特許 7442677 心臓活動をマッピングするためのシステムおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-22

(45)【発行日】2024-03-04

(54)【発明の名称】心臓活動をマッピングするためのシステムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/367 20210101AFI20240226BHJP

   A61B 5/347 20210101ALI20240226BHJP

   A61B 5/366 20210101ALI20240226BHJP

   A61B 5/339 20210101ALI20240226BHJP

【ＦＩ】

A61B5/367

A61B5/347

A61B5/366

A61B5/339

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022564019

(86)(22)【出願日】2021-04-20

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-06-01

(86)【国際出願番号】 US2021028215

(87)【国際公開番号】W WO2021216589

(87)【国際公開日】2021-10-28

【審査請求日】2022-12-14

(31)【優先権主張番号】63/012,998

(32)【優先日】2020-04-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】511177374

【氏名又は名称】セント・ジュード・メディカル，カーディオロジー・ディヴィジョン，インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ジャティン リーラン

(72)【発明者】

【氏名】バルティノ エックス． アフォンソ

(72)【発明者】

【氏名】スティーブン キム

【審査官】藤原 伸二

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３２０９２７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／２０８９７４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１３－５３７０９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ５／３１８－５／３６７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

心臓活動を視覚化する方法であって、
電気解剖学的マッピングシステムにおいて、各々が電位図信号を含む複数の電気生理学的（ＥＰ）データポイントを受信することと、
前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記複数のＥＰデータポイントのうちの所与のＥＰデータポイントを、前記所与のＥＰデータポイントのＱＲＳ持続時間メトリックが予め設定された閾値を超える場合にはサブストレートＥＰデータポイントとして分類し、それ以外の場合には健全なＥＰデータポイントとして分類することによって、前記複数のＥＰデータポイントの第１のサブセットをサブストレートＥＰデータポイントとして分類し、前記複数のＥＰデータポイントの第２のサブセットを健全なＥＰデータポイントとして分類することと、
前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記複数のＥＰデータポイントの前記第１のサブセットにガウススプラッティングアルゴリズムを適用して、構造化ポイントデータセットを作成し、前記構造化ポイントデータセットに等値線描画アルゴリズムを適用することによって、前記複数のＥＰデータポイントの前記第１のサブセットのクラウドマップを生成することと、
前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記複数のＥＰデータポイントの前記第１のサブセットの前記クラウドマップのグラフィック表示を、前記複数のＥＰデータポイントの前記第２のサブセットの電気生理学的マップのグラフィック表示と組み合わせて出力することと、
を備える、方法。

【請求項2】

前記電気解剖学的マッピングシステムが、
前記ＥＰデータポイントに関連する前記電位図信号をウェーブレット領域に変換し、それによってスカログラムを計算することと、
前記スカログラムのピーク周波数関数を計算することと、をさらに備える、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ＥＰデータポイントに関連する前記電位図信号を前記ウェーブレット領域に変換することは、前記電位図信号に連続ウェーブレット変換を適用して前記スカログラムを計算することを備える、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記連続ウェーブレット変換は、高時間分解能マザーウェーブレットを利用する、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記高時間分解能マザーウェーブレットは、ポールウェーブレットを含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

心臓活動を視覚化するためのシステムであって、
視覚化モジュールを備え、
前記視覚化モジュールは、
複数の電気生理学的（ＥＰ）データポイントを受信し、ここで、前記複数のＥＰデータポイントの各ＥＰデータポイントは、電位図信号を含み、
前記複数のＥＰデータポイントのうちの所与のＥＰデータポイントを、前記所与のＥＰデータポイントのＱＲＳ持続時間メトリックが予め設定された閾値を超える場合にはサブストレートＥＰデータポイントとして分類し、それ以外の場合には健全なＥＰデータポイントとして分類することにより、前記複数のＥＰデータポイントの第１のサブセットを前記サブストレートＥＰデータポイントとして分類し、前記複数のＥＰデータポイントの第２のサブセットを前記健全なＥＰデータポイントとして分類し、
前記複数のＥＰデータポイントの前記第１のサブセットにガウススプラッティングアルゴリズムを適用して、構造化ポイントデータセットを作成し、前記構造化ポイントデータセットに等値線描画アルゴリズムを適用することにより、前記複数のＥＰデータポイントの前記第１のサブセットのクラウドマップを生成し、
前記複数のＥＰデータポイントの前記第１のサブセットの前記クラウドマップのグラフィック表示を、前記複数のＥＰデータポイントの前記第２のサブセットの電気生理学的マップのグラフィック表示と組み合わせて出力する、
ように構成されている、システム。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本出願は、本明細書に完全に記載されているものとして、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０２０年４月２１日に出願された米国仮出願第６３／０１２，９９８号の利益を主張する。

【0002】

本開示は、一般に、電気生理学的視覚化およびマッピングに関する。より具体的には、本開示は、心臓活動の視覚化を生成するためのシステム、方法、および装置に関する。

【0003】

電気生理学的マッピング、より具体的には心電図マッピングは、数多くの心臓診断および治療処置の一部である。しかしながら、そのような処置の複雑さが増すにつれて、利用される電気生理学的マップは、より高品質、高密度にならなければならず、より迅速にかつより容易にマップを生成できなければならない。

【0004】

電気生理学的研究は、局所興奮時間（ＬＡＴ）マップの作成を含んでもよい。ＬＡＴマップは、例えば、不整脈が心腔全体にわたってどのように移動しているかに関する識見を医師に提供することができる。実際、当業者は、電気解剖学的マッピングシステムにおけるＬＡＴマップのグラフィック表示に精通しているであろう。

【0005】

しかしながら、一般に、所与の電位図に対して単一のＬＡＴのみしか計算することができない。これは、低電圧心筋において見られ得るような、振幅が小さく、長く、分画された電位を有する複雑な電位図には望ましくない場合がある。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

