(57)【要約】【課題】カテーテルに基づいた心臓位置測定システム及び方法を提供すること。【解決手段】方法は、患者の心臓に、患者の外部に取り付けられた複数のそれぞれの表面電極を使用して、複数の電圧を送信することを含む。心臓の複数の領域の各領域ごとに繰り返し、（ｉ）領域内の複数のそれぞれの較正電圧が測定され、（ｉｉ）領域について、対応する較正電圧がコスト関数を最小化するような表面電極のそれぞれの部分サブセットが選択され、コスト関数は、測定された較正電圧の勾配の大きさに依存する第１の項と、勾配間の相関に依存する第２の項とを含み、（ｉｉｉ）領域について選択された表面電極の部分サブセットが、後のセッションで使用するために記録され、後のセッションにおいて、心臓の所与の領域に挿入されたプローブの位置が、所与の領域について選択されたサブセットのみに基づいて計算される。【選択図】図１
2019193789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、
患者の外部に取り付けられ、前記患者の心臓内に複数のそれぞれの電圧を送信するように構成された複数の表面電極と、
プロセッサであって、
前記心臓の複数の領域の各領域ごとに、
（ｉ）前記領域内で測定された複数の較正電圧を受信することと、
（ｉｉ）前記領域について、対応する較正電圧がコスト関数を最小化するような前記表面電極のそれぞれの部分サブセットを選択することであって、前記コスト関数は、前記測定された較正電圧の勾配の大きさに依存する第１の項と、前記勾配間の相関に依存する第２の項とを含む、ことと、
（ｉｉｉ）前記領域について選択された、表面電極の前記部分サブセットを、後のセッションで使用するために記録することと、を繰り返し、
前記後のセッションにおいて、前記心臓の所与の領域に挿入されたプローブの位置を、前記所与の領域について選択された前記サブセットのみに基づいて計算するように構成された、プロセッサと、を含む、システム。
【請求項２】
前記プロセッサが、前記心臓内の複数の位置において較正ツールを追跡する位置測定システムから複数の位置測定値を受信し、前記複数の位置測定値と測定された較正電圧のそれぞれのセットとの間のそれぞれの関係を導出するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記位置測定システムが、磁気位置追跡システムを含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記位置測定システムが、医療用イメージングシステムを含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記プロセッサが、
前記プローブを使用して、複数の測定された探査電圧を受信し、
前記測定された探査電圧及び前記導出された関係から、前記所与の領域の識別情報を導出し、
前記所与の領域について選択された前記サブセットに属する前記表面電極から発生する前記測定された探査電圧のみに基づいて、前記プローブの前記位置を計算することにより、前記プローブの前記位置を計算するように構成されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記プロセッサが、測定された探査電圧の前記選択されたサブセットに基づいて、かつ前記導出された関係のそれぞれのサブセットに基づいて、前記プローブの前記位置を計算するように構成されている、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記システムが、共通接地として機能する１つの表面電極を選択し、１つ以上の残りの表面電極と前記共通接地との間に前記電圧を印加することによって前記複数の電圧を送信するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記システムが、前記プローブの遠位端に取り付けられた１つ以上の探査電極を用いて前記探査電圧を測定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、体内のプローブの位置を追跡するためのシステム及び方法に関し、詳細には、カテーテルに基づいた心臓位置測定システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
侵襲性医療器具の位置を追跡することが、多くの心臓手術で求められる。例えば、米国特許第５，９８３，１２６号は、カテーテル位置マッピング及び関連する手技のためのシステム及び方法について記載している。３つの実質的に直交する交流信号が、患者の心臓などの、マッピング対象の領域に実質的に向けられて、患者を通じて印加される。カテーテルは少なくとも測定電極を備え、この測定電極は、心臓手術のために患者の心臓壁に接して、又は冠状静脈若しくは動脈内で、様々な位置に配置される。カテーテル先端部と基準電極、好ましくは患者の表面電極との間で電圧が感知され、この電圧信号は、３つの直交して印加された電流信号に対応する成分を有する。３つの成分をｘ信号、ｙ信号、及びｚ信号として分離するために３つの処理チャンネルが使用され、これらの信号から体内のカテーテル先端部の三次元位置を決定するために計算が行われる。
