特許 6199079 電気双極子場を使用する位置検出

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6199079

(24)【登録日】2017年9月1日

(45)【発行日】2017年9月20日

(54)【発明の名称】電気双極子場を使用する位置検出

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/06 20060101AFI20170911BHJP

【ＦＩ】

   A61B5/06

【請求項の数】10

【外国語出願】

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-107871(P2013-107871)

(22)【出願日】2013年5月22日

(65)【公開番号】特開2013-248388(P2013-248388A)

(43)【公開日】2013年12月12日

【審査請求日】2016年2月26日

(31)【優先権主張番号】61/650,631

(32)【優先日】2012年5月23日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】13/869,301

(32)【優先日】2013年4月24日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】511099630

【氏名又は名称】バイオセンス・ウエブスター・（イスラエル）・リミテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｂｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ （Ｉｓｒａｅｌ）， Ｌｔｄ．

(74)【代理人】

【識別番号】100088605

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 公延

(74)【代理人】

【識別番号】100130384

【弁理士】

【氏名又は名称】大島 孝文

(72)【発明者】

【氏名】メイル・バル−タル

(72)【発明者】

【氏名】ダニエル・オサドチー

【審査官】 荒井 隆一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−３０２２２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０００−５１６１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５１４５１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１６８５５８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ５／０６− ５／２２

Ａ６１Ｂ １／００− １／３２

Ａ６１Ｂ ８／００− ８／１５

Ａ６１Ｆ ２／８２− ２／９７

Ａ６１Ｍ ２５／００−２９／０４

Ａ６１Ｍ ３５／００−３６／０８

Ａ６１Ｍ ３７／００

Ａ６１Ｍ ９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

医療装置であって、
参照プローブであり、
体腔内への挿入のための遠位端を有する可撓性挿入チューブと、
前記遠位端に固定して取り付けられる一対の隔離された電極と、
前記遠位端に固定して位置付けられる位置検出器と、を含む参照プローブと、
補助プローブであって、それに固定された電極を有する補助プローブと、
前記一対の隔離された電極に対応の交流を注入して、そこから電場を発生し、前記電場に応答して、前記補助プローブの前記電極で発生した電位を測定し、前記測定された電位に応答して並びに前記位置検出器によって指示された前記遠位端の位置に応答して、前記参照プローブに対する前記補助プローブの位置を評価するよう構成されるプロセッサと、を含む、医療装置。

【請求項2】

前記一対の隔離された電極が、互いに隔離された三対の電極を含む、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記互いに隔離された三対の電極が、それぞれ、互いに直交する３本の軸を画定する、請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記プロセッサが、３組の対応の交流を前記互いに隔離された三対の電極にそれぞれ注入するよう構成される、請求項２に記載の装置。

【請求項5】

前記位置検出器が、少なくとも１本のコイルを備え、前記プロセッサが、磁場に応答して、前記少なくとも１本のコイルで発生した電気信号を使用して、遠位端位置及び遠位端向きとして前記遠位端の前記位置を測定するように構成される、請求項１に記載の装置。

【請求項6】

前記補助プローブが、それに固定された更なる電極を有し、前記プロセッサが、前記電場に応答して前記更なる電極で発生した更なる電位を測定するように、前記測定された更なる電位に応答してかつ前記位置検出器によって指示された前記遠位端の前記位置に応答して、前記参照プローブに対する前記更なる電極の更なる位置を評価するように、並びに前記補助プローブの前記位置及び前記更なる電極の前記更なる位置に応答して前記補助プローブの向きを評価するよう構成される、請求項１に記載の装置。

【請求項7】

代替の参照プローブを備え、
前記代替の参照プローブが、
前記体腔内への挿入のための代替の遠位端を有する代替の可撓性挿入チューブと、
前記代替の遠位端に固定して取り付けられた代替の一対の隔離された電極と、を備え、
前記プロセッサが、前記電場に応答して、前記代替の参照プローブの前記代替の一対の隔離された電極で発生した更なる電位を測定するように、並びに前記測定された更なる電位に応答して、代替の参照プローブの位置及び代替の参照プローブの向きを評価するよう構成される、請求項１に記載の装置。

【請求項8】

前記プロセッサが、前記代替の一対の隔離された電極に対応の更なる交流を注入するよう構成されることで、そこから更なる電場を発生する、請求項７に記載の装置。

【請求項9】

前記プロセッサが、前記更なる電場に応答して前記補助プローブの前記電極で発生した更なる電位を測定し、並びに前記測定された更なる電位、前記代替の参照プローブの位置及び前記代替の参照プローブの向きに応答して前記補助プローブの前記位置を更に評価するように構成される、請求項８に記載の装置。

【請求項10】

前記電場の外側及び前記更なる電場の内部に更なる電極を有する更なる補助プローブを備え、前記プロセッサが、前記更なる電場に応答して、前記更なる補助プローブの前記更なる電極で発生した更なる電位を測定し、並びに前記測定された更なる電位、前記代替の参照プローブの位置及び前記代替の参照プローブの向きに応答して更なる補助プローブの位置を評価するように構成される、請求項８に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本出願は、参考として本明細書に組み込まれる米国特許仮出願第６１／６５０，６３１号（２０１２年５月２３日出願）の利益を主張するものである。

