DE60014214T2 - Positionserfassung basierend auf Ultraschallemission - Google Patents

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Positionserfassungssysteme und spezifisch Systeme zum Bestimmen der Position eines Gegenstandes innerhalb eines menschlichen Körpers.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Bei vielen medizinischen Eingriffen werden Sonden, wie beispielsweise Endoskope und Katheter in den Körper eines Patienten eingeführt. Verschiedene Verfahren zum Bestimmen der Position dieser eingeführten medizinischen Vorrichtungen sind in der Technik bekannt. Röntgenstrahlbildgebung ist das am üblichsten verwendete Positionsbestätigungssystem. Positionsbestimmungssysteme können ebenfalls zu diesem Zweck verwendet werden.
  • Positionserfassung innerhalb eines Körpers unter Verwendung von Ultraschall ist gut bekannt. Einige derartige Systeme erfordern einen aktiven Wandler in dem Katheter, im allgemeinen am oder benachbart dem distalen Ende des Katheters, der durch Drähte mit einer Konsole außerhalb des Körpers verbunden ist. Der Wandler nimmt entweder Ultraschallwellen von Sendern außerhalb des Körpers auf oder strahlt Ultraschallwellen an Empfänger außerhalb des Körpers ab. Andere Ultraschallsysteme verwenden einen passiven Ultraschallreflektor im Katheter, der eine starke Reflexion von Ultraschallwellen ergibt, die den Körper bestrahlen, ohne dass Drähte durch den Katheter geführt werden müssen. Diese passiven Systeme erzeugen notwendigerweise einen starken Hintergrund von Ultraschallstrahlung, vor dem die Position des Reflektors gefunden werden muss.
  • Das US-Patent 3,713,133 von Nathans beschreibt ein Diebstahlsicherungssystem, bei dem ein piezoelektrischer Kristall mit einer Resonanzfrequenz in eine Vorrichtung eingebaut ist, die dann mit einzelnen Gegenständen in einem Geschäft befestigt ist. Wenn ein Radiofrequenz (RF)-Signal mit einer Frequenz entsprechend der Resonanzfrequenz des Kristalls den Kristall trifft, wird ein oszillierender, elektrischer Feldgradient über die Oberfläche des Kristalls bei der abgestrahlten RF-Frequenz produziert und zwei Zinnfolienelemente, die an dem Kristall angebracht sind, schwingen, wodurch Ultraschall abgegeben wird. Der Nachweis des Ultraschalls unter geeigneten Bedingungen produziert einen Alarm, der ein Zeichen für den Versuch ist, den Gegenstand ohne Berechtigung aus dem Geschäft zu entfernen.
  • Das US-Patent 3,713,133 beschreibt auch ein kleines, dünnes Metalldiaphragma mit einer Resonanzschwingungsfrequenz. Wenn das Diaphragma mit einem Ultraschallfeld bei oder nahe der Resonanzfrequenz bestrahlt wird, schwingt das Diaphragma mit dieser Frequenz. Ein RF-Feld bestrahlt ebenfalls das Diaphragma bei einer wesentlich höheren Frequenz und die durch das Ultraschallfeld induzierte Schwingung des Diaphragmas moduliert das RF-Feld. Diese Modulation wird durch einen RF-Wandler nachgewiesen, der einen Alarm aktiviert. Diese Systeme liefern keine spezifische Information, die die Position des Gegenstandes beschreibt, sondern nur dass der Gegenstand einen Nachweisbereich (typischerweise nahe einem Ausgang eines Geschäftes) erreicht hat.
  • Das US-Patent 5,798,693 beschreibt ein Gegenstandsortungssystem, das im Prinzip dem dem obigen US-Patent 3,713,133 zugrundeliegenden Mechanismus sehr ähnlich ist.
  • Die PCT-Patentveröffentlichung WO 96/005768 von Ben-Haim et al. beschreibt ein Ortungssystem zum Bestimmen der Position und der Orientierung eines invasiven medizinischen Instrumentes, wobei ein außen angelegtes RF-Feld einen Strom in drei Spulen induziert, die innerhalb des medizinischen Instruments angeordnet sind. Drähte oder eine andere Form von physikalischen Leitungen sind erforderlich, um dieses induzierte Signal von dem Katheter zu einem Signalprozessor in dem Bereich außerhalb des Körpers zu tragen. Dieser Prozess analysiert das Signal, um die Position und die Orientierung des invasiven medizinischen Instrumentes zu berechnen.
  • Das US-Patent 5,522,869 von Burdette et al. und US-Patent 5,549,638 von Burdette beschreiben eine Ultraschallvorrichtung zur Verwendung in einer Thermotherapievorrichtung, um Krebs zu behandeln. Um diese Vorrichtung zu betreiben, werden Ultraschallwandler in einer zylindrischen Form um die Behandlungsstelle angeordnet und durch Radiofrequenzstrom aktiviert. Die sich ergebenden Ultraschallwellen erhitzen Gewebe innerhalb der Behandlungsstelle, wodurch die erwünschte therapeutische Wirkung erzeugt wird. Die abgegebene Leistung dieser Vorrichtung ist deshalb Hitze und es gibt keine Anzeige des Ortes oder Orientierung der einzelnen Ultraschallwandler.
  • Das US-Patent 5,325,873 von Hirschi et al. beschreibt ein System, um die Position einer Röhre oder eines anderen, in den Körper eingeführten Gegenstandes zu verifizieren. Es vereint einen elektrischen Schwingungskreis, der mit dem Gegenstand verbunden ist und der nach Anregung vermittels eines handgehaltenen RF-Transmitters/Empfängers außerhalb des Körpers schwingt. Das infolge der Resonanz des Kreises erzeugte elektromagnetische Feld wird durch die handgehaltene Vorrichtung nachgewiesen, was nachfolgend eine Reihe von LEDs anschaltet, um dem Anwender die Richtung zum Ziel anzugeben. Eine zusätzlich visuelle Anzeige zeigt an, wenn der Transmitter/Empfänger direkt über dem Gegenstand ist.
