CN106963490B

CN106963490B - 用于进行自动测绘与精度测试的系统与方法

Info

Publication number: CN106963490B
Application number: CN201610858648.1A
Authority: CN
Inventors: S·M·摩根; K·E·贾斯珀森; M·R·维森伯格
Original assignee: Ke Hui Co LP
Current assignee: Ke Hui Co LP
Priority date: 2015-10-05
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2019-11-12
Anticipated expiration: 2036-09-28
Also published as: CN106963490A; EP3153127A1; US10359458B2; JP6434467B2; JP2017070738A; CA2940792C; AU2016219564A1; US20170097383A1; CA2940792A1; AU2016219564B2

Abstract

本发明公开用于进行自动测绘与精度测试的系统与方法。一种用于对电磁(EM)导航系统进行测绘和精度测试的装置，包括：感测电磁场的电磁矢量的传感器；沿第一方向与不同于第一方向的第二方向移动该传感器的滑架；操作上与该传感器相关联并且检测该传感器沿第一方向的第一方位的第一方位检测器；操作上与该传感器相关联并且检测该传感器沿第二方向的第二方位的第二方位检测器；以及控制器，该控制器操作上与该传感器相关联，并且控制滑架沿第一方向与第二方向的移动，以及基于在坐标系中的预定方位处的所感测的电磁矢量测绘电磁场，该坐标系由第一方向、第二方向及垂直于由第一方向与第二方向限定的平面的第三方向来限定。

Description

用于进行自动测绘与精度测试的系统与方法

技术领域

本公开涉及用于电磁导航系统的自动测绘与精度测试的系统与方法。更具体地，本公开涉及自动地测量用于电磁导航的电磁场的强度以获得测绘数据并且测试测绘数据的精度的系统与方法。

背景技术

电磁导航(EMN)系统已经帮助将治疗的潜力扩展至内部器官与疾病诊断。EMN系统依赖非介入式成像技术，诸如计算机断层成像(CT)扫描、磁共振成像(MRI)或透视技术。这些图像可以配准到电磁场内的患者，而作为结果，位于电磁场内的患者内部的传感器的位置能够在图像中被识别出来。因此，EMN结合这些非介入式成像技术被用来识别目标的位置，并且帮助临床医师在患者的身体内部导航到目标。

为了可视化内部器官与诊断疾病，需要在EMN系统中存储精确的测绘数据。通常，EMN系统测量电磁(EM)场的强度，比较所测得的强度与测绘数据，然后生成视觉图像。测绘数据越准确，就能够获得越准确的图像并且能够识别出目标或内部器官的越准确的位置。测绘数据是手动获得的。例如，制造者或用户手动地测量了EM场在每一个预定方位处的强度，并且在最初使用EMN系统之前将所测得的强度作为测绘数据存储到EMN系统中。测绘数据的精度可以通过生成测绘数据的自动化来提高。

当在不同于生成测绘数据的地方的手术室处安装EMN系统，和/或在EMN系统已经使用了一段时间之后，EMN系统的物理结构可能被改变。此外，EMN系统所产生的EM场可能被靠近系统的外部黑色金属材料影响，并且所生成的图像既不能准确地描绘内部器官或目标，也不能被用来诊断疾病。因此，测绘数据的自动精度测试也能够提升测绘数据的精度保证。

发明内容

概括而言，本公开提供了用于自动地为EMN生成测绘数据并且测试测绘数据的精度的系统与方法。在实施例中，装置包括：感测由EMN系统生成的EM场的EM矢量的传感器；沿第一方向与不同于第一方向的第二方向移动传感器的滑架，其中传感器被固定地附接于滑架；与传感器操作上相关联并且检测传感器沿第一方向的第一方位的第一方位检测器，其中第一方位是沿第一方向的预定方位中的一个；与传感器操作上相关联并且检测传感器沿第二方向的第二方位的第二方位检测器，其中第二方位是沿第二方向的预定方位中的一个；以及控制器，该控制器与传感器操作上相关联，并且控制滑架沿第一方向和第二方向的移动，还基于在由第一方向、第二方向以及垂直于第一方向与第二方向所限定的平面的第三方向所限定的坐标系中的预定方位处感测得到的EM矢量测绘EM场。

在一方面，装置进一步包括多个信号生成器，每一个信号生成器被配置来生成信号，并且其中每一个信号生成器被定位在沿第一方向的预定方位中的对应方位处。传感器被配置来在第一方位检测器检测到由沿第一方向的多个信号生成器中的每一个生成的信号强度时感测EM矢量。多个信号生成器是发光二极管(LED)，其中第一方位检测器检测LED所发出的光的强度。激活沿第二方向的多个信号生成器用于测绘与精度测试。

在另一个方面，沿第二方向的预定方位包括第一组与第二组，其中传感器被配置来在沿第二方向的第一组预定方位处感测用于测绘的EM矢量。传感器被配置来在沿第二方向的第二组预定方位处感测用于精度测试的EM矢量。装置进一步包括第一多个信号生成器与第二多个信号生成器，第一多个信号生成器中的每一个都被配置来生成信号，并且第一多个信号生成器中的每一个被定位在第一组的对应方位处，第二多个信号生成器中的每一个都被配置来生成信号，并且第二多个信号生成器中的每一个被定位在第二组的对应方位处。

