(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体をトラッキングする方法であって、
前記物体に向かって電磁界生成高周波を放射するように高周波ドライバーを配置するステップと、
電力コイル及び少なくとも１つの検出コイルを含む無線トランスポンダーを前記物体に固定するステップと、
前記電力コイルを用いて前記電磁界生成高周波を受け取り、そこから得られる電気エネルギーを蓄積するステップと、
複数の電磁界発生器を駆動して、前記物体の近傍にそれぞれの周波数の電磁界を生成し、前記少なくとも１つの検出コイルの前後に電圧降下を誘導するステップと、
前記検出コイルの前後の電圧降下を示すデジタル出力信号を前記無線トランスポンダーで生成するステップであって、前記蓄積された電気エネルギーを用いて前記デジタル出力信号の生成の電力を供給する、前記ステップと、
前記電力コイルを用いて前記無線トランスポンダーから前記デジタル出力信号を送信するステップであって、前記蓄積された電気エネルギーを用いて前記デジタル出力信号の送信の電力を供給する、前記ステップと、
前記デジタル出力信号を受信及び処理して前記物体の座標を決定するステップとを含み、
前記電磁界生成高周波を受け取る前記ステップが、（ａ）前記複数の電磁界発生器を駆動する前の第１の期間の間、及び（ｂ）前記第１の期間の後であって前記デジタル出力信号を送信する前の第２の期間の間に前記電磁界生成高周波を受け取るステップを含み、
前記電磁界生成高周波から得られる前記電気エネルギーを蓄積する前記ステップが、前記第１の期間中に第１の電気エネルギーを蓄積するステップと前記第２の期間中に第２の電気エネルギーを蓄積するステップを含み、
前記デジタル信号の生成の電力を供給する前記ステップが、蓄積された前記第１の電気エネルギーを用いて前記デジタル出力信号の生成の電力を供給するステップを含み、
前記デジタル出力信号の送信の電力を供給する前記ステップが、蓄積された前記第２の電気エネルギーを用いて前記デジタル出力信号の送信のための電力を供給するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
物体をトラッキングする方法であって、
電磁界生成高周波を前記物体に向かって放射するステップと、
前記物体で前記電磁界生成高周波を受け取り、そこから得られる電気エネルギーを蓄積するステップと、
前記電気エネルギーを蓄積した後、前記物体の近傍でそれぞれの周波数の複数の電磁界を生成するステップと、
前記蓄積した電気エネルギーを用いて、前記物体における前記電磁界のそれぞれの強度を示すデジタル出力信号を生成するステップと、
前記物体から前記デジタル出力信号を送信するステップと、
前記デジタル出力信号を受信及び処理して前記物体の座標を決定するステップとを含み、
前記電磁界生成高周波を受け取る前記ステップが、（ａ）前記複数の電磁界を生成するステップの前の第１の期間の間、及び（ｂ）前記第１の期間の後であって前記デジタル出力信号を送信するステップの前の第２の期間の間に前記電磁界生成高周波を受け取るステップを含み、
前記電磁界生成高周波から得られた前記電気エネルギーを蓄積する前記ステップが、前記第１の期間中に第１の電気エネルギーを蓄積するステップと前記第２の期間中に第２の電気エネルギーを蓄積するステップを含み、
前記デジタル出力信号を生成する前記ステップが、蓄積された前記第１の電気エネルギーを用いて前記デジタル出力信号を生成するステップを含み、
前記デジタル出力信号を送信する前記ステップが、蓄積された前記第２の電気エネルギーを用いて前記デジタル出力信号を送信するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
物体をトラッキングする装置であって、
（ａ）電磁界生成高周波を前記物体に向かって放射するように適合された高周波ドライバーと、
（ｂ）前記物体の近傍でそれぞれの周波数の電磁界を生成するように適合された複数の電磁界発生器と、
（ｃ）前記物体に固定された無線デジタルトランスポンダーであって、
前記電磁界生成高周波を受け取るように結合された電力コイルと、
前記電磁界生成高周波から得られる電気エネルギーを蓄積するように適合された電力蓄積装置と、
前記電磁界に応答して少なくとも１つの検出コイルの前後に電圧降下が誘導されるように結合された前記少なくとも１つの検出コイルと、
前記少なくとも１つの検出コイル及び前記電力蓄積装置に結合された制御回路であって、蓄積された前記電気エネルギーを用いて前記電圧降下を示すデジタル出力信号を生成するように適合され、蓄積された前記電気エネルギーを用いて前記電力コイルを駆動して前記デジタル出力信号を送信するように適合された、前記制御回路とを含む、前記トランスポンダーと、
（ｄ）前記電力コイルによって送信される前記デジタル出力信号を受け取り、これに応答して前記物体の座標を決定するように適合された信号受信機とを含み、
前記電力蓄積装置が、第１の期間の間に前記電磁界生成高周波から得られる第１の電気エネルギーを蓄積するように適合されており、
前記制御回路が、蓄積された前記第１の電気エネルギーを用いて前記デジタル出力信号を生成するように適合されており、
前記電力蓄積装置が、前記第１の期間の後であって前記制御回路による前記デジタル出力信号の生成の後の第２の期間の間に前記電磁界生成高周波から得られる第２の電気エネルギーを蓄積するように適合されており、
前記制御回路が、蓄積された前記第２の電気エネルギーを用いて前記電力コイルを駆動して前記デジタル出力信号を送信するように適合されていることを特徴とする装置。
【請求項４】
前記電力蓄積装置が、第１の期間の間に前記電磁界生成高周波から得られる第１の電気エネルギーを蓄積するように適合されており、
前記制御回路が、蓄積された前記第１の電気エネルギーを用いて前記デジタル出力信号を生成するように適合されており、
前記電力蓄積装置が、前記第１の期間の後であって前記制御回路による前記デジタル出力信号の生成の後の第２の期間の間に前記電磁界生成高周波から得られる第２の電気エネルギーを蓄積するように適合されており、
前記制御回路が、蓄積された前記第２の電気エネルギーを用いて前記電力コイルを駆動して前記デジタル出力信号を送信するように適合されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記複数の電磁界発生器が、それぞれ異なる周波数の電磁界を生成するように適合されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記制御回路が、前記電力コイルによって前記制御回路に送られた前記電気エネルギーのみによって作動するように適合されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの検出コイルの前後の前記電圧降下が、前記複数の電磁界発生器の異なる周波数の周波数成分を有しており、前記制御回路によって生成される前記デジタル信号が前記電圧降下の前記周波数成分を示すことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項８】
前記制御回路が、前記電圧降下の振幅及び位相を示す前記デジタル出力信号を生成するように適合されており、前記信号受信機が、前記デジタル出力信号によって示される前記電圧降下の前記振幅及び前記位相に応答して前記物体の座標及び向きを決定するように適合されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項９】
前記電力蓄積装置がコンデンサを含むことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項１０】
前記コンデンサが５μＦ〜２０μＦの静電容量を有することを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記物体がインプラントを含み、前記トランスポンダーが、前記信号受信機が体内の前記インプラントの座標を決定できるように前記インプラント内に固定されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項１２】
前記インプラントが、互いに関節運動する第１の関節部分と第２の関節部分を含む関節プラントを含み、
前記トランスポンダーが、前記第１の関節部分及び前記第２の関節部分のそれぞれに固定された複数のトランスポンダーを含み、
前記信号受信機が、前記トランスポンダーからの出力信号に応答して前記第１の関節部分と前記第２の関節部分との間の距離を決定するように適合されていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１の関節部分が大腿骨骨頭を含み、前記第２の関節部分が寛骨臼を含むことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
