利用冗余测量的抗失真位置跟踪的制作方法

专利名称：利用冗余测量的抗失真位置跟踪的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及磁性位置跟踪系统，并且具体涉及在存在场失真(field distorting)对象的情况下用于执行精确位置测量的方法和系统。
背景技术：
在本领域内已知用于跟踪有关医疗过程中对象坐标的多种方法和系统。其中一些上述系统使用磁场测量。例如，美国专利5，391，199和5，443，489描述了其中使用一个或多个场变换器来确定体内探针坐标的系统，在此并入其公开作为参考。这种系统用于产生有关医疗探针或导管的位置信息。诸如线圈的传感器放置在探针内并产生响应于外部施加磁场的信号。磁场由诸如辐射体线圈的磁场变换器产生，上述变换器以已知的互相间隔的位置固定到外部参照系中。例如在下述专利中还描述了有关磁性位置跟踪的另外的方法和系统PCT专利公开物 W096/05768，美国专利 6，690，963,6, 239，724,6, 618，612 和 6，332，089，以及美国专利中请公开物2002/006Μ55Α1、2003/0120150Α1和2004/0068178A1，其公开内容全部结合在此作为参考。这些公开物描述了跟踪体内对象位置的方法和系统，所述对象诸如心脏导管、 矫形植入物和在不同医疗过程中使用的医疗工具。在本领域内众所周知的是在磁性位置跟踪系统的磁场中的金属、顺磁或铁磁对象的存在通常使得系统测量失真。该失真有时由系统磁场引入到上述对象中的涡电流以及其他影响引起。本领域内描述了用于在存在上述干涉的情况下执行位置跟踪的多种方法和系统。 例如美国专利6，147，480描述了一种方法，其中在被跟踪对象内感应的信号首先在没有会导致寄生信号分量的任何物品的情况下被检测，在此并入其公开作为参考。确定信号的基线相。当产生寄生磁场的物品引入到被跟踪对象的附近时，检测到由于寄生分量导致的感应的信号的相位偏移。所测量的相位偏移用于指示对象的位置可能是不精确的。相位偏移还用于对信号进行分析，以便去除至少一部分寄生信号分量。

发明内容
本发明的实施例提供在存在金属、顺磁和/或铁磁对象(统称为场失真对象)的情况下利用冗余测量执行磁性位置跟踪测量的改进的方法和系统。该系统包括在被跟踪对象的附近产生磁场的两个或更多个场发生器。由与对象相关联的位置传感器感测磁场，并将所述磁场转化成用来计算对象位置(定位和取向)坐标的位置信号。该系统执行冗余场强测量并利用冗余信息来降低由场失真对象的存在导致的测量误差。冗余测量包括由不同场发生器产生并由位置传感器中的场传感器感测的磁场的场强测量。在描述于此的示范性实施例中，使用九个场发生器和三个场感测线圈来获得27 个不同的场强测量。所述27个测量用来计算被跟踪对象的六个定位和取向坐标，从而包括大量的冗余信息。在一些实施例中，将旋转不变的(rotation-invariant)坐标校正函数应用于所测量的场强，以产生被跟踪对象的失真校正的定位坐标。如下述所示，坐标校正函数利用冗余定位信息，以便在已校正定位坐标中降低失真水平。坐标校正函数可被看作响应于在每一个所测量的场强中存在的相应失真水平来调整所测量的场强对已校正定位坐标的相对贡献。通过限定适于不同定位的不同坐标校正函数，所公开的聚类(clustering)过程进一步改善了坐标校正函数的精确性。在一些实施例中，被跟踪对象的取向坐标在定位计算之后进行计算。其他公开的方法在存在失真的情况下改善了取向计算的精确度，并且补偿位置传感器的场传感器的不同心性。