WO2008110553A2 - Method for determining the position of a medical instrument - Google Patents

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WO2008110553A2 PCT/EP2008/052873 EP2008052873W WO2008110553A2 WO 2008110553 A2 WO2008110553 A2 WO 2008110553A2 EP 2008052873 W EP2008052873 W EP 2008052873W WO 2008110553 A2 WO2008110553 A2 WO 2008110553A2
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Definitions

  • the invention relates to a method for determining the position of a medical instrument, in particular an endoscopy capsule, having at least three mutually orthogonal receiving coils assigned to a position determining device generating a spatially variable position determining magnetic field by means of field generating means.
  • an electromagnetic navigation system based on an LC resonant circuit has been proposed.
  • the method is characterized by a sufficient stability against magnetic interference fields, however, only a low accuracy can be achieved.
  • only five degrees of freedom of position and orientation of the instrument can be determined with this method, a rotation about the longitudinal axis can not be determined.
  • the use of an electromagnetic navigation system based on orthogonal receiving coils, which are integrated in or arranged on the medical instrument, in particular the endoscopy capsule, is known. With these receiving coils, an external, location-dependent position determining magnetic field is detected and a position determined from the position measured values.
  • this method is very susceptible to external noise, so that it can easily lead to large errors in the position determination.
  • a magnet for example a permanent magnet
  • a very strong magnetic field in the range of about 0.1 T is used.
  • the already mentioned position determining magnetic field is only in the mT range and has a fairly high frequency. The fields of the much stronger navigation magnetic field disturb the weak position determining magnetic field significantly, so that is to be expected with large errors.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method for position determination using a position determining magnetic field and associated receiving coils, which provides reliable position information even in the presence of external interference fields.
  • At least one stationary reference coil is provided with respect to the field generating means, in which method: first reference measured values of the reference coil are recorded with the position determining magnetic field switched on, after which the position is determined continuously at the same time position readings of the receiving coils and second reference measured values are taken by the reference coil,
  • At least one calculated value describing a possible interference field is determined
  • the position is determined taking into account the calculated value.
  • the method is advantageously applicable when a magnetically navigable instrument is used with a magnet that is responsive to a navigation magnetic field generating an interference field for the position determination magnetic field and generated by a navigation device, the first reference measured values being recorded when the navigation magnetic field is switched off.
  • the proposed, temporally indeed variable navigation magnetic field of a navigation device forms the main interfering field, which, in its order of magnitude, as explained in the introduction, is far stronger than the position-determining magnetic field. Since the first reference measured values have been recorded when the navigation magnetic field has been switched off, the interference of the navigation magnetic field can be deduced when the second reference measured values are taken later.
  • first reference measured values of the reference coil are initially recorded when the position determining magnetic field is switched on.
  • two embodiments are conceivable, which can also be connected to each other.
  • it makes sense of course, to record the first reference measured values if there are as far as possible no external interference fields.
  • the interference fields are mainly determined by a navigation magnetic field, such a point makes sense and leads to a significant improvement in the position determination.
  • the reference coil since its location is known, also serves to calibrate the position determining device.
  • information about the presence and the strength of one or more interference fields can be obtained by a continuous comparison of the first reference measured values with the second reference measured values. This is expressed on the basis of a calculated value which describes at least one possible interference field.
  • a calculated value which describes at least one possible interference field.
  • a plurality of calculated values may also be given. The calculated value or the calculated values obtained can then be used advantageously to improve the position determination.
  • the current position measurement values are discarded. If, during the course of the method, the interfering fields become too large, which can be determined on the basis of the calculated value, no positions from the current position measured values are determined at this point in time since the position obtained would be too strongly error-related. Roughly wrong positions can be advantageously prevented in this way. If the interference fields sink to a lower value again, the position is determined again.
  • a correction of the position measured values or of a position determined therefrom is carried out on the basis of the calculated value.
  • the error in the position determination occurring due to the interference fields can be calculated out again on the basis of the calculated value, so that the position determination as a whole becomes more accurate and a high degree of reliability is given even in the presence, for example, of a navigation magnetic field.
  • a quality value indicating the accuracy of the position determination is determined from the calculated value and assigned to the determined position. The quality value is then displayed to an operator at the same time as the determined position so that it can immediately recognize possible inaccuracies due to interference fields.
  • the comparison can preferably be carried out by subtracting the first and second reference measured values to form a difference value.
  • the portion of the position-determining magnetic field predetermined by the first reference measured values is subtracted out, so that the difference value describes the interference field or the disturbing field influence at the location of the respective reference coil.
  • a location-dependent calculation value for the interference field is determined on the basis of the difference values of a plurality of spatially offset reference coils, in particular using Bessel functions and / or spherical functions, wherein the location dependence is taken into account in the position determination .
  • the reference measured values influencing interference fields at a plurality of different locations in the area of the position-determining device it is therefore possible to model the corresponding interference field over the entire relevant area.
  • spherical functions and / or Bessel functions can be used.
  • a location-dependent calculation value is obtained, which at the appropriate time reflects the strength and orientation of the disturbance magnetic fields at arbitrary points in the region of the position determination.
  • the location dependence thus obtained can advantageously be taken into account in the position determination, in particular by examining the location or the area where the medical instrument is actually located for interference fields.
  • a) a first position is first determined from the position measurement values, after which b) the calculated value at the first position is calculated and used to correct the position measurement values, after which c) a second, corrected position is determined. Accordingly, it will first be averages which interference fields, as described by the calculation value, are present at the position described by uncorrected position measurement values. These can then be used to correct the position measurements and determine the corrected position. In a particularly preferred embodiment, this correction is carried out iteratively, which means that the steps b) and c) are repeated at least once with the second position as the first position.
  • Sufficiently accurate results for the position can be achieved in two to three iteration steps if the first position is exactly the same. In this way one approaches the actual position of the medical instrument.
  • a position determined at an earlier point in time is taken into account.
  • the immediately previously determined position can be considered. If, for example, a first position is determined from the current position measurement values which, in view of the immediately preceding determined position of the medical instrument, could not possibly have been reached, the position determined from the position measurement values can also be completely rejected and instead the last known position of the medical position Instruments are used as the first position in step b), so that more accurate position values can be obtained.
  • the reference coils used in the method need not be additionally added to a medical examination or treatment device with a position-determining device, but at least one registration coil fixedly provided for registering coordinate systems can be used as the reference coil. It is only relevant that the coils used as reference coils are arranged stationarily with respect to the position determining magnetic field. If more than three receiving coils are provided on the medical instrument, the method according to the invention can also be used for improved determination of an orientation of the instrument taking into account the calculated value. Then, an orientation of the instrument is determined in consideration of the calculated value in more than three receiving coils.
  • the invention also relates to a position determination device for determining the position of a medical instrument, in particular an endoscopy capsule, comprising a field generating means for generating a position determining magnetic field, at least three receiving coils arranged orthogonally to one another in or on the medical instrument, at least one reference coil stationary relative to the field generating means and a control device which is designed for carrying out the method according to the invention.
  • a position determination device for determining the position of a medical instrument, in particular an endoscopy capsule, comprising a field generating means for generating a position determining magnetic field, at least three receiving coils arranged orthogonally to one another in or on the medical instrument, at least one reference coil stationary relative to the field generating means and a control device which is designed for carrying out the method according to the invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a medical treatment and / or examination device with a position determining device according to the invention
  • Fig. 2 is a flowchart of the method according to the invention.
  • Fig. 3 is a flowchart for a possible correction method.
  • Fig. 1 shows a medical treatment and / or examination device 1, which is a position-determining device according to the present invention.
  • a medical instrument here an endoscopy capsule 2
  • the endoscopy capsule 2 comprises a permanent magnet 3 and three receiving coils 4 arranged orthogonally to one another.
