(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外科用ツールの画像に関する基準フレームに対する位置及び向きを決定する装置において、
磁場発生素子を含む磁場送信機と、
前記磁場送信機に接続され、前記磁場発生素子に対する複数の周波数を含む送信信号を決定し、前記送信信号を前記磁場発生素子に供給する信号発生モジュールと、
前記複数の周波数を含む検出信号を生成するように構成された磁場検出器を含む検出プローブと、
前記検出プローブを前記外科用ツールに取り付ける取り付け手段と、
前記検出プローブ及び前記信号発生モジュールに接続された検出プロセッサとを具え、
前記検出プロセッサが、前記検出プローブから前記検出信号を受信し、前記検出信号における前記複数の周波数に基づいて前記磁場検出器の位置及び向きを決定し、前記外科用ツールの位置を前記画像内に示すことを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記磁場送信機が、少なくとも前記磁場発生素子とは別の磁場発生素子をさらに含み、
前記信号発生モジュールが、前記磁場発生素子及び前記別の磁場発生素子の各々に対する前記複数の周波数を含むそれぞれの送信信号を決定し、
前記磁場検出器は、前記それぞれの送信信号における前記複数の周波数を含む前記検出信号を生成するように構成されたことを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、前記信号発生モジュールが、さらに、前記磁場発生素子及び前記別の磁場発生素子の各々からフィードバックされる信号を受信するよう前記磁場発生素子及び前記別の磁場発生素子の各々に接続され、前記フィードバックに応じて前記磁場発生素子及び前記別の磁場発生素子のうちそれぞれ他のものによって前記磁場発生素子及び前記別の磁場発生素子の各々に誘電される電流を判別することを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置において、前記信号発生モジュールが、前記磁場発生素子及び前記別の磁場発生素子の各々について判別した誘電電流に応じて、それぞれの送信信号の各々を修正することを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、前記検出プローブは、さらに、少なくとも前記磁場検出器とは別の磁場検出器をさらに含むことを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか一項に記載の装置において、前記磁場発生器及び前記磁場検出器の組み合わせる数を、少なくとも４としたことを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項５に記載の装置において、前記磁場検出器及び前記別の磁場検出器の各々は、前記複数の周波数を含むそれぞれの検出信号を生成するように構成されたことを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置において、前記検出プローブが、少なくとも３つの磁場検出器を含むことを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項２に記載の装置において、当該磁場発生素子の数を少なくとも３にしたことを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置において、前記磁場送信機は複数の磁場発生素子を含み、前記信号発生モジュールが、少なくとも１つのチャネルモジュールと、信号プロセッサとを具え、各チャネルモジュールが、前記信号プロセッサと前記複数の磁場発生素子のそれぞれとに接続されたディジタルアナログコンバータを具え、前記信号プロセッサが、各チャネルモジュールに対するそれぞれのディジタル送信信号を決定し、前記ディジタルアナログコンバータが、それぞれのディジタル送信信号の各々をそれぞれのアナログ信号に変換し、当該それぞれのアナログ信号を前記磁場発生素子のそれぞれに供給することを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置において、前記それぞれのディジタル送信信号が前記複数の周波数を含み、当該複数の周波数は、予め決められた順序に従って送信されることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置において、前記複数の周波数は、少なくとも３つの周波数を含むことを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の装置において、 前記検出プロセッサに接続され、複数の超音波フレームを取得する超音波検出器と、
前記超音波検出器に取り付けられ、前記検出プロセッサに接続され、各々の前記超音波フレームの位置及び向きを検出する画像位置及び向き検出器とを具え、
前記検出プロセッサが、前記超音波フレームと、前記外科用ツールの検出された位置及び向きに対する各々の前記フレームの検出された位置及び向きとから、前記画像を構成することを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の装置において、前記検出プローブを前記検出プロセッサに無線式に接続したことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、一般的に、位置決めシステムに関し、特に、生きた組織内の項目を位置決めする方法及びシステムに関する。
【０００２】
発明の背景
最小侵入内視鏡手術（ＭＩＥＳ）は、あまり侵入的でない医療処置を、大部分の重要な医学の専門および外科的干渉をカバーして、患者人口の大部分に費用効果的に用いることができるようにする手段を提供する。患者はこの革新的な技術から恩恵を受け、その成功に関する信用の多くは、医師／内視鏡操作者と、この技術が１９８０年代後半に有名になってから、共に数１００万の処置を毎年可能にする内視鏡ビデオ撮像システム及び固有の手順特定装置とを形成した製造者とに与えられるべきである。
【０００３】
ＭＩＥＳは、全体的な手続きの費用を、患者が医療施設で費やす日数を減らし、患者に与えられる外傷を著しく縮小することによって減少し、これは手続き間及びその後の複雑化に関する機会を減らす。
【０００４】
治療する生きた組織内の医療用装置の位置を決定するシステムは、当該技術分野において既知である。一般的に、これらのシステムは、２つの主なグループに分割し、これらは、視覚システム、半視覚システム及び非視覚位置決めシステムである。
【０００５】
慣例的な視覚システムは、光ファイバベースの装置のような光学撮像素子を含む。前記撮像素子は、患者の体内に挿入され、その中のなにかの外科用ツールを位置決めすることにおいて医師を援助する。あるこのようなシステムは、内視鏡と呼ばれる。慣例的な内視鏡は、照明手段、視覚画像ユニット及び外科用ツールを挿入した拡張カテーテルを含む。
【０００６】
半視覚システムは、しばしば、内視鏡の先端と組み合わせた、超音波機構のような実時間撮像装置を含む。このようなシステムの一例は、日立によって製造され、販売されている、１０Ｒプローブを有するＥＵＢ−５２５超音波システムである。
【０００７】
