JPH07500979A - カテーテル深さ、位置および方向ロケーション装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 カテーテル深さ、位置および方向ロケーション装置 発明の分野 本発明は、生体組織内部のカテーテルと深さ、方向および位置を検出する装置に 関する。

発明の背景 今日の医療業務においては、人体の内部にカテーテルを位置決めすることが度々 要求される。カテーテルとは、人体の器官に液体を注入したり、人体の器官から 液体を抽出する中空のチューブである。カテーテルは、ペースメーカワイヤなど の電気的なインパルスを導く伝導性ワイヤを含み、または体温、血圧、および心 臓の出力などの生理学上の機能を検出するための装置を含んでもよい。

カテーテルは、身体の器官内部を観察するための光ファイバを含んでもよい、ま たカテーテルは、他のカテーテルを身体の穴、切り口または管内へ導くために使 用される案内ワイヤなどのような固い組成のものであってもよい。

一般的に、カテーテルは、心臓血管系、消化管系、呼吸器系、軟組織、または泌 尿器系などの他の内部組織内に配置される。はとんどの場合では、処置の間のガ イドおよび装置が適切に位置決めされなことの確認として、蛍光透視法やＸ線を 使用しながら、カテーテルが配置される。しかしながら、装置のコストの点で、 蛍光透視およびＸ線は、高コストの操作室または特別処置の研究室においてのみ 一般的な利用が可能である。さらに、配置および確認の際の多数の照射のため、 医師、看護婦および技師の繰返し照射が過度の放射線に達してしまうという現実 の懸念がある。

これらの問題を解決するための２つの方法がＶａｎ　Ｓｔｅｅｎｗｙｃｋらによ る米国特許第４．１７３゜２２８号と、５ｔｒｏｈｌ、　Ｊｒ、らによる米国特 許第４゜９０５．６９８号とに開示されている。　ＶａｎＳｔｅｅｎｗｙｃｋら は、カテーテルチューブの先端に嵌め込まれたセンサコイルのワイヤを備え、２ つのコイルワイヤがカテーテルから外部の増幅器および検出回路へ引出されたカ テーテル配置装置を開示している。外部プローブは、２つの電磁コイルを備え、 一方のコイルは皮膚に対して千行く患者は一般に上向きの姿勢であるので、以下 、水平という、）に、他方のコイルは皮膚に対して直角（以下、垂直という、） にそれぞれ備えられ、各コイルが電子オシレータによって駆動され、各コイルに よって高い周波数で時間的に変化する磁場が発生する。装置は、２つのコイルの 両方または一方を交互に通電するためのスイッチを有する。カテーテルのセンサ コイルは、水平（平行）外部コイルによって発生される磁場の強さと、垂直（直 角）外部コイルによって発生される磁場の位相とを検出する。センサコイルでの 磁場の強さは、水平コイルとセンサコイルとの間の距離と逆の関係にある。垂直 コイル駆動信号と検出信号との間の相対位相は、センサコイルに関して垂直コイ ルの位置を示し、垂直コイルがセンサコイルの後ろにあるときには２つの信号は 同位相にあり、垂直コイルがセンサコイルの前にあるときには２つの信号は逆位 相にあり、垂直コイルがセンサコイルの真上にあるときにはセンサコイルに誘導 信号は生じない。

Ｖａｎ　Ｓｔｅｅｎｗｙｃｋらによる装置は、カテーテルの方向および位置を比 較的正確に検出できるけれども、臨床に用いるには困難でかつ時間がかがるとい う多くの不都合が生じる。まず、患者の皮膚上でのいくつかの外部プローブ位置 の目印およびセンサの位置を確立するためそれらとの間を結ぶ線に関して、プロ ーブを平行にし、そして垂直にし、それから回転する繰返し走査が装置に要求さ れる。

最後に、装置は、カテーテルセンサコイルの位置および方向を確定するためには 、２つの外部コイルを繰返しスイッチングする必要がある。カテーテルの位置お よび方向を確定するためには、８個から１２個の別個の工程が必要である。さら に、Ｖａｎ　Ｓｔｅｅｎｗｙｃｋらによる装置では、深さ量の表示が得られない 。皮膚表面からのカテーテルの深さは、メータによって表示される信号の強さ、 およびレンジセレクタスイッチの設定から推定できるだけである。

