DE60308979T2

DE60308979T2 - Vorrichtung zur Positionierung mit dynamischer Metallimmunität

Info

Publication number: DE60308979T2
Application number: DE60308979T
Authority: DE
Inventors: Assaf Govari
Original assignee: Biosense Webster Inc
Current assignee: Biosense Webster Inc
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2023-11-22
Also published as: CA2450195C; KR20040045363A; US7945309B2; EP1421900A1; AU2003262437A1; JP4717341B2; IL158943A; JP2004174244A; EP1421900B1; ES2272904T3; CY1106241T1; IL158943A0; PT1421900E; SI1421900T1; DK1421900T3; DE60308979D1; US20040102696A1; AU2003262437B2; ATE341995T1; CA2450195A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen das kontaktfreie Verfolgen von Objekten, wobei ein magnetisches Feld verwendet wird, und insbesondere dem Gegenwirken des Effektes eines sich bewegenden, auf ein Feld ansprechenden metallischen Gegenstandes in einem magnetischen Feld.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Kontaktfreie elektromagnetische lokalisierende und verfolgende Systeme sind in der Technik wohlbekannt, mit einem außergewöhnlich breiten Spektrum von Anwendungen, einschließlich solcher unterschiedlicher Themen wie das Sichten eines militärischen Zieles, Computeranimation und präzise medizinische Prozeduren. Zum Beispiel wird die elektromagnetische lokalisierende Technologie weithin in dem medizinischen Gebiet während chirurgischer, diagnostischer, therapeutischer und prophylaktischer Prozeduren verwendet, die mit dem Einführen und Bewegen von Objekten, so wie chirurgischen Vorrichtungen, Sonden und Kathetern im Körper des Patienten verbunden sind. Es besteht das Bedürfnis, Echtzeitinformation zum genauen Bestimmen des Ortes und der Ausrichtung von Objekten innerhalb des Körpers des Patienten zur Verfügung zu stellen, bevorzugt ohne daß Röntgenstrahlabbildung verwendet wird.
Die US-Patente 5 391 199 und 5 443 489 an Ben-Haim beschreiben Systeme, bei denen die Koordinaten einer Sonde innerhalb des Körpers bestimmt werden, indem ein oder mehrere Feldsensoren verwendet werden, so wie Hall-Effekt-Vorrichtungen, Spulen oder andere Antennen, die auf der Sonde gehalten werden. Solche Systeme werden zum Erzeugen dreidimensionaler Ortsinformation im Hinblick auf eine medizinische Sonde oder einen Katheter verwendet. Eine Sensorspule wird in den Katheter gebracht und erzeugt Signale als Antwort auf extern angelegte magnetische Felder. Die magnetischen Felder werden durch eine Vielzahl von Radiatorspulen erzeugt, die an einem externen Rahmen an bekannten wechselseitig beabstandeten Orten befestigt sind. Die Amplituden der Signale, die in Antwort auf jedes der Ra diatorspulenfelder erzeugt werden, werden erfaßt und benutzt, um den Ort der Sensorspule zu berechnen. Jede Radiatorspule wird bevorzugt durch eine Treiberschaltung getrieben, um ein Feld mit einer bekannten Frequenz zu erzeugen, unterschiedlich von der der anderen Radiatorspulen, so daß die Signale, die von der Sensorspule erzeugt werden, nach Frequenz in Komponenten entsprechend den unterschiedlichen Radiatorspulen getrennt werden können.
Die PCT-Patentveröffentlichung WO 96/05768 an Ben-Haim u.a. beschreibt ein System, das sechsdimensionale Positions- und Ausrichtungsinformation im Hinblick auf die Spitze eines Katheters erzeugt. Dieses System nutzt eine Vielzahl von Sensorspulen, die benachbart einer lokalisierbaren Stelle in dem Katheter sind, zum Beispiel nahe seinem distalen Ende, und eine Vielzahl von Radiatorspulen, die in einem externen Referenzrahmen befestigt sind. Diese Spulen erzeugen Signale als Antwort auf magnetische Felder, die von den Radiatorspulen erzeugt werden, wobei die Signale die Berechnung von sechs Orts- und Ausrichtekoordinaten ermöglichen, so daß die Position und Ausrichtung des Katheters bekannt sind, ohne die Notwendigkeit, den Katheter abzubilden.
Das US-Patent 6 239 724 an Doron u.a. beschreibt ein Telemetriesystem zum Bereitstellen räumlicher Positionierinformation aus dem Körper eines Patienten. Das System umfaßt eine implantierbare Telemetrieeinheit mit (a) einem ersten Transducer zum Umwandeln eines Energiesignals, das von außerhalb des Körpers empfangen worden ist, in elektrische Energie zum Betreiben der Telemetrieeinheit; (b) einen zweiten Transducer zum Empfangen eines Positionsfeldsignales, das von außerhalb des Körpers empfangen wird; und (c) einen dritten Transducer zum Übermitteln eines lokalisierenden Signals an eine Stelle außerhalb des Körpers als Antwort auf das Positionierfeldsignal.
Das US-Patent 4 173 228 an Van Steenwyk u.a. beschreibt eine einen Katheter lokalisierende Vorrichtung basierend auf dem Induzieren eines Signals in einer Spule, die an dem Katheter befestigt ist, und dem Überwachen der Amplitude und der Phase des induzierten Signals.
Die US-Patente 5 099 845 an Besz u.a. und 5 325 873 an Hirschi u.a. beschreiben Vorrichtungen und Verfahren, bei denen ein strahlendes Element an einem Katheter befestigt ist, und die Position des Katheters wird ansprechend auf Energie, die von dem Element abgestrahlt wird, bestimmt.
Das US-Patent 5 425 382 an Golden u.a. beschreibt Vorrichtungen und Verfahren zum Lokalisieren eines Katheters in dem Körper eines Patienten durch Abfühlen des Gradienten der statischen Magnetfeldstärke, die von einem Magneten erzeugt wird, welcher an dem Katheter befestigt ist.
Die US-Patente 4 905 698 an Strohl Jr.u.a. und 5 425 367 an Shapiro u.a. beschreiben Vorrichtungen und Verfahren, bei denen ein angelegtes Magnetfeld Ströme innerhalb einer Spule an der Spitze eines Katheters induziert. Basierend auf diesen Strömen wird der relative Ort des Katheters bestimmt.
