JP2005505394A

JP2005505394A - 金属検出装置

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Publication number: JP2005505394A
Application number: JP2003536773A
Authority: JP
Inventors: キーネ，マーク・ニコラス
Original assignee: キネテイツク・リミテツド
Priority date: 2001-10-17
Filing date: 2002-09-23
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2022-09-23
Also published as: GB0124887D0; WO2003034095A1; EP1436644A1; EP1436644B1; JP4439913B2; US7414404B2; US20040260174A1

Abstract

人体または動物の体（１２）の表面（１２ａ）下の金属物体（１３）を検出する金属検出装置が、金属物体１３の近傍において磁界を発生しこれによって金属物体１３内部に電流を誘導して二次磁界を発生する発信器手段（１０）と、この二次磁界を検出する検出手段（１４）とを備えている。この検出手段は、金属物体に対する第１の方向、ｙ、を表す第１の出力信号を供給する第１の傾度測定器（１６）と、第１の傾度測定器（１６）に実質的に垂直に配置され、第１の方向に実質的に垂直でかつ第１の方向と同一平面内にある、金属物体に対する第２の方向、Ｘを表す第２の出力信号を供給する第２の傾度測定器２２と、お互いに実質的に同心円状に配置され、第１および第２の方向の平面に実質的に垂直な第３の方向、Ｚの二次磁界強度を表す出力信号を与えるようにそれぞれ配置される外部コイル（２８ａ、２８ｂ）および内部コイル（３０ａ、３０ｂ）とを備えている。この装置はまた、表面下の金属物体（１３）の深さ、ｄの表示を与えるように、内部コイル３０ａ、３０ｂが発生する出力信号を外部コイル（２８ａ、２８ｂ）が発生する出力信号と比較する処理手段（６６）も備え、第１および第２の傾度測定器（１６、１８）および内部および外部コイル（２８ａ、２８ｂ、３０ａ、３０ｂ）はさらに、使用時に体の表面に印をつけるために装置を収納するアクセス経路（３２）を画定するように配置されている。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属を検出する装置に関連する。特に、本発明は、外科手術の補助器具として、人体または動物の体内の金属物体の位置を特定する際に使用するのに適した金属検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
「金属検出器」の用語は通常、変化する電流でコイルが励磁されるある種類の計器を指し、この変化する電流は磁気誘導のプロセスによって金属付近の任意の箇所に小さな「渦電流」を誘導する。この誘導された渦電流は、通常は検出器上に取り付けられたコイルによって検出される、それ自体に付随する磁界を有する。パルス誘導（ｐ−ｉ）式と連続波式の、２つの主な形式の金属検出器がある。
【０００３】
パルス誘導（ｐ−ｉ）式検出器は、発信器コイルにおいて方形波（又はシャープなエッジを有する他の形状の）信号を用いる。変化率が大きい磁界は、任意の近傍の金属内に電圧パルスを発生する。このパルスは時間とともに減衰する渦電流を発生する。受信器コイルは、規定の時間に、および発信サイクルのエッジ後の規定期間にこの減衰に関連した渦電流をさがすようにゲートされている。
【０００４】
連続波（ｃ／ｗ）式検出器は、交流磁界を確立するために発信器コイルにおいて正弦波の交流電流を使用する。発信器信号と同じ周波数の信号に感応する受信器コイルは、近傍の金属内の渦電流の存在を検出する。
【０００５】
外科手術において人体の中の異物の位置を特定するために金属検出装置を使用することが提案されている。このような技術に対しては、外科手術中に皮膚およびその他の器官に与える損傷を最小限にし、外科手術の恐慌を最小限にするようにできるだけ正確に金属物体の位置を特定することができることが必要である。
【０００６】
ＰＣＴ出願国際公開番号ＷＯ９７／４９３３４号およびＷＯ９７／４９３３４号は、金属物体の、金属タイプ、形状および３次元位置の正確な特性を表すことを可能にする金属検出装置について記述している。この装置は５組の傾度測定受信コイル対を備えており、それらは極性がお互いに反対になるように巻かれ、通常は直列に配線され、その結果均一な磁界が、相殺し合う同一でかつ反対の場を作りだしている。この傾度測定コイル対のそれぞれは、５つの独立した一次磁界勾配のうちの異なる勾配を測定するように配置されている。検出すべき金属の３次元位置を特定するのに必要な磁界成分を測定するためにセンサも設けられている。傾度測定器対からの５つの勾配信号は、信号品質を向上させるために適応信号処理アルゴリズムを用い、金属の３次元位置およびその電磁断面を判定するために逆変換アルゴリズムを用いて処理される。
