[发明专利]跟踪圆柱形孔口的系统和方法

说明书

本公开提供了一种跟踪圆柱形孔口的系统和方法。系统包括：传感器，其被配置成被引入外科植入物的间隙孔中，其中，该传感器被配置成被引入产生的磁场附近并且引起磁场的失真；以及一个或更多个场测量线圈，其被配置成：当传感器在磁场附近时，测量磁场的特性；以及向计算设备提供表示所测量的磁场的特性的信号，其中，计算设备被配置成基于所测量的磁场的特性来确定传感器和间隙孔的位置和取向中的一个或二者。

技术领域

本公开内容涉及跟踪圆柱形孔口。

背景技术

电磁跟踪(EMT)系统用于在医疗手术、虚拟现实(VR)设置和增强现实(AR)设置等中帮助进行仪器和解剖结构的定位。这样的系统可以基于所测量的传输磁场的失真来确定传感器的位置。

发明内容

电磁跟踪(EMT)系统可以用于在医疗手术期间跟踪医疗设备。例如，在外科手术环境中，EMT系统可以用于在外科手术期间跟踪外科植入物例如髓内(IM)钉的位置和/或取向。特别地，可以通过跟踪被定位在每个间隙孔内的无线传感器的位置和/或取向来跟踪IM钉的一个或更多个间隙孔的位置和/或取向。在一些实现方式中，传感器可以包括填充有铁磁流体芯的壳体。传感器的磁性被配置成在产生的磁场中引起失真，并且场测量线圈被配置成测量失真的特性并且将这种测量结果提供给计算设备。然后，计算设备可以基于所接收的测量结果来确定传感器的位置和/或取向(以及例如IM钉的间隙孔的位置和/或取向)。

在一些实现方式中，间隙孔和传感器二者都具有圆柱形状并且是圆柱对称的。因此，不需要跟踪传感器的取向的滚转分量。因此，传感器可以是五自由度(5DoF)传感器，同时仍然确定间隙孔的精确位置和取向，由此简化跟踪，使得能够使用更低成本的硬件，并最小化计算设备确定间隙孔的位置和取向所需的计算能力的量。

在一些实现方式中，将传感器定位在间隙孔内可以提供许多优点。在植入期间，IM钉可能经受外力。这种外力可能由于(例如当IM钉被锤入骨中时)施加到钉的应力而自然发生。这种外力可能导致IM钉弯曲。弯曲可能导致间隙孔相对于未被定位在间隙孔内的传感器的位置和取向改变，从而导致定位误差。另一方面，如果传感器被定位在间隙孔内，则由于IM钉的变形而导致的间隙孔的位置和取向的变化相应地由传感器经历。

在一些实现方式中，一旦外科手术结束，可以从IM钉和患者身体移除传感器中的一些或全部。例如，可以通过刺穿壳体并使用永磁体将铁磁流体磁性地拉出体外来移除铁磁流体。然后可以移除壳体。替选地，壳体可以由生物相容的和/或可生物降解的材料制成，并且因此壳体可以留在患者体内。

在一个方面中，系统包括传感器，该传感器被配置成被引入外科植入物的间隙孔中。该传感器被配置成被引入产生的磁场附近并且引起磁场的失真。该系统还包括一个或更多个场测量线圈，其被配置成：当传感器在磁场附近时，测量磁场的特性。一个或更多个场测量线圈还被配置成向计算设备提供表示所测量的磁场的特性的信号。计算设备被配置成基于所测量的磁场的特性来确定传感器和间隙孔的位置和取向中的一个或二者。

实现可以包括下述特征中的一个或多个。

在一些实现方式中，外科植入物是髓内(IM)钉。

在一些实现方式中，IM钉被插入患者的股骨中。

在一些实现方式中，紧固件从患者的腿的外部处的位置插入间隙孔中。基于所确定的传感器和间隙孔的位置和取向中的一个或二者来识别患者的腿的外部处的位置。

在一些实现方式中，传感器具有圆柱形状。

在一些实现方式中，传感器和间隙孔是圆柱对称的。

在一些实现方式中，传感器的直径基本上等于间隙孔的直径。

在一些实现方式中，传感器是五自由度(5DoF)传感器。

在一些实现方式中，传感器包括包含铁磁流体的壳体。