KR20050045905A - 디지털 무선 위치 센서 - Google Patents

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KR20050045905A
KR20050045905A KR1020040091760A KR20040091760A KR20050045905A KR 20050045905 A KR20050045905 A KR 20050045905A KR 1020040091760 A KR1020040091760 A KR 1020040091760A KR 20040091760 A KR20040091760 A KR 20040091760A KR 20050045905 A KR20050045905 A KR 20050045905A
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아사프 고바리
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바이오센스 웹스터 인코포레이티드
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Publication date
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    • A61B5/4528—Joints

Abstract

물체를 향해 RF 구동 필드를 방사하도록 라디오 주파수(RF) 드라이버를 배치하고, 전력 코일과 적어도 하나의 센서 코일을 포함하는 무선 트랜스폰더를 상기 물체에 고정하는 것을 포함하는 물체를 추적하기 위한 방법이 제공된다. 또한, 본 방법은 전력 코일을 사용하여 RF 구동 필드를 수신하고, 그로부터 유도된 전기 에너지를 저장하는 것을 포함한다. 복수의 필드 발생기는 적어도 하나의 센서 코일을 가로지른 전압 강하를 유도하는 물체의 근방에서 각 주파수로 전자기장을 발생하도록 구동된다. 센서 코일을 가로지른 전압 강하를 나타내는 디지털 출력 신호가 무선 트랜스폰더에서 발생되고, 디지털 출력 신호의 발생은 저장된 전기 에너지를 사용하여 전력공급된다. 디지털 출력 신호는 전력 코일을 사용하여 무선 트랜스폰더로부터 전송되고, 디지털 출력 신호의 전송은 저장된 전기 에너지를 사용하여 전력공급된다. 물체의 좌표를 결정하도록 디지털 출력 신호가 수신 및 처리된다.

Description

디지털 무선 위치 센서{DIGITAL WIRELESS POSITION SENSOR}
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 체내 추적 시스템, 특히, 체내의 물체의 위치 및 배향을 추적하기 위한 무선 방법 및 장치에 관련한다.
발명의 배경
다수의 수술, 진단, 치료 및 예방 의료 절차는 센서, 치료 유닛, 관, 카테터, 임플란트 및 기타 장치 같은 물체를 체내에 배치하는 것을 필요로 한다. 이들 절차는 예로서,
·치료 또는 진단 목적을 위한 전극의 삽입,
·환자의 순환계 또는 소화계내로의 약물, 영양물 및 기타 유체의 주입을 촉진하기 위한 관의 배치,
·심장 또는 기타 유형의 수술을 용이하게 하기 위한 프로브 또는 수술 장치의 삽입, 및
·생검 또는 기타 진단 절차를 포함하는 넓은 범위를 포괄한다.
다수의 예에서, 장치의 삽입은 수술 또는 카테터삽입 같은 제한된 시간 동안 이루어진다. 다른 경우에, 공급관 또는 정형 임플란트 같은 장치가 장기간의 사용을 위해 삽입된다. 종래에서와 같이, X-레이 영상화를 사용하지 않고, 환자의 신체내의 물체의 위치 및 배향을 정확하게 결정하기 위해 실시간 정보를 제공할 필요가 있다.
그 내용이 본 명세서에 참조로 포함되어 있는 Ben-Haim에게 허여된 미국 특허 제5,391,199호 및 제5,443,489호는 체내 프로브의 좌표가 프로브상에 수반된 홀 효과 센서, 코일 또는 기타 안테나 같은 하나 이상의 필드 센서를 사용하여 결정되는 시스템을 기술하고 있다. 이런 시스템은 의료 프로브 또는 카테터에 관한 3차원 위치 정보를 발생하기 위해 사용된다. 센서 코일이 카테터내에 배치되고, 외부-인가 자기장에 응답하여 신호를 발생한다. 자기장은 알려져 있는 서로 이격된 위치의 외부 기준 프레임에 고정된 3개의 방사기 코일에 의해 발생된다. 각 방사기 코일 필드에 응답하여 발생된 신호의 진폭이 검출되고, 센서 코일의 위치를 연산하기 위해 사용된다. 각 방사기 코일은 센서 코일에 의해 발생된 신호가 주파수에 의해 서로 다른 방사기 코일에 대응하는 성분으로 분리될 수 있도록, 다른 방사기 코일의 것과는 별개의, 알려진 주파수로 필드를 발생시키도록 드라이버 회로에 의해 구동되는 것이 바람직하다.
그 내용이 본 명세서에 참조로 포함되어 있는 Ben-Haim 등의 미국 특허 제6,198,963호는 비전문가에 의해 동작될 수 있는 체내 관 위치의 확인을 위한 단순화된 장치를 기술한다. 물체의 개시 위치가 기준점으로서 결정되며, 물체가 그 개시 위치에 남아있는지 여부를 판정하기 위해 후속 측정이 이루어진다. 측정은 위치 결정 대상 물체의 본체에 고정된 센서로 및/또는 그로부터 전송되는 하나 이상의 신호에 기초한다. 신호는 초음파, 자외선 파, 라디오 주파수(RF) 파, 또는 정적 또는 회전 전자기장일 수 있다.
그 내용이 본 명세서에 참조로 포함되어 있는 Ben-Hiam 등의 유럽 특허 EP 0 776 176 및 대응 PCT 공보 WO 96/05768은 카테터의 팁에 관한 6차원 위치 및 배향 정보를 발생시키는 시스템을 기술한다. 이 시스템은 카테터내의 정합가능한 위치, 예로서, 그 말단 단부 부근에 인접한 복수의 센서 코일 및 외부 기준 프레임에 고정된 복수의 방사기 코일을 사용한다. 이들 코일은 방사기 코일에 의해 발생된 자기장에 응답하여 신호를 발생하고, 이 신호는 6 위치 및 배향 좌표의 연산을 가능하게 한다.
그 내용이 본 명세서에 참조로 포함되어 있는 Acher 등의 미국 특허 제5,558,091호는 감지 체적의 대향 측부상에 배치된 Helmholz 코일로부터의 균일한 필드와, 동 코일에 의해 발생되는 구배 필드를 사용하는 자기 위치 및 배향 결정 시스템을 기술한다. 이들 필드의 인가 동안 프로브에서 검출된 필드 성분을 감시함으로써, 프로브의 위치 및 배향이 유도된다. 프로브의 화상은 피검자의 개별 취득된 이미지상에 중첩되어 피검자에 관한 프로브의 위치 및 배향을 나타낸다.
미국 특허 출원 공보 2003/0120150으로 공개된, Govari의 미국 특허 출원 10/029,473호는 본 발명의 양수인에게 양도되었으며, 본 명세서에 참조로 포함되어 있다. 물체 부근에서 서로 다른 각 주파수로 전자기장을 발생하는 복수의 필드 발생기와, 물체를 향해 RF 구동 필드를 방사하는 라디오 주파수(RF) 드라이버를 포함하는 물체 추적을 위한 장치가 기술되어 있다. 무선 트렌스폰더가 물체에 고정된다. 트랜스폰더는 전자기장에 응답하여 신호 전류가 흐르는 적어도 하나의 센서 코일 및 트렌스폰더에 전력공급하도록 RF 구동 필드를 수신하고, 구동 필드로부터 전이 에너지를 전달하는 전력 코일을 포함한다. 또한, 전력 코일은 신호 전류에 응답하는 출력 신호를 신호 수신기에 전송하고, 이 신호 수신기는 물체의 좌표를 결정하기 위해 신호를 처리한다.
그 내용이 본 명세서에 참조로 포함되어 있는 Doron 등의 미국 특허 제6,239,724호는 환자의 신체내로부터 공간적 위치 정보를 제공하기 위한 원격측정 시스템을 기술한다. 이 시스템은 (a) 원격측정 유닛에 대한 전력공급을 위해 신체 외측으로부터 수신된 전력 신호를 전력으로 변환하기 위한 제1 트랜스듀서, (b) 신체 외측으로부터 수신된 위치설정 필드 신호를 수신하기 위한 제2 트랜스듀서, 및 (c) 위치설정 필드 신호에 응답하여 위치 신호를 신체 외측의 위치로 전송하기 위한 제3 트랜스듀서를 가지는 이식형 원격측정 유닛을 포함한다.
