JP5649764B2 - 物体を追跡する装置および方法 - Google Patents
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Description
本発明は、概して、位置検出システムに関し、より詳しく言うと、無線式位置トランスデューサの動作に関する。
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。これらのシステムのいくつかは、磁界の送信および受信に基づいている。いくつかの場合では、磁界は、体の外側の放射器によって送信されて、体内の物体に固定されたセンサーによって受信され、他の場合では、体内の物体に取り付けられた放射器が体の外側の受信機に向けて磁界を送信する。検出された磁界に基づいて物体の座標を算出するための基本的な技術は、いずれの場合でもほぼ等しい。
本明細書で以下に記載される本発明の実施の形態では、小型の無線式位置トランスデューサが、患者の体内に挿入される物体に固定されている。そのトランスデューサは、例えば、移植片内に収容されていて、または、患者に手術手技を実施するのに用いられる器具に取り付けられている。位置トランスデューサは磁界を生み出し、その磁界は、典型的には(しかし、必ずということではなく)患者の体の外側の、固定された位置にある受信機によって検出される。検出された磁界に応答して、受信機は位置信号を出力し、その位置信号は、トランスデューサの、したがって、物体の、体内での座標を求めるために分析される。
物体に固定されるように構成された位置トランスデューサであって、そのトランスデューサは、
複数の出力ピンを含むデジタルマイクロコントローラであって、そのマイクロコントローラが、出力ピンの少なくとも一つに、選択された周波数で交流デジタル出力を生み出すように動作する、デジタルマイクロコントローラ、および、
出力ピンの少なくとも一つに直接接続された少なくとも一つの送信アンテナであって、少なくとも一つの送信アンテナが、交流デジタル出力に応答して選択された周波数で磁界を送信する、少なくとも一つの送信アンテナ、 を含む、位置トランスデューサと、
磁界を検出するように、かつ、磁界に応答して信号を生み出すように、構成されたフィールドセンサーと、
位置トランスデューサの座標を求めるために、信号を受信して処理するように結合されたプロセッサと、
を具備する。
基準周波数で変調された無線周波数(RF)信号を送信するように動作する基準送信機と、
前記物体に固定されるように構成された位置トランスデューサであって、その位置トランスデューサは、
RF信号を受信し、磁界を送信するための、少なくとも一つのアンテナ、および、
RF信号から基準周波数を受信するように、かつ、少なくとも一つのアンテナを駆動して基準周波数で磁界を生み出すように、少なくとも一つのアンテナに接続されている、デジタルマイクロコントローラ、 を含む、位置トランスデューサと、
基準周波数で磁界を検出するように同調され、かつ、磁界に応答して信号を生み出すように構成されている、フィールドセンサーと、
位置トランスデューサの座標を求めるために、信号を受信して処理するために接続された、プロセッサと、
を含む。
バイナリデータを受信するように構成されたデジタル入力ピンを含むデジタルマイクロコントローラと、
バイナリデータを無線式装置に搬送するように予め決められた変調速度で振幅変調された無線周波数(RF)信号を、受信するように構成された、受信アンテナと、
RF信号を整流し、かつ、整流されたRF信号をデジタル入力ピンに接続するように、受信アンテナとデジタル入力ピンとの間に直接接続された、整流器と、
を含む。
直流(DC)電圧を生み出すように構成された電源と、
電源に接続された電力入力、電力出力、および、グランド出力を含む調整器であって、その調整器は、DC電圧に応答して、電力出力とグランド出力との間に第1の電圧を生み出すように動作する、調整器と、
調整器のグランド出力に接続された第1の端子、および第2の端子、を含むダイオードと、
デジタルマイクロコントローラであって、そのデジタルマイクロコントローラが、
第1の電圧で動作しているときに読み出し専用モードでアクセス可能であり、第1の電圧より高い第2の電圧で動作しているときにプログラム可能な、不揮発性メモリ、
調整器の電力出力に接続された電力入力、
ダイオードの第2の端子に接続されたグランドピン、
入力ピンであって、入力ピンが、グランドピンに接続された第1の構成と入力ピンがフロート状態にある第2の構成との間を、マイクロコントローラによって切り換え可能な、入力ピン、および、
空中を通って送信されるデータ信号を受信するように接続されたデータ入力であって、そのデータ信号がプログラミング命令とデータとを含む、データ入力、 を含む、デジタルマイクロコントローラと、
を具備し、
マイクロコントローラが、プログラミング命令に応答して、入力ピンを第1の構成から第2の構成に切り換え、それによって、電力入力とグランドピンとの間の電圧を第2の電圧まで上昇させ、かつ、入力ピンが第2の構成である間にデータを不揮発性メモリに書き込むように構成されている。
