(57)【要約】【課題】  複数の場所に配置されている一組の一次放射装置を備えている一定の患者の身体等のような一定の動作領域内において一定のプローブを追跡するためのシステムを提供する。【解決手段】  上記の一次放射装置は当該一次放射装置に対する複数の二次放射装置の位置を追跡するために一定の制御装置により駆動される。これらの二次放射装置は随意的に移動可能であり、当該二次放射装置に対する上記プローブの位置を追跡するために駆動される。上記の固定された複数の場所に対する上記プローブの対応位置を決定するために一定の計算が行なわれる。各階層段階における放射装置が次の階層段階による検出のため、および近くにおける金属製の種々の物体による干渉を最少にするために局所的に最適化されているそれぞれの場を発生する。上記システムはまた一定の既知の座標系に対する上記プローブの角度的整合状態を決定することもできる。【選択図】        図１
2004261579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定のフィールド・プローブを位置決めするための方法において、
複数の第１の場の要素を含む第１の群を複数の場所に配置する工程、
複数の第２の場の要素を含む第２の群を前記第１の場の要素の一定の動作空間内に配置する工程、
前記フィールド・プローブを前記第２の場の要素の一定の動作空間内に配置する工程、
前記第１の群の一部分の１個および前記第２の群の一部分により定められる第１の送信部分、
前記第１の群の一部分の別の１個および前記第２の群の一部分により定められる第１の受信部分を含み、この場合に、前記第１の送信部分および前記第１の受信部分の少なくとも１個が少なくとも２個の要素を有しており、さらに
前記第２の群の１個および前記フィールド・プローブにより定められる第２の送信部分、
前記第２の群の別の１個および前記フィールド・プローブにより定められる第２の受信部分、
前記第１の送信部分および前記第１の受信部分を作動して少なくとも１個の第１の発生された場を生成する工程、
前記第１の受信部分内における前記第１の発生された場の第１の測定を行なう工程、
前記第１の測定に応じて、前記第１の受信部分における各要素に対する前記第１の送信部分における各要素の第１の推定された位置を計算する工程、
前記第２の送信部分および前記第２の受信部分を作動して少なくとも１個の第２の発生された場を生成する工程、
前記第２の受信部分内における前記第２の発生された場の第２の測定を行なう工程、
前記第２の測定に応じて、前記第２の受信部分における各要素に対する前記第２の送信部分における各要素の第２の推定された位置を計算する工程、および
前記第１の推定された位置および前記第２の推定された位置を用いて前記第１の場の要素に対する前記フィールド・プローブの位置を計算する工程を含む方法。
【請求項２】
一定のフィールド・プローブを位置決めするための方法において、
複数の第１の場を発生する要素を複数の場所に配置する工程、
複数の第２の場を発生する要素を前記第１の場を発生する要素の一定の動作空間内に配置する工程、
前記フィールド・プローブを前記第２の場を発生する要素の一定の動作空間内に配置する工程、
前記第２の場を発生する要素のそれぞれにエネルギー供給して、前記フィールド・プローブにおける前記第２の場を発生する要素からのそれぞれの第１の発生された場の第１の測定を行なう工程、
前記第１の測定に応じて、前記第２の場を発生する要素に対する前記フィールド・プローブの第１の位置を計算する工程、
前記第１の場を発生する要素のそれぞれにエネルギー供給して、前記第２の場を発生する要素内における前記第１の場を発生する要素からのそれぞれの第２の発生された場の第２の測定を行なう工程、
前記第２の測定に応じて、前記第１の場を発生する要素に対する前記第２の場を発生する要素のそれぞれの第２の位置を計算する工程、および
前記第１の位置および前記第２の位置を用いて前記複数の既知の場所に対する前記フィールド・プローブの位置を計算する工程を含む方法。
【請求項３】
一定の物体を位置決めするための装置において、
複数の既知の場所に配置されている複数の第１の場を発生する要素、
前記第１の場を発生する要素の一定の動作空間内に配置されている複数の第２の場を発生する要素、
前記物体に取り付けられている一定のフィールド・プローブ、
前記第１の場を発生する要素および前記第２の場を発生する要素に所望の順序でエネルギー供給してそれぞれの第１の発生された場および第２の発生された場を発生するための一定のエネルギー供給装置を備えており、前記第２の発生された場に応答して第１の信号が前記フィールド・プローブにより発生され、前記第１の発生された場に応答して第２の信号が前記第２の場を発生する要素により発生され、さらに
前記第１の信号を受信および処理して、前記第２の場を発生する要素に対する前記フィールド・プローブの第１の位置を決定するため、および前記第２の信号を受信および処理して、前記第１の場を発生する要素に対する前記第２の場を発生する要素の第２の位置を決定するために連結していて、前記第１の位置および第２の位置に基づいて前記複数の既知の場所に対する前記物体の一定の位置を計算することに適合している一定の計算装置を備えている装置。
【請求項４】
一定の生活している被検体の体内において一定のフィールド・プローブを位置決めするための方法において、
複数の第１の場の要素を複数の既知の場所に配置する工程を含み、これら第１の場の要素が複数の場を感知することができ、さらに、
前記第１の場の要素の一定の動作空間内に複数の第２の場の要素を配置する工程を含み、これら第２の場の要素が複数の場を発生することができ、前記第１の場の要素および第２の場の要素が前記体の外部にそれぞれ配置されており、さらに
前記フィールド・プローブを前記体の内部における前記第２の場の要素の一定の動作空間内に配置する工程を含み、当該フィールド・プローブが複数の場を感知することができ、さらに
前記第２の場の要素のそれぞれにエネルギー供給して前記フィールド・プローブにおける前記第２の場の要素からのそれぞれの発生された場の第１の測定を行ない、前記第１の場の要素のそれぞれにおける前記それぞれの発生された場の第２の測定を行なう工程、
前記第１の測定に応じて、前記第２の場の要素に対する前記フィールド・プローブの第１の位置を計算する工程、
前記第２の測定に応じて、前記第１の場の要素に対する前記第２の場の要素のそれぞれの第２の位置を計算する工程、および
前記第１の位置および第２の位置を用いて前記複数の既知の場所に対する前記フィールド・プローブの一定の位置を計算する工程を含む方法。
【請求項５】
一定の生活している被検体の体内において一定のフィールド・プローブを位置決めするための方法であって、当該フィールド・プローブが一定のセンサーを取り付けている一定の医療器具であり、さらに、
複数の第１の場を発生する要素を前記体の外部における複数の既知の場所に配置する工程、
複数の第２の場を発生する要素を前記体の外部であって前記第１の場を発生する要素の一定の動作空間内に配置する工程を含み、これら第２の場を発生する要素が複数の場を感知することができ、さらに
前記フィールド・プローブを前記体の内部における前記第２の場を発生する要素の一定の動作空間内に配置する工程、
前記第２の場を発生する要素のそれぞれにエネルギー供給して、前記フィールド・プローブにおける前記第２の場を発生する要素からのそれぞれの第１の発生された場の第１の測定を行なう工程、
前記第１の測定に応じて、前記第２の場を発生する要素に対する前記フィールド・プローブの第１の位置を計算する工程、
前記第１の場を発生する要素のそれぞれにエネルギー供給して、前記第２の場を発生する要素内における前記第１の場を発生する要素からのそれぞれの第２の発生された場の第２の測定を行なう工程、
前記第２の測定に応じて、前記第１の場を発生する要素に対する前記第２の場を発生する要素のそれぞれの第２の位置を計算する工程、および
前記第１の位置および第２の位置を用いて前記複数の既知の場所に対する前記フィールド・プローブの一定の位置を計算する工程を含む方法。
【請求項６】
一定の生活している被検体の体内において一定の物体を位置決めするための装置において、
前記体の外部における複数の既知の場所において配置されている複数の第１の場を発生する要素、
前記体の外部であって前記第１の場を発生する要素の一定の動作空間内に配置されている複数の第２の場を発生する要素、
前記物体に取り付けられている一定のフィールド・センサー、
前記第１の場を発生する要素および前記第２の場を発生する要素に所望の順序でエネルギー供給してそれぞれの第１の発生された場および第２の発生された場を発生するための一定のエネルギー供給装置を備えており、前記第２の発生された場に応答して第１の信号が前記フィールド・センサーにより発生され、前記第１の発生された場に応答して第２の信号が前記第２の場を発生する要素により発生され、さらに
前記第１の信号を受信および処理して、前記第２の場を発生する要素に対する前記フィールド・センサーの第１の位置を決定するため、および前記第２の信号を受信および処理して、前記第１の場を発生する要素に対する前記第２の場を発生する要素の第２の位置を決定するために連結していて、前記第１の位置および第２の位置に基づいて前記複数の既知の場所に対する前記体内における物体の一定の位置を計算することに適合している一定の計算装置を備えている装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一定のプローブの位置および配向を決定するためのシステムに関連している。特に、本発明はプローブの位置、配向またはこれらの両方を検出するための基準フィールド・トランスデューサを伴う一定のプローブの使用に関連している。
【背景技術】
【０００２】
