KR102336576B1 - 수술 네비게이션을 위한 전자기 코일 장치 및 제조 방법 - Google Patents

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스티븐 엘. 하트만
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제프리 스웻남
제프리 스Ÿ‡남
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Abstract

전자기 디바이스는 지그(170)와 다수의 와이어를 포함한다. 상기 지그는 중심 부재(208)와 코일-분리 블록(210)들을 포함한다. 상기 코일-분리 블록(210)은 상기 중심 부재(208)로부터 돌출하고 서로 분리되어 코일 채널들(202, 204, 206)을 제공한다. 상기 와이어는 각각, 상기 지그(170) 상에, 상기 중심 부재(208) 주위에, 그리고 하나의 상기 코일 채널에 랩핑되어 다수의 코일 중 하나의 코일을 형성한다. 각 상기 코일은 전자기 네비게이션 시스템(20)에 연결되고 개체에 대해 방출될 각 전자기장을 생성하도록 구성된다.

Description

수술 네비게이션을 위한 전자기 코일 장치 및 제조 방법{ELECTROMAGNETIC COIL ARRANGEMENTS FOR SURGICAL NAVIGATION AND MANUFACTURING METHODS}
본 발명은 전자기 네비게이션 절차(electromagnetic navigation procedure)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자기장을 생성하거나 수신하는 코일 어레이에 관한 것이다.
본 란은 반드시 종래 기술인 것은 아닌 본 발명과 관련된 배경 정보를 제공한다.
전자기-기반 네비게이션 절차는 외과의사가 네비게이션 시스템을 사용하여 3차원(3-D) 공간에서 수술 도구의 위치를 추적하는 것을 포함한다. 수술 도구에 더하여, 네비게이션 시스템은 또한 로컬라이저(localizer)와 프로세서를 포함한다. 로컬라이저는 수술 도구에 의해 검출되는 전자기장(또는 제1 신호)을 생성한다. 수술 도구는 제1 신호에 응답하여 제2 신호를 생성 및/또는 출력한다. 프로세서는 이후 제2 신호에 기초하여 수술 도구의 위치를 결정한다.
네비게이션 시스템은 메스, 카테터, 흡입 디바이스, 또는 심부뇌 자극 프로브와 같은, 포인터 프로브 및/또는 수술 도구에서 추적되는 디바이스의 위치를 결정하는 것을 도와줄 수 있다. 포인터 프로브를 사용하여 추적 디바이스를 가지지 않는 도구의 위치를 추적할 수 있다. 추적되는 디바이스는 포인터 프로브, 수술 도구 또는 이 포인터 프로브 또는 수술 도구 상의 디바이스를 나타낼 수 있다. 추적되는 디바이스의 위치는 개체(subject)(예를 들어, 환자)에 대해 결정될 수 있다. 추적되는 디바이스의 위치는 추적되는 디바이스의 아이콘 또는 이미지를 개체의 이미지 위에 중첩하는 것에 의해 개체에 대해 디스플레이 상에 제시될 수 있다.
개체의 이미지 데이터는 종종 개체에 대한 절차 전에, 절차 동안 그리고/또는 절차 후에 디스플레이를 위해 획득된다. 개체의 이미지 및 대응하는 이미지 데이터는 개체에 등록될 수 있다. 이미지 데이터는 제1 3차원 공간(또는 이미지 공간)을 한정할 수 있다. 개체는 이미지 데이터가 등록된 제2 3차원 공간(또는 물리적 공간)을 한정할 수 있다. 등록은 다수의 공정을 사용하여 수행될 수 있다.
전자기(electromagnetic: EM) 네비게이션 시스템이 여러 추적 디바이스의 추적된 위치와, 등록된 이미지 데이터에 대한 상대적인 위치를 포함하는 네비게이션 정보를 획득하거나 결정하는데 사용될 수 있다. EM 네비게이션 시스템에서, EM 장(field)은 로컬라이저에 의해 생성되고 하나 이상의 추적 디바이스에 의해 센싱된다. 로컬라이저는 개체 공간 부근에 또는 이 개체 공간에 대해 위치될 수 있다. 추적 디바이스는 수술 도구 위에 또는 이 수술 도구와 연관하여 위치될 수 있다. EM 장은 EM 장의 영역에 위치된 전도성 또는 자성 물질에 의해 영향을 받을 수 있다. 전도성 물질의 예는 금속, 전도성 폴리머, 및 함침된 폴리머 물질이다. 자성 물질의 예는 연성의 강자성 철이다.
미국공개특허 제2004/0158146호 미국공개특허 제2005/0261570호 미국공개특허 제2007/0129629호 미국공개특허 제2007/0157828호
본 란은 본 발명의 일반적인 개요를 제공하고, 본 발명의 전체적인 범위나 본 발명의 모든 특징을 포괄하는 것이 전혀 아니다.
전자기 디바이스(electromagnetic device)가 제공되고 지그(jig)와 다수의 와이어(wire)를 포함한다. 상기 지그는 중심 부재(center member)와 코일-분리 블록(coil-separating block)들을 포함한다. 상기 코일-분리 블록들은 상기 중심 부재로부터 돌출되고 서로 분리되어 코일 채널(coil channel)들을 제공한다. 각 상기 와이어는 상기 지그 상에, 상기 중심 부재 주위에, 그리고 하나의 상기 코일 채널에 랩핑(wrapped)되어 다수의 코일들 중 하나의 코일을 형성한다. 각 상기 코일은 전자기 네비게이션 시스템에 연결되어 개체에 대해 방출될 각 전자기장을 생성하도록 구성된다.
다른 특징에서, 다른 전자기장 디바이스가 제공되고 지그와 와이어를 포함한다. 상기 지그는 한 쌍의 단부 부재(end member)와 중심 부재를 포함한다. 상기 중심 부재는 상기 한 쌍의 단부 부재 사이에 배치된다. 상기 한 쌍의 단부 부재와 상기 중심 부재는 함께 코일 채널을 제공한다. 상기 코일 채널은 디바이더(divider)들을 포함한다. 상기 중심 부재, 상기 디바이더, 및 상기 단부 부재는 함께 와이어 채널을 제공한다. 상기 와이어는 상기 중심 부재 상에 그리고 상기 와이어 채널에 랩핑되어 코일을 제공한다. 상기 코일은 전자기 네비게이션 시스템에 연결되고 개체에 대해 방출될 전자기장을 생성하도록 구성된다.
다른 특징에서, 방법이 제공되고 중심 부재와 코일-분리 블록들을 포함하도록 제1 지그를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 코일-분리 부재는 상기 중심 부재로부터 돌출되고 코일 채널들을 제공한다. 상기 코일 채널들은 서로 분리되고 제1 채널과 제2 채널을 포함한다. 제1 와이어는 상기 제1 지그 상에, 상기 중심 부재 주위에, 그리고 상기 제1 채널에 랩핑되어 제1 코일을 형성한다. 제2 와이어는 상기 제1 지그 상에, 상기 중심 부재와 상기 제1 코일 주위에, 그리고 상기 제2 채널에 랩핑되어 제2 코일을 형성한다. 상기 제1 와이어와 상기 제2 와이어는 전자기 네비게이션 시스템에 연결되고 개체에 대해 방출될 각 전자기장을 생성하도록 구성된다.
다른 특징에서, 다른 방법이 제공되고 송신 코일 어레이(transmit coil array)에 포함될, 제1 지그를 포함하는 다수의 지그를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 지그들이 형성된다. 각 상기 지그는 중심 부재와 한 쌍의 단부 부재를 포함하도록 형성된다. 상기 중심 부재는 상기 한 쌍의 단부 부재 사이에 배치된다. 상기 한 쌍의 단부 부재와 상기 중심 부재는 함께 코일 채널을 제공한다. 와이어들이 상기 지그 상에 랩핑된다. 각 상기 와이어는 하나의 상기 중심 부재 상에 그리고 해당 상기 지그에서 하나의 코일 채널 상에 랩핑되어 코일을 제공한다. 상기 지그들이 베이스 판(base plate) 상에 장착되어 상기 송신 코일 어레이를 형성한다. 각 상기 지그는 상기 베이스 판 상의 각 위치에 장착된다. 상기 코일들은 전자기 네비게이션 시스템에 연결되고 개체에 대해 방출될 전자기장을 생성하도록 구성된다.
이용가능한 추가적인 영역은 본 명세서에 제공된 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다. 본 란에 있는 설명과 특정 예는 단지 예시를 위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 제한하려고 의도된 것이 아니다.
본 명세서에 설명된 도면은 단지 선택된 실시예를 예시하기 위한 것일 뿐, 가능한 모든 구현을 예시하는 것이 아니고, 본 발명의 범위를 제한하려고 의도된 것도 전혀 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 전자기 네비게이션 시스템을 구비하는 수술실(operating room)의 환경을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 다수의 코일을 각각 구비하는 지그를 포함하는 송신 코일 어레이의 사시도;
도 3은 도 2의 송신 코일 어레이를 위한 3개의 직교하게 랩핑된 코일을 갖는 지그의 사시도;
도 4는 도 3의 지그와 직교하게 랩핑된 코일의 측면도;
도 5는 본 발명에 따른 분할된 랩핑 채널을 구비하는 지그의 사시도;
도 6은 본 발명에 따른 각 코일을 각각 구비하는 다수의 지그를 포함하는 송신 코일 어레이의 사시도;
도 7은 도 6의 송신 코일 어레이를 위한 지그 및 대응하는 코일의 사시도.
도 8은 도 7의 지그와 코일의 측면도;
도 9는 본 발명에 따른 분할된 코일 채널 및 대응하는 코일을 갖는 지그의 사시도;
도 10은 도 9의 지그와 코일의 측면도;
도 11은 본 발명에 따른 크로스오버 구획(crossover section)을 도시하는 도 9의 지그와 코일의 측면도;
도 12는 본 발명에 따라 각 배향으로 장착된 단일 코일을 갖는 지그를 갖는 송신 코일 어레이의 일부를 도시하는 사시도;
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 코일 어레이 제조 기계를 도시한 도면;
도 14는 본 발명에 따라 도 2의 송신 코일 어레이를 제조하고 설치하는 방법을 도시한 도면;
도 15는 본 발명에 따라 도 6 및 도 12의 송신 코일 어레이를 제조하고 설치하는 방법을 도시한 도면;
대응하는 참조 부호는 여러 도면에 걸쳐 대응하는 부분을 나타낸다.
예시적인 실시예는 이제 첨부 도면을 참조하여 보다 완전히 설명될 것이다.
이하 상세한 설명은 단지 예시를 위한 것일 뿐, 본 발명, 응용, 또는 용도를 제한하려는 것이 전혀 아니다. 여러 도면에 걸쳐, 대응하는 참조 부호는 동일하거나 대응하는 부분과 특징을 나타내는 것으로 이해된다.
EM 네비게이션 시스템의 로컬라이저는 송신 코일 어레이(transmit coil array: TCA)를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 언급되고/되거나 개시된 로컬라이저는 기본적으로 신호를 송신하는 TCA(또는 코일 어레이)를 포함하는 것으로 설명되어 있으나, TCA는 신호를 수신하는 것으로 사용될 수도 있다. TCA는 EM 코일의 다수의 세트를 포함할 수 있다. EM 코일의 각 세트는 EM 장을 생성하는데 사용되는 3개의 직교하게 위치된 코일을 포함할 수 있다. 다른 배열은 아래에 개시된다. 코일 배열은 특이한 코일 배열과, 서로 직교하지 않는 코일을 갖는 코일 배열을 포함한다. 직교하게 위치된 코일은 서로에 대해 직각인 각 중심 축을 구비한다. EM 네비게이션은 TCA를 교정하는 정밀하고 긴 교정 공정(calibration process)에 의존한다. 이 교정 공정은 또한 네비게이션 시스템의 제조 공정에서 "병목(bottleneck)"을 야기할 수 있다.
