(57)【要約】カテーテル（２０）の湾曲形態を模擬する方法において、前記カテーテル（２０）に少なくとも２つのセンサ素子（２４、２５）が設置されており、前記センサ素子（２４、２５）は磁力線を切断して誘導電流を生成する。前記誘導電流情報から前記センサ素子（２４、２５）の空間情報を抽出する。前記空間情報に基づいて、前記カテーテル（２０）の特性情報と組み合わせて、前記カテーテル（２０）の湾曲形態を算出する。カテーテル（２０）おいて、カテーテル本体（２２）と、少なくとも２つの磁気センサ素子（２４、２５）と、信号抽出手段（４０）と、模擬処理手段（５０）とを備える。【選択図】図４
2011523576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カテーテルの湾曲形態を模擬する方法であって、前記カテーテルに少なくとも２つのセンサ素子が設置され、
前記センサ素子は磁力線を切断して誘導電流を発生させることと、
前記誘導電流の情報から前記センサ素子の空間情報を抽出することと、
前記空間情報に基づいて、前記カテーテルの特性情報と組み合わせて、前記カテーテルの湾曲形態を算出することと
を含むことを特徴とするカテーテルの湾曲形態を模擬する方法。
【請求項２】
前記カテーテルの湾曲形態を算出することは、カテーテルの湾曲形状の曲線関数を設定し、最小エネルギーのスプライン近似法を採用してカテーテルの前記曲線関数の解を求めることによって、前記カテーテルの湾曲形態を得ることであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記カテーテルの湾曲形態を算出することは、各々隣り合う２つのセンサ素子間のカテーテルセグメント毎に、カテーテル湾曲形状の曲線関数を設定し、それぞれ最小エネルギーのスプライン近似法を採用してその湾曲形状の曲線関数の解を求めることによって、各カテーテルセグメントの湾曲形態を得て、更にカテーテルの全体的な湾曲形態を得ることであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記最小エネルギーのスプライン近似法は、
隣り合う２つのセンサ素子の間のカテーテルの湾曲形状の曲線を正則化することと、
曲線の弧長ｔを変数として、曲線関数ｐ（ｔ）＝ａｔ３＋ｂｔ２＋ｃｔ＋ｄと設定し、ｔの数値範囲を［０，１］と設置し、ａ、ｂ、ｃ、ｄを４つの未知数として設置することと、
前記空間情報と特性情報に基づいて、ｐ（０），ｐ（１）とｐ’（０），ｐ’（１）の値を算出することと、ｐ（０），ｐ（１）とｐ’（０），ｐ’（１）の値を曲線関数ｐ（ｔ）に代入して解を求めること
をさらに含むことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の方法。
【請求項５】
最小エネルギー曲線法を採用してｐ’（０），ｐ’（１）の値を求めることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
最小エネルギー曲線法を採用してｐ’（０），ｐ’（１）の値を求めることは、
ｐ’（０）＝ａ０ｖ０，ｐ’（１）＝ａ１ｖ１と設定し、前記ａ０，ａ１は曲線両端の接線ベクトルノルムであり、ｖ０，ｖ１は曲線の両端の方向であり、
ｆ（ａ０，ａ１）＝Ｅ−λＬと設定し、前記Ｅは曲線の内部エネルギーを示し、Ｌは曲線の長さを示し、λは係数であり、解を求めてａ０，ａ１を取得し
ａ０，ａ１とｖ０，ｖ１をｐ’（０）＝ａ０ｖ０，ｐ’（１）＝ａ１ｖ１に代入して、ｐ’（０），ｐ’（１）の値を求めることであることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
曲線の長さＬは曲線の内部エネルギーＥが最小値を取得する時の制約条件であることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
カテーテルの湾曲形態を表示することを更に含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記カテーテルの内側と外側は異なる色を使用して表示することを更に含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記カテーテルの実直径に基づいて、カテーテルを表示する幅を設置することを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも２つのセンサ素子のうち１つのセンサ素子は前記カテーテルの末端に設置されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の方法。
