JP4684590B2 - 磁気トラッキング装置における金属妨害の検出 - Google Patents
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Description
本出願は、2000年7月20日に出願された米国特許出願第09/621,322号;2002年11月22日に出願された米国特許第10/302,112号;2003年5月29日に出願された米国特許出願第10/448,289号;及び2003年5月29日に出願された米国特許出願第10/448,291号に関連する。これらの関連出願は全て、本特許出願の譲受人に譲渡されており、また、それら関連出願の開示内容は、言及することによって、本明細書に組み入れる。
(発明の分野)
本発明は、概して、磁場を用いた、目標物の非接触トラッキング(non-contact tracking)に関し;とりわけ、磁場における強制磁場(intruding field)応答性物品の影響を検出することに関する。
非接触式電磁トラッキング装置は、当該技術では周知であり、広範囲に渡って利用されている。
特許文献1は、医療用のプローブ又はカテーテルに関する、3次元位置の情報を作り出すための装置を記述する(その米国特許明細書の開示内容は、言及することによって、本明細書に組み入れる)。そのカテーテルにセンサーコイルを入れて、外部から加えた諸磁場に応答して信号を発生させる。それら磁場は、相互に一定間隔を置いて配置されている既知の位置において外部基準座標系に固定されている、3個のラジエーターコイルによって発生する。ラジエーターコイルの諸磁場の各々に応答して発生した諸信号の振幅は、検出されて、該センサーコイルの位置を計算するのに使用される。各々のラジエーターコイルは典型的には、駆動装置用回路によって駆動して、他のラジエーターコイルの周波数と異なる既知周波数の磁場を発生させ、その結果、該センサーコイルによって発生する諸信号は、周波数によって、それら異なるラジエーターコイルに対応する諸成分に分離することができる。
ハンセン(Hansen)等の米国特許第5,767,669号明細書は、磁気トラッキング装置で生じた渦電流の歪みを減じる方法を記述している(この米国特許明細書の開示内容は、言及することによって本明細書に組み入れる)。この装置は、複数の発生器(generators)からのパルス磁場を使用する。諸渦電流の存在は、トラッキングを行うために使用される諸センサーコイルに発生する諸電流の変化速度を測定することによって検出される。それら渦電流は、磁気パルスの継続時間を調整することによって補正される。
カルフィン(Khalfin)等の米国特許第6,369,564号明細書は、交流電磁場の少なくとも1つの源と;関心の的の体積の近くか又は該体積の内部の、既知の空間地点における電磁誘導ベクトルの諸成分を測定する少なくとも1つの目撃センサー(witness sensor)と;トラッキングされている目標物の上に配置されている少なくとも1つの無線プローブと;を備えている電磁場トラッキング装置を記述している(この米国特許明細書の開示内容は、言及することによって本明細書に組み入れる)。複数の目撃センサーによって発生する信号は、プローブセンサーからの信号の相を区別することによって、該プローブセンサーの信号から、諸環境歪み信号(environmental distortion signals)を分離するのに使用される。
本発明の諸具体例は、トラッキングされている目標物の近辺にある場応答性(field-responsive)物品(例えば、金属器具)の存在及び影響を検出することによって、電磁トラッキング装置の精度を高める諸方法を提供する。そのような装置は典型的には、目標物の近辺に複数のエネルギー場を生じる1個以上のラジエーターコイルを備えている。1個以上のセンサーコイルは、該目標物の複数の空間座標を表示する複数の信号を発生する。それらラジエーターコイルによって発生する複数のエネルギー場の数式モデルに、信号の諸振幅を合致させることによって、該目標物の複数の座標を計算するために、装置コントローラーは、それら信号を解析する。
前記目標物の近辺に、複数の異なる周波数で複数のエネルギー場を発生させる段階と;
それらエネルギー場に応答して、それら異なる周波数で、前記目標物の位置で発生する複数の信号を受信する段階と;
それら異なる周波数で受信されたそれら信号に基づいて、前記目標物の複数の空間座標の多重計算を行なう段階と;
前記多重計算の収束性を考査することによって、それらエネルギー場が、前記目標物の近辺の物品によって摂動を起こされていたか否かを確認する段階と;
を包含する、上記トラッキング方法が提供される。
