CN104887231A - 用于平坦定位垫的校准夹具 - Google Patents

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Abstract

本发明题为用于平坦定位垫的校准夹具。本发明公开了一种设备，所述设备包括检测器组件、定位单元和接口电路。所述检测器组件包括多个磁场检测器的阵列。所述定位单元被配置成将所述检测器组件固定在相对于定位垫的一个或多个已知位置处，所述定位垫生成磁场以用于使用定位***对体内磁场检测器执行位置测量。所述接口电路被配置成输出电信号，所述电信号在所述检测器组件被固定在所述已知位置处时由所述检测器组件的所述磁场检测器产生，以便对由所述定位***执行的所述位置测量进行校准。

Description

用于平坦定位垫的校准夹具
技术领域
本发明整体涉及校准，并且更具体地讲，涉及用于校准体内探头跟踪***的方法。
背景技术
使用磁位置跟踪技术可以跟踪体内探头诸如导管在患者身体内的位置。例如，美国专利申请公开2007/0265526描述了用于对患者执行医学规程的磁位置跟踪***，其公开内容以引用方式并入本文。患者定位在包括定位垫的工作台的上表面上，该定位垫定位在患者下面的工作台的上表面上。定位垫包括一个或多个场发生器，所述场发生器可操作以生成相应的磁场并且被布置成使得定位垫的厚度尺寸不大于3厘米。位置传感器固定到用于***患者身体内的侵入式医疗装置，并被布置用于感测磁场以便测量医疗装置在身体内的位置。
磁共振成像(MRI)是一种用于使患者的组织尤其是软组织视觉化的成像技术。该技术依靠从核(通常为氢核)的平衡状态激发核，并测量随着所述核弛豫回到平衡而由核发射的共振射频信号。所测量的共振射频信号用于创建高质量的组织图像。执业医生可结合其他医学规程使用MRI。
发明内容
本发明的实施例提供了包括检测器组件、定位单元和接口电路的设备。检测器组件包括多个磁场检测器的阵列。定位单元被配置成将检测器组件固定在相对于定位垫的一个或多个已知位置处，该定位垫生成磁场以用于使用定位***对体内磁场检测器执行位置测量。接口电路被配置成输出电信号，这些电信号在检测器组件被固定在已知位置处时由检测器组件的磁场检测器产生，以便对由定位***执行的位置测量进行校准。
在一些实施例中，定位单元包括多个狭槽，这些狭槽被配置成接受检测器组件以便将检测器组件固定在相对于定位垫的相应已知位置处。在其他实施例中，多个磁场检测器中的每个磁场检测器包括一个或多个磁线圈。在另外其他的实施例中，定位单元包括适形于定位垫的形状的适配器。
在一些实施例中，定位单元包括一个或多个转动螺钉，所述转动螺钉被配置成能够旋转以便设定检测器组件相对于定位垫的已知位置。在其他实施例中，接口电路包括多根缆线，这些缆线跨接在多个磁场检测器上并被设置在形成于检测器组件中的相应多个通道中以便减少多根缆线之间的串扰。
在一些实施例中，设备包括多个磁共振成像(MRI)基准标记的配准阵列，并且定位单元进一步被配置成将MRI基准标记的配准阵列固定在相对于定位垫的至少一个已知位置中以用于配准定位***和MRI***的坐标系。在其他实施例中，MRI基准标记的配准阵列被包括在配准组件中，所述即配准组件与检测器组件分开。在其他的实施例中，MRI基准标记的配准阵列被嵌入检测器组件内。
在一些实施例中，MRI基准标记包括具有已知半径的流体填充的球体。在其他实施例中，MRI基准标记包括具有已知尺寸的流体填充的立方体。
根据本发明的实施例，还提供了一种方法，该方法包括将多个磁场检测器的阵列耦合到定位垫，该定位垫生成磁场以用于使用定位***对体内磁场检测器执行位置测量。磁场检测器的阵列被固定在相对于定位垫的一个或多个已知位置处。基于电信号来校准由定位***执行的位置测量，所述电信号在阵列被固定在已知位置处时由磁场检测器产生。
根据本发明的实施例，还提供了包括形成检测器组件的方法，该检测器组件包括多个磁场检测器的阵列。定位单元被配置成将检测器组件固定在相对于定位垫的一个或多个已知位置处，该定位垫生成磁场以用于使用定位***对体内磁场检测器执行位置测量。接口电路被配置成输出电信号，这些电信号在检测器组件被固定在已知位置处时由检测器组件的磁场检测器产生，以便对由定位***执行的位置测量进行校准。
结合附图，通过以下对实施例的详细说明，将更全面地理解本发明，其中：
附图说明
图1是根据本发明的实施例的用于和磁共振成像(MRI)并置排列的磁导管跟踪的***的示意性图解；
图2是根据本发明的实施例的定位垫的示意性图解；
图3是根据本发明的实施例的校准夹具的示意性图解；
图4A和图4B是根据本发明的实施例的检测器组件的示意性图解；并且
