植入磁体距离确定的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请要求2014年10月24日提交的美国临时专利申请61/895,070的优先权，通过 引用将其整体合并于此。
技术领域
[0002] 本发明设及可植入医疗设备，而且具体地，设及估计运样的设备中的磁性元件的 位置。
【背景技术】
[0003] 诸如中耳植入体(MEI)和耳蜗植入体的一些可植入医疗系统在可植入部件和外部 部件中采用附接磁体W将该外部部件在植入体上方用磁力固定就位。例如，如图1所示，典 型的耳蜗植入系统可W包括外部发送器机体101，其包含发送线圈102和外部附接磁体103。 外部附接磁体103呈常规碟形，其南北磁偶极的轴与患者皮肤垂直，用W产生如图所示的外 部磁场线104。具有类似的接收线圈106和植入磁体107的相应的接收器组件105被植入在患 者皮肤下方。植入磁体107同样呈碟形，其南北磁偶极的磁轴与患者皮肤垂直，用W产生如 图所示的内部磁场线108。内部接收器机体105通过手术植入并在患者体内固定就位。外部 发送器机体101被置于覆盖内部接收器组件105的皮肤上方的适当位置，并通过内部磁场线 108与外部磁场线104之间的相互作用固定就位。来自发送器线圈102的RF信号将数据和/或 电力禪接到与植入的处理器模块(未示出)通信的接收线圈106。
[0004] 在植入运样的设备之后，有时可能发生问题，诸如外部部件的磁固定力不合适。在 运样的情形下，从皮肤表面到植入磁体的确切距离通常是未知的，所W不清楚问题是由于 距离太大还是植入磁体已经部分消磁。在植入期间，外科医师可W通过物理手段测量植入 体上方的皮肤厚度，但在手术之后不可行。如果已知磁化强度则可W进行绝对磁场测量，但 通常不是运样。
[0005] 美国专利7,561，051描述了一种能够通过磁场的被动测量来确定植入磁体的位置 的设备。该设备使用能够测量磁场的方向和磁场强度的阵列中的磁传感器。所使用的距离 计算复杂而且对计算能力要求高，使得该方法对使用电池操作的设备用处不大。
【发明内容】
[0006] 本发明的实施例针对一种用于估计植入磁体上方的皮肤厚度的方法。定义一平 面，其与植入磁体上方的患者皮肤垂直，且通过X和y轴坐标描述。使用患者皮肤上的磁传感 器的阵列测量该植入磁体的磁场强度。根据测量的磁场强度，确定该阵列上测量的磁场强 度的y轴分量为零处的至少一个y轴零点位置在该平面中的至少一个X轴坐标。继而，将该至 少一个y轴零点的y轴坐标计算为该至少一个X轴坐标的函数，W使得该y轴坐标代表该植入 磁体上方的皮肤厚度。
[0007] 在进一步的特定实施例中，可W确定两个y轴零点位置的X轴坐标。使用一维或二 维传感器阵列来测量磁场强度。在进行磁场强度测量之前，可W通过用户交互或无需用户 交互来对齐传感器阵列。计算y轴坐标可W进一步是磁偶极矩旋转角度的函数，而且可W基 于迭代计算过程，或者基于单步非迭代计算过程。计算y轴坐标还可W基于=角法或非=角 法计算过程。
【附图说明】
[0008] 本专利或申请文件包含至少一幅W彩色绘制的附图，见于优先权申请中。
[0009] 图1示出典型的耳蜗植入系统的各部分。
[0010] 图2示出具有轴向磁化的植入磁体的磁场线的轴对称仿真。
[0011] 图3示出图2中测量的磁场的相应的法向分量的曲线图。
[0012] 图4示出给定磁偶极矩矢量的磁场矢量线的示例。
[0013] 图5A-5B示出具有20°的旋转角度的给定磁偶极矩矢量的磁场矢量线的示例。
[0014] 图6示出通过=次迭代的特定旋转角度的y坐标计算的相对误差的曲线图。
[0015] 图7示出具有不同权重因子的单步非迭代过程的特定旋转角度的y坐标计算的相 对误差的曲线图。
[0016] 图8A-8B示出用于从距离Xim和的比率推导角度a的反函数巧口邑。
[0017] 图9A-9B示出通过用户交互对齐一维传感器阵列W进行磁场测量。
[0018] 图10A-10C示出无需用户交互对齐一维传感器阵列W进行磁场测量。
[0019] 图11A-11B示出使用二维传感器阵列W进行磁场巧慢。
【具体实施方式】
[0020] 通常，绝对磁场强度在手术后是未知的，所W无法用作测量距植入磁体的距离(磁 体上方的皮肤厚度）的基础。但是磁场线本身独立于磁化强度。因而可W基于场方向进行距 离估计，运将需要测量不同位置处的磁场强度。用于测量的最低距离是皮肤表面的平面。
