(57)【要約】【課題】「準ＤＣ」磁界を用いて物体の位置および姿勢を追跡するための改善された方法およびシステムを提供する。【解決手段】センサーの位置を追跡する方法であって、その方法は、センサーの近傍に周期的な磁界を生み出すことを含み、その磁界は、対応する正および負の一定の振幅を備えた正の極性の相および負の極性の相を有する。第１および第２の磁界測定信号が、正および負の極性の相の間の各々でセンサーでの磁界に応答して生み出される。センサーの位置は、第１および第２の磁界測定値信号に応答して求められる。【選択図】図２
2006346443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサーの位置を追跡する方法であって、
前記センサーの近傍に周期的な磁界を生み出す過程であって、前記磁界が、対応する正および負の一定の振幅を備えた正の極性の相および負の極性の相を有する、磁界を生み出す過程と、
前記正および負の極性の相の各々の間に前記センサーでの前記磁界に応答して第１および第２の磁界測定信号を生み出す過程と、
前記第１および第２の磁界測定信号に応答して前記センサーの前記位置を求める過程と、
を具備する、センサーの位置を追跡する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記センサーが、患者の体内に植え込まれている、
センサーの位置を追跡する方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
前記センサーが、患者の治療に用いられる医療用器具に結合されている、
センサーの位置を追跡する方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
前記正および負の極性の相の各々が、少なくとも１０ミリ秒の期間に亘って一定である、
センサーの位置を追跡する方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
前記正の振幅が前記負の振幅と等しい、
センサーの位置を追跡する方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、
センサーの位置を求める前記過程が、前記第１および第２の磁界測定信号に論理演算を実行することを含む、
センサーの位置を追跡する方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
前記論理演算の実行が、前記第１および第２の磁界測定信号を加算して、位置信号を生み出すことを含む、
センサーの位置を追跡する方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、
前記第１および第２の磁界測定信号が、過渡期間を含み、
第１および第２の磁界測定信号を生み出す前記過程が、前記過渡期間の外側で前記測定信号を生み出すことを含む、
センサーの位置を追跡する方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、
周期的な磁界を生み出す前記過程が、２つ以上の異なる対応する位置で生み出された２つ以上の周期的な磁界を多重化することを含む、
センサーの位置を追跡する方法。
【請求項１０】
位置トランスデューサの位置を追跡する方法であって、
対応する正および負の一定の振幅を備えた正の極性の相および負の極性の相を有する周期的な磁界を生み出すように前記位置トランスデューサを作動させる過程と、
前記正および負の極性の相の各々の間に、既知の位置での前記磁界を検出して、前記検出された磁界に応答して第１および第２の磁界測定信号を生み出す過程と、
前記第１および第２の磁界測定信号に応答して前記位置トランスデューサの前記位置を求める過程と
を具備する、
位置トランスデューサの位置を追跡する方法。
【請求項１１】
物体の位置を追跡する装置であって、
前記物体の近傍に周期的な磁界を生み出すように準備された少なくとも一つの位置パッドであって、前記磁界が、対応する正および負の一定の振幅を備えた正の極性の相および負の極性の相を有する、少なくとも一つの位置パッドと、
前記物体に取り付けられ、前記正および負の極性の相の各々の間に前記磁界に応答して第１および第２の磁界測定信号を生み出すように準備された、位置センサーと、
前記第１および第２の磁界測定信号に応答して前記センサーの位置を求めるように準備されたプロセッサと
を具備する、
物体の位置を追跡する装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置であって、
前記センサーが、患者の体内に植え込まれている、
物体の位置を追跡する装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の装置であって、
