JP7134689B2 - 無線用具の磁気的位置を決定するシステム及び方法 - Google Patents

無線用具の磁気的位置を決定するシステム及び方法 Download PDF

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Description

開示の内容
３次元（３Ｄ）空間内で用具の位置確認を行う方法を提供する。その方法は、用具の位置に対応する位置データが利用できるかどうかを決定することを含む。位置データが利用できる場合、その方法は、用具の位置を提示する位置データを提供することを含む。位置データが利用できない場合、その方法は、用具の速度及び用具の加速度に基づいて用具の推定位置を決定することと、用具の推定位置に対応する推定位置データを生成することと、用具の位置として推定位置を提示するために推定位置データを提供することを含む。その方法は、加速度計データが利用できるかどうかを決定することを含む。加速度計データが利用できる場合、その方法は、加速度計データを用いて用具の位置を推定することを含む。
３Ｄ空間内で用具の位置確認を行う電磁ナビゲーションシステムを提供する。そのシステムは、データを記憶するように構成されるメモリ、及びメモリと通信を行うプロセッサを含む。プロセッサは、用具の位置に対応する位置データが利用できるかどうかを決定するように構成される。位置データが利用できる場合、プロセッサは、用具の位置を提示する位置データを提供するように構成される。位置データが利用できない場合、プロセッサは、用具の速度及び用具の加速度に基づいて、用具の推定位置を決定し、用具の推定位置に対応する推定位置データを生成し、用具の位置として推定位置を提示するために推定位置データを提供するように構成される。
持続性コンピュータ可読媒体を提供する。コンピュータ可読媒体は、実行時に、３Ｄ空間内で用具の位置確認を行う方法をコンピュータに実行させる命令を有する。その方法は、用具の位置に対応する位置データが利用できるかどうかを決定することを含む。位置データが利用できる場合、その方法は、用具の位置を提示する位置データを提供することを含む。位置データが利用できない場合、その方法は、用具の速度及び用具の加速度に基づいて用具の推定位置を決定することと、用具の推定位置に対応する推定位置データを生成することと、用具の位置として推定位置を提示するために推定位置データを提供することを含む。また、その方法は、加速度計データが利用できるかどうかを決定することを含む。加速度計データが利用できる場合、その方法は、加速度計データを用いて用具の位置を推定することを含む。
添付の図面と共に一例として与えられた以降の説明から、より詳細な理解が可能になる。
本明細書で開示される実施形態を実行可能な３Ｄ空間内の用具のナビゲートの一例の医療システムを示す図である。 本明細書で説明される実施形態と共に用いる一例の医療システムの部品を示すブロック図である。 本明細書で説明される実施形態と共に用いる一例の無線用具を示す図である。 一実施形態に従って３Ｄ空間内で用具の位置確認を行う一例の方法を示すフロー図である。
電磁ナビゲーションシステムを用いて、医療処置中、３Ｄ空間内の医療用具の位置を決定する。処置中、医療用具は、信号（例えば、磁界の振幅と位相に基づく電気信号）の生成及び送信を行い、それらの位置の決定を容易にする。いくつかの既存のシステムでは、信号は有線媒体（例えば、ケーブル）を介してシステム部品に送信される。
しかし、短距離無線技術の進歩のために、いくつかのシステムは、システム部品に無線的に接続された用具を利用し、信号は、様々な短距離無線プロトコル（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ（ＩＥＥＥ）８０２．１１ｇ ＩｒＤＡ（赤外線データ）及びＥｒｉｃｓｓｏｎブルートゥース（商標））を介してシステム部品に無線的に送信される。例えば、医療関係者（耳部、鼻部及び咽喉部（ＥＮＴ）の医師及び心臓内科医）は、カテーテル等のバッテリ駆動の用具を用いて、患者の解剖学的構造に医療処置を実行する。用具の決定位置に基づいて、患者の解剖学的情報が医療関係者に提示（例えば、表示）される。従って、処置の効率及び成功は、用具の位置を連続的に提供することに依存する。
本出願は、磁界を用いて、３Ｄ空間内の医療用具の位置を計算するシステム、装置及び方法を開示する。各用具は、データ（例えば、磁界を用いた位置データ（これ以降「位置データ」）、速度データ及び加速度データ）を処理デバイスに無線的に送信し、３Ｄ空間内に用具の位置をマッピングするように構成される。３Ｄ空間内の用具の位置に対応する位置データが、所定の時点又は期間に処理に利用できない（例えば、位置データが処理デバイスにおいて受信されていない、データが不正確である）場合、処理デバイスは既に計算済みのデータを用いて３Ｄ空間内の用具の位置を推定する。例えば、処理デバイスは、経時的に異なる位置における用具の速度及び加速度に対応する既に計算済みのデータを用いる。用具の速度及び加速度は、動作中に連続的に計算でき、位置データが処理に利用できない場合、用具の位置を推定するために計算済みのデータを処理に利用できる。処理デバイスは、加速度計データ（つまり、用具における加速度計からの加速度データ）が処理に利用できるかどうかを決定し、既に計算済みのデータに加えて又は代替的に、加速度計データを用いて、３Ｄ空間内の用具の位置を推定することもできる。
ここで図１を参照すると、一例の医療システム２０の図が示されており、それは、情報５２（例えば、チャート、患者の一部の解剖学的モデル及び信号情報）を生成し表示するために使用できる。図１に示したシステム２０及び用具２２は、一例にすぎない。用具２２等の医療用具は、患者２８の心臓２６内の電位マッピング等の診断又は治療上の処置に用いられる任意の用具であってもよい。代替的に、用具は、必要な変更を加えて、心臓、肺、又はその他の人体臓器内（例えば、耳部、鼻部、及び咽喉（ＥＮＴ））等の異なる解剖学的部分の他の治療目的及び／又は診断目的で使用されてもよい。用具は、例えば、プローブ、カテーテル、切断用具、及び吸引デバイスを含んでもよい。
