PT1502544E

PT1502544E - Detecção de perturbações metálicas num sistema de rastreio magnético

Info

Publication number: PT1502544E
Application number: PT04254581T
Authority: PT
Inventors: Assaf Govari; Vitzo Govari
Original assignee: Biosense Webster Inc
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2007-10-29
Also published as: SI1502544T1; AU2004203488A1; IL163234A; JP4684590B2; CA2475918C; JP2005052645A; CY1107076T1; EP1502544A1; US7321228B2; KR20050014759A; DE602004008843D1; AU2004203488B2; PL1502544T3; DK1502544T3; HK1070545A1; US20050024043A1; EP1502544B1; CA2475918A1; DE602004008843T2; ATE372721T1

Description

DESCRIÇÃO

"DETECÇÃO DE PERTURBAÇÕES METÁLICAS NUM SISTEMA DE RASTREIO MAGNÉTICO"

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se em geral ao rastreio sem contacto de objectos utilizando campos magnéticos, e especificamente, à detecção do efeito de um item perturbador sensivel ao campo que se encontre no campo.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Os sistemas de rastreio electromagnético sem contacto são bem conhecidos na técnica, tendo uma grande amplitude de aplicações. A patente U.S. 5391199 de Ben-Haim, descreve um sistema de geração de informação de localização tridimensional referente a uma sonda médica ou cateter. Uma bobina detectora é colocada no cateter e gera sinais em resposta a campos magnéticos aplicados desde o exterior. Os campos magnéticos são gerados por três bobinas irradiadoras, fixas a uma estrutura externa de referência em locais conhecidos e afastados entre si. As amplitudes dos sinais gerados em resposta a cada um dos campos das bobinas irradiadoras são detectadas e utilizadas para calcular a localização da bobina detectora. Cada bobina irradiadora é, tipicamente, excitada por um circuito de 1 excitação para gerar um campo com uma frequência conhecida, distinta da das outras bobinas irradiadoras, para que os sinais gerados pela bobina detectora possam ser separados por frequência em componentes correspondendo às diferentes bobinas irradiadoras. A Publicação do Pedido de Patente U.S. US 2002/0065455 Al, de Ben-Haim et al, descreve um sistema que gera informação de posição e de orientação em seis dimensões referente à ponta de um cateter. Este sistema utiliza uma pluralidade de bobinas detectoras adjacentes a um local localizável no cateter, por exemplo, próximo da sua extremidade distai, e uma pluralidade de bobinas irradiadoras fixas a uma estrutura de referência externa. Estas bobinas geram sinais em resposta a campos magnéticos gerados pelas bobinas irradiadoras. As intensidades dos sinais gerados nas bobinas detectoras resultantes de cada uma das diferentes bobinas irradiadoras são introduzidas num sistema de equações algébricas não lineares, e são resolvidas por aproximação numérica para calcular seis coordenadas de localização e de orientação do cateter. Outros dispositivos de localização utilizando um sensor de posição fixo a um cateter estão descritos, por exemplo, nas Patentes U.S. 6239724 de Doron et al; 5425382 de Golden et al; 5558091 de Acker et al; 4173228 de Van Steenwyk et al; 5099845 de Besz et al; 5325873 de Hirschi et al; 5913820 de Bladen et al; 4905698 de Strohl Jr. et al; e 5425367 de Shapiro et al. Estão, actualmente, comercialmente disponíveis, sistemas electrofisiológicos e de mapeamento físico baseados na detecção da posição de uma sonda dentro do corpo. Entre estes, o CARTO™, desenvolvido e comercializado pela Biosense Webster, Inc (Diamond Bar, Califórnia), é um sistema para a associação e mapeamento automáticos da actividade eléctrica local com localização do cateter. 2

