[发明专利]单轴传感器的位置与定向的算法

权利要求书

1.一种方法，包括：

在预定体积中产生磁场；

定义参考模型，所述参考模型使用球谐函数对所述体积中多点处的所述磁场进行建模；

通过磁场检测器测量所述磁场，所述磁场检测器耦合到体内探头，所述体内探头插入位于所述体积中的活体的器官内；

通过比较所述体积内所测量的磁场和磁场参考模型来定义代价函数；

通过计算所述代价函数的导数的偶极项将所述代价函数最小化，以找到与所测量的磁场匹配的位置和定向；以及

将所找到的位置和定向输出为所述器官内的所述探头的位置和定向。

2.根据权利要求1所述的方法，其中定义所述参考模型包括使用在预定体积内扫描的磁场取样检测器测量所述磁场，以及将来自所述磁场取样检测器的磁场测量与所述参考模型拟合。

3.根据权利要求1所述的方法，其中通过所述磁场检测器测量所述磁场包括测量从所述体积中靠近导管远侧末端的单轴传感器接收到的信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其中定义所述代价函数包括在所述参考模型中利用至多四阶项的球谐函数。

5.根据权利要求1所述的方法，其中将所述代价函数最小化包括利用高斯-牛顿法的莱文贝格-马夸特变型。

6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述代价函数最小化包括将定向矢量约束为单位矢量，以及从刚性旋转矢量集的六个单位矢量之一选择所述定向矢量。

7.根据权利要求1所述的方法，其中通过计算所述代价函数的导数的偶极项将所述代价函数最小化包括用偶极场项替换雅可比矩阵中导数的高阶项。

8.根据权利要求1所述的方法，其中通过计算所述代价函数的导数的偶极项将所述代价函数最小化包括截断雅可比矩阵中球谐函数导数的高阶项。

9.根据权利要求1所述的方法，其中将所述代价函数最小化包括从刚性旋转矢量集的六个单位矢量中选择初始定向，以及随后在迭代循环中改变所述位置和定向。

10.根据权利要求1所述的方法，其中输出所找到的位置和定向包括计算连续的迭代循环周期之间所述位置和定向各自微分变化的大小，以及在发现所述大小小于预定阈值时，报告所述探头的所述位置和定向。

11.一种设备，包括：

磁场检测器，所述磁场检测器耦合到体内探头，所述体内探头插入位于预定体积中的活体的器官内，并且所述磁场检测器被配置成测量所述体积中产生的磁场；以及

处理器，所述处理器被配置成定义参考模型，所述参考模型使用球谐函数对所述体积中多点处的所述磁场进行建模，并且所述处理器被配置成通过比较所述体积内所测量的磁场和磁场参考模型来定义代价函数、通过计算所述代价函数的导数的偶极项将所述代价函数最小化从而找到与所测量的磁场匹配的位置和定向，以及将所找到的位置和定向输出为所述器官内所述探头的位置和定向。

12.根据权利要求11所述的设备，其中所述处理器被配置成通过使用在预定体积内扫描的磁场取样检测器测量所述磁场，以及将来自所述磁场取样检测器的磁场测量与所述参考模型拟合而定义所述参考模型。

13.根据权利要求11所述的设备，其中所述磁场检测器包括所述体积中靠近导管远侧末端的单轴传感器，所述单轴传感器被配置成接收响应于所述体积中的所述磁场的信号。

14.根据权利要求11所述的设备，其中所述处理器被配置成通过在所述参考模型中利用至多四阶项的球谐函数来定义所述代价函数。

15.根据权利要求11所述的设备，其中所述处理器被配置成通过利用高斯-牛顿法的莱文贝格-马夸特变型将所述代价函数最小化。

16.根据权利要求11所述的设备，其中所述处理器被配置成通过将定向矢量约束为单位矢量，并且通过从刚性旋转矢量集的六个单位矢量之一选择所述定向矢量而将所述代价函数最小化。

17.根据权利要求11所述的设备，其中所述处理器被配置成通过计算所述代价函数的导数的偶极项、通过用偶极场项替换雅可比矩阵中导数的高阶项而将所述代价函数最小化。