測定値のサブセットを識別する方法および装置、対象物の位置を特定する方法およびシステム、これらの方法のための記録媒体
磁気擾乱素子によって擾乱されている測定値を含む測定値サブセットを識別する方法であって、ａ）磁界を放射するステップ、およびＮ個の実際の測定値のセットを求めるために、Ｎ組の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を用いてこれらの磁界を測定するステップ（７０）と、ｂ）Ｎ個の測定値の中のサブセットＭiに基づいて、対象物の位置の推定値Ｐiを算出するステップ（７２）と、ｃ）推定位置Ｐiと、対象物の位置をＮ個の測定値から成るセットに関連付ける少なくとも１つの直接モデルとに基づいて、Ｎ個の測定値を推定するステップ（７４）と、ｄ）ステップｃ）中に推定された測定値をステップａ）中に求められた実際の測定値と比較することによって、この測定値サブセットＭiが擾乱測定値を含むか否かを判定するステップ（７６）とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気擾乱素子によって擾乱されている測定値を含む測定値サブセットを識別するための方法および装置に関する。また本発明は、この識別方法を実施して、基準フレームにおける対象物の位置を特定するための方法およびシステムにも関する。さらに、本発明は、これらの方法を実施するための、情報を記録するための媒体にも関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書においては、磁気擾乱素子を、放射されている磁界を、この素子の近傍において変化または変形させるあらゆる物体であると定義する。例えば、磁気擾乱素子は、導電体でもよい。この場合、磁界は、導電体に発生する渦電流によって変更されることになる。導電体は、例えば金属である。また、磁気擾乱素子は、常磁性体、強磁性体、または反磁性体などの磁性体でもよい。強磁性体の場合における磁界の変化は、この磁性体が磁力線を変形させることによるものである。
【０００３】
磁気擾乱素子が、磁界源および磁気変換器の近くに存在する場合に、磁気変換器が測定する磁界は、この磁気擾乱素子が存在しない状態で測定する磁界とは異なる。この場合、測定値は、磁気擾乱素子によって「擾乱されている」。
【０００４】
本明細書においては、磁気擾乱素子によって擾乱されている測定値を少なくとも１つは含んでいる測定値サブセットを、「擾乱サブセット」と呼ぶ。逆に、磁気擾乱素子によって擾乱されている測定値を少しも含んでいない測定値サブセットを、「正常サブセット」または「非擾乱サブセット」と呼ぶ。
【０００５】
磁気擾乱素子によって擾乱されているサブセットを識別する方法は、通常、基準フレームにおける対象物の位置を特定する際に使用されている。
【０００６】
基準フレームにおける対象物の位置を特定する公知の方法は、次のステップを有する。
−実際の測定値が、
・磁界を放射するために使用する単軸磁界源の位置、または
・放射された磁界を測定するために使用する単軸磁気変換器の位置、または
・磁界の周波数によって、他から区別される単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を用いて求められる、Ｎ個の実際の測定値から成るセットを取得するために、Ｎ組の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を用いて、磁界を放射するステップおよび放射された磁界を測定するステップと、
−単軸磁界源／単軸磁気変換器の対によって測定された測定値に基づいて、基準フレームにおける対象物の位置を特定するステップ。
【０００７】
単軸磁界源は、単一軸に沿って磁界を放射することが好ましい磁界源である。例えば、巻線が同一軸の周りに巻かれているコイルは、単軸磁界源であり、優先放射軸は、巻線の巻軸と一致する。
【０００８】
同様に、単軸磁気変換器は、単一の測定軸における磁界強度を測定できる変換器である。
【０００９】
磁界に基づいて対象物の位置を特定することには、多くの利点がある。しかし、実際のところ、対象物の周囲には、磁界の測定を邪魔して対象物の位置を誤らせそうな、多くの磁気擾乱素子が存在している。
【００１０】
磁気擾乱素子の存在にもかかわらず、対象物の位置を正しく特定するために、測定に冗長性を持たせることが既に提案されている。実際のところ、磁気擾乱範囲の狭さを考慮すると、磁気擾乱素子の存在は、測定値のサブセットだけを擾乱すると想定してもよい。従って、測定値が余分にあると、少なくとも１つの非擾乱測定値サブセットが存在することが多い。測定を冗長にするためには、基準フレームにおける対象物の位置を計算するために必要な最小測定数Ｎminより多くの、単軸磁界源／単軸磁気変換器の対が必要である。
【００１１】
その後の対象物の位置の特定中に、磁気擾乱素子の存在にもかかわらず、対象物の正しい位置を得るために、擾乱測定値より非擾乱測定値により大きい重みを付与することができる。例えば、対象物の位置を、非擾乱測定値サブセットだけに基づいて計算している。
【００１２】
しかし、この前に、１つ以上の擾乱測定値サブセットを識別する方法を実施する必要がある。
【００１３】
従来、擾乱サブセットの判定は、先行する較正ステップ中に行われている（例えば、特許文献１であるＵＳ２００８／００３３２８２参照）。この従来の較正ステップでは、Ｎ個の測定値の中のサブセットＭiだけが関わる観測器Ｏiに基づいて、基準フレームにおける対象物の位置の推定値Ｐiを算出している。
【００１４】
次いで、推定値Ｐiを、サブセットＭiが擾乱測定値を含んでいるか否かを判定するために、対象物の既知の位置と比較している。
【００１５】
この方法は、磁気擾乱素子が断続的にだけ存在する場合、または磁気擾乱素子が基準フレーム内を移動する場合に、正しく機能しない。さらに、先行する較正ステップに頼るのは、面倒である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／００３３２８２号明細書
【特許文献２】米国特許第６５２８９８９号明細書
【特許文献３】仏国特許出願公開第０９５３４６２号明細書
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】Ｔａｒｅｎｔｏｌａ、Ａ．Ｓｉａｍ（Ｅｄ．）共著、「逆問題理論(Inverse problem theory)」、２００５年
【非特許文献２】Ａｓｔｅｒ Ｅｌｓｅｖｉｅｒ（Ｅｄ．）著、「パラメータ推定および逆問題(Parameter estimation and inverse problems)」、Ｅｌｓｅｖｉｅｒ、２００５年
【非特許文献３】Ｓ．Ｌｅｓｅｃｑ、Ｓ．Ｇｅｎｔｉｌ、Ｎ．Ｄａｒａｏｕｉ共著、「データ損失のある方形位置推定(Quadrator attitude estimation with data losses)」、Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， ＥＣＣ０９、ハンガリー、２００９年
【非特許文献４】Ｓ．Ｌｅｓｅｃｑ、Ｓ．Ｇｅｎｔｉｌ、Ｃ．Ｂｅｒｂｒａ共著、「データ損失のあるフィルタバンクに基づく状態監視(Condition monitoring based on filter bank in the presence of data loss)」、Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、ＣＭ２００９／ＭＦＰＴ２００９、２００９年
【非特許文献５】Ｖ．Ｓｉｒｃｏｕｌｏｎｄ、Ｇ．Ｈｏｂｌｏｓ、Ｈ．Ｃｈａｆｏｕｋ、Ｊ．Ｒａｇｏｔ共著、「センサ損失の関数としての推定品質の評価(Evaluation of estimation quality as a function of the loss of sensors)」、Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ ｄｅｓ ｓｙｓｔｅｍｅｓ ｃｏｍｐｌｅｘｅｓ、２００８年版、ｐ９〜２６
【非特許文献６】Ｊ．Ｒａｇｏｔ著、「データの検証および調整、従来のやり方、困難および開発(Validation and reconciliation of data, conventional approach, difficulties and development)」、Ｌｅｓ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｄｅ ｌ’ｉｎｄｕｓｔｒｉｅ ｍｉｎｅｒａｌｅ，（２００６）２９、ｐ２２〜３０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、擾乱測定値サブセットを識別する簡単な方法を提供することにより、上記の欠点の少なくとも１つを改善することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
そのために、本発明の主題は、次のステップを有する方法である。
−推定位置Ｐiと、対象物の位置をＮ個の測定値から成るセットに結び付ける少なくとも１つの直接モデルとに基づいて、Ｎ個の測定値を推定するステップと、
−推定の測定値を実際の測定値と比較することによって、測定値のサブセットが擾乱測定値を含んでいるか否かを決定するステップ。
【００２０】
上記の方法において、サブセットＭiが、磁気擾乱素子によって擾乱されている測定値を含んでいる場合、対象物の実際の位置の推定値Ｐiは、間違っていることとなる。必然的に、この間違った位置Ｐiに対応する測定値を推定すると、その推定の測定値は、実際に測定されるものとは非常に異なるものになる。推定の測定値と実際の測定値とのこの差により、サブセットＭiが擾乱されているか否かを判定することができる。
【００２１】
実施に当たって、上記の方法は、対象物の位置が前もって分かっている必要がある、先行する較正ステップを必要としない。さらに、この方法は、Ｎ個の測定値を更新するたびに、繰り返すことができる。従って、この方法は、磁気擾乱素子が断続的にだけ存在する場合、または擾乱の発生が時間とともに変化する場合でさえ、うまく働く。
【００２２】
この識別方法の実施形態は、次の特徴の１つ以上を備えているのがよい。
・この方法は、次のステップも有する。
−サブセットＭjおよびＭiが、少なくとも１つの測定値を共通に有し、かつ他の少なくとも１つの測定値が互いに異なる状況において、Ｎ個の測定値の中のサブセットＭjだけに関わる観測器Ｏjに基づいて、基準フレームにおける対象物の同じ位置についての、少なくとも別の推定値Ｐjを算出するステップと、
−推定位置Ｐjと、対象物の位置をＮ個の測定値から成るセットに結び付ける直接モデルとに基づいて、Ｎ個の測定値を推定するステップと、
−推定の測定値を実際の測定値と比較することによって、このサブセットＭjが擾乱測定値を含んでいるか否かを判定するステップと、
−１つ以上の擾乱測定値をより正確に特定するために、サブセットＭiおよびＭjの中に擾乱測定値が存在するか否かについての情報を別の方法で確認するステップ。
・またこの方法は、次のステップを有する。
−推定の測定値と実際の測定値との差によって決まる少なくとも１つの残余を計算するステップと、
−この残余が所定の閾値を超える場合に、サブセットが少なくとも１つの擾乱測定値を含んでいるかどうかを判定するステップ。
【００２３】
識別方法の上記の実施形態は、さらに次の利点を有する。
−複数の異なるサブセットＭiについての情報を別の方法で確認することにより、磁気擾乱素子によって、どの測定値が擾乱されているかを特定することができる。
【００２４】
また、本発明の主題は、基準フレームにおける対象物の位置を特定する方法に関し、この方法は、次のステップを備えている。
−擾乱測定値を少しも含まない少なくとも１つの測定値サブセットを見つけるまで、Ｎ個の実際の測定値からの複数の測定値サブセットＭiに関して、擾乱測定値サブセットを識別するために、上記の方法を繰り返すステップと、
−対象物の位置の特定中に、擾乱測定値を少しも含まない測定値サブセットが見つかった場合、対象物の位置の特定に関して、このサブセットに属する非擾乱測定値に対する、このサブセットに属さない測定値の影響を限定するために、このサブセットに属さない測定値に重みを付けるステップ。
【００２５】
この位置を特定する方法の実施形態は、次の特徴の１つ以上を備えているのがよい。
・複数の測定値サブセットが擾乱測定値を少しも含まないと識別される場合、この方法は、擾乱測定値を少しも含まないこれらの測定値サブセットに基づいて求められる、同じ位置の推定値Ｐiの組み合わせに基づいて、対象物の位置を特定するステップを有する。