传感器被配置来在第二方位检测器检测到由沿第二方向的第一多个信号生成器与第二多个信号生成器中的一者产生的信号的最大强度时感测EM矢量。第一多个信号生成器与第二多个信号生成器是发光二极管(LED)，并且其中第二方位检测器检测LED所发出的光的强度。第一多个信号生成器的LED被配置来生成具有第一颜色的光，而其中第二多个信号生成器的LED被配置来生成具有不同于第一颜色的第二颜色的光。

在另一个方面，第一方位检测器与第二方位检测器中的每一者限定了在其中的狭缝，并且第一方位检测器与第二方位检测器被配置来分别检测通过第一方位检测器与第二方位检测器的对应狭缝的光的强度。

当装置被操作用来生成测绘数据时，激活第一多个信号生成器而停用第二多个信号生成器。当装置被操作用来生成精度测试数据时，停用第一多个信号生成器而激活第二多个信号生成器。

在又一个方面，传感器包括被配置来沿第三方向感测EM矢量的EM传感器，并且其中该EM传感器被配置来手动地沿第三方向移动。该EM传感器被配置来感测6个自由度。

在又一个方面，传感器包括多个传感器，其中每一个位于沿第三方向的预定方位中的对应一个处。

在又一个方面，装置进一步包括被配置来使该装置在由EMN系统生成的EM场上方居中的底层。

在又一个方面，装置主要由有色金属材料制成。

在又一个方面，装置进一步包括经由第一轴与传感器耦合并且被配置来沿第一方向移动传感器的第一马达，以及经由第二轴与传感器耦合并且被配置来沿第二方向移动传感器的第二马达。第一马达与第二马达距EM场隔开一个足够的距离以最小化对EM场的影响，并且是有色金属的。控制器进一步被配置来控制第一马达与第二马达。

在另一实施例中，一种用于对EMN系统所生成的EM场进行测绘与精度测试的方法，包括：将传感器移动到由第一方向与不同于第一方向的第二方向所限定的平面上的初始方位，在由该平面与垂直于该平面的第三方向所限定的坐标系中的每一个预定方位处感测EM矢量，对所感测的EM矢量采样以获得数字采样，以及基于数字采样生成用于测绘或精度测试的数据。

预定方位是通过沿第一方向的第一预定方位、沿第二方向的第二预定方位以及沿第三方向的第三预定方位来限定的。第二预定方位包括用于测绘的第一组方位以及用于精度测试的第二组方位，其中位于第一组处的信号生成器被配置来生成用于测绘的信号，并且进一步其中位于第二组处的信号生成器被配置来生成用于精度测试的信号。

信号生成器位于第三预定方位中的每一个处，并且该方法进一步包括沿第三方向移动传感器以及在由信号生成器生成的信号的强度是最大值时感测EM矢量。

在一方面，传感器包括EM传感器，其中每一个位于第三预定方位的对应方位处。

在另一方面，将传感器移动到初始方位的步骤包括：激活位于第一预定方位的起始方位处的第一信号生成器以及位于第二预定方位的起始方位处的第二信号生成器，并且沿第一方向与第二方向将传感器移动到所感测的强度是最大值的方位。移动传感器的步骤进一步包括停用除第一信号生成器与第二信号生成器之外的所有信号生成器。

在另一个方面，该方法进一步包括基于数字采样生成测绘数据的拟合曲线并且将该拟合曲线存储在EMN系统中。此外，该方法包括生成精度测试数据、计算精度测试数据距拟合曲线的偏差、确定该偏差是否大于阈值、以及在确定偏差不小于阈值时生成重新生成测绘数据的警告。该方法进一步包括在确定偏差不小于阈值时禁用EMN系统。

可以组合任意本公开的以上方面和实施例而不脱离本公开的范围。

附图说明

当参考附图阅读各种实施例的描述时，当前公开的系统与方法的主题与特征对本领域普通技术人员将变得显而易见，其中：

图1是根据本公开的例示性实施例的用于为电磁导航(EMN)系统生成测绘数据并且测试测绘数据的精度的系统的透视图；

图2A与图2B分别是根据本公开的例示性实施例的具有图1的系统的对应的印刷电路板的Z轴轨道与X轴轨道的透视图；

图3是根据本公开的例示性实施例的沿Z轴的绘图数据的信号强度的图形说明；

图4是根据本公开的例示性实施例的在Y-Z平面中的预定点的图形说明；

图5是根据本公开的例示性实施例的在X-Z平面中的测试点的图形说明；

图6是根据本公开的例示性实施例的图1的系统的功能框图；

图7A与图7B是根据本公开的例示性实施例的用于为EMN系统生成测绘数据的方法的流程图；以及

图8A至图8C是根据本公开的例示性实施例的用于测试测绘数据的精度的方法的流程图。

具体实施方式

本公开涉及用于自动地为EMN系统生成测绘数据并且测试测绘数据的精度的系统与方法。在使用EMN系统之前，本公开提供了在由EMN系统生成的EM场上的预定方位处测量EM场的强度、基于所测得的强度生成测绘数据并且将测绘数据存储到EMN系统中的系统与方法。此外，本公开的系统与方法在使用EMN系统一段时间后测试EMN系统的测绘数据的精度，并且在该测试距测绘数据的偏差大于预定阈值时重新生成新的测绘数据。

