| WO/1995/027442 | DEVICE FOR POSITIONING SKIN CLIPS |
| JP11076181 | ELECTRIC ACTIVITY MAPPING DEVICE OF HEART |
| WO/2006/100458 | SURGICAL GUIDE |
SCHRÖTER, Simon (Ludwig-Erhard-Str. 5, Erlangen, 91052, DE)
REINSCHKE, Johannes (Kolbestr. 37, Nürnberg, 90425, DE)
SCHRÖTER, Simon (Ludwig-Erhard-Str. 5, Erlangen, 91052, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zur Bestimmung der Position einer Sonde (100), insbesondere eines passiven oder aktiven Markers, in einem Arbeitsraum (A) , wobei - die Sonde (100) ein Messsignal aussendet, - das Messsignal (S(t), u[k]) von einer Empfangseinrichtung (200) erfasst wird, - basierend auf dem erfassten Messsignal (S(t), u[k]) die Position der Sonde (100) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (100) zeitlich intermittierend betrieben wird. 2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsignal, aus dem die Position der Sonde (100) bestimmt wird, ein gefiltertes Messsignal (yme S s ) ist, welches modellbasiert aus dem erfassten Messsignal berechnet wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung des Messsignals - sowohl in einem ersten Zeitraum (ΔΤΜ) , in dem die Sonde (100) das Messsignal aussendet, - als auch in einem zweiten Zeitraum (ΔΤ0) , in dem die Sonde (100) kein Messsignal aussendet, erfolgt . 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass - für den ersten Zeitraum (ΔΤΜ) und für den zweiten Zeitraum (ΔΤΌ) jeweils ein Modell (YM, Yo) generiert wird, in welches die Messwerte des für den jeweiligen Zeitraum erfassten Messignal eingehen, und - aus den Ausgangssignalen (yM, y0) der beiden Modelle (YM, Yo) , insbesondere aus der Differenz der Ausgangssignale, das gefilterte Messsignal (yme S s ) berechnet wird. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beide Modelle lineare, autoregressive Modelle sind. 6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Modelle (YM, Yo) die folgende Form haben: - Modell YM : yM[k] = ^ (aM[i] · yM[k - i] ) + ^ (bM[j] · uM[k - j] ) für i=l j=0 den ersten Zeitraum (ΔΤΜ) und - Modell Y0 : y0[k] = (a0[i] · y0[k - i] ) + £ (b0[j] · u0[k - j] ) für i=l j=0 den zweiten Zeitraum (ΔΤο) , wobei k den aktuellen Zeitschritt darstellt und: - u0<M[k - j] mit j =0 , 1 , ... die Messwerte des im jeweiligen Zeitraum erfassten Messsignals sind, - y0;M[k - i] mit i=0,l,... die Sequenz der Ausgangssignale des jeweiligen Modells ist, - a0/M[i] und b0;M[j] Regressionsparameter sind, - *M die Anzahl der Paramter a0M[i] und ^M die Anzahl der Paramter b0M[j] ist. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung des Messsignals mit einer festen Abtastzeit T erfolgt, wobei das Zeitintervall zwischen dem Zeitschritt k und dem Zeitschritt k+1 die Länge T für alle Werte von k hat. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitpunkte des Ein- und Ausschaltens des Senders (100) der Empfangseinrichtung (200) bekannt sind. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ein- und Ausschalten des Senders (100) durch ein Signal getriggert wird, insbesondere durch ein Signal der Empfangseinrichtung (200). 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trigger-Signal von der Empfangseinrichtung (200) erzeugt wird und/oder von der Empfangseinrichtung (200) empfangen wird . 11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitpunkte des Ein- und Ausschaltens geschätzt werden, insbesondere aus dem erfassten Messsignal. 