JP2001522288A - カテーテル位置づけシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明の患者内のカテーテル位置を検出するシステム（１０）は、相互に直交する（Ｘ，Ｙ，Ｚ）軸の各々に配置された３組の基準電極を含む。信号プロセッサ（１４）が、カテーテルのＸ座標と、Ｙ座標と、Ｚ軸座標を決定するために、カテーテル上に配置された検出電極（３８）と３組の基準電極の各々の各電極との間のインピーダンスを指示する差信号を測定する。カテーテル（３０）の検出された位置は記録され、後のカテーテル位置の検出は記録されたカテーテル位置に関して遂行される。記録された位置におけるカテーテル（３０）の再位置決めを容易化するため、後のカテーテル位置と記録された位置との差がＸ，Ｙ，Ｚに関して表示される。ＥＫＧおよび／呼吸アーティファクトに起因する検出の不正確さを減ずるため、カテーテル位置検出を同期させるために、任意的なＫＥＧセンサおよび／または呼吸センサを使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】 カテーテル位置づけシステム ［発明の背景］ 患者に対して電気信号を搬送するため患者の管内に挿入される形式のカテーテ ルは、種々の応用において使用される。例えば、心臓カテーテルは、患者の心臓 に至る血管内に挿入され、心臓電気信号を検出し、診断試験のための電気的刺激 を適用し、不整脈源を除去するのに使用される組織一部切除信号のような処置信 号を適用する。組織一部切除カテーテルの他の応用としては、胸部または肝臓腫 瘍のような腫瘍の処置、腫瘍生検サンプリング領域の識別などがある。１または 複数の電極に加えて、カテーテルは、他の構造体例えば、光、熱エネルギーまた は化学的薬剤を供給する内腔や組織または流体スペシメンをサンプリングするた めのサンプリングシステムを備えることがある。 米国特許第5,341,807号(Nardella)に記述される複数電極カテーテル装置は、 カテーテルと管壁のような組織との接触を検出するための信号処理回路を備えて いる。Nardellaのカテーテルは、先端電極と、カテーテルに沿って離間配置され た複数のリング電極を備える。電極間のインピーダンスを指示する差電圧が測定 され、カテーテル電極が異なる媒体内に配置されていることを指示する(例えば 、一方の電極は血液内に配置され、他方の電極は組織と接触している)。得られ たカテーテル接触の指示は、多くの応用において有用である。例えば、心臓の組 織一部切除においては、有効なレベルのRFエネルギが組織に達したことを保証す るために、処置領域と接触しているかそれに少なくとも近接していなければなら ない。 一般的に、カテーテルが所望の診断領域および／または処置領域に案内するた めに、あるいはカテーテルが所望に位置に残存していることを保証するために、 ある種の可視化技術を利用することが必要である。加えて、カテーテルを特定の 位置に再位置決めすることが望ましいまたは必要であることが多い。例えば、不 整脈の診断および続いての処置に心臓組織一部切除カテーテルを使用する応用に おいては、心臓電子信号を監視しながらカテーテルを心臓周辺で動かし、それに 続いて不整脈の源であるとして識別される１または複数の領域を切除する。かく して、この処置中、カテーテルを一部切除のための不整脈領域に再位置決めする ことを容易にするために、電気信号を監視しつつカテーテルの位置を決定するこ とが必要である。さらに、どのようなカテーテルの処置中でも、カテーテルは、 スリップすることがあり、処置をうまく完成するために再位置決めを必要とする ことがある。 カテーテル位置決めおよび再位置決めは、普通、傾向透視技術を使用して達成 された。しかしながら、傾向透視技術は、普通、二次元情報しか提供しないから 、カテーテル位置決めにおいてその正確性が制限される。さらに、電磁放射線に 対する露出に関連する潜在的危険性に起因して、傾向透視技術を制限するのが有 利である。 ［発明の概要］ 本発明は、相互に直交するＸ，ＹおよびＺ軸に関してカテーテルの位置を検出 し、カテーテルが約１ｍｍの程度の正確さで正確に再位置決めされることを可能 にするためのカテーテル位置決めシステムに関する。一度カテーテルが所望の位 置に配置されたら、その位置が記録される。カテーテルの後続の位置は、記録さ れた位置に関して処理され、表示される。カテーテルは、後続のカテーテル位置 と記録されたカテーテル位置間の表示された差がゼロに減ずるまでカテーテルを 動かすことによって、記録された位置に再位置決めされる。この配置で、一度所 望の位置が検出され記録されると、蛍光透視装置はターンオフしてよく、それに より潜在的に有害な放射線への患者の露出を有利に制限できる。カテーテルが再 位置決めされる正確度は、この目的のための傾向透視技術の使用に比して向上さ れる。 本願発明における位置検出装置は、Ｘ軸に沿って配置された第１組の基準電極 と、Ｙ軸に沿って配置された第２の一組の基準電極と、Ｚ軸に沿って配置された 第３組の一組の基準電極とを備える。信号プロセッサが、カテーテル上の検出電 極と、第１，第２および第３の一組の基準電極の各電極との間のインピーダンス を指示する差電圧を測定し、それによりカテーテル位置のＸ座標、Ｙ座標および Ｚ座標をそれぞれ決定する。