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KR20080106861A - 움직임 보상을 갖는 심장내 로케이션 시스템 - Google Patents

움직임 보상을 갖는 심장내 로케이션 시스템 Download PDF

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KR20080106861A
KR20080106861A KR20080052448A KR20080052448A KR20080106861A KR 20080106861 A KR20080106861 A KR 20080106861A KR 20080052448 A KR20080052448 A KR 20080052448A KR 20080052448 A KR20080052448 A KR 20080052448A KR 20080106861 A KR20080106861 A KR 20080106861A
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KR
South Korea
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location
location coordinates
coordinates
catheter
patient
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR20080052448A
Other languages
English (en)
Inventor
아사프 고바리
안드레스 클라우디오 알트만
알렉산더 레빈
Original Assignee
바이오센스 웹스터 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 바이오센스 웹스터 인코포레이티드 filed Critical 바이오센스 웹스터 인코포레이티드
Publication of KR20080106861A publication Critical patent/KR20080106861A/ko
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Abstract

위치 추적 방법은 환자의 심장 내의 기준 로케이션에 내부 기준 프로브를 배치하는 단계와, 기준 로케이션에 대응하는 기준 좌표의 범위를 규정하기 위해 하나 이상의 호흡 사이클 동안 내부 기준 프로브의 제1로케이션 좌표를 수집하고 처리하는 단계를 포함한다. 능동 디바이스는 심장 내에 삽입되고, 능동 디바이스의 제2로케이션 좌표가 수집된다. 제 1 및 제2로케이션 좌표는 심장 기준 프레임 내의 능동 디바이스의 상대 로케이션 좌표를 발견하기 위해 결합하여 처리된다. 범위로부터의 제1로케이션 좌표의 편차가 검출될 때, 상대 로케이션 좌표는 기준 로케이션으로부터의 기준 프로브의 변위를 보상하도록 교정된다.
심장, 로케이션, 프로브, 의료기구, 카테터, 호흡, 위치 추적.

Description

움직임 보상을 갖는 심장내 로케이션 시스템{INTRACORPOREAL LOCATION SYSTEM WITH MOVEMENT COMPENSATION}
관련 출원과의 연계
본 출원은 본 명세서에ㅓ 참조하는 2007년 6월 4일 출원된 미국 가출원 제 60/941,767호의 이익을 청구한다.
본 발명은 일반적으로 의료기구에 관한 것이고, 특히 신체 내의 침입성 디바이스(invasive device)의 로케이션(lacation)을 추적하기 위한 위치 감지 시스템에 관한 것이다.
CARTOTM[미국 캘리포니아주 다이아몬드 바 소재의 바이오센스 웹스터(Biosense Webster)에 의해 제조됨]와 같은 심장내 추적 시스템에서, 심장 내부의 카테터(catheter)의 위치 좌표는 환자의 신체 외부의 기준 로케이션에 대해 결정된다. CARTO에서, 예를 들면, 환자의 등 하부의 카테터 및 기준 패드(pad)는 자기장의 진폭 및 방향을 감지하는 소형 코일을 포함한다. 그러나, 환자가 호흡할 때, 환자의 흉곽(thorax)의 결과적인 운동은 심장이 기준 패드에 대해 위치를 시프 트(shift)하게 하여, 카테터의 좌표는 카테터가 심장에 대해 정지하고 있는 동안 호흡 사이클 중에 변경될 수 있다.
그 개시 내용을 본 명세서에서 참조하는 미국 특허 제5,391,199호는 심장 내부에서 로케이션 감지 능력을 갖는 카테터를 사용하여 심장 부정맥의 맵핑(mapping) 및 치료를 위한 장치 및 방법을 설명하고 있다. 호흡 또는 환자 움직임에 기인하여 발생할 수 있는 심실의 변위를 교정하기 위해, 위치설정가능한 두 개 이상의 카테터의 세트는 기준 카테터로서 작용하기 위해 맵핑 절차 중에 심실 내의 특정 지점에 배치될 수 있다. 이들 기준 카테터의 로케이션은 심실 내의 맵핑 카테터 로케이션의 적절한 3차원 일치를 위한 필요한 정보를 공급한다.
심장 내부의 안정한 위치에서의 카테터와 같은 기준 프로브(probe)의 사용은 능동 디바이스가 심장 내에서 조작되기 때문에 맵핑 카테터와 같은 능동 디바이스의 위치를 측정하는데 있어서의 정확성을 향상시킬 수 있다. 기준 프로브는 정지 상태로 유지되고, 능동 디바이스의 상대 좌표를 특정하기 위한 기준점으로서 기능한다. 호흡 운동은 대략 동일한 방식으로 기준 카테터 및 능동 디바이스 양자 모두에 영향을 주기 때문에, 따라서 능동 디바이스의 좌표에 대한 호흡 운동의 영향이 상당히 제거될 수 있다.
