(57)【要約】駆動信号励起のもと、分離可能なフィールドを発生する少なくとも一つのフィールド発生装置と、前記目標装置に位置し、前記分離可能なフィールドを検出しセンサ信号を発生する少なくとも一つのフィールドセンサと、前記フィールド発生装置に駆動信号を送信し、前記フィールドセンサ信号の出力を検出して、前記目標装置のセンサの存在する位置の五次元位置及び配向座標データを取得する位置決め信号処理装置と、を含む、人体腔内壁の三次元測定方法、並びにその装置及びシステム。【選択図】図６
2012520474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）駆動信号により複数の分離可能なフィールドを発生するステップと、
（ｂ）前記目標装置に予め設置されている少なくとも一つのセンサを用いて前記分離可能なフィールドを検出し、センサ信号を発生するステップと、
（ｃ）センサ信号の出力を検出し、前記目標装置のセンサの存在する位置の三次元位置座標データ及び二つの配向座標データを含む五次元位置及び配向座標データを取得するステップと、
を含む、参照系に対する目標装置の位置及び配向を確定するための人体腔内壁の三次元測定方法。
【請求項２】
（ｄ）前記人体腔内壁に沿って目標装置を移動した後、前記目標装置のセンサの存在する位置の五次元位置及び配向座標データを再び取得するステップと、
（ｅ）ステップ（ｂ）〜（ｄ）を繰り返し、複数組の前記五次元位置及び配向座標データを取得するステップと、
（ｆ）前記取得した複数組の五次元位置及び配向座標データ中の三次元位置座標データ及び／又は二つの配向座標データを用いて前記人体腔内壁の三次元画像モデルを構築するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記目標装置に予め一つ以上のセンサを設置し、その一つ以上のセンサを利用し、
さらに、
（ｇ）前記目標装置に予め設置された一つ以上のセンサがそれぞれ測定したデータを用いて、目標装置の一つ以上のセンサの存在する点の五次元位置及び配向座標データを取得するステップと、
（ｈ）前記取得した目標装置の一つ以上のセンサの存在する位置の五次元位置及び配向座標データを用いて処理により目標装置の局部又は全体の三次元画像モデルを取得するステップと、
を実現するために用いられることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記目標装置に予め設置した一つ以上の前記センサ同士の間に均等又は不均等の一定距離をあけることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記目標装置に互いの間に一定距離をあけた二つの前記センサを予め設置することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の分離可能なフィールドのそれぞれは異なる周波数又は異なる位相を有するか、或いは異なる周波数と異なる位相を同時に有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記複数の分離可能なフィールドの周波数は所定周波数の整数倍であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記ステップｃにおいてさらに、 
前記駆動信号と前記センサ信号の相関を取るステップを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記ステップｃにおいてさらに、
前記駆動信号と前記センサ信号の相関を取り、前記相関の持続時間は前記整数倍数の最小公倍数を前記所定周波数で割ったものであるステップを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記相関の結果は、前記複数の分離可能なフィールドそれぞれが前記センサが発生する信号に対しての寄与を計算するのに用いられることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記フィールドはＡＣ磁場又は直流パルス磁場であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記ＡＣ磁場は連続した磁場であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記三次元位置座標データは前記参照系に対する三次元位置座標であり、前記二つの配向座標データは自転角を含まないことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記目標装置に予め設置した電極を用いて、該電極が存在する位置の電気信号を取得するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記電気信号は、人体腔の電気信号であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
収集された複数の前記人体腔内壁の電気信号を対応的に収集された前記五次元データ中の三次元位置データとあわせ、処理を行い、電気信号が人体腔内壁組織を通って伝播する状況を示す映像を前記電気信号が取得された時間順序で形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
駆動信号励起のもと、分離可能なフィールドを発生する少なくとも一つのフィールド発生装置と、
前記目標装置に位置し、前記分離可能なフィールドを検出しセンサ信号を発生する少なくとも一つのフィールドセンサと、
前記目標装置のセンサの存在する位置の五次元位置及び配向座標データを発生するように、前記フィールド発生装置に駆動信号を送信し、前記フィールドセンサ信号の出力を検出する位置決め信号処理装置と、
を含む、参照系に対する目標装置の位置及び配向を確定するためのフィールド位置決め装置。
【請求項１８】
前記五次元位置及び配向座標データを処理し、前記五次元データ中の三次元位置座標データ及び／又は二つの配向座標データに基づいて三次元画像モデルを構築する三次元画像シミュレート装置をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載のフィールド位置決め装置。
【請求項１９】
前記目標装置に一つ以上のフィールドセンサを含むことを特徴とする請求項１７又は１８に記載のフィールド位置決め装置。
【請求項２０】
前記一つ以上のフィールドセンサ同士の間に均等又は不均等の一定距離をあけることを特徴とする請求項１９に記載のフィールド位置決め装置。
【請求項２１】
前記目標装置に互いの間に一定距離をあけた二つのフィールドセンサを含むことを特徴とする請求項２０に記載のフィールド位置決め装置。
【請求項２２】
前記フィールド発生装置で発生した複数の分離可能なフィールドはそれぞれ異なる周波数又は異なる位相を有するか、或いは異なる周波数と異なる位相を同時に有することを特徴とする請求項１７〜２１のいずれかに記載の装置。
【請求項２３】
前記複数の分離可能なフィールドの周波数は所定周波数の整数倍であることを特徴とする請求項１７〜２１のいずれかに記載の装置。
【請求項２４】
前記位置決め信号処理装置は前記駆動信号と前記センサ信号の相関を取ることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
前記位置決め信号処理装置は前記駆動信号と前記センサ信号の相関を取り、前記相関の持続時間は前記整数倍数の最小公倍数を前記所定周波数で割ったものであることを特徴とする請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
前記位置決め信号処理装置は、前記相関の結果を前記複数の分離可能なフィールドそれぞれが前記センサが発生する信号に対しての寄与を計算するのに用いられることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記フィールドはＡＣ磁場又は直流パルス磁場であることを特徴とする請求項１７〜２１のいずれかに記載の装置。
【請求項２８】
前記ＡＣ磁場は連続した磁場である、又は前記直流パルス磁場は周期的に変化するものであることを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記三次元位置座標データは前記参照系に対する三次元位置座標であり、前記二つの配向座標データは自転角を含まないことを特徴とする請求項１７〜２１のいずれかに記載の装置。
【請求項３０】
前記目標装置に電極の存在位置の電気信号を取得するための電極をさらに含むことを特徴とする請求項１７〜２１のいずれかに記載の装置。
【請求項３１】
前記電気信号は心腔内壁の電気信号であることを特徴とする請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記電極が取得した電気信号を処理し、位置決め信号処理装置が収集した前記複数の点の五次元位置及び配向座標データ中の三次元位置座標データ及び／又は二つの配向座標データとあわせ、電気信号が前記心腔内壁組織を通って伝播する状況を示す映像を形成する電気信号処理装置をさらに含むことを特徴とする請求項３０に記載の装置。
【請求項３３】
駆動信号励起のもと、分離可能なフィールドを発生する少なくとも一つのフィールド発生装置と、
前記目標装置に位置し、前記分離可能なフィールドを検出しセンサ信号を発生するための少なくとも一つのフィールドセンサと、
前記目標装置のセンサの存在する位置の五次元位置及び配向座標データを発生するように、前記フィールド発生装置に駆動信号を送信し、前記フィールドセンサ信号の出力を検出するための位置決め信号処理装置と、
前記目標装置に位置し、制御信号に応答して目標装置の存在する位置に対して作用を発生する作用装置と、
を含む人体腔に用いる三次元測定システム。
【請求項３４】
前記五次元位置及び配向座標データを処理し、前記五次元位置及び配向座標データ中の三次元位置座標データ及び／又は二つの配向座標データに基づいて三次元画像モデルを構築する三次元画像シミュレート装置をさらに含むことを特徴とする請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記目標装置に少なくとも一つの孔を有し、前記作用装置は、前記孔と連通し目標装置の先端の存在する部分に液体を送るための管状装置を含むことを特徴とする請求項３３又は３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記作用装置は、接触する人体腔組織に電気エネルギーを提供するための一つ又は複数の電極を含むことを特徴とする請求項３３又は３４に記載のシステム。
【請求項３７】
前記作用装置は、温度信号により電気エネルギーの放出を制御できるように、該作用装置中の温度センサの存在する部分の温度を測定する温度センサをさらに含むことを特徴とする請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
前記作用装置は、目標装置と人体腔内壁とが接触する良好程度を測定するための圧力センサを含むことを特徴とする請求項３３又は３４に記載のシステム。
【請求項３９】
駆動信号励起のもと、分離可能なフィールドを発生する少なくとも一つのフィールド発生装置と、
前記目標装置に位置し、前記分離可能なフィールドを検出しセンサ信号を発生する少なくとも一つのフィールドセンサと、
前記目標装置のセンサの存在する位置の五次元位置及び配向座標データを取得できるように、前記フィールド発生装置に駆動信号を送信し、前記フィールドセンサ信号の出力を検出する位置決め信号処理装置と、
人体の体表面部位に対して静止している一つの参考点を提供できるように、前記人体の体表面部位に取り付けられ、予め設置された少なくとも２つのフィールドセンサにより前記体表面参考位置決め電極上の一つの点の三次元位置データ及び三つの方向データを確定する体表面参考位置決め電極と、
を含む人体腔に用いる三次元測定システム。
【請求項４０】
前記五次元位置及び配向座標データを処理し、前記五次元位置及び配向座標データ中の三次元位置座標データ及び／又は二つの配向座標データに基づいて三次元画像モデルを構築する三次元画像シミュレート装置をさらに含むことを特徴とする請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
駆動信号励起のもと、分離可能なフィールドを発生する少なくとも一つのフィールド発生装置と、
前記目標装置に位置し、前記分離可能なフィールドを検出しセンサ信号を発生する少なくとも一つのフィールドセンサと、
前記目標装置のセンサの存在する位置の五次元位置及び配向座標データを発生するように、前記フィールド発生装置に駆動信号を送信し、前記フィールドセンサ信号の出力を検出する位置決め信号処理装置と、
前記目標装置に予め設置された、人体腔内壁の電気信号を取得するための電極と、
を含む人体腔に用いる三次元測定システム。
【請求項４２】
前記五次元位置及び配向座標データを処理し、前記五次元位置及び配向座標データ中の三次元位置座標データ及び／又は二つの配向座標データに基づいて三次元画像モデルを構築する三次元画像シミュレート装置をさらに含むことを特徴とする請求項４１に記載のシステム。
【請求項４３】
人体腔内壁の電気信号を検出し、検出された電気信号を基準電気信号とする電気信号参考装置をさらに含むことを特徴とする請求項４２に記載のシステム。
【請求項４４】
前記電極が取得した人体腔内壁上の複数の点の電気信号を処理し、位置決め信号処理装置が収集した前記複数の点の五次元位置及び配向座標データとあわせ、電気信号が前記人体腔内壁組織を通って伝播する状況を示す映像を形成する電気信号処理装置をさらに含むことを特徴とする請求項４１〜４３のいずれかに記載のシステム。
【請求項４５】
前記位置決め信号処理装置及び／又は電気信号処理装置のデータを読み取って出力し、これらのデータを演算するためのワークステーションコンピュータをさらに含むことを特徴とする請求項３４、４０又は４４に記載のシステム。
【請求項４６】
該システムで収集したデータ及び人体腔内壁及び／又は前記目標装置の局部又は全体の三次元画像モデルを表示するための表示装置をさらに含むことを特徴とする請求項３４、４０又は４４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は人体腔内壁の三次元測定方法、並びにその装置及びシステムに関し、特に、臨床医師による不整脈疾患の診断及び手術をサポートできるように、心臓電気生理カテーテルのビジュアルナビゲーション、心腔内壁三次元電子解剖図の構築登録及びマルチチャンネル電気生理信号の同期処理に用いられる人体体腔内壁の三次元測定方法、並びにその装置及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は２００９年３月１６日に中国専利局に提出した、出願番号200910047713.2、発明名称「人体体腔内壁の三次元測定方法、並びにその装置及びシステム」の中国専利出願の優先権を主張する。その内容は引用により全て本出願に取り込まれる。