【０００７】
金属物体の正確な３次元位置は外科的応用において重要であるが、唯一の要件は通常は金属物体の正確な形状や金属のタイプにかかわらず、金属物体を除去することであるので、金属の特性はそれほど重要ではない。したがって、ＰＣＴ／ＧＢ９９／０１８４７号およびＷＯ９７／４９３３４号に記述されている金属検出装置は、絶対的に必要なもの以上の情報を提供しており、特に計算的に強烈な処理アルゴリズムの使用が必要なため、金属物体の３次元位置の位置特定を提供する比較的費用が掛かる装置である。
【０００８】
本発明に対する背景として、ＰＣＴ出願国際公開番号ＷＯ９６／１１４１４号もまた地面の表面下に埋まった金属物体の検出に関する金属検出装置に関するものである。この装置は、２つの傾度測定器コイル対を備え、第１の対が第２の対の測定平面に垂直な測定平面上に配向されている。この２つの傾度測定器対は、２つ以上の周波数において励磁される共通の励磁器コイルで動作され、傾度測定器対のそれぞれが出力信号を発生し、出力信号はその後、金属物体の２次元位置情報を提供するのに使用される。これらのセンサは中心ハブまわりを一定の速度で回転する。
【０００９】
この金属検出装置は、車両上で使用するためのものであり、車両が地上を移動する際に、直交して配置された傾度測定器コイル対の２つの対からの出力信号がソフトウェア内で操作されて、車両が移動する地上の表面下の金属物体の２次元位置（すなわち、ｘ−ｙ座標）を示す画像を与える。センサが移動する速度は、傾度測定器コイル対からの出力信号を問い合わせることによって金属物体が埋められた深さ（すなわち、ｚ座標）を推定するのに用いられる。しかしながら、ｘ、ｙおよびｚ位置情報の決定には計算的に強烈な処理が伴い、車両の速度を連続して測定し、このセンサシステムの回転速度をモニタする速度センサが必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、外科手術において使用するのに便利で、人体または動物の体の中の異質な金属物体の正確な位置を与える金属検出装置を提供することにある。センサの連続的な移動を必要とせずにこのことを達成することができることも本発明の別の態様である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、人体または動物の体の表面下の金属物体を検出する装置が、金属物体の近傍において磁界を発生しこれによって二次磁界を発生する発信装置手段と、二次磁界を検出する検出手段とを備え、この検出手段が、金属物体に対する第１の方向、ｙを表す第１の出力信号を供給する第１の傾度測定器と、第１の傾度測定器に実質的に垂直に配置され、第１の方向に実質的に垂直でかつ第１の方向と同一平面内の金属物体に対する第２の方向、ｘを表す第２の出力信号を供給する第２の傾度測定器と、お互いに実質的に同心に配置され、第１および第２の方向の平面に実質的に垂直な第３の方向、ｚの二次磁界強度を表す出力信号を供給するようにそれぞれ配置される外部コイルおよび内部コイルと、表面下の金属物体の深さ、ｄの表示を与えるように内部コイルにより発生される出力信号を外部コイルにより発生される出力信号と比較する処理手段とを備え、第１および第２の傾度測定器および内部および外部コイルがさらに、使用時に体の表面に印をつけるために器具を収納するアクセス経路を画定するように配置される。
【００１２】
好ましい実施形態において、この装置は、第３の方向に間隔を置いて配置した上部外部コイルおよび下部外部コイルを有する外部コイルの組と、上部内部コイルおよび下部内部コイルを含み、このそれぞれが外部コイルの対応する上部または下部コイルと実質的に同心に配置される内部コイルの組とを備えており、この外部コイルおよび内部コイルの各組のそれぞれが、第３の方向の関連するコイルの位置において二次磁界の強度を表す出力信号を供給する。しかしながら、深さ、ｄを計算するためには単一の上部コイルまたは単一の内部コイルだけが必要なことが了解されるだろう。
【００１３】
本発明は、外科手術用の手持ち式装置として容易に設計されることができる人体または動物の体内の金属物体の位置を特定する比較的費用の掛からない軽量の金属検出装置を提供する。第３の方向（すなわち深さ測定）の金属の位置を決定することを可能にするために必要なのはただ１つのデジタル処理チャネルだけであり、これによってプロセッサのパワー要求値が低減されることが特別な利点である。この利点は、この装置が、検出すべき金属体のｘ−ｙ位置の数値的な計算を必要とせず、むしろユーザがｘ−ｙ平面内の金属物体の上の上死点位置にセンサを向けるように案内する比較的簡単な目に見える表示を必要とするという事実から得られる。
【００１４】
第１の傾度測定器は、分離した８の字形か重なった８の字形のどちらかで極性が逆になるようにかつ直列に巻かれた第１および第２の傾度測定器コイルを備えることが好ましい。
【００１５】
第２の傾度測定器は、分離したまたは重なった８の字の形のいずれかでお互いに逆の極性になるようにかつ直列に巻かれ、第１の傾度測定器の平面内で第１の傾度測定器に対して実質的に垂直に向けられた第１および第２の傾度測定器コイルを備えることが好ましい。
