其对应于在噪声检测部分期间接收到的电磁信号的若干测量值；至少部分地基于所确定的噪声值来调节信号检测阈值；以及至少部分地基于在第一多个询问周期和第二多个询问周期期间接收到的电磁信号的若干测量值和调节后的信号检测阈值来判定存在或者不存在应答器。处理器可以进一步：比较多个匹配滤波器输出的最大值与调节后的信号检测阈值。处理器可以进一步：调节信号检测阈值为所确定的噪声值的近似两倍。处理器可以进一步：判定至少一个匹配滤波器在噪声检测部分期间的输出是否超过指示噪声故障的噪声故障阈值。电磁询问信号可以在136kHz频带、139kHz频带、142kHz频带、145kHz频带、148kHz频带、151kHz频带或者154kHz频带中的至少一个中。处理器可以进一步：忽视在询问周期的接收响应部分之前的询问周期的恢复部分期间接收到的任何电磁信号。所述应答器检测装置可以进一步包括：联接至天线的天线电路；其中，所述处理器进一步使得能量在询问周期的恢复部分之前的询问周期的清除部分期间从天线电路中被清除。在询问周期的接收响应部分期间接收到的电磁信号可以是未调制的电磁信号。
应答器检测装置可以概括为包括：天线；处理器，其操作地联接至天线；以及非暂态处理器可读介质，其通信地联接至处理器并存储能够由处理器执行的指令或者数据中的至少一种，所述指令或数据使得处理器：获取若干子样本，每一个子样本与等于标称标签响应信号周期的相应各个分数的相应各个延迟时段相关联，所述相应各个分数彼此不相同，若干子样本中的每一个通过以下来获取：在与若干子样本中的每一个相关联的多个连续询问周期中的每一个期间，所述应答器检测装置在询问周期的发送部分期间经由天线发出周期性的电磁询问信号；在跟在询问周期的发送部分之后的询问周期的接收响应部分期间经由天线接收电磁信号；以及在多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前，等待与询问周期相关联的若干子样本中一个的延迟时段。
对于若干子样本中的每一个的延迟时段可以在零秒和标称标签响应信号周期之间。对于若干子样本中至少一个的延迟时段可以具有标称标签响应信号周期和两倍于标称标签响应信号周期之间的持续时间。对于每一连续的子样本对，与所述子样本对中的连续的第一个相关联的延迟时段可以小于与所述子样本对中的连续的下一个相关联的延迟时段。对于每一连续的子样本对，与所述子样本对中的连续的第一个相关联的延迟时段可以比与所述子样本对中的连续的下一个相关联的延迟时段要小一持续时间，该持续时间近似等于标称标签响应信号周期除以子样本的数量。与每一个子样本相关联的延迟时段可以和对于其他子样本的延迟时段相差不到标称标签响应信号周期。与每一个子样本相关联的延迟时段可以近似为标称标签响应信号周期除以子样本的数量的结果的整数倍。在若干子样本中的每一个中的多个询问周期的每一个期间，在询问周期的接收响应部分之前，处理器可以进一步：在询问周期的发送部分之后等待固定恢复时间，固定恢复时间具有被确定为在每一个询问周期的发送部分和接收响应部分之间提供同步的持续时间。所述应答器检测装置可以进一步包括：操作地联接至处理器的多个天线，且处理器可以进一步：为多个天线中的每一个获取若干子样本。处理器可以进一步：至少部分地基于在若干子样本中至少一个的多个询问周期期间接收到的电磁信号的若干测量值，来判定存在或者不存在应答器。处理器可以进一步：至少部分地基于在询问周期期间接收到的电磁信号在限定频率范围内的频率来判定存在或者不存在应答器。限定频率范围可以从大约137kHz延伸至大约160kHz。处理器可以进一步：至少部分地基于在询问周期期间接收到的电磁信号的Q值来判定存在或者不存在应答器。处理器可以进一步：至少部分地基于在询问周期期间接收到的电磁信号的至少等于Q值阈值的Q值来判定存在或者不存在应答器。Q值阈值可以为35。处理器可以进一步：至少部分地基于信号检测阈值来判定存在或者不存在应答器。处理器可以进一步：判定是否若干子样本中至少两个子样本高于信号检测阈值。处理器可以进一步：在噪声检测部分期间接收电磁信号；确定指示噪声水平的噪声值，其对应于在噪声检测部分期间接收到的电磁信号的若干测量值；至少部分地基于所确定的噪声值来调节信号检测阈值；以及至少部分地基于在若干子样本中至少一个的多个询问周期期间接收到的电磁信号的若干测量值和调节后的信号检测阈值来判定存在或者不存在应答器。处理器可以进一步：比较多个匹配滤波器输出的最大值与调节后的信号检测阈值。处理器可以进一步：调节信号检测阈值为所确定的噪声值的近似两倍。处理器可以进一步：判定至少一个匹配滤波器在噪声检测部分期间的输出是否超过指示噪声故障的噪声故障阈值。电磁询问信号可以在136kHz频带、139kHz频带、142kHz频带、145kHz频带、148kHz频带、151kHz频带或者154kHz频带中的至少一个中。处理器可以进一步：忽视在询问周期的接收响应部分之前的询问周期的恢复部分期间接收到的任何电磁信号。所述应答器检测装置可以进一步包括：联接至天线的天线电路；其中，所述处理器进一步使得能量在询问周期的恢复部分之前的询问周期的清除部分期间从天线电路中被清除。在询问周期的接收响应部分期间接收到的电磁信号可以是未调制的电磁信号。
所述应答器检测装置可以概括为包括：一个或多个天线；处理器，其操作地联接至一个或多个天线；以及非暂态处理器可读介质，其通信地联接至处理器并存储能够由处理器执行的指令或者数据中的至少一种，所述指令或数据使得处理器：对于一个或多个天线中的每一个，获取第一组子样本，每一个子样本与等于标称标签响应信号周期的相应各个分数的相应各个延迟时段相关联，所述相应各个分数彼此不相同，第一组子样本中的每一个子样本通过以下来获取：在第一组子样本中的每一个子样本中的多个询问周期中的每一个期间，所述应答器检测装置在询问周期的发送部分期间发出第一周期性的电磁询问信号，第一电磁询问信号具有第一询问信号频率；在跟随询问周期的发送部分之后的询问周期的接收响应部分期间接收电磁信号；以及在多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待与询问周期相关联的若干子样本的一个的延迟时段；获取第二组子样本，每一个子样本与等于标称标签响应信号周期的相应各个分数的相应各个延迟时段相关联，所述相应各个分数彼此不相同，第二组子样本中的每一个子样本通过以下来获取：在第二组子样本中的每一个子样本中的多个询问周期中的每一个期间，所述应答器检测装置在询问周期的发送部分期间发出第二周期性的电磁询问信号，第二电磁询问信号具有不同于第一询问信号频率的第二询问信号频率；在跟在询问周期的发送部分之后的询问周期的接收响应部分期间接收电磁信号；以及在多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待与询问周期相关联的若干子样本的一个的延迟时段。
附图说明
在附图中，相同附图标记用来识别类似元件或者行为。在附图中元件的尺寸和相对位置不是必须按比例绘制。例如，各种元件的形状和角度不是必须按比例绘制，这些元件中的一些被任意放大并且定位以改善附图易辨性。此外，如所绘制的元件的特定形状不旨在传达关于特定元件的实际形状的任何信息，并且在附图中被单独选出为了易于识别。
图1是示出手术环境的示意图，图示出根据一个图示实施例的医疗提供者使用询问和检测系统来检测在患者体内的标记有应答器的物体。
图2A是根据一个图示实施例的应答器的示意图。
图2B是根据另一图示实施例的应答器的示意图。
图2C是根据进一步图示实施例的应答器的示意图。
图2D是根据又一图示实施例的应答器的侧视图。
图2E是图2D的应答器的端视图。
图2F是沿着截面线2F截取的图2D的应答器的横截面图。
图2G是图2D的应答器的铁氧体芯的等距视图。
图3A是根据一个图示实施例的询问和检测系统的探头的等距视图。
图3B是图3A的探头的线圈架以及三个相互正交线圈的等距视图。
图4是根据一个图示实施例的询问和检测系统的控制器的等距视图。
图5是根据一个图示实施例的询问和检测系统的控制系统的示意图。
图6是根据一个图示实施例的询问和检测系统的软件配置的示意图。
图7是根据一个图示实施例的操作询问和控制系统的方法的流程图。
图8是示出根据一个图示实施例的操作询问和检测系统的方法的流程图，该方法包括：接收电磁信号，例如未调制的电磁信号；确定噪声值；调节信号检测阈值；发出询问信号；接收电磁信号；以及至少部分地基于经调节的信号检测阈值来判定存在或者不存在应答器。
图9是示出根据一个图示实施例的当使用子样本扫描周期取样信号时的噪声和信号水平的图形。
图10是图示出根据一个图示实施例的询问周期正时的正时图。
图11A是图示出根据一个图示实施例的扫描周期的正时图。
图11B是图示出根据一个图示实施例的线圈扫描周期的正时图。
图11C是图示出根据一个图示实施例的特定频率样本周期的正时图。
图11D是图示出根据一个图示实施例的子样本扫描周期的正时图。
图12是图示出根据一个图示实施例的利用子样本扫描周期获得子样本的正时的正时图。
图13是示出根据一个图示实施例的用于扫描方法的处理的流程图。
图14是示出根据一个图示实施例的用于使用多个线圈的扫描方法的处理的流程图。
