JP2003513284A - ひずみ補償を有する電磁式位置及び配向追跡方法及び装置 - Google Patents

ひずみ補償を有する電磁式位置及び配向追跡方法及び装置

Info

Publication number
JP2003513284A
JP2003513284A JP2001535065A JP2001535065A JP2003513284A JP 2003513284 A JP2003513284 A JP 2003513284A JP 2001535065 A JP2001535065 A JP 2001535065A JP 2001535065 A JP2001535065 A JP 2001535065A JP 2003513284 A JP2003513284 A JP 2003513284A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
source
electromagnetic
effective
witness
orientation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
JP2001535065A
Other languages
English (en)
Inventor
イーゴー カルフィン
ハーバート アール ジュニア ジョーンズ
Original Assignee
ポールヘマス インコーポレイテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ポールヘマス インコーポレイテッド filed Critical ポールヘマス インコーポレイテッド
Publication of JP2003513284A publication Critical patent/JP2003513284A/ja
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S1/00—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
    • G01S1/02—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith using radio waves
    • G01S1/022—Means for monitoring or calibrating
    • G01S1/024—Means for monitoring or calibrating of beacon transmitters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/011—Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality
    • G06F3/012—Head tracking input arrangements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2051—Electromagnetic tracking systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/39—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
    • A61B2090/397—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers electromagnetic other than visible, e.g. microwave
    • A61B2090/3975—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers electromagnetic other than visible, e.g. microwave active