Os sistemas de rastreio acima descritos dependem, geralmente, da separação de sinais sensíveis à posição em componentes, mais tipicamente, componentes no domínio de frequência. Presume-se que cada componente destes corresponde, de um modo singular, a uma única bobina irradiadora, numa posição conhecida, a irradiar um campo magnético tendo uma distribuição espacial regular e bem definida. Todavia, na realidade, quando um metal ou outro item magneticamente sensível é colocado na proximidade do cateter ou de outro objecto a ser seguido, os campos magnéticos nesta proximidade são distorcidos. Num ambiente cirúrgico, por exemplo, pode existir uma quantidade substancial de material condutor e permeável, incluindo o equipamento básico e auxiliar (mesas de operação, carrinhos, lâmpadas móveis, etc.), assim como aparelhos cirúrgicos invasivos (bisturis, cateteres, tesouras, etc.). Os campos magnéticos das bobinas irradiadoras podem gerar correntes parasitas nestes itens, e as correntes parasitas provocam, então, a irradiação de um campo magnético parasita. Estes campos parasitas e outros tipos de distorções podem induzir em erro na determinação da posição do objecto a ser seguido. São conhecidos na técnica vários métodos para a detecção e compensação da presença de itens magneticamente sensíveis no campo de um sistema de rastreio magnético. Por exemplo, a Patente U.S. 6147480 de Osadchy et al; descreve um método de rastreio de um objecto utilizando campos de energia, na presença de interferência resultante da introdução de um item que é sensível aos campos. Os campos de energia são produzidos na proximidade do objecto, e é determinada uma característica, como uma deslocação da fase, dos campos de energia parasitas, induzida devido à introdução do item. Esta característica é, 3 então, utilizada no processamento de sinais gerados em resposta ao campo de energia em diferentes locais do objecto, a fim de determinar coordenadas espaciais do objecto. A Patente U.S. 6373240 de Govari descreve um sistema de rastreio de um objecto compreendendo uma ou mais bobinas detectoras adjacentes a um ponto localizável num objecto a ser seguido, e uma ou mais bobinas irradiadoras, que geram campos magnéticos alternados na proximidade do objecto quando excitadas por respectivas correntes eléctricas alternas. As frequências são monitorizadas passando por uma pluralidade de valores para que, em qualquer dado momento, cada uma das bobinas irradiadoras irradie a uma frequência que é diferente das frequências de irradiação das outras bobinas irradiadoras. As bobinas detectoras geram sinais eléctricos em resposta aos campos magnéticos, que são perturbados pelos componentes parasitas do campo devido à presença dos itens sensíveis ao campo na proximidade do objecto. Os sinais são analisados para encontrar uma frequência óptima, com a qual o efeito perturbador dos componentes parasitas seja minimizado. A frequência óptima é utilizada na detecção das coordenadas espaciais do objecto. A Patente U.S. 6172499 de Ashe descreve um dispositivo para a medição da localização e da orientação de uma antena de recepção em relação a antenas de transmissão utilizando sinais magnéticos de corrente alterna com múltiplas frequências. O componente de transmissão é constituído por duas ou mais antenas de transmissão que têm uma localização e orientação conhecidas entre si. As antenas de transmissão são excitadas simultaneamente através de uma excitação por corrente alterna, ocupando cada antena uma ou mais posições singulares no espectro de frequências. As antenas de recepção medem o campo magnético 4 de corrente alterna transmitido, mais as distorções provocadas por metais condutores. Um computador extrai, depois, o componente de distorção e remove-o dos sinais recebidos, proporcionando dados de saida correctos de posição e de orientação. A Patente U.S. 5767669, de Hansen et ai; descreve um método para a eliminação de distorções de correntes parasitas produzidas num sistema de rastreio magnético. 0 sistema utiliza impulsos de campos magnéticos vindos de uma pluralidade de geradores. A presença de correntes parasitas é detectada através da medição das velocidades de alteração das correntes geradas nas bobinas detectoras utilizadas para fazer o rastreio. As correntes parasitas são compensadas através do ajuste da duração dos impulsos magnéticos. 0 Pedido de Patente Europeia EP 0964261 A2, de Dumoulin descreve sistemas de compensação das correntes parasitas num sistema de rastreio utilizando geradores de campos magnéticos alternados. Num primeiro sistema, as correntes parasitas são compensadas através de uma primeira calibração do sistema quando está livre da existência de correntes parasitas, e depois, pela modificação dos campos gerados quando as correntes parasitas são detectadas. Num segundo sistema, as correntes parasitas são anuladas através da utilização de uma ou mais bobinas de blindagem colocadas próximo dos geradores. A Patente U.S. 6369564, de Khalfin et al; descreve um sistema de rastreio electromagnético que inclui, pelo menos, uma fonte de um campo electromagnético de corrente alterna, pelo menos, um sensor de detecção do campo magnético medindo componentes do vector de indução electromagnética em pontos 5 espaciais conhecidos próximos de, ou dentro do volume de interesse e, pelo menos, um sensor de sonda sem fios colocado no objecto a ser seguido. 0 sinal gerado pelos sensores de detecção do campo magnético é utilizado na separação de sinais de distorção ambiental do sinal do sensor de sonda, através da distinção da fase do sinal vindo do sensor de sonda. 0 documento US-A-6073043 divulga um método conforme apresentado no preâmbulo da reivindicação 1 anexa e um aparelho conforme apresentado no preâmbulo da reivindicação 11 anexa.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

As formas de realização da presente invenção proporcionam métodos para aumentar a precisão de um sistema de rastreio electromagnético, através da detecção da presença e efeito de itens sensíveis ao campo, tais como ferramentas metálicas, colocados na proximidade do objecto a ser seguido. Estes sistemas são, tipicamente, constituídos por uma ou mais bobinas irradiadoras que produzem campos de energia na proximidade do objecto. Uma ou mais das bobinas detectoras geram sinais que são indicativos das coordenadas espaciais do objecto. Um controlador do sistema analisa os sinais a fim de calcular as coordenadas do objecto através da adaptação das amplitudes dos sinais a um modelo matemático dos campos de energia produzidos pelas bobinas irradiadoras.

