JP2019516456A - 磁気的位置特定システムにおける磁場歪み検出および補正 - Google Patents

Abstract

本開示の様々な実施形態は、患者の体内の医療デバイスを位置特定するための磁場内の磁場歪みを識別し、補正する。磁場への金属物体の侵入に関連することが多いそのような磁場歪みは、容認できないレベルの位置特定誤差を引き起こす可能性があり、本開示の態様がそれを補正する。

Description

関連出願の相互参照
この出願は、本明細書に完全に記載されているかのように参照により本明細書に組み込まれる、２０１６年５月３日に出願された米国仮出願第６２，３３１，３３８号の利益を主張する。

本開示は、一般に、患者の体内の医療器具の磁気的位置特定に関する。より具体的には、本開示は、磁気的位置特定に使用される磁場内の磁場歪みを検出し、補正することに関する。

電気生理学（ＥＰ）カテーテルは、ますます多くの処置に使用されている。たとえば、カテーテルは、ほんの数例を挙げると、診断、治療、マッピング、およびアブレーション処置のために使用されている。典型的には、カテーテルは、意図された部位、たとえば患者の心臓内の部位への患者の脈管構造を通じて操作され、診断、マッピング、アブレーション、または他の治療のために使用することができる１つまたは複数の電極を運ぶ。カテーテルの正確な位置決め、および患者の体内の正確な位置の臨床医の知識は、改善された処置の有効性にとって望ましい。

カテーテルを体内の所望の部位に配置するには、カテーテルに（および／または導入シースに）組み込まれた機械的ステアリング機能を使用するなど、何らかのタイプのナビゲーションが使用されなければならない。患者の解剖学的構造に対するカテーテルの相対的位置を決定するために、人工的に作成された磁場内でカテーテルの位置を提供する磁気的位置特定システムが開発されている。外部で発生した磁場は、その磁場内のあらゆる場所において固有の正確な磁気勾配（磁力線）を含む。カテーテルは、磁場内にある間に、（たとえば、コイルなどの要素によって）その位置における固有の磁場を感知する。次いで、カテーテルによって検出された磁場をアルゴリズム的に処理して、所望されるように患者の体内のカテーテルの位置を決定し、臨床医は、たとえば、潜在的に病原性の心臓リズムを妨害するために組織をアブレートするために、カテーテルを操作することができる。

しかしながら、磁気的位置特定システムは、たとえば、外界の鉄または金属物体が磁場内に侵入することによって引き起こされる磁場内の磁気歪みによって誘発される誤差の影響を受けやすい。そのような歪みの導入は、システムが患者の体内のカテーテルの不正確な位置を提示する結果を招く可能性がある。そのような不正確なカテーテル位置データは、医療処置の有効性を制限する場合がある。

前述の議論は、本分野の例示的な説明としてのみ意図されており、特許請求の範囲を限定することが意図されるものではない。

本開示の様々な実施形態は、患者の体内の医療デバイスを位置特定するための磁場内の磁場歪みを識別し、補正する。磁場への金属物体の侵入に関連することが多い磁場歪みは、患者の体内の医療デバイスの位置を特定する際に容認できないレベルの誤差を引き起こす可能性がある。具体的には、本開示は、磁場内の磁気歪みに関わらず、患者の体内の医療デバイスの正確な位置特定を可能にする、そのような磁気歪みの検出および補正のための様々なシステム装置、およびコンピュータプログラムに関する。

本開示の一実施形態では、磁場内に配置された患者の体内の医療デバイスを位置特定するために磁場内の磁気歪みを検出し補正するためのシステムが開示される。本システムは、システム内の知られている位置および向きにある１つまたは複数のエミッタコイルを有する磁場エミッタを含む。エミッタコイルの各々は、磁場エミッタ内の他のエミッタコイルに対して固有の磁場を放出する。本システムは、それに近接する磁場を感知し、医療デバイスにおいて感知された磁場を示す第１の電気信号を出力する、１つまたは複数の医療デバイスセンサコイルをさらに含む。磁気歪みセンサの配置は、システム内の知られている位置および向きに配置される。磁気歪みセンサの各々は、それに近接する磁場を感知し、磁気歪みセンサにおいて感知された磁場を示す第２の電気信号を出力する。磁気歪みセンサおよび医療デバイスセンサコイルの各々に通信可能に結合されたプロセッサ回路は、第１の電気信号および第２の電気信号を受信し、第１の電気信号および第２の電気信号と磁気歪みセンサの知られている位置および向きとに基づいて、システム内の医療デバイスの磁気歪み補正位置を決定する。

さらにより具体的な実施形態では、プロセッサ回路は、各磁気歪みセンサにおいて感知された磁場に基づいて配置内の磁気歪みセンサの各々の知覚される位置を決定することによって、医療デバイスの磁気歪み補正位置を決定する。次いで、磁気歪みセンサの各々の知覚される位置と知られている位置との間で位置特定された誤差が決定される。位置特定された誤差の決定に基づいて、磁気歪みセンサの各々についての知覚される位置を知られている位置に変換する変換が計算される。計算された変換を使用して、システム内の医療デバイスの補正位置が、医療デバイスに近接する磁気歪みを補償するように決定される。

別の実施形態では、磁場内の磁気歪みを検出するためのセンサ配置装置が開示される。センサ配置装置は複数のセンサコイルを含み、センサコイルの各々は、センサコイルにおける磁場の強度および向きを示すエネルギーを収集する。非鉄製のフレームは、複数のセンサコイルの各々に結合され、センサコイルの各々を互いおよび磁場エミッタに対して配置して配向させる。複数のセンサコイルに電気的に結合された処理回路がセンサコイルの各々から信号を受信し、受信信号を調整して処理する。たとえば、調整および処理は、前増幅、アナログ／デジタル変換、ノイズフィルタリング、および信号分離のうちの１つまたは複数を含み得る。処理された信号は、そこへの鉄の物体侵入による磁場内の磁気歪みの存在を示すことができる。

別の実施形態では、患者の体内の医療デバイスの位置特定のために使用される磁場内の磁気歪みを補正するためのコンピュータプログラムが開示される。本コンピュータプログラムは、センサコイルに近接する磁場を示すセンサコイルにおける受信信号に基づいて、センサ配置内の複数のセンサコイルの各々の知覚される位置を計算するステップを含む。センサコイルの知られている位置とセンサコイルの知覚される位置との間の不一致に基づいて、複数のセンサコイルごとに位置誤差が決定される。位置誤差は、センサコイルの磁場内の磁気歪みを示す。センサコイルの各々の知られている位置と知覚される位置との間の不一致に基づいて、複数のセンサコイルごとに知覚される位置を知られている位置に変える変換が計算される。医療デバイスに近接する磁場を示す医療デバイスにおける受信信号に基づいて、医療デバイスの知覚される位置が計算される。医療デバイスの実際の位置は、医療デバイスの知覚される位置を計算された変換に入力することによって決定される。

上記の議論／要約は、本開示の各実施形態またはすべての実装形態を説明することが意図されるものではない。以下の図面および詳細な説明も、様々な実施形態を例示する。

様々な例示的な実施形態は、添付の図面に関連して以下の詳細な説明を考慮することにより、より完全に理解することができる。

本開示の様々な態様に従う、磁気歪み検出および補正システムの等角図である。 本開示の様々な態様に従う、蛍光透視画像および磁場放出のためのＣアームを有する、図１Ａの磁気歪み検出および補正システムの側面図である。 本開示の様々な態様に従う、磁気歪み検出および補正システムの概略図である。 本開示の様々な態様に従う、知られているエンドポイント間の磁気歪み（変形）の影響を決定する様々な方法の結果を示すグラフである。 本開示の様々な態様に従う、磁気歪み検出および補正システムの等角図である。 本開示の様々な態様に従う、磁気歪み検出および補正システムの等角図である。 本開示の様々な態様に従う、医療デバイス位置特定システムを含む様々な手術特別室の構成、および構成ごとの例示的な位置特定結果の図である。 本開示の様々な態様に従う、磁気歪み検出および補正システムの等角図である。 本開示の様々な態様に従う、蛍光透視画像および磁場放出のためのＣアームを有する、図７Ａの磁気歪み検出および補正システムの側面図である。 本開示の様々な態様に従う、磁気歪み検出および補正システムの等角図である。 図８Ａの磁気歪み検出および補正システムの拡大等角図である。 本開示の様々な態様に従う、磁気歪み検出および補正システムの等角図である。 本開示の様々な態様に従う、磁気歪み検出および補正システムの等角図である。 図１０Ａの磁気歪み検出および補正システムの拡大等角図である。 本開示の様々な態様に従う、磁気歪み検出および補正システムの等角図である。

本明細書で議論される様々な実施形態は、変更および代替形態が可能であるが、その態様は、図面に例として示され、詳細に説明される。しかしながら、その意図は、その範囲を記載された特定の実施形態に限定することではないことを理解されたい。反対に、その意図は、特許請求の範囲に定義された態様を含む本開示の範囲内にあるすべての変更、等価物、および代替物をカバーすることである。さらに、本出願を通じて使用される「例」という用語は、説明のためのものに過ぎず、限定ではない。

本開示の様々な実施形態は、患者の体内の医療デバイスを位置特定するための磁場内の磁場歪みを識別し、補正する。磁場への金属物体の侵入に関連することが多いそのような磁場歪みは、患者の体内の医療デバイスの位置特定において容認できないレベルの誤差を引き起こす可能性がある。本開示の様々な実施形態の詳細を、図面を具体的に参照して以下に説明する。

心臓マッピングシステムは、心室の重ね合わされたモデルまたは画像内に従来の電気生理学的カテーテルの３次元（３Ｄ）位置を表示することが可能である。これらのマッピングシステムは、心臓の電気活動を波形トレースとして、および心室のモデル上の動的３次元等電位マップとしても表示することができる。これらの３次元モデルの輪郭付けされた表面は、患者自身の心室の解剖学的構造に基づいている。これらのマッピングシステムは、カテーテルの位置を描写し、モデル作成を助けるために、磁気ベースの位置特定技術を使用することができる。

磁気的位置特定を使用する場合、局部源から発生した磁場は、発生した磁場に侵入するか、または近接して配置される金属または鉄の物体によって引き起こされる歪みの影響を本質的に受けやすい。そのような歪みは、計算されたまたは決定されたカテーテルの位置、ならびに関連する解剖学的モデルおよび他の表現に不正確さを引き起こす可能性がある。

ＥＰカテーテル内に埋め込まれた磁気センサは、１つまたは複数の知られている基準位置に対するカテーテルの位置および向きを決定するために使用される。この磁気的な位置および向きの情報は、たとえば、心室のモデルに重ね合わされたときにカテーテルをナビゲートするために使用することもできる。磁気空間内のカテーテルをナビゲートする際、カテーテルの物理的な位置に実際の変化（または、最小限の実際の変化）がないにもかかわらず、基礎をなす磁場が変化した／歪んだ場合、カテーテルの表示された位置または別の方法で報告されたカテーテルの位置は顕著にシフトする（たとえば、心室に対するカテーテルの位置の表示を示すマッピングシステムディスプレイ上で視覚的にシフトする）ことができる。このタイプの磁気歪みは、カテーテルの報告された位置を使用して作成されたモデルの不正確さも引き起こす可能性がある。本開示の実施形態は、図面を参照して以下により詳細に記載されるように、磁場内でのそのような磁気歪みを識別し、患者の体内のカテーテルの位置を決定する際にそれらの歪みを補正する。

図１Ａは、医療処置を実施しながら患者１０１の人体構造をナビゲートするために使用される磁気的位置特定システム１００の等角図を示す。たとえば、本システムは、患者の心臓１０２をマッピングし、心室を通る心臓カテーテル１０５（図１Ｂのような）をナビゲートするために使用することができる。磁気的位置特定システム１００は、典型的には、３次元空間内の物体（たとえば、心臓カテーテルの先端などの、診断またはアブレーションカテーテルの一部）の位置（および、いくつかの実施形態では、向き）を決定し、それらの位置を、少なくとも１つの基準に対して決定された位置情報として表現する。具体的には、磁気的位置特定システム１００は、磁場内の心臓カテーテル１０５の位置を決定するために使用することができ、次いで、心臓カテーテル１０５の位置が、たとえば心臓１０２の画像またはモデル上に重ね合わされる。より具体的な実施形態では、患者の心臓に対する心臓カテーテルのリアルタイム位置を参照するための仮想作業環境を臨床医に提供するために、他の基準データの中でも磁気共鳴画像データを３次元空間上に重ね合わせることができる。

