CN102227869A - 用于在工作空间中对磁体进行无接触地磁导航的线圈系统 - Google Patents

用于在工作空间中对磁体进行无接触地磁导航的线圈系统 Download PDF

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CN102227869A CN2009801472079A CN200980147207A CN102227869A CN 102227869 A CN102227869 A CN 102227869A CN 2009801472079 A CN2009801472079 A CN 2009801472079A CN 200980147207 A CN200980147207 A CN 200980147207A CN 102227869 A CN102227869 A CN 102227869A
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    • A61B34/73—Manipulators for magnetic surgery

Abstract

本发明涉及一种用于在工作空间中对磁体（1）进行无接触地磁导航的线圈系统，其中所述线圈系统具有多个线圈和用于控制所述多个线圈中的相应电流的电流控制装置。在此，所述电流控制装置被构造为使得为了在所述工作空间中向着能够变化地能预给定的位置（P）对所述磁体（1）进行导航，将所述多个线圈中的电流调解为使得通过所述电流生成的、在所述能预给定的位置（P）周围的凸环境（
Figure DEST_PATH_IMAGE002
）的边缘上的多个位置（P1，P2，P3，P4）处作用于所述磁体（1）的磁力（F1，F2，F3，F4）指向所述环境（）中。根据本发明的线圈系统具有以下优点：在没有线圈系统的机械运动和没有用于确定磁体位置的定位系统的情况下实现所述磁体朝着空间位置的运动。所述线圈系统尤其用在医疗设备中，在该医疗设备中使探测器形式的磁体在患者身体中运动。在此，可以在没有患者病床或线圈系统的机械运动的情况下实现探测器在患者身体中的快速导航。

Description

用于在工作空间中对磁体进行无接触地磁导航的线圈系统
技术领域
本发明涉及用于在工作空间中对磁体进行无接触地磁导航的线圈系统和方法。
背景技术
用于对磁体进行无接触地磁导航的线圈系统利用多个线圈产生磁场，该磁场与磁体相互作用，由此生成导致磁体运动的磁力和转矩。在此，通过线圈系统的各个线圈中的相应电流可以适当地调节作用于磁体上的磁力和磁转矩。
尤其是，以上类型的线圈系统用于医疗领域。在此，利用磁体在线圈系统的工作空间中检查患者。在此，工作空间可以从外部进入并且在该空间中线圈系统的磁力对磁体具有足够的作用。为了实施检查，将位于患者中的磁体和患者身体的待检查的部分置于线圈系统的工作空间中。在此，磁体是探测器，利用该探测器可以对患者的体内器官进行测量——尤其是拍摄。
具有磁探测器的线圈系统例如在肠胃病学、尤其是胃镜检查中使用，参见WO 2007/077922 A1。在内窥镜检查期间，患者的胃部分地用水填充并且患者吞下相应的探测器，该探测器包含永磁体和摄像机。
在此，患者的胃位于线圈系统的工作空间中或者在吞下探测器后置于工作空间中。在使用通过线圈系统产生的磁力和转矩的情况下，使探测器如此运动，即使得形成对患者胃黏膜的待检查区域的拍摄。在此有必要的是，可以通过向线圈适当地供给电流而如此地产生不均匀的磁场，即使得通过磁场与探测器中的永磁体的相互作用适当地定位探测器并且将探测器保持在该位置中。
从现有技术中公知不同的、用于相对于线圈系统适当地定位磁体的方案。由文件WO 2006/014011 A1公知一种线圈系统，其中在检查期间通过机械方式使待检查的患者关于线圈系统运动。该线圈系统被构造为使得存在关于线圈系统固定的单个空间点。如果没有外力作用在磁体上，则磁体由于所施加的磁力和转矩朝着该空间点运动。当磁体到达该空间点时，只要没有施加外力，磁体就留在该空间点处。在此证明为不利的是，为了使磁体运动或者必须使线圈系统机械地运行或者必须使患者机械地运动或者必须使这二者机械地运动。这在以下应用中尤其是有问题的，在该应用中需要磁体朝着预给定的位置快速运动。
