用于射频标签的询问和检测系统及方法与流程

1.本公开总体上涉及用于射频(rf)标签的询问和检测系统，并且更具体地，涉及用于在外科手术部位内使用的射频(rf)标签的询问、检测和库存系统。


背景技术：

2.在完成外科手术之前，确定患者体内是否存在与外科手术相关联的物件通常是有用的。此类物件可以采取各种形式。例如，物件可以采取器械的形式，例如手术刀、剪刀、镊子、止血钳和/或夹具。并且，例如，物件可以采取相关附件和/或一次性物件的形式，例如外科手术海绵、纱布和/或垫片。在缝合之前未能定位物件可能需要进行额外的外科手术，并且在一些情况下可能具有不期望的医疗后果。
3.相应地，需要能够在医疗环境中提供存在检测和标记外科手术物品/器具识别功能以及该标记物品/器具的库存控制的技术。具体地，检测在医疗程序的执行期间使用的标记外科手术物品和材料的存在、识别该标记外科手术物品和材料以及维持其库存。现有的技术既可以单独实现这些功能，也可以相互结合以实现这些功能，但所使用的离散解决方案的方法和包装对于应用来说并不理想。更具体地，附接或附连到正被跟踪的物品的部件要么体积太大，在执行程序时存在麻烦或障碍，要么解决方案的检测和识别性能可能在可变且不受控的介电或导电材料的存在下快速降低。
4.相应地，需要改进医疗环境中的存在检测、标记物品识别和库存功能。


技术实现要素：

5.本公开涉及用于在外科手术期间检测体腔中使用的外科手术物件和装置的系统，具体地，涉及直接插入到外科手术部位中的天线。
6.根据本公开的各方面，提出了一种用于检测患者体内的外科手术器具的询问和检测系统。该系统包括：rfid标签，该rfid标签被配置为当被通电时发射返回信号；信号发生器，该信号发生器被配置为产生用于rfid标签的通电信号；和线圈天线，该线圈天线可操作地耦合到信号发生器，该天线被配置为接收由rfid标签发射的返回信号。线圈天线包括初级线圈、次级线圈以及被配置为将电磁能量从次级线圈耦合到初级线圈的芯。芯包括非磁性绝缘材料。次级线圈被配置为接收返回信号。初级线圈被配置为耦合来自次级线圈的电磁能量。rfid标签附连到外科手术器具。
7.在本公开的一方面，初级线圈与次级线圈之间的“匝数比”可以大于或等于1:1。“匝数比”是初级线圈的第一匝数与次级线圈的第二匝数之间的比率。
8.在本公开的另一方面，次级线圈可以具有在返回信号的工作频率的10％内的谐振频率。
9.在本公开的又一方面，次级线圈可以具有大于或等于2.5uh的电感。
10.在本公开的又一方面，线圈天线还可以包括电连接至初级线圈的第一匹配网络。第一匹配网络被配置为使初级线圈的输入阻抗与发生器的输出阻抗相匹配。
11.在本公开的又一方面，线圈天线还可以包括电连接至次级线圈的第二匹配网络。第二匹配网络被配置为使次级线圈的输入阻抗与初级线圈的输出阻抗相匹配。
12.在本公开的一方面，初级线圈可以是第一平面线圈。
13.在本公开的另一方面，次级线圈可以是第二平面线圈。
14.在本公开的又一方面，初级线圈可以包括第一匝和第二匝。
15.在本公开的又一方面，初级线圈的第一匝和初级线圈的第二匝可以在垂直取向和水平取向上以偏移方式布置。
16.在本公开的又一方面，次级线圈可以包括第一匝和第二匝。
17.在本公开的一方面，初级线圈的第一匝和初级线圈的第二匝可以在垂直取向和水平取向上以偏移方式布置。
18.根据本公开的各方面，提出了一种被配置为接收由rfid标签发射的返回信号的线圈天线。线圈天线包括初级线圈、次级线圈以及被配置为将电磁能量从次级线圈耦合到初级线圈的芯。芯包括非磁性绝缘材料。次级线圈被配置为接收返回信号。初级线圈被配置为耦合来自次级线圈的电磁能量。
19.在本公开的另一方面，初级线圈和次级线圈可以各自是平面线圈。
20.在本公开的又一方面，初级线圈可以包括导体。
21.在本公开的又一方面，初级线圈的导体包括可以具有包括同轴、平面、“c”形横截面形状和/或管形横截面形状的配置的导体。
22.在本公开的又一方面，初级线圈与次级线圈之间的“匝数比”可以大于或等于1:1。“匝数比”是初级线圈的第一匝数与次级线圈的第二匝数之间的比率。
23.在本公开的一方面，次级线圈可以具有在返回信号的工作频率的10％内的谐振频率。
24.根据本公开的各方面，提出了一种用于标记物品的库存控制的方法。该方法包括通过可操作地耦合到信号发生器的线圈天线发射通电信号，该线圈天线包括初级线圈、次级线圈以及被配置为将次级线圈磁耦合到初级线圈的芯，该通电信号被配置为将rfid标签通电，该rfid标签附连到物品并且被配置为当被通电时发射返回信号；以及通过线圈天线的初级线圈接收返回信号。
25.在本公开的又一方面，方法还可以包括基于返回信号来检测和/或识别物品。物品可以包括外科手术器具。
26.根据本公开的各方面，一种被配置为接收由rfid标签发射的返回信号的线圈包括第一匝导体和电连接至第一匝导体的第二匝导体。
27.在一方面，第一匝导体可以相对于第二匝导体以并联关系和偏移方式定位。
28.在本公开的一方面，第一匝导体可以包括第一内边缘和第一外边缘。第二匝导体可以包括第二内边缘和第二外边缘。
29.在本公开的另一方面，线圈可以被布置成圆形、正方形、矩形或长方形配置。
30.在本公开的又一方面，第一匝导体可以与交错线圈的第二匝导体重叠，其中第二匝导体的大部分不与第一匝导体重叠。
31.根据本公开的各方面，被配置为接收由rfid标签发射的返回信号的线圈天线包括初级线圈和次级线圈。次级线圈包括第一匝导体和电连接至第一匝导体的第二匝导体。次
级线圈被配置为接收返回信号。初级线圈被配置为耦合来自次级线圈的电磁能量。
32.在本公开的又一方面，线圈天线还可以包括芯，该芯被配置为将电磁能量耦合到次级线圈以及从次级线圈耦合到初级线圈。芯包括非磁性绝缘材料。
33.在本公开的又一方面，第一匝导体可以相对于第二匝导体以并联关系和偏移方式定位。
34.在本公开的又一方面，初级线圈与次级线圈之间的“匝数比”可以大于或等于1:1。“匝数比”是初级线圈的第一匝数与次级线圈的第二匝数之间的比率。
35.在本公开的一方面，次级线圈可以具有在返回信号的工作频率的10％内的谐振频率。
36.在本公开的另一方面，次级线圈可以具有大于或等于2.5uh的电感。
37.在本公开的又一方面，线圈天线还可以包括电连接至初级线圈的第一匹配网络。第一匹配网络可以被配置为使初级线圈的输入阻抗与信号发生器的输出阻抗相匹配。
38.根据本公开的各方面，提出了一种用于检测患者体内的外科手术器具的询问和检测系统。该询问和检测系统包括：rfid标签，该rfid标签被配置为当被通电时发射返回信号；信号发生器，该信号发生器被配置为产生用于rfid标签的通电信号；和线圈天线，该线圈天线可操作地耦合到信号发生器，该天线被配置为接收由rfid标签发射的返回信号。rfid标签附连到患者体内的外科手术器具。线圈天线包括初级线圈和次级线圈。次级线圈包括第一匝导体和电连接至第一匝导体的第二匝导体。第一匝导体可以相对于第二匝导体以并联关系和偏移方式定位。次级线圈被配置为接收返回信号。初级线圈被配置为耦合来自次级线圈的电磁能量。
39.在本公开的又一方面，次级线圈可以是耦合到初级线圈的空气芯。
40.在本公开的又一方面，初级线圈与次级线圈之间的“匝数比”可以大于或等于1:1。“匝数比”是初级线圈的第一匝数与次级线圈的第二匝数之间的比率。
41.根据本公开的各方面，次级线圈可以具有大于或等于2.5uh的电感。
42.在本公开的一方面，线圈天线还可以包括电连接至初级线圈的第一匹配网络。
43.在本公开的另一方面，线圈天线还可以包括电连接至次级线圈的第二匹配网络。
44.在本公开的又一方面，初级线圈可以是第一平面线圈。
45.在本公开的又一方面，次级线圈可以是第二平面线圈。
46.在本公开的又一方面，初级线圈可以包括两匝或更多匝。
47.在本公开的一方面，次级线圈可以包括两匝或更多匝。
48.根据本公开的各方面，提出了一种用于检测患者体内的外科手术器具的询问和检测系统。该询问和检测系统包括：rfid标签，该rfid标签被配置为当被通电时发射返回信号；信号发生器，该信号发生器被配置为产生用于rfid标签的通电信号；和线圈天线，该线圈天线可操作地耦合到信号发生器，该天线被配置为接收由rfid标签发射的返回信号，该线圈天线包括线圈阵列。rfid标签附连到患者体内的外科手术器具。
49.在本公开的另一方面，线圈阵列可以被配置为产生磁通量并且基于通电信号来导引磁通量的方向和/或磁通量的幅值。
50.在本公开的又一方面，线圈阵列包括第一线圈和第二线圈。通电信号可以包括第一电流和第二电流。第一线圈和第二线圈可以被配置为分别由第一电流和第二电流独立地
通电。
51.在本公开的又一方面，第二线圈可以相对于第一线圈以0度、90度、180度和/或270度取向。
52.在本公开的又一方面，线圈阵列的第一线圈可以用第一电流沿顺时针方向和/或逆时针方向通电。线圈阵列的第二线圈用第二电流沿顺时针方向和/或逆时针方向通电。
53.根据本公开的各方面，线圈阵列的每个线圈可以被布置成圆形、正方形、矩形和/或长方形配置。
54.在本公开的一方面，第一线圈和第二线圈中的每一者可以是平面线圈。
55.在本公开的另一方面，第一线圈和第二线圈中的每一者可以包括一匝或多匝。
56.在本公开的又一方面，线圈阵列的线圈中的每个线圈可以包括初级线圈和次级线圈。线圈阵列的线圈中的每个线圈还可以具有初级线圈与次级线圈之间的大于或等于1:1的“匝数比”。“匝数比”是初级线圈的第一匝数与次级线圈的第二匝数之间的比率。
57.根据本公开的各方面，一种被配置为接收由rfid标签发射的返回信号的线圈阵列包括被配置为产生第一磁场的第一线圈和被配置为产生第二磁场的第二线圈。线圈阵列被配置为产生磁通量并且基于来自信号发生器的通电信号来导引磁通量的方向和/或磁通量的幅值。
58.在本公开的又一方面，通电信号可以包括第一电流和第二电流。第一线圈和第二线圈可以被配置为分别由第一电流和第二电流独立地通电。
59.在本公开的又一方面，第二线圈可以相对于第一线圈以0度、90度、180度和/或270度取向。
60.在本公开的一方面，线圈阵列的第一线圈可以用第一电流沿顺时针方向和/或逆时针方向通电。线圈阵列的第二线圈可以用第二电流沿顺时针方向和/或逆时针方向通电。
61.在本公开的另一方面，线圈阵列的每个线圈可以被布置成圆形、正方形、矩形和/或长方形配置。
62.在本公开的又一方面，第一线圈和第二线圈中的每一者可以是平面线圈。
63.在本公开的又一方面，第一线圈和第二线圈中的每一者可以包括一匝或多匝。
64.在本公开的又一方面，线圈阵列的线圈中的每个线圈可以包括初级线圈和次级线圈。线圈阵列的线圈中的每个线圈还可以具有初级线圈与次级线圈之间的大于或等于1:1的“匝数比”。“匝数比”是初级线圈的第一匝数与次级线圈的第二匝数之间的比率。
65.根据本公开的各方面，线圈阵列的线圈中的每个线圈可以具有大于或等于2.5uh的电感。
66.在本公开的一方面，提出了一种用于询问和检测患者体内的外科手术器具的方法。该方法包括：通过可操作地耦合到信号发生器的线圈天线发射通电信号，该天线被配置为接收由rfid标签发射的返回信号，该线圈天线包括线圈阵列；以及通过线圈阵列接收返回信号。线圈阵列被配置为产生磁通量并且基于通电信号来导引磁通量的方向和/或磁通量的幅值。
67.在本公开的另一方面，通电信号可以包括第一电流和第二电流。该方法还可以包括：通过信号发生器将线圈阵列的第一线圈通电，该第一线圈由第一电流沿顺时针方向和/或逆时针方向通电；以及通过信号发生器由第二电流沿顺时针方向和/或逆时针方向将线
圈阵列的第二线圈通电。
68.根据本公开的各方面，提出了一种用于动态地配置次级空气芯耦合线圈并且激励磁场的系统。该系统包括：rfid标签，该rfid标签被配置为当被通电时发射返回信号，该rfid标签附连到患者体内的外科手术器具；信号发生器，该信号发生器被配置为产生用于rfid标签的通电信号；和线圈天线，该线圈天线可操作地耦合到信号发生器，该天线被配置为接收由rfid标签发射的返回信号，该线圈天线被配置为基于通电信号来在多个方向上激励磁场。
69.在本公开的又一方面，线圈天线可以包括线圈阵列，该线圈阵列包括多个线圈。线圈阵列的每个线圈可以包括初级线圈和次级线圈。
70.在本公开的又一方面，线圈天线还可以包括线圈调谐网络，该线圈调谐网络被配置为调谐初级线圈的品质因数“q”和/或工作频率。
71.在本公开的又一方面，调谐网络可以包括：实部匹配检测网络，该实部匹配检测网络被配置为检测通电信号的实部；虚部匹配检测网络，该虚部匹配检测网络被配置为检测通电信号的虚部；动态匹配网络，该动态匹配网络被配置为调谐初级线圈的品质因数“q”和/或第一谐振频率；处理器；和存储器，在该存储器上存储有指令，该指令在由处理器执行时使得系统：通过实部匹配检测网络检测通电信号的实部；通过虚部匹配检测网络检测通电信号的实部；基于通电信号的检测到的实部和检测到的虚部来确定初级线圈的第二谐振频率；以及通过动态匹配网络基于该确定来将初级线圈调谐到第二谐振频率。
72.在本公开的一方面，调谐网络还可以包括功率检测网络，该功率检测网络被配置为从通电信号检测功率电平。
73.在本公开的另一方面，指令在被执行时可进一步使得系统：通过功率检测网络检测通电信号的功率电平、确定初级线圈的第三谐振频率，以及通过动态匹配网络基于该确定来将初级线圈调谐到第三谐振频率。
74.在本公开的又一方面，线圈天线还可以包括端接网络，该端接网络被配置为启用或停用线圈阵列的离散次级线圈。
75.在本公开的又一方面，端接网络可以包括：阻抗传感器，该阻抗传感器被配置为感测线圈阵列的次级线圈中的每个次级线圈的阻抗；降压变压器，该降压变压器被配置为使线圈阵列的次级线圈中的每个次级线圈的阻抗降低；动态电容组，该动态电容组被配置为经由降压变压器向线圈阵列的次级线圈中的每个次级线圈提供多个负载；处理器；和存储器，在该存储器上存储有指令，该指令在由处理器执行时使得系统：通过阻抗传感器确定返回信号的阻抗，以及基于该确定将动态电容组设置到多个负载中的一个负载。
76.在本公开的又一方面，次级线圈可以是可配置次级线圈，包括多个可配置次级线圈部分。可配置次级线圈可以具有多个次级线圈配置。
77.根据本公开的各方面，线圈天线还可以包括导引网络，该导引网络被配置为启用多个次级线圈配置中的至少一个次级线圈配置。
78.在本公开的一方面，系统可以包括外科手术台。线圈天线可以被嵌入到外科手术台中。
79.在本公开的另一方面，线圈阵列可以包括第一线圈和第二线圈。通电信号可以包括第一电流和第二电流。第一线圈和第二线圈可以被配置为分别由第一电流和第二电流独
立地通电。
80.在本公开的又一方面，线圈阵列的第一线圈可以用第一电流沿顺时针方向和/或逆时针方向通电。线圈阵列的第二线圈可以用第二电流沿顺时针方向和/或逆时针方向通电。
