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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE60120051 T2
Publication typeGrant
Application numberDE2001620051
Publication date11 Jan 2007
Filing date19 Jul 2001
Priority date20 Jul 2000
Also published asCA2353212A1, CA2353212C, DE60120051D1, EP1174082A1, EP1174082B1, US6484118
Publication number01620051, 2001620051, DE 60120051 T2, DE 60120051T2, DE-T2-60120051, DE01620051, DE2001620051, DE60120051 T2, DE60120051T2
InventorsAssaf Govari
ApplicantBiosense Webster, Inc., Diamond Bar
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Kalibriersystem für Magnetfelder Calibration system for magnetic fields translated from German
DE 60120051 T2
Abstract  available in
Claims(15)  translated from German
  1. Kalibrierungssystem ( Calibration system ( 90 90 ), das folgendes umfaßt: mehrere Feldabstrahler ( ) Comprising: a plurality of Feldabstrahler ( 56 56 , . 58 58 , . 60 60 ), wobei jeder Feldabstrahler mehrere Abstrahlelemente ( ), Each Feldabstrahler several radiating elements ( 32 32 - 48 48 ) aufweist und jedes Abstrahlelement ein magnetisches Feld erzeugt, die bei gleichzeitigem Anregen der Abstrahlelemente ( ) And each radiating element generates a magnetic field, the simultaneous excitation of the radiating elements ( 32 32 - 48 48 ) zueinander unterschiedlich sind; ) Are different from each other; einen Signalprozessor ( a signal processor ( 25 25 ), der betriebswirksam mit den Feldabstrahlern ( ) Which operatively with the Feldabstrahlern ( 56 56 , . 58 58 , . 60 60 ) verbunden ist; ) Is connected; einen Prüfpositionssensor ( a test position ( 100 100 ) mit drei Sensorspulen ( ) Having three sensor coils ( 102 102 , . 104 104 , . 106 106 ); ); und eine Positionierungseinrichtung ( and a positioning device ( 110 110 ); ); wobei der Prüfpositionssensor ( wherein the test position ( 100 100 ) betriebswirksam mit dem Signalprozessor ( ) Operatively connected to the signal processor ( 25 25 ) und mit der Positionierungseinrichtung ( ) And with the positioning means ( 110 110 ) verbunden ist; ) Is connected; die Positionierungseinrichtung ( the positioning device ( 110 110 ) betriebswirksam mit dem Signalprozessor ( ) Operatively connected to the signal processor ( 25 25 ) verbunden ist; ) Is connected; der Signalprozessor ( the signal processor ( 25 25 ) mit mehreren Prüfpositionen innerhalb eines Koordinatensystems vorprogrammiert ist, das ein Abbildungsvolumen definiert, das im wesentlichen zu einem Betriebsvolumen ausgerichtet ist, das von den Abstrahlern ( ) Is pre-programmed with a plurality of test positions within a coordinate system defining a mapping volume which is substantially aligned to an operating volume of the Abstrahlern ( 56 56 , . 58 58 , . 60 60 ) erzeugt wird, wenn diese angeregt werden; ) Is generated when these are stimulated; der Signalprozessor ( the signal processor ( 25 25 ) dafür eingerichtet ist, den Prüfpositionssensor ( ) Is adapted to the test position sensor ( 100 100 ) zu jeder der Prüfpositionen mittels der Positionierungseinrichtung ( ) To each of said test positions by means of the positioning means ( 110 110 ) zu führen; ) To lead; und wobei der Signalprozessor ( and wherein the signal processor ( 25 25 ) dafür eingerichtet ist, ein Abtastsignal von dem Sensor ( ) Is adapted to a scanning signal from the sensor ( 100 100 ) zu empfangen, welches das an dem Sensor abgetastete magnetische Feld angibt, wobei das Abtastsignal ein gemessenes magnetisches Feld an dem Sensor definiert, und der Signalprozessor außerdem dafür eingerichtet ist, eine bekannte theoretische magnetische Feldstärke für jede Prüfposition mit dem tatsächlich gemessenen Feld zu korrelieren und die Korrelationsergebnisse zum Korrigieren der theoretischen magnetischen Felder zu speichern. ) To received, indicative of the sensed at the sensor magnetic field, wherein the sampling signal defining a measured magnetic field at said sensor, and the signal processor is also adapted to correlate a known theoretical magnetic field strength for each test position with the field actually measured and to save the correlation results for correcting the theoretical magnetic fields.
  2. System nach Anspruch 1, bei dem die Positionierungseinrichtung einen Roboterarm ( The system of claim 1, wherein the positioning device comprises a robot arm ( 110 110 ) aufweist. ) Has.
  3. System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Sensorspulen ( The system of claim 1 or 2, wherein the sensor coils ( 102 102 , . 104 104 , . 106 106 ) gegenseitig orthogonal zueinander sind. ) Are orthogonal to each other.
  4. Kalibrierungsverfahren zum Gebrauch bei einem System ( Calibration method for use in a system ( 90 90 ) nach Anspruch 1, das in der Lage ist, ein magnetisches Feld zum Verfolgen einer Position einer Einrichtung zu erzeugen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen mehrer Felderzeuger ( ) According to claim 1, which is able to generate a magnetic field for tracking a position of a device, the method comprising the steps of: providing multiple field generator ( 56 56 , . 58 58 , . 60 60 ), wobei jeder mehrere Abstrahlelemente ( ), Each of a plurality of radiating elements ( 32 32 - 48 48 ) aufweist und jedes Abstrahlelement dafür eingerichtet ist, ein magnetisches Feld zu erzeugen, die bei gleichzeitigem Anregen der Abstrahlelemente zueinander unterschiedlich sind; ) And each radiating element is adapted to generate a magnetic field, which are different from each other with simultaneous excitation of the radiating elements; Bereitstellen eines Signalprozessors ( Providing a signal processor ( 25 25 ), der betriebswirksam mit den Feldabstrahlern ( ) Which operatively with the Feldabstrahlern ( 56 56 , . 58 58 , . 60 60 ) verbunden ist; ) Is connected; Bereitstellen eines Prüfpositionssensor ( Providing a test position ( 100 100 ) mit drei zueinander orthogonalen Sensorspulen ( ) Having three mutually orthogonal sensor coils ( 102 102 , . 104 104 , . 106 106 ); ); und Bereitstellen einer Positionierungseinrichtung ( and providing a positioning device ( 110 110 ), wobei der Prüfpositionssensor ( ), Wherein said test position sensor ( 100 100 ) betriebswirksam mit dem Signalprozessor ( ) Operatively connected to the signal processor ( 25 25 ) und mit der Positionierungseinrichtung ( ) And with the positioning means ( 110 110 ) verbunden ist und die Positionierungseinrichtung ( ) And the positioning means ( 110 110 ) betriebswirksam mit dem Signalprozessor ( ) Operatively connected to the signal processor ( 25 25 ) verbunden ist; ) Is connected; Vorprogrammieren des Signalprozessors ( Pre-programming of the signal processor ( 25 25 ) mit mehreren Prüfpositionen innerhalb eines Koordinatensystems, das ein Abbildungsvolumen definiert, das im wesentlichen zu dem Betriebsvolumen ausgerichtet ist, das von den Abstrahlern ( ) With a plurality of test positions within a coordinate system defining a mapping volume which is substantially aligned to the operation volume of the Abstrahlern ( 56 56 , . 58 58 , . 60 60 ) erzeugt wird, wenn diese angeregt werden; ) Is generated when these are stimulated; Einrichten des Prüfpositionssensors ( Setting up the test position sensor ( 100 100 ) auf eine spezifizierte Prüfposition (X 0 , Y 0 , Z 0 ); ) To a specified test position (X 0, Y 0, Z 0); Aufnehmen einer Messung des magnetischen Felds der Z-Komponente unter Verwendung der Z-Spule ( Receiving a measurement of the magnetic field of the Z component using the Z coil ( 106 106 ) des Prüfpositionssensors ( ) Of the test position sensor ( 100 100 ); ); schrittweises Betreiben der Positionierungseinrichtung ( gradual operation of the positioner ( 110 110 ), so daß die Y-Spule ( ), So that the Y coil ( 104 104 ) des Prüfpositionssensors ( ) Of the test position sensor ( 100 100 ) an einen Punkt gelangt, der zuvor von der Z-Spule ( ) Arrives at a point earlier by the Z coil ( 106 106 ) eingenommen wurde; ) Has been taken; Aufnehmen einer Messung des magnetischen Felds der Y-Komponente unter Verwendung der Y-Spule ( Receiving a measurement of the magnetic field of the Y component using the Y coil ( 104 104 ) des Prüfpositionssensors ( ) Of the test position sensor ( 100 100 ); ); schrittweises Betreiben der Positionierungseinrichtung ( gradual operation of the positioner ( 110 110 ), so daß die X-Spule ( ), So that the X coil ( 102 102 ) des Prüfpositionssensors ( ) Of the test position sensor ( 100 100 ) an den gleichen Punkt gelangt, der vorher durch die Z- Spule ( ) Gets to the same point, the previously by the Z coil ( 106 106 ) während der ersten Messung und durch die Y-Spule ( ) During the first measurement and by the Y coil ( 104 104 ) während der zweiten Messung eingenommen wurde; ) Was taken during the second measurement; Aufnehmnen einer Messung des magnetischen Felds der X-Komponente unter Verwendung der X-Spule ( Aufnehmnen a measurement of the magnetic field of the X component using the X coil ( 102 102 ) des Prüfpositionssensors ( ) Of the test position sensor ( 100 100 ); ); Korrelieren bekannter theoretischer Magnetfeldstärken mit den tatsächlich gemessenen Feldern; Correlating known theoretical magnetic field strengths with the actual measured fields; und Speichern der Korrelationsergebnisse zum Korrigieren der theoretischen magnetischen Felder. and storing correlation results for correction of the theoretical magnetic fields.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, das weiterhin die Schritte zum Bewegen des Prüfpositionssensors ( The method of claim 4, further comprising the steps of moving the test position sensor ( 100 100 ) zu einer nächsten vorbestimmten Prüfposition aufweist und Wiederholen der Schritte des Aufnehmens der Messungen und des schrittweisen Betreibens der Positionierungseinrichtung ( ) Has to a next predetermined test position, and repeating the steps of taking of the measurements and the stepwise operating the positioning means ( 110 110 ). ).
  6. Kalibrierungsverfahren zum Gebrauch bei einem System ( Calibration method for use in a system ( 90 90 ) nach Anspruch 1, das in der Lage ist, ein magnetisches Feld zum Verfolgen einer Position einer Einrichtung zu erzeugen, wobei das Verfahren statische metallische Objekte berücksichtigt und folgende Schritte aufweist: (a) Definieren eines Abbildungsvolumens ( ) According to claim 1, which is able to generate a magnetic field for tracking a position of a device, the method takes into account static metallic objects and comprising the steps of: (a) defining a mapping volume ( 200a 200a ) innerhalb des erzeugten magnetischen Felds; ) Within the generated magnetic field; (b) Plazieren eines metallischen Objekts innerhalb des Abbildungsvolumens; (B) placing a metallic object within the mapping volume; (c) Ausrichten eines Sensors ( (C) aligning a sensor ( 100 100 ) an einem ersten Punkt ( ) At a first point ( 110 110 ) innerhalb des Abbildungsvolumens und Messen des magnetischen Felds an dem ersten Punkt mit dem Sensor, um eine erste Koordinatenposition (X i , Y i , Z i ) festzulegen; ) Set within the imaging volume and measuring the magnetic field at the first point with the sensor to a first coordinate position (X i, Y i, Z i); (d) Bewegen des Sensors an einen nächsten Punkt ( (D) moving the sensor to a next point ( 220 220 ; ; X i + dx, Y i + dy, Z i + dz) entlang einer Koordinatenachse ( X i + dx, y + dy i, Z i + dz) along a coordinate axis ( 210 210 , . 220 220 , . 230 230 , . 240 240 , . 250 250 ) durch eine hinzugefügte Abstandskomponente (dx, dy, dz) und Messen des magnetischen Felds an dem nächsten Punkt, um eine nächste Koordinatenposition festzulegen; ) By an added distance component (dx, dy, dz) and measuring the magnetic field at the closest point to determine a next coordinate position; (e) Interpolieren des magnetischen Felds an einem Zwischenpunkt ( (E) interpolating the magnetic field at an intermediate point ( 220a 220a ) zwischen der ersten Position ( ) Between the first position ( 210 210 ) und der nächsten Koordinatenposition ( ) And the next coordinate position ( 220 220 ), um eine interpolierte Zwischenkoordinatenposition festzulegen; ) To establish an interpolated intermediate coordinate position; (f) Bestimmen des Positionsabstandes zwischen der interpolierten Zwischenkoordinatenposition ( (F) determining the position difference between the interpolated intermediate coordinate position ( 220a 220a ) und der tatsächlichen Zwischenkoordinatenposition; ) And the actual intermediate coordinate position; (g) Vergleichen des Positionsabstandes mit einer Fehlergrenze; (G) comparing the position difference with a margin of error; (h) Setzen (X i , Y i , Z i ) des nächsten Punkts als (X i = X i + dx, Y i = Y i + dy, Z i = Z i + dz), falls der Positionsabstand innerhalb der Fehlergrenze liegt, und Wiederholen der Schritte (d) – (g) entlang einer anderen Koordinatenachse ( (H) setting (X i, Y i, Z i) of the next point as (X i = X i + dx, y i = Y i + dy, Z i = Z i + dz) if the position difference within the error limit is located, and repeating steps (d) - (g) along another coordinate axis ( 210 210 , . 220 220 , . 230 230 , . 0 0 240 240 , . 250 250 ); ); und (i) Setzen der hinzugefügten Abstandskomponente (dx, dy, dz) durch Verringern des Wertes der hinzugefügten Abstandskomponente, falls der Positionsabstand nicht innerhalb der Fehlergrenze liegt, und Wiederholen der Schritte (d)–(g) entlang der gleichen Koordinatenachse. and (i) setting the added distance component (dx, dy, dz) by reducing the value of the added distance component if the position difference is not within the limits of error, and repeating steps (d) - (g) along the same coordinate axis.
  7. Kalibrierungsverfahren zum Gebrauch bei einem System ( Calibration method for use in a system ( 90 90 ) nach Anspruch 1, das in der Lage ist, ein magnetisches Feld zum Verfolgen einer Position einer Einrichtung zu erzeugen, wobei das Verfahren statische metallische Objekte berücksichtigt und folgende Schritte aufweist: (a) Definieren eines Abbildungsvolumens ( ) According to claim 1, which is able to generate a magnetic field for tracking a position of a device, the method takes into account static metallic objects and comprising the steps of: (a) defining a mapping volume ( 200a 200a ) innerhalb des erzeugten magnetischen Felds; ) Within the generated magnetic field; (b) Plazieren eines metallischen Objekts innerhalb des Abbildungsvolumens; (B) placing a metallic object within the mapping volume; (c) Ausrichten eines Sensors ( (C) aligning a sensor ( 100 100 ) an einem ersten Punkt ( ) At a first point ( 110 110 ) innerhalb des Abbildungsvolumens und Messen des magnetischen Felds an dem ersten Punkt mit dem Sensor, um eine erste Koordinatenposition (X i , Y i , Z i ) festzulegen; ) Set within the imaging volume and measuring the magnetic field at the first point with the sensor to a first coordinate position (X i, Y i, Z i); (d) Extrapolieren des magnetischen Felds eines nächsten Punkts ( (D) extrapolating the magnetic field of a next point ( 220 220 ; ; X i + dx, Y i + dy, Z i + dz) entlang einer Koordinatenachse ( X i + dx, y + dy i, Z i + dz) along a coordinate axis ( 210 210 , . 220 220 , . 230 230 , . 240 240 , . 250 250 ) durch eine hinzugefügte Abstandskomponente (dx, dy, dz); ) By an added distance component (dx, dy, dz); (e) Berechnen der Koordinatenposition an dem extrapolierten nächsten Punkt ( (E) calculating the coordinate position at the extrapolated next point ( 220 220 ) aufgrund des extrapolierten magnetischen Feldes, um eine extrapolierte Koordinatenposition festzulegen; ) Due to the extrapolated magnetic field to establish an extrapolated coordinate position; (f) Bestimmen des Positionsabstandes zwischen der extrapolierten Koordinatenposition ( (F) determining the position difference between the extrapolated coordinate position ( 220 220 ) und der tatsächlichen Koordinatenposition des nächsten Punkts; ) And the actual coordinate position of the next point; (g) Vergleichen des Positionsabstandes mit einer Fehlergrenze; (G) comparing the position difference with a margin of error; (h) Setzen der hinzugefügten Abstandskomponente (dx, dy, dz) gemäß einem vorbestimmten Abstand, falls der Positionsabstand innerhalb der Fehlergrenze liegt, und Ausrichten des Sensors ( (H) setting the added distance component (dx, dy, dz) according to a predetermined distance, if the position difference is within the margin of error, and alignment of the sensor ( 100 100 ) auf einen neuen Punkt ( ) To a new point ( 230 230 ) innerhalb des Abbildungsvolumens entlang einer anderen Koordinatenachse ( ) Within the mapping volume along another coordinate axis ( 210 210 , . 220 220 , . 230 230 , . 240 240 , . 250 250 ) und Messen des magnetischen Felds an dem neuen Punkt mit dem Sensor, um eine Koordinatenposition des neuen Punktes festzulegen, und Wiederholen der Schritte (d)–(g) entlang der anderen Koordinatenachse; ) And measuring the magnetic field at the new point with the sensor to determine a coordinate position of the new point, and repeating steps (d) - (g) along the other coordinate axis; und (i) Setzen der hinzugefügten Abstandskomponente (dx, dy, dz) durch Verringern des Wertes der hinzugefügten Abstandskomponente, falls der Positionsabstand nicht innerhalb der Fehlergrenze liegt, und Festlegen eines Zwischenpunktes ( and (i) setting the added distance component (dx, dy, dz) by reducing the value of the added distance component if the position difference is not within the limits of error, and setting an intermediate point ( 220b 220b ) durch Wiederholen der Schritte (d)–(g) entlang der gleichen Koordinatenachse. ) By repeating steps (d) - (g) along the same coordinate axis.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem das Kalibrierungsverfahren für das gesamte Abbildungsvolumen vervollständigt wird. A method according to claim 6 or 7, wherein the calibration method for the entire mapping volume is completed.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Abbildungsvolumen etwa 20 cm × 20 cm × 20 cm beträgt. The method of claim 8, wherein the imaging volume is about 20 cm × 20 cm × 20 cm.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem die Fehlergrenze ≤ 1 mm beträgt. Method according to one of claims 6 to 9, wherein the error limit is ≤ 1 mm.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem der Sensor ( Method according to one of claims 6 to 10, wherein the sensor ( 100 100 ) um einen Abstand bewegt wird, der im Bereich zwischen etwa 2 cm und etwa 3 cm liegt. ) Is moved by a distance ranging between about 2 cm and about 3 cm.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, bei dem jedesmal, wenn der Sensor ( Method according to one of claims 6 to 11, wherein each time the sensor ( 100 100 ) bewegt wird, dies um einen konstanten Abstand erfolgt. ) Is moved, this is done by a constant distance.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, bei dem die hinzugefügte Abstandskomponente durch Division um einen Faktor Zwei (X i + dx/2, Y i + dy/2, Z i + dz/2) verringert wird. Method according to one of claims 6 to 11, wherein the added distance component is decreased through division by a factor of two (X i + dx / 2, Y i + dy / 2, Z i + dz / 2).
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, bei dem der Sensor ( Method according to one of claims 6 to 13, wherein the sensor ( 100 100 ) gemäß den Eckpunkten ( ) According to the vertices ( 210 210 , . 220 220 , . 230 230 , . 240 240 , . 250 250 ) eines Kubus ( ) Of a cube ( 200a 200a , . 200b 200b ) bewegt wird und das gesamte Abbildungsvolumen mehrere Kuben umfaßt. ) Is moved and the entire imaging volume includes several cubes.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 14, bei dem der Sensor ( Method according to one of claims 6 to 14, wherein the sensor ( 100 100 ) von einem Roboterarm ( ) Of a robot arm ( 110 110 ) bewegt wird. ) Is moved.
Description  translated from German
  • GEBIET DER ERFINDUNG FIELD OF THE INVENTION
  • [0001] [0001]
    Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Objektverfolgungssysteme, und insbesondere kontaktlose elektromagnetische medizinische Systeme und Verfahren zum Verfolgen der Position und der Ausrichtung eines Objekts. The present invention relates generally to object tracking systems, and in particular contactless electromagnetic medical systems and methods for tracking the position and orientation of an object. Die vorliegende Erfindung ist besonders auf ein neuartiges Kalibrierungssystem und -verfahren für medizinische Verfolgungssysteme auf elektromagnetischer Basis gerichtet, die die Auswirkungen der Interferenz von sich nicht bewegenden metallischen Objekten berücksichtigen können. The present invention is particularly directed to a novel calibration system and method for medical tracking systems electromagnetic base, which can consider the impact of interference from non-moving metallic objects.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK BACKGROUND OF THE INVENTION
  • [0002] [0002]
    Kontaktlose Verfahren zur Bestimmung der Position eines Objekts auf Basis der Erzeugung eines magnetischen Felds und der Messung seiner Stärke sind in der Technik wohlbekannt. A non-contact method for determining the position of an object based on generating a magnetic field and measuring its strength are well known in the art. Zum Beispiel beschreiben die US-Patentschrift Nr. 5,391,199 und die PCT-Patentanmeldung Nr. WO 96/05768 derartige Systeme zur Bestimmung der Koordinaten einer medizinischen Sonde oder eines Katheters im Inneren des Körpers. For example, the US Pat. No. 5,391,199 and PCT patent application no. WO 96/05768 describe such systems for determining the coordinates of a medical probe or catheter inside the body. Diese Systeme weisen typischerweise eine oder mehrere Spulen in der Sonde auf, die sich im allgemeinen neben ihrem distalen Ende befinden und durch Drähte mit einem Signalverarbeitungsschaltungsaufbau verbunden sind, der mit dem proximalen Ende der Sonde gekoppelt ist. These systems typically include one or more coils within the probe, located generally adjacent the distal end thereof and are connected by wires to a signal processing circuitry, which is coupled to the proximal end of the probe.
