(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人間の身体あるいは動物の身体の一部内のカテーテルの位置を定めるためのカテーテル局在化システムであって、該カテーテル局在化システムは、離隔された関係をなして少なくとも１つのカテーテルに配備された複数個の音響トランスデューサを有する少なくとも１つのカテーテルと、信号処理ユニットとを有しており、前記音響トランスデューサの各々は音響信号を伝送し、あるいは、受領するようになっており、前記信号処理ユニットは、前記複数個の音響トランスデューサに結合されているとともに該トランスデューサを選択的に付勢するようにされ、また、前記音響トランスデューサにより受領された音響信号の結果として、該音響信号に対する前記身体の前記部位の効果を示す複数個の音響伝達関数を発生させ、前記信号処理ユニットは、更に、前記複数個の伝達関数に従って人間の身体の部位を三次元的に示すことに関するデータを発生させるよう作動するカテーテル局在化システム。
【請求項２】
請求項１記載のカテーテル局在化システムにおいて、前記信号処理ユニットは人間の身体の部位のモデルを合成し、前記音響トランスデューサにより受領された音響信号から発生される前記複数個の音響伝達関数に結果として前記モデルに適合するよう作動して該音響伝達関数と身体の部位の前記合成されたモデルとの間に実質的に密な嵌合を与えるようになっており、前記適合されている合成されたモデルは前記三次元的に示すことであるカテーテル局在化システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２のいずれかに記載のカテーテル局在化システムにおいて、前記信号処理ユニットは、前記音響トランスデューサの前記相対位置及び前記カテーテル上の該音響トランスデューサの位置に関する既知のデータとに組み合わせて前記身体部位の前記三次元写像から該身体部位における前記カテーテルの位置を定めるよう更に作動するカテーテル局在化システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のカテーテル局在化システムにおいて、音響トランスデューサに組み合わされた前記信号処理ユニットは前記音響信号を変調して前記音響信号の同時に起こる検出と、前記音響伝達関数の実質的に同時に起こる発生とを与えるようになっており、前記本体部位の前記三次元写像を、該身体部位のいかなる移動の効果を実質的に事前に除去する時に該音響伝達関数から発生させることができるカテーテル局在化システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のカテーテル局在化システムにして、トランシーバーを更に含んでおり、該トランシーバーは、前記カテーテル及び前記信号処理ユニットに結合されているとともに、作動時、該信号処理ユニットと前記複数個の音響トランスデューサとの間で伝達された信号を多重にするようにされており、もって、各音響トランスデューサに伝達された信号を分離しているカテーテル局在化システム。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のカテーテル局在化システムにして、ユーザーインターフェースを更に含んでおり、該ユーザーインターフェースは表示手段を含んでおり、前記身体部位の前記三次元写像及び前記カテーテルの前記位置が、該表示手段に表示され得るカテーテル局在化システム。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載のカテーテル局在化システムにおいて、前記カテーテルは複数個の伸張性のアームを有しており、前記音響トランスデューサは該複数個のアームに、それの遠位端のところで装架されており、該アームは、前記カテーテルが前記身体部位に配備される際、配置され得るようになっていて、もって、前記複数個の音響トランスデューサの実質的に改良された空間分離を提供しているカテーテル局在化システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人間の身体あるいは動物の身体の部位に関連してカテーテルのヘッドの位置に定めるよう作動するカテーテル局在化システムに係わる。
【０００２】
【従来の技術】
