(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の身体内に超音波を送信すると共に前記身体から超音波エコーを受信するための超音波変換器と、
前記被験者の身体内への挿入のための挿入端を有する組織貫通医療用ツールと、
前記組織貫通医療用ツールの挿入端に設けられ、前記被験者の身体との電気的な接触のために露出された第１の電極と、
前記被験者の身体に電気的に接触する第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間のインピーダンスを測定するために前記第１の電極及び前記第２の電極に電気的に接続された電力源及びインピーダンス計と、
前記超音波エコーを解析すると共に前記身体の超音波画像を表示するためのプロセッサ及びディスプレイとを備えたシステムであって、
前記組織貫通医療用ツールが磁化されており、
前記組織貫通医療用ツールから生じる磁界を検出するために前記超音波変換器上に配置され、前記被験者の身体内における前記組織貫通医療用ツールの前記超音波変換器に対する相対位置を計算するように構成された磁気測定センサのアレイを備える磁気的位置検出システムを更に備え、
前記プロセッサ及びディスプレイは前記位置検出システムによって検出された前記組織貫通医療用ツールの位置を前記超音波画像上に表示するように構成されていることを特徴とする、システム。
【請求項２】
前記組織貫通医療用ツールが磁化されたニードル又はカニューレを備え、
前記第２の電極が前記組織貫通医療用ツールの挿入端又はその近傍に設けられている請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記インピーダンス計は、測定されたインピーダンスを前記超音波画像と共に前記ディスプレイ上に表示するために、前記プロセッサ及びディスプレイに接続される請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記プロセッサ及びディスプレイは、前記測定されたインピーダンスのチャートを前記超音波画像内で前記組織貫通医療用デバイスの位置の表示に重ねて表示するように構成されるか、前記測定されたインピーダンスのチャートを前記超音波画像に並べて表示するように構成される請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記プロセッサ及びディスプレイは、測定されたインピーダンス値に応じて前記超音波画像における表示属性を設定することによって、前記測定されたインピーダンスを表示するように構成される請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記プロセッサ及びディスプレイは、前記超音波画像における前記組織貫通医療用ツールの表示位置に沿って複数の表示属性を前記測定されたインピーダンス値に応じて設定するように構成される請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記プロセッサ及びディスプレイは、前記超音波画像における前記組織貫通医療用ツールの挿入端の表示位置に複数の表示属性を前記測定されたインピーダンス値に応じて設定するように構成される請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記プロセッサ及びディスプレイは、前記組織貫通医療用ツールが超音波画像面の外にある場合に、投影された表示位置に複数の表示属性を設定するように構成される請求項６又は７に記載のシステム。
【請求項９】
前記プロセッサは、インピーダンス値から組織の種類を決定し、標準的な臨床解剖学的色コーディングを用い組織の種類に応じて色コード化された領域と共に前記超音波画像を表示するように構成される請求項５，６，７又は８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記プロセッサ及びディスプレイは、前記組織貫通医療用ツールが前記被験者の身体内で動かされるのに伴うインピーダンスの変化を表示するように構成される請求項３〜９のいずれかに記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１の電極は前記組織貫通医療用ツールの先端に設けられる請求項１〜１０のいずれかに記載のシステム。
【請求項１２】
前記組織貫通医療用ツールが刺激カテーテルを備え、前記第２の電極は前記ニードル又はカニューレを通しての挿入のために前記刺激カテーテル上に設けられる請求項２に記載のシステム。
【請求項１３】
前記組織貫通医療用ツールが、前記ニードル又はカニューレに挿入するための、スタイレットのような異なる口径の第２のニードルを備え、前記第２の電極は前記第２のニードル上に設けられる請求項２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第２の電極は、前記組織貫通医療用ツールの挿入端上に前記第１の電極から離間して設けられる請求項２に記載のシステム。
【請求項１５】
複数の第２の電極が設けられる請求項１〜１４のいずれかに記載のシステム。
【請求項１６】
前記電力源は、一定範囲のＡＣ周波数にわたる電力を供給するように構成され、前記インピーダンス計は、複数の周波数でインピーダンスを測定するように構成される請求項１〜１５のいずれかに記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して医療用デバイスの分野に関し、特にニードル処置又はカテーテル挿入処置等の画像案内処置(image guided procedures)を改善するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ニードル、カニューレ、カテーテル又はスタイレット(stylet)等の医療用のツール又は器具を被験者の身体内に挿入することを伴う種々の医療処置があり、そのような処置の例として、最小侵襲外科的処置(minimally-invasive surgical procedures)、局所麻酔、生体電気信号の検出、診断又は治療のための電気刺激、血管アクセス、微細ニードル吸引、筋骨格注射などが挙げられる。そのような処置においては、一般的には医療用ツールを被験者の身体内の所望の位置まで適切に案内することが必要であり、また、医療用ツールが所望の位置にとどまっていることを確実にするために、医療用ツール位置をモニタリングし又は追跡することも有用であり得る。概して、ユーザにとっては、医療用ツールの先端の正確な位置を決定することは極めて困難であり、従って、医療用ツールの先端が所望の場所、例えば神経の近傍にあるのかどうか、あるいは医療用ツールの先端が不所望にも何か別のもの、例えば血管を貫通してしまったかどうかを確信することも極めて困難である。
【０００３】
身体内のニードルのＸ線画像を臨床医(clinician)に提供することによるニードル案内のために、Ｘ線技術を用いることも提案されてきている。しかし、電磁波放射の被ばくに伴う危険性を考慮すると、医療用ツールの挿入の間に連続的な案内を行うことができず、そのため一連のスナップショットに頼ることになり、最適な案内を行うことができない。
【０００４】