在一些实施例中，冗余场强测量用于鉴别一个或多个系统元件，诸如场发生器和/ 或位置传感器的场感测元件，其导致明显的失真。当执行位置计算时，忽略与这些系统元件相关的场测量。在一些实施例中，可停用导致失真的元件。因此，根据本发明的实施例，提供用于跟踪对象位置的方法，包括使用与对象相关联的场传感器来测量由两个或更多个场发生器所产生的磁场的场强，其中所述场强中的至少一个的测量经受失真；响应于所测量的场强来计算对象的旋转不变的定位坐标；以及通过将坐标校正函数应用于旋转不变的定位坐标来确定对象的已校正定位坐标， 以便响应于所测量的场强中的失真来调整每一个所测量的场强对已校正定位坐标的相对贝献。在一些实施例中，该方法包括将对象插入到患者器官中，并且确定对象的已校正定位坐标包括跟踪该对象在该器官内的位置。在一个实施例中，该失真是由经受所述磁场中的至少一些的场失真对象引起的， 其中该对象包括选自于由金属、顺磁和铁磁材料构成的组的至少一种材料。在公开的实施例中，该方法包括对处于相对于两个或更多个场发生器的相应已知坐标下的磁场执行校准测量，并且响应于所述校准测量导出坐标校正函数。在另一实施例中，该失真由可移动的场失真对象导致，并且执行校准测量包括在场失真对象的不同定位处进行测量。另外或可替换的，导出坐标校正函数包括将拟合过程应用于校准测量与已知坐标的关系式。在另一实施例中，应用坐标校正函数包括应用多项式函数，该函数具有包括所述旋转不变的定位坐标中的至少一些的指数的系数。在另一实施例中，应用坐标校正函数包括响应于所测量的场强来鉴别导致失真的元件，并且生成坐标校正函数，以便忽略与导致失真的元件相关联的所测量的场强。在一些实施例中，场传感器包括一个或多个场感测元件，并且鉴别导致失真的元件包括确定一个或多个场感测元件和场发生器导致所述失真。在一个实施例中，该方法包括计算对象的角取向坐标。在另一个实施例中，在与该两个或更多个场发生器相关联的工作体积(volume) 内使用场传感器，并且确定已校正定位坐标包括将所述工作体积分为两个或更多个类(cluster)；
为该两个或更多个类中的每一个限定相应的两个或更多个类坐标校正函数；以及响应于其中落入旋转不变的定位坐标的类将类坐标校正函数之一应用于每一个旋转不变的定位坐标。应用类坐标校正函数可包括应用加权函数，以便平滑相邻类之间的过渡。在另一实施例中，该方法包括使用具有不同心定位的两个或更多个场传感器来测量场强，并补偿由已校正定位坐标中的不同心定位导致的不准确性。根据本发明的实施例，还提供用于跟踪对象位置的方法，包括使用与对象相关联的场传感器来测量由两个或更多个场发生器所产生的磁场的场强，以便提供冗余定位信息，其中所述场强测量中的至少一些经受失真；以及通过将利用冗余定位信息的坐标校正函数应用于所述测量，确定该对象相对于该两个或更多个场发生器的定位坐标，以便降低失真对定位坐标的影响。根据本发明的实施例，还提供用于跟踪对象位置的方法，包括使用包括与对象相关联的一个或多个场感测元件的场传感器来测量由两个或更多个场发生器产生的磁场的场强，其中所述场强中的至少一个的测量经受失真；响应于所测量的场强，鉴别至少一个导致失真的系统元件，其选自于由该一个或多个场感测元件和该两个或更多个场发生器构成的组；以及响应于所测量的场强确定该对象相对于该两个或更多个场发生器的位置，同时忽略与导致失真的系统元件相关联的场测量。在一个实施例中，该方法包括将对象插入到患者的器官中，并且确定对象的位置包括跟踪该对象在该器官内的位置。在另一实施例中，该两个或更多个场发生器与该对象相关联，并且场传感器定位在器官的外部。