【００１６】
好ましい実施形態において、第１および第２の傾度測定器の両方のコイルは、同一の重なった形または分離した形に巻かれている。
【００１７】
発信器手段はパルス化された磁界または交番する磁界を発生する手段を備えることができる。
【００１８】
体の表面に印をつける装置は、必ずしもそうである必要はないが、金属検出装置の一部を形成してもよいことが了解されるだろう。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態において、金属検出装置は、ｘ−ｙ平面内の金属物体の位置の目に見える表示を提供する表示素子の２次元配列を含むディスプレイを備えている。
【００２０】
１つの実施形態において、ディスプレイは発光ダイオード（ＬＥＤ）の配列を備えることができる。ＬＥＤは、金属物体の実質的に垂直上の上死点位置にこの装置を移動させるためのユーザの案内をさらに補助する矢印又は方向案内の形に成形されうる。
【００２１】
別の好ましい実施形態において、この装置は、第１の傾度測定器からの出力信号を実質的に等しい値の正および負の閾値と比較し、第１および第２の比較出力信号を発生する第１の比較手段と、第２の傾度測定器からの出力信号を実質的に等しい値の正および負の閾値と比較し、第１および第２のさらなる比較出力信号を発生する第２の比較手段と、比較出力信号に応答してｘ−ｙ平面内に金属物体までの距離の目に見える表示を提供する表示素子を作動させる手段とを含んでいる。
【００２２】
この第１および第２の傾度測定器の両方と関連する各閾値は実質的に等しいことが好ましい。
【００２３】
より解像度の高いディスプレイ装置を提供するために、この装置は、１つまたは複数の所定の論理ステートメントに従って表示素子を作動させるために比較出力信号を受信し、複数の出力信号を発生する論理ゲートアレイを含むこともできる。
【００２４】
この装置は、内部コイルおよび外部コイルからの各出力信号のそれぞれを受信し、体の表面下の金属物体の深さ、ｄを計算するデジタル処理手段も含むことが好ましい。
【００２５】
別の好ましい実施形態において、この信号処理手段は、金属物体が金属検出装置の現在のｘ−ｙ位置の実質的に垂直方向の下にある位置に金属検出装置が移動した場合にのみ、金属物体の深さ、ｄを決定するように配置されている。
【００２６】
信号処理手段は、リアルタイムで深さ、ｄを計算するように配置されてもよく、または事前に記憶された較正データを有する参照テーブル又はデータマップを含んでいてもよい。
【００２７】
ディスプレイは、金属物体の深さ、ｄの数値表示を表示するグラフィック表示も設けられていることが好ましい。
【００２８】
図を参照しながら、実施例を挙げて本発明を説明するが、実施例はあくまでも例にすぎない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
背景として、また本発明の理解を助けるために、従来のｐ−ｉおよびｃ／ｗ検出器の基本原理について、図１および２をそれぞれ参照して説明する。本明細書では、「金属の検出」という語句は、金属が比較的大容積の空間内に存在するものとして観測されるという意味で用いられ、一方「金属の位置」という用語は、大容積内の金属の位置のより正確な表示を意味するために用いられる。
【００３０】
図１を参照すると、従来のｐ−ｉ検出器は、パルス発生器１を使用して発信器コイル２に電流パルスを与える。これは金属４に入射する可能性があるパルス化された磁界３を発生する。その場合には、金属４には渦電流が誘導され、エネルギーを与えるパルスがスイッチされた後に、しばらくしてゼロに減衰する。この減衰する渦電流は（破線で示した）二次的磁界５を発生することになり、この二次的磁界は受信器コイル６を通りそして増幅器７によって増幅されうる。この信号はエネルギーを与えるパルスがスイッチされた後の短時間の間開いているゲート８を通りすぎる。これは、発信器１からのパルスによってトルガされる時間遅延９、およびゲート８が開いている時間の長さを規定するパルス発生器１０を用いて達成することができる。このゲート８の機能は、直接受信した発信器パルスをブロックし、そして、時間とともに減衰する低いレベルの二次的磁界６を感知することである。ゲート８の出力は、積分器１１を使用して積分される。この積分器１１は、いくつかのパルスにわたって累積の信号を合計し、計器１２またはその他の指示器にこの信号を出力する。
【００３１】
図２を参照すると、従来のｃ／ｗ式検出器は発信器コイル１３および受信器コイル１４を備えている。この発信器コイル１３は発振器１５から交番電流を供給される。この実施例では、受信器コイル１４は、発信器コイルに対し垂直な方向に配置され、金属が存在しない場合では、正味の磁界１６がそこを通らないように位置が定められている。金属１７が存在する場合は、誘導電流が（破線で示される）二次磁界１８を確立し、これは受信器コイル１４により受信され、増幅器１９で増幅され２０で出力される。
【００３２】
