超音波放射に基づく位置検出
【課題】 対象物の位置を検出する。
【解決手段】 座標系に対する対象の配置を決定するための装置は該対象の周辺の電磁場を発生する少なくとも１つの電磁場発生器と該対象に固定される少なくとも１つの変換器とを含んでいる。該少なくとも１つの変換器は予め決められた振動周波数で振動しそれと該電磁場との相互作用に応じて、エネルギーを放射する。該変換器により放射される該エネルギーを検出しそれに応答して信号を発生するために該対象の周辺で１つ以上の検出器も使用される。
【解決手段】 座標系に対する対象の配置を決定するための装置は該対象の周辺の電磁場を発生する少なくとも１つの電磁場発生器と該対象に固定される少なくとも１つの変換器とを含んでいる。該少なくとも１つの変換器は予め決められた振動周波数で振動しそれと該電磁場との相互作用に応じて、エネルギーを放射する。該変換器により放射される該エネルギーを検出しそれに応答して信号を発生するために該対象の周辺で１つ以上の検出器も使用される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には位置検出システムに関し特に人体内部の対象（ｏｂｊｅｃｔ）の位置を決定するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの医療過程では、内視鏡（ｅｎｄｏｓｃｏｐｅｓ）やカテーテル（ｃａｔｈｅｔｅｒｓ）の様な、プローブ（ｐｒｏｂｅｓ）が患者の体内へ挿入される。これらの挿入された医療装置の場所を決定する種々の方法が当該技術で公知になっている。Ｘ線画像形成法は最も普通に使用される位置確認システムである。この目的では又位置決定システムも使用出来る。
【０００３】
超音波体内位置検出法（ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｉｎｔｒａｂｏｄｙ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｎｇ）も公知である。幾つかのこの様なシステムはカテーテル内に、一般的には該カテーテルの遠位の端部にあるか又は該端部に隣接した、アクチブな変換器（ａｃｔｉｖｅ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を要するが、該変換器は該人体の外部のコンソールにワイヤで接続されている。該変換器は該人体の外側の放射器（ｅｍｉｔｔｅｒｓ）から超音波を受信するか又は該人体の外側の受信器（ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ）へ超音波を放射する（ｒａｄｉａｔｅｓ）。他の超音波システムは該カテーテル内の受動的超音波反射器（ｐａｓｓｉｖｅ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）を使用するが該反射器は該カテーテルまでワイヤを走らせる必要なしに該人体を照射する（ｉｒｒａｄｉａｔｅｉｎｇ）超音波の強い反射を提供する。これらの受動的システムは強い超音波放射の背景を創る必要がありそれに対しての該反射器の位置が見出されねばならない。
【０００４】
その開示がここに引用により組み入れられる、ナタンス（Ｎａｔｈａｎｓ）への特許文献１は盗難防止システム（ｔｈｅｆｔ−ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）を説明しているが、そこでは共振周波数を持つ圧電結晶（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ）が装置に組み入れられており該装置は次いで商店内で個別商品（ｉｔｅｍｓ）に取付けられる。該結晶の共振周波数に等しい周波数を有する無線周波数｛アールエフ（ＲＦ）｝信号が該結晶を叩く（ｓｔｒｉｋｅｓ）と、該結晶の面間に該放射された無線周波（ＲＦ）の発振する電場傾斜（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｆｉｅｌｄ ｇｒａｄｉｅｎｔ）が生じ、そして該結晶に設置された２枚の錫箔部材（ｔｉｎ ｆｏｉｌ ｍｅｍｂｅｒｓ）は振動し、超音波を放射する。適当な条件下での該超音波の検出は警報を発し、許可無く（ｗｉｔｈｏｕｔ ａｕｔｈｏｒｉｚａｔｉｏｎ）該商店から該商品を持ち去る企てを示すことになる。
【０００５】
又特許文献１は共振振動周波数を有する小さな金属錫のダイアフラムを説明している。該ダイアフラムが該共振周波数で又はその近くでの超音波音場の照射を受けると、該ダイアフラムはその周波数で振動する。又無線周波（ＲＦ）の電磁場が該ダイアフラムを実質的により高い周波数で照射し、そして該超音波音場で誘起された該ダイアフラムの振動は該無線周波（ＲＦ）の電磁場を変調する。この変調は無線周波（ＲＦ）変換器（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）により検波され、該変換器は警報を賦活する。これらのシステムは該商品の場所を説明する特定の情報は提供せず、該商品が検出範囲に入ったことだけの情報を提供する（典型的には該商店の出口近くで）。
【０００６】
その開示が引用によりここに組み入れられる、ベンハイム他（Ｂｅｎ−Ｈａｉｍ ｅｔ
ａｌ．）への特許文献２は挿入医療器具の位置（ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）と配向を決定するための側位システム（ｌｏｃａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅ
ｍ）を説明しておりそこでは外部から印加された無線周波（ＲＦ）電磁場が該挿入医療器具内に配置された３つのコイル内に電流を誘起する。この誘起された信号を該カテーテルから体外空間の信号プロセサーへ運ぶためにはワイヤ又は何等かの他の形の物理的リード線を要する。該プロセサーは該挿入医療器具の位置と、配向を計算するために該信号を解析する。
【０００７】
その開示が引用によりここに組み入れられるバーデット他へ（Ｂｕｒｄｅｔｔｅ ｅｔ
ａｌ．）の特許文献３及びバーデットへ（Ｂｕｒｄｅｔｔｅ）の特許文献４は癌治療用の温熱療法機械で使用するための超音波装置を説明している。この装置を作動するために、該治療サイト周辺に円筒形に超音波変換器が配置され、そして無線周波数電力で賦活される。合成超音波が該治療サイト内の組織を加熱し、それにより望ましい治療効果が発生する。従ってこの装置の出力は熱であり、そして個別の超音波変換器の位置や配向の表現はない。
【０００８】
その開示が引用によりここに組み入れられるヒルシ他（Ｈｉｒｓｃｈｉ ｅｔ ａｌ．）への特許文献５は身体に挿入されたチューブ又は他の対象の位置を確認するためのシステムを説明している。それはその対象に取付られ、体外の手持ち式無線周波（ＲＦ）送信器／受信器に励起されると共振する共振電気回路と組み合わされる。該回路の共振により発生される電磁場は該手持ち式装置により検出され、該装置は次いで１連のエルイーデー（ＬＥＤｓ）をオンにして該ユーザーに目標への方向を示す。追加の視認用デイスプレーは該送信器／受信器が何時該対象の上に直接来たかを示す。
【０００９】
その開示が引用によりここに組み入れられるバウアー（Ｂａｕｅｒ）への特許文献６は移動する対象の３次元的位置を追跡するためのシステムを説明している。既知の位置の少なくとも３つの超音波送信器が信号を送り該信号は該移動する対象に設置された受信ステーションにより検出される。各ステーションでは、該検出された信号は無線送信用に好適な形式にエンコードされ、そして無線送信器は該情報をコンピユータに渡し該コンピユータは３角測量のアルゴリズムで該対象の位置を決定する。特許文献６のシステムは主に、見掛けの体の位置と動き（ｇｒｏｓｓ ｂｏｄｙ ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｍｏｖｅｍｅｎｔｓ）の決定を可能にするために人体の外部に取付られるのに好適である。
【００１０】
その開示が引用によりここに組み入れられるチェリー他（Ｃｈｅｒｒｉ ｅｔ ａｌ．）への特許文献７は、目視式の環境シミュレータを含んでいるが、そこでは目視者及び／又は該目視者を運ぶ移動式ユニットの空間的座標と配向角度の変化をモニターするために３つの別々に位置付けされた超音波送信器が３つの超音波受信器の各々へ信号を送っている。
【００１１】
【特許文献１】米国特許第３，７１３，１３３号
【特許文献２】ＰＣＴ特許刊行物第ＷＯ９６／０５７６８号
【特許文献３】米国特許第５，５２２，８６９号
【特許文献４】米国特許第５，５４９，６３８号
【特許文献５】米国特許第５，３２５，８７３号
【特許文献６】米国特許第５，４１２，６１９号
【特許文献７】米国特許第４，８０７，２０２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は改良された超音波式対象追跡システムを提供することである。本発明の或る側面の更に進んだ目的はカテーテルの遠位の端部からの超音波放射に基づくそして該遠位の端部へのワイヤ接続を要しないカテーテル測位システム（ｃａｔｈｅｔｅｒ ｌｏ
ｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の好ましい実施例は電磁的｛無線周波（ＲＦ）｝エネルギー場と超音波エネルギー場との相互作用に基づいている。超音波範囲に共振振動周波数を有する、無線周波（ＲＦ）に反応する変換器が対象に固定されそして無線周波（ＲＦ）エネルギー場で照射される。該変換器は振動を誘起されそして該振動と無線周波（ＲＦ）の場との相互作用に応じたエネルギー、無線周波（ＲＦ）か超音波のエネルギー、又は両者のエネルギーを放射する。該放射エネルギーは検出されそして該対象の位置及び／又は配向の座標を決定するために使用される。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の幾つかの好ましい実施例では、該変換器はその上に当たる（ｉｍｐｉｎｇｉｎｇ ｔｈｅｒｅｏｎ）該無線周波（ＲＦ）の場に応じた超音波を放射する。該放射された超音波は複数の、好ましくは３つ以上の、超音波検出器で検出される。プロセサーは該超音波検出器からの信号を受信しそして、当該技術で公知の様に、３角測量、飛翔時間測定（ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）、又は他の適当な位置決定法を使用して、該対象の位置及び／又は配向を決定するために該信号を処理する。該変換器と該検出器、該プロセサー又は該装置の他の何等か要素との間にワイヤ接続が無いことは好ましいことである。
【００１５】
これらの好ましい実施例の幾つかでは、該変換器は１つ以上の圧電結晶を含んでおり、各々はそれぞれの共振周波数と各結晶に結合された１つ以上の箔部材（ｆｏｉｌ ｍｅｍｂｅｒｓ）を有する。ここで説明される好ましい実施例では、該変換器は箔部材を含んでいるが、他の導電性材料も使用可能であることは理解される。１つ以上の無線周波放射器（ＲＦ ｒａｄｉａｔｏｒｓ）が該結晶の周辺で該共振周波数の各々の又は該各々の近くの無線周波（ＲＦ）信号を発生し、該箔部材に各結晶／箔ユニットの特性周波数（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）で振動しそして超音波を放射させる。
【００１６】
本発明の好ましい実施例では、該変換器は、それぞれ、相互に実質的に直交する軸線（ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ， ｍｕｔｕａｌｌｙ ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ａｘｅｓ）を有する、３つの結晶／箔ユニットを含んでいる。各ユニットはその共振周波数が他の２つのユニットのそれと異なるように作られそして設置されている。この実施例では、該無線周波（ＲＦ）発生器は該３つの共振周波数の各々で、同時にか又は該３つの周波数を通した連続サイクルかで、場を発生する。当該技術で公知の方法、その幾つかは、例えば、ＰＣＴ特許刊行物第ＷＯ９６／０５７６８号に説明されている方法を用いて、３つの位置ベクトル成分のみならず該対象の角度的配向ベクトル（ａｎｇｕｌａｒ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｖｅｃｔｏｒ）の３成分も該超音波検出器からの信号に基づき次いで計算される。
【００１７】
上記引用した米国特許第３，７１３，１３３号で説明される該防盗システム（ａｎｔｉ−ｔｈｅｆｔ ｓｙｓｔｅｍ）は本発明と同様な仕方で超音波放射を作るために無線周波｛アールエフ（ＲＦ）｝照射を使用するが、該防盗システムは目標の存否を報告出来るだけで、対象を測位しそして追跡するためには使用出来ない。
【００１８】
本発明の幾つかの好ましい実施例では、該変換器はカテーテル、内視鏡、トロカール（ｔｒｏｃａｒ）又はラパロスコープ（ｌａｐａｒｏｓｃｏｐｅ）の様な挿入医療器具に組み入れられる。これらの好ましい実施例の１つでは、該変換器はトロカールの遠位の端部に固定され該トロカールを通してラパロスコ−プが腹腔手術部（ａｄｏｍｉｎａｌ ｓｕｒｇｅｒｙ）内に通される。下にあるボウル（ｂｏｗｅｌ）や血管、特に総腸骨静脈（ｃ
ｏｍｍｏｎ ｉｌｉａｃ ｖｅｉｎ）への損傷を防止するように該遠位の端部の位置が決定される。もう１つの好ましい実施例では、頸動脈（ｃａｒｏｔｉｄ ａｒｔｅｒｙ）又は胸膜腔（ｐｌｅｕｒａｌ ｃａｖｉｔｙ）の破裂損傷の可能性を減らすために内部頸静脈（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｊｕｇｕｌａｒ）に挿入されつつあるスワンガンツカテーテル（Ｓｗａｎ−Ｇａｎｚ ｃａｔｈｅｔｅｒ）の遠位の端部の位置は連続的にモニターされる。
【００１９】
なおもう１つの好ましい実施例では、ステント（ｓｔｅｎｔ）を配置するカテーテルの遠位の端部内に１つ以上の変換ユニットを組み込むことにより大動脈瘤（ａｏｒｔｉｃ ａｎｅｕｒｙｓｍ）の治療での下降する大動脈（ｄｅｓｃｅｎｄｉｎｇ ａｏｒｔｉｃ ａｒｔｅｒｙ）内へのステントの精確な配置が可能になる。この実施例では、その空間的な位置を知ることに加えて該カテーテルの角度的配向（ａｎｇｕｌａｒ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）を知ることが重要であるがそれは脊髄（ｓｐｉｎａｌ ｃｏｒｄ）を供給する腰椎動脈（ｌｕｍｂａｒ ａｒｔｅｒｙ）をブロック（ｂｌｏｃｋｓ）する仕方で該ステントを配置することを避ける必要があるからである。更に、該変換器と該位置検出システムの他の要素との間にワイヤ接続を要しないので、該カテーテルによる配置の前、配置の間及び該配置の後、１つ以上の変換器が該ステントに固定されそしてその位置と配向を決定するため使用されることが可能である。ステントと組み合わされる無線式変換器の使用は、本出願の譲り受け人に譲渡されそして引用によりここに組み入れられるＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＩＬ９７／００４４７号に更に説明されている。
【００２０】
本発明の更に好ましい実施例では、１つ以上の該変換器が腫瘍（ｔｕｍｏｒ）を破壊するよう設計されたプローブに組み入れられ、それにより医者が該腫瘍の既知の座標に対して該プローブの精確な位置と配向を知ることを可能にする。この好ましい実施例の特殊な応用は加熱、冷却、又は他の手段による下垂体腫瘍（ｐｉｔｕｉｔａｒｙ ｔｕｍｏｒ）の除去である。位置センサを使用する外科用プローブは例えば、下記のＰＣＴ出願、すなわち引用によりここに組み入れられるＰＣＴ／第ＵＳ９７／０２２４４３号、ＰＣＴ／第ＩＬ９７／０００５８号及びＰＣＴ／第ＩＬ９７／０００５９号で説明されている。
【００２１】
当該技術で公知のアクチブな超音波に基づく（ａｃｔｉｖｅ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ−ｂａｓｅｄ）位置検出システムと区別して、本発明では超音波は該プローブで受動的に発生される。超音波発生のこの方法は、該プローブから外部電源への（米国特許第５，４１２，６１９号に於けるように）、或いは信号増幅器及び信号処理装置への（特許刊行物第ＷＯ９６／０５７６８号及び米国特許第４，８０７，２０２号に於けるように）導線の必要がないので有利である。幾つかの他の現在使用されている方法と比較して本発明の超音波の受動的発生法の追加的利点は体外からの照射により創られる破壊的な背景的超音波放射の可能性がないことである。共振周波数での超音波放射は該変換器、典型的には上記説明の結晶／箔ユニットからしか来ない。該ユニットの非常に小さい寸法からのみならず該プローブ内に必要な追加的ハードウエアが無いことから得られる利点は、該挿入医療器具が当該技術で公知の位置検出システムで使用される他の種類の放射器（ｅｍｉｔｔｅｒ）及び検出器（ｄｅｔｅｃｔｏｒ）に比較して小型にそしてフレキシブルに出来ることである。加えて、挿入医療器具内でのこの様なプローブの使用は、患者の体内の器具の位置を決定するため屡々使用される有害の可能性のあるイオン化放射（ｉｏｎｉｚｉｎｇ ｒａｄｉａｔｉｏｎ）に患者を曝すことを取り除いてくれる。
【００２２】
本発明の他の好ましい実施例では、該変換器は該共振周波数で振動するダイアフラムを含んでいる。米国特許第３，７１３，１３３号で説明され、その図４で示す実施例の様な、それらと同様な方法を使用して、該ダイアフラムの共振周波数と実質的に同様な周波数を有する超音波が既知の位置の超音波発生器により発生されそして該変換器の周辺に向かって差し向けられる。該ダイアフラムは外部から印加された超音波放射に応答してその共
振周波数で機械的に振動する。該超音波の音場が始動された時の前か又は実質的に同じ時に該センサの周辺では実質的により高い周波数の無線周波｛アールエフ（ＲＦ）｝の場が初めに発生される。該無線周波（ＲＦ）の放射の１部は該ダイアフラムの機械的振動に応じて変調される。該変調された無線周波（ＲＦ）信号は無線周波（ＲＦ）検波器で検波され該対象の位置決定に使用される。
【００２３】
米国特許第３，７１３，１３３号では、該変調無線周波（ＲＦ）信号の検出はダイアフラムの存在が検出されたことを示す警報をトリガーするために使用される。該変調無線周波（ＲＦ）信号からは何等追加的情報は得ていない。本発明の好ましい実施例によると、放射され検出された無線周波（ＲＦ）信号と超音波信号とは下記で説明する様に、該ダイアフラムの位置を計算するのに使用される。超音波音場発生の始動からスタートして変調された無線周波（ＲＦ）信号が該無線周波（ＲＦ）検波器で最初に検波される時に終わる時間間隔は超音波が該超音波発生器から該ダイアフラムまでの距離を横断するのに超音波が要する“飛翔時間（ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ）”と実質的に同じである。信号プロセサーは該測定“飛翔時間”と組織内での音の速度とに基づいて該超音波発生器から該ダイアフラムまでの距離を計算する。空間内の既知の点の２つ以上の追加的超音波発生器を、順に、使用してこの過程を繰り返して該ダイアフラムから３つの既知の点までの距離を出し、そして該信号プロセサーに外部の座標系（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｒａｍｅ）に対して該対象の位置を計算可能にする。
【００２４】
本発明の幾つかの追加的な好ましい実施例では、３つの同一直線上にない（ｎｏｎ−ｃｏｌｌｉｎｅａｒ）ダイアフラムが該対象に対し既知の位置に固定され、各ダイアフラムは他のダイアフラムのそれと実質的に異なる共振周波数を有す。各ダイアフラムの位置は上記説明の手順を使用して見出されて、この計算はそれにより該センサの角度的な配向をもたらしてくれる。
【００２５】
本発明は、図面と共に行われるその好ましい実施例の下記の詳細な説明からより充分に理解される。
【実施例】
【００２６】
図１は本発明の好ましい実施例の、人間又は人間でない主体の体内のカテーテル２２の位置を追跡するためのシステム２０の略図的表現である。この応用で、カテーテル２２は標準的技術を使用して患者の血管１８を通して挿入される。カテーテル２２は本体１４、測位変換器１２、及び該カテーテルの遠位の端部にあるアクチブ部分（ａｃｔｉｖｅ ｐｏｒｔｉｏｎ）１０を含んでいる。本発明の種々の好ましい実施例の、該アクチブ部分は当該技術で公知の様な、電気的センサ、超音波ヘッド、光フアイバ視認ヘッド（ａ ｆｉｂｅｒ ｏｐｔｉｃ ｖｉｅｗｉｎｇ ｈｅａｄ）、電気的シミュレータ、電気式又はレーザ式アブレータ（ａｂｌａｔｏｒ）、イオンセンサ、酸素又は二酸化炭素センサ、加速度計（ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ）、血圧又は温度センサ、又は極低温プローブ（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｐｒｏｂｅ）を含んでもよい。一般に、該カテーテルは、操作者の命令に応答して該アクチブ部分にエネルギーを与えるために、リード線、光ガイド、導波管（ｗａｖｅ ｇｕｉｄｅｓ）他を含む場合があり、そして又該体内で該カテーテルを操向するために、先端偏位機構（ｔｉｐ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）を含んでもよい。
【００２７】
該カテーテルの遠位の端部の位置及び／又は配向は、図２、３及び５の下部に示すそれらの様な、好ましくは１個から３個の結晶／箔ユニットを含む変換器１２の位置及び／又は配向を決定することにより得られる。この様なユニットは、米国特許第３，７１３，１３３号で、特にその図４Ｂを参照して説明されている様に、適当な周波数の無線周波（ＲＦ）照射に曝されると、共振し超音波放射を放射する。
【００２８】
該無線周（ＲＦ）放射は制御ユニット３２からの制御信号により始動するがそれは無線周波（ＲＦ）放射器ドライバ２６に駆動信号を発生させる。該駆動信号は今度は、患者の体表面２４の外に配置された１つ以上の無線周波（ＲＦ）放射器４０、４２及び４４に無線周波（ＲＦ）放射を放射させる。又該駆動信号の代表（ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ）は信号プロセサー３０へ送られる。１つ以上の共振する結晶／箔ユニットにより発生される、測位変換器１２からの超音波放射は、複数の超音波検出器３４、３６、及び３８により検出される。超音波発生器１１、１３及び１５の様な、図１に示す他の要素は本発明の他の実施例を参照して下記で説明される。
【００２９】
該検出器は、該信号プロセサー３０が、測位変換器１２の位置を計算するために、当該技術で公知の様に、３角測量のアルゴリズムを実行して駆動信号の代表を含む入力と検出器３４、３６、及び３８からの測定値を利用出来るように、配置されている。検出器３４、３６、及び３８は何れの便利な位置と配向で配置されてもよいが、（ａ）それらが或る座標系（ｓｏｍｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｒａｍｅ）に対して固定されており、（ｂ）それらは重なり合わない、すなわち、精確に同一位置と配向を有する２つの検出器は存在せず、（ｃ）該検出器は同一直線上には置かれず、そして（ｄ）２つの検出器と測位変換器は全てが同一直線上にあることはないことが好ましい。
【００３０】
検出器３４、３６、及び３８の配置と該測位変換器１２内に組み入れられる共振ユニットの数は本発明の各応用により変化することは理解されるべきである。特に、本発明の幾つかの好ましい応用では該カテーテルの配向の精確な情報を要する｛例えば、レーザ切除（ｌａｓｅｒ ａｂｌａｔｉｏｎ）｝、一方他では該カテーテルの位置の情報を要するのみの場合｛例えば、消化管道のチューブ配置（ｇａｓｔｒｏｉｎｔｅｓｔｉｎａｌ ｔｒａｃｔ ｔｕｂｅ ｐｌａｃｅｍｅｎｔ）｝がある。
【００３１】
変換器１２により発生される超音波信号は検出器３４、３６、及び３８により信号プロセサー３０に渡されるべき、アナログ又はデジタル形式の、電気信号に変換される。信号プロセサー３０は該測位変換器１２の位置及び／又は配向を計算するため該検出器の出力を処理し、そしてこの情報をデイスプレーモニター２８及び／又は制御ユニット３２へ送信する。
【００３２】
実際には、該カテーテルのアクチブな端部は超音波エコー情報、電気的アクテイビテイー情報（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）、他の様な情報を集め、そしてそこへ動脈（又は静脈）が導いている器官の室の中の動脈（又は静脈）や他の組織に関する或る手順をオプションとして実行するために使用されてもよい。器官の室（ｏｒｇａｎ ｃｈａｍｂｅｒ）の特定例は心臓、脳又は消化管道の室である。
【００３３】
今度は図２と３を参照する。図２は本発明の好ましい実施例の、カテーテル２２の遠位の端部の略図解である。この好ましい実施例では、変換器１２は図３に詳細に示す、結晶／箔ユニット１１２を含んでおり、該ユニットは圧電結晶５２と結晶５２に結合された箔部材９２と９３を含んでいる。結晶／箔ユニット１１２はユニット１１２の軸線５３が該カテーテルの長手軸線に平行になるようにカテーテル本体１４内に設置される。上記説明の米国特許第３，７１３，１３３号で説明される様に、無線周波（ＲＦ）放射器４０により作られる無線周波（ＲＦ）電磁場（ｆｉｅｌｄ）が結晶／箔ユニット１１２内に超音波共振を引き起こす。放射器４２と４４はこの好ましい実施例では一般的には使用する必要はない。該無線周波（ＲＦ）電磁場に応答して、ユニット１１２は音響放射を放射するが、それは検出器３４、３６、及び３８により検出され、その各々がそれに対応する信号を信号プロセサー３０へ送る。
【００３４】
好ましくは該信号プロセサーは、該ユニット１１２から該検出器の各々までの距離を決定するために、無線周波（ＲＦ）放射器４０への駆動信号の始動時刻、各検出器でのユニット１１２からの音響放射の到達時刻、そして組織内での音の速度を使用するのがよい。駆動信号の始動時刻は音響放射が結晶／箔ユニットを離れる時刻と実質的に同じ時刻であるので、該信号プロセサーはユニット１１２から該検出器の各々までの音響放射の“飛翔時間（ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ）”を計算し、そしてこれらの時間の各々に組織内の音の速度を掛けて、ユニット１１２から各検出器までの距離を発生させる。これらの距離で、信号プロセサー３０は当該技術で公知の方法を用いて、座標系に対する変換器１２の３次元の位置座標を計算する。
【００３５】
図４は本発明のもう１つの好ましい実施例の、カテーテル２２の遠位の端部の略図解である。この好ましい実施例では、２つの結晶／箔ユニット１１４と１１６の主要な軸線６３と６５は該カテーテルの長手方向軸線と連続している。ユニット１１４は共振周波数を有する圧電結晶６２、結晶６２の第１の側に結合された第１の箔部材９４及び結晶６２の第２の側と結合された第２の箔部材（図示せず）を含んでいる。ユニット１１６は結晶６２のそれと実質的に異なる共振周波数を有する圧電結晶６４、結晶６４の第１の側に結合された第１の箔部材９６及び圧電結晶６４の第２の側と結合された第２の箔部材（図示せず）を含んでいる。好ましくは、結晶６２に結合された該箔部材の物理的寸法及び／又は剛性は従って結晶６４のそれらと実質的に異なるのがよい。下記で説明する方法を使用して、結晶／箔ユニット１１４と１１６からの超音波放射は信号プロセサー３０により区別され、そして各ユニットの空間的位置が座標系に対し決定される。ユニット１１４と１１６の各々の３次元的位置座標の計算は該カテーテルの位置とその長手方向軸線の配向との両者を決定する。
【００３６】
図５、７及び８は本発明のもう１つの好ましい実施例の、それぞれ、側面図、断面図及び等角図での、カテーテル２２の遠位の端部の略図的な図解である。この好ましい実施例では、変換器１２は３つの結晶／箔ユニット１１８、１２０、及び１２２を含んでいるが、そこでは各ユニットが上記説明の様に圧電結晶と２枚の箔部材とを含んでいる。ユニット１１８、１２０、及び１２２のそれぞれの共振周波数は相互に実施的に異なり、図４で示した実施例用に用いたそれらと同様な方法を使用して得られる。好ましくは、結晶／箔ユニット１１８、１２０、及び１２２は実質的に相互に直交する軸線５５、５７、及び５９を、それぞれ、有し、軸線５５はカテーテル２２の長手方向軸線と平行だが必ずしも同一直線上にはないのがよい。この実施例では、検出器３４、３６、及び３８により検出される何れか特定の結晶／箔ユニットから受信される信号の１つ以上の側面（例えば、信号強さ又は信号のタイミング）の差異が、下記で説明される様に、該カテーテルの角度的な配向のベクトルの１つの成分を計算するために使用される。
【００３７】
図６は、それによって図５の結晶／箔ユニット１１８の角度的配向が検出超音波から計算されるパラメータを示している。この例では、変換器１２はその音響的性質が実質的に均質で等方性（ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ）の組織内に配置されていると仮定し、そしてそこでは該結晶／箔ユニットの放射特性は、該ユニットから放射される音響的放射の大きさの測定値が関数ｆ（ｊ）の様に変化するようになっているが、ここでｊはベクトルｎとｄｊの間に形成される角度であり、ｎは該ユニットの直交軸線５５であり、そしてｄｊ（ｊ＝１、２、又は３）は該ユニットの中心からそれぞれ検出器３４、３６、及び３８の１つまで伸びるベクトルである。好ましくは、ｎと該ユニットの軸線を見出すために、ニュートン−ラフソン法（Ｎｅｗｔｏｎ−Ｒａｐｈｓｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）又はもう１つの多数反復アルゴリズム（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｉｔｅｒａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）が該ユニットの既知の位置（例えば、上記説明の様に決定される）と該３つの検出器の各々により得られた該ユニットからの放射の大きさの測定値ｍ１、ｍ２、及びｍ３を使用するのがよい。
【００３８】
ｎを見出すための反復プロセスは最初のベクトルｖを推測することと、ｖと該３つのベクトルｄ１、ｄ２、及びｄ３の各々との間の角度１、２、及び３を決定することと、そして角度１、２、及び３で得られた測定値ｍ１、ｍ２、及びｍ３が如何に近くｆ（ｊ）に適合するかに基づいて誤差関数Ｅ（ｖ）を計算することとを含んでいる。当該技術で公知の方法を用いての、ｖの逐次詳細化（ｓｕｃｃｅｓｉｖｅ ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔｓ）はｎ、該ユニットの直交軸線と実質的に等価な見積もりを産み出してくれる。結晶／箔ユニット１１８、１２０、及び１２２についてのこの計算の実行は該カテーテルの角度的な配向を全部決定するに充分である。
【００３９】
本発明の幾つかの好ましい実施例では、各結晶／箔ユニットの１つの表面は超音波吸収器（ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ａｂｓｏｒｂｅｒ）（図示せず）と結合されており、それは、該吸収器の方向に放射される超音波放射を実質的に減衰させるために、実質的に超音波を通さない（ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ−ｏｐａｑｕｅ）性質になっている。信号プロセサー３０は、同じ検出器測定値を作る可能性のある該カテーテルの起こり得る反射された配向の中で識別するために、上記提示された方法を使用する該カテーテルの角度的配向を決定する計算に該吸収器の存在を組み入れている。
【００４０】
好ましくは、図７に示す様に、結晶／箔ユニット１１８、１２０、及び１２２は同一直線上にはない方がよい。この場合、固体の対象の上又は中の３つの既知の点の絶対的位置を決定することにより、各結晶／箔ユニットから放射される信号の大きさに基づく前記配向の計算の代わりに、又は該計算に加えて該対象の角度的な配向も又計算可能である。これらの２つの方法は一緒にして該カテーテルの角度的な配向の計算の精度と信頼性の向上のために使用される。
【００４１】
本発明の大抵の側面では、座標系に対する該カテーテルの遠位の端部の位置及び／又は配向の量的測定が必要である。
【００４２】
これは、少なくとも２つの重なり合わない結晶／箔ユニットを必要とし、それらは少なくとも２つの区別可能な超音波信号を発生し、該ユニットの位置と配向は相互にに対しそして該カテーテルに対し既知である様なものであり、
該ユニットを共振させる電磁場を発生する少なくとも１つの無線周波（ＲＦ）放射器４０と、そして
該検出器の各々が配置される固定点で該超音波の時刻、大きさ、周波数及び／又は位相情報を検出しそして変換することが出来る少なくとも３つの重なり合わず、同一直線上にない検出器３４、３６、及び３８とを必要とする。
【００４３】
本発明の好ましい実施例では、結晶／箔ユニット１１８、１２０、及び１２２の各々は０．３ｍｍから３．０ｍｍの最長寸法を有する。これらの寸法は可成りの範囲に亘り変化してもよくそして好ましい寸法の範囲の代表に過ぎないことは理解されるところである。
【００４４】
図９は図５に示す本発明の好ましい実施例の、測位変換器１２の位置を計算するのに使用される回路８４を示すブロック図である。この実施例では、無線周波（ＲＦ）放射器４０、４２、及び４４、結晶／箔ユニット１１８、１２０、及び１２２（図５に示す）、そして検出器３４、３６、及び３８が測位変換器１２の６次元座標を決定するため使用される。制御ユニット３２は、別々に信号増幅器６６、６８、及び７０の入力となる３つの異なる周波数の３つの正弦波を発生するために、デーエイ（Ｄ／Ａ）変換器６０、６２、及び６４を使用する。その出力が増幅器６６、６８及び７０の出力を含む無線周波（ＲＦ）放射器ドライバ２６は、それぞれ結晶／箔ユニット１１８、１２０、及び１２２に共振させ音響的放射を放射させる周波数で無線周波（ＲＦ）放射器４０、４２、及び４４に放射
させる、信号を発生する。代わりに、１つ以上の該無線周波（ＲＦ）放射器は全ての適当な周波数成分を含む信号を送信する。
【００４５】
変換器１２のユニット１１８、１２０、及び１２２の各々により放射される音響的放射は該検出器の各々により検出され、該検出器の各々はそれに応じた信号を増幅器７８、８０、及び８２に出力する。次いで該増幅器は該検出された音響的放射を表す増幅された信号を信号プロセサー３０へ搬送する。当該技術で公知の方法、例えば、該検出器信号の高速フーリエ変換法、を用いて、信号プロセサー３０は各検出器用にユニット１１８、１２０、及び１２２の各々による該信号の成分を計算する。代わって、該信号プロセサー３０が順に各ユニット用に位置と配向の計算を実行するように、適当な周波数での照射が各周波数を通して繰り返しサイクルで行われる。
【００４６】
制御ユニット３２は意図された機能を実行するための部品の組み合わせ（ａｓｓｅｍｂｌａｇｅ）を含んでいる。例えば、この様な部品は情報又は信号を受信し、情報を処理し、制御器として機能し、情報をモニター２８上に表示し、そして／又は情報か信号を発生してもよい。制御ユニット３２は１つ以上のマイクロプロセサーを含んでいるのが典型的である。
【００４７】
図１０は本発明のもう１つの好ましい実施例に依る、タグ（ｔａｇ）１４０を有する測位変換器１２の略図的図解である。タグ１４０は共振周波数を有するダイアフラム１４４とダイアフラム１４４のリム（ｒｉｍ）に結合されたフレーム１４２を含んでいるので、該ダイアフラムは確実に設置されて振動可能である。好ましくは、ダイアフラム１４４は金属フイルムを含むのがよい。
【００４８】
図１１はタグ１４０の断面図を示している。図１０と１１はダイアフラムが枠（ｆｒａｍｅ）１４２内に設置される１つの好ましい方法を示すが、他の配備も又可能であることは理解されるところである。例えば、他の好ましい実施例（図には示されてない）では、該ダイアフラムの１つの縁は該フレームに結合され、そして該ダイアフラムの反対の縁は振動するよう自由にされている。
【００４９】
再び図１と１０を参照すると、ダイアフラム１４４の共振周波数と実質的に類似の周波数を有する超音波が既知の場所に位置する超音波発生器１１により患者の体表面２４の外側で、発生されそして測位変換器１２の周辺へ向けられる。該ダイアフラムは外部から印加された超音波放射に応答してその共振周波数で機械的に振動する。無線周波（ＲＦ）放射器４０は、該超音波音場（ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｆｉｅｌｄ）の発生が始動された時刻の前又は実質的に同じ時刻に該共振周波数より実質的に高い周波数で無線周波（ＲＦ）電磁場を発生し始める。タグ１４０上に入射する該無線周波（ＲＦ）放射の１部は該ダイアフラムの機械的振動に応じて変調される。該患者の体表面の外側に配置された無線周波（ＲＦ）検出器１７は該無線周波（ＲＦ）放射を検出し、そしてプロセサー３０は変調されていない無線周波背景電磁場（ｕｎｍｏｄｕｌａｔｅｄ ＲＦ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ）から変調された無線周波（ＲＦ）信号を分離し検出する。
【００５０】
超音波発生器１１が、明確化のため、検出器３４、３６、及び３８から分離されたユニットであるように示されているが、両機能用には同種の要素が使用されてもよいことは評価される所である。同様に、無線周波（ＲＦ）検出器４０、４２、及び／又は４４が無線周波（ＲＦ）検出器１７の機能を実行してもよい。
【００５１】
超音波音場発生の始動からスタートして該変調された無線周波（ＲＦ）信号が該無線周波（ＲＦ）検出器で最初に検出された時に終わる時間間隔は、該超音波発生器から該ダイアフラムまでの距離を横断するのに超音波が要する時間の長さと、実質的に同じである。
外部から印加される超音波音場及び無線周波（ＲＦ）電磁場と該検出された無線周波（ＲＦ）信号とに対応する入力を有する、信号プロセサー３０は、該測定された“飛翔時間（ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ）”と組織内での音の速度とに基づいて該超音波発生器から該ダイアフラムまでの距離を計算する。空間内の既知の点に配置された２つの追加的超音波発生器１３と１５を、順に、使用してのこの過程を繰り返しは、該ダイアフラムから３つの既知の点までの距離を産み出し、そして該信号プロセサーが、座標系に対する該変換器の位置を計算することを可能にする。
【００５２】
図１２は、その中で測位変換器１２が、その軸線１６６と１７６とが該カテーテルの長手方向軸線と概ね整合された２つのタグ１６０及び１７０を含む様な本発明の好ましい実施例を示している。タグ１６０及び１７０は異なる共振周波数を有するダイアフラム１６４及び１７４をそれぞれ含んでいる。上記で説明したと同様な方法を用いて、各ダイアフラムの位置は計算され、そして該カテーテルの長手方向軸線の角度的な配向がそれにより計算される。
【００５３】
図１３は、その中で測位変換器１２が該変換器に対し既知の位置に固定され同一直線上にない３つのタグ１９０、２００、及び２１０を含む本発明のもう１つの好ましい実施例の略図的図解を示している。タグ１９０、２００、及び２１０はそれぞれダイアフラム１９４、２０４、及び２１４を含んでおり、各ダイアフラムは他のダイアフラムのそれとは実質的に異なる共振周波数を有している。この実施例では、各ダイアフラムの配置は上記説明の手順を使用して見出され、それによりこの計算は該変換器の角度的配向を産み出してくれる。
【００５４】
好ましい実施例がカテーテルを引用して説明されているが、本発明の原理は、同様に、他の種類の対象の位置及び／又は配向の検出で使用されてもよい。該好ましい実施例は例として引用されており本発明の完全な範囲は請求項によってだけ限定される。
【００５５】
本発明の特徴及び態様を示せば以下の通りである。
【００５６】
１．該対象の周辺に電磁場を発生する少なくとも１つの電磁場発生器と、
該対象に固定されておりそしてそれとの該電磁場の相互作用に応じて、予め決められた振動周波数で振動しそしてエネルギーを放射する少なくとも１つの変換器と、
該変換器により放射される該エネルギーを検出しそれに応答して信号を発生する該対象周辺の１つ以上の検出器と、そして
該対象の座標を決定するために該検出器信号を受信し処理する信号プロセサーとを具備することを特徴とする座標系に対する対象の配置を決定するための装置。
【００５７】
２．上記１の装置に於いて、該変換器へは実質的にワイヤ接続がないことを特徴とする装置。
【００５８】
３．上記１の装置に於いて、該信号プロセサーが、該座標系内の少なくとも１つの既知の点からの該変換器の距離を示す音響エネルギーの飛翔時間（ａ ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ）を決定するために該検出器信号を処理することを特徴とする装置。
【００５９】
４．上記３の装置に於いて、該少なくとも１つの変換器が実質的に異なるそれぞれの周波数で振動する２つ以上の変換器を備えており、該信号プロセサーが該異なる周波数に応じた該検出器信号を処理することを特徴とする装置。
【００６０】
５．上記４の装置に於いて、該対象の角度的な配向を決定するために該信号プロセサーが該少なくとも１つの固定点から該２つ以上の変換器までの距離を決定することを特徴と
する装置。
【００６１】
６．上記１の装置が更に、該変換器を振動させるために、該変換器の周波数と実質的に同様な周波数で超音波を放射する１つ以上の超音波発生器を具備することを特徴とする装置。
【００６２】
７．上記１の装置に於いて、該１つ以上の検出器が該変換器の振動に応じた該電磁場の変調を検出することを特徴とする装置。
【００６３】
８．上記１の装置に於いて、該少なくとも１つの電磁場発生器が１つ以上の無線周波（ＲＦ）電磁場発生器を備えており、該１つ以上の変換器が該無線周波（ＲＦ）電磁場に応じて振動しそして超音波放射を放射することを特徴とする装置。
【００６４】
９．上記８の装置に於いて、該１つ以上の検出器が、該座標系内の既知の場所に位置した、該１つ以上の変換器により放射される超音波放射を受信する、複数の超音波検出器を備えることを特徴とする装置。
【００６５】
１０．上記８の装置に於いて、該１つ以上の変換器が異なる、それぞれの周波数を有する複数の変換器を備えており、無線周波（ＲＦ）電磁場発生器が該変換器の異なる周波数に対応して、異なる、それぞれの周波数で電磁場を発生することを特徴とする装置。
【００６６】
１１．上記１の装置に於いて、該少なくとも１つの変換器が、該対象に対し実質的に異なるそれぞれの角度的配向に向けられた２つ以上の変換器を備えており、該信号プロセサーは該２つ以上の変換器により放射されるエネルギーの差に応じて該対象の角度的配向の座標を決定することを特徴とする装置。
【００６７】
１２．上記１の装置に於いて、該対象は挿入医療器具を含んでおり、該信号プロセサーは主題の体内での該器具の座標を決定することを特徴とする装置。
【００６８】
１３．上記１２の装置に於いて、該医療器具は該少なくとも１つの変換器の近くに、その遠位の部分に固定され生理学的センサを有するプローブを備えることを特徴とする装置。
【００６９】
１４．座標系に対する対象の配置を決定するための装置に於いて、
該対象の周辺で電磁場を発生する少なくとも１つの電磁場発生器と、
該対象に固定されており、該電磁場に応じて音響エネルギーを放射する変換器と、
該変換器により放射された該音響エネルギーを検出し、それに応答して信号を発生する、該対象の周辺の既知の位置にある１つ以上の検出器と、
該対象の座標を決定するために該検出器信号を受信し処理する信号プロセサーとを具備することを特徴とする装置。
【００７０】
１５．上記１４の装置に於いて、該変換器が該対象の如何なる音響的照射にも実質的に無関係に音響エネルギーを放射することを特徴とする装置。
【００７１】
１６．上記１４の装置に於いて、該変換器へのワイヤ接続が実質的にないことを特徴とする装置。
【００７２】
１７．上記１４の装置に於いて、該信号プロセサーが該変換器から該１つ以上の検出器までの該音響エネルギーの飛翔時間を決定することを特徴とする装置。
【００７３】
１８．上記１７の装置に於いて、該飛翔時間は該少なくとも１つの電磁場発生器による該電磁場の始動から該１つ以上の検出器による該音響エネルギーの最初の検出までの間の時間間隔を含んでいることを特徴とする装置。
【００７４】
１９．座標系に対する対象の配置を決定するための方法に於いて、
その振動周波数で振動する変換器を該対象に固定する過程と、
該対象の周辺に電磁場を発生する過程と、
該電磁場の、該座標系内の１つ以上の場所にある該変換器との、相互作用に応じて該変換器により放射される、エネルギーを検出しそしてそれに応じた信号を発生する過程とを具備しており、該エネルギーは該変換器の該振動周波数に依存する周波数を有しており、該方法は又
該対象の座標を決定するために該信号を処理する過程を具備していることを特徴とする座標系に対する対象の配置を決定するための方法。
【００７５】
２０．上記１９の方法に於いて、該信号を処理する過程が該座標系内の少なくとも１つの既知の点までの該変換器の距離を示す音響エネルギーの飛翔時間を決定する過程を備えることを特徴とする方法。
【００７６】
２１．上記２０の方法に於いて、変換器を該対象に固定する過程が、実質的に異なる共振周波数で振動する少なくとも２つの変換器を該対象に固定する過程を備えることを特徴とする方法。
【００７７】
２２．上記２１の方法に於いて、該信号を処理する過程が、該対象の角度的な配向を決定するために、該少なくとも１つの固定点から該少なくとも２つの変換器の各々までの距離を決定する過程を備えていることを特徴とする方法。
【００７８】
２３．上記２０の方法が更に、該変換器を振動させるために、該変換器の共振周波数と実質的に同様な周波数で、１つ以上の超音波音場を発生する過程を具備することを特徴とする方法。
【００７９】
２４．上記２０の方法に於いて、該エネルギーを検出する過程が該変換器の振動に応じた該電磁場の変調を検出する過程を備えることを特徴とする方法。
【００８０】
２５．上記２０の方法に於いて、電磁場を発生する過程が無線周波｛アールエフ（ＲＦ）｝電磁場を発生する過程を備えており、該エネルギーを検出する過程が該無線周波（ＲＦ）電磁場に応じて該変換器により放射される音響的放射を検出する過程を備えていることを特徴とする方法。
【００８１】
２６．上記２５の方法に於いて、該信号を処理する過程が、該座標系内の複数の既知の場所に対して、該変換器により放射された該超音波放射が、該場所の各々まで飛翔する時間を決定する過程を備えていることを特徴とする方法。
【００８２】
２７．上記２６方法に於いて、該対象に変換器を固定する過程が実質的に異なるそれぞれの角度的配向で２つ以上の変換器を該対象に固定する過程を備えており、該変換器の各々は実質的に異なるそれぞれの共振周波数で振動し、そして該方法に於いて
無線周波（ＲＦ）電磁場を発生する過程が該２つ以上変換器のそれぞれの共振周波数に対応する周波数成分を含む電磁場を発生する過程を備えており、そして該方法に於いて
該信号を処理する過程が該対象の角度的配向を決定するために該異なる周波数で検出された該音響的放射に応じて発生された信号を比較する過程を備えることを特徴とする方法。
【００８３】
２８．上記１９の方法に於いて、対象の配置を決定する過程が挿入医療器具の配置を決定する過程を具備することを特徴とする方法。
【００８４】
２９．上記２８の方法に於いて、該挿入医療器具の配置を決定する過程が、該変換器の近くで、その遠位の部分に固定された生理学的センサを有する挿入医療器具の配置を決定する過程を含んでいることを特徴とする方法。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の好ましい実施例のカテーテル追跡システムの略図解である。
【図２】本発明の好ましい実施例の、図１のシステムで使用するための、カテーテルの遠位の端部の略図解である。
【図３】本発明の好ましい実施例の、図１のシステムで使用するための、変換器の略図解である。
【図４】本発明のもう１つの好ましい実施例の、図１のシステムで使用するための、カテーテルの遠位の端部の略図解である。
【図５】本発明のもう１つの好ましい実施例の、図１のシステムで使用するための、カテーテルの遠位の端部の略図解である。
【図６】図５に示すカテーテルの角度座標の計算で使用するパラメータのグラフ的な図解である。
【図７】図５のカテーテルの断面図である。
【図８】図５のカテーテルの切り欠きのある、簡単な絵画図である。
【図９】本発明の好ましい実施例の、図５に示すカテーテルの６次元の座標の決定に使用する回路のブロック図である。
【図１０】本発明のもう１つの好ましい実施例の、図１のシステムでの使用のための、カテーテルの遠位の端部の略図解である。
【図１１】図１０に示すカテーテルの遠位の端部で使用される、変換器の断面図である。
【図１２】本発明のもう１つの好ましい実施例の、図１のシステムでの使用のための、カテーテルの遠位の端部の略図解である。
【図１３】本発明のなおもう１つの好ましい実施例の、図１のシステムでの使用のための、カテーテルの遠位の端部の略図解である。
【符号の説明】
【００８６】
１０ アクチブ部分
１１、１３、１５ 超音波発生器
１２ 測位変換器
１４ カテーテル本体
１７ 無線周波（ＲＦ）検出器
１８ 血管
２０ カテーテル位置追跡システム
２２ カテーテル
２４ 患者の体表面
２６ 無線周波（ＲＦ）放射器ドライバ
２８ デイスプレーモニター
３０ 信号プロセサー
３２ 制御ユニット
３４、３６、３８ 超音波検出器
４０、４２、４４ 無線周波（ＲＦ）放射器
５１、５２ 圧電結晶
５３ 軸線
５４、５６、５８
５５、５７、５９ 直交する軸線
６０ デーエイ変換器
６２、６４ 圧電結晶又はデーエイ変換器
６３、６５ 主要な軸線
６６、６８、７０ 信号増幅器
７８、８０、８２ 増幅器
８４ 測位変換器位置計算用回路
９２、９３ 箔部材
９４、９６ 第１の箔部材
９８、１００、１０１、１０２、１０３ 箔部材
１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、１２２ 結晶／箔ユニット
１４０、１６０、１７０、１９０、２００、２１０ タグ
１４２ 枠
１４４、１６４、１７４、１９４、２０４、２１４ ダイアフラム
１６２、１７２、１９２、２０２、２１２ 枠
１６６、１７６、１９６、２０６、２１６ 軸線
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には位置検出システムに関し特に人体内部の対象（ｏｂｊｅｃｔ）の位置を決定するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの医療過程では、内視鏡（ｅｎｄｏｓｃｏｐｅｓ）やカテーテル（ｃａｔｈｅｔｅｒｓ）の様な、プローブ（ｐｒｏｂｅｓ）が患者の体内へ挿入される。これらの挿入された医療装置の場所を決定する種々の方法が当該技術で公知になっている。Ｘ線画像形成法は最も普通に使用される位置確認システムである。この目的では又位置決定システムも使用出来る。
【０００３】
超音波体内位置検出法（ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｉｎｔｒａｂｏｄｙ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｎｇ）も公知である。幾つかのこの様なシステムはカテーテル内に、一般的には該カテーテルの遠位の端部にあるか又は該端部に隣接した、アクチブな変換器（ａｃｔｉｖｅ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を要するが、該変換器は該人体の外部のコンソールにワイヤで接続されている。該変換器は該人体の外側の放射器（ｅｍｉｔｔｅｒｓ）から超音波を受信するか又は該人体の外側の受信器（ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ）へ超音波を放射する（ｒａｄｉａｔｅｓ）。他の超音波システムは該カテーテル内の受動的超音波反射器（ｐａｓｓｉｖｅ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）を使用するが該反射器は該カテーテルまでワイヤを走らせる必要なしに該人体を照射する（ｉｒｒａｄｉａｔｅｉｎｇ）超音波の強い反射を提供する。これらの受動的システムは強い超音波放射の背景を創る必要がありそれに対しての該反射器の位置が見出されねばならない。
【０００４】
その開示がここに引用により組み入れられる、ナタンス（Ｎａｔｈａｎｓ）への特許文献１は盗難防止システム（ｔｈｅｆｔ−ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）を説明しているが、そこでは共振周波数を持つ圧電結晶（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ）が装置に組み入れられており該装置は次いで商店内で個別商品（ｉｔｅｍｓ）に取付けられる。該結晶の共振周波数に等しい周波数を有する無線周波数｛アールエフ（ＲＦ）｝信号が該結晶を叩く（ｓｔｒｉｋｅｓ）と、該結晶の面間に該放射された無線周波（ＲＦ）の発振する電場傾斜（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｆｉｅｌｄ ｇｒａｄｉｅｎｔ）が生じ、そして該結晶に設置された２枚の錫箔部材（ｔｉｎ ｆｏｉｌ ｍｅｍｂｅｒｓ）は振動し、超音波を放射する。適当な条件下での該超音波の検出は警報を発し、許可無く（ｗｉｔｈｏｕｔ ａｕｔｈｏｒｉｚａｔｉｏｎ）該商店から該商品を持ち去る企てを示すことになる。
【０００５】
又特許文献１は共振振動周波数を有する小さな金属錫のダイアフラムを説明している。該ダイアフラムが該共振周波数で又はその近くでの超音波音場の照射を受けると、該ダイアフラムはその周波数で振動する。又無線周波（ＲＦ）の電磁場が該ダイアフラムを実質的により高い周波数で照射し、そして該超音波音場で誘起された該ダイアフラムの振動は該無線周波（ＲＦ）の電磁場を変調する。この変調は無線周波（ＲＦ）変換器（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）により検波され、該変換器は警報を賦活する。これらのシステムは該商品の場所を説明する特定の情報は提供せず、該商品が検出範囲に入ったことだけの情報を提供する（典型的には該商店の出口近くで）。
【０００６】
その開示が引用によりここに組み入れられる、ベンハイム他（Ｂｅｎ−Ｈａｉｍ ｅｔ
ａｌ．）への特許文献２は挿入医療器具の位置（ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）と配向を決定するための側位システム（ｌｏｃａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅ
ｍ）を説明しておりそこでは外部から印加された無線周波（ＲＦ）電磁場が該挿入医療器具内に配置された３つのコイル内に電流を誘起する。この誘起された信号を該カテーテルから体外空間の信号プロセサーへ運ぶためにはワイヤ又は何等かの他の形の物理的リード線を要する。該プロセサーは該挿入医療器具の位置と、配向を計算するために該信号を解析する。
【０００７】
その開示が引用によりここに組み入れられるバーデット他へ（Ｂｕｒｄｅｔｔｅ ｅｔ
ａｌ．）の特許文献３及びバーデットへ（Ｂｕｒｄｅｔｔｅ）の特許文献４は癌治療用の温熱療法機械で使用するための超音波装置を説明している。この装置を作動するために、該治療サイト周辺に円筒形に超音波変換器が配置され、そして無線周波数電力で賦活される。合成超音波が該治療サイト内の組織を加熱し、それにより望ましい治療効果が発生する。従ってこの装置の出力は熱であり、そして個別の超音波変換器の位置や配向の表現はない。
【０００８】
その開示が引用によりここに組み入れられるヒルシ他（Ｈｉｒｓｃｈｉ ｅｔ ａｌ．）への特許文献５は身体に挿入されたチューブ又は他の対象の位置を確認するためのシステムを説明している。それはその対象に取付られ、体外の手持ち式無線周波（ＲＦ）送信器／受信器に励起されると共振する共振電気回路と組み合わされる。該回路の共振により発生される電磁場は該手持ち式装置により検出され、該装置は次いで１連のエルイーデー（ＬＥＤｓ）をオンにして該ユーザーに目標への方向を示す。追加の視認用デイスプレーは該送信器／受信器が何時該対象の上に直接来たかを示す。
【０００９】
その開示が引用によりここに組み入れられるバウアー（Ｂａｕｅｒ）への特許文献６は移動する対象の３次元的位置を追跡するためのシステムを説明している。既知の位置の少なくとも３つの超音波送信器が信号を送り該信号は該移動する対象に設置された受信ステーションにより検出される。各ステーションでは、該検出された信号は無線送信用に好適な形式にエンコードされ、そして無線送信器は該情報をコンピユータに渡し該コンピユータは３角測量のアルゴリズムで該対象の位置を決定する。特許文献６のシステムは主に、見掛けの体の位置と動き（ｇｒｏｓｓ ｂｏｄｙ ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｍｏｖｅｍｅｎｔｓ）の決定を可能にするために人体の外部に取付られるのに好適である。
【００１０】
その開示が引用によりここに組み入れられるチェリー他（Ｃｈｅｒｒｉ ｅｔ ａｌ．）への特許文献７は、目視式の環境シミュレータを含んでいるが、そこでは目視者及び／又は該目視者を運ぶ移動式ユニットの空間的座標と配向角度の変化をモニターするために３つの別々に位置付けされた超音波送信器が３つの超音波受信器の各々へ信号を送っている。
【００１１】
【特許文献１】米国特許第３，７１３，１３３号
【特許文献２】ＰＣＴ特許刊行物第ＷＯ９６／０５７６８号
【特許文献３】米国特許第５，５２２，８６９号
【特許文献４】米国特許第５，５４９，６３８号
【特許文献５】米国特許第５，３２５，８７３号
【特許文献６】米国特許第５，４１２，６１９号
【特許文献７】米国特許第４，８０７，２０２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は改良された超音波式対象追跡システムを提供することである。本発明の或る側面の更に進んだ目的はカテーテルの遠位の端部からの超音波放射に基づくそして該遠位の端部へのワイヤ接続を要しないカテーテル測位システム（ｃａｔｈｅｔｅｒ ｌｏ
ｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の好ましい実施例は電磁的｛無線周波（ＲＦ）｝エネルギー場と超音波エネルギー場との相互作用に基づいている。超音波範囲に共振振動周波数を有する、無線周波（ＲＦ）に反応する変換器が対象に固定されそして無線周波（ＲＦ）エネルギー場で照射される。該変換器は振動を誘起されそして該振動と無線周波（ＲＦ）の場との相互作用に応じたエネルギー、無線周波（ＲＦ）か超音波のエネルギー、又は両者のエネルギーを放射する。該放射エネルギーは検出されそして該対象の位置及び／又は配向の座標を決定するために使用される。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の幾つかの好ましい実施例では、該変換器はその上に当たる（ｉｍｐｉｎｇｉｎｇ ｔｈｅｒｅｏｎ）該無線周波（ＲＦ）の場に応じた超音波を放射する。該放射された超音波は複数の、好ましくは３つ以上の、超音波検出器で検出される。プロセサーは該超音波検出器からの信号を受信しそして、当該技術で公知の様に、３角測量、飛翔時間測定（ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）、又は他の適当な位置決定法を使用して、該対象の位置及び／又は配向を決定するために該信号を処理する。該変換器と該検出器、該プロセサー又は該装置の他の何等か要素との間にワイヤ接続が無いことは好ましいことである。
【００１５】
これらの好ましい実施例の幾つかでは、該変換器は１つ以上の圧電結晶を含んでおり、各々はそれぞれの共振周波数と各結晶に結合された１つ以上の箔部材（ｆｏｉｌ ｍｅｍｂｅｒｓ）を有する。ここで説明される好ましい実施例では、該変換器は箔部材を含んでいるが、他の導電性材料も使用可能であることは理解される。１つ以上の無線周波放射器（ＲＦ ｒａｄｉａｔｏｒｓ）が該結晶の周辺で該共振周波数の各々の又は該各々の近くの無線周波（ＲＦ）信号を発生し、該箔部材に各結晶／箔ユニットの特性周波数（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）で振動しそして超音波を放射させる。
【００１６】
本発明の好ましい実施例では、該変換器は、それぞれ、相互に実質的に直交する軸線（ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ， ｍｕｔｕａｌｌｙ ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ａｘｅｓ）を有する、３つの結晶／箔ユニットを含んでいる。各ユニットはその共振周波数が他の２つのユニットのそれと異なるように作られそして設置されている。この実施例では、該無線周波（ＲＦ）発生器は該３つの共振周波数の各々で、同時にか又は該３つの周波数を通した連続サイクルかで、場を発生する。当該技術で公知の方法、その幾つかは、例えば、ＰＣＴ特許刊行物第ＷＯ９６／０５７６８号に説明されている方法を用いて、３つの位置ベクトル成分のみならず該対象の角度的配向ベクトル（ａｎｇｕｌａｒ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｖｅｃｔｏｒ）の３成分も該超音波検出器からの信号に基づき次いで計算される。
【００１７】
上記引用した米国特許第３，７１３，１３３号で説明される該防盗システム（ａｎｔｉ−ｔｈｅｆｔ ｓｙｓｔｅｍ）は本発明と同様な仕方で超音波放射を作るために無線周波｛アールエフ（ＲＦ）｝照射を使用するが、該防盗システムは目標の存否を報告出来るだけで、対象を測位しそして追跡するためには使用出来ない。
【００１８】
本発明の幾つかの好ましい実施例では、該変換器はカテーテル、内視鏡、トロカール（ｔｒｏｃａｒ）又はラパロスコープ（ｌａｐａｒｏｓｃｏｐｅ）の様な挿入医療器具に組み入れられる。これらの好ましい実施例の１つでは、該変換器はトロカールの遠位の端部に固定され該トロカールを通してラパロスコ−プが腹腔手術部（ａｄｏｍｉｎａｌ ｓｕｒｇｅｒｙ）内に通される。下にあるボウル（ｂｏｗｅｌ）や血管、特に総腸骨静脈（ｃ
ｏｍｍｏｎ ｉｌｉａｃ ｖｅｉｎ）への損傷を防止するように該遠位の端部の位置が決定される。もう１つの好ましい実施例では、頸動脈（ｃａｒｏｔｉｄ ａｒｔｅｒｙ）又は胸膜腔（ｐｌｅｕｒａｌ ｃａｖｉｔｙ）の破裂損傷の可能性を減らすために内部頸静脈（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｊｕｇｕｌａｒ）に挿入されつつあるスワンガンツカテーテル（Ｓｗａｎ−Ｇａｎｚ ｃａｔｈｅｔｅｒ）の遠位の端部の位置は連続的にモニターされる。
【００１９】
なおもう１つの好ましい実施例では、ステント（ｓｔｅｎｔ）を配置するカテーテルの遠位の端部内に１つ以上の変換ユニットを組み込むことにより大動脈瘤（ａｏｒｔｉｃ ａｎｅｕｒｙｓｍ）の治療での下降する大動脈（ｄｅｓｃｅｎｄｉｎｇ ａｏｒｔｉｃ ａｒｔｅｒｙ）内へのステントの精確な配置が可能になる。この実施例では、その空間的な位置を知ることに加えて該カテーテルの角度的配向（ａｎｇｕｌａｒ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）を知ることが重要であるがそれは脊髄（ｓｐｉｎａｌ ｃｏｒｄ）を供給する腰椎動脈（ｌｕｍｂａｒ ａｒｔｅｒｙ）をブロック（ｂｌｏｃｋｓ）する仕方で該ステントを配置することを避ける必要があるからである。更に、該変換器と該位置検出システムの他の要素との間にワイヤ接続を要しないので、該カテーテルによる配置の前、配置の間及び該配置の後、１つ以上の変換器が該ステントに固定されそしてその位置と配向を決定するため使用されることが可能である。ステントと組み合わされる無線式変換器の使用は、本出願の譲り受け人に譲渡されそして引用によりここに組み入れられるＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＩＬ９７／００４４７号に更に説明されている。
【００２０】
本発明の更に好ましい実施例では、１つ以上の該変換器が腫瘍（ｔｕｍｏｒ）を破壊するよう設計されたプローブに組み入れられ、それにより医者が該腫瘍の既知の座標に対して該プローブの精確な位置と配向を知ることを可能にする。この好ましい実施例の特殊な応用は加熱、冷却、又は他の手段による下垂体腫瘍（ｐｉｔｕｉｔａｒｙ ｔｕｍｏｒ）の除去である。位置センサを使用する外科用プローブは例えば、下記のＰＣＴ出願、すなわち引用によりここに組み入れられるＰＣＴ／第ＵＳ９７／０２２４４３号、ＰＣＴ／第ＩＬ９７／０００５８号及びＰＣＴ／第ＩＬ９７／０００５９号で説明されている。
【００２１】
当該技術で公知のアクチブな超音波に基づく（ａｃｔｉｖｅ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ−ｂａｓｅｄ）位置検出システムと区別して、本発明では超音波は該プローブで受動的に発生される。超音波発生のこの方法は、該プローブから外部電源への（米国特許第５，４１２，６１９号に於けるように）、或いは信号増幅器及び信号処理装置への（特許刊行物第ＷＯ９６／０５７６８号及び米国特許第４，８０７，２０２号に於けるように）導線の必要がないので有利である。幾つかの他の現在使用されている方法と比較して本発明の超音波の受動的発生法の追加的利点は体外からの照射により創られる破壊的な背景的超音波放射の可能性がないことである。共振周波数での超音波放射は該変換器、典型的には上記説明の結晶／箔ユニットからしか来ない。該ユニットの非常に小さい寸法からのみならず該プローブ内に必要な追加的ハードウエアが無いことから得られる利点は、該挿入医療器具が当該技術で公知の位置検出システムで使用される他の種類の放射器（ｅｍｉｔｔｅｒ）及び検出器（ｄｅｔｅｃｔｏｒ）に比較して小型にそしてフレキシブルに出来ることである。加えて、挿入医療器具内でのこの様なプローブの使用は、患者の体内の器具の位置を決定するため屡々使用される有害の可能性のあるイオン化放射（ｉｏｎｉｚｉｎｇ ｒａｄｉａｔｉｏｎ）に患者を曝すことを取り除いてくれる。
【００２２】
本発明の他の好ましい実施例では、該変換器は該共振周波数で振動するダイアフラムを含んでいる。米国特許第３，７１３，１３３号で説明され、その図４で示す実施例の様な、それらと同様な方法を使用して、該ダイアフラムの共振周波数と実質的に同様な周波数を有する超音波が既知の位置の超音波発生器により発生されそして該変換器の周辺に向かって差し向けられる。該ダイアフラムは外部から印加された超音波放射に応答してその共
振周波数で機械的に振動する。該超音波の音場が始動された時の前か又は実質的に同じ時に該センサの周辺では実質的により高い周波数の無線周波｛アールエフ（ＲＦ）｝の場が初めに発生される。該無線周波（ＲＦ）の放射の１部は該ダイアフラムの機械的振動に応じて変調される。該変調された無線周波（ＲＦ）信号は無線周波（ＲＦ）検波器で検波され該対象の位置決定に使用される。
【００２３】
米国特許第３，７１３，１３３号では、該変調無線周波（ＲＦ）信号の検出はダイアフラムの存在が検出されたことを示す警報をトリガーするために使用される。該変調無線周波（ＲＦ）信号からは何等追加的情報は得ていない。本発明の好ましい実施例によると、放射され検出された無線周波（ＲＦ）信号と超音波信号とは下記で説明する様に、該ダイアフラムの位置を計算するのに使用される。超音波音場発生の始動からスタートして変調された無線周波（ＲＦ）信号が該無線周波（ＲＦ）検波器で最初に検波される時に終わる時間間隔は超音波が該超音波発生器から該ダイアフラムまでの距離を横断するのに超音波が要する“飛翔時間（ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ）”と実質的に同じである。信号プロセサーは該測定“飛翔時間”と組織内での音の速度とに基づいて該超音波発生器から該ダイアフラムまでの距離を計算する。空間内の既知の点の２つ以上の追加的超音波発生器を、順に、使用してこの過程を繰り返して該ダイアフラムから３つの既知の点までの距離を出し、そして該信号プロセサーに外部の座標系（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｒａｍｅ）に対して該対象の位置を計算可能にする。
【００２４】
本発明の幾つかの追加的な好ましい実施例では、３つの同一直線上にない（ｎｏｎ−ｃｏｌｌｉｎｅａｒ）ダイアフラムが該対象に対し既知の位置に固定され、各ダイアフラムは他のダイアフラムのそれと実質的に異なる共振周波数を有す。各ダイアフラムの位置は上記説明の手順を使用して見出されて、この計算はそれにより該センサの角度的な配向をもたらしてくれる。
【００２５】
本発明は、図面と共に行われるその好ましい実施例の下記の詳細な説明からより充分に理解される。
【実施例】
【００２６】
図１は本発明の好ましい実施例の、人間又は人間でない主体の体内のカテーテル２２の位置を追跡するためのシステム２０の略図的表現である。この応用で、カテーテル２２は標準的技術を使用して患者の血管１８を通して挿入される。カテーテル２２は本体１４、測位変換器１２、及び該カテーテルの遠位の端部にあるアクチブ部分（ａｃｔｉｖｅ ｐｏｒｔｉｏｎ）１０を含んでいる。本発明の種々の好ましい実施例の、該アクチブ部分は当該技術で公知の様な、電気的センサ、超音波ヘッド、光フアイバ視認ヘッド（ａ ｆｉｂｅｒ ｏｐｔｉｃ ｖｉｅｗｉｎｇ ｈｅａｄ）、電気的シミュレータ、電気式又はレーザ式アブレータ（ａｂｌａｔｏｒ）、イオンセンサ、酸素又は二酸化炭素センサ、加速度計（ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ）、血圧又は温度センサ、又は極低温プローブ（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｐｒｏｂｅ）を含んでもよい。一般に、該カテーテルは、操作者の命令に応答して該アクチブ部分にエネルギーを与えるために、リード線、光ガイド、導波管（ｗａｖｅ ｇｕｉｄｅｓ）他を含む場合があり、そして又該体内で該カテーテルを操向するために、先端偏位機構（ｔｉｐ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）を含んでもよい。
【００２７】
該カテーテルの遠位の端部の位置及び／又は配向は、図２、３及び５の下部に示すそれらの様な、好ましくは１個から３個の結晶／箔ユニットを含む変換器１２の位置及び／又は配向を決定することにより得られる。この様なユニットは、米国特許第３，７１３，１３３号で、特にその図４Ｂを参照して説明されている様に、適当な周波数の無線周波（ＲＦ）照射に曝されると、共振し超音波放射を放射する。
【００２８】
該無線周（ＲＦ）放射は制御ユニット３２からの制御信号により始動するがそれは無線周波（ＲＦ）放射器ドライバ２６に駆動信号を発生させる。該駆動信号は今度は、患者の体表面２４の外に配置された１つ以上の無線周波（ＲＦ）放射器４０、４２及び４４に無線周波（ＲＦ）放射を放射させる。又該駆動信号の代表（ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ）は信号プロセサー３０へ送られる。１つ以上の共振する結晶／箔ユニットにより発生される、測位変換器１２からの超音波放射は、複数の超音波検出器３４、３６、及び３８により検出される。超音波発生器１１、１３及び１５の様な、図１に示す他の要素は本発明の他の実施例を参照して下記で説明される。
【００２９】
該検出器は、該信号プロセサー３０が、測位変換器１２の位置を計算するために、当該技術で公知の様に、３角測量のアルゴリズムを実行して駆動信号の代表を含む入力と検出器３４、３６、及び３８からの測定値を利用出来るように、配置されている。検出器３４、３６、及び３８は何れの便利な位置と配向で配置されてもよいが、（ａ）それらが或る座標系（ｓｏｍｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｒａｍｅ）に対して固定されており、（ｂ）それらは重なり合わない、すなわち、精確に同一位置と配向を有する２つの検出器は存在せず、（ｃ）該検出器は同一直線上には置かれず、そして（ｄ）２つの検出器と測位変換器は全てが同一直線上にあることはないことが好ましい。
【００３０】
検出器３４、３６、及び３８の配置と該測位変換器１２内に組み入れられる共振ユニットの数は本発明の各応用により変化することは理解されるべきである。特に、本発明の幾つかの好ましい応用では該カテーテルの配向の精確な情報を要する｛例えば、レーザ切除（ｌａｓｅｒ ａｂｌａｔｉｏｎ）｝、一方他では該カテーテルの位置の情報を要するのみの場合｛例えば、消化管道のチューブ配置（ｇａｓｔｒｏｉｎｔｅｓｔｉｎａｌ ｔｒａｃｔ ｔｕｂｅ ｐｌａｃｅｍｅｎｔ）｝がある。
【００３１】
変換器１２により発生される超音波信号は検出器３４、３６、及び３８により信号プロセサー３０に渡されるべき、アナログ又はデジタル形式の、電気信号に変換される。信号プロセサー３０は該測位変換器１２の位置及び／又は配向を計算するため該検出器の出力を処理し、そしてこの情報をデイスプレーモニター２８及び／又は制御ユニット３２へ送信する。
【００３２】
実際には、該カテーテルのアクチブな端部は超音波エコー情報、電気的アクテイビテイー情報（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）、他の様な情報を集め、そしてそこへ動脈（又は静脈）が導いている器官の室の中の動脈（又は静脈）や他の組織に関する或る手順をオプションとして実行するために使用されてもよい。器官の室（ｏｒｇａｎ ｃｈａｍｂｅｒ）の特定例は心臓、脳又は消化管道の室である。
【００３３】
今度は図２と３を参照する。図２は本発明の好ましい実施例の、カテーテル２２の遠位の端部の略図解である。この好ましい実施例では、変換器１２は図３に詳細に示す、結晶／箔ユニット１１２を含んでおり、該ユニットは圧電結晶５２と結晶５２に結合された箔部材９２と９３を含んでいる。結晶／箔ユニット１１２はユニット１１２の軸線５３が該カテーテルの長手軸線に平行になるようにカテーテル本体１４内に設置される。上記説明の米国特許第３，７１３，１３３号で説明される様に、無線周波（ＲＦ）放射器４０により作られる無線周波（ＲＦ）電磁場（ｆｉｅｌｄ）が結晶／箔ユニット１１２内に超音波共振を引き起こす。放射器４２と４４はこの好ましい実施例では一般的には使用する必要はない。該無線周波（ＲＦ）電磁場に応答して、ユニット１１２は音響放射を放射するが、それは検出器３４、３６、及び３８により検出され、その各々がそれに対応する信号を信号プロセサー３０へ送る。
【００３４】
好ましくは該信号プロセサーは、該ユニット１１２から該検出器の各々までの距離を決定するために、無線周波（ＲＦ）放射器４０への駆動信号の始動時刻、各検出器でのユニット１１２からの音響放射の到達時刻、そして組織内での音の速度を使用するのがよい。駆動信号の始動時刻は音響放射が結晶／箔ユニットを離れる時刻と実質的に同じ時刻であるので、該信号プロセサーはユニット１１２から該検出器の各々までの音響放射の“飛翔時間（ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ）”を計算し、そしてこれらの時間の各々に組織内の音の速度を掛けて、ユニット１１２から各検出器までの距離を発生させる。これらの距離で、信号プロセサー３０は当該技術で公知の方法を用いて、座標系に対する変換器１２の３次元の位置座標を計算する。
【００３５】
図４は本発明のもう１つの好ましい実施例の、カテーテル２２の遠位の端部の略図解である。この好ましい実施例では、２つの結晶／箔ユニット１１４と１１６の主要な軸線６３と６５は該カテーテルの長手方向軸線と連続している。ユニット１１４は共振周波数を有する圧電結晶６２、結晶６２の第１の側に結合された第１の箔部材９４及び結晶６２の第２の側と結合された第２の箔部材（図示せず）を含んでいる。ユニット１１６は結晶６２のそれと実質的に異なる共振周波数を有する圧電結晶６４、結晶６４の第１の側に結合された第１の箔部材９６及び圧電結晶６４の第２の側と結合された第２の箔部材（図示せず）を含んでいる。好ましくは、結晶６２に結合された該箔部材の物理的寸法及び／又は剛性は従って結晶６４のそれらと実質的に異なるのがよい。下記で説明する方法を使用して、結晶／箔ユニット１１４と１１６からの超音波放射は信号プロセサー３０により区別され、そして各ユニットの空間的位置が座標系に対し決定される。ユニット１１４と１１６の各々の３次元的位置座標の計算は該カテーテルの位置とその長手方向軸線の配向との両者を決定する。
【００３６】
図５、７及び８は本発明のもう１つの好ましい実施例の、それぞれ、側面図、断面図及び等角図での、カテーテル２２の遠位の端部の略図的な図解である。この好ましい実施例では、変換器１２は３つの結晶／箔ユニット１１８、１２０、及び１２２を含んでいるが、そこでは各ユニットが上記説明の様に圧電結晶と２枚の箔部材とを含んでいる。ユニット１１８、１２０、及び１２２のそれぞれの共振周波数は相互に実施的に異なり、図４で示した実施例用に用いたそれらと同様な方法を使用して得られる。好ましくは、結晶／箔ユニット１１８、１２０、及び１２２は実質的に相互に直交する軸線５５、５７、及び５９を、それぞれ、有し、軸線５５はカテーテル２２の長手方向軸線と平行だが必ずしも同一直線上にはないのがよい。この実施例では、検出器３４、３６、及び３８により検出される何れか特定の結晶／箔ユニットから受信される信号の１つ以上の側面（例えば、信号強さ又は信号のタイミング）の差異が、下記で説明される様に、該カテーテルの角度的な配向のベクトルの１つの成分を計算するために使用される。
【００３７】
図６は、それによって図５の結晶／箔ユニット１１８の角度的配向が検出超音波から計算されるパラメータを示している。この例では、変換器１２はその音響的性質が実質的に均質で等方性（ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ）の組織内に配置されていると仮定し、そしてそこでは該結晶／箔ユニットの放射特性は、該ユニットから放射される音響的放射の大きさの測定値が関数ｆ（ｊ）の様に変化するようになっているが、ここでｊはベクトルｎとｄｊの間に形成される角度であり、ｎは該ユニットの直交軸線５５であり、そしてｄｊ（ｊ＝１、２、又は３）は該ユニットの中心からそれぞれ検出器３４、３６、及び３８の１つまで伸びるベクトルである。好ましくは、ｎと該ユニットの軸線を見出すために、ニュートン−ラフソン法（Ｎｅｗｔｏｎ−Ｒａｐｈｓｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）又はもう１つの多数反復アルゴリズム（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｉｔｅｒａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）が該ユニットの既知の位置（例えば、上記説明の様に決定される）と該３つの検出器の各々により得られた該ユニットからの放射の大きさの測定値ｍ１、ｍ２、及びｍ３を使用するのがよい。
【００３８】
ｎを見出すための反復プロセスは最初のベクトルｖを推測することと、ｖと該３つのベクトルｄ１、ｄ２、及びｄ３の各々との間の角度１、２、及び３を決定することと、そして角度１、２、及び３で得られた測定値ｍ１、ｍ２、及びｍ３が如何に近くｆ（ｊ）に適合するかに基づいて誤差関数Ｅ（ｖ）を計算することとを含んでいる。当該技術で公知の方法を用いての、ｖの逐次詳細化（ｓｕｃｃｅｓｉｖｅ ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔｓ）はｎ、該ユニットの直交軸線と実質的に等価な見積もりを産み出してくれる。結晶／箔ユニット１１８、１２０、及び１２２についてのこの計算の実行は該カテーテルの角度的な配向を全部決定するに充分である。
【００３９】
本発明の幾つかの好ましい実施例では、各結晶／箔ユニットの１つの表面は超音波吸収器（ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ａｂｓｏｒｂｅｒ）（図示せず）と結合されており、それは、該吸収器の方向に放射される超音波放射を実質的に減衰させるために、実質的に超音波を通さない（ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ−ｏｐａｑｕｅ）性質になっている。信号プロセサー３０は、同じ検出器測定値を作る可能性のある該カテーテルの起こり得る反射された配向の中で識別するために、上記提示された方法を使用する該カテーテルの角度的配向を決定する計算に該吸収器の存在を組み入れている。
【００４０】
好ましくは、図７に示す様に、結晶／箔ユニット１１８、１２０、及び１２２は同一直線上にはない方がよい。この場合、固体の対象の上又は中の３つの既知の点の絶対的位置を決定することにより、各結晶／箔ユニットから放射される信号の大きさに基づく前記配向の計算の代わりに、又は該計算に加えて該対象の角度的な配向も又計算可能である。これらの２つの方法は一緒にして該カテーテルの角度的な配向の計算の精度と信頼性の向上のために使用される。
【００４１】
本発明の大抵の側面では、座標系に対する該カテーテルの遠位の端部の位置及び／又は配向の量的測定が必要である。
【００４２】
これは、少なくとも２つの重なり合わない結晶／箔ユニットを必要とし、それらは少なくとも２つの区別可能な超音波信号を発生し、該ユニットの位置と配向は相互にに対しそして該カテーテルに対し既知である様なものであり、
該ユニットを共振させる電磁場を発生する少なくとも１つの無線周波（ＲＦ）放射器４０と、そして
該検出器の各々が配置される固定点で該超音波の時刻、大きさ、周波数及び／又は位相情報を検出しそして変換することが出来る少なくとも３つの重なり合わず、同一直線上にない検出器３４、３６、及び３８とを必要とする。
【００４３】
本発明の好ましい実施例では、結晶／箔ユニット１１８、１２０、及び１２２の各々は０．３ｍｍから３．０ｍｍの最長寸法を有する。これらの寸法は可成りの範囲に亘り変化してもよくそして好ましい寸法の範囲の代表に過ぎないことは理解されるところである。
【００４４】
図９は図５に示す本発明の好ましい実施例の、測位変換器１２の位置を計算するのに使用される回路８４を示すブロック図である。この実施例では、無線周波（ＲＦ）放射器４０、４２、及び４４、結晶／箔ユニット１１８、１２０、及び１２２（図５に示す）、そして検出器３４、３６、及び３８が測位変換器１２の６次元座標を決定するため使用される。制御ユニット３２は、別々に信号増幅器６６、６８、及び７０の入力となる３つの異なる周波数の３つの正弦波を発生するために、デーエイ（Ｄ／Ａ）変換器６０、６２、及び６４を使用する。その出力が増幅器６６、６８及び７０の出力を含む無線周波（ＲＦ）放射器ドライバ２６は、それぞれ結晶／箔ユニット１１８、１２０、及び１２２に共振させ音響的放射を放射させる周波数で無線周波（ＲＦ）放射器４０、４２、及び４４に放射
させる、信号を発生する。代わりに、１つ以上の該無線周波（ＲＦ）放射器は全ての適当な周波数成分を含む信号を送信する。
【００４５】
変換器１２のユニット１１８、１２０、及び１２２の各々により放射される音響的放射は該検出器の各々により検出され、該検出器の各々はそれに応じた信号を増幅器７８、８０、及び８２に出力する。次いで該増幅器は該検出された音響的放射を表す増幅された信号を信号プロセサー３０へ搬送する。当該技術で公知の方法、例えば、該検出器信号の高速フーリエ変換法、を用いて、信号プロセサー３０は各検出器用にユニット１１８、１２０、及び１２２の各々による該信号の成分を計算する。代わって、該信号プロセサー３０が順に各ユニット用に位置と配向の計算を実行するように、適当な周波数での照射が各周波数を通して繰り返しサイクルで行われる。
【００４６】
制御ユニット３２は意図された機能を実行するための部品の組み合わせ（ａｓｓｅｍｂｌａｇｅ）を含んでいる。例えば、この様な部品は情報又は信号を受信し、情報を処理し、制御器として機能し、情報をモニター２８上に表示し、そして／又は情報か信号を発生してもよい。制御ユニット３２は１つ以上のマイクロプロセサーを含んでいるのが典型的である。
【００４７】
図１０は本発明のもう１つの好ましい実施例に依る、タグ（ｔａｇ）１４０を有する測位変換器１２の略図的図解である。タグ１４０は共振周波数を有するダイアフラム１４４とダイアフラム１４４のリム（ｒｉｍ）に結合されたフレーム１４２を含んでいるので、該ダイアフラムは確実に設置されて振動可能である。好ましくは、ダイアフラム１４４は金属フイルムを含むのがよい。
【００４８】
図１１はタグ１４０の断面図を示している。図１０と１１はダイアフラムが枠（ｆｒａｍｅ）１４２内に設置される１つの好ましい方法を示すが、他の配備も又可能であることは理解されるところである。例えば、他の好ましい実施例（図には示されてない）では、該ダイアフラムの１つの縁は該フレームに結合され、そして該ダイアフラムの反対の縁は振動するよう自由にされている。
【００４９】
再び図１と１０を参照すると、ダイアフラム１４４の共振周波数と実質的に類似の周波数を有する超音波が既知の場所に位置する超音波発生器１１により患者の体表面２４の外側で、発生されそして測位変換器１２の周辺へ向けられる。該ダイアフラムは外部から印加された超音波放射に応答してその共振周波数で機械的に振動する。無線周波（ＲＦ）放射器４０は、該超音波音場（ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｆｉｅｌｄ）の発生が始動された時刻の前又は実質的に同じ時刻に該共振周波数より実質的に高い周波数で無線周波（ＲＦ）電磁場を発生し始める。タグ１４０上に入射する該無線周波（ＲＦ）放射の１部は該ダイアフラムの機械的振動に応じて変調される。該患者の体表面の外側に配置された無線周波（ＲＦ）検出器１７は該無線周波（ＲＦ）放射を検出し、そしてプロセサー３０は変調されていない無線周波背景電磁場（ｕｎｍｏｄｕｌａｔｅｄ ＲＦ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ）から変調された無線周波（ＲＦ）信号を分離し検出する。
【００５０】
超音波発生器１１が、明確化のため、検出器３４、３６、及び３８から分離されたユニットであるように示されているが、両機能用には同種の要素が使用されてもよいことは評価される所である。同様に、無線周波（ＲＦ）検出器４０、４２、及び／又は４４が無線周波（ＲＦ）検出器１７の機能を実行してもよい。
【００５１】
超音波音場発生の始動からスタートして該変調された無線周波（ＲＦ）信号が該無線周波（ＲＦ）検出器で最初に検出された時に終わる時間間隔は、該超音波発生器から該ダイアフラムまでの距離を横断するのに超音波が要する時間の長さと、実質的に同じである。
外部から印加される超音波音場及び無線周波（ＲＦ）電磁場と該検出された無線周波（ＲＦ）信号とに対応する入力を有する、信号プロセサー３０は、該測定された“飛翔時間（ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ）”と組織内での音の速度とに基づいて該超音波発生器から該ダイアフラムまでの距離を計算する。空間内の既知の点に配置された２つの追加的超音波発生器１３と１５を、順に、使用してのこの過程を繰り返しは、該ダイアフラムから３つの既知の点までの距離を産み出し、そして該信号プロセサーが、座標系に対する該変換器の位置を計算することを可能にする。
【００５２】
図１２は、その中で測位変換器１２が、その軸線１６６と１７６とが該カテーテルの長手方向軸線と概ね整合された２つのタグ１６０及び１７０を含む様な本発明の好ましい実施例を示している。タグ１６０及び１７０は異なる共振周波数を有するダイアフラム１６４及び１７４をそれぞれ含んでいる。上記で説明したと同様な方法を用いて、各ダイアフラムの位置は計算され、そして該カテーテルの長手方向軸線の角度的な配向がそれにより計算される。
【００５３】
図１３は、その中で測位変換器１２が該変換器に対し既知の位置に固定され同一直線上にない３つのタグ１９０、２００、及び２１０を含む本発明のもう１つの好ましい実施例の略図的図解を示している。タグ１９０、２００、及び２１０はそれぞれダイアフラム１９４、２０４、及び２１４を含んでおり、各ダイアフラムは他のダイアフラムのそれとは実質的に異なる共振周波数を有している。この実施例では、各ダイアフラムの配置は上記説明の手順を使用して見出され、それによりこの計算は該変換器の角度的配向を産み出してくれる。
【００５４】
好ましい実施例がカテーテルを引用して説明されているが、本発明の原理は、同様に、他の種類の対象の位置及び／又は配向の検出で使用されてもよい。該好ましい実施例は例として引用されており本発明の完全な範囲は請求項によってだけ限定される。
【００５５】
本発明の特徴及び態様を示せば以下の通りである。
【００５６】
１．該対象の周辺に電磁場を発生する少なくとも１つの電磁場発生器と、
該対象に固定されておりそしてそれとの該電磁場の相互作用に応じて、予め決められた振動周波数で振動しそしてエネルギーを放射する少なくとも１つの変換器と、
該変換器により放射される該エネルギーを検出しそれに応答して信号を発生する該対象周辺の１つ以上の検出器と、そして
該対象の座標を決定するために該検出器信号を受信し処理する信号プロセサーとを具備することを特徴とする座標系に対する対象の配置を決定するための装置。
【００５７】
２．上記１の装置に於いて、該変換器へは実質的にワイヤ接続がないことを特徴とする装置。
【００５８】
３．上記１の装置に於いて、該信号プロセサーが、該座標系内の少なくとも１つの既知の点からの該変換器の距離を示す音響エネルギーの飛翔時間（ａ ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ）を決定するために該検出器信号を処理することを特徴とする装置。
【００５９】
４．上記３の装置に於いて、該少なくとも１つの変換器が実質的に異なるそれぞれの周波数で振動する２つ以上の変換器を備えており、該信号プロセサーが該異なる周波数に応じた該検出器信号を処理することを特徴とする装置。
【００６０】
５．上記４の装置に於いて、該対象の角度的な配向を決定するために該信号プロセサーが該少なくとも１つの固定点から該２つ以上の変換器までの距離を決定することを特徴と
する装置。
【００６１】
６．上記１の装置が更に、該変換器を振動させるために、該変換器の周波数と実質的に同様な周波数で超音波を放射する１つ以上の超音波発生器を具備することを特徴とする装置。
【００６２】
７．上記１の装置に於いて、該１つ以上の検出器が該変換器の振動に応じた該電磁場の変調を検出することを特徴とする装置。
【００６３】
８．上記１の装置に於いて、該少なくとも１つの電磁場発生器が１つ以上の無線周波（ＲＦ）電磁場発生器を備えており、該１つ以上の変換器が該無線周波（ＲＦ）電磁場に応じて振動しそして超音波放射を放射することを特徴とする装置。
【００６４】
９．上記８の装置に於いて、該１つ以上の検出器が、該座標系内の既知の場所に位置した、該１つ以上の変換器により放射される超音波放射を受信する、複数の超音波検出器を備えることを特徴とする装置。
【００６５】
１０．上記８の装置に於いて、該１つ以上の変換器が異なる、それぞれの周波数を有する複数の変換器を備えており、無線周波（ＲＦ）電磁場発生器が該変換器の異なる周波数に対応して、異なる、それぞれの周波数で電磁場を発生することを特徴とする装置。
【００６６】
１１．上記１の装置に於いて、該少なくとも１つの変換器が、該対象に対し実質的に異なるそれぞれの角度的配向に向けられた２つ以上の変換器を備えており、該信号プロセサーは該２つ以上の変換器により放射されるエネルギーの差に応じて該対象の角度的配向の座標を決定することを特徴とする装置。
【００６７】
１２．上記１の装置に於いて、該対象は挿入医療器具を含んでおり、該信号プロセサーは主題の体内での該器具の座標を決定することを特徴とする装置。
【００６８】
１３．上記１２の装置に於いて、該医療器具は該少なくとも１つの変換器の近くに、その遠位の部分に固定され生理学的センサを有するプローブを備えることを特徴とする装置。
【００６９】
１４．座標系に対する対象の配置を決定するための装置に於いて、
該対象の周辺で電磁場を発生する少なくとも１つの電磁場発生器と、
該対象に固定されており、該電磁場に応じて音響エネルギーを放射する変換器と、
該変換器により放射された該音響エネルギーを検出し、それに応答して信号を発生する、該対象の周辺の既知の位置にある１つ以上の検出器と、
該対象の座標を決定するために該検出器信号を受信し処理する信号プロセサーとを具備することを特徴とする装置。
【００７０】
１５．上記１４の装置に於いて、該変換器が該対象の如何なる音響的照射にも実質的に無関係に音響エネルギーを放射することを特徴とする装置。
【００７１】