由现有技术中还公知一些系统，在这些系统中，线圈系统由一个或多个永磁体替代以使磁体运动，例如参见US 7,019,610 B2。在这些系统中，也通过患者的或永磁体的或患者和永磁体的机械运行实现朝着预给定位置的运动。
此外公知如下的线圈系统，在这些线圈系统中，在没有机械运动的情况下通过相应地调整磁体位置处的磁场和场梯度来实现仅仅由线圈系统中的电流引起的磁体运动（例如参见WO 2006/092421 A1）。然而在此需要已知磁体的位置和定向，这又要求必须附加地测量磁体的位置。
发明内容
本发明的任务在于，避免现有技术的以上所述的缺点并且提供一种线圈系统和一种方法，借助所述线圈系统和所述方法可以通过简单的方式对磁体进行无接触地导航。
该任务通过根据权利要求1的线圈系统和根据权利要求15的方法解决。在从属权利要求中定义本发明的扩展方案。
根据本发明的线圈系统包括多个线圈和用于控制所述多个线圈中的相应电流的电流控制装置。在此，电流控制装置被构造为使得为了向着线圈系统的工作空间中的能够变化地能预给定的位置对磁体进行导航，将所述多个线圈中的电流调解为使得通过电流生成的、在所述能预给定的位置凸环境的边缘处的多个位置上作用于磁体的磁力指向环境中。“能够变化地能预给定”在此意味着工作空间中的位置不是固定的，而是可以通过电流控制装置被不同地调节。尤其是如此构造磁体，使得磁体在预先确定的方向上具有预给定的磁偶极矩。
通过这样控制电流确保了与磁体在工作空间中的当前位置无关地使磁体朝着能预给定的位置运动。能预给定的位置在此例如可以通过操作接口由操作员进行调节。根据本发明，“凸环境”理解为不具有向内隆起的区域的环境。凸环境在此必须位于线圈系统的工作空间中。优选地，该环境位于能预给定的位置附近。“附近”尤其意味着环境的边缘的最大距离是线圈系统的最大扩展的10%或者更少。对于医疗应用，其边缘与能预给定的位置的最大距离在0.005 m和0.1 m之间的、优选是0.01 m的环境被证实是实用的。
根据本发明的线圈系统具有以下优点：仅仅通过相应的电流控制便可以实现具有基本上指向能预给定的位置的力的磁场最大值（“峰值”）。在此不需要使线圈系统机械地运动并且磁体在工作空间中的当前位置是已知的。因此，可以省去所述当前位置的位置确定。
在一个优选的实施方式中，能预给定的位置周围的环境是多面体和/或多边形，例如三角形、四边形或者其他多边形。尤其是在磁体的运动具有少于三个平移自由度时考虑多边形。优选地，磁力在环境边缘上针对在那里定位的磁体所作用到的多个位置位于多边形和/或多面体的角点中的一个或多个处，尤其是位于多边形和/或多面体的所有角点处。
在线圈系统的一个优选实施方式中，电流控制装置被构造为使得针对能预给定的位置来计算线圈系统运行中的电流。因此，对于确定的位置实时地确定合适的电流。同样可以在电流控制装置的存储器中存储待为多个能预给定的位置调节的电流。如果例如通过操作接口确定空间位置——磁体应当朝着所述空间位置运动，则从所述存储器中读出相应的待调节的电流。
在一个特别优选的实施方式中，为了向着能预给定的位置对磁体进行导航而调节的电流是具有以下边界条件的优化问题的解决方案：通过电流生成的、在能预给定的位置周围的凸环境的边缘上的多个位置处作用于磁体的磁力指向所述环境中。所述优化问题在一个优选的实施方式中是线性程序或者二次程序，其可以利用已知的标准优化方法可靠地并且在短计算时间内解决。
在本发明的一个优选的实施方式中，优化问题是在考虑以下另外边界条件的情况下多个线圈中的电流矢量的数值或者2-标准（2-Norm）（也就是说，欧几里得标准）的最小化，所述另外边界条件即通过电流生成的、在能预给定的位置周围的凸环境的边缘上的多个位置处作用于磁体的磁力在数值上分别超过预先确定的值。
