JP2005525864A - 呼吸を参照する撮像 - Google Patents

Abstract

呼吸ゲーティングによる、改善された医療診断および介入手順、例えば核磁気共鳴映像法、心臓撮像、心臓核シンチグラフィー、コンピューター断層撮影、心エコー検査、レーザー・アブレーションを導くための撮像、高周波アブレーションを導くための撮像、ガンマナイフ放射線治療を導くための撮像、および放射線治療を導くための撮像を提供する方法、システムおよび装置を提示する。好ましい実施形態では、カテーテル内の１つまたはそれ以上のバルーン圧力プローブを食道内に配置し、そして呼吸気流を推測するために食道内の圧力を検出する。その他のプローブ、例えば光ファイバーおよびその他の有用な材料に基づくものを記載する。これらの装置の多くは磁場および電磁場とほとんどまたは全く干渉し合うことがなく、そしてとりわけＭＲＩの呼吸ゲーティングで使用するのに有用である。

Description

本発明は、主に医療用診断、医療用撮像に関し、より詳細には、診断、治療および介入における撮像の使用を充実させるための補正技術に関する。

医療用撮像テクノロジーおよびこのテクノロジーを利用する技術、例えば核磁気共鳴映像法（「ＭＲＩ」）、コンピューター断層撮影、超音波、レーザー・アブレーション治療、および放射線治療は診断および治療において医学の進歩と共にさらに重要になりつつある。しかしながら、かかる技術の多くを最大限に活用することは、撮像中の身体の動きにより制限される。この動きはしばしばシグナルデータの空間的な位置不良および得られた画像における組織構造の著しいブレを引き起こす。医療処置は位置不良のおよびブレた画像に依存していたため、正確性に劣る診断結果および治療的介入を導くことになる。
とりわけ動きは本質的に可動性の構造、例えば心臓［１−３］および上腹部内臓［４］の撮像に影響することもあり得る。生理学的な動きの主要な形態の２つには、心臓および呼吸の動きがある。例えば心電図（ＥＣＧ）ゲーティングによる心臓周期を用いるデータ収集の同期化は、これらの動きによる心臓の動きのブレ［１−３］を最小にすることができる。

自由に呼吸している間の呼吸の動きを、息止め時の収集、またはいくつかの形態の呼吸ゲートされた画像収集により最小にすることができる［５−１５］。息止めは、本来の空間的解像度を制限する画像のブレおよび治療における不正確さに対する呼吸の影響を低減させることができる。さらに、Ｈｏｌｌａｎｄら［１６］に示されるように、付随意な横隔膜の運動が息止めの間に生じることもあり、これは十分な自主的な息止めにも関わらず画像のブレを引き起こす可能性がある。さらに、心肺測定、例えば息止め時の収集の間の心拍出量に有意差がでることがある［１７］。またさらに、自由呼吸（すなわち換気呼吸）時の収集は、スキャン時に息止めを強要する一時的な制限を排除し、そして空間的解像度の改善を可能にする。自由呼吸は、多くの撮像測定のための標的集団である老齢の患者において耐えうるものであるので、非常に望ましい［１８］。

しかしながら、自由呼吸技術は画像収集に同期化させるために良好な呼吸トリガーを必要とする。典型的には、呼気の終わりの期間が比較的長いために、そして換気呼吸の間で解剖学的な静止位置の再現性においてより信頼性が高いので、呼気の終わりが利用される。呼吸ゲート画像収集の最も早期の形態は、患者の上腹部の周りに巻き付けられた単純な伸縮性のひもを使用していた［５−７］。この技術は呼吸ベローズと称され、患者の腹部周囲の長さをモニター観察する。腹部周囲の長さの増加は吸気の開始を示し、そして腹部周囲の長さの低下は呼気の開始を示す。初期の撮像ではこのスキームの実行に成功した。しかしながら、とりわけ小構造、例えば冠動脈を撮像する場合、腹部膨張は、多くのヒトの画像収集の同期化のための信頼できるトリガーであるとは示されていない。

換気呼吸の間の第２の形態の呼吸ゲーティングはクイック・ナビゲーター・エコーを用いる［８、１１−１５］。ナビゲーター・エコー技術は２次元高速スキャンを用い、典型的には２つの直交するパルスを用い、そして内部構造の相対位置をモニター観察することができる。心臓のシルエットを含むいくつかの胸腔内構造を用いて胸腔内の呼吸位置を探知することができるが、ナビゲーター・パルスは生成された画像を変形させるので、右片側横隔膜は典型的には冠状動脈の撮像に用いられる。ナビゲーター・エコー技術により呼吸に関する２次元（２Ｄ）トリガーが提供される。前記で記載したように、横隔膜の右半分を用いるナビゲーター・エコーからの情報は、典型的には右片側横隔膜の上方から下方への移動のためのものである。ナビゲーター・エコーは換気呼吸の間の延長された期間の間に生じ得る「横隔膜ドリフト」および、画像のゆがみのために目的の領域に近過ぎてナビゲーター・パルスを配することが不可能なため制限される。横隔膜ドリフトは、時間をかけた、そして「トリガー」閾値から離脱した上方から下方への横隔膜位置の偏向の結果である。このため、画像収集において失敗を招くこともある。
これらの必要性に関わらず、公知の呼吸補正方法、例えば息止め、胸部拡張モニター観察、および身体内部構造モニター観察はかなり原始的であり、そして概して良好な結果は得られない。一方、核磁気共鳴およびその他の診断手順はさらに洗練されてきている。従って、かかる制限はさらに重要になり、より正確な補償スキームが必要とされている。

このように、特定の呼吸相（すなわち呼気の終わり）からの画像データの適切な同期化を確実にするために、呼吸相の正確な検出に関する改善された方法が必要とされている。改善された方法は、また、吸気および呼気の動的な多相撮像の適切な同期化にも有用であろう。かかる情報は換気呼吸の間の心血管の血流の撮像、または呼吸そのものの評価に有用であろう。過分極した気体の導入に伴って、肺ＭＲＩも、また、一般的になってきているが［１９−２２］、かかる技術は身体の動きにより制限される。従って、動的な肺の撮像、または、換気呼吸の間の画像データを適切に同期化する能力は、この技術およびその他の新しく今後に発見されるであろう技術をも同様に大いに改善することができる。