発明の要約 したがって本発明の目的は、外部からカテーテルの位置、角度方向および深さを 検出するための使用が簡単かつ容易である装置を提供することである。

また本発明の目的は、多数の異なる方向へ繰返して走査する必要のない装置を提 供することである。

また本発明の目的は、患者の皮膚上にプローブの位置をマーキングする必要のな い装置を提供することである。

また本発明の目的は、操作者がコイル切換えを行う必要がない装置を提供するこ とである。

また本発明の目的は、カテーテルを配置している間、Ｘ線または蛍光透視の案内 を全く必要としない装置を提供することである。

また本発明の目的は、皮膚からのカテーテルの深さの数値的ディスプレイ、さら にカテーテルが向いている方向を指示するディスプレイを提供することである。

本発明は、上述の目的を達成する。すなわち、互いに垂直で同一平面上にあり、 水平な（皮膚に平行）一対の電磁コイルを備えることによって、カテーテルロケ ーション装置の使用が効率的で容易になる。その一対の電磁コイルは直角位相（ 各コイルに供給される交流電流の間が９０度位相）で駆動されて駆動周波数の各 サイクル毎に１回回転する回転磁場を発生し、カテーテルセンサコイルにおいて 誘導される信号の強さは、その水平面上におけるプローブの軸と、その水平面上 におけるセンサコイルの軸との間の相対的な角度には依存せず、プローブとセン サコイルとの間の距離に依存する。プローブがセンサの真上にあるときには、セ ンサに誘導される信号の強さは、プローブから下のセンサの実際の深さに関係す る。

本発明は、組織内部のカテーテルの深さおよび向きを外部から検出するため、仮 想回転磁場を発生するための手段を有する外部プローブと、仮想回転磁場に応答 して誘導信号を導出するためのカテーテル内センサと、プローブとセンサとの相 対的な角度方向に依存せず、カテーテルの組織内部における深さを検出するため の誘導信号の強さを指示するための手段とを含む装置を特徴とする。

好ましくは、仮想回転磁場は、プローブ内の互いに直交して配向された電磁コイ ルによって発生され、電磁コイルは水平（上向きの患者の皮膚に平行）で、同一 平面上にあり単一のコアに巻回される。これらのコイルは、実質的に一定な強さ の仮想回転磁場を発生するために、直角位相で駆動されても構わない。

センサは誘導コイルを備えるのが好ましい、誘導信号の相対的な強さを指示する ための手段は、ライトバーディスプレィ、デジタルディスプレイ、または誘導信 号の強さに応じて音色または音量が変化するオーディオアウトプットを備えても よい。

さらに誘導信号強度のピークを表示するための手段を備えてもよい。

装置は、プローブとカテーテルとの相対的な角度方向を決定するための手段を含 んでもよく、角度の決定はコイル駆動信号の位相と誘導信号の位相とを比較する ことによって達成されてもよい。

好ましくは、決定された角度方向を視覚的に指示するための手段が備えられ、こ れはプローブ自身に備えられてもよい。これは、プローブ上に、プローブとセン サとの相対的な角度方向を示す１つのライトが点灯するような円形パターンに配 列された多数のライトによって実現されてもよい。

装置は、さらにプローブに関してにカテーテルの方向を決定するための手段を含 んでもよく、これは、垂直に配向された第３のコイルと、そのコイルを交流信号 によって駆動して、時間変化磁場を発生させるための手段とによって実現されて もよい、カテーテルの方向を決定するための手段は、さらに交流信号の位相と誘 導信号の位相とを比較するための手段を含んでもよい。さらに、プローブに関す る決定されたカテーテルの方向を視覚的に指示するための手段をプローブ上に設 けてもよい。

装置には、電力を節約するために、一対の垂直コイル駆動信号をマルチプレクス するための手段が備えられてもよい。さらに、センサは、カテーテルに沿って間 隔を空けて設けられ、誘導信号を個別に発生して、単一の外部プローブでカテー テルの異なる部分を位置検出するための複数の誘導コイルを含んでもよい。

好適な実施例の開示 他の目的、特徴および利点は、好適な実施例および添付の図面の記述から当業者 に明らかになるであろう。

図１は、本発明によるカテーテルロケーション装置の概略的なブロック図である 。

図２Ａは、図１に示す装置の水平磁場発生コイルおよび直角位相駆動装置の概略 図である。

図２Ｂは、水平磁場発生コイルおよびカテーテルセンサコイルの平面図である。

図２０は、水平磁場発生コイルの図であり、回転磁場および誘導センサ電圧を示 す。

図２Ｄは、図２Ａに示すコイルセットに代わる３つのコイルである。

図３は、図１に示す装置のさらに詳細な概略図である。

図４は、プローブがセンサコイルの前方にあるか、真上にあるか、または後方に あるかを示すための垂直磁場発生コイルをさらに搭載する本発明の他の実施例の さらにもつと詳細な概略図である。

図５は、複数のセンサコイルでカテーテルの位１を検知するのに使用される本発 明のプローブの一形状を示す概略図である。

図６は、図５に示されるプローブと類似する本発明のプローブの一形状の部分拡 大平面図である。

図７は、図６に示すプローブの代替品の平面図である。

図１には、本発明によるカテーテル深さおよび位置ロケーション装置１０が示さ れる。装置１０は、２つの互いに直交したコイルワイヤが巻回され、ジェネレー タ２からの高周波電流を交互に切り替えることによって駆動されて高周波磁場を 発生する十字形のコイルセット１２を含む、コイルセット１２のコイルは直角位 相で駆動され、駆動周波数の１サイクル毎に１回だけ３６０度回紙回転回転磁場 を発生して、本質的に一定な強度の磁場を供給する。その結果、カテーテル９と 同軸であって、皮膚７のレベルより下に配置されたセンサコイル３０に誘導され た信号は、コイルセット１２からの距離だけに依存し、コイル３０に関してコイ ルセット１２のコイルの軸方向には依存しない強度を有することになる。コイル セット１２のコイルは、磁場を強くするために鉄またはフェライトのコアに巻回 されてもよく、コア無しで巻回されてもよい。