Das US-Patent 5 558 091 an Acker u.a. beschreibt ein magnetisches, die Position und Ausrichtung bestimmendes System, welches gleichförmige Felder aus Helmholtzspulen verwendet, die auf gegenüberliegenden Seiten eines Abfühlvolumens angeordnet sind, und Gradientenfelder, die von denselben Spulen erzeugt werden. Durch Überwachen von Feldkomponenten, die an einer Sonde während des Anwendens dieser Felder erfaßt werden, werden die Position und Ausrichtung der Sonde abgeleitet. Eine Darstellung der Sonde wird über ein getrennt erhaltenes Bild des Subjektes überlagert, um die Position und Ausrichtung der Sonde in bezug auf das Subjekt zu zeigen.
Das US-Patent 5 913 820 an Bladen u.a. beschreibt Vorrichtungen zum Lokalisieren der Position eines Sensors, bevorzugt in drei Dimensionen, durch Erzeugen magnetischer Felder, die an dem Sensor erfaßt werden. Die magnetischen Felder werden an einer Vielzahl von Orten erzeugt und ermöglichen, daß sowohl die Ausrichtung als auch der Ort eines einzelnen Spulensensors bestimmt wird.
Kommerzielle elektrophysiologische und physikalische Abbildungssystem basierend auf dem Bestimmen der Position einer Sonde innerhalb des Körpers sind gegenwärtig verfügbar. Unter diesen ist CARTO^TM, entwickelt und vermarktet von Biosense Webster, Inc. (Diamond Bar, Kalifornien), ein System für das automatische Zuordnen und Abbilden lokaler elektrischer Aktivität mit dem Katheterort.
Elektromagnetische lokalisierende und verfolgende Systeme sind Ungenauigkeiten unterworfen, wenn ein Metall oder ein anderer magnetisch ansprechender Gegenstand in der Nähe des Objektes das verfolgt wird, eingeführt wird. Solche Ungenauigkeiten treten auf, da die ma gnetischen Felder, die in dieser Umgebung durch die Radiatorspulen des Lokalisierungssystems erzeugt werden, verzerrt sind. Zum Beispiel können die Magnetfelder der Radiatorspulen Wirbelströme in einem solchen Gegenstand erzeugen, und die Wirbelströme erzeugen dann parasitäre magnetische Felder, die mit dem Feld reagieren, das sie verursacht hat. In einer chirurgischen Umgebung zum Beispiel gibt eine wesentliche Menge an leitendem und permeablem Material, einschließlich Grund- und Hilfsausstattung (Operationstische, Karren, bewegbare Lampen usw.) ebenso wie invasive Chirurgiegeräte (Skalpelle, Katheter, Scheren usw.). Die Wirbelströme, die in diesen Artikeln erzeugt werden, und die sich ergebenden Verzerrungen des elektromagnetischen Feldes können zu Fehlern beim Bestimmen der Position des Objektes, das verfolgt wird, führen.
Es ist bekannt, das Problem der Interferenz statischer metallischer Objekte durch Durchführen einer anfänglichen Kalibrierung anzusprechen, bei der die Antwort des Systems auf eine Sonde, die an eine relativ große Anzahl von interessierenden Punkten gebracht wird, gemessen wird. Dies kann zum Ansprechen stationärer Quellen für elektromagnetische Interferenz akzeptabel sein, es ist aber nicht befriedigend zum Lösen der Interferenzprobleme, die durch das Bewegen metallischer und leitender Objekte induziert sind.
Das US-Patent 6 373 240 an Govari mit dem Titel „Counteracting Metal Presence In A Magnetic Tracking System (Metall entgegenwirken, das in einem magnetischen Verfolgungssystem vorliegt)" beschreibt ein objektverfolgendes System mit einer oder mehreren Sensorspulen benachbart einem lokalisierbaren Ort auf einem Objekt, das verfolgt wird, und einer oder mehrerer Radiatorspulen, die Energiewechselfelder, welche magnetische Felder aufweisen, in einer Umgebung des Objektes erzeugen, wenn sie durch jeweilige elektrische Wechselströme getrieben werden. Für jede Radiatorspule wird eine Frequenz ihres elektrischen Wechselstromes durch eine Vielzahl von Werten abgetastet, so daß zu irgendeiner bestimmten Zeit jede der Radiatorspulen mit einer Frequenz strahlt, die von den Frequenzen unterschiedlich ist, mit denen die anderen Radiatorspulen strahlen.
Die Sensorspulen erzeugen ansprechend auf die magnetischen Felder elektrische Signale, wobei die Signale von einer Signalverarbeitungsschaltung empfangen werden und von einem Computer oder einem weiteren Prozessor analysiert werden. Wenn ein Metall oder ein anderer auf ein Feld ansprechender Gegenstand sich in der Nähe des Objektes befindet, umfassen die Signale typischerweise auf die magnetischen Felder ansprechende Positionssignalkompo nenten, die von den Radiatorspulen an ihren jeweiligen momentanen Treiberfrequenzen erzeugt werden, und auf parasitäre magnetische Felder ansprechende Parasitensignalkomponenten, die wegen des Gegenstandes erzeugt worden sind. Die parasitischen Komponenten sind typischerweise in der Frequenz gleich der Momentanfrequenz der Treiberfrequenz, jedoch in der Phase verschoben, so daß es die Wirkung an jeder Sensorspule ist, ein kombiniertes Signal zu erzeugen, mit einer Phase und einer Amplitude, die relativ zu dem Signal verschoben sind, wenn kein auf das Feld ansprechender Gegenstand vorliegt. Die Phasenverschiebung ist eine Funktion der Treiberfrequenz und wird sich somit ändern, da jede Treiberfrequenz gescannt wird. Der Computer verarbeitet das kombinierte Signal, um herauszufinden, welche Frequenz eine minimale Phasenverschiebung und somit eine minimale Wirkung der parasitären Komponenten erzeugt, und diese Frequenz wird verwendet, um die Position des Objektes zu berechnen. Das Variieren der Treiberfrequenz, bis die Phasenverschiebung ein Minimum ist, wird als ein effektives Verfahren zum Verringern der Wirkung der auf das Feld ansprechenden Gegenstände auf das Signal beschrieben.
Das US-Patent 6 172 499 an Ashe beschreibt eine Vorrichtung zum Messen des Ortes und der Ausrichtung in den sechs Freiheitsgraden einer Empfangsantenne in bezug auf eine Sendeantenne, wobei magnetische Mehrfrequenz-Wechselstromsignale verwendet werden. Die sendenden Komponenten besteht aus zwei oder mehr sendenden Antenne mit bekanntem Ort und Ausrichtung relativ zueinander. Die Sendeantennen werden gleichzeitig durch Wechselstromanregung betrieben, wobei jede Antenne eine oder mehrere eindeutige Positionen in dem Frequenzspektrum belegt. Die Empfangsantennen messen das übertragene magnetische Wechselstromfeld plus Verzerrungen, die von leitenden Metallen hervorgerufen sind. Ein Computer zieht dann die Verzerrungskomponente heraus und entfernt sie aus den empfangenen Signalen, was die korrekte Ausgabe für Position und Ausrichtung liefert.
