JP2019508100A - 磁気的位置特定システムにおける磁場歪の検出及び補正 - Google Patents
磁気的位置特定システムにおける磁場歪の検出及び補正 Download PDFInfo
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Abstract
Description
本出願は、参照によりその全体が本明細書に記載されているかのように本明細書に組み込まれる、2016年1月26日付で提出された米国仮特許出願第62/287,383号の利益を主張する。
本開示は、概して、人体内での医療機器の磁気的位置特定に関する。より具体的には、本開示は、そのような磁気的位置特定システムに使用される磁場内の磁場歪の検出に関する。
第1の特定の/実験的な金属歪検出アルゴリズムにおいて、センサ・コイル・アレイは、個々のセンサ間のベクトル距離と相関している振幅値を割り当てられる。指標値からの後続の値及び/又は変化が、システムが許容可能なレベルの磁場歪み/干渉内で動作しているか否かを決定するために使用される。本開示の目的のために、この値は、金属歪センサ(「MDS」)値として記述される。本発明の特定の/実験的な実施形態において、センサ・コイル・アレイは、3つのセンサ・コイルを含むが、本開示に照らして、一つ又は複数のセンサ・コイルを有するセンサ・コイル・アレイを利用する様々な他の実施形態を容易に実施することができる。
[項目1]
患者内でカテーテルを位置特定するための磁場内の磁気歪みを検出するためのシステムであって、
一つ又は複数の金属歪固定装置と、
前記金属歪固定装置に通信可能に結合されたプロセッサ回路と、を備え、
前記固定装置の各々は、互いに対して固定された距離及び向きに位置決めされた二つ以上のセンサ・コイルを含み、
前記センサ・コイルの各々は、前記センサ・コイルの前記向きと一致する磁場を検知するとともに、前記検知された磁場を示す電気信号を出力するように構成及び配置されており、
前記プロセッサ回路は、
前記センサ・コイルの各々から前記電気信号を受信し、
前記受信信号の各々について時間に依存する磁場振幅値を計算し、
磁気歪みを検出する、
ように構成及び配置されている、システム。
[項目2]
前記プロセッサ回路は、
第1の時点における第1の振幅値と、前記第1の時点よりも後の第2の時点における第2の振幅値とを比較し、経時的な振幅値の変化を決定することによって、前記第1の振幅値と前記第2振幅値との間の前記磁場における磁気シフトを計算し、
前記第1の振幅値と前記第2の振幅値との間の前記磁気シフトが、前記患者内での前記カテーテル位置特定の効率を妨げる歪みを示す閾値シフト量よりも大きいか否かを決定する、
ようにさらに構成及び配置されている、項目1に記載のシステム。
[項目3]
前記磁気シフトが前記閾値シフト量を超えることに応答して、前記プロセッサ回路は、その閾値を超えたシフト状態中に計算されるカテーテル位置座標を無視するように構成及び配置されている、項目2に記載のシステム。
[項目4]
前記磁気シフトが前記閾値シフト量を超えることに応答して、前記プロセッサ回路は、前記磁気歪みについて臨床医に知覚される指示を出力する、項目2に記載のシステム。
[項目5]
前記金属歪固定装置の位置は、前記磁場内で固定されており、前記磁気シフトは、閾値シフト量よりも大きく、前記磁気シフトは、前記磁場内の鉄製物体を示す、項目2に記載のシステム。
[項目6]
前記患者の胸腔に対して前方に位置決めされるように構成及び配置されている別の金属歪固定装置をさらに含み、前記金属歪固定装置は、前記患者の胸腔に対して後方に位置決めされるように構成及び配置されている、項目1に記載のシステム。
[項目7]
前記金属歪固定装置は、前記磁場内の鉄製物体を示す前記磁場のシフトに応答して、前記処理回路への出力を変化させるようにさらに構成及び配置されている、項目1に記載のシステム。
[項目8]
前記振幅値は、前記金属歪固定装置の向きとは無関係であり、前記患者内の前記カテーテルの計算された位置の誤りを示す、項目1に記載のシステム。
[項目9]
前記二つ以上のセンサ・コイルは、直角に向けられている3つのセンサ・コイルを含み、前記振幅値は、前記3つのセンサ・コイルの間の知覚されるベクトル距離を示す、項目1に記載のシステム。
