本發(fā)明整體涉及磁跟蹤系統(tǒng)，并且具體地，涉及消除由所述系統(tǒng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)中的干擾。

背景技術(shù)：

尤其是在鼻竇手術(shù)中，外科手術(shù)中的器械的定位為至關(guān)重要的，因?yàn)楦]鄰近敏感特征結(jié)構(gòu)，諸如腦神經(jīng)和視神經(jīng)。用于有利于此類器械的定位的各種方法在專利文獻(xiàn)中為已知的。

例如，授予goldfarb等人的美國(guó)專利申請(qǐng)2012/0265094描述了一種可用于有利于導(dǎo)絲的經(jīng)鼻插入和定位的方法，該專利申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容以引用方式并入本文。該方法涉及經(jīng)由內(nèi)窺鏡直接觀察導(dǎo)絲。

授予jenkins等人的美國(guó)專利申請(qǐng)2012/0078118描述了一種照明導(dǎo)絲裝置，該專利申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容以引用方式并入本文。該公開(kāi)內(nèi)容聲明該裝置可用于提供透照，并且可有利于靶解剖結(jié)構(gòu)的可視化。

授予ashe的美國(guó)專利6,246,231描述了一種磁場(chǎng)位置和取向測(cè)量系統(tǒng)，該專利的公開(kāi)內(nèi)容以引用方式并入本文。該系統(tǒng)被聲明容納、限制和重新導(dǎo)向來(lái)自一個(gè)或多個(gè)發(fā)生器的磁場(chǎng)，使得在通常存在金屬物體的區(qū)域中，該場(chǎng)在操作容積之外的區(qū)域中被衰減。

以引用方式并入本專利申請(qǐng)的文獻(xiàn)將被視為本專利申請(qǐng)的整體部分，不同的是如果在這些并入的文獻(xiàn)中定義的任何術(shù)語(yǔ)與在本說(shuō)明書(shū)中明確或隱含地給出的定義在某種程度上相沖突，則應(yīng)只考慮本說(shuō)明書(shū)中的定義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施方案提供了一種設(shè)備，包括：

鐵磁片；

至少一個(gè)輻射器，所述至少一個(gè)輻射器安裝在鐵磁片附近并且配置成將磁場(chǎng)輻射到其鄰近區(qū)域中；和

熱絕緣的固體片，所述熱絕緣的固體片安裝在鐵磁片與所述至少一個(gè)輻射器之間以便阻止熱能從所述至少一個(gè)輻射器傳輸?shù)借F磁片。

在本發(fā)明所公開(kāi)的實(shí)施方案中，固體片具有不超過(guò)0.7w·m^-1·k^-1的熱導(dǎo)率。

在另一個(gè)本發(fā)明所公開(kāi)的實(shí)施方案中，固體片包括木材。

在另一個(gè)本發(fā)明所公開(kāi)的實(shí)施方案中，固體片包括碳纖維片。

在另選的實(shí)施方案中，鐵磁片包含鍍鋅鐵。

在另一個(gè)另選的實(shí)施方案中，鐵磁片包括具有小于2奧斯特的矯頑磁力的軟磁材料。

在另一個(gè)另選的實(shí)施方案中，磁場(chǎng)導(dǎo)致鐵磁片以不飽和方式操作。

通常，所述至少一個(gè)輻射器包括在鐵磁片中產(chǎn)生線圈的磁映像的線圈，并且鐵磁片與所述至少一個(gè)輻射器之間的距離被設(shè)定成使得磁映像輻射具有磁場(chǎng)的小于0.1％的失真的映像磁場(chǎng)。

熱絕緣的固體片可包括位于該片中的穿孔。

所述設(shè)備可包括具有傳感器的侵入式探頭，所述傳感器響應(yīng)于磁場(chǎng)而產(chǎn)生指示探頭的相對(duì)于所述至少一個(gè)輻射器的位置的信號(hào)。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，還提供了一種方法，包括：

