JP2579570B2 - プローブシステム - Google Patents

プローブシステム

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JP2579570B2
JP2579570B2 JP3514795A JP51479591A JP2579570B2 JP 2579570 B2 JP2579570 B2 JP 2579570B2 JP 3514795 A JP3514795 A JP 3514795A JP 51479591 A JP51479591 A JP 51479591A JP 2579570 B2 JP2579570 B2 JP 2579570B2
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ヒトまたは動物の体等の、囲まれた非導
電環境で使用されるプローブシステムに関する。かかる
プローブシステムは、特に内視鏡、より具体的には結腸
鏡用として適している。本発明は、ヒトまたは動物の対
象物の体内におけるプローブの位置を判定する方法にも
関連する。
患者の体内における内視鏡等のプローブの正確な位置
の判定は特に重要である。正確なプローブ位置判定シス
テムがないと、不要な苦痛、実際のせん孔、器具の損
傷、重大な誤診等の問題が生じ得る。更に別の問題は、
長手プローブがループ状になる傾向があることである。
ひとつのプローブ位置判定技術ではＸ線画像を使用する
が、Ｘ線システムはいくつかの難点がある。つまり、比
較的高価で、従って大抵の内視科で容易に利用できな
い。加えて、Ｘ線システムは、保護着衣等、使用上の制
約が増加している。更に、精細度がいくぶん不十分な比
較的小さい二次元画像しか得られない。
本発明の目的は、ヒトまたは動物の体等の、囲まれた
非導電環境内で正確に位置が判定でき、その位置情報が
Ｘ線画像処理に依存しないプローブシステムを提供する
ことにある。
従って、本発明は、囲まれた非導電環境で使用される
プローブシステムであって、プローブと共に移動する少
なくとも１個の検出コイルを有するプローブと、アンテ
ナアレーと、アンテナアレーに交流電気信号を供給して
対応する電気信号を検出コイルに誘導するための電源
と、誘導された信号を処理してアンテナアレーに対する
プローブの三次元位置の表示を生成すべく検出コイルに
接続された電子処理手段とを含むプローブシステムにお
いて、アンテナアレーが、実質的に平面状で互いに直交
するアレー状に配置された長手コイルからなる２組のダ
イポールアンテナを有し、電源が各アンテナコイルに同
時に又は順番に交流電気信号を供給することを特徴とす
る。
本発明は、検出コイルとアンテナアレーとの相互イン
ダクタンスの変化を利用する。アレーの各発信アンテナ
によって検出コイルに誘導される信号を検波し、各アン
テナ位置に対応する電界方程式を解くことによって、検
出コイルの、従ってプローブの三次元位置を決定するこ
とができる。
本発明の一実施例では、座標Ｘ、Ｙ、Ｚおよび極角度
θ、φを有する検出コイルがプローブと共に移動するよ
うに取り付けられ、互いに直交するアンテナコイルの平
面状のアレー即ちグリッドが囲まれた非導電環境の近傍
に取り付けられ、Ｘ及びＹ軸方向にそれぞれ平行に延び
たコイルのアレーがプローブにてアクセスされるように
なっている。グリッドの一つのアンテナコイルが交流信
号を帯びると、相対座標と検出コイル角度に対して完全
に対応する様に変化する電圧が検出コイルに誘導され
る。電源から供給される短い電流パルスによってグリッ
ドの各アンテナコイルが順番に励磁されると、検出コイ
ルによって生成される一連の信号が分析され、検出コイ
ルの座標と角度が求められることになる。内視鏡に使用
された場合、アンテナアレーは、患者の下でアレーのコ
