JP6069584B2 - ロータ伝搬ベクトルを特定するためのシステム - Google Patents

Description

本発明は、身体の解剖学的空間にアクセスするための医療装置及び方法に関する。より具体的には、本発明は解剖学的構造の電気的活動のベクトル場マップを生成するための装置及び方法に関する。

心拍障害の診断及び治療は多くの場合、複数のセンサ又はプローブを有するカテーテルの、周辺の血管系を通した心室への挿入を伴う。センサは、心臓内のセンサ位置において心臓の電気的活動を検出する。この電気的活動は一般に、センサ位置における心臓組織を通した信号の伝搬を表す心電図信号の処理に用いられる。

システムは、検出された電圧に基づいて、心室で検出された電気信号を活性化マップとして表示するように構成することができる。検出された活性化信号の開始時間の堅牢で信頼性の高い推定は、基礎となる活動パターンの可視化や、治療、例えば焼灼治療を適用する対象の特定のための鍵となる。細動のような心拍障害の症状の間の電位図のマッピングは、支配的周波数を特定するために利用することができ、従って、可視化されたパターンに基づいて異常な活動の源の位置を推定することができる。しかしながら、検出された活性化信号は、対象の解剖学的構造の組織に対するマッピング電極の動きや遠距離場活性化信号等を含むがこれらに限られないいくつかの要因に起因した非常に多くのノイズが含まれている。このノイズは、電位図の可視化及びマッピングに際しアーティファクトを含み得るため、明白なパターンの検出を妨害する。このため、電位図における局所的なパターンの検出を決定及び強化する必要がある。

従来の方法は、ユニポーラ信号の最急降下点、あるいは微分ユニポーラ信号の最も負側のピーク値のような活性化信号の特性を利用する。このような特性は、ノイズや遠距離場活性化信号、又は互いに隣接する複数の負側ピーク値のような、対象の信号上に重なる他のアーティファクトにより生じる曖昧さの影響を受けやすい。このため、解剖学的マッピングにおける活性化信号の開始時間の検出の信頼性を向上させる必要がある。

実施例１において、解剖学的構造をマッピングするための方法は、解剖学的構造、あるいはその周辺に配置された複数のマッピング電極を用いて内因性生理活動の活性化信号を検出することを含み、複数のマッピング電極の各々は電極位置を有していることと、各電極位置における支配的周波数を決定することと、第一電極位置における支配的周波数と近接する電極位置における支配的周波数との間の差に基づいて、各電極位置における波面ベクトルを決定することとを含む。

実施例２では、実施例１に記載の方法において、近接する電極の間で検出された活性化信号のバイポーラ信号に基づいて、各電極位置における伝搬ベクトルを決定することと、各伝搬ベクトルは対応する電極位置における活性化信号の伝搬方向を表すことと、対応する電極位置における波面ベクトル及び伝搬ベクトルの相関関係に基づいて、各電極位置における相関ベクトルを決定することとをさらに含む。

実施例３では、実施例１又は２に記載の方法において、波面ベクトル及び伝搬ベクトルの相関関係は、円形平均、対応する角度の内積、及び対応する角度の三角関数関係の内の少なくとも一つに基づく。

実施例４では、実施例１〜３の何れかに記載の方法において、検出された各活性化信号についての全ての電極位置における相関ベクトルの伝搬パターンを特定することをさらに含む。

実施例５では、実施例１〜４の何れかに記載の方法において、支配的周波数を決定することは、各電極位置において検出された活性化信号を複数の周波数成分を有する周波数領域信号に変換することと、最大振幅の周波数成分を特定することとをさらに含む。

実施例６では、実施例１〜５の何れかに記載の方法において、波面ベクトルを決定することは、近接する電極の間の支配的周波数の変化に基づいてベクトルを決定することと、各電極位置における全てのベクトルの和を算出することとをさらに含む。

実施例７では、実施例１〜６の何れかに記載の方法において、各電極位置において決定された波面ベクトルに基づいて解剖学的マップを表示することをさらに含む。
実施例８において、解剖学的構造をマッピングするための方法は、解剖学的構造、あるいはその周辺に配置された複数のマッピング電極を用いて内因性生理活動の活性化信号を検出することを含み、複数のマッピング電極の各々は電極位置を有していることと、第一電極位置における支配的周波数と近接する電極位置における支配的周波数との間の差に基づいて、各電極位置における波面ベクトルを決定することと、近接する電極位置の間で検出された活性化信号のバイポーラ信号に基づいて、各電極位置における伝搬ベクトルを決定することと、各伝搬ベクトルは対応する電極位置における活性化信号の伝搬方向を表すことと、対応する電極位置における波面ベクトル及び伝搬ベクトルの相関関係に基づいて、各電極位置における相関ベクトルを決定することとを含む。

