JP2015223429A - 可視化装置、可視化方法、および可視化プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】副伝導路での興奮伝播状況の視認性を高める。【解決手段】可視化装置１０は、記憶部１１と演算部１２とを有する。記憶部１１は、心臓の３次元モデル１、心臓の興奮伝播における心筋の電気信号の強度の時間変化を示す興奮伝播情報３、および心臓の複数の梗塞部位２ａ，２ｂを示す梗塞部位情報２を記憶する。演算部１２は、梗塞部位情報２に基づいて、複数の梗塞部位２ａ，２ｂで挟まれた副伝導路２ｃに測定点Ｐを設定する。次に演算部１２は、興奮伝播情報３に基づいて、測定点Ｐにおける電気信号の強度の最小値から最大値までの範囲を、電気信号の強度に応じて表示情報を変化させる変化対象範囲に決定する。そして演算部１２は、興奮伝播情報３に基づいて、変化対象範囲内での心筋の電気信号の強度の時間変化を、電気信号の強度に応じた表示情報の変化に置き換えて、心臓での興奮伝播を３次元モデル１で再現した画像４を出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、可視化装置、可視化方法、および可視化プログラムに関する。

心臓は血液を拍出する臓器であり、健康な人の心臓は、所定の周期で規則的に拍動する。ところが、不整脈の症状がある人の心臓は、外的要因がなくても、拍動が遅すぎたり、速すぎたりする。拍動が遅すぎる場合は徐脈の不整脈であり、拍動が速すぎる場合は頻脈の不整脈である。

不整脈の発生原因の１つに、心臓の興奮伝播における副伝導路（リエントリとも呼ばれる）の存在がある。副伝導路とは、正常な刺激伝導系とは別の経路で電気信号を伝えてしまう伝導路である。副伝導路があることにより、本来は一方向へ流れるはずの電気信号が副伝導路を通って上流に戻ってきてしまい、電気信号がいつまでもぐるぐる回り続ける。その結果、心臓の筋肉は収縮するように電気信号を絶え間なく受け続け、頻脈性不整脈となる。

副伝導路に起因する不整脈の治療法として、カテーテルアブレーションがある。カテーテルアブレーションは、電極カテーテルを心臓内に挿入して、電極カテーテルと体表に装着した対極板との間で高周波通電を行うことで、頻拍の原因となる異常興奮部位を焼灼する治療法である。異常興奮部位を焼灼することで、不整脈の原因となる副伝導路が遮断され、不整脈を抑えることができる。

このようなカテーテルアブレーションを行う際に特に重要なのが、副伝導路部位の特定である。副伝導路部位の特定には、たとえば興奮伝播のシミュレーションを利用することができる。

興奮伝播のシミュレーションは、心臓の機能を再現する数値解析の１つである。興奮伝播のシミュレーションでは、心筋上の電気現象（興奮伝播）の時刻変化がコンピュータで再現される。不整脈の症状を有している患者の心臓モデルを用いて興奮伝播のシミュレーションを行えば、不整脈発生時の電気信号の伝播状況を再現することができる。

心臓の電気現象を解析する技術としては、たとえば被験者から計測した電位および磁場の少なくとも一方の情報に基づき被験者の心臓内の電気現象を解析して表示する、心臓内電気現象の診断装置が考えられている。解析された電気現象は、視覚的に認識できるようにすることで、カテーテルアブレーションによる治療に、有効に利用できる。そこで、電気生理学データの視覚化技術として、臓器の表面の所定領域のグラフィック表示上に空間的に示す技術がある。

またアブレーション治療のターゲット位置の特定に利用可能な装置として、電気生理マッピング装置がある。電気生理マッピング装置は、カテーテルベースの高周波アブレーション治療において、マッピングデータと心臓の解剖学的な形態との位置関係を把握し、アブレーション治療のターゲット部位を正確に特定するものである。

特開平１１−１２８１９１号公報 特表２０１２−５０８０７９号公報 特開２００１−０７０２６９号公報

しかし、従来の技術では、副伝導路部位での興奮伝播状況を分かりやすく表示することができない。すなわち、興奮伝播は、電気信号の波形の移動として表されるが、不整脈が発生しているような状況下では電気信号の進路が複雑であり、移動する波形情報を分かりやすく表示するのは難しい。そのため、たとえば心臓全体の興奮伝播の様子を可視化しても、そのなかのどの部分で副伝導路が発生しているのかは分かりづらく、副伝導路部位の見落としが発生しやすい。

１つの側面では、本件は、副伝導路での興奮伝播状況の視認性を高めることを目的とする。

１つの案では、記憶部と演算部とを有する可視化装置が提供される。記憶部は、心臓の３次元モデル、心臓の興奮伝播における心筋の電気信号の強度の時間変化を示す興奮伝播情報、および心臓の複数の梗塞部位を示す梗塞部位情報を記憶する。演算部は、梗塞部位情報に基づいて、複数の梗塞部位で挟まれた副伝導路に測定点を設定する。次に演算部は、興奮伝播情報に基づいて、測定点における電気信号の強度の最小値から最大値までの範囲を、電気信号の強度に応じて表示情報を変化させる変化対象範囲に決定する。さらに演算部は、興奮伝播情報に基づいて、変化対象範囲内での心筋の電気信号の強度の時間変化を、電気信号の強度に応じた表示情報の変化に置き換えて、心臓での興奮伝播を３次元モデルで再現した画像を出力する。

