CN110680516A - 一种应答器检测装置 - Google Patents

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威廉·A·布莱尔
戴维·A·波里尔
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Abstract

本公开涉及一种应答器检测装置，用于检测工作区域中的手术物体，手术物体由响应于激励而产生返回信号的各个谐振标签元件来标记；该应答器检测装置包括：线圈架，其包括三个线圈支撑槽，每个线圈支撑槽关于各自主轴弯曲并关于正交于各自主轴的各自次轴弯曲，主轴正交于彼此，线圈架具有中空的内部中心；第一天线元件，其包括围绕三个线圈支撑槽中的第一线圈支撑槽缠绕的第一电线，第一天线元件布置为大体在第一坐标方向上发送和接收信号；第二天线元件，其包括围绕三个线圈支撑槽中的第二线圈支撑槽缠绕并越过第一电线的第二电线，第二天线元件布置为大体在正交于第一坐标方向的第二坐标方向上发送和接收信号；以及第三天线元件，其包括围绕三个线圈支撑槽中的第三线圈支撑槽缠绕并越过第一电线和第二电线的第三电线，第三天线元件布置为大体在正交于第一坐标方向和第二坐标方向的第三坐标方向上发送和接收信号。

Description

一种应答器检测装置
本申请为申请日为2014年12月16日、申请号为201480077746.0且发明名称为“用以例如在外科手术期间检测标记有应答器的物体的手持式球形天线系统”的中国发明专利申请的分案申请。
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，其可以例如允许在医疗操作期间检测遗留的医疗耗材。
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
一种应答器检测装置，用于检测工作区域中的手术物体，手术物体由响应于激励而产生返回信号的各个谐振标签元件来标记，应答器检测装置可以概述为包括：
线圈架，其包括三个线圈支撑槽，每个线圈支撑槽关于各自主轴弯曲并关于正交于各自主轴的各自次轴弯曲，主轴正交于彼此，线圈架具有中空的内部中心；第一天线元件，其包括围绕三个线圈支撑槽中的第一线圈支撑槽缠绕的第一电线，第一天线元件布置为大体在第一坐标方向上发送和接收信号；第二天线元件，其包括围绕三个线圈支撑槽中的第二线圈支撑槽缠绕并越过第一电线的第二电线，第二天线元件布置为大体在正交于第一坐标方向的第二坐标方向上发送和接收信号；以及第三天线元件，其包括围绕三个线圈支撑槽中的第三线圈支撑槽缠绕并越过第一电线和第二电线的第三电线，第三天线元件布置为大体在正交于第一坐标方向和第二坐标方向的第三坐标方向上发送和接收信号。
在一些实施例中，应答器检测装置还包括：处理器，其可操作地联接至第一天线元件、第二天线元件以及第三天线元件；以及非暂态处理器可读介质，其通信地联接至处理器，并且存储能够被处理器执行的指令或者数据中的至少一种，指令或数据使得处理器：独立地控制第一天线元件、第二天线元件和第三天线元件中的每个以发出宽带询问信号；从任何谐振标签元件接收任何返回信号；并且根据对任何返回信号的接收来判定任何谐振标签元件是否存在于工作区域中。
在一些实施例中，三个线圈支撑槽中的每个成形为虚拟球体的球带。
在一些实施例中，应答器检测装置还包括支撑线圈架的手持式探头，其中手持式探头包括壳体，壳体限定被定尺寸和形状为接纳线圈架在其中的空腔。
在一些实施例中，壳体的空腔由大致球形的主体部限定，且壳体进一步包括联接至主体部的手柄部。
在一些实施例中，非暂态处理器可读介质存储由处理器可执行的其他指令或数据，指令或数据使得处理器：控制第一天线元件、第二天线元件和第三天线元件中的每个以在各发送接收周期的发送部分期间在时间上连续地发出宽带询问信号，以及控制第一天线元件、第二天线元件和第三天线元件中的每个以在各发送接收周期的接收部分期间不发出宽带询问信号。