非視覚システムは、患者の体内で医療用装置の位置を決定することにおいてユーザを援助する追加の手段を含む。アッカー（Ａｃｋｅｒ）への米国特許明細書第５７２９１２９号は、磁場発生器のフィードバック調節を有する磁気位置決めシステムに向けられている。このシステムは、該装置の近辺において位置する種々の金属物体によって発生される金属物体干渉を受けやすいことに注意されたい。このシステムの他の欠点は、このようなシステムの操作の一般的な方法が、電磁気信号を伝送するステップと、この信号を検出するステップと、前記電磁気信号を受けた信号にしたがって調節するステップの３つの連続的なステップを含むことである。したがって、このシステムのリフレッシュレートは、著しく遅い。
【０００８】
ベンハイム（Ｂｅｎ−Ｈａｉｍ）への米国特許明細書第５８４００２５号は、心臓の不整脈を治療する装置及び方法に向けられている。ベンハイムによれば、カテーテルを患者の体内に挿入し、心臓内の選択された位置において位置決めする。前記カテーテルの先端は、電磁気信号を伝送する伝送アンテナを含む。この信号を外部アンテナによって検出し、次にこの信号を使用して、前記カテーテルの先端の位置を決定する。最終的に、この情報を、治療する領域の予め取得された画像に重ねる。
【０００９】
アッカー（Ａｃｋｅｒ）への米国特許明細書第５７５２５１３号は、物体の位置を決定する方法及び装置に向けられている。このシステムは、電磁気送信機及び受信機装置を使用し、患者の体内に挿入された医療用装置の位置及び向きを決定する。この位置及び向き情報を、視覚及び磁気特徴を有する複数のマーカを使用して、治療する領域の予め獲得された画像に組み入れる。この装置の精度は、磁場を変形する金属物体の存在において、著しく低下することに注意されたい。
【００１０】
気管支鏡は、肺を治療することを目的とする特別な形式の内視鏡である。慣例的な肺の治療中、医師は、気管支鏡を患者の肺に挿入し、視覚的画像ユニットを使用して肺の内容積を見ながら、外科用ツール（クランプ、ブラシ、レーザ装置等であってもよい）を操作する。
【００１１】
前記気管支鏡の幅が重要であることは、当業者には理解されるであろう。その結果、気管支鏡を、そこへのアクセスが該気管支鏡の直径より狭い場所を治療するのに使用することはできない。肺治療の場合において、前記慣例的な方法は，患者をＸ線テーブルシステム上に置き、治療領域及びそこに挿入された外科ツールの連続画像を供給するＸ線ビデオカメラを上部に置く。撮像解像度はしばしば十分に高くなく、前記外科ツールの位置のあいまいな表示しか与えない。Ｘ線管の操作は、数人の医療スタッフを必要とする。Ｘ線ベースの技術は、それを操作する医療スタッフに相当な危険を与えるとして、当該技術分野において知られている。
【００１２】
胃鏡検査も当該技術分野において既知である。ある形式の胃鏡は、先端において、連続半視覚情報を供給し、医師が外科ツールをこの情報を使用して操作できるようにする超音波トランシーバを含む。超音波視覚化装置の操作は、慣例的には１８−２４ヶ月のオーダの相当な訓練期間を必要とすることは、当業者には理解されるであろう。このような組み合わされた超音波胃鏡システムは、ペンタックスによって製造販売されているＦＧ−３４ＵＸモデルである。
【００１３】
他の形式の位置決めシステムは、組み合わされた超音波及び磁気位置決めシステムであるウルトラガイド１０００を含む。このシステムは、外部超音波変換器と、大きい針のような硬い外科ツールに取り付けられた磁場ベース位置検出システムとを含む。この超音波装置は、ユーザが、患者の体内の目標に長い針でアクセスできる挿入点及び角度を選択できるようにする。
【００１４】
本発明の要約
本発明の目的は、先行技術の欠点を克服した、走査ボリューム内で物体の位置及び向きを決定する新奇の方法及びシステムを提供することである。本発明の他の目的は、走査ボリューム内でシステムの検出器の位置及び向きを初期化及び較正する新奇の方法及びシステムを提供することである。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、複数の２次元画像から体内の３次元画像を得る新規の方法及びシステムを提供することである。
【００１６】
本発明の依然として他の目的は、患者の体内で無線で手術する新奇の方法及びシステムを提供することである。
【００１７】
本発明によれば、ある画像に関して基準フレームに対する外科ツールの位置及び向きを決定する装置が提供される。前記装置は、磁場変換器と、検出プローブと、前記磁場変換器に接続された信号発生モジュールと、前記検出プローブに接続された検出プロセッサと、前記外科ツールに取り付ける取り付け手段とを含む。
【００１８】
前記磁場変換器は、少なくとも１つの磁場発生素子を含む。前記検出プローブは、少なくとも１つの磁場検出器を含む。
【００１９】
前記磁場発生器及び磁場検出器の組み合わせる数は、少なくとも４である。前記信号発生モジュールは、伝送信号を決定し、前記伝送信号を前記磁場変換器に供給する。前記検出プロセッサは、前記検出プローブから検出された信号を受け、前記検出プローブの位置及び向きを前記検出された信号から決定し、前記医療ツールの位置を前記画像内に示す。前記検出プローブは、磁場検出器をいくつ含んでもよい。
【００２０】
前記信号発生モジュールは、ディジタルアナログ変換器と、これに接続された信号プロセッサとを含むことができる。前記信号プロセッサは、ディジタル伝送信号を決定する。前記ディジタルアナログ変換器は、前記ディジタル信号を各々のアナログ信号に変換し、前記アナログ信号を前記磁場変換器に供給する。前記ディジタル信号は、伝送チャネルをいくつ含んでもよい。前記チャネルの各々は、周波数をいくつ含んでもよい。
【００２１】
本発明の一態様によれば、前記装置は、前記チャネルの各々が複数の周波数を含む。
【００２２】
本発明の他の態様によれば、前記装置は、超音波システムに接続して超音波フレームを取得する超音波インタフェースをさらに含むことができる。前記検出プロセッサは、前記外科ツールの検出された位置及び向きに関して、前記超音波フレームから前記画像を構成する。
【００２３】
前記検出プローブを、前記検出プロセッサに無線式に接続することができることに注意されたい。前記周波数と、さらに言えばチャネル自身を、予め決められた重ならない順序に従って、又は、同時に伝送することができる。
【００２４】
本発明の他の態様によれば、ハウジングと、磁気検出プローブと、バイオメトリックユニットと、前記磁気検出プローブ、バイオメトリックユニット及び記憶ユニットに接続されたコントローラとを含む医療用装置が提供される。前記コントローラは、前記磁気検出プローブから磁場検出情報を受ける。前記コントローラは、前記バイオメトリックユニットを、前記磁場検出情報に関係して動作する。前記ハウジングをカプセルのように形成することができることに注意されたい。
【００２５】
前記医療用装置は、前記コントローラに接続され、前記磁場検出情報を伝送する送信機をさらに含むことができる。前記バイオメトリックユニットは、画像検出ユニット、物質開放ユニット及びバイオメトリック標本化ユニットから成るリストにおける装置の少なくとも１つを含む。前記医療用装置は、前記コントローラに接続された、前記磁場検出情報を記憶する記憶ユニットをさらに含むことができる。
【００２６】
前記バイオメトリックユニットは、バイオ医療センサを含むことができ、前記バイオメトリックユニットは検出されたバイオメトリック情報を前記コントローラに供給し、前記コントローラは複数の記録を生じる。前記記録の各々は、前記バイオメトリック情報の一部と、前記検出された磁場情報の個々の部分とを含むことができる。前記コントローラは、前記記録を前記記憶ユニットに記憶することができる。