イルがそれぞれＸ及びＹ軸に平行に延びるように、患者
用ベッドの上に取り付けられる。
内視鏡等のプローブは一般に長手部材からなり、その
場合、プローブのいくつかの部分の位置に関する情報が
要求されると考えられる。更に、位置情報に加えて、先
端部の後方でプローブがループ状になる不測の状態の発
生を検出することが望まれる場合もある。一実施例で
は、少なくとも１個の検出コイルがプローブの長手方向
に少なくとも部分的に移動可能になっている。プローブ
に沿って検出コイルを移動させ、逐次その位置を検出す
ることによって、ループ状態になっている等の問題を検
出できる。代案としては、２個以上の検出コイルをプロ
ーブの長手方向に沿って間隔を置いた位置に設け、望ま
しくは１個をプローブ先端付近に配置し、他を先端から
離して置く。そのような複数の検出コイルを使用するこ
とによって、プローブの各部の位置に関するデータを得
ることができる。更に、検出コイルが２個だけでも、ア
レーの１個のアンテナが励磁されたとき、２個のセンサ
ーに誘導された信号の相対位相がプローブの長手方向で
のねじれについての情報を与え、ループ形成の可能性の
警告としてモニターできる。ループの正確な位置は、プ
ローブの長手方向に沿っていくつかのセンサーを取りつ
けることによって検出できる。その場合、相対位相の変
化は、どの部分がねじれてループ状になったかを正確に
示す。
本発明では、プローブの少なくとも１点と、囲まれた
非導電環境の表面の少なくとも２つの既知の点の三次元
座標を得ると、電子処理手段が作動して環境内のプロー
ブの位置の推定値を計算する。このタスクは２つの部
分、つまり、既知の点を補間してプローブのセンターラ
インを見つける部分と、次に環境内の先端位置を推定す
る部分とに分かれる。最初のタスクは、十分な数の点が
既知であれば比較的簡単だが、二番目のタスクはもっと
難しい。例えば結腸鏡の場合、個体の結腸はかなり多様
であるが、利用可能なある種の解剖学上の特性がある。
つまり、Ｓ状及び横行結腸は可動性であることが知られ
ており、上行及び下行結腸は比較的動かない。従って、
内視鏡の異なる点の動きを見ることによって、結腸内の
位置を推定できる。例えば、ある点が内視鏡に直交する
方向に移動すれば、その点がＳ状又は横行結腸内にある
可能性が高い。内視鏡のいくつかの部分の形状からも形
跡が得られる。更に、内視鏡の挿入長さからも情報が得
られる。この情報は、Ｓ状結腸をまっすぐにする引き戻
し等の操作が、挿入長さと内視鏡先端位置との関係を変
えるので、更新する必要がある。プローブ位置を計算す
るアルゴリズムにおいては、いくつかの情報源を組み合
わせることによって不確実さが解決される。先端の位置
が推定されれば、内視鏡を引いて周囲の膨起ひだを示す
のは比較的簡単な事柄である。
電源は、低周波から中間周波の可聴域の周波数、つま
り１〜10kHz、好ましくは約2kHzの交流正弦波信号をア
ンテナに供給することが望ましい。この代替として、無
線周波数の交流電気信号をアンテナに供給する信号発生
器を使用してもよい。
本発明の便利な一実施例では、内視鏡用として、複数
の、例えば７個の検出コイルとその接続用リード線が、
フレキシブルな保護用プラスチック外被、例えば長さが
約2mで、外径が2.5mm未満のプラスチックチューブの内
部に間隔をおいて取り付けられ、これによってコイルを
内視鏡のバイオプシー管の中へ挿入できる。従って、外
被をバイオプシー管内に挿入し、検出コイルの励磁シー
ケンスの操作を行うことによって、内視鏡を改造するこ
となく患者内の内視鏡の全長に亘る位置と像を得ること
ができる。在来内視鏡の改造を必要とする別の実施例で
は、検出コイルが内視鏡の長手方向に沿って間隔を置い
て固定的に取り付けられる。これらのコイルは内視鏡の
軸線と実質的に同軸状に取りつけられ、内視鏡の金属編
