(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローカライゼーション場の不均一性から生じる誤差の補正機能を備えたローカライゼーションシステムで生成された３次元のローカライゼーション場にある物体の位置を決定するための、ローカライゼーション場の生成装置と、演算処理装置とを備えるローカライゼーションシステムの作動方法であり、
生成装置が、３次元のローカライゼーション場にある物体の位置を決定するのに利用可能な３次元のローカライゼーション場を生成する工程と、
演算処理装置が、物体が種々の位置にある際の、ローカライゼーション場にある物体の位置とローカライゼーションシステムによる測定値を関連付けるレファレンスデータを備える３次元の参照用の表を用意する工程と、
演算処理装置が、３次元の参照用の表のレファレンスデータを用いて、ローカライゼーション場に配置された隣接する電極からの距離が既知であるカテーテルの複数個の電極のそれぞれの位置を計測する工程と、計測された個々の電極の位置から少なくとも隣接する電極同士の間の距離の各々を計算する工程と、
演算処理装置が、少なくとも一対の電極同士の間の計測された距離を既知の距離と比較して誤差信号を決定する工程と、
演算処理装置が、より正確な電極対間距離が計測されるように、誤差信号に基づいて３次元の参照用の表のレファレンスデータを調整する工程と、
を備えるローカライゼーションシステムの作動方法。
【請求項２】
誤差信号に基づいて３次元の参照用の表のレファレンスデータを調整する工程が、カーネル関数を用いて３次元の参照用の表のレファレンスデータを適合的に更新すること
を含む、請求項１の方法。
【請求項３】
カーネル関数は、調整されるポイントの複数個の電極からの距離が増加するにつれて、大きさが小さくなるようにレファレンスデータを更新する収束関数の一種である、請求項２の方法。
【請求項４】
カーネル関数はガウス関数の一つである、請求項２の方法。
【請求項５】
カーネル関数は、以下の式を満たす、請求項４の方法。
【数４】
0005419717.tif 000005
【請求項６】
演算処理装置が、ローカライゼーション場に置かれた物体の位置を、３次元の参照用の表の調整されたレファレンスデータを用いて決定する工程
をさらに備える、請求項１の方法。
【請求項７】
レファレンスデータは、電圧の測定値をローカライゼーション場内の物理的位置に関連付ける情報を含んでいる、請求項１の方法。
【請求項８】
３次元の参照用の表は、ローカライゼーション場が完全に均一であるとしたときのレファレンスデータを予測して演算処理装置によって作成される、請求項１の方法。
【請求項９】
ローカライゼーション場の不均一性から生じる誤差の補正機能を備えたローカライゼーションシステムであり、
ローカライゼーション場にある物体の位置を決定するのに利用可能なローカライゼーション場を作り出す少なくとも一つのローカライゼーション場の生成装置と、
その少なくとも一つのローカライゼーション場の生成装置によって生成されたローカライゼーション場の値を検出する少なくとも一つの検出装置と、
ローカライゼーション場にある物体の測定された位置を決める基準となる複数個の参照ポイントを備えているローカライゼーション場の３次元座標系を生成するモデリング処理装置と、
観測された距離と実際の距離の差を求める誤差処理装置と、
モデリング処理装置と誤差処理装置に接続されており、観測された距離と実際の距離の差が減少するように、３次元座標系の少なくとも２個の参照ポイントの位置を調整し、誤差処理装置で検出された誤差を調整する補正処理装置
を備えるシステム。
【請求項１０】
補正処理装置は、少なくとも２個の参照ポイントの位置を適合的に調整するカーネル関数を用いる、請求項９のシステム。
【請求項１１】
補正処理装置は、観測された距離が実際の距離よりも長い場合に、３次元の座標系に含まれる二つの参照ポイントを隔てている距離を減少させ、観測された距離が実際の距離よりも短い場合に、３次元の座標系に含まれる二つの参照ポイントを隔てている距離を増大させることによって、少なくとも２個の参照ポイントの位置を適合的に調整する、請求項９のシステム。
【請求項１２】
既知の距離だけ隔てられている複数個の補正用の要素を備えている補正用のツールをさらに備えており、
補正用の要素間の観測された距離が補正用の要素間の実際の距離と比較される、
請求項９のシステム。
【請求項１３】
モデリング処理装置は、参照ポイントが少なくとも一つの検出器で検出される検出値に関連付けられている３次元の参照表を備えている３次元座標系を生成する、請求項９のシステム。
【請求項１４】
少なくとも一つのローカライゼーション場の生成装置は、３つの軸のそれぞれに沿って離反している３つの電極対を備えており、その３つの電極対がローカライゼーション空間における物体の位置を決定するのに利用可能な３つの電場を生成し、
少なくとも一つの検出装置は、３個の電場の各々における電圧レベルを検出することができ、
モデリング処理装置は、座標系の参照ポイントを、少なくとも一つの検出装置で３個の電場の各々で検出される値に関連付けている３次元の参照用の表を備えている３次元座標系を作り出す
請求項９のシステム。
【請求項１５】
補正処理装置は、３つの電場の不均一性を調整する、請求項１４のシステム。
【請求項１６】
ローカライゼーション場は磁場であり、
少なくとも一つの検出器は、磁場の異なる成分を検出する３個のコイルを備えている