图15是示出根据一个图示实施例的用于通过评估一个或多个子样本来判定是否存在应答器的方法的流程图。
具体实施方式
在以下描述中，陈述某些具体细节是为了对各种公开的实施方式提供透彻的理解。但是，相关领域技术人员将认识到的是，不用一个或多个这些具体细节可以实施实施例，或者利用其他方法、部件、材料等也可以实施实施例。在其他情况下，未示出或者详细描述关联于发送器、接收器或者收发器的公知结构，以避免不必要地模糊对实施例的描述。
除非内容要求，否则在下文的整个说明书以及权利要求中，词语“包括(comprise)”及其变型，诸如“包括(comprises)”和“包含(comprising)”将以开放式的、包容的意义来解释，也就是如“包括但不限于”。
参考整个该说明书，“一个实施方式”或者“一实施方式”意思是关联于实施例描述的特定特征、结构或者特性包括在至少一个实施例中。因而，整个该说明书中不同地方出现的短语“在一个实施例中”或者“在一实施例中”不是必须都涉及相同实施例。此外，特定特征、结构或者特性可以以任何合适的方式组合在一个或多个实施例中。
正如在该说明书和附随的权利要求中使用的，除非内容以其他方式清楚地指出，否则单数形式的不定冠词“a”、“an”以及定冠词“the”包括多个指称对象。还应该注意的是，除非内容以其他方式清楚地指出，否则术语“或者”从意思上来说一般包括“和/或”。
此处提供的本公开的标题和摘要仅是为了方便，但并不是为了阐释实施例的范围或者意思。
图1示出了手术环境100，在手术环境100中，医疗提供者102操作询问和检测系统104以查明在患者108体内或者身上存在或者不存在物体106。询问和检测系统104可以包括控制器110以及一个或多个天线306(见图3B)，后者通过一个或多个通信路径，例如同轴线缆114，联接至控制器110。天线可以容纳在例如可以包括一个或多个天线线圈的手持式探头112内。
物体106可以采用各种形式，例如在执行手术操作中有用的仪器、附件和/或一次性使用物体。例如，物体106可以采用解剖刀、剪刀、手术钳、止血钳和/或夹子的形式。还例如，物体106可以采用手术海绵、纱布和/或衬垫的形式。物体106被标记有、携带、附接至或者以其他方式联接至应答器116。此处公开的询问和检测系统104的实施例特别适合于以未被精调到所选或者选定的谐振频率的应答器116来操作。结果，应答器116不需要高制造容差或者昂贵材料，因而制造起来便宜。
在使用中，医疗提供者102可以将探头112定位在邻近患者108的固定位置，以检测存在或者不存在应答器116，因此检测存在或者不存在物体106。在一些实施例中，医疗提供者102可以沿着和/或跨越患者108的身体移动探头112。在一些实施例中，探头112可以定尺寸为至少局部适应于患者108的体腔118中。
图2A示出了根据一个图示实施例的应答器116a。
应答器116a包括：微型铁氧体杆230，导电线圈232缠绕在微型铁氧体杆230的外表面以形成电感器(L)；以及电容器(C)234，其联接至导电线圈232以形成串联LC电路。例如，导电线圈232可以采用具有电绝缘护套或套筒的螺旋缠绕导电线的形式。应答器116a可以包括封装件236，封装件236封装铁氧体杆230、导电线圈232以及电容器234。封装件236可以是生物惰性塑料，其保护铁氧体杆230、导电线圈232和/或电容器234免于压力和/或流体，例如体液。
在一些实施例中，铁氧体杆230可以包括通道238，通道238定尺寸为接收物理联接器，例如接合带或者绳240。接合带或者绳240可以采用弹性不透x射线的柔性细长构件的形式，其可以用来将应答器116a附接至各种类型的物体106，例如手术海绵。应答器116a可以具有的长度为大约8mm以及直径为大约2mm。采用这种小尺寸确保应答器116a不阻碍物体106诸如海绵的变形。应答器116a可以包括可选的二极管(未示出)，以防止由其他电子仪器引起的过压发生。
图2B示出了根据另一图示实施例的应答器116b。
应答器116b包括单个导电材料环242，例如形成电感器(L)的导电线环，其串联联接至电容器244(C)以形成LC串联电路。导电材料环242和电容器244可以封装在弹性涂层或者套筒246中。应答器116b的尺寸可以类似于应答器116a的尺寸。在一些实施例中，应答器116b的尺寸大于应答器116a的尺寸。应答器116B是高柔性的，因而可以提供其至各种类型的物体106的自身螺纹状或者绳状的附接。
图2C示出了根据进一步实施例的应答器116c。
应答器116c包括哑铃状铁氧体杆248，其具有宽端部248a、248b以及被导电线圈250缠绕的窄中间部248。宽端部248a、248b将导电线圈250遏制住(contain)。这种设计可以比利用柱形铁氧体杆的方式构造的应答器116a、116b提供较强和/或更可靠的信号发射。应答器116c可以可选地包括封装件252。关于应答器116c的进一步细节可以在提交于2006年6月6日的美国临时专利申请60/811,376中找到。在一些实施例中，应答器116c可以形成为具有截断端部的梭状物体。梭状可以比柱状应答器116a、116b有利，有利之处在于降低应答器116a、116b的紧密平行对准的可能性，这种可能性会产生应答器之间的交互和干扰。
图2D-图2G示出了根据又一个实施例的应答器116d。
应答器116d包括铁氧体芯253、电感器(L)254以及电联接至电感器254的电容器(C)255以形成LC串联电路。应答器116d还包括：封壳256，其具有在一个端部开口以接收铁氧体芯253、电感器254和电容器255的空腔257；以及具有盖子258以关闭封壳256的开口端。
例如，铁氧体芯253可以采用软铁氧体鼓的形式，例如可以由镍锌形成。合适的铁氧体芯253在商业上可获得，例如TAK公司的铁氧体，其产品型号为L8A DR3X9B＝1.8F＝6，或者从HUAH YOW公司获得，其产品型号为10R030090-77S。鼓可以具有一对较大直径端部253a、253b，其间具有较小直径的中间部253c。
电感器254可以采用缠绕在铁氧体芯253的中间部253c的磁导线的形式。例如，磁导线可以具有的尺寸为约41美国线规(AWG)，但一些实施例可以采用具有更大或者更小量规的导线或者导体。合适的电感器254在商业上可获得，例如ELEKTISOLA公司的产品型号为PN-155的电感器或者ROSEN公司的产品型号为2UEW-F的电感器。例如，电感器可以包括约432匝，超过约6.5层，但一些实施例可以包括更多或者更少的匝数和/或层数。应答器116d可以包括裹住电感器254的胶带和/或环氧树脂。合适的胶带可以在商业上获得，例如3M公司的产品型号为1298,1350-1或者PLEO 1P801的胶带，同时合适的环氧树脂可以在商业上获得，例如LOCKTITE公司的产品型号为3211的环氧树脂。
例如，电容器255可以采用陶瓷电容器的形式。例如，电容器255可以具有470PF、100V的电容，其品质因数Q>2200@1MHz。合适的电容器255可以在商业上获得，例如SANJVDIELECTRIC公司的产品型号为0805NPO471J101的电容器，或者FENG HUA公司的产品型号为0805CG471J101NT的电容器。
例如，封壳256和盖子258可以由聚丙烯形成。合适的封壳256和盖子258可以在商业上获得，例如WEITHE电子(香港)公司的产品型号为CASE4.3x12.6的封壳和盖子。例如，封壳256和盖子258的组合可以具有的长度为约12.8mm以及直径为4.4mm。例如，电路接合剂可以采用联合树脂公司(UNITED RESINS CORP.)的产品型号为63001500 CIRCUIT BOND LV的接合剂，而焊料可以采用的形式是无铅的96.5％Ag/3％Sn/0.5Cu焊料。
应答器116可以附接至止血钳、剪刀、一定形式的手术钳等。在一些实施例中，应答器116可以依靠夹子或者保持件联接至物体106。在一些实施例中，应答器116可以保留在保持件的空腔内。在一些实施例中，保持件可以采取可持久变形材料的形式，诸如手术级聚合物，其可以变形以可靠地夹紧至仪器的指状部或者拇指孔。在其他实施例中，应答器116可以采取包围应答器116的片状材料(例如，手术织物)形式的囊袋附接至物体106。应答器116保留在囊袋内，在一些实施例中囊袋可以被缝合或者以其他方式被密封。可以利用粘着剂、热熔胶、夹子、索环(grommeting)等进行密封。
图3A和图3B示出了根据一个图示实施例的也在图1示出的探头112。
探头112可以包括第一主体部结构302a和匹配于第一主体部结构302a的第二主体部结构302b以形成大致球形主体部302。探头112可以包括从球形主体部302延伸出来的手柄部304。手柄部304可以定尺寸并且定大小为被医疗提供者102的手抓握(图1)。在一些实施例中，主体部302a和302b可以在形状上彼此相同。
主体部302可以限定一个或多个空腔，其定尺寸并且定大小为容纳天线306(图3B)。例如，天线306可以采用由导电材料(例如，导线)的线圈形成的环形或空心线圈(aircoil)的形式。在一个实施例中，天线306包括在大约11英寸的内径和大约14英寸的外径之间均匀间隔开的10匝。天线306充当电感器。