【０００３】
別の例として、米国特許出願公開第２０１３／０２６７８３５号は、心血管系医療手技の間に医療器具の位置を特定するためのシステム及び方法について記載している。一実施形態は、電磁場発生器と、対象の心臓内に導入されるように適合され、少なくとも１つの電磁センサ及び少なくとも１つの電極を含むアンテナ参照器具と、対象の胸腔内に導入されるように適合され、少なくとも１つの電極を含む、少なくとも１つのロービング器具と、電磁センサによって感知された電磁場発生器からの電磁信号に基づいてアンテナ参照器具の位置座標を決定し、アンテナ参照器具の電極とロービング器具の電極との間の電位差を測定し、測定された電気電位差を、アンテナ参照器具の決定された位置座標を用いて較正してロービング器具の位置座標を決定するように構成された制御ユニットと、を備える。
【０００４】
米国特許第７，５３６，２１８号は、対象の体腔の中に導入されるように適合されたプローブを含む位置追跡システムについて記載している。プローブは、磁場トランスデューサと少なくとも１つのプローブ電極とを有する。制御ユニットは、磁場トランスデューサを使用してプローブの位置座標を測定するように構成される。制御ユニットはまた、少なくとも１つのプローブ電極と、対象の身体表面上の１つ以上の点との間のインピーダンスを測定する。測定された位置座標を使用して、制御ユニットは測定されたインピーダンスを較正する。
【０００５】
米国特許第８，４５６，１８２号には、表面電極を患者の身体とガルバニック接触させて配置することと、較正電極を有する較正ツールを身体の複数の領域に配置することと、を含む方法が記載されている。この方法は、磁気に基づいた位置測定システムを使用して複数の領域のそれぞれの異なる位置の較正ツールを追跡することと、各領域について、領域内の異なる位置における表面電極とマッピング電極との間にそれぞれの較正電流セットを発生させることと、を更に含む。各領域について、それぞれの較正電流セットと異なる磁気的に追跡された位置との間でそれぞれの関係が導出され、異なるそれぞれの関係及び探査ツールの電流に応じて検査ツールの位置を決定するのに使用される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態は、患者の心臓に、患者の外部に取り付けられた複数のそれぞれの表面電極を使用して、複数の電圧を送信することを含む方法を提供する。心臓の複数の領域の各領域ごとに、繰り返して、（ｉ）領域内の複数のそれぞれの較正電圧が測定され、（ｉｉ）領域について、対応する較正電圧がコスト関数を最小化するような表面電極のそれぞれの部分サブセットが選択され、コスト関数は、測定された較正電圧の勾配の大きさに依存する第１の項と、勾配間の相関に依存する第２の項とを含み、（ｉｉｉ）領域について選択された、表面電極の部分サブセットが、後のセッションで使用するために記録され、後のセッションにおいて、心臓の特定の領域に挿入されたプローブの位置が、特定の領域について選択されたサブセットのみに基づいて計算される。
【０００７】
いくつかの実施形態では、較正電圧は、心臓内の複数の位置において較正ツールを追跡する位置測定システムから位置測定値を受信することと、複数の位置測定値と測定された較正電圧のそれぞれのセットとの間のそれぞれの関係を導出することと、により測定される。
【０００８】
いくつかの実施形態では、磁気位置追跡システムが位置測定システムに含まれる。
【０００９】
一実施形態では、医療用イメージングシステムが位置測定システムに含まれる。
【００１０】
別の実施形態では、プローブの位置は以下のステップで計算される。すなわち、プローブを使用して複数の探査電圧が測定される。測定された探査電圧及び導出された関係から、所与の領域の識別情報が導出される。所定の領域について選択されたサブセットに属する表面電極から発生する測定された探査電圧のみに基づいて、プローブの位置が計算される。
【００１１】
いくつかの実施形態では、プローブの位置は、測定された探査電圧の選択されたサブセットに基づいて、かつ導出された関係のそれぞれのサブセットに基づいて、プローブの位置を計算することによって計算される。
【００１２】
いくつかの実施形態では、複数の電圧は、共通接地として機能するように１つの表面電極を選択し、１つ以上の残りの表面電極と共通接地との間に電圧を印加することによって送信される。
【００１３】
