使用离散数值域模型的电磁跟踪制造技术

这里描述了一个或多个用于位置和方向的电磁跟踪（３００）的实现，其采用离散数值域模型，而不是采用常规的分析偶极子模型。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电磁跟踪领域，更具体而言，本专利技术涉及用于电磁跟踪的方法。
技术介绍
电磁跟踪器对于导体和铁磁体是敏感的。在电磁发射器(Tx)或者接收器(Rx)附近的金属目标的存在可能使发射信号失真，导致不准确的位置和方向(P&O)的测量。按照惯例，有很多不同的方法可以用来恢复对于应用的失真信号(或传感器P&O)，使得传感器位置可以和周围的金属保持相对固定。的确，下面的参考文献展示了很多常规的方法V.V.Kindratenko的“A survey of electromagneticposition tracker calibration techniques(电磁定位跟踪器校准技术综述)”，VirtualRealityResearch，Development，and Applications，第169-182页，第5卷，第3期，2000年。最常用的是称为“P&O绘图(mapping)”的方法。通过P&O绘图，失真可以通过函数拟合而得到修正，该函数拟合将失真P&O测量拟合至基于建立在理想跟踪空间的查找表格的非失真对应部分。常规的P&O绘图方法在很多应用中已经证明是一种可靠的解决方法，包括透视跟踪(fluoro-tracking)应用。然而，在信号明显失真的情况下(比如，由于传感器附近的导体罩)，电磁跟踪器可能无法完成对失真信号的处理，并且对失真绘图也会产生无效的P&O。这大大地降低了跟踪器的性能和可靠性。跟踪器在处理明显的场失真的失败主要归因于常规的跟踪算法的不稳定性。在常规的方法中，通过使用拟合算法将信号测量最佳拟合到分析的偶极子模型上，直接计算的P&O得到最佳化。按照惯例，在处理大大偏离了模型预测的测量时，拟合器(fitter)趋向于非常不稳定。
技术实现思路
这里描述的是一个或多个用于对位置和方向进行电磁跟踪的实现，其利用了离散数值域模型，而不是传统的分析偶极子模型。该部分的描述本身没有打算限制本专利及其所附权利要求的范围。并且，本专利的标题不打算限制本专利的范围。为了更好的对本专利技术进行理解，请结合附图阅读下面的详细说明和所附权利要求。本专利技术的范围在所附权利要求中被指出。附图说明在所有附图中使用相同的数字来标示相似的元素和特征。图1示出了根据一个或多个此处描述的实现的电磁跟踪系统。图2示出了根据一个或多个此处描述的实现的方法实现。图3示出了根据一个或多个此处描述的实现的方法实现。图4示出了根据一个或多个此处描述的实现的方法实现。具体实施例方式这里描述的一个或多个实现是用于位置和方向的电磁(EM)跟踪，其利用离散数值域模型来补偿EM场失真。传统的失真补偿方法采用传统的分析偶极子模型，且一般称为位置和方向(P&O)绘图。所描述的实现克服了在处理明显的场失真时P&O绘图经常存在的不稳定性的问题。所描述的实现也简化了传统的复杂的场失真建模。所描述的实现工作在对于位于电磁发射器(Tx)和接收器(Rx)之间的互感进行测量和建模的信号域中。数值域模型可以是预定的多种方法，比如用于透视图像导航(fluoro-navigation)应用的机器人数据采集处理，或者通过二重积分计算，其中可以足够精确地得知目前片断。所描述的实现也包括种子的寻找和参数拟合部分，寻找和参数拟合部分均是在对数的互感平方的预定图上进行的。示范的EM跟踪系统图1说明根据此处描述的一个或多个实施方案的使用的示范电磁跟踪系统(“跟踪器”)100。该跟踪器100包括发射器110，接收器120，以及跟踪器电子装置130。跟踪器电子装置130可以是计算机或者某个其它计算装置。在此处所描述的多种方法和过程由跟踪器电子装置130来实现。跟踪器电子装置130至少包括一存储器132，该存储器可以是由跟踪器电子装置130能够存取的任何可利用的处理器可读介质。该存储器132可以是易失的也可以是非易失的介质。另外，它可以是可移动的也可以是不可移动的介质。发射器110发射发射器信号。接收器120探测发射器信号。跟踪器电子装置130分析接收器120接收到的信号，且确定接收器120的位置。利用传统的分析偶极子模型的失真补偿跟踪器100一般采用ISCA(工业标准线圈结构)6-DOF(6自由度)跟踪技术。ISCA 6-DOF跟踪一般包括一组确定坐标系的三轴发射线圈(用txX，txY和txZ表示)，和在发射器参考系统中被跟踪的一组三轴接收器线圈(rxX，rxY和rxZ)。一般地，每个发射器线圈通过单独的正弦电流Itx(角频率为ω)激励来产生随时间变化的磁场Btx。该接收器线圈拾取发送信号，该发送信号产生被Btx场感应的可测量的电压。根据法拉第定律，在接收器线圈中的感应电压Vrx是和通过接收器线圈回路的磁通量φ的变化率成比例的，其中磁通量φ通过对于穿过线圈回路的Btx场的法向分量进行积分而被给出。Vrx=-dΦdt=-∫∫jωBtx‾·dA‾]]>方程式1ISCA接收器线圈与Tx-Rx分隔距离相比足够小。感应电压Vrx能够近似为Btx场和线圈有效面积矢量Aeffrx的点乘，或者是Btx场的法向分量Btx⊥rx和Aeffrx(Aeffrx的幅度)的内积。Vrx=jωBtx‾·Aeffrx‾=jωBtx⊥rx·Aeffrx]]>方程式2通过测量Vrx和Aeffrx，我们能够得到每个接收器线圈的法向Btx场分量。Btx⊥rx=VrxjωAeffrx]]>方程式3在ISCA跟踪器内的所有三个接收器线圈设计(或数学地校准)为集中于相同的一点，而且彼此正交，Btx场的三个法向分量的测量，Btx⊥rxX、Btx⊥rxY和Btx⊥rxZ基本上可用来组成场向量。Btx‾=Btx⊥rxX·A→^+Btx⊥rxY·B→^+Btx⊥rxZ·C→^]]>方程式4 和 分别是AeffrxX、AeffrxY和AeffrxZ的方向的单位矢量，定义接收器线圈相对于发射器线圈的旋转。AeffrxX‾=Aeffrx·A→^]]>AeffrxY‾=Aeffrx·B→^]]>AeffrxZ‾=Aeffrx·本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电磁跟踪的方法（３００），该方法包括：　　　　确定（２００，３０１）与特定失真源相关联的离散数值域模型；　　　　获得（３０２）电磁传感器和特定失真源之间的互感信号，所述传感器刚性附加于被跟踪的对象；　　　　估计（３０２）被跟踪对象在有特定失真源的情况下的初始位置；　　　　改进（３０４）被跟踪对象的估计位置；　　　　估计（３０６）被跟踪对象的方向。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：DA李，PT安德森，GL博勒加德，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]