JP4156195B2 - ３軸コイルセンサー - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は医療診断および治療用のシステムに関し、特に、患者の体内における位置、配向、またはこれらの両方を検出するための基準フィールド・トランスデューサおよびプローブ・フィールド・トランスデューサを用いる医療プローブの使用に関する。
【０００２】
【背景技術】
被験体または患者の体内にカテーテルのようなプローブを導入する医療方法が多くある。心臓カテーテル処理および神経外科手術のような処置において、医者や外科医は体内におけるプローブの先端部の位置を知ることが必要である場合が多い。この目的のためにＸ線透視法や超音波のような画像処理方法が使用される場合があるが、これらの方法が常に実用的または望ましいとは限らない。例えば、これらのシステムは一般に処理中にプローブおよび患者の継続的な画像処理を必要とする。加えて、Ｘ線透視システムは患者や医者を相当なイオン化性放射線に暴露するために望ましくない場合が多い。
【０００３】
患者の継続的な画像処理を必要とせずに患者の体内におけるプローブまたはカテーテルの先端部の位置を検出するための多くの位置決めシステムが提案されている。例えば、これらのシステムは本明細書に参考文献として含まれる米国特許第５，５５８，０９１号、同第５，３９１，１９９号、同第５，４４３，４８９号、および特許出願公開第ＷＯ ９４／０４９３８号および同第ＷＯ ９６／０５７６８号に開示されているものを含む。また、必ずしも医療用途ではない別の電磁追跡システムが米国特許３，６４４，８２５号、同第３，８６８，５６５号、同第４，０１７，８５８号、同第４，０５４，８８１号および同第４，８４９，６９２号に記載されている。
【０００４】
上記の米国特許第５，５５８，０９１号、同第５，３９１，１９９号および同第５，４４３，４８９号、および特許出願公開第ＷＯ ９４／０４９３８号はホール効果（Hall effect)装置、磁気抵抗装置、プローブを担持するコイルまたは別のアンテナのような１個以上のフィールド・トランスデューサを用いるプローブの位置（すなわち、位置、配向、またはこれらの両方）を決定する。これらのトランスデューサは一般にプローブの先端部またはこの近くに配置されるか、プローブの先端部に対して正確に知られた位置に配置されている。このようなシステムはさらに基準の外部フレームを得るために体の外側に配置される１個以上の基準フィールド・トランスデューサを利用している。これらの基準フィールド・トランスデューサは非イオン化性の場または磁場、電磁放射線または超音波振動のような音響エネルギーのような場の成分を伝送して検出するように動作する。外部基準フィールド・トランスデューサとプローブ・フィールド・トランスデューサとの間に場を伝送することにより、これらの装置の間における場（field)の伝送の特性が決定できて、基準の外部フレームにおけるプローブの位置および配向を決定するために使用できる。
【０００５】
例えば、上記米国特許第５，５５８，０９１号に記載されるように、外部フィールド・トランスデューサの基準のフレームは磁気共鳴画像処理データ、コンピュータ処理化軸方向断層Ｘ線撮影（「ＣＡＴ」）データ、または従来的なＸ線画像処理データのような画像データの基準のフレームと共に整合できるので、このシステムから得られる位置および／または配向データは患者の身体の画像に重ね合わせたプローブの表現として表示できる。医者はこの情報を用いてプローブを患者の体内の所望の位置に案内して、治療およびその体内構造の測定中にプローブの位置および配向をモニターできる。このような構成は体内構造中におけるプローブの先端部を操縦する医者の能力を大幅に高めると共に、感触のみにより体内のプローブを操縦する従来の方法よりも優れた利点を有している。このシステムは操縦の目的のために周囲組織の光学画像を得る必要がないので、光学素子に適応するには小さすぎるプローブと共に使用できる。さらに、これらのトランスデューサを基本とするシステムは処理中におけるプローブおよび患者の継続的な画像処理によるプローブの操縦に伴う困難さを回避することができ、例えば、Ｘ線透視システムにおいて固有のイオン化性放射線への長時間の暴露を回避できる。
【０００６】
このようなシステムは一般に基準フィールド・トランスデューサまたはコイルを使用しており、これらの素子は手術室の天井のような場所において固定した移動不能なアレイ状に備え付けられるか、手術用またはカテーテル処理用のテーブルに固定される。このシステムが患者の体内のプローブの場所を追跡するために使用される医療用途においては、上記のコイルの取り付けが医者の患者に対する自由な接近を妨害することが起こり得る。
【０００７】
例えば、上記特許出願公開第ＷＯ ９４／０４９３８号はカテーテルの先端部の近くにおいて複数の非同心円状のコイルを使用するカテーテル・システムを記載している。これらのコイルは外部から供給された磁場に応じて信号を発生し、このことにより６種類の位置および配向の座標の計算が可能になり、同時的な画像処理を必要とすることなくカテーテルの配置を知ることができる。好ましくは、少なくとも３個のこのようなコイルまたは放射体を、カテーテルを導入する身体領域の近くにおける体外の固定した場所に配列する。例えば、心臓のカテーテル処理において、この処理中に患者は一般に背臥状態であり、３個の放射体が一般に患者の胸部の下方に固定した同一平面内に三角形状の配列で固定配置されていて、各コイルの中心が約２ｃｍ乃至４０ｃｍ離れている。また、脳内に挿入したカテーテルまたはプローブの位置および配向を決定する場合は、上記のトランスデューサまたはフィールド放射コイルを患者の頭部の近くに配置することが望ましい。しかしながら、神経外科手術においては、患者は座っていたり、直立状態であったり、下向きの場合がある。それゆえ、上記のような３個の放射体を保持する三角形のフレームは頭部の下方に使用感良く安定に配置することができない。しかしながら、このフレームを頭部の上方または側方に配置することは一般に外科医のプローブおよび手術器具の操作を妨害する。
【０００８】
それゆえ、上記の基準フィールド・トランスデューサの配置を調節および最適化することにより、上記のプローブ追跡システムおよび人体に対して電磁場またはその他の非イオン化性のエネルギーの場を供給することに関するその他のシステムの精度および有効性を高めることが望まれている。このようなトランスデューサの配置を柔軟に行うことにより、位置決めシステムの感度を増加する最良の可能な位置に各トランスデューサを移動して個々の場合に適応したトランスデューサの配置が可能になる。
【０００９】
【発明の開示】
本発明の態様の一例は患者の体内におけるプローブの配置を決定するためのシステムを提供する。本発明のこの態様に従うシステムは１個以上のプローブ・フィールド・トランスデューサを取り付けたプローブを備えているのが望ましい。さらに、１個以上の基準フィールド・トランスデューサが備えられている。この開示において使用される用語の「フィールド・トランスデューサ（field transducer）」は磁場、電磁場、音響または光学的な場（field)のような非イオン化性の場を伝送できる装置を含み、このような場の１個以上の成分を検出できる装置も含む。本発明のこの態様に従うシステムにおいて、基準フィールド・トランスデューサは互いに独立して移動可能であり、使用者により患者の身体に対して所望の、使用者により選択された、個々の場合に適応できる場所に位置決めできる。最も好ましくは、このシステムは基準フィールド・トランスデューサを患者の身体上に取り付けるための手段を備えている。特に好ましい配列構成において、これらの基準フィールド・トランスデューサは互いに機械的に接触することがなく、各基準フィールド・トランスデューサは他の基準フィールド・トランスデューサの配置による機械的な拘束を受けることなく使用者により所望の任意の位置に配置できる。さらに校正手段（calibration means)が備えられていて、当該手段は、例えば、基準フィールド・トランスデューサが患者の身体上に取り付けられている等、基準フィールド・トランスデューサが所望の位置に配置されている間に当該フィールド・トランスデューサの互いの相対的配置を決定する。単一の目的物についてこの開示において使用する用語の「配置（disposition）」は当該目的物の位置、目的物の配向、またはこれらの両方を意味する。また、任意の２個の目的物についてこの開示において使用する用語の「相対的配置（relative disposition）」は１個の目的物から他の目的物までの方向、１個の目的物から他の目的物までの距離、またはこれらの両方を意味し、各目的物の基準のフレーム内における他の目的物の配向も含む。最も好ましくは、上記校正手段は各フィールド・トランスデューサの互いに対する相対配置の全てのパラメータを完全に決定するように配列構成されていて、各フィールド・トランスデューサから他の各フィールド・トランスデューサまでの距離および方向、全てのフィールド・トランスデューサの配向が完全に分かるようになっている。
