專利名稱：用于場發(fā)生器位置優(yōu)化的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例總體上涉及醫(yī)療系統(tǒng)，具體而言涉及用于場發(fā)生器位 置優(yōu)化的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
電磁跟蹤系統(tǒng)通常由場發(fā)生器、 一個或幾個小型傳感器線圈和信號處 理硬件與軟件構(gòu)成。場發(fā)生器含有若干個發(fā)射線圈，其輻射電磁場通過跟蹤體積(tracking volume)。當(dāng)用于醫(yī)療應(yīng)用中時，傳感器線圈被置于諸 如針頭或?qū)Ч苤惖尼t(yī)療裝置內(nèi)并且穿過所關(guān)注的體積。只要跟蹤體積與 所關(guān)注的體積基本吻合，就可以使用例如信號處理硬件與軟件來確認(rèn)和處 理被跟蹤醫(yī)療裝置的位置信息。電磁跟蹤系統(tǒng)的一個例子是Aurora,可以 從加拿大安大略Waterloo的NDI購得Aurora。然而，在能夠精確檢查的體積(即，跟蹤體積)方面，電磁跟蹤系統(tǒng) 具有局限。圖1是如上所述的電磁跟蹤系統(tǒng)10的示意圖。電磁跟蹤系統(tǒng)10 包括電磁場發(fā)生器12，其產(chǎn)生被引導(dǎo)到跟蹤體積內(nèi)的電磁波。以具有最高精度為特征的優(yōu)選跟蹤體積被稱為電磁跟蹤系統(tǒng)的"最有效點"，由附圖標(biāo) 記14表示。如圖所示，傳感器線圈16出現(xiàn)在最有效點14的內(nèi)部。電磁場 發(fā)生器的"理想放置"使得最有效點14位于要由被跟蹤的一個或多個醫(yī)療 裝置探測的物理區(qū)域的形心。"理想放置"也可能受到環(huán)境的影響，尤其可 能受到任何干擾跟蹤系統(tǒng)的電磁場的對象的影響。盡管在操作流程中通常會很仔細(xì)地控制醫(yī)療裝置的定位，但在定位場 發(fā)生器吋通常不會這樣仔細(xì)。場發(fā)生器一般沒有參考平面或參考點。手工 將發(fā)生器定位到靠近所關(guān)注的物理區(qū)域，但另一方面又是任意放置的(即 相對于精確位置和/或取向而言)。因此，場發(fā)生器的放置可能在位置和取 向上與理想放置不同，這可能會顯著不利地影響電磁跟蹤系統(tǒng)的精度。此外，場發(fā)生器的簡單手工放置使得精確重復(fù)定位發(fā)生器變得極其困難。于是，如果在實驗期間偶然移動了發(fā)生器，或如果要在移動發(fā)生器之 后重復(fù)實驗，那么不能直接將重新定位后的跟蹤數(shù)據(jù)與重新定位前的跟蹤 數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。結(jié)果，可能必需要重新校準(zhǔn)電磁跟蹤系統(tǒng)或?qū)?yīng)的數(shù)據(jù)集。 為了使電磁跟蹤空間與成像空間對準(zhǔn)，目前的做法是產(chǎn)生數(shù)據(jù)集，其 中該數(shù)據(jù)集通過在患者上方放置場發(fā)生器來創(chuàng)建。在典型情況下，目前的 做法還包括在患者皮膚上的基準(zhǔn)標(biāo)記處放置被跟蹤的指示探針。還在圖像 數(shù)據(jù)集中標(biāo)識出基準(zhǔn)標(biāo)記，用于探針校準(zhǔn)以及與其它成像模式對準(zhǔn)。雖然 將基準(zhǔn)標(biāo)記用作參考，但無法確保該標(biāo)記落在電磁場跟蹤系統(tǒng)儀器的"最 有效點"中。此外，相鄰的醫(yī)療設(shè)備可能導(dǎo)致電磁場畸變，從而加重了對準(zhǔn)問題。 如果在軟件中考慮到這種畸變并且改變了系統(tǒng)(即，場發(fā)生器)的對準(zhǔn)， 則必須具有一個裝置來精確且迅速地重新定位部件，或者必須在軟件中重 新映射該畸變。發(fā)明內(nèi)容相應(yīng)地，希望保持場發(fā)生器與所關(guān)注物理區(qū)域間的恒定且明確的空間 關(guān)系。還希望一種改進(jìn)的用于克服現(xiàn)有技術(shù)問題的方法和系統(tǒng)。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)公知的電磁跟蹤系統(tǒng)的示意圖； 圖2是示出了根據(jù)本公幵實施例的電磁跟蹤系統(tǒng)及其方法的簡化示意 圖，該電磁跟蹤系統(tǒng)的特征在于位置得到優(yōu)化；圖3和圖4是根據(jù)本公開的備選實施例可視地優(yōu)化圖2的電磁場發(fā)生器的定位和取向時所用的各種設(shè)備的示意圖；圖5是示出了根據(jù)本公開另一實施例的電磁跟蹤系統(tǒng)及其方法的簡化 示意圖，該電磁跟蹤系統(tǒng)的特征在于位置得到優(yōu)化；以及圖6-7是根據(jù)本公開的備選實施例可視地優(yōu)化圖5的電磁場發(fā)生器的定位和取向時所用的各種設(shè)備的示意圖。
具體實施方式
