(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な計算によって、磁界放射体から放射された磁界に対する磁界擾乱体の存在を容易に検出することができる方法を提供する。【解決手段】この方法は、相異なる所定の位置に配置された少なくとも２つの３軸センサによって、磁界放射体から放射された磁界を測定するステップ（５２）と、３軸センサの各々に対して、３軸センサによって測定された磁界から、磁界放射体の幾何学的中心と、３軸センサの幾何学的中心とを通る軸と同一直線上の方向ベクトルの座標を特定するステップ（５４）と、各々が方向ベクトルの１つと同一直線上にある複数の軸間の最短距離が、あらかじめ定められた限界値未満であるか否かを検証するステップ（５６）と、最短距離が、限界値未満でない場合には、磁界擾乱体が存在しているという通知を行うステップ（６４）と、限界値未満である場合には、この通知を行わないステップ（６６）とを含んでいる。【選択図】図２
2011101793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３軸を有する磁界放射体から放射された磁界に対する磁界擾乱体を検出する方法であって、
−  相異なる所定の位置に配置された少なくとも２つの３軸センサによる、前記磁界放射体から放射された磁界を測定（５２）し、
−  前記３軸センサの各々に対して、この３軸センサによって測定された磁界から、前記磁界放射体の幾何学的中心と、この３軸センサの幾何学的中心とを通る軸と同一直線上の方向ベクトルの座標を特定（５４）し、前記磁界放射体の幾何学的中心は、この磁界放射体を模擬的に表わした点磁界放射源が位置する点であり、前記３軸センサは、磁界が測定される点に位置しており、かつこの３軸センサの幾何学的中心を構成している点トランスデューサによって模擬的に表わすことができ、
−  各々が前記方向ベクトルの１つと同一直線上にある複数の軸間の最短距離が、あらかじめ定められた限界値未満であるか否かを検証する検証（５６、７０）し、
−  前記最短距離が、前記限界値未満でない場合には、磁界擾乱体が存在しているという通知（６４）を行い、前記限界値未満である場合には、この通知を行わないことを含む方法。
【請求項２】
前記検証ステップは、少なくとも第１および第２の方向ベクトル（数１）および（数２）に対して行われ、かつ
−  前記第１の方向ベクトル（数１）と、前記第１および第２の方向ベクトル（数１）および（数２）を決定するのに使用される２つの３軸センサの幾何学的中心を通る軸Ｄとに直交する第１のベクトル（数３）の座標を計算（５８）し、
−  前記第２の方向ベクトル（数２）と前記軸Ｄとに直交する第２のベクトル（数４）の座標を計算（５８）し、
−  前記第１のベクトル（数３）と前記第２のベクトル（数４）との間の角度を計算（６０）し、
−  前記角度が、磁界擾乱体の通知が行われる前記あらかじめ定められた限界値に対応する閾値未満であるかを調べる（６２）ことを含む、請求項１に記載の方法。
【数１】
2011101793.tif 000015
【数２】
2011101793.tif 000016
【数３】
2011101793.tif 000017
【数４】
2011101793.tif 000018
【請求項３】
前記検証ステップは、少なくとも第１および第２の方向ベクトル（数１）および（数２）に対して行われ、かつ
−  数５および・を、それぞれベクトル積およびスカラー積をとる操作を表わす記号であるとし、ベクトル（数６）を、前記第１および第２の方向ベクトル（数１）および（数２）を決定するのに使用される２つの３軸センサの幾何学的中心を通る軸Ｄと同一直線上のベクトルであるとしたとき、数７によって定義される結合積の値を計算（７２）し、
−  前記結合積の値が、磁界擾乱体の通知が行われる前記あらかじめ定められた限界値に対応する閾値未満であるか否かを調べる（７４）ことを含んでなる、請求項１に記載の方法。
【数５】
2011101793.tif 000019
【数６】
2011101793.tif 000020
【数７】
2011101793.tif 000021
【請求項４】
同一基準系内の前記少なくとも２つの３軸センサの位置が固定されている、請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１つの、少なくとも３軸を有する磁界放射体と、この磁界放射体から放射された磁界を検出するための少なくとも２つの３軸センサとを用いて、１つの基準系内の物体の位置を特定する方法であって、前記３軸センサの各々は、前記基準系内に固定されており、かつ前記磁界放射体の各々は、前記物体に固着されているか、または、前記磁界放射体の各々は、前記基準系内に固定されており、かつ前記３軸センサの各々は、前記物体に固着され、前記方法は、
−  前記磁界放射体から磁界を放射（５０）し、前記３軸センサによってこの磁界を測定（５２）し、
−  前記３軸センサによってなされた測定から、前記基準系における前記物体の位置を特定（６６）することを含み、
