JP6534536B2 - 扁平型の位置特定パッド用の較正治具および較正方法 - Google Patents

Description

本発明は、全般的には較正に関し、具体的には体内プローブ追跡システムを較正するための方法に関する。

カテーテルなどの体内プローブの位置は、磁気位置追跡技術を使用して患者の身体内で追跡することができる。例えば、米国特許出願公開第２００７／０２６５５２６号は、患者に対して医療処置を施すための磁気位置追跡システムについて記載しており、その開示内容は本明細書において参照により援用される。患者は、患者の体の下にあるテーブルの上面上に位置付けられた、位置特定パッドを含むテーブルの上面上に位置付けられる。位置特定パッドは、各々の磁場を発生させるように動作可能であって、位置特定パッドの厚さ寸法が３センチメートル以下になるように配置された、１つ又は２つ以上の磁場発生器を含む。ポジションセンサが、患者の身体内に挿入するための侵襲性医療用デバイスに固定され、身体内における医療用デバイスの位置を測定するために磁場を感知するように配置される。

磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）は、患者の組織、特に軟組織を可視化するために使用される撮像技術である。この技術は、原子核、典型的には水素原子核をそれらの平衡状態から励起することと、原子核が平衡状態に緩和するときに原子核により放出される共鳴高周波信号を測定することとに依存する。測定された共鳴高周波信号は、組織の高品質画像を作成するのに使用される。医療従事者は、ＭＲＩを他の医療処置と併せて使用してもよい。

本発明の実施形態は、検出器アセンブリと位置決めユニットとインタフェース回路とを具備する装置を提供する。検出器アセンブリは、複数の磁場検出器のアレイを具備する。位置決めユニットは、検出器アセンブリを位置特定パッドを基準とした１つ又は２つ以上の既知の位置に固定すべく構成され、その位置特定パッドが磁場を生じ、位置決定システムを用いて体内磁場検出器に対する位置測定が為されるようになっている。インタフェース回路は、既知の位置に検出器アセンブリが固定されたときに検出器アセンブリの磁場検出器により発生する電気信号を出力するように構成され、位置決定システムで為された位置測定が較正されるようになっている。

幾つかの実施形態において、位置決めユニットは複数のスロットを備え、これらのスロットは、検出器アセンブリを受容すべく構成され、位置特定パッドを基準とした各々の既知の位置に検出器アセンブリが固定されるようになっている。他の実施形態において、複数の磁場検出器の各々は、１つ又は２つ以上の磁気コイルを具備する。更に他の実施形態において、位置決めユニットは、位置特定パッドの形状に一致するアダプタを具備する。

幾つかの実施形態において、位置決めユニットは、位置特定パッドを基準とした検出器アセンブリの既知の位置が設定されるように回転すべく構成された１つ又は２つ以上のターンスクリューを具備する。他の実施形態において、インタフェース回路は、複数の磁場検出器にまたがって接続された複数のケーブルを具備し、その複数のケーブルは、検出器アセンブリ内に形成された各々の複数のチャネル内に配置され、複数のケーブル間のクロストークが低減されるようになっている。

幾つかの実施形態において、本装置は、複数の磁気共鳴画像（ＭＲＩ）参照マーカーの整合アレイを含み、位置決めユニットが、ＭＲＩ参照マーカーの整合アレイを位置特定パッドを基準とした少なくとも１つの既知の位置に固定すべく更に構成され、位置決定システム及びＭＲＩシステムの座標系が整合されるようになっている。他の実施形態において、ＭＲＩ参照マーカーの整合アレイは、検出器アセンブリとは別個の整合アセンブリ内に包含されている。更に他の実施形態において、ＭＲＩ参照マーカーの整合アレイは、検出器アセンブリ内に埋め込まれている。

幾つかの実施形態において、ＭＲＩ参照マーカーは、既知の半径を有する流体充填済み球体を含む。他の実施形態において、ＭＲＩ参照マーカーは、既知の寸法を有する流体充填済みキューブを含む。

また、本発明の実施形態に従い、位置特定パッドに複数の磁場検出器のアレイを連結することであって、該位置特定パッドが磁場を生じ、位置決定システムを用いて体内磁場検出器に対する位置測定が為されるようにすること、を含む方法も提供されている。磁場検出器のアレイは、位置特定パッドを基準とした１つ又は２つ以上の既知の位置に固定される。既知の位置にアレイが固定されたときに磁場検出器により発生する電気信号に基づいて、位置決定システムで為された位置測定が較正される。

また、本発明の実施形態に従い、複数の磁場検出器のアレイを具備する検出器アセンブリを形成することを含む方法も提供されている。位置決めユニットは、検出器アセンブリを位置特定パッドを基準とした１つ又は２つ以上の既知の位置に固定すべく構成され、その位置特定パッドが磁場を生じ、位置決定システムを用いて体内磁場検出器に対する位置測定が為されるようになっている。インタフェース回路は、既知の位置に検出器アセンブリが固定されたときに検出器アセンブリの磁場検出器により発生する電気信号を出力するように構成され、位置決定システムで為された位置測定が較正されるようになっている。

本発明は、以下の詳細な実施形態の説明を、図面と併せ読むことによって、より十分に理解されるであろう。

本発明の一実施形態による、磁気共鳴映像（ＭＲＩ）と併置された磁気カテーテル追跡システムの概略描画図である。 本発明の一実施形態による、位置特定パッドの概略描画図である。 本発明の一実施形態による、較正治具の概略描画図である。 本発明の実施形態による、検出器アセンブリの概略描画図である。 本発明の実施形態による、検出器アセンブリの概略描画図である。 本発明の一実施形態に従い、位置特定パッドを較正して磁気共鳴映像（ＭＲＩ）スキャナと磁気カテーテル追跡システムとの間の座標系を整合させるための方法を、概略的に例示した流れ図である。

