JPH09512735A - 患者の頭部に固定された基準ユニットを用いた医学的応用に使用される位置追跡及び画像生成システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 患者の体に対する医療器具の位置をモニタし、この医療器具の位置に応じて、予め記録した患者の体の複数の画像のうちの少なくとも一画像を表示するシステムを開示する。一実施形態では、システムは患者の体に対して移動しないように固定され、目標とする手術部位に対してほぼ不動である基準ユニットを含む。システムはまた、医療器具に取り付ける遠隔ユニットを含む。基準ユニットと遠隔ユニットとの一方にフィールド発生器を関連させて、目標手術部位を含む領域で位置特性フィールドを発生させることができる。また基準ユニットと遠隔ユニットとの一方に１つ以上のフィールドセンサを関連させて、位置特性フィールドの存在に応答して、その検知したフィールドを表す１つ以上のセンサ出力信号を発生させることもできる。発生したセンサ出力信号と通じる位置検出器は基準ユニットと遠隔ユニットとの相対位置を表す位置データを発生する。この位置データに応答して、位置検出器に接続した出力ディスプレイは予め記録した画像のうちの少なくとも一画像を表示する。

Description

【発明の詳細な説明】 患者の頭部に固定された基準ユニットを用いた 医学的応用に使用される位置追跡及び画像生成システム発明の背景 本発明は、コンピュータで補助された外科手術に関し、より詳細には、外科出 術中に予め記録されたビジュアルイメージを表示するシステムに関する。 ＣＡＴ（コンピュータ断層撮影）、ＭＲＩ（磁気共鳴像）、ＰＥＴ（陽子射出 断層撮影法）などの現在利用可能な医学的画像生成技術は、診断目的だけでなく 、手術をアシストする目的でも有用であることが知られている。例えば、予め記 憶された画像を外科手術中に表示することにより、適切な患者の身体部分の基準 写像を外科医に示すことができる。 画像表示システムとともに用いられる、医療器具の位置をモニタする追跡シス テムの開発も進められている。一般に、患者の体に対して外科医が医療器具を動 かすと、予め記録された関連画像が器具の動きに対応して表示される。かかる追 跡システムでは、医療器具に取り付けられた感応型関節アーム（passive articu lated arm）、光学的検出器、または超音波検出器のいずれかが通常用いられる 。 医療器具に取り付けられた感応型関節機械アームを用いる追跡システムが、米 国特許第５，１８６，１７４号及び第５，２３０，６２３号に開示されている。 一般に、外科医が患者の体に対して外科器具を動かすと、関節アームの各接合部 に設けられたマイクロレコーダが各アーム部材の移動量を記録する。マイクロレ コーダからの出力が処理され、これにより関節アームの基部に対する医療器具の 位置がモニタされる。つづいて、この医療器具の動きに対応してひとつ以上の予 め記録された画像が表示される。しかしながら、このような関節アーム型追跡シ ステムでは、医療器具を扱いにくい機械アームに取り付ける必要がある。また、 理論的には、アーム先端部の三次元空間における自由な運動は可能かもしれない が、体内の特定位置及び所望方向においては、外科医が器具の位置決めを行うの が難しいこともある。 米国特許第５，２３０，６２３号に記載されるように、光学検出器（ビデオカ メラとＣＣＤの少なくともいずれか）を用いた追跡システムが、基準ユニットに 対する医療器具の位置をモニタするために提案されている。しかしながら、かか るシステムでは、基準ユニットと医療器具の両方がカメラに写っていることが要 求される。このために、手術スタッフの動きが制限されるだけでなく、医療器具 の少なくとも一部が患者の体外に露出していることが要求される。 超音波検出器を用いた追跡システムは、米国特許第５，２３０，６２３号に開 示されている。しかしながら、このシステムは、光学検出と同様の方法で、すな わち送信された信号の三角測量法（triangulation）を使用することが開示され ている。ひとつ以上の送信器から関連する受信器に信号が送られ、この信号の通 った距離が、タイミングまたは振幅の変化のいずれかから求められる。ここでも 送信パスは、妨害されない状態で維持されなければならない。 上記各追跡システムに共通するさらなる問題は、手術中に患者が動いてはいけ ないということである。患者は一般的に麻酔をかけられることが多いが、それで もスタッフが患者の体を意図せず動かしてしまうかもしれないし、あるいはより 適切な位置を求めて外科医が患者の体を動かしたいかもしれない。ところが、こ の追跡システムの始動後に患者の体が動くと、追跡に狂いが発生する。 したがって、上記の及び他の現存する装置に関する問題を解決する、患者の体 に対する医療器具の位置をモニタするシステムが要求される。発明の概要 本発明は、患者の体に対する医療器具の位置をモニタし、体に関する複数の予 め記録された画像の少なくともひとつを、医療器具の位置に応じて表示するシス テムに関する。このシステムは、基準ユニット、遠隔ユニット、位置特性フィー ルド発生器、フィールドセンサ、位置検出ユニット、及び出力ディスプレイを含 む。 基準ユニットは、目的動作位置に関して実質的に不動であるべく、患者の体の 少なくとも一部の動きに対して固定されている。遠隔ユニットは、医療器具に取 り付けられている。フィールド発生器は、基準ユニットまたは遠隔ユニットの一 方に関連づけられ、目的動作位置を含む領域において、多重磁場などの位置特性 磁場を発生する。フィールドセンサは、基準ユニットまたは遠隔ユニットの他方 に関連し、磁場の存在に反応して検知された磁場を表すセンサ出力信号を発生す る。 位置検出ユニットは、上記センサ出力信号を受信し、基準ユニットに関する遠 隔ユニットの位置を表す位置データを生成する。出力ディスプレイユニットは、 位置検出ユニットに接続され、前記位置データに対応して予め記録された画像の 少なくともひとつを表示する。 上記システムは、記憶ユニット及び前記位置データに接続された編集登録ユニ ットをさらに含んでもよい。記憶ユニットは、患者の体に関する予め記録された 複数の画像を記憶する。予め記録された各画像は、患者の体内の平面領域を表し 、これら複数の予め記録された画像によって表される複数の平面領域が第１の座 標系を決定する。編集登録ユニットは、（位置検出ユニットによって決定される ）第２の座標系の位置データを、第１の座標系で表される前記複数の予め記録さ れた画像に相関させ、患者の体に対する遠隔ユニットの位置に関連した所望の画 像を識別する。 