JPH11318937A - 患者の頭部に固定された基準ユニットを用いた医学的応用に使用される位置追跡及び画像生成システム - Google Patents

患者の頭部に固定された基準ユニットを用いた医学的応用に使用される位置追跡及び画像生成システム

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JPH11318937A
JPH11318937A JP11082631A JP8263199A JPH11318937A JP H11318937 A JPH11318937 A JP H11318937A JP 11082631 A JP11082631 A JP 11082631A JP 8263199 A JP8263199 A JP 8263199A JP H11318937 A JPH11318937 A JP H11318937A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 手術中の患者の断層像等を表示し、この画像
中に医療器具を重ね表示する際、患者の動きを許容し、
また手術の邪魔にならないようなシステムを提供する。 【解決手段】 手術中の患者１４にヘッドセット１２を
装着し、ヘッドセット１２の基準ユニット３６が磁場を
発生する。この磁場をセンサによって検出し、手術器具
の位置を検出する。一方、画像記憶ユニット２６には患
者の断層像が予め記憶されている。表示器２２は前記断
層像と手術器具の位置がトラッキングされて同時表示さ
れる。フィールド発生器３６及びセンサは患者の動きに
拘わらず特定の定められた座標上に固定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータで補
助された外科手術に関し、より詳細には、外科出術中に
予め記録されたビジュアルイメージを表示するシステム
に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ＣＡＴ
（コンピュータ断層撮影）、ＭＲＩ（磁気共鳴像）、Ｐ
ＥＴ（陽子射出断層撮影法）などの現在利用可能な医学
的画像生成技術は、診断目的だけでなく、手術をアシス
トする目的でも有用であることが知られている。例え
ば、予め記憶された画像を外科手術中に表示することに
より、適切な患者の身体部分の基準写像を外科医に示す
ことができる。
【０００３】画像表示システムとともに用いられる、医
療器具の位置をモニタする追跡システムの開発も進めら
れている。一般に、患者の体に対して外科医が医療器具
を動かすと、予め記録された関連画像が器具の動きに対
応して表示される。かかる追跡システムでは、医療器具
に取り付けられた感応型関節アーム（passive articula
ted arm）、光学的検出器、または超音波検出器のいず
れかが通常用いられる。
【０００４】医療器具に取り付けられた感応型関節機械
アームを用いる追跡システムが、米国特許第５，１８
６，１７４号及び第５，２３０，６２３号に開示されて
いる。一般に、外科医が患者の体に対して外科器具を動
かすと、関節アームの各接合部に設けられたマイクロレ
コーダが各アーム部材の移動量を記録する。マイクロレ
コーダからの出力が処理され、これにより関節アームの
基部に対する医療器具の位置がモニタされる。つづい
て、この医療器具の動きに対応してひとつ以上の予め記
録された画像が表示される。しかしながら、このような
関節アーム型追跡システムでは、医療器具を扱いにくい
機械アームに取り付ける必要がある。また、理論的に
は、アーム先端部の三次元空間における自由な運動は可
能かもしれないが、体内の特定位置及び所望方向におい
ては、外科医が器具の位置決めを行うのが難しいことも
ある。
【０００５】米国特許第５，２３０，６２３号に記載さ
れるように、光学検出器（ビデオカメラとＣＣＤの少な
くともいずれか）を用いた追跡システムが、基準ユニッ
トに対する医療器具の位置をモニタするために提案され
ている。しかしながら、かかるシステムでは、基準ユニ
ットと医療器具の両方がカメラに写っていることが要求
される。このために、手術スタッフの動きが制限される
だけでなく、医療器具の少なくとも一部が患者の体外に
露出していることが要求される。
【０００６】超音波検出器を用いた追跡システムは、米
国特許第５，２３０，６２３号に開示されている。しか
しながら、このシステムは、光学検出と同様の方法で、
すなわち送信された信号の三角測量法（triangulatio
n）を使用することが開示されている。ひとつ以上の送
信器から関連する受信器に信号が送られ、この信号の通
った距離が、タイミングまたは振幅の変化のいずれかか
ら求められる。ここでも送信パスは、妨害されない状態
で維持されなければならない。
【０００７】上記各追跡システムに共通するさらなる問
題は、手術中に患者が動いてはいけないということであ
る。患者は一般的に麻酔をかけられることが多いが、そ
れでもスタッフが患者の体を意図せず動かしてしまうか
もしれないし、あるいはより適切な位置を求めて外科医
が患者の体を動かしたいかもしれない。ところが、この
追跡システムの始動後に患者の体が動くと、追跡に狂い
が発生する。
【０００８】したがって、上記の及び他の現存する装置
に関する問題を解決する、患者の体に対する医療器具の
位置をモニタするシステムが要求される。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、患者の体に対
する医療器具の位置をモニタし、体に関する複数の予め
記録された画像の少なくともひとつを、医療器具の位置
に応じて表示するシステムに関する。このシステムは、
基準ユニット、遠隔ユニット、位置特性フィールド発生
器、フィールドセンサ、位置検出ユニット、及び出力デ
ィスプレイを含む。
【００１０】基準ユニットは、目的手術場位置に関して
実質的に不動であるべく、患者の体の少なくとも一部の
動きに対して固定されている。遠隔ユニットは、医療器
具に取り付けられている。フィールド発生器は、基準ユ
ニットまたは遠隔ユニットの一方に関連づけられ、目的
手術場位置を含む領域において、多重磁場などの位置特
性磁場等のフィールドを発生する。フィールドセンサ
は、基準ユニットまたは遠隔ユニットの他方に関連し、
磁場の存在に反応して検知された磁場等のフィールドを
表すセンサ出力信号を発生する。
【００１１】位置検出ユニットは、上記センサ出力信号
を受信し、基準ユニットに関する遠隔ユニットの位置を
表す位置データを生成する。出力ディスプレイユニット
は、位置検出ユニットに接続され、前記位置データに対
応して予め記録された画像の少なくともひとつを表示す
る。
【００１２】上記システムは、記憶ユニット及び前記位
置データに接続された編集登録ユニットをさらに含んで
もよい。記憶ユニットは、患者の体に関する予め記録さ
れた複数の画像を記憶する。予め記録された各画像は、
患者の体内の平面領域を表し、これら複数の予め記録さ
れた画像によって表される複数の平面領域が第１の座標
系を決定する。編集登録ユニットは、（位置検出ユニッ
トによって決定される）第２の座標系の位置データを、
第１の座標系で表される前記複数の予め記録された画像
に相関させ、患者の体に対する遠隔ユニットの位置に関
連した所望の画像を識別する。
【００１３】本発明は、さらに、患者の頭部に取り付け
