KR20010114165A - 심장의 전기 박동에 대한 빠른 맵핑 - Google Patents

심장의 전기 박동에 대한 빠른 맵핑 Download PDF

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Abstract

심장의 전기적인 맵핑하기 위한 방법은 심실내로 탐침을 삽입하는 것을 포함하고, 상기 탐침은 적어도 하나의 위치 감지 장치와 다수의 비접촉 전극을 포함한다. 상기 전극의 위치 좌표는 적어도 하나의 위치 감지 장치를 사용하여서 상기 심실의 심내막 표면(endocardial surface)에 대하여 결정되고, 전기장은 전극을 사용하여 상기 결정된 위치 좌표에서 측정된다. 상기 계산된 전기장을 기초로 하여서 상기 심내막위에서의 전기적인 박동의 맵을 발생시키기 위하여, 전기장은 상기 측정된 전기장과 위치 좌표를 사용하여서 상기 심내막의 표면위의 다수의 점에서 계산된다.

Description

심장의 전기 박동에 대한 빠른 맵핑{Rapid mapping of electrical activity in the heart}
본 발명은 인체 조직을 맵핑(mapping)하기 위한 침투 방법에 관한 것으로서, 특히 심장에서 전기적인 박동을 맵핑하기 위한 방법에 관한 것이다.
심장 맵핑은 심장 박동의 기계적인 다른 특징을 진단하는 것은 물론 심장내에서 이상한 전기적인 경로 및 전류를 위치시키는데 사용된다. 심장을 맵핑하기 위하여 다양한 방법과 장치가 설명되어져 왔다. 통상적인 방법과 장치가 미국 특허 제 5,471,982 호, 제 5,391,199 호 및 PCT 특허공개 WO94/06349, WO96/05768, WO97/24981에 기재되어 있는데, 이들은 참고로 본원에 합체되어 있다. 예를 들면, 미국 특허 제 5,391,199 호는 심장 전기 박동을 감지하기 위한 전극과, 외부에서 적용되는 자기장에 대하여 카테테르의 위치를 결정하기 위한 소형 코일을 포함하는 카테테르를 기재하고 있다. 이러한 카테테르를 사용하여서, 심장학 의사들은 다수의 위치에서 전기 박동을 결정하고 상기 위치의 공간 좌표를 결정함으로서 짧은 주기의 시간내에서 샘플된 점의 세트로 부터 데이터를 수집할 수 있다.
이러한 데이터를 기초로 하여서 심장의 3차원 맵을 발생시키기 위한 방법들은 예를 들면, 유럽 특허 출원 EP 0 974 936과 이것의 대응 미국 특허 출원 제 09/122,137 호에 기재되어 있는데, 이것들은 본 발명의 양수인에게 허여되었으며, 또한 이것의 설명은 참고로 본원에 합체되어 있다. 이러한 출원에 기재된 바와 같이, 위치 좌표(그리고 선택적인 전기 박동은 물론)는 심장의 내부면에서 약 10 내지 20 포인트(point)에서 초기에 측정된다. 이러한 데이터의 포인트는 예비적인 재구성 또는 심장 표면의 랩을 만족스러운 질로 발생시키기에 충분하다. 상기 예비적인 맵은 보다 복잡한 맵을 발생시키기 위하여 부가의 포인트에서 취해지는 데이터와 결합되는 것이 양호하다. 임상적인 셋팅에서, 심실의 전기 박동에 대한 상세하고 복잡한 맵을 발생시키기 위하여 100 이상의 자리에서 데이터를 얻는 것이 보기 드문 일은 아니다.
데이터 습득의 방법을 가속시키기 위하여, 다중 전극의 카테테르가 심실에서 다중의 포인트에서 전기 박동을 동시에 측정하도록 발전되어져 왔다. 이러한 카테테르는 예를 들면 미국 특허 제 5,487,391 호 및 제 5,848,972 호에 기재되어 있는데, 이러한 문헌들은 참고로 본원에 합체되어 있다. 이러한 카테테르는 바스켓 형태를 취하기 위하여 심장내에서 팽창되는 3차원 구조위에 다중의 전극을 가진다. 이러한 바스켓 구조는 전개될 때에, 이러한 전극들은 내심막 표면에 대하여 초기 접촉으로 유지할 수 있도록 디자인된다. 이러한 특허에 기재되어 있는 카테테르의 문제점은 이들이 제조하기에 어렵고 또한 비싸다는 것이다. 이러한 카테테르에 다수의 전극들은 또한, 데이터 기록 및 처리 서브 시스템을 요구하고 있다. 이러한카테테르의 전개 및 회수와, 응고의 증가된 위험과 관련하여서 부가의 복잡성이 있게 된다.