【０００３】
心房細動は世界で最もよく見られる不整脈疾患の一つであり、よく脳卒中等の重度の合併症を起こし、患者の生命に大きく影響する。発作性上室性頻拍症、特発性心室頻拍症、心房粗動などの不整脈疾患の治療において高周波カテーテルアブレーション技術が広まり、成熟するのに伴い、より多くの臨床医師が高周波カテーテルアブレーションを心房細動の治療に向け始めている。現在、医学界では心房峡部、後壁などの電気的興奮局部ターゲットに対して高周波アブレーションを施す、特に心房の幾つかの肺静脈開口部に全周高周波アブレーション電気伝導隔離を行うことにより、心房細動、特に発作性心房細動を有効的に治療できることが証明されている。心房細動の発病メカニズムは複雑で、アブレーションが必要な心筋組織も非常に多く、従来の前記上室性頻拍症等の普通の不整脈疾患を治療するための装置、即ちマルチチャンネル電気生理記録器及びＸ線透視装置だけでは、心房細動アブレーション手術のニーズを満足できなくなっている。その主な限界性はアブレーションが必要な部位が非常に多く、手術時間が長く、カテーテルの位置を観察するために頻繁にＸ線装置を起動する必要があり、このため患者と医者はＸ線を浴びすぎ、臨床的に受け入れがたい。また、従来のマルチチャンネル記録器は豊富な電気生理信号を提供できるが、心臓心腔機械構造のマッピングを提供できず、臨床手術のカテーテルに対するナビゲーションのニーズを満足できない。従って、できるかぎりＸ線透視に頼らず、カテーテルのリアルタイムな三次元ナビゲーションを実現でき、且つ、心腔の三次元電子解剖構造を再構築することができるとともに、必要な電気生理信号を表示することができる三次元電気生理測定システムは心房細動等の疾患の手術治療に対して重要な意味を持つ。
【０００４】
特許文献１の米国特許出願「METHOD AND APPARATUS FOR CATHETER NAVIGATION AND LOCATION AND MAPPINGIN THE HEART」、特許文献２の特許「心内壁三次元ナビゲーションシステム及びナビゲーション方法」、特許文献３の「心内壁三次元ナビゲーションシステム」および特許文献４の「心臓カテーテル三次元測定システム」等、前記４つの特許は心臓カテーテル三次元ナビゲーションシステムに関する。その原理はいずれも三対の空間位置で直交する励起電極を患者の体の表面に置き、代表的には、患者の前胸部−背中、左脇−右脇、首の後ろ−左太ももの内側に置き、この三対励起電極に電気を加えて三次元電場を形成し、カテーテル電極はカテーテルがある位置の三次元電場中の電場信号を収集し、電場信号に基づいてカテーテルの位置情報を計算することにより、カテーテルのナビゲーションと心腔機械構造の図形再構築を実現する。しかし、このように三次元直交電場に基づくナビゲーションシステム構造は複雑で、そのカテーテルの位置データは空間位置決めデータから直接取得するものではなく、複雑な経験計算方法によりカテーテルの位置を逆推定し、これにより心腔の三次元電子解剖構造を構築するものである。このようなシステムは、患者自身の筋肉組織の電気伝導特性と患者呼吸等の要素の影響を受けやすく、カテーテル位置と構築された新腔構造の歪みを招く一方、システムの各チャンネル電極とカテーテルの電気信号を収集する増幅収集回路の増幅一致性に関する要求が非常に高く、一致しなければ信号歪みを起こす。しかし、実際の応用においては、回路が温度変化と電子部品自身の特性の不一性の影響を受けやすいことから、各チャンネルの増幅一致性は実現し難い。複雑な校正回路と計算方法によっても各チャンネルの一致性を保証するのは非常に難しい。さらに、システムは外部の他の干渉電場の影響を受けやすく、これも同じように、構築された心腔構造の歪みを招く。従って、前記幾つかの特許に記載された三次元直交電場に基づく測定システムは、総じて言えば構造と計算方法が複雑で、且つ、異なる患者の特殊状況への適用が難しく、心腔機械構造とカテーテル位置は常に一定の変形歪みを有する。
【０００５】
公知のように、フィールド位置決め装置によりある目標の空間位置を追跡し位置決めすることができる。この技術は既に各分野で応用されており、医療機器分野も含む。特許文献５はある空間内に位置する目標装置位置を測定する方法を記載しており、特許文献６は磁気位置決め又は磁気配向変化を測定する方法を記載しており、特許文献７はプローブの位置、方向及びシステム増幅因数を測定するシステムを記載している。この他、Ｓベンハイム等の特許文献８は医療診断、治療及び画像形成システムを開示しており、その中心内容は位置が検出及び調整可能で、且つ補助的な検出、画像形成及び／又は治療機能を有する医療用プローブに関する。該特許には磁場位置決めに基づく位置追跡システムを記載しており、具体的には、ＡＣ交流磁場に基づき、侵入式医療用器具の位置を追跡し、該器具上の一つの点の三つの位置座標と三つの配向座標を取得する三つの非重複磁場発生装置が記載されている。該システムは三つのセンサにより空間の一つの点の六次元座標情報を取得することを強調している。これらの特許の全文は参考として本発明の明細書に併合する。
【０００６】
該特許に記載の磁場位置追跡システムは実際の応用時にはまだ解決すべき技術課題が存在する。
【０００７】
１）システムの前記侵入器具先端部分の近くに三つの軸方向が互いに直交する磁場センサを有し、三つのセンサによりカテーテルの一つの点の座標をマッピングする。三つの直交センサ同士の位置と角度のずれはシステムの位置決め精度に影響が大きいが、前記相対位置と角度制度を補正し保持するには複雑なシステムの構造と計算方法が必要であるとともに、空間の一つの点の座標を得るために三つのセンサを使用するため、コストが高く、体積も大きい。
【０００８】
２）システムに記載のカテーテル構造と方法は、カテーテルの一つ点の空間座標しか得られることができないため、カテーテル先端部分の固定形状しかシミュレートすることができなく、これでは臨床医師が必要とするカテーテルの長い可変的な湾曲表示が提供できない。心腔内構造が複雑であることから、カテーテル先端部分が必要な位置に到達できるように、医師は常にカテーテルの移動操作を行う必要があり、また、カテーテルの現状の湾曲形状は医師がカテーテルの移動操作を行う際に知らなければならない前提条件であり、先端部分だけを表示し湾曲表示を提供できないのであれば、やはりＸ線透視によりカテーテルの湾曲向きを判断しなければならず、患者と医師の放射線被害が増えてしまう。
【０００９】
前記の解決すべき技術課題の他にも、従来の前記特許の電磁場位置追跡原理により構築される三次元測定システム又は装置は通常、以下の改善すべき課題が存在する。
【００１０】
１）この種の装置又はシステムは、通常限られた幾つかの心内心電図信号しか表示できなく、心房細動などの不整脈手術を行う際、カテーテルの幾つかの心内心電図信号をナビゲーションする必要があるだけでなく、少なくとも１０チャンネル全周性肺静脈信号及び複数チャンネル冠状静脈洞電気生理信号を更に加える必要がある。しかし、該システムはこの要求を満たすことができないため、他のメーカーの電気生理マルチチャンネル機器の協力に頼らなければならない。これではシステムの集積度合いが低く、装置同士の接続も複雑で、他の通信プロトコルやハードウェアの接続を必要とし、余計な干渉と安全性のリスクが増すとともに、手術室の空間もより多く占めてしまう。また、医師は同時に複数のシステムに注意しなければならず、人員も増やす必要がある。手術データはそれぞれ異なるシステムに記憶され、集積化して記憶することができず、手術後に必要な各種データを同期再生することができない。
【００１１】
２）この種の装置又はシステムは通常点毎に六次元座標を得る必要があることが強調されるが、点毎に三つのセンサにより前記六次元座標を実現するとカテーテルの構造が複雑で、コストも高額になる。
【００１２】
３）この種の装置又はシステムにおいて三次元測定に用いる際、通常、カテーテルのヘッド部分の固定形状しか表示できず、湾曲を表示することができない。また、手術中におけるカテーテルの湾曲の必要性については既に上述している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０２５４４３７号明細書
【特許文献２】中国特許出願公開第１０１１４７６７６Ａ号明細書
【特許文献３】中国特許出願公開第２００９７０２３４Ｙ号明細書
【特許文献４】中国特許出願公開第２０１０３３０７６Ｙ号明細書
【特許文献５】米国特許第６３８５４８２号明細書
【特許文献６】米国特許第６５５３３２６号明細書
【特許文献７】米国特許第６６２５５６３号明細書
【特許文献８】中国特許第１１６８６２５Ａ号明細書
【発明の概要】
【００１４】
発明の開示
背景技術で紹介した三次元測定システムの発展と使用状況に基づき、本発明はこれに対して深く研究した。その目的は改善された三次元測定方法、並びにその装置及びシステムを提供することにある。本発明の技術方案は豊富な電気生理信号を結合し、構造が簡単で、コストが低く、機能が豊富で、集積度合いが高く、実施可能性と安全性が高い新型のカテーテル位置決め技術を採用した。
【００１５】
三次元測定システムは通常、一つ又は複数の目標装置を含み、これは通常、侵入式医療装置である。本システムにおいて、目標装置の特定点の空間位置情報をどのようにリアルタイムに取得するかは、目標装置の三次元ナビゲーションを実現し、該目標装置の人体中の腔内部、例えば心腔内部の動きにより腔内壁の三次元画像を構築することに対しての肝心な技術の一つである。本発明の技術方案に好適に使用される心臓三次元測定システムについて以下に例を挙げる。
【００１６】
心臓に対し三次元測定を行う応用環境において、前記目標装置は心臓カテーテルとすることができる。心腔内壁構造の三次元画像構築を実現するための前提は、腔内カテーテルと心臓内壁との接触部分の空間位置情報、代表的にはカテーテル先端点の空間三次元座標を得ることである。カテーテル先端が心腔内壁上の各特徴部位で移動し、その運動空間軌跡データを得ることによって、心腔内壁上の複数の点の空間位置データをマッピングし、ソフトウエア画像形成技術により心腔内壁の三次元画像モデルを構築することができる。
【００１７】
さらに、カテーテル先端部分の三次元画像リアルタイムナビゲーションを同時に実現する場合、前記カテーテル先端の少なくとも二つの角度方向座標の得る必要がある。前記角度方向座標は四元数アルゴリズム、オイラー角方法またはその他の適切な方法により確定される。例えば、本発明に記載のセンサコイルを三次元幾何空間中で回転する鋼体として見なすと、該センサコイル運動の角パラメータは、センサコイルの中心軸方向に沿った回転を示す自転角j、センサコイルの垂直及び水平回転を示す章動角θ及び歳差角Ψを含む。好ましくは、本発明に記載のカテーテルに位置する磁場センサのコイル中心軸方向とカテーテルの腔体軸方向とは平行であり、また、座標データの取得と処理過程を簡単にするために、本発明に記載のカテーテル先端部分は円柱体又はその他の軸線に対称な形状に設計する。これに対応して、座標データの取得と処理過程において、該カテーテル先端部分は円柱体に見なすことができる。このような設定を前提として、該カテーテル先端の軸方向の回転は、カテーテル先端と心腔内壁の接触位置の信号収集及び治療信号の送信に影響はないと考えられ、心腔内壁三次元画像の構築にも影響がないため、前記の自転角座標ｊ変化による影響を考慮する必要はなく、ただ、前記章動角θ及び歳差角Ψを取得して処理すればよい。特段の注記がない限り、本発明に記載の五次元位置及び配向座標データ又は五次元座標はいずれも三次元位置座標及び章動角θ及び歳差角Ψを指す。
【００１８】
本発明の第一の目的は、参照系に対する目標装置の位置及び配向を確定するための、人体腔内壁に用いる三次元測定方法を提供することにある。該方法は以下のステップを含む：
ａ−駆動信号により複数の分離可能なフィールドを発生する。通常、本発明の技術方案で採用するのはＡＣ磁場である。好ましくは、この種のＡＣ磁場は連続した磁場である。
【００１９】
ｂ−前記目標装置に予め設置されている少なくとも一つのセンサを用いて前記分離可能なフィールドを検出し、センサ信号を発生する。通常、本発明の技術方案に記載のセンサは一つの金属コイルを含み、金属コイルは磁場センサである。
【００２０】
ｃ−センサ信号の出力を検出し、前記目標装置のセンサの存在する点の五次元位置及び配向座標データを取得する。
【００２１】
本発明の技術方案において、前記複数の分離可能なフィールドはそれぞれ異なる周波数又は異なる位相を有するか、或いは異なる周波数と異なる位相を同時に有する。複数の分離可能なフィールドを発生するための駆動信号は前記センサ信号と相関を持つことができる。前記複数の分離可能なフィールドの周波数が所定周波数の整数倍である場合において、前記相関の持続時間は前記整数倍数の最小公倍数を前記所定周波数で割ったものである。該相関の結果は前記複数の分離可能なフィールドそれぞれが前記センサが発生する信号に対しての寄与を計算するのに用いることができる。
【００２２】
人体腔内壁の輪郭又は形状、例えば心腔内壁の形状を描くために、前記方法は続いて以下のステップを含むことができる：
ｄ−前記人体腔内壁に沿って目標装置を移動した後、前記目標装置のセンサの存在する点の五次元位置及び配向座標データを再び取得する。
【００２３】
ｅ−ステップｂ〜ｄを繰り返し、複数組の前記五次元位置及び配向座標データを取得する。
【００２４】
ｆ−前記取得した複数組の五次元位置及び配向座標データ中の三次元位置座標データ及び／又は二つの配向座標データを用いて、前記人体腔内壁の三次元画像モデルを構築する。
【００２５】
実際の応用過程において、通常、前記目標装置は人体内部の体腔内を複数回移動する必要がある。例えば、医師は手術中に心臓に進入するカテーテルを制御して正確な移動を行い、特定の位置において相応の操作を行う。また、例えば、高周波エネルギー信号で一部の組織をアブレーションする。この場合において、たとえ人体腔内壁の三次元画像モデルを既に構築していたとしても、参照系に対する前記目標装置の一つの点又は一つの局部の位置しか確定できない場合、操作者は実際、やはり腔内部の目標装置が呈する全体形状を把握し難く、腔内部における前記目標装置の動きを正確で且つ有効的に制御するのが困難である。
【００２６】
本発明の技術方案において、前記目標装置に一つ以上のセンサを設けることにより前記技術課題を解決できる。通常、前記目標装置には一つ以上の前記センサを予め設置することができ、前記センサ同士の間に均等又は不均等の距離をあける。好ましくは、前記目標装置には互いの間に一定の距離をあけた二つの前記センサを予め設置することができ、前記目標装置が心蔵カテーテルである場合において、前記二つのセンサは、例えば一つはカテーテル先端部分に近い位置に設け、もう一つは先端から一定の距離をあけたカテーテルの位置に設けるという設置方式を採用できる。前記の場合において、本発明は前記一つ以上のセンサを用いて以下のステップを実現できる：
