(57)【要約】      （修正有）【課題】無線電池式医療用具を有する電磁的ナビゲーションシステムを提供する。【解決手段】電磁的ナビゲーションシステムは、エミッタコイルのそれぞれは異なる周波数によって駆動され、各エミッタコイルが磁場を生成するように構成される第１の無線伝送デバイスと、無線電池式用具３００と、を含む。無線電池式用具は、エミッタコイルによって発射される１つ以上の磁場を受信しかつ磁場を受信したことに応答して用具の場所を示す電気信号を生成するように構成される受信コイル３０４と、処理用の電気信号を提供し、３次元（３Ｄ）空間内における用具の場所を判定するように構成される無線インターフェース３１２と、電力を用具に供給するように構成される電池３０２と、電池に電気的に接続される１つ以上の充電コイル３０６と、を含む。【選択図】図３
2018191501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁的ナビゲーションシステムであって、
１つ以上のエミッタコイルを有する第１の無線伝送デバイスであって、前記１つ以上のエミッタコイルのそれぞれは異なる周波数によって駆動され、各エミッタコイルが磁場を生成するように構成される、第１の無線伝送デバイスと、
無線電池式用具であって、
前記用具に配置され、前記１つ以上のエミッタコイルによって発射される１つ以上の磁場を受信しかつ前記１つ以上の磁場を受信したことに応答して前記用具の場所を示す電気信号を生成するように構成される、受信コイルと、
処理用の前記電気信号を提供し、３次元（３Ｄ）空間内における前記用具の前記場所を判定するように構成される無線インターフェースと、
電力を前記用具に供給するように構成される電池と、
前記電池に電気的に接続される１つ以上の充電コイルであって、前記１つ以上の充電コイルのそれぞれは、（ｉ）エネルギーを前記１つ以上の磁場から受信し、（ｉｉ）前記エネルギーを前記電池に供給し、前記電池を充電するように構成される、１つ以上の充電コイルと、を含む、無線電池式用具と、
を含む、電磁的ナビゲーションシステム。
【請求項２】
前記１つ以上の充電コイルは、複数のループ状に巻かれる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記１つ以上の充電コイルは、前記電池に配置され、前記電池の一部の周囲に前記複数のループ状に巻かれる、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記用具は、ハンドルを更に含み、前記１つ以上の充電コイルは、前記ハンドルの一部の周囲に前記複数のループ状に巻かれる、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記１つ以上の充電コイルは、前記用具の第１の部分に配置される第１の充電コイルと、前記用具の前記第１の部分から分離した前記用具の第２の部分に配置される第２の充電コイルとを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１の充電コイルは前記電池に配置され、前記第２の充電コイルは前記用具のハンドルに配置される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の無線伝送デバイスはＵ字型であり、複数のエミッタコイルを含み、各エミッタコイルが無線信号を伝送し、前記１つ以上の磁場を生成するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１の無線伝送デバイスから分離して、無線信号を伝送し、１つ以上の追加磁場を生成するように構成される、第２の無線伝送デバイスを更に含み、
前記１つ以上の充電コイルのそれぞれは、（ｉ）エネルギーを、前記第２の無線伝送デバイスによって生成され、前記１つ以上の充電コイルを通過する、前記１つ以上の追加磁場から受信し、（ｉｉ）前記１つ以上の追加磁場から受信された前記エネルギーを前記電池に供給し、前記電池を充電するように更に構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
電磁的ナビゲーションシステムと共に使用する無線電池式医療用具であって、前記医療用具は、
前記医療用具に配置され、１つ以上のエミッタコイルによって発射される１つ以上の磁場を受信し、前記１つ以上の磁場を受信したことに応答して前記医療用具の場所を示す電気信号を生成するように構成される、受信コイルと、
処理用の前記電気信号を無線で提供し、３次元（３Ｄ）空間内における前記医療用具の前記場所を判定するように構成される無線インターフェースと、
電力を前記医療用具に供給するように構成される電池と、
前記電池に電気的に接続される１つ以上の充電コイルであって、前記１つ以上の充電コイルのそれぞれは、前記医療用具に配置され、（ｉ）エネルギーを前記１つ以上の磁場から受信し、（ｉｉ）前記エネルギーを前記電池に供給し、前記電池を充電するように構成される、１つ以上の充電コイルと、
を含む、医療用具。
【請求項１０】
前記１つ以上の充電コイルは、複数のループ状に巻かれる、請求項９に記載の医療用具。
【請求項１１】
前記１つ以上の充電コイルは、前記電池に配置され、前記電池の一部の周囲に前記複数のループ状に巻かれる、請求項１０に記載の医療用具。
【請求項１２】
ハンドルを更に含み、前記１つ以上の充電コイルは、前記医療用具の前記ハンドルの一部の周囲に前記複数のループ状に巻かれる、請求項１０に記載の医療用具。
【請求項１３】
前記１つ以上の充電コイルは、前記医療用具の第１の部分に配置される第１の充電コイルと、前記医療用具の前記第１の部分から分離した前記医療用具の第２の部分に配置される第２の充電コイルとを含む、請求項９に記載の医療用具。
【請求項１４】
前記第１の充電コイルは前記電池に配置され、前記第２の充電コイルは前記医療用具のハンドルに配置される、請求項１３に記載の医療用具。
【請求項１５】
無線電池式医療用具を充電する方法であって、
前記医療用具に配置される受信コイルにおいて、１つ以上の磁場を受信することと、
前記医療用具に配置される電池に電気的に接続される１つ以上の充電コイルにおいて、前記１つ以上の磁場を受信することと、
前記受信コイルによって、前記１つ以上の磁場を受信したことに応答して、３次元（３Ｄ）空間内における前記医療用具の場所を示す電気信号を生成することと、