前記センサーが。患者を治療するために用いられる医療用器具に結合されている、
物体の位置を追跡する装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載の装置であって、
前記正および負の極性の相の各々が、少なくとも１０ミリ秒の期間に亘って一定である、
物体の位置を追跡する装置。
【請求項１５】
請求項１１に記載の装置であって、
前記正の振幅が、前記負の振幅と等しい、
物体の位置を追跡する装置。
【請求項１６】
請求項１１に記載の装置であって、
前記プロセッサが、前記第１および第２の磁界測定信号に論理演算を実行することによって、前記センサーの位置を求めるように適合されている、
物体の位置を追跡する装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置であって、
前記論理演算が、前記第１および第２の磁界測定信号を加算して、位置信号を生み出すことを含む、
物体の位置を追跡する装置。
【請求項１８】
請求項１１に記載の装置であって、
前記第１および第２の磁界測定信号が、過渡期間を含み、
前記プロセッサが、前記過渡期間の外側で前記磁界測定信号を測定するように適合されている、
物体の位置を追跡する装置。
【請求項１９】
請求項１１に記載の装置であって、
前記少なくとも一つの位置パッドが、２つ以上の異なる対応する位置の複数の位置パッドを含み、
前記複数の位置パッドが、２つ以上の周期的な磁界を生み出すように多重化されている、
物体の位置を追跡する装置。
【請求項２０】
物体の位置を追跡する装置であって、
前記物体に結合され、対応する正および負の一定の振幅を備えた正の極性の相および負の極性の相を有する周期的な磁界を生み出すように準備された、磁界発生器と、
前記正および負の極性の相の各々の間に前記磁界に応答して第１および第２の磁界測定信号を生み出すように準備された、位置パッドと、
前記第１および第２の磁界測定信号に応答して前記センサーの前記位置を求めるように準備された、プロセッサと
を具備する、
物体の位置を追跡する装置。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明は、大まかに言って、磁気的位置追跡システムに関し、より詳しく言うと、磁気的位置追跡システムの測定誤差を低減する方法およびシステムに関する。
【０００２】
〔背景技術〕
医療手技に含まれる物体の座標を追跡するためのさまざまな方法およびシステムが当該技術分野で知られている。それらのシステムのいくつかは、磁界測定を用いている。米国特許第５，３９１，１９９号および同第５，４４３，４８９号は、その開示内容を参照することによって本明細書に組み込まれ、体内プローブの座標が一つ以上の磁気トランスデューサを用いて求められるシステムを記載している。そのようなシステムは、医療用プローブまたはカテーテルに関する位置情報を生み出すために用いられる。コイルなどのセンサーが、プローブ内に配置され、外部から印加された磁界に応答して信号を生み出す。磁界は、既知の相対的に離れた位置の外部の基準座標系に固定された放射器コイルのような磁界トランスデューサによって生み出される。
【０００３】
磁気的位置追跡に関連する別の方法およびシステムも、例えば、ＰＣＴ特許公開ＷＯ  ９６／０５７６８、米国特許第６，６９０，９６３号、同第６，２３９，７２４号、同第６，６１８，６１２号、同第６，３３２，０８９号、米国特許出願公開２００２／００６５４５５  Ａ１、同２００３／０１２０１５０  Ａ１、および、同２００４／００６８１７８  Ａ１に記載されていて、これらの開示内容は参照されることによって本明細書に組み込まれる。これらの公報は、心臓カテーテル、整形外科移植片、および、さまざまな医療手技で用いられる医療用ツールなどの、体内の物体の位置を追跡する方法およびシステムを記載している。
【０００４】
上記の参考資料に記載されたシステムのいくつかを含むいくつかの位置追跡システムは、交流（ＡＣ）磁界を用いる。その他の位置追跡システムは、直流（ＤＣ）磁界を用いる。米国特許第４，９４５，３０５号は、その開示内容が参照されることによって本明細書に組み込まれ、パルス状のＤＣ磁気信号を用いて、送信アンテナに対する受信アンテナの位置を測定するシステムを記載している。送信アンテナは、パルス状の直流信号によって、一度に一つずつ駆動される。受信アンテナは、送信された磁界および地球の磁場を測定する。コンピュータが受信された信号を位置および姿勢の出力に変換する。
【０００５】
