(57)【要約】      （修正有）【課題】被験者体内のプローブの長さに沿って配置される複数のポイントにおいて、それぞれの見かけの座標を示す入力値を受信することと修正座標をもたらすことと、修正座標を用いてプローブの画像を表示することと、を含む可視化方法と可視化装置を提供する。【解決手段】可視化方法には、被験者１６体内のプローブ１２の長さに沿って配置される複数のポイントにおいて、それぞれの見かけの座標を示す入力値を受信することと、体内のプローブにより想定可能な形状に対するコスト関数を計算するため、見かけの座標に対してプローブの既知の機械的特性モデルを適用することと、が含まれる。コスト関数に対して応答可能なように形状が選択され、その形状に基づきプローブの長さに沿ったポイントの修正座標がもたらされる。続いて、修正座標を用いたプローブの画像が表示される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の体内のプローブの長さに沿って配置される複数のポイントのそれぞれの見かけの座標を示す入力値を受信することと、
前記体内の前記プローブにより想定可能な形状に対するコスト関数を計算するために、前記見かけの座標に対して前記プローブの既知の機械的特性モデルを適用することと、
前記コスト関数に対して応答可能なように形状を選択することと、
前記形状に基づく前記プローブの前記長さに沿った前記ポイントの修正座標をもたらすことと、
前記修正座標を用いて前記プローブの画像を表示することと、を含む、可視化方法。
【請求項２】
前記プローブがカテーテルを含み、前記入力値の受信が、前記被験者の心臓内の前記カテーテルの前記見かけの座標の測定値を受信することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記入力値が、位置ベクトル、方向測定値及び全配向測定値からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記入力値の受信が、前記プローブの前記長さに沿って配置される位置検出器からの入力値を受信することを含み、各前記複数のポイントが、位置検出器のそれぞれの位置に対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記位置検出器が、インピーダンス測定電極、１軸磁気センサー及び３軸磁気センサーからなる群から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記プローブの前記既知の機械的特性モデルが、
前記プローブの複数のセクションと、
各前記セクションの長さと、
前のセクションに対する前記各セクションの相対回転を定義する回転マトリックスと、
各前記複数のポイントの前記プローブ上の位置と、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記回転マトリックスが、前記プローブの１つ以上の偏向パラメーターの関数を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記コスト関数が、
前記プローブの自由形状からの逸脱を表わす固有エネルギースコアを算出すること、
前記プローブの前記既知の機械的特性モデルと、前記プローブの前記長さに沿って配置される前記複数のポイントのそれぞれの見かけの座標を示す前記入力値との間の位置誤差を表わす位置誤差スコアを算出すること、
前記プローブの前記既知の機械的特性モデルと、前記プローブの前記長さに沿って配置される前記複数のポイントのそれぞれの見かけの座標を示す前記入力値との間の配向誤差を表わす配向誤差スコアを算出すること、並びに、
前記固有エネルギースコア、前記位置誤差スコア及び前記配向誤差スコアの加重平均として前記コスト関数を算出すること、により計算される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
周辺機器制御用コンピュータープログラム製品であって、
共に具現されたコンピューターが使えるコードを有するコンピューターが使える媒体、を含み、前記コンピューターが使えるプログラムコードが、
被験者の体内のプローブの長さに沿って配置される複数のポイントの、それぞれ見かけの座標を示す入力値を受信するよう構成されたコンピューターが使えるコードと、
前記体内の前記プローブにより想定可能な形状に対するコスト関数を計算するために、前記見かけの座標に対して前記プローブの既知の機械的特性モデルを適用するよう構成されたコンピューターが使えるコードと、
前記コスト関数に対して応答可能なように形状を選択するよう構成されたコンピューターが使えるコードと、
前記形状に基づく前記プローブの前記長さに沿った前記ポイントの修正座標をもたらすよう構成されたコンピューターが使えるコードと、
前記修正座標を用いて前記プローブの画像を表示するよう構成されたコンピューターが使えるコードと、を含む、コンピュータープログラム製品。
【請求項１０】
前記プローブがカテーテルを含み、前記入力値の受信が、前記被験者の心臓内の前記カテーテルの前記見かけの座標の測定値を受信することを含む、請求項９に記載のコンピュータープログラム製品。
【請求項１１】
前記入力値が、位置ベクトル、方向測定値及び全配向測定値からなる群から選択される、請求項９に記載のコンピュータープログラム製品。
【請求項１２】
前記入力値の受信が、前記プローブの前記長さに沿って配置される位置検出器からの入力値を受信することを含み、各前記複数のポイントが、位置検出器のそれぞれの位置に対応する、請求項９に記載のコンピュータープログラム製品。
【請求項１３】
