植入磁體距離確定本申請要求2014年10月24日提交的美國臨時專利申請61/895,070的優先權，通過引用將其整體合并于此。技術領域本發明涉及可植入醫療設備，而且具體地，涉及估計這樣的設備中的磁性元件的位置。

背景技術：
諸如中耳植入體(MEI)和耳蝸植入體的一些可植入醫療系統在可植入部件和外部部件中采用附接磁體以將該外部部件在植入體上方用磁力固定就位。例如，如圖1所示，典型的耳蝸植入系統可以包括外部發送器機體101，其包含發送線圈102和外部附接磁體103。外部附接磁體103呈常規碟形，其南北磁偶極的軸與患者皮膚垂直，用以產生如圖所示的外部磁場線104。具有類似的接收線圈106和植入磁體107的相應的接收器組件105被植入在患者皮膚下方。植入磁體107同樣呈碟形，其南北磁偶極的磁軸與患者皮膚垂直，用以產生如圖所示的內部磁場線108。內部接收器機體105通過手術植入并在患者體內固定就位。外部發送器機體101被置于覆蓋內部接收器組件105的皮膚上方的適當位置，并通過內部磁場線108與外部磁場線104之間的相互作用固定就位。來自發送器線圈102的RF信號將數據和/或電力耦接到與植入的處理器模塊(未示出)通信的接收線圈106。在植入這樣的設備之后，有時可能發生問題，諸如外部部件的磁固定力不合適。在這樣的情形下，從皮膚表面到植入磁體的確切距離通常是未知的，所以不清楚問題是由于距離太大還是植入磁體已經部分消磁。在植入期間，外科醫師可以通過物理手段測量植入體上方的皮膚厚度，但在手術之后不可行。如果已知磁化強度則可以進行絕對磁場測量，但通常不是這樣。美國專利7,561,051描述了一種能夠通過磁場的被動測量來確定植入磁體的位置的設備。該設備使用能夠測量磁場的方向和磁場強度的陣列中的磁傳感器。所使用的距離計算復雜而且對計算能力要求高，使得該方法對使用電池操作的設備用處不大。

技術實現要素：
本發明的實施例針對一種用于估計植入磁體上方的皮膚厚度的方法。定義一平面，其與植入磁體上方的患者皮膚垂直，且通過x和y軸坐標描述。使用患者皮膚上的磁傳感器的陣列測量該植入磁體的磁場強度。根據測量的磁場強度，確定該陣列上測量的磁場強度的y軸分量為零處的至少一個y軸零點位置在該平面中的至少一個x軸坐標。繼而，將該至少一個y軸零點的y軸坐標計算為該至少一個x軸坐標的函數，以使得該y軸坐標代表該植入磁體上方的皮膚厚度。在進一步的特定實施例中，可以確定兩個y軸零點位置的x軸坐標。使用一維或二維傳感器陣列來測量磁場強度。在進行磁場強度測量之前，可以通過用戶交互或無需用戶交互來對齊傳感器陣列。計算y軸坐標可以進一步是磁偶極矩旋轉角度的函數，而且可以基于迭代計算過程，或者基于單步非迭代計算過程。計算y軸坐標還可以基于三角法或非三角法計算過程。附圖說明本專利或申請文件包含至少一幅以彩色繪制的附圖，見于優先權申請中。圖1示出典型的耳蝸植入系統的各部分。圖2示出具有軸向磁化的植入磁體的磁場線的軸對稱仿真。圖3示出圖2中測量的磁場的相應的法向分量的曲線圖。圖4示出給定磁偶極矩矢量的磁場矢量線的示例。圖5A-5B示出具有20°的旋轉角度的給定磁偶極矩矢量的磁場矢量線的示例。圖6示出通過三次迭代的特定旋轉角度的y坐標計算的相對誤差的曲線圖。圖7示出具有不同權重因子的單步非迭代過程的特定旋轉角度的y坐標計算的相對誤差的曲線圖。