81.根据本公开的各方面，线圈天线包括被配置为接收由rfid标签发射的返回信号的线圈阵列。线圈阵列包括被配置为产生第一磁场的第一线圈和被配置为产生第二磁场的第二线圈。线圈阵列包括多个线圈，该多个线圈被配置为产生磁通量并且基于来自信号发生器的通电信号来导引磁通量的方向和/或磁通量的幅值。线圈阵列的每个线圈包括初级线圈和次级线圈。
82.在本公开的又一方面，线圈天线还可以包括线圈调谐网络，该线圈调谐网络被配置为调谐每个初级线圈的品质因数“q”和/或工作频率。
83.在本公开的一方面，调谐网络可以包括实部匹配检测网络，该实部匹配检测网络被配置为检测通电信号的实部；虚部匹配检测网络，该虚部匹配检测网络被配置为检测通电信号的虚部；动态匹配网络，该动态匹配网络被配置为调谐初级线圈的品质因数“q”和/或第一工作频率；处理器；和存储器。存储器包括存储在其上的指令，该指令在由处理器执行时使得线圈天线：通过实部匹配检测网络检测通电信号的实部；通过虚部匹配检测网络检测通电信号的实部；基于通电信号的检测到的实部和检测到的虚部来确定初级线圈的第二工作频率；以及通过动态匹配网络基于该确定来将初级线圈调谐到第二工作频率。
84.在本公开的另一方面，线圈天线还可以包括端接网络，该端接网络被配置为启用或停用线圈阵列的离散次级线圈。
85.在本公开的又一方面，端接网络可以包括传感器，该传感器被配置为感测线圈阵列的次级线圈中的每个次级线圈的阻抗、电压和/或电流。
86.在本公开的又一方面，次级线圈可以是可配置次级线圈，包括多个可配置次级线圈部分。可配置次级线圈具有多个次级线圈配置。
87.根据本公开的各方面，一种用于询问和检测患者体内的外科手术器具的方法包括：通过可操作地耦合到信号发生器的线圈天线发射通电信号，该天线被配置为接收由rfid标签发射的返回信号，该线圈天线包括线圈阵列；通过该线圈阵列接收返回信号。线圈阵列被配置为产生磁通量并且基于通电信号来导引磁通量的方向和/或磁通量的幅值。该方法还包括：通过实部匹配检测网络检测通电信号的实部；通过虚部匹配检测网络检测通电信号的实部；基于通电信号的检测到的实部和检测到的虚部来确定初级线圈的第二工作频率；以及通过动态匹配网络基于该确定来将初级线圈调谐到第二工作频率。
88.根据本公开的各方面，一种用于实时动态地调谐天线线圈与信号发生器之间的阻抗匹配的系统包括：rfid标签，该rfid标签被配置为当被通电时发射返回信号，该rfid标签附连到患者体内的外科手术器具；信号发生器，该信号发生器被配置为产生用于rfid标签的通电信号；线圈天线，该线圈天线可操作地耦合到信号发生器，该天线被配置为接收由rfid标签发射的返回信号；和实时调谐网络，该实时调谐网络被配置为动态地调谐信号发生器与线圈天线之间的阻抗匹配。
89.在本公开的又一方面，实时调谐网络可以包括：调谐鉴别器，该调谐鉴别器被配置为确定通电信号的实部和/或通电信号的虚部；相位补偿网络，该相位补偿网络被配置为基
于通电信号的所确定的虚部来动态地调谐匹配阻抗的相位；和幅值补偿网络，该幅值补偿网络被配置为基于通电信号的所确定的实部来动态地调谐匹配阻抗的幅值。虚部包括电容信号、电感信号和/或复合信号。实部包括通电信号电流和/或通电信号电压。
90.在本公开的一方面，实时调谐鉴别器可以包括：阻抗变换网络，该阻抗变换网络被配置为变换来自信号发生器的通电信号以识别通电信号的实部和虚部；整流器，该整流器被配置为对经阻抗变换的信号进行整流；和低通滤波器，该低通滤波器被配置为对经整流的信号进行滤波。
91.在本公开的另一方面，实时调谐网络还可以包括功率检测器，该功率检测器被配置为检测通电信号电流和/或通电信号电压。
92.在本公开的又一方面，相位补偿网络可以包括：动态电容元件，该动态电容元件被配置为选择匹配阻抗的相位的频率范围；和变压器，该变压器被配置为减小跨动态电容元件的电压。
93.在本公开的又一方面，幅值补偿网络可以包括：动态电容元件，该动态电容元件被配置为选择匹配阻抗的幅值的频率范围；和变压器，该变压被配置为减小跨动态电容元件的电压。
94.在本公开的又一方面，系统还可以包括处理器和存储器，该存储器包括存储在其上的指令，该指令在被执行时使得系统：确定通电信号的虚部，以及通过相位补偿网络基于通电信号的所确定的虚部来动态地调谐匹配阻抗的相位。
95.在本公开的一方面，指令在被执行时可进一步使得系统：确定通电信号的实部，以及通过幅值补偿网络基于通电信号的所确定的实部来动态地调谐匹配阻抗的幅值。
96.在本公开的另一方面，线圈天线可以包括初级线圈和次级线圈。
97.在本公开的又一方面，调谐网络可以设置在初级线圈与信号发生器之间。调谐网络可以被配置为调谐初级线圈的品质因数“q”和/或工作频率。
98.在本公开的又一方面，系统还可以包括第二调谐网络，该第二调谐网络电耦合到次级线圈并且被配置为调谐次级线圈的品质因数“q”和/或工作频率。
99.根据本公开的各方面，一种用于实时动态地调谐天线线圈与信号发生器之间的阻抗匹配的方法包括：确定信号发生器的通电信号的实部和/或信号发生器的通电信号的虚部；以及通过相位补偿网络基于通电信号的所确定的虚部来动态地调谐匹配阻抗的相位。
100.在本公开的又一方面，方法还可以包括：确定通电信号的实部；以及通过幅值补偿网络基于通电信号的所确定的实部来动态地调谐匹配阻抗的幅值。
101.根据本公开的各方面，提出了一种被配置为动态地调谐信号发生器与天线之间的阻抗匹配的实时调谐网络。实时调谐网络包括：实时调谐鉴别器，该实时调谐鉴别器被配置为确定来自信号发生器的通电信号的实部和/或通电信号的虚部；相位补偿网络，该相位补偿网络被配置为基于通电信号的所确定的虚部来动态地调谐匹配阻抗的相位；和幅值补偿网络，该幅值补偿网络被配置为基于通电信号的所确定的实部来动态地调谐匹配阻抗的幅值。虚部包括电容信号、电感信号和/或复合信号。实部包括通电信号电流和/或通电信号电压。
102.在本公开的一方面，实时调谐鉴别器可以包括：阻抗变换网络，该阻抗变换网络被配置为变换来自信号发生器的通电信号以识别通电信号的实部和虚部；整流器，该整流器
被配置为对经阻抗变换的信号进行整流；和低通滤波器，该低通滤波器被配置为对经整流的信号进行滤波。
103.在本公开的另一方面，实时调谐网络还可以包括功率检测器，该功率检测器被配置为检测通电信号电流和/或通电信号电压。
104.在本公开的又一方面，相位补偿网络可以包括：动态电容元件，该动态电容元件被配置为选择匹配阻抗的相位的频率范围；和变压器，该变压器被配置为减小跨动态电容元件的电压。
105.在本公开的又一方面，幅值补偿网络可以包括：动态电容元件，该动态电容元件被配置为选择匹配阻抗的幅值的频率范围；和变压器，该变压被配置为减小跨动态电容元件的电压。
106.在本公开的又一方面，线圈天线可以包括初级线圈和次级线圈。
107.在本公开的一方面，调谐网络可以设置在初级线圈与信号发生器之间。调谐网络被配置为调谐初级线圈的品质因数“q”和/或工作频率。
108.根据本公开的各方面，一种用于匹配天线与信号发生器之间的阻抗的系统包括：rfid标签，该rfid标签被配置为在被通电时发射返回信号；信号发生器，该信号发生器被配置为产生用于rfid标签的通电信号；线圈天线，该线圈天线可操作地耦合到信号发生器，该天线被配置为接收由rfid标签发射的返回信号；和第一变压器，该第一变压器被配置为匹配信号发生器与天线之间的阻抗。rfid标签附连到患者体内的外科手术器具。
109.在本公开的另一方面，第一变压器可以包括初级绕组和次级绕组。系统还包括与第一变压器的初级绕组并联设置的电容器，该电容器被配置为匹配信号发生器与天线之间的阻抗。
110.在本公开的又一方面，系统还可以包括设置在第一变压器与天线之间的匹配网络。匹配网络可以被配置为匹配信号发生器与天线之间的阻抗。
111.在本公开的又一方面，匹配网络可以包括固定匹配网络和/或动态匹配网络。动态匹配网络被配置为基于通电信号的参数来动态地匹配信号发生器与天线之间的阻抗。
112.在本公开的又一方面，通电信号的参数可以包括功率电平、频率、带宽、电压和/或电流。
113.根据本公开的各方面，还可以包括第二变压器，该第二变压器被配置为变换匹配网络与天线之间的阻抗匹配。第二变压器可以设置在匹配网络与天线之间。
114.在本公开的一方面，第二变压器可以是升压变压器。
115.在本公开的另一方面，系统还可以包括动态电容元件，该动态电容元件被配置为调谐阻抗。动态电容元件可以跨第二变压器的初级绕组设置。
116.在本公开的又一方面，系统还可以包括：传感器，该传感器被配置为感测指示通电信号的参数的信号；处理器；和存储器。存储器包括存储在其上的指令，指令在被执行时使得系统：感测指示通电信号的参数的信号；基于感测到的信号来确定通电信号的参数；以及基于通电信号的所确定的参数来动态地调谐动态电容元件。
117.在本公开的又一方面，第二变压器可以包括初级绕组和次级绕组。系统还包括大容量电容，该大容量电容跨第二变压器的次级绕组设置。
118.在本公开的又一方面，第二变压器可以包括降压变压器。
119.根据本公开的各方面，一种用于匹配天线与信号发生器之间的阻抗的系统包括：rfid标签，该rfid标签被配置为在被通电时发射返回信号；信号发生器，该信号发生器被配置为产生用于rfid标签的通电信号；天线，该天线可操作地耦合到信号发生器，该天线被配置为接收由rfid标签发射的返回信号；变压器，该变压器被配置为匹配信号发生器与天线之间的阻抗；和动态电容元件，该动态电容元件被配置为调谐阻抗，该动态电容元件跨变压器的初级绕组设置。rfid标签附连到患者体内的外科手术器具。
120.在本公开的一方面，系统还可以包括：传感器，该传感器被配置为感测指示通电信号的参数的信号；处理器；和存储器。存储器包括存储在其上的指令，指令在被执行时使得系统：感测指示通电信号的参数的信号；基于感测到的信号来确定通电信号的参数；以及基于通电信号的所确定的参数来动态地调谐动态电容元件。
121.在本公开的另一方面，通电信号的参数可以包括功率电平、频率、带宽、电压和/或电流。
122.在本公开的又一方面，变压器可以包括初级绕组和次级绕组。该系统还可以包括大容量电容，该大容量电容跨变压器的次级绕组设置。
123.在本公开的又一方面，变压器可以是降压变压器。
124.在本公开的又一方面，系统还可以包括设置在变压器与天线之间的匹配网络，并且该匹配网络被配置为匹配信号发生器与天线之间的阻抗。
125.在本公开的一方面，匹配网络可以包括固定匹配网络和/或动态匹配网络。动态匹配网络被配置为基于通电信号的参数来动态地匹配信号发生器与天线之间的阻抗。
126.根据本公开的各方面，一种用于调谐天线与信号发生器之间的阻抗匹配的方法，该方法包括：通过传感器感测指示通电信号的参数的信号；基于感测到的信号来确定通电信号的参数；以及基于通电信号的所确定的参数来动态地调谐动态电容元件。动态电容元件跨设置在信号发生器与天线之间的变压器的初级绕组设置。
127.在本公开的又一方面，通电信号的参数可以包括功率电平、频率、带宽、电压和/或电流。
附图说明
128.在附图中，相同的附图标记表示类似的元件或动作。附图中元件的尺寸和相对位置不一定是按比例绘制的。例如，各种元件的形状和角度没有按比例绘制，并且这些元件中的一些元件被任意地放大或缩小和定位以提高附图的易读性。此外，所绘制元件的特定形状并不旨在传达关于特定元件的实际形状的任何信息，而仅仅为便于在附图中进行识别而选择。
129.下文中参考附图描述当前公开的天线、rf标签和含有它们的制品的各种方面。
130.图1是示出外科手术环境的示意图，其示出了医疗提供者根据一个所说明的方面使用询问和检测系统来检测在患者体内的被rfid标签标记的物件；
131.图2是用于检测患者体内在外科手术部位内正在使用的外科手术器具的天线的示意图；
132.图3是空气芯耦合次级读取器天线线圈的图像；
133.图4是图3的空气芯耦合次级读取器天线线圈的框图；
134.图5a至图5d是图3的空气芯耦合次级读取器天线线圈的初级导体和次级导体的侧面剖视图；
135.图6a是具有非交错次级导体配置的图3的空气芯耦合次级读取器天线线圈的透视图；
136.图6b是图6a的空气芯耦合次级读取器天线线圈的侧视图，其中次级导体具有两匝；
137.图6c是图6a的空气芯耦合次级读取器天线线圈的侧视图，其中次级导体具有四匝；
138.图7a是具有交错次级导体配置的图3的空气芯耦合次级读取器天线线圈的透视图；
139.图7b是具有交错次级导体配置的图7a的空气芯耦合次级读取器天线线圈的俯视图；
140.图8a和图8b是平面线圈的俯视图的图示；
141.图9是交错平面线圈的俯视图的图示；
142.图10a和图10b是非交错布置和交错布置中的图8a和图9的线圈的导体的图示；
143.图11示出了描绘交错线圈和非交错线圈的传感器输出电压与高度的曲线图；
144.图12示出了描绘交错次级线圈和非交错次级线圈的传感器输出电压与高度的曲线图；
145.图13是描绘用于与图1的系统一起使用的线圈阵列的俯视图的图；
146.图14a至图14f是示出磁场相对于传输线的方向的图；
147.图15a是图13的线圈阵列的透视图，其中线圈中的每个线圈在相反方向上被激励；
148.图15b是图13的线圈阵列的磁场的侧视图，其中线圈中的每个线圈在相反方向上被激励；
149.图15c是图13的线圈阵列的磁场的透视图，其中线圈中的每个线圈在相反方向上被激励；
150.图16a是图13的线圈阵列的透视图，其中线圈中的每个线圈在相同方向上被激励；
151.图16b是图13的线圈阵列的磁场的侧视图，其中线圈中的每个线圈在相同方向上被激励；
152.图16c是图13的线圈阵列的磁场的透视图，其中线圈中的每个线圈在相同方向上被激励；
153.图17至图19是用于与图1的系统一起使用的四元件线圈阵列的透视图，其中线圈中的每个线圈在不同方向上被激励；
154.图20是用于与图1的系统一起使用的用于动态地配置次级线圈并且在多个方向上激励磁场的系统的框图；
155.图21是用于与图1的系统一起使用的四元件线圈阵列的框图；
156.图22是用于与图20的线圈阵列一起使用的调谐网络的框图；
157.图23是用于与图20的线圈阵列一起使用的端接网络的框图；
158.图24a描绘了当以同相驱动两对线圈时的h场矢量图；
159.图24b描绘了当以相反相位驱动两对线圈时的h场矢量图；
160.图25a描绘了x-z平面中“水平”电流导引配置的矢量场强度和方向；
161.图25b描绘了x-z平面中“水平”电流导引配置的矢量场强度和方向；
162.图26描绘了其中次级线圈被端接以消除垂直取向配置中的贡献的配置中的h场强度的等轴视图；
163.图27描绘了用于与图1的检测系统10一起使用的四元件线圈阵列；
164.图28a至图28c描绘了图27的线圈阵列的每个离散次级线圈配置的二维最优笛卡尔取向；
165.图29是图27的线圈阵列的等轴视图；
