專利名稱：利用冗余測量的抗失真位置跟蹤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及磁性位置跟蹤系統(tǒng)，并且具體涉及在存在場失真
(field distorting)對象的情況下用于執(zhí)行精確位置測量的方法 和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在本領(lǐng)域內(nèi)已知用于跟蹤有關(guān)醫(yī)療過程中對象坐標的多種方法 和系統(tǒng)。其中一些上述系統(tǒng)使用磁場測量.例如，美國專利5,391,199 和5, 443, 489描述了其中使用 一個或多個場變換器來確定體內(nèi)探針 坐標的系統(tǒng)，在此并入其公開作為參考。這種系統(tǒng)用于產(chǎn)生有關(guān)醫(yī) 療探針或?qū)Ч艿奈恢眯畔?諸如線團的傳感器放置在探針內(nèi)并產(chǎn)生 響應(yīng)于外部施加磁場的信號。磁場由諸如輻射體線圍的磁場變換器 產(chǎn)生，上述變換器以已知的互相間隔的位置固定到外部參照系中。
例如在下述專利中還描述了有關(guān)磁性位置跟蹤的另外的方法和 系統(tǒng)PCT專利公開物W096/05768,美國專利6, 690， 963、 6, 239， 724、 6， 618， 612和6,332, 089，以及美國專利申請公開物2002 / 0065455 Al、 2003 / 0120150 Al和2004 / 0068178 Al，其公開內(nèi)容全部結(jié)合 在此作為參考。這些公開物描述了跟蹤體內(nèi)對象位置的方法和系 統(tǒng)，所述對象諸如心臟導管、矯形植入物和在不同醫(yī)療過程中使用 的醫(yī)療工具，
在本領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的是在磁性位置跟蹤系統(tǒng)的磁場中的金 屬、順磁或鐵磁對象的存在通常使得系統(tǒng)測量失真。該失真有時由 系統(tǒng)磁場引入到上述對象中的渦電流以及其他影響引起。
本領(lǐng)域內(nèi)描述了用于在存在上述干涉的情況下執(zhí)行位置跟蹤的 多種方法和系統(tǒng)，例如美國專利6, 147, 480描述了一種方法，其中 在被跟蹤對象內(nèi)感應(yīng)的信號首先在沒有會導致寄生信號分量的任何 物品的情況下被檢測，在此并入其公開作為參考.確定信號的基線 相。當產(chǎn)生寄生磁場的物品引入到被跟蹤對象的附近時，檢測到由 于寄生分量導致的感應(yīng)的信號的相位偏移。所測量的相位偏移用于
指示對象的位置可能是不精確的.相位偏移還用于對信號進行分 析，以便去除至少一部分寄生信號分量.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例提供在存在金屬、順磁和/或鐵磁對象(統(tǒng)稱為 場失真對象)的情況下利用冗余測量執(zhí)行磁性位置跟蹤測量的改進 的方法和系統(tǒng)。
該系統(tǒng)包括在被跟蹤對象的附近產(chǎn)生磁場的兩個或更多個場發(fā) 生器，由與對象相關(guān)聯(lián)的位置傳感器感測磁場，并將所述磁場轉(zhuǎn)化 成用來計算對象位置(定位和取向)坐標的位置信號。該系統(tǒng)執(zhí)行 冗余場強測量并利用冗余信息來降低由場失真對象的存在導致的測 量誤差。
冗余測量包括由不同場發(fā)生器產(chǎn)生并由位置傳感器中的場傳感 器感測的磁場的場強測量，在描述于此的示范性實施例中，使用九
個場發(fā)生器和三個場感測線圏來獲得27個不同的場強測量.所述27
個測量用來計算被跟蹤對象的六個定位和取向坐標，從而包括大量 的冗余信息.
在一些實施例中，將旋轉(zhuǎn)不變的(rotation-invariant)坐標校 正函數(shù)應(yīng)用于所測量的場強，以產(chǎn)生被跟蹤對象的失真校正的定位 坐標.如下述所示，坐標校正函數(shù)利用冗余定位信息，以便在已校 正定位坐標中降低失真水平。
坐標校正函數(shù)可被看作響應(yīng)于在每一個所測量的場強中存在的 相應(yīng)失真水平來調(diào)整所測量的場強對已校正定位坐標的相對貢獻。 通過限定適于不同定位的不同坐標校正函數(shù)，所公開的聚類 (clustering)過程進一步改善了坐標校正函數(shù)的精確性.
在一些實施例中，被跟蹤對象的取向坐標在定位計算之后進行計 算.其他公開的方法在存在失真的情況下改善了取向計算的精確 度，并且補償位置傳感器的場傳感器的不同心性。
在一些實施例中，冗余場強測量用于鑒別一個或多個系統(tǒng)元件， 諸如場發(fā)生器和/或位置傳感器的場感測元件，其導致明顯的失真. 當執(zhí)行位置計算時，忽略與這些系統(tǒng)元件相關(guān)的場測量.在一些實 施例中，可停用導致失真的元件.因此，根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供用于跟蹤對象位置的方法，包括使用與對象相關(guān)聯(lián)的場傳感器來測量由兩個或更多個場發(fā)生器 所產(chǎn)生的磁場的場強，其中所述場強中的至少一個的測量經(jīng)受失真；響應(yīng)于所測量的場強來計算對象的旋轉(zhuǎn)不變的定位坐標；以及通過將坐標校正函數(shù)應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)不變的定位坐標來確定對象的 已校正定位坐標，以便響應(yīng)于所測量的場強中的失真來調(diào)整每一個 所測量的場強對已校正定位坐標的相對貢獻，在一些實施例中，該方法包括將對象插入到患者器官中，并且確 定對象的已校正定位坐標包括跟蹤該對象在該器官內(nèi)的位置.在一個實施例中，該失真是由經(jīng)受所述磁場中的至少一些的場失 真對象引起的，其中該對象包括選自于由金屬、順磁和鐵磁材料構(gòu) 成的組的至少一種材料。在公開的實施例中，該方法包括對處于相對于兩個或更多個場發(fā) 生器的相應(yīng)已知坐標下的磁場執(zhí)行校準測量，并且響應(yīng)于所述校準 測量導出坐標校正函數(shù)。在另一實施例中，該失真由可移動的場失 真對象導致，并且執(zhí)行校準測量包括在場失真對象的不同定位處進 行測量.另外或可替換的，導出坐標校正函數(shù)包括將擬合過程應(yīng)用 于校準測量與已知坐標的關(guān)系式.在另一實施例中，應(yīng)用坐標校正函數(shù)包括應(yīng)用多項式函數(shù)，該函 數(shù)具有包括所述旋轉(zhuǎn)不變的定位坐標中的至少一些的指數(shù)的系數(shù).在另一實施例中，應(yīng)用坐標校正函數(shù)包括響應(yīng)于所測量的場強來 鑒別導致失真的元件，并且生成坐標校正函數(shù)，以便忽略與導致失 真的元件相關(guān)聯(lián)的所測量的場強，在一些實施例中，場傳感器包括一個或多個場感測元件，并且鑒 別導致失真的元件包括確定一個或多個場感測元件和場發(fā)生器導致 所述失真。在一個實施例中，該方法包括計算對象的角取向坐標。 在另一個實施例中，在與該兩個或更多個場發(fā)生器相關(guān)聯(lián)的工作 體積(volume)內(nèi)使用場傳感器，并且確定已校正定位坐標包括 將所述工作體積分為兩個或更多個類(cluster);
為該兩個或更多個類中的每一個限定相應(yīng)的兩個或更多個類坐標校正函數(shù)；以及響應(yīng)于其中落入旋轉(zhuǎn)不變的定位坐標的類將類坐標校正函數(shù)之 一應(yīng)用于每一個旋轉(zhuǎn)不變的定位坐標.
應(yīng)用類坐標校正函數(shù)可包括應(yīng)用加權(quán)函數(shù)，以便平滑相鄰類之間 的過渡.