在另一实施例中，鉴别导致失真的系统元件包括接受推理的指示，该指示选自于由失真的特征方向和导致失真的系统元件的同一性 (identity)构成的组。在另一实施例中，鉴别导致失真的系统元件包括感测在与该导致失真的系统元件相关的场测量中失真的存在。在一个实施例中，导致失真的系统元件包括场感测元件之一和场发生器之一构成的对。在另一实施例中，忽略与导致失真的系统元件相关的场测量包括停用导致失真的系统元件。根据本发明的实施例，还提供用于跟踪对象位置的系统，包括两个或更多个场发生器，其被设置成在对象的附近生成相应的磁场；与对象相关联的场传感器，其被设置成测量磁场的场强，其中所述场强中的至少一个的测量经受失真；以及处理器，其被设置成响应于所测量的场强来计算对象的旋转不变的定位坐标，以及通过将坐标校正函数应用于旋转不变的定位坐标来确定对象的已校正定位坐标，以便响应于所测量的场强中的失真来调整每一个所测量的场强对已校正定位坐标的相对贡献。根据本发明的实施例，还提供用于跟踪对象位置的系统，包括两个或更多个场发生器，其被设置成在对象的附近生成相应的磁场；与对象相关联的场传感器，其被设置成执行对磁场场强的测量，以便提供冗余定位信息，其中所述场强测量中的至少一些经受失真；以及处理器，其被设置成通过将利用冗余定位信息的坐标校正函数应用于所述测量来确定该对象相对于该两个或更多个场发生器的定位坐标，以便减少失真对定位坐标的影响。根据本发明的实施例，还提供用于跟踪对象位置的系统，包括两个或更多个场发生器，其被设置成在对象的附近生成相应的磁场；场传感器，其与对象相关联并且包括一个或多个场感测元件，其被设置成测量磁场的场强，其中所述场强中的至少一个的测量经受失真；以及处理器，其被设置成响应于所测量的场强来鉴别导致失真的系统元件，其选自于由该一个或多个场感测元件和该两个或更多个场发生器构成的组，并且设置成确定该对象相对于该两个或更多个场发生器的位置同时忽略与导致失真的系统元件相关联的场测量。根据本发明的实施例，还提供在跟踪对象位置的系统中使用的计算机软件产品， 该产品包括其中储存程序指令的计算机可读介质，当由计算机读取时，所述指令使得计算机来控制两个或更多个场发生器以便在对象的附近生成磁场；接受由与该对象相关联的场传感器执行的磁场场强测量，其中所述场强中的至少一个的测量经受失真；响应于所测量的场强来计算对象的旋转不变的定位坐标；以及通过将坐标校正函数应用于旋转不变的定位坐标来确定对象的已校正定位坐标，以便响应于所测量的场强中的失真来调整每一个所测量的场强对已校正定位坐标的相对贡献。根据本发明的实施例，还提供在跟踪对象位置的系统中使用的计算机软件产品， 该产品包括其中储存程序指令的计算机可读介质，当由计算机读取时，所述指令使得计算机来控制两个或更多个场发生器以便在对象的附近生成磁场；接受由与该对象相关联的场传感器执行的磁场场强测量，所述测量包括冗余定位信息，其中所述测量中的至少一些经受失真；以及通过将利用冗余定位信息的坐标校正函数应用于所述测量来确定该对象相对于该两个或更多个场发生器的定位坐标，以便减少失真对定位坐标的影响。根据本发明的实施例，还提供在跟踪对象位置的系统中使用的计算机软件产品， 该产品包括其中储存程序指令的计算机可读介质，当由计算机读取时，所述指令使得计算机来控制两个或更多个场发生器以便在对象的附近生成磁场；接受由与该对象相关联并包括一个或多个场感测元件的场传感器执行的磁场场强测量，其中所述场强中的至少一个的测量经受失真；响应于所测量的场强来鉴别导致失真的系统元件，所述系统元件选自于由该两个或更多个场发生器和该一个或多个场感测元件构成的组；以及确定该对象相对于该两个或更多个场发生器的位置同时忽略与导致失真的系统元件相关联的场测量。