在附圖中，類似的附圖標(biāo)記表示類似的元件。此外，要指出附圖可能 不是按比例繪制的。本公開的實施例提供了 一種在電磁跟蹤系統(tǒng)應(yīng)用中連續(xù)確認(rèn)場發(fā)生器 和工作區(qū)/探針位置之間的關(guān)系的方法。在一個實施例中，定位并取向源自 場發(fā)生器的激光束，使其貫穿"最有效點"的形心。因此，存在被定位和 取向成貫穿"最有效點"形心的激光束，它將即時地向系統(tǒng)用戶表明場發(fā) 生器與工作區(qū)的角對準(zhǔn)。圖2是示出了根據(jù)本公開實施例的電磁跟蹤系統(tǒng)50及其方法的簡化示 意圖，該電磁跟蹤系統(tǒng)50的特征在于位置得到優(yōu)化。電磁跟蹤系統(tǒng)50包 括電磁場發(fā)生器52，其產(chǎn)生被引導(dǎo)到跟蹤體積內(nèi)的電磁波。以具有最高精 度為特征的優(yōu)選跟蹤體積被稱為電磁跟蹤系統(tǒng)的"最有效點"，由附圖標(biāo)記 54表示。如圖所示，傳感器線圈56出現(xiàn)在最有效點54的內(nèi)部。電磁場發(fā) 生器的"理想放置"使得最有效點54位于要由被跟蹤的一個或多個裝置探 測的物理區(qū)域的形心。"理想放置"也可能受到環(huán)境的影響，尤其可能受到 任何干擾跟蹤系統(tǒng)的電磁場的對象的影響。該電磁跟蹤系統(tǒng)50還包括具有傳感器接口的系統(tǒng)控制器58。盡管傳感 器接口被圖示為系統(tǒng)控制器的一部分，但傳感器接口也可以是與系統(tǒng)控制 器分開但電子耦合到系統(tǒng)控制器的單個單元。電磁場發(fā)生器52經(jīng)由信號線 60上的一個或多個適當(dāng)控制信號對系統(tǒng)控制器58做出響應(yīng)，以產(chǎn)生電磁場。如上所述，電磁場包括一個部分，該部分的特征是具有最高精度的跟蹤體 積。最高精度對應(yīng)于傳感器接口和系統(tǒng)控制器58對在物理上位于跟蹤體積 內(nèi)部的傳感器56進(jìn)行探測的精度，與此相對，如果傳感器位于跟蹤體積之 外，那么傳感器接口和系統(tǒng)控制器探測傳感器的精度較低。該電磁跟蹤系統(tǒng)50還包括裝置62，其機械耦合到電磁場發(fā)生器52并 進(jìn)一步經(jīng)由信號線64 (或適應(yīng)于給定的跟蹤系統(tǒng)實施形式，為多條信號線) 電耦合到系統(tǒng)控制器。將裝置62配置成用于實現(xiàn)電磁場發(fā)生器52的(i) 定位和(ii)角取向之一或二者的可視優(yōu)化，使得跟蹤體積54基本上位于 所關(guān)注的物理體積66的形心之內(nèi)。因此，該實施例能夠以最高精度探測跟 蹤體積內(nèi)的傳感器56。用于可視地優(yōu)化電磁場發(fā)生器52的(i)定位和(ii) 角取向之一或二者的裝置62還包括被選擇為不會使電磁場顯著劣化或畸變的組成材料。在一個實施例中，用于可視地優(yōu)化電磁場發(fā)生器52的定位和角取向之 一或二者的裝置62包括激光束源。在接近于處于預(yù)定位置和取向的電磁場 發(fā)生器的起始點68處，將激光束源機械耦合到電磁場發(fā)生器52。在工作中， 響應(yīng)于經(jīng)由信號線64來自系統(tǒng)控制器58的適當(dāng)激活信號，激光束源投射 出與跟蹤體積54的中心相交的激光束70，由此可以經(jīng)由激光束來調(diào)節(jié)并可 視地驗證電磁場發(fā)生器52與所關(guān)注的物理體積66的角對準(zhǔn)情況，從而可 以將跟蹤體積54的中心與所關(guān)注的物理體積66的形心角對準(zhǔn)。在一個實 施例中，激光束源包括半導(dǎo)體激光器件。在備選實施例中，如圖3所示，圖2的激光束源62包括光纖72，它的 第一端74終止于起始點68，其中起始點對應(yīng)于靠近電磁場發(fā)生器且相對于 預(yù)定位置和取向的位置。在這樣的實施例中，該系統(tǒng)50還包括用于產(chǎn)生激 光束70-1的激光器件76，其中，在與光纖72的第一端74相對的第二端 78處，激光束光學(xué)耦合到光纖72中。根據(jù)電磁跟蹤系統(tǒng)實施方式的特定要 求，可以將激光器件76定位為遠(yuǎn)離場發(fā)生器52。在另一實施例中，如圖4所示，圖2的激光束源62包括位于起始點的 鏡子80，其中該起始點對應(yīng)于靠近電磁場發(fā)生器且相對于預(yù)定位置和取向 的位置。在這樣的實施例中，該系統(tǒng)50還包括用于產(chǎn)生激光束70-2的激 光器件82,其中將激光束引導(dǎo)到鏡子80上，并且鏡子反射激光束70-2， 使得、激光束與跟蹤體積54的中心相交。根據(jù)電磁跟蹤系統(tǒng)實施方式的特定 要求，可以將激光器件80定位為遠(yuǎn)離場發(fā)生器52。再次參考圖2，在另一個實施例中，電磁跟蹤系統(tǒng)50還包括測距器90。 例如，測距器90可以包括任何適當(dāng)?shù)臏y距器，只要它能基本沿著激光束70 的瞄準(zhǔn)線(line of sight)來測定遠(yuǎn)處對象(即，所關(guān)注的體積66)與電 磁場發(fā)生器52之間的距離。在一個實施例中，根據(jù)給定跟蹤實施方式的要 求，將測距器90耦合到系統(tǒng)控制器58,以提供一個或多個其間的距離和/ 或控制信號信息。