一実施形態では、探査電圧は、プローブの遠位端に取り付けられた１つ以上の探査電極を用いて探査電圧を測定することによって測定される。
【００１４】
本発明の実施形態によれば、複数の表面電極とプロセッサとを含むシステムが更に提供される。複数の電極は患者の外部に取り付けられ、患者の心臓内に複数のそれぞれの電圧を送信するように構成されている。プロセッサは、心臓の複数の領域の各領域ごとに、（ｉ）領域内で測定された複数の較正電圧を受信することと、（ｉｉ）領域について、対応する較正電圧がコスト関数を最小化するような表面電極のそれぞれの部分サブセットを選択することであって、コスト関数は、測定された較正電圧の勾配の大きさに依存する第１の項と、勾配間の相関に依存する第２の項とを含む、ことと、（ｉｉｉ）領域について選択された、表面電極の部分サブセットを、後のセッションで使用するために記録することと、を繰り返し、後のセッションにおいて、心臓の所与の領域に挿入されたプローブの位置を、所与の領域について選択されたサブセットのみに基づいて計算するように構成されている。
【００１５】
本発明は、以下の「発明を実施するための形態」を図面と併せて考慮すると、より完全に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に基づく、アクティブ電圧位置（ＡＶＬ）位置測定システムの概略描図である。
【図２】本発明の一実施形態に基づく、ＡＶＬ位置測定システムを動作させるための方法を概略的に示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
概論
以下に述べる本発明の実施形態では、アクティブ電圧位置（ＡＶＬ）位置測定システムが、心腔内の、本明細書で探査ツールと呼ばれるプローブの位置を追跡する精度を改善するための方法を説明する。ＡＶＬシステムは、探査ツール、例えば以下で「ＡＶＬカテーテル」と呼ぶマッピングカテーテルの１つ以上の探査電極による電圧信号の測定に基づいて位置を追跡する。
【００１８】
いくつかの実施形態では、ＡＶＬシステムは、患者の外部、通常は皮膚に取り付けられる、以下で「ＡＶＬパッチ」と呼ぶ複数のＮ個の表面電極を含む。一実施形態では、ＡＶＬパッチのうちの１つが共通の接地として機能し、Ｎ−１個以下の残りのＡＶＬパッチが患者の体内に複数の変調電圧を送信する。ＡＶＬカテーテルの探査電極は、心臓の複数の領域内の電圧セットを測定する。各電圧セットは、特定の領域内のそれぞれの位置における誘導電圧を含む。これらの電圧を以下で「探査電圧」と呼ぶ。心臓のある領域は、本明細書では、心臓内の隣接する測定位置の集合によって表される。測定された探査電圧の所与のセットは、探査ツールが配置された心臓のそれぞれの位置を示す。
【００１９】
ＡＶＬシステムの較正は、例として、磁気位置測定に基づいたものとすることができる第２のシステムで行われる。磁気位置追跡システムは通常、ＡＶＬシステムが単独で動作する場合にＡＶＬシステムによって与えられるものよりも正確な結果をもたらす。較正は、磁気位置センサ及び較正電極の両方を有する較正カテーテルなどの較正ツールを使用して行われる。較正段階では、較正カテーテルは、患者の心臓の各領域内の複数の位置に動かされる。磁気位置測定値が、以下で「較正電圧」と呼ばれるＡＶＬパッチにより誘導された測定電圧と共に、これらの複数の位置について記録される。代替的に又は追加的に、較正ツールの位置は、任意の適当な医療用イメージングシステムを使用して追跡することもできる。
【００２０】
換言すれば、較正カテーテルが配置される心臓内の各位置について、ＡＶＬシステムが較正カテーテルの較正電極を用いて較正電圧セットを測定し、同時に、磁気位置追跡システムがカテーテルの遠位端の位置を測定する。これらの測定値は、磁気測定位置とそれぞれの測定された較正電圧との間の関係を計算するために使用される。
【００２１】
いくつかの実施形態では、システム内のプロセッサは、心臓の領域ごとに、ＡＶＬ位置測定に使用されるＮ個のＡＶＬパッチの部分サブセットを選択する。サブセット内のＡＶＬパッチの選択は、以下に述べるように、領域ごとに異なりうる。ＡＶＬパッチの部分サブセットの使用は、例えば、計算の複雑さ及び取得されたＡＶＬ測定値の信号対雑音比の両方が低減されることから有利である。
【００２２】
本明細書に述べられる実施形態では、プロセッサは、各領域にわたり、較正電圧にわたって定義される負ではないコスト関数を最小化することによって、領域当たりのＡＶＬパッチのサブセットを選択する。コスト関数は、ＡＶＬパッチの対応するサブセットによって生成された較正電圧のサブセットによって最小化され、所与の領域におけるＡＶＬカテーテルの対応する位置を測定するのに最も適したＡＶＬパッチのサブセットを特定する。プロセッサは、所与の較正電圧セットの一部又は全ての可能なサブセットにわたって、コスト関数を評価することができる。プロセッサは、領域ごとに選択されたＡＶＬパッチのサブセットの識別情報（すなわち、領域当たりのコスト関数を最小化するサブセット）を記録する（すなわち、メモリに記憶する）。
