(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から印加された磁場とともに用いられる侵襲型プローブ装置であって、
可撓性の長手プローブと、第１のセンサと、第２のセンサと、信号処理回路とを備え、
前記可撓性の長手プローブは、その遠方端に隣接し被験者の体内に挿入される遠方部を有し、前記遠方部は力が加えられたときに所定の曲線形を呈し、
前記第１のセンサと前記第２のセンサは、前記プローブの前記遠方部における前記遠方端に対して既知の位置に固定されて信号を発生し、前記第１のセンサは第１の位置検知要素としての磁場応答センサであり、前記第１の位置検知要素の位置座標と方位座標の測定を可能にする第１の信号を発生し、前記第１の信号は位置座標と方位座標信号を特定し、
前記第２のセンサは、前記プローブの曲げに応答する第２の信号を発生する曲げ検地要素であって、前記第２の信号は曲げ信号を特定し、
前記信号処理回路は、前記位置座標と方位座標信号及び前記曲げ信号を受け取り、少なくとも前記第１のセンサの位置座標と方位座標を見出すため、および前記プローブの前記遠方部の長さ方向に沿った複数の地点の位置を測定するため、この位置座標と方位座標信号及び曲げ信号を処理し、
前記曲げ検地要素は、光ファイバセンサを有する、装置。
【請求項２】
長手部材と、
前記部材の遠方端上の手前側位置センサと、
前記遠方端上に配置され、前記手前側位置センサから離間した先端位置センサと、
前記手前側位置センサと前記先端位置センサの間の曲げ部を備え、
前記手前側位置センサと前記先端位置センサは、それぞれ前記手前側位置センサと前記先端位置センサの位置座標の測定を可能にする信号を発生し、
前記手前側位置センサと前記先端位置センサの位置座標は前記曲げ部の曲率半径を測定するために用いられ、前記曲率半径は円弧を定義し、前記曲げ部が曲げられると、この曲げ部上のいかなる地点の位置も測定できるように前記曲げ部は前記円弧状になり、
前記手前側位置センサと前記先端位置センサの少なくとも１つが音響センサである、カテーテル。
【請求項３】
さらに、心臓における電気的伝導の道筋の異常を診断するための生理学的センサを備える請求項２に記載のカテーテル。
【請求項４】
さらに、治療装置を備える請求項３に記載のカテーテル。
【請求項５】
カテーテルと、信号処理回路を備える侵襲型プローブ装置であって、
前記カテーテルは、
長手部材と、
前記部材の遠方端上の手前側位置センサと、
前記遠方端上に配置され、前記手前側位置センサから離間した先端位置センサと、
前記手前側位置センサと前記先端位置センサの間の曲げ部を備え、
前記手前側位置センサと前記先端位置センサは、それぞれ前記手前側位置センサと前記先端位置センサの位置座標の測定を可能にする信号を発生し、
前記信号処理回路は、前記手前側位置センサと前記先端位置センサの位置座標を用いて、前記曲げ部の曲率半径を測定し、前記曲率半径は円弧を定義し、前記曲げ部が曲げられると、この曲げ部上のいかなる地点の位置も測定できるように前記曲げ部は前記円弧状になる、装置。
【請求項６】
前記手前側位置センサと前記先端位置センサの少なくとも１つが音響センサである請求項５に記載の装置。
【請求項７】
さらに、前記カテーテルが、心臓における電気的伝導の道筋の異常を診断するための生理学的センサを備える請求項６に記載の装置。
【請求項８】
さらに、前記カテーテルが、治療装置を備える請求項７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
関連出願
本出願は、本出願人による米国仮特許出願第６０／０３４，７０３号および同第６０／０３４，７０４号（共に１９９７年１月３日出願）に基づく優先権を主張する。
産業上の利用分野
本発明は、心臓の診断・治療システム、特に心臓内面の地図づくり（マッピング）に用いる侵襲型の医療用プローブに関する。
発明の背景