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zusätzlich zur Position der Sonde (100) auch deren Orientierung bestimmt wird. 13. Anordnung zur Bestimmung einer Position einer Sonde (100), insbesondere eines aktiven oder passiven Markers, in einem Arbeitsraum (A) mit einer Empfangseinrichtung (200), wobei - die Sonde (100) eine Sendeeinheit (110, 120, 130) zum Aussenden eines Messsignals aufweist, - die Empfangseinrichtung (200) ausgebildet ist, um das Messsignal zu erfassen und aus dem Messsignal auf die Position der Sonde (100) zu schließen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (110, 120, 130) ausgebildet ist, um einen zeitlich intermittierenden Sendebetrieb zu ermöglichen. 14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schalter (130) vorgesehen ist, mit dem das Messsignal ein- und ausschaltbar ist. 15. Anordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (200) eine Messwert-Auswerteeinheit (130) aufweist, die ausgebildet ist, um gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6 modellbasiert aus dem erfassten Messsignal ein gefiltertes Messsignal zu ermitteln. 16. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trigger (240) vorgesehen ist, mit dem die Sendeeinheit (110, 120, 130) ein- und ausschaltbar ist . 17. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 16, bei dem die Empfangseinrichtung (200) ausgebildet ist, um zusätzlich zur Bestimmung der Position der Sonde aus dem Messsignal auf die Orientierung der Sonde (100) zu schließen. |
Positionsmessung eines Objekts mit aktivem Marker Die Erfindung betrifft die elektromagnetische Positionsmes ¬ sung eines Objekts, insbesondere eines Objekts in medizini ¬ schen Anwendungen. Das Objekt kann beispielsweise ein soge ¬ nannter „Bonemarker", eine Katheterspitze oder ein Kapselen- doskop sein. Ein Bonemarker ist dabei ein bspw. nageiförmiges Objekt, das in einen Knochen eingeschlagen wird und dessen
5D-Pose (d.h. die 3D-Position sowie die Orientierung ohne den Rotationswinkel um die Längsachse) oder 6D-Pose (d.h. die SD- Position sowie die 3D-Orientierung) elektromagnetisch vermessen werden kann.
In der Medizintechnik sind diverse elektromagnetische Positi ¬ onsmessverfahren zur Ortung eines Objekts, bei dem es sich bspw. um einen Bonemarker handeln kann, bekannt. Im zu ortenden Objekt ist dabei eine Sende- und/oder Empfangsspule - der eigentliche Marker - fixiert. Das Objekt mit dem Marker be ¬ findet sich bei der Positionsmessung typischerweise im menschlichen Körper, und seine Position und/oder seine 2D- oder 3D-Orientierung im Raum sind zu vermessen. Die Genauigkeitsanforderungen sind applikationsspezifisch und liegen im Bereich von ±0,5 mm bis 10 mm für die Position sowie ±0,5° bis 10° für die Orientierung. Für die Applikation „Bonemarker" werden Genauigkeiten von ±0,5 mm bis 2 mm sowie ±0,5° bis 2° gefordert. Grundsätzlich können drei Typen von Messverfahren unterschieden werden, die auf drei Typen von Mar- kern zurückgreifen: a) Sensormarker in Verbindung mit einem externen elektromagnetischen Feldgenerator, wie beispielsweise das Aurora-System der Firma NDI,
b) passive Marker, die durch ein externes elektromagnetisches Wechselfeld induktiv erregt und dadurch zur Abstrahlung eines Signals, d.h. eines elektromagnetischen Dipol-Feldes, ange ¬ regt werden, wie beispielsweise beim System der Firma Calypso für strahlentherapeutische Anwendungen oder beim Positions ¬ messverfahren der Firma Olympus für die Kapselendoskopie, c) aktive Marker, bei denen eine Spule im zu ortenden Objekt aktiv mit einem Wechselstrom bestromt wird und dabei ein AC- Dipolfeld aussendet.
Die Frequenz, mit der der externe Feldgenerator und/oder der Marker schwingt, liegt bei den beschriebenen elektromagneti ¬ schen Ortungsverfahren in der Medizintechnik zwischen 500 Hz und 500 kHz.