概論
カテーテルなどの体内プローブは、様々な治療的及び診断的医療処置で使用される。カテーテルを患者の生体に挿入し、体腔内の標的領域に到達するように操縦して医療処置を施す。磁場に基づく位置追跡システムでは、外部磁場が患者の身体に印加される。磁場は、患者の下に敷かれる位置特定パッド内に典型的に置かれた複数の磁場発生器（例えば、磁界発生コイル）により発生する。カテーテルの遠位端付近に設置されたセンサは、電気信号を生成することによって磁場に応答する。続いて、その信号が、追跡システムによって、患者の体内におけるカテーテルの位置及び配向を突き止めるのに使用される。

カテーテルの磁気位置追跡は、時には磁気共鳴画像（ＭＲＩ）システム内又はその付近で実行される。これら２つのシステムを併置することによって、例えば、磁気位置追跡及びＭＲＩデータの連結表示（joint display）が可能になるが、この種の併置を行うにあたって幾つかの課題が提起される。例えば、磁気カテーテル追跡に用いられる位置特定パッドの形状因子は、ＭＲＩシステムと適合性がなければならない。更には、ＭＲＩシステムが、磁場位置特定システムで生じた磁場を歪曲させる場合もあれば、それにより位置測定が歪曲してしまう場合もある。

本明細書に記載されている本発明の実施形態は、ＭＲＩシステムの存在下で位置特定パッドを較正し、かつＭＲＩシステムとカテーテル磁気位置決定システムとの間の座標系の整合を支援するための、新規な較正治具を提供するものである。幾つかの実施形態において、この種の治具は、位置特定パッドの上部に置かれ、ＭＲＩ準拠の位置特定パッドの形状因子に適合する。

例示的な実施形態において、治具は、複数のスロットを有する位置決めユニットを具備する。アレイ状に配置された複数の磁場検出器を具備する検出器アセンブリを、治具のスロットに交互に挿入することにより、位置特定パッドを基準とした既知の位置にアレイが固定されるようになっている。位置特定パッドにより生じた磁場は、様々な既知の位置に保持された状態のアレイ内の検出器により測定される。位置特定パッドにより生じる磁場の数理モデルは、典型的に、磁場測定に適合する。

幾つかの実施形態においては、位置決めユニット内の或るスロットから検出器アセンブリを取り出して別のスロット内に摺動させ、その検出器アセンブリを位置特定パッドより上の別の高さに保持することによって、位置特定パッドの上部の位置制御が為される。このようにして、患者胴体が通常存在するボリューム周辺にある複数の空間位置にて十分な磁場データが測定されたら、カテーテル磁気追跡システムの位置測定を較正するために、そのデータを磁場モデルに適合させる。このプロセスでは、ＭＲＩシステムによる位置特定パッドの磁場の歪曲が効果的に補正される。

他の実施形態において、較正治具は、ＭＲＩシステムで精確に撮像しマップできるＭＲＩ参照マーカーの整合アレイを、更に具備する。整合アレイは、ＭＲＩシステムで較正治具を撮像する場合、及びＭＲＩ画像座標系をカテーテル磁気追跡システムの座標系に整合させる場合に使用され得る。ＭＲＩ参照マーカーは、例えば、流体（例えば、水）で充填され、既知の寸法を有する球体又はキューブを、含み得る。ＭＲＩ参照マーカーは、検出器アセンブリ内に埋め込むこともできるし、又は位置決めユニットに挿入される別個のアセンブリ内にはり込むこともできる。

システムの説明
図１は、本発明の一実施形態による、磁気共鳴映像（ＭＲＩ）と併置された磁気カテーテル追跡システム２０の概略描画図である。システム２０は、ＭＲＩスキャナ２２と、カテーテルなどの体内プローブ２４と、制御コンソール２６とを備える。

心臓専門医などの操作者３０は、本明細書では心腔であると仮定される体腔にカテーテル２４の遠位端３４が入るように、患者３２の血管系を通してカテーテル２４を経皮的に進める。カテーテル２４は、例えば、複数の地点で心臓腔の組織に接触する、カテーテル２４の遠位端３４付近に配設された複数の電極を用いて、患者３２の心臓２８の心腔内における電位をマッピングするのに使用されてもよい。代替実施形態では、カテーテル２４は、変更すべきところは変更して、心臓又は他の身体器官において、他の治療及び／又は診断目的のために使用されてもよい。

コンソール２６は、磁気位置感知を使用して、心臓２８内部におけるカテーテル２４の遠位端３４の配向及び位置座標を決定する。図１の右上隅の点線付きの挿入図７２に示すように、コンソール２６は、テーブル３７上の患者の胴体の下に敷かれた位置特定パッド３８内の１つ又は２つ以上の磁場発生器３９を駆動する、駆動回路３６を動作させる。遠位端３４に設置されたポジションセンサは、位置特定パッド３８によって発生した磁場に応答して電気信号を発生させ、それによってコンソール２６が、位置特定パッド３８に対する遠位端３４の位置及び配向を、したがって患者３２の心臓内における位置及び配向を決定することができる。

ＭＲＩスキャナ２２は、併せて空間的に異なる磁場を発生させる、傾斜磁場コイルを含む磁場コイル２９を備える。空間的に異なる磁場は、スキャナによって発生する高周波（ＲＦ）信号の空間位置確認を提供する。更に、スキャナは、送信／受信コイル３１を備える。送信モードでは、コイル３１は、患者３２に対してＲＦエネルギーを放射し、このＲＦエネルギーは患者の組織の核スピンと相互作用し、それによって原子核の磁気モーメントをそれらの平衡位置から離れて再整列させる。受信モードでは、コイル３１は、組織の原子核がそれらの平衡状態へと緩和するときに患者の組織から受信するＲＦ信号を検出する。

