(57)【要約】【課題】可動性及び融通性を高め、小型、低経費及び低電力の構成要素を用いて正確な測定を提供する追跡システムを提供する。【解決手段】追跡システム（１００）は、送信器、受信器及び送受信器の少なくとも一つを含む参照センサ（１０５）と、第一の物体に結合されている第一の追跡用センサ（１１０）と、第二の物体に結合されている第二の追跡用センサ（１１２）と、参照センサ（１０５）、並びに追跡用センサ（１１０、１１２）の各々に結合されている追跡用電子部品（１１５）とを含んでいる。追跡用電子部品（１１５）は、参照センサ（１０５）と追跡用センサ（１１０、１１２）の各々との間の関係に基づいて参照センサ（１０５）に対する追跡用センサ（１１０、１１２）の各々の位置及び配向を決定するように構成されている。追跡用センサ（１１０、１１２）の各々は、送信器、受信器及び送受信器の一つである。【選択図】図１
2010125326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の体内に配置されている少なくとも一つの物体を追跡する追跡システム（１００）であって、
送信器、受信器及び送受信器の少なくとも一つを含む参照センサ（１０５）と、
前記物体に結合されている追跡用センサ（１１０）と、
前記参照センサ（１０５）及び前記追跡用センサ（１１０）に結合されており、前記参照センサ（１０５）と前記追跡用センサ（１１０）との間の関係に基づいて前記参照センサ（１０５）に対する前記追跡用センサ（１１０）の位置及び配向を決定するように構成されている追跡用電子部品（１１５）と
を備えており、
前記追跡用センサ（１１０）は、送信器、受信器及び送受信器の一つである、
追跡システム（１００）。
【請求項２】
前記送信器、前記受信器及び前記送受信器の各々は、有線式器具及び無線式器具の一方である、請求項１に記載の追跡システム（１００）。
【請求項３】
前記参照センサ（１０５）は、前記患者、患者配置システム及び撮像装置の一つに結合されている、請求項１に記載の追跡システム（１００）。
【請求項４】
前記少なくとも一つの物体は医療機器を含んでいる、請求項１に記載の追跡システム（１００）。
【請求項５】
前記位置及び配向情報は、前記参照センサ（１０５）と前記追跡用センサ（１１０）との間の相互インダクタンスを用いて決定される、請求項１に記載の追跡システム（１００）。
【請求項６】
患者の体内に配置されている複数の物体を追跡する追跡システム（１００）であって、
送信器、受信器及び送受信器の少なくとも一つを含む参照センサ（１０５）と、
第一の物体に結合されている第一の追跡用センサ（１１０）と、
第二の物体に結合されている第二の追跡用センサ（１１２）と、
前記参照センサ（１０５）、並びに前記追跡用センサ（１１０）及び（１１２）の各々に結合されており、前記参照センサ（１０５）と前記追跡用センサ（１１０）及び（１１２）の各々との間の関係に基づいて前記参照センサ（１０５）に対する前記追跡用センサ（１１０）及び（１１２）の各々の位置及び配向を決定するように構成されている追跡用電子部品（１１５）と
を備えており、
前記追跡用センサ（１１０）及び（１１２）の各々は、送信器、受信器及び送受信器の一つである、
追跡システム（１００）。
【請求項７】
前記第一の追跡用センサ（１１０）は送信器であり、前記第二の追跡用センサ（１１２）は受信器である、請求項６に記載の追跡システム（１００）。
【請求項８】
前記第一の追跡用センサ（１１０）は受信器であり、前記第二の追跡用センサ（１１２）は送信器である、請求項６に記載の追跡システム（１００）。
【請求項９】
前記送信器、前記受信器及び前記送受信器の各々は、有線式器具及び無線式器具の一方である、請求項６に記載の追跡システム（１００）。
【請求項１０】