・対象物の位置の特定中に、擾乱測定値を少しも含まないと識別されているサブセットに基づいて求められる非擾乱推定値によって、擾乱していると識別されている少なくとも１つの測定値を置換するステップを有する。
【００２６】
位置特定方法の上記の実施形態は、さらに次の利点を有する。
−対象物の位置の最終推定値を算出するために、複数の非擾乱測定値サブセットに基づいて求められる推定値Ｐiを組み合わせて使用することにより、対象物の位置特定の精度を向上させることができる。
−擾乱測定値を、これらの擾乱測定値の非擾乱推定値で置換することにより、対象物の位置特定の精度を向上させることができる。
【００２７】
また、本発明の主題は、電子計算機が命令を実行するとき、上記の方法の１つを実行するための命令を有する情報を記録する媒体に関する。
【００２８】
また、本発明の主題は、磁気擾乱素子によって擾乱されている測定値を含むサブセットを識別する識別装置に関する。この識別装置は、次のものを備えている。
−セットの実際の測定値のそれぞれが、
・磁界を放射するために使用する単軸磁界源の位置、または
・磁界を測定するために使用する単軸磁気変換器の位置、または
・磁界の周波数により、他から区別される単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を用いて求められる、Ｎ個の実際の測定値のセットを取得するための、Ｎ組の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対と、
−Ｎ個の測定値の中のサブセットＭiだけに基づいて、対象物の位置の推定値Ｐiを算出することができる少なくとも１つの観測器Ｏiと、
−推定位置Ｐiと、対象物の位置をＮ個の測定値から成るセットに結び付ける少なくとも１つの直接モデルとに基づいて、Ｎ個の測定値を推定する推定器と、
−推定の測定値を実際の測定値と比較することによって、測定値サブセットが擾乱測定値を含んでいるか否かを判定することができるブロック。
【００２９】
最後に、本発明の主題は、基準フレームにおける対象物の位置を特定するシステムでもある。このシステムは、次のものを備えている。
−セットの実際の測定値のそれぞれが、
・磁界を放射するために使用する単軸磁界源の位置、または
・磁界を測定するために使用する単軸磁気変換器の位置、または
・磁界の周波数によって、他から区別される単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を用いて求められる、Ｎ個の実際の測定値から成るセットを取得するための、Ｎ組の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対と、
−単軸磁界源／単軸磁気変換器の対によって測定された測定値に基づいて、基準フレームにおける対象物の位置を特定するための位置特定モジュールと、
−擾乱測定値を含む測定値サブセットを識別するための識別装置。
【００３０】
位置特定モジュールは、次のことができる。
・複数の測定値サブセットＭiの中から非擾乱測定値サブセットを少なくとも１つ見つけるために、識別装置の使用と、
・擾乱測定値を少しも含まない測定値サブセットが見つかった場合だけ、対象物の位置に関して、このサブセットに属する非擾乱測定値に対する、このサブセットに属さない測定値の影響を限定するために、このサブセットに属さない測定値への重み付け。
【００３１】
本発明は、図面を参照して、限定しない単なる例として挙げる、以下の説明を読むことにより、より良く理解しうると思う。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】擾乱測定値サブセットを識別するための装置を備え、基準フレームにおける対象物の位置を特定するシステムの概略図である。
【図２】図１のシステムで使用されている対象物の位置特定モジュールの概略図である。
【図３】図１のシステムにおける対象物の位置を特定する方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
全ての図において、同じ要素には同じ符号を付してある。
【００３４】
以下の説明において、当業者に公知の特徴および機能については、詳細には記述しない。
【００３５】
図１は、基準フレーム６における対象物４の位置を特定するシステム２を示している。対象物４は、例えば、人体に導入されている測定用電極またはカテーテルである。対象物４は、基準フレーム６内を６つの自由度で移動できる。
【００３６】
基準フレーム６は、３つの直交する軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有する固定基準フレームである。
【００３７】
基準フレーム６において対象物４の位置を特定するということは、その位置Ｐを見つけることである。ここで、位置Ｐは、座標（ｘ，ｙ，ｚ）および座標（θx，θy，θz）で表される。座標ｘ、ｙ、ｚは、基準フレーム６における対象物４の位置を示している。座標θx、θy、θzは、それぞれ基準フレーム６の軸Ｘ、Ｙ、Ｚに対する対象物４の角方向を示している。
【００３８】
基準フレーム６における対象物４の位置を特定するために、対象物４は、３軸磁界源１０を備えている。
【００３９】
３軸磁界源１０は、同一線上にない３つの軸１４〜１６に沿った磁界を生成できる。ここで、これらの軸１４〜１６は、相互に直交している。これらの軸は、対象物４に関係している。
【００４０】
このために、３軸磁界源１０は、ここでは３つの単軸磁界源１８〜２０から構成されている。単軸磁界源１８〜２０は、軸１４、１５、１６に沿ってそれぞれ磁界Ｂ1j、Ｂ2j、Ｂ3jを放射する。添え字１、２または３は、単軸磁界源の識別子であり、添え字ｊは、この単軸磁界源が放射する磁界の周波数ｆjの識別子である。
【００４１】
単軸磁界源１８〜２０のそれぞれは、点状の磁界源でモデル化することができる。単軸磁界源１８〜２０は、それぞれの点状の磁界源が基準フレーム６において、全く同じ場所を占有するように配置されているのが好ましい。ここでは、この場所を点Ｏと呼ぶ。点Ｏは、軸１４〜１６の交点である。
【００４２】
例えば、各単軸磁界源１８〜２０は、それぞれ軸１４〜１６の周りに巻かれた単一のコイルから成っている。ここで、これらのコイルのそれぞれは、巻軸に沿って点Ｏの両側に対称に分散された２つのほぼ同一の巻線グループに分割されている。各巻線グループは、巻軸に沿って同じ方向に巻かれている。
【００４３】
これらの単軸磁界源１８〜２０のそれぞれは、可撓線のリンク２２を介して、処理部２４に接続されている。
【００４４】
処理部２４は、測定の幾何学的冗長性を有するように、２つの３軸磁気センサ２６および２７にも接続されている。これらの３軸磁気センサ２６および２７は、距離ｄだけ離れている。例えば、３軸磁気センサ２６および２７は、同一であり、３軸磁気センサ２６についてだけ、詳細に図示し説明する。
【００４５】
３軸磁気センサ２６は、基準フレーム６に固定されている。この３軸磁気センサ２６は、３つの直交軸２８〜３０に沿って磁界を測定することができる。ここで、軸２８〜３０は、それぞれ基準フレーム６の軸Ｚ、Ｙ、Ｘに平行している。
【００４６】
このために、３軸磁気センサ２６は、３つの単軸磁気変換器３２〜３４を組み込んでいる。これらの変換器のそれぞれは、磁界に対するその感度が最大の軸に沿った測定方向を有する。ここで、単軸磁気変換器３２、３３、３４の測定方向は、それぞれ軸２８、２９、３０に一致する。
【００４７】
例えば、単軸磁気変換器３２、３３、３４は、それぞれ軸２８、２９、３０の周りに巻かれているコイルである。
【００４８】
３軸磁界源１０から各３軸磁気センサ２６または２７までの最短距離ｄは、３軸磁界源１０の最大寸法より少なくとも３倍大きい。３軸磁界源１０の最大寸法は、単軸磁界源１８〜２０の中の最大の単軸磁界源の長さである。これらの条件のもとに、３軸磁界源１０は、磁気双極子としてモデル化することができる。
【００４９】
同じ動作周波数で動作する１つの単軸磁界源と、１つの単軸磁気変換器とが連携することにより、単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を形成する。例えば、単軸磁界源１８および単軸磁気変換器３２は、周波数ｆ1で動作するとき、第１の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を形成し、周波数ｆ2で動作するとき、第２の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を形成する。単軸磁界源１９と連携するこの同じ単軸磁気変換器３２は、周波数ｆ1およびｆ2で動作するとき、それぞれ第３および第４の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を形成する。
【００５０】
単軸磁界源／単軸磁気変換器の対のそれぞれは、他の対とは異なる周波数で動作することができる。しかし、ここでは、単なる例として、各単軸磁界源は、周波数ｆ1だけで動作すると想定する。従って、１８の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対が存在することになる。単軸磁界源／単軸磁気変換器の対のそれぞれは、それぞれの対に固有の物理量の測定値ｍａiに対応する。測定値ｍａiは、単軸磁気変換器の測定軸上に、単軸磁界源によって放射される磁界の大きさである。各対の測定値ｍａiは、磁気擾乱素子がこれらの測定値の１つを擾乱するが、他の測定値を擾乱しないことがあるという意味において、別の対の測定値ｍａjから独立している。
【００５１】
従って、この実施形態においては、１８の独立の測定値ｍａ1〜ｍａ18が存在し、これらの測定値は、同時にまたは順次に、測定されてもよい。これら１８の測定値ｍａ1〜ｍａ18は、同時に測定され、一定の間隔で繰り返されることが好ましい。一定の間隔は、測定間隔に相当する。測定間隔ごとに、１８の測定値は、１８の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対によって更新される。例えば、測定間隔は、単軸磁気変換器の信号のサンプリング周期に等しい。
【００５２】
これら１８の測定値ｍａ1〜ｍａ18のセットをＭで表し、セットＭの測定値の数をＮで表す。ここでは、Ｎが１８である特定の場合について説明する。
【００５３】
処理部２４は、磁界Ｂi1を生成するように、３軸磁界源１０にＡＣ電流を供給し、３軸磁気センサ２６および２７の単軸磁気変換器３２〜３４が測定した磁界を取得する。
【００５４】
例えば、処理部２４は、同期検出器である。このような同期検出器の一例は、特許文献２（ＵＳ６，５２８，９８９）において、その中の図１６に関して説明されている。従って、処理部２４については、ここでは詳細に説明しない。
【００５５】
処理部２４は、擾乱測定値サブセットを識別しており、基準フレーム６における対象物４の位置を特定する位置特定モジュール４２に接続されている。
【００５６】
例えば、処理部２４が、電子カードの形態を取っているのに対して、位置特定モジュール４２は、ソフトウェアモジュールの形態を取っている。このため、システム２は、プログラム可能電子計算機４４を備えており、この電子計算機４４は、処理部２４を組み込んでおり、情報記録媒体に記録されている命令を実行できる。このため、電子計算機４４は、電子計算機４４が命令を実行するとき、図３の方法を実行するための命令を有するメモリ４６に、接続されている。電子計算機４４は、マンマシンインタフェース４８にも接続されている。例えば、マンマシンインタフェースは、基準フレーム６における対象物４の位置を示すスクリーンを備えている。
【００５７】
また、システム２は、基準フレーム６における対象物４の位置を示す、磁界以外の物理量を測定するための他の装置も備えていてもよい。例えば、システム２は、放射線写真装置またはカメラなどの装置５０を備えている。装置５０の測定値は、磁気擾乱素子が存在するか、または不在であるかの影響を受けない。
【００５８】
図２は、位置特定モジュール４２の例示的実施形態を詳細に示している。
【００５９】
位置特定モジュール４２は、次のものを連続して備えている。
・観測器Ｏiのバンク６０と、
・測定値を推定する推定器６２と、
・擾乱測定値サブセットＭiを判定するためのブロック６４と、
・基準フレーム６における対象物４の位置を特定する位置特定器６６。
【００６０】