본원에서 참고로 합체된 미국 특허 제 4,649,924 호는 내부 심장의 전기 포텐셜 필드를 검출하기 위한 비접촉 방법을 기재하고 있다. 팽창가능한 말단 단부를 가지는 카테테르는 그 표면위에 분포된 일련의 센서 전극을 구비하고, 신호 감지 및 처리 수단에 연결하기 위하여 절연된 전기 도체에 연결된다. 상기 단부의 크기 및 형상은 이 전극이 심실의 벽으로 부터 거의 이격된다. 상기 센서 전극은 서로로 부터 이격된 평면에 놓여 있는 말단 단부의 일련의 원주위에 일련으로 분포되는 것이 양호하다. 이러한 평면들은 카테테르 단부의 주축에 수직으로 되어 있다.
본원에 참고로 합체된 PCT 특허 공개 WO99/0611는 비접촉이면서 비팽창적인 다수의 전극 카테테르를 기초로 하는 전기물리적인 심장 맵핑 시스템과 방법을 기재하고 있다. 이러한 카테테르위에서의 전극은 심실의 내적안에 있는 카테테르 표면의 다수의 포인트에서 전기적인 포텐셜을 동시에 측정하는데 사용된다. 이러한 맵을 발생시키기 위하여, 상기 전기적인 측정은 탐침과 심내막의 상대적인 형상에 대한 지식과 관련된다. 이러한 기하학적인 지식은 식도, 초음파 심장 동태 진단법과 같은 독립적인 이미지 변경에 의하여 얻어져야만 한다. 이러한 공지된 형상을 기초로 하여서, 라플라스 등식(Laplace' equation)이 카테테르위에서 계수 매트릭스 형태로 있는 내심막 표면에서의 포텐셜사이에서 관계를 찾기 위하여 해결된다. 이러한 매트릭스는 전기 포텐셜을 기초로 하여서 내심막의 포텐셜을 결정할 수 있도록 역전된다. 한정 요소 접근 방법과 같은 조정 기술은 적절한 해결책의 수렴을 보장하기 위하여 사용되어야만 한다.
본 발명의 목적은, 체적 내부 특히 체적을 경계짓는 표면에서 전기적인 포텐셜을 맵핑하기 위한 향상된 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 내심막의 전기적인 포텐셜을 맵핑하기 위한 향상된 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 내심막의 전기적인 포텐셜의 맵이 발생될 수 있는 속도를 향상시키기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 내심막과의 접촉을 최소로 하면서 심장내에서의 전기적인 포텐셜을 맵핑하기 위한 향상된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 양호한 실시예에 따라서 심장의 전기적인 박동을 맵핑(mapping)하기 위한 시스템을 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 양호한 실시예에 따라서 도 1의 시스템에 사용되는 카테테르의 말단부를 개략적으로 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 양호한 실시예에 따라서 도 2의 카테테르가 삽입되는 심장을 개략적으로 도시하는 단면도.
도 4는 본 발명의 양호한 실시예에 따라서, 심장내의 전기적인 박동을 맵핑하기 위한 방법을 이해하는데에 도움되는 도 3의 심장의 심내막 표면과 카테테르를 상세하게 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 양호한 실시예에 따라서 심장의 전기적인 박동을 맵핑하기 위한 방법을 개략적으로 도시하는 흐름도.
도 6은 본 발명의 다른 양호한 실시예에 따라서 도 1의 시스템에 사용되는 카테테르의 말단부를 도시하는 개략적인 도면.
도 7은 본 발명의 또 다른 양호한 실시예에 따라서 도 1의 시스템에 사용되는 카테테르를 개략적으로 도시하는 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
20: 맵핑 시스템 24: 심장
28: 코일 30: 카테테르
34: 컨솔 40,42: 위치 센서
44: 말단 팁 46: 비접촉 전극
본 발명의 양호한 실시예에서, 맵핑 탐침, 양호하게는 카테테트가 심실내로 삽입되고, 심실의 내심막 표면에서 전기적인 박동의 맵을 발생시키기 위하여 사용된다. 상기 카테테르는 말단부의 표면위에 분포되어 있는 다수의 전극을 따라서 상기 카테테르의 말단부에서 하나 이상의 센서를 포함한다. 상기 내심막 표면의 기하학적인 모델은, 예를 들면 상술된 미국 특허출원 제 09/122,137 호에 기재된 바와 같이 카테테르를 그 자체의 위치 감지 능력을 사용하여서 형성된다. 상기 카테테르의 표면위에 전극을 사용하여서 상기 심실 체적내내에 전기적인 포텐셜이 발생되고, 상기 위치는 카테테르에서 위치 센서로 인하여 정밀한 것으로 공지되어 있다. 이렇게 측정된 포텐셜은 내심막 표면에서 전기적인 포텐셜의 맵을 발생시키기 위하여 기하학적인 모델과 결합된다.
