JP7404052B2 - 異なる座標フレームからのカテーテル可視化の組み合わせ - Google Patents

異なる座標フレームからのカテーテル可視化の組み合わせ Download PDF

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Description

本発明は、概して、生体内のプローブ位置を計算することに関し、具体的には、異なる座標フレーム内のプローブ位置を計算することに関する。
挿入管、カテーテル、及びインプラントなどの体内プローブの位置を追跡することは、多くの医療処置に必要とされている。例えば、米国特許出願公開第２０１４／００９５１０５号は、１つ以上の全体的な変換関数若しくは補間関数、及び／又は１つ以上の局所変換関数の決定を含むことができる、電流ベースの座標系を補正及び／又はスケーリングするためのアルゴリズムについて記載している。全体的及び局所変換関数は、全体的な計量テンソル及びいくつかの局所計量テンソルを計算することにより決定され得る。計量テンソルは、カテーテルにおける空間が近いセンサ間の所定の距離及び測定された距離に基づいて計算され得る。
Ｍａｌｉｎｉｎらの米国特許公開第２０１６／０３６７１６８号は、複数の基準点の位置の計算について記載している。基準点は、カテーテル上に配設された電極の、インピーダンスベースの座標系内のインピーダンス位置と、カテーテル上に配設された磁気位置センサの、磁気ベース座標系内の磁気位置と、を含むことができる。インピーダンスベースの座標系内の電極のインピーダンス位置は、磁気ベースの座標系内の電極の変換インピーダンス位置に変換することができる。磁気ベースの座標系内の電極の磁気位置を判定することができる。磁気ベース座標系内の電極の変換インピーダンス位置と、磁気ベース座標系内の電極の磁気位置との間にインピーダンスシフトが存在するかどうかを判定することができる。インピーダンスシフトに基づいて、インピーダンスベースの座標系と磁気ベースの座標系との間で電磁力学的登録を生成することができる。
Ｍｏｌｌらの米国特許公開第２０１１／０２３８０８３号は、可撓性シース器具、可撓性ガイド器具、及びツールから構成される装置について記載している。可撓性シース器具は、器具ドライバに取り外し可能に結合可能な第１の器具ベースを備え、シース器具作業内腔を画定する。可撓性ガイド器具は、器具ドライバに取り外し可能に結合可能な第２の器具ベースを備え、シース器具作業内腔にねじ込まれる。ガイド器具は、ガイド器具作業内腔も画定する。ツールは、ガイド器具の作業内腔にねじ込まれる。本実施形態では、装置のシース器具及びガイド器具は、互いに独立して制御可能である。
Ｂｅｌｓｏｎの米国特許公開第２００７／０１３５８０３号は、経管腔処置で使用される装置について記載している。本装置は、例えば、ハウジングであって、ガイド内腔と、ハウジングの遠位端に近接し、ガイド内腔を横切って延在してガイド内腔を完全に封止する封止部と、を有するハウジングと、ハウジングの遠位端を組織に固定するように適合された、ハウジング内の固定要素と、ハウジングの側壁を通って延在し、封止部の遠位の内腔と連通する出口を有するチャネルと、を備える。方法も提供される。例えば、本方法は、データ及び位置インジケータを標的内腔の壁に固定することによって、経管腔処置を実行することと、壁に開口部を形成することと、開口部を通じて器具を前進させることと、データ及び位置インジケータによって器具の前進を追跡することと、を含む。
本開示の一実施形態によれば、医療用プローブ追跡システムであって、生存被験者の皮膚表面に貼付されるように構成された複数の身体表面電極と、生存被験者の体内に挿入されるように構成されており、第１のプローブ電極を含む、第１のプローブと、生存被験者の身体に挿入されるように構成されており、第２のプローブ電極と磁場センサとを含む、第２のプローブと、生存被験者の身体内に磁場を発生させるように構成されている、磁場発生器と、ディスプレイと、処理回路であって、身体表面電極と身体内の第１及び第２のプローブ電極との間の第１及び第２の電流をそれぞれ測定することと、第１の電流の分布に応じて、第１の座標フレーム内の第１のプローブの第１の位置座標を計算することと、磁場に応答して、磁場センサから磁気位置信号を受信することと、第１の座標フレーム内の第１のプローブの初期３次元（３Ｄ）表現をディスプレイにレンダリングし、次いで、第２の電流の分布と磁場発生器によって画定された第２の座標フレームに対する磁気位置信号との間で電流－位置マップ（ＣＰＭ）を計算することと、第１の座標フレームと第２の座標フレームとの間の変換を求めることと、変換を第１の位置座標に適用して、第２の座標フレーム内で第１のプローブの第２の位置座標を生成することと、第２の座標フレーム内の第２の位置座標に従って第１のプローブの修正３Ｄ表現をディスプレイにレンダリングすることと、を行うように構成された処理回路と、を含む、システムが開示される。
更に、本開示の一実施形態によれば、処理回路は、ＣＰＭの計算前に、第１の座標フレームに従って第１のプローブの初期３Ｄ表現をレンダリングし、ＣＰＭの計算後に、第２の座標フレームに従って第１のプローブの修正３Ｄ表現をレンダリングするように構成されている。
更に、本開示の一実施形態によれば、変換は、回転及び並進要素を含み、第１の位置座標は位置及び配向を有し、第２の位置座標は位置及び配向を有し、処理回路は、第２の位置座標の位置及び配向に基づいて、第１のプローブの修正３Ｄ表現をレンダリングするように構成されている。
更に、本開示の実施形態によれば、第２のプローブは、シャフトと、シャフトの遠位端に装着された膨張可能バルーンと、膨張可能バルーン上に配設された第２のプローブ電極の複数の電極と、を有するバルーンカテーテルを含み、磁場センサはシャフトの近位端に配設されており、処理回路は、複数の電極によって画定された第１の平面と、バルーンカテーテルモデル内の電極によって画定された第２の平面との間の回転からバルーン回転行列を求め、バルーン回転行列に基づいて変換を求めるように構成されている。
更に、本開示の一実施形態によれば、第２の位置座標は、ＣＰＭがマッピングを行う体積外に位置する。
更に、本開示の一実施形態によれば、処理回路は、変換された第２の位置座標に従った第１のプローブの修正３Ｄ表現と、ＣＰＭから導出された磁気位置及び磁場センサによって検出された磁場から導出された磁気位置のうちの任意の１つ以上に少なくとも基づく第２のプローブの３Ｄ表現と、をレンダリングするように構成されている。
本開示の更に別の実施形態によれば、医療用プローブ追跡システムであって、生存被験者の皮膚表面に貼付されるように構成された複数の身体表面電極と、生存被験者の身体に挿入されるように構成されており、プローブ電極と磁場センサとを含む、プローブと、生存被験者の身体内に磁場を発生させるように構成された磁場発生器と、ディスプレイと、処理回路であって、身体表面電極と身体内のプローブ電極との間の電流をそれぞれ測定し、電流の第１の多重度の分布に応じて、第１の座標フレーム内のプローブの第１の位置座標を計算することと、磁場に応答して、磁場センサから磁気位置信号を受信することと、第１の座標フレーム内のプローブの初期３次元（３Ｄ）表現をディスプレイにレンダリングし、次いで、電流の第２の多重度の分布と磁場発生器によって画定された第２の座標フレームに対する磁気位置信号との間で電流－位置マップ（ＣＰＭ）を計算することと、第１の座標フレームと第２の座標フレームとの間の変換を求めることと、変換を第１の位置座標に適用して、第２の座標フレーム内のプローブの第２の位置座標を生成することと、第２の座標フレーム内の第２の位置座標に従ったプローブの修正３Ｄ表現をディスプレイにレンダリングすることと、を行うように構成された処理回路と、を備える、システムが提供される。
更に、本開示の一実施形態によれば、処理回路は、ＣＰＭの計算前に、第１の座標フレームに従ってプローブの初期３Ｄ表現をレンダリングし、ＣＰＭの計算後に、第２の座標フレームに従ってプローブの修正３Ｄ表現をレンダリングするように構成されている。
加えて、本開示の一実施形態によれば、変換は、回転及び並進要素を含み、第１の位置座標は位置及び配向を有し、第２の位置座標は位置及び配向を有し、処理回路は、第２の位置座標の位置及び配向に基づいて、プローブの修正３Ｄ表現をレンダリングするように構成されている。