組線とプラスチック外被の間に配置される。この実施例
では、バイオプシー管に干渉せずに、内視鏡の位置を連
続的にモニターすることができる。
検出コイルは、前置増幅器と、アンテナアレーによっ
て検出コイルに誘導された交流電圧信号に比例する復調
直流アナログ電圧を生成する位相感応検波器と、電子処
理手段による最終画像の生成処理のためにコイル信号を
デジタル化するアナログ・デジタル（A/D）変換器とを
介して電子処理手段に接続可能である。プローブシステ
ムが複数の検出コイルを含む場合、各検出コイルが固有
の前置増幅器、位相感応検波器およびA/D変換器のチェ
ーンを備えていてもよいし、あるいは、検出コイルに誘
導された信号電圧を順番に検波し、単一の前置増幅器、
位相感応検波器およびA/D変換器のチェーンを使用する
マルチプレックス構成を採用することもできる。
アンテナアレーは、アレーのアンテナの一部または全
部がダイポールアンテナである実質的に平面状のグリッ
ド即ちマトリックスに形成されている。ダイポールアン
テナの使用は、ワイヤリードやリターンワイヤからの信
号の影響を低減する。
アンテナの平面状のアレーは、例えば、７本以上の細
長くて薄いダイポールコイルの直交する２組からなるも
のでよい。各組は、アレーに対する検出コイルの位置の
Ｚ（高さ）およびＸまたはＹ要素を計算するのに十分な
データを与える。この構成は、電子処理手段との組合せ
において、Ｘ及びＹ座標が別々に決定されるので、検出
コイルの位置の迅速な計算を可能にする。
普通の短い両端部を有するダイポールコイルによれ
ば、小さな位置誤差が生じ得る。これは、例えばＹコイ
ルの両端部が電界のＸ成分にわずかながら明らかな影響
を及ぼし、かかる影響は電子処理手段による計算におい
て考慮されないからである。このような影響を効果的に
低減するため、コイルの各ターンの両端部は、いわゆる
「蝶形」端部巻線なる特殊な形状になっていて、これは
有効な短い単ワイヤ部を各コイルの長手方向軸線に直交
するダイポールに変える。かかる構成による電界は、遠
ざかるに従って単ワイヤの場合よりも迅速に減衰し、従
って端部の電界の影響が大幅に減少される。
アンテナアレーに交流電気信号を供給する電源は、ア
レーの複数のアンテナコイルそれぞれを固有の、即ち各
別の周波数で同時に励磁してもよい。このように、すべ
てのアンテナコイルが固有の周波数で同時に発言すれ
ば、プローブの位置を判定するのに費やす時間が短縮さ
れる。検出コイルから情報を得るのに費やす時間が問題
にならない場合は、電源は単一の周波数で各アンテナコ
イルを順番に励磁してもよい。
本発明は、ヒトまたは動物の対象物の体内でのプロー
ブの位置を判定する方法をも提供し、これは、プローブ
と共に移動する少なくとも１個の検出コイルを有するプ
ローブを対象物の体内に挿入し、実質的に平面状で互い
に直交するアレーに配置された長手コイルからなる２組
のダイポールアンテナを有するアンテナアレーを対象物
の近傍に配置し、各アンテナを交流電気信号で同時に又
は順番に励磁し、その結果検出コイルに誘導される信号
を検波し、検波された信号を処理してアンテナアレーに
対するプローブの三次元位置の表示を生成する手順から
なる。
この方法は、アンテナアレーに対する対象物の体の位
置を確定するために、対象物の体外に配設された１個又
は２個以上の基準コイルに誘導される信号を検波するス
テップを更に含むことが望ましい。
本発明がより容易に理解されるよう、以下、図面を参
照するが、図中、 図１は発明の一実施例の概略を示し、 図２はアンテナグリッドの各ダイポールアンテナの巻
線形状の概略を示し、 図３は、アンテナ線が有限長であることを考慮に入れ
るために、電界方程式に補正を加えるのに利用される図
であり、そして 図４は、電界方程式を解くためのアルゴリズムの基礎
