JP6802445B2 - 心筋興奮判別装置および心筋興奮判別装置の作動方法 - Google Patents

心筋興奮判別装置および心筋興奮判別装置の作動方法 Download PDF

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Description

本発明は、心筋の興奮の種別を判別する心筋興奮判別装置に関するものである。
一般に、心房細動とは、心臓の心房が痙攣して心臓本来の正しい動きができなくなる不整脈のことをいう。心房細動が発生すると、心房内に血液が滞り血栓が発生しやすくなるため、脳梗塞などのリスクが高まってしまう。
そこで、従来、心房細動等の不整脈が発生した場合、心臓カテーテルを用いてその原因となる異常部位を選択的に焼灼（アブレーション）して治療することが知られている。この治療を行うには、アブレーションする位置を正確に同定することが重要となる。例えば、下記の特許文献１〜２には、心臓カテーテルの電極から測定された心内心電図に対して演算処理を行うことで、心筋の興奮状態を示す可視化データを作成し、その可視化データからアブレーションする位置を同定する技術が提案されている。
特表２０１３−５２３３４４号公報 米国特許出願公開第２０１４／００８８３９５号明細書
心房細動中の心筋興奮の状態は、その状態の変化のパターンによって、例えば幾つかの代表的な興奮動態と称される種別に大別される。
従来技術では、医療従事者は、可視化データに基づいて可視化された心筋の状態を目視で観察することによって、心筋の興奮動態の種別を判別しなければならなかった。しかしながら、心房細動中の心筋の状態は刻々と不規則に変化する性質のものであり、また、その変化が目視では捉えきれない速さの場合もあり、目視による判別が難しい場合があった。
そこで、本発明は、心房細動中の心筋の興奮動態の判別を支援することが可能な、心筋興奮判別装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の心筋興奮判別装置は、
複数の電極を有する記録ユニットにより記録された被検者の心内心電図を取得する取得部と、
前記心内心電図に基づいて、心筋の興奮状態を表す可視化データを生成するための演算を行う演算部と、
前記可視化データに基づいて心筋の興奮動態の種別を判別する判別部と、
を備える。
この構成によれば、可視化データに基づいて心房細動中の心筋の興奮動態の種別が自動的に判別される。このため、医療従事者は、自動判別の結果を参考にして、心筋の興奮動態の種別を判断することができる。このように、上記構成によれば、心房細動中の心筋の興奮動態の判別を支援することが可能な、心筋興奮判別装置を提供することができる。
本発明の心筋興奮判別装置によれば、心房細動中の心筋の興奮動態の判別を支援することができる。
本発明の実施形態１に係る心筋興奮判別装置の概要図である。 （ａ）〜（ｃ）は、代表的な種別の心筋の興奮動態を示す図である。 心房内に留置したカテーテルを示す概要図である。 （ａ）は各電極で取得した心内心電図波形の一例を示す模式図であり、（ｂ）は取得した心内心電図をグリッド上に配置した模式図である。 （ａ）は擬似的な活動電位波形の生成工程を説明する図、（ｂ）は拍の検出工程を説明する図である。 （ａ）は先行拡張期時間と活動電位持続時間を示す図、（ｂ）は先行拡張期時間と活動電位持続時間の関係を示すグラフ、（ｃ）は拍の検出条件を示す図である。 （ａ）は最初の拍の検出工程を説明する図、（ｂ）は二番目以降の拍の検出工程を説明する図である。 擬似的な活動電位波形をグリッド上に配置した模式図である。 （ａ），（ｂ）は仮想電極を計算するための図、（ｃ）は周囲の電極から仮想電極の活動電位波形を補完してグリッド上に配置した模式図である。 （ａ）は拍の高さを補正する工程を説明する図、（ｂ）は活動電位波形をグリッド上に配置した模式図である。 （ａ）は活動電位波形に対して位相をシフトさせたシフト波形を示す図、（ｂ）は活動電位波形とシフト波形をグリッド上に配置した模式図である。 （ａ）はその他のグリッドの補完波形を空間補間技術を使用して計算するための説明図、（ｂ）は補完した活動電位波形とシフト波形とをグリッド上に配置した模式図である。 各グリッドに描かれた相図を示す模式図である。 グリッドに描画する色を説明する図であり、（ａ）は描画に用いる色を示す図、（ｂ）は活動電位波形の各部分をサンプル毎に色で定義した図、（ｃ）は各サンプルの角度情報を示した図である。 （ａ）は各グリッドで１サンプル毎に色を描画した模式図、（ｂ）は１つのグリッドにおける１サンプル目〜Ｘサンプル目の色を描画した図、（ｃ）は１サンプル目〜Ｘサンプル目までの可視化データを表した図である。 位相特異点の検出方法を説明するための図である。 可視化データを構成するフレームに含まれる興奮グリッド数を示す図である。 心筋の興奮動態の種別を判別するための図である。 モニター画面に表示された可視化データと興奮動態の種別との一例を示す図である。 本発明の実施形態２に係る心筋興奮判別装置の概要図である。 活動電位波形を生成するための活動電位単位波形を示す図である。 心内心電図波形から心筋興奮の波形を検出する手順を示す図である。 活動電位単位波形の先行拡張期時間と活動電位持続時間との関係を示すグラフである。 心内心電図波形に活動電位単位波形を当てはめて表示した図である。 心内心電図波形に対する活動電位単位波形の表示位置を説明する図である。
