(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の空間において物体の三次元位置を追跡するシステムであって、
前記物体の位置の第１の指示を決定する光ベースの第１の追跡システムと、
前記物体の位置の第２の指示を決定する第１の追跡システムとは独立した非光ベースの第２の追跡システムと、
を備え、
前記第１の追跡システムが前記物体への視線を確保することができることにより該物体の位置の第１の指示を決定できる場合には、前記物体の位置の第１の指示と該物体の位置の第２の指示との差異を算出する処理を継続的に繰り返し、
前記第１の追跡システムが前記物体への視線を遮断されることにより前記物体の位置の第１の指示を決定できない場合には、算出した前記差異の変化の最近の率にもとづいて、現在の第２の指示の不正確性を示す値を推定し、
前記第２の追跡システムは非電磁的システムであり、
前記非電磁的システムは磁気的システムと慣性的システムとを含む、
システム。
【請求項２】
前記第１の追跡システムは電磁的システムである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記電磁的システムは可視スペクトルを使用する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記電磁的システムは赤外線スペクトルを使用する、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
現在の第２の指示の前記不正確性を示す値が所定の限界を越えた場合警告を提供する手段をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第２の追跡システムを前記差異にもとづいて継続的に再校正する、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元（３Ｄ）空間で追跡されているプローブおよび他の硬質体の位置および方向を計測するためのシステムにおける改善に関する。本発明によって達成された改善点は、一次元および二次元の計測システムに応用されることが可能であるが、本願明細書中の記載は、三次元での計測のより一般的なコンテクストにおける発明を説明するものとする。
【０００２】
【従来の技術】
３Ｄ座標系によって定義される空間ボリュームにおける点（マーカー）の場所を追跡する様々な方法およびシステムは、当業界に存在する。複数マーカーをボディに（移動するボディにさえも）取り付けることによって、ボディの位置とともに方向も、個別に、または相関して決定されることが可能である。たとえば、そのようなボディは、ハンドヘルド・プローブ、可動式硬質体、または人体の半硬質部でもよい。
【０００３】
（以下、ボディの「位置」とは、３D「位置」とその位置を中心とした３D方向とを意味する。これを表現する１つの一般的な方法は、X,Y,およびZ位置座標であり、さらにヨー(yaw)、ピッチ(pitch)、ロール(roll)の方向角度である。これは、六次元情報または六自由度と呼ばれる場合が多い。
【０００４】
数多くのこれらの方法およびシステムは、従来の文献において説明されており、実用化されている。以下の説明は、三次元ボリュームにおいてセンサーの既知の位置を中心として追跡されている物体上のマーカーの角度位置を計測するために２つ以上の光ベースのセンサーを使用する光ベース電子追跡方法に集中するものとする。そのような従来技術の例は、以下の開示（本願明細書において参考とされる）において見つけられる。
H. Fuchs, J.Duran, B. Johnson, and Zvi. M. Kedem; "Acquisition and Modeling of Human Body Form Data", Proc. SPIE, v.166, 1978, p94-102
Jean-Claude Reymond, Jean-Lue hidalgo; "System for monitoring the movements of one or more point sources of luminous radiation,米国特許４，２０９，２５４号、１９８０年６月２４日
Y. Yamashita, N. Suzuki, M. Oshima; "Three-Dimensional Stereometric Measurement System Using Light based Scanners, Cylindrical Lenses, and Line Sensors", Proc. SPIE, v.361, 1983, p.67-73
