(57)【要約】      （修正有）【課題】体腔内に配置された医療用プローブの遠位端の位置及び配向を判定すること。【解決手段】プローブ２４に固着されたセンサ４０から較正磁場に応答してセンサにより出力される信号を受信することと、較正データを使用して、センサの位置座標５４を推定することと、を含む、方法。較正データ及び推定した位置を使用して、配向座標を含む推定ベクトルを計算し、推定した位置に関して、受信した信号を推定ベクトルに最良に適合させる更新配向座標を計算する。更新配向に基づいて、受信した信号を推定ベクトルに最良に適合させる更新位置座標が計算される。ベクトルを計算する工程と、配向を計算する工程と、位置を計算する工程と、更新位置の変化を監視する工程とを、変化が直線状になるまで繰り返す。変化が直線状であると、更新位置から直線投影を使用してセンサの最終位置を、計算し、最終位置に基づいてプローブの位置を提示する。【選択図】図１Ａ
2020079780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
体腔の中に挿入されるように構成された医療用プローブと、
前記プローブに固着された磁場センサと、
ディスプレイと、
プロセッサであって、
前記プローブに固着された前記磁場センサから、前記プローブの近傍の較正磁場に応答して前記センサにより出力された信号を受信し、
前記磁場に対する較正データを使用して、前記磁場センサの位置座標を推定し、
前記較正データ及び前記推定した位置座標を使用して、配向座標を含む推定磁場ベクトルを計算し、
前記推定した位置座標に関して、前記受信した信号を前記推定磁場ベクトルに最良に適合させる更新配向座標を計算し、
前記更新配向座標に基づいて、前記受信した信号を前記推定磁場ベクトルに最良に適合させる更新位置座標を計算し、
前記推定磁場ベクトルを計算する工程と、前記更新配向座標を計算する工程と、前記更新位置座標を計算する工程とを複数回の反復にわたって繰り返し、前記反復中の前記更新位置座標の変化を、一連の前記反復中の前記変化が所定の直線基準を満たすまで、監視し、
前記変化が前記直線基準を満たしたことが検出されると、前記反復を終了し、前記更新位置座標から直線投影によって前記磁場センサの最終位置座標を計算し、
前記最終位置座標及び前記更新配向座標に基づいて、前記プローブの位置を前記ディスプレイに提示する、
ように構成されたプロセッサと、
を備える、装置。
【請求項２】
前記プロセッサは、前記較正データ及び前記最終位置座標を使用して、配向座標を含む最終磁場ベクトルを計算し、前記最終位置座標に関して、前記受信した信号を前記最終磁場ベクトルに最良に適合させる最終配向座標を計算し、前記最終位置座標及び前記最終配向座標に基づいて、前記プローブの位置を前記ディスプレイに提示するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記プローブは、心腔の中に挿入される心臓カテーテルを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記配向座標は、ロール角、ピッチ角、及びヨー角を含むオイラー角を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記位置座標は、座標系内の複数の軸上の３次元座標を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記複数回の反復は、第１の反復、続く第２の反復、続く第３の反復を含み、前記直線基準は、前記第１の反復中に計算された前記更新位置座標と前記第２の反復中に計算された前記更新位置座標との間の距離が、前記第２の反復中に計算された前記更新位置座標と前記第３の反復中に計算された前記更新位置座標との間の距離に一致することを検出することを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記複数回の反復は、第１の反復、続く第２の反復、続く第３の反復を含み、前記直線基準は、前記第１の反復中に計算された前記更新位置座標から前記第２の反復中に計算された前記更新位置座標までの勾配が、前記第２の反復中に計算された前記更新位置座標から前記第３の反復中に計算された前記更新位置座標までの勾配に一致することを検出することを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
患者の体腔の中に挿入されるように構成され、磁気センサを含むプローブと共に動作するコンピュータソフトウェア製品であって、前記製品はプログラム命令が格納されている非一時的なコンピュータ読取り可能媒体を含み、前記命令は、コンピュータにより読み取られると、前記コンピュータに、
前記プローブに固着された前記磁場センサから、前記プローブの近傍の較正磁場に応答して前記センサにより出力された信号を受信させ、
前記磁場に対する較正データを使用して、前記磁場センサの位置座標を推定させ、
前記較正データ及び前記推定した位置座標を使用して、配向座標を含む推定磁場ベクトルを計算させ、
前記推定した位置座標に関して、前記受信した信号を前記推定磁場ベクトルに最良に適合させる更新配向座標を計算させ、