以下、本実施形態の一例について、図面を参照して説明する。
（実施形態１）
図１に示すように、実施形態１に係る心筋興奮判別装置１は、取得部２と、演算部３と、判別部４と、表示部５とを備えている。心筋興奮判別装置１は、例えばカテーテル検査装置における一機能を実行するための装置として用いられる。
取得部２は、複数の電極を有する記録ユニット（例えば心臓カテーテル）Ａで記録された被検者の心内心電図を取得する。
演算部３は、取得部２で取得された心内心電図に対して、被検者の心筋の興奮状態を可視化するための演算を行う。演算部３は、第一生成部１１と、第一補完部１２と、補正部１３と、第二生成部１４と、第二補完部１５と、第三生成部１６と、検出部１７とを備えている。
第一生成部１１は、取得部２で取得された複数の心内心電図に対して擬似的な活動電位波形をそれぞれ生成する。
第一補完部１２は、心房内の心筋において、挿入した心臓カテーテルＡの電極が配置されていない位置、すなわち複数の電極がそれぞれ配置されている中で周囲の電極との距離が大きく空いている位置に仮想の電極（仮想電極）を定義する。第一補完部１２は、仮想電極の周囲の電極に対して生成されている擬似的な活動電位波形に基づいて、仮想電極に対する擬似的な活動電位波形を補完する。
補正部１３は、第一生成部１１及び第一補完部１２から出力された擬似的な活動電位波形に含まれるノイズ成分を除去し、各拍の振幅を揃える補正を行う。以下、実施形態１では、補正後の活動電位波形のことを単に活動電位波形と称する。
第二生成部１４は、補正部１３から出力された活動電位波形について、活動電位波形に対して時相が所定時間だけシフトされたシフト波形を生成する。
第二補完部１５は、心臓カテーテルＡの電極及び仮想電極が配置されていない位置、すなわち各電極と周囲の電極との距離が空いている位置に対して、周囲の電極について生成されている活動電位波形及びシフト波形に基づいて、活動電位波形及びシフト波形を補完する。
第三生成部１６は、補正部１３から出力された活動電位波形と第二生成部１４から出力されたシフト波形、及び第二補完部１５から出力された活動電位波形とシフト波形に基づいて、相図（Phase Portrait）を作成する。また、第三生成部１６は、相図に基づいて位相を算出し、心筋の興奮状態を表す可視化データ（Phase Map）を生成する。可視化データとは、心筋の興奮電位を可視化したフレームのことをいう。心筋細胞の膜電位には電気的な興奮が起こり、これが心臓を収縮させる働きをする。この興奮収縮現象は活動電位によって引き起こされている。活動電位とは細胞内へのNa+の流入で起こる脱分極と、Ca2+やK+の流入や流出で起こる再分極とによる心筋細胞の興奮反応のことをいう。
検出部１７は、第三生成部１６で生成された可視化データにおける位相特異点（Phase Singularity）、すなわち心房壁上の細動の原因部位（Rotor）を検出する。
判別部４は、可視化データに基づいて、心筋の興奮動態の種別を判別する。判別部４は、可視化データに含まれる所定のデータ数を算出するための算出部１８を有する。心筋の興奮動態の種別を判別するための可視化データは、所定の時間単位毎のフレームで構成されている。算出部１８は、所定の時間単位毎のフレームに含まれている所定のグリッドの総数を可視化データに含まれる所定のデータ数として算出する。判別部４は、算出部１８によって算出された所定のグリッド数と、検出部１７によって検出された位相特異点の数とに基づいて、心筋の興奮動態の種別を判別する。
表示部５は、演算部３の第三生成部１６から出力された可視化データに基づいて、被検者の心筋の興奮状態及び判別された興奮動態の種別を表示する。表示部５は、例えばタッチパネル式の液晶モニター画面で構成されている。
心筋の興奮動態の種別とは、心房細動が発生している心筋状態の変化のパターンを意味する。心筋の興奮動態の種別は、例えば図２（ａ）に示すようなＭＲ（Meandering Rotor）と、図２（ｂ）に示すようなＰＡ（Passive Activation）と、図２（ｃ）に示すようなＭＷ（Multiple Wavelets）とに大別される。ＭＲは、位相特異点の周りを興奮波が回転している状態のことをいう。ＰＡは、興奮波が波及している状態のことをいう。ＭＷは、複数の位相特異点が同時に存在する状態のことをいう。