可能な基準ユニット、及び位置検出ユニットを取り外し
可能に取り付けることのできる、吸引器などの医療器具
に関する。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に述べる本発明の実施の形態
は、添付の図面を参照することにより、より明確に理解
される。
【００１５】図１に示されるように、本発明によるシス
テム１０は、患者１４に装着されたヘッドセット１２，
医療器具１６，制御システム１８及びディスプレイ２０
を含む。制御システム１８は、位置検出ユニット２２，
編集登録ユニット２４，及び画像記憶ユニット２６を含
む。
【００１６】画像記憶ユニット２６は、ＣＡＴ，ＭＲＩ
またはＰＥＴによる走査画像など、予め記録された画像
の組を記憶する。各組の画像は、たとえば、正面（coro
nal）方向、横方向（sagittal）方向、または体軸（axi
al）方向に沿って撮影され得る。図１に示されるよう
に、ディスプレイ２０には、３つの画像、すなわち正面
方向画像２１ａ、横方向画像２１ｂ、体軸方向画像２１
ｃが示されている。さらに、図１の２１ｄに示されるよ
うにテキスト情報を表示することもできる。
【００１７】図２から図４にさらに示されるように、ヘ
ッドセット１２は、その両側面部材３０に２つのイヤー
マウント２８を、中央部材３４にノーズブリッジマウン
ト３２を含む。ヘッドセット１２は、患者の頭部に快適
に取り付けられるように可撓性のあるプラスチックでで
きていなければならない。また、様々な大きさに形成し
てもよい。このヘッドセットの主たる目的は、患者の頭
部に簡単に着脱可能な基準ユニットを提供することであ
り、この場合、かなりの正確さで、ヘッドセットをちょ
うど同じ位置に繰り返し再装着することができる。別の
実施形態においては、ヘッドセット１２の側面部材対３
０を回転自在に互いに取り付け、イヤーマウント対２８
を互いの方向に傾けてもよい。さらに、中央部材３４
を、両側面部材３０に対して回転自在にし、同様にイヤ
ーマウント２８の方向に傾けることもできる。
【００１８】図１から図４に示されるヘッドセット１２
は、さらに、接続ケーブル３８を介して位置検出ユニッ
ト２２に接続された基準ユニット３６を含む。基準ユニ
ット３６は、従来のクランプ手段または固定手段によっ
て、取り外し自在にヘッドセット１２に取り付けること
ができる。一実施形態においては、基準ユニット３６
は、三次元において多方向フィールド（multidirection
al field）を発生することのできる位置特性フィールド
発生器を含んでもよく、電磁波または超音波を用いるこ
とができる。位置特性フィールドは、送受信三角測量法
システムとは幾分異なる。これは、位置特性フィールド
が、三角測量法のように、一つの送信信号と別の送信信
号の比較に依存しないためである。これにより、フィー
ルド発生器と遠隔センサとのあいだのパスを、発生され
たフィールドを実質的に変えない物質によって遮断する
ことができる。例えば、磁場が発生された場合には、医
療器具が患者の体内にあったとしてもその器具の位置を
識別することができる。また、基準ユニットは、適切な
システム操作の確認のために、基準センサ３７をさらに
含んでもよい。
【００１９】本実施形態においては、フィールド発生器
は、直交配置された３つの磁気双極子（three orthogon
ally disposed magnetic dipoles）（例えば、電流波腹
点または電磁石）を含み、これら３つの双極子のそれぞ
れから発生した直交配置された磁場は、（例えば、相、
周波数、時分割多重方式のいずれかによって）互いに識
別が可能である。例えば、米国特許第４，０５４，８８
１号に記載されるように、多重磁場の近距離場特性を利
用して位置検出を行うこともできる。別の実施形態で
は、フィールド発生器をヘッドセット以外の場所に設
け、ヘッドセットが２つのフィールドセンサ３６及び３
７を含んでもよい。２つのセンサ３６と３７のあいだの
距離がわかっていれば、システムの適切な操作をモニタ
するためのバックアップまたは基準チェックとして第２
センサを用いることができる。検知されたフィールドが
不一致の場合、エラー信号が表示されるか、警告が行わ
れる。
【００２０】別の実施形態では、ヘッドセット１２を、
信号の三角測量法に基づくシステムにおいて用いること
もできる。この場合、基準ユニット３６は、一つ以上の
信号送信器と信号受信器の少なくともいずれかを含む。
かかる三角測量法システムでは、送信された一つの信号
のある特性を第２の送信信号の特性と比較して、信号の
送られた相対距離を求めることにより位置検出が行われ
る。送信される信号は、電磁信号（例えば、電磁波、レ
ーザー光、または発光ダイオード）でもよいし、または
超音波信号でもよい。このようにして、手術器具に対す
る患者の頭部の位置をモニタすることができる。
【００２１】図５及び図６に示されるように、医療器具
１６は、例えば、位置特性フィールド発生器によって発
生されたフィールドを検出するための遠隔センサ４０が
取り外し可能に装着できる吸引器でもよい。センサ４０
は、押し込み装着できる大きさにすることで、または壁
開口４２に弾力性のあるスナップ部材を用いることによ
り器具１６の内部に保持できる。吸引器は、ほとんどの
外科手術で共通して使用されるため、遠隔センサを吸引
器に組み込むことにより、不必要な器具によって手術場
所を塞ぐことのない便利な位置検出装置を外科医に提供
できる。器具１６は、センサ３７に関連してすでに説明
したようなシステムエラーの検出のために、第２のバッ
クアップフィールドセンサ４１を含んでもよい。
【００２２】遠隔センサ４０，４１は吸引器から取り外
すことができ、特別に適合された種種の手術器具のいず
れにも交換自在に取り付けることができる。例示された
実施形態では、遠隔センサ４０，４１は器具１６の基端
部に設けられた開口４２から挿入され、接続ケーブル４
４を介して位置検出ユニット２２に接続される。各セン
サ４０，４１は、フィールド発生器によって発生された
フィールドの存在を検出するために、直交して配置され
た３つの双極子検知素子を含んでもよい。例えば、一実
施形態においては、フィールド発生器とセンサのそれぞ
れが、直交して配置された３つの電流ワイヤループを含
む。発生器は、一度に一つの発生ループを通る交流電流
を発生し、時分割多重化交流電磁場を生成する。センサ
ループ信号のそれぞれが発生ループと同期して処理さ
れ、各交流電磁場に対応する出力が生成される。
【００２３】器具１６の末端部は、外方向に張り出した
先端４８を有する剛性の吸入管４６を含む。遠隔センサ
４０の中心に対する先端４８の位置は既知の一定距離に
あり、手術中、外科医はこれを簡単に見ることができ
る。吸入管４６からは、内部チャネル５２及び接続子５
４を介して器具１６の基端部を通り、吸入カテーテル５
０まで流体が流れる。吸入カテーテル５０（図１参照）
は、真空吸入ユニット（図示せず）に接続されている。
【００２４】次に動作について説明する。位置検出ユニ
ットは基準ユニット３６に対する医療器具１６の位置を
モニタする。編集登録ユニット２４は、器具１６の位置
の変化を記憶された画像の空間的方位に相関させる。外
科医が医療器具１６を移動させると、医療器具１６の位
置に対応した画像がディスプレイ２０に現れる。こうし
