JP2011005251A - 斜め方向に向けられたコイルを有するカテーテル - Google Patents

Abstract

【課題】位置センサーを備えた体内医療機器を提供する。
【解決手段】カテーテル２４などの医療用プローブは、長手方向軸を有する細長い本体と、本体内に収容され、前記長手方向軸に対して斜め方向に向けられたトランスデューサー軸をそれぞれが有する複数の磁場トランスデューサー、すなわちは実質的に互いに直交する３個の磁場トランスデューサーを含む。これによりトランスデューサーが向けられる角度によって、位置センサーが３次元の磁場成分を検知することが可能となるのと同時に、プローブの長手方向軸の周囲に大径の、閉塞されていない管腔４０が保たれる。
【選択図】図１

Description

開示の内容

〔発明の分野〕
本発明は医療機器に関し、特に位置センサーを備えた体内医療機器に関する。

〔発明の背景〕
カテーテルなどの体内プローブは様々な医療用途で使用されている。こうしたプローブとしては例えば、バルーン血管形成カテーテル、レーザーアブレーション用、電気的アブレーション用又は冷凍アブレーション用のカテーテル、低切開手術用又は診断用のプローブ（probes used for nearly incision-less surgery or diagnosis）、及び内視鏡が挙げられる。こうしたプローブは、患者の体内における位置を体外のシステムによって測定することを可能とする位置センサーをしばしば備えている。

例えば、その開示内容を参照により本明細書に組み込む米国特許第６，６９０，９６３号は、遠位端に位置決定センサーを備えたカテーテルについて述べている。この位置決定センサーは、患者の体表の外側に配置される２個か３個の放射要素（例えばコイル）によって照射される２個か３個のアンテナ（例えばコイル）を含む。その３個の放射要素は放射要素駆動部によって駆動される。受信アンテナによって受信された信号は、放射要素を駆動するために使用される信号の表示とともに増幅及び処理され、カテーテルの遠位端の位置及び方向を、表示又は他の方法で指示する。

その開示内容を参照により本明細書に組み込む米国特許第６，２５３，７７０号は、カテーテルの一部によって閉塞される管腔を有するカテーテルについて述べている。そのカテーテルは、カテーテルの先端に位置検出要素を含む。

〔発明の概要〕
本発明の一実施形態は、長手方向軸を有する細長い本体と、該本体内に収容され、長手方向軸に対して斜め方向に向けられたトランスデューサー軸をそれぞれが有する複数の磁場トランスデューサーと、を含む医療用プローブを提供する。

いくつかの実施形態では、細長い本体は患者の臓器内に挿入するための挿入チューブを含む。開示される一実施形態では、前記複数のトランスデューサーは３個のトランスデューサーを含む。一実施形態では、前記各トランスデューサーは実質的に互いに直交する。別の実施形態では、トランスデューサーは、いずれのトランスデューサーも前記長手方向軸と交差しないように細長い本体内に配置される。更に別の実施形態では、細長い本体は長手方向軸に沿った中央管腔を含み、トランスデューサーは中央管腔とぶつからないように配置される。また更に別の実施形態では、トランスデューサーは細長い本体の遠位端に配置され、プローブは、トランスデューサーを細長い本体の近位端に配置されたコネクターに接続するリード線を含む。いくつかの実施形態では、プローブは、トランスデューサーを細長い本体内に保持するための円筒形状の固定部材を含み、固定部材は長手方向軸と平行な中央開口部を有する。一実施形態では、磁場トランスデューサーはコイルを含む。

本発明の一実施形態に基づけば、長手方向軸を有する細長い本体、及び本体内に収容され、長手方向軸に対して斜め方向に向けられたトランスデューサー軸をそれぞれが有する複数の磁場トランスデューサー、を含む医療用プローブと、１以上の磁場をプローブ内の磁場トランスデューサーと交換し、交換された磁場に応じてプローブの位置を計算するように構成された位置測定サブシステムと、を備える医療用位置追跡システムが更に提供される。

