JP4286493B2 - 温度を測定するシステム及び温度に関する感度を調整するシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、目的物追跡装置に関し、特に医療用装置の位置と方向を追跡するために高温で高い感度を有する位置センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
多数の医療用処置において、プローブ、内視鏡、カテーテル、ステント及びタグ／マーカのような装置が患者の身体内に挿入される。このような装置は、組織のサンプルの切除及び採取のような不可逆性の外科手術作業を含む広範な手順において使用される。したがって、患者の身体内のプローブの位置及び方向の正確な情報を得る必要がある。
【０００３】
システムを決定する電磁気位置決定装置は、体内の目的物の位置及び方向の正確な情報を受け、これらの目的物の正確な追跡を可能にする有利な方法を提供する。このような装置は、米国特許第５，５５８，０９１号、同第５，３９１，１９９号及び同第５，４４３，４８９号及び国際特許出願の国際公開第ＷＯ ９４／０４９３８号及び同第ＷＯ ９６／０５７６８号に示されており、この内容は、参照によりこの明細書に組み込まれる。これらの装置は、装置に支持されるホール効果素子、コイルまたは他のアンテナのような１つまたは複数の磁界センサを使用して装置の座標を決定する。この磁界センサは、位置センサとして使用されるトランスジューサであり、通常、装置の遠位端に、またはそれに隣接して、及び／又は装置の長さに沿って配置される。したがって、トランスジューサは、装置の操作性を妨げることなく、またはその寸法を大きく増大することなく装置に嵌合するようにできるだけ小さくつくることが好ましい。
【０００４】
米国特許第５，５５８，０９１号は、相互に直角な、薄い電磁フィルムを有する立方体形状のホール効果センサ組立体を説明している。このセンサ組立体は、約３ｍｍ×０．７５ｍｍ×０．７５ｍｍの寸法が好ましい。さらに米国特許第５，５５８，０９１号は、半導体チップの形態の３つの磁界センサ素子を含む他のホール効果センサ組立体を説明している。各チップは、磁気抵抗性材料の１つまたは複数の細長いバーを含む。各このようなチップは、バーの方向に磁界成分に対して感度を有する。この組立体は、０．８ｍｍ以下の直径を有することが好ましい。しかしながら、このようなチップは、非直線性、飽和効果、ヒステリシス及び温度ドリフトに関して性能が低いという問題がある。
【０００５】
したがって、大部分の磁気位置決定装置は、多数回巻かれた伝導ワイヤを含む小型コイルで形成されたセンサを使用する。このようなコイルは、例えば、ＰＣＴ国際公開ＰＣＴ／ＧＢ９３／０１７３６号、国際公開第ＷＯ ９４／０４９３８号及び同第ＷＯ ９６／０５７６８号及び上述した米国特許第５，３９１，１９９号及びＰＣＴ国際公開ＰＣＴ／ＩＬ９７／００００９号に示されており、これは、本出願人の譲受人に譲渡されている。これらの文献の大部分は、参照によりこの明細書に組み込まれる。センサコイルの性能は、そのインダクタンスに依存しており、これは、コイルの断面積におけるコイル巻数の関数である。したがって、外科用装置内で使用する小型コイルを立案し設計する際に、コイルの性能と寸法との間で妥協をする必要がある。このようなコイルは、３つの相互に直角なセンサコイルを有し、０．６ｍｍ×０．６ｍｍ×０．６ｍｍの最も小さい寸法、さらに一般的には、０．８ｍｍ×０．８ｍｍ×０．８ｍｍの寸法を有する位置センサに使用される。同じタイプの小さいコイルは、性能上容認することができず、製造が困難である。さらに、これらの固定された寸法に関する制限がある場合、０．６ｍｍ以下の外径を有するセンサコイルはこれまで開発されていない。
【０００６】
さらに、これらのタイプの位置センサの場合、コアを含むことがセンサコイルに共通している。コアを使用するこれらの位置センサ（センサコイル）の場合、コア材料が２つの容認可能な材料から成ることが知られている。第１の材料は、フェライトであり、コアを備えたセンサコイルを有する医療用装置のコア材料として成功を収めた。
【０００７】
医療用装置のセンサコイルのコア材料として有効と証明されて開発された最近のコア材料は、カルボニル鉄である。しかしながら、双方のタイプのコア材料において、このようなコア材料を使用するセンサコイルは、上述した外径の最小限の寸法に制限される。
【０００８】
移動座標及び回転座標の双方を決定するために、上述したＰＣＴ国際公開ＷＯ９６／０５７６８号に説明した装置のようなある位置決定装置は、相互に直線的に独立し、好ましくは、相互に直角な各軸線を有する３つのセンサコイルを使用している。好ましくは、これらの３つのコイルは、センサ組立体を形成するために一緒に組み込まれ、６次元の位置座標及び方向座標の値を提供するために使用された。１つのパッケージ内に３つのコイルを使用する組立体の使用によって、カテーテルのような装置にコイルを容易に挿入及び／又は取り付けることが可能になる。また、この組立体は、互いに対してコイルの正確な位置決めを行い、コイルを使用した位置決定装置の調整を簡単にする。一般に、コイルは、円筒形の形状のケースに包囲され、コイルを周囲から保護する。
【０００９】
ＰＣＴ国際公開ＷＯ９６／０５７６８号の国際公開された装置において、この組立体は、約６ｍｍの長さと、約１．３ｍｍの直径とを有する。コイルの軸線は、すべての６次元での正確な位置検出を達成するために相互に直角であることが必要であるので、組立体の寸法をあまり小さくすることはできない。
【００１０】
このコイル組立体は、大部分の医療装置に組み込まれるが、等価な性能のあるコイルの場合、より小さい幅が望ましい。例えば、本発明の譲受人に譲渡され、この明細書に組み込まれた米国特許第６，２０３，４９３号は、内視鏡内で金属装置からコイル組立体を離すことによって小型位置センサコイルを含む内視鏡の位置決定の精度を向上する方法が説明されている。もし、コイル組立体が小さい幅を有するようにつくることができるならば、小型コイルと金属装置との間の分離を増大し、位置決定装置からさらによい精度を達成することができる。
