JP5111762B2 - 電流に基づく位置探知 - Google Patents

Description

開示の内容

〔発明の分野〕
本発明は、概して、生体内に配置されている物体の位置を探知することに関し、具体的には、インピーダンス測定を用いる位置探知に関する。

〔発明の背景〕
様々な医療処置には、センサー、管、カテーテル、調剤装置(dispensing devices)およびインプラントのような物体を体内に配置することが包含される。これらの処置を行う間、リアルタイム画像法(real-time imaging methods)は、該物体およびその周辺を視覚化して医師を助けるためにしばしば用いられる。しかし、大抵の状況において、リアルタイム三次元画像化は、可能ではないか、または望ましくない。その代わりに、内部物体のリアルタイム空間座標(real-time spatial coordinates)を得るための装置が、しばしば利用される。

そのような多くの位置探知装置は、従来技術において開発されるかまたは想定されてきた。幾種類かの装置は、トランスデューサ(transducers)またはアンテナの形態の、内部物体に取り付けられているセンサーであって、体の外側に発生する磁場、電場または超音波場を探知することができるセンサーを備えている。例えば、ビットカンプ(Wittkamph)に付与された、米国特許第5,697,377号および同第5,983,126号明細書には、３種の実質的に直交する交流信号(alternating signals)を、被検者を通して発振する装置が記述されている。これらの米国特許明細書の開示内容は、言及することによって本明細書に組み入れる。カテーテルは、少なくとも１個の測定電極を備えており、カテーテル先端と参照電極との間の電圧が探知される。その電圧信号は、直交する３種の印加電流の信号に対応する各構成要素を有し、それらに基づき、体内におけるカテーテル先端の三次元位置を測定するための計算が行われる。

複数の電極間の電圧差を探知するための類似の方法は、ファイファー(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、ならびに、ナルデラ(Nardella)に付与された米国特許第6,050,267号および同第5,944,022号明細書に開示されている。これらの米国特許明細書の開示内容は全て、言及することによって本明細書に組み入れる。

〔発明の概要〕
本発明の諸実施例は、生体内に配置されたプローブの位置をリアルタイム(real-time)で測定するための効果的な装置と方法とを提供する。これらの実施例において、該プローブ上の１個以上の電極と体表面上に配置された電極との間に、複数の電流が流される。このようにして、該プローブと該体表面電極の各々との間のインピーダンスが測定され、次いで、これらのインピーダンス測定値に基づき、該プローブの三次元位置座標が決定される。そのような装置および方法は、とりわけ、医療処置（例えば、心臓のマッピングを行うこと、または切除を行って心不整脈を治療すること）において有用である。

本発明は、当該技術分野で知られている位置探知の方法とは対照的に、病院に設置して操作するのが比較的簡単であり、僅か１個の内部プローブと３個までの体表面電極しか必要とせず、そのプローブは標準的なカテーテルであってもよい。上述の、ビットカンプ(Wittkamph)による諸特許明細書に記述されている装置のような、インピーダンスに基づいて位置探知を行うための従来技術の装置は、患者の体に少なくとも６個または７個のパッチを付着させる必要があり、かつ、付随する電線を測定装置および制御装置に接続する必要がある。

したがって、本発明の１つの実施例によると、位置探知を行うための方法であって、
被検者の体の中に、少なくとも１個の電極を備えたプローブを挿入する段階と、
前記の少なくとも１個の電極と前記体の表面の複数の位置との間に、該体を通して複数の電流を流す段階と、
前記複数の位置を通って流れる前記複数の電流の各々の特性を測定する段階と、
前記の測定された特性に応答して、前記プローブの位置座標を決定する段階と
を含む、方法が提供される。

通常、前記の少なくとも１個の電極は複数の電極を有し、しかも、前記複数の電流を流す段階は、該複数の電極の１個と前記体の表面の複数の位置の１つとの間に、それら電流の各々を流す段階を含む。開示される諸実施例において、前記複数の電流を流す段階は、前記体の前記複数の位置に導電性パッチを貼る段階と、該導電性パッチを通して該複数の電流を流す段階とを含む。

前記複数の位置は典型的には、少なくとも３つの位置を含む。１つの実施例において、前記複数の位置は、丁度３つの位置を含む。

開示される実施例において、前記の各々の特性は、前記複数の位置と前記の少なくとも１個の電極との間の、各々の電気インピーダンスを示す。１つの実施例において、前記複数の電流を流す段階は、前記複数の位置の各々と前記の少なくとも１個の電極との間で、定電圧を維持する段階を含み、かつ、前記の各々の特性を測定する段階は、該定電圧において該複数の電流を測定する段階を含む。代替的に、前記複数の電流を流す段階は、前記複数の位置の各々と前記の少なくとも１個の電極との間で定電流を維持する段階を含み、かつ、前記の各々の特性を測定する段階は、前記複数の位置の各々と前記の少なくとも１個の電極との間の、各々の電圧を測定する段階を含む。

