CN107708804A - 对诸如近距治疗种子的对象的位置的确定 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定被定位在测量区域内的对象(li)的位置的设备，其中，所述对象(li)能够至少暂时地生成磁场。所述设备包括：磁强计(3i)，其被布置在测量区域附近的多个位置处，并且用于局部地测量由所述对象(li)生成的磁场；以及评估单元(5)，其被耦合至所述磁强计(3i)，所述评估单元(5)被配置为基于所述磁强计(3i)的磁场测量结果来确定所述对象(li)的位置。所述对象(li)可以被包括在人类或动物身体中，并且尤其可以是近距治疗种子。

Description

对诸如近距治疗种子的对象的位置的确定
技术领域
本发明涉及对象的位置的确定。更具体而言，本发明涉及用于确定被定位在测量区域中的对象的位置的设备和方法。所述对象可以被包括在容器中，所述容器尤其可以是人类或动物身体。所述对象尤其可以是近距治疗种子。
背景技术
对特定对象的位置的确定是感兴趣的，尤其是在医学应用中。一种这样的应用是所谓的近距治疗，近距治疗被应用于处置前列腺癌以及其他类型的癌症。近距治疗涉及将放射性颗粒——所谓的种子——植入到需要处置的前列腺或其他区域中。种子发射电离辐射以处置周围组织，其主要目的在于破坏该组织中的癌细胞。
为了对身体内的近距治疗种子进行定位，WO 03/15864 A2建议在种子中包括磁化的或能磁化材料。向种子施加振荡磁场，其引起种子振动。使用多普勒超声来检测所述振动，以便确定种子的位置。基于所确定的位置，能够判定种子是否被准确地放置以处置癌组织或者是否有必要植入额外的种子。
这种用于对近距治疗种子进行定位的方法的缺点在于：超声传感器需要被固定在患者的身体上或身体中以执行超声测量，并且通常必须由超声测量领域的技术人员来执行所述测量。这使得所述测量对于患者而言不方便，并且通常要求在对应设施内由熟练职员来执行所述测量，诸如由医院或者医师实际操作。此外，超声通过患者身体的传播取决于所穿过的组织的成分，而特定组织可能引起传播的畸变。这会导致图像质量的劣化。
发明内容
本发明的目的在于允许对诸如近距治疗种子的对象的更加方便并且可靠的定位。
在本发明的第一方面中，提供了一种用于确定被定位在测量区域中的对象的位置的设备。所述对象包括能磁化材料，并且能够至少暂时地生成磁场。所述设备包括至少一个电磁线圈，所述至少一个电磁线圈用于生成激励磁场，由此在对象被定位在测量区域中时使所述对象磁化。所述设备还包括被布置在测量区域附近的多个位置处的磁强计，所述磁强计用于局部地(locally)测量由所述对象生成的磁场，并且所述设备还包括被耦合至所述磁强计的评估单元，所述评估单元被配置为基于所述磁强计的磁场测量结果来确定所述对象的位置。因此，能够通过使用电磁线圈使所述对象磁化而在测量期间激励所述对象以生成磁场。当不执行任何测量时，所述对象可以不生成磁场。所述设备的测量是通过直接检测对象中的任何任意导电材料中的涡流来完成的，而无需使对象包含线圈、电容或者任何其他电路。
由于所述设备基于在磁强计的位置处对由所述对象生成的磁场的测量来确定所述对象的位置，能够从更远的距离来确定对象位置。所述磁强计仅仅必须被布置在对象的附近。此外，所述测量能够在无需(例如，执行超声测量所需的)专业技能的情况下执行。在对象为近距治疗种子的情况下，患者甚至能够自己在家里执行所述测量。
所述对象可以被包括在容器中，所述容器尤其可以是人类或动物的身体。在这种情况下，能够无创地确定对象位置。此外，不必将任何传感器直接固定至容器。
在一个实施例中，所述评估单元被配置为控制电磁线圈以生成具有交变幅度的激励磁场，并且所述评估单元还被配置为基于磁强计在激励磁场具有最小幅度时的时间处的磁场测量结果来确定对象的位置。所述最小幅度可以对应于零或小的值。通过使用交变激励磁场，能够将激励磁场与对象生成的并且被用于确定对象的位置的感生磁场区分开。
在一个实施例中，所述评估单元被配置为在模型计算中基于对象的估计位置来计算在磁强计的位置处由对象生成的磁场的值，并且通过至少近似使磁场的计算值与由磁强计测量的值之间的差最小化来确定对象的位置。