さらに、前記物体の位置を特定するステップにおいて用いられた３軸センサと同じ３軸センサを用い、かつ請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法を実施することによって、前記磁界放射体から放射された磁界に対する磁界擾乱体を検出（５４、５６、７０）することを含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
電子計算機によって実行されたときに、請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法を実施するための命令を記憶していることを特徴とする情報記録媒体（４６）。
【請求項７】
少なくとも３軸を有する磁界放射体から放射された磁界に対する磁界擾乱体を検出する検出器であって、
−  前記磁界放射体から放射された磁界を測定することができる少なくとも２つの３軸センサ（２６、２８）であって、相異なる所定の位置に配置される３軸センサ（２６、２８）と、
−  前記磁界放射体から放射された磁界の測定結果を処理するために、前記３軸センサに接続されている処理ユニット（２４）とを備えている検出器において、
前記処理ユニットは、
−  前記３軸センサの各々に対して、前記磁界放射体を模擬的に表わした点磁界放射源が位置する点として定義される、この磁界放射体の幾何学的中心と、この３軸センサを模擬的に表わした点トランスデューサが位置する、前記磁界が測定される点として定義される、この３軸センサの幾何学的中心とを通る軸と同一直線上の方向ベクトルの座標を、この３軸センサによって測定された磁界から特定し、
−  各々が前記方向ベクトルの１つと同一直線上にある複数の軸間の最短距離が、あらかじめ定められた限界値未満であるか否かを検証し、かつ
−  前記最短距離が、前記限界値未満でない場合には、磁界擾乱体が存在しているという通知を行い、前記限界値未満である場合には、磁界擾乱体が存在しているという通知を行わないことを特徴とする検出器。
【請求項８】
同一基準系内の前記少なくとも２つの３軸センサの位置が固定されている、請求項７に記載の検出器。
【請求項９】
１つの基準系において物体の位置を特定するためのシステムであって、
−  少なくとも１つの、少なくとも３軸を有する磁界放射体（１０）と、
−  前記磁界放射体から放射された磁界を測定するための、少なくとも２つの３軸センサ（２６、２８）であって、この３軸センサは前記基準系内に固定され、かつ前記磁界放射体は前記物体に固着されるか、または前記磁界放射体は前記基準系内に固定され、かつ前記物体に固着されている３軸センサと、
−  前記３軸センサによってなされた測定から、前記基準系における前記物体の位置を特定することができる位置特定モジュール（４０）とを備えているシステムにおいて、
前記磁界放射体から放射された磁界に対する磁界擾乱体を検出する、請求項７に記載の検出器（４３）であって、前記位置特定モジュールによって用いられる３軸センサ（２６、２８）を構成要素として有している検出器を備えていることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも３軸を有する磁界放射体から放射された磁界に対する磁界擾乱体（または磁界擾乱要素）を検出する方法に関する。本発明は、さらに、物体の位置を特定する方法およびシステム、およびこれらの方法を実行するために必要な情報の記録媒体にも関する。
【０００２】
磁界擾乱体は、本明細書においては、その近辺に放射された磁界の磁力線を弱めるか、または歪ませる任意の物体のことを言う。磁界擾乱体は、例えば導電体である場合がある。この場合には、導電体に渦電流が発生することによって、磁力線が弱められる。この導電体は、例えば金属体である場合がある。さらに磁界擾乱体は、常磁性体または強磁性体などの磁性体である場合もある。
【０００３】
３軸磁界放射体は、互いに同一直線上にない３つの放射軸に沿って磁界を放射する。このような磁界放射体は、例えばいくつかの１軸磁界放射源の各々を、磁界を放射させようとする各軸に沿って並べることによって実現される。
【０００４】
一軸磁界放射源は、選択的に単一軸に沿って磁界を放射する磁界放射源である。例えばターン全体が同一の軸に巻き付けられているコイルは１軸磁界放射源であり、その選択的な放射軸は、ターンが巻き付けられている軸と一致する。
【０００５】
同様に、少なくとも３軸を有する磁界放射体は、同一直線上にない３つ以上の軸に沿って、磁界を放射する磁界放射体である。
【０００６】
さらに、３軸磁界センサは、磁界の方向を測定することができるセンサである。通常、この測定を行うために、３軸磁界センサは、互いに同一直線上にない３つの測定軸上の磁界成分の振幅を測定する。したがって、磁界の方向を測定するために、および一般的には、さらに、磁界の振幅を測定するために、３軸磁界センサを用いることができる。
【背景技術】
【０００７】
従来技術による、磁界擾乱体の検出方法は、磁界放射体から放射された磁界を、相異なる所定の位置に配置された少なくとも２つの３軸磁界センサによって測定するステップを含んでいる。
【０００８】