１つの案によれば、副伝導路での興奮伝播状況の視認性を高めることができる。

第１の実施の形態に係る可視化装置の機能構成例を示す図である。 第２の実施の形態に用いるコンピュータのハードウェアの一構成例を示す図である。 第２の実施の形態に係るコンピュータの機能を示すブロック図である。 非構造格子データ記憶部のデータ構造の一例を示す図である。 心臓の３次元モデルの一例を示す図である。 シミュレーション結果記憶部のデータ構造の一例を示す図である。 梗塞部位記憶部のデータ構造の一例を示す図である。 リエントリの発生状況の一例を示す図である。 健康な人の心臓の興奮伝播状況の表示例を示す図である。 心室細動を発症した人の心臓の興奮伝播状況の表示例を示す図である。 リエントリを示す図である。 リエントリの明示化処理の手順の一例を示すフローチャートである。 心臓断面に現れる梗塞部位を示す図である。 測定点の設定例を示す図である。 梗塞部位間の線分を心臓断面上に表した図である。 梗塞部位間の線分上の測定点を心臓断面上に表した図である。 測定点を包含する要素の例を示す図である。 カラーマップの設定例を示す図である。 リエントリを強調した心臓の興奮伝播の表示例を示す図である。

以下、本実施の形態について図面を参照して説明する。なお各実施の形態は、矛盾のない範囲で複数の実施の形態を組み合わせて実施することができる。
〔第１の実施の形態〕
まず、第１の実施の形態について説明する。第１の実施の形態は、心臓の３次元モデルを表示する際に、不整脈の原因となる副伝導路での興奮伝播の波面の移動の視認性を高めるものである。

図１は、第１の実施の形態に係る可視化装置の機能構成例を示す図である。可視化装置１０は、記憶部１１と演算部１２とを有する。
記憶部１１は、３次元モデル１、梗塞部位情報２、および興奮伝播情報３を有する。３次元モデル１は、心臓の構造をメッシュなどの要素の集合で表した構造モデルである。梗塞部位情報２は、心臓の梗塞部位２ａ，２ｂを示している。たとえば梗塞部位情報２には、心臓内で、心筋の細胞が死んでしまっている部位（梗塞部位）の範囲を示す情報である。興奮伝播情報３は、心臓の興奮伝播における心筋の電気信号の時間変化を示す情報である。興奮伝播情報３は、たとえば興奮伝播のシミュレーションによって求められた、心臓の心筋の電圧値である。興奮伝播情報３には、シミュレーションの時間ステップごとの電圧情報３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・が含まれる。電圧情報３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・には、たとえば３次元モデル１に含まれる節点の位置と、その節点の電圧が設定されている。

演算部１２は、記憶部１１に格納されている情報に基づいて、興奮伝播における心筋の電気信号（たとえば電圧）の変化を表示情報の変化に置き換えることで可視化する。表示情報は、例えば色相、彩度、もしくは明度、またはこれらの組み合わせである。可視化処理の手順は以下の通りである。

まず演算部１２は、心臓の３次元モデル１上で複数の梗塞部位２ａ，２ｂで挟まれた副伝導路２ｃに測定点Ｐを設定する（ステップＳ１）。たとえば演算部１２は、梗塞部位情報２に基づいて、梗塞部位２ａ，２ｂに挟まれた副伝導路２ｃを検出する。そして演算部１２は、副伝導路２ｃの幅が周囲より狭くなる部分を探索し、その部分に測定点Ｐを設定する。たとえば演算部１２は、隣接する梗塞部位２ａ，２ｂそれぞれ内に複数の制御点を設定する。次に演算部１２は、梗塞部位２ａ内の制御点と第２の梗塞部位２ｂ内の制御点とを接続した複数の線分を生成する。そして演算部１２は、長さが最も短い線分上の、梗塞部位２ａ，２ｂ以外の位置に、測定点Ｐを設定する。

次に演算部１２は、興奮伝播情報３に基づいて、測定点Ｐにおける電気信号の強度の最小値から最大値までの範囲を、電気信号の強度に応じて表示情報を変化させる変化対象範囲に決定する（ステップＳ２）。たとえば演算部１２は、興奮伝播情報３から、測定点Ｐ付近の節点のステップごとの電圧を取得する。そして演算部１２は、取得した複数の電圧の最大値と最小値とを求める。

なお３次元モデル１を用いた心臓のシミュレーションにおいて、興奮伝播と同時に、心臓の拍動状況を再現することができる。この場合、測定点Ｐの位置は、拍動に合わせて移動する。このような場合、演算部１２は、心臓の拍動の再現による３次元モデル１の変形に伴う測定点Ｐの移動軌跡を求め、移動軌跡上での電圧の最小値と最大値とを求めてもよい。これにより、興奮伝播とともに拍動が再現されたシミュレーション結果から、測定点Ｐにおける電圧の最小値と最大値とを正しく求めることができる。

測定点の電気信号（たとえば電圧）の最大値と最小値とが求まると、演算部１２は、測定点Ｐにおける電気信号の最小値から最大値の範囲を変化対象範囲として、変化対象範囲の電気信号の値に応じた表示情報を決定する。表示情報の変化は、たとえば色の濃淡の変化や色調の変化である。たとえば測定点Ｐの電圧の最大値の色を、最も明るい色にして、測定点Ｐの電圧の最小値の色を、最も暗い色にすることができる。

なお、３次元モデル１全体では、測定点Ｐの電圧の最大値よりも高い電圧の心筋も存在し得る。そのような高電圧の心筋は、たとえば測定点Ｐの電圧の最大値の表示情報と同じ表示情報とする。同様に、３次元モデル１全体では、測定点Ｐの電圧の最小値よりも低い電圧の箇所も存在し得る。そのような低電圧の箇所は、たとえば測定点Ｐの電圧の最小値の表示情報と同じ表示情報とする。なお、測定点Ｐにおける電気信号の最小値から最大値の範囲を外れる電圧の領域については、所定の表示情報に統一してもよい。