前記医療用具に配置される無線インターフェースを介して、処理用の前記電気信号を提供し、３次元（３Ｄ）空間内における前記医療用具の前記場所を判定することと、
前記１つ以上の充電コイルによって、前記１つ以上の磁場から受信されたエネルギーを介して、電力を前記電池に供給することと、
を含む、方法。
【請求項１６】
前記１つ以上の充電コイルは、複数のループ状に巻かれる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記１つ以上の充電コイルは、前記電池に配置され、前記電池の一部の周囲に前記複数のループ状に巻かれる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記１つ以上の充電コイルは、前記用具のハンドルの一部の周囲に前記複数のループ状に巻かれる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記１つ以上の充電コイルは、前記用具の第１の部分に配置される第１の充電コイルと、前記用具の前記第１の部分から分離した前記用具の第２の部分に配置される第２の充電コイルとを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の充電コイルは前記電池に配置され、前記第２の充電コイルは前記用具のハンドルに配置される、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
１つ以上のエミッタコイルを有する第１の無線伝送デバイスを含む電磁的ナビゲーションシステムが提供される。１つ以上のエミッタコイルのそれぞれは異なる周波数によって駆動され、各エミッタコイルが磁場を生成するように構成される。本システムは、患者に医療処置を行うように構成される無線電池式用具を含む。本用具は、本用具に配置され、１つ以上のエミッタコイルによって発射される１つ以上の磁場を受信しかつ１つ以上の磁場を受信したことに応答して用具の場所を示す電気信号を生成するように構成される、受信コイルを含む。本用具は、また、処理用の電気信号を提供し、３次元（３Ｄ）空間内における用具の場所を判定するように構成される無線インターフェースを含む。本用具は、また、電力を本用具に供給するように構成される電池と、電池に電気的に接続される１つ以上の充電コイルと、を含み、１つ以上の充電コイルのそれぞれは、（ｉ）エネルギーを１つ以上の充電コイルの表面を通過する１つ以上の磁場から受信し、（ｉｉ）エネルギーを電池に供給し、電池を充電するように構成される。
【０００２】
電磁的ナビゲーションシステムと共に使用する無線電池式医療用具が提供される。医療用具は、医療用具に配置され、１つ以上のエミッタコイルによって発射される１つ以上の磁場を受信し、かつ１つ以上の磁場を受信したことに応答して医療用具の場所を示す電気信号を生成するように構成される、受信コイルを含む。医療用具は、また、処理用の電気信号を無線で提供し、３次元（３Ｄ）空間内における医療用具の場所を判定するように構成される無線インターフェースを含む。本用具は、また、電力を医療用具に供給するように構成される電池と、電池に電気的に接続される１つ以上の充電コイルと、を含む。１つ以上の充電コイルのそれぞれは、医療用具に配置され、（ｉ）エネルギーを、１つ以上の充電コイルの表面を通過する１つ以上の磁場から受信し、（ｉｉ）エネルギーを電池に供給し、電池を充電するように構成される。
【０００３】
無線電池式医療用具を充電する方法が提供される。本方法は、医療用具に配置される受信コイルにおいて１つ以上の磁場を受信することと、医療用具に配置される電池に電気的に接続される１つ以上の充電コイルにおいて１つ以上の磁場を受信することと、を含む。本方法は、また、受信コイルによって、１つ以上の磁場を受信したことに応答して、３次元（３Ｄ）空間内における医療用具の場所を示す電気信号を生成することを含む。本方法は、また、医療用具に配置される無線インターフェースを介して、処理用の電気信号を提供し、３次元（３Ｄ）空間内における医療用具の場所を判定することを含む。本方法は、更に、１つ以上の充電コイルによって、１つ以上の充電コイルの表面を通過する１つ以上の磁場から受信されたエネルギーにより、電力を電池に供給することを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
添付の図面と併せた例を考慮すると、以下の説明から、より詳細に理解することができる。
【図１】本明細書に開示される実施形態による、用具を３次元（３Ｄ）空間内で操作するための例示の医療システムの図である。
【図２】本明細書に記載の実施形態と共に使用するための例示の電磁的ナビゲーションシステムの構成要素の図である。
【図３】本明細書に記載の電磁的ナビゲーションシステムと共に使用するための例示の無線電池式医療用具の構成要素を例示するブロック図である。
【図４】本明細書に記載の電磁的ナビゲーションシステムと共に使用するための例示の無線電池式医療用具の図である。
【図５】電池に配置される単一の充電コイルを有する、図４に示される例示の無線電池式用具の図である。
【図６】用具ハンドルに配置される単一の充電コイルを有する、図４に示される例示の無線電池式用具の図である。
【図７】電池及び用具ハンドルに配置される一対の充電コイルを含む、図４に示される例示の無線電池式用具の図である。
【図８Ａ】用具構成要素の外側周囲に巻かれた充電コイルループを例示する、用具構成要素の例示的部分の断面図である。
【図８Ｂ】用具構成要素内に埋め込まれた充電コイルループを例示する、用具構成要素の例示的部分の断面図である。
【図８Ｃ】用具構成要素内部に位置する充電コイルループを例示する、用具構成要素の例示的部分の断面図である。
【図９】本明細書に記載の実施形態による、無線電池式用具を充電する例示の方法を例示するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
電磁的ナビゲーションシステムは、患者の解剖学的構造内部における３次元空間内の医療用具の場所を判定するために使用される。判定場所に基づいて、患者の解剖的情報は、医療関係者に対して表示される。いくつかの電磁的ナビゲーションシステムでは、医療用具は、システム構成要素に無線接続される。これらの無線システムでは、耳、鼻、及び咽（ＥＮＴ）の医師及び心臓専門医等の医療関係者は、患者の解剖学的構造の医療処置を行うために、カテーテル等の電池式用具を使用する。