ｇ−前記目標装置に予め設置された一つ以上のセンサがそれぞれ測定したデータを用いて目標装置の一つ以上センサの存在する点の五次元位置及び配向座標データを取得する。
【００２７】
ｈ−前記取得した目標装置の一つ以上のセンサの存在する点の五次元位置及び配向座標データ中の三次元位置座標データ及び／又は二つの配向座標データを用いてシミュレートすることにより、目標装置の局部又は全部の三次元画像を取得する。
【００２８】
好ましい実施形態において、本発明は前記目標装置に予め設置した電極により現在位置の電気信号を記録できる。例えば、目標装置が心腔内壁表面に位置するとき、心腔内壁の電気信号を記録できる。収集された複数の前記心腔内壁の電気信号を対応的に収集された前記五次元位置及び配向座標データとあわせ、電気信号が心腔内壁組織を通って伝播する状況を示す映像を形成するのに用いる。こうして例えばマッピング方法で該心腔内壁組織表面の電気信号の伝達状況をイメージ的に表示することができる。
【００２９】
本発明の第二の目的は、参照系に対する目標装置の位置及び配向を確定するためのフィールド位置決め装置を提供することにある。通常場合において、該目標装置は侵入式の医療装置、例えば心臓カテーテルとすることができる。前記フィールド位置決め装置は以下を含む：
駆動信号励起のもと、識別可能で互いに分離可能なフィールドを発生する少なくとも一つのフィールド発生装置。通常、但しこれに制限されない場合において、前記フィールド発生装置は、駆動信号励起のもと、それぞれ複数の分離可能なフィールドを発生する複数の金属コイルを含むことができる。
【００３０】
前記目標装置に位置し、前記分離可能なフィールドを検出しセンサ信号を発生する少なくとも一つのフィールドセンサ。前記フィールド発生装置で発生する複数の分離可能なフィールドはそれぞれ異なる周波数又は異なる位相を有するか、或いは異なる周波数と異なる位相を同時に有する。好ましくは、前記複数の分離可能なフィールドの周波数は所定周波数の整数倍である。通常、但しこれに制限されない場合において、前記各センサは一つの金属コイルからなる。前記目標装置が侵入式の医療装置、例えば心臓カテーテルである場合、前記フィールドセンサは該心臓カテーテル先端部分に位置する。本発明の技術方案において、前記フィールドは通常、ＡＣ磁場を用いる。好ましくは、前記ＡＣ磁場は連続した磁場である。
【００３１】
それぞれ前記フィールド発生装置とフィールドセンサと接続され、前記フィールド発生装置に駆動信号を送信し前記フィールドセンサ信号の出力を検出し、前記目標装置のセンサの存在する点の五次元位置及び方向データを取得するための複数のインターフェースを有する位置決め信号処理装置。具体的に言えば、前記位置決め信号処理装置は、前記駆動信号と前記センサ信号の相関をとることができ、前記相関の持続時間は前記整数倍数の最小公倍数を前記所定周波数で割ったものである。前記位置決め信号処理装置は前記相関の結果を前記複数の分離可能なフィールドそれぞれが前記センサが発生する信号に対しての寄与又は影響要因を計算するのに用いることができる。好ましくは、前記装置は、前記五次元位置及び配向座標データを処理し、前記五次元位置及び配向座標データ中の三次元位置座標データ及び／又は二つの配向座標データに基づいて三次元画像モデルを構築する三次元画像シミュレート装置を含むことができる。
【００３２】
通常の場合において、本発明で提供する前記フィールド位置決め装置は一つのフィールドセンサ、つまり一つの金属コイルを使用するだけで、前記目標装置の一つの点の三つの位置座標及び二つの方向座標を得ることができる。しかし、これは本発明のセンサが複数のコイルを含むことを排除するものではない。本発明のフィールド位置決めシステムには少なくとも一つの金属コイルが必要であることから、その位置決め部分の体積は小さく、構造が簡単で、コストが低く、実施性を高くすることができる。
【００３３】
一つの好ましい実施形態において、本発明に記載のフィールド位置決め装置はシステム座標系に対する目標装置の位置及び配向を確定できるだけでなく、目標装置がより有効的に移動し位置決めできるようにすることができる。この種の方案は目標装置、例えば心臓カテーテル先端部分の異なる位置に一つ以上の前記フィールドセンサを設置することで実現される。通常、前記一つ以上のフィールドセンサ同士の間に均等又は不均等の一定距離をあけ、例えば、目標装置が心蔵カテーテルである場合、一つ以上の前記センサを前記カテーテルに沿って一定の距離をあけて設置することができる。好ましくは、前記目標装置に互いの間に一定距離をあけた二つのフィールドセンサを含む。このようなセンサの設置方式によって、前記目標装置の一つ以上の点の五次元位置及び配向座標データを取得することができ、これらのデータに基づき、該装置にセットされるカテーテルの規格、例えばカテーテルの直径、材料、その中に予め設置されるセンサの数、複数のセンサの場合の各センサの間の距離、及びセンサから先端までの距離はみな既にわかっており、また、他の予め設置される電極などの機能装置の規格及び位置も既に知られていることから、本発明のフィールド位置決め装置はこれにより数学方法を用いて前記カテーテル先端部分の局部に近い三次元画像をシミュレートすることができる。このようにカテーテルの複数の点の五次元データを収集して該カテーテルの局部三次元画像をシミュレートする手段は通常の数学シミュレート方法を用いることができる。この種の数学シミュレート方法は成熟した従来技術であり、また、本発明の重点ではないため、ここでは詳細に説明しない。
【００３４】
前記シミュレートで得られた局部カテーテル三次元画像は、医師がどのように操作しカテーテルを心腔内壁ターゲットポイントに移動させるかを直観的に指導することができ、手術速度をより早くより有効的にすることが可能となる。例えば、電気生理高周波アブレーション手術において、必要な心内心電図信号とターゲットポイントに加えるエネルギー信号を取得できるよう、医師はカテーテルを心腔内で複数回移動させる操作をしなければならない。カテーテルを良好に壁にくっつけるために、カテーテル自身は度々必要な圧迫力を保証できるよう一定の弧形状を成す。ターゲットポイントにカテーテルを移動させるときに、湾曲弧度が必要な方向に湾曲できるようにカテーテルを操縦する必要があり、もしカテーテルの湾曲が表示できなければ、医師は度々経験と事前の記憶によって判断するしかなく、多くの場合、繰り返しＸ線透視により観察し、不要なテスト的な移動を行うことになる。しかし、これは手術時間を延長させるとともに、患者と医師に対するＸ線被害を増すことになる。本発明がこの好ましい方案において提供するシミュレートカテーテル湾曲表示は操作者のカテーテルに対する移動と位置決めを有効的に助けるものである。シミュレートされたカテーテル湾曲は非常に直観的で、操作者は繰り返しＸ線透視により観察し、不要なテスト的な移動を行う必要がなく、前記欠点はともに避けられる。
【００３５】
別の好ましい実施形態において、本発明で提供するフィールド位置決め装置の目標装置はさらに、存在位置の電気信号を記録するための電気信号センサを含む。例えば、目標装置が心腔内壁表面に位置するとき、心腔内壁の電気信号を記録できる。前記位置決め信号処理装置は収集された複数の前記心腔内壁の電気信号を対応的に収集された前記五次元位置及び配向座標データとあわせ、処理を行い、電気信号が心腔内壁組織を通って伝播する状況を示す映像を形成する。このように、例えばマッピング方法で該心腔内壁組織表面の電気信号の伝達状況をイメージ的に表示することができる。
【００３６】
補足として、本発明に関する前記如何なるフィールド位置決め装置に記載のフィールドは交流磁場とすることができ、代表的には、連続した正弦波交流磁場である。本発明に関する前記如何なるフィールド位置決め装置に記載のフィールドは直流パルス磁場とすることもでき、代表的には、周期的に変化する直流パルス磁場である。
【００３７】
本発明に関する前記如何なるフィールド位置決め装置に記載の各フィールドセンサは一つの金属コイルからなる。カテーテルに前記センサを取り付ける方法の一つの好ましい実施例はセンサ中心軸線とカテーテル腔体の縦方向中心軸線は重なる。
【００３８】
本発明の三つ目の目的は、人体腔内部に用いる三次元電子解剖測定システムを提供することにある。前記システムには任意の前記フィールド位置決め装置を含むことができ、また、これを基にさらに各種作用装置又は機能装置を追加することができる。該装置は前記フィールド位置決め装置と協同に使用することができ、一つのシステムを形成する。前記作用装置又は機能装置は通常、前記目標装置に位置し、制御信号に応答して目標装置の存在する位置に対して作用を発生する又は特定の機能を実現できる。
【００３９】
通常、前記作用装置又は機能装置は、目標装置に孔を有し、目標装置の存在する部分に液体を送るための管状装置と、接触する物質の一部をアブレーションできるように接触する物質に電気エネルギーを提供するための電極と、温度信号によりアブレーション電気エネルギーの放出を制御できるように目標装置の存在する部分の温度を測定するための温度センサと、目標装置と人体腔内壁組織とが接触する良好程度を測定するための圧力センサと、を含むことができる。これら装置は例に過ぎず、これに限定されるものではなく、実際の応用時には、技術者は必要に応じて各種作用装置を選択することができる。
【００４０】
本発明のシステムは体表面参考位置決め電極をさらに含むことができる。前記体表面参考位置決め電極は人体の体表面部位に取り付けるためのもので、予め設置された少なくとも２つのマイクロ型電磁場により前記体表面参考位置決め電極上の一つの点の三次元空間座標及び三つの方向座標データを確定し、一つの参考点を提供する。該参考点は前記人体の体表面部位に対して静止している。該システムはさらに人体腔の特定位置の電気信号を検出するための電気信号参考装置を選択的に含むことができる。通常の場合、測定中に該電気信号参考装置を冠状静脈洞部位に設ける。該電気信号参考装置で検出された電気信号を基準電気信号とすることができ、前記目標装置中の電極が同期に測定した人体腔内へ気の電気信号に参照又は対比を提供する。
【００４１】
好ましくは、本発明のシステムは前記電極が取得した人体腔内壁上の複数の点の電気信号を処理し、位置決め信号処理装置が収集した前記複数の点の五次元位置及び配向座標データとあわせ、電気信号が前記人体腔内壁組織を通って伝播する状況を示す映像を形成する電気信号処理装置を含むことができる。
【００４２】
この他、本発明で提供するシステムはさらに、前記位置決め信号処理装置及び電気信号処理装置のデータを読み取り、対応するデータ出力装置で出力を行い、これらのデータを演算するためのワークステーションコンピュータと、該システムで収集したデータ及び人体腔内壁及び／又は目標装置の三次元画像モデルを直観的に表示するための表示装置を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は本発明の第一の面で提供する、フィールド位置決め装置を利用して人体腔内部に対して三次元測定を行う方法の非限定的実施形態のフロー図である。
【図２】図２は本発明の一実施形態に基づく、人体腔内における目標装置のナビゲーションを実現するための具体的なステップフロー図である。
【図３】図３は本発明の好適な実施形態に基づくフロー概略図である。
【図４】図４は本発明の一実施形態で提供されるフィールド位置決め装置に基づくシステム概略図である。
【図５】図５は本発明の別の好適な実施形態で提供されるフィールド位置決め装置に基づくシステム概略図である。
【図６】図６は本発明の実施形態で提供される三次元人体腔電子解剖測定システムの概略図である。
【図７】図７は本発明に記載の五次元位置及び方向座標中の二つの方向座標の概略図である。
【図８】図８は本発明の一具体的な実施形態に基づく心臓カテーテル先端部分の断面図である。
【図９】図９は本発明の一好適な実施形態に基づく心臓カテーテル先端部分の断面図である。
【図１０】図１０は本発明の別の好適な実施形態に基づく心臓カテーテル先端部分の断面図である。
【図１１】図１１は本発明の実施形態で提供される方法に基づいて、二つのフィールドセンサが予め設置された目標装置の局部三次元画像モデルをシミュレートする概略図である。
【図１２】図１２は本発明の実施形態で提供される方法に基づいて、三つのフィールドセンサが予め設置された目標装置の局部三次元画像モデルをシミュレートする概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、図面を参照し非限定的実施例について詳細に説明することにより、本発明の他の特徴、目的、及び長所がより明らかになる。
【００４５】
図面において、同じ又は同様の符号は同じ又は対応する部材を示す。
【００４６】
以下に実施形態を合わせて本発明の技術方案についてより詳細な説明を行う。これらの実施形態は模範的に例を挙げているだけで、本発明の構成を何ら限定するものではない。
【００４７】
前記発明内容で紹介した技術方案に基づき、本実施形態はフィールド位置決め技術に基づくフィールド位置決め装置を提供し、これにより本発明の第一の面に記載の前記装置を利用し人体腔内壁に対して三次元測定を行う方法を実現する。
【００４８】
本実施形態で提供するフィールド位置決め装置は主に、一つのフィールド発生装置と、一つのフィールドセンサと、対応する位置決め信号処理装置とを含む。以下にこれら装置を基に本発明の第一の面に記載の方法を実現する具体的な過程を詳細に紹介する。
【００４９】
本実施形態のフィールド位置決め装置において、前記フィールド発生装置は空間に交流の磁場を発生させるための交流磁場発生装置である。前記フィールドセンサは一つのコイルからなり、前記交流磁場に誘導され電圧／電流信号を発生するための五次元の磁場センサである。前記フィールド発生装置とフィールドセンサはそれぞれ前記位置決め信号処理装置と接続される。前記位置決め信号処理装置が前記磁場発生装置に周期的な制御励起信号、即ち駆動信号を送るとき、磁場発生装置は空間に前記交流磁場を発生させる。通常、前記フィールド発生装置は一つの支持台、例えば一つの手術台の下方に配置することができ、発生する磁場は台の上方の空間を有効的に覆うことができる。検査される患者が該支持台に寝れば、体内の体腔、例えば心腔を前記磁場発生装置から発生する磁場で覆うことができる。検査目的を実現するためには、ある特定の侵入式手段によって前記フィールドセンサを人体腔内に進入させる、例えばカテーテルで人体血管を通って心臓心腔に進入させる必要があり、前記フィールドセンサは該カテーテル先端部分に予め設置される。
【００５０】
