JP3494442B2 - トラッキングデータ生成用シース - Google Patents

トラッキングデータ生成用シース

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Description

【発明の詳細な説明】 関連出願 本出願は、1996年３月24日出願の同時に係属している
国際出願第PCT/CA96/00194号の一部継続出願である。こ
の同時係属している国際出願は、1995年３月28日出願の
米国特許出願第08/411,959号（現在は米国特許第5,515,
853号）の一部継続出願である。両出願とも本明細書中
に援用して用いる。
技術分野 本願発明は、包括的には外科医療機器に取付可能なト
ラッキング装置に関する。より特定的には、外科医療機
器の位置をトラッキング（位置追跡）するためにこの外
科医療機器に取り付け可能なシース（さや管）形状のト
ラッキング装置に関する。
背景技術 カテーテル法、管腔内術中超音波診断法（intralumin
al intraoperative ultrasound）、内視鏡処置、および
腹腔鏡処置などの医療処置において、各種カテーテル、
プローブ、針、センサおよびその他の医療機器が患者の
体内に挿入される。マッピングカテーテルおよび除去カ
テーテル等を使用する時など多くの場合、医師がこれら
機器を体内で動かしながら取り扱う際に、機器の陰影を
作り出す蛍光透視を連続的に用いて、これらの機器の体
内に於ける映像化がなされる。術中超音波診断法、食道
間（transesophageal）超音波診断法、管腔内および腹
腔鏡超音波診断法の場合は、イメージングヘッドが患者
体内に挿入される。イメージングヘッドの位置は知るこ
とができず、方向操作と局所的位置決めはイメージング
ヘッドによって生成されたイメージのみを基になされ
る。患者に挿入された管の長さと、機器の径方向の方向
付けとによりいくらかの方向操作は可能である。しか
し、イメージングヘッドの局所的な方向操作と位置決め
は、既存のシステムでは通常は不可能である。
米国特許第5,515,853号に記載され、この明細書でも
援用して記載している超音波をもとにしたカテーテル誘
導システムによれば、カテーテルの位置と動きを3Dグラ
フィックとして表示することができる。このシステムで
は通過時間超音波診断（transit time ultrasound）を
利用して、配列された複数の超音波変換器相互間の距離
を測定している。高周波音波の飛行時間の法則（time−
of−flight principle）を用いて、外科処置時の生物体
内部などの水様（aqueous）の媒質中における距離を正
確に測定することが可能である。高周波音波、すなわち
超音波とは、100kHzから10MHzの周波数域にわたる振動
エネルギーとして定義される。音波を用いて３次元測定
結果を得るために使用される装置は、測音マイクロメー
ター（sonomicrometer）として知られている。通常、測
音マイクロメーターは、一対の圧電変換器（すなわち、
一方が送信機、他方が受信機として作動する。）から構
成される。これらの変換器は媒質中に挿入され、電子回
路に接続される。各変換器間の距離を測定するには、送
信機側に通電して超音波を発生させ、媒質中を伝播した
その音波を受信機で検知する。
送信機は通常、１マイクロ秒間持続する高電圧のスパ
イク波、すなわち衝撃関数が印加される圧電結晶の形態
をとる。これにより、圧電結晶は固有特性共鳴振動数で
振動する。送信信号波の包絡線は時間と共に短時間で減
衰し、送信機から遠ざかりつつ水様媒質中を伝播する通
常６以上の周期分のパルス列を生成する。また、音波エ
ネルギーは全ての境界面を通過する毎に減衰する。
受信機もまた通常は、送信機と同様の特徴を有する圧
電結晶の形態をとり、送信機によって生成された音波エ
ネルギーを検知し、これに応答して振動する。この振動
がミリボルトオーダーの電子信号を生成し、この信号は
適当な受信回路において増幅することができる。
超音波が水様媒質中で伝播する速度については資料が
十分に整っている。したがって、超音波のパルスが伝播
する距離は、音波が送信されてから受信されるまでの時
