(57)【要約】本発明は、脈管系におけるカテーテルの位置の確定に対する装置及び方法に係る。これにおいて、カテーテルの先端における２つ磁気ローカライザの測定された位置は、修正ベクトルによって動かされると同時に品質寸法を最適化する。品質寸法は、脈管配置から測定された位置の偏差、及び、脈管マップに従った脈管配置の向きから関連付けられた向きの偏差のいずれも考慮して加重構成部品を有する。加えて、品質寸法は、脈管マップと比較してカテーテルの測定された形状を評価する構成部品を有し得る。追加的な修正段階は、更に、修正された位置をローカライザの所定の固定された距離に必ず対応させ得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脈管系における計器の位置の確定に対する装置であって、
・  前記計器に取り付けられた少なくとも１つのローカライザと、
・  中に脈管マップが格納されるメモリを有するデータ処理ユニットと、
を有し、
前記少なくとも１つのローカライザの空間位置は測定され得、且つ、前記少なくとも１つのローカライザを用いて計器部分の向き及び／又は形状は測定され得、
前記データ処理ユニットは、前記ローカライザの測定された空間位置を修正するよう設定され、前記脈管マップ及び品質寸法を考慮し、前記品質寸法は、前記測定された位置の偏差、及び、前記計器部分の前記測定された向き及び／又は形状の偏差を前記脈管マップによって示された前記脈管配置から測定する加重構成部品を有する、
装置。
【請求項２】
前記ローカライザは、電磁位置特定装置の磁場センサを内蔵する、ことを特徴とする、
請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記データ処理ユニットは、個別の修正から局所的な連続変換を算出するよう設定される、ことを特徴とする、
請求項１記載の装置。
【請求項４】
少なくとも２つのローカライザは、既知の相対位置において前記計器に対して取り付けられること、及び、前記データ処理ユニットは、前記測定された位置を修正する際に、前記相対位置を考慮するよう設定されること、を特徴とする、
請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記データ処理ユニットは、前記脈管マップの前記脈管配置に従って前記寸法品質を考慮すると同時に少なくとも１つのローカライザの前記位置を修正するよう更に設定される、ことを特徴とする、
請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記データ処理ユニットは、前記ローカライザの前記修正された位置が前記測定された向き及び／又は形状から予め設定された制限値より大きくはずれる前記計器部分の向き及び／又は形状を有する場合、警告を出力するよう設定される、ことを特徴とする、
請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記脈管マップに対する前記ローカライザの前記位置が確認され得る手段によって特徴付けられる、
請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記脈管マップの生成に対する撮像装置によって特徴付けられる、
請求項１記載の装置。
【請求項９】
計器に対して取り付けられた少なくとも１つのローカライザ及び脈管マップを用いる脈管系における前記計器の前記位置の前記確定に対する方法であって：
ａ）  前記ローカライザの前記空間位置、及び計器部分の前記向き及び／又は形状を測定する段階と；
ｂ）  脈管マップ及び品質寸法を参照して前記測定された空間位置を修正する段階と、
を有し、
前記品質寸法は、一方では前記ローカライザの前記測定された位置の偏差を、及び他方では、前記脈管マップに従った前記脈管配置から前記計器部分の前記測定された向き及び／又は形状の偏差を測定する、加重構成部品を有する、
方法。
【請求項１０】
空間的な連続変換は、個別の修正に基づいて算出される、ことを特徴とする、
請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脈管系において特にはカテーテルである計器の位置を該計器に対して取り付けられたローカライザを用いて確定する装置及び方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
