ES2293172T3

ES2293172T3 - Deteccion de perturbaciones asociadas a metales en un sistema de rastreo magnetico.

Info

Publication number: ES2293172T3
Application number: ES04254581T
Authority: ES
Inventors: Assaf Govari; Vitzo Govari
Original assignee: Biosense Webster Inc
Current assignee: Biosense Webster Inc
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2008-03-16
Anticipated expiration: 2024-07-30
Also published as: SI1502544T1; AU2004203488A1; IL163234A; JP4684590B2; CA2475918C; PT1502544E; JP2005052645A; CY1107076T1; EP1502544A1; US7321228B2; KR20050014759A; DE602004008843D1; AU2004203488B2; PL1502544T3; DK1502544T3; HK1070545A1; US20050024043A1; EP1502544B1; CA2475918A1; DE602004008843T2

Abstract

Un procedimiento para rastrear un objeto (20), que comprende: producir campos (vectorH1, vectorH2 y vectorH3) de energía a una pluralidad de frecuencias ({omega1}, {omega2} y {omega3}) diferentes, en las proximidades del objeto; recibir señales que son generadas en una localización del objeto a las diferentes frecuencias, en respuesta a los campos de energía; realizar (52) múltiples cálculos de las coordenadas (x, y, z, epsilon, xi, dseta) espaciales del objeto en base a las señales recibidas a las diferentes frecuencias, y averiguar si los campos de energía han sido perturbados por un artículo (40) presente en las proximidades del objeto mediante la comprobación (54) de una convergencia de los cálculos; que se caracteriza porque comprobar (54) la convergencia comprende detectar (60) una discrepancia entre las coordenadas (x, y, z, epsilon, xi, dseta) espaciales calculadas a las diferentes frecuencias ({omega1}, {omega2} y {omega3}).

Description

Detección de perturbaciones asociadas a metales en un sistema de rastreo magnético.

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general al rastreo de objetos sin contacto, con la utilización de campos magnéticos, y específicamente a la detección del efecto de la intrusión en el campo de un artículo con respuesta de campo.

Antecedentes de la invención

Los sistemas de rastreo electromagnético sin contacto son bien conocidos en el estado de la técnica, con una amplia gama de aplicaciones.

La Patente U.S. núm. 5.391.199, de Ben-Haim, describe un sistema para generar información tridimensional de posicionamiento con relación a una sonda o un catéter médico. Una bobina detectora se encuentra situada en el catéter, y genera señales en respuesta a campos magnéticos aplicados externamente. Los campos magnéticos son generados mediante tres bobinas radiantes, fijadas a un armazón de referencia externo, en posiciones conocidas, mutuamente separadas. Las amplitudes de las señales generadas en respuesta a cada uno de los campos de bobina radiante, son detectadas y utilizadas para calcular la posición de la bobina detectora. Cada bobina radiante está excitada típicamente por una circuitería excitadora para generar un campo a una frecuencia conocida, distinta a la de las otras bobinas radiantes, de modo que las señales generadas por la bobina detectora pueden ser separadas por frecuencia en componentes correspondientes con las diferentes bobinas radiantes.

La publicación de solicitud de Patente U.S. núm. US 2002/0065455 A1, de Ben-Haim et al., describe un sistema que genera información de posición y orientación en seis dimensiones, con relación a la punta de un catéter. Este sistema utiliza una pluralidad de bobinas detectoras adyacentes a un lugar localizable en el catéter, por ejemplo cerca de su extremo distal, y una pluralidad de bobinas radiantes fijadas en un armazón de referencia externo. Estas bobinas generan señales en respuesta a campos magnéticos generados por las bobinas radiantes. Las intensidades de las señales generadas en las bobinas detectoras debidas a cada una de las diferentes bobinas radiantes, se introducen en un sistema de ecuaciones algebraicas no lineales, las cuales se resuelven por aproximación numérica para calcular seis coordenadas de posición y orientación del catéter. Otros dispositivos de localización que utilizan un sensor de posición sujeto a un catéter, han sido descritos, por ejemplo, en las Patentes U.S. núms. 6.239.724 de Doron et al., 5.425.382 de Golden et al., 5.558.091 de Acker et al., 4.173.228 de Van Steenwyk et al., 5.099.845 de Besz et al., 5.325.873 de Hirschi et al., 5.913.820 de Bladen et al., 4.905.698 de Strohl, Jr. et al., y 5.425.367 de Shapiro et al. Sistemas comerciales de mapeo físico y electrofisiológico basados en la detección de la posición de una sonda en el interior de un cuerpo, se encuentran disponibles en la actualidad. Entre ellos, CARTO®, desarrollado y comercializado por Biosense Webster, Inc. (Diamond Bar, California), es un sistema para la asociación y el mapeo automáticos de la actividad eléctrica focal con la posición del catéter.

Los sistemas de rastreo descritos en lo que antecede, se basan por lo general en la separación de señales de respuesta de posición en componentes, más típicamente componentes de frecuencia. Se supone que cada una de tales componentes corresponde únicamente a una única bobina radiante, en una posición conocida, que radia un campo magnético que tiene una distribución espacial regular, bien definida. En la práctica, sin embargo, cuando un metal u otro artículo con respuesta magnética se lleva hacia su proximidad con el catéter o con otro objeto que se está rastreando, los campos magnéticos en estas proximidades resultan distorsionados. En un entorno quirúrgico, por ejemplo, puede existir una cantidad sustancial de material conductor y permeable, incluyendo el equipamiento básico y el auxiliar (mesas de operación, carros, lámparas móviles, etc.), así como también aparatos de cirugía invasiva (escalpelos, catéteres, tijeras, etc.). Los campos magnéticos de las bobinas radiantes pueden generar corrientes parásitas que provocan que se irradie un campo magnético parásito. Tales campos parásitos y otros tipos de distorsiones, pueden conducir a errores en cuanto a la determinación de la posición del objeto que se está rastreando.