Das US-Patent 6 246 231 an Ashe beschreibt ein Verfahren des Flußhaltens, bei dem die magnetischen Felder aus übertragenen Elementen eingegrenzt werden und aus den Bereichen zurückgeleitet werden, in denen leitende Objekte üblicherweise gefünden werden.
Das US-Patent 5 767 669 an Hansen u.a. beschreibt ein Verfahren zum Subtrahieren von Verzerrungen von Wirbelströmen, die in einem magnetischen Spurverfolgungssystem erzeugt werden. Das System benutzt gepulste magnetische Felder aus einer Vielzahl von Generatoren, und das Vorliegen von Wirbelströmen wird erfaßt, indem Änderungsraten von Strömen ge messen werden, die in Sensorspulen erzeugt werden, welche für das Spurverfolgen eingesetzt werden. Die Wirbelströme werden kompensiert, indem die Dauer der magnetischen Pulse angepaßt wird.
Die US-Patent 4 945 305 und 4 849 692 an Blood beschreiben Spurverfolgesysteme, welche das Problem der Wirbelströme umgehen, indem gepulste magnetische Gleichstromfelder verwendet werden. Sensoren, die in der Lage sind, Gleichstromfelder zu erfassen, werden in dem System eingesetzt, und Wirbelströme werden erfaßt und angepaßt, indem die Abklingeigenschaften und die Amplituden der Wirbelströme verwendet werden.
Das US-Patent 4 791 412 an Brooks beschreibt ein Gegenstands-Überwachungssystem, welches codierte magnetische Markierer verwendet und eine Signalverarbeitungstechnik enthält, um die Wirkungen großer metallischer Objekte in der Überwachungszone zu verringern.
Das US-Patent 6 400 139 an Khalfin u.a. beschreibt ein Sondenspurfolgesystem das dazu gestaltet ist, in einer Umgebung zu arbeiten, die durch elektromagnetische Verzerrung gekennzeichnet ist, so wie sie durch Wirbelströme hervorgerufen werden. Das System benutzt wenigstens einen stationären Sensor (einen „Zeugen-Sensor") mit einer festen Position und Ausrichtung nahe oder innerhalb eines interessierenden Volumens. Ein oder mehrere Sondensensoren werden auf ein Objekt gebracht, das innerhalb des Volumens verfolgt werden soll, und die Ausgabe jedes Zeugensensors wird verwendet, um die Parameter einer nicht reellen effektiven elektromagnetischen Quelle zu berechnen. Die Parameter der effektiven Quelle werden als Eingaben für die Berechnung von Position und Ausrichtung, wie sie von jedem Sondensensor gemessen werden, verwendet, als ob die Objekte in dem nicht verzerrten elektromagnetischen Feld wären, das von der effektiven Quelle oder den Quellen erzeugt wird.
Das US-Patent 6 369 546 an Khalfin u.a. beschreibt ein Sondenspurfolgesystem, das so gestaltet ist, daß es in einer Umgebung arbeitet, die durch starke elektromagnetische Verzerrung gekennzeichnet ist. Das System umfaßt wenigstens eine Quelle eines elektromagnetischen Wechselstromfeldes, wenigstens einen Zeugensensor, der Komponenten des elektromagnetischen Induktionsvektors an bekannten Orten nahe oder innerhalb des interessierenden Volumens mißt, und wenigstens einen drahtlosen Sensor, der sich auf dem Objekt befindet, das verfolgt wird. Der drahtlose Sensor hat eine bekannte Antwort oder Verzerrung auf das elektromagnetische Feld, das von der Primärquelle erzeugt worden ist. Daten von den Zeugen- Sensoren werden verwendet, um den Sondensensor zu lokalisieren, wobei der Sondensensor als eine Sekundärquelle für das elektromagnetische Wechselstromfeld behandelt wird, das heißt, als ein Transponder mit anfangs bekannten magnetischen Parametern. Diese Information wird verwendet, um Koordinaten und die Lage der zweiten Quelle zu definieren und wiederum die Position und Ausrichtung des interessierenden Objektes. Bevorzugt ist der Sondensensor eine LC-Kontur, die auf die Frequenz der Spurfolgerquelle abgestimmt ist.
Das US-Patent 6 226 547 an Lockhart u.a. beschreibt ein Katheter-Spurfolgesystem, welches eine Vielzahl von Magnetfeld-Transducern umfaßt, wobei wenigstens einer davon auf dem Katheter davon angeordnet ist, und andere, die sich in/oder um den Körper des Patienten befinden und die als Referenz-Transducer dienen. Magnetfeldsignale werden verwendet, um die Position des Katheters in bezug auf die Referenz-Transducer zu bestimmen.
Das US-Patent 5 847 976 an Lescourret beschreibt ein Verfahren, welches elektromagnetische Felder zum Verfolgen eines mobilen Systems verwendet, das sich in einem Träger befindet und mit einem Magnetfeldsensor verbunden ist. Das Verfahren umfaßt das Modellieren der elektromagnetischen Felder als eine Funktion der Koordinaten des Sensors, wobei ein erstes Feld durch den Sensor erzeugt wird, ein zweites Feld durch die elektrischen Ströme erzeugt wird, die von dem ersten Feld in dem Träger induziert werden, und ein drittes Feld durch die elektrischen Ströme erzeugt wird, die in dem mobilen System durch die ersten beiden Felder erzeugt werden, wobei die magnetische Wirkung jedes Feldes unabhängig von den Wirkungen der anderen Felder durch die Koeffizienten eines Modells gekennzeichnet werden. Das Verfahren umfaßt weiter eine Echtzeitberechnung der Position und Ausrichtung des Sensors, indem eine Strommessung des elektromagnetischen Feldes an dem Sensor verwendet wird und indem die Modelle des Feldes, der Position und Ausrichtung des Sensors verwendet werden, die aus einem gemessenen Feld definiert werden, aus dem das dritte Feld abgeleitet wird.
Das US-Patent 6 427 079 an Schneider u.a. beschreibt ein fernbedientes Ortsbestimmungssystem, das Splines von Magnetfeldwerten verwendet, um Ortsparameter zu bestimmen. Eine automatische kalibrierte Technik wird beschrieben, die jegliche Variationen in der Verstärkung in einem Sensor und in verwandten Komponenten kompensiert. Verfahren zum Verringern der Wirkungen von Wirbelströmen in umgebenden leitenden Objekten werden beschrieben.