測定間隔ごとに、位置特定モジュール４２は、入力として、セットＭのＮ個の測定値を受け取る。このセットＭは、観測器のバンク６０に入力として伝達される。
【００６１】
各観測器Ｏiは、基準フレーム６における対象物４の位置の推定値Ｐiを求めるために、連立方程式を解くことができる。各観測器Ｏiは、このために、測定値ｍａ1〜ｍａ18の中からサブセットＭiだけを使用する。サブセットＭiは、セットＭの中から選択されるＲ個の測定値を含んでいる。ここで、Ｒは、厳格に、Ｎ未満で、かつ閾値Ｎmin以上の整数である。閾値Ｎminは、基準フレーム６において対象物４の位置を推定するために必要な測定値の最小数である。ここで、対象物４の位置が６つの座標ｘ、ｙ、ｚ、θx、θy、θzで決定されることを考慮すると、閾値Ｎminの値は８である。
【００６２】
観測器Ｏiの連立方程式は、例えば、磁気擾乱素子の存在を考慮せずに、サブセットＭiのＲ個の測定値の測定を行うために使用する、単軸磁界源と単軸磁気変換器との磁気相互作用をモデル化することによって求められる。この連立方程式においては、対象物４の座標ｘ、ｙ、ｚ、θx、θy、θzが未知数である。
【００６３】
観測器の構成についての情報は、非特許文献１および２を参照することができる。
【００６４】
ここで、この連立方程式は、カルマンフィルタの形態で表現されるのが好ましい。
【００６５】
観測器Ｏiは、これらの観測器の１つが、非擾乱測定値サブセットＭiだけを使用する確率を最大にするように選択されるようになっている。
【００６６】
例えば、この実施形態において、５つの観測器Ｏ1〜Ｏ5は、観測器のバンク６０に組み込まれている。
【００６７】
観測器Ｏ1は、３軸磁気センサ２６の測定値だけを使用する。従って、サブセットＭ1は、９つの測定値ｍａiだけを含んでいる。この測定値サブセットＭ1は、磁気擾乱素子が３軸磁気センサ２７の測定値だけに影響を及ぼす場合に、擾乱されない。
【００６８】
観測器Ｏ2は、３軸磁気センサ２７が測定した測定値だけを使用する。従って、測定値サブセットＭ2は、９つの測定値ｍａiだけを含んでいる。このサブセットＭ2は、磁気擾乱素子が３軸磁気センサ２６の測定値だけに影響を及ぼす場合、擾乱されない。
【００６９】
観測器Ｏ3、Ｏ4、Ｏ5は、それぞれ次の単軸磁気変換器が測定した測定値だけを使用している。
・３軸磁気センサ２６および２７の単軸磁気変換器３３および３４と、
・３軸磁気センサ２６および２７の単軸磁気変換器３２および３４と、
・３軸磁気センサ２６および２７の単軸磁気変換器３２および３３。
【００７０】
従って、サブセットＭ3、Ｍ4、Ｍ5は、それぞれ１２の測定値ｍａiを含んでいる。これらのサブセットＭ3、Ｍ4、Ｍ5は、それぞれ単軸磁気変換器３２、３３、３４が測定した測定値だけに、磁気擾乱素子が影響を及ぼす場合に、擾乱測定値を少しも含まない。換言すると、磁気擾乱素子が方向Ｘ、ＹまたはＺの１つの方向に平行な磁界だけに影響を及ぼす場合に、サブセットＭ3、Ｍ4、Ｍ5の中の少なくとも２つは正常である。
【００７１】
推定器６２は、推定位置Ｐiに置かれている対象物に関して、システム２の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対のそれぞれが測定する実際の測定値のＮ個の推定値
【数１】
〜
【数２】
を含むセット
【数３】
を算出する。表記
【数４】
において、ｊは、測定値の識別子であり、ｉは、推定値Ｐiを得るために使用されている測定値サブセットＭiの識別子である。ここで、添え字ｊは、１〜１８の間にある。
【００７２】
通常、推定器６２は、対象物４の位置Ｐの６つの座標をＮ個の推定値
【数１】
〜
【数２】
に結び付ける連立方程式を解く。この連立方程式は、例えば磁気擾乱素子が存在する可能性などを考慮せずに、例えば、システム２の各単軸磁界源と各単軸磁気変換器との間の磁気相互作用をモデル化することによって得られる。この連立方程式は、直接的な問題、すなわち対象物４の所与の位置に対応する測定値の値を決定する問題を、解くことができる直接モデルである。
【００７３】
ブロック６４は、測定値サブセットＭiが擾乱されているか否かを判定する。このために、ブロック６４は、推定値
【数４】
を実際の測定値ｍａjと比較することができる比較器６８を備えている。
【００７４】
ここで、推定の測定値
【数４】
と本当の測定値ｍａjとの比較は、各観測器Ｏiに関する残余ＲjiのセットＲiと、各観測器Ｏiに関する判定用値Ｃiとを使用して行われる。
【００７５】
残余Ｒjiは、例えば、推定の測定値
【数４】
と対応する本当の測定値ｍａjとの差に等しい。
【００７６】
ここで、判定用値Ｃiは、平均Ｍ＿ｄiと平均Ｍ＿ｕiとの差に等しい。
【００７７】
平均Ｍ＿ｄiは、観測器Ｏiが使用しなかった測定値に関して求められる残余Ｒjiの平均である。使用しなかった測定値は、サブセットＭiに属しない測定値である。
【００７８】
平均Ｍ＿ｕiは、観測器Ｏiによって使用された測定値に関して求められる残余Ｒjiの平均である。使用された測定値は、サブセットＭiに属する測定値である。
【００７９】
位置特定器６６は、対象物４の位置の最終推定値Ｐfを出力する。この推定値は、擾乱サブセットより非擾乱サブセットＭiに大きな重みを付与することによって求められる。
【００８０】
位置特定モジュール４２の種々の要素およびそれら要素の動作について、図３を参照してより詳細に説明する。
【００８１】
３軸磁界源１０と、３軸磁気センサ２６および２７と、処理部２４と、観測器のバンク６０と、推定器６２と、ブロック６４とが連携することにより、磁気擾乱素子によって擾乱されたサブセットを識別する装置を形成している。
【００８２】
次に、システム２の動作について、図３を参照して説明する。
【００８３】
最初に、測定間隔ごとのステップ７０中に、システム２の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対のそれぞれが、Ｎ個の測定値ｍａjの測定を行う。
【００８４】
次のステップ７２中に、これらの測定値は、入力として観測器のバンク６０に伝達される。これらの測定値に基づいて、ステップ７２中に、各観測器Ｏiは、対応する測定値サブセットＭiに基づいて、対象物４の位置の推定値Ｐiを算出する。こうして、ステップ７２の完了時に、観測器のバンク６０は、５つの推定値Ｐiを算出している。
【００８５】
ステップ７４中に、推定値Ｐiに基づいて、セット
【数３】
を構成する。このため、Ｎ個の実際の測定値の推定値
【数１】
〜
【数２】
から成る対応するセット
【数３】
を求めるために、各推定値Ｐiが推定器６２に入力される。
【００８６】
ステップ７４の完了時には、５つのセット
【数３】
が求められている。
【００８７】
次のステップ７６中に、ブロック６４は、サブセットＭiが擾乱されているか否かを判定する。このため、動作７８中に、各サブセット
【数３】
に関して、比較器６８は、各推定の測定値
【数４】
を、同じ測定間隔中に測定された対応する実際の測定値ｍａjと比較する。
【００８８】
より正確には、比較器６８は、各サブセット
【数３】
に関して、残余Ｒjiを計算する。その後、比較器６８は、平均Ｍ＿ｄiおよび平均Ｍ＿ｕiを計算する。最後に、判定用値Ｃiを計算する。
【００８９】
使用しなかった測定値だけが擾乱されている場合、平均Ｍ＿ｄiは、大きい値を取るのに対して、平均Ｍ＿ｕiは逆に低い値を取る。その結果、平均Ｍ＿ｄiと平均Ｍ＿ｕiとの差は、大きくなる。従って、この場合の判定用値Ｃiの値は大きい。従って、判定用値Ｃiの大きい値は、擾乱測定値が存在するが、擾乱測定値は、サブセットＭiには含まれていないことを示している。
【００９０】
使用されなかった測定値、および使用された測定値の両方ともが擾乱されている場合、または擾乱された測定値がない場合、平均Ｍ＿ｄiと平均Ｍ＿ｕiとの差は、前の例よりも小さくなる。この場合、判定用値Ｃiは小さい。
【００９１】
従って、動作７８中に、判定用値Ｃiは、所定の閾値Ｓ1と比較される。判定用値Ｃiの値がこの閾値Ｓ1を超える場合、サブセットＭiは、正常なサブセットであると識別される。
【００９２】
逆に、判定用値Ｃiが閾値Ｓ1より小さい場合、測定値の全てが擾乱されている場合と、測定値のどれも擾乱されていない場合とを区別するために、さらに比較を行う。例えば、この追加の比較は、平均Ｍ＿ｄiを所定の閾値Ｓ2と比較することから成っている。平均Ｍ＿ｄiがこの閾値Ｓ2より小さい場合、どの測定値も擾乱されていないことを示している。従って、サブセットＭiおよび他のサブセットのセットは、正常である。逆の場合は、全てのサブセットＭiが擾乱されていることを示している。
【００９３】
次のステップ８０中に、磁気擾乱素子が引き起こしている擾乱について、より正確に特徴を求める。そのため、ステップ７６中に取得した種々のサブセットＭiについての情報を、どの測定値が擾乱されているかをより正確に特定するために、さらに確認を進める。
【００９４】
例えば、サブセットＭiが正常であるのに対して、サブセットＭ2が擾乱されている場合、磁気擾乱素子は、３軸磁気センサ２７の近くにあることを示している。さらに、測定値サブセットＭ3が擾乱されていない場合、３軸磁気センサ２７の単軸磁気変換器３２だけが、この磁気擾乱素子によって擾乱されていることを示している。
【００９５】
別の例においては、サブセットＭ3は正常である。この場合は、磁気擾乱素子がＺ軸に沿った測定値だけを擾乱していることを示している。さらに、サブセットＭ1もＭ2も擾乱されている場合は、３軸磁気センサ２６および２７の単軸磁気変換器３２だけが、磁気擾乱素子の影響を受けている変換器であることを示している。
【００９６】
ステップ８０と並行してステップ８２中に、位置特定器６６は、対象物４の位置特定の精度に対する擾乱測定値の影響を限定するために、擾乱測定値に重みを付けることによって対象物４の位置の最終推定値Ｐfを確定している。
【００９７】
このステップ中に、種々の推定方式を使用できる。例えば、磁気擾乱素子が存在しないと判定されている場合は、Ｎ個の測定値から成るセットＭのセットを、推定値Ｐfに結び付ける観測器Ｏtを使用する。
【００９８】
磁気擾乱素子と、少なくとも１つの非擾乱測定値サブセットとが存在すると判定されている場合、判定用値Ｃiが最大であるサブセットＭiを選択する。その後のステップ７２中に、推定値Ｐfは、観測器Ｏiによって算出された推定値Ｐiに等しくなるように選択されてもよい。
【００９９】
別の解決手段は、擾乱測定値を補償するものである。それに応じて、Ｎ個の測定値を最終推定値Ｐfに結び付ける全部がそろった観測器Ｏtが使用される。この全部がそろったモデルにおいて、未知数は、測定値ｍａjである。正常なサブセットＭiの測定値ｍａjは、全部そろった観測器Ｏtによって直接使用される。他方、サブセットＭiに属さない擾乱測定値または潜在的な擾乱測定値は、それらの値の非擾乱値の推定値で置換される。この推定値は、ステップ７４中に、正常なサブセットＭiの測定値に基づいて求められる推定値
【数４】
である。その後、観測器Ｏtは、実際の測定値と推定の測定値とのこの組み合わせを使用して、推定値Ｐfを求める。
【０１００】
正常な測定値サブセットが複数存在する場合に最終推定値Ｐfを求めるために、これらの正常なサブセットに基づいて求められている対象物４の位置の推定値Ｐiを、組み合わせることもできる。例えば、ここで測定値サブセットＭkおよびＭlが正常であると想定する。この場合、最終推定値Ｐfは、次の関係を用いて求めることができる。Ｐf＝αＲk＋（１−α）Ｐl、ここでαは、重み係数である。通常、重み係数αは、次の式で与えられる。α＝ｅk／（ｅk＋ｅl）、ここで、ｅkおよびｅlは、対象物４の本当の位置と、対象物４の位置のそれぞれの推定値ＰkおよびＰlとの誤差を表している。
【０１０１】
例えば、誤差ｅkおよびｅlは、推定の測定値
【数４】
と実際の測定値ｍａjとの差に基づいて計算される。例えば、非常に簡略化した場合において、誤差ｅkおよびｅlは、それぞれ平均Ｍ＿ｕkおよび平均Ｍ＿ｕlに等しくとされる。
【０１０２】
測定間隔ごとに、ステップ７０〜８２を繰り返す。従って、間欠的な磁気擾乱素子の存在を識別することができ、その存在を考慮に入れるために、推定値Ｐfの計算をリアルタイムに適応させることができる。
【０１０３】