【請求項１２】
前記空間情報はセンサ素子の３次元位置情報と方向情報を含むことを特徴とする請求項１、２又は３記載の方法。
【請求項１３】
前記カテーテルの特性情報はカテーテル自体の材料、長さ及び／又は２つのセンサ素子間の距離を含むことを特徴とする請求項１、２又は３記載の方法。
【請求項１４】
前記センサ素子は磁界センサであることを特徴とする請求項１、２又は３記載の方法。
【請求項１５】
前記磁界センサは５自由度磁界センサ及び／又は６自由度磁界センサを含むことを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
カテーテル本体を含む磁気誘導カテーテルであって、
それぞれ前記カテーテルに設置され磁力線を切断して誘導電流を生成するための少なくとも２つのセンサ素子と、
前記誘導電流の情報から前記誘導素子の空間情報を抽出するための信号抽出手段と、
前記空間情報に基づいて、前記カテーテルの特性情報と組み合わせて、前記カテーテルの湾曲形態を算出する模擬処理手段と
を更に含むことを特徴とする磁気誘導カテーテル。
【請求項１７】
模擬処理手段は、カテーテルの湾曲形状の曲線関数を設定して、最小エネルギーのスプライン近似法を採用して該曲線関数の解を求めて、前記カテーテルの湾曲形態を得るための演算モジュールを更に含むことを特徴とする請求項１６記載のカテーテル。
【請求項１８】
前記少なくとも２つのセンサ素子のうち１つのセンサ素子は前記カテーテルの末端に設置されていることを特徴とする請求項１６又は請求項１７記載のカテーテル。
【請求項１９】
前記センサ素子は磁界センサであることを特徴とする請求項１６又は１７記載のカテーテル。
【請求項２０】
前記磁界センサは５自由度磁界センサ及び／又は６自由度磁界センサを含むことを特徴とする請求項１９記載のカテーテル。
【請求項２１】
前記磁界センサのケーブルに銀線網状物が巻きつけられていることを特徴とする請求項１９記載のカテーテル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療機器分野に関し、特に、カテーテルの湾曲形態を模擬する方法及び磁気誘導カテーテルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦアブレーション電極カテーテルは、主に心臓電気生理検査（ＥＰＳ）、一時的心臓ぺーシング、及びＲＦアブレーション等に用いられるものである。図１は従来のＲＦアブレーション電極カテーテルの略図であり、電極カテーテル１０はカテーテル制御ハンドル１１と、カテーテル本体１２と、先端電極１３と、連結器１４と、延長ケーブル１５などの部分を備える。
【０００３】
従来のＲＦカテーテルアブレーションの治療において、電極カテーテル１０を利用して、ＲＦエネルギーを射出できる先端電極１３を静脈又は動脈を経由して人体に挿入し、Ｘ線テレビの監視下に心臓の部位に送入され、病巣に対してアブレーション治療を行う。心房細動及び心房粗動等の複雑な不整脈を治療する時に、アブレーション点を線として繋がる必要があり、異常な電気生理病巣を完全に隔離することによって、治療の目的を達することができる。
【０００４】
前記線形アブレーション治療の過程において、手術者は手術の進行の都合のために、先端電極１３の位置を知り、且つアブレーション病巣の位置を記録する必要がある。現在では３次元検査設備により描画された３次元解剖画像を採用して、先端電極１３の位置とアブレーション病巣の位置を表示することが多い。３次元解剖画像が一旦形成されると、Ｘ線の下に操作する必要がなくなって、Ｘ線の露光量を大幅に減少した。同時に、３次元解剖画像を形成する場合、放電の回数を減少して、房室結節を偶発的に損傷するリスクを低減でき、カテーテルの放置、位置異常の興奮点とカテーテルの位置を正確に判断することに対して大きな助力となった。従って、３次元検査設備により描画される３次元解剖画像は、従来の双平面のＸ線より位置決めの正確性及び信頼性が高い。
【０００５】
