專利名稱：定位系統(tǒng)的制作方法
定位系統(tǒng)
本發(fā)明涉及用于對(duì)感興趣的點(diǎn)，尤其是介入器具定位的定位系統(tǒng)和方 法。此外，本發(fā)明還涉及一種包括這樣的定位系統(tǒng)的醫(yī)療系統(tǒng)，以及與所 述方法相關(guān)的計(jì)算機(jī)程序和記錄載體。
當(dāng)今，很多診斷和治療程序都是通過(guò)創(chuàng)傷性最低的介入完成的，從而 為患者降低成本和風(fēng)險(xiǎn)。這樣的介入的典型實(shí)例是導(dǎo)管在患者的脈管系統(tǒng)
內(nèi)的導(dǎo)航。就這一方面而言，US7 152 608 B2描述了一種定位系統(tǒng)，其包 括外部磁場(chǎng)發(fā)生器和附接在插入到患者體內(nèi)的導(dǎo)管上的傳感器探頭。通過(guò) 感測(cè)外部生成的磁場(chǎng)的幅度，傳感器能夠推斷其自身的空間位置，進(jìn)而對(duì) 人體內(nèi)的導(dǎo)管定位。
基于這一背景，本發(fā)明的目的在于提供一種用于對(duì)介入器具定位的替 代性裝置，其中，希望這些裝置在日常臨床施用中經(jīng)濟(jì)有效和/或相對(duì)于其 測(cè)量結(jié)果具有魯棒性。
這一目的是通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)、根據(jù)權(quán)利要求7所 述的醫(yī)療系統(tǒng)、根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法、根據(jù)權(quán)利要求9所述的計(jì)算 機(jī)程序和根據(jù)權(quán)利要求IO所述的記錄載體實(shí)現(xiàn)的。在相關(guān)權(quán)利要求中公開 了優(yōu)選實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明的定位系統(tǒng)的作用在于在通過(guò)患者的身體對(duì)感興趣的點(diǎn)進(jìn) 行導(dǎo)航的過(guò)程中，對(duì)所述感興趣的點(diǎn)進(jìn)行定位，例如，所述感興趣的點(diǎn)是 諸如導(dǎo)管、內(nèi)窺鏡或針的手術(shù)器具。所述定位系統(tǒng)包括下述部件
a) 電磁波源，其用于生成電磁信號(hào)，并將其分割成沿至少一個(gè)探測(cè)路 徑以及沿參考路徑并行傳播的分量。所述電磁波源優(yōu)選是提供頻率通常處 于大約lkHz到100GHz的范圍內(nèi)的電磁信號(hào)的微波源。
b) 前述至少一個(gè)探測(cè)路徑，其中，這一探測(cè)路徑包括
-用于在感興趣的空間點(diǎn)發(fā)射沿探測(cè)路徑傳播的電磁信號(hào)分量的信號(hào)出
4口。所述信號(hào)出口可以是例如位于應(yīng)當(dāng)跟蹤的導(dǎo)管的頂端的波導(dǎo)的末端。 電磁信號(hào)通常從所述信號(hào)出口沿很多方向射出，優(yōu)選地甚至沿各個(gè)方向各 向同性地射出。
-用于拾取前述在信號(hào)出口處發(fā)射的電磁信號(hào)分量的探測(cè)器。在這一語(yǔ)境 下，信號(hào)分量的"拾取"應(yīng)當(dāng)包括所述信號(hào)分量的能量的至少一部分的采 集，從而保存所述信號(hào)的形式(和信息)。由于電磁波通常從信號(hào)出口沿很 多方向擴(kuò)散，因而所述探測(cè)器實(shí)際上往往只能俘獲所發(fā)射的能量的一小部 分。
C)用于確定分別沿所述探測(cè)路徑和所述參考路徑傳播的電磁信號(hào)分量 之間的相關(guān)性的相關(guān)器。在光學(xué)上，這樣的相關(guān)性對(duì)應(yīng)于來(lái)自所述探頭和 參考路徑的信號(hào)分量之間的干涉，即，可以通過(guò)光學(xué)干涉儀實(shí)現(xiàn)所述相關(guān) 器。
