MX2007005716A - Rastreo de posicion de transpondedores pasivos basados en resonancia. - Google Patents

Abstract

Un sistema para el rastreo de posición incluye un o más generadores de campo, los cuales están dispuestos para generar uno o más respectivos campos magnéticos de posición variable; un transpondedor incluye un circuito resonante que tiene una frecuencia de resonancia y que incluye un elemento sensible al campo, el cual es operativo para variar la frecuencia de resonancia en respuesta a uno o mas campos magnéticos; un rastreador de posición está dispuesto para detectar remotamente la frecuencia de resonancia del circuito resonante y para determinar una posición del transpondedor en respuesta a la frecuencia de resonancia detectada.

Description

RASTREO DE POSICION DE TRANSPONDEDORES PASIVOS BASADOS EN RESONANCIA CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se relaciona en general con sistemas de rastreo de posición y en particular a métodos y sistemas para rastrear la posición de transpondedores pasivos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Se conocen varios métodos y sistemas en la técnica para rastrear las coordenadas de objetos involucrados en procedimientos médicos. Algunos de estos sistemas utilizan mediciones de campo magnético. Por ejemplo, las patentes de los Estados Unidos 5,391 ,199 y 5,43,489, cuyas descripciones se incorporan en la presente mediante referencia, describen sistemas en los cuales las coordenadas de una sonda intracorporal se determinan utilizando uno o más transductores de campo. Tales sistemas se utilizan para generar información de ubicación respecto a una sonda médica, como un catéter. Un sensor de posición se coloca en la sonda y genera señales en respuesta a campos magnéticos aplicados externamente. Los campos magnéticos se generan mediante generadores de campo magnético, como bobinas de radiador, fijas a un marco de referencia externo en ubicaciones conocidas y separadas mutuamente. Métodos y sistemas adicionales que se relacionan con el rastreo de posición magnética también se describen, por ejemplo, en la publicación de patente de la PCT WO 96/05768, las patentes de los Estados Unidos 4,849,692, 4,945,305, 5,453,686, 6,239,724, 6,332,089, 6,618,612 y 6,690,963 y las publicaciones de solicitud de patente de los Estados Unidos 2002/0065455 A1 , 2003/0120150 A1 , 2004/0068178 A1 y 2004/0147920 A1 , cuyas descripciones son todas incorporadas en la presente mediante referencia. Estas publicaciones describen métodos y sistemas que rastrean la posición de objetos intracorporales como catéteres cardiacos, implantes ortopédicos y herramientas médicas utilizadas en diferentes procedimientos médicos. La patente de los Estados Unidos 6,484,1 18, cuya descripción se incorpora en la presente mediante referencia, describe un sistema y método de rastreo médico para determinar la posición y orientación de un objeto utilizando un sensor de posición de eje individual y un método de determinación de posición y orientación. Algunos transpondedores y sensores descritos en la literatura de patentes comprenden circuitos resonantes. Por ejemplo, la patente de los Estados Unidos 6,535,108, cuya descripción se incorpora en la presente mediante referencia, describe un transpondedor que tiene un circuito de resistencia-inductancia-capacitancia (RLC) que comprende uno o más componentes de almacenamiento de energía electromagnética que varían en respuesta a un campo de energía modulada que se aplica externamente. Además del campo de energía, una estación base transmite una señal portadora que tiene una frecuencia que es esencialmente la misma que la frecuencia resonante inactiva de circuito RLC. Conforme varían los componentes, la frecuencia resonante del circuito RLC cambia, modulando la señal portadora con el campo de energía modulado externo. Efectos de la modulación se detectan por la estación base. La información (por ejemplo la presencia de una etiqueta) se obtiene al recibir y desmodular la señal modulada en la estación base. Como otro ejemplo, la patente de los Estados Unidos 6,206,835, cuya descripción se incorpora en la presente mediante referencia, describe un dispositivo de implante, que responde a un circuito de interrogación externo. El dispositivo de implante incluye una estructura implantable dentro de un animal vivo y configurado operativamente para llevar a cabo o ayudar a llevar a cabo una función dentro del animal vivo. El dispositivo además incluye un circuito de detección eléctricamente pasivo para detectar un parámetro asociado con la función. El circuito de detección incluye un elemento inductor, en donde el circuito de detección tiene un efecto de carga de impedancia variable que depende de la frecuencia sobre el circuito de interrogación en respuesta a una señal de interrogación provista por el elemento excitador/interrogador, y el efecto de carga de impedancia varía en relación con el parámetro detectado.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Modalidades de la presente invención proporcionan métodos y sistemas para rastrear la posición y orientación de un transpondedor fijo a un objeto que se inserta en el cuerpo de un paciente. En algunas modalidades, uno o más generadores de campo generan campos de posición variada en un volumen de trabajo que comprende el transpondedor. El transpondedor comprende un circuito resonante cuya frecuencia de resonancia varía en respuesta al campo magnético que varía posición en el ambiente en su vecindad. Así, la frecuencia de resonancia indica la posición y orientación del transpondedor respecto al generador de campo que generó el campo. Un rastreador de posición detecta remotamente la frecuencia de resonancia de circuito resonante en el transpondedor para determinar la posición y orientación del transpondedor, y por ende del objeto, respecto al uno o más generadores de campo. En algunas modalidades, el circuito resonante comprende un elemento sensible al campo que cambia sus propiedades eléctricas en respuesta al campo magnético ambiental. En algunas modalidades, el elemento sensible al campo comprende un inductor colocado alrededor de un núcleo magnético inductor que cambia su permeabilidad magnética en respuesta al campo magnético que varía con la posición. El cambio en impermeabilidad cambia la inductancia del inductor que a su vez cambia la frecuencia de resonancia del circuito resonante. En otras modalidades, el elemento sensible al campo comprende un capacitor acoplado a un elemento magneto-restrictivo. La restricción y/o expansión del elemento magneto-restrictivo en respuesta al campo magnético que varía con la posición varía la capacitancia del capacitor y a su vez la frecuencia de resonancia del circuito resonante. En algunas modalidades, los transpondedores que utilizan las configuraciones descritas aquí son tanto pasivas como inalámbricas, permitiendo permanecer operando durante un período sustancialmente indefinido sin ninguna conexión cableada al sistema de rastreo de posición externo. En algunas modalidades, los métodos