在根据本发明的线圈系统的另一构造方案中，在解决优化问题时对电流进行不同的加权。取代线圈电流矢量的2-标准，在此例如使线圈电流的经加权的矢量的2-标准最小化，其中以线圈的欧姆电阻的平方根来加权每个单个的线圈电流。由此使多个线圈中的总欧姆损耗功率最小化。
替代地或附加地，也可以将优化问题定义为使得通过电流生成的、在能预给定的位置周围的凸环境的边缘上的多个位置处作用于磁体的磁力最大化。在此作为另外的边界条件考虑：多个线圈的电流在数值上低于相应的最大值。
在一个特别优选的实施方式中，在解决以上所述的优化问题时作为附加的边界条件考虑：在能预给定的位置处通过电流产生的磁场基本上指向预给定的方向并且具有超过预给定值的数值。通过所述方式确保：磁体在能预给定的位置处也具有预先确定的定向。
在根据本发明的线圈系统的另一构造方案中，电流控制装置考虑磁体的具有两个平移自由度或更少平移自由度的运动。
根据本发明的线圈系统优选用在医疗设备中，该医疗设备被构造为使得可以将患者在线圈系统中定位并且通过电流控制装置向着患者体内的能预给定的位置对探测器形式的磁体进行导航以检查患者的器官。
此外，本发明包括用于借助于根据本发明的线圈系统在工作空间中对磁体进行无接触地磁导航的方法。在此，为了向着工作空间中的能预给定的位置对磁体进行导航，通过线圈系统的电流控制装置将线圈系统的多个线圈中的电流调解为使得通过电流生成的、在能预给定的位置周围的凸环境的边缘上的多个位置处作用于磁体的磁力指向环境中。
附图说明
以下根据附图详细地描述本发明的实施例。
图1示出用于医疗应用的胶囊形式的磁体的示意图；
图2示出根据本发明的实施方式配置磁力以使胶囊向空间位置运动的示意图；
图3示出本发明对于胶囊的具有两个平移自由度的运动的优化问题的示意图；
图4示出本发明对于胶囊的具有三个平移自由度的运动的优化问题的示意图。
具体实施方式
以下根据用于患者器官的内窥镜检查的医疗设备来解释本发明。该医疗设备包括线圈系统，该线圈系统尤其是与文献WO 2006/092421 A1的线圈系统类似地构造。该线圈系统包括14个用于产生相应磁场的、可单个控制的线圈。在此，各个线圈被构造为使得相应线圈的磁场或者场梯度不集中在通过线圈预给定的工作空间中的一个或多个空间位置上。在必要时也可以使用其他线圈系统，其中最少应当使用八个线圈，以便可以彼此独立地控制磁自由度。在以下描述的实施方式中所使用的线圈系统虽然与文献WO 2006/092421 A1的线圈系统具有相同的构造，但在对各个线圈的电流的控制方面不同。
在这里描述的实施方式中，通过线圈系统使在图1中示意性呈现的磁胶囊1运动。在此，胶囊是内窥镜探测器，该内窥镜探测器由患者吞下，以便在患者的胃肠中进行相应检查。该胶囊是具有磁偶极矩                                               
Figure 2009801472079100002DEST_PATH_IMAGE002
的磁体。在施加在图1中通过场线示意性表明的磁场时，在胶囊1上产生转矩，该转矩使胶囊的磁偶极矩在磁场的方向上对准。
胶囊1包含（未示出的）摄像机并且由患者在内窥镜检查之前吞下。患者此时或者之后被在线圈系统的工作空间中定位。然后可以通过相应地调节线圈系统中的电流使胶囊运动，并且尤其是也可以使胶囊在所期望的定向方向上对准。利用胶囊例如可以进行肠胃病检查。在此，患者在检查前并且在必要时也在检查期间喝下足够量的水，从而在检查时使胶囊在水中或者在水面上运动。然后通过适当地调节线圈中的电流，可以使胶囊在水面上朝着胃中待检查的区域运动和定向，并且还能够实现微距拍摄，在微距拍摄时胶囊在水面以下完全位于水中。在此，胶囊具有高频发送器，利用该高频发送器发送出拍摄到的图像并且利用患者体外的相应接收器接收这些图像。该接收器例如集成在患者检查时所携带的带子中。
