KR100884696B1 - 초음파를 사용하는 3차원적인 재구성 - Google Patents

초음파를 사용하는 3차원적인 재구성 Download PDF

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Abstract

본 발명은 종방향 축(longitudinal axis)을 가지고 캐비티 내로 삽입하도록 적응되는 말단부(distal portion)를 가지는 긴 프로브(probe)를 포함하는 대상의 몸체 내에서 캐비티의 표면을 맵핑하기 위한 장치를 제공한다. 다수의 음향 변환기(acoustic transducer)는 상기 종방향 축을 따라서 프로브의 말단부에 걸쳐서 분포되며, 상기 변환기는 프로브가 캐비티 내에 있는 동안에 음향파를 방출하기 위하여 각각 작용하도록 적응되며, 또한 상기 캐비티의 표면으로부터 파의 반사 이후에 음향파를 수신하고, 또한 수신된 파에 반응하여서 파의 경과 시간을 나타내는 전기 신호를 발생시키도록 적응된다.
Figure R1020010049506
캐비티, 프로브, 음향 변환기, 경과 시간, 심장, 위치 좌표, 신호, 자기장

Description

초음파를 사용하는 3차원적인 재구성{Three-dimensional reconstruction using ultrasound}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 심장의 기하학적인 맵핑(geometrical mapping)을 하기 위한 시스템을 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 도 1의 시스템에서 사용하기 위하여 카테터(catheter)의 말단부를 개략적으로 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 도 2의 카테터가 삽입되는 심장을 개략적으로 절단하여 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 심장 챔버(heart chamber)의 내부 표면으로 부터 음향파의 반사를 도시하는 도 3의 심장 및 카테터를 상세하게 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 심장의 내부 표면의 3차원적인 재구성(three-dimensional reconstruction)을 발생시키기 위한 방법을 개략적으로 도시하는 흐름도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라서, 심장을 기하학적으로 맵핑하기 위한 시스템의 개략적인 사시도.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 심장을 기하학적이며 전기적으로 맵핑하는데에 사용하기 위하여 카테터의 말단부를 개략적으로 도시하는 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
20:맵핑 시스템 22: 사용자
24:심장 28: 코일
30: 카테터 34: 콘솔
36: 디스플레이 38: 맵
40: 위치 센서 46: 변환기
본 출원은 2000년 8월 18일자 출원된 가출원 제 60/226,708 호의 이익을 주장합니다.
발명은 일반적으로 3차원적인 맵핑 및 재구성을 하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 심장과 같은 신체 기관(body organ)의 내부를 맵핑하고(mapping) 재구성(reconstruction)하기 위한 것에 관한 것이다.
심장 내부 표면(endocardial surface)을 3차원적으로 맵핑하고 재구성하기 위한 방법들은 본 기술분야에서 공지되어 있다. 예를 들면, 본원에서 참고로 포함된 미국 특허 제 5,738,096 호는 프로브(probe)가 심장 벽위의 다수의 위치에 접촉하게 하고, 각 위치에서 프로브의 위치 좌표를 결정하는 것에 기초하여 심장 내막 (endocardium)을 맵핑하기 위한 방법을 기재하고 있다. 이러한 위치 좌표는 심장의 적어도 한 부분의 맵을 형성하기 위하여 결합된다. 이러한 방법들은 효과적이고 정확하지만, 이들을 실행하는데에 시간이 많이 걸리고 기술이 필요하게 된다.
심장내의 초음파 이미징(intracardial ultrasonic imaging)을 사용하여서 심장내부 표면의 비접촉적인(noncontact) 재구성을 하기 위하여 다양한 방법들이 발전되어져 왔다. 이러한 방법들은 내장된(built-in) 최소화 초음파 이미징 어레이 또는 스캐너를 가지는 카테터(catheter)를 통상적으로 사용한다. 예를 들면, 본원에 설명을 위하여 참고로 포함된 PCT 특허 공보 WO 00/19908은 심장내부의 초음파 이미징용의 조정가능한(steerable) 변환기 어레이를 기재하고 있다. 이러한 어레이는 액티브 개구(active aperture)에 의해 바람직한 방향으로 조정되는 초음파 빔을 형성한다. 이와 유사하게, 본원에 참고로 포함된 미국 특허 제 6,004,269 호는 카테터내로 합체되는 초음파 장치를 기초하는 음향 이미징 시스템(acoustic imaging system)을 기재하고 있다. 이러한 초음파 장치는 초음파 이미지를 발생시키기 위하여 심장내의 내부 조직를 향하여 초음파 신호를 향하게 한다.
또한, 심장내부의 초음파 이미징의 또 다른 예들은 본원에서 참고로 포함되어 있는 미국 특허 제 5,848,969 호 및 PCT 특허공보 WO 98/18388에 기재되어 있다. 이러한 공보들은 팽창가능한(expandable) 이미징 구조체를 사용하여서 내부 조직 영역을 볼 수 있는 시스템과 방법을 기재하고 있다. 이러한 구조체들은 심장내부로 한번 팽창된 형상을 하게 되며, 이것은 관련된 이미징 프로브 또는 어레이를 안정화시킨다.
설명이 본원에서 참고로 포함된 미국 특허 제 5,797,849 호 및 PCT 특허공보 WO 99/58055는 3차원적인 트랙킹(tracking) 및 이미징 시스템을 사용하여서 의료적인 방법을 수행하기 위한 방법을 기재하고 있다. 신체 내부에 카테터 또는 다른 프로브의 위치가 트랙되고, 이것의 바로 주변(immediate surrounding)에 대한 위치는 위치 선정을 정밀하게 하는 외과의사의 능력을 향상시키기 위하여 디스플레이된다. 이러한 프로브를 사용하는 다양한 방법들은 상기 공보에 기재되어 있다. 이러한 하나의 방법은, 위치 센서를 구비하는 프로브가 위치되는 몸체 내부의 영역을 이미지하기 위하여, 몸체 외부에서 유지되는 변환기를 가진 초음파 이미징 헤드를 사용하는 초음파 이미징이다.
초음파 이미지를 향상시키고, 이러한 이미지로부터 3차원적인 형상과 같은 정보를 추출(extract)하기 위한 다양한 방법들이 본 기술 분야에서는 공지되어 있다. 이러한 방법들은 3차원적인 형상을 형성하기 위하여 다수의 2차원적인 이미지로부터의 정보를 병합하는 것이 통상적이다. 예를 들면, 본원에서 참고로 포함된 PCT 특허공보 WO 99/55233은 서로 다른 평면에서 다수의 이미지를 사용하여서 대상 심장의 적어도 한 부분의 3차원적인 표면을 형성하기 위한 방법을 기재하고 있다. 이러한 이미지는 대상 몸체에 외부에서 공지된 위치와 배향으로 있는 초음파 변환기를 사용하여서 이루어진다. 해부학적인 경계는 다수의 이미지에서 수동으로 인식된다. 초음파 이미지를 사용하여서 윤곽 추출(contour extraction)과 3차원적인 모델링을 하는 다른 방법들은, 그 설명이 본원에서 참고로 포함된 유럽 특허출원 EP 0 961 135와 일본 특허출원 JP9-285465에 기재되어 있다. 또 다른 예로서, 그 설명이 본원에서 참고로 포함된 PCT 특허공보 WO 98/46139는 조절되는 비선형 맵핑 작용(modulated nonlinear mapping function)을 사용하여서 도플러(Doppler)와 B-모드(B-mode) 초음파 이미지 신호를 신호 이미지로 병합하기 위한 방법을 기재하고 있다.
본 발명의 몇몇 특징에서의 목적은, 몸체 캐비티, 특히 심장의 챔버를 3차원적으로 맵핑하고 기하학적으로 재구성하기 위한 향상된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 심장 카테터(catheter)는 이 카테터의 말단부(distal end)의 종방향을 따라서 분포된 다수의 음향 변환기를 포함한다. 상기 카테터가 심장의 챔버내부에 있는 동안에, 상기 변환기는 음향파(acoustic wave) , 바람직하게는 초음파(ultrasonic wave)를 연속적으로 방출하기 위하여 각각 작동된다. 상기 음향파는 캐비티의 심장 내부 표면으로부터 반사되어서 상기 변환기에 의하여 수신된다. 상기 변환기에 연결된 처리 회로는 수신된 음향파의 경과 시간(time of flight)을 결정하고, 그래서 상기 각각의 변환기로부터 상기 변환기 맞은 편 심장 내부 표면상의 지점(point) 또는 영역까지의 거리를 측정한다. 이러한 거리 측정은 기하학적인 맵의 형태로 디스플레이되는 것이 바람직한 표면의 3차원적인 형상을 재구성하기 위하여 병합된다.
