JP2008516722A - Positioning of catheter end using tracking guide - Google Patents
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Abstract
第1の対象物に沿って移動する第2の対象物の位置を決定する方法。この方法は、第1の対象物について位置を決定すること;第1の対象物に対して第2の対象物の直線変位を決定すること;および前記第1の対象物の前記位置および前記直線変位に基づいて、前記第2の対象物の位置を確認することを含む。
【選択図】 図2A method for determining a position of a second object that moves along a first object. The method includes determining a position for a first object; determining a linear displacement of a second object relative to the first object; and the position and the straight line of the first object. The method includes confirming the position of the second object based on the displacement.
[Selection] Figure 2
Description
関連出願
本願は、米国特許法第119条(e)項に基づき、「Tracking a Catherter Tip by Measuring its Distance From a Tracked Guide Wire Tip」と称する2004年10月19日に出願された米国特許仮出願第60/619898号、「Using a Catheter or Guidewire Tracking System to Provide Positional Feedback for an Automated Catheter or Guidewire Navigation System」と称する2004年10月19日に出願された米国特許仮出願第60/619792号、「Using a Radioactive Source as the Tracked Element of a Tracking System」と称する2004年10月19日に出願された米国特許仮出願第60/619897号の利益を主張し、これら全ての出願の開示は、参照として本明細書中に援用される。本願はまた、「Localization of a Radioactive Source within a Body of a Subject」と称する2005年8月11日に出願されたPCT/IL2005/000871の一部継続出願であり、これは第119条(e)項に基づき、「Medical Navigation System Based on Differential Sensor」と称する2004年8月12日に出願された米国特許仮出願第60/600725号の利益を主張し、その開示はまた、参照として本明細書中に援用される。
RELATED APPLICATION This application is a US patent provisional application filed on October 19, 2004, entitled “Tracking a Caterer Tip by Measuring it Distance From Tracked Guide Wire Tip”, under section 119 (e) of the US Patent Act. No. 60/61998, “Usage a Caterer or Guidewire Tracking System to Provided Positional Feedback for an Automated Caterer of Guidance Navigation in the United States No. 61 / Aug. Using a Radioactive Source as th Claims the benefit of US Provisional Application No. 60/619897, filed Oct. 19, 2004, entitled “Tracked Element of a Tracking System,” the disclosures of all of which applications are incorporated herein by reference. Is done. This application is also a continuation-in-part of PCT / IL2005 / 000871 filed on August 11, 2005, entitled “Localization of a Radioactive Source with a Body of a Subject”, which is filed in 119 (e) And claims the benefit of US Provisional Application No. 60/600725, filed Aug. 12, 2004, entitled “Medical Navigation System Based on Differential Sensor”, the disclosure of which is also incorporated herein by reference. Incorporated inside.
技術分野
本発明は、医療器具、例えばカテーテルを、身体内で位置決定することに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to locating a medical device, such as a catheter, within a body.
操作可能な器具の身体内深くでの操縦に依存する多くの医療技術が存在する。多くの場合において、器具は遠位端(例えば、大腿の血管)から挿入され、身体を通って冠状動脈のような標的位置まで長い距離を操縦される。これらの技術は、器具の位置を決定するための追跡技術に依存する。 There are many medical technologies that rely on the manipulation of operable instruments deep inside the body. In many cases, the instrument is inserted from the distal end (eg, a femoral vessel) and steered through the body to a target location such as a coronary artery. These techniques rely on tracking techniques to determine the position of the instrument.
器具上の位置センサを使用して、身体内での器具の3D位置の直接的な確立に依存する追跡技術がある。 There are tracking techniques that rely on the direct establishment of the 3D position of the instrument within the body using position sensors on the instrument.
さらなる追跡技術は、身体の一部のマップ(例えば、動脈樹)を確立すること、および器具の像/位置をマップ上に重ねることに依存する。例えば、Lengyelら(http:www.graphics.cornell.edu/pubs/1995/LGP95.pdf.、その開示は参照として本明細書中に援用される)は、カテーテル変位の直線測定および動脈のX線断層撮影データとの比較を教示する。 Further tracking techniques rely on establishing a map of the body part (eg, an arterial tree) and overlaying the instrument image / position on the map. For example, Lengiel et al. ( Http: www.graphics.cornell.edu/pubs/1995/LGP95.pdf , the disclosure of which is incorporated herein by reference) provides linear measurements of catheter displacement and X-rays of arteries. Teach comparison with tomographic data.
本発明のある実施形態の局面は、第1の対象物の決定された位置、および対象物間の相対直線変位を使用して、第1の対象物に沿って移動する第2の対象物の位置、またはそれが移動する経路を決定することに関する。所望により、一連の位置は第1の対象物の経路を規定する。本発明の例示的な実施形態において、第2の対象物はカテーテルであり、第1の対象物はカテーテルガイドワイヤである。所望により、ガイドワイヤは、その端においてまたはその近くに追跡源を担持する。所望により、追跡源は放射線源である。所望により、位置は3D位置または2D位置である。 An aspect of an embodiment of the present invention uses a determined position of a first object, and a relative linear displacement between the objects, of a second object moving along the first object. It relates to determining the location, or the path it travels. If desired, the series of positions defines a path for the first object. In an exemplary embodiment of the invention, the second object is a catheter and the first object is a catheter guide wire. If desired, the guidewire carries a tracking source at or near its end. If desired, the tracking source is a radiation source. The position is a 3D position or a 2D position, as desired.
本発明のある実施形態の局面は、第1の対象物および第2の対象物の相対直線変位を決定するために機械可読マーキングを使用する身体内医療システムに関する。所望により、機械可読マーキングは、二進符号、例えばバーコードを使用する。本発明の例示的な実施形態において、第2の対象物は第1の対象物に沿って移動する。本発明の例示的な実施形態において、システムは、各々が機械可読マーキングでマークされている2つの対象物を含む。本発明の例示的実施形態において、一方の対象物上にセンサが使用され、他方の対象物上に読み取り装置が使用される。本発明の例示的な実施形態において、単一のセンサが両方の対象物上に取り付けられる。 An aspect of certain embodiments of the invention relates to an intrabody medical system that uses machine-readable markings to determine relative linear displacements of a first object and a second object. If desired, the machine readable marking uses a binary code, such as a bar code. In an exemplary embodiment of the invention, the second object moves along the first object. In an exemplary embodiment of the invention, the system includes two objects, each marked with a machine readable marking. In an exemplary embodiment of the invention, a sensor is used on one object and a reader is used on the other object. In an exemplary embodiment of the invention, a single sensor is mounted on both objects.
本発明のある局面によれば、第1の対象物に沿って移動する第2の対象物の位置を決定する方法が提供される。この方法は、
(a)第1の対象物について位置を決定すること、
(b)第1の対象物に対して第2の対象物の直線変位を決定すること、および
(c)前記第1の対象物の前記位置および前記第1の対象物に対する前記直線変位に基づいて、前記第2の対象物の位置を確認すること
を含む。
According to one aspect of the present invention, a method is provided for determining a position of a second object that moves along a first object. This method
(A) determining a position for the first object;
(B) determining a linear displacement of a second object relative to the first object; and (c) based on the position of the first object and the linear displacement with respect to the first object. And confirming the position of the second object.
所望により、この方法は、前記第1の対象物の直線変位を測定することをさらに含む。 Optionally, the method further includes measuring a linear displacement of the first object.
所望により、前記第1の対象物の前記直線変位および前記第2の対象物の前記直線変位は各々、規定点に対して決定される。 If desired, the linear displacement of the first object and the linear displacement of the second object are each determined with respect to a specified point.
所望により、前記第1の対象物および前記第2の対象物について使用された規定点は、単一の規定点である。 If desired, the defined point used for the first object and the second object is a single defined point.
所望により、前記第1の対象物および前記第2の対象物について使用される規定点は、2つの別個の規定点であり、前記方法は、前記第1の対象物の直線変位を決定するのに使用された第1の規定点と、前記第2の対象物の直線変位を決定するのに使用された第2の規定点との間の直線距離を計算すること、および前記直線距離によって前記第2の対象物の直線変位値を補正することをさらに含む。 Optionally, the defined points used for the first object and the second object are two separate defined points, and the method determines a linear displacement of the first object. Calculating a linear distance between a first prescribed point used for the second object and a second prescribed point used to determine a linear displacement of the second object; It further includes correcting the linear displacement value of the second object.
所望により、前記第1の対象物について前記位置および前記直線変位を決定することは、相関位置で一連の直線変位を決定するために繰り返され、一連の前記相関位置は経路を規定する。 Optionally, determining the position and the linear displacement for the first object is repeated to determine a series of linear displacements at a correlation position, the series of correlation positions defining a path.
所望により、前記第2の対象物について直線変位値を決定することは、前記第1の対象物上の規定点に対するものである。 If desired, determining a linear displacement value for the second object is relative to a defined point on the first object.
所望により、前記第2の対象物はカテーテルである。 Optionally, the second object is a catheter.
所望により、前記第1の対象物はガイドワイヤである。 If desired, the first object is a guide wire.
所望により、前記ガイドワイヤは、その遠位端にまたはその近くに追跡源を担持する。 If desired, the guidewire carries a tracking source at or near its distal end.