位置感応型の心臓カテーテルは、業界で知られている。このようなカテーテルは、一般に経皮的に挿入され、一本またはそれ以上の主要な血管を通して押し進められ、心臓のいずれかの室に至る。カテーテル（典型的にはカテーテルの遠方端近くに）取り付けられる位置感応型の装置は、身体または心臓自身のいずれかに取り付けられる参照枠に対する装置（したがってカテーテル）の相対的な位置を特定するのに用いれられる信号を発生させる。この位置感応型装置は、能動型でも受動型でもよく、電気的、磁気的または超音波エネルギー、あるいは他の適当な形のエネルギーを発生乃至受け取ることによって操作される。
米国特許第５，３９１，１９９号は、カテーテルの遠方端に小型のセンサコイルを備えた位置感応型カテーテルを開示している。このコイルは、患者の体外に配置された磁場発生コイルによって発生し、外部から印加される磁場に応答して、電気信号を発生させる。電気信号は、コイルの位置を３次元座標で特定するために解析される。
本出願人による国際特許出願第ＷＯ  ９６／０５７６８号（１９９５年１月２４日出願）は、遠方端に複数の小型、好ましくは非同心円型のセンサコイルを固定した位置感応型カテーテルを開示している。上述の米国特許第５，３９１，１９９号と同様に、これらのコイルで、外部から印加される磁場に応答して発生された電気信号は、好ましい態様においては、コイルの位置・方位座標の、６次元的な要素を決定するために解析される。
多重位置検知装置は、例えばＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＩＬ９７／０００９号にあるように、カテーテルの遠方端あるいはこれに隣接する既知の互いに固定された位置関係に置かれる。この出願は、１個またはそれ以上の位置センサが固定されるほぼ剛性の構造体を遠方端に有するカテーテルに関するものである。これらのセンサは、好ましくは心臓の電気活性のマッピングを行うべく、構造体の位置と方位を特定するために用いられる。構造体自体は、ほぼ剛性であるが、カテーテルの残りの部分は一般に可撓性で、位置センサも、カテーテルの構造体に近い部分については、座標情報は与えない。
ＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ９５／０４９３８号は、小型磁場センサコイルとコイルの位置を遠隔的に特定する方法を開示している。このセンサコイルは、被検者の体内における可撓性内視鏡の空間的な配座（configuration）とその辿る道筋を、つぎの二つの方法のいずれかで特定するために用いられる：すなわち（１）コイルを、内視鏡の内腔、例えば内視鏡の生検チューブを通して進め、内視鏡を静止状態に保ちながらコイルの位置を外部から探知する方法と、（２）複数、好ましくは約１２本のコイルを、内視鏡に沿って配置し、全コイルの位置を特定する方法である。コイルの各位置を特定した各位置座標（単一のコイルを用いたとき）、あるいは全コイルの位置を特定した各位置座標（複数のコイルを用いたとき）は、被検者の腸内にある内視鏡の空間配座を補間によって再構成し、これによって腸の対応する空間配置を推定するために合体される。
腸の空間配座を推定する際の、この内視鏡の正確さは、比較的多数の位置測定装置および／またはコイルを備えることによって決まる。しかし、コイル（あるいは他のセンサ要素）を内視鏡の管腔を通して進めるのは時間がかかり、血管を通して進めなければならない心臓カテーテルのような細いプローブを用いるときは、物理的にも実用的ではない。一方、多数のコイルを用いるのは、カテーテルの重量とコストを嵩ませ、その可撓性を減少させる。
米国特許第５，０４２，４８６号は、カテーテルの先端にある電磁気的あるいは音響的送信機または受信機の位置を追跡することによって、被検者の体内、一般に血管内におけるカテーテルを位置を特定する方法を開示している。位置の読み取り値は、予め撮影しておいた血管のＸ線画像と照らし合わせる。この方法は、実用的であるが、カテーテルが血管、あるいはカテーテルの動きを拘束する狭い通路を区画する他の生理学的器官内を移動しているときにしか使えない。
ＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ９２／０３０９０号は、プローブに沿って離隔した位置にそれぞれ取りつけた検知コイルを具備する内視鏡のような、プローブシステムを開示している。プローブの近傍にあるアンテナのアレー（配列）は、検知コイルに対応する電圧信号を生起させるために、交流の電気信号によって駆動される。これらの電圧信号は、コイルの三次元座標を特定するために解析される。プローブに沿った検出コイル対の間にある位置は、各コイルの座標位置から補間によって決定される。