磁気的位置特定システム１００は、様々な視覚化、マッピング、およびナビゲーション構成要素を含むことができる。たとえば、位置特定システム１００は、Ｂｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ社から市販されているＣＡＲＴＯ（商標）システム、ならびに米国特許第６，４９８，９４４号、６，７８８，９６７号、および６，６９０，９６３号の１つまたは複数を参照して一般に示されるものなどの磁場ベースのシステムを含むことができ、これらの開示は、本明細書に完全に記載されているかのようにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。別の例示的な実施形態では、位置特定システム１００は、Ｓｔ． Ｊｕｄｅ Ｍｅｄｉｃａｌ、Ｉｎｃ．から入手可能なＭＥＤＩＧＵＩＤＥ（商標）技術システム、ならびに米国特許第６，２３３，４７６号、７，１９７，３５４号、７，３８６，３３９号、および２０１４年３月１３日に出願された「Ｍｅｄｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」と題する米国特許出願第１４／２０８，１２０号、２０１３年６月１２日に出願された「Ｍｅｄｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」と題する米国仮特許出願第６１／８３４，２２３号、ならびに２０１４年３月１３日に出願された「Ｍｅｄｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」と題する国際出願番号ＰＣＴ／ＩＢ２０１４／０５９７０９号の１つまたは複数を参照して一般に示されるものなどの磁場ベースのシステムを含むことができ、これらの開示は、本明細書に完全に記載されているかのようにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。別の実施形態では、位置特定システム１００は、限定ではなく例として、それらの各々が本明細書に完全に記載されているかのようにその全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１１年９月１３日に出願された「Ｃａｔｈｅｔｅｒ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ａｎｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」と題する係属中の米国特許出願第１３／２３１，２８４号、および２０１１年４月１４日に出願された「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｔｏ ａ Ｃｏｍｍｏｎ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ Ｆｒａｍｅ」と題する米国特許出願第１３／０８７，２０３号に記載されるシステムなどの、ハイブリッド電場ベースおよび磁場ベースのシステムか、またはＢｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ社から市販されているＣＡＲＴＯ（商標）３システムを備えることができる。他の例示的な実施形態では、位置特定システム１００は、限定ではなく例として、蛍光透視法、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）、および磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）ベースのシステムなどの他の一般的に利用可能なシステムを備えるか、またはそれとともに使用することができる。

使い捨てカテーテルアセンブリ１０４（図１Ｂのような）は、遠位端部分にカテーテル先端アセンブリ１０５（あるいは、電極アセンブリまたは遠位端アセンブリ）を含むことができる。カテーテル先端アセンブリは、臨床医の制御下で診断または治療処置を行うために動作可能に適合されてもよい。カテーテル１０５の近位端部分は、ステアリングハンドルまたは他の機構（図示せず）を含むことができる。本実施形態では、カテーテル１０５はマッピングカテーテルである。カテーテル１０５は、近位端部分とカテーテル先端アセンブリとの間に延びるフレキシブルシャフトを含む。カテーテルアセンブリは、たとえば、位置特定、マッピング、アブレーション、および／またはペーシング処置を実行するために、カテーテル先端アセンブリと外部電気装置（図示せず）との間に電気的接続を確立するように構成された電気コネクタ（図示せず）をさらに含む。カテーテル先端アセンブリは、本明細書に完全に記載されているかのようにその全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第６，６９０，９６３号（たとえば、図２および図３に示されるセンサ３０、３２、３４を参照）に示されるものなどの複数の位置特定センサコイルを備えることができる。

図１Ｂに示されるように、磁気的位置特定システム１００は、磁場送信機ハウジング１２０内に複数の磁場送信機１２１_ａ〜ｆを含む。本開示の様々な実施形態では、磁場送信機は、Ｃアームなどの蛍光透視画像システム（本明細書では磁場送信機ハウジング１２０と呼ばれる）に組み込まれてもよく、そのような組合せは、重要な点として、同じ座標系に結びついた蛍光透視画像および位置特定データを含む多くの利点を提供する。磁場送信機の各々は、患者の身体１０１を横切る磁場を放出する。磁場は、３つのほぼ直交する軸、たとえば、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸を規定する。磁場送信機は、磁場発生器に電気的に結合される。磁場発生器は、磁場送信機によって同時に送信されてもよく、時間多重されてもよく、および／または周波数多重されてもよい１つまたは複数の磁場を発生させる。磁気歪みがなければ、磁場内の各位置は磁場勾配と強度を含む固有の磁場シグネチャに関連付けられる。

心臓アブレーション処置の場合、一例として、センサコイルアレイ１１０は、患者の心臓１０２の周りに配置され、磁場送信機ハウジング１２０の下およびそこから放出される磁場内に配置される。本実施形態では、センサコイルアレイが手術台１０３に固定され、磁場送信機ハウジングに対する各磁気歪みセンサコイル１１１_ａ〜ｄの固定された（および、知られている）位置を提供する。磁気歪みセンサコイルの各々は、センサコイルアレイ内のセンサコイルに近接し、その向きと実質的に同一平面上にある磁場を感知し、その固定された位置において感知された磁場を示す電気信号を出力する。上述したように、この受信された磁場は、磁場内のあらゆる位置において固有であるので、磁気歪みセンサコイルの出力された電気信号は、磁場内のセンサコイルの知覚される位置を示す。しかしながら、磁場内の磁気歪みは、固定されたセンサコイルアレイ内のセンサコイルの実際の位置と、磁気的位置特定システム１００によるセンサコイルの知覚される位置との間に不一致を生じさせる可能性がある。

カテーテル１０５の頭部は、センサコイルに近接し、その向きと実質的に同一平面上にある磁場を感知する１個以上のセンサコイルを含む。カテーテルセンサコイルの各々は、その位置における感知された磁場を示す電気信号を出力し、これは磁場内のカテーテルの特定の位置に特有のものである。

磁気歪みセンサコイル１１１_ａ〜ｄおよびカテーテル１０５の出力は、処理回路に送信され、処理回路によってサンプリングされる。処理回路は、センサコイルの出力に基づいて計算を実行して、たとえば心臓内の心臓カテーテルの知覚される位置を決定する。心臓カテーテルの知覚される位置は、処置中に臨床医によって参照のために使用され、知られている基準点、たとえば心室、動脈などに関してディスプレイ上で臨床医に提示され得る。しかしながら、実際のカテーテル位置は、他の鉄／金属体によって引き起こされる磁場内の磁気歪みによって不明瞭になることがある。これらの磁気歪みは、カテーテルの実際の位置と比較して、カテーテルの知覚される位置の誤り率に関連付けられる。

磁気的位置特定システム１００における磁気歪みを補償するために、センサコイルアレイ１１０は固定基準フレームを提供し、システムの座標フレームの原点を規定することができる。センサコイルアレイ内の磁気歪みセンサ１１１_ａ〜ｄの各々の、実際の位置と知覚される位置との間の不一致に基づいて、磁場全体にわたる磁気歪みの影響を計算し、磁気歪みセンサコイルの各々の知覚される位置をそれぞれの実際の位置に戻す変換によって表すことができる。同様に、磁気歪みを考慮してカテーテルの補正された（実際の）位置を決定するために、磁場内のカテーテルの知覚される位置にこの変換を適用することができる。

図１Ａおよび図１Ｂにさらに示されるように、磁気歪みセンサ１１１_ａ〜ｄは、（センサコイルアレイ１１０によって規定されるように）円弧状に配置され、円弧の中心点は、一般に、手術されている患者の解剖学的部分の周りに配置される。センサコイルアレイの構成は、円弧、ピラミッド、立方体などを含む多くの形態を取ることができる。センサコイルアレイは、磁場の全体像を提供するために、患者の胸部／胸郭を囲むことができる。本開示のいくつかの実施形態では、センサコイルアレイの脚部は、異なるサイズの患者に対応するように、各寸法がより長くても短くてもよい。センサコイルアレイの脚部は、患者の腕の外側を囲むこともでき、あるいは、代わりに患者の腕と身体との間に適合させることもできる。重要な点として、磁場エミッタに対する磁気歪みセンサの動きを防止するために、センサコイルアレイが十分に剛性であることが望ましい。患者の下に磁気歪みセンサを有することが有利な実施形態では、磁気歪みセンサを、患者と手術台１０３との間に配置された固定具またはマットに設計することができる。磁気的位置特定システム１００の有効性を最大にするために、磁気歪みセンサコイルを異なるデカルト軸にまたがるように配置することが推奨される。しかしながら、患者の下に配置されたフラットマットなどの磁気歪みセンサコイルの配置は、依然として磁気歪みを識別し、補正することができる。

磁気歪みセンサコイルアレイの配置のための多くの追加の実施形態が可能である。たとえば、アレイは、患者の身体（または他の場所）に配置され、Ｎｏｒｔｈｅｒｎ Ｄｉｇｉｔａｌ（ＮＤＩ）社のＰｏｌａｒｉｓ（商標）システムまたは他の視覚ベースの３Ｄ位置特定システムなどの独立した位置特定システムで追跡され得る。独立した位置追跡システムは、剛性の知られているフレームにそれらを取り付ける代わりに、磁気歪みセンサコイルごとに位置データを提供する。

図１Ａおよび図１Ｂに示されるような実施形態では、センサコイルアレイは、カテーテル１０５を介して治療を受けている患者の心臓１０２の周りにおおよそ中心が合わせされている。センサコイルアレイは、カテーテル１０５に影響を与える磁気歪みがセンサコイルアレイ１１０内の磁気歪みセンサ１１１_ａ〜ｄの１つまたは複数によって感知されるように、磁場送信機ハウジング１２０内の磁場送信機１２１_ａ〜ｅと患者の心臓との間に配置されることが望ましい。たとえば、手術中に臨床医は１つまたは複数の手術器具の使用を要求することがあり、その多くが本質的に金属または鉄である。手術器具が磁場送信機のうちの１つまたは複数によって放出される磁場に入ると、手術器具に近接する磁場が歪む。手術器具が磁場勾配および強度に与える影響は、鉄金属含有量および器具の密度に依存する。しかしながら、磁場における小さな歪みでさえ、患者の心臓内におけるカテーテルの知覚される位置に大きく影響する可能性がある。

カテーテル１０５は、その先端領域に、カテーテル先端領域に近接する磁場の強度および勾配を感知するコイルを含む。上述したように、磁場内のカテーテル先端の位置における感知された磁場は、磁場内のその位置に固有のものである。カテーテルの先端における感知された磁場に基づいて、処理回路は、コイルが磁場内のどこに配置されているか決定することができる。この情報は、座標系内の他の知られている位置（たとえば、心室、心臓弁、および心臓動脈）と関連して、臨床医が、磁気的位置特定システム１００によって提供された（ほぼ）リアルタイムの位置データを使用して、患者の心臓内のカテーテルをナビゲートすることを可能にする。

磁気的位置特定システム１００における不正確さを防止するために、本システムは、実際の位置（システム内の磁気歪みセンサの知られている／固定された位置に基づく）と、知覚される位置（磁気歪みセンサにおいて受信された磁場と後処理に基づいて決定された位置）との間の不一致を決定するために、１つまたは複数の磁気歪みセンサ１１１_ａ〜ｄを利用する。決定された不一致は、鉄／金属物体の磁場への流出による磁場全体にわたる磁気歪みを示す。磁気歪みセンサ位置の各々における不一致に基づいて、磁場内のすべての位置における歪みを補正するために変換を計算することができる。そのようなシステムでは、磁気歪みを識別し、カテーテルの知覚される位置を基準として補正することができる。磁場内の磁気歪みの存在を決定して補正するための具体的なアルゴリズムを以下に示す。