图5是示意性地示出根据本发明的实施例的用于校准定位垫、以及配准磁共振成像(MRI)扫描仪和磁导管跟踪***的坐标系的方法的流程图。
具体实施方式
综述
体内探头诸如导管被用在各种治疗和诊断医学规程中。导管被***患者的活体中并且被导航到体腔中的目标区域以执行医学规程。在基于磁场的位置跟踪***中，将外部磁场施加于患者身体。磁场由多个磁场发生器(例如，场发生线圈)产生，所述多个磁场发生器通常被设置在患者身体之下的定位垫中。安装在导管的远侧端部附近的传感器通过产生电信号而响应磁场。跟踪***然后使用该信号来定位导管在患者身体内的位置和取向。
导管的磁位置跟踪有时在磁共振成像(MRI)***中或其附近执行。这两个***的搭配使用允许例如磁位置跟踪和MRI数据的联合显示。然而，这种搭配存在许多挑战。例如，用于磁导管跟踪的定位垫的形状因数应当与MRI***兼容。此外，MRI***可能使由磁定位***生成的磁场失真，并因此可能使位置测量失真。
本文中描述的本发明的实施例提供了新型校准夹具，其用于在MRI***的存在下对定位垫进行校准，并用于帮助MRI***和导管磁定位***的坐标系间的配准。在一些实施例中，这种夹具被设置在定位垫之上并且与MRI适形定位垫的形状因数匹配。
在示例性实施例中，夹具包括具有多个狭槽的定位单元。检测器组件被另选地***到夹具的狭槽中，从而将阵列固定在相对于定位垫的已知位置处，所述检测器组件包括被布置成阵列的多个磁场检测器。由定位垫生成的磁场在被保持在各种已知位置处的同时，通过阵列中的检测器进行测量。通常，将由定位垫生成的磁场的数学建模拟合到磁场测量中。
在一些实施例中，定位垫上方的位置控制通过以下方式来提供：将检测器组件滑出定位单元中的一个狭槽然后滑入另一个狭槽以将检测器组件保持在定位垫上方的不同高度处。这样，当在患者躯干通常将存在于其中的空间周围的多个空间点处测量足够大的磁场数据时，将该数据拟合到磁场模型中，以便对导管磁跟踪***的位置测量进行校准。该方法有效地补偿了由MRI***导致的定位垫磁场的失真。
在其他实施例中，校准夹具还包括MRI基准标记的配准阵列，该配准阵列可由MRI***成像和准确地标出。所述配准阵列可被MRI***用于使校准夹具成像，并且可被用于将MRI图像坐标系与导管磁跟踪***的坐标系配准。MRI基准标记可包括例如填充有流体(例如，水)且具有已知尺寸的球体或立方体。MRI基准标记可被嵌入在检测器组件中，或者它们可安装在被***到定位单元中的单独组件中。
***描述
图1是根据本发明的实施例的用于和磁共振成像(MRI)并置排列的磁导管跟踪的***20的示意性图解。***20包括MRI扫描仪22、体内探头24(诸如导管)以及控制台26。
操作者30诸如心脏病专家经由皮肤将导管24导航穿过患者32的血管***，使得导管24的远侧端部34进入体腔，该体腔在本文中假定为心腔。导管24可用于例如标出患者32的心脏28的腔室中的电位，其中多个电极设置在导管24的远侧端部34附近并在多个点处与心脏腔体的组织接触。在另选的实施例中，以必要的变更，导管24可用于心脏或其他身体器官中的其他治疗和/或诊断功能。
控制台26使用磁位置感测来确定心脏28内侧的导管24的远侧端部34的取向和位置坐标。控制台26操作驱动电路36，该驱动电路驱动如在图1的右上角中的虚线插图72中所示的工作台37上的患者躯干下方的定位垫38中的一个或多个磁场发生器39。响应于由定位垫38生成的磁场，安装在远侧端部34中的位置传感器生成电信号，从而使得控制台26确定远侧端部34相对于定位垫38的位置和取向，并因此确定在患者32的心脏内的位置和取向。
MRI扫描仪22包括磁场线圈29，该磁场线圈包括场梯度线圈，所述磁场线圈和场梯度线圈一起生成空间移变的磁场。空间移变的磁场为由扫描仪生成的射频(RF)信号提供了空间定位。此外，扫描仪包括传输/接收线圈31。在传输模式中，线圈31辐射射频能量至患者32，所述射频能量与患者组织的核自旋进行相互作用从而重新调整远离其平衡位置的核的磁矩。在接收模式中，随着组织核弛豫至其平衡状态，线圈31检测从患者组织接收的RF信号。
图1示出MRI扫描仪22中的工作台37，该工作台如在图1的右上角中的虚线区域72中所示的那样为患者32提供支撑。在本文所述的实施例中，使用校准夹具70来校准***20。夹具70被设置在MRI扫描仪22内的定位垫38上方的工作台37上，所处的位置与患者37的躯干通常将定位在工作台37上的如右上方插图所示的区域相同。在该区域中，使用校准夹具70来校准由定位垫38生成的总磁场BT(x，y，z)。在其他实施例中，还使用夹具70来将MRI扫描仪22的坐标系与磁导管跟踪***的坐标系配准，如将在下文进一步描述。