次に、図３〜図１９を参照して、心筋興奮判別装置１の動作について説明する。
図３に示すように、先ず、複数の電極Ｂを有する心臓カテーテルＡが、被検者の心房内に挿入されて留置される。
図４（ａ）に示すように、心臓カテーテルＡの電極Ｂにより複数（本例では１０個）の心内心電図波形２１ａ〜２１ｊ（以下、総称する場合は心内心電図波形２１と称する）が記録される。記録された心内心電図波形２１は、取得部２に取得される。
図４（ｂ）に示すように、第一生成部１１は、心臓カテーテルＡが留置された心房内の所定領域を例えば四角形のフレーム２２で表し、フレーム２２を複数のグリッド２３に区分する。なお、図４（ｂ）の模式図では、説明の便宜上、７×７＝４９個のグリッドとするが、実際には、数万以上のグリッドに区分されている。心房内に配置された心臓カテーテルＡの位置に合わせて各電極Ｂの位置がフレームにおける対応するグリッド上に配置され、各々の心内心電図波形２１ａ〜２１ｊが各グリッド２３上にそれぞれ配置される。
図５（ａ）に示すように、第一生成部１１は、各々の心内心電図波形２１を全波整流して全波整流波形２４を作成する。また、第一生成部１１は、全波整流波形２４に移動平均処理を施して擬似的な活動電位波形２５を作成する。
また、図５（ｂ）に示すように、第一生成部１１は、擬似的な活動電位波形２５と心内心電図波形２１とに基づいて、擬似的な活動電位波形２５における心筋の拡張期を示す拍の候補（拍候補）２８を検出する。具体的には、先ず、第一生成部１１は、擬似的な活動電位波形２５において、各凸部分２６の前後３７msec（図６（ａ），（ｂ）で後述）の期間内に、より大きな部分が存在しない凸部分２６を検出する。続いて、第一生成部１１は、心内心電図波形２１において、凸部分２６と同位相であり、かつ所定の条件（図６（ｃ）で後述）を満たす拍２７を検出する。第一生成部１１は、凸部分２６が所定の条件を満たす拍２７を含む場合、その凸部分２６を心筋の拡張期を示す拍候補２８として検出する。図５（ｂ）では４つの拍候補２８が検出されている。
図６（ａ）は、心筋の活動電位波形に含まれる単位波形の理想モデルを示す。図５（ａ）において、活動電位持続時間（ＡＰＤ：Action Potential Duration）は、心筋の活動電位の脱分極相の開始から再分極相の終了までの時間を示し、心筋の不応期に相当する。また、先行拡張期時間（ＤＩ：Diastolic Interval）は、ＡＰＤが終了してから次のＡＰＤが開始するまでの時間を示し、心筋の興奮可能な静止期に相当する。ＡＰＤとＤＩとを足し合わせた期間をサイクルレングス(ＣＬ：Cycle Length)という。単位波形の理想モデルにおけるＤＩとＡＰＤとの関係は、コンピュータシミュレーションによって、例えば図６（ｂ）のグラフのように予め求められている。上述の期間３７msecは、グラフに示されるように最短のＡＰＤ（最短ＡＰＤ）を基準に決められている。また、上述の拍２７の所定の条件は、図６（ｃ）に示すように、拍２７の横幅ｗが設定値以下で、縦幅ｈが設定値以上であることと設定されている。
続いて、図７（ａ）に示すように、第一生成部１１は、最初の拍候補２８ａから最短のＣＬに存在する全ての拍候補（本例では拍候補２８ａ，２８ｂ）の頂点の高さを比較する。第一生成部１１は、頂点が最も高い拍候補２８ａを一番目の拍２９Ａとして検出する。なお、最短のＣＬは、図６（ｂ）のグラフから最短のＡＰＤである３７msecと最短のＤＩである８０msecとを足し合わせて、１１７msecとなる。
続いて、図７（ｂ）に示すように、第一生成部１１は、図７（ａ）で比較した拍候補２８ａ，２８ｂの次の拍候補２８ｃから最短のＣＬに存在する全ての拍候補（本例では拍候補２８ｃ、２８ｄ）の頂点の高さを比較する。第一生成部１１は、頂点が最も高い拍候補２８ｄを二番目の拍２９Ｂとして検出する。同様にして、第一生成部１１は、心内心電図波形２１ａ〜２１ｊに基づき作成した擬似的な活動電位波形２５ａ〜２５ｊからそれぞれ拍を検出する。
拍２９Ａ，２９Ｂ等が検出された擬似的な活動電位波形２５ａ〜２５ｊが各グリッド２３上に配置される（図８参照）。
続いて、第一補完部１２は、フレーム２２上に配置された図８に示す擬似的な活動電位波形２５ａ〜２５ｊの位置に基づいて、擬似的な活動電位波形２５が配置されていない位置に仮想電極を定義する。仮想電極は、図９（ａ），（ｂ）に示すように、周囲の複数（本例では４点）の電極に基づいて定義される。図９（ａ）では、電極８ａ〜８ｄの位置データに基づいて、仮想電極８ｅの位置が設定されている。さらに図９（ｂ）では、仮想電極８ｅと電極８ａ，８ｂ，８ｆとに基づいて、別の仮想電極８ｇの位置が設定されている。第一補完部１２は、同様の手法で仮想電極８ｉ，８ｋ，８ｍの位置を設定する。