如图3B所示，天线306或多个天线可以包括相互正交于彼此的三个天线线圈306a、306b以及306c。在图示的实施例中，天线线圈306a、306b和306c围绕线圈架(coil form)或者绕线骨架(bobbin)308而缠绕。各线圈306a、306b和306c的电线310a、310b和310c可以经由线缆114电联接至控制器110。
在一些实施例中，天线306可以形成为一组采用手持式探头112形式的线圈和/或可以嵌入在垫子或其他物体中。例如，天线306可以嵌入可拆卸地固定到患者支撑结构上的垫子中。在2012年3月16日提交的序列号为13/422192的美国专利申请中公开了这样天线的示例，其全部内容通过引用合并于此。
在一些实施例中，天线306可以包括6个天线线圈，或更多或更少数量的天线线圈。例如，与采用标准手术室台的环境相比较，可以采用更少的天线306用于生产或分娩。例如，天线306可以按组布置，或可以排成线性、二维或三维阵列。另外地，例如，一些天线306可以相对于其他一些天线306交错排列。另外地，例如，一些天线306可以以例如被承载在基板或片材的分离面或层上的方式覆盖在其他一些天线306上。这些天线306的布置中至少一些可以操作为相控天线阵。天线306可以采用除了线圈以外的其他形式，例如，仅列举几个，偶极天线或开槽天线。
探头112可以包括联接构件312，所述联接构件312可以定位在手柄部304中的空腔中以提供连接器从而通信地联接到去往天线306的同轴线缆114的端部。联接构件312可以采用标准同轴连接器的形式。一些实施例可以采用控制器110和天线306之间的其他类型的通信路径，因而可以采用其他类型的联接构件或者连接器。
在一些实施例中，探头112可以包括一个或多个用户界面装置，例如一个或多个视觉指示器314(图3A)以向医疗提供者102提供视觉指示。例如，这种装置可以采用一个或多个发光二极管的形式，所述发光二极管可以产生一个或多个不同的颜色。这种用户界面装置可以额外地或者可替换地包括扬声器或者其他换能器，可操作以产生声音或者其他感官指示，例如触觉。这种用户界面装置可以配置为提供感官反馈至医疗提供者102以指示询问和检测系统104的操作状况。例如，这种装置可以指示何时询问和检测系统104正在操作，何时已经识别到应答器116的存在，和/或何时发生错误。定位用户界面装置在探头112上可以是有利的，因为医疗提供者102在扫描患者108的同时将典型地集中他们的注意力在探头112上。
图4示出了根据一个图示实施例的控制器110。控制器110包括具有适当联接构件例如连接器的输入端口420，以允许同轴线缆114的端部通信地联接至控制器110。正如从上文注意到的，一些实施例可以采用控制器110和天线306之间的其他通信路径，因此可以采用其他类型的联接构件或者连接器。例如，控制器110还可以包括电力开关(图4中未图示)，电力开关定位在控制器110的背面或者后面。控制器110可以进一步包括电源线(未示出)以联接控制器110至合适电源。例如电源可以采用标准壁式插座或者任何其他电力供应或者电源的形式。控制器110可以进一步包括一个或多个用户界面装置用于提供信息至用户。例如，控制器110可以包括一个或多个视觉指示器，例如一个或多个发光二极管(LED)434a-434f和/或液晶显示器。额外地或者可替换地，控制器110可以包括可操作地产生声音或者触觉的一个或多个扬声器430或者其他换能器。控制器110形成发送器及接收器或者形成了收发器，以发送询问信号和接收对这些信号的响应，以及接收可以指示噪声的电磁信号。
图5示出了根据一个图示实施例的询问和检测系统104的控制系统500。
控制系统500包括通信地联接至彼此的现场可编程门阵列(FPGA)板502、模拟板504和显示板506。
FPGA板包括FPGA 508、配置跳线(configuration jumper)510、RS-232驱动器512、振荡器514、随机访问内存(RAM)516、闪存518和电压监测(VMON)模电转换器(ADC)520。FPGA508可以采用Xilinx Spartan3FPGA的形式，其运行FPGA以及应用软件。正如下文解释的，加电时，FPGA从闪存518读取配置信息以及应用软件程序。
配置跳线510用以选择应用软件配置。
RS-232驱动器512用以允许应用软件使用串行RS-232数据通信以用于工厂测试以及诊断。
振荡器514设定用于FPGA 508的操作的时钟频率。例如，振荡器514可以采用40MHz振荡器的形式，但是其他频率也是可行的。
RAM 516连接至FPGA 508并且是可由应用软件使用的。应用软件使用该内存空间以存储执行程序以及程序数据。例如，RAM 516可以具有的容量为1MB。
闪存518包含FPGA配置数据和二进制应用程序。加电时FPGA 508读取闪存以配置FPGA 508以及将应用程序二进制数据从闪存518复制至RAM 516。
电压监测器ADC 520连接至FPGA 508并且被应用软件控制以监控电源以及控制器电子设备中形成的已调整电压。
模拟板504包括发送控制电路522、电容器选择电路524、探头检测电路526、信号ADC 528、听觉蜂鸣器430以及自测试信号532。
模拟板504上的发送控制电路522被来自FPGA 508的信号所控制以生成发送波形。
模拟板504上的可选电容器选择电路524被来自FPGA 508的信号所控制以调谐驱动电路来匹配天线306的电感。
探头检测电路526检测探头112何时连接至控制器110。探头检测电路526的输出驱动被命名为LOOP_LEVEL_OUT信号的信号，该信号是至FPGA 508的输入。
信号ADC 528用作接收器以对天线306从应答器116(图2A-图2C)所接收的信号进行采样。例如，信号ADC 528可以以1MHz采样率操作，可以具有12比特的分辨率。FPGA板502生成用于信号ADC 528的正时和控制信号，这些信号被命名为ADC_CTRL、CS1、SCLK以及SD0。
听觉扬声器或者蜂鸣器430能够被FPGA 508所控制以向医疗提供者102发出声音以指示各种状态、模式或者操作状况(图1)。
FPGA 508能够使得在模拟板504上在信号ADC 528处生成自测试信号532。自测试可以在起动时和/或在其他时间例如周期性地执行或者响应于一定状况或例外的发生而执行。
显示板506包括用户界面元件，例如多个发光二极管(LED)434。FPGA板502能够控制显示板506上的LED 434。显示板506还包括被命名为前面板按钮436的用户可选择激活开关。前面板按钮436连接至显示板506，这允许FPGA 508监控前面板按钮436何时被激活(例如，按压)。
图6示出了根据一个图示实施例的询问和检测系统104的软件配置600。
软件可以包括负责操作控制器110(图1和图4)的应用软件602。应用软件602控制用于生成发送脉冲的正时，处理所采样的数据以检测应答器116(图2A-图2C)，以及利用显示板506上的显示器LED 434(图5)和/或经由模拟板504上的听觉扬声器或者蜂鸣器130向用户指示状态。应用软件602存储在闪存518(图5)中并且通过引导加载器604发送至RAM516。
引导加载器604当FPGA 508被配置时被自动装载，以及在处理器内核606被重置之后开始执行。引导加载器604负责从闪存518将应用软件602传送至外部RAM 516。
处理器平台608在加电时根据存储在闪存518中的配置信息配置至FPGA508(图5)中。处理器平台608与处理器内核606、外围设备610a-610n以及定制逻辑612实现定制微处理器。
处理器内核606可以采用名为MICROBLAZE的由XILINX供给的软核处理器的形式，其执行包括高速缓存以及浮点单元的32位处理器。软核处理器是通过相互连接的FPGA逻辑单位而不是通过传统处理器逻辑执行的处理器。处理器内核606使用称为片上外围总线的32位处理器总线611连接至内部FPGA外围设备610a-610n。XILINX供给的用于MICROBLAZE处理器内核606的外围设备包括外部内存接口、定时器以及通用I/O。
定制逻辑612创建发送信号，对ADC 128进行采样以及对应答器返回信号进行累计，其被设计作为处理器内核606的周边设备。定制逻辑612是FPGA508的设计的一部分。
在一些实施例中，可以实行这样的检测周期，其采用的方法是通过接收器部分来优化信噪比(SNR)。例如，这种方法有利地增加范围或者增加给定范围内的灵敏性。一个实施例基于具有对谐振频率从约136kHz至约154kHz的应答器而言良好地执行的总体检测周期而优化。
应用软件602(图6)使用中心在中心信道或者频率附近的频带的发送或者询问来执行检测周期。应用软件602在每个检测周期顺序经历非测量部分(即，间隙)以及两个不同的测量部分(各命名为噪声检测部分以及信号测量部分)。在至少一个实施例中，例如，检测周期可以为约275毫秒，间隙部分可以为约10毫秒，噪声检测部分为约37毫秒，以及信号测量部分为约228毫秒。