センサコイル３０での誘導信号は、トランス／アンプ８に送られ、トランス／ア ンプ８は、増幅した信号を相対角度インジケータ４および深さインジケータ６に 順番に送る。コイル３０に誘導される信号は、コイルセット１２のコイルによっ て発生される磁場の強さの関数であるが、コイルセット１２とコイル３０との間 の相対的な水平角度には依存しない１図３でさらに後述するように、相対角度イ ンジケータ４は、コイル駆動信号の１つと検出された信号との間の位相差に応じ て、コイルセット１２のうちの１つのコイルの軸とコイル３０の軸との間の相対 的な角度を指示する。

コイルセット１２ａ、（図２Ａ）は、コイル１０３および１０５が直交して同一 平面上に巻回される十字形のコイル形状１００を含む、コイル１０５は高周波電 流源１０６によって駆動され、コイル１０３は９０度位相シフトした同じ電源に よって駆動され、電源１０６の各サイクル毎に３６０度回転する仮想回転磁場供 給するために、コイルを直角位相で駆動する。この配置は、本質的に、機械的に 回転される棒磁石によって発生される回転磁場の電気バージョンである。その結 果、本質的に一定の強さの磁場になり、コイル１０３またはコイル１０５のいず れか一方の軸と図１に示すカテーテルコイル３０の軸との間の水平面上の角度に 関係なく、カテーテルが特定の深さにあるときには一定強度の誘導信号となる。

プローブの水平面上の方向が重要でないので、カテーテル位置選定手順が、米国 特許第４．１７３，２２８号に記述されたものよりも大幅に簡略化される。

図２Ｂは、駆動されるコイルセット１２、カテーテル９およびセンサコイル３０ との平面図であり、コイルセット１２の軸とセンサコイル３０の軸との相対的な 水平角度を示す。

図２０は、互いに直交したコイル１０３および１０５での直角位相の電流がどの ようにして回転磁場を発生させるかを示す、駆動電流のほぼ１サイクルが示され る。０度のとき、コイル１０３および１０５での電流が紙面上方を向く磁場を発 生し、角度Ａのときにはセンサコイル３０に電圧は誘導されないが、９０度のと きにはセンサ電圧は正の最大値となり、２７０度のときには負の最大値になる。

センサがコイル１０３に関して物理的に角度Ｂにあるとき、正および負の最大誘 導電圧は、角度Ａのときと同じ値を持つが、角度（Ｂ−Ａ）だけ時間的に位相シ フトしている。このように、誘導センサ電圧の振幅は角度の向きに依存しないが 、誘導電圧の位相はコイル１０３とセンサコイル３０との間の物理的角度に直接 的に関係する。

図２Ａでは十字形コイルが示されているが、他の形状および構成が当業者にとっ て想到されるであろう。たとえば、図２Ｄに示されるような星形コイルは、３つ の交流電流源（Ａ、Ｂ、Ｃ）によって駆動され、Ｂは１２０度だけ位相シフトし ており、Ｃは２４０度だけ位相シフトしている。この構成もまた、一定の強さの 回転磁場を発生する。

図３は、図１の装置１０の一実施例を示す。装ｆ　１０　ａは、直交したコイル １０３および１０５を直角位相で駆動するための交流電流ジェネレータ２ａを備 える。ジェネレータ２ａは、インバータ１６と、フリップフロップ１８および２ ０と、複数のスイッチまたはカレントアンプ２２および２４の組合せから成る高 周波オシレータ１４を含み、オシレータ２ａは同一のコイル１０３および１０５ に高周波交流電流信号を供給し、上述のようにコイルを直角位相で駆動する。こ の磁場はセンサコイル３０に信号を誘導させ、その信号の強さは、送信器コイル １２からのセンサの距離の３乗の逆数に比例する。センサ電圧は、患者と回路と の間の安全絶縁をも提供するトランス３２によって昇圧され、さらにアンプ３４ によって増幅される。増幅された信号は、相対角度インジケータ４ａおよび深さ インジケータ６ａに供給される。

深さインジケータ回路６ａは、全波整流器３６と、磁場発生コイルからのセンサ の距離の３乗に反比例する直流電圧を磁場発生コイル１０３および１０５に関し てセンサコイル３０の実際または相対的な深さを示すための音声および視覚出力 の１つ以上に供給するローパスフィルタ３８とを含む、１つの音声出力は、電圧 制御オシレータ４２を駆動するための対数アンプ４０を搭載することによって供 給され、電圧制御オシレータ４２の出力はスピーカ４４に印加されて、プローブ がセンサコイルに近づくにつれてピッチが高くなる可聴音を発生する。対数アン プの好ましさについては後述する。もう１つのディスプレイは、ＬＥＤまたは液 晶ライトバーディスプレィ４８であり、プローブがセンサコイルに近づくにつれ てバーの長さが増える。

