JP5566664B2 - 位置測定におけるエラーの校正及び補正 - Google Patents
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Description
本出願は、2008年11月12日に出願された米国仮出願第61/113722号の利益を請求し、それを参照することにより本明細書に組み込むものとする。
本発明は、生体内の電気信号の検知に関する。より具体的には、本発明は、インピーダンス測定を用いて身体内の対象物を追跡しながら、電気信号を検知することに関する。
(関連技術の記載)
広範な医療処置は、身体内にセンサ、チューブ、カテーテル、分配装置及び移植片のような対象物を定置することを伴う。このような対象物を追跡するために、位置検知システムが開発されている。例えば、その開示が本明細書に参照することにより組み込まれる米国特許第5,983,126号(ウィットカンプ(Wittkampf))は、電気インピーダンス法を用いてカテーテルの位置を検出するシステムを記載している。本明細書に参照することにより組み込まれる、米国特許出願公開第2006/0173251号(ゴバリ(Govari)ら)及び同第2007/0038078号(オサドチー(Osadchy)は、プローブ上の電極と身体の表面上の複数の場所との間で、身体に電流を通すことにより、プローブの位置を検知するための、インピーダンスに基づく方法を記載している。
インピーダンスに基づく位置測定は、典型的には、位置検知システムの要素のうち、電流の流れ及びインピーダンスのある理想モデルを想定する。しかしながら、実際には、測定は、変動するインピーダンス及び患者の身体に接続されている他の伝導成分を通じた電流の漏れのような、非理想条件により影響を受ける。本発明の実施形態は、以下に記載するように、位置検知システムが実際に作動しなければならない、現実の、非理想測定条件を校正及び補償するための方法及びシステムを提供する。
ここで図面を見て、図1を最初に参照すると、これは本発明に開示する実施形態に従って、異常な電気的活動の領域を検出し、生体40の心臓12でアブレーション手順を実施するためのシステム10の画像である。プローブ又は先端18を有するカテーテル14は、システム10の構成要素であり、操作者16により患者の血管系を通して心腔又は心臓の血管構造に経皮的に挿入される。操作者16は、カテーテル14の遠位部を、評価されるべき標的部位の心壁に接触させる。次いで、その開示が本明細書に参照することにより組み込まれる、上記の米国特許第6,226,542号及び同第6,301,496号、並びに同一出願人による米国特許第6,892,091号に開示されている方法に従って、電気的活動マップを準備する。
複数の身体の表面の電極30は、接着皮膚用パッチであってよく、被験者の身体の表面44(例えば、皮膚)に結合される。身体の表面の電極30は、時に、本明細書では「パッチ」と呼ばれる。心臓用途では、身体の表面の電極30は、通常、心臓を取り囲むように、3つが被験者の胸に、3つが背中に割り振られる。しかしながら、身体の表面の電極30の数は重要ではなく、それらは医療処置の部位の通常の近辺で身体の表面44上の便利な位置に定置してよい。
i−身体の表面の電極指数。
j−周波数指数。これは身体の表面の電極jを通して伝送される周波数fjを意味する。
zij−パッチボックス64(図2)の事前に既知であるインピーダンス。この量は製造中に固定してもよく、又は製造手順後に決定してもよい。いずれの場合でも、既知の安定な量として処理される。
qij−電圧測定に含まれない、身体の表面の電極を通る伝送路の構成要素の事前に既知であるインピーダンス。
rij−電圧測定に含まれない、身体の表面の電極を通る伝送路の構成要素の事前に既知であるインピーダンス。
Ei−身体の表面の電極iをある周波数fiで駆動する電圧源(未知)。
Iij−ある周波数fjで身体の表面の電極iで測定される電流。
Vij−ある周波数fjで身体の表面の電極iで測定される電圧。