このために、エネルギ源により提供される第１の電 流が第１の一組の基準電極間に流れ、第２の電流が第２の一組の基準電極間に流 れ、そして第３の電流が第３の一組の基準電極間に流れる。好ましくは、第１， 第２および第３の電流は、軸間干渉を最小化するために異なる周波数を有するの がよい。 一つの具体例において、信号プロセッサは、第１の一組の電極に結合されたＸ 軸プロセッサユニットと、第２の一組の基準電極に結合されたＹ軸プロセッサユ ニットと、第３の一組の基準電極に結合されたＺ軸プロセッサユニットとを備え る。各プロセッサユニットは、検出電極に結合された第１の入力と、それぞれの 一組の基準電極に結合された第２の入力とを有する差動増幅器を備える。この特 定の配置の場合、検出電極とそれぞれの一組の基準電極の各電極間のインピーダ ンスが実質的に等しいとき、差増幅器の出力は実質的にゼロである。各プロセッ サユニットはさらに、それぞれの軸に関するカテーテルの位置（すなわち座標） に比例するＤＣ信号を供給するため差動増幅器の出力に結合された復調器を備え る。 任意的なＥＫＧセンサが、カテーテル位置の同期検出に使用するために、患者 のＥＫＧ信号を検出する。さらに、任意的な呼吸センサが、カテーテル位置の同 期検出に使用するため、患者の呼吸信号を検出する。このようにして、患者のＥ ＫＧ信号および／または呼吸信号に起因するアーティファクトは減ぜられ、カテ ーテル位置検出の正確さを向上させる。 基準電極は、カテーテル処置の領域において患者の体に挿入される針電極とし てもよいし、代わりに、患者の身体に外部から取り付けられたパッド電極として もよい。後者の場合、補償電極と称される追加の一組の電極がＸ、ＹおよびＺ軸 の各々に沿って配置され、パッド電極の外部的取付けに起因するインピーダンス の影響を補償する。 １具体例において、検出電極は、カテーテルの先端部に配置され、そしてカテ ーテルは末端電極と、先端部と末端電極間に配置された基準電極とを備える。カ テーテルと管壁のような組織との接触は、基準電極に関する先端電極および末端 電極間のインピーダンスを指示する差電圧を測定することによって検出される。 ［図面の簡単な説明］ 図１は本発明に従うカテーテル位置決めシステムを示す概略線図である。 図１Ａは図１のカテーテル位置決めシステムと使用するための複数電極カテー テルの斜視図である。 図２は図１のカテーテル位置決めシステムのブロック図である。 図３は図２に示されるカテーテル位置決めシステムのフロントエンド回路の回 路図である。 図４は図２に示されるカテーテル位置決めシステムの復調器回路の回路図であ る。 図５は図２に示されるカテーテル位置決めシステムの復調器スイッチの回路図 である。 図６は図２に示されるカテーテル位置決めシステムのサンプリング回路の回路 図である。 図７は図２に示されるカテーテル位置決めシステムのＥＫＧ回路の第１部分の 回路図である。 図７Ａは図２に示されるカテーテル位置決めシステムのＥＫＧ回路の第２部分 の回路図である。 図８はカテーテルと組織との接触を検出するための図１Ａのカテーテルの検出 、近接および基準電極からの信号の処理を例示する概略図である。 図９は図２に示されるカテーテル位置決めシステムのフロントエンド回路の回 路図で、外部取付け基準電極との関連において使用するための補償電極を含むも のを示す。 ［発明の詳細な説明］ 図１を参照すると、この図には検出電極３８を有するカテーテル３０の位置を 検出するためのカテーテル位置決めシステム１０が示されている。システム１０ は、信号プロセッサ１４と、３対の基準電極２０を備えており、Ｘ軸２４，Ｙ軸 ２６およびＺ軸２８を含む相互に直交する軸の各々に沿って各１対の基準電極が 位置づけられている。詳述すると、第１の一組の基準電極４０ａ，４０ｂはＸ軸 ２４に沿って位置づけられ、第２の一組の基準電極４４ａ，４４ｂはＹ軸２６に 沿って位置づけられ、そして第３の一組の基準電極４８ａ，４８ｂはＺ軸２８に 沿って位置づけられる。エネルギ源１６は検出電極３８および基準電極２０に電 気エネルギを供給し、信号プロセッサ１４に結合されたディスプレイ６０は、後 述されるようにカテーテルの再位置決めを容易にする態様で検出されたカテーテ ル位置を表示する。検出電極３８が組織一部切除エネルギを供給する応用におい ては、電極は賦活電極と称することができる。 例示のカテーテル３０は、不整脈診断および組織一部切除のため、血管を介し て患者の心臓３２に挿入するに適合した心臓組織一部切除カテーテルである。し かしながら、斯界に精通したものであれば、ここに記述されるカテーテル位置決 めシステム１０および関連する技術は、カテーテルを特定の位置に再位置決めす ることが有利である任意のカテーテルの応用で使用するに適当であるが認められ よう。 基準電極２０は、患者の体内に挿入するに適合した針電極とし得る。代わりに 、基準電極２０は、患者の皮膚に外部取付けに適合した電極パッド、すなわちパ ッチとしてよい。電極が外部的に取り付けられる場合、図９との関連において詳 述するように、パッドの患者皮膚への取付けと関連して生じ得るインピーダンス の影響を補償するために、補償電極と称される追加の３組の電極が設けられる。 各基準電極２０は、図示のように、各信号線４２ａ〜４２ｆを介して信号プロ セッサ１４に電気的に結合される。