【００１０】
このシステムはさらに基準フィールド・トランスデューサおよびプローブ・フィールド・トランスデューサを駆動して当該基準フィールド・トランスデューサと伝送される各場を検出する１個以上のプローブ・フィールド・トランスデューサとの間に１種類以上の非イオン化性の場を伝送するための伝送手段を備えている。例えば、この伝送手段が基準フィールド・トランスデューサを駆動して磁場または電磁場を伝送する場合に、プローブ・フィールド・トランスデューサが１個以上のプローブ・フィールド・トランスデューサにおいて受信される場の特性を検出する。さらに、基準フィールド・トランスデューサの基準のフレームにおけるプローブの配置を決定するために計算手段が備えられている。この計算は検出した場の特性および基準フィールド・トランスデューサの互いに対する相対配置に基づいて行われる。
【００１１】
上記の基準フィールド・トランスデューサは患者の身体上またはその近くに独立して配置可能であるので、これらを最適な配列構成に配置して特定の処理中にプローブを配置する必要のある特定関与領域内の良好な感度および信号−ノイズ比を得ることができる。さらに、上記の基準フィールド・トランスデューサ位置決めが外科手術またはその他の医療処理のための接近行為を妨げないように選択できる。後にさらに説明するが、基準フィールド・トランスデューサにより定められた基準のフレームは既に得られた画像の基準のフレームに整合可能であり、プローブの表現はこの既に得られた画像に重ね合わせて表示できる。基準フィールド・トランスデューサが患者の身体上に取り付けられている好ましい実施形態において、これらの基準フィールド・トランスデューサにより定められる基準のフレームは患者と共に移動する。それゆえ、既に得られた画像との整合は患者の移動に関わらず調節や再整合を要することなく維持できる。本発明の別の実施形態によるシステムにおいては、上記の校正手段および計算手段が基準フィールド・トランスデューサの相対配置を周期的に再決定し、プローブの配置を当該再決定された基準フィールド・トランスデューサの相対配置に基づいて再決定するように配列構成されている。例えば、このシステムが周期的に動作して、各周期が基準フィールド・トランスデューサの相対配置の再決定処理およびプローブ配置の決定処理を含んでいる。言い換えれば、基準フィールド・トランスデューサの基準のフレームがプローブ配置の各測定処理の前に更新される。あるいは、基準フィールド・トランスデューサの配置が周期的に更新できる。これらのシステムは基準フィールド・トランスデューサの、例えば腹部または胸郭の表面上等の、身体における移動可能な要素の上への取り付けを可能にする。
【００１２】
上記の校正手段は１個以上の基準フィールド・トランスデューサに取り付けた１個以上の校正フィールド・トランスデューサを備えていてもよい。これにより、１個以上の基準フィールド・トランスデューサが１個以上の校正フィールド・トランスデューサとの基準組立体の状態で備え付けられる。この校正手段は、例えば別の基準組立体の基準トランスデューサから伝送された場として、各校正フィールド・トランスデューサに、または、各校正フィールド・トランスデューサから伝送される非イオン化性の場を検出することにより、基準フィールド・トランスデューサの相対配置を決定するように配列構成されている。
【００１３】
本発明の別の態様は患者の体内におけるプローブの配置を決定する方法を提供する。望ましくは、本発明のこの態様による方法は１個以上のプローブ・フィールド・トランスデューサを有する前述のようなプローブを備える工程と、使用者により選択された個々の患者の身体の必要性に対応する位置に、必要に応じて互いに対して独立して位置決め可能な複数の基準フィールド・トランスデューサを位置決めする工程にとより構成されている。この装置について既に説明したように、基準フィールド・トランスデューサの互いに対する装置配置が決定されると同時に基準フィールド・トランスデューサがそれらの所望の位置に配置される。その後、プローブは、プローブ・フィールド・トランスデューサと基準フィールド・トランスデューサとの間の１個以上の非イオン化性の場を伝送してこれらの場を検出することにより位置決めされる。この結果、プローブの基準フィールド・トランスデューサに対する相対配置が検出された場の特性および基準フィールド・トランスデューサの互いに対する相対配置により決定される。上記の各装置について説明したように、基準フィールド・トランスデューサの相対配置は頻繁に再決定されるのが望ましい。
【００１４】
本発明のさらに別の態様は患者の体内に伝達される、または、患者の体内から伝達される非イオン化性の場を発生または検出するための装置を含む。本発明のこの態様による形態は複数の基準フィールド・トランスデューサと、医療患者の身体に近接する必要に応じた場所に互いに対して独立して各基準フィールド・トランスデューサを配置するための手段とを備えている。本発明のこの態様による装置は上述したシステムおよび方法において利用できる。このような配置手段は、例えば、患者の身体に係合できる接着手段またはその他の固定装置等の、患者の身体に各基準フィールド・トランスデューサを固定するための手段を含んでいてもよい。また、本発明のさらに別の態様は複数の別々の基準フィールド・トランスデューサと、当該基準フィールド・トランスデューサを患者の身体に固定するための接着剤またはその他の固定装置のような手段とを備えている装置を含む。本発明のさらに別の態様は動作中に熱を発生するコイルまたはその他のフィールド・トランスデューサを内蔵する基準フィールド・トランスデューサ組立体と、当該コイルを収容するハウジング構造とを備えている。この組立体は動作中に患者に対向する前面部と後面部を有している。さらに、上記コイルにおいて発生する熱による前面部の加熱を制限するための手段が上記ハウジング内に備えられている。例えば、このハウジングはコイルと前面部との間に配置された熱絶縁体を備えており、ハウジング内においてまたは後面部を介して熱を消失させるための手段を備えることもできる。本発明の上記およびその他の目的、特徴および利点は図面に基づく以下の詳細な説明によりさらに明らかとなる。
【００１５】
本発明は患者の体内における医療用プローブの位置および配向を検出するために使用される磁場センサーに関係する。本発明のセンサーは独立して位置決め可能な基準トランスデューサ組立体として使用するのに特に適している。このような組立体は、例えば、その開示が本明細書に参考文献として含まれる「位置決めシステムにおいて独立して位置決め可能なトランスデューサ（Independently Positionable Transducers for Location System）」（‘６５０特許出願）と題する共有で同時係属の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９７／０２６５０号において記載されるものがある。
【００１６】
【本発明を実施するための態様】
本発明の一実施形態によるシステムは基端部２２および先端部２４を有するチューブまたはカテーテル２０の形態の細長いプローブと共に使用される。プローブ・フィールド・トランスデューサまたは位置センサー３０を内蔵するプローブ本体部分２８がカテーテル２０の先端部２４に物理的に接続している。プローブ・フィールド・トランスデューサ３０は磁場または電磁場を検出するように配列構成されたセンサーの形態で備え付けられているのが好ましい。例えば、プローブ・フィールド・トランスデューサ３０は上記の米国特許第５，５５８，０９１号に開示される種類の多軸式固体位置センサーとすることができる。このようなセンサーは相互に直角方向の磁場成分に対して感応する複数のトランスデューサを内蔵している。別の適当な位置センサーとして、上記の米国特許第５，３９１，１９９号および特許出願公開第ＷＯ ９６／０５７６８号に開示されるようなコイルが含まれる。これらのコイルは直角方向の場の各成分を検出できる単一コイルまたは複数の直交コイルとして備え付けることができる。
