(57)【要約】【課題】インピーダンス測定を利用した物体追跡方法および装置を提供する。【解決手段】インピーダンス較正方法が、少なくとも第１、第２および第３の電極（４８）をそれぞれの場所で被験者（２６）の体の表面に結合するステップを有する。第１の体表面電極と第２の体表面電極との間で体を通って流れる第１の電流を測定すると共に第１の体表面電極と第３の体表面電極との間で体を通って流れる第２の電流を測定する。第１および第２の電流から、体表面電極のうちの少なくとも１つと体の表面との間のインピーダンスを表す接触係数を導き出す。プローブの位置を検出し、プローブから体表面電極までの電流相互間の関係に基づいて組織接触を検出する方法もまた開示される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インピーダンスの較正装置において、
被験者の体の表面にそれぞれの場所で結合されるように構成された少なくとも第１、第２および第３の電極と、
前記第１の体表面電極と前記第２の体表面電極との間で前記体を通って流れる第１の電流を測定し、前記第１の体表面電極と前記第３の体表面電極との間で前記体を通って流れる第２の電流を測定し、前記第１の電流および前記第２の電流を用いて前記体表面電極のうちの少なくとも１つと前記体の前記表面との間のインピーダンスを表す接触係数を導き出すように構成された制御ユニットと、
を備える、装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記制御ユニットは、前記第１の電流と前記第１の電流および前記第２の電流の和との間の関係を用いて相対インピーダンスの値を求めることにより前記接触係数を導き出すように構成されている、装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、
前記制御ユニットは、前記相対インピーダンスの３つ以上の値を求め、１組の１次方程式を解くことにより接触係数を導き出すように構成されており、前記１次方程式のパラメータは、前記３つ以上の値および前記体表面電極相互間の距離を含む、装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、
前記体の中に挿入されるように構成されたプローブを有し、前記プローブは、第４の電極を有し、前記制御ユニットは更に、前記第４の電極と前記体表面電極のうちの少なくとも１つとの間で前記体を通る第３の電流を測定し、前記体表面電極のうちの前記少なくとも１つの前記接触係数と前記第３の電流との両方それぞれに対する前記プローブの位置を応答的に検知するように構成されている、装置。
【請求項５】
請求項４記載の装置において、
前記制御ユニットは、前記プローブと前記少なくとも１つの体表面電極との間の相対距離を求めることにより前記位置を検知するように構成されている、装置。
【請求項６】
位置検出装置において、
プローブ電極を備え、かつ被験者の体の中に挿入されるように構成されたプローブと、
被験者の体の表面にそれぞれの場所で結合されるように構成された第１および第２の体表面電極と、
前記プローブ電極と前記第１の体表面電極との間で前記体を通って流れる第１の電流を測定し、前記プローブ電極と前記第２の体表面電極との間で前記体を通って流れる第２の電流を測定し、前記第１の電流と前記第２の電流との間の関係を計算し、前記関係に応答して前記体内の前記プローブの運動を追跡するように構成されている制御ユニットと、
を備える、装置。
【請求項７】
請求項６記載の装置において、
前記制御ユニットは、前記プローブ電極と前記体表面電極の各々との間の相対インピーダンスの値を求めることにより前記プローブの運動を追跡するように構成されている、装置。
【請求項８】
請求項７記載の装置において、
前記制御ユニットは、前記第１の電流と前記第１の電流および前記第２の電流の和との商を計算することにより前記相対インピーダンス値を求めるように構成されている、装置。
【請求項９】
請求項７記載の装置において、
前記制御ユニットは、相対インピーダンスの少なくとも２つの値を導き出し、１組の１次方程式を解くことにより前記プローブの運動を追跡するように構成されており、前記１次方程式のパラメータは、前記相対インピーダンスの前記値を含む、装置。
【請求項１０】
請求項７記載の装置において、
前記制御ユニットは、前記第１の電流と前記第２の電流との間の前記関係を著しくは変化させない前記第１の電流および前記第２の電流の変化が、前記プローブの運動に起因するのではなく、前記体内における前記プローブ電極と漸変インピーダンスの組織との接触を表すことを判別するように構成されている、装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の装置において、
前記第１の電流と前記第２の電流との間の前記関係は、前記プローブと前記第１および第２の体表面電極との間の相対インピーダンスを表す、装置。
【請求項１２】
組織接触を検出する装置において、
被験者の体の中に挿入されて前記体内部の組織と接触するように構成されたプローブ電極を含むプローブと、
被験者の体の表面にそれぞれの場所で結合されるように構成された第１および第２の体表面電極と、
前記プローブ電極と前記第１の体表面電極との間で前記体を通って流れる第１の電流を測定し、前記プローブ電極と前記第２の体表面電極との間で前記体を通って流れる第２の電流を測定し、前記第１の電流と前記第２の電流との間の関係を計算し、前記関係に応答して、前記プローブと前記組織との間の接触を検出するように構成された制御ユニットと、
を備える、装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の装置において、
前記制御ユニットは、前記第１の電流および前記第２の電流の変化を検知する一方で、前記第１の電流と前記第２の電流との間の前記関係に変化がないことを検出することにより前記プローブと前記組織との間の前記接触を検出するように構成されている、装置。
