磁定位或磁定向中的誤差檢測的製作方法

2023-09-12 10:57:55 2

專利名稱：磁定位或磁定向中的誤差檢測的製作方法
技術領域：
本發明涉及利用磁場來確定物體方位的系統。
探頭可以是磁場源或磁傳感器。如果探頭是源，則利用體外傳感器測量探頭產生的場。如果探頭是傳感器，就利用體外磁源產生被測場。
利用磁場測量確定探頭方位的系統的共有特徵是測量磁場是方位的非線性函數。由於該非線性，就要利用迭代法由測得的磁場值確定探頭的方位。迭代法將推斷出的探頭方位的磁場值與測量值比較。如果被推斷的方位處的磁場值接近測量值，那麼推斷出的探頭方位與實際探頭方位也很接近。
該迭代法利用了探頭環境的物理模型，物理模型規定了每個場源的方位，電動力學定律利用規定的方位確定場值。
發明概述在第一方面中，本發明的特徵在於檢測探頭方位測定失真的方法。該方法包括測量多個磁場值，由最優化函數極值確定探頭位置和探頭方向之一。該測量值由探頭的方位決定；最優化函數由場測量值和場測量值的模型決定。該方法還包括指示響應於屬於預選集合的極值而指示存在測定失真。
在第二方面中，本發明的特徵在於對探頭進行磁定位的系統，該系統包括多個磁場傳感器或源、探頭以及配合接收測量值的處理器。探頭的方位影響磁場測量值。處理器由最優化函數值檢測系統故障或場失真。優化函數取決於場測量值與由物理模型預測的場值之差。
在第三方面中，本發明的特徵在於一種校正方法。該方法包括由磁場測量值建立改變確定探頭方位的失真、確定實際探頭方位並測量取決於該方位的磁場值的條件。該方法還包括找出最優化函數極值並將該極值標記為條件指示值。最優化函數取決於場測量值與從推斷的探頭方位計算出的磁場值之差。
在第四方面中，本發明的特徵在於一種方法。該方法包括測量多個磁場值；評估探頭的方位；為所評估的方位計算磁場值。場測量值是探頭方位的函數。該方法還包括確定誤差函數值，所述誤差函數值取決於場測量值與場計算值之差，並由誤差函數值判斷是否已經發生了測量值的失真。
在第五方面中，本發明的特徵在於一種存儲計算機可執行的用以執行上述方法之一的指令程序的程序存儲裝置。
由說明書、附圖和權利要求將使本發明的其它特徵和優點更加清楚。
詳細描述磁定位測量系統

圖1是利用磁場測量尋找可移動探頭12的方位的系統10的示意圖。可移動探頭12被定位於一容積14內，例如內科病人的體內。系統10還包括多個場源15-20，例如很小的感應線圈，這些場源位於容積14的外部。在其它實施例中還可將場源15-20設置在容積14周圍，而在容積14內設置探頭12。場源15-20由磁場發生模塊22驅動，這些模塊例如交流電源或直流電源。
圖2是系統10的側視圖，以三維方式表示場源15-20和探頭12的方位。每個場源15-20位於正四面體24一邊的中心。將場源15-20的方位確定為使其內部磁矩「m」與四面體24的邊平行。探頭12位於四面體24外部，其方向由測量局部磁場值的傳感器13的法線方向「n」限定。傳感器13可包括單個線圈、多個線圈、霍爾傳感器或磁通選通傳感器，它們能測量磁場通量或磁場差異。
每個源15-20還包括單個或多個磁場線圈。對於具有單個線圈的源15-20，容積14內的磁場是偶極場。對於具有多個線圈的源15-20，容積14中的磁場為極數更高的多極磁場。在一個實施例中，每個源15-20使用兩個法向矢量反向平行的同樣的線圈。該源在容積14內產生四極磁場。四極場的空間變量大於偶極場空間變量，因此對於定位探頭12來說四極場更方便。
其它實施例可以使用主要產生極數更高的多極磁場的場源15-20。
其它實施例可以使用不同數量的場源15-20，或者有差別地對場源15-20定位和取向。
參照圖1和圖2，來自源15-20的磁場在探頭的內部傳感器線圈13內感應電動勢(EMF)。用與探頭12相連的電子模塊26測量該EMF。通過測量EMF，電子模塊26測量出探頭方位12處的局部磁場值。電子模塊26還能識別產生每個測量EMF的各個源15-20。
