ES2327520T3 - Aparato, procedimiento y software para el seguimiento de un objeto. - Google Patents
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Abstract
Un aparato de evaluación (16) que comprende: un conjunto de uno o más radiadores (34) que está adaptado para generar un campo de energía en al menos una frecuencia fundamental; un sensor receptor (22) que está adaptado para generar una primera señal sensible al campo de energía cuando un artículo reactivo al campo (40) está en una primera localización relativa al sensor receptor, y que está adaptado para generar una segunda señal sensible al campo de energía cuando el artículo reactivo al campo está en una segunda localización relativa al sensor receptor; y una unidad de control (50), caracterizado por estar adaptado para: recibir una amplitud de la primera señal y una amplitud de la segunda señal y analizarlas calculando la diferencia entre las amplitudes de la primera y la segunda señal con el fin de calcular una característica de señal de huella del artículo reactivo al campo (40), y almacenar, en una base de datos, datos indicativos de la señal de huella, en asociación con una identidad del artículo reactivo al campo, en el que los datos indicativos de la señal de huella incluyen un modelo de frecuencia armónica de la frecuencia fundamental presente en la señal de huella, y el que la unidad de control (50) está adaptada para detectar el modelo de frecuencia armónica calculando una relación entre una amplitud de un primer armónico de la frecuencia fundamental en la señal de huella y una amplitud de un segundo armónico de la frecuencia fundamental en la señal de huella y una relación entre una amplitud de al menos una frecuencia armónica de la frecuencia fundamental presente en la señal de huella y una amplitud de la frecuencia fundamental presente en la señal de huella, y almacenar las relaciones en la base de datos, en asociación con la identidad del artículo reactivo al campo (40).
Description
Aparato, procedimiento y software para el
seguimiento de un objeto.
La presente solicitud se refiere a la solicitud
de patente europea nº 04253208.5, presentada en la misma fecha, con
el título "Dynamic Metal Immunity by Hysteresis", en nombre de
Biosense Webster, Inc., y que reivindica prioridad de la solicitud
de patente estadounidense nº 10/448291 presentada el 29 de mayo de
2003 (referencia del agente: P037724EP).
La presente invención se refiere, en general, a
un seguimiento sin contacto de objetos utilizando un campo
magnético, y específicamente a contrarrestar el efecto de un
artículo móvil y sensible al campo magnético, en un campo
magnético.
Los sistemas de seguimiento y localización
electromagnéticos sin contacto son bien conocidos en la técnica,
con un espectro de aplicaciones excepcionalmente amplio, que incluye
temas tan diversos como la observación de objetivos militares, la
animación informática y los procedimientos médicos precisos. Por
ejemplo, la tecnología de localización electromagnética se utiliza
ampliamente en el campo médico durante los procedimientos
quirúrgicos, de diagnóstico, terapéuticos y profilácticos, que
incluyen la inserción y el movimiento de objetos como dispositivos
quirúrgicos, sondas y catéteres dentro del cuerpo del paciente.
Existe la necesidad de proporcionar información en tiempo real para
determinar de manera precisa la localización y orientación de
objetos dentro del cuerpo del paciente, preferentemente sin
utilizar imágenes por rayos X.
Los documentos
US-A-5,391,199 y
US-A-5,443,489 describen sistemas en
los que las coordenadas de una sonda intracorporal se determinan
utilizando uno o más sensores de campo, como dispositivos de efecto
Hall, bobinas u otras antenas transportadas en la sonda. Dichos
sistemas se utilizan para generar información de localización en
tres dimensiones, referente a una sonda o un catéter médicos. Se
coloca una bobina de sensor en el catéter y genera señales en
respuesta a los campos magnéticos aplicados externamente. Los campos
magnéticos son generados por una pluralidad de bobinas de radiador,
fijadas a una estructura de referencia externa en localizaciones
conocidas, mutuamente espaciadas. Las amplitudes de las señales
generadas en respuesta a cada uno de los campos de la bobina del
radiador se detectan y se utilizan para calcular la localización de
la bobina de sensor. Cada bobina de radiador está accionada
preferentemente por un circuito accionador para generar un campo en
una frecuencia conocida, distinta de la de otras bobinas de
radiador, de modo que las señales generadas por la bobina de sensor
pueden separarse por frecuencia en componentes correspondientes a
las diferentes bobinas de radiador.
El documento
WO-A-96/05768 describe un sistema
que genera información de posición y orientación en seis
dimensiones, relativa a la punta del catéter. Este sistema utiliza
una pluralidad de bobinas de sensor adyacentes a un emplazamiento
localizable en el catéter, por ejemplo, cerca de su extremo distal,
y una pluralidad de bobinas de radiador fijadas en una estructura
de referencia externa. Estas bobinas generan señales en respuesta a
los campos magnéticos generados por las bobinas de radiador, cuyas
señales permiten el cálculo de seis coordenadas de localización y
orientación, de modo que la posición y orientación del catéter se
conocen si necesidad de captar imágenes del
catéter.
catéter.
El documento
US-A-6,239,724 describe un sistema
telemétrico para proporcionar información de posicionamiento
espacial del interior del cuerpo de un paciente. El sistema incluye
una unidad telemétrica implantable que tiene (a) un primer
transductor, para convertir una señal de potencia recibida desde el
exterior del cuerpo en potencia eléctrica para alimentar la unidad
telemétrica; (b) un segundo transductor, para recibir una señal de
campo de posicionamiento que se recibe desde el exterior del cuerpo;
y (c) un tercer transductor, para transmitir una señal de
localización a un emplazamiento fuera del cuerpo, en respuesta a la
señal del campo de posicionamiento.
El documento
US-A-5,425,382 describe aparatos y
procedimientos para localizar un catéter en el cuerpo de un
paciente detectando el gradiente de fuerza del campo magnético
estático generado por un imán fijado al catéter.
