JP3948786B2 - カテーテルの追跡装置および方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は人間または動物の体内でのカテーテルの位置を決定するように作動するカテーテルの追跡装置に関する。
【0002】
さらに本発明は人間または動物の体内のカテーテルを追跡する方法に関する。
【0003】
【従来の技術】
心電図描画法は、体外に取付けた電極を使用して、また特に心臓の内部に挿入したカテーテルの先端に配置した電極を使用して心臓が発生する電気信号を記録する方法である。周知の心臓内カテーテル技術において、測定が必要な心臓内部の位置へカテーテルを位置決めおよびガイドするために透視診断法(in-theatre fluoroscopy)が大いに使用されている。この透視診断法の使用は、それに携るスタッフおよび患者がX線放射に曝されるのを避けられないという欠点がある。
【0004】
この欠点を回避するために、最近は心臓内カテーテルの追跡装置が提供されており、これにおいて透視テーブル(theatre table )構造体の中の患者の下方に取付けられた三つのコイルのセットが発生するAC磁界が磁気センサーを備えたカテーテル先端を追跡するのに使用されている。この装置は、患者がテーブル上で動き得て、このために心臓に対するカテーテル先端位置の測定精度が損われてしまうという事実によって、複雑となる。この問題点を解決するために、同様に磁気センサーを担持する別のカテーテルが使用されている。このカテーテルは参照(referred)カテーテルと称される。参照カテーテルの位置を検出した後で測定カテーテルの位置を決定するためにカテーテルの追跡装置が配置される。このために参照カテーテルは、心臓に対する自体の位置を維持するように、心臓の内部または付近のいずれかの部位に固定されねばならない。例えばこれは二次的洞(secondary sinus )または右心室の尖端に挿入される。この二次的洞は、下大静脈の近くで心耳(aulicle )に入口を有し、また右心室へ通じる入口を有する小さな血管である。この冠状洞は直径は様々であるが、最大10mmである。右心室の尖端は心臓基部の右心室下端の箇所である。これらは十分に定義された位置ではなく、また参照カテーテルのための非常に良好な固定位置を示すものでもない。参照カテーテルが移動する可能性のある範囲が存在する結果として、参照カテーテルおよび測定カテーテルの周知の配置は、特に心臓において実際に使用するばあいに、測定カテーテルの高精度な位置決めを困難にする。
【0005】
さらに、付加的なカテーテルの使用は感染の危険性を増し、この周知の追跡装置の使用を厄介なものにしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の欠点に鑑み、本発明の目的はカテーテルの追跡装置と、カテーテルの位置精度および位置検出を向上させるカテーテルの追跡方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
追跡装置に関しては、この目的は請求項1〜請求項3のいずれかの項の特徴を有する追跡装置によって解決されており、方法に関しては、請求項13〜請求項15のいずれかの項の特徴を有する方法によって解決されている。
【0008】
本発明によれば、一端に配置されたヘッドに少なくとも一つの変換器を有している内側コアーと、前記内側コアーを可動状態で受入れるようになされた外側シースとを含んでなる自己参照(self referencing)カテーテルを含んで構成されたカテーテルの追跡装置であって、前記外側シースが複数のセンサーと、該外側シースを所定位置に固定するための固定手段とを含んでおり、また前記センサーが前記変換器の発生した信号を受取って、前記信号の伝播時間にしたがって前記外側シースに対する前記ヘッドの位置を決定するための測定信号を発生するようになされたことを特徴とするカテーテルの追跡装置が提供される。
【0009】
上述した構造によれば、変換器から発進された信号は僅かに異なる位置に配置された少なくとも二つのセンサーによって受取られる。信号の伝播時間から、発信源と信号を受取ったそれぞれのセンサーとの間隔距離が計算できる。
【0010】
センサー間の位置関係は、外側シース上のセンサーの予め定められた構成によって与えられるので、信号が発信されるカテーテル先端の位置はセンサーによって受取られた指向性にしたがって決定できる。
