KR20200143728A

KR20200143728A - 휴대용 시스템 및 원격 오브젝트의 위치 결정 및 방향 결정을 위한 방법

Info

Publication number: KR20200143728A
Application number: KR1020207032863A
Authority: KR
Inventors: 시아오동 두안
Original assignee: 안콘 메디컬 테크놀로지스 (상하이) 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2018-05-05
Filing date: 2019-05-05
Publication date: 2020-12-24
Also published as: US11129518B2; KR102470147B1; CN112351733B; JP7361051B2; US20190335983A1; JP2021527801A; EP3813659A1; US11571115B2; US20210235974A1; WO2019214556A1; EP3813659A4; CN112351733A

Abstract

본 발명은 시간의 경과에 따라 격리된 타겟 검사 영역 내에서 원격 오브젝트의 위치 및 방향을 측정할 수 있는 전자기 위치 결정 시스템에 관한 것이다. 특히, 원격 오브젝트는 원격 소형 검사 장치이다. 위치 결정 프로세스 동안, 전자기 위치 결정 시스템 및 원격 소형 검사 장치 모두는 예상되거나 예상치 못한, 제어 및 제어되지 않은 이동이 있을 수 있다. 전자기 위치 결정 시스템을 구현함으로써, 원격 소형 검사 장치가 격리된 타겟 검사 영역 내에서 이동할 때, 원격 소형 검사 장치의 위치 및 방향 정보를 시간에 링크할 수 있고, 원격 소형 검사 장치에 의해 수집된 임의의 정보(예를 들어, 수집된 광학 이미지)를 시간과 동적으로 연관시킬 수 있으며, 검사 장치의 위치 결정 정보를 시간과 동적으로 연관시킬 수 있다.

Description

휴대용 시스템 및 원격 오브젝트의 위치 결정 및 방향 결정을 위한 방법

본 발명은 원격 오브젝트의 방향 결정 및 작동을 위한 자기장의 사용에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 본 발명은 휴대용 자기 생성 시스템을 사용하여 원격 소형 검사 장치의 위치를 결정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

한정된, 접근 불가능한 또는 원격 공간에서 작업을 수행하기 위한 비교적 작은 탐지기 또는 센서의 배치는 여러 상황에서 유용하다. 예를 들어, 카메라를 구비하여 이미지를 수집하기 위한, 또는 약물 저장소를 구비하여 소화 시스템의 대부분 영역에 일정량의 약물을 투여하기 위한 무선 원격 소형 검사 장치를 사용하는 것이 종래기술에 공지되어 있다. 의료 분야에서 사용되는 현재 구입가능한 무선 원격 소형 검사 장치는 소화관의 연동운동에 의해 운반된다. 비의료 분야에서, 프로브 원격 소형 검사 장치는 도관 시스템 또는 배관 시스템의 유체 흐름 및/또는 중력에 의해 운반될 수 있다. 이러한 방법은 연구되고 있는 환경에서 고유한 이동성을 이용하였으며, 탐지기의 이동성 및 방향성은 어느 정도 보류된다. 원격 탐지기 기술에 대해 제어가능한 위치 및 방향을 제공하는 도전은 매우 중요하다. 원격 탐지기에 이동 기능을 제공하기 위해 기계적 구동 시스템을 사용하려는 시도가 있었다. 그러나, 이러한 시스템은 사용 가능한 공간 내에서 제공하기 어려운 많은 동력을 필요로 한다. 최근에는, 원격 소형 검사 장치의 로컬 영역에 배치되는 영구 자기 쌍극자 사이의 상호작용을 통한 자기 제어 시스템(magnetic control system) 및 외부 자기 제어 시스템이 개발되었다. 그러나, 영구 자기 쌍극자를 사용하면 원격 소형 검사 장치의 치수 및 중량이 증가되고, 외부 자기 제어 시스템은 비용이 많이 든다. 원격 소형 검사 장치 내시경의 위치를 검출하는 대체 방법을 갖는 것이 중요하다.

전자기 위치 결정 시스템은 소화관 내의 원격 소형 검사 장치 위치를 원격 측정하는데 사용될 수 있는 것으로 알려져 있다. 여기에 개시된 전자기 위치 결정 시스템은 3차원 자기장 센서, 신호 처리 모듈 및 무선 통신 모듈을 갖는 밀봉된 원격 소형 검사 장치, 3개의 외부 자기장 여기 코일, 및 외부 데이터 기록 장치를 포함한다. 전자기 위치 결정 시스템이 작동하는 동안, 3 개의 코일은 환자 신체의 표면에 고정되고, 3개의 코일은 전류의 여기 하에서 연속적으로 자기장을 생성시키고, 소화관 내의 원격 소형 검사 장치는 외부 자기장을 검출하고 기록 장치에 데이터를 생성하여 발신한다. 이에 의해, 기록 장치는 외부 여자 코일 및 원격 소형 검사 장치에 관한 정보를 동시에 수신하므로, 소화관 내의 원격 소형 검사 장치의 행적이 추적될 수 있다. 전술한 문제 및 가능한 기타 문제로 인해, 원격 오브젝트의 방향 결정 및 작동을 위한 개선된 장치, 시스템 및 방법은 종래기술에 유용한 기여가 될 것이다. 또한, 전술한 상황을 감안할때, 시스템 또는 원격 오브젝트가 예측 가능하게 또는 예측 불가능하게 이동하는 중에서, 원격 오브젝트의 위치 및 방향을 정확하게 검출할 수 있는 시스템 및 방법을 필요로 한다.

본 발명은 시간의 경과에 따라 격리된 타겟 검사 영역 내에서 원격 오브젝트의 위치 및 방향을 측정할 수 있는 전자기 위치 결정 시스템을 개시한다. 특히, 원격 오브젝트는 원격 소형 검사 장치이다. 위치 결정 프로세스 동안, 전자기 위치 결정 시스템 및 원격 소형 검사 장치 모두는 예상되거나 예상치 못한, 제어 및 제어되지 않은 이동이 있을 수 있다. 여기에 개시된 전자기 위치 결정 시스템을 구현함으로써, 원격 소형 검사 장치가 격리된 타겟 검사 영역 내에서 이동할 때, 원격 소형 검사 장치의 위치 및 방향 정보를 시간에 링크할 수 있고, 원격 소형 검사 장치에 의해 수집된 임의의 정보(예를 들어, 수집된 광학 이미지)를 시간과 동적으로 연관시킬 수 있으며, 검사 장치의 위치 결정 정보를 시간과 동적으로 연관시킬 수 있다.

본 발명의 하나의 목적은, 타겟 격리 영역내의 원격 오브젝트 및 그 이동 데이터를 추적할 수 있는, 원격 오브젝트의 위치를 전자기적으로 결정하기 위한 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 원격 소형 검사 장치가 격리된 타겟 검사 영역을 통해 이동할 때, 시간 또는 지리 정보가 표기된 고품질 광그래픽 이미지를 동적으로 촬영할 수 있는, 원격 오브젝트의 위치를 전자기적으로 결정하기 위한 시스템을 제공하는 것이다. 이렇게 함으로써, 이미징 도구를 갖는 원격 오브젝트는 소정의 위치 간격으로 사진을 촬영할 수 있도록 프로그래밍되거나 실시간으로 프로그래밍될 수 있어서, 촬영 및 처리할 필요가 있는 격리된 타겟 검사 영역의 광그래픽 이미지의 총 수를 크게 줄일 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 원격 오브젝트에 낮은 에너지 소비율을 가져오고 원격 오브젝트가 원격 영역 내의 전체 행적에서 일치하고 효율적으로 작업할 수 있는, 원격 오브젝트의 위치를 전자기적으로 결정하기 위한 휴대용 시스템을 제공하는 것이다. 낮은 에너지 소비율은 수신된 정보의 양 및 품질을 희생시키지 않고도, 원격 오브젝트를 작업 상태로 지능적으로 턴 온하거나 또는 높은 에너지 소비 작업 기능의 총 수(예를 들어, 촬영할 필요가 있는 총 화상수를 감소시키기 위해 화상을 선택적으로 취한다)를 감소시킴으로써 달성된다.

본 발명의 또 다른 목적은, 휴대용 외부 자기장 생성 어셈블리가, 사용 중일 때,추가적인 물리적 기계 고정 장치 없이, 원격 영역 근처로 쉽게 가져오거나 또는 원격 영역을 덮도록 배치될 수 있는, 원격 오브젝트의 위치를 전자기적으로 결정하기 위한 휴대용 시스템을 제공하는 것이다. 이 휴대용 시스템은 환경에 거의 민감하지 않고 실내 또는 노천 영역에서 정확하게 작업할 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 휴대용 시스템이 정지 상태이든 또는 이동 상태이든 불구하고 휴대용 외부 자기장 생성 어셈블리가 원격 오브젝트의 위치를 정확하게 검출할 수 있는, 원격 오브젝트의 위치를 전자기적으로 결정하기 위한 휴대용 시스템을 제공하는 것이다. 또한, 원격 오브젝트의 이동이 휴대용 시스템의 이동과 동기화되는지 여부에도 불구하고, 여기에 개시된 측정 시스템 및 계산 방법에 따라 획득된 위치 정보는 모두 신뢰할 수 있다.

본 발명의 제1양태에 따르면, 휴대용 전자기 위치 결정 시스템이 개시된다. 휴대용 전자기 위치 결정 시스템은 제1의 3차원 자기장 센서, 신호 처리 모듈 및 무선 통신 모듈을 가지고 격리된 타겟 검사 영역 로컬에 배치되도록 구성된 원격 소형 검사 장치를 포함한다. 휴대용 전자기 위치 결정 시스템은 3차원으로 각각 펄스 자기장을 생성할 수 있고, 외부에서 생성된 펄스 자기장은 제1의 3차원 자기장 센서에 의해 감지될 수 있는 휴대용 외부 자기장 생성 어셈블리를 더 포함한다. 선택적으로, 전자기 위치 결정 시스템은 격리된 타겟 원격 영역 외부의 지지면에 배치되도록 구성된 적어도 제2의 3차원 자기장 센서를 포함하는 기준 위치 유닛을 포함한다. 제2의 3차원 자기장 센서는 원격 오브젝트가 원격 격리된 타겟 영역 내에서 이동할 때, 소정의 위치 및 고정된 방향으로 외부의 지지면에 배치된다. 또한, 전자기 위치 결정 시스템은 이동 기록 장치를 포함한다. 이 이동 기록 장치는 명령을 3차원 코일 어셈블리에 전송하고, 원격 오브젝트로부터 정보를 수신한다.

일 실시예에서, 본 발명의 제1양태에 따르면, 원격 오브젝트는 원격 소형 검사 장치이다.

다른 실시예에서, 본 발명의 제1양태에 따르면, 휴대용 외부 자기장 생성 어셈블리는 3차원으로 펄스 자기장을 생성시키는 3차원 여기 코일 어셈블리이다. 3차원 여기 코일 어셈블리는 0.02 내지 12가우스 범위의 자기장을 생성할 수 있다. 여기에 개시된 실시예에서, 3차원 여기 코일 어셈블리는 원격 오브젝트 또는 원격 소형 검사 장치로부터 3 내지 20cm 떨어져 배치되도록 구성된다.

일 예에서, 3차원 여기 코일 어셈블리는 3세트의 코일을 가지며, 각 세트의 코일은 하나의 축 주위에 감겨 있고 각 축은 다른 두 축에 수직이며, 3개의 축은 3차원 여기 코일 어셈블리의 중심에서 교차하고, 3차원 여기 코일 어셈블리는 구체 또는 입방체의 형상이다. 바람직하게, 3차원 여기 코일의 중심과 원격 오브젝트의 중심 사이의 거리는 약 10cm이다.

바람직한 실시예에서, 본 발명의 제1양태에 따르면, 외부 자기장 생성 어셈블리는 추가적인 물리적 기계 고정 장치 없이 원격 영역 근처로 쉽게 가져오거나 또는 원격 영역을 덮도록 배치될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 본 발명의 제1양태에 따르면, 휴대용 외부 자기장 생성 어셈블리는 3개의 3차원 여기 코일 어셈블리를 포함하고, 각각은 x, y 및 z 방향으로 감긴 여기 코일로 제조된다.

본 발명의 제2양태에 따르면, 원격 오브젝트의 위치를 정확하게 검출하고 계산하기 위해 전자기 위치 결정 시스템을 사용하는 방법이 개시된다. 이 방법은 3차원 자기 여기 어셈블리에 의해 생성된 3개의 "순수" 자기장을 결정하는 제1단계, 원격 오브젝트의 위치를 계산하는 제2단계, 및 원격 오브젝트의 방향을 결정하는 제3단계를 포함한다.

3차원 자기 여기 어셈블리에 의해 생성된 3개의 "순수" 자기장을 결정하는 3 개의 대체 방법이 개시된다.

제1방법은 환경 자기장 데이터를 측정하는 것 및 측정된 3차원 자기 여기 어셈블리의 총 자기장 데이터로부터 환경 자기장 데이터를 제거하는 것에 관한 것이다.

제2방법은 양극성 펄스 시퀀싱 방법을 사용하여 총 자기장 데이터를 측정하는 것에 관한 것이며, 여기서 환경 자기장 데이터는 양의 방향 및 음의 방향으로 측정되며, 2개의 총 자기장 데이터의 가산 결과는 환경 자기장의 제거를 유도한다.