多数の他の実施形態も可能である。例えば、観測器Ｏiは、他のやり方で構成されてもよい。観測器Ｏiは、対象物４の位置の６つの座標をセットＮの１８の測定値に結び付ける単一のモデルに基づいて求めてもよい。このモデルでは、各観測器Ｏiの連立方程式は、サブセットＭiの構成要素でない測定値を無視することにより求められる。例えば、これらの測定値を無視する１つのやり方は、サブセットＭiに属さない測定値の不確実性が、サブセットＭiに属する測定値の不確実性よりはるかに大きいことを活用する。観測器Ｏiを構成するためのこのような方式についての情報については、さらに非特許文献３および４に記載されている。
【０１０４】
残余および他の判定用値を計算する他の方式も使用することができる。例えば、他の方式は、非特許文献５および６に記載されている。
【０１０５】
変形形態として、直接モデルの連立方程式は、例えば位置などが分かっている、１つ以上の磁気擾乱素子の存在を考慮に入れている。
【０１０６】
図３の方法の前に、特許文献３（ＦＲ０，９５３，４６２）に記載されているような、擾乱測定値を検出するステップが来てもよい。
【０１０７】
上述のことは、１次元または２次元の基準フレームにおいて対象物４の位置を特定するシステムにも適用できるものである。さらに、システム２は、対象物４の場所または角方向の測定を望まない場合、あるいは対象物４の自由度が少ない場合、簡略化することができる。これらの場合においては、単軸磁界源／単軸磁気変換器の対の数を減少してもよい。さらに、観測器および推定器は、それに応じて簡易化される。
【０１０８】
３軸磁気センサおよび３軸磁界源の数は、変更されてもよい。例えば、別の実施形態におけるシステム２は、１つの３軸磁気センサおよび１つの３軸磁界源だけを備えている。３軸磁気センサおよび３軸磁界源は、それぞれ８つの測定値から成るサブセットＭiの、９つのサブセットＭiに対応する。また、３軸磁気センサまたは単軸磁界源の数を増加することもできる。例えば、特定の実施形態におけるシステム２は、３つの３軸磁気センサおよび１つの３軸磁界源を備え、それによって、２７の測定値サブセットＭiを取得することができる。
【０１０９】
また、単軸磁界源／単軸磁気変換器の対の数を増加して、複数の異なる周波数でこれらの対の１つ以上を動作させることもできる。例えば、各対は、２つの周波数ｆ1およびｆ2で動作する。
【０１１０】
磁界は、連続的に、パルス的に、または周期的に放射されてもよい。
【０１１１】
磁気擾乱素子の位置の特定および検出について、固定の基準フレーム６に対して対象物４が移動するという特定の場合について述べている。しかし、上述のことは、固定しているのが対象物４で、移動するのが基準フレーム６という逆の状況にも適用することができる。この場合、対象物４が固定され、対象物４に対して単軸磁気変換器が移動する。
【０１１２】
また、磁界源と磁気センサの位置を逆にすることもできる。例えば、１つ以上の３軸磁気センサが対象物４に組み込まれ、１つ以上の３軸磁界源が、基準フレーム６に何らの自由度もなく固定される。
【０１１３】
磁気擾乱素子を検出すると、擾乱測定値を、装置５０によって得られた測定値で置換するか、または装置５０によって得られた測定値を考慮することができる。
【０１１４】
位置を特定する対象物の方向は、オイラー角または四元数などの他の方式で定めてもよい。
【０１１５】
これまで述べたことは、医療部門だけに適用が限定されるものではなく、磁気擾乱素子を検出するか、または磁界を用いて対象物の位置を特定する必要がある、あらゆる部門に適用することができるものである。
【符号の説明】
【０１１６】
２ システム
４ 対象物
６ 基準フレーム
１０ ３軸磁界源
１４、１５、１６、２８、２９、３０ 軸
１８、１９、２０ 単軸磁界源
２２ リンク
２４ 処理部
２６、２７ ３軸磁気センサ
３２、３３、３４ 単軸磁気変換器
４２ 位置特定モジュール
４４ 電子計算機
４６ メモリ
４８ マンマシンインタフェース
５０ 装置
６０ バンク
６２ 推定器
６４ ブロック
６６ 位置特定器
６８ 比較器
７０〜７６、８０、８２ ステップ
７８ 動作
ｄ 距離
Ｍ （測定値の）セット
Ｍ1〜Ｍ5 （測定値）サブセット
（推定値の）セット、サブセット
Ｏ 点Ｏ
Ｐ1〜Ｐ5 推定値
Ｐf 最終推定値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気擾乱素子によって擾乱されている測定値を含む測定値サブセットを識別するための方法および装置に関する。また本発明は、この識別方法を実施して、基準フレームにおける対象物の位置を特定するための方法およびシステムにも関する。さらに、本発明は、これらの方法を実施するための、情報を記録するための媒体にも関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書においては、磁気擾乱素子を、放射されている磁界を、この素子の近傍において変化または変形させるあらゆる物体であると定義する。例えば、磁気擾乱素子は、導電体でもよい。この場合、磁界は、導電体に発生する渦電流によって変更されることになる。導電体は、例えば金属である。また、磁気擾乱素子は、常磁性体、強磁性体、または反磁性体などの磁性体でもよい。強磁性体の場合における磁界の変化は、この磁性体が磁力線を変形させることによるものである。
【０００３】
磁気擾乱素子が、磁界源および磁気変換器の近くに存在する場合に、磁気変換器が測定する磁界は、この磁気擾乱素子が存在しない状態で測定する磁界とは異なる。この場合、測定値は、磁気擾乱素子によって「擾乱されている」。
【０００４】
本明細書においては、磁気擾乱素子によって擾乱されている測定値を少なくとも１つは含んでいる測定値サブセットを、「擾乱サブセット」と呼ぶ。逆に、磁気擾乱素子によって擾乱されている測定値を少しも含んでいない測定値サブセットを、「正常サブセット」または「非擾乱サブセット」と呼ぶ。
【０００５】
磁気擾乱素子によって擾乱されているサブセットを識別する方法は、通常、基準フレームにおける対象物の位置を特定する際に使用されている。
【０００６】
基準フレームにおける対象物の位置を特定する公知の方法は、次のステップを有する。
−実際の測定値が、
・磁界を放射するために使用する単軸磁界源の位置、または
・放射された磁界を測定するために使用する単軸磁気変換器の位置、または
・磁界の周波数によって、他から区別される単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を用いて求められる、Ｎ個の実際の測定値から成るセットを取得するために、Ｎ組の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を用いて、磁界を放射するステップおよび放射された磁界を測定するステップと、
−単軸磁界源／単軸磁気変換器の対によって測定された測定値に基づいて、基準フレームにおける対象物の位置を特定するステップ。
【０００７】
単軸磁界源は、単一軸に沿って磁界を放射することが好ましい磁界源である。例えば、巻線が同一軸の周りに巻かれているコイルは、単軸磁界源であり、優先放射軸は、巻線の巻軸と一致する。
【０００８】
同様に、単軸磁気変換器は、単一の測定軸における磁界強度を測定できる変換器である。
【０００９】
磁界に基づいて対象物の位置を特定することには、多くの利点がある。しかし、実際のところ、対象物の周囲には、磁界の測定を邪魔して対象物の位置を誤らせそうな、多くの磁気擾乱素子が存在している。
【００１０】
磁気擾乱素子の存在にもかかわらず、対象物の位置を正しく特定するために、測定に冗長性を持たせることが既に提案されている。実際のところ、磁気擾乱範囲の狭さを考慮すると、磁気擾乱素子の存在は、測定値のサブセットだけを擾乱すると想定してもよい。従って、測定値が余分にあると、少なくとも１つの非擾乱測定値サブセットが存在することが多い。測定を冗長にするためには、基準フレームにおける対象物の位置を計算するために必要な最小測定数Ｎminより多くの、単軸磁界源／単軸磁気変換器の対が必要である。
【００１１】
その後の対象物の位置の特定中に、磁気擾乱素子の存在にもかかわらず、対象物の正しい位置を得るために、擾乱測定値より非擾乱測定値により大きい重みを付与することができる。例えば、対象物の位置を、非擾乱測定値サブセットだけに基づいて計算している。
【００１２】
しかし、この前に、１つ以上の擾乱測定値サブセットを識別する方法を実施する必要がある。
【００１３】
従来、擾乱サブセットの判定は、先行する較正ステップ中に行われている（例えば、特許文献１であるＵＳ２００８／００３３２８２参照）。この従来の較正ステップでは、Ｎ個の測定値の中のサブセットＭiだけが関わる観測器Ｏiに基づいて、基準フレームにおける対象物の位置の推定値Ｐiを算出している。
【００１４】
次いで、推定値Ｐiを、サブセットＭiが擾乱測定値を含んでいるか否かを判定するために、対象物の既知の位置と比較している。
【００１５】
この方法は、磁気擾乱素子が断続的にだけ存在する場合、または磁気擾乱素子が基準フレーム内を移動する場合に、正しく機能しない。さらに、先行する較正ステップに頼るのは、面倒である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／００３３２８２号明細書
【特許文献２】米国特許第６５２８９８９号明細書
【特許文献３】仏国特許出願公開第０９５３４６２号明細書
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】Ｔａｒｅｎｔｏｌａ、Ａ．Ｓｉａｍ（Ｅｄ．）共著、「逆問題理論(Inverse problem theory)」、２００５年
【非特許文献２】Ａｓｔｅｒ Ｅｌｓｅｖｉｅｒ（Ｅｄ．）著、「パラメータ推定および逆問題(Parameter estimation and inverse problems)」、Ｅｌｓｅｖｉｅｒ、２００５年
【非特許文献３】Ｓ．Ｌｅｓｅｃｑ、Ｓ．Ｇｅｎｔｉｌ、Ｎ．Ｄａｒａｏｕｉ共著、「データ損失のある方形位置推定(Quadrator attitude estimation with data losses)」、Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， ＥＣＣ０９、ハンガリー、２００９年
【非特許文献４】Ｓ．Ｌｅｓｅｃｑ、Ｓ．Ｇｅｎｔｉｌ、Ｃ．Ｂｅｒｂｒａ共著、「データ損失のあるフィルタバンクに基づく状態監視(Condition monitoring based on filter bank in the presence of data loss)」、Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、ＣＭ２００９／ＭＦＰＴ２００９、２００９年
【非特許文献５】Ｖ．Ｓｉｒｃｏｕｌｏｎｄ、Ｇ．Ｈｏｂｌｏｓ、Ｈ．Ｃｈａｆｏｕｋ、Ｊ．Ｒａｇｏｔ共著、「センサ損失の関数としての推定品質の評価(Evaluation of estimation quality as a function of the loss of sensors)」、Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ ｄｅｓ ｓｙｓｔｅｍｅｓ ｃｏｍｐｌｅｘｅｓ、２００８年版、ｐ９〜２６
【非特許文献６】Ｊ．Ｒａｇｏｔ著、「データの検証および調整、従来のやり方、困難および開発(Validation and reconciliation of data, conventional approach, difficulties and development)」、Ｌｅｓ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｄｅ ｌ’ｉｎｄｕｓｔｒｉｅ ｍｉｎｅｒａｌｅ，（２００６）２９、ｐ２２〜３０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、擾乱測定値サブセットを識別する簡単な方法を提供することにより、上記の欠点の少なくとも１つを改善することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
そのために、本発明の主題は、次のステップを有する方法である。
−推定位置Ｐiと、対象物の位置をＮ個の測定値から成るセットに結び付ける少なくとも１つの直接モデルとに基づいて、Ｎ個の測定値を推定するステップと、
−推定の測定値を実際の測定値と比較することによって、測定値のサブセットが擾乱測定値を含んでいるか否かを決定するステップ。
【００２０】