図１において、患者３２を支えるＭＲＩスキャナ２２内のテーブル３７の図は、図１の右上隅にある点線付きの領域７２の図と対応している。本明細書に記載されている実施形態において、較正治具７０はシステム２０の較正に使用される。右上の挿入図に示すように、ＭＲＩスキャナ２２内のテーブル３７上の位置特定パッド３８の上部に治具７０が配置される領域は、患者３７の胴体が通常テーブル３７上に位置付けられる領域と一致している。この領域では、位置特定パッド３８により生じた総磁場Ｂ_Ｔ（ｘ，ｙ，ｚ）が、較正治具７０を使用して較正される。他の実施形態においては、同様に治具７０を使用して、ＭＲＩスキャナ２２の座標系が磁気カテーテル追跡システムの座標系と整合される。これについては、後ほど詳述する。

プロセッサ４０は、図１に示されている実施形態における複数の機能を有する。第一に、プロセッサ４０は、インタフェース回路（不図示）を介して位置特定パッド３８により生じた磁場に応答してカテーテル遠位端３４にあるポジションセンサ内で誘起される電気信号を受信するように構成されている。プロセッサ４０は、受信された電気信号を利用して、患者の身体内にあるカテーテルの位置を突き止める。幾つかの実施形態において、インタフェース回路はまた、Ｂ_Ｔ（ｘ，ｙ，ｚ）を測定する較正治具７０内に設置された複数の磁気検出器から各々の複数の電気信号を受信するように構成される。これらの複数の電気信号は、インタフェース回路を経由してプロセッサ４０に中継される。後述するように、プロセッサ４０はこれらの信号を位置較正の目的で利用する。

第二に、プロセッサ４０は、必要な傾斜磁場を形成することを含む、ＭＲＩコイル２９を制御する回路構成、並びに患者３２の周囲で送信／受信コイル３１を動作させる他の回路構成を使用することによって、ＭＲＩスキャナ２２を動作させる。プロセッサ４０は、コイル３１が受信する信号を使用して、患者３２の心臓２８の、又は少なくとも撮像すべき心腔のＭＲＩデータを取得する。このデータを使用して、プロセッサ４０は、心臓２８の画像４４をディスプレイ４２上で操作者３０に表示する。磁気追跡システムによって取得されたカテーテルの位置は、ＭＲＩスキャナ２２によって取得された、ディスプレイ４２上の心臓２８の画像４４に重ね合わせることができる。更に他の実施形態では、操作者３０は、１つ又は２つ以上の入力デバイス４６を使用して画像４４を操作することができる。

別の方法としては、プロセッサ４０の機能は、磁気位置追跡システムを管理するものと、ＭＲＩスキャナを管理するものとの２つのプロセッサ間で分割されてもよい。プロセッサ４０はまた、例えば、システム性能を低下させる可能性のある、各々のＭＲＩシステム及び磁気カテーテル追跡システムの磁気妨害を、又はそれらが共存することによる影響を低減するように構成されてもよい。つまり、例えば、ＭＲＩスキャナ２２で使用されるＭＲＩコイル２９及び３１により生ずる磁場と、磁気カテーテル追跡システム用の位置特定パッド３８内にある磁場発生器３９との間の結合作用が補正されるように、プロセッサ４０を構成するということである。

典型的には、プロセッサ４０は一般用途コンピュータで構成され、コンピュータには、本明細書に記載する機能を実行するソフトウェアがプログラムされている。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４０にダウンロードされてもよく、或いは、光学的、磁気的、又は電子的記憶媒体などの有形の持続的な媒体上で提供されてもよい。別の方法としては、プロセッサ４０の幾つかの又は全ての機能は、専用の若しくはプログラム可能なデジタルハードウェア構成要素によって、又はハードウェア要素とソフトウェア要素との組み合わせを使用することによって、実施されてもよい。

磁気カテーテル追跡システムは、本明細書に記載の処置を実行するように好適に変更された、Ｂｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ，Ｉｎｃ．（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｂａｒ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）から入手可能な、ＣＡＲＴＯ ＸＰ ＥＰ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｂｌａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍとして実現することができる。

図１に示される実施形態は、単に概念を明確にするためのものであり、本発明の実施形態を限定するものではない。ＭＲＩスキャナ２２及び磁気カテーテル追跡システムは、各システムごとの、システム２０で示される実施形態のように共有されない、別個のプロセッサを有してもよい。ＭＲＩスキャナ及びカテーテル追跡システムに対して、単一の又は別個のディスプレイが使用されてもよい。

ＭＲＩ適合性の位置特定パッド
図２は、本発明の一実施形態による、位置特定パッド３８の概略描画図である。位置特定パッドは薄型であり、患者の下に簡単に敷くことができる。位置特定パッドは、僅かに湾曲し（即ち、平坦平面から僅かに逸れており）、例えば、ＭＲＩスキャナ２２のチャンバ内に嵌入するようになっている。パッド３８のような薄型位置特定パッドの更なる態様は、その開示が本明細書において参照により援用されている「Ｌｏｗ−ｐｒｏｆｉｌｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｐａｄ ｆｏｒ ｍａｇｎｅｔｉｃ−ｂａｓｅｄ ｉｎｔｒａ−ｂｏｄｙ ｐｒｏｂｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ」と題した米国特許出願第１４／１３８，６５４号に記載されている。

位置特定パッド３８は、アレイ状に配置された複数の磁場発生器３９を具備する。図２の例示的な実施形態には、均等なサイズの１２個の発生器３９が示してある。アレイは、様々なプラスチックなどの任意の好適な材料から作られてもよいハウジング内に保持される。

各発生器３９は、平面コイル１００を具備する。コイルは、銅などの任意の好適な材料から形成されてもよい。一般的には電流である信号がコイル１００に印加されると、コイル１００は、印加された信号に応答して、かつコイルの面に垂直に配向される、磁場Ｂを発生させる。コイル１００の各列１４０は平面状であるが、その列がある表面は僅かに湾曲している。この構成でも、コイル１００によって発生する磁場の軸線は位置特定パッドの表面に垂直である。図２に示す右端の列にある磁場発生器３９は、アレイ全体を覆う、プラスチックなどの任意の好適な材料から形成されてもよい、コイル１００をカバーする覆い１５０を有している。