最近では、超音波撮像を用いてニードル処置及びカテーテル挿入処置を案内することが提案されてきている。超音波撮像は、電磁波放射の被ばくがないという点でＸ線技術に比べて有利であり、しかも超音波プローブは、身体の多くの異なる部分を撮像する上で容易に操作可能である。しかし、超音波撮像は２つの大きな問題を有しており、即ち、第一に超音波画像の解釈がかなり難しいという問題と、第二にニードルが超音波画像内で特に信頼性高く又は可視的に目立たないという問題とである。
【０００５】
より詳細には、超音波画像は、超音波変換器がどのように当てられるのかに応じて、身体を通過する一定範囲の角度でのグレースケール断面を提供するだけである。医師に対する伝統的な解剖学の教示は、身体の６つの標準面(standard planes)においてのみであり、解剖学的な部分は、典型的には、神経、動脈、筋肉、組織など(nerves, arteries, muscle, tissue etc)を識別するための図表(diagrams)において色分けされる。従って、超音波画像内で解剖学的構造を明確に識別するためには、相当量の学習と経験が必要である。このことが、超音波撮像の使用を、増加傾向にある種々の最小侵襲外科的技術に拡大する上での問題になっており、そのような技術においては、当該技術を実践している者が、熟練した放射線科医に頼るのではなく、彼ら自身で超音波撮影を行えることが望ましい。また、身体の特定の部分に対しては、超音波画像は、本質的には関連する解剖学的構造を良好には表さない。例えば、神経近傍への麻酔薬の注射を伴う鎖骨上神経ブロックの場合には、患者の２０％までは血管が神経束の間に見出されるという研究がある。超音波画像においては、神経と血管は両方とも白い円で囲まれた黒い円盤で表されるので、区別が困難であることがあり、このことは、ニードル先端がどこにあるのかを臨床医が知るのが困難であることを意味している。同様に、例えば硬膜外の脊髄注射を行う場合には、超音波画像は筋肉及び骨組織を表すだけであり、骨組織を貫通することはできないので、硬膜(dura)（脊髄を包囲している３層の膜組織の最外層）を超えて見ることはできない。また、骨組織の表面は、狭い範囲の角度でしか見ることができない。従って、超音波画像の画質は、脊髄の周りでは非常に貧弱である。しかし、硬膜外麻酔薬注射においては、ニードルで硬膜外腔(epidural space)内へ注射する必要がある一方で、ニードルが更に前進して硬膜を穿刺しないことも必要である。他方、脊髄麻酔においては、くも膜下腔(subarachnoid space)内への注射を可能にするために、硬膜の貫通が必要である。超音波撮像では、これら２つの場合の違いを判別することができない。
【０００６】
ニードルの可視性の問題に関しては、超音波画像取得面は薄いので、即ち１ｍｍオーダの厚みなので、ニードルが当該面外にある場合、ニードルは撮像されないことになる。また、ニードルが撮像面内にある場合でも、大きな入射角では標準的なニードルのエコー輝度(echogenicity)が低いので、ニードルは特に見えにくいであろう。超音波撮像デバイスにとってニードルがより見え易くなるエコー源性の(echogenic)ニードルを作製することが提案されてきている。しかし、そのようなエコー源性のニードルは、ニードルが撮像面に対して良好に位置合わせされている場合に役立つだけである。同様に、画像処理及び超音波ビームステアリング(beam steering)のための技術は、ニードルが撮像面に対して良好に位置合わせされている場合に役立つだけであり、４５度より大きな入射角に対しては良好に機能しない。
【０００７】
種々のニードル追跡技術が、超音波プローブに適したニードル案内、例えばＵＳ−Ｂ２−６，６９０，１５９又はＷＯ−Ａ−２０１２／０４００７７に基づき、あるいは電磁的情報の送信及び受信、例えばＵＳ−Ａ−２００７−０２７３９０に基づき提案されてはいるが、これらは機能上及び精度上での限界を有しており、このことは、ニードル先端位置を全ての臨床環境において正確に知ることができるわけではないことを意味している。典型的な精度は２ｍｍのオーダであり、これはニードル先端が神経の内部又は外部にあるときの差に相当し得る。また、これらの技術は、多くの場合、大きく変更された機材又は新たな機材の使用を必要とし、臨床医にとって、及び比較的厳格な購買体制を有する施設にとって歓迎されるものではない。
【０００８】
従って、ほとんどの場合、施術者は、彼らの技能及び経験に頼って、ニードル又は他の医療用ツールが挿入されるのに従ってどの種類の組織が貫通されつつあるのかを判断する。彼らは、音や、医療用ツールに対する身体的な抵抗(physical resistance)の手触り及び感触や、そのような抵抗の突然の変化や、空気又は液体の注入に対する抵抗の変化に頼ることになろう。しかし、このような技能や経験のレベルを発展させることは時間を要するし困難であり、また患者ごとに解剖学的な違いもあるので、そのような処置は何らかの危険性を不可避的に伴う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
要約すれば、超音波案内は幾つかのニードル操作処置を改善してきたが、未だ著しい困難性が残っており、超音波案内を多くの処置に用いることはできない。これが大きな障害となって、超音波案内の広範な使用、特に麻酔医、外科医、病理医、救急医などの医療用撮像専門家ではない施術者による超音波案内の使用を妨げている。
【００１０】
そこで、本発明は、被験者の体内の解剖学的構造の撮像を、組織を貫通している医療用ツールの追跡、及び表示された解剖学的画像上への追跡位置の表示と組み合わせると共に、貫通されている組織の生体電気特性の測定に基づく第３の情報源をユーザに利用可能にする画像案内処置のための改良されたシステムを提供する。有利なことに、測定された電気特性は電気インピーダンスを含み、好ましくは、この電気インピーダンスは、解剖学的画像と同じディスプレイ上でその画像に重ねて又はその画像に並べて表示される。例えば、インピーダンス値は、解剖学的画像上に表示されたニードルの位置又は経路に沿ってチャート又は色コーディングとして表示されてよい。
【００１１】
撮像は、超音波撮像、例えばフリーハンドの超音波撮像であってよく、蛍光透視法撮像、Ｘ線撮像、放射線撮像、磁気共鳴撮像、熱音響撮像、サーモグラフィであってもよい。ツールは、磁気的に、電磁気的に、光学的に、又は超音波によって追跡されてよい。
【００１２】
組織の電気特性についての関心及び実験は、１８００年代後半に始まった。現在では、異なる種類の組織は異なる電気インピーダンス／周波数応答曲線を有することがよく知られている。例えばＷＯ２００９／０１９７０７において、２つの電極を有するニードルを備えた手持ち式電気デバイスを用いて、身体の内部組織のインピーダンスを測定することが提案されているが、この特殊なデバイスは、解剖学的情報を伴わずにニードルの先端での組織についての一次元情報を与えるのみである。電気インピーダンストモグラフィ（ＥＩＴ）として知られる技術も提案されており、この技術は、身体表面上の複数の電極のアレイを用いて、身体内のインピーダンス分布を再構成する。この技術は複数の電極を必要とし、しかもインピーダンス分布を再構成するための信号の解析が非常に複雑である。この技術の空間分解能には限界があるので、生成された画像における解剖学的構造は明瞭でない。また、典型的には、身体表面に平行な領域の二次元画像が得られるだけであるから、深さについての情報は得られない。得られた画像は、インピーダンスが測定される周波数に応じて顕著に変化もするし、画像データを取得しながら身体内に金属製の外科デバイスを導入すると、測定されているインピーダンス場が変化するし、画像も変化することになる。従って、ＥＩＴの主な焦点は、診断などの非介入医療的応用(non-interventional medical applications)にあり、実際には、その診断能力には幾分かの疑問が残る。現在のところ、ＥＩＴは、乳がん診断での使用のための追加的な撮像モダリティ(imaging modality)としてとらえるのがよい。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、介入外科的処置(interventional surgical procedure)における組織の生体電気特性の測定を解剖学的撮像及びツール追跡と組み合わせることで、上述の不都合を解消すると共に、介入処置の改良された画像を臨床医に提供する。
