JP6914910B2 - ３次元マップにおいて峡部を特定するための方法およびシステム - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、３次元マッピングにおいて峡部を特定する方法およびシステムに関する。これは、例えば、心室頻脈の間の心リズムの乱れの分野において特に有用な用途を有する。

１９９０年代の開始以来、また急速なリズム障害に対する胸腔内アブレーション用に高周波エネルギーを使用し始めて以来、アブレーションの効能はすべてのリズム障害に徐々に拡大されてきた。

実際、介入的な心リズムの専門家はリズム障害を治療しているが、その機構はますます複雑になり、不整脈の背景因子を特定するために、アブレーションカテーテルの位置決めを正確に空間的に表す必要性に加えて、最終的に、空間的および時間的データを統合する必要性が付加されている。
磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）に関連する３Ｄマッピングシステムは、介入的な心リズムの専門家にとって非常に重要な手段を構成している。これらのシステムは、所与の患者に対して、「調整された」アブレーションが必要な複雑な不整脈の背景因子を特定するのに相当補助していることを表すものである。

これらのシステムによりなされる補助は、不整脈の背景因子を理解して空間的な指標を付けることだけでなく、アブレーションカテーテルを正確に配置することも関与する。進歩のもう１つの要素は、これらのシステムがクリーンな技術でＸ線を使用しないため、患者とさらに電気生理学チーム双方がＸ線に曝される時間を短縮することに関係する。

正常な機能では、心房は心室に心拍リズムをもたらしている。後者は、肺または身体の他の器官のいずれかに血液を出すために、心房から血液を受け取り、同期した様式で収縮する。心房レベルでの電気パルスにより、この収縮が可能になっている。心室頻脈は、心房からではなく、２つの心室のうちの１つの筋肉のレベルで電気パルスが発生するときに生じる。心室頻脈（ＶＴ）は、急速な不整脈、すなわち、例えば１８０拍／分超という心臓の非常に速い加速である。心臓はもはや満たされず、その時心臓のポンプは空のまま拍動する。この貧弱な機能は別の不整脈、すなわち心室細動に悪化することがあり、心室細動は成功裏に迅速に治療しなければ心停止に至る可能性がある。
心室頻脈の起源には、
−拡張期脱分極現象、
−局所的な再興奮現象、および
−リエントリ現象
という３つの基本的な機構があり得ると考えられており、後者が最も頻度が高い。

リエントリの概念は、遅い伝導領域が存在することを要する。

一般に、心室頻脈の間に記録された心電図（ＥＣＧ）を使用して診断が確立される。
ＥＣＧの目的は、心臓の全体的な電気的活動（心臓ベクトル）、つまり時間および空間における伝播を、いくつかのリード（電極対）で同時に収集することである。

リードは、記録中に存在する電極対に相応する。各リードは、心臓活性化のベクトルの、一方向性の画像を与える。この画像は、リードへのベクトルの投影に相応する。
標準的なＥＣＧは、１２〜１８リードに心臓の活動を記録する。これは、
・末梢のリード、および
・前胸部のリード
という２つのカテゴリに分かれる。

追跡は、最低限のものとして、１２のメインのリード、すなわち、順に、３つの標準リード（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ）、３つの単極肢リード（ａＶＲ、ａＶＬ、ａＶＦ）、およびＶ１からＶ６までの６つの前胸部のリードを含んでいなければならない。
１２誘導ＥＣＧは、各々がＰ波の隆起またはＱＲＳ群の急速な変化などの特定の形状を有する１２の曲線のセットである。
ＱＲＳ群は、心室の脱分極に対応する。平均持続時間は約０．０８秒である。

予防処置としては、不整脈が始まった場合に電気パルスを発生させるべく、患者に植込まれる自動除細動器を使用することができる。
危機の数を減らすために、薬の治療も実施することができる。
最後に、リエントリの機構に関連している不整脈が関与する場合には、高周波アブレーションを行うことが可能である。この場合、不整脈の背景因子を形成する、低伝導領域を含む心室内回路への障壁を作り出すように、燃焼により破壊するこの低伝導領域を特定することが課題である。峡部とも呼ばれるこの不整脈の背景因子は、患者が心室頻脈であれば、電気生理学的探査中に、判定することができるものである。これは、高周波数の流れによって端部が加熱されるプローブにより焼灼し、制限することができる。検査は、３次元心臓マッピングシステムにより補助される。この技法は、有効性は高いが、再発のリスクを排除できず、原則として除細動器の植込みを省略することができない。
この種の梗塞後の峡部アブレーション技術が公知であり、それは表面のＥＣＧが実施され、次に心室頻脈エピソードの間に記録された基準ＥＣＧと比較される。そのような技法は、Ｃｈｉｌｌｏｕらによる、Ｈｅａｒｔ Ｒｈｙｔｈｍ；２０１４ Ｆｅｂ；１１（２）：１７５−８１の、「Ｌｏｃａｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｉｓｔｈｍｕｓ ｏｆ ｐｏｓｔｉｎｆａｒｃｔ ｖｅｎｔｒｉｃｕｌａｒ ｔａｃｈｙｃａｒｄｉａ：ｔｈｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｐａｃｅ−ｍａｐｐｉｎｇ ｄｕｒｉｎｇ ｓｉｎｕｓ ｒｈｙｔｈｍ」という文献に記載されている。