前記参照センサ（１０５）は、前記患者、患者配置システム及び撮像装置の一つに結合されている、請求項６に記載の追跡システム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には、参照座標枠に対する遠隔装置の位置及び配向を決定するシステムに関し、さらに具体的には、患者の体内のカテーテルのような医用装置の位置及び配向を決定するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁追跡システムは、送信器及び受信器の一方を単一の参照枠として含み、全てのＰ＆Ｏ（位置及び配向）がこの単一の参照枠の座標系内に存在する。このことから、各々が受信器又は送信器に排他的に結合されている１又は複数の物体を追跡するように構成された追跡システムの設計が行なわれる。加えて、有線送信器及び他の有線受信器（ＩＳＣＡ）を追跡することができる。しかしながら、理想的なＥＭ追跡システムは、無線送信器に加え正確な遠距離型受信器をサポートしていることが望ましい。これに対し、従来技術において提供されている追跡システムは、受信器又は無線送信器に排他的に結合されている物体を追跡するように構成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
さらに、送信器及び受信器は、共通の装置又はボックスに有線接続される。送信器及び受信器が共通の装置に有線接続されているような追跡システムでは、追跡されている物体は追跡を行なっている構成要素と同じ装置に有線結合され、これにより追跡されている物体の運動範囲が限定される。従って、可動性及び融通性を高めることを可能にする追跡システムが必要とされている。
【０００４】
さらに、空港に対する航空機のように大型の物体を追跡するのに用いられる追跡システムは、医用装置のような小型の物体を追跡する追跡システムよりも測定の精度が低い。加えて、医用装置のような小型の物体を追跡するためには小型、低電力及び低経費の追跡システムを用いることが望ましい。従って、小型、低経費及び低電力の構成要素を用いて正確な測定を提供する追跡システムが極めて望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本書では以上に述べた短所、欠点及び問題を扱い、これらのことについては以下の明細書を精読することにより理解されよう。
【０００６】
本書では、患者の体内に配置されている少なくとも一つの物体を追跡する追跡システムを提供する。この追跡システムは、参照センサと、物体に結合されている追跡用センサと、参照センサ及び追跡用センサに結合されている追跡用電子部品とを含んでいる。追跡用電子部品は、参照センサと追跡用センサとの間の関係に基づいて参照センサに対する追跡用センサの位置及び配向を決定するように構成されている。さらに、参照センサは送信器、受信器及び送受信器の少なくとも一つを含んでおり、追跡用センサは送信器、受信器及び送受信器の一つを含んでいる。
【０００７】
もう一つの実施形態では、患者の体内に配置されている複数の物体を追跡する追跡システムを提供する。この追跡システムは、送信器、受信器及び送受信器の少なくとも一つを含む参照センサと、第一の物体に結合されている第一の追跡用センサと、第二の物体に結合されている第二の追跡用センサと、参照センサ、及び追跡用センサの各々に結合されている追跡用電子部品とを含んでいる。追跡用電子部品は、参照センサと追跡用センサの各々との間の関係に基づいて参照センサに対する追跡用センサの各々の位置及び配向を決定するように構成されている。さらに、追跡用センサの各々は、送信器、受信器及び送受信器の一つである。
【０００８】
さらにもう一つの実施形態では、患者に対して施される医療処置時に複数の物体を誘導する術中撮像及び追跡システムを提供する。この術中撮像及び追跡システムは、撮像用線源と、撮像用線源に結合されており患者の複数の画像を形成するように構成されている撮像用検出器と、追跡システムと、患者に対する複数の物体の位置及び配向を決定するように追跡システム及び撮像用検出器と共に動作する処理ユニットとを含んでいる。さらに、追跡システムは、送信器、受信器及び送受信器の少なくとも一つを含む参照センサと、第一の物体に結合されている第一の追跡用センサと、第二の物体に結合されている第二の追跡用センサと、参照センサ、及び追跡用センサの各々に結合されている追跡用電子部品とを含んでいる。追跡用電子部品は、参照センサと追跡用センサの各々との間の関係に基づいて参照センサに対する追跡用センサの各々の位置及び配向を決定するように構成されている。さらに、追跡用センサの各々は、送信器、受信器及び送受信器の一つである。
【０００９】