【請求項１４】
請求項１２記載の装置において、
前記制御ユニットは、前記第１の電流および前記第２の電流に応答して前記体内の前記プローブの位置を追跡し、前記プローブと前記組織との間の前記接触の検出に応答して前記位置を修正するように構成されている、装置。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
〔関連出願の参照〕
本願は、２００５年１月７日に出願された米国特許出願第１１／０３０，９３４号に関し、この特許出願は、本願の譲渡人に譲渡されており、参照によりその開示内容を本明細書の一部とする。
【０００２】
〔発明の分野〕
本発明は一般に、生体内に配置された物体の運動の追跡に関し、特に、インピーダンス測定を利用した物体追跡に関する。
【０００３】
〔発明の背景〕
多くの医療手技では、物体を患者の体内に導入し、物体の運動を検出する。これら手技を支援するため、種々の位置検出システムが先行技術において開発されまたは計画された。
【０００４】
例えば、ウィットカンプ（Wittkampf）に付与された米国特許第５，６９７，３７７号明細書および同第５，９８３，１２６号明細書は、３つの実質的に直交する交互信号（alternating signals）を患者中へ印加するシステムを記載しており、参照によりこれら米国特許の開示内容を本明細書の一部とする。カテーテルは、測定電極を備え、この測定電極は、心臓手技のために、患者の心臓壁に当てるか冠静脈または冠動脈内かのいずれかで種々の場所に位置決めされる。カテーテル先端部と基準電極、好ましくは患者に取り付けられた表面電極との間の電圧を検出する。３つの処理チャネルを用いて３つの成分をｘ信号、ｙ信号およびｚ信号に分離し、これら信号から、体内におけるカテーテル先端部の３次元の場所の決定のための計算を行う。
【０００５】
ナーデラ（Nardella）に付与された米国特許第５，９４４，０２２号明細書は、カテーテルの位置を検出する同様なシステムを記載しており、参照によりこの米国特許の開示内容を本明細書の一部とする。このシステムは、３組の励起電極を有し、１組は、３つの交差した軸線の各々に設けられている。信号プロセッサが、カテーテルに取り付けられた検出電極と３つの組をなす励起信号の各々との間のインピーダンスを表す電圧を測定する。その目的は、カテーテルのＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標を定めることにある。
【０００６】
励起電極相互間における軸線に沿うインピーダンスを検出する追加の方法が、ファイファ（Pfeiffer）に付与された米国特許第５，８９９，８６０号明細書、パネスク（Panescu）に付与された米国特許第６，０９５，１５０号明細書、スワンソン（Swanson）に付与された米国特許第６，４５６，８６４号明細書およびナーデラ（Nardella）に付与された米国特許第６，０５０，２６７号明細書に開示されており、参照によりこれら米国特許の開示内容全てを本明細書の一部とする。
【０００７】
電極と体内の組織との接触を評価する際にインピーダンス測定もまた利用される。例えば、カテーテル電極と帰還電極との間のインピーダンスに基づいてカテーテル電極と内部組織との接触を判定する方法が、スワンソン（Swanson）等に付与された米国特許第５，９３５，０７９号明細書、リ（Li）に付与された米国特許第５，８３６，９９０号明細書、マルフリンスキー（Marchlinski）等に付与された米国特許第５，４４７，５２９号明細書およびゴールドイン（Goldin）等に付与された米国特許第６，５６９，１６０号明細書に記載されており、参照によりこれら米国特許の開示内容全てを本明細書の一部とする。ナーデラ（Nardella）に付与された米国特許第５，３４１，８０７号明細書は、位置モニタのためおよび組織接触モニタのための別々な回路を利用して、アブレーション電極が心内膜組織に接触した時点を検出するシステムを記載しており、参照によりこの米国特許の開示内容を本明細書の一部とする。アブレーション電極が内部組織に触れると、一般にプローブを包囲する電解液（即ち、血液）と接触する電極の部分が少なくなるので、体表面から電極までのインピーダンスは、増大する。
【特許文献１】米国特許第５，６９７，３７７号明細書
【特許文献２】米国特許第５，９８３，１２６号明細書
【特許文献３】米国特許第５，９４４，０２２号明細書
【特許文献４】米国特許第５，８９９，８６０号明細書
【特許文献５】米国特許第６，０９５，１５０号明細書
【特許文献６】米国特許第６，４５６，８６４号明細書
【特許文献７】米国特許第６，０５０，２６７号明細書
【特許文献８】米国特許第５，９３５，０７９号明細書
【特許文献９】米国特許第５，８３６，９９０号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，４４７，５２９号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，５６９，１６０号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，３４１，８０７号明細書
【０００８】
〔発明の概要〕
本発明の実施形態は、体内物体を追跡するために用いられるインピーダンスを利用したシステムを較正し、安定化させるための効率的な装置および方法を提供する。
【０００９】
上述の米国特許出願第１１／０３０，９３４号明細書は、体内プローブと患者の体の表面との間のインピーダンス測定を用いてプローブの位置を追跡する位置追跡システムを記載している。これら測定は、プローブに固定された電極と体表面に取り付けられた数個の電極との間に電流を流すステップを含む。このような測定は、体表面電極の電気的接触具合のばらつきならびにプローブ電極と内部組織との間の接触の範囲のばらつきに対して敏感である。
【００１０】