【００１１】
参照によりこの明細書に組み込まれる米国特許第６，２０１，３８７号に示されたようにフォトリトグラフまたはＶＬＳＩ処理によってつくられたコイルは、知られており、これらのコイルは、フォトリソグラフ型コイルと称される。フォトリソグラフ型コイルは、プラスチック、セラミック、または半導体材料の基板に印刷された螺旋コンダクタの形態につくられる。このようなコイルは、現在使用可能な技術を使用して、従来、４層までに重なった螺旋層を有する。
【００１２】
また、フォトリソグラフコイルまたはアンテナは、従来技術として知られているような無接触型のスマートカードに使用される。これらのカードは、カードに埋め込まれたフォトリソグラフコイルまたはアンテナを通してリーダ回路と誘導的に連通し、電力を受ける。スマートカードは、０．８ｍｍ以下の厚さに制限されるので、それらは、単一のコイルのみを有し、そのコイルの軸線は、カードの表面に直角である必要がある。これらのリーダと連通するために、スマートカードは、適当な方向でなければならず、コイルの軸線は、適当な結合を達成するためにリーダによって発生される磁界と整列する。
【００１３】
コイル組立体の幅と外径を低減することによって、位置決定装置を幅の狭い装置に使用することができ、これは、優れた操作性と、離れた場所への接近の容易性を有する。別の例として、コイル組立体の幅または外径を小さくすることによって、装置の断面積の小さい部分を占有することができるようにし、装置に沿って機能的及び／又は作業通路のためのさらに多くのスペースを残す。
これまでのところ、上述したセンサより寸法が小さく、高温で高精度を維持する性能測定を達成することができる外径を有する位置センサまたはセンサコイルはなかった。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Wiegand効果材料からつくられたコアと、コアの周りに配置された巻線とを有する医療用装置用の位置センサに関する。この位置センサは、位置座標及び／又は方向の座標を決定するために使用される。
【００１５】
位置センサは、７５℃以上の温度で１ｍｍ以内の精度を維持する。さらに、位置センサは、ほぼ８０℃の温度で１ｍｍ以下の精度を維持することが好ましい。
本発明による位置センサのコアは、ほぼ０．３ｍｍ以下の外径、好ましくは、コアは、約０．２５ｍｍの外径を有する。さらに、１つの実施形態において、巻線は、コアに取り付けられている。さらに、コアと巻線の組み合わせは、ほぼ０．５ｍｍ以下の外径及び約０．４ｍｍの外径を有することが好ましい。
【００１６】
本発明による位置センサのコアは、コバルト、バナジウム及び鉄を含む。さらに、コアの材料は、１つの実施形態においてほぼ２０％乃至８０％のコバルトを有する。本発明の他の実施形態において、コアの材料は、ほぼ２％乃至２０％のバナジウムを含む。本発明の他の実施形態において、コアの材料は、２５％乃至５０％の鉄を含む。本発明の好ましい実施形態において、コアの材料は、ほぼ５２％のコバルト、１０％のバナジウム及び３８％の鉄を含む。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態において、位置センサは、ほぼ０．５ｍｍ以内の精度である。この種の精度は、高透磁性材料からつくられたコアを有する位置センサの使用を通して本発明による位置センサによって達成される。この材料は、外部磁界が加えられるとき極性を切換え、ほぼ均一な電圧パルスを生じる磁気材料である。
【００１８】
本発明による位置センサの他の実施形態において、コアの材料は、銅、ニッケル及び鉄の合金（CuNiFe）を含む。本発明による位置センサの他の実施形態において、コアの材料は、鉄、クロム、及びコバルトの合金を含む。また、コア材料の他の実施形態は、本発明による位置センサの場合、ほぼ０．５ｍｍ内の精度を保証する。
【００１９】
さらに、本発明は、本体と、本体に取り付けられた位置センサとを有する医療用装置と位置センサの組み合わせとを含み、この位置センサは、Wiegand効果材料からつくられたコアと、そのコアの周囲に配置された巻線とからなる。上述した位置センサの種々の実施形態は、本発明による医療用装置と位置センサとの組み合わせにおいて使用される。
【００２０】
本発明による位置センサと、医療用装置及び位置センサの組み合わせとの双方は、高温で精度を維持する位置装置及び方向装置に関連して使用される。
【００２１】
また、本発明は、医療処置の間、患者の体内の場所で温度を測定する方法を含む。本発明による方法は、位置センサを有する医療用装置を用意する工程と、患者内に医療装置を配置する工程と、この場所に位置センサを位置決めする工程とを有する患者内のある場所の温度を測定する方法を含む。位置センサに温度測定信号が供給され、電圧センサで電圧が測定される。温度測定信号に基づいて抵抗値が決定され、抵抗値に基づいて温度値が決定される。本発明による温度を測定する方法は、位置センサ、医療用装置及び上述した位置センサの組み合わせの種々の実施形態を使用する。
【００２２】
医療用装置の位置センサの温度、またはそれに隣接した温度を決定するために位置装置及び方向装置によって使用される信号プロセッサのメモリに記憶されたアルゴリズムが使用される。さらに、アルゴリズムは、本発明によるアルゴリズムによって測定された抵抗値に加えられる抵抗ドリフト係数を使用する工程を含む。
【００２３】
さらに本発明による温度測定方法は、患者内の場所でＡＣ磁界のような外部印可磁界を発生することを含む。この外部磁界は、複数の磁界発生器に送られる発生器信号によって生じる。温度測定信号は、発生器信号とは異なる周波数である。１つの実施形態において、温度測定信号は、４ＫＨｚであり、発生器信号は３ＫＨｚである。