通过参照附图对本发明实施例进行的以下详细描述可以更全面地理解本发明，其中图1是示出根据本发明的实施例的用于对体内对象进行位置跟踪和操纵的系统的示意图；图2是示出根据本发明的实施例的定位垫的示意图；图3是示出根据本发明的实施例的导管的示意图；图4是示意性地示出根据本发明的实施例的用于在存在场失真的情况下进行位置跟踪的方法的流程图；以及
图5是示意性地示出根据本发明的实施例的用于在存在场失真的情况下进行位置跟踪的方法的流程图。
具体实施例方式系统描述图1是示出根据本发明的实施例的用于对体内对象进行位置跟踪和操纵的系统 20的示意图。系统20跟踪和操纵体内对象，诸如心脏导管M，其插入到诸如患者心脏观的器官内。系统20还测量、跟踪和显示导管M的位置(也就是定位和取向)。在一些实施例中，导管位置与心脏的三维模型或其部分对齐(register)。导管相对于心脏的位置在显示器30上显示给医生。医生在医疗过程中使用操作员控制台31来操纵导管和观察其位置。系统20可用于执行多种心脏内手术和诊断过程，其中导管的导航和操纵由系统自动或半自动地执行，而不是由医生手动进行。系统20的导管操纵功能可例如通过使用由 Stereotaxis, Inc. (St. Louis, Missouri)生产的Niobe 磁性导航系统来实现。有关该系统的细节可在www. stereotaxis, com得到。用于磁性导管导航的方法还例如在美国专利 5，654，864和6，755，816中有所描述，在此并入其公开作为参考。系统20通过将在此称为操纵场的磁场应用于包括导管的工作体积内来定位、定向和操纵导管对。将内部磁体装配到导管M的远端(distal tip)。(在以下的图3中详细示出导管M)。操纵场操纵(也就是，旋转和移动)内部磁体，从而操纵导管M的远端。操纵场由通常定位在患者的任一侧的一对外部磁体36来产生。在一些实施例中， 磁体36包括响应于由控制台31产生的合适操纵控制信号来产生操纵场的电磁体。在一些实施例中，操纵场通过物理移动(例如，旋转)的外部磁体36或其部分被旋转或另外控制。 下文将讨论由于具有其位置随时间可能非常接近于工作体积的大金属对象例如磁体36而引起的难题。在医疗过程中系统20测量和跟踪导管M的定位和取向。为了该目的，该系统包括定位垫40。图2是示出根据本发明的实施例的定位垫40的示意图。定位垫40包括诸如场发生线圈44的场发生器。线圈44以固定的已知定位和取向设置在工作体积附近。在图1和图2的示范性构造中，定位垫40水平放置在其上躺有患者的床下。该例子中的垫40具有三角形形状并包括三个三线圈(tri-Coil)42。每个三线圈42包括三个场发生线圈44。这样在本例子中，定位垫40包括总共九个场发生线圈。在每个三线圈42中的三个线圈44在互相正交的平面内取向。在替换的实施例中，定位垫40可包括设置成任何适当的几何构造的任何数目的场发生器。参照图1，控制台31包括信号发生器46，其产生驱动线圈44的驱动信号。在图1 和图2所示的实施例中，产生九个驱动信号。每个线圈44响应于驱动其的相应驱动信号产生在此称为跟踪场的磁场。跟踪场包括交流(AC)场。通常由信号发生器46产生的驱动信号的频率(以及由此的相应跟踪场的频率)在几百Hz到几KHz的范围内，但是也可使用其它的频率范围。装配到导管M的远端内的位置传感器感测由线圈44产生的跟踪场并产生相应的