前記更新配向座標に基づいて、前記受信した信号を前記推定磁場ベクトルに最良に適合させる更新位置座標を計算させ、
前記推定磁場ベクトルを計算する工程と、前記更新配向座標を計算する工程と、前記更新位置座標を計算する工程とを複数回の反復にわたって繰り返し、前記反復中の前記更新位置座標の変化を、一連の前記反復中の前記変化が所定の直線基準を満たすまで、監視させ、
前記変化が前記直線基準を満たしたことが検出されると、前記反復を終了させ、前記更新位置座標から直線投影によって前記磁場センサの最終位置座標を計算させ、
前記最終位置座標及び前記更新配向座標に基づいて、前記プローブの位置をディスプレイに提示させる、
コンピュータソフトウェア製品。
【請求項９】
プロセッサによって、プローブに固着された磁場センサから前記プローブ近傍の較正磁場に応答して前記センサにより出力される信号を受信することと、
前記プロセッサによって、前記磁場に対する較正データを使用して、前記磁場センサの位置座標を推定することと、
前記プロセッサによって、前記較正データ及び前記推定した位置座標を使用して、配向座標を含む推定磁場ベクトルを計算することと、
前記プロセッサによって、前記推定した位置座標に関して、前記受信した信号を前記推定磁場ベクトルに最良に適合させる更新配向座標を計算することと、
前記プロセッサによって、前記更新配向座標に基づいて、前記受信した信号を前記推定磁場ベクトルに最良に適合させる更新位置座標を計算することと、
前記推定磁場ベクトルを計算する工程と、前記更新配向座標を計算する工程と、前記更新位置座標を計算する工程とを複数回の反復にわたって繰り返し、前記反復中の前記更新位置座標の変化を、一連の前記反復中の前記変化が所定の直線基準を満たすまで、監視することと、
前記変化が前記直線基準を満たしたことが検出されると、前記反復を終了し、前記更新位置座標から直線投影によって前記磁場センサの最終位置座標を計算することと、
前記最終位置座標及び前記更新配向座標に基づいて、前記プローブの位置をディスプレイに提示することと、
を含む、方法。
【請求項１０】
前記プロセッサによって、前記較正データ及び前記最終位置座標を使用して、配向座標を含む最終磁場ベクトルを計算することと、前記プロセッサによって、前記最終位置座標に関して、前記受信した信号を前記最終磁場ベクトルに最良に適合させる最終配向座標を計算することと、前記最終位置座標及び前記最終配向座標に基づいて、前記プローブの位置を前記ディスプレイに提示することと、を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記プローブは、心腔の中に挿入される心臓カテーテルを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記配向座標は、ロール角、ピッチ角、及びヨー角を含むオイラー角を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記位置座標は、座標系内の複数の軸上の３次元座標を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数回の反復は、第１の反復、続く第２の反復、続く第３の反復を含み、前記直線基準は、前記第１の反復中に計算された前記更新位置座標と前記第２の反復中に計算された前記更新位置座標との間の距離が、前記第２の反復中に計算された前記更新位置座標と前記第３の反復中に計算された前記更新位置座標との間の距離に一致することを検出することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数回の反復は、第１の反復、続く第２の反復、続く第３の反復を含み、前記直線基準は、前記第１の反復中に計算された前記更新位置座標から前記第２の反復中に計算された前記更新位置座標までの勾配が、前記第２の反復中に計算された前記更新位置座標から前記第３の反復中に計算された前記更新位置座標までの勾配に一致することを検出することを含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して医療用撮像に関し、具体的には体腔内に配置された医療用プローブの遠位端の位置及び配向の判定に関する。
【背景技術】
【０００２】
広範な医療処置は、身体内に、センサ、チューブ、カテーテル、分配装置、及び移植片のような対象物を設置することを伴う。これらの医療処置において、対象物及びその周囲を可視化する際に医師を支援するために、リアルタイムの撮像方法がしばしば用いられる。しかしながら、多くの場合、リアルタイムの３次元撮像は可能でなく、あるいは望ましくもない。その代わり、内部対象物のリアルタイムの空間座標を取得するためのシステムがしばしば利用される。
【０００３】
Ｓｃｈｗａｒｔｚらの国際公開第２０１６／１８１３１６号は、体内カテーテルの追跡方法を記載している。この方法は、患者の身体のシミュレーション内のシミュレーションカテーテルのシミュレーションにしたがって生成されたシミュレート座標を用いて物理的に追跡された位置座標を補正することを含む。
【０００４】