在图1所示的实施例中，处理器40具有多种功能。首先，处理器40被配置成接收响应于由定位垫38经由接口电路(未示出)生成的磁场而在导管远侧端部34处的位置传感器中诱发的电信号。处理器40使用接收到的电信号来确定导管在患者体内的位置。在一些实施例中，接口电路还被配置成接收来自安装在测量BT(x，y，z)的校准夹具70中的多个磁检测器的相应多个电信号。这些多个电信号经由接口电路被传递到处理器40。处理器40使用这些信号来进行位置校准，如将在稍后解释。
第二，处理器40操作MRI扫描仪22，方法是：使用电路来控制MRI线圈29，包括形成要求的磁场梯度，以及使用其他电路来操作围绕患者32的传输/接收线圈31。处理器40使用线圈31接收的信号来采集患者32的心脏28或至少是待成像的心腔的MRI数据。处理器40使用该数据在显示器42上向操作者30显示心脏28的图像44。由磁跟踪***采集的导管的位置可重叠在由MRI扫描仪22采集的显示器42上的心脏28的图像44上。在其他的实施例中，操作者30可使用一个或多个输入装置46对图像44进行调控。
另选地，处理器40的功能可在两个处理器之间进行划分，一个管理磁位置跟踪***，而另一个管理MRI扫描仪。处理器40还可被配置成减少磁干扰、或相应的MRI***和磁导管跟踪***的共存效应(其可能例如降低***性能)。换句话说，处理器40被配置成补偿耦合效应，例如，由在MRI扫描仪22中使用的MRI线圈29和31生成的磁场与在用于磁导管跟踪***的定位垫38中的磁发生器39之间的耦合效应。
处理器40通常包括通用计算机，该计算机用软件来编程以执行本文描述的功能。例如，可经网络将软件以电子形式下载到处理器40，或者将软件设置在非临时性有形介质上，诸如光学的、磁的或电子的存储介质。另选地，可通过专用或可编程的数字硬件部件，或通过使用硬件和软件元件的组合来进行处理器40的一些或全部功能。
磁导管跟踪***可实现为购自Biosense Webster，Inc.(Diamond Bar，California)的CARTO XP EP导航和消融***，并经适当的修改以执行本文所述的过程。
图1所示的实施例仅用于使概念清晰的目的，并且绝非限制本发明的实施例。MRI扫描仪22和磁导管跟踪***可具有用于每个***的独立的处理器，而非如在***20中所示的实施例中进行共享。单个或独立的显示器可用于MRI扫描仪和导管跟踪***。
MRI兼容定位垫
图2是根据本发明的实施例的定位垫38的示意性图解。定位垫具有薄外形，并且可容易地设置在患者下方。定位垫略微弯曲，即，略微偏离平坦平面，例如适配到MRI扫描仪22的腔室中。薄外形定位垫诸如垫38的另外的方面在名称为“Low-profile location pad for magnetic-based intra-bodyprobe tracking system”的美国专利申请14/138,654中有所描述，该专利申请的公开内容以引用方式并入本文。
定位垫38包括布置成阵列的多个磁场发生器39。在图2的示例性实施例中示出了相同大小的12个发生器39。该阵列保持在可由任何合适的材料诸如各种塑料制成的外壳中。
每个发生器39包括平面线圈100。线圈可由任何合适的材料诸如铜形成。当将信号(通常是电流)施加于线圈100时，该线圈100生成响应于所施加信号而取向并与线圈的平面垂直的磁场B。虽然线圈100的每行140是平面的，但所述行位于略微弯曲的表面上。也在该构造中，由线圈100生成的磁场的轴线与定位垫的表面垂直。在图2所示的最右边的行上，磁场发生器39具有覆盖线圈100的封盖150，该封盖可由任何合适的材料诸如塑料形成，以用于覆盖整个阵列。
当患者32如图1的右上角中的虚线区域72中所示躺在定位垫38上并且导管24被导航到定位垫上方的患者身体内时，响应于示于图1中的复合磁场BT(x，y，z)，靠近导管的远侧端部34的磁传感器线圈120生成电信号，其通常是电压。处理器40使用所生成的电信号来识别远侧端部34相对于定位垫38的位置，并从而识别在患者32体内的位置。
在本文所呈现的实施例中，定位垫被配置成设置在患者和工作台37的顶部表面之间，例如，患者躺在定位垫的顶部上。定位垫的横向尺寸通常只限于移动到MRI扫描仪中的患者工作台37的横向尺寸。定位垫的厚度t经常被配置成不超过5mm。这样，MRI扫描仪不与磁跟踪***的定位垫38冲突或不妨碍磁跟踪***的定位垫38，或反之亦然。
定位垫38中的场发生器39用具有不同频率的交流电流(AC)驱动信号来驱动，使得在导管远侧端部处的传感器中诱发的信号可被处理器40彼此区分开。使用具有平行轴线的场发生器有利于所得的磁场的数学建模，该数学建模基于导管传感器输出而简化了导管远侧端部的位置和取向的计算。然而，由线圈100生成的磁场B几乎彼此平行。发现由于如图2所示的弯曲而产生的磁场B的任何小的平行偏差对于导管位置跟踪***的准确性具有可忽略不计的冲击。
