磁跟踪系统、设备及方法技术方案

一种磁跟踪系统、设备及方法，该磁跟踪系统包括：第一组磁场发生器，被配置为在三维区域内产生具有第一形状的第一磁场；以及至少一个第二组磁场发生器，被配置为在所述三维区域内产生具有第二形状的第二磁场。该系统还包括计算装置，被配置为基于传感器对所述第一磁场和第二磁场的检测来计算所述三维空间内的所述传感器的位置。本发明专利技术通过设置多组磁场发生器形成期望的磁场来实现对三维区域内的具有多自由度的物体的精确跟踪，并通过调节和改变所述多个磁场发生器的设置参数来改变磁场的形状。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及应用磁场来确定物体(object)的位置和方位(orientation)。
技术介绍
磁跟踪系统使用磁场确定给定区域内的物体的位置及方位。在物体(例如一件设备或一个人体)上设置有传感器以检测呈现在所述给定区域内的磁场。根据所检测的磁场信息，计算机系统可以计算出物体相对于参照坐标系的位置和方位。例如在医疗领域，这些系统有利于跟踪与医疗程序相关联的器具从而有助于手术及诊断中的方法改进。
技术实现思路
为了形成期望的磁场形状以精确跟踪物体(object)的位置和方位，在一个方面， 一种磁跟踪系统包括第一组磁场发生器(或称为场发生器)，被配置为在三维区域内产生具有第一形状的第一磁场；以及至少一个第二组磁场发生器，被配置为在所述三维区域内产生具有第二形状的第二磁场。该系统还包括计算装置，被配置为基于由传感器检测的第一磁场及第二磁场计算所述三维区域内的所述传感器的位置。在另一方面，一种磁跟踪系统包括场发生器组件，产生多个磁场，其中每个磁场由一组的至少两个磁场发生器生成。该系统还包括磁传感器，测量所述多个磁场；以及计算装置，被配置为计算在由所述传感器测量的磁场内所述磁传感器的位置和方位。在再一方面，一种设备，包括结构表面，用于在医疗程序中支撑病人的一部分。该设备还包括含有多个同时激活的磁场发生器组的面，所述多个同时激活的磁场发生器组用于产生磁场以形成测量体积(measurementvolume)。在又一方面，一种方法包括以下步骤激活第一组磁场发生器以在三维区域内产生具有第一形状的第一磁场；以及激活第二组磁场发生器以在所述三维区域内产生具有第二形状的第二磁场。该方法还包括基于传感器对所述第一磁场和第二磁场的检测来确定在所述三维区域内的所述传感器的位置。实施例可以包括以下一种或多种。来自所述第一组的磁场发生器可以被同时激发以产生所述第一磁场。来自所述第二组的场发生器也可以被同时激发以产生所述第二磁场。该系统可以额外包括多组磁场发生器。例如，可以配置至少一个第三组的两个或更多个磁场发生器一起操作，来形成在所述三维区域内具有第三形状的第三磁场。类似地，可以配置第四组和第五组(每组包括两个或更多个磁场发生器)一起操作，来分别形成所述三维区域内的第四磁场和第五磁场。所述计算装置可以基于所述传感器对所述第三、第四及第五磁场中的一个或多个的检测来计算所述传感器的位置。所述第一组、第二组和第三组中的每一组可以包括两个或更多个磁场发生器。所述第一组磁场发生器可以在第一时段期间激活，而所述第二组磁场发生器可以在不同于所述第一时段的第二时段期间激活。所述第一组和第二组磁场发生器也可以在第一时段期间激活。所述第一组磁场发生器可以以第一频率操作，所述第二组磁场发生器可以以不同于所述第一频率的第二频率操作。由一组中的磁场发生器引发的磁场可以平行于或逆平行于由同一组中的至少另一个磁场发生器生成的磁场。所述磁场发生器可以包括电磁线圈。所述磁场发生器可以设置在平面上。由磁场组件生成的一部分磁场的方向可以平行。由磁场组件生成的一部分磁场具有不同量值的磁通量。涡流可以作为至少两个磁场发生器之一的源。至少两个磁场发生器之一可以包括磁性材料。所述设备可以包括导电层，所述导电层位于所述含有多个同时激活的磁场发生器组的面的下方。本专利技术通过设置多组磁场发生器形成期望的磁场来实现对三维区域内的具有多自由度的物体的精确跟踪，并通过调节和改变所述多个磁场发生器的设置参数来改变磁场的形状。附图及后面的描述中给出了本专利技术一个或多个实施例的细节。