DE102007042622A1 - Method and system for determining the position and / or orientation of an object - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Bestimmung der Position und/oder Orientierung eines Objektes, bei dem mittels wenigstens eines Feldsensors am/im Objekt, das durch wenigstens einen Emitter erzeugte elektromagnetische Feld gemessen und aus dem Messwert/den Messwerten die Objektposition und/oder Objektorientierung im erzeugten elektromagnetischen Feld ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation von Störungen im erzeugten elektromagnetischen Feld, insbesondere in der Umgebung des Objektes ein Referenzobjekt (1) mit wenigstens zwei Feldsensoren (2a, 2b, 2c, 2d) angeordnet wird, deren relative räumliche Soll-Positionen (O1, O2, O3, O4) zueinander bekannt, insbesondere fest und bekannt sind, wobei mittels den Feldsensoren (2a, 2b, 2c, 2d) des Referenzobjekts (1) das elektromagnetische Feld gemessen und aus dem Messwert/den Messwerten fehlerbehaftete Ist-Position (V1, V2, V3, V4) der Feldsensoren (2a, 2b, 2c, 2d) des Referenzobjektes (1) ermittelt werden und anhand der Abweichungen zwischen Ist- und Soll-Positionen eine Korrektur ermittelt wird, mittels der die gemessene Objektposition (P1', P2') und/oder Objektorientierung insbesondere in Echtzeit korrigiert wird.The invention relates to a method and a system for determining the position and / or orientation of an object in which the electromagnetic field generated by at least one emitter is measured by means of at least one field sensor and / or the object position and / or the measured values. or object orientation is determined in the generated electromagnetic field, characterized in that a reference object (1) with at least two field sensors (2a, 2b, 2c, 2d) is arranged to compensate for disturbances in the generated electromagnetic field, in particular in the environment of the object whose relative spatial desired positions (O1, O2, O3, O4) known to each other, in particular fixed and known, wherein by means of the field sensors (2a, 2b, 2c, 2d) of the reference object (1) the electromagnetic field measured and from the measured value / the measured values faulty actual position (V1, V2, V3, V4) of the field sensors (2a, 2b, 2c, 2d) of the reference object (1) we determined and based on the deviations between the actual and desired positions, a correction is determined by means of which the measured object position (P1 ', P2') and / or object orientation is corrected, in particular in real time.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Position und/oder Orientierung eines Objektes, bei dem mittels wenigstens eines Feldsensors am/im Objekt das durch wenigstens einen Emitter erzeugte elektromagnetische Feld gemessen und aus dem Messwert/den Messwerten die Objektposition und/oder Objektorientierung im erzeugten und elektromagnetischen Feld ermittelt wird. Emitter dieser Art werden auch als Transmitter bezeichnet.The The invention relates to a method for determining the position and / or Orientation of an object in which by means of at least one field sensor on / in the object the electromagnetic generated by at least one emitter Field measured and from the measured value / the measured values the object position and / or object orientation in the generated and electromagnetic Field is determined. Emitters of this type are also called transmitters designated.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein System zur Bestimmung der Position und/oder Orientierung eines Objektes, umfassend ein Objekt mit wenigstens einem Feldsensor, wenigstens einen Emitter zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes und eine Messvorrichtung, mit welcher die Position und/oder Orientierung des Objektes durch Messung des elektromagnetischen Feldes mittels des wenigstens einen Feldsensors bestimmbar ist.The The invention further relates to a system for determining the position and / or orientation of an object comprising an object having at least a field sensor, at least one emitter for generating an electromagnetic Feldes and a measuring device with which the position and / or Orientation of the object by measuring the electromagnetic Field can be determined by means of at least one field sensor.
Im Stand der Technik ist es bekannt, dass die Position eines im Wesentlichen beliebigen Objektes im Raum beispielsweise mittels eines erzeugten elektromagnetischen Feldes überwacht werden kann. Das Prinzip dieser Art der Positions- und/oder Orientierungsbestimmung eines Objektes ist unter der Bezeichnung des sogenannten elektromagnetischen Tracking im Stand der Technik bekannt.in the It is known in the prior art that the position of a substantially Any object in space, for example by means of a generated electromagnetic Field monitors can be. The principle of this type of position and / or orientation determination of an object is under the name of the so-called electromagnetic Tracking known in the art.