さらにもう一つの実施形態では、作業を行なうために利用者によって操作される物体に結合される追跡用センサを提供する。この追跡用センサは、送信器及び受信器を含んでいる。追跡用センサの送信器及び受信器は、送信器及び受信器の組み合わせ並びに送受信器の少なくとも一方を含む参照センサに対して追跡される。
【００１０】
本書では様々な範囲のシステム及び方法について説明する。この概要に記載した観点及び利点に加えての他の観点及び利点は、図面及び以下の詳細な説明を参照すると明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態での追跡システムのブロック図である。
【図２】もう一つの実施形態での追跡システムのブロック図である。
【図３】さらにもう一つの実施形態での追跡システムのもう一つのブロック図である。
【図４】一実施形態での術中撮像及び追跡システムのブロック図である。
【図５】一実施形態での術中撮像及び追跡システムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の詳細な説明では、説明の一部を成しており実施され得る特定の実施形態を例として示す添付図面を参照する。これらの実施形態は当業者が当該実施形態を実施することを可能にするように十分に詳細に説明されており、他の実施形態を利用し得ること、並びに実施形態の範囲から逸脱することなく論理的変形、機械的変形、電気的変形及び他の変形を施し得ることを理解されたい。従って、以下の詳細な説明は、限定する意味で解釈すべきでない。
【００１３】
図１に示す一実施形態では、本発明は、患者（図示されていない）の体内に配置されている複数の物体（図示されていない）を追跡する追跡システム１００を提供する。複数の物体（図示されていない）の各々が医用装置を含む。医用装置は、例えばカテーテル、内視鏡、外科用ドリル又は外科用インプラントであってよい。追跡システム１００は、参照センサ１０５と、第一の物体（図示されていない）に結合されている第一の追跡用センサ１１０と、第二の物体（図示されていない）に結合されている第二のセンサ１１２とを含んでいる。
【００１４】
参照センサ１０５、第一の追跡用センサ１１０及び第二の追跡用センサ１１２の各々が、光学式センサ・ユニット、電磁式センサ・ユニット若しくは他の任意の感知装置、又はこれらの組み合わせを含むことができ、これらの感知装置又はその組み合わせは、互いに対する変化可能な位置又は可変位置を感知して、この変化可能な位置又は可変位置を表わす線形電気出力（ＬＥＯ）又はディジタル電気出力（ＤＥＯ）のような電気的出力を発生するように動作可能であるものとする。参照センサ１０５及び／又は第一の追跡用センサ１１０及び／又は第二の追跡用センサ１１２の電気的出力は、電圧電位、電流又は他の測定可能な電気的形態として表現され得る。本書に記載される追跡システム１００は２個のみの追跡用センサ１１０及び１１２を含むものとして図示されているが、当業者は、追跡システム１００が一を含めて任意の数の追跡用センサを含み得ることを認められよう。
【００１５】
さらに、参照センサ１０５及び第一の追跡用センサ１１０及び第二の追跡用センサ１１２の各々が、送信器及び／若しくは受信器の組み合わせ、並びに／又は送受信器であってよい。図２の模式図が第一の追跡用センサ１１０のみを示しているが、当業者は、第二の追跡用センサ１１２も同様の構成であることを認められよう。送信器、受信器及び送受信器の各々は、有線式器具であってもよいし無線式器具であってもよい。従って、参照センサ１０５は、有線送信器２０２、無線送信器２０４、有線受信器２０６、無線受信器２０８、有線送受信器２１０及び無線送受信器２１２の少なくとも一つを含み、第一の追跡用センサ１１０及び第二の追跡用センサ１１２の各々は、有線送信器２３２、無線送信器２３４、有線受信器２３６、無線受信器２３８、有線送受信器２４０及び無線送受信器２４２の少なくとも一つを含む。無線式器具は、外部の線電源から電力を抽出してもよいし、例えばバッテリ又は光電池のような別個の電源を有していてもよい。
【００１６】
