(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の体腔内を通過するシステムであって：
撮像エレメントを有する撮像装置と、前記体腔内の画像データを生成するために前記撮像エレメントに接続された画像処理回路とを備える撮像サブシステムと；
マッピングサブシステムであって、１つ以上のマッピングエレメントを有するマッピング装置と、前記体腔内のマッピングデータデータを生成するために前記１つ以上のマッピングエレメントに接続されたマッピング処理回路とを備え、前記マッピング装置は、前記体腔内で移動するように構成されている、マッピングサブシステムと；
登録サブシステムであって、前記撮像装置上および前記マッピング装置上にそれぞれ配置された第１および第２の位置エレメントと、前記撮像エレメントおよび前記１つ以上のマッピングエレメントの配置データをそれぞれ取得するために前記第１および第２の位置エレメントに接続されている位置処理回路と、前記画像処理回路および前記マッピング処理回路に接続された登録処理回路であって、前記撮像エレメントおよび前記１つ以上のマッピングエレメントの配置データに基づいて、共通の座標システムで、前記画像データおよび前記マッピングデータをそれぞれ獲得し、そして登録する登録処理回路とを備え、前記画像データ上に前記マッピングデータを重畳する、登録サブシステムと；
を備える、システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、治療送出サブシステムを更に備え、前記治療送出サブシステムは、治療エレメントを有する治療装置と、前記体腔に治療を提供するために前記治療エレメントに接続された治療送出ソースとを備え、前記治療装置は、前記体腔内で移動するように構成されており、前記登録サブシステムは、前記治療装置上に配置された第３の位置エレメントを更に備え、前記位置処理回路は、前記治療エレメントの配置データを取得するために前記第３の位置エレメントに接続され、前記登録処理回路は、前記治療エレメントの前記配置データに基づいて、共通の座標システムで、前記治療エレメントを登録するように構成されている、システム。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載のシステムであって、前記第１および第２の位置エレメントがそれぞれ前記撮像エレメントと１つ以上の治療エレメントとの近傍に配置されている、システム。
【請求項４】
請求項１、２または３のいずれかに記載のシステムであって、前記登録処理回路、前記位置処理回路、前記画像処理回路、及び前記マッピング処理回路が、単一のプロセッサで実行される、システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のシステムであって、前記登録サブシステムに接続されているディスプレイを更に備える、システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のシステムであって、前記撮像エレメントが超音波トランスデューサを備える、システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のシステムであって、前記第１および第２の位置エレメントの各々が、直交する磁気センサアレイを備える、システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のシステムであって、前記登録サブシステムが、アンテナと、前記アンテナと前記位置処理回路との間に接続された磁界発生器と、前記磁界センサの３つの直交アレイと前記位置処理回路との間に接続された磁界検出器とを更に備える、システム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のシステムであって、前記第１および第２の位置エレメントの各々が超音波トランスデューサを備える、システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムであって、前記登録サブシステムが、前記１つ以上の超音波トランスデューサと前記位置処理回路との間に接続された第１の超音波トランシーバを備える、システム。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれかに記載のシステムであって、前記座標システムは、三次元座標システムである、システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシステムであって、前記登録処理回路は、前記画像データを用いて、前記体腔の三次元表現を再構成するように構成されている、システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のシステムであって、前記登録処理回路は、前記体腔の前記三次元表現上に前記マッピングデータを重畳するように構成されている、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の属する技術的分野
本発明は、一般的に、身体内に配置された医療器具の診断用あるいは治療用エレメントを案内し、位置決めするシステムに関する。
【０００２】
発明の背景
診断および治療手順を実行するために、身体内の内部領域または内部ボリュームへのアクセスを獲得するためにカテーテルや腹腔鏡などの挿入医療装置を使用することがよく知られている。この診断及び治療手順で、所望の身体組織位置に装置を接触させるためには、外科医もしくは技術者が、その装置に装填した様々な機能エレメントを含めて、身体内において装置を正確に位置決めできることが重要である。
【０００３】
この装置を正確に位置決めするためには、特定のボリュームの形状あるいは構成が決定され、そのボリューム内の治療用に特定された部位の位置とともに、公知の三次元座標システムに登録されることが望ましい。しかしながら、現在の技術では、少なくとも外科医にそのボリュームについて十分な理解を提供するのに十分な高解像度でその形状や構成と、ボリュームの動的な動きを決定して登録することはできない。現在の技術の多くは、ターゲットボリュームの画像を生成するのに蛍光透視法を用いている。これらの装置は、そのボリュームに関するより好ましい三次元情報ではなく、むしろ二次元情報を提供するのみである。この結果、医療装置を案内するボリュームの画像を得るために蛍光透視法を用いる外科医は、蛍光透視法で得られる二次元画像を補填するべく、部分的に自身の解剖学の一般的知識に頼らざるをえない。更に、これらの装置は外科医にボリュームの三次元視界を与えないばかりでなく、弁の開閉、心室隔膜の欠陥、心室隔膜欠陥閉鎖プラグ、その他、といったボリューム自体の中の起こりうる障害物や動きを見ることもできない。
【０００４】
いくつかの技術では、三次元画像を生成し、登録することが可能であるが、これらの装置は、心臓の撮像に経胸腔的あるいは経食道的な超音波検査を用いる場合、身体の外側から、あるいはターゲットボリューム自体の外側位置から操作するようにしているため、通常、ボリューム内部空間の解像度の高い画像を生成することができない。
【０００５】
発明の概要
本発明は、一般的に、目的のボリュームの三次元表示を再構築すること、当該表示をマッピングデータ付きであるいはマッピングデータなしで表示すること、および例えば治療装置などの装置を、前記表示、可能であればマッピングデータ、および治療装置のボリューム内における現在の位置を参照して案内することによって、身体内に位置する医療器具の診断または治療用エレメントを案内し、位置決めするシステムに関する。
【０００６】
ある実施例では、このシステムは、心室など、患者の体腔内での手順の実行を補助する。このシステムは、体腔の三次元画像データを生成し、体腔の選択的三次元マッピングデータを生成し、画像と、選択的マッピングデータを三次元座標システム内に登録し、この登録された画像データに基づいて体腔の三次元画像を表示し、前記登録されたマッピングデータに基づいて体腔の選択的三次元マップを表示する。前記三次元マップは三次元画像に重畳することもできる。三次元画像データは、体腔内から生成することができ、超音波で生成することもできる。特に、この三次元画像データは、複数の二次元データスライスを具える。様々な手順において、三次元画像データまたは三次元マッピングデータ、またはこれら双方は前記システムによって動的に表示される。この座標システム内の機能エレメントの動きを登録すること、およびこのエレメントを三次元画像と選択的マップに重畳してこの動きを表示することによって、機能エレメントが体腔内で移動する。治療エレメントはこの表示を参照して案内され、治療エレメントを用いて切除などによりターゲット部位が処置される。