  • Das US-Patent 5,412,619 von Bauer beschreibt ein System zum Verfolgen der dreidimensionalen Position eines sich bewegenden Gegenstandes. Wenigstens drei Ultraschalltransmitter in bekannten Positionen senden Signale aus, die durch Empfangsstationen nachgewiesen werden, die auf dem sich bewegenden Gegenstand angebracht sind. Bei einer jeden Station werden die nachgewiesenen Signale in eine Form codiert, die für Radioübertragung geeignet ist, und ein Radiotransmitter überträgt die Information an einen Computer, der die Position des Gegenstandes durch einen Triangulationsalgorithmus bestimmt. Das System in Patent 5,412,619 ist in erster Linie geeignet, um außen am menschlichen Körper angebracht zu werden, um grobe Körperpositionen und Bewegungen zu bestimmen.
  • US-Patent 5,804,202 von Cherri et al. umfasst einen visuellen Umgebungssimulator, bei dem drei getrennt positionierte Ultraschalltransmitter Signale zu einem jeden von drei Ultraschallempfängern senden, um die Änderungen in den Raumkoordinaten und die Orientierungswinkel des Betrachters und/oder eine mobile Einheit, die den Betrachter trägt, zu überwachen.
  • In „A Portable, Real-Time, Clinical Crait Velocity Analysis System", IEEE Transactions an Rehabilitation Engineering, US, New York, Band 5, Nr. 4, Seiten 310 bis 320 (01.12.1997), offenbaren Weis, R. F. et al. eine Vorrichtung von der Art, wie sie im Oberbegriff des beigefügten Anspruches 1 angegeben ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Ultraschallgegenstandsverfolgungssystembereitzustellen.
  • Es ist ein weiteres Ziel von einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung, ein Katheterortungssystem bereitzustellen, das auf Ultraschallemission des distalen Endes des Katheters beruht und das keine Drahtverbindung mit dem distalen Ende erfordert.
  • Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Bestimmen der Anordnung eines Gegenstandes relativ zu einem Referenzrahmen bereitgestellt, wie in dem beigefügten Anspruch 1 angegeben.
  • Weitere Aspekte der Erfindung sind in den beigefügten abhängigen Ansprüchen 2 bis 11 angegeben.
  • Somit beruhen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf der Wechselwirkung von elektromagnetischen (RF) und Ultraschallenergiefeldern. Ein RF-responsiver Wandler mit einer Resonanzschwingungsfrequenz im Ultraschallbereich ist an einem Gegenstand befestigt und wird mit einem RF-Energiefeld bestrahlt. Der Wandler wird zu schwingen veranlasst und strahlt Energie, entweder RF- oder Ultraschallenergie, oder beides, in Reaktion auf eine Wechselwirkung des RF-Feldes mit der Schwingung ab. Die abgestrahlte Energie wird nachgewiesen und verwendet, um die Positions- und/oder Orientierungskoordinaten des Gegenstandes zu bestimmen.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung emittiert der Wandler Ultraschallwellen in Reaktion auf das RF-Feld, das darauf auftrifft. Die emittierten Ultraschallwellen werden durch eine Vielzahl von Ultraschalldetektoren nachgewiesen, bevorzugterweise drei oder mehrere. Ein Prozessor empfängt Signale von den Ultraschalldetektoren und verarbeitet sie, um die Position und/oder Orientierung des Gegenstandes zu bestimmen unter Verwendung von Treangulation, Laufzeitmessung oder anderen geeigneten Verfahren der Positionsbestimmung, wie sie in der Technik bekannt sind. Es existiert bevorzugterweise keine Drahtverbindung zwischen dem Wandler und den Detektoren, dem Vorrichtung oder irgendeinem anderen Element der Vorrichtung.
  • In einigen dieser bevorzugten Ausführungsformen umfasst der Wandler einen oder mehrere piezoelektrische Kristalle, von denen ein jeder eine entsprechende Resonanzfrequenz aufweist, und ein oder mehrere Folienelemente, die mit jedem Kristall gekoppelt sind. Obwohl bei den hierin beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Wandler Folienelemente umfasst, wird verstanden, dass auch andere leitfähige Materialien verwendet werden könnten. Ein oder mehrere RF-Strahler erzeugen RF-Signale bei oder nahe einer jeden der Resonanzfrequenzen um die Kristalle, was die Folienelemente veranlasst, zu schwingen und Ultraschallwellen bei einer charakteristischen Frequenz für eine jede Kristall/Folien-Einheit zu emittieren.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Wandler drei Kristall/Folien-Einheiten mit entsprechenden, wechselseitig im wesentlichen orthogonalen Achsen. Eine jede Einheit ist so konstruiert und angebracht, dass ihre Resonanzfrequenz verschieden ist von der der anderen zwei Einheiten. In dieser Ausführungsform erzeugen die RF-Generatoren Felder bei einer jeden der drei Resonanzfrequenzen, entweder gleichzeitig oder in einem kontinuierlichen Zyklus durch die drei Frequenzen. Unter Verwendung von in der Technik bekannten Verfahren, von denen einige, beispielsweise, in der PCT-Patentveröffentlichung WO 96/05768 beschrieben sind, werden die drei Komponenten der Winkelorientierungsvektoren des Gegenstandes ebenso wie die drei Positionsvektorkomponenten dann auf der Grundlage der Signale von den Ultraschalldetektoren berechnet.
  • Obwohl das Diebstahlsicherungssystem, das in dem oben erwähnten US-Patent 3,713,133 beschrieben ist, Radiofrequenz (RF)-Bestrahlung verwendet, um Ultraschallemission in einer ähnlichen Art und Weise wie die vorliegende Erfindung zu produzieren, ist das Diebstahlssicherungssystem nur in der Lage, die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Ziels zu berichten und kann nicht verwendet werden, um einen Gegenstand zu lokalisieren und zu verfolgen.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist der Wandler in ein invasives medizinisches Instrument wie beispielsweise einen Katheter, ein Endoskop, einen Trokar oder ein Laparoskop aufgenommen. In einer dieser bevorzugten Ausführungsformen ist der Wandler an dem distalen Ende eines Trokars angebracht, durch den ein Laparoskop bei der Abdominalchirurgie geführt wird. Die Position des distalen Endes wird bestimmt, um zu verhindern, dass der darunter liegende Darm und die darunter liegenden Blutgefäße verletzt werden, insbesondere die gemeinsame Hüftvene. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Position des distalen Endes eines Swan-Ganz-Katheters, der in die innere Jugularvene eingeführt ist, kontinuierlich überwacht, um die Wahrscheinlichkeit einer Punktierungsverletzung der Carotisarterie oder der Pleuralhöhle zu verringern.