Das US-Patent 6 201 987 an Dumoulin beschreibt ein Spurfolgesystem, das Strommuster modifiziert, die an seine Sendespulen angelegt werden, um die Wirkung der Wirbelströme zu kompensieren. Der Strom, der an die Spulen geliefert wird, ist eine lineare Kombination aus dem Strom, der benötigt wird, um das gewünschte elektromagnetische Feld in dem interessierenden Bereich zu erzeugen, und einem oder mehreren Fehlertermen. Diese Therme werden experimentell während der Systemkalibrierung bestimmt und mathematisch als eine Anzahl von Exponentialfunktionen mit einer gegebenen Amplitude und einer Zeitkonstante modelliert. Die Fehlerterme in dem Strom, der an die Sendespulen angelegt wird, werden so beschrieben, daß sie die magnetischen Felder löschen, die von den Wirbelströmen innerhalb des Spurfolgebereiches erzeugt werden und als ein tatsächliches elektromagnetisches Feld ergebend, das nahe dem gewünschten idealen elektromagnetischen Feld ist. Die Treue des elektromagnetischen Feldes wird als weiter erhöht beschrieben, indem die Wirbelströme innerhalb der die Wirbelströme induzierenden Strukturen verringert werden. Dies geschieht, indem Abschirmspulen aufgebaut werden, die zwischen die Sendespule und die den Wirbelstrom induzierenden Strukturen gebracht wird. Diese Abschirmspulen werden als löschende magnetische Felder innerhalb der den Wirbelstrom induzierenden Strukturen erzeugend beschrieben, ohne wesentlich die elektromagnetischen Felder in dem Bereich zu ändern, über den die invasive Vorrichtung verfolgt wird.
Das US-Patent 5 831 260 an Hansen beschreibt ein kombiniertes elektromagnetisches und optisches hybrides lokalisierendes System, das dazu gedacht ist, die Nachteile jedes individuellen Systems, das alleine arbeitet, zu verringern.
Das US-Patent 6 122 538 an Sliwa Jr. u.a. beschreibt hybride Positions- und Ausrichtesysteme, die unterschiedliche Sensortypen verwenden, einschließlich Ultraschall-, Magnet-, Kipp-, Gyroskop- und Beschleunigeruntersysteme zum Verfolgen medizinischer Abbildevorrichtungen.
In dem Stand der Technik gibt es kein geradeaus arbeitendes, genaues Echtzeitverfahren, das das Problem der Interferenz anspricht, die in elektromagnetischen Ortungs- und Spurverfolgesystemen induziert werden, hervorgerufen durch das Einführen nicht stationärer metallischer oder anderer magnetisch ansprechender Gegenstände in die Meßumgebung.
Die EP-A-1 174 082 offenbart eine die Position abfühlende Vorrichtung des Typs, der im einleitenden Teil des begleitenden Anspruches 1 beschrieben ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe einiger Aspekte der vorliegenden Erfindung, Vorrichtungen zum Verbessern der Genauigkeit elektromagnetischer Ortungs- und Spurfolgesysteme zur Verfügung zu stellen.
Es ist eine weitere Aufgabe einiger Aspekte der vorliegenden Erfindung, Vorrichtungen zum Verwenden elektromagnetischer Ortungs- und Spurfolgesysteme zur Verfügung zu stellen, ohne die Notwendigkeit verlängerter anfänglicher Kalibrierprozeduren.
Es ist noch ein weiterer Aspekt einiger Aspekte der vorliegenden Erfindung, Vorrichtungen zum Verbessern der Genauigkeit von elektromagnetischen Ortungs- und Spurfolgesystemen zur Verfügung zu stellen, ohne daß das Vorliegen sich bewegender metallischer und leitender Materialien in dem Raum, wo die Messungen durchgeführt werden, von Belang ist.
Es ist noch eine weitere Aufgabe einiger Aspekte der vorliegenden Erfindung, Vorrichtungen zur Verfügung zu stellen, die es elektromagnetischen Ortungs- und Spurfolgesystemen ermöglichen, beim Vorliegen sich bewegender metallischer und leitender Materialien in dem Raum, wo die Messungen durchgeführt werden, zu arbeiten, ohne Betracht der Menge solcher Materialien, ihrer leitenden Eigenschaften, Geschwindigkeiten, Ausrichtung, Richtung und Zeitdauer, über die sich solche Materialien innerhalb eines Raums befinden.
Es ist eine zusätzliche Aufgabe einiger Aspekte der vorliegenden Erfindung, Vorrichtungen zum Betreiben elektromagnetischer Ortungs- und Spurfolgesysteme zur Verfügung zu stellen, ohne die Notwendigkeit, Einrichtungen zum Verringern oder Umgehen der Wirkungen zu benutzen, die durch Wirbelströme hervorgerufen werden, welche bei sich bewegenden leitenden Objekten in dem Raum, in dem die Messungen vorgenommen werden, induziert werden.
Es ist weiter eine zusätzliche Aufgabe einiger Aspekte der vorliegenden Erfindung, Vorrichtungen zum Verwenden der Wirbelströme zur Verfügung zu stellen, die in sich bewegenden Objekten erzeugt werden, welche leitende Materialien in dem Raum aufweisen, in dem Mes sungen vorgenommen werden, um die Genauigkeit von elektromagnetischen Ortungs- und Spurfolgesystemen zu verbessern.
Eine Vorrichtung für das elektromagnetische Orten und Spurfolgen weist eine Sonde auf, deren Position in einem Raum verfolgt wird, eine Vielzahl von elektromagnetischen Strahlern, die sich in der Nähe des Raumes befinden, eine Vielzahl fester Referenzelemente, deren Positionen bekannt sind, und eine Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist, die Strahler- und Verarbeitungssignale von den Sonden- und Referenzelementen zu treiben. Wenn ein metallisches oder auf ein magnetisches Feld ansprechendes Objekt, zum Beispiel ein chirurgisches Werkzeug, eine bewegbare Lampe, ein Karren usw., in die Umgebung der Sonde und der Referenzelemente eingeführt wird, unterscheiden sich die Magnetfeldwerte, die von den Feldsensoren der Sonden und der Referenzelemente erzeugt werden, von den unverzerrten Magnetfeldwerten, die beim Fehlen des störenden Objektes erzeugt werden würden. Um diesen Interferenzeffekt zu kompensieren, werden korrigierte Magnetfeldwerte für die Feldsensoren der Sonde berechnet, indem ein Interpolationsalgorithmus verwendet wird, dessen Eingaben die gemessenen Magnetfeldwerte der Feldsensoren der Sonde, die gemessenen Magnetfeldwerte jedes Referenzelementes und, für jedes Referenzelement, die Fehler in den Magnetfeldwerten, die durch das Vorliegen des störenden Objektes hervorgerufen werden, umfassen. Diese korrigierten Magnetfeldwerte werden dann benutzt, um die absolute Position der Sonde zu bestimmen.