請求項９のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００７年３月９日に出願され、現在審査中の、米国出願第１１／７１５９１９号（以下では９１９号出願）に基づく優先権を主張する。本出願は、２００７年３月９日に出願された米国出願第１１／７１５９２３号（以下では９２３号出願）の関連出願である。９１９号出願及び９２３号出願の全部は、参照により本明細書に援用される。
【０００２】
技術分野
本発明は、ローカリゼーション場を用いて場所を計測するローカリゼーションシステムに関する。特に、本発明は、ローカリゼーション場に存在する不均一性を補正するシステムと方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
心臓の診断あるいは治療処置の準備のために、心臓の室の幾何学的形状を準備することがよく知られている。しばしば、地図作成用のカテーテルが目的の心臓の室に導入され、その室の中で、不規則に、擬似的に不規則に、あるいは１またはそれ以上の所定のパターンに従って動かされる。３次元の座標が、ローカリゼーションシステム（しばしば、地図作成システム、ナビゲーションシステム、あるいは位置のフィードバックシステムと称されることがある）を利用して計測される。ローカリゼーションシステムは、ローカリゼーション場内における地図作成用のカテーテルの座標を計測する。典型的には、ローカリゼーション場の特性値、例えば地図作成用のカテーテルに作用する電圧を、その場におけるカテーテルの位置に関連づけることによって、地図作成用のカテーテルの座標を計測する。同様の方法を、ローカリゼーション場に置かれている除去用のカテーテルや医用機器といった他の物体の位置を計測するために用いることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ローカリゼーション場が不均一であることが知られている。すなわち、物体がローカリゼーション場内で動くときに、その物体がある位置における場の値と、ローカリゼーション場内における物体の場所との間に、定常的な関係が成立しない場合がある。この不均一性が、ローカリゼーションシステムによる場所の計測の正確性を損ねている。
【０００５】
そこで、ローカリゼーション場に存在する不均一性の影響を補正することが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ここでは、ローカリゼーションシステムによって創り出された３次元のローカリゼーション場内に存在する物体の位置を決定する方法が開示される。その方法は下記の工程を備えている。
・複数個の電極を備えているカテーテルを用意する。各々の電極は、隣接する電極から既知の距離だけ隔てられている；
・ローカリゼーションシステムが利用する３次元の参照表を用意する。その表は、ローカリゼーション場内における物体の位置（様々な位置）を、物体がそれらの様々な位置に置かれたときにローカリゼーションシステムによって検出された値に関連づける参照用データを備えている。
・そのカテーテルをローカリゼーション場内に置く。
・ローカリゼーションシステムを使って、３次元の参照表の参照用データに基づいて、カテーテルの各々の電極の位置を特定する。
・各々の電極の特定された位置から、隣接する電極間の検出された距離を計算する。
・少なくとも１対の電極間で観測された距離と、実際の電極間距離を比較し、エラー信号を決定する。
・より正確な電極間距離が計算されるように、そのエラー信号に基づいて、３次元の参照表の参照用データを修正する。
・必要であれば、別の物体をローカリゼーション場内に置いてもよい。この場合には、カテーテルの近傍にその物体を置くことが好ましい。その上で、物体の位置が３次元の参照表を備えている修正された参照用データによって決定されてもよい。
【０００７】
本発明のいくつかの実施例では、参照用データが、測定した電圧の値をローカリゼーション場内の物理的位置に関係づける情報を備えている。３次元の参照表は、完全に均一なローカリゼーション場における参照用データを予測することによって生成してもよい。典型的には、３次元の参照表の参照用データをよく適合するように更新するために、カーネル関数(Kernel function) が用いられてもよい。カーネル関数は、修正ポイントが電極対の位置から離れるのに従って、大きさが減少するように参照用データを更新する減衰関数であることが好ましい。一つの好ましいカーネル関数は、下記の式１に示す一般式で表される、ガウス曲線の導関数である。
【数１】
0005419717.tif 000002
【０００８】
予め定められている空間中における物体の位置を特定する方法も開示されている。その方法は、下記の工程を備えている。
・既知の距離だけ隔てられている複数個の補正要素を備えている補正用物体を用意する。
・ローカリゼーション場のための３次元の座標系を決定する。３次元の座標系は、ローカリゼーション場内にある物体の観測された位置を画定する際の基準として機能する複数個基準位置を備えている。
・補正用物体をローカリゼーション場におく。
・３次元の座標系に関連しており、各々の補正要素の位置情報を提供する基準情報を入手する。
・少なくとも２つの補正要素の間に観測された距離を計算する。
・計算された補正要素間の距離と既知の補正要素間の距離の比較結果に基づいて補正信号を生成する。
・物体をローカリゼーション場におく。