El documento
US-A-5,558,091 describe un sistema
de determinación de posición y orientación magnético que utiliza
los campos uniformes de las bobinas Helmholtz posicionadas en lados
opuestos de un volumen de detección y campos de gradiente generados
por las mismas bobinas. Al supervisar los componentes de campo
detectados en una sonda durante la aplicación de estos campos, se
deduce la posición y orientación de la sonda. Una representación de
la sonda está superpuesta en una imagen captada por separado del
sujeto para mostrar la posición y orientación de la sonda con
respecto al sujeto.
Otros dispositivos de localización que utilizan
un sensor de posición unido a un catéter se describen en los
documentos US-A-4,173,228,
US-A- 5,099,845,
US-A-5,325,873,
US-A-5,913,820,
US-A-4,905,698 y
US-A-5,425,367.
Los sistemas comerciales de mapas físicos y
electrofisiológicos basados en la detección de la posición de una
sonda dentro del cuerpo ya están disponibles actualmente. Entre
ellos, CARTO^{TM}, desarrollado y comercializado por Biosense
Webster, Inc. (Diamond Bar, California), es un sistema para la
asociación automática y creación de mapas de la actividad eléctrica
local con localización de catéter.
Los sistemas electromagnéticos de localización y
seguimiento son susceptibles de imprecisiones cuando un metal u
otro artículo con sensibilidad magnética se introduce en la cercanía
del objeto del que se realiza el seguimiento. Dichas imprecisiones
se producen porque los campos magnéticos generados en esta cercanía
por las bobinas del radiador del sistema de localización están
distorsionados. Por ejemplo, los campos magnéticos de las bobinas
de radiador pueden generar corrientes parásitas en dicho artículo, y
las corrientes parásitas pueden causar entonces campos magnéticos
parasitarios que reaccionan con el campo que los originó. En un
entorno quirúrgico, por ejemplo, hay una cantidad sustancial de
material conductivo y permeable que incluye equipamiento básico y
auxiliar (mesas de operación, carros, lámparas móviles, etc.), así
como aparatos de cirugía invasiva (escalpelos, catéteres, tijeras,
etc.). Las corrientes parásitas generadas en estos artículos y las
distorsiones de campo electromagnético resultantes pueden producir
errores al determinar la posición del objeto cuyo seguimiento se
realiza.
Se conoce tratar el problema de la interferencia
de objetos metálicos estáticos, realizando una calibración inicial,
en la que se mide la respuesta del sistema a una sonda colocada en
un número relativamente grande de puntos de interés. Esto puede ser
aceptable para tratar fuentes estacionarias de interferencia
electromagnética, pero no resulta satisfactorio para resolver los
problemas de interferencia inducidos por objetos móviles
magnéticamente sensi-
bles.
bles.
El documento
US-A-6,373,240 describe un sistema
de seguimiento de objeto que comprende una o más bobinas de sensor
adyacentes a un punto localizable sobre un objeto cuyo seguimiento
se realiza, y una o más bobinas de radiador, que generan campos
magnéticos alternos en la cercanía del objeto cuando son accionadas
por respectivas corrientes eléctricas alternas. Para cada bobina de
radiador, se escanea una frecuencia de su corriente eléctrica
alterna a través de una pluralidad de valores de modo que, en
cualquier momento específico, cada una de las bobinas del radiador
irradia en una frecuencia que es diferente a las frecuencias en las
que irradian las otras bobinas de radiador.
Las bobinas del sensor generan señales
eléctricas sensibles a los campos magnéticos, cuyas señales son
recibidas por circuitos de procesamiento de señal y analizadas por
un ordenador u otro procesador. Cuando un metal u otro artículo
sensible al campo se encuentra en la cercanía del objeto, las
señales suelen incluir componentes de señal de posición sensibles a
los campos magnéticos generados por las bobinas de radiador en sus
respectivas frecuencias de accionamiento instantáneo, y los
componentes de señal parasitarios sensibles a los campos magnéticos
parasitarios generados a causa del artículo. Los componentes
parasitarios son normalmente equivalentes en frecuencia a la
frecuencia instantánea de la frecuencia de accionamiento, pero son
alternados en la fase, de modo que el efecto en cada bobina de
sensor es producir una señal combinada que tiene una fase y una
amplitud que se alternan en relación con la señal cuando no hay un
artículo sensible al campo. La alternancia de fase es una función
de la frecuencia de accionamiento, y por tanto variará cuando se
haya escaneado cada frecuencia de accionamiento. El ordenador
procesa la señal combinada para encontrar qué frecuencia produce una
alternancia de fase mínima, y de este modo, un efecto mínimo de los
componentes parasitarios, y esta frecuencia se utiliza para
calcular la posición del objeto. Haciendo variar la frecuencia de
accionamiento hasta que el cambio de fase sea mínimo se describe
como procedimiento efectivo para reducir el efecto de artículos
sensibles al campo en la señal.
El documento
US-A-6,172,499 describe un
dispositivo para medir la localización y orientación en los seis
grados de libertad de una antena receptora con respecto a una
antena transmisora utilizando señales magnéticas ca de frecuencia
múltiple. El componente de transmisión consiste en dos o más
antenas de transmisión de localización y orientación conocidas en
relación mutua. Las antenas de transmisión son accionadas
simultáneamente por excitación de la ca, ocupando cada antena una o
más posiciones únicas en el espectro de frecuencia. Las antenas
receptoras miden el campo magnético ca transmitido más las
distorsiones provocadas por metales conductivos. Como se ha
descrito, a continuación, un ordenador extrae el componente de
distorsión y lo elimina de las señales recibidas, proporcionando la
salida de posición y orientación correctas.
El documento
US-A-6,246,231 describe un
procedimiento de contención de flujo en el que los campos magnéticos
de los elementos de transmisión están confinados y redirigidos de
las áreas en las que se encuentran normalmente los objetos de
conducción.
El documento
US-A-5,767,669 describe un
procedimiento para sustraer distorsiones de corriente parásitas
producidas en un sistema de seguimiento magnético. El sistema
utiliza campos magnéticos pulsados a partir de una pluralidad de
generadores, y la presencia de corrientes parásitas es detectada por
tasas de medición de cambio de corrientes generadas en las bobinas
de sensor utilizadas para el seguimiento. Las corrientes parásitas
se compensan ajustando la duración de los pulsos magnéticos.