患者の体内で作動する無線位置トランスポンダーであって、
前記トランスポンダーの近傍の前記体に加えられる１または複数の電磁界に応答して少なくとも１つの検出コイルの前後に電圧降下が誘導されるように結合された前記少なくとも１つの検出コイルと、
前記体内の前記トランスポンダーの座標を示すように前記少なくとも１つの検出コイルの前後の電圧降下を示すデジタル出力信号を生成するように、前記少なくとも１つの検出コイルに結合された論理演算装置（ＡＬＵ）と、
前記トランスポンダーの近傍の前記体に加えられる電磁界生成高周波を受け取り、前記電磁界生成高周波から得られる電気エネルギーを前記ＡＬＵに送るように結合され、更に、前記座標の決定に用いるために前記体の外部の処理回路によって受信されるように前記ＡＬＵによって生成された前記デジタル出力信号を送信するように結合された電力コイルとを含み、
更に、前記電力コイルによって送られる前記電気エネルギーを蓄積し、蓄積した前記電気エネルギーを前記ＡＬＵに送るように適合された電力蓄積装置を含み、前記ＡＬＵが、前記電力蓄積装置によって前記ＡＬＵに送られた前記電気エネルギーを用いて前記デジタル出力信号の生成及び前記電気デジタル出力信号の送信の電力を供給するように適合されており、
前記電力蓄積装置が、第１の期間の間に前記電磁界生成高周波から得られる第１の電気エネルギーを蓄積するように適合されており、
前記制御回路が、蓄積された前記第１の電気エネルギーを用いて前記デジタル出力信号を生成するように適合されており、
前記電力蓄積装置が、前記第１の期間の後であって前記制御回路による前記デジタル出力信号の生成の後の第２の期間の間に前記電磁界生成高周波から得られる第２の電気エネルギーを蓄積するように適合されており、
前記制御回路が、蓄積された前記第２の電気エネルギーを用いて前記電力コイルを駆動して前記デジタル出力信号を送信するように適合されていることを特徴とする無線位置トランスポンダー。
【請求項１５】
更に、前記電力コイルによって送られる前記電気エネルギーを蓄積し、蓄積した前記電気エネルギーを前記ＡＬＵに送るように適合された電力蓄積装置を含み、前記ＡＬＵが、前記電力蓄積装置によって前記ＡＬＵに送られた前記電気エネルギーを用いて前記デジタル出力信号の生成及び前記電気デジタル出力信号の送信の電力を供給するように適合されていることを特徴とする請求項１４に記載のトランスポンダー。
【請求項１６】
電力蓄積装置がコンデンサを含むことを特徴とする請求項１５に記載のトランスポンダー。
【請求項１７】
前記ＡＬＵが、前記少なくとも１つの検出コイルの前後の電圧降下の振幅及び位相を示す前記デジタル出力信号を生成するように適合されていることを特徴とする請求項１４に記載のトランスポンダー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体内トラッキングシステムに関し、詳細には、体内の物体の位置及び向きをトラッキングする方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの外科、診断、治療、及び予防の医療処置では、体内のセンサ、治療ユニット、チューブ、カテーテル、インプラント、及び他の装置などの物体を配置する必要がある。このような医療処置には、例えば、（１）治療または診断目的の電極の挿入、（２）患者の循環系または消化系への薬物、栄養物、または他の流体の注入を容易にするチューブの配置、（３）心臓外科手術や他の外科手術を容易にするためのプローブや外科装置の挿入、（４）生検や他の診断処置が含まれる。
【０００３】
多くの場合、装置の挿入は、外科手術やカテーテル法の最中などの限られた時間である。また、栄養チューブや整形外科インプラントなどの装置を長期使用のために挿入する場合もある。通常はＸ線映像を用いずに、患者の体内の物体の位置及び向きを正確に決定するためにリアルタイムの情報の提供が要望されている。
【０００４】
言及することを以って本明細書の一部とする特許文献１及び特許文献２に、プローブに取り付けられたホール効果装置、コイル、または他のアンテナなどの１または複数のフィールドセンサを用いて体内のプローブの座標を決定するシステムが開示されている。このようなシステムは、医療プローブまたはカテーテルについての３次元位置情報を生成するために用いられる。好ましくは、検出コイルをカテーテル内に配置して、外部から加えられた磁界に応答して信号を生成する。磁界は、既知の基準座標系に対して固定された互いに離間した３つの放射器コイルによって生成される。それぞれの放射器コイル磁界に応答して生成される信号の振幅を検出して、これを用いて検出コイルの位置を算出する。各放射器コイルは、他の放射器コイルの周波数とは異なる既知の周波数の磁界を生成するドライバー回路によって駆動されるのが好ましく、検出コイルによって生成された信号を周波数によって、対応する放射器コイルの成分に分類することができる。
【０００５】
言及することを以って本明細書の一部とする特許文献３に、専門家でなくても操作できる体内のチューブ位置を確認するための単純な装置が開示されている。物体の最初の位置を基準点とし、続いて測定を行って物体が最初の位置に維持されているか否かを決定する。測定は、位置を決定する物体の本体に固定されたセンサに送信される１または複数の信号及び／またはそのセンサから送信される１または複数の信号に基づいている。この信号は、超音波、紫外線、高周波、固定電磁界、または回転電磁界とすることができる。
【０００６】
言及することを以って本明細書の一部とする特許文献４に、カテーテルの先端部についての６次元の位置及び向きの情報を生成するシステムが開示されている。このシステムは、例えばカテーテルの先端部近傍などのカテーテルの配置可能な位置に近接した複数の検出コイル、並びに外部基準座標系に固定された複数の放射器コイルを含む。このような検出コイルは、放射器コイルによって生成された磁界に応答して信号を生成する。この信号により、６つの位置及び向きの座標を算出することができる。
【０００７】
言及することを以って本明細書の一部とする特許文献５に、検出体積の両側に配置されたヘルムホルツコイルによる均一な磁界と、同じコイルによって生成される勾配磁界とを用いる磁気式位置及び向き決定システムが開示されている。このような磁界を発生させた時にプローブで検出される磁界成分を監視して、プローブの位置及び向きを推定することができる。プローブの表示を、別に得た物体のイメージに重ねて、物体に対するプローブの位置及び向きを示すことができる。
【０００８】
言及することを以って本明細書の一部とする、本願の譲渡人に譲渡された特許文献６に、複数の電磁界発生器及び高周波ドライバーを含む物体をトラッキングするための装置が開示されている。電磁界発生器は、物体の近傍でそれぞれ異なった周波数の電磁界を発生し、高周波ドライバーは、物体に向かって電磁界生成高周波を放射する。無線トランスポンダーが物体に固定されている。このトランスポンダーは、電磁界に応答して信号電流が流れる少なくとも１つの検出コイルと、電磁界生成高周波を受け取り、その高周波の電気エネルギーをトランスポンダーに送ってそのトランスポンダーに電力を供給する電力コイルとを含む。電力コイルはまた、信号電流に応答して出力信号を信号受信機に送信する。信号受信機は、その信号を処理して物体の座標を決定する。
【０００９】
言及することを以って本明細書の一部とする特許文献７に、患者の体内から空間的位置情報を供給するテレメトリーシステムが開示されている。このシステムは、（ａ）体外から受信した電力信号を電気エネルギーに変換してテレメトリーユニットに電力を供給する第１のトランスデューサーと、（ｂ）体外から位置決定電磁界信号を受信するトランスデューサーと、（ｃ）位置決定電磁界信号に応答して体外に位置決定信号を送信する第３のトランスデューサーとを含む。
【００１０】
言及することを以って本明細書の一部とする特許文献８に、多周波数ＡＣ磁気信号を利用して送信アンテナに対する受信アンテナの位置及び向きを６つの自由度で測定する装置が開示されている。送信部分は、互いに対して既知の位置及び向きの２つ以上の送信アンテナからなる。各送信アンテナは、ＡＣ励起によって同時に駆動される。各アンテナは、周波数スペクトルの１または複数の固有の周波数を占有する。受信アンテナは、送信されたＡＣ電磁界に導電性金属によって生じる歪みが加わったものを測定する。次いでコンピュータが、歪み成分を抽出して受信信号から除外し、正確な位置及び向きの出力を供給する。
【００１１】