Se conocen diversos procedimientos en el estado de la técnica para detectar y compensar la presencia de artículos con respuesta magnética en el campo de un sistema magnético de rastreo. Por ejemplo, la Patente U.S. núm. 6.147.480 de Osadchy et al., describe un procedimiento de rastreo de un objeto con la utilización de campos de energía, en presencia de una interferencia debida a la introducción de un artículo que produce una respuesta en los campos. Los campos de energía se producen en las proximidades del objeto, y se determina una característica, tal como un desplazamiento de fase, de los campos de energía parásitos inducidos a causa de la introducción del artículo. Esta característica se utiliza a continuación en el procesamiento de señales generadas en respuesta al campo de energía en diferentes posiciones del objeto, con el fin de determinar las coordenadas espaciales del objeto.

La Patente U.S. núm. 6.373.240, de Govari, describe un sistema de rastreo de un objeto que comprende una o más bobinas detectoras adyacentes a un punto localizable sobre un objeto que está siendo rastreado, y una o más bobinas radiantes, que generan campos magnéticos alternos en las proximidades de un objeto cuando son excitadas por corrientes eléctricas alternas respectivas. Las frecuencias son escaneadas a través de una pluralidad de valores, de tal modo que en un momento dado, cada una de las bobinas radiantes irradia a una frecuencia que es diferente de las frecuencias a las que están irradiando las otras bobinas radiantes. Las bobinas detectoras generan señales eléctricas en respuesta a los campos magnéticos que son perturbados por componentes de campo parásitas originadas por los artículos con respuesta de campo que están en las proximidades del objeto. Las señales son analizadas para hallar una frecuencia óptima, a la que el efecto perturbador de las componentes parásitas se reduce al mínimo. La frecuencia óptima se utiliza para la detección de las coordenadas espaciales del objeto.

La Patente U.S. núm. 6.172.499 de Ashe, describe un dispositivo para la medición de la posición y la orientación de una antena receptora con respecto a antenas transmisoras que utilizan señales magnéticas de AC de frecuencia múltiple. La componente de transmisión consiste en dos o más antenas de transmisión con la posición y la orientación de cada una de ellas conocidas respecto a las de las otras. Las antenas de transmisión son excitadas simultáneamente mediante excitación de AC, ocupando cada antena una o más posiciones únicas en el espectro de frecuencia. Las antenas receptoras miden el campo magnético de AC transmitido, más las distorsiones causadas por los metales conductores. Un ordenador, que extrae la componente de distorsión y la elimina de las señales recibidas, proporciona una señal de salida sobre la posición y la orientación correctas.

La Patente U.S. núm. 5.767.669, de Hansen et al., describe un procedimiento para substraer las distorsiones de corrientes parásitas producidas en un sistema magnético de rastreo. El sistema utiliza campos magnéticos pulsantes generados con una pluralidad de generadores. La presencia de corrientes parásitas se detecta con la medición de las velocidades de cambio de las corrientes generadas en las bobinas detectoras utilizadas para el rastreo. Las corrientes parásitas se compensan ajustando la duración de los pulsos magnéticos.

La solicitud de Patente Europea núm. EP 0 964 261 A2, de Dumoulin, describe sistemas para compensar las corrientes parásitas en un sistema de rastreo que utiliza generadores de campos magnéticos alternos. En un primer sistema, las corrientes parásitas son compensadas calibrando en primer lugar el sistema cuando está libre de corrientes parásitas, y modificando a continuación los campos generados cuando se detectan las corrientes parásitas. En un segundo sistema, las corrientes parásitas son anuladas con la utilización de una o más bobinas de apantallamiento situadas cerca de los generadores.

La Patente U.S. núm. 6.369.564, de Khalfin et al., describe un sistema electromagnético de rastreo que incluye al menos una fuente de un campo electromagnético de AC, al menos un sensor testigo que mide las componentes del vector de inducción electromagnética en puntos espaciales conocidos respecto al, o dentro del, volumen de interés, y al menos un sensor de sonda inalámbrico situado sobre el objeto que ha de ser rastreado. La señal generada por los sensores testigo se utiliza en la separación de las señales de distorsión ambiental respecto a la señal de sensor de sonda, por distinción de la fase de la señal procedente del sensor de sonda.

El documento US-A-6.037.043 describe un procedimiento tal y como se define en el preámbulo de la reivindicación 1 que se acompaña, y un aparato tal y como se define en el preámbulo de la reivindicación 11 que se acompañan.

Sumario de la invención

Las realizaciones de la presente invención proporcionan procedimientos para incrementar la precisión de un sistema de rastreo electromagnético, al detectar la presencia y efecto de artículos con respuesta de campo, tales como útiles metálicos, en las proximidades del objeto que se está rastreando. Tales sistemas comprenden típicamente una o más bobinas radiantes, que producen campos de energía en las proximidades del objeto. Una o más bobinas detectoras generan señales que son indicativas de las coordenadas espaciales del objeto. Un controlador de sistema analiza las señales con el fin de calcular las coordenadas del objeto adaptando las amplitudes de señal a un modelo matemático de los campos de energía producidos por las bobinas radiantes.