位置トランスデューサを物体に固定する過程であって、位置トランスデューサが、複数の出力ピンを含むデジタルマイクロコントローラを含む、過程と、
少なくとも一つの送信アンテナを出力ピンの少なくとも一つに直接接続する過程と、
選択された周波数で交流デジタル出力を、デジタルマイクロコントローラの出力ピンの少なくとも一つに生み出して、少なくとも一つのアンテナが、選択された周波数で磁界を送信するようにする過程と、
位置トランスデューサの座標を求めるために磁界を検出する過程と、
を含む。
基準周波数で変調された無線周波数(RF)信号を基準送信機から送信する過程と、
位置トランスデューサを物体に固定する過程であって、位置トランスデューサが、RF信号を受信するため、かつ、磁界を送信するための少なくとも一つのアンテナと、RF信号から基準周波数を受信するように、かつ、少なくとも一つのアンテナを駆動して基準周波数で磁界を生み出すように、少なくとも一つのアンテナに接続されたデジタルマイクロコントローラと、を含む、過程と、
位置トランスデューサの座標を求めるために、基準周波数で磁界を検出する過程と、
を含む。
バイナリデータを無線式装置に搬送するように予め決められた変調速度で振幅変調された無線周波数(RF)信号を送信する過程と、
RF信号を整流するように、かつ、整流されたRF信号をデジタル入力ピンに接続するように、整流器を受信アンテナとデジタル入力ピンとの間に直接接続することによって、受信アンテナをデジタルマイクロコントローラと接続する過程と、
を含む。
図1は、本発明のある実施の形態に基づく、手術に用いられる磁気的追跡システム20の模式図である。外科医22は、器具24を用いて、患者23に医療手技を施す。移植片26は、手術部位で患者の体内に導入され、手術部位はこの例では患者の脚30に位置している。追跡システムは、移植片26および器具24の位置を測定および表示して、外科医が、この例では膝関節手術である手術手技を実施するときの案内をする。追跡システムは、手術部位を含む作業体積の全体に亘って位置および方向座標を測定する。
この発明の具体的な実施態様は以下の通りである。
(1)物体を追跡する装置において、
前記物体に固定されるように構成された位置トランスデューサであって、前記位置トランスデューサが、
複数の出力ピンを備え、前記出力ピンの少なくとも一つに、選択された周波数の交流デジタル出力を生み出すように動作する、デジタルマイクロコントローラ、および、
前記出力ピンの前記少なくとも一つに直接接続された少なくとも一つの送信アンテナであって、前記少なくとも一つの送信アンテナが、前記交流デジタル出力に応答して、前記選択された周波数の磁界を送信する、少なくとも一つの送信アンテナ、
を含む、位置トランスデューサと、
前記磁界を検出し、前記磁界に応答して信号を生み出すように構成されたフィールドセンサーと、
前記位置トランスデューサの座標を求めるために、前記信号を受信し処理するように接続されたプロセッサと、
を具備する、装置。
(2)前記実施態様(1)に記載の装置において、
前記少なくとも一つの送信アンテナが、前記選択された周波数付近の共振周波数を有するコイルを含む、
装置。
(3)前記実施態様(1)に記載の装置において、
前記少なくとも一つの送信アンテナがコイルを含み、
前記デジタルマイクロコントローラの前記複数の出力ピンが、少なくとも第1および第2の出力ピンを含み、
前記コイルが、前記第1および第2の出力ピンの間に直接接続されている、
装置。
(4)前記実施態様(3)に記載の装置において、
前記デジタルマイクロコントローラが、前記第1および第2の出力ピンの各々に、前記選択された周波数で互いに逆の位相の第1および第2の交流デジタル出力を生み出すように動作する、
装置。
(5)前記実施態様(1)に記載の装置において、
前記交流デジタル出力が方形波を含む、
装置。
(6)前記実施態様(1)に記載の装置において、
前記複数の出力ピンが、少なくとも第1および第2の出力ピンを含み、
前記少なくとも一つの送信アンテナが、少なくとも第1および第2のアンテナコイルを含み、前記第1および第2のアンテナコイルが、各々、前記第1および第2の出力ピンに直接接続されていて、
前記デジタルマイクロコントローラが、前記第1および第2の出力ピンに前記交流デジタル出力を生み出して、前記第1および第2のアンテナコイルを交互に駆動するように動作する、
装置。
(7)前記実施態様(6)に記載の装置において、
前記複数の出力ピンが、追加の出力ピンを含み、
前記第1および第2のアンテナコイルが、前記追加の出力ピンと前記第1および第2の出力ピンとの間に、各々、直接接続されている、
装置。
(8)前記実施態様(6)に記載の装置において、
前記少なくとも第1および第2のアンテナコイルが、互いに直交する軸を中心にして巻かれている、
装置。
(9)前記実施態様(1)に記載の装置において、
位置トランスデューサにバイナリデータを搬送するように変調された無線周波数(RF)信号を送信するように動作する基準送信機(reference transmitter)をさらに具備し、