【０００７】
画像データは様々な方法で登録することができる。例えば、三次元座標システム内の画像データソースの位置を決めて、この画像データを画像データソースが決定した位置に合致するように整列させることができる。あるいは、画像データ内の起点ポイントを作り、三次元座標システム内のこの起点ポイントの位置を決定して、起点ポイントがこの決定した位置に重なるように画像データを整列させることができる。あるいは、ポイントセットを作り、このポイントの三次元座標システム内の位置を決定して、画像データをこのポイントセットに最もよく一致させるようにすることができる。画像データの登録は、少なくとも部分的にユーザの介入で行うこともできる。
【０００８】
ある実施例では、心室などの体腔内のターゲット部位を治療するシステムが、撮像エレメントを具える撮像装置と、該撮像エレメントに接続された画像処理回路を有する撮像サブシステムと、マップ処理回路に接続された一又はそれ以上のマッピングエレメントを具えるマッピング装置を有するマッピングサブシステムと、治療送出ソースに接続された治療エレメントを具える治療装置を有する治療送出サブシステムと、画像およびマップ処理回路に接続した登録処理回路と、前記撮像装置、マッピング装置、および処置装置にそれぞれ設けた３つの位置エレメントと、前記位置エレメントと前記登録プロセッサとの間に接続した位置処理回路とを具える三次元座標登録サブシステムと、を具える。前記３つの位置エレメントは、それぞれ、撮像エレメント、マッピングエレメント、治療エレメントの近傍に配置することができる。登録処理回路と位置処理回路は、単一のプロセッサにまとめるようにしても良い。また、登録処理回路、位置処理回路、画像処理回路、マッピング処理回路も、単一のプロセッサとすることができる。
【０００９】
ある実施例では、前記位置エレメントは、３つの直交する磁気センサアレイを具える。ここで、前記登録サブシステムは、アンテナ、該アンテナと位置処理回路間に接続された磁界発生器、および前記位置センサと位置処理回路間に接続された磁界検出器を具える。別の実施例では、前記位置エレメントが超音波トランスデューサを具える。この実施例では、位置処理コンポネントが超音波トランスデューサと、この超音波トランスデューサと位置処理回路の間に接続された第1の超音波トランシーバと、超音波トランスデューサと位置処理回路の間に接続された第2の超音波トランシーバを具える。
【００１０】
ディスプレイは、登録サブシステムに接続することができる。撮像エレメントは超音波トランスデューサであってもよく、撮像装置は、撮像カテーテルであっても良い。一の実施例では、治療エレメントが切除電極であり、治療送出ソースが、切除エネルギィ源を具える。
【００１１】
ある実施例では、心室などの体腔内のターゲット部位を治療するシステムが、撮像エレメントを具える撮像カテーテルと該撮像エレメントに接続された画像処理回路とを有する撮像サブシステムと、前記画像処理回路に接続された登録処理回路と、前記画像カテーテル上の位置エレメントと、前記位置エレメントと前記登録処理回路との間に接続された位置処理回路とを具える三次元座標登録サブシステムと、を具える。このシステムはまた、マッピング処理回路に接続された一又はそれ以上のマッピングエレメントを具えるマッピング装置を有するマッピングサブシステムを含んでいる。登録処理回路は、このマッピング処理回路に接続されており、また、位置処理回路に接続されたマッピング装置上の別の位置エレメントを具える。撮像カテーテル上の位置エレメントは、撮像エレメントの近傍にあることが好ましい。
【００１２】
ある実施例では、位置エレメントは直交する磁気センサアレイを具え、登録サブシステムは、アンテナと、該アンテナと位置処理回路の間に接続された磁界発生器と、磁気センサと位置処理回路の間に接続された磁界検出器とを具える。別の実施例では、位置エレメントが超音波トランスデューサを具え、登録サブシステムが、一またはそれ以上の超音波トランスデューサと、この一又はそれ以上の超音波トランスデューサと位置処理回路の間に接続された第1の超音波トランシーバと、前記超音波トランスデューサと位置処理回路との間に接続された第2の超音波トランシーバを具える。
【００１３】
ある実施例では、撮像エレメントが超音波トランスデューサを具え、撮像カテーテルがプルバック装置に接続されている。ある実施例では、登録処理回路と位置処理回路が単一のプロセッサに一体化されている。ディスプレイが含まれており、これは登録サブシステムに接続されている。
【００１４】
更なる別の実施例では、心室などの体腔内のターゲット部位を治療するシステムが、体腔の画像データを生成するように構成されている撮像装置を具える撮像サブシステムと、体腔内で移動するように構成されているプローブと、画像データと三次元座標システム内のプローブの位置を登録するように構成された三次元座標登録サブシステムとを具える。このプローブは、例えば、治療エレメントを有する治療装置であってもよく、この場合、システムは更に治療装置と、治療エレメントに接続された治療送出ソースを具える治療送出サブシステムを具える。あるいは、このプローブはマッピングデータを生成するように構成されたマッピング装置であってもよく、この場合、システムは、マッピング装置を具えるマッピングサブシステムを具え、登録サブシステムが更に三次元座標システム内にマッピングデータを登録するように構成されている。システムは、更に登録サブシステムに接続されたディスプレイを具えていても良い。撮像装置は、様々な形を取ることができる。例えば、撮像装置は、例えばリアルタイム３Ｄ撮像カテーテルといった、内部撮像装置であってもよいし、例えばコンピュータ断層撮影装置や、磁気共鳴撮像装置などの、外部撮像装置であっても良い。登録サブシステムは、三次元座標システム内の画像データを、上述の登録ステップを用いることを含めて様々な方法で登録することができる。
【００１５】
実施例の詳細な説明
本発明は、ボリュームの三次元画像を生成し、その画像を三次元座標システムに登録し、ボリュームのマッピングデータを生成し、三次元座標システムに対する位置データを登録し、この位置データで同定されるターゲット部位へ治療装置を案内するシステムを提供する。このシステムは、特に、心臓内のボリュームを再構築およびマッピングし、心臓組織を切除するのに好適であるが、他のアプリケーションでの使用に適用することもできる。例えば、本発明の様々な実施例は、前立腺、脳、胆嚢、膀胱、子宮、食道、および身体の他の領域において切除または組織の処置に適用することができる。更に、本発明は、ターゲットとする組織領域に治療的薬剤を送出する薬剤治療のアプリケーションに使用することもできる。
【００１６】
治療システム１００の一実施例が図１に示されており、これは、一般的に、登録サブシステム１０２、撮像サブシステム１２０、マッピングサブシステム１４０、治療送出サブシステム１６０、メモリ１０４、およびディスプレイ１０６を具える。撮像サブシステム１２０は、遠位に配置した撮像エレメント１２４を伴う撮像装置１２２と、撮像エレメント１２４に接続された画像プロセッサ１２６を具える。図１に示す撮像サブシステム１２０の実施例は、プルバックアプローチを用いており、従って、更に駆動ユニット１２７を具える。以下に詳細に説明するように、画像処理サブシステム１２０は、撮像装置１２２で検出される対象ボリュームに関するデータを集め、画像プロセッサ１２６で処理し、このデータを登録サブシステム１０２、特に登録プロセッサ１１０に中継する。登録プロセッサ１１０は、撮像エレメント１２４に関連する位置プロセッサ１０８と位置エレメント１２８の補助により、撮像データを三次元座標システムに登録し、この登録した画像データをメモリ１０４に保存すると共に、この登録した画像データを再構築三次元画像としてディスプレイ１０６に表示する。
【００１７】
マッピングサブシステム１４０は遠位にマッピングエレメント１４４を配置したマッピング装置１４２と、このマッピングエレメント１４４に接続したマッププロセッサ１４６を具える。マッピングカテーテル１４２とマッピング装置１４２は交代させて使用することができるが、マッピング装置１４２はカテーテルに限定されない。マッピングサブシステム１４０はマッピングカテーテル１４２によって集められ、マッププロセッサ１４６によって処理されたデータを用いて、治療用に同定された特定ターゲット部位に対応する対象ボリューム内の位置データを集め、登録サブシステム１０２の登録プロセッサ１１０にこのマッピングデータを提供する。登録プロセッサ１１０は、マッピングエレメント１４４に関連する位置プロセッサ１０８と位置エレメント１４８の助けを借りて三次元座標システム内にマッピングデータを登録し、メモリ１０４内に登録したターゲット部位データを保存し、ついで、登録した画像データと共に登録したマッピングデータをディスプレイ１０６に表示する。
