利用冗余测量的抗失真位置跟踪制造技术

本发明专利技术涉及利用冗余测量的抗失真位置跟踪。用于跟踪对象位置的方法，包括使用与对象相关联的场传感器来测量由两个或更多个场发生器所产生的磁场的场强，其中所述场强中的至少一个的测量经受失真。响应于所测量的场强来计算对象的旋转不变的定位坐标。通过将坐标校正函数应用于旋转不变的定位坐标来确定对象的已校正定位坐标，以便响应于所测量的场强中的失真来调整每一个所测量的场强对已校正定位坐标的相对贡献。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及磁性位置跟踪系统，并且具体涉及在存在场失真(field distorting)对象的情况下用于执行精确位置测量的方法和系统。
技术介绍
在本领域内已知用于跟踪有关医疗过程中对象坐标的多种方法和系统。其中一些上述系统使用磁场测量。例如，美国专利5，391，199和5，443，489描述了其中使用一个或多个场变换器来确定体内探针坐标的系统，在此并入其公开作为参考。这种系统用于产生有关医疗探针或导管的位置信息。诸如线圈的传感器放置在探针内并产生响应于外部施加磁场的信号。磁场由诸如辐射体线圈的磁场变换器产生，上述变换器以已知的互相间隔的位置固定到外部参照系中。例如在下述专利中还描述了有关磁性位置跟踪的另外的方法和系统PCT专利公开物 W096/05768，美国专利 6，690，963,6, 239，724,6, 618，612 和 6，332，089，以及美国专利中请公开物2002/006Μ55Α1、2003/0120150Α1和2004/0068178A1，其公开内容全部结合在此作为参考。这些公开物描述了跟踪体内对象位置的方法和系统，所述对象诸如心脏导管、 矫形植入物和在不同医疗过程中使用的医疗工具。在本领域内众所周知的是在磁性位置跟踪系统的磁场中的金属、顺磁或铁磁对象的存在通常使得系统测量失真。该失真有时由系统磁场引入到上述对象中的涡电流以及其他影响引起。本领域内描述了用于在存在上述干涉的情况下执行位置跟踪的多种方法和系统。 例如美国专利6，147，480描述了一种方法，其中在被跟踪对象内感应的信号首先在没有会导致寄生信号分量的任何物品的情况下被检测，在此并入其公开作为参考。确定信号的基线相。当产生寄生磁场的物品引入到被跟踪对象的附近时，检测到由于寄生分量导致的感应的信号的相位偏移。所测量的相位偏移用于指示对象的位置可能是不精确的。相位偏移还用于对信号进行分析，以便去除至少一部分寄生信号分量。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供在存在金属、顺磁和/或铁磁对象(统称为场失真对象)的情况下利用冗余测量执行磁性位置跟踪测量的改进的方法和系统。该系统包括在被跟踪对象的附近产生磁场的两个或更多个场发生器。由与对象相关联的位置传感器感测磁场，并将所述磁场转化成用来计算对象位置(定位和取向)坐标的位置信号。该系统执行冗余场强测量并利用冗余信息来降低由场失真对象的存在导致的测量误差。冗余测量包括由不同场发生器产生并由位置传感器中的场传感器感测的磁场的场强测量。在描述于此的示范性实施例中，使用九个场发生器和三个场感测线圈来获得27 个不同的场强测量。所述27个测量用来计算被跟踪对象的六个定位和取向坐标，从而包括大量的冗余信息。在一些实施例中，将旋转不变的(rotation-invariant)坐标校正函数应用于所测量的场强，以产生被跟踪对象的失真校正的定位坐标。如下述所示，坐标校正函数利用冗余定位信息，以便在已校正定位坐标中降低失真水平。坐标校正函数可被看作响应于在每一个所测量的场强中存在的相应失真水平来调整所测量的场强对已校正定位坐标的相对贡献。通过限定适于不同定位的不同坐标校正函数，所公开的聚类(clustering)过程进一步改善了坐标校正函数的精确性。在一些实施例中，被跟踪对象的取向坐标在定位计算之后进行计算。其他公开的方法在存在失真的情况下改善了取向计算的精确度，并且补偿位置传感器的场传感器的不同心性。在一些实施例中，冗余场强测量用于鉴别一个或多个系统元件，诸如场发生器和/ 或位置传感器的场感测元件，其导致明显的失真。当执行位置计算时，忽略与这些系统元件相关的场测量。