前記位置トランスデューサが、前記信号を受信するように構成された受信アンテナ、および、前記バイナリデータを復調して前記デジタルマイクロコントローラへ向けて通過させるように前記受信アンテナに接続された復調回路、を含み、
前記デジタルマイクロコントローラが、前記バイナリデータに応答して、前記交流デジタル出力を生み出すように構成されている、
装置。
(10)前記実施態様(9)に記載の装置において、
前記RF信号が、予め決められたデータ速度で前記バイナリデータに応答して振幅変調されていて、
前記デジタルマイクロコントローラが、デジタル入力ピンを含み、
前記復調回路が、整流器を含み、前記整流器は、前記RF信号を整流するよう、かつ、整流された前記RF信号を前記デジタル入力ピンに接続するように、前記受信アンテナと前記デジタル入力ピンとの間に直接接続されている、
装置。
前記バイナリデータが、同期化信号を含む、
装置。
(12)前記実施態様(1)に記載の装置において、
無線周波数(RF)エネルギーを前記位置トランスデューサに送信するように動作する電力送信機をさらに具備し、
前記位置トランスデューサが、送信された前記RFエネルギーを受信するように構成された少なくとも一つの受信アンテナ、および、直流(DC)入力を前記デジタルマイクロコントローラに供給するために前記RFエネルギーを整流するように接続された整流器、を含む、
装置。
(13)前記実施態様(1)に記載の装置において、
前記位置トランスデューサが、被験者の体に挿入するためにカプセル封入された無線式装置である、
装置。
(14)前記実施態様(13)に記載の装置において、
前記位置トランスデューサが、前記体の生理学的パラメータを検出するための少なくとも一つの追加のセンサーを含み、
前記少なくとも一つの追加のセンサーが、前記マイクロコントローラに接続されていて、それによって、少なくとも一つの送信アンテナを通して、センサーの読み取り値を送信する、
装置。
(15)物体を追跡する装置において、
基準周波数で変調された無線周波数(RF)信号を送信するように動作する基準送信機と、
前記物体に固定されるように構成された位置トランスデューサであって、前記トランスデューサが、
前記RF信号を受信し、磁界を送信するための、少なくとも一つのアンテナ、および、
前記RF信号から前記基準周波数を受信するよう、かつ、前記少なくとも一つのアンテナを駆動して前記基準周波数で前記磁界を生み出すように、前記少なくとも一つのアンテナに接続された、デジタルマイクロコントローラ、
を含む、位置トランスデューサと、
前記基準周波数で前記磁界を検出するように同調され、かつ、前記磁界に応答して信号を生み出すように構成された、フィールドセンサーと、
前記位置トランスデューサの座標を求めるために、前記信号を受信して処理するように接続されたプロセッサと、
を具備する、装置。
(16)前記実施態様(15)に記載の装置において、
前記デジタルマイクロコントローラが、デジタル入力ピンを含み、
前記位置トランスデューサが、整流器を含み、前記整流器は、前記RF信号を整流するよう、かつ、整流された前記RF信号を前記デジタル入力ピンに接続するように、前記少なくとも一つのアンテナと前記デジタル入力ピンとの間に直接接続されている、
装置。
(17)前記実施態様(15)に記載の装置において、
前記デジタルマイクロコントローラが、前記少なくとも一つのアンテナを駆動し、前記変調されたRF信号と予め決められた位相関係にある前記磁界を生み出すように動作し、
前記フィールドセンサーが、前記位相関係に応答して、前記磁界を検出するように構成されている、
装置。
(18)前記実施態様(15)に記載の装置において、
前記デジタルマイクロコントローラが、入力ピンおよび出力ピンを含み、
前記少なくとも一つのアンテナが、前記入力ピンの少なくとも一つに接続された受信アンテナ、および、前記出力ピンの少なくとも一つに接続された送信アンテナ、を含む、
装置。
(19)前記実施態様(18)に記載の装置において、
前記デジタルマイクロコントローラが、前記出力ピンの前記少なくとも一つに前記基準周波数で方形波を生み出すことによって、前記送信アンテナを駆動するように動作する、
装置。
(20)前記実施態様(15)に記載の装置において、
無線周波数(RF)エネルギーを前記位置トランスデューサに送信するように動作する電力送信機をさらに具備し、
前記位置トランスデューサが、送信された前記RFエネルギーを受信するように構成された少なくとも一つの受信アンテナ、および、前記RFエネルギーを整流して直流(DC)入力を前記デジタルマイクロコントローラに供給するように接続された整流器、を含む、
装置。
前記位置トランスデューサが、被験者の体の中に挿入するためにカプセル封入された無線式装置である、
装置。
(22)無線式装置において、
バイナリデータを受信するように構成されたデジタル入力ピンを備えたデジタルマイクロコントローラと、
前記バイナリデータを前記無線式装置に搬送するために予め決められた変調速度で振幅変調された無線周波数(RF)信号を受信するように構成された受信アンテナと、
