JP2016195923A - 蛍光透視鏡に起因する磁気擾乱の相殺 - Google Patents
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Abstract
Description
複数の磁気送信機を用いて、領域中に磁界を発生させることと、
磁界摂動要素を領域中に導入することと、
磁界摂動要素内の各磁気送信機の複数画像を特性評価することと、
特性評価された画像に基づいて、領域中で反応磁界を計算することと、
領域中にプローブを配置し、プローブにおける摂動した磁界を測定することと、
測定された摂動磁界及び計算した反応磁界に対応してプローブの位置を決定することと、
を含む方法を提供する。
領域中で磁界を発生するよう構成された複数の磁気送信機と、
領域中に導入された磁界摂動要素と、
プロセッサであって、磁界摂動要素内の各磁気送信機の複数の画像を特性評価し、
特性評価された画像に基づいて、領域中の反応磁界を計算し、
領域中に配置されたプローブにて摂動した磁界を測定し、
測定された摂動した磁界及び前記計算された反応磁界に対応して、プローブの位置を決定するよう構成される、プロセッサと、
を含む装置が更に提供される。
位置パッド上に、患者に磁界を発生させるよう構成された磁気送信機を据え付けることと、
位置パッドにそれぞれの固定された向きで位置パッドカメラを取り付けることと、
位置パッドに回転可能なカメラを接続させることと、
患者を撮像するよう構成された蛍光透視鏡に、基準マークを取り付けることと、
蛍光透視鏡を、異なる位置に位置付けることと、
を含み、
各位置に関しては、
回転可能なカメラを既知の向きに配向させ、基準マークのそれぞれの画像を、回転可能なカメラ及び位置パッドカメラで作成することと、
位置パッドの軸に対して蛍光透視鏡の位置及び向きを位置合わせするよう、それぞれの画像を解析することと、
を含む方法が更に提供される。
位置パッドと、
位置パッド上に据え付けられ、患者に磁界を発生させるよう構成された磁気送信機と、
それぞれの固定した向きで位置パッドに取り付けられた位置パッドカメラと、
位置パッドに接続された回転可能なカメラと、
患者を撮像するよう構成された蛍光透視鏡と、
蛍光透視鏡に取り付けられた基準マークと、
プロセッサであって、
異なる位置に蛍光透視鏡を位置付けるよう構成され、各位置に関しては、
回転可能なカメラを既知の向きに配向させ、回転可能なカメラ及び位置パッドカメラで基準マークのそれぞれの画像を作成するよう、並びに
位置パッドの軸に対して蛍光透視鏡の位置及び向きを位置合わせするよう、それぞれの画像を解析するよう構成されたプロセッサと、
を含む装置が更に提供される。
本発明の実施形態は、領域中の磁界で発生した摂動の相殺のための方法を提供する。摂動は、典型的には金属成分である摂動要素を磁気送信機によって発生した磁界へ導入することによって起こる。摂動要素の存在を相殺するために、本発明の実施形態によって用いられる反応磁界モデルは、各磁気送信機が要素中で送信機の複数の画像を作成することを仮定する。モデルは、各画像がそれぞれの反応磁界を発生させて、それが送信機によって発生した磁界を全体で摂動させるよう作用することを仮定する。
本発明の実施形態による、カテーテルプローブ22の遠位端21の位置を感知するよう構成された、位置感知システム20の概略描写図である図1、遠位端21を示す概略的詳細図である図2、及びシステム20で使用される要素の概略図である図3を参照する。通常、プローブ22は、システム20の操作段階中に医療専門家によって患者の体腔又は器官中に挿入され、システムの較正段階中には存在しない。明確化のために、図1では、プローブ22は破線で示されている。患者は、通常、位置感知システム20を操作することができる医療専門家によって実行される処置中に、手術台24上に横たわる。明確化及び簡略化のために、図1には患者及び医療専門家の双方共示されていない。
本発明の実施形態の反応磁界モデルは、源磁界中に設置された磁気摂動要素によって起因する磁気反応磁界が、要素中の複数のポイント源によって発生することを仮定する。源磁界は、任意の数の磁界送信機によって発生され得る。ポイント源は、磁界送信機の摂動要素中の画像であると考えられてもよい。
● 摂動要素蛍光透視鏡60は、Cビーム66によって接続されたコリメーター62及び検出器64を含む。発明者らは、検出器及びコリメーターのみが摂動要素であると仮定した場合に、蛍光透視鏡によって発生した反応磁界に関して良好な結果が得られることがわかったため、以下の解析では、この2つの要素のみが想定される。しかしながら、同種の解析を他の摂動要素に適用してもよく、そのため本発明の範囲は、任意の数のそのような要素を含む。