尽管本公开将根据具体的例示性实施例来描述，对本领域技术人员显而易见的是，可以做出各种修改、重新布置、以及代换而不脱离本公开的精神。本公开的范围由本公开所附权利要求限定。

图1示出了用于自动地为电磁导航(EMN)系统生成测绘数据并且测试测绘数据的精度的系统100。例如，EMN系统可以是Medtronic plc的分支Covidien LP当前销售的ELECTROMAGNETIC NAVIGATION系统。EMN系统利用电磁场来非介入式地识别患者身体内部的内部器官与患病部分的位置。特定于预定方位的电磁场强度被用来识别这样的位置，并且以由系统100生成的测绘数据的形式被保存在EMN系统中。

系统100包括平台110、滑架120、场感测设备130以及控制器140。平台110位于EMN系统的位置板190上。具体而言，平台110立于EMN系统的EM场生成器195上方。平台110包括角件112，角件112框定位置板190，使得系统100可以在由EM场生成器195生成的EM场上方居中。在一方面，角件112可以是成对角线地定位的两个角件，使得这两个角件适配EM场生成器195的两个对角线角。

滑架120包括沿X轴平行排列并且支撑滑架120的剩余部分的两条轨道114a与114b，X轴如位于平台110上的轴指示器180中所示。第一轨道114a仅是轨道，而如图2A所示，第二轨道114b可以由印刷电路板(PCB)210与滑动面220的复合物形成。PCB 210包括多个网格方位信号源生成器212，多个网格方位信号源生成器212生成信号以表明用于EMN系统的测绘数据的预定方位。

在一方面，网格方位信号源生成器212可以是发光二极管(LED)、激光生成器、音频生成器等。在另一个方面，网格方位信号源生成器212位于PCB 210上的预定方位上。在网格方位信号源生成器212是LED的例子中，滑动面220可以足够透明以将由网格方位信号源生成器212生成的光透射通过滑动面220。滑动面220的透明性不会大幅地散射光而是将光导向滑动面220的顶部。在另一方面，滑动面220可以具有放置在网格方位信号源生成器212上方的狭缝222，使得由网格方位信号源生成器212生成的光基本不受阻碍并且透射通过滑动面220。滑动面220可以通过固定手段230固接到PCB 210，固定手段230包括铆钉、粘合剂、钉、钉书钉等。

平台110也可以包括连接平台110的每一个元件的物件。例如，如图1所示，中心件111可以被用来托持角件112，而两个底件113a与113b被用来连接两个轨道114a和114b与中心件111。此外，平台110被用作托持滑架120的基座。

滑架120包括第一轴122a与第二轴122b，以及第一侧杆123a与第二侧杆123b；第一轴122a与第二轴122b定位成沿Z轴彼此平行，Z轴如轴指示器180中所示。第一轴122a与第二轴122b中的每一者具有分别在两个轨道114与114b上滚动的两个轮子。两个轮子可以由橡胶或类似材料制成。第一轴122a机械地耦合到控制器140，使得滑架120可以在两个轨道114与114b上沿X轴移动。第一轴122a与第二轴122b被第一侧杆123a与第二侧杆123b锁定。

信号检测器124可以附接于第二侧杆123b并且定位在第二轨道114b上方。当第一轴122a与第二轴122b沿X轴移动时，信号检测器124感测由图2A的网格方位信号源生成器212生成的信号的强度。在一方面，信号检测器124可以包括形成在其底侧上的狭缝以感测来自信号检测器通过其上方的网格方位信号源生成器的信号的强度。所感测的结果被传输到控制器140。

滑架120进一步包括沿Z轴方向延伸的第三轨道126，Z轴方向如轴指示器180中所示。如图2B所示，第三轨道126由包括印刷电路板(PCB)240与滑动面250的复合物形成。PCB240包括多个网格方位信号源生成器，该多个网格方位信号源生成器被分成两组，即第一类242与第二类244。第一类网格方位信号源生成器242生成用于生成测绘数据的信号，而第二类网格方位信号源生成器244生成用于测试测绘数据的精度的信号。

在一方面，网格方位信号源生成器242与网格方位信号源生成器244可以是LED、激光生成器、音频生成器等。在另一方面，网格方位信号源生成器242与244位于PCB 240上的预定方位处。在进一步的方面，第二类网格方位信号源生成器244中的每一个被定位在第一类网格方位信号源生成器242中的两个连续网格方位信号源生成器之间。在又一个进一步的方面，第一类网格方位信号源生成器242的数量大于第二类网格方位信号源生成器244的数量。在又一个方面，第一类网格方位信号源生成器242可以被定位且彼此等距。尽管如此，网格方位信号源生成器242与244的方位不限于这些方面，而是可以被本领域普通技术人员修改而不脱离本公开的范围。

在网格方位信号源生成器242与244是LED的情况下，滑动面250可以是足够透明的以将由网格方位信号源生成器242与244生成的光透射到滑动面250的顶部。滑动面250的透明性不会大幅地散射光而是将光导向通过滑动面250的顶面。在一方面，滑动面250可以具有放置在网格方位信号源生成器242与244上方的狭缝252，使得由网格方位信号源生成器242与244生成的光能够不受阻碍并且透射通过滑动面250。

