JP2024016833A - 電極の座標の追跡 - Google Patents

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Abstract

【課題】電極の座標を追跡すること。【解決手段】ある技法が本明細書に説明される。本技法は、幾何学的シェーダにおいて終点位置データを受信することと、終点位置データを処理してベジェ曲線制御点を計算することと、ベジェ曲線制御点に基づいて、カテーテルの推定電極位置を決定することと、を含む。【選択図】図１

Description

心疾患の治療は、多くの場合、心組織、心腔、静脈、動脈、及び／又は電気経路の詳細なマッピングを取得することを必要とする。このようなマッピングを取得するための効果的な技術は、常に改善されている。
ある技法が本明細書に説明される。本技法は、幾何学的シェーダ（４５６）において終点位置データ（３０２、３０４）を受信することと、終点位置データ（３０２、３０４）を処理して、ベジェ曲線制御点（５０６）を計算することと、ベジェ曲線制御点（５０６０に基づいて、カテーテル（１１０）の推定電極（１１１）位置を決定することと、を含む。
１つ又は２つ以上の実施形態によれば、上記の例示的な技法は、方法、装置、システム、及び／又はコンピュータプログラム製品として実現され得る。いくつかの例では、終点（３０２、３０４）位置データは、カテーテルバスケット（１１６）の近位端及び遠位端（３０２、３０４）の位置を含む。いくつかの例では、スプライン接線データは、カテーテルバスケット（１１６）のスプライン（１０９）の遠位端（３０４）の接線を示す情報を含む。いくつかの例では、ベジェ曲線制御点（５０６）を計算することは、スプライン（１０９）の終点（３０２、３０４）間の距離及びスプライン接線データ（３０９）に基づいてベジェ曲線制御点（５０６）を決定することを含む。いくつかの例では、推定電極（１１１）位置を決定することは、カテーテル（１１０）のスプライン（１０９）の形状及び位置を決定することと、スプライン（１０９）の形状及び位置に基づいて推定電極（１１１）位置を決定することと、を含む。いくつかの例では、ベジェ曲線制御点（５０６）に基づいて幾何学的点（５０４）を生成する。いくつかの例では、全てのベジェ曲線制御点（５０６）が推定スプライン（１０９）形状上にあるわけではない。いくつかの例では、計算すること及び出力することは、幾何学的シェーダ（４５６）において実行される幾何学的シェーダプログラムによって実行され、幾何学的シェーダ（４５６）はグラフィックス処理ユニット（４００）内にある。いくつかの例では、終点位置データ（３０２、３０４）は、中央処理ユニットから受信される。
あるシステムが提供される。本システムは、カテーテルと、プロセッサと、を備え、プロセッサは、幾何学的シェーダ（４５６）においてカテーテル（１１０）の終点位置データ（３０２、３０４）を受信し、終点位置データ（３０２、３０４）を処理してベジェ曲線制御点（５０６）を計算し、かつベジェ制御点（５０６）に基づいて、カテーテル（１１０）の推定電極（１１１）位置を決定するように構成されている。
いくつかの例では、終点位置データ（３０２、３０４）は、スプライン１０９の近位端及び遠位端（３０２、３０４）の位置を含む。いくつかの例では、スプライン接線データ（３０９）は、カテーテルバスケット（１１６）のスプライン（１０９）の遠位端（３０４）の接線を示す情報を含む。いくつかの例では、ベジェ曲線制御点（５０６）を計算することは、スプライン（１０９）の終点（３０２、３０４）間の距離及びスプライン接線データ（３０９）に基づいてベジェ曲線制御点（５０６）を決定することを含む。いくつかの例では、推定電極（１１１）位置を決定することは、カテーテル（１１０）のスプライン（１０９）の形状及び位置を決定することと、スプライン（１０９）の形状及び位置に基づいて推定電極（１１１）位置を決定することと、を含む。いくつかの例では、プロセッサは、ベジェ曲線制御点（５０６）に基づいて幾何学的点（５０４）を生成するように更に構成されている。いくつかの例では、全てのベジェ曲線制御点（５０６）が推定電極（１１１）形状上にあるわけではない。いくつかの例では、計算すること及び出力することは、幾何学的シェーダ（４５６）において実行される幾何学的シェーダプログラムによって実行され、幾何学的シェーダ（４５６）はグラフィックス処理ユニット（４００）内にある。いくつかの例では、終点位置データ（３０２、３０４）は、中央処理ユニットから受信される。
命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体が本明細書に開示される。命令は、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、幾何学的シェーダ（４５６）において終点位置データ（３０２、３０４）を受信することと、終点（３０２、３０４）位置データを処理して、ベジェ曲線制御点（５０６）を計算することと、ベジェ曲線制御点（５０６）に基づいて、カテーテル（１１０）の電極（１１１）位置を決定することと、を含む動作を実行させる。
いくつかの例では、終点位置データ（３０２、３０４）は、スプライン（１０９）の近位端及び遠位端（３０２、３０４）の位置を含む。いくつかの例では、スプライン（１０９）接線データ（３０９）は、カテーテルバスケット（１１６）のスプライン（１０９）の遠位端（３０４）の接線を示す情報を含む。いくつかの例では、ベジェ曲線制御点（５０６）を計算することは、電極（１１１）の終点（３０２、３０４）間の距離及びスプライン（１０９）接線データ（３０９）に基づいてベジェ曲線制御点（５０６）を決定することを含む。いくつかの例では、推定電極（１１１）位置を決定することは、カテーテル（１１０）のスプライン（１０９）の形状及び位置を決定することと、スプライン（１０９）の形状及び位置に基づいて推定電極（１１１）位置を決定することと、を含む。いくつかの例では、当該動作は、ベジェ曲線制御点（５０６）に基づいて幾何学的点（５０４）を生成することを更に含む。いくつかの例では、全てのベジェ曲線制御点（５０６）が推定スプライン（１０９）形状上にあるわけではない。いくつかの例では、計算すること及び出力することは、幾何学的シェーダ（４５６）において実行される幾何学的シェーダプログラムによって実行され、幾何学的シェーダ（４５６）はグラフィックス処理ユニット（４００）内にある。いくつかの例では、終点位置データは、中央処理ユニットから受信される。
より詳細な理解は、添付の図面と併せて例として示される以下の説明から得ることができ、図中の同様の参照番号は、同様の要素を示す。
１つ又は２つ以上の実施形態によって、本開示の主題の１つ又は２つ以上の特徴を実装することができる例示的なシステムの図を示す。 一例による、本開示の主題の１つ又は２つ以上の特徴を実装することができるシステムを示す。 一例によるカテーテルバスケットを示す。 一例による偏向構成にあるカテーテルを示す。 一例による、ベジェ曲線を利用してスプライン形状を推定するための動作を示す。 一例による、ベジェ曲線を利用してスプライン形状を推定するための動作を示す。 一例による、マッピングソフトウェアの少なくとも一部を実行するためのグラフィックス処理ユニットを示す。 一例による、個々のスプラインの形状を推定するための処理の態様を示す。 一例による、個々のスプラインの形状を推定するための処理の態様を示す。 一例による、バスケットカテーテルの幾何学的情報を推定するための方法のフロー図である。
ある技法が本明細書に説明される。本技法は、幾何学的シェーダにおいて終点位置データを受信することと、終点位置データを処理してベジェ曲線制御点を計算することと、ベジェ曲線制御点に基づいて、カテーテルの推定電極位置を決定することと、を含む。
図１は、１つ又は２つ以上の実施形態によって、本明細書の主題の１つ又は２つ以上の特徴を実装することができる、システム１００として示される例示的なシステム（例えば、医療デバイス機器）の図である。システム１００の全て又は一部が、心疾患を検出、診断、及び／又は治療するために使用され得る。
システム１００は、図示されるように、マニピュレータ１１４と、シース１１３を通して配設されるシャフト１１２と、バスケット（本明細書では「カテーテルバスケット」１１６と称される）の形状をなす遠位先端部と、を含むカテーテル１１０を含む。カテーテルバスケット１１６は、複数の屈曲可能なスプライン１０９上に配設された複数の電極１１１を含む。プラー要素１１８は、カテーテルバスケット１１６の遠位端３０４を引っ張るか又は押して、カテーテルバスケット１１６を拡張するか又は折り畳む。いくつかの例では、カテーテルバスケット１１６は、カテーテルバスケット１１６の近位端及び遠位端の位置を感知することを可能にする１つ又は２つ以上の位置センサを含む。また、図１には、医師１１５（又は医療専門家、技術者、若しくは臨床家など）、心臓１２０、患者１２５、及びベッド１３０（又はテーブル）も例示されている。差し込み図１４０及び１５０は、心臓１２０及びカテーテル１１０をより詳細に示すものである点に留意されたい。システム１００はまた、例示されるように、コンソール１６０（１つ又は２つ以上のプロセッサ２２２及びメモリ１６２を含む）と、ディスプレイ１６５とを含む。システム１００の各要素及び／又はアイテムは、その要素及び／又はそのアイテムのうちの１つ又は２つ以上を表すことに更に留意されたい。図１に示されるシステム１００の例は、本明細書に開示される実施形態を実現するように改変され得る。本開示の実施形態も、他のシステム構成要素及び設定を使用して、同様に適用することができる。更に、システム１００は、電気的活動を感知するための要素、有線又は無線コネクタ、処理及びディスプレイデバイスなどの、更なる構成要素を含んでもよい。
