JP2004507305A

JP2004507305A - Ｍｃｇにおける虚血の識別、定量、および部分的位置判定

Info

Publication number: JP2004507305A
Application number: JP2002522750A
Authority: JP
Inventors: バクハレヴ、　アレクサンダー、　エー．
Original assignee: Cardiomag Imaging Inc
Current assignee: Cardiomag Imaging Inc
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2001-08-23
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2021-08-23
Also published as: ATE515231T1; EP1349494B1; AU2001286654A1; CN1471374A; CN100337584C; EP1349494A4; EP1349494A2; JP4819296B2; WO2002017769A2; WO2002017769A9; WO2002017769A3

Abstract

心臓のＭＣＧデータに基づく磁気ダイポールモデルを用いて、虚血状態の心臓組織を位置判定する。心臓の概略的な輪郭と重ね合わせられたＳＴセグメント中のダイポールの変位方向は、虚血心臓組織の大まかな位置を示す。さらに、虚血の程度は、ＳＴセグメントにおいてどの程度変位が起こるかに基づいて定量される。たとえば、ＳＴセグメントの第１四半期間でダイポールの顕著な変位が起こる場合、この変位は、第１度虚血として識別される。同様に、変位がＳＴセグメントの２分の１、４分の３、または全体で起こる場合、虚血レベルはそれぞれ、第２度虚血、第３度虚血、または第４度虚血として識別される（第４度は、ダイポールの位置がＳＴセグメントの全体にわたって変化する最も重篤な虚血である）。

Description

【０００１】
【発明の分野】
本発明は、概して心臓の疾患を診断する分野に関する。詳細には、本発明は、冠状心疾患、すなわち心臓への不十分な血液供給としても知られている心筋虚血などの心疾患の識別、部分的位置確認（位置判定）、および定量に関する。
【０００２】
【従来技術の考察】
心磁図（ＭＣＧ）は、心臓組織内の生理的電流によって生成される磁界を測定しマッピングすることによって心臓の電気活動を特徴付ける。言い換えれば、これは、磁気測定を介して心臓内の電気生理学的プロセスを記録する方法である。このような方法は、通常患者の胸部の上で非侵襲的に行われる。
【０００３】
従来技術では主として、心疾患を診断するのに心電図（ＥＣＧ）が用いられている。この広く知られている十分に確立されたＥＣＧは、１９世紀の後半から使用されており、安静１２リードＥＣＧおよび管理された運動時に記録されるストレス試験１２リードＥＣＧを含むいくつかの種類が存在する。体表面電位マッピング（ＢＳＰＭ）ＥＣＧではこれよりもずっと多くの電極（リード）が使用されており、通常６２個から１００個を超える電極が使用されている。すべてのＥＣＧ変形例において、電気接点（電極）は、心臓の電気活動によって生成され心臓の電気活動の影響を受ける表面電位を測定するために患者の体に物理的に取り付けられる。しかし、心診断の当業者に知られているように、安静ＥＣＧは、特に疾患がそれほど重篤でないときには心筋虚血の検出においてかなり制限されている。胸部の疼痛によって示されるかなり重篤な虚血状態でも、安静ＥＣＧによって検出されるのはすべてのケースのうちの約５０％である（感度５０％）。心筋虚血の初期段階の場合（「無症候性」虚血）、安静ＥＣＧの感度は零に近い。このように感度が低いことの基本的な理由は、心臓から、体表面（皮膚）に取り付けられた電極への電気信号の伝播と関係がある。人体を構成する中間組織は、非一様で、構造が複雑で、不十分な導体である。心臓内の電気活動によって、測定可能な電位差を体表面上に生じさせるには、電気活動が、この非一様であり不十分な導電性を有する体組織を数センチメートルにわたって貫通し、皮膚を貫通し、最終的に、皮膚と電極との間の接触抵抗を貫通する必要がある。拍動する心臓に現れる周期的な電位勾配に応答して組織を通って流れるいわゆる体積電流がある。体表面で測定されるすべての電位はこのような体積電流による電位である。要するに、これは、信号を、信号の微細構造の大部分を除去する、感度を低下させる鈍いフィルタを通過させることに相当する。体表面で検出される信号は歪まされ、その全体的な特徴を維持することはできるかもしれないが、より小さな細部は失われる。正常な心臓と病的な心臓との区別に関するかぎり、表面電位測定では、少なくとも患者の安静時には、心臓内における瘢痕のある組織または死んだ組織の存在のような、心臓の生理学上の比較的重度の変化しか検出できない。
【０００４】
ＥＣＧストレス試験は、心臓のそれほど重篤ではない虚血変化を心臓の活発な作用によって増幅する傾向があるので、そのような虚血変化に対して安静ＥＣＧよりも感度が高い。しかし、この試験は、より複雑で、費用がかかり、網羅的であり（安静ＥＣＧよりもずっと時間がかかる）、患者に対する危険を伴う。さらに、ＥＣＧ試験は、胸部の疼痛、肉体的な虚弱さ、および／または運動を妨げる障害などを含むいくつかの状況では実施できない。したがって、安静ＥＣＧのみに基づいて虚血心疾患の段階を判定する（虚血の様々な段階を判定する）ことは、特に疾患の初期段階では困難であるかまたは不可能である。さらに、安静ＥＣＧもストレスＥＣＧも、場合によってはＢＳＰＭも、問題が存在することが検出された場合でも、血液が正常に供給されていないのが心臓のどの領域か（たとえば、どの四分区間か）を判定するうえでは特に有用ではない。ストレスＥＣＧおよびＢＰＳＭを用いた心筋の虚血領域の空間的位置判定の試みは、主として虚血の重篤で急性の症例に対して行われる場合でも、観測された電気信号形態と基本的な疾患の特徴との経験的な相関に基づいて行われる。たとえば、Ｊ．Ｈ．ＳｉｅｇｅｌおよびＣ．Ｌ．Ｎｉｋｉａｓの米国特許第５３６５４２６号は、急性の心筋虚血を検出し、位置判定し、定量する高度の信号処理方法を実現している。Ｓｉｅｇｅｌ等の特許は本明細書に引用として参照する。Ｂｒｕｄｅｒ等の米国特許第５６３４４６９号は、電気活動の発生部位を位置判定する方法を実現している。この手法では、情報を記憶した大きなデータバンクと、精密な意思決定アルゴリズムが必要である。しかし、この手法は本来、心臓の電気活動の実際の形態を「感知」することはない。これらの特許に記載された手法は、本発明の方法のような、データを実際に空間分析することのできる方法とは異なる。