演算部１２は、興奮伝播情報３に基づいて、変化対象範囲内での心筋の電気信号の強度の時間変化を、電気信号の強度に応じた表示情報の変化に置き換えて、心臓での興奮伝播を３次元モデル１で再現した画像４を出力する（ステップＳ３）。たとえば演算部１２は、３次元モデル１を所定の位置で切断した断面の画像４を生成する。演算部１２は、生成した画像４に、興奮伝播情報３に基づいて彩色する。彩色される色は、色付けされた部分の電圧に応じた色である。演算部１２は、このような画像４をシミュレーションのタイムステップごとに生成し、画像４を定期的に更新することでアニメーション表示することができる。

このような可視化装置１０によれば、演算部１２により、測定点Ｐが設定される。その後、演算部１２により、測定点Ｐの最小値から最大値を変化対象範囲として、電圧に応じた表示情報が設定される。図１の例では、変化対象範囲が６分割され、細分化された電圧範囲ごとに、対応する表示情報が設定されている。そして演算部１２により、心臓の興奮伝播状況を示す画像４が表示される。

このとき、副伝導路２ｃに設定した測定点Ｐにおける電圧の最大値の表示情報は、表示情報の変化における最も高い電圧に対応づけられた表示情報である。たとえば、測定点Ｐにおける電圧の最大値に対して、最も輝度の高い表示情報を対応づけた場合、画像４中に現れる興奮伝播の波５の位置が、最も高い輝度で分かりやすく表示される。そして演算部１２が、シミュレーションのタイムステップごとの画像４をアニメーション表示すると、副伝導路２ｃ上を興奮伝播の波５が移動する様子が表示される。これにより、副伝導路２ｃの興奮伝播の状況の視認性が向上する。

なお、演算部１２は、例えば可視化装置１０が有するプロセッサにより実現することができる。記憶部１１は、たとえば可視化装置１０が有するメモリなどの記憶装置により実現することができる。また、図１に示した各要素間を接続する線は通信経路の一部を示すものであり、図示した通信経路以外の通信経路も設定可能である。

〔第２の実施の形態〕
次に第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は、不整脈を有する患者の心臓の興奮伝播と拍動とのシミュレーションを行い、その結果から、心筋の電圧の変化を色の変化に置き換えて、不整脈の原因となる副伝導路（リエントリ）を分かりやすく表示するものである。色の変化は、例えば色相、彩度、もしくは明度の変化、またはこれらの組み合わせの変化である。

図２は、第２の実施の形態に用いるコンピュータのハードウェアの一構成例を示す図である。コンピュータ１００は、プロセッサ１０１によって装置全体が制御されている。プロセッサ１０１には、バス１０９を介してメモリ１０２と複数の周辺機器が接続されている。プロセッサ１０１は、マルチプロセッサであってもよい。プロセッサ１０１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）である。プロセッサ１０１がプログラムを実行することで実現する機能の少なくとも一部を、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）などの電子回路で実現してもよい。

メモリ１０２は、コンピュータ１００の主記憶装置として使用される。メモリ１０２には、プロセッサ１０１に実行させるＯＳ（Operating System）のプログラムやアプリケーションプログラムの少なくとも一部が一時的に格納される。また、メモリ１０２には、プロセッサ１０１による処理に必要な各種データが格納される。メモリ１０２としては、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）などの揮発性の半導体記憶装置が使用される。

バス１０９に接続されている周辺機器としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１０３、グラフィック処理装置１０４、入力インタフェース１０５、光学ドライブ装置１０６、機器接続インタフェース１０７およびネットワークインタフェース１０８がある。

ＨＤＤ１０３は、内蔵したディスクに対して、磁気的にデータの書き込みおよび読み出しを行う。ＨＤＤ１０３は、コンピュータ１００の補助記憶装置として使用される。ＨＤＤ１０３には、ＯＳのプログラム、アプリケーションプログラム、および各種データが格納される。なお、補助記憶装置としては、フラッシュメモリなどの不揮発性の半導体記憶装置を使用することもできる。

グラフィック処理装置１０４には、モニタ２１が接続されている。グラフィック処理装置１０４は、プロセッサ１０１からの命令に従って、画像をモニタ２１の画面に表示させる。モニタ２１としては、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）を用いた表示装置や液晶表示装置などがある。

入力インタフェース１０５には、キーボード２２とマウス２３とが接続されている。入力インタフェース１０５は、キーボード２２やマウス２３から送られてくる信号をプロセッサ１０１に送信する。なお、マウス２３は、ポインティングデバイスの一例であり、他のポインティングデバイスを使用することもできる。他のポインティングデバイスとしては、タッチパネル、タブレット、タッチパッド、トラックボールなどがある。

光学ドライブ装置１０６は、レーザ光などを利用して、光ディスク２４に記録されたデータの読み取りを行う。光ディスク２４は、光の反射によって読み取り可能なようにデータが記録された可搬型の記録媒体である。光ディスク２４には、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ（Recordable）／ＲＷ（ReWritable）などがある。

機器接続インタフェース１０７は、コンピュータ１００に周辺機器を接続するための通信インタフェースである。例えば機器接続インタフェース１０７には、メモリ装置２５やメモリリーダライタ２６を接続することができる。メモリ装置２５は、機器接続インタフェース１０７との通信機能を搭載した記録媒体である。メモリリーダライタ２６は、メモリカード２７へのデータの書き込み、またはメモリカード２７からのデータの読み出しを行う装置である。メモリカード２７は、カード型の記録媒体である。

