JPH09168519A - カテーテル・マッピングのためのシステム及び方法 - Google Patents
カテーテル・マッピングのためのシステム及び方法Info
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Abstract
マッピング方式を提供する。 【解決手段】 3つの交流電流信号を、患者の体内を通
って互いに略々直交する夫々の方向に、マッピング対象
領域(心臓等)を流れるように印加する。カテーテルに
測定電極を装備する。この測定電極を心臓内壁上または
冠静脈ないし冠動脈内に位置付け、カテーテルの先端電
極と基準電極との間の電圧を検出し、検出した電圧信号
は、印加した3つの電流信号に対応した3つの成分を有
する。3つの処理チャネルを用いてそれら3つの成分を
分離してx信号、y信号、及びz信号を得て、それら信
号から計算によって、体内におけるカテーテル先端の3
次元位置を求める。キャリブレーションのために、検出
信号であるx信号、y信号、及びz信号と、3次元位置
との間の相関を求める。
Description
るカテーテル電極の位置をマッピングするためのシステ
ム及び方法に関し、より詳しくは、カテーテル電極の位
置を、自動的にリアルタイムで、しかも1cmより充分
に小さい高い精度をもって、3次元測定することのでき
るシステム及び方法に関する。
ち位置特定を行うためには、高精度の位置情報が必要と
される。副房室経路の位置特定を行う場合には、副房室
経路を介した順行性または逆行性の刺激伝達が発生して
いるときに、その経路の心室貫入部位ないし心房貫入部
位の位置を特定すればよい。
要とされるもう1つの具体例を挙げるならば、最初に心
臓マッピングを実行し、それに続いて患者の心室性頻脈
の発生箇所を切除するという、標準的に採用されている
方法がそれに該当する。この方法では、カテーテルを心
房または心室に挿入し、そのカテーテルの先端を心内膜
上のある位置に位置付ける。続いて頻脈を発生させた状
態で、そのカテーテルの先端を様々な位置へ移動させ、
それら複数の位置で夫々に検出される心臓内心電信号の
タイミングを、ECG信号と比較する。それら複数の位
置の各々と、その位置に局所活性化が発生する瞬間の時
刻とを、正確に求めて記録することによってはじめて、
正確なマップを作成することができ、そのマップから頻
脈発生中心の位置を特定することができる。そのマップ
の作成(マッピング)が完了したならば、カテーテルの
切除用先端部材が、正確にその頻脈発生中心にくるよう
に、再度の位置合わせをしなければならない。この再度
の位置合わせのためには、カテーテルの先端をある位置
へ移動したときの、或いはその移動中の、カテーテル先
端位置の情報が正確に得られるということが重要であ
る。更にこれも周知の如く、不整脈発生中心を完全に除
去するためには、心臓内の比較的狭い領域の中で切除処
置を何度も反復して実行することがしばしば必要とされ
る。この場合、カテーテルを不整脈発生中心の近傍の少
しずつ離れた複数の位置へ連続して次々と移動させて、
心臓内壁に複数の切除創を形成して行くことになる。複
数の位置に切除創を形成するのは、不整脈発生中心を確
実に完全に除去するためである。これまで、連続して並
んだ複数の切除部位の間の距離についての、高精度で信
頼性の高い情報を得ることは困難であった。
力学的及び電気生理学的心臓処置を実行している間、通
常は1平面の、そしてときには2平面のX線映像法を利
用して、心臓内におけるカテーテルの位置を判断してい
る。しかしながら、X線映像法を用いた場合には、非常
に面倒なX線映像からの3次元再構成処理を行わない限
り、カテーテルの位置に関する客観性を有する3次元情
報を自動的に得ることはできない。容易に理解されるよ
うに、カテーテルの位置の自動的な測定が行われるなら
ば、それは、カテーテルを用いた種々の介入性処置に大
いに役立つものとなる。
めの様々なシステムが公知となっているが、それらシス
テムには、いずれも大きな制約が付随している。例え
ば、磁気を利用したシステムでは、カテーテルの先端に
特別の部材を装着するが、その部材の寸法及び形状のた
めに、この種のシステムは特別な種類のカテーテルにし
か使用できない。様々な用途に極めて多くの種類のカテ
ーテルが使用されていることを考えれば、カテーテルの
種類の如何にかかわらず、そのカテーテルの位置を高精
度で特定することのできるシステム及び方法が得られる
ならば、それは非常に大きな進歩であるといえる。
定することを目的とした装置ないしシステムに関するも
のが多数存在している。それら装置ないしシステムの方
式は極めて多岐にわたっており、例えば、カテーテルの
先端近傍に誘導コイルを取り付けて、そのコイルのリー
ドをカテーテルに沿って引き出して外部の表示装置に接
続したものや、位置を特定すべきカテーテルないし器具
に、磁界の変動に応答する部材を取り付けると共に、磁
界を発生させる外部の移動式磁界発生装置を用いるも
の、弱い磁界を発生するプローブを使用し、位置を特定
すべき装置の透磁性金属材料によってその磁界が乱され
ることを利用したもの、更に、様々なタイプの心臓マッ
ピング用プローブ及び電極構造体を組合わせたものなど
がある。しかしながらそれら方式は、いずれも何らかの
理由によって、市場で成功を納めるには至っておらず、
当業界においては、特にカテーテルを用いた切除を伴う
心臓処置に利用することのできるカテーテル・マッピン
グ方法の改善が、依然として強く求められている。
に応えるべく、本発明は、位置特定の精度を数mm程度
までに向上させた、患者の体内の各部位の位置をマッピ
ングするカテーテル・マッピングのためのシステム及び
方法を提供するものである。本発明によれば、患者の体
