發(fā)射器導(dǎo)引裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及監(jiān)控目標(biāo)的位置和方向的跟蹤系統(tǒng)，并且特別地涉及用于自動(dòng)調(diào)整發(fā)射器位置和方向，以使測(cè)量體積內(nèi)不同操作傳感器最大性能優(yōu)化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一般來(lái)說(shuō)，跟蹤裝置監(jiān)控目標(biāo)的位置和方向。例如，6自由度(6DOF)跟蹤裝置測(cè)量關(guān)于參考點(diǎn)或幀的位置(例如，X、y和z笛卡爾坐標(biāo))，和方向(偏轉(zhuǎn)、俯仰、和滾轉(zhuǎn))。電磁跟蹤裝置測(cè)量與發(fā)射器和傳感器相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)的強(qiáng)度，典型地，磁場(chǎng)定向?yàn)楸舜舜怪薄?br>[0003]磁性跟蹤的性能受制于跟蹤系統(tǒng)所使用的發(fā)射器和傳感器二者，如現(xiàn)在參照?qǐng)D1所解釋的。最終轉(zhuǎn)換成OTOF或6DOF位置和方向(PNO)數(shù)據(jù)的傳感器信號(hào)取決于傳感器I關(guān)于磁場(chǎng)的位置或者由發(fā)射器2產(chǎn)生的測(cè)量體積。
[0004]傳感器信號(hào)和在3D空間內(nèi)基于算法的傳感器的位置之間的映射作為離線過(guò)程進(jìn)行；所報(bào)告的PNO的精度取決于離線發(fā)射器映射圖創(chuàng)建的精度，并且由于本領(lǐng)域內(nèi)公知的所產(chǎn)生磁場(chǎng)的物理性質(zhì)而在測(cè)量體積的一些部分中更為精確。如果傳感器I正好處于最優(yōu)化的映射體積內(nèi)(如圖1中左側(cè)位置所示)，則精度是良好的。然而，隨著傳感器更為接近映射體積的邊緣(如圖1中中間位置所示)，直到完全不能使用讀數(shù)的點(diǎn)(如圖1中右側(cè)位置所示)，傳感器精度的性能將趨于下降。
[0005]在一些操作設(shè)置中，由于會(huì)影響磁性體積的位置的不同的臨床規(guī)范、用戶工作區(qū)域、機(jī)械問(wèn)題、等等，發(fā)射器的位置會(huì)受到限制；如果傳感器離開(kāi)跟蹤體積或處于體積的邊界而引起性能下降，這會(huì)導(dǎo)致可用性問(wèn)題。
[0006]為了避免如上文指出的這種行為，發(fā)射器可放置為使得它覆蓋整個(gè)感興趣區(qū)域，包括使用機(jī)械的解決方案(例如臂)從而將它放置在感興趣體積附近。另一解決方案使用不同的安全機(jī)制來(lái)評(píng)估傳感器位置并確定讀數(shù)質(zhì)量是否足夠使用。如果用戶處于工作體積的邊界，必須對(duì)發(fā)射器、傳感器或目標(biāo)位置進(jìn)行調(diào)整，以繼續(xù)跟蹤目標(biāo)的位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明力圖提供一種用于自動(dòng)調(diào)整發(fā)射器位置和方向以使測(cè)量體積內(nèi)不同操作傳感器最大性能優(yōu)化的方法，如下文將更為詳細(xì)描述的。該方法不僅適用于電磁跟蹤系統(tǒng)，還適用于包括光學(xué)傳感器、超聲波、等等的其它跟蹤方法。
[0008]這里，“最優(yōu)化的工作區(qū)域”限定為具有最佳精度規(guī)范的區(qū)域。在磁性發(fā)射器的情況下，這通常指代映射區(qū)域中間的位置，但是它也可以是最接近發(fā)射器的點(diǎn)(最小可能距離)，等等。此外，最優(yōu)化的工作區(qū)域通常是具有高信噪比(SNR)的位置，它的高信號(hào)質(zhì)量提供更好的精度。本發(fā)明的方法考慮針對(duì)最優(yōu)化的工作區(qū)域的上述因素，從而確定傳感器和發(fā)射器的最佳工作點(diǎn)；然而，如果存在一些干擾(例如，在光學(xué)跟蹤器的情況下的位置線缺失，或者在磁性跟蹤器的情況下的磁性干擾)，該方法還可最優(yōu)化發(fā)射器的位置，其能夠通過(guò)將發(fā)射器的位置改變?yōu)樵谖恢?映射圖精確區(qū)域、到發(fā)射器的距離等)上不是最優(yōu)化的但SNR更好的一些其他點(diǎn)而繞過(guò)該位置。
【附圖說(shuō)明】
[0009]結(jié)合附圖，從下面的詳細(xì)說(shuō)明書(shū)中將更全面地理解和領(lǐng)會(huì)本發(fā)明，其中:
