CN1921800A - 用于磁定位设备的测量值的校正 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对借助于磁定位设备测量的场传感器(4)的位置(x)进行校正的设备和方法。例如由计算机断层摄影装置(1)的旋转部件(1a，1b)导致的外部场失真然后在放置于已知位置的基准传感器(3)的帮助下被确定。有可能从基准传感器(3)的测量信号例如推断计算机断层摄影装置(1)的当前旋转角(φ)。基于经验确定关系(δ(x，φ))，场传感器(4)的未校正确定位置(x)然后可以关于场失真转换为被校正位置(x′)。场发生器(2)和基准传感器(3)优选地被固定到台架以便消除场失真对台架的倾斜的依赖性。

Description

用于磁定位设备的测量值的校正

技术领域

本发明涉及一种包括场发生器和场传感器的磁定位设备，带有这样的定位设备的检查设备以及用这样的磁定位设备进行位置测量的方法。

背景技术

磁定位设备特别在医疗检查中用于确定仪器的位置，例如患者体内的导管，而不需要为此进行持续X射线辐射。然而，这里的存在问题是外部磁场或测量场的失真可以轻易地阻碍这样的定位设备的定位测量。在该上下文中，在US6636757B1中提出在已知的失真对象处将场发生器定位在屏蔽物附近，使得场失真受到抑制并且遵循失真源的任何运动。然而这里的缺点在于必然干预了成像设备的设计，包括高费用，从而导致附加费用并且使现有系统的后安装(post-fitting)困难。

发明内容

基于该背景，本发明的目标是提供一种便于在磁定位设备中校正外部场失真的手段。

该目标借助于具有如权利要求1所述的特征的磁定位设备，通过使用如权利要求5所述特征的检查设备以及具有如权利要求6所述的特征的方法实现。在从属权利要求中给出了有利的实施方式。

所发明的磁定位设备包括以下部件：

a)用于生成磁场的场发生器。根据已知的函数相关性，这里的场典型地在空间和/或时间上是不均匀的，从而可以从所述场的幅度(值、矢量或矢量分量)推断某个空间点相对于场发生器的位置。

b)用于测量所述场发射器所生成的磁场的至少一个场传感器。通常，所述场传感器作为定位器被放置在诸如导管的待观察对象上，而所述场发生器处于空间中已知的、典型固定的点。在这一点上，所述场传感器的位置因此对应于被搜索的位置。然而，也有可能互换场传感器和场发生器的角色，并且相对于场传感器的(已知)位置确定场发生器的位置。

c)用于测量已知参考位置处的磁场的基准传感器。于是应当相对于场发生器和场传感器这两个部件中的一个获知“参考位置”，该位置也假设为是已知的。在固定安装的场发生器的典型情况下，因此所述基准传感器相对于所述场发生器的位置是已知的。

d)控制单元，其例如可以通过使用带有合适软件的微型计算机实现，并且被布置成用于确定所述场传感器相对于所述场发生器的位置(这与确定所述场发生器相对于所述场传感器的位置是相同的情况)，由此通过考虑基准传感器来补偿磁场的外部场失真。用于执行这样的补偿的合适方法在优选实施方式的上下文中具体被描述。

所述的磁定位设备的优点在于它允许以简单方式校正外部场失真。这可以通过测量基准传感器的信号来实现，从而可以通过比较由此确定的基准传感器的位置与其已知的真实位置比较而推断场失真。该信息接着可以用于所述场传感器的被测相对位置的所需补偿。

所述定位设备特别适合与X射线计算机断层摄影装置(CT)组合使用，这是由于通过旋转部件(管，探测器)生成相当大的动态场失真。可选地，在该情况下，所述场发生器和/或基准传感器被固定到计算机断层摄影装置的台架。优选地，两个部分被固定到台架，因此它们同时复制台架的可能的倾斜运动，因此在场路径中不存在相对变化。

所述控制单元优选地具有存储器，其中存储了校准函数，其根据基准传感器和场传感器的测量信号，为未校正外部场失真(直接地或间接地)而确定的场传感器位置提供了校正位移。将该校正位移添加到传统方法所确定的未校正场传感器的位置为场传感器的真实位置提供了精确估计，其中特别地外部场失真已被校正。

此外，本发明涉及包括以下部件的检查设备：

-成像设备，例如X射线设备，MR射备，超声设备或类似设备。这典型地为通过自身或通过其附件生成相当大的场失真的成像设备。特别地，这可以是计算机断层摄影装置，其由于其部件的旋转而导致动态磁场失真。