在以下描述的实施方式中，观察胶囊在空间中具有五个自由度的运动，这五个自由度包括两个平移自由度和所有三个旋转自由度。这例如对应于以上所述的、胶囊在患者胃中在水面上的运动，该运动具有三个旋转自由度和仅仅两个平移自由度。现在以下描述的对线圈中电流的控制的目的是，在线圈系统的工作空间中将电流调节为使得通过线圈在预给定的空间位置处产生磁场最大值，从而胶囊朝着该空间位置运动并且停留在那里。在此，该空间位置可以由操作者、即医疗人员通过操作接口适当地调节和改变，以便进行对患者的相关器官的相应检查。
以下，胶囊1的三维磁偶极矩矢量记为，并且线圈系统视为具有
Figure DEST_PATH_IMAGE008
个线圈。在此通过胶囊内部的适当磁元件产生胶囊的磁偶极矩。此外，胶囊应当朝着其运动的特定的三维空间位置记为。通过线圈中的电流生成的磁场由三维磁场矢量
Figure DEST_PATH_IMAGE012
表示。由磁场产生的、与胶囊的磁偶极矩和空间位置
Figure 505093DEST_PATH_IMAGE010
有关的力通过三维力呈现。各个线圈中的电流通过具有
Figure 484550DEST_PATH_IMAGE008
项的矢量
Figure DEST_PATH_IMAGE016
表示，其中每个项呈现出单个线圈中电流。在此，在空间位置
Figure 388921DEST_PATH_IMAGE010
处，电流矢量
Figure 784130DEST_PATH_IMAGE016
和由此生成的磁场和由此生成的力存在以下关系：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
在此，是
Figure DEST_PATH_IMAGE022
矩阵。矩阵是两个矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure DEST_PATH_IMAGE026
的乘积，也就是说：
Figure DEST_PATH_IMAGE028
。
矩阵
Figure 670233DEST_PATH_IMAGE026
是
Figure DEST_PATH_IMAGE030
矩阵，该矩阵不仅与特定的空间位置P有关，而且还与线圈系统的几何形状有关。在此，对于任意的空间位置，该矩阵是预给定的或者可以毫无问题地根据毕奥-萨伐（Biot-Savart）定律从线圈系统的特定几何形状中确定。另一矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE032
是
Figure DEST_PATH_IMAGE034
矩阵，该矩阵表述如下：
在此，
Figure DEST_PATH_IMAGE038
表示磁偶极矩矢量
Figure DEST_PATH_IMAGE040
的x分量、y分量和z分量。
为了计算矩阵，磁偶极矩
Figure 248850DEST_PATH_IMAGE040
、即胶囊的定向必须是已知的。如以上所述，观察胶囊可以在空间中以包括所有三个旋转自由度的五个自由度运动的情形。这导致，胶囊的磁偶极矩基本上（也就是说，以可忽略的误差）在线圈系统的作用于胶囊上的磁场
Figure DEST_PATH_IMAGE044
的方向上对准。为了确保如此，以下作为边界条件规定：磁场的数值大于最小值，也就是说：
。
在此，
Figure DEST_PATH_IMAGE048
是适当选择的、可缩放的值，该值的大小被选择为使得可作用于胶囊的、可能最大的干扰转矩在被和
Figure 303580DEST_PATH_IMAGE040
的数值的乘积相除的情况下小于
Figure 296944DEST_PATH_IMAGE044
和
Figure 113590DEST_PATH_IMAGE040
之间的最大可靠空间角的正弦。
胶囊的磁偶极矩
Figure 912919DEST_PATH_IMAGE040
是已知的。因此可以如下描述在特定的空间位置P处的磁场或所施加的力与电流矢量之间的关系：
Figure DEST_PATH_IMAGE050
。
如以上所述，现在应当将线圈系统中的电流调节为使得在点处产生具有最大值的磁场。这通过在考虑以下边界条件的情况下解决凸优化问题实现：磁力关于该特定的空间位置如在图2中表明的那样对准。图2在此示出特定的空间位置