更に、本開示の実施形態によれば、プローブは、シャフトと、シャフトの遠位端に装着された膨張可能バルーンと、膨張可能バルーン上に配設されたプローブ電極の複数の電極と、を有するバルーンカテーテルを含み、磁場センサはシャフトの近位端に配設されており、処理回路は、複数の電極によって画定された第１の平面と、バルーンカテーテルモデル内の電極によって画定された第２の平面との間の回転からバルーン回転行列を求め、バルーン回転行列に基づいて変換を求めるように構成されている。
更に、本開示の一実施形態によれば、第２の位置座標は、ＣＰＭがマッピングを行う体積外に位置する。
更に、本開示の一実施形態によれば、処理回路は、電流の第３の多重度の分布に基づいてＣＰＭから導出された磁気位置及び磁場センサによって検出された磁場から導出された磁気位置のうちの任意の１つ以上に少なくとも基づいて、体積内に位置する第３の位置座標に従ってプローブの更なる修正３Ｄ表現をレンダリングするように構成されている。
本開示の更に別の実施形態によれば、医療用プローブ追跡方法であって、複数の身体表面電極を生存被験者の皮膚表面に貼付することと、第１のプローブ電極を含む第１のプローブを生存被験者の身体に挿入することと、第２のプローブ電極と磁場センサとを含む第２のプローブを生存被験者の身体に挿入することと、磁場発生器によって、生存被験者の身体内に磁場を発生させることと、身体表面電極と身体内の第１及び第２のプローブ電極との間の第１及び第２の電流をそれぞれ測定することと、第１の電流の分布に応じて、第１の座標フレーム内の第１のプローブの第１の位置座標を計算することと、磁場に応答して、磁場センサから磁気位置信号を受信することと、第１の座標フレーム内の第１のプローブの初期３次元（３Ｄ）表現をディスプレイにレンダリングし、次いで、第２の電流の分布と磁場発生器によって画定された第２の座標フレームに対する磁気位置信号との間で電流－位置マップ（ＣＰＭ）を計算することと、第１の座標フレームと第２の座標フレームとの間の変換を求めることと、変換を第１の位置座標に適用して、第２の座標フレーム内の第１のプローブの第２の位置座標を生成することと、第２の座標フレーム内の第２の位置座標に従った第１のプローブの修正３Ｄ表現をディスプレイにレンダリングすることと、を含む、方法が提供される。
更に、本開示の一実施形態によれば、初期３Ｄ表現のレンダリングは、ＣＰＭの計算前に実行され、修正３Ｄ表現のレンダリングは、ＣＰＭの計算後に実行される。
更に、本開示の一実施形態によれば、変換は、回転及び並進要素を含み、第１の位置座標は位置及び配向を有し、第２の位置座標は位置及び配向を有し、修正３Ｄ表現のレンダリングは、第２の位置座標の位置及び配向に基づいて、第１のプローブの修正３Ｄ表現をレンダリングすることを含む。
更に、本開示の実施形態によれば、第２のプローブは、シャフトと、シャフトの遠位端に装着された膨張可能バルーンと、膨張可能バルーン上に配設された第２のプローブ電極の複数の電極と、を有するバルーンカテーテルを含み、磁場センサはシャフトの近位端に配設されており、方法は、複数の電極によって画定された第１の平面と、バルーンカテーテルモデル内の電極によって画定された第２の平面との間の回転からバルーン回転行列を求めることと、バルーン回転行列に基づいて変換を求めることと、を更に含む。
更に、本開示の一実施形態によれば、第２の位置座標は、ＣＰＭがマッピングを行う体積外に位置する。
加えて、本開示の一実施形態によれば、本方法は、変換された第２の位置座標に従った第１のプローブの修正３Ｄ表現と、ＣＰＭから導出された磁気位置及び磁場センサによって検出された磁場から導出された磁気位置のうちの任意の１つ以上に少なくとも基づく第２のプローブの３Ｄ表現と、をレンダリングすることを含む。
本開示の更に別の実施形態によれば、医療用プローブ追跡方法であって、複数の身体表面電極を生存被験者の皮膚表面に貼付することと、プローブ電極と磁場センサとを含むプローブを生存被験者の身体内に挿入することと、磁場発生器によって、生存被験者の身体内に磁場を発生させることと、身体表面電極と身体内のプローブ電極との間の電流をそれぞれ測定することと、電流の第１の多重度の分布に応じて、第１の座標フレーム内のプローブの第１の位置座標を計算することと、磁場に応答して、磁場センサから磁気位置信号を受信することと、第１の座標フレーム内のプローブの初期３次元（３Ｄ）表現をディスプレイにレンダリングし、次いで、電流の第２の多重度の分布と磁場発生器によって画定される第２の座標フレームに対する磁気位置信号との間の電流位置マップ（ＣＰＭ）を計算することと、第１の座標フレームと第２の座標フレームとの間の変換を求めることと、変換を第１の位置座標に適用して、第２の座標フレーム内のプローブの第２の位置座標を生成することと、第２の座標フレーム内の第２の位置座標に従ってプローブの修正３Ｄ表現をレンダリングすることと、を含む、方法が提供される。
更に、本開示の一実施形態によれば、初期３Ｄ表現のレンダリングは、ＣＰＭの計算前に実行され、修正３Ｄ表現のレンダリングは、ＣＰＭの計算後に実行される。
更に、本開示の一実施形態によれば、変換は、回転及び並進要素を含み、第１の位置座標は位置及び配向を有し、第２の位置座標は位置及び配向を有し、修正３Ｄ表現のレンダリングは、第２の位置座標の位置及び配向に基づいて、第１のプローブの修正３Ｄ表現をレンダリングすることを含む。
また更に、本開示の一実施形態によれば、プローブは、シャフトと、シャフトの遠位端に装着された膨張可能なバルーンと、膨張可能なバルーン上に配設されたプローブ電極の複数の電極と、を含み、磁場センサはシャフトの近位端に配設されており、本方法は、複数の電極によって画定された第１の平面と、バルーンカテーテルモデル内の電極によって画定された第２の平面との間の回転からバルーン回転行列を求めることと、バルーン回転行列に基づいて変換を求めることと、を更に含む。
更に、本開示の一実施形態によれば、第２の位置座標は、ＣＰＭがマッピングを行う体積外に位置する。
更に、本開示の実施形態によれば、本方法は、電流の第３の多重度の分布に基づいてＣＰＭから導出された磁気位置及び磁場センサによって検出された磁場から導出された磁気位置のうちの任意の１つ以上に少なくとも基づいて、体積内に位置する第３の位置座標に従ってプローブの更なる修正３Ｄ表現をレンダリングすることを含む。
本発明は、添付の図面と併せると、以下の詳細な説明から理解されよう。
本発明の一実施形態による、カテーテルベースの位置追跡システムの概略図である。 図１のシステムで使用されるバルーンカテーテルの概略図である。 図２のバルーンカテーテル上の様々なデータ点の概略図である。 図１のシステムにおける位置追跡を示す概略部分ブロック図である。 図１のシステムで使用される電流分布ベースの位置追跡方法における例示的なステップを含むフローチャートである。 図１のシステムで使用される磁気ベースの位置追跡方法における例示的なステップを含むフローチャートである。 図１のシステムで使用されるハイブリッド磁気－電流分布ベースの位置追跡方法における例示的なステップを含むフローチャートである。 図１のシステムにおける電流－位置行列体積を示す概略部分ブロック図である。 図１のシステムで使用される座標フレーム変換方法における例示的なステップを含むフローチャートである。 図１のシステムで使用される第２の座標フレーム内のレンダリングを示すユーザインタフェース画面の概略図である。 図１のシステムで使用される第１の座標フレーム内のバルーン位置行列を計算する方法における例示的なステップを含むフローチャートである。 図１のシステムで使用される変換行列を計算する方法における例示的なステップを含むフローチャートである。
概説
Ｃａｒｔｏ（登録商標）３システムは、有効電流位置（ＡＣＬ）ハイブリッド位置追跡技術を適用する。ＡＣＬ技術において、プローブ電極に関連して測定された電流の分布は、電流－位置行列（ＣＰＭ）と相関され、ＣＰＭは、電流分布と、磁気位置較正位置信号から以前に取得された位置とをマッピングするものである。ＡＣＬ技術は、磁気センサを有するカテーテルによって、ＣＰＭが計算された体積（単数又は複数）においてだけでなく、カテーテル（磁場センサを有さないカテーテルであっても）の位置特定及び可視化を可能にする。ＣＰＭを構築するための前提条件は、身体の体積に関するＣＰＭを計算するために、磁場センサを備えたカテーテルを身体内に挿入し、その体積内でカテーテルを移動させることである。