図１の右上隅にある点線付きの領域７２に示すように患者３２が位置特定パッド３８上に横たわり、カテーテル２４を操縦して位置特定パッドより上にある患者の身体内に差し込むと、カテーテルの遠位端３４付近にある磁気センサコイル１２０が、図１に示す合成磁場Ｂ_Ｔ（ｘ，ｙ，ｚ）に応答して、一般的には電圧である電気信号を発生させる。プロセッサ４０は、発生した電気信号を利用して、位置特定パッド３８に対する遠位端３４の位置を特定し、それにより患者３２内の遠位端３４の位置を特定する。

本明細書に提示する実施形態では、位置特定パッドは、例えば患者が位置特定パッドの上に横たわった状態で、患者とテーブル３７の上面との間に配置されるように構成される。位置特定パッドの横断方向寸法は、一般的に、ＭＲＩスキャナ内へと移動する患者テーブル３７の横断方向寸法に限定される。位置特定パッドの厚さｔは、通常、５ｍｍ以下であるように構成される。このようにして、ＭＲＩスキャナが磁気追跡システムの位置特定パッド３８に衝突若しくは干渉することがなく、又はその逆もない。

位置特定パッド３８内の磁界発生器３９は、異なる周波数を有する交流（ＡＣ）駆動信号を用いて駆動されるので、カテーテルの遠位端にあるセンサ内で誘起される信号をプロセッサ４０を介して互いに区別することができる。平行な軸線を有する磁場発生器を使用することで、結果として得られる磁場を数学的にモデリングすることが容易になり、それによって、カテーテルのセンサ出力に基づくカテーテルの遠位端の位置及び配向の計算が簡略化される。しかしながら、コイル１００により生ずる磁場Ｂは互いにほぼ平行になる。図２に示す湾曲に起因する、磁場Ｂの平行度から僅かなずれは、カテーテル位置追跡システムの精度にわずかな影響しか与えないことが判明した。

プロセッサ４０は、二段階の手順でプローブ位置（例えば、遠位端３４）を推定する。第一段階では、プローブ内のポジションセンサに感知されたコンポジット信号Ｂ_Ｔ（ｘ，ｙ，ｚ）の絶対量から、位置特定パッドより上のプローブの高さが推定される。次に、コンポジット信号における異なる周波数の相対振幅を分析することによって、位置特定パッドに対するプローブの横断方向位置を決定することができる。この初期推定値は、それ自体を出力することができ、又はより正確な繰返し位置推定プロセスに対する開始点として使用することができる。

しかしながら、遠位端３４位置推定のための上述した二段階の手順では、（図１の挿入図に示すように）患者の胴体の領域において位置特定パッド３８により生じた磁場が適切にモデリングされて較正されることを想定している。磁場を較正するため、本明細書に記載されている較正治具７０を介して、位置特定パッド３８の上部の領域内の磁場を表す任意の好適な数理モデルを、位置特定パッド上部の様々な空間位置（典型的にはテーブル３７上の領域７２）で取得された磁場測定データに適合させる。

較正治具構成の実施例
図３は、本発明の一実施形態による、較正治具７０の概略描画図である。較正治具７０は位置決めユニット２１０を具備し、この位置決めユニットには、隣接するスロット間に所定の固定距離で隔てられた複数のスロット２２０が設けてある。図１に示すように、治具７０は位置特定パッド３８の上部に配置されている。

検出器アセンブリ２００は、シェルフとも呼ばれ、複数の磁場検出器のアレイ２３０を具備する。検出器アセンブリ２００は、位置決めユニット２１０内のスロット２２０のいずれかに挿入され得る。位置決めユニット２１０内の複数のスロットは、位置特定パッド３８を基準とした１つ又は２つ以上の既知の位置に検出器アセンブリ２００を固定すべく構成されている。図３に示す実施形態において、位置特定パッド上部の検出器アレイの位置（例えば、高さ）は、複数のスロットによって制御される。

医療処置中に患者３２の胴体が位置する領域内にて位置特定パッド３８により生じた磁場をモデリングする目的で、患者胴体のボリューム内（例えば、点線付きの領域７２）の複数の各々の地点における磁場（例えば、大きさ及び方向を含む複合的な電界ベクトル）が、検出器２３０で測定される。図示されているように、検出器アセンブリ２００内の平面アレイにある検出器２３０によってＸ−Ｙ平面内の界磁（field）が測定されるが、高さの関数としての分布を測定する目的で、操作者３０は、位置特定パッド３８上部の検出器２３０のアレイのＺ方向における高さを変更する。ここに図示されている実施形態では、操作者３０は、ハンドル２４０を引っ張ることによってシェルフ２００を手動で摺動させて現在のスロットから取り出し、シェルフ２００を別のスロット２２０に挿入して、位置特定パッド３８より上のＺ方向における高さを変更する。

位置決めユニット２１０のベースプレート２５０は共形アダプタ２６０に接続されており、この共形アダプタは位置特定パッド３８の形状に適合かつ順応すべく構成され、検出器２３０のアレイが位置特定パッドより上の固定距離にてＸ−Ｙ平面内に収まり、かつＺ軸に直交するようになっている。アダプタ２６０は、任意の好適なプロセスを介して、位置特定パッド３８の曲率に一致するように機械加工又は形成され得る。