Ｍａｒｋｈａｍらの米国特許出願第２０１４／０１５５０９８号は、互いに距離をおいて分散されたユニット間に配置された移動デバイスの位置情報を提供するシステムを記載している。移動デバイスは、所与の局所ユニットから発せられた磁場から抽出された情報に基づいて、自身の位置を判定するように構成される。
【０００５】
Ｔｒａｎの米国特許出願第２０１４／０１０４０５９号は、ベースユニットを介してユーザと言葉で通信することによって患者への支援を自動的に要求する方法を記載している。この方法は、複数の無線ノードを用いて位置を送信することと、移動ノードを用いて三角測量を行って患者の位置を判定することとを含む。
【０００６】
上記説明は、当該分野における関連技術の一般的概論として記載したものであって、この説明に含まれる何らの情報が本特許出願に対する先行技術を構成することを容認するものと解釈するべきではない。
【０００７】
参照により本特許出願に組み込まれた文献は、これらの組み込まれた文献において、いずれかの用語が本明細書において明示的又は暗示的になされた定義と矛盾して定義されている場合には、本明細書における定義のみを考慮するものとする点を除き、本出願の不可欠な一部とみなすものとする。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、プロセッサによって、プローブに固着された磁場センサからプローブ近傍の較正磁場に応答してセンサにより出力される信号を受信することと、プロセッサによって、磁場に対する較正データを使用して、磁場センサの位置座標を推定することと、プロセッサによって、較正データ及び推定した位置座標を使用して、配向座標を含む推定磁場ベクトルを計算することと、プロセッサによって、推定した位置座標に関して、受信した信号を推定磁場ベクトルに最良に適合させる更新配向座標を計算することと、プロセッサによって、更新配向座標に基づいて、受信した信号を推定磁場ベクトルに最良に適合させる更新位置座標を計算することと、推定磁場ベクトルを計算する工程と、更新配向座標を計算する工程と、更新位置座標を計算する工程とを複数回の反復にわたって繰り返し、反復中の更新位置座標の変化を、一連の反復中の変化が所定の直線基準を満たすまで、監視することと、変化が直線基準を満たしたことが検出されると、反復を終了し、更新位置座標から直線投影によって磁場センサの最終位置座標を計算することと、最終位置座標及び更新配向座標に基づいて、プローブの位置をディスプレイに提示することと、を含む方法が提供される。
【０００９】
いくつかの実施形態では、本方法は、プロセッサによって、較正データ及び最終位置座標を使用して、配向座標を含む最終磁場ベクトルを計算することと、プロセッサによって、最終位置座標に関して、受信した信号を最終磁場ベクトルに最良に適合させる最終配向座標を計算することと、最終位置座標及び最終配向座標に基づいて、プローブの位置をディスプレイに提示することと、を含み得る。
【００１０】
一実施形態では、プローブは、心腔の中に挿入された心臓カテーテルを含む。更なる実施形態では、配向座標は、ロール角、ピッチ角、及びヨー角を含むオイラー角を含む。別の実施形態では、位置座標は、座標系内の複数の軸上の３次元座標を含む。
【００１１】
他の実施形態では、複数回の反復は、第１の反復、続く第２の反復、続く第３の反復を含み、直線基準は、第１の反復中に計算された更新位置座標と第２の反復中に計算された更新位置座標との間の距離が、第２の反復中に計算された更新位置座標と第３の反復中に計算された更新位置座標との間の距離に一致することを検出することを含む。
【００１２】
いくつかの実施形態では、複数回の反復は、第１の反復、続く第２の反復、続く第３の反復を含み、直線基準は、第１の反復中に計算された更新位置座標から第２の反復中に計算された更新位置座標までの勾配が、第２の反復中に計算された更新位置座標から第３の反復中に計算された更新位置座標までの勾配に一致することを検出することを含む。
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、体腔の中に挿入されるように構成された医療用プローブと、プローブに固着された磁場センサと、ディスプレイと、プロセッサであって、プローブに固着された磁場センサから、プローブ近傍の較正磁場に応答してセンサにより出力された信号を受信し、磁場に対する較正データを使用して、磁場センサの位置座標を推定し、較正データ及び推定した位置座標を使用して、配向座標を含む推定磁場ベクトルを計算し、推定した位置座標に関して、受信した信号を推定磁場ベクトルに最良に適合させる更新配向座標を計算し、更新配向座標に基づいて、受信した信号を推定磁場ベクトルに最良に適合させる更新位置座標を計算し、推定磁場ベクトルを計算する工程と、更新配向座標を計算する工程と、更新位置座標を計算する工程とを複数回の反復にわたって繰り返し、反復中の更新位置座標の変化を、一連の反復中の変化が所定の直線基準を満たすまで、監視し、変化が直線基準を満たしたことが検出されると、反復を終了し、更新位置座標から直線投影によって磁場センサの最終位置座標を計算し、最終位置座標及び更新配向座標に基づいて、プローブの位置をディスプレイに提示する、ように構成されたプロセッサと、を備える、装置が提供される。
【００１４】