ＣＰＭ体積外のカテーテルは、ＡＣＬを使用するときに追跡不能であり、可視化されない。例えば、冠状静脈洞カテーテルは、ＣＰＭ体積外に位置するために可視化されない場合がある。また、近位磁場センサを有するバルーンカテーテルは、カテーテルの膨張可能バルーン上に配設された電極と磁場センサとの距離により、可視化が困難であり得る。Ｌａｓｓｏ（登録商標）ガイドワイヤカテーテルは、任意の他の磁場センサを備えたカテーテルが心腔内に存在する前に心腔に入るバルーンカテーテルと共に使用され、ＡＣＬを使用する可視化は行われない。ＣＰＭ体積外でＡＣＬを使用できないという事実は、バルーンカテーテル及び磁場センサを有さないＬａｓｓｏ（登録商標）ガイドワイヤカテーテルを用いるＰＶＩ（肺静脈隔離）ワークフローなど、いくつかの臨床ワークフローを複雑にする可能性がある。
独立電流位置（ＩＣＬ）技術を使用して、磁場センサを含まないカテーテルを可視化してもよい。ＩＣＬは、カテーテル電極と身体表面パッチとの間の電流分布に従ってカテーテルの位置を特定することに基づく。ＩＣＬは、カテーテル可視化を可能にするために、磁場センサを備えたカテーテルを必要としない。ＩＣＬ技術によると、磁場センサを備えたカテーテルによってＣＰＭを事前に取得する必要なく、カテーテルを可視化することができる。ＩＣＬ技術では、例えば、別のカテーテルによってＣＰＭを事前に取得する必要なく、Ｌａｓｓｏ（登録商標）ガイドワイヤカテーテルがシースを出た直後にＬａｓｓｏ（登録商標）ガイドワイヤカテーテルの可視化が可能である。ＩＣＬは、バルーンカテーテル電極の可視化も可能にする。ＩＣＬでは、カテーテルを可視化する必要がある身体内の体積の各ボクセル又はセルに対して局所スケーリングファクタを適用することができる。このファクタは、投げ縄状カテーテルのような、既知の空間関係を有する複数の電極を備えたカテーテルを使用して決定され得る。スケーリングファクタは、純粋な電流分布ベースの位置の精度を改善するために使用される。
スケーリングファクタの適用後でも、ＩＣＬ技術は精度に制限がある。ＩＣＬは、磁気追跡又はＡＣＬほど正確ではない。加えて、ＩＣＬによって使用される座標フレームは、ＡＣＬによって使用される座標フレームとは異なり、２つの座標フレームは変位、回転、及びスケーリングの際に位置合わせされない。上記の制限により、ＩＣＬベースの可視化及びマッピングは、ＡＣＬベースの可視化及びマッピングに上手く重ね合わせることができない。
本発明の実施形態では、ＩＣＬ及びＡＣＬが選択的に組み合わされて、ＩＣＬとＡＣＬの両方の利点を提供する。磁場センサを備えていないカテーテルと磁場センサを備えたカテーテルの両方を追跡するために、ＩＣＬ追跡技術はＣＰＭ計算の前に使用される。カテーテルはまず、ＩＣＬ座標フレームに基づいて可視化されてもよい。
磁場センサを備えたカテーテルからの測定値に基づいてＣＰＭが計算された後、ＩＣＬ座標系とＡＣＬ座標フレームとの間の局所変換が求められる。次いで、ＣＰＭの計算前に計算された位置を含め、ＩＣＬ座標フレーム内の位置に変換を適用することができる。次に、変換された位置を使用して、ＡＣＬ座標フレーム内のカテーテルを可視化することができる。
更に、ＣＰＭの計算後、ＩＣＬは、ＣＰＭの体積外に位置するプローブに関して引き続き使用されてもよい。ＣＰＭ体積内に位置するプローブの場合、ＡＣＬ又はＩＣＬを使用することができる。その後、ＩＣＬ座標フレーム内の計算された位置は、ＡＣＬ座標フレームに変換され得る。次いで、プローブの３Ｄ表現はディスプレイにレンダリングされ、ＩＣＬ座標フレームから変換されたＡＣＬ位置、並びに／あるいはＣＰＭ及び／又は磁場ベースの追跡から導出されたＡＣＬ位置に基づくＡＣＬ座標フレームに従って、プローブの位置を示し得る。
システムの説明
参照により本明細書に援用される文書は本出願の一体部分とみなされるべきであり、いずれかの用語が、それらの援用された文書内で、本明細書で明示的又は暗示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、本明細書における定義のみが考慮されるべきである。
ここで、本発明の一実施形態によるカテーテルベースの位置追跡システム２０の概略図である図１を参照する。本発明の一実施形態によるバルーンカテーテル４０の概略図である図２も参照する。例として、バルーンカテーテルが使用されている。カテーテル又はプローブが切除に使用されるか、又は別の目的のために使用されるかに関わらず、任意の好適なカテーテル又はプローブをシステム２０と共に使用してもよい。
位置追跡システム２０は、図１のインセット２５に示され、かつ、更に詳細に図２に示されるバルーンカテーテル４０の位置を判定するために使用される。バルーンカテーテル４０は、シャフト２２と、シャフト２２の遠位端に装着される膨張可能バルーン４５と、を含む。典型的には、バルーンカテーテル４０は、例えば、左心房における心臓組織の空間的切除などの治療処置に使用される。
位置追跡システム２０は、膨張可能バルーン４５の両側でシャフト２２に装着された感知電極５２（近位電極５２ａ及び遠位電極５２ｂ）、近位電極５２ａのすぐ近位に装着された磁気センサ５０、及び任意で以下より詳細に記載する切除電極５５に基づいて、バルーンカテーテル４０のシャフト２２の位置及び配向を判定することができる。近位電極５２ａ、遠位電極５２ｂ、及び磁気センサ５０は、シャフト２２を通って延びるワイヤによって、コンソール２４内の様々なドライバ回路に接続されている。いくつかの実施形態では、遠位電極５２ｂは省略されてもよい。
シャフト２２は、長手方向軸５１を画定する。軸５１上の中心点５８は、膨張可能バルーン４５の球体形状の原点であり、膨張可能バルーン４５の公称位置を画定する。切除電極５５は、膨張可能バルーン４５の周囲に配設され、感知電極５２ａ及び５２ｂよりも大きな面積を占めている。心臓組織を切除するために、高周波電力が切除電極５５に供給されてもよい。
典型的には、配設された切除電極５５は、膨張可能バルーン４５の赤道に沿って均等に分布され、この赤道は、シャフト２２の遠位端の長手方向軸５１に対して略垂直に位置合わせされている。
図２に示されている図は、単に概念を明確化する目的のために選択されている。感知電極５２及び切除電極５５の他の構成も可能である。磁気センサ５０には、追加の機能が含まれてもよい。明確にするために、洗浄ポートなど、本発明の開示された実施形態に関連しない要素は省略されている。
医師３０は、カテーテル４０の近位端の近傍のマニピュレータ３２を使用してシャフト２２を操作すること及び／又はシース２３からの偏向によって、バルーンカテーテル４０を患者２８の心臓２６内の標的位置に誘導する。バルーンカテーテル４０がシース２３に挿入されている間、膨張可能バルーン４５は収縮しており、バルーンカテーテル４０がシース２３から後退した後にのみ、膨張可能バルーン４５は膨張し、意図した機能的形状に復帰する。バルーンカテーテル４０を収縮構成で収容することにより、シース２３は、標的位置へ向かう間の血管外傷を最小限に抑える役割を果たす。
コンソール２４は、処理回路４１、典型的には汎用コンピュータと、ケーブル３９を通って患者２８の胸部及び患者の背側に延びるワイヤによって取り付けられた身体表面電極４９において信号を生成する、及び／又は身体表面電極４９から信号を受信する好適なフロントエンド及びインタフェース回路４４と、を含む。身体表面電極４９は、生存被験者（例えば、患者２８）の皮膚表面に貼付されるように構成されている。
コンソール２４は、磁気感知サブシステムを更に備える。患者２８は、磁場発生コイル４２を含むパッドによって生成された磁場内に置かれ、この磁場発生コイルは、コンソール２４に配設されたユニット４３によって駆動される。コイル４２によって発生した磁場は、磁気センサ５０内に指向性信号を生成し、次いで、この信号は対応する電気入力として処理回路４１に供給される。