図１は本発明の第一の面で提供する、フィールド位置決め装置を利用して人体腔内部に対して三次元測定を行う方法の非限定的実施形態のフロー図である。心腔内部の三次元測定を例に、患者が既に手術台に寝ており、目標装置、即ち前記フィールドセンサを含むカテーテル先端部分が既に患者の心腔内に進入していると仮定する。以下に図１と合わせ、本実施形態に関する方法の具体的なステップについて説明する。
【００５１】
ステップＳ１０１：位置決め信号処理装置は、前記磁場発生装置が駆動信号の作用のもとで手術台の上の病人の心臓部位が存在する領域を含む周囲空間に分離可能な交流磁場を送れるように、磁場発生装置に周期的な制御励起信号を送る。
【００５２】
ステップＳ１０２：前記カテーテル先端部分に予め設置され、現在既に患者の心腔内に位置するセンサが前記交流磁場に電磁誘導され、電圧／電流信号を発生する。
【００５３】
ステップＳ１０３：前記電圧／電流信号は、前記磁場センサと位置決め信号処理装置との間の接続によって後者に送られる。本実施形態において、前記位置決め信号処理装置は前記制御励起信号とセンサが誘導される電圧／電流信号に対して同期関連の処理を行うことができ、よって、前記カテーテル先端部分の該センサが存在する部分の、三次元空間座標及び二つの方向座標を含む五次元座標を演算する。
【００５４】
前記方法により、患者体内体腔内における前記カテーテル先端部分の位置と方向情報を取得することができる。前記位置情報は三次元空間における前記カテーテル先端部分（実際は該カテーテル先端のセンサコイルが存在する部分、より具体的には、コイルの中心とすることができる）の位置を表し、前記方向情報は三次元空間における前記カテーテル先端部分（実際は該カテーテル先端のセンサコイル）の配向を表す。
【００５５】
心腔内における前記カテーテル先端のナビゲーションを実現するために、本実施形態はさらに以下の方法を提供する。具体的なステップは図２を参照。
【００５６】
ステップＳ１０４：前記心臓腔の内壁に沿って前記目標装置、即ち該心臓カテーテルを移動させ、再び前記目標装置のセンサの存在する点の五次元座標を取得できるように、該心臓カテーテル先端部分を前記心臓腔の内壁にくっつけて移動する。実際の使用において、前記心臓カテーテル先端部分が前記心臓腔にくっついていることを確定するために、操作者は通常以下の手段により判断することができる。カテーテル先端部分に予め設置された電極により電気信号をモニターリングし（本実施形態は心電図をモニターリングする）、もし該カテーテル先端部分が心臓内壁にくっついていれば、前記電極がモニターリングした信号幅は大きい。或いは、操作者は前記カテーテルの操作中における返される手感覚に基づいて該カテーテル先端部分が壁にくっついているか否かを判断することもできる。この他、操作中にＸ線画像を合わせて補助的に判断を行うこともできる。或いは、前記カテーテル先端部分に圧力センサを予め設置し、フィードバックされた圧力信号に基づいて壁にくっついているか否かを判断する。前記手段は組み合わせて使用してもよく、単独で使用してもよい。
【００５７】
ステップＳ１０５：前記取得した五次元座標データを用いて心臓腔内壁の三次元画像モデルを構築する。通常、五次元座標データ中の三次元空間座標を用いるだけで前記腔内壁モデルをシミュレートすることができる。しかし、実際の応用では、前記センサが前記心臓カテーテルに予め設置されており、その取り付け部分と実際に前記心臓カテーテルの壁にくっついている部分との間には常に一定の距離が存在する。前記人体腔内壁をより精確にシミュレートするために、取得された各組の位置座標データを前記腔内壁のシミュレートに用いる前に全てずれ量を補正し、センサが存在する部分から心臓カテーテル先端までの距離による誤差を除去しなければならない。このような場合において、全部の五次元座標データ、即ち三次元座標及び二つの方向座標を用いてずれ量の計算を行う必要がある。具体的に、心臓カテーテル内の前記センサが存在する部分の三次元座標を既に取得している場合においては、該センサから心臓カテーテル先端までの距離はすでにわかっており、これらの相対位置は一定で変化しない。該心臓カテーテルの現在の配向座標データ、即ち前記二つの方向座標に基づけば、数学方法により該カテーテル先端の一つの点の三次元座標を計算し取得することができる。該三次元座標は前記腔内壁の三次元画像モデルをシミュレートするのに用いられる。幾つかの特殊な場合においては、人体腔内壁の特異性部位の位置座標を複数組記録すれば、対応する解剖学構造に基づいて数学方法によりシミュレートし、該人体腔内壁モデルを得ることができる。
【００５８】
ステップＳ１０６：前記人体腔内壁の三次元立体画像をシミュレート形成した後、医師は前記画像が要求に適合するか否か、例えば、人体腔内壁の構造特徴を正確に表示しているか否かを判断することができる。もし、該画像が要求に適合しなければ、前記ステップＳ１０４に戻り、該腔内壁の三次元立体画像の構築フローを繰り返す。サンプル点を増やし、画像をより細かく、よりリアルにする。もし、画像が要求に適合していると医師が判断すれば、該三次元立体画像の構築を終了することができる。実際、このような方法は目標装置が人体腔内壁を絶えず移動しデータを記録するのを許可し、その後、五次元位置と方向データを絶えずフィードバックし、人体腔内壁の三次元立体画像を構築するために用いられる。
【００５９】
心臓内壁に沿って前記カテーテル先端を連続移動させる過程で、移動中に絶えず変化する五次元座標を複数回記録する。通常、連続記録により密集した点データを取得することができ、このような連続記録の方法によりリアルな三次元画像を構築することができる。しかし、この方法だと収集するデータ量が大きく、相応的に、位置決め信号処理装置の計算量も大きくなり、演算負荷を超える可能性がある。したがって、演算資源を節約することを考え、データ収集の頻度を適宜少なくする、即ち単位時間内で前記五次元座標を記録する回数を少なくしてもよい。或いは、操作する医師がいくつの位置で前記座標値を取得する必要があるのか、又はどれが人体腔の特定部位と関係がある位置座標なのかを自分の経験に基づいて判断することもできる。例えば、心臓腔について言えば、医師は選択した心電図信号の特異性のある部位や解剖学の意味のおける構造特異性のある部位を、前記座標を取得する部位としてもよい。
【００６０】
構築された三次元立体画像は前記目標装置をイメージ的に位置決めし、ナビゲーションすることができる。本実施形態に記載の目標装置は人体に入る心臓カテーテルである。通常、本発明で提供する位置決め信号処理装置は表示装置を備えており、前記人体腔内壁の三次元立体画像と心臓カテーテル先端部分をともに該表示装置にイメージ的に表示することができ、該心臓カテーテル先端部分が人体腔内部にリアルタイムで移動する際、これらの相対位置も同期にシミュレートされ表示される。操作者は表示された画像に基づいてカテーテルの存在位置を容易に確定することができ、外部制御装置、例えばカテーテルに接続されている制御ハンドルによりその移動を制御することができる。
【００６１】
前記実施形態の基本方案において、人体腔内部に進入する目標装置は一つのセンサ又は一つのコイルのみを含む。例えば、該心臓カテーテル先端部分に一つのセンサコイルを予め設置しておく。この場合において、一つの位置点のみ存在する。即ち、該センサコイルが存在する位置は前記目標装置の一つの点の位置を確定するために用いられる。相応的に、前記三次元立体画像ナビゲーションモデルにおいて、直観的な表示はただ一つの該センサ又はコイルを代表する点又は符号が目標装置の位置を示すために用いられ、該目標装置の具体的な形状を反映できない。本実施形態に関する心臓カテーテルを例に、該カテーテルは細長い円柱体形状であり、その先端部分に近い部分は遠端のハンドル制御により、一定の弧度範囲内で湾曲又はまっすぐ伸びることができる。心腔に進入した後、該カテーテル先端部分は通常、一定弧度の湾曲を保ち、先端が心臓内壁により好適に当接する又はひっかかるようにする。一つの前記センサしか用いない場合、前記カテーテルの湾曲形状を表示できない。しかし、実際の応用において、医師は目標装置の具体的な形状が分かっていないためにそれをうまく操作できない可能性がある。例えば、心臓カテーテルが心腔内に位置する場合において、該カテーテル先端部分が存在する位置を既に確定することができるとしても、該カテーテル先端部分の湾曲方向及び湾曲弧度が分かっていないことから、実際はやはり該カテーテルの動きをうまく制御し難い。
【００６２】
本発明で提供する侵入式目標装置が人体腔内でより容易に制御及び移動できるように、さらに一つ以上のセンサを含む目標装置を用いることが可能である。このような目標装置の異なる部位に一つ以上の前記目標装置の局部三次元画像を形成するための前記フィールドセンサを予め設置する。具体的なステップは図３に示される本発明の非限定的な好適な実施形態のフロー概略図を参照。
【００６３】
ステップＳ１０１’：位置決め信号処理装置は、前記磁場発生装置が駆動信号の作用のもとで手術台の上の病人の心臓部位が存在する領域を含む周囲空間に分離可能な交流磁場を発生するように、磁場発生装置に周期的な制御励起信号を送る。
【００６４】
ステップＳ１０２’：前記カテーテル先端部分に予め設置され、既に患者の心腔内に位置する一つ以上のセンサが前記交流磁場に電磁誘導され、電圧／電流信号を発生する。通常、前記カテーテルに予め設置した一つ以上のセンサ同士の間に均等又は不均等の一定距離をおく、好ましくは、互いの間に一定距離をおいた二つのセンサを用いればよい。センサの数を抑えることはコストの低減になる。
【００６５】
ステップＳ１０３’：前記電圧／電流信号は前記一つの磁場センサと位置決め信号処理装置との間の接続によってそれぞれ後者に送られる。前記位置決め信号処理装置は前記制御励起信号と前記一つ以上のセンサが誘導される電圧／電流信号に対してそれぞれ同期関連の処理を行うことができ、よって、前記カテーテル先端部分の一つ以上のセンサが存在する部分の、三次元空間座標及び二つの方向座標を含む五次元座標をそれぞれ演算する。
【００６６】
ステップＳ１０４’：取得した目標装置内の一つ以上のセンサが存在する点の五次元位置及び配向座標データ中の三次元位置座標データ及び／又は二つの配向座標データを用いて、処理を行い、該目標装置の局部三次元画像モデルを取得する。目標装置の規格、例えば心臓カテーテルの直径、材料、その中に予め設置されるセンサの数、各センサの間の距離、該カテーテル先端とセンサの間の距離などのパラメータは既にわかっており、この他、該カテーテルに予め設置される電極などの作用装置又は機能装置の規格及び位置も既にわかっていることから、既にわかっている目標装置の複数の点、即ち複数のセンサが存在する位置が既にわかっている場合において、これらのデータに基づいて数学シミュレートの方法により目標装置の局部三次元画像モデルをシミュレートすることができる。この他、既にわかっている各種作用装置又は機能装置の規格に基づき、さらに該カテーテルに予め設置した電極などの機能装置を該三次元画像モデルに表示することもできる。
【００６７】
前記取得した目標装置の局部三次元画像モデルは前記三次元立体画像ナビゲーションモデルに用いることができ、ナビゲーション中に、該目標装置の局部三次元画像モデルの形状変化を同期表示することができる。例えば、操作者がハンドルにより心臓カテーテル先端部分の湾曲度を制御したり又はそれを移動したりするとき、該カテーテル先端部分の局部三次元画像モデルも同期に湾曲変化を示す。前記の一つの点又は符号が前記カテーテル先端部分を示す方案と異なり、この方案により操作者が目標装置の先端部分の形状、例えば心臓カテーテルの湾曲弧度と湾曲方向を明確に把握することができ、操作者が該目標装置に対して位置決めと移動操作をより有効的に行えるようになる。また、前記方案は他の角度から自転角ｊデータの不足が操作の不便性をもたらす可能性があるという問題を解決している。前述のように、座標データの取得と処理過程を簡単にするために、本発明は目標装置が円柱体である方案を採用している。円柱体が軸線に沿って対称である特徴を利用し、軸方向に沿う回転による操作への影響を無視するため、その自転角ｊを取得する必要はない。このような自転角を省略する方案は六次元データを五次元データに簡素化することができるが、目標装置には一つのフィールドセンサしか含まない基本実施形態においては、目標装置の位置決めと移動の難易度をある程度大きくする。それは、実際の使用過程において、目標装置の軸線はまっすぐに保たれるわけがなく、例えば、心臓カテーテル先端部分は操作中に必ず一定の湾曲度を生じるが、もしカテーテルが軸方向に回転する自転角座標ｊの指示がなければ、前記心臓カテーテルが湾曲する方向を確定又はマーキングできない。実際、従来技術でよく用いられている手段は前記六次元データ中の自転角ｊの変化を利用してカテーテルの軸方向回転を指示し、カテーテルが実際に湾曲する方向を確定する。しかし、本発明の好適な実施形態において、関連の問題は容易に解決できる。それは目標装置が湾曲する弧度と方向は既に画像にイメージ的にシミュレートされており、人為的に目標装置の回転方向を確定するよりもより一層直観的でリアルであり、操作者が該目標装置に対して有効的に位置決めし移動操作を行うに役立つ。
【００６８】
具体的な応用の際に、本実施形態に記載の複数の分離可能なフィールドはそれぞれ異なる周波数又は異なる位相を有するか、或いは異なる周波数と異なる位相を同時に有する。通常、前記複数の分離可能なフィールドの周波数は所定周波数の整数倍である。
【００６９】
前記目標装置のセンサが存在する点の五次元位置及び配向座標データを取得する手段は主に前記駆動信号と前記センサ信号の相関をとることを含む。前記複数の分離可能なフィールドの周波数が所定周波数の整数倍であるとき、前記駆動信号と前記センサ信号は相関を持ち、前記相関の持続時間は前記整数倍数の最小公倍数を前記所定周波数で割ったものである。前記相関の結果は前記複数の分離可能なフィールドがそれぞれ前記センサが発生する信号に対しての寄与を計算するのに用いられる。よって、最終的に前記五次元位置及び配向座標データを取得する。
【００７０】
本実施形態で紹介する技術方案は例に過ぎず、本発明の構成に対して何ら制限するものではない。技術を熟知した者は必要に応じて前記技術方案に関する技術特徴を自ら差し替えることができる。例えば、前記磁場を連続したＡＣ磁場にしてもよいし、直流パルス磁場にしてもよい。
【００７１】
前記技術方案を基に、本実施形態の方法は、さらに前記目標装置に予め設置したセンサにより現在位置の電気信号を記録するステップを含むことができる。例えば、電極により前記の三次元測定過程において患者心腔内壁の信号を同時に検出し、その後、収集された複数の前記心腔内壁の電気信号を対応的に収集された前記五次元データ中の三次元位置データとあわせ、処理を行い、電気信号が心腔内壁組織を通って伝播する状況を示す映像を形成して医者に見せることができる。
【００７２】
以下は図４に示すフィールド位置決め装置のシステムにより、別の実施例を合わせて、本発明の第二の面で提供するフィールド位置決め装置について具体的に説明する。
【００７３】