【００２４】
さらに本発明は、位置センサを有する医療用装置の温度に関する感度の調整方法を含み、この方法は、位置センサを有する医療用装置を用意する工程と、位置センサの電圧を測定する工程とを含む。測定電圧から抵抗値が決定され、抵抗値に基づいて位置センサで温度値が決定される。さらに、温度に基づいて位置センサの感度が決定され、位置センサによって提供された位置情報が感度に基づいて調整される。
【００２５】
本発明による温度に関する感度を調整する方法は、上述したような位置センサと位置センサを有する医療用装置との組み合わせを使用する。
【００２６】
本発明によれば、位置センサから引き出された位置情報は、位置座標及び／又は方向座標の形態である。本発明によれば、感度アルゴリズムは、位置及び方向装置の信号プロセッサのメモリに記憶される。温度に対する感度アルゴリズムは、本発明による位置センサを有する医療用装置の温度に対する感度について調整する方法によって決定された抵抗値に抵抗ドリフト係数をかける。
【００２７】
さらに、位置センサの感度は、上述した温度値に感度ドリフト係数をかけることによって決定される。感度ドリフト係数は、信号プロセッサのメモリに記憶される。抵抗ドリフト係数及び感度ドリフト係数は、抵抗対位置センサの温度プロフィール及び感度対位置センサの温度プロフィールからそれぞれ引き出される。抵抗対位置センサの温度プロフィール及び感度対位置センサの温度プロフィールは、本発明によって位置及び方向装置の信号プロセッサのメモリに予め記憶されている。
本発明のこれら及び他の目的は、詳細な説明及び添付した図面からさらに容易に明らかになる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の説明を目的として、この明細書で使用される「センサコイル」、「位置センサ」「場所センサ」という用語は、同じ意味であり、互換性を有するように使用される。位置センサは、上述した態様で位置センサの位置及び／又は方向を決定する信号の形態での位置情報を提供するセンサである。
【００２９】
本発明は、図１及び図２に最もよく示すように、以下詳細に説明するような、Wiegand効果材料でつくられたコア１２と、コア１２の周りを包むように取り付けられる銅線の形態の巻線とを備えたセンサコイル１０を有する位置センサに関する。センサコイル１０は、図２に示すように医療用装置８０の位置センサとして特に有用である。前述したように、センサコイル１０は、位置座標及び／又は方向座標の形態で位置情報を決定する位置センサとして使用される。
【００３０】
センサコイル１０は、約３．０ｍｍ乃至４．０ｍｍの長さＬを有することが好ましいが、より長い長さを有することもできる。ワイヤ１６は、ゼンサコイル１０の巻線１４に接続されており、センサコイル１０に誘導された電圧測定用回路に接続されている。
【００３１】
図２に示すように、センサコイル１０のコア１２は、０．３ｍｍ以下の外径（ＯＤ_１）及び好ましくは０．２５ｍｍの外径（ＯＤ_１）を有する。センサコイル１０の全体の外径（ＯＤ_２）は、０．５ｍｍ以下、約０．４ｍｍが好ましい。本発明によるセンサコイル１０の極端にコンパクトな寸法によって、センサコイル１０は、医療用装置８０の本体８５に収容することができる。医療用装置８０は、ほぼ０．６７（２Ｆ）ｍｍ以下の外径（ＯＤ_３）を有する。したがって、センサコイル１０は、種々の医療用装置８０の位置センサとして有効である。例えば、医療用装置８０は、カテーテル、プローブ、ステント、タグ、またはマーカ等のような装置を含む。これらの寸法において、本発明によるセンサコイル１０を含む医療用装置８０は、患者の体の種々の組織及び気管で実行される診断及び／又は治療手順のような種々の医療処置において使用される。
【００３２】
本発明によるセンサコイル１０は、位置センサとして単一のセンサコイルを用いた医療用装置８０のために特に有能であるが、３つの相互に直角なセンサコイルのような複合センサコイル構成を有する位置センサにおいて使用することもできる。１つだけのセンサ１０の構成を使用した医療用装置８０は、「単軸装置」と称される。本発明によるセンサコイル１０の場合、センサコイル１０は、センサコイル１０の外径ＯＤ_２の少なくとも２倍乃至３倍の長さＬを有するが、センサコイル１０のＯＤ_２の６倍以上であることが好ましい。したがって、本発明によるセンサコイル１０は、フェライトまたはカルボニル鉄コアを有する従来技術のセンサコイルよりさらに良好な感度を有する。センサコイル１０の長さ／ＯＤ比は、センサコイル１０が製造上さらに、容易であり廉価であることを保証する。なぜならば、センサコアがもろくなる、同様の長さ／ＯＤを有するフェライト材料からつくられたセンサコイルと比較して機械的にさらに安定しているからである。
【００３３】
コア材料
本発明によれば、コア１２の材料は、ワイヤの形態のWiegand効果材料のような高透磁性材料及び大きな機械的可撓性を有する材料である。Wiegand効果材料は、０．０３ｃｍ（０．０１０インチ）の直径の冷間加工された強磁性ワイヤによって形成される。このワイヤは、米国、コネチカット州、ノースヘブン社によって製造されたコバルト、鉄、及びバナジウムの混合物であるVicalloyからつくられる。この材料は、特に、加工硬化された自己殻形性、バイステブル磁性材料であり、これは、ワイヤの形態であり、電気的な入力なしに６００ミリボルトまでのパルスを発生することができる。それは、Barkhausen Jumpの制御によって作業する。この開示の目的のために、この明細書で使用する「Wiegand効果材料」「Wiegand材料」「Wiegand合金」及び「Wiegandワイヤ」は、同じ意味であり、相互に互換性を有するように使用される。
【００３４】
