[發明專利]具有磁阻傳感器的手術導航系統

無效

• 申請號: 200910258425.1
• 申請日: 2009-11-27
• 公開（公告）號: CN101897585A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: V·T·詹森;W·H·胡伯
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: A61B5/05
• 分類號: A61B5/05
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王岳;李家麟

技術領域

本公開總體上涉及手術導航系統(surgical?navigation?system)，尤其涉及利用磁阻傳感器(magnetoresistance?sensor)的手術導航系統。

背景技術

手術導航系統追蹤手術器械、植入物(implant)或其它醫療裝置關于患者解剖體(anatomy)的多維圖像的精確位置和方位。此外，手術導航系統使用可視化工具為外科醫生提供這些手術器械、植入物或其它醫療裝置與患者解剖體的相互配準(co-registered)視圖。

可在手術過程之前或在手術過程期間生成多維圖像。例如，可利用任何合適的醫學成像技術，例如X射線、計算機斷層掃描(CT)、磁共振(MR)、正電子發射斷層掃描(PET)、超聲、或其它任何合適的成像技術，及其任意組合。在將多維圖像與患者的位置和方位或者與解剖特征或感興趣區域的位置和方位配準(register)之后，導航手術器械、植入物或其它醫療裝置的圖形表現(graphicalrepresentation)與多維圖像的結合提供位置和方位信息，該信息使開業醫生(medical?practitioner)能夠操縱手術器械、植入物或其他醫療裝置到達想要的位置和方位。

當前的手術導航系統包括位置和方位傳感器，或基于電磁(EM)、射頻(RF)、光學(視線)和/或機械技術的傳感子系統。

通常利用線圈或微線圈(microcoil)來實現EM傳感器以生成并檢測磁場。雖然成功地實現了基于線圈的EM傳感器，但是當發射器線圈頻率降低和/或接收器線圈體積減小時，基于線圈的EM傳感器具有差的信噪比(SNR)。SNR降低轉化為EM傳感器的范圍(從發射器到接收器的距離)縮小，這會產生臨床意義的位置誤差。

與基于線圈的EM傳感器相關的另一個問題是，基于線圈的EM傳感器易受附近導電物體中的渦流引起的磁場畸變的影響。使用基于線圈的EM傳感器的追蹤技術依賴穩定的磁場或已知的磁場圖。因此，由磁場中金屬物體產生的不可預測的干擾降低準確度或者甚至使得追蹤技術沒有用處。選擇應用所允許的低磁場頻率能夠減少由渦流所產生的問題，然而由于基于線圈的EM傳感器是基于感應(induction)的，所以也會降低基于線圈的EM傳感器的靈敏度。

與基于線圈的EM傳感器相關的其它問題是，通常基于線圈的EM傳感器的制造更加困難且昂貴，并且其還對電纜、連接器以及電子設備的寄生電感和電容固有地敏感，這是因為傳感器信號的比例較小但是寄生信號保持不變。雖然使用更多的昂貴部件以及制造工藝可以使某些寄生成分部分地無效，但是剩下的寄生電感和電容導致縮小的范圍。

除了基于線圈的EM傳感器之外，還有各種各樣的具有不同價格和性能屬性的磁傳感器。霍耳效應傳感器通常被用于檢測低至大約10^-6特斯拉的場。這些傳感器穩定、緊湊、相對便宜并且具有大的動態范圍。各向異性磁阻(AMR)傳感器能夠檢測低至大約10^-9特斯拉的場。雖然這些傳感器緊湊并且相對便宜，但是其極易漂移(drift)且具有小的動態范圍。因此，需要使用高電流脈沖來頻繁地對AMR傳感器進行重新初始化。磁通門磁力儀(Fluxgate?magnetometer)能夠檢測低至大約10^-11特斯拉的場。然而這些傳感器昂貴、體積大并且具有相對小的動態范圍。SQUID磁力儀能夠檢測低至大約10^-15特斯拉的場。因為其需要冷凍劑或大功率閉式循環冷卻系統，所以因為巨大的操作成本也很昂貴。

因此，需要一種手術導航系統，其包括具有小波形因數、良好的信噪比、良好的低頻操作、對寄生電感和電容較低的靈敏度、對畸變較低的靈敏度的磁阻傳感器，并且制造成本極低。

發明內容

根據本公開的一方面，手術導航系統包括至少一個磁阻參考傳感器，其固定附著到患者的解剖參照物；至少一個磁阻傳感器，其附著到至少一個裝置；以及至少一個處理器，用于確定該至少一個裝置的位置和方位。

根據本公開的一方面，手術導航系統包括至少一個磁阻參考傳感器，其固定附著到患者的解剖參照物；至少一個電磁線圈傳感器，其附著到至少一個裝置；以及至少一個處理器，用于確定該至少一個裝置的位置和方位。

根據本公開的一方面，手術導航系統包括至少一個電磁線圈傳感器，其固定附著到患者的解剖參照物；至少一個磁阻傳感器，其附著到至少一個裝置；以及至少一個處理器，用于確定該至少一個裝置的位置和方位。