(57)【要約】【課題】磁界ひずみを評価する方法およびシステムを提供する。【解決手段】磁界ひずみを評価する装置は、プローブおよびプロセッサを含む。プローブは、検査されるべき場所に置くための機械固定具と、その機械固定具に取り付けられ、かつそれぞれの磁界を生成するように構成された、１つ以上の磁界生成器と、を含む。プローブは、１つ以上の磁界センサーをさらに含み、その１つ以上の磁界センサーは、１つ以上の磁界センサーに対して機械固定具の既知の位置に取り付けられており、また、１つ以上の磁界生成器によって生成された磁界を検知するように、かつ、検知された磁界に応答して信号を出力するように構成されている。プロセッサは、検査される場所で磁界センサーによって検知される磁界のひずみを評価するために、信号を処理するように構成されている。【選択図】図１
2008086751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界ひずみを評価する装置において、
プローブであって、
検査されるべき場所に置くための機械固定具、
１つ以上の磁界生成器であって、前記機械固定具に取り付けられ、それぞれの磁界を生成するように構成された、１つ以上の磁界生成器、および、
１つ以上の磁界センサーであって、その１つ以上の磁界センサーに対して、前記機械固定具の既知の位置に取り付けられており、前記１つ以上の磁界生成器によって生成された前記磁界を検知するように、かつ、検知された前記磁界に応答して信号を出力するように構成されている、１つ以上の磁界センサー、
を含む、プローブと、
プロセッサであって、前記検査される場所で前記磁界センサーによって検知された前記磁界のひずみを評価するために前記信号を処理するように構成されている、プロセッサと、
を含む、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
前記プロセッサは、前記信号を、前記ひずみのない状態で決定された基準値と比較することによって、前記ひずみを評価するように構成されている、装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、
前記プローブは、前記基準値を保持するように構成されたメモリを含む、装置。
【請求項４】
請求項２に記載の装置において、
前記プロセッサは、前記信号の前記基準値からの偏差が所定の閾値を超えると、使用者に警告するように構成されている、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、
前記１つ以上の磁界生成器、および前記１つ以上の磁界センサーは、共通軸に沿って配列されている、装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置において、
前記磁界生成器、および前記磁界センサーは、少なくとも２つの生成器−センサー対の形で配列されており、
前記対の各々は、個別の距離だけ離されている、前記磁界生成器のうちの１つと前記磁界センサーのうちの１つとを含んでおり、
前記対のうちの少なくとも２つは、互いに異なる距離を有している、装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置において、
前記磁界生成器、および前記磁界センサーは、少なくとも２つの生成器−センサー対の形で配列されており、
前記対の各々は、個別の軸に沿って配列された、前記磁界生成器のうちの１つと前記磁界センサーのうちの１つとを含み、
前記対のうちの少なくとも２つは、互いに対して異なる方向に向けられた軸を有する、装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置において、
前記磁界生成器のうちの１つは、第１の周波数を有する第１の磁界を生成するように構成されており、
前記磁界生成器のうちの別の１つは、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する第２の磁界を生成するように構成されており、
前記磁界センサーのうちの少なくとも１つは、前記第１および第２の磁界を同時に検知するように構成されている、装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置において、
前記プロセッサは、前記検査される場所で磁気位置追跡システムによって行われた位置測定に対する前記ひずみの影響を評価するように構成されている、装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置において、
前記磁気位置追跡システムは、典型的には第１の距離だけ離されている、磁界生成器および磁界センサーを用いて前記位置測定を行い、
前記プローブの、前記磁界生成器のうちの少なくとも１つと前記磁界センサーのうちの１つとは、前記第１の距離に近似するように選択された第２の距離だけ離されている、装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の装置において、
前記プロセッサは、評価された前記ひずみに応答して、前記位置測定に適用される補正因子を決定するように構成されている、装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の装置において、
前記磁界生成器のうちの少なくとも１つは、少なくとも第１の磁界生成コイル、および第２の磁界生成コイルを含み、
その少なくとも第１および第２の磁界生成コイルは、それぞれ異なる第１の角度配向および第２の角度配向に向けられており、かつ、異なる第１の周波数および第２の周波数を有する第１の磁界および第２の磁界をそれぞれ生成するように構成されており、