依据说明书、附图及权利要求书，本专利技术的其他特征、目的及优点将显而易见。附图说明 图1为磁跟踪系统的示意图； 图2A为一个场发生器组件实例的示意性俯视图； 图2B为示出场发生器组件中的磁场发生器的分组实例的示意图； 图2C和图2D分别为磁场发生器的实例的侧视图和俯视图； 图3A示出激发不同组磁场发生器的时分多路复用方案的实例； 图;3B示出激发不同组磁场发生器的频分多路复用方案的实例； 图4A、图4B和图4C为示出由多组磁场发生器引发的磁场的实例的示意图； 图5为示出有屏蔽物存在时由磁场发生器引发的磁场的实例的示意图； 图6为示例性操作顺序的流程图，所述示例性操作顺序用来控制磁场产生和测量物体位置。各图中相同的附图标记表示相同的元件。具体实施例方式参考图1，示出并描述了磁跟踪系统100的示意图。概要述之，系统100包括磁场发生组件101，被配置为在给定体积或三维区域102内产生磁场。设置在给定体积102内的物体105(例如解剖刀)上的传感器组件103检测和/或测量磁场，并且在该特定实例中， 传感器组件103通过通信链路104(例如有线连接或无线连接)将测量值传送至计算装置 106。基于传感器组件103的测量值，计算装置106能够计算传感器组件103(由此乃至物体105)相对于坐标系116的位置。这种位置计算有助于在区域102内对传感器组件103 进行移动跟踪。这对改进外科手术是有利的，其中传感器组件103可以安装在诸如解剖刀等物体105上，从而在医疗程序进行时跟踪物体的移动(例如，跟踪解剖刀相对于诸如固定装配至病人身体的第二传感器等参照物的运动)。在一些实施例中，场发生组件101在尺寸(例如高度)上相对较薄，并且可以安装在诸如手术台114等平坦表面上。这样的场发生组件可以称之为扁平场发生器。虽然图1 示出场发生组件101被安装在手术台114上，但在一些实施例中，如果可能，通过将场发生组件101嵌入手术台114内，场发生组件101也可以被整合在手术台114中。在这种特定设置中，场发生组件101包括多个场发生器108，每个场发生器108可以包括一个或多个电磁线圈，所述线圈局部地引发磁场(例如，通过使电流通过每个线圈)。通常，电磁线圈是通过绕磁性材料或非磁性材料(例如空气)的芯子缠绕诸如电线等导体而形成。当电流通过线圈的绕组(winding)时，形成的磁场沿芯子的纵轴延伸穿过芯子的中心并绕线环(loop) 或线圈的外侧环绕而回。环绕电线的每个线环或每个绕组的磁场与来自其他线环的磁场联合产生沿线圈中心向下的集中磁场。可以通过控制导入的电流、线圈的环数或绕组数、以及其他与线圈关联的参数和特征来控制线圈的磁场强度。在一些实施例中，可以通过同时激发一个或多个磁场发生器108来控制所引发磁场的形状。例如，在激活单个线圈或场发生器108时，在体积102中引发出偶极磁场(dipole magnetic field)。在一些实施例中，可以通过同时激发多个场发生器108而引发多极磁场 (multi-pole magnetic field)。一般来说，所引发的磁场的形状可以基于不同的参数而变化。在一些实施例中，所引发磁场的形状可以基于同时激活的场发生器的个数而变化。例如，可以同时激活或激发两个、三个、四个或更多个场发生器来控制所引发磁场的形状。同时激活的场发生器108的相对空间分布也可以影响所引发磁场的成形。例如， 当同时激活三个场发生器108时，这三个场发生器108在成一条直线时所引发的磁场相对于例如将它们设置在三角形顶点时所引发的磁场通常是不同的。在图1所示的实例中，示出发生器108实质上被设置在同一平面上。然本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种磁跟踪系统，包括：第一组磁场发生器，被配置为在三维区域内产生具有第一形状的第一磁场；第二组磁场发生器，被配置为在所述三维区域内产生具有第二形状的第二磁场；以及计算装置，被配置为基于传感器对所述第一磁场和第二磁场的检测来计算所述三维空间内的所述传感器的位置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：乔治·布伦纳，
申请(专利权)人：北方数字化技术公司，
类型：发明
国别省市：CA