例示の具体例において、カテーテル３０は、 図１Ａと関連して追って説明されるように、カテーテルの各電極に各々結合され る３本の信号線７４，７６および７８を介して信号プロセッサ１４に結合される 。 エネルギ源１６は、信号プロセッサ１４により電圧測定がなされることを可能 にするため、信号プロセッサ１４を介して電極にＡＣエネルギを電圧または電流 の形でで供給する。電圧はインピーダンスに比例するから、測定された電圧はイ ンピーダンスを指示する。例示の具体例において、エネルギ源１６は、第１の一 組の基準電極４０ａ，４０ｂに第１の電流を供給し、第２の一組の基準電極４４ ａ，４４ｂに第２の電流を供給し、そして第３組の基準電極４８ａ，４８ｂに第 ３の電流を供給する。好ましくは、これらの各電流は、軸間干渉を最小化するた めに異なる周波数を有するのがよい。１例において、第１電流は４８ｋＨｚＡＣ 電流、第２電流は５０ｋＨｚＡＣ電流、そして第３電流は５４ｋＨＡＣ電流であ る。 信号プロセッサ１４は、カテーテル３０の三次元の位置、詳しくはカテーテル ３０のＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標を決定するために、カテーテルの検出電極３ ８と６個の基準電極２０の各々との間のインピーダンスを指示する差電圧を測定 する。このため、信号プロセッサ１４は、Ｘ軸プロセッサユニット５０と、Ｙ軸 プロセッサユニット５２と、Ｚ軸プロセッサユニット５４（図２）を備えており 、各プロセッサユニットは、検出電極３８と、それぞれの一組の電極の各一つの 電極との間のインピーダンス指示する差電圧を測定する。例えば、Ｘ軸プロセッ サユニット５０は、検出電極３８と基準電極４０ａとの間のインピーダンスを指 示する電圧、および検出電極３８と基準電極４０ｂとの間のインピーダンスを指 示する電圧を測定し、もってカテーテル３０のＸ座標（すなわちＸ軸に関するカ テーテルの位置）を決定する。 信号プロセッサ１４は、ディスプレイ６０に結合されたＸ軸出力信号６２，Ｙ 軸出力信号６４およびＺ軸出力信号６６を提供する。ディスプレイは、代わりに カテーテル位置マップとも称されよう。ディスプレイ６０は、Ｘ，ＹおよびＺ軸 および／または先に記録された位置に関してカテーテルの位置の指示を提供する 。さらに詳述すると、カテーテル位置決めシステム１０は、追って詳述されるよ うに、カテーテル位置が連続的に追跡されその位置が表示される「直接」動作モ ードと、カテーテルの位置が記録され、記録された位置に関して後続の位置測定 がなされ、記録された位置と後続の位置の差が表示される「相対」動作モードで 動作し得る。 ディスプレイ６０は、アナログまたはディジタルを含む種々の形式を取り得る 。１具体例においては、一つのグラフ上に２軸が表示され、第３の軸がディジタ ルメータのような別個のデバイス上に表示される。代わりに、３軸グラフィック 表示、ワイヤフレーム表示またはサーフェスレンダリング技術----これらはすべ て従来のコンピュータ支援デザイン（ＣＡＤ）システムプレゼンテーションであ る----を使用して、ディスプレイ６０を提供できる。 図１Ａを参照すると、この図には例示の心臓組織一部切除カテーテル３０の拡 大図が示されている。組織一部切除エネルギを供給し得る検出電極３８は、カテ ーテルの先端部に配置されており、先端電極３８と称してもよい。カテーテルは さらに、末端電極７２と、末端電極と先端電極間にある基準電極６８を備えてお り、そして末端および基準電極は、図示のようにリング電極の形式である。カテ ーテル３０は、可撓性の管３４の端部に取り付けられた細長の絶縁ボディ３６を 有し、そしてこの可撓性の管３４は、血管に沿ってカテーテルを挿入し操作する ために使用される。信号線７４，７６および７８が管３４から延び出ており、カ テーテル電極３８，６８および７８を信号プロセッサ１４にそれぞれ電気的に接 続している。本発明の特徴と関連して、エネルギ源１６により提供される第４の 電流が、先端電極３８と末端電極７２との間に流れ、それにより、図８と関連し て追って説明されるようにカテーテルの接触を決定するのに使用される測定を容 易にする。 図２をも参照すると、カテーテル位置決めシステム１０のブロック図が、信号 プロセッサ１４，エネルギ源１６およびディスプレイ６０を含むものとして示さ れている。エネルギ源１６は、Ｘ軸基準電極４０ａ、４０ｂに第１の電流を、Ｙ 軸基準電極４４ａ，４４ｂに第２の電流を、そしてＺ軸基準電極４８ａ，４８ｂ に第３の電流をそれぞれ供給するための３基の発振器１００，１０６および１０ ８を備える。 信号プロセッサ１４は、Ｘ軸基準電極４０ａ，４０ｂに結合されたＸ軸プロセ ッサユニット５０と、Ｙ軸基準電極４４ａ，４４ｂ，に結合されたＹ軸プロセッ サユニット５２と、Ｚ軸基準電極４８ａ，４８ｂに結合されたＺ軸プロセッサユ ニット５４とを備える。これらはすべて、実質的に構造が同一である。プロセッ サは、論述を簡単にするために、例示のＸ軸プロセッサユニット５０に関して記 述してある。信号プロセッサ１４にはまた、患者のＫＥＧ信号を監視する任意的 ＫＥＧ回路１０５（図７および７Ａ）と、患者の呼吸信号を監視する任意的な呼 吸検出器１０１が設けられている。