磁界擾乱体の検出方法は、特に、磁気システムを用いた、物体の位置の特定方法において用いられる。実際、物体の位置の特定に用いられた測定磁界が擾乱を受けていれば、その物体の、特定された位置は誤っている。物体の位置の特定方法が、人体内のプローブまたはカテーテルを探すために、医療現場において用いられたときには、この位置の誤りによって、特に危険な状況がもたらされる場合がある。このような応用において、きわめて重要なことは、プローブの位置の特定が、信頼性高く行われなければならないということである。今日、医療現場においては、物体の位置の特定を誤らせるおそれのある、多くの磁界擾乱体が存在する。このような磁界擾乱体には、例えば手術台、外科用メス、患者の近くに配置された、その他の機器の金属フレームなどが含まれる。
【０００９】
磁界擾乱体を検出するためのいくつかの方法が、既に提案されている（例えば特許文献１または特許文献２を参照）。これらの方法の実施には、複雑な計算を必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ヨーロッパ特許公開第１５０２５４４号公報
【特許文献２】ヨーロッパ特許公開第０９９３８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、放射された磁界に対する磁界擾乱体の存在を、複雑な計算を要することなく検出することによって、上述の問題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的を達成するために、本発明は、第１に、次のステップを含んでいる、放射磁界に対する磁界擾乱体を検出する方法を提供する。
−  相異なる所定の位置に配置された少なくとも２つの３軸磁界センサによって、磁界放射体から放射された磁界を測定するステップと、
−  ３軸磁界センサの各々に対して、３軸磁界センサによって測定された磁界から、磁界放射体の幾何学的中心と、３軸磁界センサの幾何学的中心とを通る軸と同一直線上の方向ベクトルの座標を特定するステップであって、磁界放射体の幾何学的中心は、磁界放射体を模擬的に表わした点磁界放射源が位置する点であり、３軸磁界センサは、磁界が測定される点に位置しており、かつ３軸磁界センサの幾何学的中心を構成している点トランスデューサによって模擬的に表わすことができるステップと、
−  各々が方向ベクトルの１つと同一直線上にある複数の軸間の最短距離が、あらかじめ定められた限界値未満であるか否かを検証する検証ステップと、
−  この最短距離が、限界値未満でない場合には、磁界擾乱体が存在しているという通知を行うステップと、限界値未満である場合には、この通知を行わないステップ。
【００１３】
この方法は、磁界擾乱体が存在せず、かつ理想的な場合には、方向ベクトルと同一直線上の軸は、磁界放射体の位置に一致する点Ｅで交差しなければならないという事実に基づいている。磁界擾乱体が存在していると、１つ以上の方向ベクトルの方向が変化する。その結果、これらの方向ベクトルと同一直線上の軸のうちの少なくとも１つは、もはや他の軸と交差しなくなる。この場合には、これらの軸のうちの少なくとも２つの間の最短距離ｄは、０ではなくなる。したがって、この最短距離ｄが、あらかじめ定められた限界値を超過した場合には、磁界擾乱体が存在している。
【００１４】
方向ベクトルの計算は、いくつかの乗算および加算しか必要としないから、この方法を実行することは容易である。したがって、３軸磁界センサと磁界放射体とが、互いに対して急激に移動したとしても、この方法を迅速に実行することができ、かつ「リアルタイム」に適用することができる。さらに、この方法は、非常に高感度である。実際、方向ベクトルのうちの１つの方向がわずかでも擾乱を受けると、最短距離ｄが大きく変化する。
【００１５】
最後に、この方法は、いかなる較正も、または実質的にいかなる較正も必要としない。３軸磁界センサ同士の位置関係だけが、前もって知られているだけでよい。
【００１６】
この方法の実施形態には、次の特性のうちの１つ以上が含まれていてもよい。
・検証ステップは、少なくとも第１および第２の方向ベクトル（数１）および（数２）に対して行われ、かつ次のサブステップを含んでいる。
−  第１の方向ベクトル（数１）と、第１および第２の方向ベクトル（数１）および（数２）に対応する２つの３軸磁界センサの幾何学的中心を通る軸Ｄとに直交する第１のベクトル（数３）の座標を計算するサブステップと、
−  第２の方向ベクトル（数２）と軸Ｄとに直交する第２のベクトル（数４）の座標を計算するサブステップと、
−  第１のベクトル（数３）と第２のベクトル（数４）との間の角度を計算するサブステップと、
−  この角度が、上述のあらかじめ定められた限界値に対応する閾値未満であるか否かを調べるサブステップ。
・検証ステップは、少なくとも第１および第２の方向ベクトル（数１）および（数２）に対して行われ、かつ次のサブステップを含んでいる。