  • [0003] [0003]
    Die US-Patentschrift Nr. 4,710,708 beschreibt ein Standortbestimmungssystem, das ein Einachsen-Solenoid mit einem ferromagnetischen Kern als abstrahlende Spule verwendet. The US Pat. No. 4,710,708 describes a location determining system using a single axis solenoid with a ferromagnetic core as a radiating coil. Es sind mehrere Magnetspulenempfänger vorhanden. There are several solenoids receiver available. Die Position des Solenoids wird unter der Annahme bestimmt, daß es als Dipol abstrahlt. The position of the solenoid is determined assuming that it radiates as a dipole.
  • [0004] [0004]
    Die PCT-Patentamneldung Nr. WO 94/04938 beschreibt ein Positionsfindesystem, das eine einzelne Abtastspule und eine Anordnung von drei Drei-Spulen-Abstrahlern verwendet. PCT Patentamneldung Nos. WO 94/04938 describes a position finding system using a single sensing coil and an array of three three-coil Abstrahlern. Die Abstrahlerspulen sind auf nichtferromagnetische Formen gewickelt. The Abstrahlerspulen are wound on non-ferromagnetic forms. Die Position der Abtastspule wird auf Basis einer Dipol-Annäherung an die magnetischen Felder der Spulen bestimmt, wobei zuerst eine Schätzung der Ausrichtung der Sensorspule benutzt wird, um die Position der Sensorspule in jener Reihenfolge zu bestimmen. The position of the sensing coil is determined based on a dipole approximation to the magnetic fields of the coils, whereby first an estimate of the orientation of the sensor coil is used to determine the position of the sensor coil in that order. Zusätzlich werden die Abstrahlerspulen jeder Anordnung unter Verwendung des Ansatzes eines Zeitmultiplexbetriebs der Reihe nach angeregt. In addition, the Abstrahlerspulen each array are excited using the approach of a time-division multiplex operation in sequence. Es ist interessant, daß dieser Literaturverweis, obwohl er offenbart, daß ein Frequenzmulti plexbetrieb verwendet werden kann, um die Betriebsgeschwindigkeit des Positionssystems bedeutend zu erhöhen, deutlich angibt, daß aufgrund seiner Komplexität für diese Art von Ansatz Nachteile bestehen. It is interesting that these citation, although he revealed that a frequency multi plex mode can be used to increase the operating speed of the positioning system significantly, clearly indicating that there are drawbacks due to its complexity of this type of approach. Es ist auch wichtig, zu bemerken, daß sich dieser Literaturverweis, obwohl er ein Einachsen-Sensorpositions- und -ausrichtungsverfolgungssystem lehrt, mit keinerlei bestimmtem Verfahren zur Kalibrierung des Systems befaßt. It is also important to note that these citation, although he teaches a single axis Sensorpositions- and -ausrichtungsverfolgungssystem seized of no certain method for calibrating the system.
  • [0005] [0005]
    Demgemäß gibt es bis heute kein bekanntes System oder Verfahren, das ein elektromagnetisches Positionssensor-Einachsen-System und -Verfahren bereitstellt, welches in der Lage ist, unter Verwendung einer neuartigen genauen Lösungstechnik und eines neuartigen Kalibrierungsverfahrens gleichzeitig durch einen Frequenzmultiplexbetrieb angetrieben zu werden. Accordingly, there is to date no known system or method that provides an electromagnetic position sensor single axis system and method which is able to be driven simultaneously using a novel exact solution technique and a novel calibration method by a frequency multiplex mode.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION
  • [0006] [0006]
    Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Kalibrierungssystem bereitgestellt, das folgendes umfaßt: According to the present invention a calibration system is provided which comprises:
    mehrere Feldabstrahler, wobei jeder Feldabstrahler mehrere Abstrahlelemente aufweist und jedes Abstrahlelement ein magnetisches Feld erzeugt, die bei gleichzeitigem Anregen der Abstrahlelemente zueinander unterschiedlich sind; several Feldabstrahler, each having a plurality of radiating elements Feldabstrahler and each radiating element generates a magnetic field, which are different from each other with simultaneous excitation of the radiating elements;
    einen Signalprozessor, der betriebswirksam mit den Feldabstrahlern verbunden ist; a signal processor that is operatively connected with the Feldabstrahlern;
    einen Prüfpositionssensor mit drei Sensorspulen; a test position with three sensor coils; und and
    eine Positionierungseinrichtung; a positioning device;
    wobei der Prüfpositionssensor betriebswirksam mit dem Signalprozessor und mit der Positionierungseinrichtung verbunden ist; wherein said test position sensor is operatively connected to said signal processor and to the positioning means;
    die Positionierungseinrichtung betriebswirksam mit dem Signalprozessor verbunden ist; the positioning means being operatively connected to said signal processor;
    der Signalprozessor mit mehreren Prüfpositionen innerhalb eines Koordinatensystems vorprogrammiert ist, das ein Abbildungsvolumen definiert, das im wesentlichen zu einem Betriebsvolumen ausgerichtet ist, das von den Abstrahlern erzeugt wird, wenn diese angeregt werden; said signal processor is pre-programmed with a plurality of test positions within a coordinate system defining a mapping volume which is substantially aligned to an operating volume produced by the Abstrahlern when they are excited;
    der Signalprozessor dafür eingerichtet ist, den Prüfpositionssensor mittels der Positionierungseinrichtung zu jeder der Prüfpositionen zu führen; the signal processor is adapted to, by means of the positioning means to guide the test position sensor to each of the test positions; und and
    wobei der Signalprozessor dafür eingerichtet ist, ein Abtastsignal von dem Sensor zu empfangen, welches das an dem Sensor abgetastete magnetische Feld angibt, wobei das Abtastsignal ein gemessenes magnetisches Feld an dem Sensor definiert, und der Signalprozessor außerdem dafür eingerichtet ist, eine bekannte theoretische magnetische Feldstärke für jede Prüfposition mit dem tatsächlich gemessenen Feld zu korrelieren und die Korrelationsergebnisse zum Korrigieren der theoretischen magnetischen Felder zu speichern. wherein the signal processor is adapted to receive a sampling signal from the sensor indicative of the sensed at the sensor magnetic field, wherein the sampling signal defining a measured magnetic field at said sensor, and the signal processor is also adapted to a known theoretical magnetic field strength for each test position to correlate with the actual measured field, and to store correlation results for correction of the theoretical magnetic fields.
  • [0007] [0007]
    Vorzugsweise umfaßt die Positionierungseinrichtung einen Roboterarm. Preferably, the positioning device comprises a robot arm. Und vorzugsweise sind die Sensorspulen gegenseitig orthogonal zueinander. And preferably, the sensor coils are mutually orthogonal to each other.
  • [0008] [0008]
    Nach der Erfindung wird ferner ein Kalibrierungsverfahren zum Gebrauch mit einem System nach den oben aufgezeigten Systemen, welches in der Lage ist, ein magnetisches Feld zum Verfolgen einer Position einer Einrichtung zu erzeugen, bereitgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: According to the invention there is further provided a calibration method for use with a system according to the above-identified systems, which is able to generate a magnetic field for tracking a position of a device, the method comprising the steps of:
    Bereitstellen mehrer Felderzeuger, wobei jeder mehrere Abstrahlelemente aufweist und jedes Abstrahlelement dafür eingerichtet ist, ein magnetisches Feld zu erzeugen, die bei gleichzeitigem Anregen der Abstrahlelemente zueinander unterschiedlich sind; Providing multiple field generators, each having a plurality of radiating elements, each radiating element is adapted to generate a magnetic field, which are different from each other with simultaneous excitation of the radiating elements;
    Bereitstellen eines Signalprozessors, der betriebswirksam mit den Feldabstrahlern verbunden ist; Providing a signal processor operatively connected with the Feldabstrahlern;
    Bereitstellen eines Prüfpositionssensors mit drei zueinander orthogonalen Sensorspulen; Providing a test position sensor having three mutually orthogonal sensor coils; und and
    Bereitstellen einer Positionierungseinrichtung, wobei der Prüfpositionssensor betriebswirksam mit dem Signalprozessor und mit der Positionierungseinrichtung verbunden ist und die Positionierungseinrichtung betriebswirksam mit dem Signalprozessor verbunden ist; Providing a positioning device, wherein said test position sensor is operatively connected to said signal processor and to the positioning means and the positioning means being operatively connected to said signal processor;
    Vorprogrammieren des Signalprozessors mit mehreren Prüfpositionen innerhalb eines Koordinatensystems, das ein Abbildungsvolumen definiert, das im wesentlichen zu dem Betriebsvolumen ausgerichtet ist, das von den Abstrahlern erzeugt wird, wenn diese angeregt werden; Pre-programming said signal processor with a plurality of test positions within a coordinate system defining a mapping volume which is substantially aligned with the operating volume produced by the Abstrahlern when they are excited;
    Einrichten des Prüfpositionssensors auf eine spezifizierte Prüfposition; Setting up the test position sensor on a specified test position;
    Vornehmen einer Messung des magnetischen Felds der Z-Komponente unter Verwendung der Z-Spule des Prüfpositionssensors; Taking a measurement of the magnetic field of the Z component using the Z coil of the test position sensor;
    schrittweises Betreiben der Positionierungseinrichtung, so daß die Y-Spule des Prüfpositionssensors an einen Punkt gelangt, der zuvor von der Z-Spule eingenommen wurde; gradually operating said positioning means, so that the Y coil of the test position sensor is applied to a point that was previously occupied by the Z coil;
    Vornehmen einer Messung des magnetischen Felds der Y-Komponente unter Verwendung der Y-Spule des Prüfpositionssensors; Taking a measurement of the magnetic field of the Y component using the Y coil of the test position sensor;
    schrittweises Betreiben der Positionierungseinrichtung, so daß die X-Spule des Prüfpositionssensors an den gleichen Punkt gelangt, der vorher während der ersten Messung durch die Z-Spule und während der zweiten Messung durch die Y-Spule eingenommen wurde; gradually operating said positioning means so that the X coil of the test position sensor is applied to the same point during the first measurement and by the Z coil during the second measurement was taken through the Y coil before;
    Vornehmen einer Messung des magnetischen Felds der X-Komponente unter Verwendung der X-Spule des Prüfpositionssensors; Taking a measurement of the magnetic field of the X component using the X coil of the test position sensor;
    Korrelieren bekannter theoretischer Magnetfeldstärken mit den tatsächlich gemessenen Feldern; Correlating known theoretical magnetic field strengths with the actual measured fields; und and
    Speichern der Korrelationsergebnisse zum Korrigieren der theoretischen magnetischen Felder. Save the correlation results for correcting the theoretical magnetic fields.
  • [0009] [0009]
    Vorzugsweise umfaßt das Verfahren ferner die Schritte des Bewegens des Prüfpositionssensors zu einer nächsten vorbestimmten Prüfposition; Preferably, the method further comprises the steps of moving the test position sensor to a next predetermined test position; und des Wiederholens der Schritte des Vornehmens der Messungen und des schrittweisen Betreibens der Positionierungseinrichtung. and repeating the steps of, aristocratic of the measurements and the stepwise operating the positioning means.
  • [0010] [0010]
    Die vorliegende Erfindung beinhaltet auch ein neuartiges Kalibrierungsverfahren zum Gebrauch bei einem System nach den oben aufgezeigten Systemen, welches in der Lage ist, ein magnetisches Feld zum Verfolgen einer Position einer Einrichtung zu erzeugen, wobei das Verfahren die Auswirkungen von statischen metallischen Objekten, welche sich im Abbildungsvolumen befinden, wenn das medizinische Positions- und Ausrichtungssystem in Gebrauch steht, berücksichtigt. The present invention also includes a novel calibration method for use in a system according to the above-identified systems, which is able to generate a magnetic field for tracking a position of a device, the method including the effects of static metal objects, which in itself imaging volume located when the medical position and orientation system is in use taken into account. Das neuartige Kalibrierungsverfahren wird für jedes beliebige medizinische System verwendet, welches in der Lage ist, ein magnetisches Feld zum Verfolgen einer Position einer medizinischen Einrichtung zu erzeugen. The novel calibration method is used for any medical system which is capable of generating a magnetic field for tracking a position of a medical device. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte: The method comprises the steps of:
    • (a) Definieren eines Abbildungsvolumens innerhalb des erzeugten magnetischen Felds; (A) defining a mapping volume within the generated magnetic field;
    • (b) Plazieren eines metallischen Objekts innerhalb des Abbildungsvolumens; (B) placing a metallic object within the mapping volume;
    • (c) Ausrichten eines Sensors an einem ersten Punkt innerhalb des Abbildungsvolumens und Messen des magnetischen Felds an dem ersten Punkt mit dem Sensor, um eine erste Koordinatenposition (X i , Y i , Z i ) festzulegen; (C) at the first point with the sensor to a first coordinate position (X i, Y i, Z i) determine aligning a sensor at a first point within the imaging volume and measuring the magnetic field;
    • (d) Bewegen des Sensors entlang einer Koordinatenachse durch eine hinzugefügte Abstandskomponente (dx, dy, dz) an einen nächsten Punkt (X i + dx, Y i + dy, Z i + dz) und Messen des magnetischen Felds an dem nächsten Punkt, um eine nächste Koordinatenposition festzulegen; (D) moving the sensor along a coordinate axis by an added distance component (dx, dy, dz) to a next point (X i + dx, y i + dy, Z i + dz) and measuring the magnetic field to the next point, a next coordinate position set;
    • (e) Interpolieren des magnetischen Felds an einem Zwischenpunkt zwischen der ersten Position und der nächsten Koordinatenposition, um eine interpolierte Zwischenkoordinatenposition festzulegen; (E) interpolating the magnetic field at an intermediate point between the first position and the next position coordinates to determine an interpolated intermediate coordinate position;
    • (f) Bestimmen des Positionsabstandes zwischen der interpolierten Zwischenkoordinatenposition und der tatsächlichen Zwischenkoordinatenposition; (F) determining the position difference between the interpolated intermediate coordinate position and the actual intermediate coordinate position;
    • (g) Vergleichen des Positionsabstandes mit einer Fehlergrenze; (G) comparing the position difference with a margin of error;
    • (h) Setzen von (X i , Y i , Z i ) des nächsten Punkts als (X i = X i + dx, Y i = Y i + dy, Z i = Z i + dz), falls der Positionsabstand innerhalb der Fehlergrenze liegt, und Wiederholen der Schritte (d)–(g) entlang einer anderen Koordinatenachse; (H) setting (X i, Y i, Z i) of the next point as (X i = X i + dx, y i = Y i + dy, Z i = Z i + dz) if the position difference within the error limit and repeating steps (d) - (g) along another coordinate axis; und and
    • (i) Setzen der hinzugefügten Abstandskomponente (dx, dy, dz) durch Verringern des Wertes der hinzugefügten Abstandskomponente, falls der Positionsabstand nicht innerhalb der Fehlergrenze liegt, und Wiederholen der Schritte (d) – (g) entlang der gleichen Koordinatenachse. (I) setting the added distance component (dx, dy, dz) by reducing the value of the added distance component if the position difference is not within the limits of error, and repeating steps (d) - (g) along the same coordinate axis.
  • [0011] [0011]
    Das Verfahren beinhaltet auch das Vervollständigen des Kalibrierungsverfahrens für das gesamte Abbildungsvolumen nach den oben aufgezeigten Schritten. The method also includes completing the calibration method for the entire mapping volume in accordance with the above-indicated steps. Obwohl die Fehlergrenze jede beliebige vernünftige Fehlergrenze sein kann, ist bevorzugt, daß die Fehlergrenze für die größten Genauigkeitsauswirkungen ≤ 1 mm ist. Although the margin of error can be any reasonable margin of error, it is preferred that the margin of error for the biggest impact accuracy is ≤ 1 mm. Zusätzlich wird der Sensor um einen Abstand schrittweise betrieben oder bewegt, der in einem Bereich von etwa 2 cm und etwa 3 cm liegt. In addition, the sensor is operated by a distance gradually or moved, which is in a range of about 2 cm and about 3 cm. Überdies sollte der bewegte Abstand hinsichtlich des schrittweisen Betreibens des Sensors konstant bleiben, um eine Veränderlichkeit in der Kalibrierung zu beseitigen. Moreover, the moving distance with respect to the stepwise operating the sensor should remain constant to eliminate variability in the calibration. Außerdem wird Schritt (i) durch Verringern des Werts der hinzugefügten Abstandskomponente durch eine Division durch einen Faktor von Zwei (X i + dx/2, Y i + dy/2, Z i + dz/2) vollbracht. In addition, step (i) by decreasing the value of the added distance component through division by a factor of two (X i + dx / 2, Y i + dy / 2, Z i + dz / 2) is accomplished.
  • [0012] [0012]
    Eine zweite Ausführungsform des Kalibrierungsverfahrens zum Gebrauch bei einem System nach den oben aufgezeigten Systemen, welches in der Lage ist, ein magnetisches Feld zum Verfolgen einer Position einer Einrichtung zu erzeugen, wobei das Verfahren statische metallische Objekte berücksichtigt, umfaßt die folgenden Schritte: A second embodiment of the calibration method for use in a system according to the above-identified systems, which is able to generate a magnetic field for tracking a position of a device, the method takes into account static metal objects, comprising the steps of:
    • (a) Definieren eines Abbildungsvolumens innerhalb des erzeugten magnetischen Felds; (A) defining a mapping volume within the generated magnetic field;
    • (b) Plazieren eines metallischen Objekts innerhalb des Abbildungsvolumens; (B) placing a metallic object within the mapping volume;
    • (c) Ausrichten eines Sensors an einem ersten Punkt innerhalb des Abbildungsvolumens und Messen des magnetischen Felds an dem ersten Punkt mit dem Sensor, um eine erste Koordinatenposition (X i , Y i , Z i ) festzulegen; (C) at the first point with the sensor to a first coordinate position (X i, Y i, Z i) determine aligning a sensor at a first point within the imaging volume and measuring the magnetic field;
    • (d) Extrapolieren des magnetischen Felds eines nächsten Punkts (X i + dx, Y i + dy, Z i + dz) entlang einer Koordinatenachse durch eine hinzugefügte Abstandskomponente (dx, dy, dz); (D) extrapolating the magnetic field of a next point (X i + dx, y + dy i, Z i + dz) along a coordinate axis by an added distance component (dx, dy, dz);
    • (e) Berechnen der Koordinatenposition an dem extrapolierten nächsten Punkt aufgrund des extrapolierten magnetischen Feldes, um eine extrapolierte Koordinatenposition festzulegen; (E) calculating the coordinate position at the extrapolated next point due to the extrapolated magnetic field to establish an extrapolated coordinate position;
    • (f) Bestimmen des Positionsabstandes zwischen der extrapolierten Koordinatenposition und der tatsächlichen Koordinatenposition des nächsten Punkts; (F) determining the position difference between the extrapolated coordinate position and the actual coordinate position of the next point;
    • (g) Vergleichen des Positionsabstandes mit einer Fehlergrenze; (G) comparing the position difference with a margin of error;
    • (h) Setzen der hinzugefügten Abstandskomponente (dx, dy, dz) gemäß einem vorbestimmten Abstand, falls der Positionsabstand innerhalb der Fehlergrenze liegt, und Ausrichten des Sensors auf einen neuen Punkt innerhalb des Abbildungsvolumens entlang einer anderen Koordinatenachse und Messen des magnetischen Felds an dem neuen Punkt mit dem Sensor, um eine Koordinatenposition des neuen Punktes festzulegen, und Wiederholen der Schritte (d)–(g) entlang der anderen Koordinatenachse; (H) setting the added distance component (dx, dy, dz) according to a predetermined distance, if the position difference is within the margin of error, and alignment of the sensor to a new point within the imaging volume along another coordinate axis and measuring the magnetic field to the new point with the sensor to determine a coordinate position of the new point, and repeating steps (d) - (g) along the other coordinate axis; und and
    • (i) Setzen der hinzugefügten Abstandskomponente (dx, dy, dz) durch Verringern des Wertes der hinzugefügten Abstandskomponente, falls der Positionsabstand nicht innerhalb der Fehlergrenze liegt, und Festlegen eines Zwischenpunktes durch Wiederholen der Schritte (d)–(g) entlang der gleichen Koordinatenachse. (I) setting the added distance component (dx, dy, dz) by reducing the value of the added distance component if the position difference is not within the limits of error, and setting an intermediate point by repeating steps (d) - (g) along the same coordinate axis ,
  • [0013] [0013]
    Der vorbestimmte Abstand kann konstant bleiben und beträgt vorzugsweise etwa 3 cm. The predetermined distance may remain constant and is preferably about 3 cm. Der vorbestimmte Abstand oder der Schrittabstand kann jedoch auch durch den Benutzer verändert werden. The predetermined distance or step distance can, however, also be altered by the user. Zusätzlich kann die hinzugefügte Abstandskomponente so um einen Faktor von Zwei verringert werden, daß der Zwischenpunkt oder die Zwischenposition als (X i + dx/2, Y i + dy/2, Z i + dz/2) definiert ist. In addition, the added distance component can be reduced by a factor of two, that the intermediate point or intermediate position as (X i + dx / 2, Y i + dy / 2, Z i + dz / 2) is defined.
  • [0014] [0014]
    Bei beiden Kalibrierungsverfahren, die die Auswirkungen von stationären metallischen Objekten berücksichtigen, wird der Sensor gemäß den Eckpunkten eines Kubus bewegt und umfaßt das gesamte Abbildungsvolumen mehrere Kuben. Both calibration methods that take into account the effects of stationary metallic objects, the sensor according to the vertices of a cube is moved and the entire imaging volume includes several cubes. Jeder Kubus ist durch Messungen definiert, die von zumindest vier unterschiedlichen Eckpunkten erlangt wurden. Each cube is defined by measurements that were obtained from at least four different vertices. Im Allgemeinen wird das Kalibrierungsverfahren für ein Abbildungsvolumen vollbracht, das ungefähr 20 cm × 20 cm × 20 cm oder (20 cm) 3 beträgt. In general, the calibration procedure is done for an imaging volume is approximately 20 cm × 20 cm × 20 cm (20 cm) 3. Für eine gesteuerte Genauigkeit bei der Kalibrierung wird der Sensor durch den Arm eines Roboters bewegt. For controlled accuracy in the calibration, the sensor is moved by the arm of a robot.
