JPH06500031A - プローブシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 プローブシステム この発明は、ヒトまたは動物の体等の、囲まれた非導電環境で使用されるプロー ブシステムに関する。かかるプローブシステムは、特に内視鏡、より具体的には 結腸鏡用として適している。

患者の体内における内視鏡等のプローブの正確な位置の判定は特に重要である。

正確なプローブ位置判定システムがないと、不要な苦痛、実際のせん孔、器具の 損傷、重大な誤診等の問題が生じ得る。更に別の問題は、長手プローブがループ 状になる傾向があることである。ひとつのプローブ位置判定技術ではＸ線画像を 使用するか、Ｘ線システムはいくつかの難点がある。つまり、比較的高価で、従 って大抵の内視科で容易に利用できない。加えて、Ｘ線システムは、保護着衣等 、使用上の制約か増加している。更に、精細度かいくぶん不十分な比較的小さい 二次元画像しか得られない。

本発明の目的は、ヒトまたは動物の体等の、囲まれた非導電環境内で正確に位置 が判定でき、その位置情報かＸ線画像処理に依存しないプローブシステムを提供 することにある。

従って、本発明は、囲まれた非導電環境て使用される、プローブを含むプローブ システムにおいて、プローブと共に移動する少なくとも１個の検出コイルと、ア ンテナアレーと、各アンテナに同時に又は順番に交流電気信号を供給して対応す る電気信号を検出コイルに誘導するための電源と、誘導された信号を処理してア ンテナアレーに対するプローブの三次元位置の表示を生成すべく検出コイルに接 続された電子処理手段とを特徴とする。

本発明は、検出コイルとアンテナアレーとの相互インダクタンスの変化を利用す る。アレーの各発信アンテナによって検出コイルに誘導される信号を検波し、各 アンテナ位置に対応する電界方程式を解くことによって、検出コイルの、従って プローブの三次元位置を決定することができる。

本発明の一実施例では、座標Ｘ、Ｙ、Ｚおよび極角度θ、φを有する検出コイル がプローブと共に移動するように取り付けられ、互いに直交するアンテナの平面 グリッド状に形成されたアンテナアレーが囲まれた非導電環境の近傍に取り付け られ、ＸおよびＹ軸方向にそれぞれ平行に延びたグリッドの列と行がプローブに てアクセスされるようになっている。グリッドの一つのアンテナコイルか交流信 号を帯びると、相対座標と検出コイル角度に対して完全に対応する様に変化する 電圧か検出コイルに誘導される。電源から供給される短い電流パルスによってグ リッドの各アンテナが順番に励磁されると、検出コイルによって生成される一連 の信号が分析され、検出コイルの座標と角度がめられることになる。内視鏡に使 用された場合、アンテナアレーは、患者の下でアレーのコイルがそれぞれＸ及び Ｙ軸に平行に延びるように、患者用ベッドの上に取り付けられる。

内視鏡等のプローブは一般に長手部材からなり、その場合、プローブのいくつか の部分の位置に関する情報が要求されると考えられる。更に、位置情報に加えて 、先端部の後方でプローブがループ状になる不測の状態の発生を検出することが 望まれる場合もある。一実施例では、少なくとも１個の検出コイルがプローブの 長手方向に少なくとも部分的に移動可能になっている。プローブに沿って検出コ イルを移動させ、逐次その位置を検出することによって、ループ状態になってい る等の問題を検出できる。代案としては、２個以上の検出コイルをプローブの長 手方向に沿って間隔を置いた位置に設け、望ましくは１個をプローブ先端付近に 配置し、他を先端から離して置く。そのような複数の検出コイルを使用すること によって、プローブの各部の位置に関するデータを得ることかできる。更に、検 出コイルが２個だけても、アレーの１個のアンテナが励磁されたとき、２個のセ ンサーに誘導された信号の相対位相がプローブの長手方向でのねじれについての 情報を与え、ループ形成の可能性の警告としてモニターできる。ループの正確な 位置は、プローブの長手方向に沿っていくつかのセンサーを取りつけることによ って検出できる。その場合、相対位相の変化は、どの部分がねじれてループ状に なったかを正確に示す。