本明細書では、心臓活動を視覚化する方法が開示される。この方法は、電気解剖学的マッピングシステムにおいて、複数の電気生理学的（ＥＰ）データポイントを受信することであって、複数のＥＰデータポイントの各ＥＰデータポイントは電位図信号を含む、受信することと、電気解剖学的マッピングシステムが、複数のＥＰデータポイントの第１のサブセットをサブストレートＥＰデータポイントとして分類し、複数のＥＰデータポイントの第２のサブセットを健全なＥＰデータポイントとして分類することと、電気解剖学的マッピングシステムが、複数のＥＰデータポイントの第１のサブセットのクラウドマップを生成することと、電気解剖学的マッピングシステムが、複数のＥＰデータポイントの第１のサブセットのクラウドマップのグラフィック表示を、複数のＥＰデータポイントの第２のサブセットの電気生理学的マップのグラフィック表示と組み合わせて出力することと、を備える。

【0007】

本開示の態様では、電気解剖学的マッピングシステムが、複数のＥＰデータポイントのうちの所与のＥＰデータポイントを、所与のＥＰデータポイントのＱＲＳ持続時間メトリックが予め設定された閾値を超える場合にはサブストレートＥＰデータポイントとして分類し、それ以外の場合には健全なＥＰデータポイントとして分類する。

【0008】

本方法はまた、ＥＰデータポイントに関連する電位図信号をウェーブレット領域に変換し、それによってスカログラムを計算することと、スカログラムのピーク周波数関数を計算することと、を備えてもよい。例えば、電位図信号に連続ウェーブレット変換を適用してスカログラムを計算してもよい。連続ウェーブレット変換は、ポールウェーブレットなどの高時間分解能マザーウェーブレットを利用してもよい。

【0009】

本開示の態様によれば、電気解剖学的マッピングシステムが、複数のＥＰデータポイントの第１のサブセットのクラウドマップを生成することは、電気解剖学的マッピングシステムが、複数のＥＰデータポイントの第１のサブセットにガウススプラッティングアルゴリズムを適用して、構造化ポイントデータセットを作成することと、構造化ポイントデータセットに等値線描画アルゴリズムを適用することと、を備える。

【0010】

また、本明細書は、心臓活動を視覚化する方法を開示する。本方法は、電気解剖学的マッピングシステムにおいて、複数の電気生理学（ＥＰ）データポイントを受信することを備え、ここで、複数のＥＰデータポイントの各ＥＰデータポイントは電位図信号を含む。本方法はまた、複数のＥＰデータポイントの各ＥＰデータポイントについて、電気解剖学的マッピングシステムが、ＥＰデータポイントの電位図信号をウェーブレット領域に変換し、それによってスカログラムを計算することと、電気解剖学的マッピングシステムが、スカログラムの波動関数を計算し、それによって複数の波動関数を計算することと、を備える。電気解剖学的マッピングシステムは、複数の波動関数から伝播波マップを生成し、伝播波マップのグラフィック表示を出力する。

【0011】

本開示の実施形態では、ＥＰデータポイントの電位図信号をウェーブレット領域に変換することは、電位図信号に連続ウェーブレット変換を適用してスカログラムを計算することを備える。連続ウェーブレット変換は、ポールウェーブレットなどの高時間分解能マザーウェーブレットを利用してもよい。

【0012】

スカログラムの波動関数を計算することは、スカログラムのピーク周波数関数を計算することを備えてもよい。他の実施形態では、スカログラムの波動関数を計算することは、スカログラムの合成波動関数を計算することを備えてもよい。

【0013】

伝播波マップは、伝播波軌跡マップ及び／又は補間伝播波マップを含んでもよい。

【0014】

本明細書では、心臓活動を視覚化するためのシステムであって、視覚化モジュールを備え、視覚化モジュールは、複数の電気生理学的（ＥＰ）データポイントを受信し、ここで、複数のＥＰデータポイントの各ＥＰデータポイントは、電位図信号を含み、複数のＥＰデータポイントの第１のサブセットをサブストレートＥＰデータポイントとして分類し、複数のＥＰデータポイントの第２のサブセットを健全なＥＰデータポイントとして分類し、複数のＥＰデータポイントの第１のサブセットのクラウドマップを生成し、複数のＥＰデータポイントの第１のサブセットのクラウドマップのグラフィック表示を、複数のＥＰデータポイントの第２のサブセットの電気生理学的マップのグラフィック表示と組み合わせて出力する、ように構成されている、システムも開示される。

【0015】

視覚化モジュールは、複数のＥＰデータポイントの第１のサブセットにガウススプラッティングアルゴリズムを適用して、構造化ポイントデータセットを作成することと、構造化ポイントデータセットに等値線描画アルゴリズムを適用することと、によって、複数のＥＰデータポイントの第１のサブセットのクラウドマップを生成するように構成されてもよい。

【0016】

本開示はまた、心臓活動を視覚化するためのシステムを提供し、システムは視覚化モジュールを備え、視覚化モジュールは、複数の電気生理学的（ＥＰ）データポイントを受信し、ここで、複数のＥＰデータポイントの各ＥＰデータポイントは、電位図信号を含み、複数のＥＰデータポイントから複数の波動関数を計算し、複数の波動関数から伝播波マップを生成し、伝播波マップのグラフィック表示を出力する、ように構成される。

【0017】

視覚化モジュールは、複数のＥＰデータポイントの各ＥＰデータポイントについて、ＥＰデータポイントの電位図信号をウェーブレット領域に変換し、それによってスカログラムを計算することと、スカログラムの波動関数を計算することと、によって、複数のＥＰデータポイントから複数の波動関数を計算するように構成されてもよい。