【0011】
センサーは固定手段の付近またはそのものに対して配置され、相対位置が適当に定められた固定点を示すようになされるので有利である。
【0012】 固定手段は拡大可能なケージを含むことができ、この拡大可能なケージは外側シースの前端部に配置されるのが有利である。このケージは機械的に伸長されるか、膨張形式のものとされ得る。
【0013】
センサーは外側シースに沿って伸長するアレーの形状に配置されるか、ケージの突出位置に配置され得る。
【0014】
自己参照カテーテルによれば、本発明によるカテーテルの追跡装置は単一のカテーテルを人間または動物の体内に導入することだけが要求される。したがって、カテーテルの導入に固有な感染の危険性を従来技術に比較して減少することができる。
【0015】
さらに、透視診断法(X線)の使用は実質的に減少され、この技術に固有な危険性も回避することができる。
【0016】
参照位置、換言すれば外側シースの固定位置は知られているので、カテーテルヘッドの相対位置は心臓の外部またはその内部の位置に対する立体的参照に転換でき、これによりカテーテルヘッドを心臓の外部またはその内部の所望位置に戻すことを可能にする手段を与える。この移動はこの技術分野で周知の画像処理手段および方法で支援されることができる。
【0017】
さらに、患者を支持する装置の変更は全く不要であり、例えば追跡装置が実質的に内蔵されている透視テーブルとすることができる。
【0018】
本発明の第2の見地によれば、外側シースは複数の変換器を備えることができ、またヘッドはセンサーを備えることができる。
【0019】
このばあい、ヘッドのセンサーが識別できる信号を使用することができる。この信号は、例えば異なる周波数または異なるタイミングを有し、信号のそれぞれの発信源が認識できるようになされる。
【0020】
ヘッドまたは外側シースに備えられるセンサーの個数が増えることは位置精度の向上を示す。何故なら、参照することのできる定点数が増えるからである。
【0021】
例えば、精度向上はヘッドおよび外側シースがそれぞれ複数のそれぞれの装置を備えることで達成できる。このばあい、細長いヘッドが使用されるならばそれに備えられる複数の変換器またはセンサーは外側シースに対するヘッドの傾斜角度の欠点を可能にする。
【0022】
センサーは音響センサーとされ、変換器は音響変換器とされ、伝播時間は音響信号のフライト時間とされ得る。
【0023】
このカテーテルの追跡装置は、人間または動物の胴体内部に音響信号を発信するために胴体に対して音響的に連結された、および(または)胴体に配置された複数の音響変換器をさらに備えることができる。この装置は、前記変換器の位置を監視するように作動する複数のビデオカメラと、カテーテル先端に配置されて発信された音響信号を受取るようになされる少なくとも一つの音響センサーとをさらに含むことができる。このような装置によれば、変換器の監視された位置および前記音響センサーに至る音響信号のフライト時間に基づいて前記カテーテル先端の絶対位置が決定される。
【0024】
このばあい、パルス例えば超音波振動のフライト時間がカテーテルの位置を決めるのに使用される。これに代えて、超音波パルスがカテーテル先端で発生されて、知られた位置に配置された複数の変換器で受取られるようにすることができる。超音波のばあい、空中および人体組織中の伝播速度は大きく異なる。それ故に、空気−皮膚の境界面により超音波エネルギーの非常に強力な反射および屈折が生じる。このために、また必要ならば、患者がテーブル上で調和したゲルのプール内に横たわれるようになされた作動テーブル上にセンサーを取付けることもできる。しかしながら、患者の肺内に空気が存在することで、胸前部から超音波信号が優先して到達する。それ故に、センサーまたは変換器は患者の胸の外側に取付けられるのが有利である。これらは粘着性の係数(インデックス)が調和する材料またはストラップを使用して固定される。これらは例えば肋骨を避けて心臓(心臓の一部)へ最良の伝播を与えるように外科医によって位置決めされる。
【0025】
センサーが外部に取付けられるばあいには、それらの位置を知る必要はない。それ故にセンサーは本出願人の関連する特許出願第2287598A号に開示されている周知の立体ビデオカメラ構成を使用して追跡されることを提案する。この構成によれば、センサー位置は連続的に決定および追跡され得る。少なくとも二つのカメラが必要とされ、これらはスタンドに取付けられて患者の胸を見下ろす。変換器を追跡するために、カメラはセンサーまたは変換器の基準パターン(fiducial pattern)を見ることができねばならない。必要ならば、変換器は外科用の覆いの出願に配置されて、基準パターンがその上方から見ることができるようになされるのであり、基準パターンおよび変換器は圧力嵌めされたスタッドで連結される。