操作者３０は、非先端区画５４及び先端５６を含むことができる用具２２を患者２８の血管系等の患者の解剖学的構造の一部に挿入でき、用具２２の先端５６を心臓２６のチャンバ内に進入させる。制御コンソール２４は磁気的位置検出を用いて、心臓２６の内側の３Ｄ空間内の用具２２の位置座標（例えば、先端５６の座標）を決定できる。位置座標を決定するために、制御コンソール２４の駆動回路３４は、コネクタ４４を介して磁界発生装置３６を駆動し、患者２８の解剖学的構造内に磁界を生成できる。
磁場発生装置３６は、患者２８の外部の既知の位置に配置された１つ以上のエミッタコイル（図１には図示せず）を含み、該コイルは、患者の解剖学的構造の関心部分が入っている既定の作業範囲内に磁場を生成するように構成されている。各エミッタコイルは異なる周波数で駆動され、３Ｄ空間内に一定の磁界を出射する。例えば、図１に示す例示の医療システム２０では、１つ以上のエミッタコイルは、患者２８の胴の下に配置されることができ、それぞれが患者の心臓２６が入っている既定の作業範囲内に磁場を生成するように構成されている。
図１に示したように、磁界位置センサ３８は用具２２の先端５６に配置される。磁界位置センサ３８を用いて３Ｄ空間内の受信コイルの位置を決定し、磁界の振幅と位相に基づいて電気信号を生成する。磁界位置センサ３８は用具２２の先端５６に配置されるが、用具は、用具の任意の部分にそれぞれ配置した１つ以上の磁界位置センサを含むこともできる。
信号は、用具２２における無線通信インタフェースを介して制御コンソール２４に無線的に通信され、制御コンソール２４内の対応する入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース４２と通信できる。無線通信インタフェース及びＩ／Ｏインタフェース４２は、例えば、赤外線（ＩＲ）、高周波（ＲＦ）、ブルートゥース、ＩＥＥＥ ８０２．１１規格ファミリの１つ（例えば、Ｗｉ－Ｆｉ）、又はＨｉｐｅｒＬＡＮ規格等の、従来から知られている任意の好適な無線通信規格に従って動作できる。体表面電極４６は、フレキシブル基板上に一体化した１つ以上の無線センサノードを含んでいてもよい。１つ以上の無線センサノードは、以降でより詳しく説明するように、ローカルのデジタル信号処理を可能にする無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）、無線リンク、及び小型充電バッテリを含んでいてもよい。
Ｉ／Ｏインタフェース４２は、用具２２、体表面電極４６及び位置センサ（図示せず）との制御コンソール２４のやり取りを可能にしてもよい。医療システム２０のＩ／Ｏインタフェース４２及び他の部品を介して、体表面電極４６から受け取った電気インパルス、及び用具２２から受け取った電気信号に基づいて、プロセッサ４０は、３Ｄ空間内の用具の位置を決定し、表示情報５２を生成でき、表示情報５２は表示装置５０上に示してもよい。表示情報５２は表示装置５０上に示されるが、音声等、任意の既知の形態で用具２２の位置を生成し、提示することもできる。
プロセッサ４０は１つ以上のプロセッサを含んでいてもよく、信号（例えば、信号パケットに含まれる処理情報）を処理し、位置及び方向座標を含む３Ｄ空間内の先端５６の位置座標を決定するように構成される。位置データは、３Ｄ空間内の点、磁界の強度及びタイムスタンプを含むことができる。プロセッサ４０を用いて、位置データ及び加速度計データの利用可能性を決定すること、位置データに基づいて用具２２の位置を決定すること、加速度計データ及び既に計算済みのデータ（例えば、速度及び加速度データ）に基づいて用具２２の位置を推定すること、（例えば、カルマンフィルタを介して）推定位置データをフィルタ処理すること、及び表示装置５０に示すことができる表示情報５２を生成すること等、本明細書で説明される３Ｄ空間内で用具の位置確認を行う方法の任意の部分を実行できる。
これまでに説明した位置検出の方法は、カリフォルニア州、Ｄｉａｍｏｎｄ ＢａｒのＢｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ Ｉｎｃ．によって製造されたＣＡＲＴマッピングシステム内で実行され、本明細書で述べられる特許及び特許出願で詳しく説明される。
磁界位置センサ３８は信号を制御コンソール２４に送信し、３Ｄ空間内の用具２２の位置データ（例えば、先端５６の位置座標）を示す。磁界位置センサ３８は、１つ以上の小型受信コイルを含んでいてもよく、異なる軸に沿って方向付けした複数の小型コイルを含んでいてもよい。代替的に、磁界位置センサ３８は、任意の種類の磁気センサ、又はインピーダンスに基づく又は超音波位置センサ等、他の種類の位置検出器を含んでいてもよい。図１は単一の位置センサを有する用具２２を示しているが、本実施形態は、１つより多くの位置センサを備えた用具を含んでいてもよい。磁気的位置追跡技術は、例えば、米国特許第５，３９１，１９９号、第５，４４３，４８９号、第６，７８８，９６７号、第６，６９０，９６３号、第５，５５８，０９１号、第６，１７２，４９９号、第６，１７７，７９２号で説明されており、これらの開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。
用具２２は、先端５６に連結され、かつインピーダンスに基づく位置検出器として機能するように構成された、電極４８を含んでもよい。追加的に又は代替的に、電極４８は、特定の生理学的性質、例えば、１つ以上の位置における局所表面電位（例えば、心組織の電位）等を測定するように構成されてもよい。電極４８は、心臓２６の心内膜組織をアブレーションするために、ＲＦエネルギーを印加するように構成され得る。