【0018】

伝播波マップのグラフィック表示は、伝播波軌跡マップおよび補間伝播波マップのうちの少なくとも１つを含んでもよい。

【0019】

本発明の前述および他の態様、特徴、詳細、有用性、および利点は、以下の説明および特許請求の範囲を読み、添付の図面を検討することから明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】例示的な電気解剖学的マッピングシステムの概略図である。

【図2】本開示の態様に関連して使用することができる例示的なカテーテルを示す。

【図3A】多電極カテーテルによって担持される電極およびそれに関連するバイポールのための英数字ラベル付け規則を提供する。

【図3B】多電極カテーテルによって担持される電極およびそれに関連するバイポールのための英数字ラベル付け規則を提供する。

【図4】本明細書に開示される例示的な実施形態による、クラウドマップとして心臓活動のグラフィック表示を生成する際に実行されてよい代表的なステップのフローチャートである。

【図5】電位図信号のウェーブレット領域への変換と、その結果として得られるスカログラムからのピーク周波数関数の計算を示す。

【図6】静的クラウドマップとしての心臓活動のグラフィック表示を示す。

【図7】動的クラウドマップとしての心臓活動のグラフィック表示を示す。

【図8】本明細書に開示される例示的な実施形態による、伝播波としての心臓活動のグラフィック表示を生成する際に実行されてよい代表的なステップのフローチャートである。

【図9】電位図信号のウェーブレット領域への変換と、その結果として得られるスカログラムからのピーク周波数関数の計算を示す。

【図10】本明細書で開示される態様による伝播波軌跡マップを表す。

【図11】本明細書に開示される態様による伝播波マップを表す。

【図12】図１１のデータを伝播波軌跡マップとして示す。

【図13】頻脈の２サイクルの伝播マップを示す。

【0021】

複数の実施形態が開示されるが、本開示のさらに他の実施形態は、例示的な実施形態を示し説明する、以下の詳細な説明から当業者に明らかになるであろう。従って、図面および詳細な説明は、本質的に例示的であると見なされ、限定的なものとすべきでない。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本開示は、電気生理学的マップ（例えば、心電図マップ）の視覚化のためのシステムおよび方法を提供する。例示の目的のために、いくつかの例示的な実施形態が、心臓電気生理学的処置を参照して本明細書で詳細に説明される。より具体的には、本開示の態様は、アボットラボラトリーズ社（イリノイ州アボットパーク）のＡｄｖｉｓｏｒ（商標）ＨＤグリッドマッピングカテーテルなどの高密度（ＨＤ）グリッドカテーテルを用いて収集された電気生理学的（ＥＰ）データポイントを、同じくアボットラボラトリーズ社のＥｎＳｉｔｅ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ（商標）心臓マッピングシステムなどの電気解剖学的マッピングシステムと併せて使用する、心臓活動の視覚化のコンテキストで説明される。しかしながら、当業者は、本明細書の教示を、他の状況および／または他の装置に関してどのように有利に適用するかを理解するであろう。

【0023】

図１は、心臓カテーテルをナビゲートし、患者１１の心臓１０において生じる電気的活動を測定し、そうして測定された電気的活動に関連する、またはそうして測定された電気的活動を表す電気的活動および／または情報を三次元的にマッピングすることによって、心臓電気生理学的研究を実施するための例示的な電気解剖学的マッピングシステム８の概略図を示す。システム８は、例えば、１つまたは複数の電極を使用して患者の心臓１０の解剖学的モデルを作成するために使用してもよい。システム８はまた、例えば患者の心臓１０の診断データマップを作成するために、心臓表面に沿った複数のポイントにおいて電気生理学的データを測定し、電気生理学的データが測定された各測定ポイントの位置情報と関連付けて測定データを記憶するために使用してもよい。

【0024】

当業者が認識するように、システム８は、典型的には３次元空間内のオブジェクトの位置、およびいくつかの態様では向きを決定し、それらの位置を、少なくとも１つの基準に対して決定された位置情報として表す。これは、本明細書では「位置特定」と呼ばれる。

【0025】

説明を簡単にするために、患者１１は、楕円形として概略的に示されている。図１に示される実施形態では、３組の表面電極（例えば、パッチ電極）が、患者１１の体表に適用されて示され、本明細書ではｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸と呼ばれる３つのほぼ直交する軸を画定する。他の実施形態では、電極は、他の配置が可能であり、例えば、特定の身体表面上に複数の電極を配置してもよい。さらなる代替として、電極は、身体表面上にある必要はなく、身体の内部に配置されてもよい。

【0026】

図１では、ｘ軸表面電極１２、１４は、患者の胸郭領域の側部などの第１の軸に沿って患者に適用され（例えば、各腕の内側の患者の皮膚に適用され）、左電極および右電極と呼ばれてもよい。ｙ軸電極１８、１９は、ｘ軸にほぼ直交する第２の軸に沿って、例えば患者の内側大腿部および頸部領域に沿って患者に適用され、左脚電極および頸部電極と呼ばれてもよい。ｚ軸電極１６、２２は、ｘ軸およびｙ軸の両方にほぼ直交する第３の軸に沿って、例えば胸部領域における患者の胸骨および脊椎に沿って適用され、胸部電極および背部電極と呼ばれてもよい。心臓１０は、これらの表面電極の対１２／１４、１８／１９、および１６／２２の間にある。