【０００５】
これらの問題によりうまく対処することのできる核ストレス試験や心臓カテーテル血管撮影法のような他の方法がある。しかし、これらの方法でも、初期の心筋虚血に対する感度はそれほど高くない。しかし、これらの方法は、血流内に放射性染料が注入され、および／または心臓内にカテーテルが挿入されるので侵襲的であり、コストがずっと高く、血管撮影法の場合は、患者にとってかなり危険である。
【０００６】
過去３０年の間に、心磁図（ＭＣＧ）の研究によってＥＣＧの上述の欠点が解消されている（たとえば、Ｓ．　Ｎ．　ＥｒｎｅおよびＪ．　Ｌｅｈｍａｎｎ著、心磁図、序論。ＳＱＵＩＤセンサにおける：基本、製造、および応用（Ｍａｇｎｅｔｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｙ，　ａｎ　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．　Ｉｎ　“ＳＱＵＩＤ　Ｓｅｎｓｏｒｓ：　Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ，　Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）、Ｗｅｉｎｓｔｏｃｋ編、Ｋｌｕｗｅｒ　Ａｃａｄ．　Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ、ＮＡＴＯ　ＡＳＩ　Ｓｅｒｉｅｓ　Ｅ、第３２９巻、３９５ページ〜４１２ページ（１９９９年）；Ｇ　Ｓｔｒｏｉｎｋ、Ｗ　Ｍｏｓｈａｇｅ、Ｓ　Ａｃｈｅｎｂａｃｈ著「医学における磁気における「心臓磁気」」（”Ｃａｒｄｉｏｍａｇｎｅｔｉｓｍ”，　ｉｎ　Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ　ｉｎ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ）、Ｗ．　ＡｎｄｒａおよびＨ．　Ｎｏｗａｋ編、Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ、ベルリン（１９９８年）、１３６ページ〜１８９ページを参照されたい。これらの文献は本明細書に引用として参照する）。ＭＣＧでは、心臓の連続的な拍動活動中に心臓内を反復的に流れる電流によって発生する磁界を測定する。言い換えれば、ＥＣＧと同様に心臓のほとんど同じ電気活動を検出するのであるが、この場合は体の外側での無接点型磁界測定によって検出する。心臓の電気活動によって発生する磁界は、人体組織などの非磁気媒体によって歪まされることは比較的少なく、磁界は、ほぼ自由空間（真空）と同様にこの中間組織を貫通する。したがって、磁気測定では、表面電位を測定する場合のように、中間組織によって、感度を低下させるフィルタが形成されることがほとんどなしに、「心臓が」観察される。さらに、物理法則の性質により、磁気測定では、心臓内の円形（渦）電流から磁界を検出することができ（実際、磁気ダイポールは、ちょうどそのような円形電流である）、一方、そのような円形電流による体表面上の電位は同様に零でなければならない。したがって、ＭＣＧはＥＣＧにない追加の情報を含んでいる（たとえば、Ｊ．Ｐ．　Ｗｉｋｓｗｏ，　Ｊｒ．著「生体磁気、学際的手法における「ＥＣＧとＭＣＧの関係の理論的局面」Ｓ．　Ｊ．　Ｗｉｌｌｉａｍｓｏｎ，　Ｇ．　Ｌ．　Ｒｏｍａｎｉ、Ｌ．　Ｋａｕｆｍａｎ、およびＩ．　Ｍｏｄｅｎａ編、ニューヨーク、Ｐｌｅｎｕｍ　Ｐｒｅｓｓ、３１１ページ〜３２６ページ、（１９８３年）、及び、Ｊ．　ＷｉｋｓｗｏおよびＪ．　Ｐ．　Ｂａｒａｃｈ著「心磁図における可能な新しい情報源」、Ｊ．　Ｔｈｅｏｒ．　Ｂｉｏｌ．　９５、７２１ページ〜７２９ページ（１９８２年）を参照されたい。これらの文献はすべて、本明細書に引用として参照する。）。
【０００７】
さらに、ＭＣＧは、無接点型であるので、ＥＣＧ電極の取付けにかかる時間を節約すると共に、この取付けに伴う不都合さを解消し、皮膚にけがや火傷などがある人に対して行うことができる。この発明の特に重要な点は、ＭＣＧは、疾患の初期症状に対する感度がより高いため、疾患の位置判定および段階判定（ある半定量的な方法で疾患の重度を判定すること）により適していることである。このことはすべて、ＭＣＧに、ＥＣＧに勝る顕著な利点をもたらすものである。
【０００８】
しかし、ＭＣＧが心臓病治療において第一の医療診断法になるのを妨げているいくつかの難点がある。１つの難点は。心臓の磁界が極めて弱く、胸部の外側の磁界強度が１０^−１２Ｔ（テスラ）〜１０^−１０Ｔ程度であることである。これは、約１０^−４Ｔの地球の磁界（１億倍〜１００万倍大きい）、または１０^−８Ｔ〜１０^−６Ｔの代表的な都会の磁気騒音（１万倍〜１００倍大きい）と比較される。ＭＣＧは、このような磁界を測定するために、人類に知られている最も感度の高い磁界検出器である超伝導量子干渉装置（ＳＱＵＩＤ）を用いて行われている。さらに、有用な信号を、それを圧倒する背景および雑音から分離するために、十分に平衡のとれた傾度測定器および電子雑音抑圧を含む、いくつかの精密な技術が開発されている。
【０００９】
ＭＣＧは、各チャネルが１つのＳＱＵＩＤセンサを含むマルチチャネルシステムを用いて行われている。このため、心周期内のいつでも、患者の胸部の上方のある領域（通常、最大３０ｃｍ×３０ｃｍ）にわたる磁界分布を求めることができる。このような測定結果に基づいて、一連の瞬間等磁界線（一定の磁界線）磁気マップを作成することができる。このようなマップは、診断上重要であり、虚血を含む心疾患を識別するのを可能にする。
【００１０】
従来の電気力学によれば、磁界は、電荷を移動させるか（通常の電流）、または時間に依存する電界（マックスウェルの電流）によるか、のいずれかによって生成される。２種類の基本的な磁界源があり、第１の磁界源として、小さな体積要素ΔＶとこの体積要素の内側を流れる電流密度
【００１１】
【数１】