カテーテルは、静脈あるいは動脈を介して人間の身体あるいは動物の身体の遠くに置かれた部位に近付いて身体のその部位の医療診断即ち処理を行う手段を提供するための手段を提供している。それ故、ここで用いられている用語カテーテルは、実質的に侵略的な外科的技術により、静脈のごとき在来の導管を介して人間の身体あるいは動物の身体の一部に対する遠くからのアクセスを提供するよう作用するいずれかの医療用工具を含んでいる。その用語は身体に対して遠くからのアクセスをするための内視鏡及び同様の工具を含んでいる。
【０００３】
カテーテルは、該カテーテルの尖端に配備された電気センサーを備えていてもよく、該カテーテルは、更に、外方鞘体内で軸線方向に移動するようにされた細長い可撓性部材を有していてもよい。電気センサーを含む尖端は、静脈あるいは動脈を通るように配置されているとともに該静脈あるいは動脈を通るように配備されていてもよい。静脈あるいは動脈内で細長い可撓性部材を移動させることにより、身体の部位のところに、あるいは、該身体の部位の近くにカテーテルの尖端の位置決めが容易になっている。その後、センサーは、身体の部位の電気活性を示す信号を提供する。このような作動において、カテーテル尖端の位置を定めて処理時における診断情報の正しい判読及びカテーテルの正しい位置決めを提供するようにできることが重要な要求である。処理されるべき身体の部位に関連してカテーテルの尖端の位置を定める方法は、局在化として知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
心電図撮影法、即ち、心電図記録法は、外部に施される電極、より具体的には、心臓内に挿入されたカテーテルの尖端に位置決めされた電極を用いて心臓により作り出される電気信号を記録する方法である。既知の心内膜カテーテル技術においては、測定が必要とされている心臓内の位置にカテーテルを位置させ且つ案内するのに手術室Ｘ線透視法の使用が多くなされている。Ｘ線透視法を用いることは、手術室のスタッフ及び患者がＸ線の放射に不可避的に晒されるという欠点を有している。既知のカテーテル局在化システムにおいては、基準カテーテルは、Ｘ線透視法の案内の下で身体に挿入された既知の場所のところで所定の位置を提供するのに用いられている。Ｘ線透視法は、冠状静脈洞のごとき在来通りの、そして、解剖学的に適切に画成された位置で手続き全体を通して所定の位置に基準カテーテルの位置決めを容易にするよう用いられている。基準カテーテルは、患者の息つき及び心臓の鼓動により生ぜしめられる移動に対するある保証を、あるレベルまで、提供するよう作用している。このことは、両カテーテルに対して実質上同じだけの基準カテーテル及び測定カテーテル双方の移動の結果として行われている。既知のカテーテル及びカテーテルトラッキングシステムを考慮して、カテーテルの方向及び場所を所望の位置に改良することは技術的課題を示し、該技術的課題は、請求項１によるカテーテル局在化システム及び請求項９による方法により取り組まれている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、人間の身体あるいは動物の身体の一部内にカテーテルの位置を定めるためのカテーテル局在化システムが得られ、該カテーテル局在化システムは、離隔された関係をなす少なくとも１つのカテーテルに配備された複数個の音響トランスデューサを有する少なくとも１つのカテーテルと、信号処理ユニットとを有しており、前記音響トランスデューサの各々は音響信号を伝送し、あるいは、受領するようになっており、前記信号処理ユニットは、前記複数個の音響トランスデューサに結合されているとともに該トランスデューサを選択的に付勢するようにされ、また、前記音響トランスデューサにより受領された音響信号の結果として、該音響信号に対する前記身体の前記部位の効果を示す複数個の音響伝達関数を発生させ、前記信号処理ユニットは、更に、前記複数個の伝達関数に従って人間の身体の部位を三次元的に表示することに関するデータを発生させるよう作動する。
【０００６】
音響トランスデューサのうちの少なくとも１つを準備して既知の音響信号を発生させることにより、また、カテーテルヘッドが配備されている身体の部位の壁からの音響信号の反射を定めるとともに測定することにより、音響トランスデューサのうちの１つにより発生され且つ音響トランスデューサのうちの別のものにより、あるいは、同じトランスデューサにより受領された各音響信号に対して音響伝達関数を定めることができる。
【０００７】
有利なことには、信号処理ユニットは人間の身体の部位のモデルを合成し、前記音響トランスデューサにより受領された音響信号から発生される複数個の音響伝達関数の結果として、前記モデルに適合するよう作動して該音響伝達関数と身体の部位の前記合成されたモデルとの間に実質的に密な嵌合を与えるようになっている。