前記磁界センサーのうちの少なくとも１つは、前記第１および第２の磁界を同時に検知するように構成されている、装置。
【請求項１３】
磁界ひずみを評価する方法において、
検査されるべき場所にプローブを位置付けるステップであって、前記プローブは、固定された相対的な空間的関係に配列された、１つ以上の磁界生成器、および１つ以上の磁界センサーを含む、ステップと、
前記プローブが前記場所に位置付けられると同時に、それぞれの磁界を生成するために前記１つ以上の磁界生成器を作動させ、前記１つ以上の磁界センサーを用いて前記磁界を検知して、検知された前記磁界に応答してそれぞれの信号を生み出すステップと、
前記検査される場所で前記磁界センサーによって検知された前記磁界のひずみを評価するために前記信号を処理するステップと、
を含む、方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、
前記信号を処理する前記ステップは、前記信号を、前記ひずみのない状態で決定された基準値と比較するステップを含む、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法において、
前記基準値は、前記プローブのメモリ内に記憶され、
前記信号を前記基準値と比較する前記ステップは、前記メモリから前記基準値を読み取るステップを含む、方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の方法において、
前記信号を処理する前記ステップは、前記信号の前記基準値からの偏差が所定の閾値を超えると、使用者に警告するステップを含む、方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の方法において、
前記１つ以上の磁界生成器、および前記１つ以上の磁界センサーは、共通軸に沿って配列されている、方法。
【請求項１８】
請求項１３に記載の方法において、
前記磁界生成器、および前記磁界センサーは、少なくとも２つの生成器−センサー対の形で配列されており、
前記対の各々は、個別の距離だけ離されている、前記磁界生成器のうちの１つと前記磁界センサーのうちの１つとを含み、
前記対のうちの少なくとも２つは、互いに異なる距離を有する、方法。
【請求項１９】
請求項１３に記載の方法において、
前記磁界生成器、および前記磁界センサーは、少なくとも２つの生成器−センサー対の形で配列されており、
前記対の各々は、個別の軸に沿って配列された、前記磁界生成器のうちの１つと前記磁界センサーのうちの１つとを含み、
前記対のうちの少なくとも２つは、互いに対して異なる方向に向けられた軸を有する、方法。
【請求項２０】
請求項１３に記載の方法において、
前記１つ以上の磁界生成器を作動させる前記ステップは、前記磁界生成器のうちの１つから第１の周波数を有する第１の磁界を生成するステップ、および、前記磁界生成器の別の１つによって、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する第２の磁界を生成するステップ、を含み、
前記磁界を検知する前記ステップは、前記磁界センサーのうちの少なくとも１つによって、前記第１および第２の磁界を同時に検知するステップを含む、方法。
【請求項２１】
請求項１３に記載の方法において、
前記信号を処理する前記ステップは、前記検査される場所で磁気位置追跡システムによって行われた位置測定に対する前記ひずみの影響を評価するステップを含む、方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法において、
前記磁気位置追跡システムは、典型的に第１の距離だけ離されている、磁界生成器および磁界センサーを使用して前記位置測定を行い、
前記プローブの、前記磁界生成器のうちの少なくとも１つと前記磁界センサーのうちの１つとは、前記第１の距離に近似するように選択された第２の距離だけ離されている、方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の方法において、
前記信号を処理する前記ステップは、評価された前記ひずみに応答して、前記位置測定に適用される補正因子を決定するステップを含む、方法。
【請求項２４】
請求項１３に記載の方法において、
前記１つ以上の磁界生成器を作動させる前記ステップは、前記磁界生成器のうちの１つから、それぞれ異なる第１の角度配向および第２の角度配向、ならびにそれぞれ異なる第１の周波数および第２の周波数を有する、少なくとも第１の磁界および第２の磁界を生成するステップを含み、
前記磁界を検知する前記ステップは、前記磁界センサーのうちの少なくとも１つによって前記第１および第２の磁界を同時に検知するステップを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
〔発明の分野〕
本発明は全般的に、磁気位置追跡システムに関し、特に、位置追跡測定に影響を及ぼす磁界ひずみを評価する方法およびシステムに関する。
【０００２】
〔発明の背景〕
医療手技に関係する物体の座標を追跡する種々の方法およびシステムが、当業界で公知である。これらのシステムのなかには、磁界測定を使用するものもある。例えば、参照して本明細書に組み入れる米国特許第５，３９１，１９９号、および同第５，４４３，４８９号は、体内プローブの座標を１つ以上の磁界変換器を使用して決定するシステムを説明している。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場所情報を生成するために使用される。コイルなどのセンサーが、プローブ内に置かれ、外部より加えられた磁界に応じて信号を生成する。磁界は、既知の、相互に離間された場所にある、外部基準座標系に固定されたラジエータコイル（radiator coils）などの磁界変換器によって生成される。