在另一實施例中，該方法包括使用具有不同心定位的兩個或更多 個場傳感器來測量場強，并補償由已校正定位坐標中的不同心定位 導致的不準確性.
根據(jù)本發(fā)明的實施例，還提供用于跟蹤對象位置的方法，包括使用與對象相關(guān)聯(lián)的場傳感器來測量由兩個或更多個場發(fā)生器 所產(chǎn)生的磁場的場強，以便提供冗余定位信息，其中所述場強測量 中的至少一些經(jīng)受失真；以及通過將利用冗余定位信息的坐標校正函數(shù)應(yīng)用于所述測量，確定 該對象相對于該兩個或更多個場發(fā)生器的定位坐標，以便降低失真 對定位坐標的影響，根據(jù)本發(fā)明的實施例，還提供用于跟蹤對象位置的方法，包括使用包括與對象相關(guān)聯(lián)的一個或多個場感測元件的場傳感器來 測量由兩個或更多個場發(fā)生器產(chǎn)生的磁場的場強，其中所述場強中 的至少一個的測量經(jīng)受失真；
響應(yīng)于所測量的場強，鑒別至少一個導致失真的系統(tǒng)元件，其選 自于由該一個或多個場感測元件和該兩個或更多個場發(fā)生器構(gòu)成的 組；以及響應(yīng)于所測量的場強確定該對象相對于該兩個或更多個場發(fā)生 器的位置，同時忽略與導致失真的系統(tǒng)元件相關(guān)聯(lián)的場測量，在一個實施例中，該方法包括將對象插入到患者的器官中，并且 確定對象的位置包括跟蹤該對象在該器官內(nèi)的位置.在另一實施例 中，該兩個或更多個場發(fā)生器與該對象相關(guān)聯(lián)，并且場傳感器定位 在器官的外部。在另一實施例中，鑒別導致失真的系統(tǒng)元件包括接 受推理的指示，該指示選自于由失真的特征方向和導致失真的系統(tǒng) 元件的同一性(identity)構(gòu)成的組.
在另一實施例中，鑒別導致失真的系統(tǒng)元件包括感測在與該導致 失真的系統(tǒng)元件相關(guān)的場測量中失真的存在.在一個實施例中，I 致失真的系統(tǒng)元件包括場感測元件之一和場發(fā)生器之一構(gòu)成的對. 在另一實施例中，忽略與導致失真的系統(tǒng)元件相關(guān)的場測量包括停 用導致失真的系統(tǒng)元件。根據(jù)本發(fā)明的實施例，還提供用于跟蹤對象位置的系統(tǒng)，包括 兩個或更多個場發(fā)生器，其被設(shè)置成在對象的附近生成相應(yīng)的磁場；與對象相關(guān)聯(lián)的場傳感器，其被設(shè)置成測量磁場的場強，其中所述場強中的至少一個的測量經(jīng)受失真；以及處理器，其被設(shè)置成響應(yīng)于所測量的場強來計算對象的旋轉(zhuǎn)不變 的定位坐標，以及通過將坐標校正函數(shù)應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)不變的定位坐標 來確定對象的已校正定位坐標，以便響應(yīng)于所測量的場強中的失真 來調(diào)整每一個所測量的場強對已校正定位坐標的相對貢獻.根據(jù)本發(fā)明的實施例，還提供用于跟蹤對象位置的系統(tǒng)，包括 兩個或更多個場發(fā)生器，其被設(shè)置成在對象的附近生成相應(yīng)的磁場；與對象相關(guān)聯(lián)的場傳感器，其被設(shè)置成執(zhí)行對磁場場強的測量， 以便提供冗余定位信息，其中所述場強測量中的至少 一 些經(jīng)受失 真；以及處理器，其被設(shè)置成通過將利用冗余定位信息的坐標校正函數(shù)應(yīng) 用于所述測量來確定該對象相對于該兩個或更多個場發(fā)生器的定位 坐標，以便減少失真對定位坐標的影響。根據(jù)本發(fā)明的實施例，還提供用于跟蹤對象位置的系統(tǒng)，包括 兩個或更多個場發(fā)生器，其被設(shè)置成在對象的附近生成相應(yīng)的磁場；場傳感器，其與對象相關(guān)聯(lián)并且包括一個或多個場感測元件，其 被設(shè)置成測量磁場的場強，其中所述場強中的至少一個的測量經(jīng)受 失真；以及處理器，其被設(shè)置成響應(yīng)于所測量的場強來鑒別導致失真的系統(tǒng) 元件，其選自于由該一個或多個場感測元件和該兩個或更多個場發(fā) 生器構(gòu)成的組，并且設(shè)置成確定該對象相對于該兩個或更多個場發(fā) 生器的位置同時忽略與導致失真的系統(tǒng)元件相關(guān)聯(lián)的場測量.
根據(jù)本發(fā)明的實施例，還提供在跟蹤對象位置的系統(tǒng)中使用的計 算機軟件產(chǎn)品，該產(chǎn)品包括其中儲存程序指令的計算機可讀介質(zhì)， 當由計算機讀取時，所述指令使得計算機來控制兩個或更多個場發(fā)生器以便在對象的附近生成磁場；接受由與該對象相關(guān)聯(lián)的場傳感 器執(zhí)行的磁場場強測量，其中所述場強中的至少一個的測量經(jīng)受失 真；響應(yīng)于所測量的場強來計算對象的旋轉(zhuǎn)不變的定位坐標；以及 通過將坐標校正函數(shù)應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)不變的定位坐標來確定對象的已校 正定位坐標，以便響應(yīng)于所測量的場強中的失真來調(diào)整每一個所測 量的場強對已校正定位坐標的相對貢獻。根據(jù)本發(fā)明的實施例，還提供在跟蹤對象位置的系統(tǒng)中使用的計 算機軟件產(chǎn)品，該產(chǎn)品包括其中儲存程序指令的計算機可讀介質(zhì)， 當由計算機讀取時，所述指令使得計算機來控制兩個或更多個場發(fā) 生器以便在對象的附近生成磁場；接受由與該對象相關(guān)聯(lián)的場傳感 器執(zhí)行的磁場場強測量，所述測量包括冗余定位信息，其中所述測 量中的至少一些經(jīng)受失真；以及通過將利用冗余定位信息的坐標校 正函數(shù)應(yīng)用于所述測量來確定該對象相對于該兩個或更多個場發(fā)生 器的定位坐標，以便減少失真對定位坐標的影響，根據(jù)本發(fā)明的實施例，還提供在跟蹤對象位置的系統(tǒng)中使用的計 算機軟件產(chǎn)品，該產(chǎn)品包括其中儲存程序指令的計算機可讀介質(zhì)， 當由計算機讀取時，所述指令使得計算機來控制兩個或更多個場發(fā) 生器以便在對象的附近生成磁場；接受由與該對象相關(guān)聯(lián)并包括一 個或多個場感測元件的場傳感器執(zhí)行的磁場場強測量，其中所述場 強中的至少一個的測量經(jīng)受失真；響應(yīng)于所測量的場強來鑒別導致 失真的系統(tǒng)元件，所述系統(tǒng)元件選自于由該兩個或更多個場發(fā)生器 和該一個或多個場感測元件構(gòu)成的組；以及確定該對象相對于該兩 個或更多個場發(fā)生器的位置同時忽略與導致失真的系統(tǒng)元件相關(guān)聯(lián) 的場測量。


通過參照附圖對本發(fā)明實施例進行的以下詳細描述可以更全面 地理解本發(fā)明，其中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于對體內(nèi)對象進行位置跟
蹤和操縱的系統(tǒng)的示意圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的定位墊的示意圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的導管的示意圖；圖4是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于在存在場失真的情況下進行位置跟蹤的方法的流程圖；以及圖5是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于在存在場失真的情況下進行位置跟蹤的方法的流程圖.具體實施方式
系統(tǒng)描述圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于對體內(nèi)對象進行位置跟 蹤和操縱的系統(tǒng)20的示意圖。系統(tǒng)20跟蹤和操縱體內(nèi)對象，諸如 心臟導管24，其插入到諸如患者心臟28的器官內(nèi).系統(tǒng)20還測量、 跟蹤和顯示導管24的位置(也就是定位和取向)，在一些實施例中， 導管位置與心臟的三維模型或其部分對齊(register)。導管相對 于心臟的位置在顯示器30上顯示給醫(yī)生。醫(yī)生在醫(yī)療過程中使用操 作員控制臺31來操縱導管和觀察其位置。系統(tǒng)20可用于執(zhí)行多種心臟內(nèi)手術(shù)和診斷過程，其中導管的導 航和操縱由系統(tǒng)自動或半自動地執(zhí)行，而不是由醫(yī)生手動進行。系 統(tǒng)20的導管操縱功能可例如通過使用由Stereotaxis, Inc. (St. Louis, Missouri)生產(chǎn)的Niobe 磁性導航系統(tǒng)來實現(xiàn)，有關(guān)該系 統(tǒng)的細節(jié)可在www. stereotaxis, com得到。用于磁性導管導航的方法 還例如在美國專利5, 654, 864和6, 755, 816中有所描述，在此并入 其公開作為參考.系統(tǒng)20通過將在此稱為操縱場的磁場應(yīng)用于包括導管的工作體 積內(nèi)來定位、定向和操縱導管24.將內(nèi)部磁體裝配到導管24的遠端 (distal tip).(在以下的圖3中詳細示出導管24).操縱場搮 縱(也就是，旋轉(zhuǎn)和移動)內(nèi)部磁體，從而操縱導管24的遠端.操縱場由通常定位在患者的任一側(cè)的一對外部磁體36來產(chǎn)生， 在一些實施例中，磁體36包括響應(yīng)于由控制臺31產(chǎn)生的合適操縱 控制信號來產(chǎn)生操縱場的電磁體，在一些實施例中，搮縱場通過物 理移動(例如，旋轉(zhuǎn))的外部磁體36或其部分被旋轉(zhuǎn)或另外控制.