8位置信号，其指示该传感器相对于场发生线圈的定位和取向。位置信号通常沿通过导管M 延伸到控制台的电缆被发送到控制台31。控制台31包括跟踪处理器48，其响应于位置信号计算导管M的定位和取向。处理器48使用显示器30将导管的通常表示为六维坐标的定位和取向显示给医生。处理器48还控制和管理信号发生器46的操作。在一些实施例中，场发生线圈44 由具有不同频率的驱动信号驱动，以便在它们的磁场之间进行区分。可替换的，场发生线圈可以被顺序驱动，以便位置传感器在任何给定的时间测量源自单个线圈44的跟踪场。在这些实施例中，处理器48交替进行每个线圈44的操作，并将从导管接收到的位置信号与合适的场发生线圈相关联。通常，跟踪处理器48使用通用的计算机来实现，其用软件来编程以执行在此描述的功能。所述软件例如可经由网络以电子形式下载到计算机，或者可替换的，其可借助诸如 CD-ROM的有形介质提供给计算机。跟踪处理器可以与控制台31的其它计算功能集成。图3是示出根据本发明的实施例的导管M的远端的示意图。如上所述，导管M 包括内部磁体32和位置传感器52。导管M还可包括一个或多个电极56，例如消融电极和用于感测局部电势的电极。位置传感器52包括诸如场感测线圈60的场感测元件。在一些实施例中，位置传感器52包括在三个互相正交的平面内取向的三个场感测线圈60。每个线圈60感测AC跟踪场的三个正交分量之一，并响应于所感测的分量产生相应的位置信号。 传感器52和电极56 —般通过延伸穿过导管的电缆64连接到控制台31。在本领域内众所周知的是，放置在AC磁场中的金属、顺磁和铁磁对象(在此统称为场失真对象)导致在其附近场的失真。例如，当金属对象经受AC磁场时，在该对象内引起涡电流，其又产生使AC磁场失真的寄生磁场。铁磁对象通过吸引和改变场线的密度和取向而使磁场失真。在磁性位置跟踪系统的情况下，当场失真对象存在于位置传感器52的附近时，由传感器52感测的跟踪场失真，导致错误的位置测量。失真的严重性通常依赖于存在的场失真材料的量、其与位置传感器以及场发生线圈的接近程度、和/或其中跟踪场撞击到场失真对象上的角度。在图1的系统中，例如，外部磁体36通常包含大量的场失真材料并且被设置成非常接近工作体积。因此，外部磁体36可能导致通过位置传感器感测的跟踪场的明显失真。下述的方法和系统主要涉及在存在跟踪磁场的严重失真的情况下执行精确的位置跟踪测量。图1的导管操纵系统仅仅是作为示例性应用来描述的，其中位于位置跟踪系统的工作体积内或附近的对象导致跟踪场的严重的、随时间变化的失真。但是，本发明的实施例决不限于磁性操纵应用。在此描述的方法和系统可用于任何其它合适的位置跟踪应用中，用于降低这种失真影响。例如，在此描述的方法和系统可用来降低由诸如C形臂荧光镜和磁共振成像(MRI)设备的对象所导致的场失真影响。在替换的实施例中，系统20可用来跟踪多种类型的体内对象，诸如导管、内窥镜和矫形植入物，以及用于耦接到医疗和手术工具和器械的跟踪位置传感器。使用冗余测量信息来降低失真的方法如上所述，系统20包括产生九个相应跟踪场的九个场发生线圈44。这些场的每一个由三个场感测线圈60来感测。这样系统执行总共27个场投影测量，以便计算导管M的六个定位和取向坐标。很明显，这27个测量包含大量的冗余信息。该冗余信息可用于改善系统的抗失真性，所述失真由诸如外部磁体36的场失真对象导致。可将这27个场测量看作27维矢量空间中的矢量。该矢量空间的每个维度对应于一对{场发生线圈44，场感测线圈60}。