図２は、本開示の様々な態様に従う、磁気歪み検出および補正を有する磁気的位置特定システム２００の概略図である。図２に示されるように、処理回路２３０は、磁場発生器２２５が電気信号を発生させて、磁場送信機２２１_ａ〜ｇの各々に送信することを可能にする。磁場発生器からの電気信号がそれぞれの磁場送信機によって受信されると、送信機はそこから発する磁場を発生させる。本開示の具体的な実施形態では、磁場発生器は、独自の電気信号で磁場送信機の各々を独立して駆動することができる。これらの独自の信号は、同時に生成されてもよく、時間多重されてもよく、周波数多重されてもよく、またはそれらの組合せであってもよい。その結果、磁場内のあらゆる場所で知覚される磁場が固有となり、したがって、その場所で感知される磁場に基づいて識別可能である。

１つの具体的な実施形態では、磁場送信機２２１_ａ〜ｇは、一般に複数のコイルから構成され、その位置および向きはいくつかの固有の磁場の作成を可能にする。磁場はビオ・サバールの法則に従って磁場を作成するコイルに電流を流すことによって発生される。

複数の磁場の作成を可能にするため、本システムは発生された磁場を多重化するように設計されている。磁気歪みセンサ１１１_ａ〜ｄもコイルである（サイズが２ｍｍ×１０ｍｍ未満であってもよい）。磁場は、磁気歪みセンサに電流を流し、これは磁場に対するセンサコイルの位置および向きにおける磁場の強度に比例する。磁場内に配置された磁気歪みセンサコイルは、様々な位置に対して同じ出力を発生させる可能性があるため、単一の課された磁場からその位置および向きを決定することはできない場合がある。前述のように、いくつかの磁場を提供することによって、放出された磁場内の所与の位置における感知された電流の各々の組合せは固有であり得る。しかしながら、そのような磁気的位置特定システムは、鉄／金属物体が磁場送信機２２１_ａ〜ｇによって放出された磁場に入り込んで歪むときに磁場内の物体の知覚される位置を計算するときに誤差が生じやすいことが発見されている。

本開示の態様は、磁気的位置特定システム２００内の磁気歪みを検出し補正する。１つの例示的なシステム構成では、患者２０１は、磁場送信機２２１_ａ〜ｇによって放出される磁場内に配置される。手術される患者の身体の解剖学的構造は、磁場の中心に位置することが理想的である。この例では、患者の心臓２０２が磁場の中心にあり、医療処置のためにカテーテル２０４が心臓内に延びている。たとえば、カテーテルは、診断、治療、マッピング、およびアブレーション処置などのために使用されている。複数の磁気歪みセンサ２１１_ａ〜ｄが患者の身体に近接して配置される。理想的な構成では、磁気歪みセンサは、患者の心臓２０２（または、より一般的には身体２０１）に近接して均一に離間される。患者の心臓に対する磁気歪みセンサのそのような配置は、心臓の周りの磁気歪みの一貫した検出を可能にする。

しかしながら、いくつかの磁気位置特定システムでは、たとえば、障害構造（たとえば、手術台）または必要な隙間（たとえば、手術台の周りを回転するための隙間を必要とするＣアーム蛍光透視システム）のために、磁気歪みセンサ２１１_ａ〜ｄによって患者を完全に包囲することは困難な場合がある。Ｃアーム蛍光透視システムのＸ線検出器およびエミッタは、しばしば移動し、かなりの量の金属で構成される。Ｃアームを動かすと磁場内に著しい磁気歪みが生じ、カテーテルの誤った位置情報が追跡されてしまう。

介在する鉄の物体（鉄の物体は、外部の鉄の物体とも呼ばれ、その例は、Ｃアーム蛍光透視システム、および鉄の材料を含み得る他の資本設備を含むことができる）およびＣアームがデフォルト位置（たとえば、前方−後方）に置かれていない場合、磁場は本質的に均質であり得る。Ｃアームが動かされるか、または磁場内に金属が導入されると、磁場が変形する可能性がある。磁気歪みセンサの位置をそれらの知られている位置に戻す変換を連続的に計算することによって、磁気歪みセンサの各々の知覚される位置と実際の位置との間の不一致がゼロになるように、磁気歪みを補正することができる。カテーテルの位置など、座標系の他の点も戻される。学習された変換は、残留誤差が最小限になるように磁気歪みセンサ位置間の補間を効果的に実行する。システム内の磁気歪みセンサの数を増やすと、一般に結果が改善される。

多くの実施形態では、磁場送信機２２１_ａ〜ｇと、患者の心臓２０２内の位置特定が所望されるカテーテル先端２０５との間に、多くの磁気歪みセンサを維持することが望ましい。これは、部分的には、カテーテル先端と磁場送信機との間の領域の外側の磁気歪みの影響に対して、磁場内でのカテーテル先端の位置特定に際して磁場送信機に近接する磁気歪みの効果の増強によるものである。

手術中、磁気的位置特定システム２００は、磁気歪みセンサ２１１_ａ〜ｄおよびカテーテル先端２０５の各々においてサンプリングされた磁場を電気信号に変換する。電気信号は、サンプリングされた位置における磁場勾配および強度を示す。上述したように、磁気歪みセンサ２１１_ａ〜ｄおよびカテーテル先端２０５ごとの受信信号は、磁場内で受信される位置に対して固有である。サンプラ／スイッチ回路２４０は、磁気歪みセンサ２１１_ａ〜ｄおよびカテーテル先端２０５からの電気信号を所望の周波数でサンプリングする。

具体的な実施形態では、本システムは、これらの電気信号を、心電図、または他の類似の感知手段によって決定されるような心拍の様々な段階と同期してサンプリングすることができる。同様に、磁気的位置特定システム２００とともに使用されるＣアーム蛍光透視システム（または、他の類似の蛍光透視画像システム）は、心拍の同じ段階の間に心臓２０２を撮像することができる。次いで、画像は、手術中に臨床医のために表示されるビデオにループされてもよい。心拍のこれらの様々な段階の間のカテーテル先端２０５の位置は、心臓内のカテーテル先端のリアルタイムの蛍光透視画像および位置特定を模倣するように見えるビデオを生成するために、蛍光透視画像上に重ね合わせることができる。しかしながら、重要な点として、そのような実施形態は、Ｃアームの蛍光透視システムが、心臓内のカテーテルの位置を臨床医が決定するために画像を撮影する必要がないため、手術中の患者および臨床医のＸ線放射線被曝を大幅に減少させる。

磁気歪みセンサ２１１_ａ〜ｄおよびカテーテル先端２０５の各々から受信した電気信号は、前増幅、アナログ／デジタル変換、ノイズフィルタリング、および信号分離のうちの１つまたは複数のために信号調整回路２４５に転送される。受信された電気信号に基づいて後の位置決定における誤差を最小限にするために、信号分離およびノイズフィルタリングなどの信号調整が利用される。アナログ／デジタル変換は、処理回路２３０がデジタルシステムである場合に行われる。多くの実施形態では、結果として得られる磁気歪みセンサおよびカテーテル先端の位置特定誤差率を最小限にするために信号調整が不可欠である。

本開示の好ましい実施形態では、信号調整回路２４５は、受信した電気信号が処理回路２３０に送信されるときのノイズの減衰を最小限にするために、磁気歪みセンサアレイに結合される。また、この点での増幅は、処理回路に送信する前に信号利得を増加させるために有利である。

図２に示されるように、処理回路２３０は、磁気歪みセンサおよびカテーテル先端と、磁場送信機２２１_ａ〜ｇに対する磁気歪みセンサの各々の知られている／固定された位置と、感知された電場を磁場内の知られている位置に関連付けるルックアップテーブルとの各々から受信した電気信号に基づいて、磁気歪みセンサ２１１_ａ〜ｄおよびカテーテル先端２０５の知覚される位置を計算する。知られている位置は、磁場送信機の座標系に対する磁気歪みセンサの位置に関して相対的に確実性がある位置であってもよい。１つの例示的な実施形態では、処理回路２３０は、磁気歪みセンサの知られている／固定された位置を知覚されるセンサの位置と比較することによって、磁気歪みセンサ２１１_ａ〜ｄごとに実際の位置と知覚される位置との間の不一致を決定する。知覚される位置は、磁気歪みセンサによって受信された電気信号をサンプリングし、サンプリングされた信号を（ルックアップテーブルを介して）知覚される位置に関連付けることによって決定される。磁気歪みセンサの実際の位置と知覚される位置との間の不一致は、磁場内の磁気歪みを示す。磁気歪みセンサの各々の不一致が決定されると、磁気歪みセンサの各々の知覚される位置と実際の位置との間の不一致を補正する変換が計算される。次いで、磁場内の磁気歪みを考慮してカテーテル先端の実際の位置を決定するために、カテーテル先端２０５の知覚される位置にこの変換が適用される。

図３は、本開示の態様に従う実験結果を示すグラフである。グラフは、位置（０，０）における第１のセンサコイル３５０、および位置（１００，１００）における第２のセンサコイル３５１の２つのセンサコイルの実際の／固定された位置と、位置（０，１０）における第１のセンサコイル３５６の知覚される位置、および位置（９５，１００）における第２のセンサコイル３５７の知覚される位置とを示す。磁気変形を知られている／固定されたエンドポイントに適合させる様々な方法論が提示される。線３５２は、２次元座標系内の感知された磁気変形を補償しない第１のセンサコイルと第２のセンサコイルとの間の適合を表す。線３５５は、実際に基礎をなす磁気変形を示す。線３５３は、第１および第２のセンサコイルの知覚される位置および実際の位置のみに基づく線形変形計算を示す。線３５４は、第１および第２のセンサコイルの知覚される位置と実際の位置との両方、ならびにそれらの間の傾斜を利用する非線形変形計算（ベジエスプライン適合）を表す。第１および第２のセンサコイルの位置間の傾斜を利用することによって、およびスプライン曲線の使用によって、磁気歪みセンサコイルの固定位置間の未知の変形の内部適合を改善することができる。

特定の具体的な実施形態では、センサコイル間の中間点において変形の勾配／傾斜の評価を決定できるように、磁気歪みセンサコイルの知覚される位置がペア化／グループ化され得る。様々な回帰方法（以下により詳細に開示される）はスプラインスムーザとして働き、そのために、密集した追加のポイントを（ペア化／グループ化を介して）外部に導入することにより、内部の補間精度が改善される。そのようなペア化／グループ化は、知られている／固定された磁気歪みセンサコイルのセットにおいて位置を設定することによって達成することができ、密集したペア化／グループ化は、傾斜／勾配を設定し、この組合せにより、手術されている患者の解剖学的構造を含む磁場の領域内に変換が「導かれる（ｓｔｅｅｒｅｄ）」ことが可能になる。その結果、患者の体内のカテーテルの実際の位置の補間がより正確になる。

別の実施形態では、磁気的位置特定システムは、磁気歪みセンサコイルの位置を、知られている／固定された位置からではなく、所与の時点からの知覚される位置に戻すことができる。たとえば、システムは、時間ｔ０における磁気歪みセンサコイルの知覚される位置を決定することができる。将来の時間ｔｎにおいて、システムは、時間ｔ０およびｔｎにおける磁気歪みセンサコイルの知覚される位置の各々の間の不一致に基づいて変換を計算する。そのような実施形態は、医療処置の過程にわたる磁気的位置特定システムの座標系の安定化を可能にし、それによって、システムの放出された磁場へのＣアーム蛍光透視システムまたは他の介在金属物体の動きによって引き起こされ得る磁気ドリフト（時間の経過とともに）を低減または排除する。