所望により、前記追跡源は放射線源である。 If desired, the tracking source is a radiation source.
本発明のある局面によれば、医療処置を実施するためのシステムが提供される。このシステムは、少なくとも部分的に身体内に挿入可能な少なくとも2つの軸方向に延長可能な部材を含み、前記軸方向に延長可能な部材のうちの少なくとも1つは、互いに関して前記少なくとも2つの軸方向に延長可能な部材の共通の経路に沿う相対直線変位の決定を助けるために構成される機械可読マーキングの配列でマークされている。 According to one aspect of the present invention, a system for performing a medical procedure is provided. The system includes at least two axially extendable members that are at least partially insertable into the body, wherein at least one of the axially extendable members is the at least two axes relative to each other. Marked with an array of machine readable markings configured to help determine relative linear displacement along a common path of directionally extendable members.
所望により、前記機械可読マーキングは、長さ増分を示す。 If desired, the machine readable marking indicates a length increment.
所望により、このシステムは、前記軸方向に延長可能な部材のうちの1つの遠位部分に位置された追跡源をさらに含む。 Optionally, the system further includes a tracking source located at a distal portion of one of the axially extendable members.
所望により、前記追跡源は放射線源である。 If desired, the tracking source is a radiation source.
所望により、前記機械可読マーキングは、二進符号を含む。 If desired, the machine readable marking includes a binary code.
所望により、前記軸方向に延長可能な部材はカテーテルを含む。 Optionally, the axially extendable member includes a catheter.
所望により、前記軸方向に延長可能な部材はカテーテルガイドワイヤを含む。 Optionally, the axially extendable member includes a catheter guide wire.
所望により、前記カテーテルガイドワイヤは、前記機械可読マーキングの配列を担持する。 Optionally, the catheter guidewire carries the array of machine readable markings.
本発明のある局面によれば、共通の経路に沿って移動する、第1の対象物および第2の対象物の位置を決定するためのシステムが提供される。このシステムは、
(a)経路に沿った変位を受ける、追跡源を含む第1の対象物;
(b)前記第1の対象物に沿った変位を受ける第2の対象物;および
(c)前記経路に沿った、前記第1の対象物および前記第2の対象物の相対変位を決定するように設計および構成された変位センサ
を含む。
According to one aspect of the present invention, a system is provided for determining a position of a first object and a second object that travel along a common path. This system
(A) a first object including a tracking source that is subject to displacement along the path;
(B) a second object subject to displacement along the first object; and (c) determining a relative displacement of the first object and the second object along the path. A displacement sensor designed and configured in such a manner.
所望により、このシステムは、前記経路に沿った、前記第1の対象物および前記第2の対象物の前記相対変位を、前記第2の対象物の位置に変換する回路をさらに含む。 Optionally, the system further includes a circuit that converts the relative displacement of the first object and the second object along the path to a position of the second object.
所望により、前記追跡源は、放射性崩壊を含む。 Optionally, the tracking source includes radioactive decay.
所望により、前記変位センサは、光学式感知機構を含む。 If desired, the displacement sensor includes an optical sensing mechanism.
所望により、前記光学式感知機構は、二進符号を読み取る。 If desired, the optical sensing mechanism reads a binary code.
所望により、前記変位センサは、機械式感知機構を含む。 Optionally, the displacement sensor includes a mechanical sensing mechanism.
所望により、前記第1の対象物はガイドワイヤを含む。 Optionally, the first object includes a guide wire.
所望により、前記第2の対象物はカテーテルを含む。 Optionally, the second object includes a catheter.
本発明のある局面によれば、第1の対象物に沿って移動する第2の対象物の位置を決定する方法が提供される。この方法は、
(a)第1の対象物上の少なくとも1つの点が移動する経路を決定すること、
(b)前記経路に沿って第2の対象物を移動させながら、さらに前記第2の対象物上の少なくとも1つの点の直線変位を決定すること、および
(c)第1の対象物上の少なくとも1つの点の経路に沿った経過を算出することによって、第2の対象物の選択された部分の位置を決定すること
を含む。
According to one aspect of the present invention, a method is provided for determining a position of a second object that moves along a first object. This method
(A) determining a path along which at least one point on the first object moves;
(B) determining a linear displacement of at least one point on the second object while moving the second object along the path; and (c) on the first object. Determining the position of the selected portion of the second object by calculating a course along the path of the at least one point.
所望により、前記算出は前記直線変位に依存する。 If desired, the calculation depends on the linear displacement.
所望により、第1の対象物の経路に沿った経過は、
(a)第1および第2の対象物の各々の少なくとも一部について、固定された既知の長さを使用すること、および
(b)前記第1の対象物に沿った前記第2の対象物上の前記少なくとも1つの点の相対変位を測定すること
によって決定される。
If desired, the course along the path of the first object is
(A) using a fixed known length for at least a portion of each of the first and second objects; and (b) the second object along the first object. Determined by measuring the relative displacement of the at least one point above.
所望により、前記相対変位を測定することは、被験体の身体外で行われる。 If desired, measuring the relative displacement is performed outside the subject's body.
所望により、前記直線変位は、
(a)前記第1の対象物の遠位端から既知の距離において第1の対象物の参照点を規定すること;
(b)前記第2の対象物の遠位端から既知の距離において第2の対象物の参照点を規定すること;および
(c)前記経路に沿った、前記第1の対象物の前記遠位端と前記第2の対象物の前記遠位端の相対位置を計算する手段として、前記第1の対象物の参照点と前記第2の対象物の参照点との間の距離を測定すること
によって決定される。
If desired, the linear displacement is
(A) defining a reference point of the first object at a known distance from a distal end of the first object;
(B) defining a second object reference point at a known distance from a distal end of the second object; and (c) the distance of the first object along the path. Measuring the distance between the reference point of the first object and the reference point of the second object as means for calculating the relative position of the distal end and the distal end of the second object Is determined by
所望により、前記第1の対象物の参照点および前記第2の対象物の参照点は、最初に同じ位置において整合されている。 If desired, the reference point of the first object and the reference point of the second object are initially aligned at the same position.
所望により、前記第2の対象物はカテーテルである。 Optionally, the second object is a catheter.
所望により、前記第1の対象物はガイドワイヤである。 If desired, the first object is a guide wire.
所望により、前記ガイドワイヤは、その遠位端にまたはその近くに追跡源を担持する。 If desired, the guidewire carries a tracking source at or near its distal end.
所望により、前記追跡源は放射線源である。 If desired, the tracking source is a radiation source.
本発明のある局面によれば、放射線源を含むガイドワイヤであって、この放射線源はガイドワイヤの遠位端と一体として形成されるか、またはガイドワイヤの遠位端に取り付けられる、ガイドワイヤが提供される。 According to one aspect of the present invention, a guidewire including a radiation source, the radiation source being formed integrally with or attached to the distal end of the guidewire Is provided.
所望により、前記放射線は、0.01mCi〜0.5mCiの範囲であり、所望により0.1mCiまたはそれ未満である。 Optionally, the radiation ranges from 0.01 mCi to 0.5 mCi, optionally 0.1 mCi or less.
所望により、検出可能な量は、0.05mCiまたはそれ未満である。 If desired, the detectable amount is 0.05 mCi or less.
所望により、同位体はイリジウム−192である。 If desired, the isotope is iridium-192.
図面の簡単な記述
図において、2つ以上の図に現われる同一の構造、要素、または部品は、一般的に、それらが現われる全ての図において、同じ符号で標識される。図において示される特徴および構成要素の寸法は、説明の簡潔さおよび明快さのために選択され、必ずしも縮尺通りではない。図は以下に列挙される。
In the simplified descriptive drawings of the drawings, the same structure, element, or part appearing in more than one figure is generally labeled with the same reference in all the figures in which they appear. Features and component dimensions shown in the figures are chosen for simplicity and clarity of explanation and are not necessarily to scale. The figures are listed below.
図1は、本発明の例示的実施形態によるシステムの作動構成要素の概略図である。 FIG. 1 is a schematic diagram of the operational components of a system according to an exemplary embodiment of the present invention.
図2は、本発明の例示的実施形態による相対直線変位の測定を示す図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating the measurement of relative linear displacement according to an exemplary embodiment of the present invention.
図3は、本発明の例示的実施形態による相対直線変位を測定するための例示的な光学式機構を示す。 FIG. 3 illustrates an exemplary optical mechanism for measuring relative linear displacement according to an exemplary embodiment of the present invention.
図4は、本発明の例示的実施形態によるガイドワイヤ上の機械可読マーキングを示す。 FIG. 4 illustrates machine readable markings on a guidewire according to an exemplary embodiment of the present invention.
図5は、本発明の例示的実施形態による相対直線変位を測定するための例示的な機械式機構を示す。 FIG. 5 illustrates an exemplary mechanical mechanism for measuring relative linear displacement according to an exemplary embodiment of the present invention.