１．Ｈａｗａｋｅｓ ＲＣ、Ｈｏｌｌａｎｄ ＧＮ、Ｍｏｏｒｅ ＷＳ、Ｒｏｅｂｕｃｋ ＥＪ、Ｗｏｒｔｈｉｎｇｔｏｎ ＢＳ、Ｎｕｃｌｅａｒ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ（ＮＭＲ）ｔｏｍｏｇａｐｈｙ ｏｆ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ｈｅａｒｔ Ｊ Ｃｏｍｐｕｔ．Ａｓｓｉｓｔ．Ｔｏｍｏｇ．１９８１；５：６０５−６１２ ２．Ｌａｎｚｅｒ Ｐ，Ｂｏｔｖｉｎｉｃｋ ＥＨ、Ｓｃｈｉｌｌｅｒ ＮＢ，ｅｔ ａｌ． Ｃａｒｄｉａｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｇａｔｅｄ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ １９８４；１５０：１２１−１２７ ３．Ｌａｎｚｅｒ Ｐ，Ｂａｒｔａ Ｃ，Ｂｏｔｖｉｎｉｃｋ ＥＨ、Ｗｉｅｓｅｎｄａｎｇｅｒ ＨＵＤ，Ｍｏｄｉｎ Ｇ、Ｈｉｇｇｉｎｓ ＣＢ．ＥＣＧ−ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ ｃａｒｄｉａｃ ＭＲ ｉｍａｇｉｎｇ：Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ．Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ １９８５；１５５：６８１−６８６ ４．Ｈａａｃｋｅ ＥＭ、Ｌｅｎｚ ＧＷ、Ｎｅｌｓｏｎ ＡＤ． Ｐｓｅｕｄｏ−ｇａｔｉｎｇ：Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｍｏｔｉｏｎ ａｒｔｉｆａｃｔｓ ｉｎ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｗｉｔｈｏｕｔ ｇａｔｉｎｇ．Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．Ｍｅｄ．１９８７；４：１６２−１７４ ５．Ａｍｏｏｒｅ ＪＮ，Ｒｉｄｇｅｗａｙ ＪＰ． Ａ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｃａｒｄｉａｃ ａｎｄ ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ ｇａｔｉｎｇ ｏｆ ａｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｍａｇｅｒ． Ｃｌｉｎ．Ｐｈｙｓ．Ｐｈｙｓｉｏｌ．Ｍｅａｓ．１９８９；１０：２８３−２８６ ６．Ｌｅｎｚ ＧＷ，Ｈａａｃｋｅ ＥＭ，Ｗｈｉｔｅ ＲＤ． Ｒｅｔｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅ ｃａｒｄｉａｃ ｇａｔｉｎｇ：Ａ． ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｓｐｅｃｔｓ ａｎｄ ｆｕｔｕｒｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ．Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．Ｉｍａｇｉｎｇ １９８９；７：４４５−４５５ ７．Ｃｈｉａ ＪＭ，Ｆｉｓｈｅｒ ＳＥ，Ｗｉｃｋｌｉｎｅ ＳＡ，Ｌｏｒｅｎｚ ＣＨ． Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｎｃｅ ｏｆ ＱＲＳ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｃａｒｄｉｃ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｗｉｔｈ ａ ｎｏｖｅｌ ｖｅｃｔｏｒｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｉｃ ｔｒｉｇｇｅｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ．Ｊ Ｍａｇｎ Ｒｅｓｏｎ Ｉｍａｇｉｎｇ ２０００；１２：６７８−６６８ ８．Ｂｅｉｓｃｈｅｒ ＤＥ．Ｋｎｅｐｔｏｎ ＪＣ，Ｊｒ． Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｔｒｏｎｇ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ ｏｆ ｓｑｕｉｒｒｅｌ ｍｏｎｋｅｙｓ（ｓａｉｍｉｒｉ ｓｃｉｕｒｅｕｓ）．Ａｅｒｏｓｐ Ｍｅｄ １９６４；３５：９３９−９４４ ９．Ｔｅｎｆｏｒｄｅ ＴＳ，Ｇａｆｆｅｙ ＣＴ，Ｍｏｙｅｒ ＢＲ，Ｂｕｄｉｎｇｅｒ ＴＦ． Ｃａｒｄｉｏｖａｓｃｕｌａｒ ａｌｔｅｒａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｍａｃａｃａ Ｍｏｎｋｅｙｓ ｅｘｐｏｓｅｄ ｔｏ ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ：Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅｏｒｉｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ． Ｂｉｏｍａｇｎｅｔｉｃｓ １９８３；４：１−９ １０．ｖａｎ Ｇｅｎｄｅｒｉｎｇｅｎ，Ｈ．Ｒ．，Ｓｐｒｅｎｇｅｒ，Ｍ．，ｄｅ Ｒｉｄｄｅｒ，Ｊ．Ｗ．，ａｎｄ ｖａｎ Ｒｏｓｓｕｍ，Ａ．Ｃ． Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ａｎｄ Ｌｅａｄｓ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｙ ｄｕｒｉｎｇ ＭＲ Ｉｍａｇｉｎｇ．Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ １９８９；１７１：１８２ １１．Ｂｕｒｃｈ，Ｇ．Ｅ． Ｈｉｓｔｏｒｙ ｏｆ Ｐｒｅｃｏｒｄｉａｌ Ｌｅａｄｓ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｙ． Ｅｕｒ．Ｊ．ｏｆ Ｃａｒｄｉｏｌｏｇｙ １９７８；６：２０７−２３６． １２．Ｍｅｌｅｎｄｉｚ，Ｌ．Ｊ．，Ｊｏｎｅｓ，Ｄ．Ｔ．ａｎｄ Ｓａｌｃｅｄｏ，Ｊ．Ｒ． Ｕｓｅｆｕｌｎｅｓｓ ｏｆ Ｔｈｒｅｅ Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｉｃ Ｃｈｅｓｔ Ｌｅａｄｓ（Ｖ７，Ｖ８ ａｎｄ Ｖ９） ｉｎｔｈｅＤｉａｇｎｏｓｉｓ ｏｆ Ａｃｕｔｅ Ｍｙｏｃａｒｄｉａｌ Ｉｎｆａｒｃｔｉｏｎ． Ｃａｎａｄｉａｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ Ｊｏｕｒｎａｌ １９７８；１１９：７４５−７４８． １３．Ｄｅｆｉｂｒｉｌｌａｔｏｒ／Ｍｏｎｉｔｏｒ／Ｐａｃｅｍａｋｅｒｓ．Ｈｅａｌｔｈ Ｄｅｖｉｃｅｓ ２０００；２９：３０２−３３４ １４．Ｓｃｈｅｎｃｋ ＪＦ， Ｊｏｌｅｎｓｚ ＦＡ，Ｒｏｓｍｅｒ ＰＢ、ｅｔ ａｌ． Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｏｐｅｎ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ＭＲ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｉｍａｇｅｇｕｉｄｅｄ ｔｈｅｒａｐｙ． Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ １９９５；１９５：８０５−８１４ １５．Ｃｌｉｎ ＨＥ， Ｈｙｎｙｎｅｎ Ｋ，Ｗａｔｋｉｎｓ ｅｔ ａｌ．Ｆｏｒｃｕｓｅｄ ＵＳ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ＭＲ Ｉｍａｇｉｎｇｇｕｉｄｅｄ ｔｕｍｏｒ ａｂｌａｔｉｏｎ．Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ １９９５；１９４：７３１−７３７ １６．Ｃｈｅｎ ＪＣ，Ｍｏｒｉａｔｒｙ ＪＡ，Ｄｅｒｂｙｓｈｉｒｅ ＪＡ．Ｐｒｏｓｔａｔｅ ｃａｎｃｅｒ：ＭＲ ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅｒｍｏｍｅｔｒｙ ｄｕｒｉｎｇ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｔｈｅｒｍａｌ ａｂｌａｔｉｏｎ−ｉｎｉｔｉａｌ ｅｘｐｅｒｉａｎｃｅ． １７．Ｓｈｐｕｎ Ｓ，Ｇｅｐｓｔｅｉｎ Ｌ，Ｈａｙａｍ Ｇ，Ｂｅｎ−Ｊａｉｍ ＳＡ．Ｇｕｉｄａｎｃｅ ｏｆ ｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｅｎｄｏｃａｒｄｉａｌ ａｂｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｔｉｏｎａｌ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ． Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ １９９７；９６：２０１６−２０２１ ２３．Ｓｃｈｅｎｃｋ ＪＦ，Ｊｏｌｅｎｓｚ ＦＡ，Ｒｏｓｍｅｒ ＰＢ，ｅｔ ａｌ．Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｏｐｅｎｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ＭＲ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｉｍａｇｅ−ｇｕｉｄｅｄ ｔｈｅｒａｐｙ．Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ １９９５；１９５：８０５−８１４． ２４．Ｃｌｉｎｅ ＨＥ，Ｈｙｎｙｎｅｎ Ｋ，Ｗａｔｋｉｎｓ ｅｔ ａｌ． Ｆｏｃｕｓｅｄ ＵＳ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ＭＲ ｉｍａｇｉｎｇ−ｇｕｉｄｅｄ ｔｕｍｏｒ ａｂｌａｔｉｏｎ．Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ １９９５；１９４：７３１−７３７． ２５．Ｃｈｅｎ ＪＣ，Ｍｏｒｉａｔｒｙ ＪＡ，Ｄｅｒｂｙｓｈｉｒｅ ＪＡ，Ｐｒｏｓｔａｔｅ ｃａｎｃｅｒ：ＭＲ ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅｒｍｏｍｅｔｒｙ ｄｕｒｉｎｇ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｔｈｅｒｍａｌ ａｂｌａｔｉｏｎ−ｉｎｉｔｉａｌ ｅｘｐｅｒｉａｎｃｅ． ２６．Ｓｈｐｕｎ Ｓ，Ｇｅｐｓｔｅｉｎ Ｌ，Ｈａｙａｍ Ｇ，Ｂｅｎ−Ｊａｉｍ ＳＡ，Ｇｕｉｄａｎｃｅ ｏｆ ｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｅｎｄｏｃａｒｄｉａｌ ａｂｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｔｉｏｎａｌ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ １９９７；９６：２０１６−２０２１．

