JP5279993B2 - 位置センサーへのデータ送信 - Google Patents
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Description
本発明は、大まかに言って、位置追跡システムに関し、より詳しく言うと、本発明は、位置追跡システムで用いられる装置および器具と無線通信を行うための方法および装置に関する。
医療手技に関わる物体の座標を追跡するためのさまざまな方法およびシステムが当業者に知られている。例えば、ベン−ハイム(Ben-Heim)に付与された米国特許第5,391,199号および同第5,443,489号は、その開示内容が参照することによって本明細書に組み込まれ、体内のプローブの座標が、一つまたは複数の磁界トランスデューサを用いて求められる、システムを記載している。そのようなシステムは、カテーテルのような医療用プローブに関する位置情報を生み出すために用いられる。コイルのようなセンサーが、プローブ内に配置されていて、外側から加えられた磁界に応答して信号を生み出す。磁界は、外部基準フレームに固定された既知の相互に隔てられた複数の位置にある、放射器コイルのような磁界トランスデューサによって生み出されている。センサー信号は、基準の外部フレーム内でのプローブの座標を求めるために処理される。
本発明の実施の形態は、位置追跡システムでの改良された無線通信方法および装置を提供する。本明細書で以下に開示される実施の形態では、これらの方法は、制御データなどのデータを位置追跡システムで追跡される物体内に嵌め込まれたセンサーユニットに送信するために用いられる。それに代わって、これらの方法は、必要な変更を加えて、追跡される物体に取り付けられたフィールド発生器から外部のセンサーにデータを送信するために用いられてよい。開示された方法および装置は、既存の位置センサーおよびセンサー制御ユニットの処理回路をデジタル通信チャネルの受信回路として用いる。したがって、センサーユニットは、この目的のための専用のハードウェアをほとんどまたは全く追加することなく、送信された制御データを受信することができる。制御指令を受信するためにアンテナおよび受信機を追加する必要なしに、センサーユニットの位置検出回路が位置信号および制御信号の両方を抽出するために用いられるので、センサーユニットは、より小さく、より低コストで、および、より信頼性が高く、製造される。
フィールド発生器を駆動するための駆動信号を生み出す過程と、
制御指令を含む制御信号を駆動信号に重ね合わせる過程と、
センサーによって検出されるフィールドを生み出すように、フィールド発生器を駆動信号で駆動する過程と、
センサーにおいて、センサーの位置座標を求めるために、かつ、制御指令を抽出するように制御信号を変調するために、フィールドを検出する過程と、
抽出された制御指令に基づいてセンサーの機能を制御する過程と、
を含む。
追跡された物体内のフィールド発生器を駆動するための駆動信号を生み出す過程と、
データを含むデータ搬送信号を駆動信号に重ね合わせる過程と、
一つまたは複数の外部の受信機によって検出されるフィールドを生み出すように、フィールド発生器を駆動信号で駆動する過程と、
一つまたは複数の外部の受信機で、追跡される物体の位置座標を求めるため、かつ、データを抽出するようにデータ搬送信号を復調するために、フィールドを検出する過程と、
を含む。
フィールド発生器であって、センサーによって検出されるフィールドを生み出すように接続された、フィールド発生器と、
信号発生器ユニットであって、フィールド発生器を駆動するための駆動信号を生み出し、同時に制御指令を含む制御信号を駆動信号に重ね合わせるように接続された、信号発生器ユニットと、
センサーユニットであって、フィールドを検出するように接続された位置センサー、および、検出されたフィールドに応答して位置信号を生み出すよう、制御指令を抽出するように制御信号を復調するよう、および、抽出された制御指令に基づいてセンサーの機能を制御するように、接続されたセンサー制御ユニット、を含む、センサーユニットと、
プロセッサであって、位置信号に応答してセンサーの位置座標を算出するように接続された、プロセッサと、
を具備する。