  • [0015] [0015]
    Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehend bekannt gemachten ausführlichen Beschreibung, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird, leicht verstanden werden. These and other objects, features and advantages of the present invention will become readily understood from the detailed description made known hereinafter, taken in conjunction with the accompanying drawings.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
  • [0016] [0016]
    1 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Positionsabtastsystems; is a perspective view of an embodiment of a Positionsabtastsystems;
  • [0017] [0017]
    2 2 ist eine schematische Darstellung der Positionsabtastkomponenten von is a schematic representation of the Positionsabtastkomponenten 1 1 ; ;
  • [0018] [0018]
    3 3 ist ein schematisches Ablaufdiagramm, das ein offenbartes Verfahren nach einer bevorzugten Ausführungsform zeigt, welches verwendet wird, um Positions- und Ausrichtungskoordinaten zu finden; is a schematic flow diagram illustrating a method disclosed according to a preferred embodiment, which is used to find position and orientation coordinates;
  • [0019] [0019]
    4A 4A bis to 4F 4F sind graphische Darstellungen des Verfahrens von are graphical representations of the method of 3 3 ; ;
  • [0020] [0020]
    5 5 ist eine schematische Darstellung eines Kalibrierungssystems nach der vorliegenden Erfindung; is a schematic illustration of a calibration system according to the present invention;
  • [0021] [0021]
    6 6 ist ein schematisches Ablaufdiagramm, das ein Verfahren des Kalibrierungssystems von is a schematic flow diagram illustrating a method of the calibration system of 5 5 zeigt; shows;
  • [0022] [0022]
    7 7 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform für eine Abstrahleranordnung, die Abstrallerspulen aufweist, welche nicht gemeinsam angeordnet sind, sondern gegenseitig orthogonal zueinander sind; is a schematic representation of an alternative embodiment for a Abstrahleranordnung having Abstrallerspulen which are not co-located but are mutually orthogonal to each other;
  • [0023] [0023]
    8 8 ist eine schematische Darstellung einer anderen alternativen Ausführungsform für eine Abstrahleranordnung, die Abstrahlerspulen aufweist, welche nicht gemeinsam angeordnet sind und nicht gegenseitig orthogonal zueinander sind; is a schematic representation of another alternative embodiment for a Abstrahleranordnung having Abstrahlerspulen which are not co-located and are not mutually orthogonal to each other;
  • [0024] [0024]
    9 9 ist eine schematische Darstellung einer anderen alternativen Ausführungsform für eine Abstrahleranordnung, die Abstrahlerspulen aufweist, welche gemeinsam angeordnet sind, aber nicht gegenseitig orthogonal zueinander sind; is a schematic representation of another alternative embodiment for a Abstrahleranordnung having Abstrahlerspulen which are arranged in common, but are not mutually orthogonal to each other;
  • [0025] [0025]
    10 10 ist ein schematisches Ablaufdiagramm, das ein anderes offenbartes Verfahren nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform zeigt, welches verwendet wird, um mit den Abstrahleranordnungen von is a schematic flow diagram illustrating another method disclosed according to another preferred embodiment, which is used by the Abstrahleranordnungen 7 7 bis to 9 9 Positions- und Ausrichtungskoordinaten zu finden; To find position and orientation coordinates;
  • [0026] [0026]
    11 11 ist eine schematische Darstellung eines Kalibrierungskubus, der bei einem neuartigen Kalibrierungsverfahren für das Kalibrierungssystem von is a schematic illustration of a calibration cube, of the case of a novel calibration method for the calibration system 5 5 verwendet wird; is used;
  • [0027] [0027]
    12 12 ist ein schematisches Ablaufdiagramm, das eine Ausführungsform eines neuartigen Kalibrierungsverfahrens zur Berücksichtigung der Auswirkungen von sich nicht bewegenden metallischen Objekten unter Verwendung des Kalibrierungssystems von is a schematic flow diagram of an embodiment of a novel calibration method to account for the effects of non-moving metallic objects utilizing the calibration system 5 5 veranschaulicht; illustrated; und and
  • [0028] [0028]
    13 13 ist ein schematisches Ablaufdiagramm, das eine zweite Ausführungsform eines neuartigen Kalibrierungsverfahrens zur Berücksichtigung der Auswirkungen von sich nicht bewegenden metallischen Objekten unter Verwendung des Kalibrierungssystems von is a schematic flow diagram of a second embodiment of a novel calibration method to account for the effects of non-moving metallic objects utilizing the calibration system 5 5 veranschaulicht. illustrated.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGFORMEN DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
  • [0029] [0029]
    Hierin wird ein medizinisches Verfolgungssystem und -verfahren zur Bestimmung der Position und der Ausrichtung eines Objekts wie etwa einer Sonde oder eines Katheters unter Verwendung eines Einachsen-Positionssensors und eines Positions- und Ausrichtungsbestimmungsverfahrens offenbart. Herein, a medical tracking system and method is disclosed for determining the position and orientation of an object such as a probe or catheter using a single-axis position sensor and a position and orientation determination method. Das System wird auch mit einem neuartigen Kalibrierungssystem und -verfahren verwendet, die die vorliegende Erfindung umfassen. The system is also used with a novel calibration system and method, which comprise the present invention.
  • [0030] [0030]
    Eine Ausführungsform eines offenbarten Positions- und Ausrichtungssystems One embodiment of a disclosed position and orientation system 20 20 ist in is in 1 1 gezeigt. shown. Das System The system 20 20 umfaßt eine Konsole includes a console 21 21 , die dem Benutzer ermöglicht, die Funktionen einer peripheren medizinischen Einrichtung wie etwa einer Sonde oder eines Katheters That allows the user to the functions of a peripheral medical device such as a probe or a catheter 22 22 zu beobachten und zu regulieren. to observe and regulate. Der Katheter The catheter 22 22 ist durch ein Kabel by a cable 28 28 mit der Konsole Using the Console 21 21 an einem Signalprozessor at a signal processor 25 25 (Computer) verbunden. (Computer) connected. Der Katheter The catheter 22 22 weist einen einzelnen Positionssensor has a single position sensor 26 26 auf, der in der Nähe des distalen Endes des Katheters to, in the vicinity of the distal end of the catheter 22 22 entlang der Längsachse des Katheters along the longitudinal axis of the catheter 22 22 fixiert ist, wobei der Positionssensor is fixed, wherein the position sensor 26 26 durch das Kabel through the cable 28 28 betriebsfähig mit dem Signalprozessor operatively connected to said signal processor 25 25 verbunden ist. is connected. Die Konsole The console 21 21 umfaßt vorzugsweise, daß der Signalprozessor (Computer) preferably includes that the signal processor (computer) 25 25 Signalverarbeitungskreise enthält, die im Inneren des Computers Signal processing circuits containing the inside of the computer 25 25 typischerweise unabhängig sind. are typically independent. Eine Anzeige An ad 27 27 und eine Tastatur and a keyboard 29 29 sind betriebswirksam mit dem Signalprozessor are operatively connected to the signal processor 25 25 verbunden, wobei die Tastatur , said keyboard 29 29 durch ein Kabel by a cable 29a 29a angeschlossen ist. is connected. Die Anzeige The display 27 27 gestattet eine Echtzeit-Anzeige der Position und der Ausrichtung des Katheters allows real-time display of the position and orientation of the catheter 22 22 am Positionssensor the position sensor 26 26 . , Die Anzeige The display 27 27 ist besonders nützlich, um Positions- und Ausrichtungsbilder und Informationen des Positionssensors is especially useful to position and orientation images and information of the position sensor 26 26 zusammen mit einem Bild oder einem Modell einer besonderen Anatomie wie etwa eines Organs anzuzeigen. along with a picture or a model of a specific anatomy such as an organ of view. Eine besondere Verwendung des Systems A particular use of the system 20 20 ist, ein Herz abzubilden, wodurch eine dreidimensionale anatomische Abbildung des Herzens erzeugt wird. is to map a heart, creating a three-dimensional anatomical imaging of the heart is generated. Der Positionssensor The position sensor 26 26 wird zusammen mit einem physiologischen Sensor wie etwa einer Elektrode zur Abbildung eines physiologischen Zustands, zB LAT, verwendet. is used together with a physiological sensor, such as an electrode for mapping a physiological condition, for example, LAT may be used.
  • [0031] [0031]
    Der Signalprozessor The signal processor 25 25 empfängt, verstärkt, filtert und digitalisiert typischerweise Signale vom Katheter receives, amplifies, filters, and typically digitized signals from the catheter 22 22 , einschließlich von Signalen, die durch den Positionssensor , Including signals generated by the position sensor 26 26 erzeugt werden, wonach diese digitalisierten Signale durch den Signalprozessor are produced, whereby these digitized signals by the signal processor 25 25 empfangen und verwendet werden, um die Position und die Ausrichtung des Katheters are received and used to determine the position and orientation of the catheter 22 22 am Positionssensor the position sensor 26 26 zu berechnen. to be calculated.
  • [0032] [0032]
    Das System The system 20 20 kann auch eine Bezugseinrichtung may also be a reference device 30 30 enthalten, die ebenfalls einen Positionssensor (nicht gezeigt) verwendet, um einen Bezugsrahmen für das System included (not shown) also used a position sensor, a frame of reference for the system 20 20 zu erstellen. to create. Die Bezugseinrichtung The reference device 30 30 ist ein externer Patch, der abnehmbar an die Außenfläche eines Patienten geklebt werden kann und durch ein Kabel is an external patch that can be removably adhered to the outer surface of a patient and by a cable 31 31 betriebswirksam mit dem Signalprozessor operatively connected to the signal processor 25 25 verbunden ist. is connected. Es ist wichtig, zu bemerken, daß die Bezugseinrichtung aus anderen alternativen Formen wie etwa einem zweiten Katheter oder einer zweiten Sonde mit einem Positionssensor zur inneren Anordnung in einem Patienten bestehen kann. It is important to note that the reference device from other alternative forms such as a second catheter or a second probe may consist in a patient with a position sensor to the inner array.
  • [0033] [0033]
    Nun wird auf Is now on 2 2 Bezug genommen, die die Komponenten des Positionsabtastsystems Referring to the components of the Positionsabtastsystems 20 20 , die für das Bestimmen der Position und der Ausrichtung des Katheters , For determining the position and orientation of the catheter 22 22 am Positionssensor the position sensor 26 26 verantwortlich sind, schematisch veranschaulicht. are responsible schematically illustrated. Wie gezeigt ist der Positionssensor As shown, the position sensor 26 26 in der Form einer Spule oder eines hohlen Zylinders ausgeführt. executed in the form of a coil or hollow cylinder. Es sind hierin jedoch auch andere Formen für den Positionssensor However, herein, other forms for the position sensor 26 26 wie etwa eine Trommelform, eine elliptische Form (was asymmetrische Formen beinhalten soll) usw. ins Auge gefaßt. such as a drum shape, an elliptical shape (which should include asymmetrical shapes), etc. envisaged. Es ist auch ins Auge gefaßt, daß die Sensorspule It is also contemplated that the sensor coil 26 26 optional einen Flußkonzentrator als Kern enthalten kann. may optionally contain a flux concentrator as a core. Zusätzlich kann der Sensor In addition, the sensor may 26 26 in anderen Formen als einer Spule ausgeführt sein, wie zum Beispiel in Form eines Magnetwiderstands(MR)-Sensors oder eines Luftspalt- oder Hall-Effekt-Sensors. be embodied in forms other than of a coil, such as in the form of a magneto-resistance (MR) sensor or an air gap or Hall effect sensor.
  • [0034] [0034]
    Wie veranschaulicht und oben erwähnt ist der Positionssensor As illustrated and mentioned above, the position sensor 26 26 in der Form einer Abtastspule ausgeführt und so in der Nähe des distalen Endes des Katheters executed in the form of a sensing coil and thus in the vicinity of the distal end of the catheter 22 22 positioniert, daß die Abtastspule positioned such that the sensing coil 26 26 vorzugsweise gleichachsig oder entlang der Längsachse des Katheters preferably coaxial or along the longitudinal axis of the catheter 22 22 verläuft. runs. Wie hierin definiert kann der Positionssensor As defined herein, the position sensor 26 26 optional als ein Positionssensor, ein Standortsensor, ein Positions- und Ausrichtungssensor, eine Sensorspule, eine Abtastspule, eine Spule oder durch eine ähnliche Terminologie bezeichnet werden. optionally be referred to as a position sensor, a position sensor, a position and orientation sensor, a sensor coil, a sensing coil, a coil or similar terminology. Vorzugsweise weist der Katheter Preferably, the catheter 22 22 ein Lumen a lumen 24 24 auf, das sich die Länge des Katheters in that the length of the catheter 22 22 entlang erstreckt. extends along. Vorzugsweise weist die Sensorspule Preferably, the sensor coil 26 26 einen hohlen Kern auf und ist so im Katheter a hollow core and is so in the catheter 22 22 positioniert, daß die Achse der Sensorspule positioned such that the axis of the sensor coil 26 26 im Lumen in the lumen 24 24 und entlang der oder parallel zur Achse des Katheters and along or parallel to the axis of the catheter 22 22 liegt. is located. Dieser Aufbau stellt einen Zugang vom proximalen Ende des Katheters This structure provides access from the proximal end of the catheter 22 22 durch den hohlen Kern der Sensorspule through the hollow core of the sensor coil 26 26 zu seinem distalen Ende bereit, wodurch gestattet wird, daß der Katheter ready to its distal end, thereby allowing the catheter 22 22 als Verabreichungseinrichtung für die Verabreichung jeder beliebigen Art von Therapeutik durch die Sensorspule as a delivery device for the administration of any type of therapeutic through the sensor coil 26 26 verwendet wird. is used. Die Sensorspule The sensor coil 26 26 und das Lumen and the lumen 24 24 gestatten, daß der Katheter permit the catheter 22 22 als Verabreichungseinrichtung für die Verabreichung jedes beliebigen therapeutischen oder diagnostischen Mittels oder jeder beliebigen derartigen Modalität oder implantierbaren Einrichtung verwendet wird. is used as a delivery device for the administration of any therapeutic or diagnostic agent, or any such modality or implantable device. Zum Beispiel sind Therapeutika wie etwa pharmazeutische oder biologische Mittel, Faktoren, Proteine und Zellen, Gewebereparatur- oder -behandlungspolymere wie etwa Leime und Klebstoffe; For example, drugs such as pharmaceutical or biological agents, factors, proteins and cells, tissue repair or -behandlungspolymere such as glues and adhesives; Energiemodalitäten wie etwa Lichtwellenleiter zur Lieferung von Laserenergie, Ultraschallwellenleiter zur Lieferung von therapeutischem Ultraschall, Mikrowellenantennen und Hochfrequenz(HF)leiter nur einige der Beispiele für Therapeutika, die aufgrund seiner einzigartigen Anordnung der Sensorspule Energy modalities such as optical waveguides for delivery of laser energy, ultrasonic waveguide for the delivery of therapeutic ultrasound, microwave antennas and radio frequency (RF) conductors only some of the examples of therapeutic agents due to its unique arrangement of the sensor coil 26 26 und des Lumen and the lumen 24 24 zur Verabreichung durch den Katheter for administration through the catheter 22 22 ins Auge gefaßt sind. are envisaged. In der gleichen Weise umfassen Beispiele für geeignete Diagnostika zur Lieferung durch den Katheter In the same way Examples of suitable diagnostics for delivery through the catheter include 22 22 , ohne Beschränkung darauf, Kontrastmittel, Farbstoffe, Markierungsfluida oder -stoffe. , Without limitation, contrast agents, dyes, Markierungsfluida or substances. Überdies sind mit dieser Anordnung auch implantierbare Einrichtungen wie etwa Miniaturelektronik, einpflanzbare Sensoren einschließlich biologischer Diagnostikchips, Schrittmachervorrichtungen, Prothesen usw. geeignet. Moreover, even implantable devices such as miniature electronics, implantable sensors including biological diagnostic chips, pacemaker devices, prostheses, etc. are suitable with this arrangement.
  • [0035] [0035]
    Das System The system 20 20 umfaßt ferner Abstrahlelemente oder Spulen further comprising radiating or coils 32 32 , . 34 34 , . 36 36 , . 38 38 , . 40 40 , . 42 42 , . 44 44 , . 46 46 und and 48 48 (auch als Erzeugerspulen bekannt). (Also known as generator coils). In einer Ausführungsform sind die Spulen in Sätze von drei orthogonalen und konzentrischen Spulen gewickelt, die jeweils Abstrahler In one embodiment, the coils are wound in sets of three orthogonal and concentric coils, each radiator 56 56 , . 58 58 , und And 60 60 bilden. make up. Vorzugsweise sind die Spulen Preferably, the coils are 32 32 , . 34 34 , . 36 36 , . 38 38 , . 40 40 , . 42 42 , . 44 44 , . 46 46 und and 48 48 jeweils um ein Halteelement wie etwa einen Spulenkörper gewickelt. each wound around a support member such as a bobbin. In dieser ersten Ausführungsform weist jeder Abstrahler In this first embodiment, each radiator 56 56 , . 58 58 und and 60 60 drei Spulen auf, die gemeinsam angeordnet sind. three coils, which are arranged together. Demgemäß sind die Spulen jedes Abstrahlers miteinander konzentrisch und gegenseitig orthogonal zueinander. Accordingly, the coils of each radiator are concentric with each other and each other mutually orthogonal. Die konzentrische Anordnung wird vollbracht, indem jede Spule in einem besonderen Abstrahler so geformt ist, daß die Spulen mit ihrem jeweiligen Halteelement jeweils einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. The concentric arrangement is accomplished by each coil is formed in a special radiator so that the coils with their respective support member each having a different diameter. Zum Beispiel bringt die Spule For example brings the coil 36 36 beispielhaft unter Bezugnahme auf den Abstrahler by way of example with reference to the radiator 56 56 die Spulen the coils 32 32 und and 32 32 unter und nimmt sie diese Spulen auf, und bringt die Spule under and she takes on these coils, and brings the coil 34 34 die Spule the coil 32 32 unter und nimmt sie diese Spule auf. under and she takes on this coil. Daher weist die Spule Therefore, the coil 36 36 (mit ihrem Halteelement) einen Durchmesser auf, der größer als der Durchmesser der Spule (With its support member) has a diameter that is larger than the diameter of the coil 34 34 (mit ihrem Halteelement) ist, wobei der Durchmesser der Spule (With its support member) wherein the diameter of the coil 34 34 größer als der Durchmesser der Spule greater than the diameter of the coil 32 32 (mit ihrem Halteelement) ist. (With its holding element). Diese konzentrische Anordnung wird in der gleichen Weise auf alle Abstrahler This concentric arrangement in the same way on all radiators 56 56 , . 58 58 und and 60 60 angewendet. applied.
  • [0036] [0036]
    In dieser ersten Ausführungsform sind die Abstrahler In this first embodiment, the radiators 56 56 , . 58 58 und and 60 60 fest angebracht, um eine Ebene oder einen Anordnungsblock firmly attached to a layer or array block 61 61 zu definieren. to define. Die Abstrahler The radiator 56 56 , . 58 58 und and 60 60 können in jeder gewünschten festen Anordnung wie etwa in einer Anordnung von jeweiligen Eckpunkten eines im wesentlichen gleichseitigen Dreiecks, das Seiten bis 1 Meter Länge aufweist, angeordnet werden. can be in any desired fixed arrangement such as in an array of respective vertices of a substantially equilateral triangle having sides up to 1 meter length, are arranged. Die Abstrahlerspulen The Abstrahlerspulen 32 32 , . 34 34 , . 36 36 , . 38 38 , . 40 40 , . 42 42 , . 44 44 , . 46 46 und and 48 48 sind durch Drähte are connected by wires 62 62 mit einem Abstrahlerantrieb with a Abstrahlerantrieb 64 64 verbunden. connected.
  • [0037] [0037]
    Im allgemeinen regt der Abstrahlerantrieb In general, the Abstrahlerantrieb stimulates 64 64 durch einen Frequenzmultiplexbetrieb gleichzeitig jede der Abstrahlerspulen simultaneously by a frequency division multiplexing each of Abstrahlerspulen 32 32 , . 34 34 , . 36 36 , . 38 38 , . 40 40 , . 42 42 , . 44 44 , . 46 46 und and 48 48 an. to. Jede dieser Spulen erzeugt ein jeweiliges magnetisches Feld (ein quasi-stationäres Feld), das in der Abtastspule Each of these coils generates a respective magnetic field (quasi-stationary field), which in the sensing coil 26 26 eine Spannung induziert, die als ein Abtastsignal verwendet wird. induces a voltage, which is used as a scanning signal. Da jede Abstrahlerspule Since each Abstrahlerspule 32 32 , . 34 34 , . 36 36 , . 38 38 , . 40 40 , . 42 42 , . 44 44 , . 46 46 und and 48 48 ein unterschiedliches magnetisches Feld erzeugt, besteht das Abtastsignal, das an der Abtastspule a different magnetic field is generated, there is a scanning signal to the sensing 26 26 erzeugt wird, demgemäß aus Beiträgen von jeder der Abstrahlerspulen is generated accordingly from the contributions of each of the Abstrahlerspulen 32 32 , . 34 34 , . 36 36 , . 38 38 , . 40 40 , . 42 42 , . 44 44 , . 46 46 und and 48 48 . , Das Abtastsignal wird dann zum Prozessor The sampling signal is then used to processor 25 25 zurückgeführt. recycled. Der Prozessor berechnet dann aus den neun Werten der Abtastsignale die drei Positions- (x-, y-, z-Richtung) und die zwei Ausrichtungskoordinaten (Neigung und Gierung) (5 Grade der Freiheit oder 5 GDF) der Sensorspule The processor then calculates, from the nine values of sensing signals, the three position (x, y, z direction) and two orientation coordinates (pitch and yaw) (five degrees of freedom or 5 GDF) of the sensor coil 26 26 . , Das Verfahren zur Berechnung ist weiter unten ausführlich beschrieben. The method for the calculation is described in detail below. In Fällen, in denen die Abtastspule In instances where the sensing coil 26 26 eine asymmetrische Form aufweist, werden 6 GDF berechnet, damit die Rollausrichtung beinhaltet ist. has an asymmetrical shape, 6 GDF be calculated so that the rolling direction is included.
