CN109381259B - 跟踪包括铁磁流体的传感器的系统和方法 - Google Patents

跟踪包括铁磁流体的传感器的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109381259B
CN109381259B CN201810903541.3A CN201810903541A CN109381259B CN 109381259 B CN109381259 B CN 109381259B CN 201810903541 A CN201810903541 A CN 201810903541A CN 109381259 B CN109381259 B CN 109381259B
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic field
sensor
ferrofluid
housing
field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810903541.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109381259A (zh
Inventor
尼古拉·米库斯蔡特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northern Digital Inc
Original Assignee
Northern Digital Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northern Digital Inc filed Critical Northern Digital Inc
Priority to CN202310723937.0A priority Critical patent/CN116725671A/zh
Publication of CN109381259A publication Critical patent/CN109381259A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109381259B publication Critical patent/CN109381259B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/06—Devices, other than using radiation, for detecting or locating foreign bodies ; determining position of probes within or on the body of the patient
    • A61B5/061—Determining position of a probe within the body employing means separate from the probe, e.g. sensing internal probe position employing impedance electrodes on the surface of the body
    • A61B5/062—Determining position of a probe within the body employing means separate from the probe, e.g. sensing internal probe position employing impedance electrodes on the surface of the body using magnetic field
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/39—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K49/00—Preparations for testing in vivo
    • A61K49/0002—General or multifunctional contrast agents, e.g. chelated agents
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/2006—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the self-induction of one or more coils
    • G01D5/2013—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the self-induction of one or more coils by a movable ferromagnetic element, e.g. a core
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2051—Electromagnetic tracking systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2072—Reference field transducer attached to an instrument or patient
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/39—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
    • A61B2090/3933—Liquid markers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/39—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
    • A61B2090/3954—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers magnetic, e.g. NMR or MRI
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/39—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
    • A61B2090/3954—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers magnetic, e.g. NMR or MRI
    • A61B2090/3958—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers magnetic, e.g. NMR or MRI emitting a signal

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
  • Endoscopes (AREA)

Abstract

本发明提供了一种跟踪包括铁磁流体的传感器的系统和方法。系统包括：一个或更多个场产生线圈，其被配置成产生磁场；传感器，其包括包含铁磁流体的壳体，该传感器被配置成被引入磁场附近，其中，当铁磁流体在磁场附近时，该铁磁流体引起磁场的失真；以及一个或更多个场测量线圈，其被配置成：当铁磁流体在磁场附近时测量磁场的特性；以及向计算设备提供表示所测量的磁场的特性的信号，其中，计算设备被配置成基于所测量的磁场的特性来确定传感器的位置和取向中的一个或二者。