プロセッサ４０は、好適なフロントエンド及びインタフェース回路付きの汎用コンピュータに含まれていてもよく、用具２２から信号を受信し、制御コンソール２４の他の部品を制御する。プロセッサ４０は、ソフトウェアを用いてプログラムされ、本明細書で説明される機能を実行できる。ソフトウェアは、例えば、ネットワークを介して電子的形態で制御コンソール２４にダウンロードされてもよく、又はそれは、光学的、磁気的、若しくは電子的記録媒体等の持続性有形媒体上に提供されてもよい。代替的に、プロセッサ４０の機能の一部又は全ては、専用又はプログラム可能なデジタルハードウェア部品によって実行できる。
図１に示す実施例では、制御コンソール２４は、ケーブル４４を介して体表面電極４６に接続されており、体表面電極４６のそれぞれは、患者の皮膚に付着するパッチ（例えば、図１では電極４６の周りの円として示される）を使用して患者２８に取り付けられている。パッチに加えて又はそれに代替して、体表面電極４６はまた、患者２８によって着用される、体表面電極４６を含む物品を使用して患者上に位置付けられてもよく、着用された物品の位置を示す１つ以上の位置センサ（図示されず）を含んでもよい。例えば、体表面電極４６は、患者２８によって着用されるように構成されたベストに埋め込まれてもよい。手術中、体表面電極４６は、心組織の分極及び脱分極によって生じる電気インパルスを検出し、ケーブル４４を介して情報を制御コンソール２４に送信することによって、３Ｄ空間内の用具（例えば、カテーテル）の位置を提供するのに役立つ。体表面電極４６は、磁気位置追跡装置を装備していてもよく、患者２８の呼吸サイクルを特定し追跡するのに役立ち得る。
追加的に又は代替的に、用具２２、体表面電極４６及び他のセンサ（図示せず）は、無線インタフェースを介して、制御コンソール２４及び互いに通信できる。例えば、開示内容が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，２６６，５５１号は、とりわけ、信号処理装置及び／又は計算装置に物理的に接続されていないワイヤレスカテーテルについて記載しており、これは参照により本明細書に組み込まれる。もっと正確に言えば、送受信機はカテーテルの近位端に取り付けられている。送受信機は、例えばＩＲ送信、ＲＦ送信、ブルートゥース送信、又は音響送信等の無線通信方法を使用して、信号処理装置及び／又は計算装置と通信する。
診断処置中、プロセッサ４０は表示情報５２を提示してもよく、情報５２を表すデータをメモリ５８に記憶してもよい。メモリ５８は、ランダムアクセスメモリ又はハードディスクドライブ等、任意の好適な揮発性及び／又は不揮発性メモリを含んでいてもよい。操作者３０は、１つ以上の入力デバイス５９を使用して表示情報５２を操作することができてもよい。代替的に、医療システム２０は、操作者３０が用具２２を操作している間、制御コンソール２４を操作する第二操作者を含んでいてもよい。図１に示す構成は例示的なものであることを理解されたい。医療システム２０の任意の好適な構成を使用し、実装することができる。
図２は、本明細書で説明される特徴を実行可能な一例の医療システム２００の一例の部品を示すブロック図である。図２に示したように、システム２００は、用具２０２、処理デバイス２０４及び表示デバイス２０６を含む。表示デバイス２０６（例えば、図１の表示装置５０）は、１つ以上のネットワーク（例えば、インターネット、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）又はワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ））を介して処理デバイス２０４と有線通信、無線通信又は有線及び無線通信の組み合わせを行ってもよい。表示デバイス２０６は１つ以上の表示装置を含んでいてもよく、それぞれ経時的な用具の位置及び患者の解剖学的構造のマップ（例えば、患者の心臓のマップ）等の異なる情報を表示するように構成される。
図２に示したように、処理デバイス２０４は、プロセッサ２１４、メモリ２１２（例えば、プロセッサ２１４によって実行される情報及び命令を記憶する）及びストレージ２２０（例えば、ハードディスク又はリムーバブルメディアドライブ）を含む。処理デバイス２０４と表示デバイス２０６は、例えば、図１に示した例示的な制御コンソール２４の一部であってもよい。
図２に示したように、用具２０２はセンサ２１６を含む。センサ２１６は、１つ以上のセンサ（例えば、図１に示した磁界位置センサ３８又は図３に示したセンサ３１６）を含み、位置信号を提供し、３Ｄ空間内の用具２０２の位置を示してもよい。図２に示したように、システム２００は更なるセンサ２１０を含んでいてもよい。更なるセンサ２１０は、図１に示した表面電極４６等の、用具２０２とは別個の１つ以上のセンサを含み、３Ｄ空間内の用具２０２の位置を示す位置情報を提供できる。
図２に示したように、処理デバイス２０４はプロセッサ２１４を含み、１つ以上のプロセッサを含んでいてもよい。プロセッサ２１４は、電磁信号を処理し、電磁信号を経時的に記録し、電磁信号をフィルタ処理し、電磁信号情報の生成及び組み合わせを行い、表示用の情報を提供し、表示デバイス２０６に情報を表示するために表示デバイス２０６を制御することができる。プロセッサ２１４はマッピング情報の生成及び補間を行い、表示デバイス２０６に心臓のマップを表示できる。プロセッサ２１４は、１つ以上のセンサ（例えば、１つ以上の更なるセンサ２１０及び１つ以上の用具センサ２１６）から獲得した位置情報を処理し、用具２０２（例えば、用具の先端部）の位置及び方向座標を決定できる。