● 送信機の数及び型配列28の3つの三軸コイルに対応させるために、9つの磁界送信機があると仮定する。送信機のそれぞれは、ほぼ双極子である。しかし、一般的に、磁界送信機の数又は配列に制限はない。
● 各摂動要素におけるポイント源例えば、所定の送信機は、各摂動要素中の画像として5つのポイント源を発生させると仮定され、これは本明細書では展開ポイントとも称される(なぜなら、以下に言及された球面調和関数がこれらの点から展開するからである)。他の実施形態では、送信機当たり他の数の画像ポイント源が想定されてもよく、異なる摂動要素に関する源の数は等しい必要はない。本発明の実施形態では、異なる送信機に相当する5つのポイント源は、互いに一致すると仮定する。これに加えて、5つのポイント源は、矩形の中心及び角部にあることが仮定される。
● 球面調和関数各ポイント源は、双極子、四極子、及び/又はより高次の極からなると考えられる。本モデルは、別個の成分を解析するよりもむしろ、各ポイント源からの磁界が球面調和関数展開によって表現され得ると仮定する。発明者らは、3次までの展開が良好な結果をもたらすことがわかったが、本発明の範囲がより低次又はより高次までの展開を含むことが理解されるであろう。
● 位置測定簡略化のために、すべての位置は単一セットの軸に対して測定されることが仮定される。例えば、単一セットの軸は、検出器の中央画像ポイント源にてその原点を有する検出器64に基づくことが仮定され、x軸及びy軸は、検出器内のポイント源の矩形の辺によって規定される。
まず初めに、1つの送信機、及び本明細書では断らない限り検出器64であることが仮定される摂動要素中で送信機によって形成された1つの展開点について考慮する。1つの展開点は、検出器に基づく一組の(x,y,z)座標の原点(0,0,0)であることが簡素化のために仮定されると、原点からの1つの位置(x,y,z)にての磁気反応磁界に関する表現(3要素カラムベクトルとして表現される)は、
[C0]は原点について展開された、1〜3次の球面調和関数項に基づく、15要素のカラムベクトルであり([C]の展開された変形に関する表現は以下に示す)、
[Tspatial(x,y,z)]は、[C0]の球面調和関数項から誘導された3×15の空間転送行列である。
[C5]は75要素カラムベクトルである。
[Tspatial(x,y,z)(5)]は、それぞれの変位の座標により原点からそれぞれがオフセットしている、4つの[Tspatial]行列を[Tspatial(x,y,z)]と連結させることによって形成され、すなわち、
[C5]は、対応する展開点についてそれぞれが展開された球面調和関数項に基づく、5つのカラムベクトルをスタックすることによって形成される。すなわち、
領域30中の任意の点にての、任意の所定の送信機からの磁界は、位置パッドの製造プロセス中に実施される較正から計算されることができる。送信機の特性評価のために、検出器64の領域中の多くの点を考慮する。発明者らは、17個の点が適切であることがわかったが、他の任意の好都合な数が使用されてもよい。17個の点における磁界は、非摂動磁界の51要素のカラムベクトル[Bsatellite]によって表されることができる。
[C5]=[Treaction]・[Bsatellite] (6)
ここで、[Treaction]は、要素が検出器の反応特性を表す75×51の反応行列である。
上記誘導を用いて、点(x、y、z)における検出器反応磁界のための表現式は、以下の方程式(7)として記述することができる。表現式は、検出器内に9個の送信機及び5個の展開点があるものと仮定する。
較正段階では、方程式(7)を用いて[Treaction]の値を見つける。
操作段階では、較正段階で決定された[Treaction]の値を、方程式(7)に置換して、[Breac(x,y,z)]の値を見つける。もし1つを超える摂動要素があれば、反応磁界は、各要素からの[Breac(x,y,z)]のそれぞれの値の線形重畳であると仮定される。
図1に戻って参照すると、本発明の実施形態は、位置パッドに対して蛍光透視鏡60を適応的に配置するための方法を提供する。本方法は、基準の蛍光透視鏡フレームの予備的位置合わせが、任意の便利なプロセスによって、基準の位置パッドフレームで実施されたことを仮定する。このようなプロセスは、通常、蛍光透視鏡を用いて手術台24上の物体を撮像し、位置パッドのコイル32から物体までの距離を見つけ、画像を距離と比較することによって位置合わせを実行する。本プロセスは、通常、蛍光透視鏡の多くの異なる位置に適用され、コリメーターから検出器までの距離、及び物体を撮像する際の蛍光透視鏡の向きなどのような、蛍光透視鏡の既知のパラメータを用いる。予備的位置合わせは、一般的に、システム20で患者に施される臨床的処置の開始時に実施される。