内を、互いに直交する夫々の方向(x方向、y方向、z
方向)に流れるように、3つの電流信号(x信号、y信
号、z信号)を印加し、また更に、それら電流信号が略
々、例えば心臓等の探索対象領域に流れるようにする。
それら電流信号の各々は、それに直交する方向に流れる
他の2つの電流信号からの識別を可能にする夫々の特性
を有する。体内の探索対象領域へ挿入するカテーテル
は、マッピング電極を先端電極として装備するか、或い
は先端に装備しない場合でも先端近傍に装備し、このマ
ッピング電極を3つの検出チャネルに接続しておく。そ
れら検出チャネルは、夫々に印加される3つの電流信号
によってマッピング電極の位置に誘起される夫々の信号
を検出し、それら検出信号に基づいてマッピング電極の
位置を算出する。また、簡明なキャリブレーション手順
を行えるようにしてあり、このキャリブレーション手順
では、既知の電極間隔で離隔させてカテーテルに装備し
た2つの電極を使用して簡単な測定を3回実行し、それ
によって検出された夫々のx信号、y信号、及びz信号
と、カテーテルの先端の位置との間の相関を求める。
電流信号を、互いに直交する方向に流すようにしている
が、それら電流信号が、直交方向から僅かにずれた方向
に流れるようにしても構わない。外部から印加するそれ
ら電流信号は、約25〜50kHzの範囲内の周波数を
有し、約0.1mA内外の電流レベルを有する、定電流
パルスの形態の電流信号とすることが好ましい。これら
パラメータの値を用いれば、ECGのピックアップに際
してそれら電流信号が干渉するのを防止する上で有利で
あることが判明しているが、その他の値を使用すること
も可能である。検出されるx信号、y信号、及びz信号
を、ディジタル・フィルタまたはその他の適当な狭帯域
バンドパス・フィルタを用いて分離する。更に、分離し
た夫々の信号をローパス・フィルタに通すようにしてお
り、このローパス・フィルタは、その遮断周波数を、心
収縮及び患者の呼吸に起因する変動を排除できる周波数
に選定してある。
置データが容易に得られるため、カテーテルの位置を可
視表示する上での多くの点で改善が可能となる。X線を
用いた従来の方式では、2方向(通常は互いに直交する
2方向)における、2つの別々の映像を提供するだけで
あったのに対して、本発明では3次元情報が得られるた
め、カテーテル先端位置の3次元表示を心臓医に提供す
ることができる。これによって、カテーテルを用いた処
置がより容易に速やかに行え、従って長い間望まれてい
た要望にも応えることができる。
本発明の好適な実施の形態について説明して行く。本発
明は基本的に、患者の身体が、また特に図示した具体的
な実施の形態では患者の心臓が、互いに直交した3方向
のポテンショメータの機能を果たすようにしたものであ
る。複数の高周波電流信号源を用いて、比較的小さな電
流を患者の体内に、しかも互いに直交する3方向の夫々
に流すようにしており、それら電流が患者の体内のマッ
ピング対象領域の近傍を流れるようにしている。図1か
ら明らかなように、夫々の電流信号源40、41及び4
2に電流信号を発生させて、それら電流信号を3対の電
極対に供給しており、図中にはそれら電極対を模式的
に、電極対x−x’、y−y’、及びz−z’として示
した。カテーテル46が患者の体内に挿入されており、
ここでは説明を具体的なものとするために、このカテー
テル46の先端部分が、患者の心臓の中に挿入されてい
るものとする。カテーテル46は、少なくとも2つの電
極を装備したものであり、図にはそれら電極を47と4
8とで示した。一方の電極47は、略々カテーテル46
の先端に取付けられており、この先端電極47は、心臓
の内壁のマッピング対象領域に接触させて、或いはその
近傍に位置付けるものである。この実施の形態において
は、先端電極47は、実際にカテーテルの最先端に装備
してもよく、或いは、最先端から幾分後退させた位置に
装備してもよいが、ただし後者の場合でも、カテーテル
46の先端近傍に装備しておくようにする。他方の電極
48は、先端電極47から所定距離Dだけ離隔させて配
設してある。図に示したカテーテル電極は以上の2つだ
けであるが、カテーテルに実際に装備する電極の個数
は、3個、4個、或いは5個以上であることもあり、要
は、カテーテルが少なくとも1個の位置検出用の電極
(この電極は、カテーテルの最先端またはその近傍に備
えることが好ましい)を備え、また、所定距離Dだけ離
隔させた一対の電極を備えていればよい。この一対の電
極はキャリブレーションのためのものであり、これにつ
いては後に詳述する。PTCAカテーテルでは、2個の
電極が先端近傍に配設されていることもあり、またバル
ーンの両側に1個ずつ配設されていることもあるが、そ
れら電極に適切に接続することによって、本発明を実施
するのに適したものとすることができる。
する3つの電気信号を、高周波定電流パルス信号とし、
それらの周波数を互いに少しずつ異ならせている。更に
具体的には、例えば、それら電流パルス信号の電流レベ
ルは約0.1mAとし、x−x’電極対を駆動する電流
信号源CSx は30kHzで動作させ、y−y’電極対
を駆動する電流信号源CSy は31kHzで動作させ、
z−z’電極対を駆動する電流信号源CSz は32kH
zで動作させるようにすればよい。別の実施の形態とし
て、それら3つの電流信号源の全てを実質的に同一の周
波数で動作させる形態とすることも可能であり、その場
合には、それら電流信号を時間多重することによって、
検出信号のピックアップの際に夫々の信号を識別するこ
とができる。これに関して重要な点は、例えば周波数、
位相、或いは時間等の何らかの特性を、それら3つの印
加信号の各々で異ならせておくことにより、患者の身体
から検出した3つの信号を、夫々x信号、y信号、z信