Cvij−事前に既知である電圧校正定数。
Ciij−C事前に既知である電流校正定数。
量qij及びrijもまた、「身体の表面受信器の寄生インピーダンス」と呼ばれる。
図5を参照すると、これは、本発明で開示する実施形態に従って、クロストーク校正のために構成された位置決めシステム26(図2)の概略回路図である。身体電極受信器58は、おおよそ身体のインピーダンスを擬似する抵抗器84の回路網に接続されている。各抵抗器84は約10オームの値を有する。抵抗回路網は、図2に示すような正常操作の身体の表面の電極30への接続を取り替える。
Iij−電極j(周波数fj)から、パッチiでの電流測定。
Vj−電圧(周波数fj)を測定する電極j伝送器。
クロストーク補償を実施するために、以下の校正データを保存する。
Xij≡Abs(Iij)−電極j(周波数fj)から、パッチiでの絶対的クロストーク値。
再び図2を参照する。位置決めプロセッサ22(図1)に組み込まれたソフトウェアプログラムにより、以下の算出を実施してもよい。更に又はあるいは、位置決めプロセッサ22のハードウェア実装を用いて算出を行ってもよい。
オンライン操作
正常システム操作中、クロストーク電流は以下のように伝送電極毎に算出される。
身体のインピーダンス推定
身体のインピーダンス行列の推定は、以下に記載のようにアブレータの漏れ補償及び周波数補償で必須である。
測定値はDFT(離散フーリエ変換)結果として表される:Qij(クロストーク補償後)はIij測定に対して、Pjは
Xijは、パッチ上の電圧を示す(パッチi及び周波数fjに対する)。また、多周波Eij≡δijEij(実際にはパッチiは周波数fjのみを伝送することを意味する)として身体電極受信器58(図2)に組み込まれる、それぞれの身体の表面の電極生成器74を表す。
その際、
この章では、全て、電流は「真の測定された電流」であり、これはパッチの電流DFT値に、対応する校正定数Cip,fjが乗じられ、アブレータの漏れ電流のDFT値に、対応する校正定数
引き続き図2を参照すると、位置決めシステム26のアブレーション漏れトレーニング位相は、一旦身体の表面の電極30及びアブレータの身体の表面の電極56が所定の位置に配置されると、開始される。
引き続き図2を参照すると、正常システム操作中、スイッチ70は閉じられており、アブレータ54をその後いつでも操作することができると思われる。身体の表面の電極30を通る電流Ip,fkは、アブレータの身体の表面の電極56を通る電流I8 fkとともに測定される。初期設定段階で推定される、パラメータαp,fkを用いて、補償は以下のように実施される。
以下のように身体コンダクタンス行列を書く。
e−カテーテル電極(1Vの電源により励磁される場合)から放たれる総電流。
S−電極からパッチで受信された電流のベクトル。
σ−上記で推定したような、パッチ毎のコンダクタンス行列。
I−単位行列。
σ−上記で推定したパッチ毎のコンダクタンス行列。
Rfk−i番目の対角要素として(rik+qik+zik)を有する対角行列(カテーテルは周波数fkを伝送する)。
(1) 身体内の対象物の位置を検知する方法であって、
前記身体内のプローブを位置決めする工程と、
前記対象物上の少なくとも1つの第1電極と前記身体の表面上の複数の第2電極との間を通るマッピング電流の測定を行う工程と、
前記第1電極及び前記第2電極以外の、1つ又はそれ以上の医療装置に対するシステム依存的電気結合の効果を含む、前記測定値の1つ又はそれ以上の非理想的特性を補償するように、前記測定値を校正する工程と、
前記校正された測定値を用いて、前記身体内の前記プローブの位置を計算する工程と、を含む方法。
(2) 前記測定値の校正が、システム依存的電気結合の前記効果を算出することと、マッピング生成器誘発性クロストークを算出することと、を含む、実施態様1に記載の方法。
(3) システム依存的電気結合の前記効果の算出が、前記身体内の前記プローブを位置決めする前に実施され、
それぞれのパッチ測定回路を提供して、前記第2電極を通過する前記マッピング電流のそれぞれの部分を決定する工程と、