実施例９では、実施例８に記載の方法において、各電極位置における相関ベクトルに基づいて相関マップを生成することと、解剖学的構造の病変を示す相関マップにおける伝搬パターンを特定することとをさらに含む。

実施例１０では、実施例８又は９に記載の方法において、相関マップ及び特定された伝搬パターンの少なくとも一方を含む表示を生成することをさらに含む。
実施例１１では、実施例８〜１０の何れかに記載の方法において、波面ベクトル及び伝搬ベクトルの相関関係は、円形平均、対応する角度の内積、及び対応する角度の三角関数関係の内の少なくとも一つに基づく。

実施例１２では、実施例８〜１１の何れかに記載の方法において、支配的周波数を決定することは、各電極位置において検出された活性化信号を複数の周波数成分を有する周波数領域信号に変換することと、最大振幅の周波数成分を特定することとをさらに含む。

実施例１３では、実施例８〜１２の何れかに記載の方法において、波面ベクトルを決定することは、近接する電極の間の支配的周波数の変化に基づいてベクトルを決定することと、各電極位置における全てのベクトルの和を算出することとをさらに含む。

実施例１４において、カテーテルシステムは、解剖学的構造、あるいはその周辺に配置され、且つ生理活動の活性化信号を検出するように構成された複数のマッピング電極を含み、複数のマッピング電極の各々は電極位置を有していることと、複数のマッピング電極に関連した処理システムを含み、処理システムは検出された活性化信号を記録し、且つ複数のマッピング電極の一つと記録された各活性化信号とを関連付けるように構成され、処理システムは各電極位置における支配的周波数を決定し、且つ第一電極位置における支配的周波数と近接する電極位置における支配的周波数との間の差に基づいて、各電極位置における波面ベクトルを決定するようにさらに構成される。

実施例１５では、実施例１４に記載のカテーテルシステムにおいて、処理システムは、近接する電極の間で検出された活性化信号のバイポーラ信号に基づいて、各電極位置における伝搬ベクトルを決定し、各伝搬ベクトルは対応する電極位置における活性化信号の伝搬方向を表し、且つ対応する電極位置における波面ベクトル及び伝搬ベクトルの相関関係に基づいて、各電極位置における相関ベクトルを決定するようにさらに構成される。

実施例１６では、実施例１４又は１５に記載のカテーテルシステムにおいて、処理システムは、検出された各活性化信号についての全ての電極位置における相関ベクトルの伝搬パターンを特定するようにさらに構成される。

実施例１７では、実施例１４〜１６の何れかに記載のカテーテルシステムにおいて、支配的周波数を決定するため、処理システムは、各電極位置において検出された活性化信号を複数の周波数成分を有する周波数領域信号に変換し、且つ最大振幅の周波数成分を特定するようにさらに構成される。

実施例１８では、実施例１４〜１７の何れかに記載のカテーテルシステムにおいて、波面ベクトルを決定するため、処理システムは、近接する電極の間の支配的周波数の変化に基づいてベクトルを決定し、且つ各電極位置における全てのベクトルの和を算出するようにさらに構成される。

実施例１９では、実施例１４〜１８の何れかに記載のカテーテルシステムにおいて、各電極位置において決定された波面ベクトルに基づいて生成された解剖学的マップを表示することをさらに含む。

複数の実施形態が開示されているが、当業者には、本発明の例示的な実施形態を示して説明した以下の詳細な説明から、本発明のさらに他の実施形態が明らかとなるであろう。従って、図面及び詳細な説明は当然例示としてみなされるべきであり、限定的なものとみなされるべきではない。

診断及び治療目的のために体内の標的とする組織領域にアクセスするためのシステムの一実施形態の概略図である。 図１のシステムに関連して用いるためのバスケット機能要素支持構造を有するマッピングカテーテルの一実施形態の概略図である。 複数のマッピング電極を含むバスケット機能要素の一実施形態の概略側面図である。 一実施形態に従った解剖学的構造（例えば、心臓）をマッピングする方法を示すフローチャートである。