그래서, 본 발명의 바람직한 실시예는 상기 심장 내부 전체 표면이 통상적으로 한번의 심장 박동 내에서 빠르게 맵핑되도록 한다. 이러한 빠른 맵핑은, 본 기술분야에서 공지된 방법과 같이 심장을 이미지하고 그 다음 상기 이미지들로부터 기하학적인 정보를 추출하는 것을 시도하는 것보다, 음향파가 3차원 거리를 직접 측정하는데에 사용되기 때문에 성취될 수 있다. 이러한 거리 측정은 카테터의 독특한 디자인(unique design)에 의하여 용이하게 되는데, 여기에서 상기 변환기는 페이스된 어레이(phased array) 또는 다른 이미징 형상으로 집중되는 것 대신에 상기 카테터의 종방향을 따라서 분포된다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예는 측정동안에 카테터와 심장내부 표면 사이의 물리적인 접촉에 대한 요구를 피하게 된다.
본 발명의 몇몇 바람직한 실시예에서, 상기 카테터는 심장 내에서 카테터의 위치 및 배향 좌표(orientation coordinate)를 결정하는데에 사용되는 하나 또는 그 이상의 위치 센서를 포함한다. 상기 음향 측정과 관련하여서 위치 센서를 사용하는 것은 상기 표면의 재구성된 3차원 형상이 공간으로 위치되고 배향되도록 한다. 또한, 다중 측정(multiple measurement)이 재구성의 정확성을 향상시키기 위하여 심장내의 서로 다른 위치에서 할 수 있도록 한다. 바람직하게는, 상기 위치 센서는, 예를 들면 본원에 참고로 합체된 PCT 특허공보 WO 96/05768 또는 미국특허 제 5,391,199 호에 기재된 바와 같이 전자기파(electromagnetic wave)를 전달하거나 또는 수신함으로써 위치 및 배향 좌표를 결정하는데 하나 또는 그 이상의 소형 코일을 포함한다. 또한, 상기 카테터 위의 음향 변환기는 몸체 외부의 고정된 위치에서 다수의 음향 변환기로부터 발신되는 음향파를 수신하거나, 또는 상기 외부 변환기로 음향파를 발신함으로써 위치 센서로서 또한 작용한다. 이러한 파들의 경과 시간은 카테터의 위치 및 배향을 결정하는데에 사용된다. 또한, 본 기술분야에서 공지된 다른 형태의 위치 감지 시스템이 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 상기 카테터는 음향 변환기에 부가하여서 다수의 전극을 포함하고, 심장의 기하학적인 맵핑은 물론 전기적인 맵핑을 하는데에 사용된다. 바람직하게는, 상기 전기적인 맵핑은, 본 특허출원의 양수인에게 양도되고 본원에서 참고로 포함되며 2000년 6월 21일자로 출원된(출원인의 서류 번호 BIO 97 US) 발명의 명칭이 "심장에서 전기적인 작용을 빠르게 맵핑하는 방법"이라는 미국 특허 출원에 기재된 것이 가장 바람직한 비접촉 전극의 어레이를 사용하여서 빠르게 수행된다. 상기 전기적이고 기하학적 맵은 심장의 기계적이고 전기적인 성질의 통합된 관점(integrated view)을 제공하게 된다.
본 발명의 몇몇의 바람직한 실시예에서, 카테터 상의 변환기에 의하여 수신되는 음향파의 다른 특징들은 부가의 기하학적인 진단 정보(diagnostic information)를 제공하기 위하여 분석된다. 예를 들면, 하나의 실시예에서, 상기 처리 회로는 내심막(endocardial) 및 외심막(epicardial) 표면 양쪽으로부터 반사를 찾기 위하여 반사된 파를 분석한다. 이러한 방법에서, 상기 양쪽의 표면들은 동시에 재구성되고, 상기 심장 벽의 두께는 맵핑된다.
다른 실시예에서, 상기 처리 회로는 도플러 시프트(Doppler shift)를 검출하기 위하여 경과 시간은 물론 반사된 파의 주파수를 분석한다. 이러한 도플러 측정은 심장벽의 속도를 결정하고 맵핑하는데에 사용된다. 그래서, 이러한 방법은 심장벽의 대향되거나 또는 상호 수직인 부분(mutually-perpendicular segment)의 상대 속도가 동시에 측정되도록 한다. 이와는 대조적으로, 본 기술분야에서 공지된 에코(echo) 도플러 측정의 방법들은 몸체 외부에서 프로브를 사용하고, 따라서 어떠한 소정의 시간에서 심장의 단지 한쪽만의 벽 속도를 측정할 수 있다.
바람직한 실시예가 심장의 챔버를 맵핑하기 위하여 심장 카테터를 기준으로 하여서 본원에서 설명될지라도, 당업자들은 본원이 다르게 적용될 수 있다는 것을 명백하게 이해할 것이다. 이러한 적용은 제한하는 것은 아니지만, 관상 대동맥(coronary arteries) 또는 위장 시스템(gastrointstinal system)과 같은 다른 몸체의 캐비티를 맵핑하고 기하학적으로 재구성하는 것을 포함한다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 대상 몸체 내의 캐비티 표면을 맵핑하기 위한 장치가 제공되는데, 이것은,
종방향 축을 가지고 그리고 상기 캐비티내로 삽입하기 위하여 적응되는 말단부(distal portion)를 포함하는 긴 프로브와;
상기 종방향 축을 따라서 프로브의 말단부에 상에 분포되는 다수의 음향 변환기를 포함하고,
상기 변환기는 프로브가 캐비티 내에 있는 동안에 음향파를 방출하기 위하여 각각 작용되게 적응되며, 상기 캐비티의 표면으로부터 상기 파의 반사 이후에 음향파를 수신하고, 또한 상기 수신된 파에 반응하여서 파의 경과 시간을 나타내는 전기 신호를 발생시키도록 또한 적응된다.
바람직하게는, 상기 캐비티는 대상의 심장 챔버를 포함하고, 상기 프로브는 심장 내부 카테터를 포함한다.
또한 또는 선택적으로, 상기 프로브는 몸체 내의 프로브의 위치 좌표를 나타내는 신호를 발생하기 위하여 적응되는 위치 센서를 포함한다. 바람직하게는, 상기 위치 센서는 코일을 포함하고, 상기 신호는 외부에서 인가되는 자기장에 의하여 코일에서 유도된다.
바람직하게는, 상기 장치는 변환기를 연속적으로 작용하기 위하여 적응되며, 경과 시간에 기초하여 상기 캐비티의 표면의 3차원 형상을 재구성하기 위하여 상기 변환기에 의하여 발생되는 전기 신호를 수신하고 처리하기 위하여 적응된다. 또한 바람직하게는, 상기 경과 시간의 반응하여, 상기 회로는 변환기로부터 이 변환기에 대향된 캐비티의 표면 위의 각각의 지점(point)까지의 거리를 결정하고, 또한 상기 형상을 재구성하기 위하여 상기 결정된 거리를 병합하기 위하여 적응된다. 또한 선택적으로, 상기 회로는 다중 반사가 있었던 파에 반응하여 발생되는 신호와 상기 캐비티 표면의 한번의 반사가 있었던 파에 반응하여 발생되는 신호를 구별하고, 또한 다중 반사가 있었던 파로 인한 신호를 제외하도록 동작된다.
바람직하게는, 상기 캐비티는 벽을 가지고, 상기 표면은 상기 벽의 내부면과 벽의 외부면을 포함하며, 상기 회로는 외부면으로 부터 반사되는 파에 반응하여 발생되는 신호와 내부면으로부터 반사되는 파에 반응하여 발생되는 신호를 구별하기 위하여 적응된다. 바람직한 실시예에서, 상기 회로는 내부면으로부터 반사되는 파와, 외부면으로부터 반사되는 파에 의하여 발생되는 신호에 반응하여 벽의 두께를 결정하기 위하여 작동된다.