提供鐵磁片；

將至少一個(gè)輻射器安裝在鐵磁片附近并且配置所述至少一個(gè)輻射器用于將磁場(chǎng)輻射到其鄰近區(qū)域中；以及

將熱絕緣的固體片安裝在鐵磁片與所述至少一個(gè)輻射器之間以便阻止熱能從所述至少一個(gè)輻射器傳輸?shù)借F磁片。

結(jié)合附圖，根據(jù)下文對(duì)本公開(kāi)的實(shí)施方案的詳細(xì)說(shuō)明，將更全面地理解本公開(kāi)，其中：

附圖說(shuō)明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的竇外科手術(shù)系統(tǒng)的示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于圖1的系統(tǒng)中的磁輻射器組件的示意性透視圖；并且

圖3為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的組件的示意性分解橫截面圖。

具體實(shí)施方式

概述

磁跟蹤系統(tǒng)為跟蹤領(lǐng)域熟知的，其中磁場(chǎng)被輻射到容積內(nèi)并且該場(chǎng)在位于該容積中的磁傳感器中感應(yīng)信號(hào)。來(lái)自傳感器的信號(hào)可用于跟蹤該容積中的傳感器的位置。此類系統(tǒng)通常用于跟蹤外科手術(shù)中所用的侵入式探頭的方位和取向，尤其是在其他跟蹤形式(諸如利用內(nèi)窺鏡進(jìn)行觀察)為不便的或甚至不可能的情況下。

然而，尤其在外科手術(shù)情況下，該系統(tǒng)易于產(chǎn)生誤差，因?yàn)橛糜诟櫟拇艌?chǎng)可因該容積內(nèi)或甚至極其靠近該容積的金屬物體的存在和/或引入而改變。由于磁場(chǎng)為交變的，因此誤差可由鐵磁或非鐵磁金屬引起，因?yàn)樵诤笳咧懈袘?yīng)的渦電流改變磁場(chǎng)。在外科手術(shù)情況下，誤差引入可產(chǎn)生危險(xiǎn)問(wèn)題，因?yàn)橛糜谇秩胧绞中g(shù)的工具的位置中的甚至1mm的誤差可導(dǎo)致可能悲劇性的后果。

本發(fā)明的實(shí)施方案提供了一種磁跟蹤組件，所述磁跟蹤組件可基本上不受金屬引入的影響。所述組件包括安裝在至少一個(gè)輻射器(通常為保持在一個(gè)框架中的多個(gè)輻射器)附近的鐵磁片。輻射器將磁場(chǎng)輻射到鐵磁片附近的區(qū)域內(nèi)。熱絕緣的固體片安裝在輻射器與鐵磁片之間，以便阻止熱能從輻射器傳輸?shù)借F磁片。

鄰近輻射器安裝鐵磁片可降低由外來(lái)金屬引入到輻射器對(duì)側(cè)的片的側(cè)面而產(chǎn)生的對(duì)輻射磁場(chǎng)的不利影響。然而，在操作中，輻射器產(chǎn)生熱，并且在不存在獨(dú)立的熱絕緣片的情況下，熱傳輸?shù)借F磁片，使其溫度升高，并且由此改變其特性。特性的改變通過(guò)例如導(dǎo)致所述組件的校準(zhǔn)變得無(wú)效而不利地影響所述組件的操作。

在輻射器和鐵磁片之間安裝熱絕緣片阻止輻射器產(chǎn)生的熱傳輸?shù)借F磁片，使得鐵磁片的溫度在輻射器的操作期間保持基本上恒定。通過(guò)保持鐵磁片的溫度基本上恒定，該片的特性保持不變，使得所述組件的操作不受影響。

系統(tǒng)描述

現(xiàn)在參考圖1，其為竇外科手術(shù)系統(tǒng)20的示意圖，參考圖2，其為用于該系統(tǒng)中的磁輻射器組件24的示意性透視圖，并參考圖3，其為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的組件的示意性分解橫截面圖。以舉例的方式并且為清楚可見(jiàn)，在下述描述中，外科手術(shù)系統(tǒng)20被假定用于對(duì)患者22執(zhí)行的鼻竇手術(shù)，使得在這種情況下，磁輻射器組件24在手術(shù)之前被定位在患者的頭部之下以及支撐患者的床25之上。然而，用于對(duì)患者22執(zhí)行的其他侵入式手術(shù)的組件24的另選位置和其他構(gòu)型對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言將顯而易見(jiàn)，并且全部此類位置和構(gòu)型被假定為涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

