JP2009519084A

JP2009519084A - 場発生器の位置最適化のための方法および装置

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Publication number: JP2009519084A
Application number: JP2008545204A
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Inventors: スタンダン，ダグラス; クリュッカー，ヨッヘン
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2005-12-15
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2009-05-14
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Abstract

電磁的追跡システム（５０、１１０）が、センサー・インターフェースをもつシステム・コントローラ（５８）と、発生器（５２）と、位置付けおよび角度配向構成（６２、１１４）を含む。発生器は、システム・コントローラに応答して電磁場を発生させるためのもので、該電磁場は最高精度の追跡体積（５４）として特徴付けされる部分を含んでいる。最高精度は、センサーが追跡体積の外部に位置されている場合にセンサー・インターフェースおよびシステム・コントローラが該センサーを検出するより低い精度に対して、センサー・インターフェースおよびシステム・コントローラが追跡体積内に物理的に位置されているセンサー（５６）を検出する精度に対応する。前記位置付けおよび角度配向構成は、前記電磁場発生器に結合されている。該電磁場発生器の（ｉ）位置付けおよび（ｉｉ）角度配向の一方または両方を可視的に最適化して、前記追跡体積が物理的な関心体積（６６）の重心内にあるようにし、それにより最高精度での前記追跡体積内のセンサーの検出を可能にするためである。

Description

本発明は概括的には医療システムに、より詳細には場発生器の位置最適化のための方法および装置に関する。

電磁的追跡システム（electro-magnetic tracking system）は一般に場発生器、一つまたは複数の小型センサー・コイルならびに信号処理ハードウェアおよびソフトウェアからなる。場発生器は追跡体積を通って電磁場を放射するいくつかの送信器コイルを含む。医療用途で使われるとき、センサー・コイルは、針またはカテーテルといった医療デバイス内部に位置され、関心体積を通って動かされる。追跡体積と関心体積が実質的に一致する限り、追跡される医療デバイスの位置に関する情報は、たとえば信号処理ハードウェアおよびソフトウェアを使って突き止められ、処理される。電磁的追跡システムの一例は、カナダ、オンタリオ州ウォータールーのNDIから発売されているオーロラ（Aurora）である。

しかしながら、電磁的追跡システムは、精確に検査できる体積（すなわち、追跡体積）に限界がある。図１は、上で論じた電磁的追跡システム１０の図である。電磁的追跡システム１０は、追跡体積中に向けられる電磁波を発生させる電磁場発生器１２を含む。最高精度をもつものとして特徴付けられる好ましい追跡体積は、その電磁的追跡システムの「スイートスポット」と呼ばれ、参照符号１４で示されている。センサー・コイル１６はスイートスポット１４内にあるものとして図示されている。電磁場発生器の「理想的配置」は、スイートスポット１４が、追跡される医療デバイス（単数または複数）で探査されるべき物理的エリアの重心にあるようなものである。「理想的配置」はまた、環境によって、特にその追跡システムの電磁場に干渉する何らかのオブジェクトによって影響されることもある。

オペレーション手順（operative procedure）における医療デバイスの位置付けを制御するためには通例細心の注意が払われるが、場発生器の位置付けに関してはそのような注意は典型的には払われない。場発生器は典型的には基準面も基準点ももたない。発生器は、関心のある物理的エリアの近くではあるが他の点では（すなわち、厳密な位置および／または配向に関しては）任意に、手動で位置付けされる。したがって、場発生器の配置は、位置および配向の両方において理想的配置とは異なっていることがありうる。それは、電磁的追跡システムの精度に著しく悪影響を及ぼすことがありうる。

さらに、場発生器の単純な手動の配置では、発生器の位置付けを精密に再現するのがきわめて難しくなる。よって、発生器が実験中に不慮に動いた場合、あるいは発生器を動かしたあとで実験を繰り返す場合、位置付けし直したあとの追跡データは、位置付けし直す前の追跡データと直接比較できないことがありうる。結果として、電磁的追跡システムまたは対応するデータ・セットを較正し直すことが必要となることがある。

電磁的追跡空間と撮像空間との位置合わせのため、現在の慣行は、場発生器を患者の上方に位置させることによって生成されるデータ・セットを創り出すことである。典型的な場合では、現在の慣行は、追跡されるポインタ・プローブを患者の皮膚上の基準マーカーのところに位置させることも含む。基準マーカーは、プローブ較正および他の撮像モダリティとの位置合わせのために画像データ・セット中でも同定される。基準マーカーは参照として使用されるが、マーカーが電磁場追跡システム機器の「スイートスポット」内にはいる保証はない。

さらに、隣接する医療設備によって電磁場へのゆがみが引き起こされ、整列問題を悪化させることがある。そのようなゆがみがソフトウェアで考慮に入れられ、システム（すなわち場発生器）整列が変えられる場合、諸構成要素を精確かつ迅速に位置付けし直す手段が存在する必要がある。さもなければ、ゆがみをソフトウェアで再マッピングする必要がある。