いくつかの実施形態では、処理回路４１は、感知電極５２、磁気センサ５０、及び切除電極５５から受信した位置信号を使用して、心室内などの器官内のバルーンカテーテル４０の位置を推定する。いくつかの実施形態では、処理回路４１は、電極５２、５５から受信した位置信号と以前に取得した磁気位置較正位置信号と相関させて、心室内のバルーンカテーテル４０の位置を推定する。感知電極５２及び切除電極５５の位置座標は、他の入力の中でも、電極５２、５５と表面電極４９との間で測定されるインピーダンス、電圧、又は電流分布の割合に基づいて、処理回路４１によって判定され得る。コンソール２４は、心臓２６内のカテーテル位置の遠位端を示すディスプレイ２７を駆動する。
電流分布測定値及び／又は外部磁場を使用する位置感知方法は、様々な医療用途で、例えば、Ｂｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ Ｉｎｃ．（カリフォルニア州アーバイン）により製造されるＣａｒｔｏ（登録商標）システムに実装されており、米国特許第５，３９１，１９９号、同第６，６９０，９６３号、同第６，４８４，１１８号、同第６，２３９，７２４号、同第６，６１８，６１２号、同第６，３３２，０８９号、同第７，７５６，５７６号、同第７，８６９，８６５号、及び同第７，８４８，７８７号、国際公開第９６／０５７６８号、並びに米国特許出願公開第２００２／００６５４５５（Ａ１）号、同第２００３／０１２０１５０（Ａ１）号、及び同第２００４／００６８１７８（Ａ１）号に詳述されており、これらの開示は参照により本明細書に全文を組み込む。
Ｃａｒｔｏ（登録商標）３システムは、ハイブリッド電流分布及び磁気ベース位置追跡技術である有効電流位置（ＡＣＬ）を適用する。いくつかの実施形態では、ＡＣＬを使用して、処理回路４１は、感知電極５２及び切除電極５５の位置を推定する。いくつかの実施形態では、電極５２、５５から受信された信号は、電流分布比（又は別の電気値）と、磁気位置較正位置信号から以前に取得された位置とをマッピングする電流－位置行列（ＣＰＭ）と相関される。電流分布比は、電極５２、５５から身体表面電極４９に流れる電流に関する身体表面電極４９の測定値に基づく。
いくつかの実施形態では、磁気センサを含まないカテーテルを可視化するために、処理回路４１は、独立電流位置（ＩＣＬ）技術と称される電気信号ベースの方法を適用することができる。ＩＣＬでは、処理回路４１は、カテーテルが可視化される体積の各ボクセルに関する局所スケーリングファクタを計算する。このファクタは、投げ縄状カテーテルのような、既知の空間的関係を有する複数の電極を備えたカテーテルを使用して決定される。しかしながら、ＩＣＬは、正確な局所スケーリング（例えば、数ミリメートルにわたる）を生成するものの、サイズがセンチメートルオーダーである心腔全体の体積に適用されるときにはさほど正確ではない。電流分布比に基づいて位置が計算されるＩＣＬ方法は、電流ベースのＩＣＬ空間の非線形的性質のせいで、誤差を有する可能性があり、歪んだ形状のバルーンカテーテル４０を示す場合がある。いくつかの実施形態では、処理回路４１は、開示されたＩＣＬ方法を適用し、投げ縄状カテーテルの電極間の既知の小スケール距離だけでなく、膨張可能バルーン４５の端部における感知電極５２間の既知の距離に基づく大スケール距離に基づいて、ＩＣＬ空間及びバルーンカテーテルの形状を正確な形状にスケーリングする。
処理回路４１は、本明細書に記載される機能を実行するために、典型的にはソフトウェアでプログラムされる。ソフトウェアは、例えば、ネットワーク上で、コンピュータに電子形態でダウンロードすることができるか、又は代替として、又は更には、磁気メモリ、光学メモリ若しくは電子メモリなどの、非一時的実体的媒体上で提供及び／若しくは記憶されてもよい。
図１は、簡潔性かつ明瞭性のため、開示技法に関連する要素のみを示す。システム２０は、典型的には、開示される技術には直接関連しないために図１及び対応する説明から意図的に省略されている、追加のモジュール及び要素を備える。
ここでは、本発明の一実施形態による図２のバルーンカテーテル４０上の様々なデータ点の概略図である図３を参照する。図２も参照する。データ点の位置は、例えば、処理回路４１に記憶された電気解剖学的マップに画定された座標フレーム内に提示されてもよく、システム２０はその位置にバルーン４０の空間内の位置を相関させる。
図３は、近位電極５２ａが位置６２ａに位置する一方、遠位電極５２ｂが位置６２ｂに位置していることを示す。磁気センサ５０は位置６０ａに位置する一方、上述したように、シャフト２２の方向に平行（即ち、軸５１に平行）である方向６０ｂを示すことができる。大きな面積の切除電極５５にもかかわらず、空間内の電極５５は、軸５１に直交する平面内に埋め込まれた円６４（膨張可能バルーン４５の赤道を形成する）上の電極位置６５の形態で、矛盾なくかつ有用に表現することができる。換言すれば、バルーンが完全に膨張すると、電極位置６５は、理想的には、膨張可能バルーン４５の最大横断直径を有する円６４上に配置されるはずである（図２）。膨張可能バルーン４５の公称位置は、理想的には円６４の中心でもある中心点５８によって画定される。電極位置６５が切除電極５５の位置の正確かつ有意義なデータを提供すると仮定すると、それらが画定する電極位置６５及び円６４を使用して、膨張可能バルーン４５の位置及び配向を計算することができる。電極位置は、ＡＣＬ技術に基づいて、又はＩＣＬ技術を使用して計算され得る。上述したように、ＡＣＬとＩＣＬの座標フレームは異なるため、ＡＣＬ又は磁気ベースの位置（位置６０ａなど）でＩＣＬ位置を使用するために、ＩＣＬ位置はまず、下記図９～図１２を参照して詳細に説明されるＡＣＬ座標空間に変換される。
ＩＣＬ追跡技術、磁気的な追跡技術、及びＡＣＬ追跡技術について、図４～図８を参照してより詳細に以下説明する。
ここで、図１のシステム２０における位置追跡を示す概略部分ブロック図である図４を参照する。表面電極４９が、患者２８の胸部及び背部に貼付される。磁場発生コイル４２は磁場発生器を形成し、患者２８の下に配設され、患者２８の身体内に磁場６９を発生させる。図４は、心臓２６の心腔内の２つのカテーテルであるバルーンカテーテル４０と投げ縄状カテーテル７１を示す。バルーンカテーテル４０は磁気センサ５０を含むが、投げ縄状カテーテル７１は磁場センサを含まない。図４は、バルーンカテーテル４０の近位電極５２ａ（図２）と表面電極４９との間の電流の流れを表す線７３も示す。
ここで、例えば、図１のシステム２０で使用される、ＩＣＬを使用する電流分布ベースの位置追跡方法における例示的なステップを含むフローチャート１００である図５を参照する。図４も参照する。図５の追跡方法は、生存被験者の身体に挿入されるように構成された第１のプローブを参照して説明される。第１のプローブは、切除カテーテル、例えばバルーンカテーテル４０、又は非切除カテーテル若しくはプローブ、例えば投げ縄状カテーテル７１であってもよい。加えて、第１のプローブは、生存被験者の心臓又は身体の任意の他の身体部分で使用されてもよい。第１のプローブは、第１のプローブ電極、例えば、投げ縄状カテーテル７１の感知電極を含む。一実施形態によれば、第１のプローブは磁場センサを含まない。別の実施形態によれば、第１のプローブは、磁場センサ、例えば、磁気センサ５０を含む。
処理回路４１（図１）は、身体内の第１のプローブ電極と身体表面電極４９との間の電流を測定する（ブロック１０２）ように構成される。処理回路４１は、第１のプローブの電流分布から第１のプローブの初期位置座標を計算する（ブロック１０５）ように構成される。処理回路４１はまた、局所スケーリングセルを生成し、その局所スケーリングセルを組み合わせて、第１のプローブの機械的モデル１０３に基づいて、例えば、第１のプローブ電極（例えば、投げ縄状カテーテル７１の感知電極）間の既知の間隔に基づく空間スケーリング行列を構築し（ブロック１０４）、体積全体に対して空間スケーリング行列の局所スケーリングセルから外挿することによって、体積全体の拡張スケーリング関数を計算する（ブロック１０６）ように構成される。
処理回路４１は、測定電流の分布に応じて第１の座標フレーム（例えば、ＩＣＬ座標フレーム）内の第１のプローブの第１の（補正された）位置座標を計算する（ブロック１０８）ように構成される。処理回路４１は、第１の座標フレーム内の第１のプローブの初期３次元（３Ｄ）表現をディスプレイ２７にレンダリングする（ブロック１１０）ように構成される。