図４に示すように、本発明のフィールド位置決め装置１は主に人体内部の体腔、例えば心腔を測定するために用い、人体腔内壁の三次元立体モデルを構築し、人体腔内における目標装置のナビゲーションを実現する。前記のフィールド位置決め装置１は少なくとも一つのフィールド発生装置１１と、少なくとも一つのフィールドセンサ１２と、位置決め信号処理装置１３とを含む。
【００７４】
本実施例で提供するフィールド位置決め装置１において、フィールド発生装置１１は空間に交流の磁場を発生させるための交流磁場発生装置である。前記フィールドセンサ１２は一つのコイルからなり、前記交流磁場に誘導され、電圧／電流信号を発生する五次元の磁場センサである。前記フィールド発生装置１１とフィールドセンサ１２はそれぞれ前記位置決め信号処理装置１３と接続される。前記位置決め信号処理装置１３が前記磁場発生装置１１に周期的な制御励起信号、即ち駆動信号を送るとき、磁場発生装置１１は空間に前記交流磁場を発生させることができる。通常、前記フィールド発生装置１１は支持台、例えば手術台の下方に配置され、発生する磁場は台の上の空間を有効的に覆うことができる。検査される患者が該支持台に寝れば、体内の体腔を前記磁場発生装置１１からの磁場で覆うことができる。検査目的を実現するためには、ある特定の侵入式手段によって前記フィールドセンサ１２を人体腔内に進入させる、例えばカテーテルで人体血管を通って心臓心腔に進入させる必要があり、前記フィールドセンサ１２は該カテーテル先端部分に予め設置される。図４は目標装置、即ち前記カテーテルを表示していない。通常制限されないが、前記フィールドセンサ１２はセンサ１２の軸線と前記カテーテルの軸線は重なるよう、前記カテーテル先端部分と同軸に前記カテーテル先端部分に設置される。
【００７５】
心腔内部の三次元測定を例に、患者が既に手術台に寝ており、目標装置、即ち前記フィールドセンサ１２を含むカテーテル先端部分が既に患者の心腔内に進入していると仮定する。
【００７６】
前記磁場発生装置１１が駆動信号の作用のもとで手術台の上の病人の心臓部位が存在する領域を含む周囲空間に分離可能な交流磁場を送れるように、前記位置決め信号処理装置１３は磁場発生装置１１に周期的な制御励起信号を送る。前記カテーテル先端部分に予め設置され、既に患者の心腔内に位置するセンサ１２は前記交流磁場に電磁誘導され、電圧／電流信号を発生させる。前記電圧／電流信号は前記磁場センサ１２と位置決め信号処理装置１３との間の接続によって後者に送られる。前記位置決め信号処理装置１３は前記制御励起信号とセンサ１２が誘導された電圧／電流信号に対して同期関連の処理を行い、該センサ１２が存在する部分の、三次元空間座標及び二つの方向座標を含む五次元座標を演算することができる。具体的に、ここにおいて、前記三次元空間座標は予め設置された三次元座標系に基づくものであり、前記二つの方向座標は角度座標を指す。図７に示すように、本発明において、図示されるセンサコイル１２の中心を回り軸回転する方向の座標は自転角ｊに定義され、また、二つの角はそれぞれセンサコイルに垂直及び水平回転を示す章動角θ及び歳差角Ψである。座標データの取得と処理過程を簡素化するために、本実施例に記載のセンサ１２が存在するカテーテル先端部分を円柱体又は他の軸線に対称な形状に設計する。これに対応して、座標データの取得と処理過程において、該カテーテル先端部分は円柱体に見なすことができる。このような設定を前提として、該カテーテル先端の軸方向の回転はカテーテル先端と心腔内壁の接続位置の信号収集及び治療信号の送信に影響はないと考えられ、心腔内壁三次元画像の構築にも影響がない。よって、前記の自転角座標ｊの変化による影響を考慮する必要はなく、ただ、前記章動角θ及び歳差角Ψを取得して処理すればよい。特段の注記がない限り、本発明に記載の五次元位置及び配向座標データ又は五次元座標はいずれも三次元位置座標及び章動角θ及び歳差角Ψを指す。
【００７７】
前記装置により、患者体内体腔内における前記センサ１２が存在する目標装置の五次元位置と配向座標データを得ることができる。前記位置データは三次元空間における前記目標装置（実際は該目標装置のセンサコイルが存在する部分、より具体的には、コイルの中心とすることができる）の位置を表し、前記方向データは三次元空間における前記目標装置（実際は該目標装置のセンサコイル）の配向を表す。
【００７８】
前述のように、心臓腔内壁の三次元立体モデルを構築し、心腔内の目標装置のナビゲーションに用いるために。センサ１２を含む前記目標装置は心臓腔内壁に沿って移動する必要がある。本実施例に記載の目標装置はカテーテルであり、移動中、該カテーテル先端部分を心臓腔の内壁にくっつける。前記カテーテル先端部分が前記心臓腔にくっつけられていることを確定するために、前記カテーテルはその先端に選択的に補助な判断に使用するためのモニタ電極及び／又は圧力センサを加えることができ、操作者は対応するフィードバックパラメータにより判断することができる。例えば、カテーテル先端部分に予め設置された電極により電気信号をモニタリングし（本実施形態は心電図をモニタリングする）、もし該カテーテル先端部分が心臓内壁にくっついていれば、前記電極がモニタ測定した差動信号幅は大きい。或いは、操作者は前記カテーテルの圧力センサのフィードバックの圧力信号に基づいて壁にくっついているか否かを判断できる。
【００７９】
心臓内壁において、前記フィールドセンサ１２を含む目標装置を複数回移動させることにより、対応する複数組の五次元座標を記録することができる。これら五次元座標データは心臓腔内壁の三次元画像モデルの構築に用いることができる。例えば、目標装置が人体腔内壁の特異性部位に停留する位置座標を複数組記録した後、対応する解剖学構造に基づいて数学シミュレートにより該人体腔内壁の三次元画像モデルを取得することができる。前記三次元画像モデルのシミュレート過程は三次元画像シミュレート装置により実現できる。本実施形態において、該三次元画像シミュレート装置は前記位置決め信号処理装置１３内に整合されていると見なされる。よって、図中において該三次元画像シミュレート装置は単独に表示されない。該装置の機能は前記五次元位置及び配向座標データを処理し、前記五次元位置及び配向座標データ中の三次元位置座標データ及び／又は二つの配向座標データに基づいて三次元画像モデルを構築することである。通常、五次元座標データ中の三次元空間座標を用いるだけで前記腔内壁モデルをシミュレートすることができる。しかし、実際の応用では、前記フィールドセンサ１２が前記カテーテルに予め設置されており、その取り付け部分と実際に前記カテーテルの壁にくっついている部分との間にはいつも一定の距離が存在する。前記人体腔内壁をより精確にシミュレートするために、前記位置決め信号処理装置１３により取得された位置座標データを前記腔内壁のシミュレートに用いる前に全てずれ量を補正し、センサが存在する部分から心臓カテーテル先端までの距離までの誤差を除去しなければならない。このような場合において、全部の五次元座標データ、即ち三次元座標及び二つの方向座標を用いてずれ量の計算を行う必要がある。具体的に、心臓カテーテル内の前記センサが存在する部分の三次元座標を既に取得している場合において、該センサから心臓カテーテル先端までの距離はすでにわかっており、該心臓カテーテルの現在の配向座標データ、即ち前記二つの方向座標に基づけば、数学方法により該カテーテルが実際に壁にくっついている部分の三次元座標を計算して取得することができる。該三次元座標は前記腔内壁を正確にシミュレートするのに用いられる。
【００８０】
前記人体腔内壁の三次元立体画像をシミュレート形成した後、該三次元立体画像は前記フィールドセンサ１２を含む前記目標装置をイメージ的に位置決めし、ナビゲーションするのに用いられる。本実施形態において、目標装置は心臓カテーテル先端部分である。本実施例の位置決め信号処理装置１３は表示装置を備えることができ、好ましくは、該表示装置は位置決め信号処理装置１３と別途に設けられ、画像処理用のワークステーションと合わせて関連の画像処理及び表示機能を実現する。図５に示す本発明の好適な実施形態に基づくフィールド位置決め装置１’を参照し、該装置は元のフィールド位置決め装置を基に、さらにワークステーション１４、表示装置１５及びデータ出力装置１６を含んでいる。このような好適な実施形態において、位置決め信号処理装置１３は制御励起信号及びセンサ１２が誘導された電圧／電流信号に対して同期関連の処理を行い、前記カテーテル先端部分の頂点の五次元座標、即ち前記三次元空間座標及び二つの配向座標を演算することができる。その後、該座標データをワークステーション１４に送る。ワークステーション１４はカテーテルの心臓腔内における異なる位置に基づいて複数回移動し、複数のカテーテル先端部分の座標を取得し、三次元構造処理を経て心臓腔内壁の三次元画像を得ることができる。ワークステーション１４で構築された三次元画像は表示装置１５により表示され、医師が見られるようにする。医師は必要な画像とデータをデータ出力装置１６により印刷する又は必要なメディア形式で出力し後期の分析処理に用いることができる。
【００８１】
前記人体腔内壁の三次元立体画像とフィールドセンサ１２に基づいて確定されたカテーテル先端部分はともに表示装置１５にイメージ的に表示でき、人体腔内部における該カテーテル先端部分の相対位置変化も同期に反映される。操作者は表示された画像に基づいてカテーテルの存在位置を容易に確定でき、外部制御装置、例えばカテーテル後部遠端に接続されている制御ハンドルによりその移動と位置決めを制御することができる。
【００８２】
前記実施形態の基本方案の中で、人体腔内部に進入する目標装置は一つのセンサ又は一つのコイルのみを含む。この場合において、一つの位置点のみ存在する。即ち、該センサコイル１２が存在する位置は前記目標装置の位置を確定するために用いられる。相応的に、前記三次元立体画像ナビゲーションモデルにおいて、ただ一つの該センサ１２を代表する点又は符号が目標装置の位置を直観的な表示するために用いられるだけで、該目標装置の具体的な形状を反映することができない。本実施形態に関する心臓カテーテルを例に、該カテーテルは細長い円柱体形状であり、その先端部分に近い部分は遠端のハンドル制御を受けることができ、一定の弧度範囲内で湾曲又はまっすぐ伸びたりする。心臓腔内に進入した後、該カテーテル先端部分は通常、一定の弧度の湾曲を保ち、先端が心臓内壁により好適に当接する又はひっかかるようにする。一つの前記センサしか用いない場合、前記カテーテルの湾曲形態を表示することができない。しかし、実際の応用において、医師は目標装置の具体的な形状を把握していないためにそれをうまく操作することができない可能性がある。例えば、心臓カテーテルが心腔内に位置する場合において、該カテーテル先端部分が存在する位置を既に確定したとしても、該カテーテル先端部分の湾曲方向及び湾曲弧度を把握していないため、実際はやはり該カテーテルの行動をうまく制御することが難しい。
【００８３】
以下は図５を合わせ、本発明の好適な実施形態に基づくフィールド位置決め装置を紹介する。本発明で提供する侵入式目標装置が人体腔内でより容易に制御及び移動できるように、本実施形態ではさらに一つ以上のセンサ、即ち心臓カテーテルの異なる位置に予め設置され、前記目標装置の局部三次元画像を形成するためのフィールドセンサ１２及び１２’を含む目標装置を提供する。前記フィールドセンサ１２の取り付け方法は図４に示す実施例と同じであり、先端との相対位置は一定で変化しないが、センサが取り付けある部分以外の他の先端部分は変形してもよい。図５においても同様に前記心臓カテーテルは表示されない。実際、フィールドセンサの数は２個に限られず、実際の必要に応じてさらに多くを設定することができる。理論的には目標装置に取り付けるセンサが多いほど、最後にシミュレートして得られた目標装置の局部三次元画像がより正確になる。しかしコストを抑えるために、本発明は好ましくは前記カテーテルに沿って一定距離をあけた二つのセンサを用いる。該カテーテルの規格パラメータがすでにわかっている場合において、実際、２つのセンサを用いるだけで、該カテーテルの局部三次元画像を比較的正確にシミュレートできる。このように技術方案において、前記カテーテル先端付近に予め設置され、該カテーテルに沿って一定距離をあけた前記フィールドセンサ１２及び１２’はそれぞれ前記フィールド発生装置１１で発生する交流磁場に誘導され、それぞれ電圧／電流信号を発生させる。２個以上前記センサを用いる場合、これらセンサの間は前記カテーテルに沿って互いの間に均等又は不均等の一定距離をあけることができる。
【００８４】
前記電圧／電流信号は前記フィールドセンサ１２及び１２’と位置決め信号処理装置１３との間の接続によってそれぞれ後者に送られる。前記位置決め信号処理装置は、前記制御励起信号と前記フィールドセンサ１２及び１２’が誘導される電圧／電流信号に対してそれぞれ同期関連の処理を行い、前記フィールドセンサ１２及び１２’が存在する部分の、三次元空間座標及び二つの方向座標を含む五次元座標をそれぞれ演算することができる。図５に示すこのような好適な実施形態において、ワークステーション１４は前記三次元画像シミュレート装置の機能を実現するのに用いることができる。言い換えれば、該ワークステーション１４は、前記五次元位置及び配向座標データを処理し、前記五次元位置及び配向座標データ中の三次元位置座標データ及び／又は二つの配向座標データに基づいて三次元画像モデルを構築する前記三次元画像シミュレート装置を含む。
【００８５】
好ましくは、取得された目標装置の前記フィールドセンサ１２及び１２’が存在する点の五次元位置及び配向座標データはワークステーション１４に送られ、該ワークステーション１４の前記三次元画像シミュレート装置は取得された座標データに基づき、リアルタイムで心腔内におけるカテーテルの局部三次元画像モデルを構築する。目標装置の規格、例えば心臓カテーテルの直径、材料、その中に予め設置されるセンサの数、各センサの間の距離、該カテーテル先端とセンサの間の距離などのパラメータは既にわかっており、この他、該カテーテルに予め設置される電極などの機能装置の規格及び位置も既にわかっていることから、目標装置の複数のセンサが存在する位置が既にわかっている場合において、これらのデータに基づいて数学シミュレートの方法により、これらセンサ位置付近の該目標装置の三次元画像モデルを局部的にシミュレートすることができる。この他、既にわかっている該カテーテルの他の作用装置又は機能装置の規格に基づき、三次元画像モデルにさらに該カテーテルに予め設置された電極などの機能装置を示すことができる。
【００８６】
取得した前記フィールドセンサ１２及び１２’を含む目標装置の局部三次元画像モデルは前記三次元立体画像ナビゲーションモデルに用いることができ、ナビゲーション中に、該目標装置の局部三次元画像モデルの形状変化を同期表示することができる。例えば、操作者がハンドルにより心臓カテーテル先端部分の湾曲度を制御したり又はそれを移動したりするとき、該カテーテル先端部分の局部三次元画像モデルも同期に湾曲変化を示す。前記の一つの点又は符号が前記カテーテル先端部分を示す方案と異なり、この方案により操作者が目標装置の先端部分の形状、例えば心臓カテーテルの湾曲弧度と湾曲方向を明確に把握することができ、操作者が該目標装置に対して位置決めと移動操作をより有効的に行えるようにサポートする。