下文將討論由于具有其位置隨時間可能非常接近于工作體積的大金屬對象例如磁體36而引起的難題.在醫(yī)療過程中系統(tǒng)20測量和跟蹤導管24的定位和取向.為了該 目的，該系統(tǒng)包括定位墊40.圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的定位墊40的示意圖。定位墊 40包括諸如場發(fā)生線閨44的場發(fā)生器.線團44以固定的已知定位 和取向設(shè)置在工作體積附近.在圖1和圖2的示范性構(gòu)造中，定位 墊40水平放置在其上躺有患者的床下.該例子中的墊40具有三角 形形狀并包括三個三線團(tri-coil ) 42。每個三線團42包括三個 場發(fā)生線團44。這樣在本例子中，定位墊40包括總共九個場發(fā)生線 團。在每個三線圏42中的三個線團44在互相正交的平面內(nèi)取向. 在替換的實施例中，定位墊40可包括設(shè)置成任何適當?shù)膸缀螛?gòu)造的 任何數(shù)目的場發(fā)生器.參照圖1，控制臺31包括信號發(fā)生器46，其產(chǎn)生驅(qū)動線困44 的驅(qū)動信號.在圖l和圖2所示的實施例中，產(chǎn)生九個驅(qū)動信號。 每個線閨44響應(yīng)于驅(qū)動其的相應(yīng)驅(qū)動信號產(chǎn)生在此稱為跟蹤場的磁 場。跟蹤場包括交流(AC)場.通常由信號發(fā)生器46產(chǎn)生的驅(qū)動信 號的頻率(以及由此的相應(yīng)跟蹤場的頻率)在幾百Hz到幾KHz的范 圍內(nèi)，但是也可使用其它的頻率范圍.裝配到導管24的遠端內(nèi)的位置傳感器感測由線圍44產(chǎn)生的跟蹤 場并產(chǎn)生相應(yīng)的位置信號，其指示該傳感器相對于場發(fā)生線團的定 位和取向.位置信號通常沿通過導管24延伸到控制臺的電纜被發(fā)送 到控制臺31,控制臺31包括跟蹤處理器48，其響應(yīng)于位置信號計 算導管24的定位和取向。處理器48使用顯示器30將導管的通常表 示為六維坐標的定位和取向顯示給醫(yī)生.處理器48還控制和管理信號發(fā)生器46的操作.在一些實施例 中，場發(fā)生線圍44由具有不同頻率的驅(qū)動信號驅(qū)動，以便在它們的 磁場之間進行區(qū)分?？商鎿Q的，場發(fā)生線閨可以被順序驅(qū)動，以便 位置傳感器在任何給定的時間測量源自單個線團44的跟蹤場.在這 些實施例中，處理器48交替進行每個線團44的操作，并將從導管 接收到的位置信號與合適的場發(fā)生線團相關(guān)聯(lián)。通常，跟蹤處理器48使用通用的計算機來實現(xiàn)，其用軟件來編
程以執(zhí)行在此描述的功能.所述軟件例如可經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)以電子形式下
栽到計算機，或者可替換的，其可借助諸如CD-ROM的有形介質(zhì)提供 給計算機.跟蹤處理器可以與控制臺31的其它計算功能集成，圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的導管24的遠端的示意圖.如 上所述，導管24包括內(nèi)部磁體32和位置傳感器52.導管24還可包 括一個或多個電極56，例如消融電極和用于感測局部電勢的電極. 位置傳感器52包括諸如場感測線圉60的場感測元件。在一些實施 例中，位置傳感器52包括在三個互相正交的平面內(nèi)取向的三個場感 測線團60。每個線閨60感測AC跟蹤場的三個正交分量之一，并響 應(yīng)于所感測的分量產(chǎn)生相應(yīng)的位置信號.傳感器52和電極56 —般 通過延伸穿過導管的電纜64連接到控制臺31.
在本領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的是，放置在AC磁場中的金屬、順磁和鐵 磁對象(在此統(tǒng)稱為場失真對象)導致在其附近場的失真.例如， 當金屬對象經(jīng)受AC磁場時，在該對象內(nèi)引起渦電流，其又產(chǎn)生使AC 磁場失真的寄生磁場。鐵磁對象通過吸引和改變場線的密度和取向 而使磁場失真.在磁性位置跟蹤系統(tǒng)的情況下，當場失真對象存在于位置傳感器 52的附近時，由傳感器52感測的跟蹤場失真，導致錯誤的位置測量. 失真的嚴重性通常依賴于存在的場失真材料的量、其與位置傳感器 以及場發(fā)生線團的接近程度、和/或其中跟蹤場撞擊到場失真對象 上的角度。在圖l的系統(tǒng)中，例如，外部磁體36通常包含大量的場 失真材料并且被設(shè)置成非常接近工作體積。因此，外部磁體36可能 導致通過位置傳感器感測的跟蹤場的明顯失真.