Beim Messprinzip des passiven oder aktiven Markers enthält das zu ortende Objekt eine bestromte Spule. Ist der Spulen ¬ strom sinusförmig mit einer Frequenz von beispielsweise 9 kHz, so strahlt die Spule ein elektromagnetisches Wechselfeld - in hinreichend großem Abstand ein Dipolfeld - mit einer Frequenz von 9 kHz ab. Mit einer Vielzahl von Sensorspulen, die außerhalb des Patienten, beispielsweise auf der Patien ¬ tenliege, angebracht und deren Position und Lage fest und be- kannt sind, wird das elektromagnetische Wechselfeld des Mar ¬ kers vermessen in dem Sinne, dass die vom elektromagnetischen Wechselfeld des Markers in den Sensorspulen induzierten Spannungen gemessen werden. Anhand dieser gemessenen Spannungen lassen sich Rückschlüsse auf die Pose des Markers relativ zu den Sensorspulen ziehen.
Aufgrund der Tatsache, dass das Dipolfeld der Markerspule mit r3 abfällt, wobei r der Abstand zwischen Marker und Sensor ist, bei einem Messvolumen von beispielsweise 40cm x 40cm x 40cm und bei einem Mindest-Abstand zwischen Marker- und Sensorspulen von beispielsweise 2,5cm ergibt sich, dass die in den Sensorspulen induzierten Spannungen einen Wertebereich von ca. vier Zehnerpotenzen abdecken. Darüber hinaus sind anwendungsbedingt das realisierbare magnetische Dipolmoment der Markerspule, d.h. das Produkt aus Querschnittsfläche und Am ¬ perewindungszahl, sowie das Produkt aus Fläche und Windungs ¬ zahl der Sensorspulen von einer Größe, dass bereits sehr geringe Spannungen beziehungsweise sehr geringe Spannungsdiffe- renzen in einer Größenordnung von Ιμν " und weniger durch den Messaufbau detektierbar sein müssen. Dementsprechend sind die Sensorspulen und die nachgeschaltete Elektronik sehr empfind ¬ lich ausgelegt.
Es ist daher nicht auszuschließen, dass auch bei abgeschalte ¬ tem, das heißt nicht sendendem Marker, ein Sensorspulen- Spannungswert bei einer Frequenz von beispielsweise 9kHz feststellbar ist. Dieser Spannungswert, im Folgenden als Störspannungswert bezeichnet, kann nicht dem Rauschen der
Komponenten der Messanordnung wie beispielsweise dem Vorverstärker oder anderer Elemente in der Messkette von der Sensorspule bis zum Analog-Digital-Wandler zugeordnet werden. Der Störspannungswert muss demnach von externen Störquellen herrühren, wie beispielsweise abstrahlenden Spannungsversorgungskabeln o.a.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit anzugeben, einen derartigen Störspannungswert weitestgehend zu eliminieren.
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindungen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der
Position einer Sonde, insbesondere eines aktiven oder
passiven Markers, in einem Arbeitsraum, sendet die Sonde ein Messsignal aus, das von einer Empfangseinrichtung erfasst wird. Basierend auf dem erfassten Messsignal wird die
Position der Sonde ermittelt. Dabei wird die Sonde zeitlich intermittierend, d.h. zyklisch, betrieben.
Das Messsignal, aus dem die Position der Sonde bestimmt wird, ist ein gefiltertes Messsignal, welches modellbasiert aus dem erfassten Messsignal berechnet wird.
Die Erfassung des Messsignals erfolgt - sowohl in einem ersten Zeitraum, in dem die Sonde das Messsignal aussendet,
- als auch in einem zweiten Zeitraum, in dem die Sonde kein Messsignal aussendet.
Für den ersten Zeitraum und für den zweiten Zeitraum wird jeweils ein Modell generiert, in welches die Messwerte des für den jeweiligen Zeitraum erfassten Messignals eingehen, und aus den Ausgangssignalen der beiden Modelle, insbesondere aus der Differenz der Ausgangssignale, wird das gefilterte Messsignal berechnet.
Die beiden Modelle sind vorzugsweise lineare, autoregressive Modelle .