由于测量中的冗余性，通常可确定该矢量空间的较低维度的子空间，其相对于场失真是不变的或几乎不变。在下面图4中描述的位置跟踪方法使用在场测量中存在的冗余信息来改善在存在这种场失真的情况下的位置测量的精确度。原则上，该方法首先计算分别相对于三个三线圈42限定位置传感器52的定位的三个定位矢量。这些定位矢量相对于位置传感器的角取向是不变的，并被称为旋转不变量。 定位矢量是取向不变的，因为如下所示，它们是基于所测量的场强度计算的，而不是基于场强在场感测线圈上的投影计算的。通过坐标校正函数来校正定位矢量(旋转不变量)，其利用冗余测量信息来改进抗场失真性。接下来计算位置传感器的取向坐标以完成该传感器的六维定位和取向坐标。 在一些实施例中，图4的方法还包括校准和聚类步骤，以及用于补偿位置传感器52的线圈 60的不同心性的过程。虽然下面图4的方法涉及定位垫和包括三个互相正交的场感测线圈的位置传感器，所述定位垫包括以三线圈42设置成三个互相正交的组的九个场发生线圈，但是该构造只是为了概念清楚的目的所选择的示范性构造。在替换的实施例中，定位垫40和位置传感器52可包含设置成任何合适的几何构造的任何数目的线圈44和线圈60。图4是示意性地示出根据本发明的实施例的用于在存在场失真的情况下进行位置跟踪的方法的流程图。该方法开始于在校准步骤100处对由定位垫40产生的跟踪场进行映射和校准。通常，步骤100的校准过程在制作定位垫40的过程中执行，并且所述校准结果存储于耦接到定位垫的合适的存储装置中。例如在美国专利6，335，617中描述了可以用于该目的的校准装置和一些相关的校准程序，在此并入其公开作为参考。在校准过程中，类似于位置传感器52的校准传感器通过垫40周围的在三维工作体积内的多个定位被扫描。在校准传感器的每个定位处，垫40中的九个场发生线圈44中的每一个被驱动以产生相应的跟踪场，并且校准传感器的三个场感测线圈60测量该跟踪场。 记录与每个定位相关的所感测的场强。在一些实施例中，校准过程包括在校准传感器的每个定位处执行多个场测量。通常，这些测量中的一些包括自由空间测量(也就是，当工作体积和其附近没有场失真对象时进行的测量)。其它测量是在存在场失真对象的情况下在系统操作过程中希望它们所处的相同位置中进行的。例如，当场失真对象包括物理移动到操纵导管M的外部磁体36时， 在磁体移动经过它们的整个预期运动范围的同时执行场测量。在校准中可包括的其它场失真对象包括例如用于照射患者的荧光镜，以及患者躺在其上的床。所述校准装置执行场测量，并记录测量结果以及校准传感器的相关的已知定位。 在一些实施例中，所述校准程序由机器人或其它自动校准装置来执行，所述校准装置在垫 40周围跨越工作体积移动校准传感器。在一些实施例中，所制作的每个垫40使用在此描述的校准程序进行校准。可替换的，诸如当垫40的制作过程充分可重复时，整个校准程序可只对单个定位垫或垫的样品进行，并且结果用于校准剩余的垫。另外，可替换的，垫的样品可经受整个校准程序。对于剩余的垫来说，只记录指示自由空间测量和失真测量之间的场强差异的不同结果。在一些情况下，材料构成、机械结构和/或场失真对象的定位是已知的。在这些情况下，由这些对象导致的干涉可被制作成模型，并且该模型用作校准测量的一部分。在一些情况下，当存在多个场失真对象时，可分别对每个对象进行校准测量。然后将各个校准测量结合起来。另外或可替换的，可使用任何其它合适的获得校准测量组的方法。利用该多个场投影测量来导出三个旋转不变的坐标校正函数，每个场投影测量与校准传感器的已知定位相关。随后将在正常系统操作期间应用所述校正函数。