前記RF信号を整流するよう、かつ、整流された前記RF信号を前記デジタル入力ピンに結合するように、前記受信アンテナと前記デジタル入力ピンとの間に直接接続された整流器と、
を具備する、無線式装置。
(23)前記実施態様(22)に記載の無線式装置において、
前記整流器が、前記受信アンテナと前記デジタル入力ピンとの間に直列接続された単一のダイオードを含む、
無線式装置。
(24)前記実施態様(22)に記載の無線式装置において、
前記RF信号が搬送波周波数を有し、
前記受信アンテナが、前記搬送波周波数の付近で共振するコイルを含む、
無線式装置。
(25)前記実施態様(22)に記載の無線式装置において、
前記デジタルマイクロコントローラは、前記整流されたRF信号が前記デジタル入力ピンに現れることによって、前記デジタルマイクロコントローラのインタラプトが誘発されるように、構成されている、
無線式装置。
(26)前記実施態様(22)に記載の無線式装置において、
送信アンテナをさらに具備し、
前記デジタルマイクロコントローラが、前記バイナリデータに応答して磁界を送信するために前記送信アンテナを駆動するように接続されたデジタル出力ピンを含む、
無線式装置。
(27)前記実施態様(26)に記載の無線式装置において、
前記デジタルマイクロコントローラが、前記バイナリデータの前記変調速度に同期して前記デジタル出力ピンに方形波を生み出すように構成されている、
無線式装置。
(28)前記実施態様(22)に記載の無線式装置において、
RFエネルギーを受信するように構成された少なくとも一つの電力アンテナと、
前記RFエネルギーを整流し、前記デジタルマイクロコントローラに直流(DC)入力を供給するように連結された整流器と、
をさらに具備する、無線式装置。
(29)前記実施態様(22)に記載の無線式装置において、
前記デジタルマイクロコントローラ、前記受信アンテナ、および、前記整流器が、被験者の体の中に挿入するためにカプセル封入されている、
無線式装置。
(30)無線式装置において、
直流(DC)電圧を生み出すように構成された電源と、
前記電源に接続された電力入力、電力出力、および、グランド出力(ground output)を含み、前記DC電圧に応答して、前記電力出力および前記グランド出力との間に、第1の電圧を生み出すように動作する、調整器と、
前記整流器の前記グランド出力に接続された第1の端子、および、第2の端子を含むダイオードと、
デジタルマイクロコントローラであって、前記デジタルマイクロコントローラが、
前記第1の電圧で動作しているときに読み出し専用モードでアクセス可能であり、前記第1の電圧より高い第2の電圧で動作しているときにプログラム可能である、不揮発性メモリ、
前記調整器の前記電力出力に接続された電力入力、
前記ダイオードの前記第2の端子に接続されたグランドピン、
入力ピンであって、前記入力ピンが、前記グランドピンに接続された第1の構成と前記入力ピンがフロート状態にある第2の構成との間を、前記マイクロコントローラによって切り換え可能な、入力ピン、および、
大気を通して送信され、プログラミング命令およびデータを含むデータ信号を、受信するように接続されたデータ入力、
を含む、デジタルマイクロコントローラと、
を具備し、
前記マイクロコントローラが、前記プログラミング命令に応答して、前記入力ピンを前記第1の構成から前記第2の構成に切り換え、それによって、前記電力入力および前記グランドピンの間の電圧を前記第2の電圧まで増加させるよう、かつ、前記入力ピンが前記第2の構成である間に前記不揮発性メモリに前記データを書き込むように、構成されている、
無線式装置。
前記デジタルマイクロコントローラが、前記データに応答して、前記無線式装置の座標を求めるのに用いるための信号を送信するように構成されている、
無線式装置。
(32)前記実施態様(30)に記載の無線式装置において、
前記不揮発性メモリが、フラッシュメモリを含む、
無線式装置。
(33)前記実施態様(30)に記載の無線式装置において、
前記データ信号が、バイナリデータを前記無線式装置に搬送するために変調された無線周波数(RF)信号を含み、
前記無線式装置が、前記RF信号を受信するように構成された受信アンテナ、および、前記バイナリデータを復調して前記デジタルマイクロコントローラの前記データ入力に向けて通過させるように、前記受信アンテナに接続された復調回路、を含む、
無線式装置。
(34)前記実施態様(33)に記載の無線式装置において、
前記RF信号が、前記バイナリデータに応答して振幅変調されたRF搬送波を含み、
前記復調回路が、前記RF信号を整流するように前記受信アンテナと前記デジタル入力ピンとの間に直接接続された整流器を含む、
無線式装置。
(35)前記実施態様(30)に記載の無線式装置において、
前記電源が、RFエネルギーを受信するように構成された少なくとも一つの電力アンテナ、および、前記DC電圧を生み出すように前記RFエネルギーを整流するために接続された整流器、を含む、
無線式装置。
(36)物体を追跡する方法において、