φfluoroは蛍光透視鏡60の高度であり、
θfluoroは蛍光透視鏡60の方位であり、
ddetは検出器64の距離であり、
dcolはコリメーター62の距離であり、
上記の変数のすべては、位置パッド軸及び原点に対して計算される。
(1) 複数の磁気送信機を用いて、領域中に磁界を発生させることと、
磁界摂動要素を前記領域中に導入することと、
前記磁界摂動要素内の各磁気送信機の複数画像を特性評価することと、
前記特性評価された画像に基づいて、前記領域中で反応磁界を計算することと、
前記領域中にプローブを配置し、前記プローブにおける摂動した磁界を測定することと、
前記測定された摂動した磁界及び前記計算した反応磁界に対応して前記プローブの位置を決定することと、
を含む、方法。
(2) 前記磁界を発生させることが、前記磁界摂動要素が不在の前記磁界を測定することと、前記領域中に存在する前記磁界摂動要素を伴う前記磁界を測定することと、を含む、実施態様1に記載の方法。
(3) 前記磁界摂動要素を前記領域中に導入することが、前記磁界摂動要素の位置及び向きを、前記磁気送信機によって規定された軸に対して測定することを含む、実施態様1に記載の方法。
(4) 前記磁界摂動要素の前記位置及び前記向きを測定することが、前記反応磁界に対応して前記位置及び前記向きを適応的に計算することを含む、実施態様3に記載の方法。
(5) 前記複数画像を特性評価することが、前記複数画像が互いに対して所定の構成にあると仮定することを含む、実施態様1に記載の方法。
(6) 前記所定の構成が、矩形を含み、前記複数画像が、前記矩形の角部及び中心に位置する5つの画像を含む、実施態様5に記載の方法。
(7) 前記反応磁界を計算することが、球面調和関数展開により、前記磁界を計算することを含む、実施態様1に記載の方法。
(8) 前記反応磁界を計算することが、最大3次までの前記球面調和関数展開を実行することを含む、実施態様7に記載の方法。
(9) 前記球面調和関数展開により前記磁界を計算することが、前記展開を空間転送行列として設定することを含み、前記方法が、前記磁界摂動要素の特性を反応磁界行列として決定することを更に含み、前記反応磁界を計算することが、前記空間転送行列と前記反応磁界行列との積に対応する、実施態様7に記載の方法。
(10) 前記プローブを配置することが、患者の体内に前記プローブを配置することを含む、実施態様1に記載の方法。
(12) 前記蛍光透視鏡の蛍光透視鏡軸を、前記送信機によって規定された軸に対して位置合わせすることを含む、実施態様11に記載の方法。
(13) 前記蛍光透視鏡軸を位置合わせすることが、前記送信機に固定するよう接続されたカメラで、前記蛍光透視鏡に取り付けられた基準マークの画像を作成することを含む、実施態様12に記載の方法。
(14) 前記磁界摂動要素を導入することが、前記画像に対応して前記磁界摂動要素の位置及び向きを測定することを含む、実施態様13に記載の方法。
(15) 領域中で磁界を発生するよう構成された複数の磁気送信機と、
前記領域中に導入された磁界摂動要素と、
プロセッサであって、
前記磁界摂動要素内の各磁気送信機の複数画像を特性評価し、
前記特性評価された画像に基づいて、前記領域中の反応磁界を計算し、
前記領域中に配置されたプローブにて摂動した磁界を測定し、
前記測定された摂動した磁界及び前記計算された反応磁界に対応して、前記プローブの位置を決定するよう構成される、プロセッサと、
を含む、装置。
(16) 前記プロセッサが、前記磁界摂動要素が不在の前記磁界を測定し、前記領域中に存在する前記磁気摂動要素を伴う前記磁界を測定するよう構成される、実施態様15に記載の装置。
(17) 前記プロセッサが、前記磁界摂動要素の位置及び向きを、前記磁気送信機によって規定された軸に対して測定するよう構成される、実施態様15に記載の装置。
(18) 前記磁界摂動要素の前記位置及び前記向きを測定することが、前記反応磁界に対応して前記位置及び前記向きを適応的に計算することを含む、実施態様17に記載の装置。
(19) 前記複数画像を特性評価することが、前記複数画像が互いに対して所定の構成にあると仮定することを含む、実施態様15に記載の装置。
(20) 前記所定の構成が、矩形を含み、前記複数画像が、前記矩形の角部及び中心に位置する5つの画像を含む、実施態様19に記載の装置。
(22) 前記反応磁界を計算することが、最大3次までの前記球面調和関数展開を実行することを含む、実施態様21に記載の装置。
(23) 前記球面調和関数展開により前記磁界を計算することが、前記展開を空間転送行列として設定することを含み、前記プロセッサが、前記磁界摂動要素の特性を反応磁界行列として決定するよう、及び前記空間転送行列と前記反応磁界行列との積に対応して前記反応磁界を計算するよう構成される、実施態様21に記載の装置。
