用于电磁导航系统的传感器配件的制作方法

本申请要求2017年2月6日提交的临时申请no.62/455,329的优先权，其通过引用整体并入本文。

本公开涉及用于跟踪物品的系统、方法和装置。更具体地，本公开涉及用于电磁跟踪医疗程序中使用的医疗装置的系统、方法和装置。

背景技术：

可以使用各种系统、方法和装置来跟踪医疗装置。跟踪系统可以使用由被跟踪的医疗装置中的至少一个跟踪传感器感测到的外部生成的磁场。外部生成的磁场提供了固定的参照系(frameofreference)，并且跟踪传感器感测磁场以确定传感器相对于固定参照系的位置和取向。

技术实现要素：

在示例1中，传感器配件包括基板，该基板包括第一部分、第二部分和定位于第一部分和第二部分之间的卷曲区部。传感器配件还包括耦接到第一部分的第一磁场传感器。第一磁场传感器具有与传感器配件的纵轴线对准的主感测方向。传感器配件还包括耦接到第二部分的第二磁场传感器。卷曲区部被成形为使得第二磁场传感器相对于第一磁场传感器定向以使得第二磁场传感器具有与正交于纵轴线的轴线对准的主感测方向。

在示例2中，示例1的传感器配件，还包括：第三磁场传感器，其耦接到第一部分并且相对于第一磁场传感器定向为使得第三磁场传感器具有与正交于纵轴线的轴线对准的主感测方向。

在示例3中，示例1-2中任一个的传感器配件，其中传感器配件沿纵轴线延伸，并且其中卷曲区部围绕纵轴线卷曲。

在示例4中，示例3的传感器配件，其中，卷曲区部围绕纵轴线卷曲至少180度。

在示例5中，示例3-4中任一个的传感器配件，其中，卷曲区部围绕纵轴线卷曲至少360度。

在示例6中，示例3的传感器配件，其中，卷曲区部围绕纵轴线在90度和180度之间卷曲。

在示例7中，示例3的传感器配件，其中，卷曲区部围绕纵轴线在180度和360度之间卷曲。

在示例8中，示例1-7中任一个的传感器配件，其中第一、第二和第三磁场传感器包括感应式传感线圈、磁阻传感元件、巨磁阻抗(giantmagneto-impedance)传感元件和磁通门(flux-gate)传感元件之一。

在示例9中，示例8的传感器配件，其中磁阻传感元件包括各向异性磁阻(anisotropicmagneto-resistive)传感元件、巨磁阻(giantmagneto-resistive)传感元件、穿隧磁阻(tunnelingmagneto-resistive)传感元件、霍尔效应(halleffect)传感元件、超巨磁阻(colossalmagneto-resistive)传感元件、特异磁阻(extraordinarymagneto-resistive)传感元件和自旋霍尔(spinhall)传感元件之一。

在示例10中，示例1-9中任一个的传感器配件，其中基板形成柔性电路的一部分。

在示例11中，示例1-10中任一个的传感器配件，其中磁场传感器电耦接到导体。

在示例12中，示例1-11中任一个的传感器配件，其中磁场传感器通过导线键合(wirebonded)到导体。

在示例13中，示例1-12中任一个的传感器配件，其中磁场传感器经由倒装芯片(flip-chip)法耦接到导体。

在示例14中，示例1-13中任一个的传感器配件，其中，传感配件形成圆柱形状。

在示例15中，示例1-14中任一个的传感器配件，其中，卷曲区部形成圆柱形状。

在示例16中，示例1-15中任一个的传感器配件，其中第一部分和第二部分基本上是平坦的。

在示例17中，示例1-16中任一个的传感器配件，其中，卷曲区部沿纵轴线的长度基本上等于传感器配件的总长度。

在示例18中，示例1-16中任一个的传感器配件，其中，卷曲区部包括第一臂和第二臂。

在示例19中，一种用于制造示例1-18中任一个的传感器配件的方法，该方法包括弯曲卷曲区部，使得第一磁场传感器和第二磁场传感器的主感测方向被定向为彼此正交。

在示例20中，一种医疗探针，包括具有传感器配件的远端部分，其中传感器配件包括示例1-18中任一个的传感器配件。

在示例21中，一种医疗系统包括：根据示例20的医疗探针；磁场发生器，其被配置为在包括医疗探针和患者的体积中生成多维磁场；以及处理器，其可操作以接收来自传感器配件的输出，以确定传感器配件在体积内的位置。

