KR20010067270A

KR20010067270A - 혈관 재현 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20010067270A
Application number: KR1020000057610A
Authority: KR
Inventors: 라이스펠트다니엘
Original assignee: 카페주토 루이스 제이.; 바이오센스, 인코포레이티드
Priority date: 1999-10-01
Filing date: 2000-09-30
Publication date: 2001-07-12
Also published as: DK1088515T3; IL138659A; US6546271B1; DE60028487D1; JP4610711B2; PT1088515E; EP1088515A1; CA2321355A1; AU776289B2; ES2264920T3; KR100805087B1; AU6135200A; DE60028487T2; CA2321355C; IL138659A0; ATE328538T1; JP2001157659A; CY1105152T1; EP1088515B1

Abstract

본 발명의 혈관 재현 방법은 위치 센서를 갖는 카테터를 혈관 내로 전진시키는 단계와, 상기 혈관 내의 다수의 지점에서 상기 센서로부터 위치 정보를 취득하는 단계와, 상기 위치 정보에 기초하여 상기 혈관의 중심선을 추정하는 단계 및, 상기 혈관의 내면을 추정하는 단계를 포함한다. 본 발명의 방법은 적합하게는 상기 혈관 재현을 디스플레이하는 단계를 또한 포함한다. 본 발명은 또한 혈관 재현 장치에 관한 것이며, 상기 장치는 위치 센서가 내부에 포함되어 있는 카테터와, 상기 혈관 내의 다수의 지점에서 상기 센서로부터 위치 정보를 취득하기 위한 수단과, 상기 위치 정보에 기초하여 상기 혈관의 중심선을 추정하기 위한 수단 및, 상기 혈관의 내면을 추정하기 위한 수단을 포함한다.

Description

혈관 재현 방법 및 장치{Vascular Reconstruction}

본 발명은 일반적으로 혈관을 재현(reconstructing)하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 특히 3차원 재현을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은 혈관을 통과하는 카테터 내에 포함된 위치 센서로부터 취득된 위치 정보에 기초하여 혈관을 재현하기 위한 방법에 관한 것이다.

근래, 혈관은 대조 매체(contrast medium)가 혈류 내에 주입되며 맥관계가 이온화 방사선 영상화 양식(ionizing radiation imaging modalities)을 사용하여 영상화되는 혈관 조영법에 의해 주로 가시화된다. 그러나, 이러한 영상화는 환자에 대한 방사상 누적의 악영향에 기인하여 제한되어야 한다. 더욱이, 몇몇 환자는 혈관 조영법에 사용되는 대조 매체에 부작용을 일으킨다. 따라서, 이온화 방사선 영상화 양식 또는 대조 매체의 사용에 의존하지 않는 가시화 방법을 제공하는 것이 요구된다.

본원에 참조로서 관련되는 미국특허 제 5,546,951호 및 미국특허출원 제 08/793,371호에는 예를 들면, 심장 내의 미세한 부위의 함수로서 국부 활성화 시간과 같은 심장 조직의 전기적 특성을 감지하는 방법이 개시되어 있다. 데이터는 심장 내로 전진되며, 말단팁에 전기적 및 위치 센서를 갖는 하나 이상의 카테터에 의해 취득된다. 상기 데이터에 기초하는 심장의 전기적 활성화의 맵을 형성하는 방법은 본원에 참조로서 관련되는 미국특허출원 09/122,137호(1998.07.24) 및 09/357,559호(1999.07.22)에 개시되어 있다. 상기 특허에서 지적한 바와 같이, 위치 및 전기적 활성화는 적합하게는 심장의 내면 상의 약 10 내지 20개의 지점(point)을 초기 측정한다. 상기 데이터 지점은 예비 재현 또는 양호한 질의심장 표면의 맵을 발생시키기에 충분하다. 예비 맵은 샘플 지점의 체적 내의 재현 공간에, 적합하게는 타원면인, 초기의 폐쇄형 3차원 만곡면을 제공함으로써 형성된다. 폐쇄형 곡선은 샘플 지점의 재현과 유사한 형상으로 대략 조정된다. 그 후, 신축적인 매칭 스테이지가 폐쇄형 곡선을 재현되는 실제 체적의 형상에 근사시키도록 1회 이상 반복적으로 수행된다. 상술한 방법은 만족스러운 조직의 재현을 제공하지만, 그에 사용되는 알고리즘은, 특히 혈관이 포선형(convolute) 또는 비틀린 형상일 때, 혈관의 정확한 재현을 제공하지 않는다.