体表面電極の接触状態は、汗や部分的な電極の持ち上がりのような要因に起因して変動する場合がある。プローブの動きにより、プローブ電極が内部組織に接触する場合があり、それにより体表面からプローブ電極まで測定されるインピーダンスに突然の変化が生じる。表面電極の接触具合と内部組織の接触具合の両方の要因は、位置測定の安定性に影響を及ぼす場合がある。
【００１１】
本発明の幾つかの実施形態では、接触具合の変動を修正するよう、体表面電極の接触具合の品質を定期的に較正する。開示した実施形態では、較正は、対をなす体表面電極相互間の電流を測定することにより行われる。これら電流は、電極相互間で体を通る電流の経路のインピーダンスの合計を表しており、かかるインピーダンスは、電極接点インピーダンスを含む。以下に説明する技術は、複数の電流測定値から、各電極の体表面電極接触具合に関する較正係数を引き出すために用いられる。この方法は典型的には、正確な較正を維持するために等間隔で繰り返される。
【００１２】
本発明の別の実施形態は、内部表面接触に起因するインピーダンスのばらつきを修正する手段および方法を提供する。この修正を達成するため、プローブ電極をインピーダンスの絶対的ではなく相対的な尺度によって追跡する。相対的インピーダンスは、プローブ電極から１つの体表面電極までのインピーダンスと、プローブ電極と数個のそれぞれの体表面電極との間で測定された幾つかのインピーダンスの合計を比較することにより測定される。数個の体表面電極まで測定されたインピーダンスは同一の相対量だけ変化した場合、この変化は、内部組織の接触具合のせいであり、この変化は、場所に関する計算から除外される。
【００１３】
したがって、本発明の実施形態によれば、インピーダンスを較正する方法において、
少なくとも第１、第２および第３の電極をそれぞれの場所で被験者の体の表面に結合するステップと、
第１の体表面電極と第２の体表面電極との間で前記体を通って流れる第１の電流を測定するステップと、
第１の体表面電極と第３の体表面電極との間で前記体を通って流れる第２の電流を測定するステップと、
第１および第２の電流を用いて体表面電極のうちの少なくとも１つと前記体の前記表面との間のインピーダンスを表す接触係数を導き出すステップと、
を含む方法、が提供される。
【００１４】
代表的には、前記接触係数を導き出す前記ステップは、前記第１の電流と前記第１の電流および前記第２の電流の和との間の関係を用いて相対インピーダンスの値を求めるステップを含む。幾つかの実施形態では、前記接触係数を導き出す前記ステップは、前記相対インピーダンスのうち３つ以上の値を求め、１組の１次方程式を解くステップを含み、前記１次方程式のパラメータは、前記３つ以上の値および前記体表面電極相互間の距離を含む。
【００１５】
別の実施形態では、本方法は、
第４の電極を含むプローブを前記体の中に挿入するステップと、
前記第４の電極と前記体表面電極のうちの少なくとも１つとの間で前記体の中を流れる第３の電流を測定するステップと、
前記少なくとも１つの体表面電極の前記接触係数と前記第３の電流の両方に対する前記プローブの位置を応答的に検知するステップと、
を含む。
【００１６】
幾つかの実施形態では、前記位置を検出する前記ステップは、前記プローブと前記少なくとも１つの体表面電極との間の相対距離を求めるステップを含む。
【００１７】
代表的には、前記第１、前記第２および前記第３の体表面電極のうち少なくとも１つは、粘着性導電性パッチを含む。
【００１８】
位置検出方法において、
プローブ電極を含むプローブを被験者の体の中に挿入するステップと、
前記プローブ電極と前記体の表面に結合された第１の体表面電極との間で前記体を通って流れる第１の電流を測定するステップと、
前記プローブ電極と前記体の前記表面に結合された第２の体表面電極との間で前記体を通って流れる第２の電流を測定するステップと、
前記第１の電流と前記第２の電流との間の関係を計算するステップと、
前記関係に対する前記体の中の前記プローブの運動を応答的に追跡するステップと、
を含む方法、が提供される。
【００１９】
典型的には、前記関係を計算する前記ステップは、前記プローブ電極と前記体表面電極の各々との間の相対インピーダンスの値を求めるステップを含む。幾つかの実施形態では、前記相対インピーダンスの値を求める前記ステップは、前記第１の電流を前記第１の電流と前記第２の電流の和で除算して得られる商を求めるステップを含む。開示する実施形態では、前記関係を計算する前記ステップは、前記プローブ電極と前記第１および前記第２の体表面電極との間の相対インピーダンスの少なくとも２つの値を求め、１組の１次方程式を解くステップを含み、前記１次方程式のパラメータは、前記少なくとも２つの値を含む。別の実施形態では、前記プローブの運動を追跡する前記ステップは、前記第１の電流と前記第２の電流との間の関係を著しくは変化させない前記第１の電流および前記第２の電流の変化が前記プローブの前記運動に起因するのではなく、前記体の中における前記プローブ電極と漸変インピーダンスの組織との接触を表すことを判別するステップを含む。さらに別の実施形態では、第１の電流と第２の電流との間の前記関係は、前記プローブと前記第１および前記第２の体表面電極の相対インピーダンスを表す。
【００２０】
また、本発明の実施形態によれば、組織接触を検出する方法において、
プローブ電極を含むプローブを被験者の体の中に挿入するステップであって、前記プローブ電極が前記体の内部の組織に接触するようにする、ステップと、
前記プローブ電極と前記体の表面に結合された第１の体表面電極との間で前記体を通って流れる第１の電流を測定するステップと、
前記プローブ電極と前記体の前記表面に結合された第２の体表面電極との間で前記体を通って流れる第２の電流を測定するステップと、
前記第１の電流と前記第２の電流との間の関係を計算するステップと、
前記関係に応答して、前記プローブと前記組織との接触を検出するステップと、
を含む方法、が提供される。
【００２１】