Description

跟踪包括铁磁流体的传感器的系统和方法
技术领域
本公开内容涉及跟踪包括铁磁流体的传感器。
背景技术
电磁跟踪(EMT)系统用于在医疗手术、虚拟现实(VR)设置和增强现实(AR)设置等中帮助进行仪器和解剖结构的定位。这样的系统可以基于所测量的传输磁场的失真来确定传感器的位置。
发明内容
电磁跟踪(EMT)系统可以用于在医疗手术期间跟踪医疗设备。例如，在外科手术环境中，EMT系统可以用于跟踪结合到医疗设备中的传感器的位置和/或取向。传感器可以包括填充有铁磁流体芯的壳体。传感器的磁属性被配置成在产生的磁场中引起失真，并且场测量线圈被配置成测量失真的特性并且将这种测量结果提供给计算设备。然后，计算设备可以基于所接收的测量结果来确定传感器的位置和/或取向(以及例如医疗设备的位置和/或取向)。
在一些实现方式中，传感器可以被插入患者体内的难以接近和/或接近起来危险的位置处。例如，传感器的柔性壳体可以在存在铁磁流体之前被插入到主体中。柔性壳体可以允许在对患者的解剖结构造成很小的损伤或不造成损伤的情况下被插入。然后可以向柔性壳体提供铁磁流体(例如，通过注入壳体中)。一旦医疗手术结束，可以从身体移除传感器中的一些或全部。例如，可以通过刺穿壳体并且使用永磁体将铁磁流体磁性地拉出体外来移除铁磁流体。然后可以移除壳体。替选地，壳体可以由生物相容的和/或可生物降解的材料制成，并且因此可以留在患者体内。
在一个方面中，系统包括被配置成产生磁场的一个或更多个场产生线圈。该系统还包括传感器，该传感器包括包含铁磁流体的壳体。传感器被配置成被引入磁场附近。当铁磁流体在磁场附近时，铁磁流体引起磁场失真。该系统还包括一个或更多个场测量线圈，其被配置成当铁磁流体在磁场附近时测量磁场的特性。一个或更多个场测量线圈还被配置成向计算设备提供表示所测量的磁场的特性的信号。计算设备被配置成基于所测量的磁场的特性来确定传感器的位置和取向中的一个或二者。
实现可以包括下述特征中的一个或多个。
在一些实现方式中，一个或更多个场测量线圈还被配置成当铁磁流体不在磁场附近时测量磁场的特性。一个或更多个场测量线圈还被配置成向计算设备提供表示所测量的磁场的特性的信号。
在一些实现方式中，确定传感器的位置和取向中的一个或二者包括：将当铁磁流体不在磁场附近时测量的磁场的特性与当铁磁流体在磁场附近时测量的磁场的特性进行比较。
在一些实现方式中，传感器是柔性的。
在一些实现方式中，当机械应力被施加到传感器时，传感器的一个或更多个磁属性保持不变。
在一些实现方式中，壳体和铁磁流体中的一个或二者是生物相容的或可生物降解的，或者是生物相容的且可生物降解的。
在一些实现方式中，铁磁流体包括液体和粉末中的一种或两者。
在一些实现方式中，铁磁流体包括超顺磁性氧化铁纳米颗粒(SPION)。
在一些实现方式中，SPION包括磁铁矿(Fe3O4)和磁赤铁矿(γ-Fe2O3)中的一种或两者。
在一些实现方式中，壳体包括聚合物。
在一些实现方式中，壳体被配置成被引入患者的体内。
在一些实现方式中，壳体被配置成在被引入患者的体内之后通过注射接收铁磁流体。
在一些实现方式中，铁磁流体被配置成通过刺穿壳体并且在壳体附近引入磁力来从壳体移除。
在一些实现方式中，传感器具有椭球体形状。
在一些实现方式中，椭球体由三个不等长度的轴限定。
在一些实现方式中，传感器具有长方体形状。
在一些实现方式中，传感器具有圆柱形状。
在一些实现方式中，传感器具有药丸形状。
在一些实现方式中，传感器是无线的。
在另一方面中，无线传感器被配置成用于电磁跟踪系统。传感器包括包含铁磁流体的壳体。传感器被配置成被引入产生的磁场附近并且使得所产生的磁场失真。失真的特性表示传感器的位置和取向中的一个或二者。
在另一方面中，方法包括：使磁场被产生。该方法还包括：将包括包含铁磁流体的壳体的传感器引入磁场附近。当铁磁流体在磁场附近时，铁磁流体引起磁场的失真。该方法还包括：从一个或更多个场测量线圈接收表示当铁磁流体在磁场附近时测量的磁场的特性的信号。该方法还包括：基于所测量的磁场的特性来确定传感器的位置和取向中的一个或二者。
在附图和以下描述中阐述了本文中描述的主题的一个或更多个实施方式的细节。根据说明书和附图以及根据权利要求书，该主题的其他特征、目的和优点将变得明显。
附图说明
图1是包括场产生线圈、场测量线圈和传感器的电磁跟踪(EMT)系统的示意图。
图2示出了EMT系统中存在的磁场的示例。
图3示出了具有椭球体形状的EMT系统的传感器的示例。
图4A至图4C示出了用于EMT系统的传感器的其他示例。
图5是示例计算机系统的框图。
在各个附图中，相同的附图标记指示相同的元件。
具体实施方式
电磁跟踪(EMT)系统可以用于医疗设置、虚拟现实(VR)设置、增强现实(AR)设置等，以跟踪设备。例如，在外科手术环境中，EMT系统可以用于跟踪医疗设备、机器臂等，从而使得在医疗手术期间医疗专业人员(例如外科医生)能够知道设备的三维位置和取向。患者体内的这种电磁跟踪可以用于图像引导手术中的引导目的，并且在一些情况下可以允许减少对诸如荧光检查的其他成像方式的依赖，所述成像方式可能使患者暴露于电离辐射的健康风险。
图1和图2呈现了EMT系统100的示例性实施方式，EMT系统100可以用于对患者102进行的图像引导医疗手术。该系统可以允许对解剖器官、结构或血管进行靶向，以用于可视化、诊断、介入目的等。通常，系统100包括被配置成生成磁场112(Hext)的一个或更多个场产生线圈104。系统100还包括被配置成测量磁场112的特性的一个或更多个场测量线圈106。当具有磁属性的对象被引入系统100(例如，在场产生线圈104和/或在场测量线圈106附近)时，所产生的磁场112失真。场测量线圈106被配置成测量这种失真的特性并且将测量结果提供给计算设备110。计算设备110被配置成基于测量结果来确定与对象有关的信息(例如，位置信息和取向信息中的一个或二者)。失真的特性可以包括诸如场强等特性。在一些实现方式中，测量投射在场测量线圈106上的场强(即，本地线圈坐标系中的3D场矢量的一个场分量)。在一些实现方式中，可以从失真磁场的特性的测量结果获得全3D知识。
例如，被引入系统100的对象可以是采用有线或无线架构的传感器108(图示中为无线)。传感器108包括可以具有一种或更多种磁属性的铁磁流体(图3的304)。具体地，铁磁流体304是在存在磁场(例如磁场112)的情况下被磁化的流体。因此，当传感器108在磁场112附近时，传感器108引起磁场112的失真。换言之，传感器108与由场产生线圈104产生的磁场112相互作用，以产生失真磁场114(Hint)。在传感器108中还产生感应力矩116(ηind)。失真磁场114的特性可以对应于传感器108的位置(例如x、y、z坐标)和取向(方位角(ψ)、高度(θ)、滚转(
Figure BDA0001760038990000041
)角)。因此，场测量线圈106可以测量磁场的特性(例如，当传感器108不存在时的磁场112和/或当传感器108存在时的失真磁场114)，向计算设备110提供表示测量的特性的信号，并且计算设备110可以基于测量结果来确定传感器108的位置和取向中的一个或二者。以这种方式，传感器108可以用作六自由度(6DoF)传感器，其被配置成允许测量与前/后位置、上/下位置、左/右位置、方位角、高度和滚转有关的位置和取向信息。