166.图30至图32是用于图29的线圈阵列的三种可能配置的初级线圈电流方向、可配置次级线圈电流方向、导引网络配置和最优rfid标签取向方向的描绘；
167.图33至图36，系统可以包括可配置空气芯耦合次级线圈；
168.图37描绘了用于与图1的检测系统10一起使用的示例性二元件线圈阵列；
169.图38描绘了用于将天线线圈实时动态调谐到图1的询问和检测系统的发生器的系统的高级框图；
170.图39是描绘各种组织类型的介电常数和电导率的表；
171.图40是图38的系统的调谐鉴别器的示意图；
172.图41是图38的系统的相位补偿网络和幅值补偿网络的示意图；
173.图42是用于与图38的系统一起使用的集成q因数传感器；
174.图43是示出图41的“q”因数传感器的线性输出的曲线图；
175.图44是用于实时动态地调谐天线线圈与发生器之间的阻抗匹配的方法的流程图；
176.图45是用于使信号发生器的输出阻抗与图1的询问和检测系统的天线匹配的变压器的图；
177.图46是图1的询问和检测系统的回路天线的图；
178.图47是包括寄生效应的变压器模型的示意图；
179.图48是变压器模型的示意图，包括通过变压器反映寄生电容；
180.图49是用于与图1的询问和检测系统一起使用的变压器匹配系统的图；
181.图50是用于与图1的询问和检测系统一起使用的并入了用于并联电容的动态电容元件的变压器匹配系统的图；并且
182.图51是用于使发生器的阻抗与天线匹配的系统的图。
具体实施方式
183.在以下描述中，阐述了某些具体细节以便提供对所公开的各方面的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，各方面可以在没有这些特定细节中的一者或多者的情况下实践，或者利用其他方法、部件和材料等来实践。在其他情况下，与发射器、接收器或收发器相关联的熟知结构没有详细示出或描述，以避免不必要地混淆各方面的描述。
184.在本说明书中通篇提及的“一个方面”或“一方面”是指与包括在至少一个方面的方面结合描述的特定特征、结构或特性。因此，在本说明书中通篇的各个地方出现的短语“在一个方面”或“在一方面”不一定都是指同一方面。此外，在一个或多个方面，特定特征、结构或特性可以以任何合适方式组合。
185.图1描绘了外科手术环境“e”，其中医疗提供者12操作用于检测射频识别(rfid)标签的询问和检测系统10，以确定物品、器具或物件100a是否存在于患者18中。询问和检测系统10可以包括信号发生器200和通过一条或多条通信路径(例如，同轴电缆250)耦合到信号发生器200的天线300。在询问和检测系统10的一个方面，天线300可以采取手持棒300a的形式。
186.物件100a可以采取各种形式，例如在执行外科手术程序中有用的器械、附件和/或一次性物件。例如，物件100a可以采取手术刀、剪刀、镊子、止血钳和/或夹具的形式。并且，例如，物件100a可以采取外科手术海绵、纱布和/或衬垫的形式。物件100a被标记、载运、附接或以其他方式耦合到rfid标签100。本文中所公开的询问和检测系统10的各方面特别适合于与一个或多个rfid标签100一起操作，该rfid标签没有被准确地调谐到所选择的或所选定的谐振频率。因此，rfid标签100不需要高的制造公差或昂贵的材料，且因此制造成本可能较低。
187.在使用中，医疗提供者12可以将棒300a定位在患者18附近，以便检测一个或多个rfid标签100并且因此检测物件100a是否存在。在一些方面，医疗提供者12可以使棒300a沿着和/或跨患者18的身体移动。对于示例性询问和检测系统的详细描述，可以参考blair等人共同拥有的于2004年3月29日提交的标题为“用于使用标签和宽带检测装置检测物件的设备和方法(apparatus and method for detecting objects using tags and wideband detection device)”的美国专利申请公布2004/0250819号，该美国专利申请公布的全部内容特此以引用的方式并入本文中。
188.现在参考图2，用于检测患者体内的外科手术器具(例如，物件100a)的询问和检测系统10包括信号发生器200以便为附连到物件100a(图1)上的一个或多个rfid标签100(图1)提供通电信号。每个rfid标签100被配置为在被通电时发射返回信号，使得天线300可以检测返回信号并确认患者18体内的物件100a的存在。天线300经由通信电缆250可操作地耦合到信号发生器200。其中通信电缆250可以具有可变的长度，以向操作天线300的临床医生提供更大范围的运动。在各方面，天线可以包括例如电池供电的无线手持单元。
189.在询问和检测系统10的一个方面，天线300为被配置为在外科手术部位15上面挥动的天线300，例如在患者18的身体上面。例如，在尝试检测rfid标签时天线300可以在患者18的身体上面保持在约为四英寸或约为五英寸的高度，使得用户可以检测在患者18体内的物件100a的存在。
190.如本公开中使用的术语“读取范围”包括从询问和检测系统10的天线300(例如，读取器线圈)到rfid标签100(图1)的几何中心的距离。如本公开中所使用的术语“取向”包括天线300的初级线圈平面与标签天线或线圈的初级线圈平面之间的入射角。一般来讲，为了最优取向，初级读取器线圈平面和初级标签线圈平面是平行的。在最具挑战性的取向是初级读取器线圈平面和初级标签线圈平面在空间上正交的情况下，非最优取向意味着初级读取器线圈平面和初级标签线圈平面不平行。
191.对于手持附件，物理尺寸是重要的。附件需要使用有利于在预期应用中使用的形状因素来构造。对于典型的rfid应用，其中询问和检测系统10与rfid标签100(图1)之间的通信是经由耦合磁场实现的，读取范围和对线圈取向的灵敏度是线圈面积和取向的直接函数。换句话说，在通信可能的范围以及读取器天线300与rfid标签线圈之间的相对取向方
面，较大的线圈将表现得更好。在目标应用(标记外科手术物品的检测和识别)中，读取器线圈和标签线圈两者的可接受物理尺寸小于将提供最优读取范围性能和对定向的减小的灵敏度的物理尺寸。在rfid标签100(图1)的情况下，被跟踪的标签部件的可接受物理尺寸可能比理想情况小得多。为了在性能和物理形状因素两方面实现可接受用户体验，必须采用使性能最大化的新方法。
192.在rfid领域中的询问和检测系统10性能方面的限制因素中的一个限制因素涉及天线线圈可以呈现给信号发生器200(图1)的最优负载条件。信号发生器200(图1)与天线300之间的接口的失配或变化导致从信号发生器200到天线300的rf功率的非最优传输。这些失配可以使得rf能量被反射回到信号发生器200中，而不是传播到天线300中，然后从天线300传播到具有rfid标签100(图1)的无线通信信道中。rfid系统的常规发生器200通常被设计成连接到主要仅具有实数阻抗分量(z＝re{})的固定静态负载。然而，组织盐度将影响品质因数“q”和天线300(例如，读取器线圈)的阻抗。天线的品质因数“q”直接影响天线的带宽和天线的增益。
193.通常，rfid系统的发生器200旨在连接到50欧姆特性阻抗天线。该惯例允许开发者根据线圈或天线解决方案来考虑读取器解决方案的开发。典型的天线线圈在线圈端子处呈现主要电抗性(电感性，z＝im{})负载阻抗。匹配网络用于将主要实数发生器(例如，读取器)输出阻抗连接到主要电抗线圈输入阻抗。这通常在两个步骤中完成，其中匹配网络的一个方面用于适应目标负载的实部，并且匹配网络的另一方面抵消了线圈负载的电抗部分。最终结果是到发生器和天线300元件和来自发生器和天线元件的rf能量的最优传输。在实际应用中，天线线圈中的负载阻抗的复数部的可接受范围由于构造有效匹配网络所需的拓扑和分量值而受到限制。根据经验，对于实际匹配网络，线圈电感的标称值可以在约0.5uh和约2.5uh之间。具有在该范围之外的电抗性阻抗的线圈可能难以使用常规方法来匹配，并且容易受到部件容差和漂移的影响。
194.线圈的电感性阻抗分量主要是两个主要特性的函数。线圈面积和线圈中的匝数。对于给定的线圈电流，磁场矢量幅值以及因此为无源标签通电并且与无源标签通信的能力是线圈面积和线圈中的匝数两者的直接函数。换句话说，随着线圈面积和/或线圈中的匝数的增加，读取范围增加。不幸的是，对于旨在远程无线基于磁性的通信中使用的线圈，由于线圈面积导致的电感很快消除了由于阻抗的电感性分量的增加而增加线圈的匝的选择。电感基于匝数的平方。最终，直接通过物理特性使天线线圈的性能最大化的能力受到线圈呈现给匹配网络的电感性负载的量的限制。一种允许增加线圈电感同时维持实际匹配负载阻抗的方法是令人感兴趣的。所公开的技术利用使得能够增加线圈面积或增加线圈匝的数量的非传统方法，可以实现对天线300/rfid标签100取向的提高的读取范围和/或灵敏度。
195.除了与上述电抗性阻抗的允许范围有关的限制之外，还限制了调谐天线以在谐振下工作的能力。在该上下文中的谐振是其中电感线圈加载有相等且相反的电容性负载(串联或并联)的情形。理想情况下所得到的电路能够无限期地维持谐振频率下的振荡。根据本公开，谐振电路技术用于通过提供性能增益的维度(通常被称为品质因数(q))来提高线圈型天线性能。天线的品质因数“q”是描述阻抗的电抗部分与阻抗的实部的比率(im{}/re{})的方式。阻抗的电抗部分理论上是无损阻抗，而阻抗的实部理论上是完全有损的。换句话说，给予谐振线圈天线的能量以由无损阻抗与有损阻抗的比率描述的效率进行振荡。当电
感性分量和电容性分量被调谐为在目标工作频率处彼此相等时，品质因数增加，并且当与在阻抗的有损部分中耗散的能量相比时，阻抗的无损分量中的能量比率增加。使品质因数“q”最大化本质上是在无线通信信道中实现自由“增益”的方式。在常规通信信道中的品质因数的允许幅值方面存在限制，但我们用该解决方案具体解决的限制涉及使发生器输出信道与天线300a谐振线圈输入匹配的能力。
196.对于理想的并联谐振电路，阻抗的幅值接近无穷大(开路)，并且跨线圈元件的电压被最大化。对于理想的串联谐振电路，阻抗接近零“0”(短路)，并且通过线圈元件的电流被最大化。读取器技术不是设计用来驱动开路或短路负载，因此我们被迫去调谐(调谐远离谐振)谐振性质，以便从实际角度使读取器与线圈匹配。这导致可以经由品质因数“q”实现的自由增益的减小。此外，天线线圈周围空间的介电性质的变化将使线圈的谐振频率移位，或者由于线圈阻抗的实部的增加而使线圈性能退化。
197.参考图3和图4，根据本公开，示出了空气芯耦合次级读取器天线线圈300。空气芯耦合次级读取器天线线圈300通常包括变压器310、初级匹配网络410以及次级匹配网络420。如本文所用，术语“空气芯”可以包括任何非磁性绝缘材料，诸如聚合物和/或空气。
198.变压器310通常包括初级线圈302、次级线圈304以及由非磁性绝缘材料(例如，空气芯和/或聚合物)制成的芯306。空气具有为一“1”的介电常数和约零“0”的损耗正切。可以设想，在天线300的工作频率处和/或附近具有足够低的损耗正切的其他材料(例如，聚酰亚胺、聚四氟乙烯“ptfe”等)可以用于芯。初级线圈302和次级线圈304可以被安装到绝缘材料。第一匹配网络410被配置为使初级线圈302的输入阻抗与发生器200(图1)的输出阻抗相匹配。第二匹配网络420被配置为结合由患者呈现的负载或环境负载使次级线圈304的输入阻抗与初级线圈302的输出阻抗相匹配。
199.初级线圈302和次级线圈304中的每一者包括一匝或多匝。在各方面，初级线圈302和次级线圈304可以具有彼此相同或不同的匝数。例如，对于为1:1的“匝数比”，初级线圈302可以具有一匝，并且次级线圈304可以具有两匝。“匝数比”是变压器的初级绕组和次级绕组相对于彼此的比率。初级线圈302和/或次级线圈304可以是但不限于任何合适的形状，例如螺旋形、正方形、椭圆形和/或圆形。在各方面，初级线圈302和/或次级线圈304可以具有任何合适的横截面。例如，初级线圈302和/或次级线圈304的横截面可以是但不限于同轴的、平面的、“c”形的及/或管形的。初级线圈302和次级线圈304可以是任何合适的宽度。
200.空气芯306被配置为提供磁场在周围流动的路径，以在初级线圈302与次级线圈304之间感应电压。通过将空气芯306耦合次级线圈304添加到传统线圈天线，减少了与上文所讨论的两点相关联的挑战。在次级线圈304上并入若干匝(两匝或更多匝)同时维持如在初级线圈302输入端子处呈现的合理匹配阻抗是可能的。这是由于具有为1:n的“匝数比”的相对弱耦合变压器310的构造，其中“n”是次级线圈304上的匝数。变压器310充当阻抗变压器，实质上以1/n2的比率逐步降低负载(电抗)。最终结果是在初级线圈302端子处测量的电感以小于n2的速率增加，从而允许次级线圈304电感值超过约2.5uh，同时维持从实际角度可以合理匹配的初级线圈302电抗分量。另外地，次级线圈304可以被调谐到更接近目标工作频率的谐振。当负载反射通过空气芯耦合变压器310时，其减小(并联谐振)，并且电路固有的寄生阻抗使初级线圈302所经历的谐振移位，从而进一步允许实际调谐情形。
201.初级匹配网络410被配置为匹配初级线圈302与信号发生器200之间的阻抗，以最
小化可以导致rf能量被反射回到信号发生器200中而不是传播到初级线圈302中的失配。次级匹配网络420被配置为匹配次级线圈304与初级线圈302之间以及次级线圈304与标签线圈(未示出)之间的阻抗，以最小化可以导致rf能量被反射回到信号发生器200中而不是传播到标签线圈中的失配。
202.参考图5a至图5d，示出了图3的空气芯耦合次级读取器天线线圈的初级导体和次级导体的侧面剖视图。图5a示出了在非交错配置中具有为n＝2的“匝数比”的变压器310。初级线圈302包括“c”形导体302a。次级线圈304包括两个平面导体304a。空气芯306设置在初级线圈302与次级线圈304之间。
203.图5b示出了在非交错配置中具有为n＝3的“匝数比”的变压器310。初级线圈302包括“c”形导体302a。次级线圈304包括三个平面导体304a。空气芯306设置在初级线圈302与次级线圈304之间。
204.图5c示出了在非交错配置中具有为n＝4的“匝数比”的变压器310。初级线圈302包括“c”形导体302a。次级线圈304包括四个平面导体304a。空气芯306设置在初级线圈302与次级线圈304之间。
205.图5d示出了在交错配置中具有为n＝3的“匝数比”的变压器310。交错配置减小了可以导致低自谐振频率的寄生电容。初级线圈302包括“c”形导体302a。次级线圈304包括三个平面导体304a。空气芯306设置在初级线圈302与次级线圈304之间。可以设想，变压器310可以使用任何合适的匝数。
