JP2012528309A - 磁界振幅擾乱体の検出方法および検出器、この検出方法による位置特定方法、および位置特定システム - Google Patents

Abstract

【課題】 複雑な計算および予備較正を要することなく、磁界振幅擾乱体を検出する方法を提供する。
【解決手段】 この方法は、相異なる任意の２つの周波数で放射される磁界の振幅が、あらかじめ定められた比で互いに関連付けられている、周波数の異なるいくつかの磁界を、同一の１軸磁界放射源から放射するステップ（６２）と、周波数の異なるこれらのいくつかの磁界の振幅を、同一のセンサによって測定するステップ（６４）と、測定された振幅のうちの２つの間の比が、相異なる２つの周波数で放射された磁界の、これらの２つの振幅を関連付けている、あらかじめ定められた比のあらかじめ定められた閾値から逸脱した場合には、磁界振幅擾乱体の存在を通知し（７０）、逸脱しなかった場合には、通知しないステップとを含んでいる。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁界源の近くにおける、この磁界源からの磁界に対する磁界振幅擾乱体の検出方法および検出器に関する。また本発明は、この検出方法による、基準系中の物体の位置特定方法、および位置特定システムにも関する。

本明細書においては、磁界振幅擾乱体とは、その近傍に放射された磁界の磁力線を弱めるか、または歪ませる任意の物体のことを言う。磁界振幅擾乱体は、例えば導電体である場合がある。この場合には、導電体に渦電流が発生することによって、磁力線が弱められる。この導電体は、例えば金属体である場合がある。また、磁界振幅擾乱体は、常磁性体または強磁性体などの磁性体である場合もある。磁界振幅擾乱体が強磁性体である場合には、この磁界振幅擾乱体が磁界線を歪ませるため、磁界振幅が低下する。

磁界振幅擾乱体の公知の検出方法は、例えば少なくとも１つの測定対を用いる、基準系中の物体の位置特定方法の一部として用いられている。各測定対は、
− いくつかの周波数で磁界を放射することができる１軸磁界放射源と、
− この１軸磁界放射源から放射される磁界の振幅を測定することができるセンサとを備え、
− これらの１軸磁界放射源とセンサとのうちの一方は、基準系に固定されており、１軸磁界放射源とセンサとのうちの他方は、物体に固定されている。

１軸磁界放射源は、選択的に単一軸に沿って磁界を放射する磁界放射源である。例えばターン全体が同一の軸に巻き付けられているコイルは、１軸磁界放射源であり、その選択的な放射軸は、ターンが巻き付けられている軸と一致している。

以下の説明において、磁界に関する用語「振幅」は、同相磁界の振幅Ａ、または同相磁界と直交相磁界との両方の関数である磁界の絶対値の振幅Ｃｈのことを言う。これらの振幅ＡとＣｈとは、互いに比例する。

振幅Ａは、次の関係式（数１）によって与えられる。

この関係式において、
− Ｉｘ、Ｉｙ、Ｉｚは、互いに直交する３つの軸Ｘ、Ｙ、Ｚに沿って測定される、同相の磁界成分である。

振幅Ｃｈは、次の関係式（数２〜数５）によって与えられる。

これらの関係式において、
− Ｑｘ、Ｑｙ、Ｑｚは、互いに直交する３つの軸Ｘ、Ｙ、Ｚに沿って測定される、直交相の磁界成分である。

通常、磁界の振幅を測定することができる上述のセンサは、３つの軸Ｘ、Ｙ、Ｚに沿う同相、および／または直交相の磁界成分を測定することができる３軸磁界センサである。物体の位置特定のために、これらの方法は、次のステップを有している。
− １軸磁界放射源から、与えられた周波数の磁界を放射するステップと、この１軸磁界放射源と対のセンサによる、この磁界を測定するステップと、
− １つ以上の測定対によってなされる測定を通じて、基準系中の物体の位置特定を行うステップ。

このような位置特定方法は、人体内のプローブまたはカテーテルの位置を特定するために、医療においてしばしば用いられている。このような利用においては、プローブの位置特定の信頼性は、非常に重要である。医療現場においては、位置特定を誤らせがちな多くの磁界振幅擾乱体が存在する。このような磁界振幅擾乱体には、例えば手術台、外科用メス、患者の近くに配置された、その他の機器の金属フレームなどが含まれる。

このような磁界振幅擾乱体の検出のためのいくつかの方法が提案されている（例えば特許文献１または特許文献２を参照）。これらの方法には、複雑な計算が用いられる。また、特許文献２に記載されている方法においては、磁界振幅擾乱体のあらゆる検出に先立って、較正を行わなければならない。

