KR20040103415A - 히스테리시스에 의한 동적 금속 면역 - Google Patents

히스테리시스에 의한 동적 금속 면역 Download PDF

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KR20040103415A
KR20040103415A KR1020040038187A KR20040038187A KR20040103415A KR 20040103415 A KR20040103415 A KR 20040103415A KR 1020040038187 A KR1020040038187 A KR 1020040038187A KR 20040038187 A KR20040038187 A KR 20040038187A KR 20040103415 A KR20040103415 A KR 20040103415A
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아사프 고바리
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바이오센스 웹스터 인코포레이티드
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Abstract

간섭 물체의 출현시 환자의 신체내에서 대상체를 추적하는 장치가 제공된다. 하나이상의 방사체의 한 세트가 대상체 근방에서 원천주파수로서 에너지장을 발생하도록 되어 있다. 위치 센서가 대상체에 부착되며 에너지장에 반응하여 신호를 발생하도록 되어 있다. 제어유닛은 하나 이상의 개별적 특수한 유형의 간섭 물체와 관련된 하나 이상의 고조파 패턴의 데이타베이스에 접근한다. 제어유닛은, (a) 신호를 수신하기, (b) 간섭 물체와 에너지장과의 상호 작용에 반응하여 신호에 나타난 원천주파수의 고조파 패턴을 검출하기, (c) 상기 패턴을 데이타베이스에 저장된 고조파 패턴들과 비교하기, (d) 상기 비교에 반응하여 간섭 물체를 식별하기, (e) 간섭 물체의 식별에 반응하여 신호와 검출된 패턴에서의 하나 이상의 고조파의 크기를 수정하기, (f) 수정된 신호에 반응하여 대상체의 위치좌표들을 결정하기에 적합하게 되어 있다.

Description

히스테리시스에 의한 동적 금속 면역{Dynamic metal immunity by hysteresis}
본원은 이 특허출원의 양수인에게 양도되어 참고로 합체되어 있는 발명의 명칭이 "금속 면역에 대한 히스테리시스 평가"와 동일자로 출원된 미국 특허출원에 관한 것이다.
본 발명은 대체로 자장을 사용하여 대상체(object)들을 비접촉 추적하는 것에 관한 것으로서, 특히 자장에서 이동하는 자장 반응성 물체(moving, magnetic field-responsive article)의 효과에 반작용하는 것에 관한 것이다.
비접촉 전자기 위치설정(locating) 및 추적 시스템은, 군사용 목표 탐색(target sighting), 컴퓨터 애니메이션 및 정밀한 의료수술과 같은 다양한 주제들을 포함하여 대단히 넓은 적용 범위에 걸쳐 기술에 공지되어 있다. 예를 들어, 전자기 위치설정 기술은, 의료계에서 환자의 신체내에 수술장치, 프로브 및 카테터와 같은 대상체의 삽입 및 이동을 포함하는 외과수술, 진단, 치료 및 예방 조치를 하는 과정에서 넓게 사용되고 있다. 양호하게 X-선 영상을 사용하지 않고 환자 신체내에 대상체들의 위치설정 및 배향을 정확하게 판정하기 위해 실시간 정보를 제공할 필요가 있다.
벤-하임(Ben-Haim)씨의 미국특허 제5,391,199호 및 제 5,443,489호는 본원의 출원인에게 양도되어 있고, 참고로 합체되어 있으며, 체내 프로브의 좌표를 홀효과 디바이스, 코일 또는 프로브에 유지된 다른 안테나와 같은 하나 이상의 필드 센서를 사용하여 결정하는 시스템들을 공개하고 있다. 그러한 시스템들은 의료용 프로브 또는 카테터에 관하여 3차원 위치 정보를 발생하는데 사용되고 있다. 센서 코일이 카테터내에 배치되며, 외부에서 인가된 자장에 반응하여 신호들을 발생한다. 자장은 알고 있는 상호 이격된 위치들에서 외부 기준 프레임에 부착된 다수의 방사체 코일(radiator coil)에 의해 발생된다. 각각의 방사체 코일 필드에 반응하여 발생된 신호들의 진폭이 검출되어 센서 코일의 위치를 계산하는데 사용된다. 각각의 방사체 코일은 양호하게 드라이버 회로에 의해 구동되어 다른 방사체 코일의 주파수와 구별되는 공지된 주파수에서의 자장을 발생하며, 따라서 센서 코일에 의해 발생된 신호들은 다른 방사체 코일들에 대응하는 성분들로 주파수에 의해 분리될 수 있다.
벤-하임(Ben-Haim)씨 등의 PCT 특허공보 WO 96/05768호는 본원의 출원인에게 양도되어 있고, 참고로 합체되어 있으며, 카테터의 팁에 관하여 6 개의 치수적(six-dimensional) 위치 및 배향을 발생하는 시스템을 공개하고 있다. 이 시스템은 카테터내의 위치설정 가능한 지역에 인접하게, 예를 들어 카테터의 말단 팁 부근에 다수의 센서 코일과, 외부 기준 프레임에 부착된 다수의 방사체 코일을 사용한다. 상기 코일들은 방사체 코일들에 의해 발생된 자장에 반응하여 신호들을 발생하며, 이 신호들은 6개의 위치 및 배향 좌표들의 계산을 가능하게 하며, 따라서 카테터의 위치 및 배향은 카테터를 영상처리할 필요가 없이 알 수 있게 된다.
도론(Doron) 등의 미국특허 제6,239,724호는 본원에 참고로 합체되어 있으며, 환자 신체내에서부터 나오는 공간적 위치 정보를 공급하는 원격측정 시스템을 공개하고 있다. 이 시스템은 이식가능한 원격측정 유닛을 포함하는데, 상기 원격측정 유닛은, (a) 원격측정 유닛에 전력을 공급하기 위해 신체 외부에서 수신한 전력신호를 전력으로 변환하는 제1 변환기와; (b) 신체 외부에서 수신하는 위치필드 신호(positioning field signal)를 수신하기 위한 제2 변환기와; (c) 상기 위치 필드 신호에 반응하여 신체 외부의 지역으로 위치설정 신호를 전송하는 제3 변환기를 구비한다.
골던(Golden)씨 등의 미국특허 제5,425,382호는 그 내용이 본원에 참고로 합체되어 있으며, 카테터에 부착된 자석에 의해 발생된 정적 자장 강도 그래디언트(gradient)를 감지함으로써 환자 신체내에 카테터를 위치설정하는 장치 및 방법들을 설명하고 있다.
애커(Acker)씨 등의 미국특허 제5,558,091호는 본원의 양수인에게 양도되어 본원에 참고로 합체되어 있으며, 동일한 코일들에 의해 발생된 감지용 용적 및 그래디언트 필드들의 양측면에 배치된 헬름홀츠(Helmholtz) 코일들로부터 균일한 필드를 사용하는 자기적 위치 및 배향 결정시스템을 설명하고 있다. 상기 필드들의 적용 중에 프로브에서 검출된 필드 성분들을 모니터함으로써, 프로브의 위치 및 배향이 유추된다. 프로브의 표시는 주체에 대하여 프로브의 위치 및 배향을 보여주기 위해 주체의 개별적으로 획득된 영상에 중첩된다.
카테터에 부착된 위치 센서를 사용하는 다른 위치설정 장치들은 반 스텐위크(Van Steenwyk)씨 등의 미국특허 제4,173,228호, 베즈(Besz)씨 등의 제5,099,845호, 히르쉬(Hirschi)씨 등의 제5,325,873호, 블라덴(Bladen)씨 등의 제5,913,820호, 스트롤 주니어(Strohl, Jr.)씨 등의 제4,905,698호, 샤피로(Shapiro)씨 등의 제5,425,367호에 설명되어 있으며, 그 내용은 본원에서 참고로 합체되어 있다.
신체내에서 프로브의 위치를 검출하는 것에 기초로 한 상업적인 전기생리적 및 물리적 맵핑 시스템이 현재 이용되고 있다. 그들 중에서, 바이오센스 웹스터 인코포레이티드(미국 캘리포니아 다이아몬드 바)에 의해 개발되어 판매되는 CARTOTM은 카테터 위치설정에 따라 지역적 전기 활동도를 자동으로 연결하여 맵핑하는 시스템이다.
전자기 위치설정 및 추적 시스템은, 금속 또는 자기 반응성 물체가 추적되고 있는 대상체의 부근으로 도입될 때 부정확하게 되기 쉽다. 그러한 부정확은 위치설정 시스템의 방사체 코일에 의해 그 부근에서 발생된 자장이 왜곡되기 때문에 발생한다. 예를 들어, 방사체 코일의 자장은 그러한 물체에서 와전류를 발생할 수 있고, 그 와전류는 물체에 주어진 필드와 반응하는 기생적 자장을 일으키는 원인이 된다. 의료환경에서 예를 들어, 기본 및 보조장비(작동 테이블, 카트, 가동램프 등) 뿐만 아니라 침해식 수술장치(외과용 메스, 카테터, 가위 등)를 포함하여 상당량의 전도성 및 투과성 재료가 있다. 이러한 물체에서 발생된 와전류와 그 결과로 발생된 자장 왜곡은 추적되고 있는 대상체의 위치를 결정하는데 오류를 일으킬 수 있다.