いくつかの実施形態では、処理回路４１は、図９を参照してより詳細に説明するように、ＣＰＭの計算前に、第１の座標フレームに従って第１のプローブの初期３Ｄ表現をレンダリングし、ＣＰＭの計算後に、第２の座標フレーム（例えば、ＡＣＬ座標フレーム）に従って第１のプローブの修正３Ｄ表現をレンダリングするように構成される。ＩＣＬを使用する利点は、第１の座標フレーム（例えば、ＩＣＬ座標フレーム）でのレンダリングがＣＰＭ体積に限定されないことである。
ここで、図１のシステム２０で使用される磁気ベースの位置追跡方法の例示的なステップを含むフローチャート１２０である図６を参照する。図４も参照する。図６の追跡方法は、生存被験者の身体に挿入されるように構成された第２のプローブを参照して説明される。第２のプローブは、切除カテーテル、例えばバルーンカテーテル４０、又は非切除カテーテル若しくはプローブ、例えば投げ縄状カテーテル７１であってもよい。加えて、第２のプローブは、生存被験者の心臓又は身体の任意の他の身体部分に使用されてもよい。第２のプローブは、第２のプローブ電極、例えば、感知電極５２及び／又は切除電極５５を含む。第２のプローブは、磁場センサ、例えば、磁気センサ５０を含む。
いくつかの実施形態では、第１のプローブと第２のプローブは２つの異なるプローブであるが、２つのプローブは身体部分内の空間的制約の影響を受ける同じタイプのプローブであってもよい。いくつかの実施形態では、２つのプローブは、身体部分内で相互作用してもよく、例えば、第１のプローブは第２のプローブの内腔を通過してもよい。他の実施形態では、第１のプローブ及び第２のプローブは、同じ単一プローブである。
処理回路４１（図１）は、身体内の第２のプローブ電極と身体表面電極４９との間の電流を測定する（ブロック１２２）ように構成される。処理回路４１は、磁場６９に応答して第２のプローブの磁場センサ（例えば、磁気センサ５０）から磁気位置信号を受信する（ブロック１２４）ように構成される。処理回路４１は、磁気位置信号に応じて第２のプローブの磁気位置座標を計算する（ブロック１２６）ように構成される。処理回路４１は、（ブロック１２２のステップの）測定電流の分布と磁場発生器によって画定される第２の座標フレーム（例えば、磁気位置座標）に対する磁気位置信号との間の電流－位置マップ（又は行列）（ＣＰＭ）を計算する（ブロック１２８）ように構成される。第２のプローブが移動すると、ＣＰＭがマッピングを提供する体積は、ブロック１２２～１２８のステップを繰り返す（ライン１３０）ことによって拡張され得る。
ここで、例えば、図１のシステム２０で使用されるＡＣＬを使用する、ハイブリッド磁気－電流分布ベースの位置追跡方法における例示的なステップを含むフローチャート１４０である図７を参照する。図４も参照する。図７の追跡方法は、生存被験者の身体に挿入されるように構成された第３のプローブを参照して説明される。第３のプローブは、第１のプローブ、第２のプローブ、又は別のプローブであってもよい。第３のプローブは、切除カテーテル、例えばバルーンカテーテル４０、又は非切除カテーテル若しくはプローブ、例えば投げ縄状カテーテル７１であってもよい。加えて、第３のプローブは、生存被験者の心臓又は身体の任意の他の身体部分に使用されてもよい。第３のプローブは、磁場センサ、例えば磁気センサ５０を含んでもよい。いくつかの実施形態では、第３のプローブは磁場センサを含まない。
処理回路４１（図１）は、第３のプローブの第３のプローブ電極と身体表面電極４９との間の電流を測定する（ブロック１４２）ように構成される。処理回路４１は、ＣＰＭを（ブロック１４２のステップで測定された）測定電流の分布に適用し、第３のプローブの測定電流の分布に基づいて第３のプローブの磁気位置座標を計算する（ブロック１４４）ように構成される。処理回路４１は、計算された磁気位置座標の座標フレーム内、即ち、ＡＣＬ座標フレームでもある第２の座標フレーム内に、第３のプローブの３Ｄ表現をレンダリングする（ブロック１４６）ように構成されてもよい。第３のプローブが磁気センサ５０又は別の磁場センサを含む場合、第３のプローブの３Ｄ表現は、磁場センサの磁気位置及び／又は測定電流の分布へのＣＰＭの適用から計算される磁気位置座標に基づいてレンダリングされてもよい。ＣＰＭの使用と、ＣＰＭからの位置座標の計算とは、概して、図８に示すようにＣＰＭが計算された体積に制限されることに留意されたい。
ここで、図１のシステム２０におけるＣＰＭ体積１４８を示す概略部分ブロック図である図８を参照する。図８は、バルーンカテーテル４０が、感知電極５２ａ及び磁気センサ５０からの信号に基づいてＣＰＭの計算用のデータを提供しているが、切除電極５５はＣＰＭ体積１４８外にあることを示す。したがって、切除電極５５の位置は、ＡＣＬを使用して判定することができない。しかしながら、切除電極５５の位置は、第１の座標フレーム内のＩＣＬを使用して判定されてもよい。図８は、投げ縄状カテーテル７１の電極がＣＰＭ体積１４８内にあり、したがって、投げ縄状カテーテル７１の位置が、第２の座標フレーム内のＡＣＬを使用して計算され得ることも示す。上記のシナリオでは、バルーンカテーテル４０及び投げ縄状カテーテル７１は、カテーテルの位置が異なる座標フレームにおいて既知であるため、同じ画像で一緒にレンダリングされない。
ここで、図１のシステム２０で使用される座標フレーム変換方法における例示的なステップを含むフローチャート１５０である図９を参照する。処理回路４１（図１）は、第１の座標フレームと第２の座標フレームとの間（即ち、ＩＣＬ座標フレームとＡＣＬ座標フレームとの間）の変換を求める（ブロック１５２）ように構成される。変換は、ＣＰＭ体積１４８内の１つ以上の位置において同じプローブによって測定されたＩＣＬ座標及びＡＣＬ座標の使用に基づいてもよい。変換は概して、回転及び並進要素を含む。バルーンカテーテル４０に基づく変換を求める例示的な方法を、図１１及び図１２を参照してより詳細に説明する。
処理回路４１は、変換を第１の座標フレーム（即ち、ＩＣＬ座標フレーム）内の第１のプローブの第１の位置座標に適用して、第２の座標フレーム（即ち、ＡＣＬ座標フレーム）内の第１のプローブの第２の位置座標を生成する（ブロック１５４）ように構成される。第１の位置座標は、第１の座標フレーム内の第１のプローブの位置及び配向を含んでもよい。第２の位置座標は、第２の座標フレーム内の第１のプローブの位置及び配向を含んでもよい。第２の位置座標は、ＩＣＬ位置座標からの変換を使用することなく、ＡＣＬの使用がＣＰＭ体積１４８内でのみ可能である場合であっても、ＣＰＭがマッピングを提供するＣＰＭ体積１４８外に位置してもよい。
処理回路４１は、第２の座標フレーム（即ち、ＡＣＬ座標フレーム）内の第２の位置座標（例えば、位置及び配向）に従って第１のプローブの修正３Ｄ表現をディスプレイ２７にレンダリングする（ブロック１５６）ように構成される。いくつかの実施形態では、第１の座標フレーム（即ち、ＩＣＬ座標フレーム）内の第１のプローブの第１の位置座標（ここではＩＣＬ座標フレームからＡＣＬ座標フレームへと変換されている）がＣＰＭ計算前に計算されていても、ブロック１５６のレンダリングステップはＣＰＭ計算後に実行される。
いくつかの実施形態では、処理回路は、ＣＰＭの計算後に計算されたＩＣＬ座標から変換されたＡＣＬ座標であり得る追加の位置座標に従って、又はＡＣＬを用いて電流分布に基づきＣＰＭから導出された磁気位置及び／又は第１のプローブの磁場センサによって検出された磁場から導出された磁気位置に基づくＣＰＭ体積１４８内に位置する位置座標に従って、第１のプローブの更なる修正３Ｄ表現をレンダリングするように構成されてもよい。
第１のプローブは、任意の好適な画像レンダリング技術を使用してレンダリングされてもよい。例として、バルーンカテーテル４０は、任意の好適な方法に基づいて、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）を使用してレンダリングされてもよく、限定するものではないが、参照により本明細書に組み込まれるＺａｒらの米国特許公開第２０１８／０１８２１５７号に記載されている画像化方法を使用してレンダリングされてもよい。具体的にはＺａｒ，らの段落３１～４８は、電気解剖学的マップ上に二次曲面をレンダリングすることを記載している。二次曲面の例には、球体、楕円体、円筒体、円錐体、双曲放物面、放物面、及び双極面が挙げられる。画像化は、膨張可能バルーン４５のスプラインの機械的データ（図２）を使用することを含んでもよく、膨張可能バルーン４５のスプライン間に物質が存在し、様々な二次曲面を組み合わせてバルーンカテーテル４０の画像を形成することを想定してもよい。