上記の方法において、サブセットＭiが、磁気擾乱素子によって擾乱されている測定値を含んでいる場合、対象物の実際の位置の推定値Ｐiは、間違っていることとなる。必然的に、この間違った位置Ｐiに対応する測定値を推定すると、その推定の測定値は、実際に測定されるものとは非常に異なるものになる。推定の測定値と実際の測定値とのこの差により、サブセットＭiが擾乱されているか否かを判定することができる。
【００２１】
実施に当たって、上記の方法は、対象物の位置が前もって分かっている必要がある、先行する較正ステップを必要としない。さらに、この方法は、Ｎ個の測定値を更新するたびに、繰り返すことができる。従って、この方法は、磁気擾乱素子が断続的にだけ存在する場合、または擾乱の発生が時間とともに変化する場合でさえ、うまく働く。
【００２２】
この識別方法の実施形態は、次の特徴の１つ以上を備えているのがよい。
・この方法は、次のステップも有する。
−サブセットＭjおよびＭiが、少なくとも１つの測定値を共通に有し、かつ他の少なくとも１つの測定値が互いに異なる状況において、Ｎ個の測定値の中のサブセットＭjだけに関わる観測器Ｏjに基づいて、基準フレームにおける対象物の同じ位置についての、少なくとも別の推定値Ｐjを算出するステップと、
−推定位置Ｐjと、対象物の位置をＮ個の測定値から成るセットに結び付ける直接モデルとに基づいて、Ｎ個の測定値を推定するステップと、
−推定の測定値を実際の測定値と比較することによって、このサブセットＭjが擾乱測定値を含んでいるか否かを判定するステップと、
−１つ以上の擾乱測定値をより正確に特定するために、サブセットＭiおよびＭjの中に擾乱測定値が存在するか否かについての情報を別の方法で確認するステップ。
・またこの方法は、次のステップを有する。
−推定の測定値と実際の測定値との差によって決まる少なくとも１つの残余を計算するステップと、
−この残余が所定の閾値を超える場合に、サブセットが少なくとも１つの擾乱測定値を含んでいるかどうかを判定するステップ。
【００２３】
識別方法の上記の実施形態は、さらに次の利点を有する。
−複数の異なるサブセットＭiについての情報を別の方法で確認することにより、磁気擾乱素子によって、どの測定値が擾乱されているかを特定することができる。
【００２４】
また、本発明の主題は、基準フレームにおける対象物の位置を特定する方法に関し、この方法は、次のステップを備えている。
−擾乱測定値を少しも含まない少なくとも１つの測定値サブセットを見つけるまで、Ｎ個の実際の測定値からの複数の測定値サブセットＭiに関して、擾乱測定値サブセットを識別するために、上記の方法を繰り返すステップと、
−対象物の位置の特定中に、擾乱測定値を少しも含まない測定値サブセットが見つかった場合、対象物の位置の特定に関して、このサブセットに属する非擾乱測定値に対する、このサブセットに属さない測定値の影響を限定するために、このサブセットに属さない測定値に重みを付けるステップ。
【００２５】
この位置を特定する方法の実施形態は、次の特徴の１つ以上を備えているのがよい。
・複数の測定値サブセットが擾乱測定値を少しも含まないと識別される場合、この方法は、擾乱測定値を少しも含まないこれらの測定値サブセットに基づいて求められる、同じ位置の推定値Ｐiの組み合わせに基づいて、対象物の位置を特定するステップを有する。
・対象物の位置の特定中に、擾乱測定値を少しも含まないと識別されているサブセットに基づいて求められる非擾乱推定値によって、擾乱していると識別されている少なくとも１つの測定値を置換するステップを有する。
【００２６】
位置特定方法の上記の実施形態は、さらに次の利点を有する。
−対象物の位置の最終推定値を算出するために、複数の非擾乱測定値サブセットに基づいて求められる推定値Ｐiを組み合わせて使用することにより、対象物の位置特定の精度を向上させることができる。
−擾乱測定値を、これらの擾乱測定値の非擾乱推定値で置換することにより、対象物の位置特定の精度を向上させることができる。
【００２７】
また、本発明の主題は、電子計算機が命令を実行するとき、上記の方法の１つを実行するための命令を有する情報を記録する媒体に関する。
【００２８】
また、本発明の主題は、磁気擾乱素子によって擾乱されている測定値を含むサブセットを識別する識別装置に関する。この識別装置は、次のものを備えている。
−セットの実際の測定値のそれぞれが、
・磁界を放射するために使用する単軸磁界源の位置、または
・磁界を測定するために使用する単軸磁気変換器の位置、または
・磁界の周波数により、他から区別される単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を用いて求められる、Ｎ個の実際の測定値のセットを取得するための、Ｎ組の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対と、
−Ｎ個の測定値の中のサブセットＭiだけに基づいて、対象物の位置の推定値Ｐiを算出することができる少なくとも１つの観測器Ｏiと、
−推定位置Ｐiと、対象物の位置をＮ個の測定値から成るセットに結び付ける少なくとも１つの直接モデルとに基づいて、Ｎ個の測定値を推定する推定器と、
−推定の測定値を実際の測定値と比較することによって、測定値サブセットが擾乱測定値を含んでいるか否かを判定することができるブロック。
【００２９】
最後に、本発明の主題は、基準フレームにおける対象物の位置を特定するシステムでもある。このシステムは、次のものを備えている。
−セットの実際の測定値のそれぞれが、
・磁界を放射するために使用する単軸磁界源の位置、または
・磁界を測定するために使用する単軸磁気変換器の位置、または
・磁界の周波数によって、他から区別される単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を用いて求められる、Ｎ個の実際の測定値から成るセットを取得するための、Ｎ組の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対と、
−単軸磁界源／単軸磁気変換器の対によって測定された測定値に基づいて、基準フレームにおける対象物の位置を特定するための位置特定モジュールと、
−擾乱測定値を含む測定値サブセットを識別するための識別装置。
【００３０】
位置特定モジュールは、次のことができる。
・複数の測定値サブセットＭiの中から非擾乱測定値サブセットを少なくとも１つ見つけるために、識別装置の使用と、
・擾乱測定値を少しも含まない測定値サブセットが見つかった場合だけ、対象物の位置に関して、このサブセットに属する非擾乱測定値に対する、このサブセットに属さない測定値の影響を限定するために、このサブセットに属さない測定値への重み付け。
【００３１】
本発明は、図面を参照して、限定しない単なる例として挙げる、以下の説明を読むことにより、より良く理解しうると思う。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】擾乱測定値サブセットを識別するための装置を備え、基準フレームにおける対象物の位置を特定するシステムの概略図である。
【図２】図１のシステムで使用されている対象物の位置特定モジュールの概略図である。
【図３】図１のシステムにおける対象物の位置を特定する方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
全ての図において、同じ要素には同じ符号を付してある。
【００３４】
以下の説明において、当業者に公知の特徴および機能については、詳細には記述しない。
【００３５】
図１は、基準フレーム６における対象物４の位置を特定するシステム２を示している。対象物４は、例えば、人体に導入されている測定用電極またはカテーテルである。対象物４は、基準フレーム６内を６つの自由度で移動できる。
【００３６】
基準フレーム６は、３つの直交する軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有する固定基準フレームである。
【００３７】
基準フレーム６において対象物４の位置を特定するということは、その位置Ｐを見つけることである。ここで、位置Ｐは、座標（ｘ，ｙ，ｚ）および座標（θx，θy，θz）で表される。座標ｘ、ｙ、ｚは、基準フレーム６における対象物４の位置を示している。座標θx、θy、θzは、それぞれ基準フレーム６の軸Ｘ、Ｙ、Ｚに対する対象物４の角方向を示している。
【００３８】
基準フレーム６における対象物４の位置を特定するために、対象物４は、３軸磁界源１０を備えている。
【００３９】
３軸磁界源１０は、同一線上にない３つの軸１４〜１６に沿った磁界を生成できる。ここで、これらの軸１４〜１６は、相互に直交している。これらの軸は、対象物４に関係している。
【００４０】
このために、３軸磁界源１０は、ここでは３つの単軸磁界源１８〜２０から構成されている。単軸磁界源１８〜２０は、軸１４、１５、１６に沿ってそれぞれ磁界Ｂ1j、Ｂ2j、Ｂ3jを放射する。添え字１、２または３は、単軸磁界源の識別子であり、添え字ｊは、この単軸磁界源が放射する磁界の周波数ｆjの識別子である。
【００４１】
単軸磁界源１８〜２０のそれぞれは、点状の磁界源でモデル化することができる。単軸磁界源１８〜２０は、それぞれの点状の磁界源が基準フレーム６において、全く同じ場所を占有するように配置されているのが好ましい。ここでは、この場所を点Ｏと呼ぶ。点Ｏは、軸１４〜１６の交点である。
【００４２】
例えば、各単軸磁界源１８〜２０は、それぞれ軸１４〜１６の周りに巻かれた単一のコイルから成っている。ここで、これらのコイルのそれぞれは、巻軸に沿って点Ｏの両側に対称に分散された２つのほぼ同一の巻線グループに分割されている。各巻線グループは、巻軸に沿って同じ方向に巻かれている。
【００４３】
これらの単軸磁界源１８〜２０のそれぞれは、可撓線のリンク２２を介して、処理部２４に接続されている。
【００４４】
処理部２４は、測定の幾何学的冗長性を有するように、２つの３軸磁気センサ２６および２７にも接続されている。これらの３軸磁気センサ２６および２７は、距離ｄだけ離れている。例えば、３軸磁気センサ２６および２７は、同一であり、３軸磁気センサ２６についてだけ、詳細に図示し説明する。
【００４５】
３軸磁気センサ２６は、基準フレーム６に固定されている。この３軸磁気センサ２６は、３つの直交軸２８〜３０に沿って磁界を測定することができる。ここで、軸２８〜３０は、それぞれ基準フレーム６の軸Ｚ、Ｙ、Ｘに平行している。
【００４６】
このために、３軸磁気センサ２６は、３つの単軸磁気変換器３２〜３４を組み込んでいる。これらの変換器のそれぞれは、磁界に対するその感度が最大の軸に沿った測定方向を有する。ここで、単軸磁気変換器３２、３３、３４の測定方向は、それぞれ軸２８、２９、３０に一致する。
【００４７】
例えば、単軸磁気変換器３２、３３、３４は、それぞれ軸２８、２９、３０の周りに巻かれているコイルである。
【００４８】
３軸磁界源１０から各３軸磁気センサ２６または２７までの最短距離ｄは、３軸磁界源１０の最大寸法より少なくとも３倍大きい。３軸磁界源１０の最大寸法は、単軸磁界源１８〜２０の中の最大の単軸磁界源の長さである。これらの条件のもとに、３軸磁界源１０は、磁気双極子としてモデル化することができる。
【００４９】
同じ動作周波数で動作する１つの単軸磁界源と、１つの単軸磁気変換器とが連携することにより、単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を形成する。例えば、単軸磁界源１８および単軸磁気変換器３２は、周波数ｆ1で動作するとき、第１の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を形成し、周波数ｆ2で動作するとき、第２の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を形成する。単軸磁界源１９と連携するこの同じ単軸磁気変換器３２は、周波数ｆ1およびｆ2で動作するとき、それぞれ第３および第４の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を形成する。
【００５０】
単軸磁界源／単軸磁気変換器の対のそれぞれは、他の対とは異なる周波数で動作することができる。しかし、ここでは、単なる例として、各単軸磁界源は、周波数ｆ1だけで動作すると想定する。従って、１８の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対が存在することになる。単軸磁界源／単軸磁気変換器の対のそれぞれは、それぞれの対に固有の物理量の測定値ｍａiに対応する。測定値ｍａiは、単軸磁気変換器の測定軸上に、単軸磁界源によって放射される磁界の大きさである。各対の測定値ｍａiは、磁気擾乱素子がこれらの測定値の１つを擾乱するが、他の測定値を擾乱しないことがあるという意味において、別の対の測定値ｍａjから独立している。