言及することを以って本明細書の一部とする特許文献９に、カテーテルに取り付けられたコイルに信号を誘導すること、及びその誘導された信号の振幅及び位相を監視することに基づいたカテーテル位置決定装置が開示されている。
【００１２】
言及することを以って本明細書の一部とする特許文献１０及び特許文献１１に、放射要素が、例えばカテーテルなどの医療用チューブに取り付けられ、そのチューブの位置がその要素から放射されたエネルギーに応答して決定される装置及び方法が開示されている。
【００１３】
言及することを以って本明細書の一部とする特許文献１２に、医療用チューブに固定された磁石によって生成される静止磁界強度勾配を検出して患者の体内における医療用チューブの位置を求める装置及び方法が開示されている。
【００１４】
言及することを以って本明細書の一部とする特許文献１３及び特許文献１４に、桑えら得た磁界によりカテーテル先端部のコイル内に電流が誘導される装置及び方法が開示されている。この電流に基づいて、カテーテルの相対位置が決定される。
【００１５】
言及することを以って本明細書の一部とする特許文献１５に、磁界を生成してセンサで検出し、通常は３次元でセンサの位置を決定する装置が開示されている。磁界が複数の位置から生成され、１つの検出コイルの向き及び位置の両方を決定することができる。
【００１６】
言及することを以って本明細書の一部とする特許文献１６に、歪み補正付き無線センサを備えた電磁式位置及び向きトラッキングシステムが開示されている。このシステムは、１つのＡＣ電磁界の源と、対象の体積内またはその近傍の空間的に既知の位置で電磁誘導ベクトルの成分を測定する少なくとも１つのウイットネスセンサ（witness sensor）と、トラッキングする物体に配置された少なくとも１つの無線プローブセンサと、第２の源の座標及び姿勢を決定し、対象の物体の位置及び向きを決定する制御／処理ユニットを含む。
【００１７】
言及することを以って本明細書の一部とする特許文献１７に、相対位置及び相対距離を測定するために１または複数の実質的に球状のトランスポンダーを利用する解剖学的位置検出システムが開示されている。各トランスポンダーは、高周波信号を送受信することができ、トランスポンダー同士及び別のＣＰＵと通信する。このＣＰＵは、このロールパネルで操作者が制御することができる。
【００１８】
言及することを以って本明細書の一部とする特許文献１８に、患者の体外の送信機から無線でエネルギーを受け取る医療用インプラント装置が開示されている。移植されたエネルギー変換装置が、受け取ったエネルギーを、移植された医療装置の制御及びその動作に用いる別の形態のエネルギーに変換する。
【００１９】
言及することを以って本明細書の一部とする特許文献１９に、患者の体内に移植し、遠隔の通信装置と圧力情報を無線で通信する圧力モニターなどのセンサ装置が開示されている。このセンサ装置は、配置用カテーテル、内視鏡、または腹腔鏡を用いて移植することができる。無線通信技術には、ラジオ−テレメトリー、電磁結合、及び受動トランスポンダーが含まれ、患者の体が導体として用いられる。一実施形態では、センサ装置は、体外のエネルギー源などの離れた源から無線でエネルギーを受け取る。このエネルギーを用いて、センサ装置に直接電力を供給したり、センサ装置に電力を供給する充電式バッテリーを充電することができる。
【００２０】
体内のプローブの位置検出に基づいた市販の電気生理学的及び物理的なマッピングシステムを利用することができる。一例として、バイオセンス・ウェブスター社（Biosense Webster Inc.）（イスラエルのチラット・ハカーメル（Tirat HaCarmel, Israel））が開発した、カテーテルの位置と局所電気活性を自動的に関連させマッピングするシステム、カルト（CARTO（登録商標））を挙げることができる。
【特許文献１】米国特許第５，３９１，１９９号明細書
【特許文献２】米国特許第５，４４３，４８９号明細書
【特許文献３】米国特許第６，１９８，９６３号明細書
【特許文献４】欧州特許第０７７６１７６号明細書（国際公開第ＷＯ９６／０５７６８号パンフレット）
【特許文献５】米国特許第５，５５８，０９１号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第１０／０２９，４７３号明細書
【特許文献７】米国特許第６，２３９，７２４号明細書
【特許文献８】米国特許第６，１７２，４９９号明細書
【特許文献９】米国特許第４，１７３，２２８号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，０９９，８４５号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，３２５，８７３号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，４２５，３８２号明細書
【特許文献１３】米国特許第４，９０５，６９８号明細書
【特許文献１４】米国特許第５，４２５，３６７号明細書
【特許文献１５】米国特許第５，９１３，８２０号明細書
【特許文献１６】米国特許第６，３６９，５６４号明細書
【特許文献１７】米国特許第６，２６１，２４７号明細書
【特許文献１８】国際公開第ＷＯ０１／１２１０８号パンフレット
【特許文献１９】国際公開第ＷＯ００／１６６８６号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
通常はＸ線映像を用いずに、患者の体内の物体の位置及び向きを正確に決定するためにリアルタイムの情報の提供が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の実施形態では、患者の体内に配置した物体の位置及び向きを検出する装置は、電力コイル、少なくとも１つの検出コイル、及び信号処理チップモジュールを含む無線位置トランスポンダーを含む。通常は、トランスポンダーは、カテーテルやインプラントなどの体内に挿入される装置に固定する。信号処理チップモジュールは通常、論理演算装置（ＡＬＵ）及びコンデンサなどの電力蓄積装置を含む。外部に配置されたドライバーユニットが、通常はＭＨｚの範囲の周波数を有する高周波信号を送信してトランスポンダー内の電力コイルを駆動し、これにより電力蓄積装置を充電する。次いで、体外の固定位置にある一連の電磁界発生器が、通常はそれぞれ異なるＭＨｚ範囲の周波数の電磁界を生成する。これらの電磁界により、検出コイルの前後に時間変動電圧降下が生じる。この電圧降下は、検出コイルの電磁界発生器に対する空間的位置及び向きによって異なる。電力蓄積装置に蓄積されたエネルギーを用いて、ＡＬＵが電圧の位相及び振幅をデジタル値に変換し、このデジタル値が、通常はＭＨｚの範囲のデジタル高周波信号を用いて外部に配置された信号処理ユニットに送信される。この信号処理ユニットが、受信したデジタル信号を処理して、表示及び記録のために物体の位置及び向きの座標を決定する。
【００２３】
本発明の一部の実施形態では、信号処理チップモジュールは更に、位相及び振幅のデジタル値を送信する前にＡＬＵがこれらの値を保存するメモリを含む。これらのデジタル値が保存されてから、ドライバーユニットが電力蓄積装置を充電する。保存された値は、この蓄積されたエネルギーを用いて送信される。
【００２４】
ここに開示する技術により、検出コイルと外部処理ユニットを配線で接続しなくても、体内の物体の位置及び向きを決定することができる。電力送信及びデジタル信号送信が同時に行われないため、ここに開示する技術では、通常は電力送信信号と位置信号との干渉が発生しない。干渉が発生しないことで、良好なＳＮ比が得られる。加えて、わずかなデジタル情報量で検出コイル前後に生じる電圧を示すことができる。このため、トランスポンダーは低電力でこのデジタル情報を送信でき、コンデンサなどの迅速に十分に充電できる小さな電力蓄積装置を使用することができる。更に、情報がデジタル送信されるため位置座標が通常は高精度であり、アナログ信号送信に関連した干渉、歪み、または他の現象によるエラーが起こりにくい。
【００２５】
ある適用例では、トランスポンダーは、通常は互いに直交する３つのコイルである複数の検出コイルを含む。この場合、上記した特許文献４に開示されているように、６つ全ての位置及び向きの座標を明確に決定することができる。
【００２６】