【０００６】
手術には、典型的には、医師による数時間にわたる細心の操作が含まれる。手術中の用具の電源異常を防ぐために、手術期間中に用具に電池から十分な電力が連続して供給される。したがって、連続電力（例えば、静電容量）を提供する用具に搭載される電池のサイズ及び重量は、多くの場合、医師にとって扱いにくいものになり、用具を操作する医師の能力に悪影響を及ぼす。
【０００７】
本出願は、３次元空間内の用具の場所を特定するために使用される磁場を生成する同じ無線伝送デバイスによって生成される磁場からのエネルギーを利用することによって、充電用具のシステム、装置、及び方法を開示する。本用具は、無線信号によって生成された磁場が充電コイル（例えば、充電コイルの表面）を通過するとき、エネルギーを受信し電池を充電する１つ以上の充電コイルを含む。充電コイルは、用具を充電するためにエネルギーを受信するための表面積の増加をもたらすように、用具の一部又はある部分の周囲に巻かれ又はループ状になる。充電コイルは、電池サイズを大きくしないで、長時間の手術を完了するために十分な電力を用具に提供し、円滑な操作性のために軽量で人間工学的な用具を支援にする。
【０００８】
ある実施形態は、無線伝送信号を１つ以上の磁場生成デバイスから提供することを含む。例えば、磁場生成デバイスは、３次元空間内の用具の場所を特定することを容易にする患者の解剖学的構造に隣接して（例えば、その下に）提供される、１つ以上のエミッタコイルを有するロケーションパッドを含む。一実施形態では、ロケーションパッドは、Ｕ字型磁場生成デバイスの異なる場所に配置される複数のエミッタコイルを含む。ロケーションパッドに加えて又は代替的に、他の１つ以上の無線伝送デバイスは、また、無線信号を伝送するように提供され得る。
【０００９】
ここで図１を参照すると、情報５２（例えば、図表、患者の一部の解剖モデル、及び信号情報）を生成及び表示するために使用され得る例示の医療システム２０の図が示されている。用具２２等の用具（すなわち、医療用具）は、患者２８の心臓２６内の電位をマッピングするため等の診断又は治療処置のために用いられる任意の用具であってよい。代替的に、用具は、必要な変更を加えて、心臓、肺、又はその他の人体臓器内（例えば、耳部、鼻部、及び咽喉（ＥＮＴ））等の異なる解剖学的部分の他の治療目的及び／又は診断目的で使用されてもよい。用具は、例えば、プローブ、カテーテル、切断用具、及び吸引デバイスを含んでもよい。
【００１０】
操作者３０は、用具２２の先端５６が心臓２６の腔に入るように、患者の解剖学的構造の一部（例えば、患者２８の脈管系等）に用具２２を挿入することができる。制御コンソール２４は、心臓２６の内側にある３次元空間内の用具の位置座標（例えば、先端５６の座標）を判定するために、磁気式位置検出を使用してもよい。位置座標を判定するために、制御コンソール２４内の駆動回路３４は、コネクタ４４を介して磁場発生装置３６を駆動して、患者２８の解剖学的構造内に磁場を生成することができる。
【００１１】
磁場発生装置３６は、患者２８の外部の既知の位置に配置された１つ以上のエミッタコイル（図１には図示せず）を含み、そのコイルは、患者の解剖学的構造の関心部分が入っている既定の作業範囲内に磁場を生成するように構成されている。エミッタコイルのそれぞれは、異なる周波数によって駆動され、３次元空間内で一定磁場を発射する。例えば、図１に示す例示の医療システム２０では、１つ以上のエミッタコイルは、患者２８の胴の下に配置され得、それぞれが患者の心臓２６が入っている既定の作業範囲内に磁場を生成するように構成されている。
【００１２】
図１に示されるように、磁場位置センサ３８が、用具２２の先端５６に配置される。磁場位置センサ３８は、３次元空間内で受信コイルの位置を判定するために並びに磁場の振幅及び位相に基づいて電気信号を生成するために使用される。磁場位置センサ３８が用具２２の先端５６に配置されているが、用具は、それぞれが用具の任意の部分に配置された１つ以上の磁場位置センサを含むことができる。
【００１３】
制御コンソール２４内の対応する入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース４２と通信し得る用具２２において、無線通信インターフェース（例えば、図３に示されるインターフェース３１２）を介して、信号は制御コンソール２４に無線通信する。無線通信インターフェース３１２及びＩ／Ｏインターフェース４２は、当該技術分野で既知である、例えば、赤外線（ＩＲ）、無線周波数（ＲＦ）、ブルートゥース、規格のＩＥＥＥ  ８０２．１１ファミリーの１つ（例えば、Ｗｉ−Ｆｉ）、又はＨｉｐｅｒＬＡＮ規格等の任意の好適な無線通信規格に従って動作することができる。体表面電極４６は、可撓性基材上に集積された１つ以上の無線センサノードを含んでもよい。１つ以上の無線センサノードは、下記により詳細に説明されるように、局所的なデジタル信号処理を可能にする無線送信／受信ユニット（ＷＴＲＵ）、無線リンク、及び小型の再充電可能電池を含んでもよい。
【００１４】
Ｉ／Ｏインターフェース４２により、制御コンソール２４が、用具２２、体表面電極４６、及び位置センサ（図示せず）との相互作用が可能になり得る。体表面電極４６から受信した電気インパルス、並びに医療システム２０のＩ／Ｏインターフェース４２及び他の構成要素を介して用具２２から受信した電気信号に基づいて、信号プロセッサ４０は、３Ｄ空間内の用具の場所を判定し、表示部５０上に示され得る表示情報５２を生成してもよい。
【００１５】
信号プロセッサ４０は、位置及び向きの座標の両方を含む３次元空間内の先端５６の位置座標を判定するために、信号を処理するように構成される。上述した位置検知方法は、Ｂｉｏｓｅｎｓｅ  Ｗｅｂｓｔｅｒ  Ｉｎｃ．（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｂａｒ，Ｃａｌｉｆ．）製のＣＡＲＴマッピングシステムにおいて実装されており、本明細書に引用される特許及び特許出願において詳細に説明されている。
【００１６】