−  数５および・を、それぞれベクトル積およびスカラー積をとる操作を表わす記号であるとし、ベクトル（数６）を、第１および第２の方向ベクトル（数１）および（数２）に対応する２つの３軸磁界センサの幾何学的中心を通る軸Ｄと同一直線上のベクトルであるとしたとき、数７によって定義される結合積の値を計算するサブステップと、
−  結合積の値が、上述のあらかじめ定められた限界値に対応する閾値未満であるか否かを調べるサブステップ。
・上述の少なくとも２つの３軸磁界センサの位置が、同一基準系内に固定されている。
【数１】
2011101793.tif 000003
【数２】
2011101793.tif 000004
【数３】
2011101793.tif 000005
【数４】
2011101793.tif 000006
【数５】
2011101793.tif 000007
【数６】
2011101793.tif 000008
【数７】
2011101793.tif 000009
【００１７】
磁界擾乱体を検出する方法に関するこれらの実施形態は、さらに、次の利点を有している。
−  第１のベクトル（数３）と第２のベクトル（数４）との間の角度を計算することによって、磁界擾乱体の検出精度が増す。
【００１８】
本発明は、第２に、少なくとも１つの、少なくとも３軸を有する磁界放射体と、この磁界放射体から放射された磁界を検出するための少なくとも２つの３軸磁界センサとを用いて、１つの基準系内の物体の位置を特定する方法であって、３軸磁界センサの各々は、この基準系内に固定されており、かつ磁界放射体の各々は、物体に固着されているか、または、磁界放射体の各々は、この基準系内に固定されており、かつ３軸磁界センサの各々は、物体に固着されている方法を提供する。この方法は、次のステップを含んでいる。
−  磁界放射体から磁界を放射するステップと、３軸磁界センサによってこの磁界を測定するステップと、
−  ３軸磁界センサによってなされた測定から、この基準系における物体の位置を特定する位置特定ステップと、
位置特定ステップにおいて用いられた３軸磁界センサと同じ３軸磁界センサを用い、かつ磁界擾乱体を検出する上述の方法を実施することによって、磁界放射体から放射された磁界に対する磁界擾乱体を検出するステップ。
【００１９】
本発明は、第３に、電子計算機によって実行されたときに、上述のいずれか１つの方法を実施するための命令を記憶している情報記録媒体を提供するものである。
【００２０】
本発明は、第４に、少なくとも３軸を有する磁界放射体から放射された磁界に対する磁界擾乱体を検出するための、次のものを備える検出器を提供するものである。
−  磁界放射体から放射された磁界を測定することができる少なくとも２つの３軸磁界センサであって、相異なる所定の位置に配置される３軸磁界センサと、
−  磁界放射体から放射された磁界の測定結果を処理するために、３軸磁界センサに接続されている処理ユニット。
この処理ユニットは、
−  ３軸磁界センサの各々に対して、磁界放射体を模擬的に表わした点磁界放射源が位置する点として定義される、磁界放射体の幾何学的中心と、３軸磁界センサを模擬的に表わした点トランスデューサが位置する、磁界が測定される点として定義される、３軸磁界センサの幾何学的中心とを通る軸と同一直線上の方向ベクトルの座標を、３軸磁界センサによって測定された磁界から特定し、
−  各々が方向ベクトルの１つと同一直線上にある複数の軸間の最短距離が、あらかじめ定められた限界値未満であるか否かを検証し、かつ
−  この最短距離が、限界値未満でない場合には、磁界擾乱体が存在しているという通知を行い、限界値未満である場合には、磁界擾乱体が存在しているという通知を行わない。
【００２１】
本発明は、第５に、１つの基準系において物体の位置を特定するための、次のものを備えているシステムを提供するものである。
−  少なくとも１つの、少なくとも３軸を有する磁界放射体と、
−  磁界放射体から放射された磁界を測定するための、少なくとも２つの３軸磁界センサであって、これらの３軸磁界センサはこの基準系内に固定され、かつ磁界放射体は、物体に固着されるか、または、磁界放射体はこの基準系内に固定され、かつ３軸磁界センサは、物体に固着される３軸磁界センサと、
−  ３軸磁界センサによって行われた測定から、この基準系における物体の位置を特定することができる位置特定モジュールと、
磁界放射体から放射された磁界に対する磁界擾乱体を検出する、上述の検出器であって、位置特定モジュールによって用いられる３軸磁界センサを構成要素として有している検出器。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】磁界擾乱体の検出器を装備した、物体の位置を特定するためのシステムの略図である。
【図２】図１のシステムによって磁界擾乱体を検出し、物体の位置を特定する方法の一実施形態のフローチャートである。
【図３】図１のシステムによって磁界擾乱体を検出し、物体の位置を特定する方法の別の一実施形態のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
添付図面を参照して、単に非限定的な例として与えられる以下の説明を読むことによって、本発明がより明瞭に理解される。
【００２４】