・ローカリゼーション場内における物体の位置を検出するために補正信号を用いる。
【０００９】
必要に応じて、基準位置のうちの少なくともいくつかをカーネル関数を使って適合的に処理し、計測された距離と既知の距離の差が小さくなるように、修正された３次元座標系を生成してもよい。例えば、計測された距離が既知の距離よりも長ければ、二つの基準位置を隔てている距離が縮められる。同様に、計測された距離が既知の距離よりも短ければ、二つの基準位置を隔てている距離が伸ばされる。本方法は、修正された３次元座標系に対すローカリゼーション場内の物体の位置を示す情報を含む基準情報を提供することによって、ローカリゼーション場内における物体の位置を特定する工程を含んでいてもよいことを考慮すべきである。
【００１０】
本発明は、ローカリゼーション場の不均一性のために、エラーを補正する機能を備えたローカリゼーションシステムをも提供する。そのシステムは、ローカリゼーション場内の物体位置を特定するのに利用可能なローカリゼーション場を提供する少なくとも一つのローカリゼーション場の生成装置と、そのローカリゼーション場の生成装置で生成された場の値を検出する検出装置と、ローカリゼーション空間のための３次元座標系を生成するモデル化処理装置（その３次元座標系は、ローカリゼーション空間内の物体の計測位置を特定するのに利用される基準として機能する複数個の基準位置を含んでいる）と、計測された距離と実際の距離の差を算出する誤差処理装置と、モデル化処理装置と誤差処理装置に接続されている補正処理装置を備えている。補正処理装置は、計測された距離と実際の距離の差の全部が減少するように誤差処理装置で検出された誤差を調整するために、３次元座標系における少なくとも２個の参照ポイントの位置を調整する。当然に、補正処理装置は、少なくとも２個の参照ポイントの位置を適合的に調整するために、カーネル関数を利用することができる。例えば、計測された距離が実際の距離よりも大きければ、少なくとも２つの参照ポイント間の距離を減少させることによって、２個の参照ポイントの位置を調整する。その逆の処理も可能である。システムは、必要に応じて、補正用ツールを備えている。補正用ツールは既知の距離だけ離れている複数個の補正用要素を備えており、補正用要素間の計測された距離を実際の距離と比較することが可能となる。
【００１１】
モデル化処理装置は、３次元の参照表を備えている３次元座標系を生成するものであってもよい。その参照表では、参照ポイントが、少なくとも一つの検出装置で検出される場の値に関連付けられている。本発明のいくつかの実施例では、少なくとも一つのローカリゼーション場の生成装置が、３本の軸に沿って隔てられている３対の電極対を備えおり、これらの３対の電極が３個の電場を生成する。その３個の電場を使うと、物体がローカリゼーション空間のどこにあるかを決定することができる。ここで、少なくとも一個の検出装置は、３個の電場で生成される電位（電圧の値）を検出する。モデル化処理装置は、３次元の参照表を備えている３次元座標系を生成する。その参照表は、３次元座標系における参照ポイントが、３個の電場のうちの各々の電場において検出装置で検出される検出値に関連付けられている。補正処理装置は、３個の電場の非均一性を補正するものでありえる。それに代わって、ローカリゼーション場は磁場でもよい。少なくても一つの検出装置は、磁場の３成分を測定する３つのコイルを備えていてもよい。
【００１２】
本発明の別の形態は、ローカリゼーションシステムで作り出されたローカリゼーション場の中における物体の位置を決定する方法である。その方法は、複数の電極を提供し（各々の電極は隣接する電極から既知の電極間距離だけ隔てられている）、その複数の電極をローカリゼーション場に配置し、基準データを利用して少なくとも２個の電極の位置を計測し、２個の電極の計測された位置からその電極対間の距離を計算し、２個の電極間の計算された距離と既知の電極間距離を比較して誤差信号を得、より正確な電極間距離が計算されるように基準データを修正する。基準データは、カーネル方関数を用いて適合するように更新することができる。そこで用いるカーネル関数は、中央に最大値を持つ正の凸と、その両側においてゼロに収束する円滑な減衰と、中央に最大値を持つ負の凸と、その両側においてゼロに収束する円滑な減衰を備えている。基準データは、ローカリゼーション場内の位置をローカリゼーション場の１種または２種以上の特性に関連づける参照表でありえる。その特性は、１種または２種以上の電場に関する特性または１種または２種以上の磁場に関する特性でありえる。既知の電極間距離は、カテーテルリスト（既知のカテーテルとそのカテーテルの電極間距離をリスト化した表）から求められることがありえることを考慮すべきである。
【００１３】
本発明の利点は、その中における位置を計測するところのローカリゼーション場内における不均一性を補正するローカリゼーションシステムを提供することである。
【００１４】
以上の、並びにその他の本発明の目的、特徴、詳細、用途及び有用性については、以下の記載、特許請求の範囲ならびにこれに添付される図面を参照することにより明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】電気生理解析で用いられるローカリゼーションシステムの模式図を示す。
【００１６】
【図２】電気生理解析で用いられるカテーテルの例を示す。
【００１７】
【図３】２次元の参照表の例を示す。.
