JP2023038932A - シグモイド曲線を用いて投影された電気生理学的波速度の重み付け - Google Patents

Abstract

【課題】心臓電気生理学的マップを可視化すること。【解決手段】方法は、心臓の少なくとも一部分の解剖学的マップの少なくともある領域について、位置、及びそれぞれの電気生理学的（ＥＰ）波伝播速度ベクトルを受信することを含み、ベクトルは、それぞれの振幅を有する。振幅は、非線形にスケーリングされる。スケーリングされた振幅を有するスケーリングされたベクトルは、解剖学的マップ上に重ね合わされることによって提示される。【選択図】図１

Description

本発明は、概して、電気生理学的マッピングに関し、特に、心臓電気生理学的マップの可視化に関する。

心臓電気生理学的（electrophysiological、ＥＰ）マップの可視化方法は、ＥＰマップの解釈を容易にするために、特許文献において以前にも提案された。例えば、米国特許出願公開第２０１７／００４９３４８号は、不整脈を分類するために心臓組織のＥＰ特性を判定するための方法を説明している。局所伝導速度の均一性を反映する偏心パラメータ、及び局所速度ベクトルと関連付けられた発散及びカール様の合計又は閉鎖経路積分パラメータが提供され、カテーテルの運動に応答するリズム分類が表示され、それにより、不整脈障害のタイプ及び原因の識別を容易にする。一実施形態では、伝導速度ベクトルマップは、局所活性化時間（local activation time、ＬＡＴ）マップと結合される。

別の例として、米国特許第６，３０１，４９６号は、心臓などの生物学的構造における異常状態を診断する方法であって、生物学的構造の表面上の少なくとも３つのサンプリングポイント内の生理学的反応を測定する工程と、その反応に関連するベクトル関数を計算する工程と、そのベクトル関数の表現を表示する工程と、その表現から異常状態を推測する工程と、を含む、方法を説明している。この方法は、心臓の不整脈の診断に有用であるとして出願内で考えられ、この場合の生理学的反応は、電圧であり、そこから局所活性化時間が推定され、ベクトル関数は局所活性化時間の勾配、具体的には伝導速度である。

以下に説明される本発明の実施形態は、心臓の少なくとも一部分の解剖学的マップの少なくともある領域について、位置、及びそれぞれの電気生理学的（ＥＰ）波伝播速度ベクトルを受信することを含む、方法を提供し、ベクトルは、それぞれの振幅を有する。振幅は、非線形にスケーリングされる。スケーリングされた振幅を有するスケーリングされたベクトルは、解剖学的マップ上に重ね合わされることによって提示される。

いくつかの実施形態では、振幅を非線形にスケーリングすることは、振幅の範囲を、低振幅領域、高振幅領域、及び低振幅領域と高振幅領域との間の中間振幅領域に分割することを含む。中間振幅領域内の振幅の差は、低振幅領域及び高振幅領域に対して強調される。

いくつかの実施形態では、振幅を非線形にスケーリングすることは、シグモイド関数を振幅に適用することを含む。

他の実施形態では、スケーリングされたベクトルを提示することは、スケーリングされたベクトルを矢印として可視化することを含む。

本発明の別の実施形態によれば、インターフェースと、プロセッサと、を含むシステムが追加的に提供される。インターフェースは、心臓の少なくとも一部分の解剖学的マップの少なくともある領域について、位置、及びそれぞれの電気生理学的（ＥＰ）波伝播速度ベクトルを受信するように構成され、ベクトルは、それぞれの振幅を有する。プロセッサは、振幅を非線形にスケーリングし、解剖学的マップ上に重ね合わされた、スケーリングされた振幅を有する、スケーリングされたベクトルを提示するように構成される。

本発明は、以下の「発明を実施するための形態」を図面と併せて考慮することで、より完全に理解されよう。

本発明の一実施形態による、心臓の三次元（three-dimensional、３Ｄ）ナビゲーション及び電気生理学的（ＥＰ）マッピングシステムの概略的な描写図である。 本発明の一実施形態による、図１に示されるＥＰマップを生成するために、図１のマッピングシステムのプロセッサによって使用されるシグモイド関数のグラフである。 本発明の一実施形態による、図２のシグモイド関数を使用するＥＰマップ内に提示される非線形スケーリング波伝播に関する方法及びアルゴリズムを概略的に例解するフローチャートである。