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 限られた容積内において位置／配向を追跡する方法及び装置は、電磁ひずみを考慮に入れるために容積（１０４）付近の、または該容積内に、固定された位置及び配向を有する少なくとも１つの“ウィットネスセンサ”と称する静止センサ（１１２）を使用する。１つまたはそれ以上のプローブセンサ（１０６）が容積（１０４）内の追跡される対象物（１０２）上に配置され、各ウィットネスセンサ（１１２）の出力は非実の実効電磁源（１２２）のパラメータを計算するために使用される。実効電磁源（１２２）のパラメータは、各プローブセンサ（１０６）によって測定されるにつれて、あたかも対象物（１０２）が１つまたは複数の実効源（１２２）によって発生された無ひずみ電磁場内にあるかのように、位置及び配向の計算のための入力として使用される。本発明の用途は、航空機、戦車、及び武装ビークル応用におけるヘルメット取付型ディスプレイ用追跡装置の他に、電磁ひずみまたは干渉を受け得るどのような電磁式追跡システムにも存在する。これらの応用領域は、特に、電磁式運動捕捉システム、及び医療システム及び機器を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、一般的には、位置及び配向追跡に関し、詳述すれば、電磁ひずみが
存在している限られた容積内において、正確な位置、配向、及び運動を追跡する
ための方法及び装置に関する。
【０００２】 （従来の技術） 既存の電磁式追跡システム、並びに慣性式追跡装置、及び慣性／光学及び光学
／磁気式追跡装置は、いろいろな種類のひずみに対して鋭敏である。このような
ひずみは、電磁式追跡装置においては金属対象物内の渦電流によって、または強
磁性材料が原因であり得、一方慣性式追跡装置の場合にはドリフトまたは振動が
原因であり得る。
【０００３】 例えば、米国特許第5,645,077号に開示されている慣性式追跡システムにおい
ては、ビークルまたは航空機参照フレームのドリフト及び運動を補償するために
、付加的なセンサ、または１組のセンサを必要とする。たとえこれらの付加的な
センサを用いたとしても、これらのシステムは振動及び温度の不安定さに敏感で
あり、付加的な補償が必要になる。慣性式追跡システムも、分乃至時間単位の期
間にわたってドリフトを生ずるようになる。
【０００４】 異なる型の２つのセンサからのデータを比較することによってひずみを補償す
るように、組合わせシステム、即ち、光学及び磁気センシングを組合わせたシス
テムが設計されている。このようなシステムの１つはHansenの米国特許第5,831,
260号に開示されている。光学式追跡モジュールを有する組合わせシステム（例
えば、慣性／光学または磁気／光学）は、暗視デバイスが酷く干渉するか、また
は寄生照明または光学雑音が存在する応用に対しては使用が制限される。
【０００５】 電磁式追跡環境においては、ひずみは、近くの金属物体内に誘起される渦電流
によって、または強磁性材料によってもたらされ得る。渦電流自体は場を生成し
、これらの場は追跡目的のために使用される源からの場に干渉する。この種のひ
ずみを補償するための１つの解法は、マッピングの使用を含む。マッピングを用
いると金属物体によってひずまされる関心容積内の電磁場が事前に限定され、位
置及び配向を解くために使用される。本明細書が参照している米国特許出願第09
/215,052号には、その好ましい実施の形態の一部として、これらの場マッピング
と共にグリーン関数の使用が開示されている。
【０００６】 従って、電磁式追跡システム内のひずみの効果を減少させるための、簡単であ
るにも拘わらず効果的であるアプローチに対する要望が残されている。このよう
な解法は、理想的には、運動捕捉及び医療機器を含むさまざまな応用に有用であ
ろう。
【０００７】 （発明の概要） 本発明は、電磁式位置及び配向追跡構成におけるひずみ補償を指向するもので
ある。従来のアプローチに優る種々の長所の中で、本発明は、実際の測定の前に
マッピングする必要性を排除し、新しい場にひずみが発生した場合には実時間で
調整することを可能にする。これは、航空機のコックピット、または医療／手術
機器の追尾ような環境においては重要である。
【０００８】 本発明は、限られた容積内の交流電磁場の成分を感知する型の位置／配向追跡
システムに特に適用可能である。上述した設計と同様に、容積内の追跡される対
象物上に１つまたはそれ以上のプローブセンサを配置し、各プローブセンサは源
によって生成された場の磁気誘導ベクトル成分を測定し、その容積内の対象物の
位置、配向、及び運動を決定する。しかしながら、本発明においては、電磁ひず
みを補償するために、対象物上に配置された１つまたは複数のプローブセンサの
他に、少なくとも１つのウィットネス（witness）センサと称する静止センサを
使用する。各ウィットネスセンサは、関心参照フレームに対して既知の固定位置
に、及び配向で、関心容積の付近またはその内部の点に、そして追跡される対象
物上のセンサに近接して支持される。
【０００９】 各プローブセンサ、及び各ウィットネスセンサの出力は、電磁場ひずみが存在
する中で、対象物の位置及び配向を計算するように動作する処理ユニットに印加
される。プロセッサは、各ウィットネスセンサからのデータを使用して、実効電
磁源の位置、配向、及び強度のようなパラメータを計算する。簡易化のために点
源またはダイポールとして取扱うことができる実効源（１つまたは複数）は、ウ
ィットネスセンサの近傍に実の（real）源の場と同一の場プラスひずみの場を発
生する。無ひずみ平静環境の場合には、単一の実効源は実際の実の源と一致し、
それと同一であることに注目されたい。これにより、各プローブセンサが測定す
るにつれて、実効源（１つまたは複数）の計算されたパラメータを、あたかもそ
の対象物が実効源（１つまたは複数）によって発生された無ひずみ電磁場内にあ
るかのように位置及び配向を計算するための入力として使用することが可能にな
る。
【００１０】 従って、本発明による電磁位置／配向追跡システムは、交流電磁場の実の源と
、既知の空間点における電磁誘導ベクトル成分を測定する少なくとも１つのウィ
ットネスセンサと、対象物のパースペクティブから電磁誘導ベクトル成分を測定
する１つまたはそれ以上のプローブセンサと、必要計算を行う制御／処理ユニッ
トとを含む。本発明の用途は、航空機、戦車、及び武装ビークル応用におけるヘ
ルメット取付型ディスプレイ用追跡装置の他に、電磁ひずみまたは干渉を受け得
るどのような電磁式追跡システムにも存在する。これらの応用領域は、特に、電
磁式運動捕捉システム、及び医療システム及び機器を含む。
【００１１】 （実施の形態） 図１は、本発明の好ましい実施の形態による装置１００を示している。対象物
１０２が、電磁ひずみが存在し得る関心容積１０４内において追跡される対象物
である。１つまたはそれ以上のプローブセンサ１０６が対象物上に支持されてい
て、実の物理的源１１０によって生成された交流電磁場の磁気誘導ベクトル成分
を測定する。既知の位置及び配向を有する静止“ウィットネス”センサ１１２（
または１組のセンサ）が、源１１０から既知の距離Ｒ0に配置されている。
【００１２】 ウィットネス及びプローブセンサ１１２及び１１６は、プロセッサユニット１