그 내용이 본 명세서에 참조로 포함되어 있는 Ashe의 미국 특허 제6,172,496호는 다중 주파수 AC 자기 신호를 사용하여 전송 안테나에 관한 수신 안테나의 6 자유도의 위치 및 배향을 측정하기 위한 장치를 기술한다. 전송 부품은 서로에 대해 알려진 위치 및 배향의 둘 이상의 전송 안테나로 구성된다. 전송 안테나는 AC 여기에 의해 동시에 구동되며, 각 안테나는 주파수 스펙트럼에서 하나 이상의 고유 위치를 점유한다. 수신 안테나는 전송된 AC 자기장과 도전성 금속에 의해 유발된 왜곡의 합을 측정한다. 그후, 컴퓨터가 왜곡 성분을 추출하고, 이를 수신된 신호로부터 제거하여 정확한 위치 및 배향 출력을 제공한다.
그 내용이 본 명세서에 참조로 포함되어 있는 Steenwyck 등의 미국 특허 제4,173,228호는 카테터에 부착된 코일내에 신호를 유도하고, 유도된 신호의 진폭 및 위상을 감시하는 것에 기초한 카테터 배치 장치를 기술한다.
그 내용이 본 명세서에 참조로 포함되어 있는 Besz 등의 미국 특허 제5,099,845호 및 Hirschi 등의 미국 특허 제5,325,873호는 의료 관, 예로서, 카테터에 방사 요소가 고정되어 있고, 관의 위치가 요소로부터 방사된 에너지에 응답하여 결정되는 장치 및 방법을 기술한다.
그 내용이 본 명세서에 참조로 포함되어 있는 Golden 등의 미국 특허 제5,425,382호는 의료 관에 고정된 자석에 의해 발생된 정적 자기장 강도 구배를 감지함으로써 환자의 신체내에 의료 관을 배치하는 장치 및 방법을 기술하고 있다.
그 내용이 본 명세서에 참조로 포함되어 있는 Strohl 등의 미국 특허 제4,905,698호 및 Shapiro 등의 미국 특허 제 5,913,820호는 인가된 자기장이 카테터의 팁내에 전류를 유도하는 장치 및 방법을 기술하고 있다. 이들 전류에 기초하여 카테터의 상대 위치가 결정된다.
그 내용이 본 명세서에 참조로 포함되어 있는 Bladen 등의 미국 특허 제5,913,820호는 센서에서 검출되는 자기장을 발생시킴으로써 일반적으로 3차원으로 센서의 위치를 배치하기 위한 장치를 기술한다. 자기장은 복수의 위치로부터 발생되며, 신호 코일 센서의 배향 및 위치 양자 모두가 결정될 수 있게 한다.
그 내용이 본 명세서에 참조로 포함되어 있는 Khalfin 등의 미국 특허 제6,369,564호는 무선 센서를 채용하는 왜곡 보상부를 구비한 전자기 위치 및 배향 추적 시스템을 기술한다. 이 시스템은 AC 전자기장의 하나의 소스, 관심 체적내의, 또는, 그에 근접한 알려진 공간적 지점에서 전자기 유도 벡터의 성분을 측정하는 적어도 하나의 관찰 센서, 측정 대상 물체상에 배치된 적어도 하나의 무선 프로브 센서, 및, 2차 소스의 좌표 및 진폭을, 그리고, 순차적으로, 관심 물체의 위치 및 배향을 결정하는 제어 및 처리 유닛을 사용한다.
그 내용이 본 명세서에 참조로 포함되어 있는 Ishikawa 등의 미국 특허 제6,261,247호는 상대 위치 및 거리를 측정하기 위해 하나 이상의 실질적인 구형 트랜스폰더를 사용하는 해부학적 위치 감지 시스템을 기술한다. 트랜스폰더는 RF 신호를 수신 및 전송할 수 있으며, 그들 사이에서 통신할 수 있고, 조작자 제어 패널에서 조작자에 의해 제어되는 별개의 CPU를 갖는다.
그 내용이 본 명세서에 참조로 포함되어 있는 Forsell 등의 PCT 특허 공보 WO 01/12108은 환자의 신체 외부의 송신기로부터 무선으로 에너지를 수신하는 의료 임플란트 장치를 기술한다. 이식된 에너지 변환 장치는 이렇게 수신된 에너지를 이식된 의료 장치의 제어 및 동작에 사용되는 다른 형태로 변환한다.
그 내용이 본 명세서에 참조로 포함되어 있는 Brockway 등의 PCT 특허 공보 WO 00/16686은 환자의 신체에 이식되어 원격 통신 장치에 압력 정보를 무선 통신하는 압력 감시기 같은 센서 장치를 기술하고 있다. 센서 장치는 배치 카테터, 내시경 또는 복강경을 사용하여 이식될 수 있다. 무선 통신 기술은 무선-원격측정, 유도 결합, 패시브 트랜스폰더 및 도전체로서 신체의 사용을 포함한다. 일 실시예에서, 센서 장치는 신체 외부의 에너지 소스 같은 원격 소스로부터 무선으로 에너지를 수신한다. 이 에너지는 직접적으로 센서 장치에 전력공급하거나, 센서 장치에 전력공급하는 재충전형 배터리를 충전하기 위해 사용될 수 있다.
현재, 신체 내측의 프로브의 위치의 검출에 기초하는 전자생리학 및 물리적 맵핑 시스템을 상업적으로 입수할 수 있다. 이들 중, 바이오 웹스터 인코포레이티드(이스라엘, 티라트 하카멜)에 의해 개발된 CARTOTM은 국지적 전기적 활동도를 카테터 위치와 자동 연계 및 맵핑하는 시스템이다.
본 발명의 실시예에서, 환자의 신체내에 배치된 물체의 위치 및 배향을 감지하기 위한 장치는 전력코일, 적어도 하나의 센서 코일 및 신호 처리 칩 모듈을 포함하는 무선 위치 트랜스폰더를 포함한다. 일반적으로, 트랜스폰더는 카테터 또는 임플란트 같은 신체내로 삽입되는 장치에 고정된다. 신호 처리 칩 모듈은 일반적으로 산술 로직 유닛(ALU) 및 커패시터 같은 전력 저장 장치를 포함한다. 외부적으로 배치된 구동 유닛은 트랜스폰더내의 전력 코일을 구동하여 전력 저장 장치를 충전하도록 일반적으로 메가헤르쯔 범위의 주파수를 가지는 라디오 주파수(RF) 신호를 전송한다. 신체 외측의 고정된 위치의 한 세트의 자기장 발생기가 그후 일반적으로, 킬로헤르쯔 범위의 서로 다른 각각의 주파수로 자기장을 발생한다. 이들 필드는 필드 발생기에 대한 감시 코일의 공간적 위치 및 배향에 의존하는 감지 코일을 가로지른 시간-가변 전압 강하를 유발한다. 전력 저장 장치에 저장된 에너지를 사용하여, ALU는 전압의 위상 및 진폭을 디지털 값으로 변환하고, 이는 메가헤르쯔 범위의 디지털 RF 신호를 사용하여 외부에 배치된 신호 처리 유닛으로 전송된다. 이 유닛은 수신된 디지털 신호를 처리하여 디스플레이 및 기록을 위해 물체의 위치 및 배향 좌표를 결정한다.
본 발명의 일부 실시예에서, 신호 처리 칩 모듈은 그 전송 이전에 위상 및 진폭값을 ALU가 저장하는 메모리를 추가로 포함한다. 이들 디지털 값이 저장된 이후, 구동 유닛은 전력 저장 장치를 다시 충전한다. 저장된 값은 이 저장된 에너지를 사용하여 전송된다.
본 명세서에 기술된 기술은 감지 코일과 외부적 처리 유닛 사이의 소정의 유선 접속을 필요로 하지 않고, 신체내의 물체의 위치 및 배향을 결정할 수 있게 한다. 전력 전송 및 디지털 신호 전송이 동시에 이루어지지 않기 때문에, 본 명세서에 기술된 기술은 일반적으로, 전력 전송 신호와 위치 신호 사이의 간섭을 방지한다. 이 간섭의 결여는 일반적으로 시호 대 잡음 비를 향상시킨다. 부가적으로, 단지 소량의 디지털 정보만이 감지 코일을 가로질러 발생되는 전압을 특성화하는데 필요하다. 결과적으로, 트랜스폰더는 이 디지털 정보를 전송하기 위해 낮은 전력을 필요로 하며, 신속하게 적절히 충전될 수 있는 커패시터 같은 작은 전력 저장 장치의 사용을 가능하게 한다. 또한, 위치 좌표는 일반적으로 매우 정확하며, 그 이유는 정보다 디지털 전송되고, 따라서, 아날로그 신호 전송과 빈번히 연계되는 간섭 왜곡 또는 기타 현상으로부터 발생되는 에러를 덜 받기 때문이다.