プロセッサ２１４は、メモリ２１２と通信を行い、本明細書で説明される３Ｄ空間内で用具の位置確認を行う方法の任意の部分を実行するために使用できる。例えば、プロセッサ２１４は、センサ２１６を介して獲得した信号に基づいて速度及び加速度データを計算し、速度及び加速度データに基づいて位置データを推定できる。加えて、プロセッサ２１４は、用具２０２の位置に対応する用具２０２で獲得した位置データが処理に利用できるかどうかを決定してもよい。位置データが利用できる場合、プロセッサ２１４は、用具２０２の位置を表示するために位置データを提供する。位置データが利用できない場合、プロセッサ２１４は、用具２０２の計算済みの速度及び加速度に基づいて、用具２０２の推定位置に対応する位置データを推定し、推定位置に従って用具２０２の位置を表示するために推定位置データを（表示プロセッサ又は表示デバイス２０６に）提供する。プロセッサ２１４は表示デバイス２０６を駆動し、用具２０２の位置を表示してもよい。
いくつかの実施形態において、用具２０２は、図２には破線で示されている加速度計２０８を含み、用具２０２の加速度を経時的に検出できる。いくつかの実施形態において、用具２０２は、図２に破線で同様に示されているプロセッサ２１８を含んでいてもよい。
プロセッサ２１８を用いて、プロセッサ２１４によって実行される１つ以上の機能を実行できる。例えば、プロセッサ２１８を用いて、センサ２１６を介して獲得した信号に基づいて、用具２０２の速度及び加速度データを計算できる。計算済みの速度及び加速度データは、その後、処理デバイス２０４に送信できる。処理デバイス２０４は、その後、用具２０２においてプロセッサ２１８によって計算された速度及び加速度データに基づいて推定位置を決定できる。プロセッサ２１８を用いて、計算済みの速度及び加速度データに基づいて、用具２０２の推定位置に対応する推定位置データを生成し、推定位置データを処理デバイス２０４に送信できる。速度及び加速度データと推定位置データは、複数の短距離無線通信プロトコルのいずれかを用いて、用具２０２からプロセッサ２１４に送信できる。
図２に示した加速度計２０８、プロセッサ２１８、センサ２１６及び更なるセンサ２１０は、処理デバイス２０４と有線又は無線通信してもよい。表示デバイス２０６も、処理デバイス２０４と有線又は無線通信してもよい。
図３は、本明細書で説明される実施形態と共に用いる一例の無線用具３００を示す図である。図３に示したように、用具３００は、加速度計２０８とプロセッサ２１８を含む。無線用具３００は、ハンドル部３０２とプローブ部３０４を含む。プローブ部３０４は、先端３０６と、プローブ部３０４の異なる位置に配置されるセンサ３１６を含む。図３に示したように、加速度計２０８とプロセッサ２１８は、無線用具３００のハンドル部３０２に配置される。図３に示した用具３００のサイズ及び形状は、例示的なものにすぎない。加えて、図３に示した各部品（例えば、センサ２１６、加速度計２０８及びプロセッサ２１８）の位置も例示的なものである。
ハンドル部３０２は、３Ｄ空間内で用具を操作するために医療関係者が保持するように構成される。プローブ部３０４は、医療処置中、患者に挿入するように構成される。図３に示したように、ハンドル部３０２はプローブ部３０４に取り付けられる。センサ３１６は、例えば、用具３００の位置を決定するために用いられ、コイル（図示せず）及び抵抗器（図示せず）を含み、用具３００から離れたプロセッサ（例えば、図２のプロセッサ２１４）に信号（例えば、電圧）を送信できる。図３に示したセンサ３１６の数は一例である。本実施形態は、１つのセンサを含む任意の数の用具位置に配置された任意の数のセンサを有する用具を含む。
加速度計２０８、プロセッサ２１８及びセンサ３１６は、図２に示した処理デバイス２０４等の用具３００から離れた処理デバイスと有線又は無線通信してもよい。
図４は、３Ｄ空間内で用具の位置確認を行う一例の方法４００を示すフロー図である。ブロック４０２に示したように、方法４００は、３Ｄ空間内の用具（例えば，用具２０２）の経時的な位置に対応する位置データを獲得することを含む。位置データは、用具に配置した１つ以上のセンサ（例えば、図１に示した磁界位置センサ３８、又は図２に示したセンサ２１６）を用いて用具において獲得できる。位置データは、例えば、３Ｄ空間内の位置（例えば、点、座標）、磁気データの強度、データが獲得された時刻（例えば、タイムスタンプ）、及び３Ｄ空間内の用具の経時的な位置を示す任意の他の情報を含む。
図４に示したように、方法４００は、ブロック４０４において用具の速度及び加速度を計算することと、ブロック４０６において用具の位置を推定することを含む。速度及び加速度は、用具において又は用具から遠隔的に計算できる。加えて、用具の位置は、用具において又は用具から遠隔的に推定できる。
例えば、一実施形態において、用具において獲得した位置データは、用具から送信され、用具の速度及び加速度は、受信した位置データを用いて用具から遠隔的に（例えば、プロセッサ２１４を介して）計算できる。その後、用具の位置は、用具から遠隔的に（例えば、プロセッサ２１４を介して）計算済みの速度及び加速度から推定できる。別の実施形態において、用具の速度及び加速度は、獲得した位置データを用いて用具において（例えば、プロセッサ２１８を介して）計算できる。その後、計算済みの速度及び加速度は用具から送信され、用具の位置は、用具から遠隔的に（例えば、プロセッサ２１４を介して）、用具において計算した計算済みの速度及び加速度から推定できる。更に別の実施形態において、用具の速度及び加速度は用具において計算され、用具の位置は用具において推定できる。その後、用具の推定位置は、用具から遠隔的に提供し、表示できる。
一例の実施形態において、用具の速度は、位置の変化及び時間の変化を用いて計算される。例えば、「ｘ」はブロック４０２から獲得された用具の事前に獲得済みの位置であると仮定する。第一速度Ｖ１は、式１を用いて計算できる。
Ｖ１＝（ｘ３－ｘ２）／ｄｔ （式１）
