JP7330696B2 - 主成分分析を用いたインピーダンスに基づく位置追跡の性能の改善 - Google Patents

Description

本発明は、概して、医療用プローブの位置追跡に関し、特に、インピーダンスに基づく位置追跡システムの精度及び感度を改善するための方法及びシステムに関する。

有効電流場所（active current location、ＡＣＬ）及び磁気位置検知等の様々な追跡技術は、患者の体内において、医療用プローブの位置を追跡するために使用されることがある。

例えば、米国特許出願公開第２０１１／００９２８０９号は、患者の心臓の静脈網内の様々な位置に設置されたカテーテルを介して取得された心臓情報にアクセスすることを含む方法を記述している。心臓情報は、カテーテルの１つ又は２つ以上の電極の時間に対する位置情報を含む。位置情報の少なくとも一部に対し主成分分析を実行し、心臓座標の軸を表す主成分分析の少なくとも１つを選択する。

米国特許出願公開第２０１２／０１７２７０２号は、患者の体内の医療装置（例えば、カテーテル）の電極の位置を決定するためのシステムを記述している。このシステムは、補償されていない電極位置を生成するための定位ブロックと、補償信号（すなわち、呼吸、心臓）を生成するための動き補償ブロックと、補償されていない電極位置から補償信号を減算する機構とを含む。

本明細書で説明する本発明の一実施形態は、インターフェース及びプロセッサを含む装置を提供する。インターフェースは、患者の臓器に挿入された較正プローブからの信号を受信するように構成されている。プロセッサは、患者の体外に取り付けられた複数の電極それぞれに対応する複数の電極位置を保持し、受信信号に基づいて、複数のデータ点を評価するように構成されており、各データ点は（ｉ）較正プローブの測定された各座標と、（ｉｉ）較正プローブと複数の電極との間の各インピーダンスを示す電気値の各セットとを含む。プロセッサは更に、複数のデータ点と電極位置とに基づいて、選択された電極の再配置のための代替位置を評価し、選択された電極の識別と、評価された代替位置とを出力するように構成されている。

いくつかの実施形態において、データ点は、３次元（three-dimensional、３Ｄ）クラスタとして表現可能であり、プロセッサは３Ｄクラスタを、選択された２次元（two-dimensional、２Ｄ）座標系上に投影することにより、代替位置を評価するように構成されている。他の実施形態では、２Ｄ座標系は第１及び第２の軸を含み、プロセッサは第１及び第２の軸に対して投影されたデータ点により生成された２Ｄクラスタを評価することにより、代替位置を評価するように構成されている。

一実施形態では、２Ｄクラスタは、第１及び第２の軸によって軸が定められる楕円を含み、プロセッサは、２Ｄ形状内の第１及び第２の軸の長さの比を計算することによって代替位置を評価するように構成されている。別の実施形態では、プロセッサはデータ点に主成分分析（principal component analysis、ＰＣＡ）を行うことにより、代替位置を評価するように構成されている。更に別の実施形態では、インターフェースは、較正プローブの測定された各座標を、較正プローブ内の磁気位置センサから受信した信号から得るように構成されている。

本発明のある実施形態によれば、患者の臓器に挿入された較正プローブからの信号を受信することを含む方法が更に提供される。患者の体外に取り付けられた複数の各電極にそれぞれ対応する複数の電極位置が保持される。受信信号に基づいて、複数のデータ点が評価され、各データ点は、（ｉ）較正プローブの測定された各座標と、（ｉｉ）較正プローブと複数の電極との間の各インピーダンスを示す電気値の各セットとを含む。複数のデータ点と電極位置とに基づいて、選択された電極の再配置のための代替位置が評価される。選択された電極の識別と、評価された代替位置とが出力される。

本発明は、以下の発明を実施するための形態を図面と併せて考慮すると、より完全に理解されよう。

本発明の一実施形態による、患者の心臓組織の電極電位（electro-potential、ＥＰ）マッピングを行うためのシステムを描画した概略図である。 本発明の一実施形態による、患者の体外に取り付けられた複数の電極を描画した概略図である。 本発明の一実施形態による、インピーダンスに基づくデータ点の主成分分析を示すグラフの集合を描画した概略図である。 本発明の一実施形態による、患者の体外に取り付けられた複数の電極を描画した概略図である。

概略
以下の本明細書で説明される本発明の実施形態は、インピーダンスに基づくマッピング及び位置追跡の精度及び感度を改善するための技術を提供する。

いくつかの実施形態では、有効電流場所（ＡＣＬ）システム等の生体インピーダンス測定システムが、患者の体内におけるカテーテル、又は別の医療用プローブの位置追跡に使用される。ＡＣＬにおいて、カテーテルの追跡は、典型的にはカテーテルと体外電極との間のインピーダンスの測定に基づく。次いで、各測定は、体内のカテーテルのそれぞれの位置に変換される。変換は、典型的には、好適なマッピングに基づき、マッピングは、予め構築され、電極を用いて測定された各インピーダンスを示す電気値を、カテーテルの各位置に変換する。