発明の概要
本発明の目的は、被検者の体腔に挿入するための可撓性カテーテルであって、カテーテルの体内での行路および／または位置を、カテーテルに固定された最小限のセンサを使って測定するカテーテルを提供することである。
本発明はまた、カテーテルの遠方部に加えられる力に応じて所定の形状または曲率をもつ遠方部を有するカテーテル、およびこのカテーテル遠方部の体内での行路を測定する方法を提供する。
本発明の一つの様相においては、カテーテル遠方端の全行路は、このカテーテル部分における二つの地点の位置座標を測定し、この座標を用いてこのカテーテル部分の形状または曲率を見出すことによって決定される。
本発明のもう一つの様相においては、カテーテル遠方部の全行路は、このカテーテル部分に一点の位置座標を測定し、この部分の曲率を測定することによって決定される。
本発明のもう一つの目的は、カテーテルの工程を、これまでのようにカテーテルの動きが制限される管腔内においてだけでなく、カテーテルが三次元的に自由に移動できる体腔内で測定することである。
本発明の好ましい態様においては、被検者の体腔に挿入するための遠方部を有する可撓性カテーテルは、カテーテルの長さ方向における遠方部における既知の各地点に固定される第１および第２のセンサを具備する。これらのセンサは、互いに対して、またカテーテルの遠方端に対して既知の関係にある。カテーテルの遠方端は、力が加えられたときに所定の曲線形をとるよう、十分な弾性を有する。少なくとも一個のセンサは、その位置座標に応じた信号を発生する位置センサである。第１および第２のセンサの出力は、被検者の体内におけるカテーテル遠方部の長さ方向に沿った複数の地点の位置を見出すべく、カテーテルの前述の一部の曲率を特定するため、一緒に処理される。
位置センサの少なくとも一個は、上述の米国特許第５，３９１，１９９号にあるような単一の磁界応答コイルを具備するのが好ましく、あるいはより好ましくは、すでに述べたＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ９６／０５７６８号にあるように、このようなコイルを複数個具備することである。このようなコイルが複数個あると、６次元の位置・方位座標の測定が可能になる。この他、電気センサ、磁気センサ、音響センサなど、業界で知られている適当な位置センサも用いることができる。
本発明のいくつかの好ましい態様においては、第１および第２のセンサの両方とも、好ましくは上述の６次元の座標測定が可能な、ＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ９６／０５７６８号にあるような位置センサを具備する。そして、第１のセンサの座標に対する第２のセンサの座標を求め、カテーテルの曲率に関する他の既知の情報と組み合せる。後述するように、この既知の情報は、第１および第２のセンサの近傍におけるカテーテルの長さ方向の複数の地点の位置を見出すために用いられる。
本発明に係るいくつかの好ましい態様においては、カテーテルは、業界では知られた長手弾性部材でカテーテルの内部を補強することにより、その長さ方向の少なくとも一部においては、ほぼ一定の弾性を有する。この態様においては、外力によるカテーテルの変形がないため、上述のようにして求められる既知の位置および方位座標は、カテーテルの要素間における曲率を求めるには十分なものとなる。
本発明の他の好ましい態様においては、第１のセンサは、上述の位置センサを備えるが、第２のセンサは、近傍でのカテーテルの曲げ半径に応答する信号を発生する曲げセンサを備える。曲げセンサは、カテーテルが曲がったときに、これの加わる力かトルクに比例する電気信号を発生する、業界で知られた一個またはそれ以上の電圧センサを具備するのが好ましい。この他、曲げセンサは、業界で知られた一個またはそれ以上の歪みセンサを具備することもできる。さらにこれらとは違って、曲げセンサは、カテーテルに固定された光ファイバセンサを備えることもできる。この場合、曲げ半径は、業界で知られているように、光ファイバにおける光の損失および／または後方反射によって測定される。