号として分離できるようにしておくということである。
波数を25〜50kHzの範囲内の周波数にしておくと
有利であり、なぜならば、この範囲内の周波数であれ
ば、バンドパス特性を有する心臓内心電信号を増幅する
ための増幅回路の通常の上側遮断周波数より十分に大き
な周波数になるからである。この周波数範囲より低い周
波数を用いることも可能であるが、その場合には、全て
の心電信号用の増幅回路に、外部から印加するそれら信
号(外部信号)を排除するように特別に調整したフィル
タ回路を装備することが必要になる。ただし、例えばP
TCA等のように心臓内心電信号の記録を伴わない処置
技法に本発明を適用する場合には、外部信号源の周波数
を更に低くすることができる。同様に、互いに直交する
方向に流すそれら外部信号の電流レベルは、他の信号の
ピックアップの際に、それら外部信号がノイズとして混
入することを避け得るレベルでありさえすれば、任意の
レベルとすることができる。またそれら外部信号は、皮
膚接触インピーダンスの変動の影響を排除できるという
理由で、電流パルス信号とすることが好ましいが、場合
によっては電圧パルス信号とすることも考えられる。従
って、最適な周波数、それに最適な信号レベルは、具体
的な個々の用途に応じて決まるものである。
部信号が、互いに周波数を異ならせた信号であるものと
し、これより、カテーテル先端位置を判定するための数
学的な基礎について説明して行く。図1に示すように、
本発明にかかる心臓内部のマッピングの方法において
は、先端電極即ちマッピング電極47を、3つの検出フ
ィルタ50、54、57に接続するようにしており、そ
れら3つの検出フィルタの各々は、3つの電流源の夫々
の周波数のうちの1つだけに対して感度を持つように調
節してある。先端電極47がどの位置にあるときにも、
この先端電極47と基準電極Rとの間で、互いに直交す
る方向に流れている3つの電流の各々に対して1つずつ
の電圧が検出される。尚、基準電極Rは、患者の皮膚に
装着する表面電極(皮膚電極)とすることが好ましい。
患者の身体の応答特性が線形性を有するものと仮定すれ
ば、それら3つの電圧測定値から、患者の体内における
先端電極47の位置に対応したx値、y値、及びz値の
組が一意的に定まり、それらは次の式で表される。Vx
=axVy =byVz =cz
度を表す未知数であり、その値を求める必要がある。ま
た、それらの値の単位は、mV/mmである。本発明の
好適な実施の形態では、キャリブレーションが自動的に
行われるようにするために、即ち、それら3つの定数の
値が自動的に求められるようにするために、既知の電極
間隔(D、単位はmm)をもって離隔させた2つの電極
を備えたカテーテルを使用するようにしている。それら
2つの電極のうちの一方の電極には、先端電極をあてる
ようにしてもよく、或いは、それら2つの電極の双方を
独立した電極としてもよい。例えば四極形カテーテルを
使用する場合には、後者の方式とすることができる。こ
のキャリブレーションのための構成では、図1に模式的
に示したように、検出すべき電圧の各々に対して、互い
に感度の揃った2組の検出用増幅回路及び信号処理経路
が必要である。上述の2つの電極の各々が、x電流、y
電流、及びz電流の夫々に対して1つずつの電圧をピッ
クアップするため、次の式が得られる。Vx1=ax1、
Vy1=by1、Vz1=cz1Vx2=ax2、Vy2=by2、
Vz2=cz2
値を算出するために、測定値DVx=Vx2−Vx1と未知
数Dx=x2−x1とを使用し、また、測定値DVy =V
y2−Vy1と未知数Dy=y2−y1とを使用し、更に、測
定値DVz =Vz2−Vz1と未知数Dz=z2−z1とを使
用する。そして、DVx =aDx、DVy =bDy、及
びDVz =cDzであることが分かっており、また、D
x 2+Dy 2+Dz 2=D2であることから、次の式が得られ
る。(ΔVx/a)2 + (ΔVy/b)2 + (ΔVz/c)2
=D2 DVx 、DVy 、及びDVz の値は測定値として
得られ、またDの値は既知であるため、上式から、a
2 、b2 、及びc2 の値を算出することができる。式を
更に簡単にするために、1/a2 =A、1/b2 =B、
1/c2 =Cとおき、また、DVx 2=X、DVy 2=Y、
DVz 2=Zとおくならば、次の簡単な式が得られる。A
X+BY+CZ=D2 この式においてX、Y、Zは測定
して得られる値であり、Dは既知の電極間隔である。従
って、あと必要なことは、この式に代入するための測定
値を式3つ分(3組分)得ることだけであり、それに
は、カテーテルを、心房や心室等の体内の同一領域内
で、3通りの異なった向き(姿勢)にして測定を行えば
よい。ただし、そのためにわざわざカテーテルの向きを
変える操作を行う必要はなく、なぜならば、カテーテル
を用いた処置を実行しているときには、それだけで既
に、カテーテルの操作が心臓内で連続して行われている
からである。また、3通りのカテーテルの向きに対応し
た測定値を、そのカテーテルを用いた処置を開始する前
に予め求めておく必要はなく、なぜならば、先に収集し
た位置データに、後から求めたキャリブレーション値を
用いて補正を施すことができるからである。3通りのカ
テーテルの向きに対応した3組分のデータが得られたな
らば、それらデータによって表される3つの式から成る
連立方程式をA、B、Cについて解くことができ、それ
によって、キャリブレーション値a、b、cを算出する
ことができる。理論的には、A、B、Cの各々の値か
ら、a、b、cの夫々の解として常に2つずつの値が導
出されるが、それら2つの値のうち正の値を持つ方が正
しい解である。
を備えたものとはならないことがあり、その場合には、