下述的方法和系統(tǒng)主要涉及在存在跟蹤磁場的嚴重失真的情況 下執(zhí)行精確的位置跟蹤測量，圖1的導管操縱系統(tǒng)僅僅是作為示例 性應(yīng)用來描述的，其中位于位置跟蹤系統(tǒng)的工作體積內(nèi)或附近的對 象導致跟蹤場的嚴重的、隨時間變化的失真.但是，本發(fā)明的實施 例決不限于磁性操縱應(yīng)用.在此描述的方法和系統(tǒng)可用于任何其它 合適的位置跟蹤應(yīng)用中，用于降低這種失真影響。例如，在此描述 的方法和系統(tǒng)可用來降低由諸如C形臂熒光鏡和磁共振成像(MRI) 設(shè)備的對象所導致的場失真影響.在替換的實施例中，系統(tǒng)20可用來跟蹤多種類型的體內(nèi)對象，
諸如導管、內(nèi)窺鏡和矯形植入物，以及用于耦接到醫(yī)療和手術(shù)工具 和器械的跟蹤位置傳感器.使用冗余測量信息來降低失真的方法如上所述，系統(tǒng)20包括產(chǎn)生九個相應(yīng)跟蹤場的九個場發(fā)生線團 44。這些場的每一個由三個場感測線困60來感測，這樣系統(tǒng)執(zhí)行總 共27個場投影測量，以便計算導管24的六個定位和取向坐標.很 明顯，這27個測量包含大量的冗余信息。該冗余信息可用于改善系 統(tǒng)的抗失真性，所述失真由諸如外部磁體36的場失真對象導致.可將這27個場測量看作27維矢量空間中的矢量，該矢量空間的 每個維度對應(yīng)于一對(場發(fā)生線圏44,場感測線團60K由于測量中 的冗余性，通常可確定該矢量空間的較低維度的子空間，其相對于 場失真是不變的或幾乎不變.在下面困4中描述的位置跟蹤方法使 用在場測量中存在的冗余信息來改善在存在這種場失真的情況下的 位置測量的精確度.原則上，該方法首先計算分別相對于三個三線圃42限定位置傳 感器52的定位的三個定位矢量.這些定位矢量相對于位置傳感器的 角取向是不變的，并被稱為旋轉(zhuǎn)不變量.定位矢量是取向不變的， 因為如下所示，它們是基于所測量的場強度計算的，而不是基于場 強在場感測線團上的投影計算的.通過坐標校正函數(shù)來校正定位矢量(旋轉(zhuǎn)不變量)，其利用冗余 測量信息來改進抗場失真性.接下來計算位置傳感器的取向坐標以 完成該傳感器的六維定位和取向坐標.在一些實施例中，圖4的方 法還包括校準和聚類步驟，以及用于補償位置傳感器52的線困60 的不同心性的過程.雖然下面圖4的方法涉及定位墊和包括三個互相正交的場感測 線閨的位置傳感器，所述定位墊包括以三線圍42設(shè)置成三個互相正 交的組的九個場發(fā)生線團，但是該構(gòu)造只是為了概念清楚的目的所 選擇的示范性構(gòu)造，在替換的實施例中，定位墊40和位置傳感器52 可包含設(shè)置成任何合適的幾何構(gòu)造的任何數(shù)目的線團44和線圏60。圖4是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于在存在場失真 的情況下進行位置跟蹤的方法的流程圖.該方法開始于在校準步驟100處對由定位墊40產(chǎn)生的跟蹤場進行映射和校準.通常，步驟100的校準過程在制作定位墊40的過程中執(zhí)行，并且所述校準結(jié)果存儲于耦接到定位墊的合適的存儲裝置中.例如在 美國專利6, 335, 617中描述了可以用于該目的的校準裝置和一些相 關(guān)的校準程序，在此并入其公開作為參考.在校準過程中，類似于位置傳感器52的校準傳感器通過墊40 周圍的在三維工作體積內(nèi)的多個定位被掃描。在校準傳感器的每個 定位處，墊40中的九個場發(fā)生線團44中的每一個被驅(qū)動以產(chǎn)生相 應(yīng)的跟蹤場，并且校準傳感器的三個場感測線團60測量該跟蹤場. 記錄與每個定位相關(guān)的所感測的場強.在一些實施例中，校準過程包括在校準傳感器的每個定位處執(zhí)行 多個場測量。通常，這些測量中的一些包括自由空間測量(也就是， 當工作體積和其附近沒有場失真對象時進行的測量).其它測量是在存在場失真對象的情況下在系統(tǒng)操作過程中希望它們所處的相同 位置中進行的。例如，當場失真對象包括物理移動到搮縱導管24的 外部磁體36時，在磁體移動經(jīng)過它們的整個預(yù)期運動范圍的同時執(zhí) 行場測量.在校準中可包括的其它場失真對象包括例如用于照射患 者的熒光鏡，以及患者躺在其上的床.所述校準裝置執(zhí)行場測量，并記錄測量結(jié)果以及校準傳感器的相 關(guān)的已知定位。在一些實施例中，所述校準程序由機器人或其它自 動校準裝置來執(zhí)行，所述校準裝置在墊40周圍跨越工作體積移動校 準傳感器.在一些實施例中，所制作的每個墊40使用在此描述的校準程序 進行校準.可替換的，諸如當墊40的制作過程充分可重復(fù)時，整個 校準程序可只對單個定位墊或墊的樣品進行，并且結(jié)果用于校準剩 余的墊.另外，可替換的，墊的樣品可經(jīng)受整個校準程序.對于剩 余的墊來說，只記錄指示自由空間測量和失真測量之間的場強差異 的不同結(jié)果.在一些情況下，材料構(gòu)成、機械結(jié)構(gòu)和/或場失真對象的定位是 已知的。在這些情況下，由這些對象導致的干涉可被制作成模型， 并且該模型用作校準測量的一部分.在一些情況下，當存在多個場 失真對象時，可分別對每個對象進行校準測量.然后將各個校準測
量結(jié)合起來。另外或可替換的，可使用任何其它合適的獲得校準測 量組的方法。利用該多個場投影測量來導出三個旋轉(zhuǎn)不變的坐標校正函數(shù)，每 個場投影測量與校準傳感器的已知定位相關(guān).隨后將在正常系統(tǒng)操作期間應(yīng)用所述校正函數(shù).所述函數(shù)接受由位置傳感器52測量的一 組原始場測量作為輸入。這些原始測量可能由于存在場失真對象而 失真。這三個函數(shù)產(chǎn)生位置傳感器52相對于定位墊40的三個相應(yīng) 的已校正定位坐標，在一些實施例中，所述校正函數(shù)補償由場失真 對象導致的失真，以及補償由于由線圍44產(chǎn)生的跟蹤場偏離了理想 的偶極子場的事實導致的誤差.然而，將跟蹤場模擬為偶極子場并 不是強制性的.在一些實施例中，使用擬合過程來確定坐標校正函數(shù).所述擬合 過程確定這樣的函數(shù)所述函數(shù)將在上面的校準步驟100期間測量 的定位坐標與校準傳感器的已知定位坐標最佳地擬合。在本領(lǐng)域內(nèi) 已知的任何合適的擬合方法都可用于該目的，例如多項式回歸方 法。這樣，擬合過程有效地使坐標校正函數(shù)響應(yīng)于在原始測量中所包 含的失真水平來調(diào)整每個原始定位坐標對已校正定位坐標的相對貢 獻.具有低失真含量的原始定位坐標通過擬合過程可能被強調(diào)或被 給定更多加權(quán).具有高失真含量的原始定位坐標可能被給定較少的 加權(quán)或甚至被忽略，這樣，坐標校正函數(shù)可被看作將原始場測量變換成對失真來說盡 可能不變的子空間.由于擬合過程考慮了大量的校準測量，因此該 子空間對不同的場失真對象幾何形狀導致的失真來說是不變的.