幾つかの実施例において、前記プローブを挿入する段階は、該プローブを用いて、前記被検者に診断治療を行う段階を含む。これらの実施例の１つにおいて、前記プローブはカテーテルを有し、かつ前記の診断治療を行う段階は、前記被検者の心臓のマッピングを行う段階を含む。前記心臓のマッピングを行う段階は、前記の少なくとも１個の電極を用いて、該心臓の組織の電位を探知する段階を含むことがある。

他の諸実施例において、前記プローブを挿入する段階は、該プローブを用いて、前記被検者に治療上の処置を行う段階を含む。これらの実施例の１つにおいて、前記プローブはカテーテルを有し、かつ前記の治療上の処置を行う段階は、該カテーテルを用いて心臓組織を切除する段階を含む。

本発明の１つの実施例によると、位置探知を行うための装置であって、
被検者の体の中に挿入するのに適した、少なくとも１個のプローブ電極を有するプローブと、
前記体の表面の各々の位置に固定するのに適した複数の体表面電極と、
前記プローブと前記複数の体表面電極とに接続して、前記の少なくとも１個のプローブ電極と該複数の体表面電極との間に、前記体を通して複数の電流を流し、かつ、該複数の体表面電極を通って流れる該複数の電流の各々の特性を測定することによって、該プローブの位置座標を決定する、ように構成された制御器と
を備えている、装置が更に提供される。

本発明は、添付図面と合わせて考慮されている、本発明の諸実施例に関する次の詳細な記述から、いっそう十分に理解されるであろう。

〔実施例の詳細な記述〕
図１は、本発明の実施例による位置探知装置２０の実例である。装置２０は、カテーテル２２のような、被検者２６の心臓２４の心室のような内部体腔の中に挿入されたプローブの位置を決定するのに用いる。該カテーテルは典型的には、該心臓の電位マッピングを行う段階または心臓組織の切除を行う段階のような、診断治療または治療上の処置を行うのに用いる。あるいは該カテーテルまたは他の体内デバイス(intrabody device)は、単独でまたは他の処置装置と共に、他の目的のために使用することができる。

カテーテル２２の遠位端は、（図２の下部に図示）１個以上の電極を有している。これらの電極は、以下に記述されるように、電線によって、カテーテル２２の挿入チューブを通して、制御ユニット２８の中の駆動回路に接続されている。該制御ユニットは、電線によって、ケーブル３０を通して、体表面電極に接続されている。該体表面電極は典型的には、接着性皮膚パッチ（３２、３４および３６）を有している。本発明の代わりの諸実施例において、体表面上の該電極は、個数が変わる場合があり、また、医療専門家３８によって操作される手持ち式のデバイスまたは皮下プローブのような、他の形態をとることもある。

パッチ（３２、３４および３６）は、前記プローブ近辺の体表面の都合のよい位置であればいかなる位置に配置してもよい。例えば、心臓に適用するためには、パッチ（３２、３４および３６）は通常、被検者２６の胸部の周辺に配置される。複数のパッチの、相互の配置、または体の座標に対する配置を考慮する上での特別な必要条件は何ら存在しない。とは言え、それらのパッチが、一定間隔を置いて配置される場合、１箇所に集められて一団となる場合より高い精度を達成することができる。それらパッチの配置が固定軸に沿っていなければならないという条件は全く存在しない。したがって、パッチの配置は、実施される医療処置をできるだけ妨げないように決定することができる。

以下に記述するように、制御ユニット２８によって、前記カテーテルとパッチ（３２、３４および３６）との間で測定されるインピーダンスに基づき、心臓２４の内部におけるカテーテル２２の位置座標が決定される。該制御ユニットがディスプレイ４０を作動させ、ディスプレイ４０によって、該体の内部における該カテーテルの位置が示される。該カテーテルは、心臓マップ４２（例えば、電気に関するマップ(electrical map)、その場合、カテーテル上の複数の電極は、位置探知を行うために、かつ、心臓組織中に発生した電位を測定するために交互に用いられる）を作り出すのに用いることができる。該カテーテルの位置は、このマップの上に、または該心臓に関するもう１つの画像の上に重ね合わせることができる。