ここで、図１のシステム２０で使用される第２の座標フレーム内のレンダリングを示すユーザインタフェース画面１５８の概略図である図１０を参照する。いくつかの実施形態では、処理回路４１（図１）は、変換された第２の位置座標に従ってレンダリングされた第１のプローブの修正３Ｄ表現と、ＡＣＬを用いてＣＰＭから導出された磁気位置、及び／又は第２のプローブの磁場センサによって検出された磁場から導出された磁気位置、及び／又は図９のブロック１５４のステップを使用してＩＣＬからＡＣＬに変換された座標から導出された磁気位置に従ってレンダリングされた第２のプローブの３Ｄ表現と、を含むディスプレイ２７にユーザインタフェース画面１５８をレンダリングするように構成されている。したがって、ディスプレイにレンダリングされた画像は、統合されたハイブリッドＩＣＬ－ＡＣＬベースの可視化及びマッピングである。図１０は、上記の位置追跡方法により、ユーザインタフェース画面１５８内の心臓２６の３Ｄ表現でレンダリングされている投げ縄状カテーテル７１及びバルーンカテーテル４０を示す。
ここで、図１のシステム２０で使用される第１の（ＩＣＬ）座標フレーム内のバルーン位置行列を計算する方法における例示的なステップを含むフローチャート１６０である図１１を参照する。図２も参照する。
較正ステップの一部として、バルーンカテーテル４０は、バルーンカテーテル４０の位置及び配向を登録するために、所与の位置及び所与の配向、典型的には身体の外側の所与の位置（原点位置）に配置され、近位電極５２ａは０，０，０デカルト座標に位置し、シャフト２２はデカルト座標系のｘ軸に沿って方向付けられる。次いで、バルーンカテーテル４０を、点ＩＣＬ及びＡＣＬ位置が計算される身体内の新しい位置に移動させる。ＩＣＬ位置の処理は図１１を参照して説明し、ＡＣＬ位置の処理は図１２を参照して説明する。デカルト座標は、例として使用され、任意の好適な座標系が使用されてもよい。
処理回路４１（図１）は、ＩＣＬ位置（即ち、ＩＣＬ座標フレーム内の位置座標）を受信する（ブロック１６２）ように構成されている。ＩＣＬ位置は、各切除電極５５に対する（ｘ，ｙ，ｚ）座標を有する１０個の切除電極５５の位置を含む。
処理回路４１は、切除電極５５のＩＣＬ位置によって画定される平面と、切除電極５５のＩＣＬ位置によって画定される円の中心とを、任意の好適な平面及び円形最良適合方法を用いて求める（ブロック１６４）ように構成される。あるいは、切除電極５５のＩＣＬ位置によって画定される円の中心は、切除電極５５のＩＣＬ位置を平均化することによって計算されてもよい。処理回路４１は、見出された平面を回転させることなく、実測面の実測中心を０，０，０座標に並進させる（ブロック１６６）ように構成される。
処理回路４１は、座標０，０，０の原点位置に近位電極５２ａを有するバルーンカテーテル４０のモデルを受信する（ブロック１６８）ように構成される。処理回路４１は、モデルの平面を並進させる（ブロック１７０）ように構成されており、近位電極５２ａが０，０，０座標の原点位置に置かれる代わりに、モデルの平面を回転させることなく、モデルの切除電極の中心が０，０，０座標と位置合わせされる。
ここで、バルーンカテーテル４０の切除電極５５によって画定される平面の中心と、バルーンモデルの切除電極５５によって画定される平面の中心は、どちらも０，０，０座標に位置する。処理回路４１は、２つの平面間の回転を求めることによってバルーンの回転を計算して、ＩＣＬ座標フレーム内のバルーン回転行列ＲＩＣＬ－ｓｃｌを求める（ブロック１７２）ように構成される。
上記の計算されたバルーン回転行列は、ＩＣＬの位置がＩＣＬ技術に従ってスケーリングされる際にスケーリング要素を含む。処理回路４１は、スケーリングなしにバルーン回転行列を求める（ブロック１７４）ように構成される。
Figure 0007404052000001
 式中、［Ｕ，Ｓ，Ｖ］＝ｓｖｄ（ＲＩＣＬ－ｓｃｌ）であり、Ｄｅｔ［Ｖ．ＵＴ］は［Ｖ．ＵＴ］の決定子であり、ｍ×ｎ行列Ｍに関しては、Ｍ＝Ｕ＊Ｓ＊ＶＴの形の因数分解（Ｍの「特異値分解」と称される）が存在し、ただし、Ｕはｍ×ｍのユニタリ行列（直交行列）であり、Ｓは対角上の非負の実数を有する対角ｍ×ｎ行列であり、Ｖはｎ×ｎのユニタリ行列であり、ＶＴはＶの共役転置である。Ｓの対角成分はＭの単一値として知られている。共通の規則は、単一値を降順で列挙することである。いくつかの実施形態では、対角行列ＳはＭによって一意に決定される。特殊だが共通である場合、Ｍが正の決定子を有するｍ×ｍの実正方行列であるとき、Ｕ、ＶＴ、及びＳも実ｍ×ｍ行列である。Ｓはスケーリング行列とみなすことができ、Ｕ、ＶＴは回転行列とみなすことができる。したがって、表現Ｕ、Ｓ、ＶＴは、回転又は反射、スケーリング、別の回転又は反射を含む３つの幾何学的変換の合成として直感的に解釈され得る。
処理回路４１は、身体内のバルーンカテーテル４０の新しい位置で近位電極５２ａのＩＣＬ位置［ＸＩＣＬ，ＹＩＣＬ，ＺＩＣＬ］を受信する（ブロック１７６）ように構成される。近位電極５２ａのＩＣＬ位置は、近位電極５２ａが（バルーンカテーテル４０の）磁気センサ５０と略同じ位置にあるため、バルーンＩＣＬ位置行列を求めるのに使用され、図１２を参照してより詳細に説明するバルーンＡＣＬ位置行列を計算する際に使用される。近位電極５２ａの位置は、０，０，０の原点から近位電極５２ａの電流位置への、近位電極５２ａの並進ベクトル
Figure 0007404052000002
 を提供する。
処理回路４１は、以下のように、ＲＩＣＬ及び近位電極５２ａのＩＣＬ並進ベクトル
Figure 0007404052000003
 に基づく回転と並進に関して、バルーン位置行列ＭＩＣＬを求める（ブロック１７８）ように構成される。
Figure 0007404052000004
ここで、図１のシステム２０で使用される変換行列を計算する方法における例示的なステップを含むフローチャート１８０である図１２を参照する。図２も参照する。
処理回路４１は、第２の（ＡＣＬ）座標フレーム内の位置（図１１を参照してＩＣＬ値を計算するために使用されるのと同じ位置）で、バルーンカテーテル４０の磁気センサ５０の位置（位置及び配向）を受信する（ブロック１８２）ように構成される。
処理回路４１は、第２の（ＡＣＬ）座標フレーム内のブロック１８２のステップで受信された磁気センサ５０の配向から３×３のバルーン回転行列ＲＡＣＬを求める（ブロック１８４）ように構成される。
処理回路４１は、ブロック１８２のステップで受信した位置データから第２の（ＡＣＬ）座標フレーム内の磁気センサ５０のバルーン磁気センサ並進ベクトル
Figure 0007404052000005
 を求める（ブロック１８６）ように構成される。
処理回路４１は、ＲＡＣＬ及び
Figure 0007404052000006
 からの回転及び並進を含む、バルーンＡＣＬ位置行列ＭＡＣＬを求める（ブロック１８８）ように構成されている。
Figure 0007404052000007
処理回路４１は、ＩＣＬ位置行列ＭＩＣＬ及びＡＣＬ位置行列ＭＡＣＬでの動作の実行に基づいて、ＩＣＬ座標フレームからＡＣＬ座標フレームへの変換行列ＴＩＣＬ－ＡＣＬ（回転及び並進要素を含む）を求める（ブロック１９０）ように構成される。ブロック１９０のプロセスについては、以下でより詳細に説明する。
ＩＣＬ配向からＡＣＬ配向への回転変換を提供する回転変換行列ＲＩＣＬ－ＡＣＬは、以下のように定義される。
ＲＡＣＬ＝ＲＩＣＬ－ＡＣＬ ＊ＲＩＣＬ
ＲＩＣＬ－ＡＣＬ＝ＲＡＣＬ ＊ＲＩＣＬ －１
近位電極５２ａのＩＣＬ座標フレームとＡＣＬ座標フレームとの間の並進は、以下のように表される。
Figure 0007404052000008
ＩＣＬ座標フレームからＡＣＬ座標フレームに変換する変換行列は、４×４行列であり、以下のような回転及び並進要素を含む。
Figure 0007404052000009
変換は、ＴＩＣＬ－ＡＣＬ ＊ＰＩＣＬ＝ＰＡＣＬに基づいてＩＣＬ座標フレームからＡＣＬ座標フレームへの任意の好適なプローブ可視化を伝達するために使用され、ただし、ＰＩＣＬはＩＣＬ座標フレーム内の位置行列であり、ＰＡＣＬはＡＣＬ座標フレーム内の位置行列である。