添付図面において、同一の要素には、同一の符号が付されている。
【００２５】
以下の説明において、当業者に公知の特性および機能は、詳細には記述しない。
【００２６】
図１は、基準系６において物体４の位置を特定するための位置特定システム２を示している。物体４は、例えば人体内に導入されたプローブまたはカテーテルである。物体４は、基準系６において、例えば移動可能である。
【００２７】
基準系６は、原点Ｏにおいて互いに直交する３つの座標軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有する固定基準系である。
【００２８】
基準系６において物体４の位置を特定するステップには、例えばその位置（ｘ、ｙ、ｚ）、およびその角度（θｘ、θｙ、θｚ）を見出すステップが含まれる。角度（θｘ、θｙ、θｚ）は、それぞれ座標軸Ｘ、Ｙ、Ｚを基準とした、物体４の方向を表わしている。
【００２９】
基準系６における物体４の位置の特定を可能にするために、物体４は、例えばいくつかの磁界放射体を実装している。単純化のために、図１においては、１つの磁界放射体１０しか示されていない。
【００３０】
磁界放射体１０は、同一直線上にない３つの軸１４、１５、１６に沿って磁界を放射する３軸磁界放射体である。この例において、これらの軸１４〜１６は、互いに直交している。これらの軸は、物体４に付属する軸である。そのために、磁界放射体１０には、磁気モーメントＭ1、Ｍ2、Ｍ3をそれぞれ有する３つの１軸磁界放射源１８、１９、２０が組み込まれている。これらの１軸磁界放射源の各々において、磁界のほとんどが、単一の放射方向に放射される。１軸磁界放射源１８〜２０の放射方向は、磁気モーメントＭ1〜Ｍ3を配されている軸１４〜１６とそれぞれ一致する。
【００３１】
１軸磁界放射源１８〜２０の各々を、模擬的に点磁界放射源で表わすことが可能である。全ての点磁界放射源が、基準系６内の同一の位置を正確に占めるように、一軸磁界放射源１８〜２０を配置することが好ましい。この位置が、点Ｅとして識別される。点Ｅは、軸１４〜１６の交点である。１軸磁界放射源１８〜２０に対応する点磁界放射源が重なる点が、磁界放射体１０の幾何学的中心を構成する。この例においては、この幾何学的中心は、１軸磁界放射源１８〜２０の重心すなわち質量中心と一致する。
【００３２】
各一軸磁界放射源１８〜２０は、例えばそれぞれ軸１４〜１６のまわりに巻き付けられた単一のコイルによって構成されている。この例においては、これらのコイルの各々は、各々が巻き付けられている軸に沿って、点Ｅの両側に等分に分配された２つの同一のターン群に区分されている。各ターン群は、その軸のまわりに同じ向きに巻かれている。
【００３３】
磁界放射体１０は、処理ユニット２４に接続されたたわみ線リンク２２によって電力を供給され、かつ制御される。
【００３４】
処理ユニット２４は、さらに、いくつかの３軸磁界センサに接続されている。単純化のために、図１においては、２つの３軸磁界センサ２６および２８しか示されていない。これらの３軸磁界センサの各々は、磁界放射体１０から放射された磁界の方向および振幅を測定することができる。
【００３５】
３軸磁界センサ２６と２８とは、相互に距離ａだけ離れている。
【００３６】
３軸磁界センサ２６は、基準系６内で固定されている。３軸磁界センサ２６は、互いに直交する３つの軸３０、３１、３２に沿った磁界成分を測定する。この例においては、軸３０〜３２の各々は、それぞれ、３軸磁界センサ２６の中心に一致する原点Ｏ1を有する直交基準系Ｒ1の座標軸Ｘ1、Ｙ1、Ｚ1と同一直線上にある。
【００３７】
３軸磁界センサ２６は、この例においては、３つの１軸トランスデューサ３４、３５、３６によって形成されている。各１軸トランスデューサ３４〜３６は、放射された磁界の、軸３０〜３２上の各成分を測定する。
【００３８】
１軸トランスデューサ３４〜３６の各々は、例えばそれぞれ軸３０〜３２のまわりに巻き付けられた単一のコイルから成っている。磁界放射体１０の場合におけるように、これらのコイルの各々は、巻き付けられている軸に沿って、原点Ｏ1の両側に対称的に分配された、２つの同一のターン群に分離されている。各ターン群は、その軸に沿って、同じ向きに巻き付けられている。したがって、１軸トランスデューサ３４〜３６の各々を、それぞれの測定軸上で磁界成分が測定される点トランスデューサで、模擬的に表わすことが可能である。この例においては、３つの点トランスデューサは、原点Ｏ1に位置する。全ての点トランスデューサが重なる点（原点Ｏ1）は、３軸磁界センサ２６の幾何学的中心である。この例においては、この幾何学的中心は、１軸トランスデューサ３４〜３６の重心すなわち質量中心と一致する。
【００３９】
３軸磁界センサ２６は、放射された磁界の、原点Ｏ1における方向を測定する。
【００４０】
３軸磁界センサ２８は、３軸磁界センサ２８の幾何学的中心と一致する原点Ｏ2を有する直交基準系Ｒ2の３つの座標軸Ｘ2、Ｙ2、Ｚ2のまわりに、それぞれのコイルが巻き付けられているということを除いて、例えば３軸磁界センサ２６と同じである。
【００４１】