在一些实施例中，非暂态处理器可读介质存储由处理器可执行的其他指令或数据，指令或数据使得处理器：接收对动态扫描模式和静态扫描模式中的至少一个的选择；响应于接收到对静态扫描模式的选择，控制第一天线元件、第二天线元件和第三天线元件中的每个以根据具有静态仪器扫描周期持续时间的静态仪器扫描周期来发出宽带询问信号；以及响应于接收到对动态扫描模式的选择，控制第一天线元件、第二天线元件和第三天线元件中的每个以根据具有动态仪器扫描周期持续时间的动态仪器扫描周期来发出宽带询问信号，该动态仪器扫描周期持续时间小于静态仪器扫描周期持续时间。
在一些实施例中，响应于接收到对静态扫描模式的选择，处理器控制第一天线元件、第二天线元件和第三天线元件中的每个以发出其中心在第一频率的宽带询问信号，并且进一步控制第一天线元件、第二天线元件和第三天线元件中的每个以发出其中心在第二频率的宽带询问信号，第二频率不同于第一频率。
在一些实施例中，静态仪器扫描周期持续时间小于十五(15)秒，且动态仪器扫描周期持续时间小于五(5)秒。
在一些实施例中，非暂态处理器可读介质存储由处理器可执行的其他指令或数据，指令或数据使得处理器：根据对任何返回信号的接收，并至少部分地基于在限定频率范围内的所接收的返回信号的频率来判定任何谐振标签元件是否存在于工作区域中。
在一些实施例中，非暂态处理器可读介质存储由处理器可执行的其他指令或数据，指令或数据使得处理器：至少部分地基于所接收的返回信号的Q值来判定任何谐振标签元件是否存在于工作区域中。
在一些实施例中，非暂态处理器可读介质存储由处理器可执行的其他指令或数据，指令或数据使得处理器：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所接收的返回信号的若干测量值和调节后的信号检测阈值，来判定任何谐振标签元件是否存在于工作区域中。
在一些实施例中，非暂态处理器可读介质存储由处理器可执行的其他指令或数据，指令或数据使得处理器：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。
在一些实施例中，宽带询问信号被定中心在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。
一种应答器检测装置，用于检测工作区域中的手术物体，手术物体由响应于激励而产生返回信号的各个谐振标签元件来标记，应答器检测装置可以概述为包括：线圈架，其包括：在第一环中限定的第一线圈支撑槽，第一环限定第一平面并限定第一中心轴线，第一线圈支撑槽具有关于第一中心轴线弯曲的第一内表面；在第二环中限定的第二线圈支撑槽，第二环限定第二平面并限定第二中心轴线，第二线圈支撑槽具有关于第二中心轴线弯曲的第二内表面；以及在第三环中限定的第三线圈支撑槽，第三环限定第三平面并限定第三中心轴线，第三线圈支撑槽具有关于第三中心轴线弯曲的第三内表面；其中，中心轴线正交于第二中心轴线，并且其中第三中心轴线正交于第一中心轴线和第二中心轴线。
在一些实施例中，应答器检测装置还包括：第一天线元件，其包括围绕第一线圈支撑槽缠绕的第一电线；第二天线元件，其包括围绕第二线圈支撑槽缠绕并越过第一电线的第二电线；以及第三天线元件，其包括围绕第三线圈支撑槽缠绕并越过第一电线和第二电线的第三电线。
在一些实施例中，应答器检测装置还包括：处理器，其可操作地联接至第一天线元件、第二天线元件和第三天线元件；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，指令或数据使得处理器：控制第一天线元件、第二天线元件和第三天线元件中的每个以发出宽带询问信号；接收来自一个或多个谐振标签元件的返回信号；以及根据对任何返回信号的接收来判定任何谐振标签元件是否存在于工作区域中。
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频率指定样本周期的正时图。
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实施动态仪器扫描周期以及静态仪器扫描周期的处理的流程图。
图16是示出根据一个图示实施例的通过估计一个或多个子样本来判定存在或者不存在应答器的方法的流程图。
图17是还示出于图3A的询问和检测系统的探头的局部分解的等距视图。