例如，測距器90可以經(jīng)由信號線92耦合到系統(tǒng)控制器 58。在工作中，測距器90提供表示距離的測距器輸出信號，由此可以經(jīng)由 激光束70并基于測距器輸出信號來調(diào)節(jié)并可視地驗證電磁場發(fā)生器的定位 和取向，使得跟蹤體積54的中心基本上對應(yīng)于所關(guān)注的物理體積66的形心。在一個實施例中，測距器輸出信號92包括數(shù)值反饋信號。在另一實施 例中，測距器輸出信號包括警報，該警報表示從電磁場發(fā)生器52到遠(yuǎn)處對 象(例如，所關(guān)注的體積66)之間的距離對應(yīng)于從電磁場發(fā)生器到跟蹤體 積54的期望部分的距離。此外，跟蹤體積54的期望部分可以包括(i)跟 蹤體積的外周、(ii)出現(xiàn)在跟蹤體積內(nèi)的指定周界和(iii)跟蹤體積的 中心中的一個或多個。在又一實施例中，電磁跟蹤系統(tǒng)50還包括(經(jīng)由附圖標(biāo)記96所示的 機械耦合方式或其它適當(dāng)?shù)鸟詈戏绞?耦合到電磁場發(fā)生器52的裝置94。 裝置94用于例如在一個或多個信號線98上提供輸出信號，該輸出信號表 示電磁場發(fā)生器的跟蹤體積54與所關(guān)注的物理體積66之間的角關(guān)系。該 角關(guān)系包括轉(zhuǎn)動、俯仰和側(cè)轉(zhuǎn)中的一個或多個。在一個實施例中，該角關(guān) 系裝置94包括耦合到電磁場發(fā)生器52的轉(zhuǎn)動傳感器、俯仰傳感器和側(cè)轉(zhuǎn) 傳感器。再者，系統(tǒng)控制器58可以包括由附圖標(biāo)記100總體表示的輸入/ 輸出，其中該輸入/輸出可以耦合到輸入裝置或用于經(jīng)由(例如)內(nèi)部網(wǎng)、 外部網(wǎng)、因特網(wǎng)或其它類型的網(wǎng)絡(luò)耦合到一個或多個遠(yuǎn)程處理或計算機系 統(tǒng)?，F(xiàn)在參考圖5，在本公開的另一個實施例中，電磁跟蹤系統(tǒng)110包括使 用兩個或更多個激光束，這些激光束在起始點(即，靠近場發(fā)生器52處) 分開并在"最有效點"的中心中的點處會聚。在圖5中，為了圖示簡單起 見，僅示出了兩個激光束(112-1， 112-2)。這樣的實施例會給系統(tǒng)用戶或 操作者帶來極大的圖形和直覺輔助。電磁跟蹤系統(tǒng)110包括電磁場發(fā)生器52，其產(chǎn)生被引導(dǎo)到跟蹤體積內(nèi) 的波。以具有最高精度為特征的優(yōu)選跟蹤體積被稱為電磁跟蹤系統(tǒng)的"最 有效點"，它由附圖標(biāo)記54表示。如圖所示，傳感器線圈56出現(xiàn)在最有效 點54的內(nèi)部。電磁場發(fā)生器的"理想放置"使得最有效點54位于要由被 跟蹤的一個或多個醫(yī)療裝置探測的物理區(qū)域的形心。"理想放置"也可能受 到環(huán)境的影響，尤其可能受到任何千擾跟蹤系統(tǒng)的電磁場的對象的影響。該電磁跟蹤系統(tǒng)110還包括具有傳感器接口的系統(tǒng)控制器58。盡管傳 感器接口被圖示為系統(tǒng)控制器的一部分，但傳感器接口也可以是與系統(tǒng)控制器分開但電子耦合到系統(tǒng)控制器的單個單元。電磁場發(fā)生器52經(jīng)由信號 線60上的一個或多個適當(dāng)控制信號對系統(tǒng)控制器58做出響應(yīng)，以產(chǎn)生電 磁場。如上所述，電磁場包括一個部分，該部分的特征是具有最高精度的 跟蹤體積。最高精度對應(yīng)于傳感器接口和系統(tǒng)控制器58對在物理上位于跟 蹤體積內(nèi)部的傳感器56進(jìn)行探測的精度，與此相對，如果傳感器位于跟蹤 體積之外，那么傳感器接口和系統(tǒng)控制器探測傳感器的精度較低。圖5的電磁跟蹤系統(tǒng)110還包括裝置114，其機械耦合到電磁場發(fā)生器 52并進(jìn)一步經(jīng)由信號線116 (或適應(yīng)于給定的跟蹤系統(tǒng)實施形式，為多條 信號線)電耦合到系統(tǒng)控制器。將裝置114配置成用于實現(xiàn)電磁場發(fā)生器 52的(i)定位和(ii)角取向之一或二者的可視優(yōu)化。在一個實施例中， 裝置114包括第一激光束源和第二激光束源(114-1， 114-2)，在處于預(yù)定 位置和取向的相應(yīng)第一起始點和第二起始點(118-1， 118-2)處，第一激 光束源和第二激光束源(114-1， 114-2)耦合到電磁場發(fā)生器52。響應(yīng)于 來自系統(tǒng)控制器58的一個或多個激活信號，第一激光束源和第二激光束源 (114-1， 114-2)分別投射出在跟蹤體積54的中心處相交的第一激光束和 第二激光束(112-1， 112-2)，由此可以經(jīng)由激光束來調(diào)節(jié)并可視地驗證電 磁場發(fā)生器52的定位和取向，使得跟蹤體積54的中心基本上對應(yīng)于所關(guān) 注的物理體積66的形心。