Diese Modelle haben die folgende Form:
Modell Y M : y M [k] = ^ (a M [i] · y M [k - i] ) + ^ (b M [j] · u M [k - j] ) für i=l j=0
den ersten Zeitraum und
Modell Y 0 : y 0 [k] = £ (a 0 [i] · Y 0 [k - i] ) + ( b oÜ] ' u ot k " j] ) für i=l j=0
den zweiten Zeitraum,
wobei k den aktuellen Zeitschritt darstellt und:
- u 0<M [k - j] mit j =0 , 1 , ... die Messwerte des im jeweiligen
Zeitraum erfassten Messsignals sind,
- y 0;M [k - i] mit i=0,l,... die Sequenz der Ausgangssignale des jeweiligen Modells ist,
- a 0/M [i] und b 0;M [j] Regressionsparameter sind,
- * M die Anzahl der Paramter a 0M [i] und ^ M die Anzahl der Paramter b 0;M [j] ist. Die Erfassung des Messsignals erfolgt mit einer festen
Abtastzeit T, d.h. das Zeitintervall zwischen dem Zeitschritt k und dem Zeitschritt k+1 hat die Länge T für alle Werte von k. Die Zeitpunkte des Ein- und Ausschaltens des Senders sind der Empfangseinrichtung bekannt.
Das Ein- und Ausschalten des Senders wird durch ein Signal getriggert, insbesondere durch ein Signal der
Empfangseinrichtung .
Das Trigger-Signal wird von der Empfangseinrichtung erzeugt und/oder von der Empfangseinrichtung empfangen.
Alternativ werden die Zeitpunkte des Ein- und Ausschaltens geschätzt, insbesondere aus dem erfassten Messsignal.
Vorzugsweise wird mit demselben Verfahren nicht nur die
Position der Sonde bestimmt, sondern zusätzlich auch die 2D- oder 3D-Orientierung, d.h. die Pose der Sonde.
Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Bestimmung einer Position einer Sonde, insbesondere eines passiven oder aktiven
Markers, in einem Arbeitsraum weist eine Empfangseinrichtung auf, wobei
- die Sonde eine Sendeeinheit zum Aussenden eines Messsignals aufweist,
- die Empfangseinrichtung ausgebildet ist, um das Messsignal zu erfassen und aus dem Messsignal auf die Position der
Sonde zu schließen,
und wobei die Sendeeinheit ausgebildet ist, um einen zeitlich intermittierenden Sendebetrieb zu ermöglichen. Die Anordnung weist einen Schalter auf, mit dem das
Messsignal ein- und ausschaltbar ist. Der Schalter ist insbesondere in die Sonde integriert.
Die Empfangseinrichtung weist eine Messwert-Auswerteeinheit auf, die ausgebildet ist, um gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren modellbasiert aus dem erfassten Messsignal ein gefiltertes Messsignal zu ermitteln. Weiterhin ist ein Trigger vorgesehen, mit dem die Sendeeinheit ein- und ausschaltbar ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er- geben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen.
Dabei zeigt: Figur 1 eine Messanordnung zur elektromagnetischen Positionsmessung einer medizinischen Objekts im menschlichen Körper,
Figur 2 Diagramme mit den Signalverläufen in Abhängigkeit von der Zeit.
In den Figuren sind identische beziehungsweise einander ent ¬ sprechende Bereiche, Bauteile, Bauteilgruppen oder Verfah ¬ rensschritte mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet.
Die Figur 1 zeigt eine Messanordnung, mit der die Position einer Sonde bzw. eines aktiven oder passiven Markers 100 in einem Arbeitsraum A bestimmbar ist. Der Marker 100 weist mindestens eine Spule 120 auf. Ferner gibt es einen Schalter 130, mit dessen Hilfe der Marker 100 zwischen einem sendenden und einem nicht sendenden Betriebszustand hin- und herge ¬ schaltet werden kann.