間の遅れを記録するだけで測定することができる。
前述のように、変換器にはカテーテルなどの機器に搭
載して体内に挿入されるものと、（基準変換器などのよ
うに）患者の所定の位置に貼り付けて外部および／また
は内部基準系を提供するものとがある。多数の変換器同
士間の距離を示す、多数の距離データマトリクスが、毎
秒何度も得られ、このマトリクスを今度は各変換器の
（x,y,z）座標に変換する。次に、上記の変換器を装着
したカテーテルの、外部および／または内部基準変換器
に対する相対的な動きを3D（３次元）空間上でトラック
（位置追跡）することができる。
カテーテル自体は通常、何らかの診断用コンポーネン
トもしくは治療用コンポーネントを末端部に組み込んだ
高分子化合物のチューブである。従来のカテーテルをト
ラッキング可能なものに改造するには、その長さ方向に
沿って超音波変換器を組み込み、どこか別の場所や患者
の内部に配置された基準用変換器系に対するこのカテー
テルの位置を決定できるように作り直す必要がある。カ
テーテルなどのように、低コストで使い捨ての機器であ
れば、このように組み込んでしまうことはだいたいにお
いて適切である。というのは各変換器間を接続する電線
はかなり大きなスペースを占めるので、カテーテルの本
体部内に効率的な方法で組み込まれる必要があるからで
ある。
超音波画像表示用要素を組み込んだ、その他の種類の
体内に挿入する機器は、高価で、かつ殺菌して繰り返し
使用する必要があることがある。とりわけ腹腔鏡外科手
術において使用される機器には、機器の構成に実に数多
くのバリエーションがある。従って、位置特定および位
置追跡のための変換器をこれらの機器の全てに製造時に
組み込むことは実現できないことがある。さらに、超音
波変換器はその寿命が有限であり、そのため定期的に交
換する必要がある。以上のことに鑑みて、機器を新たに
製造したり、改造したりといった恒久的な変更を伴わず
に、機器の全体にわたって超音波変換器をできれば後付
けできることが望ましい。
本願発明は、従来技術の装置が有する上記の、および
その他の欠点を克服した。そしてすばやく、かつ簡単に
機器をトラッキング能力を有するように変更できるトラ
ッキングデータ生成用シース（さや管）を提供する。
発明の概要 本願発明によれば、外科医療機器、もしくは診断機器
に取付ることができて、これら機器の位置をトラックで
きるトラッキングデータ生成用シースが提供される。こ
のシースは一般的にはエラストマー性、もしくは剛性
で、機器に便利に嵌合させることができる。
本願発明の目的は、各種カテーテル、プローブ、セン
サ、および針等、様々な種類の診断機器、および外科医
療機器に簡単に取り付けることができるトラッキングデ
ータ生成用シースを提供することである。
本願発明の別の目的は、交換や廃棄を便利に行うため
に、それらの機器から簡単に取り外すことができるトラ
ッキングデータ生成用シースを提供することである。
本願発明のさらに別の目的は、予備的に殺菌すること
ができるトラッキングデータ生成用シースを提供するこ
とである。
本願発明のさらに別の目的は、様々な寸法の様々な機
器に簡単に嵌合させることができるトラッキングデータ
生成用シースを提供することである。
本願発明のまた別の目的は、耐久性があり、相当の外
力に耐えうるトラッキングデータ生成用シースを提供す
ることである。
上記の目的およびその他の目的は、添付の図面及び請
求の範囲とともに、以下に記載する好ましい実施の形態
の記述から明らかになるであろう。
図面の簡単な説明 本発明は、ある部分、およびそれらの部分の組み合わ
せにおいては物理的形態をとり、その好適な実施の形態
および方法は本明細書中で詳細に記述され、その一部分
は添付図面に示される。これら添付図面において、 図１は、本発明の好ましい実施形態によるトラッキン
グデータ生成用シースの側面透視図である。
図２は、図１の２−２線に沿った断面図である。
図３および図４は、本発明の別の実施形態によるトラ
ッキングデータ生成用シースの側面透視図である。
図５は、本発明の第２の別の実施形態によるトラッキ
ングデータ生成用シースの側面透視図である。