【０００３】
磁気位置追跡に関する追加の方法およびシステムは、例えば、国際公開第９６／０５７６８号、米国特許第６，６９０，９６３号、同第６，２３９，７２４号、同第６，６１８，６１２号、および同第６，３３２，０８９号、ならびに米国特許出願公開第２００２／００６５４５５（Ａ１）号、同第２００３／０１２０１５０（Ａ１）号、および同第２００４／００６８１７８（Ａ１）号にも記述されており、これら開示内容全てを参照して本明細書に組み入れる。これらの公開物は、心臓カテーテル、整形外科インプラント、および異なる医療手技に用いられる医療用具などの、体内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】
磁気位置追跡システムの磁界内の、金属物体、常磁性物体、または強磁性物体の存在がしばしば、システムの測定をひずませるということは、当業界において周知である。ひずみは時おり、システムの磁界によって、および他の影響によって、これらの物体内で誘導される渦電流によって引き起こされる。
【０００５】
磁界ひずみを検出するため、およびそのようなひずみの存在下で位置追跡を行うための、種々の方法およびシステムが、当業界において説明されてきた。例えば、開示内容を参照して本明細書に組み入れる米国特許第６，１４７，４８０号は、追跡された物体中で誘導された信号が、寄生信号成分（parasitic signal components）を引き起こす可能性がある任意の物品がない状態で、まず検出される方法を記載している。信号の基準位相（Baseline phases）が、決定される。寄生磁界を生成する物品が、追跡された物体の近くに導入されると、寄生成分に起因して、誘導された信号の位相変化が検出される。測定された位相変化は、物体の位置が不正確な可能性があることを示すために使用される。位相変化はまた、寄生信号成分の少なくとも一部分を取り除くための信号分析用に使用される。
【０００６】
別の例として、開示内容を参照して本明細書に組み入れる米国特許第５，７６７，６６９号は、パルス磁界を用いて、遠隔センサーの位置および配向を決定するシステムを記載している。パルス磁界は、ソース座標系（source coordinate frame）を画定している空間的に独立している複数の成分から連続的に生成される。磁界は、複数の受動的磁界検知要素を有する遠隔センサーによって検知される。渦電流ひずみは、別々に検知され、システムによって取り去られる。そのシステムは、環境中に存在する金属物体の影響を測定し、それにしたがって、測定した値を動的に調整する。遠隔物体の位置および配向を計算するために、渦電流ひずみのない、検知された磁界が使用される。
【０００７】
〔発明の概要〕
本発明の実施形態は、磁気位置追跡システム（magnetic position tracking system）の測定に影響を与えると予想される、磁界をひずませる物体によって引き起こされる磁界ひずみのレベルを評価する方法およびシステムを提供する。
【０００８】
ひずみは、プローブを用いて評価され、そのプローブは、共通の機械固定具の既知の位置に取り付けられた、１つ以上の磁界生成器、および１つ以上の磁界センサーを含む。このプローブは、検査される場所のひずみレベルを評価するために、その場所に位置付けられる。磁界生成器は、磁界センサーによって検知される磁界を生成する。センサーは、検知された磁界に応答して信号を生み出す。プロセッサが、検査される場所の磁界ひずみレベルを評価するために、磁界センサーによって生み出された信号を処理する。
【０００９】
ある実施形態では、プローブは、基準となる、ひずみのない磁界測定値を得るために自由空間においてあらかじめ較正されている。プロセッサは、検査される場所での磁界測定値の、対応する基準測定値からの偏差（deviation）を計算する。その偏差が所定の閾値を超えると、使用者は警告される。
【００１０】
複数の生成器−センサー距離を有する線形構成、および複数の生成器−センサー軸配向を有する平面状構成などの、いくつかのプローブ構成が以下に記載される。
【００１１】
本明細書に記載される方法およびシステムは、磁気位置追跡システムを特定の位置に設置するとき、または、磁気位置追跡を含む医療手技の間に、使用されることができる。
【００１２】
それゆえに本発明の実施形態にしたがって、磁界ひずみを評価する装置が提供されており、この装置は、
プローブであって、
検査されるべき場所に置くための機械固定具、
機械固定具に取り付けられ、かつ、それぞれの磁界（respective magnetic fields）を生成するように構成（arranged）された、１つ以上の磁界生成器、および、
１つ以上の磁界センサーであって、１つ以上の磁界センサーに対して機械固定具の既知の位置に取り付けられており、１つ以上の磁界生成器によって生成された磁界を検知するように、かつ、検知された磁界に応答して信号を出力するように構成された、１つ以上の磁界センサー、
を含む、プローブと、
プロセッサであって、検査される場所において磁界センサーによって検知された磁界のひずみを評価するために信号を処理するように構成されている、プロセッサと、
を含む。
【００１３】
一実施形態では、プロセッサは、ひずみがない状態で決定された基準値と、信号を比較することによって、ひずみを評価するように構成されている。プローブは、基準値を保持するように構成されたメモリを含んでもよい。別の実施形態では、プロセッサは、信号の基準値からの偏差が所定の閾値を超えると、使用者に警告するように構成されている。
【００１４】
さらに別の実施形態では、１つ以上の磁界生成器、および１つ以上の磁界センサーが、共通軸に沿って配列されている。
【００１５】