さらに、送信器、受信器及び送受信器の各々は、所期の作用を果たすように構成された１又は複数のコイルから成る構成体であってよい。このように、参照センサ１０５及び／又は第一の追跡用センサ１１０及び／又は第二の追跡用センサ１１２は、送信向けに構成された１若しくは複数のコイル、及び／又は受信向けに構成された１若しくは複数のコイルを含み得る。代替的には、追跡システム１００の参照センサ１０５及び／又は第一の追跡用センサ１１０及び／又は第二の追跡用センサ１１２は、送受信両用向けに構成された１又は複数のコイルを含んでいてもよい。さらに、各々のコイルは、ワイヤ・コイル、ホール効果センサ、磁力計、及び／又は磁気抵抗技術、磁気誘導技術若しくは電流磁気技術に基づく任意のセンサのような１軸、２軸又は３軸の磁気感知素子であってよい。
【００１７】
一実施形態では、追跡システム１００にプリント回路基板（ＰＣＢ）を用いてもよい。ＰＣＢは、参照センサ１０５、第一の追跡用センサ１１０及び第二の追跡用センサ１１２の一つとして作用するように構成され得る。さらに、ＰＣＢは、送信器及び／又は受信器として作用する様々な数のコイルで構成されていてもよい。従って、追跡システム１００の送信器、受信器及び送受信器の各々は、ＰＣＢ及びワイヤ巻回式の一方であってよい。
【００１８】
送信器及び受信器としてセンサに１又は複数のコイルを用いる方法は当技術分野では周知である。コイルを送信器及び受信器として同時に動作させる方法の実例の幾つかについて、本発明の理解を提供するために以下に記載する。
【００１９】
参照センサ１０５は、同時に用いられる１若しくは複数の受信器、１若しくは複数の送信器、及び／又は１若しくは複数の送受信器を含んでいる。換言すると、参照センサ１０５は、結合した送信器及び受信器のコイル・アレイを含み得る。参照センサ１０５を用いて、送信器、受信器、並びに送信器及び受信器の両方である追跡用センサ１１０及び１１２、例えば磁気抵抗器と直列に接続されたコイルを追跡することができる。特定の一実施形態では、参照センサ１０５はまた、当技術分野では周知である受動型トランスポンダを励起して読み取るために用いられ得る。
【００２０】
送信器及び受信器を単一のアレイとして結合するときに直面する困難の一つは、受信器コイルに過大な負荷を加えないように送信場を制限することにある。
【００２１】
一実施形態では、ＰＣＢの平面に垂直な方向に約０．１メートルで隔設された２枚のＰＣＢを参照センサ１０５として用いることができる。これらのＰＣＢの一方を送信器アレイとして用い、他方のＰＣＢを受信器アレイとして用いる。送信器アレイと受信器アレイとの間の距離は、受信器アレイに誘導される送信器信号が実質的に小さく受信器アレイに過大な負荷を加えないことを保証している。送信器アレイは、送信器アレイと受信器アレイとの間の距離を最短にするように、磁場を受信器アレイの１又は複数のマイクロコイルに伝送する。受信器アレイは、送信器アレイの複数の無線送信器又は有線送信器から磁場を受け取る。当業者は、相互性に基づいて、第一のＰＣＢが受信器アレイとして作用し第二のＰＣＢが送信器アレイとして作用するように構成することにより、送信器アレイ及び受信器アレイを互いに交換し得ることを認められよう。
【００２２】
もう一つの実施形態では、送信器アレイの１又は複数の送信器コイルを非コイル式受信器と結合することができる。受信器の非限定的実例としては、フラックス・ゲート磁力計、原子共鳴磁力計及び磁気抵抗器等がある。非コイル式受信器は、電磁場に感受性があるが、電磁場の周波数に独立である。一方、コイル受信器は電磁場の周波数に感受性があり、従って非コイル式受信器は低周波数において、又はパルスＤＣ追跡について、利点を有する。また、非コイル式受信器は感度が低く、近隣の送信器コイルからの電磁場がこれらの非コイル式受信器に過大な負荷を加えないことを保証する。
【００２３】
さらにもう一つの実施形態では、１又は複数のコイルを、送受信を同時に行なうために用いることができる。電気ブリッジ回路、ハイブリッド回路又は能動型信号キャンセル回路のような当技術分野で公知の多くの回路の一つを用いて、受信器アレイでの送信信号を低減することができる。
【００２４】
実施形態の一例では、同等の４個の渦巻きコイルを正方形の四隅に配置してホイートストン・ブリッジ回路として接続することができる。もう一つの実施形態の例では、同等の２個の渦巻きコイルをホイートストン・ブリッジ回路の単一辺に配置することができる。さらにもう一つの実施形態の例では、単一の渦巻きコイルを有する信号キャンセル回路を用いることができる。
【００２５】