虽然公开了多个实施例，但是本发明的其他实施例从以下详细描述中对于本领域技术人员而言将变得显而易见，该详细描述示出并描述了本发明的说明性实施例。因此，附图和详细描述本质上被认为是说明性的而非限制性的。

附图说明

图1示出了根据本公开的某些实施例的跟踪系统的示意图。

图2示出了根据本公开的某些实施例的传感器配件的俯视示意图。

图3示出了图2的传感器配件的透视示意图。

图4示出了图2的传感器配件的透视示意图。

图5示出了图2的传感器配件的侧视示意图。

图6示出了根据本公开的某些实施例的传感器配件的俯视示意图。

图7示出了图6的传感器配件的透视示意图。

图8示出了图6的传感器配件的侧视示意图。

图9示出了根据本公开的某些实施例的传感器配件的俯视示意图。

图10示出了图9的传感器配件的透视示意图。

图11示出了图9的传感器配件的侧视示意图。

尽管本公开可以进行各种修改和替换形式，但是具体实施例在附图中借由示例示出，并且在下面进行详细描述。然而，意图不是将本公开限制于所描述的特定实施例。相反，本公开旨在覆盖落入由所附权利要求限定的本发明范围内的所有修改、等同物和替代物。

具体实施方式

在医疗程序期间，通过患者的血管系统和/或导管腔将诸如探针(例如，诊断和治疗导管、引导器、导丝、内窥镜探针和套管等)的医疗装置插入患者体内。为了跟踪探针在患者体内的位置和取向，探针可以配备有磁场传感器。

图1是示出跟踪系统100的图，该跟踪系统100包括传感器配件102、磁场发生器104、控制器106和探针108(例如，导管、成像探针、诊断探针)。传感器配件102可以定位在探针108内，例如，在探针108的远端处。跟踪系统100被配置为确定传感器配件102的位置和取向，并因此确定探针108的位置和取向。由磁场发生器104生成的磁场为跟踪系统100提供参照系，使得传感器配件102的位置和取向相对于所生成的磁场被确定。跟踪系统100可以用在医疗程序中，其中探针108被插入患者体内，并且传感器配件102用于帮助跟踪探针108在患者体内的位置。

传感器配件102通过有线或无线通信路径可通信地耦接到控制器106，使得控制器106向传感器配件102发送各种信号并从传感器配件102接收各种信号。磁场发生器104被配置为生成一个或多个磁场。例如，磁场发生器104被配置为生成至少三个磁场b1、b2和b3。磁场b1、b2和b3中的每个指向不同的方向，如图1中的箭头指示出的。磁场b1是水平方向上的磁场，磁场b2是垂直方向上的磁场，并且磁场b3是进入图1页面中的磁场。控制器106被配置为经由有线或无线通信路径控制磁场发生器104以生成磁场b1、b2和b3中的一个或多个来助于跟踪传感器配件102(并因此跟踪探针108)。

传感器配件102被配置为感测所生成的磁场并提供跟踪信号，其指示传感器配件102在至多六个自由度(即，x、y和z测量结果，以及俯仰、偏航和滚转角)中的位置和取向。通常，跟踪系统能够跟踪的自由度的数量取决于磁场传感器和磁场发生器的数量。例如，具有单个磁场传感器的跟踪系统可能不能跟踪滚转角，并且因此仅限于以五个自由度(即，x、y和z坐标，以及俯仰和偏航角)进行跟踪。这是因为由单个磁场传感器感测到的磁场不会随着单个磁场传感器“卷曲”而改变。像这样，传感器配件102包括至少两个磁场传感器110a和110b。磁场传感器可以包括以下传感器，诸如感应式传感线圈和/或各种传感元件，其诸如磁阻(mr)传感元件(例如，各向异性磁阻(amr)传感元件、巨磁阻(gmr)传感元件、穿隧磁阻(tmr)传感元件、霍尔效应传感元件、超巨磁阻(cmr)传感元件、特异磁阻(emr)传感元件和自旋霍尔传感元件等)、巨磁阻抗(gmi)传感元件和/或磁通门传感元件。此外，传感器配件102和/或探针108可以以其他类型的传感器诸如温度传感器、超声传感器等为特征。

传感器配件102被配置为感测磁场b1、b2和b3中的每个，并向控制器106提供对应于感测到的磁场b1、b2和b3中的每个磁场的信号。控制器106经由通信路径接收来自传感器配件102的信号，并确定传感器配件102和探针108相对于所生成的磁场b1、b2和b3的定位和位置。