従って、本発明の一実施形態に従って物体をトラッキングする方法を提供する。この方法は、物体に向かって電磁界生成高周波を放射するように高周波ドライバーを配置するステップと、電力コイル及び少なくとも１つの検出コイルを含む無線トランスポンダーを物体に固定するステップと、この電力コイルを用いて電磁界生成高周波を受け取り、そこから得られる電気エネルギーを蓄積するステップと、複数の電磁界発生器を駆動して、物体の近傍にそれぞれの周波数の電磁界を生成し、少なくとも１つの検出コイルの前後に電圧降下を誘導するステップと、検出コイルの前後の電圧降下を示すデジタル出力信号を無線トランスポンダーで生成するステップであって、蓄積された電気エネルギーを用いてデジタル出力信号の生成の電力を供給する、前記ステップと、電力コイルを用いて無線トランスポンダーからデジタル出力信号を送信するステップであって、蓄積された電気エネルギーを用いてデジタル出力信号の送信の電力を供給する、前記ステップと、デジタル出力信号を受信及び処理して物体の座標を決定するステップとを含む。
【００２７】
一実施形態では、複数の電磁界発生器を駆動するステップは、複数の電磁界発生器を駆動してそれぞれ異なった周波数の電磁界を生成するステップを含み、少なくとも１つの検出コイルの前後の電圧降下は複数の電磁界発生器のそれぞれ異なった周波数の周波数成分を有する。
【００２８】
一実施形態では、この方法は、更に、物体と共にトランスポンダーを患者の体内に挿入するステップを含む。この場合、複数の電磁界発生器及び高周波ドライバーを配置するステップは、複数の電磁界発生器及び高周波ドライバーを患者の体外に配置するステップを含む。
【００２９】
一実施形態では、この方法は、更に、医療処置中に物体と共にトランスポンダーを患者の体内に挿入するステップと、医療処置中に患者の体からトランスポンダーを除去するステップとを含む。
【００３０】
一実施形態では、物体は、患者の体内に挿入するために細長いプローブを含み、トランスポンダーを物体に固定するステップは、トランスポンダーをプローブ内に固定するステップを含む。この場合、デジタル出力信号を受信及び処理するステップは、体内のプローブの先端部の座標を決定するステップを含む。
【００３１】
一実施形態では、デジタル出力信号を生成するステップは、トランスポンダーの動作が電力コイルによって電磁界生成高周波から得られる電気エネルギーのみによって行われるステップを含む。
【００３２】
ある適用例では、電磁界生成高周波を受け取るステップは、（ａ）複数の電磁界発生器を駆動する前の第１の期間の間、及び（ｂ）第１の期間の後であってデジタル出力信号を送信する前の第２の期間の間に電磁界生成高周波を受け取るステップを含み、電磁界生成高周波から得られる電気エネルギーを蓄積するステップは、第１の期間中に第１の電気エネルギーを蓄積するステップと第２の期間中に第２の電気エネルギーを蓄積するステップを含む。デジタル信号の生成の電力を供給するステップは、蓄積された第１の電気エネルギーを用いてデジタル出力信号の生成の電力を供給するステップを含む。デジタル出力信号の送信のための電力を供給するステップは、蓄積された第２の電気エネルギーを用いてデジタル出力信号の送信のための電力を供給するステップを含む。
【００３３】
一実施形態では、電磁界生成高周波を受け取るステップは、複数の電磁界発生器を駆動する前の期間中に電磁界生成高周波を受け取るステップを含む。電気エネルギーを蓄積するステップは、期間中に電気エネルギーを蓄積するステップを含む。デジタル出力信号の生成の電力を供給するステップは、期間中に蓄積された電気エネルギーを用いてデジタル出力信号の生成の電力を供給するステップを含む。デジタル出力信号の送信の電力を供給するステップは、期間中に蓄積された電気エネルギーを用いてデジタル出力信号の送信の電力を供給するステップを含む。
【００３４】
一実施形態では、デジタル出力信号を生成するステップは、電圧降下の信号成分を測定するステップと成分をデジタル値に変換するステップを含む。
【００３５】
この場合、信号成分を測定するステップは振幅及び位相を測定するステップを含む。
【００３６】
ある適用例では、物体は患者の体内に挿入するためのインプラントを含む。トランスポンダーを物体に固定するステップは、トランスポンダーをインプラントに固定するステップを含み、デジタル出力信号を受信及び処理するステップは、体内のインプラントの座標を決定するステップを含む。例えば、インプラントは、互いに関節運動する第１の関節部分と第２の関節部分を含む関節インプラントを含むことができる。この場合、トランスポンダーを固定するステップは、複数のトランスポンダーを第１の関節部分及び第２の関節部分のそれぞれに固定するステップを含み、インプラントの座標を決定するステップは、トランスポンダーからのデジタル出力信号に応答して第１の関節部分と第２の関節部分との間の距離を決定するステップを含む。必ず必要ではないが通常は、距離を決定するステップは、手術中及び手術後の両方の期間でトランスポンダーを用いて距離を決定するステップを含む。
【００３７】
更に、本発明の一実施形態に従って、物体をトラッキングする別の方法を提供する。この方法は、電磁界生成高周波を物体に向かって放射するステップと、物体で電磁界生成高周波を受け取り、そこから得られる電気エネルギーを蓄積するステップと、電気エネルギーを蓄積した後、物体の近傍でそれぞれの周波数の複数の電磁界を生成するステップと、蓄積した電気エネルギーを用いて、物体における電磁界のそれぞれの強度を示すデジタル出力信号を生成するステップと、物体からデジタル出力信号を送信するステップと、デジタル出力信号を受信及び処理して物体の座標を決定するステップとを含む。
【００３８】
一実施形態では、デジタル出力信号を生成するステップは、電磁界生成高周波から得られた蓄積された電気エネルギーのみを用いてデジタル出力信号生成するステップを含む。
【００３９】
更に、本発明の一実施形態に従って、物体をトラッキングする別の方法を提供する。この方法は、電磁界生成高周波を物体に向かって放射するステップと、物体で電磁界生成高周波を受け取り、そこから得られる電気エネルギーを蓄積するステップと、電気エネルギーを蓄積した後、物体の近傍でそれぞれの周波数の複数の電磁界を生成するステップと、蓄積された電気エネルギーを用いて、物体における電磁界のそれぞれの強度を示す出力信号を生成するステップと、物体から出力信号を送信するステップと、出力信号を受信及び処理して物体の座標を決定するステップとを含む
【００４０】
一実施形態では、出力信号を生成するステップはデジタル出力信号を生成するステップを含む。別法では、出力信号を生成するステップはアナログ出力信号を生成するステップを含む。
【００４１】
更に、本発明の一実施形態に従って、物体をトラッキングする装置を提供する。この装置は、（ａ）電磁界生成高周波を物体に向かって放射するように適合された高周波ドライバーと、（ｂ）物体の近傍でそれぞれの周波数の電磁界を生成するように適合された複数の電磁界発生器と、（ｃ）物体に固定された無線デジタルトランスポンダーであって、電磁界生成高周波を受け取るように結合された電力コイルと、電磁界生成高周波から得られる電気エネルギーを蓄積するように適合された電力蓄積装置と、電磁界に応答して少なくとも１つの検出コイルの前後に電圧降下が誘導されるように結合された少なくとも１つの検出コイルと、少なくとも１つの検出コイル及び電力蓄積装置に結合された制御回路であって、蓄積された電気エネルギーを用いて電圧降下を示すデジタル出力信号を生成するように適合され、蓄積された電気エネルギーを用いて電力コイルを駆動してデジタル出力信号を送信するように適合された、前記制御回路とを含む、前記トランスポンダーと、（ｄ）電力コイルによって送信されるデジタル出力信号を受け取り、これに応答して物体の座標を決定するように適合された信号受信機とを含む。
【００４２】
一実施形態では、この装置において、電力蓄積装置が、第１の期間の間に電磁界生成高周波から得られる第１の電気エネルギーを蓄積するように適合されており、制御回路が、蓄積された第１の電気エネルギーを用いてデジタル出力信号を生成するように適合されており、電力蓄積装置が、第１の期間の後であって制御回路によるデジタル出力信号の生成の後の第２の期間の間に電磁界生成高周波から得られる第２の電気エネルギーを蓄積するように適合されており、制御回路が、蓄積された第２の電気エネルギーを用いて電力コイルを駆動してデジタル出力信号を送信するように適合されている。
【００４３】
ある適用例では、複数の電磁界発生器は、それぞれ異なる周波数の電磁界を生成するように適合されている。
【００４４】
一実施形態では、制御回路は、電力コイルによって制御回路に送られた電気エネルギーのみによって作動するように適合されている。
【００４５】
一実施形態では、少なくとも１つの検出コイルの前後の電圧降下は、複数の電磁界発生器の異なる周波数の周波数成分を有しており、制御回路によって生成されるデジタル信号は電圧降下の周波数成分を示す。
【００４６】