(24) 前記プローブが、患者の体内に配置されている、実施態様15に記載の装置。
(25) 前記磁界摂動要素が、蛍光透視鏡の少なくとも1つのセクションを含む、実施態様15に記載の装置。
(26) 前記蛍光透視鏡の蛍光透視鏡軸を、前記送信機によって規定された軸に対して位置合わせすることを含む、実施態様25に記載の装置。
(27) 前記蛍光透視鏡軸を位置合わせすることが、前記送信機に固定するよう接続されたカメラで、前記蛍光透視鏡に取り付けられた基準マークの画像を作成することを含む、実施態様26に記載の装置。
(28) 前記プロセッサが、前記画像に対応して前記磁界摂動要素の位置及び向きを測定するよう構成される、実施態様27に記載の装置。
(29) 位置パッド上に、患者に磁界を発生させるよう構成された磁気送信機を据え付けることと、
前記位置パッドにそれぞれの固定された向きで位置パッドカメラを取り付けることと、
前記位置パッドに回転可能なカメラを接続させることと、
前記患者を撮像するよう構成された蛍光透視鏡に、基準マークを取り付けることと、
前記蛍光透視鏡を、異なる位置に位置付けることと、
を含み、
各位置に関しては、
前記回転可能なカメラを既知の向きに配向させ、前記基準マークのそれぞれの画像を、前記回転可能なカメラ及び前記位置パッドカメラで作成することと、
前記位置パッドの軸に対して前記蛍光透視鏡の位置及び向きを位置合わせするよう、前記それぞれの画像を解析することと、
を含む、方法。
(30) 前記回転可能なカメラを前記位置パッドから取り外すことと、前記位置パッドカメラにより作成された前記基準マークの前記画像のみを用いて、前記位置パッドの前記軸に対して前記蛍光透視鏡の前記位置及び向きを決定することと、を含む、実施態様29に記載の方法。
(32) 位置パッドと、
前記位置パッド上に据え付けられ、患者に磁界を発生させるよう構成された磁気送信機と、
それぞれの固定した向きで前記位置パッドに取り付けられた位置パッドカメラと、
前記位置パッドに接続された回転可能なカメラと、
前記患者を撮像するよう構成された蛍光透視鏡と、
前記蛍光透視鏡に取り付けられた基準マークと、
プロセッサであって、
異なる位置に前記蛍光透視鏡を位置付けるよう構成され、各位置に関しては、
前記回転可能なカメラを既知の向きに配向させ、前記回転可能なカメラ及び前記位置パッドカメラで前記基準マークのそれぞれの画像を作成するよう、並びに
前記位置パッドの軸に対して前記蛍光透視鏡の位置及び向きを位置合わせするよう、前記それぞれの画像を解析するよう構成された、プロセッサと、
を含む、装置。
(33) 前記プロセッサが、前記回転可能なカメラが前記位置パッドから取り外される間に、前記位置パッドカメラによって作成された前記基準マークの前記画像のみを用いて、前記位置パッドの前記軸に対して前記蛍光透視鏡の前記位置及び向きを決定するよう構成される、実施態様32に記載の装置。
(34) 前記位置パッドに取り付けられるよう構成された取り外し可能なジグを含み、前記位置パッドカメラが、前記カメラで前記ジグを撮像することによって、前記それぞれの固定された向きに整列するよう構成される、実施態様32に記載の装置。
Claims (3)
- 位置パッドと、
前記位置パッド上に据え付けられ、患者に磁界を発生させるよう構成された磁気送信機と、
それぞれの固定した向きで前記位置パッドに取り付けられた位置パッドカメラと、
前記位置パッドに接続された回転可能なカメラと、
前記患者を撮像するよう構成された蛍光透視鏡と、
前記蛍光透視鏡に取り付けられた基準マークと、
プロセッサであって、
異なる位置に前記蛍光透視鏡を位置付けるよう構成され、各位置に関しては、
前記回転可能なカメラを既知の向きに配向させ、前記回転可能なカメラ及び前記位置パッドカメラで前記基準マークのそれぞれの画像を作成するよう、並びに
前記位置パッドの軸に対して前記蛍光透視鏡の位置及び向きを位置合わせするよう、前記それぞれの画像を解析するよう構成された、プロセッサと、
を含む、装置。 - 前記プロセッサが、前記回転可能なカメラが前記位置パッドから取り外される間に、前記位置パッドカメラによって作成された前記基準マークの前記画像のみを用いて、前記位置パッドの前記軸に対して前記蛍光透視鏡の前記位置及び向きを決定するよう構成される、請求項1に記載の装置。
- 前記位置パッドに取り付けられるよう構成された取り外し可能なジグを含み、前記位置パッドカメラが、前記カメラで前記ジグを撮像することによって、前記それぞれの固定された向きに整列するよう構成される、請求項1に記載の装置。
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