  • [0038] [0038]
    Zusätzlich gibt es andere alternative Abstrahleranordnungsausführungsformen, die mit der vorliegenden Erfindung besonders nützlich sind. In addition, there are other alternative Abstrahleranordnungsausführungsformen that are particularly useful with the present invention. Wie in How to 7 7 gezeigt umfaßt eine zweite Abstrahleranordnung Abstrahler shown includes a second radiator Abstrahleranordnung 56a 56a , . 58a 58a und and 60a 60a , die Abstrahlerspulen That Abstrahlerspulen 32 32 , . 34 34 , . 36 36 , . 38 38 , . 40 40 , . 42 42 , . 44 44 , . 4G 4G bzw. and 48 48 (die gleichen Spulen wie oben erwähnt) aufweisen. (Same coils as mentioned above) have. Die Abstrahlerspulen The Abstrahlerspulen 32 32 , . 34 34 , . 36 36 , . 38 38 , . 40 40 , . 42 42 , . 44 44 , . 46 46 und and 48 48 sind innerhalb ihres jeweiligen Abstrahlers are within their respective radiator 56a 56a , . 58a 58a und and 60a 60a gegenseitig orthogonal zueinander. mutually orthogonal. Doch diese Abstrahlerspulen sind nicht konzentrisch und nicht gemeinsam angeordnet. But this Abstrahlerspulen are not arranged concentrically and not jointly. Vielmehr umfassen die Abstrahler Instead, include the radiator 56a 56a , . 58a 58a und and 60a 60a eine beabstandete oder nicht gemeinsam angeordnete "Drillingsgruppe", in der der Abstand zwischen den Spulen jeder nicht gemeinsam angeordneten Drillingsgruppierung nicht mehr als das Drei- bis Vierfache der Größe des Abstrahlerspulendurchmessers beträgt. a spaced or not co-located "Drilling Group", in which the distance between the coils of each non-co-located triplet grouping is no more than three to four times the size of the Abstrahlerspulendurchmessers.
  • [0039] [0039]
    Eine dritte Abstrahleranordnungsausführungsform ist in A third is in Abstrahleranordnungsausführungsform 8 8 gezeigt. shown. In dieser Ausführungsform weisen Abstrahler In this embodiment, radiator 56b 56b , . 58b 58b und and 60b 60b Abstrahlerspulen Abstrahlerspulen 32 32 , . 34 34 , . 36 36 , . 38 38 , . 40 40 , . 42 42 , . 44 44 , . 46 46 bzw. and 48 48 auf, die nicht gemeinsam angeordnet, nicht konzentrisch und nicht gegenseitig orthogonal zueinander sind. that are not co-located, not concentric and are not mutually orthogonal to each other. Die Ausrichtung jeder Spule ist willkürlich, wobei die einzige Beschränkung ist, daß eine Spule nicht mit einer anderen Spule der gleichen Drillingsgruppierung The orientation of each coil is arbitrary with the only limitation is that a coil not with another coil of the same triplet grouping 56b 56b , . 58b 58b und and 60b 60b parallel ist. is parallel.
  • [0040] [0040]
    9 9 veranschaulicht eine vierte Ausführungsform einer Abstrahleranordnung. illustrates a fourth embodiment of a Abstrahleranordnung. In dieser Ausführungsform umfassen Abstrahler In this embodiment, radiator 56c 56c , . 58c 58c und and 60c 60c eine gemeinsam angeordnete Anordnung für die Abstrahlerspulen a co-located arrangement for the Abstrahlerspulen 32 32 , . 34 34 , . 36 36 , . 38 38 , . 40 40 , . 42 42 , . 44 44 , . 4G 4G bzw. and 48 48 , wobei die Spulen jedes Abstrahlers ähnlich wie bei der Ausführungsform von Wherein the coils of each radiator similar to the embodiment of 2 2 in Bezug zueinander konzentrisch sind. with respect to each other concentrically. Doch die Spulen jedes Abstrahlers But the coils of each radiator 56c 56c , . 58c 58c und and 60c 60c sind nicht orthogonal zueinander. are not orthogonal to each other. Erneut ist die einzige Beschränkung für die Spulenausrichtungen, daß eine Spule in einer bestimmten Abstrahleranordnung Again, the only limitation to the coil orientations that a coil in a particular Abstrahleranordnung 56c 56c , . 58c 58c und and 60c 60c nicht parallel zu einer anderen Spule ist. is not parallel to another coil.
  • Das Positions- und Ausrichtungsverfahren The position and orientation process
  • [0041] [0041]
    3 3 ist ein schematisches Ablaufdiagramm, das ein Verfahren und zugehörige algorithmische Komponenten zur Bestimmung der Koordinaten der Abtastspule is a schematic flow diagram illustrating a method and associated algorithmic components for determining the coordinates of sensing coil 26 26 nach einer bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht. illustrates according to a preferred embodiment. Die allgemeinen Verfahrensschritte werden nachstehend beschrieben werden, und die besonderen Schritte des Algorithmus werden später in dieser Offenbarung ausführlich beschrieben werden. The general steps are described below, and the specific steps of the algorithm will be described later in this disclosure in detail. Der Signalprozessor The signal processor 25 25 ( ( 1 1 und and 2 2 ) bestimmt durch das hierin beschriebene Verfahren drei Positions- (X, Y, und Z) und zwei Ausrichtungskoordinaten (Neigung und Gierung) der Abtastspule ) Determined by the method described herein three position (X, Y, and Z) and two orientation coordinates (pitch and yaw) of the sensing coil 26 26 . , Vor dem Beginnen eines jeglichen medizinischen Vorgangs wurde das System Before the start of any medical procedure, the system was 20 20 durch den Signalprozessor by the signal processor 25 25 mit einem gewünschten Grad an Genauigkeit vorprogrammiert, der durch Kalibrierung erreicht wurde. pre-programmed with a desired degree of accuracy that was achieved by calibration. Dies ist ein gewünschter Genauigkeitsbereich, der gewöhnlich ≤ 0,1 cm (die Genauigkeit des Systems) ist. This is a desired accuracy range which is typically ≤ 0.1 cm (the accuracy of the system). Doch die Zunahmeschritte oder Wiederholungen werden angehalten, sobald die Veränderung von einem vorhergehenden Schritt weniger als 0,001 cm beträgt. However, the increase in steps or iterations are stopped when the change from a previous step is less than 0.001 cm. Dieses letztere ist nötig, um eine Genauigkeit von 1 mm zu erhalten. This latter is necessary in order to obtain an accuracy of 1 mm. Zusätzlich werden die Erzeuger In addition, the producers 56 56 , . 58 58 und and 60 60 für jedes System for each system 20 20 , das hergestellt wird, durch ihre Erzeugerspulen , Which is produced by their generator coils 32 32 , . 34 34 , . 36 36 , . 38 38 , . 40 40 , . 42 42 , . 44 44 , . 46 46 bzw. and 48 48 durch ein neuartiges Kalibrierungssystem und -verfahren, die die vorliegende Erfindung umfassen und später in dieser Offenbarung ausführlicher beschrieben werden, einzigartig kalibriert. , uniquely calibrated by a novel calibration system and method, which comprise the present invention and are described later in this disclosure in greater detail.
  • [0042] [0042]
    Das System The system 20 20 wie etwa die in such as in 1 1 veranschaulichte Ausführungsform befindet sich an einem klinischen Schauplatz wie etwa einem Operationssaal, und der Anordnungsblock illustrated embodiment is in a clinical arena, such as an operating room, and the array block 61 61 ist an einer gewünschten Stelle angeordnet. is disposed at a desired location. Eine bevorzugte Stelle ist, den Anordnungsblock A preferred location is the array block 61 61 in der Nähe des Patienten, zum Beispiel unter einem nichtmetallischen Operationstisch (nicht gezeigt), anzuordnen. (not shown) in the vicinity of the patient, for example, a non-metallic operating table to locate. Das System The system 20 20 wird aktiviert und die Erzeugerspulen is activated and the generator coils 32 32 , . 34 34 , . 36 36 , . 38 38 , . 40 40 , . 42 42 , . 44 44 , . 46 46 und and 48 48 der Abstrahler the radiator 56 56 , . 80 80 und and 60 60 gleichzeitig angeregt, wobei alle Spulen unterschiedliche magnetische Felder abstrahlen, die jeweils eine unterschiedliche Frequenz aufweisen. simultaneously excited, all the coils radiate different magnetic fields, each having a different frequency. Demgemäß werden neun gesonderte (quasi-stationäre) Felder erzeugt. Accordingly, nine separate (quasi-stationary) fields are generated. Infolge der vorfixierten Anordnung des Anordnungsblocks As a result of the pre-fixed arrangement of the array block 61 61 wird ein vorhersagbares magnetisches Feldvolumen (Betriebsvolumen), das ungefähr ein Volumen von 20 cm × 20 cm × 20 cm oder (20 cm) 3 abdeckt (auf Basis der Konfiguration der Abstrahler is a predictable magnetic field volume (operating volume) covering approximately the a volume of 20 cm × 20 cm × 20 cm or (20 cm) 3 (based on the configuration of the radiator 56 56 , . 58 58 und and 60 60 im Anordnungsblock in the array block 61 61 in einer dreieckigen Anordnung, die Seiten von 40 cm × 40 cm × 37 cm aufweist), zum Patienten projiziert, was die Bereiche, die für das Einsetzen und Verfolgen des Katheters in a triangular arrangement, the sides of 40 cm × 40 cm × 37 cm has), projected to the patient what the areas for the insertion and tracking of the catheter 22 22 gewünscht sind, mehr als abdeckt. are desired, more than covers. Es ist wichtig, zu bemerken, daß diese Abmessungen nur eines der veranschaulichten Beispiele der ins Auge gefaßten Größe sind. It is important to note that these dimensions are just one of the illustrated examples of size contemplated. Kleinere und größere Volumen sind deutlich ins Auge gefaßt. Smaller and larger volumes are clearly contemplated.
  • [0043] [0043]
    Der Katheter The catheter 22 22 wird dann im Patienten angeordnet und in das Betriebsvolumen gebracht, und die Sensorspule is then placed in the patient and brought into the operating volume and the sensor coil 26 26 erzeugt Sensorsignale, die die Größe des magnetischen Felds an der Sensorspule generating sensor signals indicative of the magnitude of the magnetic field at the sensor coil 26 26 anzeigen. Show. Diese Sensorsignale werden dem Prozessor These sensor signals are the processor 25 25 durch das Kabel through the cable 28 28 bereitgestellt, wo die Größe des magnetischen Felds (des gemessenen Felds) bestimmt und im Prozessor provided, where the magnitude of the magnetic field (the measured field) and determines the processor 25 25 gespeichert wird. is stored.
  • [0044] [0044]
    Wie am besten in As best seen in 3 3 gezeigt verwendet der Signalprozessor shown uses the signal processor 25 25 an diesem Punkt einen willkürlichen Anfangspunkt (der sowohl die Position als auch die Ausrichtung widerspiegelt) und verwendet er vorzugsweise eine Dipol-Annäherung (einen optionalen Schritt) für eine Wiederholung, um von diesem willkürlichen Punkt zu einer Anfangsposition für den steilsten Abfall zu gelangen. at this point an arbitrary starting point (of both the position and the orientation reflects) and it is preferable to use a dipole approximation (an optional step) for one repetition to get from this arbitrary point to a starting position for the steepest descent. Der willkürliche Punkt ist ein vorprogrammierter Anfangspunkt im Prozes sor The arbitrary point is a pre-programmed starting point in Prozes sor 25 25 , zum Beispiel gewöhnlich ein Punkt, der in der Mitte des Abbildungsvolumens gewählt ist. , For example, usually a point chosen at the center of the imaging volume. Dann bewegt sich das Programm im Signalprozessor Then the program moves in the signal processor 25 25 ohne Annäherungen direkt in die Berechnung. without approximations directly in the calculation. Die Konvergenz kann jedoch durch Verwenden der Dipol-Annäherung als einen ersten Schritt beschleunigt werden (die Berechnungszeit verkürzt werden), wodurch die Lösung näher an die tatsächliche Position gebracht wird. However, the convergence can be accelerated by using the dipole approximation as a first step (the calculation time can be shortened), whereby the solution is brought closer to the actual position. Von dort wird das volle magnetische Feld ohne Annäherungen verwendet. From there, the full magnetic field is used without approximations. Somit wird der willkürliche Anfangspunkt auch für die Dipol-Annäherung verwendet. Thus, the arbitrary starting point is used for the dipole approximation.
  • [0045] [0045]
    Sobald die anfängliche Positions- und Ausrichtungsschätzung mit dem Dipol-Annäherer Once the initial position and orientation estimation with the dipole Annäherer 72 72 vorgenommen ist, berechnet der Prozessor is made, the processor calculates 25 25 das magnetische Feld an der geschätzten Position und Ausrichtung unter Verwendung eines Magnetfeldrechners the magnetic field at the estimated position and orientation using a magnetic field calculator 74 74 . , Nach dieser Berechnung wird der steilste Abfall vom berechneten magnetischen Feld der geschätzten Sensorposition und – ausrichtung zum gemessenen magnetischen Feld der Sensorspule According to this calculation, the steepest drop from the calculated magnetic field of the estimated sensor position and - orientation to the measured magnetic field of the sensor coil 26 26 unter Verwendung eines Rechners using a computer 76 76 für den steilsten Abfall, der die Jacobi-Technik verwendet, berechnet. for the steepest descent, which uses the Jacobi technique is calculated. Es ist wichtig zu bemerken, daß die Jacobi-Matrix durch den Rechner It is important to note that the Jacobian matrix by the computer 76 76 für den steilsten Abfall für alle neun Abstrahlerspulen for the steepest drop for all nine Abstrahlerspulen 32 32 , . 34 34 , . 36 36 , . 38 38 , . 40 40 , . 42 42 , . 44 44 , . 46 46 bzw. and 48 48 berechnet wird. is calculated. Der Magnetfeldschätzer The magnetic field estimator 74 74 und der Rechner and the computer 76 76 für den steilsten Abfall verwenden genaue theoretische Magnetfeldausdrücke wie auch vorgespeicherte Kalibrierungsdaten. for the steepest descent using exact theoretical magnetic field expressions as well as pre-stored calibration data.
  • [0046] [0046]
    Auf Basis dieser Berechnung wird eine sich ergebende Berechnung vorgenommen, die tatsächlich eine Veränderung (ΔX) widerspiegelt, welche die steilste Veränderung im Wert zwischen der neuen geschätzten Position und Ausrichtung und der vorhergehenden Position und Ausrichtung (die tatsächliche Position und Ausrichtung ist bis zum Ende der Berechnung nicht bekannt) angibt. A resulting computation is made on the basis of this calculation, which is reflected in fact a change (.DELTA.X) which the steepest change in value between the new estimated position and orientation and the previous position and orientation (the actual position and orientation is to the end of Calculation unknown) indicates. Dieses Ergebnis Δx -, wird zur vorhergehenden Schätzung der Sensorposition und – ausrichtung hinzugefügt um zu einer neuen Schätzung der Sensorposition und -ausrichtung zu gelangen. This result .DELTA.x - is the previous estimate of the sensor position and - added to orientation to arrive at a new estimate of sensor position and orientation. Zusätzlich werden auch Kalibrierungsinformationen verwendet, die gemäß einem neuartigen Kalibrierungssystem und -verfahren der vorliegenden Erfindung im Signalprozessor In addition, calibration information is used in accordance with a novel calibration system and method of the present invention, in the signal processor 25 25 vorgespeichert wurden (nähere Einzelheiten werden unten bereitgestellt). were pre-stored (further details are provided below). Demgemäß wird ein vorbestimmter Kalibrierungsfaktor verwendet, um die Jacobi-Matrix und die Felder zu regulieren. Accordingly, a predetermined calibration factor is used to adjust the Jacobian and the fields.
  • [0047] [0047]
    An diesem Punkt wird die neue Schätzung der Position und der Ausrichtung der Sensorspule At this point, the new estimate of position and orientation of the sensor coil is 26 26 mit dem vorbestimmten gewünschten Genauigkeitsbereich verglichen. compared with the predetermined desired accuracy range. Wenn die neue Schätzung der Position und der Ausrichtung der Sensorspule If the new estimate of the position and orientation of the sensor coil 26 26 nicht innerhalb dieses Bereichs liegt, werden die Schritte beginnend mit der Berechnung des magnetischen Felds an der neuen geschätzten Position und Ausrichtung wiederholt. is not within this range, the steps are repeated beginning with calculating the magnetic field at the new estimated position and orientation.
  • [0048] [0048]
    Zusätzlich wird für die alternativen Abstrahleranordnungsausführungsformen, die in Additionally, for the alternative Abstrahleranordnungsausführungsformen, in the 7 7 bis to 9 9 veranschaulicht sind, eine globale Kovergenztechnik durch einen globalen Konvergierer are illustrated, a global Kovergenztechnik by a global Konvergierer 77 77 (siehe (See 10 10 ) angewendet, um zu einer neuen Schätzung der Position und der Ausrichtung zu gelangen, die innerhalb des vorbestimmten Genauigkeitsbereichs liegt. ) Applied in order to arrive at a new estimate of position and orientation that is within the predetermined accuracy range. Der bestimmte Algorithmus wird weiter unten ausführlich besprochen. The specific algorithm is discussed in detail below.
  • Der Positions- und Ausrichtungsalgorithmus The position and orientation algorithm
  • [0049] [0049]
    Um das oben beschriebene Verfahren besser zu verstehen, wird der Algorithmus, der durch dieses Verfahren verwendet wird, nun speziell gemäß jedem Verfahrensschritt angesprochen werden. To better understand the method described above, each process step is the algorithm used by this method, especially in accordance with now be addressed. Für Darstellungszwecke werden der Standort und die Ausrichtung der Sensorspule For illustration purposes, the location and orientation of the sensor coil 26 26 am besten unter Bezugnahme auf best described with reference to 4A 4A bis to 4C 4C beschrieben. described. Wie in How to 4A 4A gezeigt ist die Mitte der Sensorspule shown is the center of the sensor coil 26 26 am Punkt P positioniert. positioned at the point P. Die Achse der Sensorspule The axis of the sensor coil 26 26 , die ihre Ausrichtung definiert, ist in That defines its orientation is in 4A 4A als gestrichelte Linie A gezeigt. shown as a dashed line a.
  • [0050] [0050]
    Die Position und die Ausrichtung des Sensors x - können wie folgt definiert werden: The position and orientation of the sensor x - can be defined as follows: x - = {l -, n -} (1), x - = {l -, N -} (1) wobei l - den x-, y- und z-Koordinaten des wie in wherein L - the x, y and z coordinates of the like in 4B 4B gezeigten Positionsvektors OP gleich ist. shown position vector OP is the same. Der Vektor n -, ein Maß der Sensorausrichtung, entspricht den x-, y- und z-Koordinaten n x , n y bzw. The vector n -, a measure of the sensor orientation, corresponds to the x, y and z co-ordinates x n, y n or n z von A' (siehe n z of A '(see 4C 4C ), einem Ausrichtungsvektor, der eine parallele Verschiebung zum Ursprung des Sensorachsenausrichtungsvektors A ist. ), An orientation vector which is a parallel shift to the origin of sensor axis orientation vector A.
  • [0051] [0051]
    In In 4D 4D ist eine teilweise schematische Zeichnung des Systems is a partial schematic drawing of the system 20 20 der Erfindung dargestellt, wobei Q 1 , Q 2 und Q 3 die drei Abstrahler the invention is shown, wherein Q 1, Q 2 and Q 3 are the three radiators 56 56 , . 58 58 bzw. and 60 60 sind. are. Jeder dieser Abstrahler Each of these radiators 56 56 , . 58 58 und and 60 60 umfaßt drei Spulen ( comprises three coils ( 32 32 , . 34 34 , . 36 36 , . 38 38 , . 40 40 , . 42 42 , . 44 44 , . 46 46 bzw. and 48 48 ). ). Zur einfacheren Darstellung umfaßt der Abstrahler Q 1 die Abstrahlerspulen Eins, Zwei und Drei ( For ease of presentation the radiator Q 1 comprises the Abstrahlerspulen One, Two and Three ( 32 32 , . 34 34 und and 36 36 ); ); umfaßt der Abstrahler Q 2 die Spulen Vier, Fünf und Sechs ( the radiator Q 2 comprises the coils four, five and six ( 38 38 , . 40 40 und and 42 42 ); ); und umfaßt der Abstrahler Q 3 die Spulen Sieben, Acht und Neun ( and includes the radiator Q 3, the coils Seven, Eight and Nine ( 44 44 , . 46 46 und and 48 48 ). ).
  • [0052] [0052]
    Mit dieser Anordnung werden dem Prozessor With this arrangement, the processor 25 25 durch die Sensorspule through the sensor coil 26 26 Messungen der Felder an der Sensorspule Measurements of the fields at the sensor coil 2G 2G infolge jeder Abstrahlerspule as a result of any Abstrahlerspule 32 32 , . 34 34 , . 36 36 , . 38 38 , . 40 40 , . 42 42 , . 44 44 , . 46 46 und and 48 48 zur Verwendung mit den nachstehend ausführlich besprochenen Schritten bereitgestellt. for use by the steps discussed in detail below.
  • [0053] [0053]
    Schritt (a): Bestimme die anfängliche Schätzung der Sensorposition und -ausrichtung unter Verwendung des Schätzers Step (a): Determine the initial estimate of sensor position and orientation using the estimator 70 70 der anfänglichen Position und Ausrichtung. the initial position and orientation.