本開示の文脈及び特許請求の範囲では、用語「電気値」は、インピーダンス、電流、電圧、又はインピーダンスを示す任意のその他の適切な電気値を指す。

マッピングの設計は、横方向分解能、カテーテルの実際の位置と、ＡＣＬシステムによって報告される位置との間の位置精度などの高い位置追跡性能を実現するのに重要である。

いくつかの実施形態では、マッピングは、２つのタイプのセンサ、磁気位置追跡システムの磁気位置センサ、及びＡＣＬシステムの生体インピーダンスセンサを含む較正プローブを用いて構築される。較正プローブは、患者の臓器（例えば、心臓）内の複数の場所で複数のデータ点を取得するように構成されている。各データ点は、磁気位置センサによって測定されたプローブの各位置、及び患者の体内のプローブと患者の皮膚に取り付けられた各電極との間の組織インピーダンス値を示す複数の電気値を含む。データ点の収集は、本明細書では「マッピング」と称される。

典型的なマッピング構築手順では、オペレータは、患者の胸部に３つのパッチを取り付け、患者の背中に１つ又は２つ以上のパッチを取り付ける。各パッチは体外電極と磁気位置センサとを含む。患者の背中に取り付けられた選択されたパッチ上の電極の１つが基準電極として機能する。いくつかの実施形態では、マッピング構築手順は、プロセッサによって実行される。プロセッサは、パッチの各磁気位置センサの位置を示す値をメモリ内に保持する。いくつかの実施形態において、医師が患者の心臓内の複数の位置に較正プローブを取り付け、較正プローブはこのような各位置での１つ又は２つ以上のデータ点を取得する。

いくつかの実施形態において、プロセッサは主成分分析（ＰＣＡ）技術を適用し、取得した各データ点及び各パッチの生体インピーダンス電極の位置を示す記憶された値に基づき、ＡＣＬシステムの精度及び感度を評価する。

いくつかの実施形態において、プロセッサはＡＣＬシステムの感度が規定値内か否かをチェックするように構成される。プロセッサがＡＣＬの感度が不足していると判定した場合、精度及び感度を改善するように、１つ又は２つ以上のパッチを再配置する必要がある。

いくつかの実施形態において、プロセッサは、再配置されるべきであると選択された各パッチの電極を特定し、選択された電極の患者の身体上の代替位置を評価するように構成される。プロセッサは、ＡＣＬの精度及び感度の最も高い改善をもたらすような電極とその電極用の代替位置の選択を試みる。いくつかの実施形態では、プロセッサは、再配置される電極を選択し、以前に取得されたデータ点に主成分分析（ＰＣＡ）を行うことによって、この電極の代替位置を決定する。

一実施形態において、プロセッサは、選択された電極及び再配置前の電極位置と比較して、ＡＣＬシステムの精度と感度が改善されると提案された代替位置の識別をユーザに表示するよう構成される。許容できるＡＣＬの精度と感度に到達するまで、選択された電極を再配置する手順を、複数回繰り返してもよい。

開示された技術は、ＡＣＬ位置追跡システムの精度及び感度の改善を医師に提供することによって、最小侵襲性治療の質を向上させる。更に、開示された技術は、現在実行されている試行錯誤のマッピング手順ではなく、患者の身体へのパッチの正確な配置を指し示すことにより、マッピング手順のサイクルタイムを短縮する。

システムの説明
図１は、本発明の一実施形態による、患者の心臓４０の組織の電極電位（ＥＰ）マッピングを行うためのシステム１０を描画した概略図である。いくつかの実施形態では、システム１０は、マッピング、例えば、アブレーションの前の患者１４の心臓４０のマッピングの構築をサポートし、詳しくは後述するが、アブレーション手順の間、心臓４０内で医療用具をナビゲートするために構築されたマッピングを使用する。

いくつかの実施形態では、システム１０は、カテーテル１２などの医療用プローブを備え、カテーテルは、磁気位置センサ、インピーダンスセンサ、及び選択的にアブレーション電極などの複数のデバイス（図示せず）を備える遠位先端１３を備える。この構成では、遠位先端１３を有するカテーテル１２は、以下に記載されるように、較正プローブとして使用される。マッピング段階の間、医師１６は、挿入点３０を介してカテーテル１２を患者１４の脈管系に挿入することができ、次いでカテーテル先端を患者の心臓に誘導することができる。次いで、カテーテル１２は、組織を切除する前に心臓４０の組織をマッピングするために使用される。

いくつかの実施形態では、操作コンソール１８は、心臓４０の組織上にカテーテル１２によって適用されたラジオ波（ＲＦ）切除信号を生成するように構成されたＲＦ発生器２２を含む。

いくつかの実施形態では、コンソール１８は、カテーテル１２からの信号を受信するのに好適でありかつ本明細書に記載のシステム１０の他の構成要素を制御するのに好適であるフロントエンド及びインターフェース回路を有する、通常は汎用コンピュータであるプロセッサ２０を含む。プロセッサ２０は、システムによって使用される機能を実行するようにソフトウェアにプログラムされてもよく、プロセッサはソフトウェアのためのデータをメモリ（図示せず）に記憶する。このソフトウェアは、例えば、ネットワークを介して電子的形態でコンソール１８にダウンロードされてもよいし、又は光学的、磁気的、若しくは電子的メモリ媒体等の、非一時的で有形の媒体上に提供されてもよい。あるいは、プロセッサ２０の機能の一部又は全ては、専用の又はプログラム可能なデジタルハードウェア構成要素によって実行されてもよい。