【０００８】
人間の本体の部位の表面壁の推定されるモデルに音響伝達関数を相関させるよう信号処理ユニットの手筈を整えておくことにより、また、このモデルを前記複数個の音響伝達関数に嵌合させる反復プロセスを提供することにより、信号処理ユニットは人間あるいは動物の身体の部位の内側の三次元マップ即ち三次元写像を発生するよう作用する。既知の、即ち、実質的に発生された距離測定から、カテーテルに沿った音響トランスデューサの位置を定めることができ、それにより、三次元写像との組み合わせで、身体部位内のカテーテルの位置に関する情報を与えている。それ故、Ｘ線透視量の実質的な減少で、カテーテルの位置を定めることができる。
【０００９】
有利なことには、前記音響トランスデューサにより発生された音響信号は変調されて前記音響信号の同時期に起こる検出を与えてもよい。このことは、前記音響伝達関数の実質的に同時期に起こる発生を与えており、該音響伝達関数から、前記身体部位の前記三次元写像を、該身体部位のいかなる移動とも無関係に、発生させることができる。
【００１０】
本発明の第１の局面によれば、人間あるいは動物の身体の部位の三次元写像に関連してカテーテルの位置を定める方法が得られ、該方法は、
人間あるいは動物の身体の部位内で音響信号源として作用する音響トランスデューサから少なくとも１つの音響信号を発生させる工程と、
前記身体の部位の壁を介して反射される音響信号を、複数個の音響信号検出器で検出する工程と、
前記検出された信号を前記発生された音響信号に相関させることにより、該検出された音響信号に対応する複数個の音響伝達関数を定める工程と、
人間あるいは動物の身体の部位の三次元モデルを合成する工程と、
前記音響伝達関数に従って人間あるいは動物の身体のモデルを調節して人間あるいは動物の身体の部位の三次元モデルを合成し、そのことから、前記カテーテルヘッドの位置に関する情報を定めることができるようにする工程と、
を有している。
【００１１】
さて、本発明の一実施例を、添付図面を参照して、例としてのみ説明する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例に従ったカテーテル局在化システムは図１に示されている。図１において、２つのカテーテルは１、２は、患者の身体３に挿入されているとして示されているとともに患者の心臓に延出しているとして示されている。図１に示された例示実施例は２つのカテーテル１、２を備えているけれども、カテーテル１及び２に配備されている音響トランスデューサ６が１つのカテーテルに配備されていてカテーテルトラッキング構成を１つのカテーテルに関してのみ施すことができるように別の実施例を構成してもよいことは容易に理解される。
【００１３】
カテーテル１及び２はマルチチャンネルトランシーバ１０を介して信号処理ユニット８に結合されている。信号処理ユニット８は、音響トランスデューサ６の各々により発生された一時あるいは位相変調音響信号のいずれかにより、音響トランスデューサ６のいずれか１つからの音響信号がユニークに識別され得るように音響トランスデューサを選択的に励起させるよう作動する。その後、音響トランスデューサ６のうちの１つにより発生された音響信号は、発生された各音響信号に対して、且つ、この音響信号を受領する各音響トランスデューサに対して、音響トランスデューサ６の他のものにより検出され、音響伝達関数は、まもなく述べられるように定められることができる。音響トランスデューサ６の各々により検出された音響信号を示す信号はマルチチャンネルトランシーバ１０を介して信号処理装置に給送される。マルチチャンネルトランシーバ１０は、音響トランスデューサ６の各々からの検出された音響信号を示す信号の分離及び決定をするよう作用する。それ故、マルチチャンネルトランシーバ１０は設備を提供するよう作用し、該設備を通して、音響トランスデューサは、選択的に、励起されてもよく、また、それにより検出された信号は信号処理ユニット８に選択的に給送されてもよい。
【００１４】