그러나, 실제로, 기준 프로브의 안정성을 유지하는 것은 어려울 수 있다. 기준 프로브의 작은 변위조차 능동 디바이스의 위치의 측정의 정확도를 심각하게 손상시킬 수 있다. 이하에 설명되는 본 발명의 실시예는 이 문제점을 다루는데 사용될 수 있는 방법 및 시스템을 제공하고, 따라서 기준 프로브가 완전히 안정적이지 않을 때에도 정확한 위치 판독을 제공한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면,
제1위치 트랜스듀서(transducer)를 포함하는 내부 기준 프로브를 환자의 심장 내의 기준 로케이션에 배치하는 단계;
기준 로케이션에 대응하는 로케이션 좌표의 범위를 규정하기 위해 환자의 하나 이상의 호흡 사이클 중에 제1위치 트랜스듀서를 사용하여 고정된 기준 프레임에 서 내부 기준 프로브의 제1로케이션 좌표를 수집하여 처리하는 단계;
제2위치 트랜스듀서를 포함하는 능동 디바이스를 심장 내에 삽입하는 단계;
심장 기준 프레임 내의 능동 디바이스의 상대 로케이션 좌표를 발견하기 위해, 제2위치 트랜스듀서를 사용하여 고정된 기준 프레임 내의 능동 디바이스의 제2로케이션 좌표를 수집하고, 제1 및 제2로케이션 좌표를 결합하여 처리하는 단계;
기준 로케이션에 대응하는 로케이션 좌표의 범위를 규정한 후에, 이 범위로부터 제1로케이션 좌표의 편차를 검출하며 이에 의해 기준 로케이션으로부터 기준 프로브의 변위를 식별하는 단계; 및
이 변위를 보상하기 위해 상대 로케이션 좌표를 교정하는 단계를 포함하는 위치 추적 방법이 제공된다.
개시된 실시예에 따르면, 내부 기준 프로브 및 능동 디바이스는 카테터를 포함하고, 제1 및 제2위치 트랜스듀서는, 고정된 기준 프레임 내에 필드(field) 발생기에 의해 발생된 자기장에 응답하여 위치 신호를 출력하도록 구성된 자기장 센서를 포함한다.
일 실시예에서, 제1 및 제2로케이션 좌표를 결합하여 처리하는 단계는 상대 로케이션 좌표를 발견하기 위해 제1 및 제2로케이션 좌표 사이의 벡터 차이를 취하는 단계를 포함한다.
이 방법은 환자의 신체에 고정된 기준 패드의 제3로케이션 좌표를 고정된 기준 프레임에서 수집하는 단계를 포함하고, 제1 및 제2로케이션 좌표를 결합하여 처리하는 단계는 적어도 제1로케이션 좌표를 제3로케이션 좌표에 참조하는 단계를 포 함한다. 일반적으로, 편차를 검출하는 단계는 편차가 기준 로케이션으로부터의 기준 프로브의 변위에 기인하는 것인지 또는 환자의 신체의 움직임에 기인하는 것인지를 판정하기 위해 제1로케이션 좌표를 제3로케이션 좌표와 비교하는 단계를 포함한다.
개시된 실시예에서, 상대 로케이션 좌표를 교정하는 단계는 변위에 응답하여 교정 벡터를 계산하는 단계와, 제1 및 제2로케이션 좌표에 기초하여 상대 로케이션 좌표를 발견할 때 교정 벡터를 적용하는 단계를 포함한다. 일반적으로, 교정 벡터 계산 단계는 기준 로케이션에 대응하는 로케이션 좌표의 새로운 범위를 규정하기 위해 내부 기준 프로브의 부가의 로케이션 좌표를 수집하고 처리하는 단계와, 제1로케이션 좌표를 수집하고 처리함으로써 규정된 범위에 새로운 범위를 비교하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 이 방법은 내부 기준 프로브 상에 전극을 사용하여 심장의 내부의 기준 로케이션에서의 국부 전기도 신호를 감지하는 단계를 포함하고, 편차 검출 단계는 국부 전기도 신호의 변화를 검출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면,
제1위치 트랜스듀서를 포함하고 환자의 심장 내의 기준 로케이션에 배치되도록 구성되는 내부 기준 프로브;
제2위치 트랜스듀서를 포함하고 심장 내에 도입되도록 구성되는 능동 디바이스; 및
기준 로케이션에 대응하는 로케이션 좌표의 범위를 규정하기 위해 환자의 하 나 이상의 호흡 사이클 중에 제1위치 트랜스듀서를 사용하여 고정된 기준 프레임 내의 내부 기준 프로브의 제1로케이션 좌표를 수집하고 처리하고, 제2위치 트랜스듀서를 사용하여 고정된 기준 프레임 내의 능동 디바이스의 제2로케이션 좌표를 수집하고, 심장 기준 프레임 내의 능동 디바이스의 상대 로케이션 좌표를 발견하기 위해 제1 및 제2로케이션 좌표를 결합하여 처리하는 위치설정 프로세서를 포함하고,
위치설정 프로세서는, 기준 로케이션에 대응하는 로케이션 좌표의 범위를 규정한 후에 이 범위로부터의 제1로케이션 좌표의 편차를 검출하고, 이에 의해 기준 로케이션으로부터의 기준 프로브의 변위를 식별하고, 변위를 보상하기 위해 상대 로케이션 좌표를 교정하도록 구성된다.
본 발명은 도면과 함께 취한 이하의 본 발명의 실시예의 상세한 설명으로부터 더 완전히 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 기준 프로브가 완전히 안정적이지 않을 때에도 정확한 위치 판독을 제공하는 위치 추적 방법 및 장치가 제공된다.