概論
患者の心臓電気生理学的（ＥＰ）異常部分を特徴付けるために、カテーテルベースのＥＰマッピングシステムが使用されて、心室のＥＰマップなど、患者の心臓の少なくとも一部のＥＰマップを生成し得る。典型的なカテーテルベースのＥＰマッピング手技では、１つ又は２つ以上の感知電極を備える、カテーテルの遠位端が、ＥＰ信号を感知するために心臓に挿入される。システムを動作させている医師が遠位端を心臓の内部に移動させる際、ＥＰマッピングシステムは、様々な心臓の場所におけるＥＰ信号、並びに遠位端のそれぞれの位置を取得する。これらの取得された信号に基づいて、マッピングシステムのプロセッサは、必要なＥＰマップを生成する。

典型的には、ＥＰマッピングシステムのプロセッサは、測定されたＥＰマップ、例えば、心臓の少なくとも一部分のボリューム（３Ｄ）レンダリングによって可視化された、例えば、心臓の解剖学的構造上に重ね合わされた（例えば、投影された）、ＥＰ波面伝播のマップを提示する。かかる重ね合わされたレンダリングは、心臓の不規則性を診断する際に非常に有用であり得る。例えば、プロセッサは、ＥＰ波面速度ベクトルを解剖学的マップ上に重ね合わせることが可能であり、ベクトルの振幅及び方向は、心臓電気活動の尺度を与える。かかるベクトルの集計は、不整脈（例えば、ロータ）を引き起こす異常伝導経路などの臨床パターンを示し得る。

心臓内の波速の速度を計算するために様々な方法を使用することができ、速度は、上で説明されるように表示され得る。しかしながら、速度を観察する外科医は、典型的には、それらの極端な速度の値差、すなわち、速度が非常に低いか又は非常に高いときは、関心がない。典型的には、外科医は、ほとんどの場合、中間の速度範囲内の値の差に関心がある。

以下に説明される本発明の実施形態は、低速度及び高速度における変化を抑制するために不均一なスケーリング関数（例えば、非線形スケーリング関数）を使用し、少なくとも中間の速度範囲における変化を保持又は強調する。具体的には、開示された技術は、これらの値範囲がエラー又はノイズに起因して外れ値を含む疑いがあるため、プロセッサに、非常に高い値（速度ベクトルの振幅）及び非常に低い値に低い重み付けを設置するように適用する。中間範囲が伝播波の実際の速度をより表現することが予想されるため、高い重み付けが、中間範囲上に適用され得る。

この目的のために、プロセッサは、ＥＰ波面伝播ベクトルの振幅に非線形スケーリング関数を適用して、ＥＰ波面伝播を再度引き出す。したがって、スケーリングされたベクトルは、心臓の解剖学的構造上に重ね合わされる。ユーザは、元のＥＰマップ及び／又は非線形にスケーリングされたマップを見ることができる。

使用することができる非線形スケーリング関数の例としては、いくつかのみの名前を挙げれば、シグモイド関数、好適な多項式関数、及び区分線形関数が挙げられる。

典型的には、プロセッサは、プロセッサが、上で概略されるプロセッサ関連工程及び機能の各々を実施することを可能にする特定のアルゴリズムを含むソフトウェアにプログラム化されている。

３Ｄ心臓解剖学的構造上でＥＰ波面伝播を非線形的にスケーリングするための開示された可視化技術は、カテーテルベースのＥＰマッピング手技の診断値を改善し得る。

システムの説明
図１は、本発明の一実施形態による、心臓の三次元（３Ｄ）ナビゲーション及び電気生理学的（ＥＰ）マッピングシステム２１の概略的な描写図である。システム２１は、実質的に任意の生理学的パラメータ又はかかるパラメータの組み合わせを解析するように構成され得る。本明細書の説明において、例として、解析されるＥＰ信号は、心臓内電位図（electrograms、ＥＧＭ）及び／又は心臓外（体表面）心電図（electrocardiogram、ＥＣＧ）の電位－時空関係であると想定される。かかる関係を完全に特徴付けるために、プロセッサ２８は、ＥＣＧ信号を使用して、局所活性化時間（ＬＡＴ）マップ及び／又はＥＰ波ベクトルマップ３１などの１つ又は２つ以上のＥＰマップを生成する。