Quando os campos são perturbados por um item no volume de detecção, o modelo matemático deixa de ser precisamente correcto, e o cálculo das coordenadas pode, então, deixar de convergir. A perturbação dos campos por parte do item está, no 6 entanto, tipicamente, dependente das frequências dos campos. Consequentemente, o cálculo das coordenadas pode ainda convergir nalgumas frequências, não obstante a perturbação (e pode produzir um resultado impreciso). Para resolver este problema, nas formas de realização da presente invenção, cada uma das bobinas irradiadoras é excitada para irradiar com múltiplas frequências diferentes, e o cálculo das coordenadas do objecto é repetido para cada uma das diferentes frequências. Se qualquer destes cálculos deixar de convergir, o controlador pode concluir que os campos foram perturbados por um item sensível ao campo no volume de detecção. 0 controlador pode, então, tomar medidas para corrigir as coordenadas calculadas ou, pelo menos, para alertar um utilizador do sistema sobre a possibilidade de perda de precisão das coordenadas.

Consequentemente, de acordo com uma forma de realização da presente invenção, é proporcionado um método para o rastreio de um objecto, incluindo: a produção de campos de energia com uma pluralidade de diferentes frequências numa proximidade do objecto; a recepção de sinais que são gerados num local do objecto com as diferentes frequências em resposta aos campos de energia; a realização de múltiplos cálculos de coordenadas espaciais do objecto com base nos sinais recebidos nas diferentes frequências; e a determinação de se os campos de energia foram perturbados por um item na proximidade do objecto através da verificação da convergência dos cálculos. A verificação da convergência inclui a detecção de uma discrepância entre as 7 coordenadas espaciais calculadas nas diferentes frequências.

Numa forma de realização divulgada, a produção de campos de energia inclui a produção de campos magnéticos, e a recepção dos sinais inclui a recepção de sinais eléctricos que são gerados em resposta aos campos magnéticos. Tipicamente, a produção de campos magnéticos inclui a excitação de múltiplas bobinas irradiadoras com correntes eléctricas a diferentes frequências de modo a gerar os campos magnéticos, em que a excitação das múltiplas bobinas irradiadoras inclui a excitação de cada uma das bobinas para gerar os campos magnéticos com um respectivo conjunto singular de frequências. Para além disto, ou de um modo alternativo, a recepção dos sinais eléctricos inclui a recepção dos sinais eléctricos vindos de uma ou mais das bobinas detectoras que estão fixas no objecto.

Numa forma de realização, a produção de campos de energia inclui o varrimento sequencial passando por uma predeterminada sequência das frequências. Noutra forma de realização, a produção de campos de energia inclui a geração simultânea de campos a diferentes frequências.

Tipicamente, a realização de múltiplos cálculos inclui a resolução de um conjunto de equações simultâneas relacionando os sinais recebidos com as coordenadas espaciais do objecto. Para além disto, ou de um modo alternativo, a realização de múltiplos cálculos inclui a aplicação de um método iterativo de aproximação para determinar as coordenadas espaciais, e a verificação da convergência inclui a avaliação de um critério de convergência do método iterativo. De um modo opcional, o método inclui, após a certificação de que os campos de energia foram perturbados, a correcção dos cálculos para compensar a presença do item na proximidade do objecto. É também proporcionado, de acordo com uma forma de realização da presente invenção, um aparelho para fazer o rastreio de um objecto, incluindo: pelo menos, um irradiador que está adaptado para produzir campos de energia com uma pluralidade de diferentes frequências numa proximidade do objecto; pelo menos, um sensor, fixo no objecto, que está adaptado para gerar sinais em resposta aos campos de energia nas diferentes frequências; e um controlador de sistema, que está adaptado para realizar múltiplos cálculos de coordenadas espaciais do objecto com base nos sinais gerados nas diferentes frequências, e para certificar se os campos de energia foram perturbados por um item na proximidade do objecto através da verificação da convergência dos cálculos. 0 controlador do sistema está adaptado para verificar a convergência através da detecção de uma discrepância entre as coordenadas espaciais calculadas nas diferentes frequências.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A presente invenção será melhor compreendida a partir da descrição detalhada que se segue das suas formas de realização, juntamente com os desenhos em anexo, em que: A Fig. 1 é uma ilustração esquemática pictórica que mostra um sistema para fazer o rastreio das coordenadas de uma 9 sonda, de acordo com uma forma de realização da presente invenção; e A Fig. 2 é um diagrama de fluxo que ilustra esquematicamente, um método para detectar a presença de um item perturbador do campo num sistema de rastreio de um objecto, de acordo com uma forma de realização da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FORMAS DE REALIZAÇÃO