在一個實施例中，第一激光束源和第二激光束源(114-1， 114-2)包 括第一半導(dǎo)體激光器件和第二半導(dǎo)體激光器件。在另一實施例中，如圖6 所示，第一激光束源和第二激光束源(114-1， 114-2)包括第一光纖和第 二光纖(120-1， 120-2)，每個光纖的第一端(122-1， 122-2)分別終止于 第一起始點和第二起始點(118-1， 118-2)。在這樣的實施例中，該系統(tǒng)110 還包括用于產(chǎn)生第一激光束和第二激光束(112-1， 112-2)的至少一個激 光器件(124-1, 124-2)，其中激光束分別在與其第一端相對的第二端 (126-1， 126-2)處光學(xué)耦合到第一光纖和第二光纖(120-1， 120-2)中。在另一實施例中，如圖7所示，第一激光束源和第二激光束源(114-1， 114-2)包括分別位于第一起始點和第二起始點(118-1， 118-2)的第一鏡 子和第二鏡子(128-1， 128-2)。在這樣的實施例中，該系統(tǒng)110還包括用 于產(chǎn)生第一激光束和第二激光束(112-1， 112-2)的至少一個激光器件(130-1， 130-2)，其中將激光束引導(dǎo)到第一鏡子和第二鏡子(128-1， 128-2) 上，并且所述第一鏡子和第二鏡子反射激光束，使得激光束在跟蹤體積54 的中心處相交。在又一個實施例中，電磁場跟蹤系統(tǒng)包括測距器。該測距器例如可以 包括激光測距系統(tǒng)(或其它系統(tǒng))，以提供有關(guān)電磁場發(fā)生器與目標(biāo)對象之 間距離的數(shù)值反饋。在又一實施例中，該電磁場跟蹤系統(tǒng)包括用于提供有 關(guān)跟蹤系統(tǒng)的電磁場發(fā)生器的當(dāng)前角關(guān)系(即轉(zhuǎn)動、俯仰和側(cè)轉(zhuǎn))的信息 的工具?？梢允褂帽粚崿F(xiàn)并配置成按照本文所述方式工作的適當(dāng)裝置來實現(xiàn)本 文披露的實施例。然而， 一定要注意激光束源和任何相關(guān)線路的材料一 定不會使場發(fā)生器的場發(fā)生劣化或畸變。這是通過精心選擇激光束源和任 何相關(guān)線路的成分來實現(xiàn)的?？蛇x地，在一個實施例中，在場發(fā)生器上， 安裝小鏡子，并且將一個或多個激光束指向這些鏡子，由此用鏡子模擬激 光源。另一種避免所產(chǎn)生的電磁場發(fā)生畸變的方法是用光纖將激光源傳遞 到場發(fā)生器?？蛇x地，可以采用單個激光測距系統(tǒng)。因此,本公開的實施 例為系統(tǒng)用戶提供了連續(xù)的參考，再次確保了正^^向，并且如果由于 工作室條件紊亂導(dǎo)致對準(zhǔn)受擾，允許迅速的重新定位。根據(jù)本公開的又一個實施例， 一種電磁跟蹤方法包括提供具有傳感 器接口的系統(tǒng)控制器；響應(yīng)于系統(tǒng)控制器的激活信號，利用電磁場發(fā)生器 來產(chǎn)生電磁場，所述電磁場包括一個部分，該部分的特征是具有最高精度 的跟蹤體積，其中所述最高精度對應(yīng)于所述傳感器接口和系統(tǒng)控制器對在 物理上位于跟蹤體積內(nèi)的傳感器進(jìn)行探測的精度，與此相比，如果所述傳 感器位于所述跟蹤體積之外，那么所述傳感器接口和系統(tǒng)控制器探測所述 傳感器的精度較低；以及利用耦合到所述電磁場發(fā)生器的定位和角取向可 視輔助部件來優(yōu)化所述電磁場發(fā)生器的(i)定位和(ii)角取向之一或二 者，使得所述跟蹤體積位于所關(guān)注的物理體積的形心之內(nèi)，由此實現(xiàn)以最 高精度探測所述跟蹤體積內(nèi)的傳感器。在電磁跟蹤方法的一個實施例中，所述定位和角取向可視輔助部件包 括如下諸項中的一個或多個(i)激光束源，其在處于預(yù)定位置和取向的 起始點處耦合到所述電磁場發(fā)生器，其中響應(yīng)于來自所述系統(tǒng)控制器的激15活信號，所述激光束源投射出與所述跟蹤體積的中心相交的激光束，由此 可以經(jīng)由所述激光束來調(diào)節(jié)并可視地驗證所述電磁場發(fā)生器與所關(guān)注的物 理體積的角對準(zhǔn)，從而可以將所述跟蹤體積的中心與所關(guān)注的物理體積的 形心角對準(zhǔn)；以及(ii)第一激光束源和第二激光束源，其在處于預(yù)定位 置和取向的相應(yīng)第一起始點和第二起始點處耦合到所述電磁場發(fā)生器，其 中響應(yīng)于來自所述系統(tǒng)控制器的一個或多個激活信號，所述第一激光束源 和第二激光束源分別投射出在所述跟蹤體積的中心處相交的第一激光束和 第二激光束，由此可以經(jīng)由所述激光束來調(diào)節(jié)并可視地驗證所述電磁場發(fā) 生器的定位和取向，從而使得所述跟蹤體積的中心對應(yīng)于所關(guān)注的物理體 積的形心。在一個實施例中，所述激光束源包括如下各項之一(a)半導(dǎo)體激光 器件，(b)第一端終止于所述起始點的光纖，和(C)位于所述起始點的鏡 子，其中對于光纖而言，所述方法還包括使用激光器件來產(chǎn)生激光束，并 且在與該光纖的第一端相對的第二端處，將所述激光束光學(xué)耦合到所述光 纖中，并且其中對于所述鏡子而言，所述方法還包括使用激光器件來產(chǎn)生 所述激光束并將所述激光束引導(dǎo)到所述鏡子上，其中所述鏡子反射所述激 光束，使得所述激光束與所述跟蹤體積的中心相交。