代表的には、前記プローブと前記組織の前記接触を検出する前記ステップは、前記第１の電流と前記第２の電流との間の関係を変化させない前記第１および第２の電流の変化を測定するステップを含む。幾つかの実施形態では、組織の接触を検出する方法は、前記第１および前記第２の電流に応答して前記体の中の前記プローブの位置を追跡し、前記プローブと前記組織との接触の検出に応答して前記位置を修正するステップを有する。
【００２２】
また、本発明の実施形態によれば、インピーダンスの較正装置において、
被験者の体の表面にそれぞれの場所で結合されるように構成された、少なくとも第１、第２および第３の電極と、
前記第１の体表面電極と前記第２の体表面電極との間で前記体を通って流れる第１の電流を測定し、前記第１の体表面電極と前記第３の体表面電極との間で前記体を通って流れる第２の電流を測定し、前記第１の電流および前記第２の電流を用いて前記体表面電極のうちの少なくとも１つと前記体の前記表面との間のインピーダンスを表す接触係数を導き出すように構成された制御ユニットと、
を備える装置、が提供される。
【００２３】
代表的には、前記制御ユニットは、前記第１の電流と前記第１の電流および前記第２の電流の和との間の関係を用いて相対インピーダンスの値を求めることにより前記接触係数を導き出すように構成されている。
【００２４】
幾つかの実施形態では、前記制御ユニットは、前記相対インピーダンスの３つ以上の値を求め、１組の１次方程式を解くことにより接触係数を導き出すように構成されており、前記１次方程式のパラメータは、前記３つ以上の値および前記体表面電極相互間の距離を含む。
【００２５】
別の実施形態では、本装置は、前記体の中に挿入されるように構成されたプローブを有し、前記プローブは、第４の電極を有する。前記制御ユニットは、前記第４の電極と前記体表面電極のうちの少なくとも１つとの間で前記体を通る第３の電流を測定し、前記体表面電極のうちの前記少なくとも１つの前記接触係数と前記第３の電流の両方に対する前記プローブの位置を応答的に検出するようにさらに構成されている。
【００２６】
幾つかの実施形態では、前記制御ユニットは、前記プローブと前記少なくとも１つの体表面電極との間の相対距離を求めることにより前記位置を検出するように構成されている。
【００２７】
また、本発明の実施形態では、位置検出装置において、
プローブ電極を有し、被験者の体の中に挿入されるように構成されたプローブと、
被験者の体の表面にそれぞれの場所で結合されるように構成された第１および第２の体表面電極と、
前記プローブ電極と前記第１の体表面電極との間で前記体を通って流れる第１の電流を測定し、前記プローブ電極と前記第２の体表面電極との間で前記体を通って流れる第２の電流を測定し、前記第１の電流と前記第２の電流との間の関係を計算し、前記関係に応答して前記体内の前記プローブの運動を追跡するように構成されている制御ユニットと、
を備える装置、が提供される。
【００２８】
代表的には、前記制御ユニットは、前記プローブ電極と前記体表面電極の各々との間の相対インピーダンスの値を求めることにより前記プローブの運動を追跡するように構成されている。
【００２９】
開示する実施形態では、前記制御ユニットは、前記第１の電流と前記第１および前記第２の電流の和の商を計算することにより前記相対インピーダンス値を求めるように構成されている。
【００３０】
幾つかの実施形態では、前記制御ユニットは、相対インピーダンスの少なくとも２つの値を導き出し、１組の１次方程式を解くことにより前記プローブの運動を追跡するように構成されており、前記１次方程式のパラメータは、前記相対インピーダンスの前記値を含む。
【００３１】
別の実施形態では、前記制御ユニットは、前記第１の電流と前記第２の電流との間の前記関係を著しくは変化させない前記第１および前記第２の電流の変化が、前記プローブの運動に起因するのではなく、前記体内における前記プローブ電極と漸変インピーダンスの組織の接触を表すことを判別するように構成されている。代表的には、前記第１の電流と前記第２の電流との間の前記関係は、前記プローブと前記第１および第２の体表面電極との間の相対インピーダンスを表す。
【００３２】
また、本発明の実施形態では、組織接触を検出する装置において、
被験者の体の中に挿入されて前記体内部の組織と接触するように構成されたプローブ電極を含むプローブと、
被験者の体の表面にそれぞれの場所で結合されるように構成された第１および第２の体表面電極と、
前記プローブ電極と前記第１の体表面電極との間で前記体を通って流れる第１の電流を測定し、前記プローブ電極と前記第２の体表面電極との間で前記体を通って流れる第２の電流を測定し、前記第１の電流と前記第２の電流との間の関係を計算し、前記関係に応答して、前記プローブと前記組織との間の接触を検出するように構成された制御ユニットと、
を備える装置、が提供される。
【００３３】
幾つかの実施形態では、前記制御ユニットは、前記第１および前記第２の電流の変化を検出する一方で、前記第１の電流と前記第２の電流との間の前記関係に変化がないことを検出することにより前記プローブと前記組織との間の前記接触を検出するように構成されている。
【００３４】
加うるにまたは変形例として、前記制御ユニットは、前記第１および前記第２の電流に応答して前記体内の前記プローブの位置を追跡し、前記プローブと前記組織との間の前記接触の検出に応答して前記位置を修正するように構成されている。
【００３５】
本発明は、図面と合わせて本発明の実施形態についての以下の詳細な説明を読むと、より十分に理解されよう。
【００３６】
〔実施形態の詳細な説明〕
図１は、本発明の実施形態の位置追跡システム２０の概略的な絵画図である。上述の米国特許出願第１１／０３０，９３４号明細書に記載されているように、システム２０でのインピーダンスを利用した位置追跡は、プローブ、例えばカテーテル２２を被験者２６の内部体腔、例えば心臓２４の室内に挿入することにより行われる。代表的には、カテーテルは、医師２８により行われる診断または治療、例えば、心臓内の電位をマップしまたは心臓組織のアブレーションを実施するために用いられる。変形例として、カテーテルまたは他の体内器具を他の目的のために、単独でまたは他の治療器具と併せて使用してもよい。