センサコイル１０のコア１２のWiegand効果材料の使用について、材料は、コバルト、バナジウム、鉄のそれぞれの種々の混合物の組み合わせを有する。例えば、センサコイル１０の１つの実施形態において、コア材料は、ほぼ２０％乃至８０％のコバルト及び残り割合がバナジウムと鉄である。センサコイル１０の他の実施形態において、コア材料は、ほぼ２％乃至２０％のバナジウムと、残りの材料の割合は、コバルト及び鉄を含む。センサコイル１０の他の実施形態において、コア材料は、ほぼ２５％乃至５０％の間の鉄と、残りの材料の割合にコバルト及びバナジウムを含む。
【００３５】
センサコイル１０のコア１２の好ましい実施形態において、コア材料は、ほぼ５２％のコバルト、１０％のバナジウム、３８％の鉄を含む。コア１２のコア材料は、上述したこれらの組み合わせに加えて所望の組み合わせ及び成分の割合を含んでいてもよい。
【００３６】
Wiegand効果材料に使用される冷間加工は、張力がかかった状態でWiegand材料（wire）のねじれ及びデツイストの量を増大するいくつかの工程からなる。
【００３７】
Wiegand効果ワイヤは、冷間加工処理の間に蓄積されたテンションに保持するために時効硬化される。この処理により、Wiegand効果材料を柔らかい磁性を有する中心部と、「シェル」と呼ばれる高磁性保持力を有する冷間加工された表面を有する。
【００３８】
適当な強度の交番磁界がWiegand材料に加えられるとき、材料の中心の磁界は、極性を切換え、反転し、通常、「Wiegandパルス」と呼ばれるほぼ一様な鋭い電圧パルスを発生する。Wiegand材料を処理するための冷間加工処理は、材料に公知のバルクハウゼンジャンプの断続性を呈する能力を「ロック」する。
【００３９】
コア材料としてのWiegand効果材料は、Wiegand材料が交番する長手方向の磁界が存在するとき磁界の切換が生じる。なぜならば、結果として生じるシェルとカテーテルの極性の切換によって生じるバルクハウゼンの断続性として大きな断続性のジャンプを含むからである。Wiegand材料の磁気切換動作は、図５に示すような期間にほぼ１０マイクロ秒のピックアップコイルの巻線１４に電圧を誘導する。
【００４０】
Wiegand材料において、パルス幅は、励起磁界強度及びその方向に全体としては依存しない。このコイルが位置センサ１０に使用されるとき、Wiegand材料を磁化し、起動するために等しい飽和強度の交番する正と負の磁界が使用される。これらの交番磁界は、交流電界によって形成される。
【００４１】
さらに、Wiegand効果は、−８０℃乃至２６０℃の間の範囲の温度で作用する。したがって、各位置センサ１０の機能温度範囲は、個々のセンサの種々の部品のサブ部品に基づいている。
【００４２】
さらに、本発明の他の実施形態において、センサコイル１０のコア１２は、銅、ニッケル及び鉄（CuNiFe）の混合物を有する合金材料から成る。別の例として、本発明の他の実施形態は、鉄、クローム、コバルトの混合物、例えば、Arnord Engineering Company（米国、イリノイ州、マレンゴ、SPC Technologies）のRolled Products Divisionによって製造されたARNOKROME（商標）を含む合金材料からなるコア１２を使用する。これらの材料の双方、例えば、CuNiFe及び鉄、クロム及びコバルト合金は、高い透磁率及び高度に奇形的な可撓性材料であり、本発明によるセンサコイル１０のコア材料１２として使用される。
【００４３】
温度に関する感度の試験
本発明によって、医療用装置８０の位置センサとして１つのセンサコイル１０を有する位置システム３０（図６）について、特に、２０００年７月２０日に出願された米国特許出願０９／６２０，３１６号に記載されている単軸システムについての感温アルゴリズムを開発するため位置センサ１０について温度に関する感度の試験が行われた。なお、米国特許出願０９／６２０，３１６号は、参照によりこの明細書に組み込まれる。したがって、温度に関する感度アルゴリズムは、高度な精度、例えば、本発明によって１ｍｍ以下、好ましくは、０．５ｍｍ以下の精度を維持しながら、高温で位置センサ１０を使用するとき温度に関する感度の変化を補償するために位置システム３０（図６参照）、例えば、単軸位置装置に関連して使用される。
【００４４】
本発明による温度に対する感度のアルゴリズムをつくる場合に、添付した表１及び図４及び図５に最もよく示されるように温度の関数としてWiegand効果材料でつくられたコア１２を有するセンサコア１０の抵抗及び感度を試験するために熱回帰試験が行われた。これらの試験は、本発明の位置センサに関する値及び範囲を確立する。例えば、これらの所定の値は、図４及び添付した表に示すセンサ抵抗対温度結果のための大きな温度範囲（３０℃乃至８０℃）にわたる抵抗ドリフト値（Ｇ_ｒ）と、図５及び添付した表１に示すセンサ感度対温度結果のための同じ３０℃乃至８０℃にわたる感度ドリフト値（Ｇ_ｓ）とを含む。
【表１】

【００４５】
これらの値は、２０のセンサ１０のための温度感度のセンサコア１２の組成分の効果（Wiegand effect）を試験することによって予め決定される（試験された全部で２０のセンサ１０を代表する８つの位置センサ１０からのデータが添付した表１に示されている）。この試験において、各位置センサ１０は、Wiegand効果材料からつくられたコア１２を有する単一のセンサコイル１０からなる。位置センサとしてのセンサコイル１０の各々の温度に関する感度は、図３に概略的に示される装置で試験された。したがって、位置センサ（センサコイル１０）及び熱電対２２は、ガラス管２４に挿入され、これは、熱水漕２６に配置される。各センサコイル１０及び熱電対２２は、それぞれリード線３６及び３８を有し、これらは、センサ電圧及び温度を測定するために器具に取り付けられている。各センサ１０が水中に入るまでの十分な水準になるまで漕に注がれる。この漕は、相互に直角な３対のホルツ型コイルから成るヘルムホルツ室の内側に配置された。
【００４６】