在一個實施例中，利用測量計時信息識別產生測量場的源15-20。該實施例中，場發生模塊22瞬時將能量多路傳輸給不同的場源15-20，並向電子模塊26傳達計時信息。
在另一實施例中，場發生模塊22以不同頻率驅動每個場源15-20。為了識別測量場的具體源15-20，電子模塊26或計算機28將探頭線圈13的測量EMF分解成頻率成分，測量場的頻率成分與各個場源15-20是相匹配的。
在任一實施例中，電子模塊26輸出幾個與各場源15-20對應的測量磁場B1measured到B6medsured。測得的磁場值B1medsured到B6measured取決於探頭線圈13的三維方位。
電子模塊26將場測量值發送給計算機28。計算機28利用場測量值通過將其與來自下面要描述的物理模型的磁場值作比較米確定探頭的方位。
物理模型是一組物理方程，它作為幾個參量的函數能確定探頭12測得的磁通量。所述參數包括場源15-20的位置、方向以及磁矩；探頭12的位置、方向和靈敏度；以及電子模塊26的特性。矢量(x，y，z)和一對角度(，θ)規定探頭12的傳感器線圈13的三維方位。如果探頭12具有多個非共線線圈，那麼參數可以包括限定探頭12的旋轉方面的另一角度參數ψ。
模型可以將每個源描述為多磁極的，由此傳感器線圈13測量的場是相關的多磁極場，例如偶極或四極場。本領域普通技術人員都知曉描述偶極磁場或四極磁場的物理模型。多極場值取決於每個源15-20的位置、方向和磁矩「m」。磁通量的測量值取決於傳感器線圈13相對場源15-20的位置、尺寸和方向。
物理模型還基於下面有關容積14周圍附近的假設。例如，模型為每個場源15-20的方位假定了預選值，並且沒有其它源或場失真物體。例如沒有其他源或場失真物體。場失真物體30、32例如倒替或新場源的出現會使場值的模型預測失效。當然，因為傳感線圈13測量時間變化磁場，因此能夠消除恆背景場效應。
圖3表示利用磁性測量值尋找可移動探頭42的方位的另一系統40。在該系統40中，場傳感器和源的角色互換。位於觀察容積44內的可移動探頭42是磁場源，例如它是時間相關或時間多元場，外部場傳感器45-50測量探頭42產生的磁場。探頭42與場發生模塊51例如電壓源相連。場傳感器45-50位於四面體41的稜上，通過感應EMF測量磁場或磁場梯度。每個傳感器45-50具有一個或多個被定位成能從不同方向測量場的磁場傳感器。每個傳感器45-50具有被它的一個和多個內部磁場傳感器方向固定的方向「p」。
在另一傳感器中，傳感器45-50的位置、方向和數量可以不同。
電子模塊52監視各場傳感器45-50的EMF。電子模塊52測量感應EMF以尋找磁場值。場測量值被發送給計算機54，計算機利用磁場測量值計算探頭42的方位。
參照圖1-3，系統10和40都測量一組磁通量來獲得一組磁場測量值{Bimeasured}。該組場測量值{Bimeasured}帶有標誌「i」，用於區分與探頭方位相關的不同場測量值。對於系統10和40來說，標誌「i」有六個值，但其它實施例可以測量不同數量的磁場值。
從測量磁通量獲得的該組場測量值{Bimeasured}還具有對探頭的三維方位的非線性相關性。探頭的方位分別由矢量(x，y，z)和一對方位和極化角(，θ)限定。用「測得」的場相關性的物理模型，系統10、40能通過迭代法由相關組的場測量值{Bimeasured}確定探頭方位。
物理模型描述了場傳感器[s]範圍內、例如圖1和3中示出的容積14和44內的預選的磁環境。預選的磁性環境可以包括或不包括附近導體即物體30和32的作用。如果預選環境與實際環境不同，模型將預測出不正確的磁場值。實際環境由於存在場失真物體30、32而有所不同。場失真物體30、32包括支持渦流的導體，例如手術鉗、鐵磁材料、有源磁場源。這些物體的存在能使探頭方位的磁測定無效。
由於模塊22、26、51、52或計算機28、54中的硬體或軟體故障，迭代法也會產生不正確的探頭方位。