【００１７】
細長いプローブまたはチューブ２０は患者の身体内において所望の場所に操縦可能に構成および配列されている。例えば、チューブ２０は従来的なカテーテル、内視鏡、腹腔鏡等の構造を有することができる。また、このチューブ２０の寸法および形状は治療する身体の領域によって決まる。このプローブは治療、計測または観察、および体内の組織サンプルまたはその他の物質を捕捉する等の医療処置を行うために体内に挿入されて進入することができるほとんどあらゆる装置を内蔵できる。さらに、このチューブ２０は装置の基端部またはハンドルから操作可能な鋏や鉗子等の外科手術器具のような従来的な体内医療器具に適応できるように構成できる。このような外科手術器具は内視鏡、関節鏡または腹腔鏡による外科手術、あるいは従来的な生検サンプリング装置において共通に使用される種類の任意の従来的な外科手術器具とすることができる。しかしながら、体内に挿入できるほとんどあらゆる器具または装置がプローブとして機能できるので、用語の「プローブ（probe)」は任意の特定の形態に限定されるものではないと理解するべきである。
【００１８】
上記の装置はさらに一組の基準組立体５０を備えており、この場合に、３個の分離した組立体が患者の身体上に、必要に応じて、適応可能な位置に、直接取り付けられている。図２および図４に最良に示すように、各基準トランスデューサ組立体５０は細いゲージ・ワイヤにより製造された円筒形コイル１００を備えている。このコイルは約２０００巻きの線を含んでいて、直径が３インチ以下乃至４インチ以下で、高さが１／４インチ以下のコイルを形成しているのが好ましい。このようなコイルは現在においてミネソタ州、ミネアポリスのMinco によりヒーター・コイルとして販売されている。各円筒形のコイルは円筒形のボビン３００上に形成されて、当該コイルと同心のコイル軸３０２を定めている。さらに、各基準組立体５０は前方パネル３０４および後方パネル３０６を内蔵するハウジングを備えている。これらの構成要素はポリマーのような非強磁性材料、非強磁性金属、および使い捨て可能な医療装置において従来的に使用されているその他の材料により形成できる。前方パネル３０４はクッション層３０８を備えており、このクッション層３０８はその露出した前面部３１０上に接着性コーティングを有している。それゆえ、前方パネル３０４およびその露出した接着性コーティングを有する前面部３１０はコイル軸３０２をほぼ垂直に横切って延在している。さらに、剥離フィルム３１１の層が表面部３１０の上に着脱自在に配置できる。この層３１１は輸送や取り扱いにおいて表面部３１０上の接着剤を保護するが、組立体の使用中は除去される。なお、接着性の層３１０の代わりに、上記の基準組立体は弾性帯、ストラップ、クランプ、または患者の身体に当該組立体を固定するためのその他の装置のような形態を有していてもよい。あるいは、または、さらに、上記のハウジング要素３０４および３０６は上記組立体を固定保持するための縫合線のような使用者により供給される取付装置と協働作用する穴または結び付け点のような形態を有していてもよい。さらに別の形態においては、上記の取付形態がボビン３００上における基準フィールド・トランスデューサまたはコイル１００上に直接設けられていて、ハウジング要素が省略できる。
【００１９】
後面部３０６はコイル１００の動作中に発生する熱を放散させるための換気口３１２を備えている。さらに、熱の伝導性および放散を高めるための別の既知の形態を後面部に備えることができる。例えば、後面部はフィン（ひれ）を備えていて、アルミニウムのような高い熱伝導性の非磁性材料により製造できる。あるいは、または、さらに、コイル１００を囲むハウジングのこの領域を高い比熱の材料、または、好ましくは約４０℃乃至５０℃のような正常な体温よりも僅かに高い温度で溶融して融解の潜熱において熱を採るのに適した構成の融解可能な材料で充填することができる。さらに、例えば、水や空気のような冷却媒体を組立体内で循環したり、外部の熱転移装置に循環するためのコイルを備え付ける等、電気的な組立体を冷却するための別の既知の装置を備え付けることができる。また、熱電冷却装置を使用することもできる。これらの熱放散性および熱吸収性の形態は前方パネルの前面部３１０における温度上昇を制限することを目的としている。後にさらに説明するが、前方パネルは動作中に患者に対向して配置されている。この前方パネル３０４およびクッション層３０８はほぼ断熱性の特性を有していて、これにより前面部３１０における温度上昇を制限することもできる。
【００２０】
複数の校正トランスデューサ・ソケット３１４がコイル１００に対して固定した位置にハウジングに一体に形成されている。図４に最良に示すように、各トランスデューサ・組立体５０はコイル１００の周辺部に配置された３個のソケット３１４を有している。図示の特定の形態において、望ましくは、これらのソケットはコイル軸３０２の周りの離間した場所に配置されて、コイル軸３０２に対して垂直な平面内の三角形の各頂点を形成する。各ソケット３０４は校正フィールド・トランスデューサ３１６を受容して、同一の基準組立体５０のコイル１００に対して所定の位置および配向で当該校正フィールド・トランスデューサを保持するように構成されている。図３において最良に示すように、望ましくは、各校正フィールド・トランスデューサ３１６は３種類の相互に直交する方向における磁場成分を検出するように構成された一組の３個の直交したトランスデューサ素子３１８，３２０および３２２を備えている。これらの活性なトランスデューサ素子はホール効果型または磁気抵抗性のトランスデューサのような固体トランスデューサとすることができる。あるいは、これらの活性トランスデューサは相互に交差する軸上に巻いたコイルであってもよい。これらの活性素子３１８，３２０および３２２は外部パッケージまたはハウジング３２４の中に収容されている。各ソケット３１４および／または校正フィールド・トランスデューサ３１６のハウジング３２４およびソケット３１４はスナップ、ピン、クラスプおよびその他の機械的取付用の形態等の従来的な形態を含む。あるいは、または、さらに、校正トランスデューサのハウジング３２４をソケット３１４の中に密着嵌合するように構成して、各ハウジングがコイル１００に対して正確で再現性のある位置に保持できる。さらに別の例において、校正トランスデューサ３１６のハウジング３２４をコイルハウジング構成要素３０４および３０６と一体に成形したり、コイル・ボビン３００と一体に成形したり、あるいは、コイル・ボビンまたはハウジングに永久的に取り付けることができる。
【００２１】
種々の基準組立体５０における基準フィールド・トランスデューサまたはコイル１００および構成フィールド・トランスデューサ３１６はリード線５１を介してフィールド送受信装置８０に接続している。好ましくは、基準組立体５０はリード線５１に対して着脱自在であって、容易に交換および／または使用後の廃棄ができる。使い捨て可能な基準組立体を備え付けることにより、敏感なトランスデューサに対して障害を引き起こす可能性のあるトランスデューサの再滅菌処理が排除できるので有利である。さらに、着脱自在のトランスデューサを備え付けることにより、異なる医療処理および患者の寸法に対する異なる寸法の基準組立体の間での交換が可能になり、個々の用途における必要性に対する適応性が高まる。また、リード線５１の代替手段として、各基準組立体上の種々のトランスデューサをＲＦまたは赤外線遠隔測定手段等による無線遠隔測定手段を介して送受信装置８０に接続できる。この場合、各基準組立体５０は電池のような内蔵式電力供給手段を備えることができる。
【００２２】