２０への経路１１４及び１１６を介して相互接続され、プロセッサユニット１２
０は容積１０６内の対象物１０２の位置及び配向を出力する。プローブまたはウ
ィットネスセンサとして複数の単軸センサを使用することができるが、本発明は
、好ましくは、誘導ベクトルの３成分を測定する多軸センサを使用する。各ウィ
ットネスセンサからの磁場データは、ウィットネスセンサから距離Ｒeffに配置
されている“実効”源（１つまたは複数）１２２の位置、強度、及び配向を計算
するためにプロセッサユニット１２０によって使用される。実効源１２２は実の
源ではないが、存在し得る電磁ひずみの場と等価な電磁場をウィットネスセンサ
の近傍に発生する源をモデルするようになっている。所要の精度及び処理時間に
依存して、この実効源を取扱うために少なくとも２つのオプションが存在する。
第１のオプションは実際の源の場と同一の場プラスひずみ場を発生する単一の実
効源を考えることであり、第２のオプションは実際の源に追加される単一の、ま
たは複数の実効源を考える（場は、実の源からの場と、ひずみをモデルする１つ
または複数の実効源からの場との重畳と考えられる）ことである。この第２のオ
プションはより正確であるが、より強力なリアルタイム計算が要求される。実効
源１２２（または、実の源１１０の場と、１つまたは複数の実効源１２の場との
重畳）によって発生する無ひずみ場１２３内で測定された結果は、各プローブセ
ンサ１０６の、従って対象物１０２の位置及び配向を決定するために使用される
。従って、ひずみは自動的に斟酌されることになる。
【００１３】 本発明のシステムはマッピングを必要とせず、事実、ウィットネスセンサデー
タは自己較正型である。図１に示した容積は立方体であるが、このシステムはど
のようなジオメトリでも動作する。マッピングアプローチは規則正しい幾何学的
容積を使用することにより利益を得るものであるが、本発明は本質的にマッピン
グを必要としないので任意容積形状に容易に適用される。ウィットネスセンサ（
１つまたは複数）は容積内に配置する必要はない。最適の結果を得るための唯一
の条件は、ウィットネスセンサ（１つまたは複数）及びプローブセンサ（１つま
たは複数）を互いに十分に接近させることである。
【００１４】 数学的には、本配列は以下のように記述することができる。
【００１５】 Ｂ(R0)を、距離Ｒ0に配置されているウィットネスセンサ、及び原点に配置さ
れている電磁放射の実の源によって測定された磁気誘導ベクトルであるとする。
この磁場は、次式によって正確に表すことができる。 ここにＧはグリーン関数であり、密度関数に等しい。
【００１６】 上式の第１項は、点Ｒ0の周りに配置された源の場を表している。第２項は、
副容積Ｖdist内に空間的に分布しているひずみの場を表している。この場合、実
際の源は（0，0，0）に配置されているが、適切な座標変換によって、どのよう
な適当な代替位置をも使用できることに注目されたい。多重ウィットネスセンサ
（例えば、Ｎセンサ）の場合には、Ｒ0の代わりにＲ0i（ｉ＝１…Ｎ）を対応し
て置換することにより、１組Ｎの類似式が得られる。
【００１７】 同じ場Ｂ(Ｒ0)は、ある点Ｒeffの周りに配置されているある実効源（上記第１
のオプション）の場として、以下のように近似的に表すことができる。 上記第２のオプションからは、次式が得られる。 Ｒeff及び についてのこれらの式の解は、例えば最良適合法によって、また
は準ニュートン法によって見出すことができる。
【００１８】 上記ベクトル方程式の解は次式への入力であり、これはプローブセンサの位置
における電磁場を表している。 ｒについての解が、システムの出力を定義する。
【００１９】 システムの精度は、プローブセンサ（１つまたは複数）に直近してウィットネ
スセンサ（１つまたは複数）を配置することによって向上する。即ち、精度は、 ｒ≪Ｒ0n，Ｒeff である場合に高められる。ウィットネスセンサを複数にするとＲeffについての
、従ってｒについての解の精度が向上する。更に、十分な精度を達成できる容積
が大きくなる。
【００２０】 本方法の流れ図を図２に示す。ステップ２０２において、ウィットネスセンサ
（１または複数）から入力データが収集される。ブロック２０４において、実効
源（１または複数）のパラメータが計算される。もしウィットネスセンサ（１ま
たは複数）からのデータが変化していれば、これはステップ２２０において斟酌
される。ステップ２０６において、プローブセンサ（１または複数）からの入力
データが収集される。ステップ２０８において、ウィットネス及びプローブセン
サからの入力を使用して、対象物の位置及び配向が関心容積の座標に対して計算
され、ステップ２１０において出力される。本発明の１つの長所は、実効源のた
めの解を規則的な間隔で計算できることであり、ウィットネス及びプローブセン
サが同一近似位置にあることが好ましいので、外部雑音（例えば、ＲＦ）によっ
てほぼ等しく影響されるから、本質的に連続的な雑音補償を可能にしていること
である。
【００２１】 図３は、本発明の航空機コックピット応用を示している。この場合、パイロッ
ト３０２は容積３０４内で運動する。源３０６は容積内に交流電磁場を放射する
。この電磁場は、少なくとも１つのウィットネスセンサ３０８と、オペレータ３
０２のヘルメットに取付けられている少なくとも１つのプローブセンサ３１０と
によって受信される。処理ユニット（図示してない）は、これらのセンサから入
力を受け、源３２０によって生成された実効場（または、３２０及び３０６から
の場の重畳）を、プローブセンサ３１０によって測定された場の成分に適用する
ことによって、対象物（この場合には、パイロットのヘルメット）の位置及び配
向を計算する。
【００２２】 本発明の用途は、航空機、戦車、武装ビークル応用におけるヘルメット取付型
ディスプレイ用追跡装置、及び医療／手術機器の追尾の他に、電磁ひずみまたは
干渉を受け得るどのような電磁式追跡システムにも存在する。同時出願された米
国特許出願第09/215,052号に開示されているように、これらの応用領域は、特に
、電磁運動捕捉システム、及び医療システム及び機器を含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好ましい実施の形態を示す図である。
【図２】 本発明を遂行する好ましい方法の諸ステップを示す流れ図である。
【図３】 本発明の特定の応用、即ちヘルメット取付型航空機追跡構成を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｕ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ， ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，Ｌ Ｓ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ， ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，Ｔ Ｔ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 2F063 AA04 BD15 CA08 CA11 DD08 EB01 GA00 【要約の続き】 む。