d) 用于由前述所確定的探頭信號(hào)分量和參考路徑信號(hào)分量之間的 相關(guān)估算信號(hào)出口的空間位置，進(jìn)而估算所感興趣的點(diǎn)的空間位置的評(píng)估 單元。在這一語(yǔ)境下，信號(hào)出口的"位置估算"在廣義上是指對(duì)信號(hào)出口 的可能所在的任何限定。例如，通過(guò)確定信號(hào)出口和探測(cè)器之間的距離， 能夠?qū)⑿盘?hào)出口的所在限定為位于圍繞探測(cè)器的球面上(的任何位置)。優(yōu) 選地在不存在剩余自由度或者不存在不確定性的情況下對(duì)信號(hào)出口定位， 即，將其定位在空間內(nèi)的特定點(diǎn)上。
例如，可以通過(guò)專用電子硬件和/或具有適當(dāng)軟件的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理單元 實(shí)現(xiàn)所述評(píng)估單元。
所提出的定位系統(tǒng)對(duì)分別沿探測(cè)路徑和沿參考路徑傳播的電磁信號(hào)分 量加以比較，其中，最大相關(guān)性表明探測(cè)路徑和參考路徑具有相等的(光 學(xué))長(zhǎng)度。因此，知道了參考路徑的長(zhǎng)度就會(huì)允許推導(dǎo)出探測(cè)路徑的長(zhǎng)度， 進(jìn)而推導(dǎo)出信號(hào)出口和探測(cè)器之間的作為探測(cè)路徑的部分的未知距離。相 對(duì)于光學(xué)跟蹤系統(tǒng)而言，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于其能夠在信號(hào)出口和探測(cè)器 之間不存在目視聯(lián)系的情況下起作用。所述方法相對(duì)于磁跟蹤系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 在于其對(duì)于由外部磁場(chǎng)或電場(chǎng)引起的干擾或者由于(例如)磁性材料的存 在而引起的干擾不敏感。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述定位系統(tǒng)包括至少兩個(gè)，優(yōu)選至少三個(gè)探測(cè)路徑，所述路徑共享信號(hào)出口，但是具有設(shè)置在不同的空間位置上 的獨(dú)立探測(cè)器。因而，不同的探測(cè)路徑具有從電磁波源延伸到信號(hào)出口的 等同的第一部分，以及各自的從信號(hào)出口延伸到每一探測(cè)路徑的一個(gè)特定 探測(cè)器，并從所述探測(cè)器進(jìn)一步延伸到所述相關(guān)器的第二部分。換言之， 單股探測(cè)路徑在信號(hào)出口處拆分成了多個(gè)分支。正如已經(jīng)解釋過(guò)的，就信 號(hào)出口的可能所在而言，可以采用探測(cè)路徑和參考路徑中電磁信號(hào)分量之 間的相關(guān)性消除一個(gè)自由度。因此，采用兩個(gè)探測(cè)器(具有己知的相對(duì)或 絕對(duì)空間位置)，能夠?qū)⑿盘?hào)出口的位置限制到空間內(nèi)的一維線上，對(duì)于用 戶而言，有時(shí)這樣就已經(jīng)足夠了。原則上，采用三個(gè)探測(cè)器能夠消除所有 的三個(gè)自由度，從而將信號(hào)出口定位到明確的空間點(diǎn)上。有利地，通過(guò)提 供額外的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)過(guò)程以及解析三個(gè)探測(cè)器的數(shù)據(jù)中可能存在的模糊 度，可以采用三個(gè)以上的探測(cè)器提高定位的準(zhǔn)確度。