て、器具１６の先端４８が患者１４の体内にあるかどう
かに関わらず、外科医は、この先端４８の正確な位置に
関連した正面方向、横方向及び体軸方向の画像を常に見
ることができる。さらに、フィールド発生器が患者の頭
部に取り付けられているので、患者は、システムの追跡
能力を損なうことなく自由に動くことができる。ディス
プレイ２０は、図１において５６で示されるように、表
示された各画像上で先端４８の位置をさらに示してもよ
い。別の実施形態では、吸入管４６の方向も、表示され
た画像上に識別表示することができる。さらに別の実施
形態では、予め記録された画像に基づき、三次元合成画
像を表示することもできる。
【００２５】図７から図１１に示されるように、取り外
し可能な遠隔センサユニット５８の別の実施形態を、吸
入器６０に用いてもよい。２つのセンサ６２，６４を含
むセンサユニット５８は、センサユニット５８に設けら
れた第１係合穴対６６と、器具６０に設けられたフィン
ガ対６８とにより、取り外し可能に器具６０に取り付け
ることができる。次に、ユニット５８の縁部（tounge）
７０を器具６０のヒンジポスト対７２の間に嵌入し、ロ
ック７４を図８に示される開位置から図７に示される閉
位置に回転させることによりセンサユニット５８が適所
に固定される。ロック７４は窪んだ領域７６を含み、こ
こに、センサユニット５８の縁部７０が摩擦係合する。
【００２６】センサユニット５８は、さらに、複数の医
療器具のうちのどれが取り付けられているかを識別でき
る。具体的には、ユニット５８は複数のホール効果トラ
ンジスタ７８を含み、医療器具６０は小型の永久磁石８
０を含んでいる。磁石８０の数または配置の一方または
両方により、トランジスタ７８は、センサユニット５８
に取り付けられている医療器具を識別する。
【００２７】例えば、すべてのトランジスタ７８が磁石
８０の存在を検知した場合には、３つの磁石を含んでい
ることから、図７から図１１に示される器具６０がセン
サユニット５８に取り付けられていることになる。２つ
の磁石８２だけが検知された場合は、センサユニット５
８に取り付けられた医療器具は、図１２に示すような別
の器具８４である。磁石が一つも検知されなければ、セ
ンサユニット５８はどの医療器具にも取り付けられてい
ないことになる。取り付けられている医療器具が識別で
きることによって、システムは位置検出ユニットを自動
的に調節し、様々な医療器具に対し、センサ６２及び６
４の位置に関する器具先端位置の誤差を補償することが
できる。着脱自在に係合可能な特性により、センサユニ
ットの使用範囲が広がるだけでなく、滅菌された医療装
置の使用が簡単になる。
【００２８】図１３及び図１４に示されるように、編集
登録プロセスは次の２つの基本ステップを含む。１）所
定方向の走査画像を記録するステップと、２）位置検出
システムの空間方向を、記録された画像にマップするス
テップである。例えば、予め記録された画像の方向は、
図１３に示されるように、正面方向（ｉ−ｊ平面）、横
方向（ｋ−ｊ平面）、体軸方向（ｋ−ｉ平面）の少なく
ともいずれかにすることができる。これらの画像はディ
ジタルで記憶することができ、各走査画像間の距離が各
画像の組の相対方向と同様に記録される。別の実施形態
においては、正面方向、横方向、体軸方向の各画像を予
め記録することなく、特定の画像を別の画像から生成で
きることが当業者には理解される。例えば、多平面リフ
ォーマッティングによって、体軸方向画像から横方向及
び正面方向の画像が生成できる。
【００２９】一実施形態においては、スキャナ９２によ
る走査に先立ち、複数の基準マーカ（fiducial marker
s）９０が患者の頭部１４に設置される。マーカは、走
査画像に現れ、図１４に示されるように位置検出システ
ムによって位置づけることができる。具体的には、各マ
ーカ９０が、例えば医療器具１６の先端４８を用いて順
次連続的に配置される場合、ユーザは、例えばコンピュ
ータマウスを用いて、予め記録された画像上に同じマー
カを位置決め記憶させる。そして、ユーザは、コンピュ
ータキーボード９４，マウス、フットスイッチのいずれ
かによって入力される編集登録データを制御する。別の
実施形態においては、編集登録ユニットは、予め記録さ
れた各ディジタル画像を、一つのコーナーから識別され
たマーカの位置まで走査してもよい。
【００３０】走査画像の記録に先立って、患者の体（例
えば顔）に置かれる基準マーカを使用するさらに別の実
施形態では、図１５及び図１６に示されるように、基準
マーカ９０’を中間接着片９１に接着してもよい。そし
て、この中間接着片９１が患者の皮膚９３に直接接着さ
れる。
【００３１】基準マーカ９０’は放射線不透過素子９５
を含み、接着片９１は、小さい貫通穴または別のマーカ
９７を含む。図１７を参照すると、基準マーカ９０’を
用いるプロセスは、ステップ１７００において始まり、
まず、患者の皮膚に接着片９１が貼り付けられる（ステ
ップ１７０２）。次に、放射線不透過素子９５が接着片
９１のマーカ９７の位置に合うように、基準マーカ９
０’を接着片９１上に置く（ステップ１７０４）。続い
て、走査画像が記録される（ステップ１７０６）。その
後、基準マーカ９０’は患者からはがしてもよい（ステ
ップ１７０８）。手動編集登録中、外科医または技師
は、ポインタの先端でマーカ９７の位置決めをし（ステ
ップ１７１０）、送信器に対する基準マーカの放射線不
透過素子９５の位置を記録することができる。中間接着
片９１を使用することにより、画像走査後及び手術前に
おいて患者の快適性が増すだけでなく、正確な編集登録
も容易に行えるようになる。放射線不透過素子９５はマ
ーカ９０’の上部に直接その中心に置かれていたので、
ユーザは、ポインタの先端でより大きい放射線不透過素
子９５の一部を不正確に位置決めするのではなく、小さ
いマーカ９０’を配置することができ、編集登録の正確
性が高まる。
【００３２】位置検出ユニットを用いて各マーカが位置
決めされると、編集登録ユニットはマッピング関数を生
成して、位置検出データ（ｘ−ｙ−ｚ座標）を、記憶さ
れた画像方向データ（ｉ−ｊ−ｋ座標）に変換する。特
に、下記のように、パウエルの方法を用いてマッピング
式が求められる。
【００３３】各画像点が、下記の形のマトリクスとして
処理され、
【数１】 集められた各センサ点が次の形のマトリクスとして処理
される。
【００３４】
【数２】 コンピュータ演算器は、次の変換マトリクス
【数３】 の最適値を対話的に計算し、次式を解く。
【００３５】
【数４】 これにより、（ｉc−ｉi）2＋（ｊc−ｊi）2＋（ｋc−
ｋi）2 は集められたすべての画像点の合計の最小値と
なる。最適な方法では、距離の最小化が用いられ、少な
くとも３つの画像点がこの方法に必要である。
【００３６】変換マトリクスの最適値は変換式を含み、
この最適値を用いて、ｘ−ｙ−ｚ座標系で表される送信
器に対する医療器具の位置を、ｉ−ｊ−ｋ座標系で表さ
れる予め記録された画像の適当な方向に変換することが
できる。
【００３７】本発明のヘッドセットの別の実施形態を、
自動編集登録プロセスに用いることができる。例えば、
図１８及び図１９に示されるように、本発明の別の実施
形態によるヘッドセット１００は、図２から図４に関連
してすでに説明したように、２つのイヤーマウント２
８，側面部材対３０，中央部材３４に設けられたノーズ
ブリッジマウント３２を含む。ヘッドセット１００は、