y sistemas descritos aquí pueden utilizar campos magnéticos que tengan bajas frecuencias, mejorando así la inmunidad del sistema a la distorsión ocasionada por objetos metálicos en el campo magnético. Por ello se provee, de conformidad con una modalidad de la presente invención, un sistema para el rastreo de posición, incluyendo: uno o más generadores de campo, que están dispuestos para generar uno o más campos magnéticos correspondientes que varían con la posición; un transpondedor que incluye un circuito resonante que tiene una frecuencia de resonancia y que incluye un elemento sensible al campo, que opera para variar la frecuencia de resonancia en respuesta al uno o más campos magnéticos; y un rastreador de posición, que esté dispuesto para detectar remotamente la frecuencia de resonancia del circuito resonante y para determinar una posición del transpondedor en respuesta a la frecuencia de resonancia detectada. En una modalidad, el transpondedor está fijo a un objeto adaptado para inserción dentro de un cuerpo de un paciente, y el rastreador de posición está dispuesto para determinar una posición del objeto dentro del cuerpo. En otra modalidad, el elemento sensible al campo incluye un inductor que tiene una inductancia, que varía en respuesta al uno o más campos magnéticos para variar la frecuencia de resonancia. El inductor puede incluir un núcleo que incluye un material magneto-inductivo y que tiene una permeabilidad magnética, que cambia en respuesta al uno o más campos magnéticos para variar la inductancia. En incluso otra modalidad, el elemento sensible al campo incluye un capacitor que tiene una capacitancia, que varía en respuesta al uno o más campos magnéticos para variar la frecuencia de resonancia. En una modalidad, el capacitor incluye electrodos de conducción y el elemento sensible al campo incluye un elemento magneto-restrictivo fijo a al menos uno de los electrodos y dispuesto para cambiar una relación espacial de los electrodos en respuesta al uno o más magnéticos para variar la capacitancia. En incluso otra modalidad, cada uno del uno o más generadores de campo incluye al menos dos bobinas de radiación en campo excitadas por señales de excitación correspondientes para generar un campo magnético giratorio. Adicionalmente o alternativamente, el uno o más generadores de campo incluyen dos o más generadores de campo y dos o más ubicaciones correspondientes diferentes, que se abren en secuencia para generar campos magnéticos que varían en posición correspondientes. En una modalidad, el rastreador de posiciones está dispuesto para trasmitir una señal de sonda hacia el transpondedor sobre una gama de frecuencia predeterminada, para recibir una señal producida por el transpondedor en respuesta a la señal de la onda, para medir una carga de la señal de sonda mediante el circuito resonante sobre la gama de frecuencias en respuesta a la señal producida por el transpondedor, y calcular la frecuencia de resonancia en respuesta a la carga. También se proporciona, de conformidad con una modalidad de la presente invención, un transpondedor para uso en un sistema de rastreo de posición, el transpondedor incluyendo un circuito resonante que tiene una frecuencia de resonancia y que incluye un elemento sensible al campo operativo para variar la frecuencia de resonancia en respuesta a un campo magnético aplicado externamente, para que el circuito resonante refleje de forma variada una señal de sonda en una vecindad de la frecuencia de resonancia en respuesta al campo magnético. Se proporciona adicionalmente, de conformidad con una modalidad de la presente invención, un método para rastreo de posición, incluyendo: fijar a un objeto un transpondedor que incluye un circuito resonante que tiene una frecuencia de resonancia y que incluye un elemento que responde a campo que opera para variar la frecuencia de resonancia en respuesta a un campo magnético ambiental; generar un campo magnético que varía con la posición en una vecindad del objeto; detectar remotamente la frecuencia de resonancia del circuito resonante; y determinar una posición del transpondedor en respuesta a la frecuencia de resonancia detectada. La presente invención se entenderá mejor a partir de la siguiente descripción detallada de las modalidades de la misma, tomadas en conjunto con los dibujos en los cuales: BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una ilustración esquemática en imagen de un sistema de rastreo de posición, de conformidad con una modalidad de la presente invención; la figura 2 es un diagrama de bloque que ilustra esquemáticamente elementos de un sistema de rastreo de posición, de conformidad con una modalidad de la presente invención; y las figuras 3A y 3B son diagramas de bloque que ilustran esquemáticamente transpondedores en un sistema de rastreo de posición, de conformidad con modalidades de la presente invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La figura 1 es una ilustración esquemática en imagen de un sistema de rastreo de posición magnético 20 utilizado en cirugía, de conformidad con una modalidad de la presente invención. Un cirujano 22 realiza un procedimiento médico en un paciente 23 utilizando una herramienta médica 24. Implantes 26 se introducen en el cuerpo del paciente en un sitio quirúrgico. En el ejemplo presente los implantes se colocan en huesos 30 de la pierna del paciente. El sistema 20 guía al cirujano al realizar el procedimiento, en este ejemplo una operación de articulación de rodilla, al medir y presentar las posiciones de los implantes 26 y la herramienta 24. El sistema mide las coordenadas de ubicación y orientación a través de un volumen de trabajo que comprende el sitio quirúrgico. Las coordenadas de la herramienta 24 e implantes 26 se determinan en relación con generadores de campo, como almohadillas de ubicación 34, que se fijan al cuerpo del paciente. En el ejemplo que se muestra en la figura 1 , las almohadillas se colocan en la pantorrilla y muslos del paciente, en proximidad a los implantes 26. Una unidad generadora de señal 38 genera señales de excitación que excitan los generadores en campo, típicamente comprendiendo bobinas de generación de campo, en almohadillas de ubicación 34. Las almohadillas de ubicación típicamente están conectadas mediante cables a la unidad 38, aunque también es factible una conexión inalámbrica. Las bobinas de generación de campo generan campos magnéticos a través del volumen de trabajo, como se explicará en detalle a continuación. Los implantes 26 y herramienta 24 contienen transpondedores pasivos en miniatura. En principio, cada transpondedor comprende un circuito resonante, cuya frecuencia de resonancia varía de conformidad con el campo magnético ambiental en su vecindad. Los campos magnéticos generados por almohadillas de ubicación 34 hacen que el circuito resonante en cada una de la herramienta 24 e implantes 26 para tener una cierta frecuencia de resonancia, que depende de el campo magnético ambiental y de la orientación espacial del transpondedor respecto al campo.