本発明は、現在の試験計画および設計に随伴される問題および不利益を克服し、そして広範な医療テクノロジー、非限定例としては、とりわけ核磁気共鳴映像法、心臓撮像、心臓核シンチグラフィー、コンピューター断層撮影、心エコー検査、レーザー・アブレーションを導くための撮像、高周波アブレーションを導くための撮像、ガンマナイフ放射線治療を導くための撮像、および放射線治療を導くための撮像などのための呼吸相をより正確に決定するための新たな装置および技術を提供することを課題とする。

本発明の１つの実施形態は、患者の体腔に挿入された、または患者の顔面の上に固定され、そして圧力、温度または空気流のうち少なくとも１つを検出して呼吸容量測定シグナルを生成する少なくとも１つのセンサーを伴う装置並びに装置からのセンサー情報を受け入れ、そして医療処置のためのゲーティング・シグナルを生成するモニターを含む患者の医療用撮像をゲートするためのシステムを志向する。別の実施形態は、近位末端と遠位末端を有し、遠位末端で少なくとも１つの圧力センサー、および近位末端でカテーテルからのセンサー情報を受け入れ、そして医療処置のゲーティングに適した呼吸容量測定シグナルを生成するモニターを伴う食道カテーテルを含む患者の医療用撮像のゲーティングのためのシステムを提供する。さらに、別の実施形態は、肺圧力センサー、肺空気容量センサー、および空気流速センサーからなる群から選択される少なくとも１つのセンサーを有する呼吸装置、並びに装置からのセンサー情報を受け入れ、呼吸流入および流出を決定するのに適した時間に関する情報を収集し、そして医療処置のゲーティングに適したトリガー・シグナルを生成するモニターを含む患者の医療用撮像のゲーティングのためのシステムを提供する。さらに、別の実施形態は、少なくとも患者の口腔、鼻または口の上の空間に１箇所配置することができる少なくとも１つの温度センサー、並びに温度センサーからの情報を受け入れ、呼吸流入および流出を決定するのに適した時間をかけて情報を収集し、そして医療処置のゲーティングに適したシグナルを生成するモニターを含む患者の医療用撮像のゲーティングのためのシステムを提供する。

本発明の別の実施形態は、患者の医療用撮像をトリガリングするための呼吸情報を提供するためのシステムを志向する。かかるシステムは、リアルタイムで患者から呼吸容量の測定情報を受け取ることができるコンピューター、およびコンピューターに保存されたプログラムを含んでおり、ここで保存されたプログラムは呼吸情報の複数のデータポイントを保存し、最適な呼吸パターンを決定し、そして吸気の始まり、呼気の終わり、深い吸気の終わり、および深い呼気の終わりからなる群から選択される少なくとも１つの時点を決定するためのパターンを分析する。

本発明の別の実施形態は、光ファイバー、光ファイバーの遠位末端またはその近くの少なくとも１つの圧力センサー、および光ファイバーの近位末端の検出器を含む、患者の呼吸撮像をゲートするためのＭＲＩ適合食道センサーを志向し、ここでセンサーは１重量％未満の強磁性体材料を含んでおり、そして光ファイバーの遠位末端は患者の食道に挿入するための形状をしている。

本発明の別の実施形態は、遠位末端および近位末端を有する少なくとも１つの延長された中空体、中空体の遠位末端またはその近くの少なくとも１つのバルーン、並びに中空体の近位末端の検出器を含む、患者の呼吸撮像をゲートするためのＭＲＩに適合する食道センサーを志向し、ここでセンサーは１重量％未満の強磁性体材料を含んでおり、そして光ファイバーの遠位末端は患者の食道に挿入するための形状をしている。
本発明の別の実施形態は、遠位末端および近位末端を有する少なくとも１つの延長された中空体、中空体の遠位末端またはその近くの少なくとも１つの、電気シグナルを生成する圧力トランスデューサ、並びに圧力トランスデューサから延長された中空体の近位末端までシグナルを伝達するための伝導体を含む、患者の呼吸撮像をゲートするためのＭＲＩに適合する食道センサーを志向し、ここでセンサーは１重量％未満の強磁性体材料を含んでおり、そして光ファイバーの遠位末端は患者の食道に挿入するための形状をしている。
本発明の別の実施形態および利点を前記で、一部以下の記載で説明し、そして一部この記載から明白になるか、または本発明の実施から理解することができる。

呼吸データを用いる従来のＭＲＩ撮像ゲーティング方法は、線形的測定に頼るためにしばしば損なわれる。線形的、または部分的線形的測定、例えば拡張された胸部サイズは、実際の呼吸容量にほとんど関連しない。例えば、伸縮性のあるひもを用いるベローズ・ゲーティングにより、同様にｚ軸に沿って横隔膜が動くので、腹部周囲の長さの変化（線形的測定／パラメーター）に追従するような測定方法が提供される。典型的には、心臓撮像（別の線形的パラメーター）のための右片側横隔膜でのトラッカーの移動に関与するナビゲーター・トラッキングも同様に線形的で、そしてあまり容量測定的でない傾向があるシグナルを生じる。対照的に、真の呼吸ゲーティングは、実際の胸腔内圧または容量により密接に対応するシグナルを利用し、３次元パラメーターにより密接に対応する。
驚くべきことに、種々の測定システム、方法および装置がより高品質のトリガー・シグナルを生成し、それによって、肺容量および／または圧力により密接に対応できることが見出された。先行技術における腹部周囲の長さの測定シグナルは実際の肺の容量とは十分に関連しない。対照的に食道内圧および肺容量はより線形的に関連する。すなわち、食道内圧対肺容量のプロットは、線形最小二乗回帰分析により決定されるように、腹部周囲の長さの測定値対肺容量のプロットの回帰分析により得られたものよりも大きな相関係数（Ｒ^２）を示す。好ましくは、食道圧測定に由来する線形的相関係数（Ｒ^２）は、腹部周囲の長さ測定を実施された同一個体における同一の容量測定よりも０．０２、０．０５、０．１または０．２以上も高い。

有利な実施形態では、１）肺圧力センサー（肺内部に配置されたセンサー）；２）肺空気容量センサー；３）空気流速センサー；４）食道圧力センサー；５）口腔もしくは鼻腔内の温度センサー；６）口腔もしくは鼻腔内の圧力センサー；または７）呼吸装置内のセンサー（温度、圧力、または流速）；により「呼吸容量測定シグナル」を生成する。
本発明の実施形態は、より正確な容量測定のための１つまたはそれ以上の呼吸容量シグナルを生成または利用する装置、システムおよび方法に関する。容量測定シグナルはベローズ・ゲーティングで得られるものよりもより密接に胸郭圧および／または容量に対応する。以前のトリガリング技術、例えば胸部拡張および息止めに関与するものは、より線形的な特性のために、加えて、これらの測定に随伴される場合より長い固有の時間定数のために制限される。
本発明の種々の実施形態は、より迅速な応答性を有する温度感知、圧力感知および／または肺空気流感知を利用する。これらのあまり線形的でないシステム、材料および装置は撮像システムに適合し、これはエネルギーフィールド、例えば核磁気共鳴映像法、または放射線治療で身体を貫通する。