となる式の２つの成分の変化を示す図である。
図１を参照すると、プローブシステムは複数のダイポ
ールアンテナ２を平面グリッド状に形成したアレー１を
含み、これは互いに直交する２組のXY方向に伸びる７本
の細長くて薄いコイルで構成されている。各ダイポール
アンテナ２は、例えば、20ターンの銅コイルで形成さ
れ、典型的な寸法は100cm×5cmでよい。グリッドアレー
１内のアンテナ２間の典型的な間隔は7.5cmである。
図２に示すように、ダイポールアンテナコイル２の各
ターンの両端部３は特殊な形状になっている。この理由
は、普通の短い両端部を有するダイポールコイルによれ
ば、例えばＹコイルの両端部が電界のＸ成分にわずかな
がら明らかな影響を及ぼし、小さな位置誤差が生じるか
らである。各ターンに、図示のようないわゆる「蝶形」
端部巻線を設けることによって、このような望ましくな
い電界への影響を効果的に低減する。実際、この構成
は、両端部の短い単ワイヤ部を、そのコイルの長手方向
軸線に直交するネットダイポールに変える。
各アンテナ２は、ツイストリード線2aを介してリレー
ボックス４に接続され、このリレーボックスは各アンテ
ナを順番に交流信号発生器５に接続する。一例では、信
号発生器５はピーク電流が50mAの9kHz正弦波信号を発生
させることができる。
アンテナアレー１に対応して内視鏡プローブ６が設け
られ、このプローブは、プローブと同軸に、その長手方
向に沿って間隔を置いた位置に取り付けられた７個の検
出コイル７を備え、検出コイルの一つはプローブの先端
又はその近傍に取り付けられている。便宜上、２個のコ
イル７のみ図示されている。各検出コイル７は、プロー
ブの金属編組線とプラスチック外被との間に巻回され、
典型的には、高比透磁率（10,000〜100,000の範囲）の
市販の軟フェロ磁性材である筒状Mu金属コアに細い銅線
（48swg）を800ターン巻回したものである。各検出コイ
ル７はツイストペアケーブル８を介して前置増幅器９に
接続され、その増幅器は、検出コイル７に誘導される交
流電圧の振幅に比例する直流電圧レベルを生成する位相
感応検波器10に順番に接続される。位相感応検波器10か
らの信号はA/Dコンバータ11に与えられ、このA/Dコンバ
ータは位相感応検波器の出力の直流信号レベルに対応す
るデジタル信号を生成し、このデジタル信号がマイクロ
プロセッサ12で処理され、マイクロプロセッサに接続さ
れたビデオディスプレイユニット13に表示される。図１
には１個の検出コイル７に対応する回路９、10及び11の
チェーンのみが示されている。
図１のシステムを用いて、ヒトまたは動物の患者の体
の内腔または通路、例えば結腸、の内視検査を行う場
合、平面状のアンテナアレー１を患者用ベッドの上の患
者の下に配設する。患者用ベッドの一部を構成する大き
な一枚板に適切に形成した切り欠き溝にアンテナ２の多
重巻きコイルを巻回することによって、アンテナアレー
を形成すると都合がよい。このようにすれば、アレーは
永久的に設置され、内視検査時の患者の位置決めや姿勢
変更の妨げにならない。アンテナアレー上に患者が位置
付けられ、内視鏡プローブ６が患者の結腸に挿入された
後、リレーボックス４と信号発生器からなる交流電源に
よって各アンテナ２が順番に励磁される。その結果検出
コイル７に誘導される信号が回路９、10及び11のチェー
ンを介してマイクロプロセッサ12に与えられ、マイクロ
プロセッサは信号をプローブの三次元位置に換算する。
各コイル７のXYZ座標と軸方向ベクトルは、各アンテナ
２から誘導される信号を比較し、各アンテナ位置に対応
するある種の電界方程式を解くことによって決定でき
る。
患者の体の予め定められた位置に別の複数の検出コイ
ル（図示せず）が配設されることにより（ボディマーカ