本発明は、さらに、患者の頭部に取り付け可能な基準ユニット、及び位置検出 ユニットを取り外し可能に取り付けることのできる、吸引器などの医療器具に関 する。図面の簡単な説明 以下に述べる本発明の詳細な説明は、添付の図面を参照することにより、より 明確に理解される。 図１は、本発明の一実施形態によるシステムの概略図である。 図２は、図１に示されるヘッドセットユニットの正面図である。 図３は、図１に示されるヘッドセットユニットを、図２の線３−３から見た側 面図である。 図４は、図１に示されるヘッドセットユニットの一部を、図３の線４−４から みた背面図である。 図５は、図１に示される手術器具と遠隔センサの分解側面図である。 図６は、図１に示される組み立てられた状態の手術器具とセンサを、図５の線 ６−６から見た端面図である。 図７は、本発明の別の実施形態にかかる手術器具及びセンサユニットの側面図 である。 図８は、図７に示した手術器具の側面図である。 図９は、図７に示した手術器具の端面図である。 図１０は、図７に示した手術器具の上面図である。 図１１は、図７から図１０に示した手術器具に用いられる遠隔センサユニット の平面図である。 図１２は、図７及び図１１に示した取り外し可能な遠隔センサユニットを備え た別の手術器具の側面図である。 図１３は、本発明のシステムに用いられるＣＴ画像を予め記録するために用い られるシステムの概略図である。 図１４は、本発明の手動編集登録プロセスを概略的に示す図である。 図１５は、本発明の一実施形態による基準マークシステム（fiducial marker system）の要素を示す立面図である。 図１６は、図１５に示したシステムの要素を線１６−１６から見た平面図であ る。 図１７は、図１５に示した基準マークシステムを用いるプロセスのフローチャ ートである。 図１８は、本発明の別の実施形態によるヘッドセットユニットの側面図である 。 図１９は、図１８に示したヘッドセットユニットを線１９−１９から見た端面 図である。 図２０は、図１８に示したヘッドセットに用いられる送信器（トランスミッタ ）の平面図である。 図２１は、図１９に示したヘッドセットの一部を線２１−２１から見た部分図 である。 図２２は、本発明による自動編集登録プロセスを表すフローチャートである。 図２３は、本発明のシステムによる位置検出要素の概略図である。 図２４及び図２５は、本発明の一実施形態による誤差検出算出プロセスの原理 を示す概略図である。 図２６及び図２７は、図２４及び図２５のプロセスによって検出された誤差を 示す概略図である。 図２８は、本発明の別の実施形態を示す概略図である。 図２９から図３２は、本発明のさらに別に実施形態を示す概略図である。実施の詳細な説明 図１に示されるように、本発明によるシステム１０は、患者１４に装着された ヘッドセット１２，医療器具１６，制御システム１８及びディスプレイ２０を含 む。制御システム１８は、位置検出ユニット２２，編集登録ユニット２４，及び 画像記憶ユニット２６を含む。 画像記憶ユニット２６は、ＣＡＴ，ＭＲＩまたはＰＥＴによる走査画像など、 予め記録された画像の組を記憶する。各組の画像は、たとえば、正面（coronal ）方向、横方向（sagittal）方向、または体軸（axial）方向に沿って撮影され 得る。図１に示されるように、ディスプレイ２０には、３つの画像、すなわち正 面方向画像２１ａ、横方向画像２１ｂ、体軸方向画像２１ｃが示されている。さ らに、図１の２１ｄに示されるようにテキスト情報を表示することもできる。 図２から図４にさらに示されるように、ヘッドセット１２は、その両側面部材 ３０に２つのイヤーマウント２８を、中央部材３４にノーズブリッジマウント３ ２を含む。ヘッドセット１２は、患者の頭部に快適に取り付けられるように可撓 性のあるプラスチックでできていなければならない。また、様々な大きさに形成 してもよい。このヘッドセットの主たる目的は、患者の頭部に簡単に着脱可能な 基準ユニットを提供することであり、この場合、かなりの正確さで、ヘッドセッ トをちょうど同じ位置に繰り返し再装着することができる。別の実施形態におい ては、ヘッドセット１２の側面部材対３０を回転自在に互いに取り付け、イヤー マウント対２８を互いの方向に傾けてもよい。さらに、中央部材３４を、両側面 部材３０に対して回転自在にし、同様にイヤーマウント２８の方向に傾けること もできる。 図１から図４に示されるヘッドセット１２は、さらに、接続ケーブル３８を介 して位置検出ユニット２２に接続された基準ユニット３６を含む。基準ユニット ３６は、従来のクランプ手段または固定手段によって、取り外し自在にヘッドセ ット１２に取り付けることができる。一実施形態においては、基準ユニット３６ は、三次元において多方向フィールド（multidirectional field）を発生するこ とのできる位置特性フィールド発生器を含んでもよく、電磁波または超音波を用 いることができる。位置特性フィールドは、送受信三角測量法システムとは幾分 異なる。これは、位置特性フィールドが、三角測量法のように、一つの送信信号 と別の送信信号の比較に依存しないためである。これにより、フィールド発生器 と遠隔センサとのあいだのパスを、発生されたフィールドを実質的に変えない物 質によって遮断することができる。例えば、磁場が発生された場合には、医療器 具が患者の体内にあったとしてもその器具の位置を識別することができる。また 、基準ユニットは、適切なシステム操作の確認のために、基準センサ３７をさら に含んでもよい。 本実施形態においては、フィールド発生器は、直交配置された３つの磁気双極 子（three orthogonally disposed magnetic dipoles）（例えば、電流波腹点ま たは電磁石）を含み、これら３つの双極子のそれぞれから発生した直交配置され た磁場は、（例えば、相、周波数、時分割多重方式のいずれかによって）互いに 識別が可能である。例えば、米国特許第４，０５４，８８１号に記載されるよう に、多重磁場の近距離場特性を利用して位置検出を行うこともできる。別の実施 形態では、フィールド発生器をヘッドセット以外の場所に設け、ヘッドセットが ２つのフィールドセンサ３６及び３７を含んでもよい。２つのセンサ３６と３７ のあいだの距離がわかっていれば、システムの適切な操作をモニタするためのバ ックアップまたは基準チェックとして第２センサを用いることができる。検知さ れたフィールドが不一致の場合、エラー信号が表示されるか、警告が行われる。 別の実施形態では、ヘッドセット１２を、信号の三角測量法に基づくシステム において用いることもできる。