F. Mesqui, F. Kaeser, and P.Fischer; "Real-time, non-invasive recording and 3-d display of the functional movements of an arbitrary mandible point", SPIE Biostereometrics 602, 1985, p.77-84
Sharon S. Welch, Kevin J. Shelton, and I. Clemmons; Light based position measurement for a large gap magnetic suspension system", Proc. of the 37th International Instrumentation Symposium, San Diego, 1991年５月５〜９日,p. 163-182
Farhad Daghinghian; "Light based position sensing with duolateral photoeffect diodes", Sensors, 1994年１１月,p. 31-39
Robert P. Burton and Ivan E. Sutherland; "Twinkle Box---A three dimensional computer input device", AFIPS Conference Proceedings 43, 1974年、イリノイ州シカゴ
【０００５】
上記システムにおけるマーカーは、エネルギーを発し、一般的に、各マーカーは、赤外または可視発光ダイオード（LED）など、能動光源である。高反射受動マーカーを追跡するために他のシステムが構築され、一般的に、そのような各受動マーカーは、高速道路上で使用されているような逆反射材で被覆された小パッチまたは球面である。センサー付近において、マーカーを光源で照射することによって、通常よりも多い光量がマーカーからセンサーに反射され、マーカーは背景または他の物体よりも明るく見え、それによって、その可視性が高まり、それを発見するステップを単純化する。業務用の受動３D位置計測システムの例は、以下の通りである。
BrainLAB GmbH(ドイツ、Heimistetten)によるVectorVisionシステム
Peak Performance technologies, Inc.（コロラド州イーグルウッド）によるPeak Motus システム
Kinetic Sciences (ブリティッシュ・コロンビア、バンクーバー)によるeagle Eye（商標）
しかしながら、光ベースマーカーの能動、受動にかかわらず、そのようなシステム全てにおけるマーカー（反射体または発射体）と複数センサーとの間の制限問題は、視線(line-of-sight)を維持することである。
【０００６】
視線制限がない非光ベース３D計測システムは数多く存在する。たとえば、座標計測機（CMM）および接続機械的アームは、マーカーがセンサーの視線内にあることを必要としないが、硬質機械的連結によってプローブの触知接近可能性を必要とし、これは、通常、視線制限と同程度に、動作の正確性および簡易性を大きく制限する。さらに、これらの機械的手段は、通常、光ベースシステムよりも使用において時間がかかり、性能が低い。たとえば、Carl Zeiss IMT Corp.（ミネソタ州、ミネアポリス）、Romer Inc.（カリフォルニア州、カールズバッド）、およびFARO Inc.（フロリダ州、レークメリー）は、そのようなシステムを製造している。
【０００７】
視線制限を回避する他の三次元計測システムは、Polhemus Inc.（バーモント州、コルチェスター）およびAscension Technology Corp.（バーモント州、バーリントン）によって製造および発売されている磁界ベースシステムを含む。そのようなシステムの主な欠点は、その正確性が伝導物体（特に鉄金属）とX線機械および他の作動室装置などの大量の強磁体の近接によってかなり低下する。また、米国特許３，９８３，４７４号、４，０１７，８５８号、５，４５３，６８６号、および５，６４０，１７０号を参照するとよい。改善は、光ベースのシステムと他の計測システムの組み合わせを用いることによって実現された。以下の引例は、画像ガイド手術アプリケーションのための光ベース・システムおよび磁気追跡システムのそのような一組み合わせを説明するものである：