失真條件的存在對於系統10、40的使用者來說並不明顯。用戶可能對磁性定位系統的物理原理不熟悉，例如用戶是醫學領域的醫生。為了避免技術不熟悉的用戶出錯，每個系統10、40要檢測有關潛在測量失真條件的出現，並例如通過利用視頻監視器閃爍信息或通過聲音報警信號將上述信息警告給用戶。
圖4表示用於確定探頭方位的迭代法60的流程圖。該方法60利用磁場測量值{Bimeasured}針對探頭方位的確定。方法60由磁場測量值確定圖1-2的探頭12或圖3的探頭42中任何一個的方位。
方法60接收對探頭方位的原始推斷(步驟62)，原始推斷是定義探頭方位的(x，y，z；，θ)參數空間的預選點，該原始推斷是探頭方位的第一接受推斷，該方法由最後接受的推斷作出對探頭方位的新推斷(步驟64)。
用一個程序從最後接受的推斷中找到對探頭方位的每個新推斷。該程序可以使用Levenberg-Marquardt法、神經網絡法、模擬熟練法法、遺傳運算法或者單向法。
Levenberg-Marquardt法作為一種迭代法用於尋找一組測量值與從預選非線性模型方程獲得的一組值之間的最佳配合對於本領域普通技術人員來說是公知的。W.H.Press等人在Cambridge University Press1992的「Numerical Recipes in Cthe Art of Scientific Computing」中描述了Levenberg Marquardt法。
在此，模型方程是一組物理方程Bi＝Bi(x，y，z；，θ)，以探頭方位坐標(x，y，z；，θ)的形式定義磁場值Bi。模型方程源於電動力學物理定律。在一個實施例中，模型方程將每個場源的磁場描述成偶磁極或四磁極。
Levenberg-Marquardt程序通過迭代設法尋找磁場測量值B1measured與由物理模型方程預測的磁場值Bi之間的最佳配合。第N次被接受的匹配推斷與探頭方位坐標(xN，yN，zN；N，θN)相關。Levenberg-Marquardt法利用這些坐標和物理模型方程產生第(N+1)次匹配推斷Bi以及相關的方位坐標(xN+1，yN+1，zN+1；N+1，θN+1)。該第(N+1)次推斷的Levenberg-Marquardt方程包括場Bi的值和根據第N次被接受的匹配推斷估算的場Bi的推導。Levenberg-Marquard法提供迅速產生場測量值Bimeasured和從非線性模型方程獲得的場值Bi之間的最佳匹配的新推斷。
方法60評估探頭方位的每個新推斷的品質。為了確定品質，方法60計算與探頭方位的新推斷相對應的新磁場值，即第(N+1)次推斷的Binew＝Bi(xN+1，yN+1，zN+1；N+1，θN+1)(步驟66)。方法60利用磁場計算值和磁場測量值評估最優化函數(步驟68)。因為最優化函數對場測量值和場計算值之差很靈敏，因此它還被稱為誤差函數。最優化函數的全局極值為探頭的方位定義出「最佳」推斷。
一個實施例利用最小平方和即x2作為最優化函數，最小平方和的極值是最小值。與第N次推斷有關的磁場最小平方和x2(N)的值為以下形式x2(N)＝∑i〔Bimeasured-Bi(xN，yN，zN；N，θN)〕2/σi2總和加到所獲得的單個探頭方位的場測量值集合Bimeasured中的「i」項。σi是與測量值Bimeasured有關的誤差。
方法60判斷新推斷的最優化函數值是否比最後被接受的推斷值更接近極值處的函數值(步驟70)。對於最小平方和來說，極值是最小值，如果x2(N+1)＜x2(N)，新值就更接近最小值。如果新推斷的優化函數值接近極值，方法60就接受對探頭方位的新推斷(步驟72)。如果新推斷的最優化函數值離極值更遠，例如x2(N+1)＞x2(N)，方法60就拒絕新推斷(步驟74)。在接受或拒絕了對探頭方位的新推斷後，方法60為執行迭代的次數增加一個計數(步驟76)。然後，方法60循環返回78尋找探頭方位的更好的新推斷。
方法60輸出最後接受的探頭方位推斷和已執行過的迭代次數計數。某些實施例中，方法60在報告被接受的探頭方位之前執行預選次數的迭代循環尋找更好的推斷。這產生了更接近最優化函數極值的相關值的報告推斷。