図1は、本発明の例示的な実施形態に従って、第1の対象物の位置および相対直線変位を使用して、第1の対象物に沿って移動する第2の対象物の位置を決定するためのシステム20を示す。所望により、一連の位置は第1の対象物の経路を規定する。本発明の示される例示的な実施形態において、第2の対象物はカテーテル70であり、第1の対象物はガイドワイヤ30である。本発明の種々の実施形態によれば、位置は3D位置でも2D位置でもよい。
FIG. 1 determines the position of a second object moving along a first object using the position of the first object and a relative linear displacement according to an exemplary embodiment of the invention. A
第1の対象物の位置の測定:
本発明の例示的な実施形態において、第1の対象物として作用するガイドワイヤ30は、追跡源を担持する。追跡源は、いかなる物体であってもよく、それに対して位置感知システムは位置を決定することができる。本発明の種々の実施形態によれば、追跡源は、信号を提供するか、または信号を監視することができる。所望により、追跡源はガイドワイヤ30上のいずれかの場所に位置される。本発明の例示的な実施形態において、追跡源はガイドワイヤ30の遠位端32にまたはその近くに位置される。本発明の例示的な実施形態において、追跡源は1つ以上の放射線源、RF送信器および/または受信器、および/または磁石を含む。
Measurement of the position of the first object:
In an exemplary embodiment of the invention, the
1つ以上の受信器に対するRF信号源の位置の決定は、当該分野において一般的に公知であり、当業者は本発明の文脈中にいかなる公知の方法をも組み込むことができるだろう。信号源での信号強度の認識に基づく方法がある。これらの方法は、ガイドワイヤ30上に位置されたRF信号源および/またはRF受信器の位置を決定するために使用されることができる。同様の方法が、磁石を追跡するために使用されることができる。
The determination of the position of the RF signal source relative to one or more receivers is generally known in the art, and those skilled in the art will be able to incorporate any known method within the context of the present invention. There are methods based on recognition of signal strength at the signal source. These methods can be used to determine the position of the RF signal source and / or RF receiver positioned on the
放射線源およびそれらを追跡するための検出システムの例は、同時係属出願PCT/IL2005/000871に記載されており、この開示は参照として本明細書中に完全に援用される。記載される追跡システムは、既知のセンサ位置と追跡源との間の角度を決定するためにセンサに依存する。各々のセンサは、感知領域上に放射線源からの放射の異なる分布を引き起こすために1つ以上の壁を使用する。その分布は角度によって異なる。 Examples of radiation sources and detection systems for tracking them are described in co-pending application PCT / IL2005 / 000871, the disclosure of which is hereby fully incorporated by reference. The tracking system described relies on the sensor to determine the angle between the known sensor position and the tracking source. Each sensor uses one or more walls to cause a different distribution of radiation from the radiation source over the sensing area. Its distribution depends on the angle.
本発明の文脈において使用するために好適なセンサの1例は、壁が放射線源に向けられる場合に両方のセンサが同じ量の入射放射線を受容するように、直立した壁によって分離される2つのセンサを使用する。検出器および壁が回転される場合、壁はセンサのうちの1つを選択的に遮り、入射放射線の不均一な分布を引き起こす。この構成は、放射線源に対する正確な角度方向を示すために、2つのセンサの間の放射線の等しい分布および入射放射線の最大検出に依存する。2つ以上の壁を含むさらなる構成はまた、出願PCT/IL2005/000871に開示される。 One example of a sensor suitable for use in the context of the present invention is two sensors separated by an upright wall so that both sensors receive the same amount of incident radiation when the wall is directed at a radiation source. Use the sensor. When the detector and wall are rotated, the wall selectively blocks one of the sensors, causing an uneven distribution of incident radiation. This configuration relies on an equal distribution of radiation between the two sensors and maximum detection of incident radiation to indicate the correct angular orientation relative to the radiation source. Further configurations comprising two or more walls are also disclosed in application PCT / IL2005 / 000871.
2つ、所望により3つ、所望により4つ以上の方向の交差点の算出は、追跡源についての位置を提供する。本発明の例示的な実施形態において、追跡ユニット34は、周期的に、所望により連続的に、ガイドワイヤ30の遠位端32にまたはその近くに追跡源の位置を確認および記録する。代替的にまたは追加的に、遠位端32の位置は画像化装置を使用して確認されてもよい。
Calculation of intersections in two, optionally three, and optionally four or more directions provides a location for the tracking source. In an exemplary embodiment of the invention, tracking
ガイドワイヤ30の遠位端32の確認された位置は、所望により3D位置座標の経路として表示される。追跡ユニット34のサンプリング密度は、決定された経路の精度に関連する。追跡ユニット34のサンプリング密度は、所望により単位時間あたりの測定値および/または追跡源が移動する単位距離あたりの測定値で表示されることができる。本発明の例示的な実施形態において、追跡ユニット34は1回/秒、所望により10回/秒、所望により20回/秒、所望により50回以上/秒、ガイドワイヤ30の端32の位置を計算する。典型的には、サンプリング密度が増加するにつれて、補間の必要性が減少する。本発明の例示的な実施形態において、確認された位置は、位置出力信号36、例えばタイムスタンプを含む信号36中に組み込まれることができる。タイムスタンプはいつ位置が検出されたのかを示す。時間は任意の0時点から測定される相対時間でも時計の時間でもよい。所望により、出力信号36は、例えば時間+2D位置(t,X,Y)または時間+3D位置(t,X,Y,Z)として表示されることができる。タイムスタンプは、以下に詳述されるように、他の独立して取得されるデータとの相関を可能にする。
The confirmed position of the
出力信号36は、所望によりコンピューター60に通信される。本発明の例示的な実施形態において、出力信号36はコンピューター60によって時間の関数として3D位置のプロットに変換されることができる。本明細書および添付の特許請求の範囲において使用されるコンピューターという用語は、コンピューター回路を含み、このようなコンピューター回路としてはASICが挙げられるが、これに限定されない。
The
放射線追跡源の使用が一例として使用されていたが、放射性崩壊、無線周波数エネルギー、超音波エネルギー、電磁エネルギー、NMR、CT、蛍光間接撮影法のうちの1つ以上を使用するような他の位置決めシステムに依存する実施形態が使用されることができ、これは本発明の範囲内である。所望により、静的および/または準静的な電磁場が追跡のために使用される。 The use of a radiation tracking source has been used as an example, but other positioning such as using one or more of radioactive decay, radio frequency energy, ultrasonic energy, electromagnetic energy, NMR, CT, fluorescence indirect imaging System dependent embodiments may be used and are within the scope of the present invention. If desired, static and / or quasi-static electromagnetic fields are used for tracking.
第1の対象物の直線変位の測定:
図2を参照すると、本発明の例示的な実施形態において、直線変位センサ50はガイドワイヤ30の端32の直線変位100を決定し、それを直線変位値として表示する。変位センサ50は、以下に詳述されるような本発明の代替的な例示的実施形態による種々の機構に従って作動してもよい。本発明の例示的な実施形態において、第1の対象物の測定された変位は、位置が直線変位の関数として表示されることができるように、その測定された位置に整合されている。
Measurement of linear displacement of the first object:
Referring to FIG. 2, in an exemplary embodiment of the invention,
本発明の例示的実施形態において、センサ50はガイドワイヤ30のための駆動機構として作用せず;むしろセンサ50は、ガイドワイヤ30が通過するときのガイドワイヤ30の通路を整合する。本発明の例示的な実施形態において、センサ50はガイドワイヤ30のための駆動機構中に組み込まれる。所望により、センサ50は、例えばカテーテル法処置において使用される大腿動脈への進入点として作用する口の近くに位置されることによって、既知の位置に固定される。既知の位置での固定は、例えばセンサ50のハウジングを患者の脚に固定することによって、またはセンサ50のハウジングを手術台に取り付けることによって達成されることができる。本発明の例示的な実施形態において、センサ50の位置は、ガイドワイヤ30に関してゼロ変位として任意に規定される。
In an exemplary embodiment of the invention,
本発明のある実施形態において、変位センサ50は、ガイドワイヤ30の直線変位を測定するための第1の感知機構(例えば、光学式感知)、およびカテーテル70の直線変位を測定するための第2の感知機構(例えば、機械式感知)に依存する。
In some embodiments of the present invention, the