従来の外科処置は治療のために体内における一定の患部または器官を露出するために各身体構造の中を通して切断する処理を含む。これらの処置は患者に対して相当な傷害を形成するので、体内の各種の構造を治療または測定するために種々の身体の開口部または小孔を通して体内に挿入される各種のプローブを使用する最少に侵襲性の処置がこれまでに開発されてきた。例えば、種々の内視鏡は一定の先端部および一定の基端部を有する一定の細長い本体部分を有している。このプローブの本体部分の先端部は一定の体内開口部の中を通して胃腸管の中に挿入できる。この内視鏡はカメラまたはファイバー光学機器等のような種々の光学装置を備えてその先端部の周囲の種々の組織の観察を可能にすることができる。外科手術は上記内視鏡の本体部分の中における一定の通路の中を通して種々の外科器具を挿入および操作することにより行なうことができる。腹腔鏡および関節鏡等のような別の特殊化したプローブは治療または測定する身体構造部分に到達するために周囲の組織の中に形成した種々の小孔の中を通して体内に挿入される。さらに、カテーテル等のような別のプローブは一定の静脈または動脈、あるいは、尿導管等のような別の体内通路の中を通す等のような、一定の脈管系の中を通して進行できる。さらに、非医療的な領域において、ボアスコープ等のようなプローブが広い工業的用途を有している。
【０００３】
医者は処置中に触診によるか、蛍光透視法による等のような、プローブおよび身体を継続的に画像処理することにより、体内における所望の位置にそのプローブを案内することができる。さらに、このプローブが光学的な要素を含む場合には、この医者はそのプローブの先端部を囲っている組織の視覚的な観察に基づいてそのプローブを案内することができる。しかしながら、このような方法の選択は種々の光学要素に適応するために十分な大きさの従来的な内視鏡等のようなプローブのみにおいて利用可能である。さらに、光学的な案内手段は通常においてプローブの先端部が一定の中空の内部において配置されている場合にのみに有用であり、このことは通常においてそのプローブを種々の中実または半中実の組織の中に案内することにおいて有用でない。
【０００４】
種々のホール（Hall）効果装置、磁気抵抗装置、コイルまたはその他のアンテナ類等のような１個以上のフィールド・トランスデューサを用いて体内における一定のプローブの位置および配向を決定することが知られており、これらの装置は一般的にプローブの先端部の近くに、あるいは、プローブの先端部に対して一定の正確に知られている位置に配置される。さらに、このようなシステムは一定の基準の外部フレームを形成するために身体の外部に配置される１個以上の基準フィールド・トランスデューサを利用している。これらの基準フィールド・トランスデューサは種々の磁場、電磁放射線または超音波振動のような音響エネルギー等の非イオン化性の場または場の成分を伝達または検出するために動作できる。このように外部基準のフィールド・トランスデューサとプローブのフィールド・トランスデューサとの間において種々の場を伝達することにより、これらの装置の間における場の伝達の特性を決定することができ、さらに、これらの特性を基準の外部フレーム内においてそのプローブの位置および配向を決定するために使用できる。この外部のフィールド・トランスデューサの基準フレームは磁気共鳴画像処理データ、コンピュータ化軸方向Ｘ線断層写真術（ＣＡＴ）データ、または従来のＸ線画像処理データ等のような画像処理データの基準フレームに整合することができ、上記システムから導出される位置および配向のデータが患者の身体の一定の画像に重ね合わされたプローブの一定の表現として表示できる。これにより、医者はこの情報を用いてプローブを患者の体内における所望の位置に案内して、その体内構造の治療または測定中にそのプローブの位置および配向をモニターすることができる。このような構成はプローブの先端部を種々の体内構造の中に案内するための医者の能力を大幅に高めて、触診のみによりプローブを体内において操縦する従来の方法に優る有意義な利点を提供している。また、上記の方法は操縦の目的のために周囲の組織の光学的な画像を得ることを必要としないので、この技法は種々の光学要素に敵応するには小さすぎる各種のプローブと共に使用できる。このようなトランスデューサに基づくシステムはまた処置中における一定のプローブおよび患者の継続的な画像処理によるプローブの操縦に伴う困難さ、および、例えば、蛍光透視法によるシステムにおいて固有のイオン化放射線に対する延長された暴露等の特定の危険性も回避している。
【０００５】
上記のような磁気位置検出システムにおける基準フィールド用のトランスデューサまたはコイルは一般的に一定の手術室の天井等のような場所における一定の固定した移動不可能なアレイの中に備えられているか、手術用または特性決定用のテープルに強固に固定されている。上記システムが一定の患者の体内における一定のプローブの位置を追跡するために用いられる種々の医療用途において、そのコイルの取り付け様式により患者に対する医者による自由な接近を妨げる可能性がある。
【０００６】
「インデペンデントリー・ポジショナブル・トランスデューサ・フォー・ロケーション・システム（Independently Positionable Transducers for Location System）」を発明の名称とする特許文献１および「ムーバブル・トランスミット・オア・レシーブ・コイルズ・フォー・ロケーション・システム（Movable Transmit or Receive Coils for Location System）」を発明の名称とする特許文献２は一定の患者の体内における一定のプローブの位置を決定するための一定のシステムを記載している。なお、これらの公報における開示は本明細書において参考文献として含まれる。これらが記載しているシステムは複数のプローブ・フィールド・トランスデューサを有する一定のプローブおよび複数の基準フィールド・トランスデューサを備えている。これらの基準フィールド・トランスデューサは一定の患者の身体に近接して所望のそれぞれの位置に互いに対して独立して移動可能である。さらに、複数の較正トランスデューサが各フィールド・トランスデューサがそれぞれの所望の位置に配置された後にこれらのフィールド・トランスデューサの互いに対する相対的な位置を決定する。その後、非イオン化性の場が上記プローブと基準フィールド・トランスデューサとの間に伝達されて検出される。さらに、これらの検出された場から、上記プローブの各基準フィールド・トランスデューサに対する相対的な位置が決定される。
【０００７】
上記特許文献２において、１個以上の小型のフィールド・トランスデューサを含む一定の放射装置が一定の患者の近くに配置されている。この放射装置は小型であり、一定の医者による一定の患者の身体に対する接近を実質的に妨げない。しかしながら、この放射装置はそのトランスデューサの小型の寸法により一定の小さな検出空間を有する。それゆえ、この公報は一定の移動可能な放射装置の使用を教示しており、この放射装置は手術中に再位置決めすることが可能である。さらに、１個以上の基準要素が一定の患者の身体に取り付けられている。これらの基準要素は一般に一定の外科的な工具またはプローブをその身体に整合するために用いられる。加えて、この放射装置を移動する際に、これらの基準要素は患者の身体における基準のフレームに対するその放射装置の位置を設定するために必要である。
【０００８】
上記検出空間の大きさは一般に上記の放射装置または受信機の大きさにより決まる。背部の種々等のような、一部の種類の外科手術において、上記放射装置の大きさおよび検出空間の大きさがその手術を制限する可能性がある。すなわち、大型の放射装置は一定の医者またはその他の医療の職員の移動を妨げる可能性があり、解像度が比較的に低くなると考えられる。一方、多くの場所を取らない小型の放射装置は高い解像度が得られるが、一般に適当な検出空間を有することができない。
【０００９】
上記のことを補うために、上記特許文献２において開示されているシステムは複数の放射装置を備えており、これらは多数個のセンサーの位置を決定するためにそれぞれ用いられている。このような多数個のセンサーを使用することにより、それぞれが比較的に小さな検出空間を有している複数の小型の放射装置の使用を可能にしている。この方法はその位置決定の解像度を高めている。
【００１０】
開示内容が本明細書において参考文献として含まれる「Ｘレイ・ガイデッド・サージカル・ロケーション・システム・ウイズ・エクステンデッド・マッピング・ボリューム（X-ray Guided Surgical Location System with Extended Mapping Volume）」を発明の名称とする特許文献３は種々の医療用途に適している一定の位置決めシステムを開示しており、このシステムは一定の座標感知装置を好ましくは一定の外科用の器具または工具の基端部の近くに備えている。さらに、一定の基準要素が同様に好ましくは上記工具の感知装置と類似している一定の座標感知装置を備えており、さらに、少なくとも３個のＸ線基準マークを当該要素における感知装置に対してそれぞれ既知の位置に備えている。これらの基準マークは上記要素の位置および配向、さらに、その感知装置の位置および配向をそれぞれのＸ線画像において完全に定めるために配置されている。さらに、上記システムは１個以上の小型磁場トランスデューサ、好ましくは放射装置を備えており、これらは一定の患者に対して移動可能である。
【００１１】
上記座標感知装置のそれぞれは１個以上の磁場応答性のコイルを含み、これらのコイルは１個以上の放射装置により発生される外部から供給された一定の磁場に応答して種々の電気的な信号を発生する。その後、これらのコイルにより発生される信号は患者の身体の近くに配置されている一定の共通の組の磁場放射装置に基づく一定の基準フレームに対する上記工具および基準要素の両方の６次元の位置および配向の座標を決定するために処理される。上記の座標感知装置を一般的に患者の下方に取り付けられる一定の固定式の位置決めパッドとして構成することが知られている。このような位置決めパッドはバイオセンス・ウェブスター社（Biosense Webster, Inc.）（３３３３ダイアモンド・キャニオン・ロード、ダイアモンド・バー、カリフォルニア州、９１７６５、米国）から入手可能なカルト（CARTO）（商標）システムの一部品として入手可能である。