【００５１】
従って、この実施形態においては、１８の独立の測定値ｍａ1〜ｍａ18が存在し、これらの測定値は、同時にまたは順次に、測定されてもよい。これら１８の測定値ｍａ1〜ｍａ18は、同時に測定され、一定の間隔で繰り返されることが好ましい。一定の間隔は、測定間隔に相当する。測定間隔ごとに、１８の測定値は、１８の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対によって更新される。例えば、測定間隔は、単軸磁気変換器の信号のサンプリング周期に等しい。
【００５２】
これら１８の測定値ｍａ1〜ｍａ18のセットをＭで表し、セットＭの測定値の数をＮで表す。ここでは、Ｎが１８である特定の場合について説明する。
【００５３】
処理部２４は、磁界Ｂi1を生成するように、３軸磁界源１０にＡＣ電流を供給し、３軸磁気センサ２６および２７の単軸磁気変換器３２〜３４が測定した磁界を取得する。
【００５４】
例えば、処理部２４は、同期検出器である。このような同期検出器の一例は、特許文献２（ＵＳ６，５２８，９８９）において、その中の図１６に関して説明されている。従って、処理部２４については、ここでは詳細に説明しない。
【００５５】
処理部２４は、擾乱測定値サブセットを識別しており、基準フレーム６における対象物４の位置を特定する位置特定モジュール４２に接続されている。
【００５６】
例えば、処理部２４が、電子カードの形態を取っているのに対して、位置特定モジュール４２は、ソフトウェアモジュールの形態を取っている。このため、システム２は、プログラム可能電子計算機４４を備えており、この電子計算機４４は、処理部２４を組み込んでおり、情報記録媒体に記録されている命令を実行できる。このため、電子計算機４４は、電子計算機４４が命令を実行するとき、図３の方法を実行するための命令を有するメモリ４６に、接続されている。電子計算機４４は、マンマシンインタフェース４８にも接続されている。例えば、マンマシンインタフェースは、基準フレーム６における対象物４の位置を示すスクリーンを備えている。
【００５７】
また、システム２は、基準フレーム６における対象物４の位置を示す、磁界以外の物理量を測定するための他の装置も備えていてもよい。例えば、システム２は、放射線写真装置またはカメラなどの装置５０を備えている。装置５０の測定値は、磁気擾乱素子が存在するか、または不在であるかの影響を受けない。
【００５８】
図２は、位置特定モジュール４２の例示的実施形態を詳細に示している。
【００５９】
位置特定モジュール４２は、次のものを連続して備えている。
・観測器Ｏiのバンク６０と、
・測定値を推定する推定器６２と、
・擾乱測定値サブセットＭiを判定するためのブロック６４と、
・基準フレーム６における対象物４の位置を特定する位置特定器６６。
【００６０】
測定間隔ごとに、位置特定モジュール４２は、入力として、セットＭのＮ個の測定値を受け取る。このセットＭは、観測器のバンク６０に入力として伝達される。
【００６１】
各観測器Ｏiは、基準フレーム６における対象物４の位置の推定値Ｐiを求めるために、連立方程式を解くことができる。各観測器Ｏiは、このために、測定値ｍａ1〜ｍａ18の中からサブセットＭiだけを使用する。サブセットＭiは、セットＭの中から選択されるＲ個の測定値を含んでいる。ここで、Ｒは、厳格に、Ｎ未満で、かつ閾値Ｎmin以上の整数である。閾値Ｎminは、基準フレーム６において対象物４の位置を推定するために必要な測定値の最小数である。ここで、対象物４の位置が６つの座標ｘ、ｙ、ｚ、θx、θy、θzで決定されることを考慮すると、閾値Ｎminの値は８である。
【００６２】
観測器Ｏiの連立方程式は、例えば、磁気擾乱素子の存在を考慮せずに、サブセットＭiのＲ個の測定値の測定を行うために使用する、単軸磁界源と単軸磁気変換器との磁気相互作用をモデル化することによって求められる。この連立方程式においては、対象物４の座標ｘ、ｙ、ｚ、θx、θy、θzが未知数である。
【００６３】
観測器の構成についての情報は、非特許文献１および２を参照することができる。
【００６４】
ここで、この連立方程式は、カルマンフィルタの形態で表現されるのが好ましい。
【００６５】
観測器Ｏiは、これらの観測器の１つが、非擾乱測定値サブセットＭiだけを使用する確率を最大にするように選択されるようになっている。
【００６６】
例えば、この実施形態において、５つの観測器Ｏ1〜Ｏ5は、観測器のバンク６０に組み込まれている。
【００６７】
観測器Ｏ1は、３軸磁気センサ２６の測定値だけを使用する。従って、サブセットＭ1は、９つの測定値ｍａiだけを含んでいる。この測定値サブセットＭ1は、磁気擾乱素子が３軸磁気センサ２７の測定値だけに影響を及ぼす場合に、擾乱されない。
【００６８】
観測器Ｏ2は、３軸磁気センサ２７が測定した測定値だけを使用する。従って、測定値サブセットＭ2は、９つの測定値ｍａiだけを含んでいる。このサブセットＭ2は、磁気擾乱素子が３軸磁気センサ２６の測定値だけに影響を及ぼす場合、擾乱されない。
【００６９】
観測器Ｏ3、Ｏ4、Ｏ5は、それぞれ次の単軸磁気変換器が測定した測定値だけを使用している。
・３軸磁気センサ２６および２７の単軸磁気変換器３３および３４と、
・３軸磁気センサ２６および２７の単軸磁気変換器３２および３４と、
・３軸磁気センサ２６および２７の単軸磁気変換器３２および３３。
【００７０】
従って、サブセットＭ3、Ｍ4、Ｍ5は、それぞれ１２の測定値ｍａiを含んでいる。これらのサブセットＭ3、Ｍ4、Ｍ5は、それぞれ単軸磁気変換器３２、３３、３４が測定した測定値だけに、磁気擾乱素子が影響を及ぼす場合に、擾乱測定値を少しも含まない。換言すると、磁気擾乱素子が方向Ｘ、ＹまたはＺの１つの方向に平行な磁界だけに影響を及ぼす場合に、サブセットＭ3、Ｍ4、Ｍ5の中の少なくとも２つは正常である。
【００７１】
推定器６２は、推定位置Ｐiに置かれている対象物に関して、システム２の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対のそれぞれが測定する実際の測定値のＮ個の推定値
【数１】
〜
【数２】
を含むセット
【数３】
を算出する。表記
【数４】
において、ｊは、測定値の識別子であり、ｉは、推定値Ｐiを得るために使用されている測定値サブセットＭiの識別子である。ここで、添え字ｊは、１〜１８の間にある。
【００７２】
通常、推定器６２は、対象物４の位置Ｐの６つの座標をＮ個の推定値
【数１】
〜
【数２】
に結び付ける連立方程式を解く。この連立方程式は、例えば磁気擾乱素子が存在する可能性などを考慮せずに、例えば、システム２の各単軸磁界源と各単軸磁気変換器との間の磁気相互作用をモデル化することによって得られる。この連立方程式は、直接的な問題、すなわち対象物４の所与の位置に対応する測定値の値を決定する問題を、解くことができる直接モデルである。
【００７３】
ブロック６４は、測定値サブセットＭiが擾乱されているか否かを判定する。このために、ブロック６４は、推定値
【数４】
を実際の測定値ｍａjと比較することができる比較器６８を備えている。
【００７４】
ここで、推定の測定値
【数４】
と本当の測定値ｍａjとの比較は、各観測器Ｏiに関する残余ＲjiのセットＲiと、各観測器Ｏiに関する判定用値Ｃiとを使用して行われる。
【００７５】
残余Ｒjiは、例えば、推定の測定値
【数４】
と対応する本当の測定値ｍａjとの差に等しい。
【００７６】
ここで、判定用値Ｃiは、平均Ｍ＿ｄiと平均Ｍ＿ｕiとの差に等しい。
【００７７】
平均Ｍ＿ｄiは、観測器Ｏiが使用しなかった測定値に関して求められる残余Ｒjiの平均である。使用しなかった測定値は、サブセットＭiに属しない測定値である。
【００７８】
平均Ｍ＿ｕiは、観測器Ｏiによって使用された測定値に関して求められる残余Ｒjiの平均である。使用された測定値は、サブセットＭiに属する測定値である。
【００７９】
位置特定器６６は、対象物４の位置の最終推定値Ｐfを出力する。この推定値は、擾乱サブセットより非擾乱サブセットＭiに大きな重みを付与することによって求められる。
【００８０】
位置特定モジュール４２の種々の要素およびそれら要素の動作について、図３を参照してより詳細に説明する。
【００８１】
３軸磁界源１０と、３軸磁気センサ２６および２７と、処理部２４と、観測器のバンク６０と、推定器６２と、ブロック６４とが連携することにより、磁気擾乱素子によって擾乱されたサブセットを識別する装置を形成している。
【００８２】
次に、システム２の動作について、図３を参照して説明する。
【００８３】
最初に、測定間隔ごとのステップ７０中に、システム２の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対のそれぞれが、Ｎ個の測定値ｍａjの測定を行う。
【００８４】
次のステップ７２中に、これらの測定値は、入力として観測器のバンク６０に伝達される。これらの測定値に基づいて、ステップ７２中に、各観測器Ｏiは、対応する測定値サブセットＭiに基づいて、対象物４の位置の推定値Ｐiを算出する。こうして、ステップ７２の完了時に、観測器のバンク６０は、５つの推定値Ｐiを算出している。
【００８５】
ステップ７４中に、推定値Ｐiに基づいて、セット
【数３】
を構成する。このため、Ｎ個の実際の測定値の推定値
【数１】
〜
【数２】
から成る対応するセット
【数３】
を求めるために、各推定値Ｐiが推定器６２に入力される。
【００８６】
ステップ７４の完了時には、５つのセット
【数３】
が求められている。
【００８７】
次のステップ７６中に、ブロック６４は、サブセットＭiが擾乱されているか否かを判定する。このため、動作７８中に、各サブセット
【数３】
に関して、比較器６８は、各推定の測定値
【数４】
を、同じ測定間隔中に測定された対応する実際の測定値ｍａjと比較する。
【００８８】
より正確には、比較器６８は、各サブセット
【数３】
に関して、残余Ｒjiを計算する。その後、比較器６８は、平均Ｍ＿ｄiおよび平均Ｍ＿ｕiを計算する。最後に、判定用値Ｃiを計算する。
【００８９】
使用しなかった測定値だけが擾乱されている場合、平均Ｍ＿ｄiは、大きい値を取るのに対して、平均Ｍ＿ｕiは逆に低い値を取る。その結果、平均Ｍ＿ｄiと平均Ｍ＿ｕiとの差は、大きくなる。従って、この場合の判定用値Ｃiの値は大きい。従って、判定用値Ｃiの大きい値は、擾乱測定値が存在するが、擾乱測定値は、サブセットＭiには含まれていないことを示している。
【００９０】
使用されなかった測定値、および使用された測定値の両方ともが擾乱されている場合、または擾乱された測定値がない場合、平均Ｍ＿ｄiと平均Ｍ＿ｕiとの差は、前の例よりも小さくなる。この場合、判定用値Ｃiは小さい。
【００９１】
従って、動作７８中に、判定用値Ｃiは、所定の閾値Ｓ1と比較される。判定用値Ｃiの値がこの閾値Ｓ1を超える場合、サブセットＭiは、正常なサブセットであると識別される。
【００９２】
逆に、判定用値Ｃiが閾値Ｓ1より小さい場合、測定値の全てが擾乱されている場合と、測定値のどれも擾乱されていない場合とを区別するために、さらに比較を行う。例えば、この追加の比較は、平均Ｍ＿ｄiを所定の閾値Ｓ2と比較することから成っている。平均Ｍ＿ｄiがこの閾値Ｓ2より小さい場合、どの測定値も擾乱されていないことを示している。従って、サブセットＭiおよび他のサブセットのセットは、正常である。逆の場合は、全てのサブセットＭiが擾乱されていることを示している。
【００９３】
次のステップ８０中に、磁気擾乱素子が引き起こしている擾乱について、より正確に特徴を求める。そのため、ステップ７６中に取得した種々のサブセットＭiについての情報を、どの測定値が擾乱されているかをより正確に特定するために、さらに確認を進める。
【００９４】
例えば、サブセットＭiが正常であるのに対して、サブセットＭ2が擾乱されている場合、磁気擾乱素子は、３軸磁気センサ２７の近くにあることを示している。さらに、測定値サブセットＭ3が擾乱されていない場合、３軸磁気センサ２７の単軸磁気変換器３２だけが、この磁気擾乱素子によって擾乱されていることを示している。
【００９５】
別の例においては、サブセットＭ3は正常である。この場合は、磁気擾乱素子がＺ軸に沿った測定値だけを擾乱していることを示している。さらに、サブセットＭ1もＭ2も擾乱されている場合は、３軸磁気センサ２６および２７の単軸磁気変換器３２だけが、磁気擾乱素子の影響を受けている変換器であることを示している。
