(57)【要約】【課題】磁気追跡システムで使用される送信機を設計すること。【解決手段】体積を包囲するフレームを有する装置。この装置は、３つの対の分離された平面導電コイルを含み、各対の分離されたコイルは共通の対称軸を有し、３つの対は、共通の対称軸が互いに直交するように、かつコイルが体積を取り囲むように、フレームに取り付けられている。体積にわたって予め設定された空間的分散を有する磁界を生成するように、各対の分離されたコイルを逆相に駆動する交流電源が連結されている。装置はまた、体積に入るように構成され、かつ磁界の時間的変化率及び磁界の予め設定された空間的分散に応答して信号を生成するように連結されたセンサを有する、プローブを含む。プロセッサは、信号を受信し、それに応答して体積内のプローブの位置を定式化するように構成されている。【選択図】図１
2020069402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
体積を包囲するフレームと、
３つの対の分離された平面導電コイルであって、各対の前記分離されたコイルは共通の対称軸を有し、前記３つの対は、前記共通の対称軸が互いに直交するように、かつ前記コイルが前記体積を取り囲むように、前記フレームに取り付けられている、３つの対の分離された平面導電コイルと、
前記体積にわたる予め設定された空間的分散を有する磁界を生成するように、各対の前記分離されたコイルを逆相に駆動するように連結された交流電源と、
前記体積に入るように構成され、前記磁界の時間的変化率及び前記磁界の前記予め設定された空間的分散に応答して信号を生成するように連結されたセンサを有する、プローブと、
前記信号を受信し、それに応答して前記体積内の前記プローブの位置を定式化するように構成されたプロセッサと、を備える、装置。
【請求項２】
各対の前記分離されたコイルが、共通のサイズ及び形状を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記対のうちの少なくとも１つの前記共通の形状が円形である、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記対のうちの少なくとも１つの前記共通の形状が多角形である、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記フレーム及び取り付けられた対が、磁気共鳴撮像法スキャナのボアへの前記フレーム及び取り付けられた対の挿入を可能にする全体サイズを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記コイルの対のうちの少なくとも１つが反対方向に巻かれており、前記交流電源が、前記対のうちの前記１つの前記コイルに同相電流で電力を供給する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記コイルの対のうちの少なくとも１つが共通の方向に巻かれており、前記交流電源が、前記対のうちの前記１つの前記コイルに異相電流で電力を供給する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
コイルの所与の対について、前記磁界の前記予め設定された空間的分散は、前記所与の対の前記共通の対称軸に沿って前記磁界が直線的に変化する領域を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記所与の対の前記コイルの各々が半径Ｒを有し、前記所与の対の前記コイル間の離隔が、Ｒ〜２．８Ｒの範囲内にある、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
コイルの所与の対について、前記磁界の前記予め設定された空間的分散は、前記所与の対の前記共通の対称軸に沿って前記磁界が直線的に変化する領域を含まない、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記所与の対の前記コイルの各々が半径Ｒを有し、前記所与の対の前記コイル間の離隔が、Ｒ〜２．８Ｒの範囲外である、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記交流電源が、前記磁界の前記時間的変化率を生成するように、前記コイルの３つの対の各々を異なるそれぞれの周波数で逆相に正弦波的に駆動するように連結されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記コイルの３つの対が、３つのそれぞれの中点を含み、前記３つの対は、前記３つの中点が単一の点に位置するように前記フレームに取り付けられている、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記プロセッサが、前記受信された信号に応答して前記体積内の前記プローブの向きを定式化するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
フレームで体積を包囲することと、
前記フレームに３つの対の分離された平面導電コイルを取り付けることであって、各対の前記分離されたコイルが共通の対称軸を有し、これにより、前記共通の対称軸が互いに直交し、かつ前記コイルが前記体積を取り囲む、取り付けることと、
