專利名稱：用于磁定位設備的測量值的校正的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種包括場發(fā)生器和場傳感器的磁定位設備，帶有這樣的定位設備的檢查設備以及用這樣的磁定位設備進行位置測量的方法。
背景技術：
磁定位設備特別在醫(yī)療檢查中用于確定儀器的位置，例如患者體內的導管，而不需要為此進行持續(xù)X射線輻射。然而，這里的存在問題是外部磁場或測量場的失真可以輕易地阻礙這樣的定位設備的定位測量。在該上下文中，在US6636757B1中提出在已知的失真對象處將場發(fā)生器定位在屏蔽物附近，使得場失真受到抑制并且遵循失真源的任何運動。然而這里的缺點在于必然干預了成像設備的設計，包括高費用，從而導致附加費用并且使現(xiàn)有系統(tǒng)的后安裝(post-fitting)困難。

發(fā)明內容
基于該背景，本發(fā)明的目標是提供一種便于在磁定位設備中校正外部場失真的手段。
該目標借助于具有如權利要求1所述的特征的磁定位設備，通過使用如權利要求5所述特征的檢查設備以及具有如權利要求6所述的特征的方法實現(xiàn)。在從屬權利要求中給出了有利的實施方式。
所發(fā)明的磁定位設備包括以下部件a)用于生成磁場的場發(fā)生器。根據(jù)已知的函數(shù)相關性，這里的場典型地在空間和/或時間上是不均勻的，從而可以從所述場的幅度(值、矢量或矢量分量)推斷某個空間點相對于場發(fā)生器的位置。
b)用于測量所述場發(fā)射器所生成的磁場的至少一個場傳感器。通常，所述場傳感器作為定位器被放置在諸如導管的待觀察對象上，而所述場發(fā)生器處于空間中已知的、典型固定的點。在這一點上，所述場傳感器的位置因此對應于被搜索的位置。然而，也有可能互換場傳感器和場發(fā)生器的角色，并且相對于場傳感器的(已知)位置確定場發(fā)生器的位置。
c)用于測量已知參考位置處的磁場的基準傳感器。于是應當相對于場發(fā)生器和場傳感器這兩個部件中的一個獲知“參考位置”，該位置也假設為是已知的。在固定安裝的場發(fā)生器的典型情況下，因此所述基準傳感器相對于所述場發(fā)生器的位置是已知的。
d)控制單元，其例如可以通過使用帶有合適軟件的微型計算機實現(xiàn)，并且被布置成用于確定所述場傳感器相對于所述場發(fā)生器的位置(這與確定所述場發(fā)生器相對于所述場傳感器的位置是相同的情況)，由此通過考慮基準傳感器來補償磁場的外部場失真。用于執(zhí)行這樣的補償?shù)暮线m方法在優(yōu)選實施方式的上下文中具體被描述。
所述的磁定位設備的優(yōu)點在于它允許以簡單方式校正外部場失真。這可以通過測量基準傳感器的信號來實現(xiàn)，從而可以通過比較由此確定的基準傳感器的位置與其已知的真實位置比較而推斷場失真。該信息接著可以用于所述場傳感器的被測相對位置的所需補償。
所述定位設備特別適合與X射線計算機斷層攝影裝置(CT)組合使用，這是由于通過旋轉部件(管，探測器)生成相當大的動態(tài)場失真?？蛇x地，在該情況下，所述場發(fā)生器和/或基準傳感器被固定到計算機斷層攝影裝置的臺架。優(yōu)選地，兩個部分被固定到臺架，因此它們同時復制臺架的可能的傾斜運動，因此在場路徑中不存在相對變化。
所述控制單元優(yōu)選地具有存儲器，其中存儲了校準函數(shù)，其根據(jù)基準傳感器和場傳感器的測量信號，為未校正外部場失真(直接地或間接地)而確定的場傳感器位置提供了校正位移。將該校正位移添加到傳統(tǒng)方法所確定的未校正場傳感器的位置為場傳感器的真實位置提供了精確估計，其中特別地外部場失真已被校正。