일부 응용 용도에서, 트랜스폰더는 다수의 센서 코일, 일반적으로는 3개의 상호 직교 코일을 포함한다. 이 경우에, 상술한 유럽 특허 EP 0 776 176에 기술된 바와 같이, 총 6개 위치 및 배향 좌표가 다의성 없이 결정될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따라, 물체 추적 방법이 제공되며, 이는
물체를 향해 RF 구동 필드를 방사하도록 무선 주파수(RF) 드라이버를 배치하는 단계,
전력 코일 및 적어도 하나의 센서 코일을 포함하는 무선 트랜스폰더를 물체에 고정하는 단계,
전력 코일을 사용하여 RF 구동 필드를 수신하고, 그로부터 유도된 전기 에너지를 저장하는 단계,
적어도 하나의 센서 코일을 가로지른 전압 강하를 유도하는 전자기장을 물체 부근의 각 주파수에서 발생시키도록 복수의 필드 발생기를 구동하는 단계,
센서 코일을 가로지른 전압 강하를 표시하는 디지털 출력 신호를 무선 트랜스폰더에서 발생시키고, 저장된 전기 에너지를 사용하여 디지털 출력 신호의 발생에 전력공급하는 단계,
전력 코일을 사용하여 무선 트랜스폰더로부터 디지털 출력 신호를 전송하고, 저장된 전기 에너지를 사용하여 디지털 출력 신호의 전송에 전력공급하는 단계, 및
물체의 좌표를 결정하기 위해 디지털 출력 신호를 수신 및 처리하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 복수의 필드 발생기를 구동하는 단계는 서로 다른 각 주파수로 전자기장을 발생시키도록 복수의 필드 발생기를 구동하는 단계를 포함하고, 적어도 하나의 센서 코일을 가로지른 전압 강하는 복수의 필드 발생기의 서로 다른 각 주파수에서 주파수 성분을 갖는다.
일 실시예에서, 본 방법은 물체와 함께 트랜스폰더를 피검자의 신체내에 삽입하는 단계를 포함한다. 이 경우에, 복수의 필드 발생기 및 RF 드라이버를 배치하는 단계는 복수의 필드 발생기 및 RF 드라이버를 신체 외측에 배치하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 본 방법은 의료 절차 동안 피검자의 신체내에 물체와 함께 트랜스폰더를 삽입하고, 의료 절차 동안 피검자의 신체로부터 트랜스폰더를 제거하는 단계를 포함한다.
일부 응용 용도에서, 물체는 피검자의 신체내로 삽입되는 세장형 프로브를 포함하고, 물체에 대해 트랜스폰더를 고정하는 단계는 프로브내에 트랜스폰더를 고정하는 단계를 포함한다. 이 경우, 디지털 출력 신호를 수신 및 처리하는 단계는 신체내의 프로브의 말단 단부의 좌표를 결정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 디지털 출력 신호 발생 단계는 전력 코일에 의해 RF 구동 필드로부터 유도된 전기 에너지 만에 의해 동력공급되는 트랜스폰더를 동작시키는 단계를 포함한다.
일부 응용 용도에서, RF 구동 필드를 수신하는 단계는 (a) 복수의 필드 발생기를 구동하기 이전에, 제1 주기 동안, (b) 제1 주기에 후속하는, 디지털 출력 신호를 전송하기 이전의 제2 주기 동안, RF 구동 필드를 수신하는 단계를 포함한다. RF 구동 필드로부터 유도된 전기 에너지를 저장하는 단계는 제1 주기 동안 제1 전기 에너지를 저장하고, 제2 주기 동안 제2 전기 에너지를 저장하는 단계를 포함한다. 디지털 출력 신호의 발생에 전력을 공급하는 단계는 제1 저장된 전기 에너지를 사용하여 디지털 출력 신호의 발생에 전력공급하는 단계를 포함한다. 디지털 출력 신호의 전송에 전력공급하는 단계는 제2 저장된 전기 에너지를 사용하여 디지털 출력 신호의 전송에 전력공급하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, RF 구동 필드 수신 단계는 복수의 필드 발생기를 구동하기 이전에 소정 주기 동안 RF 구동 필드를 수신하는 단계를 포함한다. 전기 에너지를 저장하는 단계는 주기 동안 전기 에너지를 저장하는 단계를 포함한다. 디지털 출력 신호의 발생에 전력공급하는 단계는 주기 동안 저장된 전기 에너지를 사용하여 디지털 출력 신호의 발생에 전력공급하는 단계를 포함한다. 디지털 출력 신호의 전송에 전력공급하는 단계는 주기 동안 저장된 전기 에너지를 사용하여 디지털 출력 신호의 전송에 전력공급하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 출력 신호 발생 단계는
전압 강하의 신호 성분을 측정하는 단계와,
성분을 디지털 값으로 변환하는 단계를 포함한다.
이 경우, 신호 성분 측정 단계는 진폭 및 위상을 측정하는 단계를 포함하는 것이 일반적이다.
일부 응용 용도에서, 물체는 피검자의 신체내에 이식되는 임플란트를 포함한다. 물체에 트랜스폰더를 고정하는 단계는 임플란트에 트랜스폰더를 고정하는 단계를 포함하고, 디지털 출력 신호를 수신 및 처리하는 단계는 신체내의 임플란트의 좌표를 결정하는 단계를 포함한다. 예로서, 임플란트는 제1 조인트 부 및 그와 관절연결된 제2 조인트부를 포함하는 조인트 임플란트를 포함할 수 있다. 이 경우, 트랜스폰더를 고정하는 단계는 제1 조인트부 및 제2 조인트부에 각각 복수의 트랜스폰더를 고정하는 단계를 포함하고, 임플란트의 좌표를 결정하는 단계는 트랜스폰더로부터의 디지털 출력 신호에 응답하여 제1 조인트부 및 제2 조인트부 사이의 거리를 결정하는 단계를 포함한다. 필수적이지는 않지만, 일반적으로, 거리 결정 단계는 상호동작 및 동작후 기간 양자 모두 동안 트랜스폰더를 사용하여 거리를 발견하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 물체 추적 방법이 또한 제공되며, 이는
물체를 향해 라디오주파수(RF) 구동 필드를 방사하는 단계,
물체에서 RF 구동 필드를 수신하고, 그로부터 유도된 전기 에너지를 저장하는 단계,
전기 에너지 저장에 후속하여, 물체의 근방에 각각의 주파수로 복수의 전자기장을 발생시키는 단계,
저장된 전기 에너지를 사용하여, 물체에서 전자기장의 각 강도를 나타내는 디지털 출력 신호를 발생하는 단계,
물체로부터 디지털 출력신호를 전송하는 단계, 및
물체의 좌표를 결정하도록 디지털 출력 신호를 수신 및 처리하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 디지털 출력 신호를 발생하는 단계는 RF 구동 필드로부터 유도된 저장된 전기 에너지 만을 사용하여 디지털 출력 신호를 발생하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 물체 추적 방법이 제공되며, 이는
물체를 향해 라디오주파수(RF) 구동 필드를 방사하는 단계,
물체에서 RF 구동 필드를 수신하고, 그로부터 유도된 전기 에너지를 저장하는 단계,
전기 에너지 저장에 후속하여, 물체 부근에 각각의 주파수로 복수의 전자기장을 발생하는 단계,
저장된 전기 에너지를 사용하여, 물체에서 전자기장의 각 강도를 나타내는 출력 신호를 발생하는 단계,
물체로부터 디지털 출력 신호를 전송하는 단계, 및
물체의 좌표를 결정하도록 디지털 출력 신호를 수신 및 처리하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 출력 신호를 발생하는 단계는 디지털 출력 신호를 발생하는 단계를 포함한다. 대안적으로 출력 신호를 발생하는 단계는 아날로그 출력 신호를 발생하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 물체 추적 장치가 제공되며, 이는
(a) 물체를 향해 RF 구동 필드를 방사하도록 적용되는 라디오 주파수(RF) 드라이버,
(b) 물체의 부근에 각각의 주파수로 전자기장을 발생하도록 적용되는 복수의 필드 발생기,
(c) 물체에 고정된 무선 디지털 트랜스폰더로서,
RF 구동 필드를 수신하도록 결합된 전력 코일,
RF 구동 필드로부터 유도된 전기 에너지를 저장하도록 적용되는 전력 저장 장치,
적어도 하나의 센서 코일로서, 전자기장에 응답하여 적어도 하나의 센서 코일을 가로질러 전압 강하가 유도되도록 결합된 적어도 하나의 센서 코일,
적어도 하나의 센서 코일 및 전력 저장 장치에 결합되고, 전압 강하를 나타내는 디지털 출력 신호를 발생하도록 저장된 전기 에너지를 사용하도록 적용되며, 디지털 출력 신호를 전송하도록 전력 코일을 구동하기 위해 저장된 전기 에너지를 사용하도록 적용되는 제어 회로를 포함하는, 무선 디지털 트랜스폰더, 및
(d) 전력코일에 의해 전송된 디지털 신호를 수신하고, 그에 응답하여, 물체의 좌표를 결정하도록 적용되는 신호 수신기를 포함한다.