이제 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 환자(24)의 심장의 카테터 삽입을 위한 시스템(20)이 개략적으로 도시되어 있다. 시스템은 특히 정맥 또는 동맥을 통해 심장의 심실(30) 내로 의사(26)에 의해 삽입되는 카테터(28)를 포함한다. 도 1은 전체적으로 시스템의 삽화도이고, 도 2는 카테터의 원위 단부의 상세를 도시한다.
카테터(28)는 심장의 맵핑 또는 촬영과 같은 진단 적용예, 뿐만 아니라 부정맥의 절제 기반 치료와 같은 치료 적용예를 포함하는 다양한 용도의 능동 디바이스로서 작용할 수 있다. 카테터(28)는 일반적으로 의사에 의한 카테터의 조작을 위한 핸들(32)을 포함한다. 핸들 상의 적합한 제어부(도시 생략)는 의사가 원하는 바에 따라 카테터의 원위 단부를 조향하고, 위치설정하고, 방위 설정할 수 있게 한다. 도 2에 도시된 예시적인 형태에서, 카테터(24)는 그 원위 단부에 심장(22) 내부의 전기적인 감지 및/또는 절제를 위해 사용될 수 있는 전극(40), 뿐만 아니라 초음파 촬영을 위해 사용될 수 있는 음향 트랜스듀서(42)를 포함하는 다수의 기능 부품을 포함한다. 그러나, 이들 부품은 단지 예시로서만 도시된 것이고, 본 발명의 원리는 다른 유형의 카테터, 뿐만 아니라 다른 침입성 디바이스에 동일하게 적용 가능하다.
시스템(20)은 카테터(28)의 로케이션 및 방위 좌표를 측정하는 위치설정 부시스템(sub-system)을 포함한다. (이 특허 명세서 전체 및 청구범위에서, 용어 "로케이션"은 카테터의 공간 좌표를 칭하고, 용어 "방위"는 그 각도 좌표를 칭한다. 용어 "위치"는 로케이션 및 방위 좌표 양자 모두를 포함할 수 있는 카테터의 전체 위치 정보를 칭한다.) 이들 좌표 측정을 위해, 카테터(28)의 원위 단부는 위치 센서(36)를 포함하고, 이 위치 센서는 심장 내부의 카테터의 위치 좌표를 계산할 때 위치설정 프로세서(38)에 의해 사용되는 신호를 생성한다. 센서(36), 뿐만 아니라 카테터(28) 내의 기능 부품은 카테터를 통해 연장하는 케이블(44)에 의해 프로세 서(38)에 접속된다.
일 실시예에서, 위치설정 부시스템은 카테터(28)의 로케이션 및 방위를 결정하는 자기 위치 추적 시스템을 포함한다. 위치설정 부시스템은 심장(22)의 부근의 미리 규정된 작동 체적에 자기장을 발생시키고, 카테터에서의 이들 자기장(field)을 감지한다. 이를 위해, 위치설정 부시스템은 일반적으로 환자(24)의 외부의 고정된 인지된 위치에 배치되어 있는 필드 발생기 코일(34)과 같은 일 세트의 외부 방사체(radiator)를 포함한다. 따라서, 코일(34)에 의해 발생된 자기장은 고정된 기준 프레임을 규정한다. 본 실시예의 위치 센서(36)는 코일(34)에 의해 발생된 자기장을 감지하고 자기장의 방향 성분에 비례하는 신호를 프로세서(38)에 전달하는 하나 이상의 코일을 포함할 수 있다. 프로세서는 일반적으로 코일(34)의 기준 프레임의 센서의 좌표를 결정하기 위해 이들 신호를 수신하고, 증폭하고, 여과하고, 디지털화하고, 처리한다. 대안 실시예에서, 카테터 내의 코일과 같은 방사체는 환자의 신체의 외부의 센서에 의해 수신되는 전자기장을 발생시킨다.
이 종류의 위치설정 부시스템의 작동의 예는 전술된 미국 특허 제5,391,199호에 더 설명되어 있다. 이 일반적인 방식으로 작동하는 다른 위치 추적 시스템은 예를 들면, 미국 특허 제6,690,963호, 제6,618,612호 및 제6,332,089호와, 미국 특허 출원 공개 제2002/0065455 A1호, 제2004/0147920 A1호 및 제2004/0068178 A1호에 설명되어 있고, 이들의 개시 내용은 모두 본 명세서에 참조로서 인용되어 있다. 트랜스듀서(42)의 초음파 촬영 능력을 위치설정 부시스템에 통합하는 것은 그 개시 내용을 또한 본 명세서에서 참조하는 미국 특허 출원 공개 제2006/0241445호에 설 명되어 있다. 도 1의 위치설정 부시스템은 자기장을 사용하지만, 이하에 설명되는 방법은 전기 임피던스 또는 음향 측정에 기초하는 시스템과 같은 임의의 다른 적합한 위치설정 부시스템을 사용하여 마찬가지로 구현될 수도 있다. 따라서, 본 명세서 및 청구범위의 문맥에서 용어 "위치 트랜스듀서"는 일반적으로 방사선의 전송 또는 수신에 의한 것에 무관하게 부품의 좌표를 지시하는 신호를 생성하기 위한 카테터와 같은 침입성 디바이스에 사용될 수 있는 임의의 종류의 부품을 칭한다. 자기 위치 센서(36)가 위치 트랜스듀서의 일 유형이고, 본 명세서에는 한정이 아니라 예시로서만 설명된다.