一実施形態では、制御回路は、電圧降下の振幅及び位相を示すデジタル出力信号を生成するように適合されており、信号受信機は、デジタル出力信号によって示される電圧降下の振幅及び位相に応答して物体の座標及び向きを決定するように適合されている。
【００４７】
一実施形態では、電力蓄積装置はコンデンサを含む。ある適用例では、コンデンサは約５μＦ〜２０μＦの静電容量を有する。
【００４８】
一実施形態では、物体はインプラントを含み、トランスポンダーは、信号受信機が体内のインプラントの座標を決定できるようにインプラント内に固定されている。
【００４９】
例えば、この装置において、インプラントが、互いに関節運動する第１の関節部分と第２の関節部分を含む関節プラントを含み、トランスポンダーが、第１の関節部分及び第２の関節部分のそれぞれに固定された複数のトランスポンダーを含み、信号受信機を、トランスポンダーからの出力信号に応答して第１の関節部分と第２の関節部分との間の距離を決定するように適合することができる。
【００５０】
ある適用例では、第１の関節部分は大腿骨骨頭を含み、第２の関節部分は寛骨臼を含む。
【００５１】
更に、本発明の一実施形態に従って、患者の体内で作動する無線位置トランスポンダーを提供する。このトランスポンダーは、トランスポンダーの近傍の体に加えられる１または複数の電磁界に応答して少なくとも１つの検出コイルの前後に電圧降下が誘導されるように結合された少なくとも１つの検出コイルと、体内のトランスポンダーの座標を示すように少なくとも１つの検出コイルの前後の電圧降下を示すデジタル出力信号を生成するように、少なくとも１つの検出コイルに結合された論理演算装置（ＡＬＵ）と、トランスポンダーの近傍の体に加えられる電磁界生成高周波を受け取り、電磁界生成高周波から得られる電気エネルギーをＡＬＵに送るように結合され、更に、座標の決定に用いるために体の外部の処理回路によって受信されるようにＡＬＵによって生成されたデジタル出力信号を送信するように結合された電力コイルとを含む。
【００５２】
一実施形態では、このトランスポンダーは更に、電力コイルによって送られる電気エネルギーを蓄積し、蓄積した電気エネルギーをＡＬＵに送るように適合された電力蓄積装置を含む。この場合、ＡＬＵは通常、電力蓄積装置によってＡＬＵに送られた電気エネルギーを用いてデジタル出力信号の生成及び電気デジタル出力信号の送信の電力を供給するように適合されている。
【００５３】
ある適用例では、電力蓄積装置はコンデンサを含む。
【００５４】
ＡＬＵは通常、少なくとも１つの検出コイルの前後の電圧降下の振幅及び／または位相を示すデジタル出力信号を生成するように適合されている。
【発明の効果】
【００５５】
リアルタイムに位置及び向きを正確に決定する体内の物体をトラッキングする装置及び方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
本発明は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むとより良く理解できるであろう。
【００５７】
図１は、本発明の一実施形態に従った患者２６の心臓２４をマッピングするためのマッピングシステム２０の模式的な絵画図である。システム２０は、使用者２２が患者の静脈または動脈から心室内に挿入するカテーテル３０などの細長いプローブを含む。カテーテル３０は、通常はその先端部近傍に無線位置トランスポンダー４０を含む。トランスポンダー４０は図２に詳細に示されている。場合によっては、カテーテル３０は、カテーテルに沿った複数点の位置及び向きの座標を得るために、カテーテルの長さに沿って互いに離間した２つ以上のこの種のトランスポンダーを含む。
【００５８】
トランスポンダー４０を作動させるには、例えば磁界を生成する磁界発生コイル２８を含むパッドを患者２６の下側に配置するなどして患者を生成された磁界にさらす。各コイル２８が、ドライバー回路３２によって駆動され、通常はそれぞれ異なった周波数の電磁界を生成する。基準電磁界センサ（不図示）が、例えば患者の背中にテープで止めるなどして通常は患者に固定され、トランスポンダー４０を含むカテーテル３０が患者の心臓に送られる。通常はコイルの形態の追加のアンテナ５４が、詳細を後述するように、高周波電力をトランスポンダー４０に送信し、トランスポンダー４０からも信号を受信する。アンテナ５４が心臓のトランスポンダー４０から受信した信号がコンソール３４に送られ、そこでその信号を処理してその結果がモニター３６に表示される。この方法では、基準センサに対するカテーテル３０のトランスポンダー４０の正確な位置を確認し、見えるように表示することができる。トランスポンダーはまた、心筋の収縮によるカテーテルの変位を検出することもできる。
【００５９】
システム２０を用いて心臓の電気的及び機械的な機能の地図３８を作成することを含め、システム２０の一部の機能を上記したカルト（CARTO（登録商標））システムで実行する。カテーテル３０及びシステム２０のデザインの更なる特徴は、特許文献１−特許文献３、及び米国特許出願公開第２００３／０１２０１５０号に開示されている。しかしながら、トランスポンダー４０のデザインやコンソール３４に用いられる対応するドライバー及び信号処理回路のデザインは、後述するように本発明に特有のものである。
【００６０】
ここで、本発明の一実施形態に従った、トランスポンダー４０の詳細及びコンソール３４のドライバー及び処理回路の詳細をそれぞれ示す図２及び図３を参照する。図２に示されているように、トランスポンダー４０は、信号処理チップモジュール４４に結合された電力コイル４２及び少なくとも１つの検出コイル４６を含む。信号処理チップモジュール４４は通常、論理演算装置（ＡＬＵ）４８と、通常は約１μＦの静電容量をもつコンデンサ４５などの電力蓄積装置を含む。別法では、電力蓄積装置は、当分野で周知のバッテリーや他の電力蓄積手段を含む。電力コイル４２は通常、約１ＭＨｚを越える範囲の高周波信号を送受信し、例えば受信が約１３ＭＨｚ、送信が約４３３ＭＨｚとすることができる。一方、検出コイル４６は通常、電磁界生成コイル２８が電磁界を生成する周波数である１ｋＨｚ〜３ｋＨｚの範囲で動作するようにデザインされている。別法では、適用例によって他の周波数範囲を用いることもできる。トランスポンダー４０は通常、全体の長さが２ｍｍ〜５ｍｍ、外径が２ｍｍ〜３ｍｍで、カテーテル３０の内側に便利に適合する。
【００６１】
図３に示されているように、コンソール３４は、高周波電力ドライバー５０を含む。高周波電力ドライバー５０は、アンテナ５４を駆動して、例えば約１３ＭＨｚである通常はＭＨｚ範囲の電力信号を放射させる。ハードウエアまたはソフトウエアで実現できるオプションのスイッチ５１が、電力信号が放射される間、電力ドライバー５０をアンテナ５４に結合する。電力信号により、トランスポンダー４０の電力コイル４２に電流が流れ、この電流が信号処理チップモジュール４４によって整流され、コンデンサ４５が充電される。必ずではないが通常は、コンソール３４は、高周波電力ドライバー５０及びドライバー回路３２を同期するクロック同期回路５２を含む。上記したように、ドライバー回路３２が電磁界生成コイル２８を駆動して電磁界を生成する。この電磁界により、トランスポンダー４０の検出コイル４６の前後で時間変動電圧降下が起こる。この電圧降下は、発生コイルを流れる駆動電流と同じ周波数の周波数成分を有する。この周波数成分は、検出コイルの軸と平行に生成コイルによって生成されたそれぞれの電磁界の周波数成分の強度に比例する。従って、電圧降下は、固定された生成コイル２８に対するコイル４６の位置及び向きを示す。
【００６２】
処理チップモジュール４４は、異なった電磁界周波数の検出コイル４６の前後の電圧降下を測定し、ＡＬＵ４８で電圧降下の位相及び振幅の値をデジタル符号化する。ある適用例では、各周波数の測定した位相及び振幅を、例えば１６ビットが位相を表わし１６ビットが振幅を表わす３２ビット値に符号化する。デジタル信号に位相情報を含めることにより、検出コイル軸の１８０度反転で信号に生じ得るアンビギュイティを明確にすることができる。位相及び振幅の符号化デジタル値は通常、コンデンサ４５によって供給される電力を用いて処理チップモジュール４４のメモリ４９に保存される。図４を用いて後述するように、保存されたデジタル値が後に、デジタル高周波信号を用いてトランスポンダー４０からコンソール３４に送信される。ある適用例では、処理チップモジュール４４は、電圧降下の位相値ではなく振幅値のみをデジタル符号化して送信する。
【００６３】