  • the permanent magnet 3 is associated with a navigation device 5 which generates a navigation magnetic field which enables a movement and / or orientation of the endoscopy capsule 2 in the body of a patient.
  • the navigation device 5 is designed like a tube here. Within the navigation device 5, a very strong magnetic navigation field is generated for navigation of the endoscopy capsule 2 via suitable coils (not shown) which, for example, can be in the range of 0.1 T and considerably disturb weaker fields.
  • the receiving coils 4 are associated with the position determining device. This also includes in a conventional manner a field generating means 6 for generating a position determining magnetic field.
  • the receiving coils 4 measure the position-determining magnetic field, which is location-dependent, at its current position, ie the position of the endoscopy capsule 2, whereupon a position can be determined from the position measured values.
  • the field generating means 6 is arranged for example on the patient couch 12 and generates a rather weak magnetic field of a strength of a few mT.
  • the position-determining device further comprises twelve reference coils 8, which are arranged stationarily with respect to the position-determining magnetic field, that is to say the field-generating means 6. A part of the reference coils are arranged on the navigation device 5, a further part on the patient couch 12. Of course, it is also possible to attach the reference coils 8 to another location or completely to the navigation device 5 or the patient bed 12. Also, a larger or smaller number of reference coils 8 is conceivable.
  • the reference coils 8 can also be registration coils provided for registration of coordinate systems anyway.
  • the position determining magnetic field is always the same size at its respective location, so that a statement about possible interference fields can be made by comparing measured values of the reference coils 8. This is used in the position-determining device according to the invention for determining a calculated value describing the interference fields.
  • the device 1 further comprises a control device 9, which controls the operation of the navigation device 5, the position determination device and optionally further components.
  • the control device 9 is associated with a display means 10 and an input device 11. Furthermore, the control device 9 is designed for carrying out the method for position determination, as will now be explained in more detail with reference to FIGS. 2 and 3.
  • Fig. 2 shows a flowchart of the method according to the invention.
  • first reference measurement values are received by the reference coils 8 in a step S1. This happens in each case with the navigation magnetic field off, but can be carried out with particular advantage, however, if the Positioning device is calibrated anyway.
  • the first reference measured values thus give the values of the position-determining magnetic field at the reference coils 8 as unaltered as possible from interference fields. If interference fields subsequently occur, their effects can be read off from a comparison with these first reference measured values.
  • step S2 second reference measurement values from the reference coils 8 and position measurement values from the reception coils 4 are recorded simultaneously in step S2.
  • the calculated value is then determined in step S3. This can be done, for example, by forming a difference between the first reference values and the current second reference measured values. Then, the proportion of the position determining magnetic field is subtracted out.
  • step S4 in the sense of a "use-no-use" decision, it is checked whether the calculated value, which indicates the strength of the fault fields, is greater than a threshold value, and if this is the case, then no meaningful ones can be given due to the strong interference fields Positions are determined, the current position measurement values are discarded (step S5) and the process is resumed from step S2.
  • step S4 If it has been determined in step S4 that the interference fields are low enough to make a current position determination, the position determination is carried out with correction and / or upon determination of a quality value in step S6. A to be determined taking into account the calculated value
  • Quality value indicates how reliably the determined position actually takes into account the current interference fields. is lent.
  • a correction of the position measurement data or the position determined therefrom can take place.
  • FIG. 3 An example of such a correction process is shown in the flowchart in FIG. 3.
  • a location-dependent calculated calculation value is assumed. Since, due to the larger number of reference coils i attached to different locations, reference values are available from all these locations, a location-dependent calculation value can be determined assuming a model. This model may for example be based on ball functions and / or Bessel functions. One then obtains an arithmetic value which specifies a measure for the possibly presently existing interference fields for different locations. If such a location-dependent calculation value is present, then the method according to FIG. 3 can be carried out.
  • step S6a a first position is determined from the position measurement values. This takes place in the manner conventionally known.
  • step S6b the location-dependent calculated value is then evaluated at the first position just determined.
  • the position measurement values can be suitably corrected in step S6c at precisely this first position.
  • step S6d a second corrected position can be determined from the corrected position measurement values. This can already be the position to be output as the final result, but several iterations can also be performed.
  • step S6e the second position is set as the new first position and steps S6b to S6d are repeated. Only a few iterations can be used to achieve great accuracy.
  • the method according to FIG. 3 it also makes sense, in particular, to take into account previously determined positions, in particular the last previously determined position. This can be a plausibility check, which means if the If the first position deviates too far from the last position, there is a discrepancy. Then it can also be provided that, instead of the computationally determined first position, the last determined position is used to evaluate the calculated value. In this way an even greater accuracy can be achieved.
  • step S7 it is checked whether the position determination should be terminated, step S7. If this is not the case, the method is repeated from step S2 on.
  • the specific position may be output on the display means 10, for example. If a quality value has been determined, this is advantageously output together with the position. It may also be output if position measurements are discarded due to the "use-no-use" decision in step S5, thus also informing a user of the disturbance fields and their effects.

Abstract

The invention relates to a method for determining the position of a medical instrument, especially an endoscopic capsule, using at least three receive coils that are arranged orthogonally in respect to each other and that are associated with a position determining device which generates a spatially variable position determining magnetic field by means of field generating elements, at least one reference coil being used that is stationary with respect to the field generating elements. The method according to the invention is characterized by the following steps: acquiring first reference measured values of the reference coil with the position determination magnetic field being switched on, for determining the position in a continuous manner, simultaneously acquiring position measured values of the receive coils and second reference measured values of the reference coil, comparing the first and second reference measured values thereby determining at least one calculated value describing a possible noise field, and carrying out the position determination while taking said calculated value into consideration.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zur Positionsbestimmung eines medizinischen InstrumentsMethod for determining the position of a medical instrument
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines medizinischen Instruments, insbesondere einer Endosko- piekapsel, mit wenigstens drei orthogonal zueinander angeordneten, einer mittels Felderzeugungsmitteln ein räumlich ver- änderliches Positionsbestimmungsmagnetfeld erzeugenden Positionsbestimmungsvorrichtung zugeordneten Empfangsspulen.The invention relates to a method for determining the position of a medical instrument, in particular an endoscopy capsule, having at least three mutually orthogonal receiving coils assigned to a position determining device generating a spatially variable position determining magnetic field by means of field generating means.
Bei medizinischen Instrumenten, beispielsweise Endoskopiekap- seln, die gezielt im Inneren des menschlichen Körpers navi- giert werden, ist eine möglichst exakte Positionsbestimmung unerlässlich, da sie die Voraussetzung für eine aussagekräftige Untersuchung bzw. eine erfolgreiche Behandlung darstellt.In the case of medical instruments, for example endoscopy capsules, which are deliberately navigated within the human body, it is essential to determine the position as accurately as possible, since it is the prerequisite for a meaningful examination or successful treatment.
Hierzu sind bereits mehrere Verfahren bekannt, die jedochFor this purpose, several methods are already known, however
Nachteile aufweisen. So wurde vorgeschlagen, die Ortung mittels bi-planarer Röntgendurchleuchtung vorzunehmen. Aus den Positionen des medizinischen Instruments in den unter einem Winkel zueinander stehenden Röntgenbildern ist deren Position im Raum bestimmbar. Dieses Verfahren ist nachteilhaft, da ein Patient einer zusätzlichen Belastung durch Röntgenstrahlung ausgesetzt wird und es sich als sehr kostenintensiv erweist.Disadvantage. For example, it was proposed to perform the location by means of bi-planar X-ray fluoroscopy. From the positions of the medical instrument in the X-ray images which are at an angle to one another, their position in space can be determined. This method is disadvantageous because a patient is exposed to additional exposure to X-radiation and proves to be very costly.