위치 센서(36)는 도 2에 도시된 바와 같이 전극(40) 및 트랜스듀서(42)에 인접하여 카테터(28)의 원위 단부 내에 위치된다. 일반적으로, 위치 센서, 전극 및 트랜스듀서 사이의 상호 위치 및 방위 오프셋은 일정하다. 이들 오프셋은 위치 센서(36)의 측정 위치가 제공되면 전극(40) 및 트랜스듀서(42)의 좌표를 유도하기 위해 위치설정 프로세서(38)에 의해 사용된다.
프로세서(38)에 의해 계산되는 카테터(28)의 위치 좌표의 가능한 오류를 감소시키기 위해, 시스템(20)은 두 개의 위치 기준 요소를 포함한다:
· 환자(24)의 등에 일반적으로 부탁되는 기준 패드(26). 패드(46)는 카테터(28) 내의 센서(36)와 유사한 위치 센서와 같은 하나 이상의 위치 트랜스듀서를 포함한다. [실제로, 패드 자체는 카테터(28)와 유사한 다른 카테터를 간단히 포함할 수 있다.] 따라서, 패드(46) 내의 센서에 의해 출력되는 신호는 환자 자신이 움직이지 않으면 의사(26)에 의해 실행되는 시술 중에 움직이지 않는 안정한 위치 기준을 제공한다. 기준 패드는 예를 들면 전술된 카르토 시스템의 부분으로서 공급되는 퀵스타(QWIKSTAR) 등 패드일 수도 있다.
· 심장(22) 내에 의사(26)에 의해 일반적으로 삽입되고 인지된 안정한 기준 위치에서 심장 내에 위치되는 기준 카테터(48). 카테터(48)는 마찬가지로, 하나 이상의 위치 트랜스듀서를 포함하고, 따라서 기준의 심장 프레임, 즉 이하에 더 설명되는 바와 같이 환자의 신체 외부보다는 심장(22) 내에 고정된 기준 프레임 내의 카테터(28)의 상대 로케이션 좌표를 발견하기 위한 기준 프로브로서 작용한다. 기준 카테터는 예를 들면 CARTO NAVISTAR 카테터일 수 있다.
도 1의 삽입도에서, 예를 들면 카테터(48)는 심장(22)의 상대정맥을 통해 우심방 내로 공급되고, 그 원위 단부는 관상정맥동(50) 내로 삽입된다. 일반적으로, 이 종류의 위치에서, 카테터(48)는 시술 중에 심장에 대해 움직이는 것으로 기대되지 않는다(그리고, 관상정맥동 자체는 심장 사이클의 도중에 비교적 약간만 움직임). 한편, 환자(24)의 흉곽의 호흡 운동은 카테터(48)의 위치가 기준 패드(46)에 대해 카테터(28) 및 환자의 심장의 나머지를 따라 주기적으로 시프트되게 한다.
프로세서(38)는 이하에 더 설명되는 바와 같이 호흡 및 다른 환자 움직임의 효과를 무효화하는 카테터(28)의 상대 로케이션 좌표를 발견하기 위해 카테터(48)의 좌표와 센서(36)의 좌표를 결합하여 처리한다. 기준 패드(46)의 좌표는 환자 움직임 및 작동 환경의 변화에 대한 좌표의 안정성을 향상시키기 위해 이 계산에 또한 사용될 수 있다. 프로세서는 일반적으로 디스플레이(52) 상에 표시되는 심장의 맵 및/또는 이미지를 생성하는데 있어서 그리고 진단 및 치료 절차 중에 카테 터(28)의 로케이션을 정확하게 추적하는데 있어서 최종적인 정확한 위치 측정을 사용한다. 의사(26)와 같은 사용자는 디스플레이와 상호 작용할 수 있고 포인팅 디바이스 및/또는 키보드와 같은 입력 디바이스(54)를 사용하여 프로세서를 제어할 수 있다.
일반적으로, 위치설정 프로세서(38)는 본 명세서에 설명된 기능을 실행하기 위해 소프트웨어 프로그램된 범용 컴퓨터 프로세서를 포함한다. 소프트웨어는 예를 들면 네트워크를 거쳐 전자 형태로 컴퓨터에 다운로드될 수 있고, 또는 대안적으로 또는 부가적으로 광학, 자기 또는 전자 메모리 매체와 같은 유형 매체에 저장될 수도 있다. 위치설정 프로세서의 기능은 전용 컴퓨터를 사용하여 구현될 수 있고, 또는 시스템(20)의 다른 계산 기능과 통합될 수도 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 처리 기능의 적어도 일부는 전용 하드웨어를 사용하여 수행될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 프로세서(38)에 의해 계산된 로케이션 좌표를 개략적으로 도시하는 벡터 다이어그램이다. 이 다이어그램은 2차원이지만(간단화 및 시각적 명료화를 위해), 실제로 프로세서는 3차원으로 시스템(20)의 로케이션 좌표를 결정한다. 더욱이, 이하에 설명되는 실시예는 특히 로케이션 좌표의 교정에 관한 것이지만, 본 발명의 원리는 필요한 변경을 가하여 마찬가지로 카테터(28)의 방위 좌표에서 발생할 수 있는 오류를 감소시키는데 유사하게 적용될 수 있다.