この場合、基準ユニット３６は、一つ以上の信号 送信器と信号受信器の少なくともいずれかを含む。かかる三角測量法システムで は、送信された一つの信号のある特性を第２の送信信号の特性と比較して、信号 の送られた相対距離を求めることにより位置検出が行われる。送信される信号は 、電磁信号（例えば、電磁波、レーザー光、または発光ダイオード）でもよいし 、または超音波信号でもよい。このようにして、手術器具に対する患者の頭部の 位置をモニタすることができる。 図５及び図６に示されるように、医療器具１６は、例えば、位置特性フィール ド発生器によって発生されたフィールドを検出するための遠隔センサ４０が取り 外し可能に装着できる吸引器でもよい。センサ４０は、押し込み装着できる大き さにすることで、または壁開口４２に弾力性のあるスナップ部材を用いることに より器具１６の内部に保持できる。吸引器は、ほとんどの外科手術で共通して使 用されるため、遠隔センサを吸引器に組み込むことにより、不必要な器具によっ て手術場所を塞ぐことのない便利な位置検出装置を外科医に提供できる。器具１ ６は、センサ３７に関連してすでに説明したようなシステムエラーの検出のため に、第２のバックアップフィールドセンサ４１を含んでもよい。 遠隔センサ４０，４１は吸引器から取り外すことができ、特別に適合された種 種の手術器具のいずれにも交換自在に取り付けることができる。例示された実施 形態では、遠隔センサ４０，４１は器具１６の基端部に設けられた開口４２から 挿入され、接続ケーブル４４を介して位置検出ユニット２２に接続される。各セ ンサ４０，４１は、フィールド発生器によって発生されたフィールドの存在を検 出するために、直交して配置された３つの双極子検知素子を含んでもよい。例え ば、一実施形態においては、フィールド発生器とセンサのそれぞれが、直交して 配置された３つの電流ワイヤループを含む。発生器は、一度に一つの発生ループ を通る交流電流を発生し、時分割多重化交流電磁場を生成する。センサループ信 号のそれぞれが発生ループと同期して処理され、各交流電磁場に対応する出力が 生成される。 器具１６の末端部は、外方向に張り出した先端４８を有する剛性の吸入管４６ を含む。遠隔センサ４０の中心に対する先端４８の位置は既知の一定距離にあり 、手術中、外科医はこれを簡単に見ることができる。吸入管４６からは、内部チ ャネル５２及び接続子５４を介して器具１６の基端部を通り、吸入カテーテル５ ０まで流体が流れる。吸入カテーテル５０（図１参照）は、真空吸入ユニット（ 図示せず）に接続されている。 次に動作について説明する。位置検出ユニットは基準ユニット３６に対する医 療器具１６の位置をモニタする。編集登録ユニット２４は、器具１６の位置の変 化を記憶された画像の空間的方位に相関させる。外科医が医療器具１６を移動さ せると、医療器具１６の位置に対応した画像がディスプレイ２０に現れる。こう して、器具１６の先端４８が患者１４の体内にあるかどうかに関わらず、外科医 は、この先端４８の正確な位置に関連した正面方向、横方向及び体軸方向の画像 を常に見ることができる。さらに、フィールド発生器が患者の頭部に取り付けら れているので、患者は、システムの追跡能力を損なうことなく自由に動くことが できる。ディスプレイ２０は、図１において５６で示されるように、表示された 各画像上で先端４８の位置をさらに示してもよい。別の実施形態では、吸入管４ ６の方向も、表示された画像上に識別表示することができる。さらに別の実施形 態では、予め記録された画像に基づき、三次元合成画像を表示することもできる 。 図７から図１１に示されるように、取り外し可能な遠隔センサユニット５８の 別の実施形態を、吸入器６０に用いてもよい。２つのセンサ６２，６４を含むセ ンサユニット５８は、センサユニット５８に設けられた第１係合穴対６６と、器 具６０に設けられたフィンガ対６８とにより、取り外し可能に器具６０に取り付 けることができる。次に、ユニット５８の縁部（tounge）７０を器具６０のヒン ジポスト対７２の間に嵌入し、ロック７４を図８に示される開位置から図７に示 される閉位置に回転させることによりセンサユニット５８が適所に固定される。 ロック７４は窪んだ領域７６を含み、ここに、センサユニット５８の縁部７０が 摩擦係合する。 センサユニット５８は、さらに、複数の医療器具のうちのどれが取り付けられ ているかを識別できる。具体的には、ユニット５８は複数のホール効果トランジ スタ７８を含み、医療器具６０は小型の永久磁石８０を含んでいる。磁石８０の 数または配置の一方または両方により、トランジスタ７８は、センサユニット５ ８に取り付けられている医療器具を識別する。 例えば、すべてのトランジスタ７８が磁石８０の存在を検知した場合には、３ つの磁石を含んでいることから、図７から図１１に示される器具６０がセンサユ ニット５８に取り付けられていることになる。２つの磁石８２だけが検知された 場合は、センサユニット５８に取り付けられた医療器具は、図１２に示すような 別の器具８４である。磁石が一つも検知されなければ、センサユニット５８はど の医療器具にも取り付けられていないことになる。取り付けられている医療器具 が識別できることによって、システムは位置検出ユニットを自動的に調節し、様 々な医療器具に対し、センサ６２及び６４の位置に関する器具先端位置の誤差を 補償することができる。着脱自在に係合可能な特性により、センサユニットの使 用範囲が広がるだけでなく、滅菌された医療装置の使用が簡単になる。 図１３及び図１４に示されるように、編集登録プロセスは次の２つの基本ステ ップを含む。１）所定方向の走査画像を記録するステップと、２）位置検出シス テムの空間方向を、記録された画像にマップするステップである。例えば、予め 記録された画像の方向は、図１３に示されるように、正面方向（ｉ−ｊ平面）、 横方向（ｋ−ｊ平面）、体軸方向（ｋ−ｉ平面）の少なくともいずれかにするこ とができる。これらの画像はディジタルで記憶することができ、各走査画像間の 距離が各画像の組の相対方向と同様に記録される。別の実施形態においては、正 面方向、横方向、体軸方向の各画像を予め記録することなく、特定の画像を別の 画像から生成できることが当業者には理解される。例えば、多平面リフォーマッ ティングによって、体軸方向画像から横方向及び正面方向の画像が生成できる。 一実施形態においては、スキャナ９２による走査に先立ち、複数の基準マーカ （fiducial markers）９０が患者の頭部１４に設置される。マーカは、走査画像 に現れ、図１４に示されるように位置検出システムによって位置づけることがで きる。