  • [0054] [0054]
    Für die anfängliche Schätzung der Sensorposition und -ausrichtung nehmen wir wie folgt eine willkürliche Position der Sensorspule For the initial estimate of sensor position and orientation, we take the following an arbitrary position of the sensor coil 26 26 an: to: x - 0 = {l - 0 , n - 0 } (2) x - 0 = {l - 0, n - 0} (2)
  • [0055] [0055]
    Zur Bequemlichkeit kann x - 0 willkürlich so gewählt werden, daß es sich ungefähr in der Mitte des Systemstandortvolumens befindet. For convenience, x - 0 arbitrarily chosen so that it is located approximately in the center of the system volume location. Zum Beispiel können die drei Abstrahler Q 1 , Q 2 und Q 3 als an den Eckpunkten eines Dreiecks ( For example, the three radiators Q 1, Q 2 and Q 3 than at the vertices of a triangle ( 4E 4E ) angeordnet betrachtet werden. ) Are considered arranged. Die Seiten des Dreiecks können durch Mittellinien M 1 , M 2 und M 3 zweigeteilt werden. The sides of the triangle may be bisected by center lines 3 M 1, M 2 and M. Die anfängliche Schätzung der dreidimensionalen Sensorposition l - 0 kann so gewählt werden, daß sie sich am Schnittpunkt der Mittellinien der Abstrahler in einem Abstand, zum Beispiel 20 cm, über der durch die Abstrahler gebildeten Ebene befindet. The initial estimate of the three-dimensional sensor position l - 0 can be chosen so that it is located at a distance, for example 20 cm, above the plane formed by the radiators at the intersection of the center lines of the radiator. In der gleichen Weise kann n - 0 als ein positiver Einheitsvektor parallel zur z-Achse gewählt werden. In the same manner, n - 0 are selected as a positive unit vector parallel to the z-axis.
  • [0056] [0056]
    Optionaler Schritt (b): Verfeinerung der geschätzten Sensorposition und -ausrichtung auf Basis der Dipol-Annäherung unter Verwendung des Dipol-Annäherers Optional Step (b): Refinement of the estimated sensor position and orientation based on the dipole approximation using the dipole Annäherers 72 72 . ,
  • [0057] [0057]
    Die anfängliche Schätzung der Sensorposition und -ausrichtung kann wie nachstehend beschrieben unter Verwendung des Dipol-Annäherers The initial estimate of sensor position and orientation can be described as follows using the dipole Annäherers 72 72 auf Basis der Dipol-Annäherung verfeinert werden. be refined based on the dipole approximation.
  • [0058] [0058]
    Wie in How to 4D 4D gezeigt können wir die Vektoren R - 1 , R - 2 und R - 3 als die Positionsvektoren vom Ursprung zu den Abstrahlermitten für die jeweiligen Abstrahler Q 1 , Q 2 und Q 3 definieren. shown, we can use the vectors R - 1 R - 2 and R - 3 as the position vectors from the origin to define the Abstrahlermitten for the respective radiators Q 1, Q 2 and Q 3. S definiert die Koordinate der Sensorspule S defines the coordinate of the sensor coil 26 26 . , Für jeden der Abstrahler können wir wie folgt eine Beziehung a j (j = 1 bis 3) definieren: P - i = R - i – X - 0 , wobei X - 0 eine anfängliche Position ist: For each of the radiators, we may define a relationship a j, as follows (j = 1 to 3): P - R i = - i - X - 0, where X - 0 is an initial position:
  • [0059] [0059]
    Wir können f i für i = 1 bis 9 als die gemessenen Feldstärken am Sensor S der Felder, die den Spulen Nummer Eins (1) bis Neun (9) zugeschrieben werden, definieren. We can f i for i = 1 to 9 as the measured field strength at the sensor S of the fields attributed to coils number one (1) through nine (9) define. Die magnetischen Feldstärken für jede Spule werden nach den bekannten Techniken, wie sie in der PCT-Patentanmeldung Nr. WO 96/05768 umrissen sind, gemessen. The magnetic field strength for each coil according to the known techniques as outlined in PCT patent application no. WO 96/05768, measured.
  • [0060] [0060]
    Wie können auch m j für j = 1 bis 3 als die Summe der Quadrate der gemessenen Felder am Sensor aufgrund der Spulen, die jeden der Abstrahler umfassen, definieren. As can = 1 to 3 as the sum of the squares of the measured fields at the sensor due to the coils comprising each of the radiators, also define m j for j. Somit haben wir für das in Thus we have for the in 2 2 und and 4D 4D gezeigte System wie folgt drei Gleichungen in m: system shown as follows three equations in m: m 1 = f 1 2 + f 2 2 +f 3 2 m 1 = f 1 + f 2 + f 2 2 3 2 m 2 = f 4 2 + f 5 2 + f 6 2 , und m 2 = f 4 + f 5 2 + f 6 2 2, and m 3 = f 7 2 + f 8 2 + f 9 2 . m 3 = 7 f 2 + f + f 2 8 9. 2
  • [0061] [0061]
    Ein Sensor an Punkten, die weit von den Abstrahlerspulen entfernt sind (Abstand vom Punkt zum Abstrahler > Abstrahlerspulenradius) wird magnetische Felder erfahren, von denen es heißt, daß sie von dipolarer Natur sind (siehe zum Beispiel JD Jackson in Classical Electrodynamics, zweite Ausgabe, John Wiley & Sons, New York, 1975, Seite 178). A sensor on points that are far removed from the Abstrahlerspulen (distance from the point to the radiator> Abstrahlerspulenradius) will experience magnetic fields, of which it is said that they are dipolar nature (for example, see JD Jackson in Classical Electrodynamics, second edition, John Wiley & Sons, New York, 1975, page 178). Wie in der US-Patentschrift Nr. 5,913,820 für den Fall von drei Abstrahlern Q 1 , Q 2 und Q 3 , wobei jeder Abstrahler aus drei konzentrischen und orthogonalen Abstrahlerspulen gebildet ist, gezeigt ist unter diesen Bedingungen durch die folgenden Gleichungen eine Annäherung des Abstands vom Sensor zu jedem der Abstrahler von den oben definierten und berechneten Werten von a und m her möglich: As shown in US Pat. No. 5,913,820 for the case of three Abstrahlern Q 1, Q 2 and Q 3, each radiator is formed of three concentric and orthogonal Abstrahlerspulen, under these conditions by the following equations an approximation of the distance from sensor of the above-defined and calculated values of a and m fro possible to each of the radiator: wobei r 1 , r 2 und r 3 die Abstände vom Sensor zur Mitte der Abstrahler Q 1 , Q 2 bzw. wherein R 1, R 2 and R 3 are the distances from the sensor to the center of radiators Q 1, Q 2 and Q 3 sind. Q 3. Wir können die drei Abstände r 1 , r 2 und r 3 verwenden, um zu einem ungefähren Sensorstandort l -(x,y,z) zu triangulieren. We can use the three distances r 1, r 2 and r 3 use to an approximate sensor location l - triangulate (x, y, z). Jeder dieser drei Abstände r 1 , r 2 und r 3 kann als Radius von Kugeln um jeden der Abstrahler angesehen werden. Each of the three distances r 1, r 2 and r 3 may be regarded as the radius of balls to each of the radiator. Der Triangulationsvorgang löst für den Schnittpunkt dieser drei Kugeln, was zu einem durch l -(x,y,z) beschriebenen ungefähren Sensorstandort führt (siehe The Triangulationsvorgang solve for the intersection of these three spheres, resulting in a through l - (, z x, y) approximate sensor location described results (see 4B 4B und and 4F 4F ). ).
  • [0062] [0062]
    Da wir die Eigenschaften jeder der Abstrahlerspulen (Anzahl der Wicklungen, Spulendurchmesser, usw.) und den Strom, der durch diese Spulen verläuft, kennen, können wir H -(l -) berechnen, eine [9, 3]-Matrix, die das theoretische Feld in jeder der Richtungen x, y und z, welches jedem der neun Abstrahlerspulen am ungefähren Sensorstandort, der durch den Vektor Since we, the properties of each of Abstrahlerspulen (number of windings, coil diameter, etc.) and the current passing through these coils know we can H - (l -), calculate a [9, 3] matrix containing the theoretical field in each of the directions x, y and z, which each of the nine Abstrahlerspulen at the approximate sensor location defined by the vector 1 1 definiert ist, zugeschrieben wird, beschreibt. is defined, is attributed to, describes.
  • [0063] [0063]
    4F 4F zeigt eine einschleifige Abstrahlerspule, die bei Q zentriert ist und einen Einheitsausrichtungsvektor O - i aufweist. shows a single-loop Abstrahlerspule centered at Q and a unit orientation vector O - comprises i. Die Spule ist in einem Abstand R - i vom Ursprung des dreidimensionalen Bezugsrahmen zentriert. The coil is at a distance R - i centered on the origin of the three-dimensional frame of reference. Der Vektor l - verbindet den Ursprung mit Punkt M, dem ungefähren Sensorstandort aus der wie oben besprochenen Triangulation. The vector l - connecting the origin with the point M, the approximate sensor location from the triangulation as discussed above. Das theoretische Feld bei M aufgrund der Abstrahlerspule i kann wie folgt gefunden werden: The theoretical field at M due to the Abstrahlerspule i may be found as follows:
    Wir können den Vektor cor - so definieren, daß cor - = l - – R - i ist. We can use the vector cor - define so that cor - = l - - R - i.
  • [0064] [0064]
    Der Vektor cor - ist von einer Größe, die dem Abstand zwischen der Spulenmitte, dem Punkt Q und dem Punkt M entspricht. The vector cor - is of a size that corresponds to the distance between the coil center, point Q and the point M.
  • [0065] [0065]
    Wir können auch die skalare Größe z als das Punktprodukt von O - i , einem Vektor, der die Abstrahlerspulenachse beschreibt, und dem Vektor cor - beschreiben: z = O - i ·cor -. We can also use the scalar quantity such as the dot product of O - i, a vector which describes the Abstrahlerspulenachse, and the vector cor - describe: z = O - i · cor -.
  • [0066] [0066]
    Die Größe z ist wie in The variable z is as in 4F 4F gezeigt der Projektion von cor - auf O - i gleich. shown the projection of cor - on O - i equal.
  • [0067] [0067]
    Wir können die skalare Größe absr als den absoluten Wert des Vektors cor - definieren: absr = ∥cor -∥. We can use the absolute value of the vector cor as the scalar quantity ABSR - define: ABSR = ∥cor -∥.
  • [0068] [0068]
    Der skalare Wert absr ist dem Abstand zwischen der Spulenmitte und dem Punkt M gleich. A scalar value is the distance between the coil center and the point M is ABSR.
  • [0069] [0069]
    Wir können B r und B θ , Vektorkomponenten der magnetischen Flußdichte am Punkt M, finden, die entlang von Achsen gelöst sind, welche parallel bzw. senkrecht zur Linie verlaufen, die den Punkt M und die Spule verbindet, wie in der PCT-Patentanmeldung Nr. WO 96/05768 umrissen ist. We can B r and B θ, find the vector components of the magnetic flux density at the point M, which are dissolved along axes that are parallel or perpendicular to the line connecting point M and the coil, as described in PCT Patent Application No. . WO 96/05768 is outlined.
  • [0070] [0070]
    Wir können auch die Größen xvec - und xnor wie folgt definieren: We can also xvec sizes - and xnor defined as follows: xvec - = cor - – (z·O - i ) xvec - cor = - - (z · O - i) xnor = ||xvec -|| xnor = || xvec - || . ,
  • [0071] [0071]
    Aus diesen Beziehungen folgt dann wie in From these relations it follows as in 4F 4F veranschaulicht, daß illustrates that ist. is.
  • [0072] [0072]
    Wir können das magnetische Feld an der Stelle M im Bezugsrahmen der Abstrahlerspule (xvec - und O - i ) durch Lösen der folgenden Rotationsmatrix bestimmen: We can the magnetic field at the point M in the frame of reference of Abstrahlerspule (xvec - and O - i) by solving the following rotation matrix determine:
  • [0073] [0073]
    Das Feld F - 0 an Punkt M im Bezugsrahmen des x-, y-, z-Koordinatensystems von The field F - 0 at point M in the frame of reference of the x, y, z coordinate system of 4F 4F aufgrund einer Abstrahlerspule, die eine einzelne Windung aufweist, ist nun durch die folgende Gleichung gegeben: Abstrahlerspule due to having a single turn is now given by the following equation:
  • [0074] [0074]
    Das berechnete magnetische Feld F - i an M aufgrund der Spule i, die mehr als eine Windung aufweist, ist durch die folgende Gleichung gegeben: The calculated magnetic field F - i at M due to coil i having more than one turn is given by the following equation: F - i = F - 0 ·(wirksame Anzahl der Windungen der Spule) F - F i = - 0 · (effective number of turns of the coil)
  • [0075] [0075]
    Die wirksame Anzahl der Windungen einer Spule kann aufgrund von Inhomogenitäten in der Spule, die zum Beispiel durch Windungen mit unterschiedlichen Radien oder durch nichtparallele Windungen verursacht werden, nicht der tatsächlichen Anzahl der Windungen gleich sein. The effective number of turns of a coil can be due to inhomogeneities in the coil, caused, for example, by turns of different radii or by nonparallel turns, not the actual number of turns equal. Die wirksame Anzahl der Windungen der Spule kann durch Kalibrierung der Spule, zum Beispiel durch das in der PCT-Patentanmeldung Nr. WO 97/42517 offenbarte Verfahren, bestimmt werden. The effective number of turns of the coil can be determined by calibration of the coil, for example, by the method disclosed in PCT Patent Application Nos. WO 97/42517 method.
  • [0076] [0076]
    Die obige Berechnung stellt die Größe des magnetischen Felds an M aufgrund der Spule i in jeder der Richtungen x, y und z bereit. The above calculation, the magnitude of the magnetic field at M due to coil i in each of the directions x, y and z are ready. Diese Berechnung wird für jede der Spulen wiederholt, um die Daten für die wie oben definierte Matrix H -(l -) bereitzustellen. This calculation is performed for each of the coils is repeated to the data for the matrix H as defined above - to provide - (l).
  • [0077] [0077]
    Wir können nun eine Größe h -(x -), das berechnete Feld eines Sensors an M, das hinsichtlich der Sensorausrichtung n - korrigiert ist, wie folgt definieren: We can now size h - (x -), the calculated field of a sensor on M, the terms of sensor orientation n - define is corrected as follows: h -(x -) ≡ H -(l -)·n -. h - (x -) ≡ H - (l -) · n -.
  • [0078] [0078]
    Unter Vornahme der Annäherung, daß sich der Sensor tatsächlich am Standortwert, der durch den Vektor l - gegeben ist, befindet, liefert f -, der tatsächlich gemessene Wert der Felder am Sensor für h -(x -), in der obigen Gleichung Under making the approximation that the sensor is actually located at point value determined by the vector l - is given, is, f returns - the actually measured value of the fields on the sensor for h - (x -) in the above equation f - ≈ H -·n -. f - H ≈ - * n -.
  • [0079] [0079]
    Die Neuanordnung dieser Gleichung liefert die folgende Gleichung, die wie folgt eine erste annähernde Berechnung des Sensorausrichtungsvektors n - bereitstellt: Rearranging this equation yields the following equation, as follows a first approximate calculation of the sensor orientation vector n - provides: n - = H -·f -. n - = H - * f -.
  • [0080] [0080]
    Schritt (c): Berechne das magnetische Feld an der geschätzten Sensorposition und -ausrichtung unter Verwendung des Magnetfeldrechners Step (c): Calculate the magnetic field at the estimated sensor position and orientation using magnetic field calculator 74 74 . ,
  • [0081] [0081]
    Wir erinnern uns aus der obigen Gleichung, daß We remember from the above equation that h -(x -) ≡ H -(l -)·n -. h - (x -) ≡ H - (l -) · n -. ist. is.
  • [0082] [0082]
    Nachdem wir vorher H -(l -) am ungefähren Sensorstandort M, der durch den Vektor Having previously H - (l -) at the approximate sensor location M defined by the vector 1 1 bezeichnet ist, berechnet haben, und wir eine ungefähre Sensorausrichtung n - berechnet haben, können wir nun unter Verwendung der obigen Gleichung h -(x -), das berechnete Feld bei der Position und der Ausrichtung x - = {l -, nn -}, berechnen. is called, have calculated, and we approximate sensor orientation n - have calculated, we can now using the above equation h - (x -), the calculated field at the position and orientation x - = {l - nn -} calculate. Der Vektor h -(x -) ist das ausrichtungskorrigierte magnetische Feld aufgrund einer jeden der neun Abstrahlerspulen an einem Sensor an der ungefähren Position und Ausrichtung x - = {l -, nn -}, und ist für das oben beschriebene System in der Form einer [9, 1 ]-Matrix. The vector h - (x -) is the orientation-corrected magnetic field due to each of the nine Abstrahlerspulen at a sensor at approximate position and orientation x - = {l - nn -}, and is for the above-described system in the form of a [9, 1] matrix.
  • [0083] [0083]
    Schritt (d): Berechne den steilsten Abfall (die Jacobi-Matrix) vom berechneten magnetischen Feld an der geschätzten Sensorposition und -ausrichtung zum gemessenen magnetischen Feld am Sensor unter Verwendung des Rechners Step (d): Calculate the steepest descent (the Jacobian) from the calculated magnetic field at the estimated sensor position and orientation to the measured magnetic field at the sensor using the computer 76 76 für den steilsten Abfall. for the steepest descent.
  • [0084] [0084]
    Wir können die Jacobi-Matrix an x - = {l -, nn -} wie folgt berechnen: We can use the Jacobian matrix at x - calculated as follows = {l - -, nn}:
  • [0085] [0085]
    Die Jacobi-Matrix, J ij , ist die Veränderung im berechneten Feld h -(x -) am berechneten Standort und der Ausrichtung x - = {l -, nn -} für jede der neun Abstrahlerspulen (i = 1 bis 9) in bezug auf jede der sechs Positions- und Ausrichtungsvariablen (j = 1 bis 6). The Jacobian matrix, J ij is the change in the calculated field h - (x -) on the computed location and orientation of the x - = {l - nn -} for each of the nine Abstrahlerspulen (i = 1 to 9) with respect on each of the six position and orientation variables (j = 1 to 6). Die Jacobi-Matrix ist eine 9-mal-6-Matrix, die neun Reihen und 6 Spalten aufweist. The Jacobian is a 9-by-six matrix, having nine rows and six columns. Jedes Element in der Jacobi-Matrix wird durch Berechnen des Felds aufgrund jeder Spule i an der Position x - berechnet. Each element in the Jacobian matrix is x, by calculating the field due to each coil i at the position - calculated. Wir erhöhen dann jede der sechs Positionsvariablen um ein Δ und berechnen dann das Feld erneut. We then increase each of the six position variables by a Δ and then calculate the field again. Die Veränderung im Feld aufgrund der Spule i in bezug auf jede der sechs Positionsvariablen stellt die sechs Einträge in die Jacobi-Matrix für die Spule i dar. Der Vorgang wird für jede der neun Spulen wiederholt. The change in the field due to coil i with respect to each of the six position variables represents the six entries in the Jacobian matrix for coil i. The process is repeated for each of the nine coils.
  • [0086] [0086]
    In der Praxis ist es rechnerisch ziemlich erschöpfend, alle diese Berechnungen vorzunehmen. In practice, it is computationally quite exhaustive adjust all these calculations. Alternativ und vorzugsweise können Werte für jeden der Einträge in die Jacobi-Matrix ein Mal berechnet werden und in einer Nachschlagetabelle gespeichert werden. Alternatively and preferably, values for each of the entries can be calculated once in the Jacobian matrix and stored in a lookup table. Einzelne Einträge können dann durch Interpolation zwischen den Nachschlagetabellenwerten erhalten werden, wobei die Erhöhungen in x - in der Nachschlagetabelle vorbestimmt sind. Individual entries can then be obtained by interpolation between the Nachschlagetabellenwerten, the increases in x - are predetermined in the lookup table.
  • [0087] [0087]
    Wir können die Matrix L, eine 9-mal-6-Matrix, wie folgt definieren: We can use the matrix L, a 9-by-six matrix, defined as follows:
  • [0088] [0088]
    Die Matrix L ist eine Umkehrung der mittleren kleinsten Quadrate der Jacobi-Matrix. The matrix L is a mean least squares inversion of the Jacobian matrix.
  • [0089] [0089]
    Wir können b -, den Unterschied zwischen dem tatsächlichen Feld am Sensor und dem berechneten Feld an der berechneten Sensorposition und -ausrichtung, wie folgt berechnen: We can b -, calculate the difference between the actual field at the sensor and the calculated field at the calculated sensor position and orientation, as follows: b - = f - – h -. b - = f - - h -.
  • [0090] [0090]
    Wir rufen uns die Gleichung We call the equation h -(x -) ≡ H -(l -)·n - h - (x -) ≡ H - (l -) · n - ins Gedächtnis zurück. back into memory.
  • [0091] [0091]
    Am tatsächlichen Sensorstandort würde das tatsächlich gemessene Feld dem berechneten Feld gleich sein, was die folgende Gleichung hervorruft: At the actual sensor location the actual measured field would be equal to the calculated field, which causes the following equation: h -(x -) ≡ f -(x -). h - (x -) ≡ f - (x -).
  • [0092] [0092]
    An einem ungefähren Sensorstandort kann das Feld am ungefähren Standort, ,H -(x -) wie folgt mit dem gemessenen Feld am tatsächlichen Sensorstandort f in Beziehung gebracht werden: (X - -) at an approximate sensor location the field at the approximate location, H can be correlated with the measured field at the actual sensor location f as follows: Erinnern wir uns, daß Let us recall that b - = f - – h -(x - n-1 ) ist. b - f = - - h - (x - n-1).