【００１８】
治療送出サブシステム１６０は遠位に配置した治療エレメント１６４を伴う治療装置１６２と、治療エレメント１６４に接続された治療送出ソース１６６とを具える。治療装置１６２は、図に示すように、展開可能で、切除カテーテルなどのような挿入可能な治療装置１６２であるが、治療装置１６２は、手術用装置、診断装置、測定器具、腹腔鏡プローブなどの他のカテーテルであってもよく、特定の挿入装置に限定されない。治療装置１６２が切除カテーテルである場合には、治療送出ソース１６６は切除電源である。この場合、治療エレメント１６４は切除電極である。登録プロセッサ１１０は、治療エレメント１６４に関連する位置プロセッサ１０８と位置エレメント１６８の助けを借りて三次元座標システム内の治療エレメント１６４の位置を登録し、登録した画像データとマッピングデータと共にこの治療エレメント１６４の位置をディスプレイ１０６に表示する。
【００１９】
ある実施例では、登録プロセッサ１１０と位置プロセッサ１０８が、単一のプロセッサとして一体的に構成されている。他の実施例では、登録プロセッサ１１０と、位置プロセッサ１０８と、撮像プロセッサ１２６と、マッププロセッサ１４６のすべてが、単一のプロセッサとして一体的に構成されている。
【００２０】
システム１００の様々なコンポネントについて以下に詳細に説明する。
【００２１】
１． 撮像サブシステム
システム１００の撮像サブシステム１２０は、対象ボリュームの表示、好ましくは三次元表示あるいは画像の生成に用いられる。本発明の撮像サブシステムの一実施例は、対象ボリュームの画像の生成に超音波を用いている。図２に示すように、本実施例の撮像サブシステム１２０は、身体内部から画像を収集するのに使用される撮像装置１２２を具える。図に示す実施例では、撮像装置１２２は心臓内の装置である。図２に示すように、撮像装置１２２は、一般的に、中空状外側シース２１と、中空状内側シャフト２３を具える入れ子式のカテーテルである。代替的に、外側シース２１は撮像カテーテル１２２の一部を形成しない独立型のエレメントであってもよい。回転可能な駆動ケーブル２２が、外側シース２１を挿通しており、その遠位端に装着された画像エレメント１２４を具える。ここでは撮像エレメント１２４は超音波トランスデューサである。本実施例の撮像サブシステムについて述べるに当たり、撮像エレメント１２４を超音波トランスデューサ１２４とすることもある。トランスデューサ１２４は好ましくは、例えばチタン酸バリウムまたは辰砂で形成された一又はそれ以上の圧電結晶発振器を具える。他のタイプの超音波水晶発振器も用いることができる。例えば、ポリビニリデンジフルオライドとビニリデンフロオライド−トリフルオロ−エチレン共重合体などの有機エレクトレットも超音波トランスデューサ１２４に使用することができる。直径が小さい、内側カテーテルシャフト２３が外側シース２１内を延在しており、駆動ユニット１２７に取り付けられている。駆動ケーブル２２が、内側シャフト２３内を延在しており、駆動ユニット１２７内のモータ駆動シャフト（図示せず）に連結されている。本発明に使用可能な具体的な撮像装置の構造は、米国特許第5,000,185号、第5,115,814号、第5,464,016号、第5,421,338号、第5,314,408号及び第4,951,677号に見出すことができる。
【００２２】
図２に示すように、撮像サブシステム１２０は、内側シャフト２３を長手方向に移動させる、従って、駆動ケーブル２２と関連する撮像エレメント１２４（特に、超音波トランスデューサ）を外側シース２１と相対的に移動させるための駆動ユニット１２７を用いたプルバックアプローチを行っている。駆動ユニット１２７も、超音波トランスデューサ１２４を回転させ（例えば、1秒間に３０回転または６０回転）、撮像装置１２２が対象ボリュームの二次元スライスを表す画像データを取り出せるようにする。具体的な駆動ユニットと、その使用方法は、米国特許第6,292,681号に開示されている。
【００２３】
画像プロセッサ１２６は、通常、プロセッサユニット１２５と、トランスミッタ１２１と、レシーバ１２３とを具える。プロセッサユニット１２５は、トランスミッタ１２１をアクティベートして、トランスミッタ１２１がトランスデューサ１２４を励磁する１０乃至１５０ボルトの範囲内で電圧パルスを発生するようにする。この電圧パルスにより、トランスデューサ１２４は対象ボリュームに超音波を当てる。上述したとおり、図に示す撮像サブシステム１２０はプルバック法を用いて操作される。従って、駆動ユニット１２７は、トランスデューサ１２４を回転させて、トランスデューサがボリューム内に超音波を照射している間に駆動ユニット１２７に向けて手元側にトランスデューサ１２４を引き戻す。この結果、撮像サブシステム１２０がこのボリュームの画像データの二次元スライスを収集することができる。好ましい実施例では、画像データの二次元スライスの収集はゲートで制御される。例えば、画像スライスの収集は心臓の動きまたは呼吸に関連する時間に行われ、各スライスは、心臓あるいは呼吸のサイクルにおけるほぼ同じ時点で収集される。二次元スライスは、最終的には、ボリュームの再構築三次元画像を形成するために集められる。別の実施例では、３０または６０スライスのスライスセットにして画像データのスライスを集める。この実施例では、各セットの対応するスライスは、ボリュームの再構築四次元画像（すなわち、例えば心臓の鼓動を示すべく時間を越えて動く動的三次元画像）を形成するために互いにマッチしている。例えば、各セットの第1のスライスをグループ分けして共に表示し、各セットの第2のスライスをグループ分けして共に表示し、次々とこれを行う。心臓などの解剖学的な構造を形成している組織、内部組織構造、および組織上のデポジットあるいは病変を含む組織は、トランスデューサ１２４で照射された超音波を散乱させる。この散乱した超音波はトランスデューサ１２４に戻る。トランスデューサ１２４は、この散乱した超音波を電気信号に変換して、この信号をレシーバ１２３に送る。レシーバ１２３は、この電気信号を増幅して、この増幅した信号を更にプロセッサユニット１２５に送る。
【００２４】
プロセッサユニット１２５は、例えば従来のレーダアルゴリズムなどの公知のアルゴリズムを用いてこの信号をデジタル的に処理する。プロセッサユニット１２５が使用することができる好適なアルゴリズムのひとつは、パルスの射出とリターンエコー間の経過時間（Δｔ）がトランスデューサから組織までの距離（ｄ）であるという直接的な関係に基づいており、この関係は、ｄ＝Δｔ/２ｖ、（ここでｖは、周辺媒体内における音速）。で表される。この信号を処理した後、プロセッサユニット１２５は、処理した信号、すなわち、画像データを登録サブシステム１０２の登録プロセッサ１１０に送信する。
【００２５】
上記プルバックアプローチの代替として、トランスデューサ１２４は、米国特許第4,697,595号、第4,706,681号及び第5,358,148号に示すフェーズドアレイ構造にあるような回転しない動作をすることができる。フェーズドアレイ構造では、各収集した画像は、プルバックアプローチを用いて収集した二次元スライスではなく、ボリュームのフル画像である。この場合、単に時間でフェーズドアレイ構造を操作することによって四次元画像を生成することができる。
【００２６】
位置エレメント１２８も、撮像装置１２２の遠位端、特にシャフト２３の遠位端に設置されており、引き戻されるときに超音波トランスデューサ１２４の軸方向の動きを追従するようにする。好ましくは、位置エレメント１２８は超音波トランスデューサ１２４の近傍に位置している。位置エレメント１２８は、対象ボリューム内の位置エレメントの方向を含む位置に関するデータを受信する位置プロセッサ１０８に接続されている。位置プロセッサ１０８は、この位置データを登録プロセッサ１１０に送信する。位置プロセッサ１０８の詳細は後述する。
【００２７】
２． マッピングサブシステム
マッピングサブシステム１４０は、対象ボリューム内の治療ターゲット部位を同定するのに使用される。例えば、マッピングサブシステム１４０は、心臓内の変行伝導路、すなわち、ターゲット部位の位置決めに用いられる。変行伝導路は、典型的には律動不整（dysrhythmias）と呼ばれる不規則パターンを構成する。ここでは、マッピングサブシステム１４０は、病巣（foci）と呼ばれ、この律動不整を治療するために治療送出サブシステム１６０を用いて除去されるこれらの経路に沿った領域を同定する。
【００２８】