追跡システム１００はさらに、参照センサ１０５、第一の追跡用センサ１１０及び第二の追跡用センサ１１２に結合されている追跡用電子部品１１５を含んでいる。参照センサ１０５、第一の追跡用センサ１１０及び第二の追跡用センサ１１２の各々が、ケーブル又は無線を介して追跡用電子部品１１５に位置データを伝達する。追跡用電子部品１１５は、第一の追跡用センサ１１０及び／又は第二の追跡用センサ１１２の位置及び配向を、参照センサ１０５と、第一の追跡用センサ１１０及び第二の追跡用センサ１１２の各々との間の関係に基づいて参照センサ１０５の座標系に関して計算して決定するように構成されている。追跡用電子部品１１５は、第一の追跡用センサ１１０、第二の追跡用センサ１１２及び参照センサ１０５の各々の間の相互インダクタンス比、並びに／又は参照センサ１０５において発生される電流及び／若しくは磁場の比を決定して、参照センサ１０５に関する第一の追跡用センサ１１０及び第二の追跡用センサ１１２の各々の位置を決定することができる。一実施形態では、追跡用電子部品１１５は、例えば参照センサ１０５と一体化されていてもよいし、別個のモジュールであってもよい。
【００２６】
動作時には、参照センサ１０５は、選択される周波数においてドライバによって駆動される。参照センサ１０５に流れる電流の結果として、参照センサ１０５は、第一の追跡用センサ１１０及び第二の追跡用センサ１１２の各々に磁場を発生して電圧を誘導する。これらの電圧及び電流は、参照センサ１０５と、追跡用センサ１１０及び１１２の各々との間に相互インダクタンスを発生する。結果的に、参照センサ１０５と、追跡用センサ１１０及び１１２の各々との間の相互インダクタンスの比が算出される。
【００２７】
参照センサ１０５の位置及び配向の初期推定値すなわちシードが得られる。この推定値は、例えば参照センサ１０５の位置及び配向の機械的な予備知識から求められてもよいし、以前の追跡サイクルからの最終的なＰ＆Ｏ推定値から求められてもよいし、相互インダクタンス測定値からの直接計算から求められてもよい。
【００２８】
相互インダクタンス比測定値に対するＰ＆Ｏの最良フィット推定値を算出することができる。最良フィット推定値は、例えば参照センサ１０５と、第一の追跡用センサ１１０及び第二の追跡用センサ１１２の各々との間の相互インダクタンスのモデル、並びにシードＰ＆Ｏ値を用いて算出され得る。最良フィット計算は、例えば最小自乗、Powell、及びLevenberg-Marquardtのような幾つかの周知の解フィッティング・アルゴリズムの任意のものであってよい。
【００２９】
このようにして、追跡用センサ１１０及び１１２の各々と参照センサ１０５との間の相互インダクタンスの比の測定値を用いて、参照センサ１０５に関する第一の追跡用センサ１１０及び第二の追跡用センサ１１２の位置及び配向を算出することができる。第一の追跡用センサ１１０は第一の物体（図示されていない）に結合され、第二の追跡用センサ１１２は第二の物体（図示されていない）に結合されているので、上述の追跡システム１００を用いて複数の物体すなわちこの場合には患者（図示されていない）の体内に配置されている第一の物体（図示されていない）及び第二の物体の位置及び配向を決定する。
【００３０】
実施形態の一例では、図３に示すように、追跡システム３００を用いて、手術器具、ＲＦアブレーション・プローブ及びガイド・ワイヤを含めた複数の物体（図示されていない）を追跡する。この応用のために、追跡システム３００は、参照センサ３０２と、複数の追跡用センサ３０５、３０７及び３１０と、追跡用電子部品３２０とを含む。追跡用センサ３０５、３０７及び３１０は、第一の追跡用センサ３０５が、手術器具又はプローブに関する運動に密着するように装着されるか、この運動に組み入れられるように装着されるか、又は他の場合にはこの運動に対して固定されるように装着される。第二の追跡用センサ３０７は、ＲＦアブレーション・プローブに直接又は関連して固定され、第三の追跡用センサ３１０は、ガイド・ワイヤに直接又は関連して固定される。
【００３１】
さらに、実施形態の一例では、手術器具に装着される第一の追跡用センサ３０５は送信器であり、ＲＦアブレーション・プローブに装着される第二の追跡用センサ３０７は受信器であり、ガイド・ワイヤに装着される第三の追跡用センサ３１０は送信器である。
【００３２】