图18是询问和检测系统的探头的局部拆解图，图示出线圈架、正交线圈以及电路板。
图19A是询问和检测系统的探头的线圈架的等距视图。
图19B是图19A示出的线圈架的正视图。
图20是询问和检测系统的探头的右壳体的内表面的等距视图，图示出对准肋。
图21是探头的线圈的截面图以及邻近线圈布置的应答器的截面图。
图22A是根据一个图示实施例的用于询问和检测系统的探头的移动运输系统的前正视图。
图22B是图22A中示出的移动运输系统的右侧正视图。
图23A是线圈架的正视图，图示出线圈架导槽的外表面的长度的半径。
图23B是线圈架的正视图，图示出线圈架导槽的外表面的宽度的半径。
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。尽管指定为探头，但是该钝器械不是必须旨在探测伤口或者甚至进入患者的身体。在许多应用中，手持式探头将保留在患者身体的外部。在一些应用中，例如阵痛和分娩(L&D)，患者可以不具有伤口。
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的固定或者静态位置，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的身体动态地移动探头112，或者可以移动探头靠近其他区域，诸如靠近手术室中的垃圾桶或者悬垂袋(drape bag)。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 DR3X9 B＝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-图3B、图17、图18、图19A-图19B、图20、图21、图22A和图22B示出了根据一个图示实施例的也在图1示出的探头112的各种视图。
如图3A中所示，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。第一主体部结构302a和第二主体部结构302b可以在制造期间通过任何合适的工序(例如，RF焊接、摩擦配合、卡扣配合、凸缘和唇缘、销和孔、棘爪等)固定地联接在一起。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，手柄部304可以包括包覆模制(overmold)抓握表面。包覆模制抓握表面可以是提供较高程度触觉的材料，和/或可以具有纹理以利于无滑动地抓握。在一些实施例中，手柄部304可以是类似于计算机鼠标形状的形状，该形状在人体工学上是医疗提供者102所期望的。
主体部302可以在其中限定空腔316(图17)，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，电线)的线圈形成的空心线圈(aircoil)的形式。天线306充当电感器，其利于与应答器116的一个或多个线圈进行磁感应耦合。
如图3B所示，天线306可以包括三个天线线圈：相互正交于彼此的径向内线圈306a、径向中间线圈306b以及径向外线圈306c。在图示的实施例中，天线线圈306a、306b和306c分别围绕线圈架(coil form)或者绕线骨架308的相应各线圈架导槽320a、320b和320c的外表面318a、318b、318c而缠绕(图19A)。各线圈306a、306b和306c的电线或者端部310a、310b和310c(图3B)可以经由线缆114(图1)电联接至控制器110。在一些实施例中，线圈架308可以是柔性印刷电路板(例如，较少层压的FR4)。线圈架308可以包括应力减轻结构或者特征，诸如横向跨越印刷电路板的宽度和/或延伸至表面内或者沿着印刷电路板的边缘延伸的凹口或者切口。
图17示出了还在图1中示出的探头112的局部分解的等距视图。如所示，主体部302和手柄部304由3个构件构成：左壳体322a、右壳体322b和顶部壳体324，其在制造过程期间联接在一起。印刷电路板326可以经由一个或多个紧固件(例如，螺栓328)联接至顶部壳体324。