米国特許第５，４５３，６８６号は、その開示内容が参照されることによって本明細書に組み込まれ、時分割多重化されたパルス状のＤＣ信号を複数の電磁界発生要素に印加することによって複数の電磁界を生み出すシステムを記載している。その電磁界が、遠隔のセンサーで検出されて、生み出された電磁界の各々の変化率が検出される。遠隔のセンサーの出力は、生み出された電磁界の定常状態成分を生み出すため、合計される。定常状態成分は、遠隔の物体の位置および姿勢に解析される。
【０００６】
〔発明の概要〕
ＡＣ磁気的位置追跡システムでは、磁界は、磁界発生器を、交流の、典型的には正弦波の駆動信号で駆動することによって、生み出される（この故に、磁界の名前は「ＡＣ磁界」である）。ＡＣ磁界を用いる位置追跡システム（簡単のために、本明細書では「ＡＣシステム」と呼ぶ。）は、追跡される物体の近傍に位置する金属製のまたはその他の磁界に反応する物品によって引き起こされた測定誤差を生じやすい。当該分野では、ＡＣ磁界（または、時間的に変化する磁界強度を備えた任意の磁界）がそのような物品中にうず電流を誘起することが、よく知られている。うず電流は、次に、寄生磁界を生み出し、寄生磁界が位置追跡システムの測定をゆがめる。ＤＣ磁界（すなわち、注目の測定期間の間に一定の磁界強度を有する磁界）を用いる位置追跡システムは、うず電流によるゆがみに対してより敏感でない。
【０００７】
一方、ＤＣ磁界に基づく位置測定は、測定が以下に記載されるように基準ラインのドリフトにさらされるので、より安定でないことが多い。さらに、ＤＣシステムは、必然的に、その測定値に地球の磁場を組み込んでいて、そのことが位置測定での別の誤差要因を構成している。パルス状のＤＣ磁界は、地球の磁場の効果を測定値から控除できるようにするが、それでもなお、基準ラインのドリフトに対する調整のための別の較正手順を必要とする。
【０００８】
本発明の実施の形態は、「準ＤＣ」磁界を用いて物体の位置および姿勢を追跡するための改善された方法およびシステムを提供する。開示された方法およびシステムは、ＤＣシステムのうず電流不感受性の特性を提供し、同時にバイアスのドリフトおよび地球の磁場を補償する能力を提供する。
【０００９】
いくつかの実施の形態では、準ＤＣ磁界は、周期的な駆動信号によって生み出され、その周期的な駆動信号は、方形波の形状を有する。駆動信号（および対応する磁界）は、正の極性および負の極性を備えた２つの相の間を交互に行き来する。各相では、磁界はＤＣ磁界とみなすことができ、うず電流の効果を除去している。位置および姿勢追跡システムは、２つの相で測定された測定値を組み合わせて、バイアスのドリフト、および、地球の磁場を原因とする測定誤差を相殺する。
【００１０】
したがって、本発明の実施の形態に基づけば、センサーの位置を追跡する方法が提供され、その方法は、
センサーの近傍に周期的な磁界を生み出す過程であって、磁界は、対応する正および負の一定の振幅を備えた正の極性の相および負の極性の相を有する、周期的な磁界を生み出す過程と、
正の極性の相および負の極性の相の各々の間にセンサーでの磁界に応答して第１の磁界測定信号および第２の磁界測定信号を生み出す過程と、
第１の磁界測定信号および第２の磁界測定信号に応答してセンサーの位置を求める過程と
を具備する。
【００１１】
ある実施の形態では、センサーは患者の体内に植え込まれている。それに加えて、または、その代わりに、センサーは、患者を治療するために用いられる医療用器具に結合されている。
【００１２】
別の実施の形態では、正の極性の相および負の極性の相の各々は、少なくとも１０ミリ秒の期間に亘って一定である。さらに別の実施の形態では、正の振幅は負の振幅と等しい。
【００１３】
さらに別の実施の形態では、センサーの位置を求める過程は、第１および第２の磁界測定信号に論理演算を実行することを含む。別の実施の形態では、論理演算の実行は、第１および第２の磁界測定信号を加算して、位置信号を生み出すことを含む。
【００１４】
ある実施の形態では、第１のおよび第２の磁界測定信号は、過渡期間を含み、第１および第２の磁界測定信号を生み出す過程は、過渡期間の外側でそれらの信号を測定することを含む。
【００１５】
別の実施の形態では、周期的な磁界を生み出す過程は、２つ以上の異なる対応する位置で生み出された２つ以上の周期的な磁界を多重化することを含む。
【００１６】
本発明の実施の形態に基づけば、位置トランスデューサの位置を追跡する方法が、さらに提供され、その方法は、
対応する正および負の一定の振幅を備えた正の極性の相および負の極性の相を有する周期的な磁界を生み出すように位置トランスデューサを動作させる過程と、
既知の位置で磁界を検出して、正の極性の相および負の極性の相の各々の間に、検出された磁界に応答して、第１および第２の磁界測定信号を生み出す過程と、
第１および第２の磁界測定信号に応答して位置トランスデューサの位置を求める過程と
を具備する。
【００１７】
本発明のある実施の形態に基づけば、物体の位置を追跡する装置が、さらに提供され、その装置は、