Wesentlich für ein solches Verfahren bzw. ein System zur Durchführung eines solchen Verfahrens ist es, dass mittels wenigstens einen Emitters ein elektromagnetisches Feld, insbesondere ein räumlich ausgedehntes elektromagnetisches Feld, erzeugt wird, dessen Feldstärke und/oder Feldrichtung in Abhängigkeit von den Raumkoordinaten bekannt ist, so dass die Möglichkeit besteht, mittels eines Feldsensors die lokale Feldstärke und/oder Feldrichtung am Ort des Feldsensors zu bestimmen und somit aus dem Messwert bzw. den ermittelten Messwerten auf die Position des Feldsensors innerhalb des erzeugten elektromagnetischen Feldes zurückzuschließen. Dabei kann z. B. mittels eines Feldsensors zeitlich nacheinander das Feld mehrerer Emitterspulen gemessen und daraus die Position im Raum bestimmt werden.Essential for a Such method or system for carrying out such a method it is that by means of at least one emitter an electromagnetic Field, in particular a spatial extensive electromagnetic field is generated, its field strength and / or Field direction in dependence from the space coordinates is known, so the possibility exists, by means of a field sensor, the local field strength and / or Field direction to determine the location of the field sensor and thus from the Measured value or the measured values determined to the position of the field sensor to deduce within the generated electromagnetic field. there can z. B. by means of a field sensor one after the other, the field measured from several emitter coils and from this the position in space be determined.
Wird demnach wenigstens ein Feldsensor an einem Objekt oder auch in einem Objekt angeordnet, so kann hiermit die Position des Objektes innerhalb des elektromagnetischen, durch den wenigstens einen Emitter erzeugten Feldes bestimmt werden. Durch zeitlich aufeinanderfolgende Bestimmung der Position kann demnach ein Tracking durchgeführt werden, mit dem nicht nur die aktuelle Position oder Orientierung des Objektes, sondern auch der zeitliche Verlauf einer Bewegung bestimmt werden kann.Becomes Accordingly, at least one field sensor on an object or in a Arranged object, so hereby the position of the object within the electromagnetic generated by the at least one emitter Field are determined. By temporal succession determination The position can therefore be tracked, with which not only the current position or orientation of the object, but also the time course of a movement can be determined.
Im Stand der Technik ist es bei Systemen zur Durchführung eines solchen Verfahrens demnach vorgesehen, dass wenigstens ein Emitter, gegebenenfalls auch mehrere Emitter zur Erzeugung verschiedener sich überlagernder Felder vorgesehen ist, ebenso wie ein Objekt mit wenigstens einem Feldsensor und einer Messvorrichtung zur Erfassung der Messwerte des zumindest im Betrag und/oder in der Richtung gemessenen elektromagnetischen Feldes, wobei bevorzugterweise die Messvorrichtung eingerichtet ist, neben der Erfassung der Messwerte auch eine entsprechende Auswertung und aus der Auswertung eine Positionsbestimmung durchzuführen.in the The prior art is in systems for carrying out such a method Accordingly, provided that at least one emitter, optionally also several emitters for the production of different overlapping ones Fields is provided, as well as an object with at least one field sensor and a measuring device for detecting the measured values of the at least in amount and / or direction measured electromagnetic Field, wherein preferably the measuring device established is, in addition to the acquisition of the measured values, a corresponding evaluation and to carry out a position determination from the evaluation.
Hierbei kann das Messprinzip sowohl mit statischen elektromagnetischen Feldern durchgeführt werden als auch mit zeitlich variierenden elektromagnetischen Feldern. Je nach Art des ausgewählten elektromagnetischen Feldes können dabei unterschiedliche Sensoren zum Einsatz kommen. Beispielsweise werden bevorzugt bei zeitlich variablen elektromagnetischen Feldern als Feldsensoren Spulen zum Einsatz kommen, in denen anhand der induzierten Ströme auf den Betrag und/oder die Richtung des gemessenen elektromagnetischen Feldes am Ort der Spule zurückgeschlossen werden kann.in this connection can be the measuring principle with both static electromagnetic fields be performed as well as with temporally varying electromagnetic fields. Depending on the type of electromagnetic selected Field can different sensors are used. For example are preferred for temporally variable electromagnetic fields As field sensors coils are used, in which on the basis of induced currents on the amount and / or direction of the measured electromagnetic Field closed back at the location of the coil can be.