本発明では、プローブの少なくとも１点と、囲まれた非導電環境の表面の少なく とも２つの既知の点の三次元座標を得ると、電子処理手段が作動して環境内のプ ローブの位置の推定値を計算する。このタスクは２つの部分、つまり、既知の点 を補間してプローブのセンターラインを見つける部分と、次に環境内の先端位置 を推定する部分とに分かれる。最初のタスクは、十分な数の点が既知であれば比 較的簡単だが、二番目のタスクはもっと難しい。例えば結腸鏡の場合、個体の結 腸はかなり多様であるが、利用可能なある種の解剖学上の特性がある。つまり、 Ｓ状及び横行結腸は可動性であることが知られており、上行及び下行結腸は比較 的動かない。従って、内視鏡の異なる点の動きを見ることによって、結腸内の位 置を推定できる。例えば、ある点が内視鏡に直交する方向に移動すれば、その点 がＳ状又は横行結腸内にある可能性が高い。内視鏡のいくつかの部分の形状から も形跡が得られる。更に、内視鏡の挿入長さからも情報が得られる。この情報は 、Ｓ状結腸をまっすぐにする引き戻し等の操作か、挿入長さと内視鏡先端位置と の関係を変えるので、更新する必要がある。プローブ位置を計算するアルゴリズ ムにおいては、いくつかの情報源を組み合わせることによって不確実さか解決さ れる。先端の位置が推定されれば、内視鏡を引いて周囲の膨起ひだを示すのは比 較的簡単な事柄である。

電源は、低周波から中間周波の可聴域の周波数、つまりｌ−１０ｋＨｚ、好まし くは約２ｋＨ２の交流正弦波信号をアンテナに供給することが望ましい。この代 替として、無線周波数の交流電気信号をアンテナに供給する信号発生器を使用し てもよい。

本発明の便利な一実施例では、内視鏡用として、複数の、例えば７個の検出コイ ルとその接続用リード線か、フレキシブルな保護用プラスチック外被、例えば長 さが約２ｍで、外径が２．５ｍｍ未満のプラスチックチューブの内部に間隔をお いて取り付けられ、これによってコイルを内視鏡のバイオプシー管の中へ挿入で きる。従って、外被をバイオプシー管内に挿入し、検出コイルの励磁シーケンス の操作を行うことによって、内視鏡を改造することなく患者内の内視鏡の全長に 亘る位置と像を得ることができる。在来内視鏡の改造を必要とする別の実施例で は、複数の検出コイルが内視鏡の長手方向に沿って間隔を置いて固定的に取り付 けられる。これらのコイルは内視鏡の軸線と実質的に同心状に取りつけられ、内 視鏡の金属編組線とプラスチック外被の間に配置される。

この実施例では、バイオプシー管に干渉せずに、内視鏡の位置を連続的にモニタ ーすることかできる。

検出コイルは、前置増幅器と、アンテナアレーによって検出コイルに誘導された 交流電圧信号に比例する復調直流アナログ電圧を生成する位相感応検波器と、電 子処理手段による最終画像の生成処理のためにコイル信号をデジタル化するアナ ログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器とを介して電子処理手段に接続可能である。プ ローブシステムが複数の検出コイルを含む場合、各検出コイルが固有の前置増幅 器、位相感応検波器およびＡ／Ｄ変換器のチェーンを備えていてもよいし、ある いは、検出コイルに誘導された信号電圧を順番に検波し、単一の前置増幅器、位 相感応検波器およびＡ／Ｄ変換器のチェーンを使用するマルチプレックス構成を 採用することもできる。

アンテナアレーは、実質的に平面状のグリッド即ちマトリックスに形成されてい ることか望ましい。アレーのアンテナの一部または全部がダイポールアンテナで もよい。ダイポールアンテナの使用は、ワイヤリードやリターンワイヤからの信 号の影響を減少する。