【0002】

（発明の分野）
本発明は、全般的には位置検出に関し、特に電場の測定による位置検出に関する。

【背景技術】

【0003】

心臓などの身体器官内の医療処置は、典型的には、処置によって必要とされる様々な機能を実行するために、器官内で１つ以上のプローブを使用する。この機能としては、典型的には、超音波又は光学的撮像などの操作、生検試料の注出、及び／又は冷凍保存、超音波又は高周波焼灼の性能が挙げられる。心臓の場合には、この機能は、心臓内で発生する電位の測定も包含し得る。機能に関係なく、全ての場合において、典型的にはプローブの遠位端に位置するプローブの動作部分の位置及び／又は向きを追跡することが通常必要である。このような追跡の有効性を改善するためのいずれかの方法は、有益であろう。

【0004】

参照により本特許出願に組み込まれる文書は、組み込まれた文書内の用語が、本明細書で明示的又は暗黙的に行われる定義と相反するように定義される場合を除き、本出願の一体部分と見なされるべきであり、本明細書における定義のみが検討されるべきである。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一実施形態は、医療装置を提供するものであり、この装置は、
参照プローブ
（体腔内への挿入のための遠位端を有する可撓性挿入チューブ、
遠位端に固定するよう取り付けられた一対の隔離された電極、及び
遠位端で固定するよう位置決めされた位置検出器を含む）と、
補助プローブであって、それに固定された電極を有する補助プローブと、
一対の隔離された電極に対応の交流電力を注入して、そこから電場を発生するよう構成されるプロセッサ（電場に応答して、補助プローブの電極で発生した電位を測定し、測定された電位に応答して並びに位置検出器によって指示される遠位端の位置に応答して、参照プローブに対する補助プローブの位置を評価するための）と、を含む。

【0006】

開示された実施形態において、一対の隔離された電極は、互いに隔離された三対の電極を含む。典型的には、これらの互いに隔離された三対の電極は、それぞれ、相互に直交する３本の軸を画定する。プロセッサは、３組の対応の交流を互いに隔離された三対の電極にそれぞれ注入するよう構成され得る。

【0007】

他の開示された実施形態では、位置検出器は、少なくとも１本のコイルを含み、プロセッサは、磁場に応答して少なくとも１本のコイルにおいて発生する電気信号を使用して、遠位端の位置を、遠位端の位置及び遠位端の向きとして測定するように構成される。

【0008】

更に他の開示された実施形態では、補助プローブは、それに固定された更なる電極を有し、プロセッサは、電場に応答して更なる電極において発生した更なる電位を測定し、測定された更なる電位に応答してかつ位置検出器によって指示される遠位端の位置に応答して参照プローブに対する更なる電極の更なる位置を評価するように、並びに補助プローブの位置及び更なる電極の更なる位置に応答して補助プローブの向きを評価するよう構成される。

【0009】

代替の実施形態において、この装置は、
代替の参照プローブを含み、
この代替の参照プローブは、体腔内への挿入のための代替の遠位端を有する代替の可撓性挿入チューブ、及び
代替の遠位端に固定するよう取り付けられた代替の一対の隔離された電極を含み、
プロセッサが、電場に応答して補助プローブの代替の一対の隔離された電極で発生した更なる電位を測定するように、並びに測定された更なる電位に応答して、代替の参照プローブの位置及び代替の参照プローブの向きを評価するよう構成される。

【0010】

典型的には、プロセッサは、代替の一対の隔離された電極に対応の更なる交流を注入することで、更なる電場をそこから発生するよう構成される。このプロセッサは、更なる電場に応答して補助プローブの電極で発生した更なる電位を測定し、並びに測定された更なる電位、代替の参照プローブの位置及び代替の参照プローブの向きに応答して補助プローブの位置を更に評価するよう構成され得る。この装置は、電場の外側及び更なる電場の内部に更なる電極を有する更なる補助プローブを含んでもよく、プロセッサは、更なる電場に応答して、更なる補助プローブの更なる電極で発生した更なる電位を測定し、並びに測定された更なる電位、代替の参照プローブ位置及び代替の参照プローブ向きに応答しての更なる補助プローブの位置を評価するよう構成される。

【0011】

本発明の一実施形態によると、
体腔内への挿入のための遠位端を有する可撓性挿入チューブを含む参照プローブを提供することと、
一対の隔離された電極を、遠位端に固定するように取り付けることと、
遠位端で位置検出器を固定するように位置決めすることと、
電極を補助プローブに固定することと、
一対の隔離された電極に対応の交流を注入することで、そこから電場を発生させることと、
電場に応答して、補助プローブの電極で発生した電位を測定することと、
測定された電位に応答して、並びに位置検出器によって指示された遠位端の位置に応答して、参照プローブに対する補助プローブの位置を評価すること、とを含む、方法が更に提供される。

【0012】

本開示は、以下のより詳細な実施形態と、その図面の記述により、より完全に理解され得る。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態によるカテーテル追跡システムの概略図。

【図2A】本発明の実施形態によるシステムで使用される参照プローブの遠位端の断面を図示する概略図。

【図2B】本発明の実施形態によるシステムで使用される参照プローブの遠位端の断面を図示する概略図であり、並びに

【図3】本発明の実施形態によるカテーテル追跡システムの操作を図示する概略図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

概論
本発明の実施形態は、体腔内のカテーテル（本明細書では補助プローブとも呼ばれる）に関する追跡システムとして動作するよう構成される医療装置を備える。この体腔とは、典型的には心臓であるが、胸部などの他の体腔内のカテーテルが追跡されてもよい。