圖8A-8B示出用于從距離x1m和x2m的比率推導角度α的反函數f和g。圖9A-9B示出通過用戶交互對齊一維傳感器陣列以進行磁場測量。圖10A-10C示出無需用戶交互對齊一維傳感器陣列以進行磁場測量。圖11A-11B示出使用二維傳感器陣列以進行磁場測量。具體實施方式通常，絕對磁場強度在手術后是未知的，所以無法用作測量距植入磁體的距離(磁體上方的皮膚厚度)的基礎。但是磁場線本身獨立于磁化強度。因而可以基于場方向進行距離估計，這將需要測量不同位置處的磁場強度。用于測量的最低距離是皮膚表面的平面。圖2是示出軸向磁化的植入磁體201的磁場線的軸對稱仿真，評估沿與植入磁體201平行(y保持恒定)的場評估線202的法向場分量。圖3示出沿給定場評估線202的軸的磁場的相應的法向分量的曲線圖。由于不需要磁場的絕對強度，將磁場評估值歸一化到x軸零點位置處的值。在每個極點的某些點處，將有零y分量點203(By＝0)。圖3中，在y軸上場評估線的零交叉處y分量將為零。通過確定零y分量點203的x軸坐標，可以計算該點處的y坐標。作為更全面和精確的說明，磁場的磁矩m可以通過矢量勢表示：磁偶極矩的場可以表示為磁通密度B(r)：偶極矩沿y方向定向，且位于笛卡爾坐標系的原點處：該情況中磁偶極的朝向被定義為與患者皮膚垂直。則觀察點位于：給定上述條件，磁場可以被表示為：在x-y平面(z＝0)中如下：Bz(x,y)＝0x分量Bx(x,y)＝0的零點位于x＝0和y＝0。y分量By(x,y)＝0的零點為因而可以使用測量的y分量By(x,y)＝0的零x位置x0來估計未知的y位置圖5A示出給定磁偶極矩矢量(中央的黑色大箭頭)的磁場矢量線(小箭頭)的示例。在中央交叉的窄實線指示By＝0的位置，箭頭x1m和x2m給出磁感測陣列的朝向。考慮更實際的情況，其中偶極矩有某些旋轉，再次使用x-y平面(z＝0)，磁偶極矩m為：具有旋轉角度α。磁場B現在通過x和y分量表示：利用By＝0求解α得到：現在在兩個x位置x1和x2測量磁場，并在選擇的坐標系中假定相同的y：結果與兩個數的幾何平均值相關，而且對x1＝x2簡化為已經示出的結果。應當注意，現在x＝0的點(黑色垂直虛線)不同于Bx＝0的點(c1和c4)，而且不同于磁矩軸(黑色箭頭)。根據以上內容，圖4示出α＝20°且y＝2的具體示例，其給出：將全部以上內容導入用于確定以y坐標表示的皮膚厚度的特定高效算法，距離x1m是從左點By＝0到點Bx＝0，距離x2m是從右點By＝0到點Bx＝0。接著計算距離y的第一估計：計算旋轉角度的估計：接著計算點Bx＝0到x＝0的位移的估計：然后更新測量的距離：繼而得到：其代表未知距離y'的更好的估計。可以迭代該算法以減少結果誤差。可以將前三個計算合為單步而無需三角函數：(其中x1m>0)。例如，給定一旋轉角度α＝20°和y＝2：如圖4所示x1m＝2.1759x2m＝3.8841。于是從初始值y＝2.0557開始。第一次迭代得到α＝15.48°和y＝2.0122。然后第二次迭代改進得到α＝19.03°和y＝2.0019，接著第三次迭代更接近，得到α＝19.77°和y＝1.9998。圖6示出特定旋轉角度的y坐標計算的得到的相對誤差的曲線圖，其中最上方的線是初始估計，其下面的線是算法的一次迭代后改進的相對誤差，再下面的緊貼x軸之上的線示出兩次迭代后相對誤差的進一步減少，而在三次迭代之后，相對誤差實際為零(即，x軸)。