此外，本發(fā)明涉及包括以下部件的檢查設備-成像設備，例如X射線設備，MR射備，超聲設備或類似設備。這典型地為通過自身或通過其附件生成相當大的場失真的成像設備。特別地，這可以是計算機斷層攝影裝置，其由于其部件的旋轉而導致動態(tài)磁場失真。
-上述類型的磁定位設備，也就是說，至少帶有場發(fā)生器，場傳感器，基準傳感器和控制單元，其考慮所述基準傳感器的測量來校正所述場傳感器相對于所述場發(fā)生器的位置。
此外，本發(fā)明涉及用磁定位設備進行位置測量的方法，所述方法包括以下步驟a)收集來自場傳感器和/或場發(fā)生器的信號。來自場發(fā)生器的所述信號描述了該發(fā)生器生成的當前磁場，例如以所述場發(fā)生器的激勵線圈中的電流的形式。另一方面，來自場傳感器的所述信號測量在某個空間點的磁場的幅度(值，矢量或矢量分量)，所述場傳感器位于所述空間點。
b)從磁基準傳感器收集信號，所述磁基準傳感器被安裝在相對于所述場發(fā)生器或相對于所述場傳感器的已知空間位置。表述“磁基準傳感器”應當被視為用于磁場傳感器的通用名稱，其信號反映了磁場的幅度并且用作基準幅度。
c)確定所述場傳感器相對于所述場發(fā)生器的位置(換句話說，場傳感器和場發(fā)生器之間的相對位置)，其中所述磁場的外部場失真通過考慮來自所述基準傳感器的信號被補償。這樣，如果假設所述場發(fā)生器的絕對空間位置是已知的，特別地也可以確定所述場傳感器的絕對空間位置。
所述方法通常涉及可以用上述類型的定位設備執(zhí)行的步驟。關于細節(jié)、優(yōu)點和進一步特征，參考以上描述。
根據(jù)所述方法的優(yōu)選實施方式，確定校正函數(shù)，其基于基準傳感器的信號和場傳感器的未校正確定位置指示了場傳感器的所述未校正位置的校正位移。場傳感器的未校正位置通過傳統(tǒng)方法確定。特別地可以從(已知的)場發(fā)生器的場結構推斷場傳感器的位置。這里隱含的假設是場發(fā)生器生成的場結構是未失真的。由于這通常并不符合現(xiàn)實，因此另外確定校正位移，所述校正位移將被添加到場傳感器的未校正位置以獲得場傳感器的真實位置的更好估計。
根據(jù)上述方法的進一步方面，首先在探頭傳感器的幫助下根據(jù)經驗為關注體積中的支撐點確定校正函數(shù)，即通過存在于那里的所述場的測量，探頭傳感器的實際空間位置通過在所有情況下使用其它手段和通過基準傳感器的信號的并行測量精確地被重測量。對支撐點有用的信息(探頭傳感器的被測和真實位置，基準傳感器信號)然后通過在整個關注體積上外插或內插而被擴展，以便以該方式獲得粗略有效的校正函數(shù)。
此外，可以從基準傳感器的測量信號確定(單維或多維)參數(shù)，其特征在于外部場失真。該參數(shù)然后可以用作上述校正函數(shù)中的變量，以反映那里的基準傳感器的影響。
上述參數(shù)特別地可以描述位于定位設備附近的計算機斷層攝影裝置的旋轉角?？梢钥闯鲇蛇@樣的計算機斷層攝影裝置施加的場失真主要取決于所述旋轉角，這是因為重要的場發(fā)生或場失真部件，例如探測器區(qū)域，隨著計算機斷層攝影裝置而旋轉。如果必要的話，來自基準傳感器的信號和旋轉角之間的函數(shù)關系也可以根據(jù)經驗或自適應地被確定。


在附圖的幫助下將作為例子在下面解釋本發(fā)明。在附圖中，圖1示意性地顯示了所發(fā)明的檢查設備的部件；圖2顯示了由場失真導致的基準傳感器的視運動(apparentmovement)的軌跡；圖3顯示了場傳感器的相應軌跡以及被測位置x的所確定的校正位移δ。