Los documentos
US-A-4,945,305 y
US-A-4,849,692 describen sistemas de
seguimiento que sortean los problemas de las corrientes parásitas
utilizando campos magnéticos cc pulsados. En los sistemas se
utilizan sensores que son capaces de detectar los campos de cc, y
las corrientes parásitas se detectan y ajustan utilizando las
características de descomposición y las amplitudes de las corrientes
parásitas.
El documento
US-A-5,600,330 describe un sistema
de seguimiento magnético basado en un transmisor de bucle no
bipolar. Este sistema se describe mostrando una sensibilidad
reducida a los pequeños objetos metálicos en el volumen
operativo.
El documento
EP-A-0,964,261 describe sistemas
para compensar las corrientes parásitas en un sistema de seguimiento
utilizando generadores de campo magnético alterno. En un primer
sistema, las corrientes parásitas se compensan calibrando primero
el sistema cuando está libre de corrientes parásitas, y a
continuación modificando los campos generados cuando se detectan
las corrientes parásitas. En un segundo sistema, las corrientes
parásitas se anulan utilizando una o más bobinas de protección
ubicadas cerca de los generadores.
El documento
US-A-5,831,260 describe un sistema
combinado de localización híbrida electromagnética y óptica que
pretende reducir las desventajas de cada sistema individual
funcionando solo.
El documento
US-A-6,122,538 describe los sistemas
híbridos de posición y orientación utilizando diferentes tipos de
sensores incluidos los subsistemas ultrasónicos, magnéticos, de
inclinación, giroscópicos, y de acelerómetro, para el seguimiento
de dispositivos de imágenes médicos.
Los sistemas de vigilancia de artículos que
utilizan materiales magnéticos suaves y sistemas de detección de
baja frecuencia se conocen desde que se concedió la patente de
Picard (nº ser. 763,861) en Francia en 1934. Los sistemas de
vigilancia basados en este enfoque generalmente utilizan un marcador
que consiste en material ferromagnético que tiene una alta
permeabilidad magnética. Cuando el marcador es interrogado por un
campo magnético generado por el sistema de vigilancia, el marcador
genera armónicos de la frecuencia de interrogación debido al bucle
de histéresis no lineal del material del marcador. El sistema de
vigilancia detecta, filtra y analiza estos armónicos con el fin de
determinar la presencia del marcador. Numerosas patentes describen
sistemas basados en este enfoque y mejoras del mismo, incluidas por
ejemplo, US-A-4,622,542,
US-A-4,309,697,
US-A-5,008,649 y
US-A-6,373,387.
El documento
US-A-4,791,412 describe un sistema
de vigilancia de un artículo basado en la generación y detección de
señales de armónicos de fase alterna de marcadores magnéticos
codificados. Se describe que el sistema incorpora una técnica de
procesamiento de señal para reducir los efectos de grandes objetos
de metal en la zona de vigilancia.
Los documentos
US-A-6,150,810,
US-A-6,127,821,
US-A-5,519,317 y
US-A-5,506,506 describen aparatos
para detectar la presencia de objetos ferrosos generando un campo
magnético y detectando la respuesta al campo desde el objeto. Un
aplicación típica de dicho aparato es la detección y discriminación
de objetos sepultados en el suelo. El documento
US-A-4,868,504 describe un detector
de metales para localizar y distinguir entre diferentes clases de
objetos metálicos. Este aparato realiza su análisis utilizando
componentes de frecuencia de armónicos de la respuesta del
objeto.
El documento
US-A-5,028,869 describe un aparato
para la medición no destructiva de propiedades magnéticas de un
cuerpo de prueba detectando un campo magnético tangencial y
derivando componentes armónicos de este. Analizando los componentes
armónicos, el aparato calcula la inclinación de la curva de
histéresis del cuerpo de prueba.
Un artículo de Feiste KL et al. con el
título "Characterization of Nodular Cast Iron Properties by
Harmonic Analysis of Eddy Current Signals", NDT.net, Vol. 3, nº.
10 (1998), disponible a partir de mayo de 2002 en
http://www.ndt.net/
article/ecndt98/nuclear/245/245.htm, describe la aplicación del análisis armónico a muestras de hierro fundido nodular para evaluar el rendimiento de la técnica al predecir las propiedades metalúrgicas y mecánicas de las muestras.
article/ecndt98/nuclear/245/245.htm, describe la aplicación del análisis armónico a muestras de hierro fundido nodular para evaluar el rendimiento de la técnica al predecir las propiedades metalúrgicas y mecánicas de las muestras.
Existe una necesidad de un procedimiento
sencillo, preciso y en tiempo real que trate el problema de
interferencia inducido en los sistemas de localización y
seguimiento electromagnético causados por la introducción de
artículos metálicos no estacionarios u otros artículos sensibles
magnéticamente en el entorno de medición.
Es un objeto de algunos aspectos de la presente
invención proporcionar aparatos y procedimientos para mejorar la
precisión de los sistemas de localización y seguimiento
electromagnéticos.
Es también un objeto de algunos aspectos de la
presente invención es proporcionar aparatos y métodos para aumentar
la precisión de los sistemas de localización y seguimiento
electromagnéticos sin importar la presencia de materiales móviles
sensibles eléctricamente y/o magnéticamente en el espacio en el que
se están tomando las mediciones.
Es un objeto adicional de algunos aspectos de la
presente invención proporcionar aparatos y procedimientos para
permitir a los sistemas de localización y seguimiento
electromagnético funcionar de forma precisa en presencia de
materiales sensibles eléctricamente y/o magnéticamente en el espacio
en el que se están tomando las mediciones, sustancialmente sin
importar la cantidad de dichos materiales, sus características
conductivas, velocidades, orientación, dirección y duración que
dichos materiales están en el espacio.