【００８７】
また、前記方案は他の方面から自転角ｊデータの不足が操作の不便性をもたらす可能性があるという問題を解決している。前述のように、座標データの取得と処理過程を簡潔化するために、本発明は目標装置が円柱体である方案を採用している。円柱体の軸線に沿って対称である特徴を利用し、軸方向に沿う回転の操作への影響が無視できるため、その自転角ｊを取得する必要がない。このような自転角を省略する方案は六次元データを五次元データに簡素化できるが、目標装置には一つのフィールドセンサしか含まない基本実施形態においては、目標装置の位置決めと移動の難易度をある程度大きくする。それは、実際の使用過程において、目標装置の軸線はまっすぐに保たれるわけがなく、例えば、心臓カテーテル先端部分は操作中に必然的に一定の湾曲度を生じるが、もしカテーテルが軸方向に回転する自転角座標ｊの指示がなければ、前記心臓カテーテルが湾曲する方向を確定できないからである。実際、従来技術でよく用いられている手段は前記六次元データ中の自転角ｊの変化を利用してカテーテルの軸方向回転を指示し、カテーテルが実際に湾曲する方向を確定する。しかし、本発明の好適な実施形態において、関連の問題は容易に解決できる。それは目標装置が湾曲する弧度と方向は既に画像にイメージ的にシミュレートされており、人為的に目標装置の回転方向を確定するよりもより一層直観的でリアルであり、操作者が該目標装置に対して有効的に位置決めし移動操作を行うに役立つ。
【００８８】
典型的な湾曲表示は、目標装置、例えば、心臓カテーテルに２つのフィールドセンサを取り付け、一つは目標装置先端の近くの箇所、例えば、心臓カテーテル先端から約３〜１０ｍｍの箇所、もう一つは目標装置先端から少し離れた箇所、例えば、心臓カテーテル先端から約８０〜１２０ｍｍに取り付け、当然、カテーテルには３つ、又はそれ以上取り付けることができ、これにより、湾曲表示の形状はより一層リアルになるが、対応する装置のコストは高くなり、取り付けも複雑になる。
【００８９】
本発明の技術方案をより詳しく紹介するために、図１１と図１２を組み合わせて前記目標装置の局部三次元画像モデルの形成原理と過程を紹介する。
【００９０】
目標装置に二つのフィールドセンサを予め設置する場合、前述のように、フィールドセンサの間の距離は固定値であるため、隣接するフィールドセンサのすでにわかっているパラメータを利用して下記のアルゴリズムによりカテーテルの湾曲軌跡を計算シミュレートする。
【００９１】
１．二つのセンサの曲線セグメント三次スプライン近似  
図１１を参照し、矩形枠で示す２つのフィールドセンサの位置及びカテーテル湾曲は図示のとおりである。カテーテルの湾曲軌跡が簡単な三次曲線、即ち図１１曲線の示す形状であると仮定し、フィールドセンサを有する曲線セグメントを正規化し、曲線弧長ｔをパラメータとし、ｔの取る値の範囲を［０，１］と設定する。通常、曲線セグメント方程式は以下の数１のとおり：
【数１】
2012520474.tif 000003
【００９２】
方程式には四つの未知数があり、四つの条件で解を求める必要がある。位置決めシステムから、ｐ（０），ｐ（１）及びｐ’（０），ｐ’（１）の方向を得る。しかしｐ’（０），ｐ’（１）の大きさはわからない。ｐ’（０），ｐ’（１）の大きさはカテーテル自身の材料、長さ及び二つのフィールドセンサ間の距離に依存する。本実施形態では、最小エネルギー曲線方法によりｐ’（０），ｐ’（１）の解を求め、比較的満足できる湾曲シミュレート構造を得られた。具体的な内容は以下第３部を参照することができる。
【００９３】
ｐ（０），ｐ（１）及びｐ’（０），ｐ’（１）は全て既にわかっているとし、方程式２−１は、ｔ＝０、１の時、四つの条件を満たすと仮定し、式中係数ａ、ｂ、ｃ、ｄの分布は以下の数２のとおり：
【数２】
2012520474.tif 000004
【００９４】
よって、式２−１は以下の数３のように記される：
【数３】
2012520474.tif 000005
【００９５】
式２−３は数４のアレイ形式にも記される：
【数４】
2012520474.tif 000006
【００９６】
このようにカテーテルの湾曲、即ち目標装置の局部三次元画像を得ることができる。
【００９７】
２．複数のフィールドセンサ曲線セグメント三次スプライン近似  
カテーテルの湾曲が比較的複雑である場合、カテーテルの湾曲情報をより正確にリアルに描くために、図１２に示すように、二つ以上のフィールドセンサを取り付け、カテーテルの湾曲を複数段の簡単な三次元曲線に分解する。点集合（ｐ（ｋ），ｐ’（ｋ））、ｋ＝０、１、２、…、ｎ、は、ｎ＋１個の設定点を二つずつ組み分けし、隣接する二点を一組とする。例えば、［ｐ（ｉ−１，ｐ（ｉ））］。各組の線セグメントを正規化処理した後、前記シミュレーション過程と同じ方法を採用し、三次エルミートスプライン曲線で近似を行って全ての設定点を接続するサブセクション三次スプライン曲線を得る。二段曲線同士の共通点の切線方向は一致し、切線長さの取る値は同じであるため、二段曲線の間のなめらかな連続を保証する。
【００９８】
３．切線ベクトルのノルムの測定方法  
フィールドセンサの磁気誘導コイルフィードバック情報はコイル空間の位置と方向しか含まないため、フィールドセンサを有するカテーテルの取り付け点の空間位置と湾曲方向は確定できるが、該点の湾曲方向を示す切線ベクトルのノルムは位置決めシステムから得ることができない。切線ベクトルのノルムに影響する要素はカテーテルの材料、長さ、カテーテル空間形状などを含む。シングルセグメント曲線の両端の曲線ベクトルのノルムを求めるために、二つの既知条件が必要となる。曲線の曲率と曲率半径をそれぞれｋ（ｔ）とｐ（ｔ）にした場合、曲線の内部エネルギーは数５の式２−５を用いて計算できる：
【数５】
2012520474.tif 000007
【００９９】
曲線の両端の切線ベクトルのノルムを設定して内部エネルギーを最小にして一つの既知条件を得る。この他の曲線長さは数６の式２−６で解を求めることができる。
【数６】
2012520474.tif 000008
【０１００】
フィールドセンサを有する曲線セグメントの長さは一定であり、これによって第二の既知条件を得て、曲線セグメントの両端の切線ベクトルのノルムを求める。
【０１０１】
その他の方面の具体的な応用において、本発明の如何なる実施形態に記載のフィールド発生装置１１で発生する複数の分離可能なフィールドそれぞれは異なる周波数又は異なる位相を有するか、或いは異なる周波数と異なる位相を同時に有する。通常、前記複数の分離可能なフィールドの周波数は所定周波数の整数倍である。
【０１０２】
前記目標装置のフィールドセンサ１２及び１２’などを含む任意のセンサが存在する点の五次元位置及び配向座標データを取得する手段は主に前記駆動信号及び前記センサ信号の相関をとることを含む。前記複数の分離可能なフィールドの周波数が所定周波数の整数倍であるとき、前記駆動信号と前記センサ信号の相関をとり、前記相関の持続時間は前記整数倍数の最小公倍数を前記所定周波数で割ったものである。前記相関の結果は前記複数の分離可能なフィールドがそれぞれ前記センサが発生する信号に対しての寄与を計算するのに用いられる。前記五次元位置及び配向座標データを最終的に取得する。
【０１０３】
本実施形態で紹介する技術方案は例に過ぎず、本発明の構成に対して何ら制限するものではない。技術を熟知した者は必要に応じて前記技術方案に関する技術特徴を自ら差し替えることができる。例えば、前記磁場を連続したＡＣ磁場にしてもよいし、直流パルス磁場にしてもよい。
【０１０４】
前記技術方案を基に、本実施形態の方法はさらに前記目標装置に現在位置の電気信号を記録する電極を予め設置することができる。例えば、患者の心腔内壁電気信号を検出する電極を追加することができ、該電極が収集した複数の前記心腔内壁の電気信号を対応的に収集された前記五次元データ中の三次元位置データとあわせ、処理を行い、電気信号が心腔内壁組織を通って伝播する状況を示す映像を形成することができる。
【０１０５】
以上で紹介した三次元測定方法及びそのフィールド位置決め装置を基に、本発明はさらに機能がより一層優れた三次元人体腔電子解剖測定システムを構築するに用いることができる。以下に、図６に示す三次元人体腔電子解剖システム１’’と合わせ、本発明の第３の面で提供する三次元人体腔電子解剖測定システムを紹介する。該システムは主に元のフィールド位置決め装置を基に、人体の各種電気信号をモニタリングするための電気信号処理装置、及び本発明のフィールド位置決め装置を補助するための体表面参考位置決め電極をさらに備えたものである。
【０１０６】
本実施形態の三次元人体腔電子解剖測定システム１’’において、人体腔三次元測定に用いる部分が採用する方法と装置は前記実施形態と同じである。実際、該三次元人体腔電子解剖測定システム１’’は、前記実施形態で紹介した方法、装置を基に変形して得られる任意の方案をさらに含むことができる。例えば、基本的なフィールド発生装置１１、フィールドセンサ１２及び位置決め信号処理装置１３からなるフィールド位置決め装置を基に三次元人体腔電子解剖測定システムの構築を開始してもよいし、また、ワークステーション１４、表示装置１５、データ出力装置１６の一種又は複数種をさらに含むフィールド位置決め装置を基に三次元人体腔電子解剖測定システムを構築を開始してもよい。図６に示すように、本実施形態で提供する三次元人体腔電子解剖測定システム１’’は、前記位置決め信号処理装置１３に接続される体表面参考位置決め電極１７、前記ワークステーション１４に接続される電気信号処理装置１９、前記電気信号処理装置１９に接続される体表面心電図電極１８をさらに含む。実際の使用過程において、前記体表面心電図電極１８と人体の体表面位置は繋がり、人体の体表面心電図信号を収集し、電気信号処理装置１９に送り込む。目標装置、即ちフィールドセンサ１２を含むカテーテルの遠端部分は人体血管を通して心臓心腔内部に進入し、カテーテルの近端部分は人体外部にある。カテーテル遠端は予め設置されたカテーテル電極により心腔内壁に当接し、心腔内壁の心内心電図信号を収集し、カテーテルケーブルにより心腔内壁電気信号を電気信号処理装置１９に送る。電気信号処理装置１９は前記人体の体表面及び心内心電図アナログ信号を取得し、内部増幅、フィルタリング、デジタル化及び波形抽出を通じて、体表面及び心内心電図のデジタル信号を取得し、その後、該デジタル信号をワークステーション１４に送る。
【０１０７】
位置決め信号処理装置１３は磁場発生装置１１に周期的な制御励起信号を送る。磁場発生装置１１は人体の心臓付近に位置し、空間に交流の磁場を発生し、人体の心臓は該磁場発生装置１１が発生する磁場の有効精度範囲内に位置する。患者の心臓内のカテーテル先端内の磁場センサ１２が前記交流磁場に誘導され電圧／電流信号を発生し、電圧／電流信号は位置決め信号処理装置１３に送られる。前記位置決め信号処理装置１３により前記制御励起信号とセンサが誘導された電圧／電流信号に対してそれぞれ同期関連の処理を行い、前記カテーテル先端部分の頂点の五次元座標、即ち空間三つの位置座標及び二つの配向座標を演算する。その後、該座標データをワークステーション１４に送る。
【０１０８】
ワークステーション１４は取得された心電図信号とカテーテル空間位置信号を処理し、心臓拡張期終期の体表面心電図Ｒ波を同期ゲート制御信号とし、このときカテーテル先端の頂点の空間五次元座標を同期収集する。カテーテルは心腔内の異なる位置を複数回移動して複数のカテーテル頂点座標を得て、ワークステーション１４の三次元構図処理を経て、心腔の三次元解剖画像を得ることができる。カテーテル先端電極が同期収集した各点の心内心電図信号を該三次元心腔画像に融合することで、対応する心腔三次元電子解剖画像を得ることができる。また、ワークステーション１４は取得された座標データに基づき、さらに心腔内におけるカテーテルの三次元画像をリアルタイムに構築し、カテーテルに対してリアルタイムのナビゲーションを行い、カテーテル先端部分が必要な位置に移動するよう、直観的に医師を指導しカテーテルを操作することができる。
【０１０９】
ワークステーション１４で構築された三次元画像は表示装置１５により表示され、医師が見られるようにする。医師は必要な画像とデータをデータ出力装置１６により印刷する又は必要なメディア形式に出力し、後期の分析処理を行うこともできる。
【０１１０】
具体的に、本発明に記載の前記如何なる装置又はシステムに記載の前記フィールドセンサを有するカテーテルは、その先端部分に複数の金属電極を取り付けることができる。代表的には、心腔内壁の心電図信号を収集するプラチナ電極である。これら金属電極の長さは１〜８ｍｍで、典型的に、先端に最も近い電極の長さは４ｍｍであり、その他の電極は１．５ｍｍである。先端電極は心腔内壁にエネルギー信号、例えば高周波アブレーション電流及び電気刺激信号を送る。前記カテーテルハンドルとカテーテル腔内には管状装置を有し、カテーテル先端電極には心腔内壁表面に液体、例えばターゲットに高周波アブレーションする場合の温度を下げるための生理塩水、又は治療用の液体を送るための複数の微孔を有する。
【０１１１】
本発明に記載の前記如何なる装置又はシステムに記載の前記フィールドセンサを有するカテーテルは、その先端部分にカテーテル先端が接触する心腔内壁組織の温度を測定し、高周波アブレーションコントローラにフィードバック信号を提供し、高周波アブレーションエネルギーを制御する温度センサを取り付けることができる。該温度センサは熱電対型又は感温型である。
【０１１２】
本発明に記載の前記如何なる装置又はシステムに記載の前記フィールドセンサを有するカテーテルは、その先端部分にカテーテル先端と心筋肉組織が接触する良好程度を測定するための圧力センサを取り付けることができる。
【０１１３】
本発明の各種装置又はシステムで採用する前記カテーテルの具体的な構造を理解しやすくするために、図面をあわせ、前記カテーテルの構造について説明する。前記カテーテル先端部分が本発明の通常の意味での目標装置を構成するため、提供される図面は前記カテーテル先端部分の局部概略図である。
【０１１４】
図８は本発明の実施形態に基づく心臓カテーテル先端部分の断面図である。該心臓カテーテル先端部分は、カテーテル先端電極１００１、フィールドセンサ１００２、カテーテルリング状電極１００３を含む。図示するように、該カテーテル先端電極１００１及びカテーテルリング状電極１００３はそれぞれ電極導線１００４により該心臓カテーテル後部に連なり、これらは前記いずれかの装置又はシステムに記載の電極として用いることができる。前記フィールドセンサ１００２はセンサ電線１００６により該心臓カテーテル後部に連なる一つのコイルを含み、前記センサ電線１００６の周囲は金属シールド層１００５で覆われている。