第一補完部１２は、定義された仮想電極８ｅ，８ｇ，８ｉ，８ｋ，８ｍ等に対する擬似的な活動電位波形２５を、周囲の電極に対して生成されている擬似的な活動電位波形に基づいて補完する。補完された例えば擬似的な活動電位波形２５ｋは、仮想電極が設けられている位置のグリッド２３上に配置される（図９（ｃ）参照）。
続いて、図１０（ａ）に示すように、補正部１３は、擬似的な活動電位波形２５から活動電位波形３０を作成する。具体的には、補正部１３は、先ず、擬似的な活動電位波形２５の一番目の拍２９Ａに最短ＡＰＤ（３７msec）を当てはめる。続いて、一番目の拍２９Ａの頂点から二番目の拍２９Ｂの頂点までのＣＬを求める。ＣＬから最短ＡＰＤを減算してＤＩの値を求める（ＤＩ＝ＣＬ−最短ＡＰＤ）。続いて、求めたＤＩの値に対するＡＰＤの値を図６（ｂ）のグラフから求める。求められたＡＰＤの値が二番目の拍２９ＢのＡＰＤ２の値となる。同様にして、三番目以降における拍２９のＡＰＤの値を求める。
続いて、補正部１３は、各拍２９Ａ，２９Ｂ等に補正係数を乗算することにより、拍の高さ（振幅）を補正して一定に揃える。補正係数は、定数を各拍２９Ａ，２９Ｂ等の高さで除算して求める（補正係数＝定数／拍２９の頂点の高さ）。補正部１３は、擬似的な活動電位波形２５における拍２９Ａ，２９Ｂ等以外の例えば拍候補２８ｂ、２８ｃ等を補正により除去する。これにより、高さＨの等しい拍３１Ａ，３１Ｂ等を有する活動電位波形３０が各擬似的な活動電位波形２５に対してそれぞれ作成される。補正されたそれぞれの活動電位波形３０ａ〜３０ｋは、電極及び仮想電極が設けられている位置のグリッド２３上に配置される（図１０（ｂ）参照）。
続いて、第二生成部１４は、活動電位波形３０における拍３１Ａ，３１Ｂ等の平均ＡＰＤを算出し、図１１（ａ）に示すように、活動電位波形３０に対して時相を平均ＡＰＤの１／４だけシフトさせたシフト波形４０を生成する。活動電位波形３０ａ〜３０ｋとシフト波形４０ａ〜４０ｋはそれぞれ、電極及び仮想電極が設けられている位置のグリッド２３上に配置される（図１１（ｂ）参照）。なお、上記の時相のシフトは、Ｎ＋（１／４）（Ｎは０及び正の整数）とすることができる。
続いて、第二補完部１５は、フレーム２２上において活動電位波形３０とシフト波形４０が配置されていないグリッド２３（図１１（ｂ）参照）に、仮想の活動電位波形３５と仮想のシフト波形４５を補間する。第二補完部１５は、図１２（ａ）に示す空間補間技術を用いて、活動電位波形３５とシフト波形４５のデータを、周囲の活動電位波形３０とシフト波形４０のデータから算出する。図１２（ａ）において、Ｖ１〜Ｖ３は、電極及び仮想電極のグリッド２３における活動電位波形３０とシフト波形４０のデータを示し、Ｖ４〜Ｖ７は、活動電位波形３５とシフト波形４５のデータを示す。また、矢印は、Ｖ１〜Ｖ７が配置され、または配置される予定のグリッドにおける、近いグリッド間の距離を示す。一例として、それぞれのグリッド間の距離が１として示されている。
活動電位波形３５とシフト波形４５のデータは、それらが配置されるグリッドに近い、活動電位波形３０とシフト波形４０が配置されている二つのグリッドの活動電位波形３０とシフト波形４０のデータから、空間補間技術により、上記二つのグリッドのデータ及び二つのグリッドとの距離を用いて所定の演算式により算出される。例えば、Ｖ４の活動電位波形３５とシフト波形４５は、Ｖ１及びＶ２のそれぞれのデータと、Ｖ１−Ｖ４間及びＶ２−Ｖ４間の距離ｍ、１−ｍにより算出される。なお、Ｖ７は、上記のようにして算出されたＶ６と、活動電位波形３０及びシフト波形４０が配置されているグリッドのデータＶ１とから算出されている。このようにして求められたそれぞれの活動電位波形３５とシフト波形４５は、補完される各グリッド２３上に配置する（図１２（ｂ）参照）。
続いて、第三生成部１６は、活動電位波形３０，３５とシフト波形４０，４５が配置された各グリッド２３において活動電位の状態を得るために、各々の活動電位波形３０，３５とシフト波形４０，４５に基づいて、図１３に示すように、相図（Phase Portrait）５０をそれぞれ作成する。相図は、活動電位波形の電位とシフト波形の電位とを二次元に置き換えることで作成することができる。
第三生成部１６は、活動電位の状態を色で表現するために、各グリッド２３に色を描画する。各グリッド２３の色は、それぞれ作成された相図のサンプル毎に決定される。第三生成部１６は、図１４（ａ）に示される複数の色（本例では１６色）を用いて各グリッド２３を描画する。第三生成部１６は、活動電位波形３０，３５の単位波形において、例えば活動電位部分が暖色系、静止膜部分が寒色系となるように定義する（図１４（ｂ）参照）。また、第三生成部１６は、活動電位の時間的変化が速い領域Ｃでは隣り合うサンプル５１間で色の変化が小さくなり、遅い領域Ｄでは色の変化が大きくなるように定義する。第三生成部１６は、図１４（ｃ）に示すように、二次元に置き換えて表示した相図の中心部から各サンプル５１の角度情報を求めることにより、活動電位の状態を１６段階の色で表現する。