さらに別の実施形態では、磁界生成器、および磁界センサーが、少なくとも２対の生成器−センサーの形で配列（arranged in）されており、それら対の各々は、個別の距離（respective distance）だけ離されている、磁界生成器のうちの１つと磁界センサーのうちの１つとを含み、それらの対のうち少なくとも２つの対は、互いに異なる距離を有する。
【００１６】
一実施形態では、磁界生成器および磁界センサーは、少なくとも２対の生成器−センサーの形で配列されており、それら対の各々は、個別の軸に沿って配列された、磁界生成器のうちの１つと磁界センサーのうちの１つとを含み、それらの対のうち少なくとも２つの対は、互いに対して異なる方向に向けられた軸を有する。
【００１７】
ある実施形態では、磁界生成器のうちの１つは、第１の周波数を有する第１の磁界を生成するように構成されており、磁界生成器のうちの別のものは、第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する第２の磁界を生成するように構成されており、磁界センサーのうちの少なくとも１つは、第１の磁界および第２の磁界を同時に検知するように構成されている。
【００１８】
別の実施形態では、プロセッサが、検査される場所で、磁気位置追跡システムによって行われた位置測定に対するひずみの影響を評価するように構成されている。
【００１９】
さらに別の実施形態では、磁気位置追跡システムは、典型的には第１の距離だけ離されている、磁界生成器および磁界センサーを用いて位置測定を行い、プローブの、磁界生成器のうちの少なくとも１つと磁界センサーのうちの１つとは、第１の距離に近似するように選択された第２の距離だけ離されている。
【００２０】
さらに別の実施形態では、プロセッサは、評価されたひずみに応答して、位置測定値に与えられる補正因子（correction factor）を決定するように構成されている。
【００２１】
一実施形態では、磁界生成器および磁界センサーのうちの少なくとも１つは、互いに対して異なる角度配向で配列されている２つ以上のコイルを含む。
【００２２】
別の実施形態では、磁界生成器の少なくとも１つは、少なくとも第１および第２の磁界生成コイルを含み、これら第１および第２の磁界生成コイルは、それぞれ異なる第１および第２の角度配向に向けられており、かつ、異なる第１および第２の周波数を有する、第１および第２の磁界をそれぞれ生成するように構成されており、磁界センサーの少なくとも１つは、第１および第２の磁界を同時に検知するように構成されている。
【００２３】
さらに、本発明の実施形態にしたがって、磁界ひずみを評価する方法が提供されており、この方法は、
検査されるべき場所にプローブを位置付けるステップであって、プローブは、固定された相対的な空間的関係に配列された、１つ以上の磁界生成器、および１つ以上の磁界センサーを含む、ステップと、
プローブが上記の場所に位置付けられると同時に、それぞれの磁界を生成するために１つ以上の磁界生成器を作動させ、かつ、１つ以上の磁界センサーを用いて磁界を検知して、検知された磁界に応答してそれぞれの信号を生み出す、ステップと、
検査される場所で磁界センサーによって検知された磁界のひずみを評価するために信号を処理するステップと、
を含む。
【００２４】
本発明は、添付の図面とあわせて、以下の本発明の実施形態の詳細な説明からより完全に理解されるであろう。
【００２５】
〔実施形態の詳細な説明〕
図１は、本発明の実施形態にしたがった、手術中に使用される磁気追跡システム２０の概略絵図である。外科医２２が、医療用具２４を使用して患者２３に医療処置を施している。インプラント２６が、この例では患者の脚３０に位置されている手術部位から患者の身体の中に導入される。この追跡システムは、インプラント２６および用具２４の位置を測定して示すことによって、この例では膝関節手術である、処置を施す際に外科医を導く。このシステムは、手術部位を含む作業範囲（working volume）全体にわたる場所および配向の座標を測定する。
【００２６】
用具２４およびインプラント２６の座標は、患者の身体に固定された、ロケーションパッド３４などの磁界生成器に対して決定される。認識されるように、磁界生成器は、浮動座標（floating coordinates）を有する、すなわち、ロケーションパッドは、所定の空間に固定されていなくてもよい。図１に示す例では、パッドは、インプラント２６に近接した、患者のふくらはぎ、および大腿上に置かれる。コンソール３８は、典型的には磁界生成コイルを含む、ロケーションパッド３４内の磁界生成器を駆動する駆動信号を生成する。磁界生成器は、作業範囲の全体にわたって磁界を生成する。コンソール３８は、ケーブル３９を使用してロケーションパッド３４に連結されている。
【００２７】
インプラント２６および用具２４は典型的に、小型ワイヤレスセンサーユニットを収容している。各センサーユニットは、そのユニットの近傍の磁界を検知するように設計された磁界センサーを含む。ロケーションパッド３４によって生成された磁界は、用具２４およびインプラント２６内にはめ込まれたセンサーユニットの磁界センサー内に電流を誘導する。その誘導された電流に応答して、各センサーユニット内の信号処理回路、および送信回路が、インプラントまたは用具の場所および配向を示す位置信号を生成し送信する。
【００２８】
位置信号は、コンピュータ４１に結合されたワイヤレス制御ユニット４０によって受信される。コンピュータ４１は、システム２０の主要システム制御装置として働く。コンピュータは、用具２４および／またはインプラント２６の場所および配向の相対座標を計算するために、受信した信号を処理する。その結果が典型的には、外科医に向けてディスプレイ４２上に示される。
【００２９】