具体的には、各マーカ９０が、例えば医療器具１６の先端４８を用いて順 次連続的に配置される場合、ユーザは、例えばコンピュータマウスを用いて、予 め記録された画像上に同じマーカを位置決め記憶させる。そして、ユーザは、コ ンピュータキーボード９４，マウス、フットスイッチのいずれかによって入力さ れる編集登録データを制御する。別の実施形態においては、編集登録ユニットは 、予め記録された各ディジタル画像を、一つのコーナーから識別されたマーカの 位置まで走査してもよい。 走査画像の記録に先立って、患者の体（例えば顔）に置かれる基準マーカを使 用するさらに別の実施形態では、図１５及び図１６に示されるように、基準マー カ９０’を中間接着片９１に接着してもよい。そして、この中間接着片９１が患 者の皮膚９３に直接接着される。 基準マーカ９０’は放射線不透過素子９５を含み、接着片９１は、小さい貫通 穴または別のマーカ９７を含む。図１７を参照すると、基準マーカ９０’を用い るプロセスは、ステップ１７００において始まり、まず、患者の皮膚に接着片９ １が貼り付けられる（ステップ１７０２）。次に、放射線不透過素子９５が接着 片９１のマーカ９７の位置に合うように、基準マーカ９０’を接着片９１上に置 く（ステップ１７０４）。続いて、走査画像が記録される（ステップ１７０６） 。その後、基準マーカ９０’は患者からはがしてもよい（ステップ１７０８）。 手動編集登録中、外科医または技師は、ポインタの先端でマーカ９７の位置決め をし（ステップ１７１０）、送信器に対する基準マーカの放射線不透過素子９５ の位置を記録することができる。中間接着片９１を使用することにより、画像走 査後及び手術前において患者の快適性が増すだけでなく、正確な編集登録も容易 に行えるようになる。放射線不透過素子９５はマーカ９０’の上部に直接その中 心に置かれていたので、ユーザは、ポインタの先端でより大きい放射線不透過素 子９５の一部を不正確に位置決めするのではなく、小さいマーカ９０’を配置す ることができ、編集登録の正確性が高まる。 位置検出ユニットを用いて各マーカが位置決めされると、編集登録ユニットは マッピング関数を生成して、位置検出データ（ｘ−ｙ−ｚ座標）を、記憶された 画像方向データ（ｉ−ｊ−ｋ座標）に変換する。特に、下記のように、パウエル の方法を用いてマッピング式が求められる。 各画像点が、下記の形のマトリクスとして処理され、 集められた各センサ点が次の形のマトリクスとして処理される。 コンピュータ演算器は、次の変換マトリクス の最適値を対話的に計算し、次式を解く。 これにより、（ｉ_c−ｉ_t）²＋（ｊ_c−ｊ_i）²＋（ｋ_c−ｋ_i）²は集められたすべ ての画像点の合計の最小値となる。最適な方法では、距離の最小化が用いられ、 少なくとも３つの画像点がこの方法に必要である。 変換マトリクスの最適値は変換式を含み、この最適値を用いて、ｘ−ｙ−ｚ座 標系で表される送信器に対する医療器具の位置を、ｉ−ｊ−ｋ座標系で表される 予め記録された画像の適当な方向に変換することができる。 本発明のヘッドセットの別の実施形態を、自動編集登録プロセスに用いること ができる。例えば、図１８及び図１９に示されるように、本発明の別の実施形態 によるヘッドセット１００は、図２から図４に関連してすでに説明したように、 ２つのイヤーマウント２８，側面部材対３０，中央部材３４に設けられたノーズ ブリッジマウント３２を含む。ヘッドセット１００は、中央部材３４上に中央プ レート１０２をさらに含む。中央プレート１０２は、図１９において破線で示さ れる送信器１０４を取り付けるようになっている。送信器１０４は、図２１にお いては、プレート１０２の下部から見た図として示されている。送信器１０４は 、 ２つのポスト１０６，及びピン１１０を中心に自由に回転するキー１０８を含む 。 送信器１０４を中央プレート１０２に取り付けるには、プレート１０２に設け られた長穴１１２にキーを通過させ、各ポスト１０６をポスト開口１１４に挿入 する。ポスト開口１１４の一方は、好ましくはスロット形状に形成され、送信器 をぴったりと取り付けると同時に、製造時の公差によるヘッドセット間のばらつ きに適応できるようにしている。つづいて、キー１０８が回転されて、プレート １０２の外表面上に送信器がロックされる。送信器１０４は、取り外して、さら に同一のヘッドセットの同じ位置に非常に正確に再装着することができる。 ヘッドセット１００は、図１８に示されるように、中央プレート１０２内部に 固定された、非常に小さい（例えば直径約２ｍｍ）の金属基準ボール群１１６を さらに含んでいる。自動編集登録プロセスにより、これらのボール１１６は予め 記録された走査画像上に配置され、ボール１１６と送信器１０４との空間関係が わかると、送信器の座標系から画像の座標系への変換を行うマッピング関数が自 動的に生成される。 図２２を参照しながら具体的に説明する。自動編集登録プロセスが開始される （ステップ２２００）と、予め記録された画像をロードし（ステップ２２０２） 、三次元のデータセットを生成する（ステップ２２０４）。次に、特定範囲内の 強度を有する画素を識別し（ステップ２２０６）、隣接する画素のグループを形 成して（ステップ２２０８）、これを単一グループとして分類する。各画素のボ リューム（大きさ）を計算し（ステップ２２１０）、所定のボリューム範囲内に ないグループを除去する（ステップ２２１２）。さらに、少なくとも特定強度レ ベルの画素を最低一つ持たないグループを除去する（ステップ２２１４）。ここ で、残ったグループの数が基準ボール１１６の数（例えば７）以下であれば（ス テップ２２１６）、自動編集登録に失敗したこととなりプログラムが終了する（ ステップ２２１８及び２２２０）。 次に、各画素グループの中心を決定し、各グループの中心間の距離を計算して 少なくとも７ｘ７のマトリクスでこれを記録する（ステップ２２２２）。基準ボ ール間の既知の距離は、所定の７ｘ７マトリクスである。この既知の距離のそれ ぞれが、基準ボール間の様々な所定距離と比較されて、距離の組間の相関の最 適近似値が生成される（ステップ２２２４）。この距離相関により所定の許容差 外の近似値が得られた場合（ステップ２２２６）、変換マトリクスの自動生成に 失敗したことになり、プログラムが終了する（ステップ２２１８及び２２２０） 。一方、距離相関が許容差の範囲内にあり、７つのグループが存在すれば（ステ ップ２２２８）、画像データは画像マトリクスに記録される（ステップ２２３０ ）。グループ数が７以上であれば、グループのジオメトリを基準ボールの既知の ジオメトリに比較するジオメトリ相関を行う（ステップ２２３２）。