本発明には様々な改変形態及び代替形態の可能性があるが、特定の実施形態が例として図面に示されており、且つ、以下に詳細に説明されている。しかしながら、本発明を記載された特定の実施形態に限定することは意図しない。それどころか、本発明は添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内にある全ての改変形態、均等形態、及び代替形態を包含することを意図する。

図１は、診断又は治療目的のために体内の標的とする組織領域にアクセスするためのシステム１０の概略図である。図１は一般に、心臓の左心房内に配置されたシステム１０を示している。あるいは、システム１０は左心室、右心房、又は右心室のような心臓の他の領域内に配置することもできる。図示の実施形態は心筋組織を焼灼するために用いられるシステム１０を示しているが、システム１０（及び、本明細書に記載された方法）はあるいは、前立腺、脳、胆嚢、子宮、及び身体の他の領域の組織を焼灼する行為のような、他の組織焼灼用途で用いられるように構成されてもよく、必ずしもカテーテルベースのシステムに限られない。

システム１０は、マッピングプローブ１４及びアブレーションプローブ１６を含む。図１において、それぞれが別々に適切な経皮アクセスを介し、静脈又は動脈（例えば、大腿静脈又は大腿動脈）を通って選択された心臓領域１２に挿入される。あるいは、マッピングプローブ１４及びアブレーションプローブ１６は、心臓領域１２における同時挿入及び同時配置のための一体構造に組み込むことができる。

マッピングプローブ１４は可撓性カテーテル本体１８を有している。カテーテル本体１８の先端は三次元複数電極構造２０を支持している。図示の実施形態において、構造２０は開放された内部空間２２（図２参照）を定義するバスケットの形態をとるが、電極構造及び電極位置の幾何学的構造が知られている他の複数電極構造を用いることもできる。複数電極構造２０は複数のマッピング電極２４を支持しており、その各々が電極位置及びチャンネルを有している。各電極２４は、焼灼行為を実行すべき解剖学的領域内の内因性生理活動を検出するように構成される。いくつかの実施形態において、電極２４は、例えば心臓活動の活性化時間のような解剖学的構造内における内因性生理活動の活性化信号を検出するように構成される。

電極２４は処理システム３２に電気的に接続される。信号線（図示なし）がバスケット構造２０上の各電極２４に電気的に接続される。より詳細に後述するように、信号線はプローブ１４の本体１８を通って延び、各電極２４を処理システム３２の入力へ電気的に接続する。電極２４は解剖学的領域、例えば心筋組織における内因性電気的活動を検出する。検出された活動、例えば活性化信号は、焼灼に適した心臓内の部位を特定するため、解剖学的マップ、例えばベクトル場マップを生成することによって医師を支援するように、処理システム３２により処理される。処理システム３２は検出された活性化信号内において、近距離場信号成分、すなわち、局所的活動に関連し、且つマッピング電極２４に隣接する組織から生じた活性化信号を、その妨害となる遠距離場信号成分、すなわち、非隣接組織から生じた活性化信号から識別する。例えば、心房に関する研究において、近距離場信号成分は心房心筋組織から生じた活性化信号を含み、遠距離場信号成分は心室心筋組織から生じた活性化信号を含む。病変の存在を発見するため、並びに病変治療のための焼灼、例えば焼灼治療に適した位置を決定するため、近距離場活性化信号成分をさらに分析することができる。

処理システム３２は、取得された活性化信号について受信及び処理の少なくとも一方を行うため、専用回路（例えば、個別の論理素子及び一つ以上のマイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、あるいは特別に構成されたプログラマブルデバイス、例えばプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等）を含む。いくつかの実施形態において、処理システム３２は、受信された活性化信号に関連した情報を受信、解析、及び表示するための命令を実行する汎用マイクロプロセッサ及び専用マイクロプロセッサの少なくとも一方（例えば、活性化信号を処理するために最適化することのできるデジタルシグナルプロセッサ、すなわちＤＳＰ）を含む。このような実施形態においては、処理システム３２は、実行されると、信号処理の一部を実行するようなプログラム命令を含むことができる。プログラム命令は、例えばマイクロプロセッサやマイクロコントローラによって実行されるファームウェア、マイクロコード、又はアプリケーションコードを含むことができる。上述の実施形態は単なる例示であり、読者には処理システム３２が任意の適切な形態をとり得ることが理解されるであろう。