ー）、共通の基準フレームとしてのアレー１に対する胴
体の位置がわかる。これにより、患者の体に対する内視
鏡の位置と形状が計算できる。
マイクロプロセッサによる検出コイルの位置の判定
は、２個のコイル間の相互インダクタンスの積分方程式
に依存する。一般的なコイル配置の場合は、相互インダ
クタンスの測定により検出コイルの座標を方程式（フォ
ン・ノイマンの式）から直接決定することはできない。
そこで、本発明の目的のために以下のように単純化す
る。
（ｉ）各検出コイル７は面積が小さく、点磁気誘導検出
器と見なすことができる。
（ii）アンテナアレー１はＸ及びＹ成分の決定を分離さ
せる。ダイポール２の各セット（Ｘ及びＹ）にとって、
信号は各セットの長手方向軸に沿う検出コイルの位置に
は無反応である。
（iii）各コイルの幅（ダイポールは十分に小さい）に
より、各アンテナによって作られる電界は、長い１本の
ワイヤによる電界のワイヤ位置に対する導関数と見なす
ことが、近似的に十分可能である。
このように単純化しても、検出コイルのXYZ座標を決
定するための正確な解析方法はない。近似的で反復的な
方法を採らなければならない。出願人の方法は２つのス
テップからなる。
（ａ）第１ステップは、Ｘ及びＹのダイポールセットに
それぞれ対応する相互インダクタンスの測定値からXYZ
座標の最初の推定値を得るために、下記の関数の空間的
性質を利用する。これにより、モデル方程式をデータに
当てはめるために第２段階で行われるべきサーチの範囲
を大幅に狭める。
（ｂ）第２ステップでは、反復アルゴリズムが、修正さ
れた推定値がデータに、より良く適合するかどうかを各
段階でチェックしながら、Ｘ、Ｙ軸の狭められた範囲を
サーチする。
この方法では、Ｚの２つの独立した推定値が得られ、
これらを最終推定値の正確さのチェックに使用できる。
以下はステップ（ａ）および（ｂ）のより詳細な説明
である。
解くべき式は以下の通りである。
座標xiでＹ軸に平行な無限長のまっすぐなワイヤと、
座標x,y,zにある１個のコイル７との間の相互インダク
タンスの式は、 Mi＝（nxz＋nz（xi−ｘ））／（（xi−ｘ）２＋z2）
（１） ここで、［nx,ny,nz］はコイルの軸方向ベクトルで、
その大きさはワイヤ中の電流とコイルの寸法とターン数
によって決まる。同様な式によって、Ｘ軸に平行なワイ
ヤに対する位置と相互インダクタンスとが関連付けられ
る。
無限のワイヤをダイポール２に代えた場合、相互イン
ダクタンスは、コイルＡを電流ｉが流れるときにコイル
Ｂに誘導される磁束の式（つまり、φＡ＝MABiB）の微
分であるとして概算する。従って、ｘに関して、 Mi′＝（2nxz（xi−ｘ） ＋nz（（xi−ｘ）２−z2））／（（xi−ｘ）２＋z2）２
（２） ダイポールの式の定留点は重要なので、Miの２階微分
を考慮することも便利である。つまり、 Mi″＝（2nxz（３（xi−ｘ）２−z2） ＋2nz（xi−ｘ）（（xi−ｘ）２ −3z2））／（（xi−ｘ）２＋z2）３ （３） 上式はワイヤ長が無限であると仮定している。しか
し、実際には、有限長のワイヤが使用される。補正は、
誘導電圧がより低い事実を考慮して行われる。従って、
図３で、α１及びα２がコイル７と発信ワイヤの両端と
を結ぶ線と、コイルからワイヤへ下ろした垂線とが成す
角度とすれば、誘導電圧の低下は下式による。
2/（Sin（α１）＋Sin（α２）） （４） 単ワイヤの式の直接の解を得ることもできる。つま
り、式（１）から下式が得られる。
2Mixix−Mi（z2＋x2）＋xinz＋nxz−nzx−Mixi 2＝０
（５） ここで、下式の置き換えを行う。
s1＝（z2＋x2） （６） s2＝（nxz−nzx） （７） すると、４個の変数ｘ、nx、s1、s2の一次方程式が得
られ、これは４本のワイヤからの４個の読取値（ｉ＝0,