ネットワークインタフェース１０８は、ネットワーク２０に接続されている。ネットワークインタフェース１０８は、ネットワーク２０を介して、他のコンピュータまたは通信機器との間でデータの送受信を行う。

以上のようなハードウェア構成によって、第２の実施の形態の処理機能を実現することができる。なお、第１の実施の形態に示した可視化装置１０も、図２に示したコンピュータ１００と同様のハードウェアにより実現することができる。

コンピュータ１００は、例えばコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されたプログラムを実行することにより、第２の実施の形態の処理機能を実現する。コンピュータ１００に実行させる処理内容を記述したプログラムは、様々な記録媒体に記録しておくことができる。例えば、コンピュータ１００に実行させるプログラムをＨＤＤ１０３に格納しておくことができる。プロセッサ１０１は、ＨＤＤ１０３内のプログラムの少なくとも一部をメモリ１０２にロードし、プログラムを実行する。またコンピュータ１００に実行させるプログラムを、光ディスク２４、メモリ装置２５、メモリカード２７などの可搬型記録媒体に記録しておくこともできる。可搬型記録媒体に格納されたプログラムは、例えばプロセッサ１０１からの制御により、ＨＤＤ１０３にインストールされた後、実行可能となる。またプロセッサ１０１が、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み出して実行することもできる。

図３は、第２の実施の形態に係るコンピュータの機能を示すブロック図である。コンピュータ１００は、非構造格子データ記憶部１１０、心臓シミュレータ１２０、シミュレーション結果記憶部１３０、梗塞部位記憶部１４０、および可視化部１５０を有する。

非構造格子データ記憶部１１０は、心臓の形状を３次元で表す非構造格子データを記憶する。非構造格子データでは、例えば複数の４面体の要素によって心臓の形状が表される。その場合、心臓が存在する空間に、多数の節点が設けられる。そして４つの節点を頂点とする多数の４面体が定義される。１つの４面体が、例えば心臓の心筋細胞を表す要素である。非構造格子データ記憶部１１０としては、例えばメモリ１０２またはＨＤＤ１０３の記憶領域の一部が使用される。

心臓シミュレータ１２０は、心臓の３次元モデルに基づいて、興奮伝播の伝わり方や、拍動を含む心臓の動きをシミュレーションする。そして心臓シミュレータ１２０は、シミュレーション結果を、シミュレーション結果記憶部１３０に格納する。例えば心臓シミュレータ１２０は、シミュレーション上の時刻を所定時間ずつ進行させ、その都度、３次元モデルの節点の位置、および要素や節点における物理量（たとえば電圧）を算出する。各時刻での節点の位置や物理量は、その前の時刻における節点の位置や物理量に基づいて算出される。心臓シミュレータ１２０は、シミュレーション上の時刻における所定のタイミングで、その時点での節点の位置、および要素や節点における物理量を、シミュレーション結果として出力する。

シミュレーション結果記憶部１３０は、シミュレーション結果を記憶する。シミュレーション結果記憶部１３０としては、例えばメモリ１０２またはＨＤＤ１０３の記憶領域の一部が使用される。

梗塞部位記憶部１４０は、心筋の梗塞部位を示す情報を記憶する。梗塞部位記憶部１４０としては、例えばメモリ１０２またはＨＤＤ１０３の記憶領域の一部が使用される。
可視化部１５０は、興奮伝播による電圧の時間変化の様子をモニタ２１に表示する。さらに可視化部１５０は、ユーザからの指示に応じ、リエントリでの興奮伝播を強調する表示を行うことができる。

なお可視化部１５０は、図１に示した第１の実施の形態における演算部１２の一例である。また非構造格子データ記憶部１１０、シミュレーション結果記憶部１３０、および梗塞部位記憶部１４０を合わせた機能は、図１に示した第１の実施の形態における記憶部１１の一例である。なお、図２に示した各要素間を接続する線は通信経路の一部を示すものであり、図示した通信経路以外の通信経路も設定可能である。また、図２に示した各要素の機能は、例えば、その要素に対応するプログラムモジュールをコンピュータに実行させることで実現することができる。

次に、非構造格子データ記憶部１１０のデータ構造例について説明する。
図４は、非構造格子データ記憶部のデータ構造の一例を示す図である。非構造格子データ記憶部１１０には、例えば節点情報テーブル１１１と要素情報テーブル１１２とが含まれる。節点情報テーブル１１１と要素情報テーブル１１２とによって、非構造格子データが構成される。節点情報テーブル１１１には、節点ごとに、節点番号と節点の位置を示す座標とが設定されている。なお、節点情報テーブル１１１に設定されている各節点の座標は、シミュレーション開始前の節点の位置を示しており、シミュレーションにより心臓の拍動が再現されると、節点の位置が変化する。要素情報テーブル１１２には、要素ごとに、要素番号と４面体の要素の頂点となる節点の節点番号とが設定されている。

図４に示した非構造格子データ記憶部１１０に格納されたデータに基づいて、心臓の３次元モデルが生成できる。
図５は、心臓の３次元モデルの一例を示す図である。図５の例では、３次元モデル３１は、４面体の要素の集合体である。このような３次元モデル３１に対して、電気信号の初期条件を与えることで、心臓の心筋を介した電気信号の伝播状況（興奮伝播）の再現シミュレーションを実行できる。また３次元モデル３１に対して、心筋の収縮や拡張の動作に関する条件を与えることで、心臓の動きのシミュレーションが可能となる。シミュレーションが行われると、シミュレーション結果が、シミュレーション結果記憶部１３０に格納される。