如图1所示，场产生线圈104(例如有时称为场线圈)和场测量线圈106(例如有时称为拾取线圈)可以通过有线连接连接到计算设备110，但是无线连接也是可能的。场产生线圈104的位置和场测量线圈106的位置可以是计算设备110已知的(例如相对于计算设备110的x、y和z坐标)。例如，场测量线圈106可以测量在不存在传感器的情况下由场产生线圈104产生的磁场112的一个或更多个特性，以获得基线磁场测量。可以将表示测量的特性的信号提供给计算设备110。
在一些实现方式中，场产生线圈104可以被定位在外科钻处、外科台处(例如，结合到外科台中)和/或放置在患者102处/附近的某处。场测量线圈106可以被定位在与场产生线圈104间隔开的位置处(例如，在与场产生线圈104的位置不同的位置处)。在一些实现方式中，场测量线圈106可以被定位在外科钻处、外科台处和/或被放置在患者102处/附近的某处。在一些实现方式中，场产生线圈104或场测量线圈106可以被结合到围绕患者102的腿部放置的环中。
在一些实现方式中，传感器阵列可以用于跟踪场产生线圈104被定位的位置。例如，传感器阵列(例如中继器)可以被定位在与场产生线圈104间隔开的位置处，以跟踪场产生线圈104(以及例如外科钻)的位置。在一些实现方式中，例如在EMT系统100被相对过度确定(例如，包括诸如每线圈八个或更多个的相对大数量的场产生线圈104和场测量线圈106)的实现方式中，可以数字地确定场产生线圈104、场测量线圈106和传感器阵列的相对位置的解决方案。在这样的实施方式中，传感器阵列还可以被定位在外科钻处，使得场产生线圈104和传感器阵列相对于彼此具有固定位置。
可以以无线方式将传感器108引入磁场112附近(例如，使得传感器108不在物理上连接到计算设备110)。例如，传感器108可以被结合到在医疗手术期间要跟踪的医疗设备中。传感器108的铁磁流体304(以及例如传感器108的任何其他磁性和/或金属部分)使得由场产生线圈104产生的磁场112失真。也就是说，传感器108的磁属性使得传感器108附近的磁场112失真。通过失真磁场114来说明这种变化和/或失真。失真磁场114的特性取决于传感器108的位置和取向。例如，当传感器108位于第一位置处时，失真磁场场114可以具有第一形状和/或强度；当传感器108位于第二位置处时，失真磁场114可以具有第二形状和/或强度；当传感器108位于第二位置处但具有不同的取向时，失真磁场114可以具有第三形状和/或强度等。场测量线圈106被配置成测量失真磁场114的一个或更多个特性(例如与磁场的形状和/或强度对应的特性)，并且向计算设备110提供表示测量的特性的信号。
计算设备110被配置成基于接收到的表示失真磁场114的测量特性的信号来确定传感器108的位置和取向中的一个或二者。在一些示例中，计算设备110可以确定传感器108相对于计算设备110的位置和/或取向、场产生线圈104的位置和/或取向、场测量线圈106的位置和/或取向等的位置和/或取向。在一些实现方式中，计算设备110可以通过将(例如当不存在传感器108时)所测量的磁场112的特性与(例如当存在传感器108时)所测量的失真磁场114的特性进行比较来确定传感器108的位置和/或取向。可以使用一个或更多个算法或数学公式来确定传感器108的位置和/或取向。
图3示出了图1和图2的传感器108的示例。传感器108包括包含铁磁流体304的壳体302。在所示的示例中，传感器108具有由下述三个轴限定的椭球体形状：a-轴310、b轴320和c轴330。在所示的示例中，各轴具有不相等的长度。也就是说，a轴310的长度不等于b轴320的长度，并且c轴330的长度不等于a轴310或b轴320的长度。这样的配置确保了传感器108可以提供6DoF跟踪。例如，由于三个轴具有不相等的长度，因此可以明确地确定传感器108的确切位置和取向。例如，如果b轴320与c轴330的长度相同，则方位角(ψ)取向分量可能是不可测量的。在一些实现方式中，传感器108的尺寸之间的关系可以与图3中所示的不同(例如，取决于具体应用)。
铁磁流体304可以包括具有可以影响产生的磁场的磁属性的任何材料。在一些实现方式中，铁磁流体304包括液体和粉末中的一个或二者。在一些实现方式中，铁磁流体304包括氧化铁颗粒，例如超顺磁性氧化铁纳米颗粒(SPION)。SPION可以包括磁铁矿(Fe3O4)、磁赤铁矿(γ-Fe2O3)等。在一些实现方式中，SPION可以具有约1至100纳米之间的直径。
在一些实现方式中，壳体302和铁磁流体304中的一个或二者可以是生物相容的和/或可生物降解的。例如，壳体302和/或铁磁流体304可以由对活组织无害的材料制成。在一些实现方式中，壳体302由生物相容的且可生物降解的聚合物和/或蜡制成。以这种方式，壳体302可以留在患者体内，以不伤害患者的方式分解。
在一些实现方式中，传感器108可以被配置成被引入患者体内。例如，传感器108可以被结合到在医疗手术期间要使用的外科工具(例如钻、手术刀等)中。在一些实现方式中，传感器108可以被结合到要插入患者体内的外科植入物(例如髓内(IM)钉)中。特别地，传感器108可以被定位在IM钉的孔口(例如，螺钉孔)内，使得在IM钉被放置在患者体内之后(例如在IM钉被插入患者的骨骼之后)可以跟踪孔口的位置和/或取向。通过跟踪传感器108的定位和取向，医疗专业人员可以例如确定患者身体外部上应插入螺钉的位置，以便对准螺钉孔并且将植入物固定到抵靠骨骼的地方。
在一些实现方式中，传感器108可以被配置成定位在患者体内的难以接近的位置处。例如，传感器108可以被定位在接近患者的精细解剖结构(例如，如果受损则可能对患者产生伤害的解剖结构)的位置处，例如被定位在血管中(例如血流中)、肿瘤中等。
在一些实现方式中，传感器108可以是柔性的(例如结构、壳体等可以具有有限的刚性)。通过提供柔性传感器108，可以最小化或消除在插入期间对患者的解剖结构的潜在损害。在一些实现方式中，传感器108可以分多个阶段被引入患者体内。例如，可以首先将壳体302引入患者体内，然后可以将铁磁流体304引入患者体内。以这种方式，壳体302可以被插入患者身体的难以接近的区域中(例如，由于未填充壳体302的减小的尺寸)，并且此后可以将铁磁流体304注入壳体302中。类似地，传感器108可以分多个阶段从患者身体移除。例如，在医疗手术之后，可以刺穿壳体302并且可以移除铁磁流体304。在一些实现方式中，通过刺穿壳体302并在刺穿的壳体302附近引入磁力(例如永磁体)来移除铁磁流体304。在移除铁磁流体304之后，可以从患者的身体移除壳体302。在一些实现方式(例如壳体302是生物相容的和/或可生物降解的实现方式)中，壳体302可以留在患者体内。
在一些实现方式中，传感器108的性质使得当机械应力被施加到传感器108时传感器108的磁特性保持不变。例如，当被暴露于机械应力时，铁磁流体304可以保持其磁属性。以这种方式，传感器108可以使磁场112以限定的方式的失真，并且使得场测量线圈106能够测量失真磁场114的特性，该特性提供传感器108的位置和/或取向的精确指示。即使当传感器108由于被引入患者体内而受到应力时，也可以提供这种精确的测量。
