用于使用在用于电磁导航的系统和方法中的具有传感器的医疗器械

摘要

本公开涉及一种医疗器械，其包括传感器、表面、至少一种非导电性材料和至少一对接触件。所述传感器具有至少一个线圈，其形成在导电性材料上。表面适合于接收传感器并且可以布置EM场中。至少一种非导电性材料覆盖传感器的至少一个线圈。至少一对接触件电连接到至少一个线圈并且能够连接到测量装置，所述测量装置基于EM场的磁通量变化感测感应的电信号。医疗器械在EM场的坐标系中的位置基于传感器中的感应的电信号被识别。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年12月22日提交的美国临时申请序列号No.62/095,563的权益和优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及一种医疗器械和一种系统，所述医疗器械包括传感器，在所述系统中能够检测和追踪传感器的位置。更具体地，本公开涉及系统和方法，所述系统和方法识别具有传感器的医疗器械在电磁场中的位置。

背景技术

电磁导航(EMN)已经有助于增大对于内部器官的治疗和疾病的诊断的可能性。EMN依赖于非侵入式的成像技术，例如计算机断层(CT)扫描、核磁共振成像(MRI)、或荧光检查技术。这些图像可以被对准(registered)到患者在所产生的磁场内的位置，并且由此能够参照所述图像来识别布置在所述磁场中的传感器的位置。因此，与这些非侵入式的成像技术相结合的EMN用于识别目标的位置，并且帮助临床医生在患者的身体内导航到所述目标。

在定位医疗器械在患者的气道中的位置的领域中的当前市售的系统的一个具体示例中，传感器被布置在探头(称作可定位引导件)的端部并且穿过延伸工作通道(EWC)或导管，并且延伸工作通道(EWC)或导管与具有传感器的探头的组合被插入到支气管镜的工作通道中。EWC和具有传感器的探头随后被导航到患者体内的目标。一旦达到所述目标，可定位引导件(即，传感器和探头)可以被移除并且一个或多个器械(包括活检针、活检刷、消融导管等)可以穿过所述工作通道和EWC以获得样品且/或处理所述目标。然而，在这一点上，由于可定位引导件与其传感器已经被移除，EWC的远侧端部的准确位置，并且相关地，可能穿过EWC的任何器械的准确位置无法被精确的获悉。

由上述非侵入式成像技术产生的图像不提供实时视频成像的解决方案。为了实现实时视频，临床医生可以利用内窥镜的特征。然而，内窥镜受限于其尺寸，并且因此不能被导航到肺的胸膜边界和其它非常窄的通道(通常用在EMN中的工具是可以到达的)。一种替代方案为可视化器械，所述可视化器械穿过EWC和内窥镜的工作通道插入，所述可视化器械的尺寸能够设置为达到例如胸膜边界的区域。

然而，与可定位引导件类似，一旦可视化器械被移除，EWC的远侧端部的位置就不清楚。所使用的一种技术是将一个或多个标记物布置到目标附近的组织，并且使用荧光镜检查来确认EWC、标记物和穿过EWC的任何后续器械的位置。由于EWC直径较小，同时插入多于一个器械可能是不切实际的。因此，需要重复插入和移除用于可视化、诊断、和手术的器械。这种重复插入和移除延长了诊断或手术时间以及所花费精力，并且相应地增加患者的费用。因此，希望减少器械的插入和/或移除以缩短诊断和手术所需的时间，并且同时增加EWC和穿过EWC的器械(包括成像模式)的位置的确定性。

发明内容

在实施例中，本公开示出了一种医疗器械，所述医疗器械通过传感器识别其在电磁(EM)场中的位置。所述医疗器械包括传感器、表面、至少一种非导电性材料、和至少一对接触件。所述传感器具有至少一个线圈，所述至少一个线圈形成在导电性材料上。所述表面适合于接收所述传感器，并且可以布置在EM场中。所述至少一种非导电性材料覆盖所述传感器的至少一个线圈。所述至少一对接触件电连接到所述至少一个线圈并且能够连接到测量装置，所述测量装置基于EM场的磁通量变化感测感应的电信号。医疗器械在EM场的坐标系中的位置基于所述传感器中的感应的电信号被识别。

一方面，导电性材料直接印刷在所述医疗器械的远侧部分上，或被分离地制造并且附接到所述医疗器械的远侧部分。所述医疗器械还包括非导电性层，所述非导电性层位于医疗器械的其上印刷有导电性材料的远侧部分上。

另一方面，所述传感器包括印刷或制造在医疗器械的远侧部分上的导电性材料和非导电性材料的多个层。每一个导电性层均具有不同的构造，所述不同的构造包括所述导电性材料的环的数量和螺旋角。所述多个层中的每一层的导电性层通过过孔连接到所述多个层中的另一层的导电性层。