前記位置検出器が、インピーダンス測定電極、１軸磁気センサー及び３軸磁気センサーからなる群から選択される、請求項１２に記載のコンピュータープログラム製品。
【請求項１４】
前記プローブの前記既知の機械的特性モデルが、
前記プローブの複数のセクションと、
各前記セクションの長さと、
前のセクションに対する前記各セクションの相対回転を定義する回転マトリックスと、
各前記複数のポイントの前記プローブ上の位置と、を含む、請求項９に記載のコンピュータープログラム製品。
【請求項１５】
前記回転マトリックスが、前記プローブの１つ以上の偏向パラメーターの関数を含む、請求項１４に記載のコンピュータープログラム製品。
【請求項１６】
前記コスト関数が、
前記プローブの自由形状からの逸脱を表わす固有エネルギースコアを算出すること、
前記プローブの前記既知の機械的特性モデルと、前記プローブの前記長さに沿って配置される前記複数のポイントのそれぞれの見かけの座標を示す前記入力値との間の位置誤差を表わす位置誤差スコアを算出すること、
前記プローブの前記既知の機械的特性モデルと、前記プローブの前記長さに沿って配置される前記複数のポイントのそれぞれの見かけの座標を示す前記入力値との間の配向誤差を表わす配向誤差スコアを算出すること、並びに、
前記固有エネルギースコア、前記位置誤差スコア及び前記配向誤差スコアの加重平均として前記コスト関数を算出すること、により計算される、請求項９に記載のコンピュータープログラム製品。
【請求項１７】
被験者の体内のプローブの長さに沿って配置される複数のポイントの、それぞれの見かけの座標を示す入力値を受信するよう構成されたインターフェイスと、
プロセッサであって、
前記インターフェイスからの前記入力値を受信し、
前記体内の前記プローブにより想定可能な形状に対するコスト関数を計算するために、前記見かけの座標に対して前記プローブの既知の機械的特性モデルを適用し、
前記コスト関数に対して応答可能なように形状を選択し、
前記形状に基づく前記プローブの前記長さに沿った前記複数の位置検出器の修正座標をもたらすよう構成された、
プロセッサと、を含む、プローブ可視化装置。
【請求項１８】
ディスプレイを含み、前記プロセッサが、前記修正座標を用いて前記プローブの画像を前記ディスプレイ上に表示するよう結合される、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記プローブがカテーテルを含み、前記入力値が、前記被験者の心臓内の前記カテーテルの前記見かけの座標の測定値を含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記入力値が、位置ベクトル、方向測定値及び全配向測定値からなる群から選択される、請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記プローブが、前記プローブの前記長さに沿って配置される位置検出器を含み、各前記複数のポイントが位置検出器のそれぞれの位置に対応する、請求項１７に記載の装置。
【請求項２２】
前記位置検出器が、インピーダンス測定電極、１軸磁気センサー及び３軸磁気センサーからなる群から選択される、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記プローブの前記既知の機械的特性モデルが、
前記プローブの複数のセクションと、
各前記セクションの長さと、
前のセクションに対する前記各セクションの相対回転を定義する回転マトリックスと、
各前記複数のポイントの前記プローブ上の位置と、を含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項２４】
前記回転マトリックスが、前記プローブの１つ以上の偏向パラメーターの関数を含む、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記コスト関数が、
前記プローブの自由形状からの逸脱を表わす固有エネルギースコアを算出すること、
前記プローブの前記既知の機械的特性モデルと、前記プローブの前記長さに沿って配置される前記複数のポイントのそれぞれの見かけの座標を示す前記入力値との間の位置誤差を表わす位置誤差スコアを算出すること、
前記プローブの前記既知の機械的特性モデルと、前記プローブの前記長さに沿って配置される前記複数のポイントのそれぞれの見かけの座標を示す前記入力値との間の配向誤差を表わす配向誤差スコアを算出すること、並びに、
前記固有エネルギースコア、前記位置誤差スコア及び前記配向誤差スコアの加重平均として前記コスト関数を算出すること、により計算される、請求項１７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、参考として本明細書に組み込まれる米国特許仮出願第６１／１１３，７１２号（２００８年１１月１２日出願）の利益を主張するものである。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は概して、生体内に置かれた物体位置の検知に関し、具体的には、生体内におけるプローブの位置検知中に経験するアーチファクトの検出と補償に関する。
【０００３】
〔背景技術〕
様々な医療的処置には、センサー、チューブ、カテーテル、投薬装置、及び埋没物などの物体の、体内への設置が含まれる。位置検知システムは、このような物体を追跡するために開発されている。例えば、ビットカンフ（Wittkampf）による米国特許第５，９８３，１２６号（この開示は参考として本明細書に組み込まれる）には、カテーテル位置を電気インピーダンス法を用いて検出するシステムが記載される。米国特許出願公開第２００６／０１７３２５１号（ゴバリ（Govari）ら）、及び同第２００７／００３８０７８号（オサドキ（Osadchy））には、プローブ上の電極と体表面上の複数位置との間で体内に電流を流すことによる、プローブの位置検知法が記載される。これらの方法は、プローブ位置の検知に、体内の電気インピーダンスを同様に用いる。