第三生成部１６は、図１５（ａ）、（ｂ）に示すような、各グリッド２３で１サンプル毎に決定されたそれぞれの色を各グリッド２３において連続的に描画する。各グリッド２３において１サンプル目からＸサンプル目までの色を連続的に描画すると、例えば図１５（ｃ）に示すような連続する可視化データ５２が生成される。
続いて、検出部１７は、図１６に示すように、フレーム２２上から所定数（本例では３×３）のグリッド２３で構成される第一グリッド集合６０を抽出する。また、検出部１７は、第一グリッド集合６０を中心とし、第一グリッド集合６０より多い数（本例では９×９）のグリッド２３で構成される第二グリッド集合６１を抽出する。検出部１７は、第一グリッド集合６０において隣接する各グリッド（ＡグリッドからＨグリッド）の色差の合計が所定値以上であるか算出する。具体的には（ＡとＢの色差）＋（ＢとＣの色差）＋・・・＋（ＨとＡの色差）を算出する。さらに、検出部１７は、第二グリッド集合６１内に１６色の全てが含まれているか算出する。両方の要件を満たす場合、検出部１７は、第一グリッド集合６０の中心を心筋の興奮状態の旋回の中心である位相特異点６２として検出する。
続いて、判別部４は、第三生成部１６で生成された可視化データにおいて、各フレームに含まれる興奮グリッド数を算出部１８により順次算出する。興奮グリッドとは、心筋の興奮状態を示すグリッドを意味し、Ｒ＝255を示す暖色系の色に描画されたグリッドのことをいう（図１４（ａ）の範囲８０参照）。算出部１８で算出された各フレームの興奮グリッド数は、例えば図１７におけるグラフ８１のように示される。さらに、判別部４は、算出部１８により、所定時間内のフレーム（例えば、１５個のフレーム）に含まれる興奮グリッド数の移動平均を順次算出する。移動平均された興奮グリッド数は、例えば図１７及び図１８のグラフ８２のように示される。
判別部４は、興奮グリッド数の平均値を算出し、算出した平均の興奮グリッド数を基準としてプラス、マイナスの閾値を設定する。平均の興奮グリッド数は図１８において例えば平均値８３のように示され、プラス、マイナスの閾値は図１８において例えば閾値８４ａ，８４ｂのように示される。判別部４は、移動平均された興奮グリッド数が閾値８４ａ，８４ｂを超えているか否かを判定し、閾値を超えている場合には心筋の興奮動態がＰＡであると判別する。図１８に示すグラフ８２では、移動平均された興奮グリッド数が例えば範囲８５において閾値８４ａ，８４ｂを超えており、この時間帯における心筋の興奮動態がＰＡと判別される。なお、移動平均された興奮グリッド数が閾値を超えている場合、さらに、各フレームにおける興奮グリッドの位置を特定することにより、興奮波が、心臓カテーテルＡの領域内で発生したか、領域外で発生したかが判別されるようにしても良い。このようにすることにより、心筋の興奮状態ＰＡが、さらに２つに分割される。
判別部４は、移動平均された興奮グリッド数が閾値８４ａ，８４ｂを超えていない場合（例えば、図１８における範囲８６，８７のような場合）、検出部１７で検出されたフレームの位相特異点６２の数に基づいて心筋の興奮動態の種別を判別する。判別部４は、フレームの位相特異点の総数が複数存在する場合には、心筋の興奮動態がＭＷであると判別し、複数存在しない場合には、心筋の興奮動態がＭＲであると判別する。
表示部５には、可視化データを時系列で連続的に表示して動画とすることで、図１９に示すように、被検者の心筋の興奮状態が変化していく様子がリアルタイムで表示される。また、表示部５には、心筋の興奮状態の変化に対応して、心筋の興奮動態の判別結果が、例えば各種別を表す色や文字を用いた表示態様で種別表示領域９０に逐次表示される。図１９における種別表示領域９０は、判定結果がＭＲであったことを示している。なお、例えば、Meandering Rotor＝１００％、Passive Activation＝０％、Multiple Wavelets＝０％のように、興奮動態の種別毎にそれぞれの割合が表示されるようにしても良い。
なお、解析に十分な拍情報を有する波形が心臓カテーテルＡの電極Ｂから得られない場合、可視化データの精度を維持するため、その電極Ｂに関連するグリッド２３を可視化データの描画から除外するようにしても良い。その場合、十分な拍情報であるか否かをサイクルレングス（Cycle Length）値を用いて判断しても良い。