好適な実施形態の詳細な説明 各図面は本発明の好ましい一実施形態を示し、本発明
を限定するものではない。これら図面を参照すると、図
１は機器10に配設されたトラッキング（位置追跡）デー
タ生成用シース（さや管）20を示している。注意すべき
は、機器10は、カテーテル、超音波プローブ、および内
視鏡など様々な形態をとりうることである。
トラッキングデータ生成用シース20は、近位の（制御
部に近い方の）端部24および末端側端部26を有する、伸
長した形態の本体部22を含む。図１に示す実施形態では
末端側端部26は閉止されているが、多くの場合、機器10
の末端側端部に配置された診断用コンポーネントまたは
治療用コンポーネントを支障なく機能させるために、末
端側端部26は開口される。
図２に示すように、本体部22は内壁28Aと外壁28Bとを
有する。変換器30および導体32は好ましくは、内壁28A
と外壁28Bとの間に鋳込まれ（cast）、埋め込まれ、も
しくは挟み込まれる。従って、内壁28Aと外壁28Bとの間
には空所が全く残らない。変換器30は好ましくは、PZT
材料やPVDF材料からなる圧電変換素子結晶である。導体
32は好ましくは、非常に薄く、柔軟性のある電線の形態
であり、本体部22に波形に、またはコイル状にねじられ
て鋳込まれ、埋め込まれ、もしくは挟み込まれた形態を
とり、以下に説明するような巻き取り（rolling）、巻
き戻し（unrolling）およびその他の取り扱い時にシー
ス20と共に適切に伸長する。
導体32は各変換器30同士、および変換器30と近位端部
24に設けられたコネクタ40とを接続する。導体32は、送
信側変換器を「点火（fire）」させるための電気信号を
伝達するために、また、受信側変換器が、送信側変換器
からの音波を受信したときに発信する電気信号を伝達す
るために使用される。「点火」するという用語は、スパ
イク波電圧すなわち衝撃（インパルス）関数を変換器に
送ることによって、変換器を振動させるように励振する
（energize）動作を指すことと理解されたい。変換器30
は好ましくは、内壁28Aと外壁28Bとの間に、複数の「リ
ング」を構成するように互いに接続されており、幾つか
の別々の変換器30が１つのリングとして同時に「点火」
されるようになっている。上述した電気信号と音波は、
まとめてトラッキング信号と呼ぶ。
コネクタ40は、シース20を3D−トラッキング・イメー
ジングシステムに接続する。その結果、導体32は、変換
器30と3D−トラッキング・イメージングシステムとの間
で電気信号を伝達する。
本発明の第１の実施形態では、本体部22は好ましくは
適切なエラストマー材料から構成されており、スリーブ
もしくはソックスに似た形態の、ゴム被覆された高分子
管状ハウジングを形成している。本体部22は好ましく
は、後述するように、機器10からの巻き取り、および機
器10に巻き戻して取り付けるのが簡単になるように、極
力薄くなっている。従って、シース20は弾性的になり、
本体部22を機器10の上に取り付けやすくなっている。ま
た、機器10が柔軟（flexible）であるように意図されて
いる場合には、その機器10の柔軟性を制限することがな
い。
シース20は、多種多様な構成の機器において、変換器
30が機器10に対して相対移動しないよう十分な密着性を
保ちつつ容易に使用できるように、様々な長さ、寸法を
とりうることが理解されるべきである。また加えて、シ
ース20の変換器30を含むセグメントが機器10に対して上
下に滑らないことをより確実にするために、テープなど
の一時的な接着剤を使用してもよい。シース20が滑る
と、トラッキング環境に対する機器10の相対位置を３次
元的に位置決めすることを妨げる。
図３及び図４には、本発明の別の実施形態が示されて
いる。ここでは、トラッキングデータ生成用シース20'
は開口された末端側端部26を有している。トラッキング
データ生成用シース20'のその他の部分は、図１及び図
２に示したトラッキングデータ生成用シース20と同じで
ある。末端側端部26が開口されているため、機器10の末
端側端部に配置されたいかなる診断用コンポーネントま
たは治療用コンポーネントも、障害を受けることなく