Vorteilhaft erfordern diese Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im allgemeinen weder übermäßige anfängliche Kalibrierung, noch ist es typischerweise notwendig, aufwendige Mittel zum Verringern oder Umgehen der Effekte, die von Wirbelströmen hervorgerufen werden, die in nicht stationären leitenden Objekten in dem Raum induziert werden, zu benutzen.
Weiter vorteilhaft erreichen diese Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung typischerweise das Ziel des genauen Spurfolgens, ungeachtet der Anzahl von metallischen Objekten, die in den umgebenden Raum eingeführt sind, ihrer leitenden Eigenschaften, Geschwindigkeiten, Ausrichtungen, Richtungen und der Zeitdauern, über die die Objekte innerhalb des Raumes sind.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine unkorrigierte Position der Sonde bestimmt, indem unkorrigierte, verzerrte Magnetfeldwerte verwendet werden, die von den Feldsensoren der Sonde beim Vorliegen eines störenden Objektes erzeugt werden. Diese unkorrigierte Position wird dann korrigiert, indem ein räumlicher Interpolationsalgorithmus verwendet wird. Um die Wirkung des störenden Objektes auf die Sonde zu kompensieren, wird die absolute Position der Sonde mit einem hohen Grad an Genauigkeit berechnet, indem ein räumlicher Interpolationsalgorithmus verwendet wird, dessen Eingaben die bestimmte unkorrigierte Position der Sonde und bestimmte Positionsverlagerungen der Referenzelemente, hervorgerufen durch das störende Objekt, umfassen. Um die Berechnung zu veranschaulichen, die bei diesen bevorzugten Ausführungsformen durchgeführt werden, um die absolute Position der Sonde zu bestimmen, wird ein einfaches Beispiel in der folgenden Tabelle gezeigt, wobei sich die Sonde zwischen zwei Referenzelementen befindet.
Bei diesem Beispiel sind die absoluten Positionen der Referenzelemente vor einer Prozedur bekannt. Während der Prozedur, nach dem Einführen eines leitenden Objektes in die Umgebung der Sonde und der Referenzelemente, verschiebt sich die bestimmte Position des Referenzelementes #1 um 0.1 cm aus ihrer bekannten Absolutposition in Richtung auf das Referenzelement #2. Um die Absolutposition der Sonde zu bestimmen, wird ihre unkorrigierte Position in die entgegengesetzte Richtung verschoben (weg von dem Referenzelement #2), um eine Entfernung, die ungefähr gleich der Verschiebung von 0.1 cm ist, die von dem Referenzelement #1 erfahren wurde, was zu einer berechneten Position von 0.4 cm führt. Für die Zwecke dieses vereinfachten Beispiels wird angenommen, daß das leitende Objekt ungefähr dieselbe verlagernde Wirkung auf die Sonde hat, wie sie von dem Referenzelement #1 herrührt, wegen ihrer engen wechselseitigen Nähe. In der tatsächlichen Praxis würden sich diese Verschiebungen unterscheiden und würden durch Interpolation berechnet werden, wie es hiernach beschrieben wird.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Steuereinheit mit Leitungen an die Sonde, die Referenzelemente und die Strahler gekoppelt. Als Alternative weisen die Sonde und/oder die Referenzelemente Schaltungen auf, die drahtlos Signale übertragen, welche auf elektromagnetische Strahlung antworten, die von den Strahlern erzeugt wird.
Daher wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine positionsabfühlende Vorrichtung zur Verfügung gestellt, welche umfaßt:
einen Satz von Strahlern, die dazu ausgelegt sind, an jeweilige Positionen in der Nähe eines Körpers eines Subjektes gebracht zu werden und elektromagnetische Energiefelder zu erzeugen;
einen Positionssensor, der dazu ausgelegt ist, in den Körper des Subjektes gebracht zu werden und Sensorsignale als Antwort auf die Energiefelder erzeugt;
ein oder mehrere Referenzelemente, die dazu ausgelegt sind, an jeweiligen Positionen in der Umgebung des Sensors gebracht zu werden und Referenzsignale als Antwort auf die Energiefelder zu erzeugen;
eine Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist:
für jedes der Referenzelemente jeweilige unverzerrte Referenzparameter als Antwort auf die Positionen der Referenzelemente zu bestimmen,
die Sensorsignale und die Referenzsignale zu empfangen,
einen Referenzelementfehler für jedes Referenzelement zu berechnen, als Antwort auf eine Wechselwirkung eines metallischen Gegenstandes mit den Energiefeldern, als Antwort auf die unverzerrten Referenzparameter des Referenzelementes und als Antwort auf das Referenzsignal, das von dem Referenzelement erzeugt worden ist, und
eine Position des Sensors als Antwort auf die Sensorsignale und die Referenzelementfehler zu berechnen.
Wenigstens eines des einen oder der mehreren Referenzelemente ist dazu ausgelegt, an eine feste bekannte Position relativ zu dem Satz Strahler während des Betriebs der Vorrichtung gebracht zu werden.
Bevorzugt ist eines oder mehrere der Referenzelemente dazu ausgelegt, außerhalb des Körpers des Subjektes angeordnet zu werden.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, korrigierte Sensorsignale als Antwort auf die Referenzelementfehler und als Antwort auf die erzeugten Sensorsignale zu berechnen und die Position des Sensors als Antwort auf die korrigierten Sensorsignale zu berechnen. Bevorzugt ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, den Referenzelementfehler, für wenigstens eines der Referenzelemente, als Antwort auf einen gemessenen Magnetfeldwert an dem wenigstens einen der Referenzelemente zu bezeichnen, wobei der Wert auf die Wechselwirkung des metallischen Gegenstandes mit den Energiefeldern anspricht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, den unverzerrten Referenzparameter wenigstens eines der Referenzelemente als Antwort auf eine relative Position des wenigstens einen der Referenzelemente in bezug auf den Satz Strahler zu berechnen. In diesem Fall ist die Steuereinheit bevorzugt dazu ausgelegt, die Berechnung des Referenzparameters im wesentlichen unabhängig von der Wechselwirkung des metallischen Gegenstandes mit den Energiefeldern durchzuführen. Weiter bevorzugt ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, den unverzerrten Referenzparameter des wenigstens einen der Referenzelemente als Antwort auf eine Berechnung eines Magnetfeldwertes an dem wenigstens einen der Referenzelemente zu berechnen, wobei der Wert auf die relative Position des wenigstens einen der Referenzelemente in bezug auf den Satz Strahler anspricht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, den unverzerrten Referenzparameter des wenigstens einen Referenzelementes in Antwort auf eine Messung zu bestimmen, die auf eine relative Position des wenigstens einen der Referenzelemente in bezug auf den Satz Strahler anspricht. Typischerweise ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, den unverzerrten Referenzparameter des wenigstens einen der Referenzelemente im wesentlichen unabhängig von der Wechselwirkung des metallischen Gegenstandes mit den Energiefeldern zu bestimmen. Die Steuereinheit ist bevorzugt dazu ausgelegt, den unverzerrten Refe renzparameter des wenigstens einen der Referenzelemente als Antwort auf eine Messung eines Magnetfeldwertes an dem wenigstens einen der Referenzelemente zu bestimmen.
