MXPA06008074A - Transmision de datos a un sensor de posicion. - Google Patents

Abstract

Un metodo para transmitir instrucciones de control a un sensor en un sistema de rastreo de posicion incluye generar una senal de impulso para impulsar un generador de campo; una senal de control que incluye las instrucciones de control es sobrepuesta sobre la senal de impulso; el generador de campo es impulsado por la senal de impulso, para generar un campo que ha de ser detectado por el sensor; el campo es detectado en el sensor a fin de determinar las coordenadas de posicion del sensor y para demodular la senal de control para extraer las instrucciones de control; una funcionalidad del sensor es controlada con base en las instrucciones de control extraidas.

Description

TRANSMISIÓN DE DATOS A UN SENSOR DE POSICIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere generalmente a sistemas de rastreo de posición, y específicamente a métodos y dispositivos para comunicación inalámbrica con dispositivos y herramientas que se usan en sistemas de rastreo de posición.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En la técnica se conocen varios métodos y sistemas para rastrear las coordenadas de objetos implicados en procedimientos médicos. Por ejemplo, las patentes de E.U.A. 5,391 ,199 y 5,443,489, cuyas descripciones se incorporan aquí por referencia, describen sistemas en los cuales las coordenadas de una sonda intracorporal son determinadas usando uno o más transductores de campo. Dichos sistemas se usan para generar información de localización con respecto a una sonda médica, tal como un catéter. Un sensor, tal como una bobina, se coloca en la sonda y genera señales en respuesta a campos magnéticos externamente aplicados. . Los campos magnéticos son generados por transductores de campo magnético, tales como bobinas radiadoras, fijadas a un marco de referencia externo en ubicaciones conocidas, mutuamente separadas. Las señales de sensor son procesadas a fin de determinar las coordenadas de la sonda en el marco de referencia externo. Métodos y sistemas adicionales que se relacionan con rastreo de posición magnética también se describen, por ejemplo, en la publicación de patente del PCT WO 96/05768, patentes de E.U.A. 6,690,963, 6,239,724, 6,618,612 y 6,332,089 y las publicaciones de solicitud de patente de E.U.A. 2002/0065455 A1 , 2003/0120150 A1 y 2004/0068178 A1 , cuyas descripciones se incorporan aquí todas por referencia. Estas publicaciones describen métodos y sistemas que rastrean la posición de objetos ¡ntracorporales tales como catéteres cardiacos, implantes ortopédicos y herramientas médicas usadas en diferentes procedimientos médicos. En algunas aplicaciones médicas, los datos son intercambiados inalámbricamente entre el sistema externo y el objeto intracorporal. Por ejemplo, la patente de E.U.A. 6,409,674, cuya descripción se incorpora aquí por referencia, describe un dispositivo de sensor ¡mplantable, tal como un monitor de presión, que es implantado en el corazón. El dispositivo comunica de manera inalámbrica información sobre presión sanguínea u otros parámetros físicos a un dispositivo de comunicación remota. Las técnicas de comunicación inalámbrica observadas en esta patente incluyen radiotelemetría, acoplamiento inductivo, transpondedores pasivos y comunicación conductiva usando el cuerpo como un conductor. Otro sistema de rastreo de posición que comprende comunicación inalámbrica que utiliza acoplamiento inductivo se describe en la publicación de solicitud de patente de E.U.A. 2003/0120150 A1 , cuya descripción se incorpora también aquí por referencia. Los inventores describen un sistema en el cual un transpondedor inalámbrico es fijado a un objeto. El transpondedor incluye por lo menos una bobina de sensor, en la cual una corriente de señal fluye en respuesta a campos electromagnéticos detectados. Una bobina de potencia recibe un campo impulsor de RF y trasporta energía eléctrica desde el campo impulsor para impulsar el transpondedor. La bobina de potencia también transmite una señal de salida que responde a la corriente de señal a un receptor de señal, que procesa la señal para determinar coordenadas del objeto.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Modalidades de la presente invención proveen métodos y dispositivos mejorados para comunicación inalámbrica en un sistema de rastreo de posición. En modalidades descritas más adelante, estos métodos se usan para transmitir datos, tales como datos de control, a una unidad de sensor ajustada dentro de un objeto rastreado en el sistema de rastreo de posición. Alternativamente, estos métodos se pueden usar, mutatis mutandis, para transmitir datos de un generador de campo en el objeto rastreado a un sensor externo. Los métodos y dispositivos descritos usan el sensor de posición existente y circuitos de procesamiento de la unidad de control de sensor como el circuito receptor de un canal de comunicación digital. Por lo tanto, la unidad de sensor permite recibir transmisiones de datos de control con poca o nada de adición de hardware dedicado para este propósito. Debido a que se usa el circuito de detección de posición de la unidad de sensor para extraer tanto las señales de posición como la señal de control, sin la necesidad de una antena y receptor adicionales para recibir las instrucciones de control, la unidad de sensor se puede hacer más pequeña, de costo más bajo y más confiable. En algunas modalidades, los datos digitales son enviados a la unidad de sensor desde generadores de campo externo al modular una señal de control a una frecuencia apropiada que no es usada para detección de posición. La señal de control modulada se combina con una señal de impulso que normalmente se usa para impulsar el generador de campo. Los circuitos de sensor y receptor de posición que se usan para la detección de posición en la unidad de sensor reciben las señales de control adicional también. La unidad de control de sensor digitaliza, filtra y demodula la señal de control, para producir los datos digitales transmitidos. En algunas modalidades, diferentes instrucciones de control pueden ser dirigidas a diferentes unidades de sensor al asignar un número de identificación único (ID) a cada unidad de sensor, o al usar frecuencias de modulación diferentes para diferentes señales de control. En algunas modalidades, las unidades de sensor son ajustadas dentro de objetos rastreados tales como implantes ortopédicos, dispositivos implantables, catéteres intracorporales y endoscopios, así como dentro de varias herramientas médicas y quirúrgicas.