Fazendo agora referência à Fig. 1, que ilustra

esquematicamente um sistema 10 para fazer o rastreio de uma sonda 20, tal como um cateter utilizado em procedimentos médicos, de acordo com uma forma de realização da presente invenção. Sistemas similares estão descritos nas Patentes U.S. 5319199, 6147480 e 6373240 e na Publicação da Patente US 2002/0065455 Al acima mencionadas. Por motivos de clareza e integralidade são aqui repetidos alguns dos elementos das descrições. O sistema 10 compreende uma pluralidade de bobinas 22, 24 e 26 irradiadoras, que são colocadas em posições e orientações conhecidas. As bobinas irradiadoras são excitadas por circuitos 30, 32 e 33 de excitação de frequência variável para gerar os respectivos campos magnéticos H*, i72, H*, nos respectivos conjuntos de frequências {ga}, {ω2} e {ω3}, na proximidade da sonda 20. Tipicamente, os conjuntos {ga}, {ω2} e {ω3} compreendem frequências no intervalo aproximado de 100 Hz - 20 kHz, embora possam também ser utilizadas frequências mais altas e mais baixas. Os conjuntos de frequências {ca.}, {ω2} e {ω3} a que as bobinas irradiam são definidos por um computador 36, que serve 10 de controlador do sistema para o sistema 10. Os conjuntos de frequências {cúi}, {ω2} e {03} podem todos incluir as mesmas frequências ou diferentes frequências. Em qualquer caso, 0 computador 36 controla os circuitos 30, 32 e 33 de acordo com um padrão de multiplex conhecido, que leva a que, em qualquer momento, não esteja a irradiar mais do que uma bobina irradiadora em qualquer dada frequência. Tipicamente, cada circuito de accionamento é controlado para fazer o varrimento cíclico ao longo do tempo através das frequências no seu respectivo conjunto. De um modo alternativo, cada circuito de accionamento pode accionar a respectiva bobina 22, 24 ou 26 para irradiar simultaneamente em múltiplas frequências.

No âmbito do sistema 10, as bobinas 22, 24 e 26 irradiadoras podem ser dispostas em qualquer posição e orientação conveniente, desde que elas estejam fixas em relação a uma qualquer estrutura de referência, e desde que elas não estejam sobrepostas, isto é, não existem duas bobinas irradiadoras no mesmo local exacto e idêntico, i.e. de posição e de orientação. Deverá ser entendido que a colocação das bobinas irradiadoras, assim como a sua dimensão e forma, irá variar de acordo com a aplicação da invenção. Tipicamente, para um procedimento médico, as bobinas irradiadoras compreendem bobinas anelares enroladas tendo um diâmetro externo (O.D.) de cerca de 2 a 20 cm e com uma espessura de cerca de 0,5 a 2 cm, numa disposição coplanar triangular, em que os centros das bobinas distam cerca de 2 a 30 cm entre si. Transmissores em forma de barras ou mesmo bobinas triangulares ou quadradas poderiam também ser úteis em tais procedimentos médicos. Quando um doente é submetido a um procedimento que envolve a presente invenção, as bobinas irradiadoras podem ser posicionadas em ou debaixo da superfície onde o doente estará deitado (como uma mesa de 11 cirurgia), debaixo da parte do corpo do doente onde irá ser realizado o procedimento. Noutras aplicações, as bobinas irradiadoras pode estar próximo ou em contacto com a pele do doente. A sonda 20 inclui bobinas 27, 28 e 29 detectoras, que geram sinais de correntes eléctricas em resposta aos campos magnéticos produzidos pelas bobinas irradiadoras. As bobinas detectoras podem ser enroladas tanto em torno de núcleos de ar ou fabricados com um material. Na forma de realização mostrada na Fig. 1, as bobinas detectoras têm eixos mutuamente ortogonais, um dos quais estando convenientemente alinhado com o eixo longitudinal longo da sonda 20. Contrariamente aos sensores de posição da técnica anterior (utilizados noutras aplicações), que contêm três bobinas que são localizadas de um modo concêntrico ou, pelo menos, cujos eixos se interceptam, as bobinas nesta forma de realização são posicionadas próximas umas das outras ao longo do eixo longitudinal da sonda para reduzir o diâmetro da sonda e deixar espaço para outros elementos, como um canal de trabalho (não mostrado).

Em qualquer momento, os sinais gerados pelas bobinas 27, 28 e 29 detectoras compreendem componentes das frequências especificas nos conjuntos {ωι}, {ω2} e {ω3} que estiverem a ser geradas pelas bobinas irradiadoras. As respectivas amplitudes destes sinais estão dependentes da posição e da orientação da sonda 20 relativamente às posições e orientações das bobinas irradiadoras. Os sinais gerados pelas bobinas 27, 28 e 29 detectoras são encaminhados via cabos 33 até à extremidade proximal da sonda, para serem processados pelos circuitos 34 de processamento de sinais. Os cabos 33 compreendem, tipicamente, fios em pares entrançados para reduzir a captação e podem ainda 12 ser electricamente blindados. Os sinais de sensor processados são então utilizados pelo computador 36, juntamente com uma representação dos sinais utilizados para accionar as bobinas 22, 24 e 26 irradiadoras, para calcular as coordenadas de posição e de orientação da sonda 20.