在一些實施例中，坐標校正函數(shù)可忽略與給計算帶來明顯失真的 一個或多個導致失真的系統(tǒng)元件相關(guān)的場測量。導致失真的元件可 包括場發(fā)生線團44，場感測線圃60和/或{線圏44，線閨60}的對. 在這些實施例中，例如通過將坐標校正函數(shù)的合適系數(shù)設(shè)定為零或 另外對所述函數(shù)進行整形以對這些元件不敏感，所述函數(shù)可忽略有 關(guān)導致失真的元件的測量。在一些實施例中，導致失真的元件可被 關(guān)斷或者被停用。原始定位坐標表示為由rt。表示的三個矢量，其中tc-l…3，表 示在測量中使用的三線團42的下標.矢量r"包括三個定位坐標 (xtc， y"， ztj，其表示如響應(yīng)于由三線團tc產(chǎn)生的跟蹤場計算的位 置傳感器的定位坐標.按照慣例，rt。是相對于定位墊40的參照系來 表示的。假設(shè)為理想的偶極子場，用于基于所測量的場強計算r"的 示范性數(shù)學過程在下面的步驟102中進一步給出.在一些實施例中，這三個坐標校正函數(shù)包括多項式函數(shù).在下述 的說明中，每個函數(shù)包括不包含任何截項的定位坐標的三階多項式 (也就是，該多項式可以包含x， x2， x3， y， y2， y3， z， 22和23項， 但是不包含例如xy2， xyz或y2z項).這樣，坐標校正函數(shù)的輸入 可表達為用In表示的28維矢量，其被定義為In-{1， n， "， r3， r2， n2， r32， ri3， r23， r。 - {1， xi, yi， zi， xi， yi, Z2， X3， y、 Z3， xi2，22222222333333333、 #<4*yi ， zi ， X2 , y2 ， Z2 ， X3 ， y3 ， Z3 ， xi ， yi ， zi ， X2 ， y2 , Z2 ， X3 ， y3 ， Z3}， 兵寧 第一 "1"項用作偏差(offset),這三個坐標校正函數(shù)具有下述形 式28 28[i〕 ycor = S々i工ni28其中X譜，y。。r和Ze。r分別表示位置傳感器52相對于定位墊40的失真校正的定位坐標x， y和z, 系數(shù)oci…(X2,， & i…0 2 和y i…y 2g 表示多項式函數(shù)的系數(shù)。在該例子中，上述的擬合過程包括擬合多 項式系數(shù)的值。這三組系數(shù)可設(shè)置成用Lc。eff表示的系數(shù)矩陣，其被定義為"1A 1 a2 ft[2]lcoeff =;28 -28 "8_利用該表達式，位置傳感器的已校正定位坐標被給定為[3]rcor =〖乂cor, ycor' Zcor^ =工n 工coeff
為了進一步闡明坐標校正函數(shù)的有效性，考慮校準傳感器的特定定位。在步驟100的校準過程中，在該特定定位處在自由空間和在存在由不同場失真對象導致的失真的情況下進行多次場強測量，正 如在系統(tǒng)正常操作期間希望發(fā)生的那樣.坐標校正函數(shù)用單個校正 值代替這些多次測量，該值最佳地擬合校準傳感器的已知定位坐標。坐標校正函數(shù)有效地利用包含在27個原始位置測量中的冗余信 息來改善抗失真性，例如，由于磁場的強度隨距離快速表減(與1 /一成比例)，因此使用離場失真對象更遠的三線困42執(zhí)行的測量 通常將產(chǎn)生包含較少失真的測量.在這些情況下，當計算坐標校正 函數(shù)的系數(shù)oti， Pi和Yi時，擬合過程通常將給與該較低失真的三 線團相關(guān)聯(lián)的測量提供較高的加權(quán)。作為另一例子，在一些情況下，場失真對其中磁場撞擊到場失真 對象上的角度非常敏感.由于在每個三線圍42中的三個場發(fā)生線圏 44互相正交，因此通常會存在其跟蹤場產(chǎn)生較少或不產(chǎn)生失真的至 少一個線團44。再一次地，用來計算系數(shù)cu, Pi和Y!的擬合過程 通常將給與該較低失真的線團44相關(guān)聯(lián)的測量提供較高的加權(quán).總而言之，校準步驟100包括映射定位墊40周圍的工作體積， 其后導出坐標校正函數(shù)，所述函數(shù)隨后將所測量的原始定位坐標轉(zhuǎn) 換成位置傳感器52的失真校正的定位坐標.下面的步驟102- 110在系統(tǒng)20的正常操作過程中由跟蹤處理器 48來執(zhí)行，只要需要位置跟蹤測量.在不變量計算步驟102，處理 器48計算旋轉(zhuǎn)不變的定位坐標r"(也稱為原始定位坐標).如上所 述，隨后的計算假設(shè)由線圉44產(chǎn)生的跟蹤場為理想的偶極子場，對于具有下標tc- 1…3的每個三線囷42來說，處理器48計算用MtM表示的場強度矩陣，其被定義為[4]畫=07tc . Wtc/ . fC7tc . MtcJ其中U"為包含由三線團tc的三個場發(fā)生線閨44產(chǎn)生的跟蹤場的場 強的3 x 3矩陣，所述場強是通過位置傳感器52的三個場感測線圍 60測量的，每個矩陣元素(Utc) u表示由在三線圏tc中的第j個場 發(fā)生線團44產(chǎn)生的場強，其被傳感器52的第i個場感測線閨60感
測。矩陣M"是包括三線團tc的磁矩矩陣的逆的3 x 3矩陣。算符()'表示矩陣轉(zhuǎn)置?，F(xiàn)在處理器48計算lrl，其代表定位矢重r"的矢徑或大小.|r| &^《力||r| = rrace(^t;M / 6 ,矢量rt。的方向由矩陣MtM的對應(yīng)于最大特征值的特征矢量的方 向來逼近。為了確定該特征矢量，處理器48將對矩陣MtM施加如本 領(lǐng)域中已知的奇異值分解(SVD)過程 [5]〖u, w,力=SV罪W其中u代表特征矢量，且w代表矩陣MtM的特征值.讓u(l)代表對應(yīng)于最大特征值的特征矢量。為了解決不確定性 (ambiguity),如果必要的話，通過選擇矢量u (1)的鏡像，將u(l) 的z軸分量(按照慣例，特征矢量的第三分量)定為正值.換句話 說，如果u(l). {0，0,1}<0，那么u(l) = -u(l),最后，原始定位坐 標矢量rt。推定為[6] rtc = H . uO) + ctc其中Ctc代表定位墊40的坐標系中的三線團tc的定位坐標矢量.對于墊40的所有三線團42來說，跟蹤處理器48通常重復(fù)步驟 102的過程.步驟102的輸出為三矢量r"， tc-l…3，給定位置傳 感器52相對于三線圍42的原始定位坐標.如上所述，原始定位坐 標是未校正的，并且可能包含由場失真對象導致的失真.現(xiàn)在處理器48在校正坐標計算步驟104計算傳感器52的失真校 正的定位坐標.為了該目的，處理器48使用在上面的校準步驟100 計算的坐標校正函數(shù)。在上述示范性的實施例中，其中所述函數(shù)包 括三階多項式，所述三個坐標校正函數(shù)用矩陣L。。。"來表達，其在上 面的等式[2]中被定義。在該實施例中，代表傳感器52的失真校正 的定位坐標的矢量r。。r被給定為 [7]rcor = 111 ' Lcoe_ff其中In代表原始定位坐標和其指數(shù)的輸入矢量，如上所述.在替換 的實施例中，通過將坐標校正函數(shù)應(yīng)用于所測量的原始定位坐標來計算矢量fcor.