【0015】

この装置は、体腔に挿入される参照プローブを備える。この参照プローブは、遠位端を有する可撓性挿入チューブを備え、この参照プローブ遠位端は、体腔内に挿入される。少なくとも一対の、典型的には三対の隔離された電極が参照プローブ遠位端に固定するよう取り付けられ、位置検出器がこの遠位端に配置される。

【0016】

プロセッサが、対応の交流を電極の各対に注入し、注入された電流が電場を発生し、これは一般的には、双極子場に近い。

【0017】

追跡される補助プローブは、このプローブ上に固定された電極を有し、電場に応答して、電極が電位を発生する。プロセッサは、この電位を測定し、この測定された電位及び位置検出器によって指示されたような参照プローブの位置から、補助プローブの位置を評価することが可能である。

【0018】

この装置は、複数の補助プローブを同時に追跡するよう使用され得る。補助プローブを追跡するために双極子場を使用することによって、プローブはサブｍｍの精度まで追跡されることができる。

【0019】

システムの説明
ここで、本発明の実施形態によるカテーテル追跡システムの概略図である図１を参照する。その追跡を実行するために、システム２０は、参照プローブ２２を使用し、簡略化及び明確さのために、以下の説明は、医学的処置がプローブを使用して心臓２４（本明細書ではヒトの心臓と仮定される）で実行される間のシステム２０が動作する例として仮定する。システム２０は、典型的には、心臓２４の１つ以上の区域を焼灼するための設備などの、医学的処置中に使用される設備を含む。

【0020】

参照プローブ２２（本明細書では参照カテーテルとも呼ばれる）は、医学的処置中に被験者２６の体内に挿入される可撓性チューブを備える。医学的処置は、システム２０のユーザー２８によって実施され、本明細書の説明において、ユーザー２８は、一例として、医療専門家と仮定される。参照プローブの遠位端３０は、心臓２４内に配置されると仮定され、参照プローブ遠位端の構造は、図２Ａ及び２Ｂを参照して以下に説明される。

【0021】

参照プローブ２２に加えて、専門家２８は、医学的処置中に、総じてプローブ３２と称されるプローブ３２Ａ、３２Ｂ、．．．も使用する。補助プローブとも呼ばれるプローブ３２は、総じて遠位端３４と呼ばれる対応の遠位端３４Ａ、３４Ｂ、．．．を有する。簡略化のために、補助プローブ３２Ａ及びその遠位端３４Ａのみが図１に示される。補助プローブ３２は、概して同様であるが、形状及び構造で異なってもよく、心臓２４の焼灼、及び／又は心臓により発生する電位の検査などの多様な目的に使用されてもよい。しかしながら、本開示では、総じて電極３６と呼ばれるそれぞれの電極３６Ａ、３６Ｂ、．．．が遠位端３４Ａ、３４Ｂ、．．．に装着されていると仮定される。以下に説明されるように、電極３６で発生した信号が、対応の遠位端３４の位置を測定するために使用される。

【0022】

典型的には、必要に応じて、各遠位端３４に装着された複数の電極があり、このような電極は、電極固有識別子に数字を添付することによって差異化される。例えば、電極３６Ａ１、３６Ａ２、．．．は、プローブ３２Ａの遠位端３４Ａに装着されることができる。

【0023】

システム２０は、汎用コンピュータとして実現されてもよいシステムプロセッサ３８によって制御されてもよい。プロセッサ３８は、典型的には、専門家２８がプロセッサとやりとりを行うために使用する、キーパッド及びポインティングデバイス、例えば、マウス又はトラックボール等を含む動作制御４６を備える、コンソール４４に取り付けられてもよい。プロセッサ３８によって実施されたオペレーション結果は、プロセッサに接続された画面４８上で専門家に提示される。この結果は、遠位端３４の位置を含み、この位置は、画面４８上に生成される心臓２４の画像５０にグラフィック的に表示され得る。これとは別に又は追加的に、遠位端３４の場所は、数値的に、又は任意の他の便利な形態で、画面４８上に表示されてもよい。画面４８はまた、典型的には、専門家にグラフィカルユーザーインターフェースを示す。専門家２８は、システム２０の操作中、プロセッサ３８によって使用されるパラメーター値を入力するために、制御４６を使用することができる。

【0024】

プロセッサ３８は、システム２０を操作するために、参照プローブ追跡モジュール５２を含む、コンピュータソフトウェアを使用する。そのソフトウェアは、例えば、ネットワークを介して電子形式でプロセッサ３８にダウンロードされてもよく、あるいは、又は加えて、磁気的、光学的、又は電子的メモリ等の非一時的有形コンピュータ可読媒体上に提供及び／又は格納されてもよい。

【0025】

プローブ追跡モジュール５２は、プローブが被験者２６の体内にある間に遠位端３０を追跡する。追跡モジュールは、典型的には、被験者２６の心臓内における、参照プローブの遠位端の位置及び向きの両方を追跡する。いくつかの実施形態では、モジュール５２はプローブの他の区間を追跡する。追跡モジュールが、適切な位置検出器を使用して、当該技術分野で既知の追跡プローブに関する任意の方法を使用してもよいが、本説明では、明確化及び簡略化のために、モジュール５２は、Ｄｉａｍｏｎｄ Ｂａｒ，ＣＡのＢｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒによって製造されたＣａｒｔｏ（登録商標）システムなどの磁気追跡装置を含むものと仮定される。モジュール５２は、被験者２６付近の磁場送信機５４を操作することで、送信機からの磁場が、遠位端３０に位置する１つ以上の追跡コイル５６と相互作用し、遠位端位置検出器を形成する。この１つ以上の追跡コイルは、本明細書では遠位端位置検出器５６とも呼ばれる。