在又一實施例中，所述方法還包括使用測距器基本上沿著所述激光 束的瞄準(zhǔn)線來測定遠(yuǎn)處對象與所述電磁場發(fā)生器之間的距離，所述測距器 提供表示所述距離的測距器輸出信號，由此可以經(jīng)由所述激光束和所述測 距器輸出信號來調(diào)節(jié)并可視地驗證所述電磁場發(fā)生器的定位和取向，使得 所述跟蹤體積的中心基本上對應(yīng)于所關(guān)注的物理體積的形心。所述測距器 輸出信號可以包括如下各項中的一個或多個(i)數(shù)值反饋信號和Ui)警 報，其中所述警報的激活表示從所述電磁場發(fā)生器到所述遠(yuǎn)處對象之間的 距離對應(yīng)于從所述電磁場發(fā)生器到所述跟蹤體積的期望部分的距離。在另一實施例中，所述電磁跟蹤方法包括使用包括如下各項之一的 第一激光束源和第二激光束源(a)第一半導(dǎo)體激光器件和第二半導(dǎo)體激 光器件，(b)第一光纖和第二光纖，每個所述光纖的第一端分別終止于所 述第一起始點和第二起始點，和(C)位于所述第一起始點和第二起始點的 第一鏡子和第二鏡子，其中對于所述第一光纖和第二光纖而言，所述方法還包括使用至少一個激光器件來產(chǎn)生所述第一激光束和第二激光束，并且 分別在與所述第一光纖和第二光纖的所述第一端相對的第二端處，將所述 激光束光學(xué)耦合到所述第一光纖和第二光纖中，并且其中對于分別位于所 述第一起始點和第二起始點的第一鏡子和第二鏡子而言，所述方法還包括 用至少一個激光器件來產(chǎn)生所述第一激光束和第二激光束，并將所述第一 激光束和第二激光束引導(dǎo)到所述第一鏡子和第二鏡子上，其中所述第一鏡 子和第二鏡子反射所述激光束，使得所述激光束在所述跟蹤體積的中心處 相交。所述方法還包括使用測距器基本沿著所述激光束的瞄準(zhǔn)線來測定遠(yuǎn)處 對象與所述電磁場發(fā)生器之間的距離，所述測距器提供表示所述距離的測 距器輸出信號，由此可以經(jīng)由所述激光束和所述測距器輸出信號來調(diào)節(jié)并 可視地驗證所述電磁場發(fā)生器的定位和取向，使得所述跟蹤體積的中心基 本上對應(yīng)于所關(guān)注的物理體積的形心。在一個實施例中，所述測距器輸出信號包括如下各項中的一個或多個(i)數(shù)值反饋信號和(ii)警報，其中 所述警報的激活表示從所述電磁場發(fā)生器到所述遠(yuǎn)處對象之間的距離對應(yīng) 于從所述電磁場發(fā)生器到所述跟蹤體積的期望部分的距離。盡管上文僅詳細(xì)描述了幾個示例性實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解在示例性實施例中，可以進(jìn)行多種修改，而不會在本質(zhì)上脫離本公開 實施例的新穎教導(dǎo)和優(yōu)點。因此，旨在將所有這樣的修改都包括在如以下 權(quán)利要求界定的本公開的實施例的范圍之內(nèi)。在權(quán)利要求書中，"裝置+功 能"條款旨在覆蓋如執(zhí)行記載的功能的本文所述的結(jié)構(gòu)，不僅包括結(jié)構(gòu)上 的等價物，而且還包括等價結(jié)構(gòu)。此外，在一項或多項權(quán)利要求中，圓括號內(nèi)包含的任何附圖標(biāo)記都不 應(yīng)被解釋成限制權(quán)利要求。動詞"包括"及其變形并不排除在權(quán)利要求或 整個說明書中所列部件或步驟之外還存在其它部件或步驟的可能性。單數(shù) 形式的部件不排除復(fù)數(shù)形式的這種部件，反之亦然?？梢岳冒ㄈ舾刹?同部件的硬件和/或利用適當(dāng)編程的計算機來實現(xiàn)一個或多個實施例。在枚 舉了若千裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，可以將這些裝置中的一些實現(xiàn)為同一個 硬件產(chǎn)品。有些手段記載在相互不同的從屬權(quán)利要求中，這一純粹事實并 不表示不能用這些手段的組合來獲益。
權(quán)利要求
1、一種電磁跟蹤系統(tǒng)(50，110)，其包括具有傳感器接口的系統(tǒng)控制器(58)；發(fā)生器(52)，其用于響應(yīng)于所述系統(tǒng)控制器來產(chǎn)生電磁場，所述電磁場包括一個部分，該部分的特征是具有最高精度的跟蹤體積(54)，其中所述最高精度對應(yīng)于所述傳感器接口和系統(tǒng)控制器對在物理上位于所述跟蹤體積內(nèi)的傳感器進(jìn)行探測的精度，與此相比，如果所述傳感器位于所述跟蹤體積之外，那么所述傳感器接口和系統(tǒng)控制器探測所述傳感器的精度較低；以及裝置(62，114)，其耦合到所述電磁場發(fā)生器，用于可視地優(yōu)化所述電磁場發(fā)生器的(i)定位和(ii)角取向之一或二者，使得所述跟蹤體積位于所關(guān)注的物理體積(66)的形心之內(nèi)，由此實現(xiàn)以最高精度探測所述跟蹤體積內(nèi)的傳感器(56)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電磁跟蹤系統(tǒng)，其中用于進(jìn)行可視優(yōu)化的所 述裝置(62， 114)包括被選擇為不會使所述電磁場顯著劣化或畸變的組成 材料。