又一方面，所述至少一种非导电性材料在所述导电性材料之上直接制造或印刷在所述医疗器械的远侧部分上。

又一方面，所述传感器是柔性电路传感器，其中，导电性层和非导电性层形成在柔性基板上，并且所述柔性电路传感器附接到所述医疗器械。所述柔性电路传感器包括多个导电性层和非导电性层。所述导电性层包括形成多个线圈的导电性材料。每一个导电性层的导电性材料通过过孔连接到另一导电性层的导电性材料。每一个导电性层均包括两个或多个分离的线圈，所述两个或多个分离的线圈通过过孔彼此连接。所述柔性电路传感器的柔性基板是聚酰亚胺膜。每一个导电性层均包括两个或多个分离的线圈，所述两个或多个分离的线圈通过印刷在另一层上的导电性材料彼此连接。所述两个或多个分离的线圈中的一个线圈的旋转取向不同于所述两个或多个分离的线圈中的其它线圈的旋转取向。

又一方面，所述导电性材料形成螺旋形状，所述螺旋形状是逆时针或顺时针的。

又一方面，管的外表面由ETFE、PTFE、聚酰亚胺、或非导电性聚合物制成。

又一方面，所述导电性材料是铜、银、金、导电性合金、或导电性聚合物。

又一方面，所述医疗器械是延伸工作通道、成像器械、活检钳、活检刷、活检针、或微波消融探头。

在另一实施例中，本公开示出了一种电磁导航系统，所述电磁导航系统通过传感器识别其在EM场中的位置。EM导航系统包括EM板、医疗器械、和处理器。EM板产生EM场。所述医疗器械包括传感器、表面、至少一种非导电性材料、和至少一对接触件。所述传感器具有至少一个线圈，所述至少一个线圈形成在导电性材料上。所述表面适合于接收所述传感器并且可以布置在EM场中。所述至少一种非导电性材料覆盖所述传感器的至少一个线圈。所述至少一对接触件电连接到所述至少一个线圈并且能够连接到测量装置，所述测量装置基于EM场的磁通量变化感测感应的电信号。医疗器械在EM场的坐标系中的位置基于所述传感器中的感应的电信号被识别。所述处理器处理感应的电信号以识别医疗器械在EM场的坐标系中的位置。

不偏离本公开的范围的前提下，本公开的任何上述方面和实施例的任何可以被组合。

附图说明

当参照附图阅读各个实施例的描述时，目前公开的系统和方法的目标和特征对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的，其中：

图1是根据本公开的实施例的用于识别医疗器械的位置的系统的透视图；

图2A是根据本公开的实施例的导管引导组件和医疗器械的侧视图；

图2B是图2A的细节的指示区域的放大视图；

图3A示出了根据本公开的实施例的作为被卷绕或印刷在医疗器械的远侧部分的线圈的传感器；

图3B-图3E是根据本公开的实施例的多个医疗器械的透视图；

图4A是根据本公开的实施例的柔性电路形式的传感器；

图4B是根据本公开的实施例的其上缠绕有图4A的柔性电路的医疗器械的远侧部分的展开视图；

图5是根据本公开的实施例的多层柔性电路中的包括两个线圈的传感器的示例性设计；

图6是根据本公开的实施例的多层柔性电路中的两个传感器的示例性设计；

图7示出了根据本公开的实施例的印刷机，所述印刷机将传感器印刷在医疗器械的表面上；并且

图8是根据本公开的实施例的用于将传感器印刷在医疗器械上的方法的流程图。

具体实施方式

本公开涉及用于通过使用传感器来识别医疗器械在电磁场中的位置的医疗器械、系统和方法。所述传感器可以被直接制造在医疗器械上、或者被分离地制造并且随后固定到医疗器械，所述医疗器械包括成像器械。制造传感器的一种方法是通过印刷。由于传感器可以与医疗器械一起插入到患者身体内，因此医疗器械的位置被实时地识别。此外，传感器可以通过其它成像模式来提供和追踪医疗器械的准确方向和位置。由于传感器尺寸较小，医疗器械可以将传感器并入所述医疗器械的内部或外部以有助于连续导航。虽然将以具体的示例性实施例来描述本公开，但对本领域技术人员来说将显而易见的是，在不偏离本公开的精神的前提下可以作出各种修改、重新布置和替代。本公开的范围由本公开所附权利要求限定。