ディスプレイ４８は、センサ電圧の広範囲の値に対応するために、センサ電圧の リニアディスプレイとは対照的に表示は対数ディスプレイを組込むことが好まし い。たとえば、体内におけるセンサの深さは、患者とカテーテルとの位置関係に 依存して、１／２インチ以下からフインチ以上の範囲で変化するであろう、この 範囲にわたって増幅されたセンサ出力電圧は、たとえば１ｍＶ以下から５００ｍ Ｖ以上までの範囲、すなわち５００：１の範囲に渡る。

リニアディスプレイは、約３０＝１程度の範囲を十分に表示し、フルスケールの １／３０より小さい電圧はかろうじて見える。インジケータの上位部分が圧縮さ れ、かつ下位部分が伸張された対数ディスプレイを用いることによって、フルス ケールの１１５００の電圧レベルが、リニアディスプレイ上のフルスケールの１ ／１ｏのレベルとして同じ部分に現れるであろう、こうしてロケーション装置が 身体内でのカテーテル深さのより大きい範囲にわたって使用可能となる。ライト バーディスプレィは、たとえばナショナル　セミコンダクター社製のＬＭ３９１ ５対数バーグラフディスプレイ駆動装置によって実現される駆動回路５゜および ５４によって構成されてもよく、駆動回路５０および５４はＬＥＤライトバーデ ィスプレィ５２および５６を駆動するためのそれぞれ１０個の出力を持つ。各Ｌ ＥＤは、センサ電圧の３ｄＢ毎の変化を表示する。２０個のＬＥＤは６０ｄＢの 変化を示し、すなわちセンサ電圧で１０００＋１の変化である。ＬＥＤの隣にイ ンチまたはセンナメートルでスケールが刻まれ、センサ３０の相対的な深さを示 すようにしてもよい。

同様に、電圧制御オシレータ４２を駆動するための対数アンプ４０を使用するこ とで、センサ信号が５００：１の範囲で変化するにつれて、ピッチが円滑にかつ 徐々に変化する。

第３のディスプレイは、信号受信回路に、検出信号の強さに応じた直流電圧を発 生させることによって実現されてもよく、直流電圧はアナログデジタルコンバー タ５８によってデジタル形式に変換される。デジタルデータはプログラマブルリ ードオンリメモリ回路６０に供給され、リードオンメモリ回路６０は、「ルック アップテーブルＪとして機能し、デジタルデータを、外部プローブとカテーテル センサコイルとの間の距離を示す２または３つのディジット数値ディスプレイに 変換し、駆動回路６２および６４は、バイナリデータを７セグメント数値表示用 ＬＥＤまたは液晶ディスプレイを駆動する電圧に変換する。

相対角度インジケータ４ａは、コイル駆動信号および増幅された検出信号を位相 ディテクタ６８、に印加することによって、磁場発生コイルセット１２の２つの 電磁コイルのうちの１つの軸とセンサコイル３０の軸との水平面上における近似 的な相対角度を指示する１位相ディテクタ６８がらの出力は、ローパフイルタフ ０によってフィルタされ、アンプ７２によって増幅され、円周に沿って物理的に 配設される８個の発光ダイオードまたはランプを駆動するためのディスプレイ駆 動部７６を含む相対角度ディスプレイに供給される。ディスプレイ駆動部７６は 、たとえばナショナル　セミコンダクター社製のＬＭ３９１４によって実現され てもよく、そのバーグラフディスプレイ駆動装置は、アナログ入力電圧を１０個 までのＬＥＤへの離散的に駆動電圧に変換する。ディスプレイ７４には８個のＬ ＥＤＬか示されていないが、さらにディスプレイ駆動部７６を増設することによ ってより多い数が組込まれるであろう、その結果、図６および図７をもとに後述 するように、プローブハウジングコイルセット１２ａの長い軸と、カテーテルセ ンサコイルの軸との間の近似的な相対的角度方向が視覚的に指示される。

こうしてカテーテルを操作する人間が、位置決め中に蛍光透視やＸ線を使用する ことなく、カテーテル先端の正確な位置を決定することが可能になる。

図４は外部プローブとカテーテルセンナコイルとの間の相対的な配向、すなわち 垂直配向磁場発生コイルが、センナコイルの前方にあるか、後方にあるか、また は真上にあるがを示す配向、を追加的に与えるために前述の一対の水平コイルと 連携して、垂直配向磁場発生コイルを組込んだ本発明による装置の他の実施例を 示す。また図４は、電池電力を節約するため、コイル駆動信号のマルチブレクス を示す。

図４の装置は、カテーテルセンサコイルにおいて位相検出する応答を発生するた めの垂直配向磁場発生コイルと、センサコイルにおいて振幅検出する応答を発生 するための水平配向磁場発生コイルとを組合せている。この２つの手法間を手動 で切換えるのを避けるために、マルチプレラス法が用いられ、水平および垂直磁 場発生コイルとは交互に通電される。同様に、受信信号は磁場発生コイルに同期 して交互にサンプルホールドされ、２つの分離された直流信号が導出され、一方 は垂直コイルの磁場とセンサ信号との間の位相に関係し、他方はセンサコイルに よって受信された水平コイルの磁場の振幅（強度）に比例する。