如图17和图18所示，各线圈306a、306b和306c的电线310a、310b和310c可以联接至印刷电路板326，印刷电路板326又可以联接至联接构件312的线330(图18)，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同轴线缆114的端部与天线线圈306a、306b和306c。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332(图17)的形式，发光二极管可以提供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(例如，压电换能器、电动机)，可操作以提供声音或者其他感官指示，例如触觉(例如，振动)。这种用户界面装置可以可操作地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，这种装置可以在询问和检测系统104在操作时，已经识别到应答器116的存在时，和/或发生错误时进行指示。定位用户界面装置在探头112上可以是有利的，因为在扫描患者108的同时医疗提供者102将典型地将他们的注意力聚焦在探头112上。
在图示的实施例中，印刷电路板包括布置于其上的发光二极管332(图17)。光导管334可以定位于顶部壳体324的孔口336内。光导管334是透光的，使得来自发光二极管332的光可以通过光导管能被用户看见。发光二极管332可以用以提供视觉指示至探头112的用户，诸如状态信息或者操作信息。
如图3B、图19A和图19B所示，大致球形线圈架308包括三个相互正交的线圈架导槽320a、320b和320c，每个导槽具有各自的外表面318a、318b和318c以用于支撑相应各个线圈306a、306b和306c。如图19A所示，第一线圈架导槽320a定向在XY平面上，第二线圈架导槽320b定向在XZ平面上，且第三线圈架导槽320c定向在YZ平面上。三个线圈架导槽320a、320b和320c可以彼此交叉或者可以嵌套。三个线圈架导槽320a、320b和320c中的每个限定其各自的线圈支撑外表面318a、318b和318c。每个线圈支撑外表面318a、318b、318c是具有弯曲表面的大致柱形。更具体来说，在图示的实施例中，每个线圈支撑外表面318a、318b和318c成形为虚拟球体的球带，球带具有宽度W(图19B)并且球带的中心在虚拟球体的大圆上。正如此处使用的，球体的大圆是球体和穿过球体的中心点的平面的交叉点。正如此处使用的，球带是球截形的表面，球截形是通过用一对平行平面切割球体所限定的固体。在该情况下，这对平行平面还平行于虚拟球体的大圆并且在大圆的每侧与大圆隔开相等距离(即，W/2)，使得球截形的中心在大圆上。
如图23A和图23B所示，每个线圈支撑外表面具有由关于各自的主轴的回转体限定的圆周或者长度L以及关于正交于主轴的各自的次轴弯曲的宽度W。具体地，线圈支撑外表面318a的长度L由关于Z轴(图23A)的旋转限定，且宽度W关于X轴(图23B)弯曲。线圈支撑外表面318b的长度L由关于Y轴线的旋转限定，且宽度W关于Z轴弯曲。线圈支撑外表面318c的长度L由关于X轴的旋转限定，且宽度W关于Z轴弯曲。
每个线圈支撑外表面318a-318c的长度L和宽度W的曲率等于彼此。例如，线圈支撑外表面318a在其中心的长度L可以由在XY平面中具有曲率半径RL-318a的圆圈限定(图23A)。线圈支撑外表面318a的宽度W具有的曲率半径为RW-318a(图23B)，其等于长度L的半径RL-318a。
如图19A和图19B所示，成形为球形三角形的八个孔口340可以由线圈架导槽320a、320b和320c的交叉限定。八个孔口340的尺寸取决于线圈架导槽320a、320b和320c的宽度W。也即，线圈架导槽320a、320b和320c的宽度W越宽，八个孔口340越小。在一些实施例中，孔口340不存在于线圈架308中，使得线圈架是大致成形为没有孔口的球体。在一些实施例中，线圈架308的内部可以是中空的，而在其他实施例中，一个或多个材料可以存在于线圈架的内部中。
