用于场补偿应用的自适应荧光镜定位的制作方法
【专利说明】用于场补偿应用的自适应荧光镜定位
【背景技术】
[0001] 1.抟术领域
[0002] 本发明涉及感测放置在活体内的对象的位置。更具体地，本发明涉及对于导管跟 踪系统的改进。
[0003] 2.相关领域的描沭
[0004] 本文所用的某些首字母缩略词和缩写词的含义在表1中给出。
[0005] 表1-首字母缩略词和缩写词
【主权项】
1. 一种方法，包括以下步骤： 在校准阶段中执行以下步骤： 使用多个磁场发生器在区域中生成磁场； 将场扰动元件放置在所述区域内的已知位置中；以及 当所述场扰动元件在所述已知位置中时，通过计算相应的反应磁场来创建反应场模 型；以及 在操作阶段中执行以下步骤： 将所述场扰动元件放置在所述区域内的新位置中； 在所述场扰动元件和所述磁场发生器之间设置磁场位置传感器； 将探头的末梢段引入到所述区域中，探头磁场传感器被设置在所述末梢段上； 使用所述磁场发生器重新生成扰动磁场； 从所述探头磁场传感器获得所述扰动磁场的第一测量； 从所述位置传感器获得所述扰动磁场的第二测量； 从所述第二测量重建所述场扰动元件的所述新位置； 从所述反应场模型获得用于所述重建的新位置的预测的反应磁场； 通过从所述第二测量中减去所述预测的反应磁场来获得补偿的测量； 根据所述补偿的测量调整所述第一测量；以及 使用所调整的第一测量计算所述探头磁场传感器的位置。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中获得补偿的测量包括： 基于所述第二测量和所述预测的反应磁场之间的差值来限定代价函数； 通过找到在所述第二测量中获得的所述扰动磁场的参数的最佳值来使所述代价函数 最小化；以及 限定具有所述参数的所述最佳值的最优化的反应场。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述参数包括所述位置传感器的三个位置参数和 三个取向参数。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述位置传感器包括一组三个位置传感器，并且 其中从所述三个位置传感器获得第二测量包括确定25个输出参数，并且其中限定最优化 的反应场包括改变所述的25个输出参数。
5. 根据权利要求2所述的方法，其中调整所述第一测量包括从所述第一测量减去所述 最优化的反应场。
6. 根据权利要求2所述的方法，其中调整所述第一测量还包括： 将所述第一测量表征为所述场扰动元件和所述位置传感器的位置之间的空间转换矩 阵； 将所述最优化的反应场表征为反应场矩阵；以及 计算所述空间转换矩阵和所述反应场矩阵的乘积。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中所述扰动元件包括荧光镜检测器和荧光镜准直 器，并且将所述最优化的反应场表征为反应场矩阵包括： 将所述反应场矩阵计算为在所述荧光镜检测器的多个卫星点处的估计磁场值的第一 矩阵和在所述荧光镜准直器的多个第二卫星点处的估计磁场值的第二矩阵的乘积。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中所述第一矩阵乘以其值表征所述荧光镜检测器的 反应场模型的常数的第一矩阵，并且所述第二矩阵乘以其值表征所述荧光镜准直器的反应 模型的常数的第二矩阵，以分别限定第一矩阵乘积和第二矩阵乘积。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中所述第一矩阵乘积和所述第二矩阵乘积包括多极 系数。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中获得补偿的测量使用所述预测的反应磁场的实 例来执行，所述预测的反应磁场在重建所述新位置和获得预测的反应磁场的步骤的前述执 行中获得。
11. 根据权利要求1所述的方法，其中创建反应场模型包括表征所述场扰动元件中的 磁发射器的多个图像；以及 基于所述表征图像计算所述区域中的所述反应磁场。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中计算所述反应磁场使用球谐函数展开来执行。
13. 根据权利要求1所述的方法，其中创建反应场模型包括将所述反应场模型的所述 相应的反应磁场表征为包括具有六个自由度的所述场扰动元件的位置和取向的参数。
