JP6320634B2 - 局所伝導速度をマッピングするための方法及びシステム - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年１０月１５日に出願された米国仮出願第６２／０６３，９８７号の利益を主張し、該出願をその全体が本明細書に記述されるものとして参照により本明細書に組み込む。

本開示は、心臓の診断及び治療処置において実行され得るような電気生理学的マッピングに関する。特に、本開示は、電気生理学的なプローブ（例えば、接触型または非接触型のマッピングカテーテル）によって収集されたデータから局所伝導速度を計算するためのシステム、装置、及び方法に関する。

不整脈の維持メカニズムの２つの主力の仮説は、単一源集中と回旋運動のリエントリーである。両メカニズムの研究と不整脈を持続させる伝導回路の特定のために、不整脈中の活性化方向及び活性化速度の両方をマッピングすることが望ましい。

心臓活性化波面の伝播をマッピングするために、局所活性化時間（「ＬＡＴ」）に基づく等時線マップを用いることが知られている。しかしながら、そのようなマップを作成するためには、通常は安定した心臓検出である共通の活性化時間基準が存在しなければならない。それゆえ、ＬＡＴの等時線マップは、一般的に、心臓起因性マップに限定される。

本開示は、心臓活性化波面の局所伝導速度を計算する方法であって、多電極カテーテルを使用して複数の電気生理学的（「ＥＰ」）データポイントを収集するステップであって、複数のＥＰデータポイントの各々のＥＰデータポイントは位置データ及び局所活性化時間（「ＬＡＴ」）データを含んでいる、ステップと、複数のＥＰデータポイントからＥＰデータポイントを選択するステップと、選択されたＥＰデータポイントと、複数のＥＰデータポイントからの少なくとも２つの追加のＥＰデータポイントと、を含むＥＰデータポイントの近傍を画定するステップと、ＥＰデータポイントの近傍内のＥＰデータポイントの位置を使用して位置平面を画定するステップと、ＥＰデータポイントの近傍内のＥＰデータポイントのＬＡＴを使用してＬＡＴ平面を画定するステップと、位置平面とＬＡＴ平面が交差する場合に、位置平面とＬＡＴ平面の交差部から、選択されたＥＰデータポイントの伝導速度を計算するステップと、を含む、方法である。これらのステップは、複数のＥＰデータポイントに対して繰り返されてもよく、その結果、複数の伝導速度が計算される。これらの複数の伝導速度は、その後、例えば、心臓の少なくとも一部の三次元モデル上で均一なグリッド内に配置される複数の伝導速度ベクトルアイコンを使用して、３次元のグラフィック表示として出力されてもよい。

ある様態において、複数のＥＰデータポイントのＬＡＴは、安定した基準電極における活性化に対して計算される。他の様態においては、それらは、多電極カテーテルによって携行される電極における活性化に対して計算される。

位置平面とＬＡＴ平面の交差部から、選択されたＥＰデータポイントに対する伝導速度を計算するステップは、選択されたＥＰデータポイントの複数の伝導速度成分を計算するステップであって、複数の伝導速度成分の各々は、時間区間の複数の活性化ウィンドウのうちの１つの活性化ウィンドウ中における伝導速度に対応する、ステップと、複数の伝導速度成分から、選択されたＥＰデータポイントに対する時間区間を通しての合成伝導速度を計算するステップと、を含んでもよい。次に、選択されたＥＰデータポイントに対する複数の伝導速度成分を計算するステップは、多電極カテーテルに携行される電極を関連する基準電気生理学的信号を有する基準電極として選択するステップと、基準電気生理学的信号内での複数の活性化を検出するステップと、複数の活性化ウィンドウを画定するステップであって、複数の活性化ウィンドウのそれぞれが検出された複数の活性化うちの１つを含んでいる、ステップと、複数の活性化ウィンドウのそれぞれに対して、選択されたＥＰデータポイントに対する位置平面とＬＡＴ平面を画定するステップと、選択されたＥＰデータポイントに対する位置平面とＬＡＴ平面の交差部から、選択されたＥＰデータポイントに対する伝導速度成分を計算するステップと、を含んでもよく、その結果、選択されたＥＰデータポイントに対する複数の伝導速度成分が計算されてもよい。

本開示の実施形態によると、基準電極として選択される多電極カテーテルによって携行される電極は、基準電極として時間区間内で最大数の活性化を有する電極であってもよい。

時間区間を通しての合成伝導速度は、複数の伝導速度成分の平均として計算されてもよいと考えられる。あるいは、時間区間を通しての合成伝導速度は、複数の合成伝導速度から選択、又は計算される主要な伝導速度であってもよい。

他の実施形態では、選択されたＥＰデータポイントに対する伝導速度成分の方向の一貫性度合いを示す伝導速度一致指数が計算されてもよい。伝導速度一致指数は、合成伝導速度の絶対値の大きさと伝導速度成分の平均絶対値の大きさの比と、複合伝導速度の絶対値の大きさと伝導速度成分の平均の絶対値の大きさの比と、伝導速度成分と複合伝導速度の正規化された平均ドット積と、及び／又は重み係数と、を含んでもよい。重み係数は、有効な伝導速度成分が計算された活性化ウィンドウ（例えば、位置平面とＬＡＴ平面が交差した活性化ウィンドウ）の数から成ってもよい。

位置平面は、ＥＰデータポイント近傍内のＥＰデータポイントの位置の最小二乗適合から画定されてもよい。同様に、ＬＡＴ平面は、疑似ＥＰデータポイントの位置の最小二乗適合から画定されてもよく、疑似ＥＰデータポイントの座標は、位置平面内の対応するデータポイントの位置と対応するデータポイントのＬＡＴよって画定されてよい。