【００２７】
前記医療用装置は、前記コントローラに接続された無線送信機をさらに含むことができ、前記コントローラは前記記録を前記無線送信機に供給し、前記無線送信機は前記記録を外部受信機に送信する。前記医療用装置によって検出された磁場は、外部送信機によって発生されることに注意されたい。これらの電磁場を、予め決められた重ならない順序、多少重なる順序、及び、連続のいずれかにしたがって発生することができる。
【００２８】
本発明の他の態様によれば、基準画像を、前記画像が発生するボリューム上に較正する方法が提供される。本方法は、前記ボリュームにおいて可視であると共に前記基準画像において存在する複数の位置を決定するステップと、前記位置の各々における磁場読み出しを検出するステップと、前記磁場読み出しに関する基準画像を前記ボリューム上に較正するステップとを含む。この方法は、特別なマーカをおく必要をなくし、前記画像において、又は、検出器によって位置決めすることができる。
【００２９】
本方法は、前記ボリューム内の追加の位置の各々において追加の磁場読み出しを受けるステップと、前記基準フレームにおける前記追加の位置の位置及び向きを決定するステップとをさらに含むことができる。
【００３０】
本発明の依然として他の態様によれば、体内超音波検出器と、前記体内超音波検出器に堅固に取り付けられた位置及び向き検出器とを含む撮像システムが提供される。前記体内超音波検出器は、複数の２次元画像を検出器、前記位置及び向き検出器は、前記２次元画像の各々の位置及び向きを検出する。本システムは、前記体内超音波検出器と位置及び向き検出器とに接続された３次元画像発生器をさらに具えることができる。前記３次元画像発生器は、前記２次元画像を、各々その関係する位置及び向き情報と共に処理し、これによって、３次元画像を発生する。
【００３１】
前記撮像システムは、前記３次元画像発生器と、前記体内超音波検出器と、前記位置及び向き検出器との間に接続された、前記２次元画像を各々その関係する位置及び向き情報と共に記憶する記憶ユニットを含むことができる。
【００３２】
前記撮像システムは、前記３次元画像発生器に接続され、少なくとも１つの追加の位置及び向き検出器において連結する結合プロセッサをさらに含むことができる。前記結合プロセッサは、追加の位置及び向き情報を、前記追加の位置及び向き検出器から受ける。前記結合プロセッサは、前記３次元画像における前記追加の位置及び向き情報の表示を発生する。前記体内超音波検出器は、角度超音波トランシーバ又は放射超音波トランシーバを含むことができる。
【００３３】
前記位置及び向き検出器は、少なくとも１つの軸磁気検出器を含むことができる。前記位置及び向き検出器の各々は、少なくとも１つの軸磁気方向における磁場を検出することができる。前記位置及び向き検出器は、前記軸磁気方法の各々において、少なくとも１つの周波数における磁場を検出することができる。前記位置及び向き検出器を、一般的に、前記体内超音波検出器において取り付ける。
【００３４】
前記体内超音波検出器を、カテーテルにおいて取り付けることができる。この場合において、前記位置及び向き検出器を、前記体内超音波検出器の近くにおいて、前記カテーテルの先端において取り付けることができる。
【００３５】
本発明の依然として他の態様によれば、複数の２次元超音波画像を走査されたボリュームの内部断面から検出するステップを含む、３次元画像を発生する方法が提供される。本方法は、前記２次元超音波画像の各々において選択されたベクトルの位置及び向きを検出するステップと、前記２次元超音波画像の各々に関してその位置及び向きに従って３次元表現を決定するステップとをさらに含むことができる。本方法は、３次元画像を前記３次元表現から発生するステップをさらに含むことができる。
【００３６】
前記方法は、追加の位置及び向き情報を受けるステップと、これらの前記３次元画像における表示を発生するステップとをさらに含むことができる。
【００３７】
前記方法は、前記３次元画像及び表示の視覚的表現を発生するステップをさらに含むことができる。
【００３８】
前記方法は、超音波検出器を前記走査されるボリュームの内部断面に挿入するステップをさらに含むことができる。本発明の一態様によれば、前記２次元超音波画像は、角度２次元超音波画像を含むことができる。
【００３９】
好適実施形態の詳細な説明
本発明は、先行技術の欠点を、生きている組織内の医療装置の正確で無害な位置決めを与える新奇の方法及び新奇のシステムを提供することによって克服する。
【００４０】
ここで、本発明の好適実施形態に従って構成され、動作する、一般的に１００で参照されるシステムの概要の実例である図１Ａを参照する。
【００４１】
システム１００は、位置及び向きプロセッサ１０２と、スーパインポーズプロセッサ１０４と、センサインタフェース１０６と、メインセンサ１１０と、補助センサ１１２と、３Ｄ電磁場発生器１０８と、画像インタフェース１１６と、３Ｄ画像データベース１２０と、表示ユニット１１４とを含む。システム１００が追加の３Ｄ電磁場発生器を含んでもよいことに注意されたい。
【００４２】
位置及び向きプロセッサ１０２を、３Ｄ電磁場発生器１０８と、スーパインポーズプロセッサ１０４と、センサインタフェース１０６とに接続する。前記画像インタフェースを、３Ｄ画像データベース１２０と、スーパインポーズプロセッサ１０４とに接続する。スーパインポーズプロセッサ１０４を、さらに表示ユニット１１４に接続する。前記センサインタフェースを、さらにメインセンサ１１０と、補助センサ１１２とに接続する。
【００４３】
３Ｄ電磁場発生器１０８は、複数の向き及び複数の振幅における複数の電磁場を発生する、コイルのような複数の電磁場発生素子を含む。これらの場を固定することもでき、交互にあらわれるようにすることもできることに注意されたい。これらの場を、センサ１１０及び１１２の各々によって検出する。この電磁場検出は、結果として、メインセンサ１１０の位置及び向きの表示を与える。
【００４４】
システム１００のメインセンサ１１０を、一般的に、検査する組織内に挿入されたプローブ又は医療用ツールにおいて配置する。補助センサ１１２を、一般的に、検査する組織の付近において配置する。このような補助センサの使用は、システム１００の性能を拡張するが、必須ではないことに注意されたい。より多くの補助センサを本システムに追加することができることに注意されたい。例えば、補助センサを、患者の身体に取り付け、彼の動きに対する基準を与えることができる。
【００４５】
センサ１１０及び１１２は、検出された電磁場に関する情報を、位置及び向きプロセッサ１０２に供給する。この情報から、そして、３Ｄ電磁場発生器１０８によって発生された場に関して、位置及び向きプロセッサ１０２は、センサ１１０と補助センサ１１２の位置及び向きを決定する。位置及び向きプロセッサ１０２は、個々の位置及び向きデータを発生し、これをスーパインポーズプロセッサ１０４に供給する。本発明によるしシステムは、複数の３Ｄ電磁場発生器１０８のような電磁場発生器を含むことができることに注意されたい。
【００４６】
３Ｄ画像データベース１２０は、検査される組織の予め検出された画像を含み、これをスーパインポーズプロセッサ１０４に供給する。前記予め検出された画像を、Ｘ線検出システム、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム、超音波撮像システム等のようなどのような３Ｄ画像発生装置から供給してもよいことに注意されたい。