システム１００は、心疾患を検出、診断、及び／又は治療するために利用され得る。心不整脈などの心疾患は、特に老年人口において一般的かつ危険な医学的疾患として根強く残っている。例えば、システム１００は、生体測定データ（例えば、心臓１２０などの患者の器官の解剖学的及び電気的測定値）を取得し、心臓アブレーション処置を実施するように構成された外科用システム（例えば、Ｂｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒより販売されているＣＡＲＴＯ（登録商標）システム）の一部とすることができる。１つ又は２つ以上の実施形態によれば、生体測定データは、マッピング及びアブレーション処置中に心房のかなりの部分で取得された解剖学的及び電気的測定値を含むことができる。
より詳細には、心不整脈などの心疾患の治療では、心臓組織、心腔、静脈、動脈、及び／又は電気的経路の詳細なマッピングを得ることがしばしば求められる。例えば、（本明細書に記載されるような）カテーテルアブレーションを成功裏に行うための前提条件として、心不整脈の原因が心臓１２０の心腔において正確に位置特定されることがある。このような位置特定は、電気生理学的検査によって行われ得、その検査の間に、心臓１２０の心腔内に導入されたマッピングカテーテル（例えば、カテーテル１１０）によって電位が検出され、空間的に分解される。したがって、この電気生理学的検査、いわゆる電気解剖学的マッピングは３Ｄマッピングデータを提供し、これをモニター上に表示することができる。多くの場合、マッピング機能及び治療機能（例えば、アブレーション）は単一のカテーテル又は一群のカテーテルによって提供され、マッピングカテーテルはまた、同時に治療（例えば、アブレーション）カテーテルとしても動作する。マッピングソフトウェア１０１は、カテーテル１１０とインターフェースして、本明細書で更に詳細に説明されるようなマッピング動作を実行する。
システム１００が心疾患を検出、診断、及び／又は治療することを支援するため、医師１１５はベッド１３０上に横たわる患者１２５の心臓１２０内にカテーテル１１０を誘導することができる。例えば、医師１１５は、マニピュレータ１１４を使用してカテーテルバスケット１１６の遠位端３０４を操作しながら、シース１１３を通してシャフト１１２を挿入することができる。カテーテル１１０は、折り畳まれた状態でシース１１３を通して挿入することができ、次いで、心臓１２０内で拡張させることができる。
概して、心臓１２０内のある点における電気的活動は、典型的には、カテーテル１１０を心臓１２０内のその点まで前進させ、組織を１つ又は２つ以上の電極１１１と接触させ、その点におけるデータを取得することによって測定され得る。
カテーテル１１０は、複数の可撓性スプライン１０９と、可撓性スプライン１０９の各々に配設された複数の電極１１１と、を含む。カテーテル１１０は、体内器官（例えば、心臓１２０）の電気信号などの生体測定データを取得し、かつ／又はその領域（例えば、心臓１２０の心腔）の組織をアブレーションするように構成されている。電極１１１は、金属製の要素、追跡コイル、圧電変換器、電極、又は組織領域をアブレーションするか又は生体測定データを取得するように構成された要素の組み合わせなどの任意の同様の要素を代表するものである点に留意されたい。
生体測定データ（例えば、患者生体測定値、患者データ、又は患者生体測定データ）は、局所興奮時間（local activation time、ＬＡＴ）、電気的活動、トポロジー、双極マッピング、基準活動、心室活動、優位周波数、インピーダンスなどのうちの１つ又は２つ以上を含むことができる。ＬＡＴは、正規化された初期開始点に基づいて計算された、局所活性化に対応する閾値活動の時点であり得る。電気的活動は、１つ又は２つ以上の閾値に基づいて測定され得る任意の適用可能な電気信号であってもよく、信号対ノイズ比及び／又は他のフィルタに基づいて、感知及び／又は拡張され得る。トポロジーは、身体部分又は身体部分の一部の物理的構造に対応し得、身体部分の異なる部分に関する、又は異なる身体部分に関する物理的構造における変化に対応し得る。
生体測定データの例としては、患者識別データ、ＩＣ ＥＣＧデータ、双極心臓内基準信号、解剖学的及び電気的測定値、軌跡情報、身体表面（body surface、ＢＳ）ＥＣＧデータ、履歴データ、血圧データ、超音波信号、無線信号、音声信号、二次元又は三次元画像データ、血糖データ、並びに温度データが挙げられるが、これらに限定されない。生体測定データは一般的に、心血管疾患（例えば、不整脈、心筋症、及び冠動脈疾患）、及び自己免疫疾患（例えば、Ｉ型及びＩＩ型糖尿病）などの任意の数の様々な疾患を監視、診断、及び治療するために使用され得る。ＢＳ ＥＣＧデータは、患者の表面上の電極から収集されたデータ及び信号を含むことができ、ＩＣ ＥＣＧデータは、患者体内の電極から収集されたデータ及び信号を含むことができ、アブレーションデータは、アブレーションされた組織から収集されたデータ及び信号を含み得る点に留意されたい。更に、ＢＳ ＥＣＧデータ、ＩＣ ＥＣＧデータ、及びアブレーションデータは、カテーテル電極位置データとともに、１つ又は２つ以上の処置記録から導出され得る。
例えば、カテーテル１１０は、電極１１１を使用して血管内超音波及び／又はＭＲＩカテーテル法を実施して心臓１２０を画像化する（例えば、生体測定データを取得及び処理する）ことができる。差し込み図１５０は、心臓１２０の心腔内のカテーテル１１０を拡大図で示す。
カテーテル１１０はバスケットカテーテルである。バスケットカテーテルは、患者の身体内に配備される際、その電極を心内膜表面に対して密接に接触した状態に保持し得るように設計され得る。一例として、バスケットカテーテルは、肺静脈（pulmonary vein、ＰＶ）などの管腔内に挿入され得る。バスケットカテーテルは、近位端が遠位端から最大距離にある状態でＰＶに挿入され得るが、それにより、バスケットカテーテルは、ＰＶに挿入されている間にその最大体積を占有することはない。バスケットカテーテルは、ＰＶの内側にある間に近位端を遠位端に向かって移動させることによって拡張することができ、それにより、バスケットカテーテル上の電極は、ＰＶの円形部分全体と接触する。ＰＶ又は任意の他の管腔の円形部分全体とのこのような接触は、効率的な撮像及び／又はアブレーションを可能とする。
他の例によれば、身体パッチ及び／又は身体表面電極を患者１２５の身体上又は身体に近接して配置することもできる。１つ又は２つ以上の電極１１１を有するカテーテル１１０を身体内（例えば、心臓１２０内）に位置付けることができ、カテーテル１１０の位置を、カテーテル１１０の位置センサと身体パッチ及び／又は身体表面電極との間で送受信される信号に基づいてシステム１００により決定することができる。更に、電極１１１は、心臓１２０内などの患者１２５の身体内から生体測定データを感知することができる（例えば、電極１１１は、組織の電位をリアルタイムで感知する）。生体測定データは、決定されたカテーテル１１０の位置と関連付けることができ、それにより、患者の身体部分（例えば、心臓１２０）のレンダリングを表示し、身体部分の形状に重ね合わされた生体測定データを示すことができる。マッピングソフトウェア１０１は、生体測定データを取得することを支援するために、電極１１１の位置を決定することを支援する。
カテーテル１１０及びシステム１００の他のアイテムは、コンソール１６０に接続され得る。コンソール１６０は、マッピングソフトウェア１０１を用いる任意のコンピューティングデバイスを含むことができる。例示的な実施形態によれば、コンソール１６０は、１つ又は２つ以上のプロセッサ２２２（任意のコンピューティングハードウェア）及びメモリ１６２（任意の非一時的有形媒体）を含み、１つ又は２つ以上のプロセッサ２２２は、マッピングソフトウェア１０１に関するコンピュータ命令を実行し、メモリ１６２は、１つ又は２つ以上のプロセッサ２２２によって実行するためのこれらの命令を記憶する。例えば、コンソール１６０は、メモリ１６２のデータベース上で生体測定データを受信及び／又は記憶し、生体測定データを処理し、所与の組織領域が電気を伝導するかどうかを決定するように構成することができる。
一例として、コンソール１６０は、ソフトウェア（例えば、マッピングソフトウェア１０１）及び／又は、カテーテル１１０への信号及びそのカテーテルからの信号を送信及び受信するための、並びにシステム１００の他の構成要素を制御するための適当なフロントエンド回路及びインターフェース回路を備えた汎用コンピュータなどのハードウェア（例えば、プロセッサ２２２及びメモリ１６２）を含む、本明細書に記載の任意のコンピューティングデバイスであってもよい。例えば、フロントエンド回路及びインターフェース回路は、コンソール１６０が少なくとも１つの電極１１１から信号を受信及び／又は少なくとも１つの電極１１１に信号を転送することを可能にする入出力（Ｉ／Ｏ）通信インターフェースを含む。コンソール１６０は、典型的には、フィールドプログラマブルゲートアレイ（field programmable gate array、ＦＰＧＡ）の後に続くアナログデジタル（analog-to-digital、Ａ／Ｄ）ＥＣＧ又は心電図／筋電図（electromyogram、ＥＭＧ）信号変換集積回路として構成されたリアルタイムノイズ低減回路を含み得る。コンソール１６０は、Ａ／Ｄ ＥＣＧ若しくはＥＭＧ回路から別のプロセッサへ信号を伝えることができ、かつ／又は本明細書に開示される１つ若しくは２つ以上の機能を実行するようにプログラムすることができる。
