CN113164032A

CN113164032A - 电磁导航组件和计算机断层摄影扫描仪患者台、包括其的外科系统以及使用其的方法

Info

Publication number: CN113164032A
Application number: CN201980080810.3A
Authority: CN
Inventors: J·D·布兰南
Original assignee: Covidien LP
Current assignee: Covidien LP
Priority date: 2018-12-05
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2021-07-23
Also published as: WO2020117726A1; US20210369215A1; EP3890585A1

Abstract

本发明提供了一种EM设备，所述EM设备包括天线组件，所述天线组件用于辐射至少一个电磁场以进行电磁导航。所述EM设备还包括移动布置，所述移动布置耦接到所述天线组件并且被配置为将所述天线组件朝向和远离CT扫描平面移动或者将患者朝向和远离所述天线组件移动。本发明提供了一种操作系统，所述操作系统包括限定CT扫描平面的CT扫描仪，以及容纳天线组件和移动布置的患者台。本发明提供了一种方法，所述方法包括接合移动布置以移动患者，激活所述CT扫描仪，以及激活所述电磁导航系统的所述天线。

Description

电磁导航组件和计算机断层摄影扫描仪患者台、包括其的外科系统以及使用其的方法

相关领域

电磁(EM)导航(EMN)已通过使得能够在医疗设备位于患者体内时准确地确定医疗设备的位置和/或取向来帮助扩展医学成像、诊断、预后和治疗能力。采用EMN的医疗规程的一个示例是电磁导航支

(ENB^TM)，其包括规划阶段和导航阶段。在规划阶段期间，使用患者胸部的计算机断层摄影(CT)扫描来生成患者的虚拟三维支气管标测和用于导航阶段的规划路径。在导航阶段期间，天线组件辐射通过患者的整个胸部的电磁场，执业医生将感测所辐射的电磁场的电磁传感器插入到患者的气道中，并且计算设备基于所感测的电磁场的特性来确定电磁传感器的位置和/或取向(例如，相对于规划路径)。

为了能够准确确定传感器位置和/或取向，生成相应传感器位置处的电磁场测量的详细标测。然而生成这样的标测，需要在预期电磁体积内在许多(例如，成千上万个或更多)位置处进行精确的电磁场测量，这是个费力而耗时的过程，在一些情况下，该过程需要昂贵的机器。

生成电磁场标测的负担在采用多个天线组件的情况下增加。例如，为了使得电磁传感器能够到达患者身体的较深部分，和/或在后续医疗规程期间保留在体内而不干扰附加医疗设备，可能期望采用小电磁传感器，诸如单线圈电磁传感器。然而，为了将小电磁传感器用于EMN，同时保持确定传感器的多个(例如，六个)自由度的能力，可能需要多个天线组件以增加待感测的辐射电磁场的数量。在这样的情况下，可能需要为每个天线组件设计进行上述详尽的标测规程。此外，考虑到制造的潜在变型，甚至可能需要针对特定天线组件设计的每个实例(即，制造的每个单独天线组件)完成标测规程。

考虑到前述内容，存在对于改进电磁导航天线组件和用于设计此类天线组件的方法的需要。

消融系统可与电磁超声引导针跟踪一起使用。消融系统可用于术中规程，其中使用超声成像而无需实时CT成像。EM场发生器被放置在针对介入的患者解剖结构下方。由于存在于CT成像平面内的场发生器的位置，该配置与基于实时CT的介入不兼容。大部分消融规程发生在介入CT套件内。因此，需要在介入CT套件内使用EMN系统。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供了一种EM设备，所述EM设备包括天线组件，所述天线组件用于辐射至少一个电磁场以进行电磁导航。所述EM设备还包括移动布置，所述移动布置耦接到所述天线组件并且被配置为将所述天线组件朝向和远离CT扫描平面移动或者将患者朝向和远离所述天线组件移动。

在本公开的另一个方面，所述移动布置在垂直于所述CT扫描平面的方向上移动所述天线组件。

在本公开的另一个方面，所述移动布置在患者台的脚到头轨迹中移动所述天线组件。

在本公开的又一方面，所述EM设备还可包括用户界面，所述用户界面可操作以控制所述移动布置的移动。所述用户界面可以是手持遥控器、电缆拴系开关或电耦接到处理器的图形用户界面上的按钮。

在本公开的另一方面，所述移动布置包括导轨结构和/或多个轮。所述移动布置可通过手动操作、电动马达和/或电磁体来操作。

在本公开的另一个方面，所述EM设备还可包括容纳所述天线组件和所述移动布置的患者台。

在本公开的又一方面，当所述移动布置将所述天线组件移动远离所述CT扫描平面时，保持在所述CT扫描平面内的所述患者台的一部分包括CT兼容材料。

在本公开的另一方面，所述患者台可被配置为在第一位置和第二位置之间移动。处于所述第一位置的所述患者可位于所述天线组件上方以实现所述外科工具的跟踪，并且处于所述第二位置的所述患者可位于所述CT扫描平面中。

在本公开的另一方面，提供了一种操作系统，所述操作系统包括限定CT扫描平面的CT扫描仪，以及容纳天线组件和移动布置的患者台。所述天线组件可辐射至少一个电磁场以进行电磁导航。所述移动布置可被配置为将所述天线组件远离和朝向CT扫描平面移动，或者将所述患者朝向和远离所述CT扫描平面移动。所述移动布置可适于使得患者能够穿过所述CT扫描平面。

在本公开的又一方面，提供了一种方法，所述方法包括接合所述移动布置以将患者移动到CT扫描仪的扫描平面中或者将电磁导航系统的天线移动远离所述CT扫描仪的所述扫描平面中。所述方法还包括激活所述CT扫描仪以获得所述患者的CT扫描。所述方法还包括接合所述移动布置以将所述患者移动远离所述CT扫描仪的所述扫描平面或者将所述电磁导航系统的所述天线朝向所述CT扫描仪的所述扫描平面移动。所述方法还包括激活所述电磁导航系统的所述天线。

任何以上本公开的方面和实施方案均可在不脱离本公开的范围的情况下进行组合。

附图说明

在参照附图阅读各种实施方案的描述时，本发明所公开的系统和方法的对象和特征对于本领域的普通技术人员而言将变得显而易见，其中：

图1是根据本公开的一个实施方案的示例性电磁导航(EMN)系统的透视图；

图2示出了根据本公开的一个实施方案的EMN系统的天线组件的示例性设计；

图3是根据本公开的一个实施方案的示出用于设计天线组件的示例性规程的流程图；

图4至图11是根据本公开的一个实施方案的图3的规程的某些方面的示例性图形表示；

图12是根据本公开的一个实施方案的多条示例性天线的图示，这些天线可根据图3的规程设计；

图13示出了根据本公开的一个实施方案的环天线布局迹线放置的示例性设计；以及

图14是用在本公开的各个实施方案中的示例性计算设备的框图。

图15A和图15B是根据本公开的一个实施方案的患者台和CT扫描仪与不同位置处的EMN系统的组合的示意图。

图16A和图16B是根据本公开的另一个实施方案的另一个患者台和CT扫描仪与不同位置处的EMN系统的组合的示意图。

具体实施方式

电磁(EM)场发生器通常用作医疗应用的外科工具跟踪系统中的部件。CT成像也可用于涉及EM跟踪的医疗规程内。场发生器可放置在患者下方，使得跟踪场部署在患者体内。场发生器产生显著的CT成像失真。因此，EM场发生器不应在CT成像进行时处于CT成像平面内。本技术公开了一种机构，该机构使得场发生器能够在CT成像进行之前移动出CT成像平面。另选地，本技术使得患者能够从EM场发生器的区域移动到CT成像平面，并且再次返回。本发明公开了一种用户界面以及对现有EM跟踪系统的集成方法。