  • In einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die präzise Platzierung eines Stents in die absteigende Aortenarterie bei der Behandlung eines Aortenaneurysmas möglich durch Einbauen von einer oder mehreren Wandlereinheiten in das distale Ende des Katheters, der den Stent platziert. Bei dieser Ausführungsform ist die Kenntnis der Winkelorientierung des Katheters zusätzlich zum Wissen seiner räumlichen Position wichtig infolge der Notwendigkeit, das Platzieren des Stents in einer Art und Weise zu verhindern, die die Lumbalarterien blockiert, die das Rückenmark versorgen. Weiterhin könnte, da es keiner verdrahteten Verbindung zwischen den Wandlern und anderen Elementen des Positionserfassungssystems bedarf, einer oder mehrere der Wandler an dem Stent angebracht und verwendet werden, um seine Position und Orientierung vor, während und nach dem Platzieren des Katheters zu bestimmen. Die Verwendung von Stents, die drahtlose Wandler enthalten, ist weiter beschrieben in der PCT-Patentanmeldung PCT/IL 97/00447 (veröffentlicht als WO 98/29030) die auf den Inhaber der vorliegenden Patentanmeldung übertragen ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden ein oder mehrere der Wandler in eine Sonde aufgenommen, die konstruiert ist, um einen Tumor zu zerstören, wodurch dem Arzt erlaubt wird, die genaue Stelle und Orientierung der Sonde bezüglich der bekannten Koordinaten des Tumors zu kennen. Eine spezielle Anwendung dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Entfernung eines Hirnanhangdrüsentumors durch Hitze, Kälte oder andere Mittel. Chirurgische Sonden, die Positionssensoren verwenden, sind, beispielsweise, in den folgenden PCT-Patentanmeldungen beschrieben: PCT/US 97/02443 (veröffentlicht als WO 97/29710), PCT/IL 97/00058 (veröffentlicht als WO 97/29682) und PCT/IL 97/00059 (veröffentlicht als WO 97/29701).
  • Im Unterschied zu aktiven Ultraschall-basierten Positionserfassungssystemen, die in der Technik bekannt sind, werden bei der vorliegenden Erfindung Ultraschallwellen passiv an der Sonde erzeugt. Dieses Verfahren der Ultraschallerzeugung ist mit Vorteilen verbunden, da es keine Notwendigkeit für Drähte bedingt, die von der Sonde zu entweder einer außerhalb gelegenen Stromquelle (wie beispielsweise in US-Patent 5,412,619) oder zu Signalverstärkern und einem Signalprozessor (wie in der Patentveröffentlichung WO 96/05768 und US-Patent 4,807,202) führen. Ein zusätzlicher Vorteil der passiven Erzeugung von Ultraschall bei dieser Erfindung verglichen mit anderen derzeit verwendeten Verfahren besteht darin, dass es keine potentiell durchschlagende Hintergrundultraschallstrahlung gibt, die durch Bestrahlung von außerhalb des Körpers erzeugt wird. Ultraschallstrahlung mit der Resonanzfrequenz kommt nur von dem Wandler, typischerweise von der oben beschriebenen Kristall/Folieneinheit. Ein Vorteil, der sich aus der sehr kleinen Größe der Einheit ebenso wie vom Fehlen von zusätzlich innerhalb der Sonde erforderlicher Hardware ergibt, besteht darin, dass das invasive medizinische Instrument klein und verglichen mit anderen Arten von Emittern und Detektoren flexibel ausgebildet sein kann, die bei Positionserfassungssystemen, wie sie in der Technik bekannt sind, verwendet werden. Zusätzlich kann die Verwendung einer derartigen Sonde bei einem invasiven medizinischen Instrument die Exposition des Patienten mit möglicherweise schädlicher ionisierender Strahlung vermieden werden, die oft verwendet wird, um die Position eines Instruments innerhalb des Patientenkörpers zu bestimmen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Wandler ein Diaphragma, das mit der Resonanzfrequenz schwingt. Unter Verwendung von Verfahren, die jenen in US-Patent 3,712,133 beschriebenen ähnlich sind, wie beispielsweise die in 4 davon gezeigte Ausführungsform, wird Ultraschall mit einer Frequenz, die im wesentlichen der Resonanzfrequenz des Diaphragmas ähnlich ist, durch einen Ultraschallgenerator an einer bekannten Stelle erzeugt und in die Nähe des Wandlers geleitet. Das Diaphragma schwingt mechanisch bei seiner Resonanzfrequenz in Reaktion auf die außen angelegte Ultraschallstrahlung. Ein Radiofrequenz (RF)-Feld von wesentlich höherer Frequenz wird anfänglich um den Sensor herum erzeugt, entweder vor oder im wesentlich zum gleichen Zeitpunkt wie dem Zeitpunkt, wenn das Ultraschallfeld initiiert wird. Ein Teil der RF-Strahlung wird moduliert in der Reaktion auf die mechanische Schwingung des Diaphragmas. Das modulierte RF-Signal wird durch einen RF-Detektor nachgewiesen und verwendet, um die Position des Gegenstandes zu bestimmen.
