DE10126243C2 - Magnetpositionsmesssystem mit Feldeindämmeinrichtung - Google Patents
Magnetpositionsmesssystem mit FeldeindämmeinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein magnetisches Positionsmesssystem mit einer Feld
eindämmeinrichtung. Das Konzept der Verwendung von Sende- und Empfangskomponenten
mit elektromagnetischer Kopplung ist auf dem Gebiet der Biomechanik und der medizini
schen Diagnostik wohlbekannt, wobei an einem interessierenden Punkt eine Sensoranordnung
angebracht wird und die Position des Punkts im Verhältnis zu einem feststehenden Sender
ermittelt wird. Diese Information wird dann von Rechnersystemen zum präzisen Aufzeigen
der relativen Bewegungen der fraglichen Punkte verwendet, was es im medizinischen Sinn
ermöglicht, Instrumente präzise in einem menschlichen Körper und zueinander zu lokalisie
ren. Hierdurch wird die Durchführung neuer, fortschrittlicher Verfahren der Chirurgie und
Diagnose ermöglicht.
Wenn leitfähige Materialien vorhanden sind, was auf oder unter dem Operationstisch
oft der Fall ist, so erzeugen diese Wirbelstromfelder, welche die empfangene Magnetfeldwelle
verzerren, was die Ausgangssignale des Systems verzerrt, wenn das System nicht ein die Ver
zerrung verringerndes oder kompensierendes Verfahren einsetzt. Wenn für ein Magnetfeld
durchlässige (permeable) Materialien verwendet werden, dann beugen sie das Magnetfeld
oder verzerren es auf andere Weise, was ähnliche Auswirkungen hat wie bei leitfähigen Mate
rialien. In einem Operationssaal sind sowohl leitfähige als auch permeable Materialien in be
trächtlichen Mengen vorhanden. Sie sind ein Hauptbestandteil vieler Operationstische, von
Geräten in der Umgebung, wie zum Beispiel Wägen und Instrumenten, und sind in den be
weglichen Strahlern vorhanden, die zum Beleuchten des Operationsfelds verwendet werden.
Viele Operationstische haben viele Grade der Positions- und Winkelfreiheiten zur optimalen
Positionierung des Operationsfelds im Verhältnis zum Chirurgen und sind so konstruiert, dass
sie extrem stabil und robust sind, während sie einen menschlichen Körper tragen. Aufgrund
dieser Anforderungen haben die Tische zahlreiche Mechanismen zur Ermöglichung von Vor
wärts-, Rückwärts-, Aufwärts-, Abwärts-, Seitwärts-, Roll- und Kippbewegungen. Diese Me
chanismen sind physisch robust und werden typischerweise aus Stahl hergestellt, so dass sie
beträchtliche Feldverzerrungscharakteristiken aufweisen. Die dabei vorzufindenden Formen
können Schrauben, Zahnstangengetriebe oder scherenartige Aktuatoren sein. Die Tischober
fläche kann aus einem Stück, oder auch in mehrere Abschnitte aufgeteilt sein, wobei jeder
Abschnitt im Verhältnis zu den anderen Abschnitten bewegt werden kann, wodurch ein Kör
per so gebeugt werden kann, dass verschiedene Belastungen und relative anatomische Positi
onen für einen bestimmten Eingriff oder für ein bestimmtes Diagnoseverfahren optimal sind.
Die fest installierten Füße von Operationstischen sind außerordentlich unterschiedlich in ihrer
Konstruktion, und da die Tische oft viele Jahrzehnte hindurch ihren Dienst tun, gibt es viele
Verkäufer, wobei jeder Verkäufer eine Anzahl unterschiedlicher Operationstischkonstruktio
nen im Sortiment hat. Dies ist ein ernstes Problem für mit Magnetfeldern arbeitende positi
onserfassende Systeme, die in einem kritischen chirurgischen Umfeld eingesetzt werden. Das
Operationsvolumen für den positionserfassenden Tracker (das positionserfassende Bewe
gungsnachverfolgungssystem) befindet sich typischerweise im Körper, der auf dem Tisch
liegt. Dies bedeutet, dass der positionserfassende Tracker in direkter Nähe zu metallischen
Strukturen auf, unter oder um den Tisch herum betrieben wird. Die Magnetfelder werden
durch diese Strukturen verzerrt, was zu großen Fehlern bei der angezeigten Magnetsensorpo
sition führen kann. Die große Vielzahl von Tischkonstruktionen macht es unmöglich, das
Ausmaß der an einem bestimmten Tisch auftretenden Verzerrung vorherzusagen. Dies ist ein
inakzeptabler Zustand für ein chirurgisches Umfeld. Versuche, die Störeffekte zu kompensie
ren, waren bis jetzt mit unterschiedlichem Erfolg gekrönt.
Ein schon in Verwendung befindliches Verfahren ist das Abbilden (mapping) des ge
samten Operationsvolumens bei jedem Einsatz des Systems. Dies ist sehr zeitaufwendig und
teuer, da potentiell Tausende von Punkten in einer präzisen Art und Weise abgenommen wer
den müssen, wenn die Verzerrung beträchtlich und das Operationsvolumen groß ist. Außer
dem ist diese Vorgehensweise unzuverlässig, da während eines Eingriffs oder während eines
Diagnoseverfahrens die Tischgeometrie oft verändert wird, was das Verhältnis der metalli
schen Tischstrukturen zum Trackingsystem verändert, wodurch eine neue Abbildung notwen
dig wird, wenn Fehler nicht geduldet werden können. Instrumente und Diagnosegeräte wer
den außerdem in die Nachbarschaft des Trackingsystems gebracht und von dort entfernt, wodurch
die Abbildung unwirksam wird. Bei einer starken Verzerrung kann außerdem eine Ab
bildung vollkommen unbrauchbar werden, da das System zu dem Ergebnis kommen kann,
dass der Sensor zugleich an zwei physisch unterschiedlichen Sensorraumpunkten ist. In die
sem Fall sind die Ausgangsdaten von minimalem Nutzen.
Ein weiteres bekanntes Verfahren, das für gewöhnlich im Stand der Technik beschrie
ben wird, ist die Verwendung von Wechselstromfeldern über einer leitfähigen Grundebene.
Die Grundebene dämpft das Magnetfeld unter der Ebene auf fast null, was den Vorteil hat,
dass das System gegenüber metallischen Objekten unter der Ebene unempfindlich wird. In
dem Fall eines Dipolsenders wird das "Verfahren der Bilder" ("method of images") zum Be
rechnen der theoretischen Magnetfeldvektoren über die Ebene hinweg verwendet, die dann
zum Liefern der Sensorposition verwendet werden. Dieses Verfahren hat Nachteile. Einer
davon ist, dass in der Nähe der Grundebene die Magnetfeldintensität fast null ist und die Vek
torkreuzungswinkel beeinträchtigt werden, was die Systemleistung in Bezug auf die Genauig
keit und das Rauschen beträchtlich verringert. Das Ergebnis ist, dass der Sensor ein paar Zoll
über der Ebene bleiben muss. Außerdem muss der Dipol in einiger Entfernung von der
Grundebene positioniert werden, um Signalverluste und verfälschte Vektorkreuzungswinkel
im Operationsvolumen zu verringern. Bei einem Volumen von einem Kubikfuß (~ 0,028 m3)
muss der Boden des Senders ungefähr 2 Zoll (5,08 cm) über der Ebene sein, damit eine an
nehmbare Leistung erzielt wird. Zum Berechnen der Höhe, auf die ein Patient angehoben
werden muss, wenn er auf dem Sender liegt, muss die Dicke des Senders zu dieser Zahl von 2
Zoll (5,08 cm) addiert werden. Die Sendergröße wird durch einen erforderlichen Signalpegel
in dem Operationsvolumen bestimmt. Eine Sensorspulengröße für minimal invasive chirurgi
sche Anwendungen ist ungefähr 1 mm × 5 mm im Querschnitt, was sehr klein ist. Die Anfor
derung eines präzisen Betriebs mit geringem Rauschen an den äußersten Enden des Volumens
setzt voraus, dass eine relativ große Magnetfeldstärke vorhanden ist, damit ein ausreichendes
Signal in den kleinen Spulen induziert werden kann. Die Sendergröße wird im Wesentlichen
davon diktiert, wie groß das erzeugte Feld sein soll. Da der Sender typischerweise ein Würfel
ist, sind die in der Praxis verwendeten Senderabmessungen in der Größenordnung von 2 Zoll
(5,08 cm) pro Seite, wenn in einem Volumen von 1 Kubikfuß (0,028 m3) bei einer kleinen
Empfängerspule ein ausreichendes Signal erzeugt werden soll. Es ist nun zu sehen, dass bei
dieser Lehre des Standes der Technik die effektive Dicke des Senders einschließlich der
Grundebene 4 Zoll (10,16 cm) ist. In einem chirurgischen Umfeld muss der Patient auf eine
Höhe angehoben werden, die ein Chirurg vielleicht unbequem findet. Außerdem wird es viel
leicht nötig sein, zusätzliche Polsterung vorzusehen, wenn der Patient flach auf dem Tisch
liegen soll. Sowohl der Sender als auch die Polsterung müssen am Tisch befestigt werden.
Kurz, die Anordnung ist umständlich, und es kann sein, dass der Patient nicht in optimaler
Weise positioniert werden kann.
