使用电磁导航系统跟踪解剖结构的一部分的位姿可以包括生成信号。所生成的信号被配置为使双向线圈阵列中的双向微线圈响应于接收到所生成的信号而在每个双向微线圈处生成电磁场。这些双向微线圈中的每个双向微线圈还联接到被跟踪的结构的一部分。所生成的电磁场中的至少一个所生成的电磁场被配置为由至少一个相邻双向微线圈和接收线圈阵列中的至少一个接收线圈检测。基于在该至少一个相邻双向微线圈和该至少一个接收线圈处检测到该至少一个所生成的磁场来确定这些双向微线圈中的与该至少一个所生成的磁场相关联的特定双向微线圈的位姿。线圈的位姿。线圈的位姿。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于改进的电磁跟踪的系统和方法
[0001]相关申请
[0002]本申请要求提交于2021年3月18日并且名称为“用于改进的电磁跟踪的系统和方法(Systems and Methods for Improved Electromagnetic Tracking)”的美国临时申请63/162,831号的优先权，该临时申请据此全文通过引用并入。
[0003]本公开整体涉及用于跟踪结构的一个或多个部分的位姿的装置和系统。更具体地，本公开涉及用于在脊柱矫正手术期间跟踪椎骨位姿的电磁(EM)跟踪系统。
附图说明
[0004]为了容易地识别对任何特定元件或动作的讨论，附图标记中的一个或多个最高有效数位是指其中首次引入该元件的附图编号。
[0005]图1示出了根据一个实施方案的电磁导航系统。
[0006]图2A示出了根据一个实施方案的电磁导航系统。
[0007]图2B示出了根据一个实施方案的电磁导航系统。
[0008]图3示出了根据一个实施方案的电磁导航系统的双向部分。
[0009]图4示出了根据一个实施方案的电磁导航系统的双向部分。
[0010]图5示出了根据一个实施方案的与组合式反向和双向电磁导航系统相关联的方法的流程图。
[0011]图6示出了便于本文所述原理的操作的示例性计算机架构。
具体实施方式
[0012]在某些情况下，可以对患者执行矫正手术以治疗或矫正患者的解剖结构(例如，脊柱)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，可以执行矫正脊柱手术程序以对准移位或未对准的椎骨。在此类情况下，电磁(EM)导航(或跟踪)系统可以用于跟踪椎骨相对于相邻椎骨的位姿，以便于脊柱的充分移位和对准。如本文所用，位姿被理解为包括至少一些被跟踪或导航的位置坐标(例如，x、y、z)和/或取向坐标(例如，滚转、俯仰、偏航)。EM导航系统可以跟踪被跟踪的结构的位置和/或取向，包括六个运动自由度(例如，三维位置和多个(例如，俯仰、滚转和偏航)取向)。因此，可以随时间推移确定被跟踪的结构的位姿或位置和/或取向。
[0013]EM导航系统通常使用大线圈发射器和小线圈或微线圈接收器作为标准方向信令的一部分。值得注意的是，磁场传感器也可以用作接收器(即，除了线圈接收器之外或代替线圈接收器)。此类磁场传感器可以包括但不限于磁通门、霍尔传感器、磁阻传感器、光学传感器和原子传感器。
[0014]标准方向信令的大发射器(即，大线圈发射器)发射磁场并在大体积上感应电压以在大范围内导航。因此，所接收的信号必须与磁畸变和传导畸变两者平衡。这些畸变可以通
过各种方法来去除或减少。具体地，可以通过在以下中讨论的公开方法来去除传导畸变：美国专利申请15/963,444号(名称为“位置确定系统和方法(POSITION DETERMINATION SYSTEM AND METHOD)”并且提交于2018年4月26日)；美国专利申请16/855,487号(名称为“用于导航的系统和方法(SYSTEM AND METHOD FOR NAVIGATION)”并且提交于2020年4月22日)；美国专利申请16/855,521号(名称为“用于导航的系统和方法(SYSTEM AND METHOD FOR NAVIGATION)”并且提交于2020年4月22日)；和美国专利申请16/855,573号(名称为“用于导航的系统和方法(SYSTEM AND METHOD FOR NAVIGATION)”并且提交于2020年4月22日)，这些申请中的每个申请全文通过引用并入本文。类似地，可以通过美国专利申请16/855,487号、美国专利申请16/855,521号和美国专利申请16/855,573号中公开的方法来去除磁场畸变。另外，如本文进一步描述的，可以在利用反向EM导航系统(即，使用微线圈发射器和大线圈接收器的系统)和/或扩展频谱信令可实现的非常低的场强下减少磁场畸变。
[0015]另外，可以将双向信令系统与反向信令系统组合，如本文进一步讨论的。此类系统的双向部分可以消除由于大部件(诸如上述标准方向信令中所用的那些大部件)而造成的系统配置限制。双向信令部分还可以相对于双向部分消除单独的发射器和接收器(即，接收/发射线圈还可以向单独的专用接收线圈发射)。具体地，双向信令部分中的每个微线圈可以用作组合式发射器/接收器。因此，每个微线圈或微线圈集还支持单个导航体积。例如，每个微线圈或微线圈集可向其相邻微线圈或微线圈集发信号，并且确定其相对于每个邻居的相对位置和取向。如本文所提及，邻居可包括定位在另一双向线圈附近的双向线圈，并且通常为定位在生成EM场的另一双向线圈附近的双向线圈。在示例中，给定微线圈的相邻微线圈可以包括位于给定双向微线圈附近并且在该给定双向微线圈的大约3毫米(mm)至1米内的微线圈。在另一个示例中，给定微线圈的相邻微线圈可以包括位于给定双向微线圈附近并且在该给定双向微线圈的大约1mm至500mm内的微线圈。