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電磁跟蹤系統(tǒng)，其中所述用于可視地優(yōu)化所 述電磁場發(fā)生器(52)的所述定位和所述角取向之一或二者的裝置(62， 114)包括激光束源，所述激光束源在處于預(yù)定位置和取向的起始點處耦合 到所述電磁場發(fā)生器，其中響應(yīng)于來自所述系統(tǒng)控制器(58)的激活信號， 所述激光束源投射出與所述跟蹤體積(54 )的中心相交的激光束(70 ， 112-1 ， 112-2),由此可以經(jīng)由所述激光束來調(diào)節(jié)并可視地驗證所述電磁場發(fā)生器 到所關(guān)注的物理體積(66)的角對準(zhǔn)，使得所述跟蹤體積的所述中心可以 與所關(guān)注的物理體積的形心角對準(zhǔn)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電磁跟蹤系統(tǒng)，其中所述激光束源還包括半 導(dǎo)體激光器件(62， 114)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電磁跟蹤系統(tǒng)，其中所述激光束源還包括光 纖(72)，所述光纖(72)的第一端終止于所述起始點(68)，所述系統(tǒng)還 包括用于產(chǎn)生所述激光束(70-1)的激光器件(76)，其中在與所述光纖的 所述第一端相對的第二端處，將所述激光束光學(xué)耦合到所述光纖中。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電磁跟蹤系統(tǒng)，其中所述激光束源還包括位 于所述起始點(68)的鏡子(80)，所述系統(tǒng)還包括用于產(chǎn)生所述激光束(70-2)的激光器件(82)，其中將所述激光束引 導(dǎo)到所述鏡子上，并且所述鏡子反射所述激光束，使得所述激光束與所述 跟蹤體積的所述中心相交。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電磁跟蹤系統(tǒng)，還包括測距器(90)，其用于基本上沿著所述激光束(70， 112-1， 112-2)的 瞄準(zhǔn)線來測定遠(yuǎn)處對象與所述電磁場發(fā)生器(52)之間的距離，所述測距 器提供表示所述距離的測距器輸出信號(92)，由此可以經(jīng)由所述激光束和 所述測距器輸出信號來調(diào)節(jié)并可視地驗證所述電磁場發(fā)生器的定位和取 向，使得所述跟蹤體積的所述中心基本上對應(yīng)于所關(guān)注的物理體積的形心。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電磁跟蹤系統(tǒng)，其中所述測距器輸出信號(92) 包括數(shù)值反饋信號。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電磁跟蹤系統(tǒng)，其中所述測距器輸出信號(92) 包括警報，所述警報表示從所述電磁場發(fā)生器到所述遠(yuǎn)處對象之間的距離 對應(yīng)于從所述電磁場發(fā)生器到所述跟蹤體積的期望部分的距離。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電磁跟蹤系統(tǒng)，其中所述跟蹤體積(54) 的所述期望部分還包括(i)所述跟蹤體積的外周、(ii)出現(xiàn)在所述跟蹤 體積內(nèi)的指定周界和(iii)所述跟蹤體積的中心中的一個或多個。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁跟蹤系統(tǒng)，其中所述用于可視地優(yōu)化所述電磁場發(fā)生器的定位和取向的裝置(114)包括第一激光束源和第二激 光束源(114-1， 114-2)，其在處于預(yù)定位置和取向的相應(yīng)的第一起始點和 第二起始點(118-1， 118-2)處耦合到所述電磁場發(fā)生器(52)，其中響應(yīng) 于來自所述系統(tǒng)控制器(58)的一個或多個激活信號，所述第一激光束源 和第二激光束源分別投射出在所述跟蹤體積的中心處相交的第一激光束和 第二激光束(112-1， 112-2)，由此可以經(jīng)由所述激光束來調(diào)節(jié)并可視地驗 證所述電磁場發(fā)生器的定位和取向，使得所述跟蹤體積的所述中心對應(yīng)于 所關(guān)注的物理體積的形心。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的電磁跟蹤系統(tǒng)，其中所述第一激光束源和 第二激光束源(114-1， 114-2)包括第一半導(dǎo)體激光器件和第二半導(dǎo)體激 光器件。