図１は、システム２１がプローブ２９を使用して心臓２３の実際の電気的活性を測定する、調査手技を示す。典型的には、プローブ２９は、システム２１を使用する医師２７によって実施されるＥＰマッピング手技の間に患者２５の身体に挿入されるカテーテルを備える。プローブ２９の遠位端アセンブリ３２は、複数の電極２２を有すると想定される。示される実施形態では、遠位端アセンブリ３２は、マルチアームタイプ（５つのアーム２０を有する）であるが、遠位端は、バスケット又はループなどの任意の他の形状を有し得る。

測定されたＥＰ信号は、インターフェース回路３５を介してプロセッサ２８に入力され、上で記されるように、及び他の使用の間に、ディスプレイ２６上に提示された、患者２５の心臓２３の壁組織の少なくとも一部のＥＰ波速度マップ３１を作成するために使用される。概して、典型的には、医師にグラフィックユーザインターフェースを提示するディスプレイ２６は、電極２２によって感知されたＥＰ信号の視覚的表現、並びに／又は検査中の心臓２３の画像及び／若しくはマップ３１を提供する。

システム２１は、メモリ３３と通信するシステムプロセッサ２８によって制御される。いくつかの実施形態では、プロセッサ２８は、患者２５の心臓２３の壁組織の少なくとも一部のＥＰ波速度マップ３１を記憶するためのメモリ３３を使用する。プロセッサ２８は、典型的には、コンソール３４に装着される。

挿入図４５に見られるように、ＥＰ波ベクトルマップ３１は、例えば、活性化時間と関連付けられた活性化波面の伝播速度を説明する複数の速度ベクトル７５（単純化のために、全てが標識されているわけではない）を含む。各ベクトル７５は、マップのそれぞれの位置で重ね合わされており、かつそれぞれの振幅及びそれぞれの方向を有する矢印として可視化される。矢印の振幅は、（必ずしも比例しないが、以下に説明されるように）それぞれの位置におけるＥＰ波の振幅を示す。矢印の方向は、それぞれの位置におけるＥＰ波の方向を示す。

具体的には、挿入図４５に見られるように、ＥＰ波ベクトルマップ３１は、前述の不均一なスケーリング関数（例えば、シグモイド関数）を利用して、対象となる選択されたベクトル振幅の範囲内の振幅の差を強調する複数の速度ベクトル７５を含む。不均一なスケーリングが、図２内でより詳細に説明される。以下に定義されるように、速度ベクトルの振幅の範囲、すなわち、非常に小さくかつ非常に大きいベクトルの外れ端部は、ＥＰ波ベクトルマップ３１の視認者に無関係である差を重要視しないために、より弱いスケーリングを受ける。

本開示の文脈では、「解剖学的マップ」という用語は、心臓の少なくとも一部分の三次元形状をモデル化し、また、その上に重ね合わされた１つ又は２つ以上のパラメータを有し得る、マップを指すことができる。ＥＰマップは、１つ又は２つ以上の電気生理学的パラメータが重ね合わされた解剖学的マップの１つの特殊な場合である。ＬＡＴマップ又はＥＰ波マップは、ＥＰマップの一例であり、それゆえ、あるタイプの解剖学的マップとも考えられる。

マップ３１などのマップを生成するために、プロセッサ２８は、典型的には、患者２５の心臓２３内のプローブ２９の遠位端３２の場所を追跡する。プロセッサは、当該技術分野において既知である任意のプローブ場所追跡方法を使用し得る。例えば、プロセッサ２８は、患者２５の皮膚に取り付けられた電極２２と外部パッチ電極２４との間のインピーダンスを測定することによって、プローブ遠位端アセンブリ３２を追跡し得る（明確にするために１つのパッチ電極のみが示される）。Ｂｉｏｓｅｎｓｅ－Ｗｅｂｓｔｅｒ（Ｉｒｖｉｎｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）によって製造されたＣａｒｔｏ３（登録商標）システムは、位置追跡のためにかかるインピーダンス測定値を使用する。