도 3은 이하의 벡터를 도시한다:
· 벡터(60)(A로 표시됨)는 필드 발생기 코일(34)의 고정된 외부 기준 프레 임에 대해 프로세서(38)에 의해 계산된 카테터(28) 내의 센서(36)의 좌표를 표현한다. 이들은 호흡 또는 임의의 다른 원인에 기인하여 발생될 수 있는 환자(24)의 임의의 운동을 고려하지 않는 절대 좌표이다.
· 다른 벡터(62)(B로 표시됨)는 관상정맥동(50) 내에 정지 유지[심장(22)에 대해]되는 것으로 가정되는 기준 카테터(48)의 좌표를 표현한다. 이들은 마찬가지로 절대 좌표이다. 이들은 환자(24)의 호흡에 기인하여 주기적으로 시프트되는 것으로 예측되고, 또한 환자(24)가 시술 중에 움직이거나 또는 카테터(48)가 심장(22) 내에서 움직이면 고정 시프트를 나타낼 수도 있다. 이들 종류의 시프트를 취급하기 위한 방법은 이하에 설명된다.
· 벡터(64)(C로 표시됨)는 전혀 변경되는 것으로 예측되지 않는 기준 패드(46)의 좌표를 표현한다.
벡터(60, 62)는 또한 심장(22)의 박동(beating) 운동에 기인하여 주기적으로 시프트되는 것으로 예측된다. 이 운동 성분을 무효화하기 위해, 좌표 측정은 체표면 심전도(ECG) 신호 또는 국부 심장내 전기도에 대한 신호 포착을 게이팅(gating)함으로써 심장 사이클과 동기화될 수 있다. 심장내 전기도는 예를 들면 기준 카테터(48) 상의 전극에 의해 검출될 수 있다. ECG의 QRS파의 피크 또는 전기도의 피크와 같은 심장 사이클의 특정 지점이 주석점(annotation point)으로서 선택되고, 벡터(60, 62)의 측정은 주석점에 대한 특정 고정 지연에서 또는 각각의 심장 사이클에서의 주석점에서 이루어진다. 일단, 심장 자체의 운동의 영향이 이 방식으로 무효화되면, 벡터(60, 62)는 환자의 움직임에 응답하여 동일하게 변경되는 것이 예 측된다(환자의 신체의 호흡 운동 및 작은 시프트를 포함함).
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 환자(22)에 대한 카테터(28)의 좌표를 계산할 때 프로세서(38)에 의해 적용된 방법을 개략적으로 도시하는 벡터 다이어그램이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 벡터(60, 62)(도 3의 A 및 B)는 패드(46)의 기준 프레임에서 각각 카테터(28, 48)의 로케이션 좌표에 대응하는 로케이션 벡터[66(A-C), 68(B-C)]를 제공하도록 벡터[64(C)]를 참조한다. 이 기준 프레임은 환자(24)가 시술 중에 움직이는 것을 제외하고는 정지된 것으로 예측된다. 환자가 이와 같이 움직일 때, 이 움직임은 패드(46)에 대해 좌표를 참조함으로써 무효화된다.
프로세서(38)는 카테터(48)에 의해 규정된 심장 기준 프레임에서의 센서(36)의 상대 로케이션 벡터(70)를 제공하도록 벡터(66)로부터 벡터(68)를 뺀다. 결과적인 벡터(70)는 (A-C)-(B-C)=(A-B)로 제공된다. 이 식에 의해 예시된 바와 같이, 벡터(64)는 최종 계산에서 탈락하므로, 패드(46)는 카테터(28)의 상대 로케이션 좌표를 발견하는데 중요하지 않다. 그러나, 패드(46)에 의해 제공된 부가의 기준은 이하에 더 설명되는 바와 같이 그 기준 로케이션으로부터의 카테터(48)의 변위를 검출하고 보상하는데 있어 유용하다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시스템(20)의 카테터(28)의 로케이션 좌표를 발견하기 위한 방법을 개략적으로 도시하는 흐름도이다. 이 방법은 그 시작점으로서 기준 카테터(48)가 도 1에 도시된 바와 같이 심장(22) 내에 삽입되고 관상정맥동 내에 배치되는 것을 가정한다. 프로세서(38)는 위치 학습 단계 80에서 환 자(24)의 다수의 호흡 사이클에 걸쳐 기준 카테터(48) 내의 위치 센서에 의해 제공된 좌표 판독치를 수집하고 처리한다. 시스템(20)은 학습 단계가 진행중에 있는 것을 의사(26)에게 경고할 수 있으므로, 의사는 이 단계 중에 우연히 기준 카테터를 이동시킬 수 있는 어떠한 행동도 하지 않는 것을 확실하게 할 수 있다.
단계 80 중에 수집된 좌표 판독치는 일반적으로 도 4를 참조하여 전술된 바와 같이 기준 패드(46)의 측정된 좌표를 참조한다. 대안적으로, 환자 움직임(호흡 운동 이외의)이 무시될 수 있고, 필드 발생기 코일(34)의 외부 기준 프레임의 카테터(48)의 "원래(raw)" 좌표가 사용될 수 있다. 전술된 바와 같이, 판독치는 일반적으로 환자의 심장 사이클에서 특정 기준점에서 취해진다. 프로세서(38)는 호흡 사이클의 도중에 걸쳐 카테터(48)에 의해 일반적으로 횡단된 로케이션의 범위를 규정하기 위해 좌표 판독치에 통계적인 처리를 적용한다.