図３は、３対のヘルムホルツ型コイルのうち２対のヘルムホルツ型コイルを示しており、第１の対は、ヘルムホルツ型コイル２８及び３０から成り、第２の対は、ヘルムホルツ型コイル３２及び３４から成る。ヘルムホルツ型コイルは、一対のヘルムホルツコイルの間の距離が、対になったヘルムホルツ型コイルの各々の半径に等しくなるように配置される。ヘルムホルツ型室において、ヘルムホルツ型コイルの各対は、同軸的に配置され、３対のヘルムホルツ型コイルは、３つの相互に直角な軸線を有する。ヘルムホルツ型室は、室内の磁界が室の中心からの距離によって相対的に変化しない特性を有する。それにもかかわらず、位置センサ１０を試験する際に、室内と同じ点にセンサ１０を配置するための努力がなされた。ヘルムホルツ型コイルは、３ＫＨｚの周波数を有する交流で（ＡＣ）で励磁された。センサ電圧は、３０℃乃至８０℃の温度範囲にわたって、５℃ずつ増加するように各位置センサにおいて１つのコイル１０から測定された。測定は２０の位置センサ１０で行われた。センサコイルのコア１２全体は、感度補正Ｓ（Ｔ）、例えば、位置システム３０の位置及び方向のアルゴリズムのためのリアルタイム感度補償アルゴリズムの部分を確立するために使用される抵抗ドリフトＧ_ｒ、温度に関する感度ドリフトＧ_ｓ、抵抗ドリフト対温度スロープａ_０及び感度ドリフト対温度スロープｂ_０のようなパラメータを決定するWiegand効果材料からつくられる。
【００４７】
センサコイル１０を通して４ＫＨｚの信号が送られ、コイル１０の電圧が測定される。電圧と４ＫＨｚの電流（Ｉ）の比は、抵抗である。４ＫＨｚの信号は、４ＫＨｚ以下であるシステム３０の他の周波数を乱さないために使用される。
【００４８】
まず、各センサ１０を通して送られる電流（Ｉ）は、一定で均一（図６に示す位置及び方向決定システム３０によって送られる４ＫＨｚから）であり、各温度での各センサ１０の電圧は、信号プロセッサ４８によって抵抗値に変換される。抵抗ドリフト値Ｇ_ｒは、図６及び添付された表１に示されるような温度について示された。抵抗値（オーム）は、選択された温度範囲（３０℃乃至８０℃）に沿って各温度で測定され、抵抗の％ドリフトとしての勾配値Ｇ_ｒ、すなわち、公式によって８０℃の抵抗に対して温度Ｔでのセンサコイルの百分率の差異に変換された。
【００４９】
【数１】

Ｇ_ｒは、パーセントにおける勾配値（％ドリフト）としての抵抗ドリフトであり、Ｒ（Ｔ）は、温度Ｔにおけるセンサコイル抵抗であり、Ｒ（８０）は、８０℃でのセンサコイル抵抗である。これらの結果に基づいて、全抵抗ドリフトは、温度範囲全体にわたってほぼ１３％であった。図４に示すように、表に示す点によれば、抵抗ドリフトと温度との間の直線的な関係を示し、この抵抗におけるスロープｂ_０は、試験されるセンサ１０の全体にわたってほぼ０．３０％／度で比較的に一定である。したがって、抵抗ドリフト係数ｂ_０、例えば、０．３０（抵抗対温度データの傾斜）が予め決定され、設定され、位置システム３０の信号プロセッサ４８に記憶される。
【００５０】
さらに、ＫＨｚでＶ／ガウスの感度（Ｓ）が温度範囲にわたってセンサ１０の各々について測定され、図５に示すような温度に対して感度ドリフトＧ_ｓが決定され、点として示された。これらの感度測定値Ｓは、温度感度の％ドリフトとして勾配値Ｇ_ｓ、すなわち、次の等式によって８０℃の電圧に対して温度Ｔでセンサコイルの電圧の％の差異に変換された。
【数２】

【００５１】
ここでＧ_ｓは、百分率で勾配値として（％ドリフト）であり、Ｖ（Ｔ）は、温度Ｔでのコイル電圧であり、Ｖ（８０）は、８０℃でのセンサコイル電圧である。これらの結果に基づいて、感度ドリフト全体は、温度範囲全体にわたって、１．２４％であり、この感度ドリフト対温度プロフィールのスロープａ_０は、ほぼ０．０２５％／度である。したがって、感度ドリフト係数ａ_０、例えば、０．２５スロープは、予め決定された、設定され、位置システム３０の信号プロセッサ４８に記憶される定数である。
【００５２】
温度に関する感度のアルゴリズム及びその用法
実施される試験に基づいて、位置システム３０のために温度感度アルゴリズムが作成された。試験により得られたデータは、試験された位置センサ１０の抵抗の変化ｂ_０及び感度の変化ａ_０が、添付された表１及び図４及び図５の結果によって明らかなように一定であることを示している。これらの定数（ａ_０及びｂ_０）の双方は、位置システム３０の信号プロセッサ４８のメモリに記憶される。
【００５３】
さらに、医療用装置８０に使用される各位置センサ１０は、室温、例えば、各位置センサ１０について最初の感度Ｓ_０及び最初の抵抗Ｒ_０を設定するために２０℃と２３℃との間の温度範囲で調整される。これらの値は、メモリ部分、例えば、EPROMの信号プロセッサ４８に記憶される。
【００５４】
使用において、位置センサ１０を有する医療用装置８０は、患者の体内に配置され、患者の外側に配置される複数の磁界発生器（図示せず）から外側に発生されるＡＣ磁界内に配置される。医療用装置８０を、例えば、切除処置のような処置において使用するときに、位置システム３０によって送られる一定の一様な信号、例えば、４ＫＨｚの信号として電流（Ｉ）が送られる。電圧値は、センサ１０で決定され、公式Ｒ（Ｔ）＝Ｖ／Ｉによって信号プロセッサ４８によって抵抗値Ｒ（Ｔ）に変換される。次に、位置センサ１０のリアルタイム温度（Ｔ）は、次の公式によって決定される。
【００５５】
【数３】

ここでＲ（Ｔ）は、位置センサ１０で電流すなわち、リアルタイム温度で決定される抵抗である。Ｒ_０は、調整処置の間に決定され、信号処理メモリから呼び出される初期抵抗であり、ｂ_０は、メモリから呼びされる抵抗ドリフト係数である。
【００５６】
リアルタイム温度Ｔを計算した後の次の工程は、次の公式による温度で位置センサ１０の電流、すなわち、リアルタイム感度Ｓ（Ｔ）を決定することである。
【数４】

【００５７】