一実施形態では、トランスデューサーは、磁場検出要素を含み、この磁場検出要素は、細長い本体の遠位端に配置されており、遠位端の近傍に位置測定サブシステムによって発生させられる１以上の磁場を検知し、検知された磁場に応じて遠位端の位置を示す対応した電気信号を発生するように機能する。代替的な一実施形態では、トランスデューサーは、磁場発生要素を含み、この磁場発生要素は、細長い本体の遠位端に配置されており、位置測定サブシステムによって検知されるための１以上の磁場を発生させるように機能することによって、位置測定サブシステムによって検知された磁場が遠位端の位置を示したものとなる。

以下の発明の実施形態の詳細な説明を以下の図面と併せ読むことで本発明のより完全な理解がなされるであろう。

本発明の一実施形態に基づく医療用位置追跡システムの概略描写図。 本発明の一実施形態に基づくカテーテルの遠位端の縦断面図。 本発明の一実施形態に基づく位置センサーの断面図。 本発明の一実施形態に基づく位置センサーの断面図。 本発明の一実施形態に基づく位置センサー内の磁場トランスデューサーの３次元的配置を示す図。

〔実施形態の詳細な説明〕
様々な医療用システムにおいて、患者の体内に医療器具を導き、かつ／又は物質を投与する目的でカテーテル及び他の体内プローブが用いられている。一部のシステムでは、体内プローブは、体内におけるプローブの位置をシステムが追跡することを可能とする位置センサーを備えている。例えばこうした位置センサーは、複数の磁場トランスデューサーを含む場合がある。

本発明の実施形態は、改良された機械的構成を有する医療用プローブを提供するものである。開示される構成では、磁場トランスデューサーが、プローブの長手方向軸に対してトランスデューサーの軸が斜め方向に向けられるようにしてプローブに配設される。この文脈における「斜め方向に向けられた（obliquely oriented）」とは、トランスデューサーの軸がプローブの長手方向軸に対して平行でもなければ垂直でもないことを意味する。典型的な実施形態では、位置センサーは実質的に互いに直交する３個の磁場トランスデューサーを含む。

トランスデューサーが向けられる角度によって、位置センサーが３次元の磁場成分を検知することが可能となるのと同時に、プローブの長手方向軸の周囲に大径の、閉塞されていない管腔が保たれる。この管腔は、医療器具の挿入などの任意の好適な目的で使用することができる。下記に述べる例示的な構成では、それぞれが０．８ｍｍの長さを有する３個のトランスデューサーが、直径が３ｍｍ未満のカテーテル内に配設される。この構成では、１．２ｍｍの直径を有する閉塞されていない管腔が保たれる。

システムの説明
図１は、本発明の一実施形態に基づく医療用位置追跡システム２０の概略描写図である。システム２０では、カテーテル２４などの医療用プローブが、通常は動脈３０を通じて患者２８の体内に挿入される。例えば、特定の医療処置を行う目的でカテーテルを患者の心臓内に挿入することができる。また、カテーテルを他のあらゆる好適な臓器内に挿入することもできる。

カテーテル２４は、カテーテルの長手方向に延びる中央管腔４０を画定する細長い円筒状本体を備えている。管腔４０は、異なるカテーテルの用途において異なる目的で使用される。例えば、血管形成術においては、管腔を通じて送り込まれる生理食塩水を用いてバルーンを膨らませることができる。他の用途では、各種の医薬又は放射線不透過性物質をこの管腔を通じて臓器内に投与することができる。あるいは、管腔は、光ファイバー又はアブレーション電極などの各種の器具又は機器を導く目的で使用することもできる。