Bei einigen Anwendungen, für wenigstens eines des einen oder der mehreren Referenzelemente, ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, im wesentlichen den unverzerrten Referenzparameter mit der Position des Referenzelementes gleichzusetzen. Zum Beispiel kann die Steuereinheit dazu ausgelegt sein, den Referenzelementfehler, für das wenigstens eine aus den einen oder mehreren Referenzelementen so zu bezeichnen, daß er eine offensichtliche räumliche Verlagerung des Referenzelementes in Antwort auf die Wechselwirkung des metallischen Gegenstandes mit den Energiefeldern ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das eine oder die mehreren Referenzelemente wenigstens drei Referenzelemente, die dazu ausgelegt sind, daß sie an drei nicht kollineare Positionen in einer Umgebung des Sensors gebracht werden. Für einige Anwendungen umfassen die wenigstens drei Referenzelemente wenigstens vier Referenzelemente, dazu ausgelegt, daß sie an vier nicht koplanare Positionen in einer Umgebung des Sensors gebracht werden.
Die vorliegende Erfindung wird vollständiger aus der folgenden genauen Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, im Zusammenhang mit den Zeichnungen, verstanden werden, wobei:
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 eine schematische bildliche Veranschaulichung eines elektromagnetischen Ortungs- und Spurfolgesystems ist, das während einer medizinischen Prozedur verwendet wird, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
2 ein zweidimensionales schematisches Schaubild ist, das ein vereinfachtes Beispiel des Bestimmens der absoluten Position einer Sonde veranschaulicht, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
GENAUE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist eine schematische bildliche Veranschaulichung eines elektromagnetischen Ortungs- und Spurfolgesystems 18, das verwendet wird, um eine positionsabfühlende Sonde 20 in dem Körper eines Patienten 24 zu verfolgen, wobei Immunität gegen die Bewegung (dx) eines leitenden Objektes 40 in oder nahe einem Raum 60 um den Patienten 24 geboten wird, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System 18 weist einen Satz Strahler 34 auf, die von einer Steuereinheit 50 getrieben werden, um die Sonde 20 zu verfolgen, bevorzugt, jedoch nicht notwendigerweise unter Verwendung von Verfahren und Vorrichtungen, die in den oben zitierten US-Patenten und der PCT-Patentveröffentlichung an Ben-Haim und Ben-Haim u.a. beschrieben sind. Somit weist die Sonde 20 bevorzugt einen oder mehrere Feldsensoren, so wie Hall-Effekt-Vorrichtungen, Spulen oder andere Antennen, zur Verwendung bei der Positionsbestimmung auf. Als Alternative oder zusätzlich werden andere Verfahren und Vorrichtungen, die in der Technik bekannt sind, eingesetzt, um das Verfolgen der Sonde 20 zu erleichtern. Die Steuereinheit 50 weist eine Schaltung zum Verarbeiten von Signalen, die von der Sonde 20 und von einem oder mehreren Referenzelementen 22 empfangen wurden, und zum Berechnen der Absolutposition der Sonde 20 auf, wobei ein Interpolationsalgorithmus verwendet wird, der hiernach beschrieben wird.
Das leitende Objekt 40 weist typischerweise einen metallischen oder auf ein Magnetfeld ansprechenden Gegenstand auf, zum Beispiel ein chirurgisches Werkzeug, eine bewegbare Lampe, einen Karren usw. Das leitende Objekt 40 erzeugt parasitäre Felder, deren Phasen und Amplituden im allgemeinen von Eigenschaften des leitenden Objekts 40 abhängen, einschließlich seiner dielektrischen Konstante, magnetischen Permeabilität und geometrischen Form. Es wird erkannt werden, daß, obwohl das leitende Objekt 40 in 1 als ein Einzelobjekt gezeigt ist, das leitende Objekt 40 eine Anzahl getrennter leitender Objekte aufweisen könnte, die oftmals in den Bereich einer medizinischen Prozedur und aus diesem heraus gebracht werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das System 18 eine Vielzahl fester Referenzelemente 22 auf, bevorzugt vier oder mehr nicht koplanare Elemente. Die absoluten Positionen der Referenzelemente 22 sind bekannt, indem sie zum Beispiel an Rahmen 26 befestigt sind, die wiederum an einem Operationstisch 70 befestigt sind. Die Referenzelemente 22 weisen bevorzugt, jedoch nicht notwendig Ortsfeldsensoren auf, die im wesentlichen identisch denjenigen in der Sonde 20 sind, so daß das leitende Objekt 40 dieselbe potentielle Interferenzwirkung auf die gemessene Position der Sonde 20 hat, wie sie es auf die gemessene Position der Referenzelemente 22 hat. Unter Verwenden der bekannten absoluten Positionen der Referenzelemente 22, werden die Magnetfeldwerte, die von den Feldsensoren der Referenzelemente beim Fehlen des Objektes 40 im Raum 20 (die „unverzerrten Magnetfeldwerte") gemessen würden, erhalten durch: (a) Berechnung, basierend auf den relativen Positions- und Winkelanordnungen jedes der Referenzelemente in bezug auf jeden Feldgenerator jedes Radiators 34 und/oder (b) Messung, bei Fehlen des Objektes 40, des Magnetfeldes an jedem Referenzelement als Antwort auf die Felder, die von den Strahlern erzeugt worden sind. Diese unverzerrten Magnetfeldwerte werden bevorzugt in einem Speicher (nicht gezeigt) der Steuereinheit 50 gespeichert. Während einer Prozedur verbleibt die Sonde 20 bevorzugt innerhalb eines Raumes, der im allgemeinen durch die Positionen der Referenzelemente 22 begrenzt ist, um so in typischer Weise Berechnungen auf Interpolation zu begrenzen., basierend auf den Magnetfeldern an den Referenzelementen, anstatt auf Extrapolation
Wenn das leitende Objekt 40 in die Umgebung des Raumes 60 eingeführt wird, unterscheiden sich die Magnetfeldwerte, die von den Feldsensoren der Sonde 20 und den Referenzelementen 22 erzeugt werden, von den unverzerrten Magnetfeldwerten, die erzeugt werden würden, wenn das Objekt 40 nicht in dem Raum 60 vorliegen würde. Der Fehler unterschiedet sich für jedes Referenzelement 22 als Antwort auf den Ort und die Ausrichtung jedes Referenzelementes relativ zu dem leitenden Objekt 40, den bestimmten leitenden Eigenschaften des leitenden Objektes 40, der Form und Ausrichtung des leitenden Objektes 40 und weiterer Faktoren. Korrigierte Magnetfeldwerte werden bevorzugt für die Feldsensoren der Sonde 20 durch einen Interpolationsalgorithmus berechnen, dessen Eingaben die gemessenen Magnetfeldwerte für die Feldsensoren der Sonde 20, die gemessenen Magnetfeldwerte für jedes Referenzelement 22 und die bestimmten objektinduzierten Fehler bei den Magnetfeldwerten jedes Referenzelementes 20 umfassen. Der Algorithmus nutzt bevorzugt nichtlineare Interpolation, so wie geometrische Interpolation. Diese korrigierten Magnetfeldwerte für das Feld, gemessen von den Feldsensoren der Sonde 20, werden dann von der Steuereinheit 50 verwendet, um den absoluten Ort und die Ausrichtung der Sonde 20 zu bestimmen.