【００１４】
より詳細には、本発明は、被験者の体内解剖学的構造を撮像するための医療用撮像システムと、被験者の身体内への挿入のための挿入端を有する組織貫通医療用ツールと、被験者の身体内の組織貫通医療用ツールの位置を検出するための位置検出システムと、被験者の生体電気特性を測定するための電気システムに電気的に接続された組織貫通医療用ツールの挿入端に設けられた、即ち組織貫通医療用ツールの先端に向かって又は先端上に設けられた第１の電極と、医療用撮像システムからの解剖学的画像を表示することを解析するためのプロセッサ及びディスプレイであって、位置検出システムによって検出された組織貫通医療用ツールの位置を解剖学的画像上に表示するように構成されたプロセッサ及びディスプレイと、を備えたシステムを提供する。また、本発明は対応する方法を提供し、この方法は、組織貫通医療用ツールの挿入端を被験者の身体内へ挿入しながら被験者の体内解剖学的構造を撮像するステップと、被験者の身体内の組織貫通医療用ツールの位置を検出するステップと、組織貫通医療用ツールの挿入端に設けられた、即ち組織貫通医療用ツールの先端に向かって又は先端上に設けられた第１の電極を用いて被験者の生体電気特性を測定するステップと、被験者の解剖学的構造及び組織貫通医療用ツールの検出された位置を表す画像を表示するステップと、を備える。
【００１５】
医療用撮像システムは、超音波撮像、蛍光透視法撮像、Ｘ線撮像、放射線撮像、磁気共鳴撮像、熱音響撮像、又はサーモグラフィの一つによるものであってよく、より好ましくは、医療用撮像システムはフリーハンドの超音波撮像によるものである。位置検出システムは、好ましくは、磁気的位置検出システム、光学的追跡システム、電磁気的追跡システム、超音波追跡システム、Ｘ線又は蛍光透視追跡システムである。磁気的位置検出システムは、磁化されたツール、及び磁気測定検出器を備えていてよい。磁気測定検出器は、以下に説明するように超音波プローブなどの撮像システムの一部と組み合わされてよい。代替的には、特に電磁気的追跡では、印加された変化する磁界を検出し、誘起された電気信号を位置を決定するためのシステムに送信するために、複数のセンサ、例えば複数のセンサコイルがツール上に設けられてよい。
【００１６】
好ましくは、少なくとも１つの第２の電極が被験者と接触して設けられ、第２の電極は、皮膚と接触していてよく、組織貫通医療用ツール上にあってよく、あるいは他の組織貫通医療用ツール上にあってよい。生体電気特性は電気インピーダンスであってよく、例えば抵抗、インピーダンス、キャパシタンス、又はこれらの組み合わせであってよい。
【００１７】
電気システムは、測定された生体電気特性を解剖学的画像と共にディスプレイ上に表示するために、プロセッサ及びディスプレイに接続されていてよい。プロセッサ及びディスプレイは、測定された生体電気特性のチャートを解剖学的画像内で組織貫通医療用デバイスの位置の表示に重ねて表示するように構成されていてよい。プロセッサ及びディスプレイは、解剖学的画像における表示属性(display attribute)を、測定された生体電気特性に応じて設定することによって、測定された生体電気特性を表示するように構成されていてよい。プロセッサ及びディスプレイは、解剖学的画像における組織貫通医療用ツールの表示位置に沿って複数の表示属性を、測定された生体電気特性の値に応じて設定するように構成されていてよい。プロセッサ及びディスプレイは、解剖学的画像における組織貫通医療用ツールの挿入端の表示位置に複数の表示属性を、測定された生体電気特性の値に応じて設定するように構成されていてよい。表示属性又はそのセットは色又はグレースケール値であってよい。プロセッサは、測定された生体電気特性の値から組織の種類を決定し、標準的な臨床解剖学的色コーディングを用いて組織の種類に応じて色コード化された領域と共に解剖学的画像を表示するように構成されていてよい。
【００１８】
プロセッサ及びディスプレイは、測定された生体電気特性のチャートを解剖学的画像に並べて表示するように構成されていてよい。プロセッサ及びディスプレイは、組織貫通医療用ツールが被験者の身体内で動かされるのに伴う測定された生体電気特性の変化を表示するように構成されていてよい。
【００１９】
組織貫通医療用ツールはニードルであってよい。第１の電極は組織貫通医療用ツールの先端に設けられていてよい。第２の電極は、組織貫通医療用ツールを通しての挿入のための刺激カテーテル上に設けられていてよい。第２の電極は、組織貫通医療用ツール内への挿入のための異なる口径(gauge)のニードル上に設けられていてもよい。第２の電極は、組織貫通医療用ツール内への挿入のためのスタイレット上に設けられていてもよい。第２の電極は、組織貫通医療用ツールの挿入端上に第１の電極から離間して設けられていてもよい。
【００２０】
より具体的には、本発明の１つの有利な実施形態は、被験者の身体内に超音波を送信すると共に身体から超音波エコーを受信するための超音波変換器と、被験者の身体内への挿入のための挿入端を有する組織貫通医療用又は外科用ツール又は器具と、被験者の身体内の組織貫通医療用ツールの位置を検出するための位置検出システムと、組織貫通医療用ツールの挿入端に設けられた第１の電極であって、被験者の身体との電気的な接触のために露出され、第１の電極と被験者の身体に電気的に接触する第２の電極との間のインピーダンスを測定するための電力源及びインピーダンス計に電気的に接続された第１の電極と、超音波エコーを解析すると共に身体の超音波画像を表示するためのプロセッサ及びディスプレイであって、位置検出システムによって検出された組織貫通医療用ツールの位置を超音波画像上に表示するように構成されたプロセッサ及びディスプレイと、を備えたシステムを提供する。
【００２１】
また、本発明は、医療用画像を取得し、これを追跡された組織貫通ツール及び生体電気特性測定値と共に表示する対応する方法を提供する。
【００２２】
従って、本発明によると、組織貫通医療用ツールが低いエコー輝度を有することがあるという事実は、磁気的な位置検出を用いることによって、特にツールを磁化すると共に磁化されたツールからの磁界を超音波変換器上の複数の磁力計のアレイを用いて検出することによって、克服される。磁気的に検出されたツールの位置及び／又は軌跡は、次いで超音波画像内に表示される。また、ツールにはその挿入端に、例えばツールの先端又はその近傍に電極が設けられており、この電極は、貫通されている組織との電気的接触のために露出されて、電力源及びインピーダンス計の使用によって、ツールの挿入端の電極と被験者に接触している第２の電極との間のインピーダンスを測定することができるようになっている。これにより、ツールの挿入端及びその周囲での組織のインピーダンス及びこれに伴い組織の種類の表示が可能になる。