したがって、場発生器と関心のある物理的エリアとの間の一定で、よく定義された空間的関係の維持が望まれる。当該技術における諸問題を克服するための改善された方法およびシステムも望まれる。

図面において、同様の参照符号は同様の要素を指す。さらに、図面が縮尺通りに描かれていないこともあることを注意しておく。

本開示の諸実施形態は、電磁的追跡システム・アプリケーションにおける場発生器と作業エリア／プローブ位置との間の関係を連続的に確証する方法を提供する。ある実施形態では、場発生器から発するレーザー・ビームが、「スイートスポット」の重心を通って延びるよう位置付けされ、配向される。したがって、「スイートスポット」の重心を通って延びるよう位置付けされ、配向されたレーザー・ビームの存在は、ただちにシステム・ユーザーに対して場発生器の作業エリアへの角度整列を明らかにする。

図２は、本開示のある実施形態に基づく、位置最適化を特徴とする電磁的追跡システムおよびその方法を示す簡略化された概略図である。電磁的追跡システム５０は、追跡体積中に向けられる波を発生させる電磁場発生器５２を含む。最高精度をもつものとして特徴付けられる好ましい追跡体積は、その電磁的追跡システムの「スイートスポット」と呼ばれ、参照符号５４で示されている。センサー・コイル５６はスイートスポット５４内にあるものとして図示されている。電磁場発生器の「理想的配置」は、スイートスポット５４が、追跡される医療デバイス（単数または複数）で探査されるべき物理的エリアの重心にあるようなものである。「理想的配置」はまた、環境によって、特にその追跡システムの電磁場に干渉する何らかのオブジェクトによって影響されることもある。

電磁的追跡システム５０はさらに、センサー・インターフェースを有するシステム・コントローラ５８を含む。センサー・インターフェースはシステム・コントローラの一部として図示されているが、センサー・インターフェースはシステム・コントローラとは別個だが電子的に結合されている個別のユニットであることもできる。電磁場発生器５２は、電磁場を発生させるために、信号線６０上の好適な制御信号（単数または複数）を介してシステム・コントローラ５８に応答する。前述のように、前記の電磁場は、最高精度の追跡体積として特徴付けられるその一部を含む。最高精度は、センサーが追跡体積の外部に位置されている場合にセンサー・インターフェースおよびシステム・コントローラが該センサーを検出するより低い精度に対して、センサー・インターフェースおよびシステム・コントローラ５８が追跡体積内に物理的に位置されているセンサー５６を検出する精度に対応する。

電磁的追跡システム５０はさらに、電磁場発生器５２に機械的に結合され、さらに信号線６４（または所与の追跡システム実装について適宜複数の信号線）を介してシステム・コントローラに電気的に結合されている手段６２を含む。手段６２は、追跡体積５４が実質的に、物理的な関心体積６６の重心内にあるよう、電磁場発生器５２の（ｉ）位置付けおよび（ｉｉ）角度配向の一方または両方の可視的最適化を可能にするよう構成されている。したがって、そのような実施形態は、最高精度での追跡体積内のセンサー５６の検出を可能にする。電磁場発生器５２の（ｉ）位置付けおよび（ｉｉ）角度配向の一方または両方を可視的に最適化する前記手段６２はさらに、電磁場を著しく劣化させたりゆがめたりしないよう選択された構成材料を有する。

ある実施形態では、電磁場発生器５２の位置付けおよび角度配向の一方または両方を可視的に最適化する手段６２は、レーザー・ビーム源を有する。レーザー・ビーム源は、電磁場発生器５２に、該電磁場発生器に直近の発生点６８において、所定の位置および配向で機械的に結合されている。動作では、信号線（単数または複数）６４を介してシステム・コントローラ５８からの好適な作動信号に応答して、レーザー・ビーム源は、追跡体積５４の中心を通るレーザー・ビーム７０を投射する。それにより該レーザー・ビームを介して、追跡体積５４の中心が物理的な関心体積６６の重心と角度的に整列されることができるよう、電磁場発生器５２の物理的な関心体積６６への角度整列が調節され、可視的に検証されることができる。ある実施形態では、レーザー・ビーム源は半導体レーザー装置を有する。

図３に示されるような代替的な実施形態では、図２のレーザー・ビーム源６２は、発生点６８で終わる第一の端７４をもつ光ファイバー７２を有する。ここで、発生点は、所定の位置および配向に関して電磁場発生器に直近の位置に対応する。そのような実施形態では、システム５０はさらに、レーザー・ビーム７０−１を生成するためのレーザー装置７６を有する。ここで、このレーザー・ビームは光ファイバー７２中に、その前記第一の端７４とは反対側の第二の端７８において光学的に結合されている。レーザー装置７６は、電磁的追跡システム実装の個別的な要求に応じて、場発生器５２からリモートに位置されることができる。