【００４７】
３Ｄ画像データベース１２０は、３Ｄ画像データを、スーパインポーズプロセッサ１０４に、画像インタフェース１１６を経て供給する。スーパインポーズプロセッサ１０４は、位置及び向きプロセッサ１０２から受けた位置及び向きデータを、３Ｄ画像データベースから受けた３Ｄ画像データと共に処理する。スーパインポーズプロセッサ１０４は、これによって、前記予め検出された３Ｄ画像の表現と、センサ１１０の位置及び向きの表示とを含む画像を発生する。スーパインポーズプロセッサ１０４は、この表現を表示ユニット１１４に供給し、表示ユニット１１４は、個々の画像を生じさせる。
【００４８】
さらに、図１Ｂ及び１Ｃを参照する。図１Ｂは、図１Ａのシステム１００のセンサ１１０の実例である。図１Ｃは、本発明の他の好適実施形態によって構成され、動作する、一般的に１７０によって示されるセンサの実例である。
【００４９】
センサ１１０は、コア１５０と、３つのコイル１５２、１５４及び１５６とを含む。コア１５０を、強磁性としてもよい。前記コイルの各々は、異なった方向における電磁場を検出する。したがって、センサ１１０は、３次元（ｘ，ｙ，ｚ）に関する情報を供給する。コア１５０を、より高い利得のコイル等を使用するような、検出された信号を増幅する他の既知の手段と交換してもよいことに注意されたい。当該技術分野において既知の、ホール効果センサ等のようなどのような形式の電磁場センサも、本発明に適用可能であることに注意されたい。さらに、前記センサを、強磁性コアなしで使用することができることに注意されたい。
【００５０】
図１Ｃの参照に関して、センサ１７０は、コア１７２と、２つのコイル１７４及び１７６とを含む。コア１７２を、強磁性としてもよい。コイル１７４及び１７６の各々は、異なった方向における電磁場を検出する。したがって、センサ１７０は、２次元、例えば（ｘ，ｙ）に関する情報を供給する。
【００５１】
同じ原理によって動作するヘルメット用位置及び向き検出システムは、参照によってここに含まれる米国特許明細書第５６４６５２４号及び５６４６５２５号において開示されている。本発明は、このようなシステムを使用し、生きている組織内における侵入的な医療用装置の位置及び向きを決定する。
【００５２】
本発明の他の態様によれば、前記磁場の各々を、複数の周波数を使用して発生する。本発明のこの新奇の態様は、金属効果の増加等の先行技術のいくつかの欠点を克服する。複数の検出された電磁場の場測定を考慮することによって、本発明のシステムは、これらの電磁場を妨害するかもしれない金属物体の妨害効果を除去する。
【００５３】
ここで、図６を参照し、この図は、本発明の他の好適実施形態によって構成され、動作する、システム１００の電磁場発生器１０８の詳細な概要の実例である。
【００５４】
電磁場発生器１０８は、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１３２と、一般的に１３１で示す複数のチャネルモジュールと、アナログディジタル変換器１３８と、３つの増幅器１４０Ａ、１４０Ｂ及び１４０Ｎと、３つのコイル１４２Ａ、１４２Ｂ及び１４２Ｎと、３つのキャパシタ１４４Ａ、１４４Ｂ及び１４４Ｎと、複数の精密抵抗１４８Ａ、１４８Ｂ及び１４８Ｎとを含む。コイル１４２Ａ、１４２Ｂ及び１４２Ｎは、インダクタンス値Ｌ１、Ｌ２及びＬ３を各々有する。キャパシタ１４４Ａ、１４４Ｂ及び１４４Ｎは、キャパシタンス値Ｃ１、Ｃ２及びＣ３を各々有する。抵抗１４８Ａ、１４８Ｂ及び１４８Ｎは、抵抗値Ｒ１、Ｒ２及びＲ３を各々有する。システム１０８は、キャパシタ１４４Ａ、１４４Ｂ及び１４４Ｎを、共鳴モードにおいて動作するように使用することに注意されたい。システム１０８を、キャパシタ１４４Ａ、１４４Ｂ及び１４４Ｎを除去して前記コイルを前記抵抗に直接接続した場合、広い帯域の送信周波数をアドレスするために、非共振モードにおいて動作させることができることに注意されたい。
【００５５】
チャネルモジュール１３１の各々は、一般的に１３０で示すルックアップテーブルモジュールと、一般的に１３６で示すディジタルアナログ変換モジュールと、一般的に１３４で示す自動ゲイン制御（ＡＧＣ）モジュールとを含む。前記チャネルモジュールの各々が、磁場発生ユニットと、したがって磁場発生チャネルとを制御することに注意されたい。
【００５６】
ＤＳＰ１３２及びＤＡＣ１３６を、各々、ルックアップテーブルモジュール１３０及びＡＧＣモジュール１３４に接続する。前記ＡＧＣモジュールを、増幅器１４０Ａ、１４０Ｂ及び１４０Ｎの正入力ポートにさらに接続する。コイル１４２Ａ、１４２Ｂ及び１４２Ｎの各々を、増幅器１４０Ａ、１４０Ｂ及び１４０Ｎの各々１つの出力端子と、キャパシタ１４４Ａ、１４４Ｂ及び１４４Ｎの各々１つとの間に接続する。精密抵抗１４８Ａ、１４８Ｂ及び１４８Ｎの各々を、キャパシタ１４４Ａ、１４４Ｂ及び１４４Ｎと、個々の増幅器１４０Ａ、１４０Ｂ及び１４０Ｎの負入力部との間に接続する。コイル１４２Ａ、１４２Ｂ及び１４２Ｎを、互いに異なった方向において配置する。ＤＳＰ１３２は、コイル１４２Ａ、１４２Ｂ及び１４２Ｃからのフィードバックを、精密抵抗１４８Ａ、１４８Ｂ及び１４８Ｎを使用して受けることに注意されたい。ＡＤＣ変換器１３８を、各々が抵抗１４８Ａ、１４８Ｂ及び１４８Ｎの選択された１つの両端間の電圧を測定する複数の電圧測定ユニット１５０Ａ、１５０Ｂ及び１５０Ｎに接続する。ＡＤＣ１３８を、ＤＳＰ１３２にさらに接続する。
【００５７】
パワー増幅器１４０Ａ、１４０Ｂ及び１４０Ｎの各々は、個々のコイル１４２Ａ、１４２Ｂ及び１４２Ｃを流れる個々の電流Ｉ１、Ｉ２及びＩ３を駆動し、これによって、３つの個々の磁場Ｂ１、Ｂ２及びＢ３を発生する。センサ１１０（図１Ｂ）は、これらの３つの磁場Ｂ１、Ｂ２及びＢ３を含む磁気信号を同時に検出し、これらの磁場は、センサ１１０の各々のコイル１５２、１５４及び１５６の各々において電圧に変換される。システム１００は、追加の磁場発生器を含むことができ、したがって、追加の磁場を発生することができることに注意されたい。発生された電圧信号は、
0005005128.tif 000002
である。
【００５８】
検出器電圧振幅行列（３×３の例）は、
【数１】
0005005128.tif 000003
である。
【００５９】
本例は、３チャネルの場合に向けた説明を与える。本発明は、このチャネル数に限定されず、望むように容易に拡張できることに注意されたい。追加のチャネルは、前記センサの位置の検出の精度のレベルを上昇させる。各々が異なった位置における複数の送信機から発生された複数の測定は、歪み、干渉等を除去するのに使用することができる多くの情報を与える。
【００６０】
本発明によれば、この行列を、前記検出器部分において連続的に測定する。同時に、電流Ｉ１、Ｉ２及びＩ３を、前記送信部分において測定する。したがって、送信及び受信プロセスの双方を同時に実行するため、システム１００は、１０ミリ秒以下のオーダの速いリフレッシュレートにおいて、前記送信器に対する前記検出器の位置を決定することができる。
【００６１】
本発明の他の態様によれば、電流Ｉ１、Ｉ２及びＩＮを、コイル１４２Ａ、１４２Ｂ及び１４２Ｎの各々に直列に接続された正確な値の抵抗を使用することによって測定し、前記抵抗の両端間の電圧を測定することが、これらにおける電流の正確な決定をもたらす。前記電圧値の測定を、ＡＤＣ１３８からＤＳＰ１３２までのディジタル形式において行う。
【００６２】