前記物体に位置トランスデューサを固定する過程であって、前記位置トランスデューサが、複数の出力ピンを備えたデジタルマイクロコントローラを含む、過程と、
少なくとも一つの送信アンテナを前記出力ピンの少なくとも一つに直接接続する過程と、
前記少なくとも一つのアンテナに選択された周波数で磁界を送信させるために、前記マイクロコントローラの前記少なくとも一つの出力ピンに前記選択された周波数で交流デジタル出力を生み出す過程と、
位置トランスデューサの座標を求めるために、前記磁界を検出する過程と、
を含む、方法。
(37)前記実施態様(36)に記載の方法において、
前記少なくとも一つの送信アンテナが、前記選択された周波数付近の共振周波数を有するコイルを含む、
方法。
(38)前記実施態様(37)に記載の方法において、
前記複数の出力ピンが、少なくとも第1および第2の出力ピンを含み、
前記コイルが、前記第1および第2の出力ピンの間に直接接続されている、
方法。
(39)前記実施態様(38)に記載の方法において、
前記交流デジタル出力を生み出す過程が、前記選択された周波数で互いに逆の位相の第1および第2の交流デジタル出力を、前記第1および第2の出力ピンに、各々、生み出す過程を含む、
方法。
(40)前記実施態様(36)に記載の方法において、
前記交流デジタル出力を生み出す過程が、方形波を生み出す過程を含む、
方法。
前記複数の出力ピンが、少なくとも第1および第2の出力ピンを含み、
前記少なくとも一つの送信アンテナを接続する過程が、前記第1および第2の出力ピンに、各々、第1および第2のアンテナを直接接続する過程を含み、
前記交流デジタル出力を生み出す過程が、前記第1および第2のアンテナを交互に駆動するように前記第1および第2の出力ピンに交流デジタル出力を生み出す過程を含む、
方法。
(42)前記実施態様(41)に記載の方法において、
前記複数の出力ピンが、第3の出力ピンを含み、
前記第1および第2のアンテナを接続する過程が、前記第3の出力ピンと前記第1および第2の出力ピンの各々との間に、第1および第2のコイルを直接接続する過程を含む、
方法。
(43)前記実施態様(41)に記載の方法において、
前記第1および第2のアンテナが、互いに直交する軸を中心にして巻かれたコイルを含む、
方法。
(44)前記実施態様(36)に記載の方法において、
バイナリデータを搬送するように変調された無線周波数(RF)信号を前記位置トランスデューサに送信する過程と、
前記デジタルマイクロコントローラに前記バイナリデータを入力するように、前記位置トランスデューサで前記RF信号を受信しかつ復調する過程と、
をさらに含み、
前記方形波を生み出す過程が、前記バイナリデータに応答して前記方形波を生み出す過程を含む、
方法。
(45)前記実施態様(44)に記載の方法において、
前記RF信号を送信する過程が、予め決められたデータ速度で前記バイナリデータに応答して前記RF信号の振幅を変調する過程を含み、
前記RF信号を受信しかつ復調する過程が、前記RF信号を整流するよう、かつ、整流された前記RF信号を前記デジタル入力ピンに接続するように、受信アンテナと前記デジタルマイクロコントローラのデジタル入力ピンとの間に整流器を直接接続する過程を含む、
方法。
(46)前記実施態様(44)に記載の方法において、
前記バイナリデータが、同期化信号を含み、
前記方形波を生み出す過程が、前記同期化信号で前記方形波を同期化する過程を含む、
方法。
(47)前記実施態様(36)に記載の方法において、
無線周波数(RF)エネルギーを前記位置トランスデューサに送信する過程と、
前記デジタルマイクロコントローラへ直流(DC)入力を供給するために、送信された前記RFエネルギーを受信しかつ整流する過程と、
をさらに具備する、方法。
(48)前記実施態様(36)に記載の方法において、
前記物体を前記位置トランスデューサと共に、被験者の体の中に挿入する過程、
をさらに具備する、方法。
(49)前記実施態様(48)に記載の方法において、
前記位置トランスデューサが、前記体の生理学的パラメータを検出するための少なくとも一つの追加のセンサーを含み、
前記方法が、センサーの読み取り値を送信するために、前記少なくとも一つの追加のセンサーを前記マイクロコントローラに接続し、それによって、前記少なくとも一つの送信アンテナを介して送信する過程を含む、
方法。
(50)物体を追跡する方法において、
基準周波数で変調された無線周波数(RF)信号を基準送信機から送信する過程と、
位置トランスデューサを前記物体に固定する過程であって、前記位置トランスデューサが、
前記RF信号を受信し、磁界を送信するための、少なくとも一つのアンテナ、および、
前記RF信号から前記基準周波数を受信するよう、かつ、前記基準周波数で前記磁界を生み出すために前記少なくとも一つのアンテナを駆動するように、前記少なくとも一つのアンテナに接続された、デジタルマイクロコントローラ、
を備える、過程と、
前記位置トランスデューサの座標を求めるために、前記基準周波数で前記磁界を検出する過程と、
を含む、方法。
前記デジタルマイクロコントローラが、デジタル入力ピンを含み、