일 실시예에서, 이 장치는 전력 저장 장치가 제1 주기 동안 RF 구동 필드로부터 유도된 제1 전기 에너지를 저장하도록 적용되고,
제어 회로는 디지털 출력 신호를 발생하도록 제1 저장된 에너지를 사용하도록 적용되고,
전력 저장 장치는 제1 주기에 후속하여, 그리고, 디지털 출력 신호의 제어 회로에 의한 발생에 후속하여, 제2 주기 동안 RF 구동 필드로부터 유도된 제2 전기 에너지를 저장하도록 적용되며,
제어 회로는 디지털 출력 신호를 전송하도록 전력 코일을 구동하기 위해 제2 저장된 전기 에너지를 사용하도록 적용되도록 구성된다.
일부 응용 용도에서, 복수의 필드 발생기는 서로 다른 각각의 주파수로 전자기장을 발생하도록 적용된다.
일 실시예에서, 제어 회로는 전력 코일에 의해 그에 전달되는 전기 에너지에 의해서만 전력공급되도록 적용된다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 센서 코일을 가로지른 전압 강하는 복수의 필드 발생기의 서로 다른 주파수에서 주파수 성분을 갖고, 제어 회로에 의해 발생된 디지털 신호는 전압 강하의 주파수 성분을 나타낸다.
일 실시예에서, 제어 회로는 전압 강하의 진폭 및 전압 강하의 위상을 나타내는 디지털 출력 신호를 발생하도록 적용되며, 신호 수신기는 디지털 출력 신호에 의해 표시된 전압 강하의 진폭 및 위상에 응답하여 물체의 좌표 및 배향을 결정하도록 적용된다.
일 실시예에서, 전력 저장 장치는 커패시터를 포함한다. 일부 응용 용도에서, 커패시터는 약 5와 20마이크로패러드 사이의 용량을 갖는다.
일 실시예에서, 물체는 임플란트를 포함하고, 트랜스폰더는 신호 수신기가 신체내의 임플란트의 좌표를 결정할 수 있게 하도록 임플란트에 고정된다.
예로서, 장치는 임플란트가 제1 조인트부 및 그와 관절연결된 제2 조인트부를 포함하는 조인트 임플란트를 포함하고,
트랜스폰더는 제1 조인트부 및 제2 조인트부에 각각 고정된 복수의 트랜스폰더를 포함하며,
신호 수신기는 트랜스폰더로부터의 출력 신호에 응답하여 제1 조인트부와 제2 조인트부 사이의 거리를 결정하기에 적합하도록 구성될 수 있다.
일 응용 용도에서, 제1 조인트부는 대퇴 헤드를 포함하고, 제2 조인트부는 관골구를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라서, 피검자의 신체내측에서 동작하는 무선 위치 트랜스폰더가 제공되며, 이는
트랜스폰더의 근방에서 신체에 인가된 하나 이상의 전기장에 응답하여 적어도 하나의 센서 코일을 가로지른 전압 강하가 유도되도록 결합된 적어도 하나의 센서 코일,
디지털 출력 신호가 신체 내측의 트랜스폰더의 좌표를 나타내도록 적어도 하나의 센서 코일을 가로지른 전압 강하를 나타내는 디지털 출력 신호를 발생하도록 적어도 하나의 센서 코일에 결합된 산술 로직 유닛(ALU), 및
트랜스폰더의 근방에서 신체에 인가된 라디오 주파수(RF) 구동 필드를 수신하도록 적용되고, 구동 필드로부터 유도된 전기 에너지를 ALU로 전달하도록 결합되며, 신호가 좌표를 결정하는 데 사용하기 위해 신체 외측의 처리 회로에 의해 수신될 수 있도록 ALU에 의해 발생된 디지털 출력 신호를 전송하도록 결합되는 전력 코일을 포함한다.
일 실시예에서, 트랜스폰더는 전력 코일에 의해 전달된 전기 에너지를 저장하고, 저장된 전기 에너지를 ALU로 전달하도록 적용되는 전력 저장 장치를 포함한다. 이 경우에, ALU는 디지털 출력 신호의 발생에 전력공급하고, 디지털 출력 신호의 전송에 전력공급하도록 전력 저장 장치에 의해 그에 전달된 전기 에너지를 사용하도록 적용된다.
일부 응용 용도에서, 전력 저장 장치는 커패시터를 포함한다.
ALU는 적어도 하나의 센서 코일을 가로지른 전압 강하의 진폭 및/또는 위상을 나타내도록 디지털 출력 신호를 발생하도록 적용된다.
도면과 함께, 그 실시예에 대한 하기의 상세한 설명으로부터 본 발명을 보다 완전히 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 환자(26)의 심장(24)을 맵핑하기 위한 맵핑 시스템(20)의 개략적인 예시도이다. 시스템(20)은 심장의 심실내로 환자의 정맥 또는 동맥을 통해 사용자(22)에 의해 삽입되는 카테터(30) 같은 세장형 프로브를 포함한다. 카테터(30)는 일반적으로 카테터의 말단 팁 부근에 무선 위치 트랜스폰더(40)를 포함한다. 트랜스폰더(40)는 도 2에 상세히 도시되어 있다. 선택적으로, 카테터(30)는 카테터를 따른 다수의 지점에서 위치 및 배향 좌표를 제공하기 위해, 카테터의 길이를 따라 서로 이격 배치된 이 종류의 둘 이상의 트랜스폰더를 포함한다.
트랜스폰더(40)를 동작시키기 위해, 환자(26)는 에로서, 자기장을 발생시키기 위한 패드 보유 필드 발생기 코일(28)을 환자 아래에 배치함으로써 발생되는 자기장내에 배치된다. 코일(28)은 일반적으로, 서로 다른 각각의 주파수로 전자기장을 발생하도록 드라이버 회로(32)에 의해 구동된다. 기준 전자기 센서(미도시)는 일반적으로 환자에 대하여 고정, 예로서, 환자의 등에 테이프 부착되며, 트랜스폰더(40)를 포함하는 카테터(30)가 환자의 심장내로 전진된다. 일반적으로는 코일 형태의 부가적인 안테나(54)는 상세히 후술될 바와 같이, 트랜스폰더(40)에 RF 전력을 제공하고, 그로부터 신호를 수신한다. 심장내의 트랜스폰더(40)로부터 안테나(54)에 의해 수신된 신호는 콘솔(34)로 전달되며, 이는 신호를 처리하고, 그후, 결과를 모니터(36)상에 디스플레이한다. 이 방법에 의해, 기준 센서에 대한 카테터(30)내의 트랜스폰더(40)의 정확한 위치가 확인 및 시각적으로 디스플레이 될 수 있다. 또한, 트랜스폰더는 심근의 수축에 의해 유발되는 카테터의 변위를 검출할 수도 있다.
시스템(20)의 특징 중 일부는 심장 전기 및 기계적 기능의 맵(38)을 발생하기 위해 시스템을 사용하는 것을 포함하는 상술된 CARTO 시스템에서 구현된다. 카테터(30) 및 시스템(20)의 디자인의 다른 양태는 상술된 미국 특허 제5,391,199호, 제5,443,489호 및 제6,198,963호 및 미국 특허 출원 공보 제2003/0120150호에 기술되어 있다. 그러나, 후술될 바와 같은 트랜스폰더(40) 및 연계된 드라이버의 디자인과, 콘솔(34)에 사용되는 신호 처리 회로는 본 발명에 고유한 것이다.