生体測定データを視覚的に提示するための任意の電子デバイスであり得るディスプレイ１６５は、コンソール１６０に接続されている。例示的な実施形態によれば、処置中、コンソール１６０は、ディスプレイ１６５上で、医師１１５への身体部分のレンダリングの提示を促進し、身体部分のレンダリングを表すデータをメモリ１６２に記憶することができる。例えば、運動特性を示すマップを、心臓１２０内の十分な数の点でサンプリングされた軌跡情報に基づいてレンダリング／構築することができる。一例として、ディスプレイ１６５は、身体部分のレンダリングを提示することに加えて、医師１１５からの入力を受けるように構成され得るタッチスクリーンを含むことができる。
いくつかの実施形態では、医師１１５は、タッチパッド、マウス、キーボード、ジェスチャ認識装置などの１つ又は２つ以上の入力デバイスを使用して、システム１００の要素及び／又は身体部分のレンダリングを操作することができる。例えば、入力デバイスを使用して、レンダリングが更新されるようにカテーテル１１０の位置を変更することができる。ディスプレイ１６５は、同じ場所、又は別の病院若しくは別の医療提供者ネットワークなどの遠隔の場所に位置し得る点に留意されたい。
一例では、電極１１１の電極位置データを取得するために、コンソール１６０は、ケーブルによって、患者１２５に貼り付けられた粘着性皮膚パッチを含む身体表面（「ＢＳ」）電極に接続され得る。より詳細には、プロセッサ２２２は、患者１２５の身体部分（例えば、心臓１２０）内のカテーテル１１０の位置座標を決定することができる。位置座標は、身体表面電極と、カテーテル１１０又はカテーテルバスケット１１６内に配設された位置センサなどの他の電磁構成要素の電極１１１との間で測定されるインピーダンス又は電磁場に基づいたものであってもよい。追加的に、又は代替的に、操縦に使用される磁場を生成する場所パッドは、ベッド１３０の表面上に位置し得、また、ベッド１３０とは別個であり得る。生体測定データは、コンソール１６０に送信し、メモリ１６２に記憶させることができる。代替的に、又は追加的に、生体データは、本明細書で更に記載するようなネットワークを使用して、ローカル又はリモートであってもよいサーバに送信されてもよい。
１つ又は２つ以上の例示的な実施形態によれば、カテーテル１１０は、心臓１２０の心腔の組織領域をアブレーションするように構成することができる。例えば、少なくとも１つの電極１１１などのアブレーション電極を、体内の臓器（例えば、心臓１２０）の組織領域にエネルギーを与えるように構成することができる。エネルギーは、熱エネルギーであってもよく、組織領域の表面から始まって組織領域の厚さに延びる組織領域への損傷を引き起こす可能性がある。アブレーション処置に関する生体測定データ（例えば、アブレーション組織、アブレーション位置など）は、アブレーションデータとみなすことができる。
カテーテルアブレーションベースの治療には、心臓組織、特に心内膜及び心臓容積の電気的特性をマッピングすること、並びにエネルギーの印加によって心臓組織を選択的にアブレーションすることが含まれてもよい。電気又は心臓マッピング（例えば、本明細書に記載される任意の電気生理学的心臓マッピングシステム及び技術によって実施される）には、心臓組織に沿った波伝播の電位マップ（例えば、電圧マップ）、又は様々な組織内に位置する点への到達時間のマップ（例えば、ＬＡＴマップ）を作成することが含まれる。局所的な心臓組織の機能不全を検出するために、電気的又は心臓マッピング（例えば、心臓マップ）を使用することができる。心臓マッピングに基づくアブレーションなどのアブレーションは、不要な電気信号が心臓１２０のある部分から別の部分へと伝播することを停止させるか又は変化させることができる。
アブレーション法は、非伝導性の損傷部を形成することによって望ましくない電気経路を破壊するものである。様々なエネルギー送達の様式が、損傷部を形成する目的でこれまでに開示されており、心臓組織壁に沿って伝導ブロックを作るためのマイクロ波、レーザ、及びより一般的には無線周波エネルギーの使用が挙げられる。エネルギー送達法の別の例としては、細胞膜を損傷する高い電場を与える不可逆的エレクトロポレーション（irreversible electroporation、ＩＲＥ）が挙げられる。２段階の処置（マッピングに続いてアブレーション）においては、典型的には、１つ又は２つ以上の電気センサ（例えば、電極１１１）を収容したカテーテル１１０を心臓１２０内に前進させ、多数の点におけるデータ（例えば、一般には生体測定データとして、又は具体的にはＥＣＧデータとして）を取得／獲得することによって、心臓１２０内の点における電気的活動が感知及び測定される。次いでＥＣＧデータを用いて、アブレーションを実施する心内膜の標的領域が選択される。マッピングソフトウェア１０１は、電極１１１の位置を推定することによって、これらのステップを支援する。
とりわけ、マッピングソフトウェア１０１は、カテーテル１１０の電極１１１の位置をマッピングする。カテーテル１１０は、カテーテルバスケット１１６の近位端及び遠位端に位置追跡要素を有するが、電極１１１自体は、関連する位置センサを有さない。更に、電極１１１は、カテーテルバスケット１１６の近位端と遠位端の相対位置、並びにシャフト１１２に対するカテーテル１１０全体の偏向の両方に基づいて屈曲する可撓性スプライン１０９上に配置される。したがって、マッピングソフトウェア１０１は、カテーテルバスケット１１６の近位端及び遠位端の検出された位置及び配向、並びにカテーテルバスケット１１６の偏向角に基づいてスプライン１０９の形状及び位置を決定するための動作を実行する。マッピングソフトウェア１０１は、スプライン１０９の形状、位置、及び／又は偏向を表すベジェ曲線を生成し、形状、位置、及び／又は偏向に基づいて電極１１１の位置を取得する。更なる詳細は以下のとおりである。
ここで図２を参照すると、１つ又は２つ以上の例示的な実施形態による、本開示の主題の１つ又は２つ以上の特徴を実装し得るシステム２００の図が示されている。システム２００は、患者２０２（例えば、図１の患者１２５の例）に対して、装置２０４、ローカルコンピューティングデバイス２０６、リモートコンピューティングシステム２０８、第１のネットワーク２１０、及び第２のネットワーク２１１を含んでいる。更に、装置２０４は、カテーテル２２１（例えば、図１のカテーテル１１０の例）、プロセッサ２２２、１つ又は２つ以上の位置システム２２３、メモリ２２４、及び送受信機２２５、並びにマッピングソフトウェア１０１を含んでいる。
一実施形態によれば、装置２０４は、図１のシステム１００の一例であってもよく、装置２０４は、患者の内部の構成要素及び患者の外部の構成要素の両方を含むことができる。一実施形態によれば、単一の装置２０４が図２に示されているが、例示的なシステムは、複数の装置を含むことができる。
したがって、装置２０４、ローカルコンピューティングデバイス２０６、及び／又はリモートコンピューティングシステム２０８は、マッピングソフトウェア１０１に関するコンピュータ命令を実行するようにプログラムすることができる。一例として、メモリ２２４は、装置２０４がカテーテル２２１を介して生体測定データを受信及び処理することができるように、プロセッサ２２２が実行するこれらの命令を記憶する。このように、プロセッサ２２２及びメモリ２２４は、ローカルコンピューティングデバイス２０６及び／又はリモートコンピューティングシステム２０８のプロセッサ及びメモリを代表するものである。マッピングソフトウェア１０１の一部又は全部が存在し、装置２０４、ローカルコンピューティングデバイス２０６、及びリモートコンピューティングシステム２０８のいずれかによって実行されることが可能である。
ネットワーク２１０及び２１１は、有線ネットワーク、無線ネットワークであってもよく、又は１つ若しくは２つ以上の有線及び無線ネットワークを含んでもよい。一実施形態によれば、ネットワーク２１０は、近距離ネットワーク（例えば、ローカルエリアネットワーク（local area network、ＬＡＮ）、又はパーソナルエリアネットワーク（personal area network、ＰＡＮ））の一例である。情報は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｗｉ－Ｆｉ、Ｚｉｇｂｅｅ、Ｚ－Ｗａｖｅ、近接場通信（near field communication、ＮＦＣ）、ウルトラバンド、Ｚｉｇｂｅｅ、又は赤外線（infrared、ＩＲ）などの様々な近距離無線通信プロトコルのうちのいずれか１つを使用して、装置２０４とローカルコンピューティングデバイス２０６との間で近距離ネットワーク２１０を介して送信することができる。更に、ネットワーク２１１は、イントラネット、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、広域ネットワーク（wide area network、ＷＡＮ）、メトロポリタンエリアネットワーク（metropolitan area network、ＭＡＮ）、直接接続若しくは一連の接続、セルラー電話ネットワーク、又はローカルコンピューティングデバイス２０６とリモートコンピューティングシステム２０８との間の通信を容易にすることが可能な任意の他のネットワーク若しくは媒体のうちの１つ又は２つ以上のものの一例である。情報は、様々な長距離無線通信プロトコル（例えば、ＴＣＰ／ＩＰ、ＨＴＴＰ、３Ｇ、４Ｇ／ＬＴＥ、又は５Ｇ／Ｎｅｗ Ｒａｄｉｏ）のいずれか１つを使用して、ネットワーク２１１を介して送信することができる。なお、ネットワーク２１０及び２１１の有線接続は、イーサネット、ユニバーサルシリアルバス（Universal Serial Bus、ＵＳＢ）、ＲＪ－１１、又は任意の他の有線接続を使用して実装することができ、無線接続は、Ｗｉ－Ｆｉ、ＷｉＭＡＸ、及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈ、赤外線、セルラーネットワーク、衛星通信、又は任意の他の無線接続法を使用して実装することができる。