处理器40在两阶段方法中估计探头位置(例如，远侧端部34)。在第一阶段中，从由探头中的位置传感器感测的复合信号BT(x，y，z)的绝对量值来估计探头在定位垫上方的高度。然后，通过分析在复合信号中的不同频率的相对振幅可确定探头相对于定位垫的横向位置。该初始估计本身可被输出，或其可用作更准确的迭代位置估计过程的起点。
然而，上述的用于估计远侧端部34的位置的两阶段方法假设由定位垫38在患者躯干的区域(如图1的插图中所示)中生成的磁场被正确地建模和校准。为了对磁场进行校准，将表示在定位垫38上方的区域中的磁场的任何合适的数学模型通过本文所述的校准夹具70拟合到磁场测量数据中，该磁场测量数据在通常位于工作台37上的区域72中的定位垫上方的不同空间点处采集。
示例性校准夹具构造
图3是根据本发明的实施例的校准夹具70的示意性图解。校准夹具70包括具有多个狭槽220的定位单元210，所述狭槽在相邻狭槽之间被分开固定的预定距离。夹具70被设置在定位垫38上方，如图1所示。
检测器组件200也称为搁架，其包括多个磁场检测器230的阵列。检测器组件200可被***到定位单元210中的任何狭槽220中。定位单元210中的多个狭槽被配置成将检测器组件200固定在相对于定位垫38的一个或多个已知位置处。在图3所示的实施例中，多个狭槽控制检测器阵列在定位垫上方的位置(例如，高度)。
为了对由定位垫38在患者32的躯干在医学规程期间将位于其中的区域内生成的磁场进行建模，检测器230测量在患者躯干的体积(例如，虚线区域72)内的多个相应点处的磁场(例如，包括量级和方向的复合场向量)。检测器组件200中的平面阵列中的检测器230测量如图所示的X-Y平面中的场。然而，操作者30在Z-方向改变检测器230的阵列在定位垫38上方的高度来测量作为高度的函数分布。在此处所示的实施例中，操作者30通过拉动柄部240将搁架200手动地滑出当前狭槽并且将搁架200***到不同的狭槽220中，这在Z-方向改变了在定位垫38上方的高度。
定位单元210的基板250连接至适形的适配器260，该适形的适配器被配置成符合且适形于定位垫38的形状，使得检测器230的阵列将位于在定位垫上方固定距离处且与Z轴正交的X-Y平面中。适配器260可通过任何合适的方法形成或加工而成以便与定位垫38的曲率相符。
图3中示出的校准夹具70的典型尺寸如下。定位单元210具有370mm(沿着X轴)的深度，370mm(沿着Y轴)的宽度，和350mm(沿着Z轴)的高度。相邻狭槽220之间的距离为20mm。搁架200的厚度为17.5mm。在搁架200上，相邻检测器230的节距为30mm。图3中示出的各个正方形检测器230的尺寸为15mm。以上数值纯粹以举例的方式给出。在另选的实施例中，可以使用任何其他合适的尺寸。
在一些实施例中，检测器组件200中的多个检测器230经由接口电路连接至处理器40，该接口电路还包括跨接在检测器230上的多根缆线。接口电路可位于夹具70中、控制台26中，或***20的任何其他合适的部件中。接口电路被配置成将电信号输出到处理器40(如前所述)，所述电信号在组件被固定在相对于定位垫38的已知位置处时由检测器组件200中的磁场检测器产生。
在其他实施例中，要避免来自多个检测器230的布线之间的串扰，需将通道形成于、钻入或加工到形成搁架200的板中，可在该板中设置多根缆线以使来自多个检测器230的多重布线与接口电路绝缘并且防止串扰。还可以使用双绞线布线。可将夹片添加到通道以方便传感器的移除和更换。处理器40被配置成接收由多个磁检测器测得的来自接口电路的磁场测量。
描绘图3所示的夹具70的构造纯粹出于使概念清晰的目的，并且绝非限制本发明的实施例。可使用定位单元210、组件200、以及检测器230的节距和大小的任何其他合适的尺寸来实现夹具70。定位单元可通过任何合适的方法而不是手动地改变检测器组件的已知位置来实现。例如，相对于定位垫的搁架位置可被机动化X-Y-Z轴控制器连续地改变。
磁导管跟踪和MRI坐标系的配准
当使用定位垫38的磁跟踪***与MRI扫描仪22如图1所示并置排列在一起时，夹具70可被配置成有利于MRI坐标系与磁跟踪***的坐标系的配准。
图4A是根据本发明的实施例的检测器组件200的示意性图解。在第一示例性实施例中，检测器组件200A包括如图4A的左图所示的磁检测器230A的7×8阵列。每个磁检测器230A由分别沿着三条正交的XYZ轴线取向的三个磁线圈300实现。如前所述，组件200A不能被MRI扫描仪22检测到。(在另选的实施例中，每个磁检测器可包括一个或多个线圈。)