図３を参照すると、本発明の金属検出装置は、磁界を発生して人体または動物の体１２に照射する一組の発信器コイル１０を備えている。この発信器コイルはパルス波モードで動作してもよくまたは連続波モードで動作してもよい。発信器コイル１０は、一般に１４で参照され、破線によって識別される検出コイル配置を囲んでいる。従来、発信器コイル１０および検出コイル配置１４は、外科医の手の中に装置を持つことができ、それを手術を受ける体１２の表面１２ａの近傍に持ってゆくことができるような大きさにされていた。説明の目的上、発信器コイル１０の一部の環状部分だけが図３に示されているが、実際はこのコイル１０は検出コイル配置１４を完全に囲うように巻かれていることが了解されるだろう。
【００３３】
図４を参照すると、検出コイル配置１４は、円形の一部である第１および第２の半コイル（コイルの半分）１８ａ、１８ｂを規定する「８の字」形に巻かれた単一の電線から形成される、「傾度測定器」１６と呼ばれる第１の対のコイルを備えている。この第１の傾度測定器１６の第１および第２のコイル１８ａ、１８ｂのそれぞれの、実質的に平行で向かい合った各縁は、その間に隙間２０を画定している。このコイル１８ａ、１８ｂは、１つの半コイルにより画定される部分が他の半コイルにより画定される部分と重ならないので「分離した」形であると呼ばれる。コイル１８ａ、１８ｂは、傾度測定器１６が２つの半コイル１８ａ、１８ｂ間の磁界の差にだけ感応するようにお互いに極性が反対になるようにかつ直列に巻かれる。検出コイル配置１４は、第１の傾度測定器１６と同一のやり方で第１および第２の半コイル２４ａ、２４ｂをさらに形成し、この第２のコイル２４ａ、２４ｂの平行で向かい合った各縁の間に隙間２６を画定するように巻かれた単一の電線から形成される第２の傾度測定器２２も備えている。第１および第２の傾度測定器１６、２２の各コイルは、体の表面１２ａに対し水平な共通ｘ−ｙ平面上でお互いに直交するように配向される。渦電流および／または透過磁界によって金属体１３内に誘導された共鳴磁化により発生された二次磁界、Ｂ、は、ｘ平面、ｙ平面およびｚ平面上にそれぞれ成分Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｚを有する。第１の傾度測定器１６は、磁界の勾配成分ｄＢｚ／ｄｙを測定するように向けられており、第２の傾度測定器２２は磁界の勾配成分ｄＢｚ／ｄｘを測定するように向けられている。前記の磁界の勾配成分を表す電圧出力信号は、以下においてさらに詳細に説明するように、第１および第２の傾度測定器１６、２２のそれぞれの各電線端部１９、２５間で測定され、処理配置に供給される。
【００３４】
説明をわかりやすくするために、各コイルについて単一の巻きだけを図４に示すが、実際は、測定される信号強度を強めるために各コイルはいくつかのコイルを有することが望ましい。
【００３５】
検出コイル配置１４も、第１の組の外部コイル２８および第２の組の内部コイル３０を含む平面外の検出コイル傾度測定配置も備えている。外部コイル配置２８は第１の外部コイル２８ａおよび第２の外部コイル２８ｂを含み、両方のコイルは実質的に直径が等しい。この第１および第２の外部コイル２８ａ、２８ｂは、単一の電線で巻かれていて、距離ｈの検出器配置の、中心軸、Ｃに沿って間隔を置いて配置される。第１および第２の内部コイル３０ａ、３０ｂも単一の電線で巻かれていて、お互いに間隔ｚを取って、第１の内部コイル３０ａが第１の外部コイル２８ａと実質的に同心になるように、第２の内部コイル３０ｂが第２の外部コイル２８ｂと実質的に同心になるように、中心軸、Ｃに沿って同様に間隔を置いて配置されている。平面外のコイル装置２８、３０は、体１２の表面１２ａ下の金属体１３の深さ、ｄの測定値が、外部コイルおよび内部コイル配置２８、３０の各電線端２９、３１の間で測定された出力信号から計算されることを可能にするように向きを定め構成される。金属体１３の深さ、ｄの決定は、以下においてさらに詳細に説明するように、一対の外部コイル２８ａ、２８ｂによって測定された二次磁界強度を一対の内部コイル３０ａ、３０ｂによって測定された二次磁界強度と比較することによって達成される。
【００３６】
深さ、ｄを決定するのに絶対的に必要なのは下部コイル２８ｂ、３０ｂだけであることが了解されるだろう。上部コイル２８ａ、３０ａの主な目的は、与えられた発信器磁界をキャンセルすることであるが、これをキャンセルしない場合は、発信器磁界からの信号が目標の二次磁界を支配することになる。特にパルス誘導モードにおいて、上部コイル２８ａ、２８ｂなしで検出器を使用することが可能である。下部コイル３０ａ、３０ｂだけが設けられた場合は、上部および下部のコイル対の対称な照射を提供するために配置される図３の発信器コイル１０は、下部コイル３０ａ、３０ｂを囲むために長さを短くした軸の長さにわたってのみ巻かれていればよい。
【００３７】
第１の傾度測定器１６、第２の傾度測定器２２ならびに外部および内部の平面外コイルの対２８、３０は、各コイルのそれぞれを通って伸張するアクセス経路または通路３２を画定するように中心軸、Ｃに沿って位置を揃えている。金属検出装置は、表面１２ａ下の金属体１３のｘ−ｙ位置を特定するために、体１２の表面１２ａに印をつけるためのアクセス経路３２を通して通過させることができるペンなどの体に印をつける器具（図示してない）を備えることもできる。