虽然传感器108在很大程度上被描绘为具有椭球体形状，但是可以采用一个或更多个几何形状(即可以包括椭球体形状或者可以不包括椭球体形状)。图4A至图4C示出了具有各种形状的其他传感器的示例。如图4A所示，在一些实现方式中，用于EMT系统100的传感器410可以具有圆柱形状。如图4B所示，在一些实现方式中，用于EMT系统100的传感器420可以具有药丸形状(例如，在顶端和底端具有半球的圆柱体)。如图4C所示，在一些实现方式中，用于EMT系统100的传感器430可以具有长方体形状，例如立方体或矩形棱柱。传感器410、420、430可以具有多个尺寸中的任何尺寸。例如，如上面参考图3所述，限定传感器410、420、430中的每一个的轴(例如，a轴、b轴和c轴)可以具有不相等的长度。在一些实现方式中，这些轴中的一个或更多个的长度可以等于其他轴中的一个或更多个的长度。
一个或更多个场产生线圈104(例如有时称为发射器)可以包括单个场产生线圈或场产生线圈阵列。类似地，一个或更多个场测量线圈106(例如有时称为接收器)可以包括单个场测量线圈或场测量线圈阵列。当线圈阵列用于一个或更多个场产生线圈104时，每个线圈可以被顺序地激励，每个线圈产生其自身的磁场并且在传感器108中引发不同的响应。当线圈阵列用于一个或更多个场测量线圈106时，每个线圈可以在每个场产生线圈104被激励期间被顺序地激励，每个线圈测量所得磁场的特性(例如，磁场112和失真磁场114中的一个或二者)。
在一些实现方式中，场产生线圈104中的一个或更多个可以用于测量目的，并且场测量线圈106中的一个或更多个可以用于场产生目的。换言之，场产生线圈104中的一个或更多个可以用作场测量线圈106和/或场测量线圈106中的一个或更多个可以用作场产生线圈104。场产生线圈104和场测量线圈106可以具有允许这种用途交换的配置和结构。
上述EMT系统100可以使用被包括在计算机可读介质上以在计算机(例如图1的计算设备110)上执行的软件来实现。例如，软件可以在一个或更多个计算机程序中形成过程，该过程在一个或更多个编程或可编程计算机系统(可以是各种体系结构)上执行。
图5是示例计算机系统500的框图。图1的计算设备110可以是这里描述的计算机系统500的示例。系统500可以包括处理器510、存储器520、存储设备530和输入/输出设备540。例如，部件510、520、530和540中的每一个可以使用系统总线550进行互连。处理器510能够处理用于在系统500内执行的指令。处理器510可以是单线程处理器、多线程处理器或量子计算机。处理器510能够处理存储在存储器520中或存储设备530上的指令。处理器510可以执行诸如使EMT系统100确定传感器108的位置和/或取向的操作。
存储器520存储系统500内的信息。在一些实现方式中，存储器520是计算机可读介质。存储器520可以例如是易失性存储器单元或非易失性存储器单元。
存储设备530能够为系统500提供大容量存储。在一些实现方式中，存储设备530是非暂态计算机可读介质。存储设备530可以包括例如硬盘设备、光盘设备、固态驱动器、闪存驱动器、磁带或一些其他大容量存储设备。替选地，存储设备530可以是云存储设备，例如，包括分布在网络上并使用网络访问的多个物理存储设备的逻辑存储设备。在一些实现方式中，存储在存储器520上的信息也可以存储在存储设备530上或者替代地存储在存储设备530上。
输入/输出设备540为系统500提供输入/输出操作。在一些实现方式中，输入/输出设备540包括一个或更多个网络接口设备(例如，以太网卡)、串行通信设备(例如，RS-23210端口)和/或无线接口设备(例如，短程无线通信设备、502.11卡、3G无线调制解调器或4G无线调制解调器)。在一些实现方式中，输入/输出设备540包括被配置成接收输入数据并且将输出数据发送到其他输入/输出设备例如键盘、打印机和显示设备的驱动器设备。在一些实现方式中，使用移动计算设备、移动通信设备和其他设备。
在一些实现方式中，系统500是微控制器。微控制器是在单个电子封装中包含计算机系统的多个元件的设备。例如，单个电子封装可以包含处理器510、存储器520、存储设备530和输入/输出设备540。
尽管在图5中描述了示例计算机系统，但是上述主题和功能操作的实现方式可以在其他类型的数字电子电路中实现，或者以计算机软件、固件或硬件(包括在本说明书中公开的结构及其结构等同物)来实现，或者以它们的一个或更多个的组合来实现。本说明书中描述的主题的实现方式可以被实现为一个或更多个计算机程序产品，即，编码在有形程序载体例如计算机可读介质上的计算机程序指令的一个或更多个模块，所述模块例如由处理系统执行或者用于控制处理系统的操作。计算机可读介质可以是机器可读存储设备、机器可读存储基板、存储器设备、影响机器可读传播信号的物质组合，或者它们中的一个或更多个的组合。
术语“计算机系统”可以包括用于处理数据的所有装置、设备和机器，例如包括可编程处理器、计算机或多处理器或计算机。除了硬件之外，处理系统还可以包括为所讨论的计算机程序创建执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统或它们中的一个或更多的组合的代码。
计算机程序(也称为程序、软件、软件应用、脚本、可执行逻辑或代码)可以用包括编译语言或解释语言或者声明语言或过程语言的任何形式的编程语言编写，并且可以以包括作为独立程序或作为模块、组件、子例程或适合在计算环境中使用的其他单元的任何形式部署。计算机程序不一定对应于文件系统中的文件。程序可以被存储在保存其他程序或数据(例如存储在标记语言文档中的一个或更多个脚本)的文件的一部分中，可以被存储在专用于所讨论的程序的单个文件中，或者可以被存储在多个协作文件(例如，存储一个或更多个模块、子程序或代码部分的文件)中。计算机程序可以被部署成在一个计算机上执行或者在位于一个站点处或分布在多个站点上并通过通信网络互连的多个计算机上执行。
适用于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括以下中的所有形式：非易失性或易失性存储器、介质和存储器设备，作为示例包括半导体存储器设备，例如EPROM、EEPROM和闪存设备；磁盘，例如内部硬盘或可移除盘或磁带；磁光盘；以及CD-ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可以由专用逻辑电路补充或并入专用逻辑电路中。系统的部件可以通过任何形式或介质的数字数据通信例如通信网络进行互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)和广域网(“WAN”)例如因特网。
已经描述了许多实施方式。然而，应理解，在不脱离本文中描述的主题的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。其他这样的实施方式在所附权利要求的范围内。