ＫＥＧ回路１０５および呼吸検出器１０１か らの出力信号はトリガ論理回路１０３で処理され、追って説明されるようにカテ ーテル位置検出を同期させるために使用されるＳＹＮＣ信号１０７を供給する。 プロセッサユニット５０は、コネクタ１４０のそれぞれの端子１４０ａ，１４ ０ｂを介して基準電極４０ａ,４０ｂに結合されたフロントエンド回路１３０(図 ３）と、フロントエンド回路１２０の出力に結合された復調器回路１２８（図４ ） と、サンプリング回路（図６）とを備える。復調器回路１２８は、復調スイッチ １３２（図５）に応答する。サンプリング回路１３４は、図示のように、Ｘ軸出 力信号６２をディスプレイ６０に供給する。斯界に精通したものであれば、ここ に記述される特定の回路配置および部品値は、単なる例示であり、本発明の技術 思想から逸脱することなく変更し得るものであるが認められよう。 図３をも参照すると、フロントエンド回路１２０は、ゲインおよび／または位 相段１０４，電極インターフェース１２６およびバッファ１５０，１５２を備え ている。Ｘ軸発振器１００からの出力信号は、ゲインおよび／位相段１０４に結 合されるが、このゲインおよび／位相段１０４は、ＡＣエネルギ信号１０２の大 きさおよび／またはＸ軸基準電極４０ａ，４０ｂからの信号の復調の位相を調節 することを可能にする。詳述すると、発振器出力信号１０２は第１ポテンショメ ータ１２４に結合されるが、このポテンショメータは、発振器出力信号１０２の 大きさを変えるように調節できる。発振器出力信号１０２は第２のポテンショメ ータ１３０に結合され、そしてこのポテンショメータは、基準電極４０ａ、４０ ｂからの信号の復調の位相を変えるように調節できる。詳述すると、ポテンショ メータ１３０の出力は位相信号（ＤＥＭＯＤＸ）を供給し、そしてこの信号が変 調器スイッチ１３２（図５）に供給される。位相信号は、信号処理から生ずる位 相シフトを補償するために復調位相を変化させるのに使用される。 大きさ設定ポテンショメータ１２４は演算増幅器１１０に結合され、この増幅 器が回路ノード１１２に電圧出力信号を供給する。電圧増幅器１１０の出力はさ らに演算増幅器１１３に結合され、この演算増幅器が回路ノード１１６に電流出 力信号を供給する。増幅器１１０の電圧出力または増幅器１１３の電流出力のい ずれかを回路ノード１１４に選択的に接続するために、ジャンパ１１３が設けら れている。この配置では、ジャンパ１１８は、ＡＣ電流またはＡＣ電圧を基準電 極４０ａ、４０ｂに供給するように位置づけることができる。好ましい具体例に おいては、ＡＣ電流が基準電極４０ａ，４０ｂに供給される。何故ならば、この 形式の刺激は、より大きな信号対雑音比を提供するからである。 回路ノード１１４に結合された変圧器１２２は、変圧器の一次側１２２ａの発 振器１００を変圧器の二次側１２２ｂに結合される基準電極４０ａ，４０ｂから 隔絶する。Ｘ軸基準電極４０ａ，４０ｂは、図示のようにコネクタ１４０のそれ ぞれの端子１４０ａ，１４０ｂを介して信号プロセッサ１４に結合される。さら に詳述すると、端子１４０ａ、１４０ｂは、抵抗分割器１２５を介してバッファ １５０に結合される。カテーテル３０の検出電極３８は、コネクタ１４０の端子 １４０ｃを介して信号プロセッサ１４に結合される。バッファ１５２は、検出電 極３８からの電気信号に干渉作用する。バッファ１５０，１５２の出力信号１５ ４，１５６はそれぞれ、復調器回路１２８（図４）に結合される。 図４を参照して説明すると、復調器回路１２８は差動回路２００を備えており 、そしてこの差動回路の第１の入力はバッファ１５０（図３）の出力１５４に結 合され、第２の入力はバッファ１５２（図３）の出力１５６に結合されている。 差動増幅器２００の出力は、図示のようにゲイン段２０４に結合される。復調は 、ゲイン段２０４の出力に結合された反転入力と、ゲイン段２０４の出力および 図５と関連して追って記述される変調器スイッチ１３２からの信号線２１２へ接 続された非反転入力を有する増幅器２１により行われる。 動作について説明すると、基準電極４０ａ、４０ｂと検出電極３８間のインピ ーダンスを指示する差電圧は、差動増幅器２００の出力が基準電極４０ａ、４０ ｂに関する検出電極３８の位置を指示する極性と大きさを有するＡＣ信号となる ように、差動増幅器２００により測定される。すなわち、正の出力信号は、検出 電極３８が電極４０ａ、４０ｂの一つにより近づいていることを指示し、負の出 力信号は、検出電極３８が電極４０ａ、４０ｂの他の一つにより近づいているこ とを指示する。かくして、増幅器２００の出力信号がゼロであるとき、検出電極 ３８は、Ｘ軸基準電極４０ａ、４０ｂ間に等間隔に位置づけられている。増幅器 ２００の出力信号の大きさは、検出電極３８が基準電極４０ａ、４０ｂの各々に 相対的に近接していることを指示する。 増幅器２００の出力の利得は、検出の感度を向上させるために、ゲイン段２０ ４で増大される。例えば、例示の具体例において、ゲインは係数２０増大される 。ゲイン段２０４の出力は、以下に記述されるように、それぞれの位相信号ＤＥ ＭＯＤＯＸに応答して復調器スイッチ１３２（図５）により提供される信号Ｘａ およびＸｂに従って、復調器２１０により復調される。 図５も参照して説明すると、復調器スイッチ１３２は、図２に示されるように 、復調入力信号Ｘａ／Ｘｂ，Ｙａ，Ｙｂおよび／Ｚｂをそれぞれプロセッサ５０ ，５２および５４に供給する。