图1示出了用于识别医疗器械在电磁场中的位置的系统和方法的一个示例性实施例。具体地，图1示出了构造为利用CT、MRI、或荧光镜图像的电磁导航(EMN)系统100。一种这样的EMN系统可以是目前由Covidien LP出售的ELECTROMAGNETIC NAVIGATION系统。EMN系统100包括导管引导组件110、支气管镜115、计算装置120、监控装置130、EM板140、追踪装置160、和基准传感器170。支气管镜115经由有线连接(如图1中所示)或无线连接(未示出)操作地联接到计算装置120和监控装置130。

图2A示出了图1的导管引导组件110的实施例。导管引导组件110包括控制手柄210，所述控制手柄210使得导管引导组件110的远侧端部250能够前进和转向。如图2B中所示，导管引导组件110包括插入EWC 230中的可定位引导导管(LG)220和电磁EM传感器260。锁定机构225将EWC 230和LG 220固定到彼此。可以与本公开一起使用的导管引导组件可以是目前由Covidien LP以手术套件和EDGE^TM手术套件的名称推向市场且出售的导管引导组件。对于导管引导组件的更详细的描述，参考由Ladtkow等人于2013年3月15日提交的共同拥有的美国专利申请No.13/836,203和美国专利No.7,233,820，其全部内容通过引用并入本公开。如下面将更详细地描述的，LG>

在使用中，支气管镜115插入到嘴中或通过患者150的切口插入以捕捉内部器官的图像。在EMN系统100中，导管引导组件110插入到支气管镜115中以用于实现到患者150的内部器官的通路。导管引导组件110可以包括延伸工作通道(EWC)230，具有位于远侧部分的EM传感器260的可定位引导导管(LG)220插入到所述延伸工作通道230中。如下面更详细地描述的，EWC 230、LG 220、和EM传感器260用于导航通过内部器官。

在替代实施例中，通过自然孔代替插入的支气管镜115，导管引导组件110经由切口插入到患者150中。包括延伸工作通道230的导管引导组件110可以经由切口插入以导航除了肺的气道之外的腔网络(例如心脏腔网络)。

计算装置120(例如膝上型计算机、台式计算机、平板计算机，或其它类似计算装置)包括显示器122、一个或多个处理器124、存储器126、网卡128、和输入装置129。EMN系统100也可以包括多个计算装置，其中，使用分离的计算装置以用于以适合于医疗操作的方式规划、处理、可视化和辅助临床医生的其它方面。显示器122可以是触敏式的和/或语音激活的，使得显示器122能够用作输入装置和输出装置两者。显示器122可以显示内部器官(例如肺、前列腺、肾脏、结肠、肝脏等)的二维(2D)图像或三维(3D)模型以定位和识别内部器官的显示疾病症状的一部分。

显示器122还可以显示各种选项以选择、添加和移除待处理的目标和显示用于内部器官的可视化的可设定项目。一方面，显示器122还可以基于内部器官的2D图像或3D模型显示导管引导组件110在电磁场中的位置。

一个或多个处理器124执行计算机可执行指令。处理器124可以执行图像处理功能使得内部器官的3D模型可以被显示在显示器122上。在实施例中，计算装置120还可以包括单独的图像加速器(未示出)，所述图像加速器仅执行图像处理功能以使得一个或多个处理器124可以用于其它程序。存储器126存储数据和程序。例如，数据可以是用于3D模型的图像数据或任何其它相关数据，例如患者的医疗记录、处方和/或患者疾病的历史。

存储在存储器126中的一种类型的程序是3D模型和路径规划软件模块(规划软件)。3D模型产生和路径规划软件的示例可以是目前由Covidien LP出售的规划套件。当来自例如CT图像数据集(或通过其它成像模式获得的图像数据集)的患者的图像数据(通常为医学数字成像和通信(DICOM)格式)被导入规划软件时，产生内部器官的3D模型。一方面，可以通过CT成像、核磁共振成像(MRI)、功能MRI、X射线、和/或任何其它成像模式来进行成像。为了产生3D模型，规划软件采用分割、表面渲染、和/或体宣若男。规划软件随后允许3D模型被切片或处理成多个不同的视图(包括轴向视图、冠状视图和矢状视图)，所述多个不同的视图通常用于浏览(review)原始图像数据。这些不同的视图允许用户浏览所有图像数据并且识别图像中的可能的目标。

一旦目标被识别，所述软件就进入路径规划模块。路径规划模块生成路径规划以实现到目标的通路，并且所述路径规划精确地定位位置和识别目标的坐标，使得可以使用EMN系统100，并且具体地使用导管引导组件110连同EWC 230、LG 220、和EM传感器260一起到达所述目标。在导航到患者150内的目标期间，路径规划模块通过一系列步骤引导临床医生以生成路径规划以用于导出和随后使用。术语临床医生可以包括内科医生、外科医生、护士、医疗助理、或在规划、执行、监控和/或监督医疗程序中涉及的使用路径规划模块的任何用户。