フィールド送受信装置８０はコンピュータ８５に接続しており、このコンピュータ８５はマイクロコンピュータ、ワーク・ステーション、メインフレームまたはその他の類似の計算装置により構成でき、陰極線管（ＣＲＴ）モニター９５のような表示装置に接続している。これらのフィールド送受信装置８０およびコンピュータ８５はプローブ・フィールド・トランスデューサ３０およびコイル基準フィールド・トランスデューサ１００と協働して非イオン化性の場、好ましくは電磁場を送受信することにより基準フィールド・トランスデューサ１００の基準のフレーム内のプローブ２８の配置を決定するように構成されている。図１および図４において最良に示すように、基準組立体５０はその前面部３１０を患者に接着することにより任意に使用者により選択された配置で患者に取り付けられる。すなわち、基準組立体５０の配置および基準フィールド・トランスデューサ１００の配置はこれらの基準組立体を取り付ける医者またはその他の人により所望に選択できる。好ましくは、これらの基準組立体は患者の体内における関与の領域の近く、すなわち、プローブ２８の先端部が使用される領域の近くに種々のコイルまたは基準トランスデューサ１００を配置するように取り付けられる。なお、図１および図４に示す特定の配置は単に説明を目的とするものであって、上記の基準フィールド・トランスデューサが配置できる配置状態を制限するものと理解するべきではない。例えば、上記の基準組立体を各コイル軸３０２を互いに概ね平行に延在させた状態で患者の背中に概ね同一平面内に配列して、各コイル軸が関与の領域の中心を囲むようにできる。あるいは、種々のフィールド・トランスデューサを図４に示すように概ねＵ字形の配列で配置して、全ての基準組立体内における基準トランスデューサまたはコイル１００の軸３０２が関与の領域内に収束するようにできる。
【００２３】
患者に配置されると、基準フィールド・トランスデューサ１００は基準の外部フレームを定める。電磁場または磁場が基準フィールド・トランスデューサ１００とプローブ上のトランスデューサ３０との間で伝送することができて、プローブ・フィールド・トランスデューサおよびプローブ２８の配置が当該プローブ・フィールド・トランスデューサにより検出される強度および方向のような、これらの場の特性により計算できる。従って、基準フィールド・トランスデューサ１００およびプローブ・フィールド・トランスデューサ３０は協働して複数の送信機−受信機の対を構成する。このような対はそれぞれ当該対の構成要素として１個の送信機および１個の受信機を備えている。さらに、各対の１個の構成要素はプローブ上に配置されて、当該各対の他の１個の構成要素は基準フィールド・トランスデューサ１００により定められる基準のフレーム内に配置される。一般に、各送信機−受信機の対における少なくとも１個の構成要素は別の対の対応する構成要素とは異なる位置または配向で配置されている。これらの種々の対における構成要素の間の場の送信特性を検出することにより、このシステムは基準フィールド・トランスデューサにより定められる基準の外部フレーム内のプローブの配置に関する情報を導き出すことができる。この配置情報はプローブの位置、プローブの配向、またはこれらの両方を含み得る。一方、この計算処理は互いに対して既知の位置および配向で配置されている基準フィールド・トランスデューサに依存している。
【００２４】
図１乃至図４において、基準フィールド・トランスデューサ１００が互いに対して任意の所望の場所および配向で配置できるので、それらの互いに対する場所を計算することが必要である。校正フィールド・トランスデューサ３１６は基準フィールド・トランスデューサまたはコイル１００と協働して基準組立体の互いに対する位置および配向を計算するのに必要な情報を提供する。各基準組立体５０のコイル１００は単軸のフィールド・トランスデューサを構成しているが、各基準組立体５０の校正フィールド・トランスデューサ３１６は互いに対して既知の場所において配置される３個の３軸トランスデューサのシステムを構成する。例えば、基準組立体５０Ｂの３個の校正トランスデューサ３１６Ｂ，３１６Ｂ２および３１６Ｂ３は互いに対して任意の場所にそれぞれ配置されている。例えば、本明細書に参考文献として含まれる特許出願公開第ＷＯ ９４／０４９３８号において記載されるように、コイル１００Ａのような単軸フィールド・トランスデューサの位置および配向は当該コイル１００Ａを作動して磁場を発生すること、および３個の校正トランスデューサ３１６Ｂ１，３１６Ｂ２および３１６Ｂ３のそれぞれにおける３種類の相互に直交する方向のそれぞれの磁場成分を検出することにより完全に導き出せる。上記の特許出願公開第ＷＯ ９４／０４９３８号特許公告において使用されるアルゴリズムは本発明において全く異なる目的、すなわち、互いに対して既知の位置に既に配置されている多数個の基準トランスデューサに対するプローブの位置決めのために使用されている。しかしながら、このようなアルゴリズムは基準組立体５０Ｂの校正センサーに対するコイル１００Ａの位置および配向を検出する目的に直接適用できる。初期の段階において、このアルゴリズムは基準フィールド・トランスデューサ・コイル１００Ａを一様な放射装置として処理し、校正トランスデューサ３１６Ｂにおいて決定される場の成分の大きさにおける当該コイル１００Ａの配向の影響を無視することにより進行する。別の言い方をすれば、この初期の段階において、コイル１００Ａは球体状の場を放射するものとして処理される。このような仮定の下に、校正トランスデューサ３１６Ｂにおいて検出される場の成分の大きさを用いて、このシステムはコイル１００Ａの基準組立体５０Ｂに対する位置の初期的な推定を行う。その後、この位置の初期的な推定および校正トランスデューサ３１６Ｂにおいて検出された場の成分の大きさを用いて、このシステムはコイル１００Ａに対応する配向角度を計算する。さらに、この新しく計算した配向角度を用いて、このシステムは位置のより良い推定値を計算する。最後の２工程は新しい位置の推定値がその前の最後の位置の推定値と所定の許容度内で一致するまで繰り返される。別の言い方をすれば、このシステムは適正な位置および配向角度に収束する。さらに、このアルゴリズムの詳細な説明が上記の特許出願公開第ＷＯ ９４／０４９３８号に記載されている。また、同一のアルゴリズムが基準組立体５０Ｃに対するコイル１００Ｃの位置を検出するために使用できる。同様に、基準組立体５０Ｂ上のコイル１００Ｂを作動することにより、組立体５０Ｃに対するコイル１００Ｂの位置および配向が基準組立体５０Ｃ上の３個の３軸校正フィールド・トランスデューサ３１６からの信号をモニターすることにより決定できる。また、基準組立体５０Ａに対するコイル１００Ｂの位置がコイル１００Ｂの動作中に基準組立体５０Ａ上の校正フィールド・トランスデューサ３１６Ａから発生される信号により決定できる。同様に、コイル１００Ｃを動作すると、このコイル１００Ｃの組立体５０Ａおよび５０Ｂに対する配置が決定できる。このシステムは基準組立体の各対の相対的な配置を決定する独立して決定された二組の位置および配向のパラメータを含む冗長情報を提供する。この冗長情報は得られた値を調べる場合、およびシステムにおける全部のエラーを最少にした真の値に対する推定値に到達した場合に使用できる。例えば、組立体の対の相対的な配置の２個の独立して決定された値を比較することにより、この対に対するエラー（誤差）の推定値を得ることができる。さらに、他の対の基準組立体の相対的配置における誤差に対応して各推定値を得ることができる。反復処理を行うことにより、コンピュータは全ての誤差が最も少ない種々の基準組立体の真の配置の推定値を選択できる。あるいは、各対の基準組立体に対応する相対的配置の２個の推定値を単純に互いに平均化することができる。
【００２５】
さらに別の構成において、このシステムは比較的少ない数の校正トランスデューサを使用するように変更することにより冗長情報を部分的に省略できる。それゆえ、３個の基準フィールド・トランスデューサ１００を示している図１乃至図４に示すシステムの場合に、基準フィールド・トランスデューサを配置した後に当該基準フィールド・トランスデューサの互いに対する相対的配置を校正または決定するために各基準組立体に３個の校正フィールド・トランスデューサ３１６を備える必要がない。すなわち、基準組立体の互いに対する位置を決定するために基準および校正フィールド・トランスデューサの間に十分な数の送受信装置の対があればよい。例えば、基準フィールド・トランスデューサが単軸のフィールド発信コイルにより構成されている図１乃至図４のシステムにおいて、１個の基準組立体のみに３次元の場を受信する３個の構成トランスデューサだけを使用するシステムは当該３個の発信コイルの互いに対する相対的な位置および配向を決定することが可能である。あるいは、または、さらに、これらの基準フィールド・トランスデューサは構成トランスデューサとして機能できる。例えば、コイル１００Ａが交流電流により通電される場合に、この交流の場は別の基準組立体の基準フィールド・トランスデューサ１００Ｂおよび１００Ｃにより検出できる。これらの信号は構成処理において使用できる付加的な情報を提供する。
【００２６】