【００１２】
上記の患者の近くに配置される放射装置および受信機は上記センサーに対して種々の場を送受信する。それぞれの放射装置または受信機は一定の特徴的な「検出空間（detection volume）」を有しており、この空間内において、それぞれの場が上記センサーに関連する十分な強さの信号を発生するための十分な強度を有しており、これにより、上記外科工具の位置が一定の所望の程度の精度で決定できる。上記基準要素は一定の身体に対する上記放射装置の全ての所望の位置に対して少なくとも１個の基準要素が当該放射装置の検出空間内に配置されるような一定の十分な密度でその身体上に配置される。
【００１３】
上述したように、上記位置感知システムは以前に得た断層写真または磁気共鳴画像処理（ＭＲＩ）の各画像に対して一定の工具の位置を整合するために使用できる。しかしながら、医者は一般に予め記録された画像にのみ依存することを好まない。すなわち、手間がかかることに加えて、その画像が記録された時間とその医療処置の実行との間の厳密な解剖学的関係における変化の危険性が存在する。
【００１４】
それゆえ、一定の外科工具を追跡するための一定の基準フレームまたは基準点および位置センサーの使用に加えて、その工具が実際に各位置センサーにより指示されている位置にあるかを確認するために蛍光透視法によるＸ線画像処理がこれまでに用いられてきた。とりわけ、この確認は基準フレームが患者の解剖学的構造に対してずれていないことを確かめるため、および各位置センサーからの位置の読み取りがずれていないことを確かめるために必要である。すなわち、一定の外科工具の角度および侵入の深さにおける誤差は明らかに深刻な結果を生じる可能性がある。しかしながら、上述したように、蛍光透視法は医療の職員および患者に対する放射線の危険性を含む既知の不都合点を有している。
【特許文献１】ＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ９７／２９６８５号明細書
【特許文献２】ＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ９７／２９６８３号明細書
【特許文献３】ＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ９８／３５７２０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
それゆえ、種々のフィールド・トランスデューサの位置を調節および最適化することにより、上述したようなプローブ追跡システム、および一定の人体に対する電磁場またはその他の非イオン化性の場の供給を含む別の種類のシステムの精度および効力を高めることが望ましいと考えられる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
それゆえ、本発明の一部の態様における主目的は一定のプローブに対応する一定の位置決めシステムの精度を高めることである。
【００１７】
本発明の一部の態様における別の目的は種々の金属製の物体による干渉を減少することにより一定の位置決めシステムの信頼性を高めることである。
【００１８】
本発明の上記およびその他の目的は動作の一定領域内、例えば、一定の患者の体内において一定のプローブを追跡するための一定のシステムにより達成される。このシステムはそれぞれの固定された位置に配置されている一組の一次放射装置を備えている。これらの一次放射装置は当該一次放射装置に対する複数の二次放射装置の位置を追跡するために一定の制御ユニットにより駆動される。さらに、上記の二次放射装置は随意的に移動可能であり、当該二次放射装置に対する一定のプローブの位置を追跡するために駆動される。その後、上記一次放射装置の固定された各位置に対する上記プローブの対応位置を決定するために一定の計算が行なわれる。さらに、上記階層的な放射装置の再帰的な使用により、上記位置決めシステムの精度および信頼性が高まる。これらの放射装置はその階層の各段階においてその階層の次の段階による検出のため、および近くの金属製の物体による干渉の最小化のために局所的に最適化されたそれぞれの場を発生する。さらに、上記システムは一定の基準座標システムに対する上記プローブの角度的な位置合わせの決定も可能である。
【００１９】
本発明は一定のフィールド・プローブを位置決めするための方法を提供しており、この方法は第１の群の第１の場の要素を既知の各場所に配置すること、第２の群の第２の場の要素を上記第１の場の要素の一定の動作空間内に配置すること、および上記フィールド・プローブを上記第２の場の要素の一定の動作空間内に配置することにより行なわれる。第１の送信部分が上記第１の群および第２の群の一部分の１個により定められる。また、第１の受信部分が上記第１の群および第２の群の別の部分により定められる。上記第１の送信部分および第１の受信部分の内の少なくとも１個は少なくとも２個の構成要素を有している。さらに、第２の送信部分が上記第２の群およびフィールド・プローブの内の１個により定められる。また、第２の受信部分が上記第２の群およびフィールド・プローブの別の１個により定められる。上記方法は上記第１の送信部分および第１の受信部分を作動して少なくとも１個の第１の発生された場を生成する処理を含み、上記第１の受信部分における当該第１の発生された場の第１の測定を行なう処理を含む。さらに、この第１の測定に応じて上記第１の送信部分における各構成要素の第１の推定された位置が上記第１の受信部分の各構成要素に対して計算される。さらに、上記方法は上記第２の送信部分および第２の受信部分を作動して少なくとも１個の第２の発生された場を生成する処理を含み、上記第２の受信部分における当該第２の発生された場の第２の測定を行なう処理を含む。さらに、この第２の測定に応じて上記第２の送信部分における各構成要素の第２の推定された位置が上記第２の受信部分の各構成要素に対して計算される。さらに、これら第１の推定された位置および第２の推定された位置を用いて上記第１の場の要素に対する上記フィールド・プローブの位置を計算する。
【００２０】
上記方法の一例の態様は上記第１の測定を行なう工程、および上記第２の場の要素の１個に対する上記第１の場の要素のそれぞれの第１の推定された位置が計算されるまで当該第１の推定された位置を計算する工程を繰り返す処理を含む。
【００２１】
上記方法の別の態様は上記第１の測定を行なう工程、および上記第２の場の要素のそれぞれに対する上記第１の場の要素のそれぞれの第１の推定された位置が計算されるまで当該第１の推定された位置を計算する工程を繰り返す処理を含む。
【００２２】
また、上記方法のさらに別の態様は上記第２の測定を行なう工程、および上記フィールド・プローブに対する上記第２の場の要素のそれぞれの第２の推定された位置が計算されるまで当該第２の推定された位置を計算する工程を繰り返す処理を含む。
【００２３】
また、本発明の別の態様によれば、上記第１の発生された場および第２の発生された場がそれぞれ磁場である。
【００２４】
上記方法のさらに別の態様よれば、上記第１の測定および第２の測定がそれぞれ場の強さの測定である。
【００２５】
また、上記方法の別の態様は上記第１の発生された場の配向を決定する処理、および当該配向を用いて上記第１の場の要素に対する上記フィールド・プローブの一定の方向の配向を計算する処理を含む。
【００２６】
上記方法のさらに別の態様によれば、上記第１の群が３個の第１の場の要素を有しており、上記第２の群が３個の第２の場の要素を有している。
【００２７】
また、上記方法のさらに別の態様によれば、上記第２の発生された場の勾配が上記第１の場の勾配よりも大きい。
【００２８】
さらに、上記方法の別の態様によれば、上記第１の発生された場の強さが上記第２の発生された場の強さよりも大きい。
【００２９】
上記方法の一例の態様において、上記第２の場の要素が上記フィールド・プローブと上記第１の場の要素との間に存在している一定の領域内に配置されている。
【００３０】
本発明は一定のフィールド・プローブを位置決めするための一定の方法を提供しており、この方法は複数の既知の場所に複数の第１の場を発生する要素を配置すること、当該第１の場を発生する要素の一定の動作空間内に複数の第２の場を発生する要素を配置すること、上記フィールド・プローブを上記第２の場を発生する要素の一定の動作空間内に配置すること、当該第２の場を発生する要素のそれぞれにエネルギー供給して上記フィールド・プローブにおけるこれらのそれぞれの第１発生された場の第１の測定を行なうことを含む。この第１の測定に応じて、上記フィールド・プローブの第１の位置が上記第２の場を発生する各要素に対して計算される。さらに、上記方法は上記第１の場を発生する要素のそれぞれに対してエネルギー供給すること、および上記第２の場を発生する要素におけるこれらのそれぞれの第２の発生された場の第２の測定を行なうことを含む。さらに、この第２の測定に応じて、上記第２の場を発生する要素の上記第１の場を発生する要素に対するそれぞれの第２の位置が計算される。さらに、これらの第１の位置および第２の位置を用いて上記既知の各位置に対する上記フィールド・プローブの一定の位置を計算する。
【００３１】
上記方法の一例の態様は上記第１の場を発生する要素にエネルギー供給する工程、上記第２の場を発生する要素にエネルギー供給する工程、上記第１の測定を行なう工程、上記第２の測定を行なう工程、および上記フィールド・プローブの位置の一定の新しい推定値が所定の許容範囲内で当該フィールド・プローブの位置の前の推定値に一致するまで上記第２の位置を計算しなおす工程を繰り返す処理を含む。