いくつかの実施形態において、処理システム３２は、電極２４に隣接する心筋組織における内因性電気的活動を測定するように構成されてもよい。例えばいくつかの実施形態において、処理システム３２は、マッピングされた解剖学的特徴における支配的ロータ、あるいは発散活動パターンに関連した内因性電気的活動を検出するように構成される。研究によって、支配的ロータ、及び発散活動パターンの少なくとも一方が心房細動の開始及び維持において特定の役割を果たし、ロータ経路、ロータコア、及び発散型焦点の少なくとも一つの焼灼が心房細動の停止に有効となり得ることが示されている。何れの場合においても、処理システム３２は、ＡＰＤマップ、ベクトル場マップ、等高線マップ、信頼性マップ、心電図等の関連特性を表示するため、検出された活性化信号を処理する。関連特性は、焼灼治療に適した部位を特定する際に医師に利用されてもよい。

アブレーションプローブ１６は、一つ以上のアブレーション電極３６を支持する可撓性カテーテル本体３４を含む。一つ以上のアブレーション電極３６は、一つ以上のアブレーション電極３６にアブレーションエネルギーを送達するように構成された無線周波数（ＲＦ）発生装置３７に電気的に接続される。アブレーションプローブ１６は構造２０と同様に、治療すべき解剖学的特徴に対して移動可能である。アブレーションプローブ１６は、一つ以上のアブレーション電極３６が治療すべき組織に対して位置決めされるときに、構造２０の複数の電極２４の間に、あるいはこれらに隣接して位置決め可能である。

処理システム３２は、医師によって参照されるため、関連特性の表示を表示装置４０に出力する。図示の実施形態において表示装置４０は、ＣＲＴ、ＬＥＤ、又は他の種類のディスプレイ、あるいはプリンタである。表示装置４０は、関連特性を医師にとって最も有用な形式で表示する。さらに、処理システム３２は、焼灼のために特定された部位において組織に接触するようにアブレーション電極３６を誘導する際に医師を支援するような、表示装置４０上に表示するための位置特定出力を生成することができる。

図２は、図１に示すシステム１０において用いられるのに適した、先端に電極２４を含むマッピングカテーテル１４の一実施形態を示している。マッピングカテーテル１４は可撓性カテーテル本体１８と、マッピング電極又はセンサ２４を支持するように構成された三次元構造２０を支持する先端とを有している。マッピング電極２４は心筋組織において内因性電気的活動、例えば活性化信号を検出し、検出された活動はその後、関連特性の生成及び表示を介して心拍障害又は他の心筋病変を有する部位を特定する際に医師を支援するため、処理システム３２によって処理される。特定された部位に焼灼のような適切な治療を適用するための適切な位置を決定するため、且つ特定された部位に一つ以上のアブレーション電極３６を誘導するため、この情報を用いることができる。

図示の三次元構造２０はベース部材４１及びエンドキャップ４２を含み、その間において可撓性スプライン４４は一般に、周方向に空間を形成した関係で延びている。上述のように、三次元構造２０は開放された内部空間２２を定義するバスケットの形態をとる。いくつかの実施形態において、スプライン４４はニチノール金属又はシリコーンゴムのような弾力性のある不活性材料で形成され、接触する組織表面に沿って曲げられて適合するため、弾力性があり、予め緊張された状態で、ベース部材４１及びエンドキャップ４２の間に接続される。図示の実施形態において、８個のスプライン４４が三次元構造２０を形成している。他の実施形態においては、追加の、又はより少ないスプライン４４を用いることができる。図示のように、各スプライン４４は８個のマッピング電極２４を支持している。三次元構造２０の他の実施形態においては、追加の、又はより少ないマッピング電極２４を各スプライン４４上に配置することができる。図示の実施形態において、三次元構造２０は比較的小さい（例えば、直径４０ｍｍ以下）。代替実施形態においては、三次元構造２０はさらに小さいか、より大きい（例えば、直径４０ｍｍ以上）。

スライド可能なシース５０は、カテーテル本体１８の長軸に沿って移動可能である。シース５０を前方に（すなわち、先端に向かって）移動させることによって、シース５０に三次元構造２０が詰められ、従って構造２０は例えば心臓のような解剖学的構造の内部空間における挿入及び除去に適した、コンパクト且つロープロファイルな状態に潰される。対照的に、シース５０を後方に（すなわち、基端に向かって）移動させることによって、三次元構造２０を解放し、構造２０が弾性的に拡張し、図２に示す予め緊張された状態をとることを許容する。三次元構造２０の実施形態のさらなる詳細は、本明細書においてその全体が参考として取り入れられた「複数電極支持機構（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）」と題される米国特許第５，６４７，８７０号に開示されている。