【0026】
変換器は超音波パルスを次々に発信し、これらのパルスはカテーテル先端のセンサーで受取られる。伝達された信号および受取られた信号を比較して、信号のフライト時間が得られる。代替技術を適用することで、これらの測定にしたがって立体的な先端位置が決定できる。
【0027】
ここまで説明したように、先端の角度が測定されるべきならば、カテーテルはそれ自体に沿って距離を隔てて二つの受信器を備えることができる。この代りに、それぞれが心臓に応答する複数の受信器を使用して、超音波エネルギーの伝播方向を決定することが可能である。
【0028】
本発明の第三の見地によれば、カテーテルの追跡方法が提供され、この方法はカテーテルの外側シースを所定位置に配置して固定手段で固定する段階と、前記外側シース内に可動状態で受入れられたコアーのヘッドを検出する部位へ移動させる段階と、ヘッドに配置されている変換器から信号を発生する段階と、外側シースに配置されている複数のセンサーによりその信号を受取る段階と、変換器および各々の音響センサーの間の信号伝播時間を検出する段階と、外側シースに対するヘッドの位置を計算する段階とを含んでなる。
【0029】
この代りに、信号は外側シースに配置した変換器から発信し、ヘッドに配置した複数のセンサーで受取るようにすることができる。
【0030】
さらに、信号は外側シースに配置した複数の変換器で発信され、ヘッドの一つの簡単なセンサーで受取るようにすることができる。しかしながらこのばあい、受信した信号とそれを発信した発信源とを相関付けるために、信号は識別できるものでなければならない。この信号の識別は異なる周波数を有する信号、または異なるタイミングを有する信号によって達成される。
【0031】
再び説明するが、センサーは音響センサー、また変換器は音響変換器となし得るのであり、前記信号の伝播時間は音響信号のフライト時間とされ得る。
【0032】
本発明のさらに他の見地によれば、複数の変換器を人間または動物の胴体に配置する段階と、変換器の位置を監視するように複数のビデオカメラを胴体の近くに配置する段階と、先端にセンサーを有するカテーテルを胴体内に導入する段階と、変換器から胴体内に信号を発信する段階と、センサーでこの発信された信号を受取る段階と、前記変換器に対して先端位置を相関付ける段階とを含み、相関関係は信号の伝播時間に基づいて決定され、前記ビデオカメラにより監視された前記変換器の位置によりカテーテル先端の絶対位置を与えるようにすることを特徴とするカテーテルの追跡方法が提供される。
【0033】
再び説明するが、センサーは音響センサー、また変換器は音響変換器となし得るのであり、前記信号の伝播時間は音響信号のフライト時間とされ得る。
【0034】
得られたフライト時間の値の評価に関しては、均質物質内で生じる異なる伝播速度に関する相関性は得られる位置関係の精度向上に有利に使用できる。
【0035】
組織の不均質のために生じる誤差を減少させるために修正が行われる。これは、伝播時間を分析し、実際には全ての伝播時間に関して非常に高い度合で矛盾のなさが得られるまで、仮定した伝播速度を変化させて遂行することができる。このような分析は、媒体中の伝播速度が未知であるばあいに有効である。これらは血管などが原因となる小規模の不均質の影響に関する修正に使用できる。
【0036】
この代りに、音響信号が伝達される距離が短い場合、組織の不均質によるフライト時間の変化は無視される。何故ならその影響が無視できる誤差しか発生しないからである。
【0037】
本発明を受信するためにさらに有利な変更が特許請求の範囲の欄に記載されている。
【0038】
本発明は以下に例を挙げて添付図面を参照して詳細に説明される。
【0039】
図1は本発明の第一の実施例の自己参照カテーテルの前端部を示している。
【0040】
図1によれば、全体を符号1で示される外側と、全体を符号2で示されるコアーすなわち内側カテーテルとが備えられている。
【0041】