양호하게는, 상기 맵은 내심막 표면위에 분포된 구체적인 전기 다이폴(dipole)에 의하여 발생되는 필드의 중첩으로서 상기 심실에서 전기장을 모델링함으로써 발생된다. 이러한 방법에서, 일련의 등식이 발생되는데, 이것은 상기 포인트에서 다이폴 필드의 합으로서 상기 카테테르위의 포인트 각각의 포텐셜을 나타낸다. 상기 등식의 설정은 내심막 표면위에서 상기 다이폴의 강성을 찾기 위하여 역전되고, 상기 표면으로 부터 상기 박동되는 포텐셜이 결정된다. 상기 다이폴의 모델은 정확한 결과를 부여하는 것으로 되어 있지만, 한정된 요소의 근접 및 다른 조정 기술의 계산 묶음을 피하게 된다. 또한, 상술된 PCT 공개공보 WO99/06112에 기재된 것과 같은 다른 평가 방법이 사용될 수 있다.
양호하게는, 상기 전극은 어레이, 가장 양호하게는 미국 특허 출원 제 09/506,766 호에 기재된 바와 같은 그리드 어레이로써 상기 카테테르의 말단부에 걸쳐서 분포되며, 상기 특허 출원은 본 출원의 양수인에게 양도되었고 또한 이것의 설명은 참고로 본원에 합체되어 있다. 또한, 양호하게는 상기 카테테르는 2개의 위치 센서를 포함하는데, 미국 특허 제 6,063,022 호에 기재된 바와 같이, 하나는 카테테르의 말단부 근처에 있으며, 다른 하나는 전극 어레이의 말단부 근처에 있다. 그리고, 상기 특허는 본원의 양수인에게 양수되었으며, 이것의 설명은 본원에 참고로 합체된다. 가장 양호하게는, 상기 위치 센서는 예를 들면 PCT 공개 WO96/05768 또는 미국 특허 제 5,391,199 호에 기재된 바와 같은 전자파를 전달하거나 또는 수용함으로써 위치와 배향 좌표를 결정하는데 사용되는 소형 코일을 포함한다. 또한, 본 기술분야에서 잘 공지되어 있는 다른 형태의 위치 감지 시스템이 사용될 수 있다.
그래서, 본 발명은 비접촉의 전기 측정과 빠른 맵핑의 결합된 장점을 성취한다. 이러한 이유로 인하여, 심장에 대하여 빠르고 그리고 손상을 최소로 해야만 하는 좌심실의 맵핑에 특히 적합하다.
한편, 본 발명의 방법과 장치는 다른 캐비티내부에서 전기적인 맵핑하기 위한 것은 물론이고 심장의 다른 심실을 맵핑하는데에 적합하다. 예를 들면, 본 발명은 심장의 심리에 통상적으로 발생되는 바와 같이 전이를 지시하는데 특히 유용하다. 이러한 것은 일시적이고 지탱되지 않는 리듬으로 있게되는 심박 급속증이다. 본 발명에 따른 탐침은 이러한 장애를 치료하는데에 사용되는 치료의 효과를 확실하게 하는데에 사용될 수 있다. 상기 탐침은 예를 들면, 팽창 라인 또는 차단 라인이 완료되고 갭을 갖고 있지 않다는 것을 증명하기 위하여 심실 동요의 처리 효과를 빠르게 확신시키는데 사용될 수 있다.
그러므로, 본 발명의 실시예에 따라서, 심장의 전기 박동을 맵핑하기 위한 방법에 제공되는데, 이것은
심장 심실내로 적어도 하나의 위치 감지 장치와 다수의 비접촉 전극을 포함하는 탐침을 삽입하는 단계와,
상기 적어도 하나의 위치 감지 장치를 사용하여서 심실의 내심막 표면에 대하여 전극의 위치 좌표를 결정하는 단계와,
상기 전극을 사용하여서 상기 결정된 위치에서 전기적인 포텐셜을 측정하는 단계와,
상기 측정된 포텐셜과 위치 좌표를 사용하여서 상기 내심막 표면의 다수의 포인트에서 전기적인 포텐셜을 평가하는 단계 및,
상기 평가된 포텐셜을 기초하는 내심막 표면에 전기 박동의 맵을 발생시키는 단계를 포함한다.