[項目10]
前記二つ以上のセンサ・コイルは、3つのセンサ・コイルを含み、前記センサ・コイルの前記振幅値は、前記数1に記載の式によって決定され、
式中、MDS1は前記振幅値であり、ABは第1のセンサ・コイルと第2のセンサ・コイルとの間のベクトル距離であり、BCは前記第2のセンサ・コイルと第3のセンサ・コイルとの間のベクトル距離であり、CAは前記第1のセンサ・コイルと前記第3のセンサ・コイルとの間のベクトル距離である、項目1に記載のシステム。
[項目11]
前記経時的な磁気シフトは、前記数2に記載の式によって決定され、
式中、x1、y1、z1は第1の時間フレームからの前記センサ・コイルの位置及び向きのデータであり、x2、y2、z2は第2の時間フレームからの前記センサ・コイルの位置及び向きのデータであり、前記磁気シフトは、前記磁気シフトに起因する前記患者内の磁気カテーテルの位置の知覚される変化と直接的に相関する、項目2に記載のシステム。
[項目12]
前記センサ・コイルの前記振幅値は、前記磁気歪みセンサの5自由度を示す、前記第1のセンサ・コイル、前記第2のセンサ・コイル、及び前記第3のセンサ・コイルから受信されるデータを使用して計算される、項目1に記載のシステム。
[項目13]
前記二つ以上のセンサ・コイルは、3つのセンサ・コイルを含み、前記センサ・コイルの前記振幅値は、前記数3及び前記数4に記載の式によって決定され、
指標k1、k2、k3、k4、k5、k6は、前記数5から前記数7に記載の式を使用して計算され、
式中、P&O_refは第1の時点において測定されるデータであり、P&O_dpは第2の時点において測定されるデータであり、MDS2は前記振幅値であり、ABは前記第1のセンサ・コイルと前記第2のセンサ・コイルとの間の前記ベクトル距離であり、BCは前記第2のセンサ・コイルと前記第3のセンサ・コイルとの間の前記ベクトル距離であり、CAは前記第1のセンサ・コイルと前記第3のセンサ・コイルとの間の前記ベクトル距離であり、Tx、Ty、Tz、Dx、Dy、Dzは前記金属歪固定装置の5自由度であり、(Dx,Dy,Dz)は、前記3つのセンサ・コイル(A、B又はC)のうちの一つが方向付けられる単位ベクトルであり、w1、w2、w3、w4、w5、及びw6は、前記システムに特有のシステム較正重みである、項目1に記載のシステム。
[項目14]
前記MDS2式の指標は、前記第1の時点と前記第2の時点との間の前記金属歪固定装置の機械的特性の変化を測定する、項目13に記載のシステム。
[項目15]
患者内でカテーテルを位置特定するための磁場内の磁気歪みを示す電気信号を検出するための装置であって、
第1のセンサ・コイルと、
前記第1のセンサ・コイルに直角に向けられており、前記第1のセンサ・コイルに対して固定して位置決めされている第2のセンサ・コイルと、
前記第1のセンサ・コイル及び前記第2のセンサ・コイルに直角に向けられており、前記第1のセンサ・コイル及び前記第2のセンサ・コイルに対して固定して位置決めされている第3のセンサ・コイルと、
を備え、
前記第1のセンサ・コイル、前記第2のセンサ・コイル、及び前記第3のセンサ・コイルは、磁場強度と、受信するセンサ・コイルと実質的に同軸の磁場の向きとを示すエネルギーを受信するように構成及び配置されている、装置。
[項目16]
前記コイルの各々は、エネルギーを前記磁場から電気信号へと変換するように構成及び配置されており、経時的な前記センサ・コイルの前記電気信号出力の変動が、前記磁場への鉄製物体の導入と関連する前記磁場の変化を示す、項目15に記載の装置。
[項目17]
経時的な前記センサ・コイルの前記電気信号出力の変動は、前記患者内の前記カテーテルの知覚される位置の誤りを示す、項目15に記載の装置。
[項目18]
患者内でカテーテルを位置特定するために磁場内の磁気歪みを検出する方法であって、
第1の時点に金属歪固定装置内のセンサ・コイルの各々によって検知された前記磁場を示す前記金属歪固定装置からの一つ又は複数の信号からなる第1のセットを受信するステップと、
前記第1の時点における磁場を示す合成信号の第1の振幅値を決定するステップと、
第2の時点に前記センサ・コイルの各々によって検知された前記磁場を示す前記金属歪固定装置からの一つ又は複数の信号からなる第2のセットを受信するステップと、
