[發明專利]增益系數和位置確定系統

有效

• 申請號: 200710180233.4
• 申請日: 2002-06-25
• 公開（公告）號: CN101149440A
• 公開（公告）日: 2008-03-26
• 發明（設計）人: 斯蒂芬·R·基爾希;漢斯·R·希爾德;克里斯蒂·J·希林
• 申請（專利權）人: 北方數字公司
• 主分類號: G01V3/08
• 分類號: G01V3/08;A61B5/06
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 康建忠

本申請是申請號為02816255.2、申請日為2002年6月25日、發明名稱為“增益系數和位置確定系統”的專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及使用磁場確定物體的位置和方位以及系統的增益系數的系統。

背景技術

如本領域已知的，系統可以使用磁場測量間接地確定物體的位置和方位。這些系統例如在醫學領域是有用的，因為它們能夠只利用對身體的最小的侵入精確地定位在病人體內的物體。所述侵入涉及在要被定位的物體附近放置一個小的探針。然后從探針的位置和方位對磁場測量的影響確定探針的三維位置和方位。

探針可以是磁場源或者是磁場檢測器。如果探針是源，則在身體外部的檢測器測量由探針產生的磁場。如果探針是檢測器，則身體外部的磁場源產生被測量的磁場。

由磁場測量確定探針的位置和方位不是簡單的，因為測量的磁場是位置和方位的非線性函數。為了由測量的磁場值確定探針的位置和方位，探針的位置和方位首先被假定或者被“猜測”在一個預測的位置和方位。使用迭代處理比較在猜測的探針位置和方位的磁場的值和測量的磁場值。如果在猜測位置和方位的磁場值接近測量值，則認為猜測的位置和方位精確地代表探針的實際位置和方位。

迭代處理使用探針環境的物理模型。所述物理模型規定每個磁場源的位置和方位。由規定的位置和方位，利用電動力學定律確定磁場值。

因為探針及其定位系統是物理系統，它們易于受到影響系統增益的各種外部影響(例如雜散磁場，位于磁場發生器與/或檢測器附近的磁場失真材料等)。此外，這些物理裝置具有也影響整個系統增益的各種工程允差(例如電纜電阻、探針增益、輸入阻抗等)。因而，每當系統的元件被替換時，系統必須被手動地重新校準。

發明內容

按照本發明的一個方面，用于確定探針的位置、方位和系統增益系數的系統包括磁場源和至少一個磁場檢測器，使得磁場檢測器和磁場源的組合產生一個唯一的測量的磁場值。所述系統還包括探針，其位置和方位影響所述唯一的測量的磁場值。一個處理器，其被連接用于接收這些唯一的測量的磁場值，迭代地處理測量的磁場值，用于確定表示探針的增益的系統增益系數和表示探針的位置和方位的位置系數。所述產生的唯一的測量的磁場值的數量必須至少等于計算的系數的數量的和。

還可以包括一個或幾個下面所述的特征。所述迭代處理被配置用于確定測量的磁場值和一組預測的磁場值之間的差的一個函數。所述處理器包括一個計算的位置處理，用于計算預測的磁場值，其中計算的位置處理猜測探針的一個初始增益、位置和方位，然后根據一個物理模型和初始增益、位置和方位計算預測的磁場值。所述初始位置和方位可以是預定的或者隨機選擇的固定點。

所述處理器包括一個優化函數，用于確定表示在測量的磁場值和預測的磁場值之間的差的極值。所述優化函數是最小平方和函數。所述處理器包括一個重新定位處理，用于響應處于一個不能接受的值的預定范圍內的極值，調節探針的初始增益、位置和方位，所述不能接受的值的預定范圍表示在測量的磁場值和一組預測的磁場值之間的差的不能接受的程度。所述位置系數可以包括空間的、球面的與/或旋轉坐標。

按照本發明的另一個方面，一種用于確定一個三維物體的位置、方位和系統增益系數的方法包括在所述三維物體附近放置一組磁場源，并和所述三維物體呈固定的空間關系設置至少一個磁場檢測器。一個磁場檢測器和一個磁場源的組合產生一個唯一的測量的磁場值。此外，所述三維物體的位置和方位影響這些唯一的測量的磁場值。所述方法確定表示所述三維物體的增益的系統增益系數，以及表示所述三維物體的位置和方位的一組位置系數。所述產生的唯一的測量的磁場值的數量必須至少等于所述計算的系數的數量的和。

還可以包括一個或幾個下面所述的特征。所述確定系統增益系數和一組位置系數的步驟包括確定測量的磁場值和一組預測的磁場值之間的差的一個函數。所述確定系統的增益系數和一組位置系數的步驟包括猜測所述三維物體的一個初始增益、位置和方位，并根據一個物理模型和初始增益、位置和方位計算預測的磁場值。所述確定系統的增益系數和一組位置系數的步驟包括確定表示在測量的磁場值和預測的磁場值之間的差的極值。所述確定系統的增益系數和一組位置系數的步驟包括響應處于一個不能接受的值的預定范圍內的極值，調節所述三維物體的初始增益、位置和方位，所述不能接受的值的預定范圍表示在測量的磁場值和一組預測的磁場值之間的差的不能接受的程度。