在至少一個(gè)探測(cè)路徑中采用的探測(cè)器優(yōu)選沿所有的空間方向敏感，因 此能夠全面測(cè)量入射電磁場(chǎng)的每一三維偏振矢量。例如，可以通過(guò)由三個(gè) 相互正交的偶極子構(gòu)成的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)這一目的，所述偶極子中的每者對(duì)沿一 個(gè)空間方向的偏振敏感。對(duì)沿探測(cè)路徑傳播的電磁信號(hào)分量的三維偏振矢 量的完整測(cè)量確保了不管探測(cè)器的取向如何都不損失任何信號(hào)能量。此外， 其還允許推導(dǎo)出信號(hào)出口相對(duì)于對(duì)應(yīng)的探測(cè)器所處的空間方向，進(jìn)而提供 能夠用來(lái)對(duì)信號(hào)出口定位的額外信息。
所述定位系統(tǒng)的總準(zhǔn)確度決定性地取決于探測(cè)路徑和參考路徑內(nèi)的電 磁信號(hào)分量之間的相關(guān)性的確定精確度，尤其取決于可以檢測(cè)所述相關(guān)性 的最大值(即，探測(cè)路徑和參考路徑的相等長(zhǎng)度)的精確度。在這一語(yǔ)境 下，所述電磁波源優(yōu)選地是低相干性波源，或者換言之，是生成具有寬帶 寬的電磁信號(hào)的波源。在典型的例子中，所發(fā)射電磁信號(hào)的帶寬處于10kHz 到10GHz的范圍內(nèi)。
所發(fā)射的電磁信號(hào)的低相干性意味著圍繞探測(cè)路徑和參考路徑長(zhǎng)度的 恰好相等只存在對(duì)應(yīng)的小窗口，在其內(nèi)將產(chǎn)生強(qiáng)相關(guān)性。因而，能夠以高 精確度檢測(cè)到這些長(zhǎng)度相等。而且，寬帶寬的優(yōu)點(diǎn)在于，所述電磁信號(hào)總 是以高概率包括不受信號(hào)出口和探測(cè)器之間的材料衰減或者只受到其最低 的衰減的頻率。
6原則上，有可能將信號(hào)出口直接設(shè)置到電磁波源處，和/或?qū)⑻綔y(cè)器直 接設(shè)置到相關(guān)器處。但是，在探測(cè)路徑的優(yōu)選實(shí)施例中，存在使電磁波源 與信號(hào)出口連接的波導(dǎo)和/或使探測(cè)器與相關(guān)器連接的波導(dǎo)。類似地，參考 路徑可以任選包括波導(dǎo)。典型地，所述參考路徑將完全位于這一連接電磁 波源和相關(guān)器的波導(dǎo)內(nèi)。由于波導(dǎo)的使用，能夠?qū)⑺龆ㄎ幌到y(tǒng)的部件設(shè) 置到工作空間中最佳匹配的位置，例如，設(shè)置到導(dǎo)管的尖端上(信號(hào)出口)， 患者的皮膚上(探測(cè)器)，或者對(duì)于實(shí)驗(yàn)室中的大型設(shè)備而言設(shè)置到方便的 位置上(波源、相關(guān)器、評(píng)估單元)。由于波導(dǎo)的光程是已知的，而且不發(fā) 生改變，因此波導(dǎo)的結(jié)合意味著對(duì)于探測(cè)路徑或參考路徑的長(zhǎng)度不存在不 確定性。
在本發(fā)明的進(jìn)一步演變中，所述定位系統(tǒng)包括用于跟蹤所述探測(cè)器的 (或者在存在多個(gè)探測(cè)路徑的情況下用于跟蹤幾個(gè)探測(cè)器的)空間位置和/ 或取向的跟蹤設(shè)備。這一跟蹤設(shè)備可以具有任何已知的設(shè)計(jì)，以及應(yīng)用任 何已知的測(cè)量原理。具體而言，其可以是根據(jù)立體原理由三個(gè)或更多照片 確定探測(cè)器的位置的光學(xué)定位系統(tǒng)。
本發(fā)明還涉及一種醫(yī)療系統(tǒng)，其包括介入器具，具體是導(dǎo)管、內(nèi)窺鏡 或針，其還包括上述種類的定位系統(tǒng)，其中，使所述定位系統(tǒng)的信號(hào)出口 附接到所述器具上。如果所述器具是導(dǎo)管，那么其可以包括(例如)波導(dǎo)， 探測(cè)路徑的電磁信號(hào)分量沿所述波導(dǎo)傳播到導(dǎo)管的頂端，在該處所述波導(dǎo) 具有信號(hào)出口，電磁信號(hào)從所述信號(hào)出口輻射到周圍組織內(nèi)。在這種情況 下，所述定位系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器可以是能夠附接到患者皮膚上的設(shè) 備。
