JP6543690B2

JP6543690B2 - 経食道心エコー法のための食道心電図

Info

Publication number: JP6543690B2
Application number: JP2017503982A
Authority: JP
Inventors: リチャードイーグレッグ
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2014-08-07
Filing date: 2015-07-30
Publication date: 2019-07-10
Anticipated expiration: 2035-07-30
Also published as: EP3177203A1; JP2017526414A; US10716537B2; WO2016020800A1; US20170215840A1; EP3177203B1

Description

本発明は、概して、経食道心エコー法（「ＴＥＥ」）に関する。本発明は、特に、ＴＥＥプロシージャの超音波スキャニング及び画像再構成の見地における改善のための食道心電図（「ＥＣＧ」）に関する。

当分野において知られているＴＥＥは、高周波音波（すなわち超音波）を用いて心臓の高解像度画像を生成するプロシージャである。例えば、図１に示される心臓Ｈ及び食道Ｅの矢状平面ビュー１０において、超音波トランスデューサ２１を有するＴＥＥプローブ２０は、患者の開いた口に通され、更に患者の咽喉、及び患者の食道Ｅへと通される。心臓Ｈの左心房ＬＡ、右心房ＲＡ、左心室ＬＶ及び右心室ＲＶに対する食道Ｅの近接性のため、心腔及び心臓弁の非常に鮮明な超音波画像が、当分野において知られている超音波マシン４０によって生成されることができる。実際、食道Ｅは、心臓Ｈの左心房ＬＡと右心房ＲＡの間に及びそれらの後ろに位置するが、図１は、ＴＥＥプローブ２０の明確さのため、食道Ｅが、心房ＬＡ及びＲＡから間隔をおいて配置されていることを示していることに留意されたい。

当分野において知られているＥＣＧは、患者の心臓に対する電極の戦略的な配置によって患者の心腔の電気活動を記録するプロシージャである。標準の非侵襲ＥＣＧの場合、当分野において知られているように、表面電極が、患者の胸部領域の皮膚表面上の良好に確立された解剖学的ランドマークに従って、戦略的に配置される。しかしながら、表面電極の不利益は、（１）表面ＥＣＧの心房成分の貧弱な信号対雑音比、（２）より大きい心室成分によるＥＣＧの心房成分のマスキング、及び（３）心室興奮と比較した心房ＥＣＧアクティベーションの変化する位相であり、通常のＥＣＧゲーティングは、心房の高解像度シネループを妨げる。

プローブが患者の胸部領域の皮膚表面に配置される標準の心エコーの場合、侵襲性ＥＣＧが、患者の開いた口に通され、患者の咽喉及び患者の食道へ進められる「ピル」電極の形で実現されることができる。ピル電極は、難しい心房不整脈を診断するために利用され、その理由は、心房信号が、それが食道から心房の近くで測定されるとき、非常に強くはっきりしているからである。しかしながら、このプロシージャは、ストリング上のピルを嚥下し、それを引き出す不都合及び不快さの性質のため、一般には使用されない。更に、ピル電極の適用は、ＥＣＧ記録及びペーシングに制限される。

本発明は、ＴＥＥプローブが、高解像度心エコーの場合、すでに心臓に近いところにおいて食道に対する密接な物理的結合を有しており、ＴＥＥプローブからの強い心房ＥＣＧ信号が、超音波イメージングのためのさまざまな新しいアプリケーションを容易にすることを認識する。例えば、心房ＥＣＧ信号単独で、心房不整脈のさまざまな形（例えば心房細動、心房粗動及び心房頻拍）について自動化された検出及びアラーム出力を容易にする。更なる例によれば、ここでも強い心房ＥＣＧ信号を使用して、超音波の心房ゲーティングが可能であり、これは、高い心房レート不整脈の間、速く動く心房のシネループを与える。