【００２３】
好ましくは、インピーダンス計の出力は、測定されたインピーダンスが超音波画像と共に表示され得るように、プロセッサ及びディスプレイに接続される。インピーダンス値は数値として表示されてよく、より好ましくは、ツールが挿入されるのに伴うインピーダンスの変化を示すチャートとして表示されてよい。このチャートは、超音波画像に並べて表示されてよく、より好ましくは、表示されたツールの位置又は軌跡に沿って超音波画像上に重ねられてよい。代替的に、又はこれに加えて、特にツールの位置又は軌跡に沿った超音波画像の表示属性が、測定されたインピーダンスに応じて設定されてよく、この表示属性は、例えば、色コード化されていてよく、あるいは変化するグレースケール値(greyscale value varied)であってよい。これにより、超音波画像上への色又は他の表示属性の重ね合わせが可能になる。
【００２４】
組織貫通医療用ツールが超音波変換器の撮像面外にある場合には、プロセッサ及びディスプレイは、超音波撮像面内へと投影されたツールの位置を示すように構成されてよい。その位置が投影された位置であるという事実は、その位置を実際の位置と可視的に区別することによって、例えばその位置を点線で又は異なる色で示すことによって、表示することができる。
【００２５】
異なる種類の組織は異なる電気インピーダンスを有していることが知られており、従って、電気インピーダンスから組織の種類を決定することが可能である。そこで、システムは、測定されたインピーダンス値から組織の種類を決定し、次いで臨床解剖学テキストにおいて典型的に使用される色コーディングを用いて超音波画像の複数の領域を色コード化するように構成されてよい。
【００２６】
組織貫通医療用ツールはニードル、カテーテル、カニューレ、又はスタイレットであってよく、電極はツールの先端又はその近傍に設けられてよい。従って、ツールは、遠位の挿入端に組み込み式電極を有し近位端に電気接続を有する標準的な電気刺激ニードル又はカテーテルであってよい。
【００２７】
第２の電極は、被験者の皮膚への適用のために設けられてもよく、この場合、測定されたインピーダンスは、組織貫通ツールの先端から皮膚電極までの単一又は複数の経路のインピーダンスを表す。皮膚上の複数の電極が用いられてもよい。一方、第２の電極は、組織貫通ツール自身の上に設けられてもよく、好ましくは、ツールの先端又はその周囲での組織のインピーダンスの測定値を提供するように、先端又はその近傍に第１の電極とは離間し且つ絶縁されて設けられてもよい。代替的には、第２の電極は、第１のニードルの内部空間(lumen)に挿入され得る小口径の第２のニードルなどの第２の挿入可能器具上、医療用ツールの内部空間内への挿入のためのスタイレット上、又は医療用ツールを通しての挿入のためのカテーテル上に設けられてよい。従って、本発明は、遠位端にある組み込み式電極を含む標準的な電気刺激カテーテルの１つを用いてよい。
【００２８】
電力源は、ＤＣ又は一定範囲の周波数で組織のインピーダンスが測定され得るように、ＤＣ電力又は選択可能な数の周波数若しくは一定範囲の周波数のＡＣ電力を供給するように構成されてよい。代替的には、周波数が一定範囲で走査されてよく、あるいは複数の周波数領域成分を備えるように形成された複数の時間領域パルスを適用して、複数の周波数での応答を同時に測定することも可能である。
【００２９】
位置検出システムは、好ましくは、磁気的位置検出システム、光学的追跡システム、電磁気的追跡システム、又は超音波追跡システムのいずれかである。センサ、例えばコイルを組織貫通医療用ツール内に設置すること及び検出空間内で変化する磁界を印加することに基づく電磁気的システムが用いられてよい。そのようなセンサは、印加された磁界を検出して信号を位置検出システムへ送信する。Ｘ線に基づく追跡システムが用いられてもよい。
【００３０】
より好ましくは、位置検出システムは、磁化された組織貫通医療用ツールの超音波変換器に対する相対位置を検出するために複数の磁気測定センサのアレイを超音波変換器上に備えた磁気的位置検出システムである。このシステムは、標準的な組織貫通ツールを磁化すれば足り、またフリーハンドの超音波変換器を使用可能であるという利点を有する。
【００３１】
本発明の他の側面は超音波画像案内外科的方法を提供し、この方法は、組織貫通医療用ツールを被験者の身体内に挿入しつつ身体から超音波画像を取得するステップと、組織貫通医療用ツールの位置を検出すると共に検出された位置を超音波画像上に表示するステップと、組織貫通医療用ツールの挿入端に設けられた第１の電極と被験者の身体に電気的に接触している第２の電極との間の電気インピーダンスを測定すると共に表示するステップと、を備える。
【００３２】
従って、本発明によると、画像情報、検出された位置情報、及び貫通されている組織の生体電気データ、例えばインピーダンスデータが臨床医にとって利用可能になる。これら３種類の情報源を臨床医に提供し提示することによって、外科的処置がより安全になる。また、このことは、臨床医によって使用される器具の実質的改変なしに、且つこれに伴い外科的処置の実質的な改変なしに達成される。
【００３３】
第１の電極が医療用ツール上に存在することにより、組織の電気刺激、又は電気的処理を実施することが可能である。例えば、神経に電気刺激を印加することによって、神経伝導度を測定して麻酔ブロックの有効性の表示を与えることができる。
【００３４】
インピーダンス測定値を超音波画像と組み合わせて用いることで、超音波画像の画像処理を支援することができる。例えば、インピーダンス情報を超音波情報と共に用いて、表示された画像を異なる組織の種類へと分割することが可能である。
【００３５】
本発明は超音波造影剤(ultrasound contrast agents)の送達(delivery)と組み合わされてもよく、また、インピーダンス測定値は、被験者の組織を検出するのではなく、目的物（ねじ、プラスチック、外科デバイス）、材料（シリコーンなど）、又はその他に被験者の身体内の組織変異(tissue modifications)を検出するために用いられてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
添付図面を参照して本発明を例示的に更に説明する。
【００３７】
【図１】図１は本発明の一実施形態によるシステムの概略図である。
【図２（Ａ）】図２（Ａ）は本発明のシステムにおいて使用可能な種々の組織貫通医療用ツールを概略的に示す図（その１）である。
【図２（Ｂ）】図２（Ｂ）は本発明のシステムにおいて使用可能な種々の組織貫通医療用ツールを概略的に示す図（その２）である。
【図２（Ｃ）】図２（Ｃ）は本発明のシステムにおいて使用可能な種々の組織貫通医療用ツールを概略的に示す図（その３）である。
【図２（Ｄ）】図２（Ｄ）は本発明のシステムにおいて使用可能な種々の組織貫通医療用ツールを概略的に示す図（その４）である。
【図２（Ｅ）】図２（Ｅ）は本発明のシステムにおいて使用可能な種々の組織貫通医療用ツールを概略的に示す図（その５）である。
【図３（Ａ）】図３（Ａ）は本発明の実施形態による種々の画像表示を示す図（その１）である。
【図３（Ｂ）】図３（Ｂ）は本発明の実施形態による種々の画像表示を示す図（その２）である。
【図３（Ｃ）】図３（Ｃ）は本発明の実施形態による種々の画像表示を示す図（その３）である。