【００３７】
カテーテル２２の遠位先端部は、少なくとも１つの電極４８を有している。電極４８は、任意適当な寸法形状のものであってよく、他の目的のためにも、例えば、電気生理学的検出またはアブレーションのために使用できる。電極は、電線により制御ユニット３０内のドライバおよび測定回路に接続されている。
【００３８】
複数個の体表面電極、例えば粘着性皮膚パッチ３２，３４，３６，３８（ひとまとめに、以下パッチ３２〜３８と称する）が、被験者２６の体表面（例えば、皮膚）に結合されている。パッチ３２〜３８を医療手技の実施付近で体表面上の都合のよい場所ならどこにでも配置することができる。代表的には、皮膚パッチの配置場所は、互いに間隔を置いて位置する。例えば、心臓用途の場合、パッチ３２〜３８を被験者２６の胸部周りに配置するのが一般的である。
【００３９】
パッチ３２〜３８もまた、電線により制御ユニット３０に接続されている。制御ユニットは、以下に説明するように、カテーテルとパッチ３２〜３８の各々との間で測定された電流に基づいて、心臓２４内部のカテーテル２２の位置座標を決定する。制御ユニットは、モニタ４２を駆動し、このモニタは、体内のカテーテルの位置を示す。カテーテルを心臓のマップ４４を生成させる際に使用でき、表示されたカテーテル位置をこのマップ上または心臓の別の画像上に重ね合わせることができる。
【００４０】
図２は、本発明の実施形態に従って心臓２４の内部のカテーテル２２を示す概略的な詳細図である。代表的には、カテーテル２２は、上述したように、少なくとも１つの電極４８を有する。図示の実施形態では、電極４８は、パッチ３２〜３８のうち１つ以上と連絡している。制御ユニット３０は、電極４８とパッチ３２〜３８のうち１つ以上との間で電流を駆動する。１つ以上のパッチを通る電流（以下、パッチ電流と称する）を、それぞれの電流測定回路５２，５４，５６，５８（一まとめに、以下回路５２〜５８と称する）のうち１つ以上により測定する。測定回路は代表的には、体表面パッチに取り付けられ、または変形例として、制御ユニット３０内に位置するように構成されている。
【００４１】
回路５２〜５８により測定された電流は、カテーテルとそれぞれのパッチとの間のインピーダンスを表している。図３を参照して以下に説明する方法を用いて、測定された電流を用いて相対インピーダンスのパラメータを計算することができ、これらパラメータは、カテーテルの座標を導き出すために用いられる。
【００４２】
図３は、本発明の実施形態に従って心臓２４内のカテーテル２２を追跡する方法を概略的に示す流れ図である。この方法は、パッチ較正段階６０および追跡段階６６を有している。代表的には、パッチ較正をまず最初に実施し、その次に、医師２８は、患者の体内でのカテーテルの操作を開始する。較正段階６０中に導き出された較正係数を用いると、追跡段階６６中に行われた位置の測定を修正することができる。同一構成の制御ユニットおよび電極を較正段階６０と追跡段階６６の両方に用いることができる。
【００４３】
較正段階６０の測定ステップ６２では、制御ユニット３０は、パッチ３２〜３８相互間で連続的に電流を駆動し、それぞれの測定回路から電流測定値を得る。例えば、まず最初に、較正駆動電流をパッチ３２に印加するのがよい。他のパッチ３４，３６，３８は、電流シンクとして働いてパッチ３２からの駆動電流がパッチ３４，３６，３８を通って流れる３つの較正パッチ電流に分流されるようにする。電流測定回路５４，５６，５８をそれぞれ用いて３つの較正パッチ電流を測定する。次いで、電流をパッチ３４，３６，３８の各々から駆動し、他のパッチのところでパッチ電流を測定することによりプロセスを繰り返す。
【００４４】
較正段階６０の計算ステップ６４では、測定ステップ６２のところで測定された電流を用いて較正係数を導き出し、これら較正係数は、追跡段階６６の際に後で使用できる。一般に、１組のＮ個のパッチを有する並列回路の場合、電流Ｉがパッチｊからその組の中の他のＮ−１個のパッチまで駆動されると、パッチｉのところで測定された電流をＩijとして表すことができ、この電流は、次の方程式により較正駆動電流Ｉに関連している。
【００４５】
【数１】
2007014786.tif 000003
上式において、σijは、対をなすパッチｉ，ｊ相互間のコンダクタンスであり、方程式（１）の分母は、完全な並列回路のコンダクタンスを表し、このコンダクタンスは、パッチｊとその組の中の他のＮ−１個のパッチの各々との間のコンダクタンスの和である。較正パッチ電流Ｉijはまた、Ｒijを用いて表すことも可能であり、対をなすパッチｉ，ｊ相互間のインピーダンスは次の通りである。
【００４６】
【数２】
2007014786.tif 000004
Ｎ個のパッチに関し、Ｎ（Ｎ−１）次のパッチ対（ｉ，ｊ）が存在し、これについてＩijの値を測定することができる。
【００４７】
インピーダンスＲijは、次のように大まかにモデル化される。
（３）  Ｒij＝Ｇ・Ｃi・Ｃj・ｄij
上式において、Ｃiは、パッチｉについての接触係数であり、Ｃjは、パッチｊについての接触係数であり、ｄijは、パッチｉ，ｊ相互間の距離であり、Ｇは、中程度の抵抗率を表す一般定数である。
【００４８】
距離に関する値ｄijを、位置検出または手動測定法を用いて求めることができる。皮膚とパッチとの間のインピーダンスを表す接触係数Ｃiは、幾つかの現象の効果を表し、かかる現象としては、パッチ表面積、皮膚の性質、例えば、水分や塩分、非理想電流測定回路５２〜５８に関するインピーダンス効果が挙げられる。Ｃiの相対値、即ち接触係数全ての和に関連付けられた各接触係数を表す値を電流Ｉijおよび距離ｄijによって解くことができる。その結果、Ｃiの値は、追跡段階６６のための較正係数として役立つ。
【００４９】
Ｃiの相対値を得るための１つの解法は、方程式（３）を方程式（２）に代入し、以下の組をなすＮ（Ｎ−１）個の連立方程式を与えることから成る。
【００５０】
【数３】
2007014786.tif 000005
【００５１】