患者の脈管系へのカテーテルの導入を有する医学的介入の成功には、脈管の配置に対する実際のカテーテル位置の正確な知識が求められる。この知識は、原則的に造影剤を使用するＸ線透視連続観察によって得られるが、この工程は、患者の被爆を考慮して使用され得ない。このため、多くの場合において位置特定装置を用いて測定されたカテーテル位置が入れられた事前に作られた２Ｄ又は３Ｄの脈管マップが、使用される。このような状況において、一方法は、米国特許第５，０４２，４８６号明細書（特許文献１）より既知である。該方法では、カテーテルの先端におけるローカライザの位置は、磁気位置特定装置によって測定され、静的脈管マップ（ｓｔａｔｉｃ  ｖａｓｃｕｌａｒ  ｍａｐ）へと入れられる。
【０００３】
しかしながら、既知の方法の問題は、事実上、この移行が特には冠状血管等の回旋血管及び／又は高度に分岐した血管に関して十分に正確ではない、ことにある。磁気位置特定装置は更に、外部磁場、あるいは磁気的にアクティブな材料又は導電性材料によって影響を受けるという問題を有し、これらはカテーテルラボラトリにおいて頻繁にみられ得る。
【特許文献１】米国特許第５，０４２，４８６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の背景を考慮して、本発明は、脈管系においてカテーテル等の計器の位置をより正確に確定する手段を与える、ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この問題は、請求項１記載の機能を有する装置及び請求項９記載の機能を有する方法によって解決される。有利な実施例は、従属請求項において記載される。
【０００６】
本発明に従った装置は、脈管系においてカテーテル等の計器の位置を確定するよう使用される。本願における「脈管系」という用語は、計器が位置決めされ得る経路のネットワークに対する一般的な用語として理解されるべきである。計器は、例えば、消化管又は（例えば機械内の）専門的な環境におけるプローブであり得る。以下において、血管系が脈管系に対する一例として主として使用され得ることは、本発明の範囲を制限するべきではない。
【０００７】
装置は、以下の構成部品、
・空間位置が測定され得る、計器に対して適合された１つ又はそれ以上のローカライザ、及び、
・  内部に脈管マップが格納されたメモリを有するデータ処理ユニット、
を有する。
【０００８】
前記ローカライザに関しては、加えて、計器部分の向き及び／又は形状は、該ローカライザを用いて測定され得る。事実上重要な場合においては、空間位置が測定され得る少なくとも２つのローカライザが与えられ、ローカライザ間の計器部分の向きは、引き算によって評価され得る。しかしながら、単一のローカライザでも、その位置及びその向きの両方及び関連付けられた計器部分の向きに関する情報を供給し得る。計器部分の形状の少なくとも近似的な確定に対し、複数のローカライザは一般的に求められ、例えばそれらの測定位置は、計器の配置のモデルに対する基準点を示す。ローカライザの種類は、いずれの推測的な制限も受けない。例えば、それらは、Ｘ線画像上に位置決めされ得るＸ線に対して遮蔽性のあるマーカーであり得る。撮像装置とは無関係な位置検出を可能にする所謂アクティブローカライザ（特には非視線センサ）が、望ましい。
【０００９】
前出のデータ処理ユニットに関しては、「脈管マップ」という用語は、関連する範囲における血管の配置の描写又は図を示す。即ち、この脈管マップは、例えば手術に先立つ血管造影Ｘ線撮影によって作られ得る。脈管マップは、典型的には二次元又は三次元である。
【００１０】
データ処理ユニットは、脈管マップ及び所定の品質寸法（ｑｕａｌｉｔｙ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）を考慮し、少なくとも１つのローカライザの測定された空間位置を修正するよう更に設定される（即ち、品質寸法の定義に依存して最小化又は最大化される）。上述された品質寸法は、少なくとも２つの加重構成部品を有する。そのうち第１の構成部品は、脈管マップによって示される脈管配置からローカライザの測定された位置の偏差を測定し、第２の構成部品は、脈管マップによって示される脈管配置から計器部分の測定された向き及び／又は形状の偏差を測定する。
【００１１】
上述された種類の装置は、特には冠状血管において一般的である回旋血管配置及び／又は高分岐された血管配置の場合において、ローカライザの修正された位置と脈管系におけるローカライザの実際の位置との間の高度の一致を与える、ことが判っている。特には、外装置は、動作（特には患者の動き及び呼吸）による脈管マップと実際の脈管配置との間の相違によってもたらされるモーションアーチファクトに対して優れた補正を与え得る。この肯定的な結果は、脈管マップに従った脈管配置から測定された位置の距離が最小にされる同時に、関連付けられた計器部分の測定された向き及び／又は形状は脈管の向き及び／又は形状と比較される。
【００１２】