第一类网格方位信号源生成器242可以生成第一颜色，而第二类网格方位信号源生成器244可以生成不同于第一颜色的第二颜色。例如，第一颜色可以是绿色，而第二颜色可以是红色。在一方面，可以由网格方位信号源生成器242与244生成同一颜色。滑动面250的底面可以通过固定手段260与PCB 240固接，固定手段260包括铆钉、粘合剂、钉、钉书钉等。

滑架120也包括第一垂直杆128a与第二垂直杆128b，第一垂直杆128a与第二垂直杆128b分别固接在第一侧杆123a与第二侧杆123b上方。第一垂直杆128a与第二垂直杆128b由侧杆和第三轨道126隔开与连接。

滑架120也包括第三轴129，其穿过第二垂直杆128b将场感测设备130连接至控制器140。第三轴129可以具有其上的圆形的齿轮齿或者机械地或操作上耦合到第二垂直杆128b中的开口的另一手段，使得第三轴129围绕Z轴的旋转可以被转换为场感测设备130沿Z轴的线性方向性的移动而不影响滑架120的移动。第二垂直杆128b的开口的结构可由本领域普通技术人员容易地实现。

场感测设备130包括信号检测器132与多个传感器134。信号检测器132被定位在第三轨道126上方，并且感测由第一类网格方位信号源生成器242与第二类网格方位信号源生成器244生成的信号的强度。在一方面，信号检测器132也可以包括形成于其底侧上的狭缝252以检测通过狭缝252的信号的强度。

多个传感器134位于沿Y轴的预定方位，并且被配置来检测由EMN系统的EM场生成器195生成的EM场的EM矢量。在一方面，多个传感器134可以是6自由度(DOF)传感器，其可以基于所感测的EM场的EM矢量感测三个方向(例如，X方向、Y方向与Z方向)以及三个旋转(例如，俯仰、偏转和滚动)。6DOF传感器是作为示例提供的，并且不旨在限制用于多个传感器134的其他种类传感器。

控制器140包括垂直板142、第一马达部分150、第二马达部分160以及控制电路170。第一马达部分150附接于垂直板142。第一马达部分150连接至滑架120的第一轴122a，并且被配置来控制滑架120沿X轴的方向性移动。第二马达部分160连接至滑架120的第三轴129，并且被配置来控制场感测设备130沿Z轴的方向性移动。由于控制电路与被配置来在控制电路170与信号检测器124及信号检测器132之间传递信息(方位或方向数据)互连PCB172连接，控制电路170基于方位或方向数据分别地且独立地控制滑架120与场感测设备130沿X轴与Z轴的移动。

第一马达部分150包括底部151、两个轨道152、两个轴153、带154以及第一马达155。底部151形成控制器140的基座，而两个轨道152沿X轴平行地固接至底部151的顶面。两个轴153中的每一者包括两个被配置来在两个轨道152上方滚动的轮子，并且通过垂直板142连接。在被上电和控制时，第一马达155生成旋转运动，该旋转运动被传动至第一轴122a。随后，第一轴122a的圆周运动引起滑架120的四个轮子在两个轨道114a与114b上方滚动。

两个轴153中的一个经由带154被连接至第一马达155或第一轴122a，使得第一马达部分150的四个轮子也与滑架120的四个轮子同步地在两个轨道152上方滚动。对应地，以这种方式，控制器140同时跟随滑架120的移动。

第二马达部分160包括一个或多个轴161以及第二马达162。轴161穿过控制器140的垂直板142的开口连接第二马达162。在被上电和控制时，第二马达162生成围绕Z轴的旋转运动，该旋转运动被传动至第三轴129。第三轴129围绕Z轴的旋转运动被转换成沿Z轴的方向性移动，使得场感测设备130沿Z轴移动。第二马达162与轴161也沿Z轴移动，从而对应于场感测设备130的移动。轴161被配置来通过垂直板142的开口顺畅地滑动。

第一马达155与第二马达162由控制电路170独立地控制。

控制器140进一步包括转换器144、连续导引系统(CGS)146以及计算设备148。转换器144被配置来接收来自场感测设备130的所感测的EM矢量(它是模拟信号)，并且将该模拟结果转换为数字采样。在一个示例中，转换器144的采样频率是由EM场生成器195生成的EM场的频率的整数倍。数字采样也包括表明什么时候多个传感器134感测到该EM矢量的时间戳信息。

数字采样被传输到CGS 146，CGS 146收集磁场测量数据并且为EM传感器组件内的每一线圈计算传感器位置和方向。从此数据集生成的磁场测绘图校正由环境中黑色金属物品造成的场畸变。此测绘图被用来在EMN过程期间准确地放置EM传感器。

CGS 146将带有对应的时间戳信息的数字采样(即，传感器方位与方向采样)发送到计算设备148，计算设备148从数字采样中提取测绘数据。控制电路170将多个传感器134的方位信息发送到计算设备148。计算设备148将数字采样与方位信息相关联并且将结果保存为测绘数据。