本発明の様々に異なる特徴が、明確性のために複数の別個の実施形態として記載されているが、これらが単一の実施形態中に組み合わせて提示されてもよい。逆に、説明を簡単にするために単一の実施形態として記載されている本発明の様々に異なる特徴が、別々に又は任意の適切な部分的組み合わせとして提示されてもよい。
上述の実施形態は、例として引用されており、本発明は、上述に特に示され、記載されたものによって限定されない。むしろ、本発明の範囲は、上述の様々な特徴の組み合わせ及び副組み合わせの両方、並びに前述の記載を読むと当業者が思い付くであろう先行技術に開示されていないその変形及び修正を含む。
〔実施の態様〕
（１） 医療用プローブ追跡システムであって、
生存被験者の皮膚表面に貼付されるように構成された複数の身体表面電極と、
前記生存被験者の身体に挿入されるように構成されており、第１のプローブ電極を含む、第１のプローブと、
前記生存被験者の前記身体に挿入されるように構成されており、第２のプローブ電極と磁場センサとを含む、第２のプローブと、
前記生存被験者の前記身体内に磁場を発生させるように構成された磁場発生器と、
ディスプレイと、
処理回路であって、
前記身体表面電極と前記身体内の前記第１及び第２のプローブ電極との間の第１及び第２の電流をそれぞれ測定することと、
前記第１の電流の分布に応じて、第１の座標フレーム内の前記第１のプローブの第１の位置座標を計算することと、
前記磁場に応答して、前記磁場センサから磁気位置信号を受信することと、
前記第１の座標フレーム内の前記第１のプローブの初期３次元（３Ｄ）表現を前記ディスプレイにレンダリングし、次いで、前記第２の電流の分布と前記磁場発生器によって画定された第２の座標フレームに対する前記磁気位置信号との間で電流－位置マップ（ＣＰＭ）を計算することと、
前記第１の座標フレームと前記第２の座標フレームとの間の変換を求めることと、
前記変換を前記第１の位置座標に適用して、前記第２の座標フレーム内の前記第１のプローブの第２の位置座標を生成することと、
前記第２の座標フレーム内の前記第２の位置座標に従って前記第１のプローブの修正３Ｄ表現を前記ディスプレイにレンダリングすることと、
を行うように構成された処理回路と、
を備える、システム。
（２） 前記処理回路は、前記ＣＰＭの計算前に、前記第１の座標フレームに従って前記第１のプローブの前記初期３Ｄ表現をレンダリングし、前記ＣＰＭの計算後に、前記第２の座標フレームに従って前記第１のプローブの前記修正３Ｄ表現をレンダリングするように構成されている、実施態様１に記載のシステム。
（３） 前記変換は、回転及び並進要素を含み、前記第１の位置座標は位置及び配向を有し、前記第２の位置座標は位置及び配向を有し、前記処理回路は、前記第２の位置座標の前記位置及び前記配向に基づいて、前記第１のプローブの前記修正３Ｄ表現をレンダリングするように構成されている、実施態様１に記載のシステム。
（４） 前記第２のプローブは、シャフトと、前記シャフトの遠位端に装着された膨張可能バルーンと、前記膨張可能バルーン上に配設された前記第２のプローブ電極の複数の電極と、を有するバルーンカテーテルを含み、前記磁場センサは前記シャフトの近位端に配設されており、前記処理回路は、前記複数の電極によって画定された第１の平面と、バルーンカテーテルモデル内の電極によって画定された第２の平面との間の回転からバルーン回転行列を求め、前記バルーン回転行列に基づいて前記変換を求めるように構成されている、実施態様３に記載のシステム。
（５） 前記第２の位置座標は、前記ＣＰＭがマッピングを行う体積外に位置する、実施態様１に記載のシステム。
（６） 前記処理回路は、前記変換された第２の位置座標に従った前記第１のプローブの前記修正３Ｄ表現と、前記ＣＰＭから導出された磁気位置及び前記磁場センサによって検出された前記磁場から導出された磁気位置のうちの任意の１つ以上に少なくとも基づく前記第２のプローブの３Ｄ表現と、をレンダリングするように構成されている、実施態様１に記載のシステム。
（７） 医療用プローブ追跡システムであって、
生存被験者の皮膚表面に貼付されるように構成された複数の身体表面電極と、
前記生存被験者の身体に挿入されるように構成されており、プローブ電極と磁場センサとを含む、プローブと、
前記生存被験者の前記身体内に磁場を発生させるように構成された磁場発生器と、
ディスプレイと、
処理回路であって、
前記身体表面電極と前記身体内の前記プローブ電極との間の電流をそれぞれ測定することと、
前記電流の第１の多重度の分布に応じて、第１の座標フレーム内の前記プローブの第１の位置座標を計算することと、
前記磁場に応答して、前記磁場センサから磁気位置信号を受信することと、
前記第１の座標フレーム内の前記プローブの初期３次元（３Ｄ）表現を前記ディスプレイにレンダリングし、次いで、前記電流の第２の多重度の分布と前記磁場発生器によって画定された第２の座標フレームに対する前記磁気位置信号との間で電流－位置マップ（ＣＰＭ）を計算することと、
前記第１の座標フレームと前記第２の座標フレームとの間の変換を求めることと、
前記変換を前記第１の位置座標に適用して、前記第２の座標フレーム内の前記プローブの第２の位置座標を生成することと、
前記第２の座標フレーム内の前記第２の位置座標に従った前記プローブの修正３Ｄ表現を前記ディスプレイにレンダリングすることと、
を行うように構成された処理回路と、
を備える、システム。
（８） 前記処理回路は、前記ＣＰＭの計算前に、前記第１の座標フレームに従って前記プローブの前記初期３Ｄ表現をレンダリングし、前記ＣＰＭの計算後に、前記第２の座標フレームに従って前記プローブの前記修正３Ｄ表現をレンダリングするように構成されている、実施態様７に記載のシステム。
（９） 前記変換は、回転及び並進要素を含み、前記第１の位置座標は位置及び配向を有し、前記第２の位置座標は位置及び配向を有し、前記処理回路は、前記第２の位置座標の前記位置及び前記配向に基づいて、前記プローブの前記修正３Ｄ表現をレンダリングするように構成されている、実施態様７に記載のシステム。
（１０） 前記プローブは、シャフトと、前記シャフトの遠位端に装着された膨張可能バルーンと、前記膨張可能バルーン上に配設された前記プローブ電極の複数の電極と、を有するバルーンカテーテルを含み、前記磁場センサは前記シャフトの近位端に配設されており、前記処理回路は、前記複数の電極によって画定された第１の平面と、バルーンカテーテルモデル内の電極によって画定された第２の平面との間の回転からバルーン回転行列を求め、前記バルーン回転行列に基づいて前記変換を求めるように構成されている、実施態様９に記載のシステム。
（１１） 前記第２の位置座標は、前記ＣＰＭがマッピングを行う体積外に位置する、実施態様７に記載のシステム。
（１２） 前記処理回路は、前記電流の第３の多重度の分布に基づいて前記ＣＰＭから導出された磁気位置及び前記磁場センサによって検出された前記磁場から導出された磁気位置のうちの任意の１つ以上に少なくとも基づいて、前記体積内に位置する第３の位置座標に従って前記プローブの更なる修正３Ｄ表現をレンダリングするように構成されている、実施態様１１に記載のシステム。
（１３） 医療用プローブ追跡方法であって、
複数の身体表面電極を生存被験者の皮膚表面に貼付することと、
第１のプローブ電極を含む第１のプローブを前記生存被験者の身体内に挿入することと、
第２のプローブ電極と磁場センサとを含む第２のプローブを前記生存被験者の前記身体内に挿入することと、
磁場発生器によって、前記生存被験者の前記身体内に磁場を発生させることと、
前記身体表面電極と前記身体内の前記第１及び第２のプローブ電極との間の第１及び第２の電流をそれぞれ測定することと、
前記第１の電流の分布に応じて、第１の座標フレーム内の前記第１のプローブの第１の位置座標を計算することと、
前記磁場に応答して、前記磁場センサから磁気位置信号を受信することと、
前記第１の座標フレーム内の前記第１のプローブの初期３次元（３Ｄ）表現を前記ディスプレイにレンダリングし、次いで、前記第２の電流の分布と前記磁場発生器によって画定された第２の座標フレームに対する前記磁気位置信号との間で電流－位置マップ（ＣＰＭ）を計算することと、
前記第１の座標フレームと前記第２の座標フレームとの間の変換を求めることと、
前記変換を前記第１の位置座標に適用して、前記第２の座標フレーム内の前記第１のプローブの第２の位置座標を生成することと、
前記第２の座標フレーム内の前記第２の位置座標に従った前記第１のプローブの修正３Ｄ表現を前記ディスプレイにレンダリングすることと、