本發(fā)明還涉及用于對(duì)空間內(nèi)感興趣的點(diǎn)定位的方法，其包括下述步驟
a) 將電磁信號(hào)拆分成分別沿至少一個(gè)探測(cè)路徑以及沿參考路徑傳播的
b) 在所述的至少一個(gè)探測(cè)路徑內(nèi)
- 從位于所述感興趣的點(diǎn)處的信號(hào)出口發(fā)射所述探測(cè)路徑的電磁
信號(hào)分量；
- 采用探測(cè)器拾取所發(fā)射的電磁信號(hào)分量。
c) 確定分別沿所述探測(cè)路徑和所述參考路徑傳播的電磁信號(hào)分量之間的相關(guān)性。
d) 基于所確定的相關(guān)性估算所述信號(hào)出口相對(duì)于所述探測(cè)器的位置。
所述方法包括通常的能夠采用上述種類的定位系統(tǒng)執(zhí)行的步驟。因此， 關(guān)于該方法的細(xì)節(jié)、優(yōu)點(diǎn)和改進(jìn)之處，參考前面的描述。
本發(fā)明還涉及一種計(jì)算機(jī)程序，其能夠執(zhí)行上述種類的方法的步驟C) 和/或d)，即，用于確定分別沿探測(cè)路徑和參考路徑傳播的電磁信號(hào)分量之 間的相關(guān)性，和/或用于基于所述所確定的相關(guān)性估算信號(hào)出口相對(duì)于探測(cè) 器的位置，其中，所述信號(hào)出口和所述探測(cè)器是所述探測(cè)器路徑中的相繼 的站。
最后，本發(fā)明包括其上存儲(chǔ)了前述種類的計(jì)算機(jī)程序的記錄載體，例
如，軟盤、硬盤或光盤(CD)。
參考下文描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其他方面將變得明了且得到 闡述。將借助單個(gè)


這些實(shí)施例，所述附圖示意性地示出了根據(jù)本 發(fā)明的定位系統(tǒng)。
盡管相對(duì)于醫(yī)療應(yīng)用，尤其是導(dǎo)管2通過(guò)患者1的脈管系統(tǒng)的導(dǎo)航說(shuō) 明了所述定位系統(tǒng)，但是本發(fā)明不限于這一領(lǐng)域。
現(xiàn)有的機(jī)械、光學(xué)和磁設(shè)備跟蹤技術(shù)受到顯著的限制。機(jī)械跟蹤系統(tǒng) 采用一系列允許對(duì)工具進(jìn)行操縱的接頭使工具剛性地(rigidly)附接到靜止 的參考系(例如，手術(shù)臺(tái))上。這種方法僅適用于剛性(rigid)工具，而且 很可能對(duì)活動(dòng)范圍/人機(jī)工程學(xué)構(gòu)成顯著的限制。光學(xué)跟蹤系統(tǒng)將發(fā)光或者 反射標(biāo)記器附接到介入工具上，并采用照相機(jī)對(duì)工具的位置進(jìn)行三角測(cè)量， 所述光學(xué)跟蹤系統(tǒng)也僅適用于剛性工具并且需要在標(biāo)記器和照相機(jī)之間保 持不間斷的視線。磁跟蹤系統(tǒng)采用交變磁場(chǎng)在傳感器線圈內(nèi)感生電流。這 一技術(shù)不需要視線，而且可以用于跟蹤非剛性的設(shè)備，但是其準(zhǔn)確度明顯 低于光學(xué)跟蹤方法，而且在能夠使磁場(chǎng)發(fā)生畸變的金屬目標(biāo)附近工作存在 困難。
考慮到這些問(wèn)題，這里提出了一種實(shí)施過(guò)程中醫(yī)療設(shè)備跟蹤的新穎的方法，其提供了相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的顯著的臨床上的重要進(jìn)步。在附圖中示 出了根據(jù)這一提議的定位系統(tǒng)，其包括下述部件