磁場位置センサ３８は、信号を、３次元空間内の用具２２の場所座標（例えば、先端５６の場所座標）を示す制御コンソール２４に伝送する。磁場位置センサ３８は、１つ以上の小型の受信コイル（例えば、図３に示される受信コイル３０４（単数又は複数））を含んでもよく、異なる軸に沿って方向付けられる複数の小型のコイルを含んでもよい。代替的に、磁場位置センサ３８は、別のタイプの磁気センサ又は他の種類の位置検出器（インピーダンスに基づく位置センサ若しくは超音波位置センサ等）を含んでもよい。図１には単一の位置センサを有する用具２２が示されているが、ある実施形態は、複数の位置センサを伴う用具を含んでもよい。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援用するところの米国特許第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。
【００１７】
用具２２は、先端５６に連結され、かつインピーダンスに基づく位置検出器として機能するように構成された、電極４８を含んでもよい。追加的に又は代替的に、電極４８は、特定の生理学的性質、例えば、１つ以上の位置における局所表面電位（例えば、心臓組織の電位）等を測定するように構成されてもよい。電極４８は、心臓２６の心内膜組織をアブレーションするために、ＲＦエネルギーを印加するように構成されてもよい。
【００１８】
信号プロセッサ４０は、用具２２から信号を受信しかつ制御コンソール２４の他の構成要素を制御するのに好適な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、汎用コンピュータに含まれてもよい。信号プロセッサ４０は、本明細書に記載する機能を実行するように、ソフトウェアを使用してプログラムされてもよい。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２４にダウンロードされてもよく、又はそれは、光学的、磁気的、若しくは電子的記憶媒体等の持続性有形媒体上に提供されてもよい。代替的に、信号プロセッサ４０の機能のうちの一部又は全てが、専用の又はプログラム可能な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。
【００１９】
図１に示す実施例では、制御コンソール２４は、ケーブル４４を介して体表面電極４６に接続されており、体表面電極４６のそれぞれは、患者の皮膚に付着するパッチ（例えば、図１では電極４６の周囲の円として示される）を使用して患者２８に取り付けられている。パッチに加えて又はそれに代替して、体表面電極４６はまた、患者２８によって着用される、体表面電極４６を含む物品を使用して患者上に位置付けられてもよく、着用された物品の位置を示す１つ以上の位置センサ（図示せず）を含んでもよい。例えば、体表面電極４６は、患者２８が着用するように構成されたベストに埋め込まれてもよい。手術中、体表面電極４６は、心臓組織の分極及び脱分極によって生じる電気インパルスを検出し、ケーブル４４を介して情報を制御コンソール２４に送信することによって、３Ｄ空間内の用具（例えば、カテーテル）の位置を提供するのに役立つ。体表面電極４６は、磁気位置追跡装置を装備していてもよく、患者２８の呼吸サイクルを特定し追跡するのに役立ち得る。
【００２０】
追加的に又は代替的に、用具２２、体表面電極４６、及び他のセンサ（図示せず）は、無線インターフェースを介して、制御コンソール２４と及び相互に通信してもよい。例えば、開示内容が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，２６６，５５１号は、とりわけ、信号処理装置及び／又は計算装置に物理的に接続されていないワイヤレスカテーテルについて記載しており、これは参照により本明細書に組み込まれる。もっと正確に言えば、送受信機はカテーテルの近位端に取り付けられている。送受信機は、例えばＩＲ送信、ＲＦ送信、ブルートゥース送信、又は音響送信等の無線通信方法を使用して、信号処理装置及び／又は計算装置と通信する。
【００２１】
診断処置中、信号プロセッサ４０は、表示情報５２を提示することができ、情報５２を表すデータをメモリ５８に記憶することができる。メモリ５８は、ランダムアクセスメモリ又はハードディスクドライブ等、任意の好適な揮発性及び／又は不揮発性メモリを含んでいてもよい。操作者３０は、１つ以上の入力デバイス５９を使用して表示情報５２を操作可能であり得る。代替的に、医療システム２０は、操作者３０が用具２２を操作している間に、制御コンソール２４を操作する第２の操作者を含んでもよい。図１に示す構成は例示的なものであることに注意されたい。医療システム２０の任意の好適な構成を使用し、実装することができる。
【００２２】
図２は、本明細書に記載の実施形態と共に使用するための電磁的ナビゲーションシステムの一部の例示の構成要素の図である。図２に示されるように、無線伝送デバイス２０２は、患者の頭部２０６に隣接して位置付けられる。図２に示されるように、無線伝送デバイス２０２は、複数の無線送信機２０４（それぞれが３つのエミッタコイル２０５を有する）を含むＵ字型デバイス（すなわち、ロケーションパッド）である。エミッタコイル２０５のそれぞれは、異なる周波数によって駆動される。すなわち、エミッタコイル２０５のそれぞれは、異なる周波数で放射し、その対応する周波数で無線信号（例えば、Ｗｉ−Ｆｉ信号）を発射するように構成される。
【００２３】
無線伝送デバイス２０２の形状は、単なる例示にすぎない。電磁的磁気（Electromagnetic magnetic）ナビゲーションシステムは、図２に示されるデバイス２０２と異なる形状の場発生デバイスを含んでもよい。図２に示される無線送信機２０４の数及び無線送信機２０４の場所は例示にすぎない。無線伝送デバイスは、任意の数の無線送信機（それぞれが単一のエミッタコイルを含む任意の数のエミッタコイルを有する）を含んでもよい。無線送信機２０４は、図２に示されるような無線送信機２０４の場所と異なる場所を含んでもよい。無線伝送デバイス２０２（すなわち、ロケーションパッド）の代わりに又はそれに加えて、電磁的ナビゲーションシステムは、無線伝送デバイス２０８等の無線伝送デバイスを提供するように構成される他の１つ以上の無線伝送デバイス（例えば、アクセスポイント等のＷｉ−Ｆｉエミッタ）を含むことができる。
【００２４】