本発明の目的は、峡部を迅速に判定するための新規の方法である。
本発明の別の目的は、特に心室頻脈の誘発されたエピソードに耐えることができない患者であっても、完全に予防的な方法で峡部を特定することである。

前述の目的の少なくとも１つは、
ａ）心腔の１セットの刺激点を相関させるステップであって、各刺激点は、例えば洞リズムにおいて、心室頻脈を除く、表面の心電図（ＥＣＧ）に続いて得られる一連の信号によって表されるステップと、
ｂ）上記の相関の結果と３Ｄマッピングにおける刺激点の３Ｄ座標とに基づいて流域線を特定するステップと、
ｃ）流域線を実質的に横切る３Ｄコリドーに基づいて峡部を判定するステップと
を実行するように構成された処理ユニットによって、心腔の３次元マッピングで峡部を特定する方法で達成される。
本発明は、
ａ）心腔の１セットの刺激点を相関させるステップであって、各刺激点は、例えば洞リズムにおいて、心室頻脈を除く、表面の心電図（ＥＣＧ）に続いて得られる一連の信号によって表されるステップと、
ｂ）上記の相関の結果と３Ｄマッピングにおける刺激点の３Ｄ座標とに基づいて流域線を特定するステップと、
を実行するように構成された処理ユニットによって、心腔の３次元マッピングで流域線を特定する方法に関するようにし得る。
「心室頻脈を除く」という表現は、当業者には明らかな表現であり、心室頻脈（ＶＴ）ではないベースのリズムに従ってＥＣＧが取得されることを意味する。ＶＴを除くリズムは、ほとんどの場合洞リズムの可能性があるが、心房細動、ペースメーカなどによって電気的に制御されるリズムでもあり得ることは、当業者に公知である。

流域線は、近接するもの同士の間の相関の急な変化に相応する。
本発明による方法では、一般に心室頻脈の心電図である基準心電図は使用しない。後者は時間がかかり患者を危険に曝すという欠点を有する。
異なる点の間を相関させることによって、相関レベル間の急な地理的変動を示すことが可能になり、この急な地理的変動領域は、電気伝導が非常に低い領域に相応する。
本発明によれば、刺激点は、心電図を得るために刺激される患者の心臓内の部位である。これらの点は、心腔の全ボリュームに亘ってランダムに選択することができるが、体系的に判定することもできる。

本発明の有利な特徴によれば、ステップａ）の前に、３Ｄマッピングでいくつかの重なり合うボリュームを構成するステップが実行される。これらのボリュームは、１セットの刺激点を含み、ステップａ）が、各ボリュームの刺激点の間で実行される。
このようにして、点の系統群が構成される。各系統群において、他のすべてに対する各点の相関係数、またはこれらの近接するものだけに対する各点の相関係数から、計算が実行される。点は、いくつかのボリュームまたは系統群の一部であることができ、そのため心腔全体の連続性を保証している。

本発明の有利な実施形態によれば、実施時間を節約するために、心腔のすべてを等しくは刺激しない。本発明によれば、好ましくは、ステップａ）およびステップｂ）の少なくとも１回の反復を実施することができる。各反復において、先の反復で特定された流域線の近くに新しい刺激点が追加される。このようにして、峡部を正確に特定することを可能にする領域である流域線の周りで、最大相関係数が計算される。他の領域には刺激点がほとんど含まれていない可能性がある。
反復して実行することで、最初に幅広い特定をし、次第に正確になることが可能になる。反復を停止する基準は、持続時間、刺激点の数、または所定の反復回数であり得る。