Alternativ wurde ein elektromagnetisches Navigationssystem auf Basis eines LC-Schwingkreises vorgeschlagen. Das Verfahren zeichnet sich durch eine hinreichende Stabilität gegenüber magnetischen Störfeldern aus, jedoch kann nur eine geringe Genauigkeit erzielt werden. Zudem lassen sich mit diesem Verfahren nur fünf Freiheitsgrade der Position und Orien- tierung des Instruments bestimmen, eine Drehung um die Längsachse kann nicht festgestellt werden. Bekannt ist schließlich die Verwendung eines elektromagnetischen Navigationssystems auf Basis von orthogonalen Empfangsspulen, die in dem medizinischen Instrument, insbesondere der Endoskopiekapsel, integriert oder auf diesem angeordnet sind. Mit diesen Empfangsspulen wird ein externes, ortsabhängiges Positionsbestimmungsmagnetfeld detektiert und aus den Positionsmesswerten eine Position bestimmt. Dieses Verfahren ist jedoch sehr anfällig gegenüber externen Störfeldern, so dass es leicht zu großen Fehlern in der Positionsbestimmung kommen kann.Alternatively, an electromagnetic navigation system based on an LC resonant circuit has been proposed. The method is characterized by a sufficient stability against magnetic interference fields, however, only a low accuracy can be achieved. In addition, only five degrees of freedom of position and orientation of the instrument can be determined with this method, a rotation about the longitudinal axis can not be determined. Finally, the use of an electromagnetic navigation system based on orthogonal receiving coils, which are integrated in or arranged on the medical instrument, in particular the endoscopy capsule, is known. With these receiving coils, an external, location-dependent position determining magnetic field is detected and a position determined from the position measured values. However, this method is very susceptible to external noise, so that it can easily lead to large errors in the position determination.
Insbesondere ist es heutzutage bekannt, beispielsweise eine Endoskopiekapsel über ein externes Navigationssystem auf der Basis eines Navigationsmagnetfeldes zu navigieren. Hierzu ist in dem medizinischen Instrument ein Magnet, beispielsweise ein Permanentmagnet, vorgesehen. Zur Bewegung bzw. Orientierung des medizinischen Instruments wird ein sehr starkes Magnetfeld im Bereich von etwa 0,1 T angewendet. Das bereits erwähnte Positionsbestimmungsmagnetfeld liegt nur im mT-Bereich und weist eine recht hohe Frequenz auf. Die Felder des sehr viel stärkeren Navigationsmagnetfeldes stören dabei das schwache Positionsbestimmungsmagnetfeld signifikant, so dass mit großen Fehlern zu rechnen ist.In particular, it is known today, for example, to navigate an endoscopy capsule via an external navigation system on the basis of a navigation magnetic field. For this purpose, a magnet, for example a permanent magnet, is provided in the medical instrument. For movement or orientation of the medical instrument, a very strong magnetic field in the range of about 0.1 T is used. The already mentioned position determining magnetic field is only in the mT range and has a fairly high frequency. The fields of the much stronger navigation magnetic field disturb the weak position determining magnetic field significantly, so that is to be expected with large errors.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Positionsbestimmung unter Verwendung eines Positionsbestimmungsmagnetfelds und zugeordneter Empfangsspulen anzugeben, das auch bei Anwesenheit von externen Störfeldern verlässliche Positionsangaben liefert.The invention is therefore based on the object of specifying a method for position determination using a position determining magnetic field and associated receiving coils, which provides reliable position information even in the presence of external interference fields.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens eine bezüglich der Felderzeugungsmittel ortsfeste Referenzspule vorgesehen ist, bei welchem Verfahren: - erste Referenzmesswerte der Referenzspule bei eingeschaltetem Positionsbestimmungsmagnetfeld aufgenommen werden, wonach zur Positionsbestimmung fortlaufend - gleichzeitig Positionsmesswerte der Empfangsspulen und zweite Referenzmesswerte von der Referenzspule aufgenommen werden,In order to achieve this object, it is provided according to the invention in a method of the type mentioned above that at least one stationary reference coil is provided with respect to the field generating means, in which method: first reference measured values of the reference coil are recorded with the position determining magnetic field switched on, after which the position is determined continuously at the same time position readings of the receiving coils and second reference measured values are taken by the reference coil,
- aus einem Vergleich der ersten und der zweiten Referenz- messwerte wenigstens ein ein mögliches Störfeld beschreibender Rechenwert ermittelt wird, undfrom a comparison of the first and the second reference measured values, at least one calculated value describing a possible interference field is determined, and
- die Positionsbestimmung unter Berücksichtigung des Rechenwertes erfolgt.- The position is determined taking into account the calculated value.
Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, ortsfest bezüglich des Positionsbestimmungsmagnetfelds angeordnete Referenzspulen zu verwenden. Bei den Messwerten dieser Spulen ist demnach der Anteil des Positionsbestimmungsmagnetfelds fest, so dass aus der zeitlichen Veränderung bezüglich erster Refe- renzmesswerte auf die Anwesenheit und auf die Stärke von Störfeldern geschlossen werden kann. Insbesondere ist das Verfahren vorteilhaft anwendbar, wenn ein magnetisch navigierbares Instrument mit einem auf ein von einer Navigationseinrichtung erzeugtes, ein Störfeld für das Positionsbestim- mungsmagnetfeld bildendes Navigationsmagnetfeld ansprechenden Magneten verwendet wird, wobei die ersten Referenzmesswerte bei ausgeschaltetem Navigationsmagnetfeld aufgenommen werden. In diesem Fall bildet also das vorgesehene, zeitlich ja auch veränderliche Navigationsmagnetfeld einer Navigationseinrich- tung das hauptsächliche Störfeld, das in seiner Größenordnung, wie einleitend dargelegt, weit stärker als das Positionsbestimmungsmagnetfeld ist. Da die ersten Referenzmesswerte bei ausgeschaltetem Navigationsmagnetfeld aufgenommen worden sind, kann bei späterer Aufnahme zweiter Referenzmesswerte auf den Störeinfluss des Navigationsmagnetfelds geschlossen werden .According to the invention, it is therefore proposed to use stationary reference coils arranged with respect to the position determining magnetic field. Accordingly, the proportion of the position-determining magnetic field is fixed in the measured values of these coils, so that it is possible to infer the presence and the strength of interference fields from the temporal change with respect to first reference measured values. In particular, the method is advantageously applicable when a magnetically navigable instrument is used with a magnet that is responsive to a navigation magnetic field generating an interference field for the position determination magnetic field and generated by a navigation device, the first reference measured values being recorded when the navigation magnetic field is switched off. In this case, therefore, the proposed, temporally indeed variable navigation magnetic field of a navigation device forms the main interfering field, which, in its order of magnitude, as explained in the introduction, is far stronger than the position-determining magnetic field. Since the first reference measured values have been recorded when the navigation magnetic field has been switched off, the interference of the navigation magnetic field can be deduced when the second reference measured values are taken later.