アンテナの平面状のグリッドアレーは、例えば、７本以上の細長くて薄いダイポ ールコイルの直交する２組からなるものでよい。各組は、アレーに対する検出コ イルの位置のＺ（高さ）およびＸまたはＹ要素を計算するのに十分なデータを与 える。この構成は、電子処理手段との組合せにおいて、Ｘ及びＹ座標が別々に決 定されるので、検出コイルの位置の迅速な計算を可能にする。

普通の短い両端部を有するダイポールコイルによれば、小さな位置誤差が生じ得 る。二打は、例えばＹコイルの両端部が電界のＸ成分にわずかながら明らかな影 響を及ぼし、かかる影響は電子処理手段による計算において考慮されないからで ある。このような影響を効果的に低減するため、コイルの各ターンの両端部は、 いわゆる「蝶形Ｊ端部巻線なる特殊な形状になっていて、これは有効な短い単ワ イヤ部を各コイルの長手方向軸線に直交するダイポールに変える。かかる構成に よる電界は、遠ざかるに従って単ワイヤの場合よりも迅速に減衰し、従って端部 の電界の影響が大幅に減少される。

アンテナアレーに交流電気信号を供給する電源は、アレーの複数のアンテナコイ ルそれぞれを固有の、即ち各別の周波数で同時に励磁してもよい。このように、 すべてのアンテナコイルが固有の周波数で同時に発信すれば、プローブの位置を 判定するのに費やす時間が短縮される。

検出コイルから情報を得るのに費やす時間が問題にならない場合は、電源は単一 の周波数で各アンテナコイルを順番に励磁してもよい。

本発明は、ヒトまたは動物の対象物の体内でのプローブの位置を判定する方法を も提供し、これは、プローブと共に移動する少なくとも１個の検出コイルを有す るプローブを対象物の体内に挿入し、アンテナのアレーを対象物の近傍に配置し 、各アンテナを交流電気信号で同時に又は順番に励磁し、その結果検出コイルに 誘導される信号を検波し、検波された信号を処理してアンテナアレーに対するプ ローブの三次元位置の表示を生成する手順を特徴とする。

この方法は、アンテナアレーに対する対象物の体の位置を確定するために、対象 物の体外に配設された１個又は２個以上の基準コイルに誘導される信号を検波す るステップを更に含むことが望ましい。

本発明かより容易に理解されるよう、以下、図面を参照するが、図中、 図１は発明の一実施例の概略を示し、 図２はアンテナグリッドの各ダイポールアンテナの巻線形状の概略を示し、 図３は、アンテナ線が有限長であることを考慮に入れるために、電界方程式に補 正を加えるのに利用される図であり、そして 図４は、電界方程式を解くためのアルゴリズムの基礎となる式の２つの成分の変 化を示す図である。

図１を参照すると、プローブシステムは複数のダイポールアンテナ２を平面グリ ッド状に形成したアレー１を含み、これは互いに直交する２組のＸＹ方向に伸び る７本の細長くて薄いコイルで構成されている。各ダイポールアンテナ２は、例 えば、２０ターンの銅コイルで形成され、典型的な寸法は１０１００ｃｍＸ５で よい。グリッドアレー１内のアンテナ２間の典型的な間隔は７．５ｃｒｎである 。

図２に示すように、ダイポールアンテナコイル２の各ターンの両端部３は特殊な 形状になっている。この理由は、普通の短い両端部を有するダイポールコイルに よれば、例えばＹコイルの両端部か電界のＸ成分にわずかながら明らかな影響を 及はし、小さな位置誤差か生じるからである。各ターンに、図示のようないわゆ る「蝶形」端部巻線を設けることによって、このような望ましくない電界への影 響を効果的に低減する。実際、この構成は、両端部の短い単ワイヤ部を、そのコ イルの長手方向軸線に直交するネットダイポールに変える。

各アンテナ２は、ツイストリード線２ａを介してリレーボックス４に接続され、 このリレーボックスは各アンテナを順番に交流信号発生器５に接続する。−例で は、信号発生器５はピーク電流が５０ｍＡの９ｋＨｚ正弦波信号を発生させるこ とができる。

