JPWO2010103866A1 - 位置検出システムおよび位置検出システムの作動方法 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本発明の実施の形態1による位置検出磁気誘導システム1の構成および動作を、図面を用いて詳細に説明する。
図1は、本実施の形態による位置検出システム1の概略構成を示す模式図である。図1に示すように、位置検出システム1は、被検体内導入装置としてのLCマーカ10が導入された被検体を収容する検出空間Kと、検出空間K内のLCマーカ10の位置および向き(姿勢または方向ともいう)を検出する外部装置200と、を備える。
LCマーカ10は、図1に示すように、位置検出用の共振磁界を発生する共振磁界発生部11(図1参照)を有する。共振磁界発生部11は、並列接続されたキャパシタ(C)とインダクタ(L)とよりなるLC共振回路を含み、特定周波数の位置検出用の磁界、例えば共振周波数F0と略等しい周波数の位置検出用の磁界(以下、駆動磁界という)によってLC共振回路を励起することで、駆動磁界と等しい周波数の共振磁界を発生する。なお、共振周波数F0は、並列接続されたキャパシタ(C)とインダクタ(L)とによって決定されるLC共振回路の共振周波数である。
図1に戻り説明する。検出空間Kには、検出空間K内にそれぞれ異なる方向の略均一な駆動磁界を形成する駆動コイルD_x、D_yおよびD_z(以下、任意の駆動コイルの符号をDとする)と、検出空間K内にそれぞれ異なる方向のガイダンス磁気を形成するガイダンスコイルG_x、G_yおよびG_z(以下、任意のガイダンスコイルの符号をGとする)と、LCマーカ10のLC共振回路111が発生した共振磁界を検出する複数のセンスコイルS_1、S_2、…(以下、任意のセンスコイルの符号をSとする)と、が配設される。
また、外部装置200は、駆動コイルDの駆動に用いる信号(以下、駆動信号という)を出力する駆動コイル駆動部220と、ガイダンスコイルGの駆動に用いる信号(以下、ガイダンス信号という)を出力するガイダンスコイル駆動部230と、センスコイルSより読み出した電圧変化(以下、これを検出信号という)からLCマーカ10の位置および向きの情報(以下、単に位置・向きという)を導出する位置検出部210と、外部装置200内の各部を制御する制御部201と、制御部201が各部を制御する際に実行する各種プログラムおよびパラメータ等を記憶するメモリ部202と、操作者がLCマーカ10に対する各種操作指示やLCマーカ10の誘導目標とする位置や向きを入力する操作入力部203と、位置検出部210で導出されたLCマーカ10の位置や向きおよびLCマーカ10から取得した被検体内情報を画像(映像を含む)や音声で表示する表示部204と、LCマーカ10から無線信号として送信された被検体内情報等を受信する無線受信部205と、LCマーカ10へ撮像指示などの各種操作指示を無線信号として送信する無線送信部206と、を備える。
次に、本実施の形態による位置検出システム1が実行する位置検出処理について、図面を用いて詳細に説明する。図7は、本実施の形態による位置検出処理の概略を示すフローチャートである。なお、以下では、外部装置200内の各部を駆動制御する制御部201の動作に着目して説明する。
また、本実施の形態では、使用する駆動コイルDの他に、この駆動コイルDに入力する駆動信号も予測位置・向きに応じて変更するように構成することが可能である。以下、この場合を変形例1として説明する。
また、本実施の形態では、上述したように、センスコイル選択部212によって選択されるセンスコイルSがすべてのセンスコイルSである必要はなく、一部のセンスコイルSであってもよい。以下、この場合の一例を変形例2として説明する。
また、補正処理、キャリブレーション処理および位置導出処理を用いた位置・向きの導出には、例えば、最小二乗法を用いた収束計算を適用することが可能である。以下、この場合を変形例3として説明する。
また、本実施の形態では、干渉補正部213が、位置・方向予測部215により導出された予測位置・向きに対応する補正量を用いてFFTデータを補正するように構成することも可能である。以下、この場合を変形例4として説明する。