多重計算を行なう段階は典型的には、受信された複数の信号を、目標物の空間座標に関連付ける1組の連立方程式を解く段階を包含する。追加的又は代替的に、多重計算を行なう段階は、反復近似法を適用して複数の空間座標を決定する段階を包含し、しかも、収束性を考査する段階は、前記反復近似法の収束基準を評価する段階を包含する。収束性を考査する段階は、複数の異なる周波数で計算された複数の空間座標の間の差異を検出する段階を包含する。
任意的に、この方法は、複数のエネルギー場が摂動を起こされていることを確認した直後、目標物の近辺に物品が存在することに対して補正する計算を修正する段階を包含する。
前記目標物の近辺に、複数の異なる周波数で複数のエネルギー場を発生させるのに適合している少なくとも1台のラジエーターと、
それら異なる周波数でのそれらエネルギー場に応答して複数の信号を発生するのに適合している、前記目標物に固定されている少なくとも1台のセンサーと、
それら異なる周波数で発生したそれら信号に基づいて、前記目標物の諸空間座標の多重計算を行なうのに適合しており;しかも、前記計算の収束性を考査することによって、それらエネルギー場が、前記目標物の近辺の物品によって摂動を起こされているどうかを確認するのに適合している;装置コントローラーと、
を備えている、上記トラッキング装置が更に提供される。
本発明は、諸図面と併せて、これから説明する本発明の諸具体例の詳細な記述から、いっそう十分に理解されるであろう。
・ 現行の組の諸ラジエーター周波数での、プローブの諸座標の計算が、それ自体収束してしまうこと、即ち、いずれかの適切な方法によって、何回かの繰返し(iterations;反復)を利用した後、繰返し毎に計算される諸座標の変動が、所定の誤差範囲内にあること;及び
・ 現行の組の諸ラジエーター周波数で計算されるプローブの諸座標が、異なる周波数の組を用いながら、先のパススルー段階50〜54で計算された諸座標の、所定の誤差範囲(典型的には、3mm)内にあること;
の両者を確かめる。
ループスルー(loop through)段階50〜54は、N回繰り返す;ここに、Nは、例えば、5又は10に等しい。コンピュータ36は、完了チェック段階56において、N回繰返しの全てが完了したかどうかをチェックする。N回の全てで収束が生じた場合、該コンピュータは、負の決定(negative determination)段階58において、金属器具40(又は、他の、場に摂動を起こさせる物品)に起因する、有意な場の摂動は存在しないことを決定する。
次に、図1に言及する。図1は、本発明の具体例に基づく、プローブ20(例えば、医療用途のカテーテル)をトラッキングする装置10を概略的に説明する。類似の諸装置は、上述の米国特許第5,319,199号;同第6,147,480号;及び同第6,373,240号明細書、並びに米国特許公開US2002/0065455A1号明細書に記述されている。記述されている諸構成要素は、明瞭且つ完全性のために本明細書において繰り返す。
もう1つの方法として、単一のセンサーコイルのみを使用するならば、コンピュータ36は、依然として、位置及び方向の5個の座標(X,Y,Zの方向、並びにピッチ方向、偏方向及びロール方向)を決定することができる。単一コイル装置(単一軸装置とも呼ばれる)の特定の特徴及び機能は、米国特許第6,484,118号明細書に記述されている(この米国特許明細書の開示内容は、言及することによって、本明細書に組み入れる)。
(実施態様A)
目標物をトラッキングする方法において、
前記目標物の近辺に、複数の異なる周波数で複数のエネルギー場を発生させる段階と;
それらエネルギー場に応答して、それら異なる周波数で、前記目標物の位置で発生する複数の信号を受信する段階と;
それら異なる周波数で受信されたそれら信号に基づいて、前記目標物の複数の空間座標の多重計算を行なう段階と;
前記多重計算の収束性を考査する段階によって、それらエネルギー場が、前記目標物の近辺の物品によって摂動を起こされていたか否かを確認する段階と;
を包含する、上記トラッキング方法。
(1)複数のエネルギー場を発生させる段階は、複数の磁場を発生させる段階を包含し;しかも、複数の信号を受信する段階は、前記複数の磁場に応答して発生する複数の電気信号を受信する段階を包含する、実施態様Aに記載の方法。
(2)複数の磁場を発生させる段階は、複数の異なる周波数の複数の電流で、複数個のラジエーターコイルを駆動させて、該複数の磁場を発生させる段階を包含する、上記実施態様(1)に記載の方法。
(3)複数個のラジエーターコイルを駆動させる段階は、それらコイルの各々を駆動させて、複数の周波数の独特な各々のセットで、複数の磁場を発生させる段階を包含する、上記実施態様(2)に記載の方法。
(4)複数の電気信号を受信する段階は、目標物に固定されている1個以上のセンサーコイルからの複数の電気信号を受信する段階を包含する、上記実施態様(2)に記載の方法。
(5)複数のエネルギー場を発生させる段階は、所定のシーケンスの複数の周波数によって、順次、走査する段階を包含する、実施態様Aに記載の方法。