【０００４】
プローブ（例えばカテーテル）の位置の検出にインピーダンス系測定技術を用いるとき、実際の形状や位置を想定してプローブ画像を拘束しない場合、急激なゆらぎが起こり、患者モニターを見ている医師を混乱させる場合があることがわかっている。米国特許出願公開第２００８／０００９７１１号（この開示は参考として本明細書に組み込まれる）には、プローブ表示画像の安定化によりこのような測定技術が用いられる際の、プローブの高度可視化法が記載される。
【０００５】
〔課題を解決するための手段〕
したがって、本発明の実施形態により、被験者体内のプローブの長さに沿って配置される複数のポイントにおいて、それぞれの見かけの座標を示す入力値を受信することと、体内のプローブにより想定可能な形状に対するコスト関数を計算するため、見かけの座標に対してプローブの既知の機械的特性モデルを適用することと、コスト関数に対して応答可能なように形状を選択することと、その形状に基づくプローブの長さに沿ったポイントにおいて修正座標をもたらすことと、修正座標を用いてプローブの画像を表示することと、を含む可視化方法が提供される。
【０００６】
本発明の実施形態により、周辺機器制御用のコンピュータープログラム製品が提供され、このコンピュータープログラム製品は、共に具現されたコンピューターが使えるコードを有するコンピューターが使える媒体を含み、コンピューターが使えるプログラムコードが、被験者体内のプローブの長さに沿って配置される複数のポイントの、それぞれ見かけの座標を示す入力値を受信するよう構成されたコンピューターが使えるコードと、体内のプローブにより想定可能な形状に対するコスト関数を計算するために、見かけの座標に対してプローブの既知の機械的特性モデルを適用するよう構成されたコンピューターが使えるコードと、コスト関数に対して応答可能なように形状を選択するよう構成されたコンピューターが使えるコードと、その形状に基づくプローブの長さに沿ったポイントの修正座標をもたらすよう構成されたコンピューターが使えるコードと、修正座標を用いてプローブの画像を表示するよう構成されたコンピューターが使えるコードと、を含む。
【０００７】
本発明の実施形態により、被験者体内のプローブの長さに沿って配置される複数のポイントにおいて、それぞれの見かけの座標を示す入力値を受信するよう構成されるインターフェイスと、そのインターフェイスからの入力値を受信し、体内のプローブにより想定可能な形状に対するコスト関数を計算するため、見かけの座標に対してプローブの既知の機械的特性モデルを適用し、コスト関数に対して応答可能なように形状を選択し、その形状に基づくプローブの長さに沿った複数の位置検出器において修正座標をもたらすよう構成されるプロセッサと、を含むプローブ可視化装置も更に提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
以下、本発明を、単に例示を目的として、添付の図面を参照しながら本明細書にて説明する。
【図１】本発明の実施形態による位置検知システムの概略図。
【図２Ａ】自由な状態からずれている本発明の実施形態によるプローブの概略的側面図。
【図２Ｂ】自由な状態からずれている本発明の実施形態によるプローブのモデル形状を概略的に示す図。
【図３】本発明の実施形態によるプローブ可視化システムの詳細を概略的に示す図。
【図４】本発明の実施形態によるプローブ可視化方法を示すフローチャート。
【図５】本発明の実施形態によるコスト関数計算方法を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の表記法を本文書全体で使用する。
【００１０】
【表１】
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【００１１】
本発明のいくつかの実施形態では、プローブ上のポイントから受信する見かけの座標に対してプローブの機械的特性モデルを適用することにより、被験者の体内の可撓性プローブを、医療専門家に対しより正確に可視化できるようにする。第１にプロセッサは、体内のプローブにより想定可能な形状に対するコスト関数を計算するために、見かけの座標に対してプローブの既知の機械的特性モデルを適用する。次にプロセッサは、コスト関数に対して応答可能なようにプローブの形状を選択し、更にその形状に基づくプローブの長さに沿ったポイントにおいて一連の修正座標をもたらす。修正座標を用いて、より正確なプローブの画像を表示できる。
【００１２】
図１は、本発明の開示される実施形態により構成され作動する、位置検知システム１０の図である。システム１０は、被験者１６の心臓１４の心室などの体腔内に挿入されるカテーテルなど、可撓性プローブ１２の位置の決定に使用される。典型的には、プローブ１２は、心臓１４の電位のマッピングや心臓組織のアブレーションなど、診断又は治療に用いられる。一方、プローブ１２又はその他体内装置を、その他の目的のため、装置自体で、又はその他治療用装置と組み合わせて使用する場合がある。プローブ１２の先端には、１つ以上の電極が含まれる（図２Ａ）。これらの電極は、以下に記すように、電線（図示せず）により、プローブ１２の挿入管を通って制御装置１８のドライバー回路に接続される。
【００１３】