本発明の一実施形態によれば、患者の体腔の中に挿入されるように構成され、磁気センサを含むプローブと共に動作するコンピュータソフトウェア製品であって、本製品はプログラム命令が格納されている非一時的なコンピュータ読取り可能媒体を含み、当該命令は、コンピュータにより読み取られると、コンピュータに、プローブに固着された磁場センサから、プローブの近傍の較正磁場に応答してセンサにより出力された信号を受信させ、磁場に対する較正データを使用して、磁場センサの位置座標を推定させ、較正データ及び推定した位置座標を使用して、配向座標を含む推定磁場ベクトルを計算させ、推定した位置座標に関して、受信した信号を推定磁場ベクトルに最良に適合させる更新配向座標を計算させ、更新配向座標に基づいて、受信した信号を推定磁場ベクトルに最良に適合させる更新位置座標を計算させ、推定磁場ベクトルを計算する工程と、更新配向座標を計算する工程と、更新位置座標を計算する工程とを複数回の反復にわたって繰り返し、反復中の更新位置座標の変化を、一連の反復中の変化が所定の直線基準を満たすまで、監視する、変化が直線基準を満たしたことが検出されると、反復を終了させ、更新位置座標から直線投影によって磁場センサの最終位置座標を計算させ、最終位置座標及び更新配向座標に基づいて、プローブの位置をディスプレイに提示させる、コンピュータソフトウェア製品が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本明細書で、本開示をあくまで一例として添付図面を参照しつつ説明する。
【図１Ａ】本発明の一実施形態による、患者の中に挿入された医療用プローブの遠位端の位置及び配向を推定するように構成された医療システムの概略図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態による、患者の中に挿入された医療用プローブの遠位端の位置及び配向を推定するように構成された医療システムの概略図である。
【図２】本発明の一実施形態による、医療用プローブの遠位端の位置及び配向を推定する反復を実行する方法を概略的に示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態による、心腔内部におけるプローブの遠位端の概略図である。
【図４】反復中に計算された遠位端の位置座標に関する固定位置座標対フラクショナルエラー（fractional error）をプロットするグラフの概略詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
概説
様々な医療処置は、患者の身体内に挿入されるカテーテルなどの侵襲性医療用プローブを使用している。医療処置中、カテーテルの遠位端の位置は、両者とも当初は未知である位置と配向を含むので、典型的には反復プロセスによって見出される。
【００１７】
本発明の実施形態は、カテーテルの遠位端の位置座標及び配向座標を推定するために必要な反復の回数を減らすための方法及びシステムを提供する。以下に説明するように、プローブに固着された磁場センサからプローブ近傍の較正磁場に応答してセンサにより出力された信号を受信する。磁場に対する較正データを使用して、磁場センサの位置座標を推定し、較正データ及び推定した位置座標を使用して、配向座標を含む推定磁場ベクトルを計算する。推定した位置座標に関して、受信した信号を推定磁場ベクトルに最良に適合させる更新配向座標を計算し、更新配向座標に基づいて、受信した信号を推定磁場ベクトルに最良に適合させる更新位置座標を計算する。
【００１８】
推定磁場ベクトルを計算する工程と、更新配向座標を計算する工程と、更新位置座標を計算する工程と、反復中の更新位置座標の変化を、一連の反復中の変化が所定の直線基準を満たすまで、監視する。変化が直線基準を満たしたことが検出されると、反復を終了し、更新位置座標から直線投影によって磁場センサの最終位置座標を計算する。最後に、最終位置座標及び更新配向座標に基づいて、プローブの位置がディスプレイに提示する。
【００１９】
システムの説明
まとめて図１と称される図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の一実施形態による、医療処置中に医療用プローブ２４の遠位端２２の位置（すなわち、位置及び配向）を追跡するように構成された医療システム２０の概略図である。医療用プローブ２４の構成要素を、図１Ｂを参照して以下に説明する。
【００２０】
医療システム２０は、医療用プローブ２４と、制御コンソール２６と、ディスプレイ２８と、を備える。ディスプレイ２８は、一例として、液晶ディスプレイ、発光ダイオードディスプレイ、有機発光ダイオードディスプレイ、又はプラズマディスプレイのような、平面パネルディスプレイを含むと想定される。しかしながら、他の表示装置もまた、本発明の実施形態の実施に使用することができる。
【００２１】
本明細書に記載の実施形態では、医療システム２０は、磁気的位置検出を利用して、所定の作業体積３０内部における遠位端２２の位置及び配向を示す位置座標を判定する。図１Ａに示される例では、体積３０は、均一な縁部長（例えば、１センチメートル）を有する複数の立方領域３２を含む。
【００２２】