図４は、医療処置を実施しながら患者４０１（手術台４０３上に位置する）の人体構造をナビゲートするために使用される磁気的位置特定システム４００の等角図を示す。たとえば、本システムは、患者の心臓４０２をマッピングし、心室を通る心臓カテーテル４０４をナビゲートするために使用することができる。磁気的位置特定システム４００は、心臓カテーテル４０４の先端４０５などの物体の位置および向きを決定することができる。具体的には、磁気的位置特定システム４００は、磁場内の心臓カテーテル４０４の先端４０５の位置を決定するために使用することができ、次いで、それはたとえば心臓４０２の画像またはモデル上に重ね合わせることができる。心臓の画像は、たとえば、一対のＸ線エミッタおよび受信機４６２を含む蛍光透視システム４２０から収集することができる。図４において、Ｘ線受信機４６２は、患者の上に示されている。対応するＸ線送信機は、患者４０１の下の、Ｘ線受信機４６２の反対側に配置される。

磁気的位置特定システム４００は複数の磁場送信機を含み、例示的な磁場送信機４２１_Ａ〜Ｂが手術台４０３の下に取り付けられている。さらに他の実施形態では、磁場の領域を拡大するために、追加の磁場送信機を利用することができる。１つの特定の例では、４つの磁場送信機４２１を正方形の配置に展開することができ、正方形の中心は、磁気的位置特定が行われる患者の領域に配置される。

各磁場送信機４２１は、患者の体４０１を横切る磁場を放出し、磁場発生器によって電力が供給される。磁場発生器は、磁場送信機によって同時に送信されてもよく、時間多重されてもよく、および／または周波数多重されてもよい１つまたは複数の磁場を発生させる。磁気歪みがなければ、磁場内の各位置は磁場勾配と強度を含む固有の磁場シグネチャに関連付けられる。医療デバイス４０４の先端４０５のコイルが近接した磁場を感知すると、先端４０５の位置およびその向きを決定するために、感知された相対磁場を後処理することができる。

心臓アブレーション処置の場合、一例として、センサコイルアレイ４１０は、患者の心臓４０２の真上に、複数の磁場送信機４２１の反対側に、かつ磁場送信機４２１から放出される磁場内に配置される。本実施形態では、センサコイルアレイ４１０が支持部４６１を介して手術台４０３およびその上に固定され、磁場送信機４２１に対する各磁気歪みセンサコイル４１１_Ａ〜Ｃの固定された（および、知られている）位置を提供する。磁気歪みセンサコイル４１１_Ａ〜Ｃの各々は、センサコイルアレイ４１０内のセンサコイルに近接し、その向きと実質的に同一平面上にある磁場を感知し、その固定された位置において感知された磁場を示す電気信号を出力する。磁気歪みセンサコイルの出力された電気信号は、磁場内のセンサコイルの知覚される位置を示す。しかしながら、磁場内の磁気歪みは、固定されたセンサコイルアレイ内のセンサコイルの実際の位置と、磁気的位置特定システム４００によるセンサコイルの知覚される位置との間に不一致を生じさせる可能性がある。

カテーテル４０５の頭部は、センサコイルに近接し、その向きと実質的に同一平面上にある磁場を感知する１つまたは複数のセンサコイルを含む。カテーテルセンサコイルの各々は、その位置における感知された磁場を示す電気信号を出力し、これは磁場内のカテーテルの特定の位置に特有のものである。

磁気歪みセンサコイル４１１_Ａ〜Ｃおよびカテーテル先端４０５内のセンサコイルの出力は、処理回路に送信され、処理回路によってサンプリングされる。処理回路は、たとえば、心臓内の心臓カテーテルの知覚される位置を決定するために、センサコイルの出力に基づいて計算を実行する。

磁気的位置特定システム４００における磁気歪みを補償するために、センサコイルアレイ４１０は固定基準フレームを提供する。フレームは、非鉄材料を含んでもよく、磁場に限定された／知られている効果を有するような微量の鉄材料を含んでもよい。センサコイルアレイ内の磁気歪みセンサ４１１_Ａ〜Ｃの各々の、実際の位置と知覚される位置との間の不一致に基づいて、磁場全体にわたる磁気歪みの影響を計算し、磁気歪みセンサの各々の歪んだ知覚される位置をそれぞれの実際の位置に戻す変換によって表すことができる。同様に、磁気歪みなしのカテーテル４０４の補正された（実際の）位置を決定するために、磁場内のカテーテル先端４０５の歪んだ知覚される位置にこの変換を適用することができる。

図４に示されるような実施形態では、センサコイルアレイ４１０は、カテーテル先端４０５を介して治療を受けている患者の心臓４０２の周りにおおよそ中心が合わせされている。センサコイルアレイ４１０は、カテーテル先端４０５に影響を与える磁気歪みがセンサコイルアレイ４１０内の磁気歪みセンサ４１１_Ａ〜Ｃの１つまたは複数によって感知されるように、患者の心臓に近接して配置されることが望ましい。

磁気的位置特定システム４００における不正確さを防止するために、磁気的位置特定システム４００は、実際の位置（システム内の磁気歪みセンサの知られている／固定された位置に基づく）と、知覚される位置（磁気歪みセンサにおいて受信された磁場と後処理に基づいて決定された位置）との間の不一致を決定するために、１つまたは複数の磁気歪みセンサ４１１_Ａ〜Ｃを利用する。決定された不一致は、鉄／金属物体の磁場への流出による磁場全体にわたる磁気歪みを示す。磁気歪みセンサ位置の各々における不一致に基づいて、磁場内のすべての位置における歪みを補正するために変換を計算することができる。そのようなシステムでは、磁気歪みを識別し、カテーテル先端４０５の知覚される位置を基準として補正することができる。磁場内の磁気歪みの存在を決定して補正するための具体的なアルゴリズムを以下に示す。

図５は、磁気歪み検出および補正システム５００の等角図である。患者５０１は、磁場送信機５２１_Ａ〜Ｄの上の手術台５０３上に配置される。磁場送信機５２１_Ｄ（図示せず）は、手術台５０３に対して磁場送信機５２１_Ａの反対側に配置されている。患者５０１が手術台５０３上で安定すると、センサコイルアレイ５１０は、手術される患者の領域に近接した位置に、および調節可能なアーム５６１を介して磁場送信機５２１_Ａ〜Ｄによって作成される磁場内に配置されてもよい。図５の実施形態のいくつかの特定の利点は、患者を手術台５０３上で物理的に動かす必要なしに、患者への臨床医のアクセスを容易にし、脱着時間を短縮し、調節可能性を高めることを可能にする縮小フットプリントである。また、センサコイルアレイ５１０が患者のターゲット領域（たとえば、心臓）から横方向にオフセットされているので、センサコイルアレイは蛍光透視画像を妨害しない。

様々な実施形態では、調節可能なアーム５６１は、他の調節促進要素の中でも、回転要素、スライダ要素を含むことができる。たとえば、図５に示されるように、調節可能なアーム５６１は、手術台の側面に平行に取り付けられたトラックに沿って調節可能なアームをスライドさせることによって、（患者５０１の高さに対して）縦方向に調節することができる。横方向調節および患者５０１のターゲット領域に対するセンサコイルアレイ５１０の角度を容易にするために、調節可能なアームは多数のピボット点を含むことができる。アームの調節可能な態様は、磁気的位置特定が行われるターゲット領域に近接するセンサコイルアレイの正確な位置を容易にするために役立ち、また様々なサイズの患者にも適応する。より具体的な実施形態では、調節可能なアーム５６１および関連するアセンブリは、磁場送信機５２１_Ａ〜Ｄによって放出される磁場の外側のセンサコイルアレイ５１０の偶発的な位置決めを防止する調節限界も含む場合があり、そこではセンサコイルアレイは磁気歪みを検出するために有効ではなくなる。

図５と一致する様々な実施形態では、磁気歪み検出および補正システム５００は、（調節可能なアーム５６１を介して）手術される患者の領域に近接して、および磁場送信機５２１_Ａ〜Ｄによって作成される磁場内に配置された２つ以上のセンサコイルアレイ５１０を含むことができる。様々なセンサコイルアレイ５１０は、（患者に対して）互いから縦方向および横方向にオフセットすることができる。したがって、本開示と一致する様々な実施形態は、患者の同じ側に取り付けられた１つまたは複数のセンサコイルアレイ、および／あるいは患者の反対側に取り付けられた１つまたは複数のセンサコイルアレイを含むことができる。様々な実施形態では、これら複数のセンサコイルアレイは、磁気的位置特定のために患者のターゲット領域に近接して配置される。本質的にターゲット領域を囲むように複数のセンサコイルアレイを配置することによって、センサコイルアレイは、磁場およびターゲット領域に近接する様々な鉄の物体から発する磁気歪みを検出し補正することができる。

図４および図５の実施形態に示されるように、磁気歪みセンサは、単一の固定位置に構成されている。以下でより詳細に開示されるアルゴリズムは、そのような単一の固定位置を用いて変換および回転補正を達成することができる。しかしながら、反り補正が外挿を最小限にするためのものである場合、反り補正は追加の磁気歪みセンサを必要とすることがある。したがって、本開示の様々な実施形態は、反り補正の外挿を最小限にするために、２つ以上の磁気歪みセンサを含むことができる。

本開示の様々な特定の／実験的実施形態では、磁気的位置特定システムは、位置特定システムによって検出された医療デバイスの位置を、画像システム（たとえば、蛍光透視、他のＸ線タイプの撮像など）からの生成画像を有する第１の座標フレームにおいて、および第２の座標フレームにおいて、マージするために使用され得る基準点を提供するために、視覚的に追跡される基準点（画像システムの視野に配置される）を利用することができる。

図６は、医療デバイス位置特定システムを含む様々な手術特別室の構成、および各構成の例示的な位置特定結果のダイアグラム６００である。特別室の構成６７１は、公称位置に配置されたＸ線検出器６６２およびＸ線管６６３を示しており、Ｘ線検出器およびＸ線管の磁気構成要素は、磁場を歪ませないようにするために、磁場送信機６７７から（患者台６０３を介して）放出される磁場６７９から十分離れて配置される。その結果、患者の心筋内の物体の適切な位置を示す例示的な表示画像６７４に示されるように、モーションボックス６７８（医療デバイスの位置特定が可能な領域）内の物体の位置特定は正確である。

特別室の構成６７２は、望ましくない位置に配置されたＸ線検出器６６２およびＸ線管６６３を示し、Ｘ線検出器およびＸ線管の磁気構成要素は、磁場送信機６７７（磁場発生器とも呼ばれる）から放出される磁場６７９内に配置され、渦電流６８０を介してモーションボックス６７８の周りの磁場を歪ませる。その結果、モーションボックス６７８内の物体の位置特定が不正確になる。例示的な表示画像６７５に示されるように、位置特定された物体がたとえ患者の心筋内にあっても、磁場内の磁気構成要素からの磁気歪みは、心筋の外側の物体の偽の位置特定を引き起こす。

特別室の構成６７３は、望ましくない位置に配置されたＸ線検出器６６２およびＸ線管６６３を示し、Ｘ線検出器およびＸ線管の磁気構成要素は、磁場送信機６７７から放出される磁場６７９内に配置され、渦電流６８０を介してモーションボックス６７８の周りの磁場を歪ませる。その結果、モーションボックス６７８内の物体の位置特定が不正確になる。モーションボックス６７８の外周に配置された磁気歪みセンサ６８１の各々は、知られている位置の磁場が歪んでいるかどうかを検出する。この歪みに応じて、磁気歪みセンサによって提供されたデータに基づいて変換を計算し、モーションボックス内の物体に適用することができる。例示的な表示画像６７６に示されるように、位置特定された物体がたとえ歪んだ磁場内に位置していても、変換が物体の知覚される位置を補正し、患者の心筋内に正しく配置する。

図７Ａは、医療処置を実施しながら患者７０１の人体構造をナビゲートするために使用される磁気的位置特定システム７００の等角図を示す。たとえば、本システムは、患者の心臓７０２をマッピングし、心室を通って心臓カテーテル７０５をナビゲートするために使用することができる。磁気的位置特定システム７００は、典型的には、３次元空間内の物体（たとえば、心臓カテーテルの先端などの、診断またはアブレーションカテーテルの一部）の位置（および、いくつかの実施形態では、向き）を決定し、それらの位置を、少なくとも１つの基準に対して決定された位置情報として表現する。具体的には、磁気的位置特定システム７００は、磁場内の心臓カテーテル７０５の位置を決定するために使用することができ、次いで、心臓カテーテル７０５の位置が、たとえば心臓７０２の画像またはモデル上に重ね合わされる。より具体的な実施形態では、患者の心臓に対する心臓カテーテルのリアルタイム位置を参照するための仮想作業環境を臨床医に提供するために、他の基準データの中でも磁気共鳴画像データを３次元空間上に重ね合わせることができる。

