[发明专利]利用频率外推的抗失真位置跟踪

说明书

技术领域

本发明总体涉及磁定位跟踪系统，尤其涉及用于在使场失真的物体存在的条件下进行精确位置测量的方法和系统。

背景技术

本领域中已知各种方法和系统用于跟踪医学过程中所涉及的物体的坐标。这些系统的一些利用磁场测量。例如，美国专利5391199和5443489描述了利用一个或多个场换能器确定体内探针的坐标的系统，它们的公开内容在此引入作为参考。这种系统用于产生关于医学探针或导管的位置信息。在探针中放入诸如线圈的传感器，该传感器响应于外部施加的磁场产生信号。该磁场由磁场换能器产生，例如散热器蛇形管，该磁场换能器以已知的彼此隔开的位置中固定在外部参考标架。

例如，在PCT专利公开文本WO 96/05768，美国专利6690963、6239724、6618612和6332089以及美国专利申请公开文本2002/0065455A1、2003/0120150 A1和2004/0068178 A1中也描述了其他涉及磁定位跟踪的方法和系统，它们的公开内容在此全部引入作为参考。这些公开内容描述了跟踪诸如心导管、整形外科植入物和用在不同医学过程中的医疗工具的体内物体的位置的方法和系统。

在本领域中众所周知的是在磁定位跟踪系统的磁场内部存在金属、顺磁或铁磁物体经常会使得系统的测量失真。该失真有时是由系统的磁场以及其他影响在这些物体中引起的涡流造成的。

本领域中已经描述了各种用于在这些干扰存在条件下进行定位跟踪的方法和系统。例如，美国专利6147480描述了这样的方法，该专利的公开内容在此引入作为参考，其中首先在不存在任何可能造成寄生信号分量的物品的条件下检测在被跟踪的物体中所引起的信号。确定该信号的基线相位。当产生寄生磁场的物品被引入到被跟踪的物体的附近时，检测由寄生分量引起的所引入信号的相移。测量的相移用于指示物体的位置可能不准确。相移也用于分析信号，以便消除至少一部分寄生信号分量。

在一些应用中，通过使用几种磁场频率进行测量来测量和/或补偿磁场的失真。例如，美国专利4829250描述了一种用于确定固定的参考标架与不受限制的物体之间的相对方位的磁系统，该专利的公开内容在此引入作为参考。三个由多频源驱动的正交排列的发送线圈与三个正交的接收线圈之间的相互耦合产生了多组模拟电压。使用快速傅立叶变换(FFT)装置对该模拟电压进行采样、数字化和处理，以产生用于确定俯仰角和偏航角的方向分量。通过使用多频源驱动发送线圈以及通过导出至少两个离散频率上的坐标分量测量，可以补偿结果中由周围的导电结构中的涡流引起的误差。

作为另一例子，美国专利6373240描述了一种用于跟踪物体的方法，该专利的公开内容在此引入作为参考。该方法包括在物体的附近生成在多个预定频率处的无扰能量场，并且确定由于在该物体的附近引入物品而响应于此在无扰场引起的干扰能量场的特征。该方法还包括接收响应于在引入该物品后在该物体的位置产生的无扰和干扰能量场而得到的多个所得信号，在响应于所得信号的参数的该多个预定频率中为该无扰能量场确定最佳频率，并且确定在最佳频率处响应于所得信号的该物体的空间坐标。

发明内容

本发明的实施例提供了用于在金属、顺磁和/或铁磁物体(统称为使场失真的物体)存在条件下利用频率外推进行磁定位跟踪测量的改进方法和系统。

该系统包括两个或多个在被跟踪物体附近产生磁场的场发生器。该磁场被与物体相关的位置传感器检测并被转成用于计算物体位置(定位和取向)坐标的位置信号。场发生器在几个频率产生交流(AC)磁场。拟合测量的场强与频率的关系并将其外推到目标频率，以便减小金属干扰的影响。

例如，测量可以外推到零频率，以产生等效的直流(DC)场强。与AC测量不同，直流(DC)磁场通常不造成涡流和其他与AC相关的失真。该等效的DC场强基本上不受这种失真的影响，然后用于计算被跟踪的物体相对于场发生器的位置。在可选实施例中，为了消除金属失真影响，将场强和/或坐标外推到无穷频率或任意其他目标频率。

因此根据本发明的实施例，提供了一种用于跟踪物体位置的方法，其包括：

使用至少一个场发生器，在物体的附近产生两个或更多频率的交流(AC)磁场；

使用与物体相关的场传感器感测该AC场，并产生相应的AC数据点，各数据点表明在场传感器处的AC场的幅度和方向，其中至少一些所感测的AC场受到失真；

将AC数据点对AC场频率的依赖关系外推到目标频率，以便在减小的失真水平的情况下确定AC场的幅度和方向；以及