Figure 928465DEST_PATH_IMAGE010
以及该空间位置周围的预给定的环境
Figure DEST_PATH_IMAGE052
。出于简明的原因，在此呈现出二维的环境，然而根据本发明的优化也可以用于三维的环境。在此，在该环境的封闭的边缘上，力的对准用多个箭头表明，其中示例性地以
Figure DEST_PATH_IMAGE054
标出这些箭头中的一个。在此，在环境边缘上的相应位置（其相应于箭头的相应起点）处，力的对准必须是使得每个在相应边缘位置处施加到磁体上的力都指向环境
Figure DEST_PATH_IMAGE052A
中。该标准在以下解释的优化问题中被考虑为必要的边界条件。
以下所述的优化问题是凸优化问题，这些凸优化问题在使用从现有技术中充分公知的凸优化方法的情况下可以可靠地和有效地解决。在这里描述的对磁胶囊的磁导航的情形中，也可以实时地解决该优化问题。也就是说，线圈系统的电流控制装置包含计算单元，该计算单元根据所选择的定向和位置——胶囊应当朝着该位置运动——解决相应的优化问题并且调节由此得出的电流值。在必要时，也可以为线圈系统的工作空间中的多个定向和位置事先确定待相应调节的电流并且将这些电流存储在线圈系统的电流控制装置中的存储器中。
以下基于胶囊的运动解释根据本发明待解决的优化问题，其中在y方向上没有力作用于胶囊上并且在y方向上胶囊也没有平移运动。这相应于以上具有两个平移自由度的运动，其中胶囊的仅一个平移运动在x方向和z方向上是可能的。附加地，胶囊可以任意地旋转，也就是说，对于旋转而言存在所有三个可能的自由度。
电流矢量和磁场以及所施加的磁力之间的关系可以描述如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE058
Figure DEST_PATH_IMAGE060
Figure DEST_PATH_IMAGE062
Figure DEST_PATH_IMAGE064
Figure DEST_PATH_IMAGE066
在此，
Figure DEST_PATH_IMAGE068
表示以上矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE070
的行i。
磁偶极的期望定向
Figure DEST_PATH_IMAGE072
并且因此磁场的期望定向事先适当地固定选择并且在这里描述的实施例中是任意的。总是存在以下可能性：将
Figure DEST_PATH_IMAGE074
坐标系对准为使得矢量在坐标系的x轴上对准。因此，下不失一般性地在下面观察一下情形：仅仅磁场的x分量不等于零，而y分量
Figure DEST_PATH_IMAGE078
和z分量
Figure DEST_PATH_IMAGE080
基本上等于零。
以下观察两个矢量
Figure DEST_PATH_IMAGE082
和
Figure DEST_PATH_IMAGE084
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE086
是正的、可缩放的距离值，典型地位于0.01和0.1 m之间的范围内。通过以上矢量
Figure DEST_PATH_IMAGE088
和
Figure DEST_PATH_IMAGE090
如下定义线圈系统的工作体积中的四个点
Figure DEST_PATH_IMAGE092
：
Figure DEST_PATH_IMAGE094
。
这些点示例性地在图3中示出。图3在x-z平面内示出特定的点
Figure 504601DEST_PATH_IMAGE010
，胶囊应当朝着该点
Figure 148072DEST_PATH_IMAGE010
运动。对于该点
Figure 811135DEST_PATH_IMAGE010
给出相应的环境
Figure DEST_PATH_IMAGE052AA