这些过程和路径规划模块的细节可以在Covidien LP于2013年6月21日提交的名称为“Pathway Planning System and Method”的美国专利申请No.13/838,805中找到，其全部内容通过引用并入本公开。这种路径规划模块允许临床医生观察CT图像数据集的单个切片并且识别一个或多个目标。这些目标可以例如是影响组织的功能的神经的位置或损伤，在所述组织处疾病已经使得内部器官的功能被损害。

存储器126可以存储导航和程序软件，所述导航和程序软件与EMN系统100接口连接以向临床医生提供引导并且在3D模型和由3D模型导出的2D图像上示出规划路径。这种导航软件的示例是由Covidien LP出售的导航和手术套件。实际上，患者150在由EM场产生装置145产生的EM场中的位置必须对准到3D模型和由3D模型导出的2D图像。这种对准可以是手动的或自动的，并且在名称为“System and method for navigating withinthe lung”的共同受让的美国临时专利申请62/020,240中被详细描述。

如图1所示，EM板140构造为提供平坦的表面以便患者躺下并且包括EM场产生装置145。当患者150在EM板140上躺下时，EM场产生装置145产生足以包围患者150的一部分的EM场。位于LG220的端部的EM传感器260用于确定LG 220的远侧端部以及于是确定(therewith)EWC 230在患者体内的位置。一方面，分离(separate)的EM传感器可以位于EWC230的远侧端部，并且于是可以在患者150体内识别EWC 230在由EM场产生装置145产生的EM场中的准确位置。

又一方面，EM板140可以构造为与基准传感器170操作地联接，所述基准传感器170位于患者150的胸部上。基准传感器170在患者150吸气时随着胸部向上移动，并且在患者150呼气时随着胸部向下移动。患者150的胸部在EM场中的移动被基准传感器170捕捉并且传输到追踪装置160使得可以识别患者150的呼吸模式。追踪装置160还接收EM传感器260的输出，结合EM传感器260和基准传感器170的两个输出，并且针对EM传感器260的位置补偿呼吸模式。以这种方式，由EM传感器260识别的位置可以被补偿以使得EM传感器260的补偿位置可以与内部器官的3D模型同步。然而，如上所述，使用在其远侧端部250具有EM传感器260的LG 230可以导致周围器械交换(swap)困难、位置信息丢失、以及程序所需时间的普遍延长。为了缓解这些问题，图3A示出了线圈形状的电磁传感器310。传感器310可以被直接制造或印刷在医疗器械300的远侧部分上。制造或印刷的电磁传感器(PES)310可以形成如如图所示的螺旋形状、或可以如应用所需形成为另一构造。器械300可以是EWC 230、导管、活检器械、消融器械、单极或双极电外科器械、成像器械、标记器械、或针，总之，器械300可以是能够插入到腔网络(例如，患者的气道或脉管系统)中的任何器械。在一个实施例中，器械300的尺寸被设置为穿过EWC 230。可替代地，器械300可以是EWC 230。其它示例性器械在图3B-图3E中示出，图3B-图3E示出了活检钳370、活检刷375、活检针380、和微波消融探头385，每一个器械均具有通过本公开的方法施加的EM传感器310。

器械300的远侧部分可以由四氟乙烯(ETFE)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺、或其他合适材料制成或由以上材料覆盖，以形成用于传感器310的非导电性的基部。如果器械300的远侧部分未由非导电性材料覆盖或制成，则非导电性材料必须首先被施加到所述远侧部分以形成用于传感器310的绝缘基部。

关于图3A中示出的传感器310，传感器310的线圈为螺旋的形状。可以选择所述螺旋的尺寸(即，如图3A所示，长度L、两个相邻的环之间的距离d、和螺旋的直径D)以产生最佳的传感器310。螺旋角α可以用于限定所述螺旋并且由以下等式计算：

螺旋角α表示制造或印刷的螺旋的环沿器械300的纵向轴线的密度。

在实施例中，传感器310可以包括多个层。具体地，在导电性材料被施加到器械300以形成传感器310的第一线圈之后，非导电性材料可以施加在第一线圈之上，并且由导电性材料形成的第二线圈可以施加在器械300上的第一线圈和非导电性材料两者之上。可以继续这一过程直到所期望数量的线圈被制造或印刷在器械300上。每一个线圈均可以具有与其它线圈相比不同的构造，例如，具有不同的长度L和螺旋的两个相邻的环之间不同的距离d。可替代地，传感器310的多个线圈中的每一个均可以被施加到器械300的不同位置。