在模型计算中，可以将对象看作是磁偶极子，并且可以将由对象生成的磁场近似为磁偶极子的磁场的叠加。这样的模型计算将产生包括对象的位置作为未知项的非线性方程组。通过对方程组进行求解，能够确定对象的位置。
所述对象尤其可以是近距治疗种子。在这种情况下，所述设备允许在对象已经被植入到近距治疗患者的身体中之后监测近距治疗种子的位置。这也可以包括通过对种子的位置的相继确定来监测种子的相对位置。由此，尤其可以确定相对种子位置的变化。这样的相对种子位置的变化是可能的肿瘤(再)生长的指标。因此，对这样的变化的检测允许在早期识别肿瘤生长(再次)的情况，使得能够在早期就考虑适当的治疗选项。
对于相对种子位置的监测的一个复杂性在于，在对由对象生成的磁场的不同相继测量期间，身体往往不是被相同地定位在测量区域中。因此，通常不能够通过将所确定的对象位置相互直接比较来检测相对对象位置的变化。
就此而言，一个实施例提出了，所述评估单元被配置为计算针对对象的第一确定位置的度量的第一值并且将所述第一值与针对对象的第二确定位置而计算的度量的第二值进行比较，所述度量指示对象的相对位置。后者尤其意味着，当对象的相对位置发生变化时所述度量的值则发生变化。
为了允许针对各对象图案(pattern)计算的度量的值进行比较，所述度量优选是平移不变并且旋转不变的，其中，所述对象图案是基于身体在测量区域内的不同定位来确定的。在本发明的范围内可以使用的一种这样的度量是Hausdorff量度。
此外，为了允许随着时间对相对对象位置的监测，可以在第一时间点处针对身体确定第一确定位置，并且在第二时间点处针对同一身体确定第二确定位置。当对象为近距治疗种子时，由于度量的值的变化(其指示对象的相对位置的变化)指示肿瘤生长，因而所述评估单元可以被配置为在所述度量的第一值与第二值之间的差超过阈值的情况下控制定位设备输出警报。
在另外的实施例中，所述评估单元被配置为向对象的第一确定位置中的每个位置分配所述对象的第二确定位置中的一个位置。在相关实施例中，所述评估单元被配置为基于k最近邻算法来执行该分配。利用这样的算法，能够将已经基于相继测量而确定的对象位置分配给彼此，在所述相继测量中，身体在测量区域内的定位不同。
此外，相关实施例包括，所述评估单元被配置为将第一确定位置之间的至少一个距离与被分配给所述第一确定位置的第二确定位置之间的距离进行比较。在此，所述第一确定位置可以是在第一时间点处针对身体而确定的，并且所述第二确定位置可以是在第二时间点处针对同一身体而确定的。此外，所述评估单元可以被配置为在第一确定位置之间的至少一个距离与被分配给所述第一确定位置的第二确定位置之间的距离之间的差超过阈值的情况下控制所述设备输出警报。
在另外的方面中，本发明提供了一种用于确定被定位在测量区域中的身体内的对象的位置的方法。所述对象能够至少暂时地生成磁场。所述方法包括以下步骤：
-磁强计局部地测量在测量区域附近的多个位置处由所述对象生成的磁场，并且
-被耦合至所述磁强计的评估单元基于磁强计的磁场测量结果来确定对象的位置。
应当理解，根据权利要求1所述的设备和根据权利要求15所述的方法具有相似和/或相同的优选实施例，尤其是如在从属权利要求中所定义的实施例。
应当理解，本发明的优选实施例也能够是从属权利要求或以上实施例与相应的独立权利要求的任何组合。
通过参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并得以阐释。
附图说明
在以下附图中：
图1示意性和示范性示出了一个实施例中的用于确定对象的位置的设备的一个实施例的部件，
图2示意性和示范性示出了磁强计阵列的一个实施例。
图3a示意性和示范性示出了由矩形电磁激励线圈生成的激励磁场，并且
图3b示意性和示范性示出了作为对所述激励磁场的反应而由对象生成的感生磁场。
具体实施方式
图1示意性和示范性示出了用于确定对象的位置的定位设备的部件。一般而言，所述定位设备可以被用于确定任何能磁化对象的位置，尤其是磁透明容器内或者在其他能访问位置处的任何能磁化对象的位置。在所例示的实施例中，所述对象是用于处置患者的前列腺癌或其他类型的癌症的近距治疗种子li。这样的种子li被配置为尤其包括放射性材料的小的物体。如上文已经解释的，它们被植入到患者身体的需要进行处置的器官或其他区域，并且发射放射性辐射以杀死周围组织的细胞，尤其是包括癌细胞的周围组织细胞。种子li的植入通常是使用植入导管完成的，其中，经由这些导管将种子li放置在其预期的位置处。