【００２３】
コスト関数の引数には、以下で更に詳述するように、（ｉ）測定された較正電圧の勾配、及び（ｉｉ）勾配のペア間の相関が含まれる。各領域について、プロセッサは、その較正電圧がその領域におけるコスト関数を最小化するＡＶＬパッチの単一サブセットを選択する。上述のように、プロセッサは、メモリ内の選択されたＡＶＬパッチのサブセットの識別情報を記憶する。一般的には、プロセッサはまた、プロセス全体を通じて共通の接地として機能するパッチの識別情報を記憶する。
【００２４】
いくつかの実施形態では、変調電圧を印加するＡＶＬパッチの数Ｎ−１は５に等しく、ＡＶＬパッチのサブセットの数は３に等しい。しかしながら、一般に、サブセット内の較正電圧の数は、Ｎ−２以下であってよい。一実施形態では、第６のＡＶＬパッチは、共通の接地として、また３個のＡＶＬパッチのサブセットの第４の共通の接地電極としても機能する。共通の接地として機能するＡＶＬパッチの識別情報は、領域ごとに異なりうるが、一般的には、固定したＡＶＬパッチをプロセス全体を通じて共通の接地として維持することができる。追加的に又は代替的に、補助基準表面電極を皮膚に取り付けて電圧測定のための共通電極として機能させてもよい。
【００２５】
後の探査セッション（医師によって行われる実際の医療セッション）の間、ＡＶＬシステムは、ＡＶＬカテーテル（例えば、磁気位置センサを有さないカテーテル）を用いて心臓内で診断及び／又は治療を行う。いくつかの実施形態では、ＡＶＬシステムは、最初に、ＡＶＬカテーテルの位置を追跡するためにＮ−１個の表面電極とＡＶＬカテーテルに取り付けられた探査電極との間の探査電圧を測定する。次いで、プロセッサは、上記の計算された関係（磁気的に測定された位置とそれぞれの測定された較正電圧との間の）を適用して、Ｎ−１個の探査電圧からＡＶＬカテーテルが位置する心臓内の領域を決定する。次に、プロセッサは、この領域の記録されたパッチのサブセットによって印加された電圧から測定された探査電圧のサブセットを選択する。選択された探査電圧のサブセットに基づいて、プロセッサは、心臓のその領域内のＡＶＬカテーテルの正確な位置を計算する。
【００２６】
説明を簡潔かつ分かりやすくするため、以下の説明は、１個の探査電極及び１個の較正電極について述べる。あるいは、様々なカテーテルに、任意の適当な数の探査電極又は較正電極を取り付けることもできる。更に、開示される方法を用いた複数のカテーテルが並列して心臓内に存在してもよい。
【００２７】
ＡＶＬパッチのサブセット（例えば３個の）を選択するためのコスト関数を使用することにより、ＡＶＬカテーテルの位置の正確な決定を向上させるいくつかの利益がもたらされる。少ない数のＡＶＬパッチの使用は、Ｎ−１個全てのＡＶＬパッチを使用する測定と比較して測定精度を向上させるが、これは、任意の所与の位置において、追加のＡＶＬパッチによって相当の測定ノイズが増すが、信号の改善はわずかであるためである。
【００２８】
したがって、開示された技術は、大幅に少ないリアルタイム計算を用いながら、ロバストかつ正確な位置追跡を与えるという利点を有する。これらの利点は、心臓などの動く臓器の電気解剖学的マップの精度を改善し、侵襲的処置の持続時間を短縮することができる。別の可能な利点は、開示される方法を用いた位置追跡システムにおける計算ハードウェア要件の低減であり、追跡システムのコストを低減することができる。
【００２９】
アクティブ電圧位置（ＡＶＬ）システムの概要
図１は、本発明の実施形態に基づく、アクティブ電圧位置（ＡＶＬ）位置測定システム３６の概略描図である。ＡＶＬシステム３６は、挿入図２５に見られるように、シャフト２２の遠位端に取り付けられた較正カテーテル３０の位置を較正するために使用される。続いて、マッピングカテーテルなどの様々な探査ツールが、較正された位置データを、心臓の少なくとも一部の電気解剖学的マッピング及び心臓組織のアブレーションなどの用途で使用することができる。
【００３０】
較正カテーテル３０は、医師５６によって、患者４０の心臓３８の心腔などの体内の体腔内に挿入される。いくつかの実施形態では、較正カテーテル３０は、挿入図２５に更に見られるように、１つ以上の較正電極３２及び磁気センサ３７を有する。較正電極３２は、コンソール２４に含まれるプロセッサ４６に接続された駆動回路４４に、シャフト２２を介してワイヤによって接続されており、駆動回路４４は、プロセッサ４６の命令にしたがって較正電極３２を駆動する。説明を分かりやすくかつ簡潔なものにするため、１個の較正電極３２を用いた実施形態について以下に説明する。