中央部材３４上に中央プレート１０２をさらに含む。中
央プレート１０２は、図１９において破線で示される送
信器１０４を取り付けるようになっている。送信器１０
４は、図２１においては、プレート１０２の下部から見
た図として示されている。送信器１０４は、２つのポス
ト１０６，及びピン１１０を中心に自由に回転するキー
１０８を含む。
【００３８】送信器１０４を中央プレート１０２に取り
付けるには、プレート１０２に設けられた長穴１１２に
キーを通過させ、各ポスト１０６をポスト開口１１４に
挿入する。ポスト開口１１４の一方は、好ましくはスロ
ット形状に形成され、送信器をぴったりと取り付けると
同時に、製造時の公差によるヘッドセット間のばらつき
に適応できるようにしている。つづいて、キー１０８が
回転されて、プレート１０２の外表面上に送信器がロッ
クされる。送信器１０４は、取り外して、さらに同一の
ヘッドセットの同じ位置に非常に正確に再装着すること
ができる。
【００３９】ヘッドセット１００は、図１８に示される
ように、中央プレート１０２内部に固定された、非常に
小さい（例えば直径約２ｍｍ）の金属基準ボール群１１
６をさらに含んでいる。自動編集登録プロセスにより、
これらのボール１１６は予め記録された走査画像上に配
置され、ボール１１６と送信器１０４との空間関係がわ
かると、送信器の座標系から画像の座標系への変換を行
うマッピング関数が自動的に生成される。
【００４０】図２２を参照しながら具体的に説明する。
自動編集登録プロセスが開始される（ステップ２２０
０）と、予め記録された画像をロードし（ステップ２２
０２）、三次元のデータセットを生成する（ステップ２
２０４）。次に、特定範囲内の強度を有する画素を識別
し（ステップ２２０６）、隣接する画素のグループを形
成して（ステップ２２０８）、これを単一グループとし
て分類する。各画素のボリューム（大きさ）を計算し
（ステップ２２１０）、所定のボリューム範囲内にない
グループを除去する（ステップ２２１２）。さらに、少
なくとも特定強度レベルの画素を最低一つ持たないグル
ープを除去する（ステップ２２１４）。ここで、残った
グループの数が基準ボール１１６の数（例えば７）以下
であれば（ステップ２２１６）、自動編集登録に失敗し
たこととなりプログラムが終了する（ステップ２２１８
及び２２２０）。
【００４１】次に、各画素グループの中心を決定し、各
グループの中心間の距離を計算して少なくとも７ｘ７の
マトリクスでこれを記録する（ステップ２２２２）。基
準ボール間の既知の距離は、所定の７ｘ７マトリクスで
ある。この既知の距離のそれぞれが、基準ボール間の様
々な所定距離と比較されて、距離の組間の相関の最適近
似値が生成される（ステップ２２２４）。この距離相関
により所定の許容差外の近似値が得られた場合（ステッ
プ２２２６）、変換マトリクスの自動生成に失敗したこ
とになり、プログラムが終了する（ステップ２２１８及
び２２２０）。一方、距離相関が許容差の範囲内にあ
り、７つのグループが存在すれば（ステップ２２２
８）、画像データは画像マトリクスに記録される（ステ
ップ２２３０）。グループ数が７以上であれば、グルー
プのジオメトリを基準ボールの既知のジオメトリに比較
するジオメトリ相関を行う（ステップ２２３２）。ジオ
メトリの相関が成功すると（ステップ２２３４）、変換
マトリクスは記録される（ステップ２２３０）。ジオメ
トリ相関が成功しなければ、エラーが報告される（ステ
ップ２２１８）。
【００４２】画像点マトリクスが生成される（ステップ
２２３０）と、また、センサ点マトリクスは送信器に対
する基準マーカの既知のレイアウトに基づくということ
からも、上述のようにパウエルの方法を参照してマッピ
ング式を自動的に生成できる。
【００４３】走査画像を記録する時に患者が基準装置を
装着している場合の他の実施形態では、基準プログラム
によって、走査画像上に基準ユニット自体の部分が自動
的に位置決めされ、これにより走査画像に対する基準ユ
ニットの方向を識別することができる。ここでも、基準
ユニットに対するフィールド発生器の相対的な方向がわ
かっているので、編集登録ユニットは適当なマッピング
関数を生成することができる。さらに別の実施形態にお
いては、順方向にバイアスをかけられるレーザ光ポイン
タまたは可動チップポインタなどによって、患者の皮膚
の表面をたどることができる。そして、たどられた表面
を、記憶された画面上に位置づけることができる。さら
に別の実施形態では、患者の体の特徴的構造または特性
を識別するように編集登録ユニットをプログラミングす
ることにより、完全な自動編集登録を提供することがで
きる。例えば、ヘッドセットの大きさ及び形状がわかっ
ていれば、それが予め記録された画像上に現れていなく
ても、システムはヘッドセットが患者の頭のどこに置か
れているかを識別することができる。
【００４４】位置検出システムは、発生されたフィール
ド内のいかなる位置においても位置検出が行えるよう
な、フィールド発生に適したいかなる所望の原理によっ
ても動作可能である。例えば、バーモント州コルチェス
タの法人組織であるＰｏｌｈｅｍｕｓ社販売の製品であ
る３Ｓｐａｃｅ（登録商標）Ｆａｓｔｒａｋ（商標名）
が、本発明での使用に適した原理によって動作すること
が知られている。この製品は、送信器とセンサの両方
に、直交配置された３つの磁気双極子を使用し、時分割
多重化された８〜１４ｋＨｚの交流電磁場を生成する。
【００４５】具体的には、図２３に示すように、磁場ソ
ース１０１と磁場センサ１０３とはどちらも３本の互い
に直交するように配置されたコイルを含む。増幅器１０
５からの交流電流はソースの各コイルを一度に一本ずつ
通過して、連続磁場を発生する。処理装置１０７はタイ
ミング信号を発生してＤ／Ａ変換器１０９を制御する。
発生した磁場はセンサ１０３の３本のコイルに電圧を誘
導する。誘導された電圧は増幅器１１１で増幅され、Ａ
／Ｄ変換器１１３でデジタル化されて、処理装置１０７
で処理される。
【００４６】磁場ソースの３本のコイルの励起が時分割
多重化されているため、ソースの磁界全体を通して独特
な連続磁場が形成される。形成される磁場のすべての位
置について、センサの３本のコイル上に存在するデータ
から自由度６のデータが計算できる。その後、自由度６
の情報はホストコンピュータ１１５へ送られる。
【００４７】基準座標枠（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義するフィ
ールド発生器に対するセンサＳの位置は、所定の時間に
例えば３Ｓｐａｃｅ（登録商標）Ｆａｓｔｒａｋ（商
標）製品によって６つの値、すなわちｘs，ｙs，ｚs，
およびωazs，ωels，ωrosからなる組として求められ
る。値ｘs，ｙs，ｚsはＸ，Ｙ，Ｚ基準座標枠における
センサ中心位置を示す。また角度ωazs，ωels，ωros
はＸ，Ｙ，Ｚ基準座標枠に対するセンサＳの配向を示
す。
【００４８】ωazs値はセンサの方位角を示す。方位角
はＸ軸およびＹ軸をＺ軸を中心に回転させてＸ軸がＺ軸
方向にセンサ中心と整列する新位置へ移動した場合の回
転量を表す。Ｘ軸およびＹ軸の新たな位置はそれぞれ
Ｘ’，Ｙ’と表す。
【００４９】ωels値はセンサの仰角を示す。仰角は
Ｘ’軸およびＺ軸をＹ’軸を中心に回転させてＸ’軸が
センサＳの中心と整列する新位置へ移動した場合の回転