【００３８】
図５は、体１２の表面１２ａに対して水平な平面内の距離、ｙの関数として、第１の傾度測定器１６からの出力信号３３を示している。第１の傾度測定器１６は、金属体１３の上をｙ方向に通りすぎる際に、金属体１３が検出コイル配置１４の現在のｙ位置の実質的に直下に中心を置いていることを示すゼロ点に到達することになる。第２の傾度測定器２２もまた、検出装置が金属体１３の上をｘ方向に通りすぎる際に図５に示す形の出力信号３５を与える。同様に、金属体１３が検出コイル配置１４の現在のｘ位置の実質的に直下に中心を置いていることを示すゼロ点に到達する。検出装置１４が、出力信号３３、３５の両方がそれらの各ゼロ点の位置にあるｘ−ｙ位置に移動した場合、金属体１３はその装置の現在位置の直下にあると決定することができる。
【００３９】
したがって、第１の傾度測定器１６からの出力信号は、金属物体１３に対する第１の方向、ｙの指示を与え、第２の傾度測定器からの出力信号は金属物体１３に対する第２の方向、ｘを示す出力信号を供給する。第１および第２の傾度測定器１６、２２のそれぞれからの出力信号を監視することによって、体の表面１２ａ下の金属体１３の正確なｘ−ｙ位置を決定することができる。本明細書では、金属検出装置が出力信号３３、３５の両方によってそれぞれがそのゼロ点にあることが示されるような金属体１３の実質的に直上の位置にあるような位置に金属検出装置を移動した場合は、この装置は「上死点」の位置にあると呼ばれる。
【００４０】
いくつかのタイプの金属目標、たとえば特に、傾斜した角度の長い針に対しては、ゼロ位置は必ずしも検出コイル配置１４の中心線直下にはならない。このような状況では、ユーザは、上死点位置の最も正確な指示を得るために、検出コイル配置１４の位置および向きについて試験を行う必要があるかもしれない。
【００４１】
図６は金属体１３を３次元的に正確に位置を特定するのに使用することができる処理配置の概略図を示している。第１および第２の傾度測定器１６、２２のそれぞれからの出力信号３３、３５は、増幅器３８、４０にそれぞれ供給され、そこからの出力は各検出器３９、４１に入力される。検出器３９、４１は、ｃ／ｗ式またはｐ−ｉ式金属検出器に対して従来使用されているどのようなものでもよいが、好ましい実施形態は、時としてロックイン増幅器または同期検出器／復調器と呼ばれることもある位相検波器（ＰＳＤ）３９、４１を含む。増幅器３８、４０の目的は、傾度測定器コイル１８ａ、１８ｂまたは２４ａ、２４ｂにかかる出力電圧を位相検波に適したレベルまで上げることにある。ＰＳＤ３９、４１の目的は、ある所定の相の透過された磁界の周波数における各勾配信号の振幅を検出することである。ＰＳＤ３９、４１からの各出力信号４３、４５は、第１および第２の傾度測定器１６、２２のそれぞれに付随する各ｙ−またはｘ−比較装置４２、４４に入力される。
【００４２】
ｙ−チャネル比較装置およびｘ−チャネル比較装置４２、４４はそれぞれが２つの閾値、すなわち正の閾値、＋ＴＨ、および負の閾値、−ＴＨを有している。各比較装置４２、４４の機能は、（関連するＰＳＤ３９、４１からの出力としての）各入力信号４３または４５の振幅を２つの閾値＋ＴＨ、−ＴＨのそれぞれと比較することである。
【００４３】
ｙ−チャネルの比較装置４２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）配列の一部を形成する２つの関連する発光ダイオード（ＬＥＤ）素子４６ａ、４６ｂを有する。ｙ−チャネル比較装置４２のこの２つの閾値のそれぞれが、配列中のＬＥＤ素子４６ａ、４６ｂの１つと関連づけられている。入力信号４３の振幅が（同じ符号の）閾値を超えている場合は、各出力信号１４２ａまたは１４２ｂが発生され、関連するＬＥＤを点灯させるのに使用される。同様にして、ｘ−チャネルの比較装置４４は、入力信号４５の振幅を２つの閾値の各閾値と比較し、入力信号４５の振幅が（同じ符号の）関連する閾値を超えている場合は、各出力信号１４４ａまたは１４４ｂが関連するＬＥＤ、４６ｃまたは４６ｄを点灯させるのに使用される。
【００４４】
図７でよりはっきりとわかるように、第１（ｙ）および第２の（ｘ）比較装置４２、４４に関連するＬＥＤ素子４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄは、一般的に５０で参照されるディスプレイ装置のＬＥＤ配列を形成する。この表示配列４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄは、検出装置を上死点位置に向けて移動させる方向をユーザに示すように構成される。図７には、ｙ−チャネルおよびｘ−チャネル比較装置４２、４４の（破線として＋ＴＨ、−ＴＨで示されている）閾値と合わせて、第１および第２の傾度測定器１６、２２のそれぞれに関連するＰＳＤ３９、４１から得られる出力信号４３、４５も示されている。
【００４５】