제3방법은 조합 시퀀싱 방법을 사용하여 총 자기장을 3회 측정하는 것에 관한 것이며, 이 3회 측정 중 적어도 1회에 있어서, 코일 중 하나의 전류 방향은 이전 시퀀스의 전류 방향과 상이하다.

또한, 일 실시예에서, 총 자기장으로부터 환경 자기장을 감산함으로써 환경 자기장을 획득하는 단계는, 총 자기장을 측정하기 전에, 제1환경 자기장을 측정하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 환경 자기장을 결정하는 단계는, 펄스 자기장을 생성하는 단계 이후에, 제2의 환경 자기장을 측정하는 단계를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 환경 자기장을 결정하는 단계는, 펄스 자기장을 생성하는 단계 이전에, 제1의 환경 자기장을 측정하는 단계; 펄스 자기장을 생성하는 단계 이후에, 제2의 환경 자기장을 측정하는 단계; 제1 및 제2의 환경 자기장 데이터의 평균값을 환경 자기장으로 하는 단계를 포함한다.

본 발명의 원리를 수행함에 있어서, 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명은 원격 오브젝트에 의해 생성되거나 수집된 정보가 실시간으로 지리적 또는 상태 정보로 표기되도록 하기 위한 방법 및 휴대용 시스템을 제공한다. 여기에 개시된 휴대용 시스템 및 사용하기 쉬운 방법은 실시간 또는 소정의 시간 간격으로 격리된 영역 내에서 원격 오브젝트의 이동을 추적할 수 있다. 원격 오브젝트의 예를 들어 위치 및/또는 방향 등과 같은 검출 가능하고 신뢰성 있는 지리적 정보 및 효과적인 무선 통신 모듈을 통해, 작업자 또는 인공 지능 인터페이스는 원격 오브젝트와 상호 작용하여 원격 오브젝트가 더 지능적이고 효율적으로 작업하여 설계 목적에 맞는 더 많은 관련 정보를 수집할 수 있다.

본 발명은 다음의 특징 중 하나 이상을 제공하는 것이며, 원격 오브젝트에 대한 방향 제어, 원격 오브젝트에 대한 제어된 이동, 탐지기 이동 시스템에 대한 낮은 전력 소비 요건, 및 이동 제어 소자와 데이터 수집 소자의 강건성(robustness)을 포함하지만 이에 제한되지 않는 이점을 갖는다. 본 발명의 이들 및 다른 이점, 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명된 본 발명의 대표적인 실시예를 자세하게 고려함으로써 당업자에 의해 이해될 수 있다.

이하, 설명 및 첨부된 도면을 참조하면, 본 발명은 더욱 명확하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 다양한 양태에 따른 전자기 위치 결정 시스템의 제1예시적인 실시예의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다양한 양태에 따른 전자기 위치 결정 시스템의 제2예시적인 실시예의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 다양한 양태에 따른 분해도로 나타내는 원격 오브젝트의 예시적인 실시예의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 양태에 따른 기준 위치 어셈블리의 예시적인 실시예의 개략도이다.
도 5는 예시적인 사용 상황의 개략도이며, 사람의 도면은 본 발명의 일부가 아니라 도시적인 목적을 위한 것이다.
도 6은 3차원 여기 코일 어셈블리의 중심과 원격 오브젝트 사이의 공간적 관계를 나타내는 개략도이며, 여기서 위치 O는 3차원 여기 코일 어셈블리의 중심이다.
도 7은 3차원 여기 코일 어셈블리를 턴온 및 턴오프하기 위한 펄스 시퀀스의 일 실시예이다.
도 8은 3차원 여기 코일 어셈블리를 턴온 및 턴오프하기 위한 펄스 시퀀스의 다른 실시예이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 다양한 양태에 따른 3차원 여기 코일 어셈블리의 예이다.
도 13은 원격 오브젝트의 위치 및 방향을 결정하기 위한 방법 단계를 나타내는 프로세스 흐름도이다.
도 14는 환경 자기장을 결정하기 위한 방법 단계를 도시하는 예시적인 프로세스 흐름도이다.
도 15는 본 발명의 다양한 양태에 따른 원격 오브젝트의 위치 및 방향을 획득하기 위한 방법 단계를 도시하는 예시적인 프로세스 흐름도이다.
도 16은 본 발명의 다양한 양태에 따른 원격 오브젝트의 위치 및 방향을 획득하기 위한 방법 단계를 도시하는 예시적인 프로세스 흐름도이다.
도 17은 3차원 자기 여기 어셈블리에 의해 생성된 3개의 "순수" 자기장을 획득하기 위한 3개의 대체 경로를 도시한다.
도 18은 본 발명의 다양한 양태에 따른 예시적인 소형 의료 장치의 개략도이다.
도 19는 예시적인 이동 기록장치 및 외부 코일 어셈블리와의 상호 작용의 개략도이다.
상세한 설명에서의 도면부호는 달리 언급하지 않는 한 각 도면에서의 유사한 도면부호에 대응된다. 상,하,수평,수직,상부,측면 등과 같은 서면 명세서에서 사용되는 설명성 및 방향성 용어는, 구체적으로 언급하지 않는 한, 페이지에 배치된 도면 자체를 말하며 본 발명의 물리적 제한을 위반해서는 아니된다. 본 발명의 이점과 원리 및 특징을 설명하기 위해, 도면은 축척에 따라 도시되지 않았고, 예시되거나 설명된 실시예의 실시예의 일부 특징은 단순화되거나 확대된다.

본 발명의 다양한 예시적인 실시예의 제조 및 사용이 여기에 설명되어 있지만, 그 용도의 장치 및 기술은 다양한 특정 상황에서 실시될 수 있는 발명 구상을 예시하는 것을 인식해야 한다. 본 발명은 본 발명의 원리를 변경하지 않고 다양한 응용 및 실시예에서 실시될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 명확화를 위해, 적용 분야의 당업자에게 익숙한 기능, 구성 요소 및 시스템에 대한 상세한 설명은 포함되지 않는다. 일반적으로, 본 발명은 원격 오브젝트를 방향 결정 및 작동시키기 위한 장치, 시스템 및 방법을 제안한다. 본 발명은 대표적이고 예시적인 실시예의 상황에서 설명된다. 실시예의 세부사항에 대한 변형 및 대체가 가능하지만, 이들은 종래기술에 비해 하나 이상의 이점을 갖는다.

간략함을 위해, 본 명세서에 개시된 소형 검사 장치는 몸체 내에 배치되도록 설계된다. 목표 영역은 소화관이다. 비침입적 전달 방법은 소화관으로 삼키는 것이다. 그러나, 여기에 개시된 소형 검사 장치는 그 형상, 치수 또는 크기에 대한 제한으로 간주되어서는 아니된다. 여기에 개시된 소형 검사 장치와 3차원 여기 코일 및 그 사용 방법은 소형 검사 장치의 여기 코일의 이동이 본 발명의 다양한 측면을 충족하는 한 많은 다른 응용을 위해 구현될 수 있다.

간략함을 위해, 솔레노이드는 3차원 여기 코일 어셈블리의 일부 예에서 사용된다. 대부분의 설명에서, 솔레노이드는 실린더 주위에 감긴 코일을 의미한다. 그러나, 본 발명의 범위 내에서 기준 솔레노이드의 예 및 계산은 단지 설명을 위한 것이며, 제한적인 것으로 간주해야 한다.

3D (3차원) 솔레노이드 어셈블리는 서로 수직되는 3개의 코일을 포함한다. 3개의 코일은 공통 기하학적 중심을 갖는다. 각 코일의 횡단면의 형상은 원판 또는 정사각형, 직사각형 또는 타원형 또는 유사한 형상일 수 있다. 횡단면의 면적은 동일하거나 약간 상이할 수 있다. 가변 횡단면의 예로는 구형 코일 또는 직사각형 형상의 3차원 코일 어셈블리이다.

본 발명은 원격 오브젝트의 위치를 결정하기 위한 계산을 포함한다. 이 계산에서, 모든 3D 솔레노이드 어셈블리는 3개의 수직 자기 쌍극자로 모델링된다. 원격 오브젝트와 코일의 중심 사이의 거리가 코일의 기하학적 길이의 2배인 경우에, 이러한 가정은 일반적으로 양호한 근사이다. 그러나, 균일한 구형 코일에 있어서, 원격 오브젝트와 구형 코일의 중심 사이의 거리가 코일의 반경보다 길 때 쌍극자 모델은 정확한 것이다. 측정 점이 솔레노이드에 매우 가까울 때 쌍극자 모델은 근사이다. 코일과의 거리가 코일로부터 이격하여 가장 긴 치수가 약 2~3배 일 때 우리의 쌍극자 모델은 양호한 것이다.

본 발명의 다양한 양태에 따르면, 일부 실시예에서, "휴대용"은 부하 적재 또는 휴대가 가능하고 운반이 용이함을 의미한다. 일부 실시예에서, "휴대용"은 착용가능하며, 착용에 적합하거나 착용될 수 있는 것을 의미한다. 또한, 일부 실시예에서, "휴대용"은 전자기 시스템이 끊임없이, 예측 가능하게 또는 제어되지 않는 방식으로 이동하는 것을 의미한다.

본 발명의 다양한 양태에 따르면, 자기 여기 어셈블리와 원격 오브젝트 사이의 거리는 자기 여기 어셈블리의 중심과 원격 오브젝트에서의 3D 자기 센서의 순간 위치 사이의 거리로 정의된다. 자기 여기 어셈블리의 중심은 자기 여기 어셈블리의 각각 자기 축의 교차점으로 정의된다. 일 예에서, 자기 여기 어셈블리의 중심은 자기 여기 어셈블리의 기하학적 중심이다. 다른 예에서, 자기 여기 어셈블리의 중심은 자기 여기 어셈블리의 기하학적 중심이 아니다.

본 발명의 다양한 양태에 따르면, 3D 자기 센서는 원격 이동 오브젝트에 고정된다. 원격 이동 오브젝트는 3D 자기 센서에 전력을 제공하기 위한 전원, 3D 자기 센서에 의해 감지된 자기장을 디지털화할 수 있는 마이크로프로세서 제어 유닛, 및 선택적인 무선 통신 하드웨어를 포함한다.

본 발명의 다양한 양태에 따르면, 원격 오브젝트의 거리 및 위치를 결정하기 위한 수학적 계산 및 본 발명의 범위 내의 다른 계산에 있어서, B는 자기장의 강도이고, Bx 에서, B옆에 표기된 첫 번째 보통 폰트 자모는 자기 강도의 소스 또는 소유자이고, 예를 들어, Bx는 X코일에 속하는 자기장 강도를 의미한다. Bx_x에서, 표기되는 두 번째 아래 첨자는 자기 센서에 의해 측정된 방향성 자기장 강도 또는 성분 자기장 강도이다. 예를 들어, Bx_x는 원격 오브젝트에서의 자기 센서에 의해 측정된 X코일의 x성분 자기장 강도를 의미한다. 또한, 다른 위 첨자가 없는 B는 기준 코일 좌표를 가리킨다. 위 첨자를 갖는 B'는 기준 3D 자기 센서 좌표를 가리킨다.

도시되고 설명된 본 발명의 원리는 몸체 내의 다른 용도에 적용될 수 있으며, 또는 기계적 혹은 유체 혹은 의료용 취급 혹은 전달 시스템과 같은 다른 상황에서 사용되는 탐지기에도 적용될 수 있다. 용어 "원격 소형 검사 장치"는 형상에 관계없이 일반적으로 여기서 지칭하는 탐지기 장치 및 원격 오브젝트에 유사한 "탐지기"라는 용어와 혼용하여 사용할 수 있다. 원격 소형 검사 장치는 구형, 원통형, 반구형 단부를 갖는 대략 원통형, 또는 다른 적절한 형상 또는 이러한 형상의 조합일 수 있음을 이해해야 한다. 원격 소형 검사 장치(100).

본 발명의 제1양태에 따르면, 제1실시예에서, 휴대용 전자기 위치 결정 시스템이 개시된다. 휴대용 전자기 위치 결정 시스템은 제1의 3차원 자기장 센서, 신호 처리 모듈 및 무선 통신 모듈을 갖는 격리된 타겟 검사 영역에서 로컬 영역에 배치되도록 구성된 원격 소형 검사 장치를 포함한다. 신호 처리 모듈 및 무선 통신 모듈은 RF(무선 주파수) 송신기 및 안테나일 수 있다. 원격 소형 검사 장치는 이미지 센서, 렌즈 및 하나 이상의 LED를 더 포함한다.

제1실시예의 일 예에서, 영구 자기 쌍극자는 원격 오브젝트 내에 배치되지 않는다. 제1실시예의 다른 예에서, 영구 자기 쌍극자는 원격 오브젝트 내에 배치된다.

도 1을 참조하면, 휴대용 전자기 위치 결정 시스템은 주로, 격리된 타겟 검사 영역에 배치되고 제1의 3차원 자기장 센서를 가지도록 구성된 원격 소형 검사 장치(100), 3차원으로 각각 펄스 자기장을 생성할 수 있고 외부에서 생성된 펄스 자기장은 제1의 3차원 자기장 센서에 의해 감지될 수 있는 휴대용 외부 자기장 생성 어셈블리(101), 제2의 3차원 자기장 센서(103), 및 코일 구동 모듈을 통해 각각의 코일을 독립적으로 작동시키는 휴대용 외부 자기장 생성 어셈블리에 명령을 전송하고 원격 소형 검사 장치에서의 제1의 3차원 자기장 센서로부터 데이터를 수신하는 이동 기록장치(104)를 포함한다. 원격 소형 검사 장치의 제1의 자기 센서의 Z축은 소형 검사 장치의 길이 방향과 일치하다.