本発明の例示的な実施形態において、変位センサ50は、カテーテル70およびガイドワイヤ30の両方の変位を測定するために、同様の機構に依存する。本発明の例示的な実施形態において、カテーテル70の変位は、所望によりガイドワイヤ30上の機械可読符号を使用して、ガイドワイヤ30に対して測定される。所望により、例えばコンピューターであってもよい分析回路60は、センサ50において位置されるカテーテル端72とガイドワイヤ端32との間の距離105を計算する。代替的にまたは追加的に、センサ50は、ガイドワイヤ30および/またはカテーテル70に固定されることができる。
In the exemplary embodiment of the invention,
本発明の例示的な実施形態において、較正は、ガイドワイヤ30の符号38のような共通の目盛り上で位置を読みとることによって達成される。この実施形態によれば、各々既知の長さを有するガイドワイヤ30およびカテーテル70は、ガイドワイヤ端32とカテーテル端72との間の最初の距離105が認識されるように、最初に整合されている。例えば、ガイドワイヤの1000mm部分上にmm単位でマークされる機械可読符号を備えるガイドワイヤ30が使用されることができる。センサ50は、カテーテル70の近位端に取り付けられ、ゼロ変位として任意に規定される固定位置に保持される。ガイドワイヤ30は、身体内に100mm移動され、センサ50はガイドワイヤ30上の機械可読符号を使用してこの変位を読み取る。距離105は、この段階で100mmだけ増大される。カテーテル70の変位が始まる際に、センサ50はガイドワイヤ30に沿って変位される。これが起こると、センサ50は機械可読符号を用いて数を逆に数える。例えば、もしカテーテル70が25mm前進する場合、センサ50は符号に従って75位置mmを記録するだろう。距離105は、その初期値より75mmだけ大きいように、25mm減少される。代替的にまたは追加的に、センサ50はゼロ変位に対する自身の動きを記録する。
In the exemplary embodiment of the invention, calibration is accomplished by reading the position on a common scale, such as
本発明の例示的な実施形態において、システム20の操作者は、カテーテル70をガイドワイヤ30に沿って迅速に前進させることができる。所望により、カテーテル端72とガイドワイヤ端32との間の距離105を示す出力62は、標的にゆっくりと近づくことができるように減速しなければならないときに操作者に警告する。出力62は、距離として視覚的にまたはオーディオ装置(例えば、人工音声)によって表示されることができる。代替的にまたは追加的に、警告指示器は、距離105が予め決められた限界より短くなる場合に操作者に警告することができる。警告指示器は、目に見えるもの(例えば、表示スクリーン上のアイコンまたは指示灯)および/または聞き取れるもの(例えば、ベル、ブザー、または人工音声)でもよい。
In an exemplary embodiment of the invention, an operator of
本発明の例示的な実施形態において、動脈プラークのような2つ以上の標的は、ガイドワイヤ30が前進するとき単一の経路に沿って指定される。本発明の例示的な実施形態において、標的の指定は画像データとの整合に基づく。所望により、画像データは、ガイドワイヤ30の前進と同時に取得される。代替的にまたは追加的に、予め取得された画像データは標的を指定するために使用されることができる。画像データは、例えば蛍光透視画像データであっても良い。代替的にまたは追加的に、標的はガイドワイヤ30の端32の前進に対する抵抗の増大によって感知されることができる。所望により、システムの操作者は標的の指定をコンピューター60に指示することができる。本発明の例示的な実施形態において、標的はコンピューター60の表示スクリーン上において目で見ることができる。
In an exemplary embodiment of the invention, more than one target, such as an arterial plaque, is designated along a single path as
カテーテル70の端72は、次いで、ガイドワイヤ30によって規定される経路上のそれらの相対変位に基づいて、これらの標的の近くにもたらされることができる。代替的にまたは追加的に、単一のプラークの始めと終わりが、プラーク長の測定を容易にするために別個の標的として規定されてもよい。
The ends 72 of the
本発明の例示的な実施形態において、標的は、各々の標的が1つ以上の直線変位値として表示されるように、変位センサ50を使用してマッピングされる。代替的にまたは追加的に、標的は、各々の標的が1つ以上の位置として表示されるように、追跡ユニット34を使用してマッピングされる。
In an exemplary embodiment of the invention, targets are mapped using a
変位100は、変位出力信号52としてコンピューター60に供給されることができ、所望により、上に詳述されるようにタイムスタンプが付けられることができる。所望により、コンピューター60は、時間の関数としてガイドワイヤ30の端32の直線変位を算出することができる。蛍光透視データおよび/または血管内超音波データ(IVUS)および/または動脈のX線断層撮影データのような画像データ上への整合は、例えば以下に詳述されるように実施されることができる。
The
標的の指定は、システムの操作者によって積極的に実施されるか、または目で見える標的を含む画像データとの整合によって消極的に実行されるかどうかにかかわらず、カテーテルのような第2の対象物がひとたび配置されると、システムの操作者にとって有用である。標的の指定は、例えば、操作者がカテーテルの前進のための速度を選択することを助けることができる。 Regardless of whether the target designation is actively performed by the operator of the system or performed passively by alignment with image data containing a visible target, a second such as a catheter Once the object is placed, it is useful to the system operator. Target designation can, for example, help an operator select a speed for catheter advancement.
本発明のある実施形態において、単一の経路上の複数の要素の追跡が容易にされる。この追跡は、所望により同時または連続であることができる。複数の要素は、例えば以下に詳述されるような複数の放射線不透性マーカーおよび/または複数の放射線源であることができる。 In certain embodiments of the invention, tracking of multiple elements on a single path is facilitated. This tracking can be simultaneous or sequential as desired. The plurality of elements can be, for example, a plurality of radiopaque markers and / or a plurality of radiation sources as detailed below.
本発明の例示的な実施形態において、複数の追跡源が複数のセンサによって追跡されることができる。例えば放射線源は、上に詳述されるような指向性の感度の良い放射線センサによって追跡されることができ、RF源はRF感知システムによって追跡されることができる。これは例えば、単一の対象物の上の2点の方向を決定すること、および/または2つの別個の対象物の運動を調整することにおいて有用であろう。代替的にまたは追加的に、異なるタイプの放射を有する複数の放射線センサは、各々の放射タイプに特有なセンサを使用して同時に追跡されることができる。本発明の例示的な実施形態において、単一の放射線源のみが使用される。 In an exemplary embodiment of the invention, multiple tracking sources can be tracked by multiple sensors. For example, the radiation source can be tracked by a directional sensitive radiation sensor as detailed above, and the RF source can be tracked by an RF sensing system. This may be useful, for example, in determining the direction of two points on a single object and / or adjusting the motion of two separate objects. Alternatively or additionally, multiple radiation sensors having different types of radiation can be tracked simultaneously using sensors specific to each radiation type. In an exemplary embodiment of the invention, only a single radiation source is used.
所望により、直線変位データは、第1の対象物の一連の位置、例えばガイドワイヤ30の端32から算出されることができる。この算出された変位の精度は、ガイドワイヤの変位単位あたりの決定された位置の数を増やすことによって高められることができる。
If desired, linear displacement data can be calculated from a series of positions of the first object, such as the
代替的にまたは追加的に、ガイドワイヤ30および/またはカテーテル70の変位は、直接的に測定されない。本発明の例示的な実施形態において、カテーテル70の変位は、ガイドワイヤ30に対して測定される。
Alternatively or additionally, the displacement of
第1の対象物の位置および直線変位の整合:
本発明の例示的な実施形態において、ガイドワイヤ30の端32の位置は、変位の関数として表示される。所望により、コンピューター60は、位置出力信号36と変位出力信号52とを相関させる。所望により、変位の関数としての位置の表示は、変位データのみが利用可能である同じ経路に沿って移動する第2の対象物の位置を決定することにおいて有用である。
Alignment of first object position and linear displacement:
In the exemplary embodiment of the invention, the position of
所望により、出力信号36および52は、単一の変位測定値が単一の位置を示すように、一方が他方に対して整合される。これは直線変位の関数としてのガイドワイヤ30の端32の3D位置の表示を容易にする。
If desired, the output signals 36 and 52 are aligned one with respect to the other so that a single displacement measurement indicates a single position. This facilitates the display of the 3D position of the
所望により、出力信号52および36(それぞれ、直線変位および位置)は、さらなるパラメーター、例えば時間による相関を介して一方が他方に対して整合される。ある場合において、出力信号52および36のタイムスタンプは完全には一致せず、整合を得るために補間アルゴリズムが実行される。補間は整合に不正確さを導入するかもしれない。 If desired, output signals 52 and 36 (linear displacement and position, respectively) are matched one to the other via further parameters, eg, correlation with time. In some cases, the time stamps of output signals 52 and 36 do not match exactly, and an interpolation algorithm is performed to obtain a match. Interpolation may introduce inaccuracies in the alignment.