物体の近傍に周期的な磁界を生み出すように準備された少なくとも一つの位置パッドであって、周期的な磁界は、対応する正および負の一定の振幅を備えた正の極性の相および負の極性の相を有する、少なくとも一つの位置パッドと、
物体に結合され、正の極性の相および負の極性の相の各々の間に磁界に応答して第１および第２の磁界測定信号を生み出すように準備された、位置センサーと、
第１および第２の磁界測定信号に応答してセンサーの位置を求めるように準備されたプロセッサと
を具備する。
【００１８】
本発明のある実施の形態に基づけば、物体の位置を追跡する装置が、さらに提供され、その装置は、
物体に結合され、対応する正および負の一定の振幅を備えた正の極性の相および負の極性の相を有する周期的な磁界を生み出すように準備された、磁界発生器と、
正および負の極性の相の各々の間に磁界に応答して第１および第２の磁界測定信号を生み出すように準備された、位置パッドと、
第１および第２の磁界測定信号に応答してセンサーの位置を求めるように準備された、プロセッサと
を具備する。
【００１９】
本発明は、図面と共に、本発明の実施の形態の以下の詳細な説明からより十分に理解されるであろう。
【００２０】
〔実施の形態の詳細な説明〕
システムの説明．
図１は、本発明のある実施の形態に基づく、磁気的位置および姿勢追跡システム２０の模式的な絵図である。外科医２２は、医療用ツール２８を用いて、患者２６に医療手技を施す。外科医を案内する追跡システムは、位置パッド３２を含み、位置パッド３２は磁界発生器として機能する。位置パッドは、典型的には、磁界発生コイルを含み、磁界発生コイルは、手術部位を含む予め決められた作業体積中のいたるところに準ＤＣ磁界を生み出す。その磁界は、コンソール３６によって生み出された駆動信号に応答して生み出される。磁界は、以下により詳しく記載されるように、患者の体内に導入された小型のセンサーユニット３４によって検出される。例えば、図１では、センサーユニットは、患者の脚部に植え込まれている。
【００２１】
各センサーユニットは、位置センサーを含み、位置センサーは、位置センサーの近傍の磁界を検出するように設計されている。位置パッド３２によって生み出された磁界は、センサーユニット３４に、センサーユニットの位置および姿勢を表す位置信号を生み出して送信するようにさせる。位置信号は、無線制御ユニットによって受信され、無線制御ユニットはコンピュータ３７に接続されていて、無線制御ユニットおよびコンピュータ３７は両方ともコンソール３６内に配置されている。コンピュータ３７はシステム２０の中央プロセッサとして役立ち、センサーユニット３４の相対的な位置および姿勢座標を計算するために、受信された信号を処理する。計算の結果は、典型的には、ディスプレイ３８上で外科医に表示される。（本特許出願および特許請求の範囲の文脈で、用語「位置」および「位置座標」は、センサーユニットの位置および姿勢の両方を意味する。典型的には、位置は６次元座標で表される。）
【００２２】
追跡システムは、センサーユニット３４の位置および姿勢を測定し表示することによって、外科医が手術手技を実行するのを案内し、この例では、膝関節の手術を実行するのを案内する。いくつかの応用では、センサーユニット３４と同様のユニットが、ツール２８にも納められている。そのような応用では、追跡システムは、体内のセンサーユニットに対するツールの位置を測定し表示する場合もある。
【００２３】
図１に示されたシステムは、整形外科での応用に関連している。整形外科での応用のための位置追跡システムに関するさらに詳細な記載は、２００４年３月５日に出願され、いまは、米国特許出願第１１／０６２，２５８号として出願されている、米国仮特許出願第６０／５５０，９２４号に見出され、その出願は本特許出願の承継人に譲渡されていて、その出願の開示内容は参照されたことによって本明細書に組み込まれる。しかし、この例示的なシステムは、概念を明瞭にするためにのみ選択された。その他のシステム構成およびその他の応用が、当業者には明らかであるだろうし、本発明の範囲内に包含されるとみなされる。例えば、任意の個数のセンサーユニット３４および位置パッド３２が用いられてよい。センサーユニットは、別のタイプの移植片および医療用ツール内に納められてもよく、カテーテルおよび内視鏡のような侵襲的医療器具内に納められてもよい。位置パッドは、代わりに、患者の体に取り付けられてもよい。
【００２４】