Wolfgang Birkfellner, Franz Watzinger, Felix Wanschitz, Rolf Ewers,およびHelmar Bergmann; "Calibration of Tracking Systems in a Surgical environment", IEEE Transactions on Medical Imaging 17, (１９９８年１１月出版)
【０００８】
この引例は、磁気システムの使用前に、光ベース・システムを参照して磁気システムの局所的異常を校正することを説明している。それは、以下に説明するように、適用時における複数（たとえば２つ）の追跡システムの連続動的登録を開示していない。さらに、磁気システムの磁界源発生器の光ベース追跡を説明しない。
【０００９】
非常に望ましい追跡システムの１つは、プローブまたは他の追跡対象と動作関連している少なくとも３つの内蔵型直交ミニチュア加速度計と、少なくとも３つの内蔵型直交ミニチュア・ジャイロスコープ（または同等のもの）とを取り入れている。そのようなシステムは、加速度計の精度が非常に正確であり、時間が経過してもその動作が非常に安定していることを前提としているため、望ましい。残念ながら、三次元空間においてプローブまたは他の物体の絶対位置および角度方向を決定するために、それらの線形および角度加速は、時間に関連して２回積分される必要がある。さらに、地球の低速回転は、地軸と並んでいない全ての角度計測器に対して継続的に作用する。すなわち、加速度のわずかな一定校正エラーは、すぐに、許容できないほどの大きなエラーとなってしまうのである。したがって、センサーは、特に医療追跡アプリケーションにおいてその精度が適用可能となるようにするには、非常に頻繁（おそらく毎分、または２分毎）に再計測されなければならない。したがって、それ自体だけでは、慣性ベースの計測システムは、ハンドヘルドのプローブによって経験されるサブミリ計測および分加速度に対してあまり実用的ではない。しかしながら、独立した参照システムを使用して頻繁に（継続的であればなおよい）再校正される場合は、十分に正確な慣性ベース・プローブが実用的である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は、光ベース追跡の精度とロバスト性を、磁気または慣性追跡、または超音波、またはそのいずれかの組み合わせなど、「視線」制限を有さない別の追跡システムと組み合わせた、位置計測における改善を表すものである。この結果は、個別の追跡技術のみのいずれかと比較して、追跡システム組合せの動きの精度または自由度を改善する計測システムである。
【００１１】
本発明の第１の目的は、その組合せによって得られた結果が、個別の構成方法論のいずれか１つを利用して得られた結果よりも良くなるように、複数の物理的方法論を使用してプローブまたは他の物体の場所を追跡することである。
【００１２】
本発明の第２の目的は、時間や空間における特定点での最大の精度を有する構成方法論を使用する自動手段を提供して、当該点で精度が低い他の方法論を継続的または頻繁に再校正することである。
【００１３】
本発明の第３の目的は、プローブまたは他の被追跡体または物体の不正確な推定位置および方向が所定の制限を超過した場合にシステムのオペレーターに警告を提供することである。
【００１４】
他の目的およびさらなる目的は、本明細書、添付図面、および請求項の全体を考慮すれば明らかとなるであろう。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
以上の目的および他の目的を達成するため、本発明の一態様は、物理的現象、関連制御ユニット、および幾何学的演算を実行するための手段（自動であることが好ましい）の１つより多い形態を使用して、物体の位置および方向および/または運動を感知する複数のセンサーを含む１つ以上の物体の位置および方向を追跡するシステムを含む。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下の記載は、可動硬質物体の三次元空間における位置および方向を決定するための特定の手段および特定の方法を使用する二つの好適実施形態に関連して本発明を説明するものである。代替の手段および方法も文中で述べられるが、本発明の方法を実現できる他のふれられていない同等の手段および方法は存在する、または開発されるであろう。
【００１７】