Bei statischen elektromagnetischen Feldern können beispielsweise auch Hallsensoren zum Einsatz kommen. Wesentlich bei allen bekannten eingangs genannten Verfahren ist es, dass die örtliche Abhängigkeit des erzeugten statischen oder auch zeitlich variablen elektromagnetischen Feldes zumindest theoretisch bekannt ist, um aus den Messwerten am jeweiligen Ort eines zu betrachtenden Objektes so auf die Position rückschließen zu können.at Static electromagnetic fields, for example, Hall sensors be used. Essential in all known at the outset Procedure is that the local dependence of generated static or temporally variable electromagnetic Feldes at least theoretically known to from the readings on respective location of an object to be considered so on the position to be able to conclude.
Dabei ist es im Stand der Technik als ein Nachteil eines solchen Verfahrens bekannt, dass das erzeugte elektromagnetische Feld gestört werden kann durch z. B. äußere Einflüsse. Äußere Einflüsse können beispielsweise gegeben sein durch andere, zeitlich konstant oder insbesondere auch zeitlich variable elektromagnetische Felder sowie auch durch metallische Objekte in der Umgebung des erzeugten elektromagnetischen Feldes oder auch innerhalb des erzeugten elektromagnetischen Feldes.there it is in the prior art as a disadvantage of such a method It is known that the generated electromagnetic field can be disturbed by z. B. external influences. External influences can be, for example be given by others, constant in time or especially temporally variable electromagnetic fields as well as metallic Objects in the vicinity of the generated electromagnetic field or within the generated electromagnetic field.
Hierdurch können Feldverzerrungen entstehen, wodurch das zumindest theoretisch bekannte erzeugte elektromagnetische Feld nicht mehr exakt übereinstimmend ist mit dem praktisch vorliegenden erzeugten elektromagnetischen Feld, so dass aufgrund der erhaltenen Messwerte zwar eine Position des zu betrachtenden Objektes ermittelt werden kann, diese jedoch aufgrund der Störung durch eine der eingangs genannten Möglichkeiten fehlerbehaftet ist.hereby can Field distortions arise, whereby the at least theoretically known produced electromagnetic field is no longer exactly coincident with the practically present generated electromagnetic field, so that Although, due to the measured values obtained a position of the considered Object can be determined, but this due to the interference by one of the aforementioned possibilities is flawed.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein System der eingangs genannten gattungsgemäßen Art bereitzustellen, mit dem die Möglichkeit gegeben wird, eine exakte, insbesondere von eventuellen Störungen unabhängige Positionsbestimmung wenigstens eines Objektes innerhalb eines erzeugten und somit zumindest theoretisch bekannten elektromagnetischen Feldes vorzunehmen.The The object of the invention is to provide a method and a system of the initially mentioned generic type to provide with the opportunity is given, an exact, in particular of any disturbances independent positioning at least one object within a generated and thus at least theoretically known electromagnetic field.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels eines eingangs genannten gattungsgemäßen Verfahrens gelöst, dass dadurch weitergebildet ist, dass zur Kompensation von Störungen im erzeugten elektromagnetischen Feld, insbesondere in der Umgebung des Objektes, ein Referenzobjekt mit wenigstens zwei Feldsensoren angeordnet wird, deren relative räumliche Sollpositionen zueinander bekannt, insbesondere fest und bekannt sind, wobei mittels den Feldsensoren des Referenzobjektes das elektromagnetische Feld gemessen und aus dem Messwert/den Messwerten fehlerbehaftete Istpositionen der Feldsensoren des Referenzobjektes ermittelt werden und anhand der Abweichungen zwischen Ist- und Sollposition eine Korrektur ermittelt wird, mittels der die gemessene Objektposition und/oder Objektorientierung korrigiert wird.According to the invention this Task by means of a generic method mentioned above solved, that is further developed by the fact that to compensate for disturbances in generated electromagnetic field, especially in the environment of the object, a reference object with at least two field sensors is arranged, their relative spatial desired positions to each other known, in particular fixed and known, wherein by means of the field sensors of the reference object, the electromagnetic field measured and off the measured value / the measured values faulty actual positions of the field sensors of the reference object and based on the deviations between the actual and target position a correction is determined by means of corrects the measured object position and / or object orientation becomes.