교정 공정은 기본적으로 TCA에 비일관성, 불규칙성, 및 가변적인 차이로 인해 수행된다. 이것은 코일 배치, 각 코일의 권선의 수, 코일 와이어의 길이, 코일 사이즈, 코일간 간격 등의 차이를 포함한다. 이하 개시된 구현은 TCA의 교정 공정을 최소화하고/하거나 TCA를 교정할 필요를 제거할 수 있는 TCA를 제공한다. 예시적인 TCA 및 대응하는 제조 방법은 도 2 내지 도 12와 도 14 및 도 15에 도시된다. 예시적인 EM 네비게이션 시스템(20)은 도 1에 도시된다. EM 네비게이션 시스템(20)은 도 2 내지 도 12와 도 14 및 도 15에 대해 도시되고/되거나 설명된 TCA들 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
EM 네비게이션 시스템(20)이 기본적으로 사람 환자에 대한 절차를 수행하는 것에 대해 설명되었으나, EM 네비게이션 시스템(20)은 다른 생물(animate) 및/또는 무생물(inanimate) 개체에 대한 절차를 수행하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 개시된 구현은 디바이스의 위치를 추적하기 위한 것이 아닌 다른 목적을 위하여 다른 EM 시스템에 적용될 수 있다. 예를 들어, 이 구현은 경두개 자기 자극 시스템(transcranial magnetic stimulation system)에서 EM 장을 생성하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 개시된 절차는 볼륨, 기계적인 디바이스, 및/또는 둘러싸인 구조물에 대해 수행될 수 있다. 볼륨은 생물 또는 무생물 객체일 수 있다. 개체는 둘러싸인 기계적인 디바이스를 포함하는 객체일 수 있다.
EM 네비게이션 시스템(20)은 가이드되는 절차를 수행한다. 가이드되는 절차는, 예를 들어, 수술 절차, 신경 절차, 척추 절차, 및 정형외과 절차일 수 있다. EM 네비게이션 시스템(20)을 통해 외과의사(21)와 같은 사용자는 좌표 시스템에서 도구(110)의 위치를 디스플레이(22)에서 볼 수 있다. 좌표 시스템은 예를 들어 이미지 가이드되는 절차에서와 같이 이미지와 관련될 수 있거나, 또는 이미지 없는 절차와 관련될 수 있다.
EM 네비게이션 시스템(20)은 이미지-기반 시스템 또는 이미지 없는 시스템으로 동작할 수 있다. 이미지 없는 시스템으로 동작하는 동안, EM 네비게이션 시스템(20)은 개체 공간을, 개체 공간과 이미지 공간에 등록하는 것이 아니라 개체(26)의 영역을 나타내는 그래픽 디스플레이에 등록할 수 있다. 개체(26)의 이미지 데이터는 임의의 시간에 획득될 필요는 없지만, 이미지 데이터는 도구의 여러 위치 또는 개체(26)의 해부학적인 부분을 확인하기 위해서 획득될 수 있다. 개체(26)의 위치가 추적될 수 있고 개체(26)에 대해 도구(110)의 위치가 추적될 수 있다.
이미지 없는 시스템으로 동작하는 동안, 해부학적인 구조의 위치가 도구에 대해 결정될 수 있고 해부학적인 구조와 도구의 위치들이 추적될 수 있다. 예를 들어, 비구(acetabulum)의 평면이 도구(110)로 여러 포인트를 터치하는 것에 의해 결정될 수 있다. 또 다른 예로서, 대퇴골(femur)의 위치가 유사한 방식으로 결정될 수 있다. 도구(110)와 해부학적인 구조의 위치가 아이콘 또는 그래픽으로 디스플레이 상에 도시될 수 있다. 그러나, 디스플레이는 개체(26)의 캡처된 실제 이미지 데이터를 보여주는 것은 아닐 수 있다. 지도책(atlas) 데이터 또는 변경된(morphed) 지도책 데이터와 같은 다른 데이터가 제공될 수 있다. 지도책 데이터는 개체(26)로부터 생성되거나 일반화된 이미지 데이터일 수 있다. 예를 들어, 뇌 지도책은 환자의 뇌의 이미지 데이터를 상세 분석한 것에 기초하여 생성될 수 있다. EM 네비게이션 시스템(20)이 이미지 기반 시스템으로서 동작하는 것이 아래에 더 설명된다.
EM 네비게이션 시스템(20)은 강성의 및 유연한 도구를 네비게이션하거나 추적하는데 사용될 수 있다. 강성의 도구의 예는 드릴 모터, 프로브, 송곳, 드릴 비트, 큰 외부직경(outer diameter: OD) 니들, 큰 또는 유연하지 않은 임플란트 등을 포함한다. 유연한 도구의 예는 카테터, 프로브, 가이드 와이어, 작은 OD 니들, 작은 또는 유연한 임플란트, 심부뇌 자극기, 전기적 리드(lead) 등을 포함한다. 도구(110)는 개체(26)의 몸체의 임의의 구역에 사용될 수 있다. EM 네비게이션 시스템(20)과 도구(110)는 여러 최소한 침습적인 절차, 예를 들어, 관절경 검사, 경피적, 정위적 절차에서, 또는 개방 절차에서 사용될 수 있다.
EM 네비게이션 시스템(20)이 이미징 디바이스(28)를 사용하여 이미지 데이터를 획득하는 것으로 설명되었으나, 환자 및 비-환자 특정 데이터와 같은 다른 데이터가 획득되고/되거나 사용될 수 있다. 이미징 디바이스(28)는 개체(26)의 수술 전, 수술 중, 또는 수술 후 이미지 데이터 및/또는 실시간 이미지 데이터를 획득한다. 이미징 디바이스(28)는, x-선 소스(30)와 x-선 수신 디바이스(32)를 구비하는 C-암으로 구성될 수 있는, 예를 들어, 형광 투시경의 x-선 이미징 디바이스일 수 있다. 다른 이미징 디바이스는 포함되고 이미징 디바이스(28)에 장착될 수 있다. 타깃과 복사선 센서를 교정하고 추적하는 것이 포함될 수 있다. 이미징 디바이스(28)는 형광 투시경의 시스템, 예를 들어, 양-평면 형광 투시경의 시스템, 천장 형광 투시경의 시스템, 심장혈관센터(cath-lab) 형광 투시경의 시스템, 고정된 C-암 형광 투시경의 시스템, 아이소센트릭 C-암 형광 투시경의 시스템, 3차원 형광 투시경의 시스템 등의 일부일 수 있다.
EM 네비게이션 시스템(20)은 이미징 디바이스 제어기(34)를 더 포함한다. 이미징 디바이스 제어기(34)는 이미징 디바이스(28)를 제어하여 (i) x-선 수신 구획(32)에서 수신된 x-선 이미지를 캡처하고, 그리고 (ii) x-선 이미지를 저장한다. 이미징 디바이스 제어기(34)는 이미징 디바이스(28)로부터 분리되고/되거나 이미징 디바이스(28)의 회전을 제어할 수 있다. 예를 들어, 이미징 디바이스(28)는 화살표(28a) 방향으로 이동하거나 또는 개체(26)의 길이방향 축(26a) 주위로 회전할 수 있다. 이것을 통해 개체(26)의 전방 또는 측방향 뷰(view)를 이미징할 수 있다. 이들 각 움직임에는 부재(36)를 통해 이미징 디바이스(28)의 기계적인 축 주위로 회전하는 것을 수반한다.
X-선은 x-선 소스(30)로부터 방출되고 x-선 수신 구획(32)에서 수신될 수 있다. x-선 수신 구획(32)은 수신된 x-선으로부터 이미지 데이터를 생성할 수 있는 카메라를 포함할 수 있다. 다른 적절한 이미징 디바이스 및/또는 시스템은 이미지 데이터를 생성하거나 캡처하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 자기 공명 이미징 시스템 또는 PET(positron emission tomography) 시스템이 사용될 수 있다. 나아가, 이미저 추적 디바이스(38)를 포함하여, 예를 들어, C-암(arm) 제어기(34)에 의해 선택된 시간에 이미징 디바이스(28)의 x-선 수신 구획(32)의 위치를 추적할 수 있다. 이미지 데이터는 C-암 제어기(34)로부터 네비게이션 컴퓨터(40)의 처리 모듈로 무선으로 또는 링크(41)를 통해 전달될 수 있다. 네비게이션 컴퓨터(40)는 절차를 수행하는 명령을 실행하도록 구성된 처리 모듈을 포함할 수 있다.
작업 스테이션(42)은 네비게이션 컴퓨터(40), 디스플레이(22), 사용자 인터페이스(44) 및 액세스가능한 메모리 시스템(46)을 포함할 수 있다. 이미지 데이터는 C-암 제어기(34)로부터 작업 스테이션(42) 또는 추적 시스템(50)으로 송신될 수 있다. 네비게이션 컴퓨터(40)는 랩탑 컴퓨터 또는 테블릿 컴퓨터와 같은 휴대용 컴퓨터일 수 있다.
작업 스테이션(42)은 이미지 데이터를 이미지로 디스플레이(22) 위에 디스플레이한다. 사용자 인터페이스(44)는 키보드, 마우스, 터치 펜, 터치 스크린, 또는 다른 적절한 인터페이스일 수 있다. 사용자 인터페이스(44)를 통해 사용자(21)는 입력을 제공하여 C-암 제어기(34)를 통해 이미징 디바이스(28)를 제어하거나 또는 디스플레이(22)의 디스플레이 설정을 조절할 수 있다. 또한 작업 스테이션(42)을 사용하여 네비게이션 디바이스 인터페이스(vavigation device interface: NDI)(56)를 구비하는 코일 어레이 제어기(coil array controller: CAC)(54)로부터 데이터를 제어하고 수신할 수 있다.
이미징 디바이스(28)가 도 1에 도시되어 있으나, 임의의 다른 대안적인 2D, 3D 또는 4D 이미징 양상(modality)이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 임의의 2D, 3D 또는 4D 이미징 디바이스, 예를 들어, 아이소센트릭 형광투시법(isocentric fluoroscopy), 양-평면 형광투시법(bi-plane fluoroscopy), 초음파, CT(computed tomography), MSCT(multi-slice computed tomography), T1 가중된 MRI(magnetic resonance imaging), T2 가중된 MRI, HIFU(high frequency ultrasound), PET(positron emission tomography), OCT(optical coherence tomography), IVUS(intra-vascular ultrasound), 초음파, 수술 중, CT(computed tomography), SPECT(single photo emission computed tomography), 및/또는 PGS(planar gamma scintigraphy) 이미징 디바이스가 사용될 수 있다. 이들 이미징 디바이스들 중 임의의 것을 사용하여 개체(26)의 2D, 3D 또는 4D 수술 전 또는 수술 후 그리고/또는 실시간 이미지 또는 이미지 데이터를 획득할 수 있다. 이미지는 또한 일반적으로, 2차원 또는 3차원으로 획득되고 디스플레이될 수 있다. 보다 개선된 형태에서, 3D 표면 렌더링 구역(surface rendering region)이 시간적(제4 차원)으로 렌더링되거나 변화될 수 있는 개체에서 달성된다. 3D 표면 렌더링 구역은 지도책 또는 해부학적인 모델 맵으로부터 또는 MRI, CT, 또는 심장 초음파 양상에 의해 캡처된 수술 전 이미지 데이터로부터 개체 데이터 또는 다른 데이터를 병합하는 것에 의해 달성될 수 있다.