【0026】

磁場と相互作用するコイルは、モジュールに伝送される信号を生成し、モジュールはその信号を分析して、遠位端３０の位置及び向きを決定する。これとは別に又は追加的に、追跡モジュール５２は、参照プローブ遠位端上の１つ以上の電極と被験者２６の皮膚上の電極との間のインピーダンスを測定することによって、プローブ２２の遠位端を追跡してもよい。Ｂｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒにより生産されるＣａｒｔｏ３（登録商標）システムは、磁場伝送器及びインピーダンス測定器の両方を追跡に用いている。その開示が参照により本明細書に組み込まれる、Ｇｏｖａｒｉらによる米国特許７，８４８，７８９号は、プローブ追跡に磁場及びインピーダンス測定の双方を使用することを記載する。更にこれとは別に又は追加的に、モジュール５２は、蛍光画像又は超音波画像などの当該技術分野で既知の任意の他の手段を使用して、遠位端３０の位置及び向きを決定してもよい。

【0027】

送信機５４が固定され、送信機に対して固定される直交軸ｘ_Ｔ、ｙ_Ｔ、ｚ_Ｔの第１の組に関して送信機フレームを画定する。しかしながら、コイル５６に由来の信号が、参照の送信機フレームに対して遠位端３０の位置及び向きの座標をもたらすが、専門家２８は、典型的には、被験者２６に対する遠位端の位置及び向きの知識を必要とする。

【0028】

この後者の位置及び向きをもたらすために、１組の患者位置検出器が、被験者２６の皮膚に装着される。一般的に、患者位置検出器は、被験者の背中の既知の位置に装着される。モジュール５０は、検出器からの信号を受信し、この信号を用いて、被験者２６に対して固定される身体座標直交軸ｘ_Ｂ、ｙ_Ｂ、ｚ_Ｂの第２の組に関して身体座標フレームを画定する。専門家２８によって実施される処置中に、プロセッサ３８は、参照の２つのフレームを登録し、これが被験者に対する参照プローブ遠位端３０の位置及び向きを生成することが可能である。参照により本明細書に組み込まれる、Ｂａｒ−Ｔａｌらによる米国特許出願２０１２／０１５００２２号は、磁気送信機の基づき、参照システムの身体座標フレーム並びにシステムの座標システムへの登録を記載している。

【0029】

図２Ａ及び２Ｂは、本発明の実施形態による参照プローブの遠位端３０の横断面を示す概略図である。

【0030】

参照プローブ２２は、典型的には、直径ｄを有し並びに対称軸７０を有する横断面で円形ある。明確化のために、このプローブの遠位端３０は、ｚ_ｄ軸に対応する軸７０で、直交するｘ_ｄｙ_ｄｚ_ｄ軸の組に関して構成されると仮定される。図２Ａは、横断面の平面内（紙の平面に対応する）に位置する軸７０で取られた第１の横断面を示す。横断面の平面は、ｚ_ｄ軸に直交するｙ_ｄを画定すると仮定され、断面の平面において、ｘ_ｄ軸は横断面の平面に垂直である。図２Ｂは、ｘ_ｄｙ_ｄ平面で取られた第２の横断面を示す。

【0031】

１つ以上の追跡コイルを備える位置検出器５６は、遠位端３０に配置される。これに加えて、三対の電極が遠位端３０に、典型的には遠位端の絶縁表面７２上に形成される。各電極は、他の電極から電気的に隔離され、電極の組みは、互いに対して直交する対応の軸を有するよう構成される。

【0032】

したがって、電極の第１の対７４Ａ、７４Ｂは、表面７２上にリング電極として形成され、これらの電極は、共通軸として軸７０を有し、距離Δｚで互いに切り離されている。電極の第２の対７６Ａ、７６Ｂが、遠位端のｙ_ｄ軸直径の反対側の端部で表面７２上に形成されることで、これら電極は距離ｄで引き離されている。電極の第３の対７８Ａ、７８Ｂは、遠位端のｘ軸直径の端部の反対側で表面７２上に形成されることで、これらの電極もまた距離ｄで引き離される。典型的には、必ずしも必要ではないが、電極７６Ａ、７６Ｂ、７８Ａ、及び７８Ｂは、同一の形状を有し、例として本明細書ではほぼ矩形であると仮定される。電極７４Ａ、７４Ｂ、７６Ａ、７６Ｂ、７８Ａ、及び７８Ｂはまた、本明細書では総じて電極８０と呼ばれる。しかしながら、電極８０の形状は、一対でも同一であること、又はそれらが矩形であることは必ずしも必要ではなく、電極は任意の好都合な形状を有してもよい。典型的には、電極８０の各組は、対称中心を有する。通常、異なる組の対称中心は、ｘ_ｄｙ_ｄｚ_ｄフレームの原点に一致するよう本明細書で仮定された共通軸にある。フレームの原点は、軸７０上の点である。