【図３（Ｄ）】図３（Ｄ）は本発明の実施形態による種々の画像表示を示す図（その４）である。
【図３（Ｅ）】図３（Ｅ）は本発明の実施形態による種々の画像表示を示す図（その５）である。
【図４】図４は本発明の一実施形態による磁気測定検出器を概略的に示す図である。
【図５】図５は図４の磁気測定検出器のためのベースステーションを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１に示すように、本発明のこの実施形態におけるシステムは、超音波変換器２とプロセッサ３とディスプレイ４とを含む超音波撮像システム１を備える。このシステムはまたニードル又はカニューレ等の組織貫通医療用ツール５を備え、ツール５の挿入端６には電極７が設けられている。電極７はインピーダンス計８及び電力源９に接続される。被験者の身体１０を通る電気回路を形成するために、被験者の身体に接触する第２の電極１１が設けられている。図１においては、第２の電極１１は皮膚密着電極として模式的に示されているが、それ以外にも、ツール５上に第２の電極を配置する可能性が後で検討される。インピーダンス計８及び電力源９は、一体型の市販のインピーダンスアナライザ内にあってよく、そのようなインピーダンスアナライザは、被験者の組織の複素インピーダンスを既知の周波数で励起することができる内蔵型周波数発生器を有しており、また当該インピーダンスの実部及び虚部をデータとして出力する内蔵型デジタル信号プロセッサを用いて応答信号の解析も行う。
【００３９】
磁気的位置検出を用いて組織貫通ツール５を追跡する本発明の実施形態を説明するが、他の追跡モダリティ(modalities)が用いられ得ることも理解されるはずである。従って、本実施形態においては、ツール５は磁化されており、超音波変換器２には、複数の磁力計１２０のアレイを備えた磁気測定検出器１２が設けられている。検出器１２は、ツール５からの磁界と地磁界及び任意の他の背景磁界とを感知し、プロセッサ３は、検出された磁界から、変換器２に対するツール５の位置及び方位を決定するように構成される。この磁気的に検出された位置は、次いで、超音波画像と共にディスプレイ４上に表示される。
【００４０】
超音波システム１は、磁気測定検出器１２を設けることにより改変された標準的な超音波プローブ２を有する標準的な２次元Ｂモード超音波システムであってよい。ケーブルを介して超音波プローブに接続されたプロセッサ３は、超音波変換器２に超音波パルスを発生させる電気信号を送ることによって超音波変換器２を駆動し、変換器２から受信した被験者の身体からのエコーを表す生データを解釈して被験者の組織の画像を組み立てる。磁気測定検出器１２は、超音波変換器２に取り外し可能に取り付けられていてよく、その電力は電池又は超音波システムから得ることができる。好ましくは、磁気測定検出器１２が常に同一の明確な位置及び方位に取り付けられることを確実にするために、磁気測定検出器１２には複数の位置決め要素が設けられている。磁気測定検出器１２はワイヤレス接続１５によってベースユニット１４に接続され、ベースユニット１４は、超音波プロセッサ３及びディスプレイ４とワイヤレス又は有線（例えばＵＳＢ）で通信する（１６）。ベースユニット１４は超音波プロセッサ３又は磁気測定検出器１２と一体化することができ、あるいはベースユニット１４の機能の幾つかが超音波プロセッサ３又は磁気測定検出器１２によって行われてもよい。詳細は後述するが、ベースユニット１４は、正規化された測定値を磁気測定検出器１２から受信し、医療用ツール５の位置、随意的には位置及び方位を計算する。ベースユニット１４は、磁気測定検出器のバッテリの充電状態などの付加情報を受信することもでき、コンフィギュレーション情報などの情報は、ベースユニット１４から磁気測定検出器１２へと送ることができる。ベースユニット１４は、その計算の結果、即ち位置及び随意的な方位を、ツール５の画像１７の表示された超音波画像に含ませるために、超音波画像プロセッサ３へ転送する。これをより詳細に以下に説明する。
【００４１】
図１に示すように、本発明によると、システムは被験者の身体組織の電気インピーダンスも測定する。そのため、ツール５はその挿入端に第１の電極７を有しており、第１の電極７は、被験者の身体組織にさらされると共に、インピーダンス計８及び電力源９を介して第２の電極１１に電気的に接続されて、被験者の身体と共に回路を形成する。ツール５は、例えば、組み込み式電極７を含む標準的な電気刺激ニードルであってよい。電力源９は、模式的に図示されるように、ＤＣ又はＡＣのいずれかを印加し、ＡＣである場合には、単一周波数若しくは一定範囲内の複数の周波数を印加し又は周波数掃引を適用する。電力源９は、一定範囲内の複数の周波数を瞬間的に与えて異なる周波数での応答を同時に測定するために、複数の電気パルスを印加してもよい。インピーダンス計８は、インピーダンスを測定し、測定値を超音波プロセッサ３への送信１３のためにデジタル化する。インピーダンスアナライザの構成要素８及び９は、実用的には単一ユニットに一体化されていることが望ましい。
【００４２】
ベースステーション１４やインピーダンスアナライザの構成要素８及び９を超音波システム１から分離した形で使用することは、超音波システム１の改変が少なくて済むという点において有利ではあるが、プロセッサ３がプロセッサ１８０の機能やインピーダンスアナライザの構成要素８及び９の制御及び解析の機能を行うことを前提として、ベースユニット１４やインピーダンスアナライザの構成要素８及び９を超音波システム１と一体化し得ることが理解されるであろう。尚、磁気測定検出器１２は、ワイヤレスリンクを介して又は超音波プローブ２と同様の物理ケーブルを用いて超音波システム１と直接的に通信することができる。
【００４３】
図１は、組織貫通医療用ツールを、皮膚密着電極１１と組み合わせて用いられる標準的な神経刺激ニードルとして、模式的に示している。図２（Ａ）は、このニードルの挿入端をより詳細に示しており、電極７はニードル先端の側部に設けられている。しかし、図２（Ｂ）〜（Ｅ）に示すように代替的な構成も可能である。図２（Ｂ）は、第２の電極１１’もまたニードル先端又はその近傍に位置するニードル５を示している。図示されるように、第２の電極１１’は第１の電極７と反対の側にあるが、第１の電極７からニードル壁に沿って間隔をあけて同じ側に位置していてもよい。
【００４４】
図２（Ｃ）は、異なる口径(gauges)の２本の標準的な刺激ニードルが用いられる実施形態を示しており、これらのうちの一方は他方の内側にある。従って、第１の電極７を有するニードル５の内部空間(lumen)は、第２の電極１１’をその挿入端に有する第２の標準的な刺激ニードル５０によって占められている。２つの同心ニードルを有するこの配置は、インピーダンス測定と同時に複数種類の液体の注入を可能にする。
【００４５】
図２（Ｄ）は、第２の電極１１'が標準的な電気刺激カテーテル６０の挿入端上に位置する実施形態を示しており、カテーテル６０はニードル５の内部空間に挿入される。
【００４６】
図２（Ｅ）は、ニードル５の内部空間に挿入されたスタイレット７０の遠位端上に第２の電極１１’が位置する実施形態を示している。
【００４７】
言うまでもなく、ツール５が伝導性である場合には、電極７及び１１’はツール５の材料から絶縁される。また、図２（Ｃ）、（Ｄ）及び（Ｅ）の同心配置においては、ツール５の内面、又は内側のニードル、スタイレット若しくはカテーテルの外面のいずれかが電気的に絶縁されていてよい。
【００４８】