일단 학습 단계가 완료되면, 의사(26)는 진단 또는 치료 절차를 수행하기 위해 심장(22) 내에서 카테터(28)를 이동시키기 시작할 수 있다. 프로세서(38)는 카테터(28) 내의 센서(36)로부터, 뿐만 아니라 카테터(48) 및 패드(46) 내의 위치 센서로부터 신호를 수신한다. 프로세서는 외부 기준 프레임 내의 카테터(28, 48) 및 패드(46)의 원래 좌표를 발견하도록 이들 신호를 처리하고, 이어서 도 3 및 도 4를 참조하여 전술된 바와 같이 기준 심장 프레임에서 카테터(28)의 상대 좌표를 발견하도록 이들 원래 좌표를 결합하여 처리한다. 이 방식으로, 프로세서는 움직임 보상 단계 82에서 카테터(28)의 로케이션 좌표에 대한 환자 호흡(뿐만 아니라 환자의 다른 가능한 움직임)의 영향을 보상한다. 달리 말하면, 환자(26)에 제시된[예를 들면 디스플레이(52) 상의 맵에] 카테터(28)의 위치는 호흡 운동 또는 다른 원인에 기인하는 환자의 전체 움직임에 무관하게 심장의 기준 프레임에서의 카테터의 실제 위치를 반영한다.
프로세서(38)는 이들이 단계 80에서 학습된 범위 내에 남아 있는 것을 보장하도록 기준 카테터(48)의 좌표를 계속 모니터링한다. 좌표가 허용된 임계치 이상만큼 범위로부터 벗어나 있는 것을 프로세서가 판정하면, 이는 기준 움직임 검출 단계 84에서 의사(26)에 경고한다. 예를 들면, 프로세서는 기준 카테터 좌표가 이미 학습되어 있는 범위를 2 mm 이상 벗어날 때 경고를 발생시킬 수 있다. 이 측정을 수행하기 위해, 프로세서(38)는 시술 중에 환자의 움직임에 기인하여 발생할 수 있는 기준 카테터의 원래 좌표의 변화로부터 심장의 기준 카테터의 실제 변위를 구별하기 위해, 패드(46)에 카테터(48)의 좌표를 참조하는 것이 바람직하다.
일반적으로, 경고를 수신할 때, 의사(26)는 사용자 입력 단계 86에서 기준 카테터(48)의 변위를 교정하고 보상하거나 또는 간단히 시술을 계속하기 위한 프로세서(38) 명령의 선택을 갖는다. 대안적으로, 시스템(20)은 교정을 수행하도록 자동으로 판단할 수 있다. 어느 경우든, 판단이 좌표를 교정하도록 이루어질 때, 프로세서(38)는 교정 단계 90에서 기준 카테터의 로케이션 좌표의 새로운 범위를 학습한다. 이 단계는 단계 80과 유사하다. 프로세서는 기준 카테터의 변위를 추정하는 교정 벡터를 계산하기 위해 이전의 범위에 새로운 범위를 비교한다.
일단, 프로세서가 교정 벡터를 발견하면, 시스템(20)은 단계 82에서 정상 작동으로 복귀한다. 이제 프로세서는 카테터(28)의 상대 좌표를 계산할 때 교정 벡 터를 감산하고, 따라서 기준 카테터(48)의 변위를 보상한다. 그 결과, 시스템(20)은 기준 카테터가 그 원래 위치로부터 움직이지 않은 것처럼 심장(22) 내의 카테터(28)의 상대 위치를 계속 표시할 수 있다. 기준 카테터가 재차 후속하여 움직이면, 프로세서는 단계 84 내지 단계 90을 반복할 수 있고, 새로운 교정 벡터가 이어서 이전의 교정 벡터에 축적하여 첨가될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 단계 80 및 단계 90에서의 시스템(20)의 작동을 도시하고 있는 기준 카테터(48)의 위치 측정(92, 96)의 세트의 개략적인 그래픽 표현이다. 프로세서(38)는 단계 80에서 측정점(92)을 수집한다. 전술된 바와 같이, 측정점은 일반적으로 환자의 심장 사이클에서 동일한 주석점에서 하나 이상의 호흡 사이클의 도중에 걸쳐 수집된다. 환자가 반듯이 드러누운 것으로 가정하면, 호흡은 점(92)에 의해 도시된 바와 같이 기준 카테터의 주 수직 운동을 초래한다. 점(92)의 로케이션은 범위(94)를 규정한다. 이 경우, 범위는 모든 점(92)을 포함하는 수직 주축을 갖는 최소 타원이지만, 다른 방법이 대안적으로 범위를 규정하는데 사용될 수 있다.
범위는 도 6에는 단순하게 좌표의 "군(cloud)"을 포함하는 것으로서 도시되어 있지만, 범위는 부가적으로 또는 대안적으로 점대점 움직임의 경로 및/또는 속도와 같은 동역학적 특징(features)에 의해 규정될 수도 있다. 이 경우, 기준 카테터의 변위는 "군"의 외부의 좌표의 벗어남 뿐만 아니라 동역학적 편차에 기인하여 단계 90에서 검출될 수 있다.