前記体積にわたって予め設定された空間的分散を有する磁界を生成するように、交流電源を連結して各対の前記分離されたコイルを逆相に駆動することと、
前記体積にプローブを挿入することであって、前記プローブが、前記磁界の時間的変化率及び前記磁界の前記予め設定された空間的分散に応答して信号を生成するように連結されたセンサを有する、挿入することと、
前記信号を受信し、それに応答して前記体積内の前記プローブの位置を定式化することと、を含む、方法。
【請求項１６】
各対の前記分離されたコイルが、共通のサイズ及び形状を有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記対のうちの少なくとも１つの前記共通の形状が円形である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記対のうちの少なくとも１つの前記共通の形状が多角形である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記フレーム及び取り付けられた対が、磁気共鳴撮像法スキャナのボアへの前記フレーム及び取り付けられた対の挿入を可能にする全体サイズを有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記コイルの対のうちの少なくとも１つが反対方向に巻かれており、前記交流電源が、前記対のうちの前記１つの前記コイルに同相電流で電力を供給する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記コイルの対のうちの少なくとも１つが共通の方向に巻かれており、前記交流電源が、前記対のうちの前記１つの前記コイルに異相電流で電力を供給する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
コイルの所与の対について、前記磁界の前記予め設定された空間的分散は、前記所与の対の前記共通の対称軸に沿って前記磁界が直線的に変化する領域を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記所与の対の前記コイルの各々が半径Ｒを有し、前記所与の対の前記コイル間の離隔が、Ｒ〜２．８Ｒの範囲内にある、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
コイルの所与の対について、前記磁界の前記予め設定された空間的分散は、前記所与の対の前記共通の対称軸に沿って前記磁界が直線的に変化する領域を含まない、請求項１５に記載の方法。
【請求項２５】
前記所与の対の前記コイルの各々が半径Ｒを有し、前記所与の対の前記コイル間の離隔が、Ｒ〜２．８Ｒの範囲外である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記交流電源が、前記磁界の前記時間的変化率を生成するように、前記コイルの３つの対の各々を異なるそれぞれの周波数で逆相に正弦波的に駆動するように連結されている、請求項１５に記載の方法。
【請求項２７】
前記コイルの３つの対が、３つのそれぞれの中点を含み、前記３つの対は、前記３つの中点が単一の点に位置するように前記フレームに取り付けられている、請求項１５に記載の方法。
【請求項２８】
前記受信された信号に応答して、前記体積内の前記プローブの向きを定式化することを含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には磁気追跡システムに関し、具体的には、システムで使用される送信機の設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
プローブが放射された磁界を測定することができるセンサを有する場合、空間内に磁気送信機が放射する磁気追跡システムを使用して、空間内のプローブを追跡することができる。送信機から放射された磁界の値の測定を使用してプローブの位置を導き出すことができるように、追跡は、放射された磁界が較正されていることを前提とする。
【０００３】
多くの場合、放射された空間内又はその空間の近くの金属元素のために較正が損なわれる。例えば、磁気共鳴撮像法（magnetic resonance imaging、ＭＲＩ）スキャナの金属は、非磁性であっても、追跡システムの較正に影響を及ぼし得る。
【０００４】
米国特許第５，８３３，６０８号（Ａｃｋｅｒ）には、磁気の位置及び向きを判定するシステムが記載されている。このシステムは、同じコイルによって生成された感知体積及び勾配磁界の両側に配置されたヘルムホルツコイルからの均一な磁界を含む磁界を使用する。
【０００５】
Ｗｅｉｓｓらの米国特許出願第２０１４／００１８６６４号には、開いた磁石を有する磁気共鳴撮像法システムが記載されている。開いた磁石では、２つの超音波コイルが互いの上に取り付けられ、ヘルムホルツコイルの磁界と同様の磁界を生成する。
【０００６】
Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅの第４０巻、第６号（１９９８年１２月）に公開された、Ｃｏｕｔｔｓらによる、「Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ａｎｄ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｔｒａｃｋｉｎｇ  ａｎｄ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ  ｔｏｏｌｓ  ａｎｄ  ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｄｅｖｉｃｅｓ  ｕｓｉｎｇ  ｓｍａｌｌ  ｆｉｄｕｃｉａｌ  ｒｅｃｅｉｖｅｒ  ｃｏｉｌｓ」と題された論文には、ＭＲスキャナ内の剛性装置の位置を追跡することが記載されている。位置追跡は、個々の受信機チャネルに取り付けられた２つ又は３つの小さいＭＲ受信コイルを用いて実行される。
【０００７】
Ｍｏｌｙｎｅａｕｘの米国特許第５，３９４，０８７号には、磁気共鳴システムにおける同時撮像のための複数の直交表面コイルシステムが記載されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態は、
体積を包囲するフレームと、
３つの対の分離された平面導電コイルであって、各対の分離されたコイルは共通の対称軸を有し、３つの対は、共通の対称軸が互いに直交するように、かつコイルが体積を取り囲むように、フレームに取り付けられている、３つの対の分離された平面導電コイルと、
体積にわたる予め設定された空間的分散を有する磁界を生成するように、各対の分離されたコイルを逆相に駆動するように連結された交流電源と、
体積に入るように構成され、磁界の時間的変化率及び磁界の予め設定された空間的分散に応答して信号を生成するように連結されたセンサを有する、プローブと、
信号を受信し、それに応答して体積内のプローブの位置を定式化するように構成されたプロセッサと、を含む。
【０００９】
開示される実施形態では、各対の分離されたコイルは、共通のサイズ及び形状を有する。対のうちの少なくとも１つの共通の形状は、円形であってもよい。代替的に又は追加的に、対のうちの少なくとも１つの共通の形状は多角形である。
【００１０】
更に開示される実施形態では、フレーム及び取り付けられた対は、磁気共鳴撮像法スキャナのボアへのフレーム及び取り付けられた対の挿入を可能にする全体的なサイズを有する。
【００１１】
また更に開示される実施形態では、コイルの対のうちの少なくとも１つは反対方向に巻かれ、交流電源は、対のうちの１つのコイルに同相電流で電力を供給する。
【００１２】
代替的な実施形態では、コイルの対のうちの少なくとも１つは共通の方向に巻かれ、交流電源は、対のうちの１つのコイルに異相電流で電力を供給する。
【００１３】
コイルの所与の対の更に代替的な実施形態では、磁界の予め設定された空間的分散は、所与の対の共通の対称軸に沿って磁界が直線的に変化する領域を含む。所与の対のコイルの各々は、半径Ｒを有してもよく、所与の対のコイル間の離隔は、Ｒ〜２．８Ｒの範囲内であってもよい。
【００１４】
コイルの所与の対のまた更に代替的な実施形態では、磁界の予め設定された空間的分散は、所与の対の共通の対称軸に沿って磁界が直線的に変化する領域を含まない。所与の対のコイルの各々は、半径Ｒを有してもよく、所与の対のコイル間の離隔は、Ｒ〜２．８Ｒの範囲外であってもよい。
【００１５】
交流電源は、磁界の時間的変化率を生成するように、異なるそれぞれの周波数で、逆相で正弦波的に３つの対のコイルの各々を駆動するように連結されてもよい。
【００１６】
典型的には、３つの対のコイルは、３つのそれぞれの中点を含み、３つの対は、３つの中点が単一の点に位置するようにフレームに取り付けられている。
【００１７】
プロセッサは、受信された信号に応答して、体積内のプローブの向きを定式化するように構成されていてもよい。
【００１８】
本発明の一実施形態によれば、
フレームで体積を包囲することと、
フレームに３つの対の分離された平面導電コイルを取り付けることであって、各対の分離されたコイルが共通の対称軸を有し、これにより、共通の対称軸が互いに直交し、かつコイルが体積を取り囲む、取り付けることと、
体積にわたって予め設定された空間的分散を有する磁場を生成するように、交流電源を連結して各対の分離されたコイルを逆相に駆動することと、
体積にプローブを挿入することであって、プローブが、磁界の時間的変化率及び磁界の予め設定された空間的分散に応答して信号を生成するように連結されたセンサを有する、挿入することと、
信号を受信し、それに応答して体積内のプローブの位置を定式化することと、を含む、方法が更に提供される。
【００１９】
以下の本開示の実施形態の詳細な説明を図面と併せ読むことで、本開示のより完全な理解が得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態による、追跡装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態による、追跡装置の概略図である。
【図３】本発明の一実施形態による、一対のコイルの要素を図示する概略図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る、コイル対の磁界強度対距離の概略的なグラフを示す。
【図５】本発明の一実施形態による、プローブの概略的な部分切断図である。