前記位置トランスデューサを固定する前記過程が、前記RF信号を整流するよう、かつ、整流された前記RF信号を前記デジタル入力ピンに接続するように、前記少なくとも一つのアンテナと前記デジタル入力ピンとの間に整流器を直接接続する過程を含む、
方法。
(52)前記実施態様(50)に記載の方法において、
前記位置トランスデューサを固定する前記過程が、前記変調されたRF信号と予め決められた位相関係にある前記磁界を生み出すために、前記デジタルマイクロコントローラを用いて、前記少なくとも一つのアンテナを駆動する過程を含み、
前記磁界を検出する前記過程が、前記位相関係に応答して前記磁界を検出する過程を含む、
方法。
(53)前記実施態様(50)に記載の方法において、
前記デジタルマイクロコントローラが、入力ピンおよび出力ピンを含み、
前記少なくとも一つのアンテナが、前記入力ピンの少なくとも一つに接続された受信アンテナ、および、前記出力ピンの少なくとも一つに接続された送信アンテナ、を含む、
方法。
(54)前記実施態様(53)に記載の方法において、
前記位置トランスデューサを固定する前記過程が、前記出力ピンの前記少なくとも一つに前記基準周波数で方形波を生み出すことによって前記送信アンテナを駆動する過程を含む、
方法。
(55)前記実施態様(50)に記載の方法において、
無線周波数(RF)エネルギーを前記位置トランスデューサに送信する過程と、
前記デジタルマイクロコントローラに直流(DC)入力を供給するために送信された前記RFエネルギーを受信し整流する過程と、
をさらに含む、方法。
(56)前記実施態様(50)に記載の方法において、
前記物体を前記位置トランスデューサと共に被験者の体の中に挿入する過程、
をさらに含む、方法。
(57)デジタルマイクロコントローラを含む無線式装置を操作する方法において、
前記方法が、
前記無線式装置にバイナリデータを搬送するように予め決められた変調速度で振幅変調された無線周波数(RF)信号を送信する過程と、
前記RF信号を整流し、整流された前記RF信号をデジタル入力ピンに接続するように、受信アンテナと前記デジタル入力ピンとの間に、整流器を直接接続することによって、前記受信アンテナを前記デジタルマイクロコントローラに接続する過程と、
を含む、方法。
(58)前記実施態様(57)に記載の方法において、
前記整流器が、前記受信アンテナと前記デジタル入力ピンとの間に直列に接続された単一のダイオードを含む、
方法。
(59)前記実施態様(57)に記載の方法において、
前記RF信号が、搬送波周波数を有し、
前記受信アンテナが、前記搬送波周波数付近で共振するコイルを含む、
方法。
(60)前記実施態様(57)に記載の方法において、
前記受信アンテナを接続する前記過程が、前記整流されたRF信号が前記デジタル入力ピンに現れることによって、前記デジタルマイクロコントローラのインタラプトが誘発されるように、前記デジタルマイクロコントローラを構成する過程を含む、
方法。
前記バイナリデータに応答して磁界を送信するために送信アンテナを駆動するように前記デジタルマイクロコントローラのデジタル出力ピンを接続する過程、
をさらに含む、方法。
(62)前記実施態様(61)に記載の方法において、
前記デジタル出力ピンを接続する前記過程が、前記バイナリデータの前記変調速度と同期して前記デジタル出力ピンに方形波を生み出す過程を含む、
方法。
(63)前記実施態様(57)に記載の方法において、
無線周波数(RF)エネルギーを前記無線式装置に送信する過程と、
前記デジタルマイクロコントローラに直流(DC)入力を供給するために、前記無線式装置で、送信された前記RFエネルギーを受信し整流する過程と、
をさらに含む、方法。
22 外科医
23 患者
24 器具
26 移植片
30 脚
34 位置パッド
38 信号処理コンソール
41 コンピュータ
42 ディスプレイ
50 トランスデューサ
52 送信コイル
52A,52B,52C 送信コイル
56 基板
58 マイクロコントローラ
59 周辺回路素子
60 無線通信コイル
62 電力コイル
70 処理ユニット
72 電力送信アンテナ
74 通信アンテナ
76 検出コイル
78 整流器
80 電圧制御回路
82 ピン
84 復調回路
90,92 駆動信号
94 信号
96 キャパシタ
98 ダイオード
100 キャパシタ
102 メモリ
104 DC調整器
106 ダイオード
108 内部スイッチ
Claims (24)
- 物体を追跡する装置において、
基準周波数で変調された無線周波数(RF)信号を送信するように動作する基準送信機と、
前記物体に固定されるように構成された位置トランスデューサであって、前記位置トランスデューサが、
前記RF信号を受信するための、少なくとも一つのアンテナと、
前記RF信号から前記基準周波数を受信するように、前記少なくとも一つのアンテナに接続されており、複数の出力ピンを備え、前記出力ピンの少なくとも一つに、選択された周波数の交流デジタル出力を生み出すように動作する、デジタルマイクロコントローラ、および、