심장의 이미지 또는 재현에 있어서의 혈관의 재현은, 혈관이 심장 내의 특정 영역으로의 네비게이션을 보조하는 확인 경계표(landmark)를 제공하기 때문에 장점이 있다. 따라서, 심실의 재현을 위한 현재의 방법을 보충하는 혈관의 실제적인 재현 방법을 제공하는 것이 요구된다.

심장 전문의들은 폐정맥 내에 발생하는 심장의 전기적 경로를 검출하는데 심방 세동에 점점 의존하고 있다. 이러한 상태의 진단 및 치료는 폐정맥 내의 전기적 활성화를 평가하며 정맥 내 또는 정맥 둘레의 결함을 제거하는 것을 요구한다. 카테터 지지용 진단 또는 치료 부품에 의해 축적된 데이터에 의해 정맥을 재현하기 위한 방법이 상기 시술의 사용 및 성과를 용이하게 한다.

두뇌의 카테터 삽입법과 같은 소정의 중재적 및 진단적 시술이 자기공명 단층 촬영(MRI)과 같은 양식에 의한 맥관계의 이미지의 발생에 의해 수행된다. 미리 취득된 이미지에 의해 등록될 수 있는 카테터 삽입법 중에 수행된 혈관의 재현은 외과 전문의가 시술 중에 미리 취득된 이미지에 대한 카테터 팁 위치를 식별할 수있도록 한다.

본 발명은 위치 센서가 내부에 포함되어 있는 카테터를 사용하여 혈관의 내면을 재현하기 위한 방법에 관한 것이다.

본 발명의 방법은,

a) 카테터를 혈관 내로 전진시키는 단계와,

b) 혈관 내의 다수의 지점에서 센서로부터 위치 정보를 취득하는 단계와,

c) 상기 위치 정보에 기초하여 혈관의 중심선을 추정(calculation)하는 단계 및,

d) 혈관의 내면을 추정하는 단계를 포함한다.

적합한 실시예에서, 본 발명의 방법은 재현된 혈관 표면을 디스플레이하는 단계를 또한 포함한다.

본 발명은 또한 혈관의 내면을 재현하기 위한 장치에 관한 것이며, 상기 장치는,

a) 위치 센서가 내부에 포함되어 있는 카테터와,

b) 상기 혈관 내의 다수의 지점에서 상기 센서로부터 위치 정보를 취득하기 위한 수단과,

c) 상기 위치 정보에 기초하여 혈관의 중심선을 추정하기 위한 수단 및,

d) 상기 혈관의 내면을 추정하기 위한 수단을 포함한다.

적합한 실시예에서, 본 발명의 장치는 혈관 재현을 디스플레이하기 위한 수단을 또한 포함한다.

본 발명의 목적은 영상화 양식 또는 대조 매체를 사용하지 않고 혈관을 재현하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 심장을 재현하기 위한 방법 및 장치를 보충하는 혈관 재현 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 미리 취득된 맥관계의 이미지에 의해 등록될 수 있는 재현을 제공할 수 있는 혈관 재현 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조로하여 하기에 설명한 상세한 설명으로부터 더욱 명백하게 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 방법을 수행하는데 사용되는 장치의 개략도.

도 2a는 내부에 포함된 위치 센서를 갖는 카테터를 사용하여 혈관 내에 취득되는 2차원 투영 위치를 도시하는 도면.

도 2b는 90°회전된 도 2a의 투영 위치를 도시하는 도면.

도 3a는 컴퓨터 연산된 혈관 중심선과 함께 도 2a의 투영 위치를 도시하는 도면.

도 3b는 90°회전된 도 3a의 투영 위치를 도시하는 도면.

도 4a는 중심선에 수직으로 증분량 만큼 수직 벡터를 도시한 도 3a의 지점 및 중심선의 투영을 도시하는 도면.

도 4b는 수직축 둘레로 90°회전된 도 4a의 지점, 중심선 및 벡터의 투영을 도시하는 도면.

도 5a는 도 2a에 도시한 혈관 위치의 와이어 프레임 재현을 도시한 도면.

도 5b는 90°회전된 도 5a의 혈관의 와이어 프레임 재현을 도시한 도면.

도 5c는 도 5b의 와이어 프레임 재현의 부분의 확대도.

도 6a는 도 2a에 도시한 혈관의 음영 재현을 도시한 도면.

도 6b는 90°회전된 도 6a의 혈관의 음영 재현을 도시한 도면.

도 7은 혈관이 가변적인 반경 알고리즘에 의해 재현된 도 2a의 혈관 위치의 와이어 프레임 재현을 도시한 도면.