前記第2の時点における別の磁場を示す合成信号の第2の振幅値を決定するステップと、
前記第1の振幅値と前記第2の振幅値との間の前記磁場における磁気シフトを決定するステップと、
前記磁気シフトを、前記患者内の前記カテーテルの知覚される位置と実際の位置との間の実質的な変動を引き起こす、前記磁場内の磁気歪みを示す閾値シフト量と比較するステップと、
を含む方法。
[項目19]
前記磁気シフトが前記磁場内の磁気歪みを示す前記閾値シフト量を超えると決定されるのに応答して、閾値を超えるシフト状態中に計算されるカテーテル位置座標を無視するステップをさらに含む、項目18に記載の方法。
[項目20]
前記磁気シフトが前記磁場内の磁気歪みを示す前記閾値シフト量を超えると決定されるのに応答して、前記磁気歪みについて臨床医に知覚される指示を出力するステップをさらに含む、項目18に記載の方法。
[項目21]
前記プロセッサ回路から前記時間に依存する磁場振幅値を示すデータを受信し、前記データを、後のアクセスのためにルックアップ・テーブル内に格納するように構成及び配置されているメモリ回路をさらに含む、項目1に記載のシステム。
[項目22]
患者内のカテーテルの位置特定のための磁場を生成するように構成及び配置されている磁場発生器をさらに含み、前記金属歪固定装置のうちの少なくとも一つは、前記磁場発生器に対して固定して位置決めされている、項目1に記載のシステム。
[項目23]
前記プロセッサ回路は、磁気歪みの検出に応答して、前記患者内の前記カテーテルの前記位置特定を補正するようにさらに構成されている、項目22に記載のシステム。
[項目24]
前記位置特定の前記補正は、前記カテーテルの知覚される位置及び向きの各入力について、前記金属歪固定装置のうちの前記少なくとも一つと前記磁場発生器との間の前記固定位置と、前記センサ・コイルの互いに対する前記固定距離及び向きとに少なくとも部分的に依拠して、前記カテーテルの補正された位置及び向きを生成するベース・モデル関数を利用する、項目23に記載のシステム。
[項目25]
前記位置特定の前記補正は、前記カテーテルの知覚される位置及び向きの各入力について、前記カテーテルの補正された位置及び向きを生成するベース・モデル関数を利用し、前記モデル関数は、他の時間に依存する測定値に対する、前記センサ・コイルの時間に依存する相対固定距離及び向きを満たす、項目23に記載のシステム。
[項目26]
前記プロセッサ回路は、前記患者内の前記カテーテルの前記位置特定を補正するようにさらに構成されている、項目1に記載のシステム。
[項目27]
前記位置特定の補正は、前記カテーテルの知覚される位置及び向きの各入力について、前記金属歪固定装置のうちの前記少なくとも一つと前記磁場発生器との間の前記固定位置と、前記センサ・コイルの互いに対する前記固定距離及び向きとに少なくとも部分的に依拠して、前記カテーテルの補正された位置及び向きを生成するベース・モデル関数を利用する、項目26に記載のシステム。
[項目28]
前記位置特定の前記補正は、前記カテーテルの知覚される位置及び向きの各入力について、前記カテーテルの補正された位置及び向きを生成するベース・モデル関数を利用し、前記モデル関数は、他の時間に依存する測定値に対する、前記センサ・コイルの時間に依存する相対固定距離及び向きを満たす、項目26に記載のシステム。
Claims (28)
- 患者内でカテーテルを位置特定するための磁場内の磁気歪みを検出するためのシステムであって、
一つ又は複数の金属歪固定装置と、
前記金属歪固定装置に通信可能に結合されたプロセッサ回路と、を備え、
前記固定装置の各々は、互いに対して固定された距離及び向きに位置決めされた二つ以上のセンサ・コイルを含み、
前記センサ・コイルの各々は、前記センサ・コイルの前記向きと一致する磁場を検知するとともに、前記検知された磁場を示す電気信号を出力するように構成及び配置されており、
前記プロセッサ回路は、
前記センサ・コイルの各々から前記電気信号を受信し、
前記受信信号の各々について時間に依存する磁場振幅値を計算し、
磁気歪みを検出する、
ように構成及び配置されている、システム。 - 前記プロセッサ回路は、
第1の時点における第1の振幅値と、前記第1の時点よりも後の第2の時点における第2の振幅値とを比較し、経時的な振幅値の変化を決定することによって、前記第1の振幅値と前記第2振幅値との間の前記磁場における磁気シフトを計算し、