本発明の１つの形態は、（１）超音波トランスデューサ及び１又は複数の心房電極を有するＴＥＥプローブ、（２）１又は複数の心室電極、（３）ＥＣＧマシン、及び（４）超音波マシン、を用いる医療イメージングシステムである。動作中、ＴＥＥプローブは、患者の心臓に隣接して、患者の食道内に位置付けられ、超音波トランスデューサが、患者の心臓をスキャンし、ＴＥＥプローブ上の各々の心房電極が、患者の心臓の心房による電気活動を主に表わす心房心電図信号を生成する。

（１又は複数の）心室電極が、患者の表面胸部領域に取り付けられ、各々の心室電極は、患者の心臓の心室による電気活動を主に表わす心室信号を生成する。

ＥＣＧマシンは、患者の心腔の示された電気活動から、患者の心臓の心電図波形を生成し、更に、心電図波形の周期的な心臓位相期間を示す心臓ゲーティング信号を生成する。

患者の心臓の超音波スキャニング及び心臓ゲーティング信号の生成から、超音波マシンは、心電図波形の周期的な心臓位相期間の時間セグメント又は全体を含む患者の心臓の超音波画像を再構成する。

例えば、ＥＣＧマシンは、心電図波形の正常心房位相（例えばｐ波トリガ）又は心電図波形の正常心室位相（例えばＱＲＳ群トリガ）から心臓ゲーティング信号を導き出すことができ、心臓ゲーティング信号は、心電図波形の周期的な心臓位相期間の時間セグメント又は全体にわたる、超音波トランスデューサによる患者の心臓の超音波スキャニング及び／又は患者の心臓の画像再構成の、超音波マシンによる制御をトリガする。

同時に又は代替として、ＥＣＧマシンは、心電図波形の心房不整脈の心房位相のＥＣＧマシンによる検出から、心臓ゲーティング信号（例えば心房細動、心房粗動及び心房頻拍に関する心房ＥＣＧゲーティング）を導き出すことができ、心臓ゲーティング信号は、心電図波形の周期的な心臓位相期間の時間セグメント又は全体にわたる、超音波トランスデューサによる患者の心臓の超音波スキャニング及び／又は患者の心臓の画像再構成の、超音波マシンによる制御をトリガする。この心房ＥＣＧゲーティングは、（ａ）心房及び心室の活動が重なっている、（ｂ）心房及び心室のレートが異なっている、又は（ｃ）心房及び心室の活動の間の位相が変化する、という任意の不整脈の心房イメージングに有用であることに留意されたい。特に、心房粗動のような心房不整脈の場合、各心室サイクルごとに複数の心房サイクルがあり、心房及び心室の活動が時間的に完全に重なっている。多くの場合、心室サイクル当たりの心房サイクルの数が変化する。

本発明の上述の形態及び他の形態並びに本発明のさまざまな特徴及び利点は、添付の図面に関連して理解される本発明のさまざまな実施形態の以下の詳細な説明から一層明らかになる。詳細な説明及び図面は、本発明を制限するものではなく、単に説明するものであり、本発明の範囲は、添付の請求項及びその等価なものによって規定される。

本発明による医療イメージングシステムの例示的な実施形態を示す図。本発明による例示的な心臓ゲーティングを示す図。本発明による例示的な心臓ゲーティングを示す図。本発明による例示的な心臓ゲーティングを示す図。本発明による例示的な心臓ゲーティングを示す図。本発明による心房電極の例示の実施形態を示す図。本発明による心房電極の例示の実施形態を示す図。本発明による心房電極の例示の実施形態を示す図。

本発明の目的において、構造上の語「経食道プローブ」、「超音波トランスデューサ」、「電極」、「ＥＣＧマシン」及び「超音波マシン」並びに同義の及び関連する語は、本発明の技術分野において知られているように広く解釈されることができる。