이제, 본 발명의 일 실시예에 따른 콘솔(34)내의 구동 및 처리 회로와 트랜스폰더(40)의 세부를 개략적으로 도시하는 도 2 및 도 3을 참조한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 트랜스폰더(40)는 신호 처리 칩 모듈(44)에 결합된 적어도 하나의 감지 코일(46) 및 전력 코일(42)을 포함한다. 신호 처리 칩 모듈(44)은 일반적으로, 산술 로직 유닛(ALU)(48) 및 일반적으로 약 1마이크로패러드의 용량을 가지는 커패시터(45) 같은 전력 저장 장치를 포함한다. 대안적으로, 전력 저장 장치는 배터리 및 본 기술에 공지된 기타 전력 저장 수단을 포함한다. 전력 코일(42)은 일반적으로, 1MHz 이상의, 예로서, 수신시 약 13MHz 및 전송시 약 433MHz의 범위의 고주파수 신호를 송수신하도록 최적화되어 있다. 다른 한편, 감지 코일(46)은 일반적으로, 필드 발생기 코일(28)이 그 전자기장을 발생시키는 주파수인 1-3kHz의 범위에서 동작하도록 설계된다. 대안적으로, 응용 용도의 요구조건에 의해 지정될 때, 다른 주파수 범위가 사용될 수 있다. 전체 트랜스폰더(40)는 일반적으로, 2-5mm의 길이 및 2-3mm의 외경을 가지며, 편리하게 카테터(30) 내측에 끼워질 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 콘솔(34)은 RF 전력 드라이버(50)를 포함하며, 이는 일반적으로, 메가헤르쯔 범위, 예로서, 약 13MHz로 전력 신호를 송출하도록 안테나(54)를 구동한다. 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현된 선택적 스위치는 전력 신호 송출의 기간 동안 전력 드라이버(50)를 안테나(54)에 연결한다. 전력 신호는 트랜스폰더(40)의 전력 코일(42)내에서 전류가 흐르게 하며, 이 전류는 신호 처리 칩 모듈(44)에 의해 정류되고, 커패시터(45)를 충전하기 위해 사용된다. 필수적이지는 않지만 일반적으로, 콘솔(34)은 클록 동기화 회로(52)를 포함하며, 이는 RF 전력 드라이버(50)와 드라이버 회로(32)를 동기화시키기 위해 사용된다. 상술된 바와 같이, 드라이버 회로(32)는 전자기장을 발생하도록 필드 발생기 코일(28)을 구동한다. 전자기장은 트랜스폰더(40)의 센서 코일(46)을 가로질러 시간 가변 전압 강하를 유발한다. 이 전압 강하는 발생기 코일을 통해 흐르는 구동 전류와 동일한 주파수의 주파수 성분을 갖는다. 이 성분은 센서 코일 축에 평행한 방향으로 발생기 코일에 의해 발생된 각 자기장의 성분의 강도에 비례한다. 따라서, 전압 강하는 고정된 발생기 코일(28)에 대한 코일(46)의 위치 및 배향을 나타낸다.
처리 칩 모듈(44)은 서로 다른 필드 주파수의 센서 코일(46)을 가로지른 전압 강하를 측정하고, ALU(48)를 사용하여, 전압 강하의 위상 및 진폭값을 디지털 인코딩한다. 일부 응용 용도에서, 각 주파수를 위해 측정된 위상 및 진폭이 32 비트 값, 예로서, 위상을 나타내는 16 비트와 진폭을 나타내는 16 비트로 인코딩된다. 디지털 신호내에 위상 정보를 포함시키는 것은 이렇게 하지 않으면, 다의성의 해상도가 감지 코일 축에 180°반전하여 신호내에 발생할 수 있다. 위상 및 진폭의 인코딩된 디지털 값은 일반적으로, 커패시터(45)에 의해 공급되는 전력을 사용하여 처리 칩 모듈(44)내의 메모리(49)내에 저장된다. 저장된 디지털 값은 이어서, 도 4를 참조로 후술된 바와 같이 디지털 RF 신호를 사용하여 트랜스폰더(40)로부터 콘솔(34)로 전송된다. 일부 응용 용도에서, 처리 칩 모듈(44)은 위상 값이 아닌 전압 강하의 진폭값만을 디지털 인코딩 및 전송한다.
디지털 변조된 RF 신호는 수신기(56)에 의해 픽업되며, 이는 하드웨어 구현 또는 소프트웨어 구현 스위치(51)를 경유하여 안테나(54)에 연결된다. 도 3은 수신기(56)를 안테나(54)에 연결하는 상태의 스위치(51)를 도시한다. 수신기는 신호를 복조하여 콘솔(34)내의 신호 처리 회로(58)에 대한 적절한 입력을 발생한다. 디지털 신호는 처리 회로(58)에 의해 수신 및 사용되어 카테터(30)의 위치 및 배향을 연산한다. 일반적으로, 회로(58)는 범용 목적 컴퓨터를 포함하며, 이는 수신기(56)로부터의 신호를 처리하기 위한 적절한 입력 회로로 프로그램 및 장비하고 있다. 회로(58)에 의해 유도된 정보는 예로서, 맵(38)을 발생하기 위해, 또는 기타 진단 정보 및 안내를 조작자(22)에게 제공하기 위해 사용된다.
일 실시예에서, 콘솔(34)은 스위치(51) 대신, 또는 그에 부가하여, 두 개의 선택적 대역 통과 필터(55, 57)를 포함한다. 대역 통과 필터(55)는 RF 전력 드라이버(50)를 안테나(54)에 연결하고, 예로서, 13MHz 주변의 협대역으로 에너지가 안테나에 전달될 수 있게 한다. 대역 통과 필터(57)는 수신기(56)를 안테나(54)에 연결하며, 예로서, 433MHz 주변의 협대역으로 에너지가 안테나로부터 수신기로 전달될 수 있게 한다. 따라서, 스위치(51)가 T-접합부로 대체되는 구현예에서도, RF 전력 드라이버(50)에 의해 발생된 RF 전력은 실질적인 그 전체가 안테나(54)로 전달되며, 실질적으로 수신기(56)의 회로에 진입하지 않는다.
도 2에 도시된 단일 센서 코일(46)은 필드 발생기 코일(28)과 연계하여, 처리 회로(58)가 3차원 위치 및 2차원 배향 정보를 발생할 수 있게 하기에 충분하다. 세 번째 차원의 배향(일반적으로, 그 종축 둘레에서의 카테터(30)의 회전)은 필요시 카테터에 대한 기계적 정보로부터 추론되거나, 둘 이상의 트랜스폰더가 카테터내에 사용될 때, 그 각각의 좌표의 비교로부터 추론될 수 있다. 대안적으로, 트랜스폰더(40)는 필요시, 다수의 센서 코일, 일반적으로, 예로서, 상술된 유럽 특허 EP 0 776 176에 기술된 바와 같은 3개의 상호 직교 코일을 포함할 수 있다. 이 경우, 처리 회로는 카테터(30)의 모든 6개 위치 및 배향 좌표를 명백히 결정할 수 있다.
이제, 본 발명의 일 실시예에 따른, 시스템(20)을 사용하여 디지털 신호를 전송하기 위한 방법을 개략적으로 예시하는 플로우 차트인 도 4를 참조한다. 도 4에 도시된 특정 순서는 예시일 뿐이며 제한적인 것이 아니고, 본 발명의 범주는 본 특허 출원의 내용을 숙지한 본 기술의 숙련자에게 명백한 기타 프로토콜을 포함한다는 것을 강조한다. 제1 전력 트랜스폰더 단계 410에서, RF 전력 드라이버(50)는 일반적으로 약 5ms 동안 RF 전력 신호를 발생하며, 이는 전력 코일(42)내에 전류가 흐르게 하여 커패시터(45)를 충전한다. 이어서, 위치 신호 발생 단계 415에서, 드라이버 회로(32)는 필드 발생기 코일(28)을 약 20ms 동안 구동하여 전자기장을 발생한다. 이들 필드는 트랜스폰더(40)의 센서 코일(46)을 가로질러 전압 강하를 유도하며, 이는 전압 감지 단계 420에서 신호 처리 칩 모듈(44)에 의해 측정된다. 커패시터(45)내에 저장된 전력을 사용하여, ALU(48)는 디지털 변환 단계 430에서, 감지된 전압의 진폭 및 위상을 디지털 값으로 변환하고, 이들 값을 메모리(49)내에 저장한다.