電力源９及びインピーダンス計８への電気的接続は、好ましくは、標準的な電気刺激ニードル又はカテーテルの場合と同様に、ツール５の近位端に設けられる。
【００４９】
理解されるであろうように、図２（Ａ）の実施形態は、第１の電極７と皮膚電極１１の間の経路に沿ってインピーダンスを測定するのに対して、図２（Ｂ）〜２（Ｅ）の実施形態は、ツール５が挿入されている組織内で互いに接近して位置する第１及び第２の電極により、ツール５の先端近傍における電気インピーダンスを測定する。従って、図１の実施形態は、ツールが挿入されるのに伴うインピーダンス変化を検出し表示するのに適しており、これは挿入処置を行っている臨床医に情報提供する上では十分であろう。換言すれば、臨床医は、ツール先端での組織のインピーダンスの絶対値を知る必要なしに、単に、ツールが挿入されるのに伴う組織の種類の変化に注意していればよいのである。一方、図２（Ｂ）〜２（Ｅ）の実施形態は、ツール先端での組織のインピーダンスの絶対測定値を与えることが可能であり、このインピーダンス値は、例えばヘルマン等による「身体組織の固有抵抗」、循環研究、第ＩＶ巻、１９５６年１１月(Herman et al, “Specific resistance of body tissues”, Circulation Research, volume IV, November 1956)にあるような、異なる種類の組織のインピーダンス測定を参照することによって、組織の種類へと変換され得る。
【００５０】
随意的には、インピーダンスが一定範囲の複数の周波数で測定される場合には、異なる種々の値をユーザへの表示のために単一のインピーダンス測値(metric value)へと圧縮することも可能である。
【００５１】
次に、磁気測定検出器１２について、及び超音波プローブ２に対する磁化されたツール５の位置を計算する方法について、更に詳細に説明する。これらの技術は、我々の同時係属の国際（ＰＣＴ）特許出願ＰＣＴ／ＥＰ２０１１／０６５４２０に記載されている。
【００５２】
磁気測定検出器１２の構成要素は、模式的にではあるが、図４のブロック図に更に詳細に示されている。磁気測定検出器１２は、アレイ１００又は２つ以上（例えば４つ）の磁力計１２０（図４には図示せず）を備えており、それらの出力はマイクロプロセッサ１１０によってサンプリングされる。マイクロプロセッサ１１０は、磁力計アレイ１００から取得した測定結果を正規化し、それを送受信機１１５へと転送する。送受信機１１５はアンテナ１３０を有しており、アンテナ１３０は次いで当該情報をベースユニット１４へと送信する。本実施形態の変形例では、磁気測定検出器１２にはマイクロプロセッサ１１０ではなくマルチプレクサが設けられており、正規化はベースユニット１４内のプロセッサ１８０によって行われる。
【００５３】
磁力計のアレイ１００における各磁力計１２０は、線形的に独立した３方向における当該磁力計１２０の位置での磁界の成分ａｋｕ，ａｋｖ，ａｋｗ（ｋは当該磁力計を示す）を測定する。マイクロプロセッサ１１０は、これらの生の値
ａｋ＝（ａｋｕ，ａｋｖ，ａｋｗ）
を、以下に更に詳細に説明するように、磁力計から取得した３つの値ａｋに正規化行列Ｍｋを乗じると共に正規化オフセットベクトルβｋを加えることによって、即ち、
ｂｋ＝ａｋ＊Ｍｋ＋βｋ
によって、等利得の所定の直交方向において対応する正規化値
ｂｋ＝（ｂｋｘ，ｂｋｙ，ｂｋｚ）
へと変換する。それぞれの正規化行列及びそれぞれの正規化オフセットベクトルは、マイクロコントローラに関連するメモリ内に恒久的に記憶されている。この変換は、各磁力計に対する結果ｂｋが、同じ直交空間方向においては等しい利得で磁界のそれぞれの成分をもたらすように、磁力計１２０の各々に対して当該正規化行列を用いると共に正規化オフセットベクトルを加えて同じように行われる。従って、均一磁界内では、全ての磁力計は、その均一磁界の強度又は方位にかかわらず、正規化の後では常に同一の値をもたらす。
【００５４】
正規化及びオフセット
全ての磁力計は、均一な磁界にさらされたときに等しい値を測定すべきである。例えば、均一な地磁界内で回転させられる磁力計は、磁力計の方位に応じて、線形的に独立した３方向における磁界のそれぞれの成分の強度の変化を測定すべきである。しかし、磁界のトータル強度は、磁力計の方位にかかわらず一定であるべきである。一方、市販の磁力計においては、利得及びオフセットは３方向の各々で異なる。また、多くの場合にそれらの方向は互いに直交していない。例えば単一センサに対する米国特許第７２７５００８号に記載されるように、均一且つ一定の磁界内で磁力計が回転させられると、測定値は傾斜した３次元楕円体を生じさせることになる。しかし、測定された磁界は一定であるから、正規化された測定値は球体上にあるべきである。好ましくは、楕円体を球体へと変換するために、オフセット値β及び利得行列Ｍが導入される。
【００５５】
複数のセンサのセットでは、異なるセンサの測定値が同一になることを保証するために、追加のステップが行われる必要がある。これを補正するために、好ましくは、各位置ｋに対する利得正規化行列Ｍｋ及び正規化オフセットベクトルβｋのセットが決定され、これを用いて磁力計の生の結果ａｋが正規化された結果ｂｋへと変換される。
ｂｋ＝ａｋ＊Ｍｋ＋βｋ
【００５６】
そのような利得行列Ｍｋのセットは、既知の手順、例えばドルボー等による「センサのアレイのフィールド上較正」、２０１０年米国制御会議、バルチモア２０１０(Dorveaux et. al., "On-the-field Calibration of an Array of Sensors", 2010 American Control Conference, Baltimore 2010)に記載された反復的較正方式によって得ることができる。
【００５７】
定義された変換により、ｂｋは、３つの直交する空間方向における磁界の成分の強度を等しい利得でもたらす。また、これらの方向は、磁気測定検出器内の全ての磁力計に対して同じであることが保証される。結果として、どのような均一磁界においても、全ての磁力計は本質的に同一の値を生じさせる。
【００５８】
較正ステップにおいて得られた各磁力計に対する正規化情報Ｍｋ及びβｋは、磁気測定検出器１２それ自身内又はベースユニット１４内のいずれかに記憶しておくことが可能である。この情報は磁気測定検出器１２内に記憶させておくことが好ましく、その理由は、これによりベースユニット内での情報の更新を必要とすることなく磁気測定検出器１２の容易な交換が可能になるからである。このように、本発明の好ましい実施形態においては、磁気測定デバイスの磁力計の出力がサンプリングされ、それらの結果は磁気測定検出器１２内で正規化される。この情報は、場合によっては他の関連情報と共に、更なる解析のためにベースユニット１４へと送信される。
【００５９】
本発明の他の実施形態においては、変換は、他の更に一般的な非線形変換ｂｋ＝Ｆ（ａｋ）であってもよい。
【００６０】
上記較正方法に加えて、磁気測定検出器の磁力計の相対的な空間位置を得るために、不均一な磁界を採用する他の較正方法が適用される。標準的な較正方法が均一な磁界を利用して（ａ）複数の磁力計の測定軸を直交方向に揃え、（ｂ）オフセット値を相殺し、（ｃ）等利得に調節する一方で、上述したシステムにとっては、複数の磁力計の正確な相対的空間位置を利用可能であることも更に有利である。このことは、磁気測定検出器が既知の不均一磁界にさらされる追加的な較正ステップによって達成可能である。好ましくは、種々の位置で得られた測定値を、それぞれの仮の位置で予想される磁界の強度及び／又は方位と比較し、実際の測定値と予想される測定値が一致するまで仮の位置を補正することによって、複数のセンサの空間的位置の正確な較正が可能になる。