在一方面，计算设备148进一步执行曲线拟合过程以计算和找出测绘数据的拟合曲线。图3示出了基于在Y轴处方位y且在X轴处方位x的沿Z轴的测绘数据拟合曲线310。用于测绘数据的18个预定方位被作为整数坐标示出，诸如1到18；并且5个用于精度测试数据的预定方位在坐标1和2、5和6、9和10、13和14、以及17和18之间示出。用于测绘数据与用于精度测试数据的预定方位的数量是作为示例提供的，并且不旨在是限制性的。

计算设备148利用曲线拟合技术来寻找拟合于该18个测绘数据的曲线。拟合曲线310可以是基于多项式的或基于调和函数的。在一方面，第一个或最后一个预定方位可以不被用于测绘数据或精度测试数据，而被用来表明获取数据的起始方位和结束方位。

在生成测绘数据时，滑架120的信号检测器124感测由第一类网格方位信号源生成器242生成的通过狭缝的信号的强度。曲线320示出由信号检测器124检测到的强度的分布。当强度达到最大值325时，场感测设备130的多个传感器134感测EM场的EM矢量并且将所感测到的结果与时间戳信息一起传输到转换器144。在获得了为测绘数据收集的全部预定方位的测绘数据之后，计算设备148生成拟合曲线。

在测绘数据已经生成后，可以检查测绘数据的精度。在检查精度的情况下，滑架120的信号检测器124感测由第二类网格方位信号源生成器244生成的通过狭缝252的信号的强度。当由第二类网格方位信号源生成器244生成的信号的强度达到最大值325时，场感测设备130的多个传感器134感测EM场的EM矢量并且将所感测到的结果传输到转换器144。场感测设备130将时间戳信息与所感测到的结果一起发送。时间戳信息表明该EM矢量何时被感测。

在精度测试数据生成之后，计算精度测试数据离拟合曲线310的偏差。拟合曲线310提供了在用于精度测试的预定方位处的期望的强度，该期望的强度被与预定方位处获得的精度测试数据相比较。计算设备148确定偏差是否在容差范围内。在确定偏差不在容差范围内的情况下，经由在显示屏上显示警告消息或生成警告音频来提示系统100的操作者或用户该测绘数据需要重新生成。

如图2A到图4所示，第二类网格方位信号源生成器244位于Z轴上而不是在X轴上且不是在Y轴上。因此，当场感测设备130扫描通过Z轴时，场感测设备130基于系统100的模式(即，生成测绘数据或生成精度测试数据)在预定位置处感测EM矢量。换言之，当模式被设置为生成测绘数据时，在信号检测器124在第一类网格方位信号源生成器242上方检测到最大信号强度时，由场感测设备130感测的全部数据被用来生成测绘数据，而在信号检测器124在第二类网格方位信号源生成器244上方检测到最大信号强度时，由场感测设备130感测的全部数据不被用来生成测绘数据。

图5示出了在X-Z平面中的预定方位。场感测设备130沿X轴从第一个方位到最后一个方位感测EM矢量，同样地，场感测设备130沿Z轴从第一个方位到最后一个方位感测EM矢量。在一方面，沿X轴或Z轴的第一个方位和最后一个方位可以被用来初始化测绘数据或精度测试数据的方位。换言之，第一个方位和最后一个方位可不被用于测绘数据或精度测试数据，而是用于场感测设备130开始或停止感测EM矢量。因此，被第一个方位和最后一个方位包围的描灰区域可以用作用于测绘数据和精度测试数据的预定方位。

关于方位的初始化，当位于第一个方位或最后一个方位的网格方位信号源生成器上电时，其他网格方位信号源生成器可以断电并且信号检测器移动直到找到初始化光。这样，可以识别出用于初始化的方位。在一方面，在找到用于初始化的方位之后，其他网格方位信号源生成器上电，并且场感测设备130开始在网格方位信号源生成器发光的预定方位处感测EM矢量。

图6示出了图1的系统100的功能框图。系统100包括控制电路170，其包括处理器610与低通滤波器(LPF)615a-615d。控制电路170控制第一马达155与第二马达162。控制电路170与互连PCB 172连接，互连PCB 172被配置来在控制电路170与信号检测器124及信号检测器132之间中继信息。

当控制电路170从电源630上电时，处理器610控制第一马达155与第二马达162，使得滑架120和场感测设备130移动至它们的初始方位。控制电路170可以立刻激活第一或第二网格方位信号源生成器的全部信号。第一马达155与第二马达162可以将该装置放在沿X轴与Z轴的复位方位，并且随后分别沿X轴与Z轴移动到第一个信号源。在一方面，控制电路170可以向PCB 210发送控制信号以只激活沿X轴的第一个网格方位信号源生成器212，以及向PCB 240发送控制信号以只激活沿Z轴的第一个网格方位信号源生成器。

信号检测器124检测由网格方位信号源生成器212生成的信号。当信号检测器124检测到信号的最大强度时，它向互连PCB 172发送控制信号，互连PCB 172将该控制信号中继到处理器610。处理器610控制并且停止第一马达155。以同样的方式，当信号检测器132检测到由网格方位信号源生成器242生成的信号的最大强度时，处理器610控制并且停止第二马达162。