Numa forma de realização da invenção, as bobinas 27, 28 e 29 detectoras têm um diâmetro interno de cerca de 0,5 mm e têm 800 voltas feitas com um fio com 16 pm de diâmetro para dar um diâmetro global da bobina de 1-1,2 mm. A área efectiva de captura da bobina é então de cerca de 400 mm2. É evidente que estas dimensões podem variar com uma amplitude considerável e são apenas representativas de uma amplitude de dimensões exemplificativa. Em particular, o tamanho das bobinas detectoras pode ser tão pequeno quanto 0,3 mm (com alguma perda de sensibilidade) ou tão grande quanto 2 mm ou mais. A dimensão do fio das bobinas detectoras pode variar de 10-31 pm, e o número de voltas entre 300 e 2600, dependendo do tamanho máximo permitido e do diâmetro do fio. A área efectiva de captação das bobinas detectoras é, tipicamente, feita o maior possível, consistente com os requisitos globais do tamanho. Embora as bobinas 27, 28 e 29 estejam aqui mostradas como sendo cilíndricas, podem também ser utilizadas outras formas. Por exemplo, podem ser úteis bobinas em forma de barrica, quadradas ou outras formas, dependendo da geometria da sonda 20.

Na Fig. 1, embora o sistema 10 esteja mostrado como compreendendo três bobinas irradiadoras e três bobinas detectoras, noutras formas de realização da presente invenção, podem ser utilizados números, tipos e configurações diferentes de bobinas irradiadoras e detectores. Uma estrutura de referência fixa pode ser estabelecida, por exemplo, utilizando 13 apenas duas bobinas irradiadoras não sobrepostas para gerar campos magnéticos distinguíveis. Duas bobinas detectoras não paralelas podem ser utilizadas para medir o fluxo do campo magnético que resulta das bobinas irradiadoras, a fim de determinar seis coordenadas de posição e de orientação (nos sentidos de X, Y, Z e nas orientações de inclinação, guinagem e rotação) da extremidade distai da sonda 20. Todavia, a utilização de três bobinas irradiadoras e três bobinas detectoras, tende e melhorar a precisão e a fiabilidade da medição de posição.

De um modo alternativo, se for utilizada apenas uma única bobina detectora, o computador 36 pode ainda determinar cinco coordenadas de posição e de orientação (nos sentidos de X, Y, Z e nas orientações de inclinação e de guinagem). As características e funções específicas de um sistema de apenas uma bobina (também conhecido por sistema de eixo único) estão descritas na Patente U.S. 6484118.

Para determinar as coordenadas da sonda 20, o computador ajusta os sinais da sonda a um modelo matemático dos campos magnéticos gerados pelas bobinas 22, 24 e 26 irradiadoras. Este cálculo é realizado múltiplas vezes em cada local da sonda, conforme adiante descrito, utilizando um grupo diferente de frequências {oh}, {g^} e {ω3} de bobina irradiadora em cada cálculo. A forma de cálculo, para três bobinas irradiadoras e três bobinas detectoras, conforme mostrada na Fig. 1, está descrita na Publicação da Patente US 2002/0065455 AI acima mencionada, como sendo um sistema de nove equações algébricas não lineares: [\Fs,c(xr y, ξί ζ) = Bs,c(u>c) /s=l,2,3] C=l,2,3 (1) 14

Aqui Bs,c(tic) representa o sinal efectivo recebido da bobina s detectora nas coordenadas (x, y, ζ, ε, ξ, ζ) do local e da orientação desconhecidas, devido ao campo da bobina c irradiadora, durante o tempo em que a bobina irradiadora foi accionada na frequência cúc no conjunto {&)c}. FS/C(x, y, ζ, ε, ξ, ζ) representa o sinal que seria recebido das bobinas detectoras nestas coordenadas, dado um modelo conhecido de campos magnéticos gerados pelas bobinas irradiadoras. Este modelo depende dos locais e da geometria específicos das bobinas 22, 24 e 26 irradiadoras, conforme é conhecido na técnica.

Assumindo que não existe qualquer item na proximidade da sonda 20 que possa perturbar significativamente os campos gerados pelas bobinas irradiadoras, o Fs,c era qualquer dado local é determinado de um modo singular pelas correntes de accionamento e pelos locais e orientações conhecidos das bobinas irradiadoras:

Bs(t) = Bs,c(t) = Sc Ac sin (6)ct + (pc) (2)

Aqui Ac e cpc são a amplitude e a fase do componente do sinal de posição na frequência cúc. O sistema de equações representado pelas equações (1) e (2) é resolvido, tipicamente, utilizando métodos de aproximação numérica conhecidos na técnica, como o método de Newton-Raphson ou os métodos de secante multidimensionais, a fim de determinar as coordenadas (x, y, z, ε, ξ, ζ) . É esperado que o cálculo convirja de um modo singular até aos valores correctos das coordenadas, independentemente das frequências ac da bobina irradiadora que forem utilizadas. 15