En otra modalidad, un generador de campo es acoplado al objeto rastreado y genera un campo magnético que es detectado por el sistema externo. Un método similar al descrito anteriormente se usa para transmitir telemetría e información de control desde el objeto rastreado sin la necesidad de hardware de transmisor adicional. Por lo tanto, de conformidad con una modalidad de la presente invención, se provee un método para transmitir instrucciones de control a un sensor en un sistema de rastreo de posición, que incluye: generar una señal de impulso para impulsar un generador de campo; sobreponer una señal de control que incluye las instrucciones de control sobre la señal de impulso; impulsar el generador de campo con la señal de impulso, para generar un campo que ha de ser detectado por el sensor; en el sensor, detectar el campo a fin de determinar coordenadas de posición del sensor y demodular la señal de control para extraer las instrucciones de control; y controlar una funcionalidad del sensor con base en las instrucciones de control extraídas. En una modalidad, la señal de impulso tiene una frecuencia de impulso, y la sobreposición de la señal de control incluye modular las instrucciones de control en un subportador de control que tiene una frecuencia de control, que es diferente de la frecuencia de impulso, para permitir la separación de la señal de control de la señal de impulso. En otra modalidad, la detección de campo incluye producir una señal recibida en respuesta al campo detectado y extraer la señal de control de la señal recibida. Adicionalmente o alternativamente, la extracción de la señal de control incluye digitalizar la señal recibida para producir una señal digitalizada, aplicar un procedimiento de transformada de Fourier rápida (FFT) a la señal digitalizada, y detectar energía en un bin de FFT que corresponde a la frecuencia de control. En otra modalidad más, la modulación de las instrucciones de control incluye encender y apagar el subportador de control en respuesta a una representación binaria de las instrucciones de control. En otra modalidad más, la sobreposición de la señal de control incluye dirigir una primera instrucción de control a un primer sensor y dirigir una segunda instrucción de control, diferente a la primera instrucción de control, a un segundo sensor. En una modalidad, la detección del campo incluye detectar un primer componente de campo basado en la señal de control y un segundo componente de campo asociado con las coordenadas de posición usando una bobina individual en el sensor. En otra modalidad, el control de la funcionalidad del sensor incluye por lo menos uno del control de un regulador de tiempo de sensor, calibración del sensor y compensación de distorsiones en el campo detectado.