除了对所述对象的定位之外，所述定位设备尤其也可以能够将所确定的对象位置与先前确定的位置进行比较，以便估计对象的相对位置是否已经变化。对所述对象的相对位置的变化的这样的估计在确定近距治疗种子li的位置的前述应用中尤为有利。因此，在前列腺或其他器官中的植入种子li的相对位置的变化能够是肿瘤(再)生长的指标。因此，对所述相对种子位置的变化的监测允许对患者健康状态的恶化的早期检测，使得医师能够在早期及时地考虑针对患者的适当处置选项。
为了使用所述定位设备来确定种子li的位置，种子li包括磁化和/或能磁化材料。因此，种子li可以包括至少包含前述放射性材料的材料成分以及磁化和/或能磁化材料。在此，在原理上能够使用本领域技术人员已知的任何磁化和/或能磁化材料。可以使用的材料的范例为诸如铜、银和金的导电材料或者如涂覆在导电材料中的铁氧体-陶瓷的导磁材料。在一个实施例中，这些材料可以被包括在种子li内，并且种子li可以具有由生物相容材料(诸如，例如钛)构成的外壳。由此，能够确保种子li的生物相容性。
在种子li包括磁化材料的情况下，其生成磁场，所述磁场借助所述定位设备以下文将更加详细描述的方式来测量，以便确定种子li的位置。为了确定包括在测量之前未被磁化的能磁化材料的种子li的位置，所述定位设备包括至少一个电磁激励线圈2，所述电磁激励线圈生成用于使种子li磁化的磁场(在下文中，假设使用一个激励线圈2)。在磁化之后，种子li生成磁场，测量所述磁场以确定种子的位置。
激励线圈2是常规电磁线圈，其被布置在测量区域附近，即，所述测量区域是指在使用所述定位设备的测量期间患者身体的包含种子li的部分所处的体积。激励线圈2被耦合至能调整电源4，所述能调整电源被配置为驱动电流流动通过激励线圈2。由于电流流动通过激励线圈2，激励线圈2将生成——磁场——在文中也被称为激励磁场。为了使激励磁场对种子li进行磁化，激励线圈2被布置在测量区域附近，所述布置的方式使得激励磁场在(整个)测量区域内的强度足够高。出于该目的，可以使用相对大的单个激励线圈2。然而，同样能够使用多个激励线圈2(其可以是较小的)，其被布置在测量区域的附近，以便在整个测量区域上实现足够高的磁场强度。
所述磁激励可以在测量区域内具有任意的方向。具体而言，不要求所述磁激励场在所述区域内是均匀的或者具有另一特定形式。因此，一般没有必要以特定方式配置激励线圈2(或者多个激励线圈2，如果使用多个激励线圈2)来确保生成具有特定形式的激励磁场。由此，促进了对所述定位设备的设置。根据本发明的测量基于对种子中的任何任意导电材料中的涡流的直接检测，而不需要种子包含线圈、电容器或者任何其他电路。
为了测量由种子li生成的磁场，定位设备1还包括多个磁强计3i。每个磁强计3被配置为对其位置处的磁场的强度进行局部测量。出于该目的，可以按照本领域技术人员已知的任何适当方式对磁强计3i进行配置。例如，磁强计3i可以包括霍尔传感器；然而，其他配置同样是可能的。磁强计3i可以被配置为测量沿着三个垂直方向的磁场强度的三轴磁强计。然而，同样能够采用测量沿着一个轴或者沿着两个垂直轴的磁场的一轴或两轴磁强计。
磁强计3i被布置到测量区域附近的预定义(即，已知)位置处。这尤其意味着磁强计3i被布置在相对于在对种子li的位置的确定中所使用的参考坐标系的特定固定位置处。此外，磁强计轴优选与三个垂直方向对准，所述三个垂直方向可以对应于所述参考坐标系的x方向、y方向和z方向。
为了确定N个种子li的位置，磁强计3i能够执行6N次或更多次独立测量。为了实现该目的，所述定位设备可以包括至少2N个三轴磁强计、3N个二轴磁强计、或者6N个一轴磁强计。同样地，定位设备1能够包括沿着不同数量的轴进行测量的磁强计3i的组合，此时这些磁强计3i一起允许执行至少6N次测量。通过仅使用三轴磁强计3i或者使用大量的三轴磁强计3i，能够使所述定位设备更加紧凑。