在一个实施例中，配准组件200B被制造成具有与检测器组件220A相似的机械尺寸和占有面积。然而，配准组件包括流体填充的立方体230B的7×8阵列，而不是其中安装了磁检测器230A的立方体形状的孔。立方体230B填充有可被MRI检测到的流体，诸如水，并且充当MRI图像基准标记。流体通过任何合适的过程被密封在立方体230B的容积中。
当配准组件200B被设置在定位单元210中时，MRI扫描仪22然后可使填充水的立方体230B的配准阵列成像，并且处理器40将MRI基准标记在***20中的已知位置相对于定位垫38配准。然后使用MRI基准标记230B的已知位置来将MRI***的坐标系与定位***配准。换句话说，处理器40使用被定位单元固定在相对于定位垫38的至少一个已知位置中的多个MRI基准标记230B的配准阵列来将坐标系配准。
图4B是根据本发明的实施例的组合式检测器和配准组件200C的示意性图解。组件200C包括MRI基准标记310的配准阵列。在本实例中，标记310包括具有已知半径的可被MRI检测到的流体填充的球体。具有标记310的配准阵列被嵌入磁检测器230C的检测器阵列中，每个磁检测器具有分别沿着三条正交的XYZ轴线而取向的三个磁线圈300。
组件200C的机械占有面积以及检测器230C与标记310之间的距离也存储在***20的存储器中。这样，MRI扫描仪22使MRI图像标记的配准阵列成像，并且***20使用组件200C测量来自定位垫38的磁场。处理器40存储MRI基准标记的位置，以及在磁跟踪***中的定位垫38上方的不同位置处的磁场测量。在一些实施例中，可应用组件占有面积以便消除检测器230C和MRI标记230之间的几何差异。处理器40然后将两个坐标系配准并使其同步。
参考图4B，如果N是搁架200C上的MRI标记310的整数数目，则将MRI基准标记的标测图配准到MRI扫描仪22的坐标系存在的误差与成比例。从而，分布在整个搁架200C平面上的MRI基准标记310越多，配准的精度就越高。
对于具有之前所述的典型尺寸的图3所示实施例而言，校准夹具70提供约2cm3的MRI扫描仪22分辨率。在其他实施例中，要想将分辨率改善到小于1cm3，可将定位单元配置成在组件被固定于特定的狭槽中之后连续地改变组件在相邻狭槽220之间的分隔距离内的已知位置，以便连续地微调在如图3所示的Z-方向上的高度。例如，可将一个或多个转动螺钉嵌入在Z-方向取向的适形的适配器260中，使得旋转转动螺钉能实质上移动基板250或将基板250顶起，并且因此使定位单元210相对于适形的适配器260发生实质移动或被顶起。
在示例性实施例中，一个或多个转动螺钉的每一次旋转将整个夹具70在Z-方向相对于定位垫移动1mm。因此，要想实现MRI扫描仪的1cm3分辨率，可将搁架200***到所选择的狭槽220中，执行MRI扫描，然后可将转动螺钉向上或向下旋转10圈以将高度分别改变±1cm。
当将搁架200移动到不同的狭槽220时，夹具70和/或定位垫38可在工作台37上移动和/或相对于彼此移动。该移动使***20中MRI坐标系和定位垫坐标系的配准精度降低。在一些实施例中，要想防止该平移，可通过任何合适的方法将夹具70和定位垫38固定到MRI扫描仪22和/或工作台37。
描绘图4A和图4B中示出的实施例仅出于使概念清晰的目的，并且绝非限制本发明的实施例。示出的示例性检测器和配准阵列可包括任何合适数目的磁检测器和/或具有任何合适的构造和大小的MRI标记。MRI基准标记可包含任何合适的可被MRI检测到的流体或材料。
图5是示意性地示出根据本发明的实施例的用于校准定位垫38、和配准MRI扫描仪22以及磁导管跟踪***的坐标系的方法的流程图。在本实例中，同时执行两种功能(校准和配准)。然而，另选地，可分别执行校准和配准。
在设置步骤400中，操作者30将校准夹具70设置在工作台37上的定位垫38上方。在***步骤410中，操作者30将具有磁检测器230C的阵列和MRI图像基准标记310的检测器组件200C***到夹具70中的狭槽220中，从而将阵列保持在定位垫38上方的固定高度处。操作者30将驱动电路36激活，以驱动定位垫38中的多个磁场发生器39。在磁测量步骤420中，处理器40使用检测器230C在固定高度处执行磁测量。在MRI扫描步骤430中，MRI扫描仪22执行MRI测量，以便在固定高度处标出MRI基准标记310。
在决定步骤440中，处理器40评估是否已在不同的固定高度处采集了足够的MRI和磁测量数据。如果未采集够，则操作者在步骤410中改变组件200C的固定高度。如果已采集够，则在拟合步骤450中，处理器40将定位垫38的磁场模型拟合到磁场测量中。在配准步骤460中，处理器40使用通过MRI扫描仪成像的MRI基准标记使MRI扫描仪22和导管磁跟踪***的坐标系同步。在一些实施例中，如前所述在步骤460中应用组件200C的机械占有面积。