外側シース1はパイプ形外側部材すなわち包囲体10を有しており、これはカテーテルを血管などに挿入できるように適当な可撓性および剛性を有している。包囲体10の前端付近には拡大可能ケージ11があり、これは外側シース1の端部でその外径を増大させるように作動され、所定位置に外側シース1の端部を固定するための固定手段として使用できるようになされている。ケージ11は膨張可能ケージまたは機械的に作動されるケージとされることができる。このようなケージはこの技術分野では周知であり、適用可能な作動原理の詳細な説明は本明細書では省略する。注目すべきは、特に外側シース1が血管内に配置されて固定されるときに、ケージ11は拡張状態のそのもの自体を通して液体が流れることができると言うことである。さらに、外側シース1の端部は音響センサー12を備えており、これらの音響センサーは互いに或る距離を隔てて配置されている。センサー12は超音波信号すなわちパルスを受取るようになされた超音波センサーである。図1に示されるセンサー12の配列は単なる例であり、センサーはケージ11に配置でき、または包囲体10の周面の異なる位置に配置できる。
【0042】
図1に見られるように、包囲体10は内側カテーテルすなわちコアー20を取囲んでおり、コアーは包囲体10の内部に可動状態で受入れられている。コアー20は包囲体10の内部で長手方向の移動に加えて回転することもできる。外側および内側の部材間に或る程度の遊びがあって、自由空間13を形成していることが有利であり、その空間内に外側シース1に沿って延在する配線、配管などを受入れることができる。コアー20は中空本体とされ、同様に配線、配管などを受入れる内部通路24を形成していることが有利である。
【0043】
コアー20はカテーテルとして作用するのに適当となる可撓性および剛性を有する。コアー20の端部にはヘッド21が備えられており、ヘッドは測定先端22を備えている。測定先端22は電流を測定するためにいずれかの形式の材料特性を有して形成されることができ、または可視検査のための光学装置として作用することさえも可能である。
【0044】
測定先端22は電流、レーザー光などを発する手段のような別の機能ツールを形成する手段と交換または組合わされることができる。先端は試料を採取するか、薬剤、接着剤などを付与する手段を備えることもできる。
【0045】
図1によれば、ヘッド21は音響変換器23を備えている。このばあい、超音波信号すなわちパルスを発信するために超音波変換器23が使用され、この信号は外側シース10に配置された超音波センサー12によって受取られる。
【0046】
図1に示した装置の作動原理は以下に簡単に説明される。
【0047】
外側シース1およびコアー2は周知の技術を使用して血管などに導入される。ケージ11を備えた外側シース1の部分が所定の参照位置に到達すると、ケージ11が拡張されて外側シース1をこの位置に固定するようになす。その後、ヘッド21を担持しているコアー20は包囲体10の内部を移動されて外側シース1に対して相対的な移動を行われる。
【0048】
ヘッド21に備えられた音響変換器23によって音響信号が発信される。この音響信号は外側シース1に備えられた音響センサー12によって受取られる。センサー12は異なる位置に配置されているので、信号源すなわち変換器23が発信した信号のフライト時間に差が生じる。この差により、センサー12に対する変換器23の位置が決定できる。センサー12はケージ11によって知られた所定の参照位置に固定されているので、ヘッド21の実際の位置、したがって測定先端22の実際の位置が決定できる。
【0049】
注目すべきは、センサーの個数は二つに限定されることがなく、増大したセンサー数によって高い位置精度を得ることができる。
【0050】
図2は、図1を参照して前述で詳細に説明した実施例の有利な変更を示している。図1と同じ符号は同じ部品を示しており、この説明の重複箇所は省略されている。
【0051】
図2によれば、ヘッド21は追加された変換器25を備えており、音響信号を発信するようになされている。この構成によれば、外側シース1に対するヘッド21の傾斜角度が決定できる。このために、変換器23および25から発信される信号はセンサー12で識別できねばならない。これらの信号間の識別は、例えば周波数、強度、または信号を発信するタイミングの簡単なオフセットなどの異なる信号特性によって達成できる。
【0052】
図3は、図1に示したカテーテルを心臓に適用する例を示す。心臓Hは、その内部に達するようにカテーテルを挿入される様々な血管B(例えば大静脈または心耳)に連結されている。図3にて使用する符号は図1のばあいと同じ部品を示しており、簡潔にするために詳細の説明は省略する。