第二速度Ｖ２は、式２を用いて計算できる。
Ｖ２＝（ｘ２－ｘ１）／ｄｔ （式２）
ここで、「ｘ１」、「ｘ２」及び「ｘ３」は、ブロック４０２で獲得した位置データに基づいて、異なる時刻における用具の既に獲得済みの位置であり、ｄｔは、用具の２つの位置が獲得されたときの間の時間の変化である。
その後、加速度は、用具の２つの既に獲得済みの速度（例えば、Ｖ１とＶ２）を用いて（例えば、プロセッサ２１８又は２１４を介して）計算できる。例えば、用具の加速度「ａ」は、式３を用いて計算できる。
ａ＝（Ｖ２－Ｖ１）／ｄｔ （式３）
その後、ブロック４０６において、用具の計算済みの速度及び加速度を用いて用具の位置を推定できる。例えば、用具の推定位置は、式４のように、前の位置、計算済みの速度及び計算済みの加速度の合計を用いて計算できる。
ｘ＝ｘ０＋Ｖ０ｔ＋ａ０（（ｔ＊ｔ）／２） （式４）
速度及び加速度を計算し、位置を推定するために用いられる上で説明した式は、一例として用いられているにすぎない。
磁界を介して獲得した位置データは、経時的に連続的に獲得され、異なる時刻における用具の複数の位置に対応する位置データが獲得される。用具の速度及び加速度も、経時的な位置に対して連続的に計算される。ブロック４０６に示したように、推定位置データは、連続的に計算した速度及び加速度に基づいて決定される。例えば、ブロック４０２～４０６を等しい間隔（例えば、５ミリ秒間隔）で繰り返し、経時的に異なる位置における用具の位置を連続的に推定できる。各ブロック４０２～４０６は、共に（つまり、同じ等間隔で）繰り返しても、互いに別個に独立に（つまり、異なる間隔で）繰り返してもよい。ブロック４０２～４０６は、等しくない間隔で繰り返しても、事象の発生時又は要求に応じて実行してもよい。
図４のブロック４０８に示したように、ブロック４０２から獲得した位置データ（例えば、用具の位置に対応する直前に獲得した位置データ）が、処理（例えば、プロセッサ２１４又は２１８による処理）に利用できるかどうかの決定が行われる。つまり、磁界を介して獲得した位置データが利用できるかどうかについての決定が行われる。位置データが利用できることが決定された場合、ブロック４１０における提示用に位置データが（例えば、表示装置、表示プロセッサ、スピーカに）提供され、位置データによって示された位置に用具の位置が提示される（例えば、視覚的に表示されるか、聴覚的に、又は情報を提示する任意の他の既知の方法で提示される）。用具の位置がブロック４１０において提供された後、その方法はブロック４０２に戻る。
位置データは、様々な理由で利用できないと決定される可能性もある。例えば、位置信号（磁界位置センサ３８からの信号）を受け取らなかった場合、位置信号が情報を獲得するのに十分強くない場合、又は位置データが不正確に決定された場合、位置データは利用できない可能性がある。
位置データがブロック４０８において利用できないと決定された場合、用具の位置の推定が実行される。ブロック４１２に示したように、加速度計データが処理に（例えば、プロセッサ２１４又は２１８によって）利用できるかどうかについての決定が行われる。加速度計データは、様々な理由で利用できない可能性がある。例えば、用具が加速度計を備えていない場合、情報及び加速度計データを獲得するのに十分強い信号を受信しなかった場合、又は加速度計データが不正確であることが決定された場合、加速度計データは利用できない可能性がある。
ブロック４１４に示したように、加速度計データが利用できないことが決定された場合、ブロック４０４において計算したデータ（例えば、１つ以上の計算済みの加速度）及びブロック４０６において決定された推定位置データが（例えば、用具から若しくはメモリ２１２又はストレージ２２０から）獲得される。ブロック４１８において、相対的な速度及び加速度から推定された用具の位置（つまり、現在の推定に対して１つ以上の速度及び加速度が計算された時刻）を用いて、用具の位置（例えば、現在の位置）を推定する。つまり、図４に示した例では、用具の推定位置データは、位置データがブロック４０８において利用できるかどうかを決定する前に、ブロック４０４における用具の計算済みの速度及び加速度に基づいて、ブロック４０６において経時的に（例えば、等しい間隔で）連続的に生成される。
別の例では、用具の推定位置データは、位置データが利用できないことが決定された場合に生成される。この例では、４１４において計算済みの速度及び加速度が獲得され、その後、相対的な速度及び加速度を用いて推定位置データが生成される。
加速度計データが利用できることが決定された場合、加速度計データはブロック４１６で獲得され、加速度計から獲得した加速度計データの相対的な加速度を用いて、ブロック４１８において用具の位置を推定する。
ブロック４０４で実行した１つ以上の前の速度計算、及び１つ以上の前の加速度計算、又は加速度計データを用いて、用具の位置を推定できる。例えば、より最近（例えば、直前に）獲得した速度データ、加速度データ及び加速度計データを用いて、用具の位置を推定する。例えば、より最近のデータが正確ではない、計算に誤差を含む、又は処理できない可能性がある（例えば、データを含む信号が十分強くない又は信号を受信していない）ため、より最近獲得したデータに加えて又はその代わりに、より最近獲得したデータの前の他のデータを用いてもよい。
ブロック４２０に示したように、ブロック４１８で獲得した相対的な速度及び加速度にフィルタを適用し、用具の位置を推定することもできる。一例の実施形態では、カルマンフィルタが用いられる。例えば、式５を用いて、用具の位置を推定できる。
Ｐｋ＝Ｐ（ｋ－１）＋ｄｔＶ（ｋ－１）＋１／２＊ａｄｔ＾２ （式５）
ここで、相対的な時刻「Ｐｋ」における用具の位置は、前の相対的な時刻「ｋ－１」における位置、相対的な時刻における速度「Ｖ（ｋ－１）」、及び用具の加速度の時間的な変化「ａｄｔ」に基づく。
