(57)【要約】【課題】従来技術の欠点を克服した、外科装置又は解剖に関する他の装置の空間位置についての精確な十分な情報を提供することができる被検体内プローブの位置を決定すること。【解決手段】第１のカテーテルの超音波イメージングトランスジューサアレイは、イメージングプレーンに対応づけられており、第２のカテーテルは、第１のアンテナを有しており、第２のカテーテルは、少なくとも部分的に第１のカテーテルとは異なっており、プロセッサは、第１のカテーテル、第２のカテーテル及びそれらの組合せの角度位置に対して相対的なイメージングプレーンの角度位置情報を、第１のアンテナの第１の信号の関数として決定する。【選択図】図１Ａ
2006095307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カテーテル（１０）に対して相対的なイメージングプレーン（１８）の位置を決定するためのシステム（１０）において、
システム（１０）は、第１のカテーテル（１２）と、第２のカテーテル（１４）と、プロセッサ（１７）を有しており、
前記第１のカテーテル（１２）は、超音波イメージングトランスジューサアレイ（１６）を有しており、前記超音波イメージングトランスジューサアレイ（１６）は、イメージングプレーン（１８）に対応づけられており、
前記第２のカテーテル（１４）は、第１のアンテナ（２０）を有しており、前記第２のカテーテル（１４）は、少なくとも部分的に前記第１のカテーテル（１２）とは異なっており、
前記プロセッサ（１７）は、前記第１のカテーテル（１２）、前記第２のカテーテル（１４）及びそれらの組合せの角度位置に対して相対的な前記イメージングプレーン（１８）の角度位置情報を、前記第１のアンテナ（２０）の第１の信号の関数として決定するように作動することを特徴とする位置を決定するためのシステム（１０）。
【請求項２】
第１のカテーテル（１２）は、超音波イメージングトランスジューサアレイ（１６）に対して相対的に位置付けられた第２のアンテナ（２２）を有しており、プロセッサ（１７）は、前記第２のアンテナ（２２）の第２の信号の関数として、イメージングプレーン（１８）の角度位置情報を決定するように作動される請求項１記載の位置を決定するためのシステム（１０）。
【請求項３】
第１の信号は、送信信号であり、第２の信号は、第１の信号に応答する受信信号である請求項２記載の位置を決定するためのシステム（１０）。
【請求項４】
第２のアンテナ（２２）は、第１のカテーテル（１２）の周囲の角度の関数としての可変厚みを有している請求項２記載の位置を決定するためのシステム（１０）。
【請求項５】
第１のカテーテル（１２）は、更に、第１のカテーテル（１２）の周囲の角度の関数として可変厚みを有している第３のアンテナ（２２）を有しており、第３及び第２のアンテナ（２２）は、前記第１のカテーテル（１２）の長手方向軸線に対してほぼ垂直方向の同じ面内での長さの関数として湾曲されている請求項４記載の位置を決定するためのシステム（１０）。
【請求項６】
第２のアンテナ（２２）は、無線周波数識別デバイスを有しており、第１のカテーテル（１２）は、更に、少なくとも２つの付加的な無線周波数識別デバイスを有しており、プロセッサ（１７）は、第２の信号及び付加的な高周波数識別デバイスからの信号の関数として、第１のカテーテル（１２）に対して相対的なイメージングプレーン（１８）の角度位置情報を決定するために作動される請求項２記載の位置を決定するためのシステム（１０）。
【請求項７】
プロセッサ（１７）は、第２の信号及び付加的な高周波数識別デバイスからの信号の信号強度の関数として、角度位置情報を決定するために作動される請求項６記載の位置を決定するためのシステム（１０）。
【請求項８】
プロセッサ（１７）は、第２のカテーテル（１４）に対して相対的なイメージングプレーン（１８）の位置を決定するように作動する請求項１記載の位置を決定するためのシステム（１０）。
【請求項９】
更に、少なくとも第３及び第４のアンテナ（２２）を第１のカテーテル（１２）上に有しており、第２、第３及び第４のアンテナ（２２）は、第１のカテーテル（１２）上の、第２、第３及び第４のアンテナ（２２）が超音波イメージングトランスジューサアレイ（１６）とは別個の音響要素であり、プロセッサ（１７）は、第２の、第３及び第４のアンテナ（２２）の信号の関数として、第１のカテーテル（１２）に対して相対的なイメージングプレーン（１８）の角度位置情報を決定するように作動される請求項２記載の位置を決定するためのシステム（１０）。
【請求項１０】
第２のアンテナ（２２）は、超音波イメージングトランスジューサアレイ（１６）と同じ基板上に集積化された別個のデバイスである請求項２記載の位置を決定するためのシステム（１０）。
【請求項１１】
プロセッサ（１７）は、第１及び第２の信号、超音波イメージングトランスジューサアレイ（１６）からの少なくとも１つの信号に応答して、角度位置情報を決定する請求項２記載の位置を決定するためのシステム（１０）。
【請求項１２】
プロセッサ（１７）は、第１のカテーテル（１２）上の第１のカテーテル（１２）及び第２のアンテナ（２２）の異なった位置の関数として、角度位置情報を決定するように作動する請求項２記載の位置を決定するためのシステム（１０）。
【請求項１３】
被検体内のイメージングプレーン（１８）の位置決め装置において、
（ａ）  第１の被検体内プローブ（１２）からの送信手段（３２）と、
（ｂ）  前記送信手段（３２）の送信に応答して第２の被検体内プローブ（１４）で信号を受信する手段（３４）と、
（ｃ）  前記信号の関数として、前記第１及び第２の被検体内プローブ（１２，１４）の１つのトランスジューサアレイ（１６）のイメージングプレーン（１８）の角度位置を決定する手段（３６）
を有することを特徴とする位置決め装置。
【請求項１４】
（ａ）送信手段（３２）は、広帯域パルスを使用し、
（ｂ）受信手段（３４）は、可変の厚みを有するアンテナを用いて信号を受信し、
（ｃ）角度位置決定手段（３６）は、前記信号の周波数コンテントの関数としてイメージングプレーン（１８）の角度位置を決める請求項１３記載の位置決め装置。
【請求項１５】
（ａ）送信手段（３２）は、各々可変の厚みと異なった位相を有する第１及び第２のアンテナ（２２）から送信し、
（ｂ）受信手段（３４）は、前記第１及び第２のアンテナ（２２）の両方に応答して信号を受信し、
（ｃ）角度位置決定手段（３６）は、前記信号の周波数コンテント及び相対位相の関数として、イメージングプレーン（１８）の角度位置を決める請求項１３記載の位置決め装置。
【請求項１６】
（ａ）送信手段（３２）は、問い合わせ信号を送信し、
（ｂ）受信手段（３４）は、第２の被検体内プローブでの複数の無線周波数識別装置からの信号に応答し、
（ｃ）角度位置決定手段（３６）は、前記受信手段（３４）の信号の相対応答信号強度の関数として第２の被検体内プローブ(１４）に相対的なイメージングプレーン（１８）の角度位置を決める請求項１３記載の位置決め装置。
【請求項１７】
（ｃ）角度位置決定手段（３６）は、第１の被検体内プローブ（１２）に対して相対的なイメージングプレーン（１８）の角度位置を決め、第１の被検体内プローブ（１２）は、トランスジューサアレイ（１６）を有する請求項１３記載の位置決め装置。
【請求項１８】
（ｃ）角度位置決定手段（３６）は、第２の被検体内プローブ（１４）に対して相対的なイメージングプレーン（１８）の角度位置を決め、前記第２の被検体内プローブ（１４）は、トランスジューサアレイ（１６）を有する請求項１３記載の位置決め装置。
【請求項１９】
（ａ）送信手段（３２）は、超音波信号を送信し、
（ｂ）受信手段（３４）は、前記超音波信号を受信し、
前記（ａ）送信手段（３２）及び前記（ｂ）受信手段（３４）の一方は、トランスジューサアレイ（１６）とは異なっていて、当該トランスジューサアレイ（１６）に対して相対的な既知の空間配向のトランスジューサ素子のアレイ（２２）を用いて実行し、
（ｃ）角度位置決定手段（３６）は、超音波信号の関数としてイメージングプレーン（１８）の角度位置を決める請求項１３記載の位置決め装置。
【請求項２０】
更に、
（ｄ）  （ｂ）受信手段（３４）の信号とは異なるトランスジューサアレイ（１６）からの信号を受信する手段を有しており、
（ｃ）角度位置決定手段（３６）は、信号及び別の信号の関数として、角度位置を決める請求項１３記載の位置決め装置。
【請求項２１】
更に、
