专利名称：磁性干扰器检测方法和检测器、物体定位方法和系统以及这些方法的记录介质的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁性干扰器(或者干扰元件)的检测方法，特别是在至少三轴磁 场的发射器所发射的磁场中一种磁性干扰器(或者干扰元件)的检测方法。本发明还涉及 一种物体的定位方法和系统以及实施这些方法的信息的记录介质。
背景技术：
本文中磁性干扰器被定义为邻接区域中将发射的磁场的场线退化或变形的任 何物体。例如，干扰器可以是导电部件。这种情况下，导电部件中出现的电涡流则导致 磁场线的退化。导电部件例如为金属部件。干扰器还可以为磁性部件，例如为顺磁性 (paramagnetic)或铁磁性(ferromagnetic)部件。三轴磁场发射器沿三个发射轴发射磁场，其中三个发射轴相互非同向。例如，这种 发射器由分别位于此发射器的每一发射轴上若干排列的单轴磁场源形成。单轴磁场源是仅仅优先沿一条轴线发射磁场的源。例如，线圈的匝数围绕相同的 轴线缠绕，这种线圈则为单轴磁场源，以及优先发射轴与匝数的缠绕轴一致。类似地，至少三轴发射器则为沿超过三个非同向轴发射磁场的发射器。三轴磁场传感器也被定义为能够测量磁场方向的传感器。通常意思是，这些传感 器测量三个相互非同向轴线上磁场的投影幅度。因此，通常这些传感器可用于测量磁场的 方向以及这种磁场的幅度。先前技术中磁性干扰器的检测方法包含透过不同已知位置处放置的至少两个三 轴传感器测量这种发射器所发射的磁场。磁性干扰器的检测方法尤其被用于借助磁性系统定位物体的方法中。当然，如果 用于定位物体的已测磁场被干扰，那么物体的定位将出现错误。当这种定位方法用于医学 以定位人体内的探针或导管时，尤其会导致有害后果。的确，对于这种应用来说，探针的定 位应该可靠，这点非常重要。目前，在医学中，很多磁性干扰器都容易导致定位出错。例如， 磁性干扰器可以是手术台、外科医生的手术刀、病人附近放置的另一种设备的金属框架等等。目前已经提出检测干扰器的若干种方法(请参考欧洲专利EP 1502544或欧洲专 利EP 0993804的例子)。这些方法中使用了复杂的计算。
发明内容
本发明简单地检测发射磁场中干扰器的出现，从而克服这种问题。因此，本发明的目的在于提供一种发射磁场中检测干扰器的方法，这种方法包含 以下步骤-对于每一传感器来说，一条轴线通过发射器的几何中心与传感器的几何中心，根 据传感器所测量的磁场判断与此轴线共线的方向矢量的坐标，发射器的几何中心为放置一磁场点状源与传感器的点并且构成传感器的几何中心，磁场点状源为发射器建立模型，传 感器能够透过一点状换能器被建立模型，测量此点状换能器所处点的磁场； -验证各自与方向矢量其中之一共线的轴线之间的最小距离小于预定限值；以及 -如果不是这种情况，则报告出现磁性干扰器，在相反的情况下，则不会出现这种报告。以上方法基于以下事实，当没有干扰器时，理想情况下与方向矢量共线的轴线必 须在点E处交叉，其中点E对应发射器的位置。磁性干扰器的出现则修改了一或多个方向 矢量的方向。因此，与这些方向矢量共线的轴线至少其一不再与其他轴线交叉。这种情况 下，这些轴线中至少其二之间的最小距离d非零。这意味着如果距离d超出预定限值，那么 则出现干扰器。这种方法容易实施，因为方向矢量的计算仅仅需要一些乘法和加法。因此，即使传 感器和发射器彼此相对快速移动，也可迅速执行并且可“实时”应用。此外，这种方法特别 灵敏。当然，方向矢量其中之一的方向的轻微扰动可导致最小距离d的改变较大。最后，这种方法不需要校准或者实际上无论如何不需要校准。仅仅事先需要知道 传感器相对彼此的位置。