En otra modalidad más, el campo incluye un campo magnético. De conformidad con una modalidad de la presente invención, también se provee un método para transmitir datos desde un objeto rastreado en un sistema de rastreo de posición, que incluye: generar una señal de impulso para impulsar un generador de campo en el objeto rastreado; sobreponer una señal de portación de datos que incluye los datos en la señal de impulso; impulsar el generador de campo con la señal de impulso, para generar un campo que ha de ser detectado por uno o más receptores externos; y en uno o más receptores externos, detectar el campo a fin de determinar las coordenadas de posición del objeto rastreado y demodular la señal de portación de datos para extraer los datos. De conformidad con una modalidad de la presente invención, se provee adicionalmente un aparato para transmitir instrucciones de control a un sensor en un sistema de rastreo de posición, que incluye: un generador de campo, que está acoplado para generar un campo que ha de ser detectado por el sensor; una unidad de generador de señal, que está acoplada para generar una señal de impulso para impulsar el generador de campo, mientras se sobrepone a una señal de control que incluye las instrucciones de control sobre la señal de impulso; una unidad de sensor que incluye un sensor de posición, que está acoplado para detectar el campo, y una unidad de control de sensor, que está acoplada para generar señal de posición que responde al campo detectado, para demodular la señal de control a fin de extraer las instrucciones de control y de controlar una funcionalidad del sensor con base en las instrucciones de control extraídas; y un procesador, que está acoplado para calcular las coordenadas de posición del sensor en respuesta a las señales de posición. De conformidad con una modalidad de la presente invención, se provee además un aparato para transmitir datos desde un objeto rastreado en un sistema de rastreo de posición, que incluye: un generador de campo acoplado al objeto rastreado, que está dispuesto para generar un campo que ha de ser detectado por un sistema externo; una unidad de generador de señal asociada con el generador de campo, que está acoplada para generar una señal de impulso para impulsar el generador de campo, mientras se sobrepone a una señal de portación de datos que incluye los datos sobre la señal de impulso; y uno o más receptores externos en el sistema externo, que están acoplados para detectar el campo a fin de determinar coordenadas de posición del objeto rastreado y para demodular la señal de portación de datos para extraer los datos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La presente invención se entenderá en forma más completa a partir de la siguiente descripción detallada de las modalidades de la misma, tomada junto con los dibujos en los cuales: la figura 1 es una ilustración en perspectiva, esquemática de un sistema de rastreo magnético usado en cirugía, de conformidad con una modalidad de la presente invención; la figura 2 es una ilustración pictórica, esquemática que muestra detalles de una unidad de sensor, de conformidad con una modalidad de la presente invención; la figura 3 es un diagrama de bloques que ilustra esquemáticamente un sistema de rastreo magnético, de conformidad con una modalidad de la presente invención; y la figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra esquemáticamente un método para comunicar con una unidad de sensor, de conformidad con una modalidad de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES En sistemas de detección de posición magnéticamente basados típicos, tales como los sistemas citados en las referencias antes mencionadas, campos magnéticos externamente generados inducen corrientes eléctricas que responden a la posición en un receptor, tal como una bobina de sensor que está ubicada dentro de una unidad de sensor. En aplicaciones médicas de dichos sistemas, la unidad de sensor está ajustada dentro de un implante médico, una sonda u otra herramienta médica. Una unidad de control de sensor interna a la unidad de sensor adquiere las señales del receptor, computa la información de posición y transmite la información al sistema externo. El sistema externo calcula la ubicación y orientación de la unidad de sensor con base en la información de posición recibida de la unidad de sensor (alternativamente, como se señala más adelante, un generador de campo en el implante o herramienta puede generar campos magnéticos, que son detectados por un receptor fuera del cuerpo). En ciertas aplicaciones, es deseable enviar datos desde el sistema externo a la unidad de sensor. Por ejemplo, el sistema externo puede transmitir regulación de tiempo, calibración u otros comandos de control a la unidad de sensor. En una sensor, el sistema externo puede instruir a la unidad de sensor para cancelar una señal que sea alterada por perturbaciones de metal que distorsionan el campo magnético. Esa cancelación de señal