制御装置１８は、電線により、ケーブル３０を通って、一般には粘着性皮膚パッチ３２、３４、３６を含む身体面上電極に接続される。本発明の他の実施形態では、身体面上の電極の数を変更してもよく、皮下プローブ、又は医療専門家２８が操作する手持ち式装置など、別の形状を取ってもよい。パッチ３２、３４、３６を、プローブ１２付近の身体面上の任意の都合がよい位置に配置してもよい。例えば、心臓への適用では、パッチ３２、３４、３６は、典型的には被験者１６の胸部周辺に配置される。パッチの互いの向き、又は身体の座標に対するパッチの向きに関して特別な要件はないが、パッチを１か所にまとめるよりも、間隔をおいた場合に、より高い精度が得られる場合がある。固定軸に沿ってパッチを配置する必要はない。その結果、行われる医療的処置に対してできるだけ邪魔にならないように、パッチの配置を決定できる。
【００１４】
制御装置１８は、プローブ１２とパッチ３２、３４、３６との間で測定されるインピーダンスに基づき、心臓１４内部のプローブ１２の位置座標を決定する。制御装置１８は、被験者１６の体内のプローブ１２の位置を示すディスプレイ装置３８を駆動する。プローブ１２を、心臓のマップ４０を生成するために用いることができる。プローブ１２の位置を、マップ４０上、又はその他の心臓の図上に重ね合わせてもよい。
【００１５】
制御装置１８は、以下に記載する機能を実行するソフトウェアにプログラムされた、中央演算処理装置（ＣＰＵ）２０などのプロセッサを含むコンピューターシステムである。制御装置１８は更に、アプリケーションプログラム及びデータを保存する、磁気媒体又は半導体の記憶装置２２を含む。データＩ／Ｏ通信用インターフェイス２４は、制御装置１８がプローブ１２及びパッチ３２、３４、３６と対話できるようにする。医療専門家２８は、一連の入力装置２６により、制御装置１８の操作を制御する。
【００１６】
図１では特定のシステム構成を示しているが、本発明の実施形態の実行には別のシステム構成も使用でき、したがって、それらは本発明の趣旨及び範囲内であると考えられる。例えば、以下に記す方法は、磁気又は超音波位置センサーなど、別のタイプの位置検出器を用いてなされる位置測定の修正に応用してもよい。用語「位置検出器」は、本明細書で使用するとき、プローブ上に取り付けられた素子に関し、その素子の座標を示す信号を制御装置１８に受信させる。したがって、位置検出器は、プローブ上に、検出器が受信したエネルギーに基づき制御装置に対し位置信号を発生する受信機を含むことができ、又は、プローブ外部の受信機で検知されるエネルギーを発する送信機を含むことができる。更に、以下に記す方法は同様に、心臓内、並びにその他の体器官及び体領域内の両方において、カテーテルだけではなく、別のタイプのプローブ位置の可視化に応用できる。
【００１７】
図中のフローチャート及びブロック図は、本発明の様々な実施形態によるシステム、方法、及びコンピュータープログラム製品の予想される実装のアーキテクチャ、機能性、及び操作性を示している。この点において、フローチャート又はブロック図中の各ブロックは、特定の論理機能を実行するための１つ以上の実行可能命令を含む、モジュール、セグメント、又はコードの一部を表し得る。いくつかの別の実装では、ブロック内に示される機能が、図に記す以外の順序で起こり得ることにも注目すべきである。例えば、連続して示される２つのブロックは、実際には実質的に同時に実行されることがあり、含まれる機能性により、時にはブロックが逆順で実行されることがある。ブロック図及び／又はフローチャート図の各ブロック、及び、ブロック図及び／又はフローチャート図のブロックの組み合わせは、特定の機能又は行為を行う専用のハードウェア系システムにより、又は、専用のハードウェア及びコンピューター命令の組み合わせにより、実行され得ることも注目すべきである。
【００１８】
図２Ａ及び２Ｂは、自由な状態からずれている本発明の実施形態によるプローブ１２を概略的に示す図である。図２Ａは、心臓１４中でのプローブ１２の実際の湾曲を表示しており、ここでプローブ１２は電極５０、５２、５６、５８を含み、本実施形態ではこれらは位置検出器として機能する。図２Ｂは、プローブ１２の計算された形状モデル６０の図である。制御装置１８が受信した信号に基づき計算された電極５０、５２、５６、５８の位置は、それぞれポイントｍ0、ｍ1、ｍ2、及びｍ3で表される。あるいは又は更には、磁気的位置検知システムでは、位置検出器は、位置及び方向性を示す１軸磁気センサー（ＳＡＳ）、及び／又は、位置及び全配向マトリックスを提供する３軸磁気センサー（ＴＡＳ）を含んでもよい。
【００１９】
モデル６０では、ポイントｅ0、ｅ1、ｅ2、及びｅ3は、測定位置であるポイントｍ0、ｍ1、ｍ2、及びｍ3に基づき計算された電極５０、５２、５６、５８の位置を示す。本発明の実施形態によるコスト関数は、ポイントｅjとｍjとの間で最も合致する点を探すために用いられる。モデル６０は、回転（曲げ及びねじれ）できるように接続部６８及び７０で接続される、直線的な固定セクション６２、６４、及び６６を含む。セクション６２の位置は、位置ベクトルｘ0で示され、セクション６２の配向は、マトリックスｏ0で与えられる。配向マトリックスｏ0は、
【００２０】
【数１】
2010131385.tif 000004
軸がセクション６２と垂直であり、
【００２１】
【数２】
2010131385.tif 000005
軸がセクション６２に沿って向いている、セクション６２の局所的基準座標系である。セクション６４は、セクション６２の末端部から（すなわち接続部６８を介して）開始し、その配向はマトリックスｏ1で与えられる。セクション６６は、セクション６４の末端部から（すなわち接続部７０を介して）開始し、その配向はマトリックスｏ2で与えられる。マトリックスｏ0、ｏ1及びｏ2は、プローブの実際の状態（すなわち形状）を説明し、外力により、プローブが自由な状態（すなわち、外力がプローブにかけられていない）からずれている。モデル形状６０は３つのセクションを含むが、他のモデル形状として、３つ未満、又は４つ以上のセクションを含んでもよい。