装置の望ましい一実施例によれば、ローカライザのうち少なくとも１つは、電磁位置特定装置の一部分を形成する磁場センサである。電磁位置特定装置において、磁場ジェネレータは、空間及び／又は時間において不均一である磁場を生成する。該ジェネレータにおいて、磁場の強さの値及び方向は、磁場センサによって測定され得、センサ及び磁場ジェネレータの相対位置及び向きに関して決断を下し得る。しかしながら、前出の位置特定装外部磁場によって容易に影響され、該外部磁場は、そこに位置決めされた機器によってカテーテルラボラトリにおいて頻繁に生成される。しかしながら、多くの場合、この干渉（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）は、比較的大きな長さの規模上で変化するため、局所的には略一定であると考えられ得る。結果として、互いに対して小さな距離に位置決めされた２つのローカライザは、同一の干渉を受ける。ローカライザの絶対位置が相応して大きなエラーを受ける一方、該干渉は、ローカライザの向きを位置の相違から算出する際に実質上消され、比較的高精度を有してその向きが測定され得る。したがって、ローカライザの向き又は計器部分の向き／形状に関する考慮は、正確に測定可能な情報に基づく。
【００１３】
他の更なる面によれば、データ処理ユニットは、点ごとの修正から局所的な連続変換を算出するよう設定される。これは、個別の修正ベクトルが変換マップを内挿又は外挿する基準点として考えられる、ことを意味する。この変換を用いて、脈管マップに関する修正は、カバーされた範囲における実質上いずれの点に対しても算出され得る。変換マップは、新しく算出された修正ベクトルを有してリフレッシュされ得、従って継続的に更新される。
【００１４】
本発明の望ましい一実施例によれば、少なくとも２つのローカライザは、既知の相関位置において計器に対して取り付けられる。２つのローカライザの間隔は、特には、例えば計器の剛性な部分の異なる端部に対してローカライザを取り付けることによって予め確定され得、且つ一定にされ得る。加えて、データ処理ユニットは、この場合、修正を算出する採に前出の相対位置を考慮するよう設定される。相対位置は、修正された位置によって満たされなければならない空間的条件を示す。故に、修正の質は、この情報を使用することによって向上され得る。相対位置は、（拡張された）品質寸法の最適化、あるいは品質寸法の評価に続く別個の修正段階を自動的に考慮に入れられ得る。
【００１５】
上述された第２の代替案において、品質寸法の評価によって（予め）修正された少なくとも１つのローカライザは、データ処理装置の望ましい一実施例においては、更に修正されると同時に、ローカライザの修正された最終位置が同様に所定の相対位置に適合する脈管マップに従った脈管配置を考慮する。品質寸法の評価に続き、例えば、修正位置のうちの１つは、他の修正位置からの所定の距離を保持するよう脈管配置に沿って置かれ得る。
【００１６】
更に他の面によれば、データ処理ユニットは、ローカライザの修正された位置が測定された向き及び／又は形状から所定の制限値以上ずれている計器の位置の向き及び／又は形状を示す場合、警告を出力するよう設定される。上述される通り、ローカライザ又は計器部分の向きは、多くの場合において、比較的高度の確実性を有して確定され得る信号である。修正された向きと測定された向きとの間の相違が大きすぎる場合、これは、潜在的な問題を意味し得る。例えば、カテーテルが血管壁を傷つけ得るか貫通し得る、という危険性があり得る。
【００１７】
該装置は、脈管マップに対するローカライザの位置が確認され得るようにする手段を望ましくは更に有する。これらの手段を使用することによって、脈管配置におけるローカライザの実際の位置は、少なくとも１度で確定され得る。かかる確認された結果は、続いて、品質寸法を考慮に入れて測定された位置の次の修正に対する開始点として使用され得る。
【００１８】
上述された手段は、特には、（回転式）Ｘ線ユニット、Ｘ線ＣＴ、又は磁気共鳴トモグラフィ等の撮像装置を有し得る。かかる撮像装置を使用して、ローカライザの位置を確認することのみではなく、脈管マップを生成することも可能である。
【００１９】
本発明は更には、計器に取り付けられた少なくとも１つのローカライザ及び脈管マップを用いて脈管系において計器の位置を確定する方法に係る。該方法は、次の、
ａ）  ローカライザの空間位置、並びに計器部分の向き及び／又は形状を測定する段階、及び、
ｂ）  品質寸法（を最適化すること）を考慮すると同時に測定された空間位置を修正する段階、
を有する。品質寸法は、脈管マップに従って脈管配置から一方ではローカライザの測定された位置の偏差を測定し、他方では計器部分の測定された向き及び／又は形状の偏差を測定する加重構成部品を有する。一般的な形状においては、該方法は、上述された種類の装置を使用して取られ得る段階を有する。該方法の詳細、利点、及び更なる面に関しては、従って上述された説明が適用される。