다른 실시예에서, 상기 회로는 변환기에 의하여 수신되는 음향파에서 스펙트럼 이동을 검출하고, 그리고 상기 스펙트럼 이동(spectral shift)에 반응하여 상기 표면의 운동 속도를 결정하기 위하여 적응된다.
또 다른 실시예에서, 상기 장치는 캐비티에서의 전기적인 활동에 반응하여 회로로 전기 신호를 전달하도록 적응되는 프로브의 말단부에 배치되는 하나 또는 그 이상의 전극을 포함하고, 여기에서 상기 회로는 상기 전극으로부터의 신호로 반응하여, 상기 표면의 3차원 형상의 전기적인 활동의 표시를 중첩(superimpose)하도록 적응된다. 바람직하게는, 상기 전기적인 활동의 표시는 표면의 3차원 형상으로 등록되는(registered) 캐비티 표면에서 전기적인 위치(potential)의 맵을 포함한다. 바람직하게는, 상기 장치는 3차원 형상의 이미지를 디스플레이하기 위하여 회로에 구동되는 디스플레이를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 몸체 내로 음향파를 전달하기 위하여 적응되는 몸체 외부의 다수의 기준 변환기(reference transducer)를 포함함으로써, 상기 음향파는 프로브 위의 변환기에 의하여 수신되고, 변환기가 전기적인 기준 신호를 발생시키도록 하며, 상기 회로는 프로브의 위치 좌표를 결정할 수 있도록 기준 신호를 처리하도록 적응된다. 바람직하게는, 상기 결정된 위치 좌표에 반응하여, 상기 회로는 몸체내의 3차원 형상의 위치를 형성하도록 적응된다.
바람직한 실시예에서, 상기 장치는 캐비티에서 전기적인 활동을 검출하기 위하여 적응되는 프로브의 말단부에 배치되는 하나 또는 그 이상의 전극을 포함하고, 여기에서 하나 또는 그 이상의 전극에 의하여 검출되는 전기적인 활동은 캐비티 표면에서의 전기적인 위치를 변화시키는 것을 포함한다. 바람직하게는, 상기 하나 또는 그 이상의 전극은 표면과 실질적으로 접촉하지 않고 표면에서 전기적인 위치를 변화시키는 것을 검출하도록 적응된 비접촉 전극(non-contact electrode)의 어레이를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 대상의 몸체 내에 캐비티의 표면을 맵핑하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은,
종방향 축을 구비하는 프로브를 캐비티로 삽입하고, 상기 프로브의 종방향 축을 따라서 분포되는 다수의 지점(point) 각각으로부터 상기 캐비티 내의 음향파를 연속적으로 방출시키는 단계;
상기 캐비티의 표면으로부터 방출된 파의 반사에 따른 지점에서 상기 음향파를 수신하는 단계;
상기 파의 경과 시간(times of flight)을 결정하기 위하여 상기 수신된 파를 분석하는 단계 및;
상기 결정된 경과 시간에 기초하여 상기 캐비티 표면의 3차원 형상을 재구성하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은 몸체 내부에서 프로브의 위치 좌표(position coordinate)를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 3차원 형상을 재구성하는 단계는 좌표에 반응하여서 상기 형상을 재구성하는 단계를 포함하고, 상기 형상을 재구성하는 단계는 좌표를 사용하여서 몸체 내부에서 상기 형상의 위치를 형성하는 단계를 포함한다. 또한 선택적으로, 상기 파를 방출하고 수신하는 단계는 캐비티에서 프로브의 다수의 서로 다른 위치에서 상기 파를 방출하고 수신하는 단계를 포함하고, 상기 형상을 재구성하는 단계는 서로 다른 위치에서 결정되는 프로브의 좌표를 사용하여, 서로 다른 위치에서 수신되는 파에 기초하여 상기 형상을 재구성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 파를 방출하고 수신하는 단계는 프로브가 캐비티의 한 위치에서 실질적으로 정지하는 동안에 상기 파를 방출하고 수신하는 단계를 포함하고, 상기 3차원 형상을 재구성하는 단계는 한 위치에서 수신되는 파만에 기초하여 상기 형상을 재구성하는 단계를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 상기 방법은 프로브에서 전기 센서를 사용하여서 상기 캐비티의 전기 활동을 감지하는 단계를 포함하고, 상기 형상을 재구성하는 단계는 표면의 재구성된 3차원 형상에서 전기적인 활동의 표시를 중첩하는 단계를 포함한다.
본 발명은 첨부된 도면과 함께 바람직한 실시예의 다음의 설명으로 부터 보다 완전하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대상(subject)(26)의 심장(24)을 3차원의 기하학적인 맵핑을 하기 위한 맵핑 시스템(20)을 개략적으로 도시하는 사시도이다. 시스템(20)은 긴 프로브, 바람직하게는 대상의 정맥 또는 동맥을 통하여 심장의 챔버내로 사용자(22)에 의하여 삽입되는 카테터(30)를 포함한다.
도 2는 심장(24)내로 삽입되는 카테터(30)의 말단부를 도시하는 개략적인 사시도이다. 상기 카테터는 이것의 외부면에서 초음파 변환기(46)의 어레이, 바람직하게는 10 내지 20개의 변환기를 구비하는데, 이들은 각각 0.5 mm 크기이고 말단부에 근접된 카테터를 따라서 종방향으로 정렬된다. 선택적으로, 상기 카테터는 아래에 설명되는 바와 같은 전극과, 본 기술분야에서 공지된 다른 진단 및 치료적인 형상(상기 도면에는 도시되어 있지 않음)을 또한 포함할 수 있다.
카테터(30)는 위치 센서(40)를 포함하는 것이 바람직한데, 상기 센서는 말단 팁(44) 근처에 위치되는 것이 가장 바람직하다. 또한, 하나 또는 그 이상의 부가적인 위치 센서는 바람직하게는 변환기 어레이의 말단 단부 근처에 위치되는 카테터에 배치된다. 센서(40)는 전자기 센서를 포함하는 것이 바람직한데, 상기 센서는 예를 들면 폴리우레탄 글루(polyurethane glue) 또는 그와 유사한 것을 사용하는 어떠한 적절한 방법에 의하여 상기 카테터 내에 장착된다. 상기 센서는 카테터 몸체를 통하여 연장되어서 카테터의 제어 핸들 내로 들어가는 전자기 센서 케이블(도시 않음)에 전기적으로 연결된다. 상기 전자기 센서 케이블은 플라스틱으로 피복된 외장부(sheath)내에 둘러싸여 있는 다중 와이어를 포함한다. 상기 카테터 몸체 내에서, 상기 센서 케이블은 바람직하다면 변환기(46)의 리드 와이어를 따라서 보호 외장부 내에 둘러싸여 질 수 있다. 상기 제어 핸들에서, 상기 센서 케이블의 와이어는 회로판(도시 않음)에 연결되고, 상기 회로판은 전자기 센서로부터 수신된 신호를 증폭하여서, 이들을 컴퓨터가 이해할 수 있는 형태로 콘솔(console;34)(도 1)에 둘러싸여 있는 컴퓨터로 전송한다. 또한, 상기 카테터가 단지 한가지 목적을 위하여 설계되기 때문에, 상기 회로판은 카테터가 사용된 이후에 회로판을 차단시키는 EPROM 칩을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 점은 카테터 또는 적어도 상기 전자기 센서가 2번 사용되는 것을 방지시킨다.
적절한 전자기 센서는, 예를 들면 본원에서 참고로 포함된 미국 특허 제 5,391,199 호에 기재되어 있다. 바람직한 전자기 맵핑 센서는 바이오센서 리미티드(티래트 하카멜(Tirat Hacarmel), 이스라엘)에 의해서 제조되고 NOGA 상표명으로 판매된다.