図３は、このマッピングサブシステム１４０の一の好適な実施例を示す。マッピングサブシステム１４０は、マッピング装置２４２に接続されたマッププロセッサ１４６を有する。マッピング装置１４２は、遠位端と近位端を伴うカテーテル本体１４３を有する。近位端には、ハンドル（図示せず）が設けられており、マッププロセッサ１４６を伴うマッピング装置１４２に接続するためのコネクタ（図示せず）を有する。
【００２９】
マッピング装置１４２の遠位端は、マッピングエレメント１４４を搬送する構造１４５を具える。マッピングエレメント１４４は、好ましくは電極である。図３に示す実施例は、バスケット形状をした三次元マッピングエレメント搬送構造１４５を具える。しかしながら、構造１４５は、螺旋構造、あるいは直線構造など、マッピングエレメントを搬送するのに好適などのような構成を有していても良い。代替的に、構造１４５は、図３に示すような一のカテーテルでなく、複数のカテーテルを具えていても良い。多数カテーテルは、三次元マッピングに好ましいあらゆる構成に分布することができる。図に示すように、構造１４５は、ベース部材１５１と、エンドキャップ１５３を具える。一般的に、フレキシブルなスプライン１４１がベース部材１５１とエンドキャップ１５３との間の円周上にスペースを空けて延在し、空間１４９を規定している。このスプライン１４８は、好ましくはベース部材１５１とエンドキャップ１５３間に弾力的にバリを作った状態（resilient, pretensed condition）で接続されている。従って、スプライン１４１は、好ましくは、ニチノールメタルまたはシリコーンゴムなどの弾力性のある安定材料で構成される。一の実施例では、8本のスプライン１４１でバスケット構造１４５を形成している。特定のアプリケーションによっては、より多くの、あるいはより少ないスプライン１４１を用いることができる。更に、図に示す実施例では、各スプライン１４１が8つのマッピングエレメント１４４を担持するものとして示されている。より多いまたはより少ないマッピングエレメント１４４が各スプライン１４１に担持されていてもよい。
【００３０】
シース１４７は、マッピング装置１４２のカテーテル本体１４３に摺動可能に設けられている。シース１４７は、カテーテル本体１４３の外径より大きい内径を有する。シース１４７は、例えばポリウレタンなどの生体適合性のあるプラスチック材料で製造することができる。シース１４７は、遠位側に摺動可能であり、構造１４５を覆う。すなわち、構造１４５で捕捉して折り畳み、これによって、マッピング装置１４２のプロファイルをより小さくしている。シース１４７が構造１４５を覆うときに、マッピング装置１４２プロファイルがより小さいため対象ボリューム内への構造１４５の導入と設置が容易になる。所望であれば、シース１４７は手元側にスライドして、シース１４７が構造１４５上に位置していたときの圧縮力を除去する。この結果、構造１４５が開いて開放形状を取る。この形状は、図に示す実施例では、バスケット型である。以下に詳細に述べる撮像装置１２２と、治療装置１６２を含む他の装置も、シース１４７を用いて対象ボリューム内に挿入することができる。
【００３１】
マッピング装置１４２が、例えば心室内で展開すると、構造１４５は心臓内表面に対抗してマッピングエレメント１４４を保持する。構造１４５のスプライン１４１の弾性によって、接触している組織の形状に合致してスプライン１４１が曲がり、これによってマッピングエレメント１４４が体組織に直接に接触させる位置におかれる。マッピングエレメント１４４は、組織から治療のためのターゲット部位を同定するのに使用されるデータを検出する。図に示す実施例では、マッピングエレメント１４４は心筋細胞の電位を記録する。記録された電位に対応する信号がマッププロセッサ１４６に送られる。
【００３２】
次に、マッププロセッサ１４６は、公知のアルゴリズムを用いて活性化回数、分布、及びマッピングエレメント１４４で記録された電位の波形を取り出して、あらゆる異常な電位を決定する。マッププロセッサ１４６が異常電位を同定した後、マッププロセッサ１４６はどの特定のマッピングエレメント１４４が特別な異常電位を記録したのかを同定する。異常電位はターゲット部位に対応し、その電位を記録したマッピングエレメント１４４はターゲット部位に最も近いマッピングエレメント１４４である。従って、マッププロセッサ１４６は、異常電位を同定し、その電位を記録したマッピングエレメント１４４を同定し、そのマッピングエレメント１４４を参照して対象ボリューム内のターゲット部位を同定することによって、ターゲット部位を同定する。マッププロセッサ１４６は、この局在化したマッピングデータを登録サブシステム１０２の登録プロセッサ１１０に送信する。マッピングサブシステム１４０の展開と構造に関する詳細については、米国特許第5,636,634号および第6,233,491号に述べられている。また、治療ターゲット部位を特定するために異常電位を決定するシステムの詳細は、米国特許第6,101,409号、第5,833,621号、第5,485,849号及び第5,494,042号に述べられている。
【００３３】
更に、位置エレメント１４８が構造１４５上に配設されており、各位置エレメント１４８は、マッピングエレメント１４４に非常に近接しているか、あるいは近傍にある。位置エレメント１４８は、対象ボリューム内の各位置エレメント１４８の方向を含む位置に関するデータを受信する位置プロセッサ１０８に接続されている。代替として、マッピング装置１４２上に位置エレメント１４８を装着せずに、位置エレメント１４８を移動プローブ上に配置することができる。この場合、マッピングエレメント１４４の位置は、移動プローブ上の位置エレメント１４８と一又はそれ以上のマッピングエレメント１４４間の近接を決定することによって決めることができる。マッピングエレメントを位置決めして登録するための位置エレメントを装着したロービングプローグの使用についての詳細は、米国特許出願第10／147,179号に開示されている。
【００３４】
位置プロセッサ１０８は、登録プロセッサ１１０へ位置データを送信する。位置プロセッサ１０８の詳細について後述する。
【００３５】
３． 治療送出サブシステム
治療送出サブシステム１６０は、マッピングサブシステム１４０によって同定されたターゲット部位を治療するのに用いられる。図４ａおよび４ｂに示すように、治療送出サブシステム１６０の好ましい実施例は、治療送出ソース１６６に接続された切除カテーテルである治療装置１６２を有する。特に、治療送出ソース１６６は、治療装置１６２の遠位端上に配置された治療エレメント１６４に接続されている。治療送出ソース１６６は、切除電源１６３を具える切除電力発生器であり、治療エレメント１６４は切除エレメントである。一の好ましい実施例では、治療装置１６２は、米国特許第6,233,491号に記載されているような操縦可能なカテーテルである。従って、図４ｂに示す治療装置１６２は、ハンドル７３上に装着された操作コンポネント７１を有する。ケーブル７５は、ハンドル７３の手元側端部を治療送出ソース１６６に接続している。
【００３６】
また、治療装置１６２は、治療エレメント１６４の近くに配置した温度センサ１６７を有することが好ましい。切除エネルギィが用いられるときに、温度センサ１６７がターゲット部位の温度データを収集して治療送出ソース１６６に送信することによって、ターゲット部位への切除エネルギィの送出を容易にする。温度ゲージ６８は、温度データを表示する。代替的に登録サブシステム１０２がターゲット部位をとり囲む組織の温度をディスプレイ１０６に表示してユーザに知らせるようにしても良い。
【００３７】
切除電源１６３によって送出される切除エネルギィは、マッピングサブシステム１４０を用いて同定されたターゲット部位を、このターゲット部位を熱することによって切除するのに使用される。切除電源１６３は、好ましくは無線周波数発生器である。マイクロ波発生器、超音波発生器、クリオアブレーション（cryoablation）発生器、およびレーザあるいは他の光学的ジェネレータを含め、どのような好適な切除電源１６３を用いても良い。図に示す実施例では、治療送出ソース１６６は、無線周波数エネルギィを制御して治療エレメント１６４に送出している。この結果、治療送出ソース１６６は、切除電源１６３によって治療エレメント１６４に送出される切除エネルギィ量を制御する制御回路と、温度センサ１６７からの温度検出データの制御回路１６１への入力を容易にする温度回路とを具える。ユーザは電源制御入力６５を用いて治療送出ソース１６６によって送出するべき所望の切除エネルギィをセットする。切除エネルギィ送出の間に経過した時間を追跡するためにクロック１６５が設けられており、カウンタ６９を設けてこの経過時間を表示する。タイマ入力６６はクロック１６５に接続されており、ユーザは所望のエネルギィの送出時間を入力することができる。治療送出ソース１６６によって送出される実際の切除エネルギィは、電力計６１によって報告される。また、制御回路１６１に接続されたインピーダンス計６４が治療エレメント１６４と組織間の接触を測定する。切除電源制御ボタン６２によって、ユーザはソース１６６をパワー「オン」あるいは「オフ」方向にすることができる。好適な治療送出ソースの使用および構造についての更なる詳細は、米国特許第5,383,874号に開示されている。