在一些实施例中，可停用导致失真的元件。因此，根据本专利技术的实施例，提供用于跟踪对象位置的方法，包括使用与对象相关联的场传感器来测量由两个或更多个场发生器所产生的磁场的场强，其中所述场强中的至少一个的测量经受失真；响应于所测量的场强来计算对象的旋转不变的定位坐标；以及通过将坐标校正函数应用于旋转不变的定位坐标来确定对象的已校正定位坐标， 以便响应于所测量的场强中的失真来调整每一个所测量的场强对已校正定位坐标的相对贝献。在一些实施例中，该方法包括将对象插入到患者器官中，并且确定对象的已校正定位坐标包括跟踪该对象在该器官内的位置。在一个实施例中，该失真是由经受所述磁场中的至少一些的场失真对象引起的， 其中该对象包括选自于由金属、顺磁和铁磁材料构成的组的至少一种材料。在公开的实施例中，该方法包括对处于相对于两个或更多个场发生器的相应已知坐标下的磁场执行校准测量，并且响应于所述校准测量导出坐标校正函数。在另一实施例中，该失真由可移动的场失真对象导致，并且执行校准测量包括在场失真对象的不同定位处进行测量。另外或可替换的，导出坐标校正函数包括将拟合过程应用于校准测量与已知坐标的关系式。在另一实施例中，应用坐标校正函数包括应用多项式函数，该函数具有包括所述旋转不变的定位坐标中的至少一些的指数的系数。在另一实施例中，应用坐标校正函数包括响应于所测量的场强来鉴别导致失真的元件，并且生成坐标校正函数，以便忽略与导致失真的元件相关联的所测量的场强。在一些实施例中，场传感器包括一个或多个场感测元件，并且鉴别导致失真的元件包括确定一个或多个场感测元件和场发生器导致所述失真。在一个实施例中，该方法包括计算对象的角取向坐标。在另一个实施例中，在与该两个或更多个场发生器相关联的工作体积(volume) 内使用场传感器，并且确定已校正定位坐标包括将所述工作体积分为两个或更多个类(cluster)；为该两个或更多个类中的每一个限定相应的两个或更多个类坐标校正函数；以及响应于其中落入旋转不变的定位坐标的类将类坐标校正函数之一应用于每一个旋转不变的定位坐标。应用类坐标校正函数可包括应用加权函数，以便平滑相邻类之间的过渡。在另一实施例中，该方法包括使用具有不同心定位的两个或更多个场传感器来测量场强，并补偿由已校正定位坐标中的不同心定位导致的不准确性。根据本专利技术的实施例，还提供用于跟踪对象位置的方法，包括使用与对象相关联的场传感器来测量由两个或更多个场发生器所产生的磁场的场强，以便提供冗余定位信息，其中所述场强测量中的至少一些经受失真；以及通过将利用冗余定位信息的坐标校正函数应用于所述测量，确定该对象相对于该两个或更多个场发生器的定位坐标，以便降低失真对定位坐标的影响。根据本专利技术的实施例，还提供用于跟踪对象位置的方法，包括使用包括与对象相关联的一个或多个场感测元件的场传感器来测量由两个或更多个场发生器产生的磁场的场强，其中所述场强中的至少一个的测量经受失真；响应于所测量的场强，鉴别至少一个导致失真的系统元件，其选自于由该一个或多个场感测元件和该两个或更多个场发生器构成的组；以及响应于所测量的场强确定该对象相对于该两个或更多个场发生器的位置，同时忽略与导致失真的系统元件相关联的场测量。在一个实施例中，该方法包括将对象插入到患者的器官中，并且确定对象的位置包括跟踪该对象在该器官内的位置。在另一实施例中，该两个或更多个场发生器与该对象相关联，并且场传感器定位在器官的外部。在另一实施例中，鉴别导致失真的系统元件包括接受推理的指示，该指示选自于由失真的特征方向和导致失真的系统元件的同本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．用于跟踪对象位置的方法，包括：使用与该对象相关联的场传感器来测量由两个或更多个场发生器所产生的磁场的场强，以便提供冗余定位信息，其中所述场强测量中的至少一些经受失真；以及通过将利用冗余定位信息的坐标校正函数应用于所述测量，确定该对象相对于该两个或更多个场发生器的定位坐标，以便降低失真对定位坐标的影响。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M·巴塔尔，A·戈瓦里，
申请(专利权)人：韦伯斯特生物官能公司，
类型：发明
国别省市：US