動作中、装置２０４は、ネットワーク２１０を介して、患者２０２に関連付けられた生体測定データ及びカテーテル１１０の位置データ（例えば、カテーテルバスケット１１６のカテーテル電極１１１に関する）を連続的にあるいは周期的に取得、監視、記憶、処理、及び通信することができる。更に、装置２０４、ローカルコンピューティングデバイス２０６、及び／又はリモートコンピューティングシステム２０８は、ネットワーク２１０及び２１１を介して通信する（例えば、ローカルコンピューティングデバイス２０６は、装置２０４とリモートコンピューティングシステム２０８との間のゲートウェイとして構成することができる）。例えば、装置２０４は、ネットワーク２１０を介してローカルコンピューティングデバイス２０６と通信するように構成された図１のシステム１００の一例であり得る。ローカルコンピューティングデバイス２０６は、例えば、固定／独立型デバイス、基地局、デスクトップ／ラップトップコンピュータ、スマートフォン、スマートウォッチ、タブレット、又はネットワーク２１１及び２１０を介して他のデバイスと通信するように構成された他のデバイスとすることができる。ネットワーク２１１上の、若しくはネットワーク２１１に接続された物理サーバとして、又はネットワーク２１１のパブリッククラウドコンピューティングプロバイダ（例えば、Ａｍａｚｏｎ Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ（ＡＷＳ）（登録商標））内の仮想サーバとして実装されるリモートコンピューティングシステム２０８は、ネットワーク２１１を介してローカルコンピューティングデバイス２０６と通信するように構成することができる。これにより、患者２０２に関連する生体測定データを、システム２００全体を通じて通信することができる。
装置２０４の要素がここで説明される。カテーテル２２１は、図１のカテーテル１１０である。プロセッサ２２２は、マッピングソフトウェア１０１を実行する際に、カテーテル２２１によって獲得された生体測定データを受信、処理、及び管理し、記憶のために（例えば、その中のデータベース上で）メモリ２２４に、かつ／又は、送受信機２２５によってネットワーク２１０を介して（例えば、そのデータベースに）生体測定データを通信するように構成され得る。１つ又は２つ以上の他の装置２０４からの生体測定データはまた、送受信機２２５を介してプロセッサ２２２によって受信されてもよい。１つ又は２つ以上の位置システム２２３は、カテーテルバスケット１１６の近位端及び遠位端など、カテーテル１１０の１つ又は２つ以上の要素の位置を検出するための要素を含む。いくつかの例では、１つ又は２つ以上の位置システム２２３は、本明細書の他の箇所で説明されるような磁気位置検出システムを含む。いくつかの例では、磁気位置検出システムは、体表面電極又はベッド上に配設された電極などの１つ又は２つ以上の基準電極を含む。基準電極は、処理システム（例えば、プロセッサ２２２）に接続される。基準電極は、カテーテルバスケット１１６の位置センサと通信して、それらの位置センサの位置を決定することを支援する。いくつかの例では、位置システム２２３は、カテーテル１１０の位置（カテーテルバスケット１１６の近位端及び遠位端の位置など）を検出するための１つ又は２つ以上の他のシステムを含む。プロセッサ２２２は、カテーテル１１０の位置データを取得するために位置システムとインターフェース接続する。マッピングソフトウェア１０１は、本明細書の他の箇所で説明されるように、位置データを利用して電極１１１の位置を決定する。
いくつかの例では、位置センサ３０５及び３０７は、磁気位置検出技法に従って位置感知システムとインターフェースする。いくつかのそのような例では、各位置センサは、各々が直交方向に配向された３つのコイルを含む。各位置センサの各コイルを通過する電流は、ロケーションパッドによって感知される磁場を生成する。いくつかの例では、位置パッドは、少なくとも３つの感知角部を有し、各感知角部は、３つの直交して配向されたコイルを有する。ロケーションパッドを使用して、位置システム２２３は、位置センサ３０５及び３０７によって放出される磁気信号を感知する。位置システム２２３は、各コーナーのコイルによって受信された電気信号の強度を利用して、位置センサ３０５及び３０７の各々の位置を三角測量する。位置システム２２３は、ロケーションパッド内の異なる配向のセンサで受信された信号の強度を使用して、位置センサ３０５及び３０７の配向を決定する。
メモリ２２４は、磁気、光学、又は電子メモリ（例えば、ランダムアクセスメモリ又はハードディスクドライブなどの任意の適当な揮発性及び／又は不揮発性メモリ）などの任意の非一時的有形媒体である。メモリ２２４は、プロセッサ２２２によって実行されるコンピュータ命令を記憶する。送受信機２２５は、別個の送信機及び別個の受信機を含み得る。あるいは、送受信機２２５は、単一のデバイスに一体化された送信機及び受信機を含み得る。
図３Ａは、一例によるカテーテルバスケット１１６を示す。カテーテルバスケット１１６は、カテーテルバスケット１１６の近位端３０２及びカテーテルバスケット１１６の遠位端３０４に結合されたシャフト１１２を含む。スプライン１０９は、カテーテルバスケット１１６の近位端３０２及び遠位端３０４に結合される。電極１１１は、スプライン１０９上に配設される。近位端３０２と遠位端３０４は、互いに対して移動可能である。カテーテルバスケット１１６の遠位端３０４に結合されたプラー要素１１８は、カテーテルバスケットの近位端３０２に向かって引っ張られて、遠位端３０４を近位端３０２のより近くに移動させることができ、あるいは近位端３０２から押されて、遠位端３０４を近位端３０２から更に遠くに移動させることができる。近位端３０２に対して遠位端３０４を移動させると、スプライン１０９が変形する。加えて、カテーテルバスケット１１６は、近位端３０２においてシャフト１１２に対してある角度をなして偏向されることが可能である。換言すれば、シャフト１１２の「入射角」に対して、バスケットアセンブリが近位端３０２において屈曲することが可能である。例えば、スプライン１０９のうちの１つ又は２つ以上などのカテーテルバスケット１１６の一部が解剖学的構造に接触するとき、カテーテルバスケット１１６は、近位端３０２においてシャフト１１２に対してある角度をなして偏向する。したがってスプライン１０９の形状、ひいては、電極１１１の位置は、近位端３０２及び遠位端３０４の相対位置、並びに近位端３０２におけるシャフト１１２に対するカテーテル１１０の偏向の角度に依存する。近位端３０２及び遠位端３０４は各々、１つ又は２つ以上の位置センサ（近位端位置センサ３０７及び遠位端位置センサ３０５）を含み、その結果、マッピングソフトウェア１０１は、それらの三次元（three-dimensional、「３Ｄ」）位置を直接決定することができる（例えば、位置システム２２３と併せて）。しかしながら、スプライン１０９は位置センサを有しておらず、更に、形状を変化させ得る。このため、マッピングソフトウェア１０１は、スプライン１０９の位置及び形状を本明細書に記載のマッピング又はアブレーション技法に使用するためにその情報を推定する。
図３Ｂは一例による、偏向構成にあるカテーテル１１０を示す。図から分かるように、近位端３０２の後のシャフトの部分（シャフト１１２（１）の偏向部分）は、近位端３０２の前のシャフトの部分（シャフト１１２（２）の非偏向部分）に対してある角度で偏向される。スプライン１０９は、偏向角度に基づいて特定の方式で屈曲される。図示のように、カテーテル１１０は右に偏向される。したがって、右側のスプライン１０９は、遠位端３０４及び近位端３０２から圧力を受け、それゆえ、左側のスプライン１０９と比較して、シャフト１１２から更に外向きに延在する。左側のスプライン１０９は、相対的により大きく引き伸ばされており、したがって、シャフト１１２に、また互いにより近接している。左側のスプライン１０９は、より離間している右側のスプライン１０９と比較して、互いにより近接している。マッピングソフトウェア１０１は、スプライン１０９の位置とともにこれらの幾何学的形状の特徴を使用して、スプライン１０９の形状及び電極１１１の三次元位置を決定する。