可以通過將的估計乘以因子f來修改算法用于僅僅一次迭代：圖7示出使用這樣的單次迭代權重因子的y坐標計算的相對誤差的曲線圖。同樣，圖7中最上方的線示出初始估計的相對誤差，下面的兩條線示出關于其中f＝1.177的區間[0°,45°]中的最小誤差、和其中f＝1.243的區間[0°,30°]中的最小誤差的數據。該特定單次迭代算法稍后無法用于進一步迭代。當植入磁體的磁偶極與患者皮膚平行時，所述方法以類似的方式工作。該情形下，可以使用類似的特定高效算法確定以x坐標表示的皮膚厚度，距離x1m是從上點Bx＝0到點By＝0，距離x2m是從下點Bx＝0到點By＝0，如圖5B所示。接著計算距離y的第一估計：計算旋轉角度的估計：接著計算點By＝0到x＝0的位移的估計：然后更新測量的距離：繼而得到：這里代表未知距離y的更好的估計。可以進一步迭代該算法以減少結果誤差。類似地，可以將前三個計算合并為單步，并通過將的估計乘以因子f來修改用于僅僅一次迭代。同樣，該特定單次迭代算法稍后無法用于進一步迭代。特定實施例可以進一步包括用于識別磁偶極相對于患者皮膚的朝向的步驟。例如，可以通過磁場在左/上或右/下位置處的朝向來確定該識別。距離x1m和x2m代表磁感測陣列上沿x方向和y方向(或y方向和x方向)的磁場分量為零的位置之間的距離。在左/上和右/下點處Bx＝0的情況下，磁偶極朝向垂直于患者皮膚，使用對應于該配置的高效算法來計算距離y。在左/上和右/下點處By＝0的情況下，磁偶極朝向平行于患者皮膚，使用對應于該配置的高效算法來計算距離y。可以通過用多項式近似和隨后的逆映射替換迭代步驟和角度計算來進一步修改算法。圖5A和5B中，示出標記為c1至c4的場評估線，其中磁場分量的x或y分量為零。穿過零點的線可以表示為：磁場的x分量為零(Bx＝0)，而且表示為：其中By＝0。每條線c1至c4的方程由角度α自身的函數(記作a1(α)至a4(α))和x構成。求x1m和x2m的比率可以消去x，并且僅為角度α的函數。對于磁偶極的朝向垂直于患者皮膚的情況得到：該函數是可逆的，反函數可以用于計算角度如圖8A所示反函數可以通過多項式近似。在一個實施例中，多項式可以為8階。由此，距離可以如下計算：或者替代地，如下計算：這兩個函數均可以通過多項式或任何其他已知的插值技術來近似。例如可以使用分段線性插值或樣條插值。對于圖4所示的示例，給定一旋轉角度α＝20°和y＝2：x1m＝2.1759x2m＝3.8841，得到z＝x1m/x2m以及插入角度并計算距離，得到y＝1.9933。以類似的方式，對于平行于患者皮膚的磁偶極的朝向，距離如下計算：或者如下計算：這兩個函數均可以通過多項式或任何其他已知的插值技術來近似。例如可以使用分段線性插值或樣條插值。x1m與x2m的比率同樣是角度α的函數如下：該函數同樣是可逆的，圖8B所示的反函數可以用于計算角度反函數可以通過多項式近似。在一個實施例中，多項式可以為8階。如圖9A-9B所示的磁傳感器的一維陣列900可以用于進行磁場測量。需要對齊場評估線以使得測量的零點位置在植入磁體901的位置的中間。如圖9A所示，可以僅使用中央的單個激活傳感器903和別處的非激活傳感器904通過磁陣列902在植入磁體901上方的皮膚上的用戶交互找到該零點位置。用戶在測量平面上零點位置處沿兩個維度移動陣列902。