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電磁ひずみが存在する限られた容積内の対象物の位置及び配
    向を決定する装置であって、 測定可能な磁気誘導ベクトル成分を有する電磁場の実の源と、 上記関心容積付近に、または該容積内に支持されていて、固定された既知の位
    置及び配向を使用して上記誘導ベクトル成分を測定するように各々が動作する１
    つまたは複数の静止ウィットネスセンサと、 上記対象物上に支持されていて、上記誘導ベクトル成分を測定する１つまたは
    それ以上のプローブセンサと、 上記各ウィットネスセンサ及び各プローブセンサと通信するプロセッサと、 を備え、 上記プロセッサは、 ａ）少なくとも１つの実効電磁源の特性を計算する機能を遂行し、上記実効源
    は、上記実の源によって生成される場に類似する、または該場と同一の場を、上
    記容積内に存在する電磁ひずみと共に上記各ウィットネスセンサの近傍に発生す
    るモデル源として定義され、 ｂ）上記各プローブセンサによって測定された上記誘導ベクトル成分を受信す
    る機能と、 ｃ）上記実効源の特性を、上記各プローブセンサによって測定された上記誘導
    ベクトル成分に適用することによって、上記対象物の位置及び配向を計算する機
    能と、 を更に遂行することを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 上記対象物は上記容積内で運動し、 上記対象物の運動を追跡するために、上記プロセッサによって遂行される少な
    くとも機能ｂ）及びｃ）を規則的な間隔で繰り返す、 ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 上記実効源の計算された特性は、上記実効源の強度、位置、
    及び配向を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 上記限られた容積はビークル内部の少なくとも一部分を含み
    、上記各プローブセンサは上記ビークルのオペレータに対して支持されているこ
    とを特徴とする請求項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】 上記ビークル内部は航空機コックピットの一部を形成し、上
    記各プローブセンサは上記オペレータが着用すヘルメット上に取付けられている
    ことを特徴とする請求項４に記載の装置。
  6. 【請求項６】 上記プローブセンサの少なくとも１つは、医療機器上に位置
    決めされることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  7. 【請求項７】 上記プローブセンサの少なくとも１つは、人体上に位置決め
    されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  8. 【請求項８】 複数のウィットネスセンサを含み、上記実効源の特性は、最
    良適合近似によって決定されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  9. 【請求項９】 複数のウィットネスセンサを含み、上記実効源の特性は、エ
    ラー最小化または最適化手順によって決定されることを特徴とする請求項１に記
    載の装置。
  10. 【請求項１０】 上記実効源は、点源として取扱われることを特徴とする請
    求項１に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 上記実効源は、ダイポール源として取扱われることを特徴
    とする請求項１に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 上記各ウィットネスセンサ及び各プローブセンサは、上記
    磁気誘導ベクトルの成分を測定することを特徴とする請求項１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 電磁ひずみが存在する限られた容積内の対象物の位置及び
    配向を決定する方法であって、 ａ）磁気誘導ベクトル成分を有する電磁場を、静止源によって生成させるステ
    ップと、 ｂ）上記容積付近の、または該容積内の１つまたはそれ以上の静止点において
    上記電磁場の成分を測定するステップと、 ｃ）上記対象物に対する１つまたはそれ以上の点において上記電磁場の成分を
    測定するステップと、 ｄ）上記静止源によって所与のウィットネスセンサの近傍に発生される実効電
    磁場の特性を、上記限られた容積内に存在する電磁ひずみと共に計算するステッ
    プと、 ｅ）上記対象物に対して測定された上記誘導ベクトル成分を受信するステップ
    と、 ｆ）上記実効場の特性を、上記誘導ベクトル成分に適用することによって、上
    記対象物の位置及び配向を計算するステップと、 を含むことを特徴とする方法。
  14. 【請求項１４】 上記対象物は上記容積内で運動し、 上記対象物の運動を追跡するために、少なくともステップｅ）及びｆ）を規則
    的な間隔で繰り返す、 ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 上記実効電磁場の特性を計算するステップは、上記実効場
    の強度、位置、及び配向の計算を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法
    。
  16. 【請求項１６】 上記対象物は、ビークル内部に位置決めされることを特徴
    とする請求項１３に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 上記対象物は、個人の身体上に支持されることを特徴とす
    る請求項１３に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 上記実効電磁場の特性を計算するステップは、最良適合近
    似を遂行するステップを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 上記実効電磁場の特性を計算するステップは、エラー最小
    化または最適化手順を遂行するステップを含むことを特徴とする請求項１３に記
    載の方法。
  20. 【請求項２０】 上記実効源を、点源として取扱うステップを更に含むこと
    を特徴とする請求項１３に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 上記実効源を、ダイポール源として取扱うステップを更に
    含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 上記各静止点において誘導ベクトルの３成分を測定するこ
    とを特徴とする請求項１３に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 上記誘導ベクトルの成分を、各点において上記対象物に対
    して測定することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 電磁ひずみが存在する中で、追跡される対象物上に配置さ
    れたセンサによって交流電磁放射を受信する型の位置／配向追跡システムにおい
    て、 上記電磁ひずみの源に対してその場の中に固定された位置及び配向を有する少
    なくとも１つのウィットネスセンサと、 プロセッサ手段と、 を備え、 上記プロセッサ手段は、 ａ）上記ウィットネスセンサ付近の無ひずみ仮想場を計算し、そして ｂ）上記対象物があたかも上記無ひずみ仮想場内に配置されているかのように
    、上記対象物の位置及び配向を計算する、 ために上記ウィットネスセンサと通信することを特徴とする改良。
  25. 【請求項２５】 上記ウィットネスセンサは、上記対象物の直近にあること
    を特徴とする請求項２４に記載の改良。
  26. 【請求項２６】 複数の離間したウィットネスセンサを更に含むことを特徴
    とする請求項２４に記載の改良。
  27. 【請求項２７】 追跡される上記対象物上に複数のセンサを更に含むことを
    特徴とする請求項２４に記載の改良。
  28. 【請求項２８】 上記対象物は、人体上に支持されていることを特徴とする
    請求項２４に記載の改良。
JP2001535065A 1999-11-01 2000-10-31 ひずみ補償を有する電磁式位置及び配向追跡方法及び装置 Ceased JP2003513284A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/430,978 1999-11-01
US09/430,978 US6400139B1 (en) 1999-11-01 1999-11-01 Methods and apparatus for electromagnetic position and orientation tracking with distortion compensation
PCT/US2000/029962 WO2001033231A2 (en) 1999-11-01 2000-10-31 Method and apparatus for electromagnetic position and orientation tracking with distortion compensation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003513284A true JP2003513284A (ja) 2003-04-08