磁気ベースの位置検出を実施するために、制御コンソール２６は、磁場発生器３６を駆動して体積３０内に磁場３８を発生させるドライバ回路３４を含む。典型的には、磁場発生器３６は、直交して配向された３つのコイルを含み、コイルは体積３０の下方の、体積３０の外部の既知の位置に配置される。遠位端２２は、磁場に応答して信号を生成する磁場センサ４０（図１Ｂ）を含む。
【００２３】
ドライバ回路３４に加えて、制御コンソールは、プロセッサ４２と、入力／出力（Ｉ／Ｏ）通信インターフェース４４と、センサ信号４８、較正テーブル５０、推定磁場ベクトル５２、及び位置座標５４を記憶するメモリ４６と、を備える。メモリ４６は、例えば、ランダムアクセスメモリ又はハードディスクドライブなどの任意の好適な揮発性メモリ及び／又は不揮発性メモリを含んでもよい。較正テーブル５０は、複数のエントリ５６を含み、各エントリは、較正位置座標５８と較正磁場測定値６０とのセットを含む。
【００２４】
医療処置を実行する前に、プロセッサ４２は、位置座標５８における磁場３８の測定値６０を各所与のエントリ５６に記憶することによって、磁場発生器３６を較正することができる。位置座標５８は、Ｘ軸６４、Ｙ軸６６、及びＺ軸６８を含む３次元座標系６２内の座標のセットを含む。軸６４、６６、及び６８に加えて、座標系６２はまた、オイラー角を構成する、ロール角７０、ピッチ角７２、及びヨー角７４を含み、配向座標と総称されてもよい。
【００２５】
本発明の実施形態では、位置座標５８の各セットは、固定された配向（すなわち、特定のロール角７０、特定のピッチ角７２、及び特定のヨー角７４）における各立方領域３２内の座標のセット（例えば、各立方領域の中心点の座標）を含む。磁場発生器３６が較正されると、磁場３８はまた、較正磁場３８と称されてもよい。
【００２６】
センサ信号４８は、磁場センサ４０から、較正磁場に応答して磁場センサが生成し、プロセッサ４２が受信する信号を含む。受信した信号に基づいて、プロセッサ４２は、磁場測定値６０を計算し、それを記憶することができる。
【００２７】
推定磁場ベクトル５２は、ベクトルの推定サイズを提供する推定信号測定値７６と、所与のロール角７０、所与のピッチ角７２、及び所与のヨー角７４を有する推定配向座標７８のセットとから導き出される。以下の図２を参照する説明に記載されるように、プロセッサ４２は、反復プロセスを使用して遠位端２２に関する位置座標５４及び配向座標７８を計算する。
【００２８】
図１Ｂに示す例では、プローブ２４は、例えば、患者８２の心臓８０内の電位をマッピングするために、診断又は治療処置に使用され得る心臓カテーテルを含む。あるいは、プローブ２４は、必要な変更を加えることで心臓又は他の身体の臓器において他の治療目的及び／又は診断目的で、変更すべきところは変更して、使用することもできる。
【００２９】
医療処置中、医療専門家８４が、医療用プローブ２４の遠位端２２が心腔８０に進入するように患者の脈管系にプローブ２４を挿入する。上述したように、コンソール２６は磁気位置検出を利用して、心臓８０内部における遠位端２２の位置座標（location coordinates）及び配向座標（orientation coordinates）（本明細書では、位置座標（position coordinates）とも称される）を判定する。位置座標を判定するために、コンソール２６内のドライバ回路３４が、磁場発生器３６を駆動して、患者８２の身体内で磁場を発生させる。磁場発生器３６は、典型的には、患者８２の外部の既知の位置で患者の胴体の下方に配置され、心臓８０を含む所定の作業体積３０内に磁場を発生させる。
【００３０】
プローブ２４の遠位端２２内の磁場センサ４０は、これらの磁場に応答して電気信号を発生させ、図２を参照して以下に説明するように、プロセッサ４２は、センサ４０及び遠位端２２の位置座標を判定するためにこれらの信号を処理する。
【００３１】
磁場センサ４０は、磁場３８に応答してコンソール２６に信号を送信する。磁場センサ４０は、１つ以上の小型コイルを含んでもよく、典型的には、異なる軸に沿って配向される複数のコイルを含む。図１は、単一の磁場センサを有するプローブを示すが、本発明の実施形態では、２つ以上の磁場センサを有するプローブを利用してもよい。磁気位置追跡技術については、例えば、それらの開示内容を参照により本明細書に組み込まれる米国特許第５，３９１，１９９号、同第５，４４３，４８９号、同第６，７８８，９６７号、同第６，６９０，９６３号、同第５，５５８，０９１号、同第６，１７２，４９９号、同第６，１７７，７９２号に記載されている。
【００３２】
代替実施形態では、磁場センサ４０及び磁場発生器３６の役割を逆にし得る。換言すれば、ドライバ回路３４が遠位端２２内の磁場発生器を駆動して、１つ以上の磁場を発生させることができる。発生器３６内のコイルは、磁場を検出し、それらの磁場の成分の振幅を示す信号を発生させるように構成され得る。心臓８０内の遠位端２２の位置座標を判定するために、プロセッサ４２はこれらの信号を受信し処理する。
【００３３】
図１Ｂに示される構成では、プローブ２４は、遠位端２２に連結された電極８６を含む。いくつかの実施形態では、電極８６はまた、心臓８０内部の位置で一定の生理学的特性（例えば、局所表面電位）を測定するように構成され得る。
【００３４】