フィールド発生器であって、外部のシステムによって検出されるフィールドを生み出すように構成されている、追跡される物体に接続された、フィールド発生器と、
フィールド発生器と関連する信号発生器ユニットであって、フィールド発生器を駆動するための駆動信号を生み出し、同時に、データを含むデータ搬送信号を駆動信号に重ね合わせるように接続されている、信号発生器ユニットと、
外部のシステム内の一つまたは複数の外部の受信機であって、追跡される物体の位置座標を求めるため、および、データを抽出するようにデータ搬送信号を復調するために、フィールドを検出するように接続されている、受信機と、
を具備する。
上記の参照文献に言及されたシステムのような典型的な磁気ベースの位置検出システムでは、外部で生み出された磁界が、センサーユニット内に配置されたセンサーコイルなどの受信機中で位置に対応する電流を誘起する。そのようなシステムの医療上の用途では、センサーユニットは、医療移植片、プローブ、または、その他の医療器具内に嵌め込まれている。センサーユニット内のセンサー制御ユニットは、受信機からの信号を取得し、位置情報を算出し、位置情報を外部のシステムに送信する。外部のシステムは、センサーユニットから受信した位置情報に基づいて、センサーの位置および方向を算出する。(それに代わって、以下に記載されるように、移植片または器具内のフィールド発生器が、磁界を生み出し、その磁界が体の外側の受信機によって検出されてもよい。)
この発明の具体的な実施態様は以下の通りである。
(1)位置追跡システムでセンサーに制御指令を送信する方法において、
フィールド発生器を駆動するための駆動信号を生み出す過程と、
前記制御指令を含む制御信号を前記駆動信号に重ね合わせる過程と、
前記センサーによって検出されるフィールドを生み出すように、前記駆動信号で前記フィールド発生器を駆動する過程と、
前記センサーの位置座標を求めるため、および、前記制御指令を抽出するように前記制御信号を復調するために、前記センサーで前記フィールドを検出する過程と、
抽出された前記制御指令に基づいて前記センサーの機能を制御する過程と、
を含む、方法。
(2)前記実施態様(1)に記載の方法において、
前記駆動信号が、駆動周波数を有し、
前記制御信号を重ね合わせる前記過程が、前記制御信号を前記駆動信号から分離できるようにするために、前記駆動周波数とは異なる制御周波数を有する制御副搬送波を前記制御指令で変調する過程を含む、
方法。
(3)前記実施態様(2)に記載の方法において、
前記フィールドを検出する前記過程が、
前記検出されたフィールドに応答して受信信号を生み出す過程と、
前記受信信号から前記制御信号を抽出する過程と、
を含む、方法。
(4)前記実施態様(3)に記載の方法において、
前記制御信号を抽出する過程が、
前記受信信号をデジタル化してデジタル化された信号を生み出す過程と、
前記デジタル化された信号に高速フーリエ変換(FFT)プロセスを適用する過程と、
前記制御周波数に対応するFFTビンのエネルギーを検出する過程と、
を含む、方法。
(5)前記実施態様(2)に記載の方法において、
前記制御指令で変調する過程が、前記制御指令の二進表現に応答して前記制御副搬送波を断続的に切り換える過程を含む、方法。
(6)前記実施態様(1)に記載の方法において、
前記制御信号を重ね合わせる前記過程が、
第1の制御指令を第1のセンサーにアドレス指定する過程と、
前記第1の制御指令とは異なる第2の制御指令を第2のセンサーにアドレス指定する過程と、
を含む、方法。
(7)前記実施態様(1)に記載の方法において、
フィールドを検出する前記過程が、前記センサー内の単一のコイルを用いて、前記制御信号に基づく第1のフィールド成分と、前記位置座標に関連する第2のフィールド成分と、を検出する過程を含む、方法。
(8)前記実施態様(1)に記載の方法において、
前記センサーの機能を制御する前記過程が、前記センサーのタイミングの制御、前記センサーの較正、および、前記検出されたフィールドのひずみの補償、のうちの少なくとも一つを含む、方法。
(9)前記実施態様(1)に記載の方法において、
前記フィールドが、磁界を含む、方法。
(10)位置追跡システムで追跡された物体からデータを送信する方法において、
前記追跡された物体内のフィールド発生器を駆動するための駆動信号を生み出す過程と、