Family

ID=23709914

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001535065A Ceased JP2003513284A (ja) 1999-11-01 2000-10-31 ひずみ補償を有する電磁式位置及び配向追跡方法及び装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6400139B1 (ja)
EP (1) EP1228380A4 (ja)
JP (1) JP2003513284A (ja)
AU (1) AU1355201A (ja)
CA (1) CA2388328C (ja)
WO (1) WO2001033231A2 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007519432A (ja) * 2003-11-14 2007-07-19 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 電磁トラッカにおける歪み低減のためのシステム及び方法
JP2008086751A (ja) * 2006-07-11 2008-04-17 Biosense Webster Inc 金属ひずみの評価プローブ
JP2009519086A (ja) * 2005-12-15 2009-05-14 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 参照センサーのモジュラー・アレイを使った金属アーチファクト補償のための電磁的追跡の方法および装置。
JP2012514738A (ja) * 2009-01-05 2012-06-28 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 電磁追跡システムの動的金属歪補償のためのシステム及び方法
JP2013138871A (ja) * 2006-03-31 2013-07-18 Koninkl Philips Electronics Nv 電磁式追跡システムにおける局所的誤差補償システム

Families Citing this family (64)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8684009B2 (en) * 1997-02-26 2014-04-01 Alfred E. Mann Foundation For Scientific Research System for determining relative distance(s) and/or angle(s) between at least two points
US6624626B2 (en) * 1999-11-01 2003-09-23 Polhemus Inc. Method and apparatus for electromagnetic position and orientation tracking with distortion compensation employing modulated signal
US7809421B1 (en) 2000-07-20 2010-10-05 Biosense, Inc. Medical system calibration with static metal compensation
ATE312364T1 (de) 2000-07-26 2005-12-15 Northern Digital Inc Verfahren zur bestimmung der position eines sensorelementes
JP4178113B2 (ja) 2002-03-12 2008-11-12 メナーチェ エルエルシー 動作追跡装置とその方法
US7945309B2 (en) * 2002-11-22 2011-05-17 Biosense, Inc. Dynamic metal immunity
US7009561B2 (en) * 2003-03-11 2006-03-07 Menache, Llp Radio frequency motion tracking system and method
CA2524822A1 (en) * 2003-05-06 2004-11-18 Leonard Reiffel Stabalize position by electromagnetic field sensing
US7872635B2 (en) * 2003-05-15 2011-01-18 Optimetrics, Inc. Foveated display eye-tracking system and method
US7974680B2 (en) * 2003-05-29 2011-07-05 Biosense, Inc. Hysteresis assessment for metal immunity
US7433728B2 (en) 2003-05-29 2008-10-07 Biosense, Inc. Dynamic metal immunity by hysteresis
US7321228B2 (en) * 2003-07-31 2008-01-22 Biosense Webster, Inc. Detection of metal disturbance in a magnetic tracking system
US7252270B2 (en) * 2003-08-05 2007-08-07 Israel Aircraft Industries, Ltd. System and method for launching a missile from a flying aircraft
US7355561B1 (en) 2003-09-15 2008-04-08 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Systems and methods for providing images
CN100441143C (zh) * 2004-02-18 2008-12-10 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于磁定位设备的测量值的校正
US7538544B2 (en) * 2004-04-09 2009-05-26 Ksr Technologies Co. Inductive position sensor
US7191759B2 (en) * 2004-04-09 2007-03-20 Ksr Industrial Corporation Inductive sensor for vehicle electronic throttle control
US7276897B2 (en) * 2004-04-09 2007-10-02 Ksr International Co. Inductive position sensor
WO2005119356A2 (en) 2004-05-28 2005-12-15 Erik Jan Banning Interactive direct-pointing system and calibration method
US7710395B2 (en) * 2004-07-14 2010-05-04 Alken, Inc. Head-mounted pointing and control device
US20060038555A1 (en) * 2004-08-20 2006-02-23 Higgins Robert F Self-training AC magnetic tracking systems to cover large areas
US8131342B2 (en) * 2004-08-24 2012-03-06 General Electric Company Method and system for field mapping using integral methodology
IL165314A (en) * 2004-11-21 2009-08-03 Elbit Ltd Electromagnetic tracker
US7292026B2 (en) 2005-04-08 2007-11-06 Ksr International Co. Signal conditioning system for inductive position sensor
US20060255795A1 (en) * 2005-05-13 2006-11-16 Higgins Robert F Six-degree-of-freedom, integrated-coil AC magnetic tracker
US7449878B2 (en) * 2005-06-27 2008-11-11 Ksr Technologies Co. Linear and rotational inductive position sensor
WO2007009088A2 (en) * 2005-07-12 2007-01-18 Alfred E. Mann Institute For Biomedical Engineering At The University Of Southern California Method and apparatus for detecting object orientation and position
US9285897B2 (en) 2005-07-13 2016-03-15 Ultimate Pointer, L.L.C. Easily deployable interactive direct-pointing system and calibration method therefor
WO2007126854A2 (en) * 2006-03-28 2007-11-08 Alfred E. Mann Institute For Biomedical Engineering At The University Of Southern California Biomimetic tactile sensor
US8181540B2 (en) * 2006-03-28 2012-05-22 University Of Southern California Measurement of sliding friction-induced vibrations for biomimetic tactile sensing