【図６】本発明の一実施形態による、動作時の図１の装置の要素の概略図である。
【図７】本発明の一実施形態による、装置の動作時に実行される各工程のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
概論
今日の磁気追跡システムは、非磁性金属を有する領域内で操作され得るが、非磁性金属の存在は、追跡システムに制限を課す。例えば、磁気共鳴撮像法（ＭＲＩ）スキャナでは、ＭＲＩスキャナの金属が、磁気追跡システムの送信機によって生成された磁界の歪みをもたらす。送信機からの磁界は、典型的には、送信機がＭＲＩシステムに導入される前に較正されるが、この導入が較正における誤差をもたらす。追跡磁界送信機は、典型的には、オブジェクトが追跡される追跡体積から比較的遠くにあるため、誤差は大きい場合がある。
【００２２】
本発明の実施形態は、追跡磁界送信機を追跡体積を内包するコイルのセットを含むように構成することによって、これらの問題を克服する。コイルのセットはフレーム上に取り付けられ、コイルとフレームとの組み合わせは、ＭＲＩスキャナのボアに挿入可能であるように寸法決めされてもよい。したがって、追跡体積は、ＭＲＩ金属から比較的遠い。
【００２３】
本発明の一実施形態は、体積を包囲するフレームを含み、フレームに取り付けられた３つの対の分離された平面導電コイルが存在する。対の各々は、それぞれ共通の対称軸を有し、３つの対は、３つの対称軸が互いに直交するようにフレームに取り付けられている。
【００２４】
予め設定された空間的分散及び時間的変化率を有する磁界を体積内に送信するように、各対の分離されたコイルを逆相に駆動する交流電源が連結されている。
【００２５】
予め設定された空間的分散及び磁界の時間変化率に応答して信号を生成するように連結されたセンサを有するプローブが、体積に挿入されてもよく、プロセッサは、信号を受信するように構成されてもよい。プロセッサは、信号を使用して、体積内のプローブの位置及び向きを定式化してもよい。
【００２６】
詳細な説明
以下の説明において、図面中の同様の要素は、同様の数字により識別され、同様の要素は、必要に応じて識別用の数字に文字を添えることにより区別される。
【００２７】
図１及び図２は、本発明の実施形態による、追跡装置２０の概略図である。装置２０は、典型的には、磁気共鳴撮像法（ＭＲＩ）環境で使用されるように構成されており、以下の説明では、この装置は、ＭＲＩスキャナ２２と共に使用されるものとする。スキャナ２２は、図１に図示するように、直交する１組のｘｙｚ軸を画定するものとし、スキャナのボア２８の対称軸は、スキャナの水平ｚ軸を画定するものとし、垂直ｙ軸とｚ軸及びｙ軸の両方に直交するｘ軸とが存在する。直交軸の原点は、ボア２８の中心に対応するものとする。ただし、当業者は、本発明の範囲が非ＭＲＩ環境での使用を含むように、装置２０がＭＲＩスキャナと共に使用されることに限定されないことを理解するであろう。
【００２８】
本明細書の説明において、装置２０は、カテーテル２６の遠位端におけるプローブ２４の位置及び向きを追跡するために使用され、プローブは医療処置を受けている患者３４の器官に挿入され、患者はボア２８内に配置されている。処置は、医療専門家３０によって実行される。例として、器官は患者３４の副鼻腔を含むとみなし、処置は、副鼻腔の一部の高周波（radiofrequency、ＲＦ）アブレーションを含むものとする。ただし、当業者は、他の処置のために、及び心臓の電気生理学的マッピングなどの患者３４の他の器官について説明を適宜変更することができるであろう。
【００２９】
以下により詳細に記載されるように、プローブ２４を追跡するために、プローブは、既知の空間的及び時間的変動を有する磁界内に配置され、プローブ内に配設された磁気センサは、プローブを横断する磁界を測定する。測定された磁界は、プローブのロケーション、すなわち、位置及び向きの両方を判定するために使用される。
【００３０】
この手順を実行するために、保護ケージ６４が患者３４の頭部の上に配置され、患者の頭部は、ケージと共に、スキャナ２２のボア２８に挿入される。図２は、図１に示す図からのケージの代替図を示す保護ケージ６４の概略図である。典型的には、患者の頭部の上に配置される前に、６つの導電コイル４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ、４２Ｅ、及び４２Ｆはケージ６４に取り付けられ、コイル４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ、４２Ｅ、及び４２Ｆはまた、本明細書ではコイル４２とも称される。ケージ６４は、コイル４２が取り付けられるフレームとして作用し、本明細書ではフレーム６４とも呼ばれる。フレーム６４は、フレームに取り付けられたコイルが体積を拘束するように、体積６６を包囲するものとする。
【００３１】
対の２つのコイルが実質的に同じサイズ及び形状を有する限り、コイル４２は、３つの対（４２Ａ、４２Ｂ）、（４２Ｃ、４２Ｄ）、及び（４２Ｅ、４２Ｆ）の平面コイルとして形成され、平面コイルは円形、又は任意の便宜に適う形状、典型的には多角形の形状であってもよい。ただし、異なる対のコイルが同じ形状を有する必要はなく、いくつかの実施形態では、コイルの形状は、フレーム６４の形状に適合するように選択される。例として、図２は、円形コイルを有する１つの対（４２Ａ、４２Ｂ）のコイルと、矩形コイルを有する他の２つの対（４２Ｃ、４２Ｄ）及び（４２Ｅ、４２Ｆ）とを示す。