ヨーロッパ特許公開第１５０２５４４号公報 ヨーロッパ特許公開第０９９３８０４号公報 米国特許第６５２８９８９号公報

本発明は、単に、放射された磁界の振幅の擾乱体の存在を検出することによって、上述の問題を克服することを目的としている。

この目的を達成するために、本発明は、次のステップを含んでいる、磁界振幅擾乱体を検出する方法を提供するものである。
− 異なる任意の２つの周波数で放射される磁界の振幅が、あらかじめ定められた比で互いに関連付けられている、周波数の異なるいくつかの磁界を、同一の１軸磁界放射源から放射するステップと、
− 周波数の異なるこれらのいくつかの磁界の振幅を、同一のセンサによって測定するステップと、
− 測定された振幅のうちの２つの間の比が、相異なる２つの周波数で放射された磁界の、これらの２つの振幅を関連付けている、あらかじめ定められた比のあらかじめ定められた閾値から逸脱した場合には、磁界振幅擾乱体の存在を通知し、逸脱しなかった場合には、通知しないステップ。

この方法は、磁界振幅擾乱体が、全ての周波数において、磁界の振幅に、同じ擾乱を与えるということはないという事実に基づいている。通常、磁界振幅擾乱体は、対象としている周波数に応じて、磁界の振幅に、相対的に大きな擾乱を与えたり、相対的に小さな擾乱を与えたりする。

この方法は、さらに、磁界振幅擾乱体が存在していない場合には、センサによって測定される磁界の振幅は、センサ自体とこの磁界を放射する１軸磁界放射源との間の距離Ｒに応じて変化するという、磁界の特性を用いている。この特性は、放射される磁界の周波数とは無関係である。より具体的に述べると、測定される磁界の振幅は、１／Ｒ³に比例する。

以下の説明において、Ａ_iおよびＡ_jは、同一の１軸磁界放射源から、周波数ｆ_iおよびｆ_jで放射された２つの磁界のそれぞれの振幅である。さらに、Ａｍ_iおよびＡｍ_jは、センサによって、周波数ｆ_iおよびｆ_jで測定されたそれぞれの振幅である。センサは、１軸磁界放射源から、距離Ｒだけ隔たっている。

磁界振幅擾乱体が存在していない場合には、比Ａｍ_i／Ａｍ_jは，あらかじめ定められた比Ａ_i／Ａ_jと実質的に等しくなければならない。したがって、これらの２つの比の差が、あらかじめ定められた閾値を超過すれば、それは、磁界振幅擾乱体が存在しているということを示している。さらに、このことは、距離Ｒは無関係である。したがって、磁界振幅擾乱体を検出するために、この距離Ｒを知る必要はない。

このような方法においては、測定された振幅比と、あらかじめ定められた閾値とを、単純に比較するだけで十分であるから、複雑な計算は全く必要ではない。

またこの方法によると、従来技術の方法とは対照的に、あらかじめ較正を行うことなく、磁界振幅擾乱体を検出することができる。

最後に、この方法では、周波数の異なるいくつかの磁界を放射するために、同一の１軸磁界放射源を用いることによって、各々が、それぞれに異なる周波数の磁界を放射するように、互いに間隔を置いて配置された、いくつかの１軸磁界放射源を用いる場合の、それらの１軸磁界放射源の間の差異を補正する作業が必要ではないから、精度が大となる。

磁界振幅擾乱体の検出のためのこの方法の各実施形態は、次の特徴の１つ以上を備えている場合がある。
− 相異なる周波数で放射される磁界のうちの２つずつの振幅の比は、全て等しい。
− この方法は、次のステップを含んでいる。
・ 各周波数において放射された磁界と同相の磁界の振幅だけを測定するために、各周波数の磁界の放射と測定とを同期させるステップと、
・ 測定された同相の磁界の振幅のみに基づいて、磁界振幅擾乱体の存在を通知するか、または通知しないステップ。
− 相異なる周波数の磁界が同時に放射される。

さらに、磁界振幅擾乱体の検出のためのこの方法の各実施形態は、次の利点を有している。
− 周波数の異なる２つの磁界の振幅比が全て等しい、いくつかの磁界を放射することによって、あらかじめ定められた振幅比以外の他の情報を得ることを必要とせずに、互いの間で測定された振幅比を単純に比較して、磁界振幅擾乱体を検出することができる。
− 同相の磁界成分の振幅だけを、測定および使用するため、同じ磁界の直交相の磁界成分の振幅を測定する必要がなく、従って、この方法の実行は簡単である。
− 周波数の異なるいくつかの磁界を同時に放射するため、磁界振幅擾乱体の検出が加速される。

さらに本発明は、少なくとも１つの測定対を用いて、基準系中の物体の位置を特定するための、次のステップを含んでいる方法を提供する。
− 上述の検出の方法を遂行するために、１つ以上の測定対の１軸磁界放射源およびセンサを用いて、磁界振幅擾乱体を検出するステップと、
− 物体の位置特定の際に、１つ以上の測定対によってなされた、擾乱を受けている測定結果の、物体の位置特定に対する影響を制限するために、磁界振幅擾乱体の存在の通知の有無に応じて、１つ以上の測定対から得られた、磁界の測定結果に重み付けを行うステップ。

