[发明专利]检测导电物体的存在的方法及系统

说明书

本申请是申请日为2004年4月19日、申请号为200480009830.5、发明 名称为“检测和补偿涡流的方法”的中国发明专利申请的分案申请。

本申请要求2003年4月17日提交的美国临时申请No.60/463,576的权 益。

背景技术

磁跟踪系统适用于各种应用，例如图像导引医疗应用、放射治疗(例如 肿瘤跟踪)、其他医疗诊断和治疗设备、生物工程学和人体运动研究 (ergonomics and human motion research)、动画制作(animation)(例如动 作捕捉)以及工业测量。磁跟踪系统附近存在的导电物体会降低系统的性能。 导电物体内感应产生的涡流会干扰传感器的位置指示，并导致不准确的位置 和/或方向信息。

发明内容

在本发明的一个方案，提供了一种失真补偿方法，其包括确定第一位置 指示信号和第二位置指示信号中的至少一个的无扰相位。该方法包括确定第 一频率下的第一位置指示信号的幅度与第二频率下的第二位置指示信号的 幅度的无扰比值。该方法还包括确定位置指示信号的受扰幅度，以及根据受 扰幅度和受扰相位、无扰幅度比值和无扰相位来调整位置指示。该方法还包 括确定第一位置指示信号和第二位置指示信号的涡流相位间的关系。

在本发明的另一方案，提供了一种用于检测导电物体的存在的方法，其 包括确定磁跟踪系统的特征频率函数，并测量受扰频率函数。该方法还包括 根据特征无扰频率函数和受扰频率函数计算卡方值，以及监测该卡方值以检 测能指示导电物体的存在的变化。

在本发明的又一方案，提供了一种方法，其包括测量导电物体的特征， 并根据所定义的特征确定涡流相位。该方法还包括测量受扰幅度，以及根据 涡流相位、无扰传感器相位以及受扰幅度计算无扰(即校正后的)幅度。

上述各方面的实施例可总结为一个或多个下述特征。

可将第二无扰比值确定为第一或第二位置指示信号的幅度与第三频率 下的第三位置指示信号的幅度的比值。能够确定第一或第二位置指示信号与 第三位置指示信号的涡流相位之间的关系，从而调整位置指示。

第一频率是第二位置指示信号的上次谐波(superior harmonic)，而第二 频率是第一位置指示信号的下次谐波(subordinate harmonic)。例如上次谐 波可为基频，而下次谐波可为三次谐波。在某些实施例中，第一频率小于第 二频率。第一频率和第二频率是谐波相关的。通过例如线性调频波形(chirped waveform)可产生多个频率。本发明的其他方案可包括从传感器接收第一和 第二位置指示信号的实部和虚部。

对于多个位置指示信号可重复该失真补偿方法。该方法可用于检测导电 物体中的涡流的存在。对涡流的存在的检测包括监测第一位置指示信号的幅 度与第二位置指示信号的幅度的比值。在另一实施例中，对涡流的存在的检 测包括检测无扰相位的变化。在另一实施例中，对涡流的存在的检测包括检 测位置指示信号的无扰的实部和虚部的特征的变化。

确定无扰相位包括测量渐近相位值并利用渐近相位值计算无扰相位。确 定无扰相位可以替换为或者还包括迭代计算相位值并调整渐近相位值。计算 涡流相位包括利用数值方法(numerical method)求解一组方程或者利用封闭 解(closed form solution)求解一组方程。

在某些实例中，该方法包括监测多个位置指示信号的卡方值。该方法还 包括为卡方值设置阈值以指示不同程度的失真。对位置指示信号的卡方值的 变化的检测能够指示导电物体的存在。在特定频率范围(例如中频范围、低 频范围或高频范围)内对卡方值的变化的检测能够指示特定类型的导电物体 的存在。

其他优点有，涡流补偿可以实时确定涡流相位和幅度。该方法提供对位 置指示的补偿以抵消导电物体产生的涡流。

其他优点有，在某些实施例中，使用多个场发生器线圈将有利于提供增 强的灵敏度和冗余备份。由于与一个或多个场发生器和/或传感器线圈耦合， 使得存在的导电物体可能引起信号干扰。

附图说明

图1是坐标测量系统的框图；

图2是包括无扰矢量、受扰矢量及涡流矢量的矢量图；

图3是信号补偿过程的流程图；

图4示出了当不锈钢环移动到图1的系统附近时的实验结果，这些实验 结果用于确定φ_E；