患者２３は、手術台４４の上に横たわり、この手術台４４は、典型的には金属製であり、またはかなりの金属含有量を有している。前述のように、システム２０の作業範囲内またはその近くの、金属物体、および他の磁界をひずませる物体の存在が、しばしば、システムによって生成された磁界をひずませる。結果として、システムによって行われた位置測定は、ひずまされることもある。したがって、そのような磁界をひずませる物体を作業範囲から実用的に可能な限り遠くに離しておくことが望ましい。
【００３０】
例えば、システム２０の、ある設置において、マットレス４８が、患者２３と手術台４４との間に置かれる。患者の快適さのために手術台にパッドを置くことに加えて、マットレス４８は、手術台とシステム２０の作業範囲との間の間隔を広げる。より厚いマットレスによって、ロケーションパッド３４、用具２４、およびインプラント２６は、金属製の手術台からさらに離れて位置され、それによって、磁界ひずみのレベルを減少させる。
【００３１】
図１の例示的な実施形態は、整形外科手術への適用に言及しているが、本明細書に記載される方法およびシステムは、例えば、心臓カテーテル手技などの他の任意の磁気位置追跡利用における磁界ひずみレベルを評価するために使用されることもできる。概して、本明細書に記載される方法およびシステムは、位置追跡システムに関連しているかどうかに関係なく、任意の物体によって引き起こされたひずみを評価するために使用されることもできる。
【００３２】
図２は、本発明の実施形態にしたがった、システム２０の設置手順の概略絵図である。磁界保守技術員５２などの設置者が、特定の手術室でシステム２０を設置する。システム設置の一環として、技術員５２は、システムの作業範囲内の金属物体によって引き起こされる磁界ひずみのレベルが許容範囲であることを確認する。
【００３３】
技術員５２は、続く医療手技においてシステム２０の位置測定値に影響を与えると予想されるひずみレベルを測定し評価するために、ひずみ評価プローブ５６を使用する。プローブ５６の構造および機能性が、以下に詳細に記載される。原理上は、プローブ５６は、機械固定物の既知の相対的な位置に取り付けられた、１つ以上の磁界生成器、および１つ以上の磁界センサーを含む。プローブは、ケーブル５８によってコンソール３８に連結されている。
【００３４】
プローブ５６は、自由空間において、すなわち、磁界をひずませる要素の存在がない状態で、あらかじめ較正されている。較正プロセスにおいて、プローブの磁界生成器の各々は、磁界を生み出すために駆動させられる。各磁界生成器の磁界は、プローブの磁界センサーの各々によって検知される。生成器−センサー対の各々の磁界測定値は、基準測定値として記憶される。
【００３５】
プローブ５６のあらかじめの較正は、典型的には、設置場所においてではなく、プローブの製造の一環として行われる。基準磁界測定値は、システム２０の任意特定の設置とではなく、プローブと関連づけられる。したがって、基準測定値は、プローブに取り付けられた非揮発性メモリデバイスに記憶され、コンピュータ４１によって読まれることが可能である。代替的に、基準測定値は、プローブに供給され、システム２０、例えばコンピュータ４１のメモリに記憶されることができる。
【００３６】
検査される特定の場所における予想されるひずみを評価するために、技術員５２は、プローブ５６をその場所に保持する。コンソール３８は、駆動信号を用いて、それぞれの磁界を生成する、プローブ５６内の磁界生成器を駆動する。プローブ内の磁界センサーは、生成された磁界を検知し、それぞれの位置信号を生み出す。位置信号は、ケーブル５８を介してコンソール３８へ送信される。コンピュータ４１は、位置信号を分析し、検査される場所における磁界ひずみのレベルを推定する。
【００３７】
コンピュータ４１は、検査される場所における磁界強度測定値を、較正プロセスにおいて得られた基準測定値と比較する。検査される場所における磁界測定値の、基準測定値からの偏差が、検査される場所における予想されるひずみレベルを示す。典型的に、その偏差は、検査される場所で測定された磁界と、対応する基準測定値との間のベクトル差として定義され、したがって、磁界強度および位相差の両方を考慮する。偏差は、磁界生成器および磁界センサーの各対について別々に計算されることができる。代替的に、例えば、生成器−センサー対の全てにわたる偏差の合計などの、混合偏差値（composite deviation value）が、使用されてもよい。
【００３８】
代替的に、コンピュータ４１は、プローブの磁界生成器に対する、プローブの磁界センサーの場所の座標（location coordinates）を計算することもできる。これらの座標は、自由空間測定値に基づく基準位置座標と比較されることもできる。
【００３９】
ある実施形態では、偏差が所定の閾値を超えると、ディスプレイ４２上に表示されるメッセージによって、または任意の他の適切な手段を用いるなどして、技術員は警告される。
【００４０】
技術員は、手術台の近傍の予想されるひずみレベルをマッピングするために、検査される複数の場所上のプローブを走査してもよい。特に、技術員は、マットレス４８の厚さが十分であるかどうかを決定するためにプローブ５６を使用することもできる。マットレス上のひずみレベルが容認できない場合、より厚いマットレスが使用されてもよい。
【００４１】
加えて、または代替的に、評価されたレベルに基づいて、他の方策（measures）がとられることもできる。例えば、コンピュータ４１は、検査される場所で位置追跡システムによって行われる、次の位置測定に適用されるべき補正因子を計算するために偏差を使用することもできる。補正因子の値は、場所によって著しく変化する傾向があるので、プローブの場所の座標が正確であると分かったときに、作業範囲をマッピングする適切なロボットを使用するなどによって、補正因子の決定が行われるべきである。