도 8은 혈관이 가변적인 반경 알고리즘에 의해 재현된 도 2a의 혈관 위치의 음영 재현을 도시한 도면.

도 9a는 심장과 같은 기관의 재현을 위해 설계된 알고리즘을 사용하여 도 2a 및 도 2b의 지점의 재현을 도시한 도면.

도 9b는 90°회전된 도 9a의 재현을 도시한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

21 : 카테터 22 : 팁

23 : 기능부 24 : 말단부

25 : 연장 케이블 30 : 핸들

32 : 제어부 34 : 콘솔

36 : 컴퓨터 38 : 키보드

40 : 신호 처리 회로 42 : 디스플레이

52 : 리드 73 : ECG 모니터

본 발명의 방법은 위치 센서가 내부에 포함되어 있는 카테터를 사용하여 혈관의 내면을 재현하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은

a) 카테터를 혈관 내로 전진시키는 단계와,

c) 상기 위치 정보에 기초하여 혈관의 중심선을 추정하는 단계 및,

d) 혈관의 내면을 추정하는 단계를 포함한다.

상기 위치 센서는 예로서, 전자기, 자기 또는 음향학적 센서일 수 있다. 본 발명의 방법에서는 전자기 센서를 사용하는 것이 적합하다. 센서와, 상기 센서를포함하는 카테터와, 상기 센서 및 카테터를 포함하는 시스템의 예에 관하여서는 예로서, 미국 특허 4,173,228호, 4,697,595호, 4,821,731호, 5,042,486호, 5,081,993호, 5,391,199호, 5,558,091호, 5,729,129호, 5,752,513호, 5,913,820호 및 5,954,665호와, PCT 출원 WO 96/28768호 및 WO 97/24983호 등에 개시되어 있고, 상기 특허들은 본원에 참조로서 관련되어 있다.

상기 위치 센서는 신체 외부의 필드 발생기(field generator)로부터의 신호를 수신하는 수신 안테나로서 작용한다. 적합한 실시예에서, 상기 위치 센서는 안테나에 의해 수신된 필드를 신체 외측으로 전송하기 위한 발생기로서 작용할 수 있다.

상기 위치 센서는 카테터 내에서 카테터 말단팁에, 또는, 상기 카테터 말단팁에 근접하게 위치되는 것이 적합하다.

상기 카테터내에 포함된 위치 센서에 의해 얻어진 위치 정보는 상기 혈관 또는 맥관계의 물리적 치수의 맵 또는 재현을 제공하도록 사용될 수 있다. 부가적인 기능적 구성 요소를 카테터내에 포함시켜, 상기 혈관의 상태를 설명하는 상태 정보가 위치 정보와 함께 수집할 수 있다. 본 명세서에서 사용하고 있는 "상태"라는 용어는 스칼라량 또는 백터량 중 어느 하나를 지칭하며, 예로서, 전기적 특성, 온도, 압력, pH, 국부적 혈관 운동이나 소정의 다른 상태의 측정치 또는 이들의 조합 등을 포함할 수 있다. 예로서, 위치 센서에 부가하여 전자생리학 전극 (electrophysiology electrode)을 구비한 카테터를 사용함으로써 혈관내의 위치적 및 전기적 상태 정보를 동시에 수집할 수 있다. 수집되는 전기적 상태 정보의 예로서는 전압, 임피던스, 도전 속도 및 국부적 활성 시간(LAT) 등이 있으나, 이들에만 제한되는 것은 아니다. 조합된 위치 및 상태 정보는 혈관내의 공간적 좌표의 함수로서 상태 정보의 맵을 형성하는데 사용될 수 있다.

본 발명의 방법에 사용되는 카테터는 예로서, 혈관내의 조직 또는 신체내의 다른 기관을 선택적으로 절개하기 위한 전극 등의 치료 기능을 수행하기 위한 다른 기능적 부품을 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 방법을 수행하기에 적합한 장치를 도시하고 있다. 상기 장치는 신체내에 삽입되는 카테터(21)를 포함한다. 카테터(21)의 말단부(24)는 센서(28)를 포함하고, 상기 센서(28)는 신체내에서 카테터의 위치 및, 선택적으로, 카테터의 지향 방향을 결정하도록 사용되는 신호를 발생시킨다. 상기 센서(28)는 본원에 참조로서 관련되는 PCT 출원 WO 96/05768/에 개시된 바와 같은 다수의 코일을 포함하는 전자기 센서인 것이 적합하다. 이 센서는 외부적으로 적용된 자장에 대하여 위치 및 배향 정보의 6차원 정보를 연속적으로 발생시킬 수 있다. 선택적으로, 상기 센서(28)는 미국 특허 5,913,820호에 개시된 바와 같은 단일 센싱 코일만을 포함할 수 있다. 상기 센서(28)는 본원에 참조로서 관련되는 미국 특허 5,391,199호, 5,443,489호, 및 PCT 출원 WO 94/04938호에 개시된 바와 같은 다른 위치 및/또는 좌표 센서를 포함할 수 있다. 부가적으로, 팁(22)은 형광 투시 장치 등의 영상화 장치하에서 팁을 가시화할 수 있는 불투명한 마킹 재료로 피복될 수 있다.