本発明の他の態様によれば、特別なハードウェア構造を使用し、前記発生された磁場の正弦波波形の速度及び品質を改善する。ＤＳＰ１３２は、コイル１４２Ａ、１４２Ｂ及び１４２Ｎの各々によって伝送されるべき信号を決定する。これらの信号の各々は、正弦波等のような複数の簡単な波形の組み合わせを含む。ＤＳＰ１３２は、さらに、前記波形の各々を伝送すべき順序を決定する。本発明によれば、前記信号を同時に伝送できることに注意されたい。
【００６３】
ＤＳＰ１３２は、前記波形をルックアップテーブル１３０に格納する。ルックアップテーブル１３０は、ＤＳＰ１３２が前記システムの動作中に波形を計算する必要性を取り除く。前記波形を、連続的な波フォーマットにおいて格納し、これらを、前記ルックアップテーブルから直接呼出し、絶え間なく送信することができる。
【００６４】
前記システムを始動すると、ＤＳＰ１３２は、テスト信号の列を送信し、選択された数値表現を検出すると共に結合し、これらの和である数値表現を発生する。この時点において、ＤＳＰ１３２は、前記加算された数値表現をＤＡＣ１３６に、ルックアップテーブル１３０を経て供給する。ＤＡＣ１３６は、コイル１４２Ａ、１４２Ｂ及び１４２Ｎの各々に関する個々のアナログ信号を発生し、これらを個々の増幅器１４０Ａ、１４０Ｂ及び１４０Ｎに供給する。ＤＳＰ１３２は、前記送信コイルにおいて受けた信号と、クロストーク及び他の妨害のそれぞれとを検出する。この段階において、ＤＳＰ１３２は、前記波形を再計算し、これによって、前記検出された妨害を補償し、ルックアップテーブル１３０を更新することができる。
【００６５】
ここで、図７を参照し、この図は、本発明の他の実施形態にしたがって動作する、複雑な磁場波形を発生する方法の概要の実例である。ステップ１８０において、簡単な信号の複数の数値表現を計算する。
【００６６】
ステップ１８１において、各々が複数の選択された簡単な波形を含む複数の複雑な波形を決定する。前記波形の各々は、基本的に、選択された周波数における複数のこのような簡単な波形の重なりである。例えば、このような複雑な波形は、
0005005128.tif 000004
を含んでもよい。
【００６７】
複雑な波形信号は、必要なだけ多くの簡単な信号を含むことができることに注意されたい。一般的に、これは、決定するＤＳＰのパワー、前記システムの種々の構成要素間の通信速度、前記システムに特定の精度等のような多くの要因に依存する。この時点において、ＤＳＰ１３２は、前記波形を、振幅、オフセット当のような個々のパラメータに関して処理し、これによって、前記複雑な波形の数値表現を発生する。ＤＳＰ１３２は、さらに、前記波形を送信する順序を決定することができる（ステップ１８２）。
【００６８】
ステップ１８３において、前記波形の数値表現を、システム１００の例においてはルックアップテーブル１３０である記憶ユニットに記憶する。
【００６９】
ステップ１８４において、前記波形を取り出し、前記決定された順序において送信する。前記複雑な波形の数値表現を、ディジタルアナログ変換器１３６によってアナログ信号に変換し、前記送信セクションを使用して送信する。
【００７０】
ステップ１８５において、前記ＤＳＰは、ＡＧＣユニット１３４から受けたクロストーク及び一般的な妨害を検出する。したがって、ＤＳＰ１３２は、前記波形を、前記検出されたクロストークを補償するように変形し、前記記憶ユニットを適宜更新する（ステップ１８６）。ルックアップテーブル１３０に格納された前記波形を、ここで、連続的に送信することができる。前記電気環境における激変のみが、この手順を繰り返すことを必要にすることに注意されたい。
【００７１】
したがって、本発明は、前記磁場信号の各々を含む前記複雑な波形の各々の数値表現を共同計算する必要性を取り除き、これによって、これらのような信号を発生する速度を劇的に増加する。
【００７２】
コイル１４２Ａ、１４２Ｂ及び１４２Ｎの各々における磁場Ｂ１、Ｂ２及びＢＮは、これらのコイルを流れる電流Ｉ１、Ｉ２及びＩＮに依存する。物理的に理想的なシステムにおいて、Ｉ１、Ｉ２及びＩＮ間は無関係である。しかしながら、多次元磁場発生器は、場発生素子間のある程度のクロストークを含む。Ｘ方向場発生コイルは、Ｙ及びＺ方向場発生コイルにおける電流を誘電し、Ｙ方向場発生コイルは、Ｘ及びＺ方向場発生コイルにおける電流を誘電し、Ｚ方向場発生コイルは、Ｘ及びＹ方向場発生コイルにおける電流を誘電する。測定された電流は、
【数２】
0005005128.tif 000005
である。
【００７３】
抵抗Ｒ１、Ｒ２及びＲＮの両端間の電圧に変換される実際の電流は、
【数３】
0005005128.tif 000006
であり、ここで、Ａ２、Ａ３、Ｂ１、Ｂ３、Ｎ１及びＮ２は、予め決められた係数である。
【００７４】
本発明によれば、システム１００は、各軸におけるクロストーク成分を測定し、個々の補償を与える。本発明の他の態様によれば、チャネル間のクロストークを補償する方法が提供される。
【００７５】
ここで、図８を参照し、この図は、本発明の他の好適実施形態に従って動作する、システム１００を動作する方法の概要の実例である。最初に、ＤＳＰ１３２（図６）は、複数の関数電流信号を、各軸に関して１つ決定する（ステップ１９０）。これらの関数を、磁場を発生する前記コイルに対する電流として与える（ステップ１９１）。
【００７６】
ステップ１９２において、前記システムは、前記コイルの各々と直列に接続された前記抵抗の両端間の電圧を測定する。これらは高精密抵抗であり、したがって、システム１００は、前記軸の各々１つに関するこれらの各々からの正確な電流値を決定することができることに注意されたい（ステップ１９３）。
【００７７】
ステップ１７４において、システム１００は、前記コイルの各々において誘電された電流を、前記オリジナルの関数電流を予め決められた電流値から引くことによって決定する。ステップ１９５において、ＤＳＰ１３２は、前記決定された磁場の各々に関する補償関数を、前記決定された誘電電流に従って決定し、前記補償関数の各々を、前記個々の電流関数信号と結合する（ステップ１９６）。最終的に、システム１００は、ステップ１９０から繰り返す。
【００７８】
本発明の他の態様によれば、金属歪みを克服するために、多周波数信号を使用する。前記コイルの各々は、周波数の異なった組を含む信号を受ける。前記コイルの各々に供給される信号は、
【数４】
0005005128.tif 000007
であり、ここで、Ａは、前記周波数の各々に関する振幅ベクトルである。
【００７９】
本発明のシステムを、生きている組織内に挿入されるどのような侵入的装置において実現することもできる。
【００８０】
ここで、図２Ａ及び２Ｂを参照する。図２Ａは、患者と、本発明の他の好適実施形態に従って構成され、動作する、一般的に２００で示す侵入的システムの実例である。図２Ｂは、３Ｄ画像と、位置決め表現と、これらの双方のスーパインポーズとの実例である。
【００８１】
システム２００は、メインユニット２１０と、侵入的装置２０２と、表示ユニット２０６とを含む。侵入的装置２０２は、その先端において配置した３Ｄ磁気センサ２０４を含む。システム２００を、内視鏡、カテーテル、針、外科用装置等のような複数の侵入的装置から選択することができる。
【００８２】
さらに、図２Ｂを参照し、センサ２０４は、メインユニット２１０内に発生された電磁場を検出し、個々の信号を発生する。システム２００（図２Ａ）は、この情報を解析し、センサ２０４の位置及び向き（参照符２２２）の決定を発生する。センサ２０４を侵入的装置２０２の先端に堅固に装着するため、前記位置及び向きの決定は、侵入的２０２の先端の位置及び向きも示す。