図３に示す較正治具７０の典型的な寸法は次の通りである。位置決めユニット２１０は、（Ｘ軸に沿った）幅３７０ｍｍ、（Ｙ軸に沿った）幅３７０ｍｍ、及び（Ｚ軸に沿った）高さ３５０ｍｍを有する。隣接するスロット２２０間の距離は、２０ｍｍである。シェルフ２００の厚さは、１７．５ｍｍである。シェルフ２００上の、隣接する検出器２３０のピッチは、３０ｍｍである。図３に示す個々の方形検出器２３０の寸法は、１５ｍｍである。上記の数値は、純粋に例として挙げたものである。代替的な実施形態では、他の任意の適当な寸法を用いることができる。

幾つかの実施形態において、検出器アセンブリ２００内の複数の検出器２３０は、インタフェース回路を介してプロセッサ４０に接続されており、このインタフェース回路はまた、検出器２３０をまたがって接続された複数のケーブルを具備する。インタフェース回路は、治具７０、コンソール２６、又はシステム２０の他の任意の好適なコンポーネント内に位置し得る。インタフェース回路は、（上述したように）位置特定パッド３８を基準とした既知の位置にアセンブリが固定されたときに検出器アセンブリ２００内の磁場検出器により発生する電気信号をプロセッサ４０に出力すべく構成されている。

他の実施形態においては、複数の検出器２３０からの配線間のクロストークを回避する目的で、チャネルを形成するか、穿設するか、又はシェルフ２００を形成するプレートに機械加工し、そこに複数のケーブルを配することにより、複数の検出器２３０からインタフェース回路への複数の配線を隔離させてクロストークを防ぐ。また、ツイストペア配線を使用してもよい。センサの取り出し及び交換を容易にする目的で、チャネルにクリップが追加されることもあり得る。プロセッサ４０は、複数の磁気検出器で測定された磁場測定値をインタフェース回路から受信するように構成される。

図３に示す治具７０の構成は、概念を明瞭にする目的でのみ図示されたものであって、本発明の実施形態を制限するものではない。治具７０を実現するために、位置決めユニット２１０、アセンブリ２００の他の任意の好適な寸法、検出器２３０のピッチ及びサイズが使用され得る。位置決めユニットを実現する場合、検出器アセンブリの既知の位置を手動で変更する代わりに、任意の好適な方法を用いることもできる。例えば、位置特定パッドに対するシェルフ位置を、電動式Ｘ−Ｙ−Ｚ軸コントローラを介して連続的に変えることもできる。

磁気カテーテル追跡とＭＲＩ座標系との整合
位置特定パッド３８を用いた磁気追跡システムが、図１に示すようにＭＲＩスキャナ２２と併置されているときは、ＭＲＩ座標系と磁気追跡システムの座標系との整合が促進されるように治具７０を構成し得る。

図４Ａは、本発明の一実施形態による、検出器アセンブリ２００の概略描画図である。図４Ａの左の図に示すように、第１の例示的な実施形態において、検出器アセンブリ２００Ａは、磁気検出器２３０Ａを７行８列に配したアレイを具備する。各磁気検出器２３０Ａは、ＸＹＺという３つの直交軸に沿って各々配向された３つの磁気コイル３００によって実現されている。上記したように、アセンブリ２００Ａは、ＭＲＩスキャナ２２では検出できない。（代替実施形態において、各磁気検出器は、１つ又は２つ以上のコイルを具備し得る。）

一実施形態において、整合アセンブリ２００Ｂは、検出器アセンブリ２２０Ａと同様な機械的寸法及び設置面積で製作される。しかしながら、磁気検出器２３０Ａが設置されているキューブ形状の穴の適当な位置に、この整合アセンブリは、流体充填済みキューブ２３０Ｂを７行８列に配したアレイを含む。キューブ２３０Ｂは、水のようなＭＲＩで検出可能な流体で充填され、ＭＲＩ画像参照マーカーとしての機能を果たす。その流体は、任意の好適な手順によりキューブ２３０Ｂの体積内に封入される。

整合アセンブリ２００Ｂが位置決めユニット２１０内に配置されると、続いて、キューブ２３０Ｂの水充填済み整合アレイをＭＲＩスキャナ２２が撮像することが可能になり、プロセッサ４０は、システム２０内のＭＲＩ参照マーカーの既知の位置を位置特定パッド３８に対して整合させる。その場合、ＭＲＩ参照マーカー２３０Ｂの既知の位置を用いて、ＭＲＩシステムの座標系を位置決定システムに整合させる。つまり、プロセッサ４０は、位置決めユニットを介して位置特定パッド３８を基準とした少なくとも１つの既知の位置に固定された複数のＭＲＩ参照マーカー２３０Ｂの整合アレイを用いて、座標系を整合させる。

図４Ｂは、本発明の一実施形態による、検出器及び整合アセンブリ２００Ｃを組み合わせた概略描画図である。アセンブリ２００Ｃは、ＭＲＩ参照マーカー３１０の整合アレイを具備する。本実施例において、マーカー３１０は、既知の半径を有しかつＭＲＩで検出可能な流体充填済み球体を含む。磁気検出器２３０Ｃの検出器アレイ内には、マーカー３１０付きの整合アレイが埋め込まれており、各磁気検出器には、ＸＹＺという３つの直交軸に沿って各々配向された３つの磁気コイル３００が含まれる。

検出器２３０Ｃとマーカー３１０との間の距離を含む、アセンブリ２００Ｃの機械的設置面積もまた、システム２０内のメモリーに保管される。このようにして、ＭＲＩ画像マーカーの整合アレイがＭＲＩスキャナ２２で撮像され、アセンブリ２００Ｃを用いた位置特定パッド３８からの磁場がシステム２０で測定される。磁気追跡システムにおける位置特定パッド３８上部の様々な位置でのＭＲＩ参照マーカー位置及び磁場の測定値は、プロセッサ４０により保管される。幾つかの実施形態においては、検出器２３０ＣとＭＲＩマーカー２３０との幾何学的な差異が解決されるように、アセンブリ設置面積を適用し得る。その後、プロセッサ４０は、２つの座標系を整合させて同期させる。