mejora el rendimiento del sistema de rastreo magnético. En algunos casos, se desea que el sensor rastreado no tenga conexiones cableadas al sistema externo. Consecuentemente, la transmisión de datos a la unidad de sensor debe ser implementada de manera inalámbrica. Un ejemplo típico es una aplicación ortopédica, en la cual la unidad de sensor está ajustada en un implante ortopédico que es implantado en un hueso del paciente. Incluso en ciertas aplicaciones cableadas, tales como catéteres y endoscopios, algunas veces es benéfico usar transmisión de datos inalámbrica a la unidad de sensor. El uso de transmisión inalámbrica reduce el número de cables eléctricos que pasan a través del catéter o endoscopio, reduciendo así su diámetro. Por otra parte, la adición de un canal de comunicación inalámbrico separado desde el sistema externo a la unidad de sensor es deseable en términos del tamaño y costo agregados y la confiabilidad reducida causada por la antena añadida y otros componentes del hardware. La figura 1 es una ilustración pictórica, esquemática de un sistema de rastreo magnético 20 usado en cirugía, de conformidad con una modalidad de la presente invención. Un cirujano 22 realiza un procedimiento médico en un paciente 23 usando una herramienta médica 24. Se introducen implantes 26 en el cuerpo del paciente en un sitio quirúrgico, que está localizado en este ejemplo en una extremidad 30 del paciente. El sistema de rastreo guía al cirujano a realizar el procedimiento, en este ejemplo una operación de articulación de rodilla, al medir y presentar las posiciones de implantes 26 y herramienta 24. El sistema mide las coordenadas de localización y orientación en todo un volumen de trabajo que comprende el sitio quirúrgico. Las coordenadas de la herramienta 24 e implantes 26 se determinan en relación con los generadores de campo, tales como almohadillas de localización 34, que se fijan al cuerpo del paciente. En el ejemplo mostrado en la figura 1 , las almohadillas se colocan sobre el peroné y la cadera del paciente, en proximidad a los implantes 26. Una unidad generadora de señal 38 genera señales de impulso que impulsan los generadores de campo, que comprenden típicamente bobinas generadoras de campo, en almohadillas de localización 34. Las almohadillas de localización están típicamente conectadas por alambres a la unidad 38, aunque también es factible una conexión inalámbrica. Las bobinas generadoras de campo generan campos magnéticos en todo el volumen de trabajo. Los implantes 26 y la herramienta 24 contienen unidades de sensor inalámbricas en miniatura, que se describen con detalle más adelante. Cada unidad de sensor comprende un sensor de posición que está diseñado para detectar el campo magnético en su vecindad. Los campos magnéticos generados por almohadillas de localización 34 inducen corrientes en los detectores de posición de las unidades de sensor ajustadas dentro de la herramienta 24 e implantes 26. La respuesta a las corrientes inducidas, circuitos de procesamiento y transmisión de señales en cada unidad de sensor generan y transmiten señales de posición que son indicativas de la localización y orientación del implante o herramienta. Las señales de posición son recibidas por una unidad de control inalámbrica 40, que está acoplada a una computadora 41. La computadora 41 sirve como el controlador de sistema principal del sistema 20. La computadora procesa las señales recibidas a fin de calcular las coordenadas de localización y orientación relativas de la herramienta 24 e implantes 26. Los resultados típicamente se presentan al cirujano en una pantalla 42. Como parte de la aplicación de rastreo de posición, la computadora 41 genera instrucciones de control, típicamente representadas como palabras de datos digitales, para ser transmitidas a las unidades de sensor en los implantes 26 y/o herramienta 24. En una modalidad, las instrucciones de control comprenden instrucciones de regulación de tiempo. Además o en forma alternativa, las instrucciones de control comprenden información de calibración para las unidades de sensor. En otras modalidades, las instrucciones de control permiten a la unidad de sensor mitigar los efectos de distorsión en los campos magnéticos aplicados. Dichas distorsiones son causadas típicamente por la introducción de objetos metálicos en el volumen de trabajo. En estas modalidades, la computadora instruye a la unidad de sensor para cancelar o compensar una señal que es alterada por perturbación de metal. Cualquier otro tipo de instrucción de control puede ser transmitido a la unidad de sensor usando los métodos descritos. Las instrucciones de control, por ejemplo, pueden instruir al sensor para iniciar o detener su transmisión, para reanudar, para cambiar al modo de potencia baja o de otra manera cambiar su modo de operación, o cambiar su frecuencia de operación. A fin de transmitir las instrucciones a la unidad de sensor, la unidad de generador de señal 38 genera una señal de