磁场的建模的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明大体涉及磁场生成，并且具体地涉及生成的场的建模。
【背景技术】
[0002] 各种医疗手术涉及将物体诸如传感器、管、导管、分配装置和植入物放置于身体 内。在这些手术期间，实时成像方法常常用于帮助医生来使物体和其周围可见化。一些方法 使用磁场来跟踪物体。然而，磁场方面的干扰可能导致跟踪出错。
[0003] 以引用方式并入本专利申请的文献将被视为本申请的整体部分，不同的是，就任 何术语在并入文献中的这些以与本说明书中明确或隐含地作出的定义矛盾的方式定义来 讲，应仅考虑本说明书中的定义。
【发明内容】
[0004] 本发明的实施例提供一种方法，包括：
[0005] 在区域中从位于第一位置的第一磁场辐射体和位于第二位置的第二磁场辐射体 生成磁场；
[0006] 在区域内描绘具有多个顶点的体积；
[0007] 测量磁场在多个顶点处的相应值；
[0008] 响应于相应值，将相应第一偶极矩指定给第一磁场辐射体并且将相应第二偶极矩 指定给第二磁场福射体;以及
[0009] 根据第一偶极矩和第二偶极矩来计算体积内的磁场的值。
[0010] 该方法通常包括在计算值之后，向区域中插入被配置成测量磁场的值的探头，并 且响应于所测量的值来确定探头在区域内的位置。
[0011] 在本发明所公开的实施例中，体积为具有八个顶点的立方体。
[0012] 在本发明所公开的另一实施例中，计算磁场的值包括第一磁辐射体和第二磁辐射 体作为具有遵照平方反比定律的极的简单偶极来操作。
[0013] 方法还可包括响应于多个顶点从由第一位置和第二位置限定的参照系的原点的 位移来将相应第一偶极矩指定给第一磁场辐射体并且将相应第二偶极矩指定给第二磁场 辐射体。
[0014] 在另选实施例中，根据为多个顶点指定的第一偶极矩的第一平均值和为多个顶点 指定的第二偶极矩的第二平均值来计算针对体积内的点的磁场的值。通常，第一平均值和 第二平均值为根据体积内的点的位置计算的相应线性加权平均值。
[0015] 在另一另选实施例中，第一磁场辐射体和第二磁场辐射体分别以第一频率发射第 一交变磁场以及以不同于第一频率的第二频率发射第二交变磁场。
[0016] 根据本发明的实施例，还提供了一种设备，包括：
[0017] 位于第一位置的第一磁场辐射体和位于第二位置的第二磁场辐射体，辐射体被配 置成在区域中生成磁场;和
[0018] 处理器，该处理器被配置成：
[0019] 在区域内描绘具有多个顶点的体积，
[0020] 测量磁场在多个顶点处的相应值，
[0021] 响应于相应值，将相应第一偶极矩指定给第一磁场辐射体并且将相应第二偶极矩 指定给第二磁场福射体，以及
[0022] 根据第一偶极矩和第二偶极矩来计算体积内的磁场的值。
[0023] 结合附图，通过以下对本公开实施例的详细说明，将更全面地理解本公开，其中：
【附图说明】
[0024] 图1为根据本发明的实施例的磁场建模系统的示意性图解；
[0025] 图2为根据本发明的实施例的描述由图1的系统形成的模型的制备的步骤的流程 图；并且
[0026] 图3为示出根据本发明的实施例的步骤的示意图。
【具体实施方式】
[0027]
[0028] 用于在区域中对由磁场辐射体发射的场建模的现有技术系统使用需大量计算的 数学程序诸如球面调和。数学程序必须考虑到辐射体在实施过程中不表现为简单的偶极辐 射体，并且程序补偿相针对辐射体的简单的偶极模型的偏差。
[0029] 本发明的实施例采取不同方法，并且在辐射体表现为简单的偶极辐射体的情况下 假设模型。然而，针对给定辐射体假设的偶极矩被假设为区域内的位置的函数。与现有技术 建模的系统比较，使用此模型导致简化的计算，而不降低通过模型来预测的场的准确性。
[0030] 因此，针对区域中的具有多个顶点的体积，在顶点中的每个顶点处测量来自多个 辐射体的磁场。针对给定辐射体，将针对辐射体的相应偶极矩指定给顶点中的每个顶点。根 据体积的顶点中的每个顶点的相应偶极矩来计算磁场在体积内的点处的值。计算是通过找 出为多个顶点指定的偶极矩的平均值(通常为线性加权平均值)来进行。
[0031] 本发明人已发现将计算应用于填充区域的邻接体积提供在区域中用于磁场建模 的有效、快速和准确的方法。此外，计算导致建模的磁场在整个区域上方为连续的，当未必 在体积边界处为可微的时。
[0032] 对系统的描述
[0033]现在参见图1，其为根据本发明的实施例的磁场建模系统20的示意性图解。系统20 产生发射到区域24中的由多个大体相似的交变磁场辐射体22生成的磁场的模型。区域24在 附图中由椭圆示意性表示。
[0034]通常，一旦场已由系统20建模，就将患者放置于场中。导管探头26由医疗专业人员 插入患者的器官中，并且测量探头处的磁场。（为清楚起见，探头26在图1中以虚线示出。）将 所测量的值与从模型的场的值比较，并且得到比较确定探头在患者器官内的位置和取向。 患者通常在由医疗专业人员执行的手术期间躺在手术台30上(其中其器官在区域24内）。为 清楚起见，患者和医疗专业人员均未在图1中示出。