  • In US-Patent 3,713,133 wird der Nachweis des modulierten RF-Signals verwendet, um einen Alarm auszulösen, der anzeigt, dass die Anwesenheit eines Diaphragmas nachgewiesen worden ist. Es wird keine zusätzliche Information von dem modulierten RF-Signal gewonnen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die abgestrahlten und nachgewiesenen RF- und Ultraschallsignale verwendet, um die Position des Diaphragmas zu berechnen, wie hierin im folgenden beschrieben. Eine Zeitspanne beginnend mit der Initiierung von Ultraschallfelderzeugung und endend, wenn ein moduliertes RF-Signal zuerst bei dem RF-Detektor nachgewiesen wird, ist im wesentlichen die gleiche wie die Laufzeit, die der Ultraschall benötigt, um die Entfernung von dem Ultraschallgenerator zu dem Diaphragma zu durchlaufen. Ein Signalprozessor berechnet die Entfernung von dem Ultraschallgenerator zu dem Diaphragma auf der Grundlage der gemessenen Laufzeit und der Schallgeschwindigkeit in Gewebe. Das Wiederholen dieses Verfahrens unter, sequentieller, Verwendung zweier oder mehrerer zusätzlicher Ultraschallgeneratoren an bekannten Punkten im Raum ergibt die Entfernung von dem Diaphragma zu den drei bekannten Punkten und erlaubt dem Signalprozessor, die Position des Ziels bezüglich eines externen Referenzrahmens zu berechnen.
  • Bei einigen zusätzlichen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind drei nicht-kollineare Diaphragmen an bekannten Positionen an dem Gegenstand festgemacht, wobei ein jedes Diaphragma eine im wesentlichen von der Resonanzfrequenz der anderen Diaphragmen unterschiedliche Resonanzfrequenz aufweist. Die Position eines jeden Diaphragmas wird gefunden unter Verwendung des oben beschriebenen Vorgehens, wobei diese Berechnung dadurch die Winkelorientierung des Sensors ergibt.
  • Die vorliegende Erfindung wird, zusammengenommen mit den Zeichnungen, vollständiger aus der detaillierten Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen verstanden werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Katheterverfolgungssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2A ist eine schematische Darstellung des distalen Endes eines Katheters gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in dem System von 1;
  • 2B ist eine schematische Darstellung eines Wandlers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in dem System von 1;
  • 2C ist eine schematische Darstellung des distalen Endes eines Katheters gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in dem System von 1;
  • 3A ist eine schematische Darstellung des distalen Endes eines Katheters gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in dem System von 1;
  • 3B ist eine graphische Darstellung von Parametern, die bei der Berechnung der Winkelkoordinaten des in 3A gezeigten Katheters verwendet werden;
  • 4 ist eine Querschnittsansicht des Katheters von 3A;
  • 5 ist eine weggeschnittene, vereinfachte schematische Ansicht des Katheters von 3A;
  • 6 ist ein Blockdiagramm eines Schaltkreises gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, der verwendet wird, um sechsdimensionale Koordinaten des in 3A gezeigten Katheters zu bestimmen;
  • 7 ist eine schematische Darstellung des distalen Endes eines Katheters gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in dem System von 1;
  • 8A ist eine Querschnittsansicht eines Wandlers, wie er an dem distalen Ende des in 7 gezeigten Katheters verwendet wird;
  • 9A ist eine schematische Darstellung des distalen Endes eines Katheters gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in dem System von 8; und
  • 9B ist eine schematische Darstellung des distalen Endes eines Katheters gemäß einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in dem System von 1.
  • DETAILIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Systems 20 zum Verfolgen der Position eines Katheters 22 in dem Körper eines Menschen oder eines nicht-menschlichen Wesens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Anwendung wird der Katheter 22 durch ein Blutgefäß 18 eines Patienten unter Verwendung von Standardtechniken eingeführt. Der Katheter 22 umfasst einen Körper 14, einen die Lage feststellenden Wandler 12 und einen aktiven Abschnitt 10 am distalen Ende des Katheters. Der aktive Abschnitt kann gemäß verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung einen elektrischen Sensor, einen Ultraschallkopf, einen faseroptischen Betrachtungskopf, einen elektrischen Stimulator, einen elektrischen oder Laserablator, einen Innensensor, einen Sauerstoff- oder Kohlendioxydsensor, einen Beschleunigungsmesser, einen Blutdruck- oder Temperatursensor oder eine kryogene Sonde umfassen, wie sie in der Technik bekannt sind. Im allgemeinen wird der Katheter Leitungen, Lichtleiter, Wellenleiter etc. enthalten, um den aktiven Abschnitt in Antwort auf Befehle eines Betreibers mit Energie zu versorgen und kann auch einen Spitzenablenkmechanismus zum Steuern des Katheters innerhalb des Körpers umfassen.
  • Die Position und/oder Orientierung des distalen Endes des Katheters wird erhalten, indem die Position und/oder Orientierung des Wandlers 12 bestimmt wird, der bevorzugterweise eine bis drei Kristall/Folieneinheiten umfasst, wie sie unten in 2A, 2C und 3A gezeigt sind. Derartige Einheiten schwingen mit und emittieren Ultraschallstrahlung, wenn sie einer RF-Bestrahlung mit einer geeigneten Frequenz ausgesetzt sind, wie in US-Patent 3,713,133 beschrieben, insbesondere unter Bezugnahme auf 4B davon.
  • Die RF-Strahlung wird initiiert durch Kontrollsignale von einer Kontrolleinheit 32, die einen RF-Strahlerantrieb 26 dazu veranlasst, Antriebssignale zu erzeugen. Die Antriebssignale wiederum bedingen, dass einer oder mehrere RF-Strahler 40, 42 und 44, die außerhalb einer Körperoberfläche 24 des Patienten angeordnet sind, RF-Strahlung emittieren. Eine Darstellung der Antriebssignale wird auch an den Signalprozessor 30 gesendet. Die Ultraschallstrahlung von dem die Lage feststellenden Wandler 12, erzeugt durch eine oder mehrere mitschwingende Kristall/Folieneinheiten, wird durch eine Vielzahl von Ultraschalldetektoren 34, 36 und 38 nachgewiesen. Andere in 1 gezeigte Elemente, wie beispielsweise Ultraschallgeneratoren 11, 13 und 15, werden unten unter Bezugnahme auf andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Die Detektoren sind so angeordnet, dass der Signalprozessor 30 Eingaben, die die Darstellung des Antriebssignals und Messungen von den Detektoren 34, 36 und 38 umfassen, bei der Durchführung eines Triangulationsalgorithmuses verwenden kann, wie er in der Technik bekannt ist, um die Position des die Lage feststellenden Wandlers 12 zu berechnen. Die Detektoren 34, 36 und 38 können in irgendeiner geeigneten Position und Orientierung angeordnet sein, es ist aber bevorzugbar, dass (a) sie hinsichtlich eines Referenzrahmens fixiert sind; (b) sie nicht überlappend sind, d. h. dass es keine zwei Detektoren mit der exakten, gleichen Position und Orientierung gibt; (c) die Detektoren nicht kollinear angeordnet sind; und (d) zwei Detektoren und der Ortswandler zu keinem gegebenen Zeitpunkt alle kollinear sind.
