[發明專利]跟蹤圓柱形孔口的系統和方法

有效

• 申請號: 201810902516.3
• 申請日: 2018-08-09
• 公開（公告）號: CN109381258B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 尼古拉·米庫斯蔡特;克里斯蒂安·席林;奧拉夫·策雷斯;格奧爾格·布倫納;斯特凡·R·基爾希;韋斯特利·S·阿舍;馬克·羅伯特·施奈德;弗拉迪米爾·F·科根
• 申請（專利權）人: 北方數字化技術公司
• 主分類號: A61B34/20
• 分類號: A61B34/20
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 王英

本公開提供了一種跟蹤圓柱形孔口的系統和方法。系統包括：傳感器，其被配置成被引入外科植入物的間隙孔中，其中，該傳感器被配置成被引入產生的磁場附近并且引起磁場的失真；以及一個或更多個場測量線圈，其被配置成：當傳感器在磁場附近時，測量磁場的特性；以及向計算設備提供表示所測量的磁場的特性的信號，其中，計算設備被配置成基于所測量的磁場的特性來確定傳感器和間隙孔的位置和取向中的一個或二者。

技術領域

本公開內容涉及跟蹤圓柱形孔口。

背景技術

電磁跟蹤(EMT)系統用于在醫療手術、虛擬現實(VR)設置和增強現實(AR)設置等中幫助進行儀器和解剖結構的定位。這樣的系統可以基于所測量的傳輸磁場的失真來確定傳感器的位置。

發明內容

電磁跟蹤(EMT)系統可以用于在醫療手術期間跟蹤醫療設備。例如，在外科手術環境中，EMT系統可以用于在外科手術期間跟蹤外科植入物例如髓內(IM)釘的位置和/或取向。特別地，可以通過跟蹤被定位在每個間隙孔內的無線傳感器的位置和/或取向來跟蹤IM釘的一個或更多個間隙孔的位置和/或取向。在一些實現方式中，傳感器可以包括填充有鐵磁流體芯的殼體。傳感器的磁性被配置成在產生的磁場中引起失真，并且場測量線圈被配置成測量失真的特性并且將這種測量結果提供給計算設備。然后，計算設備可以基于所接收的測量結果來確定傳感器的位置和/或取向(以及例如IM釘的間隙孔的位置和/或取向)。

在一些實現方式中，間隙孔和傳感器二者都具有圓柱形狀并且是圓柱對稱的。因此，不需要跟蹤傳感器的取向的滾轉分量。因此，傳感器可以是五自由度(5DoF)傳感器，同時仍然確定間隙孔的精確位置和取向，由此簡化跟蹤，使得能夠使用更低成本的硬件，并最小化計算設備確定間隙孔的位置和取向所需的計算能力的量。

在一些實現方式中，將傳感器定位在間隙孔內可以提供許多優點。在植入期間，IM釘可能經受外力。這種外力可能由于(例如當IM釘被錘入骨中時)施加到釘的應力而自然發生。這種外力可能導致IM釘彎曲。彎曲可能導致間隙孔相對于未被定位在間隙孔內的傳感器的位置和取向改變，從而導致定位誤差。另一方面，如果傳感器被定位在間隙孔內，則由于IM釘的變形而導致的間隙孔的位置和取向的變化相應地由傳感器經歷。

在一些實現方式中，一旦外科手術結束，可以從IM釘和患者身體移除傳感器中的一些或全部。例如，可以通過刺穿殼體并使用永磁體將鐵磁流體磁性地拉出體外來移除鐵磁流體。然后可以移除殼體。替選地，殼體可以由生物相容的和/或可生物降解的材料制成，并且因此殼體可以留在患者體內。

在一個方面中，系統包括傳感器，該傳感器被配置成被引入外科植入物的間隙孔中。該傳感器被配置成被引入產生的磁場附近并且引起磁場的失真。該系統還包括一個或更多個場測量線圈，其被配置成：當傳感器在磁場附近時，測量磁場的特性。一個或更多個場測量線圈還被配置成向計算設備提供表示所測量的磁場的特性的信號。計算設備被配置成基于所測量的磁場的特性來確定傳感器和間隙孔的位置和取向中的一個或二者。

實現可以包括下述特征中的一個或多個。

在一些實現方式中，外科植入物是髓內(IM)釘。

在一些實現方式中，IM釘被插入患者的股骨中。

在一些實現方式中，緊固件從患者的腿的外部處的位置插入間隙孔中?；谒_定的傳感器和間隙孔的位置和取向中的一個或二者來識別患者的腿的外部處的位置。

在一些實現方式中，傳感器具有圓柱形狀。

在一些實現方式中，傳感器和間隙孔是圓柱對稱的。

在一些實現方式中，傳感器的直徑基本上等于間隙孔的直徑。

在一些實現方式中，傳感器是五自由度(5DoF)傳感器。

在一些實現方式中，傳感器包括包含鐵磁流體的殼體。