計算を簡単にするために、座標軸Ｘ2、Ｙ2、Ｚ2は、それぞれ座標軸Ｘ1、Ｙ1、Ｚ1に平行であるとする。
【００４２】
距離ａは、３軸磁界センサの１つの最大寸法より、少なくとも２〜３倍大きいことが好ましい。３軸磁界センサ２６の最大寸法は、この例においては、例えば１軸トランスデューサ３４〜３６の１つの最大長さである。
【００４３】
さらに、３軸磁界センサ２６および２８は、３軸磁界センサ２６および２８の最大寸法の少なくとも２〜３倍に等しい距離だけ磁界放射体１０から離れている。したがって、磁界放射体１０は、擬似的に、点Ｅに集中した点磁界放射源で表わすことができる。
【００４４】
処理ユニット２４は、３軸磁界センサ２６および２８によってなされた測定から、基準系６における磁界放射体１０の位置を特定するための位置特定モジュール４０を備えている。位置特定モジュール４０は、例えば連立方程式を解くことによって、物体４の位置および方向を特定する。この連立方程式は、磁界擾乱体の存在を考慮に入れずに、１軸磁界放射源とトランスデューサとの間の磁気相互作用を模擬的に表現することによって得られる。この連立方程式において、物体４の位置（ｘ、ｙ、ｚ）および角度（θｘ、θｙ、θｚ）が末知数であり、他のパラメータの値は、３軸磁界センサ２６および２８によってなされた測定から得られる。そのような連立方程式についてのより多くの情報が、例えば特許文献１に開示されている。
【００４５】
処理ユニット２４は、さらに、磁界放射体１０から放射された磁界に対する磁界擾乱体の存在を検出するための検出モジュール４２を備えている。この検出モジュール４２の動作を、図２および図３を参照して詳細に説明する。
【００４６】
３軸磁界センサ２６、２８および検出モジュール４２を含む組み合わせによって、磁界放射体１０から放射された磁界に対する磁界擾乱体の検出器４３が形成されている。
【００４７】
処理ユニット２４は、さらに、例えば磁界擾乱体が検出されたことをオペレータに通知するために、または物体４の位置を指示するために用いられるマンマシンインターフェース４４に接続されている。
【００４８】
処理ユニット２４は、情報記録媒体に記録されている命令を実行することができる、プログラム可能な電子計算機を、その主要素として備えている。電子計算機による、命令の実行を可能にするために、処理ユニット２４は、図２または図３の方法を実行するために必要な命令を記憶しているメモリ、すなわち情報記録媒体４６に接続されている。
【００４９】
ここで、図２の方法に関して、位置特定システム２の動作を、より詳細に説明する。
【００５０】
ステップ５０において、磁界放射体１０が、各軸１４〜１６に沿って、例えば順次に磁界を放射する。
【００５１】
同時に、ステップ５２において、３軸磁界センサ２６および２８の各々が、磁界放射体１０から放射された磁界を測定する。
【００５２】
次に、ステップ５４において、検出モジュール４２が、原点Ｏ1から点Ｅに、またはその逆に向かう方向ベクトル（数１）、および原点Ｏ2から点Ｅに、またはその逆に向かう方向ベクトル（数２）を特定する。図１においては、これらの方向ベクトルは、どちらも、点Ｅに向かうように表わされている。
【００５３】
上記の動作状態においては、磁界放射体１０は、双極子磁界で近似される磁界を放射する。したがって、１軸磁界放射源ｉ（ｉ＝１８、１９、２０）から放射されて、３軸磁界センサ２６によって測定される磁界は、次の関係式（数８）によって与えられる。
【数８】
2011101793.tif 000010
この関係式において、
―  添え字ｉは、１軸磁界放射源１８〜２０の各々を識別する識別子であり、
―  Ｍiは、磁界放射体１０の１軸磁界放射源ｉの磁気モーメントに関する列行列であり、
―  Ｉは、恒等行列、すなわち単位行列であり、
―  ｕ1は、基準系Ｒ1において表わされる方向ベクトル（数１）の座標を含む列行列であり、
―  Ｒは、磁界放射体１０と３軸磁界センサ２６との間の距離であり、
―  Ｈiは、３軸磁界センサ２６の３つの軸３０〜３２に沿って測定される磁界の座標を含む列行列であり、
―  記号「T」は、転置を行う操作を表わす記号である。
【００５４】
以下の説明において、Ｈ1、Ｈ2、Ｈ3は、１軸磁界放射源１８〜２０から放射されたそれぞれの磁界の、軸３０〜３２に沿う測定値を含む列行列である。このような表記法を用いると、基準系Ｒ1における方向ベクトル（数１）の座標は、次の関係式（数９）から得られる。
【数９】
2011101793.tif 000011
【００５５】
ステップ５４において、同様に、検出モジュール４２は、原点Ｏ2から点Ｅに向かう方向ベクトル（数２）の座標も特定する。
【００５６】
ここで、軸Ｌ1およびＬ2を、それぞれ方向ベクトル（数１）および（数２）と同一直線上の軸と定義する。
【００５７】
３軸磁界センサ２６と２８とは、同一の磁界放射体から放射された磁界を測定するから、磁界擾乱体が存在しない場合には、軸Ｌ1とＬ2とは、点Ｅで交差しなければならない。しかしながら、実際には、測定に混入するノイズおよび計算誤差の影響によって、軸Ｌ1とＬ2とは交差しない。しかし、軸Ｌ1とＬ2とはともに、点Ｅの近傍を通る。したがって、軸Ｌ1とＬ2との間の最短距離ｄは短い。対照的に、磁界擾乱体が存在する場合には、その磁界擾乱体は、方向ベクトル（数１）または（数２）の方向を相当に変える。したがって、最短距離ｄは長くなる。