【００２２】
本発明の実施形態は、プローブモデルの制約内で、ポイントｅjと測定点ｍjとの間で最も合致する点を決定する。ポイントｅ0、ｅ1、ｅ2、及びｅ3の計算された位置は、モデルによりセクション６２、６４、及び６６上に制約されるが、実際の位置検出器（すなわち電極５０、５２、５６、及び５８）は、正確にはこれらのポイントにない場合があることに留意されたい。プローブ１２の自由な状態における物理的特性は、以下のパラメーター｛Ｎ，Ｌk，Ｇk（ｄ），Ｐk｝により決定される。
・Ｎ−セクション数
・Ｌk−セクション長（同一である必要はない）、０≦ｋ＜Ｎ
・Ｇk（ｄ）−偏向可能なプローブ用の偏向パラメーターｄの関数としての回転マトリックス（又は前形状プローブ用の定数マトリックス）、１≦ｋ＜Ｎ。このマトリックスは、外力が加えられていないとき（すなわち、自由な形状のプローブ）の、セクションｋとセクション（ｋ−１）との間の相対回転を表す。
・０≦ｋ＜Ｎの場合のＰk−セクションｋ上の位置検出器のリスト、各位置検出器は、セクションの開始位置からの距離、種類（例えば、ＡＣＬ電極、ＳＡＳ又はＴＡＳ磁気センサー）、及びその相対重要度（以下に記載されｗjモテ゛ル示される、コスト関数計算における重み付け）で表される。各セクションのリストには、ゼロを含む任意の数の位置検出器を含むことができる。
【００２３】
プローブ１２の物理的特性は、パラメーター｛Ａk，Ｂk｝で表され、セクションｋとセクション（ｋ−１）間の接続部の、それぞれ曲げ及びねじれに対する抵抗性を示す。
【００２４】
往々にして、図２Ｂに示すように、プローブ１２の実際位置（電極５０、５２、５４、５６の位置により決定される）は、ポイントｍ0、ｍ1、ｍ2及びｍ3とは異なる。本発明の実施形態では、プローブ１２の物理的特性を表すプローブモデルが定義され、ＣＰＵ２０がプローブ機械的構造のアルゴリズムを適用し、プローブモデルと測定値間の合致が最大になるようにする。結果は、プローブ１２の最小コスト状態であり、プローブ１２の位置及び形状（すなわち、自由形状とは異なる実際形状）、並びに偏向値（偏向可能なプローブについて）を表す。偏向値は、偏向可能なプローブにおける一群のプローブの自由形状を表すモデルパラメーターである。典型的には、単一の偏向パラメーターは、いくつかの接続部に影響を及ぼす。偏向パラメーターで定義される回転とは異なる任意の接続部の回転により、コスト関数が増加する。
【００２５】
プローブ機械的構造のアルゴリズムは、固有エネルギー、位置誤差、及び配向誤差の重み付き組み合わせであるコスト関数を使用する。固有エネルギーは、プローブ１２の自由形状からのずれを表す。位置誤差は、プローブモデルとプローブ状態から得られる位置検出器の位置と、実際位置の測定値との間の位置座標の誤差を表す。最後に、配向誤差は、プローブモデル及びプローブ状態から得られる位置検出器の方向と、実際方向の測定値との間の角度方向座標の誤差を表わす。
【００２６】
図３は、本発明の実施形態により、プローブ位置検知中に経験するアーチファクトの検出と補償に使用される、システム１０の機能的要素を概略的に示すブロック図８０である。具体的には、この図は、プローブ１２の位置決定の過程においてＣＰＵ  ２０で実行されるソフトウェアの機能要素を示す。これらの機能要素は、以下の図でより詳細に説明する。
【００２７】
図４は、本発明の実施形態による、被験者１６の体内に配置されるプローブ１２の可視化方法を示すフローチャートである。まず、プローブモデルをプローブ定義モジュール８４に予め読み込む（工程１００）。上述のように、プローブモデルはプローブ１２の構造と物理的特性を表わし、通常は使用されるカテーテル又はその他プローブの種類専用に定義される。医療専門家２８は、例えば、所定の選択項目のリストから、モデルを選択することができる。
【００２８】
医療専門家２８が被験者１６内のプローブ１２を動かすと、データ入力モジュール８２は、電極５０、５２、５４、及び５６から一定間隔で出力位置信号を収集する（工程１０２）。プローブモデルで定義される各位置検出器５０、５２、５４、５６について、データ入力モジュール８２は、対応する位置測定値を受信する。この測定値として、位置ベクトル（全種類の検出器）、方向（ＳＡＳ）、及び／又は、全配向（ＴＡＳ）を挙げることができる。更に、測定値の重みは、測定値の信頼水準に応じて各測定値と関連する。重みは、高精度の測定値については高く、期待誤差が大きい測定値については低い。欠測値については重みはゼロになる。測定値パラメーターとしては以下のものが挙げられる。
・ｍj−位置測定値
・ｍj又ハ−配向測定値（全配向又は方向のみが含まれる場合がある）
・ｗjmsr−測定値の重み
【００２９】
データ入力モジュール８２が入力値を受信した後、コスト関数計算モジュール８６はコスト関数を適用してプローブの状態コストを定義し、プローブ定義モジュール８４で定義されるプローブモデルと、データ入力モジュール８２から受信される位置データとの間の適合の質を計算する（工程１０４）。この適合は、モデルによる最小コストでプローブの形状を定義し、順に、位置検出器の位置と対応するプローブの長さに沿ったポイントの修正座標を与える。プローブ状態は、プローブ１２の位置及び形状、並びに偏向値（偏向可能なプローブについて）を表す。ＣＰＵ２０は、工程１０４においてプローブ状態を決定する。この状態は、変数｛ｘ0，ｒk，ｄ｝で与えられる。
・ｘ0−第１のセクションの開始ポイントの位置（すなわち、図２Ｂ中）