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden demnach zunächst erste Referenzmesswerte der Referenzspule bei eingeschaltetem Posi- tionsbestimmungsmagnetfeld aufgenommen. Dabei sind im Wesentlichen zwei Ausgestaltungen denkbar, die auch miteinander verbunden werden können. Zum einen ist es natürlich sinnvoll, die ersten Referenzmesswerte dann aufzunehmen, wenn möglichst keine externen Störfelder vorliegen. Insbesondere dann, wenn die Störfelder hauptsächlich durch ein Navigationsmagnetfeld bestimmt sind, ist ein solcher Zeitpunkt sinnvoll und führt zu einer erheblichen Verbesserung der Positionsbestimmung. Da das Vorhandensein von Störfeldern jedoch nie ganz ausgeschlossen werden kann, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass die ersten Referenzmesswerte während einer Kalibration der Positionsbestimmungsvorrichtung aufgenommen werden. In diesem Fall dient die Referenzspule bzw. dienen die Referenzspulen, da ihr Ort bekannt ist, auch zu einer Kalibration der Positionsbestimmungsvorrichtung. Auf diese Weise wird letztendlich ein zum Zeitpunkt der Kalibration vorhandenes Störfeld als eine Art Offset mitberücksichtigt. Bei- de Varianten sind natürlich vorteilhaft kombinierbar: Es ist sinnvoll, die ersten Referenzmesswerte (bzw. den ersten Referenzmesswert bei nur einer Spule) während eines Kalibrations- vorgangs aufzunehmen, der unter möglichst geringem oder keinem Störfeldeinfluss durchgeführt wird.In the method according to the invention, therefore, first reference measured values of the reference coil are initially recorded when the position determining magnetic field is switched on. Essentially, two embodiments are conceivable, which can also be connected to each other. For one, it makes sense, of course, to record the first reference measured values if there are as far as possible no external interference fields. In particular, when the interference fields are mainly determined by a navigation magnetic field, such a point makes sense and leads to a significant improvement in the position determination. However, since the presence of interference fields can never be completely ruled out, it has proved to be particularly advantageous for the first reference measurement values to be recorded during a calibration of the position-determining device. In this case, the reference coil, since its location is known, also serves to calibrate the position determining device. In this way, an interference field existing at the time of the calibration is finally taken into account as a kind of offset. Of course, both variants can be advantageously combined: it makes sense to record the first reference measured values (or the first reference measured value with only one coil) during a calibration process which is carried out with as little or no interference as possible.
Wie bereits erwähnt, kann durch einen kontinuierlichen Vergleich der ersten Referenzmesswerte mit den zweiten Referenzmesswerten eine Information über das Vorhandensein und die Stärke eines oder mehrerer Störfelder gewonnen werden. Diese wird anhand eines Rechenwerts ausgedrückt, der wenigstens ein mögliches Störfeld beschreibt. Selbstverständlich können bei mehreren Referenzspulen bzw. einer ortsaufgelösten Bestimmung des Rechenwerts auch mehrere Rechenwerte gegeben sein. Der erhaltene Rechenwert bzw. die erhaltenen Rechenwerte können dann vorteilhafterweise zur Verbesserung der Positionsbestimmung genutzt werden. Dabei sind mehrere Varianten denkbar, die auch in Kombination verwendet werden können.As already mentioned, information about the presence and the strength of one or more interference fields can be obtained by a continuous comparison of the first reference measured values with the second reference measured values. This is expressed on the basis of a calculated value which describes at least one possible interference field. Of course, in the case of a plurality of reference coils or a spatially resolved determination of the calculated value, a plurality of calculated values may also be given. The calculated value or the calculated values obtained can then be used advantageously to improve the position determination. Several variants are conceivable, which can also be used in combination.
Die einfachste Möglichkeit der Einflussnahme auf den Positi- onsbestimmungsvorgang ist eine sogenannte „use - no use"-The simplest way of influencing the position determination process is a so-called "use-no-use"
Entscheidung. Dabei kann vorgesehen sein, dass im Rahmen der Positionsbestimmung bei Überschreitung wenigstens eines Schwellwertes durch den kontinuierlich bestimmten Rechenwert die aktuellen Positionsmesswerte verworfen werden. Werden also im Laufe des Verfahrens die Störfelder zu groß, was anhand des Rechenwertes festgestellt werden kann, werden zu diesem Zeitpunkt keine Positionen aus den aktuellen Positionsmesswerten bestimmt, da die erhaltene Position zu stark fehlerverhaftet wäre. Grob falsch bestimmte Positionen können auf diese Art vorteilhaft verhindert werden. Sinken die Störfelder wieder auf einen niedrigeren Wert ab, wird die Position wieder bestimmt.Decision. It can be provided that in the context of position determination in case of exceeding at least one Threshold value by the continuously determined calculation value the current position measurement values are discarded. If, during the course of the method, the interfering fields become too large, which can be determined on the basis of the calculated value, no positions from the current position measured values are determined at this point in time since the position obtained would be too strongly error-related. Roughly wrong positions can be advantageously prevented in this way. If the interference fields sink to a lower value again, the position is determined again.
Vorzugsweise wird jedoch alternativ oder zusätzlich zur Positionsbestimmung eine Korrektur der Positionsmesswerte oder einer daraus ermittelten Position anhand des Rechenwertes durchgeführt. Der durch die Störfelder auftretende Fehler in der Positionsbestimmung kann anhand des Rechenwertes wieder herausgerechnet werden, so dass die Positionsbestimmung insgesamt genauer wird und eine große Verlässlichkeit auch bei Anwesenheit beispielsweise eines Navigationsmagnetfeldes ge- geben ist.Preferably, however, alternatively or additionally to the position determination, a correction of the position measured values or of a position determined therefrom is carried out on the basis of the calculated value. The error in the position determination occurring due to the interference fields can be calculated out again on the basis of the calculated value, so that the position determination as a whole becomes more accurate and a high degree of reliability is given even in the presence, for example, of a navigation magnetic field.
In einer weiteren Variante kann schließlich auch vorgesehen sein, dass aus dem Rechenwert ein die Genauigkeit der Positionsbestimmung angebender Qualitätswert ermittelt und der er- mittelten Position zugeordnet wird. Der Qualitätswert wird einer Bedienperson dann zugleich mit der ermittelten Position angezeigt, so dass diese mögliche Ungenauigkeiten aufgrund von Störfeldern unmittelbar erkennen kann.Finally, in a further variant, it can also be provided that a quality value indicating the accuracy of the position determination is determined from the calculated value and assigned to the determined position. The quality value is then displayed to an operator at the same time as the determined position so that it can immediately recognize possible inaccuracies due to interference fields.
Um einen möglichst aussagekräftigen Rechenwert zu erhalten, das bedeutet, möglichst über das gesamte Interventionsgebiet eine Aussage über gegebenenfalls vorhandene Störfelder erhalten zu können, insbesondere einen ortsabhängigen Rechenwert ermitteln zu können, ist es sinnvoll, mehr als eine Referenz- spule zu verwenden. Als ideal hat es sich erwiesen, wenigstens zwei, vorzugsweise zehn bis zwölf, Referenzspulen vorzusehen. Selbstverständlich sind auch Ausgestaltungen denkbar, in denen mehr als zwölf oder weniger als zehn Referenzspulen verwendet werden.In order to obtain as meaningful an arithmetic value as possible, so that it is possible to obtain information about possibly existing interference fields over the entire area of intervention, in particular to be able to determine a location-dependent arithmetic value, it makes sense to use more than one reference coil. It has proven to be ideal to provide at least two, preferably ten to twelve, reference coils. Of course, embodiments are also conceivable, in which more than twelve or less than ten reference coils are used.