【００１２】
との積によって与えられる電流ダイポール
【００１３】
【数２】

【００１４】
があり、
【００１５】
【数３】

【００１６】
第２の磁界源として、小さな電流ループ、またはそれと同等なものとして小さな棒磁石によって表すことのきる磁気ダイポールモーメント
【００１７】
【数４】

【００１８】
がある。電流Ｉが領域Ａのループを循環する場合、磁気ダイポールモーメントの大きさは次式で表される。
【００１９】
Ｍ＝ＩＡ（アンペア×メートルの２乗の単位）
【００２０】
【数５】

【００２１】
電流ダイポールと磁気ダイポールは共に、周囲の空間において同じ磁界構成を生成する。いずれの磁界源に関連する磁界も、ダイポールの空間位置からの距離の関数として非常に高速に、すなわち、距離が遠い場合には約１／ｒ^３減衰する。磁界は三次元であり、したがって、その二次元表現は様々であってよい。磁界のある成分、たとえば、ｚ方向への磁界の投影Ｂｚを、ある方向（この方向がｚに一致する必要がないことに留意されたい）における距離の関数としてプロットすることができるが、１組の一定のＢｚ線（等磁界線と呼ばれる）におけるｘｙ平面内の磁界の空間分布を表した方がより有利である。等磁界線図によって磁界を表すこの後者の方法は生体磁気方法の標準として使用されている（たとえば、Ｅｒｎｅ，　Ｓ．、Ｆｅｎｉｃｉ，　Ｒ．、Ｈｅｈｌｂｏｈｍ，　Ｈ．著「心磁図における高解像度等磁界線マッピング（Ｈｉｇｈ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｉｓｏｆｉｅｌｄ　ｍａｐｐｉｎｇ　ｉｎ　ｍａｇｎｅｔｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｙ）」、ＩＩ　Ｎｕｏｖｏ　Ｃｅｍｅｎｔｏ、第２０巻、２９１ページ〜３００ページ、（１９８８年）を参照されたい。この文献は本明細書に引用例として参照する）。
【００２２】
ＭＣＧ測定は、各チャネルが１つのＳＱＵＩＤセンサとある形態の傾度測定器、たとえば二次傾度測定器を含むマルチチャネルシステムを用いて行われる。このため、心周期内のいつでも、患者の胸部の上方のある領域（通常、最大３０ｃｍｘ３０ｃｍ）にわたる磁界分布を求めることができる。このような測定結果に基づいて、一連の瞬間等磁界線図を作成することができる。このようなマップは、診断上重要であり、虚血を含む心疾患を識別するのを可能にする。本発明の方法は、このマップベースの手法とは異なるが、この手法によって補足することができる。
【００２３】
図１は、ｘｙ平面における磁界のＢｚ成分の等磁界線図の形の、胸部表面上の２０ｃｍｘ２０ｃｍにわたる瞬間的な（一定の瞬間）の心臓の磁界分布を示している。この分布は、簡単な磁気ダイポールまたは電流ダイポールのＢｚ磁界に非常に類似している。各磁界線はＢｚ＝一定に対応し、このような線は、最大の負のＢｚ値から最大の正のＢｚ値まである刻みすなわち増分で描かれ、最小点および最大点が「−」および「＋」として示されている。負のＢｚは、単にその磁界成分の下向きの方向を意味し、それに対して、正の値は上向きの方向を意味する。
【００２４】
以下に詳しく説明するある場合には、単一の実効ダイポール磁界源により、図１のようなマップに示されている磁界分布を少なくとも近似的に生成することができる。
【００２５】
【数６】