添付図面は、本発明の二つの好適実施形態を図示し、本明細書の一部を形成するものである。文章説明とともに、それらの分は、例示システムの利点および原理を説明する役割を果たす。図中の各参照番号は、全図面を通して、さらに文章説明を通して、例示のシステムの同一構成部分を一貫して指すものとする。
【００１８】
本発明は、図およびそこにおいて番号が付記された個別の構成部分を参照して以下に説明される。以下の説明において、構成部分の特定の構成、数および配列は、説明の明確性を意図したものであり、本発明の範囲に対する制限ではない。構成部分の他の配列または数量は、同一方法、装置、およびシステムの代替の特定実施形態を構成する。
１０  ３D空間ボリュームを説明する固定座標システム
１２  そのボリュームで計測されることが可能な表面点、寸法、近接点、または他の幾何学的特徴によって追跡される任意の物体
２０  三次元的に追跡される少なくとも１つのプローブの全体または他の物体
２１  任意の物体１２上の点を計測するためのプローブ２０のための任意のチップ
２２  プローブのボディ（その内部の部分を見せるために部分展開）
２４  複数光ベース検出可能マーカー（発せられた電磁放射の赤外線LED発射体または反射体など）
２６  マーカーの場所を追跡する光線を感知するように適応されたアレイ
３１  相互に垂直な（マイクロマシン）線形加速度計
３４  相互に垂直な（マイクロマシン）角加速度計
４１  相互に垂直な磁気センサー
４４  １つのユニットでまとめて図示される相互に垂直な磁界ソース（コイル）
４７  磁界ソースに取り付けられた、光線を発射または反射するのに十分な光学マーカー
７１  制御ユニット７２および/またはセンサーまたは発射体/反射体との間の様々なデータ/信号パス
７２  電力、電気、信号の調整、タイミング、他の支援システムのための制御ユニット
７４  個別センサー計測のストリーム
７５  プローブおよび/またはセンサー説明データ（校正パラメータを含む）
７６  演算コンピュータ（個別コンピュータまたは埋込式マイクロプロセッサー）
７７  3D位置と3D方向座標（および任意の時間データ）のストリーム
７８  位置および方向座標を使用するホスト・コンピュータ・ハードウェアおよびソフトウェア
８０  システムを制御し、位置座標を算出するプログラム
８１〜９９  システムを管理するプログラム８０の個別ステップ
【００１９】
図１および図２は、本発明の２つの好適実施形態を図示するものである。図３は、座標コンピュータ７８および他の周辺機器を動作するプログラムの主要ステップ８１〜９９を、フローチャートとして表したものである。これらのプログラムステップは、２つの実施形態の一方または両方に適用され、さらに、それらの２つの構成部分を組み合わせた実施形態にも適用される。
【００２０】
図１において、装置は、コロラド州ボウルダーのImage Guided Technologies, Inc.によって構築されたFlashPoint 5000など、３D光ベース計測システムを含む。各マーカーが発光ダイオード（LED）または受動反射体である場合、電磁放射センサー２６は、プローブまたは他の物体２０上の各発光または光反射マーカー２４の画像を検出する。マーカーの画像の場所は、伝送手段（有線または無線ラジオなど）７１を介して制御ユニット７２に送信される。制御ユニット７２は、各画像を処理してセンサー座標とし、線７４を介して全センサーからのセンサー座標を使用して、さらに測定パラメーター７５を使用して、各マーカー２４の３D−XYZ座標を算出する座標コンピュータ７６に、それを送信する。マーカー（発射体または反射体）の場所を決定する実際の手段は、米国特許第５，６２２，１７０号中で説明され、その全てが本願明細書中に参考として取り入れられている。なお、図１に示したよりも多くのマーカー２４が使用されてもよく、全てのマーカーが光ベース・センサーによって同時に見られる必要はない。プローブの３D位置および３D方向を完全に決定するために、少なくとも３つの非同一線上マーカーが、センサー２６によって検出されなければならない。センサーが一次元である場合、３つのセンサーが発光または反射を検出しなければならない。センサーが二次元である場合、少なくとも２つのセンサーが発光または反射を検出しなければならない。センサーが三次元の場合、１つのセンサーのみが電磁エネルギーの放出または反射によってインターセクトされる必要がある。既知の形状のプローブの場合、マーカーを中心とした固定位置にあるプローブチップ２１の場所を決定するために、さらに単純な演算が使用されることもある。