在例如可以作为每个检测周期的第一测量部分的噪声检测部分期间，环境噪声或者背景噪声被测量或者采样，从而提供指示特定环境的环境或者背景噪声的水平的值。在由发送器发出的询问信号激励应答器116足够之后的时间采集或捕获噪声测量值，使得应答器116基本上不谐振或者响应由询问信号导致的任何先前的激励。具体地，在噪声检测或者第一测量部分期间取得N个测量值或样本。
在例如作为每个检测周期的第二测量部分的信号测量部分期间，应答器116的响应被测量或者采样。在发送器进行发送时取得响应测量值或者样本，或者在与通过由发送器发出的询问信号对应答器116的激励足够接近的时间取得响应测量值或者样本，使得应答器116仍大致谐振或者响应于询问信号。具体地，在询问或者第二测量部分期间取得M个测量值或者样本。
尽管信号测量部分可以是一个邻接的或者连续的部分，但是在一些实施例中，信号测量部分可以采取两个或多个分离部分或者间隔的形式。每个部分可以采用相同发送频带，例如中心在大约145kHz的频带。其他中心信道或者频率可以例如为136kHz、139kHz、142kHz、145kHz、148kHz、151kHz和/或154kHz，或者适合于激励应答器进行谐振的任何其他频率。一些实施例可以采用跳频，例如在每个检测周期的多个信号测量部分中的每个中以不同的中心信道或者频率来发送。此内容于提交于2007年2月28日的美国临时专利申请序列60/892,208以及提交于2007年5月1日的美国非临时申请序列11/743,104中进行了进一步讨论。
间隙部分可以提供时间让应答器116对于询问信号的响应充分衰减来允许测量噪声。
一些实施例可以以不同的次序布置间隙、噪声检测部分和/或信号测量部分或者其中一些部分。
在一个实施例中，例如，累计噪声样本的时间或者指示噪声水平的值可以为约37毫秒，累计应答器信号测量值的时间为约228毫秒。连同信号和噪声部分之间约10毫秒的间隙，用于单个检测周期的时间将为约275毫秒。正如从上文注意到的，在每个检测周期的噪声测量部分期间发送器是关闭的以允许接收器测量环境噪声，而信号检测部分是在所述发送器发送在特定中心信道或者频率附近的宽带询问信号的情况下取得的。
接收器所收集的噪声样本可以累计，选择或者使用一个或多个检测周期中的多个样本或者测量值中的最高的一个或多个以防止无端的波动。来自应答器116的响应信号可以在一个检测周期或者多个检测周期上累计和/或平均或者积分。
噪声测量值或者样本的数量N和/或响应信号测量值或者样本的数量M可以被选择以实现N与M的期望比，从而实现或者维持期望的信噪比。例如，每个检测周期获得200个噪声测量值或者样本和800个响应测量值或者样本，产生的SNR为约2(例如，800除以200的平方根)。尽管在一些实施例中SNR低至1.1：1会是足够的，但是SNR接近2：1可确保足够的区别以消除或者将假肯定的可能性降低至用于此处预想的特定应用的可接受水平。任何公知硬件以及软件累计器、求和器、积分器和/或其他硬件或者软件可以是合适的。
经累计或者积分的接收信号可以用同相和正交参考信号两者进行匹配滤波以确定信号量值。接收到的接收信号用多个参考信号进行匹配滤波，例如用七个参考信号，例如下文表格1所示的。一些实施例可以在对接收信号进行累计或者积分之前进行匹配滤波。
表格1
匹配频率
136kHz
139kHz
142kHz
145kHz
148kHz
151kHz
154kHz
随着主动发送，匹配滤波器(例如，七个匹配滤波器)的最大值可以与经调节的检测阈值进行比较。如果最大值大于检测阈值，那么来自应答器116的响应信号可以被认为已经被检测到，并且采取适当的动作，诸如以下参考图7所讨论的。可替换地或者另外地，询问和检测系统可以采用快速傅里叶变换方法代替匹配过滤。
噪声滤波将处理每个检测周期的测量的或者采样的噪声值以确定稳定的本底噪声值。例如，噪声滤波器的输出可以为当前噪声测量值或者先前本底噪声的衰减值中的最大值。
噪声滤波器的输出可以是在选择多个(例如，6个)噪声测量值或者样本中的最高的之后对当前本底噪声水平的估计。经滤波的本底噪声可以有利地包括在收集、捕获或测量给定信号样本之前以及之后所收集、捕获或测量的样本。因而，对于给定检测周期的任何样本来说，本底噪声可以包括来自给定检测周期以及下一个随后检测周期的噪声样本。经滤波的本底噪声可以额外地或者可替换地包括来自一个或多个接连的在前检测周期以及一个或多个接连的随后检测周期的噪声样本。
图7示出了根据一个图示实施例的操作询问和检测系统104的方法700。
响应于检测到电力的断开，询问和检测系统104在702进入电力关闭模式。例如，当控制器110(图1和图4)被拔掉插头或者当控制器110上的电力开关被切断时，可以进入电力切断模式702。在电力切断模式702中，电源LED 434a和其他前面板LED 434将被熄灭(不发光)。在电力切断模式702中软件200是不操作的。
响应于检测到施加电力，询问和检测系统104进入加电模式704。例如，加电模式704可以响应于施加电力至控制器110以及将控制器的背面上的开关开启。在加电模式704中，电源LED 434a可以被开启或者点亮，并且只要施加电力以及开关在开启状态就可以保持开启或者点亮。响应于进入加电模式704，软件200将执行软件初始化、内置测试以及音频/视频测试。
如果检测到故障，那么软件200进行到系统故障模式706。如果未检测到故障，那么软件200可以使系统就绪LED变为绿色，并且进入探头检测模式708。
在系统故障模式706下，软件200可以通过使系统就绪LED 434b闪烁黄色和/或发出一系列急速蜂鸣声或者其他声音来导致指示检测到系统故障。用于系统故障模式706的校正动作是重新供电以重新启动加电模式704。持续故障则表示控制器110出现故障。
在探头检测模式708下，软件200核查连接至控制器110的探头112。可以通过使系统就绪LED 434b变为绿色以及将探头就绪LED 434c关闭，来指示探头检测模式708。如果未检测到探头112，那么软件200保持在探头检测模式下。如果检测到探头112，那么软件700进行到探头初始化模式710。
在探头初始化模式710的开始，在检测到探头112之后，软件200可以使探头就绪LED 434c变为黄色并且核查探头112中是否存在保险丝。如果发现了保险丝，那么软件200可以尝试烧断保险丝以及核实保险丝是否被正确地烧断。在保险丝被烧断之后，软件200可以核实探头112是否在容差内操作。通过使探头就绪LED 434c变为绿色，软件200可以指示探头112已经准备好。软件200还可以启动定时器，这将允许在保险丝被烧断之后探头112被断开且在一段时间(例如，5小时)之后被重新连接至控制器。
控制器110可以在探头初始化模式710期间确定关于中心频率或者信道的调节或者微调。具体地，控制器110可以确定每个频带中利用最高电压引起响应的具体频率。控制器可以通过在探头初始化模式710期间使用切换电容器C33-C36改变LC电路的电容来确定这样的具体频率。利用最高电压实现响应的切换电容器C33-C36的具体组合，然后可以在扫描模式714期间(以下讨论)自动地被采用，以在每一个发送的宽频带中关于中心频率或者信道进行调节或者微调。可以采用其他确定微调的方法。
如果软件200未成功完成探头初始化模式710，那么软件200进入无效探头模式712。如果软件200成功完成探头初始化模式710，那么软件200进行到扫描模式714以自动开始扫描。
在无效探头模式712下，软件200可以使探头就绪LED 434c闪烁黄色并且发出慢蜂鸣模式。
响应于任何以下条件，可以进入无效探头模式：
连接至控制器110的探头112超出容差。
控制器110不能够使探头112中的保险丝烧断。
探头112不具有保险丝，且自保险丝被烧断起已经经过了大于设定时间段(例如，5小时)。
探头112不具有保险丝并且控制器110已经重启。
探头112已经连接至控制器超过设定时间段(例如，5小时)。
由于太邻近金属，探头112失协(detuned)。
用于无效探头模式712的校正动作是移除无效的探头112并且将包含保险丝的新探头112附接至控制器110，或者是重新连接探头112同时保持其在空中至少离开大的金属物体2英尺。
当探头112准备好并且操作员按压开始/停止按钮时，软件200进入扫描模式714。当进入扫描模式714以识别对于用户的进入时，软件200可以经由扬声器或者蜂鸣器130发出短三声蜂鸣模式声音。
在扫描模式714下，软件200可以连续或者周期性地执行以下功能。
寻找来自应答器116的响应信号
监控噪声水平
确保探头112被正确地连接以及操作
将LED以圆形图案闪烁
当操作员或者用户按开始/停止按钮或者当已经达到扫描最大时间间隔(例如，4分钟)时，软件200可以发出短三声蜂鸣模式声音并且返回至探头准备模式716。
当在扫描模式714的同时检测到来自应答器116的适当响应信号时，软件200可以开启黄褐色检测LED 434d和/或提供听觉警报。例如，只要检测到应答器，警报可以用嘟嘟响发出连续固音(solid tone)，其中，例如，最短蜂鸣持续时间为0.5秒。
如果在扫描模式714的同时软件200检测到探头112断开，那么软件200进入扫描故障模式720。在扫描故障模式720下，软件200可以发出一系列急速蜂鸣声并且闪烁地点亮和熄灭黄褐色检测LED 434d。通过按开始/停止按钮，扫描故障模式720能够被清除。在10次蜂鸣声之后软件200将自动清除扫描故障模式720。