Un rastreador de posición 40 detecta remotamente la frecuencia de resonancia del circuito resonante de cada transpondedor y determina la posición y orientación del transpondedor en respuesta a la frecuencia de resonancia detectada. Los resultados típicamente se presentan al cirujano en una pantalla 42. Aunque la figura 1 muestra un sistema de rastreo de posición utilizado en cirugía ortopédica, los sistemas y métodos descritos aquí también pueden utilizarse en otras aplicaciones de rastreo de posición como sistemas de formación de imagen cardiaca, como también varias aplicaciones no médicas. Dependiendo de la aplicación, pueden acoplarse transpondedores similares a un catéter, un endoscopio, una herramienta médica o quirúrgica, o a cualquier otro objeto rastreado adecuado. Algunos sistemas ejemplares que pueden utilizar los métodos y dispositivos descritos en la presente se describen en las publicaciones anteriormente citadas. Los métodos y sistemas descritos más abajo en la presente son particularmente adecuados para aplicaciones en donde se desea tener un transpondedor pasivo que no tenga interconexiones alámbricas con el sistema externo. Por ejemplo, cuando se implanta un transpondedor en un hueso, como en el sistema ortopédico de la figura 1 , es útil para el transpondedor ser pasivo e inalámbrico. Un transpondedor pasivo permite que permanezca operativo durante un periodo sustancialmente ilimitado sin la necesidad de un procedimiento quirúrgico para reemplazar una batería. También es útil que dicho transpondedor sea inalámbrico, ya que conectar los alambres a un implante ortopédico es complicado e incrementa el riesgo de infección y otras complicaciones. La figura 2 es un diagrama de bloque que ilustra esquemáticamente elementos del sistema de rastreo de posición 20, de conformidad con una modalidad de la presente invención. La figura muestra el implante 26 implantado en el hueso 30 del paciente. Un transpondedor pasivo 46 se ajusta en un implante 26. Un transpondedor similar también puede ajustarse en una herramienta 24. Aunque las descripciones que siguen se refieren a transpondedores ajustados en el implante 26, los métodos y configuraciones descritos también pueden utilizarse para rastrear la posición y orientación de la herramienta 24. En la configuración ejemplar de la figura 2, tres almohadillas de ubicación 34 generan campos magnéticos de posición variable en la cercanía de un transpondedor 46. En algunas modalidades, cada almohadilla de ubicación 34 genera un campo magnético de corriente alterna (AC) cuya orientación cambia (por ejemplo, gira) a través del volumen de trabajo. Un campo magnético giratorio puede generarse, por ejemplo, al configurar cada almohadilla de ubicación 34 para comprender dos bobinas generadoras de campo ortogonales. Las dos bobinas se excitan por una unidad generadora de señal 38 con dos señales de excitación respectivas que tienen la misma frecuencia pero diferentes fases. El campo magnético de material mixto producido por las dos bobinas es en general un campo de elípticamente giratorio, cuyo patrón de rotación depende de la frecuencia y la fase relativa y magnitud de las dos señales de excitación. Por ejemplo, señales de excitación de magnitud iguales que tienen un desplazamiento de fase relativo de 90 grados producen un campo circularmente giratorio. En modalidades alternativas, las dos bobinas pueden ser no ortogonales y/o excitarse con señales de excitación que tienen diferentes frecuencias. Además alternativamente, cualquier otro método adecuado puede utilizarse para generar el campo de posición variable por cada almohadilla de ubicación 34. Diferente de algunos sistemas de rastreo de posición que se desempeñan mejor cuando se utilizan señales de excitación (y campos magnéticos) que tienen frecuencias relativamente elevadas, el sistema 20 puede operarse utilizando campos magnéticos que tienen cualquier frecuencia conveniente. Utilizando un campo magnético de frecuencia baja frecuentemente es deseable mejorar la inmunidad metálica del sistema, es decir, reducir los efectos parasíticos de los objetos metálicos en la cercanía del transpondedor, que distorsionan la medición de la posición. Un campo magnético que tiene una frecuencia en la escala de cero a varios cientos de Hertz se considera típicamente un campo de frecuencia baja, aunque otras frecuencias también pueden utilizarse. En algunas modalidades, cuando el sistema 20 comprende dos o más almohadillas de ubicación 34, la unidad generadora de señal 38 acciona las almohadillas de ubicación en un tiempo en un patrón de división de tiempo. En general, no necesita haber una conexión entre la frecuencia, fase o magnitud de los campos magnéticos generados por diferentes almohadillas de ubicación. El transpondedor 46 en el implante 26 detecta la magnitud y/o la orientación del campo magnético en su cercanía. Ya que el campo magnético producido por cada almohadilla de ubicación 34 tiene variación de posición, el campo magnético detectado es indicador de la distancia entre el implante 26 y la almohadilla de ubicación 34 que generó el campo. En algunas modalidades, el transpondedor 46 comprende un circuito resonante 48, que se configura para cambiar su frecuencia de resonancia en respuesta al campo magnético ambiental. En cada punto en el tiempo, el circuito 48 se ubica en cierta posición y se orienta en un cierto ángulo espacial con respecto a las almohadillas de ubicación 34. El circuito resonante 48 comprende al menos un componente sensible al campo, que es operativo, como se explicará en las descripciones de las figuras 3A y 3B a continuación, para cambiar sus propiedades eléctricas responsivamente con el campo magnético ambiental proyectado en su eje. De este modo, el circuito resonante 48 cambia su frecuencia de resonancia responsivamente hacia el componente del campo magnético proyectado en el eje de este componente. La frecuencia de resonancia de circuito 48 puede configurarse a cualquier valor conveniente. En algunas modalidades, la frecuencia de resonancia se selecciona en la escala entre 100 kHz y 20 MHz. En una modalidad, el circuito resonante tiene una frecuencia de resonancia de aproximadamente 135 kHz, una escala comúnmente utilizada en las aplicaciones de identificación de radiofrecuencia (RFID). Nótese que la frecuencia de resonancia de circuito 48 no de be ser confundida con la frecuencia del campo magnético. Las dos frecuencias no se relacionan generalmente y pueden fijarse independientemente de cualquier valor adecuado. El rastreador de posición 40 mide de manera remota la frecuencia de resonancia de circuito resonante 48 en el implante 26. Utilizando la frecuencia de resonancia medida, el rastreador 40 estima la posición y orientación del implante 26 con respecto a las almohadillas de ubicación 34. En las modalidades en donde las almohadillas de ubicación 34 se accionan secuencialmente en un patrón de división de tiempo, las mediciones del rastreador 40 típicamente se sincronizan con este patrón. En algunas modalidades, el rastreador 40 combina las mediciones que corresponden con las diferentes almohadillas de ubicación para determinar las coordenadas de posición y orientación del implante 26 con respecto a las almohadillas de ubicación. El rastreador 40 puede utilizar varios métodos de triangulación, como también otros métodos adecuados conocidos en la técnica para combinar las mediciones en un estimado de posición/orientación. El estimado de posición/orientación con frecuencia se expresa como una coordenada de seis dimensiones del implante. Adicionalmente o alternativamente, el cálculo de la posición puede utilizar métodos de un sólo eje, tal como los métodos descritos en la patente de E.U.A. 6,484,1 18, citados anteriormente.