【００４２】
図３Ａは、本発明の実施形態にしたがった、プローブ５６の例示的な構成を概略的に図示している図である。図３Ａの構成において、プローブ５６は、機械固定具７０の、共通軸に沿った既知の場所に取り付けられた、２つの磁界生成器６２Ａおよび６２Ｂ、ならびに、２つの磁界センサー６６Ａおよび６６Ｂを含む。磁界生成器６２Ａおよび６２Ｂは、ロケーションパッド３４内にはめ込まれた磁界生成器と典型的には同様であり、磁界センサー６６Ａおよび６６Ｂは、用具２４およびインプラント２６にはめ込まれた磁界センサーと典型的には同様である。磁界生成器および磁界センサーは、ケーブル７２によってコンソール３８に連結されている。
【００４３】
ある実施形態では、磁界生成器の各々は、異なる配向を有する磁界を生成するために、異なる面で配向されている複数の磁界生成コイルを含んでもよい。例えば、磁界生成器の各々は、相互に直交している３つの磁界生成コイルを含んでもよい。同様に、複数の磁界成分を同時に検知するために、磁界センサーはまた、異なる配向を有する複数の磁界検知コイル含んでもよい。そのような構成を用いて、プローブは、異なる配向を有する磁界に関連した磁界ひずみを同時に評価することができる。
【００４４】
ある実施形態では、プローブ５６は、プログラム可能型読取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）またはフラッシュメモリデバイスなどの非揮発性メモリデバイス７１を含み、自由空間較正プロセスに続いて、基準測定値がこのメモリデバイスに記憶される。コンピュータ４１は、ケーブル７２を介して、メモリ７１の内容を読むことができる。
【００４５】
多くの実用的な場合では、特定の測定における磁界ひずみのレベルは、磁界生成器と磁界センサーとの間の距離によって決まる。したがって、異なる生成器−センサー距離での磁界の測定を行うことは、ひずみに関する追加の情報を提供し、ひずみ評価の信頼性を向上させる。
【００４６】
複数の生成器−センサー距離での測定値を提供するために、プローブ５６の磁界生成器および磁界センサーは、共通軸に沿って不規則な距離で配置される。プローブ５６は、２つの磁界生成器、および２つの磁界センサーを含むので、４つの生成器−センサー対７４が可能である。図中から分かるように、この例では、４つ全ての距離は、互いに異なっている。
【００４７】
ある場合では、医療手技においてシステム２０によって使用されるであろう生成器−センサー距離は、正確にまたはほぼ正確に、知られている。例えば、図１に示す膝関節処置を行う際、ロケーションパッド３４とインプラント２６との間の距離は、先験的に知られている。そのような場合、プローブ５６における生成器−センサー距離は、医療手技自体で続いて使用されるであろう距離に合うように選択されることができる。（代替的に、特定のプローブが与えられたとすると、ロケーションパッド３４は、インプラントからの距離がプローブの生成器−センサー距離に合うように、置かれることができる。）ひずみ評価、および医療手技において、同様の生成器−センサー距離を使用すると、評価の正確さが増す。
【００４８】
ある実施形態では、検査される場所の各々での測定時間が、異なる周波数をプローブの磁界生成器に割り当てることによって、減少させられることができる。これらの実施形態では、磁界センサーは、異なる磁界生成器によって生成された磁界を同時に検知する。異なる周波数を使用するため、コンピュータ４１は、結果として生じる位置信号をフィルター処理し、個々の磁界生成器の各々の貢献を分解することができる。複数の磁界生成コイルを含む磁界生成器を使用すると、各コイルは典型的に、異なる周波数を割り当てられる。
【００４９】
代替実施形態では、１つ以上の磁界生成器、および１つ以上の磁界センサーを含む、他の任意の適切なプローブ構成が、使用されてもよい。
【００５０】
図３Ｂは、本発明の別の実施形態にしたがった、磁界ひずみを評価するための代替のプローブ７３を概略的に図示している図である。ある実用的な場合では、ひずみレベルは、磁界生成器と磁界センサーとを連結している軸の配向によって変わる。そのような場合、十分なひずみマッピングを得るために、前述の図３Ａのプローブ５６は、検査される各々の場所で複数の配向にわたって回転させられる必要があるであろうし、そのことは、評価プロセスを複雑にし、測定時間を増加させる。
【００５１】
複数の配向および場所で磁界測定値を得るために、プローブ７３は、典型的には不規則な位置に位置された、６２Ｃ，６２Ｄおよび６２Ｅで示された３つの磁界生成器、ならびに、６６Ｃ，６６Ｄおよび６６Ｅで示された３つの磁界センサーを含む。磁界生成器および磁界センサーは、三角形状に配列されており、機械固定具７５に取り付けられている。この例では、プローブ７３は、互いに異なる複数の軸に沿って配列された、実行可能な９つの生成器−センサー対を含む。特定の検査される場所に置かれると、プローブ７３は、異なる生成器−センサー対を用いて、複数の配向における磁界測定値を同時に取り出す。
【００５２】
プローブ７３の三角形状は、例示的な形状であり、単に概念を明快にするために選ばれている。少なくとも２つの異なる生成器−センサー軸を含む、任意の他の適切なプローブ形状が、使用されうる。そのような形状は、平坦（すなわち、２次元）、または３次元であってもよい。また、複数の生成器−センサー距離、および複数の生成器−センサー軸の両方を有するハイブリッド構成が使用されてもよい。
【００５３】
図４は、本発明の実施形態にしたがった、磁界ひずみを評価する方法を概略的に図示しているフローチャートである。この方法は、あらかじめの較正ステップ８０において、自由空間でひずみ評価プローブを較正することによって始まる。前述のように、基準磁界測定が、典型的にはプローブ製造の間に行われ、基準測定値がコンピュータ４１に提供される。