さらに他の例として、カテーテルは、引張りワイヤや他の業界で知られた機構のようなユーザが制御する曲げ機構や、本出願人のＰＣＴ国際出願第ＰＣＴ／ＩＬ９７／００１５９号にあるように他の型の曲げ機構を具備することができる。この機構の近傍におけるカテーテルの曲げ半径が既知であり、この曲げ半径がカテーテルに沿った複数の地点の位置を特定するのに用いられるため、曲げ機構は較正される。
本発明のいくつかの好ましい態様においては、カテーテルは電気生理検地電極のような生理学的センサを備える。あるいは、カテーテルはアブレーション電極のような治療装置を、カテーテルの長さに沿った複数の地点の全部または一部に備える。このような態様は、例えば心臓における電気的伝導の道筋の異常を診断・治療する際に、特に有用である。本発明の好ましい態様に従って使用される装置と方法は、この他に米国仮特許出願第６０／０３４，７０４号にも記載されている。
本明細書では好ましい態様は、ある型の位置・方位センサに関連して説明するが、本発明の原理は、業界で知られた他の型のセンサやその組み合わせを備えたカテーテルにおいても実現することができる。センサの６次元の位置座標と方位座標を求めることは、一般には必要ではない。例えば、第１の位置センサが５次元の位置・方位データを（その３次元並進座標並びに２次元回転方位と大きさを特定するため）、そして第２のセンサが３次元の位置情報を提供するのでも十分である。カテーテルに沿った複数の地点の位置は、これらの条件の下で、上述の方法で求めることができる。
ここでは、本発明の好ましい態様は、１個または２個の位置センサおよび／または１個の曲げセンサを用いたものについて説明するが、本発明の原理は、複数の位置センサおよび／または複数の曲げセンサを有するカテーテルや他のプローブにも同様に適用されることは分かるであろう。しかし、そのようなセンサの数は、カテーテル、一般にはカテーテルの遠方端に隣接するカテーテルの部分の長さ方向に沿った複数の地点の測定において所望の正確さを得るのに必要な、最小限にとどめるのが好ましい。
また、ここで述べる好ましい態様は、カテーテル、特に心臓内カテーテルについてのものであるが、本発明の原理は、内視鏡など、他の型の可撓性医療用プローブにも同様に適用できることは分かるであろう。
そこで、本発明の好ましい態様によれば、侵襲型プローブ装置であって、
被検者の体内に挿入するための遠方端に隣接する遠方部であって、この部分に力が加えられたときに所定の曲線形を呈する遠方部を有する可撓性の長手プローブと、
前記遠方端に既知の関係を保って前記プローブの遠方部に固定され、プローブの曲げに応答する信号を発生する第１および第２のセンサと、
前記曲げ応答信号を受け取り、前記少なくとも第１のセンサの位置と方位座標を見出すため、および前記プローブ遠方部の長さ方向に沿った複数の地点の位置を測定するため、この曲げ応答信号を処理する信号処理回路を具備する装置が提供される。
第１のセンサは、外部から印加される磁場に応答する信号を発生する３個のコイルを具備するのが好ましい。
また、プローブは、前記カテーテル遠方部の長さ方向にわたってほぼ均一な弾性を有し、また長手の弾性部材を有するのが好ましい。
本発明のいくつかの好ましい態様においては、第２のセンサは位置検知要素を具備し、信号処理回路は、前記第２のセンサの位置座標と方位座標を見出すため、この第２のセンサで発生した信号を処理する。
好ましくは、信号処理回路によって見出される位置座標と方位座標は、６次元的な位置座標と方位座標であるのがよい。
本発明に係る他の好ましい態様においては、第２のセンサは、プローブの曲げ方向に応答する信号を発生する曲げ検知センサを含む。
また、曲げセンサは、少なくとも１個の圧電結晶を含み、より好ましくは、少なくとも１個の圧電結晶は３個の結晶を含み、各結晶はそれぞれの軸が相互に直交するのがよい。
この他、曲げセンサは、光ファイバセンサまたは歪みセンサを含むことができる。