En una modalidad ejemplar del rastreador 40, un oscilador controlado de voltaje (VCO) 52 genera una señal de sonda que cubre una escala de frecuencia predeterminada. En algunas modalidades, la señal de sonda comprende un portador, que se limpia a través de la escala de frecuencia. Alternativamente, la señal de sonda puede comprender un portador, que se brinca de una frecuencia a otra de conformidad con una lista de frecuencia predeterminada. La señal de sonda también puede comprender una señal de banda ancha que cubre instantáneamente la escala de frecuencia o partes de la misma. Además alternativamente, cualquier otro método para explorar la escala de frecuencia predeterminada puede ser utilizado. La señal de sonda se amplifica mediante un amplificador de transmisión 56 y se transmite hacia el transpondedor 46 por medio de una antena de transmisión 60. La antena 60 puede comprender una bobina de transmisión o cualquier otra configuración de antena adecuada. En algunas modalidades, VCO 52 se fija a las frecuencias deseadas utilizando un detector de fase (PD) 68 y un comparador (CP) 70 dispuesto en una configuración de bucle de enganche de fase (PLL), como es bien sabido en la técnica. Una antena de recepción, tal como una bobina de recepción 64 recibe la señal producida por el transpondedor 46 en respuesta a la señal de sonda. La señal recibida se amplifica mediante un amplificador de recepción 66 para producir una señal de salida del receptor.