位置パッド３２およびセンサーユニット３４は、磁界を送信または受信するように設計されている。言い換えれば、センサーユニット３４が磁界を受信するように構成されているときは、位置パッド３２は磁界を生み出すように構成されている。それに代わり、位置パッドは、移植片および／またはツール内に納められた磁界発生器によって生み出された磁界を検出するように構成されていてもよい。以下の記載では、位置パッド３２が磁界を生み出し、その磁界が移植片内およびツール２８内のセンサーユニット３４によって受信されることが前提とされている。送信機および受信機の役割分担が逆の構成では、本発明の原理は、センサーユニット内の磁界トランスデューサを駆動することによって準ＤＣ磁界を生み出し、位置パッドでの磁界を検出することによって、センサーユニット３４の位置を測定するために用いられる。
【００２５】
図２は、本発明のある実施の形態に基づくセンサーユニット３４の詳細を模式的に示すブロック図である。センサーユニット３４は、位置センサー４０を含み、位置センサー４０はその近傍の磁界を検出し測定するように設計されている。センサーユニットは、典型的には、互いに直角をなす姿勢で取り付けられた３つの位置センサー４０を含んでいる。各センサー４０は、そのセンサーの姿勢に基づいて、磁界の成分を測定する。準ＤＣ磁界の各相の間に検出された磁界は、実質的にＤＣ磁界である。したがって、位置センサー４０は、ＤＣ磁界を検出するように設計されている。ある実施の形態では、センサー４０は、検出された磁界に比例してその電気伝導率が変化する磁気抵抗性トランスデューサを含む。それに代わって、センサー４０は、検出された磁界に比例した電圧を生み出すホール効果トランスデューサを含んでいてもよい。さらにそれらに代わって、ＤＣ磁界を測定するのに適した任意の別のセンサーが位置センサー４０を実現するために用いられてもよい。
【００２６】
位置センサー４０は、磁界の成分を検出し、制御回路４２によって処理される電圧を生み出す。回路４２は、その電圧に応答して位置信号を生み出し、その位置信号を送信コイル４４を用いてコンソール３６内の無線制御ユニットに送信する。電源ユニット４６は、制御回路４２を作動させるために電力を供給する。いくつかの実施の形態では、電源ユニット４６はバッテリーを含む。別の実施の形態では、電源ユニット４６は、電力コイルを含み、その電力コイルが、外部のシステムからセンサーユニットへ送信された無線周波（ＲＦ）エネルギーを受信する。これらの実施の形態では、電源ユニットは、受信したＲＦ信号を整流し、その結果得られたＤＣ電圧を回路４２に電力を供給するために用いる。
【００２７】
いくつかの実施の形態では、センサーユニット３４は、配線によってコンソール３６に接続されている。例えば、センサーユニット３４は、カテーテルまたは同様の侵襲的器具の遠位末端部内に納められている。カテーテルは、遠位末端部が外部のシステムと接続された配線を含んでいる。そのような実施の形態では、送信コイル４４は省略され、位置信号は配線による接続によって外部のシステムに送られる。それに加えて、または、その代わりに、電源ユニット４６が同じように省略されてもよく、電力は配線による接続を介して制御回路に供給される。
【００２８】
図３Ａは、本発明のある実施の形態に基づく、準ＤＣ磁界の磁界強度を模式的に示した信号図である。曲線５０は、準ＤＣ駆動信号に応答して位置パッド３２の一つによって生み出された磁界の磁界強度を示している。生み出された磁界（「一次磁界」とも呼ばれる。）は、対称的な方形波の形状を有する。この実施の形態では、磁界は正の極性の相および負の極性の相を含み、両方の相は等しい振幅の絶対値（図中ではＡで示されている。）を有している。各極性の相は、期間Ｔを有している。駆動信号および磁界の周波数は、したがって、ｆ＝１／２Ｔによって定義される。図３Ａの例示的な実施の形態では、一次磁界の負および正の極性の相は、等しい振幅および等しい期間を有して示されているが、別の実施の形態では、負および正の極性の相の振幅は等しくなくてもよい。同様に、正および負の極性の相の期間は、等しくなくてもよい。
【００２９】
図３Ｂは、本発明のある実施の形態に基づく、検出された準ＤＣ磁界を模式的に示した信号図である。曲線５２は、曲線５０によって示された磁界に応答してセンサーユニット３４の一つの位置センサー４０の一つによって生み出された信号の典型的な信号振幅を示している。曲線５２によって示されているように、信号は、対称的ではない。曲線５２によって示された例では、負の極性の相の振幅の絶対値（図ではＡn で示されている。）は、正の極性の相の振幅の絶対値（Ａp で示されている。）よりも大きい。
【００３０】
検出された準ＤＣ磁界の非対称性は、主に２つの要因によって引き起こされていて、すなわち、基準ラインのドリフト、および、地球の磁場、によって引き起こされている。基準ラインのドリフトは、磁界強度の測定の緩やかな時間的変動を示す用語である。そのような変動は、例えば、温度変化、および、センサーユニット内および外部のシステム内の測定された信号を増幅、フィルタリング、および、サンプリングするために用いられる電子回路中のコンポーネントの値のドリフト、によって引き起こされる。