13、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的電磁跟蹤系統(tǒng)，其中所述第一激光束源和 第二激光束源(114-1， 114-2)包括第一光纖和第二光纖(120-1， 120-2)， 各個所述光纖的第一端分別終止于所述第一起始點和第二起始點(118-1, 118-2)，所述系統(tǒng)還包括用于產(chǎn)生所述第一激光束和第二激光束(112-1， 112-2)的至少一個 激光器件(124-1， 124-2)，其中分別在與所述第一光纖和第二光纖的所述 第一端相對的第二端處，將所述激光束光學(xué)耦合到所述第一光纖和第二光 纖中。
14、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的電磁跟蹤系統(tǒng)，其中所述第一激光束源和 第二激光束源(114-1， 114-2)還包括分別位于所述第一起始點和第二起 始點(118-1， 118-2)的第一鏡子和第二鏡子(128-1， 128-2)，所述系統(tǒng) 還包括用于產(chǎn)生所述第一激光束和第二激光束(112-1， 112-2)的至少一個 激光器件(130-1, 130-2)，其中將所述激光束引導(dǎo)到所述第一鏡子和第二鏡子上，并且所述第一鏡子和第二鏡子反射所述激光束，使得所述激光束 在所述跟蹤體積的所述中心處相交。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁跟蹤系統(tǒng)，還包括裝置(94)，其耦合到所述電磁場發(fā)生器(52)，用于提供表示所述電 磁場發(fā)生器的所述跟蹤體積與所關(guān)注的物理體積之間的角關(guān)系的輸出信 號，其中所述角關(guān)系包括轉(zhuǎn)動、俯仰和側(cè)轉(zhuǎn)中的一個或多個。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電磁跟蹤系統(tǒng)，其中所述角關(guān)系裝置(94) 包括耦合到所述電磁場發(fā)生器(52)的轉(zhuǎn)動傳感器、俯仰傳感器和側(cè)轉(zhuǎn)傳 感器。
17、 一種電磁跟蹤方法，其包括 提供具有傳感器接口的系統(tǒng)控制器(58);響應(yīng)于系統(tǒng)控制器的激活信號，利用電磁場發(fā)生器(52)來產(chǎn)生電磁 場，所述電磁場包括一個部分，該部分的特征是具有最高精度的跟蹤體積 (54)，其中所述最高精度對應(yīng)于所述傳感器接口和系統(tǒng)控制器對在物理上 位于所述跟蹤體積內(nèi)的傳感器(56)進(jìn)行探測的精度，與此相比，如果所 述傳感器位于所述跟蹤體積之外，那么所述傳感器接口和系統(tǒng)控制器探測所述傳感器的精度較低；以及利用耦合到所述電磁場發(fā)生器的定位和角取向可視輔助部件(62， 114)來優(yōu)化所述電磁場發(fā)生器(52)的(i)定位和(ii)角取向之一或二者，使得所述跟蹤體積位于所關(guān)注的物理體積(66)的形心之內(nèi)，由此實現(xiàn)以最高精度探測所述跟蹤體積內(nèi)的傳感器。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述定位和角取向可視輔助部 件(62， 114)包括如下諸項中的一個或多個(i)激光束源，其在處于預(yù)定位置和取向的起始點(68， 118-1， 118-2) 處耦合到所述電磁場發(fā)生器(52)，其中響應(yīng)于來自所述系統(tǒng)控制器(58) 的激活信號，所述激光束源投射出與所述跟蹤體積(54)的中心相交的激光束(70， 112-1， 112-2)，由此可以經(jīng)由所述激光束來調(diào)節(jié)并可視地驗證 所述電磁場發(fā)生器與所關(guān)注的物理體積(66)的角對準(zhǔn)，從而可以將所述 跟蹤體積的所述中心與所關(guān)注的物理體積的所述形心角對準(zhǔn)；以及(ii)第一激光束源和第二激光束源(114-1， 114-2)，其在處于預(yù)定 位置和取向的相應(yīng)的第一起始點和第二起始點(118-1， 118-2)處耦合到 所述電磁場發(fā)生器(52)，其中響應(yīng)于來自所述系統(tǒng)控制器(58)的一個或 多個激活信號，所述第一激光束源和第二激光束源分別投射出第一激光束 和第二激光束(112-1， 112-2)，所述第一激光束和第二激光束(112-1， 112-2)在所述跟蹤體積(54)的中心處相交，由此可以經(jīng)由所述激光束來 調(diào)節(jié)并可視地驗證所述電磁場發(fā)生器的定位和取向，從而使得所述跟蹤體 積的所述中心對應(yīng)于所關(guān)注的物理體積(66)的所述形心。