[发明专利]从亥姆霍兹设备确定位置和取向的方法、系统与可读介质

说明书

一种方法包括：在磁传感器处接收一系列发射器信号，该一系列发射器信号被检测为与发射磁场的磁发射器的不同位置和/或取向相对应的一系列信号，在磁传感器处计算、接收测量发射器信号，该测量发射器信号被检测为对应于由磁发射器提供的磁场的信号，以及至少基于所接收的测量传感器信号和校准矩阵，计算指示磁传感器相对于磁发射器的取向的取向矩阵和指示磁传感器相对于磁发射器的位置的位置矩阵之一或两者，其中一系列发射器信号是从相对于磁传感器相同的物理位置发射的。

技术领域

本公开涉及从亥姆霍兹设备确定位置和取向。

背景技术

电磁跟踪(EMT)系统用于辅助医疗流程(medical procedure)和游戏应用中仪器和解剖结构的定位。这些系统在电磁传感器附近利用电磁发射器，使得传感器可以相对于电磁发射器在空间上定位。传感器相对于发射器的校准不当会导致EMT系统报告错误的传感器位置和取向。这通常使用某种形式的龙门架系统(gantry system)进行检测和测量，该龙门架系统可以将传感器精准地移动到相对于发射器的已知的位置和取向(PO)。一般而言，已知的PO与由EMT系统计算出的PO之间的误差是确定是否已经发生不正确的传感器校准的仅有方法。

发明内容

亥姆霍兹线圈用于在线圈之间的空间中在一定体积上生成均匀磁场。每组亥姆霍兹线圈由以使均匀磁场的空间体积最大化的方式布置的两个线圈组成。正交布置的三组亥姆霍兹线圈可以表示一个三维场。所生成的磁场与线圈中的直流或交流电流成比例。如本领域所已知的，这些亥姆霍兹线圈通常用于校准传感器。

可以针对3个亥姆霍兹线圈组确定校准。如本领域中已知的，该校准针对亥姆霍兹线圈的未对准及其增益进行校正。使用该校准，可以将亥姆霍兹系统转变成虚拟发射器(虚拟发射器和亥姆霍兹在本文中可互换使用)。不是相对于发射器物理地移动传感器并且检测由于每个新的相对空间位置的所得到的读数，而是所描述的系统的线圈虚拟地相对于发射器来回移动传感器。也就是说，如果它相对于EMT系统发射器以期望的姿势被定位和定向，它生成传感器将看到的对应的场。该虚拟运动消除了对实际运动(例如，由三轴平移系统提供的)的需求。无需从生成实验测试场的亥姆霍兹线圈中间移动传感器就可以进行测试。使用虚拟发射器而无需修改先前被配置为用于校准传感器的亥姆霍兹装置，从而简化了校准和测试。

在一些方面，一种方法包括：在磁传感器处接收一系列发射器信号，所述一系列发射器信号被检测为与相对于发射磁场的磁发射器的所述磁传感器的不同的位置和/或取向相对应的一系列信号；以及至少基于所接收的测量传感器信号和校准矩阵，计算指示所述磁传感器相对于所述磁发射器的取向的取向矩阵和指示所述磁传感器相对于所述磁发射器的位置的位置矩阵之一或两者，其中，所述一系列发射器信号是从相对于所述磁传感器相同的物理位置发射的。磁传感器通常是三轴传感器，其包括同心、并置的传感器线圈组，但是也可以是单轴或双轴。虚拟磁发射器通常是三轴虚拟发射器。其他配置是可能的并且在本领域中是已知的。

在一些方面，一种计算机可读介质，其包括指令，该指令在由处理器执行时执行一种方法，该方法包括：在磁传感器处接收一系列发射器信号，所述一系列发射器信号被检测为与相对于发射磁场的磁发射器的所述磁传感器的不同的位置和/或取向相对应的一系列信号；以及至少基于所接收的测量传感器信号和校准矩阵，计算指示所述磁传感器相对于所述磁发射器的取向的取向矩阵和指示所述磁传感器相对于所述磁发射器的位置的位置矩阵之一或两者，其中，所述一系列发射器信号是从相对于所述磁传感器相同的物理位置发射的。

在一些方面，系统包括被配置为生成磁场的磁发射器、被配置为检测所生成的磁场的磁传感器以及与磁发射器和磁传感器通信的计算设备，该计算设备被配置为：在磁传感器处接收一系列发射器信号，所述一系列发射器信号被检测为与相对于发射磁场的所述磁发射器的所述磁传感器的不同的位置和/或取向相对应的一系列信号；以及至少基于所接收的测量传感器信号和校准矩阵，计算指示所述磁传感器相对于所述磁发射器的取向的取向矩阵和指示所述磁传感器相对于所述磁发射器的位置的位置矩阵之一或两者，其中，所述一系列发射器信号是从相对于所述磁传感器相同的物理位置发射的。