도 2를 참조하면, 유사한 방식으로, 휴대용 전자기 위치 결정 시스템은 주로, 제1의 3차원 자기장 센서를 갖는 원격 소형 검사 장치(100), 3개의 휴대용 외부 자기장 생성 어셈블리(101), 제2의 3차원 자기장 센서(103), 및 이동 기록장치(104)를 포함한다.

도 1 및 도 2에서, 휴대용 외부 자기장 생성 어셈블리(101) 및 이동 기록장치(104)는 격리된 타겟 원격 영역 외부의 지지면에 배치되도록 구성되며, 기준 자기장 센서로서 제2의 3차원 자기장 센서는 원격 검사 장치가 원격 격리된 타겟 영역 내에서 이동할 때 소정의 위치 및 고정된 방향으로 외부의 지지면에 배치된다.

도 1 및 도 2에 도시된 시스템은 사용되는 솔레노이드 수에 큰 차이가 있다. 도2 에 도시된 시스템은 3개의 솔레노이드를 갖는다. 이론적으로 말하면, 하나의 솔레노이드를 갖는 시스템은 3개의 솔레노이드를 갖는 시스템과 동일한 위치 측정을 대체로 수행할 수 있다. 3개의 솔레노이드를 갖는 시스템은 더 양호한 위치 결정 정밀도를 제공할 수 있는 외에 더 긴 검출 범위를 허용한다. 검출 범위는 자기 센서로 측정한 신호 대 잡음비에 따라 결정되기 때문이다. 신호 대 잡음비를 향상시키기 위해, 솔레노이드의 자기 모멘트를 증가시켜야 한다. 솔레노이드의 자기 모멘트를 증가시키는 한 가지 방법은 여기 전류를 증가시키는 것이다. 생성된 자기장은 솔레노이드의 중심으로부터 원격 오브젝트까지의 거리의 입방의 역수에 비례하기 때문에, 검출 범위를 2배로 하기 위해서는 여자 전류를 8배 증가시켜야 한다. 그러나, 한정된 코일 셋업에 대해, 최대 허용 전류는 권선 직경 및 펄스 폭 및 전원의 최대 출력 전류에 의해 제한된다. 권선 직경이 클수록 허용되는 전류가 커진다. 펄스 폭이 짧을수록 허용되는 전류가 커진다. 그 후, 전원의 최대 출력 전류는 전류의 제한이다. 다시 말해, 일단 솔레노이드가 만들어지면, 최대 허용 전류가 명확하게 한정된다. 이러한 경우, 새로운 솔레노이드를 만들지 않고도, 검출 범위를 확장시킬 수 있으며, 솔레노이드를 1개만 사용하는 대신 3개를 동시에 사용함으로써 더 많은 펄스 전류를 수용할 수 있다.

도 5를 참조하면, 외부 자기장 생성 어셈블리(101) 및 이동 기록장치(104)는 원격 오브젝트(100)를 포함하는 타겟 영역의 외부에 질끈 동여매어 있으며, 환자의 허리를 둘러싸는 벨트와 같이 타겟 영역을 둘러싼다.

일 예에서, 소형 검사 장치는 캡슐 또는 캡슐 내시경이다. 캡슐의 예시적인 구조적 세부 사항은 도 3 및 도 18에 개략적으로 도시되어 있다.

여기에 개시된 기준 센서는 도 4에 도시된 바와 같이 처리 회로, 배터리 및 안테나를 더 포함하는 기준 센서 어셈블리에 패키징된다.

3차원 자기장 센서

여기에 개시된 시스템 및 방법은 휴대용 용도에 적용된다. 본 발명의 제1양태의 제1실시예에서, 신뢰할 수 있고 견고하며 고감도의 3차원 자기장 센서가 사용되어야 한다. 3차원 자기장 센서는 몇 개 가우스 범위 내의 검출 한계를 가지며, 낮은 작동 소음을 갖는다. 원격 오브젝트 내에 영구 자기 쌍극자가 없는 경우, 3D 자기장 센서는 매 측정 전에 지자기장의 영향을 제거하도록 교정되어야 한다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 임의의 3차원 자기장 센서가 본 발명의 목적을 달성하기 위해 사용될 수 있다. 3차원 자기장 센서는 3D 자기 저항 AMR(Anisotropic Magneto Resistance, 이방성 자기 저항) 센서 및 6축 센서를 포함하는 센서 그룹으로부터 선택될 수 있다. 적절한 센서는 검출 범위, 감도, 소음, 전력 소비 및 샘플링 속도를 고려함으로써 선택된다.

하나의 예시적인 3D 자기 저항 AMR 센서는 3차원 자기 저항 AMR 센서 MMC314xMS 이며, 이는 +/-4 가우스의 검출 범위, 2밀리 가우스의 감도, 0.6 밀리 가우스 미만의 소음, 0.55mA @ 3V의 전력 소비 및 7-10 ms의 판독 시간을 갖는다.

하나의 예시적인 6축 센서는 +/-12 가우스의 검출 범위, 0.08 밀리 가우스의 감도, 5밀리 가우스 미만의 소음, [email protected]의 전력 소비 및 100Hz까지의 샘플링 속도를 갖는 6축 센서 LMS303D이다.

또 다른 예시적인 6축 센서는 +/-12 가우스의 검출 범위, 0.18 밀리 가우스의 감도, 10밀리 가우스 미만의 소음, 0.24mA@ 1.8V의 전력 소비 및 800Hz까지의 샘플링 속도를 갖는 6축 센서 FXOS8700CQ이다.

제1의 3D 자기장 센서(104)는 x, y 및 z축 자기장을 감지하기 위해 외부 여기 코일 어셈블리와 정렬된다. 이 예에서, z방향은 원격 소형 검사 장치의 축을 따른다. 자기장 센서에 의해 감지된 자기장 값은 바람직하게는 포함된 RF 송신기(106) 및 안테나(108)를 사용하여 원격 소형 검사 장치(100)로부터 전송된다. 선택적으로, 이미지 센서(110), 렌즈(112) 및 하나 이상의 LED(114)는 의료 이미징의 목적을 위해 원격 소형 검사 장치(100)에 포함될 수 있으며, 관련된 처리 회로(116)는 이미지 데이터를 처리, 저장 및/또는 전송하기 위해 원격 소형 검사 장치(100)에 포함된다. 마찰력은 방향 및/또는 이동을 조작하는 동안의 원격 소형 검사 장치(100)를 안정화시키기 위해 사용될 수 있으므로, 원격 소형 검사 장치의 재료 및/또는 무늬 및/또는 형상을 상응하게 변경함으로써 원격 소형 검사 장치의 단부 근처와 같은 선택된 지점의 정적 마찰력을 증가시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 제1양태에 따르면, 제2실시예에서, 휴대용 전자기 위치 결정 시스템은 일정한 순서로 3차원으로 각각 펄스 자기장을 생성할 수 있는 휴대용 외부 자기장 생성 어셈블리를 더 포함하며, 외부에서 생성된 펄스 자기장은 제1의 3차원 자기장 센서에 의해 감지될 수 있다.

도 7 내지 도 10은 휴대용 외부 자기장 생성 어셈블리의 4가지 예를 제공한다. 본 발명에 있어서, 일 실시예에서 자기장 생성 어셈블리는 여기 코일 어셈블리이다. 본 발명의 각 양태에 따르면, 3차원 여기 코일 어셈블리는 3개의 수직으로 배치된 코일을 가지며, 각각의 코일은 그 자신의 중심축을 중심으로 권취되며, 각각의 중심축은 다른 두 축에 수직되고, 3개의 중심축은 3차원 여기 코일 어셈블리의 중심에서 교차되며, 3차원 여기 코일 어셈블리는 구체 또는 입방체의 형상이다.

자기장 생성 어셈블리는 하나 이상의 여기 코일로 구성된다. 각각의 여기 코일은 코일 길이, 코일 반경, 코일축을 둘러싸는 권선수 및 각각의 코일의 안전 전류(Carrying current)를 특징으로 한다.

본 발명의 범위 내에서, 3차원 여기 코일 어셈블리는 자기장을 생성할 수 있는 3개의 개별 여기 코일로 구성되고, 시간 순으로 생성된 3개의 자기장은 서로 수직이다. 생성된 자기장은 여기 코일의 자기축과 동일한 방향을 따르기 때문에, 3개의 코일을 포함하는 3차원 여기 코일 어셈블리는 서로 수직이다. 3개의 여기 코일은 이들의 기하학적 중심이 서로 중합되도록 구성된다. 각 개별 코일의 횡단면의 형상은 원판 또는 정사각형, 직사각형, 또는 타원형 또는 유사한 형상일 수 있다. 3개의 개별 코일의 횡단면의 면적은 약간 상이하지만, 임의의 2개 사이의 차이값은 5%미만이어야 하며, 따라서 본 발명의 제2양태에서 설명된 계산 모델에서 차이값이 대략 0과 같을 수 있다.

본 발명의 범위 내에서, 3차원 여기 코일 어셈블리는 이후에 설명되는 계산에서 사용되는 파라미터 및 원리에 따라 설계된다. 계산에서, 모든 3차원 여기 코일은 3개의 수직 자기 쌍극자로서 모델링된다. 또한, 일 예에서, 계산 모델을 고려할 때, 3차원 여기 코일 어셈블리의 중심과 원격 오브젝트 사이의 거리는 적어도 3차원 여기 코일 어셈블리의 기하학적 길이의 2.5배이며, 여기서 3차원 여기 코일 어셈블리의 기하학적 길이는 가장 짧은 코일 길이이다. 다른 예에서, 3차원 여기 코일 어셈블리가 구형일 때, 3차원 여기 코일 어셈블리와 원격 오브젝트 사이의 거리가 구형 3차원 여기 코일 어셈블리의 횡단면 반경보다 클 경우, 계산 모델은 정확한 것이며, 여기서 구형 3차원 여기 코일 어셈블리의 반경은 3차원 여기 코일 어셈블리의 3개의 반경 중에서 가장 큰 반경이다.

자기 모멘트는 권선수, 횡단면 면적 및 코일 전류에 비례한다. 본 발명의 범위 내에서, 일 예에서, 코일 길이, 코일 반경, 코일축을 둘러싸는 권선수 및 각각의 코일의 안전 전류는 3개의 코일에 대해 동일하거나 거의 동일하다. 다른 예에서, 앞서 언급한 파라미터는 완전히 동일한 것이 아니며, 심지어 파라미터가 동일한 것으로 여겨지는 상황하에서도, 코일의 권선수는 동일한 코일 전류를 갖는 각각의 코일의 자기 모멘트가 서로 근접하도록 전부 조정된다.

이 실시예의 일 예에서, 도 9를 참조하면, 여기 코일 어셈블리는 주로 3개의 여기 코일(701,702,703)을 포함한다. 코일(701)은 자기 코일 축(y) 주위에 연속적으로 감기며, 코일(702)은 자기 코일 축(x) 주위에 연속적으로 감기며, 코일(703)은 자기 코일 축(a) 주위에 연속적으로 감기며, 권선 직경은 한쪽 가장자리의 상부에서 중부로 점진적으로 증가하며, 권선 직경은 중부에서 다른 쪽 가장자리의 하부 가장 자리로 점진적으로 감소한다. 3개의 자기 축(x,y,z)은 여기 코일 어셈블리의 중심으로서 정의되는 지점(O)에서 교차한다. 이 예에서, 3개의 자기 축(x,y,z) 은 서로 수직이다. 이 예에서, 각 코일의 횡단면은 원형이다. 횡단면 직경 사이의 차이값은 5%미만이다.

이 실시예의 다른 예에서, 도 10을 참조하면, 여기 코일 어셈블리는 주로 3개의 여기 코일(801,802,803)을 포함한다. 코일(801)은 자기 코일 축(y) 주위에 연속적으로 감기며, 코일(802)은 자기 코일 축(x) 주위에 연속적으로 감기며, 코일(803)은 자기 코일 축(a) 주위에 연속적으로 감기며, 권선 직경은 한쪽 가장자리의 상부에서 중부까지, 다른 쪽 가장자리의 하부 가장자리까지 균일한 것이다. 3개의 자기 축(x,y,z)은 여기 코일 어셈블리의 중심으로서 정의되는 지점(O)에서 교차한다. 이 예에서, 3개의 자기 축(x,y,z)은 서로 수직이다. 이 예에서, 각 코일의 횡단면은 원형이다.

이 실시예의 또 다른 예에서, 도 11을 참조하면, 여기 코일 어셈블리는 주로 3개의 여기 코일(901,902,903)을 포함한다. 코일(901)은 자기 코일 축(y) 주위에 연속적으로 감기며, 코일(802)은 자기 코일 축(x) 주위에 연속적으로 감기고, 코일(903)은 자기 코일 축(a) 주위에 연속적으로 감기며, 권선 직경은 제1의 최소 직경을 갖는 일 단부에서 최대 직경을 갖는 중부까지, 제2의 최소 직경을 갖는 다른 단부까지 연속적으로 증가하는 것이다. 3개의 자기 축(x,y,z)은 여기 코일 어셈블리의 중심으로서 정의되는 지점(O)에서 교차한다. 이 예에서, 3개의 자기 축(x,y,z)은 서로 수직이다. 이 예에서, 각 코일의 횡단면은 원형이다. 일 예에서, 구형 구조의 3차원 자기 코일 어셈블리는 2cm x 4cm x 4cm의 자기 코일의 권선을 포함한다.