Es otro objeto adicional de algunos aspectos de
la presente invención proporcionar aparatos y procedimientos para
operar los sistemas de localización y seguimiento electromagnéticos
sin la necesidad de emplear medios para reducir o sortear los
efectos causados por las corrientes inducidas en los objetos móviles
sensibles eléctricamente y/o magnéticamente en el espacio en el que
se están tomando las mediciones.
De acuerdo con un primer aspecto de la
invención, se proporciona un aparato de evaluación del tipo definido
en la reivindicación adjunta 1.
De acuerdo con un segundo aspecto de la
invención, se proporciona un procedimiento de evaluación del tipo
definido en la reivindicación adjunta 7.
De acuerdo con un tercer aspecto de la
invención, se proporciona un producto de software para evaluar el
tipo definido en la reivindicación adjunta 12.
En las reivindicaciones dependientes adjuntas se
establecen aspectos adicionales preferentes.
La presente invención se entenderá mejor a
partir de la siguiente descripción detallada de las realizaciones
preferentes de la misma, tomada junto con los dibujos, en los
que:
La figura 1 es una ilustración esquemática,
pictórica de un sistema de localización y seguimiento
electromagnético utilizado durante un procedimiento médico, de
acuerdo con una realización preferente de la presente invención;
La figura 2 es una ilustración esquemática,
pictórica de un sistema de evaluación, de acuerdo con una
realización preferente de la presente invención; y
Las figuras 3A, 3B, y 3C son gráficos de
respuesta de frecuencia simplificados que ilustran una evaluación
de ejemplo de un elemento de interferencia, de acuerdo con una
realización preferente de la presente invención.
La figura 1 es una ilustración esquemática,
pictórica de un sistema de localización y seguimiento
electromagnético 18 utilizado para realizar el seguimiento de un
objeto, como una sonda 20, en el cuerpo de un paciente 24 a la vez
que proporciona inmunidad a la introducción, movimiento (dx), o
retirada de un elemento de interferencia 40, como un elemento
ferromagnético, en o cerca de un espacio 60 alrededor del paciente,
de acuerdo con una realización preferente de la presente invención.
El sistema 18 comprende un conjunto de radiadores 34, que están
accionados por una unidad de control 50 para realizar un seguimiento
de la sonda 20, preferentemente, pero no necesariamente, utilizando
procedimientos y aparatos que están descritos en las patentes
estadounidenses y publicación de patente PCT a
Ben-Haim y Ben-Haim et al,
anteriormente citadas. De este modo, la sonda 20 comprende un
sensor de posición (no mostrado), que preferentemente comprende
sensores de campo, como dispositivos de efecto Hall, bobinas, u
otras antenas, para utilizar en la determinación de posición.
Alternativamente o adicionalmente, los procedimientos y aparatos
conocidos en la técnica se utilizan para facilitar el seguimiento
de la sonda 20. La unidad de control 50 comprende circuitos para
señales de procesamiento recibidas de la sonda 20, para detectar un
elemento 40, y para calcular la posición absoluta de la sonda 20
utilizando un algoritmo de corrección de armónico, como se describe
a continuación.
El elemento 40 comprende normalmente un artículo
hecho completamente o parcialmente de material permeable
magnéticamente, como material ferromagnético. Ejemplos de dichos
artículos incluyen herramientas quirúrgicas, lámparas móviles y
carros. El elemento 40 genera campos parasitarios, cuyas fases y
amplitudes dependen generalmente de las propiedades del elemento
40, incluyendo su constante dieléctrica, permeabilidad magnética,
forma geométrica y orientación relativa a la sonda 30. Se apreciará
que aunque el elemento 40 se muestra en la figura 1 como un
elemento único, el elemento 40 podría comprender un número de
elementos separados, que entran y salen a menudo del área de un
procedimiento médico.
La figura 2 es una ilustración esquemática,
pictórica de un sistema de evaluación 16, de acuerdo con una
realización preferente de la presente invención. En esta
realización preferente, antes de que el sistema 18 se utilice en un
paciente, cada elemento 40 que puede interferir con mediciones de la
posición de la sonda 20 se evalúa preferentemente mediante un
sistema de evaluación 16. Para evaluar cada elemento 40, el elemento
no está presente inicialmente en el espacio 60. Uno o más
radiadores 34 irradian una frecuencia fundamental para la que se
desea evaluación. Alternativamente, los radiadores 34 irradian una
pluralidad de frecuencias fundamentales para las que se desea
evaluación, una frecuencia cada vez. Las frecuencias adecuadas están
normalmente alrededor de 200 Hz y alrededor 12 kHz. La frecuencia o
frecuencias fundamentales radiadas son preferentemente aquellas
utilizadas por radiadores 34 para la captación de la posición de la
sonda 20 durante un procedimiento. Una bobina receptora 22, fijada
en cualquier punto en el espacio 60, recibe las señales radiadas y
las transmite a la unidad de control 50. En una realización
preferente de la presente invención, la bobina receptora 22
comprende un sensor, como una bobina, dispositivo de efecto Hall u
otra antena, dedicado a esta función. En este caso, el sensor en la
bobina receptora 22 es preferentemente idéntico al sensor en la
sonda 20. Alternativamente, la sonda 20, fijada temporalmente en
cualquier punto en el espacio 60, funciona como bobina receptora 22.
Alternativamente también, uno de los radiadores 34, que no se está
utilizando para radiar durante la evaluación, funciona como bobina
receptora 22. Para algunas aplicaciones, la bobina receptora 22 está
orientada de tal modo que al menos uno de sus sensores (como una
bobina) está orientado para incrementar o maximizar la fuerza de la
señal recibida.