説明されたように、遠位端位置センサ３０５及び近位端位置センサ３０７は、それぞれ遠位端３０４及び近位端３０２の位置の決定を容易にすることができる。いくつかの例では、遠位端位置センサ３０５及び近位端位置センサ３０７自体が、遠位端位置センサ３０５及び近位端位置センサ３０７の配向を決定するための機構、ひいては、シース１１３に対するシャフト１１２の角度を決定するための機構を含む。そのような角度は、単に、近位端位置センサ３０７によって反映される角度に対する、遠位端位置センサ３０５によって反映される角度である。様々な例では、近位端位置センサ３０７及び遠位端位置センサ３０５は、センサの配向を反映する信号を放出する１つ又は２つ以上の電磁構成要素を含む。位置システム２２３及び／又はマッピングソフトウェア１０１などの処理要素は、相対角度を識別するために信号を受信及び解釈することができる。代替形態では、１つ又は２つ以上の力センサがカテーテル１１０上に存在する。１つ又は２つ以上の力センサは、カテーテル１１０に加えられる力及びその力の方向を測定する。マッピングソフトウェア１０１などの処理要素は、測定された力に基づいて角度を決定することができる。一例では、処理要素は、測定された力を減衰率によって修正し、より多くの偏向が生じるにつれて、更なる偏向のためにより多くの力が必要とされるという事実を反映して、偏向の角度を得る。偏向角を決定するためのいくつかのオプションが説明されているが、偏向の角度を決定するための任意の技術的に実行可能な手段が考えられる。処理要素は、本明細書の他の箇所で説明されるように、偏向の角度並びに遠位端３０４及び近位端３０２の位置に基づいて、スプライン１０９の形状を決定する。
図４は、一例による、マッピングソフトウェア１０１の少なくとも一部を実行するためのグラフィックス処理ユニット４００を示す。グラフィックス処理ユニット４００は、スケジューラ４０２、グラフィックス処理パイプライン４０４、及び並列処理ユニット４０６を含む。プロセッサ２２２又はプロセッサ２２２のいずれかは、グラフィックス処理ユニット４００を含むか、又はそれとして実装される。更に、マッピングソフトウェア１０１は、少なくとも部分的にグラフィックス処理ユニット４００内で、コンソール１６０、装置２０４、ローカルコンピューティングデバイス２０６、及びリモートコンピューティングシステム２０８のうちの１つ又は２つ以上上で実行される。
グラフィックス処理ユニット４００は、スケジューラ４０２、グラフィックス処理パイプライン４０４、及び並列処理ユニット４０６を含む。スケジューラ４０２は、プロセッサ４０１（例えば、中央処理ユニット（central processing unit、「ＣＰＵ」）又は他のタイプのプロセッサであり、プロセッサ２２２、複数のプロセッサ２２２、又はローカルコンピューティングデバイス２０６若しくはリモートコンピューティングシステム２０８内のプロセッサに含まれる）から、グラフィックスをレンダリングするため、かつ／又は他の作業を行うためのコマンドを受信する。スケジューラ４０２は、グラフィックス処理パイプライン４０４及び並列処理ユニット４０６における作業をスケジューリングする。グラフィックス処理パイプライン４０４は、シェーダプログラムを実行するための並列処理ユニット４０６、及びシェーダプログラムの実行に直接関与しない機能を実行するための固定機能ハードウェア（図示せず）を利用して、コマンドを処理する。いくつかの実装形態では、並列処理ユニット４０６は、多数の作業アイテムに対して同じシェーダプログラムを並列に実行する単一命令複数データ実行ユニットを含む。
頂点シェーダ４５２は、頂点を受け入れ、入力頂点に対して変換（座標変換又は属性修正など）を実行し、出力頂点を生成する。いくつかの例では、本明細書の他の箇所で説明されるように、頂点シェーダ４５２は、オブジェクト又はワールド空間における遠位端３０４及び近位端３０２の座標を受信し、標準モデルビュー投影行列を使用することなどによって、それらの座標を異なる座標系に変換する。頂点シェーダ４５２及び幾何学的シェーダ４５６は協働して、ワールド空間座標における終点データを処理して、パイプラインの残りの部分による使用に適した異なる座標系における電極位置データを生成する。テッセレーション４５４は、入力頂点を受け入れ、より少数の頂点及び三角形からプログラム的に拡張された複数の三角形を含むテッセレーションされたジオメトリを生成する。幾何学的シェーダは、ジオメトリ（例えば、線又は三角形に編成された点の集合）を受け入れ、出力ジオメトリを生成するためにジオメトリを修正するか、ジオメトリの数を増やすか、又はジオメトリを削除するための動作を実行する。ラスタライザ４５８は、三角形を受け入れ、三角形に対してラスタ化を実行し、ラスタ化は、どのピクセル又はサブピクセルサンプルが三角形によってカバーされているかを識別し、そのようなカバーされたピクセル又はサブピクセルサンプルのフラグメントを生成することを含む。フラグメントシェーダ４６０は、ピクセル又はサブピクセルサンプルの色を生成、深度データの生成又は修正、テクスチャ動作、及び／又は他の動作など、ピクセルごと又はサンプルごとの動作を実行する。出力マージャ４６２は、色、深度値、透明度値、及び／又は他の値に基づいて、フラグメントシェーダ４６０からの着色されたフラグメントを出力バッファ（例えば、「最終」又は「出力」レンダリングされたグラフィックスを記憶するフレームバッファ又は他のバッファ）に書き込む。
頂点シェーダ４５２、テッセレーション４５４、幾何学的シェーダ４５６、及びフラグメントシェーダ４６０は各々、少なくともいくつかのハードウェア（例えば、回路）といくつかのソフトウェアとを含む。ハードウェアは、回路要素を含む。ソフトウェアは、並列処理ユニット４０６において実行されるシェーダプログラムである。ラスタライザ４５８及び出力マージャ４６２は、ハードウェア（例えば、回路）として実装される。いくつかの例では、テッセレーション４５４及び／又は幾何学的シェーダ４５６は、グラフィックス処理パイプライン４０４のそれらの部分がデータを処理しないように無効にされ得る。
上述したように、幾何学的シェーダ４５６は、入力としてジオメトリを受け取り、幾何学的シェーダプログラムに従ってジオメトリを修正し、修正されたジオメトリを出力する。この特定の機能は、本明細書の他の箇所で説明されるように、スプライン１０９の形状及び位置を推定するために有用である。より具体的には、プロセッサ４０１は、カテーテルバスケット１１６を特徴付ける情報を幾何学的シェーダ４５６に提供する。プロセッサ４０１はまた、この特徴付け情報に基づいてスプライン１０９の位置及び形状を計算する幾何学的シェーダプログラムを幾何学的シェーダステージに提供する。幾何学的シェーダ４５６は、このプログラムを実行して、ここで更に詳細に説明するように、スプライン１０９の位置及び形状を計算する。本明細書の説明では、マッピングソフトウェア１０１が特定の動作を実行すると記載される場合がある。マッピングソフトウェア１０１が幾何学的シェーダ４５６内で部分的に又は完全に実行されるとき、マッピングソフトウェア１０１が実行する動作のステートメントは、幾何学的シェーダ４５６及び／又は幾何学的シェーダプログラムがそのような動作を実行するステートメントとして解釈可能である。幾何学的シェーダ４５６は並列実行が可能であるので、マッピングソフトウェア１０１を実行する幾何学的シェーダ４５６は、スプライン１０９の形状及び電極１１１の位置を並列に計算することができる。
マッピングソフトウェア１０１は、入力として位置データ４０２（例えば、カテーテル１１０の近位端３０２及び遠位端３０４の位置並びに偏向角）を受け入れる。マッピングソフトウェア１０１は、ベジェ曲線を使用してスプライン１０９の位置及び形状を推定し、推定された電極位置４０４を出力する。
より具体的には、マッピングソフトウェア１０１は、近位端３０２及び遠位端３０４の位置並びに偏向角を示す情報を受信する。マッピングソフトウェア１０１はまた、入力として（例えば、記憶された定数のセットとして、あるいはシステム２００内で実行する別のソフトウェアモジュールからの入力として）、スプライン１０９の既知の長さ、並びに近位端におけるスプライン１０９の接線を受け入れる。マッピングソフトウェア１０１は次いで、スプライン１０９の形状を定義するベジェ曲線を以下のように計算する。
Figure 2024016833000002
上記の式において、Ｂ（ｔ）はベジェ曲線を表す。値ｔは、曲線を定義する関数Ｂへの入力値である。値ｔは、曲線自体に沿って変化し、水平軸上への曲線の投影を表す。値Ｐｉは、ｉ番目のベジェ曲線制御点である。表記
Figure 2024016833000003
は二項係数を指す。ｎは制御点の数であり、ｉは加算演算のための加算インデックスである。ベジェ制御点を線で結んで形成される多角形はベジェ多角形と呼ばれる。ベジェ多角形の凸包は、ベジェ曲線を含む。Ｐ０及びＰｎは、近位端３０２の座標及びスプラインの既知の長さである。Ｐ１及びＰｎ－１は、近位端３０２及び遠位端３０４におけるスプライン１０９の接線によって定義される。マッピングソフトウェア１０１は、エネルギー保存の考慮事項に基づいて他の制御点を選択する。スプライン１０９が屈曲するとき、最小のばねエネルギーを使用するように屈曲することが想定される。
マッピングソフトウェア１０１は、説明されたようにベジェ曲線の制御点を決定し、次いで関数Ｂ（ｔ）を使用してスプライン１０９の形状を推定する。制御点は必ずしも曲線上にあるわけではないが、曲線を定義するものであることに留意されたい。ベジェ曲線の曲線次数は、制御点の数から１を引いた数として定義される。