カテーテル２４の遠位端は、患者の体内におけるカテーテルの位置及び方向を測定するための位置センサー５０を含む。いくつかの実施形態では、位置センサー５０は、近傍の磁場を検出する複数の磁場検出要素５４（例えばコイル）を備えている。この磁場は、患者の体外の既知の位置に配置された磁場発生要素６０によって発生させられる。磁場発生要素６０は中央ユニット８０によって駆動される。各磁場発生要素６０は、通常、区別可能な交流電流によって駆動されることによって、区別可能な交流磁場を発生させる。交流電流は、周波数、位相、時間、又はこれらの組み合わせに関して通常区別することが可能である。

磁場発生要素６０によって発生させられた磁場は、位置センサー５０内の磁場検出要素５４によって察知される。磁場検出要素は、検知された磁場を示す電気信号を発生する。磁場検出要素からの電気信号はリード線９０によって中央ユニット８０に伝送される。リード線はコネクター９４を用いてユニット８０に接続されている。磁場検出要素５４によって発生させられた電気信号に基づき、中央ユニット８０が磁場発生要素６０に対する位置センサー５０の（すなわちカテーテルの遠位端の）位置及び方向を計算する。この位置情報は通常、例えばディスプレイ１００上で操作者に対して表示される。磁場測定を利用した体内の物体の位置追跡の更なる態様は、上記に引用した米国特許第６，６９０，９６３号に述べられている。

上述された説明では、位置センサーが磁場検出要素を含み、磁場発生要素が患者の身体の外側に配置されている。代替的な実施形態では、位置センサーが磁場発生要素を含んでもよく、磁場検出要素が患者の身体の外側に配置されてもよい。磁場検出要素及び磁場発生要素を本明細書ではいずれも磁場トランスデューサーと呼ぶものとする。

斜め方向に向けられた磁場トランスデューサーの構成
上述したように、カテーテル２４内の管腔４０は患者の体内に様々な物体又は物質を挿入する目的で使用される。一方では、こうした目的のために大径の、閉塞されていない管腔を保つことが極めて望ましい。他方では、カテーテルの遠位端に収容されるいずれの要素もこの管腔を潜在的に閉塞させ、直径を減少させてしまう可能性がある。

特に、磁場検出要素５４がカテーテル２４の遠位端内に配設されており、閉塞されていない管腔の直径を減少させてしまう可能性がある。磁場検出要素を特定の方向に向けることは、通常、磁場の異なる成分を検知するためには磁場検出要素を異なる角度に向けなければならないため、位置追跡性能と管腔の閉塞との間で性能のトレードオフをもたらす。

本発明の実施形態は、カテーテル２４などの医療用プローブ内に磁場検出要素５４などの磁場トランスデューサーを配設するための改良された構成を提供するものである。本明細書で述べられる構成では、磁場トランスデューサーはプローブの長手方向軸に対してトランスデューサーの軸が斜め方向に向けられる（すなわち平行でも垂直でもない）ような方向に向けられる。このため、プローブの長手方向軸の周囲の閉塞されていない管腔４０の直径が増大する。

図２は、本発明の一実施形態に基づくカテーテル２４の遠位端の縦断面図である。位置センサー５０がカテーテルの遠位端に配置されている様子が示されている。図に見られるように、カテーテルは細長い円筒状本体１０４を有している。細長い本体は患者の体内に挿入するための挿入チューブを備えている。挿入チューブは中央管腔４０を画定している。本実施例の位置センサー５０は中央開口部を有する円筒を含み、カテーテルの管腔４０が位置センサーの中央開口部を貫通している。

位置センサー５０は、通常は３個の検出要素である複数の磁場検出要素５４を備え、それらの内の２個が図２に示されている。検出要素５４は、通常、空気コアに巻回されたコイルを含むが、その代わりに他の種類の磁場検出要素を含むものでもよい。検出要素５４は、管腔４０を閉塞しないように、位置センサー５０の中央開口部の周囲に配設されている。各検出要素５４はそれぞれの軸１２０を有し、検出要素はカテーテルの長手方向軸１３０に対して各検出要素の軸が斜め方向に向けられるようにして配設されている。この結果、検出要素５４が磁場の３次元成分を検知することが可能であると同時に、カテーテルの中心に大径の閉塞されていない管腔が保たれることになる。図に見られるように、いずれの検出要素もカテーテルの中心軸と交差しておらず、管腔４０を一切閉塞していない。