Claims (16)

1.一种电磁跟踪系统，包括：
一个或更多个场产生线圈，被配置成产生磁场；
传感器，包括包含铁磁流体的壳体，所述传感器被配置成被引入所述磁场附近，其中，当所述铁磁流体在所述磁场附近时，所述铁磁流体引起所述磁场的失真；以及
一个或更多个场测量线圈，被配置成：
当所述铁磁流体在所述磁场附近时，测量所述磁场的特性；以及
向计算设备提供表示所测量的磁场的特性的信号，
其中，所述计算设备被配置成基于所测量的磁场的特性来确定所述传感器的位置和取向中的一个或二者，
其中，所述传感器具有椭球体形状，并且所述椭球体由三个不等长度的轴限定。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或更多个场测量线圈还被配置成：
当所述铁磁流体不在所述磁场附近时，测量所述磁场的特性；以及
向所述计算设备提供表示所测量的磁场的特性的信号。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，确定所述传感器的位置和取向中的一个或二者包括：将当所述铁磁流体不在所述磁场附近时测量的所述磁场的特性与当所述铁磁流体在所述磁场附近时测量的所述磁场的特性进行比较。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感器是柔性的。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，当机械应力被施加到所述传感器时，所述传感器的一个或更多个磁属性保持不变。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述壳体和所述铁磁流体中的一个或二者是生物相容的或可生物降解的，或者是生物相容的且可生物降解的。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述铁磁流体包括液体和粉末中的一种或两者。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述铁磁流体包括超顺磁性氧化铁纳米颗粒。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述超顺磁性氧化铁纳米颗粒包括磁铁矿和磁赤铁矿中的一种或两者。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述壳体包括聚合物。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述壳体被配置成被引入患者的体内。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述壳体被配置成在被引入所述患者的体内之后通过注射接收所述铁磁流体。
13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述铁磁流体被配置成通过刺穿所述壳体并且在所述壳体附近引入磁力来从所述壳体移除。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感器是无线的。
15.一种被配置用于电磁跟踪系统中的无线传感器，所述传感器包括包含铁磁流体的壳体，其中，所述传感器被配置成被引入产生的磁场附近并且引起所述产生的磁场的失真，其中，所述失真的特性表示所述传感器的位置和取向中的一个或二者，其中，所述传感器具有椭球体形状，并且所述椭球体由三个不等长度的轴限定。
16.一种电磁跟踪方法，包括：
使得产生磁场；
将包括包含铁磁流体的壳体的传感器引入所述磁场附近，其中，当所述铁磁流体在所述磁场附近时，所述铁磁流体引起所述磁场的失真；
从一个或更多个场测量线圈接收表示当所述铁磁流体在所述磁场附近时测量的所述磁场的特性的信号；以及
基于所测量的磁场的特性来确定所述传感器的位置和取向中的一个或二者，
其中，所述传感器具有椭球体形状，并且所述椭球体由三个不等长度的轴限定。
CN201810903541.3A 2017-08-10 2018-08-09 跟踪包括铁磁流体的传感器的系统和方法 Active CN109381259B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310723937.0A CN116725671A (zh) 2017-08-10 2018-08-09 跟踪包括铁磁流体的传感器的系统和方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762543686P 2017-08-10 2017-08-10
US62/543,686 2017-08-10