動作中、Ｉ／Ｏ通信インターフェース４４により、制御コンソール２６は磁場センサ４０及び電極８６から信号を伝達し得る。磁場センサ４０及び電極８６から受信した信号に基づいて、プロセッサ４２は、患者の身体内の遠位端２２の位置を示すマップ８８を作成し得る。処置中、プロセッサ４２は、医療専門家８４に対してディスプレイ２８にマップ８８を提示し、このマップを表すデータをメモリ４６に格納し得る。いくつかの実施形態では、医療専門家８４は、１つ以上の入力装置９０を使ってマップ８８を操作し得る。代替実施形態では、ディスプレイ２８は、マップ８８を提示することに加えて、医療専門家８４からの入力を受け取るように構成され得るタッチスクリーンを含んでもよい。
【００３５】
プロセッサ４２は、典型的には、医療用プローブ２４からの信号を受信し、制御コンソール２６の他の構成要素を制御するのに適したフロントエンド回路及びインターフェース回路を有する、汎用コンピュータを含む。プロセッサ４２は、本明細書に記載される機能を実施するようにソフトウェアでプログラムされていてもよい。このソフトウェアは、例えば、ネットワークを介して電子的形態で制御コンソール２６にダウンロードされてもよく、又は光学的記憶媒体、磁気的記憶媒体、若しくは電子的記憶媒体など、非一時的な有形媒体上に提供されてもよい。あるいは、プロセッサ４２の機能の一部又は全ては、専用の構成要素又はプログラマブルデジタルハードウェア構成要素によって実行されてもよい。
【００３６】
位置及び配向の判定
図２は、プローブ２４の遠位端２２の位置座標及び配向座標の推定方法を概略的に示すフローチャートであり、図３は、本発明の一実施形態によるマップ８８の概略図である。較正工程１００において、プロセッサ４２は磁場発生器３６を較正することによって磁場３６を較正する。
【００３７】
磁場発生器３６を較正するために、個人が、磁場センサ（例えば、磁場センサ４０）を体積３０内の既知の位置（例えば、立方領域３２の中心点）に特定の配向で配置する。磁気センサを各所与の位置に配置すると、プロセッサ４２は、センサ近傍の磁場に応答して磁場センサ４０から信号を受信し、新しいエントリ５６を較正テーブル５０に追加し、新しいエントリ内において、所与の位置を位置座標５８に、信号によって示される値を磁場測定値６０に記憶する。本明細書に記載される実施形態では、較正テーブル５０に記憶された位置座標及び磁場測定値を較正データと称することもあり、信号は、既知の位置におけるそれぞれの磁場を示す。
【００３８】
医療処置を開始すると、医療専門家８４は、プローブの遠位端が、体積３０内に配置された心腔８０に入るようにプローブ２４を操作する。受信工程１０２では、プロセッサ４２は、遠位端２２の近傍の較正磁場に応答して、磁場センサ４０からセンサ信号４８を受信する。推定工程１０４では、プロセッサ４２は、較正テーブル５０に基づいて遠位端２２の位置座標５４を推定する。したがって、プロセッサ４２によって選択された位置座標のセットは、作業体積３０内にある。
【００３９】
第１の計算工程１０６では、プロセッサ４２は、較正データ及び推定した位置座標に基づいて推定磁場ベクトル５２を計算する。この磁場ベクトルを計算するために、プロセッサ４２は、較正テーブル内の磁場測定値の補間に基づいて（すなわち、推定した位置座標及び較正テーブル内の位置座標に基づいて）推定信号測定値７６を計算する。
【００４０】
第２の計算工程１０８では、プロセッサ４２は、推定した位置座標５４に関して、受信したセンサ信号を推定磁場ベクトル５２に「最良に適合」させる推定配向座標７８の更新値を計算する。更新配向座標を計算するために、プロセッサ４２は、（現在の）推定した位置座標及び配向座標に基づいて、計算された第１の磁場を発生させ、受信した信号に基づく第２の計算磁場を発生させ、次いで、磁場センサを「仮想的に回転」させて計算された第１の磁場を計算された第２の磁場に最良に適合させる配向を見出すことによって推定配向座標７８を更新することができる。
【００４１】
第３の計算工程１１０では、プロセッサ４２は、更新配向座標に基づいて、受信したセンサ信号を推定磁場ベクトル５２に「最良に適合」させる位置座標５４の更新値を計算する。工程１０８で説明したのと同様に、プロセッサ４２は、較正データに基づいて、（現在の）推定した位置座標及び配向座標に基づいて計算された第１の磁場を発生させ、受信した信号に基づいて計算された第２の磁場を発生させ、次いで、磁場センサを「仮想的に移動」させて計算された第１の磁場を計算された第２の磁場に最良に適合させる位置を見出すことによって推定した位置座標５４を更新することができる。
【００４２】
比較工程１１２では、プロセッサ４２が、既定の直線基準を満たさない位置座標５４の変化を検出した場合、本方法は工程１０６に続く。本発明の一実施形態では、既定の直線基準は、工程１０６〜１１０の複数回の反復のうちの最後の３回の反復が、座標系６２内で直線をなす位置座標を生成することを要求する。
【００４３】
一実施形態では、最後の３回の反復の位置座標（ｘ、ｙ、又はｚ）がａ１、ａ２、及びａ３である場合、（ａ１−ａ２）＝（ａ２−ａ３）（すなわち、指定した閾値内）であれば、位置座標は直線である。別の実施形態では、ｍ（ｐ１、ｐ２）が位置座標ｐ１から位置座標ｐ２への３次元勾配を示す場合、ｍ（ａ１、ａ２）がｍ（ａ２、ａ３）にほぼ等しければ（すなわち、指定した閾値内）、座標ａ１、ａ２、及びａ３は直線である。