・ｒk−セクションｋのセクションｋ−１に対する配向（０＜ｋ＜Ｎのとき）、及び第１のセクションの全体的な配向（ｋ＝０のとき）
【００３０】
【数３】
2010131385.tif 000006
【００３１】
・ｄ−偏向パラメーター値（偏向可能なプローブについて）これらの値は、プローブ１２の位置及び形状に影響しないが、コスト関数の計算に影響し、したがってプローブ機械的構造のアルゴリズムの結果に影響する。
【００３２】
工程１０４の一部として、コスト関数計算モジュール８６は、プローブ状態のコストをコスト最小化モジュール９４に送り、コスト関数の最小値を達成する最小コストのプローブ状態を検出する（すなわち、最良の合致）ため、コスト関数に最小化アルゴリズムを適用する。最後に、最小コストのプローブ状態を決定した後、ディスプレイ装置３８はマップ４０を呈示し、被験者１６内のプローブ１２の位置を示す（工程１０６）。通常は、プローブ位置は、モデル６０に対応する位置、配向、及び形状を有するディスプレイ上のアイコン形状で示される。
【００３３】
図５は、本発明の実施形態により、コスト関数計算モジュール８６がデータ入力モジュール８２により受信されるプローブ測定値にコスト関数を適用する方法を概略的に示すフローチャートである。コスト関数は、プローブモデル、位置測定値、及びプローブ状態によって決まる。プローブ状態｛ｘ0，ｒk，ｄ｝に対してコスト関数を最小化することで、プローブモデルと測定値間を最良に合致させる。コスト関数の計算も、測定値に割り当てられる一連の適応重みによってきまる。適応重みは、コスト関数の最小化過程で動的に変化し、アルゴリズムにプローブモデルに完全に一致しない測定値を無視させる（以下に記載）。適応重みは、ｗjadaptiveで示される。
【００３４】
コスト関数は、固有エネルギー、位置誤差、及び配向誤差の３つの部分を有する。第１に、固有エネルギー計算モジュール８８は、固有エネルギースコアを計算し（工程１１０）、プローブ１２の自由形状からのずれ（又は、偏向可能なプローブについては、偏向変数によりパラメーター化された一群の自由形状）を表わす。接続部６８及び７０については、実際の相対配向と現在の偏向との間の配向差は、以下の式で計算される。
【００３５】
【数４】
2010131385.tif 000007
【００３６】
固有エネルギー計算モジュール８８は、この配向差を以下の曲げ及びねじれ角度に変換する。
【００３７】
【数５】
2010131385.tif 000008
【００３８】
以下は、関数Ａｎｇｌｅｓ（ｒ）の定義であり、式中、ｒは回転を表わす３×３単位のマトリックスである。
【００３９】
【数６】
2010131385.tif 000009
【００４０】
コスト関数に戻ると、固有エネルギー計算モジュール８８は、プローブモデルパラメーター｛Ａk，Ｂk｝を用いて固有エネルギースコアを計算する。
【００４１】
【数７】
2010131385.tif 000010
【００４２】
続いて位置誤差計算モジュール９０は、プローブモデル及びプローブ状態により与えられる位置検出器の位置と、実際の測定値との間の位置誤差を表わす位置誤差スコアを計算する（工程１１２）。位置誤差計算モジュール９０は、プローブモデル及びプローブ状態ｅj、並びに対応する測定値ｍjにより、電極５０、５２、５４、５６の位置を示す。位置誤差計算モジュール９０は、以下に従って重み付き位置誤差を計算する。
【００４３】
【数８】
2010131385.tif 000011
式中、Ｍは位置検出器の数である。
【００４４】
続いて、配向誤差計算モジュール９２は、プローブモデル及びプローブ状態により与えられる電極５０、５２、５４、５６の位置と、データ入力モジュール８２が受信する実際の測定値ｍjとの間の配向誤差を表わす配向誤差スコアを計算する（工程１１４）。プローブモデルで表されるプローブ１２に沿った様々なポイントの配向は、モデルの接続部（位置ではなく）で突然変更する不連続関数である。モデルに従い、関連する全ての位置検出器の配向ｅj又ハを計算した後、配向誤差計算モジュール９２は、測定した配向ｍj又ハに対する角度差
【００４５】
【数９】
2010131385.tif 000012
及び、総配向誤差
【００４６】
【数１０】
2010131385.tif 000013
を計算する。
【００４７】
続いて、コスト関数計算モジュール８６は、３つの部分（すなわち、固有エネルギー、位置誤差、及び配向誤差）の重み付き組み合わせとしてコスト関数を計算する（工程１１６）。
【００４８】
【数１１】
2010131385.tif 000014
【００４９】
値｛λint，λpos，λ又ハ｝は、位置誤差及び配向誤差に対する、プローブ１２の自由形状からのずれの相対重要度を表わす。
【００５０】
上述のように、コスト関数計算モジュール８６は、計算したコスト関数（すなわちプローブ状態のコスト）を最小化モジュール９４に送り、プローブモデルとデータ入力モジュール８２により受信された実際の測定値との間が最も合致するように、プローブ状態変数に対して関数Ｃｏｓｔ（ｘ0，ｒk，ｄ）を最小化する（工程１１８）。最小化は、任意の好適な計算方法により行うことができる。本発明の１つの実施形態では、例えば、コスト関数計算モジュール８６は、ブロイデン−フレッチャー−ゴルトファルプ−シャノ（Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno）（ＢＦＧＳ）の最小化アルゴリズムを利用する。
【００５１】