（ｄ）  （ａ）送信手段（３２）及び（ｂ）受信手段（３４）の初期パフォーマンスの場合とは異なった位置に曲げられたトランスジューサアレイ（１６）を有する第１及び第２の被検体内プローブ（１２，１４）の１つのチップを用いて前記送信手段（３２）及び（ｂ）受信手段（３４）の送受信を繰り返す手段（４４）を有しており、
（ｃ）角度位置決定手段（３６）は、前記チップの異なった位置の関数として角度位置を決める請求項１３記載の位置決め装置。
【請求項２２】
位置情報をイメージングのために用いる装置において、
（ａ）第１及び第２のグループの音響素子（２４）を用いて、つまり、前記第１のカテーテル（１２）上の前記第１のグループの音響素子（２４）及び前記第２のカテーテル（１４）上の前記第２のグループの音響素子（２４）を用いて、少なくとも第１及び第２のカテーテル（１２，１４）の相対位置を決める手段（５０）、
（ｂ）前記相対位置の関数として、前記第１及び第２のグループの音響素子を用いて組織の超音波画像を形成する手段（５２）を有することを特徴とする位置情報をイメージングのために用いる装置。
【請求項２３】
第１グループの音響素子（２４）は、第１のカテーテル（１２）に沿って相互に離隔して配設されており、第２グループの音響素子（２４）は、第２のカテーテル（１４）に沿って相互に離隔して配設されており、
（ａ）少なくとも前記第１及び第２のカテーテル（１２，１４）の相対位置を決める手段（５０）は、
（ａ１）前記第１グループの少なくとも１つの音響素子（２４）から送信する手段（３２）、
（ａ２）前記（ａ１）送信手段（３２）に応答して、前記第２グループの音響素子（２４）を用いて受信する手段（３４）、
（ａ３）前記第２グループの少なくとも１つの音響素子（２４）から送信する手段（３２）、
（ａ４）前記（ａ３）送信手段（３２）に応答して、前記第１グループの少なくとも１つの音響素子（２４）を用いて受信する手段（３２）、
（ａ５）前記（ａ１）送信手段（３２）、前記（ａ２）受信手段（３４）、前記（ａ３）送信手段（３２）、前記（ａ４）受信手段（３２）の送信及び受信の関数として、前記第１グループ及び前記第２グループの各音響素子の位置決め手段（３６）
を有しており、
（ｂ）組織の超音波画像を形成する手段（５２）は、前記各音響素子の各位置に基づいてビーム形成することによって、トランスジューサアレイ（１６）として第１及び第２のグループの各音響素子を用いて超音波画像を形成する手段（５２）を有している
請求項２２記載の位置情報をイメージングのために用いる装置。
【請求項２４】
（ｂ）組織の超音波画像を形成する手段（５２）は、超音波画像として３次元表示を形成する手段（５２）を有しており、前記３次元表示は、少なくとも１つの第１及び第２のカテーテル（１２，１４）を有する
請求項２２記載の位置情報をイメージングのために用いる装置。
【請求項２５】
カテーテルに対して相対的にイメージングプレーン（１８）の位置を決めるための装置において、
（ａ）第１及び第２のグループの音響素子（２４）を用いて、少なくとも第１及び第２のカテーテル（１２，１４）の相対位置を決める手段（４０）を有しており、つまり、前記第１カテーテル（１２）上の前記第１のグループの音響素子（２４）及び前記第２のカテーテル（１４）上の前記第２のグループの音響素子（２４）を用いて前記相対位置を決め、前記第１カテーテル（１２）は、音響イメージングトランスジューサアレイ（１６）を有しており、
（ｂ）前記（ａ）少なくとも第１及び第２のカテーテル（１２，１４）の相対位置を決めた後、前記第１カテーテル（１２）を曲げる手段(４２)、
（ｃ）前記（ｂ）前記第１カテーテル（１２）を曲げた後、前記（ａ）少なくとも第１及び第２のカテーテル（１２，１４）の相対位置を決めることを繰り返す手段（４４）、
（ｄ）前記（ａ）少なくとも第１及び第２のカテーテル（１２，１４）の相対位置を決め、及び、前記（ｂ）前記第１カテーテル（１２）を曲げ、及び、前記（ｃ）少なくとも第１及び第２のカテーテル（１２，１４）の相対位置を決めることを繰り返して決定された相対位置の関数として、イメージングプレーン（１８）の位置を決める手段（４６）
を有することを特徴とするカテーテルに対して相対的にイメージングプレーン（１８）の位置を決めるための装置。
【請求項２６】
第１のグループの音響素子（２４）は、第１のカテーテル（１２）に沿って相互に離隔して配設されており、第２のグループの音響素子（２４）は、第２のカテーテル（１４）に沿って相互に離隔して配設されており、（ａ）少なくとも第１及び第２のカテーテル（１２，１４）の相対位置を決める手段（４０）は：
（ａ１）前記第１のグループの少なくとも１つの音響素子（２４）から送信する手段（３２）、
（ａ２）前記（ａ１）第１のグループの少なくとも１つの音響素子（２４）から送信する手段（３２）の送信に応答して、前記第２のグループの少なくとも１つの音響素子（２４）を用いて受信する手段（３４）、
（ａ３）前記第２のグループの少なくとも１つの音響素子（２４）から送信する手段（３２）、
（ａ４）前記（ａ３）前記第２のグループの少なくとも１つの音響素子（２４）から送信する手段（３２）の送信に応答して、前記第１のグループの音響素子（２４）を用いて受信する手段（３４）、
（ａ５）前記（ａ１）第１のグループの少なくとも１つの音響素子（２４）からの送信、前記（ａ２）第２のグループの少なくとも１つの音響素子（２４）を用いての受信、前記（ａ３）第２のグループの少なくとも１つの音響素子（２４）からの送信、前記（ａ４）第１のグループの音響素子（２４）を用いての受信の各送信及び受信の関数として、前記第１及び第２のグループの各音響素子（２４）の位置を決める手段（４０）
を有しており；
（ｂ）第１カテーテル（１２）を曲げる手段(４２)は、当該カテーテルの先端から離隔されたイメージングプレーン（１８）に対して相対的な既知の方向に前記先端を曲げる手段(４２) を有しており、
（ｄ）イメージングプレーン（１８）の位置決め手段（４６）は、前記（ａ）少なくとも第１及び第２のカテーテル（１２，１４）の相対位置を決める手段（４０）、及び、前記（ｂ）第１カテーテル（１２）を曲げる手段(４２)、及び、（ｃ）少なくとも前記第１及び第２のカテーテル（１２，１４）の相対位置を決めることを繰り返す手段（４４）で決められた相対位置での既知の方向及び差の関数として、位置を決める手段（４６）を有している
請求項２５記載の、カテーテルに対して相対的にイメージングプレーン（１８）の位置を決めるための装置。
【請求項２７】
カテーテルに対して相対的なイメージングプレーン（１８）の位置決めシステム（１０）において、
システム（１０）は：
イメージングプレーン（１８）に相応する超音波イメージングトランスジューサアレイ（１６）を有する第１のカテーテル（１２）と、
前記第１のカテーテル（１２）から離隔された第１のアンテナ（２５）と、
前記第１のカテーテル（１２）又は第１のアンテナ（２５）の１つに対して相対的な前記イメージングプレーン（１８）の角度位置情報を、前記第１のアンテナ（２５）の第１の信号の関数として決めるように作動するプロセッサ（１７）
を有することを特徴とするカテーテルに対して相対的なイメージングプレーン（１８）の位置決めシステム（１０）。
【請求項２８】
第１のアンテナ（２５）は、複数の超音波素子を有している請求項２７記載のカテーテルに対して相対的なイメージングプレーン（１８）の位置決めシステム（１０）。
【請求項２９】
第１のアンテナ（２５）は、被検体の外側に配置される請求項２７記載のカテーテルに対して相対的なイメージングプレーン（１８）の位置決めシステム（１０）。
【請求項３０】
第１のアンテナ（２５）は、被検体の皮膚上に配置された複数の超音波素子を有する請求項２９記載のカテーテルに対して相対的なイメージングプレーン（１８）の位置決めシステム（１０）。
【請求項３１】
プロセッサ（１７）は、第１のアンテナ（２５）からの距離の関数として、超音波イメージングトランスジューサアレイ（１６）の方位位置を決めるように作動される請求項２９記載のカテーテルに対して相対的なイメージングプレーン（１８）の位置決めシステム（１０）。
【請求項３２】
第１の信号の信号強度の関数として、超音波イメージングトランスジューサアレイ（１６）の仰角位置を決めるように作動される請求項２９記載のカテーテルに対して相対的なイメージングプレーン（１８）の位置決めシステム（１０）。
【請求項３３】