【００３２】
図３は、本発明の一実施形態による、コイルの対（４２Ａ、４２Ｂ）の要素を図示する概略ブロック図である。明確にするために、図３では、図１のｘｙｚ軸は、コイル４２Ａがｚ＝０平面上にあるように平行移動されており、コイルの中心はｚ軸上にない。コイル４２Ａ、４２Ｂは、それぞれの平面４４Ａ、４４Ｂを画定し、対の各コイルは、それぞれの中心４６Ａ、４６Ｂを有する。図３に記載された実施例では、コイルは円形であり、したがって円形コイルの中心に中心を有するが、一般には、非円形コイルについて、コイルの中心はコイルの質量中心を含むものとする。
【００３３】
コイル４２Ａ、４２Ｂは互いに分離され、平面４４Ａ、４４Ｂが互いに平行になるように配置されており、コイルの中心をつなぐ線分４２ＡＢが平面に直交するように配置されている。線分４２ＡＢは、長さｄ４２ＡＢを有するものとし、コイル４２Ａ、４２Ｂに対してコイルの対称軸でもある対軸を画定するものとする。加えて、線分４２ＡＢは、中点Ｍ４２ＡＢを有する。
【００３４】
異なる向きをなすことを除いて、コイル対（４２Ｃ、４２Ｄ）及び（４２Ｅ、４２Ｆ）は、対（４２Ａ、４２Ｂ）と概ね同じ構成を有する。すなわち、任意の所与の対のコイルは互いに分離され、コイルの平面が平行になるように配置されており、それにより、平面が、コイル中心をつなぐ線分に直交するように配置されている。本発明の実施形態では、３つの対のコイルは、３つの対のコイルの軸が互いに直交し、かつ各線分の中点が共通点にあるように、フレーム６４に取り付けられている。
【００３５】
図１に戻り、装置２０の３つの対のコイルの中点の共通点は、ｘｙｚ軸の原点にあるものとする。装置２０は、装置の操作コンソール８２内に位置するシステムプロセッサ８０により制御される。コンソール８２は、プロセッサと通信するために専門家３０によって用いられる制御装置８４を含む。プロセッサ８０用のソフトウェアは、例えば、ネットワークを介して電子形態でプロセッサにダウンロードすることができる。代替的に又は追加的に、ソフトウェアは、光学的、磁気的又は電子的記憶媒体などの非一時的有形媒体上で提供され得る。
【００３６】
本明細書の説明では、プロセッサ８０は、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）、ＦＰＧＡ（フィールドプログラム可能ゲートアレイ）、及びＭＣＵ（マイクロ制御装置）、並びにＣＰＵ（中央処理装置）を含むが、それに限定されない任意の好適な集積回路から形成されるものとする。
【００３７】
装置２０を操作するために、プロセッサ８０は、装置を操作するためにプロセッサにより使用される多くのモジュールを有するモジュールバンク９０と通信する。したがって、バンク９０は、交流電源９４及び磁気追跡モジュール９８を含み、これらの機能は以下に記載される。バンク９０は、典型的には、プローブ２４上の力を測定するための力モジュールなどの他のモジュールを含む。簡潔化のために、かかる他のモジュールは、図１に図示されていない。モジュールは、ハードウェア要素並びにソフトウェア要素を含み得る。
【００３８】
図４は、本発明の一実施形態に係る、コイル対（４２Ａ、４２Ｂ）の磁界強度対距離の概略的なグラフを示す。交流電源９４は、対のコイルの各々を正弦波的に駆動するように構成されており、周波数、すなわち、時間的変化率は、一実施形態では、約１０ｋＨｚであり、コイルは、逆相で駆動され、すなわち、任意の所与の事例において、コイル内の電流は、大きさが等しいが方向が反対である。他の実施形態では、駆動周波数は、１０ｋＨｚとは異なっていてもよく、例えば約２０ｋＨｚである。対の各々に対する駆動周波数は異なっている。逆相駆動は、コイルを反対方向に巻き、それらに同相電流で電力を供給すること、又はコイルを同じ方向に巻き、それらに異相電流で電力を供給することのいずれかによって実施されてもよい。
【００３９】
上述したように、線分４２ＡＢは、コイルの共通の対称軸を画定し、対称としたことで、対称軸上の各コイルからの磁界方向が軸に沿っている。軸上では、２つのコイルからの磁界の大きさが加算されるが、コイルが逆相で駆動されるため、軸上の任意の所与の点で結果として生じる磁界は軸に沿って変化する。（これは、ヘルムホルツ対として動作するコイルとは対照的であり、コイルの対の電流は同相であり、軸上で結果として生じる磁界は、コイル間において軸の一部分に沿って実質的に非変形である。）
【００４０】
グラフ１００は、コイル４２Ａへの交流電流が最大であってこれによりコイル４２Ｂへの交流電流が最小である第１の時間における、線分４２ＡＢの点を含む、ｚ軸に沿ったｚ方向の磁界の大きさＢｚを示す。グラフ１０４は、コイル４２Ａへの交流電流が最小であってこれによりコイル４２Ｂへの交流電流が最大である第２の時間における、Ｂｚを示す。２つのグラフは、コイル４２Ａ、４２Ｂが逆相で駆動されるときのＢｚ値の程度を図示している。例として、グラフ１０８は、上記で言及した第１の時間と第２の時間との間の中間時間におけるＢｚの値の程度を図示している。
【００４１】