【００３１】
基準ラインのドリフトは、等価磁界ベクトルによって表すことができ、その等価磁界ベクトルは、位置センサーの近傍内の一次磁界ベクトルにベクトル加算される。各位置センサー４０は、この組み合わせ磁界の成分を検出するので、そのバイアスドリフトのベクトルは、検出された磁界のある極性の相の値を減らし、逆の極性の相の値を同じ量だけ増やす。この作用の結果が、曲線５２に示されているような正および負の極性の相の振幅の非対称性あるいはオフセットである。
【００３２】
地球の磁場と組み合わされた準ＤＣ一次磁界の測定は、同様の非対称性の作用を引き起こす。検出された準ＤＣ磁界のある極性の相は、地球の磁場の寄与によって増やされ、一方、逆の極性の相は、同じ量だけ減らされる。両方の場合で、誤差は、検出された磁界の正および負の極性の相の値を減算することによって、求められる。補正された磁界の推定値は、検出された正および負の極性の相の平均値を計算することによって生み出される。図３Ａおよび図３Ｂの表示に従えば、誤差は、ε＝（Ａp −Ａn ）／２によって与えられる。補正された磁界の推定値は、Ａ＝Ａp −ε、または、Ａ＝Ａn ＋ε、または、直接、Ａ＝（Ａp ＋Ａn ）／２によって、与えられる。（全ての計算は、Ａp 、および、Ａn が、正の数であり、検出された磁界強度の絶対値を表していることを前提としている。）以下の図４に記載された位置追跡方法は、バイアスドリフトおよび地球の磁場を原因とする誤差を補償するために、準ＤＣ磁界の２つの極性の相で測定されたそのような測定値を用いる。
【００３３】
いくつかの実施の形態では、準ＤＣ磁界の相異なる極性の測定値がセンサーユニットの較正を単純化するためにも用いられる。いくつかの場合では、較正は完全に省略される。
【００３４】
非対称性の作用に加えて、曲線５２に示された検出された磁界は、正および負の極性の相の間の移行の付近に過渡部５４を含んでいる。過渡部は、曲線５０に示されているような一次磁界のはっきりとした方形波の形状から偏移している。過渡部５４は、例えば、うず電流、または、磁界自体ではなく一次磁界の変動によって励起された寄生磁界のその他の発生源（これらの寄生効果は、ＡＣ磁界に基づく測位システムでの主要な誤差の誘因の一つである。）、によって引き起こされる。センサー４０を用いる開示された準ＤＣシステム中の磁界を検出する場合、過渡部は、過渡部が減衰して磁界強度が安定した後に、測定を実施することによって、回避される。これらの測定条件の下で、検出された磁界が間違いなくＤＣ磁界とみなすことができる。
【００３５】
準ＤＣ磁界の周波数も、過渡部５４のような過渡応答に関連して選択される。上述したように、各極性の相で磁界をＤＣ磁界とみなすことが望ましい。そのようにするために、準ＤＣ磁界の正および負の極性の相の各々が、うず電流のような寄生作用が磁界を検出する前に減衰するように、十分に長い期間Ｔに亘って一定に留まらなければならない。１０ミリ秒以上である（５０Ｈｚ以下の方形波周波数に相当する。）Ｔの値は、典型的には、準ＤＣの動作のために十分であると考えられるが、その他の範囲の値が用いられてもよい。
【００３６】
準ＤＣ磁界の周波数の選択に影響するその他の要因は、望まれる測定値のリフレッシュ率（すなわち、単位時間当たりの位置測定値の数）である。リフレッシュ率は、典型的には、センサーユニットの予想される動力学、および、望まれる測定値の精度および分解能に基づいて決定される。
【００３７】
位置検出方法．
図４は、本発明のある実施の形態に基づく、位置追跡方法を模式的に示したフロー図である。その方法の以下の説明は、単純化するために、単一の位置パッド３２および単一のセンサーユニット３４を考察する。複数の位置パッドおよび複数のセンサーユニットを含む一般化された場合のシステムは、後に説明される。
【００３８】
位置追跡方法は、磁界生成ステップ６０で、位置追跡システムが、準ＤＣ磁界を生み出すことから始まる。コンソール３６は、可動範囲全体に準ＤＣ磁界を生み出すように、位置パッド３２を駆動するために用いられる準ＤＣ駆動信号を生み出す。
【００３９】
位置パッドによって生み出された準ＤＣ磁界は、磁界検出ステップ６２で、センサーユニット３４の位置センサー４０によって検出される。制御回路４２は、検出された磁界の正および負の極性の相に対応する電圧または電流を検出する（検出された電圧または電流は、上記の図３Ｂの曲線５２の磁界強度Ａp およびＡn に相当する）。
【００４０】