また、本開示は、心臓活性化波面の局所伝導速度を計算するためのシステムであって、多電極カテーテルを用いて収集される複数の電気生理学的（「ＥＰ」）データポイントをインプットとして受信するように構成される伝導速度プロセッサであって、複数のＥＰデータポイントの各々のＥＰデータポイントが位置と局所活性化時間（ＬＡＴ）を有しており、伝導速度プロセッサは、複数のＥＰデータポイントのうち選択されたＥＰデータポイントに対して、選択されたＥＰデータポイントと複数のＥＰデータポイントから少なくとも２つの追加のＥＰデータポイントとを含むＥＰデータポイントの近傍を画定し、ＥＰデータポイントの近傍内のＥＰデータポイントの位置を使用して位置平面を画定し、ＥＰデータポイントの近傍内のＥＰデータポイントのＬＡＴを使用してＬＡＴ平面を画定し、位置平面とＬＡＴ平面が交差する場合に、位置平面とＬＡＴ平面の交差部から伝導速度を計算するように構成される伝導速度プロセッサと、伝導速度プロセッサによって計算された複数の伝導速度の３次元グラフィック表示を生成するように構成されるマッピングプロセッサと、を含むシステムである。

さらに別の態様では、複数の電気生理学的（「ＥＰ」）データポイントから心臓活性化波面の局所伝導速度を計算する方法は、複数のＥＰデータポイントからＥＰデータポイントを選択するステップと、選択されたＥＰデータポイントと複数のＥＰデータポイントから少なくとも２つの追加のＥＰデータポイントとを含むＥＰデータポイントの近傍を画定するステップと、ＥＰデータポイントの近傍内のＥＰデータポイントの位置を使用して位置平面を画定するステップと、ＥＰデータポイントの近傍内のＥＰデータポイントのＬＡＴを使用してＬＡＴ平面を画定するステップと、位置平面とＬＡＴ平面が交差する場合に、位置平面とＬＡＴ平面の交差部から、選択されたＥＰデータポイントに対する伝導速度を計算するステップと、を含む。

本発明の前述及び他の様態、特徴、詳細、有用性、及び利点は、後述の説明、特許請求の範囲を読むこと、及び添付図面を参照することで、明らかとなるだろう。

図１は、電気生理学的研究で使用され得るような、電気生理学的システムの概略図である。

図２は、電気生理学的研究で使用される例示の多電極カテーテルを図示している。

図３は、伝導速度マップを作成するために実行されることができる代表的なステップのフローチャート図である。

図４は、本開示の実施形態による例示の伝導速度マップである。

図５は、不規則な心臓の活性化の場合において、伝導速度マップを作成するために実行されることができる代表的なステップのフローチャート図である。

本開示は、心臓活性化波面の局所伝導速度に関する情報を提供する電気生理学的マップ（例えば、心電図マップ）の作成のための方法、装置およびシステムを提供する。有利なことには、局所伝導速度は基準に依存していないので、本教示は、（洞律動と規則的な不整脈の両方を含む）規則的な活性化と、安定した基準が利用できないかもしれない（心房細動を含む不規則な不整脈のような）不規則な活性化との両方に対して局所伝導速度を計算するために適用され得る。

図１は、心臓カテーテルを操作し、患者１１の心臓１０で生じる電気的活動を測定し、かつその電気的活動、および／又はそのように測定された電気的活動に関連する情報、又はそのように測定された電気的活動の代表的なものを三次元的にマッピングすることによって、心臓の電気生理学的研究を実施するための電気生理学的システム８の概略図を示す。システム８は、例えば、１個以上の電極を使用して、患者の心臓１０の解剖モデルを作成するために使用されてもよい。また、システム８は、例えば、患者の心臓１０の診断データマップを作成するために、心臓表面に沿った複数の点において、これのみに限定されないけれども、局所活性化時間（「ＬＡＴ」）を含む電気生理学的データを測定し、測定された電気生理学的データを測定されたそれぞれの測定点の位置情報と関連付けて保存するために使用されてもよい。

当業者なら理解するように、かつ、さらに以下に説明するように、システム８は、一般的には三次元空間内で、物体の位置、ある様態では物体の配向を決定し、少なくとも１つの基準に対して決定される位置情報として、それらの位置を表わす。

図面の簡易化のために、患者１１は楕円形として模式的に示される。図１に示される実施例では、表面電極（例えば、パッチ電極）の３つの組が、患者１１の表面に適用されている様子が示されており、本明細書ではｘ軸、ｙ軸及びｚ軸と称される概して直交する３つの軸を画定している。他の実施形態では、例えば、特定の身体の表面上に複数の電極を配するなど、電極が他の配置で位置されてもよい。さらなる代替としては、電極は、身体の表面上にある必要はなく、身体内部または外枠上に位置してもよい。

図１では、ｘ軸表面電極１２，１４は、患者の胸部領域の側面上のように、第１の軸に沿って患者に適用され（例えば、各腕の下の患者の皮膚に適用され）、左電極および右電極として呼ばれてもよい。ｙ軸電極１８，１９は、患者の内腿および頸部領域に沿うような、概してｘ軸に直交する第２の軸に沿って患者に適用され、左脚電極および頸部電極として呼ばれてもよい。ｚ軸電極１６，２２は、胸部領域において患者の胸骨と脊椎に沿うような、概してｘ軸およびｙ軸の両方と直交する第３の軸に沿って適用され、胸電極および背中電極として呼ばれてもよい。心臓１０は、表面電極１２／１４，１８／１９および１６／２２のこれらの組の間に位置している。

付加的な表面基準電極（例えば、腹部パッチ）２１は、システム８に対して基準および／又は接地電極を提供する。腹部パッチ電極２１は、詳細を後述する固定心臓内電極３１の代替となってもよい。加えて、患者１１は、ほとんどの、又は全ての従来の心電図（ＥＣＧ又はＥＫＧ）システムリードを所定の位置に有していてもよいことも理解されたい。特定の実施形態では、例えば、１２個のＥＣＧリードの標準セットが、患者の心臓１０上で心電図を感知するのに利用されてよい。このＥＣＧ情報は、システム８で利用可能である（例えば、コンピュータシステム２０への入力として提供され得る）。ＥＣＧリードがよく理解される限りにおいて、図面の明確性のために、１個のリード６と、それとコンピュータシステム２０との接続のみが、図１に図示される。

少なくとも１個の電極１７（例えば、遠位端電極）を有する代表的なカテーテル１３もまた、図１において模式的に示される。この代表的なカテーテル電極１７は、「測定電極」または「移動電極」として呼ぶことができる。一般的に、カテーテル１３上の複数の電極、又は複数のそのようなカテーテル上の複数の電極が、使用される。一実施形態では、例えば、システム８は、患者の心臓内、および／又は、血管系内に配置される１２本のカテーテル上の６４個の電極を利用してもよい。