【００３８】
位置エレメント１６８が治療装置１６２の遠位端に、好ましくは治療エレメント１６４に非常に近接して、あるいは治療エレメント近傍に設けられている。また、位置エレメント１６８は治療エレメント１６４に一体的に設けられていても良く、これによって位置エレメント１６９を物理的に分ける必要がなくなる。位置エレメント１６８は位置プロセッサ１０８に接続されており、対象ボリューム内の位置エレメント１６８の方向を含む位置に関するデータを位置プロセッサ１０８に提供する。位置プロセッサ１０８は、この位置データを登録プロセッサ１１０に送る。位置プロセッサ１０８の詳細については後述する。
【００３９】
４． 登録サブシステム
システム１００の登録サブシステム１０２は、位置プロセッサ１０８と、登録プロセッサ１１０と、位置エレメント１２８、１４８及び１６８を具える。位置プロセッサ１０８は好ましくは、登録サブシステム１０２と一体化されているが登録サブシステム１０２に接続した独立型のサブシステムであっても良い。いずれの場合も、位置プロセッサ１０８は登録サブシステム１０２の登録プロセッサ１１０に接続されている。位置エレメント１２８、１４８、および１６８は、ワイヤを介して位置プロセッサに電気的に接続することができる。代替的に、例えば電磁トランスデューサあるいは磁気共鳴トランスデューサ、電子エミッタ、遠赤外線または近遠赤外線エミッタなどのワイヤレス位置センサを位置エレメント１２８、１４８、または１６８のいずれかに用いることができる。この場合、位置エレメント１２８、１４８または１６８と位置プロセッサ１０８間のリンクがワイヤレスリンクであってもよい。位置エレメント１２８、１４８、または１６８のいずれかについて、位置プロセッサ１０８は、超音波、磁界、あるいは光学的手段を用いて、位置エレメント１２８、１４８、あるいは１６８の三次元座標システムに対する位置を追跡することができ、これによって画像データ、マッピングデータあるいは治療エレメント１６４の位置をそれぞれの三次元座標システムへ登録することが可能となる。
【００４０】
位置プロセッサ１０８は、様々な方法で位置特定情報を処理し提供する。図５に示す実施例では、位置プロセッサ１０８が、超音波を用いて対象ボリュームの三次元座標システム内で位置エレメント１６８（１）の絶対位置を決定する。ここでは、位置エレメント１６８（１）は超音波トランスデューサである。限定されるものではないが、好適なトランスデューサは、フェーズドアレイトランスデューサ、機械トランスデューサ、圧電クリスタルを含む。位置エレメント１６８（１）の三次元座標システムに対する方向を含む絶対位置を表すために三角測定技術を用いる。位置エレメント１６８（１）は治療エレメント１６４に極めて近接して配置されているか、あるいは治療エレメント１６４内に組み込まれているので、治療エレメント１６４の方向を含む絶対位置も決定される。
【００４１】
位置エレメント１６８（１）の絶対位置を決定するために、位置エレメント１６８（１）から送信された音波の基準カテーテル２０４上に配置した基準トランスデューサに対する飛行時間を決定するようにしても良い。基準トランスデューサ２０２は、カテーテル上に配置されずに、例えば患者の胸部や、身体離れた固定ポイントなど、身体ないあるいは身体上の他の位置に代替的に配置されていても良い。更に、3つの基準トランスデューサ２０２が図５に示されているが、もっと少ない数、あるいはより多数の基準トランスデューサを用いることができる。
【００４２】
基準カテーテル２０４上に配置した基準トランスデューサ２０２を有する位置プロセッサ１０８の実施例では、基準カテーテル２０４は対象ボリューム外の位置に、あるいは身体外に配置するか、または対象ボリューム内に複数の基準点を提供するために対象ボリューム内に挿入するようにしても良い。図では、カテーテル２０４の遠位端に向けて配置されているが、基準トランスデューサ２０２は、基準カテーテル２０４の長さに沿っていずれの地点に配置しても良い。
【００４３】
位置エレメント１６８（１）は超音波トランシーバ２０６に接続して動作することが好ましい。基準カテーテル２０２は好ましくは、超音波トランシーバ２０８に接続されている。位置プロセッサ１０８は、超音波トランシーバ２０６と２０８の両方に接続されている。代替の実施例では、位置エレメント１６８（１）と基準トランスデューサ２０２は、単一の超音波トランシーバに接続されていても良く、これによって、2台の超音波トランシーバを設ける必要がなくなる。別の実施例では、位置プロセッサ１０８が超音波トランシーバと一体化されていても良く、これによって、トランシーバ２０６、２０８を分ける必要がなくなる。
【００４４】
図５を参照すると、位置プロセッサ１０８は好ましくは、トランシーバ２０６と２０８を制御して、位置エレメント１６８（１）と基準トランスデューサ２０２を振動させて超音波を生成する制御回路を具える。例えば、トランシーバ２０６、２０８は、位置エレメント１６８（１）とトランスデューサ２０２に送られ、これらから受信される超音波信号を送信し受信する。
【００４５】
位置エレメント１６８（１）とトランスデューサ２０２によって送信される超音波信号は、患者の身体を通過する。ついで、位置エレメント１６８（１）で生成された信号の一部が身体構造で反射して戻り、位置エレメント１６８（１）にあたる、すなわち、位置エレメントで受信される。しかしながら、位置エレメント１６８（１）はこの時点では受信モードにないため、これらの信号は処理されない。しかしトランスデューサ２０２は受信モードにある。受信モードにあるときは、位置エレメント１６８（１）もトランスデューサ２０２で発生した超音波信号を受信する。位置エレメント１６８（１）は、トランスデューサ２０２から受信した超音波信号に対応する電気信号を発生し、超音波トランシーバ２０６を介して位置プロセッサ１０８に電気信号を返信する。このようにして、トランスデューサ２０２は位置エレメント１６８（１）によって発生した信号を受信する。トランスデューサ２０２も、受信された信号を表す電気信号を発生し、トランシーバ２０８を介して位置プロセッサ１０８へこの電気信号を返信することができる。
【００４６】
位置プロセッサ１０８は、位置エレメント１６８（１）の位置と方向を三角測量するために、位置エレメント１６８（１）と基準トランスデューサ２０２によって受信された超音波信号に対応する電気信号を解析する。位置プロセッサ１０８は、基準トランスデューサ２０２が位置エレメント１６８（１）と共に身体内に配置されている場合は、計算を行うときに血液プール内の音速を補償する公知のアルゴリズムを用いることが好ましい。これらの計算を用いて、位置センサ１０８は三角測量法を実行し、基準トランスデューサ２０２によって提供される三次元座標システムに対する位置エレメント１６８（１）の正確な三次元位置と方向、すなわち絶対位置を決定する。患者の身体内で位置エレメント１６８（１）のリアルタイムでの追跡を可能とするために、位置プロセッサ１０８は、継続ベースでこれらの計算を実行する。
【００４７】
超音波三角測量技術および正確な位置追跡サブシステムのインプリメンテーションに好適なシステムの更なる例は、米国特許第6,027,451号、及び第6,070,094号に開示されている。
【００４８】
別の実施例では、図６に示すように、磁界位置決定技術が位置プロセッサ１０８で位置エレメント１６８（２）の絶対位置を追跡するのに使用されている。ここでは、位置エレメント１６８（２）が磁気センサであっても良く、好ましくは、磁気センサアレイである。例えば、位置エレメント１６８（２）は３個または6個の磁気コイルセンサアレイであってもよく、各コイルセンサは、位置エレメント１６８（２）についてのｘ、ｙ、ｚ、ヨウ、ロールおよびピッチ座標の一つを提供するよう方向付けが行われる。更に、位置エレメント１６８（２）は、図６に示すように、治療エレメント１６８から離れていても良く、また、治療エレメント１６８を磁気センサと一体化して、位置エレメント１６８（２）を分離して別個のものとする必要がなくなるようにしても良い。基準磁気センサ２１２が、対象ボリューム内、身体上、あるいは身体外のある位置のいずれかに配置されている。対象ボリューム内に配置されている場合は、各基準センサ２１２は好ましくは、基準カテーテル２１４の遠位端上に配置される。