この位置特定の方法においては、擾乱を受けている測定対によってなされた測定結果の、物体の位置特定への影響を制限するために、それらの擾乱を受けている測定結果に重み付けがなされるから、測定の精度が改善される。さらに、磁界振幅擾乱体の検出と、物体の位置特定との両方に、同じ１軸磁界放射源および同じセンサが用いられる。

位置特定のためのこの方法の各実施形態は、次の特徴を備えている場合がある。
− この方法は、次のステップを含んでいる。
・ １０個以上の測定対を用いて磁界を放射するステップと、それらの磁界を測定するステップであって、各測定対は、用いられている１軸磁界放射源またはセンサによって、または測定された磁界の周波数によって互いに区別されるステップと、
・ 物体の位置特定の際に、磁界振幅擾乱体による擾乱を受けていると通知された、いずれかの測定対による測定結果が、その擾乱を受けている測定結果の、物体の位置特定に対する影響を制限するために、各測定対による、擾乱を受けていない測定結果に比して重み付けされるステップ。

さらにこの実施形態は、三次元直交基準系中の物体の位置および方向を特定することができるという長所を有している。

さらに本発明は、電子的なコンピュータによって実行されたときに、上述の方法を遂行する命令を記憶している情報記録媒体を提供する。

さらに本発明は、次のものを備えている、磁界振幅擾乱体の検出器を提供する。
− 相異なる任意の２つの周波数で放射される磁界の振幅が、あらかじめ定められた比で互いに関連付けられている、周波数の異なるいくつかの磁界を放射する１軸磁界放射源と、
− 周波数の異なるこれらのいくつかの磁界の振幅を測定するセンサと、
− 測定された振幅のうちの２つの間の比が、相異なる２つの周波数で放射された磁界の、これらの２つの振幅を関連付けている、あらかじめ定められた比のあらかじめ定められた閾値から逸脱した場合にのみ、磁界振幅擾乱体の存在を通知することができる指示器。

この検出器の各実施形態は、次の特性を備えている場合がある。
− １軸磁界放射源は、単一の巻き付け軸のまわりに巻き付けられているターンを有する単一のコイルによって構成されている。

最後に、本発明は、基準系中の物体の位置を特定するための、次のものを備えているシステムを提供するものである。
・ いくつかの周波数で磁界を放射することができる１軸磁界放射源と、
・ この１軸磁界放射源から放射された磁界の振幅を測定することができるセンサとを各々に有しており、
・ １軸磁界放射源とセンサとのうちの一方を基準系に固定されており、１軸磁界放射源とセンサとのうちの他方を物体に固定されている、
− 少なくとも１つの測定対と、
− これらの１つ以上の測定対によってなされた測定から、基準系中の物体の位置を特定することができる位置特定モジュールと
− １つ以上の測定対による測定結果に擾乱を与える磁界振幅擾乱体を検出するために、これらの１つ以上の測定対の１軸磁界放射源およびセンサを、自身の１軸磁界放射源およびセンサとしている、上述の検出器。
− 位置特定モジュールは、１つ以上の測定対によってなされた、擾乱を受けている測定結果の、物体の位置特定に対する影響を制限するために、磁界振幅擾乱体の存在の通知の有無に応じて、１つ以上の測定対によってなされた、磁界の測定結果に重み付けを行うことができる。

基準系中の物体の位置を特定するための、磁界振幅擾乱体の検出器を備えたシステムの概要的なブロック図である。 図１のシステムによって位置特定を行なう方法の一実施形態のフローチャートである。 図２の方法の実施結果を示すグラフである。 図１のシステムによって位置特定を行なう方法の別の一実施形態のフローチャートである。 図４の方法の実施結果を示すグラフである。

添付図面を参照して、単に非限定的な例として示す以下の説明を読むことによって、本発明を、より明瞭に理解しうると思う。

添付図面において、同一の要素には、同一の符号を付してある。

以下の説明において、当業者に公知の特性および機能については、詳述しない。

図１は、基準系６において物体４の位置を特定するための位置特定システム２を示す。物体４は、例えば人体８内に導入されているプローブまたはカテーテルである。物体４は、基準系６において移動可能である。

基準系６は、互いに直交する３つの座標軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有する固定基準系である。

基準系６において物体４の位置を特定するステップには、その位置（ｘ、ｙ、ｚ）、およびその角度（θｘ、θｙ、θｚ）を見出すステップが含まれる。角度（θｘ、θｙ、θｚ）は、それぞれ座標軸Ｘ、Ｙ、Ｚに相対的な、物体４の方向を示している。