-具有波發(fā)生器ll (例如LED或鹵素?zé)?的低相干性(寬帶寬)電磁 波源10，其將生成具有預(yù)定頻譜特性的電磁信號(hào)，所述電磁信號(hào)含有能夠 通過(guò)生物組織成功傳輸?shù)念l率(即，相對(duì)于所述頻率而言，所述組織至少 呈現(xiàn)半透明)。通過(guò)分束器12將這一電磁信號(hào)劃分成兩個(gè)分別沿"探測(cè)路
徑20"和"參考路徑30"傳播的分量，其中，所述參考路徑具有已知路徑長(zhǎng)度。
在前述探測(cè)路徑20中，所述系統(tǒng)包括
-開始于波源10處，沿心臟導(dǎo)管2通過(guò)患者1的身體延伸并終止于導(dǎo) 管2的頂端的第一寬帶寬波導(dǎo)。
-處于所述第一波導(dǎo)21的遠(yuǎn)端的信號(hào)出口 22，探測(cè)路徑的信號(hào)分量從 所述信號(hào)出口輻射到周圍血液/組織內(nèi)。
-若干基于皮膚的輻射探測(cè)器23，每一探測(cè)器都具有探測(cè)所接收到的 信號(hào)的，即在信號(hào)出口 22處發(fā)射的探測(cè)路徑信號(hào)分量的偏振矢量的能力。 探測(cè)器23任選地包括三軸正交偏振敏感探測(cè)器(例如，三個(gè)正交偶極子)。 于是，每一偶極子接收到的信號(hào)的幅度和相位測(cè)量值將提供用于準(zhǔn)確地確 定發(fā)射器輻射器(偶極子)的角度和每一基于皮膚的探測(cè)器的相對(duì)角度的 必要信息。
-若干第二寬帶寬波導(dǎo)24，其將探測(cè)器23拾取的信號(hào)分量引導(dǎo)至干涉 儀40。
在參考路徑30中，所述系統(tǒng)包括
-開始于波源10處并終止于干涉儀40處的第三寬帶寬波導(dǎo)31 。
所述定位系統(tǒng)還包括
-所提及的干涉儀40，其起著相關(guān)器的作用，其對(duì)通過(guò)第二和第三波 導(dǎo)24和31進(jìn)入的探測(cè)路徑和參考路徑光學(xué)信號(hào)分別加以處理。
-PC 51或工作站，其利用干涉度量的測(cè)量值以高時(shí)間和空間分辨率計(jì) 算導(dǎo)管2的3D位置/取向，并任選地將其顯示在過(guò)程中顯示器52上。
所述系統(tǒng)的主要部件是相關(guān)器或干涉儀40。干涉度量是指通過(guò)使波以 相消和/或相長(zhǎng)的方式結(jié)合而使其相互"干涉"，從而通過(guò)這種方式使信號(hào)
9與波結(jié)構(gòu)相結(jié)合的過(guò)程。其結(jié)果是潛在地含有有用的定量信息的干涉圖案。低相干性干涉度量是一種涉及采用諸如白光的具有低時(shí)間相千性的波源生成兩個(gè)信號(hào)的技術(shù)； 一個(gè)信號(hào)用作參考信號(hào)，另一個(gè)信號(hào)用作"探頭"(參考Yang, C. H., Wax, A., Dasari， R. R., Feld， M. S.: "2 pi ambiguity-free opticaldistance measurement with subnanometer precision with a novel phase-crossinglow-coherence interferometer", Optics Letters 27, 77-79 (2002))。之后，使兩個(gè)信號(hào)重新結(jié)合，由于探頭信號(hào)所受到的輕微的相位和/或幅度改變的原因而得到的干涉圖案將實(shí)現(xiàn)對(duì)定量測(cè)量的執(zhí)行。低相干性干涉度量在醫(yī)療領(lǐng)域的一項(xiàng)應(yīng)用是被稱為光學(xué)相關(guān)性斷層攝影OCT (參考AF. Fercher， K.Mengedoht, W. Werner: "Eye length measurement by interferometry withpartially coherent light", Optics Letters 13， 186-188 (1988); D. Huang, E. A.Swanson， C. P. Lin, et al.: "Optical Coherence Tomography", Science, vol. 254,no. 5035, pp. 1178—1181, 1991; WO2003011764A2)。