図２に示されるように、用具２１０は、患者の内側（すなわち、頭部２０６）に設置される。示されるように、無線送信機２０４からの無線伝送信号２１４及び無線伝送デバイス２０８からの無線伝送信号２１６は、用具２１０の先端２１２の場所に向かって伝播する。無線伝送信号２１４及び２１６によって生成される磁場の振幅及び位相に基づいて、用具２１０内（例えば、先端２１２内）の受信コイル（例えば、図３に示される受信コイル３１０（単数又は複数））は、３次元空間内の受信コイル３１０の場所を判定するために、信号プロセッサ（例えば、図１に示される単一プロセッサ４０）によって処理される電気信号（図示せず）を生成するように構成される。
【００２５】
図２に示される無線伝送デバイス２０８及び用具２１０の場所は、単なる例示にすぎない。電磁的ナビゲーションシステムは、図２に示されるような無線伝送デバイス２０８及び用具２１０の場所と異なる場所において、磁場を患者の解剖学的構造の関心部分に提供するように構成される、無線伝送デバイスを含むことができる。
【００２６】
図３は、本明細書に記載の電磁的ナビゲーションシステムと共に使用するための例示の無線電池式医療用具３００の構成要素を例示するブロック図である。図３に示されるように、医療用具３００は、電池３０２、１つ以上の受信コイル３０４、及び１つ以上の充電コイル３０６を含む。用具３００は、また、１つ以上のプロセッサ３１０を有する処理回路３０８を含む。用具３００は、また、無線通信インターフェース３１２を含む。
【００２７】
電池３０２は、電力を、用具３００の１つ以上の構成要素（図３に示される処理回路３０８及び無線通信インターフェース３１２等）と、並びに図示されない他の構成要素（例えば、モータ、アクチュエータ）とに供給するように構成される。電池３０２は、用具３００に対して移動可能であり、又はそれに固定されてもよい。
【００２８】
１つ以上の受信コイル３０４は、１つ以上の受信コイル３０４を通過する（例えば、１つ以上の受信コイル３０４の表面を通過する）無線伝送信号によって生成された１つ以上の磁場（例えば、図２に示される無線送信機２０４の１つ以上のエミッタコイル２０５及び／又は無線伝送デバイス２０８によって発射される磁場）を受信するように構成される。磁場を受信したことに応答して、１つ以上の受信コイル３０４内で、電流の電気信号が生成される（すなわち、電流が誘導される）。電気信号の振幅（又は代替的に、１つ以上の受信コイル３０４にわたる時変電圧）は、１つ以上のエミッタコイル（例えば、無線送信機２０４の１つ以上のエミッタコイル２０５）の場所及び向きに対する、１つ以上の受信コイル３０４の場所及び向きに依存する。
【００２９】
処理回路３１０は、１つ以上の受信コイル３０４によって生成される電気信号を処理するように構成される１つ以上のプロセッサ３１０を含んでもよい。無線通信インターフェース３１２（例えば、無線ネットワークインターフェースコントローラ（ＮＩＣ））は、処理電気信号を（例えば、制御コンソール２４に）無線で伝送し、３次元空間内の用具３００の場所を判定するように構成される。無線通信インターフェース３１２は、制御コンソール２４内の対応する入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース４２と通信してもよい。
【００３０】
図３に示されるように、用具は、また、１つ以上の充電コイル３０６を含む。１つ以上の充電コイル３０６は、電池３０２に電気的に接続され、電池を充電する。例えば、１つ以上の充電コイル３０６は、電池３０２の電力端子に電気的に接続されてもよい。１つ以上の充電コイル３０６は、図示されない他の回路（例えば、整流器）を介して、電池３０２に電気的に接続されてもよい。
【００３１】
上記に説明されたように、１つ以上の受信コイル３０４を通過する１つ以上の磁場は、３次元空間内の用具３００の場所を判定するために使用される。用具３００の場所の判定を容易することに加えて、磁場はまた、下記に説明されるように、電力を電池３０２に供給するために利用されるエネルギーを含む。磁場のいくつかの磁力線（すなわち、磁束）がコイルを通過するとき（例えば、受信コイル３０４又は充電コイル３０６を通過するとき）、エネルギーは、磁場からコイルまで伝わる。１つ以上の充電コイル３０６は、３次元空間内で用具３００の場所を特定（例えば、受信コイル３０４を介して）するために使用される磁場を生成する同じ無線伝送デバイス（例えば、図２に示される無線送信機２０４のエミッタコイル２０５及び／又は無線伝送デバイス２０８）によって生成される磁場からのエネルギーを介して電池３０２を充電するために使用される。
【００３２】
コイルが磁場から受信するエネルギー量は、コイルのサイズに比例する（例えば、コイルの表面積に比例する）。図１に示されるセンサ３８等の電磁位置センサは、その目的が３次元空間内の用具を正確に示すことであるため、比較的小さい（すなわち、受信コイルの表面積が小さくなっている）。したがって、無線信号によって生成される磁場のエネルギーのごく一部は、１つ以上の受信コイル３０４に伝わる。１つ以上の充電コイル３０６は、１つ以上の受信コイル３０４に伝わらない磁場からのエネルギーを利用することによって、電力を電池３０２に提供する。すなわち、１つ以上の充電コイル３０６は、３次元空間内で用具３００の場所を特定するために使用される磁場を生成する同じ無線伝送デバイス（例えば、図２に示される無線送信機２０４及び／又は無線伝送デバイス２０８）によって生成される磁場からのエネルギーによって電池３０２を充電するために使用される。
【００３３】
１つ以上の受信コイル３０４によって生成される電気信号を処理することに加えて、処理回路３１０の１つ以上のプロセッサ３１０は、また、充電コイル３０４によって電池３０２に送達される電力（例えば、電力量）を制御するために使用されてもよい。
【００３４】
図４は、本明細書に記載の無線式電磁的ナビゲーションシステムと共に使用するための例示の無線電池式医療用具４００の構成要素の図である。図４に示されるように、無線用具４００は、電池４０２、ハンドル４０４、及び先端４０８を含むプローブ部４０６を含む。電池４０２は、処理回路３０８（例えば、プロセッサ３１０（単数又は複数）及び図示されない他の構成要素（サンプリング構成要素、アナログデジタルコンバータ、モータ、及びアクチュエータ等））及び通信構成要素（例えば、無線通信インターフェース３１２）等の用具構成要素を駆動させるために、電力を供給するように構成されている。