もう一つの実施形態では、図４に示されるように、図２のレーザー・ビーム源６２は発生点に位置される鏡８０を有する。ここで、発生点は電磁場発生器に直近で、所定の位置および配向のある位置に対応する。そのような実施形態では、システム５０はさらに、レーザー・ビーム７０−２を生成するためのレーザー装置８２を有する。ここで、このレーザー・ビームは鏡８０に入射させられ、鏡がレーザー・ビーム７０−２を反射して、レーザー・ビームが追跡体積５４の中心を通るようにする。レーザー装置８０は、電磁的追跡システム実装の個別的な要求に応じて、場発生器５２からリモートに位置されることができる。

再び図２を参照すると、もう一つの実施形態では、電磁的追跡システム５０はさらに、距離計９０を有する。距離計９０はたとえば、隔たったオブジェクト（すなわち関心体積６６）と電磁場発生器５２との間の、実質的にレーザー・ビーム７０の視線に沿った距離を判別するためのいかなる好適な距離計をも含むことができる。ある実施形態では、距離計９０は、システム・コントローラ５８に結合されており、所与の追跡実装の要求に応じて両者の間で距離および／または制御信号情報の一つまたは複数を提供する。たとえば、距離計９０は、信号線（単数または複数）９２を介してシステム・コントローラ５８に結合されていてもよい。動作では、距離計９０は、距離を表す距離計出力信号を与える。それにより、電磁場発生器の位置付けおよび配向が、レーザー・ビーム７０を介して、距離計出力信号の関数として、追跡体積５４の中心が物理的な関心体積６６の重心に実質的に一致するよう調節され、可視的に検証されることができる。

ある実施形態では、距離計出力信号９２は、数値的なフィードバック信号を有する。別の実施形態では、距離計出力信号は、電磁場発生器５２から隔たったオブジェクト（たとえば関心体積６６）までの距離が電磁場発生器から追跡体積５４の所望の部分までの距離に対応することを示すアラームを含む。さらに、追跡体積５４の前記所望の部分は、（ｉ）追跡体積の外周、（ｉｉ）追跡体積内にある規定された周および（ｉｉｉ）追跡体積の中心のうちの一つまたは複数を含んでいてもよい。

あるさらなる実施形態では、電磁的追跡システム５０はさらに、電磁場発生器５２に（参照符号９６によって示されるような機械的またはその他の好適な結合を介して）結合された手段９４を有する。手段９４は、電磁場発生器の追跡体積５４の物理的な関心体積６６に対する角度関係を表す出力信号を、たとえば信号線（単数または複数）９８上で与えるよう構成されている。角度関係は、ロール、ピッチおよびヨー（roll, pitch, and yaw）のうちの一つまたは複数を含む。ある実施形態では、角度関係手段９４は、電磁場発生器５２に結合されたロール、ピッチおよびヨー・センサーを有する。さらに、システム・コントローラ５８は、概括的に参照符号１００によって示されている入出力を含むことができる。ここで、該入出力は、入力装置に結合されていてもよいし、あるいは、たとえばイントラネット、エクストラネット、インターネットまたは他の種類のネットワークを介して一つまたは複数のリモートの処理またはコンピュータ・システム（単数または複数）に結合されるために使用されてもよい。

ここで図５を参照すると、本開示のもう一つの実施形態において、電磁的追跡システム１１０は、発生点（すなわち、場発生器５２の直近）において分離されており、「スイートスポット」の中心にある点に集束する二つ以上のレーザー・ビームの使用を含む。図５では、図示の簡単のため、二つのレーザー・ビーム（１１２−１、１１２−２）のみが示されている。そのような実施形態は、システム・ユーザーまたはオペレーターにとってきわめて具体的で直観的な支援を許容するであろう。

電磁的追跡システム１１０は、追跡体積に入射させられる波を発生させる電磁場発生器５２を含む。最高精度をもつものとして特徴付けられる好ましい追跡体積は、その電磁的追跡システムの「スイートスポット」と呼ばれ、参照符号５４で示されている。センサー・コイル５６はスイートスポット５４内にあるものとして図示されている。電磁場発生器の「理想的配置」は、スイートスポット５４が、追跡される医療デバイス（単数または複数）で探査されるべき物理的エリアの重心にあるようなものである。「理想的配置」はまた、環境によって、特にその追跡システムの電磁場に干渉する何らかのオブジェクトによって影響されることもある。

電磁的追跡システム１１０はさらに、センサー・インターフェースをもつシステム・コントローラ５８を含む。センサー・インターフェースはシステム・コントローラの一部として図示されているが、センサー・インターフェースはシステム・コントローラとは別個だが電子的に結合されている個別のユニットであることもできる。電磁場発生器５２は、電磁場を発生させるために、信号線６０上の好適な制御信号（単数または複数）を介してシステム・コントローラ５８に応答する。前述のように、前記の電磁場は、最高精度の追跡体積として特徴付けられる部分を含む。最高精度は、センサーが追跡体積の外部に位置されている場合にセンサー・インターフェースおよびシステム・コントローラが該センサーを検出するより低い精度に対して、センサー・インターフェースおよびシステム・コントローラ５８が追跡体積内に物理的に位置されているセンサー５６を検出する精度に対応する。