Cuando los campos son perturbados por un artículo presente en el volumen de detección, el modelo matemático deja de ser precisamente correcto, y el cálculo de las coordenadas puede presentar por lo tanto fallos de convergencia. La perturbación de los campos por parte del artículo depende, sin embargo, típicamente de las frecuencias de los campos. En consecuencia, el cálculo de coordenadas puede todavía converger a algunas frecuencias a pesar de la perturbación (y puede producir un resultado impreciso). Para direccionar este problema, en las realizaciones de la presente invención, cada una de las bobinas radiantes es excitada para que irradie a múltiples frecuencias diferentes, y el cálculo de las coordenadas del objeto se repite para cada una de las diferentes frecuencias. Si alguno de estos cálculos presenta fallos de convergencia, el controlador puede concluir que los campos han sido perturbados por un artículo con respuesta de frecuencia que está presente en el volumen de detección. El controlador puede entonces tomar medidas para corregir las coordenadas calculadas, o al menos para avisar a un usuario del sistema en cuanto a la posible pérdida de precisión de las coordenadas.

Se proporciona por lo tanto, de acuerdo con una realización de la presente invención, un procedimiento para rastrear un objeto, que incluye:

producir campos de energía a una pluralidad de frecuencias diferentes en las proximidades de un objeto;

recibir señales que son generadas en la posición del objeto a las diferentes frecuencias en respuesta a los campos de energía;

realizar múltiples cálculos de coordenadas espaciales del objeto, en base a las señales recibidas a las diferentes frecuencias, y

averiguar si los campos de energía han sido perturbados por un artículo presente en las proximidades del objeto, comprobando la convergencia de los cálculos. La comprobación de la convergencia incluye detectar cualquier discrepancia entre las coordenadas espaciales calculadas a las diferentes frecuencias.

En una realización descrita, la producción de los campos de energía incluye producir campos magnéticos, y la recepción de las señales incluye recibir señales eléctricas que son generadas en respuesta a los campos magnéticos. Típicamente, producir los campos magnéticos incluye excitar múltiples bobinas radiantes con corrientes eléctricas a diferentes frecuencias con el fin de generar los campos magnéticos, donde la excitación de las múltiples bobinas radiantes incluye excitar cada una de las bobinas de modo que generen los campos magnéticos en un conjunto respectivo, único, de frecuencias. Adicionalmente, o alternativamente, recibir las señales eléctricas incluye recibir las señales eléctricas procedentes de una o más bobinas detectoras que hayan sido fijadas al objeto.

En una realización, la producción de los campos de energía incluye escanear secuencialmente una secuencia predeterminada de frecuencias. En otra realización, la producción de los campos de energía incluye generar los campos simultáneamente a las diferentes frecuencias.

Típicamente, la realización de múltiples cálculos incluye resolver un conjunto de ecuaciones simultáneas con relación a las señales recibidas, respecto a las coordenadas espaciales del objeto. Adicionalmente o alternativamente, la realización de múltiples cálculos incluye aplicar un método iterativo de aproximación para determinar las coordenadas espaciales, y comprobar la convergencia incluye evaluar un criterio de convergencia del método iterativo. Opcionalmente, el método incluye, tras la comprobación de que los campos de energía han sido perturbados, corregir los cálculos para compensar la presencia del artículo en las proximidades del objeto.

También se proporciona, de acuerdo con una realización de la presente invención, un aparato para el rastreo de un objeto, que incluye:

al menos un dispositivo radiante, que está adaptado para producir campos de energía a una pluralidad de frecuencias diferentes en las proximidades del objeto;

al menos un sensor, fijado al objeto, que está adaptado para generar señales en respuesta a los campos de energía a las diferentes frecuencias, y

un controlador de sistema, que está adaptado para realizar múltiples cálculos de las coordenadas espaciales del objeto en base a las señales generadas a las diferentes frecuencias, y para verificar si los campos de energía han sido perturbados por algún artículo que esté presente en las proximidades del objeto, comprobando la convergencia de los cálculos. El controlador de sistema está adaptado para comprobar la convergencia mediante la detección de alguna discrepancia entre las coordenadas espaciales calculadas a las diferentes frecuencias.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención podrá ser mejor comprendida a partir de la descripción detallada que sigue de las realizaciones de la misma, tomadas junto con los dibujos, en los que:

La Figura 1 es una ilustración gráfica, esquemática, que muestra un sistema para rastrear las coordenadas de una sonda, de acuerdo con una realización de la presente invención, y

la Figura 2 es un diagrama de flujo que ilustra esquemáticamente un procedimiento para la detección de la presencia de un artículo perturbador de campo en un sistema de rastreo de un objeto, de acuerdo con una realización de la presente invención.

Descripción detallada de realizaciones

Ahora se hace referencia a la Figura 1, la cual ilustra esquemáticamente un sistema 10 para el rastreo de una sonda 20, tal como un catéter de uso médico, de acuerdo con una realización de la presente invención. Sistemas similares han sido descritos en las Patentes U.S. núms. 5.319.199, 6.417.480 y 6.373.240, y en la publicación de Patente US 2002/0065455, que se han mencionado en lo que antecede. Se van a repetir aquí elementos de la descripción, por motivos de claridad y de integridad.