下文更詳細(xì)描述的組件24包括磁場(chǎng)輻射器26，所述磁場(chǎng)輻射器26將交變正弦磁場(chǎng)發(fā)射到患者22的頭部所處的區(qū)域30內(nèi)。在手術(shù)期間，將探頭28經(jīng)由患者的鼻孔插入患者的竇內(nèi)，所述探頭28包括位于其遠(yuǎn)側(cè)端部34處的磁傳感器32。一旦組件24已被校準(zhǔn)，響應(yīng)于與磁場(chǎng)的相互作用而在傳感器中感應(yīng)的信號(hào)就使得遠(yuǎn)側(cè)端部34的方位能夠在患者內(nèi)被跟蹤。由biosensewebster(diamondbar,ca)生產(chǎn)的系統(tǒng)使用類似于本文所述的系統(tǒng)來(lái)找到線圈在磁場(chǎng)所輻射區(qū)域中的位置和取向。

包括輻射器26的系統(tǒng)20的元件可由系統(tǒng)處理器40控制，所述系統(tǒng)處理器40包括與一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器通信的處理單元。處理器40可安裝在控制臺(tái)50中，所述控制臺(tái)50包括操作控制件58，所述操作控制件58通常包括小鍵盤和指向裝置，諸如鼠標(biāo)或軌跡球?？刂婆_(tái)50經(jīng)由纜線60連接到輻射器，并且還連接到系統(tǒng)20的其他元件，諸如探頭28的近側(cè)端部52。醫(yī)師54在執(zhí)行手術(shù)時(shí)使用操作控制件來(lái)與處理器進(jìn)行交互，并且處理器可在顯示屏56上呈現(xiàn)由系統(tǒng)20產(chǎn)生的結(jié)果。

處理器40使用存儲(chǔ)在處理器的存儲(chǔ)器中的軟件來(lái)操作系統(tǒng)20。例如，軟件可以電子形式通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載到處理器40，或者作為另外一種選擇或除此之外，軟件可被提供和/或存儲(chǔ)在非臨時(shí)性有形介質(zhì)(諸如磁存儲(chǔ)器、光學(xué)存儲(chǔ)器、或電子存儲(chǔ)器)上。

處理器40使用軟件(除了別的以外)來(lái)操作組件24的磁輻射器26。如上所述，輻射器將不同頻率的正弦交變磁場(chǎng)發(fā)射到區(qū)域30(包括患者22的頭部)中，并且來(lái)自輻射器的場(chǎng)在傳感器32中感應(yīng)信號(hào)。處理器分析信號(hào)，以導(dǎo)出傳感器和因此探頭28的遠(yuǎn)側(cè)端部的位置和取向值，所述位置和取向值是相對(duì)于由組件限定的參照系測(cè)量的。

為了適應(yīng)患者頭部在手術(shù)期間的運(yùn)動(dòng)，將一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)傳感器(未示于附圖中)固定到患者的頭部，并且處理器40利用來(lái)自這些“頭部”傳感器來(lái)導(dǎo)出患者頭部的位置和取向值。頭部傳感器限定患者頭部的參照系，并且處理器配置成利用頭部傳感器信號(hào)來(lái)配準(zhǔn)兩個(gè)參照系，使得探頭遠(yuǎn)側(cè)端部的位置和取向相對(duì)于患者頭部為已知的。

在現(xiàn)有技術(shù)磁跟蹤系統(tǒng)中，由現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的輻射器產(chǎn)生的磁場(chǎng)可受到輻射器附近的或輻射器正輻射其場(chǎng)的區(qū)域附近的外來(lái)鐵磁材料和非鐵磁材料的存在、引入、或移除的影響。本發(fā)明的實(shí)施方案通過(guò)將輻射器結(jié)合到組件24內(nèi)顯著地降低了外來(lái)材料對(duì)輻射器26的磁場(chǎng)的影響。