プロセッサ（１７）は、３次元再構成のために、イメージングプレーン（１８）のシーケンスの相対位置を決めるように作動される請求項２９記載のカテーテルに対して相対的なイメージングプレーン（１８）の位置決めシステム（１０）。
【請求項３４】
第１のアンテナ（２５）は、被検体内プローブである請求項２７記載のカテーテルに対して相対的なイメージングプレーン（１８）の位置決めシステム（１０）。
【請求項３５】
被検体内のイメージングプレーン（１８）の位置決め装置において、
装置は：
（ａ）第１の被検体内プローブ（１２）及びアンテナ（２５）の超音波イメージングトランスジューサアレイ（１６）の一方から送信する手段（３２）、
（ｂ）前記（ａ）送信手段（３２）の送信に応答して、前記超音波イメージングトランスジューサアレイ（１６）及び前記アンテナ（２５）の他方を用いて信号を受信する手段（３４）、
（ｃ）前記超音波イメージングトランスジューサアレイ（１６）のイメージングプレーン（１８）の角度位置を、前記信号の関数として決める手段（３６）を有する
ことを特徴とする被検体内のイメージングプレーン（１８）の位置決め装置。
【請求項３６】
アンテナ（２５）は、被検体の外側上に位置している請求項３５記載の被検体内のイメージングプレーン（１８）の位置決め装置。
【請求項３７】
（ｃ）超音波イメージングトランスジューサアレイ（１６）のイメージングプレーン（１８）の角度位置を、信号の関数として決める手段（３６）は、前記信号のタイムオブフライト情報に応答して、超音波イメージングトランスジューサアレイ（１６）の位置を決め、及び、前記位置に対して相対的な前記イメージングプレーン（１８）の角度を、前記信号の信号強度の関数として決める手段（３６）を請求項３６記載の被検体内のイメージングプレーン（１８）の位置決め装置。
【請求項３８】
アンテナ（２５）は、他方の被検体内プローブ（１４）上に位置付けられている請求項３５記載の被検体内のイメージングプレーン（１８）の位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内プローブの位置を決定することに関し、イメージングプレーンの位置を決定するためのシステム、被検体内のイメージングプレーンの位置決め装置、位置情報をイメージングのために用いる装置、カテーテルに対して相対的にイメージングプレーンの位置を決めるための装置、カテーテルに対して相対的にイメージングプレーンの位置を決めるためのシステムに関する。特に、被検体内プローブ、例えば、カテーテルの位置が、イメージング用の別のカテーテル又は組織に対して相対的に決定される。
【背景技術】
【０００２】
心臓内又は外科処置をうまく行う際、外科装置又は解剖に関する他の装置の空間位置についての精確な情報が必要である。例えば、高周波アブレーション処置の間、アブレーション装置の位置を知ることは重要である。高周波電気アブレーションは、肺動脈に隣接した導電性の経路で実行される。アブレーションは、肺動脈の内側を切除しないようにしつつ、できる限り導電性の経路上高い心室内で実行される。
【０００３】
アブレーションを実行するためのアブレーションカテーテルの精確な位置は、視覚化を用いて得られる。カテーテル及び解剖の投影陰影を視覚化するのに、エックス線透視検査を使うことができる。投影方向に沿った寸法及び距離は、エックス線透視検査を使って見ることはできない。エックス線透視検査イメージング中、実行されるエックス線に曝されるのを最小にするのが所望される。
【０００４】
米国特許第６４９０４７４号明細書によると、カテーテルの位置を決定するのに、エックス線放射を使うのが回避される。複数カテーテルの相対位置は、超音波トランスジューサ（深触子）を用いて視覚化される。トランスジューサは、２つ以上のカテーテルの各々に沿って間隔を置いて設けられる。超音波タイムオブフライトは、トランスジューサの相対的な空間位置を識別するのに使われる。相対トランスジューサ位置、カテーテルの既知の機械的特性及びカテーテルに沿った位置付けにより、カテーテル体の相対的な軌道を予測することができるようになる。しかし、２つ以上のカテーテルの相対的な位置を識別することは、カテーテルの一方がイメージング用のカテーテルプローブであっても、それ自体では解剖状態を視覚化せず、この方法では、十分な情報を提供しない。
【特許文献１】米国特許第６４９０４７４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、従来技術の欠点を克服した、外科装置又は解剖に関する他の装置の空間位置についての精確な十分な情報を提供することができる被検体内プローブの位置を決定することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、本発明によると、第１のカテーテルの超音波イメージングトランスジューサアレイは、イメージングプレーンに対応づけられており、第２のカテーテルは、第１のアンテナを有しており、第２のカテーテルは、少なくとも部分的に第１のカテーテルとは異なっており、プロセッサは、第１のカテーテル、第２のカテーテル及びそれらの組合せの角度位置に対して相対的なイメージングプレーンの角度位置情報を、第１のアンテナの第１の信号の関数として決定することにより解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
組織を手術又は検査するために、一方のプローブ内に外科装置を整列するのを支援するために、別のプローブが領域をスキャンする。トランスジューサアレイ及び/又は外科装置を有するカテーテルに対して相対的なスキャン領域の位置が、所望の組織をイメージングするためにフィードバックするのに使われ、外科装置を、組織に対して相対的な所望の位置に配置するのに使われる。例えば、イメージング用の第２のカテーテルプローブのイメージングプレーンに対して相対的な第１のカテーテル位置が決定される。カテーテル又は他のプローブに対して相対的なイメージングプレーンの位置が、関心のある組織と整列される。アブレーションカテーテル、又は、イメージングプレーンに関する他の装置の空間位置は、一層精確に決定され、それにより、外科医が、単数又は複数のカテーテルの比較的近傍の、特定の解剖部位を識別することができるようになる。カテーテルプローブのイメージングプレーンの位置を決定するための、別の択一的な、又は、付加的なアプローチは、２つ以上のカテーテルの相対位置を決定することにある。その際、イメージングに関連したカテーテルが、移動され、又は、イメージングプレーンとの既知の空間関係を持った方向に曲げられる。それから、相互に対して相対的なカテーテルの位置が再度決定され、それにより、イメージングプレーンの確度又は位置を決定することができるようになる。カテーテルに対して相対的なイメージングプレーンの確度位置を決定するのに付加的に、又は、択一的に、組織の超音波画像が、カテーテルの位置を見つけるための音響素子を用いて形成される。音響素子は、スパースランダムイメージングアレイ、並びに、カテーテルの相対位置を決定するための装置として使用される。
【０００８】
第１の観点では、システムが、カテーテルに対して相対的なイメージングプレーンの位置を決定するために設けられる。超音波イメージングアレイを有するカテーテルは、相応のイメージングプレーンを有している。別のカテーテルは、アンテナ、例えば、電磁アンテナ又は超音波素子を有している。２つのカテーテルは、少なくとも部分的に異なっている。プロセッサは、第１のカテーテルに対して相対的なイメージングプレーンの角度位置を、第１のアンテナの信号の関数として決定するように作動可能である。
【０００９】
第２の観点では、装置は、被検体内のイメージングプレーンの位置を決定するために設けられている。送信は、被検体内プローブから実行される。信号は、送信に応答して、異なった被検体内プローブで受信される。２つの被検体内プローブの一方のトランスジューサアレイのイメージングプレーンの角度位置は、信号の関数として決定される。
【００１０】
第３の観点では、装置が、イメージング用の位置情報を使うために提供される。２つ以上のカテーテルの相対位置が、異なったカテーテル上の異なったグループの音響素子を用いて決定される。組織の超音波イメージが、これらの同じ種々のグループの音響素子を用いて、決定された相対位置の関数として形成される。
【００１１】