Wenn der Marker 100 als aktiver Marker ausgeprägt ist, so ist der Marker 100 darstellbar als einfacher Stromkreis mit einer Wechselspannungsquelle 110 und der Spule 120. Der Schalter 130 ist Teil der Wechselspannungsquelle 110 und schaltet die ¬ se an („Schalter geschlossen") oder ab („Schalter offen"). Wenn der Marker 100 als passiver Marker, insbesondere als LC- Marker, ausgebildet ist, so weist die Markerschaltung anstel ¬ le der Wechselspannungsquelle des aktiven Markers einen Kon ¬ densator 110 auf. Der Schalter 130 kann entweder im LC- Schwingkreis des Markers platziert sein, oder der Schalter 130 befindet sich in der externen Erregereinheit, die das ex ¬ terne elektromagnetische Wechselfeld erzeugt, und schaltet diese an oder ab.
In der Figur 1 ist die Variante mit aktivem Marker 100 darge ¬ stellt .
Im sendenden Zustand, d.h. bei geschlossenem Schalter, sendet der Marker 100 ein Messsignal aus, das von einer Empfangseinrichtung 200 empfangen wird. In der Empfangseinrichtung 200 wird in an sich bekannter Weise aus dem empfangenen Signal auf die Pose des Markers 100 geschlossen. Erfindungsgemäß wird der passive oder aktive Marker 100 nicht kontinuierlich, sondern zeitlich intermittierend betrieben, wobei der Begriff zeitlich intermittierend beinhalten soll, dass der Strom durch die Spule 120 des Markers 100 zeitlich abwechselnd ein- und ausgeschaltet wird, so dass der Marker 100 in einem ersten Zeitraum ΔΤ Μ ein Messsignal S (t) aussendet, während er in einem zweiten Zeitraum ΔΤ 0 kein Signal aussendet. Hierzu wird der Marker 100 durch einen Trigger 240, der von einer Messwert-Auswerteeinheit 230 einer im Fol ¬ genden näher beschriebenen Empfangseinrichtung 200 gesteuert ist, ein- und ausgeschaltet. Dabei schließt und öffnet der Trigger 240 insbesondere den Schalter 130 und bewirkt da ¬ durch, dass der Strom durch die Spule 120 des Markers 100 ein- und ausgeschaltet wird. Alternativ kann die Steuerung des Triggers 240 auch durch eine im Trigger vorgesehene Steu- ereinheit (hier nicht dargestellt) erfolgen, wobei das Trig ¬ gersignal in diesem Fall nicht nur dem Marker 100, sondern auch der Messwert-Auswerteeinheit 230 zugeführt wird. In ei ¬ ner weiteren Alternative kann darauf verzichtet werden, das Triggersignal der Messwert-Auswerteeinheit 230 zuzuführen. In diesem Fall werden die Zeitpunkte des Ein- und Ausschaltens des Markers 100 direkt aus den mit der Empfangseinrichtung 200 erfassten Messdaten geschätzt. Grundsätzlich ist es für das im Folgenden beschriebene Verfahren lediglich notwendig, dass die Zeitpunkt des Ein- und Ausschaltens des Markers 100 und damit die Zeitabschnitte ΔΤ Μ und ΔΤ 0 , in denen der Marker 100 ein- beziehungsweise ausgeschaltet war, der Messwert- Auswerteeinheit 230 bekannt sind.
Die Übertragung des Triggersignals zwischen dem Trigger 240 und dem Schalter 130 kann je nach Anwendung drahtgebunden oder drahtlos erfolgen. Die Empfangseinrichtung 200 weist eine Vielzahl von Sensorspulen 210 auf, die zum Empfangen des vom Marker 100 ausgesendeten Signals dienen. Bekannterweise induziert das von den Sensorspulen 210 empfangene Signal in jeder der Sensorspulen 210 eine Spannung U, wobei aus den Amplituden der in den verschiedenen Sensorspulen 210 induzierten Spannungen die Pose des Markers 100 berechnet werden kann. Die Sen ¬ sorspulen 210 sind mit einer Elektronikeinheit 220 verbunden. Die Elektronikeinheit 220 weist beispielsweise einen Tief ¬ passfilter 221, einen Vorverstärker 222, einen optionalen Bandbassfilter 223 sowie einen Analog-Digital-Wandler 224 auf, mit denen das empfangene Signal beziehungsweise die in den Sensorspulen 210 induzierten Spannungen in bekannter Weise messtechnisch erfasst werden, bevor die Bestimmung der Pose des Markers 100 in einer Messwert-Auswerteeinheit 230 er- folgt.