【００３２】
上記方法のさらに別の態様によれば、上記第１の測定および第２の測定はそれぞれ場の強さの測定を含む。
【００３３】
また、上記方法のさらに別の態様において、上記第１の測定は上記第１の発生された場の一定の配向を決定すること、および当該第１の発生された場の配向を用いて上記フィールド・プローブの上記第１の場を発生する要素に対する一定の角度的な配向を計算することにより行なわれる。
【００３４】
上記方法の別の態様によれば、３個の第１の場を発生する要素および３個の第２の場を発生する要素が存在している。
【００３５】
また、上記方法の一例の態様によれば、上記第２の発生された場の勾配が上記第１の発生された場の勾配よりも大きい。
【００３６】
上記方法の別の態様によれば、上記第１の発生された場の強さが上記第２の発生された場の強さよりも大きい。
【００３７】
さらに、上記方法の別の態様において、上記第２の場を発生する要素が上記フィールド・プローブと上記第１の場を発生する要素との間に存在している一定の領域内に配置されている。
【００３８】
本発明は一定の物体を位置決めするための一定の装置を提供しており、この装置は複数の既知の場所に配置されている複数の第１の場を発生する要素、当該第１の場を発生する要素の一定の動作空間内に配置されている複数の第２の場を発生する要素、上記物体に取り付けられている一定のフィールド・プローブ、上記第１の場を発生する要素および上記第２の場を発生する要素に一定の所望の順序でエネルギー供給してそれぞれの第１の発生された場および第２の発生された場を発生するための一定のエネルギー供給装置を備えている。第１の信号が上記第２の発生された場に応じて上記フィールド・プローブにより発生される。さらに、第２の信号が上記第１の発生された場に応じて上記第２の場を発生する要素により発生される。さらに、一定の計算装置が上記第１の信号を受信および処理して、上記第２の場を発生する要素に対する上記フィールド・プローブの第１の位置を決定するため、および上記第２の信号を受信および処理して、上記第１の場を発生する要素に対する上記第２の場を発生する要素の第２の位置を決定するために連結している。この計算装置は上記第１の位置および第２の位置に基づいて上記既知の場所に対する上記物体の一定の位置を計算することに適合している。
【００３９】
上記装置の一例の態様によれば、上記計算装置はさらに、上記第１の信号および第２の信号に応じて上記フィールド・プローブの角度的な配向を計算することに適合している。
【００４０】
本発明の別の態様によれば、３個の第１の場を発生する要素および３個の第２の場を発生する要素が存在している。
【００４１】
上記第２の発生された場の勾配は上記第１の発生された場の勾配よりも大きい。
【００４２】
上記装置の一例の態様によれば、上記第１の発生された場の強さは上記第２の発生された場の強さよりも大きい。
【００４３】
上記装置の別の態様によれば、上記第２の場を発生する要素は上記フィールド・プローブと上記第１の場を発生する要素との間に存在している一定領域内に配置されている。
【００４４】
上記装置のさらに別の態様において、一定の送信機が上記第２の場を発生する要素に接続しており、当該第２の場を発生する要素の出力が一定の無線経路を介して上記計算装置に伝達される。
【００４５】
上記装置のさらに別の態様によれば、上記第１の場を発生する要素および第２の場を発生する要素がそれぞれコイルであり、これらはエネルギー供給される時にそれぞれ磁場を発生することに適合している。
【００４６】
上記装置の一例の態様によれば、上記第１の場を発生する要素のコイルは上記第２の場を発生する要素のコイルよりも大きな直径である。
【００４７】
本発明は一定の生活している被検体の体内に一定のフィールド・プローブを位置決めするための方法を提供しており、この方法は複数の既知の場所に複数の第１の場の要素を配置する処理を含む。これら第１の場の要素は複数の場を感知することができる。さらに、この方法は上記第１の場の要素の一定の動作空間内に複数の第２の場の要素を配置する処理を含む。これら第２の場の要素は複数の場を発生することができる。さらに、上記第１の場の要素および第２の場の要素は体外に配置されている。さらに、上記方法は体内における上記第２の場の要素の一定の動作空間内に上記フィールド・プローブを配置する処理を含む。また、上記方法は上記第２の場の要素にエネルギー供給する処理および上記フィールド・プローブにおける当該第２の場の要素のそれぞれの発生された場の第１の測定を行なう処理、および上記第１の場の要素のそれぞれにおけるそれぞれの発生された場の第２の測定を行なう処理を含む。上記第１の測定に応じて、上記フィールド・プローブの第１の位置が上記第２の場の要素に対して計算される。さらに、上記第２の測定に応じて、上記第２の場の要素のそれぞれの第２の位置が上記第１の場の要素に対して計算される。これらの第１の位置および第２の位置は上記フィールド・プローブの上記複数の既知の場所に対する一定の位置を計算するために用いられる。
【００４８】
上記方法の一例の態様によれば、上記複数の場はそれぞれ磁場である。
【００４９】
上記方法のさらに別の態様は上記エネルギー供給する工程、上記第１の測定を行なう工程、上記第２の測定を行なう工程、および上記フィールド・プローブの位置の新しい推定値が所定の許容範囲内で当該フィールド・プローブの位置の前の推定値に一致するまでそのフィールド・プローブの位置を計算しなおす工程を繰り返す処理を含む。
【００５０】
上記方法のさらに別の態様によれば、上記第１の測定および第２の測定は場のそれぞれ強さの測定である。
【００５１】
上記方法の一例の態様はそれぞれの発生された場の一定の配向を決定する処理、およびこの配向を用いて上記第１の場の要素に対する上記フィールド・プローブの一定の角度的な調節値を計算する工程を含む。
【００５２】
上記方法の別の態様によれば、３個の第１の場の要素および３個の第２の場の要素が存在している。
【００５３】
上記方法のさらに別の態様において、上記第２の場の要素は上記フィールド・プローブと上記第１の場の要素との間に存在している一定領域内に配置されている。
【００５４】
本発明は一定の生活している被検体の体内に一定のフィールド・プローブを位置決めするための方法を提供しており、このフィールド・プローブは一定のセンサーが取り付けられている一定の医療器具である。この方法は体外における複数の既知の場所に複数の第１の場を発生する要素を配置する処理、および体外であって上記第１の場を発生する要素の一定の動作空間内に複数の第２の場を発生する要素を配置する処理を含む。これら第２の場を発生する要素は複数の場を感知することができる。さらに、この方法は体内における上記第２の場を発生する要素の一定の動作空間内に上記フィールド・プローブを配置する処理、これらの第２の場を発生する要素のそれぞれにエネルギー供給する処理、および上記フィールド・プローブにおける上記第２の場を発生する要素からのそれぞれの第１の発生された場の第１の測定を行なう処理を含む。この第１の測定に応じて、上記フィールド・プローブの第１の位置が上記第２の場を発生する要素に対して計算される。さらに、上記方法は上記第１の場を発生する要素のそれぞれにエネルギー供給する処理、および上記第２の場を発生する要素における上記第１の場を発生する要素からのそれぞれの第２の発生された場の第２の測定を行なう処理を含む。この第２の測定に応じて、上記第２の場を発生する要素のそれぞれの第２の位置が上記第１の場を発生する要素に対して計算される。これらの第１の位置および第２の位置は上記フィールド・プローブの上記複数の既知の場所に対する一定の位置を計算するために用いられる。
【００５５】
本発明は一定の生活している被検体の体内に一定の物体を位置決めするための一定の装置を提供しており、この装置は体外における複数の既知の場所に配置されている複数の第１の場を発生する要素、体外であって上記第１の場を発生する要素の一定の動作範囲内に配置されている複数の第２の場を発生する要素、上記物体に取り付けられている一定のフィールド・センサー、およびそれぞれの第１の発生された場および第２の発生された場を発生するために一定の所望の順序で上記第１の場を発生する要素および第２の場を発生する要素にエネルギー供給するための一定のエネルギー供給装置を備えている。第１の信号が上記第２の発生された場に応じて上記フィールド・センサーにより発生され、第２の信号が上記第１の発生された場に応じて上記第２の場を発生する要素により発生される。さらに、一定の計算装置が上記第２の場を発生する要素に対する上記フィールド・センサーの第１の位置を決定するために上記第１の信号を受信して処理し、上記第１の場を発生する要素に対する上記第２の場を発生する要素の第２の位置を決定するために上記第２の信号を受信して処理するために連結されていて、これら第１の位置および第２の位置に基づいて上記複数の既知の場所に対する体内における上記物体の位置を決定することに適合している。
【発明の効果】
【００５６】
従って、本発明によれば、種々のフィールド・トランスデューサの位置を調節および最適化することにより、一定のプローブ追跡システム、および一定の人体に対する電磁場またはその他の非イオン化性の場の供給を含む別の種類のシステムの精度および効力を高めることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
以下の説明において、本発明の完全な理解を提供するために多数の特定の詳細な部分が説明されている。しかしながら、当該技術分野における熟練者において、本発明がこれらの特定の詳細な部分を伴わずに実施可能であることが明らかになると考えられる。さらに、本発明を不要に不明確にしないために、周知の回路および制御論理回路は詳細に示されていない。
【００５８】