【００５８】
したがって、ステップ５６において、軸Ｌ1とＬ2との間の最短距離ｄが、あらかじめ定められた限界値未満であるか否かが調べられる。
【００５９】
このために、例えばサブステップ５８において、検出モジュール４２は、方向ベクトル（数１）およびベクトル（数６）に直交するベクトル（数３）の、基準系Ｒ1における座標を計算する。ベクトル（数６）は、原点Ｏ1およびＯ2を通る軸Ｄと同一直線上のベクトルである。この例においては、３軸磁界センサ２６および２８の位置が固定されているから、基準系Ｒ1におけるこのベクトル（数６）の座標は、基準系６における原点Ｏ1およびＯ2の座標から、容易に特定することができる。
【００６０】
ベクトル（数３）の座標は、例えば次の関係式（数１０）によって計算される。
【数１０】
2011101793.tif 000012
この関係式において、
−  記号（数５）は、ベクトル積をとる操作を表わす記号である。
【００６１】
サブステップ５８において、同様に、方向ベクトル（数２）およびベクトル（数６）に直交するベクトル（数４）の座標が計算される。ベクトル（数４）の座標は、例えば基準系Ｒ2において表わされる。
【００６２】
次に、サブステップ６０において、ベクトル（数３）とベクトル（数４）との間の角度θが計算される。基準系Ｒ1とＲ2との座標軸同士が互いに平行であれば、この角度θは、次の関係式（数１１）から直接計算することができる。
【数１１】
2011101793.tif 000013
この関係式において、
−  記号「ａｃｏｓ」は、角度の逆余弦をとる操作を表わし、
−  記号「・」は、スカラー積をとる操作を表わし、
−  記号「＊」は、２つのスカラー量の乗算を行う操作を表わし、
−  「||...||」は、ベクトルのユークリッドノームであることを表わしている。
【００６３】
磁界擾乱体が存在していない場合には、方向ベクトル（数１）と方向ベクトル（数２）との向きに応じて、この角度θは、ほぼ０°またはほぼ１８０°でなければならない。本明細書においては、磁界擾乱体が存在していない場合には、方向ベクトル（数１）と方向ベクトル（数２）との向きは、角度θがほぼ０°になるように定められている。
【００６４】
次に、サブステップ６２において、距離ｄが、あらかじめ定められた限界値未満であるか否かを調べるために、角度θが、閾値Ｓ1と比較される。
【００６５】
角度θが、この閾値Ｓ1を超過していると、それは、磁界擾乱体が存在していることを意味する。そうすると、ステップ６４が実行されて、この磁界擾乱体の存在が通知される。この磁界擾乱体の存在の通知は、例えばマンマシンインターフェース４４を介して行われる。その通知は、例えば必ずしもユーザに伝えられるのではなく、単に、処理ユニット２４によって行なわれた処理操作に、磁界擾乱体が存在しているという情報を考慮に入れるためになされる操作であってもよい。
【００６６】
角度θが閾値Ｓ1未満であると、それは、磁界擾乱体が存在していないことを意味している。その場合には、この方法は、ステップ６６に進んで、位置特定モジュール４０が、例えば３軸磁界センサ２６および２８によってなされた測定から、基準系６における磁界放射体１０の位置を特定する。
【００６７】
ステップ５０、６４および６６が終了すると、この方法は、ステップ５０および５２に戻る。
【００６８】
図３の方法は、ステップ５６がステップ７０に置き換えられているということを除いて、図２の方法と同じである。このステップ７０の開始時に、サブステップ７２において、方向ベクトル（数１）と（数２）との間の結合積Ｐが、次の関係式（数１２）から計算される。
【数１２】
2011101793.tif 000014
この関係式において、
−  Ｐは、方向ベクトル（数１）と（数２）との間の結合積である。
【００６９】
次に、この方法は、サブステップ７４に進んで、最短距離ｄが、あらかじめ定められた限界値未満であるか否かを調べるために、結合積Ｐの値と閾値Ｓ2とが比較される。磁界擾乱体が存在していない場合には、結合積Ｐの値は、ほぼ０でなければならない。それと対照的に、磁界擾乱体が存在していると、この結合積Ｐの値は大きくなる。
【００７０】
したがって、結合積Ｐの値が、あらかじめ定められた閾値Ｓ2未満であった場合には、この方法はステップ６６に進む。そうでなかった場合には、この方法は、ステップ６４に進む。
【００７１】
他の多くの実施形態が可能である。例えば磁界放射体は、磁界放射のための、４つ以上の軸を有していてもよい。この場合には、４番目以降の軸（補助軸）からの磁界放射は、磁界センサによって測定される情報に冗長性を与える。磁界センサに相対的に物体４の位置を特定するような応用において、磁界擾乱体によってもたらされた擾乱を克服するために、この冗長性を、その後において用いることができる。
【００７２】