圖5是利用磁場測量確定探頭方位的方法80的流程圖。方法80為探頭的方位提供初始推斷(步驟82)。初始推斷可以是預選的固定值或在探頭方位的(x，y，z；，θ)空間內隨機選取的點。對於選定的初始點，方法80執行圖4的迭代法60以獲得對探頭方位的「更好」推斷(步驟84)。「更好」推斷以選定的初始推斷和磁場測量值為基礎。方法80執行若干次方法60的迭代循環，從而獲得「更好」推斷，該推斷更接近方法60中使用的最優化函數的極值。最優化法60提供了最優化函數值例如x2函數值和循環計數，所述循環計數表示為獲得「更好」推斷而執行的迭代次數。
最優化函數值提供了有關對探頭方位的更好推斷的可靠性的數據。隨機測量誤差使最優化函數值落到某一概率分布函數上，所述概率分布函數的形式與磁場測量的物理方程無關。對於最小平方和來說，概率分布函數是公知的x2分布。系統測量誤差也會影響最優化函數值。
最優化函數的極值可以是最大或最小，並能分成若干類。極值可以是局部極值和全局極值。可通過最優化函數的關聯值分辯局部極值與全局極值。對於最小平方和，全局最小值處的最優化函數值小於局部最小值處的函數值。由此，全局最小值和局部最小值與相應的最小平方和低值和高值相關。
極值還對應於磁場測量是失真或不失真的情況。對於最小平方和，不失真測量時全局最小值處的最優化函數值小於失真測量時全局最小值處的最優化函數值。另外，失真測量時全局最小值處的最優化函數值小於局部最小值處的最優化函數值。
於是，極值處的最優化函數值帶有有關用方法60獲得的探頭方位評估的信息，該信息能夠判斷是否存在隨機誤差或系統誤差。極值處最小平方和的值通常是有規律的，最小值對應於場測量沒有失真情況下的全局最小值，中間值對應於場測量存在失真情況下的全局最小值。最高值對應於錯誤和局部最小，此時對探頭方位的評估不可信。
在磁場發生、磁場測量、磁場測量採集或場測量處理時會出現失真。磁場發生時的失真是由於例如源15-50或探頭42的場源故障或例如模塊22或51的場發生模塊故障產生的。磁場測量失真是由於在測量系統附近出現能使時間變化的磁場產生失真的導體或鐵磁體所致。磁場測量採集或處理時的失真是由於例如圖1和3中所示的電子模塊26、53或計算機28、54中的硬體或軟體出現故障所致。
在執行方法80以前，要進行校正以便對最優化函數的極值進行歸類。校正將最優化函數的極值分成三個或更多集合Sio一個集合SG-XD對應於場測量和場測量處理不失真時的最優化函數的真全局極值。另一集合SL對應於錯誤或最優化函數的局部極值。第三集合SG-D對應於場測量和場測量處理失真時的最優化函數的真全局極值。
可由集合SG-ND、SL和SG-D通過集交叉和結合操作形成新的集合。一個集合SND包括僅與場測量和場測量處理不失真時的最優化函數的全局極值相關的函數值。該集合是SND＝SG-ND-(SL∪SG-D)。另一集合SD包括僅與場測量或場測量處理失真時的最優化函數的全局極值相關的函數值。該集合用SD＝SG-D(SL∪SG-ND)定義。另一集合SL0包括僅與錯誤或最優化函數局部極值相關的函數值。該集合用SLO＝SL-(SG-ND∪SG-0)定義。最後，集合SN-D包括僅與最優化函數的全局極值相關的最優化函數值。對於SND-D中的值，場測量或場測量處理可以失真或不失真。該集合用SND-D＝SG-ND∪G-D定義。
在各個實施例中，上述某些集合Si可以是空集。
再次參照圖5，方法80用最優化函數值的校正分類對用迭代法60找到的極值進行分類。方法80判斷每個極值處的最優化函數值是否僅對應於不失真的全局最小值(步驟86)，即值是否屬於SND-D。如果值屬於SND-D，方法80就將對探頭方位的相關「更好」推斷登記為探頭方位(步驟88)。例如，可在計算機顯示屏上顯示出坐標(x，y，z；，θ)的「更好」推斷，以作為對探頭方位的最後評估供用戶觀察。