  • Es sollte verstanden werden, dass die Anordnung der Detektoren 34, 36 und 38 und die Anzahl von mitschwingenden Einheiten, die in dem die Lage feststellenden Wandler 12 aufgenommen werden sollen, abhängig von einer jeden Anwendung der Erfindung variieren werden. Insbesondere benötigen einige bevorzugte Anwendungen der vorliegenden Erfindung eine genaue Kenntnis der Orientierung des Katheters (z. B. Laserablation), wohingegen andere nur die Kenntnis der Position des Katheters benötigen (z. B. Röhrenplatzierung im Gastrointesinaltrakt).
  • Die durch den Wandler 12 erzeugten Ultraschallsignale werden durch die Detektoren 34 ,36 und 38 in elektrische Signale umgewandelt, die zu dem Signalprozessor 30 geleitet werden, entweder in analoger oder digitaler Form. Der Signalprozessor 30 verarbeitet die Ausgaben der Detektoren, um die Position und/oder Orientierung des die Lage feststellenden Wandlers 12 zu berechnen und überträgt dieses Information auf einen Anzeigenmonitor 28 und/oder Kontrolleinheit 32.
  • In der Praxis kann das aktive Ende des Katheters verwendet werden, um Informationen zu sammeln, wie beispielsweise Ultraschallechoinformation, Information betreffend elektrische Aktivität etc. und optional, um bestimmte Eingriffe an den Arterien (oder Venen) oder anderem Gewebe innerhalb einer Organkammer 16 durchzuführen, zu der die Arterie (oder Vene) führt. Besondere Beispiele von Organkammern sind die Kammern des Herzens, Gehirns oder der gastrointestinale Trakt.
  • Im folgenden wird Bezug genommen auf 2A und 2B. 2A ist eine schematische Darstellung des distalen Endes des Katheters gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform umfasst der Wandler 12 eine Kristall/Folieneinheit 112, die im Detail in 2B gezeigt ist und die einen piezoelektrischen Kristall 52 und Folienelemente 92 und 93 umfasst, die mit dem Kristall 52 gekoppelt sind. Die Kristall/Folieneinheit 112 ist an dem Katheterkörper 14 so angebracht, dass eine Achse der Einheit 112 parallel zur Längsachse des Katheters ist. Wie in dem oben erwähnten US-Patent 3,713,133 beschriebenen, verursacht das durch den RF-Strahler 40 produzierte RF-Feld eine Ultraschallresonanz in der Kristall/Folieneinheit 112. Die Strahler 42 und 44 brauchen im allgemeinen bei dieser bevorzugten Ausführungsform nicht verwendet werden. In Reaktion auf das RF-Feld emittiert die Einheit 112 akustische Strahlung, die durch die Detektoren 34, 36 und 38 nachgewiesen wird, von denen ein jeder dazu entsprechende Signale zum Signalprozessor 33 sendet.
  • Der Signalprozessor verwendet bevorzugterweise die Initiationszeit des Antriebssignals zum RF-Strahler 40, die Ankunftszeit der akustischen Strahlung von Einheit 112 bei einem jeden Detektor und die Schallgeschwindigkeit in Gewebe, um die Entfernungen der Einheit 12 von einem jeden der Detektoren zu bestimmen. Die Initiationszeit eines Antriebssignals ist im wesentlichen die gleiche Zeit wie die, wenn akustische Strahlung eine Kristall/Folieneinheit verlässt, so dass der Signalprozessor die Laufzeit der akustischen Strahlung von der Einheit 112 zu einem jeden der Detektoren berechnet und eine jede dieser Zeiten mit der Schallgeschwindigkeit in Gewebe multipliziert, um die Entfernungen von Einheit 112 zu einem jeden Detektor zu erhalten. Mit diesen Entfernungen berechnet der Signalprozessor 30 die dreidimensionalen Positionskoordinaten des Wandlers 12 bezüglich eines Referenzrahmens unter Verwendung in der Technik bekannter Verfahren.
  • 2C ist eine schematische Darstellung des distalen Endes des Katheters 22 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform laufen die Hauptachsen 63 und 65 der zwei Kristall/Folieneinheiten 114 und 116 mit den Längsachsen des Katheters. Die Einheit 114 umfasst einen piezoelektrischen Kristall 62, der eine Resonanzfrequenz aufweist, ein erstes Folienelement 94, das mit einer ersten Seite des Kristalls 62 gekoppelt ist, und ein zweites Folienelement (nicht gezeigt), das mit einer zweiten Seite des Kristalls 62 gekoppelt ist. Die Einheit 116 umfasst einen piezoelektrischen Kristall 64, der eine Resonanzfrequenz aufweist, die im wesentlichen verschieden ist von der von dem Kristall 62, ein erstes Folienelement 96, das mit einer ersten Seite des Kristalls 64 gekoppelt ist, und ein zweites Folienelement (nicht gezeigt), das mit einer zweiten Seite des piezoelektrischen Kristalls 64 gekoppelt ist. Bevorzugterweise sind die physikalischen Größen und/oder die Steilheit der Folienelemente, die an Kristall 62 gekoppelt sind, entsprechend im wesentlichen verschieden von jenen von Kristall 64. Unter Anwendung von hierin im folgenden beschriebenen Verfahren werden die Ultraschallemissionen der Kristall/Folieneinheiten 114 und 116 durch den Signalprozessor 30 unterschieden und die räumliche Anordnung einer jeden Einheit wird hinsichtlich eines Referenzrahmens bestimmt. Die Berechnung der dreidimensionalen Positionskoordinaten von einer jeden Einheit 114 und 116 bestimmt sowohl den Ort des Katheters als auch die Orientierung seiner Längsachse.
