一种用于医疗导航的电磁定位跟踪系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于医疗导航的电磁定位跟踪系统，包括：磁场发生器、参考定标器、跟踪传感器和跟踪处理终端；磁场发生器用于产生同时覆盖参考定标器和跟踪传感器的磁场；参考定标器置于患者体外，用于感应磁场信号；跟踪传感器跟随置于患者体内的医疗装置运动，用于感应磁场信号；跟踪处理终端根据所述参考定标器和跟踪传感器感应的磁场信号，确定磁场发生器坐标系下参考定标器和跟踪传感器的位置姿态信息；再计算跟踪传感器相对于参考定标器的参考坐标系下的位置姿态信息；根据参考坐标系下跟踪传感器的位置姿态信息进行跟踪定位器的实时定位跟踪。本发明专利技术实现了对置入患者体内医疗装置的跟踪定位，具有高准确性、无辐射危害、易于实施推广。易于实施推广。易于实施推广。

【技术实现步骤摘要】
一种用于医疗导航的电磁定位跟踪系统


[0001]本专利技术属于电磁定位及医疗器械
，具体涉及一种用于医疗导航的电磁定位跟踪系统。

技术介绍

[0002]随着医学技术的快速发展，数字化医疗导航系统已经成为脊柱、颅脑、神经外科等微创介入治疗手术的重要辅助设备。通过为微创介入治疗手术提供智能实时追踪导航，使医疗装置与医务工作者之间建立起不间断的双向信息交换，使风险极高的手术变得更安全、精确和可靠。
[0003]在微创介入治疗临床应用中，医疗装置(诸如电生理导管、特制的导管、导丝、穿刺工具等)可以通过患者的脉管系统抵达被执行诊断、治疗的病灶部位。医生们需要知道医疗装置在患者体内的确切位置，然而通常不能通过直接的方法得到。目前临床上一般采用的方法有：X射线图像法、核医学显像法、实时超声法。这些方法通常具有一定的辐射伤害，不能连续数小时进行监测，并且需要大型昂贵的设备，使得检查只能在一定的场所进行，影响了病人的正常工作和生活。
[0004]因此，具有高准确性的、无辐射危害的、易于实施推广的、患者体内医疗器械置入的跟踪定位成为了一种需求。