상기 전자기 센서를 사용하기 위하여, 자기장을 발생시키기 위하여 자기장 발생기 코일(28)을 포함하는 패드를 대상의 아래에 위치시킴으로써 발생되는 자기장에 대상이 위치된다. 기준의 전자기 센서(도시 않음)는 대상에 대하여 고정된, 즉 대상의 뒤쪽에 대하여 묶어진 것이 바람직하고, 센서(40)를 포함하는 카테터(30)는 대상의 심장(24) 내로 전진하게 된다. 상기 센서는 자기장에서 위치를 나타내는 약한 전기 신호를 발생시키는 자기장에 있는 3개의 작은 코일을 포함하는 것이 바람직하다. 고정된 기준 센서와 심장에서의 센서(40)에 의하여 발생되는 신호는 증폭되어서 콘솔(console)(34)로 전송되고, 상기 콘솔은 신호를 분석한 다음 모니터(36)에 신호를 디스플레이한다. 이러한 방법에 의하여, 기준 센서에 대한 카테터에서의 센서의 정확한 위치는 확실하게 되어서 시각적으로 디스플레이될 수 있다. 또한, 상기 센서는 심장 근육의 수축(contraction)에 의하여 발생되는 카테터의 변위를 검출할 수 있다.
몇몇 형태의 카테터(30)와 시스템(20)은 바이오센스 웹스터 인코포레이션에 의하여 판매되고 있는 NOGA-STAR 카테터와, 또한 바이오센스 웹스터 인코포레이션에 의하여 판매되고 있는 상술된 바이오센스-NOGA 시스템으로 구현된다. 카테터(30)와 시스템(20)의 설계의 다른 특징은 본 특허출원의 양수인에게 양도되고 본원에 참고로 포함된 미국 특허출원 제 09/506,766 호에 일반적으로 기재되어 있다. 그러나, 아래에 설명되는 바와 같이 카테터와 시스템(20)을 사용하여서 실행되는 기하학적이고 전기적인 맵핑 작용과, 상기 카테터(30)의 상세한 설계는 본 발명에서만 있는 것이다.
상술한 바와 같이, 센서(40)는 상술된 PCT 특허 공보 WO 96/05768에 기재된 것과 같은 3개의 비동심 코일(non-concentric coil)을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 코일은 구동기 회로(32)에 의하여 구동되는 자기장 발생기 코일(28)에 의하여 발생되는 자기장을 감지한다(도 1). 또는, 상기 센서가 코일(28)에 의하여 검출되는 자기장을 발생시킬 수 있다. 따라서, 시스템(20)은 센서(40)에 대한 6차원 위치 및 위치(orientation) 정보의 연속적인 생성을 이루게 된다. 또한, 센서(40)(그리고, 선택적으로 카테터(30)에 있는 부가적인 위치 센서)는 3차원의 위치와 2차원의 위치(orientation) 정보를 발생시키기 위하여 자기장 발생기 코일(28)과 관련하여 충분한 단일 코일을 포함할 수 있다. 상기 3차원의 방향(통상적으로 종방향 축에 대한 카테터(30)의 회전)은 카테터에서 상호 이격된 위치(mutually-spaced location)에 제공되는 2개의 센서의 좌표 비교, 및/또는 기계적인 정보로 부터 필요하다면 추론될 수 있다.
또한, 상기 센서는 미국 특허 제 5,391,199 호 또는 제 5,443,489 호, 또는 PCT공보 WO 94/04938에 기재된 다른 형태의 위치 및/또는 좌표 센서, 또는 본 기술분야에서 공지된 어떠한 다른 적절한 형태의 위치/좌표 센서 장치를 포함할 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 카테터(30)는 위치가 형광투시법(fluoroscope)에 사용하기 위한 무선 불투명 마커(radio-opaque marker)와 같은 몸체의 외부로부터 결정될 수 있는 하나 또는 그 이상의 마커를 이용하여 마킹된다.
상술한 바와 같이, 카테터(30)는 사용자가 카테터의 작용을 관찰하고 조절하도록 하는 콘솔(34)에 연결된다. 콘솔(34)은 처리기, 바람직하게는 적절한 신호 처리 회로(통상적으로는 컴퓨터의 하우징 내에 포함되는)를 갖는 컴퓨터를 포함한다. 상기 처리기는 디스플레이(36)를 구동하기 위하여 연결된다. 상기 신호 처리 회로는 각각의 변환기(46)가 초음파 펄스를 연속적으로(in sequence) 방출하도록 하는 구동 신호를 통상적으로 발생시킨다. 또한, 상기 회로는 위치 센서(40)와 변환기(46)에 의하여 발생되는 신호를 포함하는 각각의 카테터(30)로부터 신호를 수신하고, 증폭하며 필터링하고 디지털화한다(digitized). 이렇게 디지털화된 신호는 상기 카테터의 위치 및 방향을 평가하고, 심장 내 음파의 경과 시간을 추출하기 위하여 콘솔에 의하여 수신되어서 사용된다. 이러한 분석으로부터 추출되는 정보는, 심장(24)의 심장내막 표면의 3차원적이고 기하학적인 맵(38)을 재구성하는데에 사용된다.
통상적으로, 시스템(20)은 다른 요소를 포함하는데, 이들 요소는 도면의 간략함을 위하여 도시되지 않는다. 이러한 요소 몇몇은 예를 들면, 본 특허출원의 양수인에게 양수되고 그 설명이 본원에서 참고로 포함된 미국 특허출원 제 09/122,137 호에 기재되어 있다. 예를 들면, 시스템(20)은 콘솔(34)로 ECG의 동기화된 신호(synchronization signal)를 제공할 수 있도록, 하나 또는 그 이상의 몸체 표면 전극으로부터 신호를 수신하도록 연결되는 ECG 모니터를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 시스템은 대상 몸체의 외부에 부착되는 외부에서 적용되는 기준 패치(patch) 상에, 또는 심장(24) 내로 삽입되고 심장에 대하여 고정된 위치로 유지되는 내부에 위치된 카테터 위에 있는 기준 위치 센서를 통상적으로 포함한다. 상기 기준 카테터의 위치와 카테터(30)의 위치를 비교함으로써, 상기 카테터(3)의 좌표는 심장 운동에 관계없이 심장에 대하여 정확하게 결정된다. 또한, 어떠한 다른 적절한 방법도 심장 운동을 보상(compensate)하기 위하여 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 대동맥(aorta)을 통하여 심장의 좌심실(left ventricle)(50) 내로 삽입되는 카테터(30)의 말단부를 도시하는 심장(24)의 개략적인 단면도이다. 변환기(46)는 심장내막(52)을 향하여 초음파를 방출하기 위하여 콘솔(34)에 의하여 구동된다. 상기 변환기는 심장벽으로부터 뒤로 반사되는 파를 수신하고, 처리 및 분석을 하기 위하여 콘솔(34)로 전달되는 전기 신호를 발생시킨다. 카테터(30)의 어떠한 다른 부분 또는 팁(44)이 초음파 측정(ultrasonic measurement)을 할 동안에 심장 내막에 접촉할 필요가 없다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 심실(50)의 3차원적인 기하학적 맵핑 및 재구성을 위한 방법을 개략적으로 도시한다. 도 4는 심실 내부에 있는 카테터(30)를 상세하게 도시하는데, 여기에서 아래 설명의 목적을 위하여 다수의 변환기(46)가 46a,46b,46c로 표시된다. 도 5는 이러한 방법에서 상기 단계를 상세하게 나타내는 흐름도이다. 이러한 방법이 좌심실(50)의 맵핑에 대한 기준으로 설명될지라도, 다른 몸체의 캐비티의 맵핑은 물론 심장(24)의 다른 챔버를 맵핑하는데에 간단하게 적용가능하다.
위치 설정 단계(positioning step)(60)에서, 카테터(30)는 심실(50) 내로 삽입되어서 사용자(22)에 의해 바람직한 위치와 방향으로 위치된다. 바람직하게는, 위치 센서(40)는 아래에 설명되는 바와 같이, 심장 내부에 있는 카테터의 말단부의 위치 및 방향 좌표를 결정하는데 사용된다. 그러나, 또한, 위치 감지는 생략될 수 있고, 심장 내막(endocardium)(52)의 특정한 위치 기준없이 기하학적으로 재구성될 수 있다. 이러한 위치 독립적인 재구성은, 심장이 측정 동안에 정지한 것으로 여겨질 수 있는 충분히 짧은 기간 내, 즉 한번의 심장 박동(beat)보다 상당히 더 짧은 시간 내에서 변환기(46)로부터 모든 필요한 신호를 수집할 수 있는 한, 가능하다. 이러한 빠른 측정은 이후에 보다 상세히 설명되는 바와 같은 시스템(20)을 사용하여 실행할 수 있다.