ジオメトリ の相関が成功すると（ステップ２２３４）、変換マトリクスは記録される（ステ ップ２２３０）。ジオメトリ相関が成功しなければ、エラーが報告される（ステ ップ２２１８）。 画像点マトリクスが生成される（ステップ２２３０）と、また、センサ点マト リクスは送信器に対する基準マーカの既知のレイアウトに基づくということから も、上述のようにパウエルの方法を参照してマッピング式を自動的に生成できる 。 走査画像を記録する時に患者が基準装置を装着している場合の他の実施形態で は、基準プログラムによって、走査画像上に基準ユニット自体の部分が自動的に 位置決めされ、これにより走査画像に対する基準ユニットの方向を識別すること ができる。ここでも、基準ユニットに対するフィールド発生器の相対的な方向が わかっているので、編集登録ユニットは適当なマッピング関数を生成することが できる。さらに別の実施形態においては、順方向にバイアスをかけられるレーザ 光ポインタまたは可動チップポインタなどによって、患者の皮膚の表面をたどる ことができる。そして、たどられた表面を、記憶された画面上に位置づけること ができる。さらに別の実施形態では、患者の体の特徴的構造または特性を識別す るように編集登録ユニットをプログラミングすることにより、完全な自動編集登 録を提供することができる。例えば、ヘッドセットの大きさ及び形状がわかって いれば、それが予め記録された画像上に現れていなくても、システムはヘッドセ ットが患者の頭のどこに置かれているかを識別することができる。 位置検出システムは、発生されたフィールド内のいかなる位置においても位置 検出が行えるような、フィールド発生に適したいかなる所望の原理によっても動 作可能である。例えば、バーモント州コルチェスタの法人組織であるＰｏｌｈｅ ｍｕｓ社販売の製品である３Ｓｐａｃｅ（登録商標）Ｆａｓｔｒａｋ（商標名） が、本発明での使用に適した原理によって動作することが知られている。この製 品は、送信器とセンサの両方に、直交配置された３つの磁気双極子を使用し、時 分割多重化された８〜１４ｋＨｚの交流電磁場を生成する。 具体的には、図２３に示すように、磁場ソース１０１と磁場センサ１０３とは どちらも３本の互いに直交するように配置されたコイルを含む。増幅器１０５か らの交流電流はソースの各コイルを一度に一本ずつ通過して、連続磁場を発生す る。処理装置１０７はタイミング信号を発生してＤ／Ａ変換器１０９を制御する 。発生した磁場はセンサ１０３の３本のコイルに電圧を誘導する。誘導された電 圧は増幅器１１１で増幅され、Ａ／Ｄ変換器１１３でデジタル化されて、処理装 置１０７で処理される。 磁場ソースの３本のコイルの励起が時分割多重化されているため、ソースの磁 界全体を通して独特な連続磁場が形成される。形成される磁場のすべての位置に ついて、センサの３本のコイル上に存在するデータから自由度６のデータが計算 できる。その後、自由度６の情報はホストコンピュータ１１５へ送られる。 基準座標枠（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義するフィールド発生器に対するセンサＳの位 置は、所定の時間に例えば３Ｓｐａｃｅ（登録商標）Ｆａｓｔｒａｋ（商標）製 品によって６つの値、すなわちｘ_s，ｙ_s，ｚ_s，およびω_azs，ω_els，ω_rosから なる組として求められる。値ｘ_s，ｙ_s，ｚ_sはＸ，Ｙ，Ｚ基準座標枠におけるセ ンサ中心位置を示す。また角度ω_azs，ω_els，ω_rosはＸ，Ｙ，Ｚ基準座標枠に 対するセンサＳの配向を示す。 ω_azs値はセンサの方位角を示す。方位角はＸ軸およびＹ軸をＺ軸を中心に回 転させてＸ軸がＺ軸方向にセンサ中心と整列する新位置へ移動した場合の回転量 を表す。Ｘ軸およびＹ軸の新たな位置はそれぞれＸ’，Ｙ’と表す。 ω_els値はセンサの仰角を示す。仰角はＸ’軸およびＺ軸をＹ’軸を中心に回 転させてＸ’軸がセンサＳの中心と整列する新位置へ移動した場合の回転量を表 す。Ｘ’軸およびＺ軸の新たな位置はそれぞれＸ”，Ｚ’と表す。 ω_ros値はセンサの横揺れ角を示す。横揺れ角はＹ’軸およびＺ’軸をＸ”軸 を中心に回転させてそれぞれ新たな軸、つまりＹ”軸およびＺ”軸を定義する新 しい位置へ移動した場合の回転量を表す。センサはＸ”，Ｙ”，Ｚ”基準枠中で 配向され、値ω_azs，ω_els，およびω_rosで定義される。 センサデータの全電力は、ソースからセンサまでの距離に反比例する。各ソー スコイルによって作られるセンサデータ成分間のレシオは、センサのｘ，ｙ，ｚ 座標位置を決定する。各センサコイルデータ間のレシオはセンサの配向を決定す る。 医療器具は送信器に対して自由に移動でき、その速度は電子情報処理速度を上 回る場合があるため、医療器具の移動速度の監視が必要である。移動速度が所定 速度を上回る場合は、センサの読みが矛盾しても速度がしきい値を下回るまで無 視しなければならない。速度監視は、連続した時間間隔ｔ₁，ｔ₂でのｘ，ｙ，お よびｚ座標それぞれの差の重みづけした和を計算して行うことができる。 磁場ソースから発生する本来の磁場の大きさ／方向は、別の磁場ソースからの 信号、導電体中の渦電流の磁場、または強磁性体のフィールド歪曲効果によって 変化する。この変化によりセンサの位置／配向にエラーが生じる。 図１から図３を参照して、フィールドの適正度検知を含む好適な実施形態では 、基準センサ３７は送信器アセンブリ１２上で送信器３６の中心から一定距離の ところに固定して設置される。この基準センサの位置および配向は、制御条件下 でキャリブレーション工程によって求め、その後、継続して計算および確認を行 わなければならない。ある実施形態では、センサ出力の６つのパラメータ、すな わちｘ_s，ｙ_s，ｚ_s，ω_azs，ω_els，およびω_rosの重みづけした和をフィールド の適正度調整の指標として継続して監視してもよい。 また図７から図１２を参照して説明したように、遠隔センサ５８は複数のセン サ（６２、６４）を含んでもよく、エラー検出のためにこれらセンサの出力の比 較を行う。このようなシステムによって検出可能なエラー状態には、センサの１ つが適正に動作できなくなるセンサの故障や、医療器具のある領域中の不均一な 局所的磁場のひずみなどがある。 また、起こりうるあらゆるタイプのエラー状態を特定するには、単にセンサ出 力を比較するだけではたとえセンサ間の距離を考慮したとしても不十分な場合も あることがわかっている。検出不能が考えられるエラー状態は、強磁性体の異物 が電磁場に侵入し、各センサにおいて同一のひずみを生じる場合に起こりうる。 