図５の電磁的追跡システム１１０はさらに、電磁場発生器５２に機械的に結合され、さらに信号線１１６（または所与の追跡システム実装について適宜複数の信号線）を介してシステム・コントローラに電気的に結合されている手段１１４を含む。手段１１４は、追跡体積５４が実質的に、電磁場発生器５２の（ｉ）位置付けおよび（ｉｉ）角度配向の一方または両方の可視的最適化を可能にするよう構成されている。ある実施形態では、手段１１４は、第一および第二のレーザー・ビーム源（１１４−１、１１４−２）を有する。該レーザー・ビーム源は、電磁場発生器５２に、それぞれ第一および第二の発生点（１１８−１、１１８−２）において、所定の位置および配向で結合されている。システム・コントローラ５８からの一つまたは複数の作動信号に応答して、第一および第二のレーザー・ビーム源（１１４−１、１１４−２）は、それぞれ、追跡体積５４の中心を通る第一および第二のレーザー・ビーム（１１２−１、１１２−２）を投射する。それにより該レーザー・ビームを介して、追跡体積５４の中心が物理的な関心体積６６の重心に実質的に対応するよう、電磁場発生器５２の位置付けおよび配向が調節され、可視的に検証されることができる。

ある実施形態では、第一および第二のレーザー・ビーム源（１１４−１、１１４−２）は第一および第二の半導体レーザー装置を有する。図６に示されるようなもう一つの実施形態では、第一および第二のレーザー・ビーム源（１１４−１、１１４−２）は、第一および第二の発生点（１１８−１、１１８−２）でそれぞれ終わる第一の端（１２２−１、１２２−２）をそれぞれもつ第一および第二の光ファイバー（１２０−１、１２０−２）を有する。そのような実施形態では、システム１１０はさらに、第一および第二のレーザー・ビーム（１１２−１、１１２−２）を生成するための少なくとも一つのレーザー装置（１２４−１、１２４−２）を有する。ここで、これらのレーザー・ビームはそれぞれ第一および第二の光ファイバー（１２０−１、１２０−２）中に、その前記第一の端とは反対側の第二の端（１２６−１、１２６−２）において光学的に結合されている。

もう一つの実施形態では、図７に示されるように、第一および第二のレーザー・ビーム源（１１４−１、１１４−２）はそれぞれ第一および第二の発生点（１１８−１、１１８−２）に位置される第一および第二の鏡（１２８−１、１２８−２）を有する。そのような実施形態では、システム１１０はさらに、第一および第二のレーザー・ビーム（１１２−１、１１２−２）を生成するための少なくとも一つのレーザー装置（１３０−１、１３０−２）を有する。ここで、これらのレーザー・ビームは第一および第二の鏡（１２８−１、１２８−２）に入射させられ、第一および第二の鏡がレーザー・ビームを反射して、レーザー・ビームが追跡体積５４の中心を通るようにする。

さらにもう一つの実施形態では、電磁場追跡システムは距離計を含む。距離計はたとえば、目標オブジェクトからの電磁場発生器の距離についての数値的なフィードバックを与えるレーザー距離測定（またはその他の）システムを有することができる。あるさらなる実施形態では、電磁場追跡システムは、追跡システムの電磁場発生器の現在の角度関係（すなわち、ロール、ピッチおよびヨー）についての情報を提供するツールを含む。

ここに開示された諸実施形態は、ここで論じたような仕方で動作するよう実装され、構成される好適な装置を使って実装できる。しかしながら、レーザー・ビーム源およびあらゆる付随する配線の素材は場発生器の場を劣化させたりゆがめたりしてはならないという点で注意を払う必要がある。このことは、レーザー・ビーム源およびあらゆる付随する配線の構成要素を注意深く選ぶことによって達成される。あるいはまた、ある実施形態では、場発生器に小型の鏡がマウントされ、一つまたは複数のレーザー・ビームがこれらの鏡に向けられ、それにより鏡がレーザー発生源を模倣する。発生される電磁場のゆがみを回避するさらにもう一つの方法は、レーザー源を場発生器に届けるのに光ファイバーを使うことによる。あるいはまた、単一のレーザー距離測定システムが用いられることもできる。結果として、本開示の諸実施形態は、システム・ユーザーに連続的な参照を提供し、正しい配向を保証し、擾乱のある操作室条件に起因して整列が乱された場合に、迅速に位置付けし直せるようにする。