虽然本文所述的实施例主要述及心脏导管跟踪，但是本文所述的方法和***还可在使用定位垫的其他应用中诸如耳鼻喉科学应用中使用。
因此应意识到，上述实施例均以举例方式举出，并且本发明不受上文特别显示和描述的内容限制。相反，本发明的范围包括上文所述各种特征的组合与子组合两者，以及本所属领域技术人员在阅读上述说明时可能想到且未在现有技术范围内公开的其变型和修改。以引用方式并入本专利申请的文献将被视为本专利申请的整体部分，但是如果这些并入的文献中定义任何术语的方式与本说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突，则应只考虑本说明书中的定义。

Claims (22)

1.一种设备，包括：
检测器组件，所述检测器组件包括多个磁场检测器的阵列；
定位单元，所述定位单元被配置成将所述检测器组件固定在相对于定位垫的一个或多个已知位置处，所述定位垫生成磁场以用于使用定位***对体内磁场检测器执行位置测量；和
接口电路，所述接口电路被配置成输出电信号，所述电信号在所述检测器组件被固定在所述已知位置处时由所述检测器组件的所述磁场检测器产生，以便对由所述定位***执行的所述位置测量进行校准。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述定位单元包括多个狭槽，所述多个狭槽被配置成接受所述检测器组件，以便将所述检测器组件固定在相对于所述定位垫的相应已知位置处。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个磁场检测器中的每个磁场检测器包括一个或多个磁线圈。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述定位单元包括适形于所述定位垫的形状的适配器。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述定位单元包括一个或多个转动螺钉，所述转动螺钉被配置成被旋转以便设定所述检测器组件相对于所述定位垫的所述已知位置。
6.根据权利要求1所述的设备，还包括多个磁共振成像(MRI)基准标记的配准阵列，其中所述定位单元进一步被配置成将所述MRI基准标记的所述配准阵列固定在相对于所述定位垫的至少一个已知位置中以用于配准所述定位***和MRI***的坐标系。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述MRI基准标记的所述配准阵列被包括在与所述检测器组件分开的配准组件中。
8.根据权利要求6所述的设备，其中所述MRI基准标记的所述配准阵列嵌入在所述检测器组件中。
9.根据权利要求6所述的设备，其中所述MRI基准标记包括具有已知半径的流体填充的球体。
10.根据权利要求6所述的设备，其中所述MRI基准标记包括具有已知尺寸的流体填充的立方体。
11.根据权利要求1所述的设备，其中所述接口电路包括多根缆线，所述多根缆线跨接在所述多个磁场检测器上并被放置在形成于所述检测器组件中的相应多个通道中以便减少所述多根缆线之间的串扰。
12.一种方法，包括：
将多个磁场检测器的阵列耦合到定位垫，所述定位垫生成磁场以用于使用定位***对体内磁场检测器执行位置测量；
将所述磁场检测器的所述阵列固定在相对于所述定位垫的一个或多个已知位置处；以及
基于电信号来校准由所述定位***执行的所述位置测量，所述电信号在所述阵列被固定在所述已知位置处时由所述磁场检测器产生。
13.根据权利要求12所述的方法，其中耦合所述阵列包括将包括多个狭槽的定位单元耦合到所述定位垫，并且其中固定所述阵列包括将所述阵列另选地***到所述狭槽中以便将所述阵列固定在相对于所述定位垫的相应已知位置处。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述多个磁场检测器中的每个磁场检测器包括一个或多个磁线圈。
15.根据权利要求12所述的方法，其中耦合所述阵列包括将适形于所述定位垫的形状的适配器耦合到所述定位垫。
16.根据权利要求12所述的方法，其中固定所述阵列包括旋转一个或多个转动螺钉，以便设定所述阵列相对于所述定位垫的所述已知位置。