図６の処理配置は、外部コイルの組および内部コイルの組２８、３０それぞれからのそれぞれの出力信号５８、６０をそれぞれ受信する第１および第２の増幅器５４、５６もそれぞれ備えている。この増幅器５４、５６からの増幅された信号は、デジタル信号処理装置６６にデジテル信号を供給する各ＡＤＣ６２、６４に入力される。このデジタル信号処理装置６６は典型的には、代数計算または参照テーブルルーチンのどちらかを動作させることができるコンピュータの形を取る。
【００４６】
デジタル信号処理装置６６上で動作するのに必要なアルゴリズムは、内部コイルの組および外部コイルの組２８、３０の出力信号５８、６０から導かれる深さ計算を実行するように構成されている。図７に示すように、金属物体１３の計算された深さ、ｄ、が次に、視覚表示素子６８内のディスプレイ装置５０上に表示される。深さ、ｄ、は、内部コイルの対および外部コイルの対３０、２８が発生する二次磁界出力信号５８、６０の強度比から決定できることが当業者によって理解されるであろう。
【００４７】
デジタル信号処理装置が実行する深さ計算は、装置が使用される場合にリアルタイムで実行されうる。別の方法として、デジタル信号処理装置は、内部コイルの対３０ａ、３０ｂによって測定された二次磁界強度と共に外部コイルの対２８ａ、２８ｂによって測定された二次磁界強度の比を、体の表面１２ａ下の金属１３の深さ、ｄ、へ関連づける事前に記憶された較正データの参照テーブル又はデータマップを、備えることができる。
【００４８】
内部コイルの対３０ａ、３０ｂに関連する増幅器５６からの出力信号もまた別の検出器６１および別の比較装置６７に送られ、増幅器５６から得られた信号の振幅が別の比較装置６７の関連する閾値＋ＴＨＲを超えた場合に、この別の比較装置６７からの出力信号６７ａが更なるＬＥＤ素子４６ｅを作動させるのに使用される。増幅器５６から得られた信号の振幅がこの閾値＋ＴＨＲを超えない場合は、配列中のＬＥＤ素子４６ｅは点灯しない状態を維持する。図７でわかるように、更なるＬＥＤ素子４６ｅはＬＥＤ配列の中心位置を採用している。
【００４９】
使用時は、外科医またはその他の金属検出装置のユーザは、この装置を体１２の表面１２ａ上にわたって通過させ、体の表面１２ａ下の金属体１３のｘ−ｙ位置に対する案内としてＬＥＤ配列４６ａ〜４６ｅを用いることができる。たとえば、金属検出装置１４が上死点に対して正しいｙ−位置にはある（すなわち、第１の傾度測定器１６から得られた出力信号４３がそのゼロ位置にある）が、その装置がｘ方向で金属体１３の左側（図７に示した図において）に位置している場合は、出力信号４５の振幅が閾値＋ＴＨを超えているので、ＬＥＤ素子４６ａが点灯されることになる。反対に、金属検出装置１４が上死点に対して正しいｙ−位置にはあるが、その装置がｘ方向で金属体１３の右側（図７に示した図において）に位置している場合は、ＬＥＤ素子４６ｂが点灯される。第１の傾度測定器１６から得られた出力信号４３と第２の傾度測定器２２から得られた出力信号４５の両方がそれらの各ゼロ点に位置している場合にのみ、素子４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄのすべてが非点灯になる。前に説明したように、内部コイルの対３０ａ、３０ｂの増幅器から得られる信号が所定の閾値＋ＴＨＲを超える場合に中心のＬＥＤ素子４６ｅが唯一点灯し、所定の閾値＋ＴＨＲはコイル３０ａ、３０ｂが上死点位置に比較的接近している場合にだけこの条件が満足されるように選択されている。それゆえに、この装置が、ＬＥＤ素子４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄはどれも点灯しないが中心ＬＥＤ素子４６ｅは点灯する位置に移動したときに、この検出装置が上死点位置にある場合である。
【００５０】
この装置が上死点の位置でない状況下でも、別の検出器６１および別の比較装置６７に関連する所定閾値＋ＴＨＲが、増幅器５６からの出力信号の振幅が超えるようなレベルを有することがあることが了解されよう。したがって、この装置が上死点にないときに中心ＬＥＤ素子が点灯される可能性があるが、他の素子４６ａ〜４６ｄの１つ（または複数）が点灯するという事実から装置が上死点位置にないということがユーザへ指示を提供するので問題にはならない。
【００５１】
ＬＥＤ表示４６ａ〜４６ｄからこの装置が上死点位置にあるということをユーザが確認した場合、視覚表示素子６８上の数値表示がこのｘ−ｙ位置における表面１２ａ下の深さをユーザに知らせ、印をつける器具がアクセス経路３２を通して挿入されて切開を行うべき場所を示すために体１２の表面１２ａに印をつける。
【００５２】
この装置が上死点位置にある場合にだけ金属物体１３に対する深さ、ｄ、を計算するようにデジタル信号処理装置６６がプログラムされる場合は、これによって処理時間と処理パワーが低減されるので好ましい。
【００５３】
図８および９を参照すると、方向に関する解像度を改良したＬＥＤ配列を有することが必要な場合は、このＬＥＤ配列は８つの外側ＬＥＤ素子４８ａ〜４８ｈおよび中心ＬＥＤ素子４８ｉを持てばよい。図８でわかるように、本発明のこの実施形態においては、図６の第１および第２の傾度測定器１６、２２の処理配置には、第１および第２の比較装置４２、４４からの出力信号１４２ａ、１４２ｂおよび１４４ａ、１４４ｂが入力される論理ゲートアレイ１００も設けてある。この論理ゲートアレイ１００は、ディスプレイ装置５０によって与えられる視覚的指示に従ってユーザがこの装置を金属体１３上部の上死点位置に案内することができるように構成されている。