，其中环境的边缘是矩形，这在图3中以虚线方式示出。相应的点至
Figure DEST_PATH_IMAGE098
向左或向右与点
Figure 727007DEST_PATH_IMAGE010
错开距离
Figure DEST_PATH_IMAGE100
或者向下和向上与点
Figure 602559DEST_PATH_IMAGE010
错开距离
Figure DEST_PATH_IMAGE102
。在此在以下的优化中，观察由线圈系统的磁场在点
Figure 162854DEST_PATH_IMAGE096
产生的力
Figure DEST_PATH_IMAGE104
，在点
Figure DEST_PATH_IMAGE106
产生的力
Figure DEST_PATH_IMAGE108
，在点
Figure DEST_PATH_IMAGE110
产生的力和在点产生的力
Figure DEST_PATH_IMAGE114
，这些力根据本发明必须始终指向环境
Figure DEST_PATH_IMAGE052AAA
中。
总之，必须给出以下用于在特定的空间点
Figure 196724DEST_PATH_IMAGE010
的环境中产生磁场最大值的边界条件：
1.               特定的点处的磁场
Figure 407125DEST_PATH_IMAGE044
必须足够强并且正确地对准，从而实现胶囊的期望定向。因此，在点
Figure 821926DEST_PATH_IMAGE116
周围的足够大的环境中，磁场
Figure 764474DEST_PATH_IMAGE044
大致具有相同的方向。该环境应当至少包含以上位置
Figure DEST_PATH_IMAGE118
。如果在特定的点
Figure 327042DEST_PATH_IMAGE116
处要求足够强的磁场
Figure 747659DEST_PATH_IMAGE044
，则该条件被满足。
2.               对于预给定的凸环境——其根据图3通过矩形表示——上的点
Figure 282546DEST_PATH_IMAGE118
，磁力在该凸环境内部的这些点的每一个点中位于胶囊上，也就是说，磁力指向凸环境中。通过这样的方式，在不存在外部干扰的情况下确保胶囊在进入到凸环境中之后不会再离开该环境，因为力始终被指向为使得胶囊被推移到环境中。此外确保磁力消失的点在该凸环境内部位于点
Figure 395995DEST_PATH_IMAGE116
附近。因此，在没有外部干扰的情况下使胶囊始终朝着特定的点
Figure 383543DEST_PATH_IMAGE116
运动并且停留在那里。
3.               各个线圈中的电流的绝对值必须小于相应的最大值。不失一般性地，在这里描述的实施例中假设：每个线圈的最大电流是相同大小的。该电流以下记为
Figure DEST_PATH_IMAGE120
。
以上条件1、2和3可以被描述为凸优化问题。在一个变型方案中，优化被描述为单个线圈中的相应电流的最大化。对于预给定的最大电流
Figure 670168DEST_PATH_IMAGE120
、x方向上的最小磁场
Figure DEST_PATH_IMAGE122
和预给定的常数
Figure DEST_PATH_IMAGE124
（其应当是小的并且典型地小于0.01），根据该优化问题寻找值
Figure DEST_PATH_IMAGE126
，从而有：
Figure DEST_PATH_IMAGE128
。
在此，变量
Figure DEST_PATH_IMAGE130
和
Figure DEST_PATH_IMAGE132
表示力值，它们应当根据以上优化被选择为使得将胶囊推移到具有角点
Figure 4370DEST_PATH_IMAGE096
至
Figure 288721DEST_PATH_IMAGE098
的矩形的中央的力最大化，其中需考虑作为边界条件的关于磁场、力方向和电流的相应限制。边界条件