在本公开的一方面中，一个线圈的螺旋的旋转方向可以不同于另一线圈的螺旋的旋转方向。即，一个螺旋可以具有逆时针取向，而另一个螺旋可以具有顺时针取向。另一方面，导电性材料可以是铜、银、金、导电性合金、或导电性聚合物，并且非导电性材料可以是ETFE、PTFE、非导电性聚合物、或聚酰亚胺。

根据本公开的其他方面，螺旋310的端部部分中的每一个均可以具有比所述螺旋中的导电性材料的其它区域大的用于电接触件320和330的区域。电线连接到接触件320和330的每一个。这些电线可以延伸导管组件100的长度并且连接到追踪装置160。因此，当器械300位于电磁场内时，在器械300在电磁场内移动的同时，在传感器310中可以感应出电信号(例如电压)。感应的电信号被传输到追踪装置160，所述追踪装置160计算器械300相对于电磁场的坐标系的位置。该计算位置可以被对准到3D模型使得计算装置可以在显示器上显示3D模型中的位置。以这种方式，临床医生可以识别器械300在如上面描述的导航和程序软件的3D模型和2D图像中的相对位置。

感应电压由麦克斯韦方程得出，并且通过以下等式计算出：

其中是ε_ind是感应电压，N是螺旋中的环的数量，ΔΦ是电磁场的磁通量变化，并且Δt是时间变化。磁通量Φ是磁场幅值(magnitude)和面积的乘积。同样地，磁通量变化ΔΦ是磁场幅值的变化和所述螺旋中的一个环的面积的乘积。因此，螺旋中的环越多，感应电压的幅值就越大。并且磁通量的变化越快，感应电压幅值就越高。负号表示产生感应电压以抵抗磁通量的变化。

由于器械300通常在身体内或在内部器官的腔网络中缓慢且谨慎地移动并且所述螺旋中的环的尺寸是极小的，因此螺旋中的环的数量可以足够大以补偿缓慢的移动和环的尺寸以便具有可识别的感应电信号。因此，当感应电信号的灵敏度水平和电磁场的幅值水平确定时，可以通过以下等式来确定线圈传感器310中的环的数量：

传感器310可以感测由EM场产生装置145产生的不同EM场，在采用三个线圈的一个实施例中，在传感器310中感测到三个不同的场。EM场的强度与距离源(例如EM场产生装置145)的距离的平方的倒数成比例地减小。因此，由EM场感应出的电压的幅值包括定义了传感器310与EM场产生装置145的距离的信息。通过基于感应电信号确定距离信息，传感器310的位置可以相对于EM场产生装置145的位置被识别。

一方面，在EM场产生装置145产生三个EM场(所述三个EM场可以具有三个不同的指向性图案，例如分别为x轴、y轴和z轴指向性图案)的情况下，当具有传感器310的器械300在EM场的坐标系内沿任何方向移动时，感应电信号可以具有不同的图案。例如，当器械300沿x轴线方向移动时，具有y轴和z轴指向性图案的EM场的强度与感测到的具有x轴指向性图案的EM场的强度变化相比将显示出更大的差异。因此，器械300的位置可以通过检查由传感器310感测的感应电压的图案来识别。

根据本公开，传感器310可以被直接制造或印刷在器械300上。即，在器械300的制造期间，处理步骤的一个是将一种或多种导电性油墨或其它材料施加到器械300。可以通过多种处理来实施这种印刷，所述多种处理包括喷墨印刷、柔性版印刷、气相沉积、蚀刻、以及在不偏离本公开的范围的前提下本领域技术人员已知的其它技术。

在本公开的其他实施例中，传感器310可以使用上述技术中的一种或多种来制造或印刷以形成柔性电路，所述柔性电路使用粘合剂等施加到器械300。图4A示出了柔性电路传感器400，并且图4B示出了并入到器械450(例如医疗器械)的表面上的图4A的柔性电路传感器400。柔性电路传感器400的厚度可以为约0.05毫米(mm)以使得柔性电路能够被施加到器械、插入器械中、或固定到器械而不会明显增加其尺寸。

根据一个实施例，导电性材料415被制造或印刷在非导电性膜430上以形成线圈410或420，并且第二非导电性膜430覆盖所述导电性材料。因此，线圈410或420由非导电性膜430保护。

如图4A中所示，柔性电路传感器400可以具有第一线圈410和第二线圈420。如上所述，在本公开的一个方面中，每个线圈均可以具有不同的旋转取向。第一线圈410可以具有顺时针旋转取向，而第二线圈420可以具有逆时针旋转取向。然而，当柔性电路传感器400固定到器械450或围绕器械450固定以使得两个线圈跨越(across)管的纵向轴线彼此面对时，第一线圈410和第二线圈420可以具有相同的旋转取向。