17.根据权利要求12所述的方法，包括：将多个磁共振成像(MRI)基准标记的配准阵列耦合到所述定位垫、将所述MRI基准标记的所述配准阵列固定在相对于所述定位垫的至少一个已知位置中、以及使用所述配准阵列来配准所述定位***和MRI***的坐标系。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述MRI基准标记的所述配准阵列被包括在配准组件中，所述配准组件与包括所述磁场检测器的检测器组件分开。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述MRI基准标记的所述配准阵列嵌入在与所述磁场检测器相同的组件中。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述MRI基准标记包括具有已知半径的流体填充的球体。
21.根据权利要求17所述的方法，其中所述MRI基准标记包括具有已知尺寸的流体填充的立方体。
22.一种方法，包括：
形成检测器组件，所述检测器组件包括多个磁场检测器的阵列；
将定位单元配置成使所述检测器组件固定在相对于定位垫的一个或多个已知位置处，所述定位垫生成磁场以用于使用定位***对体内磁场检测器执行位置测量；以及
将接口电路配置成输出电信号，所述电信号在所述检测器组件被固定在所述已知位置处时由所述检测器组件的所述磁场检测器产生，以便对由所述定位***执行的所述位置测量进行校准。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106901719A (zh) * 2015-12-22 2017-06-30 韦伯斯特生物官能(以色列)有限公司 用于使工具可视化的坐标***之间的配准
CN106913332A (zh) * 2015-12-22 2017-07-04 韦伯斯特生物官能(以色列)有限公司 探知位置和取向以使工具可视化
CN110960319A (zh) * 2018-09-28 2020-04-07 柯惠有限合伙公司 智能扩展工作通道位置

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA3020805A1 (en) * 2016-04-15 2017-10-19 Xact Robotics Ltd. Devices and methods for attaching a medical device to a subject
EP3791785B1 (en) * 2016-05-03 2023-01-04 St. Jude Medical International Holding S.à r.l. Magnetic field distortion detection and correction in a magnetic localization system
EP3703605B1 (en) * 2018-02-11 2022-02-09 St. Jude Medical International Holding S.à r.l. Mechanical design considerations for table-mounted device used as a sub-assembly in a magnetic tracking system working in conjunction with an x-ray imaging system
US10976148B2 (en) 2018-05-15 2021-04-13 Biosense Webster (Israel) Ltd. Calibration jig for a catheter comprising a position sensor
US11304623B2 (en) 2018-12-25 2022-04-19 Biosense Webster (Israel) Ltd. Integration of medical imaging and location tracking
CN112179258B (zh) * 2020-09-24 2022-07-05 长虹美菱股份有限公司 一种箱体夹具位置检测装置及检测方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101069641A (zh) * 2006-05-11 2007-11-14 韦伯斯特生物官能公司 小轮廓定位垫
CN101125082A (zh) * 2006-08-15 2008-02-20 通用电气公司 多传感器畸变映射方法和***
CN102525471A (zh) * 2010-12-22 2012-07-04 韦伯斯特生物官能(以色列)有限公司 补偿由荧光检查仪产生的磁干扰