制御回路は、出力計算ステップ６４で、測定値Ａp およびＡnに相当する磁界測定信号を生み出し、補正された磁界の推定値を生み出す。ある実施の形態では、制御ユニットは、次に、上述したように、補正された磁界の推定値を表す位置信号を生み出し、その位置信号をコンピュータ３７に送る。ある実施の形態では、制御回路は、上記の関係Ａ＝（Ａp ＋Ａn ）／２を用いて補正された磁界の推定値を計算するフィルターを含んでいる。別の実施の形態では、値Ａp およびＡn を表す磁界測定値信号は、制御回路によってコンピュータ３７に送られ、補正された磁界の推定値および位置信号の計算は、コンピュータによって実行される。それに代わって、測定値Ａp およびＡn を用いた補正された磁界の推定値の計算のための任意のその他の適切な方法が用いられてもよい。そのような方法は、ソフトウェアまたはハードウェアによる実現の何れを含んでいてもよい。補正された磁界の推定値は、次に、コンピュータ３７によって、センサーユニット３４の位置座標を計算するために、用いられる。
【００４１】
多くの実際の場合で、システム２０は、複数の位置パッド３２を含む。そのような実施の形態では、各位置パッド３２は、個別にその準ＤＣ磁界を生み出し、その間、他の位置パッドはどのような磁界をも決して生み出さない。異なる位置パッドの間での任意の適切な時分割多重化（ＴＤＭ）割り当てが、このような条件を満たすために、用いられる。しかし、ある一つの位置パッドによって生み出された正および負の極性の相が互いに時間的に隣接していることが望ましい。このような隣接によって、一次磁界が両方の相で同じであること、および、バイアスドリフトがほぼ一定に留まること、が確実にされる。ある実施の形態では、ステップ６０からステップ６４が、予め決められた（ＴＤＭ）シーケンスに基づいて、各位置パッド３２毎に繰り返される。コンピュータ３７は、各位置パッドの検出された磁界に応答するセンサーユニットからの複数の位置信号を受け取る。コンピュータは、当業者に知られた位置計算方法を用いて、センサーユニットの位置座標を計算するために、これらの位置信号を用いる。
【００４２】
上記の方法は、各センサーユニットが他のセンサーユニットと独立してその測定を実行するので、変更せずに、複数のセンサーユニット３４を含むシステムで用いることができる。
【００４３】
本明細書に記載されたシステムおよび方法は、準ＤＣ磁界の医療用位置追跡システムでの使用を主に扱うが、本発明の原理は、非医療用位置追跡システム、および、その他の用途にも用いることができる。したがって、上記の実施の形態が例示のために記載されたこと、および、本発明がこれまでに具体的に示され記載されたものに限定されないこと、が適正に評価されるはずである。むしろ、本発明の範囲は、これまでに記載されたさまざまな特徴の組み合わせおよび部分的な組み合わせの両方、および、上記の記載を読むことによって当業者が思いつくはずでありかつ従来技術には開示されていない、さまざまな特徴の変形および変更を含む。
【００４４】
［実施の態様］
この発明の具体的な実施態様は以下の通りである。
（１）センサーの位置を追跡する方法であって、
前記センサーの近傍に周期的な磁界を生み出す過程であって、前記磁界が、対応する正および負の一定の振幅を備えた正の極性の相および負の極性の相を有する、磁界を生み出す過程と、
前記正および負の極性の相の各々の間に前記センサーでの前記磁界に応答して第１および第２の磁界測定信号を生み出す過程と、
前記第１および第２の磁界測定信号に応答して前記センサーの前記位置を求める過程と、
を具備する、センサーの位置を追跡する方法。
（２）前記実施態様（１）に記載の方法であって、
前記センサーが、患者の体内に植え込まれている、
センサーの位置を追跡する方法。
（３）前記実施態様（１）に記載の方法であって、
前記センサーが、患者の治療に用いられる医療用器具に結合されている、
センサーの位置を追跡する方法。
（４）前記実施態様（１）に記載の方法であって、
前記正および負の極性の相の各々が、少なくとも１０ミリ秒の期間に亘って一定である、
センサーの位置を追跡する方法。
（５）前記実施態様（１）に記載の方法であって、
前記正の振幅が前記負の振幅と等しい、
センサーの位置を追跡する方法。
（６）前記実施態様（１）に記載の方法であって、
センサーの位置を求める前記過程が、前記第１および第２の磁界測定信号に論理演算を実行することを含む、
センサーの位置を追跡する方法。
（７）前記実施態様（６）に記載の方法であって、
前記論理演算の実行が、前記第１および第２の磁界測定信号を加算して、位置信号を生み出すことを含む、
センサーの位置を追跡する方法。
（８）前記実施態様（１）に記載の方法であって、
前記第１および第２の磁界測定信号が、過渡期間を含み、
第１および第２の磁界測定信号を生み出す前記過程が、前記過渡期間の外側で前記測定信号を生み出すことを含む、
センサーの位置を追跡する方法。
（９）前記実施態様（１）に記載の方法であって、
周期的な磁界を生み出す前記過程が、２つ以上の異なる対応する位置で生み出された２つ以上の周期的な磁界を多重化することを含む、