Der Vergleich kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise durch Subtraktion der ersten und der zweiten Referenzmesswerte unter Bildung eines Differenzwertes erfolgen. Auf diese Weise wird der durch die ersten Referenzmesswerte vorgegebene Anteil des Positionsbestimmungsmagnetfeldes heraussubtrahiert, so dass der Differenzwert das Störfeld bzw. den Störfeldeinfluss am Ort der jeweiligen Referenzspule beschreibt. Dann ist es mit besonderem Vorteil möglich, dass anhand der Differenzwerte mehrerer räumlich versetzter Referenzspulen, insbesondere unter Verwendung von Besselfunktio- nen und/oder Kugelfunktionen, im Rahmen einer Modellierung ein ortsabhängiger Rechenwert für das Störfeld ermittelt wird, wobei die Ortsabhängigkeit bei der Positionsbestimmung berücksichtigt wird. Mit den Einfluss von Störfeldern beschreibenden Referenzmesswerten an mehreren verschiedenen Orten im Bereich der Positionsbestimmungsvorrichtung ist es demnach möglich, das bzw. die entsprechenden Störfelder über den gesamten relevanten Bereich zu modellieren. Dabei können beispielsweise Kugelfunktionen und/oder Besselfunktionen herangezogen werden. Erhalten wird ein ortsabhängiger Rechenwert, der zum entsprechenden Zeitpunkt die Stärke und Orien- tierung der Störmagnetfelder an beliebigen Punkten im Bereich der Positionsbestimmung wiedergibt. Die damit erhaltene Ortsabhängigkeit kann vorteilhaft bei der Positionsbestimmung berücksichtigt werden, indem insbesondere der Ort oder der Bereich, an dem sich das medizinische Instrument tatsächlich befindet, auf Störfelder hin untersucht wird.In the context of the method according to the invention, the comparison can preferably be carried out by subtracting the first and second reference measured values to form a difference value. In this way, the portion of the position-determining magnetic field predetermined by the first reference measured values is subtracted out, so that the difference value describes the interference field or the disturbing field influence at the location of the respective reference coil. In this case, it is particularly advantageously possible for a location-dependent calculation value for the interference field to be determined on the basis of the difference values of a plurality of spatially offset reference coils, in particular using Bessel functions and / or spherical functions, wherein the location dependence is taken into account in the position determination , With the reference measured values influencing interference fields at a plurality of different locations in the area of the position-determining device, it is therefore possible to model the corresponding interference field over the entire relevant area. In this case, for example, spherical functions and / or Bessel functions can be used. A location-dependent calculation value is obtained, which at the appropriate time reflects the strength and orientation of the disturbance magnetic fields at arbitrary points in the region of the position determination. The location dependence thus obtained can advantageously be taken into account in the position determination, in particular by examining the location or the area where the medical instrument is actually located for interference fields.
Bei einer Korrektur kann mit besonderem Vorteil vorgesehen sein, dass a) zunächst aus den Positionsmesswerten eine erste Position bestimmt wird, wonach b) der Rechenwert an der ers- ten Position ausgerechnet wird und zur Korrektur der Positionsmesswerte verwendet wird, wonach c) eine zweite, korrigierte Position ermittelt wird. Es wird demnach zunächst er- mittelt, welche Störfelder, beschrieben durch den Rechenwert, an der Position vorliegen, die durch unkorrigierte Positionsmesswerte beschrieben ist. Diese können dann verwendet werden, um die Positionsmesswerte zu korrigieren und die korri- gierte Position zu ermitteln. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt diese Korrektur iterativ, das bedeutet, dass die Schritte b) und c) mit der zweiten Position als erste Position wenigstens einmal wiederholt werden. Hinreichend genaue Ergebnisse für die Position lassen sich bei ent- sprechend genauer erster Position in zwei bis drei Iterationsschritten erzielen. Auf diese Weise nähert man sich der tatsächlichen Position des medizinischen Instruments an. Im Rahmen einer Plausibilitätsprüfung kann auch vorgesehen sein, dass bei der Bestimmung der ersten Position eine zu einem früheren Zeitpunkt ermittelte Position berücksichtigt wird. Insbesondere kann die unmittelbar vorher ermittelte Position betrachtet werden. Wird nun beispielsweise aus den aktuellen Positionsmesswerten eine erste Position ermittelt, die angesichts der unmittelbar zuvor bestimmten Position des medizi- nischen Instruments unmöglich erreicht worden sein kann, so kann die aus den Positionsmesswerten ermittelte Position auch vollständig verworfen werden und stattdessen die zuletzt bekannte Position des medizinischen Instruments als erste Position in Schritt b) verwendet werden, so dass genauere Positi- onswerte erhalten werden können.In the case of a correction, it can be provided with particular advantage that a) a first position is first determined from the position measurement values, after which b) the calculated value at the first position is calculated and used to correct the position measurement values, after which c) a second, corrected position is determined. Accordingly, it will first be averages which interference fields, as described by the calculation value, are present at the position described by uncorrected position measurement values. These can then be used to correct the position measurements and determine the corrected position. In a particularly preferred embodiment, this correction is carried out iteratively, which means that the steps b) and c) are repeated at least once with the second position as the first position. Sufficiently accurate results for the position can be achieved in two to three iteration steps if the first position is exactly the same. In this way one approaches the actual position of the medical instrument. As part of a plausibility check, it may also be provided that when determining the first position, a position determined at an earlier point in time is taken into account. In particular, the immediately previously determined position can be considered. If, for example, a first position is determined from the current position measurement values which, in view of the immediately preceding determined position of the medical instrument, could not possibly have been reached, the position determined from the position measurement values can also be completely rejected and instead the last known position of the medical position Instruments are used as the first position in step b), so that more accurate position values can be obtained.
Die im Verfahren verwendeten Referenzspulen müssen einer medizinischen Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtung mit einer Positionsbestimmungsvorrichtung nicht zusätzlich hinzu- gefügt werden, sondern es kann beispielsweise wenigstens eine zur Registrierung von Koordinatensystemen ortsfest vorgesehene Registrierungsspule als Referenzspule verwendet werden. Relevant ist lediglich, dass die als Referenzspulen verwendeten Spulen ortsfest bezüglich des Positionsbestimmungsmagnet- feldes angeordnet sind. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich, wenn mehr als drei Empfangsspulen an dem medizinischen Instrument vorgesehen sind, auch zur verbesserten Ermittlung einer Orientierung des Instruments unter Berücksichtigung des Rechenwertes anwenden. Dann wird demnach bei mehr als drei Empfangsspulen auch eine Orientierung des Instruments unter Berücksichtigung des Rechenwerts ermittelt.The reference coils used in the method need not be additionally added to a medical examination or treatment device with a position-determining device, but at least one registration coil fixedly provided for registering coordinate systems can be used as the reference coil. It is only relevant that the coils used as reference coils are arranged stationarily with respect to the position determining magnetic field. If more than three receiving coils are provided on the medical instrument, the method according to the invention can also be used for improved determination of an orientation of the instrument taking into account the calculated value. Then, an orientation of the instrument is determined in consideration of the calculated value in more than three receiving coils.
Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch eine Positi- onsbestimmungsvorrichtung zur Positionsbestimmung eines medizinischen Instruments, insbesondere einer Endoskopiekapsel, umfassend ein Felderzeugungsmittel zur Erzeugung eines Positionsbestimmungsmagnetfelds, wenigstens drei orthogonal zueinander im oder am medizinischen Instrument angeordnete Emp- fangsspulen, wenigstens eine bezüglich des Felderzeugungsmittels ortsfeste Referenzspule und eine Steuerungseinrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Die bezüglich des Verfahrens gemachten Ausführungen lassen sich selbstverständlich analog auf die erfindungs- gemäße Positionsbestimmungsvorrichtung anwenden.In addition to the method, the invention also relates to a position determination device for determining the position of a medical instrument, in particular an endoscopy capsule, comprising a field generating means for generating a position determining magnetic field, at least three receiving coils arranged orthogonally to one another in or on the medical instrument, at least one reference coil stationary relative to the field generating means and a control device which is designed for carrying out the method according to the invention. Of course, the statements made with regard to the method can be applied analogously to the position-determining device according to the invention.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:Further advantages and details of the present invention will become apparent from the embodiments described below and with reference to the drawings. Showing:
Fig. 1 eine Prinzipskizze einer medizinischen Behandlungs- und/oder Untersuchungseinrichtung mit einer erfindungsgemäßen PositionsbestimmungsVorrichtung,1 is a schematic diagram of a medical treatment and / or examination device with a position determining device according to the invention,
Fig. 2 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens, undFig. 2 is a flowchart of the method according to the invention, and
Fig. 3 einen Ablaufplan für ein mögliches Korrekturverfahren .Fig. 3 is a flowchart for a possible correction method.