信号線（図示なし）は、各マッピング電極２４に電気的に接続される。信号線はマッピングカテーテル１４の本体１８を通ってハンドル５４内に延長され、多ピンコネクタであり得る外部コネクタ５６に接続される。コネクタ５６はマッピング電極２４を処理システム３２に電気的に接続する。マッピングシステム、及び、マッピングカテーテルによって生成された信号処理のための方法のさらなる詳細は、「可動電極要素を複数電極構造体内で誘導するためのシステム及び方法（Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｇｕｉｄｉｎｇ Ｍｏｖａｂｌｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｗｉｔｈｉｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）」と題される米国特許第６，０７０，０９４号、「心臓マッピング及びアブレーションシステム（Ｃａｒｄｉａｃ Ｍａｐｐｉｎｇ ａｎｄ Ａｂｌａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ）」と題される米国特許第６，２３３，４９１号、「体腔の登録マップの精緻化のためのシステム及びプロセス（Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｆｏｒ Ｒｅｆｉｎｉｎｇ ａ Ｒｅｇｉｓｔｅｒｅｄ Ｍａｐ ｏｆ ａ Ｂｏｄｙ Ｃａｖｉｔｙ）」と題される米国特許第６，７３５，４６５号に記載されており、これらの開示は本明細書において参考として取り入れられている。

ここで、他の複数電極構造をマッピングカテーテル１４の先端に配置し得ることに留意されたい。また、複数のマッピング電極２４が例えば図２に示す単一のマッピングカテーテル１４ではなく、複数の構造上に配置されてもよいことに留意されたい。例えば、複数のマッピング構造によって左心房内でマッピングされる場合、複数のマッピング電極を支持する冠状静脈洞カテーテルと、左心房内に配置された複数のマッピング電極を支持するバスケットカテーテルとを含む構成が用いられてもよい。他の例として、複数のマッピング構造によって右心房内でマッピングされる場合、冠状静脈洞内に配置するための複数のマッピング電極を支持する１０極カテーテルと、三尖弁輪の周辺に配置するための複数のマッピング電極を支持するループカテーテルとを含む構成が用いられてもよい。

マッピング電極２４はマッピングカテーテル１４のような専用のマッピングプローブによって支持されていると記載されているが、マッピング電極は非マッピング専用プローブ又は多機能プローブ上に支持されてもよい。例えば、アブレーションカテーテル１６のようなアブレーションカテーテルは、カテーテル本体の先端上に配置され、且つ信号処理システム３２及び誘導システム（図示なし）に接続された一つ以上のマッピング電極２４を含むように構成することができる。他の例として、アブレーションカテーテルの先端のアブレーション電極は、マッピング電極としても動作するように、信号処理システム３２に接続されてもよい。

システム１０の動作を説明するため、図３は複数のマッピング電極２４を含むバスケット構造２０の一実施形態の概略側面図を示している。図示の実施形態において、バスケット構造は６４個のマッピング電極２４を含む。マッピング電極２４は８個のスプライン（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、及びＨ）の各々の上の、８個の電極のグループ（１、２、３、４、５、６、７、及び８）に配置されている。６４個のマッピング電極２４の構成がバスケット構造２０上に配置されて示されているが、マッピング電極２４は代わりに異なる数、異なる構造、及び異なる位置の少なくとも一つにおいて配置されてもよい。また、複数のバスケット構造は異なる解剖学的構造から信号を同時に取得するため、同じ、又は異なる解剖学的構造内に配置することができる。

バスケット構造２０が治療すべき解剖学的構造（例えば、心臓の左心房又は左心室）に隣接して配置された後、処理システム３２は、解剖学的構造の内因性生理活動に関連した各電極２４のチャンネルからの活性化信号を記録するように構成される。すなわち、電極２４は、解剖学的構造の生理機能に固有の電気的活性化信号を測定する。