本方法实施例包含以下特征其一或更多至少对第一和第二方向矢量U1和U2完成验证步骤，并且包含以下步骤-两个传感器用于判断方向矢量U1和u2，一轴线D通过这两个传感器的几何中心， 计算方向矢量U1和轴线D的法线第一矢量Ii1的坐标；-计算方向矢量U2和轴线D的法线第二矢量Ii2的坐标；-计算矢量U1和U2之间的角度；以及-检查这个角度低于该预定限值所对应的阈值，超出此预定限值则启动磁性干扰 器的报告。至少对第一和第二方向矢量U1和U2完成验证，并且包含以下步骤-计算联合乘积的数值，所述联合乘积由以下关系式定义D□ U1 □ u2，其中口 和' ‘分别为矢量积和数量积运算，所述两个传感器用于判断方向矢量U1和112，轴线D 通过所述两个传感器的几何中心，矢量D为与轴线D共线的矢量；以及-检查联合乘积的数值低于该预定限值所对应的阈值，超出此预定限值则启动磁 性干扰器的报告。在相同的参考系统中这些传感器的位置固定。此外，这些检测方法的实施例具有以下优点-计算矢量Ii1和Ii2之间的角度，增加了磁性干扰器的检测准确度。本发明的目的还在于一种物体的定位方法，借助至少一个磁场发射器和至少两个 三轴传感器在参考系统中定位物体，其中磁场发射器至少为三轴，每一传感器固定结合此 参考系统且每一发射器固定连接此物体，或者反之亦然，该方法包括以下步骤-发射器发射一个磁场，这些传感器测量磁场；-根据这些传感器的测量结果在参考系统中定位物体；-透过使用定位步骤中曾经使用的相同传感器以及实施以上检测方法，以检测发 射器所发射的磁场中的干扰器。
本发明的目的还在于一种信息记录介质，包含指令，当电脑执行这些指令时，执行 以上方法其中之一。本发明的目的还在于一种磁性干扰器的检测器，这种磁性干扰器处于至少三轴 的磁场发射器所发射的磁场中，该检测器包含-至少两个三轴传感器，能够测量发射器所发射的磁场，这些传感器被放置于不同 的已知位置；以及-一个处理单元，连接这些传感器以处理发射器的磁场的测量结果，处理单元能 够-对于每一传感器来说，一条轴线通过该发射器的几何中心与传感器的几何中心， 根据传感器所测量的磁场判断与轴线共线的一方向矢量的坐标，发射器的几何中心为放置 磁场点状源与传感器的点并且构成传感器的几何中心，磁场点状源为发射器建立模型，传 感器能够透过点状换能器被建立模型，其中测量点状换能器所处点的磁场；-验证各自与方向矢量其中之一共线的轴线之间的最小距离小于预定限值；以及-如果不是这种情况，则报告出现磁性干扰器，在相反的情况下，则不报告磁性干 扰器的出现。最后，本发明的目的还在于一种物体定位系统，在参考系统中定位物体，该系统包 含-至少一个磁场发射器，发射器至少三轴，-至少两个三轴传感器，用以测量发射 器所发射的磁场，这些传感器在参考系统中 被固定且发射器或者这些发射器固定连接物体，反之亦然，-发射器发射磁场，这些传感器测量磁场，-定位模块，能够根据所述这些传感器的测量结果在参考系统中定位物体，-发射器所发射磁场中干扰器的上述检测器，检测器的这些传感器与定位模块中 使用的传感器通用以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1为装备有磁场干扰器检测器以用于定位物体的系统；图2为借助图1所示系统以用于检测磁场干扰器以及定位物体的方法流程图；图3为借助图1所示系统以用于检测磁场干扰器以及定位物体的方法的另一实施 方式的流程图。其中，附图标记2 系统4 物体6参考系统10发射器14、15、16 轴18、19、20 辐射源22软线环
24处理单元26、28 传感器30、31、32 轴
34、35、36 换能器40 模块42 模块43检测器44人工/机器界面46存储器