변환기 작동 단계(transducer firing step)(62)에서, 46a로 도시된 카테터(30)중의 제 1의 변환기가 콘솔(34)로부터의 신호에 의하여 작동된다. 이러한 작동은 변환기가 바람직하게는 약 5-9 MHz의 주파수에서 약 1 ㎲의 주기 동안에 초음파 펄스(ultrasonic pulse)를 방출시키도록 한다. 상기 방출된 초음파는 좁은 분산 각도(divergence angle), 바람직하게는 20°이하, 가장 바람직하게는 약 3°을 가지는 빔을 형성하는 것이 바람직하다. 상기 빔은 변환기(46a)에 수직으로 대향된 위치에서 심장 내막(52) 상에 직경이 약 4 mm인 영역에 충돌하게 된다. 상기 심장내막 상의 빔 크기는 심장 크기에 따라서 통상적으로 약 2-3cm로 되는 심장내막으로부터 변환기의 거리에 의하여 결정된다.
변환기(46a)로부터 방출되는 파는 심장내막(52)의 내부면에 튕기어서(bounce off), 카테터(30) 상의 변환기(46a) 및 다른 변환기 뒤쪽으로 반사된다. 흩어지고(diffuse) 정반사하는(specular) 요소를 포함하는 반사를 가정하면, 반사된 에너지는 도 4에 도시된 바와 같이 변환기(46b)와 같은 근처의 이웃하는 변환기와 변환기(46a)에 대부분 집중될 것이다. 반사 수신 단계(64)에서, 이러한 파들은 콘솔(34)에 의하여 처리되는 전기 신호를 발생시키는 변환기(46)에 의하여 수신된다. 상기 콘솔은 변환기(46a)의 작동 시간에 대한 전기 신호의 도착 시간을 비교함으로써 변환기 각각에 수신되는 파들의 경과 시간을 찾게 된다. 이러한 경과 시간은 심장내막(52)에 가로질러 있으며 그리고 변환기(46a 또는 46b)에 대하여 뒤쪽으로 있는 경로 길이에 비례하게 된다. 따라서, 경과 정보의 시간으로부터 결정되는 상기 경로 길이는 아래에서 설명되는 바와 같이, 심실(50)의 기하학적인 형상을 재구성하는데에 사용된다. 통상적인 심장의 크기에 기초하여, 상기 경과 시간은 일반적으로 50 ㎲보다 작게 된다.
변환기(46)에 의해 방출되는 초음파는 심장 내막(52)으로부터, 즉 심실(50)의 내부 표면으로부터 가장 강하게 반사된다. 그러나, 심실의 외심막(epicardium)으로부터 그리고 심실에 근접된 다른 구조로부터 반사가 있을 수 있다. 따라서, 단계 64에서 경과 시간을 결정하기 위하여, 콘솔(34)은 반사된 파를 수신할 때에 변환기에 의하여 발생되는 신호에서 제 1의 강한 피크의 도착 시간을 측정하는 것이 바람직하다. 이러한 피크는 심장 내막(52)으로부터의 반사에 대응된다. 선택적으로, 상기 콘솔은 외심막으로부터의 반사에 통상적으로 대응되는 각 신호에서 제 2 피크의 도착 시간을 검출하고 측정할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2의 피크의 도착 시간사이의 차이는 심장벽의 국부적인 두께를 측정하게 된다.
부가적인 선택으로서, 콘솔(34)은 본 기술분야에서 공지된 바와 같이, 변환기(46)에서의 반사된 파들의 도착 시간 뿐만 아니라, 파들의 주파수 스펙트럼을 발견할 수 있다. 상기 변환기가 작동할 때에 심장 벽이 변환기(46a)로 향하거나 또는 변환기(46a)로부터 멀어진다면, 상기 반사된 파들에 도플러 시프트(Doppler shift)가 발생하게 된다. 따라서, 이러한 주파수 스펙트럼은 카테터에 대한 심장벽의 속도를 나타낸다. 콘솔(34)은 벽의 속도를 측정하기 위하여, 경과 시간에 의하여 제공되는 거리 정보와 관련하여 상기 스펙트럼 정보를 분석하는 것이 바람직하다.
심실(50) 내에서의 다중 반사는, 예를 들면 도 4에 도시된 변환기(46a)로부터 변환기(46c)까지의 2개의 바운스 경로(bounce path)에 의하여 도시된 바와 같이, 발생될 수 있다. 따라서, 변환기(46c)에서 수신되는 파들에 대한 이러한 경우에서 측정되는 경로 길이는, 심실(50)에 대한 헷갈리는 기하학적인 정보(confusing geometrical information)를 제공할 것이고, 무시되어야만 한다. 다중 바운스의 신호에 의해 헷갈리는 것을 피하기 위하여, 콘솔(34)은 다중 반사 필터링 단계(66)에서 변환기(46c)로부터 수신되는 신호를 제외한다. 이러한 신호는, 변환기(46a)로부터 다른 어떠한 변환기까지의 최대 경로 시간을 설정하고 상기 최대값을 초과한 측정을 무시함으로써, 검출되는 것이 바람직하다.
이러한 단계(62, 64 및 66)의 처리는 변환기(46b)로 도시된 다음의 변환기(46)를 연속적으로 작동시킴으로써 반복된다. 이러한 반복(repetition)은 충분한 수의 변환기(46)가 작동될 때까지 연속적으로 되며, 발생되는 반사파들은 수신되어 경과 시간이 결정된다. 상기 파들의 짧은 경과 시간을 고려하여서, 10 또는 20개의 모든 변환기(46)가 약 10 ms 이하 내에서 연속적으로 작동될 수 있다. 또는, 2개 또는 그 이상의 상기 변환기들은, 변환기들이 생성하는 음향 신호들이 예를 들어 주파수의 차이에 의하여 구별되는 한, 동시에 작동될 수 있다. 상기 변환기가 연속적이거나 또는 동시에 작용하든지 간에, 단일 심장 박동보다 상당히 작은 시간 내에서 상기 변환기로부터 심장 내막(52)의 전체 또는 실질적인 부분 걸쳐서 분포되는 다수의 지점까지의 거리를 측정하는 것이 가능하다.
형상 재구성 단계(reconstruction step)(68)에서, 콘솔(34)은 심실(52)의 3차원적인 기하학적 맵을 구성하기 위하여 측정된 경과 시간으로부터 추론된(deduced) 거리 데이터를 조합(combine)한다. 이러한 각 경과 시간은 신호가 발생된 카테터(30) 상의 수신 변환기로부터 전송 및 수신 변환기의 위치에 의하여 결정되는 심장내부 표면 위의 지점까지 거리 및 방향(direction)을 부여한다. 위치 센서(40)가 사용된다면, 상기 거리 및 방향은 심장 내부 표면의 지점의 절대 좌표를 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 그렇지 않으면, 상기 지점의 좌표는 카테터의 (알려지지 않은) 위치에 의하여 임의적으로(arbitrarily) 결정되는 기준의 프레임에서 발견된다. 이러한 경우에, 상기 모든 측정으로부터의 모든 지점은 3차원 공간에 위치되며, 표면은 맵(38)을 발생시키기 위하여 상기 지점에 결합된다. 바람직하게는, 상기 재구성은 유럽 특허출원 EP 0 974 936 또는 상술된 미국 특허출원 제 09/122,137 호에 기재된 방법을 사용하여서 실행된다. 또한, 본 기술분야에서 공지된 기하학적인 재구성의 다른 방법이 사용될 수 있다.
선택적으로, 보다 큰 정확성을 위하여, 재위치 단계(repositioning step)(70)에서 카테터(30)가 다시 위치되며, 단계 60 내지 68이 반복된다. 바람직하게는, 상기 단계에서 발견되는 심장 내부 표면상의 부가적인 지점은, 이전의 반복(preceding iteration)에서 생성된 맵(38)을 형성하고 교정하기 위하여 사용된다. 상기 카테터의 다중의 다른 위치에서의 측정은, 상기 방법으로 실행되고 조합될 수 있다.