測定値の組が絶対的に正しい値にはならない。しかしな
がらこのことは、正確な測定値を得る上で根本的に問題
となることではなく、なぜならば、カテーテルを用いた
処置を行っている間中、上述の計算が自動的に連続して
実行され、その計算結果が平均値が取られるようにして
おくことができるからである。即ち、カテーテルの操作
を行っている間、キャリブレーションのための測定及び
計算が何度でも反復して実行され、その平均値が取られ
るようにしておけばよく、そうすれば、非常に精度の高
い真正の位置特定を可能にする平均値が得られる。ま
た、本発明によれば、処置対象の心房ないし心室内の複
数の領域の夫々に対応したキャリブレーション定数(即
ち感度)を算出することが容易である。このことは、測
定値が高度の線形性を示さない場合に利点となり得る。
処置対象の心房ないし心室内の複数の領域の夫々に対応
したキャリブレーション定数を計算するようにすれば、
算出される相対位置が、マッピング及びそれに続く切除
処置を行うという医療用途に適した高い信頼性を有する
ものとなる。
単に「おおよそ」感度を推定しただけで、カテーテルを
用いた処置を実行することも可能であり、この「おおよ
そ」感度の推定は、例えば患者の体重や胸郭の大きさに
基づいて行うことができる。これに関して、1つの心房
ないし心室内の全領域のマッピングが必要とされること
は滅多にないということに注意されたい。即ち、マッピ
ング及びそれに続く切除処置は、通常、1つの心房ない
し心室の全領域のうちの、不整脈がそこから発生してい
る一部領域だけを対象として実行される、マッピングの
対象領域がその心室ないし心房の一部領域のみに限局さ
れる場合には、測定値の線形性は、より良好なものとな
る。
2つの電極を使用することなくキャリブレーションを行
えるようにしたものがあり、即ちこの実施の形態では、
心臓のある特定の寸法を推定することにより、マッピン
グ電極上の電圧Vx 、Vy 、及びVz を測定するだけ
で、キャリブレーションを行えるようにしている。例え
ばカテーテルを左心室へ入れるときには、そのカテーテ
ルを操作して、下行大動脈、大動脈弓、及び大動脈弁を
経由して左心室へ入れることになる。患者を仰向けに横
臥させた状態では、下行大動脈と大動脈弁との高低差は
約5cmになる。また、大動脈弁から左心室尖までの距
離は10cmに非常に近い値であることが知られてい
る。これらの距離の概略的な数字を使用して、また、そ
れら部位における電圧を測定することによって、システ
ムが「効き始めた」ときの、即ち解剖学的にいえばカテ
ーテル電極が然るべき位置に位置付けられた状態での、
感度キャリブレーション値が得られる。これによって、
正常状態の左心室内でカテーテルを位置付けることがで
きる。また、左右の心房や右心室の中でも、同じ技法を
用いて信頼性の高い位置データを得ることができる。
6は、図示の如く先端電極47を備えており、このカテ
ーテル46を操作して、先端電極47を心房ないし心室
内の適当な位置へ位置付ける。患者の身体の表面に装着
した基準電極Rにはリードが接続しており、このリード
によって基準電位が付与されている。位置測定を行うた
めには、先端電極47と基準電極Rとの間で検出される
電圧を、スイッチ・マトリクス49を介して3つのフィ
ルタ50、54、57の各々へ接続する。それらフィル
タは、ディジタル・フィルタまたはその他の適当な狭帯
域バンドパス・フィルタであり、3つの電流信号源4
0、41、42の夫々が発生する信号をピックアップす
ることができるように設計したものである。3つの電流
信号源40、41、42は、参照符号44でまとめて示
した複数のクロック回路の夫々によって駆動されてお
り、それらクロック回路は、周波数がfx 、fy 、及び
fz の基本タイミング信号を発生している。それらクロ
ック信号は、夫々の電流信号源を駆動すると同時に、夫
々xフィルタ57、yフィルタ54、及びzフィルタ5
0へも供給されていて、図2の(a)に点V1 及びV2
で示したように検出信号を時間サンプリングするために
用いられている。それらフィルタ50、54、57の各
出力は、夫々に対応した増幅回路51、55、58を通
過するように接続されており、また更にローパス・フィ
ルタ52、56、59を通過するように接続されてい
る。それらローパス・フィルタは、その遮断周波数を約
0.1Hzに選定してあり、各増幅回路から入力する信
号に含まれているそれより高い周波数の変動を排除す
る。この変動排除は、心収縮及び患者の呼吸に起因する
問題の発生を回避することを目的として行うものであ
る。そのためには、それらローパス・フィルタの時定数
を、5〜10秒の範囲内の長い時定数とすることが好ま
しく、それによって心収縮ないし呼吸に伴う移動の影響
を排除することができる。ただし、用途によっては、心
収縮ないし呼吸に伴う移動に関する情報が有用なことも
あるため、それらローパス・フィルタを装備するか否か
は任意である。
及び呼吸が検出信号(x信号、y信号、及びz信号)に
及ぼす影響と、それらの影響がフィルタによってどのよ
うに排除されるかを説明した図である。図2において、
(a)は心電図と呼吸信号とを示している。(b)に示
したのは、正のピーク及び負のピークでサンプリングし
て検出した信号であり、この検出した30kHzのパル
ス信号から、その正部分と負部分との差に対応した信号
を取り出す。検出した信号の振幅には、呼吸及び心収縮
に起因する変動成分が含まれており、そのため、取り出
される信号は、図2の(c)に示した信号Vc のように
なる。この信号の変動成分がローパス・フィルタによっ
て除去される結果、図2の(c)に電圧信号Vで示した
ような、正確な位置信号が得られる。
れるx出力、y出力、及びz出力はコンピュータ65ま