El sistema 10 comprende una pluralidad de bobinas 22, 24 y 26 radiantes, las cuales están situadas en posiciones y orientaciones conocidas. Las bobinas radiantes son excitadas por circuitos 30, 32 Y 33 excitadores de frecuencia variable para generar campos magnéticos \vec{H}_{1}, \vec{H}_{2} y \vec{H}_{3} respectivos, a conjuntos respectivos de frecuencias {\omega_{1}}, {\omega_{2}} y {\omega_{3}}, en las proximidades de la sonda 20. Típicamente, los conjuntos {\omega_{1}}, {\omega_{2}} y {\omega_{3}} comprenden frecuencias de la gama aproximada de 100 Hz - 20 kHz, aunque también se pueden utilizar frecuencias más altas y más bajas. Todos los conjuntos de frecuencias {\omega_{1}}, {\omega_{2}} y {\omega_{3}} pueden incluir las mismas frecuencias o diferentes frecuencias. En cualquier caso, el ordenador 36 controla los circuitos 30, 32 y 33 de acuerdo con un patrón de multiplexado conocido, que permite que en cualquier instante de tiempo, no esté radiando más de una bobina radiante a cualquier frecuencia dada. Típicamente, cada circuito excitador está controlado de modo que realiza un escaneo cíclicamente en el tiempo a través de las frecuencias de su conjunto respectivo. Alternativamente, cada circuito excitador puede excitar la bobina 22, 24 ó 26 respectiva, para que irradie a múltiples frecuencias simultáneamente.

A los efectos del sistema 10, las bobinas 22, 24 y 26 radiantes pueden estar dispuestas en cualquier posición y orientación convenientes, en tanto que las mismas estén sujetas a un mismo armazón de referencia, y en tanto que no exista ningún solapamiento, es decir, no existan dos bobinas radiantes con una posición idéntica, exacta, esto es, posición y orientación. Se comprenderá que la colocación de las bobinas radiantes, así como su tamaño y configuración, variarán de acuerdo con la aplicación de la invención. Típicamente, para una aplicación médica, las bobinas radiantes comprenden bobinas anulares arrolladas desde 2 hasta 20 cm de diámetro externo (O.D.), y desde 0,5 hasta 2 cm de espesor, en disposición triangular, coplanar, en la que los centros de las bobinas están separados desde alrededor de 2 hasta alrededor de 30 cm. Los transmisores en forma de barra o incluso las bobinas de forma triangular o cuadrada, podrían ser también útiles para tales aplicaciones médicas. Cuando un paciente postrado debe ser sometido a un procedimiento que incluya la presente invención, las bobinas radiantes pueden estar situadas en, o por debajo de, la superficie sobre la que está apoyado el paciente (tal como una mesa de operaciones), por debajo de la porción de cuerpo del paciente en la que se va a llevar a cabo el procedimiento. En otras aplicaciones, las bobinas radiantes pueden estar cerca de, o en contacto con, la piel del paciente.

La sonda 20 incluye bobinas 27, 28 y 29 detectoras, las cuales generan señales de corriente eléctrica en respuesta a los campos magnéticos producidos por las bobinas radiantes. Las bobinas radiantes pueden estar arrolladas tanto sobre núcleos de aire como sobre un núcleo de algún otro material. En la realización que se muestra en la Figura 1, las bobinas detectoras tienen ejes mutuamente ortogonales, uno de los cuales está convenientemente alineado con el eje largo longitudinal de la sonda 20. A diferencia con los sensores de posición de la técnica anterior (utilizados en otras aplicaciones), que contienen tres bobinas que se sitúan concéntricamente, o al menos cuyos ejes se interceptan, las bobinas de esta realización están separadas de manera muy cercana a lo largo del eje longitudinal de la sonda, para reducir el diámetro de la sonda y dejar espacio para otros elementos, tal como un canal de trabajo (no repre-
sentado).

En cualquier instante de tiempo, las señales generadas por las bobinas 27, 28 y 29 detectoras comprenden componentes a las frecuencias específicas de los conjuntos {\omega_{1}}, {\omega_{2}} y {\omega_{3}} que son generados por las bobinas radiantes. Las amplitudes respectivas de estas señales son dependientes de la posición y de la orientación de la sonda 20 con relación a las posiciones y a las orientaciones de las bobinas radiantes. Las señales generadas por las bobinas 27, 28 y 29 detectoras son transportadas por medio de conductores 33 hasta el extremo proximal de la sonda, para su procesamiento mediante la circuitería 34 de procesamiento de señal. Los conductores 33 comprenden típicamente pares retorcidos para reducir la captación de ruido, y además pueden estar apantallados eléctricamente. Las señales detectoras procesadas son utilizadas a continuación por el ordenador 36, junto con una representación de las señales utilizadas para excitar las bobinas 22, 24 y 26 radiantes, para calcular las coordenadas de posición y de orientación de la sonda 20.