磁気的位置特定システム７００は、様々な視覚化、マッピング、およびナビゲーション構成要素を含むことができる。たとえば、位置特定システム７００は、Ｂｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ社から市販されているＣＡＲＴＯ（商標）システムなどの磁場ベースのシステム、Ｓｔ．Ｊｕｄｅ Ｍｅｄｉｃａｌ、Ｉｎｃ．から入手可能なＭＥＤＩＧＵＩＤＥ（商標）技術システム、ハイブリッド電場ベースおよび磁場ベースのシステム、またはＢｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ社から市販されているＣＡＲＴＯ（商標）３システムを含むことができる。他の例示的な実施形態では、位置特定システム７００は、限定ではなく例として、蛍光透視法、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）、および磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）ベースのシステムなどの他の一般的に利用可能な画像システムを備えるか、またはそれとともに使用することができる。

図７Ｂに示されるような使い捨てカテーテルアセンブリ７０４は、遠位端にカテーテル先端アセンブリ７０５（あるいは、電極アセンブリまたは遠位端アセンブリとも呼ばれる）を含むことができる。カテーテル先端アセンブリは、臨床医の制御下で診断または治療処置を行うために動作可能に適合されてもよい。カテーテル先端アセンブリは、たとえば、位置特定、マッピング、アブレーション、および／またはペーシング処置を実行することができる。位置特定を容易にするために、カテーテル先端アセンブリは、複数の位置特定センサコイル（たとえば、磁場センサ）を含むことができる。

図７Ｂに示されるように、磁気的位置特定システム７００は、磁場送信機ハウジング７２０内に複数の磁場送信機７２１ａ〜ｆを含む。本開示の様々な実施形態では、磁場送信機は、Ｃアームなどの蛍光透視画像システム（本明細書では磁場送信機ハウジング７２０と呼ばれる）に組み込まれてもよい。磁場送信機の各々は、患者の身体７０１を横切る磁場を放出する。磁気歪みがない場合、磁場内の各位置は、固有の磁場シグネチャ（たとえば、固有の磁場勾配および強度を含む）と関連付けられる。

心臓内処置の間、一例として、シャトルハウジング７１０は、少なくとも部分的に患者の心臓７０２の周りに配置される。いくつかの実施形態では、シャトルハウジング７１０は、（そこから放出される磁場内の）磁場送信機ハウジング７２０と、カテーテル７０４の遠位端７０５内の１つまたは複数の磁気センサとの間に配置されてもよい。本実施形態では、シャトルハウジング７１０は手術台７０３に取り付けられており、シャトルハウジング７１０内のシャトルトラック７１０’の知られている位置を提供する。図７Ａ〜図７Ｂのシャトルトラック７１０’は、シャトルハウジング７１０を通って延びる内腔である。シャトル７１０”は、シャトルトラック７１０’を通って延長され、それによって患者７０１上の円弧に従うことができる。シャトル７１０”がシャトルトラック７１０’を通って引かれるとき、シャトル７１０”の正確な位置は、シャトル７１０”上の、またはシャトル７１０”内の１つまたは複数の磁気歪みセンサコイルによって測定される磁場の強度および勾配に関連付けられる。いくつかの具体的な実施形態では、シャトル７１０”上の磁気歪みセンサコイルの各々は、センサコイルアレイ内のセンサコイルに近接し、その向きと実質的に同一平面上にある磁場を感知し、特定の時点でのシャトル７１０”の知られている位置における感知された磁場を示す電気信号を出力する。磁気歪みセンサコイルの電気信号出力は、磁場内のセンサコイルの知覚される位置を示す。しかしながら、磁場内の磁気歪みは、シャトルハウジング７１０内のセンサコイルの知られている位置と、磁気的位置特定システム７００によるセンサコイルの知覚される位置との間に不一致を生じさせる可能性がある。

磁気歪みセンサコイル７１１_ａ〜ｆおよびカテーテル７０４の遠位端７０５内の磁気センサからの出力信号は、処理回路に送信され、処理回路によってサンプリングされる。処理回路は、たとえば、心臓内の心臓カテーテルの知覚される位置を決定するために、センサコイルの出力に基づいて計算を実行する。心臓カテーテルの知覚される位置は、処置中に臨床医によって参照のために使用され、知られている基準点、たとえば心室、動脈などに関してディスプレイ上で臨床医に提示され得る。しかしながら、実際のカテーテル位置は、磁気的位置特定システム７００に近接する他の鉄／金属体によって引き起こされる磁場内の磁気歪みによって不明瞭になることがある。これらの磁気歪みは、カテーテルの実際の位置と比較して、カテーテルの知覚される位置の誤り率に関連付けられる。

磁気的位置特定システム７００における磁気歪みを補償するために、シャトル７１０”と組み合わされたシャトルハウジング７１０は知られている基準フレームを提供し、システムの座標フレームの原点を規定することができる。シャトル７１０”内の磁気歪みセンサの各々の、実際の位置と知覚される位置との間の不一致に基づいて、磁場全体にわたる磁気歪みの影響を計算し、シャトル７１０”の磁気歪みセンサコイルの各々の知覚される位置をそれぞれの実際の位置に戻す変換によって表すことができる。同様に、磁気歪みを考慮してカテーテル先端の補正された（実際の）位置を決定するために、磁場内のカテーテル７０４の遠位端７０５の知覚される位置にこの変換を適用することができる。

カテーテル７０４は、その先端領域７０５に、カテーテル先端領域に近接する磁場の強度および勾配を感知する１つまたは複数の磁気センサコイルを含むことができる。上述したように、磁場内のカテーテル先端７０５の位置における感知された磁場は、磁場内のその位置に固有のものである。カテーテルの先端における感知された磁場に基づいて、処理回路は、コイルが磁場内のどこに配置されているかを決定し、磁場内の磁気歪みを補正することができる。この情報は、座標系内の他の知られている位置（たとえば、心室、心臓弁、および心臓動脈）と関連して、臨床医が、磁気的位置特定システム７００によって提供された（ほぼ）リアルタイムの位置データを使用して、患者の心臓内のカテーテルをナビゲートすることを可能にする。

図８Ａは、医療処置を実施しながら患者８０１（手術台８０３上に位置する）の人体構造をナビゲートするために使用される磁気的位置特定システム８００の等角図を示す。たとえば、本システムは、患者の心臓８０２をマッピングし、心室を通る心臓カテーテル８０４をナビゲートするために使用することができる。磁気的位置特定システム８００は、心臓カテーテル８０４の先端８０５などの物体の位置および向きを決定することができる。具体的には、磁気的位置特定システム８００は、磁場内の心臓カテーテル８０４の先端８０５の位置を決定するために使用することができ、次いで、それはたとえば心臓８０２の画像またはモデル上に重ね合わせることができる。心臓の画像は、たとえば、一対のＸ線エミッタおよび受信機８６２を含む蛍光透視システム８２０から収集することができる。図８Ａにおいて、Ｘ線受信機８６２は、患者の上に示されている。対応するＸ線送信機は、患者８０１の下の、Ｘ線受信機８６２の反対側に配置される。

磁気的位置特定システム８００は複数の磁場送信機を含み、例示的な磁場送信機８２１_Ａ〜Ｂが手術台８０３の下に取り付けられている。さらに他の実施形態では、磁場の領域を拡大するために、追加の磁場送信機を利用することができる。１つの特定の例では、４つの磁場送信機８２１_Ａ〜Ｂを正方形の配置に展開することができ、正方形の中心は、磁気的位置特定が行われる患者の領域に配置される。カテーテル８０４の遠位端８０５のコイルが近接した磁場を感知すると、先端８０５の位置およびその向きを決定するために、感知された相対磁場をコントローラ回路によって後処理することができる。

心臓アブレーション処置の場合、一例として、１つまたは複数のシャトルハウジング８１０は、患者の心臓８０２に近接しており、複数の磁場送信機８２１_Ａ〜Ｂの反対側であり、磁場送信機８２１から放出される磁場内に配置されてもよい。本実施形態では、シャトルハウジング８１０が支持部８６１を介して手術台８０３およびその上に固定され、シャトルトラック８１０”を介して磁場送信機８２１に対する各シャトル８１０’の知られている位置を提供する。１つまたは複数のシャトル８１０’の各々は、それぞれのシャトルトラック８１０”に沿って操作されてもよく、シャトル８１０’の各々は、シャトル８１０’の知られている位置における磁場を感知する１つまたは複数の磁気歪みセンサコイルを含んでもよく、シャトル８１０’の知られている位置において感知された磁場を示す電気信号を出力する。シャトル８１０’は、シャトルトラック８１０”に沿って操作されてもよく、処理回路がその場所で感知された磁場と関連付ける、知られている位置を有する。磁気歪みセンサコイルによって出力される電気信号は、その時点の磁場内のセンサコイルの知覚される位置を示す。しかしながら、磁場内の磁気歪みは、センサコイルの知られている位置と、磁気的位置特定システム８００によるセンサコイルの知覚される位置との間に不一致を生じさせる可能性がある。

シャトル８１０’内の磁気歪みセンサコイルおよびカテーテル先端８０５内のセンサコイルからの信号は、処理回路に送信され、処理回路によってサンプリングされる。処理回路は、たとえば、心臓内の心臓カテーテルの知覚される位置を決定するために、センサコイルから受信された信号に基づいて計算を実行する。

磁気的位置特定システム８００における磁気歪みを補償するために、シャトル８１０’は、知られている基準フレームを提供する（トラック８１０”上のシャトル８１０’の位置は常に知られているので）。１つまたは複数のシャトル８１０’内／上の磁気歪みセンサの各々の知られている位置と知覚される位置との間の不一致に基づいて、磁場全体にわたる磁気歪みの影響を計算し、磁気歪みセンサの各々の歪んだ知覚される位置をそれぞれの実際の位置に戻す変換によって表すことができる。次いで、磁気歪みなしのカテーテル先端８０５の補正された（実際の）位置を決定するために、磁場内のカテーテル先端８０５の歪んだ知覚される位置にこの変換を適用することができる。

図８Ｂは、図８Ａの磁気歪み検出および補正システムの拡大等角図である。シャトルハウジング８１０は、シャトルハウジング８１０の長さに延びる１つまたは複数のシャトルトラック８１０”（たとえば、内腔）を含む。１つまたは複数のシャトル８１０’は、シャトル８１０’がシャトルハウジングを通って延びるときにシャトル８１０’の位置を正確に感知するように、シャトルトラック８１０”を通って延長されてもよい。いくつかの具体的な実施形態では、シャトルは、プルワイヤを介してシャトルトラック８１０”に沿って引き出され、トラックに沿って押し込まれ、トラックに沿って駆動され、作動されるか、または他の方法で正確に移動され得る。いくつかの実施形態では、シャトル８１０’がトラック８１０”に沿って移動した距離のみが分かっていればよく、ルックアップテーブルは、その距離を磁気的位置特定システムのデカルト座標系内の知られている位置に関連付けることができる。

図９は、磁気歪み検出および補正システム９００の等角図である。患者９０１は、磁場送信機９２１_Ａ〜Ｃの上の手術台９０３上に配置される。患者９０１が手術台９０３上に適切に配置されると、センサコイルアレイ９１０は、手術される患者の領域に近接する位置に、および調節可能なアーム９６１を介して磁場送信機９２１_Ａ〜Ｃによって作成される磁場内に配置されてもよい。図９の実施形態のいくつかの特定の利点は、患者を手術台９０３上で物理的に動かす必要なしに、患者への臨床医のアクセスを容易にし、脱着時間を短縮し、調節可能性を高めることを可能にする縮小フットプリントである。また、センサコイルアレイ９１０が患者のターゲット領域（たとえば、心臓）から横方向にオフセットされているので、センサコイルアレイは蛍光透視画像を妨害しない。