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310723937.0A Division CN116725671A (zh) 2017-08-10 2018-08-09 跟踪包括铁磁流体的传感器的系统和方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109381259A CN109381259A (zh) 2019-02-26
CN109381259B true CN109381259B (zh) 2023-06-23

Family

ID=65084717

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810903541.3A Active CN109381259B (zh) 2017-08-10 2018-08-09 跟踪包括铁磁流体的传感器的系统和方法
CN202310723937.0A Pending CN116725671A (zh) 2017-08-10 2018-08-09 跟踪包括铁磁流体的传感器的系统和方法

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310723937.0A Pending CN116725671A (zh) 2017-08-10 2018-08-09 跟踪包括铁磁流体的传感器的系统和方法

Country Status (4)

Country Link
US (2) US11529193B2 (zh)
CN (2) CN109381259B (zh)
CA (1) CA3013738A1 (zh)
DE (1) DE102018119320A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10620335B2 (en) * 2017-05-02 2020-04-14 Ascension Technology Corporation Rotating frequencies of transmitters
US10539644B1 (en) * 2019-02-27 2020-01-21 Northern Digital Inc. Tracking an object in an electromagnetic field
DE102020109121A1 (de) * 2019-04-02 2020-10-08 Ascension Technology Corporation Korrektur von Verzerrungen