【００９６】
ステップ８０と並行してステップ８２中に、位置特定器６６は、対象物４の位置特定の精度に対する擾乱測定値の影響を限定するために、擾乱測定値に重みを付けることによって対象物４の位置の最終推定値Ｐfを確定している。
【００９７】
このステップ中に、種々の推定方式を使用できる。例えば、磁気擾乱素子が存在しないと判定されている場合は、Ｎ個の測定値から成るセットＭのセットを、推定値Ｐfに結び付ける観測器Ｏtを使用する。
【００９８】
磁気擾乱素子と、少なくとも１つの非擾乱測定値サブセットとが存在すると判定されている場合、判定用値Ｃiが最大であるサブセットＭiを選択する。その後のステップ７２中に、推定値Ｐfは、観測器Ｏiによって算出された推定値Ｐiに等しくなるように選択されてもよい。
【００９９】
別の解決手段は、擾乱測定値を補償するものである。それに応じて、Ｎ個の測定値を最終推定値Ｐfに結び付ける全部がそろった観測器Ｏtが使用される。この全部がそろったモデルにおいて、未知数は、測定値ｍａjである。正常なサブセットＭiの測定値ｍａjは、全部そろった観測器Ｏtによって直接使用される。他方、サブセットＭiに属さない擾乱測定値または潜在的な擾乱測定値は、それらの値の非擾乱値の推定値で置換される。この推定値は、ステップ７４中に、正常なサブセットＭiの測定値に基づいて求められる推定値
【数４】
である。その後、観測器Ｏtは、実際の測定値と推定の測定値とのこの組み合わせを使用して、推定値Ｐfを求める。
【０１００】
正常な測定値サブセットが複数存在する場合に最終推定値Ｐfを求めるために、これらの正常なサブセットに基づいて求められている対象物４の位置の推定値Ｐiを、組み合わせることもできる。例えば、ここで測定値サブセットＭkおよびＭlが正常であると想定する。この場合、最終推定値Ｐfは、次の関係を用いて求めることができる。Ｐf＝αＲk＋（１−α）Ｐl、ここでαは、重み係数である。通常、重み係数αは、次の式で与えられる。α＝ｅk／（ｅk＋ｅl）、ここで、ｅkおよびｅlは、対象物４の本当の位置と、対象物４の位置のそれぞれの推定値ＰkおよびＰlとの誤差を表している。
【０１０１】
例えば、誤差ｅkおよびｅlは、推定の測定値
【数４】
と実際の測定値ｍａjとの差に基づいて計算される。例えば、非常に簡略化した場合において、誤差ｅkおよびｅlは、それぞれ平均Ｍ＿ｕkおよび平均Ｍ＿ｕlに等しくとされる。
【０１０２】
測定間隔ごとに、ステップ７０〜８２を繰り返す。従って、間欠的な磁気擾乱素子の存在を識別することができ、その存在を考慮に入れるために、推定値Ｐfの計算をリアルタイムに適応させることができる。
【０１０３】
多数の他の実施形態も可能である。例えば、観測器Ｏiは、他のやり方で構成されてもよい。観測器Ｏiは、対象物４の位置の６つの座標をセットＮの１８の測定値に結び付ける単一のモデルに基づいて求めてもよい。このモデルでは、各観測器Ｏiの連立方程式は、サブセットＭiの構成要素でない測定値を無視することにより求められる。例えば、これらの測定値を無視する１つのやり方は、サブセットＭiに属さない測定値の不確実性が、サブセットＭiに属する測定値の不確実性よりはるかに大きいことを活用する。観測器Ｏiを構成するためのこのような方式についての情報については、さらに非特許文献３および４に記載されている。
【０１０４】
残余および他の判定用値を計算する他の方式も使用することができる。例えば、他の方式は、非特許文献５および６に記載されている。
【０１０５】
変形形態として、直接モデルの連立方程式は、例えば位置などが分かっている、１つ以上の磁気擾乱素子の存在を考慮に入れている。
【０１０６】
図３の方法の前に、特許文献３（ＦＲ０，９５３，４６２）に記載されているような、擾乱測定値を検出するステップが来てもよい。
【０１０７】
上述のことは、１次元または２次元の基準フレームにおいて対象物４の位置を特定するシステムにも適用できるものである。さらに、システム２は、対象物４の場所または角方向の測定を望まない場合、あるいは対象物４の自由度が少ない場合、簡略化することができる。これらの場合においては、単軸磁界源／単軸磁気変換器の対の数を減少してもよい。さらに、観測器および推定器は、それに応じて簡易化される。
【０１０８】
３軸磁気センサおよび３軸磁界源の数は、変更されてもよい。例えば、別の実施形態におけるシステム２は、１つの３軸磁気センサおよび１つの３軸磁界源だけを備えている。３軸磁気センサおよび３軸磁界源は、それぞれ８つの測定値から成るサブセットＭiの、９つのサブセットＭiに対応する。また、３軸磁気センサまたは単軸磁界源の数を増加することもできる。例えば、特定の実施形態におけるシステム２は、３つの３軸磁気センサおよび１つの３軸磁界源を備え、それによって、２７の測定値サブセットＭiを取得することができる。
【０１０９】
また、単軸磁界源／単軸磁気変換器の対の数を増加して、複数の異なる周波数でこれらの対の１つ以上を動作させることもできる。例えば、各対は、２つの周波数ｆ1およびｆ2で動作する。
【０１１０】
磁界は、連続的に、パルス的に、または周期的に放射されてもよい。
【０１１１】
磁気擾乱素子の位置の特定および検出について、固定の基準フレーム６に対して対象物４が移動するという特定の場合について述べている。しかし、上述のことは、固定しているのが対象物４で、移動するのが基準フレーム６という逆の状況にも適用することができる。この場合、対象物４が固定され、対象物４に対して単軸磁気変換器が移動する。
【０１１２】
また、磁界源と磁気センサの位置を逆にすることもできる。例えば、１つ以上の３軸磁気センサが対象物４に組み込まれ、１つ以上の３軸磁界源が、基準フレーム６に何らの自由度もなく固定される。
【０１１３】
磁気擾乱素子を検出すると、擾乱測定値を、装置５０によって得られた測定値で置換するか、または装置５０によって得られた測定値を考慮することができる。
【０１１４】
位置を特定する対象物の方向は、オイラー角または四元数などの他の方式で定めてもよい。
【０１１５】
これまで述べたことは、医療部門だけに適用が限定されるものではなく、磁気擾乱素子を検出するか、または磁界を用いて対象物の位置を特定する必要がある、あらゆる部門に適用することができるものである。
【符号の説明】
【０１１６】
２ システム
４ 対象物
６ 基準フレーム
１０ ３軸磁界源
１４、１５、１６、２８、２９、３０ 軸
１８、１９、２０ 単軸磁界源
２２ リンク
２４ 処理部
２６、２７ ３軸磁気センサ
３２、３３、３４ 単軸磁気変換器
４２ 位置特定モジュール
４４ 電子計算機
４６ メモリ
４８ マンマシンインタフェース
５０ 装置
６０ バンク
６２ 推定器
６４ ブロック
６６ 位置特定器
６８ 比較器
７０〜７６、８０、８２ ステップ
７８ 動作
ｄ 距離
Ｍ （測定値の）セット
Ｍ1〜Ｍ5 （測定値）サブセット
（推定値の）セット、サブセット
Ｏ 点Ｏ
Ｐ1〜Ｐ5 推定値
Ｐf 最終推定値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気擾乱素子によって擾乱されている測定値を含む測定値サブセットを識別する方法であって、
ａ）セットの実際の測定値のそれぞれが、
・磁界を放射するために使用する単軸磁界源の位置、または
・前記磁界を測定するために使用する単軸磁気変換器の位置、または
・前記磁界の周波数によって、他から区別される単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を用いて求められる、Ｎ個の実際の測定値から成る前記セットを求めるために、前記単軸磁界源および前記単軸磁気変換器の一方は、移動対象物に関係し、他方は、前記対象物の位置が表される基準フレームに関係している、Ｎ組の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を用いて、磁界を放射するステップおよび前記磁界を測定するステップ（７０）と、
ｂ）前記Ｎ個の測定値の中のサブセットＭiだけに関わる観測器Ｏiに基づいて、前記基準フレームにおける前記対象物の位置の推定値Ｐiを計算するステップ（７２）とを有し、さらに
ｃ）前記推定位置Ｐiと、前記対象物の位置をＮ個の測定値から成る前記セットと結び付ける少なくとも１つの直接モデルとに基づいて、前記Ｎ個の測定値を推定するステップ（７４）と、
ｄ）ステップｃ）中に求めた前記推定の測定値を、ステップａ）中に求めた前記実際の測定値と比較することによって、前記測定値サブセットＭiが擾乱測定値を含むか否かを判定するステップ（７６）も有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記方法は、
−前記Ｎ個の測定値の中のサブセットＭjだけが関わる測定器Ｏjに基づいて、前記基準フレームにおける、前記対象物の同じ位置についての、少なくとも別の推定値Ｐjを算出するステップ（７２）と、
−前記推定位置Ｐjと、前記対象物の位置をＮ個の測定値から成る前記セットに結び付ける前記直接モデルとに基づいて、前記Ｎ個の測定値を推定するステップ（７４）と、
−前記推定の測定値を前記実際の測定値と比較することによって、このサブセットＭjが擾乱測定値を含むか否かを判定するステップ（７６）と、
−前記１つ以上擾乱測定値をより正確に特定するために、前記サブセットＭiおよびＭjの中に擾乱測定値が存在するか、または不在かについての情報を別の方法で確認するステップ（８０）も有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップｄ）は、
−前記推定の測定値と前記実際の測定値との差に応じて、少なくとも１つの残余を計算するステップと、
−前記残余が所定の閾値を超える場合に、前記サブセットが、少なくとも１つの擾乱測定値を含んでいるかどうかを判定するステップとを有することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
基準フレームにおける対象物の位置を特定する方法であって、
−セットの実際の測定値のそれぞれが、
・磁界を放射するために使用する単軸磁界源の位置、または
・前記放射された磁界を測定するために使用する単軸磁気変換器の位置、または
・前記磁界の周波数によって、他から区別される単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を用いて求められる、Ｎ個の実際の測定値の前記セットを求めるために、Ｎ組の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を用いて、磁界を放射するステップおよび前記磁界を測定するステップ（７０）と、
−単軸磁界源／単軸磁気変換器の前記対によって測定された前記測定値に基づいて、前記基準フレームにおける前記対象物の位置を特定するステップ（８２）とを有し、さらに
−擾乱測定値を少しも含まない少なくとも１つの測定値サブセットを見つけるまで、前記Ｎ個の実際の測定値の中の複数の測定値サブセットＭiに関して、請求項１〜３のいずれか１項に従って、擾乱測定値を含む測定値サブセットを識別する方法を繰り返すステップと、
−前記対象物の前記位置の特定（８２）中に、擾乱測定値を少しも含まない測定値サブセットが見つかった場合だけ、前記対象物の位置に関して、このサブセットに属する前記非擾乱測定値に対する擾乱測定値の影響を限定するために、このサブセットに属さない測定値に重みを付けるステップも有することを特徴とする方法。
【請求項５】
複数の測定値サブセットが擾乱測定値を少しも含まないと識別される場合、前記方法は、擾乱測定値を少しも含まない前記複数の測定値サブセットに基づいて求められる、同じ位置についての推定値Ｐiの組み合わせに基づいて、前記対象物の位置を特定するステップ（８２）を有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記対象物の前記位置の特定（８２）中に、前記方法は、擾乱されていると識別された少なくとも１つの測定値を、擾乱測定値を少しも含まないと識別されているサブセットに基づいて求められるその非擾乱値の推定値によって置換するステップを有することを特徴とする請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
電子計算機が命令を実行するとき、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法を実行するための前記命令を備えていることを特徴とする情報を記録するための媒体（４６）。