当能够做出6N次或更多次独立测量时，测量的数量等于具有N个种子的系统的自由度的数量，因为每个种子li具有6个自由度。因此，在用于确定种子位置的方程中包含的每个变量都存在至少一个测量值，从而能够估计所有N个种子li的位置的唯一解。一个种子li的6个自由度包括该种子li的三个平移自由度(即，对于空间内的位置而言)。此外，所述6个自由度还包括针对种子li的磁化的三个自由度。这三个自由度对应于各个种子li的磁矩，所述磁矩在空间在具有大小和方向。
通常，针对不同的患者，所植入的种子li的数量是变化的。优选地，在定位设备中所包括的磁强计3i的数量被选择为使得其对于大多数患者而言是足够的。就前列腺癌而言，通常植入30-40个种子，使得定位设备1的磁强计配置可以允许执行近似300次测量(其足以确定50个种子的位置)。然而，能够针对任何数量的种子li来执行本发明，而不限于该范例。
在原理上，能够将磁强计3i布置在测量区域附近的任意位置处，只要将其被布置得足够接近测量区域以测量由种子li生成的磁场的强度。在一种具体实施方式中，如在图2中示意性图示的，磁强计3i可以按照二维矩形阵列来布置。因此，磁强计3i是沿直线列和被布置为垂直于所述列的直线行排列的。该实施方式允许磁强计3i的紧凑布置，并且能够容易地制造这样的阵列。此外，激励线圈2和磁强计阵列可以被布置在测量区域的同一侧上。因此，磁强计阵列和激励线圈2能够被布置在所述定位设备的紧凑外壳内，该外壳可以被定位在测量区域的一侧。
在另外的实施例中，磁强计3i可以被包括在前述类型的两个或更多个阵列中。这些阵列可以被定位在测量区域的不同侧处。因此，它们被布置为相对于彼此成特定角度和/或在测量区域的相对侧彼此平行。同样地，这些实施例确实允许磁强计3i的简易安装。此外，这些实施例具有的优点在于，能够在相互之间具有较大距离的不同位置处测量由种子li生成的磁场。由此，能够改善测量，尤其是在该磁场在一个或多个有限区域内基本均匀而在更远的位置处具有不同形式的情况下。
在另外的可能实施方式中，磁强计3i是按照三维网格来布置的。与磁强计3i按照二维网格的布置相比，该实施方式可以允许磁强计3i在定位设备内的更加紧凑的布置。
然而，如上文所解释的，磁强计3i在原理上能够被布置在任意的已知位置处。因此，例如，磁强计3i也能够在测量区域附近沿着曲线轨迹来布置。
磁强计3i和驱动激励线圈2的电源4被耦合至评估单元5，所述评估单元尤其被配置为对磁强计测量结果进行评估，并且控制电源4。评估单元5可以被配置为包括用于执行计算机程序的微处理器以及用于存储计算机程序和其他数据的存储器的处理器单元。
此外，所述定位设备优选包括用于输出在评估单元5中所做的评估的结果的输出单元6。优选地，输出单元6可以包括任选地能够使所确定的种子图案可视化的显示设备。然而，显示种子图案的图形表示要求具有充分高分辨率的相对较大的显示单元。为了允许定位设备的更加紧凑并且更低复杂性的设计，可以不使得输出单元6能够输出种子图案的图形表示，而是可以仅输出相对种子位置的变化的前述估计的结果(下文将对此进一步解释)。
在一个实施例中，包括前述部件的所述定位设备可以被配置为便携式设备，患者可以在家里使用该便携式设备来确定近距治疗种子li的位置，并且监测相对种子位置的变化。在该实施例中，磁强计3i、激励线圈2以及与激励线圈2相关联的电源4可以被集成到被附接至支架或其他适当支撑构件的外壳中，从而能够将其定位为紧挨着床或椅子等。由此，患者能够对所述定位设备进行操作，以在家里执行对种子位置的确定，例如，在患者躺在其床上或者坐在椅子上从而使要检查的区域(即，包括种子li的器官)能够在测量过程期间保持在固定位置的情况下。在一种实施方式中，评估单元5和与之连接的输出单元6可以与磁强计3i和激励线圈2集成到同一外壳内。作为备选方案，评估单元5和/或输出设备6可以被布置在单独的外壳中，所述单独的外壳例如可以通过有线连接被连接至包括磁强计3i和激励线圈2的外壳。
在另外的实施方式中，所述定位设备可以被配置为并非在家里使用而是在医院或另一健康护理设施中使用的便携式或固定设备。在这种情况下，所述定位设备可以不由患者操作。而是可以由检查患者的医师对所述定位设备进行操作。
为了使用所述定位设备来确定种子位置，将患者身体中包括种子li的区域布置在被磁强计3i和激励线圈2包围的测量区域内。