本発明の理解を容易にするために、本発明の例示的な実施形態は、図１に示すような本発明の医療イメージングシステムによって実現されるＴＥＥプロシージャの超音波スキャニング及び画像再構成の見地における改善のために、食道ＥＣＧに向けられており、図１に示す本発明の医療イメージングシステムは、（１）超音波トランスデューサ２１及びＸ個の心房電極２２（Ｘ≧１）を有するＴＥＥプローブ２０、（２）Ｙ個の心室電極２３（Ｙ≧１）、（３）ＥＣＧマシン３０、及び（４）超音波マシン４０、を有する。

図１を参照して、上述したように、ＴＥＥプロシージャは、ＴＥＥプローブ２０が、患者の開いた口に通され、患者の咽喉へ、そして患者の食道Ｅへ通されることを含む。心臓Ｈに対する食道Ｅの近接性のため、心臓Ｈの腔及び弁は、当分野において知られているように超音波トランスデューサ２１によって明確にスキャンされることができる。本発明によれば、ＴＥＥプロシージャは、ＴＥＥプローブ２０上への心房電極２２の新しい配置を含み、それにより、心房ＲＡ及びＬＡの電気活動が、心臓Ｈに対する食道Ｅの近接性のため、心房電極２２によって直接検知されることができる。

ＴＥＥプロシージャは、当分野において知られているように、患者の表面胸部領域上への心室電極２３の配置を含み、それにより、心室ＲＶ及びＬＶの電気活動が、当分野において知られているように心室電極２３によって直接検知されることができる。

各々の心房電極２２は、心房ＥＣＧ信号ＡＥを生成して、ＥＣＧマシン３０に伝達し、各々の心室電極２３は、心室ＥＣＧ信号ＶＥを生成して、ＥＣＧマシン３０に伝達し、それにより、ＥＣＧマシン３０は、当分野において知られているように、図示される正常ＥＣＧ波形３１のようなＥＣＧ波形を生成する。各々の心房ＥＣＧ信号ＡＥは、心臓Ｈの心房ＲＡ及びＬＡによる電気活動を主に示し、各々の心室ＥＣＧ信号ＶＥは、心臓Ｈの心室ＲＶ及びＬＶによる電気活動を主に示す。従って、ＥＣＧマシン３０によって生成される正常ＥＣＧ波形（例えば図示されるＥＣＧ波形３１）は、ＥＣＧ波形の心房位相（すなわち心房脱分極及び房室結節遅延）が、心房ＲＡ及びＬＡの直接的な検知から導き出される点において、及びＥＣＧ波形の心室位相（すなわち心房脱分極及び／又は心室再分極）が、心室ＲＶ及びＬＶの直接的な検知から導き出される点において、最善である。更に、ペースメーカが心室の電気活動ではなく心房の電気活動を強調する信号を取得するために異なる接続を使用するやり方と同様に、異常ＥＣＧ波形（図１に図示せず）の不整脈の心房位相の存在が、各々の心房ＥＣＧ信号ＡＥを通じて、より容易に検出される。

本発明のＥＣＧ信号ＡＥ及びＶＥの利点に基づく心臓ゲーティングの目的において、ＥＣＧマシン３０は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア及び／又は回路モジュールとして、心臓位相モニタ３２及び心房不整脈モニタ３３を、分離された形で又は既存のモジュール（例えば当分野において知られている自動ＥＣＧ解析ユニット）に統合される形で、組み込む。

心臓位相モニタ３２は、正常ＥＣＧ波形の各々の心房位相又は正常ＥＣＧ波形の各々の心室位相を検出するために、ＥＣＧ信号ＡＥ及びＶＥの一方又は両方を監視する。指定された（すなわち心房又は心室の）心臓位相の各々の検出から、心臓位相モニタ３２は、心臓位相信号ＣＰの形の心臓ゲーティング信号を生成して、超音波マシン４０に伝達する。