方法80判斷「更好」推斷的最優化函數值是否對應於出現失真時的全局極值(步驟90)，即該值是否屬於集合SG-D。如果該值屬於SG-D，方法80就向用戶提出警告(步驟92)，另外還登記探頭方位的新推斷以供觀察者觀察(步驟88)。例如，警告可以是供用戶聽或看的聲音信號或計算機顯示器上的閃爍信號。
方法80還判斷最優化函數值是否對應於局部極值，即該值是否屬於集合SL(步驟94)。如果值屬於SND-D，方法80就判斷循環計數(LC)是否大於預選的超時值(LCmax)(步驟96)。如果LC＞LCmax，方法80就產生超時警告(步驟98)。如果LC＜＝LC最大，方法80就循環返回99，產生對探頭方位的更好新推斷，即忽略當前的新推斷。在循環返回99時，方法80例如通過在探頭的(x，y，z；，θ)坐標空間內隨機選擇新點為探頭方位選擇新的初始值。選擇新初始推斷以便使方法60接著產生「全局」極值的更好推斷的其它方法對本領域普通技術人員來說是公知的。
在某些實施例中，方法80在產生存在失真的警告後設法獲得對探頭方位的更好推斷。例如，如果場測量的次數大於參數數加1，方法80就通過放棄一個場測量值Bimeasured並重複方法80來產生更好的推斷。如果失真僅影響到放棄的場值，則放棄該失真值將產生通過方法80對探頭方位的更好評估。由於在一個場傳感器附近出現導體或由於一個傳感器中的硬體故障，就會使一個場測量失真。
方法80的一些實施例以不同方式處理屬於集合SG-ND、SL和SG-D中的一個以上集合的重複極值。對於既在SL中又在SG-D中的極值，該方法給出警告(步驟90)，指示所推斷的探頭方位(步驟88)，並通過為探頭方位的新初始推斷重複步驟82和84來設法尋找不重複的極值。對於屬於SL-SLO的極值，該方法產生將該極值確定為重複的警告，然後重新為探頭方位選擇初始推斷，並重新執行方法60，以試圖找到不屬於SL-SLO的值。當然，諸如SL-SLO的重複子集也可以是空集。
磁定位系統的校正圖6是找出極值處的最優化函數值以確定集合SG-ND與SL的從屬關係的校正方法100的流程圖。如果圖4的迭代法產生了真全局極值，通過方法60找到的探頭方位就會與探頭的實際方位緊密相符。如果圖4的迭代法產生錯誤或最優化函數的局部極值，那麼方法60找到的探頭方位就不能與探頭的實際方位緊密相符。
為了實施校正，方法100將探頭定位於選定方位(步驟102)。在校正過程中，探頭安裝在能進行移動以便將已選定了方位的探頭定位的機械定位架(未示出)上。機械定位架由不會使磁場失真的材料製成，並提供對選定的探頭實際位置和方向分開的測量。分開測量可以是光學測量或機械測量。方法100測量對應於選定探頭方位的一組磁場值(步驟104)。
方法100為最優化方法60選擇探頭方位的初始推斷(步驟106)。方法100由場測量值和初始推斷執行圖4的迭代優化程序60，以獲得探頭方位的更好推斷值(步驟108)。最優化程序60還提供與探頭方位的更好推斷相對應並且是極值處的最優化函數值的最優化函數值。
方法100將探頭方位的更好推斷與其實際坐標進行比較，以判斷這兩個坐標是否都對應於接近點(步驟110)。如果探頭坐標的更好推斷(xN，yN，zN；N，θN)與實際值(x，y，z；，θ)彼此分量對分量地落在預選範圍內，則這些值是接近的。如果更好推斷與實際坐標接近，方法100就將最優化函數的對應值標記為屬於SG-ND的值(步驟112)。如果更好推斷與實際探頭坐標不接近，方法100就將最優化函數的對應值標記為屬於SL的值(步驟114)。
為了對每個極值處的最優化函數值進行分類，方法100返回116並對探頭方位的其它初始推斷重複步驟106-114。例如，通過在(x，y，z；，θ)空間內隨機選取點，這些不同初始推斷的重複操作均勻地覆蓋了可能的探頭坐標的整個(x，y，z；，θ)空間。
方法100還為其它實際探頭方位的選擇重複極值處最優化函數值的分類。例如，這些對其它實際探頭方位的重複操作利用隨機選取的點均勻地覆蓋了參數空間(x，y，z；，θ)的代表性部分。該代表性部分可以是通過對稱旋轉與一部分空間相關的整個空間(x，y，z；，θ)的另一部分。