他の実施形態では、システム８は、複数の（例えば、８個の）スプラインを含み、それぞれのスプラインが複数の（例えば、８個の）電極を含む１本のカテーテルを利用してもよい。もちろん、これらの実施形態は、単なる例示であり、任意の数の電極およびカテーテルが、使用されてよい。実際に、いくつかの実施形態では、Ｓｔ．Ｊｕｄｅ Ｍｅｄｉｃａｉ，Ｉｎｃ．のＥｎＳｉｔｅ（登録商標）Ａｒｒａｙ（登録商標）非接触型マッピングカテーテルのような、高密度マッピングカテーテルが利用されてもよい。

同様に、カテーテル１３（又は複数のそのようなカテーテル）は、典型的には、１つまたは複数の導入器を介して、よく知られた手法を使用して、患者の心臓内、および／又は、血管系内に導入されることが理解されるべきである。この開示のために、例示的な多電極カテーテル１３の一部が、図２に示されている。図２において、カテーテル１３は、経中隔シース３５を通って患者の心臓１０の左心室５０内に延在する。左心室への経中隔アプローチの使用は周知であり、当業者によく知られており、本明細書でさらに説明する必要はないだろう。もちろん、カテーテル１３もまた、任意の他の適切な方法で、心臓１０内に導入されてもよい。

カテーテル１３は、図示されている実施形態において、その遠位先端に電極１７を含むことに加えて、その長さに沿って離間された複数の付加的な測定電極５２，５４，５６を含む。典型的には、隣接する電極間の間隔は知られているであろうが、電極が、カテーテル１３に沿って均等に離間されなくてもよい、又は互いに等しい大きさでなくてもよいことを理解されたい。これらの電極１７，５２，５４，５６のそれぞれが、患者内に存在するので、位置データは、システム８によって、電極のそれぞれに対して同時に収集され得る。

同様に、電極１７，５２，５４，５６のそれぞれが、心臓表面から電気生理学的データを集めるために使用されてもよい。当業者は、（例えば、接触型電気生理学的マッピングおよび非接触型電気生理学的マッピングの両方を含む）電気生理学的データポイントの取得や加工のための様々なモダリティを熟知しているだろうから、本開示の伝導速度マッピング技術の理解のために、それらについてさらなる説明は必要でない。同様に、当該技術領域においてよく知られている様々な技術は、複数の電気生理学的データポイントからグラフィック表示を生成するために使用されてもよい。当業者が電気生理学的データポイントから電気生理学的マップを作成する方法を理解する限りにおいて、その態様は、本明細書では、本開示のマップを理解するために必要な程度にのみ説明されるだろう。

ここで図１に戻ると、いくつかの実施形態では、（例えば、心臓１０の壁に取付けられた）固定基準電極３１が、第２のカテーテル２９上に示されている。較正を目的として、この電極３１は、固定されていてよく（例えば、心臓の壁、またはその近くに取付けられる）、又は、移動電極（例えば、電極１７，５２，５４，５６）と一定の空間的関係に配置されてもよいため、「操作基準」又は「局所基準」と呼ぶことができる。固定基準電極３１は、上記の表面基準電極２１に加えて、又は、表面基準電極２１の代替として使用され得る。多くの場合、心臓１０の冠状脈洞電極、又は、他の固定電極は、電圧および変位を測定するための基準として使用されてもよく、即ち、以下で説明するように、固定基準電極３１は、座標系の原点として定義され得る。

各表面電極は多重スイッチ２４に結合され、表面電極の対は、表面電極を信号生成器２５に結合するコンピュータ２０で実行されているソフトウェアによって選択される。代替的には、スイッチ２４は省略することができ、各測定軸（即ち、各電極対）に対して１つずつ、複数の（例えば、３つの）信号生成器２５のインスタンスが設けられてよい。

コンピュータ２０は、例えば、従来の汎用コンピュータ、特殊用途のコンピュータ、分散型コンピュータ、または任意の他のタイプのコンピュータを備えていてもよい。コンピュータ２０は、本開示の様々な態様を実施するために命令を実行し得る、単一の中央処理装置（ＣＰＵ）、又は一般に並列処理環境と呼ばれる複数の処理ユニットのような１つ以上のプロセッサ２８を備えていてもよい。

一般的に、３つの名目上の直交電界は、生物学的な導体内でのカテーテルの操作を実現するために、一連の駆動および感知電気双極子（例えば、表面電極対１２／１４、１８／１９、１６／２２）によって生成される。代替的には、これらの直交電界は分解されてもよく、任意の表面電極の対は、有効な電極三角測量を提供するために双極子として駆動されてもよい。同様に、電極１２、１４、１８、１９、１６、２２（又は、任意の他の数の電極）は、心臓内の電極に電流を駆動するため、又は、心臓内の電極から電流を感知するために、任意の有効な配置で位置づけられてもよい。例えば、複数の電極が、患者１１の背中、側面、および／又は、腹部に配置されてもよい。任意の望ましい軸に対して、駆動（ソース−シンク）構成の所定のセットから得られる移動電極にまたがって測定される電位は、直交軸に沿って単に均一な電流を駆動することで得られるのと同じ有効な電位を算出するために、代数的に組み合され得る。

それゆえ、表面電極１２、１４、１６、１８、１９、２２のうち任意の２つは、腹部パッチ２１のような接地基準に関して、双極子ソースおよびドレインとして選択され得、非励起電極は、接地基準に関する電圧を測定する。心臓１０内に配置される移動電極１７、５２、５４、５６は、電流パルスからの電界に曝され、腹部パッチ２１のような接地に関して測定される。実際には、心臓１０内のカテーテルは、図示した４つよりも多くの電極、又は少ない電極を含んでもよく、各電極の電位が測定されてもよい。先に述べたように、少なくとも１つの電極は、固定基準電極３１を形成するために心臓の内部表面に固定され得る。固定基準電極３１もまた、腹部パッチ２１のような接地に関して測定され、位置特定システム８が位置を測定する座標系の原点として定義され得る。表面電極、内部電極、および仮想電極のそれぞれからのデータセットは、心臓１０内の移動電極１７、５２、５４、５６の位置を決定するために全て使用され得る。