14. 一种装置，包括： 多个磁场发生器，所述多个磁场发生器用于在区域中生成磁场； 场扰动元件，所述场扰动元件被引入到所述区域中； 磁场位置传感器，所述磁场位置传感器设置在所述场扰动元件和所述磁场发生器之 间； 和处理器，所述处理器被配置成执行以下步骤： 当所述场扰动元件在已知位置中时，通过计算相应的反应磁场来创建反应场模型；以 及 当所述场扰动元件被放置在所述区域内的新位置中时，并且当具有探头磁场传感器的 探头的末梢段被引入到所述区域中时，执行以下附加步骤： 从所述探头磁场传感器获得由所述磁场发生器产生的扰动磁场的第一测量； 从所述位置传感器获得所述扰动磁场的第二测量； 从所述第二测量重建所述场扰动元件的所述新位置； 从所述反应场模型获得用于所述重建的新位置的预测的反应磁场； 通过从所述第二测量中减去所述预测的反应磁场来获得补偿的测量； 根据所述补偿的测量调整所述第一测量；以及 使用所调整的第一测量计算所述探头磁场传感器的位置。
15. 根据权利要求14所述的装置，其中所述处理器被操作以用于通过以下方式获得补 偿的测量： 基于所述第二测量和所述预测的反应磁场之间的差值来限定代价函数； 通过找到在所述第二测量中获得的所述扰动磁场的参数的最佳值来使所述代价函数 最小化；以及 限定具有所述参数的所述最佳值的最优化的反应场。
16. 根据权利要求15所述的装置，其中所述参数包括所述位置传感器的三个位置参数 和三个取向参数。
17. 根据权利要求16所述的装置，其中所述位置传感器包括三个位置传感器的组件， 并且其中从所述三个位置传感器获得第二测量包括确定25个输出参数，并且其中限定最 优化的反应场包括改变所述25个输出参数。
18. 根据权利要求15所述的装置，其中调整所述第一测量包括从所述第一测量减去所 述最优化的反应场。
19. 根据权利要求15所述的装置，其中调整所述第一测量包括： 将所述第一测量表征为所述场扰动元件和所述位置传感器的位置之间的空间转换矩 阵； 将所述最优化的反应场表征为反应场矩阵；以及 计算所述空间转换矩阵和所述反应场矩阵的乘积。
20. 根据权利要求19所述的装置，其中所述扰动元件包括荧光镜检测器和荧光镜准直 器，并且将所述最优化的反应场表征为反应场矩阵包括： 将所述反应场矩阵计算为在所述荧光镜检测器的多个卫星点处的估计磁场值的第一 矩阵和在所述荧光镜准直器的多个第二卫星点处的估计磁场值的第二矩阵的乘积。
21. 根据权利要求20所述的装置，其中所述第一矩阵乘以其值表征所述荧光镜检测器 的反应场模型的常数的第一矩阵，并且所述第二矩阵乘以其值表征所述荧光镜准直器的反 应模型的常数的第二矩阵，以分别限定第一矩阵乘积和第二矩阵乘积。
22. 根据权利要求14所述的装置，其中所述处理器被操作以用于通过使用所述预测的 反应磁场的实例来获得补偿的测量，所述预测的反应磁场在重建所述新位置的步骤和获得 预测的反应磁场的步骤的前述执行中获得。
23. 根据权利要求14所述的装置，其中创建反应场模型包括表征所述场扰动元件中的 磁发射器的多个图像；以及 基于所述表征的图像计算所述区域中的所述反应磁场。
24. 根据权利要求23所述的装置，其中计算所述反应磁场使用球谐函数展开来执行。
25. 根据权利要求14所述的装置，其中创建反应场模型包括将所述反应场模型的所述 相应的反应磁场表征为包括具有六个自由度的所述场扰动元件的位置和取向的参数。
【专利摘要】本发明公开了当场扰动元件在已知位置中时，通过创建反应场模型来实现用于定位探头的磁跟踪系统中的场扰动元件的补偿。磁场位置传感器设置在跟踪系统的场扰动元件和磁场发生器之间。当场扰动元件存在时，从位置传感器和在探头上的磁场传感器获得磁场读数。从位置传感器读数以及从反应场模型计算出的预测反应场来估计场扰动元件的位置。通过从位置传感器所检测的场减去预测反应场获得补偿测量。使用补偿测量调整来自探头传感器的读数，以便计算探头的真实位置。
【IPC分类】A61M25-095, A61B19-00, A61B5-00
【公开号】CN104720750
【申请号】CN201410818343
【发明人】A.D.蒙塔格, M.巴尔-塔
【申请人】韦伯斯特生物官能(以色列)有限公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2014年12月24日
【公告号】CA2876652A1, EP2888997A1, US20150176961