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解 本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。本文以下的描述中，将不会详细描述那些本领域技术人员众所周知的特征和功 能。图1表示系统2，用于在参考系统6中定位物体4。例如，物体4为引入人体的一 根探针或导管。例如，物体4相对参考系统6移动。参考系统6为具有三个正交轴X、Y和Z的固定参考系统。例如，在参考系统6中定位物体4由查找其x、y、z位置和其θ χ、θ y、θ z定向组 成。角度θχ、0y、θ Z分别表示物体4关于x、y和ζ轴的定向(orientation)。为了在参考系统6中定位物体4，这种物体例如装备有若干磁场发射器。为了简化 图1，图中仅仅表示一个发射器10。发射器10是一个三轴发射器，沿三个非同向轴14、15和16发射磁场。本文中，这 些发射轴14、15和16相互正交。这些轴与物体4构成整体。为此，发射器10包含分别与 磁矩M1J2和M3对应的三个单轴辐射源18、19和20。这些辐射源各自仅仅具有一个发射方 向，沿这个发射方向发射磁场的基本部分。本文中，辐射源18、19和20的发射方向分别与 轴14、15和16—致，磁矩Ml、M2和M3排列在轴14、15和16上。这些辐射源18、19和20各自可借助磁场点状源被建立模型。更可取地，排列这些 辐射源18、19和20，这样各自的点状源则在参考系统6中精确地占据相同的位置。这个位 置用点E来识别。点E位于轴14、15和16的交点。与辐射源18、19和20对应的这些点状 源在这点处叠加，这点构成了发射器10的几何中心。本文中，这个几何中心与辐射源18、19 和20的重心或质量中心一致。例如，每一辐射源18、19和20由分别围绕轴14、15和16缠绕的单个线圈组成。本 文中，这些线圈各自被分为两个相同的组，沿着缠绕轴在点E的任意侧平均分配匝数。每组 匝数沿着缠绕轴以相同方式缠绕。借助与处理单元24连接的软线环(flexible wire link) 22为发射器10供电以 及控制发射器10。单元24还连接若干个三轴磁场传感器。为了简化图1，图中仅仅表示两个传感器 26和28。这些传感器各自能够测量发射器10所发射的磁场的方向和幅度。
传感器26和28彼此相对间隔的距离为距离a。在参考系统6中传感器26固定。传感器26沿三个正交轴30、31和32测量磁场 的投影。本文中，这些轴30、31和32分别与正交参考系统R1的轴XpY1和Z1共线，正交参 考系统R1的中心O1则以传感器26为中心。本文中的传感器26由三个单轴换能器(transducers) 34、35和36形成。换能器 34,35和36各自测量轴30、31和32上分别发射的磁场投影。例如，这些换能器34、35和36各自由分别围绕轴30、31和32缠绕的单个线圈组 成。至于在发射器10的例子中，这些线圈各自分为两个相同的组，沿着缠绕轴在点O1的任 意侧上对称分配匝数。每组匝数沿着缠绕轴依照相同方式缠绕。因此，这些换能器34、35 和36各自可透过点状换能器建立模型，在点状换能器处测量这些测量轴上的磁场投影。本 文中，三个点状换能器被置于O1处。不同的点状换能器在这点叠加，这点为传感器的几何 中心。本文中，这个几何中心与这些换能器的重心或质量中心一致。这种传感器26测量点O1处发射的磁场方向。例如，除了线圈分别围绕正交参考系统R2的三个轴X2、Y2和Z2缠绕以外，传感器 28与传感器26相同，正交参考系统R2的原点O2与传感器28的几何中心一致。为了简化计算，轴X2、Y2和Z2分别与轴X^Y1和Z1平行。