前記データを含むデータ搬送信号を前記駆動信号に重ね合わせる過程と、
一つまたは複数の外部の受信機によって検出されるフィールドを生み出すように、前記フィールド発生器を前記駆動信号で駆動する過程と、
前記一つまたは複数の外部の受信機で、前記追跡された物体の位置座標を求めるため、および、前記データを抽出するように前記データ搬送信号を復調するために、前記フィールドを検出する過程と、
を含む、方法。
フィールド発生器であって、前記センサーによって検出されるフィールドを生み出すように接続された、フィールド発生器と、
信号発生器ユニットであって、前記フィールド発生器を駆動するための駆動信号を生み出し、同時に、前記制御指令を含む制御信号を前記駆動信号に重ね合わせるように接続された、信号発生器ユニットと、
センサーユニットであって、
前記フィールドを検出するように接続された位置センサー、および、
検出された前記フィールドに応答して位置信号を生み出すため、前記制御指令を抽出するように前記制御信号を復調するため、および、抽出された前記制御指令に基づいて前記センサーの機能を制御するように接続された、センサー制御ユニット、
を含む、センサーユニットと、
プロセッサであって、前記位置信号に応答して前記センサーの位置座標を算出するように接続された、プロセッサと、
を具備する、装置。
(12)前記実施態様(11)に記載の装置において、
駆動周波数で前記駆動信号を生み出すよう、および、前記駆動信号から前記制御信号を分離できるようにするために、前記駆動周波数とは異なる制御周波数を有する制御副搬送波を前記制御指令で変調するように、前記信号発生器ユニットが接続されている、装置。
(13)前記実施態様(12)に記載の装置において、
前記位置センサーが、前記検出されたフィールドに応答して受信信号を生み出すように接続され、
前記センサー制御ユニットが、前記受信信号から前記制御信号を抽出するように接続されている、
装置。
(14)前記実施態様(13)に記載の装置において、
前記受信信号をデジタル化してデジタル化された信号を生み出すよう、高速フーリエ変換(FFT)プロセスを前記デジタル化された信号に適用するよう、および、前記制御信号を抽出するために前記制御周波数に対応するFFTビンのエネルギーを検出するように、前記センサー制御ユニットが接続されている、装置。
(15)前記実施態様(12)に記載の装置において、
前記信号発生器ユニットが、前記制御信号を変調するために、前記制御指令の二進表現に応答して前記制御副搬送波を断続的に切り換えるように接続されている、装置。
(16)前記実施態様(11)に記載の装置において、
前記プロセッサが、第1の制御指令を第1のセンサーにアドレス指定し、前記第1の制御指令とは異なる第2の制御指令を第2のセンサーにアドレス指定するように接続されている、装置。
(17)前記実施態様(11)に記載の装置において、
前記位置センサーが、
コイルであって、前記制御信号に基づく第1のフィールド成分、および、前記位置座標に関連する第2のフィールド成分、の両方を受信するように接続された、コイル、
を含む、装置。
(18)前記実施態様(11)に記載の装置において、
前記センサー制御ユニットが、前記制御指令に応答して、前記センサーユニットのタイミングの制御、前記センサーユニットの較正、および、前記検出されたフィールドのひずみの補償、のうちの少なくとも一つを実行するように接続されている、装置。
(19)前記実施態様(11)に記載の装置において、
前記フィールドが、磁界を含む、装置。
(20)位置追跡システムで追跡された物体からデータを送信する装置において、
前記追跡された物体に接続されたフィールド発生器であって、外部のシステムによって検出されるフィールドを生み出すように構成された、フィールド発生器と、
前記フィールド発生器に関連する信号発生器ユニットであって、前記フィールド発生器を駆動するための駆動信号を生み出し、同時に、前記データを含むデータ搬送信号を前記駆動信号に重ね合わせるように接続された、信号発生器ユニットと、
前記外部のシステム内の一つまたは複数の受信機であって、前記追跡された物体の位置座標を求めるために前記フィールドを検出するよう、および、前記データを抽出するために前記データ搬送信号を復調するように接続された、受信機と、