-上述类型的磁定位设备，也就是说，至少带有场发生器，场传感器，基准传感器和控制单元，其考虑所述基准传感器的测量来校正所述场传感器相对于所述场发生器的位置。

此外，本发明涉及用磁定位设备进行位置测量的方法，所述方法包括以下步骤：

a)收集来自场传感器和/或场发生器的信号。来自场发生器的所述信号描述了该发生器生成的当前磁场，例如以所述场发生器的激励线圈中的电流的形式。另一方面，来自场传感器的所述信号测量在某个空间点的磁场的幅度(值，矢量或矢量分量)，所述场传感器位于所述空间点。

b)从磁基准传感器收集信号，所述磁基准传感器被安装在相对于所述场发生器或相对于所述场传感器的已知空间位置。表述“磁基准传感器”应当被视为用于磁场传感器的通用名称，其信号反映了磁场的幅度并且用作基准幅度。

c)确定所述场传感器相对于所述场发生器的位置(换句话说，场传感器和场发生器之间的相对位置)，其中所述磁场的外部场失真通过考虑来自所述基准传感器的信号被补偿。这样，如果假设所述场发生器的绝对空间位置是已知的，特别地也可以确定所述场传感器的绝对空间位置。

所述方法通常涉及可以用上述类型的定位设备执行的步骤。关于细节、优点和进一步特征，参考以上描述。

根据所述方法的优选实施方式，确定校正函数，其基于基准传感器的信号和场传感器的未校正确定位置指示了场传感器的所述未校正位置的校正位移。场传感器的未校正位置通过传统方法确定。特别地可以从(已知的)场发生器的场结构推断场传感器的位置。这里隐含的假设是场发生器生成的场结构是未失真的。由于这通常并不符合现实，因此另外确定校正位移，所述校正位移将被添加到场传感器的未校正位置以获得场传感器的真实位置的更好估计。

根据上述方法的进一步方面，首先在探头传感器的帮助下根据经验为关注体积中的支撑点确定校正函数，即通过存在于那里的所述场的测量，探头传感器的实际空间位置通过在所有情况下使用其它手段和通过基准传感器的信号的并行测量精确地被重测量。对支撑点有用的信息(探头传感器的被测和真实位置，基准传感器信号)然后通过在整个关注体积上外插或内插而被扩展，以便以该方式获得粗略有效的校正函数。

此外，可以从基准传感器的测量信号确定(单维或多维)参数，其特征在于外部场失真。该参数然后可以用作上述校正函数中的变量，以反映那里的基准传感器的影响。

上述参数特别地可以描述位于定位设备附近的计算机断层摄影装置的旋转角。可以看出由这样的计算机断层摄影装置施加的场失真主要取决于所述旋转角，这是因为重要的场发生或场失真部件，例如探测器区域，随着计算机断层摄影装置而旋转。如果必要的话，来自基准传感器的信号和旋转角之间的函数关系也可以根据经验或自适应地被确定。

附图说明

在附图的帮助下将作为例子在下面解释本发明。在附图中，

图1示意性地显示了所发明的检查设备的部件；

图2显示了由场失真导致的基准传感器的视运动(apparentmovement)的轨迹；

图3显示了场传感器的相应轨迹以及被测位置 x的所确定的校正位移δ。

具体实施方式

图1中所示的情况涉及磁定位设备与计算机断层摄影装置1组合使用的情况。这是典型的和重要的应用，尽管本发明的可用性并不限制于此。

计算机断层摄影装置1通常包括圆形台架，其中X射线源1a以及与之相对的X射线探测器1b被支撑，使得它们可以相对于所述设备的中心轴转动旋转角φ。可以通过计算机断层摄影装置1从环内部的关注体积VOI(volume of interest)生成二维剖面图或三维体积数据。

此外，一种磁定位设备是可用的，其包含用于在关注体积VOI中生成时间和空间不均匀磁场的场发生器2以及场传感器4。场传感器4测量场发生器2所生成的磁场的尺寸，因此使得以该方式推断其位置 x成为可能(用场发生器2的已知位置)。场传感器4例如可以固定到导管(未示出)的尖端，其将在患者的血管系统中被导航。在定位设备的帮助下确定的场传感器4的位置然后例如可以用于在(静态)血管图上表示导管的当前位置。