心房位相検出の場合、心臓位相モニタ３２は、正常ＥＣＧ波形の各心房位相を検出する際に、ＥＣＧ信号ＡＥ及びＶＥの両方を処理し、又は心房ＥＣＧ信号ＡＥのみを処理し、超音波マシン４０に対するスキャニング及び／又は画像再構成トリガ（例えばｐ波トリガ）として心臓位相信号ＣＰを伝達する。

心室位相検出の場合、心臓位相モニタ３２は、正常ＥＣＧ波形の各心室位相を検出する際に、ＥＣＧ信号ＡＥ及びＶＥの両方を処理し、又は心室ＥＣＧ信号ＶＥのみを処理し、超音波マシン４０に対するスキャニング及び／又は画像再構成トリガ（例えばＱＲＳ群トリガ）として心臓位相信号ＣＰを伝達する。

心房不整脈モニタ３３は、異常ＥＣＧ波形（例えば、心房細動、心房粗動及び心房頻拍）の心房不整脈位相の存在を検出するために、ＥＣＧ信号ＡＥ及びＶＥの一方又は両方を監視し、超音波マシン４０に不整脈アラーム信号ＡＡの形で心臓ゲーティング信号を伝達する。好適には、心房不整脈モニタ３３は、異常ＥＣＧ波形の心房不整脈位相の存在を検出する際に、心房ＥＣＧ信号ＡＥのみを監視する。

超音波マシン４０は、当分野において知られているような、超音波トランスデューサ２１による心臓Ｈのスキャニングを制御するスキャナ４２と、当分野において知られていような、超音波トランスデューサ２１から受信される超音波エコー信号ＵＳＥから心臓Ｈの超音波画像を画像再構成する画像再構成器４３と、を組み込む。実際、超音波トランスデューサ２１は、当分野において知られている任意のタイプの超音波トランスデューサ（例えば、２次元又は３次元、線形又は曲線、その他）でありえ、スキャナ４２及び画像再構成器４３は、超音波トランスデューサのタイプに応じて構造的に構成される。

本発明の目的において、スキャナ４２及び／又は画像再構成器４３は、心臓位相信号ＣＰによってトリガされる及び／又は不整脈アラーム信号ＡＡによってトリガされる、個々のスキャニング及び画像再構成タスクを実行するように構造的に構成される。

例えば、図２に示すように、スキャナ４２は、連続するスキャニング期間ＳＣＰにわたってスキャニングタスクを実行するように構造的に構成され、画像再構成器４３は、心房位相検出のための心臓位相信号ＣＰによってトリガされる又は不整脈アラーム信号ＡＡによってトリガされる周期的な画像再構成期間ＩＲＰの間、画像再構成タスクを実行するように構造的に構成される。正常ＥＣＧ波形３１ａの場合、画像再構成期間ＩＲＰは、心臓位相信号ＣＰによってトリガされる心房位相の部分（例えばｐ波のみ）又は全体を含む。異常ＥＣＧ波形３１ｂの場合、画像再構成期間ＩＲＰは、好適には、不整脈アラーム信号ＡＡによってトリガされる心房位相の全体を含む。この目的で、画像再構成器４３は、心房不整脈がモニタ３３（図１）によって検出されるときはいつでも、不整脈アラーム信号ＡＡが心臓位相信号ＣＰに優先するように、構造的に構成されることができる。

更に例示として、図３に示すように、スキャナ４２は、心房位相検出のために心臓位相信号ＣＰによってトリガされる又は不整脈アラーム信号ＡＡによってトリガされる周期的なスキャニング期間ＳＣＰの間、スキャニングタスクを実行するように構造的に構成され、画像再構成器４３は、スキャニング期間ＳＰと一致する周期的な画像再構成期間ＩＲＰの間、画像再構成タスクを実行するように構造的に構成される。正常ＥＣＧ波形３１ａの場合、スキャニング期間ＳＣＰ及び画像再構成期間ＩＲＰは、心臓位相信号ＣＰによってトリガされる心房位相の部分（例えばｐ波のみ）又は全体を含む。異常ＥＣＧ波形３１ｂの場合、画像スキャニング期間ＳＣＰ及び再構成期間ＩＲＰは、好適には、不整脈アラーム信号ＡＡによってトリガされる心房位相の全体を含む。この目的で、スキャナ４２は、心房不整脈がモニタ３３（図１）によって検出されるときはいつでも、不整脈アラーム信号ＡＡが心臓位相信号ＣＰに優先するように、構造的に構成されることができる。