様々な実施形態では、調節可能なアーム９６１は、他の調節促進要素の中でも、回転要素、スライダ要素を含むことができる。たとえば、図９に示されるように、調節可能なアーム９６１は、手術台９０３の側面に平行に取り付けられたトラック９２２に沿って調節可能なアーム９６１をスライドさせるアクチュエータ９２４を介して、（患者９０１の高さに対して）縦方向に調節することができる。横方向調節、および患者９０１のターゲット領域に対するセンサコイルアレイ９１０の入射角を容易にするために、調節可能なアーム９６１は、したがって追加のアクチュエータをさらに含むことができる。磁気的位置特定システムの精度を別の形で妨げる可能性がある、患者に近接する磁気歪みを補正するために、センサコイルアレイ９１０は、縦方向、横方向、および／または調節可能なアーム９６１と患者９０１との間の入射角に対して作動されてもよい。次いで、その作動中のセンサコイルアレイ９１０の知られている位置と、その位置において感知された磁場は、たとえばルックアップテーブルにおいて互いに関連付けられる。感知された位置の間の位置における磁場は外挿することができる。センサコイルアレイ９１０の作動範囲にわたる感知された磁場に基づいて、位置ごとの誤差を決定し、検出された磁気歪みを補正するために変換を計算することができる。いくつかの具体的な実施形態では、１つまたは複数のアクチュエータ９２４は、患者９０１の上の平面内の三角形または正方形のパターンで、調節可能なアーム９６１を介してセンサコイルアレイ９１０を移動させることができる。他の実施形態では、患者の上の３次元経路は、改善された誤差変換を提供することができ、たとえば、患者９０１の上の仮想立方体の縁に続く。

図８Ａ〜図８Ｂおよび図９の実施形態に示されるように、磁気歪みセンサは、１つまたは複数の経路に沿って移動するように構成され、センサの位置は、移動中ずっと知られており、その特定の位置での感知された磁場に関連付けられる。そのような実施形態によって収集され得るデータ点の無限の数に部分的に起因して、反り補正（変換とも呼ばれる）の外挿が大幅に最小化され得る。

図１０Ａは、本開示の様々な態様と一致する、磁気歪み検出および補正システム１０００の等角図である。図１０Ａに示されるように、シャトルハウジング１０１０は、患者１００１のターゲット領域１００２（たとえば、心筋）上にらせん状に延びる。シャトルハウジング１０１０は、手術台１００３に結合されてもよく、あるいは、シャトルハウジング１０１０内のシャトルの様々な位置が位置特定システムの座標系に対して知られているように配置されてもよい。したがって、シャトルハウジング１０１０内のシャトルによって感知された磁場は、シャトルの知られている位置に関連付けられ、ルックアップテーブルに付加されてもよい。次いで、磁場内の磁気歪みの影響を補正する変換を決定するために、ルックアップテーブルを使用することができる。たとえば、磁場内のカテーテルの知覚される位置に変換を適用することによって、カテーテルの補正された／実際の位置を決定することができる。

図１０Ｂは、図１０Ａの磁気歪み検出および補正システム１０００の拡大等角図である。らせん形状のシャトルハウジング１０１０は、シャトルハウジング１０１０を通るシャトル１０１１（１つまたは複数の磁気センサを含む）の移動を容易にするシャトルトラック１０１０’をさらに含む。シャトルハウジング１０１０を通るシャトル１０１１の動きを正確に制御するためにアクチュエータを使用することができ、それによって、位置特定システムの座標系に対するシャトル１０１１の位置の決定が可能になる。より具体的な実施形態では、シャトルハウジング１０１０は、患者１００１のターゲット領域上に延びる円弧に続くらせんを備えることができる。

図１１は、本開示の様々な態様と一致する、磁気歪み検出および補正システム１１００の等角図である。図１１では、患者１１０１は、手術台１１０３の上に配置される。患者１１０１のターゲット領域１１０２（たとえば、心筋）は、ロボットアーム１１０５に近接して配置される。（たとえば）患者内の医療デバイスの位置を決定するために使用される磁気的位置特定システムの精度を妨げることがある磁場内の磁気歪みをチェックするために、ロボットアーム１１０５は、１つまたは複数のあらかじめプログラムされた経路に従うようにプログラムされてもよい。ロボットアーム１１０５のエンドエフェクタ１１１０は、エンドエフェクタ１１１０における磁場の強度および勾配を測定する１つまたは複数の磁気センサコイルを含むことができる。ロボットアーム１１０５経路の知られている様々な位置において磁気測定が行われると、磁気測定値を測定値の知られている位置に関連付けることができ、それによって、磁場内の磁場歪みを補正するための変換計算が容易になる。

より具体的な実施形態では、ロボットアーム１１１０は、感知された磁場およびその場所における位置特定精度のリアルタイム計算に基づいて変化する探索経路に従うことができる。たとえば、大きな磁気歪みを感知すると、ロボットアーム１１１０は、大きな磁気歪みを有する領域のさらなる調査を容易にする経路をたどることができる。この領域におけるさらなる磁気測定は、改善された変換アルゴリズムおよびより正確な位置特定システムを容易にすることができる。同様に、許容可能なしきい値内のリアルタイム位置特定精度を有する領域において、ロボットアーム１１１０は、この領域で行われる測定の数を減少させるか、および／または、大きな磁気歪みが検出された領域に焦点を当てるために探査経路を調節することができる。

磁気センサがアクチュエータおよび／または導電性材料からなるロボットアームによって操作される実施形態では、非導電性エクステンダがアクチュエータおよび／またはロボットアームから延び、磁気センサがその遠位端に結合されてもよい。そのような構成は、アクチュエータおよび／またはロボットアームに関連付けられる磁場に対する磁気歪みをなくすか、少なくとも大幅に低減する。あるいは、任意の導電性材料がないアクチュエータおよび／またはロボットアームを使用してもよい。

以下に開示される特定の／実験的磁気歪み検出アルゴリズムに基づいて、当業者は多数の他の検出および補正アルゴリズムを容易に導出することができる。

（特定の／実験的磁気歪み補正アルゴリズム）
磁気歪みを補正する１つの方法は、局所的な反りを許容する記録変換を使用することである。実際、そのような変換は、基準点（磁気歪みセンサコイルの知られている／固定された位置）において正確な対応を強制する曲げを組み込む。したがって、次のマッピングが所望される。
ｆ：Ｒ^３⇒Ｒ^３ （１）
ここで基準点のペアＳ_ｉ≡（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）ごとに、誤差は以下のように規定され、
ｅ_ｉ≡｜ｆ（ｘ_ｉ）−ｙ_ｉ｜ （２）
この誤差が、基準点ごとにゼロ（０）に駆動される。

磁気歪みマッピングが基準点間で連続的かつ滑らかであることを確実にするために、追加の制約が望ましい。基準ペアが何らかの誤識別エラーを組み込む可能性があるという知識がある場合、マッピングは、変換を滑らかにするために（データにあまりフィットしないように）増加した正則化も含むことができる。

マッピングｆを決定する登録方法は、たとえば、薄板スプライン、平均値座標、および放射基底関数ネットワークを含む。これらの方法の各々について、以下でより詳細に説明する。

（薄板スプライン）
薄板スプライン（ＴＰＳ）は、基準のセットの間を補間する方法である。ＴＰＳは、３次元空間内のサーフェスを決定するために制御点のセットが必要とされる場合に適用することができ、（ｘ、ｙ）が入力値であり、ｚが出力値である。ここでは、ベクトルｘが入力値であり、ベクトルｙが出力値である４次元空間内のサーフェスのセットを決定する必要がある。ＴＰＳ解は、各制御点を中心とする重み付けされた基底関数の集合の和であり、基底関数は典型的には：
ｆ：Ｒ^２⇒Ｒ^１ （３）の場合、ｒ^２ｌｏｇｒ
および、
ｆ：Ｒ^３⇒Ｒ^３ （３）の場合、ｒ
であり、上式で、ｒは特定の基底関数中心からの入力点の半径方向の距離である。

基底関数の数は制御点の数に等しく、基底関数ごとの重みは線形代数方程式のセットを解くことによって決定される。解を滑らかにするために、正則化パラメータλをこの計算に導入することができる。

薄板スプライン法は、本明細書に完全に記載されているかのようにその全体が参照により本明細書に組み込まれる、Ｂｏｏｋｓｔｅｉｎ，Ｆ．Ｌ．のＰｒｉｎｃｉｐａｌ Ｗａｒｐｓ：Ｔｈｉｎ Ｐｌａｔｅ Ｓｐｌｉｎｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｐａｔｔｅｒｎ Ａｎａｌ．Ｍａｃｈ． Ｉｎｔｅｌｌ．１１，５６７−５８５，１９８９にさらに開示される。

（平均値座標）
平均値座標（ＭＶＣ）は、３次元の閉じた三角サーフェスである「制御メッシュ」に対して３次元の個々の点を変換するアルゴリズムである。このメッシュが変形されると、アルゴリズムは、頂点と三角形を（厳密に）変形し、メッシュから遠い領域では大幅に外挿することはない３次元空間全体にわたって滑らかな補間関数を計算することができる。（ｘ，ｙ，ｚ）座標の基準点ペアは、制御メッシュの頂点を備え、位置特定システムの座標を実際の物理座標系をより正確に表す座標系に変形する。頂点は、累積重心を中心とする球面に頂点を投影し、その凸包を計算する（２次元のドローネ三角分割法を介して）ことによって接続される。次いで、平均値アルゴリズムは、１つの座標空間から別の空間に任意の座標を効率的かつ滑らかに変換するために、制御および変形されたメッシュを使用する。その操作数は、制御メッシュの頂点と三角形の数に線形に比例する。基準点の数と品質が十分であれば、平均値座標は、２つの座標空間のグローバルな回転とスケーリングの違いの両方、ならびに不均質性による局所的な反りを考慮に入れることができる。

ＭＶＣ方法論は、本明細書に完全に記載されているかのようにその全体が参照により本明細書に組み込まれる、Ｊｕ Ｔ，Ｓｃｈａｅｆｅｒ Ｓ，Ｗａｒｒｅｎ ＪのＭｅａｎ ｖａｌｕｅ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ ｆｏｒ ｃｌｏｓｅｄ ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ ｍｅｓｈｅｓ，ＡＣＭ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｇｒａｐｈｉｃｓ，Ｊｕｌｙ ２００５，２４（３）：５６１−５６６にさらに開示される。

（放射基底関数ネットワーク）
放射基底関数ネットワーク（ＲＢＦＮ）は、様々な場所に中心を置く基底（または、カーネル）関数のネットワークの総和を通じて関数回帰を実行するための方法である。１つの例示的なＲＢＦＮでは、

（４）であり、上式で、ｋは基底関数であり、典型的にはガウス形状

であり、ｈ_ｉは基底関数ごとの高さまたは重み付けであり、ｗ_ｉは基底関数の幅であり、ｃ_ｉは基底関数の中心である。これらのパラメータの各々は、提供されたサンプルから決定されなければならない。サンプルのセットからこれらのパラメータを学習するための様々な方法がある。１つの一般的な方法は、勾配降下などのニューラルネットワークによって動機付けられた技法を使用することである。

上述の方法論は、本明細書に完全に記載されているかのようにその全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１１年４月１４日に出願された「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｔｏ ａ Ｃｏｍｍｏｎ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ Ｆｒａｍｅ」と題する米国特許出願第１３／０８７，２０３号にさらに開示される。

本明細書に完全に記載されているかのようにその全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１７年１月２６日に出願された「Ｓｙｓｔｅｍ，Ａｐｐａｒａｔｕｓ，ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄ Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ａ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｍａｐｐｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ」と題するＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１７／０５０４１９号の全開示。