尽管在扫描模式714下，但是如果检测到过大噪声或者发送信号丢失，那么软件200将进行到环境错误模式722。在环境错误模式722下，软件200可以发出或者产生适当的指示。例如，软件200可以引起产生一系列慢蜂鸣声并且闪烁地点亮和熄灭绿圈LED 434e。用于环境错误模式722的校正动作是重新定位探头112远离大金属物体或者电干涉源。如果环境错误条件持续超过设定时间或者蜂鸣声次数(例如，5次蜂鸣声)，那么软件200将自动停止扫描。
图8示出了根据一个图示实施例操作询问和检测系统的方法800。方法800可以通过以上讨论的任何一个询问和检测系统实施例来实施。
在多个检测周期的每个期间，询问和检测系统执行多个动作802-814。在802，在检测周期的噪声检测部分期间，询问和检测系统接收电磁信号，例如未调制的电磁信号。由于通过采用简单的谐振应答器的系统所实现的独特技术优势，将从未调制电磁信号的方面提出以下描述，所述简单的谐振应答器不具有任何板上存储器或者存储装置并且不能够从中读取信息或者写入信息。但是，一些实施例可以采用可读和/或可写的应答器，例如射频识别(RFID)应答器或者标签，其利用在调制时编码了信息的调制的电磁信号来响应。此处描述的各种技术适用于这种应答器以及调制的电磁信号。
在804，询问和检测系统确定指示噪声水平的噪声值，其对应于在检测周期的噪声检测部分期间接收到的未调制的电磁信号的N个样本或者测量值中最高的一个，其中数量N大于1。在806，询问和检测系统至少部分地基于所确定的至少一个检测周期的噪声值来调节信号检测阈值。
在808，询问和检测系统在检测周期的发送部分期间发出至少一个电磁询问信号。在810，询问和检测系统在跟在检测周期的发送部分之后的检测周期的接收响应部分期间接收未调制的电磁信号。
在812，询问和检测系统至少部分地基于在检测周期期间接收到的未调制的电磁信号的M个样本或者测量值和调节后的信号检测阈值来判定存在或者不存在应答器，其中数量M大于1。N：M的比可以至少等于4。N可以大约等于200，M可以大约等于800。
通过基于在检测周期的噪声检测部分期间接收到的未调制的电磁信号的六个样本或者测量值中最高一个来设定噪声值，询问和检测系统可以至少部分地基于在检测周期的噪声检测部分期间接收到的未调制的电磁信号来确定指示噪声水平的噪声值。
询问和检测系统可以至少部分地基于第一数量个所确定的噪声值和第二数量个所确定的噪声值来调节信号检测阈值，第一数量个所确定的噪声值指示发生在第一个检测周期的接收响应部分之前的至少一个噪声检测部分期间的噪声水平，而第二数量个所确定的噪声值指示了发生在第一个检测周期的接收响应部分之后的至少一个噪声检测部分期间的噪声水平。
通过调节信号检测阈值为约两倍于第一数量个所确定的噪声值和第二数量个所确定的噪声值的至少一种的平均，询问和检测系统可以至少部分地基于至少一个检测周期的所确定的噪声值来调节信号检测阈值。
通过调节信号检测阈值为约两倍于第一数量个和第二数量个所确定的噪声值中的至少一种的最大一个，询问和检测系统可以至少部分地基于至少一个检测周期的所确定的噪声值来调节信号检测阈值。
询问和检测系统可以通过比较多个匹配滤波器输出的最大值与调节后的信号阈值来判定存在或者不存在应答器。
通过调节信号检测阈值为约两倍于所确定的噪声值，询问和检测系统可以至少部分地基于至少一个检测周期的所确定的噪声值来调节信号检测阈值。
询问和检测系统可以至少部分地基于至少一个检测周期的所确定的噪声值来调节信号检测阈值，其包括调节信号检测阈值为约两倍于所确定的噪声值或者所限定阈值中的较大值。例如限定阈值可以为约0.5mV。
在一些实施例中，询问和检测系统判定在检测周期的噪声检测部分期间至少一个匹配滤波器的输出是否超过指示噪声故障的噪声故障阈值。
在一些实施例中，询问和检测系统判定在检测周期的噪声检测部分期间至少一个匹配滤波器的输出是否超过噪声故障阈值达到限定的一段时间。询问和检测系统可以响应于至少一个匹配滤波器的输出超过噪声故障阈值达到限定的一段时间，来终止检测周期。
询问和检测系统可以将接收到的(一个或多个)信号从时域转换成频域谱。例如，询问和检测系统可以执行傅里叶变换，例如快速傅里叶变换，诸如256点快速傅里叶变换。用于执行这样变换的合适算法和/或软件代码集是可获得的或者能够编写的。
询问和检测系统可以搜索频域谱以确定在限定频带中具有最强谐振的物体。例如，询问和检测系统可以搜索从大约120kHz至大约175kHz的频域谱。谐振物体的振幅可以计算为谐振功率加减从峰值谐振频率的2个快速傅里叶变换基准频率步长(bin，也称为“盒”)的总和。该方法比简单使用峰值可以提供更精确的功率测量。可以使用插值法计算谐振物体的频率。该方法比简单使用快速傅里叶盒数可以提供对谐振频率的更精确的确定。
询问和检测系统可以至少部分地基于在限定频率范围内的在检测周期期间接收到的未调制的电磁信号的频率来判定应答器是否存在。限定频率范围可以从大约137kHz延伸至大约160kHz。
询问和检测系统可以根据用于由谐振物体返回的接收到的未调制的(一个或多个)电磁信号的信号衰减斜率来确定谐振物体的Q值(即，品质因数)。询问和检测系统可以例如使用多个窗口，例如五个(5)窗口位置可以提供合适的结果。
询问和检测系统可以至少部分地基于在检测周期期间接收到的(一个或多个)未调制的电磁信号的Q值来判定存在或者不存在应答器。询问和检测系统可以优选采用与基于频率的判定以及基于调节后的信号检测阈值的判定相结合的Q值判定。
在一些实施例中，询问和检测系统至少部分地基于在检测周期期间接收到的未调制的电磁信号的至少等于Q值阈值的Q值来判定存在或者不存在应答器。例如，Q值阈值可以为35。询问和检测系统可以优选采用与基于频率的判定以及基于调节后的信号检测阈值的判定相结合的Q值判定。
结果，标签检出可以有利地基于接收到的满足以下所有三个条件的(一个或多个)未调制的电磁信号：1)测量振幅高于阈值，阈值可以是可调节的阈值；2)测量频率在下限和上限之间；以及3)测量Q值高于最小Q值阈值。当满足以下三个条件中的任何一个条件时，例如来自RFID标签或者EKG线缆的干扰被抑制：a)测量频率低于频率下限；b)测量频率高于频率上限；或者c)测量的Q值低于Q值阈值。这可以比先前的方法提供明显较好的结果，防止假性肯定，否则假性肯定将导致患者在手术期间保持不缝合更长一段时间以及占用医院人员和资源。
图9示出了模拟的应答器响应信号902和噪声信号904的曲线900。此处公开的实施例的可用的便宜的应答器在它们发出的信号的频率方面典型地具有较大变动，使得难以精确地检测出由应答器返回的信号。在相对于应答器的具体谐振频率而言具有噪声的一些环境中这可能特别困难。例如，手术室可能具有一个或多个电子医疗装置，这些电子医疗装置发出与从应答器接收到的响应信号谐波同步的RF噪声。结果，虽然响应信号可以与发送的询问信号被同步接收，但是如果噪声峰值出现在询问和检测系统期望获得来自应答器的响应信号的时间，则与响应信号谐波同步的噪声仍然高。
例如，应答器响应信号902可以是中心在特定频率(例如，136kHz、145kHz、154kHz等)附近的标称周期性信号。例如，噪声信号904会从靠近询问和检测系统104(图1)的电子医疗装置发出。在该图示示例中，噪声信号904的振幅比应答器响应信号902的振幅大很多。正如示出的，在时间点906，噪声信号904处于峰值处，而应答器响应信号902靠近其过零点。如果询问和检测系统104要在时间点906获得样本，那么噪声信号904将掩盖应答器响应信号902。相反，在时间点908和910，噪声信号904处于或者接近其过零点处，而应答器响应信号902靠近其峰值。如果询问和检测系统104能够当噪声信号904处于其过零点或者在低振幅处时采样模拟的响应信号902，那么询问和检测系统能够通过比应答器响应信号902大许多倍的噪声信号904(或者“本底噪声”)的阻碍来检测出应答器。以下描述的过程可以提供比利用传统的扫描过程所实现的SNR大近似5倍的SNR。
为了实现这点，在一些实施例中，用于每个天线306(图1)或者线圈的扫描处理被分解为用于每个发送频率的Nss个子样本扫描周期。每个子样本扫描周期包括一个或多个询问周期。正如下文进一步详细讨论的，在NSS个子样本扫描周期中具体一个周期中的每个询问周期在时间上前移了标称期望的应答器响应信号902的周期(T)的分数(例如相移)，以提供NSS次机会来避免谐波噪声与期望的应答器响应信号在时间上同步。