【0027】

追加の表面基準電極（例えば、「腹部パッチ」）２１は、システム８のための基準および／またはグランド電極を提供する。腹部パッチ電極２１は、以下でさらに詳細に説明される心臓内固定電極３１の代替としてもよい。さらに、患者１１は、従来の心電図（「ＥＣＧ」または「ＥＫＧ」）システムのリードの大部分またはすべてを適所に有してもよいことも理解されたい。特定の実施形態では、例えば、１２本のＥＣＧリードの標準セットが、患者の心臓１０の心電図を感知するために利用されてもよい。このＥＣＧ情報は、システム８に利用可能である（例えば、コンピュータシステム２０への入力として提供してもよい）。ＥＣＧリードが十分に理解されている限り、また図面を明瞭にするために、単一のリード６およびコンピュータ２０へのその接続のみが図１に示されている。

【0028】

少なくとも１つの電極１７を有する代表的なカテーテル１３も示されている。この代表的なカテーテル電極１７は、本明細書を通して「ロービング電極」、「移動電極」、または「測定電極」と呼ばれる。典型的には、カテーテル１３上の複数の電極１７、または複数のそのようなカテーテル上の複数の電極１７が使用される。一実施形態では、例えば、システム８は、患者の心臓および／または脈管構造内に配置された１２個のカテーテル上に６４個の電極を備えてもよい。他の実施形態では、システム８は、複数（例えば、８つ）のスプラインを含む単一のカテーテルを利用してもよく、スプラインの各々は、複数（例えば、８つ）の電極を含む。

【0029】

前述の実施形態は、単に例示的なものであるが、任意の数の電極および／またはカテーテルが使用されてよい。例えば、本開示の目的のために、例示的な多電極カテーテル、特にＨＤグリッドカテーテルのセグメントが図２に示されている。ＨＤグリッドカテーテル１３は、パドル２０２に結合されたカテーテル本体２００を含む。カテーテル本体２００は、第１および第２の本体電極２０４、２０６をさらに含んでもよい。パドル２０２は、第１のスプライン２０８、第２のスプライン２１０、第３のスプライン２１２、および第４のスプライン２１４を含んでもよく、これらは、近位カプラ２１６によってカテーテル本体２００に連結され、遠位カプラ２１８によって互いに連結される。一実施形態では、第１のスプライン２０８および第４のスプライン２１４は、１つの連続セグメントとしてもよく、第２のスプライン２１０および第３のスプライン２１２は、別の連続セグメントとしてもよい。他の実施形態では、様々なスプライン２０８、２１０、２１２、２１４は、（例えば、それぞれ近位カプラ２１６および遠位カプラ２１８によって）互いに結合された別個のセグメントとしてもよい。ＨＤカテーテル１３は、任意の数のスプラインを含んでもよく、図２に示される４スプライン構成は、単なる例示であることを理解されたい。

【0030】

上述のように、スプライン２０８、２１０、２１２、２１４は、任意の数の電極１７を含んでもよく、図２では、１６個の電極１７が４×４アレイに配列されて示されている。また、電極１７は、スプライン２０８、２１０、２１２、２１４に沿って、およびそれらの間の両方で測定される際、均等に、および／または不均等に離間されてよいことを理解されたい。この説明において容易に参照するために、図３Ａは、電極１７のための英数字ラベルを提供する。

【0031】

当業者が認識するように、任意の２つの隣接する電極１７がバイポールを画定する。したがって、カテーテル１３上の１６個の電極１７は、スプラインに沿って１２個（例えば、電極１７ａと１７ｂの間、または電極１７ｃと１７ｄの間）、スプライン間で１２個（例えば、電極１７ａと１７ｃの間、または電極１７ｂと１７ｄの間）、およびスプライン間を斜めに１８個（例えば、電極１７ａと１７ｄの間、または電極１７ｂと１７ｃの間）の合計４２個のバイポールを画定する。

【0032】

この説明での参照を容易にするために、図３Ｂは、スプラインに沿ったバイポールおよびスプライン間のバイポールのための英数字ラベルを提供する。図３Ｂは、斜めバイポールの英数字ラベルを省略しているが、これは、説明を明確にするためだけである。本明細書の教示は、対角バイポールに関しても適用することができることが明確に考えられる。

【0033】

任意のバイポールを用いて、当業者によく知られている技術に従ってバイポーラ電位図を生成することができる。さらに、これらのバイポーラ電位図は、電極のクリークの電場ループを計算することによって、カテーテル１３の平面の任意の方向に、さらに興奮タイミング情報を含む電位図を生成するために、組み合わせ（例えば、線形的に組み合わせ）てもよい。参照により本明細書に完全に記載されているものとして組み込まれる米国特許出願第１５／９５３，１５５号は、ＨＤグリッドカテーテル上の電極のクリークの電場ループの計算の詳細を開示している。

【0034】

いずれにしても、カテーテル１３は、その上の電極１７によって画定される様々なバイポールについて複数の電気生理学的データポイントを同時に収集するために使用してよく、そのような電気生理学的データポイントのそれぞれは、位置特定情報（例えば、選択されたバイポールの位置および向き）および選択されたバイポールのための電位図信号の両方を含む。説明のために、本開示による方法は、カテーテル１３によって収集された個々の電気生理学的データポイントを参照して説明される。しかしながら、本明細書の教示は、カテーテル１３によって収集された複数の電気生理学的データポイントに、連続しておよび／または平行して適用されてよいことを理解されたい。

【0035】

カテーテル１３（または複数のそのようなカテーテル）は、典型的には、１つまたは複数の導入器を介して、よく知られている手順を使用して、患者の心臓および／または血管系に導入される。実際、経中隔アプローチなどの、カテーテル１３を患者の心臓に導入するための様々なアプローチは、当業者にはよく知られており、したがって、本明細書でさらに説明する必要はない。