양호하게는, 상기 탐침을 삽입하는 단계는 상기 비접촉 전극이 내심막 표면과 거의 물리적으로 접촉하지 않을 수 있도록 상기 탐침을 위치시키는 단계를 포함한다.
양호하게는, 상기 전기적인 포텐셜을 평가하는 단계는 측정된 포텐셜에 대하여 반응적인 내심막 표면위에서 내심막 표면위의 다수의 포인트 각각에서 전기적인 다이폴 강성을 찾는 단계를 포함한다. 또한, 양호하게는 상기 전기 다이폴 강성을 찾는 단계는 상기 포인트의 각각의 위치 좌표에 대하여 전극의 결정된 위치 좌표에 반응하는 내심막 표면위의 다수의 포인트에서 발생되는 각각의 전기 다이폴 필드의 중첩으로 인하여 상기 측정된 전기 포텐셜을 모델링하는 단계를 포함한다. 가장 양호하는 것은, 상기 다수의 포인트 각각에서 상기 전기적인 다이폴 강성을 찾는 단계는 다이폴 필드의 중첩 함수로써 상기 측정된 포텐셜을 표현하는 등식 시스템을 전달하는 것과, 이 등식을 역전시키는 것을 포함한다.
양호한 실시예에서, 상기 전기 포텐셜을 평가하는 단계는 상기 내심막 표면의 기하학적인 모델을 습득하는 단계와, 상기 기하학적인 모델에 반응하는 내심막표면위의 다수의 포인트 각각에 대하여 각 전극의 위치를 찾는 단계를 포함한다. 양호하게는, 상기 기하학적인 모델을 습득하는 단계는 상기 기하학적인 모델을 발생시키기 위하여 탐침을 사용하는 단계를 포함한다. 가장 양호하게는, 상기 기하학적인 모델을 발생시키기 위하여 탐침을 사용하는 단계는 위치 감지 장치를 사용하여서 상기 탐침의 말단 팁을 상기 내심막 표면위에 다수의 위치와 접촉하게 하는 단계와, 상기 위치의 위치 좌표를 사용하여서 상기 모델을 발생시키는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 양호한 실시예에 따라서, 심장의 전기 박동을 맵핑하기 위한 장치가 제공되는데, 이것은,
심장 심실내로 삽입하기 위하여 형성되는 말단부를 구비하고, 상기 말단부의 근처에서 적어도 하나의 위치 감지 장치와 다수의 비접촉 전극을 포함하는 탐침과,
적어도 하나의 위치 감지 장치를 사용하여서 상기 심장 심실의 내심막 표면에 대하여 전극의 위치 좌표를 결정하고, 또한 측정된 포텐셜과 위치 좌표를 사용하여서 내심막 표면의 다수의 포인트에서 전기적인 포텐셜을 평가할 수 있도록 상기 전극을 사용하여서 상기 결정된 위치 좌표에서 전기적인 포텐셜을 측정하도록 탐침에 연결된 프로세서 및,
상기 평가된 포텐셜을 기초로 하여 상기 내심막 표면에 전기 박동의 맵을 디스플레이하기 위하여 상기 프로세서에 의하여 구동되게 연결되는 디스플레이를 포함한다.
양호하게는, 상기 다수의 비접촉 전극은 상기 내심막 표면과 거의 물리적으로 접촉하지 않고 상기 전기적인 포텐셜을 측정할 수 있도록 상기 말단 단부의 근접부에서 상기 탐침의 표면위에 배치되는 전극 어레이를 포함한다.
또한, 상기 적어도 하나의 위치 감지 장치는 탐침의 말단부에 근접된 제 1 위치 감지 장치와, 상기 제 1 위치 감지 장치에 근접된 위치와 전극 어레이의 근접부에 있는 제 2 위치 감지 장치를 포함한다.
다음은, 본 발명을 첨부 도면을 참고로 하여서 양호한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 양호한 실시예에 따라서 목적물(26)의 심장(24)에서 전기 박동을 맵핑하기 위한 맵핑 시스템(20)을 개략적으로 도시하는 도면이다. 시스템(20)은 심장 심실내로 상기 목적물의 정맥 또는 동맥을 통하여 사용자에 의하여 삽입되는 긴 탐침, 양호하게는 카테테르(30)을 포함한다.