【００２０】
該方法の更なる面によれば、空間的な連続変換は、上述された通り評価された個別の修正に基づき確定される。空間的な連続変換は、続いて、実質的にいずれの点においても測定された位置の値の修正を許可する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明のこれらの及び他の面は、以下に説明される。
【００２２】
図１の概略図において、撮像装置は、Ｃ型Ｘ線ユニット１として認識可能であり、該装置を用いて、患者２の体の二次元画像又は三次元画像が生成され得る。本願が基づく適用は、カテーテル６を用いて患者２の冠状血管の検査である。かかる検査に対して準備するよう、関連する血管の血管造影の投影は、まず造影剤を注入された後に作られ、接続されたデータ処理ユニット７（ワークステーション）のメモリにおいて、（２Ｄ又は３Ｄ）脈管マップとして格納される。加えて、データ処理ユニットは、セントラルプロセッサ、揮発性メモリ、及び不揮発性メモリ（ＲＡＭ、ハードディスク、ＣＤ、・・・）等の通常のコンピュータ構成部品を内蔵し得る。該ユニットは更に、以下により詳細に説明されるデータ評価の段階の実行に対して適切なプログラムを有する。
【００２３】
Ｘ線及び造影剤に対する患者（及び医療従事者）の被爆を制限するよう、全カテーテル検査の間、Ｘ線監視はない。カテーテル３の現在位置は代わりに、空間位置（又は座標）及び向きが関連付けられた位置決め装置によって測定され得るアクティブローカライザ４，５を用いて観察される。図示されている場合には、これは、時間及び空間において不均一である磁場を生成する磁場ジェネレータ３を有する電磁位置特定装置である。磁場ジェネレータ２によって生成された磁場が原理上既知であるため、ローカライザとしてカテーテル６の先端に対して取り付けられた磁場センサ４，５の信号を測定することにより、それらの空間位置及び向きに関して結論が下され得る。ローカライザ４，５によって出力された測定信号は、データ処理ユニット７に対して送られ、格納された脈管マップに対するローカライザ４，５の位置は、これらの信号から得られる。脈管マップＫは続いて、医師に対してカテーテルのナビゲーションを単純化するよう、検出された位置と共にモニタ７上に表示され得る。
【００２４】
しかしながら、上述されたアプローチは、測定されたローカライザ４，５の位置が一般的には多かれ少なかれ不正確である、という不利点を有する。カテーテルラボラトリの図示された状況においては、特に、主にＸ線装置１のＣ構造における画像増幅器が原因である磁場のひずみによる干渉がある。
【００２５】
測定信号が受ける上述された問題は、図２中により詳細に図示される。これは、脈管マップに従った血管８の配置を示す。血管の中心線Ｃは、点線で示される。近位センサ５の測定された位置ｒ１又は遠位センサ４の測定された位置ｒ２は夫々、既知の較正パラメータに基づき脈管マップへと入れられ得る。この状況においては、脈管マップとローカライザ４，５との間の正確な位置合わせが（例えばカテーテルのＸ線画像を用いて）第一に達成され得る、ことが考えられる。カテーテルが血管を介して更に押される際、先導するローカライザ４は、最初に乱された磁場を有する範囲に入り、結果として相当する誤った測定位置をもたらす。しかしながら、実験では、ローカライザの向きは比較的小さい、典型的には１．５＋／−２．２°分の影響を受ける、ことが示されている。従って、向きは、比較的正確な測定として使用され得、それを用いて、脈管マップ上のカテーテルの最も予想される「真」位置が確立される。より詳細にわたる説明に対し、測定された位置ｒ１，ｒ２は、上述された干渉の結果として図２中の脈管配置の外側に図示される。この位置が正しくあり得ないため、測定値は、修正されなければならない。測定された位置ｒ１，ｒ２を可能な限り最短のルートを介してマップの脈管配置へと置き換える代わりに、より差別化された手順がここでは適合される。２つの修正ベクトルｋ１及びｋ２’は、測定された位置ｒ１及びｒ２を修正された位置ｒ１’又はｒ２’に夫々転換するよう算出される。これらの修正ベクトルｋ１，ｋ２’の計算は、品質寸法Ｑの最適化を伴い、脈管配置からの測定された位置ｒ１，ｒ２の距離、及び、ローカライザ又はローカライザ間の測定された向きのいずれもが考慮に入れられる。ローカライザ間の向きは、（最終的な標準化は別として）測定された位置の相違（ｒ２−ｒ１）によって確定される。上述された条件を満たす典型的な品質寸法Ｑは、例えば、以下の関数、
【００２６】
【数１】