さらに、信号処理回路は、プローブの曲率半径を特定し、これに代えてまたはこれに加えて、プローブが形づくる螺旋形の半径とピッチを特定するのが好ましい。
その他、プローブは、その前記遠方部内に、たわみ装置を備えることもできる。
本発明によれば、さらに、被検者の体内における長手可撓性プローブの行路を測定する方法であって、
前記プローブ上の一点の位置座標と方位座標を見出す工程と、
前記一点に隣接するプローブの部分の曲げ角を測定する工程と、
前記体内におけるプローブの部分の長さ方向に沿った複数の地点の位置を特定するため、前記位置座標と方位座標、ならびに曲げ角を処理する工程を含む方法が提供される。
そして、位置座標と方位座標を見出す工程は、６次元的な位置座標と方位座標を見出す工程を含むのが好ましい。
また、曲げ角を測定する工程は、前記プローブ上の追加的な地点の位置座標を見出す工程を含むのが好ましい。
さらに、曲げ角を測定する工程は、前記プローブの曲げに係る力を測定する工程を含むのが好ましい。
この他、位置座標と曲げ角を処理する工程は、プローブの曲率半径を算出する工程を含み、またこれに代えてまたはこれに加えて、プローブの螺旋状行路の半径を算出する工程を含むのが好ましい。
本発明は、添付の図面を参照した、以下の好ましい態様の詳細な説明により、十分に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の好ましい態様に係る曲げ応答型カテーテルシステムの模式図である。
図２Ａは、図１のカテーテルが第１の湾曲配座にあるときの模式図である。
図２Ｂは、図１のカテーテルが第２のねじれ配座にあるときの模式図である。
図３は、本発明のもう一つの好ましい態様に係る曲げ応答型カテーテルシステムの模式図である。
図４は、本発明のもう一つの好ましい態様に係る曲げ応答型カテーテルシステムの一部を断面にした模式図である。
好ましい態様の詳細な説明
さて、図１は、被検者の心臓に挿入される、本発明の好ましい態様に係る曲げ応答型カテーテル２０を模式的に示す図である。カテーテル２０は、好ましくは被検者の心臓に挿入される遠方端２２と、制御用コンソール２６に連結されるカテーテルの手前端２４を備える。
カテーテル２０は、その遠方端２２に隣接して、第１の位置検知要素２８を、またその手前側に、後述するようにカテーテル２０の曲げ角度を測定するための第２の位置検知要素３０を備える。要素２８，３０のそれぞれは、ＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ９６／０５７６８号に記載されているような、磁界発生器３２によって印加される磁場に応答する信号を発生させる、３個のほぼ直交する、非同心円的なコイルを具備するのが好ましい。これらの信号は、導線３４を介して、コンソール２６にある信号処理・計算回路３６に伝達される。なお、コンソール２６は、駆動信号と制御信号を発生器３２に送るのが好ましい。回路３６は、発生器３２に制御される参照の枠（Frame）との関連において、要素２８，３０の６次元的な、並進および方位に関する座標を決定するために、これも先のＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ９６／０５７６８号に記載されているところにより、信号を解析する。
一方、要素２８，３０の一方はそのようなコイルを備え、他方は、先の米国特許第５，３９１，１９９号にあるように、単一のコイルを備えるというようにしても十分である。この場合は、この特許にあるように、単一のコイルを備えた要素の三次元的な並進座標が測定される。
さらに、センサ２８，３０は、業界で知られた他の型の位置センサおよびその組み合わせを具備することもできる。例えば、要素３０については３次元的な座標を測定する一方で、要素２８については、３次元的な並進座標と、これに対する２次元的な角度の増加と方位の座標を測定できるようなものにしても十分である。図２Ａに示し、また後述するように、カテーテル２０の曲げが平面内に拘束されるならば、要素３０の２次元座標を測定するのでも十分である。