いくつかの実施形態では、システム１０は、磁気位置追跡システムと、インピーダンスに基づく有効電流場所（ＡＣＬ）システムと、を更に含む。これらのシステムの各々は、患者１４の心臓４０内の切除場所にカテーテル１２を誘導するために、遠位先端１３の位置を追跡するために使用することができる。

いくつかの実施形態では、磁気位置追跡システムは、患者１４の体外の既知の位置、例えば、患者の背中の下に配置された磁場発生器３６を備える。一実施形態において、コンソール１８は、本明細書に記載される手技の実施を補助する。

いくつかの実施形態では、コンソール１８は、ケーブル３８を介して磁場発生器３６を駆動するように構成されたドライバ回路２１を含む。遠位先端１３が医師１６によって心臓４０内へと誘導されると、遠位先端１３の磁気位置センサは、磁場発生器３６によって生成された、感知された外部磁場に応答して位置信号を生成し、それにより、プロセッサ２０が心臓４０の空洞内の遠位先端１３の位置を識別することを可能にする。

磁気位置センサは、カテーテル近位端でプロセッサ２０と一体化されるインターフェース回路に接続されている。一実施形態において、遠位先端１３の位置は、ユーザディスプレイ３４に表示される心臓４０の画像４２上に示される。いくつかの実施形態では、画像４２は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システム等の解剖学的撮像システム又は任意のその他の好適な撮像技術を用いて取得される。

この磁場に基づく位置検知方法は、例えば、Ｂｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ Ｉｎｃ．（Ｉｒｖｉｎｅ，Ｃａｌｉｆ．）が製造するＣＡＲＴＯ（商標）システムにおいて実行されており、その詳細は、米国特許第５，３９１，１９９号、同第６，６９０，９６３号、同第６，４８４，１１８号、同第６，２３９，７２４号、同第６，６１８，６１２号、及び同第６，３３２，０８９号、国際公開第９６／０５７６８号、並びに米国特許出願公開第２００２／００６５４５５（Ａ１）号、同第２００３／０１２０１５０（Ａ１）号及び同第２００４／００６８１７８（Ａ１）号に詳細に記載されており、それらの開示は全て参照により本明細書に組み込まれる。

上述のように、システム１０は、磁場に基づくシステムの代替的な位置追跡システムとして機能することができるＡＣＬシステムを含む。いくつかの実施形態では、ＡＣＬシステムは、例えば、患者１４の皮膚に取り付けられるパッチ２９を介して患者１４の身体に結合された複数の電極２８を備える。図１の例では、システム１０は、６つの電極を含み、これらのうち、電極２８ａ、２８ｂ、及び２８ｃは、患者１４の前側（例えば、胸部）に結合され、電極２８ｄ、２８ｅ、及び２８ｆは、患者１４の後側に結合される。

図１に示すように、電極２８は、以下のように、対で配置される。電極２８ａ、２８ｄは、患者１４の右側で対向し、電極２８ｃ、２８ｆは、患者１４の左側で対向し、電極２８ｂ、２８ｅは、患者１４の胸部及び背中の上部で対向する。

別の実施形態では、システム１０は、例えば以下の図２で示されるように、任意の好適な配置で患者の皮膚に結合された、任意の好適な数の電極を含むことができる。

一実施形態において、磁気位置追跡システム２９の位置センサ（図示せず）は、各パッチそれぞれに結合される。この実施形態において、各位置センサは、磁気位置追跡システムの座標系における各電極２８の位置を示す信号を生成する。

パッチ２９の電極２８及び各位置センサは、典型的には、ケーブル３２を介してプロセッサ２０に接続され、位置センサからの位置信号、及び電極２８からのインピーダンス値などの情報を受信するように構成される。この情報に基づいて、以下に記載される技術を用いて心臓４０内の遠位先端１３の位置を推定する。

ディスプレイ３４は、典型的には、関連する情報を医師１６に表示することによって、マッピング及び／又はアブレーション手順の実施を円滑にするように構成されている。例えば、プロセッサ２０は、例えば、心臓４０の画像４２上にカテーテル１２の遠位先端１３を表すアイコンを重ね合わせることによって、画像４２内の遠位先端１３の場所及び向きを表示するように、前述の追跡システムの座標系と（画像４２を取得した）ＣＴシステムの座標系との間に登録することができる。

上述したように、電極２８は典型的には、インピーダンスに基づく追跡手技、例えば、開示が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第８，４５６，１８２号及び米国特許出願公開第２０１５／０１４１７９８号に記載の手技を使用して、患者１４の身体内のカテーテル１２を誘導するために使用される。このような手技は、遠位先端１３と電極２８ａ～２８ｆの各々との間で測定された異なるインピーダンスに応答して遠位先端１３の場所及び向きを推定することを伴う。上述したように、遠位先端１３の推定場所を、ディスプレイ３４上に好適なアイコンとして医師に表示することができる。この表示に基づいて、医師１６は、カテーテル１２の遠位先端１３を心臓４０内の１つ以上の所望の場所に誘導することができる。

