发射器导引装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及监控目标的位置和方向的跟踪系统，并且特别地涉及用于自动调整发射器位置和方向，以使测量体积内不同操作传感器最大性能优化的方法。
【背景技术】
[0002]一般来说，跟踪装置监控目标的位置和方向。例如，6自由度(6DOF)跟踪装置测量关于参考点或帧的位置(例如，X、y和z笛卡尔坐标)，和方向(偏转、俯仰、和滚转)。电磁跟踪装置测量与发射器和传感器相关联的磁场的强度，典型地，磁场定向为彼此垂直。
[0003]磁性跟踪的性能受制于跟踪系统所使用的发射器和传感器二者，如现在参照图1所解释的。最终转换成OTOF或6DOF位置和方向(PNO)数据的传感器信号取决于传感器I关于磁场的位置或者由发射器2产生的测量体积。
[0004]传感器信号和在3D空间内基于算法的传感器的位置之间的映射作为离线过程进行；所报告的PNO的精度取决于离线发射器映射图创建的精度，并且由于本领域内公知的所产生磁场的物理性质而在测量体积的一些部分中更为精确。如果传感器I正好处于最优化的映射体积内(如图1中左侧位置所示)，则精度是良好的。然而，随着传感器更为接近映射体积的边缘(如图1中中间位置所示)，直到完全不能使用读数的点(如图1中右侧位置所示)，传感器精度的性能将趋于下降。
[0005]在一些操作设置中，由于会影响磁性体积的位置的不同的临床规范、用户工作区域、机械问题、等等，发射器的位置会受到限制；如果传感器离开跟踪体积或处于体积的边界而引起性能下降，这会导致可用性问题。
[0006]为了避免如上文指出的这种行为，发射器可放置为使得它覆盖整个感兴趣区域，包括使用机械的解决方案(例如臂)从而将它放置在感兴趣体积附近。另一解决方案使用不同的安全机制来评估传感器位置并确定读数质量是否足够使用。如果用户处于工作体积的边界，必须对发射器、传感器或目标位置进行调整，以继续跟踪目标的位置。
【发明内容】
[0007]本发明力图提供一种用于自动调整发射器位置和方向以使测量体积内不同操作传感器最大性能优化的方法，如下文将更为详细描述的。该方法不仅适用于电磁跟踪系统，还适用于包括光学传感器、超声波、等等的其它跟踪方法。
[0008]这里，“最优化的工作区域”限定为具有最佳精度规范的区域。在磁性发射器的情况下，这通常指代映射区域中间的位置，但是它也可以是最接近发射器的点(最小可能距离)，等等。此外，最优化的工作区域通常是具有高信噪比(SNR)的位置，它的高信号质量提供更好的精度。本发明的方法考虑针对最优化的工作区域的上述因素，从而确定传感器和发射器的最佳工作点；然而，如果存在一些干扰(例如，在光学跟踪器的情况下的位置线缺失，或者在磁性跟踪器的情况下的磁性干扰)，该方法还可最优化发射器的位置，其能够通过将发射器的位置改变为在位置(映射图精确区域、到发射器的距离等)上不是最优化的但SNR更好的一些其他点而绕过该位置。
【附图说明】
[0009]结合附图，从下面的详细说明书中将更全面地理解和领会本发明，其中:
[0010]图1是关于最优化的映射体积的传感器的位置的简化图解，分别示出了很好地在映射体积内的传感器，其中精度良好；靠近映射体积边界的边缘(精度损失)的传感器；以及在体积外(没有感测到任何东西)的传感器；
[0011]图2是根据本发明的非限制性实施例的用于自动调整发射器位置和方向，以使测量体积内不同操作传感器最大性能优化的方法的简化图解。
[0012]图3是根据本发明的非限制性实施例的用于自动调整发射器位置和方向，以使测量体积内不同操作传感器最大性能优化的系统的简化图解。
[0013]图4A和4B分别是根据本发明实施例的传感器电缆延伸器在连接之前和连接之后的图解。
【具体实施方式】
[0014]现参照图2，其图示了根据本发明的非限制性实施例的用于自动调整发射器位置和方向，以使测量体积内不同操作传感器最大性能优化的方法。
[0015]该方法控制发射器2的位置和方向，从而它“跟踪”传感器I的操作位置并且关于传感器定位其自身，从而重新定位发射器精确体积以绕传感器位置定位。发射器的重新定位使得传感器能够最优和最精确的采集，进而生成最精确的PNO数据，其中传感器和/或感兴趣位置区域具有最小变化。
[0016]在图2的左侧，传感器I位于工作体积的边缘。这会引入劣质读数，并且甚至在工作期间会离开操作工作区域。下述步骤确定传感器的重新定位:
[0017]计算发射器和传感器之间的向量。
[0018]计算发射器和传感器之间的距离。
[0019]计算旋转和变换矩阵(RT)，其通过使用来自步骤I和2关于最优化的区域(在这种情况下关于发射器的映射的中心)预定义的数据，将工作区域引至以围绕传感器为中心。
[0020]数学表征还能够用作RT矩阵的逆矩阵，其用于“将传感器移动”至映射的中间。
[0021]如果由于机械限制、环境状况等引起发射器移动上存在一些限制，RT矩阵将会把它考虑进来。
[0022]如果最优“几何”位置受到一些干扰的影响时，发射器位置能够反复调整以增大SNR。在这种情况下，采取下面进一步的步骤:
[0023]4、计算偏移矩阵并应用于步骤3中计算的RT矩阵，从而限定不同旋转体积和距发射器的距离；测试不同位置的传感器品质并选择最佳位置。
[0024]本发明还允许来自用户的手动输入(从而控制发射器位于和朝向的位置)，该用户希望重写一些或全部RT参数:
[0025]5、计算来自用户输入的偏移矩阵/RT矩阵并附加于/替代来自步骤3和/或步骤4的RT矩阵而应用它。
[0026]如果由于干扰、信号损失等引起无法从传感器得知初始位置，能够通过使用预定位置、用户输入、先前位置的历史等进行用于确定发射器位置的初始步骤。
[0027]现参照图3，其图示了根据本发明的非限制性实施例的用于自动调整发射器位置和方向，以使测量体积内不同操作传感器的最大性能优化的系统。
[0028]发射器2置于致动器系统3上，该致动器系统3包括，但并非限制，具有接头和伺服电机(或其它致动器)的机械臂，其能够被远程控制以调整发射器位置和方向。发射器2置于由操作设置确定且不受任何预定或已知的开始条件限制的一般初始位置。
[0029]控制器(处理器)6接收来自一个或多个操作传感器1、8和/或10的信号。控制器6在闭控制环中处理关于发射器2的(一个或多个)传感器位置，其中控制器6使发射器2移动并定向，从而将发射器2保持在关于(一个或多个)传感器1、8、10的最优跟踪体积