206.参考图6a，示出了具有非交错次级导体配置的图3的空气芯耦合次级读取器天线线圈300的透视图。初级线圈302被示为具有一匝，并且次级线圈304被示为具有两匝。次级线圈304的两个端子(例如，“次级线圈+”304b和“次级线圈
‑”
304c)可以被配置用于与第二匹配网络420(图2)电通信。图6b示出了图6a的空气芯耦合次级读取器天线线圈300的侧视图，其中次级线圈304具有两匝而初级线圈302具有一匝(“匝数比”为n＝2)。图6c示出了图6a的空气芯耦合次级读取器天线线圈300的侧视图，其中次级导体具有四匝(“匝数比”为n＝4)。
207.图7a和图7b是图3的空气芯耦合次级读取器天线线圈300的视图，其具有交错次级线圈导体304b配置以减小由于寄生电容引起的低自谐振频率。
208.参考图8a和图8b，示出了根据本公开的非交错线圈800的俯视图，其可以用作读取器天线300(图3)的初级线圈302和/或次级线圈304。非交错线圈800的第一匝导体802直接位于非交错线圈800的第二匝导体804上方，其中芯806(例如，空气或适合作为绝缘体的另一介电材料)设置于第一匝导体802与第二匝导体804的导体之间。
209.大型多匝磁场线圈天线由于寄生电容而具有固有的低自谐振频率。当设计近场射频识别读取器天线时，期望使用主要是电感性的线圈设计，以便确保流通穿过线圈的电流传导通过整个线圈。这样做可以使给定的线圈电流的场强度最大化。随着寄生电容的增加，线圈中的电流开始通过不期望的路径返回到源，从而降低了线圈的有效性。增加挑战的是设计高线圈因数“q”(电抗性阻抗与实数阻抗的比率)的竞争目标。高因数“q”线圈是其中电阻的欧姆实部被最小化而线圈电感被最大化的线圈。在各方面，可以通过增加导体厚度(以补偿趋肤深度)和/或导体表面积(或在扁平导体的情况下的宽度)来执行增加品质因数“q”。然而，两个导体之间的寄生电容是导体面积以及导体之间距离的函数。这样，增加导体
的宽度会导致自谐振频率的相应降低。对于电感线圈，当线圈之间的距离增加时，随着单独线圈之间的耦合效率降低，增加相邻线圈绕组之间的间隔达到收益递减的点。
210.参考图9，示出了根据本公开的非交错线圈900的俯视图，其可以用作读取器天线300(图3)的初级线圈302和/或次级线圈304。如下文详细描述，通过使交错线圈900的导体交错，可以减小交错线圈900的匝的迹线之间的寄生电容。
211.交错线圈900的第一匝导体902与交错线圈900的第二匝导体904以并联关系和偏移方式定位，并且在x、y、z坐标系统中彼此呈垂直和/或水平关系。第一匝导体902与第二匝导体904之间具有芯906。芯906可以是空气或其他适合作为绝缘体的介电材料。尽管示出了两匝，但是可以通过相对于前一匝导体以垂直和/或水平关系偏移附加匝来使用任何合适的匝(例如，导电层)数。例如，交错线圈900可以包括三匝，其中第三匝以与第二匝导体904从第一匝导体902偏移的方式类似的方式从第二匝导体904偏移。
212.第一匝导体902包括内边缘902a和外边缘902b。第二匝导体904包括内边缘904a和外边缘904b。第一匝导体902可以与交错线圈900的第二匝导体904重叠，其中第二匝导体904的大部分(例如，约》50％)不与第一匝导体902重叠。
213.第一匝导体902和/或第二匝导体904可以是但不限于任何合适的形状，例如螺旋形、正方形、椭圆形和/或圆形。在各方面，第一匝导体902和/或第二匝导体904可以具有任何合适的横截面。例如，第一匝导体902和/或第二匝导体904的横截面可以是但不限于同轴的、平面的、“c”形的及/或管形的。第一匝导体902和/或第二匝导体904可以是任何合适的宽度(例如，大约1cm宽的铜)。可以设想，第一匝导体902和/或第二匝导体904是单片的，或者线圈的每匝可以是与下一匝电连接的单件。
214.该交错线圈900配置将优化的导体宽度和优化的线圈到线圈配置与交错单独线圈元件设计相结合。在各方面，该交错线圈900配置可以被封装到薄的床垫状线圈阵列中，该薄的床垫状线圈阵列旨在用作在手术室环境中的标记外科手术物品的实时检测中的扫描附件。交错线圈900配置由于保留线圈面积而具有优于其他具体实施(诸如传统平面线圈)的优点，该线圈面积是线圈性能在场强度方面的主要特性。此外，由于在多匝线圈中共存的x-y平面导电层的数量减少，当与传统的同轴线圈设计相比时，交错配置具有提高射线透射性的附加优点。交错线圈900配置在直接驱动单个线圈的应用以及利用空气芯耦合次级线圈的应用中是有效的。例如，在交错线圈900配置中，寄生电容的减小和自谐振频率的后续增加可以是非常有益的，其中最大化线圈电感或提高线圈效率是有利的。
215.参考图10a和图10b，示出了非交错布置和交错布置中的图8a和图9的线圈的导体的图示。两个并联耦合的导体(诸如非交错配置)的电容是(e*a)/d，其中“e”是介电常数，其中“d”是导体之间的距离，并且“a”是导体的宽度。通过使导体交错，电容大约是(e*a*sinθ)/d，其中θ是第一匝导体902的底表面902g与最接近第一匝导体902的第二匝导体904的边缘之间的角度。
216.参考图11，示出了描绘单个驱动交错线圈和单个驱动非交错线圈的传感器输出电压与高度的曲线图。该曲线图还描绘了与交错构造与非交错构造相关联的示例性相对场强度增益，两者都具有单个驱动线圈。
217.参考图12，示出了描绘交错次级线圈和非交错次级线圈的传感器输出电压与高度的曲线图。该曲线图还描绘了与交错构造与非交错构造相关联的相对场强度增益的示例，
两者都使用次级耦合线圈。
218.参考图13，示出了根据本公开的线圈阵列1300的俯视图，其可以用作检测系统10(图1)的天线300(图3)。一般来讲，线圈阵列包括两个或更多个线圈，例如，第一线圈1302和第二线圈1304。阵列中的单独线圈1302、1304被配置为能够独立地通电，从而使得能够独立地导引线圈中的每个线圈的磁通量“b”。可以设想，单独线圈1302、1304中的每一者可以包括任何匝数。例如，单独线圈1302、1304中的每一者可以各自包括两匝。
219.参考图14a至图14f，是示出磁场相对于传输线的电流的方向的图。磁场强度“h”可以通过使用“右手定则”可视化(图14a和图14b)。磁场强度“h”矢量方向围绕线电流“i”卷曲，从而形成闭环(图14a)。磁通密度“b”是穿过给定区域的总磁场的量度，并且可以由等式b＝uh来描述。由线电流“i”产生的磁通密度“b”本质上是定向的。在线电流是任意几何形状的闭环天线的元件的情况下，空间中给定点处的磁通密度“b”等于来自每个单独线电流“i”元件的叠加场(图14c至图14f)。这样，对于固定位置线圈或利用用于电流方向的静态配置的线圈阵列1300(图13)，线圈或阵列周围的磁场强度“h”的矢量方向是固定的。
220.对于近场rfid通信系统，读取器天线线圈(例如，图1的天线300或线圈阵列1300)与rfid标签100(图1)的标签天线线圈经由源自流过天线300(例如，读取器线圈)(图1)的电流的磁通密度“b”链接。标签线圈捕获该通量并且使用该通量来将本地标签电子器件通电以及将信息传送回天线300(图1)。由标签捕获的磁通密度“b”的量确定了可用于标签执行其预期功能的能量的量。在其中标签线圈与天线300(图1)平行且同轴的最优取向上，所捕获的磁通量密度“b”的量被优化。当标签线圈远离该最优取向移动时，所捕获的磁通量“b”的量减少。一旦由标签捕获的磁通量密度“b”的量减小到没有捕获足够的能量来实现标签电子器件所需的激活能量的点，则读取器-标签通信信道就丢失了。
221.对于标签能够在固定读取器线圈/读取器线圈阵列上以任何方向取向的情形，线圈/阵列上方的空间中的每个点将具有对于特定rfid标签100(图1)取向而言是最优的并且同时对于相同位置处的另一标签取向而言是不存在的(正交的)磁场“h”矢量。这意味着rfid标签100(图1)可以是可发现的并且如果在一个方向上取向则提供信息，并且rfid标签100(图1)可以不是可发现的并且在相同位置处在不同取向上提供信息。对于手持读取器线圈(例如，图1的天线300)，可以通过改变读取器线圈取向来手动操纵来自读取器线圈的入射角来克服该问题。对于例如位于患者下方的固定阵列(例如，图1的线圈阵列1300)，天线取向是固定的。该解决方案通过经由线圈阵列1300中的电流导引改变磁场“h”矢量方向来解决该问题。通过扫描各种电流/线圈元件配置，可以改变磁场矢量方向，使得它能够在另外的非最优取向上将标签通电并且与标签通信。
222.参考图15a至图15c和图16a至图16c，示出了线圈阵列1300和在各种激励下与线圈阵列相关联的磁场1502、1602。基于叠加原理，在线圈阵列1300上方的空间中的给定位置处的磁场方向将是来自阵列中的电流元件中的每个电流元件的贡献的矢量和。通过控制电流“i”(由信号发生器200产生)的方向，可以操纵磁通量“b”的幅值和方向。线圈阵列1300的线圈可以被独立地、串联地或并联地驱动，以便实现期望的磁场特性。线圈阵列1300可以由少至两个线圈或多至所需的线圈构成，以提供应用所需的磁通量“b”方向和幅值分辨率。
223.图15a描绘了线圈阵列1300，其中第一线圈1302的电流流动“i”沿逆时针方向，并且第二线圈1304的电流流动“i”也沿顺时针方向。图15b描绘了线圈阵列1300的磁通量1502
强度的侧视图。图15c是线圈阵列1300的磁通量1502强度的透视图。在此，磁通量1502在相对于y轴的负方向上从第一线圈1302发出，并且磁通量1502在相对于y轴的正方向上从第二线圈1304发出。
224.图16a描绘了线圈阵列1300，其中第一线圈1302的电流流动“i”沿逆时针方向，并且第二线圈1304的电流流动“i”沿顺时针方向。图16b描绘了线圈阵列1300的磁通量1602强度。图16c是线圈阵列1300的磁通量1602强度的透视图。在此，磁通量1602在相对于“y”轴的负方向上从第一线圈1302发出，并且磁通量1602也在相对于y轴的负方向上从第二线圈1304发出。
225.参考图17至图19，示出了用于与图1的系统一起使用的四元件线圈阵列1700的透视图，其中线圈中的每个线圈在不同方向上被激励。四元件线圈阵列1700包括第一对线圈1710和第二对线圈1720。第一对线圈包括第一线圈1702和第二线圈1704。第二对线圈包括第三线圈1706和第四线圈1708。线圈1702至1708中的每一者被配置为能够独立地导引的，使得用于单独线圈中的任一者的电流流动可以沿顺时针或逆时针方向，从而使得能够操纵磁通量“b”的幅值和方向。
226.例如，在图17中，第一线圈1702和第三线圈1706中的电流流动“i”沿逆时针方向。第二线圈1704和第四线圈1708中的电流流动“i”沿顺时针方向。使用叠加，第一对线圈1710和第二对线圈1720的磁通量“b”的方向相对于“x”轴在正方向上。
227.例如，在图18中，第一线圈1702和第二线圈1704中的电流流动“i”沿顺时针方向。第三线圈1706和第四线圈1708中的电流流动“i”沿逆时针方向。使用叠加，第一对线圈1710和第二对线圈1720的磁通量“b”的方向相对于“z”轴在正方向上。
228.例如，在图19中，线圈1702至1708中的所有线圈的电流流动“i”沿逆时针方向。第一对线圈1710和第二对线圈1720的磁通量“b”的所得到的方向相对于“y”轴在正方向上。
229.可以设想，单独线圈1702至1708中的每一者的电流“i”幅值可以包括正值或负值，并且单独线圈中的每一者的电流“i”方向可以沿顺时针或逆时针的方式变化，以便使得能够导引磁通量“b”方向和/或幅值以适合应用。
230.参考图20，示出了用于动态地配置次级空气芯耦合线圈并且在多个方向上激励磁场的系统2000的框图，该系统可以用作检测系统10(图1)的天线300(图3)。所公开的系统既提供足够的磁场强度以在可接受读取范围内与rfid标签通信，又使得能够与相对于天线300(图3)具有任意、非最优取向的rfid标签通信。系统2000通常包括：多路复用器2020；具有相位控制的分相器2030；低电压(lv)导引网络2040(图33)，该低电压导引网络使得能够通过最适于在给定取向上激励rfid标签100(图1)的用于次级线圈配置的初级线圈进行电流导引；线圈调谐网络2200，该线圈调谐网络被配置为调谐线圈阵列1700(图21)的初级线圈1702a、1704a、1706a、1708a的品质因数“q”和/或工作频率；以及线圈端接网络2300，该线圈端接网络被配置为启用和/或停用线圈阵列1700的一个或多个次级线圈1702b、1704b、1706b、1708b。术语“工作频率”可以包括部件(例如，天线300)被设计为在其中工作的频带。
231.对于提供标记外科手术物品的检测和识别两者的应用来说，可能期望实现较大静态天线阵列1300(图1)，该较大静态天线阵列被嵌入到外科手术台中或与外科手术台床垫集成。静态天线阵列1300(图1)具有减少频繁与手持天线相关联的扫描循环的可变性的明显优点。该可变性是操作者扫描技术的差异的结果。静态天线阵列1300也具有吸引力，因为
当与手持天线相比时，它提供了增大扫描附件的尺寸的选项。增大的尺寸具有减少扫描所需的时间量以及从与增大的线圈面积相关的读取范围角度利用固有性能优点的益处。
232.对于典型的rfid应用，其中天线300(图3)与rfid标签100(图1)之间的通信是经由耦合磁场实现的，读取范围和对天线300取向的灵敏度是线圈面积和取向的直接函数。因此，在通信可能的范围以及天线300(图3)与rfid标签线圈(未示出)之间的相对取向方面，较大的线圈通常将比较小的线圈表现得更好。例如，当执行标记外科手术物品的检测和识别时，天线300(图3)和rfid标签线圈两者的可接受物理尺寸小于将提供最优读取范围性能和对取向的减小的灵敏度的物理尺寸。在rfid标签100(图1)的情况下，被跟踪的标签部件的可接受物理尺寸比理想情况小得多。
233.如先前所提及，本公开将空气芯耦合次级构造(图3)的优点与经由电流导引的场方向控制和多线圈元件阵列中的控制(图18)的益处结合。虽然为了简单起见下面描述了四个元件的阵列，但是阵列维数(n
×
m)不受限制并且可以被扩展以提供目标形状因数中所需的覆盖范围。另外地，阵列元件可以采取分形结构，其中较小的线圈元件和空气芯耦合次级线圈的阵列可以充当较高层级阵列中的单个初级线圈。
234.参考图21，示出了用于与图1的检测系统10一起使用的四元件线圈阵列1700的框图。对于该示例，线圈阵列1700包括四个(2
×
2)初级线圈1702a、1704a、1706a、1708a和五个离散空气芯耦合次级线圈1702b、1704b、1706b、1708b。每个初级线圈1702a、1704a、1706a、1708a可以可操作地连接到相关联的线圈调谐网络2200。每个次级线圈1702b、1704b、1706b、1708b可以可操作地连接到相关联的可配置线圈端接网络2300和高电压(hv)导引网络2040b。