En una realización de la invención, las bobinas 27, 28, 29 detectoras tienen un diámetro interno de aproximadamente 0,5 mm, y tienen 800 espiras de alambre de 16 \mum de diámetro, para proporcionar un diámetro global de bobina de 1 - 1,2 mm. El área de captura efectiva de la bobina es entonces de aproximadamente 400 mm^{2}. Se comprenderá que estas dimensiones pueden variar sobre una gama considerable, y son solamente representativas de un ejemplo de gama de dimensiones. En particular, el tamaño de las bobinas detectoras puede ser tan pequeño como 0,3 mm (con alguna pérdida de sensibilidad), o tan grande como 2 mm o más. El tamaño de hilo de las bobinas detectoras puede estar en la gama de 10 - 31 \mum, y el número de espiras entre 300 y 2600, dependiendo del máximo tamaño admisible y del diámetro del hilo. El área de captura efectiva de las bobinas detectoras se hace típicamente tan grande como sea factible, de conformidad con las necesidades de tamaño global. Mientras que las bobinas 27, 28 y 29 se han mostrado con formas cilíndricas, se pueden utilizar también otras configuraciones. Por ejemplo, las bobinas en forma de barra, cuadradas o con otras formas, pueden ser útiles, dependiendo de la geometría de la sonda 20.

Aunque en la Figura 1 se ha mostrado el sistema 10 de modo que comprende tres bobinas radiantes y tres bobinas detectoras, en otras realizaciones de la presente invención podrán utilizarse números, tipos y configuraciones diferentes de elementos radiantes y detectores. Se puede establecer un armazón fijo de referencia utilizando, por ejemplo, solamente dos bobinas radiantes no solapantes para generar campos magnéticos distinguibles. Se pueden utilizar dos bobinas detectoras no paralelas para medir el flujo de campo magnético ocasionado por las bobinas radiantes, con el fin de determinar seis coordenadas de posición y de orientación (direcciones X, Y, Z, y orientaciones de paso, balanceo y cabeceo) del extremo distal de la sonda 20.La utilización de tres bobinas radiantes y de tres bobinas detectoras, sin embargo, tiende a mejorar la exactitud y la fiabilidad de la medición de posición.

Alternativamente, si solamente se utiliza una única bobina detectora, el ordenador 36 puede determinar aún cinco coordenadas de posición y de orientación (las direcciones X, Y, Z, y las orientaciones de paso y cabeceo). Las características y funciones específicas de un sistema de bobina única (también conocido como sistema de un sólo eje), se encuentran descritas en la Patente U.S. 6.484.118.

Para determinar las coordenadas de la sonda 20, el ordenador adapta las señales de sonda a un modelo matemático de los campos magnéticos generados por las bobinas 22, 24 y 26 radiantes. Este cálculo se realiza múltiples veces en cada posición de sonda, como se describe en lo que sigue, utilizando un grupo diferente de frecuencias radiantes {\omega_{1}, \omega_{2}, \omega_{3}} en cada cálculo. La forma del cálculo, para tres bobinas radiantes y tres bobinas detectoras como muestra la Figura 1, se proporciona en la publicación de Patente US-2002/0065455 A1 mencionada anteriormente, como sistema de nueve ecuaciones algebraicas no lineales:

(1)(|F_{s,c}(x, y, z, \varepsilon, \xi, \zeta) = B_{s,c}(\omega_{c})|_{s=1,2,3})_{c=1,2,3}

Aquí, B_{s,c}(\omega_{c}) representa la señal real recibida desde la bobina s detectora en las coordenadas de posición y orientación (x, y, z, \varepsilon, \xi, \zeta) desconocidas, debida al campo de la bobina c radiante, mientras que la bobina radiante fue excitada a la frecuencia \omega_{c} del conjunto {\omega_{c}}. F_{s,c}(x, y, z, \varepsilon, \xi, \zeta) representa la señal que debería haberse recibido desde las bobinas detectoras en esas coordenadas, dado un modelo conocido de los campos magnéticos generados por las bobinas radiantes. Este modelo depende de las posiciones específicas y de la geometría de las bobinas 22, 24 y 26 radiantes, como se conoce en el estado de la técnica.

Suponiendo que no existan artículos en las proximidades de la sonda 20 que perturben significativamente los campos generados por las bobinas radiantes, F_{s,c} en cualquier posición dada se determina únicamente mediante las corrientes excitadoras y las posiciones y orientaciones conocidas de las bobinas radiantes:

(2)B_{s}(t) = \sum\limits_{c}B_{s, c}(t) = \sum\limits_{c} A_{c} \ sen \ (\omega_{c}t + \phi_{c})

Aquí, A_{c} y \phi_{c} son la amplitud y la fase de la componente de señal de posición a la frecuencia \omega_{c}. El sistema de ecuaciones representado por las ecuaciones (1) y (2) se resuelve típicamente utilizando métodos de aproximación numérica conocidos en el estado de la técnica, tal como el método de Newton-Raphson o los métodos de secante multidimensional, con el fin de determinar las coordenadas (x, y, z, \varepsilon, \xi, \zeta). Se espera que el cálculo converja únicamente a los valores coordenados correctos, con independencia de las frecuencias \omega_{c} de bobina radiante que se utilicen.