具體實施例方式
圖1中所示的情況涉及磁定位設備與計算機斷層攝影裝置1組合使用的情況。這是典型的和重要的應用，盡管本發(fā)明的可用性并不限制于此。
計算機斷層攝影裝置1通常包括圓形臺架，其中X射線源1a以及與之相對的X射線探測器1b被支撐，使得它們可以相對于所述設備的中心軸轉動旋轉角φ。可以通過計算機斷層攝影裝置1從環(huán)內部的關注體積VOI(volume of interest)生成二維剖面圖或三維體積數(shù)據(jù)。
此外，一種磁定位設備是可用的，其包含用于在關注體積VOI中生成時間和空間不均勻磁場的場發(fā)生器2以及場傳感器4。場傳感器4測量場發(fā)生器2所生成的磁場的尺寸，因此使得以該方式推斷其位置x成為可能(用場發(fā)生器2的已知位置)。場傳感器4例如可以固定到導管(未示出)的尖端，其將在患者的血管系統(tǒng)中被導航。在定位設備的幫助下確定的場傳感器4的位置然后例如可以用于在(靜態(tài))血管圖上表示導管的當前位置。
此外，場發(fā)生器2以及場傳感器4鏈接到控制單元5(例如微型計算機)。用于確定場傳感器4的(未校正)位置x的所需計算發(fā)生在控制單元5中。
在迄今為止所述的方法中，遇到的問題是所確定的場傳感器4的位置由于磁場的失真而出現(xiàn)錯誤。這樣的失真特別地由于計算機斷層攝影裝置1的X射線源1a以及探測器1b而產生，其中所述失真隨著計算機斷層攝影裝置1的當前旋轉角φ動態(tài)地變化。
鑒于該情況，為了提高場傳感器4的定位精度，在這里提出了使用基準傳感器3，其被放置在相對于場發(fā)生器2的已知位置。由于因計算機斷層攝影裝置1的旋轉而產生的磁場的動態(tài)失真，基準傳感器3的測量位置在閉合軌跡r(φ)上明顯地移動，其在圖2中與基準傳感器3的真實位置ro一起被顯示。旋轉角和視位置r之間的相關性r(φ)例如可以根據(jù)經驗被確定，然后被反轉，從而從基準傳感器3的測量信號確定計算機斷層攝影裝置1的相關旋轉角φ(也就是說，視位置r的)。以該方式確定旋轉角φ并不需要對計算機斷層攝影裝置的內部例行程序的任何干預。
可以通過將基準傳感器3連接到控制單元5從基準傳感器3的測量信號來計算當前旋轉角φ。該信息然后還可以用于相對于計算機斷層攝影裝置1的旋轉來校正場傳感器4的(未校正)位置測量值x。校正函數(shù)δ(x，φ)由此優(yōu)選地用于校正，其中通過公式x′＝x+δ(x，φ)，從其未校正位置x計算場傳感器4的被校正位置x′。在圖3中顯示了用于場傳感器4的視軌跡的該關系。
如果圖2中所示的基準傳感器3的視軌跡r(φ)同時用探頭場傳感器的測量值進行繪制，其連續(xù)地放置在關注體積VOI中已知的網(wǎng)格位置處，則例如可以根據(jù)經驗確定校正函數(shù)d(x，φ)。作為探頭場傳感器例如可以使用場傳感器4，其中它優(yōu)選地可以在三個空間方向上同時測量磁場?？紤]磁場失真作為基礎，網(wǎng)格位置的位置將被選擇成足夠接近。通過在網(wǎng)格位置(支撐點)上分別內插或外插值，被搜索的校正函數(shù)δ(x，φ)然后可以在整個體積VOI中被確定。
如同在圖1中可以進一步看到，場發(fā)生器2以及基準傳感器3優(yōu)選地固定到臺架1。該優(yōu)點在于兩個部件都同時跟隨臺架的可能傾斜，從而CT1導致的場失真中的傾斜相關變化不會對定位系統(tǒng)產生影響。與CT1的傾斜角有關的附加校準所以不是必要的，并且在臺架1的坐標系中執(zhí)行定位系統(tǒng)的測量。
