电磁场定位

2 电磁跟踪系统的构成
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2.1系统发射源的激磁方式
交流磁场方式采用感应线圈作为传感器，测量信号也
是与发射信号同频率的交流信号，同时提取出交流信号的
幅值。当环境中存在金属物质时，交变磁场会在金属物质 内激起涡流，进而干扰磁场源，影响测量精度。而当交变 磁场的频率越高时，涡流越大。
2 电磁跟踪系统的构成
体内医疗技术之
电磁跟踪技术
蔡成超（6151915007）
目 录
1 跟踪系统介绍
2 电磁跟踪系统的构成
2.1系统发射源的激磁方式
2.2系统发射线圈及其传感器
2.3系统磁场接收单元的选型
1 跟踪系统介绍
位置跟踪技术主要用于捕捉标记点的坐标、方向、动 作等，在虚拟现实、医疗手术导航、计算机视觉图像等应用 领域都起到非常重要的作用。目前常用的位置跟踪技术主要 有五大类：机械跟踪技术、光学跟踪技术、声学跟踪技术、 电磁跟踪技术和惯性位置跟踪技术。
1 跟踪系统介绍
电磁跟踪是一种利用磁场信息获得物体位置和空间姿 态的方法，在生物医学、虚拟现实等应用中具有广泛而重 要的应用，特别是为微创手术医疗器械的实时导航提供了 非常大的便利与帮助，最大限度的避开危险区，减少手术 的创伤和并发症。电磁跟踪技术具有使用方便、精度高、 不受视线阻挡等优点。
1 跟踪系统介绍
其中， B 为磁感应强度，I 为圆环回路电流，dl是导线上任意点 Q (x ,

0 为真空磁导率。 y , z)处切线矢量的微分， r 是点 Q 到待测点 P 的矢量，

2 电磁跟踪系统的构成 2.2系统发射线圈及其传感器数量配置
磁场源阵列法将一组励磁线圈按一定分布规律同向均匀放 置在 xoy 坐标平面内作为磁场发射源，采用分时通电的方法产
感应线圈测量的对象是感应电动势，由公式
在交变的磁场中，已知线圈的匝数N 、面积S ，就能求出与线
圈位置相关的磁场随时间变化率dB/dt，进而求解坐标。
谢 谢！
图1.1
医疗手术导航
图1.2
虚拟现实
2 电磁跟踪系统的构成
一般由磁场发射源、磁场接收单元、数据采集计算单元 三部分组成。在基本单元一致的前提下，不同跟踪方法的主 要区别体现在：磁场发射源的激励方式以及发射线圈和接收 器的数量及配置方式。
2 电磁跟踪系统的构成
系统采用三轴线圈作为发射源，向其中通入交流或直流 脉冲信号，线圈周围会感应出磁场。利用磁传感器探测空间 位置磁场变化，就能反映出传感器与磁场发射源的相对位置 和方向的变化。然后将采集信号根据磁场耦合关系计算处理 就能得出目标的6个自由度。
2 电磁跟踪系统的构成
图2.1 系统结构框图
2 电磁跟踪系统的构成
2.1系统发射源的激磁方式
在磁场发射源的激励方式方面，主要有两种方式：交流磁场（AC 方式）、直流脉冲磁场（DC方式）。直流脉冲磁场方式采用直流的激 励方式，发射源本身需要改变参数时，缺乏控制灵活性，且成本过高， 故应用范围不及交流磁场方式广泛。现介绍交流脉冲磁场方式。
2.2系统发射线圈及其传感器
在磁场源和传感器的数量配置方面有多种方法。其中正交三轴 线圈法最典型。正交三轴线圈法采用正交的三轴线圈作为磁场源，
正交的 3 个磁阻传感器（MR传感器）作为磁场接收器的一种基于
AC 磁场的六自由度电磁跟踪方法，如图 2-2所示。
2 电磁跟踪系统的构成
2.2系统发射线圈及其传感器
2.1系统发射源的激磁方式
因此，激励源不适合采用高频信号，一般激励源频率 为 7k Hz~20k Hz 时，能有效减弱涡流效应的干扰。虽然存
在涡流效应的干扰，但通过改善周围环境，能够将影响降
低到允许范围内，并且交流磁场源信号的参数改变灵活方
便，故而交流磁场方法获得了广泛的应用。
2 电磁跟踪系统的构成
线圈，1个线圈在坐标原点上。这种布局能准确确定被测对象的所
属区域，但却降低了在每一区域内部的位置分辨率。采用布局2方 法，尽量避免对称性，能减少多重解的可能性，提高在每个坐标方 向上的精度。
2 电磁跟踪系统的构成 2.2系统发射线圈及其传感器数量配置
图 2-4 9个发射线圈的布局图
2 电磁跟踪系统的构成 2.3系统磁场接收单元的选型
生信号源，以单一励磁线圈作为磁场接收传感器，如图 2-3 所示。
2 电磁跟踪系统的构成
2.2系统发射线圈及其传感器数量配置
图2-3
发射源采用线圈阵列、传感器采用单线圈的配置图
2 电磁跟踪系统的构成 2.2系统发射线圈及其传感器数量配置
在确定发射线圈个数情况下，分布方式如图2-4所示，在布局1 中，将定位平面划分为4个象限，在每个象限中均匀对称的分布2个
图2-2 正交三轴线圈模型图
2 电磁跟踪系统的构成 2.2系统发射线圈及其传感器数量配置
采用无限远磁偶极子模型，把线圈理想化成满足以下条件的模型: 线圈的线匝都是同轴圆环回路，线圈导线的线径忽略不计，线匝间具 有无限薄的绝缘，所有线匝紧密均匀地缠绕，线圈处于无限大的真空
中。根据毕奥沙伐定律，单个圆环线圈周围产生的磁场为：