La señal de sonda induce corriente en el circuito resonante 48. La amplitud de la corriente inducida depende de la frecuencia de la señal de sonda con respecto a la frecuencia de resonancia del circuito 48. En otras palabras, el circuito resonante proporciona una carga diferente para la señal de sonda dependiendo de la frecuencia de resonancia del circuito resonante y la frecuencia de la señal de sonda. La corriente inducida provoca que el circuito resonante produzca un campo electromagnético, o señal, que tiene la misma frecuencia. La amplitud de la señal producida por el circuito resonante depende de igual manera de la frecuencia de la señal de sonda con respecto a la frecuencia de resonancia del circuito 48. Cuando la frecuencia de la señal de sonda se aproxima a la frecuencia de resonancia del circuito 48, la corriente inducida en el circuito resonante se aproxima a un valor máximo, que a su vez aumenta al máximo la amplitud de la señal recibida por el rastreador. Como resultado, el rastreador PLL engancha la frecuencia de resonancia del circuito resonante 48. Un procesador de rastreo 72 realiza varias mediciones, análisis y funciones de control del rastreador 40. El procesador 72 puede comprender un microprocesador que corre de manera adecuada el código del software. Alternativamente, el procesador 72 puede implementarse utilizando el hardware adecuado o utilizando una combinación de funciones de hardware y software. En algunas modalidades, el procesador 72 controla VCO 52 y/u otros componentes del rastreador 40 para producir la señal de sonda en la frecuencia deseada. Utilizado la señal recibida, el procesador 72 analiza la señal de salida del receptor para estimar la frecuencia de resonancia del circuito resonante 48. Con base en la frecuencia de resonancia estimada, el procesador 72 determina la posición y orientación del transpondedor 46, y del implante 26 con relación a las almohadillas de ubicación 34. En algunas modalidades, el procesador de rastreo 72 limpia la frecuencia de la señal de sonda producida por VCO 52 sobre la escala predeterminada y mide la magnitud de la señal recibida en cada frecuencia. El procesador 72 entonces estima la frecuencia de resonancia del circuito 48 responsivamente a las amplitudes de señal recibidas medidas a través de la escala de frecuencia. En algunas modalidades, el procesador 72 identifica la frecuencia que tiene una magnitud de señal recibida máxima. Alternativamente, cualquier otro método adecuado puede utilizarse por el procesador 72 para estimar la frecuencia de resonancia del circuito 48 con base en la señal recibida. En algunas modalidades, el rastreador 40 se alterna entre los modos de transmisión y recepción. En otras palabras, el rastreador transmite la señal de sonda en una frecuencia particular durante cierto intervalo, y posteriormente recibe la señal producida por el transpondedor en un intervalo de tiempo subsecuente. En estas modalidades, el procesador de rastreo 72 puede encender o apagar alternativamente la energía eléctrica de CP 70 y el amplificador de transmisión 56. Cuando está en el modo de transmisión, el amplificador de transmisión 56 se enciende y CP 70 se apaga y 'ce versa.