Todavia, conforme ilustrado na Fig. 1, esta expectativa pode não ser realizada quando um metal ou outro item sensível ao campo magnético, como uma ferramenta 40 cirúrgica, for introduzido na proximidade da sonda 20. A ferramenta 40 recebe geralmente energia vinda de campos H* H2 e H3, não perturbados, e irradia campos magnéticos H'\, H'2 e H'3 parasitas perturbadores nas frequências específicas dos conjuntos {coi}, {ω2} e {W3} que estiverem a ser gerados pelas bobinas irradiadoras. As fases e as amplitudes dos campos parasitas dependem geralmente das propriedades da ferramenta 40, incluindo a sua constante dieléctrica, permeabilidade magnética, forma geométrica e orientação relativamente às bobinas irradiadoras. As fases e as amplitudes dos campos parasitas são também uma função das frequências específicas dos campos H3, H* e H3. Consequentemente, o modelo dos campos magnéticos não perturbados gerados pelas bobinas 22, 24 e 26 irradiadoras já não correspondem precisamente aos campos efectivos que serão encontrados pelas bobinas 27, 28 e 29 detectoras. Antes, os sinais gerados pelas bobinas detectoras incluem agora um componente parasita:

Bs( t) = Sc Bs,c(t) = Sc Ac sin (QCt + <pc) + Ac' sin(mct + <pc') (3) em que A'c e cp'c são a amplitude e a fase do componente parasita do sinal na frequência mc.

Em consequência destes efeitos parasitas, quando a equação (1) é resolvida, ela pode dar resultados diferentes para diferentes escolhas de frequências de irradiação. Para além disto, se a perturbação for grave em certas frequências, o método de aproximação utilizado para resolver o sistema de equações pode até nem convergir. 16

Embora o sistema 10 esteja mostrado como sendo constituído por três bobinas irradiadoras e três bobinas detectoras, surgem problemas semelhantes de perturbação do campo quando são utilizados diferentes tipos de antenas para a geração e a recepção do campo, assim como quando é utilizado um número maior ou menor de geradores e receptores de campo. Por exemplo, as bobinas 27, 28 e 29 na sonda 20 podem ser utilizadas como sendo os geradores de campo, enquanto que as bobinas 22, 24 e 26 externas são utilizadas como receptores. Como outro exemplo, acima referenciado, o sistema de rastreio pode compreender apenas uma única bobina detectora e múltiplas bobinas irradiadoras, ou uma única bobina irradiadora e múltiplas bobinas detectoras. A utilização de uma única bobina detectora com múltiplas bobinas irradiadoras está descrita, por exemplo, no Pedido de Patente Europeia n°. 1184684 e na Patente U.S. 6484118. Este pedido pormenoriza um número de métodos de estimativa para a determinação das coordenadas de uma sonda que contém uma única bobina detectora, incluindo uma técnica de descida mais pronunciada e uma técnica de estimativa global. Independentemente da escolha da técnica, a perturbação do campo por itens sensíveis ao campo no sistema de uma única bobina detectora pode também levar a que os cálculos das coordenadas com diferentes frequências convirjam para diferentes valores ou nem sequer convirjam. A Fig. 2 é um diagrama de fluxo que ilustra esquematicamente um método realizado por um computador 36 para detectar a presença de um item perturbador do campo, como uma ferramenta 40, na proximidade da sonda 20, de acordo com uma forma de realização da presente invenção. Conforme acima referido, embora este método esteja descrito especificamente 17 fazendo referência ao sistema 10, ele é também aplicável a sistemas de rastreio magnético de outros tipos e configurações. Para iniciar o método, a unidade de controlo selecciona um primeiro conjunto de uma ou mais frequências para as bobinas 22, 24 e 26 irradiadoras num passo 50 de selecção da frequência. Se todas as bobinas irradiadoras funcionarem à mesma frequência (utilizando o método de multiplexing no domínio de tempo, por exemplo, para distinguir os campos gerados pelas diferentes bobinas irradiadoras), o conjunto de frequências seleccionadas neste passo contém apenas uma única frequência. De um modo alternativo, nos sistemas em que os respectivos campos gerados pelas bobinas irradiadoras têm diferentes frequências, o conjunto de frequências seleccionadas neste passo contém, tipicamente, uma frequência seleccionada de cada um dos conjuntos {0i}, {02} e {ω3}. Para além disto, cada uma das bobinas irradiadoras pode ser accionada simultaneamente em múltiplas frequências.