En el siguiente paso del proceso de evaluación,
el elemento 40 se introduce en el espacio 60, preferentemente cerca
de la bobina receptora 22. Cada una o más de las frecuencias
fundamentales irradiadas antes de la introducción del elemento 40
es radiada de nuevo por los mismos radiadores 34. La bobina
receptora 22 recibe las señales radiadas y las transmite a la
unidad de control 50. En caso de un elemento ferromagnético, la
señal recibida es distorsionada por la interferencia causada en
parte por la alternancia de fase provocada por la no linealidad del
bucle de histéresis del elemento. Esta no linealidad del bucle de
histéresis también provoca armónicos más altos de la frecuencia
fundamental radiada. Cada tipo de material generalmente tiene una
curva de histéresis única y por lo tanto, genera una interferencia
diferente y un modelo diferente correspondiente de armónicos más
altos.
Ahora se hace referencia a las figuras 3A, 3B, y
3C, que muestran, para una única frecuencia radiada fundamental, un
ejemplo simplificado de señales recibidas y una "huella"
calculada, de acuerdo con una realización preferente de la presente
invención. La figura 3A muestra la señal recibida por la bobina
receptora 22 antes de la introducción del elemento 40 en el espacio
60 (la "señal recibida limpia"), cuyas amplitudes en F_{0},
3F_{0} y 5F_{0} son 4,0, 0,0, y 0,0, respectivamente. La figura
3B muestra la señal recibida por la bobina receptora 22 después de
la introducción del elemento 40 en el espacio 60 (la "señal
recibida distorsionada"), cuyas amplitudes en F_{0}, 3F_{0},
y 5F_{0} son 4,3, 2,0, y 1,0, respectivamente. Para cada
frecuencia fundamental radiada, la unidad de control 40 analiza las
señales recibidas, preferentemente eliminando la señal recibida
limpia de la señal recibida distorsionada, como por sustracción.
La señal resultante, mostrada en la figura 3C, representa el efecto
de la interferencia electromagnética del elemento 40 en la señal
recibida limpia. En este ejemplo, esta señal de "huella" tiene
amplitudes en F_{0}, 3F_{0}, y 5F_{0} de 0,3, 2,0 y 1,0,
respectivamente. Cada tipo de material causa generalmente una única
señal sustraída resultante, que permite a estas señales servir como
señales huella. Se entenderá que las frecuencias armónicas mostradas
en las figuras 3B y 3C son solo ilustrativas; en la práctica, entre
otras diferencias, generalmente están presentes armónicos más
altos. Como se describe a continuación, las relaciones de las
amplitudes en las diferentes frecuencias, más que los valores
absolutos de las amplitudes, se almacenan y utilizan normalmente
para la corrección durante la determinación de la posición.
En una realización preferente en variante de la
presente invención, para evaluar cada elemento, los radiadores 34
generan frecuencias fundamentales que son medidas por una bobina
receptora 22 dos veces: en primer lugar, con el elemento 40 en una
primera localización en el espacio 60, y en segundo lugar, con el
elemento 40 en una segunda localización en el espacio 60. La
distorsión de una primera señal recibida cuando el elemento está en
la primera localización difiere de la distorsión de una segunda
señal recibida cuando el elemento está en la segunda localización.
Para cada frecuencia fundamental radiada, la unidad de control 50
calcula preferentemente la diferencia entre la primera y la segunda
señales, como por sustracción. La señal resultante (o relaciones de
sus amplitudes en frecuencias diferentes, como se describe a
continuación), que representa el efecto de la interferencia del
elemento 40 en una señal que habría sido recibida en la ausencia del
elemento 40, es generalmente única para cada elemento 40 y por lo
tanto, sirve como huella del elemento. Para reducir el efecto del
ruido y otras variaciones aleatorias en la medición, las medidas
pueden tomarse cuando el elemento está en más de dos
localizaciones, y los resultados del cálculo en un promedio con el
fin de generar la huella.
Por ejemplo, consideremos que la señal mostrada
en la figura 3B representa la primera señal generada cuando el
elemento 40 está en la primera localización (como se menciona
anteriormente, las amplitudes de esta señal en F_{0}, 3F_{0} y
5F_{0} son 4,3, 2,0 y 1,0 respectivamente). Consideremos además
que las amplitudes de la segunda señal (no mostrada) en F_{0},
3F_{0} y 5F_{0}, generadas cuando el elemento 40 está en la
segunda localización, son 4,6, 4,0 y 2,0 respectivamente. La
sustracción de la primera señal de la segunda señal resulta en una
señal de huella con amplitudes en F_{0}, 3F_{0} y 5F_{0} de
0,3, 2,0 y 1,0 respectivamente. Las relaciones de estos valores se
almacenan y utilizan para su corrección durante un procedimiento,
como se describe a continuación. Sustancialmente, las mismas
relaciones resultan normalmente cuando se toman las medidas en
primera y segunda localizaciones múltiples.
La tabla siguiente ilustra ejemplos de tres
señales de huella (con valores de ejemplo arbitrarios), de acuerdo
con una realización preferente de la presente invención. El elemento
nº 1 representa el elemento de ejemplo reflejado en las figura 3A,
3B y 3C y los elementos nº 2 y nº 3 representan otros dos elementos
de ejemplo. Se hace referencia a la parte izquierda de la tabla,
etiquetada como "Frecuencia". f_{0} representa la frecuencia
fundamental transmitida, los múltiplos de f_{0} representan
frecuencias armónicas de la misma, y los valores representan
amplitudes relativas.
A continuación se hace referencia a la parte
derecha de la tabla, con el encabezamiento etiqueta "Relación".
En una realización preferente de la presente invención, para cada
elemento para el que se realiza una evaluación, se calculan las
relaciones entre dos o más frecuencias armónicas, y entre una o más
frecuencias armónicas y la frecuencia fundamental transmitida
(f_{0}), preferentemente por unidad de control 50 o,
alternativamente, mediante un sistema informático externo (no
mostrado). Cada elemento individual evaluado se caracteriza de
forma única por su relación y/o relaciones calculadas. Habiendo
leído la divulgación de la presente solicitud de patente, los
expertos en la técnica advertirán otros posibles algoritmos, por
ejemplo, utilizando combinaciones de una o más frecuencias
armónicas con la frecuencia fundamental transmitida y/o entre sí.