測定された電圧は、基準電極３１のような基準位置に対して、移動電極１７、５２、５４、５６のような心臓内部の電極の三次元空間における位置を決定するために、システム８に使用され得る。すなわち、基準電極３１で測定される電圧は、座標系の原点を定義するために使用され得、一方、移動電極１７、５２、５４、５６で測定される電圧は、原点に対して移動電極１７、５２、５４、５６の位置を表わすために使用され得る。極座標系、球面座標系、および円柱極座標系のような他の座標系も考えられるが、いくつかの実施形態では、座標系は、三次元（ｘ，ｙ，ｚ）デカルト座標系である。

前述の議論から明らかであるように、心臓内の電極の位置を決定するために使用されるデータは、表面電極対が心臓に電界を加える間に、測定される。電極データはまた、その全体が参照により本明細書に組み込まれている米国特許第７，２６３，３９７号に記載されているように、電極位置の未加工の位置データを改善するために使用される呼吸補正値を作成するためにも使用され得る。電極データはまた、例えば、その全体が参照により本明細書に組み込まれている米国特許第７，８８５，７０７号において記載されているように、患者の身体のインピーダンスにおける変化を補うためにも使用され得る。

一つの代表的な実施形態では、システム８は、まず表面電極の１組を選択し、それから電流パルスでそれらを駆動する。電流パルスが送達されている間に、少なくとも一つの残りの表面電極と生体内電極で測定される電圧のような電気的活動が、測定され、記憶される。呼吸、及び／又はインピーダンスの変化のようなアーティファクトの補正は、上記のように実行され得る。

いくつかの実施形態では、システム８は、上記のように電界を生成するＳｔ．Ｊｕｄｅ Ｍｅｄｉｃａｌ，Ｉｎｃ．のＥｎＳｉｔｅ（登録商標）Ｖｅｌｏｃｉｔｙ（登録商標）心臓のマッピングおよび可視化システム、又は、電界に依存する他のそのようなシステムである。しかしながら、例えば、電界ではなく磁界を利用する、Ｂｉｏ Ｗｅｂｓｔｅｒ，Ｉｎｃ．のＣＡＲＴＯの操作及び位置システム、Ｎｏｒｔｈｅｒｎ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｎｃ．のＡＵＲＯＲＡ（登録商標）システム、または、ＳｔｅｒｏｔａｘｉｓのＮＩＯＢＥ（登録商標）Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍを含む他のシステムが、本教示と関連して使用されてもよい。以下の特許（そのすべてが、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている）、即ち、米国特許第６，９９０，３７０号、第６，９７８，１６８号、第６，９４７，７８５号、第６，９３９，３０９号、第６，７２８，５６２号、第６，６４０，１１９号、第５，９８３，１２６号、および第５，６９７，３７７号、において記載される位置特定およびマッピングシステムもまた、本発明とともに使用されてもよい。

図３に示す代表的なステップのフローチャートを参照して、局所伝導速度を計算する一つの基本的な方法を説明する。いくつかの実施形態では、例えば、フローチャートは、本開示の伝導マップを生成するために、図１のコンピュータ２０（例えば、１つ以上のプロセッサ２８）によって実行可能ないくつかの例示的なステップを示してもよい。以下で説明される代表的なステップは、ハードウェアで実施されるか、又はソフトウェアで実施されるかのいずれかであることは理解されるべきである。説明のために、「信号プロセッサ」という用語が、本教示のハードウェアとソフトウェアの両方に基づく実施を記載するために本明細書では使用される。

ステップ３０２では、例えば、上述のように多電極カテーテル１３を使用して、複数の電気生理学（「ＥＰ」）データポイントが収集される。当業者にはよく知られているように、および上述したように、各ＥＰデータポイントは、位置情報と、これに限定されるものではないが、ＬＡＴ情報を含むＥＰ情報とを含む。

ブロック３０４では、複数のＥＰデータポイントのうち１つが、局所伝導速度の計算のために選択される。それから、ブロック３０６では、ブロック３０４で選択されたＥＰデータポイントと少なくとも２つの追加のデータポイントとを含むＥＰデータポイントの近傍が画定される。ＥＰデータポイントの近傍のサイズは、例えば、多電極カテーテル１３によって携行される電極の空間的密度に基づいて、ユーザが選択できる。即ち、電極密度が増加するにつれて、ユーザはＥＰデータポイントの近傍のサイズを小さくすることができる。代替的には、および他の実施形態では、ＥＰデータポイントの近傍は、コンピュータシステム２０に予め設定された基準、及び／又は他の部品によって提供される基準によって、自動的に選択されてもよい。

ブロック３０８、３１０では、２つの異なる平面が、ＥＰデータポイントの近傍から計算される。ブロック３０８では、位置平面が、近傍内のＥＰデータポイントの位置を使用することで計算される。例えば、位置平面は、ＥＰデータポイント近傍内のＥＰデータポイントの位置の最小二乗適合から計算できる。

同様に、ブロック３１０では、ＬＡＴ平面が、近傍内のＥＰデータポイントの位置を使用することで計算される。例えば、一形態において、新たな疑似ＥＰデータポイントが、近傍内のＥＰデータポイントのそれぞれに対して画定される。各疑似ＥＰデータポイントに関する２つの座標が、位置平面を計算するときに計算されるようなＥＰデータポイントの面内位置によって決定される。位置平面に垂直であってもよい第３の座標は、ＥＰデータポイントのＬＡＴの値であってもよい。ＬＡＴ平面は、疑似ＥＰデータポイントの位置の最小二乗適合から計算されてもよい。

ブロック３１２は、位置平面とＬＡＴ平面が交差するかを調べる。平面が交差しない場合は、ブロック３１４で、選択されたＥＰデータポイントの局所伝導速度が「未確定」に設定される。しかしながら、２つの平面が交差する場合は、ブロック３１６において、平面の交差部が、選択されたＥＰデータポイントにおける局所伝導速度（すなわち、その大きさおよび方向）を計算するために使用される。いくつかの実施形態では、局所伝導速度の方向は、位置平面とＬＡＴ平面間の交線に垂直であり、一方、局所伝導速度の大きさは、位置平面とＬＡＴ平面間の角度の余接として計算され得る。

その後、処理は、ブロック３０２において収集されたＥＰデータポイント全てに対して、複数の局所伝導速度を計算するために、ブロック３０４におけるＥＰデータポイントの選択から繰り返され得る。