카테터(21)의 말단부(24)는 선택적으로, 진단 및/또는 치료 기능을 수행하기위한 기능부(23)를 말단팁(22)에 인접한 위치에 포함한다. 상기 기능부(23)는 예로서, 본원에 참조로서 관련되는 미국 특허 5,391,199호 또는 PCT 출원 WO 97/24983호에 개시된 바와 같은 전자생리학적 측정을 수행하기 위한 전극 또는 센서를 포함하는 것이 적합하다. 선택적으로, 상기 기능부(23)는 신체내의 지점에서 파라미터 값을 얻기 위한 다른 진단 장치를 포함할 수 있다. 기능부(23)는 본 기술 분야에서 공지되어 있는 치료 장치를 포함할 수도 있다.

센서(28)는 기능부(23)에 인접하게 고정된 관계로 카테터(21)의 팁(22)에 인접하게 위치되는 것이 적합하다.

카테터(21)는 소정 방향으로 카테터(21)의 말단부(24)를 조종하기 위해 사용되는 제어부(32)를 구비한 핸들(30)을 포함하는 것이 적합하다. 카테터(21)는 팁(22)의 위치 재설정을 용이하게 하기 위해 본 기술 분야에서 공지된 조종 기구를 말단부(24)에 포함하는 것이 적합하다.

상기 카테터(21)는 연장 케이블(25)을 경유하여 콘솔(34)에 결합되고, 상기 콘솔은 사용자가 카테터(21)의 기능을 관측 및 제어할 수 있도록 해준다. 콘솔(34)은 컴퓨터(36), 키보드(38), 일반적으로 컴퓨터(36)내에 위치된 신호 처리 회로(40) 및 디스플레이(42)를 포함하는 것이 적합하다. 신호 처리 회로(40)는 일반적으로, 센서(28)로부터의 신호와 기능부(23)로부터의 신호를 포함하는 카테터(21)로부터의 신호를 수신, 증폭, 필터링 및 디지털화하며, 이 디지털화된 신호는 컴퓨터(36)에서 카테터 팁(22)의 위치 및/또는 지향 방향을 추정하고, 기능부(23)로부터 측정된 상태 정보를 기록하는데 사용된다. 선택적으로, 적절한 회로가 카테터(21) 자체에 조합되어 상기 회로(40)가 이미 증폭, 필터링 및/또는 디지털화된 신호를 수신하는 형식으로 구성될 수도 있다. 컴퓨터(36)는 위치 및 상태 정보를 저장하기 위한 메모리를 포함한다. 또한, 컴퓨터(36)는 비디오 또는 DICOM 프로토콜 인터페이스 중 어느 하나를 사용하여 영상화 양식으로부터 이미지를 포착하는 수단을 포함한다. 상기 컴퓨터(36)는 혈관 재현을 신속하게 추정하고 이를 디스플레이(42)상에 표시하기 위한 전용 그래픽 하드웨어를 추가로 포함하는 것이 적합하다. 상기 컴퓨터는 다수의 ECG 신체 표면 리드(52)에 접속된 ECG 모니터(73)로부터 신체 표면 ECG 신호를 수신하도록 절치되는 것이 적합하다. 선택적으로, ECG 모니터링은 회로(40)에 의해 직접적으로 수행될 수도 있다. 혈관이 심장 사이클의 함수로써 움직이기 때문에, 신체 표면 ECG를 사용함으로써 심장 사이클의 단일 지점에 대한 위치 정보 및 결과적인 재현을 가능하게 할 수 있다.

하나의 알고리즘이 위치 센서에 의해 다수의 취득 지점에서 얻어진 위치 정보로부터 혈관의 재현에 사용된다. 상기 알고리즘에 대한 입력은 P_i=(x_i,y_i,z_i)의 형태로 혈관내에서 얻어진 일련의 3차원 센서 위치 P₁, P₂, …, P_n이며, 여기서, x_i, y_i, z_i는 i번째 취득 지점의 특정 좌표이다.