アンテナアレー１に対応して内視鏡プローブ６が設けられ、このプローブは、プ ローブと同軸に、その長手方向に沿って間隔を置いた位置に取り付けられた７個 の検出コイル７を備え、検出コイルの一つはプローブの先端又はその近傍に取り 付けられている。便宜上、２個のコイル７のみ図示されている。各検出コイル７ は、プローブの金属編組線とプラスチック外被との間に巻回され、典型的には、 高比透磁率（１０，０００〜１００，０００の範囲）の市販の軟フェロ磁性材で ある筒状Ｍｕ金属コアに細い銅線（４８ｓｗｇ）を８００タ一ン巻回したもので ある。各検出コイル７はツイストペアケーブル８を介して前置増幅器９に接続さ れ、その増幅器は、検出コイル７に誘導される交流電圧の振幅に比例する直流電 圧レベルを生成する位相感応検波器ｌＯに順番に接続される。位相感応検波器１ ０からの信号はＡ／Ｄコンバータ１１に与えられ、このＡ／Ｄコンバータは位相 感応検波器の出力の直流信号レベルに対応するデジタル信号を生成し、このデジ タル信号がマイクロプロセッサ１２て処理され、マイクロプロセッサに接続され たビデオディスプレイユニット１３に表示される。図１には１個の検出コイル７ に対応する回路９．１０及び１１のチェーンのみが示されている。

図１のシステムを用いて、ヒトまたは動物の患者の体の内腔または通路、例えば 結腸、の内視検査を行う場合、平面状のアンテナアレー１を患者用ベッドの上の 患者の下に配設する。患者用ベッドの一部を構成する大きな一枚板に適切に形成 した切り欠き溝にアンテナ２の多重巻きコイルを巻回することによって、アンテ ナアレーを形成すると都合がよい。このようにすれば、アレーは永久的に設置さ れ、内視検査時の患者の位置決めや姿勢変更の妨げにならない。アンテナアレー 上に患者が位置付けられ、内視鏡プローブ６が患者の結腸に挿入された後、リレ ーボックス４と信号発生器からなる交流電源によって各アンテナ２が順番に励磁 される。その結果検出コイル７に誘導される信号が回路９．１０及び１１のチェ ーンを介してマイクロプロセッサ１２に与えられ、マイクロプロセッサは信号を プローブの三次元位置に換算する。

各コイル７のＸＹＺ座標と軸方向ベクトルは、各アンテナ２から誘導される信号 を比較し、各アンテナ位置に対応するある種の電界方程式を解くことによって決 定できる。

患者の体の予め定められた位置に別の複数の検出コイル（図示せず）か配設され ることにより（ボディマーカー）、共通の基準フレームとしてのアレーｌに対す る胴体の位置がわかる。これにより、患者の体に対する内視鏡の位置と形状が計 算できる。

マイクロプロセッサによる検出コイルの位置の判定は、２個のコイル間の相互イ ンダクタンスの積分方程式に依存する。一般的なコイル配置の場合は、相互イン ダクタンスの測定により検出コイルの座標を方程式（フォノ・ノイマンの式）か ら直接決定することはできない。そこで、本発明の目的のために以下のように単 純化する。

（ｉ）各検出コイル７は面積が小さく、点磁気誘導検出器と見なすことができる 。

（ｉｉ）アンテナアレーｌはＸ及びＸ成分の決定を分離させる。ダイポール２の 各セット（Ｘ及びＹ）にとって、信号は各セットの長手方向軸に沿う検出コイル の位置には無反応である。

（ｉｉｉ）各コイルの幅（ダイポールは十分に小さい）により、各アンテナによ って作られる電界は、長い１本のワイヤによる電界のワイヤ位置に対する導関数 と見なすことが、近似的に十分可能である。

このように単純化しても、検出コイルのＸＹＺ座標を決定するための正確な解析 方法はない。近似的で反復的な方法を採らなければならない。出願人の方法は２ つのステップからなる。