量を表す。Ｘ’軸およびＺ軸の新たな位置はそれぞれ
Ｘ”，Ｚ’と表す。
【００５０】ωros値はセンサの横揺れ角を示す。横揺
れ角はＹ’軸およびＺ’軸をＸ”軸を中心に回転させて
それぞれ新たな軸、つまりＹ”軸およびＺ”軸を定義す
る新しい位置へ移動した場合の回転量を表す。センサは
Ｘ”，Ｙ”，Ｚ”基準枠中で配向され、値ωazs，
ωels，およびωrosで定義される。
【００５１】センサデータの全電力は、ソースからセン
サまでの距離に反比例する。各ソースコイルによって作
られるセンサデータ成分間のレシオは、センサのｘ，
ｙ，ｚ座標位置を決定する。各センサコイルデータ間の
レシオはセンサの配向を決定する。
【００５２】医療器具は送信器に対して自由に移動で
き、その速度は電子情報処理速度を上回る場合があるた
め、医療器具の移動速度の監視が必要である。移動速度
が所定速度を上回る場合は、センサの読みが矛盾しても
速度がしきい値を下回るまで無視しなければならない。
速度監視は、連続した時間間隔ｔ1，ｔ2でのｘ，ｙ，お
よびｚ座標それぞれの差の重みづけした和を計算して行
うことができる。
【００５３】磁場ソースから発生する本来の磁場の大き
さ／方向は、別の磁場ソースからの信号、導電体中の渦
電流の磁場、または強磁性体のフィールド歪曲効果によ
って変化する。この変化によりセンサの位置／配向にエ
ラーが生じる。
【００５４】図１から図３を参照して、フィールドの適
正度検知を含む好適な実施形態では、基準センサ３７は
送信器アセンブリ１２上で送信器３６の中心から一定距
離のところに固定して設置される。この基準センサの位
置および配向は、制御条件下でキャリブレーション工程
によって求め、その後、継続して計算および確認を行わ
なければならない。ある実施形態では、センサ出力の６
つのパラメータ、すなわちｘs，ｙs，ｚs，ωazs，ω
els，およびωrosの重みづけした和をフィールドの適正
度調整の指標として継続して監視してもよい。
【００５５】また図７から図１２を参照して説明したよ
うに、遠隔センサ５８は複数のセンサ（６２、６４）を
含んでもよく、エラー検出のためにこれらセンサの出力
の比較を行う。このようなシステムによって検出可能な
エラー状態には、センサの１つが適正に動作できなくな
るセンサの故障や、医療器具のある領域中の不均一な局
所的磁場のひずみなどがある。
【００５６】また、起こりうるあらゆるタイプのエラー
状態を特定するには、単にセンサ出力を比較するだけで
はたとえセンサ間の距離を考慮したとしても不十分な場
合もあることがわかっている。検出不能が考えられるエ
ラー状態は、強磁性体の異物が電磁場に侵入し、各セン
サにおいて同一のひずみを生じる場合に起こりうる。例
えば、異物が均一な強磁性特性を持つ場合、異物が同距
離から同速度で２つのセンサに近づく場合、またセンサ
群が磁場発生器から等距離にある場合などが考えられ
る。
【００５７】このような状況ではセンサ出力が同一とな
るため、電磁場に異物が侵入して電磁場および検知した
位置デ−タを変更していたとしても、エラー検出信号が
発生されない場合がある。追加センサを用いればこのよ
うな状況の発生する危険性を低減できるかもしれない
が、エラー状態が検出されない可能性をなくすことはで
きない。
【００５８】医療器具またはヘッドセットのある領域中
での局所的な均一なひずみをつきとめられるエラー検出
システムを設計するには、図７から図１２に示すように
一定距離だけ離した２つのセンサを使用し、２つ以上の
仮想点の位置をモニタできるようにする。図２５に示す
ように、センサＳ1とＳ2とは距離２ｄだけ離れており、
かつ便宜上、例えば図示するようにＹ軸上に位置決めさ
れる。センサＳ1およびＳ2は、各々がその面中に位置す
るＸ−Ｚ面をそれぞれ一意に定義する。図２５に示すよ
うに、第一の仮想点Ｖaはこれらセンサによって定義さ
れるＸ−Ｚ面群の間に選択する。また第二の仮想点Ｖb
はこれらＸ−Ｚ面群の外側に選択する。ＶaおよびＶbの
位置は仮想位置であり、継続して計算され工場規格位置
と比較されるものである。
【００５９】図２４および図２５に図式的に示す実施形
態では、仮想点Ｖa（Ｓ2に対して−ｄ，−ｄ，−ｄ）お
よびＶb（Ｓ2に対してｄ，ｄ，ｄ）はＳ2から等距離の
ところに位置する。センサＳ2はこの実施形態では保護
センサであり、センサＳ1はＳ2用にエラー検出を行う基
準センサとして用いる。得られるＳ2からＶaまでのベク
トルはＳ2からＶbまでのベクトルと大きさは同じだが方
向が逆である。このベクトルの大きさはＳ1−Ｓ2間の距
離のほぼ半分に等しい。
【００６０】次に基準座標系（つまりＳ1に対する座標
系）でのＶaとＶbの位置を計算してＶa1とＶb1とする。
そして基準センサに対する保護センサ（Ｓ1）の位置
（ＰＳ）および配向を求める。保護センサの配向を示す
値から姿勢マトリクス（Ａ）を計算する。
【００６１】
【数５】 これにより仮想点の位置は次のように計算される。
【００６２】
【数６】Ｖa1＝Ａ・Ｖa2＋ＰＳ Ｖb1＝Ａ・Ｖb2＋ＰＳ 基準センサ座標系における仮想点の位置の基準値を求め
るには、工場でのキャリブレーション時にひずみのない
環境で測定を行う。こうして記憶された基準値はＶaeお
よびＶbeで表す。装置使用時には、仮想点の実際の測定
値（Ｖam，Ｖbm）を記憶した基準値（Ｖae，Ｖbe）と比
較する。もし仮想点のいずれか一方の確定位置と測定位
置との距離(Δ）が現在値(ε）を上回れば、フィールド
適正度の侵害メッセージが表示され、システムの通常動
作が一時停止する。つまり図２６を参照して次のような
場合である。
【００６３】
【数７】 ｜Ｖa1m−Ｖa1e｜＞εまたは｜Ｖb1m−Ｖb1e｜＞ε 動作の一部は次のような原則に基づいて行われる。すな
わち、一方の仮想点で位置エラーが配向エラー分だけ減
じられると、他方の仮想点ではエラーが増大してフィー
ルド適正度侵害メッセージを発生させる。例えば、保護
センサの測定位置および配向に誤りがあると、測定値に
よって確定値にエラーが加えられる。この場合、フィー
ルド適正度の検査は次のように行われる。
【００６４】
【数８】 図２７に上記の関係を図式的に示す。医療器具の先端位
置はまず保護センサ（Ｓ2）に対して定義され、それを
ソースに対する先端位置の決定に使用する。
【００６５】フィールド発生器によって発生するフィー
ルドの適正度をモニタするには、上述のように基準セン
サをフィールド発生器から一定距離のところに位置決め
し、かつその位置を継続してモニタして変化を監視す
る。２つのセンサＳ1およびＳ2に関するこのフィールド
適正度検出分析に含まれる計算は、一送信器および単一
センサのフィールド適正度検出システムについて行われ
る。具体的には、保護センサ（Ｓ2）にフィールド送信
器を用い、基準センサ（Ｓ1）に単一センサを用いて計
算を行う。このようなフィールド適正度分析は手術場環
境の半フィールドの特定に用いることもできる。
【００６６】図２８に本発明の他の実施形態を示す。フ
ィールド発生器１２２を備える基準ユニット１２０は患
者の体の一部（例えば頭部）から少し離して関節アーム
１２４上に位置決めできる。図１から図６を参照して先
に説明したように、基準センサ１２６を備えるヘッドセ
ット１２は患者の体に装着し、医療器具１６は遠隔セン
サ４０を備えられる。フィールド発生器１２２は、好誼