（unobstructed）動作させることができる。
図４は、トラッキングデータ生成用シース20'を機器1
0に取り付ける様子を示している。注意すべきは、以下
に説明する取付手順は先に述べたシース20にも適用し得
ることである。シース20はまず機器10に冠せられ、機器
10を覆って巻き戻される。シース20'は、予備的に殺菌
されてから提供することが望ましいことがある、という
ことに注意すべきである。従って、シース20'は、保存
を簡便にするために、また機器10のシース20'への挿入
を容易にするために長手方向中心軸に沿って巻き取ら
れ、機器10の全長にわたってシース20'を巻き戻す。
図５には、本発明の別の実施形態が示されている。こ
の実施形態では、トラッキングデータ生成用シース100
は、近位端部124および末端端部126を有する伸長された
形状の本体部122を備えている。図５に示す実施形態で
は、両端部124、126共に開口されている。本体部122は
概して剛性部材であり、好ましくはプラスチック材料か
ら形成されることが重要である。本体部122は内壁128A
と外壁128Bとを有する。変換器30および導体32は好まし
くは、本体部122中に鋳込まれ、埋め込まれ、または挟
み込まれる。ここで理解すべきは、本体部122は概して
剛性部材からなるので、導体32は波状もしくはコイル状
に配設される必要がないということである。近位の端部
124に配置されたコネクタ40は、3D−トラッキング・イ
メージングシステムに接続される。
変換器30は結晶をリング状に配列した形態（図５）、
もしくはセグメントに分割するにせよしないにせよ、円
筒状の単一結晶の形態をとりうることを理解されたい。
この構成によれば、超音波エネルギーをこの円筒の軸に
垂直な面から大きく離隔した角度で放射させることがで
きる。この円筒は、配列された結晶が超音波エネルギー
の線音源として、もしくは各々の点がこの円筒面（the
plane of the cylinder）から相当に離れて扇状に超音
波エネルギーを放射する点音源の集合として機能する。
トラッキングデータ生成用シース100は3Dトラッキン
グを行いつつ、臓器などの身体構成組織の中などに挿入
される。次いで、除去（ablation）プローブなどの機器
がシース100の中に挿入される。このように、シース100
を用いれば、トラッキングシステムを機器にずっと取り
付けておく必要なしに、機器を望みの位置に位置決めす
ることが容易になる。機器を望みの位置に位置決めした
後で、シースを臓器のシャフトに沿って滑らせて取り外
し、治療部から取り除く。
以上は本発明の、特定の実施形態の説明であった。以
上の実施形態は具体的説明のためだけに記載されたもの
で、数多くの別の態様、変更が本発明の精神と範囲を逸
脱しない限りにおいて当業者によってなされうることを
理解されたい。例えば、本発明の好ましい実施形態で
は、超音波を用いて位置を決定するシステムについて記
載したが、これに代えて電磁波を用いるのも適当であ
る。これに伴って、超音波変換器も適切に電磁変換器に
置き換えることができる。このような変更や他の態様
は、それがクレームされた発明及びその均等物の範囲内
にある限り、本発明に含むことを意図している。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−133429（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−161634（ＪＰ，Ａ) 特表 平４−500618（ＪＰ，Ａ) 国際公開96／31753（ＷＯ，Ａ１) 米国特許5135001（ＵＳ，Ａ) 米国特許5240004（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 5/06 A61B 8/00

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】外側部分と内側部分とを有する伸長された
    形状の本体部材と、トラッキング（位置追跡）信号を生
    成する複数の変換器手段とを有し、長手方向の軸に沿っ
    て巻き取り、巻き上げられた状態にすることができるよ