本開示のさらにもう一つの実施形態によれば、電磁的追跡方法が、センサー・インターフェースをもつシステム・コントローラを提供し；システム・コントローラの作動信号に応答して電磁場発生器で電磁場を発生させ、該電磁場は最高精度の追跡体積として特徴付けされる部分を含んでおり、ここで最高精度は、センサーが追跡体積の外部に位置されている場合にセンサー・インターフェースおよびシステム・コントローラが該センサーを検出するより低い精度に対して、センサー・インターフェースおよびシステム・コントローラが追跡体積内に物理的に位置されているセンサーを検出する精度に対応し；電磁場発生器に結合された位置付けおよび角度配向可視性補助要素を使って、電磁場発生器の（ｉ）位置付けおよび（ｉｉ）角度配向の一方または両方を最適化して、前記追跡体積が物理的な関心体積の重心内にあるようにし、それにより最高精度での前記追跡体積内のセンサーの検出を可能にする。

前記電磁的追跡方法のある実施形態では、前記位置付けおよび角度配向可視性補助要素は、（ｉ）電磁場発生器に、発生点において、所定の位置および配向で結合されたレーザー・ビーム源であって、該レーザー・ビーム源はシステム・コントローラからの作動信号に応答して追跡体積の中心を通るレーザー・ビームを投射し、それにより、該レーザー・ビームを介して、追跡体積の中心が物理的な関心体積の重心と角度的に整列されることができるよう、電磁場発生器の、物理的な関心体積への角度整列が調節され、可視的に検証されることができる、レーザー・ビーム源ならびに（ｉｉ）電磁場発生器に、それぞれ第一および第二の発生点において、所定の位置および配向で結合された第一および第二のレーザー・ビーム源であって、該第一および第二のレーザー・ビーム源はシステム・コントローラからの一つまたは複数の作動信号に応答して追跡体積の中心を通る第一および第二のレーザー・ビームをそれぞれ投射し、それにより、該レーザー・ビームを介して、追跡体積の中心が物理的な関心体積の重心に対応するよう、電磁場発生器の位置付けおよび配向が調節され、可視的に検証されることができる、第一および第二のレーザー・ビーム源の一つまたは複数を有する。

ある実施形態では、レーザー・ビーム源は（ａ）半導体レーザー装置、（ｂ）発生点で終わる第一の端をもつ光ファイバーまたは（ｃ）発生点に位置された鏡のうちの一つを有し、前記光ファイバーについては、当該方法はさらに、レーザー・ビームを生成するためにレーザー装置を使い、該レーザー・ビームを前記光ファイバーに、前記第一の端とは反対側のその第二の端において光学的に結合することを含み、前記鏡については、当該方法はレーザー・ビームを生成するためにレーザー装置を使い、該レーザー・ビームを前記鏡に向けることを含み、ここで、前記鏡が前記レーザー・ビームを反射して、該レーザー・ビームが前記追跡体積の中心を通るようにする。

あるさらなる実施形態では、当該方法はさらに、ある隔たったオブジェクトと前記電磁場発生器との間の、実質的に前記レーザー・ビームの視線に沿った距離を判別する距離計を使うことを含み、該距離計は前記距離を表す距離計出力信号を与え、それにより前記レーザー・ビームおよび距離計出力信号を介して、追跡体積の中心が物理的な関心体積の重心に実質的に対応するよう、電磁場発生器の位置付けおよび配向が調節され、可視的に検証されることができる。距離計出力信号は、（ｉ）数値フィードバック信号または（ｉｉ）アラームの一つまたは複数を含むことができ、ここで前記アラームの作動は、前記電磁場発生器から前記隔たったオブジェクトまでの距離が、前記電磁場発生器から前記追跡体積の所望される部分までの距離に対応することを示すものである。

もう一つの実施形態では、当該電磁場追跡方法は、（ａ）第一および第二の半導体レーザー装置、（ｂ）それぞれ第一および第二の発生点で終わる第一の端をもつ第一および第二の光ファイバーまたは（ｃ）第一および第二の発生点に位置された第一および第二の鏡のうちの一を有する第一および第二のレーザー・ビーム源を使うことを含み、第一および第二の光ファイバーについては、当該方法はさらに、第一および第二のレーザー・ビームを生成するために少なくとも一つのレーザー装置を使い、該レーザー・ビームを前記第一および第二の光ファイバーに、前記第一の端とは反対側の第二の端においてそれぞれ光学的に結合することを含み、それぞれ第一および第二の発生点に位置されている第一および第二の鏡については、当該方法はさらに第一および第二のレーザー・ビームを生成するために少なくとも一つのレーザー装置を使い、該第一および第二のレーザー・ビームを前記第一および第二の鏡に向けることを含み、ここで、前記第一および第二の鏡が前記レーザー・ビームを反射して、該レーザー・ビームが前記追跡体積の中心を通るようにする。

当該方法はさらに、ある隔たったオブジェクトと前記電磁場発生器との間の、実質的に前記レーザー・ビームの視線に沿った距離を判別する距離計を使うことを含み、該距離計は前記距離を表す距離計出力信号を与え、それにより前記レーザー・ビームおよび距離計出力信号を介して、追跡体積の中心が物理的な関心体積の重心に実質的に対応するよう、電磁場発生器の位置付けおよび配向が調節され、可視的に検証されることができる。ある実施形態では、距離計出力信号は、（ｉ）数値フィードバック信号または（ｉｉ）アラームの一つまたは複数を含むことができ、ここで前記アラームの作動は、前記電磁場発生器から前記隔たったオブジェクトまでの距離が、前記電磁場発生器から前記追跡体積の所望される部分までの距離に対応することを示すものである。