たはそれと同等の機能を有する装置に接続され、そこで
各々の3次元位置の算出が行われる。その出力は更に、
例えばディスプレイ装置66等の、垂直方向のリアルタ
イムのディスプレイが可能な適当な出力装置に供給され
る。また、後に詳述するが、後刻ディスプレイを再生で
きるように位置データを格納しておくようにしてもよ
い。
ションの実行中は、カテーテル46に取り付けたキャリ
ブレーション用の電極対の各電極を、一対のz処理チャ
ネルと、一対のy処理チャネルと、一対のx処理チャネ
ルとに接続しておく。これによって、それら電極からの
2つの信号が、2つのzフィルタ50、50’と、2つ
のyフィルタ54、54’と、2つのxフィルタ57、
57’とに入力することになる。それらフィルタは、D
Vx 信号、DVy 信号、及びDVz 信号を生成させるた
めに、高度に特性を揃えてある。位置測定の実行中と同
様に、ブロック44からの複数のクロック信号が、それ
ら6個のフィルタの夫々へ供給されており、それによっ
て、一対のx信号、一対のy信号、及び一対のz信号の
夫々に対して、ディジタル・フィルタによる処理が施さ
れるようにしている。それら6つの信号は、増幅回路5
1、51’;55、55’;58、58’によって増幅
された後に、ローパス・フィルタ52、52’;56、
56’;59、59’を通される。x信号、y信号、及
びz信号から成るそれら3対の信号は、続いてコンピュ
ータ65へ供給され、そこで先に説明した計算が実行さ
れて、定数a、b、cが求められる。ここに説明したよ
うに2組のチャネル増幅回路及びフィルタを用いるので
はなく、それらを1組だけを使用する形態とすることも
可能であり、その場合には、1つのチャネル入力部へ、
上述の2つの電極を交互に接続するようにすればよい。
2つの信号の処理が同一のチャネルで行われるため、増
幅等が全く同一に行われ、従って精度も向上する。
て実行される主要なステップの幾つかについて説明す
る。ブロック70では、図1に模式図で示したように、
複数の定電流の電流信号を、患者の体内を互いに直交す
る方向に流れるようにして、患者に印加する。既述の如
くそれら電流信号は、その周波数を夫々約30kHz、
約31kHz、及び約32kHzとし、その電流レベル
を0.1mAとした信号とすることが好ましい。周波数
を更に幾分低くしてもよいが、ただし周波数を低くする
と、電流レベルを高くした場合と同様に、ECGの連続
的な検出においてそれら電流信号がピックアップされて
しまうおそれが高くなるという不都合が生じる。この観
点からは、より高い周波数とすることが好ましく、そう
したものも本発明の範囲に含まれるが、ただしその場合
には、より正確に動作する電子回路が必要になる。72
に示したのは、カテーテルを挿入してその先端をマッピ
ング対象領域に入れるステップである。いうまでもな
く、このカテーテル挿入ステップは、直交電流信号を印
加するステップより先に実行してもよい。74に示した
のは、システムのキャリブレーションを実行するステッ
プであり、このステップでは定数a、b、及びcの値を
求める。既述の如く、このキャリブレーションのステッ
プは、位置データの収集と並行して実行することができ
る。76では、カテーテルの先端を処置対象位置へ移動
する。カテーテルを用いて行う処置が、切除処置を伴う
ものである場合には、ここで検出動作を実行して、例え
ば不整脈発生中心の位置等の、心臓に関するデータの収
集を行う。このデータ収集のための技法としては、様々
な技法が当業界において周知となっている。続いて、先
に説明した計算を実行して位置情報を導出し、そして、
こうして検出した情報及び位置を格納し、及び/また
は、それらに基づいてマップの作成を行う。図示のフロ
ーチャートから分かるように、このブロック76のステ
ップは、医師の意向次第で何度でも反復して実行され
る。従って、カテーテルの先端を次々と何箇所もの位置
へ移動させることができ、その際に、以上の手順に従っ
てそれら位置の全てが特定されて自動的にマッピングが
行われる。次にブロック78では、新たな領域への移動
に伴ってキャリブレーションの再実行が必要にもしくは
望ましくなったか否かが判定される。既述の如く、カテ
ーテルの先端を大きく移動させたときにはキャリブレー
ションの再実行が必要になることがあり、そのような場
合には処理の流れは74へ戻る。この場合のキャリブレ
ーションのステップも、カテーテルの先端の移動、検
出、位置特定、及びマッピングのステップと並行して実
行することができる。マッピングが完了したならば、処
理の流れは80へ進み、切除処置を実行する。このステ
ップでは、先に求めたマッピング情報に基づいて、カテ
ーテルの先端の位置付けを行い、即ち、カテーテルの先
端を移動させた上でその移動後の位置の特定を行い、そ
れによって、マッピングによって判明した所望の位置に
カテーテルの先端が移動していることが確認されたなら
ば、切除処置を実行して、不整脈の発生原因部位を切除
する。周知の如く、切除処置を実行するための好適な方
法は、心臓組織へ高周波電力パルスを所定の時間(例え
ば数分間)に亙って印加するというものである。典型的
な切除処置では直径が約1cmの切除創が形成される。
本発明によれば、先に求めたマッピング・データに基づ
いて、また、カテーテルの先端の正確な位置を識別する
ことによって、不整脈発生中心の近傍の何箇所もの部位
で切除処置を反復して実行することができる。
テーテルを用いた心臓への処置の実行中に行われた電気
的な位置特定、即ち位置の測定の具体例を示した図であ
る。周波数が10kHzでパルス高さが0.1mAの電
流パルスを、患者の胸部を通って、互いに直交する3方
向の夫々に電流が流れるように供給した。図4の添書き
に記したように、x方向は左から右へ、y方向は頭部か