代替的な実施形態では、作業を行なうために利用者によって操作される物体に結合される単一の追跡用センサ１１０及び／又は１１２が、送信器及び受信器を含み得る。送信器及び受信器の両方が、送受信器及び受信器の組み合わせ並びに送受信器の少なくとも一方を含む参照センサに対して追跡される。従って、第一の追跡用センサ３０５及び／又は第二の追跡用センサ３０７及び／又は第三の追跡用センサ３１０は、送信器及び受信器を両方とも含み得る。
【００３３】
もう一つの実施形態では、図４に示すように、患者（図示されていない）に対して施される医療処置時に物体（図示されていない）を誘導する術中撮像及び追跡システム４００を提供する。術中撮像及び追跡システム４００は、撮像用線源４０２と、撮像用線源４０２に結合されており患者（図示されていない）の複数の画像を形成するように構成されている撮像用検出器４０４と、追跡システム４０６とを含んでいる。術中撮像及び追跡システム４００はさらに、患者（図示されていない）に対する物体（図示されていない）の位置及び配向を決定するように追跡システム４０６及び撮像用検出器４０４と共に動作する処理ユニット４０８を含んでいる。
【００３４】
説明のみの目的のために述べると、以下の詳細な説明は、画像誘導式外科手術システムと共に用いられる追跡システム４０６の一実施形態を参照する。但し、本発明は、他のイメージング・システム及び他の応用とも用いられ得ることを理解されたい。
【００３５】
図５は、手術室環境において用いられる術中撮像及び追跡システム５００の基本的な実施形態の諸要素を示す。図示のように、システム５００は、撮像装置５０５と、追跡システム５１０と、処理ユニット５１５とを含んでいる。撮像装置５０５はＸ線撮像装置として図示されており、この装置では、Ｘ線源５２０がＸ線検出器５２４に対向して構造部材又はＣアーム５２２に装着されている。患者５２５が撮像用線源５２０と撮像用検出器５２４との間に配置された状態にあり、例えば患者配置システム５２８に載置され得る。
【００３６】
追跡システム５１０は、物体５３０を追跡するように構成される。追跡システム５１０は、物体５３０に結合されている追跡用センサ５３５と、参照センサ５４０と、追跡用センサ５３５及び参照センサ５４０に結合されている追跡用電子部品５４５とを含んでいる。図５から理解され得るように、術中撮像及び追跡システム５００は、単一の追跡用センサ５４５を含むように図示されている。しかしながら、当業者は、同図が実施形態の一例であり、追跡システム５１０は複数の物体を追跡するのに用いられる複数の追跡用センサを含み得ることを認められよう。
【００３７】
一実施形態では、参照センサ５４０は、患者５２５、患者配置システム５２８及び撮像装置５０５の一つに結合される。従って、参照センサ５４０は、患者配置システム５２８に取り付けられているように図示されている。但し、参照センサ５４０の位置は以上に述べた例に限定されず変化してよい（例えば医療処置を施すために選択される室内の床又は壁等）ことを理解されたい。
【００３８】
亀背形成術／椎体形成術のような医療処置の幾つかにおいては、付加的な参照センサ（図示されていない）を患者５２５に取り付けてよい。付加的な参照センサ（図示されていない）は、（固定されている）参照センサ５４０に対して追跡される動的参照センサ（図示されていない）であってよい。参照センサ５４０に関する動的参照センサ（図示されていない）の位置及び配向を推定するために、動的参照センサ（図示されていない）と参照センサ５４０との間の相互インダクタンスを計算に入れる。患者５２５の身体に対して固定された位置構成として取り付けられたときの動的参照センサ（図示されていない）は、物体５３０を挿入する身体の部分の運動を計算に入れることを容易にする。
【００３９】
Ｃアーム５２２は患者５２５の周囲を移動して、様々な角度から患者５２５の三次元（３Ｄ）投影画像を形成する。続いて、患者５２５の３Ｄ画像は、参照センサ５４０を介して大域参照に位置揃えされ得る。所定の位置に配置された参照センサ５４０及び追跡したい３Ｄ画像容積が与えられれば、送信器及び受信器の少なくとも一方を含む追跡用センサに結合された付加的な物体（図示されていない）を操作することができる。
【００４０】
