对已知畸变器的电磁畸变校正制造技术

本文公开了用于校正在EM跟踪系统的一个或多个EM跟踪器中的每个EM跟踪器处测量的经历的EM场的系统和方法，因为此类测量受到已知畸变器的影响。EM发射器可传输EM场，使得该EM场包含该一个或多个EM跟踪器。该系统然后确定畸变器在该EM场内的姿态。该系统从每个EM跟踪器接收表示经历的EM场的数据，该经历的EM场被由该畸变器引起的畸变场畸变。该系统继续使用该姿态和包括该畸变器的一个或多个特性的模型来确定该畸变场。该系统可首先优化该模型。该系统基于每个相应经历的EM场和在相同位置处的所确定的畸变场来计算表示对应的经校正的经历的EM场的数据。的经历的EM场的数据。的经历的EM场的数据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对已知畸变器的电磁畸变校正
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2020年12月15日提交的并且名称为“Electromagnetic Distortion Corrections for Known Distorters”的美国临时申请号63/125,874和2021年11月15日提交的并且名称为“Electromagnetic Distortion Corrections for Known Distorters”的美国实用申请号17/454,921的优先权，这两个申请的全部内容以引用方式整体并入本文。


[0003]本公开整体涉及用于跟踪对象的设备和系统。例如，本公开的实施方案涉及用于在矫正手术期间跟踪解剖结构和/或手术工具的姿态(例如，位置和取向)的电磁(EM)系统。
附图说明
[0004]图1示出了根据实施方案的EM跟踪系统对患者的使用。
[0005]图2示出了根据实施方案的在外科手术的执行中工具在患者的脊柱附近的布置。
[0006]图3示出了根据实施方案的偶极模型。
[0007]图4示出了根据实施方案的当EM发射器正在传输EM场时，在外科手术的执行中工具在患者的脊柱附近的布置。
[0008]图5示出了根据实施方案的在外科手术的执行中工具在患者的脊柱附近的布置，其中初始畸变场叠加在工具的尖端上。
[0009]图6示出了根据实施方案的在外科手术的执行中工具在患者的脊柱附近的布置，其中优化畸变场叠加在工具的尖端上。
[0010]图7示出了根据实施方案的在外科手术的执行中工具在患者的脊柱附近的布置，其中叠加在工具的尖端上的优化畸变场被用于计算表示第一经校正的经历的EM场和第二经校正的经历的EM场的数据。
[0011]图8示出了根据一些实施方案的EM跟踪系统的部件。
[0012]图9示出了根据实施方案的EM跟踪系统的方法。
具体实施方式
[0013]电磁(EM)跟踪系统可在外科手术期间用于跟踪一个或多个解剖结构，该一个或多个解剖结构在外科手术期间正在被移动或者可能被移动(或者对于该一个或多个解剖结构的姿态信息，包括位置和/或取向，是另外相关的)。EM跟踪系统还可在外科手术期间跟踪一个或多个手术工具。例如，EM发射器传输、发射或生成具有一个或多个已知特性的一个或多个EM场。附接到解剖结构和/或手术工具中的一者或多者的一个或多个EM跟踪器测量它们各自经历的EM场并且将其报告回EM跟踪系统。通过分析如此生成的数据，可确定一个或多个解剖结构或手术工具的姿态(例如，位置和取向)。
[0014]在某些情况下，例如，可对患者执行矫正手术以治疗或矫正与患者的一个或多个解剖结构(例如，脊椎)相关的急性损伤、慢性损伤或慢性疾病(例如，脊柱侧凸)。例如，当固
位植入物或硬件被固定到椎骨上时，可执行矫正脊柱外科手术以对准移位或未对准的椎骨。在手术期间可使用EM跟踪系统来跟踪椎骨相对于相邻椎骨的姿态，以有利于确定椎骨的移位程度和/或对准程度。期望也可使用EM跟踪器来跟踪其他项目。此类EM跟踪可发生在由EM跟踪系统限定并且与EM跟踪系统一起使用的空间体积内。
[0015]一个或多个EM跟踪器各自附接(或耦接)到患者的解剖结构。EM跟踪器使用一个或多个传感器来检测在其位置处接收到的EM场的场强、方向和/或分量(本公开将作用于EM跟踪器的传输的EM场的检测到的性质描述为EM跟踪器的“经历的EM场”)。在一些实施方案中，EM跟踪器还可能够生成一个或多个EM场，该一个或多个EM场可被例如系统内的其他EM跟踪器和/或EM接收器接收。EM接收器可具有与EM跟踪器类似的检测能力，但是可以是EM跟踪系统内本身不被跟踪的设备(并且在一些情况下，可充当由EM跟踪系统覆盖的空间体积内的已知参考点)。数据从EM跟踪器和/或任何EM接收器传输到例如EM跟踪系统的一个或多个处理器。处理器处理该数据以确定EM跟踪器中的每个EM跟踪器相对于相邻EM跟踪器的姿态。在一些实施方案中，可参考六个自由度(包括三个位置自由度和三个取向自由度)来确定EM跟踪器的姿态。使用EM跟踪器的姿态，系统可导出EM跟踪器所附接到的对象的姿态(例如，EM跟踪器所附接到的解剖结构或工具的姿态)。
[0016]在一些实施方案中，在EM跟踪器处检测到的一个或多个传输的EM场可由与EM跟踪器分离的EM发射器生成，使得可相对于EM发射器确定EM跟踪器的姿态。另选地(或附加地)，在EM跟踪器中的任一者处检测到的一个或多个传输的EM场可由EM跟踪器中的另一者生成，使得可相对彼此确定EM跟踪器的姿态。另选地(或附加地)，与EM跟踪器分离的EM接收器可从一个或多个EM跟踪器接收一个或多个传输的EM场，使得可相对于EM接收器确定EM跟踪器的姿态。