ら下肢へ、そしてz方向は、胸部正面から背面へ向かう
方向である。それらx、y、z方向の各々について、キ
ャリブレーションを施したX線映像によってカテーテル
の先端の正確な位置を測定し(横軸、単位はcm)、そ
れら正確な位置を、5倍に増幅した測定電位(縦軸、単
位はmV)に対してプロットした。ここでは、カテーテ
ルの先端を、患者の体内の4箇所の位置に定位した。そ
れら4箇所の位置は、右心房高位付属器の中、房室束
上、左心室内の僧帽弁輪の近傍、それに冠状静脈洞の中
である。それら4つの位置のうちの1つを基準とし、縦
軸と横軸との交点に示した。この図から、x、y、zの
いずれの方向にも良好な線形性が存在することが見て取
れる。従来は、位置特定の精度として、数cm以下の精
度を得ることは非常に困難であった。本発明によれば、
その精度は1mm以下であり、実際にどれほどまでの精
度が得られるかは、呼吸及び心収縮に伴う移動によって
誘起される変動をフィルタでどの程度にまで排除できる
かにかかっている。このように位置特定の精度が高いこ
とによって、切除処置が大いに改善される。なぜなら
ば、従来は初期マッピングを行った後にも大抵の場合、
医師は、切除処置を実行する部位へ戻る際に、微調整即
ち再マッピングを実行せねばならなかったからである。
本発明の技法を用いれば、医師は速やかに主要切除部位
へ戻ることができ、切除電極の位置を再定位して、狙っ
た位置に正確に切除創を生成し、不整脈を効果的に治療
ないし抑制することができる。
ては、基準電極を皮膚の表面の適当な部位に装着するよ
うにしているため、処置の実行中に基準電極がずれてし
まうおそれが小さいという利点が得られる。ただし、こ
の構成にも短所があり、それは、心収縮及び呼吸によっ
て誘起される信号振幅の変動が比較的大きいということ
である。別法として、静止カテーテルの電極の1つを、
体内のある領域、例えば心臓の中に入れて、基準電極と
して用いるという方法がある。基準電極をマッピング電
極とは別の心房ないし心室内に配置することによって、
ずれが比較的発生し難くなり、呼吸及び心収縮の影響が
低減されるという利点が得られる。この場合、呼吸及び
心収縮の影響が低減されるのは、マッピング電極がどの
位置にあっても、呼吸ないし心収縮によってマッピング
電極と基準電極との両方が同時に移動されるからであ
る。しかしながら、このようにした場合でも、基準電極
として使用しているそのカテーテル電極が、時にはずれ
てしまうことがあり、もしそうなったならば、それまで
に求めた測定値が殆ど無用のものとなってしまう。
縮及び呼吸によって殆ど影響を受けることのない信頼性
の高い基準電極が求められているという問題に対処した
ものがあり、この実施の形態では、信号源を接続する電
極を基準電極として兼用すると共に、信号源が発生する
夫々の信号を、先に開示したように時間多重するように
している。例えば、信号源として、周波数が90kHz
のパルス信号を発生するものを使用し、連続するパルス
のうちの1つを先ずx−x’電極対に接続し、その次の
パルスをy−y’電極対に接続し、その次のパルスをz
−z’電極対に接続するというようにして、各々の電極
対から夫々に30kHzの信号を送出させるようにす
る。この場合、検出電圧の分離は、周波数にはよらず、
タイミングによって、周知の方式で行う。3つの信号の
うちの1つの検出が行われているときには、他の2対の
電極対は別の用途に使用できる状態にあり、従ってそれ
ら電極対を基準電極として使用することができる。例え
ば、x方向またはy方向の測定を行っているときには、
z電極とz’電極とを互いに接続してそれら2つの電極
を基準電極として使用し、z方向の測定を行っていると
きには、y電極とy’電極とを互いに接続してそれら2
つの電極を基準電極として使用すればよい。この構成の
利点は、実効電極位置が患者の身体の略々中心に、従っ
て心臓の近くにくること、それに、それら電極が皮膚電
極であるため、ずれるおそれが小さいことである。
装着されるものもあるため、マッピング位置がそのよう
な一対の皮膚電極にかなり近接することもあり得る。こ
の場合、その一対の電極によって形成される電界の等電
位面の湾曲がかなり大きいことから、そのマッピング位
置がそれら一対の電極の略々中間に位置している場合を
除いて、僅かながら誤差が導入されることになる。しか
しながら、この種の誤差は、それら一対の電極の間にお
けるマッピング電極の位置を算出して適当な数学的補正
を施すことによって、消滅させることができる。尚、マ
ッピング電極の概略位置をチェックするには、z−z’
電極対上のy電圧をマッピング電極上のy電圧と比較
し、y−y’電極対上のz電圧をマッピング電極上のz
電圧と比較し、そしてy−y’電極対上、及び/また
は、z−z’電極対上のx電圧をマッピング電極上のx
電圧と比較すればよい。
な医療技術に適用可能である。重要な用途の1つは、上
で説明したように、例えば心室性頻脈(VT)等の、頻
脈の発生中心、即ち頻脈の出発部位を特定するという用
途である。周知の如く、カテーテルを用いて行うこの種
の処置においては、VTが発生しているときの皮膚表面
ECGを計測し、それを、心室内の様々な位置において
先端電極で計測した心臓内ECGと比較する。そして公
知の様々な技法を用いて、VTの出発部位の位置を特定
することができる。更に、本発明にかかる3次元の位置
特定を実行することによって、夫々のペーシング部位
と、それらペーシング部位の各々に対応した、そのペー
シングによって惹起されるECGとVTによって発生す
るECGとの相関に基づいて、両者の間に最良の相関が
得られるような最良のペーシング部位を予測することも
できる。
して、例えば、本発明のシステム及び方法は、冠動脈狭