一方面，柔性电路传感器400可以以使得柔性电路传感器400弯曲或使得其围绕器械450的部分弯曲的方式被固定到器械450。在这种情况中，柔性电路传感器400可能不能感测平行于柔性电路传感器400的电磁场的变化。因此，为了精确地感测电磁场内的多个方向上的电磁场的变化，包括至少两个线圈的柔性电路传感器400应当以使得两个线圈不被平行布置的方式固定到器械450。以这种方式，两个或多个柔性电路传感器可以能够感测沿任何方向的电磁场中的任何磁通量变化。

图5示出根据本公开的实施例的双层柔性电路传感器500。所述双层柔性电路传感器500包括第一线圈510、第二线圈520、第三线圈530和第四线圈540。顶部层包括第一线圈510和第二线圈520，并且底部层包括第三线圈530和第四线圈540。双层柔性电路传感器500还包括第一接触件550和第二接触件560，以及第一过孔512、第二过孔514、第三过孔522和第四过孔524。

在本公开的一个非限制性示例中，线圈510-540中的任何一个的每个环的导电性材料可以近似9微米厚。导电性材料的厚度可以基于柔性电路传感器500的规格而变化，并且对于具体的应用在不偏离本公开的范围的前提下可以大于或小于9微米。根据本公开的一个实施例，顶部层和底部层的线圈510-540的每个环分别可以彼此分离近似0.009英寸。每个线圈的最外侧环的长度和宽度可以分别近似0.146英寸和近似0.085英寸。导电性材料的宽度可以近似0.001英寸。过孔的直径可以近似0.002英寸。柔性电路传感器500的厚度可以近似0.005英寸。柔性电路传感器500的长度和宽度可以分别近似0.180英寸和近似0.188英寸。同一线圈的最接近的环之间的间隙通常可以为约0.0005英寸。

如图5所示，第一接触件550连接到第一线圈510的一个端部，并且第一过孔512连接到第一线圈510的另一端部。第一过孔512将顶部层的第一线圈510连接到底部层的第四线圈540的一个端部。第四线圈540的另一端部通过第四过孔524连接到顶部层的第二线圈520的一个端部。第二线圈520的另一端部通过第三过孔522连接到底部层的第三线圈530的一个端部。第三线圈530的另一端部通过第二过孔514连接到顶部层上的接触件560。以这种方式，四个线圈510、520、530和540全部连接到第一接触件550和第二接触件560，从而形成具有串联地电连接的四个线圈的一个传感器。由于四个线圈全部连接到彼此，并且一个传感器中环的数量是四个线圈510、520、530和540的环的总和，由此增加了电磁场的灵敏度。

根据本公开的其他方面，第一线圈510和第二线圈520可以具有不同的旋转取向，并且类似的，第三线圈530和第四线圈540可以具有不同的旋转取向。即，如果第一线圈510具有逆时针取向，则第二线圈520具有顺时针取向。同样地，如果第三线圈530具有逆时针取向，则第四线圈540具有顺时针取向。另一方面，第一线圈510和第四线圈540可以具有相同的旋转取向，并且第二线圈520和第三线圈530可以具有相同的旋转取向。

如图5所示，第一接触件550和第二接触件560被制成宽度大于线圈的每个环的宽度。通常，柔性电路传感器500的每一个线圈均由非导电性材料涂覆。一方面，第一接触件550和第二接触件560可以不被非导电性材料覆盖，以使得多层柔性电路传感器500可以容易地连接到电线以便将多层柔性电路传感器500并入上述导航和程序软件并且与所述导航和程序软件一起使用，所述电线将感应电信号(例如，电压和/或电流)传输到外部设备(例如追踪装置160)。

另一方面，第一接触件550和第二接触件560可以被非导电性材料覆盖。然而，第一接触件550和第二接触件560可以以连接器的形式使得来自外部设备(例如，图1的追踪装置160)的电线能够经由所述连接器容易地连接到柔性电路传感器500的传感器。又一方面，第一接触件550和第二接触件560可以具有锁定机构，所述锁定机构可以锁定用于连接到外部设备的电线。当在现场(在现场器械不包括来自制造厂商的这种传感器)将传感器500施加到所述器械时，这些选择可以特别有用。