容纳在导轨和/或横梁结构内的EM场发生器使得EM场发生器能够沿着与CT机架台(也称为患者台和/或CT台)的脚到头轨迹共用的水平平面移动。另选地，本技术提供移动系统以在CT机架和EM场发生器之间来回移动患者。结构由CT兼容材料构成，该CT兼容材料用于将在CT扫描平面内的部分。不在CT扫描平面内的材料不需要为CT兼容的。EM场发生器可驻留在轮式推车内(另选地，EM场发生器可具有直接安装到其上的轮并且因此不需要单独的推车)，该轮式推车在结构内在至少两个位置之间滚动。在位置A中，场发生器位于针对CT成像和外科介入的患者解剖结构下方，特别是涉及EM跟踪的外科工具的介入策略。在位置B中，场发生器位于针对CT成像和外科入的患者解剖结构的后面(远离台的CT机架侧)。

用户可通过在位置之间利用耦接到发生器的杆、绳索和/或柄部手动地推动和/或牵拉发生器来选择EM场发生器的位置，从而激活电动马达，该电动马达接合用于移动场发生器的机构(通过例如蜗杆传动装置、滑轮或缆线等)，或激活电磁体以将发生器牵拉到不受重力影响的位置(可能为CT成像位置)中。用户界面可为手持式遥控器或电缆拴系按钮和/或开关以选择位置。另选地，附件可通过简单的通信接口(例如，电缆或无线链路)直接连接到消融平台CPU。场发生器位置控制器可为GUI上的按钮。

使用与介入CT套件兼容的EMN系统节省了显著的开发时间和投资。本技术使得用户能够使用实时CT成像在规程内友好且高效地执行EM跟踪的超声引导针放置。

本公开涉及用于辐射电磁场以进行电磁导航的天线组件、包括此类天线组件的电磁导航系统，以及设计此类天线组件的计算机实现的方法。在一个示例中，由于本文的天线组件的几何和其他方面，可通过替代地启用电磁场标测来避免生成和采用详细电磁场标测的需要，理论上基于天线组件的特性来计算，以单独使用或与从测量获得的更容易生成的低密度电磁场标测结合使用。换句话讲，本文的天线组件可用作为EMN生成准确的高密度理论电磁场标测的基础，而不必使用昂贵的测量设备并且不必执行耗时且费力的测量。

在另一个示例中，本文的天线组件在单个基板上包括具有特性(诸如彼此不同的几何形状和/或相对位置)的多根平面天线，这些特性使得能够确定小电磁传感器(诸如单线圈传感器)的多个(例如，六个)自由度。

在又一个示例中，本文的天线组件包括迹线，该迹线沉积在基板的层上并且形成多个环，其中环之间的间距以及与基板的边界或边缘的间距导致有效地使用基板的可用区域。

在另一示例中，本文提供了用于设计天线组件的自动化或半自动化的高度可再现的计算机实现方法。可将以这种方式生成的天线组件设计导出到印刷电路板(PCB)布局软件工具中以最小化对大量手动布局的需要。天线组件设计也可被导出到电磁场模拟器软件工具中以使得能够生成天线组件的理论电磁场标测。

本文描述了天线组件的详细实施方案、并入这种天线组件的系统以及设计它们的方法。然而，这些具体实施方案仅仅是本公开的示例，其可能以多种形式体现。因此，本文所公开的特定的结构和功能细节不应理解为限制性的，而仅仅为权利要求书的基础，并作为具有代表性的基础用于使得本领域技术人员能够以几乎任何合适的详细结构不同地采用本公开。尽管以下描述的示例性实施方案涉及患者的气道的支气管镜，但是本领域技术人员将认识到，相同或类似组件、系统和方法也可用于其他管腔网络，诸如例如，脉管网络、淋巴网络和/或胃肠道网络。

图1示出了根据本公开提供的示例性电磁导航(EMN)系统100。一般来讲，EMN系统100被配置成除了通过别的方面以外，通过使用生成由固定到医疗设备的传感器感测的一个或多个电磁场的天线组件，识别正在朝向患者体内的目标位置导航的医疗设备的位置和/或取向。在一些情况下，EMN系统100被进一步配置为增强在将医疗设备导航通过患者身体朝向感兴趣的目标(诸如患者的肺的腔内网络中的死亡部分)期间采用的计算机断层摄影(CT)图像、磁共振成像(MRI)图像和/或荧光镜图像。

EMN系统100包括导管引导组件110、支气管镜115、计算设备120、监控设备130、患者平台140(其可称为EM板)、跟踪设备160和参考传感器170。支气管镜115经由相应有线连接(如图1所示)或无线连接(在图1中未示出)可操作地耦合到计算设备120(通过跟踪设备160)和监控设备130。

在EMN支气管镜规程的导航阶段期间，支气管镜115插入患者150的口腔中并捕获肺的腔内网络的图像。将导管引导组件110插入支气管镜115中以进入患者150的肺的腔内网络的周边。导管引导组件110可包括导管或延长的工作通道(EWC)111，其中EM传感器112固定至EWC 111的一部分(例如，远侧部分)。可将可定位引导导管(LG)插入EWC 111中，其中另一个EM传感器(图1中未示出)附连到LG的一部分(例如，远侧部分)。固定至EWC 111的EM传感器112或固定至LG的EM传感器被配置成基于由天线组件145辐射的电磁场接收信号，并且基于接收的信号，用于在通过肺部的细胞腔网络的导航期间，确定EWC 111或LG的位置和/或取向。由于EM传感器112相对于EWC 111或LG的尺寸限制，在一些情况下EM传感器112可仅包括单个线圈以用于接收通过天线组件145生成的一个或多个EM信号，如下文更详细地描述。然而，EM传感器112中的线圈的数量不限于一个但可以是两个、三个或更多个。

计算设备120(诸如，膝上型电脑、台式计算机、平板计算机或其他合适的计算设备)包括显示器122、一个或多个处理器124、一个或多个存储器126、用于向天线组件145提供AC电流信号的AC电流驱动器127、网络接口控制器128和一个或多个输入设备129。图1中示出的计算设备120的具体配置作为示例提供，但还可以想到包括在计算设备120中的图1中所示的部件的其他配置。具体地讲，在一些实施方案中，图1中所示的被包括在计算设备120中的一个或多个部件(122、124、126、127、128、和/或129)可改为与计算设备120分开，并且可通过一个或多个相应的有线或无线路径耦接到计算设备120和/或系统100的任何其他部件以有利于在整个系统100中传输功率和/或数据信号。例如，尽管图1中未示出，但在一些示例性方面，AC电流驱动器127可与计算设备120分开，并且可通过一个或多个对应的路径耦接到天线组件145和/或耦接到计算设备120的一个或多个部件，诸如处理器124和存储器126。

在一些方面，EMN系统100也可包括多个计算设备120，其中采用多个计算设备120来进行规划、处理、可视化，或者以适合于医疗操作的方式帮助临床医师。显示器122可以是触敏的和/或声控的，使得显示器122能够充当输入设备和输出设备两者。显示器122可显示肺部的二维(2D)图像或三维(3D)图像(诸如3D模型)以使得执业医生能够定位和识别肺部的显示肺部疾病症状的一部分。