上述のように、Ｂ（ｔ）は、ベジェ曲線の制御点によって定義される曲線を記述する。いくつかの例では、マッピングソフトウェア１０１は、計算された曲線形状をいくつかの「幾何学的点」に離散化する。幾何学的点は、スプライン１０９の形状を画定する。これらの幾何学的点は、スプラインの形状を定義する曲線上に位置する点であり、この場合も、ベジェ曲線をパラメータ化する制御点とは異なる。スプライン１０９の形状及び位置に基づいて、マッピングソフトウェア１０１は、電極１１１の位置を決定する。例えば、マッピングソフトウェア１０１は、各スプライン１０９に沿って各電極１１１がどれだけ離れているかを把握している。マッピングソフトウェア１０１はスプライン１０９の形状であり、マッピングソフトウェア１０１である。
いくつかの例では、マッピングソフトウェア１０１は、電極１１１の推定位置をマッピング及び／又はアブレーション動作に組み込む。いくつかの例では、マッピングソフトウェア１０１又は他のソフトウェアは、推定された位置を使用して、人間のオペレータが見るためのスクリーン又は画像上に電極を描く。いくつかの例では、この画像は、電極１１１、及び図１に示されるものなどの臨床環境の状況におけるカテーテル１１０の残りの部分などの他の機器を示すために、他の画像と組み合わされる。いくつかの例では、マッピングソフトウェア１０１はまた、ディスプレイ出力がスプライン１０９の位置及び形状並びにそれらのスプライン１０９上に配設された電極１１１の位置を示すように、スプライン１０９の推定された形状をディスプレイに含める。様々な例では、電極１１１の位置を決定することが可能であることは、マッピング及びアブレーション動作を容易にする。より具体的には、電極１１１の位置を用いて、電極１１１を用いて実施される処置の場所を解剖学的構造に対する位置に正確にマッピングすることが可能である。したがって、この情報は、医師又は処置に関与するコンピュータシステムに正確さをもたらす。マッピングが行われている例では、マッピングソフトウェア１０１は、マッピングされている近くの解剖学的構造の態様を反映する、電極１１１による測定値を取得する。各例において、これらの測定値は、電極１１１に対する解剖学的構造の相対的な距離又は位置を反映する。電極１１１の位置を把握することによって、マッピングソフトウェア１０１は、解剖学的構造の幾何学的特徴を正確に決定することができる。より具体的には、マッピングソフトウェア１０１は、解剖学的構造の幾何学的形状を得るために、電極１１１によって感知された解剖学的構造の相対的な幾何学的形状に関する情報を、推定された電極１１１の位置の情報と組み合わせることによって、解剖学的構造の幾何学的特徴を決定する。
図５及び図６は、一例による、個々のスプライン１０９の形状を推定するための処理の態様を示す。図５は、一例による推定スプライン形状５０２を示す。更に、幾何学的点５０４及びベジェ曲線制御点５０６も図示されている。終点位置５０３（例えば、近位端３０２及び遠位端３０４の位置）は、スプライン１０９の終点を示す。
マッピングソフトウェア１０１は、本明細書で説明する方式など、任意の技術的に実行可能な方式でベジェ曲線の制御点５０６を決定する。より具体的には、マッピングソフトウェア１０１は、終点位置５０３の相対位置並びにカテーテル１１０の偏向角に基づいて制御点５０６を計算する。次に、マッピングソフトウェア１０１は、制御点５０６に基づいて幾何学的点５０４を生成する。幾何学的点５０４は、曲線の実際の形状を定義する。いくつかの実装形態では、マッピングソフトウェア１０１はまた、マッピング及び／又はアブレーション動作を支援するために、幾何学的点５０４を利用する。いくつかの例では、マッピングソフトウェア１０１は、スプライン１０９の推定された形状及び位置に基づいてスプライン１０９上に配設された電極１１１の位置を決定し、マッピング及び／又はアブレーション動作のために電極位置を利用する。いくつかの実装形態では、マッピングソフトウェア１０１又は他のソフトウェア若しくはハードウェアは、幾何学的点５０４を使用して、スプライン１０９の形状及び位置並びに／又は電極１１１の位置を表示するために使用され得る画像を生成する。
図６は、図５の推定スプライン形状５０２とは異なる推定スプライン形状６０２を示す。図６では、カテーテル１１０の偏向角度は、図５の角度とは異なる。したがって、推定スプライン形状６０２は図５とは異なる。ベジェ曲線制御点の位置は曲線を定義し、曲線は幾何学的点５０４のセットに沿って降下するように示されている。
再び図３Ｂを参照すると、マッピングソフトウェア１０１は、近位端におけるスプライン１０９の接線及びスプラインの長さ、並びに近位端及び遠位端の位置を利用して、ベジェ曲線を使用してスプライン１０９の形状を決定する。図３Ｂでは、本技法の態様を示すために、対象スプライン３２０が例として示されている。しかしながら、様々な実装形態において、マッピングソフトウェア１０１は、カテーテルバスケット１１６の１つ、２つ以上、又は全てのスプライン１０９に、記載の技術を適用して、これらのスプライン１０９の形状、ひいては、これらのスプライン１０９上の電極１１１の位置を決定することを理解されたい。
いくつかの例では、マッピングソフトウェア１０１は、スプライン１０９の形状及び三次元位置を記述するベジェ曲線を生成する。ベジェ曲線は、制御点を生成するために少なくとも４つの制約を受け入れる４次ベジェ曲線である。４つの制約は、スプラインの遠位端の位置（対象スプライン３２０の遠位端位置３６２として示される）、スプラインの近位端の位置（対象スプライン３２０の近位端位置３６４として示される）、スプラインの既知の長さ、及び近位端におけるスプラインの接線（対象スプライン３２０の近位端接線３７０として示される）を含む。上記の４つの制約に基づいて、マッピングソフトウェア１０１は、ベジェ曲線制御点を決定する。マッピングソフトウェア１０１は、本明細書の他の箇所で開示されるように（例えば、上で提示された式に従って）制御点が決定されるスプライン１０９の形状を決定する。スプラインの近位端及び遠位端のこの形状及び位置（例えば、遠位端位置センサ３０５及び近位端位置センサ３０７を介して検出された位置に基づいて決定される）を使用して、マッピングソフトウェア１０１は、周囲の三次元空間（例えば、ハード１２０又は他の解剖学的構造の三次元空間）内のスプライン１０９の位置を決定する。
マッピングソフトウェア１０１は、スプライン１０９の位置及び形状に基づいて、形状及び位置が決定された各スプライン１０９上の電極１１１の位置を決定する。一例では、マッピングソフトウェア１０１は、各スプライン１０９に沿って電極がどれだけ離れて配置されているかを把握する。例えば、マッピングソフトウェア１０１は、電極がスプライン１０９に沿って特定の距離に配置されているという情報を提供される。これらの距離は、スプライン１０９の長さの百分率と同様に、任意の技術的に実現可能な方法で表現されてよい。一例では、電極は、スプライン１０９に沿って１０％刻みで配置される。マッピングソフトウェア１０１は、電極１１１の位置をスプライン１０９に沿った位置と関連付けるために、任意の他の技術的に実行可能な技法を使用してよい。
マッピングソフトウェア１０１は、電極１１１の位置とスプライン１０９の位置との間のこの関連付けに基づいて、またベジェ曲線を使用して決定されたスプライン１０９の形状及び位置に基づいて、各電極１１１の三次元位置を決定する。一例では、ベジェ曲線式は、投影軸座標ｔに対する位置Ｂを定義する。したがって、いくつかの例では、マッピングソフトウェア１０１は、電極が位置するスプライン１０９に沿った位置を考慮して、三次元空間における電極１１１の位置を決定する。例えば、近位端から遠位端までの距離の１０％に位置する電極に対して、マッピングソフトウェア１０１は、ｔ座標として１０％を使用して、その電極に対する曲線上座標Ｂを決定する。いくつかの例では、電極のスプライン１０９に沿った距離並びに電極１１１の形状及び位置に基づいて電極１１１の位置を決定する技法は、本明細書では補間と呼ばれる。例えば、マッピングソフトウェア１０１は、電極１１１が位置するスプライン１０９に沿った位置に従ってスプライン１０９の曲線を補間することによって電極１１１の位置を決定すると言われることもある。次いで、マッピングソフトウェア１０１は、三次元空間におけるスプライン１０９の位置（例えば、近位端位置及び遠位端位置）に基づいてこの座標を変換して、三次元空間における電極１１１の位置を決定する。マッピングソフトウェア１０１は、カテーテルバスケット１１６の１つ、２つ以上、又は全てのスプライン１０９に対してこれらの動作を実施して、カテーテルバスケット１１６の１つ、２つ以上、又は全ての電極１１１の位置を決定する。
偏向角は、スプライン１０９の位置及び／又は形状を決定する際に考慮されると述べられることがある。シャフト１１２（１）の遠位部分が屈曲するときにスプライン１０９も屈曲するので、偏向角は遠位端の接線（例えば、遠位端接線３６０）を決定する。したがって、ベジェ曲線制御点は、遠位端３０４におけるスプライン接線に少なくとも部分的に基づいて決定されるので、ベジェ曲線制御点は、偏向角３５０に少なくとも部分的に基づいて決定される。
発見されると、装置２０４は、（例えば、ローカルコンピューティングデバイス２０６及び／又はリモートコンピューティングシステム２０８と併せて）電極１１１の位置を利用して、マッピング及び／又はアブレーション処置を実施する。電極１１１の位置により、システム２０４は、周囲の解剖学的構造の三次元空間に電極１１１を配置することができ、これにより、この情報を使用してアブレーション及び／又はマッピング処置を進めることが可能になる。例えば、電極１１１の位置を把握することにより、電極１１１を介して取得された、解剖学的構造への近接性を示す電気信号を、解剖学的構造の位置に変換することが可能になる。加えて、アブレーション処置のために、三次元空間における電極１１１の位置を把握することは、解剖学的構造のどの部分がアブレーションされるべきかを把握することを可能にする。