Family Cites Families (54)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2753469A (en) 1954-06-01 1956-07-03 Statham Lab Inc Accelerometers
US3306113A (en) 1963-10-03 1967-02-28 Thomas E Tuccinardi Transducer providing alternating-current output in response to rotation of transducer body relative to inertial conductive fluid contained therein
US3516294A (en) 1966-04-12 1970-06-23 Robert W Schmieder Acceleration sensitive device
GB1492142A (en) 1975-03-26 1977-11-16 Russell A Linear accelerometers
US4023278A (en) 1975-09-05 1977-05-17 Hoyt Charles D Two axis attitude sensor
FR2556149B1 (fr) 1983-12-01 1986-09-12 Electricite De France Pompe electromagnetique
US4718276A (en) 1986-04-10 1988-01-12 Applied Technology Associates, Inc. Angular motion sensor
JPH0697236B2 (ja) 1987-05-30 1994-11-30 株式会社日本自動車部品総合研究所 加速度センサ
US4808079A (en) 1987-06-08 1989-02-28 Crowley Christopher J Magnetic pump for ferrofluids
US4818185A (en) 1987-10-13 1989-04-04 The University Of Tennessee Research Corporation Electromagnetic apparatus operating on electrically conductive fluids
GB2222679B (en) 1988-03-15 1991-10-16 Baroid Technology Inc Accelerometers
US4905517A (en) 1988-08-31 1990-03-06 Amoco Corporation Multicomponent transducer
US5007292A (en) 1988-08-31 1991-04-16 Amoco Corporation Multicomponent transducer
US4984463A (en) 1988-09-28 1991-01-15 Nippon Soken, Inc. Two-dimensional acceleration sensor
US5461919A (en) 1993-10-22 1995-10-31 Maxtor Corporation Low-profile magnetohydrodynamic motion sensor for an electronic system
US5665912A (en) 1996-07-03 1997-09-09 A-Tech Corporation Active magnetohydrodynamic rate sensor
US5908987A (en) 1997-02-11 1999-06-01 Ferrofluidics Corporation Sensor employing a sliding ferrofluid mass in a coated, non-wetting, housing
US5780741A (en) 1997-02-11 1998-07-14 Ferrofluidics Corporation Sensor employing a sliding magnet suspended on ferrofluid
US6173611B1 (en) 1999-04-30 2001-01-16 A-Tech Corporation MHD sensor for measuring microradian angular rates and displacements
US7178399B2 (en) 2004-03-03 2007-02-20 Innalabs Technologies, Inc. Housing for magnetofluidic accelerometer
US7296469B2 (en) 2000-02-24 2007-11-20 Innalabs Technologies, Inc. Magnetofluidic accelerometer with active suspension
US6374673B1 (en) 2000-03-01 2002-04-23 Texas Components Corporation Velocity sensor
US7074175B2 (en) 2001-07-25 2006-07-11 Erik Schroeder Handy Thermotherapy via targeted delivery of nanoscale magnetic particles
US20050119725A1 (en) 2003-04-08 2005-06-02 Xingwu Wang Energetically controlled delivery of biologically active material from an implanted medical device
CN1245625C (zh) 2003-04-30 2006-03-15 陕西西大北美基因股份有限公司 一种核/壳型超顺磁性复合微粒及其制备方法与应用
US7344491B1 (en) 2003-11-26 2008-03-18 Nanobiomagnetics, Inc. Method and apparatus for improving hearing
EP1541083A3 (en) 2003-12-09 2006-03-01 Olympus Corporation Magnetic fluid detection device
US7204581B2 (en) 2004-10-06 2007-04-17 Palo Alto Research Center, Incorporated Magnetic actuator using ferrofluid slug
US7700193B2 (en) 2005-04-08 2010-04-20 Industrial Technology Research Institute Core-shell structure with magnetic, thermal, and optical characteristics and manufacturing method thereof
US20060282168A1 (en) * 2005-06-13 2006-12-14 Sherman Jason T Orthopaedic prosthesis having a superparamagnetic material and associated method
US20070264199A1 (en) 2005-09-26 2007-11-15 Labhasetwar Vinod D Magnetic nanoparticle composition and methods for using the same
US7688064B2 (en) 2006-07-11 2010-03-30 Biosense Webster Inc. Probe for assessment of metal distortion
US8082020B2 (en) 2006-08-07 2011-12-20 Biosense Webster, Inc. Distortion-immune position tracking using redundant magnetic field measurements
RU2373957C2 (ru) 2006-10-13 2009-11-27 Александр Метталинович Тишин Носитель для лекарственных средств и биологически активных веществ для лечения и диагностики и применение его для создания лекарственных средств и способа регулируемой управляемой доставки лекарственного средства или биологически активного вещества с регулируемой десорбцией его
US8368402B2 (en) * 2006-11-08 2013-02-05 T2 Biosystems, Inc. NMR systems for in vivo detection of analytes
WO2008105874A1 (en) 2007-02-28 2008-09-04 Smith & Nephew, Inc. Instrumented orthopaedic implant for identifying a landmark
WO2009070282A1 (en) 2007-11-26 2009-06-04 Stc.Unm Active nanoparticles and method of using
EP2208505A1 (en) 2009-01-15 2010-07-21 Koninklijke Philips Electronics N.V. Catheter being usable in a magnetic resonance imaging system
US8945147B2 (en) 2009-04-27 2015-02-03 Smith & Nephew, Inc. System and method for identifying a landmark
CA2777092C (en) 2009-10-06 2019-12-03 Smith & Nephew, Inc. Targeting orthopaedic device landmarks
US9179827B2 (en) * 2009-12-15 2015-11-10 Boston Scientific Scimed, Inc. Systems and methods for determining the position and orientation of medical devices inserted into a patient
CN102753091B (zh) 2010-02-08 2015-02-25 皇家飞利浦电子股份有限公司 具有单侧发射线圈组阵列的用于影响和/或检测视场内的磁颗粒的设备和方法
US9918656B2 (en) * 2010-06-25 2018-03-20 Massachusetts Institute Of Technology Implantable magnetic relaxation sensors and methods of measuring a sensor's cumulative exposure to a biomarker
US8056246B1 (en) 2010-07-19 2011-11-15 National Semiconductor Corporation Ferrofluidic orientation sensor and method of forming the sensor
US8944067B2 (en) 2010-12-15 2015-02-03 Kci Licensing, Inc. Targeted delivery of magnetically tagged active agents in combination with negative pressure wound therapy
US8906019B2 (en) 2011-01-07 2014-12-09 Covidien Lp Ferrofluidic lock
WO2012154496A2 (en) 2011-05-06 2012-11-15 Smith & Nephew, Inc. Targeting landmarks of orthopaedic devices
US9196405B2 (en) 2012-04-03 2015-11-24 Florida State University Research Foundation, Inc. Stable iron oxide nanoparticles and method of production
US20140052020A1 (en) 2012-08-15 2014-02-20 University Of Florida Research Foundation, Inc. Magnetic apparatus and methods of use
DE102013211703A1 (de) 2013-06-20 2014-12-24 Evonik Röhm Gmbh Personalisiertes Detektionssystem zur Erfassung magnetischer Objekte im menschlichen Organismus
US9800095B2 (en) * 2014-04-14 2017-10-24 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Core shell superparamagnetic iron cobalt alloy nanoparticles with functional metal silicate core shell interface and a magnetic core containing the nanoparticles
US20160113683A1 (en) 2014-04-28 2016-04-28 Ellipse Technologies, Inc. System for informational magnetic feedback in adjustable implants
US10390891B2 (en) 2017-06-13 2019-08-27 Biosense Webster (Israel) Ltd. Hologram lens for positioning an orthopedic implant
US10779892B2 (en) 2017-08-10 2020-09-22 Northern Digital Inc. Tracking a cylindrical opening