処理システム３２は、検出された活性化信号内において支配的ロータ、ロータ経路、及び発散活動の少なくとも一つを特定するため、伝搬パターンを特定するように構成される。いくつかの実施形態において、活性化信号を検出した後、処理システム３２は検出された各活性化信号について各電極位置における支配的周波数を決定する。各電極位置における支配的周波数は、最大振幅の活性化信号の周波数成分に基づいて決定される。支配的周波数を決定するため、処理システム３２は活性化信号を定義する複数の周波数成分を生成するように、検出された各活性化信号、時間領域信号を、フーリエ変換を介して周波数領域信号に変換する。処理システム３２は、所与の活性化信号について対応する電極位置における支配的周波数として、各電極位置における最大振幅を有する周波数を決定する。いくつかの実施形態において処理システム３２は、表示装置４０上に表示するための支配的周波数マップを生成することができる。支配的周波数マップからの支配的周波数の分析は、解剖学的構造の病態生理を理解するために用いられる効果的なツールである。

処理システム３２は、対応する電極位置において決定された支配的周波数に基づいて、各電極位置における波面ベクトルを決定する。処理システム３２は、第一電極位置、及び近接する電極の各々における支配的周波数の間のベクトル差を算出する。ユーザは、処理システム３２が差を算出するのに用いる近接する電極位置の数を選択することができる。例えばユーザは、４個の直交する電極位置と４個の斜めの電極位置とを含む８個の近接する電極や、４個の直交する電極位置を含む４個の近接する電極や、４個の斜めの電極位置を含む４個の近接する電極を選択することができる。選択された近接する電極位置の数は、処理システム３２が各波面ベクトルを決定するために要する処理時間や計算サイクル数に影響を及ぼし得る。差分ベクトルが近接する電極の間で算出された後、処理システム３２は結果として波面ベクトルを決定するため、近接する差分ベクトルの和を算出する。これは波面ベクトルのベクトル場を生成するため、全ての電極位置に対して繰り返される。一般に、ベクトル場の波面ベクトルは最大の支配的周波数を提示するであろう。しかしながら、これは必ずしもそうとは限らない。いくつかの実施形態において処理システム３２は、医師や解剖学的マッピングシステム１０のユーザによる検査のため、表示装置４０上に波面ベクトル場を表示するように構成される。波面ベクトル場によって、解剖学的構造内の高周波活動の領域を特定することができる。心臓細動の例では、高周波活動の領域は、心臓病、例えば細動や、支配的ロータ、ロータ経路、又は発散活動に関連した異常な活動を示し得る。

いくつかの実施形態において、処理システム３２は、第一の電極位置における第一のマッピング電極２４と、近接するマッピング電極２４との間のバイポーラ信号に基づいて、各電極位置における伝搬ベクトルを決定する。ユーザは、処理システム３２がバイポーラ信号を算出するのに用いる近接する電極位置の数を選択することができる。例えばユーザは、４個の直交する電極位置と４個の斜めの電極位置とを含む８個の近接する電極や、４個の直交する電極位置を含む４個の近接する電極や、４個の斜めの電極位置を含む４個の近接する電極を選択することができる。マッピング電極２４の各双極対の極性は、活性化信号の伝搬方向を決定する際に用いられる。例えば、伝搬ベクトルの極性が正である場合、伝搬方向は正電極に向かう方向である。逆に、極性が負である場合、伝搬方向は正電極から離れる方向である。等電位の極性は、伝搬方向が電極２４の双極対に直交しているということを示す。システム１０は、隣接するユニポーラ信号、すなわち検出された活性化信号の間の差に従ってバイポーラ信号が決定されるような、ユニポーラ検出構成で構成してもよい。いくつかの実施形態においてシステム１０は、各電極位置において順次バイポーラ活性化信号を検出するように処理システム３２に電気的に接続された共通戻り電極を含む。この構成において、処理システム３２は図３のマッピング電極２４の構成を用いて波面伝搬ベクトル決定することができ、その後、複数電極構造２０とは別個に配置されたバイポーラ戻り電極、例えば外部ＥＣＧ電極（図示なし）を用いて順次各電極位置における伝搬ベクトルを決定する。処理システム３２は各電極位置において、検出された各活性化信号について信号対雑音比を改善するため、ユニポーラとバイポーラの両方の活性化信号を検出することができる。

各電極位置において伝搬ベクトルを決定するため、処理システム３２はこのプロセスを繰り返す。いくつかの実施形態において処理システム３２は、ユーザや医師による検査のため、表示装置４０上に表示することのできる伝搬ベクトル場を生成するように構成される。