【００１８】
【図４】カーネル関数を示す。
【００１９】
【図５ａ】均一である場合にローカリゼーションシステムで観測されるカテーテルを示す。
【００２０】
【図５ｂ】ローカリゼーションシステムの参照ポイントに対して更新処理をした後に観測される図５ａのカテーテルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、ローカリゼーション場の不均一性を補正する方法とシステムを提供する。ローカリゼーション場は、人体内で実施される手順、特にカテーテルを用いた診断と治療の手順においてしばしば利用される。そのために、図示の目的のために、本発明は、心臓の電気生理解析で用いられる例にとって詳細に説明される。しかしながら本発明は、他の場合、例えば生産環境における内部歪を計測するといった場合にも、利点をもたらすように実施できることに留意すべきである。
【００２２】
図１は、心臓カテーテルをナビゲートするとともに、患者１１の心臓１０における電気的活動を測定し、測定された電気的活動、及び／又はこれに関する、あるいはこれを記述する情報を３次元マッピングすることによって、心臓の電気生理学的診断を行うローカライズシステム８の概要を表わす図である。システム８は、例えば、１つ又は複数の電極を用いて患者の心臓１０の解剖学モデルを作成するために用いることができる。システム８はまた、心臓の表面に沿った複数の位置において電気生理学的データを測定し、測定したデータをそれぞれの測定位置に関する位置情報と関連付けて記憶し、例えば、患者の心臓１０の診断データマップを作成するために用いることができる。以下で詳しく説明するが、当業者であれば、ローカライズシステム８は、物体の位置、特に、３次元空間における物体の位置を特定するものであり、その位置を少なくとも１つの基準に対して特定した位置情報として表現するものであることが理解されよう。
【００２３】
図示の簡素化のために、患者１１は楕円によって概要的に描写されている。３種の表面電極（例えば、パッチ電極等）が患者１１の体の表面に配置されており、以下ではＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と称する３つの略垂直な軸を定義している。Ｘ軸表面電極１２，１４は、例えば胸部の両側部（例えば、患者の左右の腕の下に位置する皮膚）等の、第１軸に沿って患者に貼付されている。このため、表面電極１２，１４は、右電極及び左電極と称することがある。Ｙ軸表面電極１８，１９は、例えば内大腿部と頚部に沿って伸びる、Ｘ軸と垂直な第２軸に沿って患者に貼付されている。このため、表面電極１８，１９は、左足電極及び首電極と称することがある。Ｚ軸表面電極１６，２２は、例えば胸骨部及び胸部における頚椎部に沿って伸びる、Ｘ軸及びＹ軸のいずれとも垂直な第３軸に沿って患者に貼付されている。このため、表面電極１６，２２は、胸電極及び背電極と称することがある。心臓１０は、これらの表面電極の対１２と１４，１８と１９，１６と２２の間に位置している。
【００２４】
例えば「腹部パッチ」といった追加的な表面レファレンス電極２１が、システム８に基準電極及び／又は接地電極を提供する。腹部パッチ電極２１は、後述する心臓内固定電極３１の代替とすることもできる。さらに、患者１１には、従来の心電図（ＥＣＧ）システムの殆ど、或いは、全てのリード配線が配置されている。図１に示していないが、システム８はＥＣＧ情報を利用することができる。
【００２５】
少なくとも１つの電極１７（例えば、先端部電極）を備えている代表的なカテーテル１３が示されている。この代表的なカテーテル電極１７は、本明細書では、「移動電極」、「可動電極」あるいは「測定電極」と称する。一般的に、カテーテル１３には複数の電極が設けられるか、あるいは、複数の電極が複数のカテーテルに搭載される。１つの実施形態では、例えばローカライズシステム８は、最大６４個の電極を、患者の心臓及び／または脈管構造内に配置される最大１２本のカテーテルに搭載していてもよい。以下の実施例は単なる例示であり、本発明の範囲内において、如何なる数の電極とカテーテルが用いられていてもよい。
【００２６】
本開示の説明のために、図２にカテーテル１３の例が示されている。図２では、カテーテル１３が患者の心臓１０の左心室内を伸びている。カテーテル１３は、先端に配置されている電極１７と、追加の測定用電極５２，５４，５６を備えている。追加の測定用電極５２，５４，５６は、それらの長さ方向に沿って離間されている。典型的には、隣り合う電極間の間隔は既知である。しかしながら、電極群はカテーテル１３に沿って等距離に分散配置される必要はないし、相互に同じ大きさである必要はないことに留意すべきである。電極１７，５２，５４，５６の各々が患者の体内に位置しているので、ローカライゼーションシステム８によって個々の電極のための位置情報が同時に測定される。
【００２７】