control modulada, como se explicará con detalle más adelante. La señal de control es modulada en una o más de las señales de impulso que se usan para impulsar las bobinas de generación de campo en las almohadillas de localización 34. En otras palabras, la señal de control modula uno o más de los campos magnéticos transmitidos a la unidad de sensor. En una modalidad, como se describió antes y como se muestra en la figura 3 más adelante, la modulación de las señales de impulso y la sobreposición de la señal de control sobre la señal de impulso se llevan a cabo en la unidad de generador de señal 38. Las señales de impulso moduladas son enviadas a almohadillas de localización 34 a través de los cables de interconexión. En una modalidad alternativa, las almohadillas de localización reciben las instrucciones de control. Las funciones de modulación y sobreposición después son llevadas a cabo por las almohadillas de localización. Cuando la unidad de sensor detecta los campos magnéticos, demodula la señal de control y decodifica las instrucciones de control. En una modalidad, las almohadillas de localización generan campos electromagnéticos que tienen diferentes frecuencias. Las frecuencias típicas se escogen en el intervalo de 100 Hz - 30 kHz (a menudo referido como el intervalo de audio), aunque también se pueden usar otros intervalos de frecuencia. La señal de control es típicamente modulada en un subportador que tiene una frecuencia de audio diferente que no es usada por las señales de impulso. La frecuencia del subportador de control se escoge para permitir la separación de frecuencia suficiente de las frecuencias usadas para detección de posición. La separación suficiente permite que el circuito receptor en la unidad de sensor filtre y extraiga la señal de control, como se explicará más adelante. Típicamente, las frecuencias usadas por el sistema para detección de posición y para transmisión de la señal de control son enviadas por la computadora 41. En algunas modalidades, la unidad de generador de señal 38 envía diferentes señales de control a diferentes unidades de sensor. En una modalidad, las señales de control dirigidas a diferentes unidades de sensor usan frecuencias de subportador diferentes. Además o en forma alternativa, a cada unidad de sensor se asigna una ID única, y la señal de control usa un protocolo adecuado para dirigir la unidad de sensor deseada. Alternativamente, se puede usar cualquier otro método de dirección adecuado. El sistema mostrado en la figura 1 está relacionado con una aplicación ortopédica. Detalles adicionales referentes a los sistemas de rastreo de posición de este tipo se pueden encontrar en la solicitud de patente de E.U.A. No. 11/063,094. Otro sistema similar para aplicaciones ortopédicas, en el cual se pueden poner en práctica los principios de la presente invención, se describe en la solicitud de patente provisional de E.U.A. No. 60/550,924, presentada el 5 de marzo de 2004, ahora presentada como solicitud de patente de E.U.A. No. 11/062,258. Todas estas solicitudes son cedidas al cesionario de la presente solicitud de patente, y sus descripciones se incorporan aquí por referencia. El sistema ilustrativo mostrado en la figura 1 , sin embargo, se escogió simplemente para fines de claridad conceptual. Otras configuraciones de sistema serán evidentes para los expertos en la técnica y se consideran dentro del alcance de la presente invención. Por ejemplo, se puede usar cualquier número de implantes 26, herramientas médicas 24 y almohadillas de localización 34. Las unidades de sensor se pueden ajustar dentro de otros tipos de implantes y herramientas médicas, así como en instrumentos médicos invasivos tales como catéteres y endoscopios. Las almohadillas de localización se pueden fijar al cuerpo del paciente usando cualquier técnica adecuada, como se conoce en la técnica. Alternativamente, las almohadillas de locaiización se pueden montar sobre una estructura externa adecuada. Las almohadillas de localización 34 y las unidades de sensor en implantes 26 y herramienta 24 pueden estar diseñadas ya sea para transmitir o recibir campos magnéticos. En otras palabras, si las unidades de sensor en los implantes 26 y en la herramienta 24 están configuradas para recibir campos magnéticos, entonces las almohadillas de localización 34 están configuradas para generar campos. Alternativamente, las almohadillas de localización pueden estar configuradas para detectar campos generados por generadores de campo ajustados dentro de los implantes y la herramienta. En la descripción que sigue se supone que las almohadillas de localización generan los campos magnéticos, que son recibidos por las unidades de sensor en implantes 26 y en la herramienta 24. En configuraciones en las cuales las funciones del transmisor y receptor son revertidas, los principios de la presente invención se pueden usar para transmitir información de control y/o telemetría desde los objetos rastreados hasta el sistema externo.