線分４２ＡＢ上の瞬時磁界は、グラフ１００及び１０４によって示される値間で経時的に振動することが理解されるであろう。振動が発生する間、中点Ｍ４２ＡＢにおけるＢｚの値はゼロである。加えて、グラフによって示されるように、任意の所与の時点で、線分４２ＡＢを含むｚ軸の点に沿ったＢｚの変動は単調である。
【００４２】
単調であることに加えて、いくつかの実施形態は、中点Ｍ４２ＡＢを中心とする線分４２ＡＢのサブセクションを含み、Ｂｚはｚと共に直線的に変化する。例として、図４は、このような直線的な変化を有する線分４２ＡＢ（菱形で終端するセグメント）のサブセクションＳ４２ＡＢを示す。あるいは、他の実施形態は、そのような直線的な変化のサブセクションを含まない。
【００４３】
本発明の実施形態は、コイル４２Ａとコイル４２Ｂとの間の離隔ｄ４２ＡＢが、Ｒ及び２．８Ｒによって与えられる範囲内にある場合、直線的な変化のサブセクションを有するものとし、ここで、Ｒはコイル４２Ａ、４２Ｂの半径である。離隔がこの範囲外である場合、例えば、離隔が０．５Ｒ〜Ｒである場合、線形のサブセクションは存在しない。
【００４４】
磁界の上記の説明は、コイルの対称軸上の磁界に当てはまり、軸、すなわちｚ軸に近い位置にもおおよそ当てはまる。軸に沿った距離を有する磁界の単調な変化により、磁界の振幅の測定値とｚ軸上の又はｚ軸に近いｚ位置との間に１対１の対応関係が存在する。それゆえ、任意の所与の磁界振幅Ｂｇ１については、ｚ軸上の固有の位置にｘｙ平面が存在する。ｚ軸から更に移動すると、Ｂｇ１のｘｙ面は、ｚ軸に関して対称であるｘｙｚ空間内で３次元（３Ｄ）曲面として延在する。
【００４５】
非円形であるコイル対は、円形コイルの対と同じ一般的特性を有する。すなわち、本明細書ではｘ軸であるとみなされる対称軸に沿った距離を有する磁界の単調な変化が存在し、単調な変化のために、ｘ軸上の又はｘ軸に近いｘ位置との間に１対１の対応がある。同様に、任意の所与の磁界振幅Ｂｇ２については、ｘ軸上の固有の位置にｙｚ平面が存在する。ｘ軸から更に移動すると、Ｂｇ２のｙｚ平面は、ｘ軸に関して対称であるｘｙｚ空間内で３Ｄ曲面として延在する。
【００４６】
図５は、本発明の一実施形態による、プローブ２４の概略的な部分切断図である。プローブ２４は、それぞれの形成器上に巻かれた３つの同様の導電コイル１２０、１２２、１２４を含み、コイルは、コイルの対称軸が互いに直交するようにプローブの中空領域１３０内に固定的に配設されている。交流磁界がコイルを横切る場合、コイルは、とりわけ、磁場の振幅に応じて交流信号を生成する。それゆえ、生成された電流を測定することにより、３つのコイルが磁界のセンサとして作用するように、横断磁界の測定値が提供され、３つのコイルは本明細書ではセンサ１３６とも称される。上述のように、本明細書の説明では、プローブ２４はアブレーションに使用されるものとし、プローブは、アブレーションのためにＲＦエネルギーを伝達するために使用され得る電極１４０を含む。いくつかの実施形態では、センサ１３６は３つの分離された直交コイルを含むのではなく、このセンサは、単一のフォーマー上に巻かれた３つの同様の導電直交コイルとして構成されている。
【００４７】
図６は、本発明の一実施形態による、動作時の装置２０の要素の概略図である。図は、ボア２８の上からｙ軸を下ろした図を示し、ボア内の装置２０のいくつかの要素並びにいくつかの外部要素を図示している。それゆえ、ｚ軸上のコイル対（４２Ａ、４２Ｂ）、及びｘ軸上のコイル対（４２Ｅ、４２Ｆ）が示されているが、ｙ軸上のコイル対（４２Ｃ、４２Ｄ）は示されていない。コイルはフレーム６４に取り付けられて示され、センサ１３６を含むプローブ２４は、フレーム内の体積６６内に導入されている。フレーム及びフレームの取り付けられたコイルは較正されているものとし、較正は、図７のフローチャートを参照して以下に説明される。
【００４８】
交流電源９４は、ケーブル１５０によってコイル対（４２Ａ、４２Ｂ）に接続されており、周波数ｆｚで、コイル内に反対向きの矢印によって示されるように、コイルを逆相に駆動する。電源はまた、コイル対（４２Ｅ、４２Ｆ）に、ケーブル１５４によってｘ軸上のコイル対（４２Ｅ、４２Ｆ）に接続されており、周波数ｆｘでこれらのコイルを逆相に駆動する。図には示されていないが、コイル（４２Ｃ、４２Ｄ）は、電源９４によって周波数ｆｙで逆相に駆動される。周波数ｆｘ、ｆｙ、及びｆｚは、典型的には、それらが容易にフィルタリングされるように十分に分離されるように選択される。
【００４９】
上で説明したように、コイル４２は、それぞれの周波数ｆｘ、ｆｙ、及びｆｚで交流する３組の交流磁界を体積６６内に生成する。交流磁界は、プローブ２４のセンサ１３６内にそれぞれの信号を生成し、信号は磁気追跡モジュール９８によって受信される。プロセッサ８０は、モジュールと共に信号を解析し、各周波数について、それぞれの信号を生成するそれぞれの磁界の振幅を決定する。
【００５０】
追跡モジュール９８は、コイル４２Ａ、４２Ｂの逆相磁界ｆｚに応答してセンサ１３６内で生成された信号ｆｚを解析し、コイルによって生成された磁界振幅がＢｇ１であると評価するものとする。上記で説明したように、Ｂｇ１に対応する体積６６内に３Ｄ曲面が存在し、図中、線１６０は曲面に対応しており、この面は本明細書では表面１６０とも称されるようになっている。同様に、モジュール９８は、コイル４２Ｅ、４２Ｆの逆相磁界ｆｘに応答してセンサ１３６内で生成された信号ｆｘを解析し、コイルによって生成された磁界振幅がＢｇ２であると評価するものとする。図では、線１６４は、本明細書ではＢｇ２に対応する体積６６内の表面１６４とも称される３Ｄ曲面を図示している。