図３Ｃ及び図３Ｄは、一例による、ベジェ曲線を利用してスプライン形状を推定するための動作を示す。図３Ｃは、非偏向位置にあるスプライン３９０を示す。図３Ｄは、偏向位置にあるスプライン３９５を示す。図３Ｃでは、スプライン３９０は、非偏向位置にある。これは、近位端３０２と遠位端３０４との間における入射シャフト１１２と射線３０１との間の角度３５０が０であることを意味する。図３Ｄでは、スプライン３９５は偏向位置にある。これは、近位端３０２と遠位端３０４との間における入射シャフト１１２と射線３０１との間の角度３５０が０以外の角度であることを意味する。図３Ｃ及び図３Ｄの両方において、点Ｃ０からＣ３はベジェ曲線制御点を表す。
本明細書の他の場所で述べられるように、マッピングソフトウェア１０１は、近位端３０２と遠位端３０４の位置、並びに近位端３０２の近くでのスプライン１０９の偏向角３５０と接線、及びスプラインの既知の長さに基づいて、ベジェ曲線制御点の位置を決定する。図３Ｃ及び図３Ｄの両方において、近位端接線３０７は、近位端３０２におけるスプライン１０９の接線であり、遠位端接線３０９は、遠位端３０４におけるスプライン１０９の接線である。近位端接線３０７は、スプライン１０９がシャフトに締結される方式に起因して、入来するシャフト１１２と一致し、それに平行である。遠位端において、スプライン１０９への結合は、ヒンジとして作用し、したがって、遠位端接線３０９は、図示されるように移動することができる。
マッピングソフトウェア１０１は、ベジェ曲線制御点の位置を決定するために反復技術を使用する。具体的には、Ｃ０及びＣ３は固定されている（すなわち、これらの点はそれぞれ近位端３０２及び遠位端３０４の点である）が、点Ｃ１及びＣ２は、曲線を更に画定するように選択される。マッピングソフトウェア１０１は、スプリント１０９を近位端３０２からの距離３１３において高さ閾値３１１よりも低く保つように点Ｃ１を選択する。距離３１３は、近位端３０２と遠位端３０４との間で射線３０１に沿って測定される。高さ３１１は、その射線３０１に垂直である。マッピングソフトウェア１０１は、スプライン１０９がモデル化されるスプライン１０９の実際の長さにほぼ等しいスプライン１０９の長さを保つように、点Ｃ２を選択する。マッピングソフトウェア１０１はまた、スプライン１０９の半径を最大半径未満に保つように、点Ｃ２を選択する。要するに、マッピングソフトウェア１０１は、近位端３０２及び遠位端３０４の実際の位置に基づいて点Ｃ０及びＣ３を選択し、近位端３０２におけるスプライン１０９の接線、遠位端３０４におけるスプライン１０９の接線、高さ３１１、及び最大半径の物理的制約に基づいて点Ｃ１及びＣ２を選択する。いくつかの例では、マッピングソフトウェア１０１は、点Ｃ１及びＣ２を反復的に選択する。より具体的には、マッピングソフトウェア１０１は、最初に、点Ｃ０とＣ３との間の射線に沿って任意に点Ｃ１を選択し、また最初に、スプライン１０９形状が半径閾値未満であるという制限を伴って、任意に点Ｃ２の位置を選択する。マッピングソフトウェア１０１は、スプライン１０９の長さ及び高さ３１１を含む様々な制限をテストする。これらの制限が適切でない場合、マッピングソフトウェア１０１は、Ｃ１及びＣ２について異なる点を選択する。スプライン１０９の長さが物理的スプライン１０９の実際の長さの閾値パーセンテージ内にある場合、また高さ３１１が所定の閾値未満である場合、制限は適切である。制限が適切である場合、マッピングソフトウェア１０１はスプライン１０９の形状を決定している。マッピングソフトウェア１０１は、図３Ｃ及び図３Ｄに関して説明した技術をカテーテルの複数のスプライン１０９に適用して、これらのスプライン１０９の形状及び位置を決定することを理解されたい。
図７は、一例による、バスケットカテーテルの幾何学的情報を推定するための方法７００のフロー図である。図１～図６のシステムに関して説明されているが、当業者であれば、いずれの技術的に実行可能な工程の順序で方法７００を実施するように構成されたいずれのシステムも本開示の範囲内に含まれることが理解されよう。
ステップ７０１において、マッピングソフトウェア１０１は、バスケット１１６及び／又はスプライン１０９に関する機械的制約を検索する。いくつかの例では、機械的制約は、近位端におけるスプライン１０９の接線及びスプラインの既知の長さである。
ステップ７０２において、マッピングソフトウェア１０１は、カテーテルバスケット１１６の終点位置データ及び偏向角を受信する。いくつかの例では、終点位置データは、バスケットカテーテル１１０の近位端３０２及び遠位端３０４の位置を特定するデータである。いくつかの例では、偏向角は、シャフト１１２の角度に対するバスケットカテーテル１１０の偏向を示す。いくつかの例では、マッピングソフトウェア１０１は、近位端３０２及び遠位端３０４におけるスプライン１０９の接線を受信又は決定し、いくつかの例では、少なくとも遠位端３０４におけるスプライン１０９の接線は、偏向角３５０に基づく。
ステップ７０４において、マッピングソフトウェア１０１は、終点位置データ、近位端におけるスプラインの接線、及びスプラインの推定長さを処理して、ベジェ曲線制御点を計算する。上述のように、ベジェ曲線の制御点は、曲線の幾何学的形状を定義するが、必ずしも曲線自体の上に位置するわけではない。
いくつかの例では、マッピングソフトウェア１０１はまた、ベジェ曲線制御点に基づいてスプライン１０９の推定形状を定義する幾何学的点５０４を計算する。ベジェ曲線制御点は実際の曲線上に位置せず、その曲線を定義するだけであるが、幾何学的点５０４は曲線上に位置し、その曲線上に位置する点の集合として曲線を定義する。
ステップ７０６において、マッピングソフトウェア１０１は、推定されたスプライン位置及び形状、並びに／又は推定された電極位置を示すデータを出力する。いくつかの例では、マッピングソフトウェア１０１は、ユーザによって見られるディスプレイ上に表示するためにデータを出力する。代替的にあるいは追加的に、マッピングソフトウェア１０１は、マッピング又はアブレーション処置で使用するためにこのデータをエクスポートする。
図中の流れ図及びブロック図は、本発明の様々な実施形態によるシステム、方法、及びコンピュータプログラム製品の考えられる実装形態の構造、機能性、及び動作を示すものである。この点に関して、流れ図又はブロック図における各ブロックは、示された論理機能を実施するための１つ又は２つ以上の実行可能な命令を含むモジュール、セグメント、又は命令の部分を表し得るものである。いくつかの代替的な実装形態において、ブロックに示される機能は、図に示される順序以外の順序で行われてもよい。例えば、連続して示す２つのブロックは、実際に、実質的に同時に実行されてもよく、あるいはそれらのブロックは、時には、関連する機能性に応じて、逆の順序で実行されてもよい。また留意されたい点として、ブロック図及び／又はフロー図の各ブロック、並びにブロック図及び／又はフロー図のブロックの組み合わせは、特定の機能又は動作を実行する専用のハードウェアベースシステムによって実施されてもよく、あるいは、専用のハードウェアとコンピュータ命令との組み合わせを動作させること又は実行することもできる。
特徴及び要素が特定の組み合わせにて上記で説明されたが、当業者であれば、特徴又は要素の各々を単独で使用することもでき、又は他の特徴及び要素と組み合わせて使用することもできることを理解するであろう。加えて、本明細書に説明される方法は、コンピュータ又はプロセッサで実行するために、コンピュータ可読媒体に組み込まれるコンピュータプログラム、ソフトウェア、又はファームウェアにおいて実装され得る。本明細書で使用するコンピュータ可読媒体とは、電波又は他の自由に伝搬する電磁波、導波管若しくは他の伝送媒体を通って伝搬する電磁波（例えば、光ファイバーケーブルを通過する光パルス）、又は動線を通って伝送される電気信号などの、それ自体が一過性の信号であるものとして解釈されるべきではない。
コンピュータ可読媒体の例としては、電気信号（有線又は無線接続を介して送信される）及びコンピュータ可読記憶媒体が挙げられる。コンピュータ可読記憶媒体の例としては、レジスタ、キャッシュメモリ、半導体メモリデバイス、内部ハードディスク及びリムーバブルディスクなどの磁気媒体、光磁気媒体、コンパクトディスク（compact disk、ＣＤ）及びデジタル多用途ディスク（digital versatile disk、ＤＶＤ）などの光学媒体、ランダムアクセスメモリ（random access memory、ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（read-only memory、ＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（erasable programmable read-only memory、ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、スタティックランダムアクセスメモリ（static random access memory、ＳＲＡＭ）、及びメモリスティックなどが挙げられるが、これらに限定されない。プロセッサをソフトウェアとともに使用して、端末、基地局、又は任意のホストコンピュータで使用するための無線周波数送受信機を実装することができる。