비교적 다수의 관심있는 지점에 배치된 프로브에 대한 시스템의 반응성을 측정하는 초기 캘리브레이션(calibration)을 수행함으로써 정적 금속 대상체들의 간섭의 문제를 해결하는 것이 알려져 있다. 이것은 고정된 전자기 간섭원을 해결하기 위한 것으로 수용될 수 있지만, 이동하는 자기 반응성 대상체에 의해 유도된 간섭문제들을 해결하기에는 만족스럽지 못하다.
고바리(Govari)씨의 미국특허 제6,373,240호는 명칭이 "자기 추적 시스템에서의 금속 출현의 반작용"으로서 본원의 양수인에게 양도되고 참고로 합체되어 있으며, 추적되고 있는 대상체에서의 위치설정 가능한 지점에 인접한 하나 이상의 센서 코일과, 각각의 교류 전류에 의해 구동될 때 대상체 부근에서 교번 자장을 발생하는 하나 이상의 방사체 코일을 포함하는 대상체 추적 시스템을 설명하고 있다. 각각의 방사체 코일에 있어서, 코일의 교류 전류의 주파수는 어떤 특정 시간에 각각의 방사체 코일이 다른 방사체 코일이 방사하는 주파수와는 다른 주파수를 방사하도록 다수의 값을 통해 주사된다.
센서 코일들은 자장에 반응하여 전기 신호를 발생하며, 이 신호들은 신호 처리 회로에서 수신되어 컴퓨터 또는 다른 프로세서에 의해 분석된다. 금속 또는 다른 필드 반응성 물체가 대상체 부근에 있을 때, 신호들은 통상적으로 각각의 순간 구동 주파수에서 방사체 코일에 의해 발생된 자장에 반응하는 위치신호 성분들과, 물체로 인하여 발생된 기생적 자장에 반응하는 기생적 신호 성분들을 포함한다. 기생적 성분들은 통상적으로 구동 주파수의 순간 주파수와 동일한 주파수이지만, 위상이 편이되므로, 각 센서 코일에서의 효과는 필드 반응성 물체가 없을 때의 신호에 대하여 편이되는 위상 및 크기를 갖는 조합된 신호를 발생하는 것이다. 위상편이(phase-shift)는 구동 주파수의 함수이며, 따라서 각각의 구동 주파수가 주사됨에 따라 변할 것이다. 컴퓨터는 조합된 신호를 처리하여 어느 주파수가 최소의 위상 편이 및 기생 성분들의 최소의 효과를 만들어내는지를 찾아내며, 이 주파수가대상체 위치를 계산하는데 사용된다. 위상 편이가 최소로 될 때까지 구동 주파수를 변화시키는 일은 신호에 대한 필드 반응성 물체의 효과를 감소시키는 효과적인 방법으로서 설명되어 있다.
애쉬(Ashe)씨의 미국특허 제6,172,499호는 본원에 참고로 합체되어 있으며, 다수 주파수 AC 자기 신호들을 이용하는 송신 안테나에 대하여 수신 안테나의 6개의 자유도에서 위치 및 배향을 측정하는 장치를 설명하고 있다. 송신 부품은 서로에 대하여 공지된 위치 및 배향의 2개의 이상의 송신 안테나로서 구성된다. 송신 안테나는 각각의 안테나가 주파수 범위에서 하나 이상의 특이한 위치들을 차지하는 상태에서 AC 여기에 의해 동시에 구동된다. 수신 안테나는 송신된 AC 자장과 전도성 금속들에 의해 초래된 왜곡을 측정한다. 전술한 바와 같이, 다음에 컴퓨터가 왜곡 성분을 추출하고, 수신된 신호에서 그 왜곡 성분을 제거하여, 정확한 위치 및 배향 출력을 공급한다.
애쉬(Ashe)씨의 미국특허 제6,246,231호는 본원에 참고로 합체되어 있으며, 송신 안테나로부터의 자장이 제한되고, 전도성 대상체가 보통 발견되는 지역에서부터 새로 조절되는 플럭스 억제 방법을 설명하고 있다.
한센(Hansen)씨 등의 미국특허 제5,767,669호는 그 내용이 본원에 참고로 합체되어 있으며, 자기 추적 시스템에서 발생된 와전류 왜곡을 차감하는 방법을 설명하고 있다. 이 시스템은 다수의 발생기로부터 나오는 펄스형 자장을 이용하고, 와전류의 출현은 추적에 사용되는 센서 코일들에서 발생된 전류 변화률을 측정함으로써 검출된다. 와전류는 자기 펄스의 주기를 조정함으로써 보상된다.
블루드(Blood)의 미국특허 제4,945,305호 및 제4,849,692호는 그 내용이 본원에 참고로 합체되어 있으며, 펄스형 DC 자장을 사용함으로써 와전류의 문제를 회피하는 추적 시스템들을 설명하고 있다. DC 필드를 검출할 수 있는 센서들이 시스템에 사용되고, 와전류는 와전류의 지연특성 및 진폭을 이용함으로써 검출되어 조정된다.
블루드(Blood)의 미국특허 제5,600,330호는 그 내용이 본원에 참고로 합체되어 있으며, 쌍극자가 없는 루프 송신기에 기초한 자기 추적 시스템을 설명하고 있다. 이 시스템은 작동 용적에서 작은 금속성 대상체에 대한 감소된 감도를 보여주는 것으로서 설명되고 있다.
두몰린(Dumoulin)씨의 유럽특허출원 EP 0-964,261 A2호는 그 내용이 본원에 참고로 합체되어 있으며, 교번 자장 발생기를 사용하는 추적 시스템에서 와전류를 보상하는 시스템을 설명하고 있다. 제1 시스템에서, 와전류는, 먼저 시스템이 와전류에서 벗어나 있을 때 시스템을 판정하고(calibrate), 다음에 와전류가 검출될 때 발생된 필드를 교정함으로써 보상된다. 제2 시스템에서, 와전류는 발생기 부근에 배치된 하나 이상의 차폐 코일을 사용함으로써 없어지게 된다.
한센씨의 미국특허 제5,831,260호는 그 내용이 본원에 참고로 합체되어 있으며, 단독으로 작동하는 각각의 개별 시스템의 단점을 줄이기 위해 발명된 조합된 전자기 및 광학 하이브리드 위치설정 시스템을 설명하고 있다.
슬리와 주니어(Sliwa, Jr.)씨의 미국특허 제6,122,538호는 그 내용이 본원에 참고로 합체되어 있으며, 의료영상장치들을 추적하기 위한, 초음파, 자기, 경사,자이로스코프 및 가속도형 서브시스템을 포함하는 다른 종류의 센서들을 사용하는 하이브리드 위치 및 배향 시스템을 설명하고 있다.
연성 자성체를 사용하는 물체 감시 시스템 및 저주파수 검출 시스템은 본원에 참고로 합체되어 있고 1934년 프랑스에서 공개된 피카드 특허(제763,861호) 이후 공지되어 있다. 이러한 접근법에 기초한 감시 시스템들은 대체로 고 자기 투과성을 갖는 강자성 재료로 구성되는 마커를 사용한다. 상기 마커가 감시 시스템에 의해 발생된 자장으로부터 질문을 받을 때, 마커는 마커 재료의 비선형 히스테리시스 루프(non-linear hysteresis loop) 때문에 질문용 주파수(interrogating frequency)의 고조파를 발생한다. 감시 시스템은 마커의 출현을 판정하기 위해 상기 고조파를 검출하여 여과하며 분석한다. 이러한 접근법에 기초한 시스템 및 이를 개선한 여러 가지 특허가 있는데, 예를 들어 위버(Weaver)씨의 미국특허 4,622,542호, 및 제4,309,697호, 클라인(Klein)씨의 미국특허 제5,008,649호, 키우(Qiu)씨 등의 미국특허 제6,373,387호가 있으며, 이 내용들은 본원에 참고로 합체되어 있다.
브룩스(Brooks)씨의 미국특허 제4,791,412호는 그 내용이 본원에 참고로 합체되어 있으며, 기호화된 자기 마커로부터 나오는 위상 편이된 고조파 신호들의 발생 및 검출에 기초한 물체 감시 시스템을 설명하고 있다. 이 시스템은 감시 영역에서 큰 금속 대상체의 효과를 감소하기 위한 신호 처리기술을 합체하는 것으로서 설명되어 있다.