WO2007117951A2 (en) 2006-03-29 2007-10-18 Stryker Corporation Shielded surgical navigation system that determines the position and orientation of the tracked object with real and virtual dipoles
US7471202B2 (en) 2006-03-29 2008-12-30 General Electric Co. Conformal coil array for a medical tracking system
US7532997B2 (en) 2006-04-17 2009-05-12 General Electric Company Electromagnetic tracking using a discretized numerical field model
US8082020B2 (en) * 2006-08-07 2011-12-20 Biosense Webster, Inc. Distortion-immune position tracking using redundant magnetic field measurements
DE102007012361B4 (de) * 2007-03-14 2016-09-22 Siemens Healthcare Gmbh Verfahren zur Positionsbestimmung eines medizinischen Instruments und Positionsbestimmungsvorrichtung
US8272278B2 (en) * 2007-03-28 2012-09-25 University Of Southern California Enhancements to improve the function of a biomimetic tactile sensor
US8391952B2 (en) 2007-10-11 2013-03-05 General Electric Company Coil arrangement for an electromagnetic tracking system
US8616974B2 (en) * 2008-07-10 2013-12-31 Sixense Entertainment, Inc. Passive and active video game controllers with magnetic position sensing
US8446253B2 (en) * 2009-03-11 2013-05-21 Checkpoint Systems, Inc. Localization using virtual antenna arrays in modulated backscatter RFID systems
US8676368B2 (en) * 2009-10-19 2014-03-18 Fives Cinetic Inc. System and method for optimizing a production process using electromagnetic-based local positioning capabilities
US8812079B2 (en) * 2010-12-22 2014-08-19 Biosense Webster (Israel), Ltd. Compensation for magnetic disturbance due to fluoroscope
US9459124B2 (en) 2012-03-12 2016-10-04 Sixense Entertainment, Inc. Electromagnetic tracker (AC) with extended range and distortion compensation capabilities employing multiple transmitters
US8683707B1 (en) 2012-03-28 2014-04-01 Mike Alexander Horton Magnetically modulated location system
US9510772B2 (en) * 2012-04-10 2016-12-06 Cardionxt, Inc. System and method for localizing medical instruments during cardiovascular medical procedures
US9588582B2 (en) 2013-09-17 2017-03-07 Medibotics Llc Motion recognition clothing (TM) with two different sets of tubes spanning a body joint
FR2993371B1 (fr) * 2012-07-13 2014-08-15 Thales Sa Systeme optique de mesure d'orientation et de position sans formation d'image a source ponctuelle et masque
US9002437B2 (en) 2012-12-27 2015-04-07 General Electric Company Method and system for position orientation correction in navigation
US9078583B2 (en) 2013-08-22 2015-07-14 Aftx, Inc. Methods, systems, and apparatus for identification and characterization of rotors associated with atrial fibrillation
FR3012888B1 (fr) * 2013-11-06 2015-12-25 Jean Louis Lescourret Systeme magnetique hybride inertiel de determination de la position et l'orientation d'un corps mobile
US20150305823A1 (en) * 2014-04-25 2015-10-29 General Electric Company System and method for processing navigational sensor data
CA2919901A1 (en) 2015-02-04 2016-08-04 Hossein Sadjadi Methods and apparatus for improved electromagnetic tracking and localization
US10151606B1 (en) 2016-02-24 2018-12-11 Ommo Technologies, Inc. Tracking position and movement using a magnetic field
JP6640382B2 (ja) * 2016-05-03 2020-02-05 セント・ジュード・メディカル・インターナショナル・ホールディング・エスエーアールエルＳｔ． Ｊｕｄｅ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｈｏｌｄｉｎｇ Ｓ．ａ，ｒ．ｌ． 磁気的位置特定システムにおける磁場歪み検出および補正
FR3069068B1 (fr) 2017-07-17 2019-08-23 Sysnav Procede de localisation d'un objet evoluant dans un champ magnetique genere par un ensemble d'au moins trois generateurs magnetiques
CA3030247A1 (en) 2018-01-19 2019-07-19 Ascension Technology Corporation Calibrating a magnetic sensor
CA3030409A1 (en) 2018-01-19 2019-07-19 Ascension Technology Corporation Calibrating a magnetic transmitter
CA3031276A1 (en) * 2018-02-08 2019-08-08 Ascension Technology Corporation Compensating for distortion in an electromagnetic tracking system
US10276289B1 (en) 2018-06-01 2019-04-30 Ommo Technologies, Inc. Rotating a permanent magnet in a position detection system
US11944388B2 (en) 2018-09-28 2024-04-02 Covidien Lp Systems and methods for magnetic interference correction
CA3076356C (en) * 2019-04-02 2022-06-21 Ascension Technology Corporation Distortion correction for tracking an object in a magnetic field
DE102020109121A1 (de) * 2019-04-02 2020-10-08 Ascension Technology Corporation Korrektur von Verzerrungen
BR112022013207A2 (pt) 2020-01-03 2022-09-13 Lensar Inc Métodos e sistemas para aplicações combinadas sônicas e laser para o olho
US11382582B1 (en) 2021-08-02 2022-07-12 Oxos Medical, Inc. Imaging systems and methods
US11832976B2 (en) 2022-03-22 2023-12-05 Oxos Medical, Inc. Imaging systems and methods