【００３５】
ハンドル４０４は、３次元空間内で用具を操縦するために、医療関係者によって保持されるように構成される。プローブ部４０６は、医療処置中に、患者の体内に挿入されるように構成される。図４の例示の用具４００に示されるように、ハンドル４０４は、電池４０２とプローブ部４０６との間に連結される。図４に示される用具４００の形状並びにその構成要素の形状及び場所は、単なる例示にすぎない。用具は、図４に示される用具４００と異なる形状であってもよい。更に、用具構成要素は、図４に示されるものと異なる形状及び場所を含んでもよい。
【００３６】
図５〜７は、無線電池式用具４００を使用して、３次元空間内の用具の場所を特定するために使用される磁場を生成する同じ無線伝送デバイスにより生成される磁場からのエネルギーを介して、電池４０２を充電する、異なる例を例示する。
【００３７】
図５は、電池４０２に配置される単一の充電コイル５０２を有する図４に示される例示の無線電池式用具４００の図である。充電コイル５０２は、電気出力を電池４０２に提供するために、電池４０２の入力端子（図示せず）に電気的に接続されてもよい。図５に示されるように、充電コイル５０２は、電池４０２の周囲に巻かれる（すなわち、ループ状にされる）ことによって、電池４０２に配置される。充電コイル５０２の各ループは、コイル表面積の増加をもたらす。上記に説明されたように、コイルが磁場から受信するエネルギー量は、コイルの表面積に比例する。したがって、充電コイルのループのコイル表面積の増加により、長時間の手術（例えば、２〜３時間）を完了するために、一定のエネルギー量が、電力を用具４００に提供するために十分な充電コイル５０２の表面積を通過する磁場から伝わることを可能にする。また、コイル表面積の増加により、用具４００の操作性を容易にする。この理由として、電池のサイズひいては用具４００のサイズ及び重量は、用具４００に供給される利用可能な電力を維持又は更に増加させながら、減少する場合があることが考えられる。
【００３８】
図６は、用具ハンドル４０４に配置される単一の充電コイル６０２を含む、例示の無線電池式用具４００の図である。充電コイル６０２は、電気出力を電池４０２に提供するために、電池４０２に電気的に接続される。図６に示されるように、充電コイル６０２は、用具ハンドル４０４の周囲に巻かれる（すなわち、ループ状にされる）。充電コイル６０２の各ループにより、コイル表面積の増加をもたらす。したがって、十分なエネルギー量は、用具４００の操作性を容易にしながら、用具４００に給電するように提供される。
【００３９】
図７は、一対の充電コイル（すなわち、図５に示されるコイル５０２及び図６に示されるコイル６０２）を含む、例示の無線電池式用具４００の図である。充電コイル５０２及び６０２のそれぞれは、電気出力を電池４０２に提供するために、電池４０２に電気的に接続される。示されるように、第１の充電コイル５０２は、電池４０２に配置され、第２の充電コイル６０２は、用具ハンドル４０４に配置される。第１の充電コイル５０２及び第２の充電コイル６０２は、それぞれ、電池４０２の一部及びハンドル４０４の一部の周囲に巻かれる（すなわち、ループ状にされる）。
【００４０】
第１の充電コイル５０２及び第２の充電コイル６０２は、それぞれ、図５及び図６に示される充電コイル５０２及び６０２の表面積よりも大きい全コイル表面積を提供する。したがって、充電コイル５０２及び６０２の対を使用する伝達可能エネルギー量は、図５に示される単一の充電コイル５０２及び図６に示される単一の充電コイル６０２等の単一の充電コイルによる伝達可能エネルギー量よりも大きい。したがって、多量の電力は、電池３０２に供給されるために利用可能である。
【００４１】
図５〜７に示される充電コイルの数及びそれらの対応する場所は例示にすぎない。また、図５〜７に示される充電コイル３０２及び３０４の構成（例えば、ループ数、長さ、及び厚さ）も、例示にすぎない。用具は、任意の数の充電コイルを含んでもよい。用具は、また、図５〜７に示されるものと異なる構成及び異なる場所（例えば、プローブ部４０６）を有する充電コイルを含んでもよい。充電コイルは、電気出力を電池４０２に提供するように構成される任意の種類の導体材料（金属（銅、アルミニウム、銀）、電解質、超電導体、半導体、プラズマ、並びに黒鉛及び導電性ポリマー等の非金属導体等）を含んでもよい。用具に使用される充電コイルの数、サイズ、形状、場所、及び材料は、用具の種類、手術の種類、用具によって行われる手術の推定時間等の異なる要因に依存し得る。
【００４２】
図５〜図７に示される実施形態では、充電コイル５０２及び６０２は、電池４０２及びハンドル４０４の外側の周囲に巻かれることによって用具４００に配置される。しかしながら、充電コイルは、用具構成要素（例えば、電池又はハンドル）内部に埋め込まれるか、又は用具構成要素内部に部分的に埋め込まれることによって、用具に配置されてもよい。
【００４３】
図８Ａ〜図８Ｃは、用具構成要素８０６に配置される充電コイルループ８０２の異なる例を例示する。例えば、図８Ａは、用具構成要素８０６の外側８０４の周囲に巻かれた充電コイルループ８０２を例示する、用具構成要素８０６の例示的部分の断面図である。図８Ａに示されるように、ループ８０２は、用具構成要素８０６の外側８０４に位置する。コイルループが用具構成要素８０６の外側に露出するため、充電コイル５０２及び６０２によって受信されるエネルギーの減衰は制限される。
【００４４】
図８Ｂは、充電コイルループ８０２が部分的に露出されるように、用具構成要素８０６内部に埋め込まれる充電コイルループ８０２を例示する用具の例示的部分の断面図である。図８Ｂの例では、コイルループ８０２によって受信されるエネルギーは、用具構成要素８０６によって、ある程度まで減衰し得る。しかしながら、図８Ｂのコイルループ８０２の構成は、充電コイルループ８０２と接触するユーザを限定することなく、部分的に直接の露出を容易にする。
【００４５】