カテーテル２０は、カテーテルの軸方向に沿ってカテーテル内に固定される弾性的な長手部材、例えばコイルばね要素を具備するのが好ましい。部材３８とセンサ２８，３０の金属部分の間には、十分な距離をとるのが好ましい。これらの金属部分がセンサのあるところで磁界を歪めることのないようにするためである。そのような磁界の歪みは、例えば金属部分に誘導される渦電流や、強磁性材料による磁力線の曲げによって引き起こされる。部材３８のために、カテーテル２０は、少なくとも要素３０あるいはこの手前側にあるもう一つの点から遠方端２２、あるいは少なくとも要素２８まで延びる、その長さ方向の部分４０においては、一般に一定の弾性を有する。このカテーテル２０の部分４０は、この部分では一箇所も曲げが起こらずに心臓の室に完全に挿入できるよう、十分に短く、一般には約９ｃｍよりも短いのが好ましい。この結果、カテーテル２０の部分４０が曲げられたときは、要素３０は並進し、また方位も要素２８に対して既知の角度だけ回転して、カテーテルの部分４０は、既知の角度によって定まる既知の曲率半径を有する弧状またはらせん形状を呈する。
図２Ａは、例えばカテーテルの部分４０が平面（一般性を欠くことなく図面の用紙を平面とする）内で曲げられた場合を示す。カテーテルの部分４０の長さは、図示のようにＬとする。第１および第２の局所的な座標軸５０（ｘ0，ｙ0，ｚ0）と５２（ｘ1，ｙ1，ｚ1）はそれぞれ，第１および第２の要素２８，３０の位置において定義される。どちらの場合も、ｚ軸は、カテーテル２０の軸方向（一般に要素３８とは平行）にとられる。
第１の要素２８の並進位置と第１の局所的な座標軸５０を定めるために、この要素の６次元的な位置座標が求められ、また使用される。第２の要素３０の方位座標は、軸５０とともに曲げ角θを決める第２の局所軸５２を定める。そして、座標軸５０または５２に関して定義されるｙ＝Ｒの位置における曲率中心５４と、Ｒ＝Ｌ／θで与えられる曲率半径を有する円弧が定義される。部材３８の弾性は、このカテーテルの部分４０がこの円弧状になることを保証するため、カテーテル２０の部分４０におけるいかなる地点の位置も簡単に求められる。
図２Ｂは、カテーテル２０が３次元的に自由のねじれることができるより一般的なケースを示す模式図である。この図に示したケースにおいては、カテーテル２０の部分４０は、その軸方向の回りに約１８０度ねじれているため、第２の局所軸５２における軸ｘ1およびｙ1は、第１の局所軸５０における軸Ｘ0およびｙ0とは反対方向を向いている。部材３８の弾性のため、カテーテルの部分４０は、図に示すように、直径Ｒc長さｄの円筒５４の境界内で一般に右旋回となる。長さｄは、要素３０の要素２８に対する並進運動によって区画される。しかし、直径Ｒcを求めるには、積分方程式を解かなければならない。業界で知られているように、積分方程式の解は、信号処理回路３６内に検索表（look-up table）の形で格納するのが好ましい。直径Ｒcと長さｄは、次いで、螺旋形のピッチを決める。このためカテーテル２０の部分４０におけるいかなる地点の位置も、前と同様に容易に求められる。
要素２８，３０の相対的な回転座標が不明瞭にならないよう、カテーテル２０の部分４０は、時計方向でも反時計方向でも、１８０度を超えてねじれないようにするのが好ましい。しかし、必要ならば、カテーテルの部分４０のねじれは、カテーテル２０が体内に挿入されて操作されるときに、要素２８，３０から受け取る信号を解析して連続的に監視することができる。こうすれば１８０度を超える回転は検出することができる。このような大きなねじれ角は、上述のように、Ｒcを適切に定めるときに用いられる。
上述の好ましい態様においては、カテーテル２０の部分４０は体腔内で自由に移動でき、この部分４０の形状と配座（configuration）はその弾性からほぼ定まると想定されている。カテーテルの部分４０は、外科医などのユーザによりカテーテル２０の手前端２４から加えられる圧縮軸力と、遠方端が接している体組織から遠方端２２に加えられる横方向に撓ませようとする力の組み合わせによって曲げられる。