图6示出了多层柔性电路传感器600的另一实施例。虽然图5的多层柔性电路传感器500包括仅一个传感器(即，四个线圈510-540串联地电连接)，但多层柔性电路传感器600包括两个传感器，所述两个传感器中的每个均在同一层或单个层的同一侧上包括两个线圈。第一传感器680包括位于顶部层或第一侧部上的第一线圈610和第二线圈630，并且第二传感器690包括位于底部层或第二侧部上的第三线圈650和第四线圈670。仅为了方便目的，在图6中，每一个线圈的环以简化的示意性方式示出为仅数个环，但图6中的每一个环可以表示多于一个环，并且环的数量可以更符合图5的线圈510-540的数量。第一线圈610和第二线圈630以实线示出，并且第三线圈650和第四线圈670以虚线示出。第一电桥620位于底部层上并且以虚线示出，并且第二电桥660位于顶部层上并且以实线示出。简而言之，实线示出顶部层上的线圈和电桥，并且虚线示出底部层上的线圈和电桥。

第一接触件605连接到第一线圈610的一个端部，并且第一过孔615连接到第一线圈610的另一端部。第二接触件635连接到第二线圈630的一个端部，并且第二过孔625连接到第二线圈630的另一端部。第一线圈610和第二线圈630通过第一过孔615和第二过孔625由第一电桥620连接。

第三接触件645连接到第三线圈650的一个端部，并且第三过孔655连接到第三线圈650的另一端部。第四接触件675连接到第四线圈670的一个端部，并且第四过孔665连接到第四线圈670的另一端部。第三线圈650和第四线圈670通过第三过孔655和第四过孔665由第二电桥660连接。

如图6中所示，如果从顶部层观察，第三线圈650位于第一过孔615和第二过孔625之间，并且如果从顶部层观察，第二线圈630位于第三过孔655和第四过孔665之间。根据这种构造，多层柔性电路可以在每一层或单个层的每一侧上均具有一个传感器，并且传感器的任一线圈的导电性线路不交叉。一方面，第一接触件605、第二接触件615、第三接触件635和第四接触件675可以具有比过孔615、625、655和665的直径更大的区域。

如图6所示，顶部层上的每一个线圈610、630与底部层上的第三线圈650和第四线圈670未完全重叠，并且具有与第三线圈650和第四线圈670的位置相匹配的位置。这与图5的实施例形成对比，在图5的实施例中，至少第一线圈510和第四线圈540重叠并且第二线圈520和第三线圈530重叠。在一些实施例中，图5的所有四个线圈重叠并且具有相匹配的位置。

一方面，第一线圈610和第二线圈630可以具有相同的旋转取向(例如，顺时针取向)并且第三线圈650和第四线圈670可以具有相同的旋转取向(例如，逆时针取向)。另一方面，第一线圈610和第三线圈650可以具有不同的旋转取向。

如上面所述，用于将传感器施加到器械的一种方法是通过直接印刷在所述器械上。图7示出印刷设备700，所述印刷设备700将导电性和非导电性材料直接印刷到所述器械的所期望位置。所述印刷设备700包括储存器710、印刷喷嘴720、和致动臂730。所述储存器710包括第一箱740和第二箱750，所述第一箱容纳导电性材料，所述第二箱容纳非导电性材料。印刷设备700可以在任何器械760上印刷电路，所述任何器械760可以被锁定到致动臂730的远侧端部中。一方面，所述印刷设备可以将传感器印刷在聚合物上。

印刷设备700的控制器(图7中未示出)控制致动马达(图7中未示出)以移动致动臂730。所述致动马达固定地连接到致动臂730的近侧端部。所述致动马达可以向前和向后转位(index)并且旋转致动臂730。一方面，致动马达可以在印刷的同时移动储存器710。另一方面，致动马达可以同时地移动储存器710和致动臂730。例如，致动马达可以在旋转致动臂730的同时向前或向后转变储存器710的位置。更进一步地，储存器710和器械760可以保持不动，而同时流体地连接到储存器710的印刷喷嘴720围绕器械760移动。此外，不偏离本公开的范围的前提下，本领域技术人员可以使用这些技术的组合。

在一个实施例中，随着器械760的近侧端部被锁定到致动臂730的远侧端部中，印刷喷嘴720可以开始印刷容纳在第一箱740中的导电性材料，同时致动臂730被致动马达向前移动且旋转。控制转位和旋转的速率以在器械760上印刷出螺旋式传感器770。当转位的速率快于旋转的速率时，螺旋式传感器770将具有大的螺旋角或在所述螺旋中具有松散的环。另一方面，当转位的速率(转位速率)慢于旋转的速率(角速率)时，所述螺旋式传感器770将具有小的螺旋角或在所述螺旋中具有密集的环。螺旋角和速率之间的关系如下所示：