Eine Anordnung des Senders über dem Operationsvolumen ist nicht wünschenswert,
da dies für das Operationsfeld potentiell störend ist. Außerdem wird, wenn der Sender weiter
von der Grundebene entfernt wird und die Abmessungen der Grundebene ein Quadrat mit
einer Seitenlänge von 18 Zoll (45,72 cm) sein sollen, die Grundebene beim Verringern der
Auswirkungen von metallischen Objekten in der Nähe des Operationsvolumens unwirksam.
Die Metallgehäuse der Operations-Beleuchtungsgeräte werden einen größeren Verzerrungsef
fekt in den oberen Teilen des Operationsvolumens haben, da diese sowohl dem Sender als
auch dem Empfänger näher sind. Während des Eingriffs eingesetzte Geräte, einschließlich des
Operationstisches, werden potentiell lebensbedrohliche Verzerrungen hervorrufen, was ein
inakzeptabler Zustand ist.
Eine Positionsbestimmung hängt von relativen Vektorgrößen der x-, y- und z-Spulen
ab. Verzerrungseffekte können wieder entfernt werden, indem ein Verfahren wie zum Bei
spiel eine Abbildung (mapping) verwendet wird. Mit zunehmender Ähnlichkeit der gesende
ten Magnetvektoren aus den x-, y- und z-Spulen, wird ein bestimmter fester Fehler bei der
Bestimmung zu einem vergrößerten Fehler beim Positions-Ausgangssignal führen. Für den
Grenzfall bedeutet das wieder: Wenn die Größen gleich werden, dann ist keine Positionsbe
stimmung mehr möglich. Dieser kombinierte Effekt der verringerten Schnittwinkel der gesen
deten Vektoren und der verringerten Differenz der Größen der gesendeten Vektoren ist dem
Fachmann als Vektorverdünnung (vector dilution) bekannt. Die Verwendung einer leitfähigen
Grundebene unter dem Sender führt zu einer Vektorverdünnung. Die Vektorverdünnung wird
umso schlimmer je näher der Sender der Grundebene kommt und je weiter sich der Empfän
ger von dem Sender entfernt. Durch die Vektorverdünnung entsteht eine Grenze, die in der
Praxis festlegt, wie nahe der Sender eines Magnet-Trackingsystems einer leitfähigen Grund
ebene kommen darf. Bei einer Bewegungsbox (motion box) von einem Kubikfuß (0,028 cm3)
nimmt die Vektorverdünnung inakzeptable Werte an, wenn der Sender näher als 2 Zoll (5,08 cm)
an eine sich ins Unendliche erstreckende leitfähige Grundebene herankommt. Die Vek
torverdünnung tritt auch in nicht digitalen Senderkonfigurationen auf, und ihre Auswirkungen
sind ähnlich.
Der folgende Stand der Technik ist der Anmelderin bekannt:
Im US-Patent Nr. 4,849,692 (Blood) wird ein Verfahren zum Verhindern von Wirbel
strom-Verzerrungseffekten offenbart, die durch leitfähige Objekte wie zum Beispiel Edelstahl-Tischoberflächen
und durch andere Objekte mit großen Oberflächen erzeugt werden.
Die Verzerrungseffekte permeabler Metalle werden durch dieses System nicht behoben. Das
bedeutet, dass Strahlstrukturen in, um und unter dem Operationsbereich des Systems die emp
fangenen Magnetfelder verzerren und die Systemleistung beeinträchtigen. Außerdem haben
große, dicke Bleche aus leitfähigen Metallen, wie zum Beispiel Aluminium, Wirbelstromver
fallszeiten, die länger als 200 ms sein können. Wenn das System 3 Time-Division-Multiplex-
Sende-Achsen plus eine Periode, bei der alle Achsen abgeschaltet sind, zum Ausgleichen des
Erdfeldes verwendet, wie das in der bevorzugten Ausführungsform beschrieben ist, dann be
deutet das, dass die Aktualisierungsrate ¼.(200 ms) = 1,25 Hz ist. Dies ist für viele Anwendun
gen zu langsam.
US-Patent Nr. 5,767,669 (Hansen et al.) beschreibt Verfahren zur Wirbelstrom-
Feldkompensation ohne die Notwendigkeit, die Erdfeldeffekte zu kompensieren. Dieses Sys
tem sieht jedoch keine Verringerung der Effekte in der Nähe befindlicher permeabler Metalle
vor, noch behebt es den Nachteil einer langsamen Aktualisierungsrate während eines Betriebs
in der Nähe großer, dicker Bleche aus höchst leitfähigen Metallen.
Im US-Patent Nr. 5,600,330 (Blood) wird ein Magnet-Trackingsystem offenbart, das
einen Nicht-Dipol-Schleifen-Sender verwendet. Dieses System zeigt eine verringerte Emp
findlichkeit gegenüber kleinen metallischen Objekten im Operationsvolumen, da das durch
das kleinere Objekt erzeugte Feld wie 1/r3 abfällt, wobei r die empfangene Entfernung von
dem Objekt ist, während das durch die größeren Senderschleifen erzeugte Feld wie 1/r2 ab
fällt, was einen verringerten durch die kleineren metallischen Objekte erzeugten Effekt ergibt.
Große Metallbleche können jedoch eine effektive Schleifenfläche aufweisen, die größer als
die der Magnetsenderschleifen ist, was diesen Vorteil bei der Feldabfallrate verringert, was
die allgemeine Auswirkung hat, dass das System gegenüber großen Metallobjekten ziemlich
empfindlich wird. Außerdem erzeugen metallische Objekte, die parallel und in der Nähe der
Senderschleifen verlaufen, sehr große Wirbelstromstärken, was den Signalpegel im Operati
onsvolumen verringert. Zum Verringern der Auswirkungen metallischer Objekte in der Nähe
des Senders müssen in diesem System die Senderspulen in einiger Entfernung von der Grund
ebene entfernt sein, um den Signalverlust zu verringern, der entsteht, wenn ein Schleifendraht
in die Nähe einer leitfähigen Grundebene kommt, die parallel zur Ebene der Schleife liegt. In
dem Fall der planaren Senderkonfiguration in diesem System kann die planare Grundebene in
einiger Entfernung unter den Senderspulen liegen. Bei einer Entfernung null ist die Magnet
feldverringerung in dem Operationsvolumen fast total, es muss also ein Kompromiss zwi
schen der effektiven Senderdicke, die als die Gesamtdicke der Senderspulen, der Grundebene
und des Abstands zwischen diesen definiert ist auf der einen Seite, und dem Signalverlust auf
der anderen Seite gefunden werden. Außerdem gibt es aufgrund der Tatsache, dass die
Grundebenenwirbelstromschleifenfläche im Verhältnis zu der Fläche einer einzigen Sender
spule groß ist, einen zusätzlichen beeinträchtigenden Effekt, je weiter sich der Sensor vom
Sender entfernt. Die Grundebenenstromverteilung ist ähnlich unabhängig davon, welche Sen
derspule betrieben wird. Dies bedeutet, dass die Grundebenenwirbelstromfeldvektoren auch
ähnlich sein werden. Da das Feld an jedem beliebigen Punkt in dem Operationsvolumen die
Vektorsumme des Senderspulenfelds minus dem Grundebenenwirbelfeld ist und der effektive
Grundebenenfeldradius größer als der Senderspulenradius ist, können wir sehen, dass, je wei
ter wir uns von der Ebene des Senders entfernen, desto mehr das Feld von den Grundebenen
strömen bestimmt wird. Das hat schließlich die Auswirkung, dass die Vektoren der 3 Sender
spulen weniger deutlich sind, was das System gegenüber Rauschen und Metallverzerrungen
empfindlicher macht, da das System Differenzen in den Vektorgrößen und -richtungen zum
Bestimmen der Position verwendet. Mit einem Abnehmen dieser Differenzen kann eine kleine
Veränderung an einem der Vektoren zu einer großen Veränderung der Empfängerposition
führen.
US-Patent Nr. 5,752,513 (Acker et al.) beschreibt ein System, das eine Teilmenge des
im US-Patent Nr. 5,600,330 (Blood) beschriebenen Systems ist, und der Betrieb ist in jeder
Hinsicht identisch bezüglich der Nicht-Dipol-Sendereigenschaften und der Metallempfind
lichkeit.
Das US-Patent Nr. 5,550,091 (Fukuda et al.) beschreibt ein System, bei dem zum Er
zeugen eines gesteuerten Felds im Operationsvolumen eine so genannte "Helmholtz"-
Anordnung verwendet wird. Ein Nachteil dieses Systems ist seine Größe, wobei das Operati
onsvolumen von der "Helmholtz"-Spulenanordnung umgeben sein muss. Ein zweiter Nachteil
dieses Systems ist, dass bei einer Anordnung auf einem metallischen Objekt, wie zum Bei
spiel einem Stahltisch, das von den Senderspulen erzeugte Magnetfeld innerhalb des Operati
onsvolumens verzerrt wird.