[0017]在一些情况下，当使用如所描述的EM跟踪系统时，将畸变器引入到传输的EM场中。例如，畸变器可以是在使用EM跟踪系统的外科手术期间要使用的手术工具(或手术工具的一部分)。由于传输的EM场与畸变器之间的相互作用，不可忽略的畸变场存在于EM场内以及EM跟踪器附近，其中结果是由EM跟踪器(和/或任何EM接收器)报告的EM场被畸变场畸变。畸变场可基于畸变器的姿态、磁导率、其电导率、其大小和/或其物理尺寸中的一者或多者(和/或这些的组合)而变化。由EM场内的EM跟踪器和/或EM接收器检测到的经历的EM场可不同于经历的EM场，该经历的EM场将由相同EM跟踪器检测到，而不受到该畸变场的影响。
[0018]此类畸变场的影响可降低不考虑或补偿这些畸变场的影响的某些EM跟踪系统(例如，其在没有修改的情况下进行跟踪确定以考虑畸变场对报告由EM跟踪系统用于进行所描述的跟踪确定的数据的一个或多个EM跟踪器的影响)的准确度。
[0019]本文中的实施方案描述用于解决这些畸变场的影响的方法、装置和系统。由畸变器与传输的EM场之间的相互作用生成的畸变场具有以下方面：基于畸变器的各种性质的位置、取向、量值和相位。例如，传输的EM场内的畸变器的姿态(例如，位置和取向)和/或畸变器的材料特性(诸如形状、尺寸、磁导率和/或电导率)将确定畸变场的性质。通过本文所述的测量和/或建模技术，可确定或近似此类畸变场的这些特性。因此，通过使用影响一个或多个EM跟踪器的畸变场的特性，本文的实施方案可校正由一个或多个EM跟踪器报告的经历的EM场。EM跟踪系统的一个或多个处理器可执行这些任务以便校正由一个或多个EM跟踪器报告的经历的EM场。一个或多个处理器然后可使用经校正的经历的EM场数据来生成一个或
多个EM跟踪器的更准确的姿态。
[0020]参考附图可理解实施方案，其中在整个附图中类似的部分由类似的数字来表示。受益于本公开的本领域的普通技术人员将容易理解，如本文在附图中一般描述和示出的实施方案的部件可以各种不同配置来布置和设计。因此，如附图中表示的各种实施方案的以下更详细描述并不旨在限制本公开的范围，而是仅表示各种实施方案。虽然附图中呈现了实施方案的各个方面，但附图未必按比例绘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，所述方法包括：确定畸变器在电磁(EM)场内的姿态；从所述EM场中的EM跟踪器接收表示在所述EM跟踪器处的经历的EM场的数据，所述经历的EM场被由所述畸变器在所述EM场内引起的畸变场畸变；基于所述畸变器在所述EM场内的所确定的姿态和包括所述畸变器的一个或多个特性的所述畸变器的模型来确定由所述畸变器在所述EM场内引起的所述畸变场；以及使用在所述EM跟踪器处的所述经历的EM场和所确定的畸变场来计算用于所述EM跟踪器的经校正的经历的EM场。2.根据权利要求1所述的方法，还包括基于表示所述经历的EM场的所述数据来优化所述畸变器的所述模型。3.根据权利要求1所述的方法，其中由所述畸变器在所述EM场内引起的所述畸变是第一畸变场，并且其中所述经历的EM场是第一经历的EM场，所述方法还包括基于表示受由所述畸变器引起的第二畸变场影响的第二经历的EM场的数据来优化所述畸变器的所述模型。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述畸变场被建模为以下中的一者：偶极、多偶极、多极、有效电荷、有效电流、边界元方法模型、有限元分析模型和基于测量的模型。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述畸变器的所述姿态包括以下中的一者或多者：所述畸变器在所述EM场内的位置，以及所述畸变器相对于所述EM发射器和所述EM跟踪器中的一者的取向。6.根据权利要求1所述的方法，其中确定由所述畸变器引起的所述畸变场包括确定所述畸变场以下中的一者或多者：位置、取向、量值和相位。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述畸变器的所述模型包含所述畸变器的相对磁导率。8.根据权利要求1所述的方法，还包括使用来自包括所述畸变器的工具的EM跟踪器的数据和来自光学跟踪系统的数据来确定所述畸变器的所述姿态。9.一种计算装置，所述计算装置包括：处理器；和存储器，所述存储器存储指令，所述指令在由所述处理器执行时配置所述装置以：确定畸变器在电磁(EM)场内的姿态；从所述EM场中的EM跟踪器接收表示在所述EM跟踪器处的经历的EM场的数据，所述经历的EM场被由所述畸变器在所述EM场内引起的畸变场畸变；基于所述畸变器在所述EM场内的所确定的姿态和包括所述畸变器的一个或多个特性的所述畸变器的模型来确定由所述畸变器在所述EM场内引起的所述畸变场；以及使用在所述EM跟踪器处的所述经历的EM场和所确定的畸变场来计算用于所述EM跟踪器的经校正的经历的EM场。10.根据权利要求9所述的计算装置，其中所述指令在由所述处理器执行时配置所述装置以基于所述畸变器的在所述畸变器的所述模型中记录的物理尺寸来确定所述畸变场。11.根据权利要求9所述的计算装置，其中所述指令在由所述处理器执行时配置所述装置以使用在机器人姿态设定系统处的配置跟踪来确定所述畸变器的所述姿态。12.根据权利要求9所述的计算装置，其中所述指令在由所述处理器执行时配置所述装
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【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：美敦力导航股份有限公司，
类型：发明
国别省市：