駆動信号のマルチプレクスは、３３Ｈｚの低周波方形波オシレータ１２４を用い て実現され、方形波が正の半周期の間には高周波オシレータ１３０を発振させ、 残る半周期の間にはインバータ１２６を介して高周波オシレータ１２８を発振さ せ、１５ｍ５ｅｃ期間おきに振幅コイル１２ａおよび位相コイル１２２を駆動す る。

垂直位相コイル１２２とセンサコイル３０との間の位相検出は、好ましくは５０ ｋＨｚであるオシレータ１２８の出力によってＭＯ３ＦＥＴスイッチ１４４を駆 動することによって行われる。この出力は、位相参照信号入力として後述するフ ェイズシフタ１９６にも供給される。スイッチ１４４は、コンデンサ１４０およ び垂直磁場発生コイル１２２を含む共振回路への電流を切換える。

コイル１２２によって発生する磁場は、センサコイル３０において電圧を誘導す る。このセンサ電圧は、センサを他の回路から絶縁するトランス１５４によって 昇圧され、さらにアンプ１５６によって２００倍に増幅される。その信号はさら に、アンプ１９２によって２０倍に増幅されてフェイズディテクタ１９４の信号 入力に供給される。フェイズディテクタ参照信号は、スイッチ１４４の出力から 、フェイズシフタ１９６を介して位相ディテクタ１９４の参照入力に入力され、 フェイズシフタ１９６はアンプ回路によって発生される入力信号の位相シフト量 を補償するように調整される。

位相ディテクタ１９４からの出力は、信号の強さにかかわらず、各信号が同位相 にあるとき、大部分がハイレベルとなり、各信号が逆位相にあるときには大部分 がローレベルとなる高周波信号である。位相ディテクタの出力は、高周波の信号 を滑らかな直流信号に代えるローパスフィルタ１９８を通って、サンプルホール ド１９０に入力され、サンプルホールド１９０は、ディレィ回路１４８からの遅 延したホールドパルスによって動作し、位相ディテクタ出力が、サンプルホール ド１９０が動作する前の最後の値に落ち着くのを確実にする。１倍ゲインアンプ １９２は、サンプルホールド１９０にハイインピーダンスを提供する。さらに信 号は、２つの参照電圧が供給されてコンパレータ１９４に到達する。検出信号と 参照信号とが同位相にあるときには、アンプ１９２の出力が高くなり、さらにコ ンパレータ１９４の８ピンからの出力がハイレベルとなり、これによってインバ ータ１９６が赤いＬＥＤを点灯させる。磁場発生コイルの位置が各信号が１８０ 度逆位相になるように変えられて、アンプ１９２からの出力が低くなり、コンパ レータ１９４の１４ビンからの出力がハイレベルとなり、これによってインバー タ１９８が黄色いＬＥＤ２０２を点灯させる。センサからの出力信号が非常に微 弱または存在しない場合には、アンプ１９２からの出力が中間電圧と推定され、 コンパレータ回路１９４のコンパレータがいずれにも傾かず、いずれのＬＥＤも 点灯しない。この結果、垂直位相コイル１２２がセンサコイル３０を通り越して 、カテーテルの先端に限らないカテーテルの長手方向に沿ったいずれかの場所に 配置されているときには、送信信号と検出信号とは同位相にあり、赤いＬＥＤが 点灯される。

発振コイルがセンサコイルの手前にあるときには、黄色いＬＥＤが点灯する。装 置が赤いＬＥＤと黄色いＬＥＤとを切換えるとき、発振位相コイル１２２はセン サコイル３０の真上にある。

装置１２０における振幅検出（距離決定）は、次のようにして行われる。オシレ ータ１３０は、フリップフロップ１３４からの方形波出力がフリップフロップ１ ３２の方形波出力よりも９０度位相シフトするように、フリップフロップ１３２ および１３４を駆動する。方形波は、コンデンサ１４０および同軸（ｃｏｌｉｎ ｅａｒ　）の振幅コイルＬ２゜Ｌ３から成る共振回路、ならびにコンデンサ１４ ２および同軸（ｃｏｌｉｎｅａｒ　）の振幅コイルＬ４．Ｌ５から成る共振回路 への電流をスイッチするＭＯ３ＦＥＴスイッチ１３６および１３８を駆動する。

コイルＬ４およびＬ５とは図２Ａで示したように、コイルＬ２およびＬ３に対し て同一平面上にかつ直交しており、約５０ｋＨｚ駆動周波数の回転磁場を発生す る。センサコイル３０に誘導される信号の振幅は、水平面上におけるコイル１２ ａのコイルのいずれかとコイル３０との間の角度方向には関係なく、コイル１２ ａとコイル３０との間の距離の３乗の逆数に比例する。