３次元検査設備を利用して３次元解剖画像を描画することは、臨床応用において、主に電界誘導及び磁界誘導という２つの誘導検査方式があり、磁界誘導は、位置決めが正確であり、重複も可能であるので、広範に応用されている。しかしながら、現在の磁気誘導技術を利用して描画した３次元解剖画像は、大きな制限があり、先端電極１３の位置しか表示できず、電極カテーテル１０のカテーテル本体１２の湾曲形態を表示することができない。手術者は手術過程において、心臓における電極カテーテル１０の湾曲形態を直観的に見られないため、手術操作に大きな不便をもたらし、手術の安全性と可制御性も顕著に低下する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする技術的課題は、電極カテーテルの動作過程における湾曲形態を表示でき、手術操作に便利さをもたらし、手術の安全性及び可制御性を向上する電極カテーテルの湾曲形態を模擬する方法を提供することである。
【０００７】
本発明のもう１つの目的は、自体の動作過程における湾曲形態を表示でき、手術操作に便利さをもたらし、手術の安全性及び可制御性を向上する磁気誘導電極カテーテルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のカテーテルの湾曲形態を模擬する方法であり、前記カテーテルに少なくとも２つのセンサ素子が設置されており、前記方法は、前記センサ素子が磁力線を切断して誘導電流を発生させることと、前記誘導電流情報から前記センサ素子の空間情報を抽出することと、前記空間情報に基づいて、前記カテーテルの特性情報と組み合わせて、前記カテーテルの湾曲形態を算出することとを含む。
【０００９】
好ましくは、前記カテーテルの湾曲形態を算出することは、具体的に以下の通りである。カテーテルの変形の関数を設定し、最小エネルギーのスプライン近似法を採用してカテーテルの該曲線関数の解を求めることによって、前記カテーテルの湾曲形態を得る。
【００１０】
好ましくは、前記カテーテルの湾曲形態を算出することは、具体的に以下の通りである。各々隣り合う２つのセンサ素子間のカテーテルセグメント毎に、カテーテルの湾曲形状の曲線関数を設定し、最小エネルギーのスプライン近似法を採用してその湾曲形状の曲線関数の解を求めることによって、各カテーテルセグメントの湾曲形態を得て、更にカテーテルの全体的な湾曲形態を得る。
【００１１】
好ましくは、前記最小エネルギーのスプライン近似法は、隣り合う２つのセンサ素子の間のカテーテルの湾曲形曲線を正則化することと、曲線の弧長ｔを変数として、曲線関数ｐ（ｔ）＝ａｔ３＋ｂｔ２＋ｃｔ＋ｄを設定し、そのうち、ｔの数値範囲を［０，１］と設置し、ａ、ｂ、ｃ、ｄを未知数として設置することと、前記空間情報と特性情報に基づいて、ｐ（０），ｐ（１）とｐ’（０），ｐ’（１）の値を算出することと、ｐ（０），ｐ（１）の値とｐ’（０），ｐ’（１）の値を曲線関数ｐ（ｔ）に代入して解を求めることとをさらに含む。
【００１２】
好ましくは、最小エネルギー曲線法でｐ’（０），ｐ’（１）の値を求める。
【００１３】
好ましくは、最小エネルギー曲線法でｐ’（０），ｐ’（１）の値を求めることは具体的に以下の通りである。ｐ’（０）＝ａ０ｖ０，ｐ’（１）＝ａ１ｖ１と設定し、前記ａ０，ａ１は曲線両端の接線ベクトルノルムであり、ｖ０，ｖ１は曲線の両端の方向であり、ｆ（ａ０，ａ１）＝Ｅ−λＬと設定し、そのうち、Ｅは曲線の内部エネルギーを示し、Ｌは曲線の長さを示し、λは係数であり、解を求めてａ０，ａ１を得て、ａ０，ａ１とｖ０，ｖ１をｐ’（０）＝ａ０ｖ０；ｐ’（１）＝ａ１ｖ１に代入して、ｐ’（０），ｐ’（１）の値を得る。
【００１４】
好ましくは、曲線の長さＬは曲線の内部エネルギーＥが最小値を取得する時の制約条件である。
【００１５】
好ましくは、カテーテルの湾曲形態を表示することを更に含む。
【００１６】
好ましくは、前記カテーテルの内側と外側は異なる色を使用して表示を行うことを更に含む。
【００１７】
好ましくは、前記カテーテルの実直径に基づいて、カテーテルを表示する幅を設置することを更に含む。
【００１８】
好ましくは、前記少なくとも２つのセンサ素子のうち１つのセンサ素子は前記カテーテルの末端に設けられる。
【００１９】
好ましくは、前記空間情報はセンサ素子の３次元位置情報及び方向情報を含む。
【００２０】
好ましくは、前記カテーテルの特性情報は、カテーテル自体の材料、長さ及び／又は２つのセンサ素子間の距離を含む。
【００２１】
好ましくは、前記センサ素子は磁界センサである。
【００２２】
好ましくは、前記磁界センサは５自由度磁界センサ及び／又は６自由度磁界センサを含む。
【００２３】
本発明の磁気誘導カテーテルは、カテーテル本体を含み、それぞれに前記カテーテルに設置され、磁力線を切断して誘導電流を生成するための少なくとも２つのセンサ素子と、前記誘導電流の情報から前記誘導素子の空間情報を抽出するための信号抽出手段と、前記空間情報に基づいて、前記カテーテルの特性情報と組み合わせて、前記カテーテルの湾曲形態を算出する模擬処理手段とを含む。