図４Ｂを参照すると、シェルフ２００Ｃ上のＭＲＩマーカー３１０の整数をＮとした場合に、ＭＲＩスキャナ２２の座標系に対してＭＲＩ参照マーカーのマップを整合させる際の誤差は、

に比例する。故に、シェルフ２００Ｃの平面全域に分散されたＭＲＩ参照マーカー３１０が増えると、整合精度が高まる。

前述した典型的な寸法を有する図３に示す実施形態の場合、較正治具７０を用いたときに、ＭＲＩスキャナ２２の解像度は約２ｃｍ^３となる。他の実施形態においては、解像度を１ｃｍ^３未満に向上させる目的で、特定のスロット内にアセンブリが固定された後、隣接するスロット２２０間の離隔距離内のアセンブリの既知の位置を連続的に変動させることによって、図３に示すＺ方向における高さが連続的に微調整されるように、位置決めユニットを構成できる。例えば、Ｚ方向に配向された共形アダプタ２６０内に１つ又は２つ以上のターンスクリューを埋め込むことも可能であり、それにより、ターンスクリューを回転させたときに、ベースプレート２５０が実質的に移動するか又は引き上げられ、その結果、位置決めユニット２１０が共形アダプタ２６０に対して移動するか又は引き上げられるようになる。

例示的な実施形態においては、１つ又は２つ以上のターンスクリューを回転するたびに、治具７０全体が、位置特定パッドに対して１ｍｍだけＺ方向へ移動する。それ故、ＭＲＩスキャナの解像度が１ｃｍ^３になるよう、選択されたスロット２２０内にシェルフ２００を挿入し、ＭＲＩ走査を行い、ターンスクリューを上又は下へ１０回廻して、高さを各々±１ｃｍ変更させることもできる。

シェルフ２００を別のスロット２２０に移動すると、治具７０及び／又は位置特定パッド３８が、テーブル３７上を及び／又は互いに対して移動し得る。この移動によって、システム２０におけるＭＲＩ及び位置特定パッド座標系の整合精度が低下する。幾つかの実施形態においては、この平行移動を防ぐため、任意の好適な方法により、治具７０及び位置特定パッド３８がＭＲＩスキャナ２２に対して及び／又はテーブル３７に対して固定される。

図４Ａ及び４Ｂに示す実施形態は、単に概念を明瞭にすることを目的としたものであり、本発明の実施形態を制限するものではない。図示されている例示的な検出器及び整合アレイは、任意の好適な数の磁気検出器及び／又は任意の好適な構成及びサイズを有するＭＲＩマーカーを含み得る。ＭＲＩ参照マーカーは、任意の好適なＭＲＩで検出可能な流体又は材料を含み得る。

図５は、本発明の一実施形態に従い、位置特定パッド３８を較正し、ＭＲＩスキャナ２２及び磁気カテーテル追跡システムの座標系を整合させるための方法を、概略的に例示した流れ図である。本実施例においては、両方の機能（較正及び整合）が同時に実行されるが、代替的に、較正及び整合を別々に実行することもできる。

配置工程４００において、操作者３０は、テーブル３７上に置かれた位置特定パッド３８の上部に較正治具７０を配置する。挿入工程４１０において、操作者３０は、磁気検出器２３０ＣとＭＲＩ画像参照マーカー３１０のアレイとを備えてなる検出器アセンブリ２００Ｃを、治具７０内のスロット２２０に挿入し、そのアレイを位置特定パッド３８より上の固定高さに保持する。操作者３０は駆動回路３６を起動させ、位置特定パッド３８内の複数の磁場発生器３９を駆動させる。磁気測定工程４２０において、プロセッサ４０は、検出器２３０Ｃを用い、固定高さにて磁気測定を行う。ＭＲＩ走査工程４３０において、ＭＲＩスキャナ２２は、ＭＲＩ測定を行い、ＭＲＩ参照マーカー３１０を固定高さにてマップする。

判定工程４４０において、プロセッサ４０は、異なる固定高さにて十分なＭＲＩ及び磁気測定データが取得されたかどうかを判定する。この判定が「ＮＯ」の場合、工程４１０において操作者はアセンブリ２００Ｃの固定高さを変更する。この判定が「ＹＥＳ」の場合、適合工程４５０において、プロセッサ４０は、位置特定パッド３８の磁場モデルを磁場測定値に適合させる。整合工程４６０において、プロセッサ４０は、ＭＲＩスキャナで撮像されたＭＲＩ参照マーカーを用いて、ＭＲＩスキャナ２２及びカテーテル磁気追跡システムの座標系を同期させる。幾つかの実施形態においては、上述したように、工程４６０にてアセンブリ２００Ｃの機械的設置面積が適用される。

本明細書に記載されている実施形態は、主に心臓カテーテルの追跡に焦点を当てたものであるが、本明細書に記載されている方法及びシステムはまた、耳鼻咽喉科におけるような位置特定パッドを用いる他の用途にも利用できる。

したがって、上述の実施形態は一例として引用したものであり、また本発明は上記に具体的に図示及び記載したものに限定されないこと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下位の組み合わせ、並びに上記の説明を読むことによって当業者には想到されるであろう、従来技術において開示されていない変形例及び改変例も含まれるものである。参照により本特許出願に援用される文書は本出願の不可欠な部分をなすものとみなされるべきであるが、これらの援用される文書において、いずれかの用語が、本明細書において明示的又は暗示的になされる定義と矛盾するように定義される限りは、本明細書における定義のみが考慮されるべきである。