増幅されたセンサ電圧は、全波整流器１５８に入力され、さらにフィルタされて サンプルホールド回路１６２に入力される。サンプルホールド回路１６２は、デ ィレィ１５２からの遅延されたホールドパルスによって作動して、整流されフィ ルタされた信号は、供給されてサンプルホールドされる前の最後の値に安定する 。１倍ゲインアンプ１６４の出力において、駆動コイルとセンサコイルとの間の 距離を示す直流電圧が得られる。この直流信号は、スイッチ１６８およびピーク ディテクタ１６６に印加され、ピークディテクタ１６６の出力はスイッチ１７０ に送られる。スイッチ１６８および１７０は、デユーティサイクル調整回路１５ ０によって駆動され、デユーティサイクル調整回路１５０はスイッチ１６８に信 号Ｃを供給し、スイッチ１７０に相補（コンプリメンタリ）信号を供給して、ス イッチ１６８はスイッチ１７０の約３倍長くオンになるようになっており、この 結果、ライトバーディスプレィ１７８において、現在検出中の振幅ライトバーが 、ピークライトバーよりも明るく点灯する。ピークが低い強度で点灯して、使用 者が遭遇した絶対的なピークを知ることができ、こうして振幅磁場発生コイルが センサコイルに最も接近したプローブ位置を容易に検知することができる。好ま しくは、それぞれ駆動回路１７６および１７８によって駆動される２０個のＬＥ Ｄセグメント出力１８０および１８２を含むライトバーディスプレィ１７２が出 力部として設けられる。

代替的または付加的な音声出力は、アンプ１６４からの直流信号を、対数アンプ １８４に供給することによって行われ、対数アンプ１８４の出力は電圧制御オシ レータ１８６、さらにアンプ１８８を介してスピーカ１９０に印加される。ここ で、スピーカ音のピッチは、プローブコイルがセンサコイルに対して移動される につれて変化して、最高ピッチは最近接を示す。

したがって図４に示す装置によれば、センサコイルの深さおよびプローブとセン サコイルとの相対的な位置が同時に検出されるので、使用者が患者の皮膚の上を 一方向に走査することによってカテーテル先端の正確な位置および深さを検出す ることができ、カテーテルの推定方向に沿って信号が最大値になるまで走査し、 そして最初の走査方向に対して垂直な方向に沿って、プローブを移動させ、絶対 最大値が表示されると、プローブがらセンサコイルまでの最近接を示すことにな る。使用者がプローブを最大指示位置から遠く移動させると、ピークディテクタ 回路によってピークライトバーセグメントが薄暗く点灯するようになり、これに よってプローブを最大指示位置へ戻すべきことを使用者に知らされる。赤色およ び黄色の光による位相検知によって、プローブがカテーテルの真上にあることを 確かめることができる。

図３の相対的角度位置決めは、プローブ軸に関してセンサコイル軸の相対方向を 提供するためにも用いられ、使用者はカテーテル先端が正しい方向に向いている か、または折れ畳んでしまったがどうかを決定することができる。

図４の実施例のための素子部品リストを以下に示す。

一一一索子番号一一　記　載　型番号 Ｕ１０１　オペアンプ　ＬＦ３５７ ０１０２、Ｕ２Ｏ５オペアンプ、デュアル　ＴＬＯ５２Ｕ１０３，０１３　位相 ディテクタ。

電圧制御オシレータ　ＣＤ４０４６ Ｕ１　クワッドＮＯＲゲート　ＣＤ４００１Ｕ２　デュアルオシレータ　ＩＣＭ ７５５６Ｕ３．Ｕ４．Ｕ５　クワッドＭＯ３ＦＥＴ　ＶＱ７２５４ＪＵ６　デュ アルＤフリップフロップ　ＣＤ４０１３Ｕ７　デュアルＮＡＮＤゲート　ＣＤ４ ０１１０８、Ｕｌｌ　オペアンプ、クワッド　ＴＬＯ３４Ｕ９　アナログスイッ チ、クワッド　ＤＧ４４１０１０、Ｕ１２　使用せず Ｕ１４　インバータ　ＣＤ４０４９ １７６．１７８　対数バーグラフ駆動装置　ＬＭ３９１５図５は、本発明のプロ ーブおよびカテーテル装置の物理的な実施例を示す。プローブ２２０は電源およ び装置の回路を含み、皮膚表面２２１の最も近くに搭載される垂直コイル１２２ と、それらの直上に搭載される水平コイルセット１２とを有する。カテーテル２ １２は、プローブ２２０、特にプローブ２２０の先端部分２２３に関してカテー テル２１２の位置を示すための１つ以上のセンサコイル２１４．２１６および２ １８を備えてもよい。カテーテルに１つ以上のセンサコイルが搭載される場合に は、装置は】、つのセンサコイルがら次に手動で切換えるスイッチを含んでもよ く、プローブ２２０は、カテーテル２１２の先端位置だけでなく、カテーテル経 路を示す先端から後方の長さに沿った距離をも検出するために用いられ得る。