Weiterhin gelöst wird die Aufgabe durch ein System der eingangs genannten gattungsgemäßen Art, welches sich dadurch erfindungsgemäß auszeichnet, dass zur Kompensation von Störungen im erzeugten elektromagnetischen Feld ein Referenzobjekt mit wenigstens zwei Feldsensoren aufweist, deren relative räumliche Sollposition zueinander bekannt, insbesondere fest und bekannt sind, wobei mittels den Feldsensoren des Referenzobjektes und der Messvorrichtung des elektromagnetischen Feldes messbar und aus dem Messwert/den Messwerten fehlerbehaftete Istpositionen der Feldsensoren des Referenzobjektes ermittelbar sind, wobei die Messvorrichtung weiterhin eingerichtet ist anhand der Abweichungen zwischen Ist- und Sollposition des Referenzobjektes eine Korrektur zu ermitteln, mittels der die gemessene Objektposition und/oder Objektorientierung korrigierbar ist.Farther solved the object is achieved by a system of the aforementioned generic type, which is characterized according to the invention that for compensation of disorders in the generated electromagnetic field, a reference object with at least has two field sensors whose relative spatial desired position to each other known, in particular fixed and known, wherein by means of the field sensors of the reference object and the measuring device of the electromagnetic Field measurable and erroneous from the measured value / the measured values Actual positions of the field sensors of the reference object can be determined are, wherein the measuring device is further set up on the basis of Deviations between actual and set position of the reference object to determine a correction by means of the measured object position and / or object orientation is correctable.
Der wesentliche Kerngedanke der Erfindung ist es, dass insbesondere in Echtzeit eine eventuell vorliegende Störung des erzeugten elektromagnetischen Feldes bewertet werden kann und aus einer derartigen Bewertung eine Korrektur ermittelt wird, mittels der eine fehlerbehaftete Position und/oder Orientierung eines in der Position oder in der Orientierung zu bestimmenden Objektes korrigiert werden kann.Of the The essential core idea of the invention is that in particular in real time a possibly present disturbance of the generated electromagnetic Field and from such a rating Correction is determined by means of a faulty position and / or orientation of one in position or in orientation to be determined object can be corrected.
Hierfür macht sich die Erfindung zunutze, dass in einem Referenzobjekt wenigstens zwei Feldsensoren angeordnet sind, bevorzugt noch mehr Feldsensoren als zwei angeordnet sind, deren räumliche Positionen fest und bekannt sind und im Rahmen dieser Erfindungsbeschreibung als Sollpositionen bezeichnet werden.Doing this the invention exploits that in a reference object at least two field sensors are arranged, preferably even more field sensors are arranged as two, their spatial positions fixed and are known and within the scope of this description of the invention as target positions be designated.
Werden diese an sich bekannten Positionen der Feldsensoren des Referenzobjektes mittels des eingangs genannten Verfahrens bestimmt, so werden die konkret bestimmten Positionen der im Referenzobjekt zum Einsatz kommenden Sensoren bei einer Störung des elektromagnetischen Feldes nicht übereinstimmend sein mit den bekannten räumlichen Sollpositionen, da es bei einer Störung des Feldes zu Verzerrungen und somit zu Abweichungen in der örtlichen Abhängigkeit des Betrages und/oder der Orientierung des erzeugten elektromagnetischen Feldes kommt.Become these known positions of the field sensors of the reference object determined by the method mentioned, the specifically determined positions in the reference object used coming sensors in case of failure of the electromagnetic field do not coincide with the known spatial target positions, because it is a fault of the field to distortions and thus deviations in the local dependence the amount and / or orientation of the generated electromagnetic Field comes.
Aufgrund der Tatsache, dass sodann die objektiv bekannte Sollposition eines jeden Feldsensors abweichend ist von der tatsächlich gemessenen und somit fehlerbehafteten Istposition des Feldsensors besteht die Möglichkeit, die ermittelten Abweichungen auszuwerten und hieraus eine Korrektur zu ermitteln, die eingesetzt werden kann, um die Position oder die Orientierung des zu beobachteten Objektes zu korrigieren und somit die tatsächlich richtige Position oder Orientierung dieses Objektes in dem gestörten Magnetfeld zu erhalten.by virtue of the fact that then the objectively known nominal position of a each field sensor is different from the actual measured and thus faulty actual position of the field sensor, it is possible to to evaluate the determined deviations and from this a correction to determine which can be used to position or the Orientation of the observed object to correct and thus actually correct position or orientation of this object in the disturbed magnetic field to obtain.