로이발(Roybal)씨의 미국특허 제6,150,810호, 람스덴(Ramsden)씨 등의 미국특허 제6,127,821호, 구이차드(Guichard)씨 등의 미국특허 제5,519,317호, 캔디(Candy)씨의 미국특허 제5,506,506호는 그 내용이 본원에 참고로 합체되어 있으며, 자장을 발생하여 대상체로부터의 자장의 반응성을 검출함으로써 철함유 대상체의 출현을 검출하는 장치를 설명하고 있다. 이러한 장치는 지상에 파묻힌 대상체의 검출 및 식별에 통상 적용되고 있다. 존선(Johnson)씨의 미국특허 제4,868,504호는 그 내용이 본원에 참고로 합체되어 있으며, 다른 종류의 금속 대상체를 위치설정하며 구별하기 위한 금속 검출기를 설명하고 있다. 이 장치는 물체로부터의 반응의 고조파 성분들을 사용함으로써 분석을 수행한다.
도브만(Dobmann)씨 등의 미국특허 제5,028,869호는 그 내용이 본원에 참고로 합체되어 있으며, 접선방향의 자장을 검출하여 그 고조파 성분을 유도함으로써 테스트 신체의 자성을 비파괴 측정하기 위한 장치를 설명하고 있다. 상기 고조파 성분들을 분석함으로써 장치는 테스트 신체의 히스테리시스 곡선의 최대 피치를 계산한다.
인터넷 사이트 http://www.ndt.net/article/ecndt98/nulcear/245/245.htm에서 2002년 5월분으로서 입수 가능한 NDT.net, Vol. 3, 제10호(1998)에 페이스테 케이엘(Feiste KL)씨 등의 논문인 "와전류 신호들의 고조파 분석에 의한 결절성 주철(nodular cast iron) 성질의 특성화"는 그 내용이 본원에 참고로 합체되어 있으며, 결절성 주철 샘플의 야금학적 및 기계적 성질을 예상함에 있어서 기술 성능을 평가하기 위해 이 샘플에 고조파 분석을 적용하는 것을 설명하고 있다.
고정되지 않은 금속성 또는 기타 자기 반응성 물체를 측정 환경으로 도입함으로써 야기되는 전자기 위치설정 및 추적 시스템에서 유발되는 간섭의 문제를 해결하는 간단하며 정확한 실시간 방법이 필요하다.
본 발명의 목적은 전자기 위치설정 및 추적 시스템의 정확도를 개선하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 측정이 실시되고 있는 영역에서 이동성 전기-및/또는 자기 반응성 물질의 출현을 염려하지 않고 전자기 위치설정 및 추적 시스템의 정확도를 증가하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 측정이 실시되고 있는 영역에서 이동성 전기-및/또는 자기 반응성 물질이 출현하여도 실질적으로, 그러한 물질의 양, 그들의 전도 특성, 속도, 배향, 방향 및 그러한 물질이 공간내에 있는 시간의 길이에 관계없이, 전자기 위치설정 및 추적 시스템이 정확하게 작용할 수 있게 하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 측정이 실시되고 있는 영역에서 이동성 전기-및/또는 자기 반응성 대상체에서 유래된 와전류에 의한 효과를 감소 또는 회피하기 위한 수단을 사용하지 않고 전자기 위치설정 및 추적 시스템을 작동하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 의료 절차 동안에 사용된 전자기 위치설정 및 추적 시스템의 개략도.
도 2는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 평가 시스템의 개략도.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 간섭 엘리먼트의 평가 보기를 도시하는 간략화된 주파수 반응 그래프.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
18: 위치설정 및 추적시스템 20: 프로브
34: 방사체 40: 간섭 엘리먼트
50: 제어 유닛
본 발명의 양호한 실시예에서, 환자의 신체와 같은 영역에서 프로브와 같은 대상체를 전자기적으로 위치설정 및 추적하기 위한 장치는, 영역 부근에 배치된 다수의 전자기 방사체와, 프로브에 부착된 위치 센서와, 방사체를 구동하여 위치 센서로부터의 신호들을 처리하기에 적합한 제어유닛을 구비한다. 프로브의 위치를 감지할 수 있도록 하나 이상의 원천 주파수가 방사체에서 송신된다. 자장 반응성 엘리먼트 예를 들어 수술도구, 가동 램프, 카트 등이 프로브 부근으로 도입될 때, 프로브의 측정된 위치가 절대 위치와 다르게 된다. 프로브에 대한 이러한 간섭 효과를 보상하기 위해, 프로브의 절대 위치는 고조파 교정 알고리즘을 사용하여 계산된다.
프로브가 수신한 신호가 송신된 기본 신호와, 예를 들어 간섭하는 엘리먼트의 히스테리시스 루브의 비선형으로 인한 위사 편이 또는 다른 인수들에 의해 초래된 원천 주파수의 하나 이상의 높은 고조파를 포함하기 때문에, 상기 알고리즘을 사용하여 교정이 가능하다. 상기 고조파들의 패턴은, 간섭의 원인이 되고 있는 엘리먼트의 유형을 판정하기 위해, 제어유닛에 의해 분석되고, 특별한 유형의 엘리먼트와 관련되어 이미 발생된 패턴들의 데이타베이스와 비교된다. 다음에 엘리먼트의 간섭 효과는, 엘리먼트의 유형과 고조파의 크기에 반응하여 계산되고, 프로브에서 수신한 신호에서 차감(subtraction)에 의해 제거된다. 그 결과로 생긴 깨끗한 신호는 프로브의 절대 위치를 계산하기 위한 입력으로서 사용된다.
양호하게, 본 발명의 이 실시예들에서, 일반적으로 영역에서 고정되지 않은 자장 반응성 엘리먼트들에서 유도된 와전류에 의해 초래된 효과를 감소 또는 회피하기 위한 수단을 사용할 필요가 없다. 더 양호하게, 본 발명의 실시예들은 통상적으로, 주변 공간에 도입된 금속 엘리먼트의 개수와, 그들의 전도 특성, 속도, 배향, 방향 및 그러한 물질이 공간내에 있는 시간의 길이에 관계없이, 정확한 추적 목적을 달성한다.
본 발명의 일부 양호한 실시예에서, 장치를 환자에게 사용하기 전에, 프로브의 위치의 측정에 간섭을 일으킬 수 있는 각각의 엘리먼트는, 주어진 엘리먼트의 간섭 효과에 대하여 환자에게 사용하게 될 장치를 "트레이닝"하기 위해 평가된다. 각각의 엘리먼트를 평가하기 위해, 방사체는 수신 코일에 의해 측정되는 원천 주파수를 두번 발생하는데 즉: 첫째는 엘리먼트가 출현하지 않을 때, 둘째는 엘리먼트가 출현할 때, 발생한다. 엘리먼트의 출현시, 수신된 신호는 엘리먼트로부터의 간섭에 의해 왜곡된다. 재료의 각 유형은 대체로 특이한 히스테리시스 곡선을 가지며, 따라서 다른 간섭 및 대응하는 다른 더 높은 고조파를 발생한다. 각각의 방사된 원천 주파수에 대해서, 제어유닛은 양호하게 왜곡된 수신 신호로부터 깨끗한 수신 신호를 제거한다. 그 결과로 생긴 신호는 깨끗한 신호에 대한 엘리먼트 간섭의 효과를 나타내며, 대체로 각각의 엘리먼트에 대해 유일하며, 따라서 엘리먼트의 "지문(fingerprint)"으로서 사용된다. 측정시에 소음 및 기타 임의의 변화들의 효과를 감소시키기 위해, 상기 계산 프로세스는 다른 위치들에서의 엘리먼트에서 반복될 수 있고, 그 결과는 상기 지문을 발생하기 위해 평균화를 통해 조합된다. 지문의 패턴과 같은 지문을 나타내는 데이터는 데이터베이스에서 평가된 물체의 동일성과 관련되어 저장된다.
대안으로서, 본 발명의 일부 양호한 실시예에서, 각각의 엘리먼트를 평가하기 위해, 방사체들은 수신 코일에 의해 측정되는 원천 주파수를 두번 발생하는데, 즉 첫째 제1 위치에 있는 엘리먼트에서, 둘째 제2 위치에 있는 엘리먼트에서 발생한다. 엘리먼트가 제1 위치에 있을 때에 수신된 제1 신호의 왜곡은 엘리먼트가 제2 위치에 있을 때에 수신된 제2 신호의 왜곡과 다르다. 각각의 방사된 원천 주파수에 대해서, 제어유닛은 양호하게 차감과 같은 것에 의해 제1 신호와 제2 신호와의 차이를 계산한다. 그 결과로 생긴 신호는 엘리먼트의 부재시에 수신되었던 신호에 대한 엘리먼트의 간섭의 효과를 나타내며, 대체로 각각의 엘리먼트에 대해 유일하며, 따라서 엘리먼트의 지문으로서 사용된다. 측정시에 소음 및 기타 임의의 변화들의 효과를 감소시키기 위해, 엘리먼트는 두 곳 이상의 위치에 있을 때 측정이 실행될 수 있고, 계산 결과는 지문을 발생하기 위해 평균화와 같은 것에 의해 조합된다. 지문의 패턴과 같은 지문을 나타내는 데이터는 데이터베이스에서 평가된 물체의 동일성과 관련되어 저장된다.