  • [0093] [0093]
    Da Because L -J = I, -J L = I,
  • [0094] [0094]
    Daher möchten wir eine Veränderung (Δx) in der sechsdimensionalen Positions- und Ausrichtungsvariablen x - berechnen, die verursachen wird, daß sich das gemessene Feld annähern wird, und letztlich dem berechneten Feld an der berechneten Position und Ausrichtung des Sensors gleich sein wird. Therefore, we want a change (.DELTA.x) in the six-dimensional position and orientation variables x - calculate that will cause the measured field is approaching, and ultimately the calculated field will be equal to the calculated position and orientation of the sensor. Aus den oben definierten Parametern und Gleichungen ist jener Wert von Δx, der das berechnete Feld an der berechneten Position und Ausrichtung am steilsten in der Richtung des gemessenen Felds verändert, wie folgt gegeben: From the parameters and equations defined above, is the value of .DELTA.x that changes the calculated field at the calculated position and orientation at its steepest in the direction of the measured field is given as follows: ∆x - = LL -·b -. .DELTA.x - = LL - · b -.
  • [0095] [0095]
    Der Vektor Δx - stellt den Wert dar, der jeder der sechs Positions- und Ausrichtungskoordinaten des geschätzten Sensorstandorts und der geschätzten -ausrichtung hinzugefügt wird, um zu einer neuen Schätzung der Sensorposition und -ausrichtung zu gelangen, für die das berechnete Feld näher am gemessenen Feld liegt. The vector .DELTA.x - represents the value that is added to each of the six position and orientation coordinates of the estimated sensor location and the estimated orientation to arrive at a new estimate of sensor position and orientation for which the calculated field is closer to the measured field is located.
  • [0096] [0096]
    Schritt (e): Berechne die neue Schätzung für die Sensorposition und die -ausrichtung unter Verwendung des Schätzers Step (e): Calculate new estimate for the sensor position and orientation using the estimator 78 78 für die neue Position und Ausrichtung. for the new position and orientation.
  • [0097] [0097]
    Nun, wo wir einen Wert von Δx - berechnet haben, können wir diesen Wert von Δx - zur vorherigen Schätzung der Sensorposition und -ausrichtung hinzufügen, um wie folgt zu einer neuen Schätzung der Sensorposition und -ausrichtung zu gelangen: Now that we have a value of .DELTA.x - have calculated, we can set this value of .DELTA.x - Add to the previous estimate of the sensor position and orientation, as below to reach a new estimate of sensor position and orientation: x - n = x - n-1 + ΔΔxx -. x - n = x - n-1 + ΔΔxx -.
  • [0098] [0098]
    Zusätzlich werden am Magnetfeldrechner In addition, the magnetic field calculator 76 76 vorgespeicherte Kalibrierungsinformationen (ein Kalibrierungsfaktor) gemäß mehreren Punkten innerhalb des Betriebsvolumens eingebracht, um am Rechner pre-stored calibration information (a calibration factor) according to several points placed within the operating volume to the computer 78 78 für die neue Schätzung zum neuen Wert/zur neuen Schätzung der Position und Ausrichtung des Sensors zu gelangen. to reach for the new estimate to the new value / estimate of the new position and orientation of the sensor. Demgemäß werden die Kalibrierungsdaten mit dem oben angeführten Vorgang verwendet, da sie mit der Berechnung der magnetischen Felder an der Sensorspule Accordingly, the calibration data are used with the process mentioned above, since they with the calculation of the magnetic fields at the sensor coil 76 76 und der Jacobi-Matrix in Zusammenhang stehen. and the Jacobian matrix related. Dieses Kalibrierungsverfahren wird nachstehend ausführlicher beschrieben. This calibration method is described in more detail below.
  • [0099] [0099]
    Schritt (f): Bestimme, ob die neue Schätzung der Position und Ausrichtung innerhalb der gewünschten Meßgenauigkeit, zB ≤ 0,1 cm (der Genauigkeit des Systems) liegt. Step (f): Determine whether the new estimate of the position and orientation within the desired accuracy, for example, is ≤ 0.1 cm (the accuracy of the system). Die Zu nahmeschritte des Algorithmus werden jedoch angehalten, sobald die Veränderung von einem vorherigen Schritt wie oben beschrieben geringer als 0,001 cm ist, was nötig ist, um für das System eine Genauigkeit zu erhalten, die besser als 1 mm ist. The At-up steps of the algorithm but stopped as soon as the change from a previous step as described above is less than 0.001 cm, which is necessary to obtain the system for an accuracy that is better than 1 mm.
  • [0100] [0100]
    Ein oder mehr Kriterien können bestimmt werden, um die benötigte Genauigkeit der neu geschätzten Werte der Sensorposition und -ausrichtung herzustellen. One or more criteria can be determined to produce the required accuracy of the newly estimated values of the sensor position and orientation. Ein Kriterium untersucht den absoluten Wert von Δx -, der Positions- und Ausrichtungskorrektur. One criterion examines the absolute value of .DELTA.x - the position and orientation correction. Wenn |Δx -| geringer als ein bestimmter Schwellenwert ist, kann angenommen werden, daß die Position und die Ausrichtung bis zur gewünschten Genauigkeit berechnet wurden. If | .DELTA.x - | is less than a certain threshold, it can be assumed that the position and the orientation calculated to the desired accuracy. Zum Beispiel wird angenommen, daß ein Wert von |Δx| ≤ 10 -4 cm (der zu einer Genauigkeit von mehr als 1 mm führt) die benötigten Genauigkeitskriterien für Sensoren, die in den meisten biomedizinischen Anwendungen verwendet werden, erfüllt. For example, it is assumed that a value of | .DELTA.x | ≤ 10 -4 cm (which results in an accuracy of more than 1 mm) the required accuracy criteria for sensors used in most biomedical applications, are fulfilled.
  • [0101] [0101]
    Das oben beschriebene Verfahren zur Bestimmung der Sensorposition und -ausrichtung umfaßt Berechnungen des Felds h (x -) an der geschätzten Sensorposition und -stelle x - = {l -, n -}. The method described above for determining the position and orientation sensor includes calculations of the field h (x -) at the estimated sensor position and body, for x - = {l -, n -}. Wir können die Größe Δ f wie folgt definieren: We can make the size Δ f defined as follows:
  • [0102] [0102]
    Der Wert von Δ f ist ein anderes Kriterium, das verwendet werden kann, um zu bestimmen, ob die Sensorposition und -ausrichtung mit der gewünschten Genauigkeit gefunden wurde. The value of Δ f is another criterion that can be used to determine whether the sensor position and orientation was found with the desired accuracy. Zum Beispiel wurde herausgefunden, daß ein Wert von Δf ≤ 10 -4 (der zu einer Genauigkeit von mehr als 1 mm führt) für die meisten biomedizinischen Anwendungen ausreichend genau ist. For example, it has been found that a value of .DELTA.f ≤ 10 -4 (which results in an accuracy of more than 1 mm) is suitable for most biomedical applications sufficiently accurate.
  • [0103] [0103]
    Vorzugsweise werden beide Kriterien verwendet, um zu bestimmen, daß die Werte der Position und der Ausrichtung mit der benötigten Genauigkeit bestimmt wurden. Preferably, both criteria are used to determine the values of the position and orientation with the required accuracy were determined.
  • [0104] [0104]
    Schritt (g): Wiederhole die Feldberechnungen (Schritte (c) bis (e)) an der neu geschätzten Sensorposition und -ausrichtung, um die Positions- und Ausrichtungsschätzung zu verfeinern. Step (g): Repeat field calculations (steps (c) through (e)) of the newly estimated sensor position and orientation to refine the position and orientation estimation.
  • [0105] [0105]
    Der oben in Schritt (c) bis (e) beschriebene Vorgang wird wiederholt, wenn die geschätzten Werte der Position und der Ausrichtung eines oder beide der benötigten Genauigkeitskriterien nicht erfüllen. The above in step (c) described through (e) is repeated if the estimated values of the position and orientation of one or both of the required accuracy not qualify. Im Besonderen werden die neu geschätzten Werte der Sensorposition und – ausrichtung von Schritt (e) in Schritt (c) verwendet, um ein magnetisches Feld an der neu geschätzten Sensorposition und -ausrichtung neu zu berechnen. In particular, the new estimated values of the sensor position and - alignment of step (e) in step (c) is used to calculate a magnetic field at the newly estimated sensor position and orientation of new. Die so berechnete Feldstärke wird in Schritt (d) verwendet, um die Berechnung des steilsten Abfalls zu verfeinern. The calculated field strength used in step (d) to refine the calculation of steepest descent. Der verfeinerte steilste Abfall wird verwendet, um eine neue Schätzung für die Sensorposition und – ausrichtung zu bestimmen. The refined steepest drop is used to a new estimate for the sensor position and - to determine orientation. Ein Absicherungsmechanismus, der durch die vorliegende Erfindung verwendet wird, ist, die Wiederholungsanzahl auf eine Höchstanzahl, zum Beispiel auf zehn (10) Wiederholungen, zu beschränken, damit das System A hardening mechanism, which is used by the present invention is to limit the number of repetitions to a maximum number, for example ten (10) iterations, so that the system 20 20 nicht in eine Endlosschleife eintreten würde, wenn der Algorithmus aus irgendeinem Grund nicht konvergiert, zum Beispiel, da sich die Sensorspule would not enter into an infinite loop if the algorithm does not converge for any reason, for example, as the sensor coil 26 26 außerhalb des Bereichs befindet, oder aufgrund eines Hardwareproblems. is outside the range, or because of a hardware problem. Die Höchstwiederholungsanzahl oder Wiederholungsanzahlgrenze ist ebenfalls im Signalprozessor The maximum number of repetitions or retry count limit is also in the signal processor 25 25 gespeichert. stored.
  • [0106] [0106]
    Eine Abwandlung am oben beschriebenen Algorithmus wird für die in A modification to the algorithm described above for the in 7 7 bis to 9 9 veranschaulichten alternativen Abstrahleranordnungen eingesetzt. illustrated alternative Abstrahleranordnungen used. Dieser abgewandelte Algorithmus beruht auf einem wie in "Numerical Recipes" (ISBN 052143108, Seite 383) umrissenen "globalen Konvergenz" verfahren. This modified algorithm is based on a as in "Numerical Recipes" (ISBN 052 143 108, page 383) method outlined "global convergence". Durch Verwenden einer globalen Konvergenztechnik (wie sie in By using a global convergence technology (as in 10 10 gezeigt ist) wird eine leistungsfähigere Konvergenz des willkürlichen Anfangspunkts zur tatsächlichen Sensorposition und -ausrichtung erzielt. shown) is a powerful convergence of arbitrary initial point to the actual sensor position and orientation achieved. Demgemäß stellt die offenbarte Technik eine neue Korrektur der gegenwärtigen Position ΔX (als einen Ersatz für den Schritt der Jacobi-Matrix, der durch den Rechner Accordingly, the disclosed technique, a new correction of the current position .DELTA.X (as a replacement for the step of the Jacobi matrix formed by the computer 76 76 für den steilsten Abfall von for the steepest drop of 3 3 durchgeführt wird) bereit. is performed) ready. Dieses globale Konvergenzverfahren umfaßt die folgenden Schritte: This global convergence method comprises the following steps:
    Bestimme als erstes die Richtung von ΔX durch die Formel Determine first the direction of .DELTA.X by the formula ΔX/|ΔX| .DELTA.X / | .DELTA.X |
  • [0107] [0107]
    Finde als zweites den Mindestwert der Veränderung im Feld ΔF (ΔF min.) entlang dieser Richtung. Find second the minimum value of the change in .DELTA.F field (.DELTA.F min.) Along this direction. Diese Position wird durch This position is ΔX' = C·ΔX (wobei 0 < C < 1 ist) .DELTA.X '= C · .DELTA.X (where 0 <C <1) bestimmt. determined.
  • [0108] [0108]
    Aktualisiere als drittes die Sensorposition gemäß Update accordance with the third sensor location X=X + ΔX'. X = X + .DELTA.X '.
  • [0109] [0109]
    Es ist wichtig, zu bemerken, daß die ΔX-Korrektur die Funktion ΔF möglicherweise nicht minimiert, wenn die geschätzte Sensorposition zu weit vom tatsächlichen Positionswert entfernt ist. It is important to note that the correction .DELTA.X the .DELTA.F feature might not be minimized if the estimated sensor position is too far away from the actual position value. Doch bei diesem Schritt ist der gewünschte Blickpunkt die Richtung von ΔX. However, at this step, the desired focal point is the direction of .DELTA.X. Demgemäß wird dieser Wert irgendwo zwischen 0 und ΔX liegen. Accordingly, this value is somewhere between 0 and .DELTA.X.
  • [0110] [0110]
    Wenn der globale Konvergenzalgorithmus (innerhalb einer vorbestimmten Anzahl von Wiederholungen) von einem bestimmen Anfangspunkt nicht konvergiert, kann ein anderer Anfangspunkt gewählt werden. If the global convergence algorithm converges (within a predetermined number of iterations) from a starting point to determine not, a different starting point may be selected. Zum Beispiel kann im obigen globalen Konvergenzalgorithmus ein Punkt neben dem anfänglichen Anfangspunkt verwendet werden, bis Konvergenz vorhanden ist. For example, a point adjacent to the initial starting point may be used in the above global convergence algorithm until convergence is present.
  • [0111] [0111]
    Eine hilfreiche Technik ist, das Betriebsvolumen oder den Arbeitsraum in Subvolumen von 5 cm × 5 cm × 5 cm oder (5 cm) 3 zu teilen, so daß es eine Gesamtheit von vierundsechzig Versuchen gibt, um in jedem Fall Konvergenz sicherzustellen. One helpful technique is the operating volume or working space into subvolume of 5 cm × 5 cm × 5 cm or (5 cm) 3 sharing, so that there are a total of sixty-four trials to ensure convergence in any case. Demgemäß kann dieser Vorgang möglicherweise, nur einmal durchgeführt werden. Accordingly, this operation may be performed only once. Daher wird nach dem Finden des ersten Punkts das Ergebnis der Konvergenztechnik als eine Annäherung für den Algorithmus verwendet. Therefore, the result is used as an approximation of the convergence technique for the algorithm after finding the first point.
  • [0112] [0112]
    Zusammenfassend besteht das offenbarte Verfahren aus den folgenden Schritten: In summary, the method disclosed in the following steps:
    Schritt (a): Schätze eine anfängliche Sensorposition und -ausrichtung; Step (a): Estimate an initial sensor position and orientation;
    Optionaler Schritt (b): Verfeinere die geschätzte Sensorposition und -ausrichtung auf Basis der Dipol-Annäherung; Optional Step (b): Hone the estimated sensor position and orientation based on the dipole approximation;
    Schritt (c): Berechne das magnetische Feld an der geschätzten Sensorposition und -ausrichtung; Step (c): Calculate the magnetic field at the estimated sensor position and orientation;
    Schritt (d): Berechne den steilsten Abfall vom berechneten Feld an der geschätzten Sensorposition und -ausrichtung zum gemessenen Feld am Sensor; Step (d): Calculate the steepest descent from the calculated field at the estimated sensor position and orientation to the measured field at the sensor;
    Schritt (e): Berechne eine neue Schätzung für die Sensorposition und -ausrichtung, die das Verwenden vorbestimmter und gespeicherter Kalibrierungsinformationen, die im Signalprozessor Step (s): Calculate a new estimate for the sensor position and orientation, using the predetermined and stored calibration information in the signal processor 25 25 gespeichert sind, in Verbindung mit Schritt (c) und (d) beinhaltet; are stored in connection with step (c) and (d) includes;
    Schritt (f): Bestimme, ob die neu geschätzte Position und Ausrichtung innerhalb der gewünschten Genauigkeit der Messung liegen; Step (f): Determine whether the newly estimated position and orientation are within the desired accuracy of the measurement; und and
    Schritt (g): Wiederhole die Berechnungen (Schritte (c) bis (e)) an der neu geschätzten Position und Ausrichtung bis zur vorgespeicherten Höchstwiederholungsanzahl, dh, der Wiederholungsanzahlgrenze, um die Positions- und Ausrichtungsschätzung bis zur benötigten Genauigkeit (ebenfalls vorbestimmt und im Signalprozessor Step (g): Repeat the calculations (steps (c) through (e)) of the newly estimated position and orientation to the prestored maximum number of repetitions, ie, the number of retries limit to the position and orientation estimation to the required accuracy (also predetermined and signal processor 25 25 gespeichert) zu verfeinern. stored) to refine.
  • [0113] [0113]
    Alternativ wird der obige Schritt (d) durch die oben ( Alternatively, the above step (d) is above ( 10 10 ) beschriebene globale Konvergenztechnik ersetzt (für die in ) Described global convergence technology replaced (for the in 7 7 bis to 9 9 gezeigten Abstrahleranordnungen). Abstrahleranordnungen shown).
  • [0114] [0114]
    In der Praxis wird das offenbarte Verfahren auf die aufeinanderfolgende Berechnung einer mehrfachen Zahl von Sensorpositionen und -ausrichtungen an mehreren Punkten im Raum angewendet. In practice, the disclosed method is applied to the successive computation of a multiple number of sensor positions and orientations at several points in space. Für die Berechung aufeinanderfolgender Punkte, die zeitlich dicht aneinander liegen, kann angenommen werden, daß sich der Sensor seit den vorher bestimmten Werten nicht bedeutend bewegt hat. For the calculation of successive points that lie close together in time, it can be assumed that the sensor has not moved significantly since the values previously determined. Demgemäß werden die Werte, die an der (n-1)-ten Position und Ausrichtung bestimmt wurden, ein guter Wert für die anfängliche Schätzung der Position und Ausrichtung für die n-te Position und Ausrichtung sein. Accordingly, the values that have been determined at the (n-1) -th position and orientation to be a good value for the initial estimate of position and orientation for the nth position and orientation.
  • Das Kalibrierungssystem The calibration system
  • [0115] [0115]
    Ein Kalibrierungssystem A calibration system 90 90 nach der vorliegenden Erfindung ist betriebswirksam mit dem Positions- und Ausrichtungsabtastsystem according to the present invention is operatively connected with the position and alignment sensing 20 20 ( ( 1 1 und and 2 2 ) verbunden. ), Respectively. Das Kalibrierungssystem The calibration system 90 90 richtet sich auf die Bereitstellung von Kalibrierungsdaten, die im Signalprozessor is directed to the provision of calibration data in the signal processor 25 25 vorgespeichert sind, und die bei der Durchführung einer genauen Bestimmung der Position und der Ausrichtung der Sensorspule are pre-stored, and in performing an accurate determination of the position and orientation of the sensor coil 26 26 ( ( 2 2 ) verwendet werden, wenn sie in das Betriebsvolumen eingebracht werden. ) Are used when they are introduced into the operating volume. Wie in How to 5 5 gezeigt umfaßt das Kalibrierungssystem shown includes the calibration system 90 90 primäre Komponenten des Positions- und Ausrichtungssystems primary components of the position and orientation system 20 20 einschließlich des Signalprozessors the signal processor including 25 25 , des Abstrahlerantriebs , The Abstrahlerantriebs 64 64 , des Anordnungsblocks , The array block 61 61 und der Abstrahler- oder Erzeugerspu len agencies, and the Abstrahler- or Erzeugerspu 32 32 , . 34 34 , . 36 36 , . 38 38 , . 40 40 , . 42 42 , . 44 44 , . 46 46 und and 48 48 , die um Spulenkörper gewickelt sind, wodurch Abstrahler oder Erzeuger , Which are wound around bobbin, thereby radiator or generator 56 56 , . 58 58 bzw. 60 gebildet sind, zusammen mit den jeweiligen Drähten and 60 are formed, together with the respective wires 62 62 . ,
  • [0116] [0116]
    Das Kalibrierungssystem The calibration system 90 90 umfaßt ferner einen Prüfpositionssensor also includes a test position 100 100 , der drei Sensorspulen , The three sensor coils 102 102 , . 104 104 und and 106 106 aufweist, die wie dargestellt in der X-, der Y- bzw. der Z-Koordinatenebene (Koordinatenachse) ausgerichtet sind. which are aligned as shown in the X-, the Y- and the Z-coordinate plane (coordinate axis). Die Schrittabstände zwischen den Spulen im Sensor The step spacing between the coils in the sensor 100 100 betragen 1 bis 0,02 cm. be from 1 to 0.02 cc. Der Prüfpositionssensor The test position 100 100 ist zur Verarbeitung von Sensorsignalen, die durch den Prüfpositionssensor is for processing sensor signals generated by the test position sensor 100 100 bereitgestellt werden, durch ein Kabel be provided by a cable 28 28 betriebswirksam mit dem Signalprozessor operatively connected to the signal processor 25 25 verbunden. connected. Zusätzlich ist der Prüfpositionssensor Additionally, the test position sensor 100 100 durch ein Kabel by a cable 112 112 betriebswirksam mit einer Positionierungseinrichtung wie etwa einem Roboterarm operatively connected with a positioning means such as a robot arm 110 110 verbunden. connected. Der Roboterarm The robot arm 110 110 ist durch ein Kabel by a cable 114 114 betriebswirksam mit dem Signalprozessor operatively connected to the signal processor 25 25 verbunden. connected. Der Prozessor The processor 25 25 weist vorbestimmte Prüfpositionen nach dem Drei-Koordinaten-System, zB der X-, der Y- und der Z-Koordinatenachse, auf. has predetermined test positions according to the three coordinate system, such as the X-, Y-, and Z-coordinate axis on. Vorzugsweise sind etwa einhundertfünfzig (150) Prüfpositionen vorbestimmt und im Prozessor Preferably, from about one hundred fifty (150) test positions predetermined and the processor 25 25 gespeichert. stored. Diese Prüfpositionen richten sich eng mit dem Betriebsvolumen aus, das durch die Erzeuger This test positions are closely aligned with the operating volume defined by the producer 56 56 , . 58 58 und and 60 60 erzeugt wird, wenn diese angeregt werden. is generated when these are stimulated. Da der Prozessor Since the processor 25 25 mit jeder dieser Prüfpositionen programmiert ist, kann der Roboterarm programmed with any of these test positions, the robot can 110 110 genau an jede Prüfposition geführt und an dieser positioniert werden. be accurately performed at each test position and positioned at this. Dieses Verfahren wird viel klarer werden, wenn es nachstehend ausführlicher beschrieben wird. This method will become much clearer when described in greater detail below.