【００５１】
表面１６０及び１６４は、典型的には線で交差し、コイル４２Ｃ、４２Ｄの逆相磁界ｆｙに応答して生成される、図には図示されていない更なる表面が存在する。３つの表面の交点は、センサ１３６の位置、したがって体積６６におけるプローブ２４の位置を提供する。
【００５２】
図７は、本発明の一実施形態による、装置２０の動作において実行される各工程のフローチャートである。初期較正工程１８０では、コイル４２がフレーム６４に取り付けられ、コイルとフレームとの組み合わせが較正される。較正は、典型的にはスキャナ２２の外側で実行されるが、場合によっては、較正は、スキャナのボア２８内に設置されたフレームとコイルとの組み合わせで実行されてもよい。
【００５３】
較正は、交流電源９４をコイルに接続することと、典型的にはプロセッサ８０を使用して電源を動作させて、体積６６内に交流磁界を生成することと、を含む。磁界が生成されている間、センサ１３６と概して同様の較正磁気センサが体積６６内の既知の位置に導入される。典型的には、較正センサはｘｙｚ平行移動ステージに取り付けられ、ステージは段階的に移動される。較正センサの各位置及び向きにおいて、プロセッサ８０は、３つの異なるコイルの対について、センサによって登録された磁界振幅及び方向を記録する。
【００５４】
記憶された結果の補間は、典型的には、以下の動作工程で使用されるため、上述の直線的に変化する磁界サブセクションを生成するコイル対を有する実施形態は、補間に線形性を使用することができるため、より少ない較正位置を使用してもよい。直線的に変化する磁界サブセクションを有さない実施形態は、より多くの較正位置を必要とし得るが、このような実施形態は、典型的には、より大きな体積６６を含む。
【００５５】
プロセッサ８０は、典型的には、装置２０の動作中に使用するための較正ルックアップテーブルとして、センサ位置及び向き、並びに対応する磁界振幅及び方向を記憶する。
【００５６】
動作工程１８４において、患者３４、フレーム６４、及び取り付けられたコイル４２は、ボア２８内に配置され、交流電源９４は、上述のように、コイルを逆相に駆動するように作動される。
【００５７】
プローブ導入工程１８６では、プローブ２４は、典型的に調査される患者の領域を含む、体積６６に挿入される。
【００５８】
解析工程１８８では、プロセッサ及び追跡モジュールは、磁界がセンサを横断することに応答して、センサ１３６によって生成された信号を取得する。プロセッサ及びモジュールは、取得された信号を解析して、コイル対（４２Ａ、４２Ｂ）から磁界振幅Ｂ１、コイル対（４２Ｃ、４２Ｄ）から磁界振幅Ｂ２、及びコイル対（４２Ｅ、４２Ｆ）から磁界振幅Ｂ３を生成するようにコイル４２の対の各々によって生成された、それぞれの磁界振幅を判定する。図６を参照して上述したように、Ｂ１は、対（４２Ａ、４２Ｂ）の対称軸であるｚ軸に関して対称な３Ｄ表面に対応し、Ｂ２は、対の対称軸（４２Ｃ、４２Ｄ）であるｙ軸に関して対称な３Ｄ表面に対応し、Ｂ３は、対の対称軸（４２Ｅ、４２Ｆ）であるｘ軸に関して対称な３Ｄ表面に対応している。
【００５９】
最終工程１９０では、プロセッサ８０は、較正工程１８０で記憶された較正ルックアップテーブルを使用して、典型的には必要に応じて補間を使用して、３つの３Ｄ表面のｘｙｚ値を評価し、表面の交点のｘｙｚ値を見出し、したがって体積６６内のプローブ２４の位置を見出すことができる。プロセッサはまた、記憶されたルックアップテーブルを使用してプローブ２４の向きを見出すことができる。
【００６０】
上に述べた実施形態は例として挙げたものであり、本発明は上記に具体的に示し説明したものに限定されない点が理解されよう。むしろ、本発明の範囲は、本明細書で上記された様々な特徴の組み合わせ及び部分的組み合わせの両方、並びに前述の説明を一読すると当業者が想起すると思われる、先行技術に開示されていないそれらの変形及び改変を含む。
【００６１】
〔実施の態様〕
（１）  装置であって、
体積を包囲するフレームと、
３つの対の分離された平面導電コイルであって、各対の前記分離されたコイルは共通の対称軸を有し、前記３つの対は、前記共通の対称軸が互いに直交するように、かつ前記コイルが前記体積を取り囲むように、前記フレームに取り付けられている、３つの対の分離された平面導電コイルと、
前記体積にわたる予め設定された空間的分散を有する磁界を生成するように、各対の前記分離されたコイルを逆相に駆動するように連結された交流電源と、
前記体積に入るように構成され、前記磁界の時間的変化率及び前記磁界の前記予め設定された空間的分散に応答して信号を生成するように連結されたセンサを有する、プローブと、
前記信号を受信し、それに応答して前記体積内の前記プローブの位置を定式化するように構成されたプロセッサと、を備える、装置。
（２）  各対の前記分離されたコイルが、共通のサイズ及び形状を有する、実施態様１に記載の装置。
（３）  前記対のうちの少なくとも１つの前記共通の形状が円形である、実施態様２に記載の装置。
（４）  前記対のうちの少なくとも１つの前記共通の形状が多角形である、実施態様２に記載の装置。