デジタル変調高周波信号は、ハードウエアまたはソフトウエアで実現されるスイッチ５１によってアンテナ５４に結合された受信機５６が受信する。図３に、受信機５６とアンテナ５４を結合している状態のスイッチ５１が示されている。受信機は、信号を復調してコンソール３４の信号処理回路５８に適した入力を生成する。デジタル信号を信号処理回路５８が受信し、これを用いてカテーテル３０の位置及び向きを算出する。回路５８は通常、好適な入力回路を備え受信機５６からの信号を処理するようにプログラムされた汎用コンピュータを含む。回路５８によって導出した情報を用いて、例えば地図３８を作成したり、操作者２２に他の診断情報やガイダンスを提供することができる。
【００６４】
一実施形態では、コンソール３４は、スイッチ５１に加えて或いはその代わりに、オプションの２つの帯域通過フィルター５５及びフィルター５７を含む。帯域通過フィルター５５は、高周波電力ドライバー５０をアンテナ５４に結合して、例えば１３ＭＨｚ周辺の狭帯域のエネルギーがアンテナに送られるようにすることができる。帯域通過フィルター５７は、受信機５６をアンテナ５４に結合して、例えば、４３３ＭＨｚ周辺の狭帯域のエネルギーがアンテナから受信機に送られるようにすることができる。従って、スイッチ５１がＴ接合器に替わった実施形態であっても、高周波電力ドライバー５０によって生成された高周波電力が実質的に全てアンテナ５４に流れ、受信機５６の回路には実質的に流れない。
【００６５】
電磁界生成コイル２８と図２に示されている１つの検出コイル４６は、処理回路５８が３次元の位置と２次元の向きの情報を生成するのに十分である。必要に応じて向きの第３の次元（通常は、カテーテル３０の長軸を中心とする回転）をカテーテルについての機械的情報から推論することができる。カテーテルに２つ以上のトランスポンダーを用いている場合は、それぞれの座標を比較して向きの第３の次元を求めることができる。別法では、トランスポンダー４０は、例えば特許文献４に開示されているように、通常は互いに直交する３つのコイルである複数の検出コイルを含むことができる。この場合、処理回路は、カテーテル３０の６つ全ての位置及び向きの座標を明確に決定することができる。
【００６６】
ここで、本発明の一実施形態に従った、システム２０を用いてデジタル信号を送信する方法を模式的に例示するフローチャートである図４を参照されたい。図４に示されている特定のシーケンスは、例示目的であって本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の範囲は、本明細書の開示を読んだ当業者に明らかな他のプロトコルも含むことを理解されたい。第１のトランスポンダー電力供給ステップ４１０で、高周波電力ドライバー５０が、通常は約５ミリ秒の間、高周波電力信号を生成し、この信号により電力コイル４２に電流が流れ、コンデンサ４５が充電される。続いて、位置信号生成ステップ４１５で、ドライバー回路３２が電磁界生成コイル２８を駆動して、通常は約２０ミリ秒の間、電磁界が生成される。この電磁界が、トランスポンダー４０の検出コイル４６の前後の電圧降下を誘導し、電圧検出ステップ４２０で、この電圧降下を信号処理チップモジュール４４が測定する。デジタル変換ステップ４３０で、コンデンサ４５に蓄積れた電力を用いて、ＡＬＵ４８が検出した電圧の振幅及び位相をデジタル値に変換し、この値をメモリ４９に保存する。
【００６７】
この段階でコンデンサ４５が相当放電されている場合は、第２のトランスポンダー電力供給ステップ４４０で、高周波電力ドライバー５０が再び、通常は約５ミリ秒の間、高周波電力信号を生成してコンデンサ４５を再充電する。デジタル信号送信ステップ４５０で、この蓄積したエネルギーを用いて、信号処理チップモジュール４４が、保存したデジタル値に基づいてデジタル変調信号を生成し、この信号を高周波変調して電力コイル４２で送信する。別法では、例えば低周波数が用いられている場合は、検出コイル４６を用いてこの信号を送信する。この送信には通常、約３ミリ秒以上必要である。この目的のためにデジタル符号化及び変調のあらゆる好適な方法を用いることができ、本明細書の開示を読んだ当業者には明らかであろう。受信及び復調ステップ４５４で、受信機５６がデジタル変調信号を受信して復調する。位置計算ステップ４５８で、処理回路５８が、復調した信号を用いてトランスポンダー４０の位置及び向きを計算する。
【００６８】
次いでチェックステップ４６０で、プログラムチェックを実施してトランスポンダー４０の別の動作サイクルが実施されているか否かを決定する。別のサイクルが実施されていない場合はこの方法を終了する。別の動作サイクルが実施されている場合は、ステップ４１０からステップ４６０が繰り返される。通常は、トランスポンダー４０を使用している間は、ステップ４１０からステップ４６０を連続的に繰り返し、リアルタイムで位置及び向きの座標を決定できる。
【００６９】
図５は、本発明の一実施形態に従った、整形外科処置における位置トランスポンダーの使用を示す模式的な絵画図である。トランスポンダー４０などの無線トランスポンダーを無線電力源と共に用いる場合、トランスポンダーを移植装置に挿入する或いは移植装置に取り付けて、患者の体内に留置して後に基準として用いることができる。図５に示されている実施形態は、外科医が人工大腿骨６０の骨頭を人工寛骨臼６２の中に位置合わせする必要がある股関節インプラント外科手術を例示している。通常は、この処置を実施する前に、外科医はＸ線撮影またはＣＴスキャンして手術部位を視覚化するが、リアルタイムの３次元視覚化の利点を利用しないで実際の外科手術を実施する。
【００７０】
図５に示されている実施形態では、小型トランスポンダー６４が大腿骨６０に埋め込まれ、別の小型トランスポンダー６６が寛骨臼６２の領域の骨盤に埋め込まれている。トランスポンダー６４及びトランスポンダー６６は通常、図２に示されているトランスポンダー６６に類似のものである。一般に、各トランスポンダーは、異なった搬送周波数で信号をアンテナ５４に返送するように構成されているため、受信機５６が各トランスポンダーを区別することができる。外科手術の最初に、寛骨臼に近接した大腿骨骨頭のＸ線撮影をする。この画像がコンピュータに取り込まれ、そのモニターに表示される。トランスポンダー６４及び６６はＸ線画像で見ることができ、この画像における各トランスポンダーの位置を、処理回路５８で決定されるそれぞれの位置座標に記録する。外科手術の間、トランスポンダーの動きを回路５８で追跡し、当分野で周知の画像処理技術を用いて、この動きからモニター上の画像における大腿骨と寛骨臼の相対位置を更新する。外科医は更新された画像を利用して、手術中に繰り返しＸ線曝露することなく、大腿骨骨頭を寛骨臼内に適切に配置することができる。
【００７１】
外科手術が終了したら、トランスポンダー６４とトランスポンダー６６（インプラントに保持された）の相対位置を通常は定期的にチェックして骨間の適切な関係が維持されているかを確認する。このような位置の観察は、回復中の監視と長期に亘るインプラントの状態の監視の両方に有用である。例えば、このような観察を利用して、場合によっては重度の骨の悪化の前兆とされる大腿骨の寛骨臼からの離隔を検出することができる。
【００７２】
ここに開示する技術により、検出コイルと外部処理ユニットを配線で接続しなくても、体内の物体の位置及び向きを決定することができる。電力送信とデジタル信号送信が同時に行われないため、ここに開示する技術では、通常は電力送信信号と位置信号との干渉が発生しない。干渉が発生しないことで、良好なＳＮ比が得られる。加えて、わずかなデジタル情報量で検出コイル前後に生じる電圧を示すことができる。このため、トランスポンダーは低電力でこのデジタル情報を送信でき、コンデンサなどの迅速に十分に充電できる小さな電力蓄積装置を使用することができる。更に、情報がデジタル送信されるため位置座標が通常は高精度であり、アナログ信号送信に関連した干渉、歪み、または他の現象によるエラーが起こりにくい。
【００７３】
図１及び図５に、本発明の実施形態に従った無線位置センサの２つの適用例が示されているが、他の適用例も当業者には明らかであり、本発明の範囲内と見なされる。例えば、限定するものではないが、このようなトランスポンダーは、内視鏡や栄養チューブ、並びに膝、脊椎、及び他の部位に用いられる整形外科インプラントなどの他の移植装置などの他の種類の侵襲器具に取り付けることができる。
【００７４】
本発明の一実施形態では、トランスポンダー４０に類似した、デジタル信号の代わりにアナログ信号を出力する無線位置トランスポンダーを提供する。この実施形態にコンデンサ４５などの電力蓄積装置を用いて、電力コイル４２が受け取ったエネルギーを蓄積することができる。電力コイル４２がエネルギーを受け取ってから一定期間の間、トランスポンダーが蓄積されたエネルギーを用いて、振幅及び位相が検出コイル４６の位置及び向きを示すアナログ信号を送信することができる。通常は、上記した米国特許出願公開第２００３／０１２０１５０号に開示されている技術を、必要な変更を加えてこの実施形態に用いることができる。