【請求項８】
磁気擾乱素子によって擾乱されている測定値を含むサブセットを識別するための識別装置であって、
−セットの実際の測定値のそれぞれが、
・磁界を放射するために使用する単軸磁界源の位置、または
・前記磁界を測定するために使用する単軸磁気変換器の位置、または
・前記磁界の周波数によって、他から区別される単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を用いて求められる、Ｎ個の実際の測定値の前記セットを求めるための、Ｎ組の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対（１８〜２０、３２〜３４）と、
−前記Ｎ個の測定値の中のサブセットＭiだけに基づいて、前記対象物の位置の推定値Ｐiを算出することができる少なくとも１つの観測器Ｏiとを備え、さらに
−前記推定位置Ｐiと、前記対象物の位置をＮ個の測定値から成る前記セットに結び付ける少なくとも１つの直接モデルとに基づく、前記Ｎ個の測定値の推定器（６２）と、
−前記推定の測定値を前記実際の測定値と比較することによって、前記測定値サブセットが擾乱測定値を含むか否かを判定することができるブロック（６４）も備えていることを特徴とする識別装置。
【請求項９】
基準フレームにおける対象物の位置を特定するシステムであって、
−セットの実際の測定値のそれぞれが、
・磁界を放射するために使用する単軸磁界源の位置、または
・前記磁界を測定するために使用する単軸磁気変換器の位置、または前記磁界の周波数によって、他から区別される単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を用いて求められる、Ｎ個の実際の測定値から成る前記セットを求めるための、Ｎ組の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対（１８〜２０、３２〜３４）と、
−前記単軸磁界源／単軸磁気変換器の対によって測定される前記測定値に基づいて、前記基準フレームにおける前記対象物の位置を特定する位置特定モジュール（４２）とを備え、さらに
−請求項８に記載の、擾乱測定値を含む測定値サブセットを識別するための識別装置を備え、
−前記位置特定モジュール（４２）は、
・複数の測定値サブセットＭiの中から非擾乱測定値サブセットを少なくとも１つ見つけるために前記識別装置を使用でき、かつ
・擾乱測定値を少しも含まない測定値サブセットが見つかった場合だけ、前記対象物の前記位置に関して、このサブセットに属する非擾乱測定値に対する、このサブセットに属さない測定値の影響を限定するために、このサブセットに属さない測定値に重みを付けることができることを特徴とするシステム。
【請求項１】
磁気擾乱素子によって擾乱されている測定値を含む測定値サブセットを識別する方法であって、
ａ）セットの実際の測定値のそれぞれが、
・磁界を放射するために使用する単軸磁界源の位置、または
・前記磁界を測定するために使用する単軸磁気変換器の位置、または
・前記磁界の周波数によって、他から区別される単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を用いて求められる、Ｎ個の実際の測定値から成る前記セットを求めるために、前記単軸磁界源および前記単軸磁気変換器の一方は、移動対象物に関係し、他方は、前記対象物の位置が表される基準フレームに関係している、Ｎ組の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を用いて、磁界を放射するステップおよび前記磁界を測定するステップ（７０）と、
ｂ）前記Ｎ個の測定値の中のサブセットＭiだけに関わる観測器Ｏiに基づいて、前記基準フレームにおける前記対象物の位置の推定値Ｐiを計算するステップ（７２）とを有し、さらに
ｃ）前記推定位置Ｐiと、前記対象物の位置をＮ個の測定値から成る前記セットと結び付ける少なくとも１つの直接モデルとに基づいて、前記Ｎ個の測定値を推定するステップ（７４）と、
ｄ）ステップｃ）中に求めた前記推定の測定値を、ステップａ）中に求めた前記実際の測定値と比較することによって、前記測定値サブセットＭiが擾乱測定値を含むか否かを判定するステップ（７６）も有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記方法は、
−前記Ｎ個の測定値の中のサブセットＭjだけが関わる測定器Ｏjに基づいて、前記基準フレームにおける、前記対象物の同じ位置についての、少なくとも別の推定値Ｐjを算出するステップ（７２）と、
−前記推定位置Ｐjと、前記対象物の位置をＮ個の測定値から成る前記セットに結び付ける前記直接モデルとに基づいて、前記Ｎ個の測定値を推定するステップ（７４）と、
−前記推定の測定値を前記実際の測定値と比較することによって、このサブセットＭjが擾乱測定値を含むか否かを判定するステップ（７６）と、
−前記１つ以上擾乱測定値をより正確に特定するために、前記サブセットＭiおよびＭjの中に擾乱測定値が存在するか、または不在かについての情報を別の方法で確認するステップ（８０）も有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップｄ）は、
−前記推定の測定値と前記実際の測定値との差に応じて、少なくとも１つの残余を計算するステップと、
−前記残余が所定の閾値を超える場合に、前記サブセットが、少なくとも１つの擾乱測定値を含んでいるかどうかを判定するステップとを有することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
基準フレームにおける対象物の位置を特定する方法であって、
−セットの実際の測定値のそれぞれが、
・磁界を放射するために使用する単軸磁界源の位置、または
・前記放射された磁界を測定するために使用する単軸磁気変換器の位置、または
・前記磁界の周波数によって、他から区別される単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を用いて求められる、Ｎ個の実際の測定値の前記セットを求めるために、Ｎ組の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を用いて、磁界を放射するステップおよび前記磁界を測定するステップ（７０）と、
−単軸磁界源／単軸磁気変換器の前記対によって測定された前記測定値に基づいて、前記基準フレームにおける前記対象物の位置を特定するステップ（８２）とを有し、さらに
−擾乱測定値を少しも含まない少なくとも１つの測定値サブセットを見つけるまで、前記Ｎ個の実際の測定値の中の複数の測定値サブセットＭiに関して、請求項１〜３のいずれか１項に従って、擾乱測定値を含む測定値サブセットを識別する方法を繰り返すステップと、
−前記対象物の前記位置の特定（８２）中に、擾乱測定値を少しも含まない測定値サブセットが見つかった場合だけ、前記対象物の位置に関して、このサブセットに属する前記非擾乱測定値に対する擾乱測定値の影響を限定するために、このサブセットに属さない測定値に重みを付けるステップも有することを特徴とする方法。
【請求項５】
複数の測定値サブセットが擾乱測定値を少しも含まないと識別される場合、前記方法は、擾乱測定値を少しも含まない前記複数の測定値サブセットに基づいて求められる、同じ位置についての推定値Ｐiの組み合わせに基づいて、前記対象物の位置を特定するステップ（８２）を有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記対象物の前記位置の特定（８２）中に、前記方法は、擾乱されていると識別された少なくとも１つの測定値を、擾乱測定値を少しも含まないと識別されているサブセットに基づいて求められるその非擾乱値の推定値によって置換するステップを有することを特徴とする請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
電子計算機が命令を実行するとき、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法を実行するための前記命令を備えていることを特徴とする情報を記録するための媒体（４６）。
【請求項８】
磁気擾乱素子によって擾乱されている測定値を含むサブセットを識別するための識別装置であって、
−セットの実際の測定値のそれぞれが、
・磁界を放射するために使用する単軸磁界源の位置、または
・前記磁界を測定するために使用する単軸磁気変換器の位置、または
・前記磁界の周波数によって、他から区別される単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を用いて求められる、Ｎ個の実際の測定値の前記セットを求めるための、Ｎ組の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対（１８〜２０、３２〜３４）と、
−前記Ｎ個の測定値の中のサブセットＭiだけに基づいて、前記対象物の位置の推定値Ｐiを算出することができる少なくとも１つの観測器Ｏiとを備え、さらに
−前記推定位置Ｐiと、前記対象物の位置をＮ個の測定値から成る前記セットに結び付ける少なくとも１つの直接モデルとに基づく、前記Ｎ個の測定値の推定器（６２）と、
−前記推定の測定値を前記実際の測定値と比較することによって、前記測定値サブセットが擾乱測定値を含むか否かを判定することができるブロック（６４）も備えていることを特徴とする識別装置。
【請求項９】
基準フレームにおける対象物の位置を特定するシステムであって、
−セットの実際の測定値のそれぞれが、
・磁界を放射するために使用する単軸磁界源の位置、または
・前記磁界を測定するために使用する単軸磁気変換器の位置、または前記磁界の周波数によって、他から区別される単軸磁界源／単軸磁気変換器の対を用いて求められる、Ｎ個の実際の測定値から成る前記セットを求めるための、Ｎ組の単軸磁界源／単軸磁気変換器の対（１８〜２０、３２〜３４）と、
−前記単軸磁界源／単軸磁気変換器の対によって測定される前記測定値に基づいて、前記基準フレームにおける前記対象物の位置を特定する位置特定モジュール（４２）とを備え、さらに
−請求項８に記載の、擾乱測定値を含む測定値サブセットを識別するための識別装置を備え、
−前記位置特定モジュール（４２）は、
・複数の測定値サブセットＭiの中から非擾乱測定値サブセットを少なくとも１つ見つけるために前記識別装置を使用でき、かつ
・擾乱測定値を少しも含まない測定値サブセットが見つかった場合だけ、前記対象物の前記位置に関して、このサブセットに属する非擾乱測定値に対する、このサブセットに属さない測定値の影響を限定するために、このサブセットに属さない測定値に重みを付けることができることを特徴とするシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２０１３−５１５２５３（Ｐ２０１３−５１５２５３Ａ）
【公表日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５４５２８３（Ｐ２０１２−５４５２８３）
【出願日】平成２２年１２月２０日（２０１０．１２．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０７０３１７
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０７６７６７
【国際公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（５１０１３２３４７）コミサリア ア レネルジ アトミク エ オウ エネルジ アルタナティヴ (51)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２０日（２０１０．１２．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０７０３１７
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０７６７６７
【国際公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（５１０１３２３４７）コミサリア ア レネルジ アトミク エ オウ エネルジ アルタナティヴ (51)
【Ｆターム（参考）】
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