また、LCマーカ10の移動経路によっては、駆動コイル切替部222による駆動コイルDの切替えが頻繁に発生する場合が存在する。そこで、駆動コイルDの切替えの頻繁な発生を抑制することが可能な形態を、以下に変形例5として説明する。
次に、本発明の実施の形態2による位置検出システム2の構成および動作を、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明において、上記実施の形態1と同様の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
10 LCマーカ
11 共振磁界発生部
200 外部装置
201 制御部
202 メモリ部
203 操作入力部
204 表示部
205 無線受信部
206 無線送信部
210 位置検出部
211 信号検出部
212 センスコイル選択部
213 干渉補正部
214 位置情報演算部
215、215A 位置・方向予測部
220 駆動コイル駆動部
221 駆動信号生成部
222 駆動コイル切替部
230 ガイダンスコイル駆動部
M 永久磁石
K 検出空間
D_x、D_y、D_z 駆動コイル
G_x、G_y、D_z ガイダンスコイル
S_1、S_2、… センスコイル
Claims (20)
- 特定周波数の駆動磁界によって誘導されて共振磁界を発生する被検体内導入装置と、
前記被検体内導入装置が導入された被検体を収容する検出空間内に前記特定周波数の駆動磁界を形成する駆動磁界形成部と、
前記検出空間内に形成された磁界を検出する磁気センサと、
前記磁気センサから検出された磁界に基づいて前記被検体内導入装置の位置および向きの少なくとも一方を検出する位置検出部と、
前記被検体内導入装置の位置および向きの少なくとも一方を目標とする位置および向きの少なくとも一方へ誘導する誘導部と、
前記位置検出部で検出された前記位置および向きの少なくとも一方と、前記誘導部が前記被検体内導入装置を前記目標とする位置および向きの少なくとも一方へ誘導する際の誘導情報とを用いて、前記被検体内導入装置のある時刻での位置および向きの少なくとも一方を予測する予測部と、
前記予測部で予測された前記ある時刻での位置および向きの少なくとも一方に基づいて前記駆動磁界形成部と前記位置検出部とを制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする位置検出システム。 - 前記誘導情報は、前記目標とする位置および向きの少なくとも一方の情報、前記目標とする位置および向きの少なくとも一方へ前記被検体内導入装置を誘導するために該被検体内導入装置に生じさせる速度または角速度の情報、あるいは、前記目標とする位置および向きの少なくとも一方へ前記被検体内導入装置を誘導するために該被検体内導入装置に生じさせる加速度または角加速度の情報であることを特徴とする請求項1記載の位置検出システム。
- 前記駆動磁界形成部は、前記駆動磁界を発生する複数の駆動コイルと、前記特定周波数の駆動信号を生成する駆動信号生成部と、該駆動信号生成部で生成された前記駆動信号が入力される駆動コイルを前記複数の駆動コイルの何れかに切り替える切替部と、を含み、
前記制御部は、前記予測部によって予測された前記ある時刻での位置および向きの少なくとも一方に基づいて、前記切替部を制御することで前記駆動信号が入力される駆動コイルを前記複数の駆動コイルの何れかに切り替えることを特徴とする請求項1記載の位置検出システム。 - 前記駆動磁界形成部は、前記駆動磁界を発生する駆動コイルと、前記駆動コイルに入力する前記特定周波数の駆動信号を生成する駆動信号生成部と、を含み、
前記制御部は、前記予測部によって予測された前記ある時刻での位置および向きの少なくとも一方に基づいて、前記駆動信号生成部が生成する前記駆動信号を制御することを特徴とする請求項1記載の位置検出システム。 - 前記位置検出部は、前記磁界に含まれる前記共振磁界の磁界分布を真値とし、前記予測部によって予測された前記ある時刻での位置および向きの少なくとも一方に前記被検体内導入装置が在ると仮定した場合に該被検体内導入装置が形成する共振磁界の磁界分布を推定値の初期値とする最小二乗法を用いた収束計算によって前記位置および向きの少なくとも一方を検出することを特徴とする請求項1記載の位置検出システム。