ところで、従来、医療従事者が心筋の興奮動態の種別を判別する場合、心筋の興奮状態を示す可視化データを作成し、その可視化データに基づいて興奮動態の種別を目視で判別している。しかしながら、心房細動中の心筋は、例えば１分間に３００回程度の振動を発生させる場合もあり、そのように高速で変化する心筋のデータから興奮動態を目視で正確に判別することは困難である。そこで、従来、心筋の興奮状態を観察する際には、実測された可視化データの変化の速度を例えば1／10倍の速度に遅くしている場合がある。また、一つの心臓カテーテルで取得できる可視化データは、心房内の一部分のデータに限定されるため、一度の測定では、目視で判別するための十分なデータを得ることはできない。そこで、判別精度を高めるために心房内の複数の部位からデータを取得することが必要である。このように、従来の方法では、心筋の興奮動態の種別を判別するには多くの時間が必要であった。
これに対し、本実施形態の心筋興奮判別装置１によれば、可視化データに含まれる興奮グリッドの総数に基づいて、心房細動中の心筋の興奮動態の種別が自動的に判別される。また、さらに、位相特異点の総数に基づいて、心房細動中の心筋の興奮動態の種別が自動的に判別される。このため、医療従事者は、自動判別の結果を参考にすることにより、心筋の興奮動態の種別の判別を、従来のような目視による判別の場合と比較して、より正確かつ短時間で実施することができる。また、複数のパラメータ（興奮グリッドの総数と位相特異点の総数）に基づいて判別することにより、代表的な興奮動態の種別であるMeandering Rotorと、Passive Activationと、Multiple Waveletsとを自動的に判別することができる。
また、心筋の興奮状態の変化を表す動画と共に、自動判別の結果（種別）が興奮状態の変化と対応するように所定時間毎に表示部５に表示される。このため、医療従事者は、心筋の興奮動態の種別自体や種別の変化の様子を把握しやすくなる。また、興奮動態の種別毎の割合が表示されるようにした場合、動画を最後まで確認する必要がない場合もある。
このように、上記構成によれば、心房細動中の心筋の興奮動態の判別を支援することが可能な、心筋興奮判別装置を提供することができる。
（実施形態２）
次に実施形態２について説明する。以下、実施形態１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
図２０に示すように、実施形態２に係る心筋興奮判別装置１００は、取得部２と、演算部３Ａと、記憶部１１０と、判別部４と、表示部５とを備えている。演算部３は、第一生成部１１１と、第一補完部１２と、第二生成部１４と、第二補完部１５と、第三生成部１６と、検出部１７とを備えている。
記憶部１１０は、例えば図２１に示すような、予め生成された複数の活動電位単位波形１２０を記憶している。活動電位単位波形１２０は、コンピュータシミュレーションによって導き出された構造的リモデリング下のヒト心房筋の活動電位波形に時間的な移動平均処理を施したものである。なお、構造的リモデリングとは、心房筋の病的状態において現れる解剖組織学的変化のことである。活動電位単位波形１２０は、心筋の活動電位波形に含まれる単位波形の理想モデルと比較して、始点１２１から頂点１２２にかけての立ち上がりが緩やかである（立ち上がり角度θが小さい）。記憶部１１０は、第一生成部１１１に接続されている。
第一生成部１１１は、取得部２で取得された複数の心内心電図の各々に対して、活動電位単位波形１２０を用いて擬似的な活動電位波形を生成する。以下、実施形態２では、擬似的な活動電位波形２５のことを単に活動電位波形２５とも称する。
第二生成部１４は、第一生成部１１１及び第一補完部１２から出力される活動電位波形について、活動電位波形に対して時相が所定時間だけシフトされたシフト波形を生成する。
第三生成部１６は、第一生成部１１１及び第一補完部１２から出力された活動電位波形と、第二生成部１４から出力されたシフト波形と、第二補完部１５から出力された活動電位波形及びシフト波形とに基づいて、相図（Phase Portrait）を作成する。また、第三生成部１６は、相図に基づいて位相を算出し、心筋の興奮状態を表す可視化データ（Phase Map）を生成する。
なお、取得部２、第一補完部１２、第二補完部１５、検出部１７、判別部４、表示部５は、上記実施形態１における各部と同様の構成を有する。
次に、心筋興奮判別装置１００の動作について説明する。
心臓カテーテルＡによって記録された心内心電図波形２１ａ〜２１ｊが、各グリッド２３上にそれぞれ配置されるまでの動作は、上記実施形態１における図４（ｂ）までの動作の説明と同様である。
続いて、第一生成部１１は、記録された各心内心電図波形２１ａ〜２１ｊに対して、活動電位単位波形１２０を用いることにより活動電位波形２５を生成する。
活動電位波形２５を生成するために、第一生成部１１は、先ず、記録された心内心電図波形２１の中から、例えば図２２に示すように、所定の条件に適合する拍を心筋興奮の候補波形として検出する。具体的には、例えば、拍の横幅wが１０msec以下で、縦幅ｈが０.１mV以上の条件に適合する拍を検出する（横幅wと縦幅hについては、図６（ｃ）参照）。図２２に示される心内心電図波形２１の場合、この条件を満たす拍として、破線四角形１３１から１３７に含まれている７個の拍が心筋興奮の候補波形として検出される。