일부 양호한 실시예에서, 평가과정은 작동실 환경 이외의 위치에서 수행된다. 예를 들어, 평가과정은 그 과정이 수행되어야 하는 의료시설에서 다른 위치에서 수행된다. 평가후에, 결과로 생긴 평가 데이터 및 계산은 제어유닛으로 전달된다.
대안으로 또는 추가로, 제3자에 의해 오프사이트(offsite)에서 평가가 수행되는 것이 바람직하다. 이 경우에, 의료조치들을 수행하는데 보통 사용되는 다량의 엘리먼트 및/또는 재료들이 평가된다. 이 평가들은 데이터베이스와 같이저장소(repository)에서 라이브러리(library)로서 저장된다. 이 라이브러리는, 제어유닛이 사용자에게 배급되기 전 또는 후에 제어유닛으로 전달되며, 또는 대안으로 제어유닛이 과정중에 접근하게 되는 컴퓨터 시스템 또는 네크워크로 라이브러리가 전달된다. 온사이트(onsite) 및 오프사이트 평가는 용이하게 조합되어, 입수 가능한 라이브러리(들)에 포함되지 않은 간섭 엘리먼트들을 추가할 능력을 시스템의 사용자에게 부여할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 일부 양호한 실시예에서, 제어유닛은 도선을 통해 프로브 및 방사체에 연결된다. 대안으로서, 프로브는 방사체에 의해 발생된 전자기 방사에 반응하여 무선 신호들을 송신하는 회로를 포함한다.
본 발명의 실시예들은 엘리먼트를 2개의 다른 위치에 배치하여 대체로 고정된 위치에서 수신 코일을 유지함으로써 엘리먼트를 평가하는 것에 대하여 설명되어 있지만 이것은 실예에 불과하며 제한하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 대체로 고정된 위치에 엘리먼트를 배치하여 엘리먼트를 평가하는 것과, 수신 코일이 개별적인 제1 및 제2 위치에 있을 때 필드를 측정하는 수신 코일을 가지는 것을 포함한다. 대안으로 또는 추가로, 수신 코일 및 엘리먼트는 평가중에 이동된다. 이 평가 옵션들 각각은 수신 코일 및 엘리먼트의 상대 위치들을 변경하는 것의 실예이다.
어떤 적용에 대해서, 상술한 장치 및 방법들은, 2000년 7월 20일자 계류중인 미국특허출원 제09/621.322호의 "정적 금속 보상에 의한 의료 시스템의 조정", 및/또는 2002년 11월 22일자 계류중인 미국특허출원의 "동적 금속 면역"에 기재된 장치 및 방법들과 연관되어 작용하기에 적합하며, 상기 출원은 본원의 출원인에게 양도되어 참고로 합체되어 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 의하여 제공되는, 간섭 물체의 출현시에 환자 신체내에서 대상체를 추적하는 장치는,
대상체 부근에서 원천 주파수의 에너지장을 발생하기에 적합한 한 세트의 하나 이상의 방사체;
대상체에 부착되며, 에너지장에 반응하여 신호를 발생하기에 적합한 위치센서;
하나 이상의 개별적인 특수 유형의 간섭 물체와 관련된 하나 이상의 고조파 패턴의 데이터베이스에 접근하기 위한 액세스를 갖는 제어유닛을 포함하며;
상기 제어유닛은, 신호를 수신하고, 간섭 물체와 에너지장과의 상호작용에 반응하여 신호에 나타나는 원천 주파수의 고조파의 패턴을 검출하고, 상기 패턴을 데이터베이스에 저장된 고조파 패턴과 비교하고, 상기 비교에 반응하여 간섭 물체를 식별하고, 간섭 물체의 식별과 검출된 패턴에서의 하나 이상의 고조파의 크기에 반응하여 신호를 교정하고, 교정된 신호에 반응하여 대상체의 위치 좌표들을 결정하도록 구성되어 있다.
통상적으로, 간섭 물체는 강자성이며, 제어유닛은 강자성 간섭 물체를 식별하도록 구성되어 있다.
하나의 실시예에서, 위치 센서는 홀효과 디바이스, 코일 및 안테나중 적어도 하나를 포함한다.
원천 주파수는 통상적으로 약 200 Hz와 약 12kHz 사이에 있고, 방사체는 원천 주파수에서 에너지장을 발생하도록 구성되어 있다.
일부 적용에 대해서, 제어유닛은 신호에 나타나는 원천 주파수의 제2 고조파의 진폭에 대하여 신호에 나타나는 원천 주파수의 제1 고조파의 진폭의 비를 계산함으로써 고조파 패턴을 검출하고, 계산된 비를 데이터베이스에 저장된 비와 비교함으로써 데이터베이스에 저장된 고조파 패턴을 상기 패턴과 비교하도록 구성되어 있다.
하나의 실시예에서, 제어유닛은 신호에서의 간섭 물체의 간섭 효과를 계산하여 그 간섭 효과를 신호에서 제거함으로써 신호를 교정하도록 구성되어 있다. 예를 들어, 제어유닛은 상기 간섭 효과를 신호로부터 주파수 범위내에서 차감함으로써 간섭 효과를 제거하도록 구성될 수 있다.
대안으로 또는 추가로, 제어유닛은, 신호에 나타나는 원천 주파수의 진폭에 대하여 신호에 나타나는 원천 주파수의 적어도 하나의 고조파의 진폭의 비를 계산하고, 상기 계산된 비를 데이터베이스에 저장된 비와 비교함으로써, 간섭 효과를 계산하도록 구성되어 있다.
본 발명의 양호한 실시예에 따른 추적 장치가 추가로 제공되며, 이 추적 장치는:
환자의 신체에 삽입되기에 적합한 대상체;
대상체 부근에서 원천 주파수에서 에너지장을 발생하기에 적합한 한 세트의 하나 이상의 방사체;
대상체에 고정되며, 에너지장에 반응하여 신호를 발생하기에 적합한 위치센서;
하나 이상의 개별적인 특수 유형의 간섭 물체와 관련된 하나 이상의 고조파 패턴의 데이터베이스에 접근하기 위한 액세스를 갖는 제어유닛을 포함하며;
상기 제어유닛은 신호를 수신하고, 간섭 물체와 에너지장과의 상호작용에 반응하여 신호에 나타나는 원천 주파수의 고조파의 패턴을 검출하고,
상기 패턴을 데이터베이스에 저장된 고조파 패턴과 비교하고,
상기 비교에 반응하여 간섭 물체를 식별하고,
간섭 물체의 식별과 검출된 패턴에서의 하나 이상의 고조파의 크기에 반응하여 신호를 교정하고,
교정된 신호에 반응하여 대상체의 위치 좌표들을 결정하도록 구성된다.
본 발명의 양호한 실시예에 따른 환자의 신체 내의 대상체를 추적하기 위한 장치가 추가로 제공되며, 이 추적 장치는:
대상체에 고정되며, 원천 주파수에서 에너지장을 발생하기에 적합한 한 세트의 하나 이상의 방사체;
대상체 부근에 위치하며, 에너지장에 반응하여 개별 신호들을 발생하기에 적합한 한 세트의 하나 이상의 위치센서;
하나 이상의 개별적인 특수 유형의 간섭 물체와 관련된 하나 이상의 고조파 패턴의 데이터베이스에 접근하기 위한 액세스를 갖는 제어유닛을 포함하며;
상기 제어유닛은 신호를 수신하고, 간섭 물체와 에너지장과의 상호작용에 반응하여 신호에 나타나는 원천 주파수의 고조파의 패턴을 검출하고,
상기 패턴을 데이터베이스에 저장된 고조파 패턴과 비교하고,
상기 비교에 반응하여 간섭 물체를 식별하고,
간섭 물체의 식별과 검출된 패턴에서의 하나 이상의 고조파의 크기에 반응하여 신호를 교정하고,
교정된 신호에 반응하여 대상체의 위치 좌표들을 결정하도록 구성된다.