好ましい実施形態では、呼吸容量測定の情報（１つまたはそれ以上の非線形的な（複数の）測定に由来する）を用いて撮像手順、例えば核磁気共鳴映像法、心臓撮像、心臓核シンチグラフィー、コンピューター断層撮影、心エコー検査、レーザー・アブレーションを導くための撮像、高周波アブレーションを導くための撮像、ガンマナイフ放射線治療を導くための撮像、および放射線治療を導くための撮像に情報を与える。呼吸容量測定の情報は、モニター、例えばコンピューターにシグナルを出力する１つまたはそれ以上のセンサーにより生成される。モニターは情報を用いて解像を改善するために画像データをゲーティングおよび／または変換し、そして医師にさらなる診断情報を提供する場合もある。これらの実施形態に用いられる代表的な工程および材料について論じる。

＜容量測定データの生成＞
本明細書で用いる用語としての容量測定データを、以下に要約されるように、呼吸経路内または近くに適切に配置された場合の圧力センサー、温度センサーおよび流センサーにより得ることができる。スペースの制限から、全ての可能なセンサーおよびその使用方法の網羅的な列挙ができない。しかしながら、この分野の技術力を有する技術者達は、この開示により情報が与えられることで、器具の使用および操作テクノロジーの進歩につれて発見されるおよび／または市販化されるセンサーを含むさらなるセンサーおよびその使用方法に感謝することになる。

（食道カテーテルセンサー）
本発明の有利な実施形態によれば、食道内腔の１つまたはそれ以上の検出器は呼吸に随伴される容量測定データを生成する。好ましい実施形態では、一般に技術分野で公知であるように、検出器は食道カテーテルの一部である。例えば米国特許第６，１４８，２２２号；第５，８１０，７４１号；第６，１５９，１５８号；第５，３４８，０１９号；第４，２１４，５９３号；第６，０６６，１０１号；および第６，１０４，９４１号は検出器を気道またはかかる気道壁に挿入するのに有用なカテーテルについて記載している。これらの特許に記載されている材料、およびその使用方法は本発明の実施形態のために企図されている。
有利には、食道カテーテルはプラスチック表面を有し、そして身体内で、遠位末端は食道の下部２分の１または下部３分の１内に位置付けられた延長された本体を含む。その他の体腔位置、例えば胃などを用いて肺容量または圧力に対応するシグナル（相対的に非線形性）を生成することもできる。有利には、カテーテルは遠位先端に圧力センサーを有する。圧力センサーを食道内に挿入し、そして局所圧を記録する。かかる圧力センサーは公知であり、そしてカテーテルに対して、固体の身体部分の圧力を測定するために用いられており、例えば１９９８年９月２２日にＥｓｓｅｎ−Ｍｏｌｌｅｒに対して発行された米国特許第５，８１０，７４１号で概説されている。

実際には、胸郭内圧の変化は肺容量変化および／または肺圧力変化に良好に対応する。一般に、吸入は食道および気管内の空気圧の低下、および胃内の圧上昇を引き起こす。例えば咽頭閉塞のために、有意な吸気および腹部周囲の空間から患者の肺への空気の動きが必ずしも追随しない場合でさえも、１つまたはそれ以上のこれらの圧力シグナルを生じる場合もある。これらの事象が検出され、そして撮像手順に情報を伝えるために用いられる。１つの実施形態では、コンピューターは最低１吸気サイクル、好ましくは少なくとも２吸気、３または５以上もの吸気サイクルの時間に亘りこのデータを記録し、そしてモニター観察する。基準または正常サイクルを決定するためのかかる同調期間の後、コンピューターはサイクルまたはサイクル部分の始まりおよび終わりをモニター観察する。
コンピューターはまた決定されたサイクルからの偏向に関してもモニター観察することができる。例えば圧力または容量等の測定における異常な低下または上昇として偏向を認めることができる。この偏向を直接用いて問題の存在を知らせ、さらに分析するか、または医学的介入を開始して異常、例えば咽頭閉塞を是正することができる。

異なる位置での２つまたはそれ以上のセンサーの同時使用はとりわけこの種の情報を提供するために企図される。例えば、胃の圧力センサーは吸気のための筋肉運動に対してより強力に応答でき；一方下部食道の圧力センサーは実際の肺圧力に対してより高い応答性を示す。２つのセンサーからのシグナルをモニター観察することにより、筋肉運動の状態および肺容量低下効果が示され、そしてさらに正確なトリガリングおよび画像データの操作に関してさらに細部を身体の動きに関して補正することが可能になる。センサーを上部気道、例えば口に配置することができ、そして１つまたはそれ以上のセンサー、例えば食道または肺のセンサーからのシグナルの使用の精度を較正するか、またはそうでなければ改善するための参照シグナルを生成するために使用することができる。技術分野の技術者には容易に理解されるように、１つまたはそれ以上のアルゴリズムを用いて身体の動きを補正するための画像データのゲーティングおよびデータ操作を達成することができる。有利な実施形態では、遠位末端またはその近く（すなわち２インチ以内、および好ましくは０．５インチ以内）の圧力センサーを食道の下部２分の１内に配置する。場合によっては第２のセンサーを使用してもよく、そして例えば食道または胃の上部２分の１内に配置することもできる。

息を吐くために加える力は類似の事象を引き起こすが、多くの実施形態では反対方向である。すなわち、空気圧は食道および気管において上昇でき、そして胃で低下する。呼吸するための作動力が生じない場合、これらの区域での空気圧は一定のままとなる傾向がある。非常に多様な、圧力センサーを伴う食道カテーテルが公知であり、そしてこれらの実施形態に対して有用であり、例えば２００１年５月２９日にＨｉｃｋｅｙに対して発行された米国特許第６，２３８，３４９号；１９９８年１１月１７日にＲａｍｓｅｙ，ＩＩＩに対して発行された米国特許第５，８３６，８９５号；１９９６年１１月５日にＨｉｃｋｅｙに対して発行された米国特許第５，５７０，６７１号；１９９６年７月２日にＳｎｏｋｅらに対して発行された米国特許第５，５３１，６８７号；１９９６年６月１８日にＫｈｏｕｒｙに対して発行された米国特許第５，５２６，８２０号；１９９５年１２月２６日にＥｓｓｅｎ−Ｍｏｌｌｅｒに対して発行された米国特許第５，４７７，８６０号；１９９５年８月１日にＳｎｏｋｅらに対して発行された米国特許第５，４３７，６３６号；１９９５年３月２１日にＨｉｃｋｅｙに対して発行された米国特許第５，３９８，６９２号；１９９３年１１月２３日にＨｉｃｋｅｙに対して発行された米国特許第５，２６３，４８５号；１９９２年６月２日にＭｅｔｚｇｅｒに対して発行された米国特許第５，１１７，８２８号；１９９２年２月１１日にＳｍｉｔｈに対して発行された米国特許第５，０８７，２４６号；１９９０年６月５日にＭｅｔｚｇｅｒに対して発行された米国特許第４，９３０，５２１号；１９８９年６月２７日にＧｒｉｆｆｉｔｈらに対して発行された米国特許第４，８４１，９７７号；および１９８０年７月２９日にＩｍｂｒｕｃｅに対して発行された米国特許第４，２１４，５９３号に記載されている。

１９９１年１月１日にＢｏｍｂｅｃｋに対して発行された米国特許第４，９８１，４７０号に記載されるように、小型のバルーンまたはその他の膨張性の表面がカテーテル配管の一部に付いており、そして配管がその反対の末端で外部圧力トランスデューサに接続されている実施形態に関しては、共通の材料および設計を用いることができる。別の実施形態では、光ファイバーを介して体外の離れた場所まで伝えられる光学シグナルを変化させる圧力トランスデューサを使用する。双方の実施形態は、撮像に高磁場を用いる環境においてとりわけ有用である。
とりわけ望ましい実施形態は、米国特許第５，８１０，７４１号に記載されるように、チューブの末端に付けられたラテックス・グローブの指から作られたバルーンを使用する。バルーンは部分的に膨張している。バルーンに接続されたカテーテルの近位末端で空気圧モニターが呼吸作動力を示している。バルーンをカテーテルの近位末端に接続するチューブの内腔を気体、例えば通常の空気、もしくは窒素で、または流動体、例えば水、生理学的食塩水、もしくは油で充填することができる。この実施形態での近位末端は気体または流動体からの圧力変化を感知し、そして電気シグナルを生成する圧力トランスデューサを含む。多くの実施形態でシグナルはコンピューターモニターに入力され、これは少なくとも１回呼気または吸気の時間に関する情報を保存する。保存された情報を用いて後でシグナルを比較するためのパターンを決定することができる。１つの実施形態では、センサーからのリアルタイムシグナル入力を用いて撮像システムをトリガーする。