図５では、追跡用センサ５３５は、例えば手術器具５３０又は他の医療機器のような医用装置に結合されているように図示されている。装置ガイドは、例えば器具ガイド又は他の医療機器ガイドであってよい。動作時には、手術器具５３０を用いて患者５２５の体内に施術し、手術器具５３０は器具ガイドによって制御される。手術器具５３０は、追跡用センサ５３５を持ち手等において任意の既知の位置又は好都合な位置に固定することを可能にする剛体プローブであってもよいし、カテーテル、可撓性内視鏡又は関節式器具のような可撓性器具であってもよい。後者の場合には、追跡用センサ５３５は、患者５２５の体内に位置する先端の座標を追跡するために、図５では追跡用センサ５３５によって示すように、手術器具５３０の作用先端の近く又は作用先端の位置に配置される小型の位置決定可能な要素とする。
【００４１】
実施形態の一例では、追跡用センサ５３５は無線送信器を含み、参照センサ５４０は有線受信器を含み得る。さらに、送信器は単一のコイルを含み、受信器は、互いに対して固定されており空間的参照座標枠を画定する複数のコイルを含み得る。無線送信器は、追跡用センサ５３５を追跡用電子部品５４５に接続するケーブルの必要性を解消し、従って、無線送信器は、追跡されている物体５３０が追跡用電子部品５４５又は受信器との接続によって限定されずに自由に移動することを可能にする。無線送信器は、当該送信器が装着されている外科用ドリル５３０の電力ユニットから電力を抽出してもよいし、代替的には、バッテリ又は光電池のような外部電源から電力を抽出してもよい。
【００４２】
送信器は予め決められた周波数の信号を送信し、受信器コイルは送信器によって送信される信号を受け取る。さらに、受信器における受信器コイル同士の間の位置関係は既知である。すると、受信器の参照座標系に対する送信器の位置及び配向は、追跡用電子部品５４５によって受信器と送信器との間の相互インダクタンス及び受信器コイル同士の間の位置関係を用いて決定され得る。処理ユニット５１５は、外科用ドリル５３０に取り付けられた無線送信器の患者５２５に対する位置及び配向を決定するように追跡用電子部品５４５及び撮像用検出器５２４と共に動作する。得られる物体５３０の患者５２５に対する追跡位置及び配向を用いて、利用者が患者５２５の体内で外科用ドリル５３０を操作するのを支援することができる。このように、位置情報は患者５２５への損傷を予防することを支援し、これにより不必要な危険性を最小限に抑えることができる。
【００４３】
一実施形態では、術中撮像及び追跡システム５００はさらに、処理ユニット５１５に結合されている表示ユニット（図示されていない）を含んでいてよい。代替的には、処理ユニット５１５は、参照センサ５４０及び表示ユニット（図示されていない）の一方と一体化されていてもよい。さらにもう一つの実施形態では、処理ユニット５１５は、メモリに記憶されて参照センサ５４０、表示ユニット又は独立した装置の一つにおいて走行するように動作可能な一連のコンピュータ読み取り可能なプログラム命令を含むソフトウェアを含んでいてよい。
【００４４】
様々な実施形態において記載される追跡システム１００、３００、４０６及び５１０は、単一の参照枠が送信器及び受信器の両方であるという混成型アプローチを採用している。この設計の利点のため、高感度受信器アレイ及び無線送信器と同時に、大電力送信器及び妥当な程度に小型である受信器（マイクロコイル）の利用が可能になる。
【００４５】
本発明において提供される追跡システム１００、３００、４０６及び５１０は、単一の医療処置時に用いられる多数の医用装置の操作を可能にする。例えば、無線針ガイドと同時にカテーテルをナビゲートする。このように、本発明において提供される追跡システム１００、３００、４０６及び５１０を、物体（図示されていない）に装着される追跡用センサの寸法が小さいことが望ましいカテーテル又は可撓性の耳鼻咽喉科用機器のような多くの物体（図示されていない）の操作に用いることができる。
【００４６】
追跡システム１００、３００、４０６及び５１０は、より小型の物体（図示されていない）に対する制御の向上を容易にする。より小型で精密な物体（図示されていない）に対する制御を向上させて精度を高めると、患者５２５に対する影響が小さくて済み、また開放手術のような侵襲性の高い処置に関連する危険性を抑えることもできる。
【００４７】