第４の観点では、カテーテルに対して相対的なイメージングプレーンの位置を決定するための装置が提供されている。異なったグループの音響素子を有する少なくとも２つのカテーテルの相対位置が決定される。各カテーテルの一方は、音響イメージングトランスジューサアレイを有している。音響イメージングトランスジューサアレイを有するカテーテルが曲げられる。その際、相対位置の決定が繰り返される。イメージングプレーンの位置は、曲げの前及び後に決定された異なった相対位置の関数として決定される。
【００１２】
本発明は、特許請求の範囲に定義されており、ここでの説明は、特許請求の範囲の限定ではない。
【実施例１】
【００１３】
以下、本発明について、図示の実施例を用いて詳細に説明する。図において、必ずしもスケール通りに示しているとは限らない。但し、図面全体にわたって、参照番号は、同一の部分を指示している。
【００１４】
組織をイメージングするイメージングプレーンに関して、侵襲性外科装置の空間的位置が検出される。外科装置に関してイメージングプレーンの位置を計算することによって、外科装置の位置が、組織に対して相対的に決定される。装置と、超音波イメージング被検体内又はカテーテルトランスジューサアレイとの間の送信及び受信を使うことによって、装置に対して相対的にイメージングプレーンを位置付けることができるようになる。カテーテル、又は、超音波イメージングカテーテル付きの別のプローブに、位置検知装置を設けることによって、イメージングプレーンの角度位置が決定される。
【００１５】
種々異なった装置及びシステムを、イメージングプレーンの角度位置を決定するために使うことができる。１つ以上のアンテナが、超音波イメージングトランスジューサと同じカテーテル又はプローブに設けられている。音響、高周波、磁気等のアンテナを設けることができる。タイムオブフライト、信号強度、又は、周波数が、アンテナに対して相対的な送信器又は受信器の角度位置を識別するために使われる。種々異なった装置、例えば、種々異なったカテーテルに送信器又は受信器を配設することによって、別の装置に対して相対的にイメージングプレーンを配設することができるようになる。択一的又は付加的に、１つ以上のカテーテルの相対位置が決定される。イメージングアレイと関連したカテーテルは、イメージングアレイに対して相対的に特定の方向に曲げられ、例えば、カテーテルの先端がイメージングプレーンの方に曲げられる。カテーテルの相対位置が再度決定される。既知の曲げ方向に基づいて相対位置を変えると、カテーテルに対して相対的に、イメージングプレーンの位置を指示することができる。
【００１６】
２つ以上のカテーテル又はプローブの相対位置を決定するために、複数の音響素子が使われる場合、同じ素子を、イメージングアレイの部分として使うことができる。音響イメージングのためには、アレイ内の種々異なった素子に用いられるタイムオブフライト遅延によって、音響イメージを形成することができる。複数のカテーテルに沿って間隔を置いて配設された種々異なったトランスジューサの相対位置を決定することによって、相応のタイムオブフライト情報を計算することができる。それから、種々異なるトランスジューサからの信号を、計算されたタイムオブフライト情報を用いて、組織の画像を形成するために使うことができる。
【００１７】
上述の１つ以上の種々異なるアスペクトを、所定のシステムで実施することができる。図１Ａ及び図１Ｂは、プローブに対して相対的なイメージングプレーンの位置を決めるためのシステム１０の１実施例を示す。付加的な、異なった、又は、幾つかのコンポーネントを設けることができ、例えば、付加的なプローブ、又は、超音波イメージングシステムを設けることができる。
【００１８】
プローブ１２は、被検体内プローブ又はカテーテルである。例えば、プローブ１２は、１０ミリメートルより小さな心臓内プローブ又はカテーテルであり、例えば、直径でのフレンチサイズで、約８又は１０フレンチである。択一実施例では、プローブ１２は、エンドキャビティ（空洞）プローブ、例えば、トランセソファギール（経食道）プローブ、イントラオペレイティブプローブである。プローブ１２は、超音波トランスジューサアレイ１６を含む。
【００１９】
トランスジューサアレイ１６は、１次元リニアアレイであるが、多次元アレイ、カーブドアレイ又はそれらの組合せを用いてもよい。アレイ１６は、プローブ１２の長手方向軸に対して平行に配置される。択一的に、アレイ１６は、長手方向軸に対して垂直方向に延在するように配置してもよく、例えば、プローブ１２一部分又は全周に亘って円形にしてもよい。トランスジューサアレイ１６は、択一的に、プローブ１２の先端部分上に配置してもよい。イメージングプレーン１８は、トランスジューサアレイ１６に対応している。トランスジューサアレイ１６は、セクタ又はベクトル円形スキャンニングイメージングプレーンを実行するためのフェーズドアレイにしてもよい。択一的に、リニアフォーマットスキャンが、イメージングプレーン１８用に設けられている。トランスジューサアレイ１６が１次元アレイである場合、メカニカルエレベーションフォーカス又はノーエレベーションフォーカスを設けてもよく、エレクトリカルアジマス及びレンジフォーカスが設けられている。トランスジューサアレイ１６は、プローブ１２に対して相対的に固定されており、イメージングプレーン１８は、プローブ１２から特定の角度配向で延在している。例えば、図１Ｂに示されているように、イメージングプレーン１８は、別のプローブ１４から離れて延在している。プローブ１２が回転されるので、イメージングプレーン１８は、被検体内で回転される。択一的な実施例では、トランスジューサアレイ１６は、プローブ１２を回転させずに、プローブ１２内で移動又は再配置することができる。
【００２０】
プローブ１４は、カテーテル又は被検体内プローブであり、例えば、プローブ又はプローブ１２用の上述のカテーテルの１つである。１実施例では、プローブ１４は、外科装置、例えば、高周波アブレーション用のアブレーション電極を有する。択一的又は付加的に、プローブ１４は、外科用の、切除、スレッディング、スティッチング、インジェクティング等の外科処置用のポート又はツールを含む。プローブ１４が、プローブ１２と同じである場合、プローブ１４は、択一的にプローブ１２とは異なったプローブである。例えば、プローブ１４は、異なったサイズ、異なったツール、異なったコンポーネント、又は、別の、装置構成上の差、コンフィギュレーション又はオペレーションを有している。図１Ａ及び図１Ｂに完全に別個の装置として示されているように、プローブ１２及び１４を結合又は一緒に接続してもよく、例えば、プローブ１４がポートを通ってプローブ１２の部分内に延びているようにしてもよく、プローブ１２がポートを通ってプローブ１４の部分内に延びているようにしてもよい。同様の、又は、異なって誘導されるカテーテルを、プローブ１２，１４の各々のために使うようにしてもよい。その際、プローブ１２，１４は、プローブ１２，１４の少なくとも一部分又は全体に延在するように、異なった位置に配設されている。
【００２１】
プローブ１４は、アンテナ２０を含む。ここで使われるアンテナは、種々異なるタイプの送信又は受信信号用の装置であり、例えば、高周波、超音波又は他の信号用の装置である。アンテナ２０は、例えば、ＰＺＴ、コンポジットＰＺＴ、又は、マイクロエレクトロメカニカルトランスジューサのような音響素子である。高周波アンテナ、例えば、高周波トランスポンダ、ＲＦトランスミッタ、ＲＦ（高周波）レシーバ、又は、ＲＦトランシーバを使うことができる。高周波の実施例のためには、アンテナ２０は、デジタル又はアナログ情報の送信用の電極、ワイヤ、又は別のアンテナ構造であり、例えば、デジタル情報でエンコーディングされた搬送波を送信し、又は、エンコーディングせずにアナログパルスを送信する。アンテナ２０は、シングルポイントソースとして作動するが、比較的分布されていないか、又は、比較的多く制限された放射パターンを有しているようにしてもよい。１つのアンテナ２０が、図１Ａ及び図１Ｂに示されているが、同じ又は異なったアンテナの付加的なアンテナが、プローブ１４に沿った同様の、又は、異なった位置に設けられているようにしてもよい。１実施例では、アンテナ２０は、アブレーションコイルに隣接して配置されており、又は、特定位置に配置されるようにプローブ１４を別に実施してもよい。
【００２２】
別のプローブ、例えば、全部で３つ以上のプローブ用に設けた別のプローブを、択一実施例で設けてもよい。各付加プローブは、上述のプローブ１２，１４のどちらとも同じ、又は、どちらとも異なっているようにしてもよい。
【００２３】