（光ファイバーセンサー）
ＭＲＩ撮像およびその他の撮像システムは、患者の身体上または体内に配置されたセンサーにおける金属、およびとりわけ鉄、または常磁性体金属の存在に鋭敏に反応する。前記したバルーン基盤の食道圧検出器はこの局面において非常に有用である。本発明の別の実施形態では、ほとんどガラスを含む光ファイバーセンサーを用いてセンサーから患者の体外のモニターへシグナルを伝えるため撮像システムとはほとんど干渉し合うことはない。好ましくは光ファイバーガラス繊維または繊維束は少なくとも１つのセンサーを含んでおり、プラスチックの覆いで被覆されている。センサーは圧力シグナル用でよく、そして光ファイバーは食道内に挿入されて圧力シグナルを提供するカテーテルになる。
多様な圧力センサーが光ファイバーに組み込まれ、そして本発明の実施形態に関して企図されている。好ましくは、少なくとも１つの圧力センサーを光ファイバーの遠位末端またはその近くに配置し（すなわち２インチ以内、および好ましくは末端から０．５インチ以内）、そして食道の下部２分の１内に位置付ける。１つの適当なセンサーは、１９９０年５月１５日にＢｒｏｏｋｓ対して発行された米国特許第４，９２４，８７７号に記載されるように、円周方向の圧伝達膜内のカンチレバー型シャッターシステムであり、ここで光ファイバー内のギャップへのシャッターの軌跡は、外部圧力の関数としてファイバーにより伝達される光の量を変化させる。別の適当なセンサーは、１９９１年５月２８日にＴｅｎｅｒｚらに対して発行された米国特許第５，０１８，５２９号、および１９９３年３月２３日にＴｅｎｅｒｚらに対して発行された米国特許第５，１９５，３７５号に記載されるように、横隔膜反射板部分、例えば単一の結晶シリコン体または高度に反射性の材料、例えばアルミニウムを伴う伸縮性のスリーブを含み、これにより、静水圧が光変換器に作用する力として伝達される。さらに別の有用な光ファイバーセンサーは、１９９４年９月２０日にＳｌｕｓｓ，Ｊｒ．らに対して発行された米国特許第５，３４８，０１９号に記載されるように、ミラー干渉計基盤の装置、例えばシリコンゴム製のプローブに埋め込まれたＵ型光ファイバーであり、ここで光路長の変化が圧変化に対応するフェース非依存的な光強度の変化に至る。

これらの光ファイバー基盤のセンサーおよびカテーテルは強力なエネルギーフィールド、例えば磁場の存在下で、概して撮像されたシグナルに悪影響を及ぼすことなく、光波による圧力シグナルの生成および伝達を可能にするので、とりわけ望ましい。光ファイバーカテーテルは当然、特定の別個の感知部分に隣接する１つ以上の感知セグメントを含むことができ、そして単一のカテーテル上に１つ以上の別個の感知部分を含むことができる。１つの実施形態では、肺から離れた２つまたはそれ以上の箇所に（例えば気道または食道に）位置付けられた少なくとも２つのセンサーからのシグナルを比較して、１つのセンサー単独で得られたデータと比較してさらに正確な容量測定トリガーデータを得る。１つの実施形態はａ）少なくとも２つのセンサーからの時間基盤の（複数の）容量測定シグナルを生成および入力する；ｂ）１つのセンサーからのシグナル内の変化を比較して時間基盤の変化を決定する；ｃ）時間基盤の変化に関する少なくとももう１つのセンサーからのシグナル内の変化を比較する；ｄ）工程ｂ）およびｃ）の結果を比較する；そしてｅ）吸気、呼気またはその他の時間基盤の容量測定シグナルを示す決定（ソフトウェアの別のセクションで使用するため、および／またはハードウェアで使用するためのシグナル）を出力する；ソフトウェアプログラムである。

（気道センサー）
本発明の実施形態は、気道、例えば鼻腔、口、喉またはフェースマスク内に固定された１つまたはそれ以上の圧力、温度および／または流検出器からの容量測定シグナルを生成する。本発明のこの実施形態のいずれかの理論により縛られることを望むわけではないが、呼吸に随伴される温度、圧力および流測定は容量測定であり、そして胸部拡張による測定に比較してより信頼性が高く呼吸容量に対応し、そしてとりわけ画像収集手順をトリガーするのに有用である。広く多様なセンサーをこれらの実施形態に用いることができる。
温度センサーとしてサーミスタを用いて単位時間当たりの空気容量を示すことができ、そして本発明の実施形態に有用である。温度変化を検出するための別の鋭敏に反応する技術は米国特許第３，９９６，９２８号に例示されるように、３つの固定されたレジスタおよび１つの可変抵抗を含有するブリッジ・サーキットを示す。可変抵抗を患者の鼻孔近くに配置し、そして被検者の呼気流が定期的に可変抵抗を冷却し、別の増幅器に接続できるブリッジを不平衡にする。増幅器からの出力シグナルは空気流の振幅に関係する。

本発明の実施形態では、空気流を直接検出する圧力センサーを気流の中に固定して、局所的な圧変化に応答させる。非常に多様な圧力センサー、例えば半導体基盤、光ファイバー基盤、およびバルーン基盤のものなどが公知である。好ましくは、鼻内腔、鼻もしくは口の外側、または呼吸経路のその他の適当な場所に位置付けることができるセンサーホルダーを用いる。最も好ましくは、装置は呼吸経路の内部表面から少なくとも０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍまたは５ｍｍ以上離れて検出器を位置付けるが、呼吸した空気をセンサーに接触させるようにする。１つの実施形態では、１つ以上のセンサーを用い、そしてセンサーにより生成されたシグナルを比較して、配置における、および使用中の動きにおける予測不能な変動を補正する。１つのかかる実施形態では、流動体または水分センサーを追加使用して、温度センサーを較正するための、または温度センサーと水分との接触に関して補正するための情報を生成する。
呼吸マスク検出器、例えば圧力検出器および流検出器は当技術分野で公知であり、そして本発明の実施形態に関して企図される。例えば、２００１年７月１０日にＯｋａｍｏｔｏらに対して発行された米国特許第６，２５８，０３９号は、圧力および温度センサーを有する呼吸ガス消費モニタリング装置について記載し、そしてこれを本発明の実施形態に使用することができる。１９９７年８月２６日にＫｉｍｍらに対して発行された米国特許第５，６６０，１７１号は患者および圧力感知器に接続されている流路におけるガス流の速度を測定するための流センサーについて記載している。また温度、圧力および流センサーを鼻腔内に位置付けて、容量測定情報を収集することができる。