好ましくは、前述の信号は、表面のＥＣＧの１２のリードに対応することができる。

本発明の有利な実施形態によれば、相関させることは、前述の信号に由来するＱＲＳ群に対して実行される。この場合、第１のステップは、信号のＱＲＳ群を特定することであってもよい。これにより、計算の速度を向上させることができ、その結果、峡部を特定するための手順全体の速度が向上する。
特に、相関させることは、「テンプレートマッチング」と呼ばれるＢＡＲＤアルゴリズムまたは対応する図に従って実施することができる。この方法は、特に、Ｇｅｒｓｔｅｎｆｅｌｄ ＥＰらのＪ Ａｍ Ｃｏｌｌ Ｃａｒｄｉｏｌ ２００３；４１：２０４６−５３の文献「Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ａｎｄ Ｐａｃｅｄ １２−Ｌｅａｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ Ｄｕｒｉｎｇ Ｒｉｇｈｔ Ｖｅｎｔｒｉｃｕｌａｒ Ｏｕｔｆｌｏｗ Ｔｒａｃｔ Ｖｅｎｔｒｉｃｕｌａｒ Ｔａｃｈｙｃａｒｄｉａ」に記載されている。
これは、１２誘導ＥＣＧ群の形態を比較することに関与する。Ｂａｒｄ法は、２つの１２誘導心電図を客観的な基準で比較することを可能にする数値の計算を定める。

相関係数ＣＯＲＲは通常の方法で計算される。２つの完全に反対の波形の場合、相関係数はＣＯＲＲ＝−１である。２つの同一波形の場合、相関係数はＣＯＲＲ＝１である。各々が他方の領域の３分の１を含む、類似した形態の２つの波形は、相関係数ＣＯＲＲ＝１を有する。
１２誘導ＥＣＧ群のような複数の波形を比較する場合、式は

になる。
式中、ＸおよびＹは、比較される２つの信号を表すｎの長さのベクトルである。相関係数ＣＯＲＲは、一般に、完全に反対の波形の場合の−１から、同一の信号の場合の＋１まで変化する。

本発明の特徴によれば、ステップａ）は、さらに、これらの刺激点間の相関のレベルの関数として、刺激点の群を特定するためのステップを含む。
系統群の最初の分布は地理的分布のみである。この場合、相関係数のレベルが基準として用いられる。好都合なことに、同一の色で表示画面に１つおよび同じ群の１セットの刺激点を表示することによって、群を特定する。カラーコードを判定し、相互に高い相関係数を有する群を表示することが可能になる。これにより、視覚での容易な峡部の特定が可能になる。

本発明の別の態様によれば、心腔の３次元マッピングにおいて峡部を特定するためのシステムが提案され、このシステムは、
−身体のいくつかの点を刺激することによって心電図を生成するための心電計と、
−以下のステップ、
ａ）心腔の１セットの刺激点を相関させるステップであって、各刺激点は、心室頻脈を除く、表面の心電図（ＥＣＧ）に続いて得られる一連の信号によって表されるステップ、
ｂ）上記の相関の結果と３Ｄマッピングにおける刺激点の３Ｄ座標とに基づいて流域線を特定するステップ、
ｃ）流域線を実質的に横切る３Ｄコリドーに基づいて峡部を判定するステップ
を実行するよう構成される処理ユニットと
を含む。
さらに、このシステムは、アブレーションカテーテルを好都合にも含むことができる。

本発明の他の利点および特徴は、決して限定されない実施形態の詳細な説明および添付図面を検討することによって明らかになるであろう。
図１は、心室頻脈の場合の電気回路を示す心腔の３次元の表現である。
図２は、特定されるべき峡部を曝すリエントリの電気回路の簡素化した概略図である。
図３〜５は、心腔内の１セットの刺激点の概略図である。これらの異なる図面は、異なる刺激点間のペアの相関の異なる段階を示して、高度に相関する刺激点の間に群を形成することを可能にする密度のマップを構成している。
図６は、峡部を横切ってアブレーションをする領域の表示を伴う、心室頻脈回路を示す概略図である。
図７は、相関操作を経る２つの心電図の概略図である。
図８は、本発明による方法を実施するためのシステムの非常に簡素化した概略図である。

先行技術では、基準ＥＣＧを有するように心室頻脈エピソードを誘発することが時に必要であった。次いで、これを他の洞リズムＥＣＧ（正常心機能）と比較した。本発明では、時に人工的に誘発されるこのエピソードが回避される。実際、これは恒久的なペースメーカまたは除細動器を装備した患者にとっては複雑化する可能性がある。
本発明は、図１に見られるように、心臓の３次元表現を有することを可能にする３Ｄマッピングのシステムに関与する。特に、左心室１が、全体として区別されている。これは、先立つ梗塞の後遺症を呈している患者の、左心室の振幅のマッピングである。健全な領域は、マッピングに描かれた回路２の外に完全に現れ、梗塞の後遺症は完全にこの回路２内に現れている。