（５）  前記フレーム及び取り付けられた対が、磁気共鳴撮像法スキャナのボアへの前記フレーム及び取り付けられた対の挿入を可能にする全体サイズを有する、実施態様１に記載の装置。
【００６２】
（６）  前記コイルの対のうちの少なくとも１つが反対方向に巻かれており、前記交流電源が、前記対のうちの前記１つの前記コイルに同相電流で電力を供給する、実施態様１に記載の装置。
（７）  前記コイルの対のうちの少なくとも１つが共通の方向に巻かれており、前記交流電源が、前記対のうちの前記１つの前記コイルに異相電流で電力を供給する、実施態様１に記載の装置。
（８）  コイルの所与の対について、前記磁界の前記予め設定された空間的分散は、前記所与の対の前記共通の対称軸に沿って前記磁界が直線的に変化する領域を含む、実施態様１に記載の装置。
（９）  前記所与の対の前記コイルの各々が半径Ｒを有し、前記所与の対の前記コイル間の離隔が、Ｒ〜２．８Ｒの範囲内にある、実施態様８に記載の装置。
（１０）  コイルの所与の対について、前記磁界の前記予め設定された空間的分散は、前記所与の対の前記共通の対称軸に沿って前記磁界が直線的に変化する領域を含まない、実施態様１に記載の装置。
【００６３】
（１１）  前記所与の対の前記コイルの各々が半径Ｒを有し、前記所与の対の前記コイル間の離隔が、Ｒ〜２．８Ｒの範囲外である、実施態様１０に記載の装置。
（１２）  前記交流電源が、前記磁界の前記時間的変化率を生成するように、前記コイルの３つの対の各々を異なるそれぞれの周波数で逆相に正弦波的に駆動するように連結されている、実施態様１に記載の装置。
（１３）  前記コイルの３つの対が、３つのそれぞれの中点を含み、前記３つの対は、前記３つの中点が単一の点に位置するように前記フレームに取り付けられている、実施態様１に記載の装置。
（１４）  前記プロセッサが、前記受信された信号に応答して前記体積内の前記プローブの向きを定式化するように構成されている、実施態様１に記載の装置。
（１５）  フレームで体積を包囲することと、
前記フレームに３つの対の分離された平面導電コイルを取り付けることであって、各対の前記分離されたコイルが共通の対称軸を有し、これにより、前記共通の対称軸が互いに直交し、かつ前記コイルが前記体積を取り囲む、取り付けることと、
前記体積にわたって予め設定された空間的分散を有する磁界を生成するように、交流電源を連結して各対の前記分離されたコイルを逆相に駆動することと、
前記体積にプローブを挿入することであって、前記プローブが、前記磁界の時間的変化率及び前記磁界の前記予め設定された空間的分散に応答して信号を生成するように連結されたセンサを有する、挿入することと、
前記信号を受信し、それに応答して前記体積内の前記プローブの位置を定式化することと、を含む、方法。
【００６４】
（１６）  各対の前記分離されたコイルが、共通のサイズ及び形状を有する、実施態様１５に記載の方法。
（１７）  前記対のうちの少なくとも１つの前記共通の形状が円形である、実施態様１６に記載の方法。
（１８）  前記対のうちの少なくとも１つの前記共通の形状が多角形である、実施態様１６に記載の方法。
（１９）  前記フレーム及び取り付けられた対が、磁気共鳴撮像法スキャナのボアへの前記フレーム及び取り付けられた対の挿入を可能にする全体サイズを有する、実施態様１５に記載の方法。
（２０）  前記コイルの対のうちの少なくとも１つが反対方向に巻かれており、前記交流電源が、前記対のうちの前記１つの前記コイルに同相電流で電力を供給する、実施態様１５に記載の方法。
【００６５】
（２１）  前記コイルの対のうちの少なくとも１つが共通の方向に巻かれており、前記交流電源が、前記対のうちの前記１つの前記コイルに異相電流で電力を供給する、実施態様１５に記載の方法。
（２２）  コイルの所与の対について、前記磁界の前記予め設定された空間的分散は、前記所与の対の前記共通の対称軸に沿って前記磁界が直線的に変化する領域を含む、実施態様１５に記載の方法。
（２３）  前記所与の対の前記コイルの各々が半径Ｒを有し、前記所与の対の前記コイル間の離隔が、Ｒ〜２．８Ｒの範囲内にある、実施態様２２に記載の方法。
（２４）  コイルの所与の対について、前記磁界の前記予め設定された空間的分散は、前記所与の対の前記共通の対称軸に沿って前記磁界が直線的に変化する領域を含まない、実施態様１５に記載の方法。
（２５）  前記所与の対の前記コイルの各々が半径Ｒを有し、前記所与の対の前記コイル間の離隔が、Ｒ〜２．８Ｒの範囲外である、実施態様２４に記載の方法。
【００６６】
（２６）  前記交流電源が、前記磁界の前記時間的変化率を生成するように、前記コイルの３つの対の各々を異なるそれぞれの周波数で逆相に正弦波的に駆動するように連結されている、実施態様１５に記載の方法。
（２７）  前記コイルの３つの対が、３つのそれぞれの中点を含み、前記３つの対は、前記３つの中点が単一の点に位置するように前記フレームに取り付けられている、実施態様１５に記載の方法。
（２８）  前記受信された信号に応答して、前記体積内の前記プローブの向きを定式化することを含む、実施態様１５に記載の方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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