在种子li未被磁化的情况下，操作激励线圈2，以创建由种子li生成的感生磁场。出于该目的，优选由激励线圈2生成具有交变强度的激励磁场。这尤其意味着激励磁场的强度以预定频率在最大值与最小值之间变化。为了实现该目的，评估单元5控制电源4以向激励线圈2提供时变电流。所述电流的强度以预定频率在最大值与最小值之间变化，其可以为零或更大，由此生成以相同频率变化的激励磁场。在一个实施例中，所述电流的方向、以及因此所述激励磁场的方向，在电流的时间进程的相继时段内不发生变化。然而，在另外的实施例中，电流的方向，以及由此激励磁场的方向，从一个时段到下一时段发生变化。电流的幅度可以是恒定的，或者类似地，在一方面电流沿着一个方向流动的时段中与在另一方面电流沿着相反的方向流动的时段中存在差异。
当被暴露于由激励磁线圈2生成的激励磁场时，种子li中所包括的能磁化材料被磁化，使得由种子li生成感生磁场。由于能磁化材料的宏观磁化不是瞬间建立的，因而所述感生磁场相对于激励磁场以一定的时间延迟来建立。在宏观磁化建立之后，其以特定衰减率再次消失。当种子li被暴露于交替激励场时，将由此创建感生磁场，所述感生磁场同样以特定频率交变。
在所述交变激励磁场在电流流动通过激励线圈2的每个时段内具有相同的幅度和方向，那么在每个时段中创建(大致)等同的感生磁场。如果激励磁场的方向从一个时段到下一时段发生变化，那么感生磁场的方向也同样地发生变化。并且即使如果激励磁场的幅度在每个时段中保持恒定，在种子li不是球形的(这是常见情形)的情况下，那么感生磁场的幅度同样也会从一个时段到下一时段发生变化。针对该行为的原因在于由每个种子li创建的感生磁场的方向对应于激励磁场的方向。所述感生磁场的幅度取决于种子li的形状，并且在种子li为非球形的情况下随着激励磁场的方向而改变。
用于建立种子li的宏观磁化的时间延迟尤其取决于种子li中所包括的能磁化材料。在本申请的范围内，所述能磁化材料和所述交变激励磁场的频率优选被选择为使得所述感生磁场的频率大致对应于所述激励磁场的频率，并且使得所述感生磁场的最大强度发生在磁激励场的强度最小的时候。
通过范例的方式，这在图3a和图3b中针对具有三次形式(通常不是这种情况)的单个种子li被示意性图示：在此，图3a示出了在激励磁场具有其最大强度时以及在感生磁场为零时的时间点处由矩形激励线圈2创建的磁场。图3b示出了在激励磁场的强度为零的稍后的时间点处由种子li生成的感生磁场。
种子li在患者身体内的位置是基于由种子li生成的感生磁场来确定的。当激励线圈2如上文所解释的被操作以生成交变磁激励场时，能够在磁激励场的强度最小时测量该感生磁场。因此，为了测量由种子li生成的感生磁场，评估单元5在对应于激励磁场的强度的或流动通过激励线圈2的电流的强度大致为零的时间的一个或多个时间窗口中读取磁强计3i测量的测量值。在一个对应的时间窗口中，由磁强计3i执行的测量产生针对在所述磁强计3i相对于磁强计3i的测量轴所定位的位置处的磁场的局部强度的值。通过在多个相继对应时间窗口中执行测量，能够针对每个位置和轴捕获多个测量值。针对每个位置和轴，评估单元5可以根据所捕获的测量值来生成一个值，并且可以将该值用于对种子li的位置的随后的确定。例如，该值可以是捕获测量值的平均值。
在交变激励磁场的方向不发生变化的情况下，可以根据在电流流动通过激励线圈2的每个时段中捕获的测量值针对每个位置和轴来生成一个值。基于针对所有位置和轴的(单个)值，可以确定种子li的位置。如果交变激励磁场的方向从一个时段到下一时段发生变化，那么可以针对激励磁场具有一个方向的第一时段以及激励磁场具有相反方向的第二时段单独进行评估。这意味着基于第一时段中的测量结果针对每个位置和轴来确定一个第一值，并且基于在第二时段中的测量结果针对每个位置和轴来确定一个第二值。然后，单独地基于第一值以及基于第二值来估计种子li的位置，使得针对每个种子li的位置产生两个(中间)估计结果。然后，可以使用所述两个中间估计结果，例如通过计算所述两个中间估计结果的平均值，来做出针对每一种子li的位置的最终估计。因此，当激励磁场改变方向从而能够更可靠地检测种子位置时，由于较大数量的不同测量结果，对种子位置的确定是基于“较好的统计学数据”的。
在种子li包括磁化材料的情况下，可以使用磁强计3i直接测量由种子li生成的磁场，而不必生成激励磁场。在这种情况下，评估单元3读取在种子li被放置在定位设备的测量区域中时由种子li创建的磁场的局部强度的测量值。