追跡システム１００、３００、４０６及び５１０は、単一のアレイに設けられた別個の送信器コイル及び受信器コイルすなわち同時的な送信器及び受信器として作用するコイルによって具現化され得る。送信器及び受信器として同時に作用する能力と共に単一の参照枠を用いると、追跡システム１００、３００、４０６及び５１０は両方の形式のセンサを提供することが可能になる。このように、本発明は、異なる２種の追跡手法を組み合わせて、両手法の最善を与える単一の追跡システムとする。
【００４８】
様々な実施形態において提供される追跡システム１００、３００、４０６及び５１０の応用としては、限定しないが例えば侵襲型心臓処置、腫瘍の塞栓形成、肺及び肝臓の腫瘍のＲＦアブレーション、並びに亀背形成術又は椎体形成術等がある。追跡システム１００、３００、４０６及び５１０は、上に挙げた医療分野での応用に限定されない。追跡システム１００、３００、４０６及び５１０は、他の多くの医療以外の手順に用いることができ、寸法は重要でない大電力送信器と、寸法が小さいことが望ましいさらに小型の受信器との組み合わせからの利益を享受する。
【００４９】
様々な実施形態において、物体を追跡する追跡システムが記載されている。但し、これらの実施形態は限定されておらず、様々な応用と共に具現化され得る。本発明の応用は他の分野にも拡張することができる。例えば、カテーテル先端の走行経路を追跡するカテーテル又は可撓性内視鏡のような心臓応用における拡張、眼球運動を追跡することによりレーザ眼科手術を容易にするための拡張、指の動きを測定することによりリハビリテーションの進度を評価する際の拡張、関節形成術の処置時に人工的装具を位置調整するための拡張、さらに携帯情報端末（ＰＤＡ）へのスタイラス入力を提供するための拡張等がある。本発明は、視界不明瞭な環境で物体を追跡するという広範な概念を提供し、様々な応用において医用装置以外の品目の位置を追跡するように構成することができる。すなわち、追跡システムを、環境内の機器の位置が目視検査では正確に決定することができないような他の設定に用いることができる。例えば、追跡技術を法医学応用又は警備応用に用いることができる。小売店では、追跡技術を用いて商品の盗難を防ぐことができる。追跡システムはまた、仮想現実システム又はシミュレータでもしばしば用いられる。従って、本発明は医用装置に限定されない。この設計をさらに進めて、様々な形態及び仕様として具現化することができる。
【００５０】
この書面の記載は、最適な態様を含めて主題を本書に説明し、また当業者が主題を製造して利用することを可能にするように実例を用いている。特許付与可能な主題の範囲は特許請求の範囲によって画定され、当業者に想到される他の実例を含み得る。かかる他の実例は、特許請求の範囲の書字言語に相違しない構造的要素を有する場合、又は特許請求の範囲の書字言語と非実質的な相違を有する等価な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００５１】
１００  追跡システム
１０５  参照センサ
１１０  第一の追跡用センサ
１１２  第二の追跡用センサ
１１５  追跡用電子部品
２０２  有線送信器
２０４  無線送信器
２０６  有線受信器
２０８  無線受信器
２１０  有線送受信器
２１２  無線送受信器
２３２  有線送信器
２３４  無線送信器
２３６  有線受信器
２３８  無線受信器
２４０  有線送受信器
２４２  無線送受信器
３００  追跡システム
３０２  参照センサ
３０５  第一の追跡用センサ
３０７  第二の追跡用センサ
３１０  第三の追跡用センサ
３２０  追跡用電子部品
４００  術中撮像及び追跡システム
４０２  撮像用線源
４０４  撮像用検出器
４０６  追跡システム
４０８  処理ユニット
５００  術中撮像及び追跡システム
５０５  撮像装置
５１０  追跡システム
５１５  処理ユニット
５２０  Ｘ線源
５２２  Ｃアーム
５２４  Ｘ線検出器
５２５  患者
５２８  患者配置システム
５３０  物体
５３５  追跡用センサ
５４０  参照センサ
５４５  追跡用電子部品
【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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