いくつかの実施形態によると、局所的な伝搬ベクトルを発見するための別の方法には、電極のサブセット（例えば、３×３の隣接する電極）に対して伝搬速度ベクトルを算出することが含まれる。局所的な隣接の平均伝搬速度ベクトルは、中心電極の伝搬速度を表すために用いることができる。このプロセスは、重畳する各電極に対して繰り返すことができる。いくつかの実施形態においてこの方法は、グローバルな伝搬速度マップにおける小さな誤差を取り除くための空間フィルタとして機能する。複数電極配列の全ての電極に対して伝搬速度ベクトルが決定されると、診断の目的のため、速度場において発散や渦を提示することができる。速度ベクトル場における発散は、焼灼対象となる潜在的な異所性始点を示し得る。また、渦の算出によって、マクロリエントラント回転及びミクロリエントラント回転を示し得る潜在的な回転性コアを示すことができる。

様々な実施形態において、処理システム３２は、各活性化信号についての電極位置における波面ベクトル及び伝搬ベクトルの相関関係に基づいて、各電極位置における相関ベクトルを決定する。活性化信号が検知又は検出された後、処理システム３２は順次、あるいは同時に、各電極位置における波面及び伝搬ベクトルを決定する。処理システム３２は病態生理パターンの検出をより向上させるため、対応する各電極位置において決定された波面及び伝搬ベクトルを相関させる。病変生理活動の特定の特性は、相関ベクトル場を生成するための波面ベクトル及び伝搬ベクトルの一方単独においてではなく、相関ベクトルにおいてより容易に現れ得る。処理システム３２は、各電極位置において相関を繰り返す。いくつかの実施形態において、処理システム３２は表示装置４０上に相関ベクトル場を表示するように構成される。一例では、相関ベクトルの検出は波面ベクトル及び伝搬ベクトルの間の円形平均に基づく。相関ベクトルの大きさは、波面ベクトル及び伝搬ベクトルが一致しない場合、全体の相関ベクトルがゼロに低減されることを保証するように決定することができる。一実施形態において、相関ベクトルの大きさ又は距離は、波面及び伝搬ベクトルを表す複数の単位ベクトルの間の内積に基づく。大きさは、ベクトルが同一直線上にある場合は１、ベクトルが直交する場合、あるいは内積が負である場合は０である。あるいは、波面ベクトル及び伝搬ベクトルの間の角度の余弦は、相関ベクトルの大きさを決定するために利用することができる。

処理システム３２は相関ベクトルにおける伝搬パターンを特定するため、相関ベクトル及び相関ベクトル場の少なくとも一方を利用することができる。相関ベクトルにおける伝搬パターンによって、対象とする解剖学的構造に関連した病変に対する洞察を得ることができる。いくつかの実施形態において、処理システム３２は相関ベクトル場をベクトル場テンプレートバンクに適合させるため、テンプレートマッチングアルゴリズムを用いることができる。テンプレートは、病変を診断し、解剖学的構造、あるいはその周辺の治療位置を示唆することができるような、例えばロータ、ロータ経路、及び原点又は焦点を有する発散電気的活動の少なくとも一つに関する情報を含み得る。処理システムは、相関ベクトル場マップを既知のテンプレートに適合させ、あるいは複数の相関ベクトルから既知のパターンを特定するため、他のデジタル信号処理アルゴリズムを用いるように構成される。さらに処理システム３２は、関連又は非関連病変に関連したパターンを特定するため、波面ベクトル及び対応する波面ベクトル場、伝搬ベクトル及び対応する伝搬ベクトル場に対して信号処理アルゴリズムを用いることができる。

処理システム３２は、検出された単一の活性化信号、あるいは時間平均された複数の活性化信号に基づいて、波面ベクトル、伝搬ベクトル、及び対応する相関ベクトルを生成することができるということが理解されるべきである。また、製造不良、組織接触不良や困難性、動き、ノイズ等のため、構造２０の複数のマッピング電極２４にわたる活性化信号の複数の振幅は一貫性のない場合がある。処理システム３２は、一貫性のない振幅による影響について考慮するため、複数のマッピング電極にわたり検出された活性化信号を−１〜１の間の値に正規化するように構成される。信号が正規化された後、処理システム３２は、波面ベクトル、伝搬ベクトル、及び対応するベクトル場を有する相関ベクトルの内の任意の一つ、あるいはその全てを決定することができる。