  • Die 3A, 4 und 5 sind schematische Darstellung des distalen Endes des Katheters 22 in Seiten-, Querschnitts- bzw. isometrischen Ansichten gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform umfasst der Wandler 12 drei Kristall/Folieneinheiten 118, 120 und 122, wobei eine jede Einheit einen piezoelektrischen Kristall und zwei Folienelemente, wie hierin oben beschrieben, umfasst. Die entsprechenden Resonanzfrequenzen der Einheiten 118, 120 und 122 sind im wesentlichen voneinander verschieden, wobei die verschiedenen Resonanzfrequenzen erreicht werden unter Verwendung von Verfahren, ähnlich jenen, die für die in 2C gezeigte Ausführungsform verwendet werden. Bevorzugterweise haben die Kristall/Folieneinheiten 118, 120 und 122 im wesentlichen wechselseitig orthogonale Achsen 55, 57 bzw. 59, wobei Achse 55 parallel, aber nicht notwendigerweise kollinear mit der Längsachse des Katheters 22 ist. In dieser Ausführungsform werden die Unterschiede in einem oder mehreren Aspekten der von irgendeiner speziellen Kristall/Folieneinheit aufgenommenen Signale (z. B. Signalstärke oder zeitliche Signalabstimmung), wie sie durch die Detektoren 34, 36 und 38 nachgewiesen werden, verwendet, um eine Komponente des Winkelorientierungsvektors des Katheters zu berechnen, wie unten beschrieben.
  • 3B zeigt Parameter gemäß derer die Winkelorientierung der Kristall/Folieneinheit 118 in 3A aus den nachgewiesenen Ultraschallwellen berechnet wird. Bei diesem Beispiel wird angenommen, dass der Wandler 12 in Gewebe angeordnet ist, dessen akustische Eigenschaften im wesentlichen homogen und isotrop sind, und wobei die Emissionseigenschaften der Kristall/Folieneinheit so sind, dass eine Messung der Größenordnung der von der Einheit emittierten akustischen Strahlung als eine Funktion f(i) variiert, wobei der i Winkel ist, der zwischen den Vektoren n und d i ausgebildet ist, wobei n die orthogonale Achse 55 der Einheit ist und d i (i=1, 2 oder 3) ein Vektor ist, der sich vom Zentrum der Einheit zu einem der Detektoren 34, 36 bzw. 38 erstreckt. Bevorzugterweise verwendet das Newton-Raphson-Verfahren oder ein anderer Mehrfachiterationsalgorithmus die bekannte Position der Einheit (bestimmt, wie beispielsweise oben beschrieben) und die Messungen m1, m2 und m3 der Größenordnung der Strahlung von der Einheit, die von einem jeden der drei Detektoren gemacht werden, um n, die Achse der Einheit, zu finden.
  • Das iterative Verfahren zum Auffinden von n umfasst bevorzugterweise das Schätzen eines initialen Vektors v, Bestimmen der Winkel 1, 2 und 3 zwischen v und einem jeden der drei Vektoren d 1, d 2 und d 3 und Berechnen einer Fehlerfunktion E(v) auf der Grundlage, wie eng die Messungen m1, m2 und m3, die bei den Winkeln 1, 2 und 3 gemacht wurden, mit f(i) übereinstimmen. Unter Verwendung von in der Technik gut bekannten Verfahren ergeben nachfolgende Verfeinerungen von v eine Abschätzung, die im wesentlichen äquivalent zu n, der orthogonalen Achse der Einheit, ist. Die Ausführung dieser Berechnung für Kristall/Folieneinheiten 118, 120 und 122 ist ausreichend, um die winklige Orientierung des Katheters vollständig zu bestimmen.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist eine Oberfläche einer jeden Kristall/Folieneinheit mit einem Ultraschallabsorber (nicht gezeigt) gekoppelt, der im wesentlichen Ultraschall-undurchlässig ist, um die in der Richtung des Absorbers emittierte Ultraschallstrahlung im wesentlichen abzuschwächen. Der Signalprozessor 30 integriert die Anwesenheit des Absorbers in die Berechnungen, die die Winkelorientierung des Katheters bestimmen und die das oben angegebene Verfahren verwenden, um zwischen möglichen reflektierten Orientierungen des Katheters zu unterscheiden, die die gleichen Detektormessungen produzieren könnten.
  • Bevorzugterweise sind, wie in 4 gezeigt, die Kristall/Folieneinheiten 118, 120 und 122 nicht kollinear. In diesem Fall kann durch Bestimmen der absoluten Position der drei bekannten Punkte auf oder innerhalb eines festen Gegenstandes die Winkelorientierung des Gegenstandes auch an Stelle von oder zusätzlich zu der zuvor erwähnten Orientierungsberechnung auf der Grundlage der Größenordnung des von einer jeden Kristall/Folieneinheit emittierten Signals berechnet werden. Diese zwei Verfahren können zusammen verwendet werden, um die Genauigkeit und Verlässlichkeit der Berechnung der Winkelorientierung des Katheters zu erhöhen.
  • Für die meisten Aspekte der vorliegenden Erfindung ist eine quantitative Messung der Position und/oder Orientierung des distalen Endes des Katheters relativ zu einem Referenzrahmen erforderlich. Dies erfordert:
    wenigstens zwei nicht überlappende Kristall/Folieneinheiten, die wenigstens zwei unterscheidbare Ultraschallsignale erzeugen, wobei die Positionen und Orientierungen der Einheiten bezüglich zu einander und bezüglich des Katheters bekannt sind.
    wenigstens einen RF-Strahler 40, der das Feld erzeugt, das die Einheiten veranlasst, mitzuschwingen; und
    wenigstens drei nicht überlappende, nicht-kollineare Detektoren 34, 36 und 38, die in der Lage sind, die Zeit, Größenordnung, Frequenz und/oder Phaseninformation der Ultraschallwellen an den festen Punkten, an denen ein jeder der Detektoren lokalisiert ist, nachzuweisen und zu übertragen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung haben die Kristall/Folieneinheiten 118, 120 und 122 jeweils eine längste Dimension von 0,3 mm bis 3,0 mm. Es wird verstanden werden, dass diese Größen über einen erheblichen Bereich variieren können und nur eine Angabe für einen bevorzugten Größenbereich darstellen.