図６は、シミュレーション結果記憶部のデータ構造の一例を示す図である。シミュレーション結果記憶部１３０には、１回分のシミュレーション結果の記録時点を１タイムステップとし、タイムステップごとの心筋データ１３１，１３２，１３３，・・・が格納されている。心筋データ１３１，１３２，１３３，・・・は、タイムステップのときの心臓の状態を示す情報である。

例えば心筋データ１３１，１３２，１３３，・・・には、要素・節点ＩＤに対応付けて、要素または節点の位置、および電圧などの物理量の値が設定されている。なお要素の位置は、例えば４面体の要素の重心位置である。また１つの物理量に関し、要素と節点の両方に値が設定されていてもよく、要素または節点の一方にのみ値が設定されていてもよい。

図７は、梗塞部位記憶部のデータ構造の一例を示す図である。梗塞部位記憶部１４０には、梗塞部位テーブル１４１が格納されている。梗塞部位テーブル１４１には、梗塞部位の識別番号である梗塞部位番号に対応づけて、領域情報が設定されている。領域情報には、たとえば梗塞部位の外周上の複数の節点の節点番号が設定される。節点番号の配列に沿って、対応する節点を結んだ線が、梗塞部位の外周を表している。なお図７の例では、梗塞部位の外周上の節点を特定することで梗塞部位の領域を示しているが、梗塞部位に含まれる要素を特定することで梗塞部位の領域を示してもよい。

次に、リエントリの発生状況について説明する。
図８は、リエントリの発生状況の一例を示す図である。心臓４０は、右心房４１、左心房４２、右心室４３、および左心室４４を有する。右心房４１、左心房４２、右心室４３、および左心室４４それぞれは、興奮伝播で送られた電気信号に応じて収縮する。心臓４０の興奮伝播は、刺激伝達系を介して行われる。刺激伝達系は、筋肉が収縮するための電気信号を伝える筋肉である。

刺激伝達系の開始点は、右心房にある洞結節４５である。洞結節４５は、外部からの刺激を受けなくても、一定時間ごとに繰り返し電気信号を発生する。洞結節４５で発生した電気信号は、まず右心房４１と左心房４２に送られる。そして電気信号は、心房の筋肉を伝わって房室結節４６に到達する。右心房４１と左心房４２との筋肉は、電気信号に応じて収縮する。房室結節４６は、所定の時間待ってから、電気信号を心室へ伝達する。伝達された電気信号は、左右に分かれて、心室の底部まで達し、その後、心室の筋肉全体に伝播する。

心臓４０では、正常な刺激伝導系とは別に、異常な電気信号を伝えてしまう伝導路が生じることがある。このような伝導路がリエントリ（副伝導路）４７である。リエントリ４７が存在すると、一方向に流れるべき電気信号が、リエントリ４７を介して上流に戻され、電気信号のループが発生する。このような電気信号のループにより心臓４０の筋肉が、小刻みに収縮し、頻脈性不整脈が引き起こされる。頻発性不整脈のなかには、心室が小刻みに震える心室細動に至る場合もある。心室細動になると、全身に血液を送り出すことさえできなくなる。

このような興奮伝播における電気信号は、心筋での電圧として検出できる。心臓の心筋の電圧の時間変化をアニメーション表示すれば、興奮伝播状況を視覚的に認識できる。この場合、心臓の電圧の変化を色の変化で表すことができる。

図９は、健康な人の心臓の興奮伝播状況の表示例を示す図である。［状態１］は拍動開始直後の状態である。［状態２］は、拍動の中間状態である。［状態３］は、拍動の終了直前の状態である。図９に示すように、健康な人の心臓５０の興奮伝播の電気信号は、進行波の波面が広がるように、刺激伝導系に沿って規則的に伝わっていく。

図１０は、心室細動を発症した人の心臓の興奮伝播状況の表示例を示す図である。［状態１］は拍動開始直後の状態である。［状態２］は、拍動の中間状態である。［状態３］は、拍動の終了直前の状態である。図１０に示すように、心室細動を発症した人の心臓５１では、興奮伝播による電気信号が無秩序に伝わっている。

なお、第２の実施の形態においては、心室細動を例として説明したが、本発明の適用は心室細動に限定されるものではなく、心房細動にも適用可能であることは言うまでもない。

このような心臓の不整脈の発生原因の１つにリエントリがある。
図１１は、リエントリを示す図である。図１１には、リエントリが発生した部位の状況を簡素化して示している。心臓５２内には、興奮しない領域（梗塞部位５３，５４）が発生することがある。このとき、２つの梗塞部位５３，５４に挟まれる形で興奮する心筋が残される。梗塞部位５３，５４に挟まれた心筋の領域が、リエントリ５５となる。リエントリ５５の経路を伝って興奮が伝播するため、リエントリ５５の出口から出たところで興奮が再度広がる。その結果、梗塞部位５３，５４周囲で興奮伝播が繰り返され、心筋の細動が起こる。

このようにして発生した細動は、カテーテルアブレーションにより抑止できる。カテーテルアブレーションでは、リエントリ５５の入口と出口が焼灼される。その結果、心筋の細動が発生しづらくなる。

カテーテルアブレーションを実施するには、リエントリの発生箇所を正確に把握することが重要である。リエントリの発生箇所の把握に、図１０に示すような画像表示を用いた場合、心臓内に発生する最小電圧から最大電圧までの電圧値に対応づけて、表示色が決定される。たとえば、電気信号の発生点である洞結節４５の電圧が、最大電圧となる。