【数４】
2007014786.tif 000006
方程式（３）を方程式（４）に代入すると、Ｎ（Ｎ−１）個の連立方程式の次の組が与えられる。
【００５２】
【数５】
2007014786.tif 000007
【００５３】
【数６】
2007014786.tif 000008
【００５４】
【数７】
2007014786.tif 000009
【００５５】
【数８】
2007014786.tif 000010
【００５６】
次に、Ｘiの相対値を追跡段階６６中に用いて体表面電極接触状態の変動が位置測定に影響を及ぼすのを阻止する。
【００５７】
追跡段階中、制御ユニットは、電流を電極４８からパッチに駆動する。代表的には、手技中の或る特定の間隔で、追跡段階６６を中断させ、較正段階６０を繰り返す。
【００５８】
追跡段階６６は、測定ステップ６８で始まり、この測定ステップでは、制御ユニット３０は、カテーテル電極４８とパッチ３２〜３８のうち２つ以上との間に電流を駆動し、図２において上述した方法に従って各パッチのところでの電流を測定する。
【００５９】
本発明の実施形態では、カテーテル電極４８とそれぞれのパッチ３２〜３８との間の電流をステップ６８で測定した後、ステップ６４においてパッチ相互間の相対インピーダンスを求めるために用いた仕方と同様の仕方でカテーテル電極とパッチとの間の相対インピーダンスを位置計算ステップ７０で計算する。カテーテル電極とパッチとの間の相対インピーダンスにより、カテーテルの位置が分かり、制御ユニット３０は次にこの位置を図１に示すようにモニタ４２上に表示することができる。
【００６０】
ステップ７０では、制御ユニットは代表的には、較正段階６０中に導き出したパッチ較正係数を適用する。ただし、追跡段階６６もまた、パッチ較正を行わないで実施してもよい。カテーテル電極とパッチ３２〜３８との間で測定されたインピーダンスを用いて（パッチ較正係数と一緒に）カテーテル電極とパッチの各々との間の相対距離を計算する。次に、これら距離を用いると、カテーテルの絶対空間座標を定めることができる。以下に導き出された方程式を用いて相対距離を求める。
【００６１】
カテーテル電極とパッチｉとの間のインピーダンスは、次のようにモデル化できる。
（７）  Ｒi＝Ｇ・Ｘi・Ｃcath・ｄi
上式において、Ｘiは、パッチｉについての較正係数であり、Ｃcathは、カテーテル電極４８についての接触定数であり、ｄiは、パッチｉとカテーテル電極４８との間の距離であり、Ｇは、中程度の抵抗率を表す一般的な定数である。カテーテル電極から駆動され、パッチｉに流れ込む電流は、パッチ電流Ｉiとして表され、これは、次の方程式により駆動電流Ｉに関連している。
【００６２】
【数９】
2007014786.tif 000011
【００６３】
【数１０】
2007014786.tif 000012
方程式（７）を方程式（８）に代入すると、次の組のＮ個の連立方程式が与えられる。
【００６４】
【数１１】
2007014786.tif 000013
【００６５】
【数１２】
2007014786.tif 000014
したがって、方程式（９）の組中の未知の変数だけが、ｄiの相対値である。方程式（９）を整理すると、以下の線形系をなす方程式が得られる。
【００６６】
【数１３】
2007014786.tif 000015
【００６７】
【数１４】
2007014786.tif 000016
【００６８】
【数１５】
2007014786.tif 000017
【００６９】
本発明の変形実施形態では、インピーダンスとインピーダンスの和の比として上記において定義された相対インピーダンスを測定インピーダンス相互間の差として定義することができる。別の変形実施形態では、各体表面パッチのところで読み取ったインピーダンスと数個の他のパッチのところでの読みの和との比を得ることができる。
【００７０】
カテーテル２２が動くと、少なくとも１つのパッチに対して相対インピーダンスが変化する。それにより、相対インピーダンスの変化の測定により、カテーテルの追跡が可能になる。
【００７１】
これとは対照的に、カテーテル電極４８が内部組織に触れると、パッチ電流が変化するが、相対インピーダンスの値は変化しない。その結果、上述したように、組織接触具合に起因する位置測定の誤差は、上述の方法を用いた場合に減少する。これら方法は更に、電流の変化が相対インピーダンスの変化による影響を受けない場合を検出することにより内部組織接触具合を評価する手段を更に提供する。
【００７２】
上述した方法は心臓の状態の診断または治療のためのカテーテルを利用したシステムについて説明したが、本発明の原理は同様に、他の身体構造、例えば脳、脊柱、骨格関節、膀胱、胃腸管（消化管）、前立腺および子宮の診断または治療のための位置追跡システムに利用できる。
【００７３】
さらに、段階６０，６６のインピーダンス較正および位置追跡技術は、単一の位置追跡法の２つの補足し合う部分として上述したが、変形実施形態では、これら技術を互いに独立して使用してもよい。例えば、上述のパッチ較正技術を用いると、他のインピーダンスを利用した追跡システム並びに体の上および（または）中に複数の電極を用いる他の診断および治療技術において電極のインピーダンスの変化を判定すると共に測定することができる。さらに、例えば上述の段階６６において相対インピーダンスを利用した位置追跡は、たとえ体表面電極のインピーダンスの特定の較正が行われない場合でも、位置測定の精度および信頼性を向上させる有用な方法である。
【００７４】
かくして、上述の実施形態は、例示として記載され、本発明は、上記において具体的に示すと共に説明した実施形態には限定されないことは理解されよう。それどころか、本発明の範囲は、上述した種々の特徴のコンビネーションとサブコンビネーションの両方ならびに当業者であれば、上記説明を読むと想到でき、先行技術には開示されていない種々の特徴の変形および改造を含む。
【００７５】
〔付録〕
相対インピーダンスとパッチ電流との間の関係の導出