複数の局所伝導速度が計算されると、ブロック３１８で、それらは三次元伝導速度マップとして出力される。例示の伝導速度マップ４００は、図４に示されており、複数の速度ベクトルアイコン４０２を含む。ベクトルアイコン４０２の矢じりは、活性化波面の方向を示しており、一方、ベクトルアイコン４０２の大きさは、伝導速度の大きさを反映している。

図４はさらに、隣接するアイコン４０２が互いに覆い隠しあわないように、ベクトルアイコン４０２が均一なグリッドで配置されることを図示する。すなわち、各ＥＰデータポイントにおいてベクトルアイコン４０２を示し、アイコン４０２が重なった判別できない表示とするのではなく、心臓モデル４０４の表面を、ユーザにより決定されたグリッドの大きさを有する均一なグリッドに分割することができる。例えば、近くのＥＰデータポイントで計算された伝導速度からの補間によって、グリッドの各升目内に１つのベクトルアイコン４０２を決定された大きさと方向とともに表示できる。もちろん、有効な伝導速度が計算された各ＥＰデータポイントにおいてベクトルアイコン４０２を表示することは、本開示の主旨及び範囲内である。

洞律動中、又は規則的な心不整脈のような規則的な活性化に関して、ＬＡＴは、基準電極３１のような安定した基準電極での活性化に対して計算されてもよい。代替的には、多電極カテーテル１３上の電極の１つが、ＬＡＴの計算のための基準として選択されてもよい（選択された基準電極自体が、有効に計算されたＬＡＴを有するべきである）。

しかしながら、不規則な不整脈の場合では、ＬＡＴに関して基準として使用できる安定した活性化検出が存在しないことがしばしばある。しかしながら、有利なことに、上述の局所伝導速度を計算する方法は、不規則な不整脈の場合においても、局所伝導速度を計算するために適用できる。適用の一例を、図５を参照して説明する。

図５に示される最初のステップは、図３に示される最初のステップと共通である。即ち、ブロック３０２において、ＥＰデータポイントが収集され、ブロック３０４において、局所伝導速度の計算のために１つのＥＰデータポイントが選択され、そして、ブロック３０６において、ＥＰデータポイントの近傍が画定される。しかしながら、選択されたＥＰデータポイントでの局所伝導速度は、後述するように複数の伝導速度成分からなる合成物として計算される。

ブロック５０２では、合成伝導速度が計算される時間区間が画定される。例えば、ある様態では、時間区間は８秒の長さであるが、この間隔は単に例示であり、限定されるものではない。

ブロック５０４では、多電極カテーテル１３上の電極の１つが、時間区間に対する時間基準として選択される。一実施形態では、活性化検出アルゴリズムが、多電極カテーテル１３上の各電極によって検出されるＥＰ信号に適用され（即ち、各心臓内電位図（ＥＧＭ）は、信号処理される）、時間区間を通して最大数の活性化を有する電極（即ち、ＥＧＭが最小の平均周期長を有する電極）が時間基準として選択される。しかしながら、時間基準を選択する他の方法も考えられる。

時間基準が選択されると、ブロック５０６において、その時間基準に対するＥＧＭが、時間区間を通して複数の活性化ウィンドウに分割される。各活性化ウィンドウは、１つの活性化を含む。各活性化ウィンドウは、そこに含まれる活性化を中心とし、ユーザによって選択されたウィンドウの幅を有する。

その後、数個の活性化ウィンドウは、選択されたＥＰデータポイントに対して、それに対応する数の伝導速度成分を計算するために使用される。伝導速度成分の計算は、概して図３に関して上述した処理（例えば、位置平面及びＬＡＴ平面を計算し、これらの平面の交差部から伝導速度を計算すること）に従っており、各計算が、時間区間全体の代わりに、与えられた活性化ウィンドウに対してなされる。ゆえに、図５に示すステップは、図３に示すステップと類似であるので、図５では、全信号の代わりに活性化ウィンドウへの適用を示すために使用される「重要な」記号表示（‘）を用いて、図３と同じ参照番号を使用する。

各活性化ウィンドウの伝導速度成分が計算されると、ブロック５０８において、時間区間中の選択されたＥＰデータポイントに対して合成伝導速度が計算される。ある実施形態では、合成伝導速度は、伝導速度成分の数学的手段（即ち、下記の「数１」）として計算され、Ｎは、伝導速度が確定された（即ち、位置平面とＬＡＴ平面が交差した）活性化ウィンドウの数であり、下記の「数２」は、ｉ番目の活性化ウィンドウ内の伝導速度成分である。他の実施形態では、主要な伝導速度成分が、合成伝導速度として選択される。

伝導速度一致指数が、伝導速度成分から計算され得ることもまた考えられる。伝導速度一致指数は、時間区間を通した、所与のＥＰデータポイントに対する伝導速度成分の方向における一貫性の度合いの尺度である。そのため、高い伝導速度一致指数は、高度の方向一貫性と関連付けることができ、一方、低い伝導速度一致指数は、低度の方向一貫性（即ち、伝導速度成分の方向の高度のランダム性）と関連付けることができる。

伝導速度一致指数を計算するための１つの方法は、合成伝導速度の絶対値の大きさ（これに関する１つの適した式は上述されている）と伝導速度成分の平均絶対値の大きさ（即ち、平均伝導速度、又は、下記の「数３」）との比としてである。

伝導速度一致指数を計算するための別の方法は、合成伝導速度の絶対値の大きさ（これに関する１つの適した式は上述されている）と伝導速度成分の平均の絶対値の大きさの比としてである。

伝導速度一致指数を計算するためのさらなる別の方法は、伝導速度成分と合成伝導速度との正規化された平均ドット積としてである。

活性化ウィンドウの総数に対するＮの追加的な比であってもよい重み係数もまた、伝導速度一致指数の計算に含まれていてもよい。

伝導速度一致指数もまた、例えば図４に例示の伝導速度マップ上に、グラフィック表示され得る。例えば、ベクトルアイコン４０２の幅は、伝導速度一致指数によって変化してもよい。

この発明のいくつかの実施形態がある程度の詳細と共に上述されてきたが、当業者は、本開示の主旨又は範囲から逸脱することなく、開示された実施形態に様々な変更を行うことができる。