图10图示了根据一个图示实施例，在利用前述子样本扫描周期的实施例中用于单个询问周期1010的正时。正如下文讨论的，NSS个子样本扫描周期中的每个可以包括一个或多个询问周期1010。FPGA 508(图5)中的定制逻辑电路产生用于每个询问周期1010的正时以及控制信号。在询问周期1010的发送部分1010a期间，FPGA 508的逻辑电路驱动晶体管控制线路以产生发送信号。FPGA逻辑电路控制发送信号的频率。例如，在一些实施例中，发送部分1010a具有200微秒(μs)的持续时间。在询问周期1010的清除部分1010b期间，FPGA 508的逻辑电路驱动清除TRIAC(可控硅)的栅极以快速耗尽来自天线306的发送能量从而允许检测出来自应答器116的响应信号，如果有这样的响应信号。例如，在一些实施例中，清除部分1010b具有10μs的持续时间。询问周期1010的恢复部分1010c允许接收滤波器和放大器在检测出来自应答器116的响应信号之前从发送的信号恢复，如果有。例如，恢复部分1010c可以具有100μs的持续时间。在询问周期1010的接收响应部分1010d期间，FPGA 508控制信号ADC 128以采样来自应答器116的响应信号，如果有。例如，信号ADC 128可以以1MHz采样率(即，每μs采样1次)和12位分辨率来采样。在一些实施例中，接收响应部分1010d具有512μs的持续时间，使得信号ADC 128在接收响应部分1010d期间以1MHz采样率获得512个测量值。可以设置询问周期1010的跳过部分1010e，在该部分期间，来自信号ADC 128的测量值被跳过或者忽略。在一些实施例中，跳过部分1010e具有40μs的持续时间。接收响应部分1010d的正时可以是这样的时间以致于应答器响应信号同步于发送时间。
询问周期1010的子样本扫描周期延迟时段1010f具有针对与NSS个子样本扫描周期中的具体一个相关联的询问周期的独特的持续时间。与NSS个子样本扫描周期中的不同的一个相关联的询问周期可以拥有具有不同持续时间的子样本扫描周期延迟时段1010f。在一些实施例中，与NSS个子样本扫描周期中的相应的一个相关联的子样本扫描周期延迟时段1010f可以近似为期望的应答器响应信号902的周期(T)的分数(图9)。例如，针对与子样本扫描周期1至NSS相关联的询问周期的子样本扫描周期延迟时段1010f可以近似为：
(0/NSS)*T，针对子样本扫描周期1的询问周期；
(1/NSS)*T，针对子样本扫描周期2的询问周期；
(2/NSS)*T，针对子样本扫描周期3的询问周期；
…
((NSS-1)/NSS)*T，针对子样本扫描周期NSS的询问周期。
因而，期望的应答器响应信号的周期(T)被分成NSS个开始时间，NSS个子样本扫描周期的每个与不同的一个开始时间相关联。
图11A是示出根据一个图示实施例的整个仪器扫描周期1102的时序图1100。仪器扫描周期1102可以通过询问和检测系统104来实施以扫描一个或多个谐振应答器。仪器扫描周期1102可以具有开始时间和停止时间之间小于大约20秒的持续时间(例如，2秒、5秒、10秒、15秒等)，使得操作询问和检测系统104的用户无需等待延长的一段时间来执行扫描操作。仪器扫描周期1102可以在询问和检测系统104的扫描模式期间被执行一次或多次。正如下文进一步详细讨论的，每个仪器扫描周期1102可以包括一个或多个线圈扫描周期，线圈扫描周期可以包括一个或多个特定频率样本周期，特定频率样本周期可以包括一个或多个子样本扫描周期，子样本扫描周期可以包括一个或多个询问周期。
仪器扫描周期1102包括NCOILS个线圈扫描周期1104，对于询问和检测系统104中存在的NCOILS个线圈的每个线圈具有一个线圈扫描周期。例如，系统104可以包括相互正交于彼此的三个天线线圈(NCOILS＝3)，使得每个仪器扫描周期1102包括三个线圈扫描周期1104。在一些实施例中，系统104可以包括六个天线线圈(NCOILS＝6)，或者更多个或者更少个的天线线圈。在一些实施例中，系统104包括单个线圈(NCOILS＝1)，使得在每个仪器扫描周期1102期间仅执行单个线圈扫描周期1104。
图11B是示出根据一个图示实施例的用于图11A示出的一个线圈扫描周期1104的周期的时序图1106。线圈扫描周期1104包括NFREQ个特定频率样本周期1108，对于由询问和检测系统104将使用的每个发送频率具有一个特定频率样本周期1108。特定频率样本周期1108的数量NFREQ可以是任何合适的值，诸如1、2、5、8等。例如，在一些实施例中，询问和检测系统104可以分别在特定频率样本周期1、特定频率样本周期2以及特定频率样本周期3期间以139kHz、145kHz以及154kHz发送询问信号。在一些实施例中，询问和检测系统104可以以单个频率发送，使得在每个线圈扫描周期1104期间仅执行单个特定频率样本周期1108。
图11C是示出根据一个图示实施例的用于一个特定频率样本周期1108的周期的时序图1110。特定频率样本周期1108包括NSS个子样本扫描周期1112，对于由询问和检测系统104将收集的每个子样本具有一个子样本扫描周期。正如此处使用的，子样本可以指的是在子样本扫描周期期间获得的测量值。正如以上讨论的，每个特定频率样本周期中的子样本扫描周期1112的数量NSS可以是任何合适的值，诸如2、5、10、15等。正如以上讨论的，NSS个子样本扫描周期中的每个具有与其相关联的独特的子样本扫描周期延迟时段。在与各个子样本扫描周期相关联的各个询问周期期间，应用针对NSS个子样本扫描周期中的每个的子样本扫描周期延迟时段。
图11D是示出根据一个图示实施例的一个子样本扫描周期1112的一个周期的时序图1114。子样本扫描周期1112包括NI个询问周期1010(图10)。正如下文参考图12示出的例子讨论的，NI个询问周期1010中的每个具有与其中一个具体子样本扫描周期1112相关联的子样本扫描周期延迟时段1010f。换句话说，针对其中一个子样本扫描周期1112的询问周期1至NI都具有相同子样本扫描周期延迟时段1010f。每个子样本扫描周期1112的询问周期的数量(NI)可以是任何合适的值，诸如每个子样本扫描周期有10、250、500、或者1000个询问周期。
图12示出了用于执行NSS个子样本扫描周期1202(标记为子样本扫描周期1-7)以获得NSS个子样本的时序图1200，其中在该图示出的例子中NSS等于7。在该实施例中，子样本扫描周期1-7每个包括250个询问周期1010(图10)。每个询问周期被指定为IX-Y，其中X是询问周期相关联的子样本扫描周期，Y是在子样本扫描周期中询问周期的编号。例如，I2-3代表子样本扫描周期2中的第三询问周期1010。在线圈扫描周期1104的具体的特定频率样本周期1108期间(图11)，在该实施例中，询问和检测系统104通过顺序执行询问周期I1-1至I1-250、I2-1至I2-250、I3-1至I3-250、I4-1至I4-250、I5-1至I5-250、I6-1至I6-250以及I7-1至I7-250，总共1750个询问周期，使用特定天线线圈(例如，图3B的线圈306a)来执行子样本扫描周期1-7。下文的表格2示出了在子样本扫描周期1-7中每个内对于询问周期1010的近似子样本扫描周期延迟时段1010f。
表格2
在图示的实施例中，子样本扫描周期延迟时段1010f均匀地间隔在期望的应答器响应信号的整个周期(T)的持续时间内。例如，对于期望具有大约145kHz中心频率的应答器响应信号，周期T为约6.9μs。因此，下一个连续的子样本扫描周期的询问周期具有约比上一个连续的子样本扫描周期的询问周期大了大约为应答器响应信号周期T的1/7的子样本扫描周期延迟时段1010f。作为例子，对于子样本扫描周期4的询问周期I4-1至I4-250的子样本扫描周期延迟时段1010f为3μs，而对于子样本扫描周期5的询问周期I5-1至I5-250的子样本扫描周期延迟时段1010f为4μs。通过利用分布在期望的应答器响应信号的整个周期T的持续时间的7个不同的子样本扫描周期延迟时段1010f，增加了在低谐波同步噪声且高应答器响应信号时采样的可能性。在一些实施例中，可以使用大于或者小于7个子样本扫描周期。
在一些实施例中，询问周期的子样本扫描周期延迟时段1010f可以是期望的应答器响应信号的周期(T)的不同分数部分被偏移一个或多个周期T。例如，在具有4个子样本扫描周期的一些实施例中，子样本扫描周期1的询问周期可以具有子样本扫描周期延迟时段T(即，(0/4)*T+T)，使得子样本扫描周期延迟时段相对于表格2提供的例子偏移了一个周期T。类似地，子样本扫描周期2的询问周期可以具有子样本扫描周期延迟时段(5/4)*T(即，(1/4)*T+T＝(5/4)*T)，子样本扫描周期3的询问周期可以具有子样本扫描周期延迟时段(6/4)*T(即，(2/4)*T+T＝(6/4)*T)，以及子样本扫描周期4的询问周期可以具有子样本扫描周期延迟时段(7/4)*T(即，(3/4)*T+T＝(7/4)*T)。重要地，对于各个子样本扫描周期中的询问周期的子样本扫描周期延迟时段是期望的应答器响应信号的不同分数部分。用于子样本扫描周期延迟时段的其他值可以用来在期望的应答器响应信号的周期T内的不同的开始时间处获得样本。
图13示出了根据一个图示实施例的操作询问和检测系统以执行线圈扫描周期1104的方法1300(图11A-图11D)。方法1300可以通过以上讨论的任何一个询问和检测系统实施例来实施。方法1300可以用以利用子样本扫描周期收集子样本，子样本扫描周期包括图10和图12中所示的用于单个天线线圈的询问周期1010。方法1300可以被重复用于使用多个天线线圈(例如，三个相互正交的天线线圈)的询问和检测系统。