如图20所示，右壳体322b的内表面342可以包括对准肋344，对准肋344成形以及定尺寸为插入线圈架308的一个球形三角形形状孔口340中。尽管未在图中示出，左壳体322a可以与右壳体322b大致相同且也可以在其内表面上包括对准肋。壳体322a和322b的内表面上的对准肋相对于壳体在制造期间对准线圈架308，并且固定线圈架相对于组装的壳体的位置。
如图3B所示，第一线圈306a围绕第一线圈支撑槽320a的线圈支撑外表面318a缠绕以形成布置在XY平面上的第一天线元件，以便主要在正交z-轴线方向上发送以及接收信号。第二线圈306b围绕第二线圈支撑槽320b的线圈支撑外表面318b缠绕并越过第一线圈306a以在XZ平面上形成第二天线元件，以便主要在正交y-轴线方向上发送以及接收信号。第三线圈306c围绕第三线圈支撑槽320c的线圈支撑外表面318c缠绕并越过第一线圈306a和第二线圈306b以在YZ平面上形成第三天线元件，以便主要在正交x-轴线方向上发送以及接收信号。
通过在探头112的球形主体部302内设置三个相互正交线圈306a-306c，提高了检测处给定距离处的应答器的可能性。这参考图21图示出，图21示出了第二线圈306b的截面图，第二线圈306b布置在XZ平面上并且配置为主要在正交y-轴线方向上发送以及接收信号，以及示出了定位成邻近第二线圈的应答器116d的截面图。第二线圈306b和应答器116d的电感器或者线圈254之间的耦合效率成比例于两个线圈相对于彼此的呈现角度。当两个线圈处于平行关系(即，角度θ＝0度)时发生最大耦合。该条件导致应答器线圈254中的最大感应电压和最大读取范围。当应答器116d相对于第二线圈306b旋转时，旋转角度的余弦降低了磁性耦合(即，cosθ变化)。因而，当两个线圈306b和254处于正交关系(即，角度θ＝90度)时，磁性耦合被最小化(例如，“死区”)。在最小耦合的条件下，第二线圈306b不太可能检测到应答器116d。
不同于单个平面线圈，通过利用三个相互正交的线圈306a-306c，能够确保应答器线圈254的旋转角度θ将始终相对于至少一个正交线圈306a-306c小于45度。在45度的旋转角度θ(即，“最差情况”方位)，磁性耦合约为最大或者最佳磁性耦合的71％(即，cos45度＝0.707)。因而，使用三个正交线圈306a-306c确保应答器线圈254和探头112的线圈306a-306c的至少一个线圈之间的磁性耦合将始终至少为最大耦合方位的71％。因此，给定相同发送能量，相比于使用单个平面线圈，使用三个正交线圈306a-306c，可以在较大距离处检测出应答器116。额外地或者可替换地，探头112可以以较低能量水平发送信号，以实现与单个平面线圈以更高能量水平发送时类似的读取范围。
图22A和图22B分别示出了根据一个图示实施例的与探头112和控制台110一起使用的移动运输系统2200的前侧正视图和右侧正视图。安装板2202联接至直立杆2204的顶端。安装板2202提供附接表面用于固定控制台110到其上。直立杆2204的底端联接至底座2206，底座2206又联接至多个轮2208。在一些实施例中，直立杆2204可以能够被延伸或收缩以调整其高度。移动运输系统2200可以包括通过一个或多个托架2212固定至直立杆2204的篮2210。例如，篮2210可以用来装一个或多个医疗耗材。手柄2214可以附接至直立杆2204。在使用中，操作者可以抓住手柄2214通过在手柄上施加力以推或拉移动运输系统使得其在轮2208上滚动而使移动运输系统2200移动。直立杆2204还包括附接到其上的探头支撑构件或皮套(holster)2216。皮套2216定形状和尺寸为支撑探头112在其中。移动运输系统2200允许探头112和控制台110在保持小覆盖区(footprint)的同时轻松地从一个位置移至另一位置，其在有限空间的设置中可能是有益的。
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 Spartan3 FPGA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。