這些重複可以產生屬於SG-ND和/或SL的最優化函數值的不同極值。對於最小平方和，最優化函數在全局最小值即有或沒有測量失真處的值小於局部最小處的值。
圖7是用於找出屬於SG-D的最優化函數值的校正方法120的流程圖。SG-D的值對應於失真影響到圖4的方法60時產生的最優化函數極值。對於影響磁場測量或磁場測量處理的每種失真，可以分開執行方法120。失真可由附近導體或鐵磁物體、附近場源、傳感器硬體故障、場源硬體/軟體故障和/或軟體測量處理故障引起。
方法120以物理方式為系統10或40創設選定的失真類型(步驟122)。例如，失真創設包括如圖1所示將一對導電剪置於容積14內或使電子模塊16內的硬體發生故障。在建立了失真條件後，方法120利用機械定位架將探頭定位，同時接收探頭的實際方位值(步驟124)。該方法還測量磁場值Bi』，這些磁場值取決於探頭的實際方位(步驟126)。方法120還為探頭的方位選擇初始推斷(步驟128)。
方法120利用圖4的迭代法由場測量值和所選擇的初始推斷獲得對探頭方位的更好推斷(步驟130)。迭代法60返回與每個更好推斷對應的最優化函數的相關極值。方法120判斷新值是否優於其它的最優化函數極值(步驟132)，這些極值是由對探頭方位的不同初始推斷產生的。對於最小平方和來說，最佳極值是最小值。
如果新值優於與早期接受的推斷相關的值，方法120就將該新值標記為全局極值處的最優化函數值，即標記為SG-D的元素(步驟134)。屬於SG-D的最優化函數值指示出現失真。如果新值不能優於與早期被接受的推斷相關的最優化函數值，方法120就忽略新值，將其作為與錯誤或與局部極值對應的值(步驟136)。在完成了極值分類後，方法120返回138、140，通過為探頭方位選擇不同的初始推斷，重複尋找其它極值處的最優化函數值。探頭方位的各種初始推斷的最佳極值提供SG-D中的值。
另外該方法還重複尋找SG-D中不同的探頭實際方位的最優化函數值。對於每個實際方向和位置，都可產生SG-D中的最優化函數極值。類似地，失真物體例如圖1的物體30、32的不同位置產生不同的最優化函數極值，這些值都屬於SG-D。
在某些實施例中，不同類型失真的最優化函數極值也是可以分辨的。這些可分辨的極值落在不同範圍內。在這些實施例中，對於不同類型的失真要分開執行校正方法120，以獲得每種單獨失真類型的最優化函數極值範圍。圖5的方法80利用極值對失真類型進行分類，例如硬體故障、軟體故障或附近導體。
圖8表示由磁場測量確定探頭方位並指示測定出現失真的計算機142。計算機142可以是圖1的計算機28或圖3的計算機54的實施例。
計算機142從與電子模塊146的輸出相連的線路144接收有關磁場測量值的數據。模塊146分別是圖1和圖3的模塊26或模塊52。計算機142根據圖4和5的方法60和80處理數據，確定探頭方位，並確定測定有無失真。計算機142將測定結果顯示在顯示屏148上。
計算機142具有用於存儲可執行程序和數據的有源存儲媒體150和用於從存儲媒體154例如磁碟或光碟讀取可執行程序的驅動器152。媒體150、152能夠存儲方法60和80的供計算機142執行的指令程序。
其它實施例都在下述權利要求的範圍內。
權利要求
1.一種用於檢測探頭方位測定中的失真的方法，其包括測量多個磁場值，該測量值取決於探頭位置和探頭方向；由最優化函數極值確定探頭位置和探頭方向之一，所述函數取決於場測量值與來自模型的場值之差；以及響應於屬於與出現失真相關的預選值範圍的極值而指示存在測定失真。
2.根據權利要求1所述的方法，進一步包括響應屬於另一預選值範圍的極值而為探頭位置和探頭方向之一提供預測值。
3.根據權利要求2所述的方法，響應於極值與函數的全局極值不對應而重新進行確定以尋找另一極值。