- 前記位置検出部は、前記検出空間近傍に配置されたコイルが前記共振磁界によって誘導されることで生じた干渉磁界の成分を前記磁界から除去することで前記磁界を補正する干渉補正部を含み、
前記干渉補正部は、前記予測部によって予測された前記ある時刻での位置および向きの少なくとも一方に基づいて前記磁界に含まれる前記共振磁界以外の磁界成分を前記磁界から除去することを特徴とする請求項1記載の位置検出システム。 - 前記検出空間近傍に配置されたコイルは、前記駆動磁界を発生する駆動コイルであることを特徴とする請求項6記載の位置検出システム。
- 前記被検体内導入装置は、該被検体内導入装置の筐体に固定された磁石を含み、
前記誘導部は、前記磁石に作用するガイダンス磁界を発生するガイダンスコイルを含み、
前記検出空間近傍に配置されたコイルは、前記ガイダンスコイルであることを特徴とする請求項6記載の位置検出システム。 - 複数の前記磁気センサと、
前記複数の磁気センサのうち前記磁界の読出対象とする磁気センサを少なくとも1つ選択する選択部と、
前記予測部で予測された前記ある時刻での位置および向きの少なくとも一方に基づいて前記選択部を制御する選択制御部と、
を備えたことを特徴とする請求項1記載の位置検出システム。 - 特定周波数の駆動磁界によって誘導されて共振磁界を発生する被検体内導入装置と、
前記被検体内導入装置が導入された被検体を収容する検出空間内に前記特定周波数の駆動磁界を形成する駆動磁界形成部と、
前記検出空間内に形成された磁界を検出する磁気センサと、
前記磁気センサから検出された磁界に基づいて前記被検体内導入装置の位置および向きの少なくとも一方を検出する位置検出部と、
前記位置検出部で検出された異なる時刻での前記位置および向きの少なくとも一方に基づいて前記被検体内導入装置のある時刻での位置および向きの少なくとも一方を予測する予測部と、
前記予測部で予測された前記ある時刻での位置および向きの少なくとも一方に基づいて前記駆動磁界形成部と前記位置検出部とを制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする位置検出システム。 - 前記駆動磁界形成部は、前記駆動磁界を発生する複数の駆動コイルと、前記特定周波数の駆動信号を生成する駆動信号生成部と、該駆動信号生成部で生成された前記駆動信号が入力される駆動コイルを前記複数の駆動コイルの何れかに切り替える切替部と、を含み、
前記制御部は、前記予測部によって予測された前記ある時刻での位置および向きの少なくとも一方に基づいて、前記切替部を制御することで前記駆動信号が入力される駆動コイルを前記複数の駆動コイルの何れかに切り替えることを特徴とする請求項10記載の位置検出システム。 - 前記駆動磁界形成部は、前記駆動磁界を発生する駆動コイルと、前記駆動コイルに入力する前記特定周波数の駆動信号を生成する駆動信号生成部と、を含み、
前記制御部は、前記予測部によって予測された前記ある時刻での位置および向きの少なくとも一方に基づいて、前記駆動信号生成部が生成する前記駆動信号を制御することを特徴とする請求項10記載の位置検出システム。 - 前記位置検出部は、前記磁界に含まれる前記共振磁界の磁界分布を真値とし、前記予測部によって予測された前記ある時刻での位置および向きの少なくとも一方に前記被検体内導入装置が在ると仮定した場合に該被検体内導入装置が形成する共振磁界の磁界分布を推定値の初期値とする最小二乗法を用いた収束計算によって前記位置および向きの少なくとも一方を検出することを特徴とする請求項10記載の位置検出システム。
- 前記位置検出部は、前記検出空間近傍に配置されたコイルが前記共振磁界によって誘導されることで生じた干渉磁界の成分を前記磁界から除去することで前記磁界を補正する干渉補正部を含み、
前記干渉補正部は、前記予測部によって予測された前記ある時刻での位置および向きの少なくとも一方に基づいて前記磁界に含まれる前記共振磁界以外の磁界成分を前記磁界から除去することを特徴とする請求項10記載の位置検出システム。 - 前記検出空間近傍に配置されたコイルは、前記駆動磁界を発生する駆動コイルであることを特徴とする請求項14記載の位置検出システム。