【００２１】
判断される必要のある明確なプローブチップ２１が存在しない場合、追跡対象である物体２０の位置および方向は、マーカー２４の１つなど、物体上のある参照位置を中心とする。これらの個別のステップの動作を実現する詳細は、上記で引用された参考文献において開示されている。
【００２２】
図１の好適実施形態において、物体は、また、Analog Devices, Incによって製造されるADXL202など、複数の線形加速度計３１を含む。少なくとも１つの加速度計３１は、物体の三次元軸のそれぞれと並んでいなければならない、さらに、本実施形態は、複数個の角加速度計３４（固体または圧電ジャイロスコープとしても知られる）を含んでも良い。たとえば、３つの加速度計が使用されてもよい。そのような装置の例は、Litton Guidance & Control Systems (ユタ州ソルトレイクシティ)によって製造されるG-2000、またはMurata Erie(ジョージ、Smyrna)によるGyrostarである。これらの製造業者は、再校正が必要となる前に、どれくらい長く角加速度計３４は要求される方向精度内で動作するかを開示する主意明細書を発表する。
【００２３】
光ベース・システムに関連して非光ベース・センサーを校正する１つの方法は、非光ベース・センサーによって決定された３D位置を、光ベース・システムによって決定される３D位置に関連させる厳密な線形変化を算出することである。厳密な線形変化は、３D空間における変換（シフト）Sに従って原点を通る軸を中心とした回転Rとして一般的に説明される。この回転は、ロー、ピッチ、ロールの角度の一連として、またはオイラー角として説明されてもよい。しかしながら、その回転を表すために、四元または正規直交３×３マトリクスRを使用すると、より便利である。変換Sは、３Dベクトルによって表される。したがって、たとえば、非光ベース・サブシステムによって算出される座標３点（X' Y' Z'）は、以下のように光ベース・サブシステムによって算出される座標３点（X Y Z）に関連される。
（X Y Z）＝（X' Y' Z'）＊R+S
ただし、＊は、行列乗算であり、＋は、ベクトル和算である。詳細については、線形数学に関する大学教本、またはFoley、van Dam、Feiner、およびHughes（ニューヨーク州Addison Wesley、1990年）によってComputer Graphics: principles and Practiceを参照するとよい。
【００２４】
非光ベース・センサー３１、３４は偏りを示しているため、線形移動における数はゆっくりと変化する。時々、その変化はほぼ一定の率となる。時間および/または温度および/または他の環境要因に関連して変化の率（回転および移動）を記録することによって、非光ベース・センサーの不正確性を内部で推測することができる。
【００２５】
十分な光ベースのマーカーが光ベース・センサーの視線中にある間、線形変化は頻繁に再計算される。不十分なマーカーがセンサーに対して可視となる場合、最後に算出された変化は、他の非光ベースの（たとえば慣性）サブ・システムからの位置算出結果を訂正するために使用される。より好適なシステムにおいて、線形変化は、最近変化した同一の率で継続的に変更される。正確な光ベースの追跡から最近既知となった不正確性は、不正確性の変化の最近の率を使用して、補外されているため、これによって、通常、非光ベース・システムは、より長い時間により正確に動作することができるようになる。
【００２６】
その補外された不正確性は、ユーザ設定の制限を超過し、（プログラム・ステップ９１）、被追跡体上の十分な数の光ベース・マーカーが視線の外である場合、ユーザは、可聴または可視のインジケータによってこの状態を通知されることが好ましい（プログラム・ステップ９９）。座標データは、マイクロ・プロセッサー７６によって、依然、生成され、記録されることが可能であるが、即座に疑われ、警告インジケータ（悪ステータス・コードなど）が生成されている疑わしいデータと関連づけられることが好ましい。
【００２７】
図２に示すように、本発明の第二の好適な実施形態は、３D光ベース・センサー２６も含み、制御ユニット７２中の何らかの回路がそのサポートのために必要とされる。しかしながら、線形または角加速度計３１、３４は、図１のシステムとは異なり、物体２０中に配置されることが好ましい（必須ではない）磁気センサー４１と置き換えられる。また、操作可能な磁界ソース４４が提供される。いくつかのセンサー４１の場所は、それによって決定されることが可能であり、それらの場所から、それらが関連する物体２０の位置および方向が推測されることができる。そのようなサブ・システムは、PolhemusまたはAscensionによって製造および販売されている上述の製品によって例証される。