いくつかの実施形態が、本開示が実施され得る少なくともいくつかの方法の理解を容易にするためにある程度詳細に上記で説明されたが、当業者であれば、本開示および添付の特許請求の範囲から逸脱することなしに、開示された実施形態に多数の変更を加えることができる。上記の説明に含まれるか、または添付の図面に示されるすべての事項は、例示的なものに過ぎず、限定的なものではないと解釈されるものとする。したがって、本明細書の実施例および実施形態は、本開示の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。本教示から逸脱することなしに、詳細または構造の変更を行うことができる。前述の説明および以下の特許請求の範囲は、そのようなすべての修正および変形を網羅することを意図している。

本明細書では、様々な装置、システム、および方法の様々な実施形態を説明する。本明細書に記載され、添付の図面に示されている実施形態の全体的な構造、機能、製造、および使用の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細が記載される。しかしながら、当業者であれば、そのような特定の詳細なしで実施形態を実施できることを理解するであろう。他の例では、本明細書に記載された実施形態を不明瞭にしないように、よく知られている動作、構成要素、および要素を詳細に説明していないことがある。当業者であれば、本明細書に記載され説明された実施形態は非限定的な例であることを理解するであろう。したがって、本明細書に開示された特定の構造的および機能的詳細は代表的なものであってよく、実施形態の範囲を必ずしも限定するものではないことが理解されよう。実施形態の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ規定される。

本開示において使用される「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語、およびそれらの変形は、明示的に指定されない限り、「含むが、これに限定されない」を意味する。本開示において使用される「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」という用語は、明示的に指定されない限り、「１つまたは複数」を意味する。

本明細書を通して、「様々な実施形態」、「いくつかの実施形態」、「一実施形態」、「ある実施形態」などへの言及は、実施形態に関連して説明した特定の特徴、構造、または特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通してところどころに出現する「様々な実施形態では」、「いくつかの実施形態では」、「一実施形態では」、「ある実施形態では」などの語句は、必ずしもすべて同じ実施形態に言及しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることができる。したがって、１つの実施形態に関連して説明または記載された特定の特徴、構造、または特性は、全体的または部分的に、１つまたは複数の他の実施形態の特徴、構造、または特性と無制限に組み合わせることができる。

処理ステップ、方法ステップ、アルゴリズムなどは、逐次的な順序で説明することができるが、そのような処理、方法、およびアルゴリズムは、代替の順序で機能するように構成することができる。言い換えれば、記述され得るステップの任意のシーケンスまたは順序は、必ずしもステップがその順序で実行される必要性を示すものではない。本明細書で説明される処理、方法、およびアルゴリズムのステップは、任意の実用的な順序で実行されてもよい。さらに、いくつかのステップは同時に実行されてもよい。

単一のデバイスまたは物品が本明細書に記載されている場合、単一のデバイスまたは物品の代わりに複数のデバイスまたは物品を使用できることは容易に明らかであろう。同様に、複数のデバイスまたは物品が本明細書に記載されている場合、複数のデバイスまたは物品の代わりに単一のデバイスまたは物品を使用できることは容易に明らかであろう。デバイスの機能または特徴は、そのような機能または特徴を有するものとして明示的に記載されていない１つまたは複数の他のデバイスによって代替的に実施されてもよい。

「近位」および「遠位」という用語は、患者を治療するために使用される器具の一端を操作する臨床医を参照して本明細書全体を通して使用されてもよいことが理解されよう。「近位」という用語は臨床医に最も近い器具の部分を指し、「遠位」という用語は臨床医から最も遠くに位置する部分を指す。しかしながら、外科用器具は、多くの向きおよび位置で使用されてもよく、これらの用語は限定的で絶対的であることが意図されるものではない。すべての他の方向性または空間的参照（たとえば、上部、下部、上向き、下向き、左、右、左向き、右向き、最上部、底部、上方、下方、垂直、水平、時計回り、および反時計回り）は、本開示の読者の理解を助けるために識別目的のためにのみ使用されるに過ぎず、特に位置、向き、または本開示の使用に関して限定を生じさせるものではない。結合についての言及（たとえば、装着される、結合される、接続されるなど）は広く解釈されるべきであり、要素の接続間の中間部材および要素間の相対移動を含み得る。そのため、結合についての言及は必ずしも２つの要素が直接的に接続されて互いに固定された関係にあることを含意するものではない。

本明細書に記載される、および／または図面に示される１つまたは複数の動作および活動を実行するために、様々なモジュールまたは他の回路を実装することができる。これらの文脈において、「モジュール」は、これらの、または関連する動作／活動のうちの１つまたは複数を実行する回路（たとえば、処理回路、磁場発生器回路、および信号調整回路）である。たとえば、上述した実施形態のうちのあるものでは、１つまたは複数のモジュールは、これらの動作／活動を実装するように構成および配置されたディスクリート論理回路またはプログラマブル論理回路である。特定の実施形態では、そのようなプログラマブル回路は、命令（および／または構成データ）のセット（または、複数のセット）を実行するようにプログラムされた１つまたは複数のコンピュータ回路である。命令（および／または構成データ）は、メモリ（回路）に記憶され、メモリ（回路）からアクセス可能なファームウェアまたはソフトウェアの形態であり得る。一例として、第１および第２のモジュールは、ＣＰＵハードウェアベースの回路と、ファームウェアの形式の命令のセットとの組合せを含み、第１のモジュールは、ある命令のセットを有する第１のＣＰＵハードウェア回路を含み、第２のモジュールは、別の命令のセットを有する第２のＣＰＵハードウェア回路を含む。

特定の実施形態は、これらの動作／活動を実行するために、コンピュータ（または、他の電子デバイス）によって実行することができる命令を記憶した機械またはコンピュータ可読媒体を含むコンピュータプログラム製品（たとえば、不揮発性メモリデバイス）に関する。

参照により本明細書に組み込まれると言われる任意の特許、刊行物、または他の開示資料の全体または一部は、組み込まれた資料が、本開示において記載される既存の定義、声明、または他の開示資料と矛盾しない範囲でのみ本明細書に組み込まれる。このように、そして必要な範囲で、本明細書に明示的に記載された本開示は、参照により本明細書に組み込まれるどの矛盾する資料よりも優先する。参照により本明細書に組み込まれると言われるが、本明細書に記載された既存の定義、声明、または他の開示資料と矛盾する、任意の資料またはその一部は、組み込まれた資料と既存の開示資料との間に矛盾が生じない範囲でのみ組み込まれる。

参照により本明細書に組み込まれると言われる任意の特許、刊行物、または他の開示資料の全体または一部は、組み込まれた資料が、本開示において記載される既存の定義、声明、または他の開示資料と矛盾しない範囲でのみ本明細書に組み込まれる。このように、そして必要な範囲で、本明細書に明示的に記載された本開示は、参照により本明細書に組み込まれるどの矛盾する資料よりも優先する。参照により本明細書に組み込まれると言われるが、本明細書に記載された既存の定義、声明、または他の開示資料と矛盾する、任意の資料またはその一部は、組み込まれた資料と既存の開示資料との間に矛盾が生じない範囲でのみ組み込まれる。
以下の項目は、国際出願時の請求の範囲に記載の要素である。
（項目１）
磁場内に配置された医療デバイスを位置特定するために前記磁場内の磁気歪みを検出し、補正するシステムであって、
前記システム内の知られている位置および向きにある１つまたは複数のエミッタコイルを含み、前記エミッタコイルの各々が磁場を放出するように構成および配置された、磁場エミッタと、
前記磁場を各々が感知し、前記医療デバイスにおいて感知された前記磁場を示す第１の電気信号を出力するように構成および配置された、１つまたは複数のセンサコイルと、
前記システム内の知られている位置および向きにある磁気歪みセンサの配置であって、前記配置内の前記磁気歪みセンサの各々が、前記磁場を感知し、前記磁気歪みセンサにおいて感知された前記磁場を示す第２の電気信号を出力するように構成および配置された、磁気歪みセンサの配置と、
前記磁気歪みセンサおよび前記センサコイルの各々に通信可能に結合され、前記第１の電気信号および前記第２の電気信号を受信し、前記第１の電気信号および前記第２の電気信号と前記磁気歪みセンサの前記知られている位置および向きとに基づいて、前記システム内の前記医療デバイスの磁気歪みの補正位置を決定するように構成および配置されたプロセッサ回路と
を備える、システム。
（項目２）
前記プロセッサ回路が、
各磁気歪みセンサにおいて感知された前記磁場に基づいて前記配置内の前記磁気歪みセンサの各々の知覚される位置を決定することと、
前記磁気歪みセンサの各々の前記知覚される位置と前記知られている位置との間で位置特定された誤差を決定することと、
前記位置特定された誤差の決定に基づいて、前記磁気歪みセンサの各々についての前記知覚される位置を前記知られている位置に変える変換を計算することと、
計算された前記変換を使用して、前記磁気歪みを補償する前記システム内の前記医療デバイスの前記補正位置を決定することによって、前記医療デバイスの前記磁気歪みの前記補正位置を決定するようにさらに構成および配置された、項目１に記載のシステム。
（項目３）
前記プロセッサ回路が、
前記磁気歪みセンサの前記知覚される位置をグループ化し、前記グループの変形の勾配を決定することと、
前記グループについての前記位置特定された誤差と前記決定された変形の勾配とに基づいて、スプライン平滑化を用いて拡張変換を計算することと、
前記拡張変換を使用して、改善された補間精度で前記システム内の前記医療デバイスの前記補正された位置を決定することと
を行うようにさらに構成および配置された、項目２に記載のシステム。
（項目４）
前記拡張変換が、前記グループの変形の前記決定された勾配に少なくとも部分的に基づいて、前記グループの前記知られている位置間の非線形変形を補償する、項目３に記載のシステム。
（項目５）
前記変換が、薄板スプライン、平均値座標、および放射基底関数ネットワーク、のアルゴリズムのうちの１つを使用して計算される、項目２に記載のシステム。
（項目６）
前記位置特定された誤差がしきい値量を超えることに応答して、前記プロセッサ回路が、前記位置特定された誤差がしきい値を上回る間に計算された、知覚された医療デバイスの位置を無視するように構成および配置された、項目２に記載のシステム。
（項目７）
前記位置特定された誤差がしきい値量を超えることに応答して、前記プロセッサ回路が、前記磁気歪みの感覚表示を臨床医に出力する、項目２に記載のシステム。
（項目８）
磁気歪みセンサの前記配置が、円弧、ピラミッド、および立方体のうちの１つの構成で配置される、項目１に記載のシステム。
（項目９）
磁気歪みセンサの前記配置が、実質的に患者の胸腔の周りに配置される、項目１に記載のシステム。
（項目１０）
前記配置の磁気歪みセンサごとの前記知覚される位置と前記知られている位置との間の前記位置特定された誤差が、前記システム内の前記医療デバイスの前記知覚される位置の誤差を示す、項目２に記載のシステム。
（項目１１）
第１の磁気歪みセンサの前記知られている位置が、時間Ｔ０における前記第１の磁気歪みセンサの知覚される位置であり、前記位置特定された誤差が、Ｔ０における前記第１の磁気歪みセンサの前記知られている位置と、前記時間Ｔ０とは異なる時間Ｔ１における前記第１の磁気歪みセンサの前記知覚される位置Ｔ１との間で決定される、項目１に記載のシステム。
（項目１２）
時間多重、周波数多重、またはそれらの組合せを使用することによって、前記１つまたは複数のエミッタコイルの各々から複数の固有の磁場を発生させるように構成および配置された、項目１に記載のシステム。
（項目１３）
磁場内の磁気歪みを検出するためのセンサ配置装置であって、
複数のセンサコイルであって、各々がそのセンサコイルにおける前記磁場の強度および向きを示すエネルギーを収集するように構成および配置された、複数のセンサコイルと、
前記複数のセンサコイルの各々に結合され、前記センサコイルの各々を他のセンサコイルに対して固定的に配置して配向させるように配置されたフレームと、
前記複数のセンサコイルに電気的に結合されている処理回路であって、
前記センサコイルの前記固定された位置における前記磁場の強度および向きを示す信号を、前記センサコイルの各々から受信することと、
前記受信された信号を処理することと
を行うように構成および配置された処理回路と
を備え、
前記処理された信号が、前記磁場中への外部の鉄の物体の侵入に起因する前記磁場内の磁気歪みを示す、センサ配置装置。
（項目１４）
前記複数のセンサコイルの各々が、医療処置中に患者に近接する磁場の前記強度および向きを示すエネルギーを受信するように構成および配置され、前記複数のセンサコイルのうちの１つまたは複数によって受信された前記磁場の前記強度および向きの経時変化が、前記患者に近接する鉄の物体によって引き起こされる磁気歪みを示す、項目１３に記載のセンサ配置装置。
（項目１５）
非鉄製の前記フレームが、ピラミッド形状、立方体形状、および円弧のうちの１つの構成で前記センサコイルを固定的に位置決めするように構成および配置された、項目１３に記載のセンサ配置装置。
（項目１６）
患者の体内の医療デバイスを位置特定するための磁場内の磁気歪みを補正するためのコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムが非一時的コンピュータ可読媒体上に具現化され、
センサコイルに近接する磁場を示す前記センサコイルにおける受信信号に基づいて、センサ配置内の複数のセンサコイルの各々の知覚される位置を計算するステップと、
前記センサコイルの知られている位置と前記センサコイルの前記知覚される位置との間の不一致に基づいて、前記センサコイルの前記磁場内の磁気歪みを示す前記複数のセンサコイルの各々の位置誤差を決定するステップと、
前記センサコイルの各々の前記知られている位置と前記知覚される位置との間の前記不一致に基づいて、前記複数のセンサコイルごとに前記知覚される位置を前記知られている位置に変える変換を計算するステップと、
前記医療デバイスに近接する前記磁場を示す前記医療デバイスにおける受信信号に基づいて、前記医療デバイスの知覚される位置を計算するステップと、
前記医療デバイスの前記知覚される位置を計算された前記変換に入力することによって、前記医療デバイスの実際の位置を決定するステップと、
を備える、コンピュータプログラム。
（項目１７）
前記センサコイルの前記知覚される位置をグループ化することによって、前記磁場における変形の勾配を決定するステップをさらに含み、
前記決定された変形の勾配が、前記計算された変換においてスプラインスムーザとして働く、項目１６に記載のコンピュータプログラム。
（項目１８）
前記変換が、第１の時間Ｔ０における前記複数のセンサコイルの各々の知覚される位置と、前記センサの各々の知られている位置とに基づく、項目１６に記載のコンピュータプログラム。
（項目１９）
時間Ｔ１における磁場を示す前記センサコイルにおける受信信号に基づいて、第２の時間Ｔ１における複数のセンサコイルの各々の知覚される位置を計算するステップと、
前記時間Ｔ１における前記複数のセンサコイルの各々の前記知覚される位置を、Ｔ０における前記センサコイルの知覚される位置に変える第２の変換を計算するステップと、
時間Ｔ１における前記磁場を示す前記医療デバイスにおける受信信号に基づいて、時間Ｔ１における前記医療デバイスの知覚される位置を計算するステップと、
計算された前記第２の変換を介して、時間Ｔ１における前記医療デバイスの前記知覚される位置を入力することによって、時間Ｔ１における前記医療デバイスの前記実際の位置を決定するステップと、
をさらに含む、項目１８に記載のコンピュータプログラム。
（項目２０）
薄板スプライン、平均値座標、および放射基底関数ネットワークのうちの１つまたは複数を使用して、前記変換が計算される、項目１６に記載のコンピュータプログラム。