到往或来自PCB 210与PCB 240的控制信号可以由LPF 615a-615d滤波以移除来自模拟测量的高频噪声信号，并且帮助移除在模拟到数字转换过程中的混叠频率成分。这限制了假阳性(false positive)的可能性。

当场感测设备130被第一马达155与第二马达162移动至初始方位时，处理器610只激活第一类网格方位信号源生成器242并且控制第二马达162连续地沿着X轴朝向最后一个预定方位移动场感测设备130。当信号检测器124向处理器610报告检测到最大信号强度时，处理器610向转换器144发送控制信号以将由场感测设备130所感测的EM矢量转换为数字采样。

在一方面，当场感测设备130只具有一个传感器时，场感测设备130可以包括诸如PCB 210、网格方位信号源生成器212和第一马达155的PCB、网格方位信号源生成器和第三马达。处理器610停止第二马达162，控制第三马达连续地沿Y轴移动传感器，并且在处理器610接收到检测到由沿Y轴放置的网格方位信号源生成器生成的信号的最大强度时，处理器610向转换器144发送控制信号。在场感测设备130到达沿Y轴的最后一个预定方位时，处理器控制第二马达162沿Z轴移动场感测设备130。

在另一方面，当场感测设备130包括多个传感器134时，处理器610控制第二马达162连续地沿X轴移动场感测设备130。场感测设备130将由传感器134感测到的全部结果与对应的时间戳信息一起发送到转换器144。转换后的结果经由CGS 146传输到计算设备148并且由计算设备148处理。转换器144将不会转换所感测的结果，除非它收到来自处理器610的另一控制信号，而传感器134连续地感测EM矢量并且发送至转换器144。在一方面，CGS146可以从来自多个传感器134的原始数字化数据计算始动值(pickup value)以及从该始动值计算方位与方向数据。在另一方面，计算设备148可以整理(collate)始动数据或方位与方向数据来创建测绘文件或计算精度结果。

对于生成精度测试数据，描述大部分与生成测绘数据的描述相同。在这种情况下，处理器610只激活第二类网格方位信号源生成器244，而不是第一类网格方位信号源生成器242。

在一方面，平台110和滑架120可以由有色金属材料制成，并且除多个传感器134外，场感测设备130的大部分也可以由有色金属材料制成。此外，包括黑色金属材料的第一马达155与第二马达162可以远离由EM场生成器195生成的EM场。通过将包括黑色金属材料的元件放到离EM场足够远，系统100可以最小化对EM场的影响。

图7A和图7B示出了示出用于控制图1的系统100来生成用于EMN系统的测绘数据的方法700的流程图。当系统100上电并且设置为生成测绘数据时，在步骤705中，激活定位于PCB 210上的第一个网格方位信号源生成器212和定位于PCB 240上的第一个网格方位信号源生成器242，并且停用其他网格方位信号源生成器。通过PCB 210的第一个网格方位信号源生成器与PCB 240的第一个网格方位信号源生成器，检测到用于生成测绘数据的初始方位。

在步骤710中，第一马达155被控制来移动滑架120到沿X轴的初始方位。同时，信号检测器124连续地寻找和检测由PCB 210的第一个网格方位信号源生成器212生成的信号强度。

在步骤715中，确定是否检测到最大强度，其中最大强度是预定的(例如，如图3所示的最大值325)并且比较由信号检测器124检测到的强度与预定值。在没有检测到最大强度的情况下，第一马达155连续地移动滑架120直到信号检测器124检测到最大强度。

当在步骤715中确定检测到最大强度时，第二马达162被控制来移动场感测设备130到沿Z轴的初始方位。信号检测器132连续地寻找和检测由PCB 240的第一个网格方位信号源生成器242生成的信号的强度。

在步骤725中，确定是否检测到最大强度，其中最大强度是预定的(例如，如图3所示的最大值325)并且比较由信号检测器132检测到的强度与预定值。在没有检测到最大强度的情况下，第二马达162连续地移动场感测设备130直到信号检测器132检测到最大强度。当在步骤725中确定检测到最大强度时，场感测设备130和滑架120被定位于由PCB 210的第一个网格方位信号源生成器和PCB 240的第一个网格方位信号源生成器限定的初始方位。在一方面，不是简单地与预定值比较，而是可以测量场强度，并且通过识别截面(profile)中的峰值来确定最大值，该峰值可在信号强度的改变率从正值变为负值的点处找到。

在一方面，步骤710与步骤715可以在步骤720与步骤725之后执行。在另一方面，步骤710与步骤720可以同时执行，并且类似地，步骤715与步骤725可以同时执行。也就是说，滑架120与场感测设备130可以独立地且同时地被第一马达155与第二马达162移动。

在步骤730中，激活用于测绘的网格方位信号源生成器(即第一类网格方位信号源生成器242)，而停用用于精度测试的网格方位信号源生成器(即第二类网格方位信号源生成器244)，并且在步骤735中，将用于X轴的索引i与用于Z轴的索引j初始化为1。

在一方面，处理器610向计算设备148传达场感测设备130可以开始感测由EM场生成器195生成的EM矢量。在场感测设备130开始感测EM矢量之后，计算设备148通知处理器610场感测设备130感测EM矢量，转换器144对所感测的EM矢量采样，而计算设备148记录带有相应的时间戳信息和方位信息的采样数据。