因此，在这两种情况下(即，当种子li被激励以生成感生磁场时以及当种子li包括生成磁场的磁化材料时)，评估单元5从磁强计3i采集在所述磁强计3i的位置处由种子li生成的磁场的局部强度的若干测量值(其中，并非的所有分量都是在相应磁强计未被配置为三轴磁强计的情况下测得的)。基于这些测量值，评估单元5确定种子li的位置。出于该目的，评估单元5可以在模型计算中基于种子li的估计位置和取向来计算在位置处由种子li生成的磁场，并且可以确定种子li的估计位置和取向，使得所计算的磁场与测量值之间的差最小化。所述模型计算优选是基于Maxwell方程来执行的。因此，在所计算的磁场与(局部)测量磁场之间的差的最小化对应于逆Maxwell问题的数值确定解。
在所述模型计算中，每个种子li被看作是磁偶极子。因此，通过描述磁偶极子的磁场的方程对由每个种子li生成的感生磁场进行建模：
在此，表示在位置处由种子n生成的磁场(B场)的向量，表示种子n的位置，并且表示种子n的磁偶极矩。
在位置处由所有种子li生成的感生磁场是由个体种子li生成的磁场的叠加而得到的，并且由给出，其中，该加和是针对所有种子li来计算的。
现在，定位设备1的每个磁强计3i测量在相应磁强计3i的位置处的磁场的一个或多个分量，并且由所有磁强计3i执行的测量产生若干值其中，Btot,l表示磁场的l分量(即，x分量、y分量或z分量)。因此，所述测量允许建立(非线性)方程组，其中，每一方程具有以下形式：
在此，下标l再次表示相应参数的l分量。
作为未知项，所述方程组包括(在右手边)要估计的种子li的位置的分量，以及种子li的磁矩的分量。
为了估计种子li的位置，定位设备1的评估单元5建立前述类型的方程组。所述方程组针对以上文所描述的方式基于测量结果而确定的每个值都包括一个方程。各方程的右手侧的和是基于种子li的数量而建立的，除了针对磁场的测量值之外，所述数量也被提供给评估单元5，并且在一个实施例中，由用户将该数量输入至所述定位设备。
然后，评估单元5确定针对种子li的未知位置以及种子li的磁矩的方程组的解。优选地，所述方程组的解是使用数值算法来确定的。就此而言，可以应用本领域技术人员已知的任何适当的算法。这样的算法的一个范例是公知的Gauss-Newton算法，其允许从最小平方的意义上近似出所述方程组的解。
在已经估计了种子li的位置之后，当输出单元6能够显示种子图案的图形表示时，评估单元5可以根据所确定的位置对输出单元6进行控制以示出这样的图形表示。因此，定位设备1的用户(例如，对定位设备1进行操作的患者或医师)能够对所估计的种子图案进行目视检查。
此外，评估单元5可以执行对所确定的种子位置的进一步评估，所述评估将允许对在相继时间点处确定的相对种子位置进行比较。因此，使得能够在特定时间段内，例如，在数天、数周或者数月的时间段内，基于以在这样的时间段期间的两个或更多个测量结果为基础而确定的位置的结果来监测相对种子位置。如上文所解释的，这样的监测允许检测种子图案的变化，其尤其可以指示肿瘤生长。
就此而言，患者身体和磁强计3i的相对位置在所执行的用于确定种子位置的各测量期间通常是不同的。因此，通常不能够将基于一次测量而确定的种子li的位置与基于先前测量而确定的位置进行直接比较。
因此，评估单元5可以计算基于每次测量而确定的位置的度量，并且对所述度量的计算值进行比较，以确定相对种子位置的可能变化。这样的度量是被分配给种子li的位置的参数，其受到相对种子位置的影响，使得当种子的相对位置发生变化时所述度量发生变化。此外，所述度量优选被选择为使得其在整个种子图案被移位和/或旋转时不发生变化。因此，选择平移不变和旋转不变的度量。
Hausdorff量度是这样的度量的范例，其同样是本领域技术人员已知的。在本申请中，针对具有位置的N个种子的集合S的Hausdorff量度Hd(S)可以被计算为两个种子li之间的距离的d次幂之和的全部种子范围内的最小值。因此，所述Hausdorff量度Hd(S)通过下式给出：
例如，参数d可以被设定为1或2。然而，同样可以使用任何其他适当值来计算评估单元5中的Hausdorff量度。