Claims (20)

1. 磁場内に配置された医療デバイスを位置特定するために前記磁場内の磁気歪みを検出し、補正するシステムであって、
   前記システム内の知られている位置および向きにある１つまたは複数のエミッタコイルを含み、前記エミッタコイルの各々が磁場を放出するように構成および配置された、磁場エミッタと、
   前記磁場を各々が感知し、前記医療デバイスにおいて感知された前記磁場を示す第１の電気信号を出力するように構成および配置された、１つまたは複数のセンサコイルと、
   前記システム内の知られている位置および向きにある磁気歪みセンサの配置であって、前記配置内の前記磁気歪みセンサの各々が、前記磁場を感知し、前記磁気歪みセンサにおいて感知された前記磁場を示す第２の電気信号を出力するように構成および配置された、磁気歪みセンサの配置と、
   前記磁気歪みセンサおよび前記センサコイルの各々に通信可能に結合され、前記第１の電気信号および前記第２の電気信号を受信し、前記第１の電気信号および前記第２の電気信号と前記磁気歪みセンサの前記知られている位置および向きとに基づいて、前記システム内の前記医療デバイスの磁気歪みの補正位置を決定するように構成および配置されたプロセッサ回路と
   を備える、システム。
2. 前記プロセッサ回路が、
   各磁気歪みセンサにおいて感知された前記磁場に基づいて前記配置内の前記磁気歪みセンサの各々の知覚される位置を決定することと、
   前記磁気歪みセンサの各々の前記知覚される位置と前記知られている位置との間で位置特定された誤差を決定することと、
   前記位置特定された誤差の決定に基づいて、前記磁気歪みセンサの各々についての前記知覚される位置を前記知られている位置に変える変換を計算することと、
   計算された前記変換を使用して、前記磁気歪みを補償する前記システム内の前記医療デバイスの前記補正位置を決定することによって、前記医療デバイスの前記磁気歪みの前記補正位置を決定するようにさらに構成および配置された、請求項１に記載のシステム。
3. 前記プロセッサ回路が、
   前記磁気歪みセンサの前記知覚される位置をグループ化し、前記グループの変形の勾配を決定することと、
   前記グループについての前記位置特定された誤差と前記決定された変形の勾配とに基づいて、スプライン平滑化を用いて拡張変換を計算することと、
   前記拡張変換を使用して、改善された補間精度で前記システム内の前記医療デバイスの前記補正された位置を決定することと
   を行うようにさらに構成および配置された、請求項２に記載のシステム。
4. 前記拡張変換が、前記グループの変形の前記決定された勾配に少なくとも部分的に基づいて、前記グループの前記知られている位置間の非線形変形を補償する、請求項３に記載のシステム。
5. 前記変換が、薄板スプライン、平均値座標、および放射基底関数ネットワーク、のアルゴリズムのうちの１つを使用して計算される、請求項２に記載のシステム。
6. 前記位置特定された誤差がしきい値量を超えることに応答して、前記プロセッサ回路が、前記位置特定された誤差がしきい値を上回る間に計算された、知覚された医療デバイスの位置を無視するように構成および配置された、請求項２に記載のシステム。
7. 前記位置特定された誤差がしきい値量を超えることに応答して、前記プロセッサ回路が、前記磁気歪みの感覚表示を臨床医に出力する、請求項２に記載のシステム。
8. 磁気歪みセンサの前記配置が、円弧、ピラミッド、および立方体のうちの１つの構成で配置される、請求項１に記載のシステム。
9. 磁気歪みセンサの前記配置が、実質的に患者の胸腔の周りに配置される、請求項１に記載のシステム。
10. 前記配置の磁気歪みセンサごとの前記知覚される位置と前記知られている位置との間の前記位置特定された誤差が、前記システム内の前記医療デバイスの前記知覚される位置の誤差を示す、請求項２に記載のシステム。
11. 第１の磁気歪みセンサの前記知られている位置が、時間Ｔ０における前記第１の磁気歪みセンサの知覚される位置であり、前記位置特定された誤差が、Ｔ０における前記第１の磁気歪みセンサの前記知られている位置と、前記時間Ｔ０とは異なる時間Ｔ１における前記第１の磁気歪みセンサの前記知覚される位置Ｔ１との間で決定される、請求項１に記載のシステム。
12. 時間多重、周波数多重、またはそれらの組合せを使用することによって、前記１つまたは複数のエミッタコイルの各々から複数の固有の磁場を発生させるように構成および配置された、請求項１に記載のシステム。
13. 磁場内の磁気歪みを検出するためのセンサ配置装置であって、
    複数のセンサコイルであって、各々がそのセンサコイルにおける前記磁場の強度および向きを示すエネルギーを収集するように構成および配置された、複数のセンサコイルと、
    前記複数のセンサコイルの各々に結合され、前記センサコイルの各々を他のセンサコイルに対して固定的に配置して配向させるように配置されたフレームと、
    前記複数のセンサコイルに電気的に結合されている処理回路であって、
    前記センサコイルの前記固定された位置における前記磁場の強度および向きを示す信号を、前記センサコイルの各々から受信することと、
    前記受信された信号を処理することと
    を行うように構成および配置された処理回路と
    を備え、
    前記処理された信号が、前記磁場中への外部の鉄の物体の侵入に起因する前記磁場内の磁気歪みを示す、センサ配置装置。
14. 前記複数のセンサコイルの各々が、医療処置中に患者に近接する磁場の前記強度および向きを示すエネルギーを受信するように構成および配置され、前記複数のセンサコイルのうちの１つまたは複数によって受信された前記磁場の前記強度および向きの経時変化が、前記患者に近接する鉄の物体によって引き起こされる磁気歪みを示す、請求項１３に記載のセンサ配置装置。
15. 非鉄製の前記フレームが、ピラミッド形状、立方体形状、および円弧のうちの１つの構成で前記センサコイルを固定的に位置決めするように構成および配置された、請求項１３に記載のセンサ配置装置。
16. 患者の体内の医療デバイスを位置特定するための磁場内の磁気歪みを補正するためのコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムが非一時的コンピュータ可読媒体上に具現化され、
    センサコイルに近接する磁場を示す前記センサコイルにおける受信信号に基づいて、センサ配置内の複数のセンサコイルの各々の知覚される位置を計算するステップと、
    前記センサコイルの知られている位置と前記センサコイルの前記知覚される位置との間の不一致に基づいて、前記センサコイルの前記磁場内の磁気歪みを示す前記複数のセンサコイルの各々の位置誤差を決定するステップと、
    前記センサコイルの各々の前記知られている位置と前記知覚される位置との間の前記不一致に基づいて、前記複数のセンサコイルごとに前記知覚される位置を前記知られている位置に変える変換を計算するステップと、
    前記医療デバイスに近接する前記磁場を示す前記医療デバイスにおける受信信号に基づいて、前記医療デバイスの知覚される位置を計算するステップと、
    前記医療デバイスの前記知覚される位置を計算された前記変換に入力することによって、前記医療デバイスの実際の位置を決定するステップと、
    を備える、コンピュータプログラム。
17. 前記センサコイルの前記知覚される位置をグループ化することによって、前記磁場における変形の勾配を決定するステップをさらに含み、
    前記決定された変形の勾配が、前記計算された変換においてスプラインスムーザとして働く、請求項１６に記載のコンピュータプログラム。
18. 前記変換が、第１の時間Ｔ０における前記複数のセンサコイルの各々の知覚される位置と、前記センサの各々の知られている位置とに基づく、請求項１６に記載のコンピュータプログラム。
19. 時間Ｔ１における磁場を示す前記センサコイルにおける受信信号に基づいて、第２の時間Ｔ１における複数のセンサコイルの各々の知覚される位置を計算するステップと、
    前記時間Ｔ１における前記複数のセンサコイルの各々の前記知覚される位置を、Ｔ０における前記センサコイルの知覚される位置に変える第２の変換を計算するステップと、
    時間Ｔ１における前記磁場を示す前記医療デバイスにおける受信信号に基づいて、時間Ｔ１における前記医療デバイスの知覚される位置を計算するステップと、
    計算された前記第２の変換を介して、時間Ｔ１における前記医療デバイスの前記知覚される位置を入力することによって、時間Ｔ１における前記医療デバイスの前記実際の位置を決定するステップと、
    をさらに含む、請求項１８に記載のコンピュータプログラム。
20. 薄板スプライン、平均値座標、および放射基底関数ネットワークのうちの１つまたは複数を使用して、前記変換が計算される、請求項１６に記載のコンピュータプログラム。

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