하이브리드 양상, 예를 들어, CT와 결합된 PET(positron emission tomography), 또는 CT와 결합된 SPECT(single photon emission computer tomography)로부터 이미지 데이터 세트는, 또한 개체(26) 내 타깃 사이트에 도달하는데 사용되는 해부학적인 데이터 위에 중첩된 기능적 이미지 데이터를 제공할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같은 이미징 디바이스(28)는, 적어도 2개의 평면 주위로 이미징 디바이스(28)를 회전시키는 것에 의해 단일-헤드 C-암 형광 투시경을 사용하여 가상 양-평면 이미지를 제공할 수 있다. 2개의 평면은 직교하는 평면일 수 있고 2차원 이미지를 생성하는데 사용될 수 있다. 2차원 이미지는 3차원 볼륨 이미지로 변환될 수 있다. 하나를 초과하는 평면에서 이미지를 획득하는 것에 의해, 개체(26)에 도입되고 개선된 도구의 위치를 나타내는 아이콘은, 디스플레이(22) 위에 하나를 초과하는 뷰에서 중첩될 수 있다. 이것을 통해 2차원 및 3차원 뷰를 포함하는 시뮬레이팅된 양-평면 또는 다중-평면 뷰가 가능하게 된다. 도구(110)는, 예를 들어, 충격기(impacter), 스타일렛(stylet), 리머 드라이버(reamer driver), 탭(tap), 드릴(drill), 심부뇌 자극기, 전기적 리드, 니들, 임플란트, 프로브, 또는 다른 도구를 포함할 수 있다.
EM 네비게이션 시스템(20)은 추적 시스템(50)을 더 포함한다. 추적 시스템(50)은 송신 코일 어레이(TCA), 추적 어레이, 또는 송신 코일 조립체로도 지칭될 수 있는 로컬라이저(52)를 포함한다. 로컬라이저 및 대응하는 컴포넌트의 예는 도 2 내지 도 12에 도시된다. TCA(52)는 송신 또는 수신할 수 있는 코일 어레이(52a)를 포함한다. 추적 시스템(50)은 CAC(54)를 포함한다. 로컬라이저(52), 도구(110)의 도구 추적 디바이스(100), 및 동적 기준 프레임(dynamic reference frame: DRF)(58)은 NDI(56)를 통해 CAC(54)에 연결된다. CAC(54)와 NDI(56)는 CAC/NDI 컨테이너(60)에 제공될 수 있다. NDI(56)는 로컬라이저(52), 도구 추적 디바이스(100) 및/또는 DRF(58)와 무선으로 또는 유선을 통해 통신하는 통신 포트를 구비할 수 있다.
DRF(58)는 DRF 부재(58a)와 제거가능한 추적 디바이스(58b)를 포함할 수 있다. 대안적으로, DRF(58)는 DRF 부재(58a)와 일체로 형성된 추적 디바이스(58b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 추적 디바이스(58b)는 개체(26)에 직접 연결될 수 있다. 추적 디바이스(58b)는 하나 이상의 EM 장을 센싱하는 방출기 또는 수신기로 수행되는 코일 센서, 또는 추적 시스템(50)에 의해 추적될 수 있는 다른 적절한 디바이스이다. 또한, 추적 디바이스(58b)는 EM 네비게이션 시스템(20)의 다른 제어기, 프로세서, 모듈 등에 배선 연결될 수 있다.
로컬라이저(52)는 도 2 내지 도 14에 대하여 도시되고/되거나 설명된 TCA들 중 임의의 것이거나 이 임의의 것을 포함할 수 있다. 단일 로컬라이저가 도 1에 도시되었으나, 추가적인 로컬라이저를 포함하여 로컬라이저(52)에 의해 생성된 EM 장을 보충하고/하거나 추가적인 EM 장을 제공할 수 있다. 로컬라이저(52)에 의해 생성된 EM 장을 보충하고/하거나 추가적인 EM 장을 추가하면 절차를 수행하고/하거나 네비게이션을 정확히 수행하는 네비게이션 영역을 증가시킬 수 있다. 코일 어레이(52a)는 DRF(58)와 적어도 하나의 추적 디바이스(예를 들어, 도구 추적 디바이스(100))에 의해 수신된 신호를 송신할 수 있다.
추적 디바이스(100)는 절차 동안 개체(26) 내에 일반적으로 위치된 위치에서 도구(110)와 연관될 수 있다. DRF(58)는 로컬라이저(52) 및/또는 다른 로컬라이저들로부터 생성된 장을 수신하거나/센싱한 신호에 기초하여 신호를 송신 및/또는 제공할 수 있다.
추적 시스템(50) 또는 이 추적 시스템(50)의 컴포넌트는 수술실(operating theatre)에서 다른 시스템 또는 디바이스에 병합될 수 있다. 예를 들어, 로컬라이저들 중 하나는 이미징 디바이스(28)에 병합될 수 있다. 송신기 코일 어레이(52a)는 이미징 디바이스(28)의 x-선 수신 구획(32)에 부착될 수 있다. 로컬라이저(52)는 수술실 내 임의의 위치에 위치될 수 있다. 예를 들어, 로컬라이저(52)는 x-선 소스(30)에 위치될 수 있다. 또한, 로컬라이저(52)는, 수술실 테이블(120) 내 또는 이 테이블 상부에; 개체(26) 아래; 테이블(120)과 연관된 측면 레일 상에; 또는 개체(26) 상에 그리고 내부에서 네비게이션되는 구역에 근접하여 위치될 수 있다.
또한, 코일 어레이(52a)는 개체(26) 내 구역(종종 환자 공간이라고 언급되는 구역)과 같은 네비게이션된 구역으로 별개의 EM 장을 생성하도록 각각 동작가능한 다수의 코일(예를 들어, 유도 코일)을 포함할 수 있다. 코일 어레이(52a)는 CAC(54)에 의해 제어되거나 구동된다. CAC(54)는 신호를 전송 라인(112)을 통해 로컬라이저(52)로 송신할 수 있다. 코일 어레이(52a)는 CAC(54)에 의해 구동되는 하나를 초과하는 코일을 구비할 수 있다. 신호는 시분할 다중화되거나 또는 주파수 분할 다중화될 수 있다. 일 구현에서, 각 코일 어레이(52a)는 3개의 직교하는 EM 장을 생성하는 적어도 3개의 직교하는 코일을 포함한다. 코일 어레이(52a)는 임의의 개수의 코일을 포함할 수 있다. 로컬라이저(52)는 임의의 개수의 코일 어레이를 포함할 수 있다. 코일은 여러 상이한 위치에 배향될 수 있고, 다른 코일에 직교한 위치에 있지 않을 수 있다. 이런 점에서, 코일 어레이(52a)의 각 코일은 별개로, 별개의 시간에, 동시에, 그리고/또는 미리 결정된 주파수를 가지는 각 전류 신호로 구동될 수 있다.
코일 어레이 제어기(또는 제어 모듈)(54)로 코일 어레이(52a) 내 코일을 구동할 때, EM 장이 의료 절차가 수행되고 있는 영역에 개체(26) 내에 생성된다. EM 장은 추적 디바이스(58b, 100)에서 전류를 유도할 수 있다. 유도된 전류에 응답하여, 추적 디바이스(58b, 100)는 신호를 생성하고, 이 신호는 NDI(56)로 제공되고 CAC(54) 및/또는 네비게이션 컴퓨터(40)로 전달될 수 있다. NDI(56)는 EM 네비게이션 시스템(20)에 전기적 절연을 제공할 수 있다. NDI(56)는 추적 디바이스(58b, 100)와 직접 인터페이스하기 위해 증폭기, 필터 및 버퍼를 포함할 수 있다. 대안적으로, 추적 디바이스(58b, 100)는 무선으로 또는 와이어를 통해 NDI(56)와 통신할 수 있다.
추적 디바이스(100)는, 부착물과 상호 연결하고 임플란트를 배치하는 것을 도와줄 수 있는 핸들 또는 삽입기에 있을 수 있다. 도구(110)는 근위 단부에 파지가능하거나 또는 조작가능한 요소와, 조작가능한 요소 부근에 또는 원위 작동 단부에 고정될 수 있는 센서를 포함할 수 있다. 추적 디바이스(100)는, 로컬라이저(52)에 의해 생성된 EM 장을 센싱하고 추적 디바이스(100)에 전류를 유도하는 EM 센서를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 명세서에 더 설명된 바와 같이, 도구(110)와 연관된 추적 디바이스(100)는 또한 개체(26) 내에 완전히 또는 부분적으로 배치될 수 있다.
DRF(58)는 NDI(56)에 연결되어 정보를 CAC(54) 및/또는 네비게이션 컴퓨터(40)로 전달할 수 있다. DRF(58)는 자기장 및/또는 EM 장 검출기(예를 들어, 추적 디바이스(58b))를 포함할 수 있다. 개체(26)의 임의의 움직임이 로컬라이저(52)와 DRF(58) 사이의 상대적인 움직임으로 검출되도록 DRF(58)는 네비게이션이 일어나는 구역에 인접하여 개체(26)에 고정될 수 있다. DRF(58)는 개체(26)와 상호 연결될 수 있다. 임의의 상대적인 움직임은 CAC(54)에 지시되고, 이 CAC는 등록 상관을 업데이트하고 정확한 네비게이션을 유지한다. DRF(58)는 선택된 개수의 코일을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이들 코일들은 서로 상호 직교하고, 코일이 감기는 중심축을 공유할 수 있다. 코일은 여러 비-동축 또는 동축 코일 구성으로 구성될 수 있다.
DRF(58)는 개체(26)에 외부에서 부착되고/되거나 네비게이션의 구역에 인접할 수 있다(예를 들어, 개체(26)의 두개골에, 개체(26)의 골에, 또는 개체(26)의 피부에 부착될 수 있다). DRF(58)는 접착 패치(adhesive patch) 및/또는 인장 시스템(tensioning system)을 사용하여 부착될 수 있다. DRF(58)는 또한 기준 마커(fiducial marker)에 제거가능하게 부착될 수 있다. 기준 마커는 개체(26)에 부착된 또는 위치된 해부학적인 랜드마크(landmark) 및/또는 인공적인 부재일 수 있다.
동작 시, EM 네비게이션 시스템(20)은 이미지 데이터 또는 이미지 공간 내 포인트와 개체 공간 내 대응하는 포인트(예를 들어, 환자의 해부학적 구조 또는 환자 공간 내 포인트) 사이에 맵을 생성한다. 맵이 생성된 후, 이미지 공간과 개체 공간이 서로 등록된다. 이것은 이미지 공간 내 위치(위치 및 배향)를 개체 공간(또는 실제 공간) 내 대응하는 위치와 상관시키는 것을 포함한다. 등록에 기초하여, EM 네비게이션 시스템(20)은 중첩된 이미지 내 개체(26)의 이미지에 대해 도구(110)의 위치를 도시할 수 있다. 예를 들어, 도구(110)는 제안된 궤도(trajectory) 및/또는 결정된 해부학적인 타깃에 대해 도시될 수 있다. 작업 스테이션(42)은 단독으로 그리고/또는 CAC(54) 및/또는 C-암 제어기(또는 제어 모듈)(34)와 조합하여, 추적된 도구(110)에 대해 미리 획득된 이미지 또는 지도책 모델에서 대응하는 포인트를 식별할 수 있고; 이미지(134)에 대해 디스플레이(22) 상에 이 위치를 디스플레이할 수 있다. 이 식별은 네비게이션 또는 로컬리제이션으로 알려져 있다. 로컬라이즈된 포인트 또는 도구를 나타내는 아이콘이 3차원 및 4차원 이미지와 모델 상에 뿐만 아니라 2차원 이미지 평면 내 디스플레이(22) 상에 도시된다. 작업 스테이션(42), CAC(54), 및 C-암 제어기(34) 및/또는 그 선택된 부분은 단일 시스템으로 병합되거나 또는 단일 프로세서 또는 제어 모듈로 구현될 수 있다.