いくつかの実施形態では、典型的には、既知の振幅の電気信号を遠位先端１３に印加することにより、いつでも遠位先端１３の場所及び向きが推定され、結果として得られる電圧降下及び／又は電流が電極２８の各対で測定される。代替的な実施形態では、電気信号は電極２８によって印加されてもよく、結果として得られる電気値は遠位先端１３によって測定される。

いくつかの実施形態では、これらの印加された電気信号により、各々がカテーテルに対して異なる位置に設置された対の電極２８（例えば、電極２８ａ及び２８ｄの対、電極２８ｃ及び２８ｆの対、並びに電極２８ｂ及び２８ｅの対）は、遠位先端１３と対の電極２８の各々との間の異なる量の電気的に妨害する組織（したがって異なるインピーダンス度）に起因して、異なるそれぞれの電気値を呈する。

いくつかの実施形態では、これらの測定された電気値は、ケーブル３２を介してプロセッサ２０に送信され、このプロセッサ２０は、これらの値を用いて、（位置が既知である）電極２８に対する遠位先端１３の相対的な場所及び向きを推定する。あるいは、カテーテルの遠位先端と電極との間に電圧勾配が生成されることがあり、これらの電極を通って流れる、結果として得られた電流を測定し、遠位先端１３の場所及び向きを推定するために使用してもよい。

上述したように、医師１６は、遠位先端１３を誘導して心臓４０内の複数の場所を調査する。いくつかの実施形態では、プロセッサ２０は、調査した場所の各々でカテーテル１２から値の２つのセットを受信するように構成されている。第１のセットは、磁気位置追跡システムからの位置座標を含み、第２のセットは、ＡＣＬシステムからの１つ以上のそれぞれの電気値（例えば、各対の電極２８からの電流又はインピーダンスの値）を含む。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２０は、遠位先端１３によって調査されたそれぞれの場所で測定された位置及び電気値をそれぞれが含むデータ点のセットを構築するように構成されている。このデータ点のセットは、選択された複数の電気値をそれぞれの位置に位置づけ、本明細書では、「マッピング」と称される。一実施形態において、マッピングは完了すると、測定された電気値を心臓４０における位置測定値に変換するために、遠位先端１３及び／又は電極２８によって取得された電気値に（例えば切除中に）適用される。

患者１４の選択された呼吸動作（例えば、全吸気動作後、全呼気動作後、又は吸入動作と呼気動作との中間）のために、別個のマッピングが構築されてもよいことに留意されたい。別の実施形態では、各対の電極に対して別個のマッピングが構築される。

図２は、本発明の一実施形態による、患者１４の体外に取り付けられたシステム１０のパッチ４９Ａ～４９Ｄを描画した図である。パッチ４９Ａ～４９Ｄは、例えば、図１の上述したパッチ２９Ａ～２９Ｄに対応してもよい。

いくつかの実施形態において、パッチ４９Ａ～４９ＤはＡＣＬシステムの各電極４８Ａ～４８Ｄを備える。電極４８Ａ～４８Ｄは、例えば、図１の上述した各電極２８Ａ～２８Ｄに対応してもよい。いくつかの実施形態では、パッチ４９Ａ～４９Ｄは、各位置センサ（図示せず）を含み、各位置センサは、磁気位置システムの座標系における各電極４８Ａ～４８Ｄの位置を提供するように構成される。

図２の例では、各パッチ４９Ａ～４９Ｃに結合された電極４８Ａ～４８Ｃが患者１４の胸部に取り付けられ、基準電極となる電極４８Ｄが患者の背中に結合されたパッチ４９Ｄに取り付けられている。代替実施形態では、システム１０は、任意の好適な数（３より大きい）の電極を備え、例えば、電極４８Ａ～４８Ｄのうちの少なくとも３つの電極が、患者１４の一方の側（例えば胸部）に配置され、少なくとも１つの基準電極が患者１４の反対側（例えば背面）に配置される。

いくつかの実施形態では、カテーテル１２の遠位先端１３（図１）は、３対の電極、例えば各電極４８Ａ～４８Ｃと基準電極４８Ｄの間の電圧勾配又は電流又はインピーダンスのそれぞれを示す、電気値を測定するように構成される。これらの実施形態では、各対の電極間に印加される電気信号は、電気信号間の干渉を防止するように、異なる周波数を有する。例えば、プロセッサ２０は、遠位先端１３と各電極４８Ａ及び４８Ｄとの間のインピーダンスを測定することにより、電極４８Ａと４８Ｄとの間のインピーダンスを評価することができる。これらの実施形態において、心臓４０内の遠位先端１３の各場所で、プロセッサ２０は電気値の各測定値を受信し、その測定値を心臓４０内の遠位先端１３の位置計算に使用する。

ある実施形態では、オペレータ（図示せず）は、カテーテル１２を心臓４０に挿入する前に、パッチ４９Ａ～４９Ｃと基準パッチ４９Ｄとを患者１４の胸部及び背中にそれぞれ結合する。パッチ４９Ａ～４９Ｄの心臓４０に対する位置及び互いに対する位置は、３つの軸を有する座標系を決定する。これらの軸の間の角度は、ＡＣＬシステムの位置追跡の精度及び感度を決定する。