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4314251A (en) 1979-07-30 1982-02-02 The Austin Company Remote object position and orientation locater
US4287809A (en) 1979-08-20 1981-09-08 Honeywell Inc. Helmet-mounted sighting system
CA1141930A (en) 1980-04-25 1983-03-01 Terence Cotgreave Heat-insulated container provided with a locating and/or supporting device
US4737794A (en) 1985-12-09 1988-04-12 Mcdonnell Douglas Corporation Method and apparatus for determining remote object orientation and position
US5453686A (en) 1993-04-08 1995-09-26 Polhemus Incorporated Pulsed-DC position and orientation measurement system
US5645077A (en) 1994-06-16 1997-07-08 Massachusetts Institute Of Technology Inertial orientation tracker apparatus having automatic drift compensation for tracking human head and other similarly sized body
ATE252349T1 (de) * 1994-09-15 2003-11-15 Visualization Technology Inc System zur positionserfassung mittels einer an einem patientenkopf angebrachten referenzeinheit zur anwendung im medizinischen gebiet
US5640170A (en) 1995-06-05 1997-06-17 Polhemus Incorporated Position and orientation measuring system having anti-distortion source configuration
US5752513A (en) 1995-06-07 1998-05-19 Biosense, Inc. Method and apparatus for determining position of object
US5767669A (en) * 1996-06-14 1998-06-16 Ascension Technology Corporation Magnetic field position and orientation measurement system with dynamic eddy current rejection
US5831260A (en) 1996-09-10 1998-11-03 Ascension Technology Corporation Hybrid motion tracker
US6377041B1 (en) * 1998-12-17 2002-04-23 Polhemus Inc. Method and apparatus for determining electromagnetic field characteristics within a volume