Bevorzugt wird eine relativ große Anzahl von Referenzelementen 20 an repräsentativen festen Orten im Raum 60 gebracht, um so die Genauigkeit der Interpolationen zu vergrößern. Die Referenzelemente 22 werden bevorzugt so nahe an die erwartete Umgebung der Sonde 20 positioniert, wie es machbar ist, um so die Genauigkeit der Interpolationen zu erhöhen.
Da leitende Objekte, so wie Werkzeuge und unterstützende Ausrüstung, während medizinischer Prozeduren häufig bewegt werden, ist es im allgemeinen bevorzugt, die verzerrten Magnetfeldwerte, die von den Referenzelementen 22 erzeugt werden, und sich ergebende Fehlerwerte im wesentlichen jedesmal zu aktualisieren, wenn eine aktualisierte Bestimmung der Position der Sonde 20 durchgeführt wird, oder wie es als zweckmäßig durch einen Bediener des Systems 18 angesehen wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine unkorrigierte Position der Sonde 20 bestimmt, indem unkorrigierte Magnetfeldwerte verwendet werden, die von den Feldsensoren der Sonde 20 erzeugt werden. Diese unkorrigierte Position wird korrigiert, indem ein räumlicher Interpolationsalgorithmus verwendet wird, wie hiernach beschrieben wird. Wenn das leitende Objekt 40 in die Umgebung des Raumes 60 eingeführt wird, unterscheiden sich die Positionen der Sonde 20 und der Referenzelemente 22, wie sie bestimmt worden sind, indem unkorrigierte Magnetfeldwerte verwendet wurden, die von den Feldsensoren der Sonde 20 und der Referenzelemente 22 erzeugt wurden, von ihren wahren Positionen. Die Richtung und Größe dieser Verlagerungen unterscheiden sich für jedes Referenzelement 22 ansprechend auf den Ort und die Ausrichtung jedes Referenzelementes 22 relativ zu dem leitenden Objekt 40, den bestimmten leitenden Eigenschaften des leitenden Objektes 40, der Form und Ausrichtung des leitenden Objektes 40 und weiterer Faktoren. Eine korrigierte Position der Sonde 20 wird bevorzugt berechnet, indem ein räumlicher nichtlinearer Interpolationsalgorithmus verwendet wird, dessen Eingaben die bestimmte unkorrigierte Position der Sonde 20 und die objektinduzierten Verlagerungen der Referenzelemente 22 umfassen. Insbesondere, indem die induzierten Verlagerungen der Referenzelemente 22 analysiert werden, bestimmt die Steuereinheit 50 bevorzugt die Interferenzwirkung, die das leitende Objekt 40 auf den Punkt im Raum 60 an den gemessenen Koordinaten der Sonde 20 hat und kompensiert diese Wirkung.
Bevorzugt wird eine relativ große Anzahl von Referenzelementen 20 an repräsentative feste Orte im Raum 60 gebracht, um so die Genauigkeit der Interpolation zu vergrößern. Die Referenzelemente 22 werden bevorzugt so nahe in die erwartete Umgebung der Probe 20 gebracht, wie es machbar ist, um so die Genauigkeit der Interpolationen zu vergrößern.
Bezug wird nun auf 2 genommen, welche ein zweidimensionales schematisches Schaubild ist, das ein vereinfachtes Beispiel der Bestimmung einer berechneten absoluten Position P_C einer Sonde ist, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Punkte A_A, B_A, C_A, D_A und E_A stellen bekannte absolute Positionen von fünf Referenzelementen 22 dar, zum Beispiel A, B, C, D und E. Die Punkte A_M, B_M, C_M, D_M und E_M stellen die jeweiligen bestimmten gemessenen (unkorrigierten) Positionen der Referenzelemente 22 während einer Prozedur dar, nach dem Einführen eines leitenden Objektes 41 in die Umgebung der Sonde und der Referenzelemente. Eine beträchtliche Verlagerung zwischen der bekannten Position eines der Referenzelemente 22 (an Positionen A, B, C, D und E) und der gemessenen Position zeigt an, daß das Referenzelement 22 – und folglich der Raum, der das Referenzelement 22 umgibt – stark durch das leitende Objekt beeinträchtigt ist. Das Referenzelement 22 an der Position D ist ein Beispiel eines solchen Referenzelementes. Umgekehrt zeigt eine kleine oder unwesentliche Verlagerung (z.B. die des Referenzelementes an der Position E) an, daß das leitende Objekt 41 wenig Wirkung auf den Raum hat, der das Referenzelement unmittelbar umgibt.
Die gemessene (unkorrigierte) Position P_M der Sonde und die berechneten Verlagerungen der Referenzelemente an den Positionen A, B, C, D und E werden bevorzugt in einen räumlichen Interpolationsalgorithmus angegeben, welcher die korrigierte absolute Position P_C der Sonde berechnet. Bei diesem vereinfachten Beispiel sind die gemessenen Positionen der Referenzelemente 22 mit variierenden Graden nach oben und nach rechts aus ihren bekannten absoluten Positionen verlagert, somit ist die korrigierte Position P_C der Sonde bevorzugt entsprechend durch die Steuereinheit 50 nach unten und nach links von der gemessenen Position P_M der Sonde verlagert, um den positionsverzerrenden Effekt des leitenden Objektes 41 zu kompensieren. Die Wirkung der räumlichen Interpolation ist in der Figur dahingehend zu sehen, daß die Korrektur, die bei der Position der Sonde aufgebracht wird, größtenteils, jedoch nicht vollständig auf den gemessenen Verlagerungen der Referenzelemente C und D basiert, die der Sonde am nächsten liegen.