본 발명의 양호한 실시예에 따른 간섭 물체의 출현 시에 환자의 신체 내의 대상체를 추적하기 위한 방법이 추가로 제공되며, 이 방법은:
원천 주파수에서 에너지장을 발생하는 것;
상기 에너지장에 반응하여 발생된 신호를 수신하는 것;
간섭 물체와 에너지장과의 상호작용에 반응하여 신호에 나타나는 원천 주파수의 고조파의 패턴을 검출하는 것;
하나 이상의 개별적인 특수 유형의 간섭 물체와 관련된 하나 이상의 패턴의 데이터베이스에 저장된 고조파 패턴과 상기 패턴을 비교하는 것;
상기 비교에 반응하여 간섭 물체를 식별하는 것;
물체의 식별과 검출된 패턴에서의 하나 이상의 고조파의 크기에 반응하여 신호를 교정하는 것;
교정된 신호에 반응하여 대상체의 위치 좌표들을 결정하는 것을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따라서, 간섭 물체의 출현시에 환자 신체내에서 대상체를 추적하는 컴퓨터 소프트웨어 제품이 제공되며, 이 컴퓨터 소프트웨어 제품은 프로그램 명령들이 저장되어 있는 컴퓨터 판독 가능한 매체를 포함하고; 상기 프로그램 명령들이 컴퓨터에 의해 판독될 때 컴퓨터가:
원천 주파수에서 에너지장에 노출된 센서에 의해 발생된 신호를 수신하고;
간섭 물체와 에너지장과의 상호작용에 반응하여 신호에 나타나는 원천 주파수의 고조파의 패턴을 검출하고;
하나 이상의 개별적인 특수 유형의 간섭 물체와 관련된 하나 이상의 패턴의 데이터베이스에 저장된 고조파 패턴과 상기 패턴을 비교하고;
상기 비교에 반응하여 간섭 물체를 식별하고;
간섭 물체의 식별과 검출된 패턴에서의 하나 이상의 고조파의 크기에 반응하여 신호를 교정하고;
교정된 신호에 반응하여 대상체의 위치 좌표들을 결정하도록 실행한다.
본 발명은 도면과 함께 양호한 실시예의 상세한 설명을 참고할 때 충분히 이해할 수 있다.
도 1은 본 발명의 양호한 실시예에 따라 환자 주위에 공간(60)에 또는 공간(60) 부근에 강자성 엘리먼트와 같은 간섭 엘리먼트(40)의 도입, 이동(dx), 제거에 대하여 면역성을 제공하면서, 환자(24)의 인체에 프로브(20)와 같은 대상체를 추적하기 위하여 사용된 전자기 위치설정 및 추적 시스템(18)의 개략도이다. 전자기 위치설정 및 추적 시스템(18)은 양호하게는, 프로브(20)를 추적하기 위하여 제어 유닛(50)에 의해서 구동되는 한세트의 방사체(34)를 포함하지만, 반드시 벤-하임(Ben-Haim) 및 벤 하임 씨 등의 상기 미국 특허 및 PCT 특허 공보에 기재된 방법 및 장치를 사용하는 것은 아니다. 따라서, 프로브(20)는 위치 센서(도시생략)를포함하며, 이 위치 센서는 양호하게는, 홀 효과 디바이스(Hall effect device)와 같은 필드 센서들을, 코일 또는 위치 센서에 사용하기 위한 다른 안테나를 포함한다. 다른 방식으로 또는 추가로, 당기술에 공지된 방법 및 장치들이 프로브(20)를 추적하는 것을 용이하게 하기 위하여 사용된다. 제어 유닛(50)은 간섭 엘리먼트(40)를 검출하고 하기에 기술한 바와 같이, 고조파 교정 알고리즘(harmonic correction algorithm)을 이용함으로써, 프로브(20)의 절대 위치를 계산하기 위하여 프로브(20)에서 수신된 신호들을 처리하기 위한 회로를 포함한다.
간섭 엘리먼트(40)는 통상적으로 강자성 재질과 같은 자기 투과성 재질로 완전히 또는 부분적으로 제조된 물체를 포함한다. 이러한 물체들의 보기는 외과용 도구, 이동 램프 및 카트(cart)를 포함한다. 간섭 엘리먼트(40)는 패러스틱 필드(parasitic field)를 발생시키고, 이 패러스틱 필드의 위상 및 진폭은 일반적으로 그 유전체 상수, 자기 투과성, 기하학적 형태 및 프로브(20)에 대한 방위를 포함하는 간섭 엘리먼트(40)의 특성에 의존한다. 비록, 간섭 엘리먼트(40)는 단일 엘리먼트로 도 1에 도시되지만, 의료 절차의 영역 안으로 들어오고 상기 영역으로부터 나오는 다수의 개별 엘리먼트들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 2는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 평가 시스템(16)의 개략도이다. 이 양호한 실시예에서, 프로브(20)의 위치 측정을 방해할 수 있는 각 간섭 엘리먼트(40)는 양호하게는, 평가 시스템(16)에 의해서 평가된다. 각 간섭 엘리먼트(40)를 평가하기 위하여, 처음에는 공간(60)에 엘리먼트가 제공되지 않는다. 하나 이상의 방사체(34)가 평가를 원하는 원천 주파수를 방출한다. 다른 방식으로, 방사체(34)는 평가를 원하는 복수의 원천 주파수를 방출하는데 한 시간에 한 주파수를 방출한다. 적당한 주파수는 통상적으로 약 200Hz와 약 12kHz 사이에 있다. 방출된 하나 이상의 원천 주파수는 절차 동안 프로브(20)의 위치 감지를 위해 방사체(34)에 의해서 사용된 것들이다. 공간(60)의 특정 지점에 고정된 수신 코일(22)은 방출된 신호를 수신하여 제어 유닛(50)으로 운반한다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 수신 코일(22)은 이 기능에 사용된 코일과 같은 센서, 홀 효과 디바이스 또는 다른 안테나를 포함한다. 이 경우에, 수신 코일(22)의 센서는 양호하게는, 프로브(20)의 센서와 거의 동일하다. 다른 방식으로, 공간(60)의 어떤 지점에 일시적으로 고정된 프로브(20)는 수신 코일(22)으로 작용한다. 또한, 다른 방안으로, 평가 동안 방출을 위해 사용되지 않는 방사체(34)중 하나는 수신 코일(22)로 작용한다. 어떤 적용에 대해서, 수신 코일(22)은 그 센서들(코일과 같은)중 하나가 수신된 신호 강도를 증가시키거나 또는 극대화하기 위하여 배향되도록 배향될 수 있다.
평가 공정의 다음 단계에서, 간섭 엘리먼트(40)가 공간(60) 안으로, 양호하게는, 수신 코일(22) 부근에 도입된다. 간섭 엘리먼트(40)를 도입하기 전에 방출된 각 하나 이상의 원천 주파수는 동일 방사체(34)에 의해서 다시 방출된다. 수신 코일(22)은 방출된 신호를 수신하여 제어 유닛(50)으로 운반한다. 강자성 엘리먼트의 경우에 있어서, 수신된 신호는 엘리먼트의 히스테리시스 루프(hysteresis loop)의 비 선형성에 의해서 유발된 위상 변위로 부분적으로 유발된 간섭에 의하여왜곡된다. 히스테리시스 루프의 비 선형성은 방출 원천 주파수의 더욱 높은 고조파를 야기시킨다. 각 유형의 재질은 일반적으로 독특한 히스테리시스 곡선을 가지며 그에 따라서 다른 간섭 및 대응하는 다른 패턴의 더욱 높은 고조파를 발생시킨다.
단일의 방출 원천 주파수에 대해서, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 수신 신호 및 계산 "지문"의 단순화된 보기를 도시하는 도 3a, 도 3b 및 도 3c에 대해서 기술한다. 도 3a는 간섭 엘리먼트(40)를 공간(60)에 도입하기 전에 수신 코일(22)에 의해서 수신된 신호를 도시하고, 이 신호의 진폭은 F0, 3F0및 5F0에서 각각 4.0, 0.0 및 0.0이다. 도 3b는 간섭 엘리먼트(40)를 공간(60)에 도입한 이후에 수신 코일(22)에 의해서 수신된 신호를 도시하고, 이 신호의 진폭은 F0, 3F0및 5F0에서 각각 4.3, 2.0 및 1.0이다. 각 방출 원천 주파수에 대해서, 제어 유닛(50)은 양호하게는, 차감과 같이 왜곡 수신 신호로부터 클린 수신 신호(clean received signal)를 제거함으로써, 수신 신호를 분석한다. 이 보기에서, 상기 "지문" 신호는 F0, 3F0및 5F0에서 0.3, 2.0 및 1.0의 진폭을 각각 가진다. 각 유형의 재질은 일반적으로 독특한 차후 차감된 신호를 유발시키고, 이 신호는 상기 신호들이 지문 신호로 작용할 수 있게 한다. 도 3b와 도 3c에 도시된 고조파 주파수들은 단지 예시적인 것이며; 실제 다른 차이점들중에서는, 일반적으로 더욱 높은 고조파들이 제공된다는 것을 이해할 수 있다. 하기 기술한 바와 같이, 절대값의 진폭 보다 큰 다른 주파수의 진폭 비는 통상적으로 저장되어서 위치 결정 동안 교정을 위하여 사용된다.