所述函数接受由位置传感器52测量的一组原始场测量作为输入。这些原始测量可能由于存在场失真对象而失真。这三个函数产生位置传感器52相对于定位垫40的三个相应的已校正定位坐标。在一些实施例中，所述校正函数补偿由场失真对象导致的失真，以及补偿由于由线圈44 产生的跟踪场偏离了理想的偶极子场的事实导致的误差。然而，将跟踪场模拟为偶极子场并不是强制性的。在一些实施例中，使用拟合过程来确定坐标校正函数。所述拟合过程确定这样的函数所述函数将在上面的校准步骤100期间测量的定位坐标与校准传感器的已知定位坐标最佳地拟合。在本领域内已知的任何合适的拟合方法都可用于该目的，例如多项式回归方法。这样，拟合过程有效地使坐标校正函数响应于在原始测量中所包含的失真水平来调整每个原始定位坐标对已校正定位坐标的相对贡献。具有低失真含量的原始定位坐标通过拟合过程可能被强调或被给定更多加权。具有高失真含量的原始定位坐标可能被给定较少的加权或甚至被忽略。这样，坐标校正函数可被看作将原始场测量变换成对失真来说尽可能不变的子空间。由于拟合过程考虑了大量的校准测量，因此该子空间对不同的场失真对象几何形状导致的失真来说是不变的。在一些实施例中，坐标校正函数可忽略与给计算带来明显失真的一个或多个导致失真的系统元件相关的场测量。导致失真的元件可包括场发生线圈44，场感测线圈60和/ 或{线圈44，线圈60}的对。在这些实施例中，例如通过将坐标校正函数的合适系数设定为零或另外对所述函数进行整形以对这些元件不敏感，所述函数可忽略有关导致失真的元件的测量。在一些实施例中，导致失真的元件可被关断或者被停用。原始定位坐标表示为由rt。表示的三个矢量，其中tc = L··· 3，表示在测量中使用的三线圈42的下标。矢量rt。包括三个定位坐标{xt。，ytc, zt。}，其表示如响应于由三线圈 tc产生的跟踪场计算的位置传感器的定位坐标。按照惯例，rtc是相对于定位垫40的参照系来表示的。假设为理想的偶极子场，用于基于所测量的场强计算rt。的示范性数学过程在下面的步骤102中进一步给出。在一些实施例中，这三个坐标校正函数包括多项式函数。在下述的说明中，每个函数包括不包含任何截项的定位坐标的三阶多项式(也就是，该多项式可以包含X，X2, X3, y， y2，y3，ζ, ζ2和ζ3项，但是不包含例如xy2, xyz或y2z项)。这样，坐标校正函数的输入可表达为用h表示的沘维矢量，其被定义为h= {l，ri，r2，r3，ri2，r22，r32，ri3，r23，r33} = {1，222222222333333 xI ‘ Yl ‘ zI ‘ X2' ^2 ‘ Z2' X3'又3' Z3' X1 ‘ Yl ‘ Z1 ‘ X2 ‘ 5^2 ‘ Z2 ‘ X3 ‘ 5^3 ‘ Z3 ‘ X1 ‘ 5^1 ‘ Z1 ‘ X2 ‘ 5^2 ‘ Z2 ‘
知3，733，233}，其中第一“1”项用作偏差(offset)。这三个坐标校正函数具有下述形式 28
权利要求
1.用于跟踪对象位置的方法，包括使用与该对象相关联的场传感器来测量由两个或更多个场发生器所产生的磁场的场强，以便提供冗余定位信息，其中所述场强测量中的至少一些经受失真；以及通过将利用冗余定位信息的坐标校正函数应用于所述测量，确定该对象相对于该两个或更多个场发生器的定位坐标，以便降低失真对定位坐标的影响。
2.用于跟踪对象位置的方法，包括使用包括与该对象相关联的一个或多个场感测元件的场传感器来测量由两个或更多个场发生器产生的磁场的场强，其中所述场强中的至少一个的测量经受失真；响应于所测量的场强，鉴别至少一个导致失真的系统元件，其选自于由该一个或多个场感测元件和该两个或更多个场发生器构成的组；以及响应于所测量的场强确定该对象相对于该两个或更多个场发生器的位置，同时忽略与导致失真的系统元件相关联的场测量。