更なる例として、図４に示すように、心房粗動波形３１ｃは、心室サイクル（すなわちＴ波）ごとに、ＱＲＳ群の前に複数の心房サイクル（すなわちＦ波）を含む。この波形３１ｃの場合、心房電気活動及び心室電気活動は時間的に重なり合っており、心室サイクル当たりの心房サイクルの数が変化することができ、心房サイクルとＱＲＳ群の間の位相は、図示されるように、図４Ａと図４Ｂとの間で異なりうる。この目的で、スキャナ４２は、不整脈アラーム信号ＡＡによってトリガされる位相のスキャニングタスクを実行するように構造的に構成され、画像再構成器４３は、スキャニング位相と一致して画像再構成タスクを実行するように構造的に構成される。より具体的には、図４に示すように、６つの位相φは、当業者によって理解されるように（例えば、多くの心拍にわたって取得されるより小さいサブボリュームからより大きい３Ｄ超音波画像を構築することと同様に）、複数心房サイクルにわたる単一の長期間画像を構築して単一の完全な心房サイクルを示すための、各々の心房サイクルの変化するスライスである。

図２−図４の記述から、当業者は、実際に、スキャナ４２及び／又は画像再構成器４３は、多くのさまざまな動作モードにおいて個々のスキャニング及び画像再構成タスクを実行するように、心臓位相信号ＣＰによってトリガされる及び／又は不整脈アラーム信号ＡＡによってトリガされることができる。

図１に戻って参照すると、実際、各々の心房電極２２は、心臓Ｈの心房の電気活動を直接検知するのに適した構造形態を有することができる。例えば、各々の心房電極２２は、当分野において知られているリードの形を有することができ、又は、図５に示すようにＴＥＥプローブ２０の周囲に配置される電極リング２２ａでありうる。更に実際に、複数の心房電極２２が、心臓Ｈの心房の電気活動を直接検知するのに適した態様で、ＴＥＥプローブ２２上に配置されることができる。例えば、心房電極２２は、図６に示すように破線によって示されるＴＥＥプローブ２０の長手軸に平行な線形配置５０を有することができ、又は図７に示すようにＴＥＥプローブ２０の長手軸に対して垂直な円形配置５１を有することができる。

更に実際に、１対の心房電極２２、又は１対の心房電極２２及び心室電極２３が、バイポーラＥＣＧ信号を生成するために利用されることができる。このような対は、ＥＣＧマシン３０の心臓ゲーティングフィーチャを改善する。より具体的には、電極間のバイポーラ差は、バイポーラ電極対の物理軸に沿って信号振幅を改善し、異なるバイポーラ組み合わせは、心臓のさまざまな部分の信号振幅を改善するために使用されることができ、それにより、電気伝導は、バイポーラ電極対の方向に進む。これは、診断ＥＣＧのための複数のＥＣＧ電極の理由である。

図１−図７を参照して、当業者であれば、速く動く心房位相のシネループを表示するために心臓ゲーティングの目的で使用されることができるＴＥＥプロシージャの間の心房不整脈アラームを含む本発明の多くの利点を理解するであろう。例えば、図４を参照して、複数の心房サイクルにわたる心房脱分極の変化する位相における短いスキャン周期を通じて、心房脱分極の非常に高解像度の画像が生成されることができる。