この実施形態において、軸が互いに直交しているときに、軸のいずれにも平行ではない遠位先端の小さい動きは、全ての３対の電極（例えば、電極４８Ａと４８Ｄ、電極４８Ｂと４８Ｄ、電極４８Ｃと４８Ｄ）が検知するインピーダンスの大きな変化に変換される、すなわち、ＡＣＬシステムの精度と感度が最大になる。

いくつかの場合において、電極４８Ａ～４８Ｄの初期の配置は、３軸間の直交性からのずれを引き起こすことがある。この場合、マッピング及び／又はアブレーション手順の間、オペレータは、ＡＣＬシステムの精度と感度を向上するように、患者１４の身体上のパッチ４９Ａ～４９Ｄのうちの１つ又は２つ以上を、典型的には、試行錯誤で再配置しなければならないことがある。

ＰＣＡを用いたＡＣＬ精度及び感度の向上
図３は、本発明の実施形態により、遠位先端１３によって取得されたインピーダンスに基づくデータ点の主成分分析（ＰＣＡ）を示すグラフ５１～５６を描画した概略図である。

遠位先端１３が心臓４０に挿入された後、ＡＣＬシステム及び磁気位置追跡システムは、遠位先端１３の位置を示す各測定値を取得する。磁気位置追跡システムの座標系は、互いに直交する３つの軸を有し、ＡＣＬシステムの座標系の軸間の角度は、互いに関連する電極４８Ａ～４８Ｄの位置に依存する。ここで留意すべきは、医師１６がカテーテル１２を移動させなくても、遠位先端１３の実際の位置は、患者１４の周期的な呼吸振動及び心拍により、電極４８Ａ～４８Ｄに対して変化することである。

上述したように、ＡＣＬシステムの軸が互いに直交しているとき、上記の遠位先端の動きは、３対の電極４８の全てによって感知されるインピーダンスの大きな変化に変換される。直交性からのずれは、１つ又は２つ以上の軸におけるＡＣＬシステムの感度を低下させる。いくつかの実施形態において、プロセッサ２０は、遠位先端１３のＡＣＬセンサによって測定されるデータ点のインピーダンスに基づく位置を受信し、それらの受信したインピーダンスに基づく位置にＰＣＡを行うように構成される。ここで留意すべきは、ＡＣＬシステムの軸間が直交していれば、インピーダンスに基づく位置が円形状に分布され（本明細書ではこれをクラウドと呼ぶ）、直交からずれると、ＡＣＬシステムの軸間の感度の差により、クラウドが楕円形状に分布されることである。

いくつかの実施形態において、プロセッサ２０は、グラフ５１～５６を用いて、遠位先端１３が取得したデータ点の間の相関、すなわち２対の電極の間の相関を表示するように構成される。

いくつかの実施形態において、プロセッサ２０は、２次元（２Ｄ）グラフ５１～５６の組み合わせを決定するためにＰＣＡ技術を適用するように構成されており、各２Ｄグラフは３次元（３Ｄ）クラスタの選択された投影又は遠位先端１３が取得したインピーダンスに基づくデータ点のクラウドを表す。基本的に、ＰＣＡ技術は、変換を用いてデータ点の３Ｄクラウドを複数の２Ｄ投影に投影し、ＡＣＬシステムの精度と感度の変動を強調し、遠位先端１３によって収集されたデータ点の強いパターンを明らかにする。

更に、ＰＣＡ及びＰＣＡを適用した使用例の詳細は、例えば、Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ Ｂ．Ｖ．（Ａｍｓｔｅｒｄａｍ）が発行した、Ｗｏｌｄらによる、「Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ」（Ｃｈｅｍｏｍｅｔｒｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ，ｖｏｌｕｍｅ ２（２００５）、３７～５２頁）によって提供されており、参照により本明細書に組み込まれる。

いくつかの実施形態では、電極４８Ａと４８Ｄとの間で取得されたデータ点は、本明細書で「Ｅ１」と呼び、電極４８Ｂと４８Ｄとの間で取得されたデータ点は本明細書で「Ｅ２」と呼び、電極４８Ｃと４８Ｄとの間で取得されたデータ点は本明細書で「Ｅ３」と呼ぶ。例えば、グラフ５１はＥ１とＥ２との間の依存性を示しているが、これは基準電極４８Ｄに関して、電極４８Ａと電極４８Ｂとの間で、それぞれで取得されたデータの間の相関である。

いくつかの実施形態において、グラフ５１、５３、及び５５は、上の図２に示すように、電極４８Ａ～４８Ｄの初期の配置を用いて取得したデータ点を示し、グラフ５２、５４、及び５６は電極４８Ａ～４８Ｄの別の配置、例えば、下の図４に示す再配置後の電極４８Ｂを用いて取得した対応するデータ点を示す。