【0033】

明確化のために、図２Ａにおいて、位置検出器５６は、電極８０から分離されて示されている。しかしながら、典型的には、検出器は、ｘ_ｄｙ_ｄｚ_ｄフレームの原点近くで位置付けられる。

【0034】

この電極８０は、伝導性のワイヤによって接続され、プロセッサ３８によって動作される。これに加えて、位置検出器５６がまた、プロセッサに接続される。簡略化のために、この接続は図には示されていないが、図３を参照してより詳細に記載されるように、プロセッサは電極を操作するために、かつ検出器を使用するために、この接続を使用する。

【0035】

図３は、本発明の実施形態による、カテーテルトラッキングシステム２０の操縦を図示する概略図である。以下に説明されるように、電極が参照カテーテルの付近にある場合、プロセッサ３８は、補助プローブの遠位端に取り付けられた電極の位置を追跡することが可能である。簡略化のために、２つの装着された電極３６Ａ１、３６Ａ２を有するただ１つの補助プローブ遠位端３４Ａが図３に示されている。

【0036】

プロセッサ３８は、参照プローブ遠位端３０の位置及び向きを評価するために、位置検出器５６を使用する。プロセッサは、磁場発生器５４を動作させて、検出器のコイル内の発生した磁場によって誘導された電気信号を測定する。プロセッサは、誘導された電気信号から参照プローブ遠位端３０の位置及び向きを計算する。

【0037】

位置検出器５６を動作させることによって、プロセッサ３８は、上記の身体座標フレームに対する、すなわち、軸ｘ_Ｂ、ｙ_Ｂ、ｚ_Ｂを基準にして、遠位端３０の位置ベクトル

【数1】

を決定する。加えて、プロセッサは、参照の身体座標で測定されたような、遠位端のｚ_ｄ軸方向に対応する向きベクトルφ（Ｂ）を見つけるよう検出器５６を使用する。

【0038】

プロセッサ３８は、トラッカーモジュール５２を使用して、電極８０の対に交流を注入することで、３対の電極のそれぞれが、対応の双極子モーメントを有しかつ対応の交流場を発する電気双極子として適切に作用する。したがって、電極７４Ａ、７４Ｂは、ｚ_ｄ軸に沿って方向付けされた第１の双極子モーメントを有する第１の双極子として作用する。同様に、電極７６Ａ、７６Ｂは、ｙ_ｄ軸に沿って方向付けされた第２の双極子モーメントを有する第２の双極子として作用し、並びに電極７８Ａ、７８Ｂ（図２Ａ、２Ｂ）は、ｘ_ｄ軸に沿って方向付けされた第３の双極子モーメントを有する第３の双極子として作用する。それぞれの双極子については、対応の双極子モーメントの規模は、双極子を形成する対応の電極に注入される電流にほぼ比例し、この規模はまた、双極子を形成する電極の離隔距離の関数である。

【0039】

典型的には、プロセッサ３８は、例えば時間及び／又は周波数によって交流の注入を多重化することで、プロセッサは異なる対から生成された信号を識別することが可能である。

【0040】

電極７４Ａ及び７４Ｂからの電場１００は、点線によって概略的に表現され、電極７６Ａ及び７６Ｂからの電場１０２は、実線で概略的に表現されている。明確化のために、その線が図３には示されていない電極７８Ａ及び７８Ｂからの電場１０４は、典型的には電場１０２とほぼ同様であるが、ｚ_ｄ軸の回りを９０°回転されている。電場１００、１０２、及び１０４は、本明細書では総じて電場１１０と呼ぶ。

【0041】

第１の近似について、電場１１０は、双極子場であると考えられ、本明細では双極子場１１０とも呼ばれる。双極子場近似が適切でない場合に順応するよう実行され得る方法が、以下に記載されている。

【0042】

以下の解析は、参照電極の双極子放射器によって発生した電位に関する式を誘導する。モジュール５２によってｘ_ｄ軸上の電極の対７８Ａ、７８Ｂ（ｘ電極とも呼ばれる）に注入された交流は、＋Ｉ_ｘ、−Ｉ_ｘであると仮定される。同様に、ｙ_ｄ軸上の電極７６Ａ、７６Ｂ（ｙ電極）に注入された交流は、＋Ｉ_ｙ、−Ｉ_ｙであり、ｚ_ｄ軸上の電極７４Ａ、７４Ｂ（ｚ電極）は＋Ｉ_ｚ、−Ｉ_ｚであると仮定される。電流は、電極のそれぞれの対を電流双極子として挙動させる。