ブロック４２２に示したように、用具の推定位置に対応する推定位置データが提示用に（例えば、表示装置、表示プロセッサ、スピーカに）提供され、位置データによって示された位置に用具の位置が提示される（例えば、視覚的に表示されるか、聴覚的に又は情報を提示する任意の他の既知の方法で提示される）。用具の推定位置をブロック４２２で提供した後、その方法はブロック４０２に戻る。
本明細書に記載される機能及び方法はいずれも、汎用コンピュータ、プロセッサ、又はプロセッサコアにおいて実施されることができる。好適なプロセッサとしては、例として、汎用プロセッサ、専用プロセッサ、従来型プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと関連する１つ又は２つ以上のマイクロプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、書替え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）回路、任意のその他の種類の集積回路（ＩＣ）、及び／又は状態機械が挙げられる。このようなプロセッサは、処理されたハードウェア記述言語（ＨＤＬ）命令及びネットリスト等その他の中間データ（このような命令は、コンピュータ可読媒体に記憶することが可能である）の結果を用いて製造プロセスを構成することにより、製造することが可能である。このような処理の結果はマスクワークであり得、このマスクワークをその後半導体製造プロセスにおいて用いて、本開示の特徴を実装するプロセッサを製造する。
本明細書に記載される機能及び方法はいずれも、持続性コンピュータ可読記憶媒体に組み込まれるコンピュータプログラム、ソフトウェア、又はファームウェアにおいて実装されて、汎用コンピュータ又はプロセッサによって実行されることができる。持続性コンピュータ可読記憶媒体の例としては、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、レジスタ、キャッシュメモリ、半導体メモリデバイス、磁気媒体、例えば内蔵ハードディスク及びリムーバブルディスク、磁気光学媒体、並びに光学媒体、例えば、ＣＤ－ＲＯＭディスク及びデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）が挙げられる。
本明細書の開示に基づいて多くの変更例が可能であることを理解されたい。特徴及び要素が特定の組み合わせで上記に説明されているが、各特徴又は要素は、他の特徴及び要素を用いずに単独で、又は他の特徴及び要素を用いて若しくは用いずに他の特徴及び要素との様々な組み合わせで使用されてもよい。
〔実施の態様〕
（１） ３次元（３Ｄ）空間内で用具の位置確認を行う方法であって、
前記用具の位置に対応する位置データが利用できるかどうかを決定することと、
前記位置データが利用できる場合、前記用具の位置を提示するために前記位置データを提供することと、
前記位置データが利用できない場合、
前記用具の速度及び前記用具の加速度に基づいて、前記用具の推定位置を決定することと、
前記用具の推定位置に対応する推定位置データを生成することと、
前記用具の位置として前記推定位置を提示するために、前記推定位置データを提供することと、を備える方法。
（２） 更に、
前記用具の位置の指示を受け取ることと、
前記用具の位置の前記指示を生成することと、を備える、実施態様１に記載の方法。
（３） 前記位置データが利用できない場合、
前記用具の加速度を示す加速度計データが利用できるかどうかを決定し、
前記加速度計データが利用できる場合、前記加速度計データに基づいて前記用具の推定位置を決定する、実施態様１に記載の方法。
（４） 更に、
経時的に複数の位置に対して前記用具の速度及び前記用具の加速度を計算することと、
前記用具の加速度を示す加速度計データが利用できるかどうかを決定することと、
前記加速度計データが利用できない場合、前記用具の１つ以上の前の速度計算及び１つ以上の前の加速度計算を用いて、前記用具の推定位置を決定することと、を備える、実施態様１に記載の方法。
（５） 前記１つ以上の前の速度計算は、位置の変化及び時間の変化に基づいて前記用具の速度を計算することを備え、
前記１つ以上の前の加速度計算は、前記速度の変化及び時間の変化に基づいて、前記加速度を計算することを備える、実施態様４に記載の方法。
（６） 前記用具の推定位置は、前記用具から遠隔的に決定される、実施態様１に記載の方法。
（７） 前記用具の推定位置は、前記用具において遠隔的に決定される、実施態様１に記載の方法。
（８） 前記位置データが利用できない場合、
フィルタ処理済みの推定位置データを提供するために、カルマンフィルタを介して前記推定位置データをフィルタ処理し、
前記用具の推定位置を提示するために、前記フィルタ処理済みの推定位置データを提供する、実施態様１に記載の方法。
（９） ３次元（３Ｄ）空間内で用具の位置確認を行う電磁ナビゲーションシステムであって、
データを記憶するように構成されるメモリと、
前記メモリと通信を行うプロセッサと、を備え、前記プロセッサは、
前記用具の位置に対応する位置データが利用できるかどうかを決定し、
前記位置データが利用できる場合、前記用具の位置を提示するために前記位置データを提供し、
前記位置データが利用できない場合、
前記用具の速度及び前記用具の加速度に基づいて、前記用具の推定位置を決定し、
前記用具の推定位置に対応する推定位置データを生成し、
前記用具の位置として前記推定位置を提示するために、前記推定位置データを提供するように構成されている、システム。
（１０） 前記プロセッサは更に、
経時的に前記用具の複数の位置を示す電気信号を受け取り、
前記電気信号に基づいて前記位置データを生成するように構成されている、実施態様９に記載の電磁ナビゲーションシステム。