超音波トランスジューサアレイ１６付きのプローブ１２は、アンテナ１２を含む。アンテナ２２は、音響、高周波又は別のアンテナ、例えば、アンテナ２０用の上述のようなアンテナである。アンテナ２２は、超音波イメージングアレイ１６に対して相対的に配置されている。１実施例では、アンテナ２２は、トランスジューサアレイ１６に対して相対的な固定の関係で配置されており、例えば、アレイ１６に隣接して、同一基板上に形成して、同一プローブ１２内に、アレイ１６と重畳して横方向に延びて、又は、既知の位置にアレイ１６から間隔を置いて配置してもよい。
【実施例２】
【００２４】
アンテナ２２は、トランスジューサアレイ１６に対して相対的な角度情報を提供するために、分布又は形成されている。図２〜５は、アンテナ２０又はプローブ１４に対するトランスジューサアレイ１６の角度関係を決定するためのアンテナ２２の異なった実施例を示す。イメージングプレーン１８，アンテナ２０、及び、超音波トランスジューサアレイ１６の、組織に対する空間的な配向、及び、相互の空間的配向は、組織を視野に入れ、組織に作用するように整列されている。イメージングプレーンの角度位置のような相対位置を決定することによって、一層精確に、効率的に、又は、迅速に整列することができる。
【００２５】
図２は、音響トランスジューサのような、複数の素子を有するアンテナ２２を示す。アンテナ２２のような音響素子は、超音波イメージングトランスジューサアレイ１６から離隔されている。１実施例では、アンテナ２２は、同じ基板上に集積化されているが、イメージングアレイ１６から離隔されている。例えば、トランスジューサアレイ１６は、マイクロエレクトロメカニカル膜要素のλ／２又はλ間隔で形成されている。マイクロエレクトロメカニカル膜は、同一基板上に形成されているが、アンテナ２２のように作動するために、アレイ１６用に使用される膜とは異なっているようにされている。同じ、又は、例えば、膜のサイズが、アンテナ２２とは異なった構造を、アレイ１６の要素用に使用してもよい。択一的な実施例では、アンテナ２２は、アレイ１６とは別個の基板又は別個の装置として形成されている。
【００２６】
アンテナ２２は、プローブ１２の周囲の異なった個所に配設されている。図２では、周囲に半円として示されているが、アンテナ２２を、図２に示されているよりももっと大きな範囲又はもっと小さな範囲に全周に亘って配設してもよい。アンテナ２２は、プローブ１２の横方向軸に沿って同一個所に配設されているが、択一的な実施例で、軸に沿った異なった個所に配設してもよい。要素又はアンテナ２２の単一のリング又は多重のリングを設けてもよい。
【００２７】
図３には、アンテナ２２の別の実施例が示されている。単一のアンテナ又は複数のアンテナが、可変厚みのアンテナ２２を提供するように、周囲に配列されており、例えば、周囲の一個所で最大厚みとなり、最も薄い部分に向かって約３６０°に亘って延びているようにしてもよい。アンテナ２２の厚みは、カテーテルプローブ１２の周りの角度の関数として変わる。１実施例では、アンテナ２２は、プローブ１２の表面に対して相対的な内側及び外側の表面上に電極を備えたリング又は圧電シリンダである。圧電部は、半径方向に作用（ｐｏｌｌｅｄ）される。複合セラミックを付加的に使用してもよい。アンテナ２２は、シリンダ又はプローブ１２の外部表面の軸線に対して平行であるがリニアではない内部表面のシリンダ軸線を有しており、それにより、シリンダ壁厚を、角度位置の関数として変えることができる。こうすることにより、その周囲に亘る各位置で異なって周波数応答するようになる。対角線方向で、即ち、図３の面の外側で、寸法は、波長に対して相対的に短く、従って、この方向では全方向である。
【００２８】
図４は、角度の関数として可変の厚みを有するアンテナ２２を有する択一的な実施例を示す。２つ以上のアンテナ２２は、周囲に沿った角度又は位置の関数として、半径又は直径に沿って可変の幅を有している。アンテナ２２の各々は、アンテナ２２又は周囲に沿った長さの関数として湾曲している。隣接部及び同一部である小さな端及び大きな端を有するように示されているが、異なった相対サイズにしてもよい。択一的な実施例では、一方のアンテナ２２の大きな端は、他方のアンテナの小さな端と適合するようにしてもよい。アンテナ２２は、同一面内に配置されており、例えば、プローブ１２の長手方向軸線に対して対角方向又は垂直方向に配置されている。択一的な実施例では、アンテナ２２は、ほぼ同じ面又は異なった面内にある。
【００２９】
図５には、アンテナ２２が高周波識別装置（一般的にＲＦ−ＩＤとして知られている）である別の実施例が示されている。各高周波識別装置は、遠隔から送信された信号に応答する符号化信号を形成するように作動可能なトランスポンダである。１実施例では、高周波識別装置アンテナ２２の各々は、シリコン又は他の半導体基板上に形成された半導体又はマイクロエレクトロメカニカルデバイスであり、例えば、トランスジューサアレイ１６を形成するために使われる同一又は異なった基板上に形成される。１次元又は２次元又は３次元アンテナ構造にしてもよい。図５に示されているように、４つの高周波識別装置アンテナ２２が、トランスジューサアレイ１６に対して相対的にプローブ１２の周囲に亘って配設されている。別の実施例では、３つ、５つ、又は、それ以上の高周波識別装置アンテナを使ってもよい。別の実施例では、プローブ１２の長手方向軸線に沿って空間的に離隔して異なって設けてもよい。
【００３０】
図１Ａから分かるように、システム１０は、プロセッサ１７を有している。プロセッサ１７は、送信に応答して、受信信号を位置検知及び／又は処理するための送信信号を形成するための、一般的なプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、アプリケーション特有の集積回路、送信ビーム成形器、受信ビーム成形器、制御プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、アナログ回路、デジタル回路、それらの組合せ、又は、別の既知又は今後開発される装置である。プロセッサ１７は、異なったシステム内に分布された複数のデバイスを有していてもよく、例えば、高周波アブレーションシステム内のプロセッサと接続されて作動する超音波イメージングシステム内のプロセッサにしてもよい。別の実施例では、プロセッサ１７は、完全に、プローブ１２，１４の１つに接続された別のシステムとは別個の超音波イメージングシステム内に設けられている。１実施例では、プロセッサ１７は、本願明細書で参照している、異なったカテーテル間の相対的な空間位置を決定するための米国特許第６４９０４７４号明細書に記載されているコンポーネントを有している。
【００３１】
プロセッサ１７は、アンテナ２０からの信号の関数として、プローブ１２に対して相対的なイメージングプレーン１８の角度位置情報を決定するように作動可能である。角度位置情報は、特定の基準点のスキャンニング角度とは異なった角度を有しており、例えば、アンテナ２０は、プローブ１２に対して相対的な絶対角度、所望の位置にイメージングプレーンを配置するのに最も近い方向を有しており、又は、トランスジューサアレイの仰角軸に対して相対的な別の角度、及び/又は、プローブ１２の周囲に亘る角度を有している。別のカテーテル１４に対して相対的なイメージングプレーン１８の角度位置は、直接又は間接的に決定される。
【００３２】
プロセッサ１７は、受信アンテナとしてアンテナ２２を用いて作動し、送信アンテナとしてアンテナ２０を用いて作動する。角度位置は、アンテナ２０から送信された信号、及び、アンテナ２２の応答受信信号の関数として決定される。付加的又は択一的な実施例では、プロセッサ１７は、アンテナ２２からの送信信号及びアンテナ２０からの受信信号に応答して位置を決定する。受信信号を処理することによって、プロセスは、角度位置を決定するように、送信及び受信に応答する。択一的に、プロセッサ１７は、送信された信号タイミング、受信信号タイミングに対して相対的な強度又は他の特性、又は別の特性、又は、これらの特性の何らかの組合せを比較することによって、送信及び受信の両方に応答する。
【００３３】
プロセッサ１７は、超音波イメージングアレイ１６からの信号に左右されないが、イメージングプレーン１８の位置を決めるために、超音波イメージングアレイ１６から交互に信号を受信するようにしてもよい。例えば、超音波イメージングトランスジューサアレイ１６の少なくとも１つの素子が、プロセッサ１７と接続されている。イメージングプレーン１８の位置は、プローブ１２に関して横方向並びに回転方向に、アンテナ２２から横方向に離隔して配置されたアレイ１６の要素からの情報を用いて決定されるようにしてもよい。択一的に、アンテナ２２は、横方向に離隔されて配置された複数の異なったアンテナを有している。