一个或多个存储器126存储一个或多个程序和/或计算机可执行指令，其在由一个或多个处理器124执行时致使一个或多个处理器124执行各种功能和/或规程。例如，处理器124可基于由天线组件145辐射并由EM传感器112接收的电磁信号计算EM传感器112的位置和/或取向。处理器124还可执行图像处理功能以致使肺部的3D模型显示在显示器122上。处理器124还可生成要通过天线组件145辐射的一个或多个电磁信号。在一些实施方案中，计算设备120还可包括仅执行图像处理功能的单独图形加速器(图1中未示出)，使得一个或多个处理器124可用于其他程序。一个或多个存储器126还存储数据，诸如EMN的映射数据、图像数据、患者的病历数据、处方数据和/或关于患者疾病历史的数据，和/或其他类型的数据。

标测数据可将医疗设备(例如，EWC 111、LG、治疗探头或另一个外科设备)在其中导航的EM体积的坐标系中的多个网格点分别链接到对应于网格点的EM信号特性(例如，信号强度)。这样，当EM传感器112在特定网格点处感测到具有某些特性的EM信号时，一个或多个处理器124可将所感测的EM信号特性与标测数据中的EM信号特性进行比较，并且基于比较的结果来确定EM传感器112在EM体积内的位置和/或取向。

如图1中所示，平台140被配置成提供平坦表面，在EMN导航规程期间，患者150躺在该平坦表面上。天线组件145(其也可被称为EM场生成设备)被布置在平台140上或被包括作为平台140的部件。天线组件145包括一个或多个天线，诸如平面环天线(图1中未示出)。在下文进一步详述了天线组件145的示例性方面。

在患者150躺在平台140上的情况下，一个或多个处理器124(或图1中未示出的另一个信号发生器)通过AC电流驱动器127生成一个或多个AC电流信号并将其提供给天线组件145的天线，这些信号由天线转换成一个或多个相应EM信号并以足以围绕患者150的一部分的方式辐射。在一些方面，天线组件145包括具有至少两个端子的连接器，并且天线的迹线(图1中未示出)具有分别耦接到两个连接器端子的两个端部以形成从一个或多个处理器145到天线的信号通信路径。

已经描述了示例性EMN系统100，现在将参考图2，其为根据本公开的一个实施方案的EMN系统100的天线组件145的示例性天线组件布局200的图示。天线组件布局200包括基板210，诸如印刷电路板(PCB)，其由电绝缘材料形成并且可包括一个或多个层。天线组件布局200还包括多个平面天线220，这些天线由沉积在基板210上并布置成多个环或作为线圈的导电材料诸如PCB迹线形成。在一个示例中，平面天线220中的每根沉积在基板210的层中的相应一个上。在图2的示例性天线组件布局200中，同时示出了基板210的多个层。

多根天线中的每根可被配置成辐射单独的EM场，例如使用由处理器124或由另一个发生器控制的频分复用和/或时分复用。例如，在一些方面，天线可被配置成辐射多个EM场，该多个EM场的数量足够和/或特性(诸如频率，时间，调制方案等)的多样性足够，以使得能够使用安装在EWC 111上或任何其他医疗装置上的单个线圈电磁传感器来确定传感器、EWC 111和/或医疗装置的位置和/或取向。例如，天线组件145可包括六根至九根或更多根环天线。在一些实施方案中，对于环天线中的每一根，其相邻环之间的距离随着环变大而增大。例如，对于平面天线中的每一根，相邻对环之间的相应距离可在从相应平面天线的环的最内一个到环的最外一个的方向增大。在各种实施方案中，天线组件145的环天线中的两根或更多根可具有相同数量的环或可分别具有不同数量的环。

已经描述了EMN系统100的天线组件145的示例性天线组件布局200，现在将参考图3，其为根据本公开的一个实施方案的示出用于设计天线组件(诸如天线组件145)的示例性规程300的流程图。在各种实施方案中，规程300可为完全计算机实现的或部分计算机实现的。还将参考图4至图13，它们是根据本公开的实施方案的规程300的某些步骤的图形说明。可实现图3的示例性方法300来设计包括一根天线的天线组件或包括多根天线的天线组件。出于说明目的，方法300的本描述将在设计包括多根天线的天线组件的上下文中进行。然而，尽管将仅相对于多个天线中的单个天线的设计来描述方法300的某些方面，但方法300的那些方面类似地应用于多个天线中的其他天线。

在描述规程300的细节之前，将提供规程300的概述。一般来讲，根据规程300，天线组件的设计基于一组设计参数和/或约束，包括要设计的天线组件的天线的数量M，以及对于天线组件的每个天线，包括天线的种子形状、种子形状的形心在其上将制造有天线的基板上的位置、天线的环的数量(N)、天线的最小迹线中心至中心间距(TCCM)、以及基板的边缘或边界的尺寸。基于种子形状确定天线的天线顶点的位置。天线设计随后通过以下方式进行：通过直线性部分将天线顶点互连，从最内的天线顶点开始并进展到最外部的天线顶点，使得整个天线形成包括布置成多个环的单个迹线的线圈。在一个方面，天线组件的每个环从种子形状朝向基板的边界生长，并且有效地覆盖种子形状之外的基板层的大部分可用表面区域。迹线的两端部被路由到连接器位置以使得天线能够耦接到信号发生器。

对于在多层基板的相应层上具有多根平面天线的天线组件，对天线中的每根重复该一般规程。另外，对应于所设计的天线布局的数据可被导出到电磁场模拟工具，该电磁场模拟工具用于模拟相应天线基于其特定特性将生成的电磁场(例如，上述EMN的理论电磁场标测)。对应于所设计的天线布局的数据也可被导出到PCB制造工具，以使得天线组件能够根据所设计的天线布局以自动方式来制造。

在描述规程300的细节之前，将参考图4来描述示例种子形状及其特性。具体而言，图4示出要根据规程300设计的天线组件的九个种子矩形401到409的示例。种子矩形401到409中的每个在基板的边缘400内包括四个顶点。图4的示例中所示的种子矩形的数量以及因此天线的数量M为九个，然而，这仅用于例示性目的并且不应理解为限制性的。在其他实施方案中，种子形状的数量以及因此天线的数量M可为例如六个、九个或更多个。例如，正方形400可表示基板的边缘，并且表示可用于放置天线的基板的区域的边界(图4中未示出)可由包含在基板的边缘400内并且比基板的边缘400小某个预定阈值或缓冲量的x-z平面内的正方形形成。

在另一个示例中，本文的天线组件在单个基板上(例如，在多层基板的相应层上)包括具有特性(诸如彼此不同的几何形状和/或相对位置)的多根平面天线，这些特性使得能够确定小电磁传感器(诸如单线圈传感器)的多个(例如，六个)自由度。例如，如图4所示，九个种子矩形401至409可分组为三组，其中种子矩形401至403在第一组中；种子矩形404至406在第二组中；并且种子矩形407至409在第三组中。如图4中所示，每组中的三个种子矩形相对于彼此具有特定的几何形状关系。例如，一个种子矩形为正方形(或基本上类似正方形)，并且另外两个种子矩形为非正方形矩形，并且定位在正方形两侧的附近。例如，种子矩形401为正方形，种子矩形402顺着种子矩形401的长度定位，并且种子矩形403顺着种子矩形401的宽度定位。另外，种子矩形402的长度长于正方形401的宽度，并且与种子矩形401的长度相似，而种子矩形402的宽度小于正方形401的宽度；并且种子矩形403的宽度长于正方形401的长度，并且与正方形401的宽度相似，而种子矩形402的长度小于正方形401的长度。第二组的种子矩形404至406和第三组的种子矩形407至409也具有与第一组的种子矩形401至403相似的几何特征。