개체(26)를 이미지(134)에 등록하기 위하여, 사용자(21)는 미리 획득된 이미지로부터 특정 포인트를 선택하고 저장하고 나서 포인터 프로브 또는 임의의 적절한 추적되는 디바이스로 개체(26) 상에 대응하는 포인트를 터치하는 것에 의해 포인트 등록을 사용할 수 있다. EM 네비게이션 시스템(20)은, 선택된 2개의 포인트 세트 사이의 관계를 분석하고, 이미지 데이터 또는 이미지 공간 내 모든 포인트를 개체(26) 또는 개체 공간 상의 대응하는 포인트와 상관시키는 매칭을 연산한다.
등록을 수행하거나 또는 맵을 형성하도록 선택된 포인트는 해부학적인 또는 인공적인 랜드마크와 같은 기준 마커이다. 다시, 기준 마커는 이미지에서 식별가능하고, 개체(26)에서 식별가능하고 액세스가능하다. 기준 마커는 이미지 데이터에서 용이하게 식별될 수 있는 개체(26) 또는 해부학적인 랜드마크에 위치된 인공적인 랜드마크일 수 있다. 인공적인 기준 마커는 또한 DRF(58)의 일부를 형성할 수 있다. 임의의 적절한 개수의 기준 마커는 DRF(58)로 제공되고/되거나 이로부터 분리될 수 있다.
EM 네비게이션 시스템(20)은 또한 해부학적 표면 정보 또는 경로 정보(자동-등록이라고 언급되는)를 사용하여 등록을 수행할 수 있다. EM 네비게이션 시스템(20)은 또한 윤곽 알고리즘, 포인트 알고리즘 또는 밀도 비교 알고리즘을 사용하여 획득된 2D 이미지를 사용하여 3D 볼륨 이미지를 등록하는 것에 의해 2D-3D 등록(2D to 3D registration)을 수행할 수 있다.
등록 정밀도를 유지하기 위해, EM 네비게이션 시스템(20)은 DRF(58)에 등록하고 네비게이션하는 동안 개체(26)의 위치를 추적한다. 이것은 개체(26), DRF(58) 및 로컬라이저(52)가 절차 동안 모두 이동할 수 있기 때문이다. 대안적으로 개체(26)는 등록이 일어난 경우 예를 들어 헤드 홀더(head holder)로 이동하지 않게 유지될 수 있다. 그리하여, EM 네비게이션 시스템(20)이 개체(26)의 위치 또는 개체(26)의 해부학적 구조의 영역을 추적하지 않는 경우, 등록 후 임의의 개체 움직임은 대응하는 이미지 내에 부정확한 네비게이션을 초래할 수 있다. DRF(58)를 통해 추적 시스템(50)은 해부학적 구조를 추적할 수 있고 등록 동안 사용될 수 있다. DRF(58)가 개체(26)에 강성으로 고정되기 때문에, 해부학적 구조 또는 로컬라이저(52)의 임의의 움직임은 로컬라이저(52)와 DRF(58) 사이에 상대적인 움직임으로 검출된다. 이 상대적인 움직임은 NDI(56)를 통해 CAC(54) 및/또는 프로세서(48)로 통신되고, 이 프로세서는 등록 상관을 업데이트하여 정확한 네비게이션을 유지한다.
DRF(58)는 개체(26)의 임의의 부분에 부착될 수 있고, 전술된 바와 같이 개체(26)를 이미지 데이터에 등록하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 절차가 두개골 또는 머리뼈(26s)에 대해 수행되고 있을 때, DRF(58)는 머리뼈(26s)와 상호 연결될 수 있다.
추적 시스템(50)은 환자 공간에 인접한 로컬라이저(52)를 위치시켜 EM 장(네비게이션 장이라고 언급됨)을 생성할 수 있다. 네비게이션 장 또는 환자 공간 내 포인트는 고유한 전계 강도 및 방향과 연관되기 때문에, 추적 시스템(50)은 추적 디바이스(100)에서 EM 장의 전계 강도와 방향 또는 성분을 측정하는 것에 의해 도구(110)의 (위치와 배향을 포함할 수 있는) 위치를 결정할 수 있다. DRF(58)는 개체(26)에 고정되어 네비게이션 장에서 개체(26)의 위치를 식별할 수 있다. 추적 시스템(50)은 로컬리제이션 동안 DRF(58)와 도구(110)의 상대적인 위치를 연속적으로 결정하고, 이 공간 정보를 개체 등록 데이터와 관련시킨다. 이것을 통해 개체(26) 내 그리고/또는 이 개체에 대해 도구(110)의 이미지를 가이드할 수 있다.
최대 정밀도를 획득하기 위해 이것은 적어도 6의 자유도 중 각각의 자유도에서 DRF(58)를 고정하도록 선택될 수 있다. 따라서, DRF(58) 또는 임의의 추적 디바이스, 예를 들어, 추적 디바이스(100)는, 추적 디바이스(58b)가 부착되는 개체(26)의 부분에 대해 축방향 움직임 X, 병진이동 움직임 Y, 회전 움직임 Z, 즉, 요우, 피치 및 롤에 대해 고정될 수 있다. 임의의 적절한 좌표 시스템은 여러 자유도를 나타내는데 사용될 수 있다. 이 방식으로 개체(26)에 대해 DRF(58)를 고정하면 EM 네비게이션 시스템(20)에 최대 정밀도를 유지하는 것을 도와줄 수 있다.
도구(110)는 임의의 적절한 도구(예를 들어, 카테터, 프로브, 가이드 등)일 수 있고, 예를 들어 머리뼈(26s) 내부와 같은, 개체(26)의 선택된 부분으로 물질을 전달하는 여러 메커니즘과 방법에서 사용될 수 있다. 물질은 생리활성 물질과 같은 임의의 적절한 물질, 약학 물질, 조영제, 또는 임의의 적절한 물질일 수 있다. 본 명세서에 더 설명된 바와 같이, 도구(110)는 EM 네비게이션 시스템(20)을 통해 (위치와 배향을 포함하여) 정밀하게 위치될 수 있고, 그렇지 않은 경우, 머리뼈(26s) 내부와 같은 개체(26)에 대해 임의의 적절한 방식으로 물질을 위치시키기 위해 프로토콜을 달성하는데 사용될 수 있다. 도구(110)는 심부뇌 자극을 수행하는 뇌 프로브를 더 포함할 수 있다.
전술된 바와 같이, EM 장은 로컬라이저(52)에 의해 생성될 수 있다. EM 장은 네비게이션 장을 한정하는데 생성된다. 그러나, 네비게이션 장은 동작 테이블(120), 이미징 디바이스(28), 여러 도구 등을 포함하는 여러 왜곡 객체에 의해 왜곡될 수 있다.
도 2는 지그(152, 154, 156)를 포함하는 TCA(150)를 도시한다. 각 지그(152, 154, 156)는 각 코일을 갖는 코일 어레이를 구비한다. 지그(152, 154, 156)는 단부 판(158, 160)을 통해 서로에 대해 제 위치에 유지된다. 지그(152, 154, 156)는 도 3 내지 도 5에 대해 더 설명된다. 단부 판(158, 160)은 지그(152, 154, 156) 내 각 홀(hole)에 삽입되는 제1 탭(162)을 포함할 수 있다. 접착제는 제1 탭(162)을 지그(152, 154, 156)에 부착하는데 사용될 수 있다. 단부 판(158, 160)은 또한 장착 홀(163) 및/또는 제2 탭(164)을 더 포함할 수 있다. 장착 홀(163) 및/또는 제2 탭(164)은 EM 네비게이션 시스템 및/또는 네비게이션실(navigation theatre) 내 객체에 TCA(150)를 장착하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, TCA(52)는 TCA(150)로 대체될 수 있고, 테이블(120)에 부착될 수 있고 이 테이블 위에서 개체(26)가 조사되고/되거나 절차가 수행된다. 코일 지그(152, 154 및 156)는 단부 판(158, 160)에 대해 여러 각도로 배향될 수 있다. 코일 지그(152, 154 및 156)는 단부 판(158, 160)과 직교하게 배향되거나 또는 단부 판(158, 160)에 대해 다른 각도로 배향될 수 있다.
도 3 및 도 4에서, 지그(170) 및 대응하는 코일(172, 174, 176)이 도시된다. 도 2의 지그(152, 154, 156)는 지그(170)로 구현될 수 있다. 지그(170)가 3개의 직교하게 위치된 코일을 구비하는 것으로 도시되어 있으나, 임의의 개수의 코일이 포함될 수 있고, 지그(170) 상에 여러 배향으로 위치되어 각 EM 장을 제공할 수 있다. 코일의 배향은 방사방향 랩핑 위치, 코일이 랩핑되는 지그의 축, 대응하는 지그의 중심에 대해 코일의 중심 좌표, TCA 또는 TCA의 컴포넌트(예를 들어, 단부 판 또는 베이스 판)의 기준 포인트에 대해 코일의 좌표의 세트, TCA의 컴포넌트(예를 들어, 단부 판 또는 베이스 판)에 대해 코일의 각도 위치 등을 말할 수 있다.
도시된 예에서, 지그(170)는 중심 부재(178)와 8개의 코일-분리 블록(180)들을 포함한다. 본 명세서에 사용된 "블록"이라는 용어는 미리 결정된 형상을 구비하는 객체를 말할 수 있다. 코일-분리 블록(180)이 일반적으로 입방체 형상의 형상의 기하학적 형상을 가지는 것으로 도시되었으나, 코일-분리 블록(180)은 여러 형상의 기하학적 형상을 구비할 수 있다. 코일-분리 블록(180)은 중심 부재(178)로부터 멀어지는 방향으로 돌출하고 와이어 랩핑(또는 코일) 채널(182, 184, 186)을 형성한다. 코일 채널(182, 184, 186)은 각 와이어를 랩핑하여 코일(172, 174, 176)을 형성하도록 외부에서 액세스가능할 수 있다. 단일 코일 채널은 각 코일(172, 174, 176)에 제공된다. 각 코일(172, 174, 176)은 중심 부재(178) 및/또는 지그(170)의 공통 중심 포인트(190) 주위에 그리고 각 코일 채널(182, 184, 186)에 감긴다. 각 코일(172, 174, 176)은 미리 결정된 개수의 권선을 구비할 수 있다. 일 구현에서, 각 코일(172, 174, 176)은 동일한 개수의 권선을 구비한다. 다른 구현에서, 코일(172, 174, 176)은 상이한 개수의 권선을 구비한다. 지그 상의 코일은 다른 지그 상의 대응하는 코일과는 동일한 또는 상이한 개수의 권선을 구비할 수 있다. 지그(170)의 각 코일 채널(182, 184, 186)의 직경은 상이하고, 각 코일(172, 174, 176)이 다른 코일(172, 174, 176)과 접촉함이 없이 지그(170) 상에 랩핑되도록 미리 결정된다.
지그(170)의 측면은 도시된 바와 같이 예를 들어, 탭 및/또는 홀(192)을 포함할 수 있다. 탭 및/또는 홀(192)은 코일-분리 블록(180)에 위치될 수 있고, 코일-분리 블록(180)의 외부 표면으로부터 액세스가능할 수 있다. 코일-분리 블록(180)은 중심 부재(178)와 중심 포인트(190)에 대해 여러 각도 및/또는 위치에서 임의의 개수의 외부 표면을 각각 구비할 수 있다. 탭 및/또는 홀(192)은 도 2에 도시된 바와 같이 지그(170)를 대응하는 장착(또는 단부) 판에 부착하는데 사용될 수 있다. 탭 및/또는 홀(192)은 또한 지그(170) 상에 와이어를 랩핑하는 동안 지그(170)를 유지하는데 사용될 수 있다. 지그(170)는 와이어를 랩핑하는 동안 예를 들어, 고정물, 그리퍼(gripper) 및/또는 바이스(vice)에 유지될 수 있다.