【００７５】
従って、当業者であれば、本発明が特に上記した説明及び図面に限定されるものではないことを理解できよう。むしろ、本発明の範囲には、ここに開示した様々な特徴の組み合わせ及び部分的な組み合わせ、並びに前記説明から当業者が容易に相当する従来技術ではないこれらの変更例及び変形例が含まれる。
【００７６】
本発明の実施態様は以下の通りである。
（１）物体をトラッキングする方法であって、
前記物体に向かって電磁界生成高周波を放射するように高周波ドライバーを配置するステップと、
電力コイル及び少なくとも１つの検出コイルを含む無線トランスポンダーを前記物体に固定するステップと、
前記電力コイルを用いて前記電磁界生成高周波を受け取り、そこから得られる電気エネルギーを蓄積するステップと、
複数の電磁界発生器を駆動して、前記物体の近傍にそれぞれの周波数の電磁界を生成し、前記少なくとも１つの検出コイルの前後に電圧降下を誘導するステップと、
前記検出コイルの前後の電圧降下を示すデジタル出力信号を前記無線トランスポンダーで生成するステップであって、前記蓄積された電気エネルギーを用いて前記デジタル出力信号の生成の電力を供給する、前記ステップと、
前記電力コイルを用いて前記無線トランスポンダーから前記デジタル出力信号を送信するステップであって、前記蓄積された電気エネルギーを用いて前記デジタル出力信号の送信の電力を供給する、前記ステップと、
前記デジタル出力信号を受信及び処理して前記物体の座標を決定するステップとを含むことを特徴とする方法。
（２）前記複数の電磁界発生器を駆動する前記ステップが、前記複数の電磁界発生器を駆動してそれぞれ異なった周波数の電磁界を生成するステップを含み、前記少なくとも１つの検出コイルの前後の前記電圧降下が前記複数の電磁界発生器のそれぞれ異なった周波数の周波数成分を有することを特徴とする実施態様（１）に記載の方法。
（３）更に、前記物体と共に前記トランスポンダーを患者の体内に挿入するステップを含み、前記複数の電磁界発生器及び前記高周波ドライバーを配置するステップが、前記複数の電磁界発生器及び前記高周波ドライバーを前記患者の体外に配置するステップを含むことを特徴とする実施態様（１）に記載の方法。
（４）更に、医療処置中に前記物体と共に前記トランスポンダーを患者の体内に挿入するステップと、前記医療処置中に前記患者の体から前記トランスポンダーを除去するステップとを含むことを特徴とする実施態様（１）に記載の方法。
（５）前記物体が、患者の体内に挿入するために細長いプローブを含み、前記トランスポンダーを前記物体に固定する前記ステップが、前記トランスポンダーを前記プローブ内に固定するステップを含み、前記デジタル出力信号を受信及び処理する前記ステップが、前記体内の前記プローブの先端部の座標を決定するステップを含むことを特徴とする実施態様（１）に記載の方法。
【００７７】
（６）前記デジタル出力信号を生成する前記ステップが、前記トランスポンダーの動作が前記電力コイルによって前記電磁界生成高周波から得られる前記電気エネルギーのみによって行われるステップを含むことを特徴とする実施態様（１）に記載の方法。
（７）前記電磁界生成高周波を受け取る前記ステップが、（ａ）前記複数の電磁界発生器を駆動する前の第１の期間の間、及び（ｂ）前記第１の期間の後であって前記デジタル出力信号を送信する前の第２の期間の間に前記電磁界生成高周波を受け取るステップを含み、
前記電磁界生成高周波から得られる前記電気エネルギーを蓄積する前記ステップが、前記第１の期間中に第１の電気エネルギーを蓄積するステップと前記第２の期間中に第２の電気エネルギーを蓄積するステップを含み、
前記デジタル信号の生成の電力を供給する前記ステップが、蓄積された前記第１の電気エネルギーを用いて前記デジタル出力信号の生成の電力を供給するステップを含み、
前記デジタル出力信号の送信の電力を供給する前記ステップが、蓄積された前記第２の電気エネルギーを用いて前記デジタル出力信号の送信のための電力を供給するステップを含むことを特徴とする実施態様（１）に記載の方法。
（８）前記電磁界生成高周波を受け取る前記ステップが、前記複数の電磁界発生器を駆動する前の期間中に前記電磁界生成高周波を受け取るステップを含み、
前記電気エネルギーを蓄積する前記ステップが、前記期間中に前記電気エネルギーを蓄積するステップを含み、
前記デジタル出力信号の生成の電力を供給する前記ステップが、前記期間中に蓄積された前記電気エネルギーを用いて前記デジタル出力信号の生成のための電力を供給するステップを含み、
前記デジタル出力信号の送信の電力を供給する前記ステップが、前記期間中に蓄積された前記電気エネルギーを用いて前記デジタル出力信号の送信の電力を供給するステップを含むことを特徴とする実施態様（１）に記載の方法。
（９）前記デジタル出力信号を生成する前記ステップが、
前記電圧降下の信号成分を測定するステップと、
前記成分をデジタル値に変換するステップとを含むことを特徴とする実施態様（１）に記載の方法。
（１０）前記信号成分を測定する前記ステップが、振幅及び位相を測定するステップを含むことを特徴とする実施態様（９）に記載の方法。
【００７８】
（１１）前記物体が、患者の体内に挿入するためのインプラントを含み、
前記トランスポンダーを前記物体に固定する前記ステップが、前記トランスポンダーを前記インプラントに固定するステップを含み、
前記デジタル出力信号を受信及び処理する前記ステップが、前記体内の前記インプラントの座標を決定するステップを含むことを特徴とする実施態様（１）に記載の方法。
（１２）前記インプラントが、互いに関節運動する第１の関節部分と第２の関節部分を含む関節インプラントを含み、
前記トランスポンダーを固定する前記ステップが、複数のトランスポンダーを前記第１の関節部分及び前記第２の関節部分のそれぞれに固定するステップを含み、
前記インプラントの座標を決定する前記ステップが、前記トランスポンダーからのデジタル出力信号に応答して前記第１の関節部分と前記第２の関節部分との間の距離を決定するステップを含むことを特徴とする実施態様（１１）に記載の方法。
（１３）前記距離を決定する前記ステップが、手術中及び手術後の両方の期間で前記トランスポンダーを用いて前記距離を決定するステップを含むことを特徴とする実施態様（１２）に記載の方法。
（１４）物体をトラッキングする方法であって、
電磁界生成高周波を前記物体に向かって放射するステップと、
前記物体で前記電磁界生成高周波を受け取り、そこから得られる電気エネルギーを蓄積するステップと、
前記電気エネルギーを蓄積した後、前記物体の近傍でそれぞれの周波数の複数の電磁界を生成するステップと、
前記蓄積した電気エネルギーを用いて、前記物体における前記電磁界のそれぞれの強度を示すデジタル出力信号を生成するステップと、
前記物体から前記デジタル出力信号を送信するステップと、
前記デジタル出力信号を受信及び処理して前記物体の座標を決定するステップとを含むことを特徴とする方法。
（１５）前記デジタル出力信号を生成する前記ステップが、前記電磁界生成高周波から得られた蓄積された前記電気エネルギーのみを用いて前記デジタル出力信号生成するステップを含むことを特徴とする実施態様（１４）に記載の方法。
【００７９】
（１６）前記電磁界生成高周波を受け取る前記ステップが、（ａ）前記複数の電磁界を生成するステップの前の第１の期間の間、及び（ｂ）前記第１の期間の後であって前記デジタル出力信号を送信するステップの前の第２の期間の間に前記電磁界生成高周波を受け取るステップを含み、
前記電磁界生成高周波から得られた前記電気エネルギーを蓄積する前記ステップが、前記第１の期間中に第１の電気エネルギーを蓄積するステップと前記第２の期間中に第２の電気エネルギーを蓄積するステップを含み、
前記デジタル出力信号を生成する前記ステップが、蓄積された前記第１の電気エネルギーを用いて前記デジタル出力信号を生成するステップを含み、
前記デジタル出力信号を送信する前記ステップが、蓄積された前記第２の電気エネルギーを用いて前記デジタル出力信号を送信するステップを含むことを特徴とする実施態様（１４）に記載の方法。
（１７）前記電磁界生成高周波を受け取る前記ステップが、前記複数の電磁界を生成するステップの前の期間の間に前記電磁界生成高周波を受け取るステップを含み、
前記電気エネルギーを蓄積する前記ステップが、前記期間の間に前記電気エネルギーを蓄積するステップを含み、
前記デジタル出力信号を生成する前記ステップが、前記期間の間に蓄積された前記電気エネルギーを用いて前記デジタル出力信号を生成するステップを含み、
前記デジタル出力信号を送信する前記ステップが、前記期間の間に蓄積された前記電気エネルギーを用いて前記デジタル出力信号を送信するステップを含むことを特徴とする実施態様（１４）に記載の方法。