図１に戻って説明すると、追加的な固定リファレンス電極３１（例えば、これは心臓１０の壁に貼付される）が、第２カテーテル２９に示されている。キャリブレーションのために、電極３１は、例えば心臓の壁に、あるいはその近辺に固定されていてもよいし、あるいは、移動電極１７に対して固定された空間関係にある位置に配置されていてもよい。このため、電極３１は、「ナビゲーションレファレンス」あるいは「ローカルレファレンス」と称することがある。固定レファレンス電極３１は、表面レファレンス電極２１に追加して用いてもよいし、これの代替として用いてもよい。多くの場合、冠状静脈洞電極あるいは心臓１０内に固定されるその他の固定電極を、電圧及び変位を測定する基準として用いることができる。即ち、以下に示すように、固定リファレンス電極３１は座標系の原点を定義することができる。
【００２８】
表面電極のそれぞれは、切換えスイッチ２４に接続されている。コンピュータ２０によって実行されているソフトウエアに従って、電極対が選択される。切換えスイッチは、表面電極を信号生成器２５に接続している。コンピュータ２０は、例えば、従来の汎用コンピュータであってもよいし、専用のコンピュータであってもよいし、分散型のコンピュータであってもよいし、その他のタイプのコンピュータであってもよい。コンピュータ２０は、１つ又は複数の処理装置を備えている。例えば、１つの中央処理ユニット（ＣＰＵ）を備えていてもよく、あるいは、並行処理環境と一般的に言われる複数のプロセッサを備えていてもよい。複数のプロセッサは、本明細書で説明する本発明の様々な目的のための指示を実行する。
【００２９】
一般的に、駆動されて検出される(センスされる)複数の電気的双極子（例えば、表面電極の対１２と１４，１８と１９，１６と２２）によって、３つのノミナルで垂直な電場が生成される。これにより、生体導電体内におけるカテーテルナビゲーションが実現される。また、これらの垂直な電場の集まりは分解することができ、いずれの表面電極の対も、電極三角形分割を行うための双極子として駆動させることができる。さらに、そのような非直交性の手法は、システムの柔軟性を向上させる。いずれの軸についても、所定の駆動源のセット（ソース／シンク）構成に起因して移動電極を通じて測定された複数の電位は、単一の電流を垂直な軸に沿って流したときに得られるであろう電位と同じ電位をもたらすように、代数学的に組合せることができる。
【００３０】
例えば腹部パッチ２１等の接地基準に対して、表面電極１２，１４，１６，１８，１９，２２のうちのいずれか２つを組合せて、双極子のソースとドレインとすることができる。このとき、励磁に用いられなかった電極は、接地基準に対する電圧を測定する。心臓１０内に配置された測定電極１７,５２，５４，５６は、電流パルスによる電場に晒されており、腹部パッチ２１等のグランドを基準として測定を行う。実際には、心臓内に配置されるカテーテルは図示されている４個よりも多いか少ない数の電極を備えており、それぞれの電極での電位が測定されることがある。上述したように、少なくとも１つの電極が心臓の内部表面に固定されて固定レファレンス電極３１を形成しており、座標原点を提供する。ローカライゼーションシステム８は、その座標系における位置を計測する。それぞれの表面電極と、内部電極と、可視電極からのデータセットはすべて、心臓１０内にある移動電極１７，５２，５４，５６の電極の位置を測定するために用いることができる。
【００３１】
測定された電圧は、例えば移動電極１７，５２，５４，５６のように心臓内部にある電極の位置、例えばレファレンス電極３１等の基準位置に対する３次元空間内における位置を特定するのに用いることができる。即ち、レファレンス電極３１で測定された電圧は、座標系の原点を定義するのに用いられ、この一方で、移動電極１７，５２，５４，５６で測定された電圧は、その原点に対して移動電極１７，５２，５４，５６が位置している場所を表わすのに用いられる。好ましくは、この座標系は、３次元（ＸＹＺ）のデカルト座標システムであるが、例えば、極座標系、球座標系、円筒座標系等のその他の座標システムを用いた場合であっても、本発明の範囲を超えるものではない。
【００３２】
以上の記載から明らかなように、心臓内の電極の位置の特定に用いられるデータは、表面電極の対が心臓に電場を印加している間に測定される。電極で測定されたデータは、米国特許公開公報第２００４／０２５４４３７号に記載されているように、電極の位置についての生の位置データを改善するための呼吸補償値を作成するのに用いることもできる。米国特許工開公報第２００４／０２５４４３７号は、参照により本明細書に援用される。電極データは、さらに、患者のボディーインピーダンスの変化を補償するために用いることもできる。これは、例えば、２００５年９月１５日に出願された米国特許出願第１１／２２７５８０号に記載されており、その全部は参照により本明細書に援用される。
【００３３】
要するに、システム８は、まず表面電極の対の一つを選択し、次いでそれらに電流パルスを加える。電流パルスが供給される間に、電圧等の電気的活動の少なくとも１つが、残りの表面電極及び生体内電極によって測定され、記憶される。これにより、呼吸及び／又はインピーダンスシフト等の人為的影響についての補償は、上述したように行うことができる。
【００３４】