【００５４】
論理回路設計をよく知っている人は、この装置が上死点位置にある場合にのみ中心ＬＥＤ素子４８ｉを点灯させるように論理ゲートアレイ１００を構成する方法を理解しているだろう。これは、一組の所定論理ステートメントに従って、ＬＥＤ素子４８ａ〜４８ｉを作動させるために、出力信号を供給する論理ゲートアレイ１００を構成することによって達成される。例を挙げると、論理ゲートアレイ１００は、出力信号４５の振幅がｘ比較装置４４の正の閾値（＋ＴＨ_４４と呼ぶ）を超え、出力信号４３の振幅がｙ比較装置４２の正の閾値（＋ＴＨ_４２）を超える場合（すなわち、論理＋ＴＨ_４２および＋ＴＨ_４４）に、ディスプレイ装置５０の最上部左側ＬＥＤ素子４８ａが点灯するように構成することができる。この場合、ＬＥＤ４８ｂおよび４８ｄは点灯していないように構成することができる。同様に、出力信号４３の振幅がｙ比較装置４２の負の閾値（−ＴＨ_４２）よりもさらに負側にあり、出力信号４５の振幅がｘ比較装置４４の負の閾値（−ＴＨ_４４）よりもさらに負側にある場合、ディスプレイ装置５０の最下部右側素子４８ｈが点灯する（すなわち、論理−ＴＨ_４２および−ＴＨ_４４）。ディスプレイ装置５０の真ん中右側素子４８ｅは、以下の論理式が成立する場合に点灯する。
【数１】

【００５５】
前に図６を参照して説明したように、ＬＥＤ素子４８ａ〜４８ｈはどれも点灯しないが中心素子４８ｉが点灯するときには、この装置が上死点位置にあることをユーザが決定することができるように、内部コイルの対３０ａ、３０ｂからの増幅された信号の強度が所定の閾値＋ＴＨＲを超えた場合に、９つの素子配列の中心素子４８ｉが点灯するように処理配置を構成することができる。
【００５６】
この装置を金属物体１３上部の上死点位置に案内する際にユーザをもっと手助けできるように、配列のＬＥＤを矢印の頭の形状、棒状、線状又は方向を表す他の同様な形状にすることができる。
【００５７】
上記の実施例によって与えられる論理処理ステップは、上死点位置の必要な視覚的表示を与えるためにＬＥＤ配列を動作させる１つのやり方にすぎないことが了解されるだろう。さらにまた、この論理処理ステップは、より高い解像度が要求される場合には、より多数の表示素子（たとえば、５×５または９×９）を備えた配列を収容するように拡張できることが了解されるだろう。このような場合には、多数の閾値検出を提供するために追加の比較器が必要になり、さらに複雑な論理配列が必要になる。
【００５８】
図１０を参照すると、図４に示される実施形態の代わりの実施形態において、同じ電線で巻かれている２つの半コイル１１８ａ、１１８ｂが重なり合う第１および第２の部分的円形部を画定し、この第１および第２の半コイル１１８ａ、１１８ｂの内側方向に向かい合った縁１１９ａ、１１９ｂがそれぞれ隙間１２０を画定し、この隙間を通ってアクセス経路３２が伸張することができるように、第１の傾度測定器１１６を構成することができる。第２の傾度測定器もまたこの「重なり合う」形状になるように構成することができる。図４の傾度測定器１６、２２が「分離した」形状であるか「重なり合う」形状であるかはこの装置の機能になんら影響しないこと、及びそのため第１および第２の傾度測定器１６、２２は異なる形状でもよいこと了解されるだろう。しかしながら、実際には、両方の傾度測定器１６、２２は１つのタイプの形状であることが好ましい。
【００５９】
本発明は人体または動物の体内の金属物体の位置を特定する比較的費用の掛からない軽量で便利な金属検出装置を提供する。１つの特別の利点は、深さの測定に必要なのがただ１つのデジタル処理チャネルであり、これによって処理時間と処理パワーの要求が低減されることにある。この利益は金属物体１３のｘ−ｙ位置の数値計算を決定する必要がないという事実から得られる。代わりに、ｘ−ｙ位置が特定されたことの視覚的表示だけが必要であり、これに続いて深さの計算を実行して金属の位置を正確に特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】知られたパルス誘導（ｐ−ｉ）金属検出器の概略図である。
【図２】知られた連続波（ｃ／ｗ）金属検出器の概略図である。
【図３】本発明の金属検出装置の概略図である。
【図４】本発明の金属検出装置の検出コイルの拡大斜視図である。
【図５】図４の検出装置の第１の対の傾度測定器コイル形成部分からの出力信号の説明図である。
【図６】図３および４の金属検出装置の処理配置形成部分の概略図である。
【図７】図３、４および６の金属検出装置の表示形成部分の概略図である。
【図８】本発明の別の実施形態の処理配置の一部の概略図である。
【図９】図８の処理装置で使用するディスプレイの概略図である。
【図１０】図４で示した傾度測定器コイルの対とは別の配置の一対の傾度測定器コイルの対の斜視図である。

Claims