【0036】

各電極１７は患者の内部にあるので、位置データは、システム８によって各電極１７について同時に収集されてよい。同様に、各電極１７は、心臓表面（例えば、表面電位図）から電気生理学的データを収集するために使用してもよい。当業者は、（例えば、接触および非接触電気生理学的マッピングの両方を含む）電気生理学的データポイントの取得および処理のための様々な様式に精通しており、そのため、そのさらなる議論は、本明細書に開示される技術の理解に必要ではない。同様に、当技術分野でよく知られている様々な技法を使用して、複数の電気生理学的データポイントから心臓の幾何学的形状および／または心臓の電気的活動のグラフィック表示を生成してもよい。さらに、当業者が電気生理学的データポイントから電気生理学的マップをどのように作成するかを理解する限りにおいて、その態様は、本開示を理解するために必要な程度にのみ本明細書で説明される。

【0037】

ここで図１に戻ると、いくつかの実施形態では、（例えば、心臓１０の壁に取り付けられた）任意の固定基準電極３１が、第２のカテーテル２９上に示されている。較正の目的のために、この電極３１は、（例えば、心臓の壁に、またはその近くに取り付けられて）静止しているか、またはロービング電極（例えば、電極１７）と一定の空間的関係に配置されてもよく、したがって、「ナビゲーション基準」または「位置基準」と呼ばれてもよい。固定基準電極３１は、上述の表面基準電極２１に加えて、またはその代わりに使用されてもよい。多くの場合、心臓１０内の冠状静脈洞電極または他の固定電極は、電圧および変位を測定するための基準として使用してもよく、すなわち、後述するように、固定基準電極３１は、座標系の原点を定義してもよい。

【0038】

各表面電極は、多重スイッチ２４に結合され、表面電極の対は、表面電極を信号発生器２５に結合するコンピュータ２０上で動作するソフトウェアによって選択される。代替的に、スイッチ２４は取り除かれてもよく、信号発生器２５の複数の（例えば、３つの）インスタンスが、各測定軸（すなわち、各表面電極の対）に対して１つずつ提供されてもよい。

【0039】

コンピュータ２０は、例えば、従来の汎用コンピュータ、専用コンピュータ、分散コンピュータ、または任意の他のタイプのコンピュータを含んでもよい。コンピュータ２０は、単一の中央処理ユニット（「ＣＰＵ」）などの１つまたは複数のプロセッサ２８、または本明細書で説明する様々な態様を実施するための命令を実行し得る、一般に並列処理環境と呼ばれる複数の処理ユニットを備えてもよい。

【0040】

一般に、３つの名目上の直交電場は、生体導体内でのカテーテルのナビゲーションを実現するために駆動され感知された、一連の電気双極子（例えば、表面電極対１２／１４、１８／１９、および１６／２２）によって生成される。あるいは、これらの直交場を分解してもよく、任意の対の表面電極が双極子として駆動して、有効な電極三角測量を提供してもよい。同様に、電極１２、１４、１８、１９、１６、および２２（または任意の数の電極）は、心臓内の電極へ電流を駆動するか、または心臓内の電極からの電流を感知するための任意の他の有効な配置で位置付けられてもよい。例えば、複数の電極を患者１１の背部、側部、および／または腹部に配置してもよい。さらに、そのような非直交方法は、システムの柔軟性を増す。任意の所望の軸について、駆動（ソースシンク）構成の所定のセットから得られるロービング電極にわたって測定される電位は、直交軸に沿って均一な電流を単に駆動することによって得られるものと同じ有効電位を得るために、代数的に結合されてもよい。

【0041】

したがって、表面電極１２、１４、１６、１８、１９、２２のうちの任意の２つは、腹部パッチ２１などのグランド基準に対する双極子ソースおよびドレインとして選択されてよく、一方、励起されていない電極は、グランド基準に対する電圧を測定する。心臓１０内に配置されたロービング電極１７は、電流パルスから場に曝され、腹部パッチ２１などのグランドに対して測定される。実際には、心臓１０内のカテーテルは、図示された１６個よりも多い又は少ない電極を含んでもよく、各電極電位を測定してもよい。前述のように、少なくとも１つの電極は、固定基準電極３１を形成するように心臓の内面に固定されてもよく、これはまた、腹部パッチ２１などのグランドに対して測定され、システム８が位置を測定する座標系の原点として定義されてもよい。表面電極、内部電極、および仮想電極の各々からのデータセットは、全て、心臓１０内のロービング電極１７の位置を決定するために使用されてよい。

【0042】

測定された電圧は、システム８によって、基準電極３１などの基準位置に対する、ロービング電極１７などの心臓の内部の電極の３次元空間内の位置を決定するために使用されてよい。すなわち、基準電極３１で測定された電圧は、座標系の原点を定義するために使用されてもよく、一方、ロービング電極１７で測定された電圧は、原点に対するロービング電極１７の位置を表すために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、座標系は３次元（ｘ、ｙ、ｚ）デカルト座標系であるが、極座標系、球座標系、および円筒座標系などの他の座標系が想定される。

【0043】

前述の議論から明らかなように、心臓内の電極の位置を決定するために使用されるデータは、表面電極対が心臓に電場を印加している間に測定される。電極データはまた、例えば、その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，２６３，３９７号に記載されているように、電極位置の生の位置データを改善するために使用される呼吸補償値を作成するために使用されてもよい。電極データはまた、例えば、その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，８８５，７０７号に記載されているように、患者の身体のインピーダンスの変化を補償するために使用されてもよい。

【0044】

したがって、１つの代表的な実施形態では、システム８は、まず、表面電極のセットを選択し、次いで、それらを電流パルスで駆動する。電流パルスが送られている間、残りの表面電極および生体内の電極のうちの少なくとも１つで測定された電圧などの電気的活動が測定され、記憶される。呼吸および／またはインピーダンスシフトなどのアーチファクトの補償は、上述のように実行されてよい。

【0045】

本開示の態様では、システム８は、（たとえば、上記で説明したように）インピーダンスベースの位置特定能力と磁気ベースの位置特定能力との両方を組み込むハイブリッドシステムであってよい。したがって、例えば、システム８はまた、１つまたは複数の磁場発生器に結合される磁気源３０を含んでもよい。明確にするために、図１には２つの磁場発生器３２および３３のみが示されているが、本教示の範囲から逸脱することなく、追加の磁場発生器（例えば、パッチ電極１２、１４、１６、１８、１９、および２２によって画定されるものに類似するほぼ直交する３つの軸を画定する合計６つの磁場発生器）を使用してもよいことを理解されたい。同様に、当業者は、そのように生成された磁場内でカテーテル１３を位置特定する目的のために、カテーテル１３は１つまたは複数の磁気位置特定センサ（例えば、コイル）を含んでもよいことを理解するであろう。

【0046】

いくつかの実施形態では、システム８は、アボットラボラトリーズ社のＥｎｓｉｔｅ（商標）Ｖｅｌｏｃｉｔｙ（商標）またはＥｎＳｉｔｅ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ（商標）心臓マッピングおよび視覚化システムである。しかしながら、例えば、ボストンサイエンティフィック社（マサチューセッツ州マルボロ）のＲＨＹＴＨＭＩＡ ＨＤＸ（商標）マッピングシステム、バイオセンスウェブスター社（カリフォルニア州アーバイン）のＣＡＲＴＯナビゲーション及び位置システム、ノーザンデジタル社（オンタリオ州ウォータールー）のＡＵＲＯＲＡ（登録商標）システム、ステロタキシング社（ミズーリ州セントルイス）のＮＩＯＢＥ（登録商標）磁気ナビゲーションシステム、並びにアボットラボラトリーズ社のＭｅｄｉＧｕｉｄｅ（商標）Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙを含む他の位置特定システムを、本教示に関連して使用してもよい。

【0047】

以下の（その全てが参照によりその全体が本明細書に組み込まれる）特許に記載されている位置特定およびマッピングシステムも、本発明と共に使用してもよい。米国特許第６，９９０，３７０号、第６，９７８，１６８号、第６，９４７，７８５号、第６，９３９，３０９号、第６，７２８，５６２号、第６，６４０，１１９号、第５，９８３，１２６号および第５，６９７，３７７号。

【0048】

本開示の態様は、電気生理学的マッピングに関し、特に、心臓活動の視覚化（すなわち、グラフィック表示）を生成することに関する。そのような視覚化は、例えば、ディスプレイ２３上に出力することができる。したがって、システム８は、本明細書に開示されるように、様々な電気生理学的マップを生成し、それを（例えば、ディスプレイ２３上に）出力するために使用することができる視覚化モジュール５８を含んでもよい。

【0049】

本教示による１つの例示的な方法は、図４に提示される代表的なステップのフローチャート４００を参照して説明される。いくつかの実施形態では、例えば、フローチャート４００は、図１の電気解剖学的マッピングシステム８によって（例えば、プロセッサ２８および／または視覚化モジュール５８によって）実行され得るいくつかの例示的なステップを表してもよい。以下で説明する代表的なステップは、ハードウェアまたはソフトウェアのいずれで実行されてもよいことを理解されたい。説明のために、「信号プロセッサ」という用語は、本明細書に教示のハードウェアべ―スの実行とソフトウェアベースの実行の両方を説明するために本明細書で使用されてよい。

【0050】

ブロック４０２において、システム８は、複数の電気生理学的（ＥＰ）データポイントを受信し、その各々は、位置特定情報および電位図信号の両方を含む。例えば、本開示の実施形態では、位置特定情報は、対応する電位図信号を収集中のカテーテル１３の中央位置に対応する。

【0051】

ブロック４０４において、システム８は、ＥＰデータポイントの第１のサブセットをサブストレートＥＰデータポイントとして分類し、ＥＰデータポイントの第２のサブセットを健全なＥＰデータポイントとして分類する。本開示の態様によれば、システム８は、分類を行うために、所与のＥＰデータポイントに関連する電位図のＱＲＳ持続時間メトリックを利用する。例えば、システム８は、ＥＰデータポイントを、そのそれぞれの電位図のＱＲＳ持続時間メトリックが予め設定された（および、任意選択で、ユーザにより定義された）閾値（例えば、約１００ｍｓ）を超える場合にはサブストレートとして分類し、それ以外の場合には健全なものとして分類してもよい。サブストレートを健全な組織から区別するためのＱＲＳ持続時間メトリックの計算に関するさらなる詳細は、本明細書に完全に記載されているものとして参照により本明細書に組み込まれる、米国特許出願第１６／２９４，３１３号に見られる。

【0052】

ブロック４０６において、システム８は、複数のＥＰデータポイント（すなわち、サブストレートＥＰデータポイント）の第１のサブセットのクラウドマップを生成する。以下でさらに詳細に説明するように、クラウドマップは、動的または静的のどちらであってもよい。

【0053】

動的クラウドマップの場合、システム８は、各サブストレートＥＰデータポイントに関連する電位図信号をウェーブレット領域に変換し、それによって各電位図信号のスカログラムＧ（ｆ，ｔ）を計算してもよい。本開示の実施形態では、システム８は、ポールウェーブレットなどの高時間分解能マザーウェーブレットを使用して、連続ウェーブレット変換を電位図信号に適用する。図５は、電位図信号５００からウェーブレット領域スカログラム５０２への変換を表している。

【0054】

一旦電位図をそのように変換すると、システム８は、スカログラムのピーク周波数関数を計算してもよい。本開示の態様によれば、スカログラムのピーク周波数関数は、一次元エネルギー関数：

【数1】

であり、ｆは約０Ｈｚ～約１０００Ｈｚであり、Ｅｎｅｒｇｙ^{Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ}は予め設定された（および任意選択で、ユーザにより定義された）ノイズ閾値である。本開示の実施形態では、予め設定されたノイズ閾値は、約０．２の正規化値である。説明のために、図５は、スカログラム５０２のピーク周波数関数５０４を示す。

【0055】

静的または動的クラウドマップのいずれについても、システム８は、一般に、ブロック４０６においてクラウドマップを生成するために２つのサブステップを実行してもよい。まず、システム８は、ＥＰデータポイントの第１のサブセットにガウススプラッティングアルゴリズムを適用する。例えば、システム８は、本明細書に完全に記載されているものとして、本明細書に参照により組み込まれる、vtkGaussianSplatterアルゴリズム（https://vtk.org/doc/nightly/html/classvtkGaussianSplatter.html）を適用してもよい。vtkGaussianSplatterアルゴリズムは、構造化ポイントデータセットに入力サブストレートＥＰデータポイントを導入するフィルタである。各ポイントが導入されると、それは「スプラット」し、すなわち、ガウス分布関数に従って、構造化ポイントデータセット内の隣接するボクセルに値を分配する。ガウス分布関数は、分布を拡張するスカラー値、および／または、球状分布ではなく楕円分布を生成する法線／ベクトルを使用して修正してもよい。

【0056】

一般に、所与のサブストレートＥＰデータポイントｐの周りのガウス分布関数ｆは、

【数2】

の形態であり、ここで、ｘが現在のボクセルサンプルポイントであり、ｒがｘとｐとの間の絶対距離であり、ＥｘｐｏｎｅｎｔＦａｃｔｏｒがゼロ以下であり、ＳｃａｌｅＦａｃｔｏｒが、ｐのスカラー値（たとえば、ＱＲＳ持続時間）によって乗算されてよい。この分布は球形である。

【0057】

しかしながら、点法線が存在する場合、分布は楕円：

【数3】

になり、ここで、Ｅは、スプラットの楕円形状を制御する予め設定された（および、任意選択で、ユーザにより定義された）偏心係数であり、ｚは、法線Ｎに沿ったｘからｐまでの距離であり、ｒｘｙは、法線Ｎに垂直な方向におけるｘからｐまでの距離である。

【0058】

次に、システム８は、ガウススプラッティングアルゴリズムによって出力された構造化ポイントデータセットに等値線描画アルゴリズムを適用する。例えば、システム８は、本明細書に完全に記載されているものとして参照により本明細書に組み込まれる、vtkContourFilterアルゴリズム（https://vtk.org/doc/nightly/html/classvtkContourFilter.html）を適用してもよい。vtkContourFilterアルゴリズムは、構造化ポイントデータセットを入力として受け取り、予め設定された（および、任意選択で、ユーザにより定義されたの）サブストレート値（たとえば、約１００ｍｓのＱＲＳ持続時間）における等値面を出力として生成する。次いで、出力等値面は、サブストレートＥＰデータポイントから導出されたスカラーマップ値と共に半透明にレンダリングされる。これは、クラウドマップを生成し、サブストレートの強度（たとえば、ＱＲＳ持続時間）は、色、グレースケール、または別の適切な表示規則を使用して表されてよい。

【0059】

ブロック４０８において、システム８は、（例えば、等値線アルゴリズムからの）クラウドマップのグラフィック表示を、ＥＰデータポイントの第２のサブセット（例えば、健全なＥＰデータポイント）の電気生理学的マップのグラフィック表示と組み合わせて出力する。

【0060】

図６は、静的クラウドマップのグラフィック表示６００を示す。サブストレートＥＰデータポイントは、クラウドスカラー値６０２でレンダリングされてよく、健全なＥＰデータポイントは、より慣例に倣ったレンダリングをされてよい（例えば、黒いドット６０４）。

【0061】

図７は、動的クラウドマップの（漸進静止画像７０２ａ～７０２ｈのシーケンスとしての）グラフィック表示７００を示す。シーケンスの任意の所与の時間ステップにおけるサブストレートＥＰデータポイントは、クラウドスカラー値（所与の時間ステップにおけるピーク周波数関数値など）を用いてレンダリングされてよく、一方、健全なＥＰデータポイントは、慣れ親しまれたＬＡＴマップとして（例えば、興奮波面として）レンダリングされてよい。

【0062】

本教示による別の例示的な方法は、図８として提示される代表的なステップのフローチャート８００を参照して説明される。いくつかの実施形態では、例えば、フローチャート８００は、図１の電気解剖学的マッピングシステム８によって（例えば、プロセッサ２８および／または視覚化モジュール５８によって）実行され得るいくつかの例示的なステップを表してよい。ここでも、以下で説明する代表的なステップは、ハードウェア実装またはソフトウェア実装のいずれで実行されてもよいことを理解されたい。

【0063】

ブロック８０２は、上述したブロック４０２に類似しており、システム８による複数のＥＰデータポイントの受信を含む。

【0064】

ブロック８０４において、システム８は、各ＥＰデータポイントの電位図信号をウェーブレット領域に変換し、それによって各電位図信号のスカログラムを計算する。電位図信号のウェーブレット領域への変換は、動的クラウドマップの作成に関連して上述されており、ブロック８０４は類似している。

【0065】

ブロック８０６において、システム８は、各スカログラムについて波動関数を計算し、それによって複数の波動関数を計算する。本開示の態様によれば、システム８は、上述のようにスカログラムの一次元ピーク周波数関数を計算することによって波動関数を計算する。この点に関して、図９は、電位図信号９００からスカログラム９０２および対応する一次元ピーク周波数関数９０４への変換を示す。波動関数は、一次元ピーク周波数関数に対応してもよい。あるいは、合成波動関数は、隣接する電位図の一次元ピーク周波数関数（例えば、そのような一次元ピーク周波数関数の平均値、そのような一次元ピーク周波数関数の最大値、そのような一次元ピーク周波数関数の最小値、またはそのような一次元ピーク周波数関数の和）から導出してもよい。