Fig. 1 zeigt eine medizinische Behandlungs- und/oder Untersuchungseinrichtung 1, die eine Positionsbestimmungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst. Dabei ist ein medizinisches Instrument, hier eine Endoskopiekapsel 2, vorgesehen, die in den Körper eines hier nicht gezeigten Patienten eingebracht werden soll, der auf einer Patientenliege 12 ge- lagert wird. Die Endoskopiekapsel 2 umfasst einen Permanentmagneten 3 sowie drei zueinander orthogonal angeordnete Empfangsspulen 4. Der Permanentmagnet 3 ist einer Navigationseinrichtung 5 zugeordnet, die ein Navigationsmagnetfeld erzeugt, das ein Bewegen und/oder Orientieren der Endoskopie- kapsei 2 im Körper eines Patienten ermöglicht. Die Navigationseinrichtung 5 ist hier röhrenartig ausgeführt. Innerhalb der Navigationseinrichtung 5 wird zur Navigation der Endoskopiekapsel 2 über geeignete Spulen (nicht gezeigt) ein sehr starkes magnetisches Navigationsfeld erzeugt, das beispiels- weise im Bereich von 0,1 T liegen und schwächere Felder erheblich stören kann.Fig. 1 shows a medical treatment and / or examination device 1, which is a position-determining device according to the present invention. In this case, a medical instrument, here an endoscopy capsule 2, is provided, which is to be introduced into the body of a patient, not shown here, which is stored on a patient couch 12. The endoscopy capsule 2 comprises a permanent magnet 3 and three receiving coils 4 arranged orthogonally to one another. The permanent magnet 3 is associated with a navigation device 5 which generates a navigation magnetic field which enables a movement and / or orientation of the endoscopy capsule 2 in the body of a patient. The navigation device 5 is designed like a tube here. Within the navigation device 5, a very strong magnetic navigation field is generated for navigation of the endoscopy capsule 2 via suitable coils (not shown) which, for example, can be in the range of 0.1 T and considerably disturb weaker fields.
Die Empfangsspulen 4 sind der Positionsbestimmungsvorrichtung zugeordnet. Diese umfasst zudem in an sich bekannter Weise ein Felderzeugungsmittel 6 zur Erzeugung eines Positionsbestimmungsmagnetfelds. Die Empfangsspulen 4 messen das Positionsbestimmungsmagnetfeld, welches ortsabhängig ist, an ihrer aktuellen Position, also der Position der Endoskopiekapsel 2, aus, woraufhin aus den Positionsmesswerten eine Position er- mittelt werden kann. Das Felderzeugungsmittel 6 ist beispielsweise an der Patientenliege 12 angeordnet und erzeugt ein eher schwaches Magnetfeld einer Stärke von einigen mT .The receiving coils 4 are associated with the position determining device. This also includes in a conventional manner a field generating means 6 for generating a position determining magnetic field. The receiving coils 4 measure the position-determining magnetic field, which is location-dependent, at its current position, ie the position of the endoscopy capsule 2, whereupon a position can be determined from the position measured values. The field generating means 6 is arranged for example on the patient couch 12 and generates a rather weak magnetic field of a strength of a few mT.
Durch das sich verändernde, wechselnd vorhandene Navigations- magnetfeld der Navigationseinrichtung 5 werden nicht unerhebliche Störfelder erzeugt, die die Positionsmesswerte der Empfangsspulen 4 verfälschen und daher zu einer fehlerhaften Positionsbestimmung führen können. Zudem können andere Störfeldquellen 7, die hier nur schematisch dargestellt sind, beispielsweise massive ferromagnetische Gegenstände, Störfelder erzeugen, die die Positionsbestimmung erschweren. Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Positionsbestimmungsvorrichtung weiterhin zwölf Referenzspulen 8 um- fasst, die ortsfest bezüglich des Positionsbestimmungsmagnetfeldes, also der Felderzeugungsmittel 6, angeordnet sind. Ein Teil der Referenzspulen sind an der Navigationseinrichtung 5, ein weiterer Teil an der Patientenliege 12 angeordnet. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Referenzspulen 8 an einem anderen Ort oder vollständig an der Navigationseinrichtung 5 oder der Patientenliege 12 anzubringen. Auch eine größere oder geringere Anzahl von Referenzspulen 8 ist denkbar. Die Referenzspulen 8 können auch zur Registrierung von Koordinatensystemen ohnehin vorgesehene Registrierungsspulen sein .Due to the changing, alternating existing navigation magnetic field of the navigation device 5, not inconsiderable interference fields are generated which falsify the position measurement values of the receiver coils 4 and can therefore lead to an erroneous position determination. In addition, other interference field sources 7, which are shown here only schematically, for example, massive ferromagnetic objects, generate interference fields that complicate the position determination. Therefore, it is provided according to the invention that the position-determining device further comprises twelve reference coils 8, which are arranged stationarily with respect to the position-determining magnetic field, that is to say the field-generating means 6. A part of the reference coils are arranged on the navigation device 5, a further part on the patient couch 12. Of course, it is also possible to attach the reference coils 8 to another location or completely to the navigation device 5 or the patient bed 12. Also, a larger or smaller number of reference coils 8 is conceivable. The reference coils 8 can also be registration coils provided for registration of coordinate systems anyway.
Da die Referenzspulen 8 ortsfest bezüglich der Magnetfelderzeugungsmittel 6 angeordnet sind, ist das Positionsbestimmungsmagnetfeld an ihrem jeweiligen Ort immer gleich groß, so dass durch Vergleich von Messwerten der Referenzspulen 8 eine Aussage über möglicherweise vorhandene Störfelder getroffen werden kann. Dies wird in der erfindungsgemäßen Positionsbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung eines die Störfelder beschreibenden Rechenwerts benutzt.Since the reference coils 8 are arranged stationary with respect to the magnetic field generating means 6, the position determining magnetic field is always the same size at its respective location, so that a statement about possible interference fields can be made by comparing measured values of the reference coils 8. This is used in the position-determining device according to the invention for determining a calculated value describing the interference fields.
Die Einrichtung 1 umfasst ferner eine Steuerungseinrichtung 9, die den Betrieb der Navigationseinrichtung 5, der Positionsbestimmungseinrichtung und gegebenenfalls weiterer Komponenten steuert. Der Steuerungseinrichtung 9 sind ein Anzeigemittel 10 und eine Eingabevorrichtung 11 zugeordnet. Ferner ist die Steuerungseinrichtung 9 zur Durchführung des Verfah- rens zur Positionsbestimmung ausgebildet, wie es nun unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 näher erläutert wird.The device 1 further comprises a control device 9, which controls the operation of the navigation device 5, the position determination device and optionally further components. The control device 9 is associated with a display means 10 and an input device 11. Furthermore, the control device 9 is designed for carrying out the method for position determination, as will now be explained in more detail with reference to FIGS. 2 and 3.
Fig. 2 zeigt einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zunächst werden in einem Schritt Sl erste Referenzmess- werte von den Referenzspulen 8 aufgenommen. Dies geschieht in jedem Fall bei ausgeschaltetem Navigationsmagnetfeld, kann mit besonderem Vorteil jedoch durchgeführt werden, wenn die Positionsbestimmungsvorrichtung ohnehin kalibriert wird. Die ersten Referenzmesswerte geben somit möglichst unverfälscht von Störfeldern die Werte des Positionsbestimmungsmagnetfeldes an den Referenzspulen 8 wieder. Treten demnach später Störfelder auf, so lassen sich deren Effekte aus einem Vergleich mit diesen ersten Referenzmesswerten ablesen.Fig. 2 shows a flowchart of the method according to the invention. First, first reference measurement values are received by the reference coils 8 in a step S1. This happens in each case with the navigation magnetic field off, but can be carried out with particular advantage, however, if the Positioning device is calibrated anyway. The first reference measured values thus give the values of the position-determining magnetic field at the reference coils 8 as unaltered as possible from interference fields. If interference fields subsequently occur, their effects can be read off from a comparison with these first reference measured values.