1,2,3）によって解くことができる。ｚとnzの値は、４
つの一次方程式を解いた後、単純二次方程式（６）及び
（７）から得られる。
この解法を試すべく実験システムを考案し、100平方c
mの面積を用いたところ、ｚの値が5cmより大きければう
まくいくことが判明した。計算を更に検討すれば、要求
される作動範囲に亘って安定した解がこの方法により得
られると確信する。
この方法は、個々のワイヤからの読取値の相対的大き
さに決定的に依存するので、有限長α補正率を適用しな
ければならない。これらの補正率を加えることは、この
解法の次数を高め、直接計算することができなくなる。
しかし、反復法を以下のように簡単に適用できる。
（ｉ）直接一次解を用いて検出コイル７の位置の推定値
を計算する。
（ii）各測定について、コイルの推定位置にもとづくα
補正を計算する。このファクターにより逆に測定値を補
正する。
（iii）検出コイル位置推定値を再計算する。
（iv）新推定値が旧推定値に十分近ければ終了し、さも
なければステップ（ii）に戻る。
このアルゴリズムは、シミュレートされたデータと共
に満足に働くことがわかった。しかし、単ワイヤを用い
るよりダイポールアンテナ２を用いたほうがより良い結
果が得られることに鑑み、更なる検討は中止した。
ダイポールの式（２）には未知数が４個しかないが、
４次項は、４組の読取値から直接解が得られないことを
意味する。
ダイポールの式の４次項は、未知数が４個しかないに
もかかわらず、４つの測定値から直接解答が得られない
ことを意味する。反復的な解法を使用しなければならな
いか、あるいは過度に詳細な式体系が要求される。後者
は上記と同様の方法で行われる。ダイポールの式を乗算
し、共通の係数を持つ項をまとめると、下式を得る。
Mixi−4Mixi 2（3x2＋z2）−4Mixi（x3＋xz） ＋Mi（x4＋z4＋2x2z2）−xi 2nz＋2xi（nzx−nxz） ＋（2nxzx＋nzx2）＝０ （８） 前回と同様に、下式による置き換えを行うことによ
り、式（３）を一次式にすることができ、７個の変数
（x,nz,s1,s2,s3,s4,s5）の式体系を得る。
s1＝（3x2＋z2） （９） s2＝（x3＋xz） （10） s3＝（x4＋z4＋2x2z2） （11） s4＝（nzx−nxz） （12） s5＝（2nxzx＋nzx2） （13） 解を得た後、式（９〜13）の解からｚとnxの値が得ら
れる。この解法は以下の理由でテストされていない。第
一に、７個の測定点の大きさに依存するため、ダイポー
ルの有限長に対して補正する必要がある。これは７×７
の行列上でのガウス消去を含む反復プロセスを必要と
し、従って計算が非常に遅い。第二に、４次項があるた
め誤差が生じやすい。
そこで、電界方程式を解くための迅速な反復アルゴリ
ズムを開発した。それは、単ワイヤ又はダイポールの両
方に対して公式化できる。例えば、後者の形は以下のよ
うになる。
このアルゴリズムは、方程式が２つの成分、即ち 2z（xi−ｘ）／（（xi−ｘ）２＋z2）２ （14） 及び （（xi−ｘ）２−z2）／（（xi−ｘ）２＋z2）２（15） の一次結合であるという事実にもとづく。
これらは図４に示されている。nz成分はコイルの位置
でピークになり、ピークから距離ｚの箇所でゼロにな
る。nx成分は同じ場所でゼロになり、コイルの位置から
距離 の箇所で２つのピークを持つ。図４で、曲線は正のnxと
nzを仮定して描かれている。これら２本の曲線を合成し
て得られるグラフは、ピークの右側の、正の（nx）成分
の負の（nz）成分に等しくなる点でゼロになるはずであ
る。このゼロは、コイルの位置からｚより短い距離の箇
所に生じるはずである。また、合成グラフはコイル位置
の左側でピークを示すはずである。そのピークは、nz成