基準系６における物体４の位置特定を可能にするために、物体４には、例えば磁界センサ１０が実装されている。

磁界センサ１０は３軸磁界センサ、すなわち同一直線上にない３つの測定軸１４〜１６に沿って、受信した磁界を測定することができるセンサである。この例においては、これらの測定軸１４〜１６は、互いに直交している。これらの測定軸は、物体４に固定された軸である。そのために、磁界センサ１０には、３つの１軸トランスデューサ１８〜２０が組み込まれている。これらの１軸トランスデューサの各々に対して、磁界に対する感度が最大である１つの測定方向が存在する。この例においては、１軸トランスデューサ１８〜２０の測定方向は、それぞれ測定軸１４〜１６と一致している。

１軸トランスデューサ１８〜２０は、例えばそれぞれ測定軸１４〜１６のまわりに巻き付けられたコイルである。

これらの１軸トランスデューサの各々は、たわみ線リンク２２を介して、処理ユニット２４に接続されている。

また処理ユニット２４は、３つの３軸磁界放射源２６、２７Ａ、２７Ｂに接続されている。それによって、幾何学的情報に余剰が与えられる。これらの３軸磁界放射源２６、２７Ａ、２７Ｂは、互いに距離ｄだけ隔たっている。一例として、３軸磁界放射源２６、２７Ａ、２７Ｂは同一の仕様を有しており、したがって、３軸磁界放射源２６のみを、より詳細に説明する。

３軸磁界放射源２６は、基準系６内で固定されている。この３軸磁界放射源２６は、互いに直交する３つの軸２８〜３０に沿って、磁界を放射することができる。本明細書においては、軸２８〜３０は、それぞれ基準系６の座標軸Ｚ、Ｙ、Ｘに平行である。

３軸磁界放射源２６は、本明細書においては、３つの１軸磁界放射源３２〜３４によって形成されている。１軸磁界放射源３２〜３４は、それぞれ軸２８〜３０に沿って、磁界Ｂ_1j、Ｂ_2j、Ｂ_3jを放射する。すなわち、１軸磁界放射源から放射される磁界はＢ_ijと表わされ、添え字ｉは、１軸磁界放射源の識別子であり、添え字ｊは、その１軸磁界放射源によって放射される磁界の周波数ｆの識別子である。

これらの１軸磁界放射源３２〜３４の各々を、点磁界放射源のモデルを用いて表現することができる。これらの全ての点磁界放射源が、基準系６内の同一の位置を占めるように、１軸磁界放射源３２〜３４を配置することが好ましい。図１において、この位置は、点Ｏと印されている。点Ｏは、軸２８〜３０の交点である。

各１軸磁界放射源３２〜３４は、例えばそれぞれ軸２８〜３０のまわりに巻き付けられた単一のコイルによって構成されている。この例においては、これらのコイルの各々は、各々が巻き付けられている軸に沿って、点Ｏの両側に対称的に分配された２つの同一のターン群に区分されている。各ターン群は、その軸のまわりに同じ向きに巻かれている。

３軸磁界放射源２６と、３軸磁界放射源２７Ａおよび２７Ｂとの間の最短距離は、３軸磁界放射源２６の最大寸法の少なくとも２倍、好ましくは３倍を超過している。３軸磁界放射源２６の最大寸法は、この例においては、例えば１軸磁界放射源３２〜３４の１つの最大長さである。

同一の動作周波数で動作する１つの１軸磁界放射源と、１つの三軸の磁界センサとを組み合わせることによって、１つの測定対が形成される。例えば１軸磁界放射源３２と磁界センサ１０とは、それらが周波数ｆ_1tで動作するときに第１の測定対を形成し、周波数ｆ_2tで動作するときに第２の測定対を形成する。同じ磁界センサ１０と１軸磁界放射源３３との組み合わせは、それらが周波数ｆ_1tおよびｆ_2tで動作するときに、それぞれ第３および第４の測定対を形成する。本明細書において説明される実施形態においては、各１軸磁界放射源は、２つの周波数ｆ_1tおよびｆ_2tで動作する。したがって、１８個の測定対が存在する。

処理ユニット２４は、３軸磁界放射源２６に、磁界Ｂ_ijを発生させるための交流電流を供給し、１軸トランスデューサ１８〜２０によって測定された磁界データを取得する。以下の説明において、磁界振幅擾乱体は、非導電性の磁性体であると仮定する。通常、各測定対に対して、処理ユニット２４は、放射された磁界と同相の磁界成分Ｉの振幅Ａｍ_ijを特定する。

この特定を可能にするために、処理ユニット２４は同期検出器である。そのような同期検出器の一例が、特許文献３において、図１６を参照して説明されている。したがって、本明細書においては、処理ユニット２４について、より詳細には説明しない。しかしながら、本発明においては、直交相の磁界成分Ｑｘ、Ｑｙ、Ｑｚを特定する必要がないから、処理ユニット２４は、従来技術による同期検出器に比して単純化されている。