콘솔(34)이 경과 시간을 찾는 것과 관련하여 다른 정보를 수집하는 정도까지, 상기 정보는 또한 맵(38)에 바람직하게 도시된다. 예를 들면, 상기 맵은 내심막 및 외심막 표면 둘다를 도시할 수 있고, 벽 두께가 시각적으로 나타나도록 하기 위하여 심장을 통하여 바람직한 평면에서 선택적으로 단면을 도시하는 것이 바람직하다. 도플러 측정(Doppler measurement)이 이루어진다면, 상기 맵은 예를 들면, 컬러 코딩(color coding)에 의하여 위치 함수로서 벽의 속도를 도시하는 것이 바람직하다. 상기 속도 정보는 심장 수축의 강도(contraction strength) 또는 효율성의 측정을 계산하기 위하여 사용될 수 있다. 또한, 상기 기하학적인 맵은 아래에 설명되는 바와 같이 전기적인 정보를 디스플레이할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 심장(24)의 기하학적인 맵핑용 시스템(75)을 개략적이고 사시적인 도면이다. 시스템(75)은 심장(24) 내부에서 카테터(30)의 위치를 결정하는 모드를 제외하고는 상술된 도 1의 시스템(20)과 거의 동일하다. 카테터(30)에서 센서(40)를 사용하여 자기적인 위치를 결정하는 위치에서, 시스템(75)은 카테터의 위치를 초음파적으로 결정하기 위하여 카테터(30)에서 변환기(46)를 사용한다.
이러한 목적을 위하여, 일반적으로 구형(spherical) 또는 반구형(hemispherical) 형상을 가지는 것이 바람직한 다수의 초음파 송신기(ultrasonic transmitter)(78)가 대상(26)의 몸체 외부쪽에 위치하여서 초음파와 함께 심장(24) 근처를 조사한다. 본 실시예에서, 상기 송신기는 대상의 뒤쪽에 위치된다. 송신기(78)는 이들의 초음파를 방출하기 위하여 초음파 구동기(76)에 의하여 연속적으로 구동되는 것이 바람직하다. 이러한 파들은 카테터(30) 위에서 변환기(46)에 의하여 수신되며, 상기 파들의 경과 시간은 카테터 위의 선택된 지점과, 상기 송신기의 공지된 위치 사이의 거리를 결정하기 위하여 측정된다. (또한, 상기 변환기(46)는 송신기(78)의 위치에서 몸체 외부의 고정된 수신기에 의하여 검출되는 신호를 방출할 수 있다.) 상기 거리는 심장에서 카테터의 위치 좌표를 찾기 위하여 3각 측량된다(triangulated).
그래서, 도 6의 실시예에서, 변환기(46)는 위치 센서와 맵핑 검출기로서 작용한다. 결과적으로, 시스템(75)은 시스템(20)보다 가격이 더 싸다. 자기 위치 감지가 통상적으로 초음파 위치 감지보다 더 정확할지라도, 본 실시예의 초음파 감지 모드는 대부분의 시스템용으로 적절한데, 왜냐 하면 절대위치가 아니라, 카테터(30)와 심장(24)의 상대 위치만을 결정하는데에 필요하기 때문이다.
도 7은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 시스템(20) 또는 시스템(75)에 사용하기 위한 카테터(80)의 개략적인 사시도이다. 카테터(80)는 카테터(30)와 유사하게 크지만, 이하에서 상세하게 설명되는 기하학적인 맵핑 작용과 관련하여서 전기 생리학적인 측정(electrophysiological measurement)을 하기 위하여 채택된다. 이러한 목적을 위하여, 카테터(80)는 변환기(46)에 부가하여서, 상기 카테터의 말단부(44)에 근접하게 분포되는 비접촉 전극(82)의 어레이(array)를 포함한다. 이러한 전극들은 내심막(52)의 빠른 전기적인 맵핑을 수행하는데 바람직하게 사용되며, 명칭이 "심장에서 전기 박동의 빠른 맵핑"인 상술된 미국 특허출원에 기재된 바와 같이 가장 바람직하게 사용된다. 또한 또는 부가적으로, 카테터(80)는 하나 또는 그 이상의 접촉 전극(88)을 포함한다. 바람직하게는, 부가의 위치 센서(84)가 제공됨으로써, 모든 전극(82)의 위치는 정확하게 결정된다.
작동에서, 콘솔(34)은 변환기(46)로 부터의 음향 신호와, 전극(82)으로 부터의 전기 신호를 수신한다. 상기 음향 신호는 상술한 바와 같이 심실(50)의 3차원적인 기하학적 형상을 재구성하는데 사용된다. 상기 콘솔은 심실의 표면(52)에서 전기적인 위치의 3차원적인 맵을 발생시키기 위하여 전기 신호와 함께 상기 기하학적인 정보를 사용한다. 상기 전기적인 맵은, 예를 들면, 심실의 일체적이며 전기적이고 기계적인 화상(picture)을 제공하기 위하여 윤곽 라인(contour line) 또는 컬러 코딩의 형태로 기하학적인 맵(38) 상에서 중첩되는 것이 바람직하다.
비접촉 변환기(46) 및 전극(82)을 사용하는 이러한 빠른 음향 및 전기적인 맵핑은, 특정의 지점에서 향상된 정확성을 위한 접촉 측정으로서 추가될 수 있다. 예를 들면, 카테터(80)의 말단 팁에서의 선택적인 전극(88)은 이러한 지점에서 전기적인 위치를 측정하기 위하여 내심막 위에서의 지점과 접촉하게 될 수 있다. 한편, 위치 센서(40)는 전극(88)의 위치 좌표의 정확한 판독을 제공한다. 이러한 방법으로 수집되는 부가의 데이터 지점은 맵(38)에서 바람직하게 마크된다. 또한, 전극(88)은 예를 들면, 보다 빠른 맵핑 스테이지에서 검출되는 부정맥(arrhythmias)을 처리하기 위하여 심장내부 표면의 팽창된 영역으로 구동될 수 있다. 또한, 본 기술분야에서 공지된 바와 같은 다른 모드의 치료는 본 발명에 의하여 제공되는 맵핑 및 재구성 작용과 관련하여서 적절한 형상으로 된 카테터에 의하여 관리될 수 있다.
본원의 바람직한 실시예가 심장(24)의 챔버를 맵핑하기 위하여 심장 카테터(30 및 75)를 기준으로 하여서 설명되었지만, 본 발명의 원리를 다른데에 적용시킬 수 있다는 것은 당업자에게 명백하게 이해될 것이다. 이러한 적용을 시킬 수 있는 것은, 제한되는 것은 아니지만, 관상 동맥 또는 위장 시스템과 같은 다른 신체의 캐비티를 맵핑하고 기하학적으로 재구성하는 것을 포함한다.
따라서, 상술된 바람직한 실시예가 예를 들어서 인용되었고, 본 발명은 상술되고 특별히 도시된 것에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 범위는 상술된 설명을 읽음으로서 당업자에 의해 이해될 수 있으며 또한 종래 기술에 기재되지 않은 변경예 및 수정예는 물론 상술된 다양한 특징의 조합 및 서브 조합을 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따라서, 몸체 캐비티, 특히 심장의 챔버를 3차원적으로 맵핑하고 기하학적으로 재구성하기 위한 향상된 방법 및 장치를 제공된다.