其中α是螺旋角，v_i是转位速率，v_θ是以弧度为单位的旋转的角速率，并且D是器械760的截面直径。因此，控制器可以控制转位速率v_i和角速率v_θ以使得印刷电路770可以具有适合于其目的的螺旋角。

一方面，印刷可以从器械760的远侧端部或器械760的近侧端部开始。在当印刷从器械760的远侧端部开始时的情况中，致动臂730向前转变器械760的位置使得印刷喷嘴720可以朝向器械760的近侧端部印刷导电性材料。在当印刷从器械760的近侧端部开始时的另一情况中，致动臂730向后转变器械760的位置以使得印刷喷嘴720可以朝向器械760的远侧端部印刷导电性材料。另一方面，致动臂730可以改变旋转的方向使得螺旋式传感器770可以具有逆时针或顺时针螺旋。

一方面，印刷喷嘴720可以在印刷的开始和结束时印刷更多的导电性材料使得螺旋式传感器770的每一个端部均具有更大的区域，所述更大的区域用于连接到外部设备的接触件。

另一方面，在印刷了螺旋式传感器770的一层之后，致动臂730可以执行相反的转位和旋转运动，这意味着当在印刷螺旋式传感器770的同时执行向前转位时，执行向后转位，以及当在印刷螺旋式传感器770的同时执行顺时针旋转时，执行逆时针旋转。同时，印刷喷嘴720可以将非导电性材料印刷在已印刷的导电性材料上。以这种方式，已印刷的导电性材料可以由非导电性材料完全覆盖。另一方面，可以控制印刷喷嘴720以在比已印刷的导电性材料的区域更大的区域上印刷非导电性材料。这可以更加确保已印刷的导电性材料由非导电性材料完全覆盖。

在完成印刷非导电性材料之后，印刷喷嘴720可以再次将导电性材料印刷在器械760上。一方面，可以选择不同于原始转位速率v_i和原始角速率v_θ的新的转位速率v_i和新的角速率v_θ以使得新的螺旋式传感器可以具有与原始的螺旋式传感器不同的构造。通过重复这些步骤，器械760可以具有多个螺旋式传感器。

又一方面，致动臂730可以控制向前和向后转位运动以及旋转运动使得传感器可以具有不同的构造。例如，传感器可以具有一系列不完整的圆。这个图案可以在完成整个圆之前通过旋转致动臂而不向前转位并且通过向前转位致动臂而不旋转来获得。本公开的范围可以延伸到本领域普通技术人员可以容易地理解的类似的或不同的构造。

图8示出使用印刷机在表面上印刷传感器的方法800。所述传感器可以是一层的或多层的。所述方法800从在步骤810中将计数器N设置为零开始。在步骤820中，印刷机印刷导电性材料，所述导电性材料用于连接到外部设备的接触件。所述接触件区域可以大于用于传感器的已印刷的导电性材料的区域。在步骤830中，印刷机在管上印刷导电性材料。在步骤840中，在印刷的同时，印刷机的保持所述管的转位臂向前或向后转位所述管，以及旋转所述管。此处，可以控制转位臂的转位速率和角速率以实现如上在图7中描述的传感器的具体图案。

在步骤850中，印刷机印刷用于另一接触件的导电性材料。在步骤810和850中印刷的接触件将用于连接到电线，所述电线通向外部设备并且与外部设备相连接，所述外部设备例如为图1的追踪装置160。如上所述，追踪装置可以处理感测结果以识别传感器在电磁场中的位置。

在步骤860中，印刷机在已印刷的导电性材料上印刷非导电性材料以形成非导电性膜。在步骤870中，在印刷非导电性材料的同时，印刷机的致动臂沿与印刷导电性材料的方向相反的方向向前或向后转位以及旋转。以这种方式，已印刷的导电性材料与其他环境隔离、或被保护以免受其它环境的影响。这个步骤结束传感器的印刷。

在步骤880中，计数器N增加1。在步骤890中，计数器N与预先确定的层的数量相对比。如果计数器N小于预先确定的层的数量，则方法800重复步骤820到890。如果计数器N不小于预先确定的层的数量，则方法结束。

一方面，当预先确定的层的数量大于1时，在每一层中印刷的传感器可以具有不同的构造，例如螺旋角和如图7中所示的螺旋图案。另一方面，多层中的传感器可以全部被连接以使得传感器仅具有两个接触件，而不是每一层中的传感器均具有与其他传感器的两个接触件相分离的两个接触件。

虽然为了说明和描述的目的已经参考附图详细地描述了实施例，但应当理解，本发明的方法和设备不应被解释为限制。对本领域技术人员来说将显然的是，在不偏离本公开的范围的前提下可以对前述实施例进行各种修改。