Also Published As

Publication number Publication date
US20190046274A1 (en) 2019-02-14
CN109381259A (zh) 2019-02-26
US20230018001A1 (en) 2023-01-19
US11529193B2 (en) 2022-12-20
CA3013738A1 (en) 2019-02-10
CN116725671A (zh) 2023-09-12
DE102018119320A1 (de) 2019-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230018001A1 (en) Tracking a sensor that includes a ferrofluid
US8249689B2 (en) Coil arrangement for electromagnetic tracking method and system
US11298192B2 (en) Intelligent real-time tool and anatomy visualization in 3D imaging workflows for interventional procedures
DK2939601T3 (en) Magnetic medical equipment
US9782198B2 (en) Localization of robotic remote center of motion point using custom trocar
EP1990000B1 (en) System for navigating a catheter probe
US20140257080A1 (en) System for ultrasound image guided procedure
JP6461592B2 (ja) 磁気に基づく体内プローブ追跡システムのための薄型位置特定パッド
US20080174304A1 (en) Coil arrangement for electromagnetic tracker method and system
JP2010519635A (ja) 医学的画像形成のためのポインティングデバイス
US20160278746A1 (en) Real-time tracking for mri-guided breast biopsy
US20190133694A1 (en) Surgical tracking system for tracking and visualizing the relative positioning of two or more surgical components
US10779892B2 (en) Tracking a cylindrical opening
CN114222540A (zh) 用于在脉管内确定特性的方法和系统
US20190231441A1 (en) Apparatus and Method for Tracking a Volume in a Three-Dimensional Space
Fischer et al. Compliant Hall-effect sensor array for passive magnetic instrument tracking
Abayazid et al. Three-dimensional needle steering using automated breast volume scanner (abvs)
Ge et al. A novel non-model-based 6-DOF electromagnetic tracking method using non-iterative algorithm
CN111374763A (zh) 医学成像和位置跟踪的集成
US20240032962A1 (en) Insertion apparatus for an invasive procedure and method
Swanepoel et al. Magnetic Catheter Placement in Neonates: A Handheld Solution to Radiation Exposure and Operational Delays
Güttler et al. RFID-based real-time navigation for interventional magnetic resonance imaging: development and evaluation of a novel tracking system
Neumann et al. Evaluation of an image-based tracking workflow with Kalman filtering for automatic image plane alignment in interventional MRI
Anderson Investigation of the potential of low cost position tracking using permanent magnets
WO2024074416A1 (en) A medical microdevice and registration apparatus for registering an ultrasound system and a localization system of the microdevice

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant