KR20070081112A - 의료용 프로브들의 ２단계 교정 - Google Patents

의료용 프로브들의 ２단계 교정 Download PDF

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아사프 고바리
디미트리 모델
야론 에브랏
안드레스 클라우디오 알트만
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바이오센스 웹스터 인코포레이티드
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Abstract

피실험자의 신체로 삽입하기 위한 프로브(probe)는 센서와, 그 센서에 관련된 제 1 교정 데이터(first calibration data)를 저장하는 제 1 마이크로 회로와, 상기 프로브의 인접단에서의 제 1 커넥터를 포함한다. 프로브 어댑터는 상기 제 1 커넥터와 짝을 이루는 제 2 커넥터와, 상기 센서 신호를 처리하는 신호 처리 회로와, 상기 신호 처리 회로와 관련된 제 2 교정 데이터를 저장하는 제 2 마이크로 회로를 포함한다. 상기 어댑터에서 마이크로컨트롤러는 상기 제 1 및 제 2 교정 데이터를 수신하여 결합된 교정 데이터를 계산한다. 상기 어댑터는 콘솔(console)상에서 제 4 커넥터와 짝을 이루는 제 3 커넥터를 포함한다. 상기 콘솔은 상기 프로브 어댑터에 의해 제공되는 상기 결합된 교정 데이터를 사용하여 처리된 신호를 분석하는 신호 분석 회로설계를 포함한다.
프로브, 교정, 카테터, 콘솔, 센서

Description

의료용 프로브들의 ２단계 교정{Two-stage calibration of medical probes}
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 카테터 기반(catheter-based) 의료 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따라 도 1의 시스템에서의 콘솔과 카테터들에 사용되는 회로를 개략적으로 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 카테터 교정을 위한 방법을 개략적으로 도시한 흐름도.
본 발명은 일반적으로 의료 진단 및 치료를 위한 침습성 시스템들, 보다 구체적으로는 그러한 시스템들에서 사용되는 프로브들 및 센서들의 교정에 관한 것이다.
신체 내 프로브들의 위치를 추적하는 것은 많은 의료 절차들에 요구된다. 예를 들어, 다양한 시스템들이 자기장 감지에 기초하여 신체에서 대상의 위치 좌표(위치 및/또는 방향)를 결정하도록 개발되어 왔다. 이들 시스템들은 외부적으로 생성된 자기장들의 상대적 세기들을 측정하고 이러한 측정들로부터 그 대상의 위치을 알아내도록 그 대상에 부착되는 센서들을 사용한다. (본 특허 출원 및 청구항들에서 사용되는 용어 "위치"는 위치 좌표들, 각방위 좌표들, 또는 양자 모두를 포함하는 공간적 좌표들의 임의의 세트를 언급한다.) 자기 기반 위치 감지를 위한 방법들은 예를 들어 Ben-Haim에 의한 미국 특허들 제 5,391,199 호, 제 5,443,489 호, 및 제 6,788,967 호와, Ben-Haim 등에 의한 미국 특허 제 6,690,963 호와, Acker 등에 의한 미국 특허 제 5,558,091 호와, Ashe에 의한 미국 특허 제 6,172,499 호와, Govari에 의한 미국 특허 제 6,177,792 호에 개시되어 있으며, 그러한 명세서들 모두는 참조문헌으로 본 명세서에 포함된다.
정확한 위치 측정들이 요구될 때, 프로브는 미리 교정될 수 있다. 예시적인 교정 프로세스는 Osadchy 등에 의한 미국 특허 제 6,266,551 호에 기술되어 있으며, 상기 명세서는 참조문헌으로 본 명세서에 포함된다. 이러한 특허에서 기술된 실시예들에 있어서, 신체 내에서 카테터의 위치 및 방위를 결정하도록 사용되는 디바이스는 상기 카테터의 말단에 근접한 복수의 코일들을 포함한다. 상기 카테터는 상기 디바이스의 교정에 관한 정보를 저장하는 그 카테터의 인접단에 근접한 전자 마이크로 회로를 포함한다. 상기 마이크로 회로는 EEPROM, EPROM, PROM, 플래시 ROM, 또는 비휘발성 RAM과 같은 판독/기록 메모리 구성요소를 포함하며, 그 정보는 디지털 형태로 저장된다. 교정 정보는 코일들로부터 카테터의 말단 팁의 상대적 배치에 관한 데이터를 포함한다. 교정 정보는 또한 직교성으로부터 코일들의 편차에 관한 데이터나, 그 코일들의 각각의 이득들에 관한 데이터 또는 이들 데이터의 조합을 포함할 수 있다.
참조문헌으로 본 명세서에 포함되는 Osadchy 등에 의한 미국 특허 제 6,370,411 호에서는 제어 콘솔로 접속하기 위한 카테터 어셈블리를 기술하고 있다. 그 카테터 어셈블리는 2개의 부분들, 환자의 신체로 삽입되는 최소의 복잡성을 갖는 카테터와, 콘솔 및 카테터의 인접단 사이에 접속하는 접속 케이블을 포함한다. 상기 카테터는 그 카테터에 특유한 교정 데이터를 전달할 수 있는 마이크로 회로를 포함한다. 상기 케이블은 카테터로부터 정보를 수신하고 그것을 콘솔로 적절한 형태에 따라 전달하는 액세스 회로를 포함한다. 바람직하게는 상기 케이블은 특정한 모델 또는 형태의 모든 카테터들로 동작하고, 따라서 카테터가 대체될 때 그 케이블을 대체할 필요가 없다. 상기 케이블은 그 케이블과 연관된 하나 이상의 카테터들의 모델들의 정보 특성이 저장되는 추가적인 마이크로 회로를 포함한다. 상기 추가적인 마이크로 회로는 또한 상기 케이블 내 증폭기들 및 상기 액세스 회로에 대한 교정 정보를 포함할 수 있다. 상기 증폭기들의 교정 정보는 예를 들어 그것들의 제로 이득(zero-gain), DC 오프셋, 및 선형성을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 침습성 의료용 프로브에 관한 교정 정보를 생성, 저장, 및 계산하는데 편리한 방법들을 제공한다.
개시된 실시예들에 있어서, 프로브는 콘솔에 또 다른 짝을 이루는 커넥터를 통해 차례대로 접속하는 어댑터에 적절한 짝을 이루는 커넥터를 통해 접속한다. 상기 프로브는 센서 교정 데이터를 저장하는 센서 및 프로브 마이크로 회로를 포함한다. 상기 어댑터는 그 센서에 의해 출력되는 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 포 함한다. 상기 어댑터는 그 신호 처리 회로와 관련된 교정 데이터를 저장하는 그것 자신의 마이크로 회로를 포함한다. 상기 어댑터에서 마이크로컨트롤러는 마이크로 회로들 모두로부터의 데이터에 기초하여 결합된 교정 데이터를 계산한다. 콘솔에서 신호 분석 회로는 처리된 신호를 수신하고 프로브 어댑터에 의해 제공되는 결합된 교정 데이터를 사용하여 이 신호를 분석한다.
예시적인 실시예에서, 센서는 위치 신호를 출력하고, 신호 처리 회로는 그 위치 신호를 증폭하는 증폭기를 포함한다. 콘솔은 그 센서 및 증폭기 모두로 인한 편차들에 대해 정정되는, 프로브의 정확한 위치 좌표들을 계산하기 위해 결합된 교정 데이터를 사용한다. 상기 어댑터는 센서 및 증폭기 모두를 포함하는 레거시 프로브들(legacy probes)과 함께 하드웨어 및 소프트웨어 구성 모두에 관련하여 이루어지며, 카테터에 대한 전체 교정 데이터를 포함하는 단일 마이크로 회로만을 갖는다. 따라서 상기 콘솔은 그러한 레거시 프로브들 및 상기 어댑터를 통해 콘솔에 접속하는 프로브들 모두와 함께 하드웨어 또는 소프트웨어 수정 없이 사용될 수 있다.
그러므로, 본 발명의 실시예에 따라,
피실험자의 신체로 삽입하기 위해 적응되는 인접단 및 말단을 갖는 프로브로서, 센서 신호를 출력하는 센서와, 상기 센서와 관련된 제 1 교정 데이터를 저장하는 제 1 마이크로 회로와, 적어도 상기 센서에 전기적으로 결합되는 상기 프로브의 말단에서의 제 1 커넥터를 포함하는 상기 프로브와,
상기 제 1 커넥터와 짝을 이루도록 배치되는 제 2 커넥터와, 처리된 신호를 출력하도록 상기 센서 신호를 처리하기 위해 연결되는 신호 처리 회로와, 상기 신호 처리 회로에 대한 제 2 교정 데이터를 저장하는 제 2 마이크로 회로와, 상기 제 1 및 제 2 마이크로 회로들로부터 상기 제 1 및 제 2 교정 데이터를 각각 수신하고 상기 제 1 및 제 2 교정 데이터에 기초하여 결합된 교정 데이터를 계산하도록 배치되는 마이크로컨트롤러와, 적어도 상기 신호 처리 회로에 전기적으로 연결되는 제 3 커넥터를 포함하는 프로브 어댑터와,
상기 제 3 커넥터와 짝을 이루도록 배치되는 제 4 커넥터와, 상기 제 4 커넥터로부터 적어도 상기 처리된 신호를 수신하도록 결합되고 상기 프로브 어댑터에 의해 제공되는 상기 결합된 교정 데이터를 사용하여 상기 처리된 신호를 분석하도록 배치되는 신호 분석 회로 설계를 포함하는 콘솔을 포함하는 의료용 장치가 제공된다.
어떠한 실시예들에 있어서, 상기 센서는 위치 센서를 포함하고, 상기 신호 분석 회로는 상기 처리된 신호를 분석함으로써 그 프로브의 말단의 좌표들을 결정하도록 동작가능하다. 일 실시예에 있어서, 상기 위치 센서는 신체에 외부적으로 인가되는 자기장에 응답하여 상기 센서 신호를 생성하도록 동작가능하다.
개시된 실시예들에서, 프로브는 피실험자의 심장으로 삽입하기 위한 카테터를 포함한다.
어떠한 실시예들에 있어서, 그 프로브는 프로브의 제 1 형태이고, 처리된 신호는 제 1 처리 신호이고, 콘솔은 또한 상기 제 4 커넥터와 짝을 이루고 상기 제 4 커넥터에 적어도 제 2 처리 신호를 전달하도록 적응되며 제 2 처리 신호를 분석하 는데 상기 신호 분석 회로에 의해 액세스되는, 미리 결정된 어드레스 공간에 제 3 교정 데이터를 저장하는 메모리 회로를 포함하는 프로브의 제 2 형태와 관련하여 동작가능하며, 상기 마이크로컨트롤러는 상기 처리 회로에 따라 판독하기 위해 미리 결정된 어드레스 공간에 그 결합된 교정 데이터를 배치하도록 동작가능하다. 전형적으로, 상기 콘솔은 프로브 형태에 따라 하드웨어 또는 소프트웨어 수정 없이 프로브의 제 1 및 제 2 형태들 모두와 관련하여 동작가능하다.
일 실시예에서, 상기 제 1 교정 데이터는 센서의 감도와 프로브에 의해 유입되는 위상 편차를 표시하고, 상기 신호 처리 회로는 증폭기를 포함하며, 상기 제 2 교정 데이터는 증폭기의 이득 및 그 증폭기에 의해 유입되는 제 2 위상 편차를 표시한다.
전형적으로, 적어도 상기 제 1 및 제 2 커넥터들은 자기 간섭에 대한 차폐물을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면,
인접단 및 말단을 갖는 프로브로서, 센서 신호를 출력하는 센서와 상기 센서와 관련하여 제 1 교정 데이터를 저장하는 제 1 마이크로 회로와 적어도 상기 센서에 전기적으로 결합되는 상기 프로브의 말단에서의 제 1 커넥터를 포함하는 상기 프로브를 제공하는 단계와,
처리된 신호를 출력하도록 상기 센서 신호를 처리하기 위해 결합되는 신호 처리 회로와 상기 신호 처리 회로와 관련하여 제 2 교정 데이터를 저장하는 제 2 마이크로 회로와 적어도 상기 신호 처리 회로에 전기적으로 연결되는 제 3 커넥터 를 포함하는, 프로브 어댑터의 제 2 커넥터에 상기 프로브의 제 1 커넥터를 접속시키는 단계와,
상기 어댑터에서 마이크로컨트롤러를 사용하여, 상기 제 1 및 제 2 마이크로 회로들로부터 상기 제 1 및 제 2 교정 데이터를 각각 판독하고 상기 제 1 및 제 2 교정 데이터에 기초하여 결합된 교정 데이터를 계산하는 단계와,
신호 분석 회로를 포함하는 콘솔의 제 4 커넥터에 상기 어댑터의 제 3 커넥터를 접속시키는 단계와,
피실험자의 신체에 상기 프로브를 삽입하는 단계와,
상기 신호 분석 회로를 사용하여, 상기 어댑터로부터 적어도 상기 처리된 신호를 상기 제 4 커넥터를 통해 수신하고 상기 프로브가 신체 내에 있는 동안 상기 프로브 어댑터에 의해 제공되는 상기 결합된 교정 데이터를 사용하여 상기 처리된 신호를 분석하는 단계를 포함하는, 침습성 의료 절차를 수행하는 방법 또한 제공된다.
본 발명은 도면들과 함께 취해지는 그 실시예들의 다음의 상세한 설명으로부터 보다 완전하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 심장 카테터법(Cardiac catheterization)에 대한 시스템(20)을 개략적으로 도시한 도면이다. 시스템(20)은 예를 들어 Biosense Webster Inc에 의해 생산되는 CARTOTM 시스템을 기초로 할 수 있다. 이러한 시스템 은 카테터(22) 및 제어 콘솔(24)의 형태로 침습성 프로브를 포함한다. 그 카테터는 콘솔상에서 전형적으로 콘센트(receptacle)인 대응하는 커넥터(28)와 짝을 이루는 커넥터(26), 전형적으로 플러그를 통해 일회성 유닛으로 사용자들에게 제공되는 것이 통상적이다. 본 특허 출원의 문맥에서와 청구항들에서, 용어 "커넥터"는 납땜(soldering) 또는 크림핑(crimping)과 같은 기술적 작업들 없이 이 분야에서 쉽게 접속 및 접속 해제될 수 있는 임의의 종류의 전기적 플러그 또는 유사한 장치를 의미하도록 종래의 뜻에 따라 사용된다.
카테터(22)는 그 말단(30)이 혈관 시스템을 통해 심방으로 통과되도록 디자인되는 삽입 튜브를 포함한다. 전형적으로, 카테터의 말단은 치료 및/또는 진단 기능들을 수행하는 카테터의 말단 팁(34) 근처에 기능적 요소(32)를 포함한다. 예를 들어, 요소(32)는 전극 또는 초음파 변환기(ultrasound transducer)를 포함할 수 있다.
카테터(22)는 또한 말단(30)의 위치 좌표들을 결정하는데 사용되는 위치 센서(36)를 포함한다. CARTO 시스템에 있어서, 위치 센서는 외부적으로 적용되는 자기장에 응답하여 신호들을 출력하는, 3개의 코일들을 포함한다. dlemf 신호들은 카테터에서 신호 처리 회로(48)에 의해 증폭된다. 통상적으로, 회로(48)는 카테터를 조종하는 제어들(40) 또한 포함하는 카테터의 핸들(38)에 따라 편리하도록 위치된다. 회로(48)에 의해 출력되는 증폭된 신호들은 커넥터들(26, 28)을 통해 콘솔(24)로 케이블(42)을 지나 통과한다. 그 콘솔은 말단 팁(34)의 좌표들을 결정하도록 신호들을 처리하고 사용자 인터페이스 스크린(44)상에 그 결과를 디스플레이한다. 사 용자는 키보드와 같은 사용자 입력 장치(46)에 의해 콘솔과 상호작용할 수 있다. 이러한 형태의 자기 위치 감지 시스템들의 이론 및 동작은 본 발명의 배경 기술에 인용된 특허들에서 제공된다.
신호 처리 회로(48), 케이블(42), 및 커넥터(26)는 고가의 구성요소들이다. 시스템(20)의 일회용 부분의 비용을 감소시키기 위해, 대안적인 카테터(50)가 이러한 구성요소들이 소독없이 여러 절차들에 걸쳐 재사용되도록 허용하기 위해 생산된다. 카테터(50)는 어댑터(51)의 대응하는 커넥터(54)와 짝을 이루는 커넥터(52)를 포함한다. 그 카테터는 종료 회로(56)를 포함하고, 그것의 기능들은 이하 기술되어 있다. 어댑터(51)는 케이블(42) 및 커넥터(26) 뿐만 아니라 센서(36)로부터 신호들을 증폭하는 신호 처리 회로(58)를 포함한다. 이러한 후자의 커넥터는 커넥터(28)와 플러그 호환가능하므로, 카테터(50)는 (어댑터(51)와 관련하여) 시스템(20)에서의 카테터(22)와 상호교환가능하게 사용될 수 있다. 전형적으로, 카테터(50)는 어뎁터(51)가 재사용가능한 반면에 일회용 장치(single-use device)이다. 도 1에 도시된 실시예에서, 커넥터들(52, 54)은 "분할 핸들(split handle)"의 종류를 형성하도록 기계적으로 구성되지만, 다른 기계적 구성들 또한 동일한 전기적 기능성을 달성하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 대안적인 실시예에서, 회로 설계(58)의 일부 또는 모두가 커넥터(26)에 또는 그 커넥터 근처에 위치된다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따라 카테터(22) 및 콘솔(24)의 세부 항목들을 개략적으로 도시한 블록도이다. 센서(36)는 상호 직교하는 축들에 따라 정렬되는 3개의 비동심 코일들(non-concentric coils)(60, 62, 및 64)을 포함한다. 코일 전선 들(66)은 신호 처리 회로(48)에서의 증폭기들(72)로 케이블들(68)을 통해 접속된다. 전형적으로, 케이블 차폐물들(70)은 회로(48)에서 적절한 접지 접속(도시되지 않음)에 접지된다. 증폭기들(72)에 의해 생성되는 증폭된 신호들은 콘솔(24)에서 전단 회로(74)로 커넥터들(26, 28)을 통해 케이블(42)을 통해 통과한다. 그 전단 회로는 전형적으로 신호들을 필터링 및 디지털화하고, 말단 팁(34)의 위치 및 방위 좌표들을 계산하도록 샘플들을 처리하는 중앙 처리 유닛(CPU)(76)으로 결과적인 디지털 샘플들을 전달한다.
카테터(22)는 그 카테터의 말단 팁에 비해 코일들의 정확한 위치 및 각 스큐(angular skew) 뿐만 아니라, 코일들(60, 62, 64) 및 증폭기들(72)의 위상 오프셋 및 결합된 감도를 결정하도록 공장에서 교정된다. 교정 데이터는 그 후에 핸들(38)에서 EEPROM(electrically-erasable programmable read-only memory)과 같은 마이크로 회로 메모리(78)에 저장된다. 카테터가 임상적 사용을 위해 콘솔(24)에 후속하여 접속될 때, CPU(76)는 케이블(42)을 통과하는 버스(80)를 통해 메모리(78)로부터 교정 데이터를 판독한다. 전형적으로, 교정 데이터는 미리 결정된 포맷으로 배열되며, CPU는 메모리에서 어드레스들의 범위 또는 어떠한 어드레스로부터 데이터를 판독하도록 프로그래밍된다. CPU는 센서 신호들에 기초하여 카테터 팁의 정확한 위치 좌표들을 결정하는데 교정 데이터를 사용한다. 교정 파라미터들을 저장하기 위한 메모리(78)의 사용 및 교정 과정은 상기 언급된 미국 특허 제 6,266,551 호에 상세히 기술되어 있다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따라 카테터(50), 어댑터(51), 및 콘솔(24)의 세부 항목들을 개략적으로 도시한 블록도이다. 카테터(50)의 센서(36)는 카테터(22)에서의 것과 동일하며, 그 카테터들 모두는 상기 논의된 동일한 콘솔(24)과 함께 작동한다. 카테터(50)의 케이블들(68)은 커넥터(52)의 커넥터 핀들(82)에 접속한다. 이들 핀들은 커넥터(54)의 콘센트들(84)과 짝을 이룬다. 커넥터들(52, 54)은 또한 전형적으로 카테터(50)의 회로들을 접지시키기 위한 접지 접속들(86)을 포함한다. 전형적으로, 커넥터들(52, 54)은 예를 들어 핀들(82)상의 약한 신호들을 통한 자기 간섭을 감소시키기 위해 μ메탈(μ-metal)을 사용하는 자기 차폐물(85)을 포함한다.
카테터(50)의 센서 코일들(60, 62, 64) 및 어댑터(51)의 증폭기들(72) 모두는 상기 시스템의 전체 감도 및 위상 오프셋에 기여한다. 어댑터가 많은 상이한 카테터들과 함께 사용될 수 있고 주어진 카테터가 임의의 어댑터와도 함께 사용될 수 있기 때문에, 센서 코일들 및 증폭기들이 개별적으로 교정된다. 다시 말해서, 개별적인 교정 데이터는 각각의 카테터 및 각각의 어댑터에 대해 결정되어야 한다. 주어진 카테터 및 주어진 어댑터에 대한 적절한 교정 데이터는 그 후 그 카테터 및 어댑터가 CPU(76)에 의해 증폭된 센서 신호들에 적용되도록 정확한 전체 교정 인자들을 결정하기 위해 이 분야에서 함께 사용될 때 결합된다.
콘솔(24)이 초기에 (이전 도면들에서 도시된 바와 같이, 카테터(22)와 같은) 단일한 카테터들과 함께 동작하도록 디자인된다면, 그 후 콘솔은 카테터에서의 메모리로부터 교정 인자들의 하나의 세트만을 수신하도록 배선 및 프로그래밍될 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 레거시 카테터들에서 이들 교정 인자들은 센서 코일 들 및 증폭기들의 결합된 특징들에 관련한다. 콘솔은 개별적인 카테터 및 어댑터 교정 인자들을 수신 및 사용할 수 없다.
이러한 문제를 다루기 위해, 2개의 메모리들(88, 90)은 교정 데이터를 포함하기 위해 사용된다: 카테터(50)의 메모리(88) 및 어댑터(51)의 메모리(90). 이들 메모리들은 EEPROM 칩들이나 EPROM 또는 플래시 메모리와 같은 비휘발성 메모리의 임의의 다른 적절한 형태를 포함할 수 있다. 카테터 메모리(88)는 센서 코일들(60, 62, 64)에 대한 교정 데이터를 포함한다. 어댑터 메모리(90)는 회로(58), 특히 증폭기들(72)의 특징들에 관한 교정 데이터를 포함한다.
어댑터(51)에서 마이크로컨트롤러(92)는 메모리들(88, 90) 모두로부터 교정 데이터를 판독하여 교정 인자들의 결합된 세트를 계산한다. 그 후에, 마이크로컨트롤러는 카테터(22)(도 2a)에서 메모리(78)의 레거시 인터페이스를 에뮬레이팅하는 방식으로 콘솔에 결합된 교정 인자들을 제공한다. 예를 들어, 마이크로컨트롤러는 메모리(78)에서 교정 인자들에 대해 사용되는 것과 동일한 포맷으로 CPU(76)가 이러한 목적을 위해 액세스하도록 프로그래밍되는 것과 같이 메모리(90)에서 동일한 어드레스 범위로 결합된 교정 인자들을 기록할 수 있다. 그러므로, 어떠한 수정도 콘솔(24)이 마이크로컨트롤러(92)에 의해 계산되는 교정 인자들을 수신하고 적용할 수 있도록 하기 위해 콘솔에 요구되지 않는다.
센서(36)가 자기 위치 센서로 상술되었을지라도, 본 명세서에 기술된 상기 시스템 구성 및 방법들은 또한 초음파 및 임피던스 기반 위치 센서들과 같은 다른 형태들의 위치 센서들과 관련하여 적용될 수 있다. 임피던스 기반 시스템들에 있어 서, 예를 들어 임피던스는 신체 표면상에 놓이는 전극들 및 카테터에 부착되는 전극들 사이에서 측정되며, 위치 좌표들은 임피던스 측정들로부터 얻어진다. 임피던스 기반 위치 감지를 위한 방법들은 예를 들어 2005년 1월 7일 출원된 미국 특허 출원 11/030,934 뿐만 아니라, Wittkampf에 의한 미국 특허 제 5,983,126 호와, Swanson에 의한 미국 특허 제 6,456,864 호와, Nardella에 의한 미국 특허 제 5,944,022 호에 개시되어 있으며, 그러한 명세서들 모두가 참조문헌으로 본 명세서에 포함된다.
더욱이, 본 명세서에 기술된 실시예들이 구체적으로 위치 센서의 동작 및 교정에 관한 것일지라도, 메모리들(88, 90) 및 마이크로컨트롤러(92)는 카테터(50) 또는 다른 종류의 프로브들에서 사용되는 다른 형태들의 센서들을 교정하는데 유사하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 기능성 요소(32)를 감지 전극, 화학적 센서, 온도 센서, 압력 센서, 또는 초음파 변환기와 같은 센서로 가정하면, 메모리(88)는 이러한 센서와 관련된 교정 데이터를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 그 메모리는 예를 들어 Govari에 의한 (미국 특허 2004/0254458 A1로 공개된) 미국 특허 출원 10/447,940에 기술된 바와 같은 위치 센서에 관련하여 사용되는 초음파 영상 변환기에 관한 교정 데이터를 포함할 수 있으며, 그 명세서는 참조문헌으로 본 명세서에 포함된다.
메모리들(88, 90)은 또한 상기 언급된 미국 특허 제 6,266,551 호에 기술된 바와 같이 액세스 제어 파라미터들을 유지하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 파라미터들은 예를 들어 식별 코드, 또는 사용 카운터 또는 만료 시간을 포함할 수 있 다. 마이크로컨트롤러(92)는 메모리들(88, 90)에 저장되는 파라미터들을 판독 및 처리하여 CPU(76)에 그 결과를 제공할 수 있다. 그 후에 CPU는 부적절하거나 만료된 카테터 또는 어댑터가 콘솔에 접속된다는 것을 표시하는 경우, 시스템(20)의 동작을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라, 카테터(50)에 의해 생성되는 신호들을 교정 및 처리하는 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 카테터(50)에서 센서(36)는 센서 교정 단계(100)에 따라 적절한 교정 설정을 사용하여 교정된다. 이러한 목적을 위한 지그(jig) 및 절차들은 상기 언급된 미국 특허 제 6,266,551 호에서 기술되어 있다. 센서 교정 파라미터들은 전형적으로 알려진 진폭 및 위상의 외부적으로 인가된 자기장에 관해 측정되는 각각의 코일들(60, 62)의 감도 및 위상 시프트(Ssensor ij, Φsenxor ij)를 포함한다. 그 교정 파라미터들은 또한 직교성으로부터 코일 축들의 편차 뿐만 아니라, 카테터(50)의 말단 팁(34)에 관한 각각의 코일들의 공간 오프셋을 포함할 수 있다.
어댑터(51)에서 증폭기들(72)은 어댑터 교정 단계(102)에 따라서도 교정된다. 이러한 목적을 위해, 테스트 신호들은 (예를 들어, 커넥터(54)를 통해) 증폭기들의 입력들에 인가될 수 있고, 그 증폭기 출력들은 증폭기 이득들 및 위상 시프트들(An ij, φn ij)을 결정하기 위해 측정될 수 있다. 이들 결과들은 메모리(90)에 저장된다.
커넥터들(52, 54)이 함께 결합되고 시스템(20)이 전력 상승될 때, 마이크로컨트롤러(92)는 개시 단계(104)에서 메모리들(88, 90)로부터 교정 파라미터들을 판독한다. 그 후에, 마이크로컨트롤러는 결합된 파라미터 계산 단계(106)에서 카테터 및 어댑터에 대한 결합된 교정 파라미터들을 계산한다. 예를 들어, 마이크로컨트롤러는 결합된 감도 값을 제공하기 위해 각각의 센서 코일 감도 값들과 대응하는 증폭기의 이득을 곱할 수 있고, 결합된 위상 시프트 값을 제공하기 위해 증폭기의 위상 시프트와 센서 위상 시프트를 합할 수 있다. 대안적으로, 보다 복잡한 계산 알고리즘들이 파라미터들을 결합하기 위해 적용될 수 있다.