一般に、１組のＮ個のノード（接続点）例えば電極パッチを有する並列回路の場合、電流Ｉは、その組の中のノードｊから他のＮ−１個のノードまで駆動され、ノードｉのところで測定された電流は、Ｉijとして表すことができ、この電流は、以下の方程式によりノード相互間のインピーダンスＲijと関連している。
【００７６】
【数１６】
2007014786.tif 000018
方程式（Ａ１）の両辺を逆にすると、以下のようにＩijの逆数に関する方程式が得られる。
【００７７】
【数１７】
2007014786.tif 000019
【００７８】
【数１８】
2007014786.tif 000020
【００７９】
【数１９】
2007014786.tif 000021
【００８０】
【数２０】
2007014786.tif 000022
【００８１】
〔実施の態様〕
本発明の具体的な実施態様は、次の通りである。
（１）インピーダンスを較正する方法において、
少なくとも第１、第２および第３の電極をそれぞれの場所で被験者の体の表面に結合するステップと、
第１の体表面電極と第２の体表面電極との間で前記体を通って流れる第１の電流を測定するステップと、
第１の体表面電極と第３の体表面電極との間で前記体を通って流れる第２の電流を測定するステップと、
第１および第２の電流を用いて体表面電極のうちの少なくとも１つと前記体の前記表面との間のインピーダンスを表す接触係数を導き出すステップと、
を含む、方法。
（２）実施態様（１）記載の方法において、
前記接触係数を導き出す前記ステップは、前記第１の電流と前記第１の電流および前記第２の電流の和との間の関係を用いて相対インピーダンスの値を求めるステップを含む、方法。
（３）実施態様（２）記載の方法において、
前記接触係数を導き出す前記ステップは、前記相対インピーダンスのうち３つ以上の値を求め、１組の１次方程式を解くステップを含み、前記１次方程式のパラメータは、前記３つ以上の値および前記体表面電極相互間の距離を含む、方法。
（４）実施態様（１）記載の方法において、
第４の電極を含むプローブを前記体の中に挿入するステップと、
前記第４の電極と前記体表面電極のうちの少なくとも１つとの間で前記体の中を流れる第３の電流を測定するステップと、
前記少なくとも１つの体表面電極の前記接触係数と前記第３の電流の両方に対する前記プローブの位置を応答的に検出するステップと、
を含む、方法。
（５）実施態様（４）記載の方法において、
前記位置を検出する前記ステップは、前記プローブと前記少なくとも１つの体表面電極との間の相対距離を求めるステップを含む、方法。
（６）実施態様（１）記載の方法において、
前記第１、前記第２および前記第３の体表面電極のうち少なくとも１つは、粘着性導電性パッチを含む、方法。
【００８２】
（７）位置検出方法において、
プローブ電極を含むプローブを被験者の体の中に挿入するステップと、
前記プローブ電極と前記体の表面に結合された第１の体表面電極との間で前記体を通って流れる第１の電流を測定するステップと、
前記プローブ電極と前記体の前記表面に結合された第２の体表面電極との間で前記体を通って流れる第２の電流を測定するステップと、
前記第１の電流と前記第２の電流との間の関係を計算するステップと、
前記関係に対する前記体の中の前記プローブの運動を応答的に追跡するステップと、
を含む、方法。
（８）実施態様（７）記載の方法において、
前記関係を計算する前記ステップは、前記プローブ電極と前記体表面電極の各々との間の相対インピーダンスの値を求めるステップを含む、方法。
（９）実施態様（８）記載の方法において、
前記相対インピーダンスの値を求める前記ステップは、前記第１の電流を前記第１の電流と前記第２の電流の和で除算して得られる商を求めるステップを含む、方法。
（１０）実施態様（７）記載の方法において、
前記関係を計算する前記ステップは、前記プローブ電極と前記第１および前記第２の体表面電極との間の相対インピーダンスの少なくとも２つの値を求め、１組の１次方程式を解くステップを含み、前記１次方程式のパラメータは、前記少なくとも２つの値を含む、方法。
（１１）実施態様（７）記載の方法において、
前記プローブの運動を追跡する前記ステップは、前記第１の電流と前記第２の電流との間の関係を著しくは変化させない前記第１の電流および前記第２の電流の変化が前記プローブの前記運動に起因するのではなく、前記体の中における前記プローブ電極と漸変インピーダンスの組織との接触を表すことを判別するステップを含む、方法。
（１２）実施態様（１１）記載の方法において、
第１の電流と第２の電流との間の前記関係は、前記プローブと前記第１および前記第２の体表面電極の相対インピーダンスを表す、方法。
【００８３】
（１３）組織接触を検出する方法において、
プローブ電極を含むプローブを被験者の体の中に挿入するステップであって、これにより前記プローブ電極が、前記体の内部の組織に接触する、ステップと、
前記プローブ電極と前記体の表面に結合された第１の体表面電極との間で前記体を通って流れる第１の電流を測定するステップと、
前記プローブ電極と前記体の前記表面に結合された第２の体表面電極との間で前記体を通って流れる第２の電流を測定するステップと、
前記第１の電流と前記第２の電流との間の関係を計算するステップと、
前記関係に応答して、前記プローブと前記組織との間の接触を検出するステップと、
を含む、方法。
（１４）実施態様（１３）記載の方法において、
前記プローブと前記組織の間の前記接触を検出する前記ステップは、前記第１の電流と前記第２の電流との間の関係を変化させない前記第１および第２の電流の変化を測定するステップを含む、方法。
（１５）実施態様（１３）記載の方法において、
前記第１および前記第２の電流に応答して前記体の中の前記プローブの位置を追跡し、前記プローブと前記組織との間の接触の検出に応答して前記位置を修正するステップを有する、方法。
【００８４】
（１６）インピーダンスの較正装置において、
被験者の体の表面にそれぞれの場所で結合されるように構成された少なくとも第１、第２および第３の電極と、