이 실시예의 또 다른 예에서, 도 12를 참조하면, 여기 코일 어셈블리는 주로 3개의 여기 코일(1001,1002,1003)을 포함한다. 코일(1001)은 자기 코일 축(y) 주위에 연속적으로 감기며, 코일(1002)은 자기 코일 축(x) 주위에 연속적으로 감기고, 코일(1003)은 자기 코일 축(a) 주위에 연속적으로 감기며, 권선 직경은 제1의 최소 직경을 갖는 일 단부에서 최대 직경을 갖는 중부까지, 제2의 최소 직경을 갖는 다른 단부까지 모두 균일한 것이다. 3개의 자기 축(x,y,z)은 여기 코일 어셈블리의 중심으로서 정의되는 지점(O)에서 교차한다. 이 예에서, 3개의 자기 축(x,y,z)은 서로 수직이다. 이 예에서, 각 코일의 횡단면은 원형 또는 직사각형 또는 정사각형이다. 일 예에서, 직사각형 구조의 3차원 자기 코일 어셈블리는 도 10에 도시된 바와 같이 3차원으로 2cm x 4cm x 4cm의 자기 코일의 권선을 포함한다. 이 3개의 차원은 x, y 및 z 방향이다.

본 발명의 유일한 목적은 원격 오브젝트의 위치를 결정하는 것이며, 그 목적을 위해, 하나의 검출 측정 사이클 내의 자기장 측정 기간이 한정된 시간 내에서 완료될 필요가 있다. 한편으로는, 한정된 시간은 먼저 원격 오브젝트의 이동 주파수에 의해 결정된다. 본 발명의 한 가지 이점으로서, 원격 오브젝트가 한 위치에 고정되어 있지 않더라도 원격 오브젝트의 위치를 검출할 수 있는 것이다. 한편, 한정된 시간은 그 다음으로 여기 어셈블리 자체의 이동 주파수에 의해 결정된다. 여기 어셈블리 및 원격 오브젝트가 동기화 된 방식으로 이동하는 상황하에서도, 지면 자기장의 변화로 인해 위치 결정을 정확하게 하기 위해, 검출 측정 사이클은 한정된 시간 내에서 완료될 필요가 있다. 본 발명의 다양한 양태에 따르면, 자기 어셈블리 내의 각각의 코일은 개별적으로 충전될 수 있다. 각각의 코일은 정밀하게 제어된 시간 순서로 충전될 필요가 있다. 또한, 각각의 코일을 매우 신속하게 충전 및 방전시킴으로써, 각각의 시퀀스에서, 생성된 3개의 자기장들 사이에 간섭이 없도록 해야 할 필요가 있다.

한정된 시간은 또한 접수 가능한 검출 정확도를 포함하는 다른 요인에 의해 결정된다. 접수 가능한 검출 정확도는 상이한 용도 및 단말의 사용 시나리오에 따라 다르다.

일 예에서, 원격 오브젝트는 타겟 영역(예를 들어, 소화관) 내에서 10mm/의 속도로 이동하는 자기 센서가 갖는 캡슐 내시경이다. 0.5mm의 접수 가능한 위치 정확도의 목표를 달성하기 위해, 한정된 측정 시간은 50ms 미만으로 설정된다.

본 발명의 범위 내에서, 타겟 영역(예를 들어, 소화관) 내에서 10mm/s의 속도로 이동하는 자기 센서에 대해, 0.5mm의 접수 가능한 위치 정확도의 목표를 달성하기 위해, 한정된 측정 시간은 50ms 미만으로 설정된다.

또한, 충전 시간 및 방전 시간은 될 수 있는 한 짧을 필요가 있다. 예를 들어, 1마이크로초보다 작은 것이 바람직하다. 충전 및 방전의 지속 시간은 코일의 재료 성분, 코일의 직경 및 코일의 권선수에 의해 결정된다.

본 발명의 범위 내에서, 일 예에서, 직사각형의 3차원 자기 코일 어셈블리는 한쪽면의 권선 구조는 4cm x 4cm이고, 권선수는 1000이며, 다른 한쪽면은 2cm x 4cm이고, 권선수는 2000이다. 선택된 여기 코일은 직경이 0.18mm인 횡단면을 가지고, 160 ohm 또는 240 ohm의 저항을 갖는다. 일 예에서, 3차원 여기 코일 어셈블리의 전류는 0.1A이다. 다른 일 예에서, 3차원 여기 코일 어셈블리에서 각각의 코일은 약 10개의 층으로 감겨져 있다.

3차원 여기 코일 어셈블리의 작동 동안에, 여기 전류는 24V 전압 하에서의 10ms펄스, 0.1A의 펄스 정전류원으로 설정된다. 전류 값은 실시간 프로그램에서 설정될 수 있다. 3차원 여기 코일 어셈블리는 7.2W의 최대 코일 전력, 2회/초의 검출 차수 및 1W 미만의 평균 전력 소비를 제공할 수 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해, 소형 검사 장치가 타겟 위치에 배치될 때, 외부 3차원 여기 코일 어셈블리는 소형 검사 장치 내의 제1의 3차원 자기장 센서에 의해 감지된 자기장을 생성시키는 것이다. 3차원 자기장 센서의 검출 한계 및 감도 요구 사항 및 외부 3차원 여기 코일 어셈블리와 타겟 위치 사이의 특정 거리 구성으로 인해, 일부 예들에서, 3차원 여기 코일 어셈블리는 소형 검사 장치에 의해 측정된 0.02 내지 12가우스의 자기장을 생성하도록 구성된다. 일부 다른 예에서, 3차원 여기 코일 어셈블리는 소형 검사 장치에 의해 측정된 0.05 내지 1가우스의 자기장을 생성하도록 구성된다. 또 다른 예에서, 3차원 여기 코일 어셈블리는 소형 검사 장치에 의해 측정된 0.5 내지 100가우스의 자기장을 생성하도록 구성된다. 또 다른 예에서, 3차원 여기 코일 어셈블리는 소형 검사 장치에 의해 측정된 10 내지 2000가우스의 자기장을 생성하도록 구성된다.

또한, 소형 검사 장치의 제1의 3차원 자기장 센서가 외부 3차원 여기 코일 어셈블리에 의해 생성된 자기장을 감지하는 경우, 소형 검사 장치는 한정된 경계 내에서 타겟 위치에서 이동한다. 다시 말하면, 작동 또는 검사 중에서, 3차원 자기장 센서와 외부 3차원 여기 코일 어셈블리 사이의 거리는 상대적으로 한정된다. 일 예에서, 소형 검사 장치가 타겟 위치에서 이동할 때, 소형 검사 장치와 3차원 여기 코일 어셈블리 사이의 거리는 3 내지 5cm이다. 다른 예에서, 소형 검사 장치가 타겟 위치에서 이동할 때, 소형 검사 장치와 3차원 여기 코일 어셈블리 사이의 거리는 5 내지 7cm이다. 다른 예에서, 소형 검사 장치가 타겟 위치에서 이동할 때, 소형 검사 장치와 3차원 여기 코일 어셈블리 사이의 거리는 7 내지 11cm이다. 다른 예에서, 소형 검사 장치가 타겟 위치에서 이동할 때, 소형 검사 장치와 3차원 여기 코일 어셈블리 사이의 거리는 11 내지 15cm이다. 다른 예에서, 소형 검사 장치가 타겟 위치에서 이동할 때, 소형 검사 장치와 3차원 여기 코일 어셈블리 사이의 거리는 15 내지 20cm이다.

소형 검사 장치에서 3D 자기 센서에 의해 감지된 자기장 값 요구 사항 및 외부 3차원 여기 코일 어셈블리와 3D 자기 센서 사이의 거리 제약에 기초하여, 3차원 여기 코일 어셈블리는 0.02 내지 12가우스 범위의 자기 모멘트를 생성시키도록 구성된다.

3차원 여기 코일 어셈블리는 통신 유닛으로부터의 명령을 수신하여 여기 전류 및 타이밍 시퀀스 프로토콜을 턴온 및 턴오프하기 위한 안테나를 포함하는 관리 모듈을 더 포함한다.

본 발명의 제1양태에 따르면, 제3실시예에서, 전자기 위치 결정 시스템은 외부 기준 위치 어셈블리를 더 포함한다. 외부 기준 위치 어셈블리는 격리된 타겟 원격 영역 외부의 지지면에 배치되도록 구성된 제2의 3차원 자기장 센서를 기준 자기장 센서로 하여 포함한다. 원격 오브젝트가 원격 격리된 타겟 영역 내에서 이동할 때, 제2의 3차원 자기장 센서는 소정의 위치 및 고정된 방향으로 외부의 지지면에 배치된다. 배치된 제2의 3차원 자기장 센서를 참조하여 외부 3차원 여기 코일의 이동 여부 및/또는 원격 오브젝트와의 상대적인 위치를 확인할 수 있으며, 원격 오브젝트가 타겟 영역내에서 이동할 때, 원격 오브젝트의 이동을 추적할 수 있다.

본 발명의 다양한 양태에 따르면, 임의의 3차원 자기장 센서가 본 발명의 목적을 달성하기 위해 사용될 수 있다. 3차원 자기장 센서는 3D 자기 저항 AMR 센서 및 6축 센서를 포함하는 센서 그룹으로부터 선택될 수 있다. 적절한 센서는 검출 범위, 감도, 소음, 전력 소비 및 샘플링 속도를 고려함으로써 선택된다.

외부 기준 위치 어셈블리는 데이터를 판독하고 전송하기 위한 제어 유닛 및 전력을 공급하기 위한 배터리를 더 포함한다.

기준 3차원 자기장 센서(104)는 x, y 및 z축 자기장을 감지하기 위해 외부 여기 코일 어셈블리와 정렬될 필요가 있다. 이 예에서, z 방향은 기준 위치 어셈블리의 축을 따른다. 기준 3차원 자기장 센서에 의해 감지된 자기장 값은 바람직하게는 RF 송신기(106) 및 안테나(108)를 포함하는 무선 통신 모듈을 사용하여 전송된다.

작동 중에서, 도 3을 참조하면, 외부 여기 코일 어셈블리 및 기준 위치 어셈블리는 타겟 영역을 둘러싸는 제1면 및 제2면 상에 배치되며, 탐지기는 두면 사이의 공간, 캐비티, 폐쇄 또는 반-폐쇄 영역 사이의 타겟 영역에 배치된다. 바람직한 일 예에서, 타겟 영역을 둘러싸는 제1면 및 제2면은 두 개의 대향면이다. 따라서, 시스템은 생성된 자기장의 최고감도를 달성한다.

전술한 것은 본 발명의 범위 내에서 가능한 특정 구현의 일례이다. 본 발명의 원리는 이러한 특정 구현으로 제한되지 않으며, 많은 변형이 가능하다. 구성 요소의 세부사항 및 배치에 대한 많은 다른 변형이 본 발명의 범위 내에서 이루어질 수 있음을 인식해야 한다.

일 예에서, 도 3을 참조하면, 원격 소형 검사 장치는 환자의 소화관 내에서 이동할 수 있는 캡슐이다. 여기 코일은 안테나와 함께 벨트에 설치 및 배치되고, 벨트는 환자를 한 바퀴 감싼다. 벨트의 둘레는 성인의 허리 둘레이다. 여기 코일 및 안테나를 포함하는 3차원 자기 어셈블리는 환자의 벨트(복부 위치)의 제1위치에 배치된다. 기준 위치는 예를 들어 환자가 회전에 가까울 때 환자의 배부와 같은 제2위치에 배치된다. 이러한 구성은 기준 위치를 사용하여 벨트가 위치 측정 기간 동안에 그 예상 위치에서 이동했는지 여부를 결정하고, 필요할 때 교정을 제공한다. 예를 들어, 일정 기간 내에 캡슐과 기준 위치 사이의 거리를 기준 곡선으로 추적하고, 벨트의 변위가 현저한지 여부를 결정하고, 기준 곡선의 궤적에 기반하여 교정을 제공한다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 3차원 자기 여기 어셈블리는 전체 사람의 벨트에 배치되고, 제2의 자기 센서는 동일한 벨트에 질끈 동여매어 있으며 인체에서 일정한 거리 떨어져 있다. 이 예에서, 도 3을 참조하면, 이 거리는 벨트 둘레의 1/4이다. 또한, 원격 오브젝트의 3D 자기 센서와 제2의 자기 센서 사이의 거리는 원격 오브젝트의 3D 자기 센서와 3차원 자기 여기 어셈블리 사이의 거리와 유사하다.

예시적인 장치의 개요를 고려할 때, 원격 소형 검사 장치의 로컬에 배치된 하나의 3차원 자기 센서를 사용하고 기준 위치를 사용하여 실시간으로 원격 소형 검사 장치의 위치의 결정은 하기의 방정식과 원리에 의해 나타낸다는 것을 이해해야 한다.