换句话说，对于可基于种子矩形401至409生成的多组平面天线中的每一者：第一平面天线的最内环(例如，对应于种子矩形401)具有第一线性部分(例如，第一线性部分410)和大致垂直于第一线性部分(例如，第一线性部分410)的第二线性部分(例如，第二线性部分411)；第二平面天线的最内环(例如，对应于种子矩形402)具有第一线性部分(例如，第一线性部分412)和大致垂直于且长于第一线性部分(例如，第一线性部分412)的第二线性部分(例如，第二线性部分413)；第三平面天线的最内环(例如，对应于种子矩形403)具有第一线性部分(例如，第一线性部分414)和大致垂直于且长于第一线性部分(例如，第一线性部分414)的第二线性部分(例如，第二线性部分415)；第二平面天线的最内环的种子矩形的第一线性部分(例如，第一线性部分412)大致平行于第一平面天线的最内环的第一线性部分(例如，第一线性部分410)；并且第三平面天线的最内环的第一线性部分(例如，第一线性部分414)大致平行于第一平面天线的最内环的第二线性部分(例如，第二线性部分411)。尽管为了清楚起见，从图4中省略了种子矩形404-409的第一线性部分和第二线性部分(以及因此对应平面天线)的附加附图标号，但第二组的种子矩形404至406和第三组的种子矩形407至409各自具有相对于彼此类似的几何关系，如上文在第一组的种子矩形401至403的上下文中所述的那些。

在一个方面，这三个组可与基板210中的每个组在几何学上分散。分散可通过几何关系和/或角度关系来完成。例如，每组的平面天线的相应最内环可以彼此不同的相应角度定位在多层基板的相应层上。另外，平面天线和/或平面天线所基于的种子矩形相对于基板的平面可具有彼此相互不同的相应质心(例如，由图4中的圆点表示)。另外，第一组的外边界包括第二组和第三组的所有种子矩形404至409。另外，第二组和第三组的种子矩形404至409在第一组的外边界中在几何学上分散。

另外，每组相对于两个轴(即，x轴和z轴)具有角度关系。例如，第一组的种子矩形401与两个轴一致，而第二组的种子矩形404和第三组的种子矩形407分别以不同的角度相对于两个轴成角度。换句话讲，第一组的种子矩形401或正方形和x轴之间的最小角度为零；种子矩形404和x轴之间的最小角度大于零但是小于第三组的种子矩形407和x轴之间的最小角度。然而，三个组之间的关系不限于几何与角度关系，而是可在本公开的范围内以任何对于本领域普通技术人员易于想到的方式扩展。

种子矩形401至409中的每一者的四个顶点可以坐标形式(x,z)设置在x-z平面内。在一个方面，种子矩形401至409中的每个的质心也可以以坐标形式提供或者可从四个顶点计算。分散也可通过在基板210内分散质心来实现。在一个方面，所有种子矩形401至409的质心设置在基板上彼此不同的位置。

现在参考图3，在框301之前，设置(图3中未示出)要设计的天线组件的第一天线的一组设计参数和/或约束(例如，天线的种子形状、种子形状的形心在其上将制造有天线的基板上的位置、天线的环的数量(N)、天线的最小迹线中心至中心间距(TCCM)以及基板的边缘或边界的尺寸)。出于说明目的，在规程300中用于每根天线中的种子形状为种子矩形；然而，这不应理解为限制性的。设想了其他种子形状(例如，种子三角形、种子五边形、种子六边形、任何凸多边形、凸曲线形状(例如，椭圆形、卵形、圆形等)或任何其他合适的种子形状)并且其可在规程300中采用。在一些实施方案中，不同种子形状的任何组合可分别用于天线组件的天线。每个种子形状具有多个顶点。更具体地讲，每个种子矩形具有四个顶点。

在框301处，初始化天线索引i_天线。例如，i_天线被设置为等于1以对应于要设计的天线组件的多个(M个，其中M>1)天线的第一天线。如下所述，在包括多个天线的天线组件的情况下，天线索引i_天线的目的是使得能够针对天线组件的M个天线中的每个天线重复规程300。例如，在一些示例中，基板具有多个层(例如，如在多层PCB中)并且采用方法300来生成对应于要沉积在基板的多层中的对应层上的天线的多个平面天线布局。

在框302处，基于种子矩形，相对于基板的坐标系计算多条对角线。一般来讲，在框302处计算的对角线的数量等于种子形状的顶点的数量。具体而言，在具有四个顶点的种子矩形的情况下，计算四条对角线，这四条对角线分别将种子矩形的四个顶点平分，并从种子矩形的四个顶点分别延伸至基板的边界。基板的边界可以是基板的物理边界，诸如PCB的边缘，或者可以是理论上施加的边界，诸如从PCB的边缘偏移预定缓冲距离的边界。

在一个示例中，作为在框302处执行的多个对角线的计算的一部分，首先计算种子矩形的每个顶点的对角线的原点，并且然后基于种子矩形确定天线的最内环的顶点(也称为种子顶点)。例如，图5示出了为图4的种子矩形405计算的原点511和512。原点511和512由种子矩形405的四个顶点501至504界定。在一个方面，一个原点可对应于种子矩形的单个顶点，或者一个原点可对应于两个相邻顶点。在另一方面，原点511和512可定位在种子矩形的对角线上或者定位在将相应角平分以形成两个45度角的对角线上。在这种情况下，对角线限定环天线的顶点的位置。例如，原点511位于对角线上，该对角线在顶点501处将90度角平分以形成两个45度角。同样如图5所示，原点511位于在顶点501和502处将角度平分的对角线的交叉点上。以相同的方式，原点512位于在顶点503和504处将角度平分的对角线的交叉点处。在一个示例中，通过利用奇异值分解对四个顶点501至504的坐标执行主分量分析(PCA)，可计算种子矩形的每个顶点的对角线的原点。

在本文中使用了以下记法：

P_jk表示第j个环的第k个顶点，其中j为1至N并且k为1至4；P_jkx和P_jkz分别代表顶点P_jk的x坐标和z坐标；

{P_j1,P_j2,P_j3,P_j4}或简称为{P_jk}是具有第j个环的四个顶点P_j1、P_j2、P_j3、P_j4作为其行的4×2矩阵；

U代表具有{P_jk}{P_jk}^T的正交特征向量作为其列的4×4矩阵；

V代表具有{P_jk}^T{P_jk}的正交特征向量作为其列的2×2矩阵；以及S代表4×2矩阵，其非零元素仅定位在其对角线处并且是{P_jk}{P_jk}^T或{P_jk}^T{P_jk}的特征值的平方根；以及

代表4×2矩阵，其非零元素仅定位在其对角线处并且等于S的最小非零元素。

给定第i个种子矩形的四个顶点R_k(R_kx,R_kz)，如下计算第i个种子矩形的形心C(C_x,C_z)：

通过对减去质心的四个顶点R_j上执行奇异值分解，如下获得S、V和D矩阵：

USV^T＝{R_k-C} (2)，

其中{R_k-C}为4×2矩阵，{R_k-C}的每行为质心减去顶点(R_kx-C_x,R_kz-C_z)，并且k为1至4。

S为仅在对角线中具有非零元素(即S₁₁和S₂₂)的4×2矩阵。基于奇异值分解，S₁₁大于或等于S₂₂。通过将S₁₁的值替换为S₂₂的值，我们可获得新的4×2对角矩阵