La figura 2 es una ilustración pictórica esquemática de una unidad de sensor 45 que está contenida en el implante 26, de conformidad con una modalidad de la presente invención. La unidad de sensor 45 comprende un sensor de posición 46, que comprende típicamente tres bobinas de posición que detectan campos magnéticos aplicados en la vecindad del sensor. Las bobinas de potencia 48 sirven como una fuente de potencia para la unidad de sensor 45. Las bobinas de potencia típicamente reciben energía de radiofrecuencia (RF) por acoplamiento inductivo desde una antena impulsora externa (que puede ser parte de la unidad de control inalámbrica 40 mostrada en la figura 1 ). Opcionalmente, el sensor y las bobinas de potencia se pueden devanar sobre un núcleo común, como se describe en la solicitud de patente de E.U.A. No. 10/754,751. Alternativamente, la potencia puede ser suministrada por una batería (no mostrada) en la unidad de sensor 45 o por otros medios adecuados. Una bobina de comunicación 50 se usa para transmitir las señales de posición desde la unidad de sensor hasta la unidad de control inalámbrica 40. Alternativamente, ya sea las bobinas de sensor 46 o bobinas de potencia 48 también se pueden usar para transmitir las señales de posición que obvian la necesidad de la bobina de comunicación separada. El sensor de posición 46 y las bobinas 48 y 50 están acoplados a una unidad de control de sensor 70. Los campos magnéticos generados por almohadillas de localización 34 inducen voltajes de señal variables en el tiempo a través de las bobinas de posición en el sensor de posición 46, como se describió antes. La unidad 70 recibe los voltajes de señal y genera señales de posición en respuesta a estos voltajes. La unidad 70 impulsa la bobina de comunicación 50 para transmitir las señales de posición a una antena receptora en el sistema externo, típicamente en la unidad de control inalámbrica 40. La figura 2 muestra una configuración de unidad de sensor ilustrativa. Como se indicó antes, se pueden usar otras configuraciones eléctricas y mecánica para poner en práctica la unidad de sensor 45 para adaptar diferentes implantes e instrumentos médicos. Algunas configuraciones de unidad de sensor ilustrativas se dan en la solicitud de patente No. 11/062,258 antes mencionada. La figura 3 es un diagrama de bloques que muestra esquemáticamente elementos funcionales de sistemas de rastreo magnético 20, de conformidad con una modalidad de la presente invención. Un generador de señal de impulso 82 en la unidad de generador de señal 38 genera señales de impulso para impulsar las bobinas generadoras de campo magnético en almohadillas de localización 34, como se describió antes. Un generador de señal de control 84 en la unidad de generador de señal 38 acepta instrucciones de control desde la computadora 41 y genera una señal de control, típicamente modulada sobre un subportador que tiene una frecuencia de audio adecuada. En una configuración ilustrativa, las señales de impulso usan frecuencias en el intervalo de 1-3 KHz mientras la señal de control usa una frecuencia de 8 KHz. Un mezclador 86 combina la señal de control con por lo menos una de las señales de impulso. Las señales de impulso entonces se usan para impulsar las bobinas generadoras de campo en las almohadillas de localización 34 (la figura 3 muestra tres almohadillas de localización 34, pero se puede usar cualquier número de almohadillas, como se explica en la descripción en la figura 1 anterior). En una modalidad, el generador de señal de control genera la señal de control apagando y encendiendo la señal del subportador a una velocidad de bits predeterminada, de conformidad con una representación codificada de las instrucciones de control. Esta modulación a menudo se refiere como acción de llave de encendido-apagado (OOK, por sus siglas en inglés). En una modalidad descrita, la unidad de generador de señal combina la señal de control con dos o más señales de impulso. La señal de control combinada con cada señal de impulso puede usar una frecuencia se subportador diferente. Además o en forma alternativa, diferentes instrucciones de control pueden ser transmitidas sobre diferentes señales de impulso. Dicha configuración se puede usar, por ejemplo, para facilitar el envío de diferentes instrucciones a diferentes unidades de sensor. Los campos magnéticos generados por las almohadillas 34 son detectados por el sensor de posición 46 de la unidad de sensor 45 y los voltajes correspondientes son enviados a la unidad de control de sensor 70 para procesamiento. La unidad de control de sensor amplifica, filtra y digitaliza la señal recibida para producir una señal digitalizada (los circuitos análogos y convertidor de análogo/digital usados para este propósito son omitidos de la figura 3 para fines de simplicidad). Un