【0043】

クーロンの法則から、等式（１）によって与えられる電荷からの距離ｒで、点電荷ｑが電位Ｖを発生させる：

【数2】

伝導度σを有する媒質中で動作する電流源については、次いで等式（１）が書き換えられてもよい。

【数3】

【0044】

電極３６Ａ１が参照の参照プローブフレームにおいて位置

【数4】

にあると仮定し、次いで等式（２）からｘ電極７８Ａ、７８Ｂによって形成された電流双極子から発生した電位が、

【数5】

によって与えられ、式中ｄ_ｘはｘ電極の離隔距離である。

【0045】

等式（４）及び（５）は、それぞれ、ｙ電極７６Ａ、７６Ｂによって、並びにｚ電極７４Ａ、７４Ｂによって形成された電流双極子によって発生した電位を提供する。

【数6】

式中、ｄ_ｙ、ｄ_ｚはｙ及びｚ電極の離隔距離である。（円形のプローブの典型的場合には、ｄ_ｙ＝ｄ_ｘ）式Ａ_ｘ、Ａ_ｙ、及びＡ_ｚは以下に示される。

【0046】

電極３６Ａ１の位置

【数7】

を測定するために、モジュール５２が電流±Ｉ_ｘ、±Ｉ_ｙ、±Ｉ_ｚをｘ、ｙ及びｚ電極に注入し、電位Ｖ_ｘ、Ｖ_ｙ、及びＶ_ｚを測定する。プロセッサ３８がこの測定されたＶ_ｘ、Ｖ_ｙ、Ｖ_ｚの値、Ｉ_ｘ、Ｉ_ｙ、及びＩ_ｚの値、並びに伝導度σを使用して、ｘ_１、ｙ_１、及びｚ_１の値に関して３つの等式（３）、（４）及び（５）を解く。プロセッサ３８は、典型的には、参照及び補助プローブが位置している体腔の既知構造を適用し、ｘ_１、ｙ_１、及びｚ_１に関する可能なエイリアスされた値を消去する。正しくないエイリアスされた位置を消去する他の方法が、以下に記載される。

【0047】

等式（３）（４）及び（５）は、理想的な双極子からの電場としてふるまう電場１１０に基づいている。この等式は、例えば、理想的挙動からのバリエーションを考慮するために、より高次の球調和関数の添加によって、修正されてもよい。これに加えて、参照プローブ２２は、較正されてもよく及び／又は等式（３）（４）及び（５）が、電極８０の対の間のゼロ以外の距離及びその内部でシステム２０が動作する体積又は体腔の不均質性を考慮するよう修正されてもよい。較正は、プロセッサが２つの電極８０に対する既知電圧を注入することによって、並びにプロセッサがこの電圧によって発生した電流を測定することによって、伝導度σに関する有効値の決定を含んでもよい。

【0048】

一旦プロセッサ３８が、参照プローブ内の電極３６Ａ１の位置

【数8】

を決定したら、プロセッサは位置検出器５６の位置ベクトル

【数9】

を使用して、参照の身体フレーム内の電極の位置を計算することができる。したがって、参照の身体フレーム内の電極３６Ａ１の位置

【数10】

は等式（６）によって与えられる。

【数11】

【0049】

プロセッサ３８は、上記に記載された同様なプロセスを適用し（電極３６Ａ１の位置、したがって遠位端３４Ａの位置を決定するために）、他の電極及びそれらの関連する遠位端の位置を評価することができる。

【0050】

１つ以上の装着された電極を有する遠位端については、遠位端の向き、並びにその位置がまた見つけ出され得る。例えば、遠位端３４Ａが、第２の電極３６Ａ２を有する場合には、プロセッサ３８は参照の参照プローブフレーム内の電極３６Ａ２の位置

【数12】

を決定することができる。遠位端の向き

【数13】

は、等式（７）によって与えられる：

【数14】

【0051】

典型的には、１つ以上の装着された電極を有する遠位端については、プロセッサ３８は、装着された電極の位置を平均化することによって、遠位端位置のより正確な決定を行ってもよい。

【0052】

等式（３）、（４）及び（５）は、

【数15】

のような行列形態で、書き換えられてもよい（この等式中のＡ_ｘ、Ａ_ｙ、及びＡ_ｚの定義を使用して）。

【0053】

等式（８）から、位置（ｘ、ｙ、ｚ）での小さい距離（ｄｘ、ｄｙ、ｄｚ）までの電極３６Ａ１の位置における変化は、

【数16】

によって与えられる電極での電位変化（ｄＶ_ｘ，ｄＶ_ｙ，ｄＶ_ｚ）を生成するであろう。

【0054】

式中Ｊは

【数17】

のヤコビアンである。Ｊに関する式は、以下の等式（１０）によって与えられる。等式（１０）は、簡略化のために、ｄ_１＝ｄ_２＝ｄ（電極の対の間隔）であり、Ｉ_ｘ＝Ｉ_ｙ＝Ｉ_ｚ＝Ｉと仮定する。等式（１０）は、位置（ｘ，ｙ，ｚ）への距離ｒが、ｒ^２＝ｘ^２＋ｙ^２＋ｚ^２によって与えられ、（ｘ_１、ｙ_１、ｚ_１）が（ｘ、ｙ、ｚ）で置き換えられ、並びにｄ（電極間隔）がｒに比べて小さいと仮定する。

【数18】

【0055】

等式（１０）で与えられるヤコビアンに関する式は、電場８０が理想的双極子のものであるであると仮定する。この式は、当業者には明白である方法によって、理想的挙動からのバリエーションを考慮するよう修正されてもよい。このような修正としては、例えば、より高次の球調和関数を用いることが挙げられる。

【0056】

等式（３）、（４）及び（５）によって与えられる双極子近似は、参照カテーテル２２からおよそ５ｍｍ超えて存在する補助カテーテル３６に良好な結果をもたらす。参照カテーテルから測定された、補助カテーテル３６に関する典型的な作動距離は、およそ１０ｃｍまでである。参照カテーテル２２に関する動作体積、すなわち、電極からの電場が有効であるところの体積は、典型的には球体半径１０ｃｍにほぼ等しい。

【0057】

一実施形態では、電極８０に注入される交流の周波数は、１００ｋＨｚのオーダであり、注入される電流の規模は、典型的には１０ｍＡのオーダであるが、これらの値とは異なる周波数及び電流（以下の実施例におけるような）も可能である。