【００３４】
図２に示された受信アンテナ２２を用いて、プロセッサ１７は、プローブ１２上の複数のアンテナ２２の信号の関数として、アンテナ２０に対して相対的にイメージングプレーン１８の角度位置情報を決定する。アンテナ２２は、送信又は受信アンテナとして作動するアンテナ２０と共に受信又は送信アンテナのどちらかである。例えば、送信アンテナ２０は、音響信号のショートバーストを出力する。送信された信号は、アンテナ２２によって受信される。それから、タイムオブフライトでの差が算出される。タイムオブフライト情報は、アンテナ２０と各アンテナ２２の各々との間の距離を示す。イメージングプレーン１８と、アンテナ２２からアンテナ２０に延在している、最短タイムオブフライトと関連した線との間の角度を使って、イメージングプレーン１８と別のプローブ１４との間の角度が決定される。最短タイムオブフライトと関連した、プローブ１２とアンテナ２０との間の線又は角度を提供するのに、内挿又は外挿が使われ、例えば、最短距離は、アンテナ２０と各アンテナ２２の１つとの間の距離である。アンテナ２０と関連しているカテーテル位置と、超音波イメージングトランスジューサアレイ１６に対する通常のベクトルとの間の角度が算出される。外科医又は別のオペレータが、プローブ１２，１４又は関連の外科機器のどちらかの空間位置を変える際、イメージングプレーン１８の角度位置が、実時間で調整されて、外科装置、例えば、アブレーション電極の位置を精確に変えるように調整される。
【００３５】
１実施例では、アンテナ２２及び２０間で送信されるエネルギは、イメージングトランスジューサアレイ１６を用いたイメージング用に使われるエネルギ、例えば、異なった周波数、異なったコーディング及び/又は別の異なった特性の高周波エネルギ又は音響エネルギを使う場合とは異なっている。干渉を回避又は最小化するために、差が使われる。択一的な実施例では、プロセッサ１７は、イメージングシステム送信及び受信ビーム成形器と同期されて、アンテナ２２及び２０間の処理及びトランスジューサアレイ１６を用いた、イメージングを時間の関数として実行する。
【００３６】
図３に示された実施例では、プロセッサ１７は、プローブ１２に対して相対的なイメージングプレーン１８の角度位置情報を、周波数エンコーディングの関数として決定するように作動可能である。アンテナ２２の周波数応答は、アンテナ２２の円周又はリングの周りの位置の関数として変化する。広帯域信号、又は、図３に示されたアンテナ２２の周波数応答と同様又は一層広帯域の周波数バンド幅の信号を送信することによって、受信信号のスペクトルは、送信アンテナ２０に最も近い角度を示す。最大振幅と関連した周波数、又は、最も小さな振幅減衰の周波数は、アンテナ２２とアンテナ２０との角度を指示する。それから、トランスジューサアレイ１６とアンテナ２２との既知の角度関係が、イメージングプレーン１８の相対位置を決定するのに使われる。択一的な実施例では、アンテナ２２は、広帯域信号を送信するのに使われる。アンテナ２０で受信されたスペクトルは、相対角度を指示する。
【００３７】
図４に示された実施例では、同じ角度決定方法が使用されているが、しかし、右側及び左側のあいまいさがある。アンテナ２２の各々は、周波数応答に基づく角度を指示する。ゼロ及び１８０°の相対位相のような、異なった位相の送信アンテナとしてアンテナ２２を使用すると、左右のあいまいさは緩和される。別の例としては、９０°位相又はクロックにより、２つのアンテナ２２が、左右のあいまいさを解消するように、直角位相対として作動するようにできる。相対位相により、どの信号がどのアンテナ２２からの信号であるのか指示される。相対的なタイミング又は信号強度が、２つのアンテナ２２のどれが、アンテナ２０に近いのか指示するのに使われる。位相エンコーディングにより、シリンダ軸又はプローブ１２の横方向軸についての双極性の応答が行われ、アンテナ２２の１つからの角度が、一方又は他方のセクタ内にあると識別することができるようになる。一層精確な角度位置付けが、振幅応答によって推定される。アンテナを、相対的なクロック位置又は位相の複数のアンテナに分割することによって、一層狭い角度にすることができる。
【００３８】
図５に示されているように、プロセッサ１７は、多重高周波識別装置アンテナ２２からの信号の関数として、プローブ１２に対して相対的なイメージングプレーン１８の角度位置情報を決定するように作動可能である。信号強度及び／又はタイムオブフライトが使われる。アンテナ２０からの問い合わせ信号の受信と、コーディングされた応答との間の時間間隔が、各アンテナ２２の各々の場合で異なっている。周期的間隔での問い合わせ信号の形成によって、コーディングされた応答のタイミング又は信号強度が、アンテナ２０に対して相対的なイメージングプレーン１８の位置を指示する。処理電力を最小化するために、コーディングされた応答の信号強度が使われる。アンテナ２２は、情報を、異なった信号強度で相対角度に相応して出力する。マイクロエレクトロメカニカルアンテナのような指向性アンテナが設けられている。例えば、一方のアンテナ２２は、一般的に９０°の円弧で、他方の２７０°の円弧の場合よりも一層強くエネルギを出力又は放射する。それから、角度ずれが、種々のアンテナ２２からの応答の相対信号強度から決定される。
【００３９】
別の実施例では、プロセッサ１７は、アンテナ２０に対して相対的なプローブ１２の異なった位置の関数として角度位置情報を決定するように作動される。例えば、プローブ１２の先端は、アンテナ２２を有する。ステアリングワイヤのような制御線が、イメージングプレーン１８に対して相対的な固定方向でプローブの先端を曲げるために、プローブ１２内に設けられており、アンテナ２０に対して相対的なアンテナ２２の位置での、時間に亘る差が、イメージングプレーンの位置を指示する。カテーテルは、１つ以上の特定の方向に曲げることができ、例えば、イメージングプレーンから離れる角度に、又は、イメージングプレーン内に曲げることができる。例えば、先端は、同一又は平行面内で、イメージングプレーンの方に曲げられる。先端の位置を識別することによって、先端がイメージングプレーンの方に曲げられ、位置を識別され、イメージングプレーン位置が、アンテナ２０に対して相対的に決定される。イメージングプレーン１８に対して相対的な曲げの方向が既知であるので、イメージングプレーン１８及びプローブ１２の、アンテナ２０に対して相対的な角度位置が決定される。アブレーションカテーテル２０に対して相対的なカテーテル１２の軸線方向を決定するための択一的な方法は、カテーテル１２の軸線に沿って２つの異なったアンテナ２２を使うことである。アンテナ２２は、カテーテル１２の軸に対して同軸の同一面内に配置される。アブレーションカテーテルアンテナ２０による問い合わせに対するコーディングされた応答の相対信号強度が、アンテナ２０に関しての各アンテナ２２の相対距離を推定するのに使われる。プロセッサ１７は、この情報を、送信アンテナ２０に対して相対的なカテーテル１２の軸線方向を決定するために使う。
【００４０】
図６は、プローブに対して相対的なイメージングプレーンの位置を決定するための方法の１実施例を示す。付加的な、異なった、又は、幾つかの処理をできるようにしてもよい。この方法は、図１Ａ及び図１Ｂのシステム１０又は異なったシステムを使用して実行される。
【００４１】
送信手段３２での処理では、信号が、被検体内プローブから送信される。例えば、短い、又は、長いパルス期間を有する超音波信号が送信される。別の例としては、広帯域パルスが送信される。更に別の例としては、コーディングされた問い合わせ信号が送信され、例えば、高周波問い合わせ信号が送信される。１つ以上の信号が送信され、例えば、連続的に、又は、２つ以上のアンテナから送信される。同一信号又は異なった信号が、各アンテナの各々から送信され、例えば、異なった位相と関連した信号が送信される。信号は、１つ以上のプローブから、又は、単一のプローブから送信されるようにしてもよい。
【００４２】
受信手段３４での処理では、信号は、第１のプローブからの送信に応答して、異なった被検体内プローブで受信される。例えば、超音波信号が受信される。１実施例では、要素によって受信される超音波信号は、異なった要素又はトランスジューサ要素のアレイから送信される。別の実施例では、受信超音波信号は、複数のトランスジューサ要素で受信される。信号は、トランスジューサアレイに対して相対的な既知の空間方向で要素を用いて受信される。位置決め信号を受信するための要素は、イメージングトランスジューサアレイの各要素と同じ又は異なっているようにしてもよい。