其中

和

等于S₂₂。然后可通过下式获得每个顶点的原点O_k：

因为～S的对角元素为S的对角元素的最小值，所以{O_k}仅包括对应于第i个种子矩形中的原点511和512的两个不同的行，如图5中所示。

在获得原点511和512之后，确定第i个种子矩形中的第一组四个种子顶点P_1k。这前四个种子顶点P_1k是相应天线的最内环的种子顶点，并且可用于确定该天线的其他顶点。

给定最小迹线中心至中心(TCCM)间距(其表示特定天线或特定天线组件的所有天线的迹线或环之间的预定最小距离)，通过将R₁移动到其对应对角线(其在R₁处将90度角平分)中朝向第i个种子矩形的内部来确定第一种子顶点P₁₁。这可如下通过首先从R₁定义两个向量来完成：

其中

是从相应的原点O_k指向R_k的向量，

是从R₁指向R₄的向量，并且

是从R₁指向R₂的向量。通过将

的单位向量添加到

的单位向量，获得具有与相应对角线一致的方向的向量，该对角线在R₁处将90度角等分以形成两个45度角，其中符号“|| ||”表示符号“||||”内的向量的量值。然后通过以下公式获得第一种子顶点P₁₁：

其中

是源自相应原点O₁的向量，并且因此代表P₁₁的坐标。图6示出天线的其他三个种子顶点P₁₂、P₁₃和P₁₄，这些种子顶点匹配R₂、R₃和R₄。P_1k和第i个种子矩形的四边之间的最小距离等于TCCM。图7示出向量Diag₁、Diag₂、Diag₃和Diag₄，其可形成将种子顶点P₁₁、P₁₂、P₁₃和P₁₄等分并且从相应种子顶点P₁₁、P₁₂、P₁₃和P₁₄延伸到基板边界的对角线的相应部分。

返回参考图3，在框303处初始化了对角线索引i_对角线。例如，i_对角线被设置为等于1以对应于种子矩形的四条对角线中的第一条对角线。如下文所述，对角线索引i_对角线的目的是使得能够对种子矩形的对角线中的每条重复规程的各方面。

在框304处，对于相应的对角线，计算沿着相应对角线在种子矩形的相应顶点和基板的边界之间的顶点-布局-距离(在本文也称为布局距离)V_{布局_k}。该布局距离可代表或可涉及种子矩形的相应顶点与基板的边界之间的最大可用距离。

在一些示例性实施方案中，作为框304处布局距离计算的一部分，当相应对角线

从原点O_k伸出时，计算并识别原点O_k和基板边界之间的相应交叉点T_k，如例如图9中所示。可使用多个传统方式找到交叉点T_k。当找到交叉点T_k时，满足以下关系：

其中

为从原点O_k到交叉点T_k的向量。换句话讲，向量

具有与对角线向量

相同的方向。

在识别出第一环的四个顶点P₁₁、P₁₂、P₁₃和P₁₄以及交点T₁、T₂、T₃和T₄的情况下，可由以下公式计算顶点-布局-距离V_{layout_k}：

减去项

确保第N个环的最后一个顶点P_Nk远离交点T_k。换句话讲，仅从P_1k开始的V_{布局_k}长线性部分用于在P_1k和T_k之间分配(N-1)个顶点。

在识别出交点T_k之后，可确定环天线的每个顶点。由于初始条件之一是环天线的环的数量为N，并且在步骤330中确定第一环的四个顶点P₁₁、P₁₂、P₁₃和P₁₄，因此递归地确定第二环、第三环、…和第N环中的每一者的四个顶点。具体地讲，在框305处，对于相应对角线，至少部分地基于在框304处计算的布局距离来确定要沿相应对角线定位的相邻对的平面天线顶点之间的相应距离。例如，可确定要沿相应对角线定位的相邻对的平面天线顶点之间的相应距离，以便拟合天线的预定环数量N，同时使从种子矩形的顶点到基板的边界的可用线性距离的使用最大化。这样，可有效地利用基板的可用区域。另外，在一些示例性方面，相应平面天线的平面天线顶点的最外平面天线顶点与基板的边界相距不超过预定阈值，以便有效地利用可用基板区域。

在一些示例中，在框305处，至少部分地基于平面天线的预定环数N、相邻顶点之间的预定最小间距、相邻迹线之间的预定最小间距和/或这些因素或其他因素中的一者或多者的任何组合来确定相应距离。具体而言，在一个示例中，顶点分为四组，其中每个组形成矩形形状，并且相同组中的顶点被描述为对应顶点。例如，第一组包括P₁₁、P₂₁、…、和P_N1，第二组包括P₁₂、P₂₂、…、和P_N2，第三组包括P₁₃、P₂₃、…、和P_N3，并且第四组包括P₁₄、P₂₄、…、和P_N4。因此，P_3k和P_Nk处于相同第k个组并且为对应顶点，而P₃₃和P₄₂不处于相同组并且不能为对应顶点。对于每个组，P_jk和P_(j+1)k之间的距离被设置为大于P_(j-1)k和P_jk之间的距离，其中j为2至N-1并且k为1至4。换句话讲，两个相邻对应顶点之间的距离朝向基板的边界增加。换句话说，在一个示例中，如图10所示，相邻对的天线顶点之间的距离在从顶点中的最内顶点到顶点中的最外顶点的方向上逐渐变大。在从种子矩形的相应顶点到边界的方向上逐渐增加的距离可通过各种方法来实现，诸如算术累进、几何累进、指数累进等。

例如，可采用等差级数在每个组中分配剩余顶点。使d_jk为第k个组中P_jk和P_(j+1)k之间的距离，并以递归形式表示为：

d_jk＝slope_k×(j-1)+d_1k (17)，并且

d_1k＝VVM (18)，

其中

代表顶点P_jk和P_(j+1)k之间的距离，斜率k为第k个组的常数，其为两个距离d_jk和d_(j+1)k之间的公差，并且j为1至(N-2)。因此，第k个组中的每个顶点定位在连接T_k和P_1k的线性部分上，并且P_Nk和P_1k之间的总长度小于或等于顶点-布局-距离V_{布局_k}。为了形成T_k和P_Nk之间的最小迹线中心至中心(TCCM)间距的一半的附加禁入区域，可满足以下公式：

或

当对于常数斜率k求解公式(20)以时，可获得以下公式：

当公式(20)与公式(16)和(17)组合时，获得以下公式：

以这种方式，两个相邻对应顶点P_jk和P_(j+1)k之间的距离随j增加而增加。对应顶点之间的该进展模式在图10中于第一组和第四组中比在第二组和第三组中更为清晰地示出。

在框306处，基于在框305处确定的相邻平面天线顶点对之间的相应距离，平面天线顶点沿着相应对角线定位。

在框307处，将对角线索引i_diagonal与种子矩形的对角线的数量(即四个)进行比较，以确定是否针对相应天线的附加对角线重复框305和框306的规程。如果在框307处确定i_diagonal小于对角线的数量，则在框308处，使i_diagonal递增一以对应于种子矩形的四个对角线中的下一对角线(例如，第二对角线)。然后对该下条对角线以上文所述的方式重复框305和框306的规程。