본 발명의 제2양태에서, 3차원 자기 여기 어셈블리를 사용하여 원격 오브젝트의 위치를 결정하는 방법이 기술되고 개시된다. 이 방법은 먼저, 3차원 자기 여기 어셈블리에 의해 생성된 3개의 "순수" 자기장을 결정하는 단계; 그 다음 3차원 자기 여기 어셈블리와 원격 오브젝트 사이의 거리를 계산하는 단계; 및 원격 오브젝트의 위치가 계산된 후에, 원격 오브젝트의 방향을 계산하는 단계를 포함한다.

3차원 자기 여기 어셈블리에 의해 생성된 3개의 "순수" 자기장을 결정하는 제1 단계는 환경 자기장을 결정하는 단계; 3차원 자기장 어셈블리에 의해 생성된 자기장을 측정하는 단계; 및 측정된 펄스 자기장으로부터 환경 자기장을 제거하여 3차원 자기장 어셈블리에 의해 생성된 순수 자기장을 얻는 단계를 포함한다.

여기서, 3차원 자기 여기 어셈블리에 의해 생성된 자기장을 측정하는 단계는 펄스 시퀀스를 통해 3차원 자기 여기 어셈블리의 제1, 제2 및 제3의 코일의 자기장을 측정하는 단계를 포함한다. 또한, 3차원 자기 여기 어셈블리의 각 개별 코일의 제1, 제2 및 제3의 자기 축 방향, 및 제1, 제2 및 제3의 방향은 서로 수직이다.

환경 자기장 제거를 위한 3가지 방법의 개요

여기에 3차원 자기 여기 어셈블리에 의해 생성된 3개의 "순수" 자기장을 결정하는 세 가지 대체 방법이 개시되어 있다.

제1방법은 환경 자기장 데이터를 측정하는 것 및 측정된 3차원 자기 어셈블리의 총 자기장 데이터로부터 환경 자기장 데이터를 제거하는 것에 관한 것이다. 제1방법에 따르면, 도 13 및 도 14에 단계의 상세한 순서가 나열된다. 방법 단계 사이의 차이점은 언제 환경 자기장 측정을 수행하는지 및 3차원 자기 여기 어셈블리에 의해 생성된 실제 총 자기장의 전/후의 평균값이 후속의 계산에 사용되는지 여부에 있다. 도 13 및 도 14 에 나열된 두 가지 방법의 단계는 상세한 측정 조건에 따라 선택될 수 있다. 총 자기장 데이터 측정 전후에 환경 자기장이 크게 변하는 경우, 더 정확한 결과를 얻기 위해서는 도 14에 나열된 방법 단계가 더 적절하다.

제2방법은 양극성 펄스 시퀀싱(bipolar pulsed sequencing) 방법을 사용하여 총 자기장 데이터를 측정하는 것에 관한 것이고, 그 중에서 환경 자기장 데이터는 양의 방향 및 음의 방향으로 측정되며, 2개의 총 자기장 데이터의 가산 결과는 환경 자기장의 제거를 유도한다.

제3방법은 조합 시퀀싱 방법을 사용하여 총 자기장을 3회 측정하는 것에 관한 것이고, 이 3회 측정 중에서 코일 중 하나에 대한 적어도 하나의 전류 방향은 이전 시퀀스와 상이하다.

3차원 자기 여기 어셈블리에 의해 생성된 3개의 "순수" 자기장을 결정하는 각각의 대체 단계에 대한 상세한 설명

제1방법 사용

여기에 개시된 3차원 자기 여기 어셈블리는 접지된 환경 자기장에서 배치되고 사용될 것으로 예상된다. 지자기장의 영향을 측정에서 반드시 고려해야 하고, 원격 오브젝트의 위치 결정하는 계산에서 이 영향을 반드시 제거해야 한다.

지자기장은 시간에 따라 거의 변하지 않지만, 환경 중의 페라이트 재료는 상이한 위치에서 국부적 지자기장을 상이하게 변화시킬 수 있다. 가장 중요한 것은, 자기 센서의 방향이 이동할 때 변할 수 있는 것으로 인해, 자기장 벡터의 3개의 자기장 성분이 시간에 따라 변할 수 있는 것이다. 위치 결정이 수행될 때, 거의 동일한 시간에 환경 자기장을 결정하는 것이 가장 좋다.

일 예에서, 원격 오브젝트는 캡슐 내시경이다. 사람이 3차원 여기 코일 어셈블리를 착용하고 자기 센서가 고정된 캡슐 내시경을 삼키는 경우, 남자 또는 여자가 이동할 때 측정된 환경 자기장은 변할 수 있다. 환경 자기장이 변하지 않더라도 인체가 회전하면 자기 센서의 방향은 자기 센서가 회전할 때 변할 수 있고, 따라서 자기 센서에 의해 판독된 3D 자기장의 성분도 변할 것이다. 따라서, 위치 결정을 수행하는 근처의 환경 자기장을 측정해야 한다.

일 예에서, 환경 자기장은 원격 오브젝트의 위치 결정을 위한 펄스 자기장의 인가 전에 즉시 측정되고, 측정된 값은 환경 자기장의 값으로 설정되고 후속 계산에서 제거된다.

또 다른 예에서, 환경 자기장은 원격 오브젝트의 위치 결정을 위한 펄스 자기장의 인가 후에 즉시 측정되고, 측정된 값은 환경 자기장의 값으로 설정되고 후속 계산에서 제거된다.

바람직한 예에서, 환경 자기장은 원격 오브젝트의 위치 결정을 위한 펄스 자기장의 인가 전후에 측정되며, 그 후 두 측정값의 평균값을 환경 자기장의 값으로 하고 후속 계산에서 제거된다. 도 13 및 도 14는 본 발명의 방법 단계의 2개의 실시예를 도시한다. 제1실시예에서, 먼저 환경 자기장을 결정한 후, 3차원 여기 코일 어셈블리에 의해 생성된 자기장은 소정의 순서대로 하나씩 측정된다.

본 발명의 일 실시예에서, 3차원 자기 여기 어셈블리 및 원격 오브젝트는 지구 에 배치된다. 환경 자기장은 대략 지구 자기장이다. 코일 전류에 의해 생성된 자기장이 지구 자기장보다 약할 때, 자기 센서의 방향 변화는 상당한 오차를 가져올 수 있으며, 예를 들어, 1도의 센서 방향 변화는 총 지구 자기장의1.6%까지 달하는 오차를 야기시킬 수 있다. 예를 들어, 총 측정 기간이 50ms 일 때, 원격 오브젝트의 이동은 1도의 방향 변화에 대해 초당 20도 또는 3.3 rpm 미만으로 제한되어야 한다. 사용자에 의해 취해진 다른 작업(예를 들어, 계획된 또는 불가피한 급회전 또는 갑작스런 이동)은 더 높은 위치 측정 에러를 야기시킬 것이고, 따라서 제2방법은 이러한 조건 하에서 제1방법에 비해 이점을 갖는다.

바람직한 예시적인 방법은 펄스 시퀀스 측정 전후에 지구 자기장을 측정하는 단계 및 그 다음 평균값을 취하는 단계를 포함하며, 이는 원격 오브젝트의 방향 변화로 인한 오차의 유형을 크게 감소시킬 수 있다. 바람직한 예시적인 방법으로서의 제1방법에서는, 또한 2개 이상의 작업 단계가 있다.

제1바람직한 작업 단계에서, 먼저 원격 오브젝트의 3D 자기 센서를 통해 펄스 시퀀스 이전에 솔레노이드에 의해 생성된 제1방향, 제2방향 및 제3방향으로의 자기장을 측정하여 제1환경 자기장 데이터를 획득하고;

제1시간 시퀀스(timed sequence) 하에서 솔레노이드에 의해 제1방향으로 자기장을 생성하고;

제2시간 시퀀스하에서 솔레노이드에 의해 제2방향으로 자기장을 생성하며;

제3시간 시퀀스하에서 솔레노이드에 의해 제3방향으로 자기장을 생성하며;

원격 오브젝트의 3D 자기 센서를 통해 펄스 시퀀스 이후에 솔레노이드에 의해 생성된 제1방향, 제2방향 및 제3방향으로의 자기장을 측정하여 제2환경 자기장 데이터를 획득하며; 제1 및 제2 환경 자기장 데이터 양자의 평균 데이터를 측정된 자기장 데이터로부터 제거될 환경 자기장 값으로 한다.

제2바람직한 작업 단계에서, 지구 자기장의 측정값 및 솔레노이드에 의해 생성된 자기장의 측정값은 전체 위치 측정 시퀀스에 엇바꾸어져 있다. 엇바꿈은 3차원 자기 여기 어셈블리에 의해 생성된 펄스 시퀀스 사이에서 환경 자기장 측정이 적어도 한 번 생성하고, 3차원 자기 여기 어셈블리의 펄스 시퀀스 이전 또는 이후에만 생성하는 것이 아님을 의미한다. 일 예에서, 전체 처리 공정은 다음 단계를 포함한다. 제2방법의 바람직한 작업 단계에서, 각각의 지구의 측정은 한 방향 또는 3개의 방향일 수 있다. 측정 시퀀스의 일 예가 아래에 설명된다.

첫 번째, 원격 오브젝트의 3D 자기 센서를 통해 펄스 시퀀스 이전에 솔레노이드에 의해 생성된 제1방향, 제2방향 및 제3방향으로의 환경 자기장을 측정하여 제1환경 자기장 데이터를 획득하고, 그 후 제1방향을 따라 제1 솔레노이드 펄스 자기장 측정을 수행한다.

두 번째, 원격 오브젝트의 3D 자기 센서를 통해 제2환경 자기장을 측정하여 제2환경 자기장 데이터를 획득하고, 그 후 제2방향을 따라 제2 솔레노이드 펄스 자기장 측정을 수행한다.

세 번째, 원격 오브젝트의 3D 자기 센서를 통해 제3환경 자기장을 측정하여 제3환경 자기장 데이터를 획득하고, 그 후 제3방향을 따라 제3 솔레노이드 펄스 자기장 측정을 수행한다.

네 번째, 선택적으로, 원격 오브젝트의 3D 자기 센서를 통해 제1방향, 제2방향 및 제3방향으로의 환경 자기장을 측정하여 제4환경 자기장 데이터를 획득한다.

또한, 환경 자기장이 대략 지구 자기장일 때, 환경 자기장의 측정은 3차원 여기 어셈블리에 의해 생성된 순수 자기장을 결정하는데 도움이 될뿐만 아니라, 원격 오브젝트의 이동 여부 및 얼마 이동했는지, 또는 자체의 이전 위치에 비해 얼마 이동했는지를 나타내는 지시를 제공할 수 있다. 원격 오브젝트의 이동이 미리 설정된 역치보다 크면, 정밀도 목표를 유지하기 위해 위치 측정 주파수를 증가시킬 필요가 있거나, 또는 위치 측정의 하나의 사이클에 대한 지속시간을 감소시킬 필요가 있다. 그 이유는 지구 자기장을 측정하는데 걸리는 시간이 약 10 마이크로초이기 때문에, 측정 사이클 시간을 감소시키는 가장 효과적인 방법은 솔레노이드의 펄스 시퀀스 단계를 가속화시키는 것이다.

예를 들어, 원격 오브젝트의 3D 자기 센서에 의해 측정된 솔레노이드의 펄스 시퀀스 이전 및 이후의 한 방향으로의 지구 자기장이 지구 자기장보다 2% 크거나 또는 10 밀리 가우스보다 큰 경우, 원격 오브젝트의 이동이 너무 빠르게 고려되며 이 목표를 결정하기 위해 정확한 위치를 유지하려면 측정 속도를 높여야 한다. 이러한 상황에서, 예를 들어, 원격 오브젝트의 3D 자기 센서에 의해 측정된 지구 자기장의 변화가 20 밀리 가우스인 경우, 자기 센서에 의해 3D 자기장 측정이 완료되는데 소요되는 10ms의 역치 대신에, 측정 시간은 5ms로 감소될 필요가 있다. 따라서, 여기 코일 전류 펄스 기간도 10ms로부터 5ms보다 약간 크게(예를 들어, 5.5ms) 감소되어야 한다. 동시에, 원격 오브젝트의 3D 자기 센서의 소음의 증가로 인해, 측정은 감도상에서 가늠할 것이다. 3차원 여기 어셈블리 및 3D 자기 센서의 구조가 고정된 시스템에서, 소정의 최적 펄스 시퀀스는 펄스 폭 및 진폭을 포함하며, 측정 시간은 위치 정밀도와 같은 측정 타겟 및 감도 오차에 대한 허용 오차를 밸런싱하도록 선택될 수 있다. 소정의 최적 펄스 시퀀스는 미리 설정된 경험값을 사용하여 구현될 수 있거나, 또는 소정의 최적 펄스 시퀀스는 매번 측정 동안에 지구 자기장 성분의 변화를 모니터링함으로써 적응적으로 변경될 수 있다. 따라서, 선택적으로, 여기에 개시된 방법은 동일한 측정 사이클 내에서 이전 위치로부터 원격 오브젝트의 위치 변화를 결정하는 단계를 더 포함하며, 위치 변화의 절대값이 제1역치보다 크면, 사이클 시간 또는 펄스 시퀀싱 단계에서의 지속시간은 상응하게 조정될 것이다.