第一生成部１１は、続いて、検出された心筋興奮の候補波形の中から、さらに所定の条件に適合する拍を心筋興奮の波形として検出する。具体的には、第一生成部１１は、心筋興奮の候補波形を基準として、他の心筋興奮の候補波形を検索する検索期間と、他の心筋興奮の候補波形を検索しない検索除外期間とを設定する。この場合、検索期間（例えば、４９msec）は、検索除外期間（例えば、５０msec）よりも短い時間に設定される。
第一生成部１１は、図２２に示すように、心内心電図波形２１において、最初に破線四角形１３１に含まれる拍を心筋興奮の候補波形として検出する。第一生成部１１は、検出した心筋興奮の候補波形の頂点（○印１３１ａ）から検索期間（４９msec）経過後の□印１３１ｂまでの間に他の心筋興奮の候補波形（破線四角形に含まれる波形）が存在するか検索する。本例の場合、この検索期間に他の心筋興奮の候補波形は存在しない。このため、本例では、破線四角形１３１に含まれる拍が最初の心筋興奮の波形として検出される。第一生成部１１は、検出した心筋興奮の波形の頂点（○印１３１ａ）から５０msec経過後の△印１３１ｃまでの間を、他の心筋興奮の候補波形を検出しない検出除外期間とする。
第一生成部１１は、検出除外期間の後（△印１３１ｃ以後）において、破線四角形１３２に含まれる拍を次の心筋興奮の候補波形として検出する。第一生成部１１は、上記と同様に、検出した心筋興奮の候補波形の頂点（○印１３２ａ）から検索期間経過後の□印１３２ｂまでの間に他の心筋興奮の候補波形が存在するか検索する。本例の場合、破線四角形１３３に含まれる拍が他の心筋興奮の候補波形として検出される。第一生成部１１は、検出された２つの心筋興奮の候補波形（破線四角形１３２と１３３に含まれる拍）の振幅（Ｐ−Ｐ値）を比較して、大きい振幅を有する候補波形を心筋興奮の波形として検出する。本例では、破線四角形１３３に含まれる拍が心筋興奮の波形として検出される。第一生成部１１は、検出した心筋興奮の波形の頂点（○印１３３ａ）から５０msec経過後の△印１３３ｃまでの間を、上記と同様に検出除外期間とする。なお、心筋興奮の波形として検出されなかった破線四角形１３２の拍は、活動電位波形２５を生成するための波形から除外される。
以上のような検出処理が繰り返し行われることにより、図２２に示す心内心電図波形２１の場合、破線四角形１３１，１３３，１３４，１３６，１３７に含まれる拍が心筋興奮の波形として検出される。
第一生成部１１は、続いて、検出された心筋興奮の各波形間（各単位波形間）の時間間隔を検出する。具体的には、破線四角形１３１に含まれる拍の頂点（○印１３１ａ）と破線四角形１３３に含まれる拍の頂点（○印１３３ａ）との間の時間間隔Ｔ１を検出する。同様に、○印１３３ａと○印１３４ａ間の時間間隔Ｔ２、○印１３４ａと○印１３６ａ間の時間間隔Ｔ３、及び○印１３６ａと○印１３７ａ間の時間間隔Ｔ４をそれぞれ検出する。
活動電位単位波形１２０を用いて活動電位波形２５を生成するに際し、検出された心筋興奮の波形間の時間間隔Ｔ１〜Ｔ４が、生成される活動電位波形２５に含まれる各単位波形（以下、単位活動電位波形と称する。）のＣＬ１〜ＣＬ４にそれぞれ対応するとして計算される。
第一生成部１１は、最初の心筋興奮の波形（破線四角形１３１に含まれる拍）に対して生成される単位活動電位波形のＡＰＤ値として、図２３のグラフに示される最短ＡＰＤ（４１msec）を当てはめる。第一生成部１１は、ＣＬ１（Ｔ１）から最短ＡＰＤを減算してＤＩ１の値を求め（ＤＩ１＝ＣＬ１−最短ＡＰＤ）、求められたＤＩ１の値に対するＡＰＤの値を図２３のグラフから求める。求められたこのＡＰＤの値が、二番目の心筋興奮の波形（破線四角形１３３に含まれる拍）に対して生成される単位活動電位波形のＡＰＤ２の値となる。
同様にして、三番目以降の心筋興奮の波形に対して生成される単位活動電位波形の各ＡＰＤ（ＡＰＤ３，ＡＰＤ４等）の値が求められる。
第一生成部１１は、続いて、求められた各ＡＰＤの値に基づいて、活動電位波形２５を生成する際に使用する活動電位単位波形を図２１の活動電位単位波形１２０の中から選択する。具体的には、図２１の各活動電位単位波形１２０において−５３mvを示す２点間（例えば、ｔ１−ｔ２間）の時間間隔を各活動電位単位波形１２０のＡＰＤの値として、上記のように求められた各ＡＰＤ（ＡＰＤ１，ＡＰＤ２，・・・）の値に近似するＡＰＤの値を有する活動電位単位波形１２０を順次選択する。
選択された各活動電位単位波形１２０は、活動電位波形２５を生成する各波形として、心内心電図波形２１に対応して図２４のように表示される。なお、心内心電図波形２１に対する各活動電位単位波形１２０の表示位置は、図２５に示すような位置となる。例えば、心内心電図波形２１を全波整流して全波整流波形２４を作成し、全波整流波形２４に移動平均処理を施して活動電位波形２５を作成したとき、活動電位波形２５の頂点２５Ｐの時相が、活動電位単位波形１２０の始点１２１の位置となる。