本発明の例示的な実施形態において、変位出力52は位置出力36より大きいサンプリング密度を有する。この場合において、決定された位置により密接に対応する変位は、より正確である。任意の直線変位置に対応する位置に対する誤差の推定値を決定することが可能である。所望により、この誤差の推定値は、コンピューター60のディスプレイ上に表示される。
In the exemplary embodiment of the invention,
本発明の例示的な実施形態において、直線変位の関数としてのガイドワイヤ30の端32の3D位置は、身体部分の画像またはマップ、例えば脳の画像またはマップの上に、重ね合わせられ、および/または整合される。直線変位の関数としてのガイドワイヤ30の端32の3D位置と画像またはマップとの整合は、当該分野で公知の方法を使用して達成されることができる。本発明の例示的な実施形態において、このプロセスは画像を、例えば脳の画像を、画像の上に重ね合わされたガイドワイヤ30の端32の経路を表す線で生成する。所望により、直線変位データは、その線に沿って、例えばハッシュマークおよび/または指示数字の使用によって表示される。これは操作者が、関心のある解剖学的な特徴が存在する距離を表示スクリーンから容易に確認できることを可能にする。脳は静的であるので、処置の前および/または処置と同時に取得される画像データを使用してもよい。
In an exemplary embodiment of the invention, the 3D position of the
心臓のような動的な器官上への直線変位の関数としてのガイドワイヤ30の端32の3D位置の整合は、より複雑である。ガイドワイヤ30の端32の3D位置と動的な身体部分(例えば、鼓動する心臓)の画像データとの正確な整合を容易にするために、さらなる整合を使用してもよい。本発明の例示的な実施形態において、タイムスタンプが付けられた画像出力(例えば、蛍光間接撮影またはIVUS)は、コンピューター60に同時に供給される。所望により、ガイドワイヤ30の端32の3D位置、ガイドワイヤ30の端32の直線変位および画像データは全て、タイムスタンプによって互いに相関される。この多重相関の結果は、身体部分の静的マップ上に重ね合わされた直線変位の関数としてのガイドワイヤ端32の3D位置のプロットである。静的マップは、ガイドワイヤ30に対して描かれる動的画像データからの関連性のある解剖学的特徴の集合を表す。この静的マップは、第2の対象物、例えばカテーテルがたどることができる身体を通る経路を表す。ガイドワイヤ30は経路に沿う走路として作用する。
The alignment of the 3D position of the
代替的にまたは追加的に、ひとたびガイドワイヤ30の端32が所望の標的に到達すると、時間の関数としての3D位置の直線表示は(静的マップに全く関係なくても)第2の対象物がたどるであろう経路を示す。
Alternatively or additionally, once the
第2の対象物の直線変位の測定:
本発明の例示的な実施形態において、第2の対象物、例えばカテーテル70の直線変位が測定される。第1の対象物に沿う単一の第2の対象物の直線変位が記載されるが、本発明のある実施形態によれば、2つ以上の第2の対象物を第1の対象物に沿って移動させることができる。図1および2に示されるように、遠位端72を備えるカテーテル70を、カテーテル端72がガイドワイヤ端32に近づくように、ガイドワイヤ30に沿って移動させることができる。カテーテル70の直線変位は、例えば以下に詳述されるような直線変位センサ50によって測定されることができる。センサ50は、例えば溝または弓形の歯のかみ合い組のような機械式機構によって、カテーテル70に係合し、および/またはカテーテル70を前進させることができる。所望により、カテーテル70およびガイドワイヤ30は、単一の変位センサ50によって、または異なる変位センサ50によって測定されることができる。例えば、ガイドワイヤ30の変位は光学式センサ50によって感知されてもよく、ガイドワイヤ30に沿ったカテーテル70の変位は機械式センサによって感知されてもよく、それらを逆にしてもよい。
Measurement of the linear displacement of the second object:
In an exemplary embodiment of the invention, the linear displacement of a second object, such as
本発明の例示的な実施形態において、カテーテル70はガイドワイヤ30上の符号38を読み取るセンサ50を担持する。例えば、1000mmの既知の長さを有するカテーテル70は、その近位端が2000mmの既知の長さを有するガイドワイヤ30の近位端と整合されるように位置決めされることができる。この例を使用して、ガイドワイヤ30の端32は身体内に767.3mm前進される。これはカテーテルの端72が大腿動脈の入口から232.7mmにあることを意味する。カテーテル70の近位端にある位置センサ50は、符号38を読み取り、および/またはカテーテル70がガイドワイヤ30に沿って前進するときの距離を機械的に測定する。これは減算によって距離105の計算を可能にする。
In the exemplary embodiment of the invention, the
第2の対象物の位置の確認:
本発明の例示的な実施形態によれば、ひとたびカテーテル端72の直線変位がわかれば、その位置(所望により3D位置)は、上記の直線変位の関数としての第1の対象物(例えば、ガイドワイヤ30の端32)の位置のプロットから確認されることができる。これはガイドワイヤ30およびカテーテル70の変位が共通の経路に沿っているために可能である。ある場合において、例えば心臓カテーテル法において、経路全体が(例えば、心臓収縮の間)移動することができる。しかし、これは第1の対象物および第2の対象物の相対直線変位に影響を及ぼさない。
Confirmation of the position of the second object:
According to an exemplary embodiment of the present invention, once the linear displacement of the
代替的にまたは追加的に、カテーテル端72とガイドワイヤ端32との間の距離105を確認することが可能である。所望により、この距離は、例えば上記のガイドワイヤ30の直線変位の関数として位置のプロットを使用して、カテーテル端72の位置座標を計算するために使用されることができる。
Alternatively or additionally, the
本発明の例示的な実施形態において、カテーテル端72の変位は、身体外の任意の開始点に対して測定される。この開始点は、ガイドワイヤ端32に対して測定されたガイドワイヤ30上の既知の位置に対応する。もしカテーテル70の長さが既知であるならば、距離105を算出することが可能である。例えば、もし既知の開始点がガイドワイヤ端32から950mmにあり、カテーテル70の近位端がガイドワイヤ30に沿って150mm前進するならば、カテーテルの近位端はガイドワイヤ端32から800mmにあるだろう。もしカテーテルが600mmの長さを有するならば、カテーテルの端72はガイドワイヤの端32から200mmの距離105を有するだろう。
In an exemplary embodiment of the invention, the displacement of the
本発明の例示的な実施形態において、カテーテル端72の変位は、ガイドワイヤ端32に対して測定される。例えば、もし機械可読符号を担持するカテーテル30が使用されるならば、カテーテル70の端72に装着されたセンサ50は、カテーテル30の端32からの距離105を直接的に読み取ることができる。
In the exemplary embodiment of the invention, the displacement of the
本発明の例示的な実施形態において、ガイドワイヤ30は、カテーテル70が身体内に挿入された後に追加の直線変位120を受けることができる。典型的には、この追加の直線変位は増分距離105を変更するだろうが、カテーテル70の端72の算出される位置の変化を引き起こさない。例えば、もしガイドワイヤ30がセンサ50によって測定されたときに100cm挿入されており、かつカテーテル70がガイドワイヤに沿って85cm挿入されていたとするならば、15cmの相対変位105が算出される。カテーテル70の端72の3D位置は、上記のガイドワイヤ30の直線変位の関数として位置のプロットから決定されることができる。もしガイドワイヤ30がさらに10cm前進されるならば、ガイドワイヤ30の端32とカテーテル70の端72との間の相対変位105は25cmまで増大するが、カテーテル70の端72の位置は所望により変化しないままであることができる。
In an exemplary embodiment of the invention, guidewire 30 can undergo an additional
もしガイドワイヤ30およびカテーテル70がそれぞれ、さらに10cm前進されると、ガイドワイヤ30の端32とカテーテル70の端72との間の相対変位105は変化しないままであるが、カテーテル70の端72の位置は所望によりガイドワイヤ端32によって決定された経路に沿って前進することができる。
If the
本発明の例示的な実施形態において、ガイドワイヤ30がまず前進し、そしてカテーテル70がガイドワイヤに沿ってついていく。これは距離105の一時的な増大を生じ、それは後にカテーテル端72の前進によって相殺される。
In an exemplary embodiment of the invention, guidewire 30 is advanced first and
代替的にまたは追加的に、カテーテル端72は距離105の減少を引き起こしながら前進することができ、距離105の減少はガイドワイヤ端32のさらなる前進によって実質的に相殺される。
Alternatively or additionally, the
本発明の例示的な実施形態において、ガイドワイヤ30および/またはカテーテル70は部分的に引き戻され、次いで異なる経路に沿って前進されることができる。これは、例えば、組み合わせられたPTCA/血管造影処置において、または複数の冠状動脈のPCTAが実施される処置において有用であろう。
In an exemplary embodiment of the invention, guidewire 30 and / or
カテーテル端72およびガイドワイヤ端32の変位の変化の大きさおよび/または順序に関係なく、相対変位105および端72の3D位置は、ガイドワイヤ端32またはガイドワイヤの任意の他の追跡部分の位置および変位データから確認されることができる。
Regardless of the magnitude and / or order of change in displacement of the
本発明の例示的な実施形態において、ガイドワイヤ端32に対して追跡モニタ34によって決定された3D位置の精度は高い(例えば、2mm、所望により1mm、所望により0.5mm、所望により0.1mm以下以内)。本発明の例示的な実施形態において、カテーテル端72および/またはガイドワイヤ端32の変位の測定は、この精度を有意に減ずることはない。以下に詳述されるように、数十ナノメートルの範囲の精度を有する光学式変位感知機構が記載されており、0.5〜0.6mmの感度を有する機械式感知機構は当該分野において周知である。所望により、第1の対象物および第2の対象物(例えば、ガイドワイヤ30およびカテーテル70)の直線変位は、各々が2mm、所望により1mm、所望により0.5mm、所望により0.1mm以下以内のように正確である。本発明の例示的な実施形態において、カテーテル端72とガイドワイヤ端32との間の距離105の誤差の合計は、2mm、所望により1.5mm、所望により1.0mm、所望により0.5mm以下を越えない。
In an exemplary embodiment of the invention, the accuracy of the 3D position determined by the tracking monitor 34 relative to the
本発明のある実施形態において、ガイドワイヤ30の端32の位置は、2D位置(すなわち、X,Y)として規定される。代替的にまたは追加的に、ガイドワイヤ30の端32の位置は、3D位置(すなわち、X,Y,Z)として規定される。所望により、第1の対象物の位置プロットは、2D位置プロットまたは3D位置プロットである。
In some embodiments of the present invention, the position of the
本発明のある例示的な実施形態において、位置は角度と距離の組合せとしてベクトル的に規定されることができる。例えば、ガイドワイヤ30の端32の位置は、回転角、仰角、および規定点に対する距離として規定されることができる。所望により、規定点は解剖学的なマーカーであることができる。例えば、頭蓋内処置において、頭蓋における切開点は参照点として使用されることができ、このマーカーに対する位置は近接場RFトランシーバーを使用して決定されることができる。
In certain exemplary embodiments of the present invention, the position can be defined in vector as a combination of angle and distance. For example, the position of the
2D位置の使用は、例えば手足内のカテーテル法において有用であるだろう。3D位置の使用は、例えばAVM処置および/または動脈内卒中処置を含むがこれらに限定されない脳カテーテル処置において、ならびに血管造影および/または血管形成術を含むがこれらに限定されない心臓カテーテル処置において有用であるだろう。 The use of 2D position may be useful, for example, in intra-limb catheterization. The use of 3D positions is useful, for example, in cerebral catheter procedures including but not limited to AVM procedures and / or intra-arterial stroke procedures, and cardiac catheter procedures including but not limited to angiography and / or angioplasty. there will be.