システム１０は、図４に示すような解剖学的構造をマッピングする方法を実行するように構成される。マッピング電極２４が例えば心臓組織のような解剖学的構造内、あるいはそれに隣接して配置された後、システム１０は解剖学的構造の内因性生理活動に関連した電気的活性化信号を検出する。システム１０は、第一電極位置における支配的周波数と少なくとも一つの近接する電極位置における支配的周波数との間の差に基づいて、各電極位置における波面ベクトルを決定する。各電極における支配的周波数は、周波数領域変換、及び最大振幅を有する周波数成分の特定に従って決定される。対応する電極位置及び近接する電極位置の間で検出された活性化信号のバイポーラ信号に基づいて、各電極位置において伝搬ベクトルが決定される。各伝搬ベクトルは対応する電極位置における活性化信号の伝搬方向を表す。システム１０は対応する電極位置における波面ベクトル及び伝搬ベクトルの相関関係に基づいて、各電極位置における相関ベクトルを決定し、相関マップが各電極位置に対して決定された相関ベクトルに基づいて生成される。解剖学的構造の病変を示すことができる相関マップにおいて、伝搬パターンが特定される。システム１０は、対応するパターンを特定するためのテンプレートマッチングアルゴリズムを用いて、ベクトル場テンプレートバンクの一つ以上のテンプレートと相関マップを比較することができる。波面ベクトル場、伝搬ベクトル場、相関ベクトル場、特定された伝搬パターン、及びこれらの任意の組み合わせの何れかを、表示装置４０上に表示することができる。

記載された例示的な実施形態に対して本発明の範囲から逸脱することなく、様々な修正及び追加を行うことができる。例えば、上述の実施形態は特定の特徴について述べているが、本発明の範囲にはまた、異なる特徴の組み合わせを有する実施形態、及び記載された特徴の全てを含まない実施形態も含まれる。従って、本発明の範囲は、その全ての均等形態とともに、特許請求の範囲内に入るような全ての代替、修正、及び変形形態を包含することを意図する。

Claims (7)

1. 解剖学的構造、あるいはその周辺に配置され、且つ生理活動の活性化信号を検出するように構成された複数のマッピング電極を含み、複数の前記マッピング電極の各々は電極位置を有していることと、
   複数の前記マッピング電極に関連した処理システムを含み、前記処理システムは検出された前記活性化信号を記録し、且つ複数の前記マッピング電極の一つと記録された各活性化信号とを関連付けるように構成され、前記処理システムは各電極位置における支配的周波数を決定し、且つ第一電極位置における前記支配的周波数と近接する電極位置における前記支配的周波数との間の差に基づいて、各電極位置における波面ベクトルを決定するようにさらに構成されるカテーテルシステム。
2. 請求項１に記載のカテーテルシステムにおいて、前記処理システムは、近接する電極の間で検出された活性化信号のバイポーラ信号に基づいて、各電極位置における伝搬ベクトルを決定し、各伝搬ベクトルは対応する前記電極位置における前記活性化信号の伝搬方向を表し、且つ対応する前記電極位置における前記波面ベクトル及び前記伝搬ベクトルの相関関係に基づいて、各電極位置における相関ベクトルを決定するようにさらに構成されるカテーテルシステム。
3. 請求項１に記載のカテーテルシステムにおいて、前記処理システムは、複数の近接する電極に関連した平均伝搬速度ベクトルに基づいて、各電極位置における伝搬ベクトルを決定するようにさらに構成されるカテーテルシステム。
4. 請求項２に記載のカテーテルシステムにおいて、前記処理システムは、検出された各活性化信号についての全ての電極位置における前記相関ベクトルの伝搬パターンを特定するようにさらに構成されるカテーテルシステム。
5. 請求項１に記載のカテーテルシステムにおいて、前記支配的周波数を決定するため、前記処理システムは、各電極位置において検出された前記活性化信号を複数の周波数成分を有する周波数領域信号に変換し、且つ最大振幅の前記周波数成分を特定するようにさらに構成されるカテーテルシステム。
6. 請求項１に記載のカテーテルシステムにおいて、波面ベクトルを決定するため、前記処理システムは、近接する電極の間の前記支配的周波数の変化に基づいてベクトルを決定し、且つ各電極位置における全てのベクトルの和を算出するようにさらに構成されるカテーテルシステム。
7. 請求項１に記載のカテーテルシステムにおいて、
   各電極位置において決定された波面ベクトルに基づいて生成された解剖学的マップを表示することをさらに含むカテーテルシステム。