金属物体（１３）の近傍において磁界を発生しこれによって二次磁界を発生する発信装置手段（１０）と、二次磁界を検出する検出手段（１４）とを備える人体または動物の体（１２）の表面（１２ａ）下の金属物体（１３）を検出する装置であって、
検出手段（１４）が、金属物体に対する第１の方向、ｙを表す第１の出力信号を供給する第１の傾度測定器（１６）と、第１の傾度測定器（１６）に実質的に垂直に配置され、第１の方向に実質的に垂直でかつ第１の方向と同一平面内の、金属物体（１３）に対する第２の方向、ｘを表す第２の出力信号を供給する第２の傾度測定器（２２）と、お互いに実質的に同心に配置され、第１および第２の方向の平面に実質的に垂直な第３の方向、ｚの二次磁界強度を表す出力信号を供給するようにそれぞれ配置される外部コイル（２８ａ、２８ｂ）および内部コイル（３０ａ、３０ｂ）と、表面下の金属物体の深さ、ｄの表示を与えるように内部コイルにより発生される出力信号を外部コイルにより発生される出力信号と比較する処理手段（６６）とを備え、第１および第２の傾度測定器（１６、２２）および内部および外部コイル（２８ａ、２８ｂ、３０ａ、３０ｂ）がさらに、使用時に体の表面に印をつけるために器具を収納するアクセス経路（３２）を画定するように配置される装置。
第３の方向に間隔を置いて配置した上部外部コイル（２８ａ）および下部外部コイル（２８ｂ）を有する外部コイルの組（２８）と、上部内部コイル（３０ａ）および下部内部コイル（３０ｂ）を有してこのそれぞれが上部または下部外部コイルの対応するものと実質的に同心に配置される内部コイルの組（３０）とを備えており、外部コイルおよび内部コイルの各組のそれぞれが、第３の方向の二次磁界強度を表す出力信号を供給する請求項１に記載の装置。
前記第１の傾度測定器（１６）が、分離した８の字形に逆の極性になるようにかつ直列に巻かれた第１および第２の傾度測定器コイル（１８ａ、１８ｂ）を備える請求項１または２に記載の装置。
前記第１の傾度測定器が、重なった８の字形に逆の極性になるようにかつ直列に巻かれた第１および第２の傾度測定器コイル（１１８ａ、１１８ｂ）を備える請求項１または２に記載の装置。
前記第２の傾度測定器（２２）が、お互いに逆の極性になるようにかつ直列に巻かれ、第１の傾度測定器の平面内で第１の傾度測定器（１６）に対して実質的に垂直に向けられた第１および第２の傾度測定器コイル（２４ａ、２４ｂ）を備える請求項２から４のいずれか一項に記載の装置。
前記第１および第２の傾度測定器（１６、２２）の両方のコイルが、実質的に同一の重なったまたは分離した８の字形に巻かれている請求項５に記載の装置。
前記発信器手段（１０）が交番する磁界を発生する手段を備える請求項６に記載の装置。
前記発信器手段（１０）がパルス化磁界を発生する手段を備える請求項６に記載の装置。
前記装置が体の表面に印をつける器具を含む請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
ｘ−ｙ平面内の金属物体の位置の目に見える表示を提供する表示素子の配列（４６ａ〜４６ｅ、４８ａ〜４８ｈ）を含むディスプレイ（５０）をさらに備えている請求項９に記載の装置。
前記ディスプレイ（５０）が発光ダイオードの配列（４６ａ〜４６ｅ、４８ａ〜４８ｈ）を備える請求項１０に記載の装置。
ＬＥＤは、金属物体（１３）の実質的に垂直上の上死点位置にこの装置を移動させるためのユーザの案内をさらに補助する矢印の形に成形される請求項１１に記載の装置。
第１の傾度測定器（１６）からの出力信号を実質的に等しい値の正および負の閾値と比較し、第１および第２の比較出力信号（１４２ａ、１４２ｂ）を発生する第１の比較手段（４２）と、第２の傾度測定器（２２）からの出力信号を実質的に等しい値の正および負の閾値と比較し、第１および第２のさらなる比較出力信号（１４４ａ、１４４ｂ）を発生する第２の比較手段（４４）と、比較出力信号に応答してｘ−ｙ平面内の金属物体までの距離の目に見える表示を提供する表示素子を作動させる手段とをさらに備えている請求項１０から１２のいずれか一項に記載の装置。
前記第１および第２の傾度測定器（１６、２２）の両方と関連する各閾値が実質的に等しい請求項１３に記載の装置。
１つまたは複数の所定の論理ステートメントに従って表示素子（４８ａ〜４８ｈ）を作動させるために比較出力信号（１４２ａ、１４２ｂ、１４４ａ、１４４ｂ）を受信し、複数の出力信号を発生する論理ゲートアレイ（１００）をさらに備える請求項１４に記載の装置。
内部コイルおよび外部コイルからの各出力信号のそれぞれを受信し、体（１２）の表面（１２ａ）下の金属物体（１３）の深さ、ｄを計算する信号処理手段（６６）をさらに備える請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置。
前記信号処理手段が、金属検出装置が上死点位置に移動したときにのみ深さ、ｄを決定するように配置されている請求項１６に記載の装置。
前記信号処理手段が、リアルタイムで深さ、ｄを計算するように配置されている請求項１７に記載の装置。
前記ディスプレイは、深さ、ｄの数値表示を表示するグラフィック表示（５０）が設けられている請求項１７または１８に記載の装置。
デジタル信号処理手段（６６）を含む請求項１６から１９のいずれか一項に記載の装置。