処理ユニット２４は、測定された磁界の、放射された磁界と同相の磁界成分Ｉの振幅から、磁界振幅擾乱体の存在を通知することができる指示器４０に接続されている。この指示器４０の動作を、図２を参照して、より詳細に説明する。

三軸の磁界センサ１０、１軸磁界放射源、処理ユニット２４、および指示器４０の組み合わせによって、磁界振幅擾乱体の検出器が形成されている。

処理ユニット２４は、さらに、基準系６内の物体４の位置を特定するための位置特定モジュール４２に接続されている。通常、位置特定モジュール４２は、連立方程式を解くことによって、物体４の位置および方向を特定する。この連立方程式は、磁界振幅擾乱体の存在を考慮に入れずに、１軸磁界放射源と１軸トランスデューサとの間の磁気相互作用を模擬的に表現することによって得られる。この連立方程式において、物体４の位置（ｘ、ｙ、ｚ）および角度（θｘ、θｙ、θｚ）が末知数であり、他のパラメータの値は、磁界センサ１０によってなされる測定から得られる。このような連立方程式についてのより多くの情報が、例えば特許文献１に開示されている。

この連立方程式を、カルマンフィルタの形式で表わすことが好ましい。

処理ユニット２４は、例えば電子ボードの形態をとっており、指示器４０および位置特定モジュール４２は、ソフトウェアモジュールの形態をとっている。そのために、位置特定システム２は、処理ユニット２４を組み込んでおり、かつ情報記録媒体に記録されている命令を実行することができる、プログラム可能な電子的なコンピュータ４４を備えている。コンピュータ４４は、コンピュータ４４によって実行されたときに、図２または図４の方法を遂行する命令を記憶しているメモリ４６に接続されている。コンピュータ４４は、さらに、マンマシンインターフェイス４８に接続されている。マンマシンインターフェイス４８は、例えば基準系６中の物体４の位置を表示するスクリーンを有している。

さらに位置特定システム２は、基準系６中の物体４の位置を表わす、磁界以外の物理量を測定するための別の装置を有している場合がある。位置特定システム２は、例えばラジオグラフィー装置またはカメラなどの装置５０を備えている。装置５０によってなされる測定は、磁界振幅擾乱体の存在の有無に依存しない。

次に、位置特定システム２の動作を、図２を参照して、より詳細に説明する。

基準系６中の物体４の位置特定の前に、磁界振幅擾乱体の検出フェーズ６０が実行される。この検出フェーズ６０の開始時に、ステップ６２において、１軸磁界放射源３２が、同一の振幅Ａ_1j（ｊ＝１、２、…、ｎ）であるが、それぞれに異なる周波数ｆ₁、ｆ₂、…、ｆ_nの磁界Ｂ₁₁、Ｂ₁₂、…、Ｂ_1nを送出する。したがって、放射される磁界の振幅間の比は一定であり、１に等しい。周波数ｆ_jは、例えば１０Ｈｚ〜１００ｋＨｚの値の範囲で選ばれる。これらの周波数は、選択された範囲内で均等に分配されることが好ましい。これらの磁界Ｂ_1jは、同時に放射される場合もあるし、または順次に、すなわち次々と放射される場合もある。

同時に、ステップ６４において、磁界Ｂ_1jの振幅Ａｍ_1jが、磁界センサ１０および処理ユニット２４によって測定される。

次に、各周波数における振幅Ａ_1j間の比が、それらの周波数と同じ周波数における振幅Ａｍ_1j間の比と実質的に等しいか否かを指示器４０が検証する。この例においては、振幅Ａ_1j間の比が、全て１に等しいから、この検証は、各周波数において測定された振幅Ａｍ_1jが、周波数に無関係に、実質的に互いに等しいか否かを検証することを意味する。

多くの方法によって、この検証を行うことができる。例えばステップ６６において、指示器４０が、次の式を用いて、比ｒ_1jを計算する。
ｒ_1j＝Ａｍ_1j／Ａｍ₁₁

この比ｒ_1jが、１軸磁界放射源３２によって放射された磁界の全ての周波数ｆ_jに対して計算される。

次いで、ステップ６８において、各比ｒ_1jが、最小閾値Ｓ_minおよび最大閾値Ｓ_maxと比較される。これらの最小閾値Ｓ_minおよび最大閾値Ｓ_maxは、磁界振幅擾乱体が存在していない場合の比ｒ_1jの理論値をはさんで、それぞれ、それより小さい値の側および大きい値の側にある（図３を参照）。この例においては、この理論値は１である。最小閾値Ｓ_minおよび最大閾値Ｓ_maxは、この理論値をはさんで、１０％未満の許容差を与えられるように選ばれる。この例においては、例えば少なくとも３％の許容差が与えられる。例えば最小閾値Ｓ_minは０．９５より小さく、最大閾値Ｓ_maxは１．０５より大きい。