前記パッチ測定回路を電気的にバイパスする工程と、
その後、前記パッチ測定回路を用いて、前記第2電極により経験されるそれぞれのクロストーク信号を決定する工程と、を含む、実施態様2に記載の方法。
(4) それぞれのクロストーク信号の決定が、各前記第2電極について、その中で経験される電流と電圧との間の位相を決定することを含み、前記電流及び前記電圧が、それぞれ前記少なくとも1つの第1電極に接続された伝送器から結合されている、実施態様3に記載の方法。
(5) 前記1つ又はそれ以上の医療装置が、前記プローブに連結しているアブレータ及び前記身体の前記表面上の第3電極を含み、前記測定値の校正が、前記少なくとも1つの第1電極から前記アブレータ及び前記第3電極を通して、前記第2電極へ延在する経路に流れ込むそれぞれの漏れ電流を算出することを含み、前記位置の計算が、前記アブレータが前記身体及び前記マッピング電流のうち1つの電流の生成器に連結されている間に実施される、実施態様2に記載の方法。
(6) それぞれの漏れ電流の算出が、
前記アブレータを前記プローブから切断することと、
前記マッピング電流のうち1つの電流の前記生成器から前記アブレータ及び前記第3電極に通るアブレータ漏れ電流を決定することと、
前記マッピング電流のそれぞれの動作周波数で、前記アブレータ漏れ電流と前記マッピング電流との間の関係を算出することと、を含む、実施態様5に記載の方法。
(7) それぞれの漏れ電流の算出が、
前記アブレータを前記プローブから切断することと、
前記マッピング電流のうち1つの電流の前記生成器から前記アブレータ及び前記第3電極に通るアブレータ漏れ電流を決定することと、
前記第2電極での前記アブレータ漏れ電流のそれぞれの成分を決定することと、
前記成分と前記アブレータ漏れ電流との間の比をそれぞれ算出することと、を含む、実施態様5に記載の方法。
(8) それぞれの漏れ電流の算出が、前記身体内の前記プローブを位置決めした後に実施され、各前記マッピング電流と前記第2電極を通る前記マッピング電流の合計との間の比を決定することを含む、実施態様5に記載の方法。
(9) 前記比の決定が、前記第2電極における前記マッピング電流のそれぞれの動作周波数で実施され、前記動作周波数の一部から前記動作周波数の他の部分を推定することを更に含む、実施態様8に記載の方法。
(10) 前記測定値の校正が、前記第2電極をそれぞれの身体表面の受信器及び身体表面の生成器に連結させることと、前記身体表面の受信器及び前記身体表面の生成器を用いて、前記第2電極の中でパッチ毎のコンダクタンス行列を決定することを更に含む、実施態様1に記載の方法。
(11) 前記パッチ毎のコンダクタンス行列を適用して、前記身体表面の受信器により測定される電流の周波数補償を実施することを更に含む、実施態様10に記載の方法。
(12) 対象物の位置を検知する装置であって、
被験者の身体に挿入されるよう適合したプローブと、
前記プローブの遠位端部付近に配置される少なくとも1つの第1電極と、
前記身体の表面にそれぞれの場所で結合されるよう適合した複数の第2電極と、
前記プローブ上の前記第1電極と前記身体の前記表面上の前記第2電極との間にマッピング電流を通すための、前記第1電極に接続される少なくとも1つの電極伝送器と、
前記マッピング電流の測定を行うため、前記第1電極及び前記第2電極以外の1つ又はそれ以上の医療装置へのシステム依存的電気結合の効果を含む、前記測定値の1つ又はそれ以上の非理想的特性を補償するように前記測定値を校正するため、かつ前記校正された測定値を用いて前記身体内の前記プローブの位置を計算するために適合された制御ユニットと、を含む、装置。
(13) 前記測定値の校正が、システム依存的電気結合の前記効果を算出することと、マッピング生成器誘発性クロストークを算出することと、を含む、実施態様12に記載の装置。
(14) システム依存的電気結合の前記効果の算出が、前記身体内の前記プローブを位置決めする前に実施され、