復調器スイッチ１３２は、各Ｘ、ＹおよびＺプロ セッサユニット５０，５２および５４のフロントエンド回路１２０の回路１０４ の位相部分からの位相信号ＤＥＭＯＤＸ、ＤＥＭＯＤＹおよびＤＥＭＯＤＺ（図 ２）に応答する。詳述すると、各ＤＥＭＯＤ信号は、図示のようにそれぞれのコ ンパレータ２５０，２５２および２５４に結合され、各コンパレータ２５０，２ ５２および２５４の出力は、アナログスイッチ２６０に結合される。 スイッチ２６０は、コンパレータ２５０，２５２，２５４の対応するものの出 力に結合された入力を各々有する三つのインバータを備える。例えば、Ｘ軸コン パレータ２５０の出力は、インバータ２６４の入力に結合される。各インバータ はそれと関連するスイッチを有しており、そしてこのスイッチは、インバータ出 力信号が第１の論理状態にあるとき第１の開放状態にあり、インバータ出力信号 が第２の論理状態にあるとき第２の閉鎖位置にあるように適合されている。例示 の具体例において、インバータ２６４の出力信号が論理低レベルにあるとき、ス イッチ２６２は開放されており、その結果図示のように、端子２６２ａおよび２ ６２ｂは切断されている。インバータ出力信号が論理高レベルにあるとき、対応 するスイッチ２６２は閉成されており、端子２６２ａと２６２ｂは電気的に接続 されている。 図４を再度参照すると、スイッチ２６２は信号線２１２と２１４間に接続され ており、スイッチ２６２が閉成されるとき、信号線２１２が信号線２１４を介し て接地に接続されるようになされている。他方、スイッチ２６２が開放されてい ると、信号線２１２は浮遊状態になる。この配置で、増幅器２０４の出力に供給 される信号は、位相信号（ＤＥＭＯＤＸ）に関して復調される。復調器２１０の 出力信号２２０は、かくして、Ｘ軸に関するカテーテル３０の位置に比例する( すなわちＸ座標に比例する)平均値を有する変動する振幅をもつＤＣ信号である 。増幅器２３０は、システムの検出の正確さを向上するために、平均値を設定す るためのローパスフィルタを形成する。被復調カテーテル位置信号２３４とも称 されるフィルタ出力信号２３４は、サンプリング回路１３４（図６）に結合され る。 チャンネルＸ上に存するチャンネルＹ５２およびＺ５４からの情報も復調される 。しかしながら、これらの信号は復調信号と同期していないから、ＡＣ信号が発 生され、この情報がフィルタによりゼロに平均化される。 図６を参照して説明すると、サンプリング回路１３４は、Ｘ軸出力信号６２を 発生するために、被復調カテーテル位置信号２３４（図４）のサンプリングを制 御する。詳述すると、上述のように、カテーテル位置システム１０は、カテーテ ル位置が連続的にチェックされる「直接」動作モードと、カテーテル位置が記録 され、後続のカテーテル位置が記録された位置に関して検出される「相対」動作 モードで動作するように適合される。 このため、直接および相対動作モード間において選択を行うために、４極、双 投直接／相対スイッチ３１０がユーザ制御のために設けられる。スイッチ極３１ ０ａはＸ軸プロセッサユニット５０（図６）と関連して設けられ、極３１０ｂは Ｙ軸プロセッサユニット５２（図２）と関連して設けられ、極３１０ｃはＺ軸プ ロセッサユニット５４（図２）と関連して設けられる。スイッチ３１０の第４極 ３１０ｄは、全三つのプロセッサユニットに共通であり、以下で説明されるよう にサンプル・ホールド回路を制御するために設けられている。 被復調カテーテル位置信号２３４は、図示されるように、差動増幅器３００， サンプル・ホールド回路３０４の入力およびスイッチ３１０ａに結合される。サ ンプル・ホールド回路３０４の出力は、差動増幅器３００の入力に結合され、そ してその出力はスイッチ３１０ａに結合される。スイッチ３１０ａは、ゲイン段 ３２０の非反転入力を、カテーテル位置信号２３４または演算増幅器３００の出 力のいずれかに選択的に結合する。スイッチ３１０が図示のように直接位置にあ るとき、ゲイン段３２０の非反転入力は、被復調カテーテル信号２３４に結合さ れる。代わりに、スイッチ３１０が相対位置にあるとき、ゲイン段３２０の非反 転入力は増幅器３００の出力に結合される。増幅器３００の出力信号は、スイッ チ３１０が直接位置にあったときのカテーテル位置に関するカテーテル位置を表 す。 スイッチ３１０ｄは、サンプル・ホールド回路３０４のＳ／Ｈの入力を、図示 のように、選択的に＋５Ｖまたは接地に選択的に接続せしめる。スイッチ３１０ が直接位置にあって、サンプル・ホールド回路３０４へのＳ／Ｈ入力が＋５Ｖに あるとき、サンプル・ホールド回路３０４は信号２３４を追跡して、出力信号３ １６を供給する。スイッチ３１０が相対位置にあり、サンプル・ホールド回路３ ０４へのＳ／Ｈ入力が接地にあるとき、サンプル・ホールド回路３０４の出力信 号３１６は一定に保持される。 演算増幅器３２０のゲインは、位置検出感度を調節するために調節できる。こ のため、スイッチ３３０は、ゲイン段３２０に関してフィードバック関係で設け られており、ゲイン段３２０の出力をその反転入力に選択的に接続または切断す る。このようにして、増幅器３２０のゲインは、１または抵抗３２２および３２ ３によりセットされるゲインにセットされ得る。 ゲイン段３２０の出力信号３２８は、サンプル・ホールド回路３２４の入力に 結合されるが、この回路は、ＳＹＮＣ信号１０７に従って信号３２８を追跡しサ ンプルするように動作する。