次に、グラフ５１について参照する。いくつかの実施形態において、プロセッサ２０は、Ｅ１及びＥ２を用いて取得したデータ点の２Ｄ投影上の軸５１１及び５１２を有する座標系を決定するよう、生体インピーダンスのデータ点の３ＤクラウドにＰＣＡを行うように構成されている。いくつかの実施形態において、軸５１１及び５１２の座標系は、２Ｄ投影の重心を始点とし、軸５１１及び５１２は楕円形状の投影の短軸及び長軸（図示せず）にそれぞれに対し実質的に平行である。

本発明の文脈及び請求項の文脈において、用語「２Ｄクラスタ」は、各グラフ５１～５６の２本のそれぞれの軸に対してデータ点の３Ｄクラスタが投影されることにより生成されたグラフを指す。

これらの実施形態において、データ点が楕円形状分布であるということは、遠位先端１３がパッチ４９に対して移動した後、軸５１２に沿う投影されたデータ点の分散が軸５１１に沿う分散と比べて大きいことを示している。分散が多いということは、軸５１１に比べて軸５１２のＡＣＬシステムの位置追跡精度及び感度が高いことを示す。すなわち、グラフ５１は、電極４８Ａ、４８Ｂ、及び４８Ｄが、軸５１１、５１２の座標系における直交性からの実質的なずれを生じる構成に配置されていることを示している。これらの実施形態において、プロセッサは、電極４８Ａ、４８Ｂ、及び４８Ｄの少なくとも１つが患者１４の皮膚の代替位置に再配置されるべきであることを明示するよう構成される。

ここで、軸５３１及び５３２を有する座標系におけるＥ１とＥ３との間の相関の２Ｄ投影であるグラフ５３を参照する。投影の形状は、依然として楕円であるが、矢印が示すように軸５３１及び５３２の長さがほぼ等しく、より円に近い。いくつかの実施形態では、データ点の投影の真円形状は、座標系における直交性を示す。

ほぼ円形状のグラフ５３は、遠位先端１３の追跡において、電極４８Ａ及び４８Ｃが検出する全ての位置で、ＡＣＬシステムの精度及び感度がほぼ均一であることを示す。一実施形態において、プロセッサ２０は、ＡＣＬシステムの特定の精度及び感度を獲得できるように、電極４８Ａ、４８Ｃ、及び４８Ｄが互いに正確な関係で配置されていることを判断するように構成される。

ここで、軸５５１及び５５２の座標系におけるＥ２とＥ３との間の相関の２Ｄ投影であるグラフ５５を参照する。この例では、軸５５１の長さを表す矢印は、軸５５２の長さを表す矢印よりも実質的に短い。この矢印の長さの大きな差は、直交性からの実質的なずれを示している、そのため、軸５５１でのＡＣＬシステムの感度と精度は低い。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２０は、グラフ５５の形状に基づいて、電極４８Ｂ、４８Ｃ、及び４８Ｄの少なくとも１つを、患者１４の皮膚の代替位置に再配置しなければならないことを結論付けるよう構成される。

グラフ５３に示すように、データ点の投影の形状は、電極４８Ａ、４８Ｃ、及び４８Ｄが互いに対して正しく配置されていることを示す。他方では、グラフ５１及び５５は、共に電極４８Ｂを用いて取得されたＥ２のデータ点を表示するが、各座標系の長軸と短軸との間に大きな差が存在する。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２０は、各パッチ４９Ａ～４９Ｄに接続された位置センサの位置信号を使用して測定された、電極４８Ａ～４８Ｄの初期位置をメモリに記憶するように構成される。プロセッサ２０は（本例では）更に、グラフ５１、５３、及び５５を解析し、上記のＰＣＡの出力に基づいて、電極４８Ｂが再配置されるべきであることを判断するように構成される。

一実施形態において、プロセッサ２０は、電極４８Ａ～４８Ｄを用いて収集したデータ点及びパッチ４９Ａ～４９Ｄの各位置に基づき、電極４８Ｂの１つ又は２つ以上の代替位置を評価するように構成される。本実施形態では、プロセッサ２０は、電極４８Ｂを再配置した後、電極４８Ａ～４８Ｄの位置にＰＣＡに基づく変換を行うよう構成される。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２０は、電極４８Ｂを再配置した後、ＰＣＡを行い、各グラフ５１、５３、５５に対応するグラフ５２、５４、５６を生成するように構成される。グラフ５２、５４、５６は、電極４８Ｂを再配置した後、ＡＣＬシステムの精度及び感度の均一性を評価するため、プロセッサ２０及び／又はシステム１０のユーザが使用することができる。

一実施形態において、医師１６は、心臓４０内の予め定められた円形経路内で遠位先端１３を移動させてもよい。本実施形態では、ＡＣＬシステムの軸間の直交性は、インピーダンスに基づく位置の分布の形状を決定する。上記のように、直交性からのずれはいずれも、インピーダンスに基づく位置の楕円形状の分布を生じるが、完全に直交であれば典型的に円形状の分布をもたらす。

図４は、本発明の別の実施形態による、患者１４の体外に取り付けられるパッチ４９Ａ～４９Ｄを描画した概略図である。いくつかの実施形態では、プロセッサ２０は、患者１４の位置５０に最初に設置された電極４８Ｂの代替位置を評価するように構成される。