前記第1の振幅値と前記第2の振幅値との間の前記磁気シフトが、前記患者内での前記カテーテル位置特定の効率を妨げる歪みを示す閾値シフト量よりも大きいか否かを決定する、
ようにさらに構成及び配置されている、請求項1に記載のシステム。 - 前記磁気シフトが前記閾値シフト量を超えることに応答して、前記プロセッサ回路は、その閾値を超えたシフト状態中に計算されるカテーテル位置座標を無視するように構成及び配置されている、請求項2に記載のシステム。
- 前記磁気シフトが前記閾値シフト量を超えることに応答して、前記プロセッサ回路は、前記磁気歪みについて臨床医に知覚される指示を出力する、請求項2に記載のシステム。
- 前記金属歪固定装置の位置は、前記磁場内で固定されており、前記磁気シフトは、閾値シフト量よりも大きく、前記磁気シフトは、前記磁場内の鉄製物体を示す、請求項2に記載のシステム。
- 前記患者の胸腔に対して前方に位置決めされるように構成及び配置されている別の金属歪固定装置をさらに含み、前記金属歪固定装置は、前記患者の胸腔に対して後方に位置決めされるように構成及び配置されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記金属歪固定装置は、前記磁場内の鉄製物体を示す前記磁場のシフトに応答して、前記処理回路への出力を変化させるようにさらに構成及び配置されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記振幅値は、前記金属歪固定装置の向きとは無関係であり、前記患者内の前記カテーテルの計算された位置の誤りを示す、請求項1に記載のシステム。
- 前記二つ以上のセンサ・コイルは、直角に向けられている3つのセンサ・コイルを含み、前記振幅値は、前記3つのセンサ・コイルの間の知覚されるベクトル距離を示す、請求項1に記載のシステム。
- 前記センサ・コイルの前記振幅値は、前記磁気歪みセンサの5自由度を示す、前記第1のセンサ・コイル、前記第2のセンサ・コイル、及び前記第3のセンサ・コイルから受信されるデータを使用して計算される、請求項1に記載のシステム。
- 前記二つ以上のセンサ・コイルは、3つのセンサ・コイルを含み、前記センサ・コイルの前記振幅値は、以下の式によって決定され、
及び
指標k1、k2、k3、k4、k5、k6は、以下を使用して計算され、
式中、P&O_refは第1の時点において測定されるデータであり、P&O_dpは第2の時点において測定されるデータであり、MDS2は前記振幅値であり、ABは前記第1のセンサ・コイルと前記第2のセンサ・コイルとの間の前記ベクトル距離であり、BCは前記第2のセンサ・コイルと前記第3のセンサ・コイルとの間の前記ベクトル距離であり、CAは前記第1のセンサ・コイルと前記第3のセンサ・コイルとの間の前記ベクトル距離であり、Tx、Ty、Tz、Dx、Dy、Dzは前記金属歪固定装置の5自由度であり、(Dx,Dy,Dz)は、前記3つのセンサ・コイル(A、B又はC)のうちの一つが方向付けられる単位ベクトルであり、w1、w2、w3、w4、w5、及びw6は、前記システムに特有のシステム較正重みである、請求項1に記載のシステム。 - 前記MDS2式の指標は、前記第1の時点と前記第2の時点との間の前記金属歪固定装置の機械的特性の変化を測定する、請求項13に記載のシステム。
- 患者内でカテーテルを位置特定するための磁場内の磁気歪みを示す電気信号を検出するための装置であって、
第1のセンサ・コイルと、
前記第1のセンサ・コイルに直角に向けられており、前記第1のセンサ・コイルに対して固定して位置決めされている第2のセンサ・コイルと、
前記第1のセンサ・コイル及び前記第2のセンサ・コイルに直角に向けられており、前記第1のセンサ・コイル及び前記第2のセンサ・コイルに対して固定して位置決めされている第3のセンサ・コイルと、
を備え、
前記第1のセンサ・コイル、前記第2のセンサ・コイル、及び前記第3のセンサ・コイルは、磁場強度と、受信するセンサ・コイルと実質的に同軸の磁場の向きとを示すエネルギーを受信するように構成及び配置されている、装置。 - 前記コイルの各々は、エネルギーを前記磁場から電気信号へと変換するように構成及び配置されており、経時的な前記センサ・コイルの前記電気信号出力の変動が、前記磁場への鉄製物体の導入と関連する前記磁場の変化を示す、請求項15に記載の装置。