지그(170) 상에서 와이어의 단부(194)는 대응하는 커넥터에 수용될 수 있다. 예시적인 커넥터는 도 6 내지 도 11에 도시된다. 커넥터는 NDI(56)를 통해 CAC(54)에 연결되고/되거나 EM 네비게이션 시스템(예를 들어, EM 네비게이션 시스템(20))의 프로세서, 제어기 및/또는 제어 모듈에 연결될 수 있다.
도 5는 분할된 와이어 랩핑 채널(또는 코일 채널)(202, 204, 206)을 구비하는 지그(200)를 도시한다. 지그(200)는 중심 부재(208)와 돌출하는 코일-분리 블록(210)들을 포함한다. 각 코일 채널(202, 204, 206)은 폭과 깊이를 포함하는 미리 결정된 크기를 구비할 수 있다. 각 코일 채널(202, 204, 206)은 각 코일을 수용하도록 구성되고, 디바이더들(212)에 의해 분할되어 다수의 와이어 랩핑 채널(또는 와이어 채널)(214)들을 형성한다. 디바이더(212)들은 각각 미리 결정된 폭, 외부 외주 및/또는 직경을 구비할 수 있다. 와이어 채널(214)들은 각각 미리 결정된 폭, 깊이, 내부 외주, 및 내부 직경을 구비할 수 있다. 코일 채널(202, 204, 206), 디바이더(212) 및 와이어 채널(214)의 크기는, 예를 들어, 대응하는 코일에 인가될 미리 결정된 레벨의 전류, 코일의 미리 결정된 동작 온도 및/또는 미리 결정된 EM 장 특성(예를 들어, 전기장 및/또는 자기장 벡터 값)에 기초하여 미리 결정될 수 있다.
각 코일 채널(202, 204, 206)은 디바이더 세트(디바이더(212) 각각)와 와이어 채널 세트(와이어 채널(214) 각각)를 구비한다. 각 디바이더 세트는 각 직경을 구비할 수 있다. 각 와이어 채널 세트는 각 내부 직경과 외부직경을 구비할 수 있고, 여기서 외부직경은 대응하는 디바이더의 직경과 일치한다.
디바이더(212)는 중심 부재(208)로부터 방사방향 외부쪽으로 연장되고 코일 채널(202, 204, 206)에 의해 분리되어, 디바이더(212)들은 비-연속적으로 환형으로 그리고/또는 환상형-형상의 디스크가 된다. 디바이더(212)와 와이어 채널(214)은 교번하는 코일 권선과 디바이더의 스택된 층을 제공할 수 있다. 돌출하는 코일-분리 블록(210), 중심 부재(208) 및 디바이더(212)를 포함하는 지그(200)의 요소들은 별개의 요소이거나 또는 도시된 바와 같이 단일 구조로 구현될 수 있다. 지그(200)가 일반적으로 입방체-형상인 것으로 도시되어 있으나, 지그(200)는 상이한 형상을 구비할 수 있다.
각 와이어 채널(214)은 코일 와이어를 수용하도록 구성된다. 와이어는 중심 부재(208) 주위에 그리고 각 와이어 채널(214)에 한번 이상 랩핑될 수 있다. 이 구현에서, 디바이더(212)는 지그(200) 상에 코일의 와이어를 정밀하게 랩핑하기 위해 각 코일 권선 또는 코일 권선 세트를 분리시킨다. 각 세트는 동일한 개수의 권선을 구비하거나 또는 각 개수의 권선을 구비할 수 있다. 이것을 통해 각 코일 권선은 정확하고 예측가능하며 일관적으로 배치될 수 있다.
도 2 내지 도 6의 지그는 TCA를 반복적으로 제조할 수 있어서 동일한 요구조건을 만족하고 동일한 크기를 구비하는 다수의 TCA가 예측가능하고 일관적인 특성을 가지게 제조될 수 있다. 이들 특성은 지그 크기, 와이어 길이, 코일당 권선의 개수, 지그의 인접한 디바이더들 사이의 권선의 개수, 코일과 권선의 배치, 및 코일 크기(폭, 내부 직경과 외부 직경, 및 두께)를 포함할 수 있다.
도 6은 다수의 지그(222)를 포함하는 다른 TCA(220)를 도시한다. TCA(220)는 도 1의 TCA(52)를 대체할 수 있고 테이블(120)에 부착될 수 있고 이 테이블 위에서 개체(26)가 조사되고/되거나 절차가 수행된다. 각 지그(222)는 각 코일을 갖는 단일-코일을 갖는 지그이다. 지그(222)는 베이스 판(224) 상의 각 위치에 장착된다. 베이스 판(224)은 베이스 판(224) 상에 지그를 정확히 배치하기 위해 탭(또는 홀)(226) 및/또는 리세스된 구획(228)을 구비할 수 있다. 탭(또는 홀)(226)은 지그(222) 내 홀(또는 탭)(230)과 정렬된다. 리세스된 구획(228)은 홀(232)을 구비할 수 있고, 이 홀을 통해 지그 상의 와이어(234)가 도시된 바와 같이 연장될 수 있다. 각 지그에서 와이어(234)의 단부(236)는 대응하는 커넥터(238)에 수용될 수 있고, 이 커넥터는 지그와는 베이스 판(224)의 반대쪽 측면에 있을 수 있다. 커넥터(238)는 NDI(56)를 통해 CAC(54)에 연결되고/되거나 도 1의 EM 네비게이션 시스템(20)의 프로세서, 제어기 및/또는 제어 모듈에 연결될 수 있다. 도 6에서 3개의 지그 및/또는 12개의 리세스된 구획이 도시되어 있으나, TCA(220)는 임의의 개수의 지그 및 대응하는 리세스된 구획을 구비할 수 있다.
도시된 3개의 지그(222)는 베이스 판(224)에서 동일한 배향을 구비하고 있으나, TCA(220)의 지그는 상이한 배향을 구비할 수 있다. 상이한 배향을 구비하는 지그의 예는 도 12에 도시된다. 동일한 배향을 가지는 지그의 코일을 사용하여 단일 EM 장을 제공할 수 있다. 동일한 배향을 구비하는 코일에 의해 생성된 EM 장 에너지는 함께 추가되어 EM 장의 사이즈를 증가시킬 수 있다. 상이한 배향을 가지는 지그의 코일을 사용하여 각 방향으로 연장되는 여러 전기장 및 자기장 벡터를 구비하는 다수의 EM 장을 제공할 수 있다. 이것을 통해 전계 다이버시티(diversity)를 증가시킬 수 있다.
도 6의 지그가 단일 코일 배향을 갖는 단일 코일을 가지는 것으로 도시되어 있으나, 각 지그는 상이한 배향을 갖는 임의의 개수의 코일을 구비할 수 있다. 도 6의 TCA(220)에 사용될 수 있는 지그의 제1 예는 도 7 내지 도 8에 도시된다. 도 6의 TCA(220)에 사용될 수 있는 지그의 제2 예는 도 9 내지 도 11에 도시된다.
도 7 내지 도 8은 지그(240) 및 대응하는 코일(242)을 도시한다. 지그(240)는 2개의 단부 부재(246) 사이에 코일 채널(244)을 두고 원통형 형상인 것으로 도시된다. 와이어는 중심 부재(248) 주위에 그리고 코일 채널(244)의 내부 외주 주위에 랩핑된다. 지그(240)는 베이스 판(예를 들어, 도 6의 지그(240)에 와이어를 랩핑하여 코일(242)을 형성하는 동안 지그(240)를 홀딩하는데 사용하고/하거나 베이스 판(224))에 장착하기 위한 홀(또는 탭)(250)을 구비할 수 있다. 지그(240)는 또한 랩핑 고정물, 브라켓, 커플링, 또는 봉에 지그(240)를 장착하는 중심 개구(252)를 더 구비할 수 있다. 예로서, 중심 개구(252)는 도시된 바와 같이 교차 형성되어(또는 불규칙적인 프리즘 형상으로 형성되어), 고정물의 지그 장착 부분을 수용할 수 있다. 지그 장착 부분은 회전되어 지그(240)에 와이어를 랩핑하여 코일(242)을 형성하는 것을 도와줄 수 있다. 와이어의 단부(254)는 커넥터(256)에 의해 수용될 수 있다.
도 9 내지 도 11은 코일 채널(262) 및 대응하는 코일(264)을 갖는 지그(260)를 도시한다. 코일 채널(262)은 단부 부재(266)들 사이에 있다. 코일 채널(262)은 디바이더(268)들과 와이어 채널(270)들을 포함한다. 디바이더(268)는 중심 부재(272)로부터 방사방향 외부쪽으로 연장된다. 단부 부재(266)들, 중심 부재(272) 및 디바이더(268)들은 별개의 요소이거나 또는 도시된 바와 같이 단일 구조로 구현될 수 있다. 하나의 단부 부재(266)는, 도 9에 도시된 바와 같이 홀 또는 노치(notch)(274)를 포함할 수 있다. 지그(260)에 랩핑된 와이어의 단부(276)는 노치(274)를 통해 연장되고 커넥터(278)에 의해 수용될 수 있다. 이것을 통해 와이어는, 예를 들어, 베이스 판 내 홀을 통과할 수 있다.
지그(260)는 단부 부재(266)들 사이에 있고 디바이더(268)들 각각을 분리시키는 크로스오버 구획(280)을 구비하여, 디바이더(268)들이 비-연속적인 환형 및/또는 환상형-형상의 디스크가 되게 한다. 지그(260)에 랩핑될 때 와이어는, 중심 부재(272) 주위에, 중심축(282) 주위에, 와이어 채널(270) 내에 그리고 중심축(282)과 평행한 (화살표(284)로 지시된) 제1 방향으로 랩핑될 수 있다. 와이어는 제1 방향과 반대쪽 (화살표(286)로 지시된) 제2 방향으로 랩핑될 수 있다. 제1 방향과 제2 방향으로 랩핑하기 위해 와이어는 크로스오버 구획(280)에 있는 와이어 채널들 사이를 스위칭할 수 있다. 와이어의 제1 부분(288)은 제1 방향으로 와이어를 랩핑하면서 크로스오버 구획(280)을 통과하여 연장된다. 와이어의 제2 부분(290)은 제2 방향으로 와이어를 랩핑하면서 크로스오버 구획(280)을 통과하여 연장된다. 제2 부분(290)은 크로스오버 구획(280)의 제1 부분(288)과 크로스오버될 수 있다. 크로스오버 구획(280)에 있는 코일의 이들 부분(288, 290)에 의해 생성된 EM 장의 일부는 서로 상쇄될 수 있다.
크로스오버 구획(280)은 하나의 단부 부재(266)를 통해 연장되는 좁은 단부(292)를 갖는 웨지-형상일 수 있다. 이것을 통해 와이어의 단부(276)는 (i) 단부 부재 및, 예를 들어, 베이스 판을 통해 연장되고, 그리고 (ii) 커넥터(278)에 의해 수용될 수 있다. 크로스오버 구획(280)은 크로스오버 위치를 정확히 위치시킬 수 있게 한다. 크로스오버 위치는 2개의 와이어 채널(270) 사이에서 와이어가 전이하는 크로스오버 구획(280)의 위치를 말한다.
도시되지는 않았으나, 도 3 내지 도 5의 지그에서 코일의 하나 이상의 와이어가 다수의 방향으로 랩핑될 수 있고, 도 11의 와이어와 유사한 크로스오버를 수행할 수 있다. 예를 들어 제1 와이어는 제2 코일 채널에 의해 제공된 공간(또는 갭) 내 와이어 채널들 사이에 크로스오버할 수 있다.