【００３１】
プロセッサ４６は、一般的には、ＡＶＬ表面電極６０Ｐと信号を送受信するための適当なフロントエンドのインターフェース回路と適当な信号処理回路とを備えた汎用コンピュータを含む。これは、以下でＡＶＬパッチ６０、６２、６４、６６、６８、及び７０、又はまとめて「ＡＶＬパッチ６０Ｐ」と呼ぶ、患者の皮膚に取り付けられた６個のＡＶＬ表面電極にケーブル３９を介してワイヤによって接続された駆動回路４４を使用することで実現される。ＡＶＬパッチの数は６個より多くても少なくてもよく、したがって上記の６個のパッチセットは例として示されるものである。挿入図４５に見られるように、ＡＶＬパッチ６０Ｐは患者４０の身体上に分布している。例として、ＡＶＬパッチ６０は大腿に配置され、ＡＶＬパッチ６２はうなじに配置され、ＡＶＬパッチ６４及び６６は、胸部の両側（脇の下）に配置され、一方でＡＶＬパッチ６８及び７０は胸部及び背部に心臓３８にそれぞれ隣接して配置されている。
【００３２】
コンソール２４は、外部磁場発生器３５からの磁場に応答して磁気センサ３７から位置信号を受信する。測定された位置信号に基づいて、プロセッサ４６は心臓内のセンサ３７の位置を計算する。磁場発生器３５は、例えば、患者のテーブルの下など、患者４０の外部の既知の位置に配置される。これらの位置信号は、位置測定システムの座標系内におけるセンサ３７の位置を示す。コンソール２４はまた、磁場発生器３５を駆動するよう構成された電流回路３４も有している。
【００３３】
外部磁場を用いたこの位置追跡の方法は、様々な医療用途において、例えば、Ｂｉｏｓｅｎｓｅ−Ｗｅｂｓｔｅｒ  Ｉｎｃ．（ｉｒｖｉｎｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）により製造されるＣＡＲＴＯ（商標）システムで実施されており、その開示内容を全て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６，６９０，９６３号、同第６，４８４，１１８号、同第６，２３９，７２４号、同第６，６１８，６１２号及び同第６，３３２，０８９号、同第７，７５６，５７６号、同第７，８６９，８６５号、同第７，８４８，７８７号、同第７，８４８，７８９号、及び同第８，４５６，１８２号、並びに国際公開第９６／０５７６８号、並びに米国特許出願公開第２００２／００６５４５５（Ａ１）号、同第２００３／０１２０１５０（Ａ１）号及び同第２００４／００６８１７８（Ａ１）号に詳細に記載されている。
【００３４】
一実施形態では、６個のＡＶＬパッチ６０Ｐのうちの５個が約５つの異なるキャリア周波数で変調された電圧信号を印加する一方で、１個のＡＶＬパッチは受信電極として機能する（例えば、共通の接地である）。同時に、較正カテーテル３０に取り付けられた較正電極３２（一般に、１個以上の較正電極３２のそれぞれ）が、５つの較正電圧を測定する（同時に、並行してセンサ３７が位置信号を供給する）。
【００３５】
一実施形態では、プロセッサ４６は、所与の領域内の各位置の電圧対位置マッピング（ＶＰＭ）行列を計算する。ＶＰＭ行列は、較正電圧のそれぞれのセットと磁気的に追跡された位置との間の各位置について導出された関係を維持する。探査セッションの間、５つの探査電圧がＶＰＭ行列（較正テーブルとして機能する）を用いてプロセッサ４６によって処理されることで、ＡＶＬカテーテルが配置された心臓３８内の領域が決定される。ＶＰＭ行列を用いた同様の追跡方法は、Ｂｉｏｓｅｎｓｅ−Ｗｅｂｓｔｅｒ，Ｉｎｃ．により製造されるＣＡＲＴＯ（登録商標）４システムに適用されている。
【００３６】
電気信号に基づいてカテーテルの位置を追跡するための別の方法はアクティブ電流位置（ＡＣＬ）と名付けられ、様々な医療用途において、例えばＣＡＲＴＯ（登録商標）３システムで実施されている。探査電極によって注入される電流を使用する（ＡＶＬにおけるように、電圧を検知するために探査電極を使用する代わりに）ＡＣＬプロセスの詳細は、その開示を参照により本明細書に援用するところの米国特許第８，４５６，１８２号に示されている。詳細には、電流対位置マッピング（ＣＰＭ）と呼ばれる同様の行列が、米国特許第８，４５６，１８２号に詳細に記載されている。
【００３７】
位置測定システム３６は、ＡＶＬカテーテルと同様のプローブを用い、他の体腔内で使用することもできる。通常、システム３６は他の要素を含むが、それらは、説明を簡単にするため図には示されておらず、必要に応じて以下の説明で言及する。例えばシステム３６は、ＥＣＧ同期信号をコンソール２４に供給するために、１個以上の身体表面のＥＣＧ電極からの信号を受信するように接続されたＥＣＧモニタを含んでもよい。別の例として、システム３６は、アブレーションカテーテル及び／又は更なるマッピングカテーテルなどの１つ以上の更なるカテーテルを含んでもよい。したがって、図１の構成は、概念を分かりやすくするだけの目的で選択された例示的な構成である。代替的な実施形態では、他の任意の適当な構成もまた用いることができる。