Die Erfassung des Messsignals in der Empfangseinrichtung 200 erfolgt fortlaufend, d.h. es erfolgt auch in den Zeiträumen eine Messsignalerfassung, in denen der Marker 100 kein Signal aussendet.
Im Analog-Digital-Wandler 224 der Elektronikeinheit 220 werden die von den Sensorspulen 210 empfangenen Signale bzw. die in den Sensorspulen 210 induzierten Spannungen digitalisiert. Mit anderen Worten wird das vom Marker 100 ausgesendete ana ¬ loge Messsignal S (t) in ein bezüglich Amplitude und Zeit dis- kretisiertes Messsignal u[k] (mit der Nummer k=0,l,... der Ab- tast-Zeitschritte) umgewandelt, welches der Messwert- Auswerteeinheit 230 zur Verfügung gestellt wird.
Aufgrund der Bekanntheit der Zeitpunkte tl, t2 etc. des Ein- und Ausschaltens des Markers 100 bzw. der Zeiträume ΔΤ Μ und ΔΤ 0 kann das der Messwert-Auswerteeinheit 230 zugeführte Sig ¬ nal u[k] in ein Messsignal u M [k] für den ersten Zeitraum ΔΤ Μ und ein Messsignal Uo[k] für den zweiten Zeitraum ΔΤ 0 ge ¬ trennt werden. u M [k] enthält dann die bezüglich Amplitude und Zeit diskretisierten Messsignale, die bei sendendem Marker 100 erfasst wurden, während uo[k] das Leersignal beinhaltet, d.h. diejenigen Messsignale, die bei ausgeschaltetem bzw. nicht sendendem Marker 100 erfasst wurden. Mit anderen Worten beinhaltet Uo[k] die Störspannungssignale, die die Positions- messung wie einleitend erläutert beeinträchtigen, und u M [k] umfasst die (gestörten) Signale, aufgrund derer die Positi ¬ onsbestimmung erfolgen soll.
In der Messwert-Auswerteeinheit 230 wird für den Zustand bei eingeschaltetem bzw. sendendem Marker 100 ein Modell Y M zur Verfügung gestellt. Ebenso wird für den Zustand bei ausge ¬ schaltetem bzw. nicht sendendem Marker 100 ein Modell Yo zur Verfügung gestellt. Dem jeweiligen Modell Y M bzw. Y 0 werden die dem Zustand entsprechenden Messwerte u M [k] bzw. Uo[k] zu- geführt und die Modelle geben jeweils Ausgangssignale YM[1] bzw . yo [ i ] aus .
Aus einer geeigneten Kombination dieser Ausgangssignale YM[1] und yoti] werden schließlich Werte y meSs [i] berechnet, die weitestgehend störspannungsfrei sind und demzufolge für eine präzise Positionsbestimmung des Markers 100 verwendet werden können .
Bei den Modellen handelt es sich um empirische oder datenge- stützte Modelle, wie sie aus der Systemidentifikation bekannt sind . In einer konkreten Ausgestaltung haben die Modelle für den eingeschalteten und den ausgeschalteten Zustand die folgende Form:
ΥΜ,θΜ = Σ ( a M, 0 [i] · Y M , 0 [ k - ϊ] ) + Σ (b M,0Ü] · U M, 0 [ k - j] ) ·
Dabei sind:
- u M bzw. uo wie erläutert die realen, zeitlich
diskretisierten Messwerte im ein- bzw. ausgeschalteten Zustand des Markers 100,
- y M bzw. yo die Sequenzen der Ausgangssignale der Modelle für den ein- bzw. ausgeschalteten Zustand,
- a[i] und b[j] Regressionsparameter und
- N* 0 die Anzahl der Parameter a[i] und N* 0 die Anzahl der Paramter b[j], jeweils für den ein- bzw. ausgeschalteten Zustand.