このサンプリング段は、後述されるように、患者の ＥＫＧ信号および／または呼吸信号と関連するアーティファクトを減ずるように 作用する。サンプル・ホールド回路３２４の出力は、直接動作モード中、カテー テル位置のＸ座標を指示し、あるいは相対動作モード中カテーテル位置と記録さ れたカテーテル位置のＸ座標間の差を指示するＤＣ信号６２（図２）である。か くして、ディスプレイ６０は、先行の位置に関するカテーテル位置、または任意 の原点に関するカテーテル位置測定値を表示できる。例えば、Ｘ、ＹおよびＺ軸 に関する複数カテーテル位置を捕捉し表示できる。 動作において、スイッチ３１０が直接位置にあるとき、被復調カテーテル位置 信号２３４は、サンプル・ホールド回路３０４により追跡され、処理およびサン プル・ホールド回路３２４の入力への結合のためゲート段３２０に結合される。 かくして、信号３２８は、カテーテルの現在のＸ座標を指示し、ＳＹＮＣ信号１ ０７が論理高レベルに転換する度に回路３２４によりサンプルされる。 スイッチ３１０が相対位置に切り替えられると、サンプル・ホールド回路３０ ４は、先に追跡されたカテーテル位置信号２３４を保持せしめて、出力信号３１ ６を提供する。さらに、差動増幅器３００の出力は、処理およびサンプル・ホー ルド回路３２４への結合のためゲイン段３２０に結合される。この動作モードに おいては、信号３２８は、カテーテルの現在のＸ座標（すなわちカテーテル位置 信号２３４により表される）と、スイッチ３１が切り替えられた時点におけるそ の位置（すなわちサンプル・ホールド回路３０４の出力３１６に保持される値に より表される）との間の差を指示する。 換言すれば、差動増幅器３００は、スイッチ３１０が切り替えられたとき（す なわち記録位置）のカテーテルのＸ座標位置と、現在のカテーテル位置（すなわ ち後続の位置）とを指示する信号３１６の間の差を検出し、そしてこの差信号は 、ゲイン段３２０に、さらにサンプルホールド回路３２４へと結合され、Ｘ軸出 力信号をディスプレイ６０に供給する。 図７ａおよび図７ｂを参照すると、ＫＥＧ回路１０５（図２）が患者に取り付 けるための３本のリード４００，４０４および４０８を有するものとして示され ている。リード線の内の２本４００おおお４０４は、ピックアップリード線、第 ３のリード線４０８は保護すなわち基準リード線である。リード線４００および ４０４は、図示されるように、それぞれのフィルタ回路４１０および４１２に、 さらに任意的な保護デバイス４１４および４１８へと結合される。濾波された信 号は、さらに差動増幅器４２０に結合される。 差動増幅器４２０の出力は、信号増幅のため増幅器４２４へ、さらにローパス フィルタ４２８へと結合される。フィルタ４２８の出力は、図示のように、調節 可能なゲイン段４３０に結合され、出力信号ＥＫＧＯＵＴを供給する。例示の具 体例において、ゲインは、１〜５１の間で調節される。 ＥＫＧＯＵＴ信号は、スレッショルド検出コンパレータ４３４（図７ａ）の第 １の入力に供給され、そしてこのコンパレータの第２入力は調節可能なスレッシ ョルド電圧を受信する。詳しく言うと、スレッショルド電圧は、ポテンショメー タ４３６で調節可能である。コンパレータ４３４の出力信号４３７は、ワンショ ットマルチ４３８をトリガするための論理信号である。好ましくは、スレッショ ルドレベルは、検出されたＥＫＧ信号のｒ波と一致する。斯界に精通したものに は、ここに図示説明されるＥＫＧ検出回路は単なる例示であり、他のＥＫＧトリ ガ回路および技術を代わりにしようできることが認められよう。 ワンショット回路４３８は、調節可能な抵抗４４によりセットされる継続時間 で、サンプリングパルスを発生する。ワンショット４３８の出力は、検出された ＥＫＧが予定されたスレッショルドレベルを越えるとき（すなわちｒ波が検出さ れるとき）論理高レベルに転換すＥＫＧ信号を供給する。ＥＫＧ信号は、トリガ 論理回路１０３（図２）に結合されるか、ＳＹＮＣ信号１０７がＥＫＧ信号にの み基づく応用においては、ＥＫＧ信号の出力は直接スイッチ４４４（図２）に供 給される。 任意的な呼吸検出器１０１（図２）は、患者の呼吸信号を検出するために、Ｅ ＫＧ信号検出と関連して上述したものと類似の回路を含み、類似の技術を使用す る。呼吸検出器１０１からの出力信号は、トリガ論理回路１０３に結合され、そ してこのトリガ論理回路１０３は、ＥＫＧ信号と呼吸信号を結合して，ＳＹＮＣ 信号１０７を供給する。しかして、このＳＹＮＣ信号１０７は、患者の呼吸サイ クルおよびＥＫＧサイクルにおける予定された点を指示する。トリガ論理回路１ ０３のＳＹＮＣ出力信号はスイッチ４４４に結合されるが、このスイッチ４４４ は、図示されるＳＹＮＣ位置と、「フリーラン」位置との間で切り替えることが できる。このフリーラン位置においては、カテーテル位置検出は同期されず、Ｓ ＹＮＣ信号１０７は論理高レベルにに維持されるから、Ｘ軸線出力信号６２は、 入力信号３２８を連続的に追跡する。 図８を参照して説明すると、信号プロセッサ１４は、カテーテルと血管壁また は他の組織との接触を検出するためのカテーテル接触検出プロセッサ７０を備え ている。