（その他のセンサー）
広く多様なセンサーを本発明の実施形態で用いることができる。例えば米国特許第６，２８６，５０８号に記載されるように、ニューモタコ（差圧流量測定器とも称される）を用いて瞬時の気流を測定することができる。容量測定のためのその他の装置には、例えばＳｕｌｌｉｖａｎら、Ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ Ｃａｒｅ ２９（７）：７３６−７４９（１９８４）に記載され、そして米国特許第４，０４７，５２１号；第４，４０３，５１４号；第５，０３８，７７３号；第５，０８８，３３２号；第５，３４７，８４３号；第５，３７９，６５０号；第５，５３５，６３３号および第６，０９９，４８１号に記載されるように、種々のニューモタコ、気流により冷却される加熱ワイヤーの温度変化の測定（ホットワイヤー流速計）、気流を通過する超音波ビームの周波数シフトの測定（超音波ドップラー）、ストラットを通過する気流である渦放出数の計数（渦放出）、上流で作られた音または熱インパルスの下流センサーへの伝送時間の測定（飛行型時間装置）および呼吸流路に配置された羽根の回転の計数（回転羽根）などがある。
既存の、または将来的に開発されるであろう、肺容量の容量測定変化に少なくとも部分的に対応するシグナルを生成する各センサーは本発明の１つまたはそれ以上の実施形態において有用である。とりわけ有利な実施形態では、センサーは胸部周囲の長さのセンサーが生成するものほど、あまり線形性でない（すなわちより容量測定的である）シグナルを生成する。この局面での「あまり線形性でない」なる用語は、センサー出力（典型的には機械的特性、例えば圧力または電気シグナル）をＸ変数として線形的時間を用いてＸ−Ｙ軸のＹ軸上にプロットする場合、プロットは周囲の長さ測定装置を用いて同一の生理学的状態からプロットされた周囲の長さのシグナルほど線形的ではない。

広く多様な圧力センサー、例えば圧感受性キャパシタ、圧電性結晶、圧電抵抗性トランスデューサ、およびシリコン歪みゲージを用いることができる。かかるセンサーは例えば、米国特許第６，１２０，４６０号；第６，０９２，５３０号；第６，１２０，４５９号；第６，１７６，１３８号；第６，２０８，９００号；第６，２３７，３９８号；第５，８９９，９２７号；第５，７１４，６８０号；第５，５００，６３５号；第５，４５２，０８７号；第５，１４０，９９０号；第５，１１１，８２６号および第４，８２６，６１６号に記載されており、そして医療処置において使用することができる。これらのセンサーは、適当に配置され、そして使用された場合、概して肺容量または圧力に対応する容量測定シグナルを生成することができるのでとりわけ有利である。

＜医療処置をゲートするためのシステム＞
本発明の実施形態は、例えば前記したような容量測定センサーと、センサーからの情報を受け取り、そして受け取った情報を分析して、撮像手順のためのゲーティング時間を決定するモニターとを組み合わせたシステムである。多くの場合、システムはセンサー、患者の身体内またはその近くの位置でセンサーを固定する装置及び感知されたシグナルを受け取り、そしてそれに作用するためのモニター回路および／またはソフトウェアからなる。（複数の）センサーを食道カテーテルに取り付けることができ、そしてエネルギーフィールド、例えば磁場との干渉に対する強い抵抗性が望まれる場合、センサーおよびカテーテルの双方が光ファイバーを含むことができる。本発明の別のエネルギー抵抗性の実施形態は、バルーンカテーテルであり、ここでバルーンの圧変化はガスまたは流動体を充満したチューブを通って体外の圧力トランスデューサに伝えられる。前記で概説した多くのその他の型のセンサーを使用することもできる。複数のセンサーはより詳細な情報を提供して、さらに正確なゲーティングシグナルを提供できる可能性がある。
さらに別の実施形態では、ＭＲＩまたはその他のトリガー手順の間に、３つの生理学的技術からの１つまたはそれ以上の情報を連続的にモニター観察して、できるだけ早期に医学的症状を検出する。かかる実施形態の１つでは、患者の呼吸プロファイルが得られ、それにより吸息および吐息の時間をコンピューターに記録し、そして異常な事象を以前の時期と比較する。別の実施形態では、吸息および／または吐息された空気の容量をベースライン値および用いられる異常な事象と比較して、担当の医師に警告する。

最も有利には、モニターを体外で、そして撮像または治療に用いられる磁気エネルギー、電磁エネルギーまたは粒子衝撃との干渉を避けるためにいくらか離れて位置付ける。バルーンカテーテルおよび圧カップリング流動体またはガスと共に用いる場合、モニターは典型的にはガスまたは流動体と直接または間接的に接触する圧力トランスデューサを含む。センサーは圧力変化に応答して電気シグナルを生成する。その他の装置、例えば圧電性圧力センサー、温度センサーおよび流センサーを用いる場合、典型的には電気シグナルは患者の身体からモニターに伝えられる。
概してモニターはバッファリング（インピーダンスを変化させる）、シグナルの増幅および／またはノイズを除去するためのフィルタリングにより１つまたはそれ以上のシグナルを変化させる。多くの実施形態では、シグナルをコンピューターメモリまたはその他のメモリに保存し、そして次にレビューしてパターンを見出す。いくつかの実施形態では、シグナルをリアルタイムで特定の特性に関して評価し、そして直接トリガリングに使用する。従って、モニターはバッファーおよび閾値シグナル検出器ほどに単純に、または標準的な曲線を生成および保存する１つまたはそれ以上のコンピューターほどに複雑にでき、そしてアルゴリズムを使用して入力データを評価する。どの場合にも、モニターは呼吸を示す「ゲーティング・シグナル」、例えば呼吸の始まりの点、終わりの点、または呼吸サイクルのいくつかその他の反復された特徴を生成する。ゲーティング・シグナルは別個の出力電気シグナル、光学シグナル、もしくは磁性シグナル、コンピュータープログラムもしくは電気回路の決定点、またはコンピューター内でもしくはコンピューターにより、または電気回路により表された１つもしくはそれ以上の数学的な値でよい。

１つの実施形態では、ソフトウェアプログラムを、物理的にモニターの一部とするか、またはそれに取り付けられているコンピューター内に保存する。ソフトウェアプログラムは呼吸に随伴される容量測定センサーからの連続的なシグナルを保存する（肺容量および／または圧力）。１つの実施形態では、第１工程のプログラムは呼吸サイクル（より完全な吐息、吸息または組み合わせられた吸息／吐息）に関して個別の（通常の）プロファイルを作成する。第２工程では、プログラムはプロファイルの特性を公知のまたは予測される特性と比較して、呼吸サイクルの始まりまたは終わりを示すセンサーシグナル変化の型を決定（算出または選択）する。第３工程では、データが入ってきて、そして決定された変化を探す間、プログラムはセンサーデータをモニター観察する、データが入ってきて、そして決定された変化を探す。コンピューターは変化が見出されるときを決定し、そしてプログラムの別の部分、別のコンピューターまたはいくつかの別の装置をトリガーして撮像手順をゲートまたは調節する。

１つの実施形態では、２つまたはそれ以上の呼吸プロファイル特性（その少なくとも１つは本明細書で定義する容量測定である）をモニター観察し、そして比較する。可能なサンプリングされた呼吸特性は呼吸流速、呼吸圧、食道圧、胃圧、患者の呼吸のうち少なくとも１つを構成要素の部分圧および吐息された空気の温度である。例えば米国特許第６，０９９，４８１号に記載されるように１つまたはそれ以上のパラメーターの算出を行うことができる。
ＭＲＩおよびＣＡＴのごとき診断手順および治療を含む種々の医療処置が撮像を利用し、そして本発明の実施形態から利益を得ることができる。かかる治療には例えば、Ｓｃｈｅｎｃｋら［２３］が述べている画像誘導治療のための超電導オープン構造、Ｃｌｉｎｅら［２４］が述べている腫瘍アブレーション、Ｃｈｅｎら［２５］が述べているマイクロワウェーブ熱アブレーション、およびＳｈｐｕｎら［２６］が述べているリアルタイム３次元マグネティック・ナビゲーションを用いる高周波心内膜アブレーションなどがある。かかる治療の結果を、例えばＭＲＩによりモニター観察して、治療から解剖学的変化および温度変化さえも決定することができる。各々の場合、治療を補強する可能性のある、例えばカテーテルの適切なまたは改善された撮像を確実にする（すなわちカテーテルまたは標的構造を見るために高度に細部まで必要とされる）ことによるか、または単純にアブレーションのタイミングを適切に選択することを可能にすることにより、適切な呼吸ゲーティングが治療のタイミングの改善を促す。