도 2a는 상술한 카테터와 센서를 사용하여 위치 정보가 얻어지는 지점(26)의 2차원 투영 위치를 도시하고 있다. 도 2b는 도 2a의 수직축 둘레로 90°회전된 도 2a의 취득 지점의 플롯을 도시하고 있다.

본 발명의 방법에 사용되는 알고리즘은 혈관의 내면을 혈관의 단면이 형상이원형 또는 거의 원형인 혈관 중심선에 수직이 되도록 근사화시킨다. 본 기술 분야의 숙련자들은 본 발명의 방법이 예로서, 타원형 또는 다각형 등의 다른 단면 형상을 가진 재현을 형성하는데도 적용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

혈관의 재현은 먼저 혈관의 중심선을 추정하고, 그 후, 상기 중심선 둘레에서 적절한 반경 또는 단면의 혈관벽을 추정하는 두 단계로 이루어진다.

혈관 중심선의 추정

최종 지점 P_m(도 2a의 28)을 찾기 위해, 샘플 지점 P_i와 P_j사이의 거리인 d_ij=∥P_i- P_j∥를 사용한다. 여기서, 최종 지점 P_m은 모든 다른 샘플 지점으로부터 가장 멀리 이격된 샘플 지점을 의미한다. 즉, 하기의 수학식 1이 성립된다.

달리 말해서, 각 지점에 대하여, 그 지점으로부터 모든 다른 지점까지의 거리를 산출한다. 최종 지점 P_m은 그 자체로부터 다른 지점까지의 가장긴 거리를 가진 지점이다. P_m의 선택에 기초가되는 지점들 사이의 거리는 상술한 수학식 1에서와 같이 지점들 사이의 거리의 제곱의 합으로서 평가된다.

샘플 지점 P_i와 최종 지점 P_m사이의 거리는 d_i, 즉, d_i= d_m으로 표시한다.

소정의 다른 지점과 최종 지점 사이의 최대 거리를 d = max d_i라 가정한다.이때, t_i를 하기의 수학식 2와 같이 정의할 수 있다.

혈관 중심선은 3차원 공간에 형성된 1차원 선이다. 상기 중심선은 혈관의 모든 가능한 단면의 모든 기하학적 중심들의 자취를 나타낸다.

본 출원인은 하기의 수학식 3의 혈관 중심선의 파라미터 표시를 발견하였다.

여기서, X(t),Y(t) 및, Z(t)는 중심전의 좌표를 나타내는 t의 함수이다.

각각의 위치(P₁)는 P_t에 가장 근접한 중심선 상의 지점인 대응 지점{F(t_i)}를 갖는다. 중심선{F(t)}의 표시는 적합하게는 최소 제곱법 방식으로 중심선과 샘플지점 사이의 거리를 최소화시킨다, 즉 ∑∥F(ti)-Pi∥²이 함수 공간에 걸쳐 최소이다.

하기의 수학식 4의 k 차수의 다항식의 급수가 중심선 표시를 산출하기 위해 사용된다.

본 출원인은 데이터를 피팅(fit)할 수 있는 충분히 높지만, 데이터의 과도한 피팅을 방지하도록 충분히 낮은 차수의 다항식을 사용하고자 한다. 실제로, 3차 다항식 피팅(즉, k=3)이 적합하다.

각각의 상기 수학식 4의 다항식(각각의 좌표에 대해 하나)에 대해, 미지수가 계수 a_j,b_j및, c_j(j=0,...,k)인 선형 방정식 시스템을 계산하였다. 방정식의 시스템은 하기의 식에 따라 각각의 취득 데이터 지점의 각각의 좌표에 의해 다항식 X(t), Y(t) 및, Z(t)를 계산한다.

특이값 분해법(Singular value decomposition)이, 상기 방정식의 시스템을 계산하는데 정확하며 적합한 방법이다{1997년 캠브리지 대학 출판, 윌리엄 티. 베터링(편집자), 사울 에이. 테우콜스키, 윌리엄 에이취. 프레스(편집자), 브라이언 피. 프래너리의 "C언어 수치 해석: 과학적 산출법" 페이지 59 내지 70 참조).

도 3a는 원래의 취득 지점 뿐만 아니라 산출된 중심선(29)의 2차원 투영을 도시한다. 도 3b는 90°회전된 도 3a의 지점 및 중심선을 도시한다.

중심선에 대한 혈관벽의 추정

상술한 바와 같이, 본 발명의 방법에 사용되는 알고리즘은 혈관 중심선에 수직인 혈관의 단면이 원형 또는 다각형이되도록 혈관벽의 내면을 근사한다. 따라서, 재현은 혈관을 전체적으로 튜브형으로서 모델링한다.

중심선에 대한 3차원 재현이 고정된 또는 가변적인 반경(고정된 또는 가변적인 단면)의 튜브를 형성하도록 수행될 수 있다.

튜브로서의 혈관의 재현은 중심선 둘레의, 적합하게는 중심선에 수직인 원형 또는 다각형 단편(slice) 또는 단면을 추정하며, 튜브를 형성하도록 상기 단편들을 연결함으로써 수행된다.

중심선에 대한 접선은 하기의 수학식 6의 방정식 급수에 의해 표현되며,

여기서,

이다.

중심선에 대해 수직인 단위 벡터 중 하나인은,

으로 표현될 수 있다.

도 4a는 중심선에 대해 수직인 증분량 만큼 도시된 수직 벡터(41)를 도시한 도 3a의 지점 및 중심선을 도시한다. 도 4b는 수직축 둘레로 90°회전된 도 4a의 지점, 중심선 및 벡터를 도시한다.

상기 벡터에 수직인 중심선에 대해 수직인 다른 단위 벡터는 하기 수학식 8로 표현될 수 있다.

두 개의 부가의 단위 벡터는 N₀(t) 및 N₁(t)이다. 따라서, 중심선{F(t)}에 수직인 네 개의 벡터{N⁰(t)}의 세트는 하기의 수학식 9와 같이 중심선에 대한 증분량으로 반시계 방향으로 90°로 배열된다.

N⁰(t)는 중심선{F(t)}으로부터 발산하며 중심선 둘레의 원주상으로 투영되는 벡터의 미완성 샘플링이다. 중심선 둘레의 원주를 샘플링하는 벡터 세트{Nⁱ(t)}가 주어지면, 부가의 벡터는 미리 산출된 벡터합의 방향으로 설정된다. 따라서, 4개의 벡터 세트{N⁰(t)}가 주어지면, 상기 세트는 하기에 도시되는 바와 같은 8개의 벡터를 포함하는 새로운 세트{N^l(t)}로 확대될 수 있다.

16개의 벡터를 포함하는 다른 벡터 세트{N²(t)}는 {N^l(t)} 등으로부터 유사하게 발생될 수 있다.

마지막으로, r은 중심선상의 임의 지점에 대한 튜브의 반경이 된다. 고정 반경을 갖는 튜브에 대해서, 벡터{N_i(t)}에 대응하는 중심선{F(t)} 둘레의 튜브의 표면상의 지점은 하기의 수학식 11과 같다.

튜브의 반경(r)은 중심선으로부터의 지점 및 거리의 위치 정보에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 반경(r)은 중심선으로부터 상기 지점의 거리의 평균 또는 중간으로서 선택될 수 있다. 선택적으로, 통상적인 혈관 크기일 수 있는 재현하에서 사용자에 의해 선택되는 r의 값을 사용하여 재현이 수행될 수 있다.

관형 혈관의 와이어 프레임 재현은 정점이 S_i(t), S_i(t+Δ), S_i+1(t+Δ), S_i+1(t), 즉 두개의 연속하는 벡터에 분할하여 대응하는 지점인 작은 사각형 패치로 구성되고, 상기 각각의 지점은 튜브의 다음에 인접하는 단편 또는 단면상의 대응지점에 연결된다. 도 5a는 도 4a의 지점들, 중심선 및 제 1 벡터의 와이어 프레임 재현을 도시한다. 도 5b는 수직축 둘레로 90°회전된 도 5a의 와이어 프레임 재현을 도시한다. 도 5c는 도 5b의 와이어 프레임 재현의 일부를 확대 도시한다. 도 5c에 도시된 재현에 있어서, 각각의 재현 단편은 16면이 형성된 다각형으로 구성된다. 다각형의 측면의 수가 증가되면, 혈관 재현이 보다 원형 단면으로 구현된다는 것이 명백해질 것이다. 다각형의 각각의 정점은 상술한 단위 벡터 중 하나의 방향으로 중심선으로부터 발산되는 반경(도시 생략)을 나타낸다. 다각형의 측부는 단편 내에서 연속되는 정점을 직선으로 연결함으로써 이루어진다. 단편을 연결하는 사각형은 인접한 단편상의 대응 정점을 직선으로 연결함으로써 이루어진다.