接触検出は、米国特許第5,341,807号(Nardella)に記述されるように、 チップ電極３８と末端電極７２間に第４の電流を供給し、カテーテル電極間のイ ンピーダンスを表す差電圧を測定することによって達成される。それゆえ、この 米国特許も参照されたい。 さらに詳述すると、カテーテルの先端電極３８と末端電極７２との間にエネル ギ源１６を結合し、両電極間に電流を供給する。第１の差動増幅器８０は、その 第１の入力が末端電極７２に、第２の入力が基準電極６８に結合されている。第 ２の差動増幅器８４は、図示のように、その第１の入力が先端電極３８に、その 第２入力が基準電極６８に結合される。この配置の場合、各差動増幅器は、基準 電極と、末端電極７２および先端電極３８の対応するものとの間のインピーダン スを指示する出力信号を供給する。各差動増幅器８０と８４の出力は、第３の差 動増幅器８８の入力に供給される。この第３の差動増幅器８８は、先端電極３８ と基準電極間および末端電極７２と基準電極６８間のインピーダンスの差を表す 電圧差を検出する。電極３８と６８間のインピーダンスが電極６８と７２間のイ ンピーダンスに実質的に等しいとき、差動増幅器６８の出力は実質的にゼロであ る。他方、インピーダンスが異なるとき(例えば、先端電極３８が血管壁に接触 し、末端電極が血内に配置されているときに起こるように)、差動増幅器８８の 出力は増大する。このようにして、カテーテル３０の接触は差動増幅器８８の出 力にて指示され、これをディスプに結合することができる(図示せず)。 図９を参照して説明すると、この図には図２のカテーテル位置決めシステムの 代替フロント回路５００が示されおり、そしてこの回路は、外部取付け基準電極 ４０ａ，４０ｂ（図１）と関連して使用するための補償回路を備えている。フロ ントエンド回路５００は、フロントエンド回路１２０（図３）に類似であり、同 様な部品は同じ参照番号が付されている。かくして、フロントエンド回路５００ は、ゲインおよび／または位相段１０４，電極インターフェース１２６およびバ ッファ１５０および１５２とを備える。 フロントエンド回路５００は、次の点で図３のフロントエンド回路１２０と異 なる。すなわち回路５００は、補償電極ＰＵ１およびＰＵ２と称される二つの追 加の回路を備えており、そしてこの電極は、患者に外部的に取り付けられかつコ ネクタ１４０の端子１４０ｄ、１４０ｅを介して信号プロセッサに電気的に結合 されるパッド電極である。補償電極ＰＵ１およびＰＵ２は、各々高入力インピー ダンスを有する増幅器５０４および５０８にそれぞれ結合される。増幅器５０４ は、入力端子１４０ｄに容量的に結合された非反転入力と、その出力に結合され た反転入力とを有する。増幅器５０４の出力は、さらに抵抗分割器１２５に結合 される(図３)。同様に、増幅器５０８は、入力端子１４０ｅに容量的に結合され た非反転入力と、その入力に結合された反転入力を有している。増幅器５０８の 出力はさらに、抵抗分割器１２５に結合される。補償電極ＰＵ１およびＰＵ２の 使用は、基準電極４０ａ，４０ｂの患者への外部的取付けと関連するあらゆるイ ンピーダンス変動を最小化するように作用する。 斯界に精通したものであれば、ここに開示される装置および技術は、単一のカ テーテルにより指示され得る複数の検出電極、あるいは代わって別個のカテーテ ルにより指示され得る複数の検出電極の位置を検出するのに使用できることが認 められよう。複数検出電極システムの信号プロセッサは、各追加の検出電極に対 して追加のプロセッサユニット（図２に示されるプロセッサユニット５０，５２ および５４のような）を備えることができる。代わりに、信号プロセッサユニッ ト５０，５２および５４は、複数の検出電極の位置を検出するように多重化され てもよい。 複数検出電極の位置の検出に加えて、この配置は、有利なことに、電極の方向 を決定することが可能である。このようなシステムの一つの応用は、長い連続的 な障害が引き起こされる心房細動である。 本発明の例示の具体例についての上述の説明は、本発明が適用される構造範囲 を指示するために提示されたものである。当技術に精通したものには、本開示に 基づいて本発明の種々の変更が明らかであり、そしてこのような変更は、特許請 求の範囲に記載される本発明の技術思想内にあるものと考えられる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． Ｘ軸に関するＸ軸座標、Ｙ軸に関するＹ座標およびＺ軸に関するＸ座標に よって表される、カテーテルが患者と接触する位置を検出するための装置であっ て、 カテーテル上に配置される検出電極と、 Ｘ軸に沿って配置される第１の一組の基準電極と、 Ｙ軸に沿って配置される第２の一組の基準電極と、 Ｚ軸に沿って配置される第３の一組の基準電極と、 Ｘ座標を決定するために、検出電極と前記第１の一組の電極の各々との間のイ ンピーダンスを指示する差電圧と、Ｙ座標を決定するために、検出電極と前記第 ２の一組の電極の各々との間のインピーダンスを指示する差電圧と、Ｚ座標を決 定するために、検出電極と前記第３の一組の電極の各々との間のインピーダンス を指示する差電圧を測定するための信号プロセッサとを 備えることを特徴とするカテーテル位置検出装置。 ２． カテーテルが組織一部切除カテーテルであり、検出電極が、患者の処置領 域に電気的エネルギを供給するためのエネルギ源に結合された賦活電極である請 求項１記載のカテーテル位置検出装置。 ３． 前記第１，第２および第３の一組の基準電極が患者に挿入される針電極で ある請求項１記載のカテーテル位置検出装置。 ４． 前記第１，第２および第３の一組の基準電極が患者に外部的に取り付けら れたパッド電極である請求項１記載のカテーテル位置検出装置。 ５． Ｘ軸に沿って配置され前記第１の一組の基準電極と関連して設けられた第 １の一組の補償電極と、 Ｙ軸に沿って配置され前記第２の一組の基準電極と関連して設けられた第２の 一組の補償電極と、 Ｚ軸に沿って配置され前記第３の一組の基準電極と関連して設けられた第３の 一組の補償電極 を備える請求項４記載のカテーテル位置検出装置。 ６． Ｘ座標と、Ｙ座標と、Ｚ座標を表示するためのデスプレイを備える請求項 １記載のカテーテル位置検出装置。 ７． 信号プロセッサが、Ｘ軸プロセッサユニットと、Ｙ軸プロセッサユニット と、Ｚ軸プロセッサユニットを備え、各プロセッサユニットが 検出電極に結合される第１の入力とそれぞれの一組の基準電極に結合された第 ２の入力を有する差動増幅器を備える 請求項１記載のカテーテル位置検出装置。 ８． 前記各プロセッサが、差動増幅器の出力に結合されていて、それぞれの軸 線に関する座標に比例するＤＣ信号を供給するための復調器を備える請求項７記 載のカテーテル位置検出装置。 ９． 前記検出電極がカテーテルの先端部に配置され、そしてさらに複数のリン グ電極を備え、前記信号プロセッサが、カテーテルが組織と接触しているかどう かを決定するために、先端電極と複数のリング電極の選択されたものとの間のイ ンピーダンスを指示する差電圧を測定する請求項１記載のカテーテル位置検出装 置。 １０． 患者のＥＫＧ信号を検出するためのセンサを備え、前記信号プロセッサ がＥＫＧ信号と同期して動作する請求項１記載のカテーテル位置検出装置。 １１． 患者の呼吸信号を検出するためのセンサを備え、前記信号プロセッサが 呼吸信号と同期して動作する請求項１記載のカテーテル位置検出装置。 １２． エネルギ源により提供される第１の電流が前記第１の一組の基準電極間 を流れ、 エネルギ源により提供される第２の電流が前記第２の一組の基準電極間を流れ 、 エネルギ源により提供される第３の電流が前記第３の一組の基準電極間を流れ 、 前記第１，第２および第３電流が相互に異なる周波数を有する 請求項１記載のカテーテル位置検出装置。 １３． カテーテル上に配置された複数の検出電極を含むカテーテル位置検出装 置。 １４． Ｘ軸に関するＸ軸座標、Ｙ軸に関するＹ座標およびＺ軸に関するＸ座標 によって表される、カテーテルが患者と接触する位置を検出するための方法であ って、 カテーテル上の検出電極を位置決めし、 Ｘ軸に沿って第１の一組の基準電極を位置決めし、 Ｙ軸に沿って第２の一組の基準電極を位置決めし、 Ｚ軸に沿って第３の一組の基準電極を位置決めし、 Ｘ座標を決定するために、検出電極と前記第１の一組の電極の各々との間のイ ンピーダンスを指示する差電圧を測定し、 Ｙ座標を決定するために、検出電極と前記第２の一組の電極の各々との間のイ ンピーダンスを指示する差電圧を測定し、 Ｚ座標を決定するために、検出電極と前記第３の一組の電極の各々との間のイ ンピーダンスを指示する差電圧を測定する 諸ステップを含むことを特徴とするカテーテル位置検出方法。 １５． 検出電極から患者の処置領域に電気的エネルギを供給することによって 患者を処置するステップを含む請求項１４記載のカテーテル位置検出方法。 １６． 前記各基準電極位置決めステップが、前記基準電極のそれぞれの組を針 上で患者に挿入するステップを含む請求項１４記載のカテーテル位置検出方法。 １７． 前記各配置ステップが、対応する一組の基準電極を患者に外部的に取り 付けることを含む請求項１４記載のカテーテル位置検出方法。 １８． Ｘ座標と、Ｙ座標と、Ｚ座標を表示するステップを含む請求項１４記載 のカテーテル位置検出方法。 １９． 患者のＥＫＧ信号を検出し、 差電圧測定ステップをＥＫＧ信号と同期して遂行する ステップを含む請求項１４記載のカテーテル位置検出方法。 ２０． 患者の呼吸信号を検出し、 差電圧測定ステップをＥＫＧ信号と同期して遂行する ステップを含む請求項１４記載のカテーテル位置検出方法。 ２１． カテーテルと組織の接触を検出するステップを含む請求項１４記載のカ テーテル位置検出方法。 ２２． カテーテル上の複数の検出電極を位置決めすることを含む請求項１４記 載のカテーテル位置検出方法。 ２３． Ｘ軸に関するＸ軸座標、Ｙ軸に関するＹ座標およびＺ軸に関するＸ座標 によって表される、カテーテルが患者と接触する位置の決定を容易化する方法で あって、 カテーテルが患者と接触する第１の位置を検出し、 カテーテルの第１の位置を記録し、 カテーテルが患者と接触する第２の位置に移動し、 カテーテルが患者と接触する、第１の位置に関する第２の位置を検出し、 Ｘ，ＹおよびＺ軸に関して、第１および第２カテーテル位置間の差を決定する ことを特徴とする位置決め容易化方法。 ２４． カテーテルを第１の位置に再位置決めするステップを含み、この再配置 ステップが、 第１および第２カテーテル位置間の表示される差を監視し、 第１および第２カテーテル位置間の表示される差を減じさせるようにカテーテ ルを動かす ステップを含む請求項２３記載の位置決め容易化方法。