所提出的定位系統(tǒng)采用了與允許OCT測(cè)量解剖學(xué)邊界(即使一些光探頭信號(hào)發(fā)生反射的解剖學(xué)特征)的深度相同的原理在將侵入性降至了最低的介入過(guò)程中測(cè)量醫(yī)療設(shè)備的位置。如圖中的例子所示，采用電磁波導(dǎo)(21)將電磁"探頭信號(hào)"分量通過(guò)所述設(shè)備置(這里為導(dǎo)管2)路由至這一末端，并由所述設(shè)備的頂端輻射出來(lái)；通過(guò)患者皮膚上的電磁探測(cè)器(23)對(duì)其加以采集，并將其路由回干涉儀(40)，在該處使之與沿具有己知長(zhǎng)度的波導(dǎo)(31)直接從所述源(10)路由的參考信號(hào)分量結(jié)合。于是，干涉儀中的干涉圖案提供了有關(guān)所述探頭和參考信號(hào)分量所穿越的路徑長(zhǎng)度的相對(duì)差異的信息；這類來(lái)自患者皮膚上的多個(gè)探測(cè)器的測(cè)量將實(shí)現(xiàn)以和電磁信號(hào)帶寬成比例的軸向空間分辨率計(jì)算所述設(shè)備的位置。
由于能夠在患者的體內(nèi)跟蹤諸如導(dǎo)管2的設(shè)備的頂端，因而所描述的技術(shù)適用于非剛性工具(例如，導(dǎo)管、內(nèi)窺鏡和軟針)。而且，由于不存在視線要求或者不需要對(duì)靜止參考系的剛性附接，因而所提出的技術(shù)不會(huì)對(duì)工作流程造成負(fù)面影響或者限制活動(dòng)范圍。此外，低相干性電磁信號(hào)能夠使生物組織和/或干預(yù)環(huán)境的非線性電特性得到特征表現(xiàn)和校正?？梢砸詷O高的空間分辨率執(zhí)行基于干涉度量的測(cè)量(設(shè)備位置和取向)。
可以應(yīng)用校準(zhǔn)技術(shù)確立基于皮膚的探測(cè)器23的相對(duì)位置和角傾斜，PC
1051必須了解所述信息，從而實(shí)現(xiàn)所希望的對(duì)導(dǎo)管2的三角測(cè)量。所述校準(zhǔn) 技術(shù)可以采用過(guò)程前或者過(guò)程中成像，例如，熒光檢査、計(jì)算機(jī)層析成像
(CT)、磁共振成像(MRI)等?；蛘?，其可以采用標(biāo)準(zhǔn)的(例如，光學(xué)) 跟蹤設(shè)備測(cè)量基于皮膚的探測(cè)器23的位置。
任選地，可以應(yīng)用用于校正組織特性(即，電容率)的差異的技術(shù)優(yōu) 化跟蹤準(zhǔn)確度。
之后，可以采用下述通過(guò)在PC 51上運(yùn)行的軟件應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的數(shù)學(xué)算法 分析干涉儀40的測(cè)量，并解出過(guò)程內(nèi)設(shè)備2相對(duì)于基于人體的傳感器23 的相對(duì)位置和角傾斜。所述算法采用相干性的定義作為標(biāo)準(zhǔn)化交叉相關(guān)性 的平均傅里葉變換
&(/)=]V -,r
—00
、/max_/mnJ .'畫
其中，SJf)是信號(hào)(相干信號(hào))的交叉相關(guān)rxy(T)的功率譜密度，Cxy
是信號(hào)X和y的相干系數(shù)，fmax、 fn^分別是信號(hào)的最大和最小頻率。"低 相干信號(hào)"針對(duì)表達(dá)式(fmax-fmirO采取了高值。