【0058】

数値例として、電極のｘ及びｙの対がおよそ２ｍｍで離隔されるように、およそ２ｍｍの直径を有し、並びにｚ軸電極もまたおよそ２ｍｍで離隔されていると仮定する参照カテーテル３０については、ｄ＝２ｍｍと仮定する。数値例は、以下の更なる仮定を実行する：
電極３６Ａ１は、参照プローブ遠位端３０から５ｃｍにあること、
伝導度σは０．５Ｓ／ｍであること、並びに
Ｉ＝１ｍＡであり、ここではＩ_ｘ＝Ｉ_ｙ＝Ｉ_ｚ＝Ｉであること、である。

【0059】

上記仮定を適用して、等式（９）及び（１０）は、参照プローブのｘ軸上の点（５，０，０）にてのそれぞれの方向（ｘ、ｙ、ｚ）について、およそ（−５．１，２．５，２．５）［μＶ／ｍｍ］の感度をもたらす。感度に関する同様な値を、参照プローブから５ｃｍにある他の点で適用する。これら感度は、典型的システムにおける補助プローブ位置のサブｍｍの測定を可能にする。

【0060】

上記説明は、電極８０の対は共通のセンタを有すると仮定したものである。これは本発明の実施形態に関しては動作するための必要条件ではないので、広くは、電極の各組は、任意の他のセンタと完全に一致しないセンタを有し得ることが理解されるであろう。

【0061】

上記説明は、参照カテーテルに装着された三対の電極を仮定したが、補助プローブの位置は、三対よりも少ない電極を使用して決定され得ることが理解されるであろう。例えば、ただ一対の電極を使用することで、この電極から発生した電場が、体腔内の補助プローブに関する独自の位置を提供しない場合もあるが、体腔の寸法などの他の因子が、位置に関する独自の値をもたらすことができる。したがって、本発明の範囲は、参照カテーテルの遠位端に装着された三対よりも少ない対の電極を包含する。

【0062】

あるいは、参照電極に装着された三対を超える電極が存在する場合もある。三対を超える電極を有することは、測定値における冗長性を生じ、この冗長性は、補助プローブ遠位端の測定された位置の精度を増大するよう使用され得る。あるいは又はこれに加えて、三対を超える電極を提供することは、三対のみの電極が使用された場合に発生し得る正しくないエイリアスされた位置を消去することができる。

【0063】

またあるいは、１つ以上の参照プローブがシステム２０で使用されてもよく、プロセッサ３８は、更なる参照プローブのそれぞれの対応の交流を電極のそれぞれの組に注入することができる。複数の参照プローブを使用することは、システム２０が補助プローブの位置を測定することが可能である全体のボリュームを増加させる。これに加えて、参照プローブの個々の動作ボリュームが重複する場合、プロセッサ３８は、位置の精度を増加させるために、及び／又は正しくないエイリアスされた位置を消去するために、所与の補助プローブ位置に関する複数の値を使用することが可能である。更には、複数の参照プローブの１つだけが位置検出器（位置検出器５６）を有する必要があり得、これは他の参照プローブの位置及び向きは、この参照プローブに関して測定されることができるためである。他の参照プローブの測定された位置及び向きを使用して、プロセッサは、別の方法として又はこれに加えて、動作ボリュームの外側にあり得る、すなわち、位置検出器を有する参照プローブの有効電場を超える更なる補助プローブの位置を評価することが可能である。

【0064】

上述した実施形態は一例として記載されたものであり、本発明は、本明細書において上に具体的に図示及び説明した内容に限定されないことが明らかとなろう。むしろ本発明の範囲には、上記に述べた様々な特徴の組み合わせ及び下位の組み合わせ、並びに当業者であれば上記の説明文を読むことで想到されるであろう、先行技術に開示されていないそれらの変更及び改変が含まれるものである。

【0065】

〔実施の態様〕
（１） 医療装置であって、
参照プローブであり、
体腔内への挿入のための遠位端を有する可撓性挿入チューブと、
前記遠位端に固定して取り付けられる一対の隔離された電極と、
前記遠位端に固定して位置付けられる位置検出器と、を含む参照プローブと、
補助プローブであって、それに固定された電極を有する補助プローブと、
前記一対の隔離された電極に対応の交流を注入して、そこから電場を発生し、前記電場に応答して、前記補助プローブの前記電極で発生した電位を測定し、前記測定された電位に応答して並びに前記位置検出器によって指示された前記遠位端の位置に応答して、前記参照プローブに対する前記補助プローブの位置を評価するよう構成されるプロセッサと、を含む、医療装置。
（２） 前記一対の隔離された電極が、互いに隔離された三対の電極を含む、実施態様１に記載の装置。
（３） 前記互いに隔離された三対の電極が、それぞれ、互いに直交する３本の軸を画定する、実施態様２に記載の装置。
（４） 前記プロセッサが、３組の対応の交流を前記互いに隔離された三対の電極にそれぞれ注入するよう構成される、実施態様２に記載の装置。
（５） 前記位置検出器が、少なくとも１本のコイルを備え、前記プロセッサが、磁場に応答して、前記少なくとも１本のコイルで発生した電気信号を使用して、遠位端位置及び遠位端向きとして前記遠位端の前記位置を測定するように構成される、実施態様１に記載の装置。