（ａ）第１ステツプは、Ｘ及びＹのダイポールセットにそれぞれ対応する相互イ ンダクタンスの測定値からＸＹＺ座標の最初の推定値を得るために、下記の関数 の空間的性質を利用する。これにより、モデル方程式をデータに当てはめるため に第２段階で行われるべきサーチの範囲を大幅に狭める。

（ｂ）第２ステツプでは、反復アルゴリズムが、修正された推定値がデータに、 より良く適合するかどうかを各段階でチェックしながら、Ｘ、Ｙ軸の狭められた 範囲をサーチする。

この方法では、Ｚの２つの独立した推定値か得られ、これらを最終推定値の正確 さのチェックに使用できる。

以下はステップ（ａ）および（ｂ）のより詳細な説明である。

解くべき式は以下の通りである。

座標Ｘ、でＹ軸に平行な無限長のまっすぐなワイヤと、座標ｘ、ｙ、ｚにある１ 個のコイル７との間の相互インダクタンスの式は、 Ｍ＋＝（ｎ、ｚ十ｎ、（ｘｔ−ｘ））／（（ｘｔ−ｘ）”＋ｚ２）　（１）ここ で、［ｎ、、ｎア、ｎ工］はコイルの軸方向ベクトルで、その大きさはワイヤ中 の電流とコイルの寸法とターン数によって決まる。同様な式によって、Ｘ軸に平 行なワイヤに対する位置と相互インダクタンスとが関連付けられる。

無限のワイヤをダイポール２に代えた場合、相互インダクタンスは、コイルＡを 電流ｉが流れるときにコイルＢに誘導される磁束の式（つまり、φＡ＝ＭＡ８１ 　Ｂ）の微分であるとして概算する。従って、Ｘに関して、Ｍ＋’＝（２ｎ、ｚ （ｘｉ−ｘ）＋ｎ、（（ｘｔ−ｘ）２−ｚ２））／（（ｘｔ−ｘ）２＋ｚ２）２ （２）ダイポールの式の定留点は重要なので、Ｍｌの２階微分を考慮することも 便利である。つまり、上式はワイヤ長か無限であると仮定している。しかし、実 際には、有限長のワイヤか使用される。補正は、誘導電圧かより低い事実を考慮 して行われる。従って、図３て、α１及びα２がコイル７と発信ワイヤの両端と を結ぶ線と、コイルからワイヤへ下ろした垂線とが成す角度とすれば、誘導電圧 の低下は下式による。

２／（Ｓｉｎ（αｌ）　＋　５ｉｎ（α２））　（４）単ワイヤの式の直接の解 を得ることもできる。つまり、式（１）から下式か得られる。

２Ｍ、ｘ、ｘ−Ｍ、（ｚ２＋Ｘ２）＋ｘ、ｎ、＋ｎ、ｚ−ｎ、ｘ−Ｍ、ｘ、’＝ ０　（５）ここで、下式の置き換えを行う。

ｓｌ　＝　（ｚ２　＋　Ｘ２）　（６）ｓ２　＝　（ｎ、ｚ−ｎ、ｘ）　（７） すると、４個の変数ｘ、ｎｘ、ｓｌ、ｓ２の一次方程式が得られ、これは４本の ワイヤからの４個の読取値（ｉ＝０．１，２．３）によって解くことができる。

Ｚとｎｚの値は、４つの一次方程式を解いた後、単純二次方程式（６）及び（７ ）から得られる。

この解法を試すべく実験システムを考案し、１００平方ｃｍの面積を用いたとこ ろ、Ｚの値が５ｃｍより大きければうまくいくことが判明した。計算を更に検討 すれば、要求される作動範囲に亘って安定した解がこの方法により得られると確 信する。

この方法は、個々のワイヤからの読取値の相対的大きさに決定的に依存するので 、有限長α補正率を適用しなければならない。これらの補正率を加えることは、 この解決の次数を高め、直接計算することができなくなる。