3.根据权利要求2所述的方法，并且包括将该对象插入到患者的器官中，其中确定对象的位置包括跟踪该对象在该器官内的位置。
4.根据权利要求3所述的方法，其中该两个或更多个场发生器与该对象相关联，并且其中该场传感器定位在所述器官的外部。
5.根据权利要求2所述的方法，其中鉴别导致失真的系统元件包括接受推理的指示， 该指示选自于由所述失真的特征方向和导致失真的系统元件的同一性构成的组。
6.根据权利要求2所述的方法，其中鉴别导致失真的系统元件包括感测在与该导致失真的系统元件相关的场测量中失真的存在。
7.根据权利要求2所述的方法，其中导致失真的系统元件包括场感测元件之一和场发生器之一构成的对。
8.根据权利要求2所述的方法，其中忽略与导致失真的系统元件相关的场测量包括停用导致失真的系统元件。
9.用于跟踪对象位置的系统，包括两个或更多个场发生器，其被设置成在对象的附近生成相应的磁场； 与对象相关联的场传感器，其被设置成执行对磁场场强的测量，以便提供冗余定位信息，其中所述场强测量中的至少一些经受失真；以及处理器，其被设置成通过将利用冗余定位信息的坐标校正函数应用于所述测量来确定该对象相对于该两个或更多个场发生器的定位坐标，以便减少失真对定位坐标的影响。
10.用于跟踪对象位置的系统，包括两个或更多个场发生器，其被设置成在对象的附近生成相应的磁场； 场传感器，其与对象相关联并且包括一个或多个场感测元件，其被设置成测量磁场的场强，其中所述场强中的至少一个的测量经受失真；以及处理器，其被设置成响应于所测量的场强来鉴别导致失真的系统元件，其选自于由该一个或多个场感测元件和该两个或更多个场发生器构成的组，并且被设置成确定该对象相对于该两个或更多个场发生器的位置同时忽略与导致失真的系统元件相关联的场测量。
11.根据权利要求10所述的系统，其中该对象适于插入到患者的器官中，并且其中该处理器被设置成跟踪该对象在该器官内的位置。
12.根据权利要求10所述的系统，其中该两个或更多个场发生器与该对象相关联，并且其中该场传感器定位在所述器官的外部。
13.根据权利要求10所述的系统，其中该处理器被设置成接受推理的指示，该指示选自于由所述失真的特征方向和导致失真的系统元件的同一性构成的组。
14.根据权利要求10所述的系统，其中该处理器被设置成通过感测在与导致失真的系统元件相关的场测量中失真的存在来鉴别该导致失真的系统元件。
15.根据权利要求10所述的系统，其中导致失真的系统元件包括场感测元件之一和场发生器之一构成的对。
16.根据权利要求10所述的系统，其中该处理器被设置成停用导致失真的系统元件。
全文摘要
本发明涉及利用冗余测量的抗失真位置跟踪。用于跟踪对象位置的方法，包括使用与对象相关联的场传感器来测量由两个或更多个场发生器所产生的磁场的场强，其中所述场强中的至少一个的测量经受失真。响应于所测量的场强来计算对象的旋转不变的定位坐标。通过将坐标校正函数应用于旋转不变的定位坐标来确定对象的已校正定位坐标，以便响应于所测量的场强中的失真来调整每一个所测量的场强对已校正定位坐标的相对贡献。
文档编号A61B19/00GK102210611SQ20111012579
公开日2011年10月12日 申请日期2007年8月7日 优先权日2006年8月7日
发明者A·戈瓦里, M·巴-塔尔 申请人:韦伯斯特生物官能公司