    うに構成され、機器手段に取り付けることができるトラ
    ッキングデータ生成用シースにおいて、 互いに接続されて１つもしくはそれ以上の変換器リング
    を形成する複数の圧電素子を有し、この変換器リングは
    前記外側部分と内側部分との間に配設されている前記変
    換器手段と、 前記複数の圧電素子同士を接続し、複数の変換器手段へ
    のトラッキング信号、およびこれら変換器手段からのト
    ラッキング信号を伝送する導体手段と、 前記導体手段に接続されていて、前記トラッキングデー
    タ生成用シースをトラッキングシステムに接続するコネ
    クタ手段と によって特徴づけられるトラッキングデータ生成用シー
    ス。
  2. 【請求項２】前記コネクタ手段が前記本体部材の外部に
    配置されている請求項１記載のトラッキングデータ生成
    用シース。
  3. 【請求項３】前記複数の変換器手段が、前記伸長された
    本体部材の周囲にリング状に配設されている請求項１記
    載のトラッキングデータ生成用シース。
  4. 【請求項４】前記複数の圧電素子がPZTを有している請
    求項１記載のトラッキングデータ生成用シース。
  5. 【請求項５】前記複数の変換器手段が電磁変換器である
    請求項１記載のトラッキングデータ生成用シース。
  6. 【請求項６】前記本体部材がエラストマー材料から形成
    される請求項１記載のトラッキングデータ生成用シー
    ス。
  7. 【請求項７】前記本体部材が合成材料から形成される請
    求項１記載のトラッキングデータ生成用シース。
  8. 【請求項８】前記複数の変換器手段が前記外側部分と内
    側部分との間に鋳込まれ、埋め込まれ、もしくは挟み込
    まれている請求項１記載のトラッキングデータ生成用シ
    ース。
  9. 【請求項９】前記導体手段が波状の電線である請求項１
    記載のトラッキングデータ生成用シース。
  10. 【請求項１０】前記シースがさらに、前記本体部材を前
    記機器手段に接着する接着手段を有する請求項１記載の
    トラッキングデータ生成用シース。
  11. 【請求項１１】少なくとも１つの開口端部を有する概し
    てエラストマー性の本体部材と、位置追跡（トラッキン
    グ）用シースの位置を表示する位置指示手段とを備えた
    外科医療機器を構成する方法であって、 前記シースの長手方向の軸に沿って前記シースを巻き取
    り、巻き上げられた状態にする工程と、 前記外科医療機器に前記シースがかぶさるように前記外
    科医療機器を前記シースの前記開口端部に挿入する工程
    と、 前記シースを前記外科医療機器上に前記の巻き上げられ
    た状態から巻き戻す工程と、 前記位置指示手段を位置追跡システムに接続する工程と を備えた方法。
  12. 【請求項１２】機器手段に取り付けることができ、伸長
    された形状の本体部材及びトラッキング信号を生成する
    ための変換器手段を有し、長手方向の軸に沿って巻き取
    り、巻き上げられた状態にすることができるように構成
    されたトラッキングデータ生成用シースにおいて、 互いに接続されて１つまたはそれ以上の変換器リングを
    形成する複数の電磁素子を有する、トラッキング信号を
    生成する複数の変換器手段と、 この複数の電磁素子同士を接続し、この複数の電磁素子
    へのトラッキング信号、およびこれら電磁素子からのト
    ラッキング信号を伝送する導体手段と、 前記トラッキングデータ生成用シースを位置トラッキン
    グシステムに接続するコネクタ手段と を備えたトラッキングデータ生成用シース。
  13. 【請求項１３】前記本体部材が概してエラストマー性で
    ある請求項12記載のトラッキングデータ生成用シース。
JP53831998A 1997-03-06 1998-03-06 トラッキングデータ生成用シース Expired - Fee Related JP3494442B2 (ja)

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