しかし、反復法を以下のように簡単に適用できる。

（ｉ）直接−次解を用いて検出コイル７の位置の推定値を計算する。

（ｉ　ｉ）各測定について、コイルの推定位置にもとづくα補正を計算する。こ のファクターにより逆に測定値を補正する。

（ｉｉｉ）検出コイル位置の推定値を再計算する。

（ｉｖ）新進定値が旧推定値に十分近ければ終了し、さもなければステップ（ｉ ｉ）に戻る。

このアルゴリズムは、シミュレートされたデータと共に満足に働くことがわかっ た。しかし、単ワイヤを用いるよりダイポールアンテナ２を用いたほうがより良 い結果か得られることに鑑み、更なる検討は中止した。

ダイポールの式（２）には未知数が４個しかないが、４次項は、４組の読取値か ら直接解が得られないことを意味する。

ダイポールの式の４次項は、未知数が４個しかないにもかかわらず、４つの測定 値から直接解答が得られないことを意味する。反復的な解法を使用しなければな らないか、あるいは過度に詳細な成体系が要求される。後者は上記と同様の方法 で行われる。ダイポールの式を乗算し、共通の係数を持つ項をまとめると、下式 を得る。

前回と同様に、下式による置き換えを行うことにより、式（３）を−次式にする ことができ、７個の変数（Ｘ。

ｎｚ、ｓｌ、ｓ２．ｓ３．ｓ４．ｓ５）の成体系を得る。

ｓｌ　＝　（３ｘ２＋　ｚ２）　（９）ｓ２　＝　（ｘ”　＋　ｘｚ）　（１０ ）ｓ３　＝　（ｘ’　＋　ｚ’　＋　２ｘ２ｚ２）　（１１）ｓ４　＝　（ｎ、 ｘ　−ｎ、ｚ）　（１２）ｓ５　＝　（２ｎ、ｚｘ　＋　ｎ、ｘ”）　（１３） 解を得た後、式（９〜１３）の解からＺとｎｘの値が得られる。この解法は以下 の理由でテストされていない。

第一に、７個の測定点の大きさに依存するため、ダイポールの有限長に対して補 正する必要がある。これは７×７の行列上でのガウス消去を含む反復プロセスを 必要とし、従って計算が非常に遅い。第二に、４次項があるため誤差が生じやす い。

そこで、電界方程式を解くための迅速な反復アルゴリズムを開発した。それは、 単ワイヤ又はダイポールの両方に対して公式化できる。例えば、後者の形は以下 のよこのアルゴリズムは、方程式が２つの成分、即ち２ｚ（Ｘｉ−ｘ）／（（ｘ ｔ−ｘ）２＋ｚ”）”　（１４）及び （ｘｔ−ｘ）２−ｚ２））／（（ｘｔ−ｘ）２＋ｚ２）２（１５）の−次結合で あるという事実にもとづく。

これらは図４に示されている。ｎｚ酸成分コイルの位置でピークになり、ピーク から距離Ｚの箇所でゼロになる。ｎｘ酸成分同じ場所てゼロになり、コイルの位 置から距離ｚｒ３の箇所で２つのピークを持つ。図４で、曲線は正のｎｘとｎｚ を仮定して描かれている。これら２本の曲線を合成して得られるグラフは、ピー クの右側の、正の（ｎ　ｘ）成分が負の（ｎｚ）成分に等しくなる点でゼロにな るはずである。このゼロは、コイルの位置から２より短い距離の箇所に生じるは ずである。また、合成グラフはコイル位置の左側でピークを示すはずである。

そのピークは、ｎｚ酸成分負の勾配がｎｘ酸成分正の勾配と等しくなるときに生 じる。これは、ｎｚ酸成分勾配がゼロになるコイル位置と、ｎｘ軌跡の勾配がゼ ロになる負のピークとの間のどこかに生じる。従って、ピークはコイル位置から 最大でｚ　／　（３の箇所になる。また、合成曲線は、コイルの右側に距離がＺ を超える箇所で、より小さいピークを有し、コイルの左側に別のピークとゼロが 生じ得る。両軌跡の振幅はコイル位置から遠ざかるにつれて急に小さくなるので 、これらのピークは（ｎｚ＞Ｏであるから）主ピークに近いものより明らかに小 さいはずである。同様に、他にゼロがあれば、それは主ピークから更に遠いこと も明かである。従って、ある測定値のセットが与えられれば、コイルが最大ピー クと、それに最も近くてＺ（１＋１／７３）より近いゼロとの間に位置すること が分かる。同様のことが、ｎｘとｎｚが両方とも負か、異なる符号の場合にも当 てはまる。