別の好ましい実施形態においては、リード線５７を介してフィールド送受信装置８０に取り付けられた複数の校正フィールド・トランスデューサ５６を含む校正アレイ５５（図１）のような校正フィールド・トランスデューサの固定アレイが備えられている。この校正アレイの各トランスデューサ５６は互いに対して固定された既知の関係で備え付けられているので、これらのアレイ・トランスデューサに対する各基準フィールド・トランスデューサの個々の位置は、例えば、上記の特許出願公開第ＷＯ ９４／０４９３８号において開示されるアルゴリズムに従って決定できる。このようにして、校正アレイ５５の基準のフレーム内の各基準フィールド・トランスデューサ１００の位置が決まると、これらの基準フィールド・トランスデューサの互いに対する配置が直接に計算できる。このような構成においては、校正フィールド・トランスデューサは基準組立体５０において省略できる。
【００２７】
基準フィールド・トランスデューサの校正が完了すると、当該基準フィールド・トランスデューサにより定められる外部基準フレーム内のプローブの配置が、例えば、米国特許第５，５５８，０９１号において記載されるように、基準フィールド・トランスデューサとプローブ・フィールド・トランスデューサとの間で非イオン化性の場を送受信することにより決定できる。
【００２８】
本発明の一実施形態による方法において、患者は患者用のベッド６０の上に置かれて、基準組立体５０が患者の上またはその近くに所望の配列構成で独立して配置される。次に、基準の外部フレームが校正および基準のフィールド・トランスデューサの対の使用により決定される。すなわち、フィールド送受信装置８０およびコンピュータ８５が基準フィールド・トランスデューサまたは校正フィールド・トランスデューサを作動して上述のように場を送受信させる。上記の方法を使用することにより、コンピュータ８５は基準フィールド・トランスデューサ１００の互いに対する配置を計算して外部基準フレームを決定する。
【００２９】
次に、プローブ２８の先端部がプローブ・フィールド・トランスデューサ３０を担持した状態で関与の領域に向けて患者の体内に進入する。その後、フィールド送受信装置８０およびコンピュータ８５が外部フィールド・トランスデューサ１００およびプローブ・フィールド・トランスデューサ３０を作動して場を送受信させる。例えば、基準フィールド・トランスデューサ１００が場の送信機である場合に、プローブ・フィールド・トランスデューサがプローブにおいて検出した場を示す信号をフィールド送受信装置に送る。逆に、プローブ・フィールド・トランスデューサが送信機として使用される場合は、駆動信号が当該プローブ・フィールド・トランスデューサに送られる。その後、コンピュータ８５がプローブ・フィールド・トランスデューサ３０の配置を導き出し、これにより、基準フィールド・トランスデューサ１００により定められる基準の外部フレーム内のプローブ自体の配置を導き出す。基準フィールド・トランスデューサ１００の互いに対する配置が決定されると、プローブ・フィールド・トランスデューサ３０の配置を決定する工程は上記の米国特許第５，５５８，０９１号および特許出願公開第ＷＯ ９４／０４９３８号において教示されているような既知の技法により行うことができる。
【００３０】
特定の手法において、プローブの位置をＭＲＩ、ＣＴまたはＸ線画像のような既に得ている患者の画像上に重ね合わせてディスプレイ９５上に表示することが望ましい。このことを行うためには、患者の基準フレームを定めた後に当該患者の基準フレームに対してトランスデューサ１００により定めた外部基準フレーム内のプローブの位置を翻訳することが必要である。別の言い方をすれば、基準組立体５０および基準フィールド・トランスデューサ１００の基準のフレームを画像の基準のフレームに整合する必要がある。この処理は幾つかの方法で行うことができる。一例の技法において、プローブ２８およびフィールド・トランスデューサ３０は、例えば、画像データにおいて示される容易に同定可能な骨の構造体のような、画像において容易に同定可能な患者における幾つかの目立つ点に運ばれる。この処理を容易にするために、画像を得る前に患者の身体に起点のマーカー７１を固定配置して、これらの起点マーカーが画像内に示されてプローブに対し得て接近可能にする。この結果、ディスプレイ・スクリーン９５上の点の表示部分にカーソルを置く等により、各目立つ点またはマーカーを定めるデータがコンピュータに供給される。医者がプローブ２８を移動して各目立つ点または起点マーカーに合わせてコンピュータに手動入力すると、コンピュータがフィールド・トランスデューサ１００の基準フレーム内におけるプローブ２８の現在の位置を当該基準フレーム内の目立つ点または起点マーカーの位置として記録する。このような画像の基準フレーム内における点またはマーカーの各位置を定めるデータがフィールド・トランスデューサ１００の基準フレーム内において同一の点を定めるデータと組み合わされて、これら２種類の基準フレームを相互に関係付ける転位ベクトルが定められる。あるいは、例えば、患者の顔面のような患者の身体において固定した構成要素の輪郭をプローブ先端部によりトレース（追跡）して画像の基準フレーム内の同一の輪郭に一致させることができる。また、別の手法において、１個以上の整合マーカーフィールド・トランスデューサ７０を画像処理の前に患者に取り付けた起点マーカー上に備え付けることができる。このシステムはプローブ・トランスデューサ３０の配置を追跡するのと同様にフィールド・トランスデューサ１００の基準のフレーム内の整合フィールド・トランスデューサの配置を追跡して、当該フィールド・トランスデューサの基準フレーム内の起点マーカーの位置を既知のものにする。
【００３１】
基準フィールド・トランスデューサを患者に直接に取り付ける本発明の実施形態により得られる主要な利点の一つはこれらのトランスデューサが患者に対して固定された基準フレームを定めることである。患者の（頭部のような）身体の固定した部分に基準フィールド・トランスデューサが取り付けられる等の多くの場合においては、患者を患者用ベッドの任意の位置に固定する必要がなくなる。このことは、患者と、患者用ベッドに一般的に取り付けられるか、壁または天井に取り付けられる基準フィールド・トランスデューサにより定まる基準のフレームとの間の相対的な移動を防止する必要がなくなるためである。例えば、基準フィールド・トランスデューサが頭部に取り付けられる場合は、患者の頭部が移動しても、当該基準フィールド・トランスデューサが頭部に配置されているために、これらのトランスデューサに対する頭部の相対移動が生じない。別の言い方をすれば、基準組立体５０および基準フィールド・トランスデューサ１００による定まる基準のフレームが患者に固定されて患者と共に移動する。それゆえ、この基準のフレームをいずれかの固定した基準のフレームに対して再校正または再整合する必要がない。
【００３２】
基準トランスデューサが患者の解剖学的構造の柔軟または移動可能な部分に取り付けられている場合のように、当該基準トランスデューサが互いに対して固定されていない場合は、このシステムは基準組立体の互いに対する位置を再校正する必要がある。このような再校正処理は校正トランスデューサの作動および基準組立体の相対的配置の計算を含む上記の校正工程を繰り返すことにより行われる。この再校正処理は、例えば、動作中において数秒毎に、周期的に行うことができる。さらに好ましくは、再校正処理はプローブ２８の配置が決定される度に行われる。従って、このシステムは周期的に動作できる。各周期は、基準組立体およびフィールド・トランスデューサの相対的な配置が設定される校正段階と、プローブ２８の位置および／または配向が基準組立体およびフィールド・トランスデューサ１００の基準のフレーム内において決定される測定段階とを含む。また、この周期は、例えば、１個以上の起点マーカー整合トランスデューサ７０の位置等の、整合情報の再校正処理を含む。なお、基準組立体が身体の固定部分に取り付けられている場合でも、基準組立体の偶然的な移動に対する確認手段として周期的に再校正処理を行うことが望ましい。
【００３３】