[0016]双向信令部分还可以提供固有可扩大导航体积作为共同注册的单个导航体积的并集。此外，使用组合式微线圈发射器/接收器的双向信令部分可以减少畸变，同时仍维持临床相关的单个导航体积和范围。这种组合式信令系统的双向信令部分和反向部分都可以利用单频信令、多频信令或扩展频谱信令。扩展频谱信令可以校正传导畸变并且进一步减少磁场畸变，同时扩大双向单个导航体积和范围，如本文进一步所讨论。
[0017]应当注意，铁磁材料的磁化和磁导率随着所施加的磁场强度而改变。另外，关于具有一组大线圈或传感器、一组微线圈或传感器、在相同范围上跟踪和/或满足相关温度约束条件的EM导航系统，以下也适用：a.与在许多情况下通过脉冲直流(DC)或正弦极低频(VLF)信号利用大线圈发射磁场并利用微线圈或传感器接收磁场的系统一起使用的磁场强度可以通过影响磁场中铁磁材料的磁化和磁导率(例如，强制铁磁材料的大磁化和对高磁导率进行采样)而产生磁场畸变；以及b.与可以包括脉冲DC或正弦LF信令的反向系统(即，利用微线圈发射并且利用大线圈接收的系统)和/或双向信令系统一起使用的磁场强度可以通过影响磁场中的铁磁材料的磁化和磁导率(例如，强制铁磁材料的中等磁化并且对高磁导率进行采样)而产生磁场畸变。
[0018]还应当注意的是，如本文进一步描述的，组合式反向和双向正弦信令系统(在本文中称为组合式IDBD系统或组合式IDBD信令系统)可以通过将频率增加到10倍来将所发射磁场强度减小到10倍。另外，反向和双向脉冲DC信令系统通常由于有限的动态范围或温度约
束条件或两者而具有减小的范围。然而，与组合式IDBD扩展频谱信令系统一起使用的所发射磁场强度对铁磁材料的影响有限。这些系统进一步降低了所发射磁场强度，强制铁磁材料的非常小的磁化，对低磁导率进行采样，并且显著降低了磁场畸变。此外，组合式IDBD扩展频谱信令系统通过将频率增加到10倍并将频率带宽增加到10倍或更多来将场强显著地减本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电磁导航系统，所述电磁导航系统包括：双向线圈阵列，所述双向线圈阵列包括多个双向微线圈，所述多个双向微线圈中的每个双向微线圈被配置为既生成电磁场又检测由所述多个双向微线圈中的至少一个相邻双向微线圈生成的电磁场，其中所述多个双向微线圈中的每个双向微线圈还被配置为联接到被跟踪的结构；线圈阵列控制器，所述线圈阵列控制器联接到所述多个双向微线圈中的每个双向微线圈并且被配置为生成包括一个或多个频率的信号，所生成的信号被提供给所述多个双向微线圈中的每个双向微线圈，其中所生成的信号被配置为使所述多个双向微线圈中的每个双向微线圈基于所生成的信号生成对应电磁场；接收器线圈阵列，所述接收器线圈阵列包括至少一个接收线圈，所述接收器线圈阵列被定位成与所述双向线圈阵列相邻并且被配置为检测所述多个双向微线圈中的所述至少一个相邻双向微线圈的所生成的对应电磁场；以及一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置为基于由所述多个双向微线圈中的一个或多个相邻双向微线圈和所述接收器线圈阵列检测的电磁场来确定所述至少一个相邻双向微线圈的位姿。2.根据权利要求1所述的电磁导航系统，其中所述频率中的每个频率包括介于大约1赫兹(Hz)与30兆赫兹(MHz)之间的频率。3.根据权利要求1所述的电磁导航系统，其中包括一个或多个频率的所述信号包括频率的扩展频谱，其中由所述多个双向微线圈中的每一个双向微线圈产生的所述电磁场包括扩展频谱电磁场。4.根据权利要求3所述的电磁导航系统，其中所述频率的扩展频谱的范围为1千赫兹(kHz)至400kHz。5.根据权利要求1所述的电磁导航系统，其中所述一个或多个频率中的每个频率包括介于大约高于10kHz与400kHz之间的频率。6.根据权利要求1所述的电磁导航系统，其中所述多个双向微线圈的最大尺寸介于大约1毫米(mm)和10mm之间。7.根据权利要求1所述的电磁导航系统，其中所述多个双向微线圈中的给定双向微线圈的相邻双向微线圈包括所述多个双向微线圈中的位于所述给定双向微线圈附近并在所述给定双向微线圈3毫米(mm)至1米内的一个双向微线圈。8.一种使用组合式反向和双向电磁导航系统来跟踪解剖结构的一部分的位置的方法，所述方法包括：生成包括一个或多个频率的信号，所生成的信号被配置为使双向线圈阵列中的多个双向微线圈响应于接收到所生成的信号而在所述多个双向微线圈中的每个双向微线圈处生成电磁场，所述多个双向微线圈中的每个双向微线圈还联接到被跟踪的结构的一部分，所生成的电磁场中的至少一个所生成的电磁场被配置为由至少一个相邻双向微线圈和接收线圈阵列中的至少一个接收线圈检测；以及基于在所述至少一个相邻双向微线圈和所述至少一个接收线圈处检测到所述至少一个所生成的磁场来确定所述多个双向微线圈中的与所述至少一个所生成的磁场相关联的...
【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：
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