代わりに、これらの出力を同じ目的のために交替で利用するというような手法で 、センサコイルはマルチプレクスされてもよい。

図６および図７は、本発明によるプローブの異なる２つの実施例である各ディス プレイ２２２を簡略化形状で示す１図６のプローブ２２０ａは、プローブとセン ナコイルとの間の相対的な水平角度を指示する円形ＬＥＤディスプレイ７８を備 える。プローブ２２０ａ上に浮き彫りされた矢印２２５は、前述のようにして位 相検出参照信号を発生させるために用いられる水平コイル１２のコイルのうちの １つのコイルとともに軸上に揃えられる。そして、ディスプレイ７８ａのＬＥＤ のうちの１つ、たとえばＬＥＤ　２２７が点灯すると、それは矢印２２５によっ て示されるプローブ軸に関してセンサコイルの軸の相対的な角度を指示する。

この例では、プローブは、センサコイルまたはカテーテル先端がほぼ北東の方向 、すなわち矢印２２５の方向から右回りに４５度の方向に向いていることを示し ている。より精密な角度の決定は、使用されるＬＥＤの数を増やすことによって 実現される。たとえば２０個のＬＥＤを備えた場合、各ＬＥＤは１８度毎の角度 差を表示するであろう。

ライトバーディスプレィ４８ａは、センサコイルの深さを指示する。インチまた はセンチメートル表示の数値スケールが、ディスプレイ４８ａの横に沿って刻ま れ、各セグメントが示す深さを指示するようにしてもよい、ディスプレイ４８ａ は明るく点灯して１つのセグメントおよび最大センサ信号強度を表示するセグメ ントは薄暗く点灯するように示している。

図７に示される他のディスプレイを備えるプローブ２２０ｂは、円形ＬＥＤパタ ーン７８ｂと、センサ深さのデジタル深さ読出し部６６ａと、赤色および黄色の ＬＥＤ２００および２０２とを備え、ＬＥＤ２００および２０２は、前述のよう に、センサコイルに関して垂直コイル１２２（図５）との相対的な位置を表示す る。

本発明の特有の特徴はいくつかの図面に示されているけれども、便宜上にのみそ うしているだけであり、各特徴を本発明に従う他の特徴のいずれかまたは全てを 組合わせてもよい。

他の実施例は、請求の範囲に従って、当業者に明らかにされるであろう。

ＦＩＧ、　１ ＦＩＧ、　２Ｄ ＦＩＧ、　５ フロントページの続き （７２）発明者　カイ、ドナルド　ニー。

アメリカ合衆国　マサチューセッツ州 ０２０６７　シャロン　ヒルサイド　アベニュ（７２）発明者　ストロール、フ レアー　エル、ジュニアアメリカ合衆国　マサチューセッツ州 ０２０５６　ノーフォーク　ウィンストン　ロード　３

Claims (33)