【0053】
図3に明快に見られるように、カテーテルの外側シースの包囲体10が血管Bに挿入され、拡張可能ケージ11によって所定の、すなわち適当な参照位置に固定される。その後、コアー20に固定されたヘッド21は測定先端22が所望部位(単数または複数)に達するまで心臓Hの中に移動される。変換器23およびセンサー12は図1を参照して説明したように協動して、ヘッド21および測定先端22の実際の位置をそれぞれ監視しまたは追跡する。この適用例では、心拍リズムに対して位置検出(すなわち発信、受信および信号の評価)を同期させるのが有利である。しかしながら、この変更はカテーテルの個々の適用例に依存する。
【0054】
心臓に対する適用に限定することのないことが明確とされねばならない。人間または動物の体の他の器官または部位がこのカテーテル追跡装置の適用を受けることができる。変換器とセンサーとの間の信号伝達が可能であるならば、医療外の応用も可能である。
【0055】
図4は、人間または動物の胴体内の心臓に例として適用された本発明の他の実施例を示している。同じ符号はこれまでの図面のばあいと同じ部品を示しており、簡潔にするために詳細の説明は省略する。
【0056】
図4によれば、胴体Tが部分的に示されており、肋骨があり、その下側に心臓Hが収っている。図4に見られるように、複数の音響変換器32が胴体Tに配置されている。変換器32はそれが発信する信号が肋骨Rの間隔内を通過するように配置されている。肋骨は音響信号に関しては不透明と見なされ、またさらにエコー信号を発生し、このエコー信号は位置検出を悪化させる。
【0057】
胴体Tの上方には立体的ビデオカメラセット30が配置され、これは変換器32の位置を監視するために適用されている。したがって変換器32の位置はたとえ胴体Tが移動したとしても常に知られている。
【0058】
図1を参照して説明したカテーテルと基本的に同じカテーテル1,2が血管Bを経て心臓Hに挿入されている。図1〜図3を参照して説明した実施例と比較して、カテーテルの外側シース1はその端部に配置された音響センサーを有していない。外側シースを使用することで図示されている内側コアー2に似た単一のカテーテル使用できるように制することが可能である。コアー2のヘッド21は変換器32が発信する音響信号を受取るためのセンサー26を備えている。変換器32が発信した音響信号とセンサー26が受取った音響信号のフライト時間の検出された差によって、変換器32に対するヘッド21の位置が得られるのであり、これはさらにカメラ装置30により監視された変換器32の位置と相関付けられて、最終的にヘッド21の絶対位置を得るようになされる。データはデータ処理手段31で処理される。
【0059】
或る変更例によれば、これまでの実施例で説明したように、ケージ11により固定される外側シース1の端部はセンサーを備えて、少なくとも心拍運動により胴体内で移動する心臓に関する参照点の位置が変換器32およびカメラ装置30によって監視することができるようになされることが可能である。
【0060】
注目すべきは、簡単化のために変換器32はセンサーで置換えられ、これに対してセンサー26は音響信号の信号源を形成する変換器で置換えられることができる。さらに、ケージ11もセンサーまたは変換器を備え、またカテーテルヘッドで信号が発生される構造を備え、ケージまたは外部に配置された変換器がそのケージおよび(または)外部配置変換器に対するカテーテルヘッド22の位置を与えるように作用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】自己参照カテーテルの構造の概略図。
【図2】図1に示した自己参照カテーテルの他の構造の概略図。
【図3】心臓に使用した自己参照カテーテルの概略図。
【図4】心臓に使用した複数の外部センサーを組合わされた自己参照カテーテルの概略図。
【符号の説明】
B 血管
H 心臓
R 肋骨
T 胴体
1 外側シース
2 コアーすなわち内側カテーテル
10 包囲体
11 ケージ
12 センサー
20 コアーすなわち内側カテーテル
21 ヘッド
22 測定先端
23,25 変換器
30 ビデオカメラセット
31 データ処理手段
32 変換器
Claims (16)