図８Ｃは、用具構成要素８０６内部に位置する充電コイルループ８０２を例示する、用具構成要素８０６の例示的部分の断面図である。図８Ｃに示されるコイルループ８０２の構成は、（例えば、ユーザの接触を妨げることによって）コイルの耐用期間を長くし得る。ある実施形態は、図８Ａ〜図８Ｃに示される例のうちの１つに従って１つの用具構成要素に配置される１つの充電コイルと、図８Ａ〜図８Ｃに示される例のうちの別の１つに従って別の用具構成要素に配置される別の充電コイルと、を含んでもよい。ある実施形態は、また、図８Ａ〜図８Ｃに示される例のうちの１つに従って、用具構成要素に配置される充電コイルの１つ以上のコイルループと、図８Ａ〜図８Ｃに示される例のうちの別の１つに従って用具構成要素に配置される同じ充電コイルの別の１つ以上のコイルループと、を含んでもよい。用具構成要素８０６は、例えば、電池又はハンドル等の用具の任意の構成要素であってもよい。
【００４６】
図９は、電磁的ナビゲーションシステムと共に使用する電池式医療用具を充電する例示の方法を例示するフロー図である。図９のブロック９０２に示されるように、方法９００は、無線伝送信号によって磁場を生成することを含む。それぞれの磁場は、例えば、上に動作するように患者の解剖学的構造の一部の下方に位置付けられる無線伝送デバイス等の無線伝送デバイスのエミッタコイルと異なる周波数によって駆動されてもよい。
【００４７】
図９のブロック９０４に示されるように、方法９００は、医療用具に配置される受信コイルにおいて磁場を受信することを含み、その受信コイルを使用して、１つ以上のエミッタコイルによって発射される磁場を受信し及び磁場を受信したことに応答して医療用具の場所を示す電気信号を生成する。各磁場は、異なる周波数によって駆動され、無線伝送デバイスのエミッタコイルによって生成されてもよい。磁場は、分離した無線伝送デバイスから伝送される無線伝送信号を介して生成されてもよい。
【００４８】
図９のブロック９０６に示されるように、磁場は、また、用具電池に電気的に接続される充電コイルで受信され、この充電コイルは、（ｉ）エネルギーを磁場から受信し、（ｉｉ）エネルギーを電池に供給し、電池を充電する。充電コイルで受信される磁場は、３次元空間内の用具の場所を特定するために使用される磁場を生成する同じ無線伝送デバイスにより生成される。磁場が充電コイルの表面を通過するとき、磁場は、充電コイルで受信されてもよい。磁場は、電池、ハンドル部、又は用具の別の部分に配置される単一の充電コイルによって受信されてもよい。代替的に、磁場は、例えば、電池及びハンドル部に配置される充電コイル等の、用具の同じ部分又は用具の分離した部分に配置される複数の充電コイルによって受信されてもよい。
【００４９】
図９のブロック９０８に示されるように、方法９００は、受信コイルによって、３次元空間内の用具の場所を示す電気信号を生成することを含む。例えば、磁場を受信したことに応答して、電気信号は、磁場の振幅及び位相に基づいて生成されてもよい。
【００５０】
図９のブロック９１０に示されるように、電気信号は、医療用具によって、電気信号を処理し３次元空間内の医療用具の場所を判定するために、信号プロセッサに提供される。電気信号は、医療用具に配置される無線インターフェースを介して、信号プロセッサに提供されてもよい。
【００５１】
図９のブロック９１２に示されるように、方法９００は、磁場から受信されたエネルギーによって、電力を電池に供給することを含む。例えば、磁場のいくつかの磁力線（すなわち、磁束）が充電コイルの表面を通過するとき、エネルギーは、充電コイル内で誘導される電流を介して、磁場から充電コイルまで伝わる。充電コイルが磁場から受信するエネルギー量が充電コイルの表面積に比例するため、コイル表面積の増加によって、用具の操作性を維持しながら、長時間の手術のために用具を充電するために十分なエネルギー量の増加を可能にする。
【００５２】
本方法は、汎用コンピュータ、プロセッサ、又はプロセッサコアにおいて実装することができる。好適なプロセッサとしては、例として、汎用プロセッサ、専用プロセッサ、従来型プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと関連する１つ以上のマイクロプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、書替え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）回路、任意のその他の種類の集積回路（ＩＣ）、及び／又は状態機械が挙げられる。このようなプロセッサは、処理されたハードウェア記述言語（ＨＤＬ）命令及びネットリスト等その他の中間データ（このような命令は、コンピュータ可読媒体に記憶することが可能である）の結果を用いて製造プロセスを構成することにより、製造することが可能である。このような処理の結果はマスクワークであり得、このマスクワークをその後半導体製造プロセスにおいて用いて、本開示の特徴を実装するプロセッサを製造する。
【００５３】
本明細書に提供される方法又はフローチャートは、汎用コンピュータ又はプロセッサによる実行のために持続性コンピュータ可読記憶媒体に組み込まれるコンピュータプログラム、ソフトウェア、又はファームウェアにおいて実装することができる。持続性コンピュータ可読記憶媒体の例としては、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、レジスタ、キャッシュメモリ、半導体メモリデバイス、磁気媒体、例えば内蔵ハードディスク及びリムーバブルディスク、磁気光学媒体、並びに光学媒体、例えば、ＣＤ−ＲＯＭディスク及びデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）が挙げられる。
【００５４】
本明細書の開示に基づいて多くの変更例が可能であることを理解されたい。特徴及び要素が特定の組み合わせで上記に説明されているが、各特徴又は要素は、他の特徴及び要素を用いずに単独で、又は他の特徴及び要素を用いて若しくは用いずに他の特徴及び要素との様々な組み合わせで使用されてもよい。
【００５５】
〔実施の態様〕
（１）  電磁的ナビゲーションシステムであって、
１つ以上のエミッタコイルを有する第１の無線伝送デバイスであって、前記１つ以上のエミッタコイルのそれぞれは異なる周波数によって駆動され、各エミッタコイルが磁場を生成するように構成される、第１の無線伝送デバイスと、
無線電池式用具であって、
前記用具に配置され、前記１つ以上のエミッタコイルによって発射される１つ以上の磁場を受信しかつ前記１つ以上の磁場を受信したことに応答して前記用具の場所を示す電気信号を生成するように構成される、受信コイルと、