filtro digital 88 en la unidad de control del sensor filtra la señal de control de la señal digitalizada, típicamente usando un procedimiento de transformada de Fourier rápida (FFT, por sus siglas en inglés). El procedimiento de FFT puede ponerse en práctica ya sea en hardware dedicado o como un procedimiento de software. Alternativamente, se puede usar cualquier otro procedimiento de filtración adecuado para poner en práctica el filtro 88. En una modalidad alternativa, el filtro 88 comprende un filtro análogo, y la digitalización de la señal de control recibida se realiza después de la filtración. La unidad de control de sensor entonces demodula las señales filtradas y produce señales de posición separadas 90 y una señal de control 92. Las señales de posición 90 son típicamente transmitidas a la unidad de control inalámbrica 40. La unidad de control de sensor demodula la señal de control para reproducir las instrucciones de control. En la modalidad que usa acción de llave de encendido-apagado para modular la señal de control, la demodulación de la señal de control típicamente comprende detectar la presencia o ausencia de energía de señal en un bin de FFT correspondiente a la frecuencia de subportador. Las instrucciones de control se usan después para controlar, calibrar o de otra manera operar la unidad de sensor. Usando la configuración descrita, el circuito de detección de posición de la unidad de sensor se usa para extraer tanto las señales de posición 90 como la señal de control 92, sin la necesidad de una antena y receptor adicionales para recibir las instrucciones de control. Esta configuración permite el diseño de unidades de sensor más pequeñas, de costo más bajo y más confiables. La figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra esquemáticamente un método para comunicar con la unidad de sensor 45, de conformidad con una modalidad de la presente invención. El método empieza con la unidad de generador de señal 38 aceptando instrucciones de control, en un paso de generación de control 100. El generador de señal de control 84 genera una señal de control, típicamente al modular un subportador que tiene una frecuencia de audio adecuada como se describió antes. La unidad de generador de señal 38 combina la señal de control con una o más señales de impulso generadas por el generador de señal de impulso 82 usando el mezclador 86, en el paso de combinación 102. La unidad de generador de señal envía las señales de impulso a almohadillas de localización 34. Las almohadillas de localización 34 generan campos magnéticos que responden a las señales de impulso, en un paso de generación de campo 104. El sensor de posición 46 en la unidad de sensor 45 detecta el campo magnético en su vecindad, en un paso de detección 106. El sensor de posición genera voltajes variables en el tiempo que responden al campo detectado. Los voltajes comprenden componentes que corresponden a las diferentes señales de impulso y a la señal de control transmitida. La unidad de control de sensor 70 recibe los voltajes y extrae las señales de posición y la señal de control, en un paso de extracción 108. Como se explicó antes, la unidad de control amplifica y digitaliza los voltajes inducidos. La señal digitalizada es después filtrada, típicamente usando FFT, para producir las señales de posición y la señal de control. Las señales de posición son transmitidas, mediante una bobina de comunicación 50 y una unidad de control inalámbrica 40, a la computadora 41 para procesamiento. Finalmente, la unidad de control demodula la señal de control para reproducir las instrucciones de control transmitidas a la unidad de sensor. Aunque los métodos y sistemas descritos principalmente dirigen la transmisión de datos a un sensor intracorporal en un sistema de rastreo magnético, los principios de la presente invención se pueden usar en otras aplicaciones. Por ejemplo, las señales de control se pueden modular en campos generados para propósitos de detección de posición en otros tipos de sistemas de rastreo, tales como sistemas de rastreo ultrasónicos y ópticos. Otras aplicaciones también pueden incluir identificación de radiofrecuencia (RFID) u otros sistemas de etiquetado, tales como sistemas de etiquetado magnéticamente acoplados. Por lo tanto, se apreciará que las modalidades anteriormente descritas se citan a manera de ejemplo y que la presente invención no se limita a lo que particularmente se ha mostrado y descrito en lo anterior. Más bien, el alcance de la presente invención incluye tanto combinaciones como subcombinaciones de las diversas características descritas anteriormente, así como variaciones y modificaciones de las mismas que se le podrían ocurrir a los expertos en la técnica al leer la descripción anterior y que no se describen en la técnica anterior.