〔実施の態様〕
（１） 装置であって、
複数の磁場検出器のアレイを具備する検出器アセンブリと、
前記検出器アセンブリを位置特定パッドを基準とした１つ又は２つ以上の既知の位置に固定すべく構成された位置決めユニットであって、前記位置特定パッドが磁場を生じ、位置決定システムを用いて体内磁場検出器に対する位置測定が為されるようにした、前記位置決めユニットと、
前記既知の位置に前記検出器アセンブリが固定されたときに前記検出器アセンブリの前記磁場検出器により発生する電気信号を出力するように構成され、前記位置決定システムで為された前記位置測定が較正されるようになっている、インタフェース回路と、
を備えてなる装置。
（２） 前記位置決めユニットが複数のスロットを備え、前記スロットが前記検出器アセンブリを受容すべく構成され、前記位置特定パッドを基準とした前記各々の既知の位置に前記検出器アセンブリが固定されるようになっている、実施態様１に記載の装置。
（３） 前記複数の磁場検出器の各々が１つ又は２つ以上の磁気コイルを具備する、実施態様１に記載の装置。
（４） 前記位置決めユニットが、前記位置特定パッドの形状に一致するアダプタを具備する、実施態様１に記載の装置。
（５） 前記位置決めユニットが、前記位置特定パッドを基準とした前記検出器アセンブリの前記既知の位置が設定されるように回転すべく構成された１つ又は２つ以上のターンスクリュー（turn screws）を具備する、実施態様１に記載の装置。

（６） 複数の磁気共鳴画像（ＭＲＩ）参照マーカーの整合アレイを更に含み、前記位置決めユニットが、前記ＭＲＩ参照マーカーの前記整合アレイを前記位置特定パッドを基準とした少なくとも１つの既知の位置に固定すべく更に構成され、前記位置決定システム及びＭＲＩシステムの座標系が整合されるようになっている、実施態様１に記載の装置。
（７） 前記ＭＲＩ参照マーカーの前記整合アレイが前記検出器アセンブリとは別個の整合アセンブリ内に包含される、実施態様６に記載の装置。
（８） 前記ＭＲＩ参照マーカーの前記整合アレイが前記検出器アセンブリ内に埋め込まれている、実施態様６に記載の装置。
（９） 前記ＭＲＩ参照マーカーが、既知の半径を有する流体充填済み球体を含む、実施態様６に記載の装置。
（１０） 前記ＭＲＩ参照マーカーが、既知の寸法を有する流体充填済みキューブを含む、実施態様６に記載の装置。

（１１） 前記インタフェース回路が、前記複数の磁場検出器にまたがって接続された複数のケーブルを具備し、前記複数のケーブルが、前記検出器アセンブリ内に形成された各々の複数のチャネル内に配置され、前記複数のケーブル間のクロストークが低減されるようになっている、実施態様１に記載の装置。
（１２） 方法であって、
位置特定パッドに複数の磁場検出器のアレイを連結することであって、前記位置特定パッドが磁場を生じ、位置決定システムを用いて体内磁場検出器に対する位置測定が為されるようにした、ことと、
前記位置特定パッドを基準とした１つ又は２つ以上の既知の位置に前記磁場検出器の前記アレイを固定することと、
前記アレイが前記既知の位置に固定されたときに前記磁場検出器により発生する電気信号に基づいて、前記位置決定システムで為された前記位置測定を較正することと、
を含む方法。
（１３） 前記アレイを連結することが、複数のスロットを含む位置決めユニットを前記位置特定パッドに連結することを含み、前記アレイを固定することが、前記アレイが前記位置特定パッドを基準とした前記各々の既知の位置に固定されるように、前記アレイを交互に前記スロットに挿入することを含む、実施態様１２に記載の方法。
（１４） 前記複数の磁場検出器の各々が１つ又は２つ以上の磁気コイルを具備する、実施態様１２に記載の方法。
（１５） 前記アレイを連結することが、前記位置特定パッドの形状に一致するアダプタを前記位置特定パッドに連結することを含む、実施態様１２に記載の方法。

（１６） 前記アレイを固定することが、前記位置特定パッドを基準とした前記アレイの前記既知の位置が設定されるように、１つ又は２つ以上のターンスクリューを回転することを含む、実施態様１２に記載の方法。
（１７） 複数の磁気共鳴画像（ＭＲＩ）参照マーカーの整合アレイを前記位置特定パッドに連結することと、前記ＭＲＩ参照マーカーの前記整合アレイを前記位置特定パッドを基準とした少なくとも１つの既知の位置に固定することと、前記整合アレイを用いて前記位置決定システム及びＭＲＩシステムの座標系を整合させることと、を含む、実施態様１２に記載の方法。
（１８） 前記ＭＲＩ参照マーカーの前記整合アレイが、前記磁場検出器を具備する検出器アセンブリとは別個の整合アセンブリ内に包含される、実施態様１７に記載の方法。
（１９） 前記ＭＲＩ参照マーカーの前記整合アレイが、前記磁場検出器と同じアセンブリ内に埋め込まれている、実施態様１７に記載の方法。
（２０） 前記ＭＲＩ参照マーカーが、既知の半径を有する流体充填済み球体を含む、実施態様１７に記載の方法。

（２１） 前記ＭＲＩ参照マーカーが、既知の寸法を有する流体充填済みキューブを含む、実施態様１７に記載の方法。
（２２） 方法であって、
複数の磁場検出器のアレイを具備する検出器アセンブリを形成することと、
前記検出器アセンブリを位置特定パッドを基準とした１つ又は２つ以上の既知の位置に固定するための位置決めユニットを構成することであって、前記位置特定パッドが磁場を生じ、位置決定システムを用いて体内磁場検出器に対する位置測定が為されるようになっている、ことと、
前記位置決定システムで為された前記位置測定が較正されるように、前記既知の位置に前記検出器アセンブリが固定されたときに前記検出器アセンブリの前記磁場検出器により発生する電気信号を出力するためのインタフェース回路を構成することと、
を含む方法。

Claims (20)