Figure DEST_PATH_IMAGE134
连同关于点
Figure 763564DEST_PATH_IMAGE096
至
Figure 853880DEST_PATH_IMAGE098
处的相应力
Figure DEST_PATH_IMAGE136
至
Figure DEST_PATH_IMAGE138
的分量的边界条件确保：磁力始终指向由点
Figure 160097DEST_PATH_IMAGE096
至
Figure 349769DEST_PATH_IMAGE098
形成的矩形中。
以上的优化问题是线性程序，因为力和场是电流的线性组合。这样的优化问题的解决在现有技术中是充分公知的并且可以使用任意的标准方法以解决该问题。
在第二变型方案中，优化问题被描述为使得预给定以上力值
Figure 311909DEST_PATH_IMAGE130
的最小值并且使电流的欧几里得标准最小化。在此情形中，针对预给定的参量
Figure 878020DEST_PATH_IMAGE130
、
Figure DEST_PATH_IMAGE140
和
Figure DEST_PATH_IMAGE124A
寻找变量，使得有：
。
在必要时，对于该优化问题也可以考虑边界条件
Figure DEST_PATH_IMAGE146
。
与上面的优化问题不同，该优化问题是具有线性附加条件的二次程序。这样的优化问题的解决方案从现有技术中也是充分公知的，并且可以使用标准方法进行解决。也可以通过简单的方式扩展以上优化问题，所通过的方式是，考虑对于电流的不同权重，从而例如使线圈系统中的电阻损耗最小化。
借助具有两个平移自由度和三个旋转自由度的胶囊运动的示例来描述以上所述的实施方式。在必要时，本发明也可以用于具有更多或更少平移自由度或旋转自由度的胶囊运动。示例性地，在图4中示出一种情形，其中在y方向上也存在运动的平移自由度。取代根据图3的矩形，通过多面体描述环境
Figure DEST_PATH_IMAGE052AAAA
，该环境具有六个角
Figure 491273DEST_PATH_IMAGE096
至
Figure DEST_PATH_IMAGE148
。与图3的实施方式类似地，在解决优化问题时考虑边界条件，即各个点
Figure 914164DEST_PATH_IMAGE096
至
Figure 363600DEST_PATH_IMAGE148
中的磁力指向多面体中。示例性地又通过箭头表明相应的磁力，其中出于简明的原因以附图标记标记出这些箭头中的仅仅一个。
根据本发明的方法的刚刚阐述的变型方案具有一系列优点。尤其是，在患者医疗检查期间不再需要患者或者线圈系统的机械运动。此外不再必须测量胶囊在线圈系统的工作空间中的位置，因为胶囊通过相应地调节电流与其当前位置无关地始终朝着磁场最大值的位置运动。

Claims (15)

1. 用于在工作空间中对磁体（1）进行无接触地磁导航的线圈系统，其中所述线圈系统包括多个线圈和用于控制所述多个线圈中的相应电流的电流控制装置，
其特征在于，
所述电流控制装置被构造为使得为了在所述工作空间中向着能够变化地能预给定的位置（P）对所述磁体（1）进行导航，将所述多个线圈中的电流调节为使得通过所述电流生成的、在所述能预给定的位置（P）周围的凸环境（                                               
Figure DEST_PATH_IMAGE002
）的边缘上的多个位置（P1，P2，P3，P4）处作用于所述磁体（1）上的磁力（F1，F2，F3，F4）指向所述环境（）中。
2. 根据权利要求1所述的线圈系统，其特征在于，将所述环境（
Figure DEST_PATH_IMAGE002AA
）构造为使得所述环境（
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAA
）的边缘与所述能预给定的位置的最大距离处于0.005 和0.1米之间、优选为0.01米。