【００４９】
アンテナ２１５は、センサが受信した磁界を送信する。アンテナ２１５は、磁界発生器２１６に接続されている。磁界発生器２１６は、アンテナ２１５が位置エレメント１６８（２）と基準センサ２１２に送信する信号を発生する。磁界発生器２１６は、好ましくは発生器２１６の動作を制御する位置プロセッサ１０８に接続されている。
【００５０】
好ましい実施例では、アンテナ２１５は、３つの直交する磁界を送信する。この実施例では、位置エレメント１６８（２）はアンテナ２１５が送信した直交磁界を検出するように構成された複数のコイルを具える。アンテナ２１５が送信した直交磁界を検出した後、位置エレメント１６８（２）は、磁界強度検出器２１８に信号を送信する。磁界強度検出器２１８は、位置プロセッサ１０８に接続された別のユニットであっても良い。しかし、他の実施例では、磁界強度検出器２１８は、別のユニットではなく、位置プロセッサ１０８に一体化された部分としてインプリメントされていても良い。磁界強度検出器２１８は、位置エレメント１６８（２）から受信した信号を位置プロセッサ１０８に送る。
【００５１】
位置プロセッサ１０８は、アルゴリズムを用いてアンテナ２１５の中心と位置エレメント１６８（２）間の距離ベクトルを計算する。位置プロセッサ１０８は好ましくは、位置エレメント１６８（２）で受信した信号とアンテナ２１５によって送信された信号に基づいてこの計算を行う。このベクトルは、位置エレメント１６８（２）の座標及び方向を計算するために、ｘ、ｙおよびｚ成分、およびピッチ、ロールおよびヨウデータに分解される。位置プロセッサ１０８は好ましくは上述した計算を連続的にリアルタイムに行う。
【００５２】
更に、位置プロセッサ１０８は、位置エレメント１６８（２）のローカライゼーションに関する運動アーティファクトの影響を最小限にするために、複数の基準センサからの信号を分析することができる。図に示すように、基準センサ２１２は、身体内に挿入する、または身体外に配置する基準カテーテル２１４上に配置されている。代替として、センサ２１２を身体の外側表面に配置するか、または、身体全体から離れた固定位置に配置するようにしても良い。更に、図６は各々が一の基準センサ２１２を有する二つの基準カテーテル２１４を示しているが、2つの基準カテーテルより少ないあるいは多い基準カテーテルを用いて、位置エレメント１６８（２）のローカライゼーションを更に正確にする度合いを変えることができる。さらに、各基準カテーテル２１４は、位置エレメント１６８（２）のローカライゼーションを更に正確ににするために、あるいはカテーテル１６２の曲率を計算するのに十分なデータを提供するために一以上の基準センサを組み込むようにしても良い。例えば、3つの位置エレメント１６８（２）がカテーテル１６２に沿ったある地点に配置されている場合、このカテーテルの曲率に近い円をこれらの地点を通ってあてはめることができる。基準センサ２１２は好ましくは磁界強度検出器２１８に接続されて、受信した磁界に対応する信号を検出器２１８に送信する。検出器２１８は、上述の位置エレメント１６８（２）からの信号の中継とほとんど同様にして、これらの信号を位置プロセッサ１０８に送信するように構成されている。これらの計算は、好ましくは継続的かつリアルタイムで行われる。
【００５３】
位置プロセッサ１０８が位置エレメント１６８の位置を決定するのに磁気あるいは超音波を使用するかどうかにかかわらず、位置プロセッサ１０８は、位置エレメント１６８に関する配置データを登録サブシステム１０２の登録プロセッサ１１０に提供する。この登録プロセッサ１１０は、位置エレメント１６８の位置データに基づいて治療エレメント１６４の位置を計算し、この位置データを三次元座標システムに登録し、この治療エレメント１６４の位置データをメモリ１０４に保存する。このようにして治療エレメント１６４に関する配置データを計算することは、位置エレメント１６８が、治療エレメント１６４に非常に近接して、あるいは治療エレメント１６４内に組み込まれているため、可能である。代替的に、治療エレメント１６４の配置データは、位置エレメント１６８の位置と、位置エレメント１６８と治療エレメント１６４間の距離に基づいて計算することができる。登録サブシステム１０２は、治療エレメント１６４の位置をディスプレイ１０６に出力するように構成されている。
位置エレメント１２８と１４８の登録サブシステム１０２へのインプリメンテーションと、撮像エレメント１２４とマッピングエレメント１４４をそれぞれ配置する方法は、登録サブシステム１０２への位置エレメント１６８のインプリメンテーションと、上述した治療エレメント１６４を配置する方法と同じであり、従って、簡潔にするために詳細な説明は行わない。
【００５４】
５． システムの全体的操作
システム１００の一操作方法を説明する。図７ａを参照すると、超音波トランスデューサ１２４を有する撮像装置１２２が公知の技術を用いて対象ボリュームＳＶ内に導入されている。例えば、あるプロセスでは、トランセプタルな展開が用いられている。左心室におけるトランセプタル展開を用いたある処理では、例えば、シース１４７がまず右心室に誘導される。中隔に開口が設けられ、シース１４７を左心室に進める。撮像装置１２２は、シース１４７を介して左心室に送られる。この開口は可能な限り小さいことが好ましいが、シース１４７を介しての撮像装置１２２の通路を確保するのに十分な大きさが必要である。
【００５５】
ユーザは、ボリュームＳＶ内にその遠位端が対象ボリュームＳＶを規定している遠位壁に触れるまで撮像装置１２２を導入する。ユーザは、撮像装置を操作して対象ボリュームＳＶに関する画像データを集める。上述したとおり、プルバックアプローチをインプリメントしている撮像サブシステム１２０の実施例では、対象ボリュームＳＶの複数二次元画像スライスを集める。プルバックは、直線あるいは曲線軌道に沿って行われる。この軌道が曲線である場合は、曲率を決定するために、撮像装置１２２上に3つ以上の位置エレメントを配置することが好ましい。更に、画像スライスは、心臓のサイクルにおける同じポイントなどの、同じ相対時間に集めることが好ましい。四次元画像を形成するためには、画像スライスセットを集める。画像スライスセットは、1秒間に３０フレームの撮像レートでは３０の画像セット、1秒間に６０フレームの撮像レートでは６０の画像セットである。撮像サブシステム１２０は、登録サブシステム１０２の登録プロセッサ１１０へ画像データを提供する。
【００５６】
図７ａに示すように、位置プロセッサ１０８は、超音波を用いて撮像装置１２２の位置エレメント１２８（この場合は超音波位置エレメントである）の位置を追跡し、基準トランスデューサ２０２は、位置プロセッサ１０８の基準点を提供するのに使用される。ユーザは、位置トランスデューサ２０２を対象ボリュームＳＶ内、および身体外に配置する。図７ｂに示すように、位置プロセッサ１０８（この場合は、磁気位置エレメント）によって位置エレメント１２８を追跡するのに磁界が用いられ、ユーザは身体の外側の同じ位置にアンテナ２１５を配置して基準信号を提供する。ユーザは基準センサ２１２を対象ボリュームＳＶ内に導入するか、または、身体外に基準センサ２１２を配置するかして、位置エレメント１２８のローカライゼーションをより正確なものにする。いずれかのプロセスにおいても、基準トランスデューサ２０２あるいは、基準センサ２１２とアンテナ２１５は、位置エレメント１４８と１６８を更に配置できるように、そのプロセスの別の処理ステップ用に適所に配置することが好ましい。
【００５７】
位置エレメント１２８の撮像装置１２２上の位置を位置プロセッサ１０８から受信した後、登録プロセッサ１１０は、画像データを三次元座標システムに登録し、登録した画像データをメモリ１０４に保存し、その画像データを対象ボリュームＳＶの再構築した三次元あるいは四次元表示としてディスプレイ１０６に表示する。例えば、一プロセスにおいて、以下のステップの間、撮像装置１２２はボリュームＳＶ内に残り、対象ボリュームＳＶに関する更新画像データを継続的に撮像サブシステム１２０に提供する。この撮像サブシステム１２０は、登録サブシステム１０２の登録プロセッサ１１０にこのデータを中継する。登録サブシステム１０２は、更新画像データが提供されたときに、対象ボリュームＳＶの再構築画像を更新する。登録サブシステム１０２は、この再構築表示を四次元で表わす、すなわち、画像が動的に表される。心臓の、例えば、弁と脈管の開閉、心房中隔欠損、および心房中隔欠損閉鎖プラグなどの動きの動的な四次元画像が動画形式でユーザに表示される。
【００５８】