次に、各図面において、図１が先ず参照されており、この図は本発明の一定の好ましい実施形態に従って構成されて動作する一定のシステムの斜視図である。本発明のこの好ましい実施形態は一定の医療用途に関連して開示されているが、本発明は種々の医療用途に限定されず、多くの非医療的な分野においても使用可能である。
【００５９】
システム１０は一定の患者の身体１６の中における動作領域１４内においてカテーテル等のような一定のプローブ１２を追跡するために備えられている。この身体１６は一定の手術台１８により支持されている。プローブ１２は一定のフィールド・センサー２０を備えており、このフィールド・センサー２０は、以下においてさらに詳細に説明されているように、外部から供給される磁場に応答して一定の信号を発生する。好ましくは、このフィールド・センサー２０は本明細書において参考文献として含まれるＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ９６／０５７６８号において記載されているような一定の小型の磁場応答性のコイルまたはこのような複数のコイルにより構成されている。また、一部の実施形態において、上記フィールド・センサー２０は本明細書において参考文献として含まれる米国特許第６，２６６，５５１号において開示されているような内部に較正データが記録されている一定のプログラム可能な微小回路（microcircuit）を備えている。
【００６０】
上記システム１０は一定の座標系２４に基づいて複数の固定された場所に配置されている一組の一次放射装置２２を備えている。これらの一次放射装置２２は当該一次放射装置２２のそれぞれの固定された場所に対する一組の二次放射装置２８の位置を追跡するために一定の制御装置２６の制御下に駆動される。さらに、二次放射装置２８は当該二次放射装置２８に対する上記プローブ１２内のフィールド・センサー２０の位置を追跡するために制御装置２６の制御下に駆動される。その後、一次放射装置２２のそれぞれの固定された位置に対するプローブ１２の対応位置を決定するために一定の計算が行なわれる。これらの一次放射装置２２および二次放射装置２８は全てフィールド・トランスデューサを有しており、これらのフィールド・トランスデューサは一般的にコイルまたはその他のアンテナ装置である。種々の種類の一次放射装置２２および二次放射装置２８およびプローブ１２のフィールド・トランスデューサが周波数分割多重処理、コード・ダイバーシティ多重処理、または時分割多重処理、ならびに、これらの多重処理方式の種々の組み合わせにより多重化できる。これらの一次放射装置２２および二次放射装置２８における使用に適している種々の放射装置が上記特許文書のＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ９７／２９６８５号および同第ＷＯ  ９７／２９６８３号において開示されている。さらに、有用な放射装置の設計に関連している別の情報が上記特許文書のＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ９６／０５７６８号において記載されている。
【００６１】
上記制御装置２６は一定の計算装置またはコンピュータ３０および一定の表示装置３２を備えている。この制御装置２６は一定のリード線３６を介して一定のフィールド送受信装置３４に接続している。このフィールド送受信装置３４は上記制御装置２６の種々の命令を実行してケーブル３８を介して一次放射装置２２を駆動し、リード線４０を介して二次放射装置２８を駆動するための一定のエネルギー供給装置である。また、このフィールド送受信装置３４は一次放射装置２２、二次放射装置２８およびフィールド・センサー２０からのそれぞれの信号を受信してこれらを制御装置２６に中継して戻す。
【００６２】
上記一次放射装置が場を操作および発生している間に、一定の電流が二次放射装置２８の中に生じて流れる。この誘発された電流に応じて、一定の信号が各リード線４０を介して各二次放射装置２８から制御装置２６に送られる。さらに、この制御装置２６のコンピュータ３０は二次放射装置２８の一次放射装置２２に対するそれぞれの位置を決定するためにこれらの信号を分析する。その後、上記フィールド送受信装置３４は各二次放射装置２８の中に一定の駆動電流を送り込み、これらに場をそれぞれ発生させる。さらに、上記フィールド・センサー２０がこれら二次放射装置２８により発生されるそれぞれの場に応答する。その後、このフィールド・センサー２０の出力は制御装置２６に送られる。これにより、コンピュータ３０はそれぞれの二次放射装置２８に対する、さらに最終的にそれぞれの一次放射装置２２に対するフィールド・センサー２０の位置を計算する。この計算のために、用語の「位置（position）」はその用途に応じて空間内におけるフィールド・センサー２０の位置およびその方向に関する配向のいずれかまたは両方を意味する。上記システム１０はフィールド・センサー２０の三次元的な空間座標、その方位角度および仰角座標、およびその主軸回りの回転角度を決定することができる。上述したように、２種類の独立した位置の測定方法が存在しており、これらのそれぞれは、例えば、本明細書において参考文献として含まれるＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ９４／０４９３８号において開示されている方法により達成できる。さらに、上記フィールド・センサー２０の方向に関する配向が随意的に決定される。
【００６３】
上記のフィールド・センサー２０および二次放射装置２８の役割を逆にすることは同等に可能である。このような実施形態においては、単一の磁場がフィールド・センサー２０に代わる一定のフィールド発生装置により生成され、二次放射装置２８は異なる場所からの場の強さおよび配向を感知する複数のフィールド・センサーにより置き換えられる。用語の「作動する（actuating）」または「作動（actuation）」は本明細書において用いられているように種々のフィールド発生装置の役割を有する要素が種々の場を発生するためにエネルギー供給され、種々のセンサーの役割を有する要素がこれら種々の場を感知するためにエネルギー供給されることを意味する。
【００６４】
上記二次放射装置２８が２種類のモード、すなわち、上記一次放射装置２２に応じた一定の感知モード、および一定の駆動モードで動作することが明らかである。種々の磁場の勾配および強度に種々の制限を加えることにより許容される一部の用途において、上記二次放射装置２８を一定の駆動モードのみにおいて動作することがさらに効率的になる可能性がある。この場合の一次放射装置２２は一定の感知モードで動作し、これらの一次放射装置２２の二次放射装置２８に対する位置は以下において説明されているように計算できる。さらに、上記フィールド・センサー２０はそれぞれの二次放射装置２８により生成される場に応じて一定の信号を発生し、これら二次放射装置２８に対するその位置がコンピュータ３０により計算可能になる。その後、このフィールド・センサー２０の一次放射装置２２に対する位置が決定可能になる。
【００６５】
「ワイヤレス・ポジション・センサー（Wireless Position Sensor）」を発明の名称とする米国特許出願第１０／０２９，４７３号、あるいは、「インプランタブル・アンド・インサータブル・パッシブ・タグズ（Implantable and Insertable Passive Tags）」を発明の名称とする米国特許出願第１０／０２９，５９５号において記載されているように、上記フィールド・センサー２０は完全に無線式であることが望ましいと考えられ、これらの特許出願は本特許出願と共通の譲受人に所有されており、本明細書において参考文献として含まれる。
【００６６】
上記制御ユニット２６の上記一次放射装置２２を用いて上記二次放射装置２８の各位置を決定する能力、さらに上記プローブ１２の位置を導出する能力は駆動用および感知用の各リード線４０により効率的に達成できる。しかしながら、一部の実施形態において、一定の磁場が上記センサーにより発生される場合に、上記二次放射装置２８もまた無線式の装置にすることができる。
【００６７】
上記二次放射装置２８は一般的に、例えば、一定の接着剤または一定のベルト（図示せず）の使用により上記身体１６の皮膚の近くまたはその上における好都合な位置に配置される。二次放射装置２８はシステム１０の再生速度が十分に高い場合、すなわち、これら二次放射装置２８の各位置が一次放射装置を作動することにより頻繁に更新される場合に固定状態に維持することを必ずしも必要としない。実際に、一部の用途において、一定の医療処置中にそれぞれの二次放射装置２８を移動することが有利である場合がある。例えば、これらの二次放射装置２８は身体１６の一部の中を通すプローブ１２の移動を追跡するために数回にわたり位置合わせしなおすことができる。
【００６８】
次に図２において、この図は上記システム１０（図１）において動作可能な一定の放射装置の配列構造４２の関係を概略的に示している。この放射装置の配列構造４２は３個のフィールド・トランスデューサ４４，４６，４８を有しており、これらは好ましくは同一である。これらのフィールド・トランスデューサ４４，４６，４８は互いに対して任意の所望の位置および配向に配置可能であり、上記複数の二次放射装置２８（図１）の機能を有している。これらのフィールド・トランスデューサ４４，４６，４８により発生される各磁場５０は当該フィールド・トランスデューサの一定の動作空間またはマッピング空間５４の中における一定のプローブ５２の少なくとも一部分に及んでおり、この場合に、これらの場の強さおよび配向が一定の所望の程度の精度で決定可能である。特に、プローブ５２に取り付けられて組み込まれている一定のフィールド・センサー５６は上記マッピング空間５４の中に存在している。
【００６９】