【００４３】
高周波情報装置では、信号の受信は、プローブ上の複数の異なった高周波識別装置からの応答の一部分である。受信信号は、ＲＦＩＤ又はオリジナルの送信器にある。別の実施例では、信号は、可変幅の、又は、別の特性のアンテナを用いて受信される。可変の特性は、角度の関数として変化する。複数の可変の幅又は別の可変の特性のアンテナは、同じ信号又は異なった信号を受信するために使うことができる。
【００４４】
図６に、受信手段３４の処理と送信手段３２の処理との間に波線で示したように、送信及び受信処理は、同一又は異なった時間で、同一又は異なった要素の種々の組合せのために使用してもよい。例えば、１実施例では、一方の時間での送信、及び、異なった時間での受信のために使うことができる。別の例としては、複数の要素は、ほぼ同じ時間で異なった周波数、コーディング又は別の特性を用いて、信号を区別するために送信する。複数の異なった送信器からの信号の受信は、ほぼ同じ時間で生起する。異なった送信器からの受信信号は、送信された特性に基づいて区別される。
【００４５】
角度位置決定手段３６での処理では、送信又は受信のどちらかと関連したプローブの１つのトランスジューサアレイのイメージングプレーンの角度位置は、受信信号の関数として決定される。トランスジューサイメージングアレイを有するプローブに対して相対的なのイメージングプレーンの角度位置は、１実施例で決定される。別の実施例では、イメージング用のトランスジューサアレイを有するプローブから空間的に離して配置されたプローブに対して相対的なイメージングプレーンの角度位置が決定される。
【００４６】
イメージングプレーンの角度位置は、超音波信号の関数として決定される。例えば、タイムオブフライト、信号強度、周波数応答又はそれらの組合せが、角度位置を決定するのに使われる。トランスジューサ要素のアレイが、送信又は受信と関連付けられている場合、タイムオブフライト及び／又は信号強度が、異なったプローブ間の角度位置又は最短距離を決定するのに使われる。周波数コンテントは、送信又は受信アンテナの構造又は一般的な形状に基づいて、角度位置を決定するのに使われる。同形状、又は、形状の異なるようにされた、複数のアンテナが設けられている場合、送信信号の相対的な位相が、受信信号の周波数コンテントに基づいて、角度位置を決定するために使われる。
【００４７】
プローブに対して相対的なイメージングプレーンの角度位置は、別の実施例で、トランスポンダ信号強度の関数として決定される。択一的に、高周波信号と関連したタイミングが使われる。問い合わせ信号に対するトランスポンダ応答が、トランスポンダ距離を決定するのに使われる。択一的又は付加的に、複数のトランスポンダからの相対信号強度又はタイムオブフライトが、位置又は角度情報を決定するために使われる。
【００４８】
イメージングプレーンに関する別の位置情報、例えば、別の角度及び／又はイメージングプレーン１８の相対的な並進位置が、別の信号から決定される。例えば、アレイ１６の横方向又は方位角範囲に沿って、複数位置で受信される。イメージングプレーンに関して、アレイから空間的に離れて配置されたアンテナの相対位置が決定される。相対的な並進位置又は横方向位置、乃至、仰角に沿った角度、又は、アレイの横方向寸法に対して垂直方向に沿った角度を使って、関心のある所望の個所をスキャンするために、イメージングプレーンを位置付けることができるようになり、例えば、送信又は受信に関連したアンテナを位置付けることができるようになる。
【００４９】
図７は、カテーテル又はプローブに対して相対的なイメージングプレーンの位置を決定するための方法の１実施例を示す。付加的な、異なった、又は、幾つかの処理が、択一的な実施例で行われる。この方法は、図１Ａ及び図１Ｂに関して説明したシステム１０又は異なったシステムを用いて実行される。カテーテルに関して相対的なイメージングプレーンの角度位置は、プローブ又はカテーテルの位置での差の関数として決定され、例えば、カテーテルを曲げることに基づいて決定される。
【００５０】
第１の相対位置を決める手段４０での処理では、２つ以上のカテーテルの相対位置が、音響要素のグループを用いて決定される。例えば、３つ以上の音響要素が、カテーテルの各々に沿って空間的に離して配置される（図９参照）。一方のグループの１つの音響要素から送信され、異なったカテーテル上の他方のグループの音響要素で受信され、各グループの要素のどちらかの別の要素で処理を繰り返すことによって、音響要素の位置が決定される。タイムオブフライト情報が、米国特許第６４９０４７４号明細書に開示されているように使われて、種々異なる音響要素及び関連のカテーテルの３次元容積内での相対位置が決定される。
【００５１】
カテーテルを曲げる手段４２での処理では、カテーテルの先端又は他方の部分が、相対位置を決定した後、曲げられるか、又は、変えられる。例えば、１つ以上の音響素子は、変えられる他方のカテーテル位置の先端上、又は、他方のカテーテル位置に隣接して配置される。カテーテルが、イメージングアレイに対して相対的に既知の方向に曲げられる場合、カテーテルの曲げは、イメージングプレーンに対して相対的な既知の方向に提供される。イメージングプレーンは、曲げ個所から間隔を置かれ、又は、曲げ部分の部分を含むようにしてもよい。
【００５２】
第２の相対位置を決める手段４４の処理では、カテーテルの相対位置は、イメージングアレイと関連したカテーテルの曲げの後、再度決定される。異なった個所にあるカテーテルの先端又は他方の部分での、例えば、カテーテルの一層真っ直ぐな部分又はカテーテルの曲げ部分と関連しての、種々殊並びに音響素子の送信及び受信が提供される。
【００５３】
イメージプレーンの位置を決める手段４６の処理では、イメージングプレーンの位置は、相対位置の関数として決定される。相対位置での差は、トランスジューサアレイ及びイメージングプレーンと関連したカテーテルの曲げに起因している。生じた曲げとイメージングプレーンとの間の既知の空間関係が与えられると、例えば、スキャン領域のイメージングプレーン又はスキャン領域から離れたイメージングプレーンとほぼ同じ面内でカテーテルの先端を曲げると、カテーテルに対して相対的なイメージングプレーン又はスキャン領域の角度配向が決定される。決定された角度情報は、異なったカテーテル又はデバイスを、イメージングプレーン内に位置付けるために、又は、異なったデバイス及び／又は関心のある組織をスキャンするためのイメージングプレーンに位置付けるために使われる。外科装置の一層効率的な配置及び組織のイメージングが提供されると、カテーテル又は他の被検体内プローブを使って、外科処置を一層迅速且つ効率的に実施することができるようになる。
【００５４】
図８は、イメージング用の位置情報を使うための１実施例の方法を示す。付加的に、異なった、又は、僅かな処理を行ってもよい。方法は、上述のシステム１０、図９のシステム又は異なったシステムを使って実施される。
【００５５】
相対位置決定手段５０の処理では、カテーテルの相対位置は、音響素子２４のグループを用いて決定される（図９参照）。図９に示されているように、２つ以上のカテーテル１２，１４に、音響素子２４のグループが設けられている。音響素子２４は、カテーテル１２，１４に沿って間隔を置かれている。付加的なカテーテル、付加的な素子、異なった個数の素子２４を有するカテーテル１２，１４、又は、それらの組合せが使用される。素子２４は、異なったカテーテル１２，１４上にあるので、各素子２４は、被検体内に間隔を置いて配置される。各素子は、同様に各カテーテルに沿って間隔を置いて配置されているので、各素子２４は、更に分布されている。図７の、第１の相対位置を決める手段４０の処理に関して上述した技術、又は、米国特許第６４９０４７４号明細書に記載された別の方法を使って、カテーテル及び関連の素子２４の相互に関する相対位置が決定される。
【００５６】
択一的に、相互に関する各素子２４の３次元容積体内の相対位置が決定される。タイムオブフライト情報は、相互に関する同一カテーテル上の各素子２４の相対位置を決定するのに使うことができる。タイムオブフライト情報は、他方のカテーテル１２，１４の各素子に関しての一方のカテーテルの各素子２４の相対位置を決定するのに使用することができる。