いくつかの実施形態では、検出要素５４は中空の円筒状固定部材内に集合及び埋め込まれて、図２に示されるセンサー５０の形状を形成する。固定部材はカテーテル２４の遠位端内に嵌め込まれる。

図３Ａ及び３Ｂは、本発明の一実施形態に基づく位置センサー５０の断面を示した図である。図３Ａは、位置センサーの正面図又は横断面図を示したものである。図３Ｂは位置センサーの縦断面図を示したものである。位置センサー５０は中央開口部２１０を有する円筒２００を含み、上記図２に示される管腔４０がこの中央開口部を貫通する。検出要素５４は中央開口部２１０の周囲に配置され、管腔を閉塞することはない。更に、各検出要素５４の軸１２０はカテーテルの長手方向軸１３０に対して斜め方向に向けられている。

本実施例では、検出要素５４は中央開口部２１０の周囲（すなわちカテーテルの長手方向軸の周囲）に対称的に配置されており、検出要素５４の中心軸１２０は長手方向軸１３０に対して約５５°の角度に向けられている。この実施形態では、検出要素５４の中心軸１２０は下記図４に示されるように互いにほぼ直交する。検出要素５４の軸に沿った３つの部分を図３Ａ及び３ＢにＡＪ、ＦＬ、及びＣＫとして示し、２点をＢ及びＨとして示した。これらの部分及び点を用いて、図３Ａ及び３Ｂの断面図を下記図４の３次元図と関連付ける。

図４は、本発明の一実施形態に基づく位置センサー５０内の磁場トランスデューサー５４の３次元的配置を示す図である。図４は、各頂点がＡ〜Ｈとして示される仮想立方体３００を示している。ＡＢＣＤ及びＥＦＧＨは立方体の下面及び上面をそれぞれ示し、立方体の各辺の長さはＸとして示されている。Ｊ、Ｋ及びＬの３点は、辺ＡＢ、ＣＢ及びＦＢ上に、共通の頂点Ｂから距離Ｙの位置にそれぞれ配置されていて、Ｙ＜Ｘである。３個の検出要素の軸が、共通の頂点を有する立方体の３辺上にあることから、これらの軸は互いに直交する。

ここで、対角線ＢＨが図３Ａ及び３Ｂのカテーテルの長手方向軸１３０と一致するようにして立方体３００を回転させることを想像する。（回転後、図４の点Ａ〜Ｈは図３Ａ及び３Ｂに示される対応する点と一致する。）この時点で、検出要素５４は、それらの中心軸１２０が部分ＡＪ、ＣＫ、及びＦＬと一致するように配置される。したがって、図４は、図３Ａ及び３Ｂの検出要素５４の軸１２０が互いに直交している状態を示している。

上述した説明は、プローブが中央管腔を含み、磁場トランスデューサーがこの管腔を閉塞しないように配置されている実施形態に関するものである。より一般的には、本明細書で述べた技法は、いずれのトランスデューサーもプローブの長手方向軸と交差しないことが望ましい場合に適用することができる。例えば、開示される構成は、プローブの長手方向軸に沿って延びる円筒状コアを有するプローブにおいて中心コアの連続性を途絶させないことが望ましい場合に適用することができる。

上記に述べた実施形態は一例として引用したものであって、本発明は上記に具体的に図示及び説明したものに限定されない点は認識されるであろう。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それらの一部の組み合わせ、並びに上記の説明文を読むことで当業者には想到されるであろう、従来技術には開示されていない上記の特徴の変形例及び改変例が含まれるものである。