例えば、異物が均一な強磁性特性を持つ場合、異物が同距離から同速度で２つの センサに近づく場合、またセンサ群が磁場発生器から等距離にある場合などが考 えられる。 このような状況ではセンサ出力が同一となるため、電磁場に異物が侵入して電 磁場および検知した位置データを変更していたとしても、エラー検出信号が発生 されない場合がある。追加センサを用いればこのような状況の発生する危険性を 低減できるかもしれないが、エラー状態が検出されない可能性をなくすことはで きない。 医療器具またはヘッドセットのある領域中での局所的な均一なひずみをつきと められるエラー検出システムを設計するには、図７から図１２に示すように一定 距離だけ離した２つのセンサを使用し、２つ以上の仮想点の位置をモニタできる ようにする。図２５に示すように、センサＳ₁とＳ₂とは距離２ｄだけ離れており 、かつ便宜上、例えば図示するようにＹ軸上に位置決めされる。センサＳ₁およ びＳ₂は、各々がその面中に位置するＸ−Ｚ面をそれぞれ一意に定義する。図２ ５に示すように、第一の仮想点Ｖ_aはこれらセンサによって定義されるＸ−Ｚ面 群の間に選択する。また第二の仮想点Ｖ_bはこれらＸ−Ｚ面群の外側に選択する 。Ｖ_aおよびＶ_bの位置は仮想位置であり、継続して計算され工場規格位置と比較 されるものである。 図２４および図２５に図式的に示す実施形態では、仮想点Ｖ_a（Ｓ₂に対して− ｄ，−ｄ，−ｄ）およびＶ_b（Ｓ₂に対してｄ，ｄ，ｄ）はＳ₂から等距離のとこ ろに位置する。センサＳ₂はこの実施形態では保護センサであり、センサＳ₁はＳ₂ 用にエラー検出を行う基準センサとして用いる。得られるＳ₂からＶ_aまでのベ クトルはＳ₂からＶ_bまでのベクトルと大きさは同じだが方向が逆である。このベ クトルの大きさはＳ₁−Ｓ₂間の距離のほぼ半分に等しい。 次に基準座標系（つまりＳ₁に対する座標系）でのＶ_aとＶ_bの位置を計算して Ｖ_a1とＶ_b1とする。そして基準センサに対する保護センサ（Ｓ₁）の位置（ＰＳ ）および配向を求める。保護センサの配向を示す値から姿勢マトリクス（Ａ）を 計算する。 これにより仮想点の位置は次のように計算される。 Ｖ_a1＝Ａ・Ｖ_a2＋ＰＳ Ｖ_b1＝Ａ・Ｖ_b2＋ＰＳ 基準センサ座標系における仮想点の位置の基準値を求めるには、工場でのキャ リブレーション時にひずみのない環境で測定を行う。こうして記憶された基準値 はＶ_aeおよびＶ_beで表す。装置使用時には、仮想点の実際の測定値（Ｖ_am，Ｖ_bm を記憶した基準値（Ｖ_ae，Ｖ_be）と比較する。もし仮想点のいずれか一方の確定 位置と測定位置との距離(Δ)が現在値(ε)を上回れば、フィールド適正度の侵害 メッセージが表示され、システムの通常動作が一時停止する。つまり図２６を参 照して次のような場合である。 ｜Ｖ_alm−Ｖ_ale｜＞εまたは｜Ｖ_blm−Ｖ_ble｜＞ε 動作の一部は次のような原則に基づいて行われる。すなわち、一方の仮想点で 位置エラーが配向エラー分だけ減じられると、他方の仮想点ではエラーが増大し てフィールド適正度侵害メッセージを発生させる。例えば、保護センサの測定位 置および配向に誤りがあると、測定値によって確定値にエラーが加えられる。こ の場合、フィールド適正度の検査は次のように行われる。 これは次の式に等しい ただし以下を代入する 図２７に上記の関係を図式的に示す。医療器具の先端位置はまず保護センサ（Ｓ₂ ）に対して定義され、それをソースに対する先端位置の決定に使用する。 フィールド発生器によって発生するフィールドの適正度をモニタするには、上 述のように基準センサをフィールド発生器から一定距離のところに位置決めし、 かつその位置を継続してモニタして変化を監視する。２つのセンサＳ₁およびＳ₂ に関するこのフィールド適正度検出分析に含まれる計算は、一送信器および単一 センサのフィールド適正度検出システムについて行われる。具体的には、保護セ ンサ（Ｓ₂）にフィールド送信器を用い、基準センサ（Ｓ₁）に単一センサを用い て計算を行う。このようなフィールド適正度分析は動作環境の半フィールドの特 定に用いることもできる。 図２８に本発明の他の実施形態を示す。フィールド発生器１２２を備える基準 ユニット１２０は患者の体の一部（例えば頭部）から少し離して関節アーム１２ ４上に位置決めできる。図１から図６を参照して先に説明したように、基準セン サ１２６を備えるヘッドセット１２は患者の体に装着し、医療器具１６は遠隔セ ンサ４０を備えられる。フィールド発生器１２２は、好誼な位置に配置した後、 関節付きのアームのジョイントを固定して定位置に固定できる。こうしてフィー ルド発生器と患者との相対位置がモニタされる。同時に医療器具１６と患者との 相対位置も求められ、これによりシステムは、次に説明するように予め記録した 画像から適当な画像を表示する。 様々な実施形態において、フィールド発生器１２２の位置は外科手術時には関 節付きジョイントを動かして調節できる。遠隔センサ４０と基準センサ１２６と の相対位置が変わらなければ、フィールド発生器１２２を移動させても位置検出 システムには影響しない。システムの精度がフィールド発生器１２２とセンサ４ ０との相対位置に完全に依存する場合は、手術時にはフィールド発生器１２２を 移動させるのが望ましい。これは例えば、システムが多重化フィールドのフィー ルド近傍特性に依存しており、センサ４０と１２６とをフィールド発生器１２２ からほぼ等距離に位置決めするのが望ましい場合などである。別の実施形態では 、システムはディスプレイ上の視覚的キューなどによってユーザに定期的にフィ ールド発生器１２２を配置変えを指示する。フィールド発生器と１つ以上のフィ ー ルドセンサとの相対位置はここに示すものだけに限らないことは当業者には理解 できるはずである。 患者の位置の監視は、ヘッドセットまたは基準センサ以外の手段で行うことが できる。例えば図２９に示すように、画像プロセッサ１３０に接続したカメラ１ ２８を配置して、患者の目標手術部位に対するフィールド発生器の位置を記録す るようにしてもよい。患者またはフィールド発生器が移動すると、画像プロセッ サ１３０は位置の相対的変化量を求め、それを位置検出ユニット２２に知らせる 。また別の実施形態では、様々な方向から患者を観察できるように追加のカメラ を設置してもよい。 図３０に示す他の実施形態では、システムは患者の体１４の一部（頭部や胸部 など）への固定用に可とう性のあるバンド１３２を含んでもよい。バンド１３２ はフィールド発生器１３４と基準センサ１３６とを備え、位置検出ユニット２２ の信号発生器へフィードバックを与える。