所望により、出力は、例えば表示スクリーン上にカテーテル端72およびガイドワイヤ端32の相対位置が目で見て理解できるように使用者に対して表示される。
If desired, the output is displayed to the user so that the relative position of the
本発明の例示的な実施形態において、追跡源70を備えない標準的なカテーテル70は、その端72の位置の正確な決定が達成されている間、使用される。カテーテル70の変位を測定するセンサ50は、追跡源をガイドワイヤ30上に配置することを可能にする。
In an exemplary embodiment of the invention, a
本発明の例示的な実施形態において、機械可読符号を有さない標準的なガイドワイヤ30が使用され、ガイドワイヤの直線変位を測定するために機械式変位センサ50が使用される。
In an exemplary embodiment of the invention, a
例示的な直線変位センサのタイプ−光学式センサ:
図3を参照すると、本発明の例示的な実施形態において、直線変位センサ50は、ガイドワイヤ30および/またはカテーテル70上に光学的に符号化された機械可読符号38を読み取るために、例えば1つ以上のCCD要素55(例えば、CCD要素は浜松ホトニクス株式会社(日本)から入手可能である)のような光学式感知手段54を使用する。これらのマーキングは、例えば対象物(例えば、ガイドワイヤ30および/またはカテーテル70)が所定の点をどの程度過ぎたかを示すことができる。光学式感知のための機構は、当業者には周知であり、本発明の文脈に組み込むことができる。符号38は、計数することに依存する相対符号であってもよいし、単一の読み取りから変位の決定を可能にする絶対符号であってもよい。本発明の例示的な実施形態において、絶対符号と相対符号の組合せが使用される。
Exemplary Linear Displacement Sensor Type-Optical Sensor:
Referring to FIG. 3, in an exemplary embodiment of the invention,
図4を参照すると、本発明の例示的な実施形態において、符号38は既知の長さのセグメント指示器40を含み、それは所望によりサブセグメントの群で有機的に構成される。所望により、センサ50は、各サブセグメントが正確に読み取られるようにサブセグメントより長い読み取り枠を有する。所望により、符号38はガイドワイヤ30の端32からの最初の距離を示す開始マーキング40を含む。例えば、開始符号は端32から1000mmに配置されることができ、符号38は端32から近位端に向かってガイドワイヤ30に沿って500mm延びることができる。これはガイドワイヤ挿入の最初の増分が増分の測定無しで正確に整合されることを可能にする。ある使用において、関心のある領域へのガイドワイヤの最初の接近は位置分析の対象ではない。例えば、大腿動脈を通って心臓に向かって移動するときのガイドワイヤ30の端32の正確な位置は相対的にあまり関心をもたれないが、ひとたび肺動脈系に入ったときのガイドワイヤ30の端32の正確な位置は大きな関心をもたれる。所望により、サブセグメント(図示せず)もまた示される。本発明の例示的実施形態において、符号38はバーコードである。本発明の例示的な実施形態において、符号38はセグメント40の各々について開始符号のような一意のパターンを使用する。
Referring to FIG. 4, in an exemplary embodiment of the invention,
本発明のある例示的な実施形態において、セグメントおよび/またはサブセグメントは連続的に計数される。本発明のある例示的な実施形態において、セグメント40の各々はセグメント番号の二進符号化をさらに含む。例えば、セグメント番号13は、二進法において1101として符号化されることができ、これは黒、黒、白、黒(黒を1とみなす)の黒/白符号に書き換えられる。各々が0.1mm幅である100個のCCD要素55によって読み取られる0.1mmのバンド幅を使用する符号は、0.1またはそれより良好な測定精度を生ずることができる。所望により、光はLED光源のような内部の供給源から供給され、これは符号38を照らすセンサ50である。所望により、セグメント符号のLSB(最下位のビット)は、各々のディジット線が正しい位置に整合されるように開始符号から既知の距離で開始する。本発明の例示的な実施形態において、開始マーキングの線幅は、センサ50が開始マーキングを二進符号と混同しないように符号パターンと異なる(例えば、各々の線が1.5倍幅広くてもよい)。本発明の例示的な実施形態において、CCD要素55より幅広い開始マーキングを除いて、線幅はCCD要素55の幅に一致する。所望により、開始マーキングは2つのCCD要素55において同時に整合するマークとして規定される。所望により、誤差チェック技術(例えば、パリティー機構)が符号を解釈するときの誤りを減少するために使用される。本発明の例示的な実施形態において、符号38は精度を高めるためにバーニヤ目盛りを使用して読み取られることができる。所望により、CCD要素55の位置決めは、バーニヤ目盛りを作成することができる。
In certain exemplary embodiments of the invention, segments and / or subsegments are counted continuously. In an exemplary embodiment of the invention, each of the
代替的にまたは追加的に、符号38は、縞を生成するために重複格子のモワレ変調を使用することができる。この技術は理論的に、10ミクロン間隔の格子について14nmの範囲の解像度を生成することができる(Suezou Nakadateら(2004)Meas.Sci.Technol.1:1462−1455)。この論文は、参照として本明細書中に完全に援用される。本発明の例示的な実施形態において、1組の格子が、ガイドワイヤ30の一部に配置されるか、またはそれに取り付けられることができる。代替的にまたは追加的に、1組の格子が、カテーテル70の一部に配置されるか、またはそれに取り付けられることができる。代替的にまたは追加的に、1組の格子が、CCD要素55とガイドワイヤ30および/またはカテーテル70の一部との間に挿入されることができる。
Alternatively or additionally,
本発明の例示的実施形態において、ガイドワイヤ30に沿うセンサ50の絶対位置を推測するために、コンピューター60(所望によりASIC装置)にインストールされた位置測定アルゴリズムは開始パターンを同定し、所望によりセンサの画像内でその位置を測定する。セグメント番号は、所望により二進符号化から導き出される。位置は次いで、セグメント番号にセグメント長を掛け、画像内での開始パターン位置を加えることによって算出されることができる。所望により、多数のCCD要素55の配列は、配列によって覆われる距離内の2つの連続するセグメントの間の境界の位置が、配列を過ぎて移動するときに確認されることができるように使用される。本発明の例示的実施形態において、センサ50は患者の身体外に位置されるガイドワイヤ30および/またはカテーテル70の直線部分上で作動する。これは屈曲によって引き起こされ得る測定誤差を低減させる。
In an exemplary embodiment of the invention, to estimate the absolute position of the
例えば、もしセグメントの長さが10mmであるならば、アルゴリズムは、開始パターンが画像開始(参照点として作用する)から7.3mmにあることを検出してもよく、二進符号はこれがセグメント番号46であることを示し、そのときガイドワイヤに沿うセンサ50の絶対位置は(46)×10+7.3=467.3mmである。所望により、開始信号は、上に詳述されるようにガイドワイヤ30の端32から既知の距離に位置決めされる。その場合において、既知の距離は算出された変位に加えられなければならない。上の例を使用して、大腿動脈中への挿入後の最初の300mmの移動は典型的には医学的関心がないので、端32から300mmの開始信号を有するガイドワイヤ30が使用されるだろう。この場合において、300mmを算出された変位に加えることによって、767.3mmの合計変位を与えるだろう。
For example, if the length of the segment is 10 mm, the algorithm may detect that the starting pattern is 7.3 mm from the start of the image (acting as a reference point), and the binary code is the segment number The absolute position of the
例示的な直線変位センサのタイプ−機械式センサ:
図5を参照すると、本発明の例示的実施形態において、直線変位センサ50は、例えば、1つ以上の較正(目盛付け)された車輪56または歯車のような機械式感知手段54を使用して、カテーテル70および/またはガイドワイヤ30が所定の点をどれだけ通過したかを測定する。本発明のこの実施形態によれば、感知は車輪56の順回転の合計数の感知であり、測定された対象物(例えば、ガイドワイヤ30および/またはカテーテル70)それ自身ではない。
Exemplary Linear Displacement Sensor Type-Mechanical Sensor:
Referring to FIG. 5, in an exemplary embodiment of the invention, the
本発明の例示的な実施形態において、車輪56は1cmの直径を有し、センサ50は約0.56mmの測定増分を提供するように車輪56の3度の回転に対して感受性である。より小さい車輪および/またはより高い回転感受性は、より小さな増分変位の測定を可能にすることができる。
In an exemplary embodiment of the invention,
本発明の例示的な実施形態において、車輪56と測定された対象物との間の滑りの程度は、測定に有意な誤差を導入しないくらい十分に小さい。所望により、カテーテル70および/またはガイドワイヤ30は、摩擦を増大し、および/または滑りを予防するために、車輪56上のかみ合う歯/刻み目に係合する歯または刻み目を付けられている。代替的にまたは追加的に、1つ以上の車輪56は、カテーテル70および/またはガイドワイヤ30を前に推進する駆動機構の一部ではなく、所望により上記の刻み目または歯によって、カテーテル70および/またはガイドワイヤ30が車輪を横切って通過するときにカテーテル70またはガイドワイヤ30によって受動的に回転される。車輪56がカテーテル70および/またはガイドワイヤ30を駆動するか、または車輪56がこれらの対象物によって駆動されるかにかかわらず、車輪56が回転する回転数は、車輪の円周が既知である限り、検出され、カテーテル70および/またはガイドワイヤ30の直線変位に変換されることができる。
In an exemplary embodiment of the invention, the degree of slip between
車輪の回転数を検出および記録するための機構は、当業者に周知であり、本発明の文脈中に組み込まれることが可能である(例えば、機構はW.M.Berg Inc.,NY,NY,USAから入手可能である)。 Mechanisms for detecting and recording the number of wheel revolutions are well known to those skilled in the art and can be incorporated into the context of the present invention (e.g., the mechanism is WM Berg Inc., NY, NY). , Available from USA).