プロセッサ２８によって実行されるソフトウェアは、例えば、電子的な形でネットワークを介してプロセッサ２８にダウンロードされ得るか、又は代替的に若しくは追加的に、磁気メモリ、光学メモリ若しくは電子メモリなどの非一時的な有形の媒体上に提供及び／若しくは記憶され得る。具体的には、プロセッサ２８は、以下で説明されるように、開示される工程をプロセッサ２８が実施することを可能にする専用アルゴリズムを実行する。

シグモイド曲線を用いて投影されたＥＰ波速度の重み付け
図２は、本発明の一実施形態による、図１に示されるＥＰマップ３１を生成するために、図１のマッピングシステム２１のプロセッサによって使用されるシグモイド関数２００のグラフである。

グラフは、スケーリング前の計算された波速度の振幅を表現する水平軸、及びスケーリング後の波速度の振幅を表現する垂直軸（ユーザに表示されるベクトル７５の振幅）を有する。スケーリング前の振幅の範囲は、３つの領域、低速に対するＡ、中間速度に対するＢ、及び高速に対するＣに分割される。シグモイド曲線２００を計算された振幅に適用することにより、領域Ａ及び領域Ｃ（すなわち、弱いスケーリング）内に表示された値において小さい変化が生じる。しかしながら、中間速度値に対応する領域Ｂにおいて、振幅における変化は、表示された値で強調される（すなわち、強いスケーリングを受ける）。

図２は、例として挙げたものである。図２はシグモイド関数を示すが、多項式又は区分線形関数などの任意の他の好適な非線形関数が使用され得る。

図３は、本発明の一実施形態による、図２のシグモイド関数２００を使用するＥＰマップ３１内に提示される非線形スケーリング波伝播に関する方法及びアルゴリズムを概略的に例解するフローチャートである。

アルゴリズムは、提示された実施形態によれば、プロセッサ２８が、ＥＰマッピングデータ受信工程３０２において、振幅の範囲を有する一組のＥＰ伝播速度ベクトルを受信することで始まるプロセスを実行する。

次に、非線形スケーリング工程３０４において、プロセッサ２８は、ベクトルの範囲にわたって非線形スケーリング関数（例えば、シグモイド関数）を適用して、図２において説明されるようにベクトルを非線形にスケーリングする。

次に、プロセッサ２８は、心臓の解剖学的レンダリング上に非線形的にスケーリングされたＥＰ速度ベクトルを重ね合わせて、スケーリングされたＥＰマップ生成工程３０６において、図１のＥＰマップ３１などのＥＰマップを取得する。一実施形態では、プロセッサ４０は、航程の可視化工程７６において、航程６０を更に半透明にする。プロセッサ２８は、結果として生じる可視化（非線形的にスケーリングされたＥＰ波速度）を、ディスプレイ２６上で医師２７に提示する。

図３に示されている例示的なフローチャートは、純粋に概念を分かりやすくする目的で選択されたものである。本実施形態は、アルゴリズムの追加的な工程も含む。その例としては、航程６０間及び航程６０の下の伝導矢印などの追加的な可視化が挙げられる。かかる追加的な工程は、より単純化されたフローチャートを提供するために、本明細書の開示から意図的に省略されている。

上で説明される実施形態は例として引用したものであり、本発明は、上記で特に図示及び説明されたものに限定されないことが理解されよう。むしろ、本発明の範囲は、上記の明細書に説明される様々な特徴の組み合わせ及び部分的組み合わせの両方、並びに前述の説明を読むことで当業者に想到されるであろう、先行技術において開示されていないそれらの変形例及び修正例を含むものである。参照により本特許出願に組み込まれる文献は、これらの組み込まれた文献において、いずれかの用語が本明細書において明示的又は暗示的になされた定義と矛盾する様式で定義される程度まで、本明細書における定義のみを考慮するものとする点を除き、本出願の不可欠な部分と見なすものとする。