な位置に配置した後、関節付きのアームのジョイントを
固定して定位置に固定できる。こうしてフィールド発生
器と患者との相対位置がモニタされる。同時に医療器具
１６と患者との相対位置も求められ、これによりシステ
ムは、次に説明するように予め記録した画像から適当な
画像を表示する。
【００６７】様々な実施形態において、フィールド発生
器１２２の位置は外科手術時には関節付きジョイントを
動かして調節できる。遠隔センサ４０と基準センサ１２
６との相対位置が変わらなければ、フィールド発生器１
２２を移動させても位置検出システムには影響しない。
システムの精度がフィールド発生器１２２とセンサ４０
との相対位置に完全に依存する場合は、手術時にはフィ
ールド発生器１２２を移動させるのが望ましい。これは
例えば、システムが多重化フィールドのフィ−ルド近傍
特性に依存しており、センサ４０と１２６とをフィール
ド発生器１２２からほぼ等距離に位置決めするのが望ま
しい場合などである。別の実施形態では、システムはデ
ィスプレイ上の視覚的キューなどによってユーザに定期
的にフィールド発生器１２２を配置変えを指示する。フ
ィールド発生器と１つ以上のフィールドセンサとの相対
位置はここに示すものだけに限らないことは当業者には
理解できるはずである。
【００６８】患者の位置の監視は、ヘッドセットまたは
基準センサ以外の手段で行うことができる。例えば図２
９に示すように、画像プロセッサ１３０に接続したカメ
ラ１２８を配置して、患者の目標手術部位に対するフィ
ールド発生器の位置を記録するようにしてもよい。患者
またはフィールド発生器が移動すると、画像プロセッサ
１３０は位置の相対的変化量を求め、それを位置検出ユ
ニット２２に知らせる。また別の実施形態では、様々な
方向から患者を観察できるように追加のカメラを設置し
てもよい。
【００６９】図３０に示す他の実施形態では、システム
は患者の体１４の一部（頭部や胸部など）への固定用に
可とう性のあるバンド１３２を含んでもよい。バンド１
３２はフィールド発生器１３４と基準センサ１３６とを
備え、位置検出ユニット２２の信号発生器へフィードバ
ックを与える。位置検出ユニット２２は通信ケーブル１
３８によって可とう性のあるバンド１３２へ接続され、
また通信ケーブル１４０によって可とう性のある医療器
具１４２へ接続される。医療器具１４２の先端１４４に
は遠隔センサが取り付けられる。医療器具１４２は剛性
ではないので、センサは器具１４２の先端に十分近づけ
て設置し、患者の体内で正確に位置検出およびモニタが
できるようにしなければならない。ディスプレイ２０は
図示するように１つ以上の画像上で器具１４２の相対的
な配向を示す。
【００７０】図３１および図３２に示すシステムは、末
端部１５４にセンサ１５２を有する可とう性のある医療
器具１５０と、末端部１６０にセンサ１５８を有する光
ファイバ内視鏡１５６とを含む。光ファイバ内視鏡１５
６の近端部はカメラ１６２に接続され、カメラ１６２は
画像プロセッサ１６４とつながっている。基準バンド１
３２上のフィールド発生器１３４は患者の呼吸などによ
って移動する可能性があるため、実際に医療器具１５０
は動いていなくても遠隔センサ１５２の位置が移動した
ように見える場合がある。
【００７１】この問題を解決するために、図示するよう
に光ファイバ内視鏡１５６を用いて、患者の体内での器
具１５０の末端部１５４の相対位置をモニタすることが
できる。従って、フィールド発生器１３４に対するセン
サ１５２の移動の検知は、患者の体内での末端部１５４
の相対位置の移動を参照して評価される。もしカメラが
末端部１５４の移動を観察しないのに、センサ１５２が
移動を検知すれば、システムはその移動はフィールド発
生器の移動であってセンサ１５２の移動ではないと判定
する。その後、システムはこのような変化を訂正する。
さらに、光ファイバ内視鏡１５６自体も光ファイバの末
端部１６０が動いたかどうかを検知するセンサ１５８を
含んでもよい。これにより訂正システムの精度をさらに
向上できる。また、カメラ１６２は患者の体の内部構造
に基づいて予め記録した画像を、継続して編集登録でき
るようにしてもよい。
【００７２】上記の様々な実施形態は、本発明の精神お
よび範囲内で多様に変更および修正可能であることを当
業者は理解すると考える。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態によるシステムの概略図
である。
【図２】 図１に示されるヘッドセットユニットの正面
図である。
【図３】 図１に示されるヘッドセットユニットを、図
２の線３−３から見た側面図である。
【図４】 図１に示されるヘッドセットユニットの一部
を、図３の線４−４からみた背面図である。
【図５】 図１に示される手術器具と遠隔センサの分解
側面図である。
【図６】 図１に示される組み立てられた状態の手術器
具とセンサを、図５の線６−６から見た端面図である。
【図７】 本発明の別の実施形態にかかる手術器具及び
センサユニットの側面図である。
【図８】 図７に示した手術器具の側面図である。
【図９】 図７に示した手術器具の端面図である。
【図１０】 図７に示した手術器具の上面図である。
【図１１】 図７から図１０に示した手術器具に用いら
れる遠隔センサユニットの平面図である。
【図１２】 図７及び図１１に示した取り外し可能な遠
隔センサユニットを備えた別の手術器具の側面図であ
る。
【図１３】 本発明のシステムに用いられるＣＴ画像を
予め記録するために用いられるシステムの概略図であ
る。
【図１４】 本発明の手動編集登録プロセスを概略的に
示す図である。
【図１５】 本発明の一実施形態による基準マークシス
テム（fiducial marker system）の要素を示す立面図で
ある。
【図１６】 図１５に示したシステムの要素を線１６−
１６から見た平面図である。
【図１７】 図１５に示した基準マークシステムを用い
るプロセスのフローチャートである。
【図１８】 本発明の別の実施形態によるヘッドセット
ユニットの側面図である。
【図１９】 図１８に示したヘッドセットユニットを線
１９−１９から見た端面図である。
【図２０】 図１８に示したヘッドセットに用いられる
送信器（トランスミッタ）の平面図である。
【図２１】 図１９に示したヘッドセットの一部を線２
１−２１から見た部分図である。
【図２２】 本発明による自動編集登録プロセスを表す
フローチャートである。
【図２３】 本発明のシステムによる位置検出要素の概
略図である。
【図２４】 本発明の一実施形態による誤差検出算出プ
ロセスの原理を示す概略図である。
【図２５】 本発明の一実施形態による誤差検出算出プ
ロセスの原理を示す概略図である。
【図２６】 図２４及び図２５のプロセスによって検出
された誤差を示す概略図である。
【図２７】 図２４及び図２５のプロセスによって検出
された誤差を示す概略図である。
【図２８】 本発明の別の実施形態を示す概略図であ
る。
【図２９】 本発明のさらに別に実施形態を示す概略図
である。
【図３０】 本発明のさらに別に実施形態を示す概略図
である。
【図３１】 本発明のさらに別に実施形態を示す概略図
である。
【図３２】 本発明のさらに別に実施形態を示す概略図
である。
【符号の説明】
１０ システム、１２ ヘッドセット、１４ 患者、１
６ 医療器具、１８制御システム、２０ ディスプレ