磁场传感器110a和110b可以由电压或电流供电，以驱动或激励磁场传感器的元件。磁场传感器元件接收电压或电流，并且响应于所生成的磁场中的一个或多个，磁场传感器元件生成传感信号，该传感信号被发送到控制器106。控制器106被配置为控制到磁场传感器的电压或电流的量并控制磁场发生器104生成磁场b1、b2和b3中的一个或多个。控制器106还被配置为从磁场传感器接收传感信号并确定传感器配件102(以及因此的探针108)相对于磁场b1、b2和b3的位置和取向。可以使用彼此交互或组合在一起的固件、集成电路和/或软件模块来实现控制器106。例如，控制器106可以包括用于由处理器执行的计算机可读指令/代码。这样的指令可以存储在非暂时性计算机可读介质上并传送到处理器以供执行。通常，控制器106可以以适合于控制和处理磁跟踪信号和信息的任何形式的电路来实施。

图2示出了处于“展开(unrolled)”形式的传感器配件200的俯视图。传感器配件200可以用在探针中(如图1中的探针108)。图3示出了处于展开形式的传感器配件200的透视图。图4示出了处于“卷曲(rolled)”形式的传感器配件200的透视图，并且图5示出了处于卷曲形式的传感器配件200的侧视图。

传感器配件200包括第一磁场传感器202a、第二磁场传感器202b和第三磁场传感器202c。磁场传感器202a、202b和202c可以包括以下传感器，诸如感应式传感线圈，和/或各种传感元件，其诸如mr传感元件(例如，amr传感元件、gmr传感元件、tmr传感元件、霍尔效应传感元件、cmr传感元件、emr传感元件和自旋霍尔传感元件等)、gmi传感元件和/或磁通门传感元件。传感元件被配置为感测磁场，如由图1的磁场发生器104生成的磁场，并生成响应式传感信号。另外，传感器配件200可以以其他类型的传感器诸如温度传感器、超声传感器等为特征。由磁场传感器202a-202c生成的传感信号可以从传感配件200无线地或经由一个或多个导体发送到控制器，诸如图1的控制器106。

第一磁场传感器202a、第二磁场传感器202b和第三磁场传感器202c被示出为定位于公共传感器配件基板204上，其可以形成柔性电路的一部分。应当理解，磁场传感器可以定位在形成柔性电路的一部分的单独基板上。在一些实施例中，柔性电路是单面或双面印刷电路板。在一些实施例中，柔性电路是多层柔性电路。该柔性电路可包括lcp和/或聚酰亚胺芯材、铜包层和/或薄膜金属化、和/或层压材料或液态介质。

基板204包括第一部分206a和第二部分206b，其中第一磁场传感器202a和第二磁场传感器202b定位在第一部分206a上，第三磁场传感器202c定位在第二部分206b上。基板204包括可卷曲区部208，其以第一臂210a和第二臂210b为特征。可卷曲区部208定位于第一部分206a和第二部分206b之间。如图4中示出的，可卷曲区部208被配置成卷曲，使得第三磁场传感器202c被定向成与第一磁场传感器202a和第二磁场传感器202b正交。第一臂和第二臂210a-210b可以配置成卷曲。第一部分206a和第二部分206b在图5中示出为基本上平坦的。可卷曲区部208包括可以承受弯曲成图4中示出的形式的柔性材料。一旦被卷曲，传感器配件200形成圆柱形状，其可以装配到探针的远端部分中(如图1中的探针108)。

在一些实施例中，可卷曲区部208围绕传感器配件200的纵轴线212卷曲(即，围绕其至少部分地周向延伸)。例如，可卷曲区部208可围绕纵轴线212卷曲至少180度。在其他示例中，可卷曲区部208可围绕纵轴线212卷曲至少360度以形成完整的圆柱形状。在一些实施例中，可卷曲区部208可围绕纵轴线212在90度和180度之间卷曲。在一些实施例中，可卷曲区部208可围绕纵轴线212在180度和360度之间卷曲。

在卷曲形式中，第一磁场传感器202a被定向成使得其主感测方向沿着传感器配件200的纵轴线212(例如，x轴线)对准。第二磁场传感器202b被定向成使得其主感测方向沿着与纵轴线212正交的轴线(例如，y轴线)对准。第三磁场传感器202c被定向成使得其主感测方向沿着与x轴线和y轴线正交的轴线(例如，z轴线)对准。第一、第二和第三磁场传感器202a-202c被配置为响应于磁场而生成响应式传感信号。传感信号用于确定传感器配件200的位置和取向。