어느 경우든, 프로세서가 단계 84에서 예측된 범위를 벗어난 기준 카테터의 운동을 검출한 후에, 이는 단계 90에서 새로운 세트의 측정점(96)을 수집한다. 일반적으로, 이 절차는 하나 또는 몇몇 호흡 사이클에 걸쳐 완료될 수 있다. 프로세서는 범위(94, 98)를 비교함으로써 교정 벡터(100)를 계산한다. 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 교정 벡터는 이전의 범위(94)와 새로운 범위(98)의 집단의 중심에서의 벡터 변위에 의해 제공될 수 있다.
기준 카테터(48)가 하나 이상의 전극을 포함하면, 기준 카테터의 변위는 또한 전기적으로 검출될 수 있다. 예를 들면, 기준 카테터 전극에 의해 검출된 국부 전기도에서의 피크의 타이밍은 체표면 ECG에서의 QRS 피크와 비교될 수 있다. 이 타이밍에서의 시프트는 기준 카테터가 움직인 것을 지시할 수 있다. 다른 예로서, 기준 카테터가 그 길이를 따라 상이한 위치에서 다수의 전극을 가지면, 상이한 전극에 의해 검출된 전기도에서의 피크의 로케이션의 상대적인 시프트는 기준 카테터가 이동한 것을 마찬가지로 지시할 수 있다. 이들 타이밍 변화는 실제 위치 측정에 무관하고 일반적으로 환자 움직임에 민감하지 않다.
전술된 실시예는 단지 예로서 인용된 것이고, 본 발명은 상기에 상세히 도시되고 설명된 것에 한정되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 오히려, 본 발명의 범주는 전술된 다양한 특징의 조합 및 부조합, 뿐만 아니라 상기 설명을 숙독할 때 당 기술 분야의 숙련자들에게 발생할 수 있고 종래 기술에는 개시되지 않는 그 변경 및 수정을 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 심장 카테터 삽입(catheterization) 시스템의 개략 삽화도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 카테터의 원위 단부의 개략 측면도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 카테터의 로케이션 좌표를 발견하기 위한 방법을 개략적으로 도시하는 벡터 다이어그램.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 카테터의 로케이션 좌표를 발견하기 위한 방법을 개략적으로 도시하는 흐름도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기준 카테터의 위치 측정의 세트의 그래픽 표현도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
20: 시스템 22: 심장
24: 환자 26: 의사
28: 카테터 30: 심실
32: 핸들 36: 위치 센서
38: 프로세서 40: 전극
42: 트랜스듀서 44: 케이블
46: 패드 48: 기준 카테터
50: 관상정맥동 52: 디스플레이

Claims (18)

  1. 위치 추적 방법으로서,
    제1위치 트랜스듀서를 포함하는 내부 기준 프로브를 환자의 심장 내의 기준 로케이션에 배치하는 단계;
    상기 기준 로케이션에 대응하는 로케이션 좌표의 범위를 규정하기 위해 환자의 하나 이상의 호흡 사이클 중에 상기 제1위치 트랜스듀서를 사용하여 고정된 기준 프레임에서 상기 내부 기준 프로브의 제1로케이션 좌표를 수집하여 처리하는 단계;
    제2위치 트랜스듀서를 포함하는 능동 디바이스를 심장 내에 삽입하는 단계;
    심장 기준 프레임 내의 상기 능동 디바이스의 상대 로케이션 좌표를 발견하기 위해, 상기 제2위치 트랜스듀서를 사용하여 고정된 기준 프레임 내의 상기 능동 디바이스의 제2로케이션 좌표를 수집하고, 제1 및 제2로케이션 좌표를 결합하여 처리하는 단계;
    상기 기준 로케이션에 대응하는 로케이션 좌표의 범위를 규정한 후에, 상기 범위로부터 제1로케이션 좌표의 편차를 검출하며 이에 의해 상기 기준 로케이션으로부터 기준 프로브의 변위를 식별하는 단계; 및
    상기 변위를 보상하기 위해 상대 로케이션 좌표를 교정하는 단계를 포함하는 위치 추적 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 내부 기준 프로브 및 상기 능동 디바이스는 카테터를 포함하는 위치 추적 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2위치 트랜스듀서는, 고정된 기준 프레임 내에 필드 발생기에 의해 발생된 자기장에 응답하여 위치 신호를 출력하도록 구성된 자기장 센서를 포함하는 위치 추적 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2로케이션 좌표를 결합하여 처리하는 단계는 상대 로케이션 좌표를 발견하기 위해 상기 제1 및 제2로케이션 좌표 사이의 벡터 차이를 취하는 단계를 포함하는 위치 추적 방법.