Dichos algoritmos pueden realizarse con el fin de producir valores
alternativos o adicionales que identifiquen de forma única
diferentes tipos de elementos. Alternativa o adicionalmente, se
obtienen las relaciones de evaluación y/u otros resultados
calculados para tipos específicos de materiales, más que para tipos
específicos de elementos. (Identificar el material de interferencia
específico, sin identificar necesariamente el objeto que comprende
el material, es suficiente normalmente para realizar las técnicas de
corrección descritas en la presente). Estas relaciones y/o
resultados de otros cálculos se almacenan preferentemente en una
base de datos a la que la unidad de control 50 tiene acceso, y se
utilizan durante un procedimiento de cálculos de compensación de
posición, como se describe a continuación. ("Base de datos",
como se utiliza en la memoria y en las reivindicaciones, ha de
entenderse que incluye sustancialmente cualquier depósito,
dispositivo de memoria o estructura de datos que pueda utilizarse
para almacenar esta información).
En una realización preferente, el procedimiento
de evaluación se realiza en una localización diferente a la del
entorno de la sala de operaciones. Por ejemplo, el procedimiento de
evaluación se realiza en una localización diferente en la
instalación médica en la que el procedimiento va a llevarse a cabo.
En esta realización, preferentemente se proporcionan uno o más
radiadores sustancialmente idénticos a los radiadores 34. Después de
la evaluación, los datos de evaluación y los cálculos resultantes
se transfieren a la unidad de control 50 utilizando procedimientos
obvios para los expertos en la técnica.
Alternativa o adicionalmente, la evaluación se
realiza externamente, preferentemente por un tercero. En este caso,
preferentemente se evalúa un gran número de elementos y/o materiales
comúnmente utilizados al realizar procedimientos médicos. Estas
evaluaciones se almacenan como una biblioteca en un depósito, como
una base de datos. (Ha de entenderse que sustancialmente puede
utilizarse cualquier dispositivo de memoria y estructura de datos
adecuados para almacenar la biblioteca). Esta biblioteca se
transfiere a la unidad de control 50, ya sea antes o después de que
la unidad de control 50 se entregue a su usuario, utilizando
procedimientos conocidos en la técnica. Alternativamente, la
biblioteca es transferida a un sistema o red informáticos al que la
unidad de control 50 tiene acceso durante un procedimiento. Se
apreciará que pueden combinarse fácilmente la evaluación interna y
externa, proporcionando al usuario del sistema 18 la capacidad de
añadir elementos 40 no incluidos en la biblioteca o bibliotecas
disponibles. Otros datos de la implementación de dicho sistema de
biblioteca serán evidentes para los expertos en la técnica, habiendo
leído la divulgación de la presente solicitud de patente.
De nuevo se hace referencia a la figura 1.
Durante un procedimiento realizado en un paciente, cuando el
elemento 40 es introducido en la cercanía del espacio 60, la
posición medida de la sonda 20 difiere de su posición real debido a
la interferencia generada por el elemento 40. En una realización
preferente de la presente invención, para compensar esta
interferencia, los armónicos provocados en la señal recibida por la
sonda 20 son analizados por la unidad de control 50. Los cálculos
se realizan en las amplitudes de los armónicos, como la
determinación de relaciones entre las amplitudes de dos o más
armónicos. Los resultados de estos cálculos se comparan con los
almacenados en la memoria de la unidad de control 50 con el fin de
identificar el tipo de elemento evaluado anteriormente y/o material
que es o incluye el elemento 40, respectivamente. Una vez que el
elemento y/o material es conocido, se calcula el efecto
distorsionante del elemento 40 sobre la amplitud de la señal
fundamental de interés recibida por la sonda 20, por ejemplo,
utilizando la relación de la amplitud de uno o más armónicos con la
amplitud de la señal fundamental, como se calcula durante la
evaluación y como se almacena en una base de datos a la que la
unidad de control 50 tiene acceso en tiempo real. La amplitud de
este efecto distorsionante es sustraída de la amplitud medida de la
señal de interés fundamental recibida. La señal restante, que deja
de estar distorsionada por la presencia del elemento 40, se utiliza
como una entrada por la unidad de control 50 para calcular la
posición absoluta de la sonda 20.
De nuevo se hace referencia a la parte derecha
de la tabla anterior, con el encabezamiento "Relación", con el
fin de proporcionar un ejemplo del cálculo de una corrección de
interferencia, utilizando relaciones simples de dos armónicos, de
acuerdo con una realización preferente de la presente invención. Por
ejemplo, consideremos que, en la señal recibida por una sonda 20,
la amplitud relativa de f_{0} es 4,1, la amplitud relativa de
3f_{0} es 1,0, y la amplitud relativa de 5f_{0} es 0,5. La
relación entre 5f_{0} y 3f_{0} es, por lo tanto, 0,5. Al
comparar esta relación con los valores almacenados reflejados en la
tabla, la unidad de control 50 determina que, en este caso, el
elemento 40 es el mismo tipo que el elemento nº 1. Para determinar
el efecto distorsionante del elemento 40 en la señal receptora, el
valor de 3f_{0} (1,0) se divide por la relación almacenada de
3f_{0}/f_{0} (10,0), que resulta en 0,1. Este resultado se
sustrae de la amplitud medida de f_{0} (4,1) resultando en una
amplitud corregida de 4,0, que ya no está distorsionada por la
presencia del elemento nº 1. Esta amplitud se utiliza como entrada
para calcular la posición precisa de la sonda 20.
En una realización preferente de la presente
invención, solo se utiliza una frecuencia armónica para determinar
la identidad del elemento 40. Esto es posible, por ejemplo, cuando
uno o más elementos 40 que se están utilizando durante un
procedimiento producen amplitudes relativas muy diferentes a una
frecuencia armónica determi-
nada.
nada.
En una realización preferente de la presente
invención, durante los procedimientos en los que se introducen
múltiples elementos 40 en el espacio 60 durante un procedimiento, la
unidad de control 50 identifica cada elemento 40 individualmente
realizando cálculos adecuados. En algunos casos, estos cálculos
emplean un número de armónicos más altos, que proporcionan
características adicionales distintivas para los elementos 40, con
el fin de ayudar a distinguir elementos múltiples 40.