As bobinas 22, 24 e 26 irradiadoras geram campos magnéticos na frequência seleccionada ou nas respectivas frequências, e são sensíveis aos campos, as bobinas 27, 28 e 29 detectoras geram sinais de posição. 0 computador 36 tenta então determinar a posição e a orientação da sonda 20 através da resolução do conjunto de equações simultâneas representado pelas equações (1) e (2), utilizando como entradas BSrC((òc) as amplitudes do sinal de posição, num passo 52 de determinação da posição. Quando uma ou mais das bobinas irradiadoras geram campos a múltiplas frequências diferentes em simultâneo, o computador 36 utiliza, tipicamente, técnicas de filtragem no domínio de tempo ou de frequência para separar os componentes do sinal nas diferentes frequências irradiadas antes de resolver as equações simultâneas. Pode ser utilizado qualquer método adequado na 18 resolução das equações, como os métodos acima descritos ou outros métodos conhecidos na técnica. 0 computador 36 verifica num passo 54 de verificação da convergência se o cálculo convergiu para uma solução satisfatória. Desde que o cálculo convirja, o computador conclui, a modo de experiência, que os campos irradiados não foram significativamente perturbados por qualquer item de interferência. Num caso destes, o computador volta ao passo 50, selecciona um conjunto diferente de frequências, e depois repete os passos 52 e 54. Em cada passagem pelo passo 54, o computador verifica a convergência para se certificar das seguintes duas situações: • 0 cálculo das coordenadas da sonda no actual conjunto de frequências irradiadas também convergiu, i.e., que depois de um certo número de iterações através do método de colocação, qualquer que seja utilizado, a variação das coordenadas calculadas, de iteração em iteração, está dentro de um limite predeterminado de erro; e • As coordenadas calculadas da sonda no actual conjunto de frequências irradiadas estão dentro de um limite predeterminado de erro, tipicamente, de cerca de 3 mm, das coordenadas calculadas nas anteriores passagens pelos passos 50-54, utilizando diferentes conjuntos de frequência. 0 ciclo de passagem pelos passos 50-54 repete-se N vezes, em que, por exemplo, N pode ser igual a 5 ou 10. O computador 36 verifica a conclusão de todas as N repetições, num passo 56 de 19 verificação da conclusão. Se ocorrer uma convergência em todas as N vezes, o computador determina, num passo 58 de determinação negativa, que não existe uma perturbação significativa do campo resultante da ferramenta 40 metálica (ou qualquer outro item perturbador do campo).

Por outro lado, se for determinado em qualquer das iterações, pelo passo 54, que o cálculo das coordenadas não convergiu, de acordo com os critérios acima definidos, o computador 36 conclui, num passo 60 de determinação positiva, que está presente um item perturbador do campo. Esta determinação pode ser feita porque a presença de um tal item é a única causa razoavelmente esperada (a par de uma falha mecânica ou eléctrica) para que as equações não convirjam. Uma vez feita a determinação, o computador pode aplicar as técnicas de compensação para corrigir, num passo 62 de compensação, o cálculo das coordenadas para a perturbação provocada pelo item interferente. Por exemplo, as técnicas descritas nas Patentes U.S. 6147480 e 6373240 acima mencionadas podem ser utilizadas para este fim, assim como outras técnicas conhecidas na técnica. Para além disto, ou de um modo alternativo, o computador 36 pode alertar o utilizador do sistema 10 de que as actuais coordenadas da sonda 20 têm um valor duvidoso e deverão ser utilizadas com precaução até que, por exemplo, a ferramenta 40 seja removida da proximidade da sonda. Se as técnicas de compensação não resolverem o problema da não convergência, o computador 36 pode alertar o utilizador para uma falha do sistema.

Deve compreender-se que as formas de realização acima descritas são apresentadas a titulo de exemplo, e que a presente invenção não está limitada à informação particular que está aqui 20 mostrada definido e descrita. Antes, o âmbito da presente invenção está pelas reivindicações.