ここでＳ_０は、位置センサ１０の初期感度であり、ａ_０は、感度ドリフト係数であり（双方は、調整処置中に決定され、メモリからの呼び出される）、Ｔは、上述したように計算されるリアルタイム温度である。
【００５８】
次の工程において、位置システム３０の位置及び方向アルゴリズム（位置アルゴリズム）は、リアルタイム感度Ｓ（Ｔ）を計算するために調整され、この感度は、次の公式による位置及び方向アルゴリズムの補正係数として使用される。
【数５】

【００５９】
ここでＢは、位置センサ１０で測定された計算された磁界であり、Ｖは、位置センサの電圧であり、Ｓ（Ｔ）は、リアルタイム時間温度の位置センサ１０の感度である。新しい磁界測定値Ｂは、位置センサ１０の場所、例えば、位置及び方向を計算する位置及び方向のアルゴリズムに使用される。
【００６０】
したがって、医療用装置８０及び位置システム３０の使用中に与えられたモーメントで位置センサ１０から引き出された場所座標と方向座標の精度は、本発明による温度感度アルゴリズムを通して１ｍｍ以下、好ましくは、０．５ｍｍ以下の精度に維持される。
【００６１】
精度試験
さらに、図６に概略的に示す位置システム３０を含む装置を使用してシミュレートされた切除条件（高温）で医療用装置８０の決定された場所でセンサコイルコア成分の効果を測定するために他の試験が実施された。医療用装置、例えば、切除カテーテル８０及びリファレンスカテーテル８０ａは、試験中にカテーテルの先端の動きを防止するために水槽４４に堅固に固定される。切除カテーテル８０及びリファレンスカテーテル８０ａの双方は、位置センサを含む。さらに、切除カテーテル８０は、その遠位端に４ｍｍ長い切除電極９１を備えている。水槽は、血液を想定するために約１００オームのインピーダンスを有する食塩水で充填された。カテーテル８０及びカテーテル８０ａの近位端は、接合ボックス４６に接続され、この接合ボックス４６を通して位置センサ及び電極９１からまたそこから受けられ、送られる。接合ボックス４６は、リファレンスカテーテル８０ａに対する切除カテーテル先端８０の位置（位置及び方向座標の形態で）を計算するために信号プロセッサ４８に接続された。ＲＦ発振器５０は、切除カテーテル８０の遠位端で切除電極９１にＲＦエネルギーを送るために接合ボックス４６に接続された。ＲＦ発振器リターン電極５２も水槽４４に収容され、ＲＦ発振器５０に接続された。
【００６２】
図６の装置は、３つの磁界発生部材、例えば、装置の下に配置された中心部の間でほぼ４０ｃｍの三角形に配置された電磁石（図示せず）によって発生された磁界内に収容された。試験される各カテーテルにおいて、ＲＦエネルギーをカテーテルの先端の電極９１に供給する前に１０の位置の値の読みとりが行われた。他の１０の位置読み取りは、ＲＦエネルギーが７０Ｗの電力水準で遠位端の電極に供給が開始された後に、行われた。いくつかの種類のカテーテルが評価された。カテーテルの種類は、フェライトを含むセンサコイルコアを備えた位置センサを有するカテーテルと、カルボニル鉄を含むセンサコイルコアを備えた位置センサを有するカテーテルと、本発明によるWiegand効果材料からつくられるコア１２を備えたセンサコイル１０を備えたカテーテル８０とを含む。本発明のWiegand効果材料を備えたセンサコイル１０を備えたカテーテル８０を試験するとき、温度に対する感度の補正アルゴリズムが信号プロセッサ４８によって使用された。
【００６３】
試験中、カテーテル先端が水槽に堅固に固定されるので、位置エラーがなく、カテーテル先端部は、遠位先端電極にＲＦエネルギーを供給する前後において、同じ場所に配置された。実際のところ、ＲＦエネルギーの供給前及びその間に、先端の場所の間の差異が観察された。シミュレートされた切除条件の間、センサコアの関数としてのカテーテルの平均位置エラー（ＲＦエネルギーをカテーテル先端電極に供給する前及びその間、先端位置の差異の絶対値として定義される）を下のように示す。
【００６４】
【表２】

表２に示すように、Wiegand効果材料（Wiegand合金）コア１２を有するセンサコイル１０は、フェライト及びカルボニル鉄コアセンサコイルの双方にわたって感度において２Ｘの増加を示した。高度な精度、例えば、０．５ｍｍのみのエラーが維持された。位置及び方向の座標情報のこの最小限のエラーは、本発明による温度に対する感度補正の直接の結果である。従って、たとえ本発明による位置センサ１０が７．０Ｖ／ガウス乃至８．０Ｖ／ガウスの間の範囲の全体の感度を表すとしても、位置センサ１０は、最小限の位置エラーによって高度の感度を示した。したがって、本発明による位置センサ１０は、サーマル切除処置のような８０℃までの高温を呈する医療的な用途を含む種々の医療処置に特に有効である。さらに、本発明の一センサ１０のほぼ０．５ｍｍの平均位置エラー及びこれが非常に接近しており、もし無視できないならば、たとえこれらのコイルが低い感度を示してもカルボニル鉄コアセンサコイルによって観察された位置エラーに非常に接近している。したがって、本発明の位置センサ１０によって行われる寸法の大きな増加の変化による精度の低下は無視できる。これら２つの材料の要求の取り扱い及び製造によって呈される課題によってそのコア材料のようなフェライトまたはカルボニル鉄のいずれかを使用する位置センサでは、寸法の利点は達成することができない。これら２つの材料と関連する欠点は、これらの材料におけるもろさによる特性によるものであり、これらは、センサにおいて長さ直径との間の比の全体の制限を有する。したがって、本発明の位置センサ１０は、これらの欠点を解消するので、従来考えられるものおよび上述したものよりかなり小さい寸法の装置に使用することができる。
【００６５】
位置センサによる温度測定
また、本発明は、センサコイル１０及び位置及び方向決定システム３０を使用する医療用装置８０の位置センサ（センサコイル）１０に隣接した温度を測定する方法を含む。本発明による医療用装置８０の温度を測定する方法は、システム３０の電磁界発生器（図示せず）を励起するために使用される信号と異なる温度測定信号を確立することを含む。磁界発生信号と同じように、温度測定信号は、ＡＣ信号である。しかしながら、温度測定信号は、磁界発生器を駆動するために使用される周波数と異なる周波数である。