磁场传感器202a-202c可以经由本领域已知的任何连接技术电耦接到柔性电路。在一些实施例中，磁场传感器202a-202c以倒装芯片方式、焊接、扇形散开(fanout)和通过硅通孔等电耦接到基板204上的导体214。导体214可以将电信号(例如，传感信号、功率信号)传送到跟踪系统100的控制器106和磁场传感器202a-202c并且传送来自跟踪系统100的控制器106和磁场传感器202a-202c的电信号。

图6示出了处于“展开”形式的传感器配件600的俯视图。传感器配件600可以用在探针中(如图1中的探针108)。图7示出了处于“卷曲”形式的传感器配件600的透视图，并且图8示出了处于卷曲形式的传感器配件600的侧视图。

传感器配件600包括第一磁场传感器602a、第二磁场传感器602b和第三磁场传感器602c。磁场传感器602a、602b和602c可以包括以下传感器，诸如感应式传感线圈，和/或各种传感元件，其诸如mr传感元件(例如，amr传感元件、gmr传感元件、tmr传感元件、霍尔效应传感元件、cmr传感元件、emr传感元件和自旋霍尔传感元件等)、gmi传感元件和/或磁通门传感元件。mr传感元件被配置为感测磁场，如由图1的磁场发生器104生成的磁场，并生成响应式传感信号。另外，传感器配件600可以以其他类型的传感器诸如温度传感器、超声传感器等为特征。由磁场传感器602a-602c生成的传感信号可以从传感配件600无线地或经由一个或多个导体发送到控制器，诸如图1的控制器106。

第一磁场传感器602a、第二磁场传感器202b和第三磁场传感器602c被示出为定位于公共传感器配件基板604上，其可以形成柔性电路的一部分。应当理解，磁场传感器可以定位在形成柔性电路的一部分的单独基板上。在一些实施例中，柔性电路是单面或双面印刷电路板。在一些实施例中，柔性电路是多层柔性电路。该柔性电路可包括lcp和/或聚酰亚胺芯材、铜包层和/或薄膜金属化、和/或层压材料或液态介质。

基板604包括第一部分606a和第二部分606b，其中第一磁场传感器602a和第二磁场传感器602b定位在第一部分606a上，第三磁场传感器602c定位在第二部分606b上。基板604包括可卷曲区部608。如图7和图8中示出的，可卷曲区部608被配置成卷曲，使得第三磁场传感器602c被定向成与第一磁场传感器602a和第二磁场传感器602b正交。可卷曲区部608包括可以承受弯曲成图7和图8中示出的形式的柔性材料。一旦被卷曲，传感器配件600形成圆柱形状，其可以装配到探针的远端部分(如图1中的探针108)。第一部分606a和第二部分606b在图8中示出为基本上平坦的。如图6中示出的，可卷曲区部608在传感器配件600的整个长度上延伸，但是应当理解，可卷曲区部可以具有比传感器配件600更短的长度。

在一些实施例中，可卷曲区部608围绕传感器配件600的纵轴线610卷曲。例如，可卷曲区部608可围绕纵轴线610卷曲至少180度。在其他示例中，可卷曲区部608可围绕纵轴线610卷曲至少360度以形成完整的圆柱形状。在一些实施例中，可卷曲区部608可围绕纵轴线610在90度和180度之间卷曲。在一些实施例中，可卷曲区部608可围绕纵轴线610在180度和360度之间卷曲。

在卷曲形式中，第一磁场传感器602a被定向成使得其主感测方向沿着传感器配件600的纵轴线610(例如，x轴线)对准。第二磁场传感器602b被定向成使得其主感测方向沿着与纵轴线610正交的轴线(例如，y轴线)对准。第三磁场传感器602c被定向成使得其主感测方向沿着与x轴线和y轴线正交的轴线(例如，z轴线)对准。第一、第二和第三磁场传感器602a-602c被配置为响应于磁场而生成响应式传感信号。传感信号用于确定传感器配件600的位置和取向。

磁场传感器602a-602c可以经由本领域已知的任何连接技术电耦接到柔性电路。在一些实施例中，磁场传感器602a-602c以倒装芯片方式、焊接、扇形散开和通过硅通孔等电耦接到基板604上的导体612。导体612可以将电信号(例如，传感信号、功率信号)传送到磁场传感器602a-602c和跟踪系统100的控制器106并且传送来自磁场传感器602a-602c和跟踪系统100的控制器106的电信号。