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，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
Figure BDA0002270043280000281
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以执行一个或多个仪器扫描周期1102(图11)的方法1500。方法1500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1500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1500开始于1502。在1504，询问和检测系统可以从用户接收扫描模式选择(例如，经由控制台110)。在一些实施例中，控制台110的图形用户界面可以呈现提示给请求选择扫描模式的用户。在一些实施例中，该系统可以为用户自动选择扫描模式。在该实施例中，询问和检测系统配置为提供至少两个不同类型的仪器扫描周期：静态扫描和动态扫描。在静态扫描期间，用户保持探头112处于相对于患者108的大致固定位置。例如，在分娩医疗环境中，当患者处于切石术位置以扫描检测物体(例如，保留的海绵)时，用户可以将探头112的主体部302定位在患者的骨盆骨顶部附近。在动态扫描期间，用户可以移动探头112至各种位置以扫描检测物体。例如，在动态仪器扫描周期模式下，用户可以在垃圾桶附近，在患者身体各部分附近，在悬垂袋附近和/或在医疗设施中的其他区域附近移动探头112以扫描物体(例如，使得这样的物体可以被计数)。
如果用户选择了静态扫描(即，判定1506＝是)，那么询问和检测系统在1508执行一个或多个静态仪器扫描周期。如果用户选择了动态扫描(即，判定1510＝是)，那么询问和检测系统在1512执行一个或多个动态仪器扫描周期。
静态仪器扫描周期和动态仪器扫描周期的不同在于获得的子样本的数量。动态仪器扫描周期的可用时间小于静态仪器周期的可用时间，这是因为在动态扫描周期模式下，用户持续地相对于将被检测的应答器移动探头112。因而，为了提供较快速的扫描，在一些实施例中，在动态仪器扫描周期模式下，仅执行具有四个子样本扫描周期1112(图11C和11D)的单个特定频率样本周期1108(图11B和11C)。将其与静态仪器扫描周期相对比，在一些实施例中，静态仪器扫描周期使用两个或多个特定频率样本周期1108且每个特定频率样本周期有七个或更多个子样本扫描周期1112。
在操作中，医疗提供者102在医疗操作之后可以在两种仪器扫描周期模式下操作询问和检测系统。例如，用户可以在静态扫描周期模式下操作询问和检测系统，以首先检测出是否有任何物体被遗留在患者体内，然后在动态扫描周期模式下操作系统，以检测出是否有任何物体位于周围区域(例如，垃圾桶、悬垂袋等)。
正如以上讨论的，在一些实施例中，动态扫描模式包括单个特定频率样本周期1108(图11B和11C)，单个特定频率样本周期1108包括四个子样本扫描周期1112。因而，在动态模式下仪器扫描周期1102包括对于三个正交线圈306a、306b和306c中每个线圈顺序地执行线圈扫描周期1104(图11A)，其中每个线圈扫描周期包括一个特定频率样本周期1108，所述特定频率样本周期1108包括四个子样本扫描周期1112。
在一些实施例中，静态扫描模式包括两个特定频率样本周期1108，每个特定频率样本周期1108包括七个子样本扫描周期1112。因而，在静态模式下仪器扫描周期1102包括为三个正交线圈306a、306b、306c中每个顺序执行线圈扫描周期1104，其中每个线圈扫描周期包括两个特定频率样本周期1108，每个特定频率样本周期1108包括七个子样本扫描周期1112。
在一些实施例中，单个子样本扫描周期1112可以具有约216毫秒的持续时间。继续以上讨论的例子，单个动态仪器扫描周期可以具有大约2.6秒的持续时间(即，每个子样本扫描周期216毫秒、每个特定频率样本扫描有4个子样本扫描周期、每个线圈有1个特定频率样本扫描，以及有3个正交线圈)。单个静态仪器扫描周期可以具有约9.1秒的持续时间(即，每个子样本扫描周期216毫秒、每个特定频率样本扫描有7个子样本扫描周期、每个线圈有2个特定频率样本扫描，以及有3个正交线圈)。考虑到对扫描时间和所收集到的样本的数量之间进行折衷，可以修改静态和动态仪器扫描周期的持续时间以适合特定应用。