另一方面，如果在框307处确定i_diagonal等于对角线的数量，从而指示已针对种子矩形的四个对角线中的每一者执行了框305和框306的规程，则在框309处，计算最小顶点到顶点距离(VVM)以确保，当顶点由线的线性部分或区段连接时，两个相邻对应线性部分之间的最小距离大于TCCM，其中短语“两个相邻对应线性部分”用于指定位在不同环中但彼此比任何其他线性部分更靠近定位的线性部分。这通过以下方式来完成：定义对角线向量

设置临时顶点P’₂₁和P’₂₂，测量连接临时顶点P’₂₁和P’₂₂的线性部分和连接P₁₁和P₁₂的线性部分之间的距离，并调节VVM的值，直到最小距离大于TCCM。在下文进一步描述了该步骤的细节。

如下定义了对角线向量

其中k为1至4。当这些对角线向量

被布置在原点(0,0)处时，它们形成十字形，从而指示它们形成四个90度角，如图7的中间所示。

临时距离D_p2to5被初始化为TCCM的值。向量

和

由以下定义：

以及

临时顶点P’₂₂以向量形式如下定义：

其中符号“·”为两个向量之间的点积。简而言之，临时顶点P’₂₂在对角线

的方向上朝向第i个种子矩形外部与P₁₂相距一定距离

接下来，用以下公式暂时初始化VVM：

临时顶点P’₂₁以向量形式如下定义：

与P'₂₂一样，临时顶点P'₂₁在对角线

的方向上朝向第i个种子矩形的外部与P₁₁相距

如图8所示，计算连接临时顶点P'₂₁和P'₂₂的线性部分与P₁₁和P₁₂之间的线性部分之间的距离。由于连接临时顶点P'₂₁和P'₂₂的线性部分以及P₁₁和P₁₂之间的线性部分可能不是平行的，因此在两个线性部分之间存在多个距离。在框309处，对两个线性部分之间的多个距离中的最小距离D是否小于或等于TCCM进行确定。如果在框309处确定多个距离中的最小距离D小于或等于TCCM，则在框311处，将临时距离D_p2to5增大预先确定量，并且重复框302至309的上述规程，包括通过使用公式(9)-(13)直到最小距离D大于TCCM。VVM的最终结果设置为顶点到顶点最小值的值。

另一方面，如果在框309处确定多个距离中的最小距离D大于TCCM，则在框312处，通过经由相应直线部分将平面天线顶点互连以形成顺序地横贯相应平面天线的多条对角线中的每一者的多个环(例如，N个环)来生成平面天线布局。在种子形状为种子矩形的情况下，每个环包括多个直线部分和多个平面天线顶点，即四个直线部分和四个平面天线顶点。例如，每个环天线的第一环，诸如图11所示的环天线，包括四个顶点(即，P₁₁、P₁₂、P₁₃和P₁₄)和四个线性部分(即，连接在P₁₁和P₁₂之间的P₁₁、连接P₁₂和P₁₃的L₁₂、连接P₁₃和P₁₄的L₁₃以及连接P₁₄和P₂₁的L₁₄)；…第(N-1)个环包括四个顶点(即，P_(N-1)1、P_(N-1)2、P_(N-1)3和P_(N-1)4)和四个线性部分(即，连接在P_(N-1)1和P_(N-1)2之间的L_(N-1)1、连接P_(N-1)2和P_(N-1)3的L_(N-1)2，连接P_(N-1)3和P_(N-1)4的L_(N-1)3，以及连接P_(N-1)4和P_N1的L_(N-1)4)(为清楚起见，图11中未标记)；并且第N个环包括四个顶点(即，P_N1、P_N2、P_N3和P_N4)和三个线性部分(即，连接P_N1和P_N2的L_N1、连接P_N2和P_N3的L_N2以及连接P_N3和P_N4的L_N3)。图11示出了包括多个环的环天线的设计，该环天线是根据规程300设计的。

在框313处，多个附加直线部分相对于基板的坐标系从平面天线顶点中的至少两个(具体地，从分别位于线性平面天线布局的两个端部处的两个端子天线顶点)路由到一个或多个连接器位置。将多个附加直线性部分添加到平面天线布局。在采用了规程300来设计天线组件的实施方案中，该天线组件包括要布置在多层基板的相应层上的多根平面天线，平面天线布局可布线至单个连接器位置，或者分别布线至对应于每根天线的单独连接器位置，或布线至连接器的任何组合。

在框314处，将天线索引i_天线与天线组件的天线的数量M进行比较，以确定是否针对天线组件的附加天线重复框302至框313的规程。如果在框314处确定i_天线小于天线M的数量，则在框315处，使i_天线递增一以对应于天线组件的M个天线中的下一天线(例如，第二天线)。然后对该下根天线以上文所述的方式重复框302至框313的规程。图12示出了可根据规程300设计的六个环天线的设计。

另一方面，如果在框314处确定i_天线等于天线的数量M，从而指示已针对天线组件的M个天线中的每个天线执行了框302至框313的过程，则在框316处(其在一些实施方案中可以是可选的)，将对应于所生成的平面天线布局的数据导出到电路板布线工具、电路板制造工具和/或电磁模拟工具。

在一个示例中，通过在框316处将对应于所生成的平面天线布局的数据导出到电磁模拟工具，可分别基于导出的数据和来自平面天线布局的多个直线性部分中的每一者的多个电磁场分量的叠加来模拟可由天线组件的天线生成的一个或多个电磁场。例如，基于种子形状的每个环可用确定的数学公式(诸如笛卡尔公式或参数公式)表示，使得由每个环生成的EM场的强度可在空间中的任何点处基于数学公式由Biot-Savart-Laplace定律来计算。换句话讲，由于天线组件的几何和其他方面(诸如使用直线性部分作为天线组件的天线中的互连件)，可通过替代地使得能够基于天线组件的特性理论上计算电磁场标测来避免生成和采用详细电磁场标测的需要。然后，所计算的电磁场标测可单独采用或与从测量值获得的更容易生成的低密度电磁场标测结合采用。换句话讲，根据规程300设计的天线组件可用作为EMN生成准确的高密度理论电磁场标测的基础，而不必使用昂贵的测量设备并且不必执行耗时且费力的测量。

从本文的描述中显而易见的是，根据规程300，天线组件可基于一些设计参数和/或约束(诸如种子形状、环数量、TCCM等)以可重复的方式有效地和设计。可在相应基板层上印刷、沉积或制造设计的天线组件的天线中的每根，并且可将其用作图1的EMN系统100的EM场发生器145。此外，通过采用直线性部分来构成环天线，由每个线性部分生成的电磁场可在EM体积中的任何点处使用Biot-Savart-Laplace定律来在理论上和准确地计算。

图13示出了通过图3的方法300设计的环天线布局的图示。在连接所有顶点之后，可基于与迹线长度和布线方向性相关的适当的设计规则自动生成另外的布局。这些规则可能特定于PCB软件程序或设计要求。在一个方面，由方法300制成的天线设计可被转换为2维DXF(Drawing eXchange Format)CAD文件，然后将其导入到Altium PCB布局软件中。PCB布局软件不限于Altium PCB布局软件，而是可以是本领域普通技术人员将容易理解和使用的任何软件。

基于软件的设计规则或设计要求，顶点P₁₁和P_N4电耦接到连接器1301，该连接器分别包括环天线的至少两个导体1301a、1301b，并且环天线的全蓝图是完整的。