上記では少数の例示的な実施形態のみが詳細に記述されてきたが、当業者は、本開示の実施形態の新しい教示および利点から実質的に外れることなく、例示的な実施形態に数多くの修正が可能であることをすぐ理解するであろう。したがって、そのようなあらゆる修正は、付属の請求項において定義される本開示の具現の範囲内に含められることが意図されている。請求項において、ミーンズ・プラス・ファンクションの節は、請求項に記載される機能を実行するものとしてここに記載される諸構造をカバーすることが意図されており、構造的な等価物のみならず等価な諸構造をカバーすることが意図されている。

さらに、一つまたは複数の請求項に括弧内に入れられた参照符号があったとしても、それは当該請求項を限定するものと解釈してはならない。「有する」および「含む」などの語は、何らかの請求項または明細書全体において挙げられているもの以外の要素またはステップの存在を排除しない。要素の単数形の言及はそのような要素の複数の言及を排除せず、逆に複数形の言及はそのような要素の単数の言及を排除しない。上記の実施形態の一つまたは複数は、いくつかの相異なる要素を有するハードウェアによって実装されてもよいし、および／または好適にプログラムされたコンピュータによって実装されてもよい。いくつかの手段を列挙する装置請求項では、それらの手段のいくつかは同一のハードウェア項目によって具現されてもよい。ある種の施策が互いに異なる従属請求項に記載されているというだけの事実が、それらの施策の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。

当技術分野において知られているところの電磁的追跡システムの図である。本開示のある実施形態に基づく、位置最適化を特徴とする電磁的追跡システムおよびその方法を示す簡略化された概略図である。本開示の代替的な諸実施形態に基づく、図２の電磁場発生器の位置付けおよび配向を可視的に最適化することに関して使われる装置の概略図である。本開示の代替的な諸実施形態に基づく、図２の電磁場発生器の位置付けおよび配向を可視的に最適化することに関して使われる装置の概略図である。本開示のもう一つの実施形態に基づく、位置最適化を特徴とする電磁的追跡システムおよびその方法を示す簡略化された概略図である。本開示の代替的な諸実施形態に基づく、図５の電磁場発生器の位置付けおよび配向を可視的に最適化することに関して使われる装置の概略図である。本開示の代替的な諸実施形態に基づく、図５の電磁場発生器の位置付けおよび配向を可視的に最適化することに関して使われる装置の概略図である。