例えば、複数の計算された局所伝導速度、および／又は、その結果として生じるベクトルアイコンが、心臓活性化波面伝播軌道を決定するために使用されてもよい。

別の例として、伝導速度マップは静的マップとして記述されているが、いくつかの実施形態では、マップは、活性化波面の伝播を示すために動画にされてもよい。同様に、心臓活性化波面伝播軌道が伝導速度から決定される場合は、その軌道もまた、マップ上に表示され、強調され、および／又は、動画にされてもよい。

さらなる例として、パターン認識アルゴリズムが、線形パターン、旋回パターン、又は限局性パターンのような特殊な心臓活性化波面伝播パターンを特定するために適用されてもよい。そして、診断目的で有用であり得る特定のパターンが、マップ上で、強調されてもよい。

さらなる例として、空間連続指数が、隣接するＥＰデータポイント（又は、均一なグリッドで表示する場合は、隣接するグリッドの升目）の伝導速度から計算されてもよい。空間連続指数は、心臓表面の特定の領域内において、活性化波面が伝播している方向の一貫性を反映しており、一般的に指数値が高いほど、伝播方向の統一度が高く、指数値が低いほど、伝播方向における波面の分裂度が高い。

方向に関する全ての言及（例えば、上部、下部、上向き、下向き、左、右、左向き、右向き、頂部、底部、上方、下方、垂直、水平、時計回り、反時計回り）は、本開示についての読者の理解を助けるために、識別の目的で使用されているにすぎず、特に開示について位置、向き、又は使用に限定を与えるものではない。結合に関する言及（例えば、取り付けられる、結合される、接続される等）は、広義に解釈されるべきであり、要素の接続間の中間部材、及び要素間の相対的な動きを含んでもよい。このように、結合に関する言及は、２つの要素が直接的に接続され、互いに対して固定された関係にあることを必ずしも意味するものではない。