【００６１】
後者の較正方法の変形においては、既知ではなく未知の均一磁界が用いられる。複数の磁力計は、未知の磁界内を、固定方位で位置を変化させながら掃引される。これらの磁力計の１つが基準トラック(reference track)を提供することで、他の複数の磁力計の位置は、それらの測定値が基準ユニットの測定値に揃うような方法で適応的に変化させられる。このことは、例えば、機械‐磁気‐電子的最急降下アルゴリズム(mechano-magnetic-electronical gradient-descent algorithm)を実現するフィードバックループによって達成可能である。この不均一磁界較正において用いられるトラック(tracks)は、空間内の単一点のみから構成されてもよい。
【００６２】
モデルフィッティング及び位置検出
模式的にではあるが図５に更に詳細に示されるベースステーション１４は、アンテナ１７０を有するその受信機１６０を介して磁気測定検出器１２からの正規化された位置情報を受信し、その情報をプロセッサ１８０へと転送する。そこでは、複数の測定値の正規化された結果が結合されて、ツール５の位置（又は位置及び方位）が導き出される。この目的で、それぞれの値ｂｋを用いて、磁性ツール５及び地磁界に由来する結合された磁界のモデルｃｋ（ｐ）をフィッティングする。このモデルにおける複数の未知のパラメータｐは、超音波変換器２に対するツールの相対位置Ｉと、ツールの長さ及び方位ｄと、ツールの磁気保持力ｍと、地磁界Ｅと、である。
ｐ＝｛Ｉ，ｄ，ｍ，Ｅ｝
【００６３】
モデルｃｋ（ｐ）は、複数のパラメータｐの所与のセットについての磁力計ｋの位置での磁界の正規化された成分ｃｋｘ（ｐ），ｃｋｙ（ｐ），ｃｋｚ（ｐ）からなる。当業者に知られた適切なアルゴリズムによって、このモデルに従う磁界のそれぞれの成分と実際に測定された成分との間の偏差
Σｋ（ｂｋ−ｃｋ（ｐ））２
が最小になるときの複数のパラメータｐが求められる。
【００６４】
これに適した最小化技術は、例えば、最急降下アルゴリズム及びレーベンバーグ・マーカート(Levenberg-Marquardt)手法である。また、カルマンフィルタ技術又は同様の反復的手段を利用して、そのような動作を連続的に行うこともできる。
【００６５】
ツール５の剛性が十分に高い場合、即ちツール５がわずかにしか撓まない場合、ツール５は直線状の空洞円筒で近似することができる。そのような円筒の磁界は、円筒の両端面上に均一に分布した反対磁荷（即ち反対磁力を呈する）の磁界と等価であり、即ちツールの対向端にある２つの円環であって反対磁荷を有する２つの円環の磁界と等価である。ツール５の直径が小さいことを考慮すると、これらの磁荷は、ツール５の対向端にある２つの点磁荷によって更に近似することができる。従って、このモデルによると、ベクトルｄに沿って延在するツール５の磁界は、位置ｒｋから次のように測定される。
Ｎ（ｒｋ，ｄ，ｍ）＝ｍ＊（ｒｋ／｜ｒｋ｜３−（ｒｋ＋ｄ）／｜ｒｋ＋ｄ｜３）
【００６６】
ここで、｜ｒｋ｜及び｜ｒｋ＋ｄ｜は、それぞれベクトルｒｋ及びベクトルｒｋ＋ｄの絶対値である。位置ｒｋは、磁気測定検出器１２内における磁力計１２０の既知の位置及び超音波変換器２に対する磁気測定検出器１２の相対位置を用いて、超音波変換器２に対するツール５の相対位置Ｉへと変換することができる。その結果、地磁界Ｅを更に考慮すると、このモデルによるそれぞれの磁界成分は、
ｃｋ（ｐ）＝Ｎ（ｒｋ，ｄ，ｍ）＋Ｅ
＝ｍ＊（ｒｋ／｜ｒｋ｜３−（ｒｋ＋ｄ）／｜ｒｋ＋ｄ｜３）＋Ｅ
となる。
【００６７】
尚、既知の多くの手法とは対照的に、上記モデルはニードルの磁界を双極子場とは仮定しない。これは、双極子場を有効な近似にするには磁気測定検出器が一般的にはニードルの長さに比べてニードルに近すぎるので、過度の単純化になるおそれがあるからである。
【００６８】
上述したようにこのモデルを磁力計１２０によって検出された磁界測定値ｂｋにフィッティングして得られたニードル位置は、次いでリンク１６を介してプロセッシングユニット３に転送される。ニードル位置は、ここで携帯型超音波変換器２から得られた組織の画像に重畳される。
【００６９】
ツール５が超音波変換器２の撮像面内にある場合には、図１に模式的に示されるように、ニードルを実線で表示することができる。しかし、ニードルが超音波撮像面内にない場合もあり得る。そのような場合には、ニードルの位置を超音波撮像面上への投影として表示すると共に、それが投影された位置であることを、その表示スタイルを変更することによって示すことが可能である。例えば、投影された位置は、点線として且つ／又は異なる色で表示することができる。ツールは常に１本の線として視覚化され、その端はツールの先端に対応する。ツールが撮像面の手前にあるのか背後にあるのかに応じて、色又は表示スタイルを変更することが可能であり、実際上は、ツールが撮像面を通り抜けている場合には、背後の部分をある方法で表示し、手前の部分を他の方法で表示することができる。
【００７０】
予想されるニードルの全軌跡を画像ディスプレイ上に表示することも可能であり、この表示はツールの及ぶ範囲での直線の延長である。超音波画像内に解剖学的特徴が識別され得る場合には、これらの特徴とニードル軌跡の交点を、例えば交点上に円又は長方形を表示することによって、強調することもできる。
【００７１】
図１においては、複数の磁力計１２０が超音波変換器２の前面を横切るアレイ内に示されているが、これらは異なる方法で超音波変換器２上に配置することも可能である。
【００７２】
随意的には、変換器２には、慣性測定ユニットを設けることも可能であり、慣性測定ユニットは、変換器の初期位置からの加速をモニタリングすることによって、変換器の位置及び方位を測定する。
【００７３】
磁性ツール
磁性ツール５は少なくとも部分的に永久磁石であるが、ツール５は、非永久磁石である磁性コンポーネント、例えば電磁石、例えば磁界を発生するのに電流が適用され得るソレノイド、を含んでいてもよい。代替的には、身体の外部から又はツール５の他の部分からの磁気誘導によりツール５の挿入部が磁性になってもよい。
【００７４】
磁化は、磁性コーティング、好ましくは永久磁性コーティングによってもたらされてよい。この目的で、そのコーティングは、例えば、永久磁性の粒子、より好ましくはナノ粒子を備えていてよい。「ナノ粒子」とは、少なくとも２つの空間次元において１００ｎｍ以下のサイズの粒子である。
【００７５】
本発明の一実施形態においては、ツールは本質的に均一な磁化を有する。他の実施形態においては、少なくとも１次元において磁化は不均一であり、即ち、磁気モーメントの大きさ及び／又は方向がツール上での位置の関数として変化することにより、１次元又は多次元の磁気パターンが生成され、このパターンは、例えば、情報の記憶のために例えばクレジットカードで用いられるような従来の磁気ストリップ（少なくとも１次元）又はディスク（２次元）のパターンに類似する。本発明の好ましい実施形態においては、１次元磁気パターンは、ツールの長手方向に沿って記録されてよい。有利なことに、そのようなパターンはツールを識別するために便利であり得る。また、ツールの特定の複数部分を異なる磁気コードでマーキングすることによって、これらの部分を区別可能である。本発明のこの実施形態の達成可能な利点は、ツールの個々の部分が識別可能であり、しかもそれらの位置及び／又は方位に関して個別的に追跡可能であることにより、ツールの位置及び／又は方位をより良く決定することができる点である。特に有利なことに、ツールの変化しつつある形状、例えば圧力下で湾曲しつつあるニードルを追跡することができる。また、変形したツール及び／又はその変形若しくは変形の度合いをより容易に決定することができる。