図２は、本発明の実施例による、カテーテル２２上の複数の電極（４４、４６および４８）と複数のパッチ（３２、３４および３６）との間の相互作用を示す、カテーテル２２の概略的詳細図である。電極（４４、４６および４８）は、あらゆる適切な形状および寸法であってよく、また、電気生理学的探知または切除のような他の目的のためにも使用することができる。図示されている該実施例において、３個の電極（４４、４６および４８）の各々は、パッチ（３２、３４および３６）の１つと接続している。制御ユニット２８は、各々のカテーテル電極と対応する体表面電極との間に電流を流し、その電流を用いてそれら２つの電極の間のインピーダンスを測定する。該制御ユニットは、測定されたインピーダンスに基づき、それら体表面電極に対してカテーテルの位置を決定する。代替的に、より多い数またはより少ない数の電極を使用することができる。例えば、制御ユニット２８は、１個のカテーテル電極と複数の体表面電極との間に、複数の電流が多重送信されるように設定することができる。もう１つの例として、精度を高めるために、３個よりも多い数の体表面電極を用いることができる。

図３は、本発明の実施例による、装置２０の構成要素を示すブロック線図である。上述のように、制御ユニット２８は、電流を流すために、およびインピーダンスを測定するために回路有している。３つの回路（５０、５２および５４）の各々は、カテーテル電極および体表面電極から成る閉ループを通して電流を流す。具体的には、回路５０は、電極４４とパッチ３２との間にある体組織５８を通して電流を流す。回路５２は、電極４６とパッチ３４との間にある体組織６０を通して電流を流す。また、回路５４は、電極４８とパッチ３６との間にある体組織６２を通して電流を流す。それらの駆動回路によって生じる複数の電流の各々は、回路（５０、５２および５４）を異なる周波数で作動するように設定することによって、識別することができる。

回路（５０、５２および５４）の各々は、それぞれの閉ループ内の電気インピーダンスを、前記体組織を通して測定する。これらのインピーダンスの読み取り値は、演算処理装置５６に送られる。演算処理装置５６は、それらの読み取り値を用いて、前記体表面電極に対する前記カテーテルの位置座標を計算する。演算処理装置５６は、次いで、これらの座標に基づいて、上述のようにディスプレイ４０に現われるリアルタイム情報を作り出す。

本発明の１つの実施例において、回路（５０、５２および５４）は、定電圧信号を発生する。信号が定電圧である場合、各々の閉ループにおける前記カテーテル電極と前記体表面電極との間のインピーダンスは、該回路を通って流れる電流に反比例する。回路（５０、５２および５４）は、各々の閉ループを通って流れる電流を測定して、各インピーダンスを決定する。それらのインピーダンスは、次いで、位置座標を計算するのに用いられる。

本発明の第２の実施例において、回路（５０、５２および５４）は、定電流信号を発生する。信号が定電流である場合、各々の閉ループにおける前記カテーテル電極と前記体表面電極との間のインピーダンスは、それら２つの電極の間の電圧に比例する。したがって、前記電流ドライバー(current drivers)の端から端までの電圧の測定値は、装置５６によって測定され、各インピーダンスを決定することができる。それらのインピーダンスは、次いで、位置座標を計算するのに用いられる。

上述の２つの実施例のいずれにおいても、測定されるインピーダンスは、前記電極と前記パッチの間の距離に比例する。したがって、これらの距離は、カテーテル２２の先端の位置を三角法で測定するために用いることができる。測定精度は、既知の解剖学的位置（即ち、心臓内部のランドマーク(landmarks：標識点)）で該カテーテルを用いた初期基準測定(initial reference measurements)を行うか、または既知の位置で別個の基準カテーテルを用いてインピーダンスの比率(impedance scale)を基準化することによって、更に改善することができる。

装置２０は、本発明の１つの実施例であって、不整脈のような心臓の状態を診断または処置するためのカテーテルベース処置(catheter-based procedure)に該装置を使用することができる。装置２０は、同様に、血管内病気の診断または処置を行うために使用することもでき、それらの診断または処置は、血管形成術またはアテローム切除術を含むことがある。装置２０の原理は、必要な変更を加えて、脳、脊椎、骨格関節、膀胱、胃腸管、前立腺および子宮のような他の身体構造の診断または処置を行うための位置探知装置に応用することもできる。

したがって、上述の諸実施例が一例として列挙されていること、および本発明が、詳細に図示し上文に詳細に記述してきたものに限定されないことが、理解されるであろう。それどころか、本発明の範囲は、上述の様々な特徴のコンビネーションとサブコンビネーションとの両方だけでなく、前述の説明を読むことによって当業者が想到すると思われ、かつ、従来技術に開示されていない、それらの変形および部分的変更をも包含する。