  • Das Kalibrierungsverfahren einschließlich des Algorithmus The calibration method including the algorithm
  • [0117] [0117]
    Im allgemeinen werden die theoretischen Felder des Anordnungsblocks In general, the theoretical fields of the array blocks are 61 61 ( ( 5 5 ) beim Kalibrierungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung an das gemessene Feld eines bestimmten Positions- und Ausrichtungssystems ) At the calibration method of the present invention to the measured field of a specific position and orientation system 20 20 angepaßt. adapted. Demgemäß ist jedes System Accordingly, any system 20 20 mit seinen eigenen Kalibrierungsdaten maßgeschneidert, die während der Standortberechnungen verwendet werden, wenn die Position und die Ausrichtung einer Sensorspule customized with its own calibration data which is used during the location calculations when the position and orientation of a sensor coil 26 26 ( ( 1 1 und and 2 2 ) wie oben erwähnt und im schematischen Ablaufdiagramm von ) As mentioned above and in the schematic flow diagram of 3 3 dargestellt bestimmt wird. is determined displayed. Die anhängige US-Patentanmeldung Nr. 09/180,224 mit dem Titel "Radiator Calibration", die nun als Copending US patent application Ser. No. 09 / 180,224, entitled "Radiator Calibration", which now as US 6,335,617 US 6,335,617 veröffentlicht wurde, befaßt sich ebenfalls mit Techniken zur Kalibrierung von Magnetfelderzeugern oder Abstrahlerspulen. was published, also concerned with techniques for calibrating magnetic field generators or Abstrahlerspulen.
  • [0118] [0118]
    6 6 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm für das Kalibrierungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung. shows a schematic flow chart for the calibration method according to the present invention. Demgemäß sind die vorbestimmten Prüfpositionen für das Be triebsvolumen bei diesem Kalibrierungsverfahren im Prozessor Accordingly, the predetermined test positions for loading operating volume in this calibration procedure in the processor 25 25 gespeichert. stored. Obwohl vorzugsweise einhundertfünfzig (150) Prüfpositionen benutzt werden, kann abhängig von der Größe des gewünschten Betriebsvolumens und dem als notwendig bestimmten Genauigkeitsgrad jede beliebige Anzahl von Prüfpositionen benutzt werden. Although preferably one hundred fifty (150) test positions are used, any number of test positions are used by the size of the required operating volume and the determined necessary level of accuracy depends. Wie oben erwähnt stimmen diese Prüfpositionen (X i , Y i , Z i ) im wesentlichen mit dem Betriebsvolumen, zum Beispiel 20 cm × 20 cm × 20 cm oder (20 cm) 3 , überein. As mentioned above agree this test positions (X i, Y i, Z i) substantially with the operating volume, for example, 20 cm × 20 cm × 20 cm (20 cm) 3, agreed. Wie hierin definiert sind die Ausdrücke "Abbildungsvolumen", "Abtastvolumen" und "Abbildungsbereich" analoge Ausdrücke für das "Betriebsvolumen" und werden sie über diese Offenbarung hinweg austauschbar verwendet. As defined herein, the terms "imaging volume", "sample volume" and "imaging area" analogous expressions for the "actual volume" and they are used interchangeably across this revelation.
  • [0119] [0119]
    Zuerst werden die Abstrahlerspulen der Abstrahler oder Erzeuger First, the Abstrahlerspulen the radiator or producers 56 56 , . 58 58 und and 60 60 des Positionssystems position of the system 20 20 durch gleichzeitiges Anregen unter Verwendung einer Frequenzmultiplexbetriebstechnik aktiviert, um neun unterschiedliche magnetische Felder (quasi-stationäre magnetische Felder) zu erzeugen und das Betriebsvolumen herzustellen. activated by simultaneous excitation using a frequency division multiplexing technique to nine different magnetic fields to produce (quasi-stationary magnetic fields) and establish the operating volume. Dann wird der Roboterarm Then, the robot arm is 110 110 geführt und genau an jeder jeweiligen Prüfposition (X i , Y i , Z i ) positioniert, und wird die X-, die Y- und die Z-Komponente des magnetischen Felds am Prüfpositionssensor guided and accurately at each respective test position (X i, Y i, Z i) positioned, and the X-, the Y- and the Z-component of the magnetic field at the test position sensor 100 100 gemessen. measured. Nach jeder Messung prüft der Prozessor After each measurement, the processor checks 25 25 die Abtastung dieser Prüfpositionen, um zu bestimmen, ob ein erforderliches Abtastvolumen erzielt wurde. the sampling of these test positions in order to determine whether a required sample volume was achieved. Das Abtastvolumen entspricht dem Betriebsvolumen der Feldabstrahler The sample volume corresponds to the volume at the Feldabstrahler 56 56 , . 58 58 und and 60 60 . , Sobald das gewünschte Abtastvolumen vervollständigt wurde, korreliert der Prozessor Once the desired sample volume was completed, the processor correlates 25 25 die bekannten theoretischen magnetischen Felder an jeder Prüfposition (X i , Y i , Z i ) mit dem tatsächlich gemessenen Feld an jeder Prüfposition (X i , Y i , Z i ). the known theoretical magnetic fields at each test position (X i, Y i, Z i) to the actual measured field at each test position (X i, Y i, Z i). Diese Korrelation ist eine mathematische Umwandlung, die die theoretischen magnetischen Felder an den erlangten Punkten zu den gemessenen Feldern an diesen Prüfpunkten (X i , Y i , Z i ) abbildet. This correlation is a mathematical transformation that maps the theoretical magnetic fields at the acquired points to the measured fields at these test points (X i, Y i, Z i). Somit ist diese Korrelation eine Abbildungsberechnung, und die Ergebnisse für jede Position (X i , Y i , Z i ) werden im Prozessor Thus, this correlation is a mapping calculation and the results for each position (X i, Y i, Z i) in the processor 25 25 gespeichert und während eines Positions- und Ausrichtungsvorgangs wie etwa zum Beispiel dem vorher beschriebenen mit dem in and stored during a position and orientation process such as, for example, the previously described with the in 1 1 dargestellten System system shown 20 20 abgerufen. retrieved. Die Kalibrierungsdaten aus diesen gespeicherten Kalibrierungsdateien werden verwendet, um die theoretischen magnetischen Felder zu korrigieren. The calibration data from these stored calibration files is used to correct the theoretical magnetic fields.
  • [0120] [0120]
    Ein Beispiel des Kalibrierungsverfahrens, das das Kalibrierungssystem An example of the calibration method, the calibration system, the 90 90 ( ( 5 5 ) einsetzt, ist nachstehend umrissen. ) Is used, is outlined below. Wie gezeigt wird unter Verwendung des Kalibrierungssystems As shown, using the calibration system 90 90 die X-, die Y- und die Z-Komponente des magnetischen Felds gemessen, wobei der Dreiachsen-Prüfpositionssensor the X-, the Y- and the Z-component of the magnetic field measured with the three-axis test position sensor- 100 100 verwendet wird, der drei orthogonale Sensorspulen is used, the three orthogonal sensor coils 102 102 , . 104 104 und and 106 106 umfaßt, die dem Prozessor includes enabling the processor 25 25 des Positionssystems position of the system 20 20 Sensorsignalinformationen bereitstellen. Provide sensor signal information.
  • [0121] [0121]
    Um die Abbildung zwischen den Anordnungsblockfeldern und den theoretischen Feldern zu berechnen, muß man die genauen Koordinaten der Messung in Bezug auf jede der Spulen In order to calculate the mapping between the fields and the theoretical assembly block fields, it is necessary to the exact coordinates of the measurement with respect to each of the coils 32 32 , . 34 34 , . 36 36 , . 38 38 , . 40 40 , . 42 42 , . 44 44 , . 46 46 bzw. and 48 48 des Anordnungsblocks the array block 61 61 kennen. know. Zu diesem Zweck wird der Roboterarm To this end, the robot arm 110 110 unter Verwendung der vordefinierten Prüfpositionen (X i , Y i , Z i ) mit dem Anordnungsblockkoordinatensystem, zB dem Abtastvolumen, ausgerichtet. using the predefined test positions (X i, Y i, Z i) to the sample volume is aligned with the array block coordinate system, for example. Eine annehmbare Abfolge lautet wie folgt: An acceptable sequence is as follows:
    • a) Bringe den Roboterarm a) Bring the robot arm 110 110 an eine bestimmte Prüfposition X 0 , Y 0 , Z 0 , die eine Prüfposition zur Messung in Bezug auf die Z-Spule to a specified test position X 0, Y 0, Z 0 which is a test position for measuring relative to the Z coil 106 106 des Prüfpositionssensors the test position sensor 100 100 ist. is.
    • b) Nimm unter Verwendung der Z-Spule b) Record using the Z-coil 106 106 des Prüfpositionssensors the test position sensor 100 100 eine Messung des magnetischen Felds der Z-Komponente vor. a measurement of the magnetic field in front of the z-component.
    • c) Betreibe den Robotorarm c) Operate the robot arm 110 110 so schrittweise, daß der Prüfpositionssensor so gradually that the test position 100 100 1 cm vorwärts bewegt wird (dies ordnet die Y-Spule 1 cm is moved forward (this assigns the Y coil 104 104 am gleichen Punkt an, der vorher von der Z-Spule at the same point on, the beforehand by the Z coil 106 106 eingenommen wurde) und miß das magnetische Feld der Y-Komponente unter Verwendung der Y-Spule was administered) and measure the magnetic field of the Y component using the Y coil 104 104 des Prüfpositionssensors. the test position sensor.
    • d) Betreibe den Roboterarm d) Operate the robot arm 110 110 so schrittweise, daß der Prüfpositionssensor so gradually that the test position 100 100 erneut 1 cm vorwärts bewegt wird (dies ordnet die X-Spule again 1 cm is moved forward (this assigns the X-coil 102 102 am Punkt an, der vorher während der ersten Messung durch die Z-Spule at the point that previously during the first measurement by the Z coil 106 106 eingenommen wurde, und während der zweiten Messung durch die Y-Spule was taken, and during the second measurement by the Y coil 104 104 eingenommen wurde) und miß das magnetische Feld der X-Komponente unter Verwendung der X-Spule was administered) and measure the magnetic field of the X component using the X coil 102 102 des Prüfpositionssensors the test position sensor 100 100 . ,
  • [0122] [0122]
    Wie oben erwähnt wird ein typischer Kalibrierungsvorgang in einem Abtastvolumen von 20 cm × 20 cm × 20 cm um die Mitte und über dem Anordnungsblock As mentioned above, a typical calibration procedure in a sample volume of 20 cm × 20 cm × 20 cm around the middle and the array block 61 61 durchgeführt, was dem Betriebsvolumen entspricht, wenn das System performed, which corresponds to the operating volume when the system 20 20 ( ( 1 1 und and 2 2 ) für medizinische Zwecke verwendet wird. ) Is used for medical purposes. Zusätzlich betragen die Schritte zwischen zwei aufeinanderfolgenden Punkten/Positionen 2 bis 3 cm in jeder Richtung, obwohl die Schritte nicht über das gesamte Abtastvolumen hinweg konstant sein müssen. In addition, amount to the steps between two successive points / positions 2 to 3 cm in each direction though the steps need not be constant over the entire sample volume of time. Typischerweise werden im gesamten Abtastvolumen einhundertfünfzig (150) Punkte abgetastet. Typically sampled throughout the sample volume one hundred fifty (150) points. Somit verfügen wir am Ende des Kalibrierungsverfahrens über Thus we have at the end of the calibration procedure on {B i j |j = 1...9, i = 1... ≈ 150}, {B i j | j = 1 ... 9, i = 1, ...} ≈ 150, wobei der Index i der Index der Anzahl der Punkte ist, und j der Index der Frequenz für jede Erzeugerspule bei unterschiedlichen Frequenzen ist. where the index i is the index of the number of points, and j is the index of the frequency for each generator coil at different frequencies. Somit bezieht sich der Index i auf die gemessenen Felder für alle der Prüfpositionen, zB 150. Thus, the index i refers to the measured fields for all the test items, such as the 150th
  • [0123] [0123]
    Die mathematische Umwandlung ist nachstehend umrissen. The mathematical transformation is outlined below. Wir nehmen an, daß in jedem beliebigen gegebenen Bereich des Raums eine Rotationsumwandlung zwischen den gemessenen Feldern und den theoretischen Feldern vorhanden ist. We assume that a rotation transformation between the measured fields and the theoretical fields is present in any given region of space. Somit können wir uns auf die Gleichung Thus, we can focus on the equation OB Th = B M (6) OB Th = B M (6) verlassen, wobei O eine 3×3-Rotationsmatrix ist, die durch die Gleichung left, where O is a 3 × 3 rotation matrix, defined by the equation O = B M B th -1 (7) O = B M B th -1 (7) gegeben ist. is given.
  • [0124] [0124]
    Es ist wichtig, zu bemerken, daß sowohl B M als auch B th [3×150]-Matrizes sind und die mathematische Umwandlung B M und B th im Sinn des mittleren kleinsten Quadrats so nah als möglich abbildet. It is important to note that both M and B B th [3 x 150] are -Matrizes and the mathematical transformation maps as close as possible and B M B th in the sense of the smallest mean square. Es ist auch zu bemerken, daß wir in der Gleichung (7) angenommen haben, daß die gleiche Umwandlung auf das gesamte Raumvolumen angewendet wird. It is also to be noted that we have assumed in the equation (7) in that the same transformation is applied to the entire space volume. Tatsächlich können wir zu jedem Subvolumen unseres Abbildungsraums eine gesonderte Rotationsmatrix haben. In fact, we can go to any subvolume of our mapping space have a separate rotation matrix. Zum Beispiel kann man das Abbildungsvolumen in Subkuben teilen, die ein Subvolumen von 5 cm × 5 cm × 5 cm aufweisen, zB jeder Subkubus (5 cm) 3 umfaßt, und die Rotationsmatrix berechnen, die für jeden der Subkuben erheblich ist. For example, one can divide the mapping volume into Subkuben, the 5 cm × having a subvolume of 5 cm × 5 cm, for example, each Subkubus (5 cm) comprises 3 and calculate the rotation matrix which is relevant to each of the Subkuben. Diese Rotationsmatrix wird dann mit der Kalibrierungsinformation hinsichtlich ihrer Position im Raum im Signalprozessor This rotation matrix is then with the calibration information regarding its position in space in the signal processor 25 25 gespeichert. stored. Dieser Vorgang wird für jede Abstrahlerspule This process is repeated for each Abstrahlerspule 32 32 , . 34 34 , . 36 36 , . 38 38 , . 40 40 , . 42 42 , . 44 44 , . 46 46 und and 48 48 durchgeführt. carried out. Typischerweise kann man für jede Spule Typically, for each coil 32 32 , . 34 34 , . 36 36 , . 38 38 , . 40 40 , . 42 42 , . 44 44 , . 46 46 und and 48 48 ungefähr zwanzig (20) bis dreißig (30) 3×3-Matrizes erlangen. approximately twenty (20) obtain the 3 × 3 matrices to thirty (30).
  • [0125] [0125]
    Demgemäß kann, wenn man an einem Anfangspunkt x - beginnen würde, das theoretische Feld am Punkt B - th (x -) dann durch den Algorithmus der vorliegenden Erfindung berechnet werden. Accordingly, when at a starting point x - would begin, the theoretical field at the point B - th (x -) is then calculated by the algorithm of the present invention. Dann ist das "neue" theoretische Feld durch den Ausdruck: Then the "new" theoretical field by the expression: O(x -)B(x -) O (x -) B (x -) gegeben, given
    wobei O(x) die erhebliche Umwandlung am Punkt x ist. wherein O (x) is the substantial transformation at the point x. Und was die berechnete theoretische Jacobi-Matrix, die J(x) ist, betrifft, ist die "neu" kalibrierte Jacobi-Matrix durch die Gleichung And as for the calculated theoretical Jacobian matrix J (x), which is "new" calibrated Jacobian matrix by the equation O(x)J(x) O (x) J (x) gegeben. given.
  • [0126] [0126]
    Demgemäß werden im Algorithmus der vorliegenden Erfindung sowohl das kalibrierte B (magnetisches Feld) als auch das J (die Jacobi-Matrix) in der gleichen Weise verwendet, in der nichtkalibrierte Versionen verwendet werden. Accordingly, both the calibrated B (magnetic field) and J (the Jacobian matrix) is used in the same manner used in the uncalibrated versions in the algorithm of the present invention. Doch mit den hinzugefügten Kalibrierungsinformationen (dem kalibrierten B) weist das System However, with the added calibration information (the calibrated B), the system 20 20 eine größere Positionsgenauigkeit auf, was bei medizinischen Vorgängen besonders nützlich ist. a greater position accuracy, which is particularly useful in medical procedures.
  • Das Kalibrierungsverfahren mit Ausgleich für statisches Metall The calibration method to compensate for static metal
  • [0127] [0127]
    Die vorliegende Erfindung umfaßt auch ein neuartiges Kalibrierungsverfahren für die Abstrahler The present invention also includes a novel calibration method for the radiators 56 56 , . 58 58 und and 60 60 des Positions- und Ausrichtungssystems the position and orientation system 20 20 ( ( 1 1 ), das fähig ist, die Auswirkungen von Störungen auszugleichen, die durch sich nicht bewegende oder statische metallische Objekte verursacht werden, welche im Abbildungs- oder Betriebsvolumen angeordnet sind. ), Which is able to compensate for the effects of disturbances caused by not moving or static metallic objects, which are arranged in the mapping or operating volume. Das Kalibrierungsverfahren wird in Verbindung mit dem in The calibration method is used in conjunction with the in 5 5 gezeigten Kalibrierungssystem shown calibration system 90 90 einschließlich des Roboterarms including the robot arm 110 110 zur Sicherstellung von Genauigkeit verwendet. used to ensure accuracy. Überdies ist dieses Kalibrierungsverfahren für verschiedenste Anordnungen der Abstrahler Moreover, this calibration method is designed for various arrangements of the radiator 56 56 , . 58 58 und and 60 60 einschließlich der in including in 5 5 , . 7 7 , . 8 8 und and 9 9 gezeigten Abstrahleranordnungen nützlich. shown Abstrahleranordnungen useful.
  • [0128] [0128]
    Demgemäß wird ein metallisches Objekt (nicht gezeigt) wie etwa der C-Arm einer fluoroskopischen Einrichtung im beabsichtigten Abbildungsvolumen, das durch die Abstrahler Accordingly, a metallic object (not shown), such as the C-arm of a fluoroscopic device within the intended mapping volume represented by the radiator 56 56 , . 58 58 und and 60 60 erzeugt wird, angeordnet. is generated, respectively. Der Zweck dieses Schritts ist, Kalibrierungsdaten zur Speicherung im Signalprozessor The purpose of this step is, calibration data for storage in the signal processor 25 25 herzustellen, die die Störungsauswirkungen berücksichtigen, welche durch das metallische Objekt in bezug auf die Größe und die Richtung der magnetischen Felder bereitgestellt werden, die durch die Abstrahlerspulen produce which take into account the disturbance effects which are provided by the metallic object in relation to the size and direction of the magnetic fields generated by the Abstrahlerspulen 32 32 , . 34 34 , . 36 36 , . 38 38 , . 40 40 , . 42 42 , . 44 44 , . 46 46 und and 48 48 der Abstrahler the radiator 56 56 , . 58 58 bzw. 60 erzeugt werden. and 60 are generated.
  • [0129] [0129]
    Wie oben erwähnt ist das magnetische Feld im Inneren eines Bereichs von etwa 20 cm × 20 cm × 20 cm oder (20 cm) 3 ein bevorzugtes Abbildungsvolumen. As mentioned above, the magnetic field is within a range of about 20 cm × 20 cm × 20 cm or (20 cm) 3, a preferred mapping volume. Das Kalibrierungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung berücksichtigt das magnetische Feld, das durch ein jegliches metallisches Objekt erzeugt wird, welches sich im Abbildungsvolumen befindet. The calibration method according to the present invention takes into account the magnetic field produced by any metal object which is located in the imaging volume. Sobald das magnetische Feld nach dem nachstehend ausführlicher beschriebenen Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Beispiel unter Verwendung des Einachsen-Sensoralgorithmus, der mit dem System Once the magnetic field in accordance with the method described more fully below the present invention, for example, using the single-axis sensor algorithm that the system 20 20 ( ( 1 1 ) verbunden ist, abgebildet wurde, kann man das System Is) connected, was ready, the system can be 20 20 selbst in Gegenwart eines oder mehrerer metallischer Objekte so verwenden, als ob es sich um eine völlig ungestörte Magnetfeldsituation, dh, eine Situation ohne Vorhandensein einer Störung durch metallische Objekte, handeln würde. even use it in the presence of one or more metallic objects, as if it were a completely undisturbed magnetic field situation, ie a situation without the presence of a fault would act by metallic objects.
  • [0130] [0130]
    Eine Ausführungsform des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung ist im schematischen Ablaufdiagramm von An embodiment of the method according to the present invention is in the schematic flow diagram of 12 12 am besten veranschaulicht. best illustrated. Zuerst wird ein beabsichtigtes Abbildungsvolumen definiert und wird ein oder werden mehrere statische metallische Objekte im beabsichtigten Abbildungsvolumen angeordnet. First, an intended mapping volume is defined and is a more static or metallic objects placed within the intended mapping volume. Erneut würden diese metallischen Objekte jene Objekte sein, die sich im sterilen Feld des Patienten und im Abbildungsvolumen befinden. Again, these metallic objects would be those objects that are in the sterile field of the patient and in the imaging volume. Ein Beispiel eines typischen, sich nicht bewegenden (nichtbewegend bedeutet, nur relativ zum Anordnungsblock) metallischen Objekts ist der C-Arm einer fluoroskopischen Einrichtung. An example of a typical, non-moving (non-moving means only relative to the array block) metallic object is the C-arm fluoroscopic device. Demgemäß wird der C-Arm im Abbildungsvolumen angeordnet. Accordingly, the C-arm is placed in the imaging volume.