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によって特定される。式中、ｗ１，ｗ２は、ユーザによって予め設定可能である加重係数であり、典型的な値は、例えば、ｗ１∈［０；１］及びｗ２∈［０；１］である。位置ベクトルρ１及びρ２は、脈管配置から任意のベクトルである。Ｑが最小であると考える位置ベクトルρ１＝ｒ１’及びρ２＝ｒ２’は、ｒ１及びｒ２に対する所望の修正された値を示す。これらを有して、関連付けられた修正ベクトルｋ１＝ｒ１’−ｒ１及びｋ２’＝ｒ２’−ｒ２も既知である。
【００２７】
品質寸法Ｑの他の公式化において、第２のタームは、追加的に又は代替的に、ローカライザによって直接測定された（個別の）向きを考慮する構成部品を有し得る。加えて、又は代替として、Ｑは、カテーテルの測定されたコースと脈管マップに従った脈管配置との間のフォーム誤差を評価する構成部品を有し得る。カテーテルのコースは、例えば、カテーテルモデル（例えばスプライン関数）を適合することによって複数（例えば４つ）のローカライザの測定された位置から確定され得、Ｑは、カテーテルのコースと脈管配置との間の相違の積分（ｉｎｔｅｇｒａｌ）を有し得る。
【００２８】
図２中に図示された場合が示す通り、品質寸法Ｑにおける向き（係数ｗ２）の含有は、測定された位置ｒ１，ｒ２が脈管配置の一区分へと方向的に（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ）動かされ、その向きは測定された向き（ｒ２−ｒ１）に対応する、という結果を有する。
【００２９】
更なる修正段階は、場合によっては取られ得る。位置ｒ１’及びｒ２’又は修正ベクトルｋ１及びｋ２’を上述された通り夫々算出することによって、（比較的正確である）側方修正（ｌａｔｅｒａｌ  ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）のみは、脈管配置に対して達成される。一方、測定された向きのデータが曖昧であり、且つ、脈管マップからの向きのデータが許容差を受けるため、血管の長手方向における位置的修正は、非常に不正確なままである。これは、脈管マップの部分、特には血管の曲率が非常に小さい点において何らかの大きなエラーをもたらし得る。
【００３０】
（血管の中心線Ｃに沿った）脈管配置の長手方向における位置を修正するよう、２つのローカライザ４，５が互いに対して一定の距離をおいてカテーテル６上に位置決めされるという事実が、使用される。先導するローカライザ４の（事前に修正された）位置ｒ２’は、他のローカライザ５の（事前に修正された）位置ｒ１’からの距離が予め設定された一定の距離ｄに対して同等となるまで、血管の中心線Ｃに沿って動かされる。この手順は、先導するローカライザ４に対する最終的に修正された位置ｒ２’’をもたらし、最終的な修正ベクトルｋ２＝ｒ２’’−ｒ２が確定され得る。もたらされる修正ベクトルｋ１及びｋ２は、続いて（関連付けられた位置ｒ１及びｒ２の関数として）格納され得る。
【００３１】
最終的に修正された向き（ｒ２’’−ｒ１’）と測定された向き（ｒ２−ｒ１）との間の確度が予め設定された値を超える場合、データ処理装置７は、ユーザに対して可視又は可聴の警告を出力することができ、ユーザに血管の壁の損傷又は貫通に関する潜在的な危険性を警告する。
【００３２】
２つの測定された位置ｒ１，ｒ２に対する上述された修正方法は、更には、脈管配置の関連する範囲において連続変換マップの局所計算に対して使用され得る。修正ベクトルｋ１，ｋ２に対する算出された基準点ｒ１，ｒ２間の距離は、ユーザによって設定されるべきパラメータとして扱われ得、特には、干渉場が変動する最小の長さに従って選択される。カテーテル６上のローカライザ４，５の選択された距離ｄは、干渉場の長さのスケール上にも依存すべきである。
【００３３】
内挿及び外挿の適切な方法を有して、脈管系の全体的な相対容積に対する密度の高い変換マップは、測定された基準点から算出され得る。この変換は、新しく得られた測定値を有してリフレッシュされ得る。このようにして、該方法は、ゆっくりと変動する干渉に対しても適合され得る。他方では、より早い干渉場への変化は、カテーテル６と脈管配置との間で更新された新規登録を有して上述された工程を単純に再開始することによって望ましくは処理される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】カテーテルを位置決めする本発明に従った装置の構造の概略図である。
【図２】本発明に従った脈管配置での測定された位置の修正における形状関係を図示する。
【図１】
2007523699.tif 000004
【図２】
2007523699.tif 000005
【国際調査報告】
2007523699.tif 000006
2007523699.tif 000007
2007523699.tif 000008