Por ejemplo, en la figura 2, una señal de control de encendido/apagado producida por el procesador 72 alterna la energía entre el amplificador 56 y CP 70 utilizando un inversor 74.

La figura 3A es un diagrama de bloque que ilustra esquemáticamente una configuración ejemplar del transpondedor 46, de conformidad con una modalidad de la presente invención. El circuito resonante 48 en este ejemplo comprende un capacitor 80 y un inductor 82, el inductor 82 sirve como el elemento sensible al campo. También es bien sabido que la frecuencia de resonancia del circuito 48 se da por fr = *-= , 2n~jLC en donde L denota la inductancia del inductor 82 y C denota la capacitancia del capacitor 80.

El inductor 82 se enrolla o de otra manera se coloca alrededor del núcleo 84. La permeabilidad magnética del núcleo 84, denotada como µ, afecta la inductancia L del inductor 82 que a su vez afecta la frecuencia de resonancia fr del circuito 48. En algunas modalidades, el núcleo 84 comprende un material magneto-inductivo que varía su permeabilidad responsivamente hacia al campo magnético ambiental. El material magneto-inductivo del núcleo 84 puede comprender, por ejemplo, una película de FeCuNbSiB/Cu/FeCuNbSiB o material similar.

Alternativamente, cualquier material adecuado que tenga propiedades magneto-inductivas puede utilizarse para este propósito.