比ｒ_1jのうちの１つが、最小閾値Ｓ_minと最大閾値Ｓ_maxとの間に含まれていないと、ステップ７０において、磁界振幅擾乱体の存在が通知される。ステップ７０において、この情報が、マンマシンインターフェイス４８を介してユーザに提示される。比ｒ_1jの全てが、最小閾値Ｓ_minと最大閾値Ｓ_maxとの間に含まれている場合には、磁界振幅擾乱体の存在は通知されない。

ステップ６２〜７０が、各測定対に対して繰り返される。これらの繰り返しは、順次にすなわち次々に、または並行して、すなわち同時に行うことができる。

検出フェーズ６０が、全測定対に対して行われてしまうと、物体４の位置を特定するためのフェーズ８０が遂行される。このフェーズの開始時に、ステップ８２において、各１軸磁界放射源が、２つの磁界Ｂ_imを送出する。これらの２つの磁界Ｂ_imは、それぞれステップ６２において用いられた周波数ｆ_jの中から選ばれた動作周波数ｆ_1tおよびｆ_2tで送られることが好ましい。

同時に、ステップ８４において、これらの磁界Ｂ_imが、磁界センサ１０および処理ユニット２４によって測定される。

ステップ８２および８４は、各測定対に対して順次に、または全ての測定対に対して同時に行うことができる。

これらの測定がなされてしまうと、これらの測定の結果が、位置特定モジュール４２に与えられる。位置特定モジュール４２は、基準系６中の物体の位置決定のためにステップ８６を実行する。このステップ８６において、各測定値が、その後に解かなければならない連立方程式のパラメータ化のために用いられる。利用可能な測定対が１８個あり、この連立方程式を解くためには、９個の測定対しか必要でないから、冗長性の高い、多くの利用可能な情報が存在する。位置特定モジュール４２が、物体４の位置特定に対する、擾乱を受けている測定結果の影響を制限する重み付け係数を用いての、擾乱を受けている測定結果への重み付け、すなわち、ステップ７０において、測定対から、擾乱を受けているとして通知された測定結果への重み付けに用いるために、情報に対するこのような冗長性が設けられている。より具体的には、この重み付け係数は、擾乱を受けているとして通知されなかった他の測定結果に比して、擾乱を受けている測定結果の重要度を低下させる。この重み付け係数は、０でない場合がある。しかしながら、重み付け係数は、０値をとる場合もある。これは、物体４の位置決定の際に、擾乱を受けている測定結果を完全に排除することを意味する。

図４は、図２の方法の一変形例を示している。この変形例は、磁界振幅擾乱体を検出するフェーズ６０が、フェーズ８８に置き換えられているという点を除いて、図２の方法と同じである。

フェーズ８８は、磁界振幅擾乱体が存在していない場合には、周波数ｆ_jに無関係に、振幅Ａ_1jがほぼ一定であるということが、違ったやり方で検出されるという点で、フェーズ６０と異なる。このような検出のために、ステップ６６および６８が、それぞれステップ９０および９２に置き換えられている。

ステップ９０において、測定された振幅Ａｍ_1jの平均（数６）が計算される。このステップ９０の間に、さらに、この平均に対する標準偏差σが計算される。振幅Ａｍ_1jは、放射された磁界と同相の磁界成分Ｉの振幅である。次に、ステップ９２において、各振幅Ａｍ_1jが、平均（数６）および標準偏差σの関数として定められている２つの閾値の間に含まれているか否かが検証される。これらの閾値は、例えば閾値（数７）および閾値（数８）である。測定された振幅Ａｍ_1jのいずれか１つが、閾値（数７）と閾値（数８）との間に含まれていない場合には、ステップ７０に進む。全てが含まれている場合には、磁界振幅擾乱体の存在は通知されない。周波数ｆ_jに無関係に、振幅Ａｍ_jがほぼ一定であるか否かを検証するこのやり方が、図５に示されている。図５において、Ｘ記号は、測定された振幅Ａｍ_1jを表わしている。

振幅Ａｍ₁₅が、閾値（数８）を超過しているから、このグラフは、磁界振幅擾乱体の存在が通知されることを具体的に示している。

ステップ９０および９２は、磁界振幅擾乱体が存在していない場合には、周波数に無関係に、各周波数において測定された振幅間の比はほぼ一定であることを検証するための、ステップ６６および６８と異なる１つのやり方である。