上記の実施形態において、種々のトランスデューサが時間多重通信方式である。例えば、種々の基準フィールド・トランスデューサが各校正周期中の異なる時間において動作する。また、周波数分割およびコード分割の多重通信方式のような別の多重通信方式も使用できる。さらに、上記の構成において、全ての基準フィールド・トランスデューサが磁場を発信するように構成されていて、校正フィールド・トランスデューサおよびプローブ・フィールド・トランスデューサがこれらの場を検出するように構成されている。また、逆の構成、すなわち、プローブおよび校正フィールド・トランスデューサが送信機であり、基準フィールド・トランスデューサが検出器である構成も採用可能である。さらに別の可能な構成において、校正フィールド・トランスデューサが幾つかの送信機および幾つかの検出器を備えていて、種々の基準組立体５０の相対的配置が異なるトランスデューサ組立体における校正送信機の間での場の送信により決定できる。また、混合モードの構成、すなわち、基準およびプローブ・トランスデューサが１種類の場を採用し、校正トランスデューサが他の種類の場を採用する場合も使用できる。例えば、磁気または電磁気基準トランスデューサを使用するシステムにおいて、校正フィールド・トランスデューサを音響または光学トランスデューサとすることができる。あるいは、種々のフィールド・トランスデューサが上記の形態よりも多い数または少ない数の軸を有することができる。例えば、基準フィールド・トランスデューサが多軸フィールド・トランスデューサであって、プローブ・フィールド・トランスデューサが単軸のフィールド・トランスデューサであってもよい。特に、基準フィールド・トランスデューサが多軸コイルのような多軸フィールド・トランスデューサである場合に、当該基準フィールド・トランスデューサは校正トランスデューサとしても作用できる。すなわち、基準組立体の相対的配置が異なる組立体における各基準フィールド・トランスデューサの間に送信される信号を単に検出するだけで導き出すことができる。
【００３４】
さらに別の構成において、プローブ・フィールド・トランスデューサまたは別の移動可能なフィールド・トランスデューサが校正トランスデューサの代わりに使用される。上記の校正工程中に、この移動可能なフィールド・トランスデューサは各基準コイルが動作している間に各フィールド組立体の種々の校正プローブ・ソケット３１４内に順次に挿入される。例えば、プローブ先端部２８はソケットからソケットに移動できる。これらのプローブ・ソケットがこの移動可能なトランスデューサを各基準組立体における既知の場所に位置決めし、基準組立体が校正工程中に互いに対して移動しない場合に、この処理により、上記の各実施形態において多数個の校正プローブ信号から成る同時に得られる同一の情報を生じる。
【００３５】
図５に示すように、基準トランスデューサ組立体は上方または後方の柔軟層１０２および下方または前方の柔軟層１０４の間に取り付けられたコイルまたは基準トランスデューサ１００’を備えている。両面式の接着テープ１０６を下方の層１０４の底面に取り付けることにより、コイル組立体の全体が患者に容易に取り付けることができる。さらに、１個以上の基準トランスデューサ５２を上方の層１０２の上等の組立体の一部に取り付けることができる。
【００３６】
上記の実施形態において、各基準トランスデューサは患者に取り付けられる。しかしながら、独立して配置可能な基準トランスデューサを患者の近くの別の場所に取り付けることもできる。図６において本発明の別の実施形態が示されており、この場合は、基準フィールド・トランスデューサが共通の構造体に取り付けられているが、依然として互いに対して独立して移動可能である。この場合には、共通の支持アーム２００が備えられていて、このアーム２００に多数の柔軟なＳ字形状のアーム２０５取り付けられており、これらのアーム２０５に基準フィールド・トランスデューサ２１０がそれぞれ取り付けられている。さらに、上記のコイル担持構造体を患者用ベッドまたはその他の所望の場所に取り付けるための調節可能な取付機構２１５が備えられている。フィールド・トランスデューサの互いに対する相対的な配置は上記のようにそれらが配置された後に決定できる。なお、屈曲可能なワイヤ・アーム、調節可能な連結機構を有するアーム、またはその他の調節可能なフレームを使用する等により、トランスデューサの独立した移動を可能にする共通の支持構造体に基準フィールド・トランスデューサを取り付けるための多数の別の有効な方法があることが当然に分かる。
【００３７】
本発明のさらに別の実施形態を図７に示しており、この場合において、単一のシート状の支持体２２０が備えられていて、この支持体２２０に基準フィールド・トランスデューサ２２５が取り付けられている。この実施形態においては、上記のシートを患者の上方または下方に置いて、各トランスデューサをシートの余った部分を寄せ集めることにより所望の場所に移動できる。あるいは、上記の柔軟なシートを硬質であるが十分に柔軟な材料により形成して、当該シートを所望の配置状態に屈曲させることにより各フィールド・トランスデューサの配置を調節可能にできる。
【００３８】
本発明のコイルまたはトランスデューサの配列構成は固定した非可動のコイル・システムに伴う多くの問題を解消する。例えば、非可動コイル・システムは外科医の接近行為に対して妨害する可能性がある。また、非可動コイル・システムは光を遮るために一般に患者の上方に配置できず、金属が干渉を引き起こすおそれのある場合には患者の下方に配置できず、この問題を解消するために全てのベッドを置き換えたり位置換えできない。さらに、非可動のコイルの場合は、コイルが各瞬間に移動できない場合に有用となる高度に正確なマッピング容積が極めて小さい。
【００３９】
本発明は、基準フィールド・トランスデューサが最少の妨害性の態様で配置でき、処理中に（接近）経路から新しい場所に移動できるので、上記の諸問題を解消する。さらに、（本発明による）トランスデューサは関与の領域に近づけて移動できるので、より良い場の集中とより優れた読取処理を行うことができる。さらに、本発明は（場の）幅広い収束を確保するために広い領域にわたって場を発生するための大型のコイルを備える必要がないので、比較的小型の基準トランスデューサの使用を可能にしている。好ましい実施形態において、上記のトランスデューサは使い捨て可能であるので、損傷または汚染したトランスデューサの交換が容易であり、異なる用途に対する異なる寸法または種類のトランスデューサの使用が可能である。このような一式の基準フィールド・トランスデューサを校正フィールド・トランスデューサの有無に関わらず医者は備えることができ、これらの中には同一のトランスデューサまたは異なる用途に対する異なる寸法のトランスデューサが含まれていてもよい。
【００４０】
本発明は本明細書に参考文献として含まれる米国特許出願第０８／４７６，３８０号に開示されるシステムと共に使用できる。この米国特許出願第０８／４７６，３８０号においては、プローブ上のセンサーがプローブの位置に関わらず所定範囲の大きさの場を確実に受信するように基準フィールド・トランスデューサまたはコイルに対して供給する電流を調節するためにフィードバック機構を使用している。このことにより、センサーはその最適範囲内で確実に動作してコンパクトな送信機およびセンサーの使用が可能になる。従って、上記の米国特許出願第０８／４７６，３８０号に開示されるフィードバック技法を本発明と共に使用して基準フィールド・トランスデューサおよび／またはプローブ・フィールド・トランスデューサにより発生される非イオン化性の場の強度を調節することができる。
【００４１】
さらに、本発明は、１９９６年２月２６日に出願された米国仮特許出願第６０／０１２，２７５号、１９９６年２月１５日に出願された同第６０／０１１，７２１号、および１９９６年１１月２６日に出願された同第６０／０３１，８２４号の恩典を主張し、本出願の譲受人に共通に譲渡されている、「体内プローブを用いる医療処理方法および装置（Medical Procedures And Apparatus Using Intrabody Probes)」と題する本出願と同日に出願されたＰＣＴ特許出願において開示される多数個プローブ・システムと共に使用できる。なお、上記の仮特許出願もまたそれぞれ本明細書に参考文献として含まれる。（本発明による）上記システムの好ましい実施形態において、カテーテルのような医療プローブが、当該プローブおよび別のプローブの両方にそれぞれ取り付けたフィールド・トランスデューサに、または、当該フィールド・トランスデューサから非イオン化性の放射線を送信する等により、当該プローブの別のプローブに対する相対的な配置を決定することにより患者の体内において案内される。特に、部位プローブを体内の患部に固定して、当該患部を治療するための器具プローブをこれらのプローブの相対的な配置をモニターすることによりこの患部に案内できる。（本発明による）上記システムの多くの実施形態において、プローブの位置を画像データに整合したり、プローブの位置を画像に重ね合わせる必要はない。