在完成天线组件的设计之后，基于天线组件设计通过在基板上沉积导电材料(例如，银或铜)来制造天线，如图13中所示。印刷在基板上的天线包括环之间的结构和/或几何关系，这将在下文中详细描述。

在一个示例性方面，环天线的顶点可以分组为四组。第一组顶点包括P₁₁、P₂₁、…、和P_N1，第二组顶点包括P₁₂、P₂₂、…、和P_N2，第三组顶点包括P₁₃、P₂₃、…、和P_N3，并且第四组顶点包括P₁₄、P₂₄、…、和P_N4。因为V_{layout_k}对于每个组是不同的，所以一组顶点可以比其他组顶点更密集地分布。如图13中所示，第四组中的顶点比其他组中的顶点更加松散地分布，并且第二组或第三组中的顶点比第一组和第四组中的顶点更加密集地分布。

在另一方面，两个对应线性部分(例如，L_jk和L_(j+1)k)之间的最短距离随j增加而增加。换句话讲，两个相邻的对应线性部分之间的距离在从最内线性部分到对应最外线性部分的方向上增加。基于环和顶点之间的这种结构和/或几何关系，环天线可以尽可能地覆盖基板，同时保持这种关系。

在一个实施方案中，在将顶点与线性部分连接之后，可采用另一安全措施来确认在天线设计中满足所有要求。例如，可再次计算两个相邻对应线性部分之间的最短距离。在任何两个相邻的对应线性部分之间的最短距离不大于TCCM的情况下，可以不同的最小顶点到顶点距离VVM来重复规程300。

在一个方面，设计规程300可以能够保持每个环天线的基本上相同的电感，因为电感至少部分地基于天线几何形状来限定。环天线的电阻可随每层上的铜厚度而变化。因此，为了确保天线组件保持预期的铜厚度，添加两个附加层(一个在顶部上并且另一个在底部上)。利用这些额外层，用于通孔的电镀处理将不会在内层上将铜添加到天线层。因此，铜厚度可仅取决于所用的芯材料和最初选择的铜重量。在另一个方面，PCB设计对于每个载流路径可包含多于单个通孔以最小化串联电阻并增加每个电流路径的稳健性。通过具有更多通孔，可基于天线几何形状和受控铜厚度以高准确度来预测和自动计算电阻。

现在转到图14，示出了计算设备1400的框图，该计算设备可用作EMN系统100、控制工作站102、跟踪设备160、执行图3的规程300的计算机和/或图15A和图15B的机架台1560的控制器。计算设备1400可包括以下部件中的每一者的一个或多个：存储器1402、处理器1404、显示器1406、网络接口控制器1408、输入设备1410和/或输出模块1412。

存储器1402包括可由处理器1404执行的用于存储数据和/或软件的任何非暂态计算机可读存储介质，其控制计算设备1400的运行。在一个实施方案中，存储器1402可包括一个或多个固态存储设备，诸如闪存存储器芯片。另选地，或除了所述一个或多个固态存储设备之外，存储器1402可包括一个或多个大容量存储设备，该一个或多个大容量存储设备通过大容量存储控制器(在图14中未示出)和通信总线(在图14中未示出)连接至处理器1404。虽然本文包括的计算机可读介质的描述是指固态存储器，但本领域的技术人员应当理解，计算机可读存储介质可以是可以通过处理器1404访问的任何可用介质。也就是说，计算机可读存储介质的示例包括以任何方法或技术实现的用于存储信息诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据的非暂态、易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。例如，计算机可读存储介质可包括：RAM、ROM、EPROM、EEPROM、闪存存储器或其他固态存储器技术、CD-ROM、DVD、蓝光或其他光学存储装置、磁带、磁条、磁盘存储器或其他磁存储设备、或可以用于存储期望的信息并可以通过计算设备1400访问的任何其他介质。

存储器1402可存储应用程序1416和/或数据1414。当由处理器1404执行时，应用程序1416可致使显示器1406在显示器1406上呈现用户界面1418。

处理器1404可以是通用处理器、被配置为执行特定图形处理任务并同时释放通用处理器以执行其他任务的专用图形处理单元(GPU)、可编程逻辑设备诸如现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑设备(CPLD)，和/或被配置为独立地或协作地工作的任何数量或组合的此类处理器或设备。

显示器1406可以是触敏的和/或声控的，从而使得显示器1406能够充当输入和输出设备。另选地，可以采用键盘(未示出)、鼠标(未示出)或其他数据输入设备。

网络接口1408可被配置成连接至网络，诸如包括有线网络和/或无线网络的局域网(LAN)、广域网(WAN)、无线移动网络、蓝牙网络和/或互联网。例如，计算设备1400可接收设计要求和预先确定的变量，并且执行图3的规程300以设计天线组件。计算设备1400可经由网络接口控制器1408接收对其软件(例如，应用程序1416)的更新。计算设备1400还可以在显示器1406上显示软件更新可用的通知。

在另一方面，计算设备1400可从服务器(例如，医院服务器、互联网服务器或其他类似服务器)接收患者的计算机断层扫描(CT)图像数据，以在外科规划期间使用。还可经由可移除存储器(在图14未示出)将患者CT图像数据提供给计算设备1400。

输入设备1410可以是用户可倚之与计算设备1400进行交互的任何设备，诸如例如，鼠标、键盘、脚踏板、触摸屏以及/或者语音界面。

输出模块1412可包括任何连接端口或总线，诸如并行端口、串行端口、通用串行总线(USB)或本领域的技术人员已知的任何其他类似连接端口。

应用程序1416可以是存储在存储器1402中并且由计算设备1400的处理器1404执行的一个或多个软件程序。在环天线的设计阶段，在给定某些参数和/或约束(诸如种子形状信息、每个环天线中的环的数量等)的情况下，应用程序1416中的一个或多个软件程序可从存储器1402加载并由处理器1404执行以自动设计环天线。在一些实施方案中，在规划阶段期间，应用程序1416中的一个或多个程序引导临床医生通过一系列步骤以识别目标、设置目标的大小、设置治疗区的大小和/或确定去往目标的进入路线以供稍后在导航或规程阶段期间使用。在一些其他实施方案中，应用程序1416中的一个或多个软件程序可被加载到操作室或执行外科规程的其他设施中的计算设备上，并且用作引导临床医生执行外科规程的平面图或地图，但没有来自规程中使用的医疗设备的任何反馈来指示医疗设备相对于计划所位于的位置。

应用程序1416可直接安装在计算设备1400上，或者可以安装在另一计算机例如中央服务器上，并且经由网络接口1408在计算设备1400上打开。应用程序1416可作为基于Web的应用程序或任何其他本领域的技术人员已知的格式原生地在计算设备1400上运行。在一些实施方案中，应用程序1416将为单个软件程序，其具有本公开中所述的所有特征和功能。在其他实施方案中，应用程序1416可为提供这些特征和功能的各种部分的两个或更多个不同的软件程序。例如，应用程序1416可包括用于自动设计环天线的一个软件程序、用于将设计转换成CAD文件的另一个软件程序，以及用于PCB布局软件程序的第三程序。在这种情况下，形成应用程序1416的一部分的各种软件程序可以能够彼此通信和/或导入和导出包括与环天线的设计有关的设置和参数的各种数据。例如，由一个软件程序生成的环天线的设计可被存储和导出以供第二软件程序使用以转换成CAD文件，并且所转换的文件也可被存储和导出以供PCB布局软件程序使用以完成环天线的蓝图。