235.图22是用于与图20的线圈阵列1700一起使用的线圈调谐网络2200的框图。线圈调谐网络2200通常包括实部匹配检测网络2210、虚部匹配检测网络2220、功率检测网络2230、动态匹配网络2250以及控制器2240。rf信号可以由复数表示并且通常包括实部(例如，同相)和虚部(例如，正交)。可配置端接网络2200、2300可以由控制器2240控制。实部匹配检测网络2210接收由发生器200(图1)产生的输入rf信号并且被配置为检测rf输入信号的实部(例如，指示rf信号的实部的信号)。虚部匹配检测网络2220被配置为检测rf输入信号的虚部(例如，指示rf信号的虚部的信号)。在各方面，实部匹配检测网络2210和/或虚部匹配检测网络2220可以使用i/q调制器来实现。功率检测网络2230被配置为根据rf信号检测rf功率电平，并且将功率电平提供到控制器2240以供进一步处理。功率检测网络2230可以包括但不限于例如rf检测器二极管。在各方面，代替检测rf功率电平或除了检测rf功率电平之外，功率检测网络2230可以被配置为使用电压和/或电流传感器(例如，线圈电流检测器)来检测电压和/或电流。在各方面，功率检测网络2230可以位于动态匹配网络2250的输出处，其中它可以被配置为确定由线圈产生的场强度。例如，功率检测网络2230可以是位于动态匹配网络2250的输出处的线圈电流检测器。在各方面，功率检测网络2230可以通过基于所获取的电压和/或电流计算逐点乘积来确定rf功率。在各方面，功率检测网络2230可以通过结合使用复合电容和电感信号的功率因数校正对来自图40的读取器电流信号和读取器电压信号进行后处理来确定rf功率。
236.控制器2240被配置为从实部匹配检测网络2210、虚部匹配检测网络2220、功率检测网络2230接收信号，并且基于检测到的信号来控制动态匹配网络2250。控制器2240包括
处理器和存储器，并且被配置为执行存储在存储器上的指令。
237.动态匹配网络2250被配置为调谐线圈阵列1700(图21)的初级线圈1702a、1704a、1706a、1708a的品质因数“q”和/或谐振频率。动态匹配网络2250可以包括但不限于例如电容器、电感器、变容器、pin二极管和/或电阻器。动态匹配网络2250可以包括范围选择输入2254，该范围选择输入被配置为从控制器2240接收范围选择信号并且基于接收到的范围选择信号来输出rf控制信号，该rf控制信号通过向一个或多个初级线圈1702a、1704a、1706a、1708a呈现动态负载来改变一个或多个初级线圈1702a、1704a、1706a、1708a的谐振频率范围。动态匹配网络2250可以包括调谐控制选择输入2252，该调谐控制选择输入被配置为从控制器2240接收调谐选择信号并且基于接收到的调谐选择信号来输出rf控制信号，该rf控制信号通过向一个或多个初级线圈1702a、1704a、1706a、1708a呈现动态负载来改变一个或多个初级线圈1702a、1704a、1706a、1708a的谐振频率。在各方面，初级线圈1702a、1704a、1706a、1708a可以根据需要独立地或以串联和/或并联元件的组合来驱动，以向检测系统10和线圈调谐网络2200呈现针对给定配置的优化负载。
238.图23是用于与图20的线圈阵列1700一起使用的线圈端接网络2300的框图。线圈端接网络2300通常包括：阻抗传感器2310，该抗传感器被配置为感测一个或多个次级线圈1702b、1704b、1706b、1708b在目标工作频率处的阻抗；降压变压器2310，该降压变压器被配置为降低一个或多个次级线圈1702b、1704b、1706b、1708b的电压；动态电容组2330，该动态电容组被配置为经由降压变压器2320向一个或多个次级线圈1702b、1704b、1706b、1708b提供可切换匹配；以及控制器2240。可以设想，可以使用与用于线圈调谐网络2200的控制器相同和/或不同的控制器。
239.线圈端接网络2300可以被配置为启用或停用线圈阵列1700的离散次级线圈1702b、1704b、1706b、1708b。线圈端接网络2300可以消除谐振网络(开路)，它可以使线圈元件短路，或者它可以基于负载条件(通过接入不同值的电容器)来端接线圈，该负载条件使谐振特性移位到频域中的区域，这使得从磁场角度和/或从它呈现给检测系统10(图1)和线圈调谐网络2200的负载来看它看起来是断开的。
240.图24a和图24b描绘了四元件阵列1700的相对磁场“h”强度和矢量方向。图24a描绘了当以同相驱动两对线圈时的磁场“h”矢量图。图24b描绘了当以相反相位驱动两对线圈时的磁场“h”矢量图。图25a描绘了x-z平面中“水平”电流导引配置的矢量场强度和方向。图25b描绘了x-z平面中“水平”电流导引配置的矢量场强度和方向。图26描绘了其中次级线圈被端接以消除垂直取向配置中的贡献的配置中的磁场“h”强度的等轴视图。
241.参考图27，示出了用于与图1的检测系统10一起使用的四元件线圈阵列2700的图示。对于该示例，线圈阵列包括四个(2
×
2)初级线圈1702a、1704a、1706a、1708a和五个离散空气芯耦合次级线圈2702、2704a、2704b、2706a、2706b。每个初级线圈1702a、1704a、1706a、1708a可以可操作地连接到相关联的线圈调谐网络2200。每个次级线圈2702、2704a、2704b、2706a、2706b可以可操作地连接到相关联的可配置线圈端接网络2300。可配置线圈端接网络2200、2300可以由控制器2030控制。控制器2030可以执行扫描周期，该扫描周期可以包括旨在在任意取向上激励rfid标签100并且与rfid标签通信的一系列不同配置。在图28a至图28c中示出了每个离散次级线圈配置的二维最优笛卡尔取向。
242.图29描绘了图27的线圈阵列2700的等轴视图。参考图30至图32，示出了图27的线
圈阵列2700的三种可能配置的初级线圈电流i
pri
方向、可配置次级线圈电流i
sec
方向、导引网络2040配置以及最优rfid标签100取向方向。例如，在图30中，初级线圈1702a和1704a(图28b)的初级线圈电流i
pri
和次级线圈2706a的次级线圈电流i
sec
沿逆时针方向流动，而初级线圈1706a和1708a的初级线圈电流i
pri
和次级线圈2706b的次级线圈电流i
sec
沿逆时针方向流动，从而导引磁通量“b”。
243.参考图33至图36，系统3300可以包括可配置空气芯耦合次级线圈3306。在各方面，可以使用单个更大、更复杂的次级耦合线圈或其阵列。线圈配置可以经由专门的导引网络2040、2040b来确定，该导引网络引导耦合电流通过线圈阵列元件(例如，次级线圈部分3306a、3306b、3306c、3306d)，该线圈阵列元件产生能够在任意取向上激励rfid标签100的场矢量方向。在各方面，导引网络2040可以包括开关网络2042、2044。开关网络2042可以包括例如pin开关二极管或其他电子可致动开关。在各方面，导引网络2040、2040b可以包括印刷电路板2046的顶表面和底表面上的开关网络2044。
244.例如，系统3300可以包括四个(2
×
2)初级线圈3304a、3304b、3304c、3304d和可配置空气芯耦合次级线圈3306。每个初级线圈3304a、3304b、3304c、3304d具有相关联的线圈调谐网络2200。可配置空气芯耦合次级线圈3306通常包括第一部分3306a、第二部分3306b、第三部分3306c以及第四部分3306d。可以设想，可以使用任何合适数量的部分3306a、3306b、3306c、3306d。可配置空气芯耦合次级线圈3306具有可配置线圈端接网络2300。
245.导引网络2040用于配置最适于在给定取向上激励rfid标签100的可配置空气芯耦合次级线圈3306配置。可配置端接网络2200和导引网络2040由控制器2240控制。导引网络2040可以位于可配置空气芯耦合次级线圈3306的各个部分的中间和/或之间，以使得能够接入和断开可配置空气芯耦合次级线圈3306的各个部分3306a、3306b、3306c、3306d。
246.图37描绘了二元件线圈阵列3700的示例。二元件线圈阵列3700包括两个初级线圈3706a和3706b以及三个可配置次级线圈3702、3704a、3704b。在各方面，系统2000可以包括磁屏蔽件(未示出)，该磁屏蔽件定位在线圈阵列3700的与预期读取方向相反的一侧上或者与初级线圈元件和/或次级线圈元件重合。屏蔽件(未示出)可以使用铁氧体片和/或类似的高磁导率材料制成。
247.参考图38，示出了用于将天线线圈(例如，图3的初级线圈302)实时动态调谐到图1的询问和检测系统10的发生器200的系统3800的高级框图。用于实时动态调谐的系统3800通常包括：调谐鉴别器3802，该调谐鉴别器被配置为产生用于确定通电信号的实部和虚部的信号；模数转换器(a/d)2242，该模数转换器被配置为数字化来自鉴别网络3820的信号；相位补偿网络3840，该相位补偿网络被配置为动态地调谐匹配阻抗相位；幅值补偿网络3850，该幅值补偿网络被配置为动态地调谐匹配阻抗；以及控制器2240。系统3800可以被实现为初级侧调谐网络410(图4)，例如设置在发生器200与天线300(图3)之间的调谐网络410。调谐网络2250(图40)可以用于单个线圈天线或多个线圈天线中。
248.通常，自动调谐作为系统操作中的离散步骤或状态来进行。自动调谐相对不频繁地进行，并且通常需要停用rfid通信信道。在外科手术应用中，这是不可接受的情形，因为天线负载基于组织性质可能不断变化，并且在扫描序列期间需要多次重新调谐步骤将是不切实际的，特别是对于手持扫描附件。
249.对于提供标记外科手术物品的检测和识别两者的应用，需要独特的技术具体实施
和调谐方法来适应手术室外科手术环境中呈现的动态负载条件。具体地，对于rfid应用，呈现给天线300或天线阵列1700(图17)的负载是紧邻天线结构的各种结构的材料性质的函数。由于多种因数(包括物理尺寸、物理形状、物理取向、距天线300或天线阵列1700(图17)的距离、均匀性或缺乏均匀性和/或边界不连续性)，这些结构及其材料性质变化。
250.为了最优地将功率传送到场中，需要实时地或接近实时地调谐发生器200与天线300之间的接口，以便补偿连续可变的负载状态。
251.参考图39，示出了描绘各种组织类型的介电常数和电导率的表。各种组织类型的示例性介电常数和电导率可以在https://itis.swiss/virtual-population/tissue-properties/database/dielectric-properties/中找到，该示例性介电常数和电导率以引用方式并入。由发生器200和天线300产生的rf能量的传播和衰减取决于存在于场中的结构的材料性质，因此需要适应该变量。所公开的技术可以补偿通常在有机组织负载条件下发现的介电常数的变化和共振的移位。例如，如果组织类型是肌肉，则介电常数是大约138f/m，并且电导率是6.28ms/cm。然而，如果组织类型是小肠组织，则介电常数是大约363f/m，并且电导率是13.9ms/cm，这对于天线300可以呈现非常不同的条件。
252.参考图40，示出了系统3800的调谐鉴别器3802的图，该调谐鉴别器被配置为产生用于确定通电信号的实部和虚部的信号。调谐鉴别器3802通常包括阻抗(z)变换网络3810、整流器3822a、3822b、低通滤波器(lpf)3824a、3824b以及功率检测器2230。调谐鉴别器3802分析由发生器200产生的通电信号并且产生用于计算阻抗幅值的信号，诸如通电信号电流和通电信号电压(例如，实部)。调谐鉴别器3802分析了通电信号的电压与电流之间的相位差。例如，相对于电压(电感)的正相位正向偏置电感支路中的二极管3822a并且反向偏置电容支路中的二极管3822b。在另一示例中，负相对相位(电容)正向偏置电容支路中的二极管3822b并且反向偏置电感支路中的二极管3822a。确定两个偏置电压之间的差，并且结果相对于电感信号的vref为正且相对于电容信号的vref为负。该网络的任一支路(电容性或电感性)可以用作流向负载的实际电流的表示，其可能需要附加后处理。例如，电流的rms版本、电压的rms版本以及功率因数校正可以用于功率测量的后处理。通电信号电流信号和通电信号电压信号经由在其中计算负载阻抗幅值的a/d转换器2242被传送到控制器2240。调谐鉴别器3802还分析由发生器200产生的通电信号，并且产生复合信号、电容信号和电感信号(例如，虚部)。然后经由a/d转换器2242将其全部传送到控制器2240。另外地，复合信号被传递到相位补偿网络3840(图38)。在各方面，复合参考信号可以由控制器2240预处理以补偿非线性效应。调谐鉴别器3802提供显著提高模数转换器性能的优点。
253.z变换网络3810被配置为分析来自信号发生器200的通电信号以识别通电信号的虚部。通电信号的该频域表示然后被传送到整流器3822a、3822b以用于整流。整流器3822a、3822b可以包括一个或多个二极管，该一个或多个二极管将通电信号的交流信号(ac)转换为直流(dc)信号(具有一些ac伪像)。该dc信号然后由lpf 3824a、3824b滤波，以移除任何残余ac伪像(例如，通电信号的纹波及/或基频)。lpf 3824a、3824b可以包括无源(例如，r/c网络)或有源配置(例如，积分器)。lpf 3824a、3824b的输出包括电容信号、电感信号和/或通电信号电流。电容信号和电感信号可以由差分到单端转换器(例如，差分放大器)组合成复合信号。复合信号可以由控制器2240使用来用于调谐提供到天线300的阻抗幅值。
254.功率检测器2230通过以下方式来检测通电信号的功率电平(例如，通常为约1w至
约10w)：对通电信号进行取样(例如，通过耦合器)；对所取样的信号进行整流(例如，通过二极管)；以及在将该信号作为通电信号电压传送到控制器2240之前通过添加增益来处理该信号。
255.控制器2240被配置为基于电容信号、电感信号、通电信号电流、通电信号电压和/或复合信号来确定天线300的最优阻抗匹配。控制器2240基于所确定的最优阻抗匹配实时自动地调谐天线300的阻抗相位和阻抗幅值。在各方面，控制器2240可以包括多个独立控制回路或者可以由若干嵌套控制回路组成以用于提高稳定性。嵌套顺序可以由回路时间常数确定，并且可以以优化总系统响应的多种方式布置。