【００２８】
本発明の本実施形態の最も簡単かつ最も好適な実現において、磁界ソース４４は物理的に静止状態を保ち、光ベース・マーカー４７は使用されない。（ただし、磁界ソース４４は電気的に操作される）。プローブまたは他の物体２０が磁界ソース４４から遠くに離れて移動すると、計測精度は距離に比例した幾何学的率で低下する。所定の距離をこえた場合、磁界ソースからの物体の距離によって発生される不正確性は、その精度制限を超過する。物体２０上に十分な数の光ベース・マーカーが光ベース・センサーに可視となっている場合、３D座標は光ベース・センサーの情報のみを使用して、とにかく算出されることができる。磁界ソース４４の最適な場所は、物体が光ベースでは不明瞭となるが磁気ベース・サブシステムでは最も正確となる場所に近接する。物体は、カテーテル処置時の患者の体内など、不明瞭な部分な中に入って追跡されることが可能である。
【００２９】
図２の実施形態のより好適な実現は、磁界ソース４４上の追加の光ベース・マーカーを使用する。少なくとも３つの非同一線上マーカー４７は、光ベース・センサー２６に対して可視であると仮定すると、磁界ソース４４の位置および方向は、物体２０など、他の物体と同様に、まったく同じ方法で決定されることができる。上述のより簡単な実現とは異なり、磁界ソース４４は動的に移動する場合があっても、その位置および方向は、依然追跡されている。光ベース・センサー２６に対して可視であるが、物体２０上のマーカー２４が光ベース・センサーの視線中にない場合でさえも座標を比較的正確に決定するために十分な磁気ベース・データの発生を磁気センサー４１が可能となるのに十分なほど近い位置および方向へ常に移動可能である。この場合、磁気的に導出されたXYZ座標を光導出XYZ座標に関連させる線形変化は、移動可能な磁界ソース４４と固定光ベース・センサー２６との間の線形変化を含む必要がある。これは、点の位置が、それ自体は別の３D計測システムによって追跡される自由に移動可能な３D計測システムに関連して決定されるという米国特許第５，１９８，８７７号（参考として取り入れられた）において要求される変化と異なるものではない。
【００３０】
なお、３D計測は他と関連して磁気構成部分を単純に追跡するため、磁気センサー４１のクラスタを磁界ソース４４と置き換えることは、上述のシステムにおいて理論上は可能である。しかし、磁界ソースは、一般的に、大きくてかさばり、ハンドヘルド・プローブ中に組み込まれるのにはあまり適していない。さらに、このシステムは磁界ソースを保有する１つの物体２０のみを追跡することに限定されている。同様の理由で、光ベース・センサーと光ベース・マーカー／反射体とを交換することは理論上可能であるが、おそらく実用的ではない。
【００３１】
なお、図１および図２のシステムは、相互に排他的なものではない。加速度計と磁気センサー（または超音波変換機など、他の位置計測システム）との両方を含むプローブを提供することは可能である。プローブ上の十分な数の光ベース・マーカーが光ベース・センサーの視野内にある場合、非光ベースのサブシステムは継続的に再校正される。不十分なマーカーが可視である場合、一方または両方の非光ベース・センサー・サブシステムは物体（プローブ）の位置および方向を決定するために使用される。各サブシステムは、それ自体の正確性の内部推定を供給する。１つの推定のみが限界を超過している場合、他のサブシステムからのデータが使用される。限界を両方とも超えてない場合、一方のサブシステムが使用されることが可能であるか、もしくは２つのサブシステムによって算出された座標の（重み付け）平均値が使用されることが可能である。
【００３２】