磁界放射体１０は、時系列に、または同時に、その軸の各々において磁界を放射することができる。後者の場合には、それぞれの軸において放射された磁界を、磁界センサ側で互いに区別することができるように、軸の各々で相異なる周波数の磁界を放射することが好ましい。
【００７３】
方向ベクトルの座標の計算のために、上述の方法以外の方法を用いることもできる。特に、方向ベクトルを、磁界放射体の幾何学的中心から発して、それぞれの磁界センサを向くように定めることができる。
【００７４】
基準系Ｒ1とＲ2との座標軸は、必ずしも互いに平行でなくてもよい。この場合には、ベクトル（数３）および（数４）、または結合積Ｐの計算の前に、方向ベクトル（数１）と（数２）との座標が同じ基準系で表わされるように、それらの２つの方向ベクトルのうちの一方の座標上で、基準系の変更が行なわれる。
【００７５】
磁界擾乱体の検出器は、３つ以上の３軸磁界センサを有していてもよい。
【００７６】
上述の方法以外の方法によって、軸Ｌ1とＬ2との間の最短距離ｄが、あらかじめ定められた限界値未満であるか否かを検証することもできる。例えば同じ基準系において、軸Ｌ1およびＬ2の方程式を定めて、次に、最短距離ｄとあらかじめ定められた限界値とを比較する前に、これらの方程式に基づいて、軸Ｌ1とＬ2との間の最短距離ｄを計算することができる。
【００７７】
本明細書においては、位置特定システム２は、磁界放射体が移動可能であり、磁界センサが固定される特定の場合について説明している。しかしながら、本明細書において説明されている方法は、磁界放射体が固定され、磁界センサが基準系６において移動可能である、反対の場合にも適用される。
【００７８】
磁界センサを基準系６に固定する必要はない。そうではなくて、必要なことは、一方の磁界センサが測定を行なっている時点と、他方の磁界センサが測定を行なっている時点との間で、それらの磁界センサに対する磁界放射体の相対位置が変化してはならないということである。例えば２つの磁界センサによる測定が同時になされる場合には、それらの磁界センサが基準系６内で移動しても、この条件は満たされる。
【００７９】
磁界センサの位置が固定されない場合には、上述の方法のうちのいずれかが実行される前に、２つの磁界センサ間の相対位置が、あらかじめ知られていなければならない。相対位置が「あらかじめ知られている」ということは、少なくとも、ベクトル（数６）の方向またはそのユークリッドノームがあらかじめ知られていること、より好ましくは、その方向があらかじめ知られていること、または、方向とユークリッドノームとの両方があらかじめ知られていることを意味する。磁界センサ間の相対位置を知ることができる多数の方法がある。相対位置を知るために、例えばカルマンフィルタを用いることができる。より具体的には、このカルマンフィルタは、放射された磁界と測定された磁界とを関連付ける電磁方程式に基づいて組み立てられる。この電磁方程式において、未知数は磁界センサの位置であり、場合によっては磁界放射体の位置である。
【００８０】
一変形例においては、ベクトル（数６）の方向だけがあらかじめ知られており、そのユークリッドノームは知られていない。この変形例においては、ベクトル（数６）のユークリッドノームは任意の値、例えば１に等しくなるように選ばれる。次に、上述のように磁界擾乱体の存在の有無が調べられる閾値Ｓ1またはＳ2の評価調整のための学習相が実施される。この変形例は、ベクトル（数６）の方向しか、あらかじめ知られていないということを除いて、例えば図２の方法と同じである。例えば用いられているベクトルの全てが正規化されている場合には、閾値Ｓ1またはＳ2の値を、ベクトル（数６）のユークリッドノームに依存しなくすることができる。
【００８１】
３軸磁界センサ２６および２８を単純化するために、それらの各々を、単一のターンで形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
上述の方法および位置特定システムを、医療分野以外の種々の応用分野にも用いることができる。例えば室内において、磁界放射体を保持している真空掃除機の位置を特定するために、または子供などの人間の位置を特定するために、本発明の位置特定システムを用いることができる。
【符号の説明】
【００８３】
２  位置特定システム
４  物体
６  基準系
１０  磁界放射体
１４〜１６、３０〜３２、Ｌ1、Ｌ2  軸
１８〜２０  １軸磁界放射源
２２  たわみ線リンク
２４  処理ユニット
２６、２８  ３軸磁界センサ
３４〜３６  １軸トランスデューサ
４０  位置特定モジュール
４２  検出モジュール
４３  検出器
４４  マンマシンインターフェース
４６  情報記録媒体
ａ  距離
Ｅ  点
Ｍ1〜Ｍ3  磁気モーメント
Ｏ、Ｏ1、Ｏ2  原点
Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｘ1、Ｙ1、Ｚ1、Ｘ2、Ｙ2、Ｚ2  座標軸
θx、θy、θz  角度
【図１】
2011101793.tif 000022
【図２】
2011101793.tif 000023
【図３】
2011101793.tif 000024
【外国語明細書】
2011101793000001.pdf