第一生成部１１は、同様にして、心内心電図波形２１ａ〜２１ｊに対する活動電位波形２５ａ〜２５ｊをそれぞれ生成する。
続いて、第一補完部１２は、上記実施形態１と同様に、仮想電極の位置を設定するとともに、設定した仮想電極に対する活動電位波形２５ｋ等を補完する。
なお、実施形態２では、活動電位単位波形を用いているため、上記実施形態１のような補正部による活動電位波形の振幅を揃える補正は行っていない。
続いて、第二生成部１４は、各単位活動電位波形のＡＰＤ（ＡＰＤ３，ＡＰＤ４等）の値における平均ＡＰＤを算出し、上記実施形態１と同様に、シフト波形４０ａ〜４０ｋを生成する。活動電位波形２５ａ〜２５ｋとシフト波形４０ａ〜４０ｋはそれぞれ、電極及び仮想電極が設けられている位置のグリッド２３上に配置される（図１１（ｂ）参照）。
なお、これ以降における、第二補完部１５、第三生成部１６、検出部１７、判別部４（算出部１８を含む）、及び表示部５の処理動作は、上記実施形態１と同様である。
上記のような構成の心筋興奮判別装置１００においても実施形態１と同様の効果を奏する。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所等は、本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
例えば、上記の実施形態では、活動電位波形とシフト波形とを用いて相図及び可視化データを作成し、その可視化データに基づいて心筋の興奮動態の種別を判別している。しかし、この構成に限定されず、例えば心内心電図に対してヒルベルト変換を行って相図及び可視化データを作成し、その可視化データに基づいて心筋の興奮動態の種別を判別するようにしても良い。
１，１００：心筋興奮判別装置、２：取得部、３，３Ａ：演算部、４：判別部、５：表示部、１１，１１１：第一生成部、１２：第一補完部、１３：補正部、１４：第二生成部、１５：第二補完部、１６：第三生成部、１７：検出部、１８：算出部、２１：心内心電図波形、２２：フレーム、２３：グリッド、２５：擬似的な活動電位波形、３０，３５：活動電位波形、４０，４５：シフト波形、５０：相図、５２：可視化データ、６０：第一グリッド集合、６１：第二グリッド集合、６２：位相特異点、１１０：記憶部、１２０：活動電位単位波形、１２１：始点、１２２：頂点

Claims (3)

  1. 被検者の心内心電図を取得する取得部と、
    前記心内心電図に基づいて、心筋の興奮状態を表す可視化データを生成するための演算を行う演算部と、
    前記可視化データに基づいて心筋の興奮動態の種別を判別する判別部と、
    を備え、
    前記可視化データは、所定の時間単位毎のフレームで構成され、前記フレームの各々は、複数のグリッドで構成され、
    前記判別部は、前記フレームを構成する前記複数のグリッドのうち、心筋の興奮状態を示す興奮グリッドの総数を算出する算出部を有するとともに、前記フレーム毎の前記興奮グリッドの総数に基づいて、心筋の興奮動態の種別を判別するように構成され、
    さらに、
    前記演算部は、前記可視化データに基づいて、前記フレーム毎に、心筋の興奮状態の旋回の中心を表す位相特異点を検出する検出部を有し、
    前記判別部は、前記フレーム毎に、前記興奮グリッドの総数と前記位相特異点の総数とに基づいて、心筋の興奮動態の種別を判別する、
    心筋興奮判別装置。
  2. さらに、
    前記判別部により判別された前記興奮動態の種別を表示する表示部を備える、
    請求項１に記載の心筋興奮判別装置。
  3. 演算部が、心内心電図に基づいて、心筋の興奮状態を表す可視化データを生成するための演算を行う演算工程と、
    判別部が、前記可視化データに基づいて心筋の興奮動態の種別を判別する判別工程と、
    を含み、
    前記可視化データは、所定の時間単位毎のフレームで構成され、前記フレームの各々は、複数のグリッドで構成されており、
    前記判別工程は、前記フレームを構成する前記複数のグリッドのうち、心筋の興奮状態を示す興奮グリッドの総数を算出する算出工程を有し、前記判別部が、前記フレーム毎の前記興奮グリッドの総数に基づいて、心筋の興奮動態の種別を判別するように構成され、
    さらに、
    前記演算工程は、前記可視化データに基づいて、前記フレーム毎に、心筋の興奮状態の旋回の中心を表す位相特異点を検出する工程を有し、
    前記判別工程は、前記フレーム毎に、前記興奮グリッドの総数と前記位相特異点の総数とに基づいて、心筋の興奮動態の種別を判別する、
    心筋興奮判別装置の作動方法。
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