図３において、本発明の動作は、光ベースのサブシステムおよび慣性/磁気サブシステムを起動することによって、およびシステムが参照光ベース・サブシステムに対して非光ベース・サブシステムを調整させるようにし不正確性がステップ８７においてゼロにリセットされるように、許容不可なほど大きい値に対する非光ベース・サブシステムの不正確性推定を開始することによってステップ８１において開始する。（すなわち、大きな初期不正確性推定は、まだ正しくない場合、ステップ９９においてユーザに警告して、光ベース・サブシステムが動作する位置に物体を配置させる）ステップ８２および８３は、物体２０の確実な３D位置計測を行うことができるように、光ベース・センサーが十分な物体のマーカー２４を見ることができるか否かを決定する。もしそうであれば、ステップ８４は計測を実行するとともに、それが存在する場合、およびそれが所望される場合、位置および方向を算出する。ステップ８５は、非光ベースのサブ・システムを使用してそれを行う。ステップ８６は、上述のような正規直交線形変化を使用する、または他の方法を使用することによって、２つの計測を相互に関連させる。ステップ８７は、不正確性限度をゼロ（または他の適切な小推定値）にリセットする。最後にステップ９５が、マイクロプロセッサー７６を介して光ベースのセンサー２６によって供給される情報から導出される座標をステップ８２における周期の反復前にホスト・コンピュータ７８に報告する。なお、座標報告は、非光ベースの座標、不正確性推定値、タイムスタンプ、および「成功」ステータス・コードの報告が伴う場合がある。
【００３３】
光ベース・システムが物体２０上の十分なマーカー２４を見ることができない場合、ステップ９０および９１は現在の他の非光ベース・サブシステムの不正確性推定値を調べるように適応される。所定の限界を超過する場合、ユーザはステップ９９においてこの状態について視覚的または可聴的に警告されることが好ましい。不図示であるが、座標はステップ９５によって依然報告される場合があるが、何らかの「警告」ステータス・コードがデータに添付されているべきである。他の非光ベースのサブシステムの不正確性推定値が制限内である場合、ステップ９２は、非光ベース・センサー３１，３４および/または４１を読みこみ、ステップ９３は物体２０の位置および方向と、適切であればチップ２１の位置および方向とを計算する。ステップ８７は磁界ソース４４からの物体２０の距離に基づいて、または温度などの他の要因に基づいて実行されたため、ステップ９４は経過時間に基づいて、現在の他の非光ベース・サブシステム推定不正確性を更新する。ステップ９５は、非光ベース・センサー３１〜３４および/または４１から導出された位置座標を報告し、ステップ８２でサイクルを再度反復することを続ける。
【００３４】
本発明の原理は上述の好適実施形態中で詳細に説明した磁気および慣性技術以外の計測技術に適用されることが可能である。たとえば、前の米国特許出願（６０/０９６，９０７号）は、３D点を決定する、または物体を追跡する非視線自在シャフトを説明した。例示目的として、その方法が計測ボリュームのある部分において低い正確性を有している場合、またはシャフトが時間の経過とともに、または温度変化時に曲げられた場合に正確性が劣化する場合、補助光ベースまたは他のサブシステムが、シャフト（可視マーカーが設置されている）のプローブ先端が光ベース・センサーの視界内にあるとき、自在シャフトを頻繁に再校正するために使用されることが可能である。
【００３５】
上記説明は、基本（参照）位置計測サブシステムとして光ベース・センサーの使用に基づく。しかしながら、基本位置計測システムとして、あらゆる種類の位置センサーが使用可能である。基本システムは、慣性サブシステムと磁気サブシステムとの組合せなど、１つ以上の二次計測システムと組み合わされることが可能である。適切な場合において、磁気サブシステムは時間の経過とともに慣性サブシステムを修正する、またはその逆のために使用されることが可能である。この組合せの利点は、慣性システムが、磁界ソースに近い磁気センサーによって可能となる高正確性以上の距離において短時間使用可能であることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  追跡されている単一の物体の概略ブロック図と斜視図との組合せであり、物体を追跡するために光ベース・サブシステムおよび慣性サブシステムの組合せを使用する本システムの好適実施形態を表す。プローブは内部の詳細が見えるように拡大して図示されている。
【図２】  図１の慣性サブシステムに対して磁気ローカライザー・システムが置き換えられた以外は、図１と同様である。
【図３】  好適実施形態のいずれかのため、またはその組合せのために、座標コンピュータによって実行される動作および演算の主要ステップの好適な一組をまとめたフローチャートである。
【図１】
0004612194.tif 000002
【図２】
0004612194.tif 000003
【図３】
0004612194.tif 000004