Im US-Patent Nr. 5,640,170 (Anderson) ist ein Verfahren zum Positionieren eines Di
pols über einer speziell konstruierten Spirale über einer Grundebene offenbart. Der Dipolsen
der in diesem System muss über der Mitte der Spiralengrundebenenanordnung angeordnet
sein, was die Patientenpositionierung in einem klinischen Umfeld schwieriger macht, da diese
Positionierung das Operationsfeld bei bestimmten Eingriffen stören kann. Der Vorteil dieses
Verfahrens ist, dass es möglich ist, den Sender in größerer Nähe zur Grundebene zu positio
nieren, und es muss nicht das "Verfahren der Bilder" zum Erhalten einer Position verwendet
werden, doch ist der Nachteil der Senderpositionierung über der Spiral/Grundebenenanordnung
dem Fall, in dem nur eine Grundebene vorgesehen ist, sehr ähnlich.
US-Patent Nr. 5,198,768 beschreibt ein Flächenspulenfeld zur Verwendung in NMR-
Anwendungen (Kernspintomographie-Anwendungen). Das System bestimmt nicht die Position
und verwendet keine Verfahren zum Verringern der Auswirkungen in der Nähe befindlicher
metallischer Objekte.
DE 691 21 682 T2 schließlich offenbart ein System mit supraleitender
Magnetfeldabschirmung und nimmt zum Vergleich Bezug auf herkömmliche Abschirmungen aus
Ferrit oder Permalloy. Supraleitende Vorrichtungen sind außerordentlich teuer und technisch
aufwendig. Herkömmliche Ferritabschirmungen dagegen zeigen in der Regel keine hinreichende
Abschirmung ohne gleichzeitig schwer kompensierbare Verzerrungen zu verursachen.
Die Erfindung stellt einen radikalen Bruch mit dem Stand der Technik dar, der sich auf
derartige Sende- und Empfangs-Positions- und -Ausrichtungs-Vorrichtungen bezieht, insofern als
sie fähig ist, die Anforderung der Unempfindlichkeit gegenüber metallischen Objekten unter und
neben der Senderanordnung zu erfüllen, ohne dabei eine Signalverschlechterung in Kauf zu
nehmen.
Die Erfindung bezieht sich auf Ausführungsformen eines Magnetfeld-Positions- und
Ausrichtungs-Messsystem mit einer Einrichtung zum im Wesentlichen Eindämmen, Eingrenzen
und Umleiten des Magnetfelds von einem oder mehr Senderelementen, so dass die Felder in
Bereichen außerhalb des Operationsvolumens, also in Bereichen, in denen metallische Objekte
normalerweise vorzufinden sind, gedämpft werden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum Messen der Position von
Empfangsantennen im Verhältnis zu Sendeantennen unter Verwendung von Magnetfeldern.
Insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, dienen solche Vorrichtungen zum Messen dieser
Position in sechs Freiheitsgraden, nämlich Bewegung oder Translation in drei
Koordinatenrichtungen (Ort) und Drehbewegung um drei Koordinatenachsen (Ausrichtung),
wobei der Ort allgemein durch die Linearkoordinaten X, Y und Z definiert ist, die sich auf drei
senkrecht aufeinander stehende Richtungen beziehen, und die Ausrichtung allgemein durch
Kipp-, Roll- und Azimuth-Winkelkoordinaten um drei aufeinander senkrecht stehende Achsen
beschrieben wird, die für gewöhnlich mit den drei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen
koinzidieren.
Die Erfindung weist die folgenden in Beziehung zueinander stehenden Gegenstände,
Aspekte und Merkmale auf:
- 1. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird eine Magnetflusseindämmeinrichtung zum Umleiten der Flussvektoren derart verwendet, dass sie innerhalb des Sensor-Operationsvolumens vergrößert und unter und neben der Senderebene verringert werden, was die Empfindlichkeit des Systems gegenüber Metallen unter dem, oder in der Nähe des, Empfängers verringert. Die von den Sendern erzeugten Flussvektoren werden durch die Flusseindämmungseinrichtung in einer stabilen und wiederholbaren Weise verzerrt, weswegen es möglich ist, das verzerrte Feld präzise und wiederholbar zu charakterisieren. Nachdem die präzise Vektorverteilung aus der Senderanordnung bekannt ist, ist die Ermittlung der Position und der Ausrichtung mit Hilfe einer Empfangseinrichtung für einen Fachmann auf dem Ge biet des Positionstrackings eine einfache Aufgabe. Ein zuverlässiges Verfahren zur Durchfüh rung dieser Vektorcharakterisierung ist die Verwendung einer Finite-Element-Analyse zum Berechnen der vom Sender kommenden Magnetfeldvektoren. Ein weiteres zuverlässiges Ver fahren ist die Verwendung eines oder mehrerer so genannter Abbildungsverfahren (Mapping- Verfahren), die dem Fachmann bekannt sind.
- 2. Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung lehrt ein Verfahren zum Erzeugen einer repräsentativen Senderanordnung mit einer verringerten Empfindlichkeit gegenüber metallischen Objekten unter und neben dem Operationsvolumen des Systems. Die bevorzugte Ausführungsform verringert außerdem die Vektorverdünnungseffekte einer leitfä higen Grundebene auf ein Niveau, das nicht mehr störend ist. Diese Verringerung der Vektor verdünnung ergibt ein System, das wesentlich weniger empfindlich gegenüber von metalli schen Objekten im Operationsvolumen erzeugter Verzerrung ist, während eine Unempfind lichkeit gegenüber metallischen Objekten unter dem Sender und eine verringerte Empfind lichkeit gegenüber Objekten neben dem Operationsvolumen gewährleistet bleibt. Die Sen dereinrichtung kann Drahtschleifen, Solenoide oder Permanentmagneten aufweisen, die zum Bestimmen der Position des Empfängers in dem Volumen in günstigen Formen und an güns tigen Orten angeordnet sind.
- 3. Die Erfindung erfüllt die Anforderungen für ein System, das auf eine Oberfläche einer beliebigen Ausdehnung und Zusammensetzung gesetzt werden kann, ohne dass dabei die Genauigkeit der Positionsmessungen mit Hilfe eines im erwünschten Operationsvolumen angeordneten Sensors beeinträchtigt würden. Es erreicht dieses Ziel sowohl für eine Wechsel strom- als auch für eine Gleichstrom-Senderanregung, was bei der Verwendung bekannter Grundebenen-Kompensationsverfahren überhaupt nicht möglich ist. Es erreicht dieses Ziel, während gleichzeitig die Magnetfeldintensität im Operationsvolumen beträchtlich erhöht wird, was bei der Verwendung bekannter Grundebenen-Kompensationsverfahren nicht mög lich ist. Außerdem vermeidet es das Problem der Vektorverdünnung, die entsteht, wenn eine leitfähige Grundebene in die Nähe des Senders gebracht wird.
- 4. Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine dün ne permeable Barriere aus einem höchst permeablen, jedoch im Wesentlichen nicht leitfähi gen Material, wie zum Beispiel Ferrit oder Mumetal, auf eine leitfähige Platte gesetzt. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Dicke der permeablen Schicht, wenn diese aus Ferrit gefertigt wurde, zwischen 0,05 Zoll (1,27 mm) und 0,25 Zoll (6,35 mm), während die Ver wendung von Mumetal die Dicke auf unter 0,01 Zoll (0,254 mm) verringern kann. Die leitfä hige Platte, vorzugsweise aus Aluminiumlegierung, kann eine Dicke von 3/16 Zoll (4,76 mm) bis ¼ Zoll (6,35 mm) haben. Wenn Mumetal in der permeablen Schicht verwendet wird, kann die Dicke der leitfähigen Platte verringert werden, weil die Dicke nicht aufgrund einer me chanischen Festigkeit gewählt wurde. Auf die Ferrit- oder Mumetal-Barriere wird ein plana rer, rhombischer Drei-Achsen-Sender gesetzt, der im Einzelnen im US-Patent Nr. 5,600,330 beschrieben ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht der Sender aus einer Leiter platte (PCB), auf die der Sender geätzt wurde. Leiterplatten mit einer Dicke zwischen 0,03125 bis 0,125 Zoll (0,79 bis 3,18 mm) können verwendet werden.
- 5. Wenn gewünscht, kann die permeable Barriere eine flache, planare Konfiguration haben. Alternativ dazu kann sie auch so beschaffen sein, dass sie einer Kuchenform ähnelt, mit einem flachen Mittelbereich und nach oben ragenden Rändern. Alternativ kann die per meable Barriere auch eine allgemein flache Konfiguration mit Rändern haben, die von der oberen Oberfläche zur unteren Oberfläche schräg nach außen verlaufen, wobei die Schräge mit der unteren Oberfläche einen Winkel einschließt, der im Bereich von vorzugsweise 30° bis 85° liegt.
- 6. Wenn ein leitfähiges Objekt in den Bereichen neben oder unter dem Sender einem Wechselstrommagnetfeld ausgesetzt wird, dann wird in dem Objekt ein Wirbelstrom indu ziert. Dieser induzierte Wirbelstrom erzeugt eine Magnetfeldkomponente, die durch Vektor addition mit dem normalen metallfreien Magnetfeld in der Nähe des Objekts kombiniert wird und dieses verzerrt. Die Stärke dieses parasitären Wirbelfelds ist proportional zur Stärke des Wechselstromfelds in der Nähe des leitfähigen Objekts.