  • [0131] [0131]
    Unter Hinwendung auf Turning now to 5 5 und and 11 11 bewegt der Roboterarm moves the robot arm 110 110 den Positionssensor the position sensor 100 100 zu einem Anfangspunkt, um durch Erzeugen eines Abbildungskalibrierungskubus to a start point in order to generate a mapping calibration cube 200a 200a einen Abbildungs- und Kalibrierungsvorgang zu beginnen. to begin a mapping and calibration procedure. Der Anfangspunkt ist zum Beispiel eine Position oder ein Punkt, der am Eckpunkt eines Kubus beginnt, welcher ein Volumen von (3 cm) 3 aufweist. The starting point is, for example, a position or point beginning at the vertex of a cube having a volume of (3 cm) 3. Ein passender erster Punkt oder eine passende Anfangsposition ist zum Beispiel der Punkt An appropriate first point or starting position is suitable, for example, the point 210 210 des in in the 11 11 gezeigten Kubus shown cube 200a 200a . ,
  • [0132] [0132]
    Der Sensor wird am ersten Punkt oder an der Koordinatenposition The sensor is at the first point or at the coordinate position 210 210 , die gemäß dreidimensionalen Koordinaten (X i , Y i , Z i ) im Abbildungskalibrierungskubus That in Figure calibration cube according to the three-dimensional coordinates (X i, Y i, Z i) 200a 200a (im Abbildungsvolumen) dargestellt ist, ausgerichtet und das magnetische Feld der Abstrahlerspulen Is shown (in the imaging volume), aligned, and the magnetic field of Abstrahlerspulen 32 32 , . 34 34 , . 36 36 , . 38 38 , . 40 40 , . 42 42 , . 44 44 , . 46 46 , . 48 48 am ersten Punkt durch den Signalprozessor at the first point by the signal processor 25 25 mit dem Sensor with the sensor 100 100 gelesen und gemessen, um die erste Koordinatenposition read and measured to determine the first coordinate position 210 210 zu erstellen. to create. Der Sensor The sensor 100 100 wird dann durch den Roboterarm is then passed through the robot arm 110 110 schrittweise zu einem nächsten oder zweiten Punkt gradually to a next or second point 220 220 (X i + dx, Y i + dy, Z i + dz) betrieben oder bewegt, der durch die erste Position und eine hinzugefügte Abstandskomponente (dx, dy, dz) definiert ist. Is defined (X i + dx, y + dy i, Z i + dz) operated or moved by the first position and an added distance component (dx, dy, dz). Das magnetische Feld am zweiten Punkt The magnetic field at the second point 220 220 wird dann durch den Signalprozessor is then determined by the signal processor 25 25 gelesen und gemessen, um eine nächste oder zweite Koordinatenposition zu erstellen. Read and measured in order to create a next or second coordinate position.
  • [0133] [0133]
    Der Signalprozessor ist mit den Kalibrierungspositionen des Kalibrierungskubus The signal processor is with the calibration positions of the calibration cube 200a 200a , die die Eckpunkte ( That the vertices ( 210 210 , . 220 220 , . 230 230 , . 240 240 , . 250 250 , usw.) eines Kubus mit einem Volumen von (3 cm) 3 sind, vorprogrammiert. , Etc.) of a cube having a volume of (3 cm) 3, preprogrammed. Der Roboterarm The robot arm 110 110 betreibt den Sensor operates the sensor 100 100 schrittweise in zunehmenden vorbestimmten Abständen in einem Bereich 2 bis 3 cm (vorzugsweise beträgt der schrittweise betriebene Abstand 3 cm). gradually increasing in predetermined intervals in a range of 2 to 3 cm (preferably the step-operated spacing of 3 cm). Der genaue Schrittabstand ist vorbestimmt und bleibt über diesen Kalibrierungsabbildungsvorgang hinweg konstant, außer wenn an einer bestimmten Position metallische Störungsauswirkungen berücksichtigt werden. The exact step distance is predetermined and remains on this calibration mapping process it constant, except when considered at a particular position metallic disturbance effects. Diese Abwandlung des Schrittabstandes wird nachstehend spezifisch angesprochen. This variation of the step distance is specifically addressed below.
  • [0134] [0134]
    Zum Beispiel ist der Schrittabstand für den Vorgang, der in For example, the step distance is for the operation that in 11 11 schematisch veranschaulicht ist, für jeden Eckpunkt oder für jede Position is illustrated schematically, for each vertex or each position 210 210 , . 220 220 , . 230 230 , . 240 240 und and 250 250 3 cm (entlang einer der Koordinatenachsen X, Y oder Z). 3 cm (along one of the coordinate axes X, Y or Z). Zusätzlich betreibt der Roboterarm In addition operates the robot arm 110 110 den Sensor the sensor 110 110 schrittweise gemäß der Richtung der Pfeile entlang der Ränder des Kubus gradually according to the direction of the arrows along the edges of the cube 200a 200a (entlang jeder Koordinatenachse). (Along each coordinate axis).
  • [0135] [0135]
    Sobald das magnetische Feld am ersten Punkt Once the magnetic field at the first point 210 210 , zum Beispiel der ersten Koordinatenposition (X i , Y i , Z i ) und am nächsten oder zweiten Punkt , For example, the first coordinate position (X i, Y i, Z i) and the next or second point, 220 220 , zB der nächsten oder zweiten Koordinatenposition (X i + dx, Y i + dy, Z i + dz), die die hinzugefügte Abstandskomponente dx, dy, dz widerspiegelt, wobei dx = 3 cm ist (auch als Schritt oder schrittweiser Abstand bezeichnet), gemessen wurde und die Position bestimmt wurde, wird durch den Signalprozessor , As the next or second coordinate position (X i + dx, Y i + dy, Z i + dz) dx, the added distance component dy, dz reflected, where dx = 3 cm (also referred to as a step or incremental spacing) was measured, and the position has been determined, by the signal processor 25 25 das magnetische Feld an einem Zwischenpunkt the magnetic field at an intermediate point 220a 220a zwischen der ersten Position between the first position 210 210 und der zweiten Position and the second position 220 220 interpoliert und die Positionskoordinate des Zwischenpunkts interpolated and the position coordinate of the intermediate point 220a 220a berechnet. calculated. Es ist wichtig, zu bemerken, daß der Zwischenpunkt It is important to note that the intermediate point 220a 220a entlang der Koordinatenachse des schrittweisen Abstandes liegen wird, zum Beispiel innerhalb eines Abstandes von 3 cm entlang der X-Koordinatenachse zwischen den Eckpunkten will lie along the coordinate axis of the incremental distance, for example within a distance of 3 cm along the X coordinate axis between the corner points 210 210 und and 220 220 . ,
  • [0136] [0136]
    Nach der Interpolation des magnetischen Felds des Zwischenpunkts After the interpolation of the magnetic field of the intermediate point 220a 220a und der Berechnung der Position des Zwischenpunkts (der berechneten Zwischenposition unter Verwendung des Positions- und Ausrichtungsalgorithmus) nimmt der Signalprozessor and calculating the position of the intermediate point (calculated intermediate position using the position and orientation algorithm) takes the signal processor 25 25 den Unterschied zwischen der berechneten Zwischenposition und der tatsächlichen Zwischenposition. the difference between the calculated intermediate position and the actual intermediate position. Der Zwischenpositionsunterschied (ε) wird dann mit einer Fehlergrenze verglichen, die ebenfalls im Signalprozessor The intermediate position difference (ε) is then compared with a margin of error, which is also in the signal processor 25 25 gespeichert ist. is stored. Obwohl die Fehlergrenze jeder beliebige Wert sein kann, wurde eine Fehlergrenze ≤ 1 mm als vernünftig und als eine annehmbare Fehlergrenze festgestellt. Although the margin of error can be any value, MPE was found ≤ 1 mm as reasonable and as an acceptable margin of error.
  • [0137] [0137]
    Der nächste oder zweite Punkt (X i , Y i ,, Z i ) wird dann durch den Signalprozessor The next or second point (X i, Y i ,, Z i) is then determined by the signal processor 25 25 als (X i = X i + dx, Y i = Y i + dy, Z i = Z i + dz) gesetzt, wenn der Positionsunterschied (ε) innerhalb der Fehlergrenze (≤ 1 mm) liegt, und der Roboterarm as (X i = X i + dx, y + dy i = Y i, Z i = Z i + dz) when the position difference (ε) within the error limit (≤ 1 mm), and the robot arm 110 110 betreibt den Sensor operates the sensor 100 100 schrittweise zu einem anderen Punkt gradually to another point 230 230 , zB einem dritten oder anderen nächsten Punkt (einer dritten Koordinatenposition entlang einer anderen Koordinatenachse, zB der Y-Achse (dritter Eckpunkt des Kubus , For example a third or another next point (third coordinate position along a coordinate axis of another example of the Y axis (third vertex of cube 200a 200a entlang des Schrittabstandes dy = 3 cm)). along the step distance dy = 3 cm)).
  • [0138] [0138]
    Wenn der Zwischenpositionsunterschied (ε) nicht innerhalb der Fehlergrenze liegt, zB ε nicht ≤ 1 mm ist, verringert der Signalprozessor If the intermediate position difference (ε) is not within the limits of error, such as not ε ≤ 1 mm, reduces the signal processor 25 25 den Wert der hinzugefügten Abstandskomponente und setzt er zB dx, dy, dz als dx = dx/2, dy = dy/2, dz = dz/2. the value of the added distance component and sets eg dx, dy, dz dx = dx as / 2, dy = dy / 2, dz = dz / 2. Zum Beispiel wird die hinzugefügte Abstandskomponente dx auf 1,5 cm (3 cm ÷ 2 cm, und wobei dy = dz = 0 ist) verringert, und wiederholt der Roboterarm For example, the added distance component dx 1.5 cm (3 cm ÷ 2 cm, and where dy = dz = 0) decreases, and repeated the robot arm 110 110 den Schritt zu einem neuen zweiten Punkt the step to a new second point 220b 220b entlang der gleichen Koordinatenachse, zB der X-Achse. along the same coordinate axis, for example the X-axis. Demgemäß wird der Sensor Accordingly, the sensor is 100 100 schrittweise um eine hinzugefügte Abstandskomponente von dx = 1,5 cm zum neuen zweiten Punkt/Eckpunkt gradually by an added distance component of dx = 1.5 cm to the new second point / vertex 220b 220b betrieben, wobei das magnetische Feld am Punkt operated, wherein the magnetic field at point 220b 220b gelesen wird und seine Position bestimmt wird (neue zweite Koordinatenposition). is read and determined its position (new second coordinate position). Das magnetische Feld wird dann für einen neuen Zwischenpunkt The magnetic field is then for a new intermediate point 220c 220c , zB einen Punkt/eine Position zwischen der neuen zweiten Position Such a point / position between the new second position 220b 220b und der ersten Position and the first position 210 210 interpoliert und die Position des Zwischenpunkts interpolated and the position of the intermediate point 2520c 2520c unter Verwendung des Positions- und Ausrichtungsalgorithmus berechnet (neue Zwischenposition). using the position and orientation algorithm computes (new intermediate position). Und genauso wie vorher wird die neue berechnete Zwischenposition mit der tatsächlichen Position des Zwischenpunkts And just as before, the new calculated intermediate position to the actual position of the intermediate point 220c 220c verglichen, um zu bestimmen, ob dieser Unterschied (ε) innerhalb der Fehlergrenze (≤ 1 mm) liegt. compared to determine whether this difference (ε) within the error limit (≤ 1 mm). Wenn der Positionsunterschied (ε) innerhalb der Fehlergrenze liegt, betreibt der Roboterarm den Sensor If the position difference (ε) is within the margin of error, the robot operates the sensor 100 100 schrittweise um die hinzugefügte Abstandskomponente dy = 3 cm entlang einer anderen Koordinatenachse, zB der Y-Achse, zu noch einem anderen Punkteckpunkt stepwise by the added distance component dy = 3 cm along another coordinate axis, for example the Y-axis to yet another Punkteckpunkt 230a 230a (Positionseckpunkt) des Kubus (Positionseckpunkt) of the cube 200a 200a und wiederholt er die oben umrissenen Schritte für jeden Eckpunkt des Kubus and repeating the steps outlined above for each vertex of the cube 200a 200a . ,
  • [0139] [0139]
    Wie oben erwähnt wird die hinzugefügte Abstandskomponente des Zwischenpunkts durch Verringern des Werts der hinzugefügten Abstandskomponente gesetzt, wenn die Position nicht innerhalb der Fehlergrenze liegt. The added distance component of the intermediate point is set as mentioned above, by decreasing the value of the added distance component if the position is not within the error limit. Die Verfahrensschritte werden nach Vornahme der verringernden Regulierung an der hinzugefügten Abstandskomponente wiederholt. The method steps are repeated after making the decreasing control on the added distance component.
  • [0140] [0140]
    Dieser Kalibrierungsabbildungsvorgang für den Ausgleich von statischem Metall wird, beginnend mit der Abbildung eines zweiten angrenzenden Kubus This calibration mapping process to compensate for static metal, beginning with the figure of a second adjacent cube 200b 200b , gemäß einer Reihe von oder mehreren erzeugten Abbildungskalibrierungskuben fortgesetzt, bis das vollständige Abbildungsvolumen von 20 cm × 20 cm × 20 cm oder (20 cm) 3 unter Berücksichtigung vorhandener metallischer Objekte im Abbildungsvolumen vollständig abgebildet und kalibriert ist. Continued according to a set of one or more generated illustration calibration cubes until the complete mapping volume of 20 cm × 20 cm × 20 cm (20 cm) 3 taking into account existing metallic objects completely mapped and calibrated in the imaging volume. Es ist wichtig, zu bemerken, daß jeder der Abbildungskalibrierungskuben It is important to note that each of the mapping calibration cubes 200a 200a , . 200b 200b usw. sehr wohl ein Kubus sein kann, der aufgrund der Auswirkungen eines metallischen Objekts, dem man während der Abbildung eines bestimmten Kubus begegnet, Seiten aufweist, die nicht von gleicher Länge sind. etc. may very well be a cube that has due to the effects of a metallic object that we encounter during imaging of a given cube, pages that are not of equal length.
  • [0141] [0141]
    Eine zweite Ausführungsform des Kalibrierungsverfahrens nach der vorliegenden Erfindung verwendet die Extrapolation des magnetischen Felds am nächsten Punkt. A second embodiment of the calibration method according to the present invention utilizes extrapolation of the magnetic field at the next point. Wie in How to 13 13 gezeigt wird im Besonderen zuerst das metallische Objekt im beabsichtigten Abbildungsvolumen angeordnet. the metallic object in the intended imaging volume is shown, in particular, first placed. Erneut positioniert der Roboterarm Repositioned the robot arm 110 110 den Sensor the sensor 100 100 am ersten Punkt at the first point 210 210 (an der Anfangs- oder ersten Position X i , Y i , Z i ), und wird das magnetische Feld an diesem ersten Punkt durch den Signalprozessor (At the initial or first position X i, Y i, Z i), and is the magnetic field at this first point by the signal processor 25 25 gelesen und gemessen, um die erste Koordinatenposition zu bestimmen. read and measured to determine the first coordinate position. Als nächstes extrapoliert der Signalprozessor Next, the extrapolated signal processor 25 25 das magnetische Feld am nächsten oder zweiten Punkt the magnetic field at the next or second point 220 220 , zB der nächsten oder zweiten Koordinatenposition (dem nächsten Eckpunkt des Abbildungskubus Such as the next or second coordinate position (the next vertex of the cube illustration 200a 200a , der der extrapolierte Punkt ist), die als X i = X i + dx, Y i = Y i + dy, Z i = Z i + dz) festgesetzt ist und die hinzugefügte Abstandskomponente dx, dy, dz wie passend beinhaltet. Which is the extrapolated point), the + dx as X i = X i, Y i = Y i + dy, Z i = Z i + dz) is fixed and the added distance component dx, dy, dz as appropriate includes. In diesem Fall ist die hinzugefügte Abstandskomponente (dx) ein Abstand von 3 cm entlang der X-Koordinatenachse. In this case, the added distance component (dx) is a 3 cm along the X coordinate axis.
  • [0142] [0142]
    Sobald das magnetische Feld für den zweiten Punkt (den nächsten Punkt) extrapoliert wurde, wird die Standortkoordinate dieses Punkts Once the magnetic field for the second point (the next point) was extrapolated, the location coordinate of this point is 220 220 (der berechneten zweiten Position) unter Verwendung des Positions- und Ausrichtungsalgorithmus berechnet und mit der tatsächlichen Positionskoordinate des zweiten Punkts (Calculated second position) is calculated using the position and orientation algorithm and the actual position coordinate of the second point 220 220 verglichen, um den Positionsunterschied (ε) zu bestimmen. compared to determine the position difference (ε). Wenn der Positionsunterschied (ε) innerhalb der vorbestimmten Fehlergrenze liegt, die im Signalprozessor If the position difference (ε) is within the predetermined margin of error in the signal processor 25 25 gespeichert ist, bewegt der Roboterarm stored, moved the robot arm 110 110 den Sensor the sensor 100 100 entlang einer anderen Koordinatenachse, zB der Y-Achse, zu einem neuen Punkt along another coordinate axis, for example the Y-axis, to a new point 230 230 (einem nächsten Eckpunkt), und werden die obigen Schritte entlang der Y-Koordinatenachse wiederholt, usw. Wenn der Positionsunterschied (ε) nicht innerhalb der Fehlergrenze von 1 mm liegt, wird das magnetische Feld für einen Zwischenpunkt (The next corner point), and the above steps along the Y-coordinate axis are repeated, etc. If the position difference (ε) is not within the limits of error of 1 mm, the magnetic field for an intermediate point 220b 220b , zB eine Zwischenpositionskoordinate (X i + dx/2, Y i + dy/2, Z i + dz/2) zwischen dem zweiten Punkt Such a Zwischenpositionskoordinate (X i + dx / 2, Y i + dy / 2, Z i + dz / 2) between the second point 220 220 , zB der zweiten Koordinatenposition, und dem ersten Punkt , For example, the second coordinate position and the first point 210 210 , zB der ersten Koordinatenposition (nach wie vor entlang der gleichen Koordinatenachse), extrapoliert. , For example, the first coordinate position (still along the same coordinate axis), extrapolated. Obwohl die hinzugefügte Abstandskomponente dx in diesem Beispiel um einen Faktor von Zwei ( Although the added distance component dx, in this example by a factor of two ( 2 2 ) verringert wird, wird jeder ausreichende Faktor zur Verringerung der hinzugefügten Abstandskomponente genügen. ) Is reduced, meet any sufficient factor to decrease the added distance component. Dann wird am Zwischenpunkt Then at the intermediate point 220b 220b eine Messung des magnetischen Felds mit dem Sensor a measurement of the magnetic field with the sensor 100 100 und dem Signalprozessor and the signal processor 25 25 vorgenommen, um unter Verwendung des Positions- und Ausrichtungsalgorithmus die Zwischenpunktkoordinate zu bestimmen. carried out in order to determine the intermediate point using the position and orientation algorithm. Von der Zwischenposition From the intermediate position 220b 220b (die tatsächlich ein neuer zweiter öder nächster Punkt ist) wird der Reihe nach dem Rest der Schritte gefolgt, was das Bestimmen des Positionsunterschieds (ε) des Zwischenpunkts (Which is a new second barren next item is actually) of the row followed by the rest of the steps, which comprises determining the position difference (ε) of the intermediate point 220b 220b (des neuen zweiten Punkts) und das Bestimmen, ob ε ≤ 1 mm ist, beinhaltet. (New second point) and determining whether ε ≤ 1mm is includes.
  • [0143] [0143]
    Der Abbildungskalibrierungsvorgang wird nach den in The imaging calibration procedure is in accordance with the 13 13 gezeigten Verfahrensschritten fortgesetzt, wodurch neue Abbildungskuben shown continued process steps, whereby new image cubes 200b 200b usw. erzeugt werden, bis das gesamte Abbildungsvolumen vervollständigt ist (etwa 20 cm × 20 cm × 20 cm oder (20 cm) 3 . etc. can be generated until the entire mapping volume is completed (approximately 20 cm × 20 cm × 20 cm or (20 cm) 3rd
  • [0144] [0144]
    Durch die vorliegende Erfindung ist deutlich ins Auge gefaßt, daß die Schritte der Verfahren und Algorithmen, die über diese Offenbarung hinweg umrissen wurden, anders als die oben beschriebenen Abfolgen, die nur Beispielszwecken dienten, in der Abfolge angeordnet werden können. The present invention is clearly envisioned that the steps of the methods and algorithms outlined above, this disclosure of time, unlike the above-described sequences, which served for example purposes only, may be arranged in the sequence. Es ist deutlich ins Auge gefaßt, daß die Anordnung der Abfolge dieser Schritte vertauscht und, in manchen Fällen, optional gestrichen werden kann und dennoch die neuartigen Anforderungen der vorliegenden Erfindung erfüllt. It is clearly envisaged that the arrangement of the sequence of these steps interchanged and can be optionally deleted in some cases, and yet meet the new requirements of the present invention.
  • [0145] [0145]
    Man wird verstehen, daß die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beispielhaft angeführt sind und der gesamte Umfang der Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche beschränkt wird. It will be appreciated that the preferred embodiments described above are cited by way of example and the full scope of the invention is limited only by the following claims.
Referenced by
Citing PatentFiling datePublication dateApplicantTitle
DE102010002145A1 *19 Feb 201025 Aug 2011Carstens Medizinelektronik GmbH, 37120Coil arrangement for e.g. aligning hall sensor in measuring space to detect tongue movement of test person during speaking, has satellite coils whose direction vectors run at pitch angle, where angle data allows preset angle error in plane
DE202010018201U119 Feb 20108 Sep 2014Carstens Medizinelektronik GmbhAnordnung von Spulen für die Bestimmung von Ort und Ausrichtung eines Magnetfeldsensors
Classifications
International ClassificationG01B7/00, A61B1/00, A61B19/00, G01R33/02, A61B5/06, G01B7/004
Cooperative ClassificationA61B5/062, H01F2005/027, A61B5/06, G01B7/004, A61B2034/2072, A61B2034/2051, A61B34/20
European ClassificationA61B5/06, G01B7/004, A61B19/52H12