Claims (20)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un método para transmitir instrucciones de control a un sensor en un sistema de rastreo de posición, que comprende: generar una señal de impulso para impulsar un generador de campo; sobreponer una señal de control que incluye las instrucciones de control sobre la señal de impulso; impulsar el generador de campo con la señal de impulso, para generar un campo que ha de ser detectado por el sensor; en el sensor, detectar el campo a fin de determinar coordenadas de posición del sensor y demodular la señal de control para extraer las instrucciones de control; y controlar una funcionalidad del sensor con base en las instrucciones de control extraídas.

2.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la señal de impulso tiene una frecuencia de impulso, y en donde la sobreposición de la señal de control comprende modular las instrucciones de control sobre un subportador de control que tiene una frecuencia de control, que es diferente de la frecuencia de impulso, para permitir la separación de la señal de control de la señal de impulso.

3.- El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque la detección de campo comprende producir una señal recibida en respuesta al campo detectado y extraer la señal de control de la señal recibida.

4.- El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque la extracción de la señal de control comprende digitalizar la señal recibida para producir una señal digitalizada, aplicar un procedimiento de Transformada de Fourier Rápida (FFT) a la señal digitalizada, y detectar energía en un bin de FFT que corresponde a la frecuencia de control.

5.- El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque la modulación de las instrucciones de control comprende encender y apagar el subportador de control en respuesta a una representación binaria de las instrucciones de control.

6.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la sobreposición de la señal de control comprende dirigir una primera instrucción de control a un primer sensor y dirigir una segunda instrucción de control, diferente a la primera instrucción de control, a un segundo sensor.

7.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la detección del campo comprende detectar un primer componente de campo basado en la señal de control y un segundo componente de campo asociado con las coordenadas de posición usando una bobina individual en el sensor.

8.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el control de la funcionalidad del sensor comprende por lo menos uno del control de un regulador de tiempo del sensor, calibración del sensor y compensación de distorsiones en el campo detectado.

9.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el campo comprende un campo magnético.

10.- Un método para transmitir datos desde un objeto rastreado en un sistema de rastreo de posición, que comprende: generar una señal de impulso para impulsar un generador de campo en el objeto rastreado; sobreponer una señal de portación de datos que comprende los datos en la señal de impulso; impulsar el generador de campo con la señal de impulso, para generar un campo que ha de ser detectado por uno o más receptores externos; y en uno o más receptores externos, detectar el campo a fin de determinar las coordenadas de posición del objeto rastreado y demodular la señal de portación de datos para extraer los datos.

11.- Un aparato para transmitir instrucciones de control a un sensor en un sistema de rastreo de posición, que comprende: un generador de campo, que está acoplado para generar un campo que ha de ser detectado por el sensor; una unidad de generador de señal, que está acoplada para generar una señal de impulso para impulsar el generador de campo, mientras se sobrepone una señal de control que comprende las instrucciones de control sobre la señal de impulso; una unidad de sensor que incluye un sensor de posición, que está acoplado para detectar el campo, y una unidad de control de sensor, que está acoplada para generar señales de posición que responden al campo detectado, para demodular la señal de control a fin de extraer las instrucciones de control y de controlar una funcionalidad del sensor con base en las instrucciones de control extraídas; y un procesador, que está acoplado para calcular las coordenadas de posición del sensor en respuesta a las señales de posición.

12.- El aparato de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque la unidad de generador de señal está acoplada para generar la señal de impulso a una frecuencia de impulso y para modular las instrucciones de control sobre un subportador de control que tiene una frecuencia de control, que es diferente de la frecuencia de impulso, para permitir la separación de la señal de control de la señal de impulso.

13.- El aparato de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque el sensor de posición está acoplado para producir una señal recibida que responde al campo detectado, y en donde la unidad de control de sensor está acoplada para extraer la señal de control de la señal recibida.

14.- El aparato de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque la unidad de control de sensor está acoplada para digitalizar la señal recibida para producir una señal digitalizada, para aplicar un procedimiento de transformada de Fourier rápida (FFT) a la señal digitalizada, y para detectar energía en un bin de FFT que corresponde a la frecuencia de control, para extraer la señal de control.

15.- El aparato de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque la unidad de generador de señal está acoplada para encender y apagar el subportador de control en respuesta a una presentación binaria de las instrucciones de control, para modular la señal de control.

16.- El aparato de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque el procesador está acoplado para dirigir una primera instrucción de control a un primer sensor y para dirigir una segunda instrucción de control, diferente de la primera instrucción de control, a un segundo sensor.

17.- El aparato de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque el sensor de posición comprende una bobina, que está acoplada para recibir tanto un primer componente de campo basado en la señal de control como un segundo componente de campo asociado con las coordenadas de posición.

18.- El aparato de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque la unidad de control de sensor está acoplada para realizar, en respuesta a las instrucciones de control, por lo menos uno del control del regulador de tiempo de la unidad de sensor, calibración la unidad de sensor y compensación de distorsiones en el campo detectado.

19.- El aparato de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque el campo comprende un campo magnético.

20.- Un aparato para transmitir datos de un objeto rastreado en un sistema de rastreo de posición, que comprende: un generador de campo acoplado al objeto rastreado, que está dispuesto para generar un campo que ha de ser detectado por un sistema externo; una unidad de generador de señal asociada con el generador de campo, que está acoplada para generar una señal de impulso para impulsar el generador de campo, mientras se sobrepone una señal portadora de datos que comprende los datos en la señal de impulso; y uno o más receptores externos en el sistema externo, que están acoplados para detectar el campo a fin de determinar coordenadas de posición del objeto rastreado y para demodular la señal portadora de datos para extraer los datos.