Según se ilustra en la Figura 1, sin embargo, esta expectación no puede ser alcanzada cuando un metal u otro artículo con respuesta de campo magnético, tal como una herramienta 40 quirúrgica, se introduce en las proximidades de la sonda 20. La herramienta 40 recibe en general energía desde los campos \vec{H}_{1}, \vec{H}_{2} y \vec{H}_{3} no perturbados, y re-radia campos \vec{H}_{1}, \vec{H}_{2} y \vec{H}_{3} magnéticos parásitos, perturbadores, a las frecuencias específicas de los conjuntos {\omega_{1}}, {\omega_{2}} y {\omega_{3}} que están siendo generados por las bobinas radiantes. Las fases y amplitudes de los campos parásitos dependen por lo general de las propiedades de la herramienta 40, incluyendo su constante dieléctrica, su permeabilidad magnética, su forma geométrica y su orientación con relación a las bobinas radiantes. Las fases y amplitudes de los campos parásitos son también una función de las frecuencias especificas de los campos \vec{H}_{1}, \vec{H}_{2} y \vec{H}_{3}. Por lo tanto, el modelo de los campos magnéticos no perturbados generados por las bobinas 22, 24 y 26 radiantes, no corresponde ya precisamente con los campos reales que podrán ser encontrados por las bobinas 27, 28 y 29 detectoras. Al contrario, las señales generadas por las bobinas detectoras incluyen ahora una componente parásita:

(3)B_{s}(t) = \sum\limits_{c} B_{s, c}(t) = \sum\limits_{c} A_{c} \ sen \ (\omega_{c}t + \phi_{c}) + A_{c}' \ sen \ (\omega_{c}t + \phi_{c}')

en la que A'_{c} y \varphi'_{c} son la amplitud y la fase de la componente de señal parásita a la frecuencia \omega_{c}.

Como resultado de estos efectos parásitos, cuando se resuelve la ecuación (1), puede dar diferentes resultados para diferentes opciones de frecuencias radiantes. Además, si la perturbación es severa a ciertas frecuencias, el método de aproximación utilizado para resolver el sistema de ecuaciones puede fallar completamente en cuanto a convergencia.

Aunque el sistema 10 que se ha mostrado comprende tres bobinas radiantes y tres bobinas detectoras, problemas similares de perturbación de campo se ponen de manifiesto cuando se utilizan diferentes tipos de antenas para la generación y recepción de campo, así como cuando se utilizan números más grandes o más pequeños de generadores y receptores de campo. Por ejemplo, las bobinas 27, 28 y 29 de la sonda 20 pueden ser utilizadas como generadores de campo, mientras que las bobinas 22, 24 y 26 externas se utilizan como receptoras. Según otro ejemplo, mencionado más arriba, el sistema de rastreo puede comprender solamente una única bobina detectora y múltiples bobinas radiantes, o una simple bobina radiante y múltiples bobinas detectoras. El uso de una única bobina detectora con múltiples bobinas radiantes ha sido descrito, por ejemplo, en la solicitud de Patente Europea núm. 1 184 684 y en la Patente U.S. núm. 6.484.118, mencionadas más arriba. Esta solicitud detalla un número de métodos de estimación para la determinación de las coordenadas de una zona que contiene una única bobina detectora, incluyendo una técnica de pendiente descendente y una técnica de estimación global. Con independencia de la elección de una técnica, la perturbación de campo por parte de los artículos con respuesta de campo en el sistema de sensor único, puede ocasionar igualmente cálculos de coordenadas a diferentes frecuencias respecto a la convergencia de los diferentes valores o respecto al fallo completo de convergencia.

La Figura 2 es un diagrama de flujo que ilustra esquemáticamente un procedimiento llevado a cabo mediante un ordenador 36, para detectar la presencia de un artículo perturbador de campo, tal como una herramienta 40, en las proximidades de la sonda 20, de acuerdo con una realización de la presente invención. Según se ha indicado en lo que antecede, aunque este procedimiento se describe específicamente con referencia al sistema 10, es aplicable de forma similar a sistemas de rastreo magnético de otros tipos y configuraciones. Para iniciar el procedimiento, la unidad de control selecciona un primer conjunto de una o más frecuencias para las bobinas 22, 24 y 26 radiantes en la etapa 50 de selección de frecuencia. Si todas las bobinas operan a la misma frecuencia (utilizando multiplexado de tiempo-dominio, por ejemplo, para distinguir los campos generados por las diferente bobinas radiantes), el conjunto de frecuencias seleccionadas en esta etapa contiene solamente una única frecuencia. Alternativamente, en sistemas en los que los campos respectivos generados por las bobinas radiantes tienen frecuencias diferentes, el conjunto de frecuencias seleccionadas en esta etapa comprende típicamente una frecuencia seleccionada para cada uno de los conjuntos {\omega_{1}}, {\omega_{2}} y {\omega_{3}}. Además, cada una de las bobinas radiantes puede ser excitada a múltiples frecuencias simultáneamente.

Las bobinas 22, 24 y 26 radiantes generan campos magnéticos a la frecuencia seleccionada o a frecuencias respectivas, y las bobinas 27, 28 y 29 detectoras, de respuesta a los campos, generan señales de posición. El ordenador 36 intenta entonces determinar la posición y la orientación de la sonda 20 resolviendo el conjunto de ecuaciones simultáneas representadas por las ecuaciones (1) y (2), utilizando las amplitudes de señal de posición como entradas B_{s,c}(\omega_{c}) en una etapa 52 de determinación de posición. Cuando una o más de las bobinas radiantes generan campos a múltiples frecuencias simultáneamente, el ordenador 36 utiliza típicamente técnicas de filtro en el dominio del tiempo o de la frecuencia, para separar las componentes de la señal a las diferentes frecuencias radiantes con anterioridad a resolver las ecuaciones simultáneamente. Se puede utilizar cualquier procedimiento adecuado para resolver las ecuaciones, tal como los métodos descritos en lo que antecede u otros métodos conocidos en el estado de la técnica.