Claims (42)

  1. 대상 몸체(body of a subject) 내의 캐비티 표면을 맵핑(mapping)하기 위한 장치에 있어서,
    종방향 축을 가지며, 심장 내로 삽입하도록 구성되는 말단부와, 상기 몸체 내의 프로브의 위치 좌표(position coordinate)를 나타내는 신호를 발생하도록 구성되는 프로브 위치 센서를 포함하는 긴 프로브(probe);
    상기 프로브의 말단부 상에 상기 종방향 축을 따라서 분포되는 다수의 음향 변환기들(acoustic transducers)로서, 음향 변환기들은 상기 프로브가 상기 심장 내에 있는 동안에 음향파들을 방출하기 위하여 개별적으로 구동되도록 구성되며, 상기 심장의 표면으로부터 음향파들이 반사된 이후에 상기 음향파들을 수신하고 수신된 음향파들에 반응하여 상기 음향파들의 경과 시간(times of flight of the waves)을 나타내는 전기 신호들을 발생시키도록 더 구성되는, 상기 다수의 음향 변환기들;
    상기 대상의 몸체에 대하여 고정된 위치로 유지되는 기준 위치 센서;
    상기 음향 변환기들로부터 상기 음향파들의 경과 시간(times of flight)을 나타내는 상기 전기 신호들을 수신하고, 상기 심장의 표면의 3차원 기하학적인 맵을 재구성(reconstructing)하기 위하여 상기 프로브 위치 센서로부터 상기 프로브의 위치 좌표를 나타내는 신호를 수신하기 위한 신호 처리 회로로서, 상기 신호 처리 회로는 상기 심장 운동을 나타내는(account for) 상기 프로브 위치 센서의 위치를 결정하기 위하여, 상기 프로브의 위치 좌표를 나타내는 신호를 상기 기준 위치 센서의 고정된 위치와 또한 비교하는, 상기 신호 처리 회로;를 포함하는, 대상 몸체 내의 캐비티 표면을 맵핑하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로브는 상기 심장 내부 카테터(intracardiac catheter)를 포함하는, 대상 몸체 내의 캐비티 표면을 맵핑하기 위한 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로브 위치 센서는 코일을 포함하고, 상기 전기 신호들은 외부에서 인가되는 자기장에 의하여 상기 코일에 유도되는 전류를 포함하는, 대상 몸체 내의 캐비티 표면을 맵핑하기 위한 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 처리 회로는 상기 음향 변환기들을 연속적으로 구동시키는, 대상 몸체 내의 캐비티 표면을 맵핑하기 위한 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 경과 시간에 반응하여, 상기 신호 처리 회로는 상기 음향 변환기들로부터 상기 음향 변환기들 맞은편 심장의 표면상의 각각의 지점까지의 거리를 결정하고, 상기 심장의 표면을 재구성(reconstruct)하기 위하여 결정된 거리를 병합(combine)하도록 구성되는, 대상 몸체 내의 캐비티 표면을 맵핑하기 위한 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 신호 처리 회로는, 상기 심장의 표면으로부터 한번의 반사가 있었던 음향파들에 반응하여 발생되는 신호들을, 다중 반사(multiple reflection)가 있었던 음향파들에 반응하여 발생되는 신호들과 구별하도록 동작하며, 상기 다중 반사가 있었던 음향파들로 인한 신호들을 제외하도록 동작하는, 대상 몸체 내의 캐비티 표면을 맵핑하기 위한 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 심장은 벽을 가지며, 상기 표면은 상기 벽의 내부면과 상기 벽의 외부면을 포함하고, 상기 신호 처리 회로는 상기 내부면으로부터 반사되었던 음향파들에 반응하여 발생되는 신호들을, 상기 외부면으로부터 반사되었던 음향파들에 반응하여 발생되는 신호들과 구별하도록 구성되는, 대상 몸체 내의 캐비티 표면을 맵핑하기 위한 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 신호 처리 회로는 상기 내부면으로부터 반사되었던 음향파들과, 상기 외부면으로부터 반사되었던 음향파들에 의하여 발생되는 신호들에 반응하여, 상기 벽의 두께를 결정하기 위하여 동작하는, 대상 몸체 내의 캐비티 표면을 맵핑하기 위한 장치.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 신호 처리 회로는 음향 변환기에 의하여 수신되는 상기 음향파들에서 스펙트럼 이동 (spectral shift)을 검출하고, 상기 스펙트럼 이동에 반응하여 상기 표면의 운동 속도를 결정하도록 구성되는, 대상 몸체 내의 캐비티 표면을 맵핑하기 위한 장치.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 심장에서의 전기적인 활동에 반응하여 상기 신호 처리 회로에 전기 신호들을 전달하도록 구성되는, 상기 프로브의 상기 말단부 상에 배치되는 하나 또는 그 이상의 전극을 포함하고, 상기 신호 처리 회로는 상기 전극으로부터의 전기 신호들에 반응하여, 상기 표면의 3차원 기하학적 맵 상에 상기 전기적인 활동의 표시(indication)를 중첩(superimpose)하도록 구성되는, 대상 몸체 내의 캐비티 표면을 맵핑하기 위한 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전기적인 활동의 표시(indication)는, 상기 표면의 3차원 기하학적 맵으로 등록되는, 상기 심장의 표면에서의 전기적인 위치(electrical potential)의 맵을 포함하는, 대상 몸체 내의 캐비티 표면을 맵핑하기 위한 장치.
  13. 제 5 항에 있어서,
    상기 표면의 3차원 기하학적 맵의 이미지를 디스플레이하기 위하여, 상기 신호 처리 회로에 의해 구동되는 디스플레이를 포함하는, 대상 몸체 내의 캐비티 표면을 맵핑하기 위한 장치.
  14. 제 5 항에 있어서,
    상기 몸체 외부에 다수의 기준 변환기들(reference transducers)을 포함하며, 다수의 기준 변환기들은 음향파들이 상기 프로브 상의 상기 음향 변환기들에 의해 수신되도록 상기 몸체 내로 음향파들을 전달하도록 구성되며, 상기 기준 변환기들은 전기적인 기준 신호들을 발생시키며, 상기 신호 처리 회로는 상기 프로브의 위치 좌표를 결정하기 위하여 상기 기준 신호들을 처리하도록 구성되는, 대상 몸체 내의 캐비티 표면을 맵핑하기 위한 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    결정된 위치 좌표에 반응하여, 상기 신호 처리 회로는 상기 몸체 내의 상기 표면의 위치를 정의하도록 구성되는, 대상 몸체 내의 캐비티 표면을 맵핑하기 위한 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 심장에서의 전기적인 활동을 검출하도록 구성되는 상기 프로브의 말단부 상에 배치되는 하나 또는 그 이상의 전극을 포함하는, 대상 몸체 내의 캐비티 표면을 맵핑하기 위한 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 전극에 의하여 검출되는 상기 전기적인 활동은, 상기 심장의 표면에서의 전기적인 위치(electrical potentials) 변화를 포함하는, 대상 몸체 내의 캐비티 표면을 맵핑하기 위한 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 전극은, 상기 표면과 접촉하지 않고 상기 표면에서의 전기적인 위치의 변화를 검출하도록 구성되는 비접촉 전극(non-contact electrode)의 어레이를 포함하는, 대상 몸체 내의 캐비티 표면을 맵핑하기 위한 장치.
  19. 대상(subject)의 몸체 내의 심장의 표면을 맵핑하기 위한 방법에 있어서,
    종방향 축을 가지며, 상기 심장 내로 삽입하도록 구성되는 말단부와, 상기 몸체 내의 프로브의 위치 좌표를 나타내는 신호를 발생시키도록 구성되는 프로브 위치 센서를 포함하는 긴 프로브; 및
    상기 프로브의 말단부에 상에 상기 종방향 축을 따라서 분포되는 다수의 음향 변환기들로서, 음향 변환기들은 상기 프로브가 심장 내에 있는 동안에 음향파들을 방출하기 위하여 개별적으로 구동되도록 구성되며, 상기 심장의 표면으로부터 음향파들이 반사된 이후에 상기 음향파들을 수신하고 수신된 음향파들에 반응하여 방출되어 수신되기까지의 음향파들의 경과 시간(times of flight)을 나타내는 전기 신호들을 발생시키도록 더 구성되는, 상기 다수의 음향 변환기들을 제공하는 단계;
    상기 대상의 몸체에 대해 고정된 위치에 기준 위치 센서를 유지하는 단계;
    상기 심장 내로 삽입된 상기 프로브의 상기 다수의 음향 변환기들 각각으로부터 캐비티 내에서 음향파들을 연속적으로 방출하는 단계;
    상기 심장의 표면으로부터 방출되는 음향파들이 반사된 이후에 상기 음향파들을 상기 음향 변환기들에서 수신하는 단계;
    상기 음향파들의 경과 시간을 나타내는 전기 신호들을 발생시키는 단계;
    상기 프로브의 위치 좌표를 나타내는 신호들을 상기 기준 위치 센서의 고정된 위치와 비교하는 것과, 상기 심장의 운동을 나타내는 상기 프로브 위치 센서의 위치를 결정하는 것을 포함하기 위해, 상기 음향파들의 경과 시간을 나타내는 전기 신호들과 상기 프로브의 위치 좌표를 나타내는 신호들을 분석하는 단계 및;
    결정된 경과 시간과 상기 심장의 운동을 나타내는 상기 프로브 위치 센서의 위치에 기초하여, 상기 심장의 표면의 3차원 기하학적인 맵을 재구성하는 단계를 포함하는, 대상의 몸체 내의 심장의 표면을 맵핑하기 위한 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 심장의 표면은 상기 대상의 심장 챔버 내에 있으며, 상기 프로브는 심장 내부 카테터(intracardiac catheter)를 포함하는, 대상의 몸체 내의 심장의 표면을 맵핑하기 위한 방법.