3. 根据以上权利要求之一所述的线圈系统，其特征在于，所述能预给定的位置（P）周围的环境（
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAA
）是多边形和/或多面体。
4. 根据权利要求3所述的线圈系统，其特征在于，所述多个位置（P1，P2，P3，P4）位于所述多边形和/或多面体的一个或多个角点处，尤其是位于所有的角点处。
5. 根据以上权利要求之一所述的线圈系统，其特征在于，将所述电流控制装置构造为使得通过所述电流控制装置针对所述能预给定的位置（P）来计算所述线圈系统运行中的电流。
6. 根据以上权利要求之一所述的线圈系统，其特征在于，将待为多个能预给定的位置（P）调节的电流存储在所述电流控制装置的存储器中。
7. 根据以上权利要求之一所述的线圈系统，其特征在于，为了向着所述能预给定的位置（P）对所述磁体（1）进行导航而调节的电流是具有以下边界条件的优化问题解决方案：通过所述电流生成的、在所述能预给定的位置（P）周围的凸环境（
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAA
）的边缘上的多个位置（P1，P2，P3，P4）处作用于所述磁体（1）的磁力（F1，F2，F3，F4）指向所述环境（
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAAA
）中。
8. 根据权利要求7所述的线圈系统，其特征在于，所述优化问题是线性程序和/或二次程序。
9. 根据权利要求7或8所述的线圈系统，其特征在于，所述优化问题是包括所述多个线圈中电流的电流矢量的数值的最小化，其中作为另外的边界条件考虑：通过所述电流生成的、在所述能预给定的位置（P）周围的环境（
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAAAA
）的边缘上的多个位置（P1，P2，P3，P4）处作用于所述磁体（1）的磁力（F1，F2，F3，F4）在数值上分别超过预先确定的值。
10. 根据权利要求7至9之一所述的线圈系统，其特征在于，所述优化问题是通过所述电流生成的、在所述能预给定的位置（P）周围的凸环境（
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAAAAA
）的边缘上的多个位置（P1，P2，P3，P4）处作用于所述磁体（1）的磁力（F1，F2，F3，F4）在数值上的最大化，其中作为另外的边界条件考虑：所述多个线圈的电流在数值上低于相应的最大值。
11. 根据权利要求7至10之一所述的线圈系统，其特征在于，在解决所述优化问题时作为附加的边界条件考虑：在所述能预给定的位置（P）处通过所述电流产生的磁场基本上指向预给定的方向并且具有超过预给定值的数值。
12. 根据权利要求7至11之一所述的线圈系统，其特征在于，在解决所述优化问题时，对所述多个线圈的相应电流进行不同的加权。
13. 根据以上权利要求之一所述的线圈系统，其特征在于，所述电流控制装置考虑所述磁体（1）的具有两个平移自由度或更少平移自由度的运动。
14. 医疗设备，包括根据以上权利要求之一所述的线圈系统，该医疗设备被构造为使得能够将患者定位到所述线圈系统的工作空间中并且通过所述线圈系统的电流控制装置向着患者体内的能预给定的位置对探测器形式的磁体（1）进行导航以检查所述患者的器官。
15. 用于借助于根据以上权利要求之一所述的线圈系统在工作空间中对磁体（1）进行无接触地磁导航的方法，
其特征在于，
为了向着所述工作空间中的能预给定的位置（P）对所述磁体（1）进行导航，通过所述电流控制装置将所述多个线圈中的电流调解为使得通过所述电流生成的、在所述能预给定的位置（P）周围的凸环境（）的边缘上的多个位置（P1，P2，P3，P4）处作用于所述磁体（1）的磁力（F1，F2，F3，F4）指向所述环境中。
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