应用程序1416可与用户界面1418通信，该用户界面生成用于向用户呈现可视交互特征的用户界面，例如呈现在显示器1406上并且用于例如经由用户输入设备接收输入。例如，用户界面1418可生成图形用户界面(GUI)并将GUI输出至显示器1406供用户查看。

在计算设备1400可用作EMN系统100、控制工作站102或跟踪设备160的情况下，计算设备1400可链接到监测设备130，从而使得计算设备1400能够控制监测设备130上的输出以及显示器1406上的输出。计算设备1400可控制监控设备130以显示输出，该输出与显示器1406上显示的输出相同或相似。例如，显示器1406上的输出可被镜像在监控设备130上。另选地，计算设备1400可控制监控设备130以显示与显示器1406上显示的输出不同的输出。例如，监控设备130可被控制以在外科规程期间显示引导图像和信息，同时显示器1406受控以显示其他输出，诸如电外科发生器(在图1中未示出)的配置或状态信息。

应用程序1416可包括用于在规划阶段期间使用的一个软件程序，以及用于在导航或手术阶段期间使用的第二软件程序。在此类情况下，可使得形成应用程序1416的一部分的各种软件程序能够彼此通信并且/或者导入和导出与导航和治疗和/或患者相关的各种设置和参数以共享信息。例如，在规划阶段期间由一个软件程序生成的治疗规划及其组成部分中的任一个可被存储并导出以在规程阶段期间由第二软件程序使用。

图15A和图15B是根据本公开的实施方案的机架台1560、上部CT扫描仪部件1540和下部CT扫描仪部件1530与在不同位置的EMN系统1520的组合的示意图。上部CT扫描仪部件1540和下部CT扫描仪部件1530组合形成沿CT扫描平面1550扫描的CT扫描仪。CT扫描仪在外科规程期间可为有用的。EMN系统1520在外科规程期间也可能是有用的，但其引起对CT扫描仪的干扰和/或受到CT扫描仪的干扰。因此，EMN系统1520容纳在患者台外壳1510中，该患者台外壳也配备有机架台1560。机架台1560可操作以在上部CT扫描仪部件1540和下部CT扫描仪部件1530之间移动患者1570，使得患者1570被CT扫描平面1550平分，如图15A所示。机架台1560还可操作以将患者1570移动远离上部CT扫描仪部件1540和下部CT扫描仪部件1530，并且移动到EMN系统1520上，使得患者1570可由EMN系统1520扫描，如图15B所示。

图16A和图16B是根据本公开的实施方案的机架台1660、上部CT扫描仪部件1540和下部CT扫描仪部件1530与在不同位置的EMN系统1620的组合的示意图。在该另选的布置中，EMN系统1620在不使用CT扫描仪时移动到机架台1660的表面下方或与其一起移动，并且可位于CT扫描平面1550中，并且在使用CT扫描仪时移动远离CT扫描平面1550。在该实施方案中，患者台外壳1610可与EMN系统1620和/或机架台1660一起移动，或者另选地可以是静止的，其中EMN系统1620和机架台1660中的一者或两者相对于患者台外壳1610移动。在另外的实施方案中，CT扫描仪和EMN系统1520都可以是移动的，并且可任选地一前一后移动，同时患者保持基本上静止。

虽然出于例示和描述的目的，已参考附图详细地描述了各种实施方案，但应当理解，本发明的方法和装置不应视为受限的。对于本领域的普通技术人员将显而易见的是，在不脱离本公开的范围的情况下可以对前述实施方案作出各种修改。

此类装置、包含此类装置的系统以及其使用方法的具体实施方案如本文所述。然而，这些具体实施方案仅仅是本公开的示例，其可能以多种形式体现。因此，本文所公开的特定的结构和功能细节不应理解为限制性的，而仅仅为权利要求书的基础，并作为具有代表性的基础用于允许本领域技术人员以几乎任何合适的详细结构不同地采用本公开。尽管以上描述的示例性实施方案涉及患者的气道的支气管镜，但是本领域技术人员将认识到，相同或类似设备、系统和方法也可用于其他管腔网络，诸如例如，脉管网络、淋巴网络和/或胃肠道网络。本领域的技术人员还将认识到，相同或类似的设备、系统和方法也可用于执行经皮规程，或者用于在刺穿腔内网络中的壁以到达目标之前将设备导航穿过腔内网络的规程中。

虽然通常写成适用于用于治疗和诊断规程的支气管镜式和经皮方法，但本领域技术人员将容易认识到，当接近身体的其他部分(包括但不限于大小肠、血管网络、心内空间等)时，这些相同或相似的技术、系统和方法可用于腹腔镜式方法(例如，使用一个或多个透皮端口和腹腔镜式相机)或其他内窥镜式方法。在一个方面，所设想的系统的手术空间是开放的、经皮的或腹腔镜的肝脏和肾消融。

Claims

1.一种EM设备，包括：

天线组件，所述天线组件用于辐射至少一个电磁场以进行电磁导航；以及

移动布置，所述移动布置耦接到所述天线组件并且被配置为进行将所述天线组件朝向和远离CT扫描平面移动以及将患者朝向和远离所述天线组件移动中的一者。

2.根据权利要求1所述的EM设备，其中所述移动布置在垂直于所述CT扫描平面的方向上移动所述天线组件。

3.根据权利要求2所述的EM设备，其中所述移动布置在患者台的脚到头轨迹中移动所述天线组件。

4.根据权利要求1所述的EM设备，还包括用户界面，所述用户界面能够操作以控制所述移动布置的移动，所述用户界面是手持式遥控器、电缆拴系开关和电耦接到处理器的图形用户界面上的按钮中的一者。

5.根据权利要求1所述的EM设备，其中所述移动布置包括导轨结构和多个轮中的至少一者，并且其中所述移动布置能够通过手动操作、电动马达和电磁体中的至少一者来操作。

6.根据权利要求1所述的EM设备，还包括容纳所述天线组件和所述移动布置的患者台。

7.根据权利要求6所述的EM设备，其中当所述移动布置将所述天线组件移动远离所述CT扫描平面时，保持在所述CT扫描平面内的所述患者台的一部分包括CT兼容材料。

8.根据权利要求6所述的EM设备，其中所述患者台被配置为在第一位置和第二位置之间移动，处于所述第一位置的所述患者位于所述天线组件上方以实现外科工具的跟踪，处于所述第二位置的所述患者位于所述CT扫描平面中。

9.一种操作系统，包括：

CT扫描仪，所述CT扫描仪限定CT扫描平面；以及

患者台，所述患者台容纳天线组件和移动布置，所述天线组件用于辐射至少一个电磁场以进行电磁导航，所述移动布置被配置为进行将所述天线组件远离和朝向所述CT扫描平面移动以及将所述患者朝向和远离所述CT扫描平面移动中的一者。

10.一种方法，所述方法包括：

接合移动布置以进行将患者移动到CT扫描仪的扫描平面中以及将电磁导航系统的天线移动远离所述CT扫描仪的所述扫描平面中的一者；

激活所述CT扫描仪以获得所述患者的CT扫描；

接合所述移动布置以进行将所述患者移动远离所述CT扫描仪的所述扫描平面以及将所述电磁导航系统的所述天线朝向所述CT扫描仪的所述扫描平面移动中的一者；以及

激活所述电磁导航系统的所述天线。