方法1500在1514终止，直到再次开始。例如，当用户对动态扫描周期模式或者静态扫描周期模式之一做出选择时，方法1500可以再次开始。
图16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1600。
在1602，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的检测阈值的值。
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61/972,826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 (17)

1.一种应答器检测装置，包括：
线圈架，其包括三个线圈支撑槽，每个所述线圈支撑槽关于各自主轴弯曲并关于正交于所述各自主轴的各自次轴弯曲，所述主轴正交于彼此，所述线圈架具有中空的内部中心；
第一天线元件，其包括围绕所述三个线圈支撑槽中的第一线圈支撑槽缠绕的第一电线，所述第一天线元件布置为大体在第一坐标方向上发送和接收信号；
第二天线元件，其包括围绕所述三个线圈支撑槽中的第二线圈支撑槽缠绕并越过所述第一电线的第二电线，所述第二天线元件布置为大体在正交于所述第一坐标方向的第二坐标方向上发送和接收信号；以及
第三天线元件，其包括围绕所述三个线圈支撑槽中的第三线圈支撑槽缠绕并越过所述第一电线和所述第二电线的第三电线，所述第三天线元件布置为大体在正交于所述第一坐标方向和所述第二坐标方向的第三坐标方向上发送和接收信号。
2.根据权利要求1所述的应答器检测装置，还包括：
处理器，其可操作地联接至所述第一天线元件、所述第二天线元件以及所述第三天线元件；以及
非暂态处理器可读介质，其通信地联接至所述处理器，并且存储能够被所述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所述处理器：
独立地控制所述第一天线元件、所述第二天线元件和所述第三天线元件中的每个以发出宽带询问信号；
从任何所述谐振标签元件接收任何所述返回信号；并且
根据对任何所述返回信号的接收来判定任何所述谐振标签元件是否存在于所述工作区域中。
3.根据权利要求1所述的应答器检测装置，其中所述三个线圈支撑槽中的每个成形为虚拟球体的球带。
4.根据权利要求1所述的应答器检测装置，还包括支撑线圈架的手持式探头，其中所述手持式探头包括壳体，所述壳体限定被定尺寸和形状为接纳所述线圈架在其中的空腔。
5.根据权利要求4所述的应答器检测装置，其中所述壳体的所述空腔由大致球形的主体部限定，且所述壳体进一步包括联接至所述主体部的手柄部。
6.根据权利要求2所述的应答器检测装置，其中所述非暂态处理器可读介质存储由所述处理器可执行的其他指令或数据，所述指令或数据使得处理器：
控制所述第一天线元件、所述第二天线元件和所述第三天线元件中的每个以在各发送接收周期的发送部分期间在时间上连续地发出宽带询问信号，以及控制所述第一天线元件、所述第二天线元件和所述第三天线元件中的每个以在各发送接收周期的接收部分期间不发出宽带询问信号。
7.根据权利要求2所述的应答器检测装置，其中所述非暂态处理器可读介质存储由所述处理器可执行的其他指令或数据，所述指令或数据使得处理器：
接收对动态扫描模式和静态扫描模式中的至少一个的选择；
响应于接收到对所述静态扫描模式的选择，控制所述第一天线元件、所述第二天线元件和所述第三天线元件中的每个以根据具有静态仪器扫描周期持续时间的静态仪器扫描周期来发出宽带询问信号；以及
响应于接收到对所述动态扫描模式的选择，控制所述第一天线元件、所述第二天线元件和所述第三天线元件中的每个以根据具有动态仪器扫描周期持续时间的动态仪器扫描周期来发出宽带询问信号，该动态仪器扫描周期持续时间小于所述静态仪器扫描周期持续时间。