Lisboa, 17 de Outubro de 2007 21

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Método para fazer o rastreio de um objecto (20) compreendendo: a produção de campos (H^r H2 e H3) de energia com uma pluralidade de diferentes frequências ({ωι}, {ω2} e {ω3}) , numa proximidade do objecto; a recepção de sinais que são gerados num local do objecto com diferentes frequências em resposta aos campos de energia; a realização (52) de múltiplos cálculos das coordenadas espaciais (x, y, z, ε, ξ, ζ) do objecto com base nos sinais recebidos com diferentes frequências; e a certificação de que os campos de energia foram perturbados por um item (40) na proximidade do objecto através da verificação (54) da convergência dos cálculos; caracterizado por, a verificação (54) da convergência compreender a detecção (60) de uma discrepância entre as coordenadas espaciais (x, y, ζ, ε, ξ, ζ) calculadas nas diferentes frequências ({ωι}, {ω2} e {ω3}) .
2. Método de acordo com a reivindicação 1, em que a produção dos campos (Ηχ, H2 e H3) de energia compreende a produção de campos magnéticos, e em que a recepção dos sinais compreende a recepção de sinais eléctricos que são gerados em resposta aos campos magnéticos. 1 Método de acordo com a reivindicação 2, em que a produção dos campos (Hlr H2 e H3) magnéticos compreende a excitação de múltiplas bobinas (22, 24, 26) irradiadoras através de correntes eléctricas com diferentes frequências ({coi}, {αρ} e {ω3}) de modo a gerar os campos magnéticos. Método de acordo com a reivindicação 3, em que a excitação das múltiplas bobinas irradiadoras compreende a excitação de cada uma das bobinas (22, 24, 26) para gerar os campos magnéticos com um respectivo conjunto singular das frequências ({ω3}, {02} e {ω3}) . Método de acordo com a reivindicação 3, em que a recepção dos sinais eléctricos compreende a recepção dos sinais eléctricos vindos de uma ou mais bobinas (27, 28, 29) detectoras que estão fixas no objecto (20). Método de acordo com a reivindicação 1, em que a produção dos campos (i7i, H2 e H3) de energia compreende o varrimento sequencial através de uma sequência predeterminada das frequências ({ωι}, {ω2} e {ω3}) . Método de acordo com a reivindicação 1, em que a produção dos campos (Η*, H* e H3) de energia compreende a geração dos campos em simultâneo com as diferentes frequências ({ωι}, {ω2} e {ω3}) . Método de acordo com a reivindicação 1, em que a realização (52) dos múltiplos cálculos compreende a resolução de um conjunto de equações simultâneas relacionando os sinais recebidos com as coordenadas espaciais (x, y, z, ε, ξ, ζ) do objecto. 2 9. Método de acordo com a reivindicação 1, em que a realização (52) dos múltiplos cálculos compreende a aplicação de um método iterativo de aproximações para determinar as coordenadas espaciais (x, y, ζ, ε, ξ, ζ), e em que a verificação da convergência compreende a avaliação de um critério de convergência do método iterativo.
10. Método de acordo com a reivindicação 1, e compreendendo, aquando da confirmação de que os campos (Hi, e H*) de energia foram perturbados, a correcção (62) dos cálculos para compensar a presença do item (40) na proximidade do objecto (20).
11. Aparelho (10) para fazer o rastreio de um objecto (20) compreendendo: pelo menos, uma bobina (22,30; 24,32; 26,33) irradiadora, que está adaptada para produzir campos (Hi, H2 e Hs) de energia tem uma pluralidade de diferentes frequências ({ωι}, {ω2} e {ω3}), na proximidade do objecto; pelo menos, um sensor (27, 28, 29), fixo no objecto, que está adaptado para gerar sinais em resposta aos campos de energia nas diferentes frequências; e um controlador (36) de sistema, que está adaptado para realizar múltiplos cálculos de coordenadas espaciais (x, y, z, ε, ξ, ζ) do objecto com base nos sinais gerados com as diferentes frequências, e para certificar se os campos de energia foram perturbados por um item (40) na proximidade do objecto através da verificação da convergência dos cálculos; 3 caracterizado por o controlador (36) de sistema estar adaptado para verificar a convergência através da detecção de uma discrepância entre as coordenadas espaciais (x, y, z, ε, ξ, ζ) calculadas nas diferentes frequências ({ωι}, {ω2} e {ω3}) .
12. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, em que os campos (Hi, H2 e H3) de energia compreendem campos magnéticos, e em que os sinais compreendem sinais eléctricos que são gerados por, pelo menos, um sensor (27, 28, 29) em resposta aos campos magnéticos.
13. Aparelho de acordo com a reivindicação 12, em que o, pelo menos um, irradiador compreende múltiplas bobinas (22, 24, 26) irradiadoras e circuitos (30, 32, 33) de excitação, que estão adaptados para excitar as bobinas irradiadoras através de correntes eléctricas nas diferentes frequências ({ cúi }, {ω2} e {ω3}) de modo a gerar os campos magnéticos (Hlf H2 e h3) .
14. Aparelho de acordo com a reivindicação 13, em que o circuito de excitação está adaptado para excitar cada uma das bobinas (22, 24, 26) para gerar os campos magnéticos {Hi, H2 e H3) com uma respectiva sequência singular das frequências ({ωι}, {ω2} e {ω3}) .
15. Aparelho de acordo com a reivindicação 13, em que o, pelo menos um, sensor compreende uma ou mais bobinas (27, 28, 29) detectoras.
16. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, em que o, pelo menos um, irradiador (22,30; 24,32; 26,33) está adaptado 4 para gerar os campos (Hlr H2 e tf3) de energia sequencialmente com uma sequência predeterminada das frequências ({coi}, {ω2} e {(03}).
17. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, em que o, pelo menos um, irradiador (22,30; 24,32; 26,33) está adaptado para gerar os campos (fíf, e ~Êh) simultaneamente com as diferentes frequências ({ωι}, {ω2} e {ω3}) -
18. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, em que o controlador (36) de sistema está adaptado para calcular as coordenadas espaciais (x, y, ζ, ε, ξ, ζ) através da resolução de um conjunto de equações simultâneas relacionando os sinais recebidos com as coordenadas espaciais do objecto (20).
19. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, em que o controlador (36) de sistema está adaptado para calcular as coordenadas espaciais (x, y, z, ε, ξ, ζ) através da aplicação de um método iterativo de aproximação, e para verificar a convergência dos cálculos através da avaliação de um critério de convergência do método iterativo.
20. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, em que o controlador (36) de sistema está adaptado, aquando da certificação de que os campos Uh, e H3) de energia foram perturbados, para fazer a correcção dos cálculos para compensar a presença do item (40) na proximidade do objecto (20) . Lisboa, 17 de Outubro de 2007 5