  • 6 ist ein Blockdiagramm, das den Schaltkreis 84 zeigt, der bei der Berechnung der Position der die Lage feststellenden Wandlers 12 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in 3A gezeigt, verwendet wird. Bei dieser Ausführungsform werden die RF-Strahler 40, 42 und 44, die Kristall/Folieneinheiten 118, 120 und 122 (gezeigt in 3A) und die Detektoren 34, 36 und 38 verwendet, um die sechsdimensionalen Koordinaten des die Lage feststellenden Wandlers 12 zu bestimmen. Die Kontrolleinheit 32 verwendet D/A-Umwandler 60, 62 und 64, um drei Sinuswellen mit drei verschiedenen Frequenzen zu erzeugen, die getrennt zu den Signalverstärkern 66, 68 und 70 gegeben werden. Der RF-Strahlerantrieb 26, dessen Ausgang die Ausgänge der Verstärker 66, 68 und 70 umfasst, erzeugt Signale, die die RF-Strahler 40, 42 und 44 dazu veranlasst, bei Frequenzen zu strahlen, die dazu führen, dass die Kristall/Folieneinheiten 118, 120 bzw. 122 mitschwingen und akustische Strahlung emittieren. Alternativ überträgt einer oder mehrere der RF-Strahler ein Signal, das alle geeigneten Frequenzkomponenten umfasst.
  • Die von einer jeden der Einheiten 118, 120 und 122 im Wandler 112 emittierte akustische Strahlung wird durch einen jeden der Detektoren nachgewiesen, deren Ausgangssignale darauf an die Verstärker 78, 80 und 82 in Reaktion. Die Verstärker übertragen dann verstärkte Signale, die die nachgewiesene akustische Strahlung an den Signalprozessor 30 darstellen. Unter Verwendung von in der Technik bekannten Verfahren, z. B. einer schnellen Fourier-Transformation der Detektorsignale berechnet der Signalprozessor 30 für einen jeden Detektor die Komponenten des Signals, die für eine jede der Einheiten 118, 120 und 122 erwartet werden. Alternativ tritt die Bestrahlung bei den geeigneten Frequenzen in einem wiederholten Zyklus durch eine jede Frequenz auf, so dass der Signalprozessor 30 Positions- und Orientierungsberechnungen für eine jede Einheit sequenziell durchführt.
  • Die Kontrolleinheit 32 umfasst einen Aufbau aus Komponenten, um beabsichtigte Vorgänge durchzuführen. Zum Beispiel können derartige Komponenten Informationen oder Signale empfangen, Informationen verarbeiten, funktionieren als Kontrolleinheit, zeigen Informationen auf einem Monitor 28 an und/oder erzeugen Informationen oder Signale. Typischerweise umfasst die Kontrolleinheit 32 einen oder mehrere Mikroprozessoren.
  • 7 ist eine schematische Darstellung des die Lage feststellenden Wandlers 12, der eine Marke 140 umfasst, gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Marke 140 umfasst ein Diaphragma 144, das eine Resonanzfrequenz aufweist, und einen Rahmen 142, der mit einem Rand des Diaphragmas 144 gekoppelt ist, so dass das Diaphragma fest angebracht und in der Lage ist, zu schwingen. Bevorzugterweise umfasst das Diaphragma 144 eine Metallfolie.
  • 8 zeigt eine Querschnittsansicht der Marke 140. Obwohl die 7 und 8 einen bevorzugten Weg zeigen, gemäß dem das Diaphragma 144 im Rahmen 142 angebracht sein kann, wird es verstanden werden, dass auch andere Anordnungen möglich sind. Beispielsweise ist in anderen bevorzugten Ausführungsformen (nicht in den Figuren gezeigt) eine Kante des Diaphragmas mit dem Rahmen gekoppelt und eine gegenüberliegende Kante des Diaphragmas ist frei, um zu schwingen.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 1 und 7 wird Ultraschall mit einer Frequenz, die im wesentlichen der Resonanzfrequenz des Diaphragmas 144 ähnlich ist, außerhalb der Körperoberfläche 24 des Patienten durch den Ultraschallgenerator 11 erzeugt, der sich an einer bekannten Stelle befindet, und wird in die Nachbarschaft des die Lage feststellenden Wandlers geleitet. Das Diaphragma schwingt mechanisch bei seiner Resonanzfrequenz in Reaktion auf die außen angelegte Ultraschallstrahlung. Der RF-Strahler 40 beginnt ein RF-Feld bei einer Frequenz zu erzeugen, die wesentlich höher ist als die Resonanzfrequenz vor oder zur im wesentlichen gleichen Zeit, wie die Zeit, bei der die Erzeugung des Ultraschallfeldes initiiert wird. Ein Teil der RF-Strahlung, die auf die Marke 140 trifft, wird in Reaktion auf die mechanische Schwingung des Diaphragmas moduliert. Ein RF-Detektor 17, der außerhalb der Körperoberfläche des Patienten angeordnet ist, weißt die RF-Strahlung nach und der Prozessor 30 trennt und weist ein moduliertes RF-Signal vor dem nicht-modulierten RF-Hintergrund nach.
  • Es wird anerkannt werden, dass obwohl der Ultraschallgenerator 11 aus Gründen der Klarheit so gezeigt ist, dass er eine von den Detektoren 34, 36 und 38 getrennte Einheit ist, die gleiche Art von Element für beide Vorgänge verwendet werden kann. In ähnlicher Weise können die RF-Detektoren 40, 42 und/oder 44 auch die Funktion des RF-Detektors 17 wahrnehmen.