找到信號(hào)出口 22相對(duì)于探測(cè)器23的相對(duì)位置等同于找到針對(duì)任何 fe[fmax-f^]均使功率譜密度SJf)最大的值T。如上所述，將通過(guò)運(yùn)行于本 地PC上的支持軟件承擔(dān)這一任務(wù)。
應(yīng)當(dāng)指出，通過(guò)下式給出了所述測(cè)量的軸向空間分辨率Ax/x Ax一21n2々2—21n2々f 、
其中，入？是所注入的電磁信號(hào)的中央波長(zhǎng)，AX是其總波長(zhǎng)色散。
所描述的對(duì)測(cè)量的評(píng)估需要下述模型
-能夠處理交叉相關(guān)數(shù)據(jù)的FFT算法。-使針對(duì)每一干涉信號(hào)(interferer)確定的譜功率密度最大的單純形算法。
-針對(duì)每一基于人體的傳感器23內(nèi)的接收器(偶極子)的每一極化取 向的幅度和相位估算器。
-用于對(duì)上述內(nèi)容加以處理，以確定導(dǎo)管相對(duì)于每一基于人體的傳感 器的角傾斜的算法。
所提出的跟蹤技術(shù)提供了對(duì)于實(shí)現(xiàn)和改進(jìn)具有最低的侵入性的介入過(guò) 程關(guān)鍵的功能，所述介入過(guò)程可以是例如基于導(dǎo)管的心血管過(guò)程和基于針 的活檢/消融過(guò)程。過(guò)程中設(shè)備跟蹤所提供的主要能力是增加和優(yōu)化醫(yī)療圖 像數(shù)據(jù)的過(guò)程中可視化的能力。可以基于介入設(shè)備的當(dāng)前位置自動(dòng)選擇最 合適的圖像片層/體積，而且可以采用清晰地實(shí)時(shí)指示介入工具相對(duì)于所感 興趣的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的位置的圖形擴(kuò)充圖像數(shù)據(jù)?；顒?dòng)設(shè)備跟蹤還能夠?qū)崿F(xiàn) 對(duì)過(guò)程中圖像獲取的優(yōu)化(例如，可以基于當(dāng)前設(shè)備位置/運(yùn)動(dòng)更新掃描平 面和圖像獲取參數(shù))。此外，對(duì)內(nèi)部設(shè)備的位置和運(yùn)動(dòng)的跟蹤能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生 理活動(dòng)(即，心臟和呼吸運(yùn)動(dòng))的特征表現(xiàn)和補(bǔ)償。
最后要指出的是，在本申請(qǐng)中，"包括" 一詞不排除其他元件或步驟的 存在，"一"或"一個(gè)"并不排除多個(gè)，且單個(gè)處理器或其他單元可以實(shí)現(xiàn) 若干裝置的功能。本發(fā)明體現(xiàn)在每個(gè)新穎的特征要素和特征要素的每種組 合中。此外，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)被視為限制它們的范圍。
權(quán)利要求
1、一種定位系統(tǒng)，包括a)電磁波源(10)，其用于將電磁信號(hào)分割成沿至少一個(gè)探測(cè)路徑(20)和沿參考路徑(30)傳播的分量；b)所述至少一個(gè)探測(cè)路徑(20)，其具有-用于在感興趣的點(diǎn)發(fā)射所述探測(cè)路徑的所述電磁信號(hào)分量的信號(hào)出口；-用于拾取所發(fā)射的電磁信號(hào)分量的探測(cè)器(23)；c)用于確定分別沿所述探測(cè)路徑和所述參考路徑傳播的電磁信號(hào)分量之間的相關(guān)性的相關(guān)器(40)；c)用于基于所確定的相關(guān)性估算所述信號(hào)出口(22)相對(duì)于所述探測(cè)器(23)的位置的評(píng)估單元(51)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，其包括至少兩個(gè)，優(yōu)選地至少三個(gè)探測(cè)路徑(20)，所述 探測(cè)路徑共享所述信號(hào)出口 (22)，但是各自的探測(cè)器(23)設(shè)置在不同位 置上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述探測(cè)器(23)沿所有的空間方向都敏感。