【００３８】
プロセッサ４６は通常、本明細書に記載される機能を実行するようにソフトウェアでプログラムされた汎用プロセッサを含む。そのソフトウェアは、例えば、ネットワークを介して電子形式でプロセッサにダウンロードしてもよく、あるいは、それに代えて若しくはそれに加えて、磁気的メモリ、光学的メモリ、又は電子的メモリなどの有形のメディア上に提供及び／又は記憶されてもよい。
【００３９】
改善されたアクティブ電圧位置（ＡＶＬ）分解能
いくつかの実施形態では、較正段階において、また、後の探査位置追跡セッションにおいて位置信号対雑音比を改善する目的で、プロセッサ４６は、最初に、測定された較正電圧の各セットについて、較正電圧にわたって定義されたコスト関数を評価する。換言すれば、一部の較正電圧は、コスト関数の引数として機能する。次に、プロセッサ４６は、以下に述べるように、対応する電圧のサブセットがコスト関数を最小化するようなＡＶＬパッチ６０Ｐのサブセットを選択する。
【００４０】
コスト関数の引数は、（ｉ）その領域内の位置ｒにおける較正電圧の勾配、及び（ｉｉ）その位置における勾配のペア間の相関を含む。コスト関数に使用される勾配は空間勾配である。すなわち、各勾配は、特定の較正電圧の変動を位置の関数として示す。
【００４１】
次に、各領域Ｇについて、プロセッサ４６は、ＡＶＬパッチ６０Ｐのサブセット｛Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ｝によって誘導される較正電圧が、その領域におけるコスト関数を最小化するように、３個のＡＶＬパッチのサブセット、Ｐｉ（ｒ）｜ｒ∈Ｇ、ｉ＝ａ、ｂ、ｃを選択する。選択されたＡＶＬパッチのサブセット｛Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ｝の識別情報は、後でＡＶＬカテーテルと共に使用するためにメモリに記憶される。
【００４２】
例として、所与の領域の任意所与の位置ｒにおける任意の選択されたＡＶＬパッチの三つ組｛Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ｝当たりのコスト関数は、以下の式でありうる。すなわち、
【００４３】
【数１】
2019193789.tif 000003
式中、∇Ｖｊは、カテーテルが位置ｒを中心として位置を変化させる際に電極３２によって測定される、特定の位置ｒにおいてＡＶＬパッチｊが誘導する電圧勾配を表す。Ａ及びＢは負でない数である。ここから分かるように、コスト関数Ｆ（∇Ｖａ、∇Ｖｂ、∇Ｖｃ）は、２つの負でない部分を含んでいる。第１の部分は、測定された３つの較正電圧の勾配の根二乗和を含む。第２の項は、勾配間の相関にわたった総和を表す。各位置ｒ∈Ｇにつき、プロセッサ４６は、（Ｎ−１）個のＡＶＬパッチからのＡＶＬパッチの可能な三つ組｛Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ｝の一部又は全てを確認し、その電圧がＧにわたってＦ（∇Ｖａ、∇Ｖｂ、∇Ｖｃ）を最小化する三つ組を選択する。
【００４４】
探査セッションにおいて、上記に述べたように、ＡＶＬカテーテルは、その位置を追跡するために使用される心臓内の探査電圧を測定する。最初に、ＡＶＬカテーテルは、心臓内のＡＶＬカテーテルの領域を示す、５個のＡＶＬパッチによって誘導される５つのこのような電圧を測定する。この５つの位置信号に基づき、磁気測定位置との記録された関係を用いて、ＡＶＬシステムは、ＡＶＬカテーテルが配置された心臓内の領域Ｇを決定する。次に、プロセッサ４６は、その領域ごとに記憶されたＡＶＬパッチの三つ組によって誘導された３つの探査電圧、
【００４５】
【数２】
2019193789.tif 000004
を選択する。選択された探査電圧
【００４６】
【数３】
2019193789.tif 000005
に基づき、ＡＶＬシステムは、心臓の領域Ｇ内のＡＶＬカテーテルの正確な位置ｒ０を決定する。
【００４７】
１組のコスト関数間で最小コスト関数を探索して見つけるための開示されたコスト関数及び方法は、例として示されるものである。他のコスト関数及び最小探索方法を適用することもできる。例えば、他の計算条件を最もよく最適化するコスト関数が、当業者には想到される。
【００４８】
図２は、本発明の一実施形態に基づく、ＡＶＬ位置測定システムを動作させる方法を概略的に示したフローチャートである。
【００４９】
プロセスは、較正段階７１で開始してもよく、その後、システムは探査追跡段階７２で動作させられる。これら２つの段階は、カテーテル法のセッションを行いながら、少なくとも部分的に並行して行うことができる。