도 12는 각 배향으로 장착된 단일 코일을 갖는 지그(302, 304)를 갖는 TCA의 부분(300)을 도시한다. 지그(302, 304) 및 대응하는 코일(306, 308)은 상이한 배향으로 베이스 판(310)에 장착된 것으로 도시된다. 지그(302, 304)는 배향 블록(312, 314)을 통해 베이스 판(310)으로부터 위쪽으로 각져 있다. 예를 들어, 배향 블록(312, 314)은 삼각형 프리즘 형상일 수 있고 베이스 판(310)에 장착될 수 있다. 배향 블록(312, 314)은 베이스 판(310)의 리세스된 구획(316)에 위치될 수 있고, 베이스 판(310)에 제2 탭(또는 홀)에 부착되는 제1 홀(또는 탭)(318)을 구비할 수 있다. 배향 블록(312, 314)은 지그(302, 304)에서 제4 홀(또는 탭)에 연결되는 제3 탭(또는 홀)(320)을 구비할 수 있다. 배향 블록(312, 314)은 접착제를 통해 베이스 판(310) 및/또는 지그(302, 304)에 접착될 수 있다. 판, 지그 및 배향 블록이 탭 및 대응하는 홀을 통해 연결된 것으로 본 명세서에 설명되었으나, 판, 지그 및 배향 블록은 다른 적절한 기술을 통해 서로 연결될 수 있다.
배향 블록(312, 314)은 지그 장착 표면(322)을 구비한다. 배향 블록(312, 314)의 방향 배치와, 베이스 판(310)에 대한 지그 장착 표면(322)의 각도는 지그(302, 304) 및 대응하는 코일(306, 308)의 배향을 설정하도록 미리 결정될 수 있다. 지그(302, 304)의 단부 부재(324)는 대응하는 지그 장착 표면(322)으로 베이스 판(310)에 대해 동일한 각도에 있을 수 있다. 이것을 통해 코일은 동일한 지그의 동일한 중심 부재 주위에 랩핑되지 않고 서로에 대해 여러 위치 및/또는 배향으로 배치될 수 있다. 예로서, 코일(306, 308)은 서로에 대해 직교하게 위치되고/되거나 직교하는 EM 장을 생성하는데 사용될 수 있다. 임의의 개수의 지그와 코일이 TCA에 포함될 수 있다. 지그(302, 304)와 코일(306, 308)은 동일한 또는 상이한 배향을 구비할 수 있다. 일 구현에서, 2개를 초과하는 지그와 코일이 동일한 배향을 구비하고, 2개를 초과하는 지그와 코일이 상이한 배향을 구비한다.
일 구현에서, 12개의 지그 및 대응하는 코일이 포함된다. 12개의 지그와 12개의 코일은 3개의 세트를 포함한다. 각 세트는 4개의 지그와 4개의 코일을 포함한다. 단일 세트의 지그와 코일은 (예를 들어, 서로 평행한 중심 축을 구비하는) 동일한 방향으로 배향된다. 중심축은 코일이 랩핑되는 축이다. 상이한 세트의 지그와 코일은 상이하게 배향된다(예를 들어, 서로 평행하지 않은 중심 축을 구비한다).
도 2 내지 도 12의 각 지그 및 대응하는 코일은 집합적으로 EM 디바이스로 언급될 수 있다. 도 2 내지 도 12의 지그 및/또는 EM 디바이스는 각 코일 채널을 위해 단일 코일과 와이어를 구비하는 것으로 도시되어 있으나, 지그 및/또는 EM 디바이스는 하나를 초과하는 코일 및/또는 와이어를 각 코일 채널에 구비할 수 있다. 또한, 도 2 내지 도 12의 코일 및 대응하는 코일 채널과 중심 부재는 원형 형상이지만, 코일 및 대응하는 코일 채널과 중심 부재는 상이한 형상일 수 있다. 예를 들어, 코일 및 대응하는 코일 채널과 중심 부재는 정사각형 형상, 직사각형 형상, 타원형 형상 및/또는 다각형 형상일 수 있다.
도 2 내지 도 12의 지그, 단부 판, 및 베이스 판 및/또는 본 명세서에 개시된 다른 지그, 단부 판 및/또는 베이스 판은, 예를 들어, 열적으로 안정적인 플라스틱 및/또는 세라믹으로 형성될 수 있다. 이것을 통해 이들 컴포넌트는 코일의 온도 변화로 인한 코일의 팽창 및/또는 수축을 견딜 수 있고; 코일과 컴포넌트의 온도 변화 동안 구조적 무결성을 유지할 수 있고; 온도 변화 동안 미리 결정된 범위 내에서 각 크기를 유지할 수 있다. 본 명세서에 개시된 지그, 단부 판, 및 베이스 판은, 예를 들어, 나일론, 폴리염화비닐, 폴리카보네이트, 폴리에스터, 폴리설폰, 폴리페닐렌설폰, 폴리에터에터케톤, 폴리페닐렌, 설파이드, 폴리에터이미드, 폴리아마이드-이미드 및/또는 폴리벤즈이미다졸로 형성될 수 있다. 지그, 단부 판, 및 베이스 판의 물질은 미리 결정된 값 미만의 열팽창계수를 구비할 수 있다. 본 명세서에 개시된 지그, 단부 판, 및 베이스 판은 사출 성형, 기계 가공, 및/또는 신속 프로토타이핑을 사용하여 구성될 수 있다. 예로서, 본 명세서에 개시된 지그, 단부 판, 및 베이스 판은, 예를 들어, 스테레오리소그래피를 사용하여 형성될 수 있다. 또 다른 예로서, 알루미나 세라믹이 스테레오리소그래피 공정 또는 주조 공정을 사용하여 인쇄되어 본 명세서에 개시된 지그, 단부 판, 및 베이스 판 중 하나 이상을 형성할 수 있다.
도 13은 제조 시스템(352)을 포함하는 TCA 제조 기계(350)를 도시한다. TCA 제조 기계(350)와 제조 시스템(352)은 예로서 제공된 것이고, 본 명세서에 개시된 판, 지그, TCA, 및 배향 블록은 다른 적절한 기술을 사용하여 형성 및/또는 조립될 수 있다. TCA 제조 기계(350)와 제조 시스템(352)은 제어 모듈(354), 생산 프린터(356), 공급 영역(358) 및 생산 시스템(360)을 포함할 수 있다. 제어 모듈(354), 생산 프린터(356), 공급 영역(358) 및 생산 시스템(360) 각각은 TCA 제조 기계(350) 및/또는 제조 시스템(352)에 포함될 수 있거나 또는 TCA 제조 기계(350)와 제조 시스템(352)으로부터 분리될 수 있다.
제어 모듈(354)은 생산 프린터(356), 공급 영역(358) 및/또는 생산 시스템(360)의 동작을 제어할 수 있거나 및/또는 생산 프린터(356), 공급 영역(358) 및/또는 생산 시스템(360) 내 모듈과 통신할 수 있다. 생산 프린터(356), 공급 영역(358) 및/또는 생산 시스템(360)은 각 제어 모듈을 구비하거나 또는 도시된 바와 같이 단일 제어 모듈을 공유할 수 있다.
생산 프린터(356)는, 예를 들어, 스테레오리소그래피 프린터 또는 다른 유형의 생산 프린터 또는 생산 기계일 수 있다. 생산 프린터(356)는 판, 지그 및/또는 배향 블록이 레이저(364)와 스캐너 시스템(366)을 통해 형성될 수 있는 예를 들어, 수지 배쓰(362)를 포함할 수 있다. 판, 지그 및/또는 배향 블록은 공급 영역(358)에 저장될 수 있다.
공급 영역은 판(370), 지그(372), 배향 블록(374) 및 와이어(376)를 저장할 수 있고, 생산 프린터(356)로부터 공급 영역(358)으로 또는 공급 영역(358)으로부터 생산 시스템(360)으로, 판(370), 지그(372), 배향 블록(374) 및/또는 와이어(376)를 이동시키는 모터, 그리퍼, 및/또는 다른 기계를 포함할 수 있다. 와이어(376)는 미리 결정된 길이로 미리 절단되거나 또는 생산 시스템(360)에 사용된 바와 같이 절단될 수 있다.
생산 시스템(360)은 지그(372)를 이동시키고 와이어 랩핑하여 판(370)에 연결하는 와이어 랩핑 스테이션(380)과 TCA 조립 스테이션(382) 및 대응하는 그리퍼 및/또는 모터를 포함할 수 있다. 지그(372)는 와이어 랩핑 스테이션(380)에 랩핑되고, 단부 판들 사이에, 베이스 판 상에 그리고/또는 TCA 조립 스테이션(382) 내 하우징에 장착될 수 있다. 생산 시스템(360)은 와이어를 미리 결정된 길이로 절단하는 와이어 커터를 포함할 수 있다.
도 14는 도 2의 TCA를 제조하고 설치하는 방법을 도시한다. 이하 태스크가 기본적으로 도 2 내지 도 5의 구현에 대하여 설명되었으나, 이 태스크는 본 발명의 다른 구현에 적용하도록 용이하게 변경될 수 있다. 이 태스크는 자동화된 공정의 일부로 반복적으로 수행될 수 있다. 임의의 태스크가 수동으로 및/또는 하나 이상의 제어 모듈(아래에서 "제어 모듈"이라고 지칭됨)에 의해 제어되는 TCA 제조 기계(예를 들어, 도 13의 TCA 제조 기계(350)) 및/또는 조립 라인에 의해 수행될 수 있다. 본 방법은 400에서 시작할 수 있다.
402에서, 코일 특성이 결정된다. 코일 특성은, 예를 들어, 와이어의 길이, 코일당 권선의 개수, 와이어 채널당 권선의 개수 등을 포함할 수 있다.
404에서, TCA에 포함될 지그의 개수와 지그의 대응하는 크기가 결정된다. 이것은 코일 특성, 생성될 EM 장마다 지그의 개수, 생성될 EM 장의 개수, 대응하는 코일의 최대 전류 레벨 또는 전류 범위, 및 생성될 EM 장의 특성에 기초할 수 있다.
406에서, 지그(예를 들어, 도 2 내지 도 5의 지그)는 서로에 대해 및 지그에 대해 미리 결정된 형상과 배향을 가지는 코일의 장착 위치를 제공하기 위해 미리 결정된 크기를 구비하는 것으로 형성된다.
408에서, 제1 와이어가 (아래에서 "지그"로서 태스크(410, 412)라고 지칭되는) 하나의 지그 상에, 제1 코일 채널에, 그리고 지그의 중심 부재와 중심 포인트 주위에 랩핑되어 제1 코일을 형성한다. 제1 와이어가 대응하는 및 미리 결정된 코일 특성에 따라 랩핑된다.
410에서, 제2 와이어가 지그 상에, 제2 코일 채널에, 그리고 (i) 중심 부재, (ii) 중심 포인트 및 (iii) 제1 코일 주위에 랩핑된다. 제2 와이어는 제2 코일이 제1 코일에 대해 미리 결정된 위치에 있도록 랩핑될 수 있다. 제2 와이어는 대응하는 및 미리 결정된 코일 특성에 따라 랩핑된다.
412에서, 제3 와이어가 지그 상에, 제3 코일 채널에, 그리고 (i) 중심 부재, (ii) 중심 포인트, (iii) 제1 코일 및 (iv) 제2 코일 주위에 랩핑된다. 제3 와이어는 제3 코일이 제1 코일과 제2 코일에 대해 미리 결정된 위치에 있도록 랩핑될 수 있다. 제3 와이어는 대응하는 및 미리 결정된 코일 특성에 따라 랩핑된다.
상기 태스크는 3개의 와이어 랩핑 태스크를 포함하고 있지만, 임의의 개수의 와이어 랩핑 태스크가 포함될 수 있다.
414에서, 제어 모듈은 랩핑될 다른 지그가 있는지 여부를 결정한다. 랩핑될 다른 지그가 있는 경우, 태스크(408)가 수행되고, 그렇지 않은 경우 태스크(416)가 수행된다.