技术实现思路

[0005]鉴于上述的分析，本专利技术旨在公开了一种用于医疗导航的电磁定位跟踪系统，解决置入患者体内医疗装置的跟踪定位问题。
[0006]本专利技术公开了一种用于医疗导航的电磁定位跟踪系统，包括：磁场发生器、参考定标器、跟踪传感器和跟踪处理终端；
[0007]所述磁场发生器，用于产生同时覆盖参考定标器和跟踪传感器的磁场；
>[0008]所述参考定标器置于患者体外，与跟踪处理终端通信连接，用于感应磁场信号并输出到跟踪处理终端；
[0009]所述跟踪传感器跟随置于患者体内的医疗装置运动，与跟踪处理终端通信连接，用于感应磁场信号并输出到跟踪处理终端；
[0010]所述跟踪处理终端，根据所述参考定标器和跟踪传感器感应的磁场信号，确定磁场发生器坐标系下参考定标器和跟踪传感器的位置姿态信息；再计算跟踪传感器相对于参考定标器的参考坐标系下的位置姿态信息；根据参考坐标系下跟踪传感器的位置姿态信息进行跟踪定位器的实时定位跟踪。
[0011]进一步地，所述磁场发生器包括8个单轴磁场发射天线；
[0012]单轴磁场发射天线呈现“3
‑2‑
3”的三行排列，形成天线排列区域；
[0013]在以所述天线排列区域的中心为原点，以三行排列的行方向为x轴建立直角坐标系中；8个单轴磁场发射天线的由直角坐标系中x、y轴坐标和方位旋转角、俯仰旋转角组成
的位姿数据分别为：
[0014]第一发射天线(
‑
58.7mm，
‑
58.4mm，142
°
，
‑
73
°
)；
[0015]第二发射天线(
‑
1.6mm，
‑
57.3mm，64
°
，15
°
)；
[0016]第三发射天线(62.6mm，
‑
61.3mm，92
°
，
‑
33
°
)；
[0017]第四发射天线(
‑
38.5mm，0.9mm，163
°
，17
°
)；
[0018]第五发射天线(39.4mm，1.3mm，154
°
，29
°
)；
[0019]第六发射天线(
‑
61.4mm，64.1mm，39.3
°
，63
°
)；
[0020]第七发射天线(
‑
5.4mm，64.3mm，80
°
，9
°
)；
[0021]第八发射天线(58.8mm，59.9mm，93
°
，87
°
)；
[0022]其中，直角坐标系中，x、y方向误差范围
±
3mm，方位、俯仰旋转角偏转误差范围
±5°
。
[0023]进一步地，所述参考定标器包括磁传感器S1、磁传感器S2、印制板和外壳；
[0024]所述磁传感器S1和S2以固定的航向角转角θ安装于所述印制板上；
[0025]所述外壳的形状采用莱洛三角形结构；外壳的一个边的中间部位留有电缆孔，参考定标器的外接电缆从电缆孔中引出。
[0026]进一步地，所述跟踪传感器、磁传感器S1和磁传感器S2均为单轴磁感应线圈。
[0027]进一步地，所述跟踪处理终端包括第一位姿确定模块、第二位姿确定模块和跟踪模块；
[0028]所述第一位姿确定模块，用于确定磁场发生器坐标系下参考定标器中心点和跟踪传感器的位置姿态信息；
[0029]所述第二位姿确定模块，用于计算跟踪传感器与参考定标器中心点的位置差和参考坐标系到跟踪传感器坐标系的转换矩阵；基于所述位置差以及转换矩阵，计算在参考坐标系下跟踪传感器的位置姿态信息；
[0030]所述跟踪模块，用于根据参考坐标系下跟踪传感器的位置和姿态信息，对跟踪传感器进行实时定位跟踪。
[0031]进一步地，在第一位姿确定模块中，通过电磁定位方法确定参考定标器中心点的位置姿态信息；定位过程包括：
[0032]1)基于电磁定位，获得磁场发生器坐标系下，磁传感器S1和S2的五轴位置姿态信息；其中，五轴位置和姿态信息包括三轴位置信息和航向姿态角和俯仰姿态角；
[0033]2)通过磁传感器S1的俯仰姿态角P
TS1
和磁传感器S2俯仰姿态角P
TS2
确定出，磁传感器S1翻滚姿态角磁传感器S2的翻滚姿态角
[0034]3)根据获得磁传感器S1和磁传感器S2的六轴位置姿态信息，确定磁场发生器坐标系下参考定标器中心点的六轴位置姿态信息。
[0035]进一步地，根据磁传感器S1的位置姿态数据确定磁场发生器坐标系下参考定标器中心点的位置坐标为：
[0036][0037]其中，X
TS1
、Y
TS1
、Z
TS1
为磁传感器S1在磁场发生器坐标系下的位置信息；为磁场发生器坐标系到磁传感器S1坐标系的转换矩阵的逆矩阵；X
RS1
、Y
RS1
、Z
RS1
为磁传感器S1在参考坐标系下的位置信息；
[0038]根据磁传感器S2的位置姿态数据确定磁场发生器坐标系下参考定标器中心点的位置坐标为：
[0039][0040]X
TS2
、Y
TS2
、Z
TS2
为磁传感器S2在磁场发生器坐标系下的位置信息；
[0041]为磁场发生器坐标系到磁传感器S2坐标系的转换矩阵的逆矩阵；L
S1
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于医疗导航的电磁定位跟踪系统，其特征在于，包括：磁场发生器、参考定标器、跟踪传感器和跟踪处理终端；所述磁场发生器，用于产生同时覆盖参考定标器和跟踪传感器的磁场；所述参考定标器置于患者体外，与跟踪处理终端通信连接，用于感应磁场信号并输出到跟踪处理终端；所述跟踪传感器跟随置于患者体内的医疗装置运动，与跟踪处理终端通信连接，用于感应磁场信号并输出到跟踪处理终端；所述跟踪处理终端，根据所述参考定标器和跟踪传感器感应的磁场信号，确定磁场发生器坐标系下参考定标器和跟踪传感器的位置姿态信息；再计算跟踪传感器相对于参考定标器的参考坐标系下的位置姿态信息；根据参考坐标系下跟踪传感器的位置姿态信息进行跟踪定位器的实时定位跟踪。2.根据权利要求1所述的电磁定位跟踪系统，其特征在于，所述磁场发生器包括8个单轴磁场发射天线；单轴磁场发射天线呈现“3
‑2‑
3”的三行排列，形成天线排列区域；在以所述天线排列区域的中心为原点，以三行排列的行方向为x轴建立直角坐标系中；8个单轴磁场发射天线的由直角坐标系中x、y轴坐标和方位旋转角、俯仰旋转角组成的位姿数据分别为：第一发射天线(
‑
58.7mm，
‑
58.4mm，142
°
，
‑
73
°
)；第二发射天线(
‑
1.6mm，
‑
57.3mm，64
°
，15
°
)；第三发射天线(62.6mm，
‑
61.3mm，92
°
，
‑
33
°
)；第四发射天线(
‑
38.5mm，0.9mm，163
°
，17
°
)；第五发射天线(39.4mm，1.3mm，154
°
，29
°
)；第六发射天线(
‑
61.4mm，64.1mm，39.3
°
，63
°
)；第七发射天线(
‑
5.4mm，64.3mm，80
°
，9
°
)；第八发射天线(58.8mm，59.9mm，93
°
，87
°
)；其中，直角坐标系中，x、y方向误差范围
±
3mm，方位、俯仰旋转角偏转误差范围
±5°
。3.根据权利要求1所述的电磁定位跟踪系统，其特征在于，所述参考定标器包括磁传感器S1、磁传感器S2、印制板和外壳；所述磁传感器S1和S2以固定的航向角转角θ安装于所述印制板上；所述外壳的形状采用莱洛三角形结构；外壳的一个边的中间部位留有电缆孔，参考定标器的外接电缆从电缆孔中引出。4.根据权利要求3所述的电磁定位跟踪系统，其特征在于，所述跟踪传感器、磁传感器S1和磁传感器S2均为单轴磁感应线圈。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的电磁定位跟踪系统，其特征在于，所述跟踪处理终端包括第一位姿确定模块、第二位姿确定模块和跟踪模块；所述第一位姿确定模块，用于确定磁场发生器坐标系下参考定标器中心点和跟踪传感器的位置姿态信息；所述第二位姿确定模块，用于计算跟踪传感器与参考定标器中心点的位置差和参考坐标系到跟踪传感器坐标系的转换矩阵；基于所述位置差以及转换矩阵，计算在参考坐标系
下跟踪传感器的位置姿态信息；所述跟踪模块，用于根据参考坐标系下跟踪传感器的位置和姿态信息，对跟踪传感器进行实时定位跟踪。6.根据权利要求5所述的电磁定位跟踪系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱宇，许振丰，徐玉峰，云峰，李学武，曹清华，李舒悦，赵川，张济龙，曲润峰，张硕，刘玲，
申请(专利权)人：北京华航无线电测量研究所，
类型：发明
国别省市：