位置検出ユニット２２は通信ケーブル １３８によって可とう性のあるバンド１３２へ接続され、また通信ケーブル１４ ０によって可とう性のある医療器具１４２へ接続される。医療器具１４２の先端 １４４には遠隔センサが取り付けられる。医療器具１４２は剛性ではないので、 センサは器具１４２の先端に十分近づけて設置し、患者の体内で正確に位置検出 およびモニタができるようにしなければならない。ディスプレイ２０は図示する ように１つ以上の画像上で器具１４２の相対的な配向を示す。 図３１および図３２に示すシステムは、末端部１５４にセンサ１５２を有する 可とう性のある医療器具１５０と、末端部１６０にセンサ１５８を有する光ファ イバ内視鏡１５６とを含む。光ファイバ内視鏡１５６の近端部はカメラ１６２に 接続され、カメラ１６２は画像プロセッサ１６４とつながっている。基準バンド １３２上のフィールド発生器１３４は患者の呼吸などによって移動する可能性が あるため、実際に医療器具１５０は動いていなくても遠隔センサ１５２の位置が 移動したように見える場合がある。 この問題を解決するために、図示するように光ファイバ内視鏡１５６を用いて 、患者の体内での器具１５０の末端部１５４の相対位置をモニタすることができ る。従って、フィールド発生器１３４に対するセンサ１５２の移動の検知は、患 者の 体内での末端部１５４の相対位置の移動を参照して評価される。もしカメラが末 端部１５４の移動を観察しないのに、センサ１５２が移動を検知すれば、システ ムはその移動はフィールド発生器の移動であってセンサ１５２の移動ではないと 判定する。その後、システムはこのような変化を訂正する。さらに、光ファイバ 内視鏡１５６自体も光ファイバの末端部１６０が動いたかどうかを検知するセン サ１５８を含んでもよい。これにより訂正システムの精度をさらに向上できる。 また、カメラ１６２は患者の体の内部構造に基づいて予め記録した画像を、継続 して編集登録できるようにしてもよい。 上記の様々な実施形態は、本発明の精神および範囲内で多様に変更および修正 可能であることを当業者は理解すると考える。

【手続補正書】 【提出日】１９９７年５月２７日 【補正内容】 請求の範囲 １． 患者の頭部に対する医療器具の位置を監視するシステムであって、 三次元位置特性フィールドに接続された基準ユニットであって、前記基準ユニ ットに対する医療器具の位置を監視する基準ユニットと、 基準ユニット設置手段と、ヘッドセット装着手段とを含むヘッドセットであっ て、前記基準ユニット設置手段は、前記基準ユニットを前記ヘッドセットに設置 し、前記ヘッドセット装着手段は、患者の頭部が前記基準ユニットと共に自由に 移動できるように前記ヘッドセットを患者の頭部に装着するヘッドセットと、 を含むシステム。 ２． 請求の範囲１に記載のシステムにおいて、前記基準ユニット設置手段は、 前記基準ユニットを前記ヘッドセットに着脱町能に取り付ける手段を含むことを 特徴とするシステム。 ３． 請求の範囲２に記載のシステムにおいて、前記基準ユニツトをヘッドセッ トに着脱可能に取り付ける手段は、ヘッドセット上における基準ユニットの位置 を特定するためのキー付きインターフェースを基準ユニットとヘッドセットの間 に有し、前記基準ユニットをヘッドセット上にロックするロック手段を含むこと を特徴とするシステム。 ４． 請求の範囲１に記載のシステムにおいて、前記ヘッドセット装着手段は、 患者の鼻に接触するノーズブリッジ装着要素と、 患者の各耳に接触する２つのイヤー装着要素とを含み、 前記ノーズブリッジ及びイヤー装着要素は亙いに向き合う方向の力で共に作用 して前記ヘッドセットを患者の頭部に固定することを特徴とするシステム。 ５． 請求の範囲４に記載のシステムにおいて、前記ノーズ及びイヤー装着要素 のそれぞれは、３つの長い装着用アームのいずれか一つの末端部に取り付けられ 、 前記装着用アームの近端部は互いに接続されていることを特徴とするシステム。 ６． 請求の範囲５に記載のシステムにおいて、前記３つの長い装着用アームは それぞれプラスチックでできていることを特徴とするシステム。 ７． 請求の範囲４に記載のシステムにおいて、前記ヘッドセットは、前記イヤ ー装着要素の問に延び、これらのイヤー装着要素のほぼ中央に中央部を有する長 く延びた第１部材と、前記第１部材の中央部から前記ノーズブリッジ装着要素ま で延びた第２部材とをさらに含むことを特徴とするシステム。 ８． 請求の範囲７に記載のシステムにおいて、前記基準ユニット設置手段は、 前記第２部材上において、前記ノーズブリッジ装着手段と前記第１部材の中央部 との問に位置する平坦表面を含むことを特徴とするシステム。 ９． 請求項７に記載のシステムにおいて、前記第１及び第２部材のそれぞれは 構造的に弾性のある材料で形成され、患者の複数の頭部サイズに適応できること を特徴とするシステム。 １０． 請求項９に記載のシステムにおいて、前記構造的に弾性のある材料はプ ラスチックであることを特徴とするシステム。 １１． 請求項１に記載のシステムにおいて、前記基準ユニットは三次元位置特 性フィールドを発生するフィールド発生器を含むことを特徴とするシステム。 １２． 請求項１１に記載のシステムにおいて、前記基準ユニットはフィードバ ック基準信号を発生する基準センサをさらに含むことを特徴とするシステム。 １３． 請求の範囲１に記載のシステムにおいて、前記基準ユニットは電磁場を 発生する電磁場発生器を含むことを特徴とするシステム。 １４． 請求の範囲１に記載のシステムにおいて、前記基準ユニットは三次元位 置特性フィールドを検知し、検知したフィールドの存在に応答してセンサ出力を 発生するフィールドセンサを含むことを特徴とするシステム。 １５． 請求の範囲１４に記載のシステムにおいて、前記基準ユニットはエラー 検出信号を発生する基準センサをさらに含むことを特徴とするシステム。 １６． 請求の範囲１に記載のシステムにおいて、前記基準ユニットは、電磁場 の存在に応答して、前記検知した電磁場を表すセンサ出力信号を発生する電磁場 センサを含むことを特徴とするシステム。 １７． 請求の範囲１に記載のシステムにおいて、前記基準ユニットは基準信号 を信号受侶器に送る信号送信器を含み、前記基準信号は該信号を第２の送信信号 と比較して前記信号受信器に対する前記基準ユニットの位置を検出するために用 いられることを特徴とするシステム。 １８． 請求の範囲１７に記載のシステムにおいて、前記基準ユニットは、前記 第２の送信信号を送る第２の信号送信器をさらに含むことを特徴とするシステム 。 １９． 