커패시터(45)가 이 스테이지에서 많이 방전되어 있도록 구성되는 경우, 이때, 제2 전력 트랜스폰더 단계 440에서, RF 전력 드라이버(50)는 다시 일반적으로 약 5ms 동안 RF 신호를 발생하여 커패시터(45)를 재충전한다. 이 저장된 에너지를 사용하여, 신호 처리 칩 모듈(44)은 디지털 신호 전송 단계 450에서, 저장된 디지털 값에 기초하여 디지털 변조된 신호를 발생하고, 전력 코일(42)에 의한 전송을 위해 신호를 RF 변조한다. 대안적으로, 신호는 예로서, 보다 낮은 주파수가 사용되는 경우, 감지 코일(46)을 사용하여 전송된다. 이 전송은 일반적으로, 약 3ms 이하를 필요로 한다. 디지털 인코딩 및 변조의 소정의 적절한 방법이 이 목적을 위해 사용될 수 있으며, 본 특허 출원의 내용을 숙지한 본 기술의 숙련자들은 이를 명백히 알 수 있을 것이다. 수신기(56)는 수신 및 복조 단계 454에서, 디지털 변조된 신호를 수신 및 복조한다. 처리 회로(58)는 위치 산출 단계 458에서, 이 복조된 신호를 사용하여 트랜스폰더(40)의 위치 및 배향을 연산한다.
그후, 프로그램 점검 단계 460에서, 트랜스폰더(40)의 다른 동작 사이클이 수행되었는지 여부를 판정하기 위해 점검이 이루어질 수 있다. 어떠한 부가적인 사이클도 수행되지 않는 경우, 이 방법은 종결된다. 다른 동작 사이클이 수행되어야 하는 경우, 단계 410 내지 460이 반복된다. 일반적으로, 단계 410 내지 460은 실시간으로 위치 및 배향 좌표가 결정될 수 있게 하도록 트랜스폰더(40)의 사용 동안 지속적으로 반복된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 정형 절차의 위치 트랜스폰더의 사용을 예시하는 개략적인 예시도이다. 무선 전원을 가지는 트랜스폰더(40)같은 무선 트랜스폰더의 사용은 트랜스폰더가 이식형 장치에 부착 또는 그 내부에 삽입될 수 있게 하며, 그후, 추후 참조를 위해 완자의 신체 내측에 잔류할 수 있게 한다. 도 5에 도시된 실시예는 둔부 임플란트 수술을 예시하며, 여기서, 의사는 인공 관골구(62)내에 인공 대퇴(60)의 헤드를 배치하는 것을 필요로 한다. 일반적으로, 절차 수행 이전에, 의사는 작업 영역을 가시화하기 위해 X-레이 또는 CT 화상을 촬상하지만, 실시간 3차원 가시화를 이용하지 않고는 실제 수술을 수행하지 못한다.
도 5에 도시된 실시예에서, 소형 트랜스폰더(64)가 대퇴(60)내에 이식되고, 추후, 소형 트랜스폰더(66)가 관골구(62)의 영역내의 골반에 이식된다. 트랜스폰더(64, 66)는 일반적으로 도 2에 도시된 바와 같은 트랜스폰더(40)와 유사하다. 일반적으로, 각 트랜스폰더는 트랜스폰더 사이를 수신기(56)가 구별할 수 있도록 서로 다른 반송파 주파수로 안테나(54)에 신호를 반환 전송하도록 구성되어 있다. 수술의 시작시, X-레이 화상이 관골구에 인접한 대퇴의 헤드에서 촬상된다. 화상은 컴퓨터에 의해 포착되고, 컴퓨터 모니터상에 디스플레이된다. 트랜스폰더(64, 66)는 X-레이 화상 내에서 가시적이며, 화상내의 그 위치는 처리회로(58)에 의해 결정된 바와 같은 그 각 위치 좌표와 정합된다. 수술 동안, 트랜스폰더의 이동은 회로(58)에 의해 추적되고, 이 이동은 본 기술에 공지된 화상 처리 기술을 사용하여 모니터상의 화상내의 대퇴 및 관골구의 상대 위치를 갱신하기 위해 사용된다. 의사는 이 갱신된 화상을 수술이 진행중인 동안 반복된 X-레이 노출을 필요로 하지 않고, 관골구내의 대퇴 헤드의 적절한 배치를 달성하기 위해 사용한다.
수술이 종료된 이후, 트랜스폰더(64, 66)(임플란트내에 잔류하는)의 상대 위치는 일반적으로 주기적으로 점검되어 뼈 사이에서 적절한 관계가 유지되는 지를 확인한다. 이 종류의 위치 감시는 회복 동안, 그리고, 장기간에 걸쳐 임플란트의 상태를 감시하기 위해 양자 모두에 유용하다. 예로서, 이런 감시는 관골구로부터 대퇴의 분리의 증가를 검출하기 위해 사용될 수 있으며, 이는 일부 경우에 보다 심각한 뼈 열화에 선행하는 것으로 알려져 있다.
본 명세서에 기술된 기술은 외부적 처리 유닛과 감지 코일의 소정의 유선 접속을 필요로 하지 않고, 신체내의 물체의 위치 및 배향을 결정할 수 있게 한다. 전력 전송 및 디지털 신호 전송이 동시에 이루어지지 않기 때문에, 본 명세서에 기술된 기술은 일반적으로 전력 전송 신호와 위치 신호 사이의 간섭을 방지한다. 간섭의 결여는 일반적으로 신호대 잡음비를 향상시킨다. 부가적으로, 단지 소량의 디지털 정보만이 감지 코일을 가로질러 발생되는 전압을 특성화하기 위해 소요된다. 결과적으로, 트랜스폰더는 이 디지털 정보를 전송하기 위해 낮은 전력을 필요로 하며, 신속하게 적절히 충전될 수 있는 커패시터 같은 소형 전력 저장 장치를 사용할 수 있게 한다. 또한, 위치 좌표는 일반적으로 매우 정확하며, 그 이유는 정보가 디지털적으로 전송되며, 따라서, 아날로그 신호 전송과 빈번히 연계되는 간섭, 왜곡 또는 기타 현상으로부터 유발되는 에러가 덜 발생하기 때문이다.
도 1 및 도 5는 단지 본 발명의 실시예에 따른 2개의 무선 위치 트랜스폰더의 특정 응용예만을 도시하고 있지만, 본 기술의 숙련자는 본 발명의 범주내에서 고려될 수 있는 다른 응용예를 명백히 알 수 있을 것이다. 비제한적인 예로서, 이런 트랜스폰더는 내시경이나 공급관 같은 다른 유형의 침해적 도구에, 그리고, 무릎, 척추 및 기타 위치에 사용되는 정형 임플란트 같은 기타 이식형 장치에 고정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 트랜스폰더(40)와 유사한 무선 위치 트랜스폰더가 제공되며, 이는 디지털 신호 대신 아날로그 신호를 출력한다. 커패시터(45) 같은 전력 저장 장치가 전력 코일(42)에 의해 수신되는 에너지를 저장하기 위해 본 실시예에 사용된다. 전력 코일(42)에 의한 에너지의 수취에 이은 주기 동안, 트랜스폰더는 저장된 에너지를 사용하여 그 진폭 및 위상이 센서 코일(46)의 위치 및 배향을 나타내는 아날로그 신호를 전송한다. 일반적으로, 상술한 미국 특허 출원 공보 2003/0120150에 기술된 기술이 적절히 변경되어 본 실시예에 사용되도록 적응될 수 있다.
따라서, 본 기술의 숙련자는 본 발명이 상술된, 그리고, 특정하게 예시된 바에 한정되지 않는다는 것을 인지할 것이다. 오히려, 본 발명의 범주는 상술된 다양한 특징의 조합 및 하위조합과, 상술한 설명을 숙지하여 본 기술의 숙련자가 연상할 수 있는 종래 기술에 존재하지 않는 변경 및 변용 양자 모두를 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 심장내의 카테터의 위치를 추적하기 위한 시스템의 개략적인 예시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 카테터내의 무선 위치 트랜스폰더의 세부사항을 도시하는 카테터의 개략 측면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 위치 감지 시스템에 사용되는 드라이버 요소 및 처리 회로를 개략적으로 예시하는 블록도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 시스템을 사용하는 디지털 신호를 전송하기 위한 방법을 개략적으로 예시하는 플로우 차트.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 조인트 임플란트내의 무선 위치 트랜스폰더의 사용을 도시하는 개략적인 예시도.