마이크로컨트롤러(92)는 CPU(76)가 교정 파라미터들을 발견하도록 기대하는 적절한 타겟 어드레스 공간에 결합된 교정 파라미터 값들을 기록한다. 예를 들어, 메모리(90)에서 어드레스들의 범위는 이러한 목적을 위해 사용가능하게 남겨질 수 있다. 이러한 범위로 그 파라미터들을 기록한 후에, 마이크로컨트롤러는 CPU가 버스(80)를 통해 메모리로부터 파라미터들을 판독할 수 있도록 메모리(90)의 데이터 라인들 및 제어를 라우팅한다. 이러한 목적을 위해, 마이크로컨트롤러는 그 마이크로컨트롤러 내에 내부 스위치들을 설정하거나 회로(58)에 외부 스위치들(도시되지 않음)을 설정할 수 있다. 대안적으로, 마이크로컨트롤러는 CPU(76)의 적절한 타겟 어드레스 공간에 맵핑되는 내부 메모리에 결합된 교정 파라미터 값들을 저장할 수 있고, CPU가 그 값들을 판독하려고 할 때 메모리(78)의 동작을 에뮬레이팅할 수 있다.
CPU(76)는 파라미터 판독 단계(108)에서, 어댑터(51)로부터 결합된 교정 파 라미터 값들을 판독한다. 그 후에, CPU는 카테터(50)로부터 수신하는 신호들을 처리하는데 이들 값들을 적용한다. 시스템(20)의 동작은 카테터(22) 또는 카테터(50)가 사용되는지의 여부와 무관하게 동일한 방식으로 진행한다.
상기 기술된 실시예들이 구체적으로 심부 카테터들의 어떠한 형태들에 관한 것일지라도, 본 발명의 원리들은 다른 형태들의 침습성 의료용 프로브들 및 시스템들에 유사하게 적용될 수 있다. 따라서, 상기 기술된 실시예들이 예로서 인용되며, 본 발명은 특히 상기 기술되고 도시된 것들에 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 오히려, 본 발명의 범위는 상기 기술된 다양한 특징들의 조합들 및 부수적 조합들 모두 뿐만 아니라, 종래 기술로 개시되지 않고 전술한 설명을 판독한 이 기술 분야의 숙련자에게 발생할 수 있는 변형들 및 수정들 또한 포함한다.

Claims (16)

  1. 의료 장치에 있어서,
    피실험자의 신체에 삽입하기 위해 적응되는, 인접단 및 말단을 갖는 프로브로서,
    센서 신호를 출력하는 센서,
    상기 센서에 대한 제 1 교정 데이터를 저장하는 제 1 마이크로 회로, 및
    적어도 상기 센서에 전기적으로 결합되는 상기 프로브의 인접단에서의 제 1 커넥터를 포함하는, 상기 프로브와,
    프로브 어댑터로서,
    상기 제 1 커넥터와 짝을 이루도록 배열되는 제 2 커넥터,
    처리된 신호를 출력하기 위해 상기 센서 신호를 처리하도록 결합된 신호 처리 회로,
    상기 신호 처리 회로에 관한 제 2 교정 데이터를 저장하는 제 2 마이크로회로,
    상기 제 1 및 제 2 마이크로회로들로부터 상기 제 1 및 제 2 교정 데이터를 각각 수신하고, 상기 제 1 및 제 2 교정 데이터에 기초하여 결합된 교정 데이터를 계산하도록 배열되는 마이크로콘트롤러, 및
    적어도 상기 신호 처리 회로에 전기적으로 결합되는 제 3 커넥터를 포함하는, 상기 프로브 어댑터와,
    콘솔로서,
    상기 제 3 커넥터와 짝을 이루도록 배열된 제 4 커넥터, 및
    상기 제 4 커넥터로부터 적어도 처리된 신호를 수신하도록 결합되고, 상기 프로브 어댑터에 의해 제공되는 상기 결합된 교정 데이터를 이용하여 상기 처리된 신호를 분석하도록 배열된 신호 분석 회로를 포함하는, 상기 콘솔을 포함하는, 의료 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서는 위치 센서를 포함하고, 상기 신호 분석 회로 설계는 상기 처리된 신호를 분석함으로써 상기 프로브의 말단의 좌표들을 결정하도록 동작가능한, 의료 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 위치 센서는 신체에 외부적으로 인가되는 자기장에 응답하여 상기 센서 신호를 생성하도록 동작 가능한, 의료 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로브는 피실험자의 심장으로 삽입하기 위해 카테터(catheter)를 포함하는, 의료 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로브는 프로브의 제 1 형태이고, 상기 처리된 신호는 제 1 처리 신호이며,
    상기 콘솔은 또한 상기 제 4 커넥터와 짝을 이루고 상기 제 4 커넥터에 적어도 제 2 처리 신호를 전달하도록 적응되며 상기 제 2 처리 신호를 분석하는데 상기 신호 분석 회로에 의해 액세스되는 미리 결정된 어드레스 공간에 제 3 교정 데이터를 저장하는 메모리 회로를 포함하는 프로브의 제 2 형태와 관련하여 동작가능하며,
    상기 마이크로컨트롤러는 상기 처리 회로 설계에 의해 판독하기 위해 상기 미리 결정된 어드레스 공간에 상기 결합된 교정 데이터를 배열하도록 동작가능한, 의료 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 콘솔은 프로브 형태에 따라 하드웨어 또는 소프트웨어 수정 없이 상기 프로브의 제 1 및 제 2 형태들 모두와 관련하여 동작가능한, 의료 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 교정 데이터는 상기 센서의 감도 및 상기 프로브에 의해 도입된 위상 편차를 표시하고, 상기 신호 처리 회로는 증폭기를 포함하며, 상기 제 2 교정 데이터는 상기 증폭기의 이득 및 상기 증폭기에 의해 도입된 제 2 위상 편차를 표 시하는, 의료 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    적어도 상기 제 1 및 제 2 커넥터들은 자기 간섭에 대한 차폐물을 포함하는, 의료용 장치.
