[发明专利]对用于介入设备定位的传感器进行磁跟踪的系统和方法

说明书

本公开涉及一种下述类型的磁跟踪系统，在该类型的磁跟踪系统中，在相关工作区中建立磁场，并且一个或多个磁场传感器进行操作以对局部磁场的值进行感测并且这一个或多个磁场传感器进行处理以确定工具、器械、或其它识别对象的位置。通常，这种系统经常与诸如导管之类的介入外科手术工具一起、使用场生成元件或组件以及场感测元件或组件进行操作以对物理环境或相关图像中的一个或多个固定点或结构和该工作区中的一个或多个移动或非可见的点或结构之间的位置的相对变化进行跟踪。

利用形成电流回路或通路的传统模拟线盘，或者利用形成电流通路的半导体或微影(microlithographically)地形成的导线或电路板迹线(它们排列成适当几何形状以生成或感测期望的场分量)，可以各种方式来实现用于跟踪的磁场生成或感测组件。生成或感测元件之间是对称或对偶的。由此，例如在许多情况下，可具有用于生成空间分布磁场的小的多线圈阵列以及用于感测如此生成的场的相似或乃至相同阵列。虽然小线圈的小尺寸会限制可获得的场强或者检测信号振幅的可达到级别，但是小线圈提供了生成(非常近似)偶极场这样的期望。该生成和感测结构或者可采用不同尺度，例如采用相对大和/或高电流线圈以沿着不同的轴建立磁场分量，并且可采用较小或更局部的线圈组件用于感测场值。例如可以将无论是用于感测还是用于生成的较小线圈固定于身体上或使其附着于工作面或外科手术器械上或者附着于导管或其他插入身体的设备上，以对磁场进行感测并且对附着结构的位置进行跟踪。

通常，这种磁跟踪组件的目的在于定义在给定瞬时可移动磁组件所位于的地方的空间坐标(例如绝对的或相对的位置和方向坐标)。因此必需利用一些精度来表征磁场分布或信号值，并且还需对场进行准确检测。可通过场建模和经验得到的场映射来确定场分布。后者例如是作为校准或初始化步骤来执行，并且后者可被执行来为干扰结构的存在校正理论场分布。在任何情况下，通常计算一个磁组件(发射器或传感器)相对于另一磁组件(传感器或发射器)的空间坐标。典型地，这些组件之一本身是固定的。

提供五个或六个自由度测量(区别通常是是否确定传感器滚动)的大多数磁跟踪利用用于磁场生成器的一个形式或另一个的模型。尤其在Jones(U.S.Pat.Nos.4,737,794和5,307,072)、Blood(U.S.Pat.No.4,945,305)、Dumoulin(U.S.Pat.Nos.5,211,165和5,377,678)、Bladen(WO94/04938)、以及Ben-Haim(W096/05768)中可找到偶极和增强的偶极模型。在Blood(U.S.Pat.No.5,600,330)和Acker(U.S.Pat.No.5,600,330)中可找到其他模型，其中使用了其场与范围成反向变比的线段电流源。这些模型在场生成器的顶点附近发生分离。在Acker(U.S.Pat.No.5,558,091)和Martinelli(U.S.Pat.No.5,592,939)中还可找到其他模型，其中使用了准线性/均匀场生成。

磁跟踪有用的一个区域是图像引导的外科手术区域。典型的图像引导的外科手术系统获取病人身体的操作区域的一组图像，并且相对于例如外科手术工作台的空间坐标、图像本身的坐标、或者病人解剖构造的目标特征这样的一组或多组坐标来跟踪外科手术工具或器械。目前，已为多种外科手术过程开发了或提议了这种系统，并且这种系统对视线受限制环境中的位置测量是有用的。特别地，对生命体内部的医疗设备的定位是很重要的应用。例如，在许多介入中可以对导管和导线进行跟踪。与介入设备相结合来利用磁跟踪的最重要的挑战难题之一是使传感器小型化和平行化。