4.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於預選值範圍對應於函數的全局極值。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於確定過程包括推斷探頭的方位；由模型計算與推斷的方位相關的磁場值；以及由計算值和測量值評估新的最優化函數值。
6.根據權利要求5所述的方法，進一步包括響應新值比早期的函數計算值離函數極值更遠而拒絕所推斷的方位。
7.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於最優化函數是場測量值和場計算值的最小平方和。
8.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於另一預選範圍對應於最優化函數的全局最小值。
9.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於預選範圍包括與最小平方函數的全局最小值對應的值。
10.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於指示行為響應於由於附近導體導致測量磁場出現無源失真。
11.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於指示行為響應於由於附近場源導致測量磁場出現有源失真。
12.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於指示行為響應於用於處理來自場傳感器的數據的硬體和軟體之一出現故障。
13.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於指示行為響應於控制場源的硬體和軟體之一出現故障。
14.根據權利要求1所述的方法，進一步包括放棄一個場測量值；以及響應於發現存在失真而由剩餘的場測量值重新確定探頭位置和探頭方向之一。
15.一種磁定位探頭的系統，包括多個磁場傳感器和多個磁場源之一；其方位影響磁場測量值的探頭；以及配合接收磁場測量值和通過評估最優化函數檢測系統故障和場失真之一的處理器；所述最優化函數取決於場測量值與由物理模型預測的場值之差。
16.根據權利要求15所述的系統，其特徵在於處理器由場測量值確定探頭位置。
17.根據權利要求15所述的系統，其特徵在於處理器尋找最優化函數的極值。
18.一種校正方法，包括建立由測量場確定探頭方位的失真的條件；確定實際的探頭方位；測量取決於方位的磁場值；尋找最優化函數的極值，所述最優化函數取決於場測量值與根據模型和推斷的探頭方位計算出的場值之差；以及將極值標記為條件表示值。
19.根據權利要求18所述的方法，進一步包括響應極值是局部極值而拒絕該極值。
20.根據權利要求18所述的方法，其特徵在於尋找包括選擇探頭方位的初始推斷；由模型計算出與初始推斷相關的磁場值；以及由磁場計算值和磁場測量值評估最優化函數新值。
21.根據權利要求18所述的方法，其特徵在於條件是電子模塊和軟體之一出現故障，所述軟體處理有關從一個或多個場傳感器接收的磁場值的數據。
22.根據權利要求18所述的方法，其特徵在於條件是出現了非來自模型的磁場源。
23.根據權利要求18所述的方法，其特徵在於條件是出現了導體和鐵磁體之一。
24.根據權利要求18所述的方法，進一步包括對第二種類型的條件重複建立條件、確定、測量、尋找和標記的行為。
25.根據權利要求19所述的方法，其特徵在於標記行為區分有關極值的至少兩種條件。
26.一種存儲計算機可執行指令的程序存儲媒體，所述指令讓計算機接收代表取決於探頭方位的磁場測量值的數據；由最優化函數的極值確定探頭位置和探頭方向之一，所述函數取決於場測量值與來自模型的場值之差；以及響應極值屬於與存在失真相關的預選範圍而指示出現測定失真。
27.根據權利要求26所述的媒體，指令還讓計算機響應極值屬於另一預選值範圍而為探頭位置和探頭方向之一提供預測值。