Die Korrektur kann dabei beispielsweise derart gebildet werden, dass sie geeignet ist, die gemessenen fehlerbehafteten Istpositionen der Feldsensoren des Referenzobjektes zu überführen in die tatsächlichen bekannten räumlichen Sollpositionen der Feldsensoren des Referenzobjektes. Wird eine derartige Korrektur aus den bekannten Abweichungen gebildet, so ist dieselbe Korrektur auch geeignet, um die objektiv fehlerbehaftete Objektposition und/oder Objektorientierung zu korrigieren in die jeweils tatsächlich vorliegenden Größen.The Correction can be formed, for example, such that it is suitable, the measured faulty actual positions the field sensors of the reference object to be converted into the actual known spatial Target positions of the field sensors of the reference object. Will one Such correction formed from the known deviations, so the same correction is also appropriate to the objectively flawed Object position and / or object orientation to correct in the each actually present sizes.
Hierbei kann es vorgesehen sein, dass aus den gemessenen Istpositionen der Feldsensoren des Referenzobjektes sowie den bekannten Sollpositionen eine Interpolations- und/oder Extrapolationsfunktion gebildet wird, mittels der eine feldgestörte Objektposition und/oder Objektorientierung durch Anwendung der Funktion auf diese Position/Orientierung korrigiert wird. So ergibt sich demnach abstrakt gesprochen die korrigierte Position/Orientierung analytisch als F (fehlerbehaftete Position/Orientierung).in this connection can it be provided that from the measured actual positions of Field sensors of the reference object and the known target positions an interpolation and / or extrapolation function is formed, by means of a field disturbed Object position and / or object orientation by applying the function is corrected to this position / orientation. That's how it turns out thus, in abstract terms, the corrected position / orientation analytically as F (faulty position / orientation).
Bevorzugt ist es demnach vorgesehen, dass die zum Einsatz kommende Messvorrichtung zur Bestimmung des Betrages und/oder der Ausrichtung des gemessenen elektromagnetischen Feldes weiterhin auch eingerichtet ist anhand der Abweichungen zwischen den Soll- und Istpositionen des Referenzobjektes eine solche Korrektur, insbesondere eine solche Funktion zu ermitteln und diese ermittelte Funktion sodann anzuwenden für die Bestimmung der Position und/oder Orientierung des zu vermessenen Objektes innerhalb des elektromagnetischen Feldes. Eine solche eingangs genannte Funktion kann dabei beispielsweise durch ein Polynom genährt werden, wobei die Näherung optimiert werden kann durch ein Polynom n-ten Grades mit einem möglichst hohen Wert für n.Preferably, it is therefore provided that the measuring device used for determining the magnitude and / or the orientation of the measured electromagnetic field is also set up using the deviations between the desired and actual positions of the reference object such a correction, in particular to determine such a function and this determined Function then apply for the determination of the position and / or orientation of the object to be measured within the electromagnetic field. Such a function mentioned above can be nourished, for example, by a polynomial, wherein the approximation can be optimized by a polynomial of the nth degree with the highest possible value for n.
In einer anderen Ausführung kann es auch vorgesehen sein, dass aus den gemessenen Istpositionen der Feldsensoren des Referenzobjektes sowie den bekannten Sollpositionen ein theoretisches elektromagnetisches Kompensationsfeld berechnet wird, welches zur Korrektur des real gestörten elektromagnetischen Feldes verwendet wird.In another version it can also be provided that from the measured actual positions the field sensors of the reference object and the known target positions calculates a theoretical electromagnetic compensation field which is used to correct the real disturbed electromagnetic field is used.
So ist es, wie eingangs genannt notwendig, dass die Ortsabhängigkeit des Betrages und/oder der Orientierung des erzeugten elektromagnetischen Feldes bekannt ist, um anhand der gemessenen Messwerte auf die Position eines Objektes schließen zu können. Besteht somit erfindungsgemäß die Möglichkeit, dass real gestörte elektromagnetische Feld zu ermitteln, so kann dieses real gestörte elektromagnetische Feld der Berechnung der Position und/oder Orientierung des Objektes zugrunde gelegt werden, wofür die entsprechenden Informationen beispielsweise innerhalb der Messvorrichtung gespeichert werden können.So It is necessary, as mentioned at the beginning, that the location dependency the amount and / or the orientation of the generated electromagnetic field is known to use the measured values measured on the position of an object close can. Thus, according to the invention, there is the possibility that real disturbed To detect electromagnetic field, this may be real disturbed electromagnetic Field of calculation of the position and / or orientation of the object be based on what the corresponding information, for example, within the measuring device can be stored.