請求の範囲１に記載のシステムにおいて、前記基準ユニットは信号送信 器から基準信号を受信する信号受信器を含み、前記基準信号は該信号を第２の送 信信号と比較して信号送信器に対する前記基準ユニットの位置を検出するために 用いられることを特徴とするシステム。 ２０． 請求の範囲１９に記載のシステムにおいて、前記基準ユニットは前記第 ２の送信信号を受信する第２の信号受信器をさらに含むことを特徴とするシステ ム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ０８／５２７，５１７ (32)優先日 1995年９月13日 (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ティーマン ジェイムズ エス アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 ウ ォータータウン ハーン ストリート ９ エー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 患者の頭部に基準ユニットを固定する装置であって、前記基準ユニットを 該装置に取り付けるための基準ユニット設置手段と、前記基準ユニットを前記患 者の頭部に取り付けるための１つのノーズブリッジ装着要素および２つのイヤー 装着要素とを含み、前記基準ユニットは前記患者の頭部に対する医療器具の位置 の監視に使用される装置。 ２． 請求の範囲１に記載の装置において、前記基準ユニット設置手段は前記基 準ユニットを前記装置に着脱可能に取り付ける手段を含むことを特徴とする装置 。 ３． 請求の範囲１に記載の装置において、前記ノーズおよびイヤー装着要素の 各々は、長い装着用アームの末端に配置されることを特徴とする装置。 ４． 請求の範囲１に記載の装置において、前記装置は１つの長い中央部材と２ つの脇部材とをさらに含み、各部材は各々の第一の端部で前記装置の中心部に取 り付けられ、前記ノーズブリッジ装着要素はその第二の端部で前記中央部材に取 り付けられ、前記イヤー装着要素の各々はその第二の端部で前記脇部材に取り付 けられることを特徴とする装置。 ５． 請求の範囲３に記載の装置において、前記中央部材および脇部材の各々は 構造的に弾性のある材料から形成され、患者の複数の頭部サイズに適応できるこ とを特徴とする装置。 ６． 請求の範囲５に記載の装置において、前記構造的に弾性のある材料はプラ スチックであることを特徴とする装置。 ７． 請求の範囲１に記載の装置において、前記基準ユニットは三次元位置特性 フィールドを発生するフィールド発生器を含むことを特徴とする装置。 ８． 請求の範囲７に記載の装置において、前記基準ユニットはフィードバック 基準信号を発生する基準センサをさらに含むことを特徴とする装置。 ９． 請求の範囲１に記載の装置において、前記基準ユニットは電磁場を発生す る電磁場発生器を含むことを特徴とする装置。 １０． 請求の範囲１に記載の装置において、前記基準ユニットは三次元位置特 性フィールドを検知し、検知したフィールドの存在に応答してセンサ出力を発生 するフィールドセンサを含むことを特徴とする装置。 １１． 請求の範囲１０に記載の装置において、前記基準ユニットはエラー検出 信号を発生する基準センサをさらに含むことを特徴とする装置。 １２． 請求の範囲１に記載の装置において、前記基準ユニットは、電磁場の存 在に応答して、前記検知した電磁場を表すセンサ出力信号を発生する電磁場セン サを含むことを特徴とする装置。 １３． 請求の範囲１に記載の装置において、前記基準ユニットは基準信号を信 号受信器に送る信号送信器を含み、前記基準信号は該信号を第二の送信信号と比 較して前記信号受信器に対する前記基準ユニットの相対位置の検出に用いること を特徴とする装置。 １４． 請求の範囲１１に記載の装置において、前記基準ユニットは前記第二の 送信信号を送る第二の信号送信器をさらに含むことを特徴とする装置。 １５． 請求の範囲１に記載の装置において、前記基準ユニットは信号送信器か ら基準信号を受信する信号受信器を含み、前記基準信号は該信号を第二の送信信 号と比較して前記信号送信器に対する前記基準ユニットの相対位置の検出に用い ることを特徴とする装置。 １６． 請求の範囲１５に記載の装置において、前記基準ユニットは前記第二の 送信信号を受信する第二の信号受信器をさらに含むことを特徴とする装置。 １７． 医療器具に着脱可能に取り付けられる基準ユニットを含む、前記医療器 具の患者の体に対する相対位置を監視する装置。 １８． 請求の範囲１７に記載の装置において、前記基準ユニットは前記医療器 具に着脱可能に挿入できることを特徴とする装置。 １９． 請求の範囲１７に記載の装置において、前記医療器具は吸入器具である ことを特徴とする装置。 ２０． 請求の範囲１７に記載の装置において、前記基準ユニットは三次元位置 特性フィールドを発生するフィールド発生器を含むことを特徴とする装置。 ２１． 請求の範囲１７に記載の装置において、前記基準ユニットはフィードバ ック基準信号を発生する基準センサをさらに含むことを特徴とする装置。 ２２． 請求の範囲１７に記載の装置において、前記基準ユニットは電磁場を発 生する電磁場発生器を含むことを特徴とする装置。 ２３． 請求の範囲１７に記載の装置において、前記基準ユニットは、三次元位 置特性フィールドを検知し、前記検知したフィールドの存在に応答してセンサ出 力を発生する磁場センサを含むことを特徴とする装置。 ２４． 請求の範囲１７に記載の装置において、前記基準ユニットはエラー検出 信号を発生する基準センサをさらに含むことを特徴とする装置。 ２５． 請求の範囲１７に記載の装置において、前記基準ユニットは、電磁場の 存在に応答して、前記検知した電磁場を表すセンサ出力信号を発生する電磁場セ ンサを含むことを特徴とする装置。 ２６． 請求の範囲１７に記載の装置において、前記基準ユニットは基準信号を 信号受信器に送る信号送信器を含み、前記基準信号は該信号を第二の送信信号と 比較して前記信号受信器に対する前記基準ユニットの相対位置の検出に用いるこ とを特徴とする装置。 ２７． 請求の範囲２６に記載の装置において、前記基準ユニットは、前記第二 の送信信号を送る第二の信号送信器をさらに含むことを特徴とする装置。 ２８． 請求の範囲１７に記載の装置において、前記基準ユニットは、信号送信 器から基準信号を受信する信号受信器を含み、前記基準信号は該信号を第二の送 信信号と比較して前記信号送信器に対する前記基準ユニットの相対位置の検出に 用いることを特徴とする装置。 ２９． 請求の範囲２８に記載の装置において、前記基準ユニットは前記第二の 送信信号を受信する第二の信号受信器をさらに含むことを特徴とする装置。