一定の放射装置５８が代表的に示されており、上記の一次放射装置２２（図１）の一つとして機能する。この装置５８は一定の磁場６０を発生する。さらに、上記フィールド・トランスデューサ４４，４６，４８から一定の距離において配置されている別の放射装置５９により生成されている一定の場６２のような類似の特性を有する複数の磁場が存在している。これらの場６０，６２により定められる一定のマッピング空間６４が上記フィールド・トランスデューサ４４，４６，４８を含んでいる。この場合に、上記のそれぞれの場５０により定められるマッピング空間５４はマッピング空間６４よりもはるかに小さい。しかしながら、それぞれの場５０の勾配は上記の場６０，６２の勾配よりもはるかに大きい。一方、それぞれの場５０の強さは上記の場６０，６２の強さよりも一般に小さい。一般的な医療用途において、５ｃｍ乃至６ｃｍのＯＤ（外径）、０．５ｃｍの幅、１０ｃｍ乃至１５ｃｍの動作範囲の好ましいコイルの大きさを用いることにより、５０ｍＧ乃至１００ｍＧの磁場の強さおよび１０Ｇ／ｃｍ乃至２０Ｇ／ｃｍの場の勾配が達成される。
【００７０】
上記放射装置の配列構造４２における磁気的に干渉性の各種物体の存在下における最少の位置誤差を伴う動作の可能性が上記各場５０における、特に上記フィールド・トランスデューサ４４，４６，４８の近くにおける高い場の勾配によることを強調する必要がある。また、上記センサーにおける場の変化による誤差は一次元における位置センサーに変換される。
【数１】
2004261579.tif 000003
この場合に、Ｂは磁場の強さである。それゆえ、上記
2004261579.tif 000004
の値が高くなるほど、場の干渉により生じる誤差が小さくなる。この場の勾配は、その発生源から測定した場合に、１／ｒ4 の関数として比例して降下する。従って、上記フィールド・トランスデューサ４４，４６，４８は各放射装置５８，５９よりもフィールド・センサー５６に対してはるかに近いので、各フィールド・トランスデューサ４４，４６，４８により生成されるそれぞれの場５０のフィールド・センサー５６における場の勾配は各放射装置５８，５９により生成されるそれぞれの場６０，６２の場の勾配よりもはるかに大きい。さらに、上記フィールド・センサー５６における一定の所望の場の勾配が２個の組の比較的に弱い磁場により達成することができ、これらの場の両方が１個のみの組の放射装置が一定の実際的な医療環境内において用いられる場合に必要になると考えられる強さよりもはるかに弱い場の強さを有していることが上記放射装置の配列構造４２の別の利点である。実際に、１個のみの組の場を使用する場合には、そのような組において必要とされる場の強さは上記放射装置の配列構造４２における２個の組の磁場の強さの合計を一般に超えると考えられる。
【００７１】
一般的な医療用途において、上記マッピング空間５４は一定のニードル・ホルダー６６等のような磁気的に干渉性の部材が上記マッピング空間部分６４の中に含まれていてもこれを含まない程度に十分に小さくすることができる。従って、上記場６０，６２のゆがみにより一定の補正が必要になる場合がある。しかしながら、これらの場６０，６２の勾配が低いので、この作用は上記ニードル・ホルダー６６がマッピング空間部分５４の中に存在している場合に考えられる大きさよりもはるかに小さい。この結果として、上記放射装置の配列構造４２は種々の磁気的に干渉性の物体に対する影響を受けにくい。
【００７２】
上記フィールド・トランスデューサ４４，４６，４８のいずれかの位置および角度的な配向は種々の磁場を発生する上記放射装置５８およびその他の一次放射装置を作動して、当該フィールド・トランスデューサ４４，４６，４８内において得られる磁場の成分を検出することにより完全に導出できる。上記ＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ９４／０４９３８号において利用されているアルゴリズムはその発明において全く異なっている目的、すなわち、互いに既知の位置に存在している多数の基準トランスデューサに対する一定のプローブの位置決めのために用いられている。しかしながら、このアルゴリズムは上記フィールド・トランスデューサ４４，４６，４８の位置および配向を検出する目的のために直接的に適用できる。
【００７３】
上記のアルゴリズム、および各フィールド・トランスデューサ４４，４６，４８の任意の選択された１個において検出された場の成分の大きさを用いることにより、上記システムは上記放射装置５８に対するその選択されたフィールド・トランスデューサの位置の初期的な推定を行なうことができる。さらに、この初期的な推定結果および選択されたフィールド・トランスデューサにおいて検出された場の成分の大きさを用いることにより、このシステムはその検出された場の配向角度を計算する。さらに、この新しく計算された配向角度を用いて、上記システムはさらに良好な位置の推定値を計算する。これら最後の２個の工程は所定の許容範囲内において新しい位置の推定値が最近の位置の推定値に一致するまで繰り返される。さらに、上記の手順が上記フィールド・トランスデューサ４４，４６，４８における別の１個に対して連続的にまたは同時に繰り返される。さらに別の言い方をすれば、上記システムは適正な位置および配向角度に変換する。また、上記アルゴリズムのさらに詳細な説明が上記のＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ９４／０４９３８号において記載されている。さらに、この同一のアルゴリズムが上記フィールド・トランスデューサ４４，４６，４８のそれぞれに対する上記フィールド・センサー５６の位置を検出するために使用できる。あるいは、例えば、上記特許文書のＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ９６／０５７６８号または米国特許第５，５５８，０９１号、同第５，３９１，１９９号、同第５，４４３，４８９号および同第５，３７７，６７８号において記載されているような別の位置決定処置も使用可能であり、これらの特許文書は全て本明細書において参考文献として含まれる。
【００７４】
上記の各図面において示されているシステムは各フィールド・トランスデューサの相対的な位置ずれに関する冗長情報を提供する。また、別の実施形態において、上記放射装置の配列構造４２は比較的に少ないフィールド・トランスデューサを使用することにより上記冗長情報の一部を削減するように変更可能である。
【００７５】
上記のマッピング範囲は上記の二次的な位置決めパッドセンサーにより定められ、実際において、このセンサー・マッピング範囲は上記範囲から１５ｃｍまで延出可能である。さらに、これらの二次的な位置決めパッドにおける全てのエミッターは上記マッピング範囲内に存在していることが必要である。
【００７６】
好都合にも、上記放射装置の少なくとも２個の段階の階層性の「再帰的な（recursive）」使用により上記身体１６内のプローブ１２の位置決定の精度が高められる。上記ＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ９７／２９６８３号において開示されているように構成可能な上記の二次放射装置２８のコイルは約５ｃｍ乃至６ｃｍの一定の直径を有している。一方、上記一次放射装置２２のコイルは二次放射装置のコイル２８よりもはるかに大きく、一般的に１０ｃｍの直径である。比較的に小さいコイルほど比較的に大きなコイルに比べてその近傍において比較的に高い磁場の勾配を生じる。このような高い勾配の場はさらに上記プローブ１２の位置の鋭い解像度を提供する。しかしながら、注意すべきことは、上記のカルト（Carto）システムにおいて使用されているパッドのような一定の固定式の位置決めパッドにおける小型のコイルの使用が、その高い勾配の場がプローブ１２に到達する前に極めて速やかにその強度を減少する可能性があるので、実用的でないと考えられる。一方、高い勾配の小型のコイルを上記の位置決めパッド内に一体化して、プローブ１２において十分な大きさの場の強さを保証するためにその電力を単純に高めた場合には、導電性の種々の物体の近くにおける渦電流により生じるノイズによる不都合が表面化すると考えられる。
【００７７】
さらに上記の図１および図２において、必要とされる放射線の出力および測定の誤差は共にｒn （ｎ＞１）の関数として増加し、この場合に、ｒは上記マッピング空間の半径である。上述したように、一定の大きな場の強さおよび比較的に低い場の勾配を有する複数の一次放射装置を上記プローブの比較的に近く配置されていて一定の大きな場の勾配および比較的に低い場の強さを有する複数の二次放射装置との組み合わせにおいて用いることにより、上記プローブ１２の位置決定における全体の誤差が減少できる。従って、上記システム１０（図１）は高い勾配の二次放射装置によりそれぞれの動作領域内における上記プローブ１２の相対的な座標を決定する場合に優れた解像度を提供すると共に、上記の一次放射装置および二次放射装置を組み合わせにおいて使用することにより一定の座標系に対する優れた絶対的な位置決め精度を提供する。さらに、このような構成は低勾配の一次放射装置のみを用いる一定のシステムにおいて一般的に考えられる程度よりも、上記ニードル・ホルダー６６（図２）等のような上記マッピング空間内における種々の導電性の物体による干渉を受けにくい。
【００７８】
次に、図３を参照し、この図は本発明の好ましい実施形態により一定のプローブを位置決めする方法を示しているフロー・チャートである。図３の開示は図１と共に読むことが好ましい。この図３における各処理工程は一定の例示的な程度において示されている。しかしながら、上記プローブの位置および随意的にその配向を計算するために必要な全ての情報が集められる限りにおいてこれらは異なる順序で実行できる。また、再生速度を改善するために、これらの処理工程の一部を同時に実行することが望ましいと考えられる。
【００７９】