此外，场发生器2以及场传感器4链接到控制单元5(例如微型计算机)。用于确定场传感器4的(未校正)位置 x的所需计算发生在控制单元5中。

在迄今为止所述的方法中，遇到的问题是所确定的场传感器4的位置由于磁场的失真而出现错误。这样的失真特别地由于计算机断层摄影装置1的X射线源1a以及探测器1b而产生，其中所述失真随着计算机断层摄影装置1的当前旋转角φ动态地变化。

鉴于该情况，为了提高场传感器4的定位精度，在这里提出了使用基准传感器3，其被放置在相对于场发生器2的已知位置。由于因计算机断层摄影装置1的旋转而产生的磁场的动态失真，基准传感器3的测量位置在闭合轨迹 r(φ)上明显地移动，其在图2中与基准传感器3的真实位置 ro一起被显示。旋转角和视位置 r之间的相关性r(φ)例如可以根据经验被确定，然后被反转，从而从基准传感器3的测量信号确定计算机断层摄影装置1的相关旋转角φ(也就是说，视位置 r的)。以该方式确定旋转角φ并不需要对计算机断层摄影装置的内部例行程序的任何干预。

可以通过将基准传感器3连接到控制单元5从基准传感器3的测量信号来计算当前旋转角φ。该信息然后还可以用于相对于计算机断层摄影装置1的旋转来校正场传感器4的(未校正)位置测量值x。校正函数δ( x，φ)由此优选地用于校正，其中通过公式 x′＝ x+δ( x，φ)，从其未校正位置 x计算场传感器4的被校正位置 x′。在图3中显示了用于场传感器4的视轨迹的该关系。

如果图2中所示的基准传感器3的视轨迹 r(φ)同时用探头场传感器的测量值进行绘制，其连续地放置在关注体积VOI中已知的网格位置处，则例如可以根据经验确定校正函数d( x，φ)。作为探头场传感器例如可以使用场传感器4，其中它优选地可以在三个空间方向上同时测量磁场。考虑磁场失真作为基础，网格位置的位置将被选择成足够接近。通过在网格位置(支撑点)上分别内插或外插值，被搜索的校正函数δ( x，φ)然后可以在整个体积VOI中被确定。

如同在图1中可以进一步看到，场发生器2以及基准传感器3优选地固定到台架1。该优点在于两个部件都同时跟随台架的可能倾斜，从而CT1导致的场失真中的倾斜相关变化不会对定位系统产生影响。与CT1的倾斜角有关的附加校准所以不是必要的，并且在台架1的坐标系中执行定位系统的测量。

Claims (10)

1.一种磁定位设备，包括：

a)用于生成磁场的场发生器(2)；

b)用于测量所述磁场的场传感器(4)；

c)用于测量已知参考位置处的所述磁场的基准传感器(3)；

d)控制单元(5)，其被布置成用于确定场传感器(4)相对于场发生器(2)的位置( x′)，由此通过考虑基准传感器(3)补偿外部场失真。

2.如权利要求1所述的定位设备，其特征在于场发生器(2)的空间位置是已知的。

3.如权利要求1所述的定位设备(1)，其特征在于场发生器(2)和/或基准传感器(3)被固定到计算机断层摄影装置的台架(1)。

4.如权利要求1所述的定位设备，其特征在于控制单元(5)包含带有校准函数( δ( x，φ))的存储器，其基于基准传感器(3)和场传感器(4)的所测量信号为场传感器(4)的未校正的确定位置( x)提供校正位移(δ)。

5.一种检查设备，包括：

-成像设备，特别是计算机断层摄影装置(1)；

-如权利要求1-4中任一项所述的磁定位设备(2，3，4，5)。

6.一种用磁定位设备(2，3，4，5)进行位置测量的方法，包括以下步骤：

a)收集场传感器(4)和/或场发生器(2)的信号；

b)收集磁基准传感器(3)的信号，其被放置在相对于所述场发生器(2)或相对于所述场传感器(4)的已知空间位置处；

c)确定所述场传感器(4)相对于所述场发生器(2)的位置( x′)，其中外部场失真通过考虑所述基准传感器(3)的信号被补偿。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于确定校正函数(δ( x，φ))，其根据基准传感器(3)的信号和场传感器(4)的未校正的确定位置( x)来指示场传感器(4)的所述未校正确定位置的校正位移(δ)。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于用于关注体积(VOI)中的支撑点的校正函数(δ( x，φ))根据经验被确定，并且分别通过在整个体积(VOI)上外插或内插被扩展。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于从基准传感器(3)的信号来确定参数(φ)，所述参数的特征在于外部场失真。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述参数(φ)描述了位于所述定位设备附近中的计算机断层摄影装置(1)的旋转角。

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