【０１１５】
図９は本発明の好適な実施形態に基づく心臓カテーテル先端部分の断面図である。該心臓カテーテル先端部分は、カテーテル先端電極１００１、フィールドセンサ１００２及び１００２’、カテーテルリング状電極１００３を含む。図示するように、該心臓カテーテルは二つのフィールドセンサを含み、該二つのフィールドセンサは前記のカテーテル先端部分の局部三次元画像をシミュレートすることができるいずれかの装置又はシステムを実現するのに用いられる。その他の部材は図８に示すカテーテル作用と同じ又は類似する。
【０１１６】
図１０は本発明の別の好適な実施形態に基づく心臓カテーテル先端部分の断面図である。該心臓カテーテルは主に本発明で提供するいずれかの三次元人体腔電子解剖測定システムに用いられる。前面の二種類のカテーテルの設計方案に比べると、該設計方案はより多くの機能を実現することができる。該心臓カテーテル先端部分は、前記いずれかの装置又はシステムに記載の温度センサとして使用できる温度センサ１００７、前記いずれかの装置又はシステムに記載の圧力センサとして使用できる圧力センサ１００８、及び連通するカテーテル１０１０により外に液体を送ることができる排液微孔１００９を含む。図１０に示す他の部材は図８に示す対応する部材の作用と同じである。
【０１１７】
本発明に記載の前記如何なる装置又はシステムはさらに体表面参考位置決め電極を含むことができる。前記体表面参考位置決め電極は非侵入式機器であり、患者の体表面部位に取り付け、移動し難く、典型的に、患者の背部に位置する。参考電極の先端部分に少なくとも二つのマイクロ型電磁場センサを有する。これらセンサは前記電磁場発生装置からの変化する電磁場に誘導され、電圧／電流信号を発生するのに用いられる。該電圧／電流信号はセンサが所属する位置決め参考電極の先端部分の一つの点の三次元空間座標と三つの方向座標信号を示す。体表面参考位置決め電極は前記磁気位置決めシステムにおいて患者（参考電極は患者に伴い移動できる）の静止空間に対する参考点を提供するのに用いられる。本三次元測定システムは該参考点の座標を参考値とし、リアルタイムに取得した患者心内カテーテルの空間座標と該参考点の空間座標に対して補間処理を行って三次元位置座標データを取得し、該相対座標データは心腔内壁三次元画像を構築する空間位置データとする。つまり、参考電極の一つの点を一つの座標系原点にした場合、該原点と心臓の相対位置は変わらなく、カテーテルの各点の空間座標はすべて該原点の座標と演算を行い、該原点が代表する座標系に対する座標値を形成し、該座標値は心臓の三次元解剖図とカテーテルの三次元画像形成の構築及びナビゲーションに用いられる。
【０１１８】
本発明に記載の装置又はシステムは心内に位置する参考カテーテルをさらに含むことができる。該カテーテルは従来既に市場で応用されている普通の電気生理診断カテーテルであり、通常、前記センサ及び圧力温度などの補助センサを含まない。カテーテル先端部分はカテーテルが位置する心腔内壁の心電図信号を測定するための複数の心電図金属電極を含むだけである。該カテーテル先端は心腔内壁の固定位置に位置し、代表的には、心臓冠状静脈洞付近に位置し、心臓鼓動心電図の基準時間信号を発生するのに用いられる。前記カテーテルの電極で収集する心電図信号及び該心内参考カテーテルで収集する心電図信号は心電図の同じ特徴波形が発生した時間順序、即ち心電図信号の伝導が二つのカテーテル電極で収集した心腔内壁点を通る前後順序に基づき、二つ時間の差を計算する。イメージ的に言えば、正常な心臓ペーシング信号は洞房結節に由来するが、該信号は心房から伝導ルートを経由して心室の各方向に伝播し、伝導ルートに二つのモニタリング点を設け、心電図信号がそれぞれこの二つのモニタリング点に到達する時間をモニタリングする。複数の前記時間差のパラメータを比較し、既に収集した前記五次元位置及び配向座標データ中の三次元位置座標データ及び／又は二つの配向座標データをあわせ、心腔内壁組織における電気信号の伝播映像を形成する。
【０１１９】
本発明に記載の装置又はシステムは対象の電気生理信号を取得し、処理後の信号を外部に提供することができる電気信号処理装置をさらに含むことができる。該装置は、  
マルチチャンネル体表面心電図信号、代表的には、１２チャンネル体表面心電図信号を収集するための体表面心電図電極及び適応型ケーブルと、  
マルチチャンネル心内心電図信号、代表的には、１６〜３２チャンネル心内心電信号を収集するための心腔内カテーテル電極及び適応型ケーブルと、  
温度信号を収集するためのシングル又はマルチチャンネル温度信号収集回路と、  
圧力信号を収集するためのシングル又はマルチチャンネル圧力信号収集回路と、  
前記各種信号収集ケーブルを接続し、収集した信号を増幅およびフィルタリングする前置増幅モジュールと、  
前置増幅モジュールに接続され、前置増幅モジュールが出力するアナログ信号をデジタル化する収集モジュールと、  
デジタル化したの信号をデジタル化フィルタリング及び波形抽出し、前記各種信号を取得するデジタルフィルタリングモジュールと、  
ＵＳＢ、インターネット、光ファイバ、シリアルポート、パラレルポート、ブルートゥースなどの通信出力インターフェースで、抽出したの前記デジタル信号を通信ケーブル介してワークステーションに送る通信出力モジュールと、を含む。
【０１２０】
前記電気信号処理装置は電気安全指標が国家基準要求に適合するようにする専用の隔離電源モジュールをさらに含む。
【０１２１】
本電気信号処理装置は心腔三次元画像構築の同期信号を提供するためのシングルチャンネル信号を出力することができる。心臓が絶えず鼓動するに対し、構築が必要な三次元心腔画像は静止状態であるべきことから、容易に観察するために、心臓鼓動周期中のある固定時間のデータを選択する又はある固定状態のデータにより描写する必要があり、該チャンネル同期信号を取得することにより、該データを取得する。公知として、ＣＴ及びＭＲＩ装置が人体心臓モデルを走査するとき、通常、体表面心電図波形の特徴点、例えばＲ波の最高点をゲート制御トリガーポイントとする。本システムの好適な実施例もＲ波のある特徴点、例えばＲ波最高点によって心腔三次元図を起動し、Ｒ波の最高点のとき取得した対応時刻のカテーテルと参考電極の各点の位置決めデータにより三次元心腔図を構築する。本発明に記載の同期信号は観血式、非観血式及び酸素飽和度信号とすることもでき、これらの信号と心臓の機械活動はより関連し、これらの信号波形の最高点、又は上昇速度最速点をゲート制御点とする。典型的に、各種ゲート制御同期信号点は心臓鼓動が拡張期終期にあるときに対応する点を選択し、このときの心腔体積は最大であり、心腔は相対的に短い静止状態にあり、全鼓動周期において短い安定状態を保ち、点データの取得に有利である。形状が周期的に変化しない人体腔については、その内側の三次元画像モデルを構築する際、前記同期信号によりデータ収集するタイミングを確定することができず、実際の状況に基づいてデータ収集方法を決定しなければならない。当分野の技術者は本発明に記載の三次元測定装置又はシステムは実際に決定されたデータ収集方法に基づいて相応の改良ができる。
【０１２２】
前記電気信号処理装置は患者の複数種の電気生理信号を得るために用いられる。カテーテルにより心腔内壁の各点の空間位置信号を取得するとともに、カテーテル上の電極が収集した該心腔内壁点の心電図信号を同期に取得し、システムは前記空間位置信号及び心電図信号を有効に結合する。本三次元システムにおいて心腔の三次元電子解剖図を形成でき、該図は医師に対して直観的な三次元心腔構造を提供できるだけなく、心腔の異なる位置の心電変化情報、例えば心腔心電図、ポテンシャル図及び励起順序図などの豊富な電気生理情報を表示することもできる。これは医師が心臓不整脈の発生メカニズムを分析し、病巣ターゲットを正確に位置決めし、病巣領域を全面的にアブレーションするのに非常に役立つ。
【０１２３】
本システムは複数種の電気生理信号処理機能を有することから、三次元画像の再構築と電気生理機能を一体に集積しているため、臨床で従来のフィールド位置決め装置を用いるとき、従来のフィールド位置決め装置が必要な豊富な電気生理情報を提供できなく、度々従来のマルチチャンネル生理記録器を配置する必要があり、これによりシステム間の接続が複雑になり、必要な手術データ情報を纏めて記憶と再生できず、医師に不便をもたらすということ、また、二つのシステムは必然的に操作を複雑にするため、人員を増やす必要があり、コストも増え、複数の装置が手術室の日々厳しさを増す空間をより多く占めるということなど前記存在する不足を有効的に回避し、解決することができる。
【０１２４】
前記三次元測定システムはさらに複数のデータインターフェースを有し、前記磁気位置決めシステムと電気生理信号処理装置のデータ出力を読み取るとともに、これらのデータを演算処理できるワークステーション（コンピュータ）を含む。前記電気生理信号と位置決め信号を連続的に得ることで、該ワークステーションは心腔三次元電子解剖構造画像を構築できるとともに、カテーテルの三次元ナビゲーション画像を構築してリアルタイムのナビゲーションを実現することができる。
【０１２５】
前記ワークステーションはさらに心腔のＭＲＩ／ＣＴ三次元画像データを入力するための入力インターフェースを含む。心臓三次元モデル画像の構築後、該画像を構築した三次元心腔構造とマッチさせて、心臓の構造特徴を修正及び補助判断するために用いられる。前記インターフェースはＣＤ−ＲＯＭインターフェース、ＵＳＢインターフェース、又はイーサネット（登録商標）インターフェース又は光ファイバインターフェースなどの公知のインターフェースとすることができ、これらのインターフェースによりＭＲＩ／ＣＴデータを本三次元システムに入力する。
【０１２６】
前記ワークステーションはさらに前記画像内容と処理過程を表示することができる表示装置を含む。表示装置は三次元画像処理情報及び電気信号波形データ情報を一つのスクリーンに同時表示でき、又は、三次元画像と電気信号情報を複数のスクリーンにそれぞれ表示することも可能である。前記表示装置はスクリーン内容を遠端の別のスクリーンに同時表示できるスクリーン分割器をさらに含む。この種の状況は、前記ワークステーションは手術室以外、例えば、観察室に取り付けられるときに非常に必要である。それは、操作医師はワークステーションの隣で操作するが、手術医師は依然として手術室内におり、彼らも表示情報を見る必要があるためである。
【０１２７】
前記ワークステーションは手術データを出力するためのデータ印刷出力モジュールをさらに含む。代表的には光ディスク、光磁気ディスク、大容量非揮発性メモリ、ハードディスクなどであり、必要なデータ、画像及び報告印刷しもよい。
【図１】
2012520474.tif 000009
【図２】
2012520474.tif 000010
【図３】
2012520474.tif 000011
【図４】
2012520474.tif 000012
【図５】
2012520474.tif 000013
【図６】
2012520474.tif 000014
【図７】
2012520474.tif 000015
【図８】
2012520474.tif 000016
【図９】
2012520474.tif 000017
【図１０】
2012520474.tif 000018
【図１１】
2012520474.tif 000019
【図１２】
2012520474.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成23年11月1日(2011.11.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動信号励起のもと、分離可能なフィールドを発生する少なくとも一つのフィールド発生装置と、
前記目標装置に位置し、前記分離可能なフィールドを検出しセンサ信号を発生する少なくとも一つのフィールドセンサと、
前記目標装置のセンサの存在する位置の五次元位置及び配向座標データを発生するように、前記フィールド発生装置に駆動信号を送信し、前記フィールドセンサ信号の出力を検出する位置決め信号処理装置と、
を含む、参照系に対する目標装置の位置及び配向を確定するためのフィールド位置決め装置。
【請求項２】
前記目標装置に一つ以上のフィールドセンサを含み、前記一つ以上のフィールドセンサ同士の間に均等又は不均等の一定距離をあけることを特徴とする請求項１に記載のフィールド位置決め装置。
【請求項３】
前記フィールド発生装置で発生した複数の分離可能なフィールドはそれぞれ異なる周波数又は異なる位相を有するか、或いは異なる周波数と異なる位相を同時に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記位置決め信号処理装置は前記駆動信号と前記センサ信号の相関を取ることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記フィールドは連続したＡＣ磁場又は周期的に変化する直流パルス磁場であることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項６】
前記目標装置に電極の存在位置の心腔内壁の電気信号を取得するための電極をさらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項７】
前記電極が取得した電気信号を処理し、位置決め信号処理装置が収集した前記複数の点の五次元位置及び配向座標データ中の三次元位置座標データ及び／又は二つの配向座標データとあわせ、電気信号が前記心腔内壁組織を通って伝播する状況を示す映像を形成する電気信号処理装置をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
（ａ）駆動信号により複数の分離可能なフィールドを発生するステップと、
（ｂ）前記目標装置に予め設置されている少なくとも一つのセンサを用いて前記分離可能なフィールドを検出し、センサ信号を発生するステップと、
（ｃ）センサ信号の出力を検出し、前記目標装置のセンサの存在する位置の三次元位置座標データ及び二つの配向座標データを含む五次元位置及び配向座標データを取得するステップと、
を含む、参照系に対する目標装置の位置及び配向を確定するための人体腔内壁の三次元測定方法。
【請求項９】
（ｄ）前記人体腔内壁に沿って目標装置を移動した後、前記目標装置のセンサの存在する位置の五次元位置及び配向座標データを再び取得するステップと、
（ｅ）ステップ（ｂ）〜（ｄ）を繰り返し、複数組の前記五次元位置及び配向座標データを取得するステップと、
（ｆ）前記取得した複数組の五次元位置及び配向座標データ中の三次元位置座標データ及び／又は二つの配向座標データを用いて前記人体腔内壁の三次元画像モデルを構築するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記目標装置に予め一つ以上のセンサを設置し、その一つ以上のセンサを利用し、
さらに、