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)， 其特征在于，所述電磁波源(10)是相干性低的波源。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，其包括至少一個(gè)波導(dǎo)(21)，所述波導(dǎo)用于將所述電磁波 源(10)與所述信號(hào)出口 (22)，將所述探測(cè)器(23)與所述相關(guān)器(40)， 和/或?qū)⑺鲭姶挪ㄔ?10)與所述相關(guān)器(40)進(jìn)行連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，其包括用于跟蹤所述探測(cè)器(23)的空間位置和/或取向的跟蹤設(shè)備。
7、 一種醫(yī)療系統(tǒng)，包括-介入器具，具體是導(dǎo)管(2)、內(nèi)窺鏡或針；-根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)，其信號(hào)出口 (22)附接至所述器具。
8、 一種用于對(duì)感興趣的點(diǎn)定位的方法，包括下述步驟a) 將電磁信號(hào)分割成沿至少一個(gè)探測(cè)路徑(20)和沿參考路徑(30) 傳播的分量；b) 在所述的至少一個(gè)探測(cè)路徑內(nèi)- 從位于所述感興趣的點(diǎn)處的信號(hào)出口 (22)發(fā)射所述探測(cè)路 徑的所述電磁信號(hào)分量；- 采用探測(cè)器(23)拾取所發(fā)射的電磁信號(hào)分量；c) 確定分別沿所述探測(cè)路徑和所述參考路徑傳播的所述電磁信號(hào) 分量之間的相關(guān)性；d) 基于所確定的相關(guān)性估算所述信號(hào)出口相對(duì)于所述探測(cè)器的位置。
9、 一種用于實(shí)現(xiàn)對(duì)根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法的步驟c)和/或d)的執(zhí)行 的計(jì)算機(jī)程序。
10、 一種其上存儲(chǔ)了根據(jù)權(quán)利要求9所述的計(jì)算機(jī)程序的記錄載體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種定位系統(tǒng)，尤其可以采用其對(duì)患者(1)體內(nèi)的介入器具(2)定位。所述定位系統(tǒng)包括電磁波源(10)，所述電磁波源將電磁信號(hào)拆分成了分別沿探測(cè)路徑(20)和參考路徑傳播的分量。所述探測(cè)路徑(20)包括用于在所要定位的點(diǎn)發(fā)射信號(hào)的信號(hào)出口(22)和用于拾取所發(fā)射的信號(hào)的至少一個(gè)探測(cè)器(23)。采用相關(guān)器(40)確定分別沿所述探測(cè)路徑(20)和所述參考路徑(30)傳播的信號(hào)分量之間的相關(guān)性。在了解參考路徑的長(zhǎng)度的情況下，可以基于所述相關(guān)信息估算所述探測(cè)路徑(20)中的信號(hào)出口(22)和探測(cè)器(23)之間的未知距離。
文檔編號(hào)A61B5/05GK101668480SQ200880013701
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2008年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月26日
發(fā)明者D·R·E·埃爾戈特, L·R·阿爾布 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司