Soll die Position der Endoskopiekapsel 2 dann bestimmt werden, so werden die nun folgenden Verfahrensschritte fortlau- fend ausgeführt.If the position of the endoscopy capsule 2 is then to be determined, the now following method steps are carried out continuously.
Zunächst werden in Schritt S2 gleichzeitig zweite Referenzmesswerte von den Referenzspulen 8 und Positionsmesswerte von den Empfangsspulen 4 aufgenommen.First, second reference measurement values from the reference coils 8 and position measurement values from the reception coils 4 are recorded simultaneously in step S2.
Durch den Vergleich der ersten und der zweiten Referenzmesswerte wird dann in Schritt S3 der Rechenwert ermittelt. Dies kann beispielsweise durch eine Differenzbildung zwischen den ersten Referenzwerten und den aktuellen zweiten Referenzmess- werten erfolgen. Dann wird der Anteil des Positionsbestimmungsmagnetfeldes heraussubtrahiert .By comparing the first and the second reference measured values, the calculated value is then determined in step S3. This can be done, for example, by forming a difference between the first reference values and the current second reference measured values. Then, the proportion of the position determining magnetic field is subtracted out.
In Schritt S4 wird im Sinne einer „use - no use"-Entscheidung überprüft, ob der Rechenwert, der ja die Stärke der Störfel- der angibt, größer als ein Schwellwert ist. Ist das der Fall, können demnach aufgrund der starken Störfelder keine sinnvollen Positionen bestimmt werden, so werden die aktuellen Positionsmesswerte verworfen (Schritt S5) und das Verfahren wird ab Schritt S2 wieder fortgesetzt.In step S4, in the sense of a "use-no-use" decision, it is checked whether the calculated value, which indicates the strength of the fault fields, is greater than a threshold value, and if this is the case, then no meaningful ones can be given due to the strong interference fields Positions are determined, the current position measurement values are discarded (step S5) and the process is resumed from step S2.
Wurde in Schritt S4 festgestellt, dass die Störfelder niedrig genug sind, um eine aktuelle Positionsbestimmung vorzunehmen, so wird in Schritt S6 die Positionsbestimmung unter Korrektur und/oder bei Ermittlung eines Qualitätswerts durchgeführt. Ein unter Berücksichtigung des Rechenwerts zu ermittelnderIf it has been determined in step S4 that the interference fields are low enough to make a current position determination, the position determination is carried out with correction and / or upon determination of a quality value in step S6. A to be determined taking into account the calculated value
Qualitätswert gibt an, wie verlässlich die ermittelte Position unter Berücksichtigung der aktuellen Störfelder tatsäch- lieh ist. Alternativ oder zusätzlich kann in einer bevorzugten Variante eine Korrektur der Positionsmessdaten bzw. der daraus ermittelten Position erfolgen.Quality value indicates how reliably the determined position actually takes into account the current interference fields. is lent. Alternatively or additionally, in a preferred variant, a correction of the position measurement data or the position determined therefrom can take place.
Ein Beispiel für einen solchen Korrekturvorgang zeigt das Ablaufdiagramm in Fig. 3. Dabei wird von einem ortsabhängig bestimmten Rechenwert ausgegangen. Da aufgrund der größeren Zahl der an verschiedenen Orten angebrachten Referenzspulen i Referenzmesswerte von allen diesen Orten vorliegen, kann un- ter Annahme eines Modells ein ortsabhängiger Rechenwert bestimmt werden. Diesem Modell können beispielsweise Kugelfunktionen und/oder Besselfunktionen zugrunde liegen. Man erhält dann einen Rechenwert, der für verschiedene Orte ein Maß für die möglicherweise aktuell vorhandenen Störfelder angibt. Liegt ein solcher ortsabhängiger Rechenwert vor, so ist das Verfahren nach Fig. 3 durchführbar.An example of such a correction process is shown in the flowchart in FIG. 3. Here, a location-dependent calculated calculation value is assumed. Since, due to the larger number of reference coils i attached to different locations, reference values are available from all these locations, a location-dependent calculation value can be determined assuming a model. This model may for example be based on ball functions and / or Bessel functions. One then obtains an arithmetic value which specifies a measure for the possibly presently existing interference fields for different locations. If such a location-dependent calculation value is present, then the method according to FIG. 3 can be carried out.
In Schritt S6a wird eine erste Position aus den Positionsmesswerten ermittelt. Dies erfolgt auf die herkömmlich be- kannte Art. In einem Schritt S6b wird danach der ortsabhängige Rechenwert an der soeben bestimmten ersten Position ausgewertet. Mittels des so ausgewerteten Rechenwerts können die Positionsmesswerte in Schritt S6c an eben dieser ersten Position geeignet korrigiert werden. In einem Schritt S6d kann aus den korrigierten Positionsmesswerten eine zweite korrigierte Position ermittelt werden. Diese kann nun schon die als Endergebnis auszugebende Position sein, jedoch können auch mehrere Iterationsvorgänge durchgeführt werden. Dabei wird gemäß Schritt S6e die zweite Position als neue erste Po- sition angesetzt und es werden die Schritte S6b bis S6d wiederholt. Durch nur wenige Iterationen kann damit eine große Genauigkeit erzielt werden.In step S6a, a first position is determined from the position measurement values. This takes place in the manner conventionally known. In a step S6b, the location-dependent calculated value is then evaluated at the first position just determined. By means of the calculated value thus evaluated, the position measurement values can be suitably corrected in step S6c at precisely this first position. In a step S6d, a second corrected position can be determined from the corrected position measurement values. This can already be the position to be output as the final result, but several iterations can also be performed. In this case, according to step S6e, the second position is set as the new first position and steps S6b to S6d are repeated. Only a few iterations can be used to achieve great accuracy.
Im Verfahren nach Fig. 3 ist es insbesondere auch sinnvoll, vorher bestimmte Positionen, insbesondere die letzte zuvor bestimmte Position, mit zu berücksichtigen. Dabei kann eine Plausibilitätsprüfung stattfinden, das bedeutet, wenn die erste Position zu weit von der zuletzt bestimmten Position abweicht, liegt eine Unstimmigkeit vor. Dann kann auch vorgesehen sein, dass anstelle der rechnerisch ermittelten ersten Position die zuletzt bestimmte Position zur Auswertung des Rechenwerts verwendet wird. Auf diese Art ist eine noch größere Genauigkeit erzielbar.In the method according to FIG. 3, it also makes sense, in particular, to take into account previously determined positions, in particular the last previously determined position. This can be a plausibility check, which means if the If the first position deviates too far from the last position, there is a discrepancy. Then it can also be provided that, instead of the computationally determined first position, the last determined position is used to evaluate the calculated value. In this way an even greater accuracy can be achieved.
Nach dem Schritt S6, vgl. wiederum Fig. 2, wird überprüft, ob die Positionsbestimmung beendet werden soll, Schritt S7. Ist das nicht der Fall, so wird das Verfahren ab dem Schritt S2 weiter wiederholt.After the step S6, cf. Again, Fig. 2, it is checked whether the position determination should be terminated, step S7. If this is not the case, the method is repeated from step S2 on.