와이어 프레임 재현을 구성하는 사각형을 음영 처리함으로써 재현이 완성된다. 도 6a 및 도 6b는 각각 도 5a 및 도 5b의 음영 처리된 재현을 도시한다. 본 기술분야에 공지된 표준 그래픽 방법{예를 들어, 1999년 뉴욕주 뉴욕시 소재의 애디슨-웨슬리 출판사(Addison-Wesley Publishing Company)의 메이슨 우 등(Mason Woo, et al.)이 저술한 "오픈GL(r) 1.2 프로그래밍 가이드, 3판: 오픈GL. 버전 1.2 학습 안내서(OpenGL(r)1.2 Programming Guide, Third Edition: The Official Guide to Learning OpenGL, Version1.2)"}을 사용하면, 와이어 프레임 재현을 포함하는 개개의 사각형은 3차원 혈관 구조의 평면 2차원 재현에 원근감을 제공하도록 그레이 스케일이나 색조 스케일을 사용하여 음영 처리될 수 있다. 선택적으로, 위치 정보가 위치 및 상태 센서를 갖는 카테터를 사용하여 상태 정보와 함께 수집되면, 와이어 프레임 재현은 개개의 사각형의 색조 또는 음영이 혈관 좌표의 함수로서 상태 정보의 차이값을 나타내도록 음영 또는 색조처리될 수 있다.

상술된 바와 같이, 본 발명의 방법은 고정 단면 또는 다양한 단면을 갖는 혈관의 재현을 제공하는데 사용될 수 있다. 다양한 반경 또는 단면을 갖는 튜브의 재현은 하기의 수학식 12의 변형된 단편 산출식을 필요로 한다.

여기서, 중심선{F(t)} 둘레의 단편 반경인 r(t)는 (t)의 함수이다.

상기에 지시된 바와 같이, 각각의 샘플 지점(P_i)은 그것이 가장 근접하는 중심선{F(t_i)}상에 대응 지점을 갖는다. P_i로부터 중심선상의 대응 지점{F(t_i)}까지의 거리{∥P_i- F(t_i)∥}는 F(t_i)에서의 혈관 반경을 지시한다. 단편의 반경은 샘플 지점과 단편 중심 근처의 대응 중심선 지점 사이 거리의 평균에 의해 결정될 수 있다. 각각의 단편에 대해서, 단편에 보다 근접되는 지점은 상기 평균의 산출에 있어서 보다 가중치가 될 수 있다. 다시 말해, 단편의 반경은 중심선에 대한 지점들 사이의 거리의 가중치된 평균으로서 산출될 수 있고, 이때의 가중치는 단편에 보다 근접한 지점에 일치된다.

도 7 및 도 8은 각각 상술된 다양한 반경 재현 알고리즘을 사용하는 도 2a의 위치 정보의 와이어 프레임 및 음영 재현을 도시한다.

고정된 또는 가변적인 반경을 갖는 혈관을 재현하기 위한 결정은 다수의 요인에 따른다. 가변적인 반경을 갖는 튜브의 높은 질의 재현은 혈관 단면 둘레에더욱 많은 데이터 지점이 형성되는 것을 요구한다. 이 요구는 지점을 취득하기 위해 더욱 긴 시술 시간을 초래한다. 선택적으로, 고정된 반경의 튜브는, 예를 들면 단지 카테터를 혈관을 통해 통과시킴으로써 취득할 수 있는 혈관 단면 둘레의 소수의 데이터 지점으로부터 재현될 수 있다. 고정된 반경 재현은 혈관의 단면에서 편차를 나타내지는 않지만, 3차원 혈관 형상을 정확히 묘사하는 것으로 기대된다.

상술한 바와 같이, 계류중인 특허출원 09/122,137호 및 09/357,559호에는 심장의 전기적 활성화를 맵핑하는 방법이 개시되어 있다. 상기 특허에 개시된 재현은 샘플 지점의 체적의 재현 공간 내에 적합하게는 타원인 초기의, 폐쇄형 3차원 만곡면을 형성함으로써 예비 맵을 형성시키는 것에 의해 수행된다. 폐쇄형 곡선은 샘플 지점의 재현과 유사한 형상으로 대략 조정된다. 그 후, 신축적인 매칭 스테이지가 폐쇄형 곡선을 재현되는 실제 체적의 형상에 근사시키도록 1회 이상 반복적으로 수행된다. 도 2a 및 도 2b의 데이터는 상기 계류중인 출원의 알고리즘을 사용하여 재현되며, 도 9a 및 도 9b에 도시한 방법을 사용하여 데이터의 음영 재현을 수행한다. 본 발명의 방법은 심장 재현을 위해 설계된 상술한 방법 보다 더욱 실제적으로 혈관을 재현하는데 성공적이다.