Claims

電磁的追跡システムであって：
センサー・インターフェースをもつシステム・コントローラと；
該システム・コントローラに応答して電磁場を発生させる発生器とを有しており、該電磁場は最高精度の追跡体積として特徴付けされる部分を含んでおり、ここで最高精度は、センサーが追跡体積の外部に位置されている場合にセンサー・インターフェースおよびシステム・コントローラが該センサーを検出するより低い精度に対して、センサー・インターフェースおよびシステム・コントローラが追跡体積内に物理的に位置されているセンサーを検出する精度に対応し；
当該電磁的追跡システムがさらに：
前記電磁場発生器に結合された、該電磁場発生器の（ｉ）位置付けおよび（ｉｉ）角度配向の一方または両方を可視的に最適化して、前記追跡体積が物理的な関心体積の重心内にあるようにし、それにより最高精度での前記追跡体積内のセンサーの検出を可能にする手段を有する、
電磁的追跡システム。
可視的に最適化する前記手段が、前記電磁場を著しく劣化させたりゆがめたりしないよう選択された構成材料を有する、請求項１記載の電磁的追跡システム。
請求項１記載の電磁的追跡システムであって、前記電磁場発生器の位置付けおよび角度配向の一方または両方を可視的に最適化する前記手段が、所定の位置および配向で発生点において前記電磁場発生器に結合されたレーザー・ビーム源を有しており、該レーザー・ビーム源は前記システム・コントローラからの作動信号に応答して前記追跡体積の中心を通るレーザー・ビームを投射し、それにより、該レーザー・ビームを介して、追跡体積の中心が物理的な関心体積の重心と角度的に整列されることができるよう、前記電磁場発生器の、物理的な関心体積への角度整列が調節され、可視的に検証されることができる、電磁的追跡システム。
前記レーザー・ビーム源が半導体レーザー装置を有する、請求項３記載の電磁的追跡システム。
前記レーザー・ビーム源が前記発生点で終わる第一の端をもつ光ファイバーを有する、請求項３記載の電磁的追跡システムであって、当該システムがさらに：
前記レーザー・ビームを生成するためのレーザー装置を有しており、該レーザー・ビームは前記光ファイバーに、前記第一の端とは反対側のその第二の端において光学的に結合される、
電磁的追跡システム。
前記レーザー・ビーム源が前記発生点に位置された鏡を有する、請求項３記載の電磁的追跡システムであって、当該システムがさらに：
前記レーザー・ビームを生成するためのレーザー装置を有しており、該レーザー・ビームは前記鏡に向けられ、前記鏡が前記レーザー・ビームを反射して、前記レーザー・ビームが前記追跡体積の中心を通るようにする、
電磁的追跡システム。
隔たったオブジェクトと前記電磁場発生器との間の、実質的に前記レーザー・ビームの視線に沿った距離を判別する距離計をさらに有する、請求項３記載の電磁的追跡システムであって、前記距離計は前記距離を表す距離計出力信号を与え、それにより前記レーザー・ビームおよび距離計出力信号を介して、追跡体積の中心が物理的な関心体積の重心に実質的に対応するよう、電磁場発生器の位置付けおよび配向が調節され、可視的に検証されることができる、電磁的追跡システム。
前記距離計出力信号が数値フィードバック信号を含む、請求項７記載の電磁的追跡システム。
前記距離計出力信号がアラームを含み、該アラームは、前記電磁場発生器から前記隔たったオブジェクトまでの距離が、前記電磁場発生器から追跡体積の所望される部分までの距離に対応することを示すものである、請求項７記載の電磁的追跡システム。
前記追跡体積の前記所望される部分が、（ｉ）前記追跡体積の外周、（ｉｉ）前記追跡体積内にある規定された周および（ｉｉｉ）前記追跡体積の中心の一つまたは複数を含む、請求項９記載の電磁的追跡システム。
請求項１記載の電磁的追跡システムであって、前記電磁場発生器の位置付けおよび角度配向を可視的に最適化する前記手段が、所定の位置および配向でそれぞれ第一および第二の発生点において前記電磁場発生器に結合された第一および第二のレーザー・ビーム源を有しており、該第一および第二のレーザー・ビーム源は、前記システム・コントローラからの一つまたは複数の作動信号に応答して、前記追跡体積の中心を通るそれぞれ第一および第二のレーザー・ビームを投射し、それにより、該レーザー・ビームを介して、追跡体積の中心が物理的な関心体積の重心に対応するよう、前記電磁場発生器の位置および配向が調節され、可視的に検証されることができる、電磁的追跡システム。
前記第一および第二のレーザー・ビーム源が第一および第二の半導体レーザー装置を有する、請求項１１記載の電磁的追跡システム。
前記第一および第二のレーザー・ビーム源が前記第一および第二の発生点で終わる第一の端をもつ第一および第二の光ファイバーを有する、請求項１１記載の電磁的追跡システムであって、当該システムがさらに：
前記第一および第二のレーザー・ビームを生成するための少なくとも一つのレーザー装置を有しており、該レーザー・ビームは前記第一および第二の光ファイバーにそれぞれ、前記第一の端とは反対側の第二の端において光学的に結合される、
電磁的追跡システム。
前記第一および第二のレーザー・ビーム源が前記第一および第二の発生点に位置された第一および第二の鏡を有する、請求項１１記載の電磁的追跡システムであって、当該システムがさらに：
前記第一および第二のレーザー・ビームを生成するための少なくとも一つのレーザー装置を有しており、該レーザー・ビームは前記第一および第二の鏡に向けられ、前記第一および第二の鏡が前記レーザー・ビームを反射して、前記レーザー・ビームが前記追跡体積の中心を通るようにする、
電磁的追跡システム。
前記電磁場発生器の追跡体積の、物理的な関心体積に対する角度関係を表す出力信号を与える、前記電磁場発生器に結合された手段をさらに有しており、前記角度関係がロール、ピッチおよびヨーのうちの一つまたは複数を含む、請求項１記載の電磁的追跡システム。