【００２４】
好ましくは、模擬処理手段は、カテーテルの湾曲形の曲線関数を設定し、最小エネルギーのスプライン近似法を採用してカテーテルの該曲線関数の解を求めて、前記カテーテルの湾曲形態を得るための演算モジュールを更に含む。
【００２５】
好ましくは、前記２つのセンサ素子のうち１つのセンサ素子は前記カテーテルの末端に設けられる。
【００２６】
好ましくは、前記センサ素子は磁界センサである。
【００２７】
好ましくは、前記磁界センサは、５自由度磁界センサ及び／６自由度磁界センサを含む。
【００２８】
好ましくは、前記磁界センサのケーブルに銀線網状物が巻きつけられている。
【００２９】
従来技術と比べて、本発明は以下のメリットがある。
本発明はカテーテルの先端電極近傍に磁界センサが設置されており、磁界センサは磁力線を切断して誘導電流を生成し、該誘導電流情報に基づいて、磁界センサの位置情報と空間情報を抽出して、更に該カテーテル自体の特性情報と組み合わせてカテーテルの湾曲度形態を算出するとともに、関連する表示手段に該カテーテルの湾曲形態を表示する。このようにして、手術者は手術過程においてカテーテルの心臓における湾曲形態を直観的に見られる。カテーテルの先端電極の位置のみを表示する従来技術と比べて、本発明は、豊かなカテーテルの使用状態の情報を手術者に提供して、手術の安全性及び有効性を向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、従来のＲＦアブレーションカテーテルの略図である。
【図２】図２は、本発明のカテーテルの略図である。
【図３】図３は、本発明の先端電極の横断面の略図である。
【図４】図４は、本発明のカテーテルの全体の略図である。
【図５】図５は、本発明のカテーテルの心臓における動作状態図である。
【図６】図６は、本発明の３つの磁界センサが取り付けられるカテーテルの縦方向の断面図である。
【図７】図７は本発明のカテーテルの湾曲度形態を算出するための原理図である。
【図８】図８は本発明のカテーテルの湾曲度形態を算出するための原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の前記目的、特徴及びメリットをより明瞭且つ分かりやすくするために、以下では、図面と本発明の実施形態を組み合わせて本発明を更に詳細に説明する。
【００３２】
本発明は、ＲＦアブレーション電極カテーテルの先端電極近傍に磁界センサが設置され、磁界センサは磁力線を切断して誘導電流を発生させて、該誘導電流情報に基づいて磁界センサの位置情報及び方向情報を抽出し、更に該カテーテル自体の特性情報と組み合わせて、カテーテルの湾曲度形態を算出するとともに、関連する表示手段に該カテーテルの湾曲形態を表示する。これによって、手術者は手術過程においてカテーテルの心臓における湾曲形態を直観的に見られ、手術操作に便利さをもたらし、手術の安全性及び可制御性を向上する。
【００３３】
図２は本発明のカテーテルの略図である。カテーテル２０はカテーテル制御ハンドル２１と、カテーテル本体２２と、先端電極２３と、磁界センサ２４と、磁界センサ２５と、連結器２６と、延長ケーブル２７とを備える。磁界センサ２４及び磁界センサ２５は先端電極２３の近傍のカテーテル本体２２内に設置されており、前記磁界センサ２４はカテーテル本体２２の末端に設置されている。先端電極２３はカテーテル本体２２を介してカテーテル制御ハンドル２１に接続され、カテーテル制御ハンドル２１は連結器２６を介して延長ケーブル２７と接続され、延長ケーブル２７は３次元検査設備などに接続される。
【００３４】
図３は先端電極２３の横断面の略図である。先端電極２３は磁界センサチャンバー２３１と、冷食塩水灌流チャンバー２３２と、ワイヤチャンバー２３３と、張り線チャンバー２３４とを備えており、磁界センサ２５は接着剤などによって磁界センサチャンバー２３１内に封止装着される。
【００３５】
先端電極２３はアブレーション、検査、刺激などの機能に用いることができ、先端電極２３は円柱形であり、長さの範囲は３ｍｍ〜８ｍｍであり、白金、白金イリジウム合金、ステンレスなどの材料を採用することができる。先端電極２３内には、ＲＦエネルギーを伝送するためのワイヤ、又は温度を測定するための温度センサ、又はカテーテルの末端の湾曲形状を制御する張り線、又は食塩水を灌流するための通路チューブ等が固定されている。
【００３６】