256.参考图41，示出了相位补偿网络3840和幅值补偿网络3850。相位补偿网络3840被配置为实时地调谐阻抗匹配的相位。相位补偿网络3840通常包括一个或多个电阻器、一个或多个二极管以及压控动态电容元件3846，该压控动态电容元件被配置为由来自控制器2240的范围选择信号控制。在各方面，相位补偿网络3840可以包括变压器3844(例如，基于磁性的变压器和/或定向耦合器)，以便减小跨动态电容元件3846的电压。例如，电压可以被减小到通常在商业现货选项中发现的电平，以及提供与信号发生器200、天线300和/或补偿网络3840、3850的隔离。变压器3844的使用实现了接地平面参考控制方案。仅示出了单个反馈信道，但是该概念扩展到对每个压控电容元件使用单独信道的具体实施。此外，即使压控动态电容元件3846可以包括变容二极管和/或压控电容器。
257.幅值补偿网络3850被配置为实时地调谐提供到天线300的阻抗匹配的幅值。幅值补偿网络3850通常包括一个或多个电阻器、一个或多个二极管以及压控动态电容元件3856，该压控动态电容元件被配置为由来自控制器2240的范围选择信号控制。幅值调整信号从控制器2240被传送到幅值补偿网络3850，并且使得幅值补偿网络3850增加或减小阻抗匹配的幅值。在各方面，幅值补偿网络3850可以包括一个或多个变压器3852(例如，基于磁性的变压器)，以便减小跨动态电容元件3856的电压。在各方面，幅值补偿网络3850可以用于图4的调谐网络410和420。
258.对于空气芯耦合次级线圈420(例如，图4)的情况，次级线圈304也受益于实时调谐。这具有维持大部分初级参考电抗性阻抗的效果，并且减少了施加在初级侧调谐网络410(图4)上的负担。另外地，次级线圈自动调谐保持最优次级线圈304(图4)谐振频率，这提高了次级线圈304品质因数“q”益处。
259.距天线300的特定距离或“读取范围”处的场强度是若干物理参数的函数。这些参数可以包括存在于天线300(图1)与导电介质(患者)的表面之间的气隙、导电介质的厚度(盐水深度、组织厚度)以及导电介质(组织)的电导率。还可以示出天线300的相对品质因数“q”可以用于量化这些参数，使得仅通过品质因数“q”，我们可以建立必要的系统操作参数以实现线圈表面上方的固定高度的目标场强度。该挑战源于我们实时地量化天线线圈的q因数并且然后将该品质因数“q”与适当的读取器输出相关以实现目标场强度的能力。品质因数“q”是气隙、盐水深度和盐度的函数。
260.参考图42，示出了用于与用于实时动态调谐的系统3800一起使用的集成q因数传感器。一般来讲，对于具有高盐含量的导电介质，当rfid标签100与天线300之间的气隙减小时，q因数迅速下降。这是因为在导电介质有机会将电流传导通过天线的电流元件(例如，一个或多个天线线圈，参见图3)之前，导电介质分流电流，而不是电流流经预期线圈。空间中
的场强度是每个离散电流元件的积分和，并且实质上，我们是用导电介质将线圈短路。品质因数“q”不容易直接测量。可以看出，给定功率设置的线圈电流是品质因数“q”的有效代表。通过在线圈馈线网络4102中嵌入空气芯耦合磁场拾取线圈4100，可以测量线圈电流(和/或电压)而不降低线圈性能。
261.测量天线线圈品质因数“q”以用于确定在距天线300的目标距离处实现目标场强度所需的所需输出功率的额外优点涉及其在手持扫描附件的扫描技术方面提供的信息。控制器2240可以用品质因数“q”的目标极限编程，其中可以建立扫描附件相对于患者组织的物理接近特性。这些限制可以用于向操作者提供实时反馈，以便提高扫描效率和有效性。具体地，品质因数“q”可以被解释为指示天线300是否与患者太靠近(气隙)，它可以指示天线300是否太远离患者，并且系统3800可以指示附件上的组织负载是否在可接受范围之外。此外，品质因数“q”结合线圈电感(相位)和线圈幅值指示在场中存在干扰物件(如金属仪器)是可能的。
262.在各方面，系统3800可以仅利用单个电压或电流传感器，其中补偿例程调整天线300的次级线圈的谐振，以便最大化感测到的参数。简化的例程可以并入简单的设定点抖动技术，其中基于感测到的参数(电压和/或电流)δ的极性使用二进制减少来调整天线300谐振频率和/或q因数。
263.参考图43，示出了示出图41的“q”因数传感器的线性输出的曲线图。该曲线图描绘了归一化“q”传感器输出与天线线圈电流。
264.参考图44，示出了用于实时动态地调谐天线300与发生器200之间的阻抗匹配的方法的流程图。
265.现在参考图44，示出了用于实时动态地调谐天线300与发生器200之间的阻抗匹配的计算机实现的方法4400的流程图。本领域技术人员将理解，可以在不脱离本公开的范围的情况下以不同的顺序执行、重复和/或省略方法4400的一个或多个操作。在各种实施方案中，所示的方法4400可以在控制器2240(图38)、在远程装置中或在另一服务器或系统中操作。在各种实施方案中，所示的方法4800中的一些或所有操作可以使用外科手术系统(诸如图1的询问和检测系统10)来操作。其他变型形式可以视为在本公开的范围内。将关于控制器(例如，控制器2240(图38))描述图44的操作，但是应当理解，所示的操作也适用于其他系统及其部件。
266.最初，在步骤4402处，信号发生器4402将通电信号发射到其可操作地耦合到的天线300。通电信号被配置为将rfid标签100(图1)通电。
267.接下来，在步骤4404处，控制器2240通过系统3800的调谐鉴别器3802来确定通电信号的实部和/或虚部，该调谐鉴别器被配置为产生用于确定通电信号的实部(例如，电流和/或电压)和/或虚部(例如，相位)的信号。例如，通电信号的实部可以是约10.2v。
268.接下来，在步骤4406处，控制器2240基于通电信号的所确定的虚部来动态地调谐匹配阻抗的相位。控制器2240可以基于相位补偿网络3840来调谐匹配阻抗的相位。
269.接下来，在步骤4408处，控制器2240基于通电信号的所确定的实部来动态地调谐匹配阻抗的幅值。控制器2240可以基于幅值补偿网络3840来调谐匹配阻抗的幅值。
270.参考图45，示出了用于使发生器200的输出阻抗与天线300的阻抗匹配的变压器310。一般来讲，发生器的输出将是50欧姆，并且天线300在工作频率处或附近的阻抗将是大
约50欧姆。如果发生器200和天线300两者都被设置为50欧姆阻抗，则将传递最大可能量的能量。如果天线300与发生器200的阻抗没有很好地匹配，则将传输较少量的功率。由于几何形状、结构或外部干扰，可能期望使用阻抗不等于50欧姆的天线。为了对此进行校正，通常在天线与发生器之间放置匹配网络，该匹配网络将天线阻抗变换为50欧姆。所公开的技术实现了该匹配，因此实现了更有效的天线几何结构的构造和使用。
271.参考图46，根据本公开示出了回路天线300，该回路天线可以用作用于检测系统10(图45)的天线。天线的阻抗基于天线的几何形状。可以使用以下回路电感等式来计算如图46中所示的回路天线的电感：
[0272][0273]
其中“l
回路”是回路电感，“d”是回路的内径，“d”是回路导体的宽度，“u
r”是相对磁导率以及“u
o”是自由空间的磁导率。
[0274]
例如，在天线电感大约为1.174uh的情况下，使用回路电感等式，则对于1cm宽的铜导体，天线的直径将计算为约47.5cm。这是相当大的天线。然而，可能期望具有甚至更大的天线或具有更多匝的天线。这可能导致天线具有为给出50欧姆匹配负载的值的约十倍或二十倍的电感。一般来讲，具有该大电感的匹配网络的使用可能导致分量值不可用，或者是完全不可能的。
[0275]
随着天线的电感增加，在匹配网络中使用的电容则越小。因此，使得回路天线越来越难以制造，并且天线的有效性可能降低。例如，对于用于5.87uh天线的匹配网络，匹配网络大约是与回路天线并联的6.9pf电容器。因此，在该低水平的电容下，制造过程可能导致大于该值的寄生电容而甚至不添加离散部件(例如，离散电容器)是完全有可能的。这可能是多匝天线的匝中存在的电缆寄生效应或寄生电容的结果。
[0276]
该公开的技术通过使用变压器来解决该问题。在调谐网络与读取器(例如，发生器输出)之间添加变压器元件将允许更高阻抗匹配网络的发展，该更高阻抗匹配网络然后可以被向下变换到读取器期望的50欧姆。在各方面，变压器将通过“匝数比”的平方根来改变匹配网络的阻抗。
[0277][0278]
例如，在上述匹配网络的情况下，匹配网络的阻抗向下变换到50欧姆。在变压器的初级上的阻抗为50并且在次级上的阻抗为500欧姆的情况下，则需要具有“匝数比”(n)为或3.16的变压器。
[0279]
尽管通常被表示为简单地将电压、电流和阻抗转换为其他电平的理想电路，但是实际变压器具有附加寄生部件，该附加寄生部件可以在电路工作的方式中起到真正的作用。至少，必须考虑这些寄生效应，而在设计良好的电路中，寄生部件可以用作阻抗匹配网络的一部分。
[0280]
阻抗匹配网络有许多不同的拓扑结构。它们可以具有串联电感、并联电感或并联电容或其他配置。如果经过精心设计，变压器可以用来取代离散阻抗匹配网络部件。
[0281]
参考图47，示出了包括寄生效应的变压器模型4700的示意图。变压器模型4700通
常包括变压器4702、绕组的并联电容(cpar)4704、漏电感(llk)以及绕组的互电感(lm)。变压器4702包括初级绕组4702a和次级绕组4702b。
[0282]
参考图48，示出了包括反映寄生电容的变压器模型4800的示意图。变压器模型4800通常包括变压器4702、绕组的并联电容(cpar)4804、漏电感(llk)以及绕组的互电感(lm)。变压器4702包括初级绕组4702a和次级绕组4702b。
[0283]
用于反映通过变压器的电容的等式是：c
pri
＝n2c
sec
。这意味着放置在变压器4702的次级绕组4702b上的任何电容将乘以初级绕组上的“匝数比”的平方(n2)。在前一示例的情况下，n2＝10，其中“匝数比”n是3.16。因此，在初级绕组上需要为10.3pf的相对比较电容来实现我们的匹配网络部件。例如，为10.3pf的电容可以通过离散部件和/或通过嵌入式印刷电路板电容来实现。该方法的益处在于，当漏电感和磁化电感通过变压器4702被反射时，它们将被减小。
[0284]
参考图49，示出了用于与图1的询问和检测系统一起使用的变压器匹配系统4900的描绘。变压器匹配系统4900并入了动态电容元件4704作为并联电容以调谐天线300的谐振。系统4900包括变压器4702、动态电容元件4704以及控制器2240。变压器4704被配置为对调谐电容器4704提供电压保护。
[0285]
在各方面，系统4900使得能够动态地调谐天线谐振410(图45)。系统4900通过变压器4702反映动态电容元件4704(例如，变容器)的电容。这使得例如低电压变容器能够用于高电压系统中。例如，由天线300接收的信号可以达到高达大约1kv。如果这通过1:10变压器向下反射，则信号大小将仅为100v。以此方式，动态电容元件4704可以用于动态地调谐天线300，同时保持在动态电容元件4704的电压限制(例如，对于变容器为300v)内。
[0286]
参考图50，是根据本公开的并入了用于并联电容的动态电容元件4704的变压器匹配系统5000的描绘。系统5000通常包括变压器4702、变压器4702的次级绕组4702b上的高电压大容量电容5002以及变压器4702的初级绕组4702a上的动态电容元件5004。
[0287]
动态电容元件5004被配置为提供“微调”电容以帮助微调天线谐振300。动态电容元件5004是充当电容性电抗并且能够由模拟和/或数字信号调谐的元件。动态电容元件5004可以包括变容器。例如，如果动态电容元件5004在变压器4702的初级绕组4702a上，则动态电容元件5004的值将随着其通过变压器4702反射而减小“匝数比”的平方(n2)。例如，如果动态电容元件5004具有约200pf的电容范围并且“匝数比”的平方(n2)＝10，则在次级绕组上，该范围将仅为20pf。如果我们的调谐要求要求100pf，则该动态电容元件5004将不能调谐电路。如果替代地在次级绕组4702b上使用大约90pf的高电压大容量电容，则电路的可调谐范围将是约90pf至约110pf。
[0288]
在各方面，控制器2240可以被配置为控制动态电容元件5004的值。例如，控制器2240可以控制动态电容元件5004的调谐电压以调谐天线300的谐振。
[0289]
参考图51，示出了用于使发生器200的阻抗与天线300匹配的系统5100。系统5100通常包括第一变压器5104、阻抗匹配网络5102、动态电容元件5004、第二变压器4702、天线300以及控制器2240。
[0290]
第一变压器5104可以被配置为将发电机200的典型的50欧姆阻抗变换为不同于50欧姆的阻抗。在各方面，第一变压器5104可以包括升压变压器或降压变压器。精心设计将允许使用变压器寄生效应作为匹配网络的一部分。例如，如果寄生电容器4704将具有为约
20pf的电容并且第一变压器5104具有n2＝10，则在次级绕组5104b上，电容将为约200pf，其可以为用于匹配网络的适当值。
[0291]
匹配网络5102可以包括固定匹配网络(例如，固定电容器和/或电感器值)和/或可以包括动态匹配网络2250(图22)。匹配网络5102设置在第一变压器5104与第二变压器4702之间。匹配网络510被配置为使发生器200的输出的阻抗与天线300的阻抗匹配。在各方面，系统5100可以包括被配置为确定通电信号的参数的传感器5108。在各方面，动态匹配网络5102可以被配置为基于通电信号的参数(例如，功率电平、频率、带宽、电压和/或电流)来动态地匹配信号发生器与天线之间的阻抗。在各方面，传感器5105可以包括例如可以设置在电路中的任何合适位置中(例如，在匹配网络5102之前及/或之后、在信号发生器200的输出处和/或在天线300的馈线上)的传感器。
[0292]
动态电容元件5004设置在第二变压器4702的初级绕组4702a上。动态电容元件5004被配置为对天线谐振提供可调谐电容，该天线谐振的电压暴露受到变压器的限制。控制器2240可以被配置为产生用于调谐动态电容元件5004的电容值的信号。
[0293]
第二变压器4702被配置为变换动态电容元件5102的阻抗，以产生适当天线谐振300。在各方面，系统还可以包括被配置为调整动态电容元件5004的调谐范围的大容量电容5002。
[0294]
天线300可以包括线圈天线、回路天线、天线阵列和/或任何其他合适的天线布置。例如，系统5100可以用于使偶极天线与信号发生器200匹配。在各方面，第二变压器可以是降压变压器。
[0295]
虽然已在附图中示出本公开的各方面，但是并不意图将本公开限制于此，因为希望本公开与本领域所允许的范围一样广泛且应以同样的方式阅读本说明书。因此，以上描述不应被解释为限制性的，而仅仅是作为特定方面的例证。本领域的技术人员能够设想在本文所附权利要求书的范围和实质内的其他修改。

技术特征：