図３は、本発明に係るもう一つの好ましい態様を示すが、この態様においては、カテーテル２０は、操舵機構５６によって、必ずしも円弧状や螺旋形に限らず、曲げ形を制御することができる。機構５６は、上述のＰＣＴ国際出願第ＰＣＴ／ＩＬ９７／００１５９号にもあるように、コンソール２６の制御下に操作され、電気的または機械的に制御される撓み要素を含む。これとは別に、機構５６は、業界で知られている適当なカテーテル操舵または撓み装置を備えることもできる。カテーテル２０は、機構５６のごく近傍でのみ曲がることができるよう、機構５６のごく近傍を除いて、十分に剛性である。要素２８，３０の位置座標は、撓み角θを測定するのに用いられ、撓み角θによってカテーテル２０の部分４０上のいかなる地点の位置も求められる。測定した撓み角はまた、機構５６の閉ループ制御用フィードバックを与えるのにも用いられる。
図４は、本発明のもう一つの好ましい態様を模式的に示すが、この態様は、カテーテル２０が、第２の位置検知要素３０の代わりに、カテーテルの曲げ角に応答する曲げセンサ８０を備える点を除いて先の態様と同じである。曲げセンサ８０は、少なくとも一個（好ましいのは図に符号８２，８４および８６で示すように３個である）の圧電素子を具備するのが好ましい。圧電素子は、部材３８が上述のごとく曲がったときに、曲げ力がこれら圧電素子に伝えられてこれに作用するよう、弾性部材３８に機械的に連結される。業界で知られているように、ピエゾ電気結晶は、一般にこの曲げ力に比例する電圧信号を生成し、この信号は導線３４を介して、コンソール２６にある信号処理回路３６に伝えられる。
素子８２，８４および８６のそれぞれは、他の二つの素子の軸と直交する結晶軸を有するピエゾ電気結晶を具備する。このため、各結晶は、異なる軸の回りでのカテーテル２０の曲げに応答する信号を生成する。したがって、図４に示すように、素子８２は、その長手軸の回りでのカテーテルのねじれに応答する信号を生成し、素子８４，８６は、それぞれ右左方向の曲げと上下方向の曲げに応答する信号を生成する。
部材３８が弾性が一定であるため、素子８２，８４および８６によって生成された信号は、カテーテル２０の一部の曲げ角とねじれ角を導出するのに用いられる。これらの角度は、カテーテル２０の長さ方向に沿った複数の関心領域の位置を特定するため、位置検知要素２８に関して特定された並進座標および方位座標と一緒にされる。
図４に示されたセンサ８０の代わりに、他の型の曲げセンサも用いることができる。例えば、ピエゾ電気素子８２，８４および８６を、歪みゲージで代用することができる。このような歪みゲージは、業界で知られているように、これに与えられる機械的な歪みの関数として変動する電気抵抗を有する。カテーテル２０の曲げ角を測定するためには、この他に、業界で知られている光ファイバセンサを用いることもできる。光ファイバセンサは、カテーテルに埋設された光ファイバと通して移送される光の損失と後方反射を測定することによって、カテーテル２０の曲げ角を測定する。
さらに、多重的な曲げや、一定しない曲率半径の曲げを検出するため、カテーテルの長さ方向に沿った異なる位置に、他の型の曲げセンサを追加配置することもできる。
より一般的にいうと、これまでは本発明の好ましい態様を、１個または２個の位置検出要素２８，３０、および単一の曲げセンサ８０を有する場合について説明してきたが、用途によっては、カテーテル２０はこれ以上の位置センサおよび／または曲げセンサを備えるのが好ましいこともあることは理解されるであろう。このような追加的なセンサは、カテーテルの長さ方向の一部を、入り組んだ通路内で追跡しなければならないときや、カテーテルが体腔の入り組んだ面に押しつけられてこの形状に適合することが望まれるときに、特に有用である。しかし、そのようなセンサの数は、カテーテルの長さ方向に沿った複数の位置の測定において、所望の正確さを達成するのに必要な最小限に維持されるのが好ましい。
図示の簡便のため、カテーテル２０は、センサと、本発明の操作に必要な他の要素だけを含むとして図示・説明してきたが、本発明の好ましい態様においては、カテーテルは、業界で知られている他の検知および／または治療装置を備えることが好ましい。本発明の原理は、例えば生理学的活性のマッピングや、これを体腔（例えば心臓の室）内での局所的な治療に応用する際に、これまで業界で知られている方法や装置より、はるかにすぐれた容易さと正確さをもって適用することができる。