磁界センサ２４と磁界センサ２５は、個別なコイルからなる５自由度磁界センサでもよく、３つの相互に垂直するコイルからなる６自由度磁界センサでもよく、当然、それぞれが５自由度磁界センサと６自由度磁界センサでもよい。磁界センサ２４と磁界センサ２５はいずれも接続ケーブルを有する。５自由度磁界センサは２つの接続ワイヤであり、６自由度の磁界センサは６つの接続ワイヤであり、各磁界センサのワイヤが相互にツイストペア線（Ｔｗｉｓｔｅｄ  ｐａｉｒ  ｃａｂｌｅ）になって、その外部に銀質網状物層からなる接続ケーブルを緊密に巻きつけている。
【００３７】
図４は本発明のカテーテルの全体の略図であり、カテーテル２０と、表示手段３０と、信号抽出手段４０と、模擬処理手段５０と、カテーテル制御ハンドル２１と、カテーテル本体２２と、先端電極２３と、磁界センサ２４と、磁界センサ２５と、連結器２６と、延長ケーブル２７とを備える。表示手段３０は、湾曲型模擬ウィンドウ３１とパラメータ設定手段３２とを含む。
【００３８】
カテーテル２０を使用して治療を行う時には、人体の心臓が磁界発生器の最良な動作領域に位置し、カテーテル２０が心腔内に移動する時には、カテーテル本体２２内の磁界センサ２４と磁界センサ２５は磁力線を切断するように運動して、誘導電流を生成する。磁界センサ２４と磁界センサ２５は、接続ワイヤによって生成された電流をカテーテル制御ハンドル２１内の信号増幅器（図示しない）に伝送し、信号増幅器が該電流信号に対して増幅処理した後、それを信号抽出手段４０に送信する。信号抽出手段４０は前記誘導電流情報から磁界センサ２４と磁界センサ２５の位置情報と方向情報を抽出するとともに、該位置情報と方向情報を模擬処理手段５０に伝送する。
【００３９】
模擬処理手段５０は位置情報と方向情報に基づいて、カテーテル２０の特性情報と組み合わせて、カテーテル２０の湾曲度の形態を算出するとともに、延長ケーブル２７を介して表示手段３０に伝送する。模擬処理手段５０は、カテーテルの湾曲形の曲線関数を設定し、位置情報と方向情報と特性情報に基づいて、最小エネルギーのスプライン近似法を採用してカテーテルの該曲線関数の解を求めて、前記カテーテルの湾曲形態を得る演算モジュールを更に備える。
【００４０】
表示手段３０は湾曲型模擬ウィンドウ３１でカテーテル２０の湾曲度の形態を表示する。
【００４１】
表示手段３０のパラメータ設定手段３２はパラメータを調整して設定することによって、湾曲型模擬ウィンドウ３１の表示するカテーテル２０の直径及び色を調整する。例えば、カテーテル２０の実直径に基づいて、相応的な表示の幅を設置して、表示されるカテーテル２０の湾曲度形態をより本物らしさを表現できる。パラメータ設定手段３２は表示カテーテル２０の湾曲度形態の内側と外側に対して色の区分を行って、その表示に、より立体感を生じさせることができる。
【００４２】
本発明は、磁界センサ２５と先端電極２３との距離を既知パタメータとして、手術において、カテーテル２０を移動する時に、磁界センサ２５の移動情報、及び磁界センサ２５と先端電極２３との距離によって、先端電極２３の位置情報を取得することができる。カテーテル２０を移動して、先端電極２３を順次に心腔の各部位に接触させる時に、心腔の輪郭構造を描くことができ、アブレーション点と心臓電気生理活動情報を心腔の輪郭モデルに表せる。
【００４３】
図５は本発明のＲＦアブレーションカテーテルの心臓における動作状態図である。シース５３は大腿静を経由して穿刺し、下大静脈５４から右心房５５に進入し、それから、心房中隔５６を経由して穿刺し、左心房５７に進入し、カテーテル２０はシース５３を介して肺静脈５８口の近傍にＲＦアブレーションを行う。カテーテル２０は心臓モデルの指示を受け、更にカテーテル２０の湾曲度形態に対照して動作して、手術の進行をより直感的に制御することができる。
【００４４】
本発明は、先端電極２３の位置とカテーテル２０の湾曲形態を表示することによって、カテーテル２０の心腔における湾曲状態を再現し、豊かなカテーテル２０の使用状態情報を手術者に提供し、手術の安全性及び有効性を向上させる。
【００４５】
本発明はカテーテル２０の先端電極２３の近傍の領域に、更に、より多くの磁界センサを設置する。コストの要素及び組み立て空間を考慮すれば、磁界センサの個数は２個乃至４個が良い。
【００４６】
図６は本発明の３つの磁気センサが取り付けられたカテーテルの縦方向の断面図である。カテーテル２０は、カテーテル制御ハンドル２１と、カテーテル本体２２と、先端電極２３と、磁界センサ２４と、磁界センサ２５と、磁界センサ２６とを備える。前記磁界センサ２４、磁界センサ２５、磁界センサ２６は、それぞれカテーテル本体２２内に設置されており、前記磁界センサ２４はカテーテル本体２２の末端に設置されており、磁界センサ２５、磁界センサ２６は、それぞれ磁界センサ２４の近傍に設置されている。