【００２６】
図１の磁界図におけるダイポール磁界源のｘｙ位置および方向は、図１の中央に矢印として示されている。
【００２７】
心臓等磁界線図が経時的に変化し、心臓が鼓動するにつれて、磁界の強度が振動し、対応する磁界図が「変動」し、一般に、等磁界線の形状および全体的な配置（トポロジー）も変化することが理解されよう。
【００２８】
図１に示されているものが、二次傾度測定器と呼ばれる検出コイル構成を備えたＳＱＵＩＤセンサアレイを用いて測定された、ＳＴセグメント（心周期の再分極部分）における実際の心臓の磁界図であることに留意されたい。マップは、完全な卵形を示す理想的なダイポールマップと比べていくらか歪んでいる。さらに、心周期の他の部分（例えば、ＱＲＳ部分）に対応する磁気マップの方が、複雑であり、単一の磁気ダイポールの磁界分布とは異なる。
【００２９】
磁気ダイポール（または他の何らかの磁界源）を仮定すると、公知の電気力学の法則を用いて、結果として得られる磁界構成を算出することができる。これは磁気の直接問題である。この問題は、任意の磁界源に対して固有の解を有し、常に解くことができ、すなわち、単純なケースでは解析的に解くことができ、より複雑なケースでは数値によって解くことができる。測定された磁界分布または他の方法で定義された磁界分布
【００３０】
【数７】

【００３１】
を仮定した場合に磁界源を求める（たとえば、図１に示されているような磁界分布からダイポール源
【００３２】
【数８】

【００３３】
を求める）問題を逆問題と呼ぶ。逆問題は一般に、直接問題よりもずっと難しい。一般に磁気、特に生体磁気の逆問題には多数の種類の解および多数の解法がある。ある研究者は磁気ダイポールに関して解を求め、ある研究者は電流ダイポールに関して解を求めているが、この場合、この発明の目的に対して重要な差を生じない。明細書全体にわたって、符号Ｍが用いられ、主として磁気ダイポールを指すが、磁気ダイポールでも電流ダイポールでもよいことが理解されよう。逆問題を解く通常の方法は、連続的な近似が段階的に行われる反復的な方法である。この方法では、電流ダイポールまたは磁気ダイポールが心臓の位置
【００３４】
【数９】

【００３５】
に固定され、測定点での算出されて得られる磁界が実際の磁界と比較され、ある差関数の最小化による反復によって解が導かれる。ダイポールの最も確率の高い位置およびその最も確率の高いパラメータが求められる。あるいは、ある仮定および近似を行うことにより、連続的近似を行うでなくダイポールを記述した正しい数式を求めることによって問題の解を試みる逆問題の解析的解を求めることができる。逆問題を解く様々なアルゴリズムについては、たとえば、Ｗｙｎｎ　Ｗ．　Ｍ．著「高度超伝導傾度測定器／磁力計アレイおよび新規の信号処理技術（Ａｄｖａｎｃｅｄ　ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ｇｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ／ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ　ａｒｒａｙｓ　ａｎｄ　ａ　ｎｏｖｅｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）」、ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．　Ｍａｇｎ．第１１巻、７０１ページ〜７０７ページ（１９７５年）；１９９１年１月１７日に公開されたドイツ特許第３９２２１６０号、Ｄｏｓｓｅｌ　Ｏ．、Ｋｕｌｌｍａｎｎ　Ｗ．、ＭＫＩ　Ａ６１Ｂ，５／０４，５／０５５，６／０３；Ａ．Ａ．Ｉｏａｎｎｉｄｅｓ、Ｊ．Ｐ．Ｒ．Ｂｏｌｔｏｎ、Ｃ．Ｊ．Ｓ．Ｃｌａｒｋｅ著「生体磁気逆問題の連続的な確率的解（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｐｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｂｉｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｉｎｖｅｒｓｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ）」Ｉｎｖｅｒｓｅ　Ｐｒｏｂｌｅｍｓ　６（４）、５２３ページ〜５４２ページ（１９９０年）；Ｍ．Ｐｒｉｍｉｎ、Ｖ．Ｇｕｍｅｎｉｕｋ−Ｓｙｃｈｅｖｓｋｉｊ、Ｉ．Ｎｅｄａｙｖｏｄａ著「弱い生体磁気の空間解析における情報変換の数学的モデルおよびアルゴリズム（Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌｓ　ａｎｄ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ　ｏｆ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｉｎ　ｓｐａｔｉａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｗｅａｋ　ｂｉｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｉｅｌｄｓ）」、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊ．　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎ．　ｉｎ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ第５巻、３１１ページ〜３１９ページ（１９９４年）を参照されたい。これらの文献は本明細書に引用して参照する）。
【００３６】
単一のダイポールに関して実際の心臓の磁界を表す解は、最も簡単な種類の逆問題であり、現実的な磁界源の場合、このような解は常に近似解である。さらに、関連する物理法則の性質により、解は、いくつかの可能な磁界源が同じ測定された磁界分布を満たすことができるときは一意ではない。しかし、ＭＣＧにおける逆問題を解く当業者に知られているように、少なくとも心周期の比較的擾乱がない（比較的正常な）ＳＴセグメントについて
【００３７】
【数１０】