距离a比传感器其中之一的最大尺寸至少大两倍或三倍较佳。例如，本文中传感 器26的最大尺寸为换能器34、35和36其中之一的最大长度。传感器26和28与发射器10的距离至少等于传感器26或28的最大尺寸的2或 3倍。因此，发射器10可依照磁场点状源以点E为中心的方式建立模型。单元24包含模块40，用于根据传感器26和28的测量结果在参考系统6中定位发 射器10的位置。例如，透过解方程系统，模块40判断物体4的位置与定向。不考虑磁性干 扰器的出现，为单轴源与换能器之间的磁相互作用交点建立模型，从而获得这个方程系统。 在这个方程系统中，物体4的位置x、y和ζ与定向ΘΧ、和θ ζ为未知量，而从传感器 26和28的测量结果中获得其他参数的数值。例如在欧洲申请EP 1502544中可找到这种方 程系统的更多信息。单元24还包含模块42，模块42用于检测发射器10所发射的磁场中干扰器的出 现。以下将结合图2和图3详细描述模块42的运作。传感器26和28以及模块42的组合形成了检测器43，检测器43用于检测发射器 10所发射的磁场中的干扰器。 单元24还连接人工/机器界面44，例如用于通知操作人员已经检测到磁性干扰器 或者指示物体4的位置。单元24由可编程电脑形成，能够执行信息记录介质中所记录的这些指令。为此， 单元24连接存储器46，存储器46包含执行图2或图3的方法所需要的指令。现在结合图2的方法更详细地描述系统2的运作。 在步骤50处，例如发射器10顺序地沿每一轴14、15和16发射磁场。同时，在步骤52处，每一传感器26和28测量发射器10所发射的磁场。然后，在步骤54处，检测模块42判断方向矢量U1和u2，分别从点O1向点E的方向 或者与此相反以及从点O2向点E的方向或者与此相反。在图1中，这些矢量表示为均朝向点E的方向。在上述的操作条件中，发射器10发射与偶极场(dipolar field)接近的场。因此， 单轴源i所发射的和三轴传感器26所测量的磁场具有以下关系
权利要求
1.一种磁性干扰器的检测方法，这种磁性干扰器处于至少三轴发射器的磁场中，其特 征在于，该方法包括以下步骤透过在不同已知位置处放置的至少两个三轴传感器，测量(5 该发射器所发射的磁场；对于每一传感器来说，一条轴线通过该发射器的几何中心与该传感器的几何中心，根 据该传感器所测量的磁场判断(54)与该轴线共线的一方向矢量的坐标，该发射器的几何 中心为放置一磁场点状源与该传感器的点并且构成该传感器的几何中心，该磁场点状源为 该发射器建立模型，该传感器能够透过一点状换能器被建立模型，测量该点状换能器所处 点的磁场；验证(56 ；70)各自与方向矢量其中之一共线的轴线之间的最小距离小于一预定限值；以及如果不是这种情况，则报告(64)出现磁性干扰器，在相反的情况下，则不报告。
2.如权利要求1所述的磁性干扰器的检测方法，其特征在于，其中至少对第一和第二 方向矢量U1和U2完成验证，并且包含以下步骤两个传感器用于判断方向矢量U1和u2，一轴线D通过这两个传感器的几何中心，计算 (58)方向矢量U1和该轴线D的法线第一矢量Ii1的坐标；计算(58)方向矢量U2和该轴线D的法线第二矢量n2的坐标； 计算(60)矢量U1和U2之间的角度；以及检查(6 这个角度低于该预定限值所对应的阈值，超出该预定限值则启动磁性干扰 器的报告。
3.如权利要求1所述的磁性干扰器的检测方法，其特征在于，其中至少对第一和第二 方向矢量U1和U2完成验证，并且包含以下步骤计算(7 联合乘积的数值，所述联合乘积由以下关系式定义D □ U1 □ u2，其中口 和' ‘分别为矢量积和数量积运算，所述两个传感器用于判断方向矢量…和 ，轴线D通 过所述两个传感器的几何中心，矢量D为与轴线D共线的矢量；以及检查(74)联合乘积的数值低于该预定限值所对应的阈值，超出该预定限值则启动磁 性干扰器的报告。