【００４４】
工程１１２で、プロセッサ４２が、位置座標５４の変化が既定の直線基準を満たしたことが検出されると、第４の計算工程１１４では、プロセッサは、直近に更新した推定した位置座標から直線投影を使用して、最終位置座標を計算する。上述の工程１１０を参照した説明と同様に、プロセッサ４２は、直線投影を使用して推定した位置座標を「移動」させて、プロセッサ４２が受信した信号に基づいて計算した第２の磁場に「最良に適合する」（すなわち、最も正確に合致する）第１の磁場を計算するために使用し得る新たな位置座標５４を見出すことによって最終位置座標の更新値を計算する。
【００４５】
図４は、プロセッサ４２が図２の工程１０６〜１１０の連続的な反復中に計算した位置座標５４に関する固定位置座標１３２（すなわち座標系６２内）対フラクショナルエラー（fractional error）１３４をプロットするグラフ１３０の概略詳細図である。フラクショナルエラーとは、上述のように、計算された第１の磁場と計算された第２の磁場との差を示す。一実施形態では、プロセッサ４２は、以下の式を用いてフラクショナルエラーを計算する。
【００４６】
【数１】
2020079780.tif 000003
Ｅｒｒｏｒがフラクショナルエラーである場合、Ｂｏｂｓｅｒｖｅｄは上述の図２の工程１０８を参照して説明した計算された第２の磁場であり、ＢＥｓｔｉｍａｔｅｄは推定磁場ベクトル５２である。
【００４７】
図４では、計算位置座標５４は、計算位置座標５４〜５４Ｇを含むように文字を識別番号に付加することによって差別化することができる。グラフに示すように、プロセッサ４２は、計算位置座標５４Ｄ〜５４Ｆの直線変化を検出すると、座標５４Ｆから座標５４Ｇへの直線投影を計算することによって、最終位置座標５４Ｇを計算することができ、ここでフラクショナルエラーは可能な限りゼロに近い。
【００４８】
フローチャートに戻ると、最終位置座標を計算した後、プロセッサ４２は、工程１０６及び１０８で上述した方法を使用して最終配向座標を計算する。最後に、提示工程１１８において、図３に示されるように、プロセッサ４２は最終位置座標及び配向座標を使用して、位置１２０で配向１２２を有する遠位端２２をマップ８８に提示し、方法を終る。
【００４９】
上に述べた実施形態は例として挙げたものであり、本発明は上記に具体的に示し、説明したものに限定されない点は理解されよう。むしろ、本発明の範囲は、本明細書で上記された様々な特徴の組み合わせ及び部分的組み合わせの両方、並びに前述の説明を一読すると当業者が想起すると思われる、先行技術に開示されていないそれらの変形及び改変を含む。
【００５０】
〔実施の態様〕
（１）  プロセッサによって、プローブに固着された磁場センサから前記プローブ近傍の較正磁場に応答して前記センサにより出力される信号を受信することと、
前記プロセッサによって、前記磁場に対する較正データを使用して、前記磁場センサの位置座標を推定することと、
前記プロセッサによって、前記較正データ及び前記推定した位置座標を使用して、配向座標を含む推定磁場ベクトルを計算することと、
前記プロセッサによって、前記推定した位置座標に関して、前記受信した信号を前記推定磁場ベクトルに最良に適合させる更新配向座標を計算することと、
前記プロセッサによって、前記更新配向座標に基づいて、前記受信した信号を前記推定磁場ベクトルに最良に適合させる更新位置座標を計算することと、
前記推定磁場ベクトルを計算する工程と、前記更新配向座標を計算する工程と、前記更新位置座標を計算する工程とを複数回の反復にわたって繰り返し、前記反復中の前記更新位置座標の変化を、一連の前記反復中の前記変化が所定の直線基準を満たすまで、監視することと、
前記変化が前記直線基準を満たしたことが検出されると、前記反復を終了し、前記更新位置座標から直線投影によって前記磁場センサの最終位置座標を計算することと、
前記最終位置座標及び前記更新配向座標に基づいて、前記プローブの位置をディスプレイに提示することと、
を含む、方法。
（２）  前記プロセッサによって、前記較正データ及び前記最終位置座標を使用して、配向座標を含む最終磁場ベクトルを計算することと、前記プロセッサによって、前記最終位置座標に関して、前記受信した信号を前記最終磁場ベクトルに最良に適合させる最終配向座標を計算することと、前記最終位置座標及び前記最終配向座標に基づいて、前記プローブの位置を前記ディスプレイに提示することと、を含む、実施態様１に記載の方法。
（３）  前記プローブは、心腔の中に挿入される心臓カテーテルを含む、実施態様１に記載の方法。
（４）  前記配向座標は、ロール角、ピッチ角、及びヨー角を含むオイラー角を含む、実施態様１に記載の方法。
（５）  前記位置座標は、座標系内の複数の軸上の３次元座標を含む、実施態様１に記載の方法。
【００５１】
（６）  前記複数回の反復は、第１の反復、続く第２の反復、続く第３の反復を含み、前記直線基準は、前記第１の反復中に計算された前記更新位置座標と前記第２の反復中に計算された前記更新位置座標との間の距離が、前記第２の反復中に計算された前記更新位置座標と前記第３の反復中に計算された前記更新位置座標との間の距離に一致することを検出することを含む、実施態様１に記載の方法。