＜性能改善のための磁性および放射性フィールド透過材料＞
本発明の実施形態において用いられる多くの撮像手順は強力な磁性（ＭＲＩ）または放射性（例えばｘ線撮像）エネルギーフィールドを利用する。これらのフィールドは患者の身体を透過し、そして身体成分との相互作用に基づいて画像を生成する。組み込まれた成分、例えばセンサーに用いられる金属およびセラミック並びにセンサーからモニターまでのリード線はしばしばＭＲＩ感受性および／または放射線非透過性である。例えば、センサーからモニター回路に電気シグナルを伝達するために用いられる金属ワイヤーは強力な交代磁場からのエネルギーを吸収し、そしてスパークを形成するのに十分な強さの渦電流を獲得することができる。鉄およびその他の常磁性材料はとりわけＭＲＩ撮像において歪みを引き起こし、そして回避されるべきである。

有利な実施形態は、ＭＲＩ抵抗性材料および放射線透過性材料を用いることである。かかる材料の実例は、米国特許第４，０５０，４５３号；第４，２５７，４２４号；第４，３７０，９８４号；第４，６７４，５１１号；および第４，６８５，４６７号に記載されており、これは金属性ペイントで電極ベースをペイントするか、または、ベース上に極薄金属性フィルムを堆積させることにより、モニター電極の伝導性エレメントを形成して、撮像手順との相互作用を最小にすることを示している。別の実施形態は、米国特許第４，４４２，３１５号および第４，５３９，９９５号に記載されるように、電気伝導性材料、例えば炭素の微細粒子をベースに適用することにより、伝導性エレメント、例えば電極リード線を形成する。さらに別の実施形態では、米国特許第４，７４８，９９３号および第４，８００，８８７号に記載されるように、多孔性炭質材料またはグラファイトシートから伝導性エレメントを形成する。その他のＭＲＩ適合材料は２００１年１１月２日に出願された「心臓ゲーティングシステムおよび方法」と題された米国特許第６０／３３０，８９４号に記載されており、とりわけＭＲＩ撮像を利用する本発明の実施形態において望ましい。

これらの材料を放射線撮像技術と併せて用いることもできる。例えば、１９９８年３月３１日にＦｅｒｒａｒｉに対して発行された米国特許第５，７３３，３２４号に記載されるように、電気伝導性炭素充填ポリマーおよび／または、電極の側面の少なくとも主要な部分における電気伝導性金属／金属コーティングを含むＸ線透過材料を用いることができる。選択肢としては、電解質溶液を含浸された多孔性顆粒状または繊維状炭素が米国特許第４，７４８，９８３号に記載されている。本発明の実施形態に適したその他のＸ線透過電気伝導性材料は米国特許第４，０５０，４５３号；第４，２５７，４２４号；第４，３７０，９８４号；第４，６７４，５１１号；第４，６８５，４６７号；第４，４４２，３１５号；第４，５３９，９９５号；および第５，２６５，６７９号に記載されている。
放射線透過性および／または磁場透過性であるとりわけ望ましい実施形態は、主に（少なくとも９０重量％、さらに有利には少なくとも９５重量％、９７重量％、９８重量％、さらには９９重量％以上）有機ポリマー、例えば医療用プラスチックまたはガラスを含むセンサー、マスク、センサーホルダー、およびカテーテルである。モニターを身体に接触させずに体外に置くことができるので、中央が流動体または空気で充満されており、遠位末端にバルーンを伴う食道カテーテルがとりわけ有利である。従って、モニター（圧力トランスデューサ、電気回路等）は撮像と干渉する必要なく、金属を含有することができる。別の、概して迅速な応答時間を有する、とりわけ有利なモニターは、ベンド圧検出器または付加圧検出器を伴う光ファイバーを含む食道カテーテルであり、そしてこれは光学シグナルを金属含有モニターと接続するために体外の離れた所まで伝達を行う。

いくつかの圧電性結晶、とりわけポリマーから作られたものはＭＲＩおよび／または放射線エネルギー透過性である。例えば、Ｋｏｌｍらに対して発行された米国特許第４，３８７，３１８号；Ｔａｙｌｏｒらに対して発行された第４，４０４，４９０号；Ｎｉｌｓｓｏｎらに対して発行された第４，００５，３１９号、およびＤｅｍａｒｃｏ，Ｊｒ．らに対して発行された第５，４９４，４６８号で論じられている、圧力に応答して電気を生成する多くの圧電性材料が公知であり、そして企図されている。とりわけ有利であるものは、圧電性プラスチックシートの形態、または、その他の形態に成形できるポリマーである。とりわけＰＶＤＦポリマーとして公知のポリマーが企図されている。「ＰＶＤＦ」なる用語はフッ化ポリビニリデンを意味する。「ＰＶＤＦポリマー」なる用語はそれ自体がＰＶＤＦポリマーであるか、並びに／またはＰＶＤＦおよびその他のポリマー、例えばＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）と称される共重合体を含んでおり、そしてＰＶＤＦおよびＰＴｒＦＥ（ポリトリフルオロエチレン）を含む種々の共重合体のいずれかを意味する。
ＰＶＤＦポリマーはシートとして市販で入手可能であり、そして種々の金属、例えば銀、アルミニウム、銅およびスズでできた薄電極（エネルギーフィールドとの干渉を最小にするため）並びに反対の主要な表面に公知の伝導性インクまたは有機ポリマー（少しであるが干渉する）を含むように形成されることができる。シートは相対的に強力で、そして引き裂き抵抗、柔軟性があり、そして化学的に不活性である。かかるＰＶＤＦポリマー圧電性材料は例えばカテーテルの長軸に沿って並んだ長片として挿入され、そして食道に位置付けられることができる。使用される場合、柔軟性を大きくさせるために、延性の高い（複数の）金属、例えばスズおよび銀、および公知の伝導性インク、例えばカーボンブラックまたは銀粒子から（複数の）金属電極を作ることができる。

電気シグナルを生成するプラスチック製の圧力センサーを非金属製伝導体と組み合わせるには、放射線透過圧電性電気センサーがとりわけ望ましい。例えばシラスティックポリマーや例えばその他の硬質プラスチックベース上にシラスティックポリマー等をコートした複合ポリマー、または例えば米国特許第６，１７２，３４４号に示されるようなその他の処理のコーティングにより、周囲の生理学的液体からこれらの構造を電気的に単離することができる。

本発明のその他の実施形態および使用は、本明細書に開示した本発明の詳細および実施を考慮することにより、当技術分野の技術者には明白であろう。全ての米国および外国特許および特許出願およびいずれかの先行文献を含む、本明細書に引用した全ての参照および記載された文献は、いかなる理由があったとしても、具体的におよび全てを出展明示により本明細書の一部とする。以下の請求の範囲により示される発明の真の範囲および精神において、詳細および実例は説明のみのためと考えられると意図する。

Claims (35)