- 経時的な前記センサ・コイルの前記電気信号出力の変動は、前記患者内の前記カテーテルの知覚される位置の誤りを示す、請求項15に記載の装置。
- 患者内でカテーテルを位置特定するために磁場内の磁気歪みを検出する方法であって、
第1の時点に金属歪固定装置内のセンサ・コイルの各々によって検知された前記磁場を示す前記金属歪固定装置からの一つ又は複数の信号からなる第1のセットを受信するステップと、
前記第1の時点における磁場を示す合成信号の第1の振幅値を決定するステップと、
第2の時点に前記センサ・コイルの各々によって検知された前記磁場を示す前記金属歪固定装置からの一つ又は複数の信号からなる第2のセットを受信するステップと、
前記第2の時点における別の磁場を示す合成信号の第2の振幅値を決定するステップと、
前記第1の振幅値と前記第2の振幅値との間の前記磁場における磁気シフトを決定するステップと、
前記磁気シフトを、前記患者内の前記カテーテルの知覚される位置と実際の位置との間の実質的な変動を引き起こす、前記磁場内の磁気歪みを示す閾値シフト量と比較するステップと、
を含む方法。 - 前記磁気シフトが前記磁場内の磁気歪みを示す前記閾値シフト量を超えると決定されるのに応答して、閾値を超えるシフト状態中に計算されるカテーテル位置座標を無視するステップをさらに含む、請求項18に記載の方法。
- 前記磁気シフトが前記磁場内の磁気歪みを示す前記閾値シフト量を超えると決定されるのに応答して、前記磁気歪みについて臨床医に知覚される指示を出力するステップをさらに含む、請求項18に記載の方法。
- 前記プロセッサ回路から前記時間に依存する磁場振幅値を示すデータを受信し、前記データを、後のアクセスのためにルックアップ・テーブル内に格納するように構成及び配置されているメモリ回路をさらに含む、請求項1に記載のシステム。
- 患者内のカテーテルの位置特定のための磁場を生成するように構成及び配置されている磁場発生器をさらに含み、前記金属歪固定装置のうちの少なくとも一つは、前記磁場発生器に対して固定して位置決めされている、請求項1に記載のシステム。
- 前記プロセッサ回路は、磁気歪みの検出に応答して、前記患者内の前記カテーテルの前記位置特定を補正するようにさらに構成されている、請求項22に記載のシステム。
- 前記位置特定の前記補正は、前記カテーテルの知覚される位置及び向きの各入力について、前記金属歪固定装置のうちの前記少なくとも一つと前記磁場発生器との間の前記固定位置と、前記センサ・コイルの互いに対する前記固定距離及び向きとに少なくとも部分的に依拠して、前記カテーテルの補正された位置及び向きを生成するベース・モデル関数を利用する、請求項23に記載のシステム。
- 前記位置特定の前記補正は、前記カテーテルの知覚される位置及び向きの各入力について、前記カテーテルの補正された位置及び向きを生成するベース・モデル関数を利用し、前記モデル関数は、他の時間に依存する測定値に対する、前記センサ・コイルの時間に依存する相対固定距離及び向きを満たす、請求項23に記載のシステム。
- 前記プロセッサ回路は、前記患者内の前記カテーテルの前記位置特定を補正するようにさらに構成されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記位置特定の補正は、前記カテーテルの知覚される位置及び向きの各入力について、前記金属歪固定装置のうちの前記少なくとも一つと前記磁場発生器との間の前記固定位置と、前記センサ・コイルの互いに対する前記固定距離及び向きとに少なくとも部分的に依拠して、前記カテーテルの補正された位置及び向きを生成するベース・モデル関数を利用する、請求項26に記載のシステム。
- 前記位置特定の前記補正は、前記カテーテルの知覚される位置及び向きの各入力について、前記カテーテルの補正された位置及び向きを生成するベース・モデル関数を利用し、前記モデル関数は、他の時間に依存する測定値に対する、前記センサ・コイルの時間に依存する相対固定距離及び向きを満たす、請求項26に記載のシステム。
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