上記の説明に含まれた、又は添付図面に示されたすべての事項は、限定的なものとしてではなく、単に例示的なものとして解釈されるべきであることが意図されている。添付の特許請求の範囲で定義されている発明の趣旨から逸脱することなく、細部または構造に変更を加えてよい。
以下の項目は、国際出願時の特許請求の範囲に記載の要素である。
［項目１］
心臓活性化波面の局所伝導速度を計算する方法であって、
多電極カテーテルを使用して複数の電気生理学的（「ＥＰ」）データポイントを収集するステップであって、前記複数のＥＰデータポイントの各々のＥＰデータポイントは、位置データと局所活性化時間（「ＬＡＴ」）データを含む、ステップと、
前記複数のＥＰデータポイントから、ＥＰデータポイントを選択するステップと、
前記選択されたＥＰデータポイントと、前記複数のＥＰデータポイントから少なくとも２つの追加のＥＰデータポイントとを含むＥＰデータポイントの近傍を画定するステップと、
前記ＥＰデータポイントの近傍内の前記ＥＰデータポイントの位置を使用して、位置平面を画定するステップと、
前記ＥＰデータポイントの近傍内の前記ＥＰデータポイントのＬＡＴを使用して、ＬＡＴ平面を画定するステップと、
前記位置平面と前記ＬＡＴ平面が交差する場合に、前記位置平面と前記ＬＡＴ平面の交差部から、前記選択されたＥＰデータポイントに対する伝導速度を計算するステップと、
を備える、方法。
［項目２］
前記複数のＥＰデータポイントから、ＥＰデータポイントを選択するステップと、
前記選択されたＥＰデータポイントと、前記複数のＥＰデータポイントから少なくとも２つの追加のＥＰデータポイントとを含むＥＰデータポイントの近傍を画定するステップと、
前記ＥＰデータポイントの近傍内の前記ＥＰデータポイントの位置を使用して、位置平面を画定するステップと、
前記ＥＰデータポイントの近傍内の前記ＥＰデータポイントのＬＡＴを使用して、ＬＡＴ平面を画定するステップと、
前記位置平面と前記ＬＡＴ平面が交差する場合に、前記位置平面と前記ＬＡＴ平面の交差部から、前記選択されたＥＰデータポイントに対する伝導速度を計算するステップと、
を複数回繰り返すステップをさらに備え、これによって複数の伝導速度を計算する、項目１に記載の方法。
［項目３］
前記複数の伝導速度の三次元グラフィック表示を出力するステップをさらに備える、項目２に記載の方法。
［項目４］
前記複数の伝導速度の前記三次元グラフィック表示は、心臓の少なくとも一部の三次元モデル上で、均一なグリッド内に配置される複数の伝導速度ベクトルアイコンを含む、項目３に記載の方法。
［項目５］
前記複数のＥＰデータポイントに対するＬＡＴは、安定した基準電極における活性化に対して計算される、項目１に記載の方法。
［項目６］
前記複数のＥＰデータポイントに対するＬＡＴは、前記多電極カテーテルによって携行される電極における活性化に対して計算される、項目１に記載の方法。
［項目７］
前記位置平面と前記ＬＡＴ平面の交差部から、前記選択されたＥＰデータポイントに対する伝導速度を計算するステップは、
前記選択されたＥＰデータポイントに対する複数の伝導速度成分を計算するステップであって、前記複数の伝導速度成分の各々は、時間区間の複数の活性化ウィンドウのうち１つの活性化ウィンドウ中の伝導速度に対応する、ステップと、
前記複数の伝導速度成分から、前記選択されたＥＰデータポイントに対する前記時間区間を通しての合成伝導速度を計算するステップと、
を備える、項目１に記載の方法。
［項目８］
前記選択されたＥＰデータポイントに対する複数の伝導速度成分を計算するステップは、
前記多電極カテーテルによって携行される電極を基準電極として選択するステップであって、前記基準電極は、関連する基準電気生理学的信号を有する、ステップと、
基準生理学的信号内で、複数の活性化を検出するステップと、
複数の活性化ウィンドウを検出するステップであって、前記複数の活性化ウィンドウの各々が、検出された複数の活性化のうちの１つを含む、ステップと、
前記複数の活性化ウィンドウの各々に対して、
前記選択されたＥＰデータポイントに対する前記位置平面と前記ＬＡＴ平面を画定するステップと、
前記選択されたＥＰデータポイントに対する前記位置平面と前記ＬＡＴ平面の前記交差部から、前記選択されたＥＰデータポイントに対する伝導速度成分を計算するステップと、を備え、
その結果、前記選択されたＥＰデータポイントに対する前記複数の伝導速度成分を計算する、項目７に記載の方法。
［項目９］
前記多電極カテーテルによって携行される電極を基準電極として選択するステップは、前記時間区間内で最大数の活性化を有する、前記多電極カテーテルによって携行される電極を前記基準電極として選択するステップを備える、項目８に記載の方法。
［項目１０］
前記複数の伝導速度成分から、前記選択されたＥＰデータポイントに対する前記時間区間を通しての合成伝導速度を計算するステップは、前記複数の伝導速度成分の平均を計算するステップを備える、項目７に記載の方法。
［項目１１］
前記複数の伝導速度成分から、前記選択されたＥＰデータポイントに対する前記時間区間を通しての合成伝導速度を計算するステップは、前記複数の伝導速度成分から、主要な伝導速度を決定するステップを備える、項目７に記載の方法。
［項目１２］
前記選択されたＥＰデータポイントに対する伝導速度一致指数を計算するステップをさらに備え、
前記伝導速度一致指数は、前記選択されたＥＰデータポイントに対する前記伝導速度成分の方向の一貫性度合いを示す、項目７に記載の方法。
［項目１３］
前記伝導速度一致指数は、前記合成伝導速度の絶対値の大きさと前記伝導速度成分の平均絶対値の大きさの比を備える、項目１２に記載の方法。
［項目１４］
前記伝導速度一致指数は、前記合成伝導速度の絶対値の大きさと前記伝導速度成分の平均の絶対値の大きさの比を備える、項目１２に記載の方法。
［項目１５］
前記伝導速度一致指数は、前記伝導速度成分と前記合成伝導速度の正規化された平均ドット積を備える、項目１２に記載の方法。
［項目１６］
前記伝導速度一致指数は、重み係数を備える、項目１２に記載の方法。
［項目１７］
前記ＥＰデータポイントの近傍内の前記ＥＰデータポイントの位置を使用して、位置平面を画定するステップは、前記ＥＰデータポイントの近傍内における前記ＥＰデータポイントの位置の最小二乗適合から、前記位置平面を画定することを備える、項目１に記載の方法。
［項目１８］
前記ＥＰデータポイントの近傍内の前記ＥＰデータポイントのＬＡＴを使用して、ＬＡＴ平面を画定するステップは、
前記ＥＰデータポイントの近傍内の前記ＥＰデータポイントの各々に対して、疑似ＥＰデータポイントを画定するステップであって、各疑似ＥＰデータポイントに対する座標のセットは、前記位置平面内の対応するＥＰデータポイントの位置と対応するデータポイントに対するＬＡＴによって与えられる、ステップと、
前記疑似ＥＰデータポイントの位置の最小二乗適合から、前記ＬＡＴ平面を画定するステップと、を備える、項目１７に記載の方法。
［項目１９］
心臓活性化波面の局所伝導速度を計算するためのシステムであって、
多電極カテーテルを使用して収集される複数の電気生理学的（「ＥＰ」）データポイントを入力として受信するように構成される伝導速度プロセッサであって、前記複数のＥＰデータポイントの各々のＥＰデータポイントは、位置と局所活性化時間（「ＬＡＴ」）を有しており、前記複数のＥＰデータポイントのうち選択されたＥＰデータポイントに対して、
前記選択されたＥＰデータポイントと、前記複数のＥＰデータポイントから少なくとも２つの追加のＥＰデータポイントとを含むＥＰデータポイントの近傍を画定し、
前記ＥＰデータポイントの近傍内の前記ＥＰデータポイントの位置を使用して、位置平面を画定し、
前記ＥＰデータポイントの近傍内の前記ＥＰデータポイントのＬＡＴを使用して、ＬＡＴ平面を画定し、
前記位置平面と前記ＬＡＴ平面が交差する場合に、前記位置平面と前記ＬＡＴ平面の交差部から、伝導速度を計算するように構成される、前記伝導速度プロセッサと、
前記伝導速度プロセッサによって計算された複数の伝導速度の三次元グラフィック表示を生成するように構成されるマッピングプロセッサと、
を備える、システム。
［項目２０］
複数の電気生理学的（「ＥＰ」）データポイントから、心臓活性化波面の局所伝導速度を計算する方法であって、
複数のＥＰデータポイントから、ＥＰデータポイントを選択するステップと、
前記選択されたＥＰデータポイントと、前記複数のＥＰデータポイントから少なくとも２つの追加のＥＰデータ点とを含むＥＰデータポイントの近傍を画定するステップと、
前記ＥＰデータポイントの近傍内の前記ＥＰデータポイントの位置を使用して、位置平面を画定するステップと、
前記ＥＰデータポイントの近傍内の前記ＥＰデータポイントのＬＡＴを使用して、ＬＡＴ平面を画定するステップと、
前記位置平面と前記ＬＡＴ平面が交差する場合に、前記位置平面と前記ＬＡＴ平面の交差部から、前記選択されたＥＰデータポイントに対して伝導速度を計算するステップと、
を備える、方法。

Claims (17)