[0021] 图2是示出轴向磁化的植入磁体201的磁场线的轴对称仿真，评估沿与植入磁体 201平行(y保持恒定）的场评估线202的法向场分量。图3示出沿给定场评估线202的轴的磁 场的相应的法向分量的曲线图。由于不需要磁场的绝对强度，将磁场评估值归一化到X轴零 点位置处的值。在每个极点的某些点处，将有零y分量点203(By = 0)。图3中，在y轴上场评估 线的零交叉处y分量将为零。通过确定零y分量点203的X轴坐标，可W计算该点处的y坐标。
[0022] 作为更全面和精确的说明，磁场的磁矩m可W通过矢量势表示：
[0024]磁偶极矩的场可W表示为磁通密度B(r):
[0026]偶极矩沿y方向定向，且位于笛卡尔坐标系的原点处：
[0028]该情况中磁偶极的朝向被定义为与患者皮肤垂直。则观察点位于：
[0030] 给定上述条件，磁场可W被表示为：
[0032] 在x-y平面(Z = O)中如下：
[0036] Bz(x,y)=0
[0037] X分量Bx(x，y)=0的零点位于X = O和y = (Ky分量By(x，y) = 0的零点为 .2户~ f2 ; 0与X =為。因而可W使用测量的y分量By(X，y) = 0的零X位置XO来估计未知的y 位置
。图5A示出给定磁偶极矩矢量（中央的黑色大箭头）的磁场矢量线（小箭头）的 示例。在中央交叉的窄实线指示By = O的位置，箭头Xlm和X2m给出磁感测阵列的朝向。
[0038] 考虑更实际的情况，其中偶极矩有某些旋转，再次使用x-y平面(Z = O),磁偶极矩m 为：
[0040]具有旋转角度a。磁场故见在通过X和y分量表示：
[0043] 利用By = O求解a得到：
[0045]现在在两个X位置Xi和X2测量磁场，并在选择的坐标系中假定相同的y:
[0048] 结果与两个数的几何平均值相关，而且对xi = X2简化为已经示出的结果。应当注 意，现在X = O的点（黑色垂直虚线）不同于Bx = O的点（Cl和C4)，而且不同于磁矩轴（黑色箭 头)。
[0049] 根据W上内容，图4示出a = 20°且y = 2的具体示例，其给出：
[0051]将全部W上内容导入用于确定Wy坐标表示的皮肤厚度的特定高效算法，距离Xlm 是从左点By=O至Ij点Bx = O,距离X2m是从右点By = O至Ij点Bx = Od接着计算距离y的第一估计：
[0053]计算旋转角度的估计：
[0055] 接着计算点Bx=O到X = O的位移的估计：
[0057]然后更新测量的距离：
[0化引.丫1=.丫,", _丈3 [0化9] ^2=?,"+?
[0060] 继而得到：
[0062] 其代表未知距离y'的更好的估计。可W迭代该算法W减少结果误差。
[0063] 可W将前=个计算合为单步而无需=角函数：
[0065] (其中xim〉0)。例如，给定一旋转角度a = 20°和y = 2:如图4所示xim = 2.1759x2m = 3.8841。于是从初始值y = 2.0557开始。第一次迭代得到a = 15.48°和y = 2. Ol22。然后第二 次迭代改进得到a = 19.03°和y = 2.0019，接着第=次迭代更接近，得到a = 19.77°和y = 1.9998。图6示出特定旋转角度的y坐标计算的得到的相对误差的曲线图，其中最上方的线 是初始估计，其下面的线是算法的一次迭代后改进的相对误差，再下面的紧贴X轴之上的线 示出两次迭代后相对误差的进一步减少，而在=次迭代之后，相对误差实际为零(即，X轴）。
[0066] 可W通过将矣的估计乘W因子f来修改算法用于仅仅一次迭代：
[0067] 口爲
[0068] 图7示出使用运样的单次迭代权重因子的y坐标计算的相对误差的曲线图。同样， 图7中最上方的线示出初始估计的相对误差，下面的两条线示出关于其中f =1.177的区间 [0°，45°忡的最小误差、和其中f=1.243的区间[0°，30°忡的最小误差的数据。该特定单 次迭代算法稍后无法用于进一步迭代。
[0069] 当植入磁体的磁偶极与患者皮肤平行时，所述方法W类似的方式工作。该情形下， 可W使用类似的特定高效算法确定Wx坐标表示的皮肤厚度，距离Xlm是从上点Bx = O到点By =0,距离X2m是从下点Bx = O至Ij点By=O,如图5B所示。接着计算距离y的第一估计：
[0070] 糸=美"而"
[0071] 计算旋转角度的估