分の負の勾配がnx成分の正の勾配と等しくなるときに生
じる。これは、nz成分の勾配がゼロになるコイル位置
と、nx軌跡の勾配がゼロになる負のピークとの間のどこ
かに生じる。従って、ピークはコイル位置から最大で の箇所になる。また、合成曲線は、コイルの右側に距離
がｚを超える箇所で、より小さいピークを有し、コイル
の左側に別のピークとゼロが生じ得る。両軌跡の振幅は
コイル位置から遠ざかるにつれて急に小さくなるので、
これらのピークは（nz＞０であるから）主ピークに近い
ものより明らかに小さいはずである。同様に、他にゼロ
があれば、それは主ピークから更に遠いことも明かであ
る。従って、ある測定値のセットが与えられれば、コイ
ルが最大ピークと、それに最も近くて より近いゼロとの間に位置することが分かる。同様のこ
とが、nxとnzが両方とも負か、異なる符号の場合にも当
てはまる。
このアルゴリズムは最大ピークとそれに最も近いゼロ
との間の二分サーチである。コイル位置の推定値、例え
ばxcが得られたとすれば、 uz＝xc−xz （16） up＝xc−xp （17） ここで、xzとxpはピークとゼロの位置である。よって以
下の式が得られる。
Mg＝nz/z2 （18） Mp＝（2nxz up＋nz（up2−z2））／（up2＋z2） （19） 2nxz uz＝−nz（uz2−z2） （20） 2nxz（3up2−z2）＝−2nz up（up2−3z2） （21） 最も正確な推定のために、式（18）、（20）、及び
（21）を解いてnx、nz、及びｚの推定値が得られる。そ
の結果のグラフを実データと比較する。ピークから最も
近いゼロまでの範囲から外れる点については、ゼロに近
すぎる推定値は推定される大きさが大き過ぎる結果とな
り、その逆もいえる。このことは二分サーチによる推定
値xcの改善方法を選択するための簡単な基準を与える。
式（19）は本検討において式（21）の代わりに使用され
た。この式（19）は、ピークの位置が既知である必要が
なく、どんな大きさでもよいという利点を有する。しか
し、ピークで又はその付近で測定された大きさに依存す
るので、不正確な解を生じ、従って有限のダイポール長
のための補償を必要とする。ピークとゼロの位置がダイ
ポール長によって変化しない点に注意を要する。
上述した方法には二つの問題が見つかっている。第一
に、最も近いゼロが測定された範囲内にない場合があ
る。これは測定データの延長推定により部分的に解決で
きるが、このテクニックは誤りが生じ易く望ましくな
い。もしも、測定範囲が、コイルが位置される範囲を超
える最大操作高さまで拡張されれば、この問題は生じな
い。これは、一次元で内視鏡を使用する場合に可能であ
る。その方向での解が求まれば、ｚの既知の値を用い
て、他の方向でのより正確な延長推定を行うことが可能
となる。
第二の問題は、nxとnzの値が共にゼロに近い場合に発
生する。この場合、非常に低い測定値が得られる。この
状態は、軌跡が直交方向に、対称なピークと共に明らか
なゼロを呈することから判別できる。この場合の一つの
解決法として、この特殊なケースを局所化する形状の代
替コイルセットを使用することが考えられる。ｘ（又は
ｙ）座標を除いて、コイルに関するすべてが既知である
ので、この構成はごく簡単なままでよい。
具体的な実施例を説明したが、添付の請求範囲に記載
された発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更を
なし得ることが理解されるであろう。例えば、７×７の
アンテナアレー１が示され、説明されているが、もっと
大きい平面状グリッドアレーも可能である。更に、検出
コイル７を内視鏡プローブの固定位置に取り付ける代わ
りに、前置増幅器への接続用リード線を備える１個又は
２個以上のコイルを、内視鏡のバイオプシー管に沿って