（１１） 前記位置データが利用できない場合、前記プロセッサは更に、前記用具の加速度を示す加速度計データが利用できるかどうかを決定するように構成され、
前記加速度計データが利用できる場合、前記プロセッサは更に、前記用具の速度及び前記加速度計データに基づいて、前記用具の推定位置を決定するように構成されている、実施態様９に記載の電磁ナビゲーションシステム。
（１２） 前記用具の速度と加速度が、複数の位置のそれぞれに対して経時的に計算され、
前記プロセッサは更に、前記用具の加速度を示す加速度計データが利用できるかどうかを決定するように構成され、
前記加速度計データが利用できない場合、前記プロセッサは更に、前記用具の１つ以上の前の速度計算及び１つ以上の前の加速度計算を用いることによって、前記用具の推定位置を決定するように構成されている、実施態様９に記載の電磁ナビゲーションシステム。
（１３） 前記１つ以上の前の速度計算は、位置の変化及び時間の変化に基づいて、前記用具の速度を計算することを備え、
前記１つ以上の前の加速度計算は、前記速度の変化及び時間の変化に基づいて、前記加速度を計算することを備える、実施態様１２に記載の電磁ナビゲーションシステム。
（１４） 前記位置データが利用できない場合、
フィルタ処理済みの推定位置データを提供するために、カルマンフィルタを介して前記推定位置データをフィルタ処理し、
前記用具の推定位置を提示するために、前記フィルタ処理済みの推定位置データを提供する、実施態様９に記載の電磁ナビゲーションシステム。
（１５） 実行時に、３次元（３Ｄ）空間内で用具の位置確認を行う方法をコンピュータに実行させる命令を有する持続性コンピュータ可読媒体であって、前記方法は、
前記用具の位置に対応する位置データが利用できるかどうかを決定することと、
前記位置データが利用できる場合、前記用具の位置を提示するために前記位置データを提供することと、
前記位置データが利用できない場合、
前記用具の速度及び前記用具の加速度に基づいて、前記用具の推定位置に対応する推定位置データを決定することと、
前記用具の推定位置を提示するために、前記推定位置データを提供することと、を備える、媒体。
（１６） 前記方法は更に、
前記用具の位置を示す電気信号を受け取ることと、
前記電気信号に基づいて前記位置データを生成することと、を備える、実施態様１５に記載の持続性コンピュータ可読媒体。
（１７） 前記位置データが利用できない場合、前記方法は更に、
前記用具の加速度を示す加速度計データが利用できるかどうかを決定することと、
前記加速度計データが利用できる場合、前記用具の速度及び前記加速度計データに基づいて、前記用具の推定位置を決定することと、を備える、実施態様１５に記載の持続性コンピュータ可読媒体。
（１８） 前記方法は更に、
経時的に複数の位置に対して、前記用具の速度及び加速度を計算することと、
前記用具の加速度を示す加速度計データが利用できるかどうかを決定することと、を備え、
前記加速度計データが利用できない場合、前記用具の推定位置を決定することは更に、１つ以上の前の位置における前記用具の１つ以上の前の速度及び加速度計算を用いて、前記用具の現在の推定位置を決定することを備える、実施態様１５に記載の持続性コンピュータ可読媒体。
（１９） 前記方法は更に、
位置の変化及び時間の変化に基づいて前記用具の速度を計算することと、
前記速度の変化及び時間の変化に基づいて前記加速度を計算することと、を備える、実施態様１８に記載の持続性コンピュータ可読媒体。
（２０） 前記方法は更に、
前記位置データが利用できない場合、
フィルタ処理済みの推定位置データを提供するために、カルマンフィルタを介して前記推定位置データをフィルタ処理することと、
前記用具の推定位置を提示するために、前記フィルタ処理済みの推定位置データを提供することと、を備える、実施態様１５に記載の持続性コンピュータ可読媒体。

Claims (17)

  1. ３次元（３Ｄ）空間内で用具の位置確認を行う電磁ナビゲーションシステムの作動方法であって、
    前記電磁ナビゲーションシステムのプロセッサにより、前記用具の位置に対応する位置データが利用できるかどうかを決定することと、
    前記位置データが利用できる場合、前記プロセッサにより、前記用具の前記位置を提示するために前記位置データを提供することと、
    前記位置データが利用できない場合、
    前記プロセッサにより、経時的に複数の位置に対して前記用具の速度及び前記用具の加速度を計算することと、
    前記プロセッサにより、前記用具の前記加速度を示す加速度計データが利用できるかどうかを決定することと、
    前記加速度計データが利用できない場合、前記プロセッサにより、前記用具の１つ以上の前の速度計算及び１つ以上の前の加速度計算を用いて、前記用具の推定位置を決定することと、
    前記プロセッサにより、前記用具の前記推定位置に対応する推定位置データを生成することと、
    前記プロセッサにより、前記用具の前記位置として前記推定位置を提示するために、前記推定位置データを提供することと、を備える、電磁ナビゲーションシステムの作動方法。
  2. 更に、
    前記プロセッサにより、前記用具の前記位置の指示を受け取ることと、
    前記プロセッサにより、前記用具の前記位置の前記指示を生成することと、を備える、請求項１に記載の電磁ナビゲーションシステムの作動方法。
  3. 前記位置データが利用できない場合、 前記プロセッサにより、前記用具の前記加速度を示す前記加速度計データが利用できるかどうかを決定し、
    前記加速度計データが利用できる場合、前記プロセッサにより、前記加速度計データに基づいて前記用具の前記推定位置を決定する、請求項１に記載の電磁ナビゲーションシステムの作動方法。
  4. 前記１つ以上の前の速度計算は、位置の変化及び時間の変化に基づいて前記用具の前記速度を計算することを備え、