図４の例では、プロセッサ２０は、位置５０からオフセット６０だけ図４に示す位置にずらしたパッチ４９Ｂの提案された代替位置を示す。一実施形態において、プロセッサ２０は、パッチ４９Ｂの提案された代替位置に基づき改訂ＰＣＡを実行するように構成される。本実施形態では、プロセッサ２０は、電極４８Ｂを再配置した後、ＡＣＬシステムの精度と感度を評価するように、パッチ４９Ｂの代替位置（パッチ４９Ｂの位置センサから受信）に基づき、データ点の３Ｄクラウドの座標系の変換を行うように構成される。一実施形態では、プロセッサ２０は、変換した座標系でのデータ点の２Ｄグラフ５２、５４、及び５６上に３Ｄクラウドの投影を表示することにより、評価の出力を表示するように、更に構成される。

ここで、再び図３を参照する。グラフ５２は、Ｅ１とＥ２との間の相関を示す。したがって、パッチ４９Ｂを再配置した後の改訂ＰＣＡを使用したグラフ５１に相当する。この例では、グラフ５２の軸５２１を表す矢印の長さが、グラフ５１の軸５１１を表す矢印の長さよりも長く見える。これは電極４８Ａ、４８Ｂ、及び４８Ｄを使用して収集したデータ点の投影が示すＡＣＬシステムの精度と感度が向上したことを示す。

いくつかの実施形態において、グラフ５６は、Ｅ２とＥ３との間の相関を示しており、パッチ４９Ｂを再配置し改訂ＰＣＡを行った後のグラフ５５に相当する。グラフ５６の形状は、グラフ５５の形状と比べて、より円形に近い。特に、グラフ５６の短軸５６１を示す矢印の長さは、グラフ５５の対応する軸５５１を表す矢印の長さより長く、これは電極４８Ｂ、４８Ｃ、及び４８Ｄを用いて収集されたデータ点の投影が示すＡＣＬシステムの精度と感度が向上したことを示す。

いくつかの実施形態では、グラフ５３及び５４は、電極４８Ａ、４８Ｃ、及び４８Ｄを用いて取得したデータ点に基づく、Ｅ１とＥ３との間の相関を示す。図４に描画したように、電極４８Ａ及び４８Ｃ、並びに４８Ｄは、再配置されておらず、それにより、グラフ５３と比べて電極４８Ｂの再配置によるグラフ５４の形状に与える影響はない。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２０は、例えば、グラフ５２、５４、及び５６のうちの１つ又は２つ以上の軸を表す矢印の長さの比を計算することにより、電極４８Ｂの代替位置を評価するように構成される。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２０は、例えば、電極４８Ｂを再配置した後、電極４８Ａ、４８Ｃ、及び４８Ｄのうちの別の電極を再配置することの影響を評価することにより、ＡＣＬシステムの精度と感度の更なる向上を図るように構成される。

代替的な実施形態では、プロセッサ２０は、電極４８Ａ～４８Ｄの少なくとも１つを、患者１４の皮膚に結合された別の電極と交換することの可能性を評価する。例えば、上記図１に示す構成では、６つの電極２８ａ～２８ｆが患者１４の皮膚に結合され、３つのカップルに配置されている。一実施形態において、プロセスは、患者１４の胸に結合された電極２８ａ～２８ｃと、基準電極としての電極２８ｄとを、最初に使用することができる。この実施形態では、プロセッサ２０は、電極２８ｅ及び２８ｆのそれぞれを電極２８ｄの代わりに代替基準電極として評価し、更に上記図２～図４に示すＰＣＡに類似するＰＣＡに基づき、電極２８ｄを、基準電極として機能することができる電極、例えば、電極２８ｅと置換するように構成される。

他の実施形態では、プロセッサ２０は、ＡＣＬシステムの精度及び感度のレベルを評価及び向上するために、全ての他の好適な電極の構成及び全ての好適な基準を適用することができる。

本明細書に記載される実施形態は主に心臓手術へのＡＣＬの適用を取り扱うが、本明細書に記載される方法とシステムは、血液プールを有する臓器などの他の用途にも用いることができる。

したがって、上記に述べた実施形態は、例として引用したものであり、また本発明は、上記に具体的に示し説明したものに限定されないことが理解されよう。むしろ本発明の範囲は、上述の様々な特徴の組み合わせ及びその下位組み合わせの両方、並びに上述の説明を読むことで当業者により想到されるであろう、また従来技術において開示されていないそれらの変形及び修正を含むものである。参照により本特許出願に援用される文献は、これらの援用文献において、いずれかの用語が本明細書において明示的又は暗示的になされた定義と矛盾して定義されている場合には、本明細書における定義のみを考慮するものとする点を除き、本出願の一部とみなすものとする。