다른 방안으로, 본 발명의 양호한 실시예에서, 각 엘리먼트를 평가하기 위하여, 방사체(34)는 수신 코일(22)에 의해서 측정된 원천 주파수를 두번 발생시키는데: 첫째는 공간(60)의 제 1 위치에서 간섭 엘리먼트(40)로 발생시키고 둘째는 공간(60)의 제 2 위치에서 간섭 엘리먼트(40)로 발생시킨다. 엘리먼트가 제 1 위치에 있을 때에 수신된 제 1 신호의 왜곡은 엘리먼트가 제 2 위치에 있을 때에 수신된 제 2 신호의 왜곡과는 상이하다. 각 방출 원천 주파수에 대해서, 제어 유닛(50)은 양호하게는, 차감과 같이 제 1 및 제 2 신호 사이의 차이를 계산한다. 간섭 엘리먼트(40)의 부재 상태에서 수신된 신호에서 간섭 엘리먼트(40)의 간섭의 영향을 나타내는 신호(또는 하기 기술한 바와 같이 차이 주파수에서의 진폭의 비)은 일반적으로 각 간섭 엘리먼트(40)에 대해서 독특하고 그에 따라서 간섭 엘리먼트(40)의 지문으로 작용한다. 측정에서 노이즈 및 기타 임의의 변화의 효과를 감소시키기 위하여, 엘리먼트가 둘 이상의 위치에 있을 때 측정되고 계산 결과는 지문을 발생시키기 위하여 평균화된다.
예를 들어, 도 3b에 도시된 신호는 간섭 엘리먼트(40)가 제 1 위치(상술한 바와 같이,F0, 3F0및 5F0에서의 상기 신호의 진폭이 4.3, 2.0 및 1.0이 각각된다)에 있을 때에 발생된 제 1 신호를 나타내는 것으로 추정한다. 간섭 엘리먼트(40)가 제 2 위치에 있을 때에 발생한 F0, 3F0및 5F0에서의 제 2 신호(도시생략)의 진폭이 4.6, 4.0 및 2.0이 각각된다는 것을 추가로 추정한다. 제 2 신호로부터 제 1 신호를 차감하면, F0, 3F0및 5F0에서 0.3, 2.0 및 1.0의 진폭을 갖는 지문 신호가 발생된다. 상기 값들의 비는 저장되어서 하기 기술한 바와 같이, 절차 동안 교정을 위하여 사용된다. 통상적으로 다중의 제 1 및 제 2 위치에서 측정이 행해질 때에도 실질적으로 유사한 비가 발생한다.
하기 표 1은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 3개의 지문 신호의 보기를 나타낸다. 엘리먼트 #1은 도 3a, 도 3b 및 도 3c에 도시된 보기 엘리먼트를 나타내고, 엘리먼트 #2, #3은 다른 두 보기 엘리먼트들을 나타낸다. "주파수"로 기재된 표 1의 좌측 부분에 대해서 기술한다. f0는 전송된 원천 주파수를 나타내고, f0의 배수는 그 고조파 주파수를 나타내고, 값들은 상대 진폭을 나타낸다.
주파수 비
f0 2f0 3f0 4f0 5f0 5f0/3f0 3f0/f0
엘리먼트 #1 0.2 -- 2.0 -- 1.0 0.5 10.0
엘리먼트 #2 0.3 -- 1.5 -- 1.2 0.8 5.0
엘리먼트 #3 0.1 -- 1.0 -- 0.6 0.6 10.0
"비"로 기재한 표 1의 우측 부분에 대해서 기술한다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 평가가 실행되는 각 엘리먼트에 대해서, 둘 이상의 고조파 주파수 사이와, 하나 이상의 고조파 주파수 사이 및 전송된 원천 주파수 f0사이의 비들은 양호하게는, 제어 유닛(50)에 의해서 또는 다른 방식으로는 외부 컴퓨터 시스템(도시생략)에 의해서 계산된다. 평가된 각 개별 엘리먼트는 그 계산된 비 및/또는 비들을유일하게 특징으로 한다. 다른 가능한 알고리즘 즉, 둘 이상의 고조파 주파수들과 전송된 원천 주파수 및/또는 서로에 대한 조합을 이용하는 것은 본원 특허 출원의 공개 내용을 판독한 당기술에 숙련된 기술자에게는 자명한 사실이다. 이러한 다른 알고리즘은 유일하게 다른 유형의 엘리먼트들을 식별하는 다른 또는 추가 값들을 생성하기 위하여 실행될 수 있다. 다른 방식으로 또는 추가로 평가 비 및/또는 다른 계산 결과들은 특정 유형의 엘리먼트들 보다 특정 유형의 재질에 대해서 얻어진다. (재질을 함유하는 대상체를 반드시 식별하지 않으면서 특정 간섭 재질을 식별하는 것은 일반적으로 본원에 기술한 교정 기술을 실행하기에 충분하다.) 다른 계산들의 상기 비 및/또는 결과들은 양호하게는, 제어 유닛(50)이 접근하는 데이터베이스에 저장되고 하기 기술한 바와 같이, 위치 보상 계산을 위하여 절차 동안 사용된다. (명세서 및 청구범위에 사용되는 "데이터베이스"는 실질적으로 어떤 적당한 저장소(repository), 기억 장치 또는 상기 정보를 저장하기 위하여 사용될 수 있는 테이터 구조체를 포함하는 것으로 이해할 수있다.
양호한 실시예에서, 평가 절차는 작동 실내 환경이 아닌 다른 위치에서 실행된다. 예를 들어, 평가 절차는 절차가 실행되는 의료 설비의 다른 위치에서 실행된다. 본 실시예에서, 양호하게는, 방사체(34)와 거의 동일한 하나 이상의 방사체가 제공된다. 평가 이후에, 결과적인 평가 데이터 및 계산들은 당기술에 숙련된 기술자에게는 자명한 방법을 이용함으로써 제어 유닛(50)으로 전송된다.
다른 방안으로 또는 추가로, 평가는 양호하게는, 제 3 자(party)에 의해서 오프사이트(offsite)에서 실행된다. 이 경우에, 양호하게는, 의료 절차에서 공통으로 사용된 다수의 엘리먼트 및/또는 재질들이 평가된다. 이러한 평가들은 데이터베이스와 같은 저장소의 라이브러리(library)로 저장된다. (라이브러리를 저장하기 위해서 실질적으로 임의의 적당한 기억 장치 또는 데이터 구조체를 사용할 수 있다는 것을 이해해야 한다.) 이 라이브러리는 당기술에 공지된 방법을 이용함으로써, 제어 유닛(50)이 사용자에게 전달되기 이전에 또는 이후에 제어 유닛(50)으로 전송된다. 다른 방식으로, 라이브러리는 제어 유닛(50)이 절차 동안 접근하는 컴퓨터 시스템 또는 네트워크로 전송된다. 온사이트(onsite) 및 오프사이트 평가는 용이하게 결합되어서 시스템(18)의 사용자에게 이용가능한 라이브러리 또는 라이브러리들에 포함되지 않은 간섭 엘리먼트(40)를 부가할 수 있는 능력을 제공할 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 라이브러리 시스템과 같은 실행 동작의 다른 상세한 설명은 본원 특허 출원의 공개 구성을 판독한 당기술에 숙련된 기술자에게는 자명한 사실이다.
다시, 도 1에 대해서 기술한다. 환자에게 절차가 실행되는 동안, 간섭 엘리먼트(40)가 공간(60)의 부근에 도입될 때, 프로브(20)의 측정 위치는 간섭 엘리먼트(40)에 의해서 발생된 간섭으로 인하여 실제 위치와는 상이하다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 상기 간섭을 보상하기 위하여, 프로브(20)에 의해서 수신된 신호에서 유도된 고조파는 제어 유닛(50)에 의해서 분석된다. 계산은 둘 이상의 고조파의 진폭 사이의 비 결정과 같이, 고조파의 진폭에서 실행된다. 상기 계산의 결과들은 간섭 엘리먼트(40)이거나 또는 간섭 엘리먼트(40)가 각각 포함하는 미리 평가한 엘리먼트 및/또는 재질의 유형을 식별하기 위하여, 제어 유닛(50)의 메모리에저장된 것과 비교된다. 일단, 엘리먼트 및/또는 재질이 공지되면, 프로브(20)에 의해서 수신된 대상 기초 신호의 진폭에서의 간섭 엘리먼트(40)의 왜곡 효과는, 예를 들어, 제어 유닛(50)이 실시간 접근하는 데이터베이스에 저장되고 평가작업 동안 계산된 기초 신호의 진폭에 대한 하나 이상의 고조파의 진폭 비를 이용함으로써 계산된다. 상기 왜곡 효과의 진폭은 수신된 대상 기초 신호의 측정 진폭으로부터 차감된다. 간섭 엘리먼트(40)의 존재에 의해서 더 이상 왜곡되지 않은 잔여 신호는 프로브(20)의 절대 위치를 계산하기 위하여 제어 유닛(50)에 의한 입력값으로 사용된다.