【００８３】
本例において、前記侵入された生きている組織を、患者（参照符２９０）の頭部（参照符２３０）とする。システム２００は、前記侵入された生きている組織の予め走査された画像（参照符２２０）と、センサ２０４の位置及び向き（参照符２２２）とを結合し、これによって、スーパインポーズされた画像２２４を発生する。スーパインポーズ画像２２４は、侵入された生きている組織内における侵入的装置２０２の先端２０４の位置及び向きの視覚的情報を与える。
【００８４】
本発明のこの態様によれば、システム１００を、気管支鏡において取り付けることができる。ここで、図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃを参照し、これらの図は、本発明の他の好適実施形態に従って構成され、動作する、気管支鏡内に収容された図１Ａのシステム１００の実例である。
【００８５】
図３Ａは、患者の肺２８０に挿入された２６０で示す気管支鏡を示す。代表的な気管支鏡は、３つのメイン装置、すなわち、照明ユニットと、該気管支鏡の先端における画像を取得する光ファイバの組と、外科用ツールとを含む。本発明によれば、気管支鏡は、さらに、その先端に取り付けられたセンサ１１０のようなセンサを含む。さらに、図３Ｃを参照し、子の図は、図３Ａの気管支鏡２６０の先端の詳細な実例である。
【００８６】
気管支鏡２６０は、光ファイバ２６２と、光ファイバの組２６６と、外科用ツール２６４と、システム１００のセンサ１１０とを含む。光ファイバ２６２は、光を外部ソースから気管支鏡２６０の先端に伝送する。光ファイバの組２６６は、前記先端の付近における画像を取得し、この画像を、医師によって見るために、外部光学組立て部品（図示せず）に伝送する。及び/又はＨン例において、遠隔制御クランプである外科用ツール２６４は、手術する医師が外科的行為を行うことを可能にする。前記外科的ツールの先端に堅固に取り付けられているセンサ１１０は、この先端の近辺における電磁場を検出し、この情報をシステム１００に伝送する。
【００８７】
システム１００は、この情報を解析し、外科用ツール２６４の先端の位置及び向き（参照符２５０）を決定する。システム１００は、次に、外科用ツール２６４の先端の座標２５０を、本例においては患者の肺２８０である治療する領域の予め検出された画像２５２とスーパインポーズする。結果２５４を、表示ユニット１１４（図３Ｂ）において表示する。
【００８８】
拡張カテーテル２６０の先端の直径を、外科用ツール２６４の直径より慣例的には著しく大きくすることに注意されたい。したがって、前記外科的手順が前記拡張カテーテルにとって狭すぎる領域にアクセスすることを要求する場合、医師は外科用ツール２６４を進めることができ、このツールの位置及び向きはシステム１００によって与えられる。
【００８９】
本発明の他の態様によれば、前記一及び向き検出システムをカテーテルと結合し、これによって、その先端の位置を決定することができる。ここで、図４Ａ、４Ｂ及び４Ｃを参照する。図４Ａは、患者と、カテーテルと、本発明の他の好適実施形態に従って構成され、動作する、位置及び向き検出システムとの実例である。図４Ｂは、図４Ａの位置及び向き検出システムによって供給される位置情報のスーパインポーズ３２２と、患者の身体の治療する部分の３次元画像３２０との実例である。図４Ｃは、図４Ａのカテーテルの先端の詳細な実例である。
【００９０】
カテーテル３１０は、治療すべき領域の付近に特定の装置を導くのに使用する一般的な拡張カテーテルである。前記システムを操作する医師は、バルーン機構３１２を含む拡張カテーテル３０６を挿入する。センサ３０４を、拡張カテーテル３０６の先端に堅固に取り付ける。
【００９１】
センサ３０４は、（発生器３０２によって発生される）複数の方向における電磁場を検出し、情報をシステム３００の処理ユニット３０８に供給する。処理ユニット３０８は、この情報を解析し、これによって、センサ３０４の位置及び向きを決定する。システム３００は、これらの座標を使用し、治療する領域のスーパインポーズ画像（参照符３２４）を発生する。
【００９２】
本発明によれば、前記システムの電磁気センサと解析ユニットとの間の通信を、無線方法または有線方法におけるものとすることができる。ここで、図５を参照し、この図は、本発明の他の好適実施形態によって構成され、動作する、一般的に４００で示す検査システムの概要の実例である。
【００９３】
システム４００は、ベースユニット４０２及びリモートユニット４０４を含む。ベースユニット４０２は、受信機４１２と、３次元電磁場発生器４１４と、座標プロセッサ４１０と、画像プロセッサ４１８と、画像ソース４１６と、表示ユニット４２０とを含む。座標プロセッサ４１０を、受信機４１２と、３次元電磁場発生器４１４と、画像プロセッサ４１８とに接続する。画像プロセッサ４１８を、表示ユニット４２０及び画像ソース４１６にさらに接続する。
【００９４】
リモートユニット４０４は、記憶ユニット４２２と、送信機４２４と、プロセッサ４２８と、３次元電磁場センサ４３０と、生物測定ユニット４２６とを含む。プロセッサ４２８を、記憶ユニット４２２と、送信機４２４と、３次元電磁場センサ４３０と、生物測定ユニット４２６とに接続する。ベースユニット４０２は、受信した何らかの情報を使用し、検出された磁場に関し、発生器４１４によって伝送された電磁場を変化させるようにする。
【００９５】
生物測定ユニット４２６を、前記生きている組織における内部の操作を行うように設計する。このような生物測定ユニットは、カメラと、リモートユニット４０４の位置及び向きに従って予め決められた位置において材料を放出する物質放出ユニットと、オキシメータのような標本化ユニットとを含むことができることに注意されたい。前記生物測定ユニットは、さらに、グルコメータと、温度計と、酸性度検知器と、調査する生きている組織の予め指定された組織の予め決められた特性を検出することができる何か他の生理学的プローブとを含むことができる。本発明の他の態様によれば、生理学的プローブや、調査する患者の指定された器官の画像を検出するビデオカメラのようないくつかの形式の生物測定ユニットを、リモートユニット４０４に含める。
【００９６】
前記生理学的プローブは、検出された特定に関する情報をプロセッサ４２８に供給する。前記プロセッサは、この情報の一時的な解析を行い、この生理学的データをベースユニット４０２に送信すべきかどうかを決定するようにすることができる。
【００９７】
同時に、センサ４３０は、複数の方向における電磁場特性を検出し、検出結果をプロセッサ４２８に供給する。前記電磁場を、３次元電磁場発生器４１４によって供給する。システム４００は、４１４で示すもののような複数の３次元電磁場発生器を含むことができる。追加電磁場発生器の使用は、位置及び向き測定精度を向上する。
【００９８】
プロセッサ４２８は、前記検出結果を前記生理学的データと共にパックし、これを送信機４２４を使用して受信機４１２に送る。プロセッサ４２８は、生理学的プローブ４２６及びセンサ４３０から受けたデータの選択された部分を、記憶ユニット４２２に記憶することもできることに注意されたい。
【００９９】
受信機４１２は、受信したデータを座標プロセッサ４１０に供給する。座標プロセッサ４１０は、前記検出された電磁場に関するデータを抽出し、検出時におけるセンサ４３０の位置及び向きを決定する。