1.一种用于检测患者体内的外科手术器具的询问和检测系统，所述询问和检测系统包括：rfid标签，所述rfid标签被配置为当被通电时发射返回信号，所述rfid标签附连到外科手术器具；信号发生器，所述信号发生器被配置为产生用于所述rfid标签的通电信号；和线圈天线，所述线圈天线可操作地耦合到所述信号发生器，所述天线被配置为接收由所述rfid标签发射的返回信号，所述线圈天线包括：初级线圈；次级线圈；和芯，所述芯被配置为将电磁能量从所述次级线圈耦合到所述初级线圈，其中所述芯包括非磁性绝缘材料，其中所述次级线圈被配置为接收所述返回信号，并且其中所述初级线圈被配置为将电磁能量耦合到所述次级线圈以及耦合来自所述次级线圈的所述电磁能量。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述初级线圈与所述次级线圈之间的“匝数比”大于或等于1:1，其中所述“匝数比”是所述初级线圈的第一匝数与所述次级线圈的第二匝数之间的比率。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述次级线圈具有在所述返回信号的工作频率的10％内的谐振频率。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述次级线圈具有大于或等于2.5uh的电感。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述线圈天线还包括电连接至所述初级线圈的第一匹配网络，其中所述第一匹配网络被配置为使所述初级线圈的输入阻抗与所述信号发生器的输出阻抗相匹配。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述线圈天线还包括电连接至所述次级线圈的第二匹配网络，其中所述第二匹配网络被配置为使所述次级线圈的输入阻抗与所述初级线圈的输出阻抗相匹配。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述初级线圈是第一平面线圈。8.根据权利要求7所述的系统，其中所述次级线圈是第二平面线圈。9.根据权利要求7所述的系统，其中所述初级线圈包括第一匝和第二匝。10.根据权利要求9所述的系统，其中所述初级线圈的所述第一匝和所述初级线圈的所述第二匝在垂直取向和水平取向上以偏移方式布置。11.根据权利要求8所述的系统，其中所述次级线圈包括第一匝和第二匝。12.根据权利要求11所述的系统，其中所述初级线圈的所述第一匝和所述初级线圈的所述第二匝在垂直取向和水平取向上以偏移方式布置。13.一种被配置为接收由rfid标签发射的返回信号的线圈天线，所述线圈天线包括：初级线圈；次级线圈；和芯，所述芯被配置为将电磁能量从所述次级线圈耦合到所述初级线圈，其中所述芯包括非磁性绝缘材料，
其中所述次级线圈被配置为接收所述返回信号，并且其中所述初级线圈被配置为耦合来自所述次级线圈的电磁能量。14.根据权利要求13所述的线圈天线，其中所述初级线圈和所述次级线圈各自是平面线圈。15.根据权利要求13所述的线圈天线，其中所述初级线圈包括导体。16.根据权利要求15所述的线圈天线，其中所述初级线圈的所述导体包括具有包括同轴、平面、“c”形横截面形状和/或管形横截面形状中的至少一者的配置的导体。17.根据权利要求13所述的线圈天线，其中所述初级线圈与所述次级线圈之间的“匝数比”大于或等于1:1，其中所述“匝数比”是所述初级线圈的第一匝数与所述次级线圈的第二匝数之间的比率。18.根据权利要求13所述的线圈天线，其中所述次级线圈具有在所述返回信号的工作频率的10％内的谐振频率。19.一种用于标记物品的库存控制的方法，所述方法包括：通过可操作地耦合到信号发生器的线圈天线发射通电信号，所述线圈天线包括初级线圈、次级线圈以及被配置为将所述次级线圈磁耦合到所述初级线圈的芯，所述通电信号被配置为将rfid标签通电，所述rfid标签附连到物品并且被配置为当被通电时发射返回信号；以及通过所述线圈天线的初级线圈接收返回信号。20.根据权利要求19所述的方法，所述方法还包括：基于所述返回信号来检测或识别所述物品，其中所述物品包括外科手术器具。21.一种被配置为接收由rfid标签发射的返回信号的线圈，所述线圈包括：第一匝导体；和第二匝导体，所述第二匝导体电连接至所述第一匝导体。22.根据权利要求21所述的线圈，其中所述第一匝导体相对于所述第二匝导体以并联关系和偏移方式定位，其中所述第一匝导体包括第一内边缘和第一外边缘，并且其中所述第二匝导体包括第二内边缘和第二外边缘。23.根据权利要求21所述的线圈，其中所述线圈被布置成圆形、正方形、矩形或长方形配置中的至少一者。24.根据权利要求21所述的线圈，其中所述第一匝导体与交错线圈的所述第二匝导体重叠，其中所述第二匝导体的大部分不与所述第一匝导体重叠。25.一种被配置为接收由rfid标签发射的返回信号的线圈天线，所述线圈天线包括：初级线圈；和次级线圈，所述次级线圈包括：第一匝导体；和第二匝导体，所述第二匝导体电连接至所述第一匝导体，其中所述次级线圈被配置为接收所述返回信号，并且其中所述初级线圈被配置为耦合来自所述次级线圈的电磁能量。26.根据权利要求25所述的线圈天线，所述线圈天线还包括芯，所述芯被配置为将电磁
能量从所述次级线圈耦合到所述初级线圈以及耦合来自所述初级线圈的所述电磁能量，其中所述芯包括非磁性绝缘材料，其中所述第一匝导体相对于所述第二匝导体以并联关系和偏移方式定位。27.根据权利要求25所述的线圈天线，其中所述初级线圈与所述次级线圈之间的“匝数比”大于或等于1:1，其中所述“匝数比”是所述初级线圈的第一匝数与所述次级线圈的第二匝数之间的比率。28.根据权利要求25所述的线圈天线，其中所述次级线圈具有在所述返回信号的工作频率的10％内的谐振频率。29.根据权利要求25所述的线圈天线，其中所述次级线圈具有大于或等于2.5uh的电感。30.根据权利要求25所述的线圈天线，其中所述线圈天线还包括电连接至所述初级线圈的第一匹配网络，其中所述第一匹配网络被配置为使所述初级线圈的输入阻抗与所述信号发生器的输出阻抗相匹配。31.一种用于检测患者体内的外科手术器具的询问和检测系统，所述询问和检测系统包括：rfid标签，所述rfid标签被配置为当被通电时发射返回信号，所述rfid标签附连到所述患者体内的外科手术器具；信号发生器，所述信号发生器被配置为产生用于所述rfid标签的通电信号；和线圈天线，所述线圈天线可操作地耦合到所述信号发生器，所述天线被配置为接收由所述rfid标签发射的返回信号，所述线圈天线包括：初级线圈；和次级线圈，所述次级线圈包括：第一匝导体；和第二匝导体，所述第二匝导体电连接至所述第一匝导体，其中所述第一匝导体相对于所述第二匝导体以并联关系和偏移方式定位，其中所述次级线圈被配置为接收所述返回信号，并且其中所述初级线圈被配置为将电磁能量耦合到所述次级线圈以及耦合来自所述次级线圈的所述电磁能量。32.根据权利要求31所述的系统，其中所述次级线圈是耦合到所述初级线圈的空气芯。33.根据权利要求31所述的系统，其中所述初级线圈与所述次级线圈之间的“匝数比”大于或等于1:1，其中所述“匝数比”是所述初级线圈的第一匝数与所述次级线圈的第二匝数之间的比率。34.根据权利要求31所述的系统，其中所述次级线圈具有大于或等于2.5uh的电感。35.根据权利要求31所述的系统，其中所述线圈天线还包括电连接至所述初级线圈的第一匹配网络。36.根据权利要求31所述的系统，其中所述线圈天线还包括电连接至所述次级线圈的第二匹配网络。37.根据权利要求31所述的系统，其中所述初级线圈是第一平面线圈。38.根据权利要求31所述的系统，其中所述次级线圈是第二平面线圈。
39.根据权利要求37所述的系统，其中所述初级线圈包括一匝或多匝。40.根据权利要求38所述的系统，其中所述次级线圈包括一匝或多匝。41.一种用于检测患者体内的外科手术器具的询问和检测系统，所述询问和检测系统包括：rfid标签，所述rfid标签被配置为当被通电时发射返回信号，所述rfid标签附连到所述患者体内的外科手术器具；信号发生器，所述信号发生器被配置为产生用于所述rfid标签的通电信号；和线圈天线，所述线圈天线可操作地耦合到所述信号发生器，所述天线被配置为接收由所述rfid标签发射的返回信号，所述线圈天线包括线圈阵列。42.根据权利要求41所述的系统，其中所述线圈阵列被配置为产生磁通量并且基于所述通电信号来导引所述磁通量的方向或所述磁通量的幅值中的至少一者。43.根据权利要求41所述的系统，其中所述线圈阵列包括第一线圈和第二线圈，其中所述通电信号包括第一电流和第二电流，并且其中所述第一线圈和所述第二线圈被配置为分别由所述第一电流和所述第二电流独立地通电。44.根据权利要求43所述的系统，其中所述第二线圈相对于所述第一线圈以0度、90度、180度或270度中的至少一者取向。45.根据权利要求44所述的系统，其中所述线圈阵列的所述第一线圈用所述第一电流沿顺时针方向或逆时针方向中的至少一者通电，并且其中所述线圈阵列的所述第二线圈用所述第二电流沿顺时针方向或逆时针方向中的至少一者通电。46.根据权利要求43所述的系统，其中所述线圈阵列的每个线圈被布置成圆形、正方形、矩形或长方形配置中的至少一者。47.根据权利要求43所述的系统，其中所述第一线圈和所述第二线圈中的每一者是平面线圈。48.根据权利要求43所述的系统，其中所述第一线圈和所述第二线圈中的每一者包括一匝或多匝。49.根据权利要求41所述的系统，其中所述线圈阵列的所述线圈中的每个线圈包括初级线圈和次级线圈，并且其中所述线圈阵列的所述线圈中的每个线圈具有所述初级线圈与所述次级线圈之间的大于或等于1:1的“匝数比”，其中所述“匝数比”是所述初级线圈的第一匝数与所述次级线圈的第二匝数之间的比率。50.一种被配置为接收由rfid标签发射的返回信号的线圈阵列，所述线圈阵列包括：第一线圈，所述第一线圈被配置为产生第一磁场；和第二线圈，所述第二线圈被配置为产生第二磁场，其中所述线圈阵列被配置为产生磁通量并且基于来自信号发生器的通电信号来导引所述磁通量的方向或所述磁通量的幅值中的至少一者。51.根据权利要求50所述的线圈阵列，其中所述通电信号包括第一电流和第二电流，并且其中所述第一线圈和所述第二线圈被配置为分别由所述第一电流和所述第二电流独
立地通电。52.根据权利要求50所述的线圈阵列，其中所述第二线圈相对于所述第一线圈以0度、90度、180度或270度中的至少一者取向。53.根据权利要求52所述的线圈阵列，其中所述线圈阵列的所述第一线圈用所述第一电流沿顺时针方向或逆时针方向中的至少一者通电，并且其中所述线圈阵列的所述第二线圈用所述第二电流沿顺时针方向或逆时针方向中的至少一者通电。54.根据权利要求51所述的线圈阵列，其中所述线圈阵列的每个线圈被布置成圆形、正方形、矩形或长方形配置中的至少一者。55.根据权利要求51所述的线圈阵列，其中所述第一线圈和所述第二线圈中的每一者是平面线圈。56.根据权利要求51所述的线圈阵列，其中所述第一线圈和所述第二线圈中的每一者包括一匝或多匝。57.根据权利要求50所述的线圈阵列，其中所述线圈阵列的所述线圈中的每个线圈包括初级线圈和次级线圈，并且其中所述线圈阵列的所述线圈中的每个线圈具有所述初级线圈与所述次级线圈之间的大于或等于1:1的“匝数比”，其中所述“匝数比”是所述初级线圈的第一匝数与所述次级线圈的第二匝数之间的比率。58.根据权利要求50所述的线圈阵列，其中所述线圈阵列的所述线圈中的每个线圈具有大于或等于2.5uh的电感。59.一种用于询问和检测患者体内的外科手术器具的方法，所述方法包括：通过可操作地耦合到信号发生器的线圈天线发射通电信号，所述天线被配置为接收由rfid标签发射的返回信号，所述线圈天线包括线圈阵列；以及通过所述线圈阵列接收返回信号，其中所述线圈阵列被配置为产生磁通量并且基于所述通电信号来导引所述磁通量的方向或所述磁通量的幅值中的至少一者。60.根据权利要求59所述的方法，其中所述通电信号包括第一电流和第二电流，并且其中所述方法还包括：通过所述信号发生器将所述线圈阵列的第一线圈通电，所述第一线圈由所述第一电流沿顺时针方向或逆时针方向中的至少一者通电，以及通过所述信号发生器由所述第二电流沿顺时针方向或逆时针方向中的至少一者将所述线圈阵列的第二线圈通电。61.一种用于匹配天线与信号发生器之间的阻抗的系统，所述系统包括：rfid标签，所述rfid标签被配置为当被通电时发射返回信号，所述rfid标签附连到患者体内的外科手术器具；所述信号发生器，所述信号发生器被配置为产生用于所述rfid标签的通电信号；线圈天线，所述线圈天线可操作地耦合到所述信号发生器，所述天线被配置为接收由所述rfid标签发射的返回信号；和第一变压器，所述第一变压器被配置为匹配所述信号发生器与所述天线之间的所述阻抗。
62.根据权利要求61所述的系统，其中所述第一变压器包括初级绕组和次级绕组，其中所述系统还包括与所述第一变压器的所述初级绕组并联设置的电容器，所述电容器被配置为匹配所述信号发生器与所述天线之间的所述阻抗。63.根据权利要求61所述的系统，所述系统还包括设置在所述第一变压器与所述天线之间的匹配网络，并且所述匹配网络被配置为匹配所述信号发生器与所述天线之间的所述阻抗。64.根据权利要求63所述的系统，其中所述匹配网络包括固定匹配网络或动态匹配网络中的至少一者，其中所述动态匹配网络被配置为基于所述通电信号的参数来动态地匹配所述信号发生器与所述天线之间的所述阻抗。65.根据权利要求64所述的系统，其中所述通电信号的所述参数包括功率电平、频率、带宽、电压或电流中的至少一者。66.根据权利要求63所述的系统，所述系统还包括第二变压器，所述第二变压器被配置为变换所述匹配网络与所述天线之间的阻抗匹配，所述第二变压器设置在所述匹配网络与所述天线之间。67.根据权利要求66所述的系统，其中所述第二变压器是升压变压器。68.根据权利要求67所述的系统，所述系统还包括动态电容元件，所述动态电容元件被配置为调谐所述阻抗，所述动态电容元件跨所述第二变压器的所述初级绕组设置。69.根据权利要求68所述的系统，所述系统还包括：传感器，所述传感器被配置为感测指示所述通电信号的参数的信号；处理器；和存储器，所述存储器包括存储在其上的指令，所述指令在被执行时使得所述系统：感测指示所述通电信号的参数的所述信号；基于所感测到的信号确定所述通电信号的参数；以及基于所述通电信号的所确定的参数来动态地调谐所述动态电容元件。70.根据权利要求66所述的系统，其中所述第二变压器包括初级绕组和次级绕组，并且其中所述系统还包括大容量电容，所述大容量电容跨所述第二变压器的所述次级绕组设置。71.根据权利要求66所述的系统，其中所述第二变压器是降压变压器。72.一种用于匹配天线与信号发生器之间的阻抗的系统，所述系统包括：rfid标签，所述rfid标签被配置为当被通电时发射返回信号，所述rfid标签附连到患者体内的外科手术器具；所述信号发生器，所述信号发生器被配置为产生用于所述rfid标签的通电信号；所述天线，所述天线可操作地耦合到所述信号发生器，所述天线被配置为接收由所述rfid标签发射的返回信号；变压器，所述变压器被配置为匹配所述信号发生器与所述天线之间的所述阻抗；和动态电容元件，所述动态电容元件被配置为调谐所述阻抗，所述动态电容元件跨所述变压器的所述初级绕组设置。73.根据权利要求72所述的系统，所述系统还包括：传感器，所述传感器被配置为感测指示所述通电信号的参数的信号；