【００４７】
当然のことだが、本発明は磁界誘導機能を有する他のセンサ素子を採用して磁界センサを代替することができる。
【００４８】
本発明の電磁カテーテル２０の湾曲度形態の模擬演算は、主に信号抽出手段４０と模擬処理手段５０によって行われており、信号抽出手段４０と模擬処理手段５０は１つのチップに集積し、カテーテル制御ハンドル２１内に設置することができる。
【００４９】
以下では、実施例によって模擬処理手段５０の動作原理を詳細に説明する。図７は本発明のカテーテル湾曲度形態を演算する原理図である。カテーテル２０の湾曲形軌跡は簡単な３次元曲線７１であることを仮定し、それぞれ２つの磁界センサに対応するように、矩形枠（Ｓｅｎｓｏｒ）７２と矩形枠７３を設置する。
【００５０】
矩形枠が装着された曲線７１を正則化して、曲線の弧長ｔを変数とし、ｔの数値範囲を［０，１］と設定し、曲線関数を以下の通りに設定する。
【００５１】
ｐ（ｔ）＝ａｔ３＋ｂｔ２＋ｃｔ＋ｄ          （式１）
【００５２】
前記ａ、ｂ、ｃ、ｄは４つの未知数であり、信号抽出手段４０において、ｐ（０），ｐ（１）の大きさとｐ’（０），ｐ’（１）の方向を取得することができ、ｐ（０），ｐ（１）の大きさは、カテーテル２０自体の特性情報によって決められており、カテーテル２０の特性情報は、カテーテル自体の材料、長さ、及び２つの磁界センサの距離を含む。本発明は、最小エネルギーの曲線法を採用してｐ’（０），ｐ’（１）の解を求め、式１において、未知数である係数ａ、ｂ、ｃ、ｄを以下の通りに表示できる。
【００５３】
【数１】
2011523576.tif 000003
【００５４】
これによって、式１を以下のように変換することができる。
【数２】
2011523576.tif 000004
【００５５】
式３を以下のように変換することができる。
【数３】
2011523576.tif 000005
【００５６】
式４において、ｐ’（０）＝ａ０ｖ０，ｐ’（１）＝ａ１ｖ１，ａ０，ａ１は曲線両端の接線ベクトルノルムであり、ｖ０，ｖ１は曲線両端の方向を示し、ｖ０，ｖ１はカテーテル２０の自体の特性情報から取得することができる。曲線両端の接線ベクトルノルムａ０，ａ１の算出方法は以下の通りである。
【００５７】
曲線の曲率と曲率半径をそれぞれｋ（ｔ）とｐ（ｔ）と設定すると、曲線の内部エネルギーは以下の通りである。
【数４】
2011523576.tif 000006
【００５８】
曲線の長さは以下の通りである。
【数５】
2011523576.tif 000007
【００５９】
曲率の計算公式は以下の通りである。
【００６０】
【数６】
2011523576.tif 000008
【００６１】
演算を簡単化するために、曲線の内部エネルギーを以下のように表すことができる。
【数７】
2011523576.tif 000009
【００６２】
曲線の長さは、曲線の内部エネルギーが最小値を取得するための制約条件と見なすことができ、ラグランジュの未定乗数法を採用して解を求める（演算を簡略化するために、制約条件を考慮しなくても良い）。
【００６３】
【数８】
2011523576.tif 000010
【００６４】
式４に基づいて、以下のことを設定する。
【数９】
2011523576.tif 000011
【００６５】
式１０と式１１を式８に代入すると、以下のことを得る。
【数１０】
2011523576.tif 000012
【００６６】
以下の方程式の解を求める。
【数１１】
2011523576.tif 000013
【００６７】
以下の曲線両端の接線ベクトルノルムを取得する。
【数１２】
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【００６８】
曲線両端の接線ベクトルノルムａ０，ａ１を取得すれば、ｐ’（０），ｐ’（１）の値を取得することができる。ｐ（０），ｐ（１）の値を組み合わせれば、式４に基づいて曲線の湾曲状態が得られる。
【００６９】
カテーテルが長い、又はより本物にそっくりする湾曲形態が必要である場合に、３つ以上のセンサ素子を設置することができる。各々隣り合う２つのセンサ素子間のカテーテルセグメント毎に、カテーテルの湾曲形の曲線関数を設定し、それぞれ最小エネルギーのスプライン近似法を採用して、その湾曲形の曲線関数の解を求めて、各カテーテルセグメントの湾曲形態を得て、更にカテーテルの全体的な湾曲形態を得る。
【００７０】