このアルゴリズムは最大ピークとそれに最も近いゼロとの間の二分サーチである 。コイル位置の推定値、例えばｘｃか得られたとすれば、 ｕｚ　＝　ＸＣ−ＸＺ　（１６） ｕｐ　＝　ｘｃ　−ｘｐ　（１７） ここで、ＸＺとｘｐはピークとゼロの位置である。よって以下の式か得られる。

Ｍｇ　＝　ｎ、／ｚ２（１８） Ｍｐ　＝　（２ｎ、ｚ　ｕｐ　＋　ｎｚ（ｕｐ”−ｚ”））／（ｕｐ２＋ｚ２） 　（１９）２ｎ、ｚ　ｕｚ　＝　−ｎ、（ｕｚ２−ｚ２）　（２０）２ｎ、ｚ（ ３ｕｐ２−２２）　＝　−２ｎ、　ｕｐ（ｕｐ２−３ｚ”）　（２１）最も正確 な推定のために、式（１８）、（２０）、及び（２１）を解いてｎｘ、ｎｚ、及 びＺの推定値が得られる。その結果のグラフを実データと比較する。ピークから 最も近いゼロまでの範囲から外れる点については、ゼロに近すぎる推定値は推定 される大きさが大き過ぎる結果となり、その逆もいえる。このことは二分サーチ による推定値ＸＣの改善方法を選択するための簡単な基準を与える。式（１９） は本検討において式（２１）の代わりに使用された。この式（１９）は、ピーク の位置が既知である必要かなく、どんな大きさでもよいという利点を有する。し かし、ピークで又はその付近で測定された大きさに依存するので、不正確な解を 生じ、従って有限のダイポール長のための補償を必要とする。ピークとゼロの位 置かダイポール長によって変化しない点に注意を要する。

上述した方法には二つの問題が見つかっている。第一に、最も近いゼロが測定さ れた範囲内にない場合がある。

これは測定データの延長推定により部分的に解決できるか、このテクニックは誤 りか生じ易く望ましくない。も大操作高さまで拡張されれば、この問題は生じな い。これは、−次元で内視鏡を使用する場合に可能である。その方向での解がま れば、Ｚの既知の値を用いて、他の方向でのより正確な延長推定を行うことが可 能となる。

第二の問題は、ｎｘとｎｚの値が共にゼロに近い場合に発生する。この場合、非 常に低い測定値が得られる。

この状態は、軌跡が直交方向に、対称なピークと共に明らかなゼロを呈すること がら判別できる。この場合の一つの解決法として、この特殊なケースを局所化す る形状の代替コイルセットを使用することが考えられる。Ｘ（又はｙ）座標を除 いて、コイルに関するすべてが既知であるので、この構成はごく簡単なままでよ い。

具体的な実施例を説明したが、添付の請求範囲に記載された発明の範囲から逸脱 することなく、種々の変更をなし得ることが理解されるであろう。例えば、７× ７のアンテナアレー１が示され、説明されているが、もっと大きい平面状グリッ ドアレーも可能である。更に、検出コイル７を内視鏡プローブの固定位置に取り 付ける代わりに、前置増幅器への接続用リード線を備える１個又は２個以上のコ イルを、内視鏡のバイオプシー管に沿ってプローブの長手方向に挿入、移動でき る保護用プラスチック外被の内部に、間隔を置いて配設してもよい。各検出コイ ル７に個別の回路９．１０１及び１１のチェーンを設ける代わりに、複数の検出 コイルを単一の上記チェーンに順番に接続するマルチプレックスシステムを使用 することもできる。マイクロプロセッサＩ２か、アレー１のダイポールアンテナ ２を予め定められた順序で励磁するために、リレーボックス４のスイッチングを 制御するようにしてもよい。