Típicamente, la permeabilidad del núcleo 84 cambia responsivamente hacia el componente del campo magnético proyectado a lo largo del eje del núcleo. De este modo, la frecuencia de resonancia del circuito 48 indica la posición y orientación del implante 26 con respecto a la almohadilla de ubicación 34 que generó el campo. La figura 3B es un diagrama de bloque que ilustra esquemáticamente una configuración ejemplar del transpondedor 46, de conformidad con otra modalidad de la presente invención. En la configuración de la figura 3B, el circuito 48 es un circuito resonante paralelo que comprende un inductor 86 y un capacitor 84, el capacitor 88 sirviendo como el elemento sensible al campo. En algunas modalidades, el capacitor 88 se acopla a un elemento magneto-restrictivo 90, que aprieta y/o expande responsivamente el campo magnético ambiental. El elemento 90 puede comprender cualquier material magneto-restrictivo conocido en la técnica, tal como por ejemplo, Terfenol-D. En algunas modalidades, el capacitor 88 comprende dos electrodos conductores de orientación mutua, tal como placas conductoras separadas por un espacio de aire o un dieléctrico adecuado. En el ejemplo de la figura 3B, el elemento 90 se fija mecánicamente a una de las placas conductoras del capacitor 88. Cuando el campo magnético ambiental cambia, el elemento 90 se aprieta o expande, cambiando así la relación espacial entre los electrodos, específicamente al cambiar el ancho del espacio entre las placas del capacitor. El cambio en el ancho del espacio cambia la capacitancia del capacitor 88, que a su vez cambia la frecuencia de resonancia del circuito 48. Típicamente, el capacitor 88 y el elemento 90 se disponen a lo largo de un eje, de manera que el espacio entre las placas del capacitor varía sustancialmente únicamente en respuesta a la restricción/expansión del elemento 90 a lo largo de este eje. De este modo, como en la configuración de la figura 3A anterior, la frecuencia de resonancia del circuito 48 cambia responsivamente para cambios en el componente del campo magnético a lo largo de este eje. En modalidades alternativas (no mostradas en las figuras), el elemento magnetorrestrictivo 90 puede cambiar la relación espacial de los electrodos de otras maneras. Por ejemplo, se puede acoplar el elemento 90 al capacitor 88 para cambiar el área de orientación mutua de las placas conductoras, lo cual afecta también la capacitancia del capacitor 88. Alternativamente además, el capacitor 88 puede comprender electrodos conductores que tengan cualquier figura o forma, y se puede acoplar el elemento magnetorrestrictivo 90 al capacitor de cualquier manera adecuada para variar la capacitancia del capacitor en respuesta al campo magnético ambiente. En modalidades alternativas se puede usar también un dispositivo de onda acústica de superficie (SAW) como elemento sensible al campo en el circuito resonante 48, puesto que el campo magnético cambia el comportamiento interno de reflexión del dispositivo SAW. Aunque los métodos y los sistemas descritos en la presente se refieren principalmente al rastreo de posición mediante la medición remota de frecuencias de resonancia de implantes, utensilios e instrumentos médicos, se pueden usar también los principios de la presente invención para realizar el rastreo de posición en otras aplicaciones, tales como etiquetas de identificación de frecuencia (RFID) y sensores industriales de campo magnético. Se apreciará así que se citan a manera de ejemplo las modalidades descritas anteriormente y que la presente invención no está limitada a lo que se ha mostrado o descrito particularmente con anterioridad en la presente. Antes bien, el alcance de la presente invención incluye tanto combinaciones como subcombinaciones de las varias características descritas anteriormente en la presente, así como las variaciones y modificaciones de las mismas que se les ocurrían a los expertos en la técnica, tras una lectura de la descripción precedente y que no se exponen en la técnica anterior.

Claims (10)

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1 .- Un sistema para el rastreo de posición, caracterizado porque comprende: uno o más generadores de campo, los cuales están dispuestos para generar uno o más respectivos campos magnéticos de posición variable; un transpondedor que comprende un circuito resonante que tiene una frecuencia de resonancia y que comprende un elemento sensible al campo, el cual es operativo para variar la frecuencia de resonancia en respuesta a uno o más campos magnéticos; y un rastreador de posición, el cual está dispuesto para detectar remotamente la frecuencia de resonancia del circuito resonante y para determinar una posición del transpondedor en respuesta a la frecuencia de resonancia detectada.

2.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el transpondedor está unido a un objeto adaptado por asociación al cuerpo de un paciente y el rastreador de posición está dispuesto para determinar una posición del objeto dentro de cuerpo.

3.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el elemento sensible al campo comprende un inductor que tiene una inductancia la cual varía en respuesta a uno o más campos magnéticos para variar la frecuencia de resonancia.

4. - El sistema de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque el inductor comprende un núcleo que comprende un material magnetoinductivo y que tiene una permeabilidad magnética, la cual cambia en respuesta a uno o más campos magnéticos para variar la inductancia.

5. - El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el elemento sensible al campo comprende un capacitor que tiene una capacitancia, la cual varia en respuesta a uno o más campos magnéticos para variar la frecuencia de resonancia.

6.- El sistema de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque el capacitor comprende electrodos conductores y el elemento sensible al campo comprende un elemento magnetorrestrictivo unido por lo menos a uno de los electrodos y dispuesto para cambiar una relación espacial de los electrodos en respuesta a uno o más campos magnéticos para variar la capacitancia.

7. - El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque cada uno de dichos uno o más generadores de campo comprende por lo menos dos bobinas de radiación de campos excitados por respectivas señales de excitación para generar un campo magnético rotatorio.

8. - El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dichos uno o más generadores de campo comprenden dos o más generadores de campo en dos o más respectivas ubicaciones diferentes, los cuales se operan consecutivamente para generar respectivos campos magnéticos de posición variable.

9. - El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el rastreador de posición está dispuesto para transmitir una señal de sonda al transpondedor sobre una escala predeterminada de frecuencias, para recibir una señal producida por el transpondedor en respuesta a la señal de sonda para medir una carga de la señal de sonda mediante el circuito resonante a través de la escala de frecuencias en respuesta a la señal producida por el transpondedor, y para estimar la frecuencia de resonancia en respuesta a la carga.