Beispielsweise kann es demnach vorgesehen sein, dass durch rechnergestützte Überlagerung des Kompensationsfeldes mit dem als ungestört angenommenen erzeugten elektromagnetischen Feld ein simuliertes, real gestörtes elektromagnetisches Feld berechnet wird, welches sodann der Positions- und/oder Orientierungsbestimmung des Objektes zugrunde gelegt werden kann. Hierbei ist davon auszugehen, dass die Ermittlung des Kompensationsfeldes umso genauer ist, je mehr Feldsensoren innerhalb des Referenzobjektes zum Einsatz kommen.For example Accordingly, it may be provided that by computer-aided superimposition of the Compensation field with the assumed undisturbed generated electromagnetic Field a simulated, real disturbed Electromagnetic field is calculated, which then the position and / or Orientation determination of the object can be based. It can be assumed that the determination of the compensation field is all the more more precisely, the more field sensors within the reference object be used.
Als Feldsensoren werden in bevorzugter Ausführung beispielsweise Spulen eingesetzt, wobei es vorgesehen sein kann, dass wenigstens zwei Spulen des Referenzobjektes zueinander eine unterschiedliche Orientierung aufweisen.When Field sensors are in a preferred embodiment, for example coils used, it can be provided that at least two Coils the reference object to each other a different orientation exhibit.
In einer weiteren Ausführung kann es vorgesehen sein, dass die Feldsensoren als Spulen ausgebildet sind, wobei wenigstens eine Spule außerhalb einer Ebene angeordnet ist, in der zwei weitere Spulen liegen. Eine derartige Anordnung weist demnach wenigstens drei Feldsensoren auf, was zu einer weiteren Erhöhung der Genauigkeit bei der Korrektur führt.In another embodiment it can be provided that the field sensors are formed as coils are at least one coil arranged outside a plane is in which two more coils lie. Such an arrangement therefore has at least three field sensors, resulting in another increase the accuracy of the correction leads.
Beim Einsatz des Verfahrens bzw. einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. eines Systems zur Durchführung des Verfahrens kann es in einer bevorzugten Variante vorgesehen sein, dass die Messwerte mehrerer Feldsensoren mittels eines zeitlichen Multiplexing über eine Messleitung eines Messgerätes erfasst werden.At the Use of the method or a device according to the invention or a Systems to carry of the method may be provided in a preferred variant be that the measurements of several field sensors by means of a temporal multiplexing over a Measuring line of a measuring device be recorded.
Dies erschließt die Möglichkeit, gegebenenfalls bereits vorhandene Messgeräte zur Durchführung des im Stand der Technik bekannten Verfahrens auch für das erfindungsgemäße Verfahren einzusetzen. So können die Messwerte einer Vielzahl von Feldsensoren mittels einer solchen Vorrichtung erfasst werden, obwohl die hierfür vorgesehene Vorrichtung nicht über eine entsprechend hohe Anzahl von Messleitungen bzw. Eingangskanälen zur Erfassung der Messwerte verfügt. Um das zeitliche Multiplexing vorzunehmen, kann beispielsweise eine externe Vorrichtung vorgesehen sein, die einem Eingangskanal eines Messgerätes vorgeschaltet ist oder das Messgerät selbst kann bereits intern eine entsprechende Elektronik zum Multiplexing vorsehen.This opens the possibility, if applicable, already existing measuring instruments for carrying out the known in the prior art method for the inventive method use. So can the measured values of a plurality of field sensors by means of such Device are detected, although the device provided for this purpose does not have a correspondingly high number of test leads or input channels for Capturing the measured values. To make the temporal multiplexing, for example, a be provided external device, which an input channel of a meter is upstream or the meter itself can already internally provide appropriate electronics for multiplexing.