【0066】

ブロック８０８において、システム８は、複数の波動関数から伝播波マップを生成し、そのグラフィック表示をブロック８１０において（例えば、局所興奮時間マップ、サブストレートマップなどと組み合わせて）出力してもよい。本開示では、伝播波軌跡マップおよび伝播波マップの両方が企図される。

【0067】

伝播波軌跡マップ

【0068】

伝播波軌跡マップの場合、伝播波の前縁（例えば、心臓興奮波面）は、対応する波動関数が最初にゼロを上回る、各ＥＰデータポイントにおける時間点ｔ＊として決定される。そのような各時間点ｔ＊について、係数ｃ及びピーク周波数関数Ｌ（ｔ）、例えばｒ＝ｃ＊（Ｌ（ｔ））／１０００によってスケーリングされるグリフ（ｇｌｙｐｈ）の半径ｒで、不連続な球状グリフがレンダリングされる。本開示の実施形態では、ｃ＝５であり、これは、約０Ｈｚ～約１ｋＨｚの周波数範囲について半径０ｃｍ～５ｃｍのグリフをレンダリングする。

【0069】

そのようにレンダリングされると、グリフの初期出現は、伝播波面を示す。後置興奮（ｔｒａｉｌｉｎｇ ａｃｔｉｖｉｔｙ）領域は、グリフが減衰／消失するのが遅い領域として、またはグリフが（例えば、以前に興奮した領域における）伝播波の前縁の後方に再出現する領域として識別されてよい。

【0070】

図１０は、漸進静的画像１００２ａ～１００２ｈのシーケンスとして、伝播波軌跡マップをサブストレートマップ（例えばピークからピークへの電圧マップ）と組み合わせたグラフィック表示１０００を示している。伝播波の前縁１００４は画像１００２ａ～１００２ｄでアノテーションされ、一方、後置興奮１００６の領域（すなわち、伝播波面後方のグリフ領域）は画像１００２ｅ～１００２ｈでアノテーションされる。

【0071】

伝播波マップ

【0072】

伝播波マップの場合、システム８は、複数のＥＰデータポイントにわたって、各時間点ｔ＊について波動関数を補間する。後置興奮領域は、波動関数が２つ以上の興奮時間をもたらす領域として識別されてよい。

【0073】

例えば、図１１は、一連の連続する伝播波マップ１１００ａ～１１００ｄと、それに対応する電位図トレース１１０２ａ～１１０２ｄを示し、そこから伝播波マップ１１００ａ～１１００ｄが導出されている。電位図トレース１１０６に対応する点１１０４は、後置興奮を示し、マップ１１００ｄの２番目の興奮を示す。

【0074】

図１２は、比較例を示すために、伝播波軌跡マップの画像の連続１２００ａ～１２００ｄとしてレンダリングされた図１１と同じデータを示している。

【0075】

いくつかの実施形態をある程度具体的に記載したが、当業者は、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、開示された実施形態に多くの変更を加えてよい。

【0076】

例えば、本明細書の教示は、リアルタイムで（例えば、電気生理学的研究中に）、または後処理中に（例えば、より早期に行われた電気生理学的研究中に収集された電気生理学的データポイントに）適用してもよい。

【0077】

別の例として、ＱＲＳ持続時間メトリックは、ユーザにより定義された空間近傍またはカテーテル電極近傍にわたる合成ＱＲＳ持続時間メトリックとして計算してもよい。したがって、適切なＱＲＳ持続時間メトリックは、これらに限定されるものではないが、近傍にわたる平均ＱＲＳ持続時間、近傍にわたる最大ＱＲＳ持続時間、近傍にわたる最小ＱＲＳ持続時間、および近傍にわたる総ＱＲＳ持続時間を含む。

【0078】

また別の例として、図１３に示されるように、本教示を用いて頻脈による複数のサイクルが視覚化されてもよい。特に、図１３の上段は左から右に移動する第１サイクル１３００ａ、１３００ｂ、１３００ｃ、１３００dを示し、図１３の下段は右から左に移動する第２サイクル１３００ｅ、１３００ｆ、１３００ｇ、１３００ｈを示す。また、心臓表面上の３点について、対応する波動関数トレース１３０２ａ～１３０２ｈも示される。それぞれの波動関数トレースでは、ｘ軸が時間、ｙ軸が時間ｔにおける波動関数の値（例えば、Ｌ（ｔ））である。

【0079】

さらに別の例として、静的クラウドマップは、細分化または信号成分などの追加のメトリックを含んでもよい。

【0080】

全ての方向に関する言及（例えば、上方、下方、上向き、下向き、左、右、左向き、右向き、頂部、底部、上部、下部、垂直、水平、時計回り、および反時計回り）は、本発明の読者の理解を助けるための識別目的のためにのみ使用され、特に、本発明の位置、向き、または使用に関して限定するものでない。結合に関する言及（例えば、取り付けられた、結合された、接続された等）は、広く解釈されるべきであり、要素の接続の中間部材及び要素間の相対運動を含んでもよい。したがって、結合に関する言及は、２つの要素が直接接続され、互いに固定された関係にあることを必ずしも暗示するものではない。

【0081】

上記の説明に含まれる、または添付の図面に示されるすべての事項は、例示としてのみ解釈されるべきであり、限定として解釈されるべきではないことが意図される。詳細または構造の変更は、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の趣旨から逸脱することなく行うことができる。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】