を具備する、装置。
22 外科医
23 患者
24 器具
26 移植片
30 脚
34 位置パッド
38 信号発生器ユニット
40 無線式制御ユニット
41 コンピュータ
42 ディスプレイ
45 センサーユニット
46 位置センサー
48 電力コイル
50 通信コイル
70 センサー制御ユニット
82 駆動信号発生器
84 制御信号発生器
86 混合器
88 デジタルフィルター
90 位置信号
92 制御信号
Claims (18)
- 位置追跡システムでセンサーに制御指令を送信する方法において、
フィールド発生器を駆動するための駆動信号を生み出す過程と、
前記制御指令を含む制御信号を前記駆動信号に重ね合わせる過程と、
前記センサーによって検出されるフィールドを生み出すように、前記駆動信号で前記フィールド発生器を駆動する過程と、
前記センサーの位置座標を求めるため、および、前記制御指令を抽出するように前記制御信号を復調するために、前記センサーにおいて、前記フィールドを検出する過程と、
抽出された前記制御指令に基づいて前記センサーの機能を制御する過程と、
を含み、
前記駆動信号が、駆動周波数を有し、
前記制御信号を重ね合わせる前記過程が、前記制御信号を前記駆動信号から分離できるようにするために、前記駆動周波数とは異なる制御周波数を有する制御副搬送波において前記制御指令を変調する過程を含む、
方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記フィールドを検出する前記過程が、
前記検出されたフィールドに応答して受信信号を生み出す過程と、
前記受信信号から前記制御信号を抽出する過程と、
を含む、方法。 - 請求項2に記載の方法において、
前記制御信号を抽出する前記過程が、
前記受信信号をデジタル化してデジタル化された信号を生み出す過程と、
前記デジタル化された信号に高速フーリエ変換(FFT)プロセスを適用する過程と、
前記制御周波数に対応するFFTビンのエネルギーを検出する過程と、
を含む、方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記制御指令を変調する前記過程が、前記制御指令の二進表現に応答して前記制御副搬送波を断続的に切り換える過程を含む、方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記制御信号を重ね合わせる前記過程が、
第1の制御指令を第1のセンサーにアドレス指定する過程と、
前記第1の制御指令とは異なる第2の制御指令を第2のセンサーにアドレス指定する過程と、
を含む、方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記フィールドを検出する前記過程が、前記センサー内の単一のコイルを用いて、前記制御信号に基づく第1のフィールド成分と、前記位置座標に関連する第2のフィールド成分と、を検出する過程を含む、方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記センサーの機能を制御する前記過程が、前記センサーのタイミングの制御、前記センサーの較正、および、前記検出されたフィールドのひずみの補償、のうちの少なくとも一つを含む、方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記フィールドが、磁界を含む、方法。 - 位置追跡システムで追跡された物体からデータを送信する方法において、
前記追跡された物体内のフィールド発生器を駆動するための駆動信号を生み出す過程と、
前記データを含むデータ搬送信号を前記駆動信号に重ね合わせる過程と、
一つまたは複数の外部の受信機によって検出されるフィールドを生み出すように、前記フィールド発生器を前記駆動信号で駆動する過程と、
前記追跡された物体の位置座標を求めるため、および、前記データを抽出するように前記データ搬送信号を復調するために、前記一つまたは複数の外部の受信機において、前記フィールドを検出する過程と、
を含み、
前記駆動信号が、駆動周波数を有し、
前記データ搬送信号を重ね合わせる前記過程が、前記データ搬送信号を前記駆動信号から分離できるようにするために、前記駆動周波数とは異なる制御周波数を有する制御副搬送波において前記データを変調する過程を含む、