在另外的实施例中，可以使用其他平移不变以及旋转不变度量。例如，这样的度量可以是Hausdorff量度的变型。这样的变型的一个范例是与Hausdorff量度基于相同的参数按照下式计算的量度Md(S)：
前述类型的度量的第一值可以是根据基于由种子li生成的磁场的一个测量结果而确定的种子li的位置来计算的。然后，评估单元5可以将所述度量的计算值存储在评估单元5的存储器中。在基于由种子li生成的磁场的后续测量而确定种子li的位置之后，评估单元5可以根据所确定的位置来计算所述度量的第二值。所述度量的第一值与第二值之间的较大的差可以指示相对种子位置的变化。因此，评估单元5可以将所述度量的第一值与第二值进行比较，以便确定两个值之间的差是否超过了预定义阈值。如果是，那么评估单元5可以控制输出单元6向定位设备的用户输出警报。
如果患者在家里使用所述定位设备以监测种子位置，那么所述警报可以充当患者应当向医师咨询以便进一步评定肿瘤是否生长的指示。
作为基于所述度量对不同种子图案进行比较的备选，或者除此之外，评估单元5可以使用k最近邻算法以便促进对基于不同测量结果而确定的种子位置的比较。在该实施例中，评估单元5可以存储基于由种子li生成的磁场的第一测量结果而确定的种子li的位置。在已经基于由种子li生成的磁场的接下来的第二测量结果而确定了种子位置之后，评估单元5可以应用k最近邻算法，以便将所存储的从第一测量结果导出的种子位置之一分配给每个确定的种子位置。在此，像这样的本领域技术人员已知的k最近邻算法确保了根据新确定的种子图案与先前确定的种子图案之间的最密切匹配来将每个新确定的种子位置分配给先前确定的种子位置之一。
在已经将每个新确定的种子位置分配给一个先前确定的种子位置之后，评估单元5可以将新确定的种子位置之间的差异与所分配的先前确定的种子位置之间的差异进行比较。这样的比较可以是针对两个种子图案中所有种子位置对做出的。如果评估单元5确定该比较的结果为新确定的种子位置之间的距离与所分配的先前确定的种子位置之间的距离相差的量超过了阈值，那么评估单元5可以如上文解释地控制输出单元6输出对应的指示。
以所描述的方式，可以使用所述定位设备来确定被植入到患者身体中的近距治疗种子li的位置。然而，本发明不限于这种特殊应用。事实上，当身体或其他容器内的其他对象包括磁化或能磁化材料时，可以适于所述定位设备来确定这些对象的位置。例如，可以在植入近距治疗种子li器件使用所述定位设备来跟踪植入导管的位置。出于该目的，可以为导管的导管顶端和/或其他部分提供磁化和/或能磁化材料。以类似的方式，能够在手术器件或者在检查过程中确定和跟踪其他导管或者探针在人类或动物身体内的位置。
此外，可以将类似的定位设备用到很多非医学应用中。例如，可以在安全检查点等处使用这样的定位设备以便确定行李中的或者由人携带(例如，人的衣服内)的金属物体的位置。此外，例如，可以使用前述类型的定位设备来确定流体中的能磁化颗粒的位置。使用本发明的另外的示范性应用是地质应用，其中，可以使用前述种类的定位设备来确定能磁化物体在地下的位置。
通过研究附图、说明书和随附的权利要求，本领域技术人员能够在对所要求保护的本发明的实践中理解并实施针对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，单数冠词不排除复数。
单个单元或设备可以完成权利要求中列举的若干项的功能。在互不相同的从属权利要求中陈述某些措施不表示不能有利地采用某些措施的组合。
可以将计算机程序存储/分布在适当的介质中，例如，所述介质可以是光存储介质或者与其他硬件一起提供的或者作为其他硬件的部分的固体介质，然而，也可以使所述计算机程序通过其他形式分布，例如，通过互联网或者其他有线或无线电信系统。
不应当将权利要求中的附图标记推断为有限制范围的作用。

Claims (14)

1.一种用于确定被定位在测量区域中的容器内的对象(li)的位置的设备，其中，所述对象(li)包括能够至少暂时生成磁场的能磁化材料，并且其中，所述设备包括：
-至少一个电磁线圈(2)，其用于生成激励磁场，由此在所述对象(li)被包括在所述测量区域中时使所述对象(li)磁化，
-磁强计(3i)，其被布置在所述测量区域附近的多个位置处，以用于局部地测量由所述对象(li)生成的所述磁场，以及