〔実施の態様〕
（１） 患者の臓器に挿入された較正プローブからの信号を受信するように構成されたインターフェースと、
プロセッサと、を備える装置であって、前記プロセッサが、
前記患者の体外に取り付けられた複数の電極にそれぞれ対応する複数の電極位置を保持し、
前記受信信号に基づいて、各データ点が（ｉ）前記較正プローブの測定された各座標と、（ｉｉ）前記較正プローブと前記複数の電極との間の各インピーダンスを示す電気値の各セットとを含む、複数のデータ点を評価し、
前記複数のデータ点と前記電極位置とに基づいて、選択された電極の再配置のための代替位置を評価し、
前記選択された電極の識別と、前記評価された代替位置とを出力するように構成されている、装置。
（２） 前記データ点が、３次元（３Ｄ）クラスタとして表現可能であり、前記プロセッサは前記３Ｄクラスタを、選択された２次元（２Ｄ）座標系上に投影することにより、前記代替位置を評価するように構成されている、実施態様１に記載の装置。
（３） 前記２Ｄ座標系が、第１及び第２の軸を含み、前記プロセッサは、前記第１及び第２の軸に対して投影されたデータ点により生成された２Ｄクラスタを評価することにより、前記代替位置を評価するように構成されている、実施態様２に記載の装置。
（４） 前記２Ｄクラスタが、前記第１及び第２の軸によって軸が定められる楕円を含み、前記プロセッサが、２Ｄ形状内の前記第１及び第２の軸の長さの比を計算することによって前記代替位置を評価するように構成されている、実施態様３に記載の装置。
（５） 前記プロセッサが、前記データ点に主成分分析（ＰＣＡ）を行うことにより、前記代替位置を評価するように構成されている、実施態様１に記載の装置。

（６） 前記インターフェースが、前記較正プローブの前記測定された各座標を、前記較正プローブ内の磁気位置センサから受信した信号から得るように構成されている、実施態様１に記載の装置。
（７） 方法であって、
患者の臓器に挿入された較正プローブからの信号を受信することと、
前記患者の体外に取り付けられた複数の電極にそれぞれ対応する複数の電極位置を保持することと、
前記受信信号に基づいて、各データ点が（ｉ）前記較正プローブの測定された各座標と、（ｉｉ）前記較正プローブと前記複数の電極との間の各インピーダンスを示す電気値の各セットとを含む、複数のデータ点を評価することと、
前記複数のデータ点と前記電極位置とに基づいて、選択された電極の再配置のための代替位置を評価することと、
前記選択された電極の識別と、前記評価された代替位置とを出力することと、を含む、方法。
（８） 前記データ点が、３次元（３Ｄ）クラスタとして表現可能であり、前記代替位置を評価することは、前記３Ｄクラスタを、選択された２次元（２Ｄ）座標系上に投影することを含む、実施態様７に記載の方法。
（９） 前記２Ｄ座標系が、第１及び第２の軸を含み、前記代替位置を評価することは、前記第１及び第２の軸に対して投影されたデータ点により生成される２Ｄクラスタを評価することを含む、実施態様８に記載の方法。
（１０） 前記２Ｄクラスタが、前記第１及び第２の軸によって軸が定められる楕円を含み、前記代替位置を評価することは、２Ｄ形状内の前記第１及び第２の軸の長さの比を計算することを含む、実施態様９に記載の方法。

（１１） 前記代替位置を評価することは、前記データ点に主成分分析（ＰＣＡ）を行うことを含む、実施態様７に記載の方法。
（１２） 前記信号を受信することは、前記較正プローブの前記測定された各座標を、前記較正プローブ内の磁気位置センサから受信した信号から得ることを含む、実施態様７に記載の方法。

Claims (5)

1. 患者の臓器に挿入された較正プローブからの信号を受信するように構成されたインターフェースと、
   プロセッサと、を備える装置であって、前記プロセッサが、
   前記患者の体外に取り付けられた複数の電極にそれぞれ対応する複数の電極位置を保持し、
   前記受信信号に基づいて、各データ点が（ｉ）前記較正プローブの測定された各座標と、（ｉｉ）前記較正プローブと前記複数の電極との間の各インピーダンスを示す電気値の各セットとを含む、複数のデータ点を評価し、
   前記複数のデータ点と前記電極位置とに基づいて、選択された電極の再配置のための代替位置を評価し、
   前記選択された電極の識別と、前記評価された代替位置とを出力するように構成されており、
   前記データ点が、３次元（３Ｄ）クラスタとして表現可能であり、前記プロセッサは前記３Ｄクラスタを、選択された２次元（２Ｄ）座標系上に投影することにより、前記代替位置を評価するように構成されている、装置。
2. 前記２Ｄ座標系が、第１及び第２の軸を含み、前記プロセッサは、前記第１及び第２の軸に対して投影されたデータ点により生成された２Ｄクラスタを評価することにより、前記代替位置を評価するように構成されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記２Ｄクラスタが、前記第１及び第２の軸によって軸が定められる楕円を含み、前記プロセッサが、２Ｄ形状内の前記第１及び第２の軸の長さの比を計算することによって前記代替位置を評価するように構成されている、請求項２に記載の装置。
4. 前記プロセッサが、前記データ点に主成分分析（ＰＣＡ）を行うことにより、前記代替位置を評価するように構成されている、請求項１に記載の装置。
5. 前記インターフェースが、前記較正プローブの前記測定された各座標を、前記較正プローブ内の磁気位置センサから受信した信号から得るように構成されている、請求項１に記載の装置。

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