本発明のさまざまな実施形態が図示され記述されているが、当業者によって、ここに記述される本発明の実施形態は例示であり、さまざまな変形及び変更が行われることができ、等価なものは、本発明の真の範囲を逸脱することなくその構成要素と置き換えられることができることが理解される。更に、多くの変更が、その中心範囲を逸脱することなく本発明の教示を適応させるために行われることができる。従って、本発明は、本発明を実施するために企図される最良の形態として開示される特定の実施形態に制限されず、本発明は、添付の特許請求の範囲に入るすべての実施形態を含むことが意図される。

Claims

患者の心臓を超音波イメージングするための医療イメージングシステムであって、
前記心臓に隣接する前記患者の食道に位置付けられる経食道プローブであって、前記心臓をスキャンするように動作可能な超音波トランスデューサを有し、前記経食道プローブが更に少なくとも１つの心房電極を有し、各心房電極が、前記心臓の心房による電気活動を主に示す心房心電図信号を生成する、経食道プローブと、
患者の表面胸部の領域に取り付けられる少なくとも１つの心室電極であって、各心室電極が、前記心臓の心室による電気活動を主に示す心室心電図信号を生成する、心室電極と、
前記少なくとも１つの心房電極によって生成される少なくとも１つの心房心電図信号及び前記少なくとも１つの心室電極によって生成される少なくとも１つの心室心電図信号に応じて、前記心臓の心電図波形を生成する心電図マシンであって、前記心電図マシンは更に、前記心電図波形の周期的な心臓位相期間を示す心臓ゲーティング信号を生成する、心電図マシンと、
前記超音波トランスデューサによる前記心臓の超音波スキャニング及び前記心電図マシンによって生成される前記心臓ゲーティング信号に応じて、前記心電図波形の前記周期的な心臓位相期間の少なくとも部分を含む前記心臓の少なくとも１つの超音波画像を再構成する超音波マシンと、
を有し、前記心電図マシンが、
前記心電図波形の正常心房位相から又は前記心電図波形の正常心室位相から、前記周期的な心臓位相期間を導出する心臓位相モニタ、
前記心電図波形の心房不整脈位相から前記周期的な心臓位相期間を導出する心房不整脈モニタ、及び
前記少なくとも１つの心房心電図信号のみから前記心電図波形の心房位相を導出する心臓位相モニタ、
のうち少なくとも１つを有する、医療イメージングシステム。
前記心電図マシンは、
前記経食道プローブが１対の心房電極を有する構成である場合に前記１対の心房電極から導き出されるバイポーラ信号に関して、又は
心房電極及び心室電極から導き出されるバイポーラ信号に関して、又は
前記少なくとも１つの心房電極及び前記少なくとも１つの心室電極の組み合わせから導き出される信号に関して、
前記心電図波形を生成する、請求項１に記載の医療イメージングシステム。
各心房電極が、前記経食道プローブ上に外的に配置されるリード電極であり、
前記経食道プローブは、前記経食道プローブの長手軸と平行な、複数の心房電極の配置を含み、又は、前記経食道プローブの長手軸に対し垂直な、複数の心房電極の配置を含む、請求項１に記載の医療イメージングシステム。
各心房電極は、前記経食道プローブの周りに外的に配されたリング電極である、請求項１に記載の医療イメージングシステム。
前記超音波マシンは、周期的なスキャニング期間中、前記超音波トランスデューサによる前記心臓の超音波スキャニングを制御するスキャナを有し、前記スキャナは、前記周期的な心臓位相期間から前記周期的なスキャニング期間を導き出す、請求項１に記載の医療イメージングシステム。
前記超音波マシンは、周期的な画像再構成期間中、前記心臓の超音波画像を画像再構成する画像再構成器を有し、前記画像再構成器は、前記周期的な心臓位相期間から前記周期的な画像再構成期間を導き出す、請求項１に記載の医療イメージングシステム。
前記画像再構成器は、より大きい３次元超音波シネループがより小さいサブボリュームから作られるように、前記周期的な画像再構成期間を導き出す、請求項６に記載の医療イメージングシステム。