本明細書で使用される用語は、あくまで特定の実施形態を説明する目的のものに過ぎず、限定を目的としたものではない。本明細書で使用するとき、文脈上特に明記されない限り、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は複数の形態をも含むものとする。「含む（comprise）」及び／又は「含んでいる（comprising）」という用語は、本明細書で用いられる場合、記載された特徴、整数、工程、動作、要素、及び／又は構成部品の存在を示すものであるが、１つ若しくは他の特徴、整数、工程、動作、要素、構成要素、及び／又はそれらの群の存在又は追加を除外するものではない点を更に理解されたい。
本明細書の異なる実施形態の説明は例示の目的で示されたものであるが、網羅的であることも開示される実施形態に限定されることも意図していない。多くの改変及び変形が、記載される実施形態の範囲及び趣旨から逸脱することなく、当業者には明らかとなろう。本明細書で使用される用語は、実施形態の原理、実用的な用途、又は市場に見られる技術と比較した技術的改良点を最も良く説明するため、又は当業者による本明細書に開示される実施形態の理解を可能とするために選択されたものである。
〔実施の態様〕
（１） システムであって、
カテーテルと、
プロセッサと、を備え、前記プロセッサは、
幾何学的シェーダにおいて前記カテーテルの終点位置データを受信し、
前記終点位置データを処理してベジェ曲線制御点を計算し、かつ
前記ベジェ曲線制御点に基づいて、前記カテーテルの推定電極位置を決定するように構成されている、システム。
（２） 前記終点位置データが、カテーテルバスケットの近位端及び遠位端の位置を含み、スプライン接線データが、前記カテーテルバスケットのスプラインの遠位端の接線を示す情報を含む、実施態様１に記載のシステム。
（３） 前記ベジェ曲線制御点を計算することが、前記スプラインの終点間の距離及び前記スプライン接線データに基づいて前記ベジェ曲線制御点を決定することを含む、実施態様１に記載のシステム。
（４） 前記推定電極位置を決定することが、前記カテーテルのスプラインの形状及び位置を決定することと、前記スプラインの前記形状及び前記位置に基づいて推定電極位置を決定することと、を含む、実施態様１に記載のシステム。
（５） 前記プロセッサが、前記ベジェ曲線制御点に基づいて幾何学的点を生成するように更に構成されている、実施態様１に記載のシステム。
（６） 全てのベジェ曲線制御点が推定電極形状上にあるわけではない、実施態様１に記載のシステム。
（７） 前記計算すること及び出力することが、前記幾何学的シェーダにおいて実行される幾何学的シェーダプログラムによって実行され、前記幾何学的シェーダが、グラフィックス処理ユニット内にある、実施態様１に記載のシステム。
（８） 前記終点位置データが、中央処理ユニットから受信される、実施態様１に記載のシステム。
（９） 命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記命令は、プロセッサによって実行されたとき、前記プロセッサに、
幾何学的シェーダにおいて終点位置データを受信することと、
前記終点位置データを処理してベジェ曲線制御点を計算することと、
前記ベジェ曲線制御点に基づいて、カテーテルの推定電極位置を決定することと、を含む動作を実行させる、非一時的コンピュータ可読媒体。
（１０） 前記終点位置データが、カテーテルバスケットの近位端及び遠位端の位置を含み、スプライン接線データが、前記カテーテルバスケットのスプラインの遠位端の接線を示す情報を含む、実施態様９に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
（１１） 前記ベジェ曲線制御点を計算することが、前記スプラインの終点間の距離及び前記スプライン接線データに基づいて前記ベジェ曲線制御点を決定することを含む、実施態様１０に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
（１２） 前記推定電極位置を決定することが、前記カテーテルのスプラインの形状及び位置を決定することと、前記スプラインの前記形状及び前記位置に基づいて推定電極位置を決定することと、を含む、実施態様１に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
（１３） 前記動作が、前記ベジェ曲線制御点に基づいて幾何学的点を生成することを更に含む、実施態様１に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
（１４） 全てのベジェ曲線制御点が推定スプライン形状上にあるわけではない、実施態様１に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
（１５） 前記計算すること及び出力することが、前記幾何学的シェーダにおいて実行される幾何学的シェーダプログラムによって実行され、前記幾何学的シェーダが、グラフィックス処理ユニット内にある、実施態様１に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

Claims (15)

  1. システムであって、
    カテーテルと、
    プロセッサと、を備え、前記プロセッサは、
    幾何学的シェーダにおいて前記カテーテルの終点位置データを受信し、
    前記終点位置データを処理してベジェ曲線制御点を計算し、かつ
    前記ベジェ曲線制御点に基づいて、前記カテーテルの推定電極位置を決定するように構成されている、システム。
  2. 前記終点位置データが、カテーテルバスケットの近位端及び遠位端の位置を含み、スプライン接線データが、前記カテーテルバスケットのスプラインの遠位端の接線を示す情報を含む、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記ベジェ曲線制御点を計算することが、前記スプラインの終点間の距離及び前記スプライン接線データに基づいて前記ベジェ曲線制御点を決定することを含む、請求項１に記載のシステム。
  4. 前記推定電極位置を決定することが、前記カテーテルのスプラインの形状及び位置を決定することと、前記スプラインの前記形状及び前記位置に基づいて推定電極位置を決定することと、を含む、請求項１に記載のシステム。
  5. 前記プロセッサが、前記ベジェ曲線制御点に基づいて幾何学的点を生成するように更に構成されている、請求項１に記載のシステム。
  6. 全てのベジェ曲線制御点が推定電極形状上にあるわけではない、請求項１に記載のシステム。
  7. 前記計算すること及び出力することが、前記幾何学的シェーダにおいて実行される幾何学的シェーダプログラムによって実行され、前記幾何学的シェーダが、グラフィックス処理ユニット内にある、請求項１に記載のシステム。
  8. 前記終点位置データが、中央処理ユニットから受信される、請求項１に記載のシステム。
  9. 命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記命令は、プロセッサによって実行されたとき、前記プロセッサに、
    幾何学的シェーダにおいて終点位置データを受信することと、
    前記終点位置データを処理してベジェ曲線制御点を計算することと、
    前記ベジェ曲線制御点に基づいて、カテーテルの推定電極位置を決定することと、を含む動作を実行させる、非一時的コンピュータ可読媒体。
  10. 前記終点位置データが、カテーテルバスケットの近位端及び遠位端の位置を含み、スプライン接線データが、前記カテーテルバスケットのスプラインの遠位端の接線を示す情報を含む、請求項９に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
  11. 前記ベジェ曲線制御点を計算することが、前記スプラインの終点間の距離及び前記スプライン接線データに基づいて前記ベジェ曲線制御点を決定することを含む、請求項１０に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
  12. 前記推定電極位置を決定することが、前記カテーテルのスプラインの形状及び位置を決定することと、前記スプラインの前記形状及び前記位置に基づいて推定電極位置を決定することと、を含む、請求項１に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
  13. 前記動作が、前記ベジェ曲線制御点に基づいて幾何学的点を生成することを更に含む、請求項１に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
  14. 全てのベジェ曲線制御点が推定スプライン形状上にあるわけではない、請求項１に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
  15. 前記計算すること及び出力することが、前記幾何学的シェーダにおいて実行される幾何学的シェーダプログラムによって実行され、前記幾何学的シェーダが、グラフィックス処理ユニット内にある、請求項１に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
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