【００３８】
に関して最も確率の高い近似解を首尾良く求めることができる。
【００３９】
ＭＣＧで使用されているのは磁界等磁界線図表現だけではない。患者の胸部上の単一の空間位置で測定したときに、鼓動する心臓から得られる時間に依存する磁気信号は、広く知られているＥＣＧ信号に類似していることが少なくない。たとえば、図２は、時間の関数であるＢｚの大きさによって与えられる磁気信号Ｂｚ（ｔ）を示している。この信号は、ＥＣＧを介した心臓診断の当業者に周知の特徴を有している。周期の、再分極と呼ばれる部分に対応することが知られている、ＳＴセグメントを含む、心周期のいくつかの異なるセグメントを識別することができる。Ｂｚ（ｔ）トレースの形状が心臓（磁界源）に対する傾度測定器の位置に依存することに留意されたい。図２のトレースは、広く知られているＥＣＧ状の形状であるが、他の位置で得られるトレースはそうでない場合がある。しかし、当業者の場合、常にＳＴセグメント、または心周期の再分極部分を識別し分離することが可能である。データのＳＴセグメントを認識し分離するコンピュータ符号を書き込むことも可能である。
【００４０】
ＭＣＧ信号の性質およびそれぞれの異なる外観について簡単に説明したが、従来技術には、ＥＣＧだけでなくＭＣＧを用いた虚血診断に対するいくつかの試みがあるが、それらの試みは主として探求的で研究的な特徴を持つことに留意されたい。１９７５年から、ＭＣＧは、心信号を評価するうえでＥＣＧに代わる方法として提案されている（たとえば、Ｄ．　ＣｏｈｅｎおよびＬ．　Ａ．　Ｋａｕｆｍａｎ著「冠状動脈閉塞によって生じたＳ−Ｔセグメント・シフトと損傷電流との関係の磁気判定（Ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　Ｓ−Ｔ　ｓｅｇｍｅｎｔ　ｓｈｉｆｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｊｕｒｙ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ｃｏｒｏｎａｒｙ　ａｒｔｅｒｙ　ｏｃｃｌｕｓｉｏｎ）」、Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　３６、４１４、（１９７５年）を参照されたい）。健康な対照と病人を比べたときに見られるいくつかのＭＣＧ異常が識別されている（たとえば、Ｙ．　Ｎａｋａｙａ等著「心磁図におけるＴ波異常（Ｔｈｅ　Ｔ　ｗａｖｅ　ａｂｎｏｒｍａｌｉｔｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍａｇｎｅｔｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ）」、Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ　Ｍｅｄ．　Ｂｉｏｌ．　Ｅｎｇｉｎｇ．　１（３）、１９３ページ２０３ページ、（１９８９年）；ＢＩＯＭＡＧ−９６でのＩ．　Ｃｈａｉｋｏｖｓｋｙ、Ｍ．　Ｌｕｔａｙ、Ｖ．　Ｓｏｓｎｉｔｚｋｙ等の発表、Ｐｒｏｃ．　ＢＩＯＭＡＧ−９６（Ｃ．　Ｊ．　Ａｉｎｅ等編）、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ、ＮＹ　２０００、４４４ページ〜４４７ページ；やはりＢＩＯＭＡＧ−９６でのＳｔａｄｎｙｕｋ等の発表、５５０ページ〜５５３ページ；Ｓｔｒｏｉｎｋ　Ｇ．、Ｌａｎｔ　Ｊ．、Ｅｌｌｉｏｔ　Ｐ．著「心磁図軌跡プロットおよび等積分値図を用いた心筋梗塞患者と心室頻拍症患者との判別（Ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｍｙｏｃａｒｄｉａｌ　ｉｎｆａｒｃｔ　ａｎｄ　ｖｅｎｔｒｉｃｕｌａｒ　ｔａｃｈｉｃａｒｄｉａ　ｐａｔｉｅｎｔｓ　ｕｓｉｎｇ　ｍａｇｎｅｔｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｉｃ　ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ　ｐｌｏｔｓ　ａｎｄ　ｉｓｏ−ｉｎｔｅｇｒａｌ　ｍａｐｓ）」、Ｊ．　Ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｌ．、第２５巻、１２９ページ〜１４２ページ、（１９９２年）を参照されたい。これらの文献は参考に本明細書に引用する）。
【００４１】
従来技術では、心筋虚血の識別は主として、等磁界線図の形態学的（構造的）な分析に基づいて行われている。従来技術では、心筋虚血の定量および空間位置判定は共にほとんど行われていない。
【００４２】
さらに、従来技術では、心臓の悪性不整脈のソース（フォーカスとも呼ばれる）の空間位置判定に関する研究もかなり行われていることを明確にしておくべきであろう。心臓内の電気的な問題個所（短絡に類似していることが少なくない）を識別して正確に示すこのフォーカス位置判定は、数ｍｍの精度で行うことができる（たとえば、ＢＩＯＭＡＧ−９６でのＡ．　Ｇａｐｅｌｙｕｋ、Ｃ．　Ａ．　Ｃｏｐｅｔｔｉ、Ａ．　Ｓｃｈｉｒｄｅｗａｎ等の発表「ＭＣＧ位置判定結果の評価：侵襲的に測定される電気物理的時間間隔の重要性（Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＭＣＧ　ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ：　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｉｎｖａｓｉｖｅｌｙ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｙｓｉｃａｌ　ｔｉｍｅ　ｉｎｔｅｒｖａｌｓ）」、Ｐｒｏｃ．　ＢＩＯＭＡＧ−９６（Ｃ．　Ｊ．　Ａｉｎｅ等編）、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ、ＮＹ　２０００；Ｋ．　Ｐｅｓｏｌａ、Ｊ．　Ｎｅｎｏｎｅｎ、Ｒ．　Ｆｅｎｉｃｉ等著「心臓内のペーシングカテーテルの生体電磁位置判定（Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　ｐａｃｉｎｇ　ｃａｔｈｅｔｅｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｈｅａｒｔ）」Ｐｈｙｓ．　Ｍｅｄ．　Ｂｉｏｌ．　４４、２５６５ページ〜２５７８ページ（１９９９年）；Ｗ．　Ｍｏｓｈａｇｅ、Ｓ．　Ａｃｈｅｎｂａｃｈ、Ｋ．　Ｇｏｈｌ、Ｋ．　Ｂａｃｈｍａｎｎ著「マルチチャネル心磁図（ＭＣＧ）によって得られる心不整脈の非侵襲的位置判定精度の評価（Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｏｎ−ｉｎｖａｓｉｖｅ　ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　ｃａｒｄｉａｃ　ａｒｒｈｙｔｈｍｉａｓ　ａｔｔａｉｎａｂｌｅ　ｂｙ　ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ　ｍａｇｎｅｔｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｙ　（ＭＣＧ））」、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃａｒｄｉｃ　Ｉｍａｇｅ　１２（１）、４７ページ〜５９ページ（１９９６年）を参照されたい。これらの文献は本明細書に引用して参照する）。この不整脈位置判定は、本発明の主題のような心筋虚血の大まかな位置判定とは著しく異なる。
【００４３】
従来技術には、コンピュータシミュレーションの研究によって、電流−密度再構成法を用いてＭＣＧを介して心筋虚血を位置判定できることが示された、ある研究がある（Ｒ．　Ｋｉｌｌｍａｎｎ等著「電流−密度再構成法を用いた心磁図からの心筋虚血の位置判定−コンピュータシミュレーションの研究（Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｙｏｃａｒｄｉａｌ　ｉｓｃｈｅｍｉａ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｍａｇｎｅｔｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ　ｕｓｉｎｇ　ｃｕｒｒｅｎｔ−ｄｅｎｓｉｔｙ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　−　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｔｕｄｙ）」、Ｍｅｄｉｃａｌ　＆　Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　＆　Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ　３３（５）、６４３ページ〜６５１ページ、（１９９５年）を参照されたい。この文献は本明細書に引用して参照する）。この方法は、理論的な可能性のままであり、本発明の方法とは異なる。
【００４４】
上記に引用した従来技術のシステムおよび方法の厳密な長所、特徴、および利点がどんなものであれ、これらのシステムおよび方法で本発明の目的を実現するものはない。たとえば、従来技術のシステムおよび方法は、逆解法を用いた磁気データの分析に基づいて、瘢痕のある心臓組織、病的な心臓組織、または虚血心臓組織を空間的に位置判定する解決策に対処していない。従来技術のシステムおよび方法は、さらに、ＭＣＧデータを用いて虚血心臓病の重度を明確に判定することができない。
【００４５】
【発明の概要】
本発明は、心筋虚血の存在を識別し、虚血心臓組織を位置判定し、このような心臓組織内の虚血の範囲を定量する方法およびシステムを提供する。本発明は、単一の磁気ダイポールまたは電流ダイポールに関する再分極プロセス（ＳＴセグメント）中に心臓によって示される磁界源をモデル化し、このダイポールの移動を監視する。ＳＴセグメントで生じたダイポールの顕著な移動は心筋虚血の存在を示す。心臓の概略的な輪郭に重ね合わせられたダイポールの移動方向は、虚血心臓組織の位置を示す。定量は、心周期のＳＴセグメント中の時間の関数としてダイポールの移動に基づいて行われる。好ましい実施態様では、ダイポールの移動がＳＴセグメントの第１四半期間に制限される場合、その移動は第１度虚血として示される。同様に、ダイポールの移動がＳＴセグメントの２分の１、４分の３、および全体に制限される場合、それらの移動はそれぞれ、第２度、第３度、および第４度の虚血として示される（第４度の虚血が最も重篤である）。
【００４６】
【好ましい実施形態の説明】
本発明を好ましい実施形態において図示し説明するが、本発明は多数の異なる構成、形態、および材料で作製することができる。本発明の好ましい実施形態を図面に示し、本明細書で詳しく説明するが、本発明の開示およびその構成の関連する機能的な明細が本発明の原理の例示とみなされ、本発明を図示の実施形態に制限するものではないことが理解されよう。当業者には、本発明の範囲内の他の多数の可能な変形実施形態が構想されよう。本明細書全体にわたって、語「識別」は虚血心臓組織の識別に関して使用されるが、医療の専門家（たとえば、心臓病専門医）が、本発明の方法およびシステムに関連して用いられるＭＣＧによって供給される情報に基づいて虚血の存在を最終的に判定することを理解されたい。
【００４７】
心臓の電気活動はいくつかのプロセスを伴う。この特許出願に関するプロセスは、ＥＣＧ上のＳＴセグメントとして示されると共にＭＣＧトレース上に示される再分極プロセスである。
【００４８】
図２は、一定のセンサ位置で得られた代表的な心周期ＭＣＧトレース（間隔全体が１鼓動、または０．５秒未満に対応する時間の関数として磁界のｚ成分）を示している。図示のトレースは代表的なＥＣＧトレースに類似している。このトレースは、再分極セグメントすなわちＳＴセグメント２０２と他の良く知られている特徴を含んでいる。図２に示されているＭＣＧトレースが例示のためのみに与えられたものであることに留意すると共に、当業者には、他の点で得られるＭＣＧトレースが様々な形状を有してよいことに留意されたい。たとえば、磁気入力がどこから得られるかに応じて信号が反転して見える。
【００４９】
再分極（ＳＴセグメント）は、心臓を構成する細胞が脱分極段階で放電し、ＥＣＧとＭＣＧの両方で強いＱＲＳピーク２０４として記録される心臓の基本的な収縮が起こる前に、細胞を再充電するプロセスである。非常に多くの細胞のこの再充電波をマックスウェルの変位電流とみなすことができる。再分極は、時間に依存する電界がマックスウェルの電磁理論によって磁界を生成するコンデンサの再充電にいくつかの点で類似している。
【００５０】
心臓診断において再分極プロセスに集中する１つの理由は、健康な心臓では、このプロセスが、可変電流を有する小さな電流ループまたは小さな可変強度棒磁石が心臓内に位置している場合と同様に概ねダイポールの磁界として具現されることである。このようなダイポールのダイポールベクトル
【００５１】
【数１１】