  9. 침습성 의료 절차를 수행하는 방법에 있어서,
    인접단 및 말단을 갖는 프로브로서, 센서 신호를 출력하는 센서와, 상기 센서와 관련한 제 1 교정 데이터를 저장하는 제 1 마이크로 회로와, 적어도 상기 센서에 전기적으로 연결되는 상기 프로브의 말단에서의 제 1 커넥터를 포함하는, 상기 프로브를 제공하는 단계와,
    처리된 신호를 출력하도록 상기 센서 신호를 처리하기 위해 결합되는 신호 처리 회로와, 상기 신호 처리 회로와 관련된 제 2 교정 데이터를 저장하는 제 2 마이크로 회로와, 적어도 상기 신호 처리 회로에 전기적으로 연결되는 제 3 커넥터를 포함하는 프로브 어댑터의 제 2 커넥터에 상기 프로브의 제 1 커넥터를 접속시키는 단계와,
    상기 어댑터에서 마이크로컨트롤러를 사용하여, 상기 제 1 및 제 2 마이크로 회로들로부터 상기 제 1 및 제 2 교정 데이터를 각각 판독하고, 상기 제 1 및 제 2 교정 데이터에 기초하여 결합된 교정 데이터를 계산하는 단계와,
    신호 분석 회로를 포함하는 콘솔의 제 4 커넥터에 상기 어댑터의 제 3 커넥 터를 접속시키는 단계와,
    피실험자의 신체에 상기 프로브를 삽입하는 단계와,
    상기 신호 분석 회로를 사용하여, 상기 어댑터로부터 적어도 상기 처리된 신호를 상기 제 4 커넥터를 통해 수신하고, 상기 프로브가 신체 내에 있는 동안 상기 프로브 어댑터에 의해 제공되는 상기 결합된 교정 데이터를 사용하여 상기 처리된 신호를 분석하는 단계를 포함하는, 침습성 의료 절차 수행 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 센서는 위치 센서를 포함하고, 상기 처리된 신호를 분석하는 단계는 상기 프로브의 말단의 좌표들을 결정하는 단계를 포함하는, 침습성 의료 절차 수행 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 위치 센서는 신체에 외부적으로 인가되는 자기장에 응답하여 상기 센서 신호를 생성하도록 동작가능한, 침습성 의료 절차 수행 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로브는 피실험자의 심장으로 삽입하기 위해 카테터를 포함하는, 침습성 의료 절차 수행 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로브는 프로브의 제 1 형태이고, 상기 처리된 신호는 제 1 처리 신호이며, 상기 콘솔은 또한 상기 제 4 커넥터와 짝을 이루고 상기 제 4 커넥터에 적어도 제 2 처리 신호를 전달하도록 적응되며, 상기 제 2 처리 신호를 분석하는데 상기 신호 분석 회로에 의해 액세스되는 미리 결정된 어드레스 공간에 제 3 교정 데이터를 저장하는 메모리 회로를 포함하는 프로브의 제 2 형태와 관련하여 동작가능하며,
    상기 결합된 교정 데이터를 계산하는 단계는 상기 처리 회로에 의해 판독하기 위해 상기 미리 결정된 어드레스 공간에 상기 결합된 교정 데이터를 배열하는 단계를 포함하는, 침습성 의료 절차 수행 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 콘솔은 프로브 형태에 따라 하드웨어 또는 소프트웨어 수정 없이 상기 프로브의 제 1 및 제 2 형태들 모두와 관련하여 동작가능한, 침습성 의료 절차 수행 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 교정 데이터는 상기 센서의 감도 및 상기 프로브에 의해 도입된 위상 편차를 표시하고, 상기 신호 처리 회로는 증폭기를 포함하며, 상기 제 2 교정 데이터는 상기 증폭기의 이득 및 상기 증폭기에 의해 도입된 제 2 위상 편차를 표 시하는, 침습성 의료 절차 수행 방법.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 커넥터를 상기 제 2 커넥터에 접속시키는 단계는 자기 간섭에 대해 적어도 상기 제 1 및 제 2 커넥터들을 차폐하는 단계를 포함하는, 침습성 의료 절차 수행 방법.
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