【００６６】
温度測定信号は、システム３０によってセンサコイル１０に伝達される均一なＡＣ信号である。例えば、磁界発生器は、３ＫＨｚを有する磁界発生信号によって駆動され、センサコイル１０に送られる温度測定信号は、４ＫＨｚの周波数を有する。
【００６７】
医療用装置８０は、医療処置、例えば、アブレーション処置で使用されるが、装置８０とともに使用される装置または他の装置によって処置の間に発生される温度は、装置８０のセンサコイル１０を使用してシステム３０によって監視され、測定される。上述したように、本発明による方法は、装置８０のセンサコイル１０に隣接する温度を直接測定するために特に有効である。
【００６８】
温度を測定する際に、温度測定信号、例えば、４ＫＨｚの信号がセンサコイル１０に提供され、センサコイル１０の電圧は、信号プロセッサ４８を通ってシステム３０によって測定される。温度測定信号、例えば、電流（Ｉ）及び測定電圧は、双方がこの時点で知られ、信号プロセッサ４８は、これらの２つの値に基づいてセンサコイル１０の抵抗を容易に決定する。
【００６９】
上述した本発明の温度による感度アルゴリズムによれば、温度測定信号と測定された電圧に基づいて信号プロセッサ４８によって決定される抵抗値が、信号プロセッサ４８によってドリフト係数（ｂ_０）によって調整される。したがって、この調整は、信号プロセッサ４８がセンサコイル１０の実際の温度を正確に決定することができるようにする。
【００７０】
したがって、本発明による温度測定方法において、センサコイル１０を有する医療用装置８０は、患者内に配置され、装置８０によって医療処置を実行するために所望の場所に磁界内に配置される。位置及び方向決定システム３０は、複数の磁界発生器（図示せず）に提供された発生器信号を通して磁界を発生する。上述したように、第１の周波数、例えば、３ＫＨｚの周波数で磁界発生器信号が磁界発生器に供給され、第２の周波数、例えば、４ＫＨｚの第２の周波数の測定信号がセンサコイル１０に供給される。
【００７１】
医療用装置８０は、患者内で外部から加えられる磁界内の所望の場所で使用されるので、センサコイル１０の電圧を測定するために信号プロセッサ４８によって電圧測定が行われる。上述したアルゴリズムによれば、温度測定信号（Ｉ）及び測定された電圧値は、センサコイル１０の抵抗値を決定するために信号プロイセッサ４８によって使用される。このアルゴリズムによれば、実際の温度値は、センサコイル１０によって測定された実際の温度に基づいてリアルタイムで決定される。
【００７２】
したがって、実際の温度値によって、システム３０を使用する操作者または移植部材は、適当な動作をとることができる。例えば、もし、アブレーション処置のような処置の間に発生される温度が高すぎる、例えば、８０℃を越える場合には、医師は、処置を停止することを望み、手順を続ける前にその場所の温度を下げることができる。これは、患者にとって安全である。
【００７３】
したがって、本発明による温度測定方法は、医師に大きな柔軟性を与え、温度モニタまたは熱電対のような温度センサの別の部品を使用する必要性を解消する。したがって、本発明によるセンサコイル１０を使用することによって、医療処置の全体のコストが低減される。
【００７４】
本発明の好ましい実施形態を説明したが、これは例示であることは当業者には明らかである。当業者によれば、多数の改造、変更、及び置換が本発明から逸脱することなく行われることは明らかである。したがって、本発明はクレームの精神及び範囲によってのみ制限されるものである。
【００７５】
この発明の具体的な実施態様は次の通りである。
（Ａ）医療処置の間に患者の体内のある場所の温度を測定する方法であって、
位置センサを有する医療用装置を用意する工程と、
前記患者内に医療用装置を配置し、前記患者の体内のある場所に位置センサを配置する工程と、
温度測定信号を前記位置センサに送る工程と、
前記位置センサの電圧を測定する工程と、
前記温度測定信号及び前記電圧に基づいて抵抗値を決定する工程と、
前記抵抗値に基づいて温度値を決定する工程とを有する温度を測定する方法。
（１）アルゴリズムに基づいて前記温度値を決定する工程を有する実施態様（Ａ）に記載の方法。
（２）前記アルゴリズムによる抵抗値に抵抗ドリフト係数を提供する工程を有する実施態様（１）に記載の方法。
（３）前記患者内のある場所に外部から加えられる磁界を発生する工程を有する実施態様（Ａ）に記載の方法。
（４）発生器信号によって外部から加えられる磁界を発生し、前記発生器信号は前記温度測定信号と異なる周波数である実施態様（３）に記載の方法。
（５）前記発生器信号は、ＡＣ磁界を発生するために使用される実施態様（４）に記載の方法。
【００７６】
（６）前記発生器信号は３ＫＨｚである実施態様（５）に記載の方法。
（７）前記温度測定信号は、４ＫＨｚである実施態様（６）に記載の方法。
（８）前記位置センサの前記電圧を測定するために信号プロセッサを使用する工程を有する実施態様（Ａ）に記載の方法。
（９）前記信号プロセッサを使用して前記抵抗値を決定する工程を有する実施態様（８）に記載の方法。
（１０）前記信号プロセッサを使用して温度値を決定する工程を有する実施態様（９）に記載の方法。
【００７７】
（１１）前記医療用装置によって所定の場所で切除処置を行う工程を有する実施態様（１０）に記載の方法。
（Ｂ）位置センサを有する医療用装置の温度に対する感度を調整する方法であって、
位置センサを有する医療用装置を用意する工程と、
前記位置センサの電圧を測定する工程と、
前記測定電圧から抵抗値を決定する工程と、
前記抵抗値に基づいて位置センサの温度値を決定する工程と、