【００５２】
は、図１に示されているように、概ね胸部に平行であり、斜め上向きである。言い換えれば、再分極は、特に簡単な磁界源によって表される。このダイポールの強度（信号振幅）は一般に、ＳＴセグメントの持続時間にわたって高くなるが、その位置および向きは基本的に変わらない。ダイポール型電界のこのような位置安定性および簡単さが、健康な心臓に対して、およびＳＴセグメントにおいてのみに当てはまることに留意されたい。
【００５３】
実際の電流が心臓のかなりの体積にわたって存在し、一方、ＳＴセグメントにおける電流の磁界分布が、概ね１つの簡単な点磁界源（実効ダイポール）から生じたものとして表せるような分布であることを理解されたい。この実効ダイポールは、その磁界モーメントベクトル
【００５４】
【数１２】

【００５５】
と、３つの空間座標ｘ、ｙ、ｚで与えられるその位置によって完全に特徴付けされる。上述のように、ＳＴセグメントでは、健康な心臓の場合、磁気モーメント
【００５６】
【数１３】

【００５７】
の大きさは時間と共に大きくなり、一方、その向きおよび空間位置は基本的に変わらない。この状態は、健康な心臓における再分極電流の一見一様な性質を反映している。この実効ダイポールモーメントは、体積再分極電流に対するある平均位置、すなわち、心臓の体積上を流れる電流の「質量の中心」に位置する。
【００５８】
本発明によれば、健康な心臓では、ＳＴセグメントの間ダイポールの位置は基本的に変化せず、一方、虚血心臓では、電流の一様性が低下し、ダイポールはもはや静止しない。心臓の、血液が供給されていない部分（病的な部分すなわち虚血部分）が、より遅い後の段階で、すなわち、ＳＴセグメントが開始してからいくらか後に、遅れて再分極を開始することが判明している。重篤である場合、病的な部分は、セグメントの終了部分まで完全に再分極（再充電）することはない。
【００５９】
心臓の総体積の一部は、血液供給が不十分であることによって、あるいは血液供給がこのように不十分であるための二次プロセスによって、最初は「オフに切り換えられ」、後でＳＴセグメントにおいて「オンにされる」。実効ダイポール位置はこれに応じて変化する。ダイポールは最初、虚血組織が存在しない場合と同様に、健康な有効組織の「質量の中心」に位置する。虚血部分が（遅れて）「オンになる」と、電流の「質量の中心」は正常に戻る傾向があり（すなわち、心臓のすべての組織の「質量の中心」に対応する）、ダイポールはこの正常位置すなわち中央により近い位置の方へ移動する。重要な点は、図３に概略的に示されているように、１）ＳＴセグメントで生じたダイポールの顕著な移動が虚血組織の存在を示し、２）ダイポールの変位方向が虚血領域の方を指すことである。
【００６０】
図３ａは、部分的に虚血状態の心臓の概略図である。虚血部分３０４は、右上に点をうった領域として示されている。十字３０２は、再分極プロセスの最初の一時的な「質量の中心」のところの、ＳＴセグメントの最初の部分における磁気ダイポールの位置を示している。図３ｂは、このセグメントの後半で、虚血領域が再分極プロセスに加わったときに、実効ダイポールの位置（十字）が、病的な組織が存在する方向を示す新しい中心３０６の方へどのように移動するかを示している。
【００６１】
内在するダイポール
【００６２】
【数１４】