（ｇ）前記目標装置に予め設置された一つ以上のセンサがそれぞれ測定したデータを用いて、目標装置の一つ以上のセンサの存在する点の五次元位置及び配向座標データを取得するステップと、
（ｈ）前記取得した目標装置の一つ以上のセンサの存在する位置の五次元位置及び配向座標データを用いて処理により目標装置の局部又は全体の三次元画像モデルを取得するステップと、
を実現するために用いられることを特徴とする請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記目標装置に予め設置した一つ以上の前記センサ同士の間に均等又は不均等の一定距離をあけることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記目標装置に互いの間に一定距離をあけた二つの前記センサを予め設置することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記目標装置に予め設置した電極を用いて、該電極が存在する位置の人体腔の電気信号を取得するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
収集された複数の前記人体腔内壁の電気信号を対応的に収集された前記五次元データ中の三次元位置データとあわせ、処理を行い、電気信号が人体腔内壁組織を通って伝播する状況を示す映像を前記電気信号が取得された時間順序で形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
駆動信号励起のもと、分離可能なフィールドを発生する少なくとも一つのフィールド発生装置と、
前記目標装置に位置し、前記分離可能なフィールドを検出しセンサ信号を発生する少なくとも一つのフィールドセンサと、
前記目標装置のセンサの存在する位置の五次元位置及び配向座標データを取得できるように、前記フィールド発生装置に駆動信号を送信し、前記フィールドセンサ信号の出力を検出する位置決め信号処理装置と、
人体の体表面部位に対して静止している一つの参考点を提供できるように、前記人体の体表面部位に取り付けられ、予め設置された少なくとも２つのフィールドセンサにより前記体表面参考位置決め電極上の一つの点の三次元位置データ及び三つの方向データを確定する体表面参考位置決め電極と、
を含む人体腔に用いる三次元測定システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２７】
前記ワークステーションは手術データを出力するためのデータ印刷出力モジュールをさらに含む。代表的には光ディスク、光磁気ディスク、大容量非揮発性メモリ、ハードディスクなどであり、必要なデータ、画像及び報告印刷しもよい。  
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。 
［１］（ａ）駆動信号により複数の分離可能なフィールドを発生するステップと、（ｂ）前記目標装置に予め設置されている少なくとも一つのセンサを用いて前記分離可能なフィールドを検出し、センサ信号を発生するステップと、（ｃ）センサ信号の出力を検出し、前記目標装置のセンサの存在する位置の三次元位置座標データ及び二つの配向座標データを含む五次元位置及び配向座標データを取得するステップと、を含む、参照系に対する目標装置の位置及び配向を確定するための人体腔内壁の三次元測定方法。 
［２］（ｄ）前記人体腔内壁に沿って目標装置を移動した後、前記目標装置のセンサの存在する位置の五次元位置及び配向座標データを再び取得するステップと、（ｅ）ステップ（ｂ）〜（ｄ）を繰り返し、複数組の前記五次元位置及び配向座標データを取得するステップと、（ｆ）前記取得した複数組の五次元位置及び配向座標データ中の三次元位置座標データ及び／又は二つの配向座標データを用いて前記人体腔内壁の三次元画像モデルを構築するステップと、をさらに含むことを特徴とする［１］に記載の方法。 
［３］前記目標装置に予め一つ以上のセンサを設置し、その一つ以上のセンサを利用し、さらに、（ｇ）前記目標装置に予め設置された一つ以上のセンサがそれぞれ測定したデータを用いて、目標装置の一つ以上のセンサの存在する点の五次元位置及び配向座標データを取得するステップと、（ｈ）前記取得した目標装置の一つ以上のセンサの存在する位置の五次元位置及び配向座標データを用いて処理により目標装置の局部又は全体の三次元画像モデルを取得するステップと、を実現するために用いられることを特徴とする［１］又は［２］に記載の方法。 
［４］前記目標装置に予め設置した一つ以上の前記センサ同士の間に均等又は不均等の一定距離をあけることを特徴とする［３］に記載の方法。 
［５］前記目標装置に互いの間に一定距離をあけた二つの前記センサを予め設置することを特徴とする［４］に記載の方法。 
［６］前記複数の分離可能なフィールドのそれぞれは異なる周波数又は異なる位相を有するか、或いは異なる周波数と異なる位相を同時に有することを特徴とする［１］〜［５］のいずれかに記載の方法。 
［７］前記複数の分離可能なフィールドの周波数は所定周波数の整数倍であることを特徴とする［１］〜［５］のいずれかに記載の方法。 
［８］前記ステップｃにおいてさらに、前記駆動信号と前記センサ信号の相関を取るステップを含むことを特徴とする［６］に記載の方法。 
［９］前記ステップｃにおいてさらに、前記駆動信号と前記センサ信号の相関を取り、前記相関の持続時間は前記整数倍数の最小公倍数を前記所定周波数で割ったものであるステップを含むことを特徴とする［７］に記載の方法。 
［１０］前記相関の結果は、前記複数の分離可能なフィールドそれぞれが前記センサが発生する信号に対しての寄与を計算するのに用いられることを特徴とする［９］に記載の方法。 
［１１］前記フィールドはＡＣ磁場又は直流パルス磁場であることを特徴とする［１］〜［５］のいずれかに記載の方法。 
［１２］前記ＡＣ磁場は連続した磁場であることを特徴とする［１１］に記載の方法。 
［１３］前記三次元位置座標データは前記参照系に対する三次元位置座標であり、前記二つの配向座標データは自転角を含まないことを特徴とする［１］〜［５］のいずれかに記載の方法。 
［１４］前記目標装置に予め設置した電極を用いて、該電極が存在する位置の電気信号を取得するステップをさらに含むことを特徴とする［１］〜［５］のいずれかに記載の方法。 
［１５］前記電気信号は、人体腔の電気信号であることを特徴とする［１４］に記載の方法。 
［１６］収集された複数の前記人体腔内壁の電気信号を対応的に収集された前記五次元データ中の三次元位置データとあわせ、処理を行い、電気信号が人体腔内壁組織を通って伝播する状況を示す映像を前記電気信号が取得された時間順序で形成するステップをさらに含むことを特徴とする［１５］に記載の方法。 
［１７］駆動信号励起のもと、分離可能なフィールドを発生する少なくとも一つのフィールド発生装置と、前記目標装置に位置し、前記分離可能なフィールドを検出しセンサ信号を発生する少なくとも一つのフィールドセンサと、前記目標装置のセンサの存在する位置の五次元位置及び配向座標データを発生するように、前記フィールド発生装置に駆動信号を送信し、前記フィールドセンサ信号の出力を検出する位置決め信号処理装置と、を含む、参照系に対する目標装置の位置及び配向を確定するためのフィールド位置決め装置。 
［１８］前記五次元位置及び配向座標データを処理し、前記五次元データ中の三次元位置座標データ及び／又は二つの配向座標データに基づいて三次元画像モデルを構築する三次元画像シミュレート装置をさらに含むことを特徴とする［１７］に記載のフィールド位置決め装置。 
［１９］前記目標装置に一つ以上のフィールドセンサを含むことを特徴とする［１７］又は［１８］に記載のフィールド位置決め装置。 
［２０］前記一つ以上のフィールドセンサ同士の間に均等又は不均等の一定距離をあけることを特徴とする［１９］に記載のフィールド位置決め装置。 
［２１］前記目標装置に互いの間に一定距離をあけた二つのフィールドセンサを含むことを特徴とする［２０］に記載のフィールド位置決め装置。 
［２２］前記フィールド発生装置で発生した複数の分離可能なフィールドはそれぞれ異なる周波数又は異なる位相を有するか、或いは異なる周波数と異なる位相を同時に有することを特徴とする［１７］〜［２１］のいずれかに記載の装置。 
［２３］前記複数の分離可能なフィールドの周波数は所定周波数の整数倍であることを特徴とする［１７］〜［２１］のいずれかに記載の装置。 
［２４］前記位置決め信号処理装置は前記駆動信号と前記センサ信号の相関を取ることを特徴とする［２２］に記載の装置。 
［２５］前記位置決め信号処理装置は前記駆動信号と前記センサ信号の相関を取り、前記相関の持続時間は前記整数倍数の最小公倍数を前記所定周波数で割ったものであることを特徴とする［２３］に記載の装置。 
［２６］前記位置決め信号処理装置は、前記相関の結果を前記複数の分離可能なフィールドそれぞれが前記センサが発生する信号に対しての寄与を計算するのに用いられることを特徴とする［２５］に記載の装置。 
［２７］前記フィールドはＡＣ磁場又は直流パルス磁場であることを特徴とする［１７］〜［２１］のいずれかに記載の装置。 
［２８］前記ＡＣ磁場は連続した磁場である、又は前記直流パルス磁場は周期的に変化するものであることを特徴とする［２７］に記載の装置。 
［２９］前記三次元位置座標データは前記参照系に対する三次元位置座標であり、前記二つの配向座標データは自転角を含まないことを特徴とする［１７］〜［２１］のいずれかに記載の装置。 
［３０］前記目標装置に電極の存在位置の電気信号を取得するための電極をさらに含むことを特徴とする［１７］〜［２１］のいずれかに記載の装置。 
［３１］前記電気信号は心腔内壁の電気信号であることを特徴とする［３０］に記載の装置。 
［３２］前記電極が取得した電気信号を処理し、位置決め信号処理装置が収集した前記複数の点の五次元位置及び配向座標データ中の三次元位置座標データ及び／又は二つの配向座標データとあわせ、電気信号が前記心腔内壁組織を通って伝播する状況を示す映像を形成する電気信号処理装置をさらに含むことを特徴とする［３０］に記載の装置。 
［３３］駆動信号励起のもと、分離可能なフィールドを発生する少なくとも一つのフィールド発生装置と、前記目標装置に位置し、前記分離可能なフィールドを検出しセンサ信号を発生するための少なくとも一つのフィールドセンサと、前記目標装置のセンサの存在する位置の五次元位置及び配向座標データを発生するように、前記フィールド発生装置に駆動信号を送信し、前記フィールドセンサ信号の出力を検出するための位置決め信号処理装置と、前記目標装置に位置し、制御信号に応答して目標装置の存在する位置に対して作用を発生する作用装置と、を含む人体腔に用いる三次元測定システム。 
［３４］前記五次元位置及び配向座標データを処理し、前記五次元位置及び配向座標データ中の三次元位置座標データ及び／又は二つの配向座標データに基づいて三次元画像モデルを構築する三次元画像シミュレート装置をさらに含むことを特徴とする［３３］に記載のシステム。 
［３５］前記目標装置に少なくとも一つの孔を有し、前記作用装置は、前記孔と連通し目標装置の先端の存在する部分に液体を送るための管状装置を含むことを特徴とする［３３］又は［３４］に記載のシステム。 
［３６］前記作用装置は、接触する人体腔組織に電気エネルギーを提供するための一つ又は複数の電極を含むことを特徴とする［３３］又は［３４］に記載のシステム。 
［３７］前記作用装置は、温度信号により電気エネルギーの放出を制御できるように、該作用装置中の温度センサの存在する部分の温度を測定する温度センサをさらに含むことを特徴とする［３６］に記載のシステム。 
［３８］前記作用装置は、目標装置と人体腔内壁とが接触する良好程度を測定するための圧力センサを含むことを特徴とする［３３］又は［３４］に記載のシステム。 
［３９］駆動信号励起のもと、分離可能なフィールドを発生する少なくとも一つのフィールド発生装置と、前記目標装置に位置し、前記分離可能なフィールドを検出しセンサ信号を発生する少なくとも一つのフィールドセンサと、前記目標装置のセンサの存在する位置の五次元位置及び配向座標データを取得できるように、前記フィールド発生装置に駆動信号を送信し、前記フィールドセンサ信号の出力を検出する位置決め信号処理装置と、人体の体表面部位に対して静止している一つの参考点を提供できるように、前記人体の体表面部位に取り付けられ、予め設置された少なくとも２つのフィールドセンサにより前記体表面参考位置決め電極上の一つの点の三次元位置データ及び三つの方向データを確定する体表面参考位置決め電極と、を含む人体腔に用いる三次元測定システム。 
［４０］前記五次元位置及び配向座標データを処理し、前記五次元位置及び配向座標データ中の三次元位置座標データ及び／又は二つの配向座標データに基づいて三次元画像モデルを構築する三次元画像シミュレート装置をさらに含むことを特徴とする［３９］に記載のシステム。 
［４１］駆動信号励起のもと、分離可能なフィールドを発生する少なくとも一つのフィールド発生装置と、前記目標装置に位置し、前記分離可能なフィールドを検出しセンサ信号を発生する少なくとも一つのフィールドセンサと、前記目標装置のセンサの存在する位置の五次元位置及び配向座標データを発生するように、前記フィールド発生装置に駆動信号を送信し、前記フィールドセンサ信号の出力を検出する位置決め信号処理装置と、前記目標装置に予め設置された、人体腔内壁の電気信号を取得するための電極と、を含む人体腔に用いる三次元測定システム。 
［４２］前記五次元位置及び配向座標データを処理し、前記五次元位置及び配向座標データ中の三次元位置座標データ及び／又は二つの配向座標データに基づいて三次元画像モデルを構築する三次元画像シミュレート装置をさらに含むことを特徴とする［４１］に記載のシステム。 
［４３］人体腔内壁の電気信号を検出し、検出された電気信号を基準電気信号とする電気信号参考装置をさらに含むことを特徴とする［４２］に記載のシステム。 
［４４］前記電極が取得した人体腔内壁上の複数の点の電気信号を処理し、位置決め信号処理装置が収集した前記複数の点の五次元位置及び配向座標データとあわせ、電気信号が前記人体腔内壁組織を通って伝播する状況を示す映像を形成する電気信号処理装置をさらに含むことを特徴とする［４１］〜［４３］のいずれかに記載のシステム。 
［４５］前記位置決め信号処理装置及び／又は電気信号処理装置のデータを読み取って出力し、これらのデータを演算するためのワークステーションコンピュータをさらに含むことを特徴とする［３４］、［４０］又は［４４］に記載のシステム。 
［４６］該システムで収集したデータ及び人体腔内壁及び／又は前記目標装置の局部又は全体の三次元画像モデルを表示するための表示装置をさらに含むことを特徴とする［３４］、［４０］又は［４４］に記載のシステム。
【国際調査報告】
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