图7B示出了735以后的步骤。在索引i与索引j的初始化之后，在步骤740中确定索引j是奇数还是偶数。当确定了索引j是奇数时，在步骤745a中确定信号检测器124是否检测到了最大强度。

在没有检测到最大强度的情况下，在步骤750a中第一马达155被控制来以正X轴方向移动滑架120，并且重复步骤745a与步骤750a直到检测到最大强度。

当在步骤745a中确定检测到了最大强度时，处理器610经由计算设备148向转换器144发送控制信号，使得在步骤755a中转换器144接收并且数字地采样所感测到的EM矢量。数字采样包括表明场感测设备130的每一个传感器134所处的当前方位的方位信息。在控制电路170将方位信息发送到CGS 146和计算设备148之后，在步骤755a中X轴的索引i加1。

在一方面，场感测设备130连续地感测EM矢量，使得当需要EM场的精细分辨率时，简单地在任意方向上增加若干网格方位信号源生成器就能够产生更高分辨率的测绘数据。

在步骤760a中，比较索引i与预定数N_X，N_X是沿X轴的用于测绘数据的网格方位信号源生成器的一个预定数。当索引i不大于(即小于或等于)预定数N_X时，执行步骤745a-760a直到索引i大于预定数N_X。当索引i大于预定数N_X时，这表明已经在沿X轴的全部预定方位处采样了EM矢量。

在一方面，预定数N_X可以比定位于PCB 210上的网格方位信号源生成器的数量少1或2。第一个和/或最后一个网格方位信号源生成器可以分别用来表明起始方位和/或结束方位，并且不用于感测EM矢量。在另一方面，预定数N_X可以等于定位于PCB 210上的网格方位信号源生成器的数量。

当在步骤760a中确定索引i大于预定数N_X时，下一个比较是在步骤765中确定索引j是否等于预定数N_Z。当确定索引j不等于预定数N_Z时，在步骤770中第二马达162将场感测设备130向正Z轴移动。

在步骤775中，确定是否检测到最大强度。如果没有检测到最大强度，第二马达162保持向正Z轴移动场感测设备130。当在步骤775中确定检测到最大强度，在步骤780中索引j增加1并且过程回到步骤740。这改变了索引的奇偶性(即，将奇数变成了偶数，反之亦然)。

在步骤765中，当确定索引j等于预定数N_Z时，过程继续前进到步骤785，在步骤785中如以下更详细地描述地生成基于数字采样的测绘数据。否则，执行740-780直到索引j等于预定数N_Z。

返回参考步骤740，当确定索引j不大于预定数N_Z时，索引j变成偶数，使得方法700遵循步骤745b-760b。步骤745b的描述与步骤745a的描述相同。

在步骤750b中，第一马达155被控制来将滑架120向负X轴方向移动。如步骤750a中所述的，执行步骤750b直到检测到最大强度。

当在步骤745b中检测到最大强度，在步骤755b中索引i减少1并且转换器采样所感测的EM矢量。通过首先减少索引i，索引i对应于场感测设备130沿X轴的当前方位。

在步骤760b中，索引i与1比较。当确定索引i不等于1时，重复步骤745b-760b。否则，接着是步骤765，而以后的步骤的描述和以上所描述的是相同的。

通过使用索引j的奇偶性(即，步骤745a-760a与步骤745b-760b)，滑架120不必在扫描沿X轴的每排预定方位之后移动回初始方位。

当在步骤765中确定索引j等于预定数N_Z时，在步骤785中基于在预定方位处的所感测的EM矢量生成测绘数据。EM矢量中的每一个都包括在由三个坐标值(例如(x，y，z))限定的预定方位处的EM场的强度。第一个坐标值由索引i限定，第三个坐标值由索引j限定，而第二个坐标值由场感测设备130的传感器134沿Y轴的位置限定。此外，时间戳信息被包括在EM矢量中。

在一方面，测绘数据可以包括类似于图3的拟合曲线310的拟合曲线的方程。拟合曲线方程可以是基于多项式的或基于调和函数的。当EMN系统使用测绘数据测绘患者的内部器官时，基于拟合曲线和测量到的EM场强度确定内部器官的位置。

图8A-图8C根据本公开的例示性实施例示出了用于测试测绘数据的精度的方法800的流程图。图8A-图8C包括与以上参考图7A与图7B所述的步骤类似的步骤，因此此处略去它们的描述。在图8A中步骤810代替步骤730，而在图8B中步骤815代替步骤760a。如图8A中所描绘的，当在步骤725中检测到最大强度时，在步骤810中激活用于精度测试的网格方位信号源生成器，并且停用用于测绘的网格方位信号源生成器。关于图8B，用于生成精度测试数据的预定数N_accuracy可能不同于针对图7B所述的用于生成测绘数据的预定数N_X。通过用预定数N_accuracy代替预定数N_X，步骤815的描述类似于步骤760a的描述。因此，当确定索引i大于N_accuracy时，过程继续前进到步骤765。

当在步骤765中确定索引j等于N_Z时，在步骤820中基于数字采样生成精度测试数据。所生成的精度测试数据与存储在计算设备中的拟合曲线比较。具体而言，基于拟合曲线计算在第二类网格方位信号源生成器244的位置处的预期值。由于第二类网格方位信号源生成器244位于两个连续的第一类网格方位信号源生成器242之间，在用于精度测试的预定方位处的精度测试数据应当由对应的两个预期值界定并且离拟合曲线在可接受的容差范围内。