- 7. Wenn also die Feldvektoren im Operationsvolumen über der Senderanordnung in ihrer Stärke und Richtung konstant bleiben, während die Feldstärke in den Bereichen neben und unter der Senderanordnung verringert wird, dann ist zu sehen, dass metallische Objekte in diesen Bereichen auf das Feld im Operationsvolumen über der Senderanordnung einen pro portional verringerten Verzerrungseffekt haben. Wenn die Feldstärke im Operationsvolumen über der Senderanordnung erhöht wird, während die Feldstärken in den Bereichen neben und unter der Senderanordnung konstant bleiben, ist der Verzerrungs-Verringerungseffekt ähnlich. Demnach wird also das Verhältnis der Magnetfeldamplitude im Operationsbereich über der Senderanordnung zu derjenigen der Bereiche neben und unter der Senderanordnung zum Vorhersagen einer Empfindlichkeit gegenüber metallischen Objekten verwendet werden. Eine ähnliche Beschreibung gilt für ferromagnetische Verzerrungseffekte, wenn sich die verzer renden Objekte in den Bereichen neben und unter der Senderanordnung befinden.
- 8. Wenn die relativen Magnetverzerrungs-Empfindlichkeitswerte einer einzelnen Senderspule in der Konfiguration, wie sie in Fig. 13 gezeigt ist, als ein Normalwert bestimmt werden können, dann kann eine relative Verzerrungs-Empfindlichkeits-Gütezahl Ma für Ob jekte neben dem Operationsvolumen definiert werden, wobei Ma gleich (dem Feld des in Fig. 2 dargestellten Systems im Bereich über der Senderanordnung) geteilt durch (das Feld des in Fig. 5 dargestellten Systems im Bereich über der Senderanordnung) geteilt durch (das Feld des in Fig. 2 dargestellten Systems im Bereich neben der Senderanordnung) geteilt durch (das Feld des Systems in der in Fig. 5 dargestellten Konfiguration im Bereich neben der Senderan ordnung) ist. Das in Fig. 11 dargestellte System wird eine Empfindlichkeitsgütezahl von 1 haben, wenn Fig. 11 zum Beispiel als das Referenzsystem gewählt wird.
- 9. In ähnlicher Weise können wir zum Vergleich von Objekten unter der Senderan ordnung einen Term Mb definieren, der gleich (dem Feld des Systems von Fig. 2 im Bereich über der Senderanordnung) geteilt durch (das Feld des in Fig. 5 dargestellten Systems im Be reich über der Senderanordnung) geteilt durch (das Feld des Systems von Fig. 2 unter der Senderanordnung) geteilt durch (das Feld des Systems von Fig. 5 im Bereich unter der Sen deranordnung) ist. Unter Verwendung der Gütezahlen Ma und Mb können mehrere unter schiedliche Konfigurationen bewertet werden, um wahrscheinliche relative Empfindlichkeiten gegenüber metallischen Objekten in den Bereichen neben und unter der Senderanordnung zu bestimmen.
Demnach ist es eine erste Aufgabe der Erfindung, ein Magnetpositionsmesssystem mit
einer Feldeindämmeinrichtung vorzusehen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein solches System vorzusehen, bei dem
eine dünne, permeable Barriere über einer dünnen, leitfähigen Platte angebracht ist.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein solches System vorzusehen, bei
dem die im Wesentlichen höchst permeable, im Wesentlichen nicht leitfähige Barriere nach
oben ragende Ränder hat.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein solches System vorzusehen, bei
dem die im Wesentlichen höchst permeable, im Wesentlichen nicht leitfähige Barriere Ränder
hat, die sich von einer oberen Oberfläche nach unten zu einer unteren Oberfläche schräg nach
außen erstrecken.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein solches System vorzusehen, bei
dem ein dünner, rhombischer Sender über der permeablen Barriere montiert ist.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein System zum quantitativen Messen
der Position der Empfangsantennen im Verhältnis zu den Sendeantennen vorzusehen, ohne
dabei die Nachteile in Kauf zu nehmen, die aus der Empfindlichkeit gegenüber direkt unter
dem Sender befindlichen metallischen Objekten entstehen.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein System herzustellen, das gegen
über metallischen Objekten auf oder unter der Ebene des Senders und in einem Bereich, der
sich so weit wie möglich horizontal erstreckt, unempfindlich ist.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein solches System vorzusehen, das
einen Abfall der Senderfeldintensität innerhalb des beabsichtigten Operationsvolumens ver
meidet.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein solches System vorzusehen, das
durch Vektorverdünnungseffekte nicht wesentlich in seiner Leistung beeinträchtig wird.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein solches System vorzusehen, das
entweder Gleich- oder Wechselstromsenderanregungsverfahren verwenden kann und das ge
genüber unter der Senderkonfiguration befindlichen magnetischen Objekten unempfindlich
ist.
Diese und weitere Aufgaben, Aspekte und Merkmale der Erfindung werden aus der
folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeich
nungen besser verständlich. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Systems des Standes der Technik,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
wobei der rhombische Sender schematisch gezeigt ist,
Fig. 3 eine Seitenansicht der in Fig. 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsform,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht von der Seite der bevorzugten Ausführungsform von
Fig. 2 und 3, wobei außerdem ein Patient gezeigt wird, der über der bevorzugten
Ausführungsform auf einem Operationstisch liegt,
Fig. 5 die zum Vorhersagen von Metallempfindlichkeit verwendeten Bereiche eines be
kannten Nicht-Dipol-Senders, der über einer leitfähigen Grundebene angeordnet
wurde,
Fig. 6 zum Vorhersagen der Metallempfindlichkeit für die in Fig. 2 bis 4 gezeigte Erfin
dung ausgewählte Bereiche,
Fig. 7 die zum Vorhersagen der Metallempfindlichkeit für den in Fig. 3 dargestellten Sen
der gewählten Bereiche, jedoch ohne die Platte aus leitfähigem Material unter der
permeablen Barriere,
Fig. 8 eine Modifikation der Erfindung unter Verwendung einer nicht planaren, permeablen
Barriere,
Fig. 9 eine weitere Modifikation, bei welcher der Sender sich über den Rand der permeab
len Barriere hinaus erstreckt,
Fig. 10 das Magnetflussmuster, bei dem der Sender einen Dipolsender aufweist,
Fig. 11 die zum Vorhersagen der Metallempfindlichkeit für eine Modifikation der permeab
len Barriere ausgewählten Bereiche, wobei der Rand nach oben ragt,
Fig. 12 eine weitere Variation, bei welcher der Sender über die permeable Barriere angeho
ben ist,
Fig. 13 die zum Vorhersagen einer Metallempfindlichkeit einer bekannten Senderschleife im
freien Raum ausgewählten Bereiche,
Fig. 14 das System, bei dem ein Dipol-Magnet-Sender über einer permeablen Barriere ange
ordnet ist,
Fig. 15 eine Modifikation der permeablen Barriere mit Rändern, die sich von einer oberen
Oberfläche zu einer unteren Oberfläche schräg nach außen erstrecken,
Fig. 16 den Feld-Äquipotential-Kontur-Querschnitt, der sich über und unter einer am Punkt
0,0 erzeugten Referenzlinie erstreckt,
Fig. 17 eine Kurvendarstellung des gleichen Feld-Äquipotential-Kontur-Querschnitts, wie er
in Fig. 16 gezeigt ist, der durch die Verwendung einer permeablen Barriere unter der
Referenzlinie abgeschnitten wurde, und
Fig. 18 eine Kurvendarstellung des gleichen Feld-Äquipotential-Kontur-Querschnitts, wie er
in Fig. 17 gezeigt ist, der jedoch durch den Zusatz einer leitfähigen Platte weiter ab
geschnitten ist.
Gemäß Fig. 1 ist ein allgemein mit der Referenznummer 1 bezeichnetes System ge
zeigt, das einen bekannten Drei-Achsen-Dipol-Sender 2 aufweist, der über der leitfähigen
Platte 3 aufgehängt ist. In der leitfähigen Platte 3 aufgrund der X- und Y-Spulen des Senders
2 induzierte Wirbelströme sind in Bezug auf ihre Stärke, Richtung und Verteilung auf der
leitfähigen Platte 3 fast identisch. Diese Ähnlichkeit führt dazu, dass die Wirbelstrom-
Magnetfeldvektoren an Punkten innerhalb des Operationsvolumens 4 sowohl in Bezug auf
ihre Stärke als auch auf ihre Richtung ziemlich ähnlich sind. Wenn der Sender 2 näher an die
leitfähige Platte 3 heranbewegt wird, werden die Stärken der Wirbelstromfelder im Verhältnis
zu den gesendeten Feldern an einem beliebigen Punkt innerhalb des Operationsvolumens 4
höher. Da die von der leitfähigen Platte 3 erzeugten Wirbelstromfelder ähnlich sind, werden
dadurch die gesamten Magnetfeldvektoren der X- und der Y-Spule ebenfalls ähnlich, was den
am Schnittpunkt der beiden Vektoren gebildeten Winkel verringert. Magnet-Dipol-Systeme
verwenden den Schnittwinkel der drei voneinander unterscheidbaren Vektoren von den drei
senkrecht zueinander stehenden Senderspulen zum Herleiten der Ausrichtung. Wenn diese
Winkel aufgrund von Wirbelstromfeldern verzerrt werden, gibt das System Ausrichtungswer
te aus, die ebenfalls verzerrt sind.
Zum Entfernen einer solchen Verzerrung werden beim Stand der Technik diese Fehler
unter Verwendung eines Feldabbildungsverfahrens entfernt, das dem Fachmann bekannt ist.