（１８）物体をトラッキングする方法であって、
電磁界生成高周波を前記物体に向かって放射するステップと、
前記物体で電磁界生成高周波を受け取り、そこから得られる電気エネルギーを蓄積するステップと、
前記電気エネルギーを蓄積した後、前記物体の近傍でそれぞれの周波数の複数の電磁界を生成するステップと、
蓄積された前記電気エネルギーを用いて、前記物体における前記電磁界のそれぞれの強度を示す出力信号を生成するステップと、
前記物体から前記出力信号を送信するステップと、
前記出力信号を受信及び処理して前記物体の座標を決定するステップとを含むことを特徴とする方法。
（１９）前記出力信号を生成するス前記テップがデジタル出力信号を生成するステップを含むことを特徴とする実施態様（１８）に記載の方法。
（２０）前記出力信号を生成する前記ステップがアナログ出力信号を生成するステップを含むことを特徴とする実施態様（１８）に記載の方法。
【００８０】
（２１）物体をトラッキングする装置であって、
（ａ）電磁界生成高周波を前記物体に向かって放射するように適合された高周波ドライバーと、
（ｂ）前記物体の近傍でそれぞれの周波数の電磁界を生成するように適合された複数の電磁界発生器と、
（ｃ）前記物体に固定された無線デジタルトランスポンダーであって、
前記電磁界生成高周波を受け取るように結合された電力コイルと、
前記電磁界生成高周波から得られる電気エネルギーを蓄積するように適合された電力蓄積装置と、
前記電磁界に応答して少なくとも１つの検出コイルの前後に電圧降下が誘導されるように結合された前記少なくとも１つの検出コイルと、
前記少なくとも１つの検出コイル及び前記電力蓄積装置に結合された制御回路であって、蓄積された前記電気エネルギーを用いて前記電圧降下を示すデジタル出力信号を生成するように適合され、蓄積された前記電気エネルギーを用いて前記電力コイルを駆動して前記デジタル出力信号を送信するように適合された、前記制御回路とを含む、前記トランスポンダーと、
（ｄ）前記電力コイルによって送信される前記デジタル出力信号を受け取り、これに応答して前記物体の座標を決定するように適合された信号受信機とを含むことを特徴とする装置。
（２２）前記電力蓄積装置が、第１の期間の間に前記電磁界生成高周波から得られる第１の電気エネルギーを蓄積するように適合されており、
前記制御回路が、蓄積された前記第１の電気エネルギーを用いて前記デジタル出力信号を生成するように適合されており、
前記電力蓄積装置が、前記第１の期間の後であって前記制御回路による前記デジタル出力信号の生成の後の第２の期間の間に前記電磁界生成高周波から得られる第２の電気エネルギーを蓄積するように適合されており、
前記制御回路が、蓄積された前記第２の電気エネルギーを用いて前記電力コイルを駆動して前記デジタル出力信号を送信するように適合されていることを特徴とする実施態様（２１）に記載の装置。
（２３）前記複数の電磁界発生器が、それぞれ異なる周波数の電磁界を生成するように適合されていることを特徴とする実施態様（２１）に記載の装置。
（２４）前記制御回路が、前記電力コイルによって前記制御回路に送られた前記電気エネルギーのみによって作動するように適合されていることを特徴とする実施態様（２１）に記載の装置。
（２５）前記少なくとも１つの検出コイルの前後の前記電圧降下が、前記複数の電磁界発生器の異なる周波数の周波数成分を有しており、前記制御回路によって生成される前記デジタル信号が前記電圧降下の前記周波数成分を示すことを特徴とする実施態様（２１）に記載の装置。
【００８１】
（２６）前記制御回路が、前記電圧降下の振幅及び位相を示す前記デジタル出力信号を生成するように適合されており、前記信号受信機が、前記デジタル出力信号によって示される前記電圧降下の前記振幅及び前記位相に応答して前記物体の座標及び向きを決定するように適合されていることを特徴とする実施態様（２１）に記載の装置。
（２７）前記電力蓄積装置がコンデンサを含むことを特徴とする実施態様（２１）に記載の装置。
（２８）前記コンデンサが約５μＦ〜２０μＦの静電容量を有することを特徴とする実施態様（２７）に記載の装置。
（２９）前記物体がインプラントを含み、前記トランスポンダーが、前記信号受信機が体内の前記インプラントの座標を決定できるように前記インプラント内に固定されていることを特徴とする実施態様（２１）に記載の装置。
（３０）前記インプラントが、互いに関節運動する第１の関節部分と第２の関節部分を含む関節プラントを含み、
前記トランスポンダーが、前記第１の関節部分及び前記第２の関節部分のそれぞれに固定された複数のトランスポンダーを含み、
前記信号受信機が、前記トランスポンダーからの出力信号に応答して前記第１の関節部分と前記第２の関節部分との間の距離を決定するように適合されていることを特徴とする実施態様（２９）に記載の装置。
【００８２】
（３１）前記第１の関節部分が大腿骨骨頭を含み、前記第２の関節部分が寛骨臼を含むことを特徴とする実施態様（３０）に記載の装置。
（３２）患者の体内で作動する無線位置トランスポンダーであって、
前記トランスポンダーの近傍の前記体に加えられる１または複数の電磁界に応答して少なくとも１つの検出コイルの前後に電圧降下が誘導されるように結合された前記少なくとも１つの検出コイルと、
前記体内の前記トランスポンダーの座標を示すように前記少なくとも１つの検出コイルの前後の電圧降下を示すデジタル出力信号を生成するように、前記少なくとも１つの検出コイルに結合された論理演算装置（ＡＬＵ）と、
前記トランスポンダーの近傍の前記体に加えられる電磁界生成高周波を受け取り、前記電磁界生成高周波から得られる電気エネルギーを前記ＡＬＵに送るように結合され、更に、前記座標の決定に用いるために前記体の外部の処理回路によって受信されるように前記ＡＬＵによって生成された前記デジタル出力信号を送信するように結合された電力コイルとを含むことを特徴とする無線位置トランスポンダー。
（３３）更に、前記電力コイルによって送られる前記電気エネルギーを蓄積し、蓄積した前記電気エネルギーを前記ＡＬＵに送るように適合された電力蓄積装置を含み、前記ＡＬＵが、前記電力蓄積装置によって前記ＡＬＵに送られた前記電気エネルギーを用いて前記デジタル出力信号の生成及び前記電気デジタル出力信号の送信の電力を供給するように適合されていることを特徴とする実施態様（３２）に記載のトランスポンダー。
（３４）電力蓄積装置がコンデンサを含むことを特徴とする実施態様（３３）に記載のトランスポンダー。
（３５）前記ＡＬＵが、前記少なくとも１つの検出コイルの前後の電圧降下の振幅及び位相を示す前記デジタル出力信号を生成するように適合されていることを特徴とする実施態様（３２）に記載のトランスポンダー。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の一実施形態に従った、心臓にあるカテーテルの位置をトラッキングするためのシステムの模式的な絵画図である。
【図２】本発明の一実施形態に従ったカテーテルの無線位置トランスポンダーの詳細を示すカテーテルの模式的な側面図である。
【図３】本発明の一実施形態に従った、無線位置検出システムに用いるドライバー及び処理回路の要素を模式的に例示するブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態に従った、図１のシステムを用いてデジタル信号を送信する方法を模式的に例示するフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態に従った、関節インプラントに用いられた無線位置トランスポンダーを示す模式的な絵画図である。
【符号の説明】
【００８４】
２０    マッピングシステム
２２    使用者
２４    心臓
２６    患者
２８    電磁界生成コイル
３０    カテーテル
３２    ドライバー回路
３４    コンソール
３６    モニター
３８    地図
４０    無線位置トランスポンダー
４２    電力コイル
４４    信号処理チップモジュール
４５    コンデンサ
４６    検出コイル
４８    論理演算装置（ＡＬＵ）
４９    メモリ
５０    高周波電力ドライバー
５２    クロック同期回路
５４    アンテナ
５６    信号受信機／復調器
５８    信号処理回路
６０    人工大腿骨
６２    人工寛骨臼
６４、６６    小型トランスポンダー
【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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