Es soll verstanden werden, daß bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hierin mit Bezug auf invasive medizinische Techniken lediglich beispielhaft beschrieben werden. Der Umfang der vorliegenden Erfindung umfaßt das Anwenden von Techniken, die hier in beschrieben sind, auf elektromagnetische Ortungs- und Spurfolgesysteme, die für irgendwelche anderen Zwecke eingesetzt werden.
Es wird von Fachleuten verstanden werden, daß die vorliegende Erfindung nicht auf das begrenzt ist, was zuvor insbesondere gezeigt und beschrieben worden ist. Statt dessen umfaßt der Umfang der vorliegenden Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche beschrieben ist, sowohl Kombinationen als auch Unterkombinationen der verschiedenen oben beschriebenen Merkmale, ebenso wie Variationen und Modifikationen, die nicht im Stand der Technik sind, die Fachleuten nach dem Lesen der vorangehenden Beschreibung deutlich würden.

Claims

Positionsabfühlende Vorrichtung (18), mit: einem Satz Strahlern (34), die dazu ausgelegt sind, an jeweilige Positionen in der Nähe eines Körpers eines Subjekts (24) gebracht zu werden und eletromagnetische Energiefelder zu erzeugen; einem Positionssensor (20), der dazu ausgelegt ist, in den Körper des Subjekts (24) gebracht zu werden und Sensorsignale als Antwort auf die Energiefelder erzeugt; einem oder mehreren Referenzelementen (22), die dazu ausgelegt sind, an jeweiligen Positionen in einer Umgebung des Sensors (20) gebracht zu werden und Referenzsignale als Antwort auf die Energiefelder zu erzeugen; einer Steuereinheit (50), die dazu ausgelegt ist: für jedes der Referenzelemente (22) jeweilige unverzerrte Referenzparameter als Antwort auf die Positionen der Referenzelemente zu bestimmen, die Sensorsignale und die Referenzsignale zu empfangen, einen Referenzelementfehler für jedes Referenzelement (22) zu berechnen, als Antwort auf eine Wechselwirkung eines metallischen Gegenstandes (40, 41) mit den Energiefeldern, als Antwort auf die unverzerrten Referenzparameter des Referenzelementes (22) und als Antwort auf das Referenzsignal, das von dem Referenzelement erzeugt worden ist, und eine Position des Sensors (20) als Antwort auf die Sensorsignale und die Referenzelementfehler zu berechnen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines des einen oder der mehreren Referenzelemente (22) dazu ausgelegt ist, an eine feste bekannte Position relativ zu dem Satz Strahlern (34) während des Betriebes der Vorrichtung (18) gebracht zu werden, das heißt, wenn der Positionssensor (20) in dem Subjekt (24) angeordnet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der wenigstens einer des einen oder der mehreren Referenzelemente (22) dazu ausgelegt ist, außerhalb des Körpers des Subjekts (24) angeordnet zu werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die Steuereinheit (50) dazu ausgelegt ist, korrigierte Sensorsignale als Antwort auf die Referenzelementfehler und als Antwort auf die erzeugten Sensorsignale zu berechnen und die Position des Sensors (20) als Antwort auf die korrigierten Sensorsignale zu berechnen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die Steuereinheit (50) dazu ausgelegt ist, den Referenzelementfehler, für wenigstens eines der Referenzelemente, als Antwort auf einen gemessenen Magnetfeldwert an dem wenigstens einen der Referenzelemente (22) zu bezeichnen, wobei der Wert auf die Wechselwirkung des metallischen Gegenstandes (40) mit den Energiefeldern anspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die Steuereinheit (50) dazu ausgelegt ist, den unverzerrten Referenzparameter wenigstens eines der Referenzelemente (22) als Antwort auf eine relative Position des wenigstens einen der Referenzelemente (22) mit bezug auf den Satz Strahler (34) zu berechnen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Steuereinheit (50) dazu ausgelegt ist, die Berechnung des Referenzparameters im wesentlichen unabhängig von der Wechselwirkung des metallischen Gegenstandes (40, 41) mit den Energiefeldern durchzuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Steuereinheit (50) dazu ausgelegt ist, den unverzerrten Referenzparameter des wenigstens einen der Referenzelemente (22) als Antwort auf eine Berechnung eines Magnetfeldwertes an dem wenigstens einen der Referenzelemente zu berechnen, wobei der Wert auf die relative Position des wenigstens einen der Referenzelemente (2s) in bezug auf den Satz Strahler (34) anspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die Steuereinheit (50) dazu ausgelegt ist, daß sie den unverzerrten Referenzparameter wenigstens eines der Referenzelemente (22) als Antwort auf eine Messung zu bestimmen, die auf eine relative Position des wenigstens einen der Referenzelemente (22) in bezug auf den Satz Strahler (34) anspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Steuereinheit (50) dazu ausgelegt ist, den unverzerrten Referenzparameter des wenigstens einen der Referenzelemente (22) im wesentlichen unabhängig von der Wechselwirkung des metallischen Gegenstandes (40, 41) mit den Energiefeldern zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Steuereinheit (50) so ausgelegt ist, daß sie den unverzerrten Referenzparameter des wenigstens einen der Referenzelemente (22) als Antwort auf eine Messung eines Magnetfeldwertes an dem wenigstens einen der Referenzelemente (22) bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der, für wenigstens eines des einen oder der mehreren Referenzelemente (22), die Steuereinheit (50) dazu ausgelegt ist, den unverzerrten Referenzparameter mit der Position des Referenzelementes (22) im wesentlichen gleichzusetzen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Steuereinheit (50) dazu ausgelegt ist, den Referenzelementfehler, für das wenigstens eine des einen oder der mehreren Referenzelemente (22), als eine scheinbare räumliche Versetzung des Referenzelementes in Antwort auf die Wechselwirkung des metallischen Gegenstandes (40, 41) mit den Energiefeldern zu bezeichnen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der das eine oder die mehreren Referenzelemente wenigstens drei Referenzelemente (22) aufweisen, so ausgelegt, daß sie an drei nicht kollineare Positionen in einer Umgebung des Sensors (20) zu bringen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die wenigstens drei Referenzelemente wenigstens vier Referenzelemente (22) aufweisen, so ausgelegt, daß sie an vier nicht koplanare Positionen in einer Umgebung des Sensors (20) zu bringen sind.