- 複数の前記磁気センサと、
前記複数の磁気センサのうち前記磁界の読出対象とする磁気センサを少なくとも1つを選択する選択部と、
前記予測部で予測された前記ある時刻での位置および向きの少なくとも一方に基づいて前記選択部を制御する選択制御部と、
を備えたことを特徴とする請求項10記載の位置検出システム。 - 特定周波数の駆動磁界によって誘導されて共振磁界を発生する被検体内導入装置の位置および向きの少なくとも一方を目標とする位置および向きの少なくとも一方へ誘導する誘導部を備えた位置検出システムによって、前記被検体内導入装置の位置および向きの少なくとも一方を検出する位置検出方法であって、
前記被検体内導入装置が導入された被検体を収容する検出空間内に前記特定周波数の駆動磁界を形成する駆動磁界形成ステップと、
前記特定周波数の駆動磁界によって前記被検体内導入装置から前記共振磁界を発生させる共振磁界発生ステップと、
前記検出空間内に形成された磁界を検出する磁界検出ステップと、
前記磁界検出ステップで検出された磁界に基づいて前記被検体内導入装置の位置および向きの少なくとも一方を導出する位置検出ステップと、
前記位置検出ステップで導出された前記位置および向きの少なくとも一方と、前記誘導部が前記被検体内導入装置を前記目標とする位置および向きの少なくとも一方へ誘導する際の誘導情報とを用いて、前記被検体内導入装置のある時刻での位置および向きの少なくとも一方を予測する予測ステップと、
前記予測ステップで予測された前記ある時刻での位置および向きの少なくとも一方に基づいて前記駆動磁界を制御する制御ステップと、
を含むことを特徴とする位置検出方法。 - 前記駆動磁界形成ステップは、前記駆動磁界を発生する複数の駆動コイルに入力する前記特定周波数の駆動信号を生成する駆動信号生成ステップと、該駆動信号生成ステップで生成された前記駆動信号が入力される駆動コイルを前記複数の駆動コイルの何れかから選択する駆動コイル選択ステップと、前記駆動信号を前記駆動コイルに入力する駆動信号入力ステップと、を含み、
前記制御ステップは、前記予測ステップによって予測された前記ある時刻での位置および向きの少なくとも一方に基づいて、前記駆動コイル選択ステップで選択する駆動コイルを制御することを特徴とする請求項17記載の位置検出方法。 - 特定周波数の駆動磁界によって誘導されて共振磁界を発生する被検体内導入装置の位置および向きの少なくとも一方を位置検出システムによって検出する位置検出方法であって、
前記被検体内導入装置が導入された被検体を収容する検出空間内に前記特定周波数の駆動磁界を形成する駆動磁界形成ステップと、
前記特定周波数の駆動磁界によって前記被検体内導入装置から前記共振磁界を発生させる共振磁界発生ステップと、
前記検出空間内に形成された磁界を検出する磁界検出ステップと、
前記磁界検出ステップで検出された磁界に基づいて前記被検体内導入装置の位置および向きの少なくとも一方を検出する位置検出ステップと、
前記位置検出ステップで検出された異なる時刻での前記位置および向きの少なくとも一方に基づいて前記被検体内導入装置のある時刻での位置および向きの少なくとも一方を予測する予測ステップと、
前記予測ステップで予測された前記ある時刻での位置および向きの少なくとも一方に基づいて前記駆動磁界を制御する制御ステップと、
を含むことを特徴とする位置検出方法。 - 前記駆動磁界形成ステップは、前記駆動磁界を発生する複数の駆動コイルに入力する前記特定周波数の駆動信号を生成する駆動信号生成ステップと、該駆動信号生成ステップで生成された前記駆動信号が入力される駆動コイルを前記複数の駆動コイルの何れかから選択する駆動コイル選択ステップと、前記駆動信号を前記駆動コイルに入力する駆動信号入力ステップと、を含み、
前記制御ステップは、前記予測ステップによって予測された前記ある時刻での位置および向きの少なくとも一方に基づいて、前記駆動コイル選択ステップで選択する駆動コイルを制御することを特徴とする請求項19記載の位置検出方法。
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