【００５４】
システム２０の特定の設置場所を評価する際、技術員は、位置付けステップ８２において、ある検査される場所でプローブを位置付ける。システム２０は、測定ステップ８４において、プローブの異なる生成器−センサー対の磁界を測定する。コンピュータ４１は、比較ステップ８６において、検査される場所で測定された磁界を、対応する基準測定値と比較する。コンピュータ４１は、検査される場所での磁界測定値の基準測定値からの偏差を計算する。
【００５５】
チェックステップ８８でチェックされて、偏差があらかじめ規定された閾値を超えた場合、コンピュータ４１は、警告ステップ９０において、技術員に警告する。そうでなければ、検査される場所は、ひずみの許容できるレベルを有するとされる。それから、方法は前述の位置付けステップ８２へ戻り、技術員は、他の検査される場所を評価し続ける。
【００５６】
本明細書に記載された実施形態は、主に、金属製手術台によって引き起こされるひずみに取り組んでいるが、本明細書に記載された方法およびシステムは、システム２０の近くにある、種々の金属製の医療用および手術用の用具および器具などの、他の任意の磁界をひずませる物体によって引き起こされるひずみを評価するために使用されることもできる。追加的または代替的に、本明細書に記載の方法およびシステムは、医療手技の前に、手技を行う医者または別の人物によって、実施されることができる。例えば、ひずみ評価プローブは、長い間にわたって、作業範囲内の固定された場所におけるひずみレベルを監視するために、この場所に据え付けられることもできる。典型的には、手術の前にひずみ評価を行うことが奨励されるので、プローブは殺菌される必要はない。
【００５７】
このように、前述の実施形態は例示として言及されており、本発明は、本明細書に特に示され、記載されたことに限定されるものではない、ということが認識されるであろう。むしろ、本明細書の範囲は、本明細書に記載された種々の特徴の組合せおよびサブコンビネーションの両方を含み、ならびに、当業者が前述の記述を読むことで想到し、当業界で開示されていない、これらの変形物および改良物をも含む。
【００５８】
〔実施の態様〕
（１）  磁界ひずみを評価する装置において、
プローブであって、
検査されるべき場所に置くための機械固定具、
１つ以上の磁界生成器であって、前記機械固定具に取り付けられ、それぞれの磁界を生成するように構成された、１つ以上の磁界生成器、および、
１つ以上の磁界センサーであって、その１つ以上の磁界センサーに対して、前記機械固定具の既知の位置に取り付けられており、前記１つ以上の磁界生成器によって生成された前記磁界を検知するように、かつ、検知された前記磁界に応答して信号を出力するように構成されている、１つ以上の磁界センサー、
を含む、プローブと、
プロセッサであって、前記検査される場所で前記磁界センサーによって検知された前記磁界のひずみを評価するために前記信号を処理するように構成されている、プロセッサと、
を含む、装置。
（２）  実施態様１に記載の装置において、
前記プロセッサは、前記信号を、前記ひずみのない状態で決定された基準値と比較することによって、前記ひずみを評価するように構成されている、装置。
（３）  実施態様２に記載の装置において、
前記プローブは、前記基準値を保持するように構成されたメモリを含む、装置。
（４）  実施態様２に記載の装置において、
前記プロセッサは、前記信号の前記基準値からの偏差が所定の閾値を超えると、使用者に警告するように構成されている、装置。
（５）  実施態様１に記載の装置において、
前記１つ以上の磁界生成器、および前記１つ以上の磁界センサーは、共通軸に沿って配列されている、装置。
（６）  実施態様１に記載の装置において、
前記磁界生成器、および前記磁界センサーは、少なくとも２つの生成器−センサー対の形で配列されており、
前記対の各々は、個別の距離だけ離されている、前記磁界生成器のうちの１つと前記磁界センサーのうちの１つとを含んでおり、
前記対のうちの少なくとも２つは、互いに異なる距離を有している、装置。
【００５９】
（７）  実施態様１に記載の装置において、
前記磁界生成器、および前記磁界センサーは、少なくとも２つの生成器−センサー対の形で配列されており、
前記対の各々は、個別の軸に沿って配列された、前記磁界生成器のうちの１つと前記磁界センサーのうちの１つとを含み、
前記対のうちの少なくとも２つは、互いに対して異なる方向に向けられた軸を有する、装置。
（８）  実施態様１に記載の装置において、
前記磁界生成器のうちの１つは、第１の周波数を有する第１の磁界を生成するように構成されており、
前記磁界生成器のうちの別の１つは、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する第２の磁界を生成するように構成されており、
前記磁界センサーのうちの少なくとも１つは、前記第１および第２の磁界を同時に検知するように構成されている、装置。
（９）  実施態様１に記載の装置において、
前記プロセッサは、前記検査される場所で磁気位置追跡システムによって行われた位置測定に対する前記ひずみの影響を評価するように構成されている、装置。
（１０）  実施態様９に記載の装置において、
前記磁気位置追跡システムは、典型的には第１の距離だけ離されている、磁界生成器および磁界センサーを用いて前記位置測定を行い、
前記プローブの、前記磁界生成器のうちの少なくとも１つと前記磁界センサーのうちの１つとは、前記第１の距離に近似するように選択された第２の距離だけ離されている、装置。
（１１）  実施態様９に記載の装置において、
前記プロセッサは、評価された前記ひずみに応答して、前記位置測定に適用される補正因子を決定するように構成されている、装置。