組件24包括鐵磁片70，所述鐵磁片70具有由“a”表示的厚度并且通常包括“軟”磁材料，所述“軟”磁材料具有高初始磁導(dǎo)率和低于或等于2奧斯特的低矯頑磁力。在一個(gè)實(shí)施方案中，a＝2mm并且鐵磁片包括具有數(shù)千的磁導(dǎo)率和約2奧斯特的矯頑磁力的鍍鋅鐵片。發(fā)明人相信其他高初始磁導(dǎo)率/低矯頑磁力鐵磁材料為適用于片70的材料。片70的厚度“a”的值的典型范圍介于1mm和5mm之間，但在一些實(shí)施方案中，片70具有該范圍之外的厚度。鐵磁片70具有上表面76。

輻射器26被結(jié)合到框架72中，所述框架72通常具有馬蹄形形狀以用于針對(duì)患者22的頭部的手術(shù)。如圖3所示，框架72被假定為具有由“c”表示的厚度，并且輻射器26的中心被假定為距框架的基部74的距離為“d”。馬蹄形形狀適配在患者的頭部周圍同時(shí)使得輻射器26能夠被布置成鄰近患者，并且同時(shí)仍然允許患者的頭部倚靠在床25上。用于患者22的不同部分(例如，患者的心臟上)上的侵入式手術(shù)的框架72的另選形狀對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言將顯而易見(jiàn)，并且全部此類形狀被假定為涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

框架72通常由電絕緣體形成，例如，聚碳酸酯材料?？蚣芡ǔ＞哂械团蛎浵禂?shù)和高剛度，因?yàn)槿缦滤?，一旦框架中的輻射器與鐵磁片之間的距離已被設(shè)定，該距離就應(yīng)盡可能地保持恒定。在一個(gè)實(shí)施方案中，框架72由兩個(gè)獨(dú)立的半塊構(gòu)成，每個(gè)半塊均具有馬蹄形形狀。兩個(gè)獨(dú)立的半塊允許輻射器26插入半塊中的一個(gè)內(nèi)。一旦輻射器已插入并且連接到驅(qū)動(dòng)纜線60，就將兩個(gè)半塊連接在一起，使得輻射器26被完全包封在框架中。在本發(fā)明所公開(kāi)的實(shí)施方案中，框架72具有約35cm的總寬度，約40cm的總長(zhǎng)度，和約3cm的厚度(圖3中的“c”)。

存在五個(gè)輻射器26，每個(gè)輻射器均包括具有互相正交的軸的一組三個(gè)線圈。與使用較少(例如三個(gè))輻射器相比，使用五個(gè)輻射器改善了由組件24確定的位置的精確性。在一個(gè)實(shí)施方案中，線圈纏繞在具有50mm寬度×50mm長(zhǎng)度×23mm深度的維度的矩形空心線軸上；該線軸通常居中設(shè)置在框架72內(nèi)，使得圖3中的“d”(輻射器的中心距框架的基部的距離)為約1.5cm。在上文提及的一個(gè)實(shí)施方案中，輻射器連接到驅(qū)動(dòng)纜線60，并且隨后插入如上所述的框架72內(nèi)。

給定輻射器26中的每個(gè)線圈可被處理器40以該線圈特有的頻率進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。通常，線圈被驅(qū)動(dòng)的頻率為約20khz，但可使用其他驅(qū)動(dòng)頻率。如上所述，輻射器在傳感器32中感應(yīng)對(duì)應(yīng)頻率的信號(hào)，并且輻射器26中的每個(gè)線圈的特有頻率使得處理器能夠識(shí)別輻射器的哪個(gè)線圈正在傳感器中產(chǎn)生對(duì)應(yīng)信號(hào)。

在本發(fā)明的實(shí)施方案中，從輻射器26到面76的距離被設(shè)定成使得給定線圈在該片處的磁場(chǎng)h從不使該片飽和。即，鐵磁片70以不飽和方式操作。