Claims (35)

  1. 물체를 추적하기 위한 방법에 있어서,
    상기 물체를 향해 RF 구동 필드를 방사하도록 무선 주파수(RF) 드라이버를 배치하는 단계,
    전력 코일 및 적어도 하나의 센서 코일을 포함하는 무선 트랜스폰더를 상기 물체에 고정하는 단계,
    상기 전력 코일을 사용하여 상기 RF 구동 필드를 수신하고, 그로부터 유도된 전기 에너지를 저장하는 단계,
    상기 적어도 하나의 센서 코일을 가로지른 전압 강하를 유도하는 전자기장을 상기 물체 부근의 각 주파수에서 발생시키도록 복수의 필드 발생기를 구동하는 단계,
    센서 코일을 가로지른 전압 강하를 표시하는 디지털 출력 신호를 무선 트랜스폰더에서 발생시키고, 저장된 전기 에너지를 사용하여 디지털 출력 신호의 발생에 전력공급하는 단계,
    상기 전력 코일을 사용하여 상기 무선 트랜스폰더로부터 상기 디지털 출력 신호를 전송하고, 상기 저장된 전기 에너지를 사용하여 상기 디지털 출력 신호의 상기 전송에 전력공급하는 단계, 및
    상기 물체의 좌표를 결정하기 위해 상기 디지털 출력 신호를 수신 및 처리하는 단계를 포함하는 물체 추적 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 필드 발생기를 구동하는 단계는 서로 다른 각 주파수에서 전자기장을 발생시키도록 상기 복수의 필드 발생기를 구동하는 단계를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 센서 코일을 가로지른 상기 전압 강하는 상기 복수의 필드 발생기의 서로 다른 각 주파수에서 주파수 성분을 갖는 물체 추적 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 물체와 함께 상기 트랜스폰더를 피검자의 신체내에 삽입하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 필드 발생기 및 상기 RF 드라이버를 배치하는 단계는 상기 복수의 필드 발생기 및 상기 RF 드라이버를 상기 신체 외측에 배치하는 단계를 포함하는 물체 추적 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 의료 절차 동안 피검자의 신체내에 상기 물체와 함께 상기 트랜스폰더를 삽입하고, 상기 의료 절차 동안 상기 피검자의 상기 신체로부터 상기 트랜스폰더를 제거하는 단계를 포함하는 물체 추적 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 물체는 피검자의 신체내로 삽입되는 세장형 프로브를 포함하고,
    상기 물체에 대해 상기 트랜스폰더를 고정하는 단계는 상기 프로브내에 상기 트랜스폰더를 고정하는 단계를 포함하며,
    상기 디지털 출력 신호를 수신 및 처리하는 단계는 상기 신체내의 상기 프로브의 말단 단부의 좌표를 결정하는 단계를 포함하는 물체 추적 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 디지털 출력 신호 발생 단계는 상기 전력 코일에 의해 상기 RF 구동 필드로부터 유도된 상기 전기 에너지 만에 의해 동력공급되는 상기 트랜스폰더를 동작시키는 단계를 포함하는 물체 추적 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 RF 구동 필드를 수신하는 단계는 (a) 상기 복수의 필드 발생기를 구동하기 이전에, 제1 주기 동안 및 (b) 상기 제1 주기에 후속하는, 상기 디지털 출력 신호를 전송하기 이전의 제2 주기 동안, 상기 RF 구동 필드를 수신하는 단계를 포함하고,
    상기 RF 구동 필드로부터 유도된 상기 전기 에너지를 저장하는 단계는 상기 제1 주기 동안 제1 전기 에너지를 저장하고, 상기 제2 주기 동안 제2 전기 에너지를 저장하는 단계를 포함하며,
    상기 디지털 출력 신호의 발생에 전력을 공급하는 단계는 상기 제1 저장된 전기 에너지를 사용하여 상기 디지털 출력 신호의 발생에 전력공급하는 단계를 포함하고,
    상기 디지털 출력 신호의 전송에 전력공급하는 단계는 상기 제2 저장된 전기 에너지를 사용하여 상기 디지털 출력 신호의 전송에 전력공급하는 단계를 포함하는 물체 추적 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 RF 구동 필드 수신 단계는 상기 복수의 필드 발생기를 구동하기 이전에 소정 주기 동안 상기 RF 구동 필드를 수신하는 단계를 포함하고,
    상기 전기 에너지를 저장하는 단계는 상기 주기 동안 상기 전기 에너지를 저장하는 단계를 포함하고,
    상기 디지털 출력 신호의 발생에 전력공급하는 단계는 상기 주기 동안 저장된 상기 전기 에너지를 사용하여 상기 디지털 출력 신호의 발생에 전력공급하는 단계를 포함하고,
    상기 디지털 출력 신호의 전송에 전력공급하는 단계는 상기 주기 동안 저장된 상기 전기 에너지를 사용하여 상기 디지털 출력 신호의 전송에 전력공급하는 단계를 포함하는 물체 추적 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력 신호 발생 단계는
    상기 전압 강하의 신호 성분을 측정하는 단계와,
    상기 성분을 디지털 값으로 변환하는 단계를 포함하는 물체 추적 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 신호 성분 측정 단계는 진폭 및 위상을 측정하는 단계를 포함하는 물체 추적 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 물체는 피검자의 신체내에 이식되는 임플란트를 포함하고,
    상기 물체에 상기 트랜스폰더를 고정하는 단계는 상기 임플란트에 상기 트랜스폰더를 고정하는 단계를 포함하며,
    상기 디지털 출력 신호를 수신 및 처리하는 단계는 상기 신체내의 상기 임플란트의 좌표를 결정하는 단계를 포함하는 물체 추적 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 임플란트는 제1 조인트 부 및 그와 관절연결된 제2 조인트부를 포함하는 조인트 임플란트를 포함하고,
    상기 트랜스폰더를 고정하는 단계는 상기 제1 조인트부 및 상기 제2 조인트부에 각각 복수의 트랜스폰더를 고정하는 단계를 포함하며,
    상기 임플란트의 상기 좌표를 결정하는 단계는 상기 트랜스폰더로부터의 디지털 출력 신호에 응답하여 제1 조인트부 및 제2 조인트부 사이의 거리를 결정하는 단계를 포함하는 물체 추적 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 거리 결정 단계는 상호동작 및 동작후 기간 양자 모두 동안 상기 트랜스폰더를 사용하여 상기 거리를 발견하는 단계를 포함하는 물체 추적 방법.
  14. 물체를 추적하는 방법에 있어서,
    상기 물체를 향해 라디오주파수(RF) 구동 필드를 방사하는 단계,
    상기 물체에서 상기 RF 구동 필드를 수신하고, 그로부터 유도된 전기 에너지를 저장하는 단계,
    상기 전기 에너지 저장에 후속하여, 상기 물체의 근방에 각각의 주파수로 복수의 전자기장을 발생시키는 단계,
    상기 저장된 전기 에너지를 사용하여, 상기 물체에서 상기 전자기장의 각 강도를 나타내는 디지털 출력 신호를 발생하는 단계,
    상기 물체로부터 상기 디지털 출력신호를 전송하는 단계, 및
    상기 물체의 좌표를 결정하도록 상기 디지털 출력 신호를 수신 및 처리하는 단계를 포함하는 물체 추적 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 디지털 출력 신호를 발생하는 단계는 상기 RF 구동 필드로부터 유도된 상기 저장된 전기 에너지 만을 사용하여 상기 디지털 출력 신호를 발생하는 단계를 포함하는 물체 추적 방법.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 RF 구동 필드를 수신하는 단계는 (a) 상기 복수의 필드 발생기를 구동하기 이전에, 제1 주기 동안, (b) 상기 제1 주기에 후속하는, 상기 디지털 출력 신호를 전송하기 이전의 제2 주기 동안, 상기 RF 구동 필드를 수신하는 단계를 포함하고,
    상기 RF 구동 필드로부터 유도된 상기 전기 에너지를 저장하는 단계는 상기 제1 주기 동안 제1 전기 에너지를 저장하고, 상기 제2 주기 동안 제2 전기 에너지를 저장하는 단계를 포함하며,
    상기 디지털 출력 신호 발생 단계는 상기 제1 저장된 전기 에너지를 사용하여 상기 디지털 출력 신호를 발생하는 단계를 포함하고,
    상기 디지털 출력 신호 전송 단계는 상기 제2 저장된 전기 에너지를 사용하여 상기 디지털 출력 신호를 전송하는 단계를 포함하는 물체 추적 방법.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 RF 구동 필드 수신 단계는 상기 복수의 필드 발생기를 구동하기 이전에 소정 주기 동안 상기 RF 구동 필드를 수신하는 단계를 포함하고,
    상기 전기 에너지를 저장하는 단계는 상기 주기 동안 상기 전기 에너지를 저장하는 단계를 포함하고,
    상기 디지털 출력 신호를 발생하는 단계는 상기 주기 동안 저장된 상기 전기 에너지를 사용하여 상기 디지털 출력 신호를 발생하는 단계를 포함하고,
    상기 디지털 출력 신호를 전송하는 단계는 상기 주기 동안 저장된 상기 전기 에너지를 사용하여 상기 디지털 출력 신호를 전송하는 단계를 포함하는 물체 추적 방법.