El ordenador 36 comprueba si el cálculo ha convergido hasta una solución satisfactoria, en una etapa 54 de comprobación de convergencia. En caso de convergencia del cálculo, el ordenador concluye provisionalmente que los campos radiantes no han sido perturbados significativamente por ningún artículo de interferencia. En ese caso, el ordenador retorna a la etapa 50, selecciona un conjunto diferente de frecuencias, y a continuación repite las etapas 52 y 54. En caso paso por la etapa 54, el ordenador comprueba la convergencia para verificar que:

\bullet: El cálculo de las coordenadas de la sonda en el conjunto actual de frecuencias radiantes, ha convergido en sí mismo, es decir, que tras un cierto número de iteraciones por medio de cualquier método de acoplamiento que se utilice, la variación de las coordenadas calculadas de iteración en iteración esté dentro de un límite de error predeterminado, y

\bullet: las coordenadas de sonda calculadas en el conjunto actual de frecuencias radiantes, están dentro de un límite de error predeterminado, típicamente alrededor de 3 mm, de las coordenadas calculadas en los pasos anteriores a través de las etapas 50-54, utilizando diferentes conjuntos de frecuencias.

El bucle a través de las etapas 50-54 se repite N veces, en el que, por ejemplo, N puede ser igual a 5 ó 10. El ordenador 36 comprueba que se han completado las N repeticiones, en una etapa 56 de comprobación de terminación. Si la convergencia se produce la totalidad de las N veces, el ordenador determina que no existe perturbación de campo significativa debida a la herramienta 40 metálica (o a cualquier otro artículo perturbador de campo), en una etapa 58 de determinación negativa.

Por otra parte, si se determina en cualquiera de las iteraciones, por medio de la etapa 54, que el cálculo de coordenadas ha fallado en cuanto a convergencia, de acuerdo con los criterios que se han definido en lo que antecede, el ordenador 36 concluye que se encuentra presente un artículo perturbador de campo, en una etapa 60 de determinación positiva. Esta determinación puede ser alcanzada debido a que la presencia de un artículo de ese tipo es la única causa razonablemente esperada (aparte de un fallo mecánico o eléctrico) para que las ecuaciones no converjan. Una vez que se ha realizado la determinación, el ordenador puede aplicar técnicas de compensación para corregir el cálculo de coordenadas para la perturbación causada por el artículo de interferencia, en una etapa 62 de compensación. Por ejemplo, se pueden utilizar para este propósito las técnicas descritas en las Patentes U.S. núms. 6.147.480 y 6.373.240 mencionadas en lo que antecede, de la misma manera que otras muchas técnicas conocidas en el estado de la técnica. Adicionalmente o alternativamente, el ordenador 36 puede notificar al usuario del sistema 10 que las coordenadas actuales de la sonda 20 son sospechosas y que deberán ser utilizadas con precaución hasta que, por ejemplo, la herramienta 40 haya sido retirada de las proximidades de la sonda. Si las técnicas de compensación no resuelven el problema de no convergencia, el ordenador 36 puede notificar al usuario un fallo de sistema.

Se apreciará que las realizaciones descritas en lo que antecede han sido citadas a título de ejemplo, y que la presente invención no se limita a lo que ha sido mostrado y descrito de manera particular en lo que antecede. Al contrario, el alcance de la invención está definido por las reivindicaciones.

Claims

1. Un procedimiento para rastrear un objeto (20), que comprende:

producir campos (\vec{H}_{1}, \vec{H}_{2} y \vec{H}_{3}) de energía a una pluralidad de frecuencias ({\omega_{1}}, {\omega_{2}} y {\omega_{3}}) diferentes, en las proximidades del objeto;

recibir señales que son generadas en una localización del objeto a las diferentes frecuencias, en respuesta a los campos de energía;

realizar (52) múltiples cálculos de las coordenadas (x, y, z, \varepsilon, \xi, \zeta) espaciales del objeto en base a las señales recibidas a las diferentes frecuencias, y

averiguar si los campos de energía han sido perturbados por un artículo (40) presente en las proximidades del objeto mediante la comprobación (54) de una convergencia de los cálculos;

que se caracteriza porque comprobar (54) la convergencia comprende detectar (60) una discrepancia entre las coordenadas (x, y, z, \varepsilon, \xi, \zeta) espaciales calculadas a las diferentes frecuencias ({\omega_{1}}, {\omega_{2}} y {\omega_{3}}).

2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que producir los campos (\vec{H}_{1}, \vec{H}_{2} y \vec{H}_{3}) de energía comprende producir campos magnéticos, y en el que recibir las señales comprende recibir señales eléctricas que son generadas en respuesta a los campos magnéticos.

3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, en el que producir los campos (\vec{H}_{1}, \vec{H}_{2} y \vec{H}_{3}) magnéticos comprende excitar múltiples bobinas (22, 24, 26) radiantes con corrientes eléctricas a las diferentes frecuencias ({\omega_{1}}, {\omega_{2}} y {\omega_{3}}) con el fin de generar los campos magnéticos.

4. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la excitación de las múltiples bobinas radiantes comprende excitar cada una de las bobinas (22, 24, 26) para generar los campos magnéticos a un conjunto respectivo, único, de las frecuencias ({\omega_{1}}, {\omega_{2}} y {\omega_{3}}).

5. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que recibir las señales eléctricas comprende recibir las señales eléctricas desde una o más de las bobinas (27, 28, 29) detectoras que han sido fijadas al objeto (20).

6. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que producir los campos (\vec{H}_{1}, \vec{H}_{2} y \vec{H}_{3}) de energía comprende escanear secuencialmente a través de una secuencia predeterminada de las frecuencias ({\omega_{1}}, {\omega_{2}} y {\omega_{3}}).

7. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que producir los campos (\vec{H}_{1}, \vec{H}_{2} y \vec{H}_{3}) de energía comprende generar los campos de forma simultánea a las diferentes frecuencias ({\omega_{1}}, {\omega_{2}} y {\omega_{3}}).

8. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que realizar (52) los múltiples cálculos comprende resolver un conjunto de ecuaciones simultáneas en relación con las señales recibidas respecto a las coordenadas (x, y, z, \varepsilon, \xi, \zeta) espaciales del objeto.

9. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que realizar (52) los múltiples cálculos comprende aplicar un método iterativo de aproximación para determinar las coordenadas (x, y, z, \varepsilon, \xi, \zeta) espaciales, y en el que comprobar la convergencia comprende evaluar un criterio de convergencia del método iterativo.

10. El procedimiento de la reivindicación 1, y que comprende, después de comprobar que los campos (\vec{H}_{1}, \vec{H}_{2} y \vec{H}_{3}) de energía han sido perturbados, corregir (62) los cálculos para compensar la presencia del artículo (40) en las proximidades del objeto (20).

11. Aparato (10) para rastrear un objeto (20), que comprende:

al menos un dispositivo radiante (22, 30; 24, 32; 26, 33), que está adaptado para producir campos (\vec{H}_{1}, \vec{H}_{2} y \vec{H}_{3}) de energía a una pluralidad de frecuencias ({\omega_{1}}, {\omega_{2}} y {\omega_{3}}) diferentes en las proximidades del objeto;

al menos un sensor (27, 28, 29), fijado al objeto, que está adaptado para generar señales en respuesta a los campos de energía a las diferentes frecuencias, y

un controlador (36) de sistema, que está adaptado para realizar múltiples cálculos de coordenadas (x, y, z, \varepsilon, \xi, \zeta) espaciales del objeto, en base a las señales generadas a las diferentes frecuencias, y para averiguar si los campos de energía han sido perturbados por un artículo (40) presente en las proximidades del objeto, mediante comprobación de la convergencia de los cálculos,

que se caracteriza porque el controlador (36) de sistema está adaptado para comprobar la convergencia mediante la detección de cualquier discrepancia entre las coordenadas (x, y, z, \varepsilon, \xi, \zeta) espaciales calculadas a las diferentes frecuencias ({\omega_{1}}, {\omega_{2}} y {\omega_{3}}).

12. El aparato de acuerdo con la reivindicación 11, en el que los campos (\vec{H}_{1}, \vec{H}_{2} y \vec{H}_{3}) de energía comprenden campos magnéticos, y en el que las señales comprenden señales eléctricas que son generadas por el al menos un sensor (27, 28, 29) en respuesta a los campos magnéticos.

13. El aparato de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el al menos un elemento radiante comprende múltiples bobinas (22, 24, 26) radiantes y circuitería (30, 32, 33) excitadora, que está adaptada para excitar las bobinas radiantes con corrientes eléctricas a las diferentes frecuencias ({\omega_{1}}, {\omega_{2}} y {\omega_{3}}) con el fin de generar los campos (\vec{H}_{1}, \vec{H}_{2} y \vec{H}_{3}) magnéticos.

14. El aparato de acuerdo con la reivindicación 13, en el que la circuitería excitadora está adaptada para excitar cada una de las bobinas (22, 24, 26) para generar los campos (\vec{H}_{1}, \vec{H}_{2} y \vec{H}_{3}) magnéticos a una secuencia respectiva, única, de las frecuencias ({\omega_{1}}, {\omega_{2}} y {\omega_{3}}).

15. El aparato de acuerdo con la reivindicación 13, en el que el al menos un sensor comprende una o más bobinas (27, 28, 29) detectoras.

16. El aparato de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el al menos un dispositivo radiante (22, 30; 24, 32; 26, 33) está adaptado para generar los campos (\vec{H}_{1}, \vec{H}_{2} y \vec{H}_{3}) de energía de forma secuencial con una secuencia predeterminada de las frecuencias ({\omega_{1}}, {\omega_{2}} y {\omega_{3}}).

17. El aparato de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el al menos un dispositivo radiante (22, 30; 24, 32; 26, 33) está adaptado para generar los campos (\vec{H}_{1}, \vec{H}_{2} y \vec{H}_{3}) de manera simultánea a las diferentes frecuencias ({\omega_{1}}, {\omega_{2}} y {\omega_{3}}).

18. El aparato de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el controlador (36) de sistema está adaptado para calcular las coordenadas (x, y, z, \varepsilon, \xi, \zeta) espaciales resolviendo un conjunto de ecuaciones simultáneas con relación a las señales recibidas respecto a las coordenadas espaciales del objeto (20).

19. El aparato de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el controlador (36) de sistema está adaptado para calcular las coordenadas (x, y, z, \varepsilon, \xi, \zeta) espaciales mediante la aplicación de un procedimiento iterativo de aproximación, y para comprobar la convergencia del cálculo mediante la evaluación de un criterio de convergencia del procedimiento iterativo.

20. El aparato de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el controlador (36) de sistema está adaptado, después de averiguar que los campos (\vec{H}_{1}, \vec{H}_{2} y \vec{H}_{3}) han sido perturbados, para corregir los cálculos con el fin de compensar la presencia de un artículo (40) en las proximidades del objeto (20).