[发明专利]用于电磁跟踪方法和系统的线圈排列

说明书

技术领域

[0001]本发明通常涉及一种使用磁场确定目标位置和方位的跟踪系统，诸 如在外科手术和其它医疗处置过程中用作跟踪仪器和装置的系统。更具 体而言，本申请涉及一种使用紧凑型线圈排列(arrangement)的电磁跟 踪系统和方法。

背景技术

[0002]跟踪系统已经在各种产业和应用中得到使用，用于提供和目标有关 的位置信息。例如，电磁跟踪在航空应用、运动检测应用和医疗应用中 十分有用。在医疗应用中，跟踪系统已经用于向操作人员(例如，医生) 提供信息，以便准确、快速地定位位于患者体内或附近的医疗装置。通 常，图像被显示在显示器上，用于向操作人员提供定位信息。图像可以 包括患者解剖结构的可视化显示，图标位于表示上述装置的图像上。当 装置相对于患者身体被定位时，更新显示图像以反映正确的装置坐标。 患者解剖结构的基本图像在医疗处置之前或医疗处置期间产生。例如， 任何合适的医学成像技术，诸如X线、计算机断层成像(CT)、磁共振 成像(MRI)、正电子发射断层成像(PET)和超声，均可以用于提供在 跟踪期间显示的基本图像。基本图像和跟踪装置表示的组合提供了允许 医学从业者将装置操纵到期望位置的定位信息和/或被聚集到准确位置的 相关信息。

[0003]为了确定装置的位置，跟踪系统可以使用电磁(EM)场发生和检 测方法。使用这种方法，至少一个磁场从一个或多个EM传感器(例如， EM场发生器或发射器)中产生，并且磁场被一个或多个补偿 (complementary)EM传感器(例如，EM接收器)检测。在这种系统 中，可以通过测量EM传感器和补偿EM传感器之间的互感，检测EM 场。测量值被处理用于分析EM传感器彼此之间的位置和/或方位。例如， 电磁跟踪系统可以包括安装在装置操作端的EM传感器和固定在已知位 置上的补偿EM传感器。当EM传感器产生磁场时，互感的电压指示可 以通过补偿EM传感器被感应。信号可以被检测并传递给处理器用于处 理。然后，处理可以使用测量到的互感的电压信号指示，用于确定EM 传感器彼此之间的位置和方位(例如，X、Y和Z坐标以及倾侧角、俯仰 角和偏航角)。

[0004]常见电磁跟踪系统包括多个EM传感器，上述多个EM传感器由一 个或多个EM场发生器阵列和一个或多个EM接收器阵列构成。为了提 供更为准确的装置跟踪，已经使用位于跟踪区域四周的EM传感器的各 种排列。例如，四个EM传感器可以放置在矩形区域的角上。在这种配 置中，一个EM传感器可以作为产生磁场的EM场发生器，而上述磁场 由作为EM接收器的补偿EM传感器检测。然后，处理器可以接收被检 测磁场的信号指示，对EM传感器的位置和/或方位进行三角测量。

[0005]尽管上述方法可以提供足够的准确度，但是仍然存在位于一个平面 的区域四周的传感器不能提供位置和/或方位充分估计的情形。例如，当 四个EM接收器放置在一个平面上(例如，外科手术台上)时，处理不 能准确跟踪位于平面上方或下方的EM场发生器的距离。此外，即使距 离可以确定，处理也很难(并非不可能)确定EM场发生器位于平面的 哪一侧。例如，对于平面上方指定位置(x，y，z)处的EM场发生器和平面下 方指定位置(x，y，-z)处的EM场发生器，可能出现相同的互感测量。这是 因为在这两个位置上，EM场发生器到EM接收器的距离是相同的，因 此互感测量和它们在三角测量中的比例是相同的。因此，处理不能决定 EM场发生器究竟位于平面的哪一侧。

[0006]此外，一些跟踪系统应用需要紧凑EM传感器。一些包含多个线圈 的EM传感器可能相当大。由于工业标准线圈结构(ISCA)EM传感器 组件小，因此它们便于应用到上述应用中。但是，ISCA发射器和接收器 均包括三个大致同心和大致正交的线圈。而且，ISCA线圈必须被单独表 征。当ISCA发射器或接收器需要安装到外科器械的末端时，由于空间有 限，从而使得利用三线圈装置变得困难。

[0007]因此，需要提出一种EM跟踪系统，其中EM传感器包括至少一个 紧凑线圈阵列。

发明内容

[0008]根据本发明的一个方面，提供一种电磁线圈排列，包括：三个共面 电磁传感器；和与上述三个共面传感器不共面的第四电磁传感器，其中 上述三个共面电磁传感器和第四电磁传感器中的每一个电磁传感器被放 置在四面体的顶点上。