前記第１の体表面電極と前記第２の体表面電極との間で前記体を通って流れる第１の電流を測定し、前記第１の体表面電極と前記第３の体表面電極との間で前記体を通って流れる第２の電流を測定し、前記第１の電流および前記第２の電流を用いて前記体表面電極のうちの少なくとも１つと前記体の前記表面との間のインピーダンスを表す接触係数を導き出すように構成された制御ユニットと、
を備える、装置。
（１７）実施態様（１６）記載の装置において、
前記制御ユニットは、前記第１の電流と前記第１の電流および前記第２の電流の和との間の関係を用いて相対インピーダンスの値を求めることにより前記接触係数を導き出すように構成されている、装置。
（１８）実施態様（１６）記載の装置において、
前記制御ユニットは、前記相対インピーダンスの３つ以上の値を求め、１組の１次方程式を解くことにより接触係数を導き出すように構成されており、前記１次方程式のパラメータは、前記３つ以上の値および前記体表面電極相互間の距離を含む、装置。
（１９）実施態様（１６）記載の装置において、
前記体の中に挿入されるように構成されたプローブを有し、前記プローブは、第４の電極を有し、前記制御ユニットは更に、前記第４の電極と前記体表面電極のうちの少なくとも１つとの間で前記体を通る第３の電流を測定し、前記体表面電極のうちの前記少なくとも１つの前記接触係数と前記第３の電流の両方それぞれに対する前記プローブの位置を応答的に検知するように構成されている、装置。
（２０）実施態様（１９）記載の装置において、
前記制御ユニットは、前記プローブと前記少なくとも１つの体表面電極との間の相対距離を求めることにより前記位置を検知するように構成されている、装置。
【００８５】
（２１）位置検出装置において、
プローブ電極を備え、かつ被験者の体の中に挿入されるように構成されたプローブと、
被験者の体の表面にそれぞれの場所で結合されるように構成された第１および第２の体表面電極と、
前記プローブ電極と前記第１の体表面電極との間で前記体を通って流れる第１の電流を測定し、前記プローブ電極と前記第２の体表面電極との間で前記体を通って流れる第２の電流を測定し、前記第１の電流と前記第２の電流との間の関係を計算し、前記関係に応答して前記体内の前記プローブの運動を追跡するように構成されている制御ユニットと、
を備える、装置。
（２２）実施態様（２１）記載の装置において、
前記制御ユニットは、前記プローブ電極と前記体表面電極の各々との間の相対インピーダンスの値を求めることにより前記プローブの運動を追跡するように構成されている、装置。
（２３）実施態様（２２）記載の装置において、
前記制御ユニットは、前記第１の電流と前記第１の電流および前記第２の電流の和との商を計算することにより前記相対インピーダンス値を求めるように構成されている、装置。
（２４）実施態様（２２）記載の装置において、
前記制御ユニットは、相対インピーダンスの少なくとも２つの値を導き出し、１組の１次方程式を解くことにより前記プローブの運動を追跡するように構成されており、前記１次方程式のパラメータは、前記相対インピーダンスの前記値を含む、装置。
（２５）実施態様（２２）記載の装置において、
前記制御ユニットは、前記第１の電流と前記第２の電流との間の前記関係を著しくは変化させない前記第１の電流および前記第２の電流の変化が、前記プローブの運動に起因するのではなく、前記体内における前記プローブ電極と漸変インピーダンスの組織との接触を表すことを判別するように構成されている、装置。
（２６）実施態様（２５）記載の装置において、
前記第１の電流と前記第２の電流との間の前記関係は、前記プローブと前記第１および第２の体表面電極との間の相対インピーダンスを表す、
装置。
【００８６】
（２７）組織接触を検出する装置において、
被験者の体の中に挿入されて前記体内部の組織と接触するように構成されたプローブ電極を含むプローブと、
被験者の体の表面にそれぞれの場所で結合されるように構成された第１および第２の体表面電極と、
前記プローブ電極と前記第１の体表面電極との間で前記体を通って流れる第１の電流を測定し、前記プローブ電極と前記第２の体表面電極との間で前記体を通って流れる第２の電流を測定し、前記第１の電流と前記第２の電流との間の関係を計算し、前記関係に応答して、前記プローブと前記組織との間の接触を検出するように構成された制御ユニットと、
を備える、装置。
（２８）実施態様（２７）記載の装置において、
前記制御ユニットは、前記第１の電流および前記第２の電流の変化を検知する一方で、前記第１の電流と前記第２の電流との間の前記関係に変化がないことを検出することにより前記プローブと前記組織との間の前記接触を検出するように構成されている、装置。
（２９）実施態様（２７）記載の装置において、
前記制御ユニットは、前記第１の電流および前記第２の電流に応答して前記体内の前記プローブの位置を追跡し、前記プローブと前記組織との間の前記接触の検出に応答して前記位置を修正するように構成されている、装置。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施形態としての位置追跡システムの概略的絵画図である。
【図２】本発明の実施形態に従ってカテーテルに取り付けられた電極と体表面に取り付けられた電極相互間の相互作用を示す概略的な詳細図である。
【図３】本発明の実施形態に従って体表面電極のコンダクタンスを較正し、カテーテルの運動を追跡する方法を概略的に示す流れ図である。
【符号の説明】
【００８８】
２０  位置追跡システム
２２  カテーテル
２４  心臓
２６  被験者
２８  医師
３０  制御ユニット
３２，３４，３６，３８  皮膚パッチ
４２  モニタ
４４  マップ
４８  電極
５２，５４，５６，５８  電流測定回路
【図１】
2007014786.tif 000023
【図２】
2007014786.tif 000024
【図３】
2007014786.tif 000025
【外国語明細書】
2007014786000001.pdf