【特許請求の範囲】
1. １．仮想回転磁場を発生させるための手段を含む外部プローブと、 カテーテルに備えられ、前記仮想回転磁場に応答して誘導信号を導出するための センサ手段と、前記プローブと前記センサ手段との相対的な角度方向に依存せず に、組織内部におけるカテーテルの位置を探索するための前記誘導信号の相対的 な強度を指示するための手段とを備える、組織内部のカテーテルを外部から探索 するための装置。
2. ２．仮想回転磁場を発生させるための前記手段は、前記プローブ内に２つの互い に直交配向した電磁コイルを含む請求項１記載の装置。
3. ３．前記コイルは同一平面上にある請求項２記載の装置。
4. ４．前記コイルは単一のコアに巻回される請求項３記載の装置。
5. ５．発生するための前記手段は、実質的に一定強度の仮想回転磁場を得るために 、前記コイルを直角位相で駆動するための手段をさらに含む請求項２記載の装置 。
6. ６．前記センサ手段が、誘導コイルを備える請求項１記載の装置。
7. ７．指示するための前記手段は、誘導信号の強さのピークを表示するための手段 を備える請求項１記載の装置。
8. ８．指示するための前記手段は、ライトバーディスプレイを備える請求項１記載 の装置。
9. ９．指示するための前記手段は、音声出力を備える請求項１記載の装置。
10. １０．指示するための前記手段は、誘導信号の強さに応じて音声出力の音色また はピッチを変化するための手段を備える請求項９記載の装置。
11. １１．指示するための前記手段は、さらに、誘導信号の強さに応じて音声出力の 音量を変化するための手段を備える請求項９記載の装置。
12. １２．前記プローブとカテーテルとの相対的な角度方向を決定するための手段を さらに備える請求項５記載の装置。
13. １３．決定するための前記手段は、コイル駆動信号の位相と前記誘導信号の位相 とを比較するための手段を備える請求項１２記載の装置。
14. １４．決定された角度方向を視覚的に指示するための手段をさらに備える請求項 １２記載の装置。
15. １５．視覚的に指示するための前記手段は、前記プローブ上に円形パターンに配 設される多数のライトを備える請求項１４記載の装置。
16. １６．視覚的に指示するための前記手段は、決定するための前記手段に応答し、 前記プローブと前記センサ手段との相対的な角度方向を指示する１つのライトを 発光させるための手段をさらに含む請求項１５記載の装置。
17. １７．プローブに関するカテーテルの方向を決定するための手段をさらに備える 請求項５記載の装置。
18. １８．決定するための前記手段は、垂直配向電磁コイルと、時間変化磁場を発生 させるために前記コイルを交流信号で駆動するための手段とを備える請求項１７ 記載の装置。
19. １９．決定するための前記手段は、前記交流信号の位相と前記誘導信号の位相と を比較するための手段をさらに備える請求項１８記載の装置。
20. ２０．プローブに関する決定されたカテーテルの方向を視覚的に指示するための 手段を前記プローブ上にさらに備える請求項１７記載の装置。
21. ２１．一対のコイルおよび垂直コイルの駆動信号をマルチプレクスするための手 段をさらに備える請求項１８記載の装置。
22. ２２．前記センサ手段は、単一の外部プローブを用いてカテーテルの異なる部分 を探索する誘導信号を別個に発生させるため、カテーテルに沿って間隔をあけて 設けられた複数の誘導コイルを含む請求項６記載の装置。
23. ２３．プローブ下のセンサの深さを数値的に表示するために、ライトバーディス プレイまたはアナログメータダイヤルに沿ってインチまたはセンチメータ表示の 目盛が刻まれる請求項８記載の装置。
24. ２４．仮想回転磁場を発生するための前記手段は、３相交流電流で駆動され、六 方集中型コイル形状の３つのコイルを含む請求項１記載の装置。
25. ２５．水平配向の一対の直交電磁コイルを備える外部プローブと、 実質的に一定強度の仮想回転磁場を発生させるために前記一対のコイルを直角位 相で駆動するための手段と、 カテーテルの先端に備えられ、前記回転磁場に応答して誘導信号を導出するため の誘導センサコイルと、 前記プローブと前記センサコイルとの相対的な向きに依存せずに、カテーテルの 組織内深さを探索するための誘導センサコイル信号の強度を指示するための手段 と、 一対のコイルのうちの一方のための駆動信号の位相と、誘導センサコイル信号の 位相とを比較するための手段と、 比較するための前記手段に応答し、プローブに関するカテーテルの角度方向を表 示するための手段とを含み、 組織内部のカテーテルの位置を外部から探索するための装置。
26. ２６．水平配向した一対の直交電磁コイルおよび前記水平配向コイルに対して垂 直な第３の垂直配向電磁電磁コイルを備える外部プローブと、実質的に一定強度 の仮想回転磁場を発生させるために、前記一対のコイルを直角位相で駆動するた めの手段と、 時間変化磁場を発生させるために、前記第３のコイルを交流信号で駆動するため の手段と、カテーテルの先端に備えられ、前記回転磁場および時間変化磁場に応 答して誘導信号を導出する誘導センサコイルと、 前記プローブと前記センサコイルとの相対的な向きに依存せずに、カテーテルの 組織内深さを探索するための前記回転磁場によって誘導されるセンサコイル信号 の強度を指示するための手段と、前記時間変化磁場と前記時間変化磁場によって 誘導されるセンサコイル信号との間の位相差を決定するための手段と、 決定するための前記手段に応答し、プローブに関してカテーテル軸の向きまたは 角度を指示するための手段と、 前記一対のコイルのうちの一方のための駆動信号の位相と、誘導センサコイル信 号の位相とを比較するための手段と、 比較するための前記手段に応答し、プローブに関してカテーテルの角度方向を表 示するための手段とを含み、 組織内部のカテーテルの位置を外部から探索するための装置。
27. ２７．指示するための前記手段は、アナログメータディスプレイを備える請求項 １記載の装置。
28. ２８．表示するための前記手段は、デジタル数値ディスプレイを備える請求項１ 記載の装置。
29. ２９．仮想回転磁場を発生するための手段を備える外部プローブと、 カテーテルに備えられ、前記仮想回転磁場に応答して誘導信号を導出するセンサ 手段と、前記プローブとカテーテルとの相対的な角度方向を決定するための手段 とを含み、 組織内部のカテーテルの位置を外部から探索するための装置。
30. ３０．決定するための前記手段は、仮想回転磁場を発生するための前記手段およ び、前記誘導信号に応答する請求項２９記載の装置。
31. ３１．仮想回転磁場を発生させるステップと、前記仮想回転磁場に応答して、組 織内部のカテーテルから誘導信号を導出するステップと、組織内部におけるカテ ーテルの位置を位置選定するために前記誘導信号の相対的な強さを指示するステ ップとを含み、 組織内部のカテーテルを外部から探索するための方法。
32. ３２．組織外部で仮想回転磁場を発生させ、前記仮想回転磁場に応答して、組織 内部のカテーテルから誘導信号を導出し、 前記プローブとカテーテルとの相対的な角度を決定する 組織内部のカテーテルを外部から探索する方法。
33. ３３．相対的な角度方向の決定は、誘導信号の位相と仮想回転磁場の位相との比 較を含む請求項３２記載の方法。