工程１１８におけるコスト関数最小化に反復アルゴリズムを使用し（すなわち、各アルゴリズムの繰り返しにより解の推測値が改善する）、プローブ１２の位置と形状が測定値間でゆっくりと変化するため、各一連の測定に対し、通常は、コスト関数最小化アルゴリズムの繰り返し適用回数が１回のみで十分であることを、発明者らは見出した。各最小化反復後、コスト最小化モジュール９４は、プローブ状態をコスト関数計算モジュール８６に送り、個々の検出器の位置誤差に対する測定値の適応重みを変更できる。典型的には、インピーダンス検知電極に対応する重みが適応されるが、磁気位置センサーなどのより精密なセンサーでは重みを１のままとする。
【００５２】
コスト関数計算モジュール８６は、以下の手順で重み適応を行う。
１．初期の新規重みを計算する
【００５３】
【数１２】
2010131385.tif 000015
式中、値σは、期待誤差が大きいセンサーについてより大きく、そのため、対応する適応重みが減少する前により大きい誤差をもたらす。
２．初期重みを標準化する
【００５４】
【数１３】
2010131385.tif 000016
【００５５】
３．上記より重みを１まで制限する
【００５６】
【数１４】
2010131385.tif 000017
【００５７】
４．適応重みを更新する
【００５８】
【数１５】
2010131385.tif 000018
【００５９】
この適応手順は、最小化プロセスが、一貫して大きい誤差を与える位置検出器を無視できるようにするが、余分な位置検出器を無視できるようにはしない。
【００６０】
以下の請求項における全ての手段又は工程、更には機能要素に対応する構造、材料、行為、及び等価物は、特に請求されるように、任意の構造、材料、又はその他請求された要素と組み合わせて機能を行うための行為を含むことを目的とする。本発明の説明は、実例及び説明の目的で提示しているが、包括的であること、又は本発明で開示される形状に限定されることを意図しない。本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく、多くの改変や変更が当業者にとって明らかであろう。これらの実施形態は、本発明の原理及び実際的な用途を最も良く説明し、様々な変更形態を伴う様々な実施形態について、他の当業者が本発明を理解することを可能にするために選択され、説明されたものであり、企図される特定の使用に適したものである。
【００６１】
添付した特許請求の範囲では、本発明の趣旨及び範囲内に該当する全てのかかる特徴及び利点を含むものとする。当業者であれば多くの改変及び変更を容易に思いつくため、本明細書に記載される、限定された数の実施形態に限定することを意図しない。したがって、当然のことながら、本発明の趣旨及び範囲内に該当する、好適な全ての変化、改変、及び等価物が使用可能である。
〔実施形態〕
（１）  被験者の体内のプローブの長さに沿って配置される複数のポイントのそれぞれの見かけの座標を示す入力値を受信することと、
前記体内の前記プローブにより想定可能な形状に対するコスト関数を計算するために、前記見かけの座標に対して前記プローブの既知の機械的特性モデルを適用することと、
前記コスト関数に対して応答可能なように形状を選択することと、
前記形状に基づく前記プローブの前記長さに沿った前記ポイントの修正座標をもたらすことと、
前記修正座標を用いて前記プローブの画像を表示することと、を含む、可視化方法。
（２）  前記プローブがカテーテルを含み、前記入力値の受信が、前記被験者の心臓内の前記カテーテルの前記見かけの座標の測定値を受信することを含む、実施形態１に記載の方法。
（３）  前記入力値が、位置ベクトル、方向測定値及び全配向測定値からなる群から選択される、実施形態１に記載の方法。
（４）  前記入力値の受信が、前記プローブの前記長さに沿って配置される位置検出器からの入力値を受信することを含み、各前記複数のポイントが、位置検出器のそれぞれの位置に対応する、実施形態１に記載の方法。
（５）  前記位置検出器が、インピーダンス測定電極、１軸磁気センサー及び３軸磁気センサーからなる群から選択される、実施形態４に記載の方法。
（６）  前記プローブの前記既知の機械的特性モデルが、
前記プローブの複数のセクションと、
各前記セクションの長さと、
前のセクションに対する前記各セクションの相対回転を定義する回転マトリックスと、
各前記複数のポイントの前記プローブ上の位置と、を含む、実施形態１に記載の方法。
（７）  前記回転マトリックスが、前記プローブの１つ以上の偏向パラメーターの関数を含む、実施形態６に記載の方法。
（８）  前記コスト関数が、
前記プローブの自由形状からの逸脱を表わす固有エネルギースコアを算出すること、
前記プローブの前記既知の機械的特性モデルと、前記プローブの前記長さに沿って配置される前記複数のポイントのそれぞれの見かけの座標を示す前記入力値との間の位置誤差を表わす位置誤差スコアを算出すること、
前記プローブの前記既知の機械的特性モデルと、前記プローブの前記長さに沿って配置される前記複数のポイントのそれぞれの見かけの座標を示す前記入力値との間の配向誤差を表わす配向誤差スコアを算出すること、並びに、
前記固有エネルギースコア、前記位置誤差スコア及び前記配向誤差スコアの加重平均として前記コスト関数を算出すること、により計算される、実施形態１に記載の方法。
（９）  周辺機器制御用コンピュータープログラム製品であって、
共に具現されたコンピューターが使えるコードを有するコンピューターが使える媒体、を含み、前記コンピューターが使えるプログラムコードが、
被験者の体内のプローブの長さに沿って配置される複数のポイントの、それぞれ見かけの座標を示す入力値を受信するよう構成されたコンピューターが使えるコードと、
前記体内の前記プローブにより想定可能な形状に対するコスト関数を計算するために、前記見かけの座標に対して前記プローブの既知の機械的特性モデルを適用するよう構成されたコンピューターが使えるコードと、