【００５０】
較正段階７１は、プロセッサ４６が、取得ステップ７４において、較正カテーテル３０による較正電圧及び磁気により誘導された位置信号の両方の測定を指示することで開始することができる。較正電圧はＡＶＬパッチ６０Ｐ間で誘導され、電極３２によって測定される。位置信号は、発生器３５によって駆動される磁場に応答して磁気センサ３７内に誘導される。次に、ＶＰＭ計算ステップ７６において、プロセッサ４６は、磁気センサ３７から受信した位置信号と、電極３２から受信した５つの較正電圧とを用いて、その領域内の各測定位置に対してＶＰＭ行列を生成する。
【００５１】
これと並行して、コスト関数構築ステップ７８において、プロセッサ４６は、所与の領域内の各位置ごとに３個のＡＶＬパッチのサブセットを調べるために後で用いられるコスト関数を評価する。次に、ＡＶＬパッチ特定ステップ８０において、最小コスト関数を計算することによって、プロセッサ４６は、所与の領域にわたって最適化された３個のＡＶＬパッチのサブセットを特定し、選択する。記憶ステップ８２において、プロセッサ４６は、後で使用するために選択されたＡＶＬパッチ識別情報をメモリに更に記録する。共通の接地として機能する第４のＡＶＬパッチの識別情報も同様に記憶される。
【００５２】
探査追跡段階７２において、プロセッサ４６は、５個全てのＡＶＬパッチによる変調電圧の印加を指示し、取得ステップ８４において、ＡＶＬカテーテルの探査電極から探査電圧を受信する。領域決定ステップ８６において、探査電圧及びＶＰＭ行列に基づいて、プロセッサ４６は、探査ツールが配置された領域を計算する。
【００５３】
領域が決定された時点で、プロセッサ４６は、ステップ８２において記憶された３個のＡＶＬパッチを使用して測定された３つの探査電圧を選択する（例えば、その選択をメモリから取得する）。いくつかの実施形態では、位置測定ステップ８８において、ＡＶＬシステムは、選択されたサブセットに属するＡＶＬパッチに変調電圧を生成するように指示し、探査電極に探査電圧を測定するように指示する。代替的な実施形態では、全てのＡＶＬパッチがそれぞれ自身の電圧を生成する。プロセッサ４６は、選択されたサブセットに属するＡＶＬパッチによって生成された３つの探査電圧のみを使用し、他のものは無視する。
【００５４】
いずれの場合も、位置決定ステップ９０において、プロセッサ４６は、３つの選択された探査電圧に基づいて探査ツールの正確な位置を計算する。
【００５５】
プロセスは、マッピングが完了するまで、例えば心臓３８の新しい領域から位置信号を受信するためにステップ７４にループバックしてもよい。
【００５６】
図２に示される例示的なフローチャートは、概念を分かりやすくするだけの目的で選択されたものである。代替的な実施形態では、較正ステップ及び／又は調整ステップなどの更なるステップを実行することもできる。最適化されたＡＶＬパッチのサブセットの選択プロセスは異なる場合があり、例えば、ステップ７８と８０とは、計算時間を短縮するために部分的に並列して実行されてもよい。
【００５７】
本明細書に記述される実施形態は、主として心臓での用途に関するものであるが、本明細書に記載される方法及びシステムは例えば神経学などの他の用途で用いることもできる。
【００５８】
したがって、上記に述べた実施形態は、例として引用したものであり、また本発明は、上記に具体的に示し説明したものに限定されないことが理解されよう。むしろ本発明の範囲は、上述の様々な特徴の組み合わせ及びその一部の組み合わせの両方、並びに上述の説明を読むことで当業者により想到されるであろう、また従来技術において開示されていないそれらの変形及び修正を含むものである。参照により本特許出願に援用される文献は、これらの援用文献において、いずれかの用語が本明細書において明示的又は暗示的になされた定義と矛盾して定義されている場合には、本明細書における定義のみを考慮するものとする点を除き、本出願の一部とみなすものとする。
【００５９】
〔実施の態様〕
（１）  患者の心臓に、前記患者の外部に取り付けられた複数のそれぞれの表面電極を使用して、複数の電圧を送信することと、
前記心臓の複数の領域の各領域ごとに、
（ｉ）前記領域内の複数のそれぞれの較正電圧を測定することと、
（ｉｉ）前記領域について、対応する較正電圧がコスト関数を最小化するような前記表面電極のそれぞれの部分サブセットを選択することであって、前記コスト関数は、前記測定された較正電圧の勾配の大きさに依存する第１の項と、前記勾配間の相関に依存する第２の項とを含む、ことと、
（ｉｉｉ）前記領域について選択された、表面電極の前記部分サブセットを、後のセッションで使用するために記録することと、を繰り返すことと、