- 一端に配置されたヘッドに少なくとも一つの変換器を有している内側コアーと、前記内側コアーを可動状態で受入れるようになされた外側シースとを含んでなる自己参照(self referencing)カテーテルを含んで構成されたカテーテルの追跡装置であって、前記外側シースが複数のセンサーと、該外側シースを所定位置に固定するための固定手段とを含んでおり、また前記センサーが前記変換器の発生した信号を受取って、前記信号の伝播時間にしたがって前記外側シースに対する前記ヘッドの位置を決定するための測定信号を発生するようになされたことを特徴とするカテーテルの追跡装置。
- 一端に備えられているヘッドに複数のセンサーを配置して有する内側コアーと、前記内側コアーを可動状態で受入れるようになされた外側シースとを含んでなる自己参照カテーテルを含んで構成されたカテーテルの追跡装置であって、前記外側シースが少なくとも一つの変換器と、該外側シースを所定位置に固定するための固定手段とを含んでおり、また前記センサーが少なくとも一つの変換器の発生した信号を受取って、前記信号の伝播時間にしたがって前記外側シースに対する前記ヘッドの位置を決定するための測定信号を発生するようになされたことを特徴とするカテーテルの追跡装置。
- 人間または動物の胴体に連結して配置されて信号を胴体内に向けて発信するようになされた複数の変換器と、前記変換器の配置を監視するように作動する複数のビデオカメラと、カテーテルの先端に配置されて発信された信号を受取るようになされた少なくとも一つの音響センサーとを含み、前記カテーテル先端の絶対位置が監視された変換器の配置および前記センサーに至る信号の伝播時間に基づいて決定されるように構成されたことを特徴とするカテーテルの追跡装置。
- 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載されたカテーテルの追跡装置であって、前記ヘッドが心臓内で電気信号を検出するようになされた測定センサーをさらに含んでいることを特徴とするカテーテルの追跡装置。
- 請求項4に記載されたカテーテルの追跡装置であって、前記心臓が人間の心臓であることを特徴とするカテーテルの追跡装置。
- 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載されたカテーテルの追跡装置であって、前記心臓が正常部位の隣接組織を処理する手段をさらに含んでいることを特徴とするカテーテルの追跡装置。
- 請求項1または請求項2に記載されたカテーテルの追跡装置であって、前記固定手段が拡大可能なケージを含んで構成されていることを特徴とするカテーテルの追跡装置。
- 請求項7に記載されたカテーテルの追跡装置であって、前記ケージが前記変換器を備えていることを特徴とするカテーテルの追跡装置。
- 請求項7に記載されたカテーテルの追跡装置であって、前記ケージが前記センサーを備えていることを特徴とするカテーテルの追跡装置。
- 請求項1から請求項9までのいずれか一項に記載されたカテーテルの追跡装置であって、前記センサーがアレーに配列されていることを特徴とするカテーテルの追跡装置。
- 請求項1から請求項10までのいずれか一項に記載されたカテーテルの追跡装置であって、前記変換器がアレーに配列されていることを特徴とするカテーテルの追跡装置。
- 請求項1から請求項11までのいずれか一項に記載されたカテーテルの追跡装置であって、前記カテーテルのヘッドがそれ自体の傾斜角度を決定するためにセンサーアレーを備えていることを特徴とするカテーテルの追跡装置。
- 請求項1から請求項12までのいずれか一項に記載されたカテーテルの追跡装置であって、前記カテーテルのヘッドがそれ自体の傾斜角度を決定するために変換器アレーを備えていることを特徴とするカテーテルの追跡装置。
- 請求項1から請求項13までのいずれか一項に記載されたカテーテルの追跡装置であって、測定された信号を処理する信号処理手段が備えられていることを特徴とするカテーテルの追跡装置。
- 請求項1から請求項14までのいずれか一項に記載されたカテーテルの追跡装置であって、変換器が音響信号を発生するように作動する音響変換器であり、またセンサーが音響センサーであり、前記変換器と前記センサーとの間の伝播時間が音響信号のフライト時間であることを特徴とするカテーテルの追跡装置。
- 請求項1から請求項15までのいずれか一項に記載されたカテーテルの追跡装置であって、音響信号が超音波信号であることを特徴とするカテーテルの追跡装置。
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