可以可視地向用戶指示場強，例如使用條形圖，用戶接著將陣列902移動到最大場強的位置(表示陣列已對齊)，然后可以執行利用全部傳感器和完整陣列的測量，如圖9B所示。代替依賴用戶交互來對齊磁傳感器陣列，一維傳感器陣列的一些實施例可以使用附加的外部磁體來對齊，如圖10A-10C所示。圖10A示出在多個磁傳感器1004的磁陣列1002的中央具有外部磁體1003的一維傳感器陣列1000。植入磁體1001與外部磁體1003之間的磁相互作用力將傳感器陣列1000移動到正確的測量位置，如圖10A-10B所示。在一些實施例中，測量過程可以包括外部磁體1003的效果，或者可以在傳感器陣列1000被正確定位之后去除外部磁體1003，如圖10C所示，然后進行場強測量。代替一維傳感器陣列，一些實施例可以使用二維陣列進行場強測量而無需用戶交互。圖11A-11B示出包括具有兩行磁傳感器的磁陣列1102的二維磁傳感器陣列1100的實施例。初始將磁傳感器陣列1100置于大致在植入磁體1101上方的皮膚上。最接近的激活傳感器1103可以用于初始測量磁場，而其余的非激活傳感器1104初始保持關閉，見圖11A。可以通過根據激活傳感器1103的測量的場最大值的估計或插值來計算零點位置。一旦確定了偏移位置，就可以激活全部傳感器進行場測量，見圖11B。前述方法給出與植入磁體上方的皮膚厚度對應的距離估計，其在數值上穩定而且可以高效地計算。這是通過純被動計算實現的，不需要測量磁場的朝向。取而代之，沿一個方向測量磁場并找到磁感測陣列上沿該方向磁場分量為零的那些點就夠了。磁測量陣列上的該位置可以用于應用算法以輕松地計算距植入磁體的距離。本發明的實施例可以部分地以任何常規計算機編程語言實現。例如，優選實施例可以以過程編程語言(例如，“C”)或面向對象編程語言(例如，“C++”、Python)實現。本發明的替代實施例可以實現為預編程的硬件元件、其他相關組件、或硬件和軟件組件的組合。實施例可以部分地實現為用于計算機系統的計算機程序產品。這樣的實施方式可以包括一系列計算機指令，其固定在諸如計算機可讀介質(例如，軟盤、CD-ROM、ROM、或硬盤)的有形介質上，或者可以經由調制解調器或諸如通過媒介連接到網絡的通信適配器的其他接口設備傳輸到計算機系統。該媒介可以是有形媒介(例如，光學或模擬通信線)或利用無線技術(例如，微波、紅外或其他傳輸技術)實現的媒介。所述一系列計算機指令關于系統實現這里之前描述的全部或部分功能。本領域技術人員應當理解，這樣的計算機指令可以以用于許多計算機架構或操作系統的多種編程語言編寫。另外，這樣的指令可以存儲在諸如半導體、磁、光或其他存儲設備的任何存儲設備中，而且可以使用諸如光、紅外、微波、或其他傳輸技術的任何通信技術傳輸。預計這樣的計算機程序產品可以作為帶有印刷或電子文檔的可移動媒體分發(例如，塑封軟件)，通過計算機系統預裝載(例如，在系統ROM或硬盤上)，或者通過網絡(例如，互聯網或萬維網)從服務器或電子布告欄分發。當然，本發明的一些實施例可以實現為軟件(例如，計算機程序產品)和硬件二者的組合。本發明的其他實施例實現為純硬件，或純軟件(例如，計算機程序產品)。雖然已經公開本發明的各種示范性實施例，但是本領域技術人員應當清楚，可以進行實現本發明的一些優點的各種變更和修改而不脫離本申請的真實范圍。