１６．上記１４の装置に於いて、該変換器へのワイヤ接続が実質的にないことを特徴とする装置。
【００７２】
１７．上記１４の装置に於いて、該信号プロセサーが該変換器から該１つ以上の検出器までの該音響エネルギーの飛翔時間を決定することを特徴とする装置。
【００７３】
１８．上記１７の装置に於いて、該飛翔時間は該少なくとも１つの電磁場発生器による該電磁場の始動から該１つ以上の検出器による該音響エネルギーの最初の検出までの間の時間間隔を含んでいることを特徴とする装置。
【００７４】
１９．座標系に対する対象の配置を決定するための方法に於いて、
その振動周波数で振動する変換器を該対象に固定する過程と、
該対象の周辺に電磁場を発生する過程と、
該電磁場の、該座標系内の１つ以上の場所にある該変換器との、相互作用に応じて該変換器により放射される、エネルギーを検出しそしてそれに応じた信号を発生する過程とを具備しており、該エネルギーは該変換器の該振動周波数に依存する周波数を有しており、該方法は又
該対象の座標を決定するために該信号を処理する過程を具備していることを特徴とする座標系に対する対象の配置を決定するための方法。
【００７５】
２０．上記１９の方法に於いて、該信号を処理する過程が該座標系内の少なくとも１つの既知の点までの該変換器の距離を示す音響エネルギーの飛翔時間を決定する過程を備えることを特徴とする方法。
【００７６】
２１．上記２０の方法に於いて、変換器を該対象に固定する過程が、実質的に異なる共振周波数で振動する少なくとも２つの変換器を該対象に固定する過程を備えることを特徴とする方法。
【００７７】
２２．上記２１の方法に於いて、該信号を処理する過程が、該対象の角度的な配向を決定するために、該少なくとも１つの固定点から該少なくとも２つの変換器の各々までの距離を決定する過程を備えていることを特徴とする方法。
【００７８】
２３．上記２０の方法が更に、該変換器を振動させるために、該変換器の共振周波数と実質的に同様な周波数で、１つ以上の超音波音場を発生する過程を具備することを特徴とする方法。
【００７９】
２４．上記２０の方法に於いて、該エネルギーを検出する過程が該変換器の振動に応じた該電磁場の変調を検出する過程を備えることを特徴とする方法。
【００８０】
２５．上記２０の方法に於いて、電磁場を発生する過程が無線周波｛アールエフ（ＲＦ）｝電磁場を発生する過程を備えており、該エネルギーを検出する過程が該無線周波（ＲＦ）電磁場に応じて該変換器により放射される音響的放射を検出する過程を備えていることを特徴とする方法。
【００８１】
２６．上記２５の方法に於いて、該信号を処理する過程が、該座標系内の複数の既知の場所に対して、該変換器により放射された該超音波放射が、該場所の各々まで飛翔する時間を決定する過程を備えていることを特徴とする方法。
【００８２】
２７．上記２６方法に於いて、該対象に変換器を固定する過程が実質的に異なるそれぞれの角度的配向で２つ以上の変換器を該対象に固定する過程を備えており、該変換器の各々は実質的に異なるそれぞれの共振周波数で振動し、そして該方法に於いて
無線周波（ＲＦ）電磁場を発生する過程が該２つ以上変換器のそれぞれの共振周波数に対応する周波数成分を含む電磁場を発生する過程を備えており、そして該方法に於いて
該信号を処理する過程が該対象の角度的配向を決定するために該異なる周波数で検出された該音響的放射に応じて発生された信号を比較する過程を備えることを特徴とする方法。
【００８３】
２８．上記１９の方法に於いて、対象の配置を決定する過程が挿入医療器具の配置を決定する過程を具備することを特徴とする方法。
【００８４】
２９．上記２８の方法に於いて、該挿入医療器具の配置を決定する過程が、該変換器の近くで、その遠位の部分に固定された生理学的センサを有する挿入医療器具の配置を決定する過程を含んでいることを特徴とする方法。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の好ましい実施例のカテーテル追跡システムの略図解である。
【図２】本発明の好ましい実施例の、図１のシステムで使用するための、カテーテルの遠位の端部の略図解である。
【図３】本発明の好ましい実施例の、図１のシステムで使用するための、変換器の略図解である。
【図４】本発明のもう１つの好ましい実施例の、図１のシステムで使用するための、カテーテルの遠位の端部の略図解である。
【図５】本発明のもう１つの好ましい実施例の、図１のシステムで使用するための、カテーテルの遠位の端部の略図解である。
【図６】図５に示すカテーテルの角度座標の計算で使用するパラメータのグラフ的な図解である。
【図７】図５のカテーテルの断面図である。
【図８】図５のカテーテルの切り欠きのある、簡単な絵画図である。
【図９】本発明の好ましい実施例の、図５に示すカテーテルの６次元の座標の決定に使用する回路のブロック図である。
【図１０】本発明のもう１つの好ましい実施例の、図１のシステムでの使用のための、カテーテルの遠位の端部の略図解である。
【図１１】図１０に示すカテーテルの遠位の端部で使用される、変換器の断面図である。
【図１２】本発明のもう１つの好ましい実施例の、図１のシステムでの使用のための、カテーテルの遠位の端部の略図解である。
【図１３】本発明のなおもう１つの好ましい実施例の、図１のシステムでの使用のための、カテーテルの遠位の端部の略図解である。
【符号の説明】
【００８６】
１０ アクチブ部分
１１、１３、１５ 超音波発生器
１２ 測位変換器
１４ カテーテル本体
１７ 無線周波（ＲＦ）検出器
１８ 血管
２０ カテーテル位置追跡システム
２２ カテーテル
２４ 患者の体表面
２６ 無線周波（ＲＦ）放射器ドライバ
２８ デイスプレーモニター
３０ 信号プロセサー
３２ 制御ユニット
３４、３６、３８ 超音波検出器
４０、４２、４４ 無線周波（ＲＦ）放射器
５１、５２ 圧電結晶
５３ 軸線
５４、５６、５８
５５、５７、５９ 直交する軸線
６０ デーエイ変換器
６２、６４ 圧電結晶又はデーエイ変換器
６３、６５ 主要な軸線
６６、６８、７０ 信号増幅器
７８、８０、８２ 増幅器
８４ 測位変換器位置計算用回路
９２、９３ 箔部材
９４、９６ 第１の箔部材
９８、１００、１０１、１０２、１０３ 箔部材
１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、１２２ 結晶／箔ユニット
１４０、１６０、１７０、１９０、２００、２１０ タグ
１４２ 枠
１４４、１６４、１７４、１９４、２０４、２１４ ダイアフラム
１６２、１７２、１９２、２０２、２１２ 枠
１６６、１７６、１９６、２０６、２１６ 軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
座標系に対する対象の配置を決定するための装置であって、
対象の周辺に電磁場を発生する少なくとも１つの電磁場発生器、
該対象に固定されておりそしてそれとの該電磁場の相互作用に応じて、予め決められた振動周波数で振動しそしてエネルギーを放射する３つ以上のダイアフラムを含む少なくとも１つの変換器、
ここで、ダイアフラムが相互に直交する軸線を有し、一の軸線は変換器の長手方向軸線と平行して配置されている
該変換器により放射される該エネルギーを検出しそれに応答して信号を発生する該対象周辺の３つ以上の検出器、
該対象の座標を決定するために該検出器信号を受信し処理する信号プロセサー、ここで、信号プロセサーは少なくとも１つの変換器の位置及び方向を、３つの位置ベクトル成分と３つの角度的配向ベクトル成分の決定によって計算する、
及び
少なくとも１つの変換器の位置及び／又は方向を表示するデイスプレーモニター
を具備することを特徴とする装置。
【請求項２】
座標系に対する対象の配置を決定するための装置において、
該対象の周辺で電磁場を発生する少なくとも１つの電磁場発生器、
該対象に固定されており、該電磁場に応じて音響エネルギーを放射する、３つ以上のダイアフラムを含む少なくとも１つの変換器、
ここで、３つの上記ダイアフラムが相互に直交する軸線を有し、一の軸線は変換器の長手方向軸線と平行して配置されている、
該変換器により放射された該音響エネルギーを検出し、それに応答して信号を発生する、該対象の周辺の既知の位置にある３つ以上の検出器、
該対象の座標を決定するために該検出器信号を受信し処理する信号プロセサー、ここで、信号プロセサーは少なくとも１つの変換器の位置及び方向を、３つの位置ベクトル成分と３つの角度的配向ベクトル成分の決定によって計算する、
及び
少なくとも１つの変換器の位置及び／又は方向を表示するデイスプレーモニター
を具備することを特徴とする装置。
【請求項３】
座標系に対する対象の配置を決定するための方法において、
その振動周波数で振動する、３つ以上のダイアフラムを含む変換器を該対象に固定する過程、
ここで、３つの上記ダイアフラムが相互に直交する軸線を有し、一の軸線は変換器の長手方向軸線と平行して配置されている、
該対象の周辺に電磁場を発生する過程、
該電磁場の、該座標系内の１つ以上の場所にある該変換器との相互作用に応じて該変換器により放射されるエネルギーを検出し、そして、それに応じた信号を発生する過程、ここで、該エネルギーは該変換器の該振動周波数に依存する周波数を有する、
該対象の座標を決定するために３つの位置ベクトル成分と３つの角度的配向ベクトル成分に基づいて該信号を処理する過程、
及び
変換器の位置及び／又は方向を表示する過程
を具備していることを特徴とする座標系に対する対象の配置を決定するための方法。
【請求項１】
座標系に対する対象の配置を決定するための装置であって、
対象の周辺に電磁場を発生する少なくとも１つの電磁場発生器、
該対象に固定されておりそしてそれとの該電磁場の相互作用に応じて、予め決められた振動周波数で振動しそしてエネルギーを放射する３つ以上のダイアフラムを含む少なくとも１つの変換器、
ここで、ダイアフラムが相互に直交する軸線を有し、一の軸線は変換器の長手方向軸線と平行して配置されている
該変換器により放射される該エネルギーを検出しそれに応答して信号を発生する該対象周辺の３つ以上の検出器、
該対象の座標を決定するために該検出器信号を受信し処理する信号プロセサー、ここで、信号プロセサーは少なくとも１つの変換器の位置及び方向を、３つの位置ベクトル成分と３つの角度的配向ベクトル成分の決定によって計算する、
及び
少なくとも１つの変換器の位置及び／又は方向を表示するデイスプレーモニター
を具備することを特徴とする装置。
【請求項２】
座標系に対する対象の配置を決定するための装置において、
該対象の周辺で電磁場を発生する少なくとも１つの電磁場発生器、
該対象に固定されており、該電磁場に応じて音響エネルギーを放射する、３つ以上のダイアフラムを含む少なくとも１つの変換器、
ここで、３つの上記ダイアフラムが相互に直交する軸線を有し、一の軸線は変換器の長手方向軸線と平行して配置されている、
該変換器により放射された該音響エネルギーを検出し、それに応答して信号を発生する、該対象の周辺の既知の位置にある３つ以上の検出器、
該対象の座標を決定するために該検出器信号を受信し処理する信号プロセサー、ここで、信号プロセサーは少なくとも１つの変換器の位置及び方向を、３つの位置ベクトル成分と３つの角度的配向ベクトル成分の決定によって計算する、
及び
少なくとも１つの変換器の位置及び／又は方向を表示するデイスプレーモニター
を具備することを特徴とする装置。
【請求項３】
座標系に対する対象の配置を決定するための方法において、
その振動周波数で振動する、３つ以上のダイアフラムを含む変換器を該対象に固定する過程、
ここで、３つの上記ダイアフラムが相互に直交する軸線を有し、一の軸線は変換器の長手方向軸線と平行して配置されている、
該対象の周辺に電磁場を発生する過程、
該電磁場の、該座標系内の１つ以上の場所にある該変換器との相互作用に応じて該変換器により放射されるエネルギーを検出し、そして、それに応じた信号を発生する過程、ここで、該エネルギーは該変換器の該振動周波数に依存する周波数を有する、
該対象の座標を決定するために３つの位置ベクトル成分と３つの角度的配向ベクトル成分に基づいて該信号を処理する過程、
及び
変換器の位置及び／又は方向を表示する過程
を具備していることを特徴とする座標系に対する対象の配置を決定するための方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−３３０５４（Ｐ２０１３−３３０５４Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１９８５７２（Ｐ２０１２−１９８５７２）
【出願日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【分割の表示】特願２００８−１５９５３４（Ｐ２００８−１５９５３４）の分割
【原出願日】平成１２年３月７日（２０００．３．７）
【出願人】（５０８０８０２２９）バイオセンス・ウエブスター・インコーポレーテツド (79)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【分割の表示】特願２００８−１５９５３４（Ｐ２００８−１５９５３４）の分割
【原出願日】平成１２年３月７日（２０００．３．７）
【出願人】（５０８０８０２２９）バイオセンス・ウエブスター・インコーポレーテツド (79)
【Ｆターム（参考）】
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