イ、２２ 位置検出ユニット、２４ 編集登録ユニッ
ト、２６ 画像記憶ユニット、３６ 基準ユニット、３
７ 基準センサ、４０，４１ 遠隔センサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ティーマン ジェイムズ エス アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 ウ ォータータウン ハーン ストリート ９ エー

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 患者の身体に対する医療器具の位置を監
    視し、前記医療器具の位置に対応した前記患者の身体の
    イメージを表示するシステムにおいて、 前記患者の身体の複数のイメージを表すイメージデータ
    を取り込む入力手段と、 手術中の前記患者の身体の動きを妨げない状態で前記患
    者の身体に対して固定できる基準ユニットと、 前記医療器具に対して固定できる遠隔ユニットと、 前記基準ユニットおよび前記遠隔ユニットのうち一方に
    関連づけられ、前記患者の身体を通過し前記患者の身体
    の通過によっては実質的に影響されない電磁位置特性フ
    ィールドを発生するフィールド発生器と、 前記基準ユニットおよび前記遠隔ユニットのうち一方に
    関連し、前記位置特性フィールドの存在に応答してセン
    サ出力信号を生成するフィールドセンサ手段であって、
    前記患者の身体のいずれかの部分が前記フィールド発生
    器と前記フィールドセンサ手段との間に位置するか否か
    に関わりなく、前記センサ出力信号が前記センサの前記
    フィールド発生器に対する相対位置を表すことを特徴と
    するフィールドセンサ手段と、 前記フィールドセンサ手段と通信し、前記手術中の前記
    患者の動きに関わりなく前記遠隔ユニットの前記基準ユ
    ニットに対する相対位置を表す前記センサ出力信号に応
    答して位置データを生成する位置検出手段と、 前記入力手段および前記位置検出手段と通信し、前記イ
    メージデータから前記位置データに関連した位置イメー
    ジデータを選択する追跡手段と、 前記追跡手段と通信し、異なる位置データに対して変化
    する前記位置イメージデータに対応して前記患者の身体
    のイメージを表示する出力表示手段と、を有することを
    特徴とするシステム。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のシステムにおいて、前
    記フィールド発生器は前記基準ユニットに取り付けられ
    た電磁場発生器を含み、前記フィールドセンサ手段は前
    記遠隔ユニットに取り付けられた電磁場センサを含むこ
    とを特徴とするシステム。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載のシステムにおいて、前
    記基準ユニットはさらに、前記電磁場発生器から一定の
    間隔をあけて配置され前記フィールド発生器が発生する
    フィールドを監視する際に使用する基準出力信号を生成
    する基準センサを含むことを特徴とするシステム。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載のシステムにおいて、前
    記電磁位置特性フィールドは実質的に一点から放射され
    る非直線的フィールドから成ることを特徴とするシステ
    ム。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載のシステムにおいて、前
    記電磁位置特性フィールドは実質的に同一の一点から放
    射される少なくとも二つの時分割多重化フィールドから
    成ることを特徴とするシステム。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載のシステムにおいて、前
    記電磁位置特性フィールドは実質的に同一の一点から放
    射される少なくとも三つの時分割多重化フィールドから
    成ることを特徴とするシステム。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載のシステムにおいて、前
    記基準ユニットは、前記患者の身体の耳道の開口部に装
    着される二つのイヤー装着要素と、前記患者の身体の鼻
    柱に装着されるノーズ装着要素とを有するヘッドセット
    を含むことを特徴とするシステム。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載のシステムにおいて、前
    記装着要素の各々は、長い装着用アームの末端に配置さ
    れることを特徴とするシステム。
  9. 【請求項９】 請求項７に記載のシステムにおいて、前
    記基準ユニットは構造的に弾性のある材料から成ること
    を特徴とするシステム。
  10. 【請求項１０】 請求項１に記載のシステムにおいて、
    前記基準ユニットは、前記患者の身体の一部に取り付け
    る可撓性のあるバンドを含むことを特徴とするシステ
    ム。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載のシステムにおい
    て、前記可撓性のあるバンドはさらに、基準センサの前
    記フィールド発生器に対する相対位置を表す基準センサ
    出力信号を生成する少なくとも一つの基準センサを含む
    ことを特徴とするシステム。
  12. 【請求項１２】 請求項１に記載のシステムにおいて、
    前記医療器具は前記患者の身体内に挿入する可撓性のあ
    る部材を含み、前記遠隔ユニットは前記可撓性のあるメ
    ンバの末端においてフィールドセンサを含むことを特徴
    とするシステム。
  13. 【請求項１３】 請求項１に記載のシステムにおいて、
    前記イメージは予め記録したスキャンイメージを含み、
    前記システムはさらに、前記予め記録したスキャンイメ
    ージの空間的方向と前記位置特性フィールドの空間的方
    向とを整合する整合手段を含むことを特徴とするシステ
    ム。
  14. 【請求項１４】 請求項１に記載のシステムにおいて、
    前記出力表示手段は、前記位置データに応答して前記医
    療器具の前記患者の身体に対する相対位置を表すポイン
    タを前記イメージ上に表示する手段を含むことを特徴と
    するシステム。
  15. 【請求項１５】 患者の身体に対する医療器具の位置を
    監視し、前記医療器具の位置に対応した前記患者の身体
    のイメージを表示するシステムにおいて、 手術中の前記患者の身体の動きを妨げない状態で前記患
    者の身体に対して固定できる基準ユニットと、 前記医療器具に対して固定できる遠隔ユニットと、 前記手術中の患者の動きに影響されることなく、前記患
    者の身体の一方の側のみに設置されることで、前記患者
    の身体の他方の側および隣接する側を妨げない状態で配
    置され、前記患者の身体を通過し前記患者の身体の通過
    によっても実質的に影響されない電磁位置特性フィール
    ドを発生するフィールド発生器と、 前記基準ユニットの動きに影響されることなく、前記位