他の多くの実施形態が可能である。例えば磁界振幅擾乱体が導電体、または導電性の磁性体である場合には、放射された磁界と同相の磁界成分Ｉの振幅ではなくて、磁界の絶対値の振幅Ｃｈを用いることが可能である。この場合には、同相の磁界成分Ｉと直交相の磁界成分Ｑとを測定しなければならない。対照的に、磁界振幅擾乱体が絶縁性の磁性体である場合には、同相の磁界成分Ｉの振幅しか用いることができない。

物体４が、固定された基準系６に対して移動可能である特別の場合における、物体の位置特定および磁界振幅擾乱体の検出についての説明が、本明細書においてなされている。従来の出願において説明されている、物体の位置特定および磁界振幅擾乱体の検出は、物体４が固定されており、基準系６が可動である逆の状況に対して適用される。この場合には、物体４が固定されており、１軸磁界放射源が、物体４に相対的に変位する。

さらに、磁界放射源の位置と磁界センサの位置とを逆にすることも可能である。例えば１つ以上の３軸磁界放射源を、物体内に組み込むことができ、また１つ以上の３軸の磁界センサを、何らの自由度なしで基準系６に固定することができる。

以前の出願において説明されている、物体の位置特定および磁界振幅擾乱体の検出は、さらに、１次元または２次元の基準系中の物体４の位置を特定するためのシステムに適用される。同様に、物体４の位置または方向の測定を望まない場合には、位置特定システム２を単純化することができる。そのような場合には、測定対の数を減らすことができる。

磁界Ｂ_ijを、時分割多重化または周波数多重化することができる。したがって、周波数多重化の場合には、複数の周波数の複数の磁界に対して、ステップ６２〜７０のプロセスのいくつかを重畳し、並行して処理することが可能である。

コイルから放射される磁界が、周波数に無関係に、全て同じ振幅を有するということは必ずしも必要ではない。実際、磁界Ｂ_ijの振幅が、周波数の関数として変化する場合には、測定された振幅間の比が、予想される比に近く保たれているか否かを検証するために、このコイルから放射された、各周波数の磁界の振幅間の比を知っておけばよい。各周波数における磁界の測定される振幅間の予想される比は、例えば１軸磁界放射源３２〜３４を形成しているコイルに供給される電流の強度から特定される。これらの予想される比は、磁界振幅擾乱体が存在していない状態での較正フェーズにおいて特定することもできる。

磁界振幅擾乱体の検出フェーズ６０において用いられる周波数ｆ_jは、一変形例として、電磁ノイズのない周波数帯中で選ばれる。例えば磁界振幅擾乱体の検出の開始に先立って、周囲環境中に既に存在している磁界を考慮に入れることによって、電磁ノイズのない周波数帯が特定される。

磁界振幅擾乱体が検出された場合には、擾乱を受けている測定結果の代わりに、装置５０によって得られた測定結果を使うか、または装置５０によって得られた測定結果を付加的に考慮に入れることが可能である。

位置を特定される物体の方向を、オイラー角を用いる方法、または四元数を用いる方法などの別の方法を用いて定めることができる。

上述の、物体の位置特定および磁界振幅擾乱体の検出は、単に医療分野にとどまらず、磁界を用いて行われる磁界振幅擾乱体の検出、または物体の位置特定が必要な全ての分野に適用することができる。

２ 位置特定システム
４ 物体
８ 人体
１０ 磁界センサ
１４〜１６ 測定軸
１８〜２０ １軸トランスデューサ
２２ たわみ線リンク
２４ 処理ユニット
２６、２７Ａ、２７Ｂ ３軸磁界放射源
２８〜３０ 軸
３２〜３４ １軸磁界放射源
４０ 指示器
４２ 位置特定モジュール
４４ コンピュータ
４６ メモリ
４８ マンマシンインターフェイス
５０ 装置
Ｂ_1j、Ｂ_2j、Ｂ_3j 磁界
ｄ 距離

Claims (10)