【００６３】
の空間位置を見付けるにはどうすべきかについて説明したが、実際の心臓の位置、体内での向き、およびその解剖学的構造とこの空間位置との関係についてはほとんど論じなかった。ＳＴセグメント中のダイポール源の軌跡に関する情報および逆解法によって抽出された情報を利用するには、心臓の概略的位置および空間方向を識別する必要がある。これは様々な公知の方法で行うことができる。最も簡素で直接的な方法ではまず、心臓が、患者の体内で代表的で平均的なサイズ、位置、および方向を有していると仮定し、次いでこの代表的な心臓の輪郭にダイポール軌跡を重ね合わせることができる。より精密な方法では、この目的のための心臓を公知のＸ線透視技術またはＭＲＩによって撮像することができる。不整脈ソース（上記参照）の空間位置判定に関する従来技術では、心臓が通常これらの技術を用いて撮像され、磁気源（ダイポール源など）の座標ｘ、ｙ、ｚを導入して、この画像または心臓の画像の特定の投影に対応させられることに留意されたい。
【００６４】
上記の分析に基づいて、虚血組織を識別し、心臓の特定の領域または象限に位置判定することが可能である。これは、（たとえば、不整脈フォーカス位置判定で行われるように）所与の領域の厳密な幾何学的座標を求めることに対して「大まかな位置判定」と呼ばれる。
【００６５】
図４は、虚血心臓組織の大まかな位置判定および定量のための本発明の方法４００を示している。第１に、この方法ではまず、ＭＣＧなどの装置を用いて患者４０２の心周期を測定する。次に、測定された心周期４０４における再分極セグメントを識別する。次のステップとして、ある公知の種類の逆問題解法を用いて、心臓４０６内の磁界源のダイポールモデルに基づいて、再分極セグメントの最初の部分におけるダイポールの空間位置を識別する。次に、再分極セグメントの間の、この位置の顕著な変位を識別し、この変位の方向を判定し撮像する（４０８）。次に、ＳＴセグメントの任意の部分に顕著な変位が存在する状態で、一般的な虚血識別ステップを実行する（４１０）。磁気測定とは独立に、公知の方法の１つを用いて心臓の概略的な輪郭を識別し、この変位の方向を心臓の輪郭に重ね合わせて、心臓の解剖学的構造と変位４１２の方向を連結し（４１２）、ダイポールの変位方向において心臓の輪郭内の虚血組織を位置判定する（４１４）。最後に、定量ステップを行って虚血のレベルを識別する（４１６）。
【００６６】
逆問題解が近似的なものであり、データと解の両方についてのすべての必然的な散乱および不完全さを仮定した場合、ダイポール位置
【００６７】
【数１５】

【００６８】
が常に、ＳＴセグメントの全持続時間中に、どちらにしても少なくともある程度移動することを理解されたい。この動きは、主としてデータおよび解の変動を反映する比較的短い距離が様々な方向でカバーされる無秩序な不規則性を有することも、規則的な指向性の有することもある。虚血識別、位置判定、および定量に関して重要なのは、ＳＴセグメントの総持続時間のかなりの部分、たとえば、ＳＴセグメントの総持続時間の１／２０（５％）以上の期間や、心臓の空間的範囲のかなりの部分を表す距離（心臓の総空間的範囲の１／２０（５％）以上）にわたる、ある方向における持続される顕著な動きだけである。これらの基準は、一例としてのみ与えられており、臨床経験が収集されるにつれて変更してよい。
【００６９】
図５は、定量プロセスに関連する方法を詳しく示している。まず、逆問題解および心臓のダイポールモデル、ダイポールの位置、ならびにその運動方向を識別する（５０２）。次に、ダイポールの運動方向における時間に対するダイポールの位置のプロットを生成する（５０４）。最後に、ステップ５０４で生成されたプロットに基づいて、事前に定められた定量スケールに基づいて虚血のレベルを識別する（５０６）。
【００７０】
繰り返すが、簡単に言うと、健康な心臓の場合、電流ダイポールは実際に、ＳＴセグメント全体にわたって静止し、一方、虚血心臓では、少なくともＳＴセグメントの始めの部分で、ある方向に移動する。前述のように、虚血を識別し虚血心臓組織を位置判定する本発明の方法は、損傷を受けた領域の方への実効ダイポールのこのような移動（言い換えれば、再分極電流の「質量の中心」の移動）に基づく方法である。顕著な移動の存在は、問題があることを示し、この移動の方向は、問題領域の概略的な位置を示し、したがって、大まかな虚血位置判定（位置確認）が可能になる。
【００７１】
心臓の重篤でより複雑な損傷の場合には、磁界パターンが複雑であり単一のダイポールの磁界としてモデル化できないため、本発明はそのような場合に使用されるものではないことに留意されたい。心臓のたいていの重篤な損傷では、磁界は通常、ダイポールの全集合、場合によってはある空間密度で分散された無限数のダイポールに基づいてモデル化され、この解析は本発明の範囲を超えている。さらに、たとえば、中央の周りに対称的に配置された２つ以上の虚血領域が存在する例では、２つ以上の側からの影響が概ね等しいため、実効ダイポールが、それを定義できる場合でも、それほど移動しないか、またはまったく移動しないことがあることも留意されたい。
【００７２】
したがって、本発明が、図３ａに概略的に示されているように、心臓の一部に制限された明確に位置判定される単一の領域の虚血の場合に適用できるものであることを明確に確認されたい。
【００７３】
ダイポールの移動は、ＳＴセグメント内のある点で停止し、このことはおそらく、血液供給がこの時間に十分な量になったことと、虚血状態がセグメント全体にわたっては持続しなかったことを示す（実際のプロセスがさらに複雑であり、血液供給が不十分であるために、任意の数の微妙な二次機構によって再分極の開始が遅延する可能性も高い）。しかし、重要なことは、疾患が重篤であるほど、ＳＴセグメント内で再分極プロセスが正常化するのに時間がかり、かつ有効セグメントが停止するのに時間がかかることである（この場合も、これは、上述のように、主として単一領域の虚血に当てはまる）。これは、虚血の程度を定量する方法を示唆している。時間の関数としての、ダイポールの運動方向におけるダイポールの位置のプロット（またはその適切な投影）は、疾患の重度を識別する助けになる。
【００７４】
図６ａ〜６ｄは、合せて、ＳＴセグメント内の時間の関数としての実効ダイポールの空間位置を示している。図６ａは、ダイポールの位置が時間の関数として基本的に一定である健康な心臓の例を示している。図６ｂは、患者が軽い虚血状態である症例を示している。この場合、ダイポールは、ＳＴセグメントの最初の部分における短い期間の間位置を変化させている。図６ｃは、ダイポールがずっと長い期間ｔ_２、ここで、ｔ_２＞ｔ_１、にわたって位置を変化させるずっと重篤な虚血の症例を示している。すべての場合に、単一の虚血領域が想定される。最後に、図６ｄは、ダイポールがＳＴセグメント全体にわたって移動する最も重篤な虚血の症例を示している。
【００７５】
図６に示されているグラフに基づいて、虚血定量法について説明する。たとえば、ＳＴセグメントの第１四分の一期間内のダイポールの動きは第１度の虚血に対応し、以下同様である。
【００７６】
図７ａ〜７ｄは、合せて、好ましい実施形態における様々な定量レベルを示している。各グラフ内の影をつけた領域は、ダイポールが移動する領域を示している。したがって、図７ａは第１度の虚血定量を示し、図７ｂは第２度の虚血定量を示し、図７ｃは第３度の虚血定量を示し、図７ｄは第４度の虚血定量を示している。好ましい実施形態における様々な定量レベル（たとえば、第１度）を示すために特定の例を与えたが、当業者なら、本発明の範囲から逸脱せずに定量レベルを他の名称で置き換えることができる。ことに留意されたい。
【００７７】
図８は、患者がＭＣＧ８０２によって走査され、心周期に関するデータ８０４が抽出される、本発明に関連するシステムを示している。次に、抽出された心周期データ８０４および逆問題の解と組み合わされた生成された磁界図８０６に基づいて、位置判定装置８０８が心臓の虚血領域を識別し、定量装置８１０が、識別された虚血領域に対応する定量レベルを識別する。
【００７８】
さらに、本発明は、プログラムコードが記憶された記憶媒体であり、コンピュータに本発明に関連する方法のうちのどれかを実行するよう命令するのに用いることのできるコンピュータプログラムコードベースの製品を含む。このコンピュータ記憶媒体には、以下のもの、すなわち、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、磁気テープ、光ディスク、ハードドライブ、フロッピィディスク、強誘電メモリ、フラッシュメモリ、強磁性メモリ、光学記憶装置、電荷結合素子、磁気カードまたは光学カード、スマートカード、ＥＥＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、あるいは他の任意の適切なスタティックメモリまたはダイナミックメモリ、あるいはデータ記憶装置のうちのどれかを含むが、それらに限らない。
【００７９】
コンピュータ利用可能媒体において、測定された心周期データを受信するソフトウェアモジュールと、測定された心周期データ内の再分極ＳＴセグメントを識別し（あるいはシステムオペレータによって識別される）、逆問題を解いて再分極ＳＴセグメント内の磁界の実効ダイポール源を求め、心周期内のＳＴセグメントの始めの部分におけるダイポールに関連する空間位置を識別し、ダイポールの位置の顕著な変位と顕著でない変位を区別する基準を設定し、ＳＴセグメントの残りの部分におけるダイポール位置の顕著な変位を検出し、虚血部分が存在するかどうかを判定し、存在する場合には、ダイポールの変位の方向に基づいて虚血領域を位置判定し、ＳＴセグメントにおいてダイポールの変位が起こった部分の割合に基づいて虚血を定量する、ＭＣＧで通常用いられる信号フィルタ・モジュールおよび平均化モジュールが実現される。
【００８０】
【結論】
上記の実施形態では、ＭＣＧを用いて虚血を効果的に識別し、位置判定し、定量するシステムおよび方法を示した。様々な好ましい実施形態を図示し説明したが、このような開示によって本発明を制限するものではなく、むしろ、このような開示が、添付の特許請求の範囲で定義される、本発明の趣旨および範囲内のすべての修正実施形態および他の構成をカバーするものであることが理解されよう。したがって、好ましい実施形態を例示するのに特定の定量レベル（すなわち、２５％、５０％など）が用いられており、したがって、本発明の範囲を制限するのに用いるべきではない。ＭＣＧは磁界情報を得るための好ましい実施形態のシステムであるが、本発明の範囲から逸脱せずに他の均等物（たとえば、他の改良を有するＭＣＧシステム）を使用することができる。本発明のプログラミングは、医療撮像の当業者によって実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ｘｙ平面における等磁気線図の形の、胸部表面上の２０ｃｍ×２０ｃｍ四方にわたるヒトの心臓の磁界分布を示す図である。
【図２】
一定のセンサ位置で得られた代表的な心周期ＭＣＧトレース（間隔全体が１鼓動、または０．５秒未満に対応する時間の関数として磁界のｚ成分）を示す図である。
【図３ａ】
心臓の概略図に重ね合わせられた心周期のＳＴセグメント中の虚血心臓内のダイポールの移動を示す図である。
【図３ｂ】
心臓の概略図に重ね合わせられた心周期のＳＴセグメント中の虚血心臓内のダイポールの移動を示す図である。
【図４】
本発明による虚血心臓組織を大まかな位置判定と定量をする方法を示す図である。
【図５】
定量プロセスに関連する方法を詳しく示す図である。
【図６ａ】
ＳＴセグメントにおける時間の関数としての実効ダイポールの空間位置を示す図である。
【図６ｂ】
ＳＴセグメントにおける時間の関数としての実効ダイポールの空間位置を示す図である。
【図６ｃ】
ＳＴセグメントにおける時間の関数としての実効ダイポールの空間位置を示す図である。
【図６ｄ】
ＳＴセグメントにおける時間の関数としての実効ダイポールの空間位置を示す図である。
【図７ａ】
好ましい実施形態の様々な定量レベルを示す図である。
【図７ｂ】
好ましい実施形態の様々な定量レベルを示す図である。
【図７ｃ】
好ましい実施形態の様々な定量レベルを示す図である。
【図７ｄ】
好ましい実施形態の様々な定量レベルを示す図である。
【図８】
患者がＭＣＧによって走査され心周期に関連するデータが抽出される本発明に関連するシステムを示す図である。