Ein solches Feldabbildungsverfahren hat jedoch einen großen Nachteil, wenn es auf ein Sys
tem angewendet wird, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Für eine bestimmte Fehlermenge beim
Bestimmen der drei Schnittwinkel gibt das System einen Fehler bei seinem Ausrichtungsaus
gangssignal aus. Wenn dieser Fehler auf eine Rauschquelle zurückzuführen ist, wird das Aus
richtungsausgangssignal verrauscht. Mit einer Verringerung der Schnittwinkel der Sendervek
toren der X-, der Y- und der Z-Spule wird eine Empfänger-Ausrichtungsbestimmung gegen
über Rauschen und anderen Fehlern empfindlicher. In dem extremen Fall, bei dem sie fast
gleich und die Schnittwinkel fast null sind, wird eine Ausrichtungsbestimmung unmöglich, da
die Empfindlichkeit gegenüber Fehlern und Rauschen gegen unendlich geht.
Ein Verfahren zum Vergleichen vorhergesagter Magnetfeldverzerrungspegel für eine
bestimmte metallische Umgebung ist für die Beurteilung unterschiedlicher Systeme nützlich.
Ein solches Verfahren verwendet Magnetfeldintensitätsverhältnisse. Ein solches Verhältnis
wird definiert als die Stärke des Magnetfelds in einem Bereich, in dem Messungen abgenom
men werden, geteilt durch die Stärke des Magnetfelds in einem Bereich außerhalb des Be
reichs. Als das letztere Volumen wird typischerweise ein Volumen unmittelbar neben dem
ersteren Volumen gewählt. Zum weiteren Erleichtern dieser Analyse wird ein einzelner Punkt
zum Repräsentieren des gesamten Magnetfelds innerhalb des entsprechenden Volumens ge
wählt. Die theoretische Basis für dieses Verfahren folgt.
Wenn ein leitfähiges Objekt in den Bereichen neben oder unter dem Sender einem
Wechselstrommagnetfeld ausgesetzt wird, so wird in dem Objekt ein Wirbelstrom induziert.
Dieser induzierte Wirbelstrom erzeugt dann eine Magnetfeldkomponente, die durch Vektor
addition mit dem normalen metallfreien Magnetfeld in der Nähe des Objekts kombiniert wird
und dieses verzerrt. Die Stärke dieses parasitären Wirbelfelds ist proportional zur Stärke des
Wechselstromfelds in der Nähe des leitfähigen Objekts.
Wenn also die Feldvektoren im Operationsvolumen über der Senderanordnung in ihrer
Stärke und Richtung konstant bleiben, während die Feldstärke in den Bereichen neben und
unter der Senderanordnung verringert werden, so kann gesehen werden, dass metallische Objekte
in diesen Bereichen einen proportional verringerten Verzerrungseffekt auf das Feld im
Operationsvolumen über der Senderanordnung haben. Wenn die Feldstärke im Operationsvo
lumen über der Senderanordnung erhöht wird, während die Feldstärken in den Bereichen ne
ben und unter der Senderanordnung konstant bleiben, ist der Verzerrungs-Verringerungseffekt
ähnlich. Demnach kann das Verhältnis der Magnetfeldamplitude im Operationsbereich über
der Senderanordnung zu derjenigen der Bereiche neben und unter der Senderanordnung zum
Vorhersagen einer Empfindlichkeit gegenüber metallischen Objekten verwendet werden. Eine
ähnliche Beschreibung gilt für ferromagnetische Verzerrungseffekte, wenn sich die verzer
renden Objekte in den Bereichen neben und unter der Senderanordnung befinden.
Wenn die relativen Magnet-Verzerrungswerte einer einzigen Senderspule in der in
Fig. 13 gezeigten Konfiguration als ein normaler Wert bestimmt werden können, dann kann
eine relative Verzerrungsempfindlichkeitsgütezahl Ma erzeugt werden, wobei Ma gleich (dem
Feld des in Fig. 2 dargestellten Systems im Bereich über der Senderanordnung) geteilt durch
(das Feld des in Fig. 5 dargestellten Systems im Bereich über der Senderanordnung) geteilt
durch (das Feld des in Fig. 2 dargestellten Systems im Bereich neben der Senderanordnung)
geteilt durch (das Feld des Systems in der in Fig. 5 dargestellten Konfiguration im Bereich
neben der Senderanordnung) ist. Das in Fig. 11 dargestellte System wird eine Empfindlich
keitsgütezahl von 1 haben, wenn Fig. 11 zum Beispiel als das Referenzsystem gewählt wird.
In ähnlicher Weise können wir zum Vergleich von Objekten unter der Senderanord
nung einen Term Mb definieren, der gleich (dem Feld des Systems von Fig. 2 im Bereich über
der Senderanordnung) geteilt durch (das Feld des in Fig. 5 dargestellten Systems im Bereich
über der Senderanordnung) geteilt durch (das Feld des Systems von Fig. 2 unter der Sen
deranordnung) geteilt durch (das Feld des Systems von Fig. 5 im Bereich unter der Senderan
ordnung) ist. Unter Verwendung der Gütezahlen Ma und Mb können mehrere unterschiedli
che Konfigurationen bewertet werden, um wahrscheinliche relative Empfindlichkeiten gegen
über metallischen Objekten in den Bereichen neben und unter der Senderanordnung zu
bestimmen.
In Fig. 13 ist ein bekanntes System gezeigt, bei dem eine Einzelwindungssenderspule
5 mit einem Durchmesser von 7,5 Zoll (19,05 cm) mit einer Frequenz von 20 kHz und mit
einem Effektivstrom von 1 Ampere betrieben wird. Die Magnetfeldvektoren können unter
Verwendung einer ganzen Reihe von Verfahren berechnet werden, von denen eines als die so
genannte Finite-Element-Methode bezeichnet wird. Das Haupt-Tool für diese Berechnung ist
ein Softwareprogramm, das Maxwell'sche Gleichungen als Grenzbedingungen und Feldeigen
schaften verwendet. Unter Verwendung eines Computer-Zeichenprogramms wird das zu analysierende
Modell geschaffen. Das Modell besteht aus sowohl der Geometrie als auch den
Materialeigenschaften des Systems, sowie aus entsprechenden Anregungseigenschaften. Die
ses Modell wird dann auf einem numerischen Finite-Element-Löser (numeric finite element
solver) betrieben, der das Verhalten elektromagnetischer Felder in dem Modell und um das
Modell herum simuliert. Das Ergebnis ist ein genauer quantifizierter Wert für das Magnetfeld
an allen Punkten des Modells. Durch einen sorgfältigen Entwurf der Modelle, was einem
Fachmann leicht fallen dürfte, ist es möglich, unterschiedliche Kombinationen von Materia
lien und Geometrie zu analysieren. Außerdem ist es möglich, einen exakten räumlichen Ort
auf dem Modell zu wählen und eine genaue numerische Zahl für die Magnetfeldvektorgröße
und -richtung an diesem Ort zu bekommen. Durch Wählen dieser nämlichen Orte und variie
render Modellparameter ist es möglich, die Auswirkungen von Materialeigenschaften und
Geometrien auf das Magnetfeld an einem bestimmten räumlichen Ort zu betrachten. Jeweils
ein Punkt in dem Operationsvolumen 7, dem daneben liegenden Raum 8 und dem Bereich 9
unter der Senderspule wird zum Repräsentieren des Feldverhaltens in den entsprechenden
Volumina verwendet. Ein geometrischer Ursprung 0, 0, 0 wird in der Mitte der Senderschleife
5 gewählt. Das Operationsvolumen 7 wird durch einen Punkt (0, 0, 6) repräsentiert. Der
daneben liegenden Raum 8 wird durch einen Punkt (0, 12, 0) repräsentiert. Der Bereich 9
wird repräsentiert durch (0, 0, -6). Unter Verwendung dieses Verfahrens sind die Magnetfeld
vektorlängen für das Operationsvolumen 7 (9,12e - 17 Tesla), den daneben liegenden Raum 8
(7,2e - 17 T) und den Bereich 9 unter der Senderspule 6 (6,4e - 15 T). Diese Konfiguration
wird als eine Referenzkonfiguration gewählt, und demnach sind Ma und Mb gleich 1.
In Fig. 5 ist ein weiteres bekanntes System gezeigt, in dem ein flacher Sender 5 in ei
ner Entfernung von 0,3 Zoll (7,62 mm) über der leitfähigen Platte 3 aufgehängt ist. In dieser
Lehre aus dem Stand der Technik ist die leitfähige Platte 3 ungefähr 0,25 Zoll (6,35 mm) dick
und aus Aluminium. Die Gesamthöhe von der oberen Oberfläche der leitfähigen Platte 3 zur
Oberseite des Senders 5 ist also 0,55 Zoll (13,97 mm).