〔実施態様〕
（１）位置探知を行うための方法であって、
被検者の体の中に、少なくとも１個の電極を備えたプローブを挿入する段階と、
前記の少なくとも１個の電極と前記体の表面の複数の位置との間に、前記体を通して複数の電流を流す段階と、
前記複数の位置を通って流れる前記複数の電流の各々の特性を測定する段階と、
前記の測定された特性に応答して、前記プローブの位置座標を決定する段階と、
を含む、方法。
（２）実施態様１記載の方法であって、
前記の少なくとも１個の電極は複数の電極を有し、しかも、前記複数の電流を流す段階は、該複数の電極の１個と前記体の表面の複数の位置の１つとの間に、それら電流の各々を流す段階を含む、方法。
（３）実施態様１記載の方法であって、
前記複数の電流を流す段階は、前記体の前記複数の位置に導電性パッチを貼る段階と、該導電性パッチを通して該複数の電流を流す段階と、を含む、方法。
（４）実施態様１記載の方法であって、
前記複数の位置は、少なくとも３つの位置を含む、方法。
（５）実施態様４記載の方法であって、
前記複数の位置は、丁度３つの位置を含む、方法。
（６）実施態様１記載の方法であって、
前記の各々の特性は、前記複数の位置と前記の少なくとも１個の電極との間の各々の電気インピーダンスを示す、方法。
（７）実施態様６記載の方法であって、
前記複数の電流を流す段階は、前記複数の位置の各々と前記の少なくとも１個の電極との間で定電圧を維持する段階を含み、かつ、前記の各々の特性を測定する段階は、該定電圧で該複数の電流を測定する段階を含む、方法。
（８）実施態様６記載の方法であって、
前記複数の電流を流す段階は、前記複数の位置の各々と前記の少なくとも１個の電極との間で定電流を維持する段階を含み、かつ、前記の各々の特性を測定する段階は、前記複数の位置の各々と前記の少なくとも１個の電極との間の各々の電圧を測定する段階を含む、方法。
（９）実施態様１記載の方法であって、
前記プローブを挿入する段階は、該プローブを用いて、前記被検者に診断治療を行う段階を含む、方法。
（１０）実施態様９記載の方法であって、
前記プローブはカテーテルを有し、しかも、前記の診断治療を行う段階は、前記被検者の心臓のマッピングを行う段階を含む、方法。
（１１）実施態様１０記載の方法であって、
前記心臓のマッピングを行う段階は、前記の少なくとも１個の電極を用いて、該心臓の組織の電位を探知する段階を含む、方法。
（１２）実施態様１記載の方法であって、
前記プローブを挿入する段階は、該プローブを用いて、前記被検者に治療上の処置を行う段階を含む、方法。
（１３）実施態様１２記載の方法であって、
前記プローブはカテーテルを有し、しかも、前記の治療上の処置を行う段階は、該カテーテルを用いて心臓組織を切除する段階を含む、方法。
（１４）位置探知を行うための装置であって、
少なくとも１個のプローブ電極を有する、被検者の体の中に挿入されるように構成されたプローブと、
前記体の表面の各々の位置に固定されるように構成された複数の体表面電極と、
前記プローブと前記複数の体表面電極とに接続して、前記の少なくとも１個のプローブ電極と前記複数の体表面電極との間に、前記体を通して複数の電流を流し、かつ、前記複数の体表面電極を通って流れる前記複数の電流の各々の特性を測定することによって、前記プローブの位置座標を決定するように構成された制御器と、
を備えている、装置。
（１５）実施態様１４記載の装置であって、
前記の少なくとも１個のプローブ電極は複数のプローブ電極を有しており、しかも、前記制御器は、該複数のプローブ電極の１個と前記複数の体表面電極の１個との間に、前記
複数の電流の各々を流すように構成された、装置。
（１６）実施態様１４記載の装置であって、
前記複数の体表面電極は、接着性導電性パッチを有している、装置。
（１７）実施態様１４記載の装置であって、
前記複数の位置は、少なくとも３つの位置を含む、装置。
（１８）実施態様１７記載の装置であって、
前記複数の位置は、正確に３つの位置を含む、装置。
（１９）実施態様１４記載の装置であって、
前記制御器は、前記複数の位置と前記の少なくとも１個の電極との間の電気インピーダンスを測定するように構成された、装置。
（２０）実施態様１９記載の装置であって、
前記制御器は、前記複数の位置の各々と前記の少なくとも１個の電極との間で定電圧を維持し、かつ、該定電圧で前記複数の電流を測定することによって、各々の前記インピーダンスを測定するように構成された、装置。
（２１）実施態様１９記載の装置であって、
前記制御器は、前記複数の位置の各々と前記の少なくとも１個の電極との間で定電流を維持し、かつ、前記複数の位置の各々と前記の少なくとも１個の電極との間の各々の電圧を測定することによって、各々の前記インピーダンスを測定するように構成された、装置。
（２２）実施態様１４記載の装置であって、
前記プローブは、前記被検者に診断治療を行うように構成された、装置。
（２３）実施態様２２記載の装置であって、
前記プローブはカテーテルを有しており、該カテーテルは前記被検者の心臓のマッピング（mapping）を行うように構成された、装置。
（２４）実施態様２３記載の装置であって、
前記カテーテルは、前記少なくとも１個の電極を用いて、前記心臓の組織の電位を探知するように構成された、装置。
（２５）実施態様１４記載の装置であって、
前記プローブは、前記被検者に治療上の処置を行うように構成された、装置。
（２６）実施態様２５記載の装置であって、
前記プローブはカテーテルを有しており、該カテーテルは、心臓組織の切除を行って心不整脈を治療するように構成された、装置。