8.根据权利要求7所述的应答器检测装置，其中响应于接收到对所述静态扫描模式的选择，所述指令或数据进一步使得所述处理器控制所述第一天线元件、所述第二天线元件和所述第三天线元件中的每个以发出其中心在第一频率的宽带询问信号，并且进一步控制所述第一天线元件、所述第二天线元件和所述第三天线元件中的每个以发出其中心在第二频率的宽带询问信号，所述第二频率不同于所述第一频率。
9.根据权利要求7所述的应答器检测装置，其中所述静态仪器扫描周期持续时间小于十五(15)秒，且所述动态仪器扫描周期持续时间小于五(5)秒。
10.根据权利要求2所述的应答器检测装置，其中所述非暂态处理器可读介质存储由所述处理器可执行的其他指令或数据，所述指令或数据使得处理器：
根据对任何所述返回信号的接收，并至少部分地基于在限定频率范围内的所接收的返回信号的频率来判定任何所述谐振标签元件是否存在于所述工作区域中。
11.根据权利要求2所述的应答器检测装置，其中所述非暂态处理器可读介质存储由所述处理器可执行的其他指令或数据，所述其他指令或数据使得处理器：
至少部分地基于所接收的返回信号的Q值来判定任何所述谐振标签元件是否存在于所述工作区域中。
12.根据权利要求2所述的应答器检测装置，其中所述非暂态处理器可读介质存储由所述处理器可执行的其他指令或数据，所述其他指令或数据使得处理器：
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，其对应于在所述噪声检测部分期间接收到的所述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
至少部分地基于所接收的返回信号的若干测量值和调节后的信号检测阈值，来判定任何所述谐振标签元件是否存在于所述工作区域中。
13.根据权利要求12所述的应答器检测装置，其中所述非暂态处理器可读介质存储由所述处理器可执行的其他指令或数据，所述其他指令或数据使得处理器：
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。
14.根据权利要求2所述的应答器检测装置，其中所述宽带询问信号被定中心在136kHz频带、139kHz频带、142kHz频带、145kHz频带、148kHz频带、151kHz频带和154kHz频带中的至少一个中。
15.一种应答器检测装置，其包括：
线圈架，其包括：
在第一环中限定的第一线圈支撑槽，所述第一环限定第一平面并限定第一中心轴线，所述第一线圈支撑槽具有关于所述第一中心轴线弯曲的第一内表面；
在第二环中限定的第二线圈支撑槽，所述第二环限定第二平面并限定第二中心轴线，所述第二线圈支撑槽具有关于所述第二中心轴线弯曲的第二内表面；以及
在第三环中限定的第三线圈支撑槽，所述第三环限定第三平面并限定第三中心轴线，所述第三线圈支撑槽具有关于第三中心轴线弯曲的第三内表面；
其中，所述第一中心轴线正交于所述第二中心轴线，并且其中所述第三中心轴线正交于所述第一中心轴线和所述第二中心轴线。
16.根据权利要求15所述的应答器检测装置，还包括：
第一天线元件，其包括围绕所述第一线圈支撑槽缠绕的第一电线；
第二天线元件，其包括围绕所述第二线圈支撑槽缠绕并越过所述第一电线的第二电线；以及
第三天线元件，其包括围绕所述第三线圈支撑槽缠绕并越过所述第一电线和所述第二电线的第三电线。
17.根据权利要求16所述的应答器检测装置，还包括：
处理器，其可操作地联接至所述第一天线元件、所述第二天线元件和所述第三天线元件；以及
非暂态处理器可读介质，其通信地联接至所述处理器并存储能够由所述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所述处理器：
控制所述第一天线元件、所述第二天线元件和所述第三天线元件中的每个以发出宽带询问信号；
接收来自一个或多个谐振标签元件的返回信号；以及
根据对任何所述返回信号的接收来判定任何所述谐振标签元件是否存在于所述工作区域中。
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