Beim Vergleich der Konfigurationen von Fig. 5 und 13 wird bei der Betrachtung der
Konfiguration von Fig. 5 im Vergleich zu den Feldstärken der Konfiguration von Fig. 13 das
Operationsvolumenfeld 7 auf 27%, der daneben liegende Raum 8 auf 40% und der Bereich 9
unter der leitfähigen Platte 3 auf 0,14% verringert. Aus diesen Daten kann geschlossen wer
den, dass Ma gleich 0,68 und Mb gleich 193 ist. Ein Wert von Ma gleich 0,68 zeigt an, dass
bei diesem System wahrscheinlich eine größere Verzerrung aufgrund von metallischen Objek
ten im Bereich 8 auftritt. Der Mb-Wert zeigt an, dass das System gegenüber metallischen Ob
jekten unter der leitfähigen Platte 3 innerhalb des Bereichs 9 ziemlich unempfindlich sein
wird. Ein großer Nachteil bei der Konfiguration von Fig. 5 ist, dass das Operationsfeldvolu
men 7 auf 27% seines ursprünglichen Werts verringert wurde. Das bedeutet, dass bei einem
bestimmten Rauschpegel im Trackingsystem und in seiner Umgebung das Positionsausgangs
signal notwendigerweise leiden wird. Ein Erhöhen des Senderstroms um einen Faktor 3,6
kann diesen Verlust ausgleichen, es führt aber zu einem aufwendigeren und teureren Ansteue
rungssystem. Außerdem, wenn die Senderschleife 5 kein Supraleiter ist, wird sie I2R, bzw.
12,9 mal mehr Energie für eine bestimmte Schleifenkonfiguration verschwenden. Das kann
eine große Leitergröße erforderlich machen und/oder Vorkehrungen zum Ableiten von Wär
me vom Leiter der Senderschleife 5, beides erhebliche Nachteile. Das in Fig. 5 beschriebene
System leidet auch an beträchtlichen Vektorverdünnungseffekten aufgrund ähnlicher Wirbel
stromfelder der leitfähigen Platte 3, wenn eine der drei Senderspulen eingeschaltet ist. Die
leitfähige Platte 3 ist also gegenüber metallischen Objekten innerhalb des Operationsvolu
mens 7 empfindlicher.
In Fig. 2, 3 und 4 ist die bevorzugte Ausführungsform allgemein mit der Referenz
nummer 10 bezeichnet und weist einen planaren rhombischen Sender 11 auf, der über einer
oben auf einer leitfähigen Platte 15 angebrachten permeablen Barriere 13 angeordnet ist.
Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht der Sender 11 aus einer Leiterplatte, in
deren Oberfläche der Drei-Achsen-Sender eingeätzt ist. Bei der bevorzugten Ausführungs
form hat die Leiterplatte eine Dicke von 0,0625 Zoll (1,59 mm), wenn auch Leiterplatten mit
Dicken zwischen 0,03125 bis 0,125 Zoll (0,79 bis 3,18 mm) geeignet sind.
Für einen richtigen Betrieb sollte die permeable Barriere keine größere Wirbelstrom
feldquelle sein. Mit dem Verringern der Frequenz wird bei einem bestimmten Material mit
einem Bahnwiderstand p ein Punkt erreicht, bei dem der Wirbelstrom in dem Material zu ei
nem Grad verringert wird, an dem die Verzerrung des einfallenden Magnetfelds klein wird.
Im Extremfall eines Gleichstromsenders kann es sein, dass die Leitfähigkeit der permeablen
Barriere nicht ins Gewicht fällt. Es ist offensichtlich, dass es einen Zusammenhang zwischen
der Materialleitfähigkeit und der Frequenz gibt, der bei der Bestimmung der Betriebsfrequenz
des Senders oder auch beim Auswählen des erforderlichen Bahnwiderstands der permeablen
Barriere von Nutzen ist. Dies kann als der Bahnwiderstand p des Materials in Ohmmeter, di
vidiert durch die Betriebsfrequenz f des Senders, definiert als Rfc = p/f, beschrieben werden.
Bei Stählen ist, wenn Rfc größer als ungefähr 2e-10 ist, das parasitäre Wirbelstromfeld der
permeablen Barriere so gering, dass es von Vorteil ist, eine Stahlbarriere und keine Alumini
um- oder Kupfergrundebene zu verwenden. Bei kaltgewalztem Stahl geschieht dies bei einer
Senderfrequenz von ungefähr 500 Hz. Wenn Rfc größer als 2e-9 ist, ist es allgemein vorteilhaft,
Stahl oder Edelstahl und nicht Ferrit zu verwenden, wenn es nicht unbedingt nötig ist,
die Senderfeldcharakteristiken vollständig zu optimieren. Bei kaltgewalztem Stahl geschieht
dies bei einer Senderfrequenz von ungefähr 50 Hz. Wenn Rfc größer als 1e-8 ist, wirkt die
Barriere als eine im Wesentlichen reine permeable Barriere, wenn das Material Stahl oder
Edelstahl ist. Bei kaltgewalztem Stahl wäre die Senderfrequenz dann 10 Hz. In diesem Fall
würde ein Ersetzen des billigen und festen Stahls durch teueren und zerbrechlichen Ferrit zu
keiner Leistungsverbesserung führen.
Die permeable Barriere 13 kann eine Dicke zwischen 0,05 bis 0,25 Zoll (1,27 bis 6,35 mm)
haben, wenn auch eine Dicke zwischen 0,15 und 0,25 Zoll (3,81 bis 6,35 mm) bevorzugt
wird. Die permeable Barriere 13 kann aus einem höchste permeablen, jedoch im Wesentli
chen nicht leitfähigen Material hergestellt werden. Ein solches Material ist Ferrit. Dieses Ma
terial hat einen relativen Permeabilitätsbereich von 50 bis 25.000 im Vergleich mit der Per
meabilität von Luft. Dieses Material hat einen typischen spezifischen Widerstand in der Grö
ßenordnung von 0,1 Ohm m bis 108 Ohm m, je nach der verwendeten kommerziellen Formel.
In einer spezifischen Ausgestaltung der bevorzugten Ausführungsform kann ein geeignetes
Material Ferrit des Typs MN67 sein, das bei 25 Grad Celsius einen spezifischen Widerstand
von 104 Ohm m und bei 25 Grad Celsius eine relative Permeabilität von 2500 hat. Das Mate
rial ist 0,2 Zoll (5,08 mm) dick, hat einen Durchmesser von 18 Zoll (45,72 cm) und liegt kon
zentrisch um den Sender 11, der durch drei rhombische Senderschleifen 14, 16 und 18 gebil
det wird. Wie in Fig. 2 zu sehen, ist ein Sendertreiber 21 über einen elektrischen Leiter 23 mit
dem Sender 11 verbunden. Der Treiber 21 versorgt sequentiell jede der Schleifen des Senders
11 mit einem Ampere Effektivstrom bei einer Frequenz von 20 kHz. Ein weiteres für die
permeable Barriere zu verwendendes Material ist Mumetal. Dieses Material ist eine Nickel-
Eisen-Legierung, die kleine Mengen anderer Metalle enthält. Es wird speziell formuliert und
geglüht zur Herstellung einer relativen Permeabilität Ur von 75.000 bis 300.000, wenn auch
theoretisch leitfähig, so kompensiert die im Vergleich zu Ferrit erhöhte Permeabilität diesen
Aspekt, und das Mumetal hat sich als höchst effektive permeable Barriere erwiesen. Ein re
präsentatives kommerzielles Produkt trägt den Namen AD-MU-80 Mumetal und wird von
Ad-vance Magentics, Inc. hergestellt. Bei einem Experiment wurde ein Blech einer Dicke von
0,010 Zoll (0,254 mm) dieses Materials als die Ferritbarriere 13 verwendet, und die Auswir
kungen des Senders auf das Magnetfeld wurden analysiert. Es stellte sich heraus, dass bei
Senderfrequenzen von Gleichstrom bis 3 kHz AD-MU-80 Mumetal im Wesentlichen Glei
ches leistete wie ein MN-67-Ferritmaterial einer Dicke von 0,2 Zoll (5,08 mm). Bei Frequen
zen von 3 kHz bis 19 kHz leistete AD-MU-80-Mumetal die gleiche prozentuale Verringerung
der Feldstärke des daneben und des darunter liegenden Bereichs, wie das MN-67-Ferrit tat,
führte aber zu einer geringeren Feldstärkenerhöhung im Operationsbereich. Bei Frequenzen
über 19 kHz leistete das AD-MU-80-Mumetal die gleichen Feldverringerungen in den Berei
chen darunter und daneben wie das MN-67-Ferrit, doch verringerte es auch die Feldstärke im
Operationsbereich. Bei allen getesteten Frequenzen, die von Gleichstrom bis 5 MHz reichten,
erzeugte AD-MU-80-Mumetal beträchtlich geringere Vektorverdünnungseffekte und eine
beträchtlich höhere Senderfeldstärke im Operationsbereich als eine leitfähige Grundebene.
Mumetal hat mechanische Eigenschaften, die im Vergleich zu denen von Ferrit sehr
brauchbar sind. Da es bei Frequenzen unter ein paar kHz typischerweise ungefähr eine 30-mal
so große Permeabilität wie Ferrit hat, kann es viel dünner als Ferrit gemacht werden, während
es aber als permeable Barriere immer noch genauso gut funktioniert. Im Gegensatz zu Ferrit
ist Mumetal kein sprödes Keramikmaterial, sondern ein elastisches Material. Dadurch kann
die Versteifung, die bei Ferrit nötig ist, vergleichsweise dünn ausfallen oder ganz wegfallen,
da Mumetal unter Belastung nicht bricht, wie Ferrit das tun würde. Da die permeable Barriere
13 dünner gemacht werden kann, können gegenüber Ferrit Gewichtseinsparungen realisiert
werden, was offensichtliche Vorteile hat. Außerdem ist Mumetal viel billiger als Ferrit, und es
lässt sich leicht formen, zerspanend bearbeiten und schweißen. So können günstige Formen
zur Herstellung der permeablen Barriere 13 erzeugt werden. Aufgrund dieser zusätzlichen
Vorteile kann es sein, dass Mumetal als Ersatz von Ferrit als permeable Barriere 13 auch in
Fällen dienen kann, wo es zu nicht so hohen Leistungsverbesserungen führt, da Überlegungen
der Wirtschaftlichkeit und der Mechanik den Leistungsunterschied wieder aufwiegen können.