本発明の実施例による、心臓カテーテル法において使用される位置探知装置に関する、概略図を用いた説明である。 本発明の実施例による、カテーテルと、該カテーテルの位置を決定するのに使用される体表面上の複数の電極との間の相互作用を示す概略的詳細図である。 本発明の実施例による、位置探知装置に使用される回路を概略的に示すブロック線図である。

符号の説明

２０ 位置探知装置
２２ カテーテル
２４ 心臓
２６ 被検者
２８ 制御ユニット
３０ ケーブル
３２ 接着性皮膚パッチ
３４ 接着性皮膚パッチ
３６ 接着性皮膚パッチ
３８ 医療専門家
４０ ディスプレイ
４２ マップ
４４ 電極
４６ 電極
４８ 電極
５０ 回路
５２ 回路
５４ 回路
５６ 演算処理装置
５８ 体組織
６０ 体組織
６２ 体組織

Claims (11)

1. 位置探知を行うための装置であって、
   少なくとも１個のプローブ電極を有する、被検者の体の中に挿入されるように構成されたプローブと、
   前記体の表面の複数の位置の各々に固定されるように構成された複数の体表面電極と、
   前記プローブと前記複数の体表面電極とに接続して、前記の少なくとも１個のプローブ電極と前記複数の体表面電極との間に、前記体を通して複数の電流を流し、かつ、前記複数の体表面電極を通って流れる前記複数の電流の各々の特性を測定することによって、前記プローブの位置座標を決定するように構成された制御器と、
   を備え、
   前記制御器は、前記複数の位置と前記の少なくとも１個の電極との間の電気インピーダンスを測定するように構成され、
   前記制御器は、前記複数の位置の各々と前記の少なくとも１個の電極との間で定電圧を維持し、かつ、該定電圧で前記複数の電流を測定することによって、各々の前記インピーダンスを測定するように構成された、装置。
2. 請求項１記載の装置であって、
   前記の少なくとも１個のプローブ電極は複数のプローブ電極を有しており、しかも、前記制御器は、該複数のプローブ電極の１個と前記複数の体表面電極の１個との間に、前記複数の電流の各々を流すように構成された、装置。
3. 請求項１記載の装置であって、
   前記複数の体表面電極は、接着性導電性パッチを有している、装置。
4. 請求項１記載の装置であって、
   前記複数の位置は、少なくとも３つの位置を含む、装置。
5. 請求項４記載の装置であって、
   前記複数の位置は、丁度３つの位置を含む、装置。
6. 請求項１記載の装置であって、
   前記制御器は、前記複数の位置の各々と前記の少なくとも１個の電極との間で定電流を維持し、かつ、前記複数の位置の各々と前記の少なくとも１個の電極との間の各々の電圧を測定することによって、各々の前記インピーダンスを測定するように構成された、装置。
7. 請求項１記載の装置であって、
   前記プローブは、前記被検者に診断治療を行うように構成された、装置。
8. 請求項７記載の装置であって、
   前記プローブはカテーテルを有しており、該カテーテルは前記被検者の心臓のマッピング（mapping）を行うように構成された、装置。
9. 請求項８記載の装置であって、
   前記カテーテルは、前記少なくとも１個の電極を用いて、前記心臓の組織の電位を探知するように構成された、装置。
10. 請求項１記載の装置であって、
    前記プローブは、前記被検者に治療上の処置を行うように構成された、装置。
11. 請求項１０記載の装置であって、
    前記プローブはカテーテルを有しており、該カテーテルは、心臓組織の切除を行って心不整脈を治療するように構成された、装置。

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