本発明の例示的実施形態において、車輪56はガイドワイヤ30および/またはカテーテル70を規定された増分で移動するステッピングモーターによって操作される。
In the exemplary embodiment of the invention,
組立
本発明の例示的実施形態において、既知の長さ110の部分を有するカテーテル70は、既知の長さ100のガイドワイヤ30の部分に取り付けられ、ガイドワイヤに沿って移動する。
Assembly In an exemplary embodiment of the invention, a
本発明の例示的実施形態において、第1のセンサ50は、上に詳述される規定位置に固定され、上に詳述されるこの規定位置に対してガイドワイヤ30の変位を測定する。本発明の例示的実施形態において、第2のセンサ50は、カテーテル70の近位部分に取り付けられる。所望により、取り付けは第1のセンサの規定位置から既知の距離でなされる。代替的にまたは追加的に、第2のセンサと第1のセンサとの間の最初の距離が決定されることができる。最初の距離は、例えば2つのセンサの各々にガイドワイヤ30上の符号38の異なる部分を読み取らせることによって決定されることができる。代替的にまたは追加的に、2つのセンサ50の間の最初の距離は手動で測定されてもよい。
In an exemplary embodiment of the invention, the
本発明の例示的実施形態において、ガイドワイヤ30およびカテーテル70の組立は、最初の距離105が既知のカテーテルおよびガイドワイヤの長さを使用して算出されることができるように、それらのそれぞれの遠位端の整合を含む。代替的にまたは追加的に、ガイドワイヤ端32から既知の距離におけるガイドワイヤ30上のマークは、カテーテル70の第2のセンサ50についての所望の取り付け点を示すことができる。
In an exemplary embodiment of the invention, the assembly of
構成要素の組立は、製造施設で、および/または使用の場所で行うことができる。本発明の例示的実施形態において、ガイドワイヤ30、カテーテル70、およびセンサ50は組立られる予め較正されたユニットとして供給される。
The assembly of the components can be done at the manufacturing facility and / or at the point of use. In an exemplary embodiment of the invention, guidewire 30,
本発明の例示的実施形態において、ガイドワイヤ30および/またはカテーテル70上の放射線不透性マーカーは、整合および/または較正のために使用される。所望により、放射線源もまた、放射線不透性である。本発明の例示的実施形態において、放射線不透性マーカーは、ガイドワイヤ30の端32から既知の距離(例えば50mmごと)に、ガイドワイヤ30の上に配置される。ひとたび端32の位置が変位の関数として決定されると、全てのこれらのマーカーの位置は識別され、表示されることができる。所望により、このカテーテル端32が移動する経路に沿った放射線不透性マーカーの表示は、カテーテル70の端72と各放射線不透性マーカーとの間の距離が決定されるのを可能にする。
In an exemplary embodiment of the invention, radiopaque markers on
本発明の例示的実施形態において、カテーテル70の端72にまたはその近くに設置されるステントおよび/またはPCTAバルーンは、放射線不透性マーカーおよび/または放射線マーカーとして作用する。
In an exemplary embodiment of the invention, a stent and / or PCTA balloon placed at or near the
ガイドワイヤへの放射線追跡源の組み込み:
放射線追跡源は、ガイドワイヤ30のような種々の実在する器具に組み込まれることができる。所望により、これは追跡源を追跡することによって、器具の追跡を容易にする。しかしながら、同じガイドワイヤ上または複数の器具上の、複数の放射線源の使用は、追跡との相互干渉を引き起こすかもしれない。本発明の例示的実施形態において、単一の放射線源が使用される。
Incorporating a radiation tracking source into the guidewire:
The radiation tracking source can be incorporated into a variety of existing instruments such as
組み込みはガイドワイヤ30上のいかなる所望の位置でもよく、例えばガイドワイヤ端32またはその近くであってもよい。イオン化放射線源は、ガイドワイヤ30の一部と一体化されて形成されるか、またはガイドワイヤ30の一部に取り付けられることができる。取り付けは、例えば放射線源をガイドワイヤ30の上に接着または溶接することによって行うことができる。代替的または追加的に、取り付けは、放射線源を、ガイドワイヤに適用可能な粘着性タグ(例えば、クラック&ピールステッカー)、放射性塗料または放射性接着剤としてとして供給することによって達成される。所望により、イオン化放射線源は、固体、例えば放射性同位元素を含む特定の長さのワイヤとして供給される。所望の同位体を含む短い1本のワイヤは、それをガイドワイヤ上の溝に挿入し、それを適所に接着することによってガイドワイヤに取り付けられることができる。これはガイドワイヤと放射線源との同時位置測定をもたらす。放射線源は、例えばガイドワイヤの製造時に固体放射線源をガイドワイヤと同時に押し出すことによって、ガイドワイヤと一体的に形成されることができる。代替的にまたは追加的に、イオン化放射線源は、ガイドワイヤ30の多孔性端32に適用されることができる放射性流体として供給され、乾燥および/または凝固および/または吸収されることができる。イオン化放射線源がガイドワイヤに供給されるか、またはそれに取り付けられる厳密な形態にかかわらず、それは医療処置の終わりに身体から取り除かれた後に、対象の身体中にいかなる有意な放射性残留物も残すべきではない。本発明の例示的実施形態において、追跡のために使用される放射性物質の量は低くすることができ、有意な放射性残留物の問題はさほど重要ではない。本発明の例示的な実施形態において、多量の放射性物質が使用され、有意な放射性残留物の問題はより重要である。本発明の例示的実施形態において、標準的なガイドワイヤ30は、端32の近くに放射線源を取り付けることによって本発明の文脈中に組み込まれる。
Integration may be at any desired location on the
概して、心臓血管適用のためのガイドワイヤは、血管内カテーテルを誘導および位置決めするために使用される、長く、細い可撓性ばねである(Online Medical Dictionary;University of Newcastle upon Tyne<http://cacerweb.ncl.ac.uk>)。所望により、ガイドワイヤは、それが開口部、例えば動脈への口を通って身体内に送られるのに十分な剛性、およびそれが身体内を通って(例えば、血管を通って)経路を進むのに十分な可撓性を有する。整形外科適用のために、硬質のガイドワイヤが使用されることができる。 In general, guidewires for cardiovascular applications are long, thin, flexible springs used to guide and position intravascular catheters (Online Medical Dictionary; University of Newcastle up Tyne <// cacerweb.ncl.ac.uk>). If desired, the guide wire is rigid enough that it is routed into the body through an opening, eg, a mouth to an artery, and it travels a path through the body (eg, through a blood vessel) Sufficient flexibility. A rigid guidewire can be used for orthopedic applications.
本発明の例示的な実施形態において、ガイド鞘が、ガイドワイヤに加えてまたはガイドワイヤの代わりに使用されることができる。ガイド鞘は、肺および/または頭蓋内および/または整形外科適用の文脈において使用されることができる。本発明の例示的な実施形態において、ガイド鞘は曲げられ、1つ以上の追跡源が湾曲部に配置される。ガイドワイヤまたはガイド鞘は次いで、上に極めて詳細に説明されるカテーテルのような第2の対象物のための走路として作用することができる。 In an exemplary embodiment of the invention, a guide sheath can be used in addition to or instead of a guidewire. The guide sheath can be used in the context of pulmonary and / or intracranial and / or orthopedic applications. In an exemplary embodiment of the invention, the guide sheath is bent and one or more tracking sources are placed on the curve. The guide wire or guide sheath can then act as a runway for a second object, such as a catheter described in greater detail above.