  • Die Zeitspanne beginnend von der Initiierung der Ultraschallfelderzeugung und endend wenn das modulierte RF-Signal zuerst an dem RF-Detektor nachgewiesen wird, ist im wesentlichen die gleiche wie die Zeitspanne, die der Ultraschall benötigt, um die Entfernung von dem Ultraschallgenerator zu dem Diaphragma zurückzulegen. Der Signalprozessor 30 mit Eingaben entsprechend den außen angelegten Ultraschall- und RF-Feldern und dem nachgewiesenen RF-Signal berechnet die Entfernung von dem Ultraschallgenerator zu dem Diaphragma auf der Grundlage der gemessenen Laufzeit und der Geschwindigkeit im Gewebe. Die Wiederholung dieses Verfahrens unter, sequentieller, Verwendung von zwei zusätzlichen Ultraschallgeneratoren 13 und 15, die an bekannten Positionen im Raum angeordnet sind, ergibt die Entfernung des Diaphragmas zu drei bekannten Punkten und erlaubt, dass der Signalprozessor die Position des Wandlers bezüglich eines Referenzrahmens berechnet.
  • 9A zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der der die Lage feststellende Wandler 12 zwei Marken 160 und 170 umfasst, deren Achsen 166 und 176 im allgemeinen mit der Längsachse des Katheters ausgerichtet sind. Die Markierungen 160 und 170 umfassen die Diaphragmen 164 bzw. 174, die verschiedene Resonanzfrequenzen aufweisen. Unter Verwendung von Verfahren, die ähnlich den oben beschriebenen sind, wird die Position eines jeden Diaphragmas berechnet und die Winkelorientierung der Längsachsen des Katheters dadurch bestimmt.
  • 9B zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der der die Lage feststellende Wandler 12 drei nicht-kollineare Marken 190, 200 und 210 umfasst, die an bekannten Positionen an dem Wandler angebracht sind. Die Marken 190, 200 und 210 umfassen die Diaphragmen 194, 204 bzw. 214, wobei ein jedes Diaphragma eine im wesentlichen von der der anderen Diaphragmen unterschiedliche Resonanzfrequenz aufweist. Bei dieser Ausführungsform wird die Position eines jeden Diaphragmas gefunden unter Verwendung des oben beschriebenen Vorgehens, wobei diese Berechnung dabei die Winkelorientierung des Wandlers ergibt.
  • Obwohl bevorzugte Ausführungsformen hierin oben unter Bezugnahme auf einen Katheter beschrieben worden sind, wird verstanden werden, dass die Prinzipien der vorliegenden Erfindung ebenso verwendet werden können bei dem Nachweis der Position und/oder Orientierung von anderen Arten von Objekten. Die bevorzugten Ausführungsformen werden als Beispiele angeführt und der volle Umfang der Erfindung wird nur durch die Ansprüche begrenzt.

Claims (11)

  1. Vorrichtung (20) zum Bestimmen der Anordnung eines Gegenstandes (14) relative zu einem Referenzrahmen, umfassend: wenigstens einen Feldgenerator (40, 42, 44), der ein elektromagnetisches Feld um den Gegenstand erzeugt; wenigstens einen Wandler (12), der mit dem Gegenstand verbunden ist und der mit einer vorher bestimmten Schwingungsfrequenz schwingt und Energie emittiert in Reaktion auf eine Wechselwirkung des elektromagnetischen Feldes damit; einen oder mehrere Detektoren (34, 36, 38) um den Gegenstand, der/die die von dem oder einem jeden Wandler emittierte Energie nachweist/nachweisen und Signale in Reaktion darauf erzeugt/erzeugen; und einen Signalprozessor (30), der die Detektorsignale aufnimmt und verarbeitet, um Koordinaten des Gegenstandes zu bestimmen, indem auf der Grundlage der Signale drei Positionsvektorkomponenten des Gegenstandes (14) berechnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Grundlage der Signale der Signalprozessor (30) auch drei Winkelorientierungsvektorkomponenten des Gegenstandes (14) berechnet.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei es im Wesentlichen keine Drahtverbindung mit dem oder einem jeden Wandler (12) gibt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Signalprozessor (30) die Detektorsignale verarbeitet, um eine Laufzeit der akustischen Energie zu berechnen, die eine Entfernung des oder eines jeden Wandlers (12) von wenigstens einem bekannten Punkt in dem Referenzrahmen anzeigt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der wenigstens eine Wandler (12) zwei oder mehrere Wandler (112, 114, 116, 118, 120, 122) umfasst, die bei im Wesentlichen unterschiedlichen entsprechenden Frequenzen schwingen, und wobei der Signalprozessor die Detektorsignale, die auf die verschiedenen Frequenzen ansprechen, verarbeitet.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Signalprozessor (30) die Entfernung von dem wenigstens einen festen Punkt zu den zwei oder mehreren Wandlern (112, 114, 116, 118, 120, 122) bestimmt, um die Winkelorientierung des Gegenstandes (14) zu bestimmen.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, und umfassend einen oder mehrere Ultraschallgeneratoren (11, 13, 15), die Ultraschall bei Frequenzen emittieren, die im Wesentlichen ähnlich der Frequenz des oder eines jeden Wandlers (12) sind, um zu verursachen, dass der Wandler schwingt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren Detektoren (34, 36, 38) eine Modulation des elektromagnetischen Feldes in Reaktion auf die Schwingung des oder eines Wandlers (12) nachweist/nachweisen.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Feldgenerator (40, 42, 44) einen oder mehrere Radiofrequenz (RF) -Feldgeneratoren umfasst und wobei der eine oder die mehreren Wandler (112, 114, 116, 118, 120, 122) schwingt/schwingen und Ultraschallstrahlung in Reaktion auf das RF-Feld emittiert/emittieren.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der eine oder die mehreren Detektoren (34, 36, 38) eine Vielzahl von Ultraschalldetektoren umfassen, die sich an Stellen in dem Referenzrahmen befinden, die die Ultraschallstrahlung aufnehmen, die von dem einen oder den mehreren Wandlern (112, 114, 116, 118, 120, 122) emittiert wird.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der eine oder die mehreren Wandler eine Vielzahl von Wandlern (112, 114, 116, 118, 120, 122) umfasst/umfassen, die verschiedene, entsprechende Frequenzen aufweisen, und wobei die RF-Feldgeneratoren Felder mit verschiedenen, entsprechenden Frequenzen erzeugen, entsprechend den verschiedenen Frequenzen der Wandler.
  11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Gegenstand (14) ein invasives medizinisches Instrument umfasst und wobei der Signalprozessor (30) die Koordinaten des Instrumentes innerhalb des Körpers eines Lebewesens bestimmt.
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