[0035]在本发明的实施例中，存在p个辐射体22,其中p为大于1的整数。辐射体22在本文 中还被称为Ri，R2，. . .Rn, . . .Rp，其中I〈n S p，并且η为整数。福射体相对于手术台30固定，并 且固定的辐射体限定具有正交的一组xyz轴的辐射体参照系。如上所述，辐射体22将交变磁 场发射到区域中，并且辐射体Ri，R 2, .. .Rn，...心假设以相应频率5，内，...fn，.. .fP来辐射。 [0036]在一个实施例中，辐射体假设被分组成固定到定位垫40的三个辐射体组34、36和 38,定位垫继而固定到台。每个组包括彼此正交且充当三个磁场辐射体的三个三轴线圈。因 此，组34包括辐射体R 1，R2，R3，组36包括辐射体R4，R5，R 6，并且组38包括辐射体R7，R8，R9。授予 Govari的美国专利6，484，118描述了用作磁场福射体的线圈的此类布置方式，该专利的公 开内容以引用方式并入本文。以举例的方式，辐射体参照系的xyz轴假设在定位垫40中具有 其原点，并且z轴假设垂直于定位垫。（为清楚起见，图1示出xyz轴与定位垫分离。）
[0037]然而，应当理解，上文假设的九个辐射体的布置方式是以举例的方式，从而使得本 发明的其它实施例具有辐射体的其它数量和/或布置方式。上文提及的美国专利6,484,118 描述了辐射体的其它布置方式。在其中来自辐射体的磁场扭曲的操作环境中，诸如在磁共 振成像(MRI)设施中，本发明所公开的实施例使用15个辐射体。
[0038] 控制单元50操作系统20。控制单元50包括处理器52,通常为具有适当信号处理电 路的计算机。单元50包括磁场发生器模块60,处理器52使用磁场发生器模块来驱动辐射体 22。控制单元还包括磁场测量模块64,该磁场测量模块被配置成从定位于由辐射体22生成 的场中的一个或多个探头接收信号，并且评估(通常连同处理器52)-个或多个探头处的 场。处理器使用其中存储用于操作系统20的数据的存储器54,该存储器通常包括易失性数 据存储装置和非易失性数据存储装置两者。处理器通常被耦合成向系统20的操作者提供视 JaL /Jn 5 G 〇
[0039] 通常，处理器52用软件编程以实施本文所述的功能。软件可例如以电子形式通过 网络下载到处理器，或者另选地或除此之外，软件可被提供和/或存储在非临时性有形介质 (诸如磁存储器、光学存储器、或电子存储器)上。
[0040] 系统20还包括能够测量由辐射体22发射到区域24中的磁场的设备。在本发明的一 个实施例中，映射器70用于测量磁场，该映射器包括一系列q个磁场检测器72,该磁场检测 器固定安装在固体基部诸如塑料板上的已知位置中。映射器70被配置成使得其可相对于定 位垫40的已知预定位置和取向而定位在台30上。在一个实施例中，检测器72被布置成使得 其位于填充区域24的立方体的体积的顶点处。在一个实施例中，立方体的体积的边缘为2cm 长，从而使得顶点分开2 cm。然而，可使用边缘的任何其它方便的长度。
[0041] 检测器72可包括任何方便的传感器，该传感器用于测量交变磁场诸如霍尔探头或 者一个或多个线圈的幅值和方向。来自检测器的信号通常通过缆线74传送到模块64,但可 使用任何其它方便的传送方法，诸如无线传输。模块64和/或处理器52使用信号来测量检测 器处的场。
[0042]对于本领域的那些普通技术人员来讲，可代替映射器70的场测量系统将是显而易 见的。例如代替一系列检测器72,与检测器72基本上相同的一个或多个检测器可安装于被 配置成沿三个维度平移已知距离的夹具上，并且对场的测量可在一个或多个检测器横贯区 域24时进行。对于本领域的普通技术人员来讲显而易见的是，其它此类系统假设包括在本 发明的范围内。
[0043]如下文所详述，可在系统20的校正阶段使用映射器70。当系统20处于操作阶段时， 移除映射器和其缆线。
[0044]图2为描述由系统20形成的模型的制备的步骤的流程图，并且图3为示出根据本发 明的实施例的步骤的示意图。在初始步骤200中，将辐射体22固定在适当的位置，并且测量 福射体Ri,R2,.. .Rn,.. .Rp中的每个福射体的位置。图3示出具有相应位置向量ri，r2的两个 辐射体Ri，R2的位置。
[0045]在组装步骤202中，建立用于测量在区域24中的已知位置中由辐射体22生成的场 的系统。为清楚起见，在本文说明中，建立的系统假设包括映射器70,映射器具有布置在立 方体的顶点处的检测器72。图3示出具有八个立方体顶点V 1J2,.. .V8的一个立方体，顶点假 设具有相应位置向量cl，C2, .. .C8。针对映射器70的q个检测器，存在各自具有位置向量C1， C2, . . .Cq的q个顶点Vl，V2, . . .Vq。在下述说明中，区域24中的通用顶点假设具有位置向量cm， 其中m为指数，并且顶点在本文中还可由其位置向量提及。
[0046]在测量步骤204中，启动辐射体22