回路２は、図２にさらに明確に示されている。この回路は、頻脈のエピソード時の脱分極前部の経路を示す。すべての心室頻脈は、８の数字を形成する二様のループの形をなすリエントリ回路２により表すことができ、２つのループ３および４は、峡部を画定する障壁５および６の周りに逆方向で循環している脱分極前部のシートである。峡部は、マッピングされた不整脈の、不整脈背景因子を形成する中央の領域７である。
心室頻脈の治療は、峡部のアブレーションを行うことに相当する。より正確には、峡部の一部を高周波の波によって焼灼し、そこに裂け目を生じさせて、そのため脱分極波の伝播を妨げるようにする。
本発明は、特に、アブレーション領域を先行の心室頻脈ＥＣＧに頼らずに判定するという事実に関して優れている。
これを行うために、心腔のいくつかの点を刺激するために約１０秒間カテーテルが使用される。各刺激点で、１２誘導ＥＣＧが得られる。図２は、これらの点のランダムな分布を示している。図２〜図６に示されている回路２は先験的に知られていない。単に理解を促すために表されている。点の分布はランダムなこともあるが、例えば、表面またはボリュームを均一に覆うような、規則的な、特に既定の様式で得ることもある。したがって、分布は、均質であり得るか、生理学的基準の関数として定義できる。
第２のステップでは、地理的に近いいくつかの点をまとめて群化する。このように構成されたこれらの群は、重なり合っていてもよく、そのため１つの点は複数の群に属することができる。各群は、互いに地理的に近くにある点の系統群である。図３では、例えば４つの系統群１３、１４、１５および１６が見られる。
系統群の各対について相関係数を判定する。この目的のために、各刺激点に関連する１２のリードを考慮に入れながら、Ｂａｒｄ法を用いる。したがって、系統群１６に関して図４で非常に図式的に見られるように、異なる刺激点間の繋がりに関する、密度のマッピングが確立される。各系統群において、段階的に相関係数を判定することを可能にする技法を利用することができ、系統群のすべての対について必ずこの係数を計算するわけではない。
図７は、洞リズムにおける２つの点の刺激後に得られる、２つの心電図の２セットの信号が見られることを示す。先行技術とは異なり、先立つ心室頻脈に由来する基準ＥＣＧは今回使用しない。ＥＣＧは互いに、好ましくは系統群で、または一般的な方法で比較される。
次いで、実質的に同じ密度を有する点、すなわち上記で構成された系統群と独立して、強く共に繋がっている点が特定される。このようにして、群１７と１８について、図５に示すように、点の群が共に強く繋がっている。
図５には、流域線８が特定されている。すなわち、急な傾斜が注目される場所であり、２つの群１７と１８との間の本質的な相違である。これは、２つの隣接する群を分離する「断崖」として表すことができる。これは、流域線についての技法、または間の繋がりが最も弱い２つの隣接する群を検出することを可能にする任意の他の技法によって行われる。この断崖は低伝導領域に相応している。
理想的には、流域線８は焼いて消失させる領域である。図６において、峡部は、流域線８に対して実質的に垂直な領域である。峡部を分断するのを可能にするアブレーションは、流域線とは異なる任意の他の場所で行ってもよい。
正確に流域線を計算するのに刺激点が十分でない場合、示された領域（複数可）の周りの他の刺激点を取得して、確実に流域線を計算する。

図８は、本発明の実施を可能にするシステムを概略的に示す。少なくとも１つのマイクロプロセッサ、メモリスペース、外部周辺機器への通信カード、入出力コンポーネント、および表示手段を備えた処理ユニット９が見られる。この処理ユニットは、マッピング装置１０に接続され、この装置は一方の端部が患者の心腔の異なる部位に配置され得るカテーテル１１を備える。また、マッピング装置１０は、３Ｄマッピングを生成し、したがって１２誘導ＥＣＧを生成するための電極（図示せず）に接続される。
カテーテルは、心腔の任意の点を刺激することを可能にする。また、高周波アブレーションを実行することもできる。