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述激光束源(62， 114-1， 114-2)還包括如下各項之一(a)半導(dǎo)體激光器件，(b)第一端終止于所 述起始點的光纖，和(c)位于所述起始點的鏡子，其中對于所述光纖(72, 120-1, 120-2)而言，所述方法還包括使用 激光器件(76， 124-1， 124-2)來產(chǎn)生所述激光束，并在與所述光纖的所 述第一端相對的第二端處，將所述激光束光學(xué)耦合到所述光纖中，并且其中對于所述鏡子(80， 128-1， 128-2)而言，所述方法還包括使用 激光器件(82， 130-1， 130-2)來產(chǎn)生所述激光束并將所述激光束引導(dǎo)到 所述鏡子上，其中所述鏡子反射所述激光束，使得所述激光束與所述跟蹤 體積的所述中心相交。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括使用測距器(90)基本上沿著所述激光束(70， 112-1， 112-2)的瞄 準(zhǔn)線來測定遠(yuǎn)處對象與所述電磁場發(fā)生器(52)之間的距離，所述測距器 提供表示所述距離的測距器輸出信號(92)，由此可以經(jīng)由所述激光束和所述測距器輸出信號來調(diào)節(jié)并可視地驗證所述電磁場發(fā)生器的定位和取向，使得所述跟蹤體積的所述中心基本上對應(yīng)于所關(guān)注的物理體積的所述形心。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述測距器輸出信號(92)包 括如下各項中的一個或多個(i)數(shù)值反饋信號和(ii)警報，其中所述警 報的激活表示從所述電磁場發(fā)生器到所述遠(yuǎn)處對象之間的距離對應(yīng)于從所 述電磁場發(fā)生器到所述跟蹤體積的期望部分的距離。
22、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第一激光束源和第二激光 束源(114-1， 114-2)包括如下各項之一(a)第一半導(dǎo)體激光器件和第 二半導(dǎo)體激光器件，(b)第一光纖和第二光纖，各個所述光纖的第一端分 別終止于所述第一起始點和第二起始點，和(c)位于所述第一起始點和第 二起始點處的第一鏡子和第二鏡子，其中對于第一光纖和第二光纖(120-1， 120-2)而言，所述方法還包 括使用至少一個激光器件來產(chǎn)生所述第一激光束和第二激光束，并且分別 在與所述第一光纖和第二光纖的所述第一端相對的第二端處，將所述激光 束光學(xué)耦合到所述第一光纖和第二光纖中，并且其中對于分別位于所述第一起始點和第二起始點處的第一鏡子和第二 鏡子(128-1， 128-2)而言，所述方法還包括使用至少一個激光器件來產(chǎn) 生所述第一激光束和第二激光束，并且將所述第一激光束和第二激光束引 導(dǎo)到所述第一鏡子和第二鏡子上，其中所述第一鏡子和第二鏡子反射所述 激光束，使得所述激光束在所述跟蹤體積的所述中心處相交。
23、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括使用測距器(90)基本上沿著所述激光束的瞄準(zhǔn)線來測定遠(yuǎn)處對象與 所述電磁場發(fā)生器之間的距離，所述測距器提供表示所述距離的測距器輸 出信號，由此可以經(jīng)由所述激光束和所述測距器輸出信號來調(diào)節(jié)并可視地 驗證所述電磁場發(fā)生器的定位和取向，使得所述跟蹤體積的所述中心基本 上對應(yīng)于所關(guān)注的物理體積的所述形心。
24、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述測距器輸出信號(92)包 括如下各項中的一個或多個(i)數(shù)值反饋信號和(ii)警報，其中所述警報的激活表示從所述電磁場發(fā)生器到所述遠(yuǎn)處對象之間的距離對應(yīng)于從所 述電磁場發(fā)生器到所述跟蹤體積的期望部分的距離。
全文摘要
一種電磁跟蹤系統(tǒng)(50，110)包括具有傳感器接口的系統(tǒng)控制器(58)、發(fā)生器(52)、以及定位和角取向構(gòu)造(62，114)。發(fā)生器響應(yīng)于系統(tǒng)控制器而產(chǎn)生電磁場，該電磁場包括一個部分，該部分的特征是具有最高精度的跟蹤體積(54)。最高精度對應(yīng)于傳感器接口和系統(tǒng)控制器對在物理上位于跟蹤體積內(nèi)的傳感器(56)進(jìn)行探測的精度，與此相比，如果所述傳感器位于所述跟蹤體積之外，那么傳感器接口和系統(tǒng)控制器探測所述傳感器的精度較低。所述定位和角取向構(gòu)造耦合到電磁場發(fā)生器，用于可視地優(yōu)化電磁場發(fā)生器的(i)定位和(ii)角取向之一或二者，使得所述跟蹤體積位于所關(guān)注的物理體積(66)的形心之內(nèi)，由此實現(xiàn)以最高精度探測所述跟蹤體積內(nèi)的傳感器。
文檔編號A61B5/06GK101330870SQ200680046751
公開日2008年12月24日 申請日期2006年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月15日
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