好ましい実施形態では、セント・ジュード・メディカル・エイトリアル・フィブリレーション・ディヴィジョン・インコーポレーテッドの、ＥｎＳｉｔｅ  ＮａｖＸ（商標）ナビゲーション・ビジュアライゼーションシステムズを、ローカライゼーション／マッピングシステムとして用いることができる。また、本発明は、例えば、バイオセンス・ウェブスター社のＣＡＲＴＯナビゲーション・ロケーションシステム、ノーザン・デジタル・インコーポレーテッドのＡＵＲＯＲＡ（登録商標）システム等の、その他のローカライゼーションシステムを用いてもよい。ＣＡＲＴＯナビゲーション・ロケーションシステムとＡＵＲＯＲＡ（登録商標）システムは、電場でなく磁場を利用する。以下の特許に記載されるローカライゼーション／マッピングシステムも、本発明によって用いることができる。米国特許第６９９０３７０号、第６９７８１６８号、第６９４７７８５号、第６９３９３０９号、第６７２８５６２号、第６６４０１１９号、第５９８３１２６号、第５６９７３７７号。
【００３５】
ローカライゼーションシステム８で生成される場は、例えばＥｎＳｉｔｅ  ＮａｖＸ（商標）による場合の電場でも、ＣＡＲＴＯとＡＵＲＯＲＡ（登録商標）による場合の磁場でも、その他の場であってもよいが、一般に、ローカリゼーション場といわれる。その場を作り出すもの、例えば表面電極１２，１４，１６，１８，１９，２２は、一般に、ローカリゼーション場の生成器といわれる。上記したように、表面電極１２，１４，１６，１８，１９，２２は、ローカライゼーション場の特性を検出する検出器としても機能する。例えば、移動電極１７，５２，５４，５６の位置での電位が検出される。本発明は、電場を生成するローカライゼーションシステムの例を主にして説明されるが、当業者であれば、ここで開示されている原理を他のタイプのローカライゼーション場にいかに適用するかを理解するであろう。例えば電極１７,５２,５４,５６をコイルに置き換えることによって、磁場の異なる成分を検出することができる。
【００３６】
ローカライゼーションシステム８は、３次元の参照用の表を備えていてもよい。その表は、ローカリゼーション場内における物体の位置と、物体がローカリゼーション場内の様々な位置にあるときにローカライゼーションシステムで検出される値を関連付けるレファレンスデータを含んでいる。例えば上記したように、表面電極の対１２/１４、１８/１９、１６/２２で生成された電場内に置かれた移動電極１７，５２，５４，５６の位置で検出された電位は、ローカリゼーション場内における移動電極１７，５２，５４，５６の位置を決定するのに利用することができる。例えば、参照用の表に含まれているレファレンスデータは、検出された電位をローカライゼーション場内の物理的位置に対応付ける情報を含んでいてもよい。実際には、参照用の表は、ローカライゼーション場に置かれた物体を測定したとき位置を定義ないし特定するための基準として働く複数個の参照用ポイント（例えば参照用の表のセルまたはノード）を含む、ローカライゼーション場のための３次元座標系を定義している。本発明のいくつかの実施例では、３次元の参照用の表、従って３次元の座標系は、コンピュータ２０に組み込まれているモデリング処理装置によって、生成される。 
【００３７】
最初は、参照用の表は、完全に均一なローカライゼーション場のために予想されるレファレンスデータを記憶していてもよい。図３には、そのような参照用の表が２次元に図示されている。図示の目的のためにだけ、参照用の表は、ｘ軸の表面電極（パッチ電極１２，１４）間に９ボルトが印加されるとともに、ｙ軸の表面電極（パッチ電極１８，１９）間に９ボルトが印加される場合を想定しており、表面電極同士が９単位だけ離れて配置されている場合を想定している。これは、１ボルトの変化が１単位の移動に等しい場合を想定している。さらに、参照用の表は、例えばレファレンス電極３１によって定義される座標原点（０，０）では、ｘ軸の電場が作用するときには３ボルトとなり、ｙ軸の電場が作用するときには５ボルトとなると想定している。レファレンス電極３１によって検出されるボルトよりも高いボルトは正であると定義されており、レファレンス電極３１によって検出されるボルトよりも低いボルトは負であると定義されている。参照用の表のなかの個々の欄（例えば表のなかのセルまたはノード）は、座標系における参照ポイントを定義している。ローカライゼーションシステム８は、その参照ポイントを基準にして、ローカライゼーション場に置かれている物体の位置を計測する。図３の表では、整数の値のみが示されているが、発明を実施するために用いられる参照用の表は、小数点以下の値を備えていてもよいことを考慮すべきである。すなわち、参照用の表は、任意の間隔で分割することができる。もちろん、中間値（参照用の表のセルに正確には一致しない値）を補完法によって決定可能であることも考慮に入れるべきである。好ましくは、参照用の表のノードからノードまでが連続しているとする補完法を用いる。
【００３８】
当業者であれば認識するように、３次元の参照用の表のノードを最初に設けるために使う仮定に反して、ローカリゼーションシステム８によって生成されるローカリゼーション場は、完全には均一でないことがある。参照用の表を埋めるために使用した予想値は正確でないことがある。その結果、ローカリゼーション場にある移動電極１７，５２，５４，５６または他の物体の位置を計測する際に、誤差が導入されることがある。その非均一性を補正し、測定誤差を最小化することが好ましい。その結果、ローカライゼーションシステム８の精度と正確性が改善される。
【００３９】