処理用の前記電気信号を提供し、３次元（３Ｄ）空間内における前記用具の前記場所を判定するように構成される無線インターフェースと、
電力を前記用具に供給するように構成される電池と、
前記電池に電気的に接続される１つ以上の充電コイルであって、前記１つ以上の充電コイルのそれぞれは、（ｉ）エネルギーを前記１つ以上の磁場から受信し、（ｉｉ）前記エネルギーを前記電池に供給し、前記電池を充電するように構成される、１つ以上の充電コイルと、を含む、無線電池式用具と、
を含む、電磁的ナビゲーションシステム。
（２）  前記１つ以上の充電コイルは、複数のループ状に巻かれる、実施態様１に記載のシステム。
（３）  前記１つ以上の充電コイルは、前記電池に配置され、前記電池の一部の周囲に前記複数のループ状に巻かれる、実施態様２に記載のシステム。
（４）  前記用具は、ハンドルを更に含み、前記１つ以上の充電コイルは、前記ハンドルの一部の周囲に前記複数のループ状に巻かれる、実施態様２に記載のシステム。
（５）  前記１つ以上の充電コイルは、前記用具の第１の部分に配置される第１の充電コイルと、前記用具の前記第１の部分から分離した前記用具の第２の部分に配置される第２の充電コイルとを含む、実施態様１に記載のシステム。
【００５６】
（６）  前記第１の充電コイルは前記電池に配置され、前記第２の充電コイルは前記用具のハンドルに配置される、実施態様５に記載のシステム。
（７）  前記第１の無線伝送デバイスはＵ字型であり、複数のエミッタコイルを含み、各エミッタコイルが無線信号を伝送し、前記１つ以上の磁場を生成するように構成される、実施態様１に記載のシステム。
（８）  前記第１の無線伝送デバイスから分離して、無線信号を伝送し、１つ以上の追加磁場を生成するように構成される、第２の無線伝送デバイスを更に含み、
前記１つ以上の充電コイルのそれぞれは、（ｉ）エネルギーを、前記第２の無線伝送デバイスによって生成され、前記１つ以上の充電コイルを通過する、前記１つ以上の追加磁場から受信し、（ｉｉ）前記１つ以上の追加磁場から受信された前記エネルギーを前記電池に供給し、前記電池を充電するように更に構成される、実施態様１に記載のシステム。
（９）  電磁的ナビゲーションシステムと共に使用する無線電池式医療用具であって、前記医療用具は、
前記医療用具に配置され、１つ以上のエミッタコイルによって発射される１つ以上の磁場を受信し、前記１つ以上の磁場を受信したことに応答して前記医療用具の場所を示す電気信号を生成するように構成される、受信コイルと、
処理用の前記電気信号を無線で提供し、３次元（３Ｄ）空間内における前記医療用具の前記場所を判定するように構成される無線インターフェースと、
電力を前記医療用具に供給するように構成される電池と、
前記電池に電気的に接続される１つ以上の充電コイルであって、前記１つ以上の充電コイルのそれぞれは、前記医療用具に配置され、（ｉ）エネルギーを前記１つ以上の磁場から受信し、（ｉｉ）前記エネルギーを前記電池に供給し、前記電池を充電するように構成される、１つ以上の充電コイルと、
を含む、医療用具。
（１０）  前記１つ以上の充電コイルは、複数のループ状に巻かれる、実施態様９に記載の医療用具。
【００５７】
（１１）  前記１つ以上の充電コイルは、前記電池に配置され、前記電池の一部の周囲に前記複数のループ状に巻かれる、実施態様１０に記載の医療用具。
（１２）  ハンドルを更に含み、前記１つ以上の充電コイルは、前記医療用具の前記ハンドルの一部の周囲に前記複数のループ状に巻かれる、実施態様１０に記載の医療用具。
（１３）  前記１つ以上の充電コイルは、前記医療用具の第１の部分に配置される第１の充電コイルと、前記医療用具の前記第１の部分から分離した前記医療用具の第２の部分に配置される第２の充電コイルとを含む、実施態様９に記載の医療用具。
（１４）  前記第１の充電コイルは前記電池に配置され、前記第２の充電コイルは前記医療用具のハンドルに配置される、実施態様１３に記載の医療用具。
（１５）  無線電池式医療用具を充電する方法であって、
前記医療用具に配置される受信コイルにおいて、１つ以上の磁場を受信することと、
前記医療用具に配置される電池に電気的に接続される１つ以上の充電コイルにおいて、前記１つ以上の磁場を受信することと、
前記受信コイルによって、前記１つ以上の磁場を受信したことに応答して、３次元（３Ｄ）空間内における前記医療用具の場所を示す電気信号を生成することと、
前記医療用具に配置される無線インターフェースを介して、処理用の前記電気信号を提供し、３次元（３Ｄ）空間内における前記医療用具の前記場所を判定することと、
前記１つ以上の充電コイルによって、前記１つ以上の磁場から受信されたエネルギーを介して、電力を前記電池に供給することと、
を含む、方法。
【００５８】
（１６）  前記１つ以上の充電コイルは、複数のループ状に巻かれる、実施態様１５に記載の方法。
（１７）  前記１つ以上の充電コイルは、前記電池に配置され、前記電池の一部の周囲に前記複数のループ状に巻かれる、実施態様１６に記載の方法。
（１８）  前記１つ以上の充電コイルは、前記用具のハンドルの一部の周囲に前記複数のループ状に巻かれる、実施態様１６に記載の方法。
（１９）  前記１つ以上の充電コイルは、前記用具の第１の部分に配置される第１の充電コイルと、前記用具の前記第１の部分から分離した前記用具の第２の部分に配置される第２の充電コイルとを含む、実施態様１５に記載の方法。
（２０）  前記第１の充電コイルは前記電池に配置され、前記第２の充電コイルは前記用具のハンドルに配置される、実施態様１９に記載の方法。
【図１】
2018191501.tif 000003
【図２】
2018191501.tif 000004
【図３】
2018191501.tif 000005
【図４】
2018191501.tif 000006
【図５】
2018191501.tif 000007
【図６】
2018191501.tif 000008
【図７】
2018191501.tif 000009
【図８Ａ】
2018191501.tif 000010
【図８Ｂ】
2018191501.tif 000011
【図８Ｃ】
2018191501.tif 000012
【図９】
2018191501.tif 000013
【外国語明細書】
2018191501000001.pdf