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007519432A (ja) * 2003-11-14 2007-07-19 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 電磁トラッカにおける歪み低減のためのシステム及び方法
JP2009519086A (ja) * 2005-12-15 2009-05-14 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 参照センサーのモジュラー・アレイを使った金属アーチファクト補償のための電磁的追跡の方法および装置。
JP2013138871A (ja) * 2006-03-31 2013-07-18 Koninkl Philips Electronics Nv 電磁式追跡システムにおける局所的誤差補償システム
US9733336B2 (en) 2006-03-31 2017-08-15 Koninklijke Philips N.V. System for local error compensation in electromagnetic tracking systems
JP2008086751A (ja) * 2006-07-11 2008-04-17 Biosense Webster Inc 金属ひずみの評価プローブ
JP2012514738A (ja) * 2009-01-05 2012-06-28 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 電磁追跡システムの動的金属歪補償のためのシステム及び方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2001033231A2 (en) 2001-05-10
EP1228380A2 (en) 2002-08-07
US6400139B1 (en) 2002-06-04
WO2001033231A3 (en) 2001-12-06
EP1228380A4 (en) 2006-04-12
CA2388328A1 (en) 2001-05-10
AU1355201A (en) 2001-05-14
CA2388328C (en) 2009-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2003513284A (ja) ひずみ補償を有する電磁式位置及び配向追跡方法及び装置
US6369564B1 (en) Electromagnetic position and orientation tracking system with distortion compensation employing wireless sensors
EP1817606B1 (en) Electromagnetic tracker
US4913152A (en) Magnetoencephalograph (MEG) using a multi-axis magnetic gradiometer for localization and tracking of neuromagnetic signals
CA2097962C (en) Non-concentricity compensation in position and orientation measurement systems
CN105919595B (zh) 用于跟踪运动物体体内具有磁信号的微型装置的系统和方法
JP2002532723A (ja) ある容量内の電磁場特性を決定するための方法および装置
AU2013206492A1 (en) Position and orientation algorithm for a single axis sensor
US20200372409A1 (en) Electromagnetic distortion compensation for device tracking
CA2876652A1 (en) Adaptive fluoroscope location for the application of field compensation
Sels et al. Three-dimensional full-field vibration measurements using a handheld single-point laser Doppler vibrometer
CA2371145A1 (en) Optical motion detection for mri
De Munck et al. The use of an MEG device as 3D digitizer and motion monitoring system
JPH11110114A (ja) 磁気式３次元トラッカー
US6462540B1 (en) Magnetic field measuring apparatus which enables external magnetic noise cancellation
EP0477434B2 (en) Analysis of biological signals using data from arrays of sensors
CN109691997A (zh) 脑磁场检测装置及脑磁场的检测方法
US6154024A (en) Metal immune magnetic tracker
JPH031839A (ja) 脳磁計測装置
CN112254732A (zh) 一种基于旋转磁偶极子的空间四点磁场定位方法及装置
JP2844848B2 (ja) 生体磁気計測装置
Seemann et al. Combination of accelerometer and photographically derived kinematic variables defining three-dimensional rigid body motion
JPH09281249A (ja) 磁気発生源推定装置
JP2000002761A (ja) 目標相関統合装置
JP2023034039A (ja) 脳磁計及び脳磁場測定方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050712

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080901

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20081201

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20081208

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090302

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20091224

A045 Written measure of dismissal of application [lapsed due to lack of payment]

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A045

Effective date: 20100422