前記コスト関数に対して応答可能なように形状を選択するよう構成されたコンピューターが使えるコードと、
前記形状に基づく前記プローブの前記長さに沿った前記ポイントの修正座標をもたらすよう構成されたコンピューターが使えるコードと、
前記修正座標を用いて前記プローブの画像を表示するよう構成されたコンピューターが使えるコードと、を含む、コンピュータープログラム製品。
（１０）  前記プローブがカテーテルを含み、前記入力値の受信が、前記被験者の心臓内の前記カテーテルの前記見かけの座標の測定値を受信することを含む、実施形態９に記載のコンピュータープログラム製品。
（１１）  前記入力値が、位置ベクトル、方向測定値及び全配向測定値からなる群から選択される、実施形態９に記載のコンピュータープログラム製品。
（１２）  前記入力値の受信が、前記プローブの前記長さに沿って配置される位置検出器からの入力値を受信することを含み、各前記複数のポイントが、位置検出器のそれぞれの位置に対応する、実施形態に記載のコンピュータープログラム製品。
（１３）  前記位置検出器が、インピーダンス測定電極、１軸磁気センサー及び３軸磁気センサーからなる群から選択される、実施形態１２に記載のコンピュータープログラム製品。
（１４）  前記プローブの前記既知の機械的特性モデルが、
前記プローブの複数のセクションと、
各前記セクションの長さと、
前のセクションに対する前記各セクションの相対回転を定義する回転マトリックスと、
各前記複数のポイントの前記プローブ上の位置と、を含む、実施形態９に記載のコンピュータープログラム製品。
（１５）  前記回転マトリックスが、前記プローブの１つ以上の偏向パラメーターの関数を含む、実施形態１４に記載のコンピュータープログラム製品。
（１６）  前記コスト関数が、
前記プローブの自由形状からの逸脱を表わす固有エネルギースコアを算出すること、
前記プローブの前記既知の機械的特性モデルと、前記プローブの前記長さに沿って配置される前記複数のポイントのそれぞれの見かけの座標を示す前記入力値との間の位置誤差を表わす位置誤差スコアを算出すること、
前記プローブの前記既知の機械的特性モデルと、前記プローブの前記長さに沿って配置される前記複数のポイントのそれぞれの見かけの座標を示す前記入力値との間の配向誤差を表わす配向誤差スコアを算出すること、並びに、
前記固有エネルギースコア、前記位置誤差スコア及び前記配向誤差スコアの加重平均として前記コスト関数を算出すること、により計算される、実施形態９に記載のコンピュータープログラム製品。
（１７）  被験者の体内のプローブの長さに沿って配置される複数のポイントの、それぞれの見かけの座標を示す入力値を受信するよう構成されたインターフェイスと、
プロセッサであって、
前記インターフェイスからの前記入力値を受信し、
前記体内の前記プローブにより想定可能な形状に対するコスト関数を計算するために、前記見かけの座標に対して前記プローブの既知の機械的特性モデルを適用し、
前記コスト関数に対して応答可能なように形状を選択し、
前記形状に基づく前記プローブの前記長さに沿った前記複数の位置検出器の修正座標をもたらすよう構成された、
プロセッサと、を含む、プローブ可視化装置。
（１８）  ディスプレイを含み、前記プロセッサが、前記修正座標を用いて前記プローブの画像を前記ディスプレイ上に表示するよう結合される、実施形態１７に記載の装置。
（１９）  前記プローブがカテーテルを含み、前記入力値が、前記被験者の心臓内の前記カテーテルの前記見かけの座標の測定値を含む、実施形態１７に記載の装置。
（２０）  前記入力値が、位置ベクトル、方向測定値及び全配向測定値からなる群から選択される、実施形態１７に記載の装置。
（２１）  前記プローブが、前記プローブの前記長さに沿って配置される位置検出器を含み、各前記複数のポイントが位置検出器のそれぞれの位置に対応する、実施形態１７に記載の装置。
（２２）  前記位置検出器が、インピーダンス測定電極、１軸磁気センサー及び３軸磁気センサーからなる群から選択される、実施形態２１に記載の装置。
（２３）  前記プローブの前記既知の機械的特性モデルが、
前記プローブの複数のセクションと、
各前記セクションの長さと、
前のセクションに対する前記各セクションの相対回転を定義する回転マトリックスと、
各前記複数のポイントの前記プローブ上の位置と、を含む、実施形態１７に記載の装置。
（２４）  前記回転マトリックスが、前記プローブの１つ以上の偏向パラメーターの関数を含む、実施形態２３に記載の装置。
（２５）  前記コスト関数が、
前記プローブの自由形状からの逸脱を表わす固有エネルギースコアを算出すること、
前記プローブの前記既知の機械的特性モデルと、前記プローブの前記長さに沿って配置される前記複数のポイントのそれぞれの見かけの座標を示す前記入力値との間の位置誤差を表わす位置誤差スコアを算出すること、
前記プローブの前記既知の機械的特性モデルと、前記プローブの前記長さに沿って配置される前記複数のポイントのそれぞれの見かけの座標を示す前記入力値との間の配向誤差を表わす配向誤差スコアを算出すること、並びに、
前記固有エネルギースコア、前記位置誤差スコア及び前記配向誤差スコアの加重平均として前記コスト関数を算出すること、により計算される、実施形態１７に記載の装置。
【図１】
2010131385.tif 000019
【図２Ａ】
2010131385.tif 000020
【図２Ｂ】
2010131385.tif 000021
【図３】
2010131385.tif 000022
【図４】
2010131385.tif 000023
【図５】
2010131385.tif 000024
【外国語明細書】
2010131385000001.pdf