415에서, 단부 판이 형성된다. 416에서, 하나 이상의 지그가 단부 판(예를 들어, 단부 판)들 사이에 설치되고/되거나 하우징 내에 장착되어 TCA를 형성할 수 있다. 지그는 단부 판에 억지 끼워 맞춤되거나, 접착제로 부착되고/되거나 연결될 수 있다.
418에서, TCA는 EM 네비게이션 시스템(예를 들어, EM 네비게이션 시스템(20))에 설치될 수 있다. 420에서, TCA는 EM 네비게이션 시스템의 네비게이션 컴퓨터(40) 또는 다른 제어기, 프로세서 및/또는 제어 모듈을 통해 교정될 수 있다. 일 구현에서, 태스크(420)는 수행되지 않는다. TCA는 교정된 절차에서 사용된다. EM 네비게이션 시스템은 TCA의 미리 결정된 특성, TCA의 컴포넌트(코일, 지그, 판 등), 및 EM 장 특성(예를 들어, 전기장 및 자기장의 벡터 값)에 기초하여 절차를 수행할 수 있다. TCA의 특성은 TCA 내 컴포넌트의 크기와 특성을 포함하는 본 명세서에 개시된 TCA 특성들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 본 방법은 422에서 종료할 수 있다.
도 15는 도 6 및 도 12의 TCA를 제조하고 설치하는 방법을 도시한다. 이하 태스크는 기본적으로 도 6 내지 도 12의 구현에 대해 설명되었으나, 이 태스크는 본 발명의 다른 구현에 적용되도록 용이하게 변경될 수 있다. 이 태스크는 자동화된 공정의 일부로 반복적으로 수행될 수 있다. 태스크는 하나 이상의 제어 모듈에 의해 제어되는 TCA 제조 기계(예를 들어, 도 13의 TCA 제조 기계(350)) 및/또는 조립 라인에 의해 수행될 수 있다. 본 방법은 450에서 시작될 수 있다.
452에서, 코일 특성이 결정된다. 코일 특성은, 예를 들어, 와이어의 길이, 코일당 권선의 수, 와이어 채널당 권선의 수 등을 포함할 수 있다.
454에서, TCA에 포함될 지그의 수와 지그의 대응하는 크기가 결정된다. 이것은 코일 특성, 생성될 EM 장마다 지그의 수, 생성될 EM 장의 수, 대응하는 코일의 최대 전류 레벨 또는 전류 범위, 및 생성될 EM 장의 특성에 기초할 수 있다.
456에서, 지그(예를 들어, 도 2 내지 도 5의 지그)는 서로에 대해 그리고 지그에 대해 미리 결정된 형상과 배향을 구비하는 코일을 위한 장착 위치를 제공하기 위해 미리 결정된 크기를 구비하는 것으로 형성된다.
458에서, 454에서 형성된 각 지그 상에 각 와이어를 랩핑한다. 와이어는 지그의 각 코일 채널 및/또는 와이어 채널에서 랩핑될 수 있다. 각 와이어는 대응하는 및 미리 결정된 코일 특성에 따라 랩핑된다.
460에서, 베이스 판 및/또는 배향 블록이 형성된다. 배향 블록은 베이스 판의 일부로서 460에서 형성되거나 또는 지그의 일부로서 454에서 형성될 수 있다. 배향 블록은 미리 결정된 각도에서 지그 장착 표면을 가지게 형성된다.
462에서, 배향 블록은 미리 결정된 위치에서 베이스 판 상에 장착될 수 있다. 464에서, 지그는 배향 블록 상에 장착되고/되거나 하우징 내에 장착되어 TCA를 형성할 수 있다. 지그는 미리 결정된 위치에서 배향 블록 상에 장착되고, 베이스 판에 대해 미리 결정된 배향으로 지그와 와이어를 배치할 수 있다.
466에서, TCA는 EM 네비게이션 시스템(예를 들어, EM 네비게이션 시스템(20))에 설치될 수 있다. 468에서, TCA는 EM 네비게이션 시스템의 네비게이션 컴퓨터(40) 또는 다른 제어기, 프로세서 및/또는 제어 모듈을 통해 교정될 수 있다. 일 구현에서 태스크(468)는 수행되지 않는다. EM 네비게이션 시스템은 TCA의 미리 결정된 특성, TCA의 컴포넌트(코일, 지그, 판, 배향 블록 등), 및 EM 장 특성(예를 들어, 전기장 및 자기장의 벡터 값)에 기초하여 절차를 수행할 수 있다. TCA의 특성은 TCA 내 컴포넌트의 크기와 특성을 포함하는 본 명세서에 개시된 TCA 특성들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 본 방법은 470에서 종료할 수 있다.
도 14 및 도 15의 전술된 태스크는 예시적인 실시예인 것으로 이해된다; 태스크는 응용에 따라 순차적으로, 동기적으로, 동시에, 연속적으로, 오버랩 시간 기간 동안 또는 상이한 순서로 수행될 수 있다. 또한, 임의의 태스크는 이벤트의 구현 및/또는 시퀀스에 따라 수행되지 않거나 또는 스킵될 수 있다.
전술된 구현을 통해, 코일은 일관적이고 반복가능한 방식으로 지그에 감길 수 있다. 이것을 통해 TCA의 예측가능한 물리적 및 동작 특성으로 인한 TCA의 교정 시간이 감소되고/되거나 교정 공정이 제거될 수 있다.
본 발명에 설명된 무선 통신은 IEEE 표준 802.11-2012, IEEE 표준 802.16-2009, IEEE 표준 802.20-2008, 및/또는 블루투스 코어 사양 v4.0에 따라 완전히 또는 부분적으로 순응하여 수행될 수 있다. 여러 구현에서, 블루투스 코어 사양 v4.0은 블루투스 코어 사양 부록(Addendum) 2, 3 또는 4 중 하나 이상에 의해 변경될 수 있다. 여러 구현에서, IEEE 802.11-2012는 드래프트 IEEE 표준 802.11ac, 드래프트 IEEE 표준 802.11ad 및/또는 드래프트 IEEE 표준 802.11ah에 의해 보충될 수 있다.
방법 내 하나 이상의 단계는 본 발명의 원리를 변경함이 없이 상이한 순서로 (또는 동시에) 실행될 수 있는 것으로 이해된다.
아래 정의를 포함하는 본 출원에서, 모듈이라는 용어는 회로라는 용어로 대체될 수 있다. 모듈이라는 용어는 응용 특정 집적 회로(Application Specific Integrated Circuit: ASIC); 디지털, 아날로그, 또는 혼합된 아날로그/디지털 이산 회로; 디지털, 아날로그, 또는 혼합된 아날로그/디지털 집적 회로; 조합 논리 회로; 전계 프로그래밍가능한 게이트 어레이(field programmable gate array: FPGA); 코드를 실행하는 프로세서(공유된, 전용, 또는 그룹); 프로세서에 의해 실행되는 코드를 저장하는 메모리(공유된, 전용, 또는 그룹); 설명된 기능을 제공하는 다른 적절한 하드웨어 컴포넌트; 또는 예를 들어 시스템-온-칩에서와 같이 이들의 일부 또는 전부의 조합을 말하거나, 이들의 일부이거나 또는 이들을 포함할 수 있다.
코드라는 용어는, 전술된 바와 같이, 소프트웨어, 펌웨어 및/또는 마이크로코드를 포함할 수 있고, 프로그램, 루틴, 기능, 등급 및/또는 객체를 말할 수 있다. 공유된 프로세서라는 용어는 다수의 모듈로부터 일부 또는 모든 코드를 실행하는 단일 프로세서를 포함한다. 그룹 프로세서라는 용어는 추가적인 프로세서와 조합하여, 하나 이상의 모듈로부터 일부 또는 모든 코드를 실행하는 프로세서를 포함한다. 공유된 메모리라는 용어는 다수의 모듈로부터 일부 또는 모든 코드를 저장하는 단일 메모리를 포함한다. 그룹 메모리라는 용어는, 추가적인 메모리와 조합하여, 하나 이상의 모듈로부터 일부 또는 모든 코드를 저장하는 메모리를 포함한다. 메모리라는 용어는 컴퓨터-판독가능한 매체라는 용어의 서브셋일 수 있다. 컴퓨터-판독가능한 매체라는 용어는 매체를 통해 전파되는 일시적인 전기적 신호와 전자기 신호를 포함하지 않고, 유형적인 및 비-일시적인 것으로 고려될 수 있다. 비-일시적인 유형적인 컴퓨터 판독가능한 매체의 비-제한적인 예는 비휘발성 메모리, 휘발성 메모리, 자기 저장 매체 및 광 저장 매체를 포함한다.
본 출원에서 설명된 장치 및 방법은 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 적어도 하나의 비-일시적인 유형적인 컴퓨터 판독가능한 매체에 저장된 프로세서-실행가능한 명령을 포함한다. 컴퓨터 프로그램은 또한 저장된 데이터를 포함하고/하거나 이에 의존할 수 있다.
예시적인 실시예는, 본 발명이 수행되고, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 그 범위를 충분히 전달하기 위해 제공된 것이다. 본 발명의 실시예를 보다 상세히 이해하기 위하여 예시적인 특정 컴포넌트, 디바이스, 및 방법과 같은 다수의 특징 상세들이 제시되었다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는, 특정 상세는 사용될 필요가 없고, 예시적인 실시예는 많은 상이한 형태로 구현될 수 있어서, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다는 것이 명백할 것이다. 일부 예시적인 실시예에서, 잘 알려진 공정, 잘 알려진 디바이스 구조 및 잘 알려진 기술은 상세히 설명되지 않았다.
본 명세서에 사용된 용어는 특정 예시적인 실시예를 단지 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명을 제한하는 것으로 의도된 것이 전혀 아니다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 형태는, 문맥이 명확히 달리 지시하지 않는 한, 복수의 형태를 포함하는 것으로 의도될 수 있다.
"제1", "제2", 및 다른 수치적 용어와 같은 용어는 본 명세서에 사용될 때, 문맥이 명확히 달리 지시하지 않는 한, 시퀀스 또는 순서를 의미하는 것이 아니다. 따라서, 본 명세서에 설명된 제1 요소, 컴포넌트, 구역, 층 또는 구획은 예시적인 실시예의 개시 내용을 벗어남이 없이 제2 요소, 컴포넌트, 구역 층 또는 구획으로 명명될 수 있다.
본 실시예의 전술된 상세한 설명은 예시와 설명을 위하여 제공된 것이다. 이것은 본 발명의 실시예를 전부 나타내는 것이라거나 또는 본 발명을 제한하는 것으로 의도된 것이 전혀 아니다. 특정 실시예의 개별 요소 또는 특징은 일반적으로 이 특정 실시예로 제한되지 않고, 적용가능한 경우, 상호 교환 가능하고, 구체적으로 도시되거나 또는 설명되지 않았더라도, 선택된 실시예에서 사용될 수 있다. 이는 또한 많은 방식으로 변경될 수 있다. 이러한 변경은 본 발명을 벗어나는 것으로 고려되어서는 안되고, 모든 이러한 변경은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (27)

  1. 전자기 디바이스(electromagnetic device)로서,
    지그(jig)로서,
    중심 부재, 및
    상기 중심 부재로부터 돌출되고 서로 분리되어 복수의 코일 채널을 제공하는 복수의 코일-분리 블록으로서, 각각의 코일 채널은 디바이더들과 와이어 채널들을 포함하는, 복수의 코일-분리 블록을 포함하는, 상기 지그; 및
    복수의 와이어를 포함하되, 상기 복수의 와이어는 상기 지그 상에, 상기 중심 부재 주위에, 그리고 상기 복수의 코일 채널 중 하나의 코일 채널에 랩핑(wrapped)되어 복수의 코일 중 하나의 코일을 형성하고, 상기 복수의 코일 각각은 전자기 네비게이션 시스템에 연결되어 개체에 대해 방출될 각 전자기장을 생성하도록 구성되며,
    상기 복수의 코일 채널은 상기 복수의 코일 채널의 분리된 부분들 사이에 갭으로 분리되고, 제1 코일 채널은 상기 제1 코일 채널의 갭이 제2 코일 채널 내에 있도록 상기 제2 코일 채널에 의해 분리되며;
    상기 복수의 와이어 각각은 상기 복수의 코일 채널의 분리된 부분들의 갭 내 와이어 채널들 사이에서 스위칭되는, 전자기 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 코일 채널은 서로 직교하고; 그리고
    상기 코일들은 서로 직교하는, 전자기 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 중심 부재와 상기 복수의 코일-분리 블록은 단일 구조로 구현된, 전자기 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 와이어 각각은,
    상기 와이어 채널들 중 하나의 와이어 채널에,
    상기 중심 부재 주위에, 그리고
    2개의 상기 디바이더 사이에 또는 하나의 상기 디바이더와 하나의 상기 코일-분리 블록 사이에 랩핑된, 전자기 디바이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 디바이더들은 상기 복수의 와이어 중 하나의 와이어의 권선 세트들을 분리시키고; 그리고
    각 상기 권선 세트는 2개 이상의 권선을 포함하는, 전자기 디바이스.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 지그는 플라스틱 물질과 세라믹 물질 중 적어도 하나를 포함하는, 전자기 디바이스.