[0010]圖1是關(guān)于最優(yōu)化的映射體積的傳感器的位置的簡(jiǎn)化圖解，分別示出了很好地在映射體積內(nèi)的傳感器，其中精度良好；靠近映射體積邊界的邊緣(精度損失)的傳感器；以及在體積外(沒(méi)有感測(cè)到任何東西)的傳感器；
[0011]圖2是根據(jù)本發(fā)明的非限制性實(shí)施例的用于自動(dòng)調(diào)整發(fā)射器位置和方向，以使測(cè)量體積內(nèi)不同操作傳感器最大性能優(yōu)化的方法的簡(jiǎn)化圖解。
[0012]圖3是根據(jù)本發(fā)明的非限制性實(shí)施例的用于自動(dòng)調(diào)整發(fā)射器位置和方向，以使測(cè)量體積內(nèi)不同操作傳感器最大性能優(yōu)化的系統(tǒng)的簡(jiǎn)化圖解。
[0013]圖4A和4B分別是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器電纜延伸器在連接之前和連接之后的圖解。
【具體實(shí)施方式】
[0014]現(xiàn)參照?qǐng)D2，其圖示了根據(jù)本發(fā)明的非限制性實(shí)施例的用于自動(dòng)調(diào)整發(fā)射器位置和方向，以使測(cè)量體積內(nèi)不同操作傳感器最大性能優(yōu)化的方法。
[0015]該方法控制發(fā)射器2的位置和方向，從而它“跟蹤”傳感器I的操作位置并且關(guān)于傳感器定位其自身，從而重新定位發(fā)射器精確體積以繞傳感器位置定位。發(fā)射器的重新定位使得傳感器能夠最優(yōu)和最精確的采集，進(jìn)而生成最精確的PNO數(shù)據(jù)，其中傳感器和/或感興趣位置區(qū)域具有最小變化。
[0016]在圖2的左側(cè)，傳感器I位于工作體積的邊緣。這會(huì)引入劣質(zhì)讀數(shù)，并且甚至在工作期間會(huì)離開(kāi)操作工作區(qū)域。下述步驟確定傳感器的重新定位:
[0017]計(jì)算發(fā)射器和傳感器之間的向量。
[0018]計(jì)算發(fā)射器和傳感器之間的距離。
[0019]計(jì)算旋轉(zhuǎn)和變換矩陣(RT)，其通過(guò)使用來(lái)自步驟I和2關(guān)于最優(yōu)化的區(qū)域(在這種情況下關(guān)于發(fā)射器的映射的中心)預(yù)定義的數(shù)據(jù)，將工作區(qū)域引至以圍繞傳感器為中心。
[0020]數(shù)學(xué)表征還能夠用作RT矩陣的逆矩陣，其用于“將傳感器移動(dòng)”至映射的中間。
[0021]如果由于機(jī)械限制、環(huán)境狀況等引起發(fā)射器移動(dòng)上存在一些限制，RT矩陣將會(huì)把它考慮進(jìn)來(lái)。
[0022]如果最優(yōu)“幾何”位置受到一些干擾的影響時(shí)，發(fā)射器位置能夠反復(fù)調(diào)整以增大SNR。在這種情況下，采取下面進(jìn)一步的步驟:
[0023]4、計(jì)算偏移矩陣并應(yīng)用于步驟3中計(jì)算的RT矩陣，從而限定不同旋轉(zhuǎn)體積和距發(fā)射器的距離；測(cè)試不同位置的傳感器品質(zhì)并選擇最佳位置。
[0024]本發(fā)明還允許來(lái)自用戶的手動(dòng)輸入(從而控制發(fā)射器位于和朝向的位置)，該用戶希望重寫(xiě)一些或全部RT參數(shù):
[0025]5、計(jì)算來(lái)自用戶輸入的偏移矩陣/RT矩陣并附加于/替代來(lái)自步驟3和/或步驟4的RT矩陣而應(yīng)用它。
[0026]如果由于干擾、信號(hào)損失等引起無(wú)法從傳感器得知初始位置，能夠通過(guò)使用預(yù)定位置、用戶輸入、先前位置的歷史等進(jìn)行用于確定發(fā)射器位置的初始步驟。
[0027]現(xiàn)參照?qǐng)D3，其圖示了根據(jù)本發(fā)明的非限制性實(shí)施例的用于自動(dòng)調(diào)整發(fā)射器位置和方向，以使測(cè)量體積內(nèi)不同操作傳感器的最大性能優(yōu)化的系統(tǒng)。
[0028]發(fā)射器2置于致動(dòng)器系統(tǒng)3上，該致動(dòng)器系統(tǒng)3包括，但并非限制，具有接頭和伺服電機(jī)(或其它致動(dòng)器)的機(jī)械臂，其能夠被遠(yuǎn)程控制以調(diào)整發(fā)射器位置和方向。發(fā)射器2置于由操作設(shè)置確定且不受任何預(yù)定或已知的開(kāi)始條件限制的一般初始位置。
[0029]控制器(處理器)6接收來(lái)自一個(gè)或多個(gè)操作傳感器1、8和/或10的信號(hào)?？刂破?在閉控制環(huán)中處理關(guān)于發(fā)射器2的(一個(gè)或多個(gè))傳感器位置，其中控制器6使發(fā)射器2移動(dòng)并定向，從而將發(fā)射器2保持在關(guān)于(一個(gè)或多個(gè))傳感器1、8、10的最優(yōu)跟蹤體積