カテーテルをローカリゼーション場に置いた後に、ローカライゼーションシステム８は、参照用の表に記憶されているデータに従って、複数の電極１７，５２，５４，５６の各々の位置を決定するように利用することができる。参照用の表のレファレンスデータによって決定された電極１７，５２，５４，５６の位置は、電極対の間の距離を計算するのに利用できる。特に、電極１７と５２にように、隣接する電極の間の距離を計算するのに利用できる。
【００４０】
例えば、電極１７の位置において、ｘ軸方向の電場を印加したときには７ボルトを観察し、ｙ軸方向の電場を印加したときには６ボルトを観察し、電極５２の位置において、ｘ軸方向の電場を印加したときには７ボルトを観察し、ｙ軸方向の電場を印加したときには８ボルトを観察したとする。最初に均一なローカリゼーション場を想定して埋められた参照用の表は、電極１７は座標（４，１）の位置にあり、電極５２は座標（４，３）の位置にあることを示す。電極１７と電極５２の間の距離は、２単位となる。すなわち、座標（Ｘ１、Ｙ１）と座標（Ｘ２，Ｙ２）の間に距離ｄは、以下の式で計算される。
【数２】
0005419717.tif 000003
【００４１】
上記したように、電極１７と５２の間の実際の距離は既知である。電極１７と５２の間の測定された距離は、ローカライゼーション場の不均一性に起因して、実際の距離から相違するかもしれない。従って、コンピュータ２０の一部で構成することができる誤差処理装置は、誤差信号を決定して出力するために、計測された距離と実際の距離を比較する。その誤差信号は、電極１７，５２，５４，５６間の距離をより正確に計測できるようにするために、３次元の参照用の表のなかのレファレンスデータを修正するのに利用できる。コンピュータ２０に組み込むことができ、好ましくはモデリング処理装置と誤差処理装置に接続されている補正処理装置は、誤差信号が小さくなるように(すなわち計測された距離と実際の距離との差が小さくなうように)れファンレスデータを補正する。
【００４２】
ここでは例として電極１７と５２が利用されているが、カテーテル１３が時間とともにローカライゼーション場内を移動する際に、全部の電極１７，５２，５４，５６から得られる情報を誤差信号に組み込み、複数個の電極対に関する複数個の実際の距離の情報と比較される複数個の電極対に関する複数個の測定された距離の情報を提供することが好ましい。この処理は、実時間で実行してもよいし、予め記録されたデータに対して実行してもよい。
【００４３】
本発明のいくつかの実施例では、３次元の参照用の表にあるレファレンスデータを適合的に更新するために、カーネル関数が用いられる。好ましくは、カーネル関数は、補正するポイントの複数個の電極の位置からの距離が大きくなるに従って、その大きさが小さくなるように参照用データを更新する、一種の収束関数である。すなわち、参照用の表において測定された座標位置に最も近い参照ポイントないしはノードが最も大きく補正され、参照用の表において測定された座標位置に直接的に隣接する参照ポイントないしはノードが次に大きく補正され、以下同様であり、参照用の表において測定された座標位置から最も遠い参照ポイントないしはノードが最も小さく補正されるか、あるいは補正されない。
【００４４】
一つの好ましいカーネル関数はガウス関数の一種であり、以下の式で与えられる。
【数３】
0005419717.tif 000004
そのカーネル関数が図４に図示されており、正の凸と負の凸を備えており、それぞれの凸の中心からの距離の増大ともにゼロに収束している。本発明を実施するには、正の凸と負の凸を備えており、凸の中心からの距離の増大ともにゼロに収束している任意の種類のカーネル関数が利用できる。    
【００４５】
従って、例えば、測定された電極間距離が実際の電極間距離よりも短い場合、誤差信号は負となり、座標系に置かれている参照ポイントを隔てている距離が長くなるように補正される（すなわちローカライゼーション場が引き伸ばされる）。同様に、測定された電極間距離が実際の電極間距離よりも長い場合、誤差信号は正となり、座標系に置かれている参照ポイントを隔てている距離が短くなるように補正される（すなわちローカライゼーション場が縮められる）。
【００４６】
後者の場合が図５ａ，５ｂに図示されている。図５ａは、ローカライゼーションシステム８が生成したローカライゼーション場において測定されたカテーテル１３と電極１７，５２，５４，５６を図示している。ローカライゼーション場は格子状に表示されている。電極１７と５２の間の測定された距離は約４単位であり、電極５２と５４の間の測定された距離は約５単位であり、電極５４と５６の間の測定された距離は約３．５単位である。しかしながら、電極間の実際の距離は１ユニットであるとすると、測定された距離は長すぎる（カテーテル１３は既知のサイズから引き伸ばされて観測されている）。カーネル方法は、３次元の参照用の表のレファレンスデータを更新し、ローカライゼーション場を縮める。図５ｂは、図５ａのローカライゼーション場にカーネル方法を１回だけ実行した後のローカライゼーション場を図示している。参照ポイント（すなわちグリッド）が、縮められている。電極１７と５２の間の距離は約２．５単位であると計算され、電極５２と５４の間の距離は約３単位であると計算され、電極５４と５６の間の距離は約２単位であると計算されるように、参照用の表中のデータは更新されている。
【００４７】