【００５７】
組織の画像形成手段５２の処理では、組織の超音波画像が、音響素子２４のグループを使って形成される。例えば、各素子を１波長又は１／２波長間隔を置いたアレイの、トランスジューサアレイの使用に対して付加的に、又は、択一的に、カテーテルの相対位置を決定するのに使用される分布された各素子２４が、イメージングのために使用される。相互に関して各素子２４の相対位置が決定されるので、イメージング用の相応の時間遅延を計算することができる。同じ送信及び受信信号を、相対位置又は後続の送信及び受信信号を決定するのに使用すると、計算されたタイムオブフライト情報に基づいて、カテーテル１２，１４を囲む、又は、カテーテル１２，１４に隣接する組織２６の超音波画像を形成するためにビーム成形が使用される。１実施例では、３次元表示が形成される。３次元表示は、１つ以上のカテーテル１２，１４及び/又は相応の素子２４を含む。画質は、グレーティングローブ又はサイドローブアーチファクトに基づいて、直接隣接素子を使ったトランスジューサアレイを用いた場合よりも低いけれども、関心のある組織又はカテーテル位置を識別するために、十分な解像度が得られる。
【００５８】
超音波トランスジューサアレイは、択一的又は付加的に、高解像度イメージング用に使うことができる。例えば、３次元画像が、関心のある組織２６を配置するのに使用され、超音波トランスジューサアレイ１６を使った高解像度２次元イメージングが、組織２６での外科処置用に使用される。３次元画像は、相互に関して、及び、組織２６に関してカテーテルの相対位置情報を提供する。
【００５９】
図１０に示される別の実施例では、カテーテル又は被検体内プローブのイメージングプレーンの位置は、被検体に対して外部乃至被検体の外側面上のアンテナ２５を使って決定される。超音波イメージングトランスジューサアレイ１６及び関連のイメージングプレーン１８の位置は、３次元イメージング又は再構成用に使用され、例えば、イメージングプレーンのシーケンスの相対位置を決定することによって使用される。位置情報は、他方の装置又は所望の組織に関してイメージングプレーンを位置付けるために使用することができ、例えば、イメージングプレーン、及び/又は、被検体内プローブの位置を、グラフィックディスプレイ又は３次元表示上に指示するために使用することかできる。カテーテル１４のような外科装置の位置は、被検体に対して外部のアンテナ２５を使用して決定することができる。
【００６０】
複数のアンテナ２５は、電磁又は音響アンテナである。アンテナ２５，例えば、３つ以上の間隔を置いて配置されたアンテナ２５は、被検体の周囲に、例えば、被検体の皮膚上に分布されている。アンテナ２５は、既知の位置にある。１実施例では、アンテナ２５は、全方向であるが、方向性アンテナ２５を使ってもよい。アンテナ２５は、プロセッサ１７とインターフェーシングされたビーコンとして作動する。
【００６１】
プロセッサ１７は、被検体内プローブ又は各アンテナ２５の１つに対して相対的なイメージングプレーンの角度位置情報を、第１のアンテナ２５の信号の関数として決定するように作動する。超音波トランスジューサアレイ又は各アンテナ２５のどちらかが送信用に使用され、各アンテナ２０の他方及び超音波トランスジューサアレイが受信用に使用される。アンテナ２５を送信用に使用し、超音波イメージングトランスジューサアレイを受信用に使用することによって、受信ビーム成形器は、タイムオブフライト及び/又は信号強度を測定するために使用することができる。異なった送信器は、タイミング又はコーディングによって距離を決定するために相互に区別され、例えば、異なった周波数、変調、バースト数、波形の周期数又は波形のタイプによって区別される。
【００６２】
各装置間のタイムオブフライトは、距離を決定するために使用される。各終端素子、全ての素子又はトランスジューサアレイの他の素子とアンテナ２５との間の距離を測定することによって、３次元での各アレイの方位の配向又は位置が決定される。位置は、直線又は曲線に相応する。線に対して相対的なイメージングプレーンの仰角配向又は角度は、曲線によって決定される。択一的に、リニアアレイ用の角度は、受信信号の信号強度によって決定される。イメージングプレーンと一層整列した方向で受信された信号は、一層良好に強い信号となる。絶対又は相対信号強度を測定することによって、被検体内での超音波イメージングトランスジューサアレイの位置を決定することができる。
【００６３】
コントローラ１７は、イメージングシステムと接続されていて、位置決定がイメージングで妨害されることがある位置決定をトリガすることができる。例えば、位置決定時には、イメージング用に使用されるのと同様又は同一の超音波周波数が使われる。周期的に、例えば、データのイメージングフレームの全フレーム又はグループ間で、位置が決定される。
【００６４】
本発明について、種々異なる実施例を用いて上述してきたが、本発明の範囲を逸脱しない限りで、大いに変更することができる。従って、前述の詳細な説明は、限定ではなく、例示したものであり、特許請求の範囲は、本発明の技術思想を定義する意図で記載されている。
【００６５】
要するに、本発明によると、カテーテル又はプローブ１２，１４に対して相対的なイメージングプレーン１８の位置は、関心のある組織と整列される。超音波組織画像が、最小の回転不明瞭さでカテーテル位置を記録される。カテーテル１４又は他の装置の、イメージングプレーン１８に関しての空間位置は、一層精確に決定され、それにより、外科医は、単数又は複数のカテーテルの相対的な位置で特定の解剖部位を識別することができるようになる。イメージングプレーン１８の位置を決定するための別の択一的又は付加的なアプローチは、２つ以上のカテーテル１２，１４の相対位置を決定することである。それから、イメージングと関連したカテーテル１２は、移動され、又は、イメージングプレーン１８との既知の空間関係を有する方向に曲げられる。それから、相互に相対的なカテーテル１２の位置が再度決定されて、イメージングプレーン１８の角度又は位置が決められる。カテーテル１２に対して相対的に、イメージングプレーン１８の角度位置を決定するのに対して付加的又は択一的に、組織の超音波画像が、位置識別用の音響素子２４を用いて形成される。音響素子２４は、イメージングトランスジューサアレイ１６並びにカテーテル１２，１４の相対位置を決定するための装置として使用される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１Ａ】カテーテル又は被検体内プローブに対して相対的なイメージングプレーンの位置を決めるためのシステムの実施例を一方から見た図。
【図１Ｂ】カテーテル又は被検体内プローブに対して相対的なイメージングプレーンの位置を決めるためのシステムの実施例を他方から見た図。
【図２】イメージングトランスジューサと関連付けられたアンテナの装置構成の１実施例を示す断面図。
【図３】アンテナ付きカテーテルの一方の実施例の断面図。
【図４】アンテナ付きカテーテルの他方の実施例の断面図。
【図５】無線周波識別装置を用いる、図１Ａ及び図１Ｂのシステムの断面図。
【図６】イメージングプレーンの角度位置を決めるための装置で用いられる一方の実施例の流れ図。
【図７】イメージングプレーンの角度位置を決めるための装置の他方の実施例で用いられる他方の実施例の流れ図。
【図８】組織のイメージングを形成するための装置の１実施例で用いられる流れ図。
【図９】位置決め及びイメージングの両方のために用いられるアンテナを備えた複数の被検体内プローブの１実施例を示す図。
【図１０】位置決め用の被検体の皮膚上のアンテナを備えた被検体内プローブの１実施例を示す図。
【符号の説明】
【００６７】
１０  システム
１２，１４  プローブ，カテーテル
１６  超音波トランスジューサアレイ
１７  プロセッサ
１８  イメージングプレーン
２０，２２  アンテナ
２４  音響素子
２５  アンテナ
２６  関心のある組織
３２  送信手段
３４  受信手段
３６  角度位置決定手段
４０  第１の相対位置を決める手段
４２  カテーテルを曲げる手段
４４  第２の相対位置を決める手段
４６  イメージプレーンの位置を決める手段
５０  相対位置決定手段
５２  組織の画像形成手段
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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