在一些實施例中，跟蹤處理器48在聚類步驟106將聚類過程應(yīng) 用于位置測量.坐標校正函數(shù)的精確性通常可通過將工作體積分為 兩個或更多個稱為類的子空間并限定適于每個類的不同坐標校正函 數(shù)來改善.讓N代表類的數(shù)目.在其中坐標校正函數(shù)用矩陣L咖"來表達的 實施例中，例如，處理器48在上面的校準步驟100為每個類c (c sl…N)計算表示為L。Mff-c的類系數(shù)矩陣.在上面的步驟104，處理 器48確定每個原始定位坐標測量所屬的類，并且應(yīng)用合適的類系數(shù) 矩陣來產(chǎn)生失真校正的定位坐標。在一些實施例中，鄰近類之間的過渡使用加權(quán)函數(shù)來平滑.在這 些實施例中，為每個類c限定表示為戶c的原型坐標，通常定位于該 類的中心。處理器48通過對利用每個類的坐標校正函數(shù)計算的已校 正定位坐標求和來計算表示為r，的加權(quán)校正的坐標，其被利用原始 坐標r距離類的原型坐標戶c的距離加權(quán)其中a和t是用于對加權(quán)函數(shù)進行適當定形的常數(shù).在一些實施例中，處理器48驗證經(jīng)處理的原始定位坐標確實位 于在上面的步驟100映射的工作體積內(nèi).該有效性檢查有時是需要 的，以便確保使用的坐標校正函數(shù)確實對于所討論的坐標有效，在 一些實施例中，如果發(fā)現(xiàn)原始定位坐標處于映射的工作體積之外， 則處理器48通知該位置的醫(yī)生，諸如通過使用不同顏色或困標來顯 示該坐標，或通過呈現(xiàn)警報消息。在一些實施例中，原始坐標在不 應(yīng)用校正的情況下被顯示?？商鎿Q的，所述測量可被忽略.例如，在一些實施例中，處理器48在校準步驟IOO期間產(chǎn)生用 V表示的有效性矩陣.矩陣V包括三維位矩陣，其中每個位對應(yīng)于在 工作體積內(nèi)具有用d表示的分辨率的三維體素(也就是，單位體積，[8]& = E Wr - , In . 1^。^加權(quán)函數(shù)/Yr-戶c,被定義為: 像素的三維等同物).如果相應(yīng)的體素坐標處于映射的工作體積內(nèi)，則設(shè)定矩陣v的每個位，否則重新設(shè)置該位，為了保存存儲空間，矩陣V可表示為32位字的二維陣列.該陣 列的兩個下標對應(yīng)于體素的x和y坐標，并且在標記的32位字中的 每個位對應(yīng)于體素的z軸坐標。下面的偽碼示出用于標記矩陣V的示范性方法，以便驗證坐標{x， y， z}是否位于有效的工作體積內(nèi)〖x工nx,ylnx,z:r一 - round/" z卜一,yo,20",'vaJid = JbitSet/"V7xI"nx,y工nx) ,z工nxj ,'其中row^/W代表最接近x的整數(shù)，以及(x。，yo，z。)代表映射的工作 體積的角坐標.(xlnx，ylnx，zlnx)代表矩陣V的下標.MinX， MaxX，MinY， MaxY, MinZ， MaxZ分別代表x， y和z坐標的范圍限制. 如果設(shè)定開方(extract)的有效位，則處理器48推斷坐標{x， y， z} 位于映射的工作體積內(nèi)，并且反之亦然.在一些實施例中，可限定兩個或更多個有效性矩陣.例如，可單 獨映射并且使用第二有效性矩陣限定工作體積的邊界或外邊.在該階段，處理器48計算位置傳感器52的失真校正的定位坐 標，通常表示為三維坐標。為了獲得位置傳感器的完整的六維坐標， 現(xiàn)在處理器48在取向計算步驟108計算位置傳感器的角取向坐標.在一些實施例中，使用下述關(guān)系式來計算取向坐標其中Mt。代表上述的逆矩矩陣，R表示代表傳感器52相對于定位墊40 的坐標系的角取向的旋轉(zhuǎn)矩陣，并且B"代表傳感器52的線閨60處 所測量的磁場.矩陣R可根據(jù)下式來估算<formula>formula see original document page 24</formula>
其中M<formula>formula see original document page 25</formula>
B"的測量可包含來自場失真對象的失真，其又會影響矩陣R的 估算精確性.通過將對稱的分解過程應(yīng)用于R可改善估算精確性。 例如，讓R、Rt'R。處理器48將SVD過程應(yīng)用于Rz:<formula>formula see original document page 25</formula>其中m2， u 和1132代表112的特征值， 將S定義為<formula>formula see original document page 25</formula>處理器48計算用及表示的改善精確性的旋轉(zhuǎn)矩陣，及被給定為 [13]及-及'^T1計算完失真校正的定位和取向坐標后，現(xiàn)在處理器48具有位置 傳感器52的完整的六維坐標.直到現(xiàn)在為止假定位置傳感器52的場感測線團60為同心的，也 就是，具有相同的定位坐標.但是在一些情況下，構(gòu)建傳感器52使 得線團60不是同心的，該不同心性將附加的不精確性引入到失真校 正的坐標中.在一些實施例中，跟蹤處理器48在不同心性補償步驟 IIO補償由場感測線圍的不同心性導致的不精確性.例如，處理器48可應(yīng)用迭代的補償過程來補償這些不精確性。 考慮用ME。表示的跟蹤場，其由三線圍tc的線團co產(chǎn)生并由不同 心的位置傳感器52測量.讓矢量？表示傳感器的線團60之一相對于
三線圏tC的用作參考坐標的定位坐標.讓F"和"2表示限定另兩個 場感測線圉相對于第一 (參考)線圉的位置偏移的兩個矢量.在傳感器52中由三線圃tc的線囷co產(chǎn)生的跟蹤場被給定為[14<image>image see original document page 26</image>其中場矢量的第二行對應(yīng)于參考線圏.及表示由上面等式[13]定義的 改善精確性的旋轉(zhuǎn)矩陣。處理器48通過迭代地重復(fù)上面的步驟104-108來改善ME".w的 估算.在每個迭代步猓i+l，所測量的場被給定為=艦tc,co +負i[15]<image>image see original document page 26</image>在一些實施例中，處理器48執(zhí)行預(yù)定數(shù)目的迭代步驟.可替換 的，限定收斂閾值th，并且重復(fù)該迭代過程直到滿足下式為止[16]<image>image see original document page 26</image>利用方向選擇降低失真的方法如上所述，在一些情況下，引入到特定場強測量中的失真高度依 賴于所使用的場生成線圍、所使用的場感測線閨和導致失真的場失 真對象的相互定位和/或取向。因此當使用具有不同定位和取向的多個場生成線圉44和場感測線圍60來執(zhí)行冗余場測量時，通?？梢?鑒別作為失真的主要貢獻者的一個或多個線圍44和/或線團60.忽 略與這些導致失真的系統(tǒng)元件相關(guān)的測量可明顯降低在位置計算中 的總失真量。圖5是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于在存在場失真 的情況下基于識別和除去導致失真的元件進行位置跟蹤的方法的流 程圖。圖5的方法涉及在患者體內(nèi)的導管24的單一位置處的單一位 置跟蹤計算.當然該方法可在貫穿位置跟蹤系統(tǒng)的整個工作體積分 布的多個位置處應(yīng)用.該方法開始于在測量步驟120系統(tǒng)20執(zhí)行冗余場測量，通常使 用不同對的(場生成線囷44，場感測線圍60}進行多次場強測量.如 上所述，圖1和圖2的示范性系統(tǒng)構(gòu)造包括總共27個線圍對，導致 最大數(shù)目的27個冗余場測量.現(xiàn)在跟蹤處理器48在鑒別步驟122從冗余場測量中鑒別一個或 多個導致失真的測量.導致失真的測量由高水平的失真來表征.在 一些實施例中，處理器48可自動探測和量化冗余場測量中的失真水 平。為了該目的可使用任何合適的方法，諸如在上面引用的美國專 利6，147， 480中描述的方法。利用導致失真的測量，處理器48鑒別 一個或多個導致失真的系統(tǒng)元件，其可包括與導致失真的測量相關(guān) 的場發(fā)生線圏44、場感測線圏60和/或{線圍44，線圏60)對.附加的或可替換的，失真的特征方向可被推理地指示給處理器 48。在一些情況下，失真的已知方向向處理器指示線圉44和/或線 團60中的哪一個特別容易受失真的影響，并且因此有可能包括導致 失真的元件.此外可替換的，產(chǎn)生(或可能產(chǎn)生)導致失真的測量 的特定線閨44、線圏60和/或?qū)線圍44，線閨60}的同一性可被推 理地指示給處理器.跟蹤處理器48在位置計算步驟24計算位置傳感器52 (以及導 管24)的位置坐標，同時忽略與導致失真的元件相關(guān)的測量.在一 些實施例中，與導致失真的元件相關(guān)的測量從位置計算中忽視或忽 略?？商鎿Q的，特定的導致失真的元件可被關(guān)斷或停用。結(jié)合圖5中的方法、諸如上述圖4的方法、以及在上面引用的一 些公開物中描述的方法，處理器48可使用任何合適的位置跟蹤方法 來計算傳感器52 (以及導管24 )的位置.在一些實施例中，上面圖5中所示的方法可類似地用于其中跟蹤 場由導管24產(chǎn)生并由外部定位的位置傳感器感測的系統(tǒng)構(gòu)造中.在 這些實施例中，信號發(fā)生器46產(chǎn)生驅(qū)動信號，所述驅(qū)動信號驅(qū)動導 管24中的場發(fā)生器來產(chǎn)生跟蹤場。外部的位置傳感器感測所述跟蹤 場。然后根據(jù)合適的方法利用所感測的場來確定導管24的沒有失真 的位置.雖然在此描述的實施例主要涉及改善醫(yī)療位置跟蹤和操縱系統(tǒng) 的抗失真性，但是這些方法和系統(tǒng)可用于另外的應(yīng)用，諸如用于降 低由操作間的桌子、熒光鏡設(shè)備、MRI設(shè)備和/或任何其它場失真對 象導致的失真.因此應(yīng)該意識到所述的實施例只是通過例子的方式進行引證，但 是本發(fā)明并不限于上文已經(jīng)特別示出的和描述的.而且，本發(fā)明的 范圍包括上述各種特征以及在閱讀前述說明之后本領(lǐng)域技術(shù)人員可 對其進行的在現(xiàn)有技術(shù)中未公開的變型和修改的組合和子組合，
權(quán)利要求
1. 用于跟蹤對象位置的方法，包括使用與該對象相關(guān)聯(lián)的場傳感器來測量由兩個或更多個場發(fā)生 器所產(chǎn)生的磁場的場強，其中所述場強中的至少一個的測量經(jīng)受失真；響應(yīng)于所測量的場強來計算該對象的旋轉(zhuǎn)不變的定位坐標；以及 通過將坐標校正函數(shù)應(yīng)用于所述旋轉(zhuǎn)不變的定位坐標來確定該 對象的已校正定位坐標，以便響應(yīng)于所測量的場強中的失真來調(diào)整 每一個所測量的場強對已校正定位坐標的相對貢獻.