处理器；和存储器，所述存储器包括存储在其上的指令，所述指令在被执行时使得所述系统：感测指示所述通电信号的参数的所述信号；基于所感测到的信号确定所述通电信号的参数；以及基于所述通电信号的所确定的参数来动态地调谐所述动态电容元件。74.根据权利要求73所述的系统，其中所述通电信号的所述参数包括功率电平、频率、带宽、电压或电流中的至少一者。75.根据权利要求73所述的系统，其中所述变压器包括初级绕组和次级绕组，并且其中所述系统还包括大容量电容，所述大容量电容跨所述变压器的所述次级绕组设置。76.根据权利要求72所述的系统，其中所述变压器是降压变压器。77.根据权利要求72所述的系统，所述系统还包括设置在所述变压器与所述天线之间的匹配网络，并且所述匹配网络被配置为匹配所述信号发生器与所述天线之间的所述阻抗。78.根据权利要求77所述的系统，其中所述匹配网络包括固定匹配网络或动态匹配网络中的至少一者，其中所述动态匹配网络被配置为基于所述通电信号的参数来动态地匹配所述信号发生器与所述天线之间的所述阻抗。79.一种用于调谐天线与信号发生器之间的阻抗匹配的方法，所述方法包括：通过传感器感测指示通电信号的参数的信号；基于所感测到的信号确定所述通电信号的参数；以及基于所述通电信号的所确定的参数来动态地调谐动态电容元件，其中所述动态电容元件跨设置在所述信号发生器与所述天线之间的变压器的初级绕组设置。80.根据权利要求79所述的方法，其中所述通电信号的所述参数包括功率电平、频率、带宽、电压或电流中的至少一者。81.一种用于实时动态地调谐天线与信号发生器之间的阻抗匹配的系统，所述系统包括：rfid标签，所述rfid标签被配置为当被通电时发射返回信号，所述rfid标签附连到患者体内的外科手术器具；信号发生器，所述信号发生器被配置为产生用于所述rfid标签的通电信号；线圈天线，所述线圈天线可操作地耦合到所述信号发生器，所述天线被配置为接收由所述rfid标签发射的返回信号；和实时调谐网络，所述实时调谐网络被配置为动态地调谐所述信号发生器与所述天线之间的所述阻抗匹配。82.根据权利要求81所述的系统，其中所述实时调谐网络包括：调谐鉴别器，所述调谐鉴别器被配置为确定所述通电信号的实部或所述通电信号的虚部中的至少一者；相位补偿网络，所述相位补偿网络被配置为基于所述通电信号的所确定的虚部来动态地调谐所述匹配阻抗的相位；和幅值补偿网络，所述幅值补偿网络被配置为基于所述通电信号的所确定的实部来动态
地调谐所述匹配阻抗的幅值，其中所述虚部包括电容信号、电感信号或复合信号中的至少一者，并且其中所述实部包括通电信号电流或通电信号电压中的至少一者。83.根据权利要求82所述的系统，其中所述实时调谐鉴别器包括：阻抗变换网络，所述阻抗变换网络被配置为变换来自所述信号发生器的所述通电信号以识别所述通电信号的所述实部和所述虚部；整流器，所述整流器被配置为对经阻抗变换的信号进行整流；和低通滤波器，所述低通滤波器被配置为对经整流的信号进行滤波。84.根据权利要求82所述的系统，其中所述实时调谐网络还包括功率检测器，所述功率检测器被配置为检测所述通电信号电流或所述通电信号电压中的至少一者。85.根据权利要求82所述的系统，其中所述相位补偿网络包括：动态电容元件，所述动态电容元件被配置为选择所述匹配阻抗的所述相位的频率范围；和变压器，所述变压器被配置为减小跨所述动态电容元件的电压。86.根据权利要求82所述的系统，其中所述幅值补偿网络包括：动态电容元件，所述动态电容元件被配置为选择匹配阻抗的所述幅值的频率范围；和变压器，所述变压器被配置为减小跨所述动态电容元件的电压。87.根据权利要求83所述的系统，所述系统还包括：处理器；和存储器，所述存储器包括存储在其上的指令，所述指令在被执行时使得所述系统：确定所述通电信号的虚部；以及通过所述相位补偿网络基于所述通电信号的所确定的虚部来动态地调谐所述匹配阻抗的所述相位。88.根据权利要求87所述的系统，其中所述指令在被执行时进一步使得所述系统：确定所述通电信号的实部；以及通过所述幅值补偿网络基于所述通电信号的所确定的实部来动态地调谐所述匹配阻抗的所述幅值。89.根据权利要求82所述的系统，其中所述线圈天线包括：初级线圈；和次级线圈。90.根据权利要求88所述的系统，其中所述调谐网络设置在所述初级线圈与所述信号发生器之间，并且其中所述调谐网络被配置为调谐所述初级线圈的品质因数“q”或工作频率中的至少一者。91.根据权利要求89所述的系统，所述系统还包括第二调谐网络，所述第二调谐网络电耦合到所述次级线圈并且被配置为调谐所述次级线圈的品质因数“q”或工作频率中的至少一者。92.一种用于实时动态地调谐天线线圈与信号发生器之间的阻抗匹配的方法，所述方法包括：
确定所述信号发生器的通电信号的实部或所述信号发生器的通电信号的虚部中的至少一者；以及通过相位补偿网络基于所述通电信号的所确定的虚部来动态地调谐所述匹配阻抗的相位。93.根据权利要求92所述的方法，所述方法还包括：确定所述通电信号的实部；以及通过幅值补偿网络基于所述通电信号的所确定的实部来动态地调谐所述匹配阻抗的幅值。94.一种被配置为动态地调谐信号发生器与天线之间的阻抗匹配的实时调谐网络，所述实时调谐网络包括：实时调谐鉴别器，所述实时调谐鉴别器被配置为确定来自所述信号发生器的通电信号的实部或所述通电信号的虚部中的至少一者；相位补偿网络，所述相位补偿网络被配置为基于所述通电信号的所确定的虚部来动态地调谐所述匹配阻抗的相位；和幅值补偿网络，所述幅值补偿网络被配置为基于所述通电信号的所确定的实部来动态地调谐所述匹配阻抗的幅值，其中所述虚部包括电容信号、电感信号或复合信号中的至少一者，并且其中所述实部包括通电信号电流或通电信号电压中的至少一者。95.根据权利要求94所述的实时调谐网络，其中所述实时调谐鉴别器包括：阻抗变换网络，所述阻抗变换网络被配置为变换来自所述信号发生器的所述通电信号以识别所述通电信号的所述实部和所述虚部；整流器，所述整流器被配置为对经阻抗变换的信号进行整流；和低通滤波器，所述低通滤波器被配置为对经整流的信号进行滤波。96.根据权利要求95所述的实时调谐网络，其中所述实时调谐网络还包括功率检测器，所述功率检测器被配置为检测所述通电信号电流或所述通电信号电压中的至少一者。97.根据权利要求95所述的实时调谐网络，其中所述相位补偿网络包括：动态电容元件，所述动态电容元件被配置为选择所述匹配阻抗的所述相位的频率范围；和变压器，所述变压器被配置为减小跨所述动态电容元件的电压。98.根据权利要求94所述的实时调谐网络，其中所述幅值补偿网络包括：动态电容元件，所述动态电容元件被配置为选择匹配阻抗的所述幅值的频率范围；和变压器，所述变压器被配置为减小跨所述动态电容元件的电压。99.根据权利要求95所述的实时调谐网络，其中所述线圈天线包括：初级线圈；和次级线圈。100.根据权利要求98所述的实时调谐网络，其中所述调谐网络设置在所述初级线圈与所述信号发生器之间，其中所述调谐网络被配置为调谐所述初级线圈的品质因数“q”或工作频率中的至少一者。
101.一种用于动态地配置次级空气芯耦合线圈并且激励磁场的系统，所述系统包括：rfid标签，所述rfid标签被配置为当被通电时发射返回信号，所述rfid标签附连到患者体内的外科手术器具；信号发生器，所述信号发生器被配置为产生用于所述rfid标签的通电信号；和线圈天线，所述线圈天线可操作地耦合到所述信号发生器，所述天线被配置为接收由所述rfid标签发射的返回信号，所述线圈天线被配置为基于所述通电信号来在多个方向上激励磁场。102.根据权利要求101所述的系统，其中所述线圈天线包括：线圈阵列，所述线圈阵列包括多个线圈，其中所述线圈阵列的每个线圈包括：初级线圈；和次级线圈。103.根据权利要求102所述的系统，其中所述线圈天线还包括线圈调谐网络，所述线圈调谐网络被配置为调谐所述初级线圈的品质因数“q”或工作频率中的至少一者。104.根据权利要求103所述的系统，其中调谐网络包括：实部匹配检测网络，所述实部匹配检测网络被配置为检测所述通电信号的实部；虚部匹配检测网络，所述虚部匹配检测网络被配置为检测所述通电信号的虚部；动态匹配网络，所述动态匹配网络被配置为调谐所述初级线圈的品质因数“q”或第一谐振频率中的至少一者；处理器；和存储器，所述存储器在其上存储有指令，所述指令在由所述处理器执行时使得所述系统：通过所述实部匹配检测网络检测所述通电信号的实部；通过所述虚部匹配检测网络检测所述通电信号的实部；基于所述通电信号的所检测到的实部和所检测到的虚部来确定所述初级线圈的第二谐振频率；以及通过所述动态匹配网络基于所述确定来将所述初级线圈调谐到所述第二谐振频率。105.根据权利要求104所述的系统，其中调谐网络还包括功率检测网络，所述功率检测网络被配置为从所述通电信号检测功率电平。106.根据权利要求105所述的系统，其中所述指令在被执行时进一步使得所述系统：通过所述功率检测网络检测所述通电信号的所述功率电平；确定所述初级线圈的第三谐振频率；以及通过所述动态匹配网络基于所述确定来将所述初级线圈调谐到所述第三谐振频率。107.根据权利要求102所述的系统，其中所述线圈天线还包括端接网络，所述端接网络被配置为启用或停用所述线圈阵列的离散次级线圈。108.根据权利要求107所述的系统，其中所述端接网络包括：阻抗传感器，所述阻抗传感器被配置为感测所述线圈阵列的所述次级线圈中的每个次级线圈的阻抗；降压变压器，所述降压变压器被配置为使所述线圈阵列的所述次级线圈中的每个次级
线圈的所述阻抗降低；动态电容组，所述动态电容组被配置为经由所述降压变压器向所述线圈阵列的所述次级线圈中的每个次级线圈提供多个负载；处理器；和存储器，所述存储器在其上存储有指令，所述指令在由所述处理器执行时使得所述系统：通过所述阻抗传感器确定所述返回信号的所述阻抗；以及基于所述确定来将所述动态电容组设置到所述多个负载中的一个负载。109.根据权利要求102所述的系统，其中所述次级线圈是可配置空气芯耦合次级线圈，包括多个可配置次级线圈部分，所述可配置空气芯耦合次级线圈具有多个次级线圈配置。110.根据权利要求109所述的系统，其中所述线圈天线还包括导引网络，所述导引网络被配置为启用所述多个次级线圈配置中的至少一个次级线圈配置。111.根据权利要求101所述的系统，所述系统还包括外科手术台，其中所述线圈天线被嵌入到所述外科手术台中。112.根据权利要求102所述的系统，其中所述线圈阵列包括第一线圈和第二线圈，其中所述通电信号包括第一电流和第二电流，并且其中所述第一线圈和所述第二线圈被配置为分别由所述第一电流和所述第二电流独立地通电。113.根据权利要求112所述的系统，其中所述线圈阵列的所述第一线圈用所述第一电流沿顺时针方向或逆时针方向中的至少一者通电，并且其中所述线圈阵列的所述第二线圈用所述第二电流沿顺时针方向或逆时针方向中的至少一者通电。114.一种线圈天线，所述线圈天线包括：线圈阵列，所述线圈阵列被配置为接收由rfid标签发射的返回信号，所述线圈阵列包括：第一线圈，所述第一线圈被配置为产生第一磁场；和第二线圈，所述第二线圈被配置为产生第二磁场，其中所述线圈阵列包括多个线圈，所述多个线圈被配置为产生磁通量并且基于来自信号发生器的通电信号来导引所述磁通量的方向或所述磁通量的幅值中的至少一者，其中所述线圈阵列的每个线圈包括：初级线圈；和次级线圈。115.根据权利要求114所述的线圈天线，其中所述线圈天线还包括线圈调谐网络，所述线圈调谐网络被配置为调谐每个初级线圈的品质因数“q”或工作频率中的至少一者。116.根据权利要求114所述的线圈天线，其中调谐网络包括：实部匹配检测网络，所述实部匹配检测网络被配置为检测所述通电信号的实部；虚部匹配检测网络，所述虚部匹配检测网络被配置为检测所述通电信号的虚部；动态匹配网络，所述动态匹配网络被配置为调谐所述初级线圈的品质因数“q”或第一工作频率中的至少一者；处理器；和
存储器，所述存储器在其上存储有指令，所述指令在由所述处理器执行时使得所述线圈天线：通过所述实部匹配检测网络检测所述通电信号的实部；通过所述虚部匹配检测网络检测所述通电信号的实部；基于所述通电信号的所检测到的实部和所检测到的虚部来确定所述初级线圈的第二工作频率；以及通过所述动态匹配网络基于所述确定来将所述初级线圈调谐到所述第二工作频率。117.根据权利要求114所述的线圈天线，其中所述线圈天线还包括端接网络，所述端接网络被配置为启用或停用所述线圈阵列的离散次级线圈。118.根据权利要求117所述的线圈天线，其中所述端接网络包括：传感器，所述传感器被配置为感测所述线圈阵列的所述次级线圈中的每个次级线圈的阻抗、电压或电流中的至少一者。119.根据权利要求114所述的线圈天线，其中所述次级线圈是可配置空气芯耦合次级线圈，包括多个可配置次级线圈部分，所述可配置空气芯耦合次级线圈具有多个次级线圈配置。120.一种用于询问和检测患者体内的外科手术器具的方法，所述方法包括：通过可操作地耦合到信号发生器的线圈天线发射通电信号，所述天线被配置为接收由rfid标签发射的返回信号，所述线圈天线包括线圈阵列；通过所述线圈阵列接收返回信号，其中所述线圈阵列被配置为产生磁通量并且基于所述通电信号来导引所述磁通量的方向或所述磁通量的幅值中的至少一者；通过实部匹配检测网络检测所述通电信号的实部；通过虚部匹配检测网络检测所述通电信号的实部；基于所述通电信号的所检测到的实部和所检测到的虚部来确定所述初级线圈的第二工作频率；以及通过动态匹配网络基于所述确定来将所述初级线圈调谐到所述第二工作频率。

技术总结
本公开提出了一种用于检测患者体内的外科手术器具的询问和检测系统。该系统包括：RFID标签，该RFID标签被配置为当被通电时发射返回信号；信号发生器，该信号发生器被配置为产生用于RFID标签的通电信号；和线圈天线，该线圈天线可操作地耦合到信号发生器，该天线被配置为接收由RFID标签发射的返回信号。线圈天线包括初级线圈、次级线圈以及被配置为将电磁能量从次级线圈耦合到初级线圈的芯。芯包括非磁性绝缘材料。次级线圈被配置为接收返回信号。初级线圈被配置为耦合来自次级线圈的电磁能量。RFID标签附连到外科手术器具。RFID标签附连到外科手术器具。RFID标签附连到外科手术器具。


技术研发人员：E
受保护的技术使用者：柯惠有限合伙公司
技术研发日：2022.01.26
技术公布日：2023/10/20