在一方面，如图3所示，在x坐标与y坐标固定时，拟合曲线沿Z轴生成。基于拟合曲线310，可以基于预定方位的方位计算预期值，诸如描点线所表明的值。这些预期值与精度测试数据比较，并且在步骤830中基于预期值与精度测试数据之间的差异计算偏差。偏差可以是标准差、均方根或本领域普通技术人员容易理解的其他统计意义的值。

在步骤840中，比较偏差与预定阈值。如果偏差小于或等于预定阈值，则认为测绘数据足够准确而结束方法800。

如果在步骤840中确定偏差大于预定阈值，那么测绘数据被认为是不准确的，并且在步骤850中生成警告以通知EMN系统的用户需要重新生成测绘数据。在一方面，警告可以被显示在系统100的屏幕上或者可以是通知这些的音频。在不脱离本公开的范围的情况下，警告可以是任何其他手段，诸如光、自动禁用EMN系统的手段等。

尽管为了说明与描述的目的已经参考附图详细地描述了实施例，应当理解，发明的过程与装置不被认为是受限的。对本领域普通技术人员显而易见的是，可在不脱离本公开的范围的情况下做出对前述实施例的各种修改。

Claims

1.一种用于对电磁EM导航系统进行测绘和精度测试的装置，包括：

被配置来感测由所述EM导航系统生成的EM场的EM矢量的传感器；

被配置来沿第一方向与不同于所述第一方向的第二方向移动所述传感器的滑架；

第一方位检测器，操作上与所述传感器相关联，并且被配置来检测所述传感器沿所述第一方向的第一方位，其中所述第一方位是沿所述第一方向的预定方位中的一个；

第二方位检测器，操作上与所述传感器相关联，并且被配置来检测所述传感器沿所述第二方向的第二方位，其中所述第二方位是沿所述第二方向的预定方位中的一个；以及

控制器，操作上与所述传感器相关联，并且被配置来控制所述滑架沿所述第一方向与所述第二方向的移动，以及基于在坐标系中的预定方位处的所感测的EM矢量测绘所述EM场，所述坐标系由所述第一方向、所述第二方向及垂直于由所述第一方向与所述第二方向限定的平面的第三方向来限定，

其中沿所述第二方向的所述预定方位包括第一组，并且

其中所述传感器被配置来在沿所述第二方向的所述预定方位中的所述第一组处感测用于测绘的EM矢量。

2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括多个信号生成器，每一个信号生成器被配置来生成信号，并且其中每一个信号生成器被定位在沿所述第一方向的所述预定方位中的对应方位处。

3.根据权利要求1所述的装置，其中沿所述第二方向的所述预定方位还包括第二组，以及

其中所述传感器被配置来在沿所述第二方向的所述预定方位中的所述第二组处感测用于精度测试的EM矢量。

4.根据权利要求3所述的装置，进一步包括：

第一多个信号生成器，每一个信号生成器被配置来生成信号，并且其中每一个信号生成器被定位在所述第一组中的对应方位处；以及

第二多个信号生成器，每一个信号生成器被配置来生成信号，并且其中每一个信号生成器被定位在所述第二组中的对应方位处。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述传感器被配置来在所述第二方位检测器检测到信号的最大强度时感测EM矢量，所述信号是由沿所述第二方向的所述第一多个信号生成器和所述第二多个信号生成器中的一者生成的。

6.根据权利要求4所述的装置，其中所述第一多个信号生成器和所述第二多个信号生成器是发光二极管LED，并且其中所述第二方位检测器检测由所述LED发出的光的强度。

7.根据权利要求4所述的装置，其中所述第一多个信号生成器的LED被配置来生成具有第一颜色的光，并且其中所述第二多个信号生成器的LED被配置来生成具有不同于所述第一颜色的第二颜色的光。

8.根据权利要求4所述的装置，其中在所述装置被操作用于生成测绘数据时，激活所述第一多个信号生成器而停用所述第二多个信号生成器。

9.根据权利要求1-3中任一所述的装置，其中所述传感器包括被配置来沿所述第三方向感测EM矢量的EM传感器，并且其中所述EM传感器被配置来手动地沿所述第三方向移动。

10.根据权利要求1-3中任一所述的装置，其中所述传感器包括多个传感器，其中每一个传感器位于沿所述第三方向的预定方位中的对应一个处。

11.根据权利要求1-3中任一所述的装置，进一步包括被配置来使该装置在由所述EM导航系统生成的EM场上方居中的底层。

12.根据权利要求1-3中任一所述的装置，其中所述装置的传感器、滑架、第一方位检测器及第二方位检测器由有色金属材料制成。

13.根据权利要求1-3中任一所述的装置，进一步包括：

通过第一轴与所述传感器耦合并且被配置来沿所述第一方向移动所述传感器的第一马达；以及

通过第二轴与所述传感器耦合并且被配置来沿所述第二方向移动所述传感器的第二马达。

14.根据权利要求1-3中任一所述的装置，其中所述所感测的EM矢量包括时间戳信息。