CN103519814A (zh) * 2012-07-02 2014-01-22 韦伯斯特生物官能(以色列)有限公司 具有合成孔径mri传感器的导管

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2601459B1 (fr) * 1986-07-08 1988-08-05 Thomson Cgr Fantome de machine de rmn et procede de mesure des caracteristiques d'un champ magnetique utilisant un tel fantome
JPH02159253A (ja) * 1988-12-14 1990-06-19 Hitachi Ltd Ｍｒイメージング装置用フアントム台
JP3506770B2 (ja) * 1994-04-21 2004-03-15 オリンパス株式会社 内視鏡位置検出装置
AU720597B2 (en) * 1996-02-15 2000-06-08 Biosense, Inc. Catheter calibration and usage monitoring system
ES2279540T3 (es) * 1996-05-06 2007-08-16 Biosense Webster, Inc. Calibracion de elemento radiante.
US20080183064A1 (en) * 2007-01-30 2008-07-31 General Electric Company Multi-sensor distortion detection method and system
US7996057B2 (en) * 2007-01-31 2011-08-09 Biosense Webster, Inc. Ultrasound catheter calibration with enhanced accuracy
GB0820839D0 (en) * 2008-11-13 2008-12-24 Renishaw Plc Assessing and/or correcting tomogram errors
US8618795B1 (en) * 2012-06-29 2013-12-31 General Electric Company Sensor assembly for use in medical position and orientation tracking
US10441236B2 (en) * 2012-10-19 2019-10-15 Biosense Webster (Israel) Ltd. Integration between 3D maps and fluoroscopic images

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101069641A (zh) * 2006-05-11 2007-11-14 韦伯斯特生物官能公司 小轮廓定位垫
CN101125082A (zh) * 2006-08-15 2008-02-20 通用电气公司 多传感器畸变映射方法和***
CN102525471A (zh) * 2010-12-22 2012-07-04 韦伯斯特生物官能(以色列)有限公司 补偿由荧光检查仪产生的磁干扰
CN103519814A (zh) * 2012-07-02 2014-01-22 韦伯斯特生物官能(以色列)有限公司 具有合成孔径mri传感器的导管

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106901719A (zh) * 2015-12-22 2017-06-30 韦伯斯特生物官能(以色列)有限公司 用于使工具可视化的坐标***之间的配准
CN106913332A (zh) * 2015-12-22 2017-07-04 韦伯斯特生物官能(以色列)有限公司 探知位置和取向以使工具可视化
CN106913332B (zh) * 2015-12-22 2021-11-26 韦伯斯特生物官能(以色列)有限公司 探知位置和取向以使工具可视化
CN106901719B (zh) * 2015-12-22 2022-03-08 韦伯斯特生物官能(以色列)有限公司 用于使工具可视化的坐标***之间的配准
CN110960319A (zh) * 2018-09-28 2020-04-07 柯惠有限合伙公司 智能扩展工作通道位置

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