センサーの位置を追跡する方法。
（１０）位置トランスデューサの位置を追跡する方法であって、
対応する正および負の一定の振幅を備えた正の極性の相および負の極性の相を有する周期的な磁界を生み出すように前記位置トランスデューサを作動させる過程と、
前記正および負の極性の相の各々の間に、既知の位置での前記磁界を検出して、前記検出された磁界に応答して第１および第２の磁界測定信号を生み出す過程と、
前記第１および第２の磁界測定信号に応答して前記位置トランスデューサの前記位置を求める過程と
を具備する、
位置トランスデューサの位置を追跡する方法。
【００４５】
（１１）物体の位置を追跡する装置であって、
前記物体の近傍に周期的な磁界を生み出すように準備された少なくとも一つの位置パッドであって、前記磁界が、対応する正および負の一定の振幅を備えた正の極性の相および負の極性の相を有する、少なくとも一つの位置パッドと、
前記物体に取り付けられ、前記正および負の極性の相の各々の間に前記磁界に応答して第１および第２の磁界測定信号を生み出すように準備された、位置センサーと、
前記第１および第２の磁界測定信号に応答して前記センサーの位置を求めるように準備されたプロセッサと
を具備する、
物体の位置を追跡する装置。
（１２）前記実施態様（１１）に記載の装置であって、
前記センサーが、患者の体内に植え込まれている、
物体の位置を追跡する装置。
（１３）前記実施態様（１１）に記載の装置であって、
前記センサーが。患者を治療するために用いられる医療用器具に結合されている、
物体の位置を追跡する装置。
（１４）前記実施態様（１１）に記載の装置であって、
前記正および負の極性の相の各々が、少なくとも１０ミリ秒の期間に亘って一定である、
物体の位置を追跡する装置。
（１５）前記実施態様（１１）に記載の装置であって、
前記正の振幅が、前記負の振幅と等しい、
物体の位置を追跡する装置。
（１６）前記実施態様（１１）に記載の装置であって、
前記プロセッサが、前記第１および第２の磁界測定信号に論理演算を実行することによって、前記センサーの位置を求めるように適合されている、
物体の位置を追跡する装置。
（１７）前記実施態様（１６）に記載の装置であって、
前記論理演算が、前記第１および第２の磁界測定信号を加算して、位置信号を生み出すことを含む、
物体の位置を追跡する装置。
（１８）前記実施態様（１１）に記載の装置であって、
前記第１および第２の磁界測定信号が、過渡期間を含み、
前記プロセッサが、前記過渡期間の外側で前記磁界測定信号を測定するように適合されている、
物体の位置を追跡する装置。
（１９）前記実施態様（１１）に記載の装置であって、
前記少なくとも一つの位置パッドが、２つ以上の異なる対応する位置の複数の位置パッドを含み、
前記複数の位置パッドが、２つ以上の周期的な磁界を生み出すように多重化されている、
物体の位置を追跡する装置。
（２０）物体の位置を追跡する装置であって、
前記物体に結合され、対応する正および負の一定の振幅を備えた正の極性の相および負の極性の相を有する周期的な磁界を生み出すように準備された、磁界発生器と、
前記正および負の極性の相の各々の間に前記磁界に応答して第１および第２の磁界測定信号を生み出すように準備された、位置パッドと、
前記第１および第２の磁界測定信号に応答して前記センサーの前記位置を求めるように準備された、プロセッサと
を具備する、
物体の位置を追跡する装置。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明のある実施の形態に基づく、磁気的位置追跡システムの模式的な絵図である。
【図２】本発明のある実施の形態に基づくセンサーユニットを模式的に示したブロック図である。
【図３Ａ】本発明のある実施の形態に基づく磁界強度を模式的に示した信号図である。
【図３Ｂ】本発明のある実施の形態に基づく検出された磁界を模式的に示した信号図である。
【図４】本発明のある実施の形態に基づく位置検出の方法を模式的に示したフロー図である。
【符号の説明】
【００４７】
２０  磁気的位置および姿勢追跡システム
２２  外科医
２６  患者
２８  医療用ツール
３２  位置パッド
３４  センサーユニット
３６  コンソール
３７  コンピュータ
３８  ディスプレイ
４０  位置センサー
４２  制御回路
４４  送信コイル
４６  電源ユニット
５０  曲線
５２  曲線
５４  過渡部
【図１】
2006346443.tif 000003
【図２】
2006346443.tif 000004
【図３Ａ】
2006346443.tif 000005
【図３Ｂ】
2006346443.tif 000006
【図４】
2006346443.tif 000007
【外国語明細書】
2006346443000001.pdf