En una realización preferente de la presente
invención, cuando dos o más elementos 40 están hechos del mismo
material ferromagnético o combinación de materiales ferromagnéticos,
no hay generalmente necesidad de distinguir entre estos elementos
durante un procedimiento. El efecto de interferencia de dichos
elementos es combinado y únicamente identificable por la huella de
su material. Por lo tanto, la detección y correcciones de dichos
elementos se realizan preferentemente como grupo por un sistema 18,
sustancialmente sin modificación de los procedimientos descritos
anteriormente.
Las realizaciones preferentes de la presente
invención han sido descritas con respecto a un sistema de
localización 18 en el que los radiadores 34 transmiten señales
electromagnéticas y la sonda 20 recibe estas señales. Ha de
entenderse que el alcance de la presente invención incluye la
aplicación de las técnicas descritas en la presente a los sistemas
de localización en los que la sonda transmite señales
electromagnéticas y los radiadores reciben estas señales.
Ha de entenderse que las realizaciones
preferentes de la presente invención se describen en la presente con
respecto a técnicas médicas invasivas a modo de ejemplo, solamente.
El ámbito de la presente invención incluye la aplicación de las
técnicas descritas en la presente a los sistemas de localización y
seguimiento electromagnéticos utilizadas para cualquier
finalidad.
Asimismo, ha de entenderse que las técnicas
descritas en la presente solicitud son aplicables a la evaluación,
identificación y compensación para elementos particulares, por
ejemplo, una herramienta particular de composición conocida, así
como la evaluación, identificación y compensación para materiales
particulares, por ejemplo, un material ferromagnético común. Ha de
entenderse de este modo que un "artículo interferente", como se
utiliza en la memoria y las reivindicaciones, incluye tanto un
elemento discreto particular (como una herramienta) como un
material particular (como el acero). Las técnicas descritas
específicamente con respecto al elemento 40, el elemento 41, o
cualquier otro artículo interferente pueden intercambiarse, como sea
apropiado.
Asimismo, ha de entenderse que la unidad de
control 50 puede comprender un ordenador universal cuyo software
está programado para llevar a cabo las funciones descritas en la
misma. El software puede descargarse al ordenador en forma
electrónica, a través de una red, por ejemplo, o puede suministrarse
alternativamente al ordenador a través de medios tangibles, como un
CD-ROM. Alternativamente además, la unidad de
control 50 puede implementarse en lógica de hardware dedicada, o
utilizando una combinación de elementos de hardware y software.
Los expertos en la técnica apreciarán que la
presente invención no está limitada a lo que se ha mostrado y
descrito en particular anteriormente. En su lugar, el alcance que la
presente invención incluye está limitado por las reivindicaciones
adjuntas.
Claims (16)
1. Un aparato de evaluación (16) que
comprende:
un conjunto de uno o más radiadores (34) que
está adaptado para generar un campo de energía en al menos una
frecuencia fundamental; un sensor receptor (22) que está adaptado
para generar una primera señal sensible al campo de energía cuando
un artículo reactivo al campo (40) está en una primera localización
relativa al sensor receptor, y que está adaptado para generar una
segunda señal sensible al campo de energía cuando el artículo
reactivo al campo está en una segunda localización relativa al
sensor receptor; y una unidad de control (50), caracterizado
por estar adaptado para:
recibir una amplitud de la primera señal y una
amplitud de la segunda señal y analizarlas calculando la diferencia
entre las amplitudes de la primera y la segunda señal con el fin de
calcular una característica de señal de huella del artículo
reactivo al campo (40), y
almacenar, en una base de datos, datos
indicativos de la señal de huella, en asociación con una identidad
del artículo reactivo al campo,
en el que los datos indicativos de la señal de
huella incluyen un modelo de frecuencia armónica de la frecuencia
fundamental presente en la señal de huella, y el que la unidad de
control (50) está adaptada para detectar el modelo de frecuencia
armónica calculando una relación entre una amplitud de un primer
armónico de la frecuencia fundamental en la señal de huella y una
amplitud de un segundo armónico de la frecuencia fundamental en la
señal de huella y una relación entre una amplitud de al menos una
frecuencia armónica de la frecuencia fundamental presente en la
señal de huella y una amplitud de la frecuencia fundamental presente
en la señal de huella, y almacenar las relaciones en la base de
datos, en asociación con la identidad del artículo reactivo al campo
(40).
2. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que el artículo reactivo al campo (40) es ferromagnético, y
en el que el sensor receptor (22) está adaptado para generar la
primera y segunda señales cuando el artículo reactivo al campo
ferromagnético está en la primera y segunda localización,
respectivamente.
3. Aparato de acuerdo con cualquier
reivindicación precedente, en el que la unidad de control (50) está
adaptada para calcular la diferencia sustrayendo un aspecto en un
campo de frecuencia de la segunda señal de un aspecto en el campo
de frecuencia de la primera señal.
4. Aparato de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que el sensor receptor (22) comprende
al menos uno de: un dispositivo de efecto Hall, una bobina y una
antena.
5. Aparato de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que la frecuencia fundamental está
entre 200 Hz y 12 kHz, y en el que los radiadores (34) están
adaptados para generar el campo de energía en la frecuencia
fundamental.
6. Aparato de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que al menos una frecuencia
fundamental comprende una pluralidad de frecuencias fundamentales,
en el que un conjunto de radiadores (34) está adaptado para generar
una pluralidad de campos de energía en la pluralidad de frecuencias
fundamentales, en el que el sensor receptor (22) está adaptado para
generar una primera y segunda señal sensibles a cada una de la
pluralidad de campos de energía, y en el que la unidad de control
(50) está adaptada para calcular las señales de huellas para la
primera y segunda señales en cada una de las frecuencias
fundamentales, y almacenar en la base de datos los datos
respectivos indicativos de las señales de huella, en asociación con
la identidad del artículo reactivo al campo (40) y en asociación
con la frecuencia fundamental respectiva.