前記の角度関係手段が、前記電磁場発生器に結合されたロール、ピッチおよびヨー・センサーを有する、請求項１５記載の電磁的追跡システム。
電磁的追跡方法であって：
センサー・インターフェースをもつシステム・コントローラを提供し；
システム・コントローラの作動信号に応答して電磁場発生器で電磁場を発生させることを含み、該電磁場は最高精度の追跡体積として特徴付けされる部分を含んでおり、ここで最高精度は、センサーが追跡体積の外部に位置されている場合にセンサー・インターフェースおよびシステム・コントローラが該センサーを検出するより低い精度に対して、センサー・インターフェースおよびシステム・コントローラが追跡体積内に物理的に位置されているセンサーを検出する精度に対応し；
当該電磁的追跡方法がさらに：
前記電磁場発生器に結合された位置付けおよび角度配向可視性補助要素を使って、前記電磁場発生器の（ｉ）位置付けおよび（ｉｉ）角度配向の一方または両方を最適化して、前記追跡体積が物理的な関心体積の重心内にあるようにし、それにより最高精度での前記追跡体積内のセンサーの検出を可能にする、
電磁的追跡方法。
請求項１７記載の方法であって、前記位置付けおよび角度配向可視性補助要素は：
（ｉ）前記電磁場発生器に、発生点において、所定の位置および配向で結合されたレーザー・ビーム源であって、該レーザー・ビーム源は前記システム・コントローラからの作動信号に応答して追跡体積の中心を通るレーザー・ビームを投射し、それにより、該レーザー・ビームを介して、追跡体積の中心が物理的な関心体積の重心と角度的に整列されることができるよう、電磁場発生器の、物理的な関心体積への角度整列が調節され、可視的に検証されることができる、レーザー・ビーム源；ならびに
（ｉｉ）前記電磁場発生器に、それぞれ第一および第二の発生点において、所定の位置および配向で結合された第一および第二のレーザー・ビーム源であって、該第一および第二のレーザー・ビーム源は前記システム・コントローラからの一つまたは複数の作動信号に応答して追跡体積の中心を通る第一および第二のレーザー・ビームをそれぞれ投射し、それにより、該レーザー・ビームを介して、追跡体積の中心が物理的な関心体積の重心に対応するよう、前記電磁場発生器の位置付けおよび配向が調節され、可視的に検証されることができる、第一および第二のレーザー・ビーム源、
の一つまたは複数を有する、方法。
請求項１８記載の方法であって、前記レーザー・ビーム源が（ａ）半導体レーザー装置、（ｂ）前記発生点で終わる第一の端をもつ光ファイバーまたは（ｃ）前記発生点に位置された鏡のうちの一つを有しており、
ここで、前記前記光ファイバーについては、当該方法はさらに、レーザー・ビームを生成するためにレーザー装置を使い、該レーザー・ビームを前記光ファイバーに、前記第一の端とは反対側のその第二の端において光学的に結合することを含み、
ここで、前記鏡については、当該方法はさらに、レーザー・ビームを生成するためにレーザー装置を使い、該レーザー・ビームを前記鏡に向けることを含み、ここで、前記鏡が前記レーザー・ビームを反射して、該レーザー・ビームが前記追跡体積の中心を通るようにする、
方法。
請求項１９記載の方法であって、さらに：
ある隔たったオブジェクトと前記電磁場発生器との間の、実質的に前記レーザー・ビームの視線に沿った距離を判別する距離計を使うことを含み、該距離計は前記距離を表す距離計出力信号を与え、それにより前記レーザー・ビームおよび距離計出力信号を介して、追跡体積の中心が物理的な関心体積の重心に実質的に対応するよう、前記電磁場発生器の位置付けおよび配向が調節され、可視的に検証されることができる、
方法。
請求項２０記載の方法であって、前記距離計出力信号は、（ｉ）数値フィードバック信号または（ｉｉ）アラームの一つまたは複数を含み、ここで前記アラームの作動は、前記電磁場発生器から前記隔たったオブジェクトまでの距離が、前記電磁場発生器から前記追跡体積の所望される部分までの距離に対応することを示すものである、方法。
請求項１８記載の方法であって、前記第一および第二のレーザー・ビーム源が、（ａ）第一および第二の半導体レーザー装置、（ｂ）それぞれ前記第一および第二の発生点で終わる第一の端をもつ第一および第二の光ファイバーまたは（ｃ）前記第一および第二の発生点に位置された第一および第二の鏡のうちの一を有しており、
ここで、第一および第二の光ファイバーについては、当該方法はさらに、第一および第二のレーザー・ビームを生成するために少なくとも一つのレーザー装置を使い、該レーザー・ビームを前記第一および第二の光ファイバーに、前記第一の端とは反対側の第二の端においてそれぞれ光学的に結合することを含み、
ここで、それぞれ前記第一および第二の発生点に位置されている第一および第二の鏡については、当該方法はさらに、第一および第二のレーザー・ビームを生成するために少なくとも一つのレーザー装置を使い、該第一および第二のレーザー・ビームを前記第一および第二の鏡に向けることを含み、ここで、前記第一および第二の鏡が前記レーザー・ビームを反射して、該レーザー・ビームが前記追跡体積の中心を通るようにする、
方法。
請求項２２記載の方法であって、さらに：
ある隔たったオブジェクトと前記電磁場発生器との間の、実質的に前記レーザー・ビームの視線に沿った距離を判別する距離計を使うことを含み、該距離計は前記距離を表す距離計出力信号を与え、それにより前記レーザー・ビームおよび距離計出力信号を介して、追跡体積の中心が物理的な関心体積の重心に実質的に対応するよう、前記電磁場発生器の位置付けおよび配向が調節され、可視的に検証されることができる、
方法。
請求項２３記載の方法であって、前記距離計出力信号が、（ｉ）数値フィードバック信号または（ｉｉ）アラームの一つまたは複数を含み、ここで前記アラームの作動は、前記電磁場発生器から前記隔たったオブジェクトまでの距離が、前記電磁場発生器から前記追跡体積の所望される部分までの距離に対応することを示すものである、方法。