プローブの長手方向に挿入、移動できる保護用プラスチ
ック外被の内部に、間隔を置いて配設してもよい。各検
出コイル７に個別の回路９、10、及び11のチェーンを設
ける代わりに、複数の検出コイルを単一の上記チェーン
に順番に接続するマルチプレックスシステムを使用する
こともできる。マイクロプロセッサ12が、アレー１のダ
イポールアンテナ２を予め定められた順序で励磁するた
めに、リレーボックス４のスイッチングを制御するよう
にしてもよい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 米国特許4317078（ＵＳ，Ａ) 国際公開90／2514（ＷＯ，Ａ)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】囲まれた非導電環境で使用されるプローブ
    システムであって、プローブと共に移動する少なくとも
    １個の検出コイル（７）を有するプローブ（６）と、ア
    ンテナアレー（１）と、このアンテナアレー（１）に交
    流電気信号を供給して対応する電気信号を検出コイルに
    誘導するための電源（４、５）と、誘導された信号を処
    理して前記アンテナアレー（１）に対する前記プローブ
    （６）の三次元位置の表示を生成すべく検出コイルに接
    続された電子処理手段（12）とを含むプローブシステム
    において、 前記アンテナアレー（１）が、実質的に平面状で互いに
    直交するアレー状に配置された長手コイルからなる２組
    のアンテナコイル（２）を有し、前記電源（４、５）が
    各アンテナコイル（２）に同時に又は順番に交流電気信
    号を供給することを特徴とするプローブシステム。
  2. 【請求項２】前記電源（４、５）が、前記アンテナコイ
    ル（２）に可聴周波数の交流電気信号を供給する請求項
    １に記載のプローブシステム。
  3. 【請求項３】前記プローブ（６）が長手部材からなり、
    複数の前記検出コイル（７）が前記プローブの長手方向
    に沿って間隔を置いた位置に配設されている請求項１又
    は２に記載のプローブシステム。
  4. 【請求項４】前記プローブ（６）が内視鏡であり、前記
    検出コイル（７）が内視鏡のバイオプシー管内に設けら
    れている請求項１〜３のいずれか１項に記載のプローブ
    システム。
  5. 【請求項５】前記検出コイル（７）が、前記プローブ
    （６）に、それと実質的に同軸状に取りつけられている
    請求項１〜４のいずれか１項に記載のプローブシステ
    ム。
  6. 【請求項６】前記検出コイル（７）が、その検出コイル
    （７）に誘導された交流電圧信号に比例する復調交流ア
    ナログ電圧を生成する位相感応検波器（10）を介して前
    記電子処理手段（12）に接続可能である請求項１〜５の
    いずれか１項に記載のプローブシステム。
  7. 【請求項７】前記検出コイル（７）が、前置増幅手段
    （９）を介して位相感応検波器（10）に接続され、この
    位相感応検波器が、その検波器（10）にて生成される直
    流信号を、前記電子処理手段（12）にて処理されるデジ
    タル信号に変換するA/D変換手段（11）を介して前記電
    子処理手段（12）に接続されている請求項６に記載のプ
    ローブシステム。
  8. 【請求項８】前記電源（４、５）が、前記アンテナアレ
    ー（１）の各アンテナコイル（２）に周波数の異なる交
    流電気信号を同時に供給する請求項１〜７のいずれか１
    項に記載のプローブシステム。
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