上記の手順は初期工程６８において開始され、この工程において、上記システムが構成される。すなわち、上記一次放射装置２２が複数の固定の既知の位置に配置され、これらの場所は上記プローブ１２の動作領域１４から比較的に離れている。次に、二次放射装置２８が概ね一次放射装置２２とプローブ１２との間に配置される。さらに、プローブ１２が動作領域１４の中に導入される。この時点において、プローブ１２は、図２において示されているように、二次放射装置２８のマッピング空間の中に存在している。さらに、これらの二次放射装置２８は全て一次放射装置２２のマッピング空間の中に存在している。この一次放射装置２２のマッピング空間は二次放射装置２８のマッピング空間よりも大きい。
【００８０】
次に、工程７０において、上記一次放射装置２２の内の１個が選択される。この装置の各二次放射装置２８に対する位置を決定する必要がある。もちろん、この工程は各二次放射装置の上記固定された一定の一次放射装置に対する位置を決定する処理と等価である。
【００８１】
次に、制御が工程７２に移り、上記二次放射装置２８の内の１個が選択される。その後、工程７４において、上述したＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ９４／０４９３８号において開示されている方法またはその他の任意の適当な当業界において既知の方法に従って、上記工程７０および工程７２において選択された第１および第２の各放射装置の相対的な位置がそれぞれ決定される。
【００８２】
次に、工程７６において、さらに多くの二次放射装置２８の相対位置を上記工程７０において選択した一次放射装置に対して決定する必要があるか否かが決定される。この決定工程７６における決定が肯定的であれば、制御が上記工程７２に戻る。
【００８３】
一方、上記工程７６における決定が否定的であれば、制御が次の決定工程７８に進行し、この工程において、さらに多くの一次放射装置２２の相対位置をそれぞれの二次放射装置２８に対して決定する必要があるか否かが決定される。この工程７８における決定が工程的であれば、制御が上記工程７０に戻る。
【００８４】
一方、上記工程７８における決定が否定的であれば、制御は次の工程８０に進行する。この工程８０において、上記二次放射装置２８はさらに作動されて、それぞれの互いに対する相対位置が上述されていて上記ＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ９４／０４９３８号においてさらに詳細に開示されている方法の従って決定される。なお、この工程８０が冗長情報の損失が許容できる場合に随意的に省略できることに注目する必要がある。一方、磁気的に干渉性の種々の物質が上記領域内に導入されるか、当該領域内において再配備される場合には、上記二次放射装置２８の相対位置を決定しなおすことが望ましい場合があり得る。しかしながら、その磁気的な環境が安定であることが知られている場合には、上記工程８０を省略することによりその再生速度を高めることができる。この工程８０の省略は上記プローブ１２がその位置または配向を迅速に変化している場合に特に有利である。もちろん、それぞれの二次放射装置２８が移動する場合には、上記工程８０の実行がさらに有用になる。上記一次放射装置２２が固定されているので、それぞれの既知の基準点を提供することが分かる。一部の実施形態において、上記工程８０は上記システムの形態が変更したことを確認するためにさらに高精度な較正を目的として繰り返すことも可能である。
【００８５】
次に、工程８２において、上記二次放射装置２８の内の１個が選択される。その後、工程８４において、上記工程８２において選択された放射装置が活性化される。この結果、上記のＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ９４／０４９３８号において記載されている方法またはその他の当業界において知られている方法に従って、上記プローブ１２およびその放射装置の相対的な位置および角度の位置合わせが決定される。
【００８６】
次に、決定工程８６において、さらに多くの二次放射装置２８を活性化する必要があるか否かが決定される。この決定工程８６における決定が肯定的であれば、制御は上記工程８２に戻る。
【００８７】
一方、上記決定工程８６における決定が否定的であれば、制御は最終工程８８に進む。この段階において、全ての必要な情報が既に集められている。この結果、上記プローブ１２の位置およびその配向がコンピュータ３０により座標系２４に対して計算される。この場合に、上記のプローブ１２、一次放射装置２２、および二次放射装置２８のそれぞれの相対位置が互いに対して全て知られた状態になるので、上記の計算は座標変換により達成される。
【００８８】
上記の放射装置の連続的なシステムに対する再帰的な参照により一定の物体の位置を決定する技法が上述したような２段階の放射装置に限定する必要がないことが明らかになると考えられる。すなわち、この技法は任意数の段階の放射装置のシステムに容易に適用できる。さらに、その測定誤差は一定の段階における放射装置の数を変更することにより調整可能である。一般に、放射装置の数が大きいほど、仲裁処理、平均化および統計学的に大きく外れている値の排除等のような種々の既知の技法の使用により、さらに多くの冗長情報が誤差のチェックにおいて使用可能になる。しかしながら、このように高められた信頼性は上記の再生速度を低下する可能性のある増大された計算の負荷の犠牲のもとに得られる。
【００８９】
さらに、上記ＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ９４／０４９３８号の考察から、上記図３において開示されている方法が変更可能であり、この場合に、上記プローブ１２は一定の場を発生し、上記二次放射装置２８はこの場を検出してその強さおよび配向を決定することが明らかになる。同様に、上記一次放射装置２２は二次放射装置２８により発生される一定の場を感知できる。さらに、上記システム１０における種々の構成要素による場の発生および場の感知における多くの組み合わせが採用可能である。
【００９０】
当該技術分野における熟練者であれば、本発明が上記において特定的に図示および説明されている内容に限定されないことが自然に認識できる。むしろ、本発明の範囲は上記において説明されている種々の特徴の組み合わせおよび副次的な組み合わせの両方、ならびに、上記の説明を読むことにより当該技術分野における熟練者において考え出せると思われる従来技術には存在しない上記特徴の種々の変形例および変更例を含む。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は一定のプローブに対応する一定の位置決めシステムの精度を高めることに適用可能である。
【００９２】
本発明は種々の金属製の物体による干渉を減少することにより一定の位置決めシステムの信頼性を高めることに適用可能である。
【００９３】
本発明は動作の一定領域内、例えば、一定の患者の体内において一定のプローブを追跡するための一定のシステムにより適用可能である。このシステムはそれぞれの固定された位置に配置されている一組の一次放射装置を備えている。これらの一次放射装置は当該一次放射装置に対する複数の二次放射装置の位置を追跡するために一定の制御ユニットにより駆動される。さらに、上記の二次放射装置は随意的に移動可能であり、当該二次放射装置に対する一定のプローブの位置を追跡するために駆動される。その後、上記一次放射装置の固定された各位置に対する上記プローブの対応位置を決定するために一定の計算が行なわれる。さらに、上記階層的な放射装置の再帰的な使用により、上記位置決めシステムの精度および信頼性が高まる。これらの放射装置はその階層の各段階においてその階層の次の段階による検出のため、および近くの金属製の物体による干渉の最小化のために局所的に最適化されたそれぞれの場を発生する。さらに、上記システムは一定の基準座標システムに対する上記プローブの角度的な位置合わせの決定も可能である。
【００９４】
本発明は一定のフィールド・プローブを位置決めするための方法に適用可能であり、この方法は第１の群の第１の場の要素を既知の各場所に配置すること、第２の群の第２の場の要素を上記第１の場の要素の一定の動作空間内に配置すること、および上記フィールド・プローブを上記第２の場の要素の一定の動作空間内に配置することにより行なわれる。第１の送信部分が上記第１の群および第２の群の一部分の１個により定められる。また、第１の受信部分が上記第１の群および第２の群の別の部分により定められる。上記第１の送信部分および第１の受信部分の内の少なくとも１個は少なくとも２個の構成要素を有している。さらに、第２の送信部分が上記第２の群およびフィールド・プローブの内の１個により定められる。また、第２の受信部分が上記第２の群およびフィールド・プローブの別の１個により定められる。上記方法は上記第１の送信部分および第１の受信部分を作動して少なくとも１個の第１の発生された場を生成する処理を含み、上記第１の受信部分における当該第１の発生された場の第１の測定を行なう処理を含む。さらに、この第１の測定に応じて上記第１の送信部分における各構成要素の第１の推定された位置が上記第１の受信部分の各構成要素に対して計算される。さらに、上記方法は上記第２の送信部分および第２の受信部分を作動して少なくとも１個の第２の発生された場を生成する処理を含み、上記第２の受信部分における当該第２の発生された場の第２の測定を行なう処理を含む。さらに、この第２の測定に応じて上記第２の送信部分における各構成要素の第２の推定された位置が上記第２の受信部分の各構成要素に対して計算される。さらに、これら第１の推定された位置および第２の推定された位置を用いて上記第１の場の要素に対する上記フィールド・プローブの位置を計算する。
【００９５】
本発明の具体的な実施態様は以下のとおりである。
（１）さらに、前記第１の測定を行なう工程、および前記第２の場の要素の１個に対する前記第１の場の要素のそれぞれの第１の推定された位置が計算されるまで当該第１の推定された位置を計算する工程を繰り返す工程を含む請求項１に記載の方法。