10. - Un transpondedor para su uso en un sistema de rastreo de posición, el transpondedor caracterizado porque comprende un circuito resonante que tiene una frecuencia de resonancia y que comprende un elemento sensible al campo, operativo para variar la frecuencia de resonancia en respuesta a un campo magnético aplicado externamente, para que el circuito resonante refleje variablemente una señal de sonda en una proximidad de la frecuencia de resonancia en respuesta al campo magnético. 1 1 . - El transpondedor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque el transpondedor está unido a un objeto adaptado para su inserción al cuerpo de un paciente. 12. - El transpondedor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque el elemento sensible al campo comprende un inductor que tiene una inductancia, la cual varía en respuesta al campo magnético aplicado externamente para variar la frecuencia de resonancia. 13. - El transpondedor de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque el inductor comprende un núcleo que comprende un material magnetoinductívo y que tiene una permeabilidad magnética, la cual cambia en respuesta al campo magnético aplicado externamente para variar la inductancia. 14. - El transpondedor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque el elemento sensible al campo comprende un capacitor que tiene una capacitancia, la cual cambia en respuesta al campo magnético aplicado externamente para variar la frecuencia de resonancia. 15. - El transpondedor de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque el capacitor comprende electrones conductores y el elemento sensible al campo comprende un elemento magnetorrestrictivo unido por lo menos a uno de los electrodos y unido para cambiar la relación espacial de área de los electrodos en respuesta al campo magnético aplicado externamente para variar la capacitancia. 16. - Un método para el rastreo de posición, caracterizado porque comprende: unir a un objeto un transpondedor que comprende un circuito resonante que tiene una frecuencia de resonancia y que comprende un elemento sensible al campo, operativo para variar la frecuencia de resonancia en respuesta a un campo magnético ambiente; generar un campo magnético de posición variable en la proximidad del objeto; detectar remotamente la frecuencia de resonancia del circuito resonante; y determinar una posición del transpondedor en respuesta a la frecuencia de resonancia detectada. 17. - El método de conformidad con la reivindicación con la reivindicación 16, caracterizado además porque comprende insertar el objeto al cuerpo de un paciente, en donde la determinación de la posición del transpondedor comprende rastrear la posición del objeto dentro del cuerpo. 18. - El método de conformidad con la reivindicación con la reivindicación 16, caracterizado además porque el elemento sensible al campo comprende un inductor que tiene una inductancia, la cual varia en respuesta al campo magnético de posición variable para variar la frecuencia de resonancia. 19. - El método de conformidad con la reivindicación con la reivindicación 18, caracterizado además porque el inductor comprende un núcleo que comprende un material magnetoinductivo y que tiene una permeabilidad magnética, la cual cambia en respuesta al campo magnético de posición variable para variar la inductancia. 20. - El método de conformidad con la reivindicación con la reivindicación 16, caracterizado además porque el elemento sensible al campo comprende un capacitor que tiene una capacitancia, la cual varia en respuesta al campo magnético de posición variable para variar la frecuencia de resonancia. 21 . - El método de conformidad con la reivindicación con la reivindicación 20, caracterizado además porque el capacitor comprende electrodos conductores y el elemento sensible al campo comprende un elemento magnetorrestrictivo unido por lo menos a uno de los electrodos y dispuesto para cambiar la relación espacial de área de los electrodos en respuesta al campo magnético de posición variable para variar la capacitancia. 22. - El método de conformidad con la reivindicación con la reivindicación 16, caracterizado además porque la generación del campo magnético de posición variable comprende excitar uno o más generadores de campo con respectivas señales de excitación para generar uno o más campos magnéticos rotatorios. 23. - El método de conformidad con la reivindicación con la reivindicación 16, caracterizado además porque la generación del campo magnético de posición variable comprende excitar consecutivamente dos o más generadores de campo por lo menos en dos o más respectivas ubicaciones diferentes para generar respectivos campos magnéticos de posición variable. 24. - El método de conformidad con la reivindicación con la reivindicación 16, caracterizado además porque la detección de la frecuencia de resonancia comprende transmitir una señal de sonda hacia el transpondedor sobre una escala predeterminada de frecuencias, recibir una señal producida por el transpondedor en respuesta a la señal de sonda, medir una carga de la señal de sonda mediante el circuito resonante sobre la escala de frecuencias en respuesta a la señal producida por el transpondedor y estimar la frecuencia de resonancia en respuesta a la carga.