（１２）  実施態様１に記載の装置において、
前記磁界生成器のうちの少なくとも１つは、少なくとも第１の磁界生成コイル、および第２の磁界生成コイルを含み、
その少なくとも第１および第２の磁界生成コイルは、それぞれ異なる第１の角度配向および第２の角度配向に向けられており、かつ、異なる第１の周波数および第２の周波数を有する第１の磁界および第２の磁界をそれぞれ生成するように構成されており、
前記磁界センサーのうちの少なくとも１つは、前記第１および第２の磁界を同時に検知するように構成されている、装置。
【００６０】
（１３）  磁界ひずみを評価する方法において、
検査されるべき場所にプローブを位置付けるステップであって、前記プローブは、固定された相対的な空間的関係に配列された、１つ以上の磁界生成器、および１つ以上の磁界センサーを含む、ステップと、
前記プローブが前記場所に位置付けられると同時に、それぞれの磁界を生成するために前記１つ以上の磁界生成器を作動させ、前記１つ以上の磁界センサーを用いて前記磁界を検知して、検知された前記磁界に応答してそれぞれの信号を生み出すステップと、
前記検査される場所で前記磁界センサーによって検知された前記磁界のひずみを評価するために前記信号を処理するステップと、
を含む、方法。
（１４）  実施態様１３に記載の方法において、
前記信号を処理する前記ステップは、前記信号を、前記ひずみのない状態で決定された基準値と比較するステップを含む、方法。
（１５）  実施態様１４に記載の方法において、
前記基準値は、前記プローブのメモリ内に記憶され、
前記信号を前記基準値と比較する前記ステップは、前記メモリから前記基準値を読み取るステップを含む、方法。
（１６）  実施態様１４に記載の方法において、
前記信号を処理する前記ステップは、前記信号の前記基準値からの偏差が所定の閾値を超えると、使用者に警告するステップを含む、方法。
（１７）  実施態様１３に記載の方法において、
前記１つ以上の磁界生成器、および前記１つ以上の磁界センサーは、共通軸に沿って配列されている、方法。
（１８）  実施態様１３に記載の方法において、
前記磁界生成器、および前記磁界センサーは、少なくとも２つの生成器−センサー対の形で配列されており、
前記対の各々は、個別の距離だけ離されている、前記磁界生成器のうちの１つと前記磁界センサーのうちの１つとを含み、
前記対のうちの少なくとも２つは、互いに異なる距離を有する、方法。
【００６１】
（１９）  実施態様１３に記載の方法において、
前記磁界生成器、および前記磁界センサーは、少なくとも２つの生成器−センサー対の形で配列されており、
前記対の各々は、個別の軸に沿って配列された、前記磁界生成器のうちの１つと前記磁界センサーのうちの１つとを含み、
前記対のうちの少なくとも２つは、互いに対して異なる方向に向けられた軸を有する、方法。
（２０）  実施態様１３に記載の方法において、
前記１つ以上の磁界生成器を作動させる前記ステップは、前記磁界生成器のうちの１つから第１の周波数を有する第１の磁界を生成するステップ、および、前記磁界生成器の別の１つによって、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する第２の磁界を生成するステップ、を含み、
前記磁界を検知する前記ステップは、前記磁界センサーのうちの少なくとも１つによって、前記第１および第２の磁界を同時に検知するステップを含む、方法。
（２１）  実施態様１３に記載の方法において、
前記信号を処理する前記ステップは、前記検査される場所で磁気位置追跡システムによって行われた位置測定に対する前記ひずみの影響を評価するステップを含む、方法。
（２２）  実施態様２１に記載の方法において、
前記磁気位置追跡システムは、典型的に第１の距離だけ離されている、磁界生成器および磁界センサーを使用して前記位置測定を行い、
前記プローブの、前記磁界生成器のうちの少なくとも１つと前記磁界センサーのうちの１つとは、前記第１の距離に近似するように選択された第２の距離だけ離されている、方法。
（２３）  実施態様２１に記載の方法において、
前記信号を処理する前記ステップは、評価された前記ひずみに応答して、前記位置測定に適用される補正因子を決定するステップを含む、方法。
（２４）  実施態様１３に記載の方法において、
前記１つ以上の磁界生成器を作動させる前記ステップは、前記磁界生成器のうちの１つから、それぞれ異なる第１の角度配向および第２の角度配向、ならびにそれぞれ異なる第１の周波数および第２の周波数を有する、少なくとも第１の磁界および第２の磁界を生成するステップを含み、
前記磁界を検知する前記ステップは、前記磁界センサーのうちの少なくとも１つによって前記第１および第２の磁界を同時に検知するステップを含む、方法。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態にしたがった、手術中に使用される磁気位置追跡システムの概略絵図である。
【図２】本発明の実施形態にしたがった、磁気位置追跡システムの設置手順の概略絵図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態にしたがった、磁界ひずみを評価するプローブを概略的に図示した略図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態にしたがった、磁界ひずみを評価するプローブを概略的に図示した別の略図である。
【図４】本発明の実施形態にしたがった、磁界ひずみを評価する方法を概略的に示したフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【外国語明細書】
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