前記後のセッションにおいて、前記心臓の所与の領域に挿入されたプローブの位置を、前記所与の領域について選択された前記サブセットのみに基づいて計算することと、を含む、方法。
（２）  前記較正電圧を測定することが、前記心臓内の複数の位置において較正ツールを追跡する位置測定システムから位置測定値を受信することと、前記複数の位置測定値と測定された較正電圧のそれぞれのセットとの間のそれぞれの関係を導出することと、を含む、実施態様１に記載の方法。
（３）  前記位置測定システムが、磁気位置追跡システムを含む、実施態様２に記載の方法。
（４）  前記位置測定システムが、医療用イメージングシステムを含む、実施態様２に記載の方法。
（５）  前記プローブの前記位置を計算することが、
前記プローブを使用して複数の探査電圧を測定することと、
前記測定された探査電圧及び前記導出された関係から、前記所与の領域の識別情報を導出することと、
前記所与の領域について選択された前記サブセットに属する前記表面電極から発生する前記測定された探査電圧のみに基づいて、前記プローブの前記位置を計算することと、を含む、実施態様２に記載の方法。
【００６０】
（６）  前記プローブの前記位置を計算することが、測定された探査電圧の前記選択されたサブセットに基づいて、かつ前記導出された関係のそれぞれのサブセットに基づいて、前記プローブの前記位置を計算することを含む、実施態様５に記載の方法。
（７）  前記複数の電圧を送信することが、共通接地として機能する１つの表面電極を選択することと、１つ以上の残りの表面電極と前記共通接地との間に前記電圧を印加することと、を含む、実施態様１に記載の方法。
（８）  前記探査電圧を測定することが、前記プローブの遠位端に取り付けられた１つ以上の探査電極を用いて前記探査電圧を測定することを含む、実施態様３に記載の方法。
（９）  システムであって、
患者の外部に取り付けられ、前記患者の心臓内に複数のそれぞれの電圧を送信するように構成された複数の表面電極と、
プロセッサであって、
前記心臓の複数の領域の各領域ごとに、
（ｉ）前記領域内で測定された複数の較正電圧を受信することと、
（ｉｉ）前記領域について、対応する較正電圧がコスト関数を最小化するような前記表面電極のそれぞれの部分サブセットを選択することであって、前記コスト関数は、前記測定された較正電圧の勾配の大きさに依存する第１の項と、前記勾配間の相関に依存する第２の項とを含む、ことと、
（ｉｉｉ）前記領域について選択された、表面電極の前記部分サブセットを、後のセッションで使用するために記録することと、を繰り返し、
前記後のセッションにおいて、前記心臓の所与の領域に挿入されたプローブの位置を、前記所与の領域について選択された前記サブセットのみに基づいて計算するように構成された、プロセッサと、を含む、システム。
（１０）  前記プロセッサが、前記心臓内の複数の位置において較正ツールを追跡する位置測定システムから複数の位置測定値を受信し、前記複数の位置測定値と測定された較正電圧のそれぞれのセットとの間のそれぞれの関係を導出するように構成されている、実施態様９に記載のシステム。
【００６１】
（１１）  前記位置測定システムが、磁気位置追跡システムを含む、実施態様１０に記載のシステム。
（１２）  前記位置測定システムが、医療用イメージングシステムを含む、実施態様１０に記載のシステム。
（１３）  前記プロセッサが、
前記プローブを使用して、複数の測定された探査電圧を受信し、
前記測定された探査電圧及び前記導出された関係から、前記所与の領域の識別情報を導出し、
前記所与の領域について選択された前記サブセットに属する前記表面電極から発生する前記測定された探査電圧のみに基づいて、前記プローブの前記位置を計算することにより、前記プローブの前記位置を計算するように構成されている、実施態様１０に記載のシステム。
（１４）  前記プロセッサが、測定された探査電圧の前記選択されたサブセットに基づいて、かつ前記導出された関係のそれぞれのサブセットに基づいて、前記プローブの前記位置を計算するように構成されている、実施態様１３に記載のシステム。
（１５）  前記システムが、共通接地として機能する１つの表面電極を選択し、１つ以上の残りの表面電極と前記共通接地との間に前記電圧を印加することによって前記複数の電圧を送信するように構成されている、実施態様９に記載のシステム。
【００６２】
（１６）  前記システムが、前記プローブの遠位端に取り付けられた１つ以上の探査電極を用いて前記探査電圧を測定するように構成されている、実施態様９に記載のシステム。
【図１】
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【図２】
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【外国語明細書】
2019193789000001.pdf