方法。 - 位置追跡システムでセンサーに制御指令を送信する装置において、
フィールド発生器であって、前記センサーによって検出されるフィールドを生み出すように接続された、フィールド発生器と、
信号発生器ユニットであって、前記フィールド発生器を駆動するための駆動信号を生み出し、同時に、前記制御指令を含む制御信号を前記駆動信号に重ね合わせるように接続された、信号発生器ユニットと、
センサーユニットであって、
前記フィールドを検出するように接続された位置センサー、および、
検出された前記フィールドに応答して位置信号を生み出すため、前記制御指令を抽出するように前記制御信号を復調するため、および、抽出された前記制御指令に基づいて前記センサーの機能を制御するため、に接続された、センサー制御ユニット、
を含む、センサーユニットと、
プロセッサであって、前記位置信号に応答して前記センサーの位置座標を算出するように接続された、プロセッサと、
を具備し、
駆動周波数で前記駆動信号を生み出すよう、および、前記駆動信号から前記制御信号を分離できるようにするために、前記駆動周波数とは異なる制御周波数を有する制御副搬送波において前記制御指令を変調するように、前記信号発生器ユニットが接続されている、装置。 - 請求項10に記載の装置において、
前記位置センサーが、前記検出されたフィールドに応答して受信信号を生み出すように接続され、
前記センサー制御ユニットが、前記受信信号から前記制御信号を抽出するように接続されている、
装置。 - 請求項11に記載の装置において、
デジタル化された信号を生み出すために前記受信信号をデジタル化するよう、高速フーリエ変換(FFT)プロセスを前記デジタル化された信号に適用するよう、および、前記制御信号を抽出するために前記制御周波数に対応するFFTビンのエネルギーを検出するように、前記センサー制御ユニットが接続されている、装置。 - 請求項10に記載の装置において、
前記信号発生器ユニットが、前記制御信号を変調するために、前記制御指令の二進表現に応答して前記制御副搬送波を断続的に切り換えるように接続されている、装置。 - 請求項10に記載の装置において、
前記プロセッサが、第1の制御指令を第1のセンサーにアドレス指定するよう、また、前記第1の制御指令とは異なる第2の制御指令を第2のセンサーにアドレス指定するように、接続されている、装置。 - 請求項10に記載の装置において、
前記位置センサーが、
コイルであって、前記制御信号に基づく第1のフィールド成分、および、前記位置座標に関連する第2のフィールド成分、の両方を受信するように接続された、コイル、
を含む、装置。 - 請求項10に記載の装置において、
前記センサー制御ユニットが、前記制御指令に応答して、前記センサーユニットのタイミングの制御、前記センサーユニットの較正、および、前記検出されたフィールドのひずみの補償、のうちの少なくとも一つを実行するように接続されている、装置。 - 請求項10に記載の装置において、
前記フィールドが、磁界を含む、装置。 - 位置追跡システムで追跡された物体からデータを送信する装置において、
前記追跡された物体に接続されたフィールド発生器であって、外部のシステムによって検出されるフィールドを生み出すように構成された、フィールド発生器と、
前記フィールド発生器に関連する信号発生器ユニットであって、前記フィールド発生器を駆動するための駆動信号を生み出し、同時に、前記データを含むデータ搬送信号を前記駆動信号に重ね合わせるように接続された、信号発生器ユニットと、
前記外部のシステム内の一つまたは複数の外部受信機であって、前記追跡された物体の位置座標を求めるために前記フィールドを検出するよう、および、前記データを抽出するために前記データ搬送信号を復調するように接続された、受信機と、
を具備し、
前記駆動信号が、駆動周波数を有し、
前記データ搬送信号を重ね合わせることが、前記データ搬送信号を前記駆動信号から分離できるようにするために、前記駆動周波数とは異なる制御周波数を有する制御副搬送波において前記データを変調することを含む、
装置。
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