7. Un procedimiento para evaluar, que
comprende:
generar un campo de energía en al menos una
frecuencia fundamental; generar una primera señal sensible a un
emplazamiento de generación de la primera señal; generar una segunda
señal sensible al campo de energía cuando el artículo reactivo al
campo está en una segunda localización relativa a un emplazamiento
de generación de la segunda señal; caracterizado por recibir
una amplitud de la primera señal y una amplitud de la segunda señal
y analizarlas calculando la diferencia entre la primera y la segunda
amplitudes de señal con el fin de calcular una característica de
señal de huella del artículo; y almacenar, en una base de datos, los
datos indicativos de la señal de huella, en asociación con una
identidad del artículo reactivo al campo (40), y en el que el
almacenamiento de los datos comprende la detección de un modelo de
frecuencia armónico de la frecuencia fundamental presente en la
señal de huella calculando una relación entre una amplitud de un
primer armónico de la frecuencia fundamental y una amplitud de un
segundo armónico de la frecuencia fundamental y una relación entre
una amplitud de al menos una frecuencia armónica de la frecuencia
fundamental presente en la señal de huella y una amplitud de la
frecuencia fundamental presente en la señal de huella, y almacenar
las relaciones, en la base de datos, en asociación con una identidad
del artículo reactivo al campo.
\newpage
8. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 7, en el que el artículo reactivo al campo (40) es
ferromagnético, en el que la generación de la primera señal
comprende la generación de la primera señal cuando el artículo
reactivo al campo ferromagnético está en la primera localización,
y
en el que la generación de la segunda señal
comprende la generación de la segunda señal cuando el artículo
reactivo al campo ferromagnético está en la segunda
localización.
9. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, en el que el cálculo de la
diferencia comprende la sustracción de un aspecto en un campo de
frecuencia de la segunda señal de un aspecto en el campo de
frecuencia de la primera señal.
10. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que la frecuencia
fundamental está entre 200 Hz y 12 kHz, y en el que la generación
del campo de energía comprende la generación del campo de energía
en la frecuencia fundamental.
11. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, en el que al menos una
frecuencia fundamental comprende una pluralidad de frecuencias
fundamentales, en el que la generación del campo de energía
comprende la generación de una pluralidad de campos de energía en la
respectiva pluralidad de frecuencias fundamentales, en el que la
generación de la primera y segunda señales comprende la generación
de las respectivas primera y segunda señales sensibles a cada uno de
la pluralidad de los campos de energía, en el que el análisis de la
primera y segunda señal comprende el cálculo de las señales de
huella para la primera y segunda señales en cada una de las
frecuencias fundamentales, y en el que el almacenamiento de los
datos comprende el almacenamiento en la base de datos de los datos
respectivos indicativos de las señales de huella, en asociación con
la identidad del artículo interferente y en asociación con la
frecuencia fundamental respectiva.
12. Un producto de software informático para
evaluar, comprendiendo el producto un medio de lectura por
ordenador, en el que están almacenadas las instrucciones del
programa, cuyas instrucciones, al leerlas el ordenador, hacen que
el ordenador: reciba una primera señal generada por un sensor (22)
cuando se expone a un campo de energía en al menos una frecuencia
fundamental cuando un artículo reactivo al campo (40) está en una
primera localización relativa a un emplazamiento de generación de
la primera señal; reciba una segunda señal generada por el sensor
cuando se expone al campo de energía cuando el artículo reactivo al
campo está en una segunda localización relativa a un emplazamiento
de generación de la segunda señal; y caracterizado por hacer
que el ordenador analice una amplitud de la primera señal y una
amplitud de la segunda señal calculando la diferencia entre la
primera y la segunda amplitudes con el fin de calcular una
característica de señal de huella del artículo (40); y almacene, en
una base de datos, los datos indicativos de la señal de huella, en
asociación con una identidad del artículo reactivo al campo, y en
el que las instrucciones hacen que el ordenador detecte un modelo
de frecuencia armónica de la frecuencia fundamental presente en la
señal de huella calculando una relación entre una amplitud de un
primer armónico de la frecuencia fundamental y una amplitud de un
segundo armónico de la frecuencia fundamental y una relación entre
una amplitud de al menos una de las frecuencias armónicas de la
frecuencia fundamental presente en la señal de huella y una amplitud
de la frecuencia fundamental presente en la señal de huella, y
almacenar las relaciones en la base de datos en asociación con la
identidad del artículo reactivo al campo (40).
13. Un producto de acuerdo con la reivindicación
12, en el que el artículo reactivo al campo es ferromagnético y en
el que las instrucciones hacen que el ordenador reciba la primera
señal generada cuando el artículo reactivo al campo ferromagnético
está en la primera localización, y que reciba la segunda señal
generada cuando el artículo reactivo al campo ferromagnético está
en la segunda localización.
14. Un producto de acuerdo con la reivindicación
12 o la reivindicación 13, en el que las instrucciones hacen que el
ordenador calcule la diferencia sustrayendo un aspecto en un campo
de frecuencia de la segunda señal de un aspecto en el campo de
frecuencia de la primera señal.
15. Un producto de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 12 a 14, en el que la frecuencia fundamental está
entre 200 Hz y 12 kHz, y en el que las instrucciones hacen que el
ordenador reciba la primera y segunda señales generadas por el
sensor cuando se expone al campo de energía.
16. Un producto de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 12 a 15, en el que al menos una frecuencia
fundamental incluye una pluralidad de frecuencias fundamentales, y
en el que las instrucciones hacen que el ordenador: reciba las
respectivas primera y segunda señales generadas por el sensor (22)
cuando se expone a una pluralidad de campos de energía en la
pluralidad de frecuencias fundamentales, y analice la primera y
segunda señales en cada una de las frecuencias fundamentales, y
almacene en la base de datos los respectivos datos indicativos de
las señales de huella, en asociación con la identidad del artículo
interferente (40) y en asociación con la respectiva frecuencia
fundamental.
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