Insgesamt wird es hierbei vorgesehen sein, dass die Messung der Messwerte für die Bestimmung der Objektposition bzw. der Objektorientierung mit einer höheren Frequenz erfolgt als die Erfassung der Messwerte der Feldsensoren des Referenzobjektes. Dem liegt zugrunde, dass das Referenzobjekt bevorzugt ortsfest oder nur mit einer geringen bzw. geringeren Geschwindigkeit als das zu vermessende Objekt innerhalb des elektromagnetischen Feldes bewegt ist. So reicht es aus, die Position der Feldsensoren des Referenzobjektes mit einer geringeren Abtastrate zu erfassen als die Position des Objektes, da sich somit die zugrunde zu legende Korrektur mit einer größeren Zeitkonstante ändert als die Position des Objektes.All in all It will be provided here that the measurement of the measured values for the Determining the object position or the object orientation with a higher Frequency takes place as the acquisition of the measured values of the field sensors of the reference object. This is based on the fact that the reference object is preferred stationary or only with a low or low speed as the object to be measured within the electromagnetic Field is moved. So it is enough, the position of the field sensors of the reference object to be detected at a lower sampling rate as the position of the object, since thus the underlying Correction with a larger time constant changes than the position of the object.
In einer besonders bevorzugten Anwendung des Verfahrens oder auch des erfindungsgemäßen Systems kann es vorgesehen sein, dass ein Objekt, dessen Position und/oder Orientierung zu bestimmen ist, durch ein medizinisches Instrument gebildet wird. Bei einem solchen Objekt kann es sich z. B. um eine Nadel oder einen Katheter handeln, so dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die aktuelle Position bzw. die Bewegungstrajektorie eines solchen medizinischen Instrumentes genauestens verfolgt werden kann, selbst wenn z. B. metallische Gegenstände im Einflussbereich des erzeugten elektromagnetischen Feldes liegen, wie z. B. andere Instrumente oder auch ein OP-Tisch.In a particularly preferred application of the method or the inventive system It can be provided that an object whose position and / or Orientation is determined by a medical instrument is formed. In such an object, it may, for. B. a needle or a catheter, so that with the inventive method the current position or the movement trajectory of such medical instrument can be accurately tracked, even if z. B. metallic objects are within the influence of the generated electromagnetic field, such as B. other instruments or an operating table.
Die hierdurch hervorgerufenen Störungen, wie beispielsweise Feldverzerrungen, können anhand des Referenzobjektes ermittelt und hieraus eine Korrektur gebildet werden, um somit die Position und Orientierung des Objektes genau zu bestimmen. Für eine solche medizinische Anwendung kann es dabei vorgesehen sein, dass ein Referenzobjekt in der Umgebung eines Interventionsareals oder aber um ein Interventionsareal herum an einem Patienten angeordnet wird.The disturbances caused thereby, such as field distortions, can be determined on the basis of the reference object and a correction can be formed from this in order to thus precisely determine the position and orientation of the object. For such a medical application, it may be provided that a reference object in in the vicinity of an intervention area or around an intervention area on a patient.
Beispielsweise kann es sich bei einem solchen Areal um eine Punktionsstelle handeln, an der eine Nadel oder ein Katheter appliziert werden soll. Gerade für eine solche Anwendung kann es bevorzugt vorgesehen sein, dass ein Referenzobjekt rahmenförmig, insbesondere ringförmig ausgebildet ist und innerhalb des Rahmens/Ringes die wenigstens zwei Feldsensoren angeordnet sind. So kann ein solcher Ring das Interventionsareal, insbesondere die Punktionsstelle, umgeben, so dass das in der Position oder Orientierung bestimmende Objekt, wie beispielsweise die Nadel oder ein Katheter, durch den Rahmen/Ring hindurchgeführt wird und somit eine besonders genaue Positionsbestimmung möglich wird, da die Störung des elektromagnetischen Feldes unmittelbar in der Umgebung des zu betrachtenden Objektes ermittelt wird. Dabei können in einem solchen Rahmen wenigstens zwei Feldsensoren, insbesondere auch auf verschiedenen Ebenen angeordnet sein und ggfs. auch unterschiedliche Orientierungen aufweisen.For example if such an area can be a puncture site, at which a needle or a catheter is to be applied. Just for one such application may preferably be provided that a reference object frame-shaped, in particular annular is formed and within the frame / ring, the at least two Field sensors are arranged. So such a ring can be the intervention area, especially the puncture site, surrounded, so that in the position or orientation determining object, such as the needle or a catheter through which the frame / ring passes and thus a particularly accurate position determination is possible, there the disorder of the electromagnetic field immediately in the vicinity of the is determined. It can be done in such a context at least two field sensors, especially on different ones Be arranged levels and possibly. Also have different orientations.