  8. 전자기 디바이스로서,
    지그로서,
    중심 부재, 및
    상기 중심 부재로부터 돌출되고 서로 분리되어 복수의 코일 채널을 제공하는 복수의 코일-분리 블록으로서, 각각의 코일 채널은 디바이더들과 와이어 채널들을 포함하는, 복수의 코일-분리 블록을 포함하는, 상기 지그; 및
    복수의 와이어를 포함하되, 상기 복수의 와이어는 상기 지그 상에, 상기 중심 부재 주위에, 그리고 상기 복수의 코일 채널 중 하나의 코일 채널에 랩핑되어 복수의 코일 중 하나의 코일을 형성하고, 상기 복수의 코일 각각은 전자기 네비게이션 시스템에 연결되어 개체에 대해 방출될 각 전자기장을 생성하도록 구성되며,
    상기 지그는 상기 와이어들 중 적어도 하나의 와이어가 2개의 와이어 채널 사이에서 스위칭되는 적어도 하나의 크로스오버 구획(crossover section)을 포함하고, 상기 크로스오버 구획은 각 디바이더가 비-연속적인 환형이도록 상기 디바이더들을 통해 연장되어, 상기 적어도 하나의 와이어가 상기 2개의 와이어 채널 사이에서 스위치되는 영역을 제공하는, 전자기 디바이스.
  9. 송신 코일 어레이(transmit coil array)로서,
    제8항의 복수의 전자기 디바이스; 및
    복수의 단부 판을 포함하되, 상기 복수의 전자기 디바이스는 상기 단부 판들에 그리고 상기 단부 판들 사이에 연결된, 송신 코일 어레이.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 단부 판들은 탭들을 포함하고; 그리고
    상기 탭들은 상기 지그 내 각각의 홀에 삽입된, 송신 코일 어레이.
  11. 시스템으로서,
    제9항의 송신 코일 어레이;
    상기 송신 코일 어레이의 이전의 교정 없이 상기 송신 코일 어레이의 복수의 코일을 통해 제1 신호를 송신하도록 구성된 제어기; 및
    (i) 상기 제1 신호를 수신하고, 그리고 (ii) 상기 제1 신호에 기초하여 제2 신호를 생성하도록 구성된 추적 디바이스를 포함하되,
    상기 제어기는 상기 제2 신호에 기초하여 그리고 상기 개체에 대한 절차 동안 상기 추적 디바이스의 위치를 추적하도록 구성된, 시스템.
  12. 전자기 디바이스로서,
    지그로서,
    한 쌍의 단부 부재, 및
    상기 한 쌍의 단부 부재 사이에 배치된 중심 부재를 포함하는 지그로서, 상기 한 쌍의 단부 부재와 상기 중심 부재는 함께 코일 채널을 제공하고, 상기 코일 채널은 디바이더들을 포함하며, 상기 중심 부재, 상기 디바이더, 및 상기 단부 부재는 함께 와이어 채널을 제공하는, 상기 지그; 및
    상기 중심 부재 상에 그리고 상기 와이어 채널에 랩핑되어 코일을 제공하는 와이어를 포함하되, 상기 코일은 전자기 네비게이션 시스템에 연결되고 개체에 대해 방출될 전자기장을 생성하도록 구성되며,
    상기 지그는, 상기 와이어가 2개의 상기 와이어 채널 사이에서 스위칭되는 크로스오버 구획을 포함하고, 상기 크로스오버 구획은 각 디바이더가 비-연속적인 환형이도록 상기 디바이더들을 통해 연장되어, 상기 와이어가 상기 2개의 와이어 채널 사이에서 스위치되는 영역을 제공하는, 전자기 디바이스.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서, 상기 와이어는 상기 크로스오버 구획에서 자체로 복수회 교차하는, 전자기 디바이스.
  15. 제12항에 있어서, 상기 지그는 플라스틱 물질과 세라믹 물질 중 적어도 하나를 포함하는, 전자기 디바이스.
  16. 송신 코일 어레이로서,
    제12항의 복수의 전자기 디바이스; 및
    베이스 판을 포함하되, 상기 복수의 전자기 디바이스는 상기 베이스 판 상에 그리고 각 배향으로 장착된, 송신 코일 어레이.
  17. 제16항에 있어서, 상기 베이스 판 상에 그리고 상기 전자기 디바이스의 지그들과 상기 베이스 판 사이에 장착된 배향 블록들을 더 포함하되,
    배향 블록들은 상기 전자기 디바이스의 지그들이 상부에 장착된 지그 장착 표면을 포함하며; 그리고
    상기 지그들과 상기 와이어들은 상기 베이스 판에 대해 지그 장착 표면의 각도에 기초하여 상기 베이스 판에 대해 그리고 서로에 대해 배향된, 송신 코일 어레이.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 베이스 판은 제1 탭을 포함하고;
    상기 제1 탭은 배향 블록 내 각 홀에 삽입되며;
    상기 배향 블록은 제2 탭을 포함하고; 그리고
    상기 제2 탭은 상기 지그 내 각 홀에 삽입된, 송신 코일 어레이.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 지그는 노치들을 포함하고;
    상기 베이스 판은 홀들을 포함하며; 그리고
    상기 와이어는 상기 지그의 노치들과 상기 베이스 판의 홀들을 통해 연장되는, 송신 코일 어레이.
  20. 시스템으로서,
    제16항의 송신 코일 어레이;
    상기 송신 코일 어레이의 이전의 교정 없이 상기 송신 코일 어레이의 코일을 통해 제1 신호를 생성하도록 구성된 제어기; 및
    (i) 상기 제1 신호를 수신하고, 그리고 (ii) 상기 제1 신호에 기초하여 제2 신호를 생성하도록 구성된 추적 디바이스를 포함하되,
    상기 제어기는 상기 제2 신호에 기초하여 그리고 상기 개체에 대한 절차 동안 상기 추적 디바이스의 위치를 추적하도록 구성된, 시스템.
  21. 전자기 디바이스에 의해 전자기장을 생성하는 방법으로서,
    중심 부재와 복수의 코일-분리 블록들을 포함하도록 제1 지그를 형성하는 단계로서, 상기 코일-분리 블록은 상기 중심 부재로부터 돌출되고 복수의 코일 채널을 제공하며, 상기 복수의 코일 채널은 서로 분리되고 제1 채널과 제2 채널을 포함하는, 상기 제1 지그를 형성하는 단계;
    상기 제1 지그 상에, 상기 중심 부재 주위에, 그리고 상기 제1 채널에 제1 와이어를 랩핑하여 제1 코일을 형성하는 단계;
    상기 제1 지그 상에, 상기 중심 부재와 상기 제1 코일 주위에, 그리고 상기 제2 채널에 제2 와이어를 랩핑하여 제2 코일을 형성하는 단계;
    송신 코일 어레이에 포함될, 상기 제1 지그를 포함하는 다수의 지그를 결정하는 단계;
    상기 지그들을 형성하는 단계;
    상기 지그들을 한 쌍의 단부 판들 사이에 부착하여 상기 송신 코일 어레이를 형성하는 단계; 및
    상기 송신 코일 어레이를 전자기 네비게이션 시스템에 설치하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 와이어와 상기 제2 와이어는 상기 전자기 네비게이션 시스템에 연결되고 개체에 대해 방출될 각 전자기장을 생성하도록 구성된, 전자기 디바이스에 의해 전자기장을 생성하는 방법.
  22. 삭제
  23. 제21항에 있어서, 상기 제1 지그를 형성하는 단계는 상기 제2 채널에 직교하는 상기 제1 채널을 형성하는 단계를 포함하는, 전자기 디바이스에 의해 전자기장을 생성하는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 제1 지그를 형성하는 단계는 제3 채널을 포함하도록 상기 복수의 코일 채널을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제3 채널은 상기 제1 채널과 상기 제2 채널에 직교하게 형성된, 전자기 디바이스에 의해 전자기장을 생성하는 방법.
  25. 전자기 디바이스에 의해 전자기장을 생성하는 방법으로서,
    송신 코일 어레이에 포함될, 제1 지그를 포함하는 다수의 지그를 결정하는 단계;
    상기 지그들을 형성하는 단계로서, 각 상기 지그는 중심 부재와 한 쌍의 단부 부재를 포함하도록 형성되고, 상기 중심 부재는 상기 한 쌍의 단부 부재 사이에 배치되며, 상기 한 쌍의 단부 부재와 상기 중심 부재는 함께, 와이어 채널들을 제공하는 디바이더를 구비한 코일 채널을 제공하는, 상기 지그들을 형성하는 단계;
    상기 지그들 상에 복수의 와이어를 랩핑하는 단계로서, 상기 복수의 와이어 각각은 하나의 상기 중심 부재 상에 그리고 각 상기 지그의 하나의 상기 코일 채널에 랩핑되어 코일을 제공하는, 상기 지그들 상에 복수의 와이어를 랩핑하는 단계; 및
    상기 지그를 베이스 판 상에 장착하여 상기 송신 코일 어레이를 형성하는 단계를 포함하되, 각 상기 지그는 상기 베이스 판의 각 위치에 장착되고,
    각각의 지그는 상기 와이어가 2개의 와이어 채널 사이에서 스위칭되는 크로스오버 구획을 포함하고, 상기 크로스오버 구획은 각 디바이더가 비-연속적인 환형이도록 디바이더들을 통해 연장되어, 상기 와이어가 상기 2개의 와이어 채널 사이에서 스위치되는 영역을 제공하는,
    상기 코일은 전자기 네비게이션 시스템에 연결되고 개체에 대해 방출될 전자기장을 생성하도록 구성된, 전자기 디바이스에 의해 전자기장을 생성하는 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 디바이더들을 포함하도록 상기 지그들의 상기 코일 채널들을 형성하는 단계를 더 포함하되,
    각 상기 지그의 상기 중심 부재, 상기 디바이더들 및 상기 한 쌍의 단부 부재는 함께 상기 와이어 채널들을 제공하고; 그리고
    상기 복수의 와이어 각각은 각 상기 중심 부재 상에 그리고 각 상기 지그의 상기 와이어 채널들에 랩핑된, 전자기 디바이스에 의해 전자기장을 생성하는 방법.
  27. 제25항에 있어서, 상기 지그들을 상기 베이스 판 상에 각 배향으로 장착하는 단계를 더 포함하는, 전자기 디바이스에 의해 전자기장을 생성하는 방법.
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