方法开始于1302。例如，当询问和检测系统进入扫描模式714时(图7)方法1300可以开始。在1304，询问和检测系统初始化控制变量FREQUENCY_COUNT，变量FREQUENCY_COUNT可以用来与将用于线圈扫描周期中的频带的数量(即，特定频率样本周期1108的数量)进行比较。在一些实施例中，在线圈扫描周期期间可以使用多于一个频带。例如，对于总共三个特定频率样本周期，第一询问信号可以定中心在139kHz附近，第二询问信号可以定中心在145kHz附近，第三询问信号可以定中心在154kHz附近。例如，其他中心信道或者频率可以为136kHz、142kHz、148kHz和/或151kHz或者任何其他适合于激励应答器谐振的频率。
在1306，询问和检测系统初始化控制变量SUBSAMPLE_COUNT。该控制变量可以在方法1300期间用于与将由询问和检测系统执行的子样本扫描周期的数量NSS进行比较。在图12示出的例子中，子样本扫描周期的数量NSS为7，但是根据在期望的应答器响应信号的周期T中要使用多少个分隔或者开始时间，可以使用更多或者更少子样本扫描周期。如果NSS较小，因为机会次数减少，所以在低谐波同步噪声时采样的概率降低。如果NSS较大，在低谐波同步噪声时采样的概率增加，但是折衷的是，用于线圈扫描周期1104的总时间也会增加。
在1308，询问和检测系统初始化控制变量INTERROGATION_COUNT。该控制变量可以在方法1300期间用于与在每个子样本扫描周期中的询问周期1010的数量NI进行比较。在图12的例子中，每个子样本扫描周期包括250个询问周期1010。每个子样本扫描周期可以使用更多或者更少的询问周期。
在1310，询问和检测系统通过在询问周期的发送部分1010a期间发出中心在第一频率(特定频率样本周期1)的电磁询问信号(见图10和11)，来开始对于第一子样本扫描周期(子样本扫描周期1)的第一询问周期(询问周期1)。在1312，询问和检测系统在跟随询问周期的发送部分1010a之后的询问周期的接收响应部分1010d期间接收未调制的电磁信号。正如以上参考图10所讨论的，询问周期可以在发送部分1010a和接收响应部分1010d之间包括清除部分1010b、恢复部分1010c和/或跳过部分1010e。接收响应部分1010d的时间可以如此，使得期望的应答器响应信号与发送部分1010a同步或者一致以提高检测到应答器响应信号的峰值的可能性。在询问周期的接收响应部分1010d期间，FPGA 508控制信号ADC 128以采样来自应答器的响应信号。例如，通过以1MHz采样率进行采样(即，每μs采样1次)，信号ADC128可以在512μs中获得512个测量值。在一些实施例中，信号ADC 128可以以不同采样率进行采样，从而可以在每个接收响应部分1010d期间获得更多或者更少测量值。
在1310开始下一询问周期之前，询问和检测系统在1314等待子样本扫描周期延迟时段1010f，在一些实施例中，子样本扫描周期延迟时段1010f是期望的应答器响应信号的周期T的分数。在一些实施例中，子样本扫描周期延迟时段可以近似等于期望的应答器响应信号的周期(T)的((SUBSAMPLE_COUNT–1)/NSS)倍。因而，对于与子样本扫描周期1相关联的询问周期来说，子样本扫描周期延迟时段约为零秒(即，(0/NSS)*T＝0)。对于与子样本扫描周期2相关联的询问周期，子样本扫描周期延迟时段近似等于(1/NSS)*T，如上所述如此类推。
在1316，询问和检测系统使控制变量INTERROGATION_COUNT加1。在1318，询问和检测系统比较INTERROGATION_COUNT的值与每个子样本扫描周期的询问周期的数量NI。因而询问和检测系统继续通过动作1310-1314(即，询问周期)循环，直到子样本扫描周期1中的所有询问周期都已经被执行。每个子样本扫描周期的询问周期的数量可以是任何合适的值，诸如1、100、250、500、2000等。
一旦对于子样本扫描周期1的所有询问周期都已经被执行(即，判定1318＝是)，询问和检测系统在1320使控制变量SUBSAMPLE_COUNT加1，并且在1322比较其值与子样本扫描周期的数量NSS。因而，类似于对于子样本扫描周期1的动作，询问和检测系统对于子样本扫描周期2至子样本扫描周期NSS执行动作1310-1314，以完成总共NSS个子样本扫描周期并且收集NSS个子样本。
一旦对于子样本扫描周期1至NSS中的每个的所有询问周期都已经被执行(即，判定1322＝是)，询问和检测系统在1324使控制变量FREQUENCY_COUNT加1，并且在1326比较其值与发送频率的数量(NFREQ)。如果发送频率的数量NFREQ大于1，那么询问和检测系统重复上文讨论的动作，以在对于总共NFREQ个特定频率样本周期的NFREQ个发送频率中的每个频率处执行NSS个子样本扫描周期。
方法1300可以在1328终止，直到再次开始。正如以上讨论的，对于询问和检测系统的一个或多个另外的天线线圈可以重复方法1300。当询问和检测系统处于扫描模式时，方法1300可以一再地重复。可替换地或者另外地，方法1300可以与其他方法或者处理同时进行。
图14示出了根据一个图示实施例的操作询问和检测系统以执行仪器扫描周期1102(图11)的方法1400。可以通过以上讨论的任何一个询问和检测系统实施例来实施方法1400。方法1400可以用以通过使用图10和图12中所示的询问周期执行子样本扫描周期来收集子样本。
方法开始于1402。例如，当询问和检测系统进入扫描模式714(图7)时，方法1400可以开始。在1404，询问和检测系统初始化控制变量COIL_COUNT。该控制变量可以在方法1400期间用于与询问和检测系统中包括的线圈的数量(NCOILS)进行比较。例如，在一些实施例中，询问和检测系统可以包括可用于扫描应答器的多个线圈或者天线。在一些实施例中，询问和检测系统可以包括彼此间隔开的多个线圈，所述线圈分别被设计为检测不同物理位置的应答器。例如，在一些实施例中，六个线圈可以隔开置于定位在患者支撑结构上的患者下方的垫子中或垫子上。六个线圈可以用来检测出在邻近患者身体的不同位置处的应答器。在一些实施例中，多个线圈可以设置为在多个方向上发送或者接收信号(例如，x方向、y方向以及z方向)。
在1406，询问和检测系统执行线圈扫描周期1104(图11A)以使用第一线圈检测应答器。询问和检测系统可以使用上文讨论的图13的方法1300实施该动作以执行线圈扫描周期1104，线圈扫描周期1104可以包括NFREQ个特定频率样本周期，每个特定频率样本周期可以包括NSS个子样本扫描周期，每个子样本扫描周期可以包括NI个询问周期。在1408，询问和检测系统使控制变量COIL_COUNT加1，并且在1410比较其值与线圈的数量。如果询问和检测子系统包括另外的线圈，那么该系统对于待扫描应答器的每个线圈以轮询方式顺序执行线圈扫描周期1104。
方法1400可以在1412终止，直到再次开始。当询问和检测系统处于扫描模式时，方法1400可以一再地重复。可替换地或者另外地，方法1400可以与其他方法或者处理同时进行。
图15示出了根据一个图示实施例的操作询问和检测系统的方法1500。
在1502，询问和检测系统至少部分地基于通过执行以上讨论的方法1300和/或方法1400(图13和14)获得的至少一个子样本，来判定存在或者不存在应答器。
正如以上讨论的，信号ADC 128(图5)将从应答器接收到的信号，如果有，从模拟信号转换为数字信号。例如，这种转换可以以1MHz的采样率以及12位的数据分辨率被执行。在图12示出的例子中，子样本扫描周期1-7每个均包括250个询问周期，且信号ADC 128在每个询问周期获得512个测量值。为每个子样本，对于每个子样本扫描周期的采样的ADC数据可以累计在一起或者求积分，来计算从应答器116接收到的响应信号(如果有)的总和。
在一些实施例中，对每个子样本所累计或者积分后的接收到的信号用同相和正交的参考信号两者进行匹配滤波以确定信号量值。例如正如上述表格1所示，接收到的响应信号可以用多个参考信号进行匹配滤波，例如七个参考信号。一些实施例可以在对接收到的信号进行累计或者求积分之前使用匹配滤波。
对于被收集的每个子样本，对于匹配滤波器(例如，七个匹配滤波器)采用主动发送的最大值可以与调节后的检测阈值进行比较。如果对于一个或多个子样本该最大值大于检测阈值，那么认为已经检测到来自应答器的响应信号，并且采取适当的动作，诸如以上参考图7讨论的动作。在一些实施例中，在认为已经检测到应答器之前，要求对于两个或多个子样本大于检测阈值的值。
上述对图示实施例的描述，包括摘要中描述的，并不旨在详尽的或者限制实施例为所公开的精确形式。正如本领域技术人员认识到的，虽然此处描述的具体实施例和例子是为说明目的，但是能够在不偏离本公开的精神和范围的情况下进行各种等同修改。各种实施例在此处提供的教导能够应用于其他应答器以及询问和检测系统，不必须应用于一般上述的示范性手术对象应答器以及询问和检测系统。