제2방법-양극성 펄스 시퀀스 단계를 사용하여 환경 자기장을 제거한다

환경 자기장을 제거하는 단계에 관하여, 제2대체 방법의 실시예에서, 환경 자기장은 그것이 제거되기 전에 별도로 결정될 필요가 없다. 그러나, 양극성 펄스 시퀀스 단계를 사용하여 총 자기장을 측정함으로써, 환경 자기장의 영향을 효과적으로 제거할 수 있다. 이로부터 알다시피, 도 7 및 도 8을 참조하면, 양극성 펄스 시퀀스는 임의의 코일의 임의의 주어진 x, y 및 z 방향에 대해, 양의 전류가 인가되고 즉시 음의 전류가 인가되며, 그 역도 마찬가지인 것을 의미한다.

그러나, 양극성 펄스 시퀀싱 방법이 양호하게 작업하도록 하기 위해, 위치 정밀도 및 감도 요구 사항을 충족시키며, 원격 오브젝트는 일정한 소정의 범위 내에서 이동하지 않아야 하며 및/또는 양 및 음의 전류의 전류 조건 하에서 측정된 환경 자기장의 3개의 성분(x, y 및 z 성분)은 각각의 펄스 전류 측정 동안 각각의 측정 방향에서 서로 완전히 일치할 필요가 있다. 환경 자기장을 제거하기 위한 제 2대체 방법은, 특히 3차원 자기 여기 어셈블리와 원격 오브젝트 양자가 계획된 또는 예상치 못한 방식으로 전체 위치 측정 사이클 내에 이동할 수 있을 때, 제1방법만큼 통용되지 않는다.

본 발명에서, 양극성 방법 중의 두 가지 작업 절차는 도 7 및 도 8에 개시되고 설명된다. 예시적인 펄스 시퀀스에서, 각각의 펄스는 10ms 동안 지속되고, 상승 에지 및 하강 에지는 1ms 미만으로 프로그래밍되며, 여기 코일은 순차적으로 또는 비순차적으로 +x, -x, +y, -y, +z 및 -z 방향으로 펄스를 수신한다.

도 7은 제1작업 절차를 도시한다. 도 7은 각각의 개별 여기 코일에 대해, 각각의 좌표 방향에서 생성된 각각의 자기장을 측정하기 위해 여기 코일을 충전하기 위한 2개의 예시적인 펄스 시퀀스를 도시한다.

펄스 시퀀스의 제1예에서, 여기 코일은 x, y, z 방향의 양의 방향으로만 충전되며, 각각은 순서대로 10ms 동안 지속된다.

상세한 제1작업 절차는 다음과 같을 수 있다. 1) 제1자기 코일은 10ms 동안 양의 진폭 방향으로 전류를 인가하고, 2) 그 후, 제2자기 코일은 10ms 동안 양의 진폭 방향으로 동일한 전류를 인가하며, 및 3) 그 후, 제3자기 코일은 10ms 동안 양의 진폭 방향으로 동일한 전류를 인가한다. 즉시 이어서, 4) 제1자기 코일은 10ms 동안 음의 진폭 방향으로 전류를 인가하고, 5) 그 후, 제2자기 코일은 10ms 동안 음의 진폭 방향으로 동일한 전류를 인가하며, 6) 그 후, 제3자기 코일은 10ms 동안 음의 진폭 방향으로 동일한 전류를 인가한다.

도 8은 제2작업 절차를 도시한다. 펄스 시퀀스의 제2예에서, 여기 코일은 x, y, z 방향의 양의 방향 및 음의 방향으로 충전되며, 각각은 순서대로 10ms 동안 지속된다. 따라서, 매번 측정은 60m 동안 지속된다. 이러한 측정은 0.5s마다 반복된다.

제2작업 절차에서, 1) 제1자기 코일은 10ms 동안 양의 진폭 방향으로 전류를 인가하고, 그 후 2) 제1자기 코일은 10ms 동안 음의 진폭 방향으로 동일한 전류를 인가하며, 3) 제2자기 코일은 10ms 동안 양의 진폭 방향으로 동일한 전류를 인가하며, 4) 제2자기 코일은 10ms 동안 음의 진폭 방향으로 전류를 인가하며, 5) 제3자기 코일은 10ms 동안 양의 진폭 방향으로 동일한 전류를 인가하며, 및 6) 그 후, 제3자기 코일은 10ms 동안 음의 진폭 방향으로 동일한 전류를 인가한다.

코일 어셈블리에 임의의 작업 절차를 적용한 후에, 다음의 9개의 계산이 수행된다. 이 예에서, 지자기장은 매 검사 전에 한 번 측정된다. 또한, 3개의 자기 코일X, Y 및 Z은 각각 양극성 방법에서의 2개의 작업 절차 중 하나를 사용하여 3개의 성분 좌표 방향(x, y 및 z)으로 충전된다. 그런 다음, 결과에서 환경 자기장을 뺀다. 예시적인 방정식은 다음과 같다.

(30)

각각의 개별 방정식에 적용한 후, 환경 자기장은 계산에서 성공적으로 제거된다. 위의 9개의 방정식은 각각 성분 자기장을 얻기 위해 별도로 계산되며, 성분 자기장은 또한 솔레노이드의 Bx, By, Bz를 계산하는데 사용된다.

위의 방정식에서, 각각의 부호는 다음과 같이 설명된다.

Bx_x는 X코일이 여기된 후 x성분 방향을 따른 환경 자기장을 포함하는 자기장이고, 3D 센서에 의해 측정된다.

Bx_y는 X코일이 여기된 후 y성분 방향을 따른 자기장이다.

Bx_z는 X코일이 여기된 후 z성분 방향을 따른 자기장이다.

By_x는 Y코일이 여기된 후 x성분 방향을 따른 자기장이다.

By_y는 Y코일이 여기된 후 y성분 방향을 따른 자기장이다.

By_z는 Y코일이 여기된 후 z성분 방향을 따른 자기장이다.

Bz_x는 Z코일이 여기된 후 x성분 방향을 따른 자기장이다.

Bz_y는 Z코일이 여기된 후 y성분 방향을 따른 자기장이다.

Bz_z는 Z코일이 여기된 후 z성분 방향을 따른 자기장이다.

Bx+(x)는 양의 진폭 전류가 인가된 후 X 코일이 x성분 방향을 따른 자기장을 의미한다.

Bx-(x)는 음의 진폭 전류가 인가된 후 X 코일이 x 성분 방향을 따른 자기장을 의미한다.

Bx+(y)는 양의 진폭 전류가 인가된 후 X 코일이 y 성분 방향을 따른 자기장을 의미한다.

Bx-(y)는 음의 진폭 전류가 인가된 후 X 코일이 y 성분 방향을 따른 자기장을 의미한다.

Bx+(z)는 양의 진폭 전류가 인가된 후 X 코일이 z 성분 방향을 따른 자기장을 의미한다.

Bx-(z)는 음의 진폭 전류가 인가된 후 X 코일이 z 성분 방향을 따른 자기장을 의미한다.

By+(x)는 양의 진폭 전류가 인가된 후 Y 코일이 x 성분 방향을 따른 자기장을 의미한다.

By-(x)는 음의 진폭 전류가 인가된 후 Y코일이 x성분 방향을 따른 자기장을 의미한다.

By+(y)는 양의 진폭 전류가 인가된 후 Y 코일이 y 성분 방향을 따른 자기장을 의미한다.

By-(y)는 음의 진폭 전류가 인가된 후 Y 코일이 y 성분 방향을 따른 자기장을 의미한다.

By+(z)는 양의 진폭 전류가 인가된 후 Y 코일이 z 성분 방향을 따른 자기장을 의미한다.

By-(z)는 음의 진폭 전류가 인가된 후 Y 코일이 z 성분 방향을 따른 자기장을 의미한다.

Bz+(x)는 양의 진폭 전류가 인가된 후 Z 코일이 x 성분 방향을 따른 자기장을 의미한다.

Bz-(x)는 음의 진폭 전류가 인가된 후 Z 코일이 x 성분 방향을 따른 자기장을 의미한다.

Bz+(y)는 양의 진폭 전류가 인가된 후 Z 코일이 y 성분 방향을 따른 자기장을 의미한다.

Bz-(y)는 음의 진폭 전류가 인가된 후 Z 코일이 y 성분 방향을 따른 자기장을 의미한다.

Bz+(z)는 양의 진폭 전류가 인가된 후 Z 코일이 z 성분 방향을 따른 자기장을 의미한다.

Bz-(z)는 음의 진폭 전류가 인가된 후 Z 코일이 z 성분 방향을 따른 자기장을 의미한다.

제3방법-조합 혼합 시퀀싱 방법을 사용하여 환경 자기장을 제거한다

본 발명의 도 2에 기재된 시스템에서, 하나 이상의 솔레노이드가 사용되는 경우, 제3방법은 환경 자기장을 제거하는데 사용될 수 있다.

조합 혼합 시퀀싱 방법은 3개의 솔레노이드에 동시에 세 번 전류를 제공한다. 그 중, 적어도 하나의 전류는 이전 전류와 상이한 전류 방향을 갖는다. 환경 자기장이 전체 측정 기간 동안 변하지 않고 단지 전류 방향만 변한다고 가정하면, 생성된 자기장을 조합하여 세 번 측정한다. 명명법에서, 조합은 하나의 조합뿐만이 아님을 의미한다. "혼합 시퀀스"는 전류 방향이 하나의 조합에서 혼합된 양 및 음의 방향을 가짐을 의미한다. 여기서, "조합"은 모든 솔레노이드 각자의 하나의 구성 코일(X,Y,Z)은 하나의 작업 단계에서 동시에 여기됨을 의미한다. 상세한 작업 절차는 다음의 설명을 통해 이해할 수 있다.

코일 X, Y 및 Z를 갖는 하나의 솔레노이드에 대해, 각 코일은 자기 모멘트 Mx, My 및 Mz를 가지며, Mx : My : Mz = mx : my : 1의 관계가 수립될 수 있다. 일 시스템에서의 3개의 솔레노이드에 펄스 자기 여기를 동시에 인가할 때, 예를 들어, 3개의 측정 조건 (Mx, My, Mz), (-Mx, My, Mz) 및 (-Mx, -My, Mz)이 수립될 수 있다. 도9 내지 11은 솔레노이드의 x, y 및 z 방향을 도시한다. 도 7은 펄스 전류를 도시한다.

제1조합(Mx, My, Mz)에 대하여

(8)

여기서, B1'은 제1조합을 나타낸다. B1_x'는 x 성분 방향을 따른 제1솔레노이드의 자기장을 나타낸다. B1_y'는 y 성분 방향을 따른 당해 솔레노이드의 자기장을 나타낸다. B1_z'는 z 성분 방향을 따른 당해 솔레노이드의 자기장을 나타낸다.

제2조합(-Mx, My, Mz)에 대하여

(9)

여기서, B2'은 제2조합을 나타낸다. B2_x'는 x 성분 방향을 따른 솔레노이드의 자기장을 나타낸다. B2_y'는 y 성분 방향을 따른 솔레노이드의 자기장을 나타낸다. B2_z'는 z 성분 방향을 따른 솔레노이드의 자기장을 나타낸다.

제3조합(-Mx, -My, Mz)에 대하여

(10)

여기서, B3'은 제3조합을 나타낸다. B3_x'는 x 성분 방향을 따른 솔레노이드의 자기장을 나타낸다. B3_y _-'는 y- 성분 방향을 따른 솔레노이드의 자기장을 나타낸다. B3_z'는 z 성분 방향을 따른 솔레노이드의 자기장을 나타낸다.

위의 방정식 그룹에서, 부호 의미는 다음과 같이 설명된다.

Bx_x'는 여기 코일 X가 x 성분 방향을 따라 생성한 자기장을 나타낸다.

By_x'는 여기 코일 Y가 y 성분 방향을 따라 생성한 자기장을 나타낸다.

Bz_z'는 여기 코일 Z가 z 성분 방향을 따라 생성한 자기장을 나타낸다.

By_x'는 여기 코일 X가 x 성분 방향을 따라 생성한 자기장을 나타낸다.

By_y _'는 여기 코일 Y가 y 성분 방향을 따라 생성한 자기장을 나타낸다.

By_z'는 여기 코일 Z가 z 성분 방향을 따라 생성한 자기장을 나타낸다.

Bz_x'는 여기 코일 X가 x 성분 방향을 따라 생성한 자기장을 나타낸다.

Bz_y'는 여기 코일 Y가 y 성분 방향을 따라 생성한 자기장을 나타낸다.

방정식 그룹 8, 9, 10에서의 '는 부호가 설정되어 있고 원격 오브젝트와 관련된 3D 좌표를 특징으로 하고 있음을 의미한다.

위에 나열된 솔레노이드 자기장을 조합하여 각 솔레노이드를 도출해 낼 수 있는 자기장은

(11)

이다.

일단 9개의 성분 자기장(각 솔레노이드에 대해 3개, 즉 x, y 및 z 성분 자기장, 총 3개의 솔레노이드)이 결정되면, 하기 방정식(3)~(5)를 사용하여 Bx, By 및 Bz 가 도출될 수 있다. 이 계산에서, mx, my는 시스템 설계에 기초한 알려진 파라미터이다.

상술한 제3방법은 환경 자기장의 실제 측정 없이 환경 자기장을 제거하는 효과적인 방법을 교시한다. 대응하는 시스템 설명에서 개시된 바와 같이, 3개의 솔레노이드를 사용할 때, 최대 허용 전류 및 고정 권선 직경을 갖는 고정 코일 셋업에 대해, 위치 검출 정밀도 및 검출 한계를 향상시켰다. 펄스 전류가 동시에 3개의 솔레노이드에서 생성될 때, 전체 전력 출력 한계가 증가되고, 전원 한계가 어느 정도로 "극복"된다. 위의 방정식 그룹 (8), (9) 및 (10)은 3개의 예, 즉 제1조합, 제2조합 및 제3조합을 제공한다. 원리적으로, 각각의 여기 코일에서 전류의 2개의 상이한 방향(양의 방향 및 음의 방향)의 조합이 구성될 수 있고, 총 2³=8개의 조합들이 구축될 수 있다.