본 발명을 가장 적합한 실시예와 관련하여 설명하였지만, 본 발명의 상세한 설명을 이해하는 당업자들은 다수의 부가 실시예가 하기의 청구범위에 설명한 바와 같은 본 발명의 범위 및 정신의 범위 내에 있을 수 있다는 것은 명백한 일이다.

본 발명의 혈관 재현 방법 및 장치에 따르면, 영상화 양식 또는 대조 매체를 사용하지 않고 혈관을 재현할 수 있으며, 심장을 재현하기 위한 방법 및 장치를 보충하는 혈관 재현 방법을 제공할 수 있으며, 미리 취득된 맥관계의 이미지에 의해 등록될 수 있는 재현을 제공할 수 있다.

Claims

위치 센서가 내부에 포함되어 있는 카테터를 사용하여 혈관의 내면을 재현하는 혈관 재현 방법에 있어서,

a) 카테터를 혈관 내로 전진시키는 단계와,

b) 혈관 내의 다수의 취득 지점에서 센서로부터 위치 정보를 취득하는 단계와,

c) 상기 위치 정보에 기초하여 혈관의 중심선을 추정하는 단계 및,

d) 혈관의 내면을 추정하는 단계를 포함하는 혈관 재현 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 중심선은 파라미터 함수로서 표시되는 혈관 재현 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 파라미터 함수는 다항식 형태인 혈관 재현 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 취득 지점과, 상기 취득 지점에 가장 근접한 중심선 상의 각각의 지점 사이의 거리는 최소화되는 혈관 재현 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 거리는 최소 제곱법 방식으로 최소화되는 혈관 재현 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 혈관의 내면은 원형 단면을 갖도록 재현되는 혈관 재현 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 재현 방법은 상기 중심선에 대해 혈관의 단편을 추정하는 단계를 포함하는 혈관 재현 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 단편은 상기 중심선에 수직인 혈관 재현 방법.
제 8 항에 있어서, 상기 중심선에 수직인 상기 단편은 고정된 단면을 갖는 혈관 재현 방법.
제 8 항에 있어서, 상기 중심선에 수직인 상기 단편은 가변적인 단면을 갖는 혈관 재현 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 혈관 재현 상의 각각의 지점으로부터 상기 중심선까지의 거리는 상기 중심선에 대한 상기 취득 지점의 거리의 함수인 혈관 재현 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 혈관 재현 상의 각각의 지점으로부터 상기 중심선까지의 거리는 상기 중심선에 대한 상기 취득 지점의 평균 거리인 혈관 재현 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 혈관 재현 상의 각각의 지점으로부터 상기 중심선까지의 거리는 상기 중심선에 대한 상기 취득 지점의 중간 거리인 혈관 재현 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 함수는 상기 중심선에 대한 상기 취득 지점의 거리의 가중 평균인 혈관 재현 방법.
제 14 항에 있어서, 상기 가중 평균은 취득 지점에 근사한 최대 가중치에 일치하는 혈관 재현 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 거리는 사용자에 의해 선택되는 혈관 재현 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 취득 지점에서 상태 정보를 취득하는 단계를 또한 포함하는 혈관 재현 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 혈관 재현은 상기 상태 정보의 값을 묘사하도록 색조 처리되는 혈관 재현 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 취득 지점의 중간의 혈관 표면 상의 상태 정보의 값은 보간되는 혈관 재현 방법.
제 1 항에 있어서, 재현된 혈관 표면을 디스플레이하는 단계를 또한 포함하는 혈관 재현 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 위치 정보는 혈관 내에 카테터를 통과시킴으로써 얻어지는 혈관 재현 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 위치 정보는 혈관 단면 둘레로 상기 혈관벽 상의 지점을 샘플링함으로써 얻어지는 혈관 재현 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 위치 센서는 전자기 센서인 혈관 재현 방법.
혈관의 내면을 재현하기 위한 혈관 재현 장치에 있어서,

a) 위치 센서가 내부에 포함되어 있는 카테터와,

b) 상기 혈관 내의 다수의 지점에서 상기 센서로부터 위치 정보를 취득하기 위한 수단과,

c) 상기 위치 정보에 기초하여 혈관의 중심선을 추정하기 위한 수단 및,

d) 상기 혈관의 내면을 추정하기 위한 수단을 포함하는 혈관 재현 장치.
제 24 항에 있어서, 상기 혈관 재현을 디스플레이하기 위한 수단을 또한 포함하는 혈관 재현 장치.
제 24 항에 있어서, 상기 센서는 전자기 센서인 혈관 재현 장치.