カテーテルの湾曲が比較的に複雑であり、カテーテルには２箇所又は多箇所の接続湾曲がある時に、カテーテルの湾曲形状を複数のセグメントの簡単な３次元曲線に分解する。
【００７１】
図８は本発明のカテーテルの湾曲度の形態を算出するための原理図である。カテーテルの湾曲形の軌跡が簡単な空間曲線８１であると仮定して、それぞれ３つの磁界センサに対応して、矩形枠８２と、矩形枠８３と、矩形枠８４を設置する。
【００７２】
固定点集合（ｐ（ｋ），ｐ’（ｋ）），ｋ＝０，１，２，・・・，ｎを設置し、ｎ＋１個の指定点を２つずつグループ分けして、隣り合う２点を１つのグループとする。各グループのセグメントを正則化処理し、前記式１乃至式１３の方式を採用してそれぞれ解を求めて、各グループの曲線の湾曲形態を取得する。すべての指定点によって分けられたセグメントを接続する３回のスプライン曲線を取得し、２つの曲線セグメントの間の共通点の接線方向は一致しており、接線の長さの数値が同じであるため、２つの曲線セグメント間は一次導関数まで連続であることを確保する。
【００７３】
以上は本発明の提供する湾曲度形態を表示する方法及びカテーテルについて詳細に説明した。本明細書は、具体的な実施例で本発明の原理及び実施形態を論述したが、前記実施例による説明は本発明の方法及びその核心思想に対する理解に助力することのみに用いられる。同時に、当業者であれば、本発明の要旨に基づいて、具体的な実施形態及び応用範囲のいずれにも変形させることができる。従って、本明細書の内容は本発明を制限するものとして理解してはならない。
【図１】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成23年2月10日(2011.2.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カテーテルの湾曲形態を模擬する方法であって、前記カテーテルに少なくとも２つのセンサ素子が設置され、
前記センサ素子は磁力線を切断して誘導電流を発生させることと、
前記誘導電流の情報から前記センサ素子の空間情報を抽出することと、
前記空間情報に基づいて、前記カテーテルの特性情報と組み合わせて、前記カテーテルの湾曲形態を算出することとを含み、
前記カテーテルの湾曲形態を算出することは、カテーテルの湾曲形状の曲線関数を設定し、最小エネルギーのスプライン近似法を採用してカテーテルの前記曲線関数の解を求めることによって、前記カテーテルの湾曲形態を得ることであることを特徴とするカテーテルの湾曲形態を模擬する方法。
【請求項２】
前記カテーテルの湾曲形態を算出することは、各々隣り合う２つのセンサ素子間のカテーテルセグメント毎に、カテーテル湾曲形状の曲線関数を設定し、それぞれ最小エネルギーのスプライン近似法を採用してその湾曲形状の曲線関数の解を求めることによって、各カテーテルセグメントの湾曲形態を得て、更にカテーテルの全体的な湾曲形態を得ることであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記最小エネルギーのスプライン近似法は、
隣り合う２つのセンサ素子の間のカテーテルの湾曲形状の曲線を正則化することと、
曲線の弧長ｔを変数として、曲線関数ｐ（ｔ）＝ａｔ３＋ｂｔ２＋ｃｔ＋ｄと設定し、ｔの数値範囲を［０，１］と設置し、ａ、ｂ、ｃ、ｄを４つの未知数として設置することと、
前記空間情報と特性情報に基づいて、ｐ（０），ｐ（１）とｐ’（０），ｐ’（１）の値を算出することと、ｐ（０），ｐ（１）とｐ’（０），ｐ’（１）の値を曲線関数ｐ（ｔ）に代入して解を求めること
をさらに含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
最小エネルギー曲線法を採用してｐ’（０），ｐ’（１）の値を求めることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
最小エネルギー曲線法を採用してｐ’（０），ｐ’（１）の値を求めることは、
ｐ’（０）＝ａ０ｖ０，ｐ’（１）＝ａ１ｖ１と設定し、前記ａ０，ａ１は曲線両端の接線ベクトルノルムであり、ｖ０，ｖ１は曲線の両端の方向であり、
ｆ（ａ０，ａ１）＝Ｅ−λＬと設定し、前記Ｅは曲線の内部エネルギーを示し、Ｌは曲線の長さを示し、λは係数であり、解を求めてａ０，ａ１を取得し
ａ０，ａ１とｖ０，ｖ１をｐ’（０）＝ａ０ｖ０，ｐ’（１）＝ａ１ｖ１に代入して、ｐ’（０），ｐ’（１）の値を求めることであることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