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，并且包括將該對象插入到患者 的器官中，其中確定對象的已校正定位坐標包括跟蹤該對象在該器 官內(nèi)的位置，
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該失真是由經(jīng)受所述磁場 中的至少一些的場失真對象導致的，其中該對象包括選自于由金 屬、順磁和鐵磁材料構(gòu)成的組的至少一種材料.
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，并且包括對處于相對于兩個或更多個場發(fā)生器的相應(yīng)已知坐標下的磁場執(zhí)行校準測量，并且響應(yīng) 于所述校準測量導出坐標校正函數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中該失真由可移動的場失真 對象導致，并且其中執(zhí)行校準測量包括在場失真對象的不同定位處 進行測量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中導出坐標校正函數(shù)包括將 擬合過程應(yīng)用于校準測量與已知坐標的關(guān)系式.
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中應(yīng)用坐標校正函數(shù)包括應(yīng) 用多項式函數(shù)，該多項式函數(shù)具有包括所述旋轉(zhuǎn)不變的定位坐標中 的至少一些的指數(shù)的系數(shù)，
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中應(yīng)用坐標校正函數(shù)包括響 應(yīng)于所測量的場強來鑒別導致失真的元件，并且生成坐標校正函數(shù) 以便忽略與導致失真的元件相關(guān)聯(lián)的所測量的場強.
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述場傳感器包括一個或 多個場感測元件，并且其中鑒別導致失真的元件包括確定一個或多 個場感測元件和場發(fā)生器導致所述失真。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，并且包括計算該對象的角取向坐標，
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在與該兩個或更多個場發(fā) 生器相關(guān)聯(lián)的工作體積內(nèi)使用該場傳感器，并且其中確定已校正定位坐標包括將所述工作體積分為兩個或更多個類；為該兩個或更多個類中的每一個限定相應(yīng)的兩個或更多個類坐 標校正函數(shù)；以及響應(yīng)于其中落入旋轉(zhuǎn)不變的定位坐標的類將類坐標校正函數(shù)之 一應(yīng)用于每一個旋轉(zhuǎn)不變的定位坐標.
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中應(yīng)用類坐標校正函數(shù)包 括應(yīng)用加權(quán)函數(shù)，以便平滑相鄰類之間的過渡.
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，并且包括使用具有不同心定位 的兩個或更多個場傳感器來測量場強，并補償由已校正定位坐標中 的不同心定位導致的不準確性。
14. 用于跟蹤對象位置的方法，包括使用與該對象相關(guān)聯(lián)的場傳感器來測量由兩個或更多個場發(fā)生 器所產(chǎn)生的磁場的場強，以便提供冗余定位信息，其中所述場強測 量中的至少一些經(jīng)受失真；以及通過將利用冗余定位信息的坐標校正函數(shù)應(yīng)用于所述測量，確定 該對象相對于該兩個或更多個場發(fā)生器的定位坐標，以便降低失真 對定位坐標的影響。
15. 用于跟蹤對象位置的方法，包括使用包括與該對象相關(guān)聯(lián)的一個或多個場感測元件的場傳感器 來測量由兩個或更多個場發(fā)生器產(chǎn)生的磁場的場強，其中所述場強 中的至少一個的測量經(jīng)受失真；響應(yīng)于所測量的場強，鑒別至少一個導致失真的系統(tǒng)元件，其選 自于由該一個或多個場感測元件和該兩個或更多個場發(fā)生器構(gòu)成的 組；以及響應(yīng)于所測量的場強確定該對象相對于該兩個或更多個場發(fā)生 器的位置，同時忽略與導致失真的系統(tǒng)元件相關(guān)聯(lián)的場測量.
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，并且包括將該對象插入到患 者的器官中，其中確定對象的位置包括跟蹤該對象在該器官內(nèi)的位 置.
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中該兩個或更多個場發(fā)生器與該對象相關(guān)聯(lián)，并且其中該場傳感器定位在所述器官的外部.
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中鑒別導致失真的系統(tǒng)元 件包括接受推理的指示，該指示選自于由所述失真的特征方向和導 致失真的系統(tǒng)元件的同一性構(gòu)成的組.
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中鑒別導致失真的系統(tǒng)元 件包括感測在與該導致失真的系統(tǒng)元件相關(guān)的場測量中失真的存 在.
20. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中導致失真的系統(tǒng)元件包 括場感測元件之一和場發(fā)生器之一構(gòu)成的對。
21. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中忽略與導致失真的系統(tǒng) 元件相關(guān)的場測量包括停用導致失真的系統(tǒng)元件.
22. 用于跟蹤對象位置的系統(tǒng)，包括兩個或更多個場發(fā)生器，其被設(shè)置成在對象的附近生成相應(yīng)的磁場；與對象相關(guān)聯(lián)的場傳感器，其被設(shè)置成測量磁場的場強，其中所 述場強中的至少一個的測量經(jīng)受失真；以及處理器，其被設(shè)置成響應(yīng)于所測量的場強來計算對象的旋轉(zhuǎn)不變 的定位坐標，以及通過將坐標校正函數(shù)應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)不變的定位坐標 來確定對象的已校正定位坐標，以便響應(yīng)于所測量的場強中的失真 來調(diào)整每一個所測量的場強對已校正定位坐標的相對貢獻.
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中該對象適于插入到患者 的器官中，并且其中該處理器被設(shè)置成跟蹤該對象在該器官內(nèi)的位
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中該失真是由經(jīng)受所述磁 場中的至少一些的場失真對象導致的，其中該對象包括選自于由金 屬、順磁和鐵磁材料構(gòu)成的組的至少一種材料，
25. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中通過在相對于兩個或更 多個場發(fā)生器的相應(yīng)已知坐標下對磁場執(zhí)行校準測量并且響應(yīng)于所 述校準測量導出坐標校正函數(shù)來確定坐標校正函數(shù).