３Ｄマッピングを生成するために、電磁放射線源が使用される。これは、患者が位置する診察台の下に位置する三角形のフレームの頂点に配置される。電磁センサの１つ（空間的な基準）が、皮膚用パッチに組み込まれる。これは、蛍光透視の下、患者の背中のレベルで、心陰影と反対側に位置する。他のセンサは、検査中にマッピングされる心腔の心内膜の表面のレベルで、異なる点に移動されるアブレーションカテーテルの遠位端のレベルに組み込まれる。このカテーテルの動きは、モニタ上で、リアルタイムで観察することができる。所与の心腔におけるカテーテルの新たな各位置において、その位置は、モニタ上に現れる点の形態で取得することができる。このようにして得られた点は、異なる点の間に仮想上の面を作成するコンピュータプログラムによって自動的に共に繋げられ、その累算により、マップされる心腔の心内膜の輪郭に正確に沿った３次元の幾何学的形状が得られる。カテーテルには電極が設けられ、これは心腔の仮想での再構成を形成する各点のレベルで、双極性および単極性の内腔内信号を得ることを可能にする。したがって、得られた信号の双極または単極性の振幅に相関するカラーコーディングを使用して、検査した心腔の振幅のマッピングを得ることが可能である。
図８には、１２誘導ＥＣＧの製造を可能にする電気生理学的ラック１２も示されている。

当然、本発明は、上述してきた例に限定されず、本発明の範囲を越えることなく、これらの例に対して多くの調整を加えることができる。本発明は、任意選択的に磁気共鳴画像法を加えることができる心腔の３Ｄマッピングと、１セットの刺激点である洞リズムのＥＣＧとを入力で受信する処理ユニットからなることができる。処理ユニットの出力は、流域線が重畳して表示されている心腔の画像とすることができる。この流域線は、空間座標のセットの形で表すことができ、アブレーションに使用することができる。
本発明による方法は、心室頻脈の間の１２誘導ＥＣＧの利用可能性とは無関係に、梗塞後心室頻脈の峡部の特定を、好都合にも可能にする。今後は、多数の梗塞後の患者用のカテーテルを用いた高周波アブレーションによる予防処置を行うことが可能である。

Claims (10)

1. 以下の工程を実行するように構成された処理ユニットによって、心腔の異なる刺激点について得られた、心室頻脈を除く、いくつかの表面心電図ＥＣＧから、心腔の３次元マッピングで峡部を特定する方法であって、前記工程が
   ａ）２つの刺激点の表面心電図ＥＣＧを比較することによって、それぞれの２つの刺激点について相関係数を判定するステップと；
   ｂ）前記相関係数と前記３Ｄマッピングにおける前記刺激点の３Ｄ座標とに基づいて流域線を特定するステップと；
   ｃ）前記流域線を実質的に横切る３Ｄコリドーに基づいて前記峡部を判定するステップである前記方法。
2. ステップａ）の前に、前記３Ｄマッピングにおいて重なり合ういくつかのボリュームを構成するステップが実行され、これらのボリュームがすべての刺激点を含み、ステップａ）が、各前記ボリュームの刺激点の間で実行されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. ステップａ）およびステップｂ）の少なくとも１回の反復が実施され、各反復において、先の前記反復で特定された前記流域線に近い新しい刺激点が使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記表面心電図ＥＣＧが、１２のリード表面心電図ＥＣＧであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記相関係数が、前記１２のリード表面心電図ＥＣＧに由来するＱＲＳ波形から判定されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記相関させることが、「テンプレートマッチング」と呼ばれるＢＡＲＤアルゴリズムに従って実施されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. ステップａ）が、さらに、これらの刺激点間の前記相関係数のレベルの関数として、刺激点の群を特定するためのステップを含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 同一の色で表示画面に１つおよび同じ前記群の前記１セットの刺激点を表示することによって、前記群を特定することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 心腔の３次元マッピングにおいて峡部を特定するためのシステムであって、
   −心腔の異なる刺激点について得られた、心室頻脈を除く、いくつかの表面心電図ＥＣＧを生成するための心電計と、
   −以下のステップ：
   ａ）２つの刺激点の表面心電図ＥＣＧを比較することによって、それぞれの２つの刺激点について相関係数を判定するステップと；
   ｂ）前記相関係数と前記３Ｄマッピングにおける前記刺激点の３Ｄ座標とに基づいて流域線を特定するステップと；
   ｃ）前記流域線を実質的に横切る３Ｄコリドーに基づいて前記峡部を判定するステップと；
   を実行するよう構成される処理ユニットと
   を含むシステム。
10. さらにアブレーションカテーテルを含むことを特徴とする、請求項９に記載のシステム。

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