それぞれのパッチ測定回路を提供して、前記第2電極を通過する前記マッピング電流のそれぞれの部分を決定する工程と、
前記パッチ測定回路を電気的にバイパスする工程と、
その後、前記パッチ測定回路を用いて、前記第2電極により経験されるそれぞれのクロストーク信号を決定する工程と、を含む、実施態様13に記載の装置。
(15) それぞれのクロストーク信号の決定が、各前記第2電極について、その中で経験される電流と電圧との間の位相を決定することを含み、前記電流及び電圧が、それぞれ前記少なくとも1つの第1電極に接続された伝送器から結合されている、実施態様14に記載の装置。
(16) アブレータ及び前記身体の前記表面上の第3電極を更に含み、前記測定値の校正が、前記少なくとも1つの第1電極から前記アブレータ及び前記第3電極を通して、前記第2電極へ延在する経路に流れ込むそれぞれの漏れ電流を算出することを含み、前記位置の計算が、前記アブレータが前記身体及び前記マッピング電流のうち1つの電流の生成器に連結されている間に実施される、実施態様13に記載の装置。
(17) それぞれの漏れ電流の算出が、
前記アブレータを前記プローブから切断することと、
前記マッピング電流のうち1つの電流の前記生成器から前記アブレータ及び前記第3電極に通るアブレータ漏れ電流を決定することと、
前記マッピング電流のそれぞれの動作周波数での前記アブレータ漏れ電流と前記マッピング電流との間の関係を算出することと、を含む、実施態様16に記載の装置。
(18) それぞれの漏れ電流の算出が、
前記アブレータを前記プローブから切断することと、
前記マッピング電流のうち1つの電流の前記生成器から前記アブレータ及び前記第3電極に通るアブレータ漏れ電流を決定することと、
前記第2電極での前記アブレータの漏れ電流のそれぞれの成分を決定することと、
前記成分と前記アブレータ漏れ電流との間の比をそれぞれ算出することと、を含む、実施態様16に記載の装置。
(19) それぞれの漏れ電流の算出が、前記身体内の前記プローブを位置決めした後に実施され、各前記マッピング電流と前記第2電極を通過する前記マッピング電流の合計との間の比を決定することを含む、実施態様16に記載の装置。
(20) 前記比の決定が、前記第2電極における前記マッピング電流のそれぞれの動作周波数で実施され、前記動作周波数の一部から前記動作周波数の他の部分を推定することを更に含む、実施態様19に記載の装置。
(21) 前記測定の校正が、前記第2電極をそれぞれの身体表面の受信器及び身体表面の生成器と連結させることと、前記身体表面の受信器及び前記身体表面の生成器を用いて、前記第2電極の中でパッチ毎のコンダクタンス行列を決定することとを更に含む、実施態様12に記載の装置。
(22) 前記制御ユニットが、前記パッチ毎のコンダクタンス行列を適用して、前記身体表面の受信器により測定される電流の周波数補償を実施するために作動する、実施態様21に記載の装置。
Claims (11)
- 対象物の位置を検知する装置であって、
被験者の身体に挿入されるよう適合したプローブと、
前記プローブの遠位端部付近に配置される少なくとも1つの第1電極と、
前記身体の表面にそれぞれの場所で結合されるよう適合した複数の第2電極と、
前記プローブ上の前記第1電極と前記身体の前記表面上の前記第2電極との間にマッピング電流を通すための、前記第1電極に接続される少なくとも1つの電極伝送器と、
前記マッピング電流の測定を行うため、前記第1電極及び前記第2電極以外の1つ又はそれ以上の医療装置へのシステム依存的電気結合の効果を含む、前記測定値の1つ又はそれ以上の非理想的特性を補償するように前記測定値を校正するため、かつ前記校正された測定値を用いて前記身体内の前記プローブの位置を計算するために適合された制御ユニットと、を含み、
前記身体の前記表面上の第3電極を更に含み、前記測定値の校正が、前記少なくとも1つの第1電極から前記第3電極を通して、前記第2電極へ延在する経路に流れ込むそれぞれの漏れ電流を算出することを含む、装置。 - 対象物の位置を検知する装置であって、