1. − 相異なる任意の２つの周波数で放射される磁界の振幅が、あらかじめ定められた比で互いに関連付けられている、周波数の異なるいくつかの磁界を、同一の１軸磁界放射源から放射するステップ（６２）を含む、
   １軸磁界放射源の近傍の、該１軸磁界放射源からの磁界に対する磁界振幅擾乱体を検出する方法であって、
   − 周波数の異なる前記いくつかの磁界の振幅を、同一のセンサによって測定するステップ（６４）と、
   − 前記測定された振幅のうちの２つの間の比が、相異なる２つの周波数で放射された磁界の、これらの２つの振幅を関連付けている、あらかじめ定められた比のあらかじめ定められた閾値から逸脱した場合には、前記磁界振幅擾乱体の存在を通知し（７０）、逸脱しなかった場合には通知しないステップとをさらに含むことを特徴とする方法。
2. 相異なる周波数で放射される前記磁界のうちの２つずつの振幅の比は全て等しい、請求項１に記載の方法。
3. − 各周波数において放射された磁界と同相の磁界の振幅だけを測定する（６２）ために、各周波数の磁界の放射と測定とを同期させるステップと、
   − 測定された同相の磁界の振幅のみに基づいて、前記磁界振幅擾乱体の存在を通知する（７０）か、または通知しないステップとを含む請求項１または２に記載の方法。
4. 相異なる周波数の前記磁界が同時に放射される、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. − いくつかの周波数で磁界を放射することができる１軸磁界放射源と、
   − 前記１軸磁界放射源から放射された磁界の振幅を測定するセンサとを各々に有しており、
   − 前記１軸磁界放射源と前記センサとのうちの一方を、基準系に固定されており、前記１軸磁界放射源と前記センサとのうちの他方を、物体に固定されている少なくとも１つの測定対を用いて、基準系中の物体の位置を特定する方法であって、
   − 与えられた周波数の磁界を、前記１軸磁界放射源から放射するステップ（８２）と、この１軸磁界放射源と同じ測定対を形成しているセンサによって、この磁界を測定するステップ（８４）と、
   − １つ以上の前記測定対によってなされた測定から、前記基準系中の物体の位置を特定するステップ（８６）とを含む方法において、さらに、
   − 請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法を遂行するために、前記１つ以上の測定対の１軸磁界放射源およびセンサを用いて、磁界振幅擾乱体を検出するステップ（６０、８８）と、
   − 前記物体の位置特定の際に、前記１つ以上の測定対によってなされた、擾乱を受けている測定結果の、前記物体の位置特定に対する影響を制限するために、前記磁界振幅擾乱体の存在の通知の有無に応じて、前記１つ以上の測定対によってなされた、磁界の測定結果に重み付けを行うステップとを含むことを特徴とする方法。
6. − １０個以上の測定対を用いて磁界を放射するステップ（８２）と、それらの磁界を測定するステップ（８４）であって、各測定対は、用いられている１軸磁界放射源またはセンサによって、または測定された磁界の周波数によって互いに区別されるステップと、
   − 前記物体の位置特定（８６）の際に、前記磁界振幅擾乱体による擾乱を受けていると通知された、いずれかの測定対による測定結果が、その擾乱を受けている測定結果の、前記物体の位置特定に対する影響を制限するために、各測定対による、擾乱を受けていない測定結果に比して重み付けされるステップとを含む請求項５に記載の方法。
7. 電子的なコンピュータによって実行されたときに、請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法を遂行する命令を記憶していることを特徴とする情報記録媒体（４６）。
8. − 相異なる任意の２つの周波数で放射される磁界の振幅が、あらかじめ定められた比で互いに関連付けられている、周波数の異なるいくつかの磁界を放射する１軸磁界放射源（３２〜３４）を備えている磁界振幅擾乱体の検出器であって、
   − 周波数の異なる前記いくつかの磁界の振幅を測定するセンサ（１０）と、
   − 前記測定された振幅のうちの２つの間の比が、相異なる２つの周波数で放射された磁界の、これらの２つの振幅を関連付けている、あらかじめ定められた比のあらかじめ定められた閾値から逸脱した場合のみ、前記磁界振幅擾乱体の存在を通知することができる指示器（４０）とをさらに備えていることを特徴とする検出器。
9. 前記１軸磁界放射源（３２〜３４）は、単一の巻き付け軸のまわりに巻き付けられているターンを有する単一のコイルによって構成されている、請求項８に記載の検出器。
10. 基準系中の物体の位置を特定するシステムであって、
    ・ いくつかの周波数で磁界を放射することができる１軸磁界放射源（３２〜３４）と、
    ・ 前記１軸磁界放射源から放射された磁界の振幅を測定することができるセンサ（１０）とを各々に有しており、
    ・ 前記１軸磁界放射源と前記センサとのうちの一方を、前記基準系に固定されており、前記１軸磁界放射源と前記センサとのうちの他方を、前記物体に固定されている、
    − 少なくとも１つの測定対と、
    − １つ以上の前記測定対によってなされた測定から、前記基準系中の前記物体の位置を特定することができる位置特定モジュール（４２）とを備えているシステムにおいて、
    − 前記システムは、前記１つ以上の測定対による測定結果に擾乱を与える磁界振幅擾乱体を検出するために、前記１つ以上の測定対の１軸磁界放射源およびセンサを自身の１軸磁界放射源およびセンサとしている、請求項８または９に記載の検出器（２６、２７Ａ、２７Ｂ、１０、２４、４０）を備えていること、および
    − 前記位置特定モジュール（４２）は、前記１つ以上の測定対によってなされた、擾乱を受けている測定結果の、前記物体の位置特定に対する影響を制限するために、前記磁界振幅擾乱体の存在の通知の有無に応じて、前記１つ以上の測定対によってなされた、磁界の測定結果に重み付けを行うことができることを特徴とするシステム。

Images