Bei einer solchen Anwendung kann es beispielsweise weiterhin vorgesehen sein, dass die Position des Referenzobjektes relativ zu einem Patienten erfasst bzw. ermittelt wird durch eine radiologische Erfassung des Referenzobjektes zusammen mit einem Patienten. Hierfür kann es vorgesehen sein, dass ein Referenzobjekt röntgendichte Markierungen aufweist oder auch sonstige Markierungen, die radiologisch erfassbar sind, so dass die Möglichkeit besteht, die Position des Referenzobjektes in einem Röntgenbild, z. B. einem Bild eines Computertomografen oder auch einem Kernspintomografen zu lokalisieren.at For example, it may continue to be provided for such an application be that the position of the reference object relative to a patient is detected or determined by a radiological recording of the Reference object together with a patient. It can do this be provided that a reference object has radiopaque markers or other markings which can be recorded radiologically, so the opportunity exists, the position of the reference object in an X-ray image, z. B. an image of a computer tomograph or even a magnetic resonance tomograph to locate.
Gerade für medizinische Anwendungen kann auf diese Art und Weise auch die Möglichkeit erschlossen werden, die festgestellte Position des Objektes in einer simultan erfassten radiologischen Abbildung des Patienten einzublenden und so die Spur der Bewegung bzw. den Ort der Bewegung zeitabhängig zu erfassen.Just for medical Applications can also do this in this way be opened, the detected position of the object in one simultaneously display a radiographic image of the patient and so the track of the movement or the location of the movement time-dependent to capture.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigenOne embodiment The invention is explained in more detail with reference to the following figures. It demonstrate
Die
An
dem hier als Nadel dargestellten medizinischen Instrument
Gemäß der Erfindung
ist es in einer medizinischen Anwendung vorgesehen, den hier dargestellten
Ring
Die
gemessene Position der Nadel
Die
Die so jeweils ermittelten Positionen sowohl der Nadel als auch des Referenzobjektes sind verzerrt bzw. fehlerbehaftet, da das zugrunde gelegte elektromagnetische Feld eine entsprechende Störung aufweist.The each determined positions of both the needle and the Reference objects are distorted or error-prone, as the basis electromagnetic field has a corresponding disorder.
Bekannt
ist hier jedoch die jeweils mechanisch definierte Position O1, O2,
O3 und O4 der Feldspulen
Dieselbe Korrektur ist sodann auch geeignet, um die gemessenen verzerrten Positionen der Nadel P1' und P2' in die unverzerrten tatsächlichen Positionen P1 und P2 zu überführen. Die gemessenen Positionen können somit in das verzerrungsfreie Koordinatensystem überführt werden.the same Correction is then also appropriate to the measured distorted Positions of the needle P1 'and P2 'in the undistorted actual To transfer positions P1 and P2. The measured positions thus be converted into the distortion-free coordinate system.
Die
Die so ermittelte störungsfreie Position kann demnach in besonders bevorzugter Anwendung einem medizinischen Eingriff zugrunde gelegt werden. Andere Anwendungsmöglichkeiten sind dabei auch bei virtual reality-Positionsbestimmungen gegeben.The so determined trouble-free Position can therefore in a particularly preferred application a medical Intervention are based. Other applications are also given in virtual reality position determinations.
Bezüglich sämtlicher Ausführungen ist festzustellen, dass die in Verbindung mit einer Ausführung genannten technischen Merkmale nicht nur bei der spezifischen Ausführung eingesetzt werden können, sondern auch bei den jeweils anderen Ausführungen. Sämtliche offenbarten technischen Merkmale dieser Erfindungsbeschreibung sind als erfindungswesentlich einzustufen und beliebig miteinander kombinierbar oder in Alleinstellung einsetzbar.Regarding all versions It should be noted that those mentioned in connection with an execution technical features not only used in the specific execution can be but also in the other versions. All disclosed technical Features of this invention description are essential to the invention be classified and combined with each other or in isolation used.
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