방정식(1)에 기초하여 원격 오브젝트의 위치를 계산한다

계산의 기본 원리는 여기 코일 어셈블리에 의해 생성된 자기장이 정확하게 검출될 수 있다는 것에 기초한다. 여기 코일 어셈블리와 3D 자기 센서 사이의 거리가 여기 코일 어셈블리의 치수보다 훨씬 클 때, 여기 코일 어셈블리에 의해 생성된 자기장은 영구 자기 쌍극자에 의해 생성된 자기장과 동등한 것으로 가정될 수 있다.

3D 솔레노이드 어셈블리의 펄스 전류에 의해 생성된 3개의 "순수" 코일 자기장을 얻은 후, 3차원 자기 여기 어셈블리와 원격 오브젝트 사이의 거리는 다음 방정식(1)에 의해 계산되며, 여기서, 3차원 자기 여기 어셈블리와 원격 오브젝트 사이의 거리는 3차원 자기 여기 어셈블리의 중심으로부터 원격 오브젝트의 3D 자기 센서의 중심까지의 거리로 정의된다.

(1)

여기서, p는 3차원 자기 여기 어셈블리의 중심과 원격 오브젝트의 3D 자기 센서의 중심 사이의 거리이다. A는

이다.

μ₀은 진공 자기 투자율이고, M은 코일 권선수(N), 코일 전류(I) 및 코일 횡당면(S)의 총 수에 비례하는 개별 여기 코일의 자기 모멘트이다. 또한, M, N 및 I는 다음과 같은 관계를 갖는다.

방정식(1)에서, 3차원 자기 어셈블리에서 각 코일의 자기 모멘트는 M과 동일한 것으로 가정한다.

Bx는 x 방향 코일을 따른 코일의 총 코일 자기장이다. By는 y 방향을 따른 코일의 총 코일 자기장이다. Bz는 z 방향을 따른 코일의 총 코일 자기장이다. x, y, z 방향은 3차원 여기 코일 어셈블리의 자기축이다. 도 7 내지 도 10은 예시적인 x, y 및 z 방향 또는 축을 도시한다. 방정식(2)에 나타낸 바와 같이, Bx는 3개의 성분 자기장을 통해 계산될 수 있다.

(2)

는 3D 자기 센서에 의해 측정된 3개의 성분 자기장이다.

이에 상응하여, By 및 Bz는 동일한 코일이 y 및 z 방향에서의 총 자기장이며, 각각은 또한 원격 오브젝트의 3D 자기 센서에 의해 각각 측정된 3개의 성분 자기장에 의해 제공된다.

(3)

(4)

도 6을 참조하면, 계산 목적을 위해, 3D 솔레노이드 어셈블리 대상이 3차원 좌표에서의 위치의 x, y, z 좌표는 P(a, b, c)이고, 이들은 하기의 방정식(5)에서의 요건을 충족시킨다.

(5)

Bx, By 및 Bz, p 및 A는 방정식(1)~(4)에서 동일한 의미를 갖는다. 상기 방정식(1)~(5)에 따르면, 그 결과의 8개의 조합이 얻어질 수 있으며, 그 중에서, 단지 하나의 데이터 포인트만이 시스템 제한 및 최종 계산된 위치로부터의 연속성을 고려한 후 의미가 있을 것이다.

방정식(6)을 이용하여 거리(P)를 계산한다

또는, 상술한 바와 같이 하나 이상의 솔레노이드를 갖는 시스템에 대해, 3D 솔레노이드 어셈블리의 3개의 솔레노이드의 자기 모멘트가 있다면, 방정식(1)의 변형을 통해 거리를 계산할 수 있다. 계산의 기본 원리는 여기 코일 어셈블리에 의해 생성된 자기장이 정확하게 검출될 수 있다는 것에 기초한다. 여기 코일 어셈블리와 3D 자기 센서 사이의 거리가 여기 코일 어셈블리의 치수보다 훨씬 클 때, 여기 코일 어셈블리에 의해 생성된 자기장은 영구 자기 쌍극자에 의해 생성된 자기장과 동등한 것으로 가정될 수 있다. 여기 코일의 자기 모멘트가 Mx, My 및 Mz인 경우, 이들은 Mx:My:Mz = mx:my:1의 관계를 갖는다.

Mz = M이면, 방정식 1은 하기의 방정식(6)으로 된다.

(6)

그 중, p, A 및 Bx, By, Bz는 방정식(1)에서 동일한 의미를 갖는다. 따라서, 3D 솔레노이드 어셈블리의 3D 좌표 위치에 관한 방정식(5)은 방정식 그룹(7)으로 변환된다.

(7)

원격 오브젝트의 방향을 결정한다.

원격 오브젝트의 위치가 결정된 후, 하기의 단계를 사용하여 그 방향을 결정할 수 있다. 본 발명의 범위 내에서, 원격 오브젝트의 방향의 결정은 그 자기축에 대한 원격 오브젝트의 회전 각도를 결정하는 것을 의미한다. 또한, 원격 오브젝트의 회전 각도는 원격 오브젝트의 3D 자기 센서의 회전 각도로 정의되며, 원격 오브젝트의 3D 자기 센서의 회전 각도로 표시된다. 3D 자기 센서의 회전 각도는 3개의 자기 축 x', y' 및 z'에 대해 정의한 것이다.

먼저, 3D 솔레노이드 어셈블리 좌표를 기반으로 각 여기 코일의 자기장(Bx, By 및 Bz)을 계산한다. 이 계산은 자기 쌍극자 모델에 기초한다.

(12)

3개의 여기 코일(X, y 및 Z)에 대해, 각각 x, y, z 방향을 따라 3차원 솔레노이드 어셈블리 좌표에서의 위치를 하기 성분으로 하여 계산한다.

(13)

(14)

(15)

여기서, 자기장은 (Bx_x,Bx_y,Bx_z), (By_x,By_y,By_z), (Bz_x,Bz_y,Bz_z)이다.

3개의 여기 코일 X, Y 및 Z에 대한 자기 센서의 대응하는 측정은 다음과 같다.

(Bx'_x,Bx'_y,Bx'_z) (By'_x,By'_y,By'_z) (Bz'_x,Bz'_y,Bz'_z)

3D 솔레노이드 어셈블리 좌표에서의 자기 센서의 회전이 없다면, 자기 코일 여기 어셈블리에서 정의된 x, y, z축과 원격 오브젝트에서의 자기 센서에 의해 측정 된 x', y', z'축은 각각 동일한 방향을 따라 서로 평행된다. 그러나, 회전이 있다면, 원격 오브젝트에서의 자기 센서에 의해 측정된 축과 자기 코일 여기 어셈블리에서의 축은 회전 매트릭스를 통해 관계를 수립한다. 예를 들어, 방정식(16)에서 나타낸 바와 같이, 축(z') 및 축(z)은 하기의 관계를 갖는다.

(16)

도 6은 회전 각도를 도시한다. x, y, z는 코일의 좌표이고, 또는 글로블 좌표라 불리며; x', y', z'는 자기 센서의 좌표이고, 또는 로컬 좌표라 불린다. α는 X축 주위의 회전이고, 피치라 불리며; β는 Y축 주위의 회전이고, 요(yaw)라 불리며; γ는 Z축 주위의 회전이고, 롤라 불린다.

축 회전

먼저, 각 축 주위의 회전을 보며, 이는 +X, +Y 및 +Z이다. 3개의 상이한 평면 상에 3개의 축을 투영하여, 회전하려는 축이 당신을 향하도록 한다. 정 회전 방향은 시계 반대 방향(오른손 법칙)이 된다.

좌측(X)축 주위의 회전(피치)

좌측(X)축 주위의 회전

상방(Y)축 및 전방(Z)축의 초기값(Y)은 (0, 1, 0) 및 (0, 0, 1)이다. 좌측(x)축이 A도 회전하면, 새로운 상방(Y')축은 (0, cosA, sinA)가 되고, 새로운 전방(Z')축은 (0, -sinA, cosA)가 된다. 새로운 축은 3x3 회전 매트릭스의 열 성분으로서 삽입된다. 그러면, 회전 매트릭스는 다음과 같이 된다.

상방(Y)축 주위의 회전(요, 방향)

상방(Y)축 주위의 회전

현재, 우리는 당신을 향하고 있는 업 벡터(up vector) 주위를 B각도 회전한다. 좌측(X)축은 (1, 0, 0)에서 X'(cosB, 0, -sinB)로 변환된다. 전방(Z)축은 (0, 0, 1)에서 Z'(sinB, 0, cosB)로 변환된다.

전방(Y)축 주위의 회전(롤)

전방(Y)축 주위의 회전

우리가 전방(Z)축을 C각도 회전시키면, 원래의 좌측(X)축 (1, 0, 0)은 X'(cosC, sinC, 0)가 되고, 상방(Y)축 (0, 1, 0)은 Y'(-sinC, cosC, 0)가 된다.

축각(Angles To Axes)

상기 3개의 매트릭스를 곱하면, 이러한 개별 축 회전을 하나의 매트릭스로 조합 할 수 있다. 매트릭스의 곱셈은 교환적인 것이 아니므로, 순서가 다른 매트릭스의 곱셈은 다른 결과를 가져온다. R_xR_yR_z, R_xR_zR_y, R_yR_xR_z, R_yR_zR_x, R_zR_xR_y 및 R_zR_yR_x의 6가지 부동한 조합이 있을 수 있다.

조합된 회전 매트릭스의 왼쪽 열은 회전 후의 왼쪽 축, 가운데 열은 위쪽 축, 오른쪽 열은 앞 축이다.

여기서, R은 회전 매트릭스이고, Bz는 z 방향을 따른 3D 여기 코일 어셈블리의 자기장 벡터(도 6)이고, Bz'는 원격 오브젝트 좌표에서의 자기 센서에 의해 측정된 자기장 벡터이다. 또한, 회전 매트릭스(R)는 방정식(17)에서와 같이 설명된다.

(17)

여기서, α, β 및 γ는 회전 각도이다.

이론적으로, 방정식(15) 및 방정식(16)을 통해, a, β 및 γ의 값이 계산될 수 있다. 그러나, 이는 매우 효과적이지 않은 여러 비선형 방정식 푸는 것에 관한 것이다. 또는, 계산은 단순화될 수 있고, 자기 센서 포인트에서 3D 여기 코일 어셈블리의 자기장이 z 방향을 따르도록, X, Y 및 Z여기 코일의 자기장의 선형 조합을 수학적으로 사용할 수 있다. 또한, 자기 센서 포인트에서 3D 여기 코일 어셈블리의 자기장이 y 방향을 따르도록, X, Y 및 Z 여기 코일의 자기장의 선형 조합을 수학적으로 사용할 수 있다.

XYZ는 각각 xyz 축을 따른 XYZ 코일의 표현이다.

(18)

여기서,

는 3D 솔레노이드 좌표에서의 자기장이며, 이는 x, Bx를 또는 y를 또는 z, Bz 를 따를 수 있다.

는 자기 센서 좌표에서의 자기장이며, 이는 x, Bx'를 따른 또는 y, By'를 따른 또는 z, Bz'를 따른 솔레노이드에 사용될 수 있다.

(18)에서의 선형 조합은 방정식(17)의 계산을 단순화한다. 또한, 방정식(21)및 방정식(22)에 나타낸 바와 같이, 방정식(19) 및 식(20)을 통해, 회전 각도(α 및 β)를 얻기 위한 더 용이한 계산이 유도된다.

(19)

(20)

여기서,

는 각각 3D 여기 코일 어셈블리 좌표에서의 자기장 및 자기 센서 좌표에서의 자기장이다. 자기 센서의 방향각은 다음과 같다.

(21)

(22)

대응하게, 방정식(23)에 나타낸 바와 같이, y축을 따른 3D 솔레노이드 어셈블리의 자기장에 유사한 절차가 적용될 수 있다. 따라서, 방정식(25)에 나타낸 바와 같이, 회전 각도(γ)를 얻기 위한 보다 용이한 계산이 유도된다.

(23)

(24)

(25)

요약하면, 방정식(21), (22) 및 (25)을 통해, 원격 오브젝트의 3D 자기 센서의 회전 각도가 결정될 수 있다.

이상에는 원격 오브젝트의 위치 및 방향을 결정하기 위해 1개의 3차원 자기 여기 코일 어셈블리를 사용하는 시스템 및 방법이 개시되어 있다. 다른 실시 방식에서, 동일한 작업 원리 하에서, 3개의 3차원 자기 코일 시스템은 보다 정확한 방식으로 원격 오브젝트의 위치를 협력적으로 결정하는데 사용될 수 있다. 원격 오브젝트를 둘러싸는 상이한 위치에 있는 3차원 자기 코일 어셈블리 시스템을 갖는 선진적인 시스템은 각각의 3차원 자기 코일 어셈블리 사이의 거리를 협력적으로 결정할 수 있다.