權利要求
1.一種磁定位設備，包括a)用于生成磁場的場發(fā)生器(2)；b)用于測量所述磁場的場傳感器(4)；c)用于測量已知參考位置處的所述磁場的基準傳感器(3)；d)控制單元(5)，其被布置成用于確定場傳感器(4)相對于場發(fā)生器(2)的位置(x′)，由此通過考慮基準傳感器(3)補償外部場失真。
2.如權利要求1所述的定位設備，其特征在于場發(fā)生器(2)的空間位置是已知的。
3.如權利要求1所述的定位設備(1)，其特征在于場發(fā)生器(2)和/或基準傳感器(3)被固定到計算機斷層攝影裝置的臺架(1)。
4.如權利要求1所述的定位設備，其特征在于控制單元(5)包含帶有校準函數(shù)(δ(x，φ))的存儲器，其基于基準傳感器(3)和場傳感器(4)的所測量信號為場傳感器(4)的未校正的確定位置(x)提供校正位移(δ)。
5.一種檢查設備，包括-成像設備，特別是計算機斷層攝影裝置(1)；-如權利要求1-4中任一項所述的磁定位設備(2，3，4，5)。
6.一種用磁定位設備(2，3，4，5)進行位置測量的方法，包括以下步驟a)收集場傳感器(4)和/或場發(fā)生器(2)的信號；b)收集磁基準傳感器(3)的信號，其被放置在相對于所述場發(fā)生器(2)或相對于所述場傳感器(4)的已知空間位置處；c)確定所述場傳感器(4)相對于所述場發(fā)生器(2)的位置(x′)，其中外部場失真通過考慮所述基準傳感器(3)的信號被補償。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于確定校正函數(shù)(δ(x，φ))，其根據(jù)基準傳感器(3)的信號和場傳感器(4)的未校正的確定位置(x)來指示場傳感器(4)的所述未校正確定位置的校正位移(δ)。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于用于關注體積(VOI)中的支撐點的校正函數(shù)(δ(x，φ))根據(jù)經驗被確定，并且分別通過在整個體積(VOI)上外插或內插被擴展。
9.如權利要求6所述的方法，其特征在于從基準傳感器(3)的信號來確定參數(shù)(φ)，所述參數(shù)的特征在于外部場失真。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于所述參數(shù)(φ)描述了位于所述定位設備附近中的計算機斷層攝影裝置(1)的旋轉角。
全文摘要
本發(fā)明涉及對借助于磁定位設備測量的場傳感器(4)的位置(x)進行校正的設備和方法。例如由計算機斷層攝影裝置(1)的旋轉部件(1a，1b)導致的外部場失真然后在放置于已知位置的基準傳感器(3)的幫助下被確定。有可能從基準傳感器(3)的測量信號例如推斷計算機斷層攝影裝置(1)的當前旋轉角(φ)?；诮涷灤_定關系(δ(x，φ))，場傳感器(4)的未校正確定位置(x)然后可以關于場失真轉換為被校正位置(x′)。場發(fā)生器(2)和基準傳感器(3)優(yōu)選地被固定到臺架以便消除場失真對臺架的傾斜的依賴性。
文檔編號A61B19/00GK1921800SQ200580005138
公開日2007年2月28日 申請日期2005年2月11日 優(yōu)先權日2004年2月18日
發(fā)明者S·克呂格爾, H·-A·維施曼, H·蒂明格爾, J·薩布琴斯基, J·博爾格特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司