窄の3次元映像の作成にも利用することができる。それ
を行うためには、エコー・チップ・データを3次元デー
タと組合わせるようにすればよい。それには、1本のカ
テーテルの先端にエコー・チップを装備すると共に、そ
の先端近傍に寸法情報を得るための2個の電極を装備す
る。そして、エコー・チップ・データと3次元データと
を組合わせることによって、冠動脈狭窄の位置を特定す
るための正確な3次元マップを作成することができる。
ントの定位を挙げることができる。本発明に従って3次
元情報を得ることによって、先に探索したカテーテル位
置を正確に特定し直すことができ、それによって、例え
ばPCTAを施した部位や、血管内エコー画像を作成し
た部位に、正確にステントを定位することができる。ま
た、3次元的位置付けを伴わない用途でも、2次元位置
データや、更には1次元位置データを得るために、この
技法を同様に利用することも可能である。
向の複数の信号を用いるものとして本発明を説明した。
それら信号の方向は、厳密に直交する方向であることを
必ずしも必要としないが、ただし、略々直交する方向と
することが好ましい。それら信号の方向どうしの間の角
度が、厳密に直交する角度からずれていても、それら角
度が3次元的であって、それら角度の値が分かってさえ
いれば、数学的補正を施すことによって、正確な直交か
らのずれの影響を補償することができる。
置を実行するために用いる本発明にかかるシステムの主
要構成要素を示したブロック図である。
を表す信号(下側の曲線)とを図示して相対的な周波数
を示したグラフ、(b)は、検出した位置信号を図示し
て心収縮及び患者の呼吸のためにその信号に生じた変動
を示したグラフ、(c)は、検出した位置信号からフィ
ルタによって高周波成分を除去したが、ただし心収縮及
び呼吸のために生じた変動はまだ残っている信号(V
c)と、更にフィルタによって低周波成分も除去した信
号(V)とを示したグラフである。
除の処置における主要なステップを示したフローチャー
トである。
したグラフである。
マッピング電極(先端電極)48 電極50、50’、
54、54’、57、57’ ディジタル・フィルタ5
1、51’、55、55’、58、58’ 増幅回路5
2、52’、56、56’、59、59’ ローパス・
フィルタx、x’、y、y’、z、z’ 信号源電極R
基準電極
Claims (28)
- 【請求項1】 患者の体内の位置の3次元測定の方法に
おいて、(a)患者の体内を、略々x方向、y方向、及
びz方向に対応した夫々の方向に流れるように、夫々に
3次元交流電流信号を印加する、電流信号印加ステップ
と、(b)マッピング電極と少なくとも1つの他の電極
とを備えたカテーテルを患者の体内に挿入する、カテー
テル挿入ステップと、(c)前記マッピング電極におけ
る複数の測定値と、患者の体内のx位置、y位置、及び
z位置との相関を表す複数の相関因子を求める、相関因
子導出ステップと、(d)患者の体内の複数の位置にお
いて、前記3次元電流信号の各々に関して前記カテーテ
ルの前記マッピング電極で検出される検出信号を測定す
る、検出信号測定ステップと、(e)前記相関因数を用
いて、前記カテーテルの前記マッピング電極の複数の位
置の各々に対応した3次元のx位置、y位置、及びz位
置を求める、位置導出ステップと、(f)それら複数の
3次元位置を表す位置データを出力する、位置データ出
力ステップと、を含んでいることを特徴とする方法。 - 【請求項2】 前記電流信号の夫々を互いに異なった夫
々の周波数で発生させるステップを含んでいることを特
徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 前記電流信号の夫々を時間多重するステ
ップを含んでいることを特徴とする請求項1記載の方
法。 - 【請求項4】 前記夫々の周波数が約25〜50kHz
の範囲内の周波数であることを特徴とする請求項2記載
の方法。 - 【請求項5】 前記電流信号印加ステップにおいて、電
流レベルが約0.1mA以下の定電流パルスを印加する
ことを特徴とする請求項4記載の方法。 - 【請求項6】 前記検出信号にフィルタ処理を施して心
収縮及び患者の呼吸に起因する成分を除去するステップ
を含んでいることを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項7】 前記出力情報を用いて3次元位置データ
のマッピングを行うステップを含んでいることを特徴と
する請求項1記載の方法。 - 【請求項8】 前記位置信号を検出した位置において併
せて前記相関因子を求めることを特徴とする請求項1記
載の方法。 - 【請求項9】 前記カテーテルが、所定距離Dだけ離隔
させた2個の電極を備えており、前記相関因子導出ステ
ップが、前記2つの電極から、前記x信号、前記y信
号、及び前記z信号の各々に対応した検出信号を得るス
テップを含んでいることを特徴とする請求項1記載の方
法。 - 【請求項10】 処理装置をリアルタイムで使用して3
次元位置である前記x位置、前記y位置、及び前記z位
置を求めるステップと、それによって求められた位置を
表すデータをディスプレイ上に視覚表示するステップと
を含んでいることを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項11】 前記カテーテルを操作して患者の体内
の複数の位置に位置付けるステップと、それら複数の位
置の各々の3次元位置を表す視覚表示を出力するステッ
プとを含んでいることを特徴とする請求項1記載の方
法。 - 【請求項12】 前記カテーテルを患者の心臓へ挿入す
るステップと、前記求めた3次元位置の各々に対応した
局所活性化データを求めるステップと、前記局所活性化