(7)多重計算を行なう段階は、受信された複数の信号を、目標物の空間座標に関連付ける1組の連立方程式を解く段階を包含する、実施態様Aに記載の方法。
(8)多重計算を行なう段階は、反復近似法を適用して複数の空間座標を決定する段階を包含し、しかも、収束性を考査する段階は、前記反復近似法の収束基準を評価する段階を包含する、実施態様Aに記載の方法。
(9)収束性を考査する段階は、複数の異なる周波数で計算された複数の空間座標の間の差異を検出する段階を包含する、実施態様Aに記載の方法。
(10)複数のエネルギー場が摂動を起こされていることを確認した直後、目標物の近辺に物品が存在することに対して補正する計算を修正する段階を包含する、実施態様Aに記載の方法。
目標物をトラッキングするための装置において、
前記目標物の近辺に、複数の異なる周波数で複数のエネルギー場を発生させるのに適合している少なくとも1台のラジエーターと、
それら異なる周波数でのそれらエネルギー場に応答して複数の信号を発生するのに適合している、前記目標物に固定されている少なくとも1台のセンサーと、
それら異なる周波数で発生したそれら信号に基づいて、前記目標物の諸空間座標の多重計算を行なうのに適合しており;しかも、前記計算の収束性を考査することによって、それらエネルギー場が、前記目標物の近辺の物品によって摂動を起こされているどうかを確認するのに適合している;装置コントローラーと、
を備えている、上記トラッキング装置。
(11)複数のエネルギー場が複数の磁場であり;しかも、複数の信号が、それら磁場に応答する少なくとも1個のセンサーによって発生される複数の電気信号を包含している、実施態様Bに記載の装置。
(12)少なくとも1台のラジエーターが、複数個のラジエーターコイルと、複数の異なる周波数の電流でそれらラジエーターコイルを駆動して複数の磁場を発生するのに適合している駆動回路とを備えている、上記実施態様(11)に記載の装置。
(13)駆動回路が、複数個のラジエーターコイルの各々を駆動して、複数の周波数の特有の各々のシーケンスで複数の磁場を発生するのに適合している、上記実施態様(12)に記載の装置。
(14)少なくとも1台のセンサーが、1個以上のセンサーコイルを有している、上記実施態様(12)に記載の装置。
(15)少なくとも1台のラジエーターが、複数の周波数の所定のシーケンスで順次、複数のエネルギー場を発生するのに適合している、実施態様Bに記載の装置。
(17)装置コントローラーが、複数の受信信号を目標物の複数の空間座標に関連付ける1組の連立方程式を解くことによって、それら空間座標を計算するのに適合している、実施態様Bに記載の装置。
(18)装置コントローラーが、繰返し近似法を適用することによって、複数の空間座標を計算し;且つ、前記繰返し近似法の収束基準を評価するとによって、その計算の収束性を考査する;のに適合している、実施態様Bに記載の装置。
(19)装置コントローラーが、複数の異なる周波数で計算される複数の空間座標の間の差異を検出することによって、収束性を考査するのに適合している、実施態様Bに記載の装置。
(20)複数のエネルギー場が摂動を起こされていたことを確認した直後、計算を修正して目標物の近辺に物品が存在することに対して補正を行なうことに、装置コントローラーが適合している、実施態様Bに記載の装置。
Claims (22)
- 目標物をトラッキングする方法において、
前記目標物の近辺に、複数の異なる周波数で複数のエネルギー場を発生させる段階と;
それらエネルギー場に応答して、それら異なる周波数で、前記目標物の位置で発生する複数の信号を受信する段階と;
それら異なる周波数で受信されたそれら信号に基づいて、前記目標物の複数の空間座標の多重計算を行なう段階と;
前記多重計算の収束性を考査する段階によって、それらエネルギー場が、前記目標物の近辺の物品によって摂動を起こされていたか否かを確認する段階と;
を包含し、
前記目標物の近辺の物品によって摂動を起こされていたか否かを確認する段階によって、エネルギー場が前記目標物の近辺の物品によって摂動を起こされていないと確認された場合、更に少なくとも1回、前記複数のエネルギー場を発生させる段階、前記目標物の位置で発生する複数の信号を受信する段階、前記目標物の複数の空間座標の多重計算を行なう段階、及び、前記目標物の近辺の物品によって摂動を起こされていたか否かを確認する段階を繰り返し、この場合、前記複数のエネルギー場を発生させる段階において、前記複数の異なる周波数とは相違する複数の異なる周波数で複数のエネルギー場を発生させる、上記トラッキング方法。 - 複数のエネルギー場を発生させる段階は、複数の磁場を発生させる段階を包含し;しかも、複数の信号を受信する段階は、前記複数の磁場に応答して発生する複数の電気信号を受信する段階を包含する、請求項1に記載の方法。
- 複数の磁場を発生させる段階は、複数の異なる周波数の複数の電流で、複数個のラジエーターコイルを駆動させて、該複数の磁場を発生させる段階を包含する、請求項2に記載の方法。