〔実施の態様〕
（１） 長手方向軸を有する細長い本体と、
前記本体内に収容され、前記長手方向軸に対して斜め方向に向けられたトランスデューサー軸をそれぞれが有する複数の磁場トランスデューサーと、を含む、医療用プローブ。
（２） 前記細長い本体が、患者の臓器内に挿入するための挿入チューブを含む、実施態様１に記載のプローブ。
（３） 前記複数のトランスデューサーが３個のトランスデューサーを含む、実施態様１に記載のプローブ。
（４） 前記トランスデューサーが実質的に互いに直交する、実施態様３に記載のプローブ。
（５） いずれの前記トランスデューサーも前記長手方向軸と交差しないように前記トランスデューサーが前記細長い本体内に配置される、実施態様１に記載のプローブ。
（６） 前記細長い本体が前記長手方向軸に沿った中央管腔を有し、前記トランスデューサーが前記中央管腔とぶつからないように配置される、実施態様１に記載のプローブ。
（７） 前記トランスデューサーが前記細長い本体の遠位端に配置され、前記プローブが、前記トランスデューサーを前記細長い本体の近位端に配置されたコネクターに接続するリード線を含む、実施態様１に記載のプローブ。
（８） 前記トランスデューサーを前記細長い本体内に保持するための円筒形状の固定部材を含み、前記固定部材が前記長手方向軸と平行な中央開口部を有する、実施態様１に記載のプローブ。
（９） 前記磁場トランスデューサーがコイルを含む、実施態様１に記載のプローブ。
（１０） 医療用位置追跡システムにおいて、
医療用プローブであって、
長手方向軸を有する細長い本体と、
前記本体内に収容され、前記長手方向軸に対して斜め方向に向けられたトランスデューサー軸をそれぞれが有する複数の磁場トランスデューサーと、
を含む、プローブと、
１以上の磁場を前記プローブ内の前記磁場トランスデューサーと交換し、前記交換された磁場に応じて前記プローブの位置を計算するように構成された位置測定サブシステムと、を備える、システム。

（１１） 前記細長い本体が、患者の臓器内に挿入するための挿入チューブを含む、実施態様１０に記載のシステム。
（１２） 前記複数のトランスデューサーが３個のトランスデューサーを含む、実施態様１０に記載のシステム。
（１３） 前記トランスデューサーが実質的に互いに直交する、実施態様１０に記載のシステム。
（１４） いずれの前記トランスデューサーも前記長手方向軸と交差しないように前記トランスデューサーが前記細長い本体内に配置される、実施態様１０に記載のシステム。
（１５） 前記細長い本体が前記長手方向軸に沿った中央管腔を有し、前記トランスデューサーが前記中央管腔とぶつからないように配置される、実施態様１０に記載のシステム。
（１６） 前記トランスデューサーが前記細長い本体の遠位端に配置され、前記プローブが、前記トランスデューサーを前記細長い本体の近位端に配置されたコネクターに接続するリード線を含み、前記プローブが前記コネクターを用いて前記位置測定サブシステムに接続される、実施態様１０に記載のシステム。
（１７） 前記プローブが、前記トランスデューサーを前記細長い本体内に保持するための円筒形状の固定部材を含み、前記固定部材が前記長手方向軸と平行な中央開口部を有する、実施態様１０に記載のシステム。
（１８） 前記トランスデューサーが磁場検出要素を含み、前記磁場検出要素が前記細長い本体の遠位端に配置され、前記遠位端の近傍に前記位置測定サブシステムによって発生させられる１以上の磁場を検知し、前記検知された磁場に応じて前記遠位端の位置を示す対応した電気信号を発生するように機能する、実施態様１０に記載のシステム。
（１９） 前記トランスデューサーが磁場発生要素を含み、前記磁場発生要素が前記細長い本体の遠位端に配置され、前記位置測定サブシステムによって検知されるための１以上の磁場を発生させるように機能することによって、前記位置測定サブシステムによって検知された前記磁場が前記遠位端の位置を示したものとなる、実施態様１０に記載のシステム。