別の実施例では、次のステップに先立って撮像装置１２２がボリュームＳＶから取り外される。次のステップは、以前に取得し、登録した三次元あるいは四次元画像を基準として行われる。
別の好適な実施例では、撮像装置１２２が、光学カメラや、三次元リアルタイム超音波カテーテルなどのリアルタイムの三次元撮像装置である。このような実施例は、ボリュームＳＶの三次元レンダリングをリアルタイムですでに提供しているので、必ずしもプルバックステップは必要でない。ボリュームＳＶの延長部分の撮像が必要な場合に、リアルタイム撮像装置のプルバックが必要となる。上述の実施例では、一又はそれ以上の位置エレメント１２８を撮像装置上に配置することができる。
【００５９】
対象ボリュームＳＶに関する画像データを収集し処理するのに加えて、システム１００は、対象ボリュームＳＶ内のあらゆる治療対象部位を表示するマッピングデータを獲得し処理するのに使用される。図８ａおよび８ｂを参照すると、マッピング装置１４２が、対象ボリュームＳＶ内に導入されている。特に、マッピング装置１４２は、シース１４７内、従って、撮像装置１２２がもともと挿入されていた開口内に挿入される。
【００６０】
マッピング装置１４２は、対象ボリュームＳＶ内に構造１４５を保護するシース１４７（図３参照）と共に導入される。ユーザがマッピング装置１４２を対象ボリュームＳＶ内の所望の位置に配置した後、シース１４７は手元側に移動し、構造１４５が展開する。この結果、マッピングエレメント１４４が組織に接触する位置にくる。マッププロセッサ１４６は、マッピング装置１４２に接続されており、マッピングエレメント１４４周辺の組織に関するデータを受信して解析するよう動作する。マッピングデータを受信した後、マッププロセッサ１４６は登録サブシステム１０２の登録プロセッサ１１０にマッピングデータを中継する。更に、位置プロセッサ１０８は、位置エレメントの三次元座標システム内の位置を登録プロセッサ１１０に提供する。図８ａは、位置エレメント１４８の位置を決定するのに超音波を使用した位置プロセッサ１０８を使用する例を示す図であり、一方、図８ｂは、位置エレメント１４８の位置の決定に磁界を使用した位置プロセッサ１０８を使用する例を示す図である。位置エレメント１４８の位置データを受信した後、登録プロセッサ１１０は、撮像サブシステム１２０からの画像データをプロセッサ１１０が登録してあるのと同じ三次元座標システム内にマッピングデータを登録する。登録プロセッサ１１０は、撮像サブシステム１２０からの画像データを保存することができる。図８ａと８ｂに示すように、登録プロセッサ１１０は、登録マッピングデータを画像データ、すなわち、対照ボリュームの再構築画像と共にディスプレイ１０６上に表示する。
【００６１】
一の実施例では、マッピングデータは対象ボリュームの再構築三次元画像と重畳される。別の実施例では、マッピングデータは対象ボリュームの再構築四次元画像と重畳される。図１０は、離れたポイントＸで表されている重畳したターゲットポイントデータを有する対象ボリュームの再構築三次元画像３０２を示す。図１１は、位置データが様々な色（影の濃淡で示されている）で表示された重畳三次元マッピングデータを有する対象ボリュームの再構築三次元画像３０４を示す。各色は、マッピングエレメント１４４で検出された時間遅れを表しており、ユーザは特定の色、または渦巻きパターンなどのカラーパターンに基づいてターゲット部位を特定することができる。代替として、マッピングデータは四次元データ、すなわち時間を越えて変化する動的三次元マッピングデータであってもよい。図１１も、文字ＡないしＦでマッピング装置４１２のスプライン１４８の相対位置を示している。三次元マッピングデータを重畳した四次元再構築画像は図１０と図１１で同じように見えるが、画像は動画になる。
【００６２】
図９ａおよび９ｂを参照すると、位置プロセッサ１０８が超音波を使用して（図９ａ）または磁界（図９ｂ）を使用して治療装置１６２を進める目的で位置エレメント１６８の位置を決定するプロセスが示されている。ユーザが治療装置１６２、特に装置１６２上の治療エレメント１６４を配置するのを案内するために、登録プロセッサ１１０は、マッピングデータ、対象ボリュームの再構築画像、及びこのボリューム内の治療エレメント１６４の位置をディスプレイ１０６に同時に表示する。代替的に、ユーザが対象ボリュームＳＶの所定の解剖学的特徴をターゲットにしている場合は、マッピングデータは表示しなくとも良い。ディスプレイ１０６を参照することで、ユーザは、ディスプレイされているマッピングデータによって、あるいは、解剖学的なランドマークのような別のタイプのターゲットによって、治療エレメント１６４を表示されているターゲット部位に誘導することができる。
【００６３】
まず、治療装置１６２は対象ボリュームＳＶ内に導入される。図９ａまたは９ｂに示される方法のうちのいずれかについて、治療装置１６２が対象ボリュームＳＶ内で移動するときに位置エレメント１６８の位置データが継続的に位置プロセッサ１０８に提供される。次に、位置プロセッサ１０８が位置エレメント１６８の位置データを登録プロセッサ１１０に提供する。上述したとおり、登録プロセッサ１１０は、位置エレメント１６８の位置データに基づいて治療エレメント１６４の位置データを決定し、治療エレメント１６４の位置データを登録し、ボリュームＳＶの再構築データとともに、また必要があればそのマッピングデータと共に、ディスプレイ１０６上に位置データを表示する。
【００６４】
登録サブシステム１０２は、位置エレメント１６８の位置データが位置プロセッサ１０８によって提供されると、上述のステップを用いてディスプレイ１０６上の治療エレメント１６４についての位置データを継続的に更新する。再構築三次元画像データまたは四次元画像データと、選択的三次元または四次元マッピングデータと、ディスプレイ１０６上の治療エレメント１６４についての位置データを組み合わせたディスプレイを参照して、ユーザはターゲット部位に治療エレメント１６４を位置させる。代替的に、ユーザは、マッピングデータと治療エレメント１６４を組み合わせたディスプレイを参照するだけで、治療エレメント１６４を案内するようにしても良い。選択的に、治療エレメント１６４の位置データをメモリ１０４に保存して、ディスプレイ１０６に再度呼び出して表示し、治療エレメントが対象ボリュームＳＶ内を移動するときの対象エレメント１６４の軌跡を外科医が見ることができるようにすることもできる。
【００６５】
ユーザまたは外科医が治療エレメント１６４をターゲット部位の近傍に位置させると、ユーザまたは外科医は、治療送出ソース１６６を操作して治療をその部位に送り出すことができる。また、治療エレメント１６４は、切除エレメントではなく、治療的薬剤送出エレメントであっても良い。この場合、ユーザは切除エネルギィではなく治療的薬剤をターゲット部位Ｘに送り込む。対象ボリュームＳＶの三次元または四次元画像の再構築、あるいはボリュームＳＶ内の三次元または四次元マッピングデータの決定、及び治療エレメント１６４をターゲット部位へ誘導するユーザの案内に関する全ての他の処理ステップは、治療エレメント１６４が切除エレメントであるか治療的薬剤送出エレメントであるかにかかわらず同じように適用される。
【００６６】
図９ａおよび９ｂを参照すると、治療送出ソース１６６は切除電源１６３を含み、ユーザは治療送出ソース１６６を操作して切除エネルギィのターゲット部位への送出を制御することができる。特に、治療送出ソース１６６は、治療送出ソース１６６がスタンバイモードにあるときに調整することができるポイントパラメータセットを具える。このポイントパラメータセットは、特に、組織に送出された切除電力の大きさ、所望の組織温度、および切除電力送出期間を含む。
【００６７】
このため、治療送出ソース１６６によって送出される切除電力は、制御回路１６１に接続されている電力制御入力６５を用いて設定される。治療送出ソース１６６によって送出される実際の切除電力は、電力計６１によって報告される。切除エネルギィ送出の間に、電力制御入力６５から受信した入力に基づいて制御回路１６１が出力電圧を調整して、温度設定ポイントにおける実際の測定温度を維持する。切除された組織がさらされる所望の温度は、制御回路１６１に接続された温度制御入力６７を用いて設定される。温度センサ１６７から得られる切除組織がさらされる実際の温度は、温度ゲージ６８またはディスプレイ１０６上の出力によって報告される。
【００６８】