일 실시예에서, 3세트의 3D 여기 코일 어셈블리는 타겟 영역을 둘러싸도록 배치된다. 일 예에서, 3세트의 3D 여기 코일 어셈블리는 3개의 상이한 위치에서 환자의 신체를 둘러싸도록 배치된다. 일 예에서, 제1의 3차원 자기 여기 어셈블리는 (x1, y1, z1)에 배치되고, 제2의 3차원 자기 여기 어셈블리는 (x2, y2, z2)에 배치되며, 제3의 3차원 자기 여기 어셈블리는 (x3, y3, z3)에 배치되는 것으로 가정한다. 제1의 3차원 자기 여기 어셈블리와 제2의 3차원 자기 여기 어셈블리 사이의 거리는 L1이고, 제2의 3차원 자기 여기 어셈블리와 제3의 3차원 자기 여기 어셈블리 사이의 거리는 L2이며, 제1의 3차원 자기 여기 어셈블리와 제3의 3차원 자기 여기 어셈블리 사이의 거리는 L3이다.

그러면, 위치를 계산하기 위한 방정식은 다음과 같다.

(26)

여기서,

여기서,

(27)

방정식(26)~(27)은 자기 센서의 (x, y, z)위치를 제공한다.

본 발명의 대체 실시예에서, 기준 위치는 3차원 어셈블리가 위치 결정 기간 동안 이동 여부를 진일보 결정하는데 사용된다.

일 예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 기준 자기 센서는 인체에 부착되며, 특히3D 자기 여기 어셈블리가 허리 주위의 인체에 착용 될 때, 기준 자기 센서는 배부 척추에 부착된다. 인체 내부의 원격 소형 검사 장치에 대해 장기적이고 반복적 인 위치 결정 과정에서, 3차원 여기 자기 코일 어셈블리가 전위(dislocation)될 수 있다. 3차원 여자 자기 코일 어셈블리와 원격 소형 검사 장치 사이의 거리를 측정하기 위한 단계 및 3차원 여자 자기 코일 어셈블리와 기준 위치 사이의 거리를 측정하기 위한 단계를 포함하는 방법은 3차원 여기 자기 코일 어셈블리의 이동으로 인한 오차를 제거할 수 있다. 이 방법에는 다음 단계가 포함된다.

먼저, 3차원 여기 자기 코일 어셈블리와 원격 오브젝트 사이의 거리 P를 결정하며, 여기서 P는 벡터이다.

그 다음, 3차원 여기 자기 코일 어셈블리와 기준 위치 사이의 거리 Q를 결정하며, 여기서 Q는 벡터이다.

그 후, P(벡터) 내지 Q(벡터) 사이의 거리를 계산하여 3차원 여기 자기 코일 어셈블리의 가능한 이동으로 인한 오차를 제거한다. 거리(P)와 거리(Q)의 측정은 동일한 시간에 수행된다.

의료 구현에 사용되는 원격 소형 검사 장치는 의료 진단 도구, 약물 치료 도구,또는 의료 외과 도구 중 하나 또는 이상이 구비될 수 있다. 의료 진단 도구는 원격 소형 검사 장치가 배치되는 영역 내의 신체 상태를 보조 검사하기 위한 장치이다. 이 도구는 이미지를 촬영하거나 온도, 압력 및 PH 등을 측정하는 센서를 포함할 수 있다. 본 발명의 일부 설명에서, 의료 진단 도구는 또한 이 영역으로부터 물리적 샘플을 수집하고 추가의 테스트를 위해 샘플을 신체 외부로 전송하는 장치를 포함할 수 있다. 의료 치료 도구는 기존의 질병을 치료하기 위한 치료 장치를 말한다. 예를 들어, 이 도구는 약물 전송 유닛, 광동력 치료를 위한 의료용 광원, 또는 저온 치료를 위한 제어된 열원을 포함할 수 있다. 의료 외과 도구는 생체 내에서 수술 작업을 수행할 수 있는 장치를 포함한다.

본 발명의 장치, 시스템 및 방법은 개선된 원격 오브젝트의 방향 및 동작 제어, 감소된 원격 탐지기 전력 요건 중 하나 이상을 포함하지만 이에 제한되지 않는 하나 이상의 이점을 제공한다. 본 발명은 특정 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 여기서 설명되는 것은 제한하려는 의도가 아니다. 예를 들어, 본 발명에서 벗어나지 않는 상황하에서, 예시되고 설명된 실시예에서의 특징 또는 재료의 변형 또는 조합은 특정 상황에서 사용될 수 있다. 현재 바람직한 실시예가 특정 예로서 여기에 설명되어 있지만, 본 발명의 예시적인 실시예의 변형, 조합 및 다른 이점, 실시예는 당업자가 도면, 명세서 및 청구 범위를 참조하면 명백할 것이다.

Claims

타겟 영역에서 원격 오브젝트의 위치를 결정하기 위한 휴대용 전자기 위치 결정 시스템에 있어서,
상기 시스템은:
제1의 3차원 자기장 센서, 신호 처리 모듈 및 무선 통신 모듈을 가지고 격리된 타겟 검사 영역에 배치되도록 구성된 원격 소형 검사 장치,
3차원으로 각각 펄스 자기장을 생성할 수 있고, 외부에서 생성된 펄스 자기장은 상기 제1의 3차원 자기장 센서에 의해 감지될 수 있는 휴대용 외부 자기장 생성 어셈블리, 및
기준 자기장 센서로서 원격의 상기 격리된 타겟 검사 영역 외부의 지지면에 배치되도록 구성되는 제2의 3차원 자기장 센서 - 상기 원격 소형 검사 장치가 원격의 상기 격리된 타겟 검사 영역 내에서 이동할 때, 상기 제2의 3차원 자기장 센서는 소정의 위치 및 고정된 방향으로 상기 외부의 지지면에 배치됨 -, 를 포함하는,
것을 특징으로 하는 휴대용 전자기 위치 결정 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1의 3차원 자기장 센서는 3D 자기 저항 AMR 센서, 3D 홀 효과 센서, MES 기반 자기 센서, 플럭스 게이트 또는 코일 기반 자기 센서, 자기 유도 자기 센서, 광섬유 자기 센서, 및 통합 센서를 포함하는 센서 그룹으로부터 선택되며,
상기 통합 센서는 3D 자기 센서 및 3D 가속 센서가 조합된 6축 센서와 3D 자기 센서, 3D 가속 센서 및 3D 자이로 스코프 센서가 조합된 9축 센서를 포함하는,
것을 특징으로 하는 시스템.
제1항에 있어서,
상기 외부 자기장 생성 어셈블리는 x, y, z좌표에서 서로 수직으로 배치된 3개의 여기 코일로 구성되며, 상기 3개의 여기 코일은 상기 3개의 여기 코일에 연결된 펄스 전류 생성 장치 또는 양극성 펄스 전류 생성 장치를 통해 펄스 자기장을 생성할 수 있으며, 상기 펄스 자기장의 펄스 폭은 1나노초 내지 10초 사이에 있는,
것을 특징으로 하는 시스템.
제3항에 있어서,
외부 3차원 여기 코일 어셈블리는 상기 제1의 3차원 자기장 센서에서 0.0002내지 1200 가우스 범위의 자기장을 생성할 수 있는,
것을 특징으로 하는 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제1의 3차원 자기장 센서는 상기 외부 3차원 여기 코일 어셈블리로부터 0 내지 80cm 떨어져 배치되는,
것을 특징으로 하는 시스템.
제3항에 있어서,
상기 휴대용 외부 자기장 생성 어셈블리와 동일한 다른 2개의 휴대용 외부 자기장 생성 어셈블리를 더 포함하는,
것을 특징으로 하는 시스템.
제6항에 있어서,
3개의 상기 휴대용 외부 자기장 생성 어셈블리는 상기 타겟 검사 영역의 주위에 분포되는,
것을 특징으로 하는 시스템.
제1항에 있어서,
상기 휴대용 외부 자기장 생성 어셈블리에 명령을 전송하여 상기 휴대용 외부 자기장 생성 어셈블리는 코일 구동 모듈을 통해 각 코일을 독립적으로 동작하도록 지시하고, 상기 원격 소형 검사 장치에서의 제1의 3차원 자기장 센서로부터 데이터를 수신하는 이동 기록 장치를 더 포함하는,
것을 특징으로 하는 시스템.
제1항에 있어서,
상기 이동 기록 장치는 저장 모듈을 더 포함하는,
것을 특징으로 하는 시스템.
타겟 영역에서 원격 오브젝트의 위치 및 방향을 결정하기 위한 방법에 있어서,
상기 방법은:
휴대용 외부 자기장 생성 어셈블리를 제공하는 단계,
3D 자기 센서가 설치된 원격 오브젝트를 폐쇄 또는 반-폐쇄된 상기 타겟 영역으로 도입하는 단계,
3차원 자기 여기 어셈블리에 의해 생성된 3개의 순수 자기장을 결정하는 단계,
상기 원격 오브젝트의 위치를 계산하는 단계, 및
상기 원격 오브젝트의 방향을 결정하는 단계를 포함하는,
것을 특징으로 하는 방법.
제10항에 있어서,
상기 3차원 자기 여기 어셈블리에 의해 생성된 3개의 순수 자기장을 결정하는 단계는,
환경 자기장 데이터를 측정하고, 측정된 상기 3차원 자기 여기 어셈블리의 총 자기장 데이터로부터 상기 환경 자기장 데이터를 제거하는 단계, 및
환경 자기장의 검출과 여기 코일에 의해 생성된 펄스 자기장의 검출 사이의 시간 간격이 변화되는 환경 자기장 주기의 절반보다 작은 단계에 의해 구현되며,
상기 환경 자기장 데이터를 측정하고, 측정된 상기 3차원 자기 여기 어셈블리의 총 자기장 데이터로부터 상기 환경 자기장 데이터를 제거하는 단계는,
펄스 자기장이 여기 코일에 의해 생성되기 이전 및/또는 이후에 환경 자기장 벡터를 매번 측정하며, 상기 환경 자기장 벡터를 제거함으로써 외부 자기장 생성 어셈블리에 의해 생성된 자기장 벡터를 교정하는 단계를 포함하는,
것을 특징으로 하는 방법.
제10항에 있어서,
상기 3차원 자기 여기 어셈블리에 의해 생성된 3개의 순수 자기장을 결정하는 단계는,
자기 생성 어셈블리에서 각 코일이 양의 방향 및 음의 방향으로 생성된 자기장을 측정하고, 상기 양의 방향으로 생성된 총 자기장 데이터와 상기 음의 방향으로 생성된 총 자기장 데이터를 가산하여 환경 자기장을 제거하는 단계에 의해 구현되는,
것을 특징으로 하는 방법.
제10항에 있어서,
상기 3차원 자기 여기 어셈블리에 의해 생성된 3개의 순수 자기장을 결정하는 단계는,
조합 시퀀싱 방법을 이용하여 총 자기장을 3회 측정하고, 총 자기장의 3회 측정 중 적어도 1회에 있어서, 1개 코일의 전류 방향은 이전 시퀀스의 전류 방향과 상이한 것에 의해 구현되는,
것을 특징으로 하는 방법.
제10항에 있어서,
상기 원격 오브젝트의 위치를 계산하는 단계는,
하기 방정식(5)을 통해 3개의 좌표로 상기 원격 오브젝트의 현재 위치 데이터 P(a,b,c)를 결정하는 단계, 및
상기 원격 소형 검사 장치의 방향을 결정하는 단계를 포함하며,

(5)
여기서, p는 상기 외부 자기장 생성 어셈블리와 상기 원격 오브젝트 사이의 거리이고; Bx는 x 방향으로 생성된 자기장이며; By는 y 방향으로 생성된 자기장이며; Bz는 z 방향으로 생성된 자기장이며; mx는 x 코일과 z 코일의 자기 모멘트 비이며; my는 y 코일과 z 코일의 자기 모멘트 비이며, 자기 모멘트는 코일 전류, 코일의 개구 횡단면 면적 및 코일 권선수에 비례하며,

여기서, 위치 O는 상기 외부 자기장 생성 어셈블리가 일정한 위치에 도달한 위치이고, O 내지 P의 연결선은 상기 3개의 좌표에서 각각 3개의 축 x, y, z과 각도를 형성하는,
것을 특징으로 하는 방법.
제7항에 있어서,
상기 휴대용 외부 자기장 생성 어셈블리는 하나 이상의 여기 코일 어셈블리를 포함하는,
것을 특징으로 하는 방법.
제7항에 있어서,
상기 휴대용 외부 자기장 생성 어셈블리는 외부 코일 어셈블리로 구성되고, 각각의 코일 어셈블리는 서로 수직으로 배치되는 3개의 여기 코일로 구성되는,
것을 특징으로 하는 방법.
제9항에 있어서,
지자기장을 측정하고, 3개의 자기 코일 X,Y,Z을 개별적으로 충전시킨 후에 상기 지자기장을 감산하여 3개의 좌표 방향으로 자기장을 각각 결정하는,
것을 특징으로 하는 방법.
제7항에 있어서,
일정 시간 동안 상기 원격 오브젝트와 기준 센서 사이의 거리를 기준 곡선으로 추적하며, 외부 여기 어셈블리의 전위가 발생되지 않았는지 여부를 결정하고 상기 기준 곡선의 궤적에 따라 교정을 제공하는 단계를 더 포함하는,
것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서,
3개의 여기 코일 어셈블리를 설치하여 개선된 신호 대 잡음비를 달성하도록 하는,
것을 특징으로 하는 방법.