【０１００】
座標プロセッサ４１０は、前記位置データを前記生理学的データと共に、画像プロセッサ４１８に供給する。画像プロセッサ４１８は、このデータを、画像ソース４１６から受けた３次元画像と共に使用し、スーパインポーズ画像を発生し、これを表示ユニット４２０において表示する。
【０１０１】
このようなスーパインポーズ画像は、調査する患者の消化システム内の酸性度の道を含んでもよく、リモートユニット４０４の行路の各点において、前記位置及び酸性度レベルの方法を検出し、記録する。
【０１０２】
リモートユニット４０４を、基本的に、医師による小さな介在によって、挿入され、動き回るように設計する。例えば、リモートユニット４０４を、口を通って行くことができ、患者の消化器系を通ってその道を形成し、この道に沿って種々の特性を標本化し、発見物をこれらが取られた正確な位置と共に送信する。
【０１０３】
本発明の他の態様によれば、前記位置及び向き装置を、体内超音波トランシーバに結合し、これによって、リアルタイム３次元画像発生システムを与える。ここで、図９を参照し、この図は、本発明の他の好適実施形態に従って構成され、動作する、一般的に５００で示す、体内超音波トランシーバ及び位置及び向き検出器と結合した３次元画像システムの概要の実例である。
【０１０４】
システム５００は、体内超音波組立て部品５４０と、記憶ユニット５３２と、３次元画像発生器５３０と、結合プロセッサ５３６と、一般的位置及び向き検出器５３４と、表示ユニット５３８とを含む。体内超音波組立て部品５４０は、超音波検出器５０２は、互いに堅固に取り付けられた超音波検出器５０２と位置及び向き検出器５１０とを含む。検出器５０２を、血管内超音波（ＩＶＵＳ）素子等のようなどのような形式の超音波トランシーバまたはセンサと交換することもできる。体内超音波組立て部品５４０を、記憶ユニット５３２に接続する。３次元画像発生器５３０を、記憶ユニット５３２及び結合プロセッサ５３６に接続する。結合プロセッサ５３６を、さらに、一般的位置及び向き検出器５３４と、表示ユニット５３８とに接続する。記憶ユニット５３２は、３次元画像発生器５３０がリアルタイム画像処理に十分なほど強力な場合、余分であることに注意されたい。この場合において、体内超音波組立て部品５４０を、３次元画像発生器５３０に直接接続する。
【０１０５】
体内超音波組立て部品５４０は、複数の２次元超音波画像と、前記２次元超音波画像の選択されたものに各々関する超音波検出器５０２の複数の位置及び向き読み出しとを検出する。前記２次元超音波画像の各々は、走査された３次元ボリュームの異なったスライスを与える。前記２次元超音波画像と、前記超音波検出器の位置及び向きとのこのような対の各々を、記憶ユニット５３２において記録として記憶する。位置及び向き検出器５１０は、本発明によって表される電磁気方法と、回転磁界、簡単な時期フィードバック等のような、当該技術分野において既知の何か他の電磁気方法とに従って動作することができる。
【０１０６】
３次元画像発生器５３０は、前記記録を受け、前記走査されたボリュームの３次元表現を発生する。この表現に、さらに、カメラ、クランプ、レーザ装置等のような何らかの外科用ツールに関係する他の位置及び向き検出器から与えられた位置及び向きデータを結合することができる。前記外科用ツールの位置及び向きの表示と結合された、前記走査されたボリュームの３次元表現を含む最終的な結果を、表示ユニット５３８において表示する。
【０１０７】
ここで、図１０Ａ及び１０Ｂを参照し、これらの図は、本発明の他の好適実施形態に従って構成され、動作する、図９の体内超音波組立て部品５４０の、斜視図における実例である。システム５４０は、拡張カテーテル５０８と、マウンティングカテーテル５０６と、外科用ツール５４２とをさらに含む。超音波トランシーバ５０２を、拡張カテーテル５０８に挿入されたマウンティングカテーテル５０６に固定する。位置及び向き検出器５１０はクランプを含み、位置及び向き検出器５４４は、このクランプのガイドチューブ５４６の先端の周囲を取り囲む。
【０１０８】
位置及び向き検出器５１０は、超音波トランシーバ５０２の位置及び向きを連続的に検出する。超音波トランシーバ５０２は、超音波をその前端５０４から送信すると共に検出し、これによって、一般的に５１２Ａで示す角度超音波スライス画像を発生する。画像５１２Ａは、セクション５０４の前面において位置する物体の２次元表現である。
【０１０９】
図１０Ｂの参照と共に、ユーザは、超音波トランシーバ５０２を、種々の方向に、例えば、回転によって向けることができ、これによって、５１２Ｂで示すもののような追加の角度超音波スライス画像を発生することができる。
【０１１０】
ここで、図１０Ｃを参照し、この図は、一般的に５１２で示す、複数の角度超音波スライス画像の斜視図における概要である。角度超音波スライス画像５１２Ａ（図１０Ａ）、５１２Ｂ（図１０Ｂ）、５１２Ｃ及び５１２Ｄは、走査されたボリュームの種々の断面の２次元表現である。これらの画像を、３次元画像発生器５３０によって３次元画像に結合する。
【０１１１】
システム５００を使用し、医師は、患者を、治療する領域の画像を形成したすぐ後に手術することができ、さらに、その後、どのような所望の瞬時においても前記画像を更新することができる。
【０１１２】
ここで図１１Ａ及び１１Ｂを参照し、これらの図は、本発明の他の好適実施形態によって構成され、動作する、一般的に５５０で示す、体内超音波組立て部品の斜視図における概要である。体内超音波組立て部品５５０は、放射状超音波トランシーバ５５２と、位置及び向き検出器５５６とを含む。放射状超音波トランシーバ５５２を、マウンティングカテーテル５５４に取り付け、マウンティングカテーテル５５４を、さらに拡張カテーテル５５８に挿入する。位置及び向き検出器５５６を、マウンティングカテーテル５５４の先端において、放射状超音波トランシーバ５５２のベースの近くに配置する。図１１Ａにおいて見られるように、位置及び向き検出器５５６は、マウンティングカテーテル５５４の先端の周囲に巻き付けられた１つのコイルを含む。体内超音波組立て部品５５０は、図９の体内超音波組立て部品５４０に置き換わることができる。操作ユーザは、体内超音波組立て部品５５０を（双方向矢印によって示す）前後に動かすことができ、図１１Ｂにおいて以下にさらに説明するように、種々の方向において動かすことができる。
【０１１３】
位置及び向き検出器５５６は、マウンティングカテーテル５５４の先端の位置及び向き、したがって、放射状超音波トランシーバ５５２の位置及び向きを連続的に検出する。位置及び向き検出器５５６は、検出した情報を記憶ユニット５３２（図９）に供給する。放射状超音波トランシーバ５５２は、一般的に５７０で示す放射状超音波スライス画像を連続的に検出する。放射状超音波トランシーバ５５２は、検出した画像情報を記憶ユニット５３２に供給する。
【０１１４】
記憶ユニット５３２は、前記走査されたボリュームの２次元放射状スライスと、このスライスに関する位置及び向き又は予め決められた点とを各々が含む複数の記録を含む。
【０１１５】
ここで図１１Ｂを参照し、この図は、一般的に５７０で示す複数の放射状超音波スライス画像の斜視図における実例である。放射状角度超音波スライス画像５７０Ａ、５７０Ｂ、５７０Ｃ、５７０Ｄ、５７０Ｅ及び５７０Ｆは、走査されたボリュームの種々の断面の２次元表現である。これらの画像を、３次元画像発生器５３０によって、３次元画像に結合する。
【０１１６】