前記したように、カーネル方法を１回実行しただけでは、ローカライゼーション場の不均一性を補正しないかもしれない。好ましくは、カーネル方法を実行するたびに、誤差信号がほとんどなくなるような最適値に近づくように参照用データが小さく修正されることが好ましい。カーネル方法を繰り返し実行することは、カテーテル１３を患者の心臓１０に挿入しながらリアルタイムで処理してもよい。例えば、心臓の表面モデルを作り出すための複数個のジオメトリックポイントの位置を測定しながら、三次元の参照用の表のレファレンスデータによって、測定したジオメトリックポイントの位置が補正されるようにしてもよい。
【００４８】
カーネル方法を十分な回数だけ繰返すと、３次元の参照用の表は、誤差信号をほとんど含まない最適値に近づくように更新される。その後の物体がローカライゼーション場に置かれると、３次元の参照用の表の更新されたデータによって、その物体の位置が正確かつ精密に測定される。
【００４９】
一般的にいうと、本発明は、限られた空間内にある物体の位置を決定するのに用いられる。電極１７,５２,５４,５６の場合には、相互の間隔が既知であったが、物体が既知の間隔を持たない場合も有効である。上記したように、ローカライゼーション場は、既知の３次元の座標系を備えており、その座標系は、ローカライゼーション場に置かれた物体の計測された位置を定義するための基準となる複数個の参照ポイント備えている。既知の距離だけ離れている複数個の補正用要素（例えば電極１７，５２，５４，５６）を備えている補正用のツールないし物体(例えばカテーテル１３)がローカライゼーション場に挿入される。参照用の情報、例えば個々の補正要素の位置が、その３次元座標系のなかで計測され、少なくとも２つの補正用要素間の間隔が計測される。その後、観測された距離と機知の距離の比較結果に基づいて、補正信号が生成される。その後の物体が補正用のツールの近傍に置かれる。その場合、その補正信号がローカライゼーション場内における物体の位置を決定するのに利用できる。
【００５０】
上記したように、複数個の参照ポイントのいくつかにはカーネル関数を用いて適合させる処理がなされる。すなわち、計測された距離と実際の距離との差を減少させるように修正された３次元座標系を作る。その処理を十分な回数だけ繰返すと、計測された距離と実際の距離との差がゼロに収束する。物体をローカライゼーション場に置くことができ、その位置を修正された３次元座標系によって計測することができる。
【００５１】
本発明のいくつかの実施例をある程度の具体性を持って記載したが、当業者であれば発明の範囲内で、開示された実施例を様々に変形させることができる。例えば、ここで記載した種々の処理装置（例えばモデル生成処理装置、誤差処理装置、補正処理装置）は、本発明の範囲内で、一つまたは二つ以上のコンピュータシステム中の一つまたは二つ以上の処理装置に組み込むことができる。
【００５２】
さらに、電場または磁場をローカライゼーション場とする場合を例にして本発明を説明したが、イメージシステム、例えば、蛍光色を利用して可視化するシステム、心臓内を超音波で可視化するエコーシステム、磁気共鳴現象を利用して可視化するシステム、カテーテルの進行方向をガイドするために利用されるシステムの中で本発明を実施することもできることに留意すべきである。これらの可視化システムも、本書でいうローカライゼーション場という用語の意味範囲内にある。
【００５３】
さらに、ローカライゼーションシステムでの測定結果とローカライゼーション場における物体の位置を関連図ける参照用の表であって、繰り返し更新された参照用の表を利用する場合に沿って本発明を記述してきたが、他の方法論も本発明の範疇である。例えば、重み関数を利用した代数学的手法を、参照用の表の代わりに用いることができる。この場合、ローカライゼーション場の不均一性は、相対的な重み係数を調整することで補正される。同様に、ニューラルネットワークなどの学習機能つきの手法も利用可能である。
【００５４】
方位を示す用語のすべて（例えば、上、下、上方、下方、左、右、左方、右方、頂部、底部、上側、下側、垂直、水平、時計方向、反時計方向）は、本発明を読者が理解しやすくするためのものに過ぎないし、本発明を制約するものでない。特に、位置、方位あるいは本発明の利用において、接続関係を示す用語（例えば、取り付けられている、結合されている、接続されているといったものなど）は、広く理解すべきであり、要素の要素の間に中間部材を含んでもよく、要素間の相対移動を含んでもよい。このように、接合についての言及は、必ずしも、２つの要素が直接接続されかつ互いに固定関係にあることを意味するものではない。
【００５５】
上記説明に含まれるかまたは添付図面に示したすべての事項は、本発明を限定するものではなく単に例示するものであると解釈されることを意図している。添付の特許請求の範囲で定義されるような本発明の趣旨から逸脱することなく、詳細または構造に対する変更を行ってもよい。
【図１】
0005419717.tif 000006
【図２】
0005419717.tif 000007
【図３】
0005419717.tif 000008
【図４】
0005419717.tif 000009
【図５ａ】
0005419717.tif 000010
【図５ｂ】
0005419717.tif 000011