Claims

虚血心臓組織を識別し位置判定するシステムであって、
磁気心周期データを測定し、前記測定された磁気データのＳＴセグメント上の近接点における測定された磁気データのソースとして実効ダイポールをモデル化するシステムと、
前記ＳＴセグメントの残りの部分上の前記モデル化されたダイポールに関連する空間位置を算出し視覚化する虚血位置判定装置と、
顕著な移動を識別すると共に、ダイポールが移動している場合に、前記ＳＴセグメント上の前記ダイポールの前記移動に関連する方向を識別する虚血識別装置と、
虚血組織を有すると識別された前記心臓と、
前記虚血心臓組織の概略的位置を示すと識別された前記移動方向とを有する、虚血心臓組織を識別し位置判定するシステム。
前記システムは、
前記ＳＴセグメントにおいて、実効ダイポール源の前記変位が起こった部分の割合を識別し、所定の虚血定量レベルに前記割合を一致させる虚血定量装置をさらに有する、請求項１に記載の虚血心臓組織を識別し位置判定するシステム。
前記所定の虚血定量レベルは以下のレベル、すなわち、虚血のない健康な心臓、軽度の虚血、重篤な虚血、および最も重篤な虚血を含む、請求項２に記載の虚血心臓組織を識別し位置判定するシステム。
最も重篤な虚血の前記定量レベルは、前記実効ダイポールの前記変位が前記ＳＴセグメントのほぼ全持続時間にわたってその動きを停止しない場合に対応する、請求項３に記載の虚血心臓組織を識別し位置判定するシステム。
前記心磁図描写システムは、心臓データを得るのにＳＱＵＩＤセンサを用いる、請求項１に記載の虚血心臓組織を識別し位置判定するシステム。
前記心臓は、Ｘ線、透視、ＭＲＩのような公知の心臓視覚化技術によって視覚化され、前記心臓の概略的な輪郭が、前記ダイポールの一連の空間位置に重ね合わせられる、請求項１に記載の虚血心臓組織を識別し位置判定するシステム。
心臓の磁気ダイポールモデル又は電流ダイポールモデルに基づいて虚血心臓組織を識別し位置判定する方法であって、
（ａ）心臓の心周期を磁気的に測定し、前記心臓を実効ダイポールとしてモデル化するステップと、
（ｂ）前記測定された心周期内のＳＴセグメントを識別するステップと、
（ｃ）前記ＳＴセグメントの始めの部分における前記ダイポールの空間位置を識別するステップと、
（ｄ）前記ＳＴセグメントの残りの部分の間の、前記ダイポールの位置の任意の顕著な変位を検出するステップと、
（ｅ）前記心臓内に虚血組織が存在することを示す前記実効ダイポールの前記顕著な変位を識別するステップと、
（ｆ）心臓の概略的な位置および解剖学的構造に対する前記実効ダイポールの前記顕著な変位の方向を求めるステップと、
（ｇ）前記虚血心臓組織の概略的な位置を、前記実効ダイポールの前記識別された変位方向によって示されている位置として位置判定するステップとを有する、心臓の実効磁気ダイポールモデル又は電流ダイポールモデルに基づいて虚血心臓組織を識別し位置判定する方法。
前記方法は、
（ａ）前記ＳＴセグメントの、前記ダイポールの顕著な変位が生じる部分の割合を識別するステップと、
（ｂ）前記割合を所定の虚血定量レベルと一致させるステップとをさらに有する、請求項７に記載の心臓の実効磁気ダイポールモデル又は電流ダイポールモデルに基づいて虚血心臓組織を識別し定量する方法。
前記心磁図は、心臓データを得るのにＳＱＵＩＤセンサを用いる、請求項７に記載の心臓の磁気ダイポールモデル又は電流ダイポールモデルに基づいて虚血心臓組織を識別し位置判定する方法。
前記心磁図は、心臓データを得るのにＳＱＵＩＤセンサを用いる、請求項８に記載の心臓の磁気ダイポールモデル又は電流ダイポールモデルに基づいて虚血心臓組織を識別し定量する方法。
前記方法は、心臓の概略的な輪郭との視覚的な関係として表示され、前記心臓内の虚血組織の位置を視覚的に識別するのを助ける、前記ＳＴセグメントにおける前記ダイポールの前記一連の空間位置のグラフを表示するステップをさらに含む、請求項８に記載の心臓の磁気ダイポールモデル又は電流ダイポールモデルに基づいて虚血心臓組織を識別し位置判定する方法。
前記方法は、虚血定量レベルを視覚的に識別するのを助ける、前記ダイポールの前記変位と前記ＳＴセグメント中の時間との関係を示すグラフを表示するステップをさらに有する、請求項８に記載の心臓の磁気ダイポールモデル又は電流ダイポールモデルに基づいて虚血心臓組織を識別し定量する方法。
虚血を識別し、位置判定し、定量する方法であって、
（ａ）心周期磁気データを受け取り、前記心臓をダイポールとしてモデル化するステップと、
（ｂ）前記測定された心周期におけるＳＴセグメントを識別するステップと、
（ｃ）前記識別されたＳＴセグメントの始めの部分における前記ダイポールの位置を識別するステップと、
（ｄ）前記ダイポールがＳＴセグメントの任意の部分の間に顕著な移動を行うかどうかを判定するステップと、
（ｅ）前記心臓の概略的位置および解剖学的構造に対する前記ダイポールの位置の前記移動の方向を識別するステップと、
（ｆ）前記識別された変位方向に基づいて虚血心臓組織を位置判定するステップと、
（ｇ）前記ＳＴセグメントの総持続時間を４つの等しい持続時間サブセグメントに分割するステップと、
（ｈ）前記４つのサブセグメントのそれぞれにおける前記ダイポールの顕著な変位を識別するステップと、
（ｉ）以下の規則に基づいて定量された虚血レベルを割り当て、すなわち、
前記識別された顕著な変位が前記４つのセグメントの最初のセグメントで起こる場合には、前記定量されたレベルを第１度虚血と識別し、
前記識別された顕著な変位が前記セグメントのうちの最初の２つのサブセグメントで起こる場合には、前記定量されたレベルを第２度虚血と識別し、
前記識別された顕著な変位が前記セグメントのうちの最初の３つのサブセグメントで起こる場合には、前記定量されたレベルを第３度虚血と識別し、
前記識別された顕著な変位が前記セグメントのうちのすべての４つのサブセグメントで起こる場合には、前記定量されたレベルを第４度虚血と識別するステップとを有する、虚血を識別し、位置判定し、定量する方法。
前記方法は、虚血組織の概略的な位置の視覚的な識別と、虚血レベルの定量とにおいて助けになる、三次元空間におけるダイポールの軌跡のグラフおよび時間の関数としてのダイポールの動きの概略的な方向におけるダイポールの一連の位置のグラフを表示するステップをさらに有する、請求項１３に記載の虚血を識別し、位置判定し、定量する方法。
前記心周期データは、ＳＱＵＩＤセンサを用いた心磁図から受け取られる、請求項１３に記載の虚血を識別し、位置判定し、定量する方法。
虚血心臓組織を位置判定するために埋め込まれたコンピュータ可読プログラムコードを有するコンピュータ利用可能媒体を有する製造品であって、
（ａ）心周期磁気データを受け取り、前記心臓をダイポールとしてモデル化するコンピュータ可読プログラムコードと、
（ｂ）前記測定された心周期におけるＳＴセグメントを識別するコンピュータ可読プログラムコードと、
（ｃ）前記識別されたＳＴセグメントの始めの部分における前記ダイポールの位置を識別するコンピュータ可読プログラムコードと、
（ｄ）前記ＳＴセグメントの残りの部分の間の前記ダイポールの位置の任意の顕著な変位を検出するコンピュータ可読プログラムコードと、
（ｅ）心臓の概略的位置および解剖学的構造に対する前記ダイポールの前記変位の方向を識別するコンピュータ可読プログラムコードと、
（ｆ）前記識別された変位方向に基づいて虚血心臓組織を位置判定するコンピュータ可読プログラムコードとを有する、虚血心臓組織を位置判定するために埋め込まれたコンピュータ可読プログラムコードを有するコンピュータ可用媒体を有する製造品。
前記媒体は、
（ａ）前記ＳＴセグメントの、前記ダイポールの顕著な変位が生じる部分の割合を識別するコンピュータ可読プログラムコードと、
（ｂ）前記割合を所定の虚血定量レベルと一致させるコンピュータ可読プログラムコードとをさらに有する、請求項１６に記載の虚血心臓組織を位置判定するために埋め込まれたコンピュータ可読プログラムコードを有するコンピュータ可用媒体を有する製造品。
虚血心臓組織を検出し位置判定して、病的な心臓組織の虚血レベルを定量するツールであって、
心臓の磁気心臓周期データを測定し、前記心臓の磁気ダイポールモデルに基づいて前記データをモデル化し、
前記心臓周期データにおけるＳＴセグメントを分離し、
前記分離されたＳＴセグメント上の近接点における前記ダイポールの位置を識別することを含み、
以下のモード、すなわち、検出及び位置判定モード又は定量モードのいずれかまたは組合せにおいて機能し、
位置判定モードでは、
前記ＳＴセグメントの残りの部分の間のダイポールの変位を検出し、
前記変位の方向を識別し、
虚血心臓組織を、前記識別された変位方向における心臓の領域として位置判定し、又は、
定量モードでは、
前記ＳＴセグメントの間のダイポールの変位を識別し、
前記ＳＴセグメントを２つ以上のサブセグメントに分割し、
前記ダイポールの変位が起こる前記サブセグメントの数を識別し、
前記変位が起こる前記サブセグメントの前記識別された数を所定の定量レベルと一致させることによって虚血レベルを定量する、虚血心臓組織を検出し位置判定して、病的な心臓組織の虚血レベルを定量するツール。
前記ツールは、定量された虚血レベルを視覚的に識別する助けになる前記変位と時間との関係のグラフを示すディスプレイをさらに有する、請求項１８に記載の虚血心臓組織を位置判定して、病的な心臓組織内の虚血レベルを定量するツール。
前記所定の虚血定量レベルは、以下のレベル、すなわち、虚血のない健康な心臓、軽度の虚血、重篤な虚血、および最も重篤な虚血を含む、請求項１８に記載の虚血心臓組織を位置判定して、病的な心臓組織内の虚血レベルを定量するツール。
最も重篤な虚血の前記定量レベルは、前記ダイポールの前記変位が前記ＳＴセグメントのほぼ全体にわたって連続的に移動する症例に対応する、請求項２０に記載の虚血心臓組織を位置判定して、病的な心臓組織内の虚血レベルを定量するツール。