例如，通过使用框图、示意图以及例子，前面的详细描述已经阐明了装置和/或处理的各种实施例。在这样的框图、示意图以及例子包含一个或多个功能和/或操作的限度内，本领域技术人员将理解的是，这样的框图、流程图或者例子内的每个功能和/或操作能够单独和/或共同地由宽范围的硬件、软件、固件或者实质上它们的任何组合来实施。在一个实例中，本主题可以经由专用集成电路(ASICs)实施。但是，本领域技术人员将认识到的是，此处公开的实施例，无论整体或者部分，都能够等同地在标准集成电路中实施为在一台或多台计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如，实施为在一个或多个计算机系统上运行的一个或多个程序)、在一个或多个控制器(例如，微控制器)上运行的一个或多个程序、在一个或多个处理器(例如，微处理器)上运行的一个或多个程序、固件或者实质上它们的任何组合，且认识到鉴于本公开，设计电路和/或为软件和/或固件写代码将也是在本领域技术人员的技能范围内的。
此外，本领域技术人员将理解地是，此处教导的机构能够被分布为各种形式的程序产品，且示例性的实施例等同地应用，与用于实际上进行分布的信号承载介质的具体类型无关。信号承载介质的例子包括但不限于：可记录型的介质，诸如软盘、硬盘驱动、CDROM、数字磁带以及计算机内存；发送型的介质，诸如，使用基于TDM或者IP的通信链路(例如，分组通信链路)的数字和模拟通信链路。
上述各个实施例能够被组合以提供进一步的实施例。提交于2008年5月28日的序号为61/056,787的美国临时专利申请；提交于2008年8月25日的序号为61/091,667的美国临时专利申请；提交于2006年6月6日的序号为60/811,376的美国临时专利申请；授权发布于2000年2月22日的编号为6,026,818的美国专利；公开于2004年12月16日的公开号为US2004/0250819的美国专利；提交于2006年6月6日的序号为60/811,376的美国临时专利申请；提交于2007年5月1日的序号为11/743,104的美国非临时专利申请；以及提交于2014年3月31日的序号为61/972,832的美国临时专利申请都以它们的全部内容通过参考并入此处。如果有必要，实施例的方案能够被修改以采用各种专利、申请以及公开的系统、电路以及构思，从而提供再进一步的实施例。
根据上述详细描述能够对实施例进行这些和其他改变。总之，在以下权利要求中，使用的术语不应该被解释为限制权利要求为在说明书和权利要求中公开的具体实施例，而是应该被解释为包括所有可能的实施例，连同整个范围的这样的权利要求所授权的等同物。因此，权利要求不被本公开所限制。

Claims (11)

1.一种操作应答器检测装置的方法，所述应答器检测装置包括至少一个处理器和至少一个非暂态处理器可读介质，所述至少一个非暂态处理器可读介质通信地联接至所述至少一个处理器，并且存储能够被所述至少一个处理器执行的指令或者数据中的至少一种，所述方法包括：
在若干连续询问周期中的每一个期间，连续询问周期的数量大于1，在询问周期的发送部分期间发出周期性的电磁询问信号；
在跟在询问周期的发送部分之后的询问周期的接收响应部分期间接收电磁信号；以及
在若干询问周期的连续询问周期中的每一个的相应各个开始之前等待相应各个延迟时段，对于所述若干询问周期的每个相应各个延迟时段等于标称标签响应信号周期的相应各个分数，并且，对于所述若干询问周期的连续询问周期中的每一个，所述连续询问周期中的一个的相应各个延迟时段比所述若干连续询问周期的紧接着的后续的询问周期的相应各个延迟时段小一持续时间，该持续时间等于所述标称标签响应信号周期除以连续询问周期的数量。
2.一种操作应答器检测装置的方法，所述应答器检测装置包括至少一个处理器和至少一个非暂态处理器可读介质，所述至少一个非暂态处理器可读介质通信地联接至所述至少一个处理器以及存储能够被所述至少一个处理器执行的指令或者数据中的至少一种，所述方法包括：
获取若干子样本，每一个子样本与等于标称标签响应信号周期的相应各个分数的相应各个延迟时段相关联，所述相应各个分数彼此不相同，所述若干子样本中的每一个通过以下来获取：
在与所述若干子样本中的每一个相关联的多个连续询问周期中的每一个期间，
在所述询问周期的发送部分期间发出周期性的电磁询问信号；
在跟在询问周期的发送部分之后的所述询问周期的接收响应部分期间接收电磁信号；以及
在所述多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前，等待与所述询问周期相关联的所述若干子样本中的一个的延迟时段，其中，在所述多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待延迟时段包括在所述多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待延迟时段，且对于每一连续的子样本对，与所述子样本对中的连续的第一个相关联的延迟时段比与所述子样本对中的连续的下一个相关联的延迟时段要小一持续时间，该持续时间近似等于所述标称标签响应信号周期除以子样本的数量。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待延迟时段包括在所述多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待延迟时段，对于所述若干子样本中的每一个的延迟时段在零秒和所述标称标签响应信号周期之间。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待延迟时段包括在所述多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待延迟时段，对于所述若干子样本中至少一个的延迟时段为所述标称标签响应信号周期和所述标称标签响应信号周期的两倍之间的持续时间。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待延迟时段包括在所述多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待延迟时段，且对于每一连续的子样本对，与所述子样本对中的连续的第一个相关联的延迟时段小于与所述子样本对中的连续下一个相关联的延迟时段。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待延迟时段包括在所述多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待延迟时段，且与每一个子样本相关联的延迟时段和对于其他子样本的延迟时段相差小于所述标称标签响应信号周期。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待延迟时段包括在所述多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前等待延迟时段，且与每一个子样本相关联的延迟时段近似为所述标称标签响应信号周期除以子样本的数量的结果的整数倍。
8.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：
在所述多个询问周期的每一个期间，在所述询问周期的所述接收响应部分之前，在所述询问周期的所述发送部分之后等待固定恢复时间，所述固定恢复时间具有被确定以在每一个询问周期的发送部分和接收响应部分之间提供同步的持续时间。
9.根据权利要求2所述的方法，其中，所述应答器检测装置包括多个天线，所述方法进一步包括：
为所述多个天线中的每一个获取若干子样本。
10.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：
至少部分地基于在所述若干子样本中的至少一个的所述多个询问周期期间接收到的所述电磁信号的若干测量值，来判定存在或者不存在应答器。
11.一种操作应答器检测装置的方法，所述应答器检测装置包括：至少一个处理器；至少一个非暂态处理器可读介质，所述至少一个非暂态处理器可读介质通信地联接至所述至少一个处理器并存储能够由所述至少一个处理器执行的指令或者数据中的至少一种；以及一个或多个天线，所述方法包括：
对于所述一个或多个天线中的每一个，
获取一组子样本，该组子样本包括若干子样本，每一个子样本与等于标称标签响应信号周期的相应各个分数的相应各个延迟时段相关联，所述相应各个分数彼此不同，该组子样本中的每一个子样本通过以下来获取：
在与该组子样本中的每一个子样本相关联的多个连续询问周期中的每一个期间，
在所述询问周期的发送部分期间发出周期性的电磁询问信号，所述电磁询问信号具有询问信号频率；
在跟在询问周期的发送部分之后的所述询问周期的接收响应部分期间接收电磁信号；以及
在所述多个询问周期的连续询问周期中的每一个开始之前，等待与所述询问周期相关联的该组子样本中若干子样本的一个的相应各个延迟时段，其中，对于该组子样本中的每一连续的子样本对，与所述子样本对中的连续的一个相关联的延迟时段比与所述子样本对中的紧接着的连续的下一个相关联的延迟时段要小一持续时间，该持续时间等于所述标称标签响应信号周期除以子样本的数量。
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