上述の好ましい態様は、心臓内カテーテル２０についてのものである性、本発明の原理は、他の型のカテーテルや、内視鏡のような他の可撓性医療用プローブにも同様に適当できる。
本発明の実施態様は以下のように表現することもできる。
１．非侵襲型プローブ装置であって、被検者の体内に挿入するための遠方端に隣接する遠方部であって、この部分に力が加えられたときに所定の曲線形をとることが仮定される遠方部を有する可撓性の長手プローブと、前記遠方端に既知の関係を保って前記プローブの遠方部に固定され、プローブの曲げに応答する信号を発生する第１および第２のセンサと、前記曲げ応答信号を受け取り、前記少なくとも第１のセンサの位置と方位座標を見出すため、および前記プローブ遠方部の長さ方向に沿った複数の地点の位置を測定するため、この曲げ応答信号を処理する信号処理回路を具備する装置。
２．前記第１のセンサは、外部から印加される磁場に応答する信号を発生する３個のコイルを具備する実施態様１に記載の装置。
３．前記プローブは、前記カテーテル遠方部の長さ方向にわたってほぼ均一な弾性を有する実施態様１に記載の装置。
４．前記プローブは、長手の弾性部材を具備する実施態様１に記載の装置。
５．前記第２のセンサは、位置検知要素を具備する実施態様１乃至実施態様４のいずれかに記載の装置。
６．前記信号処理回路は、前記第２のセンサの位置座標と方位座標を見出すため、この第２のセンサで発生した信号を処理する実施態様５に記載の装置。
７．前記信号処理回路によって見出される位置座標と方位座標は、６次元的な位置座標と方位座標である実施態様１乃至実施態様４のいずれかに記載の装置。
８．前記第２のセンサは、曲げ検知センサを含む実施態様１乃至実施態様４のいずれかに記載の装置。
９．前記曲げセンサは、前記プローブの曲げ方向に応答する信号を発生する実施１態様８に記載の装置。
１０．前記曲げセンサは、少なくとも１個の圧電結晶を含む実施態様８に記載の装置。
１１．前記少なくとも一個の圧電結晶は３個の結晶を含み、各結晶はそれぞれの軸が相互に直交する実施態様１０に記載の装置。
１２．前記曲げセンサは、光ファイバセンサを含む実施態様８に記載の装置。
１３．前記曲げセンサは、歪みセンサを含む実施態様８に記載の装置。
１４．前記信号処理回路は、前記プローブの曲率半径を特定する実施態様１乃至実施態様４のいずれかに記載の装置。
１５．前記信号処理回路は、前記プローブが形づくる螺旋形の半径とピッチを特定する実施態様１乃至実施態様４のいずれかに記載の装置。
１６．前記プローブは、その前記遠方部内に、たわみ装置を備える実施態様１乃至実施態様４のいずれかに記載の装置。
１７．被検者の体内における長手可撓性プローブの行路を測定する方法であって、前記プローブ上の一点の位置座標と方位座標を見出す工程と、前記一点に隣接するプローブの部分の曲げ角を測定する工程と、前記体内におけるプローブの部分の長さ方向に沿った複数の地点の位置を特定するため、前記位置座標と方位座標、ならびに曲げ角を処理する工程を含む方法。
１８．前記位置座標と方位座標を見出す工程は、６次元的な位置座標と方位座標を見出す工程を含む実施態様１７に記載の方法。
１９．前記曲げ角を測定する工程は、前記プローブ上の追加的な地点の位置座標を見出す工程を含む実施態様１７に記載の方法。
２０．前記曲げ角を測定する工程は、前記プローブの曲げに係る力を測定する工程を含む実施態様１７に記載の方法。
２１．前記位置座標と曲げ角を処理する工程は、前記プローブの曲率半径を算出する工程を含む実施態様１７乃至実施態様２０のいずれかに記載の方法。
２２．前記位置座標と曲げ角を処理する工程は、前記プローブの螺旋状行路の半径を算出する工程を含む実施態様１７乃至実施態様２０のいずれかに記載の方法。
上述の好ましい態様は、あくまでも例として挙げたものであり、本発明の範囲は、以下の請求の範囲のみによって定められる。
【図１】
0003949730.tif 000002
【図２Ａ】
0003949730.tif 000003
【図２Ｂ】
0003949730.tif 000004
【図３】
0003949730.tif 000005
【図４】
0003949730.tif 000006