Die bestimmte Position kann beispielsweise auf dem Anzeigemittel 10 ausgegeben werden. Ist ein Qualitätswert bestimmt worden, so wird dieser vorteilhafterweise mit der Position gemeinsam ausgegeben. Es kann auch ausgegeben werden, wenn Positionsmesswerte aufgrund der „use - no use"-Entscheidung in Schritt S5 verworfen werden. Damit ist auch ein Benutzer über die Störfelder und ihre Effekte informiert.The specific position may be output on the display means 10, for example. If a quality value has been determined, this is advantageously output together with the position. It may also be output if position measurements are discarded due to the "use-no-use" decision in step S5, thus also informing a user of the disturbance fields and their effects.
Obwohl in der vorangegangenen Beschreibung nur von der Position eines medizinischen Instruments, hier der Endoskopiekap- sel 2, die Rede war, ist es doch auch möglich, mehr als drei Empfangsspulen vorzusehen und daraus auch eine Orientierung zu bestimmen. Diese kann in einem analogen Verfahren auf genauere Art und Weise ermittelt werden. Although in the preceding description only the position of a medical instrument, in this case the endoscopy capsule 2, was mentioned, it is also possible to provide more than three receiver coils and to determine an orientation therefrom. This can be determined in a more accurate manner in an analogous process.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Positionsbestimmung eines medizinischen Instruments, insbesondere einer Endoskopiekapsel, mit wenigs- tens drei orthogonal zueinander angeordneten, einer mittels Felderzeugungsmitteln ein räumlich veränderliches Positionsbestimmungsmagnetfeld erzeugenden Positionsbestimmungsvorrichtung zugeordneten Empfangsspulen, wobei wenigstens eine bezüglich der Felderzeugungsmittel ortsfeste Referenzspule vorgesehen ist, bei welchem Verfahren: erste Referenzmesswerte der Referenzspule bei eingeschaltetem Positionsbestimmungsmagnetfeld aufgenommen werden, wonach zur Positionsbestimmung fortlaufend gleichzeitig Positionsmesswerte der Empfangsspulen und zweite Referenzmesswerte von der Referenzspule aufgenommen werden, aus einem Vergleich der ersten und der zweiten Referenzmesswerte wenigstens ein ein mögliches Störfeld beschreibender Rechenwert ermittelt wird, und - die Positionsbestimmung unter Berücksichtigung des Rechenwertes erfolgt.1. A method for determining the position of a medical instrument, in particular an endoscopy capsule, arranged with at least three orthogonal to one another, by means of field generating means a spatially varying position determining magnetic field generating position-determining device associated receiving coils, wherein at least one stationary with respect to the field generating means reference coil is provided, in which method: first Positioning measured values of the receiving coil and second reference measured values are continuously recorded from the reference coil for determining the position, at least one calculated value describing a possible interference field is determined from a comparison of the first and second reference measured values, and the position determination is under Consideration of the calculated value.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein magnetisch navigierba- res Instrument mit einem auf ein von einer Navigationseinrichtung erzeugtes, ein Störfeld für das Positionsbestimmungsmagnetfeld bildendes Navigationsmagnetfeld ansprechenden Magneten verwendet wird, wobei die ersten Referenzmesswerte bei ausgeschaltetem Navigationsmagnetfeld aufgenommen werden.2. Method according to claim 1, wherein a magnetically navigable instrument is used with a magnet which is responsive to a navigation magnetic field generating an interference field for the position-determining magnetic field generated by a navigation device, wherein the first reference measured values are recorded when the navigation magnetic field is switched off.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die ersten Referenzmesswerte während einer Kalibration der Positionsbestimmungsvorrichtung aufgenommen werden.3. The method of claim 1 or 2, wherein: the first reference measured values are acquired during a calibration of the position-determining device.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass im Rahmen der Positionsbestimmung bei Überschreitung wenigstens eines Schwellwertes durch den Rechenwert die aktuellen Positionsmesswerte verworfen werden.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in Frame of the position determination when exceeding at least one threshold value by the calculation value, the current position measured values are discarded.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Positionsbestimmung eine Korrektur der Positionsmesswerte o- der einer daraus ermittelten Position anhand des Rechenwertes erfolgt .5. Method according to one of the preceding claims, characterized in that for determining the position a correction of the position measured values o- of a position determined therefrom is effected on the basis of the calculated value.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass aus dem Rechenwert ein die Genauigkeit der Positionsbestimmung angebender Qualitätswert ermittelt und der ermittelten Posi- tion zugeordnet wird.6. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a quality value indicating the accuracy of the position determination is determined from the calculated value and assigned to the determined position.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass wenigstens zwei, vorzugsweise zehn bis zwölf, Referenzspulen verwendet werden.7. Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least two, preferably ten to twelve, reference coils are used.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Vergleich zwischen den ersten und den zweiten Referenzmess- werten durch Subtraktion unter Bildung eines Differenzwertes erfolgt .8. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the comparison between the first and the second reference measured values takes place by subtraction with formation of a difference value.
9. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass anhand der Differenzwerte mehrerer räumlich versetzter Referenzspulen, insbesondere unter Verwendung von Besselfunktionen und/oder Kugelfunktionen, im Rahmen einer Modellierung ein ortsabhängiger Rechenwert für das Störfeld ermittelt wird, wobei die Ortsabhängigkeit bei der Positionsbestimmung berücksichtigt wird.9. Method according to claim 8, wherein on the basis of the difference values of a plurality of spatially offset reference coils, in particular using Bessel functions and / or spherical functions, a location-dependent calculation value for the interference field is determined within the framework of a modeling, wherein the location dependence is taken into account in the position determination.
10. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass a) zunächst aus den Positionsmesswerten eine erste Position bestimmt wird, wonach b) der Rechenwert an der ersten Position ausgerechnet wird und zur Korrektur der der Positionsmesswerte verwendet wird, wonach c) eine zweite, korrigierte Position ermittelt wird.10. The method according to claim 9, characterized in that a) a first position is first determined from the position measured values, after which b) the calculated value is calculated at the first position and used to correct the position measurement values, after which c) a second, corrected position is determined.
11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schritte b) und c) mit der zweiten Position als erste Position wenigstens ein mal wiederholt werden.11. Method according to claim 10, wherein steps b) and c) with the second position as the first position are repeated at least once.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei der Bestimmung der ersten Position eine zu einem früheren Zeitpunkt ermittelte Position berücksichtigt wird.12. Method according to claim 10 or 11, wherein in determining the first position, a position determined at an earlier point in time is taken into account.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass we- nigstens eine zur Registrierung von Koordinatensystemen ortsfest vorgesehene Registrierungsspule als Referenzspule verwendet wird.13. Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one registration coil provided for registering coordinate systems is used as reference coil.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei mehr als drei Empfangsspulen auch eine Orientierung des Instruments unter Berücksichtigung des Rechenwertes ermittelt wird.14. Method according to one of the preceding claims, characterized in that, with more than three receiving coils, an orientation of the instrument is also determined taking into account the calculated value.
15. Positionsbestimmungsvorrichtung zur Positionsbestimmung eines medizinischen Instruments, insbesondere einer Endosko- piekapsel (2), umfassend ein Felderzeugungsmittel (6) zur Erzeugung eines Positionsbestimmungsmagnetfelds, wenigstens drei orthogonal zueinander im oder am medizinischen Instru- ment angeordnete Empfangsspulen (4), wenigstens eine bezüglich des Felderzeugungsmittels (5) ortsfeste Referenzspule (8) und eine Steuerungseinrichtung (9), ausgebildet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche . 15. Position determining device for determining the position of a medical instrument, in particular an endoscopy capsule (2), comprising a field generating means (6) for generating a position determining magnetic field, at least three mutually orthogonal arranged in or on the medical instrument receiving coils (4), at least one with respect Field generating means (5) stationary reference coil (8) and a control device (9), designed for Implementation of the method according to one of the preceding claims.
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