一方、リエントリ部位で発生する電圧は、洞結節４５で発生する電圧より低い。そのため、心臓内に発生する最小電圧から最大電圧までの電圧幅で、表示用の色を割り当てると、電圧変化を色変化で表したときに、リエントリ部位周辺には、微少な色の変化しか現れない。そのため、目視でのリエントリ部位の特定は困難である。

そこで、第２の実施の形態では、電圧に割り当てる表示色を、エントリ部位の周囲の電圧の範囲に割り当てる。これにより、エントリ部位の周囲での興奮伝播の様子が色の変化で明瞭に表される。たとえば可視化部１５０は、梗塞部位からリエントリを求め、リエントリ上の測定点を決定する。リエントリ上の測定点は、たとえば、梗塞部位に挟まれた領域の最も狭い部分に設定する。

梗塞部位からリエントリを求め、リエントリを明示化するアルゴリズムについて詳細に説明する。
図１２は、リエントリの明示化処理の手順の一例を示すフローチャートである。リエントリの明示化処理は、ユーザからのパラメータ指定を含むリエントリ部位表示指示の入力に応答して実行される。ユーザが指定するパラメータには、たとえば、断面位置の指定、断面表示方法の選択、表示方法の選択、ワイヤーフレーム表示のオン・オフ、物理量の指定が含まれる。

断面位置の指定は、たとえば断面を包含する平面を定義する情報である。断面表示方法の指定は、たとえば平面で切断して得られた断面を、どの方向から表示するのかの指定である。表示方法の選択は、たとえば節点や要素の表示方法（陰影の付け方など）の選択である。ワイヤーフレーム表示のオン・オフは、輪郭を表す線（ワイヤーフレーム）の表示の有無である。物理量の指定では、表示する物理量の指定である。リエントリを明示化する際には、表示する物理量として電圧が指定される。

［ステップＳ１０１］可視化部１５０は、心臓の３次元モデルに基づいて、心筋表面データを取得する。たとえば可視化部１５０は、非構造格子データ記憶部１１０を参照し、節点情報テーブル１１１に示される節点と要素情報テーブル１１２に示される要素とに基づいて心臓の３次元モデルを把握し、その３次元モデルの表面を示すデータを取得する。

［ステップＳ１０２］可視化部１５０は、梗塞部位記憶部１４０を参照し、梗塞部位テーブル１４１に示されている梗塞部位の情報を取得する。このとき可視化部１５０は、複数の梗塞部位の領域から２つの領域を選択して得られる組み合わせを、可能な限り生成する。そして可視化部１５０は、生成した組み合わせの総数を、領域間数とする。また可視化部１５０は、生成した組み合わせに対して、０から昇順の番号を付与する。

［ステップＳ１０３］可視化部１５０は、変数ｉに初期値「０」を設定する。
［ステップＳ１０４］可視化部１５０は、変数ｉの値が領域間数より小さいかどうかを判断する。変数ｉの値の方が小さければ、処理がステップＳ１０５に進められる。変数ｉの値が領域間数以上となった場合、処理がステップＳ１０８に進められる。

［ステップＳ１０５］可視化部１５０は、梗塞部位の領域のｉ番目の組み合わせの領域それぞれに設定した点のうち、異なる領域の２点であり、最も距離が近い２点を抽出する。最も距離が近い点の抽出は、たとえば分割統治法により処理を効率化することができる。

［ステップＳ１０６］可視化部１５０は、ステップＳ１０５で抽出した２点間に線分を設定する。
［ステップＳ１０７］可視化部１５０は、変数ｉの値をインクリメント（１だけ増加）し、処理をステップＳ１０４に進める。

［ステップＳ１０８］可視化部１５０は、すべての領域間における線分の設定が完了すると、設定した線分のうち、最も長さの短い線分を選択する。
［ステップＳ１０９］可視化部１５０は、ステップＳ１０８で選択した線分上であり、梗塞部位の領域外の位置に、測定点を設定する。

［ステップＳ１１０］可視化部１５０は、心臓の一拍分のシミュレーション結果から、測定点における電圧の最小値と最大値とを抽出する。
［ステップＳ１１１］可視化部１５０は、測定点における電圧の最小値と最大値の範囲の電圧に、カラーマップの色を割り当てる。

［ステップＳ１１２］可視化部１５０は、シミュレーション結果として得られた心筋の電圧を色で表した心臓の３次元モデルを、シミュレーションのステップに沿って順番にモニタに表示する。これにより、リエントリ付近での興奮伝播の様子が分かりやすく表示される。

以下、図１２に示す処理の具体例を示す。
まず、梗塞部位の特定方法について説明する。たとえばユーザは心筋データ上の物理量の指定、および断面の指定を行い、可視化部１５０に特定のタイムステップにおける心筋表面の電圧を、色の違いによって表示させる。なお、この段階では、電圧ごとの表示色は初期設定値であるものとする。初期設定値では、たとえば心筋全体の最小電圧から最大電圧までの範囲に、カラーマップの色が割り当てられている。

図１３は、心臓断面に現れる梗塞部位を示す図である。図１３に示すように、心臓の断面画像により、心臓内部を表示することができる。表示画像において、梗塞部位５３，５４は、電圧の最低値を示していることが多い。ユーザは、電圧の最低値に対応づけられた色の範囲を梗塞部位５３，５４として指定する操作を行う。可視化部１５０は、ユーザが指定した領域を示す領域情報を、梗塞部位５３，５４の領域情報として梗塞部位記憶部１４０に格納する。なお可視化部１５０は、ヒストグラムなどで見た場合に電圧が最低値となる領域分布を抽出し、最低値となる領域を自動的に梗塞部位と判断することも可能である。