본 발명의 양호한 실시예에 따른 두 고조파의 단순 비를 이용함으로써, 간섭 교정의 계산의 보기를 제공하기 위하여, "비"로 기재된 상기 표 1의 우측 부분을 다시 참조한다. 예를 들어, 프로브(20)에 의해서 수신된 신호에서, f0의 상대 진폭이 4.1이며, 3f0의 상대 진폭이 1.0이고, 5f0의 상대 진폭이 0.5이라는 것을 가정하자. 5f0내지 3f0의 비는 따라서 0.5이다. 상기 비를 표 1에 반영된 저장 값들에 비교함으로써, 제어 유닛(50)은 이 경우에 간섭 엘리먼트(40)가 엘리먼트 #1과 동일 유형이라는 것을 결정한다. 수신 신호에서의 간섭 엘리먼트(40)의 왜곡 영향을 결정하기 위하여, 3f0(1.0)의 값은 3f0/f0(10.0)의 저장 비에 의해서 나누어지고, 결과적으로 0.1이 된다. 이 결과는 f0(4.1)의 측정 진폭으로부터 차감되어서, 엘리먼트 #1의 제공에 의해서 더 이상 왜곡되지 않는 4.0의 교정 진폭으로 귀결된다.이 진폭은 프로브(20)의 정확한 위치를 계산하기 위한 입력값으로 사용된다.
본 발명의 양호한 실시예에서, 간섭 엘리먼트(40)의 식별(identity)을 결정하기 위하여 단지 하나의 고조파 주파수가 사용된다. 이것은, 예를 들어, 절차 동안 사용된 하나 이상의 간섭 엘리먼트(40)가 어떤 고조파 주파수의 매우 다른 상대 진폭을 발생시킬 때에 가능하다.
본 발명의 양호한 실시예에서, 다중 간섭 엘리먼트(40)가 절차 동안 공간(60)으로 도입되는 절차 동안에, 제어 유닛(50)은 적당한 계산을 실행함으로써, 개별적으로 각 간섭 엘리먼트(40)를 식별한다. 어떤 경우에 있어서, 상기 계산은 다중 간섭 엘리먼트(40)를 구별하는 것을 보조하기 위하여, 간섭 엘리먼트(40)에 대한 추가 구별 특성을 제공하는 다수의 높은 고조파를 이용한다.
본 발명의 양호한 실시예에서, 둘 이상의 간섭 엘리먼트(40)가 동일 강자성 재질 또는 강자성 재질의 조합물로 제조될 때, 일반적으로, 절차 동안의 상기 간섭 엘리먼트들 사이에서 구별할 필요가 없다. 상기 엘리먼트들의 간섭 효과는 조합되고 그 재질의 지문에 의해서 유일하게 식별가능하다. 상기 엘리먼트들의 검출 및 교정은 따라서 양호하게는, 실질적으로 상술한 절차들을 교정하지 않고 시스템(18)에 의해서 그룹으로 실행된다.
본 발명의 양호한 실시예는 방사체(34)가 전자기 신호를 발신하고 프로브(20)가 상기 신호들을 수신하는 위치설정 시스템(18)에 대해서 기술된다. 본 발명의 범주는 프로브가 전자기 신호를 발신하고 방사체가 상기 신호를 수신하는 위치설정 시스템에 대해서 본원에 기재된 기술의 적용을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예는 단지 보기를 통해서 침입 의료 기술(invasive medical technique)에 대해서 본원에서 기술된 것으로 이해할 수 있다. 본 발명의 범주는 임의의 목적을 위하여 사용된 전자기 위치설정 및 추적 시스템에 대해서 본원에 기재된 기술의 적용을 포함한다.
본원에 기재된 기술은 특수 재질, 즉 공통 강자성 재질에 대한 평가, 식별 및 보상 뿐 아니라, 특수 엘리먼트들, 즉 공지된 조성의 특수 도구에 대한 평가, 식별 및 보상에 적용가능하다는 것을 추가로 이해할 수 있다. 명세서 및 청구범위에 사용된 "간섭 물체"는 그에 따라서 특수한 개별 엘리먼트(도구와 같은) 또는 특수 재질(강철과 같은)을 모두 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 엘리먼트(40), 엘리먼트(41) 또는 어떤 다른 간섭 물체에 대해서 특별히 기재된 기술은 적당하게 상호교환될 수 있다.
제어 유닛(50)은 본원에 기재된 기능들을 실행하기 위하여 소프트웨어에서 프로그램된 범용 컴퓨터를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 소프트웨어는 예를 들어, 네트워크에 대해서 전자 형태로 컴퓨터에 다운로드되거나 또는 다른 방식으로는 CD-ROM과 같은 유형매체로 컴퓨터에 공급될 수 있다. 또한, 다른 방식으로, 제어 유닛(50)은 하드웨어 및 소프트웨어 엘리먼트들의 조합을 이용하거나 또는 전용 하드웨어 논리장치에서 실행될 수 있다.
당기술에 숙련된 기술자는 본 발명의 특별히 도시하고 상술한 설명에 국한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 또한, 본 발명의 범주는 당기술에 숙련된 기술자가 상술한 설명을 읽을 때에 생각할 수 있는 종래 기술에 없는 변화 형태 및 교정 형태 뿐 아니라, 상술한 여러 형태들의 조합 및 보조 조합 모두를 포함한다.
본 발명의 장치 및 방법은 측정이 실시되고 있는 영역에서 이동성 전기-및/또는 자기 반응성 물질의 출현을 염려하지 않고 전자기 위치설정 및 추적 시스템의 정확도를 증가시킨다.
본 발명의 장치 및 방법은, 측정이 실시되고 있는 영역에서 이동성 전기-및/또는 자기 반응성 물질이 출현하여도 실질적으로, 그러한 물질의 양, 그들의 전도 특성, 속도, 배향, 방향 및 그러한 물질이 공간내에 있는 시간의 길이에 관계없이, 전자기 위치설정 및 추적 시스템이 정확하게 작용할 수 있게 한다.
본 발명의 장치 및 방법은, 측정이 실시되고 있는 영역에서 이동성 전기-및/또는 자기 반응성 대상체에서 유래된 와전류에 의한 효과를 감소 또는 회피하기 위한 수단을 사용하지 않고 전자기 위치설정 및 추적 시스템을 작동하게 한다.

Claims (26)

  1. 간섭 물체의 출현시에 환자 신체내에서 대상체를 추적하는 장치에 있어서,
    대상체 부근에서 원천 주파수에서 에너지장을 발생하기에 적합한 한 세트의 하나 이상의 방사체;
    대상체에 부착되며, 에너지장에 반응하여 신호를 발생하기에 적합한 위치센서;
    하나 이상의 개별적인 특수 유형의 간섭 물체와 관련된 하나 이상의 고조파 패턴의 데이터베이스에 접근하기 위한 액세스를 갖는 제어유닛을 포함하며;
    상기 제어유닛은, 신호를 수신하고, 간섭 물체와 에너지장과의 상호작용에 반응하여 신호에 나타나는 원천 주파수의 고조파의 패턴을 검출하고, 상기 패턴을 데이터베이스에 저장된 고조파 패턴과 비교하고, 상기 비교에 반응하여 간섭 물체를 식별하고, 간섭 물체의 식별과 검출된 패턴에서의 하나 이상의 고조파의 크기에 반응하여 신호를 교정하고, 교정된 신호에 반응하여 대상체의 위치 좌표들을 결정하도록 구성되어 있는 추적 장치.
  2. 제1항에 있어서, 간섭 물체는 강자성이며, 제어유닛은 강자성 간섭 물체를 식별하도록 구성되어 있는 추적 장치.
  3. 제1항에 있어서, 위치 센서는 홀효과 디바이스, 코일 및 안테나중 적어도 하나를 포함하는 추적 장치.
  4. 제1항에 있어서, 원천 주파수는 약 200 Hz와 약 12kHz 사이에 있고, 방사체는 원천 주파수에서 에너지장을 발생하도록 구성되어 있는 추적 장치.
  5. 제1항에 있어서, 제어유닛은 신호에 나타나는 원천 주파수의 제2 고조파의 진폭에 대하여 신호에 나타나는 원천 주파수의 제1 고조파의 진폭의 비를 계산함으로써 고조파 패턴을 검출하고, 계산된 비를 데이터베이스에 저장된 비와 비교함으로써 데이터베이스에 저장된 고조파 패턴을 상기 패턴과 비교하도록 구성되어 있는 추적 장치.
  6. 제1항에 있어서, 제어유닛은 신호에서의 간섭 물체의 간섭 효과를 계산하여 그 간섭 효과를 신호에서 제거함으로써 신호를 교정하도록 구성되어 있는 추적 장치.
  7. 제6항에 있어서, 제어유닛은 상기 간섭 효과를 신호로부터 주파수 범위내에서 차감함으로써 간섭 효과를 제거하도록 구성되어 있는 추적 장치.