Die leitfähige Platte 15 ist direkt unter und im Wesentlichen in Kontakt mit der per
meablen Barriere 13 angeordnet. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die leitfähige Plat
te 15 aus der Aluminiumlegierung 6061 T-6 und hat eine Dicke von ungefähr 0,1875 bis 0,25
Zoll (4,76 bis 6,35 mm).
Die Kombination aus dem Sender 11, der permeablen Barriere 13 und der leitfähigen
Platte 15 hat daher eine Dicke von ungefähr 0,3 bis 0,625 Zoll (7,62 bis 15,88 mm), eine
ziemlich kompakte Anordnung. Die Kombination aus dem Sender 11, der permeablen Barrie
re 13 und der leitfähigen Platte 15 kann allgemein als die Senderanordnung 25 bezeichnet
werden.
Fig. 4 zeigt die auf einen Operationstisch 27 montierte Senderanordnung 25, wobei ein
Patient 30 auf der Senderanordnung 25 liegt. Ein Empfänger 31 wurde in den Körper des Pa
tienten 30 eingeführt und empfängt Signale von der Senderanordnung 25 und leitet sie über
den elektrischen Leiter 33 an einen (nicht dargestellten) Computer, so dass die Position und
Ausrichtung des Empfängers 31 genau bestimmt werden können.
Fig. 16 zeigt eine Kurvendarstellung eines Magnetfeld-Äquipotential-Kontur-
Querschnitts 37, der von dem Punkt 0, 0 ausgeht, wobei sich das Feld über und unter der x-
Achse 39 ausbreitet. Im Gegensatz dazu hat, wie in Fig. 17 zu sehen, der Magnetfeld-
Äquipotential-Kontur-Querschnitt 37 eine veränderte Form, wenn eine permeable Barriere 25
auf die Linie 39 gelegt wird, so dass sich von dem Feld 37 so gut wie nichts mehr unter die
Linie 39 erstreckt. Fig. 18 zeigt eine weitere Dämpfung des Magnetfeld-Äquipotential-
Kontur-Querschnitts 37 unter der Linie 39 durch den Zusatz einer leitfähigen Platte 41 unter
der permeablen Barriere 25. Dieser Effekt tritt bei einem Betrieb der in Fig. 2, 3 und 4 veran
schaulichten bevorzugten Ausführungsform auf.
In Fig. 6 ist eine Ausführungsform der Senderanordnung 25 gezeigt, bei welcher der
Sender 11 direkt auf einer Ferritschicht 13 angeordnet ist, die aus MN67-Ferritmaterial einer
Dicke von 0,2 Zoll (5,08 mm) gefertigt ist, wobei die Ferritschicht 13 direkt auf einer leitfähi
gen Platte 15 aus Aluminium mit einer Dicke von 0,25 Zoll (6,35 mm) liegt. Verglichen mit
den bei Fig. 13 zu beobachtenden Feldstärken ist das Operationsvolumen 7, wie oben be
schrieben, 159% desjenigen von Fig. 13, der daneben liegende Raum 8 ist 60% desjenigen
von Fig. 13, und der Bereich 9 unter der Senderanordnung 25 ist 0,11% desjenigen von Fig.
13. Aus diesen Ergebnissen wird klar, dass Ma gleich 2,65 und Mb gleich 1445 ist. Es ver
steht sich also, dass die Konfiguration von Fig. 6 im Vergleich zu den Systemen von Fig. 13
und Fig. 5 bezüglich der vorhergesagten Empfindlichkeit gegenüber metallischen Objekten in
den Bereichen 8 und 9 eine bessere Leistung zeigt. Außerdem ist der Signalpegel innerhalb
des Operationsvolumens 7 im Vergleich zu Fig. 13 um 151% erhöht.
Fig. 7 zeigt den Sender 11, der direkt auf der Ferritplatte 13 liegt, wobei die Ferritplat
te 0,2 Zoll (5,08 mm) dick ist und aus MN67-Ferrit besteht. Die Gesamtdicke der Senderan
ordnung in Fig. 7 ist 0,2 Zoll (5,08 mm). Verglichen mit den Feldpegeln von Fig. 13 ist das
Operationsvolumen 7 hier 191%, der danebenliegende Raum 8 ist 81% und der Bereich in
und unter dem Tisch 9 ist 4,3%. Aus diesen Daten folgt, dass Ma gleich 2,35 und Mb gleich
44,4 ist. Aus diesen Daten lässt sich vorhersagen, dass dieses System im Vergleich mit Fig.
13 deutlich weniger empfindlich gegenüber metallischen Objekten im Bereich 8 und viel we
niger empfindlich gegenüber metallischen Objekten im Bereich 9 ist. Außerdem wurde das
Feld im Operationsvolumen 7 verglichen mit dem ursprünglichen Feld um 191% erhöht, was
zu einer verbesserten Signal-zu-Rauschen-Leistung führt. Die Vektorverdünnung ist vernach
lässigbar. Auch wenn der Signalpegel im Operationsvolumen nur 83% desjenigen von Fig. 7
ist, so ist das System von Fig. 6 in der Praxis viel besser für Anwendungsbereiche geeignet,
bei denen der Bereich 9 aus einem Bereich in und unter dem Operationstisch besteht, da das
System keine beträchtliche Magnetfeldverzerrung im Bereich 7 erfährt, wenn die Zusammen
setzung des Bereichs 9 verändert wird. Die Vektorverdünnung ist vernachlässigbar, so dass
eine Empfindlichkeit gegenüber metallischen Objekten im Operationsvolumen 7 gegenüber
Fig. 13 nicht verringert wird.
Ein weiterer Vorteil der leitfähigen Platte 15 ist, dass sie für die Ferritschicht 13, die
typischerweise ziemlich zerbrechlich ist, eine physische, mechanische Stütze darstellt. Natür
lich werden zusätzlich unerwünschte Signalverlusteffekte der Wirbelstromeffekte der leitfähi
gen Platte 15 im Wesentlichen ausgeschlossen. Idealerweise wird die leitfähige Platte 15 so
ausgewählt, dass sie bei der Betriebsfrequenz mehrere Hautdicken dick ist, um unten an der
Senderkonfiguration 25 einen maximalen Grad der Felddämpfung zu erreichen. In dem Fall
einer sehr niedrigen Frequenzanregung, einschließlich Gleichstromanregung, wo die Hautdi
cken sehr groß werden, wird der Zweck der leitfähigen Platte 15 nur noch der einer mechani
schen Stütze für den Sender.
Es hat sich herausgestellt, dass die Leistung eines Nicht-Dipolsystems durch die Er
findung gesteigert werden kann. Der leistungsgesteigerte Nicht-Dipol zeigt eine erhöhte Mag
netfeldstärke im Operationsvolumen bei einer gleichzeitigen Verringerung des Ausgangsrau
schens. Er ist in einem praktischen Sinn vollkommen unempfindlich gegenüber unter dem
Sender angeordneten metallischen Objekten, zum Beispiel im Bereich, der mit der Referenz
nummer 9 bezeichnet ist. Ein solches System zeigt eine verringerte Empfindlichkeit gegenüber
metallischen Objekten neben dem Operationsvolumen und hat im Vergleich zu dem
Grundebenen-Abschirmungsverfahren auch verringerte Vektorverdünnungseffekte und ist
daher inhärent weniger empfindlich gegenüber metallischen Objekten im Operationsvolumen
und auch weniger empfindlich gegenüber Rauschen.
Fig. 8 zeigt eine alternative permeable Barriere 50, die eine nicht planare Konfigurati
on hat, mit einem flachen v-förmigen Querschnitt, der aus zwei Teilen 51 und 53 besteht, die
sich in einer Schnittlinie 55 treffen. Die Teile 51 und 53 bilden einen Winkel von 15 Grad
gegenüber der Horizontalen und erstrecken sich von einem mittleren oberen Endpunkt in ei
nem Winkel nach unten. Der Sender 57 ist darüber aufgehängt, wie das in Fig. 8 gezeigt ist.
Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die mit der Referenznum
mer 60 bezeichnet ist, wobei über der permeablen Barriere 61 ein Sender 63 aufgehängt ist,
wobei die Ränder 65, 67 des Senders 63 über den Rändern 62 und 64 der permeablen Barriere
61 liegen.
Fig. 10 zeigt einen Sender 70, der über einer permeablen Barriere 71 aufgehängt ist,
und zeigt das Magnetflussmuster für diese Konfiguration.