梗塞部位が設定されると、梗塞部位に挟まれたリエントリ部位に、測定点が設定される。
図１４は、測定点の設定例を示す図である。可視化部１５０は、ｎ個（ｎは、２以上の整数）の梗塞部位があるとき、各梗塞部位の領域をＲ₁，Ｒ₂，・・・，Ｒ_nとする。図１４には、梗塞部位５３の領域Ｒ₁と、梗塞部位５４の領域Ｒ₂とが示されている。可視化部１５０は、各領域内に点６１，６２，・・・を設定する。各領域内の点は、たとえばランダムに設定される。

可視化部１５０は、領域Ｒ₁内の点それぞれと、領域Ｒ₂内の点それぞれとの距離を計算する。そして可視化部１５０は、最も短い距離の２点を代表点として抽出する。図１４の例では、点６１と点６２とが代表点として抽出されている。ここで点６１の座標をＰ_r1、点６２の座標とＰ_r2とする。

可視化部１５０は、抽出した代表点間に線分６３を設定する。線分６３は両端を代表点とし、各領域の間を通過するものである。可視化部１５０は、設定した線分６３上で、且つ梗塞部位でないところに測定点６４を設ける。測定点６４は１点以上とする。

このようにして、梗塞部位５３，５４の領域を最短で結ぶ線分上に測定点６４が設定される。梗塞部位５３，５４の領域内に設定した複数の点間の線分の長さを用いて測定点の位置を決定することで、梗塞部位５３，５４の間隔の狭い部分を容易に特定でき、測定点の設定が容易となる。

梗塞部位５３，５４間の線分と測定点とを断面図で表すと、図１５、図１６のようになる。
図１５は、梗塞部位間の線分を心臓断面上に表した図である。梗塞部位５３，５４それぞれに設けられた点同士の距離が計算され、最も距離が短い２点間に線分６３が設定されている。

図１６は、梗塞部位間の線分上の測定点を心臓断面上に表した図である。測定点６４は、梗塞部位５３，５４に挟まれた領域（リエントリ）の、最も幅の狭い位置に設定されている。このようにリエントリにおける幅の狭い位置は、リエントリを伝播する電気信号（電圧）の波が集まる場所であり、リエントリの中では、最も高電圧となるものと考えられる。そのため、設定した測定点６４における一拍分の電圧変化を観察すれば、リエントリ全体における電圧の最大値が得られる。また興奮伝播の電気信号がリエントリ部位に達する前、測定点６４を含め、リエントリ部位の電圧はほぼ０になる。そこで測定点６４での一拍分の電圧変化の最小値は、リエントリ部位の電圧の最小値と考えられる。

なお３次元モデルが非構造化格子の場合、心臓が拍動すると、３次元空間上での測定点６４の位置が変化する。そのため、たとえば可視化部１５０は、測定点６４における電圧変化を正確に求めるには、拍動による測定点６４の位置の時間変化を追跡し、一拍分の移動軌跡を求める。その場合、可視化部１５０は、測定点６４を配置したのち一拍分のデータから測定点が存在する計算格子（四面体要素またはボクセル要素）に含まれる節点の時間変化を追跡する。

図１７は、測定点を包含する要素の例を示す図である。４面体の要素７０は、４つの節点７１〜７４を有している。節点７１〜７４それぞれの座標は、（ｘ₁，ｙ₁，ｚ₁）、（ｘ₂，ｙ₂，ｚ₂）、（ｘ₃，ｙ₃，ｚ₃）、（ｘ₄，ｙ₄，ｚ₄）である。また測定点６４の座標は（ｘｐ₁，ｘｐ₂，ｘｐ₃）である。

この場合、要素内に配置された測定点６４の位置の算出式として、以下の式を用いる。

式（１）において右辺のベクトル（ξ，η，ζ，δ）の成分は、それぞれ測定点の位置特定用のパラメータである。
可視化部１５０は、拍動前の静止状態における測定点６４の座標値と、測定点６４を包含する要素が有する節点の座標値とを、式（１）に設定する。そして式（１）におけるパラメータξ，η，ζ，δの値を算出する。

次に可視化部１５０は、シミュレーションのタイムステップごとに、そのタイムステップにおける節点７１〜７４の座標を式（１）に代入し、先に算出したパラメータξ，η，ζ，δの値を用いて、測定点６４の座標（ｘｐ₁，ｘｐ₂，ｘｐ₃）を算出する。

心臓の興奮伝播のシミュレーションの際に、拍動における心筋の運動については再現しない場合もある。その場合、３次元モデルの要素はボクセルで作成することもできる。心筋の運動を再現されていなければ、測定点６４の位置も変化しないため、測定点６４の位置を追跡せずにすむ。すなわち可視化部１５０は、設定された測定点６４の位置を固定し、その位置における電圧の変動から最小値と最大値を求めればよい。

可視化部１５０は、取得できた測定点上の電圧の最大値と最小値とを、電圧のカラーマップの最大値表示色と最小値表示色とに設定する。
図１８は、カラーマップの設定例を示す図である。カラーマップ８０には、電圧を表示するための色に対応づけて、その色で表示する電圧の範囲を設定することができる。可視化部１５０は、測定点電圧８２の最大値が、たとえば洞結節電圧８１より大幅に低い場合であっても、測定点電圧の最大値に合わせて、カラーマップ８０の色に電圧範囲を設定する。図１８の例では、電圧の表示色として１０色が用意されている。

たとえば赤から青に遷移する色彩を１０段階に分けられ、カラーマップ８０に対し電圧が高いほど赤色に近い色が設定され、電圧が低いほど青色に近い色が設定される。また色の濃淡が１０段階に分けられ、カラーマップ８０に対し、電圧が高いほど明るい色が設定され、電圧が低いほど暗い色が設定される。なお、カラーマップ８０では、最大値表示色に近い方の色を上位とする。