前記出力ピンの前記少なくとも一つに直接接続された少なくとも一つの送信アンテナであって、前記少なくとも一つの送信アンテナが、前記交流デジタル出力に応答して、前記選択された周波数の磁界を送信する、少なくとも一つの送信アンテナ、
を含む、位置トランスデューサと、
前記磁界を検出し、前記磁界に応答して信号を生み出すように構成されたフィールドセンサーと、
前記位置トランスデューサの座標を求めるために、前記信号を受信し処理するように接続されたプロセッサと、
を有し、
前記フィールドセンサーは、電力送信機と処理ユニットとを含み、
前記処理ユニットは、前記磁界に応答して前記信号を生み出し、かつ、前記プロセッサと通信を行うように構成されており、
前記処理ユニットは、前記電力送信機を駆動して無線周波数(RF)エネルギーを前記位置トランスデューサに送信するように構成されており、
前記処理ユニットは、前記基準送信機を駆動して前記基準周波数で変調された無線周波数(RF)信号を送信するように構成されており、
前記基準送信機によって送信された前記無線周波数(RF)信号と、前記デジタルマイクロコントローラによって生み出された前記交流デジタル出力とが、同じ周波数を含み、前記処理ユニットが、前記同じ周波数に同調されており、
前記少なくとも一つの送信アンテナが、前記選択された周波数付近の共振周波数を有するコイルを含み、
前記デジタルマイクロコントローラの前記複数の出力ピンが、少なくとも第1および第2の出力ピンを含み、
前記コイルが、増幅器を介在させずに前記第1および第2の出力ピンの間に直接接続されている、
装置。 - 請求項1に記載の装置において、
前記デジタルマイクロコントローラが、前記第1および第2の出力ピンの各々に、前記選択された周波数で互いに逆の位相の第1および第2の交流デジタル出力を生み出すように動作する、
装置。 - 請求項1に記載の装置において、
前記交流デジタル出力が方形波を含む、
装置。 - 請求項1に記載の装置において、
前記複数の出力ピンが、少なくとも第1および第2の出力ピンを含み、
前記少なくとも一つの送信アンテナが、少なくとも第1および第2のアンテナコイルを含み、前記第1および第2のアンテナコイルが、各々、前記第1および第2の出力ピンに直接接続されていて、
前記デジタルマイクロコントローラが、前記第1および第2の出力ピンに前記交流デジタル出力を生み出して、前記第1および第2のアンテナコイルを交互に駆動するように動作する、
装置。 - 請求項4に記載の装置において、
前記複数の出力ピンが、追加の出力ピンを含み、
前記第1および第2のアンテナコイルが、前記追加の出力ピンと前記第1および第2の出力ピンとの間に、各々、直接接続されている、
装置。 - 請求項4に記載の装置において、
前記少なくとも第1および第2のアンテナコイルが、互いに直交する軸を中心にして巻かれている、
装置。 - 請求項1に記載の装置において、
前記基準送信機(reference transmitter)は、位置トランスデューサにバイナリデータを搬送するように変調された前記無線周波数(RF)信号を送信するように動作し、
前記位置トランスデューサが、前記信号を受信するように構成された受信アンテナ、および、前記バイナリデータを復調して前記デジタルマイクロコントローラへ向けて通過させるように前記受信アンテナに接続された復調回路、を含み、
前記デジタルマイクロコントローラが、前記バイナリデータに応答して、前記交流デジタル出力を生み出すように構成されている、
装置。 - 請求項7に記載の装置において、
前記RF信号が、予め決められたデータ速度で前記バイナリデータに応答して振幅変調されていて、
前記デジタルマイクロコントローラが、デジタル入力ピンを含み、
前記復調回路が、整流器を含み、前記整流器は、前記RF信号を整流するよう、かつ、整流された前記RF信号を前記デジタル入力ピンに接続するように、前記受信アンテナと前記デジタル入力ピンとの間に直接接続されている、
装置。 - 請求項7に記載の装置において、
前記バイナリデータが、同期化信号を含む、
装置。 - 請求項1に記載の装置において、
前記位置トランスデューサが、送信された前記RFエネルギーを受信するように構成された少なくとも一つの受信アンテナ、および、直流(DC)入力を前記デジタルマイクロコントローラに供給するために前記RFエネルギーを整流するように接続された整流器、を含む、
装置。 - 請求項1に記載の装置において、
前記位置トランスデューサが、被験者の体に挿入するためにカプセル封入された無線式装置である、
装置。 - 請求項11に記載の装置において、
前記位置トランスデューサが、前記体の生理学的パラメータを検出するための少なくとも一つの追加のセンサーを含み、
前記少なくとも一つの追加のセンサーが、前記マイクロコントローラに接続されていて、それによって、少なくとも一つの送信アンテナを通して、センサーの読み取り値を送信する、
装置。 - 物体を追跡する方法において、
基準周波数で変調された無線周波数(RF)信号を基準送信機から送信する過程と、
前記物体に位置トランスデューサを固定する過程であって、前記位置トランスデューサが、複数の出力ピンを備えたデジタルマイクロコントローラを含む、過程と、