4.如以上权利要求任意其一所述的磁性干扰器的检测方法，其特征在于，在相同的参 考系统中所述这些传感器的位置固定。
5.一种物体的定位方法，借助至少一个磁场发射器和至少两个三轴传感器在参考系统 中定位该物体，其中磁场发射器至少为三轴，每一传感器在参考系统中固定且每一发射器 固定与该物体有关，或者反之亦然，该方法包括以下步骤该发射器发射(50) —磁场，所述传感器测量(5 该磁场； 根据所述传感器的测量结果在参考系统中定位(66)该物体； 其特征在于，该方法还包含透过使用定位步骤中曾经使用的相同传感器以及实施以上 权利要求任意其一的方法，以检测(54 ；56 ；54 ；70)该发射器所发射的该磁场中的一干扰ο
6.一种信息记录介质(46)，其特征在于，该介质包含实施以上权利要求任意其一的方 法的指令，然后一电脑执行这些指令。
7.—种磁性干扰器的检测器，这种磁性干扰器处于至少三轴的磁场发射器所发射的一 磁场中，该检测器包含至少两个三轴传感器06，28)，能够测量该发射器所发射的该磁场，这些传感器被放置 于不同的已知位置；以及一处理单元(M)，连接所述这些传感器以处理该发射器的该磁场的测量结果， 其特征在于，该处理单元能够对于每一传感器来说，一条轴线通过该发射器的几何中心与该传感器的几何中心，根 据该传感器所测量的该磁场判断与该轴线共线的一方向矢量的坐标，该发射器的几何中心 为放置一磁场点状源与该传感器的点并且构成该传感器的几何中心，该磁场点状源为该发 射器建立模型，该传感器能够透过一点状换能器被建立模型，其中测量该点状换能器所处 点的磁场；验证各自与方向矢量其中之一共线的轴线之间的最小距离小于一预定限值；以及 如果不是这种情况，则报告出现磁性干扰器，在相反的情况下，则不报告磁性干扰器的 出现。
8.如权利要求7所述的磁性干扰器的检测器，其特征在于，在相同的参考系统中这些 传感器的位置固定.
9.一种物体的定位系统，在一参考系统中定位该物体，该系统包含 至少一个磁场发射器(10)，该发射器至少三轴，至少两个三轴传感器06，观)，用以测量该发射器所发射的磁场，所述这些传感器在该 参考系统中被固定且该发射器或者这些发射器固定连接该物体，反之亦然，一定位模块0 ，能够根据所述这些传感器的测量结果在该参考系统中定位该物体， 其特征在于，该系统包含权利要求7所述的发射器所发射磁场中干扰器的检测器06， 28,42)，该检测器的传感器与该定位模块中使用的传感器通用。
全文摘要
本发明公开了一种磁性干扰器的检测方法，包括透过在不同已知位置处放置的至少两个三轴传感器，测量(52)发射器所发射的磁场；对于每一传感器来说，一条轴线通过发射器的几何中心与传感器的几何中心，根据传感器所测量的磁场判断(54)与轴线共线的方向矢量的坐标，发射器的几何中心为放置磁场点状源与传感器的点并且构成传感器的几何中心，磁场点状源为发射器建立模型，传感器能够透过点状换能器被建立模型，测量点状换能器所处点的磁场；验证(56；70)各自与方向矢量其中之一共线的轴线之间的最小距离小于预定限值；以及如果不是这种情况，则报告(64)出现磁性干扰器，在相反的情况下，则不报告。
文档编号A61B5/06GK102038503SQ201010513908
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月14日 优先权日2009年10月14日
发明者比尔乐斯·玛丽娜, 波兰潘·罗兰德 申请人:法国原子能源和替代能源委员会