Claims (19)

1. 長手方向軸を有する細長い本体と、
   前記本体内に収容され、前記長手方向軸に対して斜め方向に向けられたトランスデューサー軸をそれぞれが有する複数の磁場トランスデューサーと、を含む、医療用プローブ。
2. 前記細長い本体が、患者の臓器内に挿入するための挿入チューブを含む、請求項１に記載のプローブ。
3. 前記複数のトランスデューサーが３個のトランスデューサーを含む、請求項１に記載のプローブ。
4. 前記トランスデューサーが実質的に互いに直交する、請求項３に記載のプローブ。
5. いずれの前記トランスデューサーも前記長手方向軸と交差しないように前記トランスデューサーが前記細長い本体内に配置される、請求項１に記載のプローブ。
6. 前記細長い本体が前記長手方向軸に沿った中央管腔を有し、前記トランスデューサーが前記中央管腔とぶつからないように配置される、請求項１に記載のプローブ。
7. 前記トランスデューサーが前記細長い本体の遠位端に配置され、前記プローブが、前記トランスデューサーを前記細長い本体の近位端に配置されたコネクターに接続するリード線を含む、請求項１に記載のプローブ。
8. 前記トランスデューサーを前記細長い本体内に保持するための円筒形状の固定部材を含み、前記固定部材が前記長手方向軸と平行な中央開口部を有する、請求項１に記載のプローブ。
9. 前記磁場トランスデューサーがコイルを含む、請求項１に記載のプローブ。
10. 医療用位置追跡システムにおいて、
    医療用プローブであって、
    長手方向軸を有する細長い本体と、
    前記本体内に収容され、前記長手方向軸に対して斜め方向に向けられたトランスデューサー軸をそれぞれが有する複数の磁場トランスデューサーと、
    を含む、プローブと、
    １以上の磁場を前記プローブ内の前記磁場トランスデューサーと交換し、前記交換された磁場に応じて前記プローブの位置を計算するように構成された位置測定サブシステムと、を備える、システム。
11. 前記細長い本体が、患者の臓器内に挿入するための挿入チューブを含む、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記複数のトランスデューサーが３個のトランスデューサーを含む、請求項１０に記載のシステム。
13. 前記トランスデューサーが実質的に互いに直交する、請求項１０に記載のシステム。
14. いずれの前記トランスデューサーも前記長手方向軸と交差しないように前記トランスデューサーが前記細長い本体内に配置される、請求項１０に記載のシステム。
15. 前記細長い本体が前記長手方向軸に沿った中央管腔を有し、前記トランスデューサーが前記中央管腔とぶつからないように配置される、請求項１０に記載のシステム。
16. 前記トランスデューサーが前記細長い本体の遠位端に配置され、前記プローブが、前記トランスデューサーを前記細長い本体の近位端に配置されたコネクターに接続するリード線を含み、前記プローブが前記コネクターを用いて前記位置測定サブシステムに接続される、請求項１０に記載のシステム。
17. 前記プローブが、前記トランスデューサーを前記細長い本体内に保持するための円筒形状の固定部材を含み、前記固定部材が前記長手方向軸と平行な中央開口部を有する、請求項１０に記載のシステム。
18. 前記トランスデューサーが磁場検出要素を含み、前記磁場検出要素が前記細長い本体の遠位端に配置され、前記遠位端の近傍に前記位置測定サブシステムによって発生させられる１以上の磁場を検知し、前記検知された磁場に応じて前記遠位端の位置を示す対応した電気信号を発生するように機能する、請求項１０に記載のシステム。
19. 前記トランスデューサーが磁場発生要素を含み、前記磁場発生要素が前記細長い本体の遠位端に配置され、前記位置測定サブシステムによって検知されるための１以上の磁場を発生させるように機能することによって、前記位置測定サブシステムによって検知された前記磁場が前記遠位端の位置を示したものとなる、請求項１０に記載のシステム。

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