信号処理ユニット８は、カテーテル１及び２が配置されている人間の身体４の部位の三次元写像を定めるよう作動する。さて、三次元写像の発生について、図２及び図３を参照して説明する。それら図２及び図３では、図１に示されている部品も同じ番号で示されている。図２において、カテーテル１及び２に関連された音響トランスデューサ６は、心臓４内に配備されているとして示されている。トランスデューサのうちの１つ６’は音響信号を発生するとして示されており、該音響信号は、その後に、音響トランスデューサの別のもの６”により受領される。音響信号は、直接経路１２に沿って、また、複数個の間接経路１４に沿って受領され、該間接経路１４は、心臓の壁４を介して反射される音響信号により取られる経路を示している。線図は、多くの間接経路のうちのいくつかのみを示している。レシーバ音響トランスデューサ６”により受領された音響信号は図３に示されている。図３において、音響トランスデューサ６’により発生された音響信号は波形信号１６として示されている。受領音響トランスデューサ６”により受領された音響信号を示す信号は波形１８として示されている。波形１８は、直接経路１２からの信号と、間接経路１４からの信号とからなっているとして示されており、該間接経路１４は、波形２０及び２２で示されている。波形２２は、複数個の散乱された信号でなっているとして示されており、該複数個の散乱された信号は心臓の壁からの音響信号の反射から形成されている。音響トランスデューサ６’により発生された音響信号を受領する音響トランスデューサの各々に対し、信号処理ユニット８は、音響伝達関数を発生させるよう作動する。図３において、伝送される波形１６に従って受領された波形１８に対して発生される音響伝達関数は、信号波形線図２４により示されているとして図示されている。伝送される音響信号を、受領音響トランスデューサ６”のところで受領された音響信号に相関させることにより、音響伝達関数２４が発生される。このことは、直接構成要素２６と、散乱された構成要素２８とでなっているとして、再び、示されている。
【００１５】
容器４内に配備された音響トランスデューサから複数個の音響伝達関数を発生させた後、信号処理ユニットは心臓の壁４の内側の三次元写像を発生するよう作動し、該心臓の壁４の内側の三次元写像から、カテーテル１及び２の場所を定めることができる。このことは、心臓の壁４の内側の三次元に合成されたモデルを発生させ、また、このモデルを、音響トランスデューサにより測定された音響伝達関数に嵌合するよう反復的に順応させることにより達成される。図１に示されたカテーテル局在化システムにおいては、信号処理ユニット８は、心臓の壁が、音響トランスデューサを囲繞する表面としてモデル化することができる強い反射特性であるがために、心臓の壁の形状を発生させるよう作動する。次いで、表面形状は、発生された複数個の音響伝達関数に対応する心臓の壁の最良の嵌合画像に従って計算された反射にマッチするよう調節される。このことは、ホログラフィック画像技術として知られている。ホログラフィック画像技術の精度は、画像のより詳細なモデルを用いることにより、また、区域内で散乱する波形をより観測することにより、高められる。音響伝達関数が発生されるトランスデューサ間の距離を長くすればするほど、心臓の壁の内側の三次元写像はより正確なものとなる。従って、音響トランスデューサを、カテーテルの長さ方向に沿って互いに離隔させることができる。ホログラフィック画像作成を実行するためには、カテーテルヘッドに沿った全ての音響トランスデューサの相対位置が既知であることが必要である。しかし、トランスデューサが可撓カテーテルに装架されている場合、音響トランスデューサの位置は互いに相対して移動してもよい。このことは、カテーテルが移動する際に、音響トランスデューサ８の相対位置を連続して測定しなければならないことを意味している。この作業を行う１つのやり方はトランスデューサ間の散乱されていない直接の音の伝送を測定することである。２つの音響トランスデューサ間の距離は、音響信号に取られて、一方のものから他方の音響センサーまでの間を走行する時間と、それらの間の音響信号の、媒体内での平均速度との間の積に等しい。一対の音響トランスデューサ間の直接の音の伝播時間は、散乱される音と同時に定めることができる。その後、平均の音の速度は、音響信号が通過した材料から推定することができる。かくて、一対の音響トランスデューサ間の距離は、ソノミクロメトリー（sonomicrometry）として知られているこの方法に従って定めることができる。いくつかの対の音響トランスデューサ間の距離を定めることにより、それらの全ての相対位置を定めることができる。
【００１６】
以上述べたごときカテーテル局在化システムにおいては、音響トランスデューサが小型で、実質上全方向的に音響信号を伝送し且つ受領することができることが有利である。本発明の実施例は、音響トランスデューサが２つの別個のカテーテルに配備されている状態で示されたが、容易に理解される通り、音響トランスデューサは信号カテーテル上の異なる位置に配備することができる。