カテーテル70は所望により、端72の近くにPTCAバルーンまたはステントを担持するか、および/または端72の近くに1つ以上の色素注入口を含む。ステントを送達するカテーテル70は放射線不透性ステントを使用することができ、これは所望により較正、例えばカテーテル70の端72の直線変位の較正において有用である。代替的にまたは追加的に、ガイドワイヤ30は、ガイドワイヤ30の端32の直線変位の較正のために、1つ以上の放射線不透性部分を有することができる。所望により、これらの放射線不透性部分は金属であり、ガイドワイヤ30に沿って既知の間隔で配置される。
放射線追跡源を使用する本発明のそれらの実施形態について、0.01mCi〜0.5mCi、所望により0.1mCi以下、所望により0.05mCi以下の放射線は、正確な追跡を可能にすることができる。この文脈における使用に好適な1つの同位体は、イリジウム−192である。このタイプの放射線源は、例えば上に詳述される放射線源の位置の決定に協働して作用する、角度方向に依存する3方向センサモジュールを含むシステムによって追跡されることができる。 For those embodiments of the invention that use a radiation tracking source, 0.01 mCi to 0.5 mCi, optionally 0.1 mCi or less, optionally 0.05 mCi or less, can allow accurate tracking. . One isotope suitable for use in this context is iridium-192. This type of radiation source can be tracked, for example, by a system that includes an angular direction dependent three-way sensor module that works in concert to determine the position of the radiation source detailed above.
本発明はカテーテルおよびガイドワイヤ、所望により心臓カテーテルおよびガイドワイヤの文脈において説明されてきたが、本発明の範囲は広く、心臓、肺、腎臓、脳、骨および胆嚢において行われるものを含むが、これらに限定されない多種多様な医療処置に適合された対の器具の組合せを包含する。代替的にまたは追加的に、上に記載される操作原理は、内視鏡検査および/または誘導生検処置を含むがこれに限定されない他の文脈において使用されることができる。本発明の例示的実施形態において、追跡源およびカメラを担持する内視鏡が、上で説明される直線変位に置き換えて、1つ以上の標的を規定するために使用される。医療器具、例えば生検サンプラーは、次いで内視鏡に沿って推進され、予め標的であると判断された直線変位で止められる。 Although the present invention has been described in the context of catheters and guidewires, optionally cardiac catheters and guidewires, the scope of the present invention is broad and includes those performed in the heart, lungs, kidneys, brain, bones and gallbladder, Includes, but is not limited to, paired instrument combinations adapted for a wide variety of medical procedures. Alternatively or additionally, the operating principles described above can be used in other contexts, including but not limited to endoscopy and / or guided biopsy procedures. In an exemplary embodiment of the invention, an endoscope carrying a tracking source and a camera is used to define one or more targets, replacing the linear displacements described above. A medical instrument, such as a biopsy sampler, is then propelled along the endoscope and stopped at the linear displacement previously determined to be the target.
本願の説明および特許請求の範囲において、動詞「含む/備える(comprise)」、「含む(include)」、および「有する(have)」ならびにそれらの活用形の各々は、それらの活用形も含めて、動詞の目的語が必ずしも動詞の主語の構成員、構成要素、要素、または部分の完全なリストではないことを示すために使用される。 In the description and claims of this application, the verbs “comprise”, “include”, “have” and their conjugations each include their conjugations. , Used to indicate that the verb object is not necessarily a complete list of members, components, elements, or parts of the subject of the verb.
本発明に従ういくつかの例示的なシステムおよび方法は、様々なコマンドの実行、ならびに様々なデータ入力の分析および変換に依存する。これらのコマンド、分析、または変換のいずれかは、本発明の様々な代替的実施形態に従って、ソフトウェア、ハードウェア、またはファームウェアによって達成されることができる。本発明の例示的実施形態では、機械可読媒体は、第2の対象物の直線変位データを、第1の対象物の位置プロット上に整合するための命令、および/または本明細書中に記載される方法の実施を含む。本発明の例示的な実施形態において、コンピューター60は整合および/またはデータ取得のための命令を実行する。
Some exemplary systems and methods according to the present invention rely on the execution of various commands and the analysis and conversion of various data inputs. Any of these commands, analysis, or transformations can be accomplished by software, hardware, or firmware in accordance with various alternative embodiments of the present invention. In an exemplary embodiment of the invention, the machine-readable medium includes instructions for aligning linear displacement data of the second object on the position plot of the first object, and / or described herein. Implementation of the method. In the exemplary embodiment of the invention,
本発明は、その実施形態の詳細な説明を用いて説明してきたが、それは単なる実施例として提示したものであって、必ずしも本発明の範囲を限定するように意図されていない。特に、数値は上に記載された数字の範囲よりも高くても低くてもよく、それでも本発明の範囲内である。説明された実施形態は様々な特徴を備えるが、それらの全てが本発明の全ての実施形態に必要なわけではない。本発明のある実施形態は、特徴の一部または特徴の可能な組合せだけを利用する。代替的にまたは追加的に、単一のユニットとして説明され/描写された本発明の部分は、説明され/描写された機能を実施するために協働して作用する2つ以上の別個の物理的な実体として存在することができる。代替的にまたは追加的に、2つ以上の別個の物理的な実体として説明され/描写された本発明の部分は、説明され/描写された機能を実施するための単一の物理的実態に一体化されることができる。説明された本発明の実施形態の変形、および記述した実施形態に示した特徴の異なる組合せを含む本発明の実施形態は、他の実施形態の文脈における1つの実施形態の文脈に説明された特徴の使用を含むがこれに限定されない全ての可能な組合せで結合されることができる。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。 Although the present invention has been described using detailed descriptions of embodiments thereof, it has been presented by way of example only and is not necessarily intended to limit the scope of the invention. In particular, the numerical values may be higher or lower than the numerical ranges described above and still fall within the scope of the present invention. The described embodiments comprise various features, not all of which are required for all embodiments of the invention. Some embodiments of the invention utilize only some of the features or possible combinations of features. Alternatively or additionally, portions of the invention described / depicted as a single unit may comprise two or more separate physics that act in concert to perform the described / depicted functions. It can exist as a real entity. Alternatively or additionally, portions of the present invention described / depicted as two or more separate physical entities may be combined into a single physical entity for performing the described / depicted functions. Can be integrated. Embodiments of the invention that include variations of the described embodiments of the invention, and different combinations of features shown in the described embodiments, are described in the context of one embodiment in the context of other embodiments. Can be combined in all possible combinations including, but not limited to. The scope of the present invention is limited only by the appended claims.
本明細書中で引用した刊行物および/または特許および/または特許出願はすべて、各々があたかも具体的にかつ個々に参照として援用されるのと同程度に、参照として本明細書中に完全に援用される。 All publications and / or patents and / or patent applications cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety as if each was specifically and individually incorporated by reference. Incorporated.
Claims (42)
(a)第1の対象物について位置を決定すること、
(b)第1の対象物に対して第2の対象物の直線変位を決定すること、および
(c)前記第1の対象物の前記位置および前記第1の対象物に対する前記直線変位に基づいて、前記第2の対象物の位置を確認すること
を含む、方法。 A method of determining a position of a second object that moves along a first object, the method comprising:
(A) determining a position for the first object;
(B) determining a linear displacement of a second object relative to the first object; and (c) based on the position of the first object and the linear displacement with respect to the first object. And confirming the position of the second object.
(a)経路に沿った変位を受ける、追跡源を含む第1の対象物;
(b)前記第1の対象物に沿った変位を受ける第2の対象物;および
(c)前記経路に沿った、前記第1の対象物および前記第2の対象物の相対変位を決定するように設計および構成された変位センサ
を含む、システム。 A system for determining a position of a first object and a second object that move along a common path, the system comprising:
(A) a first object including a tracking source that is subject to displacement along the path;
(B) a second object subject to displacement along the first object; and (c) determining a relative displacement of the first object and the second object along the path. A system comprising a displacement sensor designed and configured in such a manner.
(a)第1の対象物上の少なくとも1つの点が移動する経路を決定すること、
(b)前記経路に沿って第2の対象物を移動させながら、さらに前記第2の対象物上の少なくとも1つの点の直線変位を決定すること、および
(c)第1の対象物上の少なくとも1つの点の経路に沿った経過を算出することによって、第2の対象物の選択された部分の位置を決定すること
を含む、方法。 A method of determining a position of a second object that moves along a first object, the method comprising:
(A) determining a path along which at least one point on the first object moves;
(B) determining a linear displacement of at least one point on the second object while moving the second object along the path; and (c) on the first object. Determining a position of a selected portion of the second object by calculating a course along a path of at least one point.
(a)第1および第2の対象物の各々の少なくとも一部について、固定された既知の長さを使用すること、および
(b)前記第1の対象物に沿った前記第2の対象物上の前記少なくとも1つの点の相対変位を測定すること
によって決定される、請求項28に記載の方法。 The course along the path of the first object is
(A) using a fixed known length for at least a portion of each of the first and second objects; and (b) the second object along the first object. 29. The method of claim 28, determined by measuring a relative displacement of the at least one point above.
(a)前記第1の対象物の遠位端から既知の距離において第1の対象物の参照点を規定すること;
(b)前記第2の対象物の遠位端から既知の距離において第2の対象物の参照点を規定すること;および
(c)前記経路に沿った、前記第1の対象物の前記遠位端と前記第2の対象物の前記遠位端の相対位置を計算する手段として、前記第1の対象物の参照点と前記第2の対象物の参照点との間の距離を測定すること
によって決定される、請求項28に記載の方法。 The linear displacement is
(A) defining a reference point of the first object at a known distance from a distal end of the first object;
(B) defining a second object reference point at a known distance from a distal end of the second object; and (c) the distance of the first object along the path. Measuring the distance between the reference point of the first object and the reference point of the second object as means for calculating the relative position of the distal end and the distal end of the second object 30. The method of claim 28, wherein:
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