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中該失真由可移動的場失 真對象導致，并且其中所述校準測量包括在場失真對象的不同定位 處進行的測量。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中該處理器被設(shè)置成將擬 合過程應(yīng)用于校準測量與已知坐標的關(guān)系式，以便導出坐標校正函 數(shù).
28. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中該坐標校正函數(shù)包括多 項式函數(shù)，該多項式函數(shù)具有包括所述旋轉(zhuǎn)不變的定位坐標中的至 少一些的指數(shù)的系數(shù)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中該處理器被設(shè)置成響應(yīng) 于所測量的場強來鑒別導致失真的元件，并且生成坐標校正函數(shù)以 便忽略與導致失真的元件相關(guān)聯(lián)的所測量的場強.
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中該場傳感器包括一個或 多個場感測元件，并且其中該處理器被設(shè)置成鑒別選自于由場感測 元件和場發(fā)生器構(gòu)成的組的至少一個元件導致失真，以便鑒別導致 失真的系統(tǒng)元件.
31. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中該處理器還被設(shè)置成計算對象的角取向坐標.
32. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中在與該兩個或更多個場 發(fā)生器相關(guān)聯(lián)的工作體積內(nèi)使用該場傳感器，并且其中該處理器被 設(shè)置成將所述工作體積分為兩個或更多個類；為該兩個或更多個類 中的每一個限定相應(yīng)的兩個或更多個類坐標校正函數(shù)；以及響應(yīng)于其中落入旋轉(zhuǎn)不變的定位坐標的類將類坐標校正函數(shù)之一應(yīng)用于每 一個旋轉(zhuǎn)不變的定位坐標.
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中該處理器還被設(shè)置成應(yīng) 用加權(quán)函數(shù)，以便平滑相鄰類之間的過渡.
34. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，并且包括具有不同心定位的 兩個或更多個場傳感器，其中該處理器被設(shè)置成補償由已校正定位 坐標中的不同心定位導致的不準確性.
35. 用于跟蹤對象位置的系統(tǒng)，包括兩個或更多個場發(fā)生器，其被設(shè)置成在對象的附近生成相應(yīng)的磁場； 與對象相關(guān)聯(lián)的場傳感器，其被設(shè)置成執(zhí)行對磁場場強的測量， 以便提供冗余定位信息，其中所述場強測量中的至少一些經(jīng)受失真；以及處理器，其被設(shè)置成通過將利用冗余定位信息的坐標校正函數(shù)應(yīng) 用于所述測量來確定該對象相對于該兩個或更多個場發(fā)生器的定位 坐標，以便減少失真對定位坐標的影響.
36. 用于跟蹤對象位置的系統(tǒng)，包括兩個或更多個場發(fā)生器，其被設(shè)置成在對象的附近生成相應(yīng)的磁場；場傳感器，其與對象相關(guān)聯(lián)并且包括一個或多個場感測元件，其 被設(shè)置成測量磁場的場強，其中所述場強中的至少一個的測量經(jīng)受 失真；以及處理器，其被設(shè)置成響應(yīng)于所測量的場強來鑒別導致失真的系統(tǒng) 元件，其選自于由該一個或多個場感測元件和該兩個或更多個場發(fā) 生器構(gòu)成的組，并且被設(shè)置成確定該對象相對于該兩個或更多個場 發(fā)生器的位置同時忽略與導致失真的系統(tǒng)元件相關(guān)聯(lián)的場測量.
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中該對象適于插入到患者 的器官中，并且其中該處理器被設(shè)置成跟蹤該對象在該器官內(nèi)的位 置。
38. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中該兩個或更多個場發(fā)生 器與該對象相關(guān)聯(lián)，并且其中該場傳感器定位在所述器官的外部，
39. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中該處理器被設(shè)置成接受 推理的指示，該指示選自于由所述失真的特征方向和導致失真的系 統(tǒng)元件的同一性構(gòu)成的組.
40. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中該處理器被設(shè)置成通過 感測在與導致失真的系統(tǒng)元件相關(guān)的場測量中失真的存在來鑒別該 導致失真的系統(tǒng)元件.
41. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中導致失真的系統(tǒng)元件包 括場感測元件之一和場發(fā)生器之一構(gòu)成的對.
42. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中該處理器被設(shè)置成停用 導致失真的系統(tǒng)元件.
43. —種在跟蹤對象位置的系統(tǒng)中使用的計算機軟件產(chǎn)品，該產(chǎn) 品包括其中儲存程序.指令的計算機可讀介質(zhì)，當由計算機讀取時， 所述指令使得計算機來控制兩個或更多個場發(fā)生器以便在對象的附近生成磁場；接受由與該對象相關(guān)聯(lián)的場傳感器執(zhí)行的磁場場強測 量，其中所述場強中的至少一個的測量經(jīng)受失真；響應(yīng)于所測量的 場強來計算對象的旋轉(zhuǎn)不變的定位坐標；以及通過將坐標校正函數(shù) 應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)不變的定位坐標來確定對象的已校正定位坐標，以便響 應(yīng)于所測量的場強中的失真來調(diào)整每一個所測量的場強對已校正定 位坐標的相對貢獻。
44. 一種在跟蹤對象位置的系統(tǒng)中使用的計算機軟件產(chǎn)品，該產(chǎn) 品包括其中儲存程序指令的計算機可讀介質(zhì)，當由計算機讀取時， 所述指令使得計算機來控制兩個或更多個場發(fā)生器以便在對象的附 近生成磁場；接受由與該對象相關(guān)聯(lián)的場傳感器執(zhí)行的磁場場強測 量，所述測量包括冗余定位信息，其中所述測量中的至少一些經(jīng)受 失真；以及通過將利用冗余定位信息的坐標校正函數(shù)應(yīng)用于所述測 量來確定該對象相對于該兩個或更多個場發(fā)生器的定位坐標，以便 減少失真對定位坐標的影響.
45. —種在跟蹤對象位置的系統(tǒng)中使用的計算機軟件產(chǎn)品，該產(chǎn) 品包括其中儲存程序指令的計算機可讀介質(zhì)，當由計算機讀取時， 所述指令使得計算機來控制兩個或更多個場發(fā)生器以便在對象的附 近生成磁場；接受由與該對象相關(guān)聯(lián)并包括一個或多個場感測元件 的場傳感器執(zhí)行的磁場場強測量，其中所述場強中的至少一個的測 量經(jīng)受失真；響應(yīng)于所測量的場強來鑒別導致失真的系統(tǒng)元件，所 述系統(tǒng)元件選自于由該兩個或更多個場發(fā)生器和該一個或多個場感 測元件構(gòu)成的組；以及確定該對象相對于該兩個或更多個場發(fā)生器 的位置同時忽略與導致失真的系統(tǒng)元件相關(guān)聯(lián)的場測量.
全文摘要
本發(fā)明涉及利用冗余測量的抗失真位置跟蹤。用于跟蹤對象位置的方法，包括使用與對象相關(guān)聯(lián)的場傳感器來測量由兩個或更多個場發(fā)生器所產(chǎn)生的磁場的場強，其中所述場強中的至少一個的測量經(jīng)受失真。響應(yīng)于所測量的場強來計算對象的旋轉(zhuǎn)不變的定位坐標。通過將坐標校正函數(shù)應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)不變的定位坐標來確定對象的已校正定位坐標，以便響應(yīng)于所測量的場強中的失真來調(diào)整每一個所測量的場強對已校正定位坐標的相對貢獻。
文檔編號A61N1/40GK101120877SQ20071013998
公開日2008年2月13日 申請日期2007年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月7日
發(fā)明者A·戈瓦里, M·巴-塔爾 申請人:韋伯斯特生物官能公司