Die Modelle sind in der Konsequenz im Prinzip Messwert- Filter, d.h. Y [ k] bzw. yo[k] sind die gefilterten Messwerte. Evtl. Anfangswerte y M [0] bzw. yo[0] spielen nach der Filter- Einschwingzeit keine Rolle mehr, sind also letztlich unerheb ¬ lich und werden daher nicht konkret angegeben.
Als gefiltertes Messsignal y m ess[i] kann bspw. in der ein ¬ fachsten Realisierung die Differenz der Ausgangssignale der beiden Modelle YM[1] und yo[i] verwendet werden, d.h.
Ymess [i] = YM[1] - Y0 [1] ·
Die Figuren 2A bis 2D zeigen die Signalverläufe der unterschiedlichen, in dem hier dargestellten Verfahren zur Anwen- dung kommenden Signale in Abhängigkeit von der Zeit. In der Figur 2A ist das Triggersignal dargestellt, welches zwei Zu ¬ stände 0 beziehungsweise 1 einnehmen kann, wobei der Zustand "0" in Zeiträumen ΔΤΌ und der Zustand "1" in einem Zeitraum ΔΤ Μ vorherrscht. Ist das Triggersignal im Zustand 0, so ist der Schalter 130 offen, so dass der Marker 100 kein Signal aussendet. Ist das Triggersignal dagegen im Zustand 1, so ist der Schalter 130 geschlossen, was zur Folge hat, dass der Marker 100 ein Messsignal S (t) aussendet.
Wie bereits erwähnt, induziert das Messsignal S (t) in jeder der Sensorspulen 210 eine Spannung U. Diese Spannung U ist exemplarisch für eine der Sensorspulen 210 in der Figur 2B dargestellt. Während in den Zeiträumen ΔΤ 0 die dargestellte Sensorspulenspannung lediglich einen Rauschwert aufweist, ist in den Zeiträumen ΔΤ Μ die Sensorspulenspannung gegenüber dem Rauschwert erhöht. Wie einleitend angemerkt, ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, diesen Rauschwert beziehungsweise Störspannungswert so weit wie möglich zu eliminieren. Hierzu werden wie oben beschrieben in der Messwert-Auswerteeinheit 230 die zeitlich dynamischen Modelle beziehungsweise Filter generiert, wobei das letztlich auszuwertende Messsignal aus einer geeigneten Kombination der Ausgangssignale beider Modelle gewonnen wird.
Die Figur 2C zeigt das mit Hilfe des Leermodells erzeugte Ausgangssignal, welches sich bis auf die typischen Rauschva ¬ riationen auf einem konstanten Niveau befindet.
In der Figur 2D ist schließlich das gefilterte Messsignal ymess ti] bzw. die korrigierte Spannung dargestellt: Die dort dargestellte Messspannung U meS s / aus der schließlich die Posi ¬ tion des Markers 100 bestimmt werden kann, ist beim hier angewendeten Modell letztlich die Differenz zwischen der in der Figur 2B dargestellten Messspannung, die bei eingeschaltetem Marker 100 erfasst wurde, und der in der Figur 2C dargestell- ten Messspannung, die bei ausgeschaltetem Marker 100 erfasst wurde .
Die Ein- und Ausschaltdauern ΔΤ Μ und ΔΤ 0 werden in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit des zu ortenden Markers 100, von der Messwert-Ausgabefrequenz und von der Messwert- Abtastzeit T (bzw. der Abtastfrequenz 1/T) gewählt. Typischerweise ist die Ein-/Ausschaltfrequenz in der gleichen Größenordnung wie die Messwert-Ausgabefrequenz. Bspw. kann die Abtast-Frequenz der u[k] und y[k] bei 32 kHz liegen, während die Marker-Sendefrequenz bei 9 kHz und die Messwert- Ausgabefrequenz im Bereich 10...100 Hz liegen.