  18. 물체 추적 방법에 있어서,
    상기 물체를 향해 라디오주파수(RF) 구동 필드를 방사하는 단계,
    상기 물체에서 상기 RF 구동 필드를 수신하고, 그로부터 유도된 전기 에너지를 저장하는 단계,
    상기 전기 에너지 저장에 후속하여, 상기 물체 부근에 각각의 주파수로 복수의 전자기장을 발생하는 단계,
    상기 저장된 전기 에너지를 사용하여, 상기 물체에서 상기 전자기장의 각 강도를 나타내는 출력 신호를 발생하는 단계,
    상기 물체로부터 디지털 출력 신호를 전송하는 단계, 및
    상기 물체의 좌표를 결정하도록 상기 디지털 출력 신호를 수신 및 처리하는 단계를 포함하는 물체 추적 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 출력 신호를 발생하는 단계는 디지털 출력 신호를 발생하는 단계를 포함하는 물체 추적 방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 출력 신호를 발생하는 단계는 아날로그 출력 신호를 발생하는 단계를 포함하는 물체 추적 방법.
  21. 물체를 추적하는 장치에 있어서,
    (a) 상기 물체를 향해 RF 구동 필드를 방사하도록 적용되는 라디오 주파수(RF) 드라이버,
    (b) 상기 물체의 부근에 각각의 주파수로 전자기장을 발생하도록 적용되는 복수의 필드 발생기,
    (c) 상기 물체에 고정된 무선 디지털 트랜스폰더로서,
    상기 RF 구동 필드를 수신하도록 결합된 전력 코일,
    상기 RF 구동 필드로부터 유도된 전기 에너지를 저장하도록 적용되는 전력 저장 장치,
    적어도 하나의 센서 코일로서, 상기 전자기장에 응답하여 적어도 하나의 센서 코일을 가로질러 전압 강하가 유도되도록 결합된 적어도 하나의 센서 코일,
    상기 적어도 하나의 센서 코일 및 상기 전력 저장 장치에 결합되고, 상기 전압 강하를 나타내는 디지털 출력 신호를 발생하도록 상기 저장된 전기 에너지를 사용하도록 적용되며, 상기 디지털 출력 신호를 전송하도록 상기 전력 코일을 구동하기 위해 상기 저장된 전기 에너지를 사용하도록 적용되는 제어 회로를 포함하는, 무선 디지털 트랜스폰더, 및
    (d) 상기 전력코일에 의해 전송된 상기 디지털 신호를 수신하고, 그에 응답하여, 상기 물체의 좌표를 결정하도록 적용되는 신호 수신기를 포함하는 물체 추적 장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 전력 저장 장치는 제1 주기 동안 상기 RF 구동 필드로부터 유도된 제1 전기 에너지를 저장하도록 적용되고,
    상기 제어 회로는 상기 디지털 출력 신호를 발생하도록 상기 제1 저장된 에너지를 사용하도록 적용되고,
    상기 전력 저장 장치는 상기 제1 주기에 후속하여, 그리고, 상기 디지털 출력 신호의 상기 제어 회로에 의한 발생에 후속하여, 제2 주기 동안 상기 RF 구동 필드로부터 유도된 제2 전기 에너지를 저장하도록 적용되며,
    상기 제어 회로는 상기 디지털 출력 신호를 전송하도록 상기 전력 코일을 구동하기 위해 상기 제2 저장된 전기 에너지를 사용하도록 적용되는 물체 추적 장치.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 복수의 필드 발생기는 서로 다른 각각의 주파수로 상기 전자기장을 발생하도록 적용되는 물체 추적 장치.
  24. 제 21 항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 전력 코일에 의해 그에 전달되는 전기 에너지에 의해서만 전력공급되도록 적용되는 물체 추적 장치.
  25. 제 21 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서 코일을 가로지른 상기 전압 강하는 상기 복수의 필드 발생기의 상기 서로 다른 주파수에서 주파수 성분을 갖고,
    상기 제어 회로에 의해 발생된 상기 디지털 신호는 상기 전압 강하의 상기 주파수 성분을 나타내는 물체 추적 장치.
  26. 제 21 항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 전압 강하의 진폭 및 상기 전압 강하의 위상을 나타내는 상기 디지털 출력 신호를 발생하도록 적용되며,
    상기 신호 수신기는 상기 디지털 출력 신호에 의해 표시된 상기 전압 강하의 상기 진폭 및 상기 위상에 응답하여 상기 물체의 좌표 및 배향을 결정하도록 적용되는 물체 추적 장치.
  27. 제 21 항에 있어서, 상기 전력 저장 장치는 커패시터를 포함하는 물체 추적 장치.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 커패시터는 약 5와 20마이크로패러드(microfarad) 사이의 용량을 갖는 물체 추적 장치.
  29. 제 21 항에 있어서, 상기 물체는 임플란트를 포함하고,
    상기 트랜스폰더는 상기 신호 수신기가 상기 신체내의 상기 임플란트의 좌표를 결정할 수 있게 하도록 상기 임플란트에 고정되는 물체 추적 장치.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 임플란트는 제1 조인트부 및 그와 관절연결된 제2 조인트부를 포함하는 조인트 임플란트를 포함하고,
    상기 트랜스폰더는 상기 제1 조인트부 및 상기 제2 조인트부에 각각 고정된 복수의 트랜스폰더를 포함하며,
    상기 신호 수신기는 상기 트랜스폰더로부터의 출력 신호에 응답하여 상기 제1 조인트부와 상기 제2 조인트부 사이의 거리를 결정하도록 적용되는 물체 추적 장치.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 제1 조인트부는 대퇴 헤드를 포함하고, 상기 제2 조인트부는 관골구를 포함하는 물체 추적 장치.
  32. 피검자의 신체내측에서 동작하는 무선 위치 트랜스폰더에 있어서,
    상기 트랜스폰더의 근방에서 상기 신체에 인가된 하나 이상의 전기장에 응답하여 적어도 하나의 센서 코일을 가로지른 전압 강하가 유도되도록 결합된 적어도 하나의 센서 코일,
    디지털 출력 신호가 상기 신체 내측의 상기 트랜스폰더의 좌표를 나타내도록 적어도 하나의 센서 코일을 가로지른 전압 강하를 나타내는 디지털 출력 신호를 발생하도록 상기 적어도 하나의 센서 코일에 결합된 산술 로직 유닛(ALU), 및
    상기 트랜스폰더의 근방에서 상기 신체에 인가된 라디오 주파수(RF) 구동 필드를 수신하도록 적용되고, 상기 구동 필드로부터 유도된 전기 에너지를 상기 ALU로 전달하도록 결합되며, 신호가 상기 좌표를 결정하는 데 사용하기 위해 상기 신체 외측의 처리 회로에 의해 수신될 수 있도록 상기 ALU에 의해 발생된 상기 디지털 출력 신호를 전송하도록 결합되는 전력 코일을 포함하는 무선 위치 트랜스폰더.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 전력 코일에 의해 전달된 상기 전기 에너지를 저장하고, 상기 저장된 전기 에너지를 상기 ALU로 전달하도록 적용되는 전력 저장 장치를 포함하고,
    상기 ALU는 상기 디지털 출력 신호의 발생에 전력공급하고, 상기 디지털 출력 신호의 전송에 전력공급하도록 상기 전력 저장 장치에 의해 그에 전달된 전기 에너지를 사용하도록 적용되는 무선 위치 트랜스폰더.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 전력 저장 장치는 커패시터를 포함하는 무선 위치 트랜스폰더.
  35. 제 32 항에 있어서, 상기 ALU는 상기 적어도 하나의 센서 코일을 가로지른 상기 전압 강하의 진폭 및 위상을 나타내도록 상기 디지털 출력 신호를 발생하도록 적용되는 무선 위치 트랜스폰더.
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