- 複数個のラジエーターコイルを駆動させる段階は、それらコイルの各々を駆動させて、複数の周波数の独特な各々のセットで、複数の磁場を発生させる段階を包含する、請求項3に記載の方法。
- 複数の電気信号を受信する段階は、目標物に固定されている1個以上のセンサーコイルからの複数の電気信号を受信する段階を包含する、請求項3に記載の方法。
- 複数のエネルギー場を発生させる段階は、所定のシーケンスの複数の周波数によって、順次、走査する段階を包含する、請求項1に記載の方法。
- 複数のエネルギー場を発生させる段階は、複数の異なる周波数で、同時に複数のエネルギー場を発生させる段階を包含する、請求項1に記載の方法。
- 多重計算を行なう段階は、受信された複数の信号を、目標物の空間座標に関連付ける1組の連立方程式を解く段階を包含する、請求項1に記載の方法。
- 多重計算を行なう段階は、反復近似法を適用して複数の空間座標を決定する段階を包含し、しかも、収束性を考査する段階は、前記反復近似法の収束基準を評価する段階を包含する、請求項1に記載の方法。
- 収束性を考査する段階は、複数の異なる周波数で計算された複数の空間座標の間の差異を検出する段階を包含する、請求項1に記載の方法。
- 複数のエネルギー場が摂動を起こされていることを確認した直後、計算を修正して目標物の近辺に物品が存在することに対して補正する段階を包含する、請求項1に記載の方法。
- 目標物をトラッキングするための装置において、
前記目標物の近辺に、複数の異なる周波数で複数のエネルギー場を発生させるのに適合している少なくとも1台のラジエーターと、
それら異なる周波数でのそれらエネルギー場に応答して複数の信号を発生するのに適合している、前記目標物に固定されている少なくとも1台のセンサーと、
それら異なる周波数で発生したそれら信号に基づいて、前記目標物の諸空間座標の多重計算を行なうのに適合しており;しかも、前記計算の収束性を考査することによって、それらエネルギー場が、前記目標物の近辺の物品によって摂動を起こされているどうかを確認するのに適合している;装置コントローラーと、
を備えており、
前記装置コントローラーが、エネルギー場が前記目標物の近辺の物品によって摂動を起こされていない、と確認した場合、前記ラジエーターは、前記目標物の近辺に、前記複数の異なる周波数とは相違する複数の異なる周波数で複数のエネルギー場を発生させ、前記センサーは、それら異なる周波数でのそれらエネルギー場に応答して複数の信号を発生し、前記装置コントローラーは、それら異なる周波数で発生したそれら信号に基づいて、前記目標物の諸空間座標の多重計算を行ない、しかも、前記計算の収束性を考査することによって、それらエネルギー場が、前記目標物の近辺の物品によって摂動を起こされているどうかを確認する、上記トラッキング装置。 - 複数のエネルギー場が複数の磁場であり;しかも、複数の信号が、それら磁場に応答する少なくとも1個のセンサーによって発生される複数の電気信号を包含している、請求項12に記載の装置。
- 少なくとも1台のラジエーターが、複数個のラジエーターコイルと、複数の異なる周波数の電流でそれらラジエーターコイルを駆動して複数の磁場を発生するのに適合している駆動回路とを備えている、請求項13に記載の装置。
- 駆動回路が、複数個のラジエーターコイルの各々を駆動して、複数の周波数の特有の各々のシーケンスで複数の磁場を発生するのに適合している、請求項14に記載の装置。
- 少なくとも1台のセンサーが、1個以上のセンサーコイルを有している、請求項14に記載の装置。
- 少なくとも1台のラジエーターが、複数の周波数の所定のシーケンスで順次、複数のエネルギー場を発生するのに適合している、請求項12に記載の装置。
- 少なくとも1台のラジエーターが、複数の異なる周波数で同時に、複数のエネルギー場を発生するのに適合している、請求項12に記載の装置。
- 装置コントローラーが、複数の受信信号を目標物の複数の空間座標に関連付ける1組の連立方程式を解くことによって、それら空間座標を計算するのに適合している、請求項12に記載の装置。
- 装置コントローラーが、繰返し近似法を適用することによって、複数の空間座標を計算し;且つ、前記繰返し近似法の収束基準を評価するとによって、その計算の収束性を考査する;のに適合している、請求項12に記載の装置。
- 装置コントローラーが、複数の異なる周波数で計算される複数の空間座標の間の差異を検出することによって、収束性を考査するのに適合している、請求項12に記載の装置。
- 複数のエネルギー場が摂動を起こされていたことを確認した直後、計算を修正して目標物の近辺に物品が存在することに対して補正を行なうことに、装置コントローラーが適合している、請求項12に記載の装置。
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