【0066】

（６） 前記補助プローブが、それに固定された更なる電極を有し、前記プロセッサが、前記電場に応答して前記更なる電極で発生した更なる電位を測定するように、前記測定された更なる電位に応答してかつ前記位置検出器によって指示された前記遠位端の前記位置に応答して、前記参照プローブに対する前記更なる電極の更なる位置を評価するように、並びに前記補助プローブの前記位置及び前記更なる電極の前記更なる位置に応答して前記補助プローブの向きを評価するよう構成される、実施態様１に記載の装置。
（７） 代替の参照プローブを備え、
前記代替の参照プローブが、
前記体腔内への挿入のための代替の遠位端を有する代替の可撓性挿入チューブと、
前記代替の遠位端に固定して取り付けられた代替の一対の隔離された電極と、を備え、
前記プロセッサが、前記電場に応答して、前記補助プローブの前記代替の一対の隔離された電極で発生した更なる電位を測定するように、並びに前記測定された更なる電位に応答して、代替の参照プローブの位置及び代替の参照プローブの向きを評価するよう構成される、実施態様１に記載の装置。
（８） 前記プロセッサが、前記代替の一対の隔離された電極に対応の更なる交流を注入するよう構成されることで、そこから更なる電場を発生する、実施態様７に記載の装置。
（９） 前記プロセッサが、前記更なる電場に応答して前記補助プローブの前記電極で発生した更なる電位を測定し、並びに前記測定された更なる電位、前記代替の参照プローブの位置及び前記代替の参照プローブの向きに応答して前記補助プローブの前記位置を更に評価するように構成される、実施態様８に記載の装置。
（１０） 前記電場の外側及び前記更なる電場の内部に更なる電極を有する更なる補助プローブを備え、前記プロセッサが、前記更なる電場に応答して、前記更なる補助プローブの前記更なる電極で発生した更なる電位を測定し、並びに前記測定された更なる電位、前記代替の参照プローブの位置及び前記代替の参照プローブの向きに応答して更なる補助プローブの位置を評価するように構成される、実施態様８に記載の装置。

【0067】

（１１） 体腔内への挿入のための遠位端を有する可撓性挿入チューブを備える参照プローブを提供することと、
一対の隔離された電極を、前記遠位端に固定するように取り付けることと、
前記遠位端に位置検出器を固定するように位置決めすることと、
補助プローブに電極を固定することと、
前記一対の隔離された電極に対応の交流を注入することで、そこから電場を発生させることと、
前記電場に応答して、前記補助プローブの前記電極で発生した電位を測定することと、
前記測定された電位に応答して、並びに前記位置検出器によって指示された前記遠位端の位置に応答して、前記参照プローブに対する前記補助プローブの位置を評価することと、を含む、方法。
（１２） 前記一対の隔離された電極が、互いに隔離された三対の電極を含む、実施態様１１に記載の方法。
（１３） 前記互いに隔離された三対の電極が、それぞれ、互いに直交する３本の軸を画定する、実施態様１２に記載の方法。
（１４） ３組の対応の交流を前記互いに隔離された三対の電極にそれぞれ注入することを含む、実施態様１２に記載の方法。
（１５） 前記位置検出器が、少なくとも１本のコイルを備え、前記方法が、磁場に応答して前記少なくとも１本のコイルで発生した電気信号を使用して、前記遠位端の前記位置を、遠位端位置及び遠位端向きとして測定することを更に含む、実施態様１１に記載の方法。

【0068】

（１６） 前記補助プローブが、それに固定された更なる電極を有し、前記方法が、前記電場に応答して前記更なる電極で発生した更なる電位を測定することと、前記測定された更なる電位に応答して並びに前記位置検出器によって指示された前記遠位端の前記位置に応答して、前記参照プローブに対する前記更なる電極の更なる位置を評価することと、前記補助プローブの前記位置及び前記更なる電極の前記更なる位置に応答して前記補助プローブの向きを評価することと、を更に含む、実施態様１１に記載の方法。
（１７） 前記体腔内への挿入のための代替の遠位端を有する代替の可撓性挿入チューブを備える代替の参照プローブを提供することと、
前記代替の遠位端に代替の一対の隔離された電極を固定するよう取り付けることと、
前記電場に応答して、前記補助プローブの前記代替の一対の隔離された電極で発生した更なる電位を測定することと、
前記測定された更なる電位に応答して、代替の参照プローブの位置及び代替の参照プローブの向きを評価することと、を含む、実施態様１１に記載の方法。
（１８） 対応の更なる交流を、前記代替の一対の隔離された電極に注入することで、そこから更なる電場を発生させることを含む、実施態様１７に記載の方法。
（１９） 前記更なる電場に応答して、前記補助プローブの前記電極で発生した更なる電位を測定することと、前記測定された更なる電位、前記代替の参照プローブの位置及び前記代替の参照プローブの向きに応答して前記補助プローブの前記位置を更に評価することと、を含む、実施態様１８に記載の方法。
（２０） 更なる電極を前記電場の外側及び前記更なる電場の内部に有する更なる補助プローブを提供することと、前記更なる電場に応答して、前記更なる補助プローブの前記更なる電極で発生した更なる電位を測定することと、前記測定された更なる電位、前記代替の参照プローブの位置及び前記代替の参照プローブの向きに応答して更なる補助プローブの位置を評価することと、を含む、実施態様１８に記載の方法。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】