コイル ＦＴｏ、４ 補正書の写しく翻訳文）提出書

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．囲まれた非導電環境で使用される、プローブ（６）を含むプローブシステム において、 プローブと共に移動する少なくとも１個の検出コイル（７）と、アンテナ（２） のアレー（１）と、各アンテナに同時に又は順番に交流電気信号を供給して対応 する電気信号を検出コイルに誘導するための電源（４、５）と、誘導された信号 を処理してアンテナアレー（１）に対するプローブ（６）の三次元位置の表示を 生成すべく検出コイルに接続された電子処理手段（１２）とを特徴とするプロー ブシステム。
2. ２．電源（４、５）がアンテナ（２）に可聴周波数の交流電気信号を供給するこ とを特徴とする請求項１に記載のプローブシステム。
3. ３．アンテナアレー（１）が、実質的に互いに直交するアレーに配置され、それ ぞれＸおよびＹ軸を形成する２組のアンテナ（２）からなることを特徴とする請 求項１または２に記載のプローブシステム。
4. ４．アンテナアレー（１）が実質的に平面状のアレーであることを特徴とする請 求項１、２又は３に記載のプローブシステム。
5. ５．アンテナ（２）の少なくとも一部がダイポールアンテナであることを特徴と する前出の請求項のいずれかに記載のプローブシステム。
6. ６．各ダイポールアンテナ（２）が、アンテナの長手方向軸線に直交するネット ダイポールを形成する形状の両端部（３）を有する長手コイルからなることを特 徴とする請求項５に記載のプローブシステム。
7. ７．プローブ（６）が長手部材からなり、複数の検出コイル（７）がプローブの 長手方向に沿って間隔を置いた位置に配設されていることを特徴とする前出の請 求項のいずれかに記載のプローブシステム。
8. ８．プローブ（６）が内視鏡であり、検出コイル（７）が内視鏡のバイオプシー 管内に設けられていることを特徴とする前出の請求項のいずれかに記載のプロー ブシステム。
9. ９．検出コイル（７）がプローブ（６）に、それと実質的に同軸状に取りつけら れていることを特徴とする前出の請求項１から８のいずれかに記載のプローブシ ステム。
10. １０．検出コイル（７）が、その検出コイルに誘導された交流電圧信号に比例す る復調直流アナログ電圧を生成する位相感応検波器（１０）を介して処理手段（ １２）に接続可能であることを特徴とする前出の請求項のいずれかに記載のプロ ーブシステム。
11. １１．検出コイル（７）が前置増幅手段（９）を介して位相感応検波器（１０） に接続され、位相感応検波器が、その検波器（１０）にて生成される直流信号を 、処理手段（１２）にて処理されるデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段（１ １）を介して処理手段（１２）に接続されていることを特徴とする請求項１０に 記載のプローブシステム。
12. １２．電源（４、５）がアンテナアレー（１）の各アンテナ（２）に周波数の異 なる交流電気信号を同時に供給することを特徴とする前出の請求項のいずれかに 記載のプローブシステム。
13. １３．ヒトまたは動物の対象物の体内でのプローブ（６）の位置を判定する方法 において、 プローブと共に移動する少なくとも１個の検出コイル（７）を有するプローブを 対象物の体内に挿入し、アンテナ（２）のアレー（１）を対象物の近傍に配置し 、各アンテナ（２）を交流電気信号で同時に又は順番に励磁し、その結果検出コ イル（７）に誘導される信号を検波し、検波された信号を処理してアンテナアレ ーに対するプローブの三次元位置の表示を生成する手順を特徴とするプローブ位 置判定方法。
14. １４．対象物の体外に配設された１個又は２個以上の基準コイルに誘導される信 号を検波することによって、アンテナアレー（１）に対する対象物の体の位置を 確定するステップを特徴とする請求項１３に記載のプローブ位置判定方法。