    置特性フィールドの存在に応答して第一のセンサ出力信
    号を生成する第一のフィールドセンサであって、前記第
    一のフィールドセンサが前記患者の身体内または身体外
    に位置するかに関わりなく、前記第一のセンサ出力信号
    が前記第一のセンサの前記フィールド発生器に対する相
    対位置を表すことを特徴とする第一のフィールドセンサ
    と、 前記遠隔ユニットの動きに影響されることなく、前記位
    置特性フィールドの存在に応答して第二のセンサ出力信
    号を生成する第二のフィールドセンサであって、前記第
    二のフィールドセンサが前記患者の身体内または身体外
    に位置するかに関わりなく、前記第二のセンサ出力信号
    が前記第二のセンサの前記フィールド発生器に対する相
    対位置を表すことを特徴とする第二のフィールドセンサ
    と、 前記第一のフィールドセンサおよび前記第二のフィール
    ドセンサと通信し、前記手術中の前記患者の動きに関わ
    りなく前記遠隔ユニットの前記基準ユニットに対する相
    対位置を表す前記センサ出力信号に応答して位置データ
    を生成する位置検出手段と、 前記位置検出手段と通信し、前記位置データに対応した
    前記患者の身体のイメージを表示する出力表示手段と、
    を有することを特徴とするシステム。
  16. 【請求項１６】 患者の身体に対する医療器具の位置を
    監視し、前記医療器具の位置に対応した前記患者の身体
    のイメージを表示するシステムにおいて、 前記患者の身体の複数のイメージを表すイメージデータ
    を取り込む入力手段と、 手術中の前記患者の身体の動きを妨げない状態で前記患
    者の身体に対して固定できる患者基準ユニットと、 前記医療器具に対して固定できる遠隔ユニットと、 前記手術の場に配置できる手術場基準ユニットと、 前記患者基準ユニット、前記遠隔ユニット、または前記
    手術場基準ユニットのうち少なくとも一つに関連し、前
    記患者の身体を通過し前記患者の身体の通過によっても
    実質的に影響されない位置特性フィールドを発生する少
    なくとも一つのフィールド発生手段と、 前記患者基準ユニット、前記遠隔ユニット、または前記
    手術場基準ユニットのうち少なくとも一つに関連し、前
    記位置特性フィールドの存在に応答してセンサ出力信号
    を生成する少なくとも一つのフィールドセンサ手段であ
    って、前記センサ出力信号が、前記患者の身体のいずれ
    かの部分が前記フィールド発生手段と前記フィールドセ
    ンサ手段との間に位置するか否かに関わりなく、前記セ
    ンサの前記フィールド発生器に対する相対位置を表すこ
    とを特徴とする少なくとも一つのフィールドセンサ手段
    と、 前記フィールド発生手段および前記フィールドセンサ手
    段と通信し、前記手術中の前記患者の動きに関わりなく
    前記遠隔ユニットの前記基準ユニットに対する相対位置
    を表す前記センサ出力信号に応答して位置データを生成
    する位置検出手段と、 前記入力手段および前記位置検出手段と通信し、前記イ
    メージデータから前記位置データに関連した位置イメー
    ジデータを選択する追跡手段と、 前記追跡手段と通信し、異なる位置データに対して変化
    する前記位置イメージデータに対応して前記患者の身体
    のイメージを表示する出力表示手段と、を有することを
    特徴とするシステム。
  17. 【請求項１７】 請求項１６に記載のシステムにおい
    て、前記手術場基準ユニットは、前記患者の身体の少な
    くとも一部分を支持する支持ユニットを有することを特
    徴とするシステム。
  18. 【請求項１８】 請求項１６に記載のシステムにおい
    て、前記手術場基準ユニットは関節アームを有すること
    を特徴とするシステム。
  19. 【請求項１９】 請求項１６に記載のシステムにおい
    て、前記位置特性フィールドは、実質的に一点の発生源
    から放射される非直線的フィールドから成ることを特徴
    とするシステム。
  20. 【請求項２０】 請求項１６に記載のシステムにおい
    て、前記位置特性フィールドは、前記患者の一方の側か
    らのみ放射される非直線的フィールドから成ることを特
    徴とするシステム。
  21. 【請求項２１】 請求項１６に記載のシステムにおい
    て、前記フィールド発生手段または前記フィールドセン
    サ手段のいずれかから一定の間隔をあけて配置され、前
    記フィールド発生手段が発生するフィールドを監視する
    際に使用する基準出力信号を生成する基準センサを含む
    ことを特徴とするシステム。
  22. 【請求項２２】 患者の身体に対する医療器具の位置を
    監視し、前記医療器具の位置に対応した前記患者の身体
    のイメージを表示するシステムにおいて、 前記患者の身体の複数のイメージを表すイメージデータ
    を取り込むイメージデータ手段と、 手術中の前記患者の身体の動きを妨げない状態で前記患
    者の身体に対して固定できる患者基準ユニットと、 前記医療器具に対して固定できる遠隔ユニットと、 前記手術場内に配置できる手術場基準ユニットと、 前記患者基準ユニット、前記遠隔ユニット、または前記
    手術場基準ユニットのうち少なくとも一つに関連し、前
    記患者の身体を通過し前記患者の身体の通過によっても
    実質的に影響されない電磁位置特性フィールドを発生す
    る少なくとも一つのフィールド発生手段と、 前記患者基準ユニット、前記遠隔ユニット、または前記
    手術場基準ユニットのうち少なくとも一つに関連し、前
    記位置特性フィールドの存在に応答してセンサ出力信号
    を生成する少なくとも一つのフィールドセンサ手段であ
    って、前記患者の身体のいずれかの部分が前記フィール
    ド発生手段と前記フィールドセンサ手段との間に位置す
    るか否かに関わりなく、前記センサ出力信号が前記セン
    サの前記フィールド発生器に対する相対位置を表すこと
    を特徴とする少なくとも一つのフィールドセンサ手段
    と、 前記フィールド発生手段および前記フィールドセンサ手
    段と通信し、前記手術場内での前記患者の動きに関わり
    なく前記遠隔ユニットの前記基準ユニットに対する相対
    位置を表す前記センサ出力信号に応答して位置データを
    生成する位置検出手段と、 前記イメージ手段および前記位置検出手段と通信し、前
    記イメージデータから前記位置データに関連した位置イ
    メージデータを選択する追跡手段と、を有することを特
    徴とするシステム。
  23. 【請求項２３】 請求項２２に記載のシステムにおい
    て、前記フィールド発生手段または前記フィールドセン
    サ手段のいずれかから一定の間隔をあけて配置され、前
    記フィールド発生手段が発生するフィールドを監視する
    際に使用する基準出力信号を生成する基準センサを含む
    ことを特徴とするシステム。
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