-评估单元(5)，其被耦合至所述磁强计(3i)，所述评估单元(5)被配置为基于所述磁强计(3i)的磁场测量结果来确定所述对象(li)的所述位置。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述对象(li)被包括在被定位在所述测量区域中的容器内。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述评估单元(5)被配置为控制所述电磁线圈(2)以生成具有交变幅度的所述激励磁场，并且其中，所述评估单元(5)还被配置为基于所述磁强计(3i)在所述激励磁场具有最小幅度时的时间处的磁场测量结果来确定所述对象(li)的所述位置。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述评估单元(5)被配置为在模型计算中基于所述对象(li)的估计位置来计算在所述磁强计(3i)的所述位置处由所述对象(li)生成的所述磁场的值，并且被配置为通过至少近似地使所述磁场的所计算的值与由所述磁强计(3i)所测量的值之间的差最小化来确定所述对象(li)的所述位置。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，在所述模型计算中，所述对象(li)被视为磁偶极子，并且由所述对象(li)生成的所述磁场近似为所述磁偶极子的磁场的叠加。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述评估单元(5)被配置为计算针对所述对象(li)的第一确定位置的度量的第一值，并且被配置为将所述第一值与针对所述对象(li)的第二确定位置而计算的所述度量的第二值进行比较，所述度量指示所述对象的相对位置。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述度量是Hausdorff量度。
8.根据权利要求6或7所述的设备，其中，所述第一确定位置是在第一时间点处针对身体而确定的，并且其中，所述第二确定位置是在第二时间点处针对同一身体而确定的，并且其中，所述评估单元(5)被配置为在所述度量的所述第一值与所述第二值之间的差超过阈值的情况下控制所述设备输出警报。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述评估单元(5)被配置为向所述对象(li)的第一确定位置中的每个位置分配所述对象(li)的第二确定位置中的一个位置。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述评估单元(5)被配置为基于k最近邻算法来执行所述分配。
11.根据权利要求9所述的设备，其中，所述评估单元(5)被配置为将所述第一确定位置之间的至少一个距离与被分配至所述第一确定位置的所述第二确定位置之间的距离进行比较。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述第一确定位置是在第一时间点处针对身体而确定的，并且其中，所述第二确定位置是在第二时间点处针对同一身体而确定的，并且其中，所述评估单元(5)被配置为在所述第一确定位置之间的所述至少一个距离与被分配至所述第一确定位置的所述第二确定位置之间的所述距离的差超过阈值的情况下控制所述设备输出警报。
13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述对象(li)包括近距治疗种子。
14.一种用于确定被定位在测量区域中的对象(li)的位置的方法，其中，所述对象(li)包括能够至少暂时生成磁场的能磁化材料，所述方法包括以下步骤：
-电磁线圈(2)生成激励磁场，由此使所述测量区域中的所述对象(li)磁化，
-磁强计(3i)局部地测量在所述测量区域附近的多个位置处由所述对象(li)生成的所述磁场，并且
-被耦合至所述磁强计(3i)的评估单元(5)基于所述磁强计(3i)的磁场测量结果来确定所述对象(li)的所述位置。
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