従って、本発明の独立して移動可能な基準フィールド・トランスデューサの構成を、同時の患者の画像処理の有無に関わらず、上記の部位プローブ／器具プローブ・システムと共に使用して基準フィールド・トランスデューサによる定められる基準のフレーム内における各プローブの配置が決定できる。これらの両方のプローブの配置が同一の基準フレーム内で検出される限り、これらの２個のプローブの相対的な配置が決定できる。例えば、基準フィールド・トランスデューサが互いに対して移動する場合（フィールド・トランスデューサが軟質組織上に取り付けられている場合等）でも、システムが再校正されて各周期中または移動が生じている任意時間に各フィールド・トランスデューサの互いに対する配置を更新すれば、その相対的な配置を適正に決めることができる。さらに別の変形例において、基準フィールド・トランスデューサが、呼吸の周期と共に反復動作する胸部等の領域のような身体部分に取り付けられていて反復する自然な移動の影響を受けやすい場合に、上記のシステムはこの自然な移動周期における特定の時点（例えば、呼気の終点または吸気の終点）において校正でき、この自然な移動周期における同一の時点におけるプローブの位置を決定するように作動できる。さらに、このようなシステムは、例えば、画像が上記のような自然な移動周期の同一時点において得られた画像である場合等において、既に得られた画像上へのプローブ表現の重ね合わせが必要とされる場合にも使用できる。
【００４２】
また、本発明の独立して配置可能な基準フィールド・トランスデューサにより優れた信号−ノイズ比特性が達成できる。一般に、プローブ位置決めシステムにおいて１個以上の基準フィールド・トランスデューサを使用することにより、組立体の信号−ノイズ比が最適化されたフィールド・トランスデューサに伴う一定容積の領域（いわゆる「最適領域」）が存在し、この領域内では高精度の場の測定がプローブ・トランスデューサにより行える。一方、基準トランスデューサが患者用のベッドの周りの固定した位置に取り付けられる従来のプローブ位置決めシステムの場合は、この最適領域は関与の全ての可能な領域にわたる広い領域に及ぶのが一般的である。例えば、ベッドに取り付けたトランスデューサを使用するシステムは患者の胸部内および別の患者の頭部の中のプローブを位置決めするために必要とされる場合がある。しかし、最適領域が広くなるほど、このような領域全体にわたって高い信号−ノイズ比を保つことが困難になる。しかしながら、本発明の独立して配置可能なトランスデューサ組立体によれば、この最適領域がより小さく、且つ、高度に集中できる。さらに、各処理において、この最適領域がプローブを追跡する領域に一致するように形成できる。従って、本発明の好ましい実施形態は大型の固定アレイ中において同一のトランスデューサを使用する固定式のトランスデューサ組立体に比して優れた信号−ノイズ比特性を提供できる。このシステムの信号−ノイズ比特性はプローブ・トランスデューサの特性にも依存する。従って、本発明の好ましい実施形態により提供される優れた特性により、プローブ・トランスデューサおよびプローブを小型化することのできる感度の劣るプローブ・トランスデューサの場合でも許容可能な信号−ノイズ比特性を提供できる。
【００４３】
あるいは、上記の移動可能なトランスデューサ組立体により提供される利点は十分な特性を維持しながら比較的小さく、安価で邪魔にならない基準トランスデューサの使用を可能にすることである。さらに、このような基準フィールド・トランスデューサは医者の患者に対する接近を妨げることなく上記の領域内において最適の特性を提供するように配置できる。例えば、外科医が頭部の左側を開頭により手術する場合に、上記の基準組立体を頭部の背後、上部および右側に配置できる。
【００４４】
本明細書において開示する実施形態のさらに別の利点は、基準フィールド・トランスデューサを移動する場合、または、基準フィールド・トランスデューサの初期的な配置における読取値が不十分である場合に、当該基準フィールド・トランスデューサの調節が行える能力である。これにより、外科医は処理中に基準組立体を再配置でき、あるいは、付加的な基準組立体を増加できる。
【００４５】
上記の好ましい実施形態の諸態様を磁場に基づく位置決定用のシステムについて説明したが、本発明が電磁場、磁場、音響波、光、超音波またはその他の非イオン化性の場を放射して検出するものを含むフィールド・トランスデューサの別の形態を使用するシステムのような、当該技術分野において既知の別の種類の位置決定システムにも同等に適用できることが理解されると考える。
【００４６】
本発明による基準トランスデューサの互いに対する相対的な位置を校正するための校正フィールド・トランスデューサを使用する方法は連携した基準フィールド・トランスデューサの相対的な位置を決定する様式を置換または増加するためにも使用できる。すなわち、トランスデューサ担持アーム間の角度を精度良く決定して基準フィールド・トランスデューサの相対的な位置を既知のものとすることができる光エンコーダ装置のような回転式測定装置を備える代わりに、校正フィールド・トランスデューサを本明細書に開示するように使用できる。
【００４７】
本発明によるコイル・センサーは校正フィールド・トランスデューサとしての使用に特に適しており、図１乃至図４に示されているが、本発明は磁場の成分の測定が望まれる別の用途にも使用できる。本出願の図８ａにおいて、本発明の好ましい実施形態の一例の場合に、３軸のコイル・センサーが単一で単独の平面基板１０上に３個の分離した校正コイル１２，１４および１６を備え付けることにより形成されている。基板１０はポリマーのような非強磁性体材料、非強磁性体金属、およびその他の使い捨て可能な医療装置において従来的に使用されている材料により形成できる。好ましくは、この基板はポリイミドにより形成されている。
【００４８】
本発明のセンサーを形成する場合に、基板２は図８ａに示すような平坦な平面形状に初めに形成される。その後、校正コイル４，６，８をサブパネル１３，１５および１７に固定し、これらのサブパネルが基板２を構成する。好ましくは、これらの校正コイルはボビンの周りに細いゲージ・ワイヤを巻いて、ボビンを取り除き、残りのワイヤ・コイルを基板上にラミネート（薄板化）することにより構成されている。あるいは、ボビンを残してコイルと共に基板に固定することもできる。コイルをサブパネル上に配置して固定した後に、これらのサブパネルを折線１９および１８に沿って折って、３個の全コイルが図８ｂに示すようにｘ，ｙおよびｚの軸にそれぞれ沿って互いに直交して配置されるように３軸のコイル・センサーを形成する。それゆえ、各校正フィールド・トランスデューサが相互に直交する方向で磁場成分を検出するのに適応できる。
【００４９】
図９ａに示すような本発明の別の実施形態においては、コイル１２２，１２４および１２６が基板１２０を形成するサブパネル２１，２３および２５上に形成されている。このような構成の場合に、パネル１２０を折線２７および２９に沿って折ることにより３軸のコイル組立体が構成でき、この構成においては、３個のコイルが互いに相互に直交するが、コイルの内の１個が図９ｂに示すように他の２個のコイルから僅かな距離だけずれている。
【００５０】
図１０に示す実施形態において、本発明は主平面基板３６の外周部３３に取り付けられた３個の３軸コイル・センサー３４，３１，３２を含む。さらに、主コイル３５が主平面基板３６上に備えられている。この主コイルは図１乃至図４の実施形態において説明した基準フィールド・トランスデューサ１００と同様に使用できる。好ましくは、３軸センサーを担持している各基板および平面基板３６は１個の単一の基板として形成されており、適当な折線が各基板および当該各基板が主平面基板３６の外周部に取り付けられている端部に設けられていて、各校正コイルを折ることにより、それらが互いにｘ，ｙおよびｚ軸に沿って直交して配置できるようになっている。好ましくは、各３軸センサーは主コイル３５の周りに約１２０°ずつ互いに離間して配置されている。
【００５１】
主コイル３５は約８００巻き乃至１６００巻き、好ましくは１５５０巻きの２７ゲージ・ワイヤ以下の線で３インチ以下、好ましくは２．３２インチの直径のコイルを形成することにより製造されているのが好ましい。また、各３軸コイル・センサー３４，３１，３２の各校正コイルは約１４００巻き乃至２２００巻き、好ましくは２０００巻きの４６ゲージ・ワイヤで０．５インチ以下、好ましくは０．３２インチの外径のコイルを形成することにより製造されているのが好ましい。あるいは、これらのコイルは基板に各コイルを印刷する等の別の技法により形成できる。さらに、リード線（図示せず）がこれらのコイルをドライバおよび増幅器のような適当な電子機器に接続するために備えられる。各リード線は外部ワイヤ、すなわち、各基板の表面上に印刷された導体の基板内の導体を構成できる。