ここで、図１２を参照し、この図は、本発明の他の好適実施形態に従って動作する、システム５００を動作する方法の概要の実例である。ステップ５８０において、位置及び向き検出器５１０を有する超音波検出器５０２を患者の体内に挿入し、検査し、治療すべき領域において配置する。ステップ５８２において、超音波検出器５０２は、複数の２次元画像（図１０Ｃにおける参照符５１２）を検出する。ステップ５８４において、位置及び向き検出器５１０は、前記２次元画像の各々の位置及び向きを検出する。
【０１１７】
ステップ５８６において、画像と、位置及び向き情報とを含む記録を記憶する。このステップは、前記３次元画像発生器が十分に強力な場合、余分である。ステップ５８８において、３次元画像発生器５３０は、前記記録を処理し、これによって、前記走査されたボリュームの３次元表現を発生する。前記走査されたボリューム内部から発生されたこの画像を、ここで表示することができる。例えば、ＩＶＵＳを結うｓルウＭＰＳセンサを使用する体内超音波組み立て部品を使用し、血管の再構成された３次元画像を発生することができる。
【０１１８】
ステップ５９０において、前記システムは、複数の外科用ツールのいずれかに関する異なった位置及び向き検出器から発生された追加の位置及び向き情報を受ける。このような外科用ツールは、操作カテーテル、カメラ、照明装置等のどのような形式から成るリストからも選択することができる。本発明は、１つの追加の位置及び向きセンサに限定されず、複数のこのようなセンサを１つのシステムに組み込むことができ、これらの各々が、前記３次元画像において示され（ステップ５９２）、その後に表示される（ステップ５９４）ことに注意されたい。
【０１１９】
本発明の他の態様によれば、位置及び向き検出器を、患者の体内で操作する前に、基準画像上に位置付ける方法が提供される。
【０１２０】
ここで、図１３を参照し、この図は、本発明の他の好適実施形態に従って動作する、位置及び向き検出器を基準画像上に初期に位置決めする方法の概要の実例である。本発明の方法は、治療する領域における、これらにおいて可視であり、前記基準画像においても既知であり、これらと関係すべき既知の位置を使用する。最初に、複数のこれらの位置を決定する（ステップ６００）。図３Ｂに関して、肺システムの主な結合部は容易に検出され、太陽神経叢、声帯等のような特定の骨領域もそうである。
【０１２１】
ステップ６０２において、前記位置及び向き検出器を、これらの位置の各々において配置し、適宜読み出しを行う（ステップ６０４）。２または３のこれらのような位置は、前記基準画像内の前記検出器の位置決めに十分であることに注意されたい。任意のより多くのこれらのような位置を使用し、前記位置決めプロセスの精度を向上することができる。最終的に、前記基準画像を前記治療する領域に向け（ステップ６０６）、前記位置及び向き検出器を、前記基準画像内で位置決めすることができる（ステップ６０８）。
【０１２２】
本発明の他の態様によれば、本発明の位置及び向きシステムを腹腔鏡手術装置及び手順に含める。ここで、図１４を参照し、この図は、本発明の他の好適実施形態に従って構成され、動作する、一般的に６３０及び６４０で示す２つの最小の侵入的ツールの実例である。
【０１２３】
最小侵入的ツール６３０は、一般的に、一般的に６３２で示す外科用ツールによって終了するガイド要素である。外科用ツール６３２は、マーキング装置、バイオプシーを行うのに使用される装置、外科用装置、レーザカッター、治療及び組織結合装置等のような、最小侵入的手術にしようされるどのような既知の装置であってもよい。
【０１２４】
最小侵入的ツール６３０は、さらに、位置及び向きセンサ６３４を含む。最小侵入的ツール６４０は、一般的に、最小侵入的ツール６３０と類似であり、外科用ツール６４２と、位置及び向きセンサ６４４及び６４６とを含み、センサ６４４を、ツール６４０の軸方向において向け、センサ６４６を、前記軸方向に対して垂直に向ける。
【０１２５】
最小侵入的ツール６３０及び６４０を、各々、皮膚層６３６における最小サイズの穴６３８及び６４８を通って患者の体内に挿入する。これらのような技術の使用は、治療する領域にもたらされる外傷を減少する。慣例的な腹腔鏡は、単純な視線が医師に利用できないため、カメラ及び照明手段を前記治療ボリュームに挿入することをしばしば必要とする。本発明のこの態様によれば、カメラ又は照明装置を前記治療ボリュームに挿入する必要はない。前記外科用ツールの位置及び向きを、本発明のシステムによって決定し、医師に見せるために、前記治療ボリュームの画像上に示す。
【０１２６】
当業者には、本発明は、上記において特に示し、説明したものに限定されないことは明らかであろう。むしろ、本発明の範囲は、請求項のみによって規定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  Ａは、本発明の好適実施形態に従って構成され、動作する位置及び向き決定システムの概要の実例であり、
Ｂは、Ａのシステムのセンサの詳細な実例であり、
Ｃは、本発明による他の好適実施形態に従って構成され、動作するセンサの実例である。
【図２】  Ａは、患者と、本発明の他の好適実施形態によって構成され、動作する侵入的システムとの実例であり、
Ｂは、３Ｄ画像と、位置表現と、これら双方のスーパインポーズとの実例である。
【図３】  Ａ、Ｂ及びＣは、本発明の他の好適実施形態に従って構成され、動作する、気管支鏡内に含まれる、図１Ａの位置及び向き決定システムの実例である。
【図４】  Ａは、患者と、カテーテルと、本発明の他の好適実施形態に従って構成され、動作する位置及び向き検出システムの実例であり、
Ｂは、Ａの位置及び向き検出システムによって供給された位置情報と、患者の身体の治療部分の３次元画像とのスーパインポーズの実例であり、
Ｃは、Ａのカテーテルの先端の詳細な実例である。
【図５】  本発明の他の好適実施形態に従って構成され、動作する侵入的システムの概要の実例である。
【図６】  本発明の他の好適実施形態に従って構成され、動作する、位置決めシステムの電磁気発生器セクションの詳細な概要の実例である。
【図７】  本発明の他の好適実施形態に従って動作する、複雑な磁場波形を発生する方法の概要の実例である。
【図８】  本発明の他の好適実施形態に従って動作する、動作システムに関する方法の概要の実例である。
【図９】  本発明の他の好適実施形態に従って構成され、動作する、体内超音波トランシーバと位置及び向き検出器とを結合する３次元画像システムの概要の実例である。
【図１０】  Ａ及びＢは、本発明の他の好適実施形態に従って構成され、動作する、図９の体内超音波組み立て部品の斜視図における実例であり、
Ｃは、複数の角度超音波スライス画像の斜視図における実例である。
【図１１】  Ａ及びＢは、本発明の他の好適実施形態に従って構成され、動作する、体内超音波組み立て部品の斜視図における実例である。
【図１２】  本発明の他の好適実施形態に従って動作する、動作システムに関する方法の概要の実例である。
【図１３】  本発明の他の好適実施形態に従って動作する、位置及び向き検出器を基準画像上において初期位置決めする方法の概要の実例である。
【図１４】  本発明の他の好適実施形態に従って構成され、動作する、２つの最小侵入的ツールの実例である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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