（２）さらに、前記第１の測定を行なう工程、および前記第２の場の要素のそれぞれに対する前記第１の場の要素のそれぞれの第１の推定された位置が計算されるまで当該第１の推定された位置を計算する工程を繰り返す工程を含む実施態様（１）に記載の方法。
（３）さらに、前記第２の測定を行なう工程、および前記フィールド・プローブに対する前記第２の場の要素のそれぞれの第２の推定された位置が計算されるまで当該第２の推定された位置を計算する工程を繰り返す工程を含む請求項１に記載の方法。
（４）前記第１の発生された場および第２の発生された場がそれぞれ磁場である請求項１に記載の方法。
（５）前記第１の測定および第２の測定がそれぞれ場の強さの測定を含む請求項１に記載の方法。
【００９６】
（６）さらに、前記第１の発生された場の配向を決定する工程、および当該配向を用いて前記第１の場の要素に対する前記フィールド・プローブの一定方向の配向を計算する工程を含む請求項１に記載の方法。
（７）前記第１の群が３個の前記第１の場の要素を含み、前記第２の群が３個の前記第２の場の要素を含む請求項１に記載の方法。
（８）前記第２の発生された場の勾配が前記第１の発生された場の勾配よりも大きい請求項１に記載の方法。
（９）前記第１の発生された場の強さが前記第２の発生された場の強さよりも大きい請求項１に記載の方法。
（１０）前記第２の場の要素を配置する工程が当該第２の場の要素を前記フィールド・プローブと前記第１の場の要素との間に存在している一定の領域内に配置することにより行なわれる請求項１に記載の方法。
【００９７】
（１１）さらに、前記第１の場を発生する要素にエネルギー供給する工程、前記第２の場を発生する要素にエネルギー供給する工程、前記第１の測定を行なう工程、前記第２の測定を行なう工程を繰り返す工程、および前記フィールド・プローブの位置の一定の新しい推定値が所定の許容範囲内で当該フィールド・プローブの位置の前の推定値に一致するまで前記第２の位置を計算しなおす工程を含む請求項２に記載の方法。
（１２）前記第１の測定および第２の測定がそれぞれ場の強さの測定を含む請求項２に記載の方法。
（１３）前記第１の測定を行なう工程が、前記第１の発生された場の配向を決定する工程、および当該第１の発生された場の配向を用いて前記第１の場を発生する要素に対する前記フィールド・プローブの角度的配向を計算する工程により行なわれる請求項２に記載の方法。
（１４）前記第１の場を発生する要素が３個の第１の場を発生する要素を含み、前記第２の場を発生する要素が３個の第２の場を発生する要素を含む請求項２に記載の方法。
（１５）前記第２の発生された場の勾配が前記第１の発生された場の勾配よりも大きい請求項２に記載の方法。
【００９８】
（１６）前記第１の発生された場の強さが前記第２の発生された場の強さよりも大きい請求項２に記載の方法。
（１７）前記第２の場を発生する要素を配置する工程が当該第２の場を発生する要素を前記フィールド・プローブと前記第１の場を発生する要素との間に存在している一定の領域内に配置することにより行なわれる請求項２に記載の方法。
（１８）前記計算装置が前記第１の信号および第２の信号に応答して前記フィールド・プローブの一定の角度的配向を計算することに適合している請求項３に記載の装置。
（１９）前記第１の場を発生する要素が３個の第１の場を発生する要素を含み、前記第２の場を発生する要素が３個の第２の場を発生する要素を含む請求項３に記載の装置。
（２０）前記第２の発生された場の勾配が前記第１の発生された場の勾配よりも大きい請求項３に記載の装置。
【００９９】
（２１）前記第１の発生された場の強さが前記第２の発生された場の強さよりも大きい請求項３に記載の装置。
（２２）前記第２の場を発生する要素が前記フィールド・プローブと前記第１の場を発生する要素との間に存在している一定の領域内に配置されている請求項３に記載の装置。
（２３）さらに、前記第２の場を発生する要素に接続している一定の送信機を備えており、当該第２の場を発生する要素の出力が一定の無線経路を介して前記計算装置に伝達される請求項３に記載の装置。
（２４）前記第１の場を発生する要素および前記第２の場を発生する要素がそれぞれコイルを含み、これらのコイルがそれぞれエネルギー供給される時に磁場を発生することに適合している請求項３に記載の装置。
（２５）前記第１の場を発生する要素のコイルが前記第２の場を発生する要素のコイルよりも直径が大きい実施態様（２４）に記載の装置。
【０１００】
（２６）前記場がそれぞれ磁場である請求項４に記載の方法。
（２７）さらに、前記エネルギー供給を行ない、前記第１の測定を行ない、さらに、前記第２の測定を行なう工程を繰り返す工程、および前記フィールド・プローブの位置の一定の新しい推定値が所定の許容範囲内で当該フィールド・プローブの位置の前の推定値に一致するまで当該フィールド・プローブの位置を計算しなおす工程を含む請求項４に記載の方法。
（２８）前記第１の測定および第２の測定がそれぞれ場の強さの測定を含む請求項４に記載の方法。
（２９）さらに、前記発生された場の配向を決定する工程、および当該配向を用いて前記第１の場の要素に対する前記フィールド・プローブの角度的整合を計算する工程を含む請求項４に記載の方法。
（３０）前記第１の場の要素が３個の第１の場の要素を含み、前記第２の場の要素が３個の第２の場の要素を含む請求項４に記載の方法。
【０１０１】
（３１）前記第２の場の要素を配置する工程が当該第２の場の要素を前記フィールド・プローブと前記第１の場の要素との間に存在している一定の領域内に配置することにより行なわれる請求項４に記載の方法。
（３２）前記場がそれぞれ磁場である請求項５に記載の方法。
（３３）さらに、前記第１の場を発生する要素のそれぞれにエネルギー供給を行なう工程、前記第２の場を発生する要素のそれぞれにエネルギー供給を行なう工程、前記第１の測定を行なう工程、および前記第２の測定を行なう工程を繰り返す工程、および前記フィールド・プローブの位置の一定の新しい推定値が所定の許容範囲内で当該フィールド・プローブの位置の前の推定値に一致するまで前記第２の位置を計算しなおす工程を含む請求項５に記載の方法。
（３４）前記第１の測定および前記第２の測定がそれぞれ場の強さの測定を含む請求項５に記載の方法。
（３５）さらに、前記第１の発生された場の配向を決定して、当該配向を用いて前記第１の場を発生する要素に対する前記フィールド・プローブの角度的整合を計算する工程を含む請求項５に記載の方法。
【０１０２】
（３６）前記第１の場を発生する要素が３個の第１の場を発生する要素を含み、前記第２の場を発生する要素が３個の第２の場を発生する要素を含む請求項５に記載の方法。
（３７）前記第２の発生された場の勾配が前記第１の発生された場の勾配よりも大きい請求項５に記載の方法。
（３８）前記第１の発生された場の強さが前記第２の発生された場の強さよりも大きい請求項５に記載の方法。
（３９）前記第２の場を発生する要素のそれぞれを配置する工程が当該第２の場を発生する要素を前記フィールド・プローブと前記第１の場を発生する要素との間に存在している一定の領域内に配置することにより行なわれる請求項５に記載の方法。
（４０）前記場がそれぞれ磁場である請求項６に記載の装置。
【０１０３】
（４１）前記計算装置が所定の程度の精度が達成されるまで前記第１の位置および第２の位置を反復して計算するように前記エネルギー供給装置と協調することに適合している請求項６に記載の装置。
（４２）前記計算装置が前記第１の信号および第２の信号に応答して前記フィールド・センサーの角度的配向を計算することに適合している請求項６に記載の装置。
（４３）前記第１の場を発生する要素が３個の第１の場を発生する要素を含み、前記第２の場を発生する要素が３個の第２の場を発生する要素を含む請求項６に記載の装置。
（４４）前記第２の発生された場の勾配が前記第１の発生された場の勾配よりも大きい請求項６に記載の装置。
（４５）前記第１の発生された場の強さが前記第２の発生された場の強さよりも大きい請求項６に記載の装置。
【０１０４】
（４６）前記第２の場を発生する要素が前記フィールド・センサーと前記第１の場を発生する要素との間に存在している一定の領域内に配置されている請求項６に記載の装置。
（４７）さらに、前記第２の場を発生する要素に接続している一定の送信機を備えており、当該第２の場を発生する要素の出力が一定の無線経路を介して前記計算装置に伝達される請求項６に記載の装置。
（４８）前記第１の場を発生する要素のコイルが前記第２の場を発生する要素のコイルよりも直径が大きい請求項６に記載の装置。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
本発明の上記およびその他の目的のさらに良好な理解のために、以下の各図面と共に読むべき、例示を目的としている、本発明の詳細な説明に対して参照が行なわれている。
【図１】一定の人間の患者に関連して本発明の好ましい実施形態により構成されて動作する一定のシステムの斜視図である。
【図２】図１において示されているシステムにおける一次放射装置または二次放射装置として動作する一定の放射装置の配列の一般的な構造の概略図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態による一定のプローブを位置決めするための方法を示しているフロー・チャートである。
【符号の説明】
【０１０６】
１０  システム
１２  プローブ
１４  動作領域
１６  患者の身体
１８  手術台
２０  フィールド・センサー
２２  一次放射装置
２４  座標系
２６  制御装置
２８  二次放射装置
３０  コンピュータ（計算装置）
３２  表示装置
３４  送受信装置
３６  リード線
３８  ケーブル
４０  リード線
【図１】
2004261579.tif 000005
【図２】
2004261579.tif 000006
【図３】
2004261579.tif 000007
【外国語明細書】
2004261579000001.pdf