  8. 제6항에 있어서, 제어유닛은, 신호에 나타나는 원천 주파수의 진폭에 대하여 신호에 나타나는 원천 주파수의 적어도 하나의 고조파의 진폭의 비를 계산하고, 상기 계산된 비를 데이터베이스에 저장된 비와 비교함으로써, 간섭 효과를 계산하도록 구성되어 있는 추적 장치.
  9. 환자 신체내에 삽입되기에 적합하게 구성된 대상체;
    대상체 부근에서 원천 주파수에서 에너지장을 발생하기에 적합한 한 세트의 하나 이상의 방사체;
    대상체에 부착되며, 에너지장에 반응하여 신호를 발생하기에 적합한 위치센서;
    하나 이상의 개별적인 특수 유형의 간섭 물체와 관련된 하나 이상의 고조파 패턴의 데이터베이스에 접근하기 위한 액세스를 갖는 제어유닛을 포함하며;
    상기 제어유닛은, 신호를 수신하고, 물체와 에너지장과의 상호작용에 반응하여 신호에 나타나는 원천 주파수의 고조파의 패턴을 검출하고, 상기 패턴을 데이터베이스에 저장된 고조파 패턴과 비교하고, 상기 비교에 반응하여 물체를 식별하고, 물체의 식별과 검출된 패턴에서의 하나 이상의 고조파의 크기에 반응하여 신호를 교정하고, 교정된 신호에 반응하여 대상체의 위치 좌표들을 결정하도록 구성되어 있는 추적 장치.
  10. 환자 신체내에서 대상체를 추적하는 장치에 있어서,
    대상체에 부착되며 원천 주파수에서 에너지장을 발생하기에 적합한 한 세트의 하나 이상의 방사체;
    대상체 부근에 배치되며, 에너지장에 반응하여 신호를 발생하기에 적합한 한 세트의 하나 이상의 위치센서;
    하나 이상의 개별적인 특수 유형의 간섭 물체와 관련된 하나 이상의 고조파 패턴의 데이터베이스에 접근하기 위한 액세스를 갖는 제어유닛을 포함하며;
    상기 제어유닛은, 신호를 수신하고, 물체와 에너지장과의 상호작용에 반응하여 신호에 나타나는 원천 주파수의 고조파의 패턴을 검출하고, 상기 패턴을 데이터베이스에 저장된 고조파 패턴과 비교하고, 상기 비교에 반응하여 물체를 식별하고, 물체의 식별과 검출된 패턴에서의 하나 이상의 고조파의 크기에 반응하여 신호를 교정하고, 교정된 신호에 반응하여 대상체의 위치 좌표들을 결정하도록 구성되어 있는 추적 장치.
  11. 간섭 물체의 출현시에 환자 신체내에서 대상체를 추적하는 방법에 있어서,
    원천 주파수에서 에너지장을 발생하는 것;
    상기 에너지장에 반응하여 발생된 신호를 수신하는 것;
    간섭 물체와 에너지장과의 상호작용에 반응하여 신호에 나타나는 원천 주파수의 고조파의 패턴을 검출하는 것;
    하나 이상의 개별적인 특수 유형의 간섭 물체와 관련된 하나 이상의 패턴의 데이터베이스에 저장된 고조파 패턴과 상기 패턴을 비교하는 것;
    상기 비교에 반응하여 간섭 물체를 식별하는 것;
    물체의 식별과 검출된 패턴에서의 하나 이상의 고조파의 크기에 반응하여 신호를 교정하는 것;
    교정된 신호에 반응하여 대상체의 위치 좌표들을 결정하는 것을 포함하는 추적 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 간섭 물체는 강자성이고, 간섭 물체를 식별하는 것은 강자성 간섭 물체를 식별하는 것을 포함하는 추적 방법.
  13. 제11항에 있어서, 원천 주파수는 약 200 Hz와 약 12kHz 사이에 있고, 에너지장을 수신하는 것은 원천 주파수에서 에너지장을 수신하는 것을 포함하는 추적 방법.
  14. 제11항에 있어서, 고조파의 패턴을 검출하는 것은 신호에 나타나는 원천 주파수의 제2 고조파의 진폭에 대하여 신호에 나타나는 원천 주파수의 제1 고조파의 진폭의 비를 계산하는 것을 포함하고, 데이터베이스에 저장된 고조파 패턴을 상기 패턴과 비교하는 것은 계산된 비를 데이터베이스에 저장된 비와 비교하는 것을 포함하는 추적 방법.
  15. 제11항에 있어서, 신호를 교정하는 것은, 신호에 관한 간섭 물체의 간섭 효과를 계산하는 것과; 상기 간섭 효과를 신호에서 제거하는 것을 포함하는 추적 방법.
  16. 제15항에 있어서, 간섭 효과를 제거하는 것은 간섭 효과를 신호에서부터 주파수 범위내에서 차감하는 것을 포함하는 추적 방법.
  17. 제15항에 있어서, 간섭 효과를 계산하는 것은, 신호에 나타나는 원천 주파수의 진폭에 대하여 신호에 나타나는 원천 주파수의 적어도 하나의 고조파의 진폭의 비를 계산하는 것과; 상기 계산된 비를 데이터베이스에 저장된 비와 비교하는 것을 포함하는 추적 방법.
  18. 제11항에 있어서, 에너지장을 발생하는 것은 대상체 부근에서 에너지장을 발생하는 것을 포함하고, 신호를 수신하는 것은 대상체에서의 에너지장에 반응하는 신호를 대상체에서 발생하는 것을 포함하는 추적 방법.
  19. 제11항에 있어서, 에너지장을 발생하는 것은 대상체에서 에너지장을 발생하는 것을 포함하고, 신호를 수신하는 것은 에너지장에 반응하여 대상체 부근에서 신호를 발생하는 것을 포함하는 추적 방법.
  20. 간섭 물체의 출현시에 환자 신체내에서 대상체를 추적하는 컴퓨터 소프트웨어 제품에 있어서,
    이 컴퓨터 소프트웨어 제품은 프로그램 명령들이 저장되어 있는 컴퓨터 판독가능한 매체를 포함하고; 상기 프로그램 명령들이 컴퓨터에 의해 판독될 때 컴퓨터는,
    원천 주파수에서 에너지장에 노출된 센서에 의해 발생된 신호를 수신하고;
    간섭 물체와 에너지장과의 상호작용에 반응하여 신호에 나타나는 원천 주파수의 고조파의 패턴을 검출하고;
    하나 이상의 개별적인 특수 유형의 간섭 물체와 관련된 하나 이상의 패턴의 데이터베이스에 저장된 고조파 패턴과 상기 패턴을 비교하고;
    상기 비교에 반응하여 간섭 물체를 식별하고;
    간섭 물체의 식별과 검출된 패턴에서의 하나 이상의 고조파의 크기에 반응하여 신호를 교정하고;
    교정된 신호에 반응하여 대상체의 위치 좌표들을 결정하는 컴퓨터 소프트웨어 제품.
  21. 제20항에 있어서, 상기 간섭 물체는 강자성이고, 상기 명령들이 컴퓨터가 강자성 간섭 물체를 식별하도록 하는 컴퓨터 소프트웨어 제품.
  22. 제20항에 있어서, 원천 주파수는 약 200 Hz와 약 12kHz 사이에 있고, 상기 명령들이 컴퓨터가 원천 주파수에서 에너지장에 노출된 센서에 의해 발생된 신호를 수신하도록 하는 컴퓨터 소프트웨어 제품.
  23. 제20항에 있어서, 상기 명령들이 컴퓨터가, 신호에 나타나는 원천 주파수의 제2 고조파의 진폭에 대하여 신호에 나타나는 원천 주파수의 제1 고조파의 진폭의 비를 계산함으로써 고조파 패턴을 검출하고, 계산된 비를 데이터베이스에 저장된 비와 비교함으로써 데이터베이스에 저장된 고조파 패턴을 상기 패턴과 비교하도록 하는 컴퓨터 소프트웨어 제품.
  24. 제20항에 있어서, 상기 명령들이 컴퓨터가, 신호에 관한 간섭 물체의 간섭 효과를 계산하여 상기 간섭 효과를 신호에서부터 제거함으로써, 신호를 교정하도록 하는 컴퓨터 소프트웨어 제품.
  25. 제24항에 있어서, 상기 명령들이 컴퓨터가 간섭 효과를 신호에서부터 주파수 범위내에서 차감함으로써 간섭 효과를 제거하도록 하는 컴퓨터 소프트웨어 제품.
  26. 제24항에 있어서, 상기 명령들이 컴퓨터가, 신호에 나타나는 원천 주파수의 진폭에 대하여 신호에 나타나는 원천 주파수의 적어도 하나의 고조파의 진폭의 비를 계산하고, 상기 계산된 비를 데이터베이스에 저장된 비와 비교함으로써, 간섭 효과를 계산하도록 하는 컴퓨터 소프트웨어 제품.
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