〔実施の態様〕
（１） 方法であって、
心臓の少なくとも一部分の解剖学的マップの少なくともある領域について、位置、及びそれぞれの電気生理学的（ＥＰ）波伝播速度ベクトルを受信することであって、前記ベクトルが、それぞれの振幅を有する、受信することと、
前記振幅を非線形にスケーリングすることと、
前記解剖学的マップ上に重ね合わされた、前記スケーリングされた振幅を有する、スケーリングされたベクトルを提示することと、を含む、方法。
（２） 前記振幅を非線形にスケーリングすることが、
前記振幅の範囲を、低振幅領域、高振幅領域、及び前記低振幅領域と前記高振幅領域との間の中間振幅領域に分割することと、
前記低振幅領域及び前記高振幅領域に対して、前記中間振幅領域内の振幅の差を強調することと、を含む、実施態様１に記載の方法。
（３） 前記振幅を非線形にスケーリングすることが、シグモイド関数を前記振幅に適用することを含む、実施態様１に記載の方法。
（４） 前記スケーリングされたベクトルを提示することが、前記スケーリングされたベクトルを矢印として可視化することを含む、実施態様１に記載の方法。
（５） システムであって、
インターフェースであって、心臓の少なくとも一部分の解剖学的マップの少なくともある領域について、位置、及びそれぞれの電気生理学的（ＥＰ）波伝播速度ベクトルを受信するように構成されており、前記ベクトルが、それぞれの振幅を有する、インターフェースと、
プロセッサであって、
前記振幅を非線形にスケーリングすることと、
前記解剖学的マップ上に重ね合わされた、前記スケーリングされた振幅を有する、スケーリングされたベクトルを提示することと、を行うように構成されている、プロセッサと、を備える、システム。

（６） 前記プロセッサが、
前記振幅の範囲を、低振幅領域、高振幅領域、及び前記低振幅領域と前記高振幅領域との間の中間振幅領域に分割することと、
前記低振幅領域及び前記高振幅領域に対して、前記中間振幅領域内の振幅の差を強調することと、によって、前記振幅を非線形にスケーリングするように構成されている、実施態様５に記載のシステム。
（７） 前記プロセッサが、シグモイド関数を前記振幅に適用することによって、前記振幅を非線形にスケーリングするように構成されている、実施態様５に記載のシステム。
（８） 前記プロセッサが、前記スケーリングされたベクトルを矢印として可視化することによって、前記スケーリングされたベクトルを提示するように構成されている、実施態様５に記載のシステム。

Claims (8)

1. システムであって、
   インターフェースであって、心臓の少なくとも一部分の解剖学的マップの少なくともある領域について、位置、及びそれぞれの電気生理学的（ＥＰ）波伝播速度ベクトルを受信するように構成されており、前記ベクトルが、それぞれの振幅を有する、インターフェースと、
   プロセッサであって、
   前記振幅を非線形にスケーリングすることと、
   前記解剖学的マップ上に重ね合わされた、前記スケーリングされた振幅を有する、スケーリングされたベクトルを提示することと、を行うように構成されている、プロセッサと、を備える、システム。
2. 前記プロセッサが、
   前記振幅の範囲を、低振幅領域、高振幅領域、及び前記低振幅領域と前記高振幅領域との間の中間振幅領域に分割することと、
   前記低振幅領域及び前記高振幅領域に対して、前記中間振幅領域内の振幅の差を強調することと、によって、前記振幅を非線形にスケーリングするように構成されている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記プロセッサが、シグモイド関数を前記振幅に適用することによって、前記振幅を非線形にスケーリングするように構成されている、請求項１に記載のシステム。
4. 前記プロセッサが、前記スケーリングされたベクトルを矢印として可視化することによって、前記スケーリングされたベクトルを提示するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
5. 方法であって、
   心臓の少なくとも一部分の解剖学的マップの少なくともある領域について、位置、及びそれぞれの電気生理学的（ＥＰ）波伝播速度ベクトルを受信することであって、前記ベクトルが、それぞれの振幅を有する、受信することと、
   前記振幅を非線形にスケーリングすることと、
   前記解剖学的マップ上に重ね合わされた、前記スケーリングされた振幅を有する、スケーリングされたベクトルを提示することと、を含む、方法。
6. 前記振幅を非線形にスケーリングすることが、
   前記振幅の範囲を、低振幅領域、高振幅領域、及び前記低振幅領域と前記高振幅領域との間の中間振幅領域に分割することと、
   前記低振幅領域及び前記高振幅領域に対して、前記中間振幅領域内の振幅の差を強調することと、を含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記振幅を非線形にスケーリングすることが、シグモイド関数を前記振幅に適用することを含む、請求項５に記載の方法。
8. 前記スケーリングされたベクトルを提示することが、前記スケーリングされたベクトルを矢印として可視化することを含む、請求項５に記載の方法。

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