を含む、方法。
（１４） 前記初期３Ｄ表現の前記レンダリングは、前記ＣＰＭの前記計算前に実行され、前記修正３Ｄ表現の前記レンダリングは、前記ＣＰＭの前記計算後に実行される、実施態様１３に記載の方法。
（１５） 前記変換は、回転及び並進要素を含み、前記第１の位置座標は位置及び配向を有し、前記第２の位置座標は位置及び配向を有し、前記修正３Ｄ表現の前記レンダリングは、前記第２の位置座標の前記位置及び前記配向に基づいて、前記第１のプローブの前記修正３Ｄ表現をレンダリングすることを含む、実施態様１３に記載の方法。
（１６） 前記第２のプローブは、シャフトと、前記シャフトの遠位端に装着された膨張可能バルーンと、前記膨張可能バルーン上に配設された前記第２のプローブ電極の複数の電極と、を有するバルーンカテーテルを含み、前記磁場センサは前記シャフトの近位端に配設されており、前記方法は、前記複数の電極によって画定された第１の平面と、バルーンカテーテルモデル内の電極によって画定された第２の平面との間の回転からバルーン回転行列を求めることと、前記バルーン回転行列に基づいて前記変換を求めることと、を更に含む、実施態様１５に記載の方法。
（１７） 前記第２の位置座標は、前記ＣＰＭがマッピングを行う体積外に位置する、実施態様１３に記載の方法。
（１８） 前記変換された第２の位置座標に従った前記第１のプローブの前記修正３Ｄ表現と、前記ＣＰＭから導出された磁気位置及び前記磁場センサによって検出された前記磁場から導出された磁気位置のうちの任意の１つ以上に少なくとも基づく前記第２のプローブの３Ｄ表現と、をレンダリングすることを更に含む、実施態様１３に記載の方法。
（１９） 医療用プローブ追跡方法であって、
複数の身体表面電極を生存被験者の皮膚表面に貼付することと、
プローブ電極と磁場センサとを含むプローブを前記生存被験者の身体内に挿入することと、
磁場発生器によって、前記生存被験者の前記身体内に磁場を発生させることと、
前記身体表面電極と前記身体内の前記プローブ電極との間の電流をそれぞれ測定することと、
前記電流の第１の多重度の分布に応じて、第１の座標フレーム内の前記プローブの第１の位置座標を計算することと、
前記磁場に応答して、前記磁場センサから磁気位置信号を受信することと、
前記第１の座標フレーム内の前記プローブの初期３次元（３Ｄ）表現を前記ディスプレイにレンダリングし、次いで、前記電流の第２の多重度の分布と前記磁場発生器によって画定された第２の座標フレームに対する前記磁気位置信号との間で電流－位置マップ（ＣＰＭ）を計算することと、
前記第１の座標フレームと前記第２の座標フレームとの間の変換を求めることと、
前記変換を前記第１の位置座標に適用して、前記第２の座標フレーム内の前記プローブの第２の位置座標を生成することと、
前記第２の座標フレーム内の前記第２の位置座標に従って前記プローブの修正３Ｄ表現を前記ディスプレイにレンダリングすることと、
を含む、方法。
（２０） 前記初期３Ｄ表現の前記レンダリングは、前記ＣＰＭの前記計算前に実行され、前記修正３Ｄ表現の前記レンダリングは、前記ＣＰＭの前記計算後に実行される、実施態様１９に記載の方法。
（２１） 前記変換は、回転及び並進要素を含み、前記第１の位置座標は位置及び配向を有し、前記第２の位置座標は位置及び配向を有し、前記修正３Ｄ表現の前記レンダリングは、前記第２の位置座標の前記位置及び前記配向に基づいて、前記第１のプローブの前記修正３Ｄ表現をレンダリングすることを含む、実施態様１９に記載の方法。
（２２） 前記プローブは、シャフトと、前記シャフトの遠位端に装着された膨張可能バルーンと、前記膨張可能バルーン上に配設された前記プローブ電極の複数の電極と、を有するバルーンカテーテルを含み、前記磁場センサは前記シャフトの近位端に配設されており、前記方法は、前記複数の電極によって画定された第１の平面と、バルーンカテーテルモデル内の電極によって画定された第２の平面との間の回転からバルーン回転行列を求めることと、前記バルーン回転行列に基づいて前記変換を求めることと、を更に含む、実施態様２１に記載の方法。
（２３） 前記第２の位置座標は、前記ＣＰＭがマッピングを行う体積外に位置する、実施態様１９に記載の方法。
（２４） 前記電流の第３の多重度の分布に基づいて前記ＣＰＭから導出された磁気位置及び前記磁場センサによって検出された前記磁場から導出された磁気位置のうちの任意の１つ以上に少なくとも基づいて、前記体積内に位置する第３の位置座標に従って前記プローブの更なる修正３Ｄ表現をレンダリングすることを更に含む、実施態様２３に記載の方法。

Claims (6)

  1. 医療用プローブ追跡システムであって、
    生存被験者の皮膚表面に貼付されるように構成された複数の身体表面電極と、
    前記生存被験者の身体に挿入されるように構成されており、第１のプローブ電極を含む、第１のプローブと、
    前記生存被験者の前記身体に挿入されるように構成されており、第２のプローブ電極と磁場センサとを含む、第２のプローブと、
    前記生存被験者の前記身体内に磁場を発生させるように構成された磁場発生器と、
    ディスプレイと、
    処理回路であって、
    前記身体表面電極と前記身体内の前記第１及び第２のプローブ電極との間の第１及び第２の電流をそれぞれ測定することと、
    前記第１の電流の分布に応じて、独立電流位置（ＩＣＬ）座標フレーム内の前記第１のプローブの第１の位置座標を計算することと、
    前記磁場に応答して、前記磁場センサから磁気位置信号を受信することと、
    前記ＩＣＬ座標フレーム内の前記第１のプローブの初期３次元（３Ｄ）表現を前記ディスプレイにレンダリングし、次いで、前記第２の電流の分布と前記磁場発生器によって画定された有効電流位置（ＡＣＬ）座標フレームに対する前記磁気位置信号との間で電流－位置マップ（ＣＰＭ）を計算することと、
    前記ＩＣＬ座標フレームと前記ＡＣＬ座標フレームとの間の変換を求めることと、
    前記変換を前記第１の位置座標に適用して、前記ＡＣＬ座標フレーム内の前記第１のプローブの第２の位置座標を生成することと、
    前記ＡＣＬ座標フレーム内の前記第２の位置座標に従って前記第１のプローブの修正３Ｄ表現を前記ディスプレイにレンダリングすることと、
    を行うように構成された処理回路と、
    を備える、システム。
  2. 前記処理回路は、前記ＣＰＭの計算前に、前記ＩＣＬ座標フレームに従って前記第１のプローブの前記初期３Ｄ表現をレンダリングし、前記ＣＰＭの計算後に、前記ＡＣＬ座標フレームに従って前記第１のプローブの前記修正３Ｄ表現をレンダリングするように構成されている、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記変換は、回転及び並進要素を含み、前記第１の位置座標は位置及び配向を有し、前記第２の位置座標は位置及び配向を有し、前記処理回路は、前記第２の位置座標の前記位置及び前記配向に基づいて、前記第１のプローブの前記修正３Ｄ表現をレンダリングするように構成されている、請求項１に記載のシステム。
  4. 前記第２のプローブは、シャフトと、前記シャフトの遠位端に装着された膨張可能バルーンと、前記膨張可能バルーン上に配設された前記第２のプローブ電極の複数の電極と、を有するバルーンカテーテルを含み、前記磁場センサは前記シャフトの近位端に配設されており、前記処理回路は、前記複数の電極によって画定された第１の平面と、バルーンカテーテルモデル内の電極によって画定された第２の平面との間の回転からバルーン回転行列を求め、前記バルーン回転行列に基づいて前記変換を求めるように構成されている、請求項３に記載のシステム。
  5. 前記第２の位置座標は、前記ＣＰＭがマッピングを行う体積外に位置する、請求項１に記載のシステム。
  6. 前記処理回路は、前記変換された第２の位置座標に従った前記第１のプローブの前記修正３Ｄ表現と、前記ＣＰＭから導出された磁気位置及び前記磁場センサによって検出された前記磁場から導出された磁気位置のうちの任意の１つ以上に少なくとも基づく前記第２のプローブの３Ｄ表現と、をレンダリングするように構成されている、請求項１に記載のシステム。
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