來(lái)自輻射器26中的給定線圈的交變磁場(chǎng)在鐵磁片70中感應(yīng)線圈的相應(yīng)磁映像，并且磁映像繼而充當(dāng)磁場(chǎng)輻射器。由于片70在其b-h曲線的不飽和區(qū)域中進(jìn)行操作(b為磁場(chǎng)并且h為磁化場(chǎng))，因此相比于來(lái)自輻射器26的交變輻射，基本上沒(méi)有失真引入到來(lái)自磁映像的交變輻射內(nèi)。因此，來(lái)自輻射器26的正弦交變輻射導(dǎo)致片70中的磁映像發(fā)射不失真的正弦輻射磁場(chǎng)。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)于任何給定的輻射器線圈及其映像而言，兩個(gè)正弦場(chǎng)疊加得到復(fù)合正弦場(chǎng)，所述復(fù)合正弦場(chǎng)具有位于輻射器線圈及其映像的位置中間的復(fù)合源位置。從輻射器26到片70的距離通常被設(shè)定在1cm-5cm的范圍內(nèi)，但該范圍之外的距離為可以的。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，如上所述，該距離被設(shè)定成使得給定線圈在片處的磁化場(chǎng)h將小于0.1％的失真引入來(lái)自映像的正弦場(chǎng)輻射內(nèi)。

一旦該距離被設(shè)定，就可執(zhí)行上文提及的組件24的校準(zhǔn)。校準(zhǔn)產(chǎn)生(除了別的以外)每個(gè)線圈及其映像的復(fù)合源位置的相應(yīng)方位。然而，發(fā)明人已確定組件24的校準(zhǔn)取決于鐵磁片70的溫度，并且相信情況就是如此，因?yàn)槠?0的磁特性取決于片的材料，并且還取決于片的溫度。

在本發(fā)明所公開(kāi)的實(shí)施方案中，每個(gè)輻射器26在其線圈被處理器40驅(qū)動(dòng)時(shí)所耗散的功率為約30w。該功率的大部分以熱能進(jìn)行耗散，在不存在熱絕緣片80的情況下所述熱能繼而因輻射器鄰近鐵磁片而導(dǎo)致片70的溫度升高。

發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，將熱絕緣的固體片80(在本文也稱為絕緣片80)引入到輻射器26和鐵磁片70之間顯著降低由鐵磁片吸收的熱能，由此實(shí)際上消除了因輻射器的操作而引起的片的溫度的任何變化。上文提及的校準(zhǔn)因此保持有效。絕緣片80被假定為具有“b”的厚度。絕緣片可被定位成使得框架24接觸該片的一面，并且鐵磁片70接觸該片的另一面。在這種情況下，因此在輻射器26的中心和鐵磁片70的上表面76之間存在d+b的距離。

在一個(gè)實(shí)施方案中，絕緣片80由具有約0.1w·m^-1·k^-1的熱導(dǎo)率的木材形成，并且該片具有b＝3mm的厚度。在另選的實(shí)施方案中，絕緣片80由具有0.7w·m^-1·k^-1的熱導(dǎo)率的碳纖維片形成，并且該片具有b＝2mm的厚度。如果，如上所舉例說(shuō)明的，d＝1.5cm，則距離d+b對(duì)于木材而言為1.8cm并且對(duì)于碳纖維片而言為1.7cm。

絕緣片80用于阻止熱能從輻射器26傳輸?shù)借F磁片70。在一些實(shí)施方案中，片80由一個(gè)或多個(gè)孔82(圖2和圖3)進(jìn)行打孔。這些孔充當(dāng)良好的熱絕緣體，因?yàn)樵谶@些孔內(nèi)基本上不存在對(duì)流。

發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，將鐵磁片70定位在發(fā)生器26下方顯著地降低上文提及的引入的外來(lái)材料對(duì)區(qū)域30中的磁場(chǎng)的影響。

應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施方案以舉例的方式引用，并且本發(fā)明并不限于上文具體示出并描述的內(nèi)容。相反，本發(fā)明的范圍包括上述各種特征的組合和亞組合以及它們的變化形式和修改形式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀上述說(shuō)明時(shí)將會(huì)想到所述變化形式和修改形式，并且所述變化形式和修改形式并未在現(xiàn)有技術(shù)中公開(kāi)。