（７）  前記複数回の反復は、第１の反復、続く第２の反復、続く第３の反復を含み、前記直線基準は、前記第１の反復中に計算された前記更新位置座標から前記第２の反復中に計算された前記更新位置座標までの勾配が、前記第２の反復中に計算された前記更新位置座標から前記第３の反復中に計算された前記更新位置座標までの勾配に一致することを検出することを含む、実施態様１に記載の方法。
（８）  体腔の中に挿入されるように構成された医療用プローブと、
前記プローブに固着された磁場センサと、
ディスプレイと、
プロセッサであって、
前記プローブに固着された前記磁場センサから、前記プローブの近傍の較正磁場に応答して前記センサにより出力された信号を受信し、
前記磁場に対する較正データを使用して、前記磁場センサの位置座標を推定し、
前記較正データ及び前記推定した位置座標を使用して、配向座標を含む推定磁場ベクトルを計算し、
前記推定した位置座標に関して、前記受信した信号を前記推定磁場ベクトルに最良に適合させる更新配向座標を計算し、
前記更新配向座標に基づいて、前記受信した信号を前記推定磁場ベクトルに最良に適合させる更新位置座標を計算し、
前記推定磁場ベクトルを計算する工程と、前記更新配向座標を計算する工程と、前記更新位置座標を計算する工程とを複数回の反復にわたって繰り返し、前記反復中の前記更新位置座標の変化を、一連の前記反復中の前記変化が所定の直線基準を満たすまで、監視し、
前記変化が前記直線基準を満たしたことが検出されると、前記反復を終了し、前記更新位置座標から直線投影によって前記磁場センサの最終位置座標を計算し、
前記最終位置座標及び前記更新配向座標に基づいて、前記プローブの位置を前記ディスプレイに提示する、
ように構成されたプロセッサと、
を備える、装置。
（９）  前記プロセッサは、前記較正データ及び前記最終位置座標を使用して、配向座標を含む最終磁場ベクトルを計算し、前記最終位置座標に関して、前記受信した信号を前記最終磁場ベクトルに最良に適合させる最終配向座標を計算し、前記最終位置座標及び前記最終配向座標に基づいて、前記プローブの位置を前記ディスプレイに提示するように構成されている、実施態様８に記載の装置。
（１０）  前記プローブは、心腔の中に挿入される心臓カテーテルを含む、実施態様８に記載の装置。
【００５２】
（１１）  前記配向座標は、ロール角、ピッチ角、及びヨー角を含むオイラー角を含む、実施態様８に記載の装置。
（１２）  前記位置座標は、座標系内の複数の軸上の３次元座標を含む、実施態様８に記載の装置。
（１３）  前記複数回の反復は、第１の反復、続く第２の反復、続く第３の反復を含み、前記直線基準は、前記第１の反復中に計算された前記更新位置座標と前記第２の反復中に計算された前記更新位置座標との間の距離が、前記第２の反復中に計算された前記更新位置座標と前記第３の反復中に計算された前記更新位置座標との間の距離に一致することを検出することを含む、実施態様８に記載の装置。
（１４）  前記複数回の反復は、第１の反復、続く第２の反復、続く第３の反復を含み、前記直線基準は、前記第１の反復中に計算された前記更新位置座標から前記第２の反復中に計算された前記更新位置座標までの勾配が、前記第２の反復中に計算された前記更新位置座標から前記第３の反復中に計算された前記更新位置座標までの勾配に一致することを検出することを含む、実施態様８に記載の装置。
（１５）  患者の体腔の中に挿入されるように構成され、磁気センサを含むプローブと共に動作するコンピュータソフトウェア製品であって、前記製品はプログラム命令が格納されている非一時的なコンピュータ読取り可能媒体を含み、前記命令は、コンピュータにより読み取られると、前記コンピュータに、
前記プローブに固着された前記磁場センサから、前記プローブの近傍の較正磁場に応答して前記センサにより出力された信号を受信させ、
前記磁場に対する較正データを使用して、前記磁場センサの位置座標を推定させ、
前記較正データ及び前記推定した位置座標を使用して、配向座標を含む推定磁場ベクトルを計算させ、
前記推定した位置座標に関して、前記受信した信号を前記推定磁場ベクトルに最良に適合させる更新配向座標を計算させ、
前記更新配向座標に基づいて、前記受信した信号を前記推定磁場ベクトルに最良に適合させる更新位置座標を計算させ、
前記推定磁場ベクトルを計算する工程と、前記更新配向座標を計算する工程と、前記更新位置座標を計算する工程とを複数回の反復にわたって繰り返し、前記反復中の前記更新位置座標の変化を、一連の前記反復中の前記変化が所定の直線基準を満たすまで、監視させ、
前記変化が前記直線基準を満たしたことが検出されると、前記反復を終了させ、前記更新位置座標から直線投影によって前記磁場センサの最終位置座標を計算させ、
前記最終位置座標及び前記更新配向座標に基づいて、前記プローブの位置をディスプレイに提示させる、
コンピュータソフトウェア製品。
【図１Ａ】
2020079780.tif 000004
【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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