  21. 삭제
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 기하학적인 맵을 재구성하는 단계는, 상기 위치 좌표를 사용하여 상기 몸체 내부에서 상기 심장의 표면의 형상의 위치를 정의하는 단계를 포함하는, 대상의 몸체 내의 심장의 표면을 맵핑하기 위한 방법.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 음향파들을 방출하고 수신하는 단계는, 상기 심장에서 상기 프로브의 다수의 서로 다른 위치에서 상기 음향파들을 방출하고 수신하는 단계를 포함하고, 상기 기하학적인 맵을 재구성하는 단계는, 상기 서로 다른 위치에서 결정되는 상기 프로브의 위치 좌표를 사용하여, 상기 서로 다른 위치에서 수신되는 음향파들에 기초하여 상기 심장의 표면의 형상을 재구성하는 단계를 포함하는, 대상의 몸체 내의 심장의 표면을 맵핑하기 위한 방법.
  24. 삭제
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 위치 센서는 코일을 포함하고, 상기 위치 좌표를 결정하는 단계는 외부에서 인가되는 자기장(externally-applied magnetic field)에 의하여 상기 코일에 유도되는 전류를 검출하는 단계를 포함하는, 대상의 몸체 내의 심장의 표면을 맵핑하기 위한 방법.
  26. 제 19 항에 있어서,
    상기 위치 좌표를 결정하는 단계는 상기 몸체 외부의 기준점들과 상기 프로브상의 지점들 사이에서 기준 음향파들을 전송 및 수신하는 단계와, 상기 기준점들과 상기 프로브 상의 상기 음향 변환기들 사이의 거리를 알아내어 상기 위치 좌표를 결정하기 위하여, 수신된 기준 음향파들을 분석하는 단계를 포함하는, 대상의 몸체 내의 심장의 표면을 맵핑하기 위한 방법.
  27. 제 19 항에 있어서,
    상기 음향파들을 방출 및 수신하는 단계는, 상기 프로브가 상기 심장의 한 위치에서 정지되는 동안에 상기 음향파들을 방출하고 수신하는 단계를 포함하고, 상기 3차원 기하학적인 맵을 재구성하는 단계는 상기 한 위치에서 수신되는 음향파들만에 기초하여, 상기 심장의 표면의 형상을 재구성하는 단계를 포함하는, 대상의 몸체 내의 심장의 표면을 맵핑하기 위한 방법.
  28. 제 19 항에 있어서,
    상기 기하학적인 맵을 재구성하는 단계는, 상기 경과 시간에 반응하여, 상기 프로브를 따라서 상기 음향 변환기들로부터, 상기 프로브를 따라서 지점들 맞은편 심장의 표면상에 대응되는 지점들까지의 거리를 결정하는 단계와, 상기 심장의 표면의 형상을 재구성하기 위하여 결정된 거리를 병합하는 단계(combining)를 포함하는, 대상의 몸체 내의 심장의 표면을 맵핑하기 위한 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 거리를 결정하는 단계는, 상기 심장의 표면으로부터의 한번의 반사 이후에 상기 프로브를 따라서 상기 음향 변환기들에서 수신되는 음향파들을, 다중 반사 이후에 수신되는 음향파들과 구별하는 단계와, 상기 다중 반사 이후에 수신되는 음향파들을 제외하도록 하는 단계(rejecting)를 포함하는, 대상의 몸체 내의 심장의 표면을 맵핑하기 위한 방법.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 심장은 벽을 가지며, 상기 표면은 벽의 내부면과 외부면을 포함하고, 상기 거리를 결정하는 단계는, 상기 내부면으로부터 반사 후에 상기 프로브를 따라서 상기 음향 변환기들에서 수신되는 음향파들을, 상기 외부면으로부터 반사 후에 수신되는 음향파들과 구별하는 단계를 포함하는, 대상의 몸체 내의 심장의 표면을 맵핑하기 위한 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 심장 표면의 기하학적인 맵을 재구성하는 단계는, 상기 내부면으로부터 의 반사 후에 수신되는 음향파들의 경과 시간과, 상기 외부면으로부터의 반사 이후에 수신되는 음향파들의 경과 시간을 비교함으로써, 상기 벽의 두께를 결정하는 단계를 포함하는, 대상의 몸체 내의 심장의 표면을 맵핑하기 위한 방법.
  32. 제 19 항에 있어서,
    스펙트럼 이동(spectral shift)에 반응하여, 상기 표면의 운동 속도를 결정하기 위하여, 상기 스펙트럼 이동을 검출하도록 수신된 음향파들을 분석하는 단계를 포함하는, 대상의 몸체 내의 심장의 표면을 맵핑하기 위한 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 심장의 표면의 기하학적인 맵을 재구성하는 단계는, 상기 표면의 서로 다른 영역의 운동 속도를 나타내는 것을 포함하는 상기 심장의 맵을 발생시키는 단계를 포함하는, 대상의 몸체 내의 심장의 표면을 맵핑하기 위한 방법.
  34. 제 19 항에 있어서,
    상기 프로브 상의 전기적인 센서를 사용하여, 상기 심장에서의 전기적인 활동을 감지하는 단계를 포함하는, 대상의 몸체 내의 심장의 표면을 맵핑하기 위한 방법.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 심장의 표면의 기하학적인 맵을 재구성하는 단계는, 재구성된 상기 심장의 표면의 3차원 기하학적인 맵 상에 상기 전기적인 활동의 표시를 중첩하는 단계(superimposing)를 포함하는, 대상의 몸체 내의 심장의 표면을 맵핑하기 위한 방법.
  36. 삭제
  37. 제 34 항에 있어서,
    상기 전기적인 활동을 감지하는 단계는, 상기 프로브 상의 상기 전기적인 센서들과 상기 표면 사이에 접촉 없이, 상기 심장의 표면에서의 전기적인 위치(potential)의 변화를 검출하는 단계를 포함하는, 대상의 몸체 내의 심장의 표면을 맵핑하기 위한 방법.
  38. 박동하는 심장(beating heart)의 빠른 재구성을 위한 장치에 있어서,
    카테터(catheter) 표면을 따라 종방향으로 배열된 초음파 변환기 어레이를 가지는 카테터;
    상기 카테터에 동작하게 연결된 신호 처리 회로들을 가지는 콘솔(console)을 포함하며,
    상기 신호 처리 회로들은 상기 심장의 표면에 초음파 펄스를 방출하기 위해 상기 초음파 변환기 어레이 중 적어도 하나에 구동 신호(actuation signal)를 발생시키며, 상기 심장의 표면에 방출되는 상기 초음파 펄스는 상기 초음파 펄스가 상기 심장의 표면으로부터 상기 초음파 변환기 어레이로 다시 반사되도록 허용하는 주파수 및 지속시간(duration)을 가지며, 상기 초음파 변환기 어레이는 상기 신호 처리 회로들에 전기 신호를 발생시키며, 상기 신호 처리 회로들은 상기 초음파 펄스의 경과 시간 정보(time of flight information)를 결정하고, 상기 경과 시간 정보는 한번의 심장의 박동보다 더 짧은 시간 주기 동안에 상기 신호 처리 회로들에 의하여 수집되며, 상기 신호 처리 회로들은 한번의 심장 박동보다 더 짧은 시간 주기 동안의 상기 경과 시간 정보에 기초하여 상기 심장의 표면의 기하학적 형상을 재구성하는, 박동하는 심장의 빠른 재구성을 위한 장치.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 초음파 변환기 어레이는 적어도 10개의 초음파 변환기를 포함하는, 박동하는 심장의 빠른 재구성을 위한 장치.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 초음파 변환기 어레이는 10 내지 20개 사이의 초음파 변환기를 포함하는, 박동하는 심장의 빠른 재구성을 위한 장치.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 초음파 펄스의 주파수는 5-9 MHz 사이인, 박동하는 심장의 빠른 재구성을 위한 장치.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 초음파 펄스의 상기 지속시간(duration)은 1㎲인, 박동하는 심장의 재구성을 위한 장치.
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