【００５２】
主コイル３５および当該主コイルにおける同一面上に取り付けた校正コイル３４，３１，３２を備えている図１０の基準トランスデューサ組立体１０は図１乃至図４に示す実施形態の基準トランスデューサ組立体５０の全体と置き換えることができる。
【００５３】
本発明のさらに別の実施形態を図１１に示しており、この実施形態は主コイルの部分の部分図であって、主コイルを担持する基板の一部分上の３軸コイルの配置を示している。すなわち、この実施形態においては、３軸コイル組立体４０は図８ａおよび図８ｂに示す３軸コイル・センサー組立体から成る組立体に類似した様式で組み立てられている。しかしながら、この場合に、この３軸コイル組立体は主平面基板４６上に形成した凹部４１および４２の中に挿入されるように構成されている。凹部４１はコイル１５０および１５１の僅かに突出する部分を許容するように構成されており、凹部４２はコイル１５２の外側への突出部を許容するように形成されている。この場合も、主コイル４５が凹部４２および４１が形成されている同一基板、すなわち、基板４６上に形成されている。
【００５４】
上述のように、本発明のコイル組立体は特に上記の各実施形態において開示した個々に位置決め可能なトランスデューサ組立体と共に使用するように構成されている。例えば、図８ｂおよび図９ｂのコイル・センサー組立体は校正フィールド・トランスデューサ３１６として使用でき、図１乃至図４の校正トランスデューサ・ソケット３１４の中に配置できる。
【００５５】
上記およびその他の特徴または形態の変形および組合せが本発明から逸脱することなく利用可能であり、上記の好ましい実施形態の説明は特許請求の範囲に定める本発明の範囲を意味するものではなく、本発明を例示して説明するためのものと理解するべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好ましい一実施形態の斜視図であって、患者の身体に取り付けた基準フィールド・トランスデューサを示している図である。
【図２】 本発明の一実施形態によるトランスデューサ組立体を示す概略的断面図である。
【図３】 図１において使用されている組立体の１個の要素を示す概略的斜視図である。
【図４】 図１乃至図３に示される構成要素の概略図である。
【図５】 本発明の一実施形態による基準フィールド・トランスデューサおよび校正トランスデューサの組立体の分解斜視図である。
【図６】 基準フィールド・トランスデューサが独立して移動可能である本発明の別の好ましい実施形態の側面の斜視図である。
【図７】 基準フィールド・トランスデューサが柔軟なシート状の支持体の上で独立して移動可能である本発明の別の好ましい実施形態の前面図である。
【図８ａ】 本発明の３個のコイル・センサーのレイアウトおよび斜視図である。
【図８ｂ】 本発明の３個のコイル・センサーのレイアウトおよび斜視図である。
【図９ａ】 ３個のコイル・センサーの別の実施形態のレイアウトおよび斜視図である。
【図９ｂ】 ３個のコイル・センサーの別の実施形態のレイアウトおよび斜視図である。
【図１０】 互いに対して一定の配列構成を有する本発明の３個のコイル・センサーの平面図である。
【図１１】 パッド上に標した３個のコイル・センサーの部分破断図である。
【符号の説明】
１０ 基板
１２，１４，１６ 校正コイル
１３，１５，１７ サブパネル
１８，１７ 折線
２０ 基板
２１，２３，２５ 校正コイル
２２，２４，２６ サブパネル
２７，２８ 折線
３０ プローブ・フィールド・トランスデューサ
５０ 基準トランスデューサ組立体
８０ フィールド送受信装置
１００ コイルまたは基準フィールド・トランスデューサ

Claims (9)

1. 折り畳み可能な基準フィールド・トランスデューサ組立体において、
   （ａ）外周端部を有する主平面状基板に設けた主コイルと、
   （ｂ）１個以上の３軸磁場感知素子と、を備え、当該素子がそれぞれ、
   （ｉ）少なくとも３個の素子担持サブパネルを有する概ね平面状の基板であって、当該サブパネルが前記基板において１個以上の折線により互いに分離している基板と、
   （ｉｉ）前記素子担持サブパネルの各１個の上にそれぞれ配置されている３個の校正素子と、を備え、
   前記折線において前記サブパネルの少なくとも２個を折ることにより、前記各校正素子が前記３軸センサーの設定時に３個の相互に直交する軸に沿って配置可能であり、
   前記主平面状基板および前記基板が単一の基板により形成されていることを特徴とする、折り畳み可能な基準フィールド・トランスデューサ組立体。
2. 前記各基板が前記３軸センサーの設定前に前記主平面状基板と概ね同一平面状である、請求項１に記載の折り畳み可能な基準フィールド・トランスデューサ組立体。
3. 前記３軸磁場感知素子がコイル・センサーにより構成されており、前記校正素子が校正コイルにより構成されている、請求項１に記載の折り畳み可能な基準フィールド・トランスデューサ組立体。
4. 患者の体内におけるプローブの配置を決定するためのシステムにおいて、
   （ｃ）１個以上のプローブ・フィールド・トランスデューサを取り付けたプローブと、
   （ｄ）互いに対して独立して移動可能であって、患者の身体に対して所望の個別に適応可能な位置に配置可能な複数の基準フィールド・トランスデューサと、
   （ｅ）前記基準フィールド・トランスデューサがそれぞれの所望の位置に配置されている間に、当該フィールド・トランスデューサの互いに対する相対的な配置を決定するための校正手段と、
   （ｆ）前記基準フィールド・トランスデューサおよび前記１個以上のプローブ・フィールド・トランスデューサを作動して１種類以上の非イオン化性の場を送信させると共に当該送信された場を検出させることにより、当該各場が基準フィールド・トランスデューサとプローブ・フィールド・トランスデューサとにより構成される各送信機−受信機の対における１個の構成要素により送信されると共にこの対における他の構成要素により検出されるようにするための送信手段と、
   （ｇ）前記検出された各場の特性と前記基準フィールド・トランスデューサの互いに対する相対的な配置とにより当該基準フィールド・トランスデューサに対するプローブの相対的な配置を決定するための計算手段と、を備え、
   前記基準フィールド・トランスデューサがそれぞれ請求項１に記載の基準フィールド・トランスデューサである、前記システム。
5. 患者の体内に非イオン化性の場を発生するための装置において、
   （ｈ）請求項１に記載の複数の基準フィールド・トランスデューサと、
   （ｉ）前記各基準フィールド・トランスデューサを、患者の身体に近接した所望の個別に適応可能な位置に互いに対して独立して配置する手段と、を備える前記装置。
6. 複数の別個の基準組立体を有するキットにおいて、
   当該各基準組立体が、非イオン化性の場を発生または検出するための請求項１に記載の基準フィールド・トランスデューサと、医療患者の身体に基準トランスデューサ組立体を、他の基準トランスデューサ組立体とは独立して取り付ける手段と、を備える前記キット。
7. 医療患者の身体に取り付けるための基準トランスデューサ組立体において、
   一定の構造体と、
   当該構造体に取り付けられて非イオン化性の場を発生または検出するための請求項１に 記載の基準フィールド・トランスデューサと、
   前記構造体に対して所定の配置で非イオン化性の場を発生または検出するように構成された１個以上の校正フィールド・トランスデューサを保持するための手段と、
   前記構造体を患者の身体に固定するための手段と、を備える前記基準トランスデューサ組立体。
8. 医療患者の身体に取り付けるための基準トランスデューサ組立体において、
   一定の構造体と、
   当該構造体に取り付けられて非イオン化性の場を発生または検出するための請求項１に記載の基準フィールド・トランスデューサと、
   前記構造体を患者の身体に固定するための手段と、
   前記基準フィールド・トランスデューサにおいて発生する熱による患者の加熱を制限するための手段と、を備える前記基準トランスデューサ組立体。
9. 前記基準フィールド・トランスデューサが１個以上のコイルを備えている請求項８に記載の組立体。

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