前記温度に基づいて位置センサの感度を決定する工程とを有する温度に関する感度を調整する方法。
（１２）前記感度に基づいて前記位置センサからの位置情報を調整する工程を含む実施態様（Ｂ）に記載の方法。
（１３）前記感度に基づいて前記位置センサから位置及び方向座標を調整する工程を有する実施態様（１２）に記載の方法。
（１４）前記抵抗ドリフト係数を前記抵抗値にかけることによって前記位置センサの温度値を決定する工程を有する実施態様（１３）に記載の方法。
（１５）前記抵抗ドリフト係数を信号プロセッサのメモリから呼び出す工程を有する実施態様（１４）に記載の方法。
【００７８】
（１６）前記位置センサの抵抗対温度プロフィールから抵抗ドリフト係数を確立する工程を有する実施態様（１５）に記載の方法。
（１７）前記感度ドリフト係数を前記温度値にかけることによって前記位置センサの前記感度を決定する工程を有する実施態様（１３）に記載の方法。
（１８）前記抵抗ドリフト係数を信号プロセッサのメモリから呼び出す工程を有する実施態様（１７）に記載の方法。
（１９）前記位置センサの感度対温度プロフィールから抵抗ドリフト係数を確立する工程を有する実施態様（１８）に記載の方法。
【００７９】
【発明の効果】
本発明によれば、高温で高精度を維持する小型の位置センサまたはセンサコイルによる温度測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による位置センサとして使用するコアを有するセンサコイルの断面図である。
【図２】医療用装置の本体に取り付けられた位置センサとして図１のセンサコイルの断面図である。
【図３】本発明による図１及び図２の位置センサ及び医療用装置の試験装置の図面である。
【図４】温度の関数としての抵抗を示す本発明による位置センサの熱回帰の実験を示したチャートである。
【図５】温度の関数として感度を示した本発明による位置センサの熱回帰の実験を示すチャートである。
【図６】本発明による位置センサを使用する他の試験装置の図面である。
【図７】時間の関数として電圧を示した本発明による位置センサのWiegand効果材料のパルス出力のグラフである。
【符号の説明】
１０ コイル
１２ コア
１６ ワイヤ
２２ 熱電対
２４ ガラス管
２８ ヘルムホルツ型コイル
３０ 位置システム
３６，３８ リード線
４８ 信号プロセッサ
８０ 医療用装置

Claims (20)

1. 医療処置の間に患者の体内のある場所の温度を測定するシステムであって、
   位置センサを有する医療用装置にして、当該医療用装置が前記患者内に配置され、当該位置センサが前記患者の体内のある場所に配置される、医療用装置と、
   当該医療用装置の位置及び／又は方向を決定するために、外部から加えられ前記位置センサがその中に配置される磁界を発生する手段と、
   温度測定信号を前記位置センサに送る手段と、
   前記位置センサの電圧を測定する手段と、
   前記温度測定信号及び前記電圧に基づいて抵抗値を決定する手段と、
   前記抵抗値に基づいて温度値を決定する手段とを備える、温度を測定するシステム。
2. 前記温度値を決定するためのアルゴリズムをさらに備える請求項１に記載のシステム。
3. 前記アルゴリズムにより抵抗値に抵抗ドリフト係数を提供する請求項２に記載のシステム。
4. 前記磁界を発生する手段は、発生器信号によって外部から加えられる磁界を発生し、前記発生器信号は前記温度測定信号と異なる周波数である請求項１に記載のシステム。
5. 前記発生器信号は、ＡＣ磁界を発生するために使用される請求項４に記載のシステム。
6. 前記発生器信号は３ＫＨｚである請求項５に記載のシステム。
7. 前記温度測定信号は、４ＫＨｚである請求項６に記載のシステム。
8. 前記位置センサの電圧を測定する手段は信号プロセッサである請求項１に記載のシステム。
9. 前記信号プロセッサを使用して前記抵抗値を決定する請求項８に記載のシステム。
10. 前記信号プロセッサを使用して前記温度値を決定する請求項９に記載のシステム。
11. 前記医療用装置によって所定の場所で切除処置を行う請求項１０に記載のシステム。
12. 位置センサを有する医療用装置の温度に対する感度を調整するシステムであって、
    位置センサを有する医療用装置と、
    当該医療用装置の位置及び／又は方向を決定するために、外部から加えられ前記位置センサがその中に配置される磁界を発生する手段と、
    前記位置センサの電圧を測定する手段と、
    前記測定電圧から抵抗値を決定する手段と、
    前記抵抗値に基づいて位置センサの温度値を決定する手段と、
    前記温度に基づいて位置センサの感度を決定する手段とを備える、温度に関する感度を調整するシステム。
13. 前記感度に基づいて前記位置センサからの位置情報を調整する請求項１２に記載のシステム。
14. 前記感度に基づいて前記位置センサからの位置及び方向座標を調整する請求項１３に記載のシステム。
15. 抵抗ドリフト係数を前記抵抗値に適用することによって前記位置センサの温度値を決定する請求項１４に記載のシステム。
16. 前記位置センサの温度値を決定する手段は信号プロセッサであり、前記抵抗ドリフト係数を信号プロセッサのメモリから呼び出す請求項１５に記載のシステム。
17. 前記位置センサの抵抗対温度プロフィールから抵抗ドリフト係数を確立する請求項１６に記載のシステム。
18. 感度ドリフト係数を前記温度値に適用することによって前記位置センサの前記感度を決定する請求項１４に記載のシステム。
19. 前記位置センサの感度を決定する手段は信号プロセッサであり、前記感度ドリフト係数を信号プロセッサのメモリから呼び出す請求項１８に記載のシステム。
20. 前記位置センサの感度対温度プロフィールから感度ドリフト係数を確立する請求項１９に記載のシステム。

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