    前記１つ以上の前の加速度計算は、前記速度の変化及び時間の変化に基づいて、前記加速度を計算することを備える、請求項１に記載の電磁ナビゲーションシステムの作動方法。
  5. 前記用具の前記推定位置は、前記用具から遠隔的に決定される、請求項１に記載の電磁ナビゲーションシステムの作動方法。
  6. 前記用具の前記推定位置は、前記用具において決定される、請求項１に記載の電磁ナビゲーションシステムの作動方法。
  7. 前記位置データが利用できない場合、
    前記プロセッサにより、フィルタ処理済みの推定位置データを提供するために、カルマンフィルタを介して前記推定位置データをフィルタ処理し、
    前記プロセッサにより、前記用具の前記推定位置を提示するために、前記フィルタ処理済みの推定位置データを提供する、請求項１に記載の電磁ナビゲーションシステムの作動方法。
  8. ３次元（３Ｄ）空間内で用具の位置確認を行う電磁ナビゲーションシステムであって、
    データを記憶するように構成されるメモリと、
    前記メモリと通信を行うプロセッサと、を備え、前記プロセッサは、
    前記用具の位置に対応する位置データが利用できるかどうかを決定し、
    前記位置データが利用できる場合、前記用具の前記位置を提示するために前記位置データを提供し、
    前記位置データが利用できない場合、
    複数の位置のそれぞれに対して経時的に、前記用具の速度及び前記用具の加速度を計算し、
    前記用具の前記加速度を示す加速度計データが利用できるかどうかを決定し、
    前記加速度計データが利用できない場合、前記用具の１つ以上の前の速度計算及び１つ以上の前の加速度計算を用いることによって、前記用具の推定位置を決定し、
    前記用具の前記推定位置に対応する推定位置データを生成し、
    前記用具の前記位置として前記推定位置を提示するために、前記推定位置データを提供するように構成されている、電磁ナビゲーションシステム。
  9. 前記プロセッサは更に、
    経時的に前記用具の複数の位置を示す電気信号を受け取り、
    前記電気信号に基づいて前記位置データを生成するように構成されている、請求項８に記載の電磁ナビゲーションシステム。
  10. 前記位置データが利用できない場合、前記プロセッサは更に、前記用具の前記加速度を示す前記加速度計データが利用できるかどうかを決定するように構成され、
    前記加速度計データが利用できる場合、前記プロセッサは更に、前記用具の前記速度及び前記加速度計データに基づいて、前記用具の前記推定位置を決定するように構成されている、請求項８に記載の電磁ナビゲーションシステム。
  11. 前記１つ以上の前の速度計算は、位置の変化及び時間の変化に基づいて、前記用具の前記速度を計算することを備え、
    前記１つ以上の前の加速度計算は、前記速度の変化及び時間の変化に基づいて、前記加速度を計算することを備える、請求項８に記載の電磁ナビゲーションシステム。
  12. 前記位置データが利用できない場合、
    フィルタ処理済みの推定位置データを提供するために、カルマンフィルタを介して前記推定位置データをフィルタ処理し、
    前記用具の前記推定位置を提示するために、前記フィルタ処理済みの推定位置データを提供する、請求項８に記載の電磁ナビゲーションシステム。
  13. 実行時に、３次元（３Ｄ）空間内で用具の位置確認を行う方法をコンピュータに実行させる命令を有する持続性コンピュータ可読媒体であって、前記方法は、
    前記用具の位置に対応する位置データが利用できるかどうかを決定することと、
    前記位置データが利用できる場合、前記用具の前記位置を提示するために前記位置データを提供することと、
    前記位置データが利用できない場合、
    経時的に複数の位置に対して、前記用具の速度及び前記用具の加速度を計算することと、
    前記用具の前記加速度を示す加速度計データが利用できるかどうかを決定することと、
    前記加速度計データが利用できない場合、１つ以上の前の位置における前記用具の１つ以上の前の速度計算及び加速度計算を用いて、前記用具の推定位置を決定すること、
    前記用具の前記推定位置を提示するために、前記用具の前記推定位置に対応する推定位置データを提供することと、を備える、持続性コンピュータ可読媒体。
  14. 前記方法は更に、
    前記用具の前記位置を示す電気信号を受け取ることと、
    前記電気信号に基づいて前記位置データを生成することと、を備える、請求項１３に記載の持続性コンピュータ可読媒体。
  15. 前記位置データが利用できない場合、前記方法は更に、
    前記用具の前記加速度を示す前記加速度計データが利用できるかどうかを決定することと、
    前記加速度計データが利用できる場合、前記用具の前記速度及び前記加速度計データに基づいて、前記用具の前記推定位置を決定することと、を備える、請求項１３に記載の持続性コンピュータ可読媒体。
  16. 前記方法は更に、
    位置の変化及び時間の変化に基づいて前記用具の前記速度を計算することと、
    前記速度の変化及び時間の変化に基づいて前記加速度を計算することと、を備える、請求項１３に記載の持続性コンピュータ可読媒体。
  17. 前記方法は更に、
    前記位置データが利用できない場合、
    フィルタ処理済みの推定位置データを提供するために、カルマンフィルタを介して前記推定位置データをフィルタ処理することと、
    前記用具の前記推定位置を提示するために、前記フィルタ処理済みの推定位置データを提供することと、を備える、請求項１３に記載の持続性コンピュータ可読媒体。
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