この場合、可視化部１５０は、測定点電圧の最小値から最大値までの電圧の範囲を１０分割する。そして分割された各電圧の範囲が、電圧が高い方ほどカラーマップ８０の上位に割り当てられる。測定点電圧最大値よりも高い電圧は、たとえば最大値表示色に割り当てられる。また測定点電圧最小値よりも低い電圧は、たとえば最小値表示色に割り当てられる。作成されたカラーマップ８０は、たとえばメモリ１０２に格納される。

このように、カラーマップ８０で用意されたすべての色を、測定点電圧の最小値から最大値の範囲内に割り当てることで、その範囲内での電圧の変化が分かりやすくなる。そのため、可視化部１５０は、作成したカラーマップ８０を用いることで、リエントリを強調した心臓の興奮伝播の表示を行うことができる。

図１９は、リエントリを強調した心臓の興奮伝播の表示例を示す図である。カラーマップ８０の最大値表示色を、測定点電圧の最大値に対応づけたことで、最大値表示色の線で示される進行波６５が、梗塞部位５３，５４の間のリエントリ部位を移動するのが表示されている。最大値表示色としては最も目立つ色が割り当てられるため、進行波６５の進む様子が非常に分かりやすく表示されることとなる。

このような表示画像を医者が確認することで、カテーテルアブレーション時に焼灼するリエントリの位置を容易に把握することができる。その結果、カテーテルアブレーションを効率的、かつ的確に実施することができるようになる。

なお第２の実施の形態では、興奮伝播のシミュレーション結果に基づいて、興奮伝播を表す画像を表示しているが、患者の心臓の電気信号の観測結果に基づいて興奮伝播を表す画像を表示することもできる。

以上、実施の形態を例示したが、実施の形態で示した各部の構成は同様の機能を有する他のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や工程が付加されてもよい。さらに、前述した実施の形態のうちの任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

１ ３次元モデル
２ 梗塞部位情報
２ａ，２ｂ 梗塞部位
２ｃ 副伝導路
３ 興奮伝播情報
４ 画像
５ 興奮伝播の波
１０ 可視化装置
１１ 記憶部
１２ 演算部

Claims (7)

1. 心臓の３次元モデル、前記心臓の興奮伝播における心筋の電気信号の強度の時間変化を示す興奮伝播情報、および前記心臓の複数の梗塞部位を示す梗塞部位情報を記憶する記憶部と、
   前記梗塞部位情報に基づいて、前記複数の梗塞部位で挟まれた副伝導路に測定点を設定し、前記興奮伝播情報に基づいて、前記測定点における電気信号の強度の最小値から最大値までの範囲を、電気信号の強度に応じて表示情報を変化させる変化対象範囲に決定し、前記興奮伝播情報に基づいて、前記変化対象範囲内での心筋の電気信号の強度の時間変化を、電気信号の強度に応じた表示情報の変化に置き換えて、前記心臓での興奮伝播を前記３次元モデルで再現した画像を出力する演算部と、
   を有する可視化装置。
2. 前記演算部は、前記測定点の設定の際に、前記副伝導路の幅が周囲より狭くなる部分を探索し、該部分に前記測定点を設定することを特徴とする請求項１記載の可視化装置。
3. 前記演算部は、前記測定点の設定の際に、隣接する第１および第２の梗塞部位それぞれ内に複数の点を設定し、前記第１の梗塞部位内の点と前記第２の梗塞部位内の点とを接続した複数の線分を生成し、長さが最も短い線分上の、前記第１および第２の梗塞部位以外の位置に、前記測定点を設定することを特徴とする請求項２記載の可視化装置。
4. 前記演算部は、変化対象範囲の決定の際に、前記心臓の拍動の再現による前記３次元モデルの変形に伴う前記測定点の移動軌跡を求め、前記移動軌跡上での電気信号の強度の最小値と最大値を求めることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の可視化装置。
5. 前記表示情報は、色相、彩度、もしくは明度、又はこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の可視化装置。
6. コンピュータが、
   心臓の複数の梗塞部位を示す梗塞部位情報に基づいて、前記複数の梗塞部位で挟まれた副伝導路に測定点を設定し、
   前記心臓の興奮伝播における心筋の電気信号の強度の時間変化を示す興奮伝播情報に基づいて、前記測定点における電気信号の強度の最小値から最大値までの範囲を、電気信号の強度に応じて表示情報を変化させる変化対象範囲に決定し、
   前記興奮伝播情報に基づいて、前記変化対象範囲内での心筋の電気信号の強度の時間変化を、電気信号の強度に応じた表示情報の変化に置き換えて、前記心臓での興奮伝播を前記心臓の３次元モデルで再現した画像を出力する、
   可視化方法。
7. コンピュータに、
   心臓の複数の梗塞部位を示す梗塞部位情報に基づいて、前記複数の梗塞部位で挟まれた副伝導路に測定点を設定し、
   前記心臓の興奮伝播における心筋の電気信号の強度の時間変化を示す興奮伝播情報に基づいて、前記測定点における電気信号の強度の最小値から最大値までの範囲を、電気信号の強度に応じて表示情報を変化させる変化対象範囲に決定し、
   前記興奮伝播情報に基づいて、前記変化対象範囲内での心筋の電気信号の強度の時間変化を、電気信号の強度に応じた表示情報の変化に置き換えて、前記心臓での興奮伝播を前記心臓の３次元モデルで再現した画像を出力する、
   処理を実行させる可視化プログラム。

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