【００１７】
更に別の実施例では、音響トランスデューサは、伸張性のアームあるいは同様の構造体に装架させることができ、また、カテーテルヘッドが、一旦、調査されるべき身体の部位内側に配備されたら、音響トランスデューサの位置を機械的に拡張させ且つ広げるようにしてもよい。このことは図４に示されており、該図４では、カテーテル１は、遠位端のところに音響トランスデューサ６が配備されている状態で、アーム３８を有しているとして示されている。
【００１８】
音響トランスデューサの付近の領域における解剖学的構造体の画像は、測定された音響伝達関数から合成されている。このことは、信号処理ユニット８に結合された、関連する使用者のインターフェースを備えたコンピューターを用いて達成することができ、該関連する使用者のインターフェースは信号処理ユニットにより定められた画像を表示するよう機能するとともにシステムパラメータを調節するコマンドを受け取るよう機能する。当業者には認められる通り、コンピューターに表示される画像はカテーテルが装架されているトランスデューサの位置の指示を含んでいてもよく、それ故、囲繞している解剖部に相対してカテーテルを案内するための手段を提供している。このことは図１に示されており、コンピューター３０及び表示モニター３２はインターフェース３４を介して信号処理装置に結合されている。
【００１９】
前述した通り、調査されるべき身体の部位の構造の三次元写像は、音響トランスデューサにより測定された音響伝達関数から合成される。このことはコンピューター表示装置３２に示されている三次元的に合成されたモデル３６により図１に示されている。このことは、音響トランスデューサを囲繞している解剖構造体のソフトウエアモデルを用いて行うことができる。かようなモデルは、幅広い解剖学的構造体を仮定することができるとともに、２つの音響トランスデューサ間の音響伝達関数を、あるいは、それに対応して、１つのトランスデューサとそれ自体との間の自己伝達関数を予言することができる。各測定された音響伝達関数に対しては、解剖部の初期推定を用いて対応する予言がなされている。各予言された音響伝達関数はそれの測定された音響伝達関数と比較され、予言と測定された伝達関数との間の総合嵌合の程度が評価される。次いで、解剖部のモデルは対応して調節され、また、新たな予言がなされるとともに測定された伝達関数と比較される。この方法は、予言された音響伝達関数と測定された音響伝達関数との間の総合の最良嵌合がなされるまで、反復的に繰り返される。次いで、最良の嵌合を提供する解剖部のモデルは、図示されているごとく、コンピューター表示器３２に表示される。音響トランスデューサの相対位置は、解剖部の形状とともに定めることができる。
【００２０】
当業者には理解される通り、様々な変形を、本発明の範囲から逸脱することなく以上述べた実施例に対してなすことができる。特に、音響トランスデューサはウルトラサウンドトランスデューサ（ultra sound transducer）であってもよく、また、音響信号はウルトラサウンド信号であってもよい。更に、音響トランスデューサは、細長い部材を含むカテーテルのいかなる部位に配備されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】カテーテル局在化システムの例示的ブロック線図である。
【図２】散乱され且つ反射された音響信号からの音響伝達関数の発生を示している概略線図である。
【図３】組をなす３つの波形線図で、音響伝達関数の発生を例示している。
【図４】延長可能なアームが患者の心臓に配備された状態のカテーテルの例示的概略線図である。
【符号の説明】
１  ，２  カテーテル
３  患者の身体
４  人間の身体
６，６’，６”  音響トランスデューサ
８  信号処理ユニット
１０  マルチチャンネルトランシーバ
１２  直接経路
１４  複数個の間接経路
１６  波形信号
１８，２０，２２  波形
２４  信号波形線図
２６  直接構成要素
２８  散乱された構成要素
３０  コンピューター
３２  表示モニター
３４  インターフェース
３６  三次元的に合成されたモデル
３８  アーム
【図１】
0004343288.tif 000002
【図２】
0004343288.tif 000003
【図３】
0004343288.tif 000004
【図４】
0004343288.tif 000005