1. 装置であって、
   複数の磁場検出器のアレイを具備する検出器アセンブリと、
   前記検出器アセンブリを位置特定パッドを基準とした１つ又は２つ以上の既知の位置に固定すべく構成された位置決めユニットであって、前記位置特定パッドが磁場を生じ、位置決定システムを用いて体内磁場検出器に対する位置測定が為されるようにした、位置決めユニットと、
   前記既知の位置に前記検出器アセンブリが固定されたときに前記検出器アセンブリの前記磁場検出器により発生する電気信号を出力するように構成され、前記位置決定システムで為された前記位置測定が較正されるようになっている、インタフェース回路と、
   複数の磁気共鳴画像（ＭＲＩ）参照マーカーの整合アレイと、
   を備え、前記位置決めユニットが、前記ＭＲＩ参照マーカーの前記整合アレイを前記位置特定パッドを基準とした少なくとも１つの既知の位置に固定すべく更に構成され、前記位置決定システム及びＭＲＩシステムの座標系が整合されるようになっている、装置。
2. 前記位置決めユニットが複数のスロットを備え、前記スロットが前記検出器アセンブリを受容すべく構成され、前記位置特定パッドを基準とした各々の前記既知の位置に前記検出器アセンブリが固定されるようになっている、請求項１に記載の装置。
3. 前記複数の磁場検出器の各々が１つ又は２つ以上の磁気コイルを具備する、請求項１に記載の装置。
4. 前記位置決めユニットが、前記位置特定パッドの形状に一致するアダプタを具備する、請求項１に記載の装置。
5. 前記位置決めユニットが、前記位置特定パッドを基準とした前記検出器アセンブリの前記既知の位置が設定されるように回転すべく構成された１つ又は２つ以上のターンスクリューを具備する、請求項１に記載の装置。
6. 前記ＭＲＩ参照マーカーの前記整合アレイが前記検出器アセンブリとは別個の整合アセンブリ内に包含される、請求項１に記載の装置。
7. 前記ＭＲＩ参照マーカーの前記整合アレイが前記検出器アセンブリ内に埋め込まれている、請求項１に記載の装置。
8. 前記ＭＲＩ参照マーカーが、既知の半径を有する流体充填済み球体を含む、請求項１に記載の装置。
9. 前記ＭＲＩ参照マーカーが、既知の寸法を有する流体充填済みキューブを含む、請求項１に記載の装置。
10. 前記インタフェース回路が、前記複数の磁場検出器にまたがって接続された複数のケーブルを具備し、前記複数のケーブルが、前記検出器アセンブリ内に形成された各々の複数のチャネル内に配置され、前記複数のケーブル間のクロストークが低減されるようになっている、請求項１に記載の装置。
11. 方法であって、
    位置特定パッドに複数の磁場検出器のアレイを連結することであって、前記位置特定パッドが磁場を生じ、位置決定システムを用いて体内磁場検出器に対する位置測定が為されるようにした、ことと、
    前記位置特定パッドを基準とした１つ又は２つ以上の既知の位置に前記磁場検出器の前記アレイを固定することと、
    前記アレイが前記既知の位置に固定されたときに前記磁場検出器により発生する電気信号に基づいて、前記位置決定システムで為された前記位置測定を較正することと、
    複数の磁気共鳴画像（ＭＲＩ）参照マーカーの整合アレイを前記位置特定パッドに連結することと、
    前記ＭＲＩ参照マーカーの前記整合アレイを前記位置特定パッドを基準とした少なくとも１つの既知の位置に固定することと、
    前記整合アレイを用いて前記位置決定システム及びＭＲＩシステムの座標系を整合させることと、
    を含む、方法。
12. 前記アレイを連結することが、複数のスロットを含む位置決めユニットを前記位置特定パッドに連結することを含み、前記アレイを固定することが、前記アレイが前記位置特定パッドを基準とした各々の前記既知の位置に固定されるように、前記アレイを交互に前記スロットに挿入することを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記複数の磁場検出器の各々が１つ又は２つ以上の磁気コイルを具備する、請求項１１に記載の方法。
14. 前記アレイを連結することが、前記位置特定パッドの形状に一致するアダプタを前記位置特定パッドに連結することを含む、請求項１１に記載の方法。
15. 前記アレイを固定することが、前記位置特定パッドを基準とした前記アレイの前記既知の位置が設定されるように、１つ又は２つ以上のターンスクリューを回転することを含む、請求項１１に記載の方法。
16. 前記ＭＲＩ参照マーカーの前記整合アレイが、前記磁場検出器を具備する検出器アセンブリとは別個の整合アセンブリ内に包含される、請求項１１に記載の方法。
17. 前記ＭＲＩ参照マーカーの前記整合アレイが、前記磁場検出器と同じアセンブリ内に埋め込まれている、請求項１１に記載の方法。
18. 前記ＭＲＩ参照マーカーが、既知の半径を有する流体充填済み球体を含む、請求項１１に記載の方法。
19. 前記ＭＲＩ参照マーカーが、既知の寸法を有する流体充填済みキューブを含む、請求項１１に記載の方法。
20. 方法であって、
    複数の磁場検出器のアレイを具備する検出器アセンブリを形成することと、
    前記検出器アセンブリを位置特定パッドを基準とした１つ又は２つ以上の既知の位置に固定するための位置決めユニットを構成することであって、前記位置特定パッドが磁場を生じ、位置決定システムを用いて体内磁場検出器に対する位置測定が為されるようになっている、ことと、
    前記位置決定システムで為された前記位置測定が較正されるように、前記既知の位置に前記検出器アセンブリが固定されたときに前記検出器アセンブリの前記磁場検出器により発生する電気信号を出力するためのインタフェース回路を構成することと、
    複数の磁気共鳴画像（ＭＲＩ）参照マーカーの整合アレイを前記位置特定パッドに形成することと、
    前記ＭＲＩ参照マーカーの前記整合アレイを前記位置特定パッドを基準とした少なくとも１つの既知の位置に固定すべく前記位置決めユニットを構成することと、
    前記整合アレイを用いて前記位置決定システム及びＭＲＩシステムの座標系を整合させることと、
    を含む、方法。

Images