28.根據權利要求27所述的媒體，指令進一步讓計算機響應在先找到的極值與最優化函數全局極值不對應而尋找函數的另一極值。
29.根據權利要求27所述的媒體，其特徵在於預選集合的值對應於函數的全局極值。
30.根據權利要求27所述的媒體，其特徵在於確定指令讓計算機推斷探頭的方位；由模型計算與推斷方位相關的磁場值；以及由計算值和測量值計算最優化函數的新值。
31.根據權利要求30所述的媒體，指令進一步讓計算機響應新值比早期的函數計算值離函數極值更遠而拒絕推斷的方位。
32.根據權利要求27所述的媒體，其特徵在於最優化函數是場測量值與場計算值的最小平方和。
33.根據權利要求32所述的媒體，其特徵在於另一預選範圍對應於最小平方函數的全局最小值。
34.根據權利要求30所述的媒體，其特徵在於預選範圍包括與最優化函數的全局極值對應的值。
35.根據權利要求26所述的媒體，其特徵在於讓計算機指示響應出現了由附近導體引起的測量磁場失真。
36.根據權利要求26所述的媒體，其特徵在於讓計算機指示響應處理來自場傳感器的數據的硬體和軟體之一出現故障。
37.一種方法，其包括測量多個磁場值，這些磁場值是探頭方位的函數；評估探頭的方位；計算被評估的方位的磁場值；計算誤差函數值，該函數值取決於場測量值與場計算值之差；以及由誤差函數值確定是否已經發生測量值失真。
38.根據權利要求37所述的方法，其特徵在於誤差函數值與誤差函數的極值相關聯。
39.根據權利要求37所述的方法，進一步包括響應誤差函數值與全局極值對應而指示所評估的位置是探頭位置。
40.根據權利要求37所述的方法，其特徵在於誤差函數是最小平方和。
41.根據權利要求37所述的方法，其特徵在於確定行為響應於由導體與鐵磁體之一引起場失真。
42.根據權利要求37所述的方法，其特徵在於確定行為響應於場源、場傳感器、以及處理來自傳感器的數據的裝置發生故障。
43.根據權利要求37所述的方法，進一步包括放棄一個場測量值；以及響應於判定出現了失真而由剩餘的場測量值重新確定探頭位置和探頭方向之一。
44.根據權利要求37所述的方法，進一步包括對評估、計算磁場值以及計算誤差函數值進行迭代，以找到更接近誤差函數極值的函數值；以及其中確定是否已經發生測量值失真基於誤差函數的確定值更接近於極值。
45.一種存儲計算機可執行指令的程序存儲媒體，所述指令讓計算機評估探頭的方位；計算被評估的方位的磁場值；計算誤差函數值，該函數取決於場計算值與場測量值之差，場測量值取決於探頭的方位；以及由誤差函數值確定是否已經發生場測量值失真。
46.根據權利要求45所述的媒體，其特徵在於誤差函數值與誤差函數的極值相關。
47.根據權利要求45所述的媒體，其特徵在於指令進一步讓計算機響應於全局極值而指示所評估的位置就是對應於誤差函數值的探頭位置。
48.根據權利要求45所述的媒體，其特徵在於誤差函數是最小平方和。
49.根據權利要求45所述的媒體，其特徵在於確定指令響應於由導體和鐵磁體引起場失真。
50.根據權利要求45所述的媒體，其特徵在於確定指令響應於源場、場傳感器和傳感器數據的處理單元之一出現故障。
51.根據權利要求37所述的媒體，指令還讓計算機對評估、計算磁場值以及計算誤差函數值進行迭代，以尋找更接近誤差函數極值的函數值；以及其中確定是否已經發生測量值失真的指令基於確定誤差函數的確定值更接近極值。
全文摘要
一種檢測磁位置或方向測定中的失真的方法。該方法包括測量多個磁場值，由最優化函數的極值確定探頭位置(12)和探頭方向之一。測量值取決於探頭位置(12)和方向。最優化函數取決於場測量值和由模型計算的場值。該方法還包括指示響應於屬於預選範圍的極值而存在測定失真。
文檔編號G01R33/00GK1427955SQ01808978
公開日2003年7月2日 申請日期2001年4月6日 優先權日2000年4月7日
發明者斯特凡·R·基爾希, 克裡斯蒂安·J·席林 申請人:北方數位化技術公司