曲線の長さＬは曲線の内部エネルギーＥが最小値を取得する時の制約条件であることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
カテーテルの湾曲形態を表示することを更に含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記カテーテルの内側と外側は異なる色を使用して表示することを更に含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記カテーテルの実直径に基づいて、カテーテルを表示する幅を設置することを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも２つのセンサ素子のうち１つのセンサ素子は前記カテーテルの先端電極近傍の末端に設置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項１１】
前記空間情報はセンサ素子の３次元位置情報と方向情報を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項１２】
前記カテーテルの特性情報はカテーテル自体の材料、長さ及び／又は２つのセンサ素子間の距離を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項１３】
前記センサ素子は磁界センサであることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項１４】
前記磁界センサは５自由度磁界センサ及び／又は６自由度磁界センサを含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
カテーテル本体を含む磁気誘導カテーテルであって、
それぞれ前記カテーテルに設置され磁力線を切断して誘導電流を生成するための少なくとも２つのセンサ素子と、
前記誘導電流の情報から前記誘導素子の空間情報を抽出するための信号抽出手段と、
前記空間情報に基づいて、前記カテーテルの特性情報と組み合わせて、前記カテーテルの湾曲形態を算出する模擬処理手段と
を更に含み、
前記模擬処理手段は、カテーテルの湾曲形状の曲線関数を設定して、最小エネルギーのスプライン近似法を採用して該曲線関数の解を求めて、前記カテーテルの湾曲形態を得るための演算モジュールを更に含むことを特徴とする磁気誘導カテーテル。
【請求項１６】
前記少なくとも２つのセンサ素子のうち１つのセンサ素子は前記カテーテルの先端電極近傍の末端に設置されていることを特徴とする請求項１５記載のカテーテル。
【請求項１７】
前記センサ素子は磁界センサであることを特徴とする請求項１５記載のカテーテル。
【請求項１８】
前記磁界センサは５自由度磁界センサ及び／又は６自由度磁界センサを含むことを特徴とする請求項１７記載のカテーテル。
【請求項１９】
前記磁界センサのケーブルに銀線網状物が巻きつけられていることを特徴とする請求項１７記載のカテーテル。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
図６は本発明の３つの磁気センサが取り付けられたカテーテルの縦方向の断面図である。カテーテル２０は、カテーテル制御ハンドル２１と、カテーテル本体２２と、先端電極２３と、磁界センサ２４と、磁界センサ２５と、磁界センサ２８とを備える。前記磁界センサ２４、磁界センサ２５、磁界センサ２８は、それぞれカテーテル本体２２内に設置されており、前記磁界センサ２４はカテーテル本体２２の末端に設置されており、磁界センサ２５、磁界センサ２８は、それぞれ磁界センサ２４の近傍に設置されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2011523576.tif 000023
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2011523576.tif 000024
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2011523576.tif 000025
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2011523576.tif 000026
【国際調査報告】
2011523576.tif 000027
2011523576.tif 000028
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