被験者の身体に挿入されるよう適合したプローブと、
前記プローブの遠位端部付近に配置される少なくとも1つの第1電極と、
前記身体の表面にそれぞれの場所で結合されるよう適合した複数の第2電極と、
前記プローブ上の前記第1電極と前記身体の前記表面上の前記第2電極との間にマッピング電流を通すための、前記第1電極に接続される少なくとも1つの電極伝送器と、
前記マッピング電流の測定を行うため、前記第1電極及び前記第2電極以外の1つ又はそれ以上の医療装置へのシステム依存的電気結合の効果を含む、前記測定値の1つ又はそれ以上の非理想的特性を補償するように前記測定値を校正するため、かつ前記校正された測定値を用いて前記身体内の前記プローブの位置を計算するために適合された制御ユニットと、を含み、
アブレータ及び前記身体の前記表面上の第3電極を更に含み、前記測定値の校正が、前記少なくとも1つの第1電極から前記アブレータ及び前記第3電極を通して、前記第2電極へ延在する経路に流れ込むそれぞれの漏れ電流を算出することを含み、前記位置の計算が、前記アブレータが前記身体及び前記マッピング電流のうち1つの電流の生成器に連結されている間に実施される、装置。 - 前記測定値の校正が、システム依存的電気結合の前記効果を算出することと、マッピング生成器誘発性クロストークを算出することと、を含む、請求項1または2に記載の装置。
- システム依存的電気結合の前記効果の算出が、前記身体内の前記プローブを位置決めする前に実施され、
それぞれのパッチ測定回路を提供して、前記第2電極を通過する前記マッピング電流のそれぞれの部分を決定する工程と、
前記パッチ測定回路を電気的にバイパスする工程と、
その後、前記パッチ測定回路を用いて、前記第2電極により経験されるそれぞれのクロストーク信号を決定する工程と、を含む、請求項3に記載の装置。 - それぞれのクロストーク信号の決定が、各前記第2電極について、その中で経験される電流と電圧との間の位相を決定することを含み、前記電流及び電圧が、それぞれ前記少なくとも1つの第1電極に接続された伝送器から結合されている、請求項4に記載の装置。
- それぞれの漏れ電流の算出が、
前記アブレータを前記プローブから切断することと、
前記マッピング電流のうち1つの電流の前記生成器から前記アブレータ及び前記第3電極に通るアブレータ漏れ電流を決定することと、
前記マッピング電流のそれぞれの動作周波数での前記アブレータ漏れ電流と前記マッピング電流との間の関係を算出することと、を含む、請求項2に記載の装置。 - それぞれの漏れ電流の算出が、
前記アブレータを前記プローブから切断することと、
前記マッピング電流のうち1つの電流の前記生成器から前記アブレータ及び前記第3電極に通るアブレータ漏れ電流を決定することと、
前記第2電極での前記アブレータの漏れ電流のそれぞれの成分を決定することと、
前記成分と前記アブレータ漏れ電流との間の比をそれぞれ算出することと、を含む、請求項2に記載の装置。 - それぞれの漏れ電流の算出が、前記身体内の前記プローブを位置決めした後に実施され、各前記マッピング電流と前記第2電極を通過する前記マッピング電流の合計との間の比を決定することを含む、請求項1または2に記載の装置。
- 前記比の決定が、前記第2電極における前記マッピング電流のそれぞれの動作周波数で実施され、前記動作周波数の一部から前記動作周波数の他の部分を推定することを更に含む、請求項8に記載の装置。
- 前記測定の校正が、前記第2電極をそれぞれの身体表面の受信器及び身体表面の生成器と連結させることと、前記身体表面の受信器及び前記身体表面の生成器を用いて、前記第2電極の中でパッチ毎のコンダクタンス行列を決定することとを更に含む、請求項1または2に記載の装置。
- 前記制御ユニットが、前記パッチ毎のコンダクタンス行列を適用して、前記身体表面の受信器により測定される電流の周波数補償を実施するために作動する、請求項10に記載の装置。
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