图9示出了处于“展开”形式的传感器配件900的俯视图。传感器配件900可以用在探针中(如图1中的探针108)。图10示出了处于“卷曲”形式的传感器配件900的透视图，并且图11示出了处于卷曲形式的传感器配件900的侧视图。

传感器配件900包括第一磁场传感器902a、第二磁场传感器902b和第三磁场传感器902c。磁场传感器902a、902b和902c可以包括以下传感器，诸如感应式传感线圈，和/或各种传感元件，其诸如mr传感元件(例如，amr传感元件、gmr传感元件、tmr传感元件、霍尔效应传感元件、cmr传感元件、emr传感元件和自旋霍尔传感元件等)、gmi传感元件和/或磁通门传感元件。mr传感元件被配置为感测磁场，如由图1的磁场发生器104生成的磁场，并生成响应式传感信号。另外，传感器配件900可以以其他类型的传感器诸如温度传感器、超声传感器等为特征。由磁场传感器902a-902c生成的传感信号可以从传感配件900无线地或经由一个或多个导体发送到控制器，诸如图1的控制器106。

第一磁场传感器902a、第二磁场传感器902b和第三磁场传感器902c被示出为定位于公共传感器配件基板904上，其可以形成柔性电路的一部分。应当理解，磁场传感器可以定位在形成柔性电路的一部分的单独基板上。在一些实施例中，柔性电路是单面或双面印刷电路板。在一些实施例中，柔性电路是多层柔性电路。该柔性电路可包括lcp和/或聚酰亚胺芯材、铜包层和/或薄膜金属化、和/或层压材料或液态介质。

基板904包括第一部分906a和第二部分906b，其中第一磁场传感器902a和第二磁场传感器902b定位在第一部分906a上，第三磁场传感器902c定位在第二部分906b上。基板904包括可卷曲区部908，其可定位在第一部分906a和第二部分906b之间并在其间延伸。如图10和图11中示出的，可卷曲区部908被配置成卷曲以使得第三磁场传感器902c被定向成与第一磁场传感器902a和第二磁场传感器902b正交。可卷曲区部908包括可以承受弯曲成图10和图11中示出的形式的柔性材料。一旦被卷曲，传感器配件900可以装配到探针的远端部分(如图1中的探针108)。第一部分906a和第二部分906b在图11中示出为基本上平坦的。

在一些实施例中，可卷曲区部908围绕传感器配件900的纵轴线910卷曲。例如，可卷曲区部908可围绕纵轴线910卷曲至少180度。在其他示例中，可卷曲区部908可围绕纵轴线610卷曲至少360度以形成完整的圆柱形状。在一些实施例中，可卷曲区部908可围绕纵轴线910在90度和180度之间卷曲。在一些实施例中，可卷曲区部908可围绕纵轴线910在180度和360度之间卷曲。与传感器配件900的总长度相比而言，图9-图11中的可卷曲区部908沿纵轴线910具有相对较短的长度。当展开时，可卷曲区部908被示出为形成“s”形状，尽管可以设想其他形状。

在卷曲形式中，第一磁场传感器902a被定向成使得其主感测方向沿着传感器配件900的纵轴线910(例如，x轴线)对准。第二磁场传感器902b被定向成使得其主感测方向沿着与纵轴线910正交的轴线(例如，y轴线)对准。第三磁场传感器902c被定向成使得其主感测方向沿着与x轴线和y轴线正交的轴线(例如，z轴线)对准。第一、第二和第三磁场传感器902a-902c被配置为响应于磁场而生成响应式传感信号。传感信号用于确定传感器配件900的位置和取向。

磁场传感器902a-902c可以经由本领域已知的任何连接技术电耦接到柔性电路。在一些实施例中，磁场传感器902a-902c以倒装芯片方式、焊接、扇形散开和通过硅通孔等电耦接到基板904上的导体912。导体912可以将电信号(例如，传感信号、功率信号)传送到磁场传感器902a-902c和跟踪系统100的控制器106并且传送来自磁场传感器902a-902c和跟踪系统100的控制器106的电信号。

应当注意，为了简单和易于理解，上面描述的和附图中示出的元件未按比例绘制并且可以省略某些特征。像这样，附图不一定指示元件的相对尺寸或其他特征的不存在。

在不脱离本发明的范围的情况下，可以对所讨论的示例性实施例进行各种修改和添加。例如，虽然上面描述的实施例涉及特定特征，但是本发明的范围还包括具有不同特征组合的实施例和不包括所有描述的特征的实施例。因此，本发明的范围旨在包括落入权利要求范围内的所有这样的替代、修改和变化，以及其所有等同物。