  5. 제1항에 있어서, 환자의 신체에 고정된 기준 패드의 제3로케이션 좌표를 고정된 기준 프레임에서 수집하는 단계를 포함하고, 상기 제1 및 제2로케이션 좌표를 결합하여 처리하는 단계는 적어도 제1로케이션 좌표를 제3로케이션 좌표에 참조하는 단계를 포함하는 위치 추적 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 편차를 검출하는 단계는 상기 편차가 기준 로케이션으로부터의 기준 프로브의 변위에 기인하는 것인지 또는 환자의 신체의 움직임에 기인하는 것인지를 판정하기 위해 제1로케이션 좌표를 제3로케이션 좌표와 비교하는 단계를 포함하는 위치 추적 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 상대 로케이션 좌표를 교정하는 단계는 변위에 응답하여 교정 벡터를 계산하는 단계와, 제1 및 제2로케이션 좌표에 기초하여 상대 로케이션 좌표를 발견할 때 교정 벡터를 적용하는 단계를 포함하는 위치 추적 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 교정 벡터 계산 단계는 기준 로케이션에 대응하는 로케이션 좌표의 새로운 범위를 규정하기 위해 상기 내부 기준 프로브의 부가의 로케이션 좌표를 수집하고 처리하는 단계와, 제1로케이션 좌표를 수집하고 처리함으로써 규정된 범위와 새로운 범위를 비교하는 단계를 포함하는 위치 추적 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 내부 기준 프로브 상에 전극을 사용하여 심장의 내부의 기준 로케이션에서의 국부 전기도 신호를 감지하는 단계를 포함하고, 상기 편차 검출 단계는 상기 국부 전기도 신호의 변화를 검출하는 단계를 포함하는 위치 추적 방법.
  10. 위치 추적 장치로서,
    제1위치 트랜스듀서를 포함하고 환자의 심장 내의 기준 로케이션에 배치되도록 구성되는 내부 기준 프로브;
    제2위치 트랜스듀서를 포함하고 심장 내에 도입되도록 구성되는 능동 디바이스; 및
    상기 기준 로케이션에 대응하는 로케이션 좌표의 범위를 규정하기 위해 환자의 하나 이상의 호흡 사이클 중에 상기 제1위치 트랜스듀서를 사용하여 고정된 기준 프레임 내의 내부 기준 프로브의 제1로케이션 좌표를 수집하여 처리하고, 상기 제2위치 트랜스듀서를 사용하여 고정된 기준 프레임 내의 상기 능동 디바이스의 제2로케이션 좌표를 수집하고, 심장 기준 프레임 내의 상기 능동 디바이스의 상대 로케이션 좌표를 발견하기 위해 상기 제1 및 제2로케이션 좌표를 결합하여 처리하는 위치설정 프로세서를 포함하고,
    상기 위치설정 프로세서는, 상기 기준 로케이션에 대응하는 로케이션 좌표의 범위를 규정한 후에 상기 범위로부터의 제1로케이션 좌표의 편차를 검출하고, 이에 의해 기준 로케이션으로부터의 기준 프로브의 변위를 식별하고, 상기 변위를 보상하기 위해 상대 로케이션 좌표를 교정하도록 구성되는 위치 추적 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 내부 기준 프로브 및 상기 능동 디바이스는 카테터를 포함하는 위치 추적 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 고정된 기준 프레임을 규정하는 자기장을 발생시키도록 구성된 자기장 발생기를 포함하고, 상기 제1 및 제2위치 트랜스듀서는 자기장에 응답하여 위치 신호를 출력하도록 구성된 자기장 센서를 포함하는 위치 추적 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 위치설정 프로세서는 상기 상대 로케이션 좌표를 발 견하기 위해 상기 제1 및 제2로케이션 좌표 사이의 벡터 차이를 취하도록 구성되는 위치 추적 장치.
  14. 제10항에 있어서, 환자의 신체에 고정된 기준 패드를 포함하고, 상기 위치설정 프로세서는 상기 기준 패드의 제3로케이션 좌표를 고정된 기준 프레임에서 수집하고, 상기 상대 로케이션 좌표를 발견하기 위해 적어도 상기 제1로케이션 좌표를 상기 제3로케이션 좌표에 참조하도록 결합되는 위치 추적 장치.
  15. 제6항에 있어서, 상기 위치설정 프로세서는 상기 편차가 기준 로케이션으로부터의 기준 프로브의 변위에 기인하는 것인지 또는 환자의 신체의 움직임에 기인하는 것인지를 판정하기 위해 제1로케이션 좌표를 제3로케이션 좌표와 비교하도록 구성되는 위치 추적 장치.
  16. 제10항에 있어서, 상기 위치설정 프로세서는 상기 변위에 응답하여 교정 벡터를 계산하고, 상기 제1 및 제2로케이션 좌표에 기초하여 상대 로케이션 좌표를 발견할 때 교정 벡터를 적용하도록 구성되는 위치 추적 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 위치설정 프로세서는 기준 로케이션에 대응하는 로케이션 좌표의 새로운 범위를 규정하기 위해 상기 편차 검출 후에 상기 내부 기준 프로브의 부가의 로케이션 좌표를 수집하여 처리하고, 상기 제1로케이션 좌표를 수집 하고 처리함으로써 규정된 범위에 새로운 범위를 비교함으로써 상기 교정 벡터를 계산하도록 구성되는 위치 추적 장치.
  18. 제10항에 있어서, 상기 내부 기준 프로브는 전극을 포함하고, 상기 위치설정 프로세서는 심장의 내부의 기준 로케이션에서의 국부 전기도 신호를 수용하고 상기 국부 전기도 신호의 변화를 검출함으로써 편차를 검출하도록 결합되는 위치 추적 장치.
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