データ及び前記位置データを格納するステップとを含ん
でいることを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項13】 前記格納した位置に対応した心臓内の
少なくとも1つの位置を選択するステップと、前記カテ
ーテルの先端を操作してその選択した位置に位置付ける
ステップと、心臓のその選択した位置における切除処置
を実行するステップとを含んでいることを特徴とする請
求項12記載の方法。 - 【請求項14】 患者の心臓内の各部位の位置をマッピ
ングするためのカテーテル・マッピング方法において、
患者の体内を通って互いに略々直交する夫々の方向に流
れる3つの電流信号であって、その各々が他の2つの電
流信号から識別可能な夫々の特性を有する3つの電流信
号を印加する、電流信号印加ステップと、検出電極を備
えたカテーテルを、該検出電極が患者の心臓内の所与の
位置にくるように位置付ける、カテーテル位置付けステ
ップと、前記検出電極で前記3つの電流信号の各々を検
出し、それら3つの検出信号を前記夫々の特性に基づい
て分離する、検出及び分離ステップと、前記3つの検出
信号から前記検出電極の位置を求める、位置導出ステッ
プと、前記カテーテル位置付けステップ、前記検出及び
分離ステップ、及び前記位置導出ステップを、患者の心
臓内の複数の位置で反復して実行するステップと、求め
た複数の位置に対応したデータを出力するステップと、
を含んでいることを特徴とするカテーテル・マッピング
方法。 - 【請求項15】 患者の心臓内の複数の位置に関して前
記3つの検出信号にキャリブレーションを施し、それに
よってそれら3つの検出信号の各々とそれに対応したx
位置、y位置、ないしz位置との間の夫々の関係を求め
る、キャリブレーション・ステップを含んでいることを
特徴とする請求項14記載のカテーテル・マッピング方
法。 - 【請求項16】 前記位置導出ステップにおいて、前記
求めた夫々の関係を利用することを特徴とする請求項1
5記載のカテーテル・マッピング方法。 - 【請求項17】 前記カテーテルが、所定距離だけ離隔
させた2つの電極から成る電極対を備えており、前記キ
ャリブレーション・ステップが、互いに略々直交する方
向に流される前記3つの電流信号によって、少なくとも
3つの異なった位置ないし姿勢にある前記電極対の各々
の電極に誘起される信号を測定するステップを含んでい
ることを特徴とする請求項14記載のカテーテル・マッ
ピング方法。 - 【請求項18】 互いに略々直交する方向に流される前
記3つの電流信号の各々が定電流パルス信号であること
を特徴とする請求項14記載のカテーテル・マッピング
方法。 - 【請求項19】 互いに略々直交する方向に流される前
記3つの電流信号の各々を約10kHz以上の周波数の
信号として供給するステップを含んでいることを特徴と
する請求項18記載のカテーテル・マッピング方法。 - 【請求項20】 前記3つの電流信号を、互いに周波数
の異なる信号として発生させるステップを含んでおり、
前記特性が周波数であることを特徴とする請求項14記
載のカテーテル・マッピング方法。 - 【請求項21】 前記3つの電流信号を、互いに時間多
重した信号として発生させるステップを含んでおり、前
記特性が時間であることを特徴とする請求項14記載の
カテーテル・マッピング方法。 - 【請求項22】 患者の体内の各部位の位置をマッピン
グするカテーテル・マッピングを実行するために用いる
システムにおいて、少なくとも1つの交流電流信号を患
者に印加するための外部信号手段と、少なくとも1つの
マッピング電極を備え、患者の体内へ挿入して操作する
ことによって複数の部位に位置付けるようにしたカテー
テルと、前記マッピング電極に接続しており、該マッピ
ング電極が体内の複数の部位の夫々に位置付けられたと
きに、前記少なくとも1つの交流電流信号を検出し、そ
の検出した信号に処理を施すことによって、該マッピン
グ電極の位置を表す位置信号を導出する、位置特定手段
と、前記位置信号から、前記交流電流信号の検出位置の
各々を算出する、位置算出手段と、算出した夫々の位置
に対応したデータを出力する出力手段と、を備えたこと
を特徴とするシステム。 - 【請求項23】 前記カテーテルが、所定距離Dだけ離
隔させた2つの電極から成る電極対を備えており、前記
システムが更に、前記電極対からキャリブレーション信
号を検出する手段と、該キャリブレーション信号からキ
ャリブレーション因子を導出するキャリブレーション手
段とを備えており、前記位置算出手段が、前記位置信号
と前記キャリブレーション信号とから前記位置を算出す
る手段を含んでいることを特徴とする請求項22記載の
システム。 - 【請求項24】 前記出力手段が、前記カテーテルを操
作して位置付けた各部位におけるカテーテル位置を表す
3次元表示を提供するビデオ手段を備えていることを特
徴とする請求項22記載のシステム。 - 【請求項25】 前記位置特定手段が基準電極を含んで
いることを特徴とする請求項22記載のシステム。 - 【請求項26】 前記基準電極が皮膚電極であることを
特徴とする請求項25記載のシステム。 - 【請求項27】 前記外部信号手段が、互いに略々直交
する夫々の方向に流す3つの交流電流信号を印加する交
流電流信号印加手段と、3対の皮膚電極対と、前記3つ
の交流電流信号を時間多重する時間多重手段とを備えて
おり、前記基準電極が、前記3対の皮膚電極対のうちか
ら選択された電極対から成ることを特徴とする請求項2
5記載のシステム。 - 【請求項28】 前記マッピング電極が先端電極である
ことを特徴とする請求項27記載のシステム。
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