1. 心臓活性化波面の局所伝導速度を計算するためのシステムであって、前記システムは、
   多電極カテーテルを使用して収集される複数の電気生理学的（「ＥＰ」）データポイントを入力として受信するように構成される伝導速度プロセッサであって、前記複数のＥＰデータポイントの各々のＥＰデータポイントは、位置と局所活性化時間（「ＬＡＴ」）を有しており、前記複数のＥＰデータポイントのうち選択されたＥＰデータポイントに対して、
   前記選択されたＥＰデータポイントと、前記複数のＥＰデータポイントから少なくとも２つの追加のＥＰデータポイントとを含むＥＰデータポイントの近傍を画定し、
   前記ＥＰデータポイントの近傍内の前記ＥＰデータポイントの位置を使用して、位置平面を画定し、
   前記ＥＰデータポイントの近傍内の前記ＥＰデータポイントのＬＡＴを使用して、ＬＡＴ平面を画定し、
   前記位置平面と前記ＬＡＴ平面が交差する場合に、前記位置平面と前記ＬＡＴ平面の交差部から、伝導速度を計算するように構成される、前記伝導速度プロセッサと、
   前記伝導速度プロセッサによって計算された複数の伝導速度の三次元グラフィック表示を生成するように構成されるマッピングプロセッサと、
   を備える、システム。
2. 前記複数の伝導速度の前記三次元グラフィック表示は、心臓の少なくとも一部の三次元モデル上で、均一なグリッド内に配置される複数の伝導速度ベクトルアイコンを含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記複数のＥＰデータポイントに対するＬＡＴは、前記伝導速度プロセッサによって、安定した基準電極における活性化に対して計算される、請求項１に記載のシステム。
4. 前記複数のＥＰデータポイントに対するＬＡＴは、前記伝導速度プロセッサによって、前記多電極カテーテルによって携行される電極における活性化に対して計算される、請求項１に記載のシステム。
5. 前記位置平面と前記ＬＡＴ平面の交差部から、前記選択されたＥＰデータポイントに対する伝導速度を計算することにおいて、前記伝導速度プロセッサは、
   前記選択されたＥＰデータポイントに対する複数の伝導速度成分を計算するように構成され、前記複数の伝導速度成分の各々は、時間区間の複数の活性化ウィンドウのうち１つの活性化ウィンドウ中の伝導速度に対応し、
   前記複数の伝導速度成分から、前記選択されたＥＰデータポイントに対する前記時間区間を通しての合成伝導速度を計算するように構成される、請求項１に記載のシステム。
6. 前記選択されたＥＰデータポイントに対する複数の伝導速度成分を計算することにおいて、前記伝導速度プロセッサは、
   前記多電極カテーテルによって携行される電極を関連する基準電気生理学的信号を有する基準電極として選択し、
   前記基準生理学的信号内で、複数の活性化を検出し、
   複数の活性化ウィンドウの各々が検出された前記複数の活性化のうちの１つを含む前記複数の活性化ウィンドウを検出するように構成されており、
   前記複数の活性化ウィンドウの各々に対して、前記伝導速度プロセッサは、
   前記選択されたＥＰデータポイントに対する前記位置平面と前記ＬＡＴ平面を画定し、
   前記選択されたＥＰデータポイントに対する前記位置平面と前記ＬＡＴ平面の前記交差部から、前記選択されたＥＰデータポイントに対する前記伝導速度成分を計算するように構成されており、
   その結果、前記選択されたＥＰデータポイントに対する前記複数の伝導速度成分を計算する、請求項５に記載のシステム。
7. 前記伝導速度プロセッサは、前記時間区間内で最大数の活性化を有する、前記多電極カテーテルによって携行される電極を前記基準電極として選択するように構成される、請求項６に記載のシステム。
8. 前記複数の伝導速度成分から、前記選択されたＥＰデータポイントに対する前記時間区間を通しての合成伝導速度を計算することにおいて、前記伝導速度プロセッサは、前記複数の伝導速度成分の平均を計算するように構成される、請求項５に記載のシステム。
9. 前記複数の伝導速度成分から、前記選択されたＥＰデータポイントに対する前記時間区間を通しての合成伝導速度を計算することにおいて、前記伝導速度プロセッサは、前記複数の伝導速度成分から、主要な伝導速度を決定するように構成される、請求項５に記載のシステム。
10. 前記伝導速度プロセッサは、前記選択されたＥＰデータポイントに対する伝導速度一致指数を計算するように構成され、
    前記伝導速度一致指数は、前記選択されたＥＰデータポイントに対する前記伝導速度成分の方向の一貫性度合いを示す、請求項５に記載のシステム。
11. 前記伝導速度一致指数は、前記合成伝導速度の絶対値の大きさと前記伝導速度成分の平均絶対値の大きさの比を備える、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記伝導速度一致指数は、前記合成伝導速度の絶対値の大きさと前記伝導速度成分の平均の絶対値の大きさの比を備える、請求項１０に記載のシステム。
13. 前記伝導速度一致指数は、前記伝導速度成分と前記合成伝導速度の正規化された平均ドット積を備える、請求項１０に記載のシステム。
14. 前記伝導速度一致指数は、重み係数を備える、請求項１０に記載のシステム。
15. 前記ＥＰデータポイントの近傍内の前記ＥＰデータポイントの位置を使用して、位置平面を画定することにおいて、前記伝導速度プロセッサは、前記ＥＰデータポイントの近傍内における前記ＥＰデータポイントの位置の最小二乗適合から、前記位置平面を画定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
16. 前記ＥＰデータポイントの近傍内の前記ＥＰデータポイントのＬＡＴを使用して、ＬＡＴ平面を画定することにおいて、前記伝導速度プロセッサは、
    前記ＥＰデータポイントの近傍内の前記ＥＰデータポイントの各々に対して、疑似ＥＰデータポイントを画定するように構成されており、各疑似ＥＰデータポイントに対する座標のセットは、前記位置平面内の対応するＥＰデータポイントの位置と対応するデータポイントに対するＬＡＴによって与えられ、
    前記疑似ＥＰデータポイントの位置の最小二乗適合から、前記ＬＡＴ平面を画定するように構成される、請求項１５に記載のシステム。
17. 心臓活性化波面の局所伝導速度を計算するためのシステムの作動方法であって、前記方法は、
    多電極カテーテルから複数の電気生理学的（「ＥＰ」）データポイントを受信するステップであって、前記複数のＥＰデータポイントの各々のＥＰデータポイントは、位置データと局所活性化時間（「ＬＡＴ」）データを含む、ステップと、
    前記複数のＥＰデータポイントから、ＥＰデータポイントを選択するステップと、
    前記選択されたＥＰデータポイントと、前記複数のＥＰデータポイントから少なくとも２つの追加のＥＰデータポイントとを含むＥＰデータポイントの近傍を画定するステップと、
    前記ＥＰデータポイントの近傍内の前記ＥＰデータポイントの位置を使用して、位置平面を画定するステップと、
    前記ＥＰデータポイントの近傍内の前記ＥＰデータポイントのＬＡＴを使用して、ＬＡＴ平面を画定するステップと、
    前記位置平面と前記ＬＡＴ平面が交差する場合に、前記位置平面と前記ＬＡＴ平面の交差部から、前記選択されたＥＰデータポイントに対する伝導速度を計算するステップと、
    を備える、システムの作動方法。

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