Fig. 11 zeigt ein System 80 mit einer permeablen Barriere 81 mit nach oben ragenden
Rändern 83, so dass ihr Querschnitt einer Kuchenform ähnelt. Der Sender 85 ist innerhalb des
von den Rändern 83 geschaffenen Volumens aufgehängt. Es hat sich herausgestellt, dass bei
der Verwendung einer permeablen Barriere wie derjenigen, die mit der Referenznummer 81
bezeichnet ist, sich das Magnetfeld um deren obere Kanten konzentriert, was bestimmte Vor
teile hat, wenn die Konfiguration auf ein ferromagnetisches Blech gelegt wird, wie zum Bei
spiel eine Stahlplatte. Der Vorteil eines dünnen Senders ist in diesem Fall etwas beeinträch
tigt, und die Feldform um die nach oben ragenden Ränder 83 wird genauso verändert wie die
Intensitätsverteilung.
In einer weiteren Modifikation wird auf Fig. 15 verwiesen, die eine permeable Ferrit
barriere 90 zeigt, die einen Hauptkörper 91 und Ränder 93 aufweist, die sich von der oberen
Oberfläche 94 zu einer unteren Oberfläche 95 der Barriere 91 hin nach unten schräg nach au
ßen erstrecken. Die Ränder 93 bilden einen Winkel, der vorzugsweise in dem Bereich zwi
schen 30 und 85 Grad liegt. Bei einer Verringerung des Winkels verbessern sich die Leis
tungsergebnisse, es kommt jedoch aus zwei Gründen ein Punkt, an dem sich das nicht mehr
lohnt. Erstens wird es immer schwieriger, die Barriere 91 mit den Rändern 93 im flacheren
Winkel herzustellen. Außerdem hat man nach einer Verringerung des Winkels von den typi
schen 90 Grad auf 45 Grad ungefähr 99% der Verbesserung erreicht, die überhaupt möglich
ist. Die Verwendung eines solchen in einem Winkel verlaufenden Randes verringert die Stärke
der am Rand auftretenden Randeffekte. Die Anschrägung des in einem Winkel verlaufen
den Rands 93 bewegt die Verzerrungen näher an den Rand der permeablen Barriere 91 und
weiter nach unten, zum Beispiel in den Operationstisch neben das erfindungsgemäße System.
Fig. 12 zeigt eine weitere Modifikation der in Fig. 2 bis 4 gezeigten Anordnung, bei
der die Senderspulen 11 über der permeablen Barriere 13 aufgehängt sind.
Fig. 14 stellt dar, dass die Verwendung der permeablen Barriere 13 die Vektorverdün
nungseffekte der Grundebene verringert, indem ein Flusspfad niedriger Reluktanz für das
vom Sender 2 ausgehende Magnetfeld vorgesehen wird. Dies dämpft das Magnetfeld, das auf
die leitfähige Platte 15 einfällt, auf einen unbedeutsamen Pegel, was dazu führt, dass die Vek
torverdünnungseffekte wesentlich verringert werden, während gleichzeitig die Unempfind
lichkeit gegenüber metallischen Objekten unter dem Sender aufrecht erhalten wird. Die per
meable Barriere 13 verzerrt zwar die von den X- , Y- und Z-Spulen gesendeten Felder, doch
ist die Verzerrung nicht wesentlich und kann durch die Verwendung von Feldabbildungsver
fahren leicht entfernt werden.
Es hat sich herausgestellt, dass die Verwendung der Ferritbarriere mit ihrer extrem
niedrigen Reluktanz dazu führt, dass das Magnetfeld hauptsächlich dem vom Ferritmaterial
gebotenen Pfad niedriger Reluktanz folgt, wodurch im wesentlichen Objekte unter dem Fer
ritmaterial abgeschirmt werden. Die Vorteile der Verwendung von Mumetal für die permeab
le Barriere wurden oben eingehend geschildert.
Die Verwendung von Aluminium für die leitfähige Platte ist vorteilhaft, weil Alumini
um das Magnetfeld dämpft und gleichzeitig auch noch eine Stütze für die zerbrechliche per
meable Ferritbarriere darstellt. Es hat sich herausgestellt, dass die permeable Barriere aus Fer
rit oder Mumetal 95% des Vorteils der vorliegenden Erfindung bringt, während hier offenbar
te Modifikationen und Variationen die restlichen 5% ausmachen, was zum Beispiel solche
Dinge sind wie die Form des Rands der permeablen Barriere und die Verwendung der leitfä
higen Aluminiumplatte.
Ein typisches Anwendungsgebiet der Erfindung ist oben auf einem Operationstisch.
Operationstische enthalten eine große Menge Stahl und sind zum großen Teil freitragend kon
struiert. Die vorliegende Erfindung verstärkt das Feld im Operationsbereich über dem Tisch
und verringert das Feld neben dem Sender und unter der oberen Oberfläche des Operations
tischs.
Auf Wunsch kann der Sender 11, die permeable Barriere 13 und die leitfähige Alumi
niumplatte 15 mit einem Material wie Silizium oder Epoxidkleber laminiert werden. Wie oben
beschrieben, kann die fertige laminierte Anordnung eine Dicke haben, die nicht größer als
5/8 Zoll (1,59 cm) ist, wodurch jeder Operationssaal leicht damit nachgerüstet werden kann.
Claims (17)
1. Magnet-Positionsmesssystem zur Bestimmung der Position eines
Objektes in drei Dimensionen in einem Messvolumen, wobei ein
Drei-Achs-Sender (2, 11, 25, 57, 63, 70, 85) in dem Messvolumen (7)
ein Magnetfeld erzeugt, das von einem an dem Objekt befindlichen
Sensor (31) erfasst werden kann, und wobei eine Einrichtung (25) zur
räumlichen Einschränkung des Magnetfeldes auf das Messvolumen
(7) und zur Dämpfung des Magnetfeldes außerhalb des Messvolumens
(7) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Einrichtung zur Einschränkung des Magnetfeldes einen als magnetisch hoch permeable, flächige Barriere ausgestalteten Dämpfer (13, 25, 50, 61, 71, 81, 91) umfasst, der das Messvolumen (7) von einem außerhalb desselben gelegenen Bereich (9) abgrenzt, und
dass unterhalb des Dämpfers (13, 25, 50, 61, 71, 81, 91) eine leitfähige Platte (3, 15, 41) angeordnet ist.
dass die Einrichtung zur Einschränkung des Magnetfeldes einen als magnetisch hoch permeable, flächige Barriere ausgestalteten Dämpfer (13, 25, 50, 61, 71, 81, 91) umfasst, der das Messvolumen (7) von einem außerhalb desselben gelegenen Bereich (9) abgrenzt, und
dass unterhalb des Dämpfers (13, 25, 50, 61, 71, 81, 91) eine leitfähige Platte (3, 15, 41) angeordnet ist.
2. Magnet-Positionsmesssystem nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der Dämpfer (13, 25, 61, 71, 91) als planare
Struktur ausgestaltet ist.
3. Magnet-Positionsmesssystem nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der Dämpfer (91) einen Rand (93) hat, der sich
von einer oberen Oberfläche (94) des Dämpfers (91) zu einer unteren
Oberfläche (95) des Dämpfers (91) hin schräg nach außen erstreckt.
4. Magnet-Positionsmesssystem nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der Dämpfer (81) einen nach oben ragenden
Rand (83) hat.
5. Magnet-Positionsmesssystem nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der Dämpfer (50) einen V-förmigen Querschnitt
hat.
6. Magnet-Positionsmesssystem nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfer (13, 25, 50,
61, 71, 81, 91) eine gleichmäßige Dicke von 0,01 bis 0,25 Zoll (0,25
bis 6,35 mm) hat.
7. Magnet-Positionsmesssystem nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfer (13, 25, 50,
61, 71, 81, 91) aus Ferrit oder Mumetal gefertigt ist.
8. Magnet-Positionsmesssystem nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Platte (3, 15,
41) an dem Dämpfer (13, 25, 50, 61, 71, 81, 91) befestigt ist.
9. Magnet-Positionsmesssystem nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, dass die leitfähige Platte (3, 15, 41) eine Dicke von
0,1875 bis 0,25 Zoll (4, 76 bis 6,35 mm) hat.
10. Magnet-Positionsmesssystem nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Platte (3, 15, 41) aus
einem Nicht-Eisenmetall ist.
11. Magnet-Positionsmesssystem nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die leitfähige Platte (3, 15, 41) aus Aluminium
ist.
12. Magnet-Positionsmesssystem nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drei-Achs-Sender (2,
11, 25, 57, 63, 70, 85) als planare Struktur ausgestaltet und auf dem
Dämpfer (13, 25, 50, 61, 71, 81, 91) angeordnet ist.
13. Magnet-Positionsmesssystem nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, dass der Drei-Achs-Sender (2, 11, 25, 63, 70, 85)
eine Leiterplatte aufweist, auf die eine Sendereinrichtung eingeätzt
ist.
14. Magnet-Positionsmesssystem nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, dass die Leiterplatte eine Dicke von 0,03125 bis
0,125 Zoll (0,79 bis 3,18 mm) hat.
15. Magnet-Positionsmesssystem nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sender, Dämpfer und
leitfähige Platte zusammen laminiert sind.
16. Magnet-Positionsmesssystem nach Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, dass Sender, Dämpfer und leitfähige Platte
zusammen eine Dicke von 0,3 bis 0,625 Zoll (7,62 bis 1,588 mm)
haben.
17. Magnet-Positionsmesssystem nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld durch eine
gepulste Gleichstrom-Energiequelle erzeugt wird.
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