1. 患者の医療用撮像をゲートするシステムであって、
   患者の体腔に挿入され、または、患者の顔面の上に固定され、圧力、温度または空気流のうち少なくとも１つを検出して呼吸容量測定シグナルを生成する少なくとも１つのセンサーを有する装置と、
   前記装置からのセンサー情報を受け入れ、医療用撮像のためのゲーティング・シグナルを生成することができるモニターと、を具備する
   ことを特徴とするシステム。
2. 患者の医療用撮像をゲートするシステムであって、
   近位末端および遠位末端を有し、遠位末端に少なくとも１つの圧力センサーを有する食道カテーテルと、
   近位末端で前記食道カテーテルからセンサー情報を受け入れ、医療用撮像をゲーティングするのに適した呼吸容量測定シグナルを生成することができるモニターと、を具備する
   ことを特徴とするシステム。
3. 患者の医療用撮像をゲートするシステムであって、
   肺圧力センサー、肺空気容量センサーおよび空気流速センサーからなる群から少なくとも１つを選択するセンサーを有する呼吸装置と、
   前記呼吸装置からのセンサー情報を受け入れ、呼吸流入および流出を決定するのに適した時間をかけてセンサー情報を収集し、医療用撮像をゲートするのに適したトリガリング・シグナルを生成することができるモニターと、を具備する
   ことを特徴とするシステム。
4. 患者の医療用撮像をゲートするシステムであって、
   患者の口腔、鼻または口よりも上の空間の少なくとも１箇所に配置することができる少なくとも１つの温度センサーと、
   前記温度センサーからの情報を受け入れ、呼吸流入および流出を決定するのに適した時間をかけて情報を収集し、医療用撮像をゲートするのに適したシグナルを生成することができるモニターと、を具備する
   ことを特徴とするシステム。
5. 出力シグナルを受け取り、応答することができる撮像装置であって、
   核磁気共鳴映像法、心臓撮像、心臓核シンチグラフィー、コンピューター断層撮影、心エコー検査、レーザー・アブレーションを導くための撮像、高周波アブレーションを導くための撮像、ガンマナイフ放射線治療を導くための撮像および放射線治療を導くための撮像 からなる群から選択される撮像装置を具備する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 少なくとも１つのセンサーがバルーン、圧電性トランスデューサおよび光ファイバーからなる群から選択される圧力センサーである
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
7. 前記バルーンが気体または液体を含有するチューブを介して食道カテーテルの近位末端に接続されている
   ことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
8. 前記装置から受信機にセンサー情報を伝達する電気リード線を具備する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
9. 前記電気リード線は常磁性材料が欠如している
   ことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
10. 前記電気リード線は顕著に強磁性特性を有する材料が欠如している
    ことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
11. 前記電気リード線は少なくとも５０％の炭素を含む
    ことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
12. １つまたはそれ以上のセンサーからモニターへ光学シグナルを伝達する光ファイバーを具備する
    ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のシステム。
13. カンチレバー型シャッター、半導体反射板、横隔膜反射板およびミラー干渉反射板からなる群から選択される光ファイバー圧力センサーを具備する
    ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載のシステム。
14. 離れた所に位置付けられた少なくとも２つのセンサーを具備する
    請求項１から１３のいずれか一項に記載のシステムであって、
    少なくとも２つの前記センサーからのシグナルが比較されて２つのセンサーの少なくとも１つまたはそれ以上の動きのシフトを補正する
    ことを特徴とするシステム。
15. 患者の身体の近くまたは内部の１つまたはそれ以上のセンサーからの容量測定シグナルを伝達することができる放射線透過性である延長された部分を含む
    ことを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載のシステム。
16. 核磁気共鳴映像法、心臓撮像、心臓核シンチグラフィー、コンピューター断層撮影、心エコー検査、レーザー・アブレーションを導くための撮像、高周波アブレーションを導くための撮像、ガンマナイフ放射線治療を導くための撮像、および放射線治療を導くための撮像からなる群から選択される患者の医療処置であって、
    患者の体内または体の上に位置するセンサーの少なくとも1つから圧力、温度、または空気流のうちの少なくとも１つを検出して呼吸容量測定シグナルを生成し、画像収集の適時を決定するために正常な圧・容量曲線上で予め選択される点を決定する
    ことを特徴とする患者の医療処置。
17. 核磁気共鳴映像法、心臓撮像、心臓核シンチグラフィー、コンピューター断層撮影、心エコー検査、レーザー・アブレーションを導くための撮像、高周波アブレーションを導くための撮像、ガンマナイフ放射線治療を導くための撮像、および放射線治療を導くための撮像からなる群から選択される患者の医療処置であって、
    患者の体内または体の上に位置するセンサーの少なくとも1つから圧力、温度、または空気流のうちの少なくとも１つを検出して呼吸容量測定シグナルを生成し、画像収集のための最適な呼吸パターンおよび標本点を決定する
    ことを特徴とする患者の医療処置。
18. 前記シグナルが、保存されたプログラムによりコンピューター内で生成される
    ことを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載のシステム。
19. 患者の医療用撮像をトリガーするための呼吸情報を用いるシステムであって、
    リアルタイムで患者からの呼吸容量測定情報を受け取ることができるコンピューターと、
    呼吸情報の複数のデータポイントを保存し、最適な呼吸パターンを決定し、そして吸気の始まり、呼気の終わり、深吸気の終わりおよび深呼気の終わりからなる群から選択される少なくとも１つの時点を決定するためにパターンを分析するコンピューター内に保存されたプログラムと、を具備する
    ことを特徴とするシステム。
20. 保存されたプログラムが正規化された圧力容量曲線を利用して少なくとも１つの時点を決定する
    ことを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
21. 呼吸容量測定情報を生成するバルーン食道カテーテルを具備する
    ことを特徴とする請求項１９または２０に記載のシステム。
22. 温度、流速または圧力のうち少なくとも１つをモニター観察するための少なくとも１つのセンサーを有するマウスピースまたは気道ピースを具備する
    ことを特徴とする請求項１から２１のいずれか一項に記載のシステム。
23. 患者の呼吸撮像をゲートするための核磁気共鳴影像法に適合する食道センサーであって、
    光ファイバーと、
    光ファイバーの遠位末端またはその近くの少なくとも１つの圧力センサーと、
    光ファイバーの近位末端にある検出器と、からなる食道センサーであって、
    前記食道センサーは１重量％未満の強磁性材料を含み、前記光ファイバーの遠位末端は患者の食道に挿入されるための形状をしている
    ことを特徴とする食道センサー。
24. 少なくとも１つの圧力センサーがカンチレバー型シャッター、横隔膜反射板、半導体反射板、およびミラー干渉反射板からなる群から選択される
    ことを特徴とする請求項２３に記載の食道センサー。
25. ０．１重量％未満の強磁性材料を含む
    ことを特徴とする請求項２３または２４に記載の食道センサー。
26. 少なくとも２つの圧力センサーを具備する
    ことを特徴とする請求項２３から２５のいずれか一項に記載の食道センサー。
27. 遠位末端および近位末端を有する少なくとも１つの延長された中空体と
    中空体の遠位末端またはその近くの少なくとも１つのバルーンと、
    中空体の近位末端の検出器と、からなる食道センサーであって、
    前記食道センサーは１重量％未満の強磁性材料を含み、前記光ファイバーの遠位末端は患者の食道に挿入するための形状をしている
    ことを特徴とする食道センサー。
28. ０．１重量％未満の強磁性材料を含む
    ことを特徴とする請求項２７に記載の食道センサー。
29. 少なくとも２つのバルーンおよび少なくとも２つの中空体を有し、各バルーンが少なくとも１つの中空体に接続されている
    ことを特徴とする請求項２７または２８に記載の食道センサー。
30. 患者の呼吸撮像をゲートするための核磁気共鳴影像法に適合する食道センサーであって、
    遠位末端および近位末端を有する少なくとも１つの延長された中空体と、
    中空体の遠位末端またはその近くの少なくとも１つの圧力トランスデューサと、
    圧力トランスデューサから中空体の近位末端までシグナルを伝達するためのコンダクターと、からなる食道センサーであって、
    前記食道センサーは１重量％未満の強磁性材料を含み、前記光ファイバーの遠位末端は患者の食道に挿入するための形状をしている
    ことを特徴とする食道センサー。
31. ０．１重量％未満の強磁性材料を含む
    ことを特徴とする請求項３０に記載の食道センサー。
32. 前記コンダクターが有機コンダクターである
    ことを特徴とする請求項３０または３１に記載の食道センサー。
33. 前記コンダクターが少なくとも５０重量％の炭素を含む
    ことを特徴とする請求項３０から３２のいずれか一項に記載の食道センサー。
34. 前記圧力トランスデューサが圧電性結晶である
    ことを特徴とする請求項３０から３３のいずれか一項に記載の食道センサー。
35. 前記圧電性結晶が有機ポリマーを含む
    ことを特徴とする請求項３４に記載の食道センサー。