【００７６】
インピーダンスの表示
図３（Ａ）〜（Ｅ）は、インピーダンス計８により測定されたインピーダンス値をディスプレイ４によって表示することができる幾つかの方法を示している。言うまでもなく、インピーダンス値、又はツール５の挿入に伴う種々のインピーダンス値は、異なるディスプレイ、例えばインピーダンス計８自体に関連するディスプレイに表示することもできるが、超音波画像４と共に表示されることが有利である。繰り返しになるが、それらは単純な数値として表示されてもよいが、ディスプレイ４に揃えてグラフ的に表示され又はツール５の位置若しくは軌跡に重ねてグラフ的に表示されるのが特に効果的である。ここで、図３（Ａ）は、インピーダンス値がツール経路、つまりツールの軌道に沿うチャートとして表示されていることを示している。インピーダンス値は経路に沿って連続的に変化しているが、超音波画像内に見える組織境界をツールの先端が横断するのに伴い、より大きな階段状変化があることが分かる。従って、これらの階段状変化は、ツール先端がそれら異なる種類の組織を横断していることの確認として機能する。
【００７７】
図３（Ｂ）は、色コード化されてツール位置／軌道上の重ね画像(overlay)として表示されたインピーダンス測定値を示しており、繰り返しになるが、色変化は、超音波画像自体内に見える組織境界と揃って見えている。
【００７８】
図３（Ｃ）は、インピーダンス値の組織種類への変換、及び標準的な臨床解剖学テキストからの色コード化に基づく色コーディングの超音波画像上への重ね合わを示しており、ここでは例えば神経は黄色、動脈は赤、骨組織は白である。
【００７９】
図３（Ｄ）は、図３（Ｂ）及び３（Ｃ）の変形を示しており、色コード化はツール先端の位置でのみ表示されている。
【００８０】
超音波画像に重ねられたインピーダンス値を表示するのではなく、図３（Ｅ）に示すように、色コード化された又はチャート化されたインピーダンス値を超音波画像と並べて表示することも可能である。図３（Ｅ）に示すように、解釈を支援するために、超音波画像の直交２側辺に沿って値を表示することで、超音波画像における組織境界とインピーダンス値の大きな変化との間での目視による位置合わせをユーザが確認できるようにすることが有利である。チャート化され又は色コード化された値は、画像ディスプレイの直交側辺へ投影されたツール５の先端の位置に一致するように表示される。
【００８１】
図３（Ｂ），（Ｃ）及び（Ｄ）は、超音波画像への透けて見える色の重ね合わせを示すが、代替的には、異なる画像属性(image attributes)を用いてインピーダンス値を示すことも可能である。例えば、グレースケール値又は単色グレースケール方式（即ち、黒色から対象となる単色、例えば赤まで２５６の異なる値に変化する）を用いることが可能である。
【００８２】
処置例
本発明のシステムによって支援され得る１つの処置は、硬膜外麻酔薬の送達(delivering)の処置である。臨床医は、超音波撮像システムを用いて、脊柱内の骨組織(bones in the spinal column)と、筋肉(muscle)と、（場合によっては）硬膜(dura)と、を超音波画像内で見ることができる。磁気測定ニードル追跡は、ニードル先端が迅速に且つ容易に硬膜に接近させられ得るように、臨床医がニードルの前進を見ることを可能にする。表示されたインピーダンス値は、ニードルがいつ硬膜を破るのか及びいつ硬膜外腔(epidural space)内に入るのかの確認と、ニードルが未だ前進しすぎてはいないことの確認と、を臨床医にもたらす。
【００８３】
他の例として、局所麻酔処置において、超音波と磁気測定ニードル追跡とを組み合わせて用いて、ニードル先端を神経に接近させることができる。インピーダンス値は、臨床医が、ニードルの先端が神経に接しているか否か又はニードルの先端が神経内部にあるのか否かを麻酔薬が注射される前に確認することを可能にする。加えて、インピーダンス値は、ニードルが血管を穿刺したかどうかを示し、また神経を包囲している筋膜室(facia compartments)をニードルが通過したかどうかを示すはずであり、ニードルが筋膜室を通過していないと、多くの大腿神経ブロックの失敗の一般的な原因となる。
【００８４】
ニードル吸引処置(needle aspiration procedure)においては、インピーダンス値は、ニードルが腫瘍の内部にあるのか外部にあるのかをユーザに示すことが可能であり、従って試料の採取(collecting of material)をより正確に行うことができる。
【００８５】
また、インピーダンス測定及びこれに伴う組織の種類によるニードルの先端での組織の色コード化は、経験の浅いユーザが超音波画像上で見ているものを患者の身体各部(anatomy)にリンクする明確な表示を可能にするので、本発明は訓練目的でも有用である。
【００８６】
ツール５の電極は主としてインピーダンス測定を提供したが、ツール５を用いて電気的な刺激を与えることも可能である。例えば、電極７が神経に接触し又は神経の近くにあるときに電極７に電気信号を印加することによって、神経の伝導度を測定することが可能である。神経が適切にブロックされていれば（即ち麻酔が所望の効果を発揮していれば）、患者は全く感覚を感じないことになる。
【図１】
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【図２（Ａ）】
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【図２（Ｂ）】
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【図２（Ｃ）】
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【図２（Ｄ）】
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【図２（Ｅ）】
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【図３（Ａ）】
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【図３（Ｂ）】
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【図３（Ｃ）】
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【図３（Ｄ）】
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【図３（Ｅ）】
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【図４】
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【図５】
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