少なくとも一つの送信アンテナを前記出力ピンの少なくとも一つに直接接続する過程と、
前記少なくとも一つのアンテナに選択された周波数で磁界を送信させるために、前記RF信号から前記基準周波数を受信し、前記マイクロコントローラの前記少なくとも一つの出力ピンに前記選択された周波数で交流デジタル出力を生み出す過程と、
位置トランスデューサの座標を求めるために、フィールドセンサーによって前記磁界を検出し、前記磁界に応答して信号を生み出す過程と、
前記位置トランスデューサの座標を求めるために、プロセッサが前記信号を受信し処理する過程と、
を含み、
前記フィールドセンサーは、電力送信機と処理ユニットとを含み、
前記処理ユニットは、前記磁界に応答して前記信号を生み出し、かつ、前記プロセッサと通信を行うように構成されており、
前記処理ユニットは、前記電力送信機を駆動して無線周波数(RF)エネルギーを前記位置トランスデューサに送信するように構成されており、
前記処理ユニットは、前記基準送信機を駆動して前記基準周波数で変調された無線周波数(RF)信号を送信するように構成されており、
前記基準送信機によって送信された前記無線周波数(RF)信号と、前記デジタルマイクロコントローラによって生み出された前記交流デジタル出力とが、同じ周波数を含み、前記処理ユニットが、前記同じ周波数に同調されており、
前記少なくとも一つの送信アンテナが、前記選択された周波数付近の共振周波数を有するコイルを含み、
前記複数の出力ピンが、少なくとも第1および第2の出力ピンを含み、
前記コイルが、増幅器を介在させずに前記第1および第2の出力ピンの間に直接接続されている、
方法。 - 請求項13に記載の方法において、
前記交流デジタル出力を生み出す過程が、前記選択された周波数で互いに逆の位相の第1および第2の交流デジタル出力を、前記第1および第2の出力ピンに、各々、生み出す過程を含む、
方法。 - 請求項13に記載の方法において、
前記交流デジタル出力を生み出す過程が、方形波を生み出す過程を含む、
方法。 - 請求項13に記載の方法において、
前記複数の出力ピンが、少なくとも第1および第2の出力ピンを含み、
前記少なくとも一つの送信アンテナを接続する過程が、前記第1および第2の出力ピンに、各々、第1および第2のアンテナを直接接続する過程を含み、
前記交流デジタル出力を生み出す過程が、前記第1および第2のアンテナを交互に駆動するように前記第1および第2の出力ピンに交流デジタル出力を生み出す過程を含む、
方法。 - 請求項16に記載の方法において、
前記複数の出力ピンが、第3の出力ピンを含み、
前記第1および第2のアンテナを接続する過程が、前記第3の出力ピンと前記第1および第2の出力ピンの各々との間に、第1および第2のコイルを直接接続する過程を含む、
方法。 - 請求項16に記載の方法において、
前記第1および第2のアンテナが、互いに直交する軸を中心にして巻かれたコイルを含む、
方法。 - 請求項13に記載の方法において、
バイナリデータを搬送するように変調された無線周波数(RF)信号を前記位置トランスデューサに送信する過程と、
前記デジタルマイクロコントローラに前記バイナリデータを入力するように、前記位置トランスデューサで前記RF信号を受信しかつ復調する過程と、
をさらに含み、
前記方形波を生み出す過程が、前記バイナリデータに応答して前記方形波を生み出す過程を含む、
方法。 - 請求項19に記載の方法において、
前記RF信号を送信する過程が、予め決められたデータ速度で前記バイナリデータに応答して前記RF信号の振幅を変調する過程を含み、
前記RF信号を受信しかつ復調する過程が、前記RF信号を整流するよう、かつ、整流された前記RF信号を前記デジタル入力ピンに接続するように、受信アンテナと前記デジタルマイクロコントローラのデジタル入力ピンとの間に整流器を直接接続する過程を含む、
方法。 - 請求項19に記載の方法において、
前記バイナリデータが、同期化信号を含み、
前記方形波を生み出す過程が、前記同期化信号で前記方形波を同期化する過程を含む、
方法。 - 請求項13に記載の方法において、
前記無線周波数(RF)エネルギーを前記位置トランスデューサに送信する過程と、
前記デジタルマイクロコントローラへ直流(DC)入力を供給するために、送信された前記RFエネルギーを受信しかつ整流する過程と、
をさらに具備する、方法。 - 請求項13に記載の方法において、
前記物体を前記位置トランスデューサと共に、被験者の体の中に挿入する過程、
をさらに具備する、方法。 - 請求項23に記載の方法において、
前記位置トランスデューサが、前記体の生理学的パラメータを検出するための少なくとも一つの追加のセンサーを含み、
前記方法が、センサーの読み取り値を送信するために、前記少なくとも一つの追加のセンサーを前記マイクロコントローラに接続し、それによって、前記少なくとも一つの送信アンテナを介して送信する過程を含む、
方法。
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