所望の切除電力印加期間は、タイマ入力６６を用いて設定される。クロック１６５は、切除電力の組織への初期送出からの経過時間を追跡し、ゼロから設定ポイントの期間までをカウントする。この経過期間はカウンタ６９に表示される。ユーザは、切除電源制御ボタン６２を押すことによって治療送出ソース１６６を送出モードにし、ソース１６６を電源「オン」方向にする。送出モードにあるとき、治療送出ソース１６６は、クロック１６５によって表示されているカウントが設定したポイント期間に達するまで、あるいは電源コントロールボタン６２が電源「オフ」の方向に押されるまで、切除エネルギィを治療エレメント１６４が接触している組織に送る。
【００６９】
図に示す実施例では、治療送出ソース１６６は単極モードで動作する。このモードで正確に動作させるために、治療送出ソース１６６に接続された中性電極６３が、患者の後側あるいは外側皮膚領域に取り付けられている。単極モードで動作する場合、切除エネルギィは治療エレメント１６４と中性電極６３間に射出される。代替として、治療送出ソース１６６が双極モードで動作される場合は、中性電極６３は配置しない。
【００７０】
上述した通り、好適な治療送出ソースの使用及び構成についての更なる詳細は米国特許第5,383,874号に開示されている。
【００７１】
６． 外付撮像システム
上述した治療システム１００は対象ボリュームＳＶの内部から興味のある領域を撮像するのに内部撮像プローブ１２２を用いているが、外付撮像装置も同様に使用することができる。例えば、図１２を参照して、治療システム３００を以下に説明する。治療システム３００は、対象ボリュームＳＶの画像を提供するのに外付撮像デバイス３２２を用いている点を除いて治療システム１００と同様である。例として、撮像装置３０２は、組織の二次元画像スライスを撮影することができるコンピュータ断層撮影（ＣＴ）装置、または磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置であり、これらのスライスを組織の三次元画像に再構築することができる。例えば、このスライス画像は、Diacomフォーマットで保存することができ、ドイツのトムテックイメージングシステム社（TomTec Imaging Systems）によって販売されているソフトウエアを用いて三次元レンダリングを構築することができる。撮像装置３２２は、治療処置が行われる手術室内に配置するか、あるいは、遠隔配置されていても良い。この場合、撮像装置３２２は治療システム３００内でネットワーク化することができる。撮像装置３２２画像をオフライン（たとえば、処置の一日前）で生成することもできる。この場合、画像は治療システム３００の関連部品にダウンロードすることが可能であり、あるいは、デジタルストーレージディスクなどの好適な持ち運び可能な媒体を使用して転送することも可能である。
治療システム３００は前述の登録サブシステムと同様であり、マッピングエレメント１４４と治療エレメント１６４に関連する位置プロセッサおよび位置エレメント１２８を補助としてマッピングサブシステム１４０と治療エレメント１６４から獲得したマッピングデータを三次元座標システム内に登録する登録プロセッサ３１０を具える。
【００７２】
登録サブシステム３０２は、外付撮像装置３２２からの撮像ビームが交差するように患者の身体上に分布させた位置エレメントを用いて外付撮像装置３２２から得た画像データを登録する点で、登録サブシステム１０２と異なる。例えば、対象ボリュームが心臓である場合、位置エレメント１２８は患者の胸部上、または心臓自体の中にも好適に貼付けることができる。このようにして、外部から得た画像を三次元座標システム内に登録するのに使用できる起点ポイントとして位置エレメント１２８は画像上に現れる。特に、位置プロセッサ１０８は患者の身体に分布させた位置エレメント１２８の位置を決定し、ついで、登録プロセッサ３１０が、その画像に含まれる起点ポイントを位置プロセッサ１０８で得られる位置エレメント１２８の位置に整列させることによって、外付撮像装置３２２で得られる三次元画像を登録する。
【００７３】
代替として、患者の身体上に位置エレメント１２８を分布させて三次元画像上に起点ポイントを生成するのではなく、ロービングプローブ（すなわち、治療装置１６２または専用プローブ）を位置エレメント１２８と共に用いて対象ボリュームＳＶの位置情報を得ることができる。特に、ロービングプローブの位置エレメント１２８は、対象ボリュームＳＶ内の様々な位置に配置することができ、複数のポイント（すなわち、２０）をとることができる。公知技術を用いて、登録プロセッサ３１０を三次元画像を獲得したポイントに当てはめることができる。
【００７４】
例えば、一のポイントセットＰｉ（ｘ，ｙ，ｚ）からなる外付撮像装置３２２から得た３−Ｄ面を仮定する：
ＳＶ３２２＝{Ｐｉ（ｘ，ｙ，ｚ）｜ｉ＝1…N}
また、ユーザが対象ボリューム内でロービングプローブを移動させることによって第２のポイントセットＲｊ（ｘ，ｙ，ｚ）を得ると仮定する：
ＳＶｒｖ＝{Ｒｊ（ｘ，ｙ，ｚ）｜ｊ＝1…Ｍ}
ポイントＲｊから面ＳＶ３２２までの距離は：
Ｄｊ＝ｍｉｎ（ｄｉｓｔ（Ｒｊ，Ｐｉ）｜ｉ＝１…Ｎ）
と規定することができる。
面ＳＶ３２２を（ｘ，ｙ，ｚ）スペース内に登録するために、一連の回転と移動を実行して、この面をＲｊポイントセット上に最もよくマッチさせるようにすることができる。好ましくは、一連のジオメトリックな移動は費用関数が最小になるようになされる。
以下は、適用可能な費用関数の例である。
Ｃ１＝１/Ｍ＊ｓｕｍ（Ｄｊ，ｊ＝１…Ｍ）
Ｃ２＝１/Ｍ＊ｓｑｒｔ（ｓｕｍ（Ｄｊ２，ｊ＝１…Ｍ））
他の費用関数を使用することも可能である。その時は、公知の適応技術を用いてトランスフォーメーションが反復される。例えば、最急降下法、勾配法、最小二乗法、又は再帰的最小二乗法適応化、のような方法を用いることができる。これらの方法は、S. Haykin, Adaptive Filter Theiory. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1911に記載されている。
【００７５】
代替的に、オペレータは獲得したポイントに三次元画像を手動で当てはめることもできる。この場合、獲得したポイントの少なくともいくつかは、対象ボリュームＳＶ内の公知の解剖学的な位置に対応する。例えば、ボリュームＳＶが心臓であり、公知の解剖学的な位置が、肺静脈、右側心室頂、僧帽弁、その他への開口でありうる。このように、オペレータはより効率よく、より容易に画像をこのポイントに当てはめることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
本発明の特定の実施例を示して説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、当業者は様々な非実質的な変更、変形を請求項で規定された本発明の範囲からはずれることなく行うことができる。
【００７７】
【図１】図１は、本発明による治療システムの一実施例のブロック図である。
【図２】図２は、図１に示す治療システムに用いる画像サブシステムのブロック図である。
【図３】図３は、図１に示す治療システムに用いるマッピングサブシステムのブロック図である。
【図４ａ】図４ａは、図１に示す治療システムに用いる治療送出サブシステムのブロック図である。
【図４ｂ】図４ｂは、図４ａに示す治療送出サブシステムの等距離図である。
【図５】図５は、図１に示す治療システムに用いる登録サブシステムの磁気的な位置決め部を示すブロック図である。
【図６】図６は、図１に示す治療システムに用いる登録サブシステムの超音波位置決め部を示すブロック図である。
【図７ａ】図７ａは、撮像サブシステムの操作と、患者の心臓内の図５の登録サブシステムを示す図である。
【図７ｂ】図７ｂは、撮像サブシステムの操作と、患者の心臓内の図６の登録サブシステムを示す図である。
【図８ａ】図８ａは、マッピングサブシステムの操作と、患者の心臓内の図５の登録サブシステムを示す図である。
【図８ｂ】図８ｂは、マッピングサブシステムの操作と、患者の心臓内の図６の登録サブシステムを示す図である。
【図９ａ】図９ａは、治療送出サブシステムの操作と、患者の心臓内の図５の登録サブシステムを示す図である。
【図９ｂ】図９ｂは、治療送出サブシステムの操作と、患者の心臓内の図６の登録サブシステムを示す図である。
【図１０】図１0は、その上に三次元マッピングデータを重畳した再構築三次元画像を示す図である。
【図１１】図１１は、マッピングデータがカラーで表されている三次元マッピングデータを伴う再構築三次元画像を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明にかかる治療システムの別の実施例のブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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