도 2 및 도 7은 심장(24)내로 삽입되는 카테테르(30)의 말단부를 도시하는 개략적인 도면이다. 상기 카테테르(30)는 이것의 외부 표면에서 비접촉 전극(46)의 어레이, 가장 양호하게는 상기 도면에 도시된 바와 같은 그리드 장치를 구비한다. 또한, 상기 전극은 링 전극, 또는 도 6에 도시된 바와 같이 표면 전극의 형태를 가지는 어떠한 다른 적절한 것도 포함할 수 있다. 또한, 상기 카테테르는 도 2에 도시된 바와 같이 통상적으로 카테테르의 말단 팁(44) 근처 또는 그 곳에서 하나 이상의 접촉 전극(48)을 선택적으로 구비한다.
또한, 카테테르(30)는 위치 센서(40 및 42)를 포함하는데, 이것중의 하나는 말단 팁(44) 근처에 있으며, 다른 것은 전극 어레이의 말단 단부 근처에 있게된다.양호하게는, 상기 센서는 예를 들면, 폴리우레탄 점착제 등을 사용하여서 어떠한 적절한 방법에 의하여 상기 카테테르내에 장착되는 전자기 센서를 포함한다.
상기 센서는 카테테르 몸체를 통하여 그리고 카테테르 제어 핸들내로 연장되는 전자기 센서 케이블 (도시 않음)에 전기적으로 연결된다. 상기 전자기 센서 케이블은 플라스틱으로 피복된 차폐부내에 둘러싸여 있는 다수의 와이어를 포함한다. 상기 카테테르 몸체내에서, 상기 센서 케이블은 바람직하다면 전극(46 및 48)의 리드 와이어를 따라서 보호 차폐부내에 둘러싸여 질 수 있다. 상기 제어 핸들에서, 상기 센서 케이블의 와이어는 전자기 센서로 부터 수신된 신호를 증폭하고 이들을 컴퓨터에 대하여 이해가능한 형태로 컨솔(34)(도 1)에 둘러싸여 있는 컴퓨터로 전달시키는 회로판(도시 않음)에 연결된다. 또한, 상기 카테테르가 단지 사용 단일 목적을 위하여 설계되기 때문에, 상기 회로판은 카테테르가 사용된 이후에 회로판을 차단하는 EPROM 칩을 포함한다.
적절한 전자기 센서는 참고로 본원에 합체된 미국 특허 제 4,391,199 호에 기재되어 있다. 양호한 전자기 맵핑 센서는 바이오센스 웹스터(Biosense Webster)(Israel) 리미티드(이스라엘 하카멜 티라트)에 의하여 제조되고 상표명 NOGA로 판매되고 있따.
상기 전자기 센서를 사용하기 위하여, 환자는 예를 들면 자기장을 발생하기 위하여 자기장 발생기 코일(28)을 포함하는 패드를 환자아래에 위치시킴으로써 발생되는 자기장에 위치된다. 기준이 되는 전자기 센서(도시 않음)는 양호하게는 환자에 대하여 고정된 즉, 환자의 뒤쪽으로 경사지는 것이며, 센서(40 및 42)를 포함하는 카테테르(3)는 환자의 심장내로 전진하게 된다. 각각의 센서는 자기장이 이 자기장에서 위치를 지시하는 약해진 전기 신호를 발생시키는 3개의 작은 코일을 포함하는 것이 양호하다. 심장내에서 고정된 기준 센서와 센서(40 및 42)에 의하여 발생되는 신호는 증폭되고, 신호를 분석한 다음 이 신호를 모니터(36)에서 디스를레이한다. 이러한 방법에 의하여, 상기 기준센서에 대한 카테테르에서의 상기 센서의 정확한 위치는 분명하게 되고 시각적으로 디스플레이된다. 또한, 상기 센서는 심장 근육의 수축에 의하여 발생되는 카테테르의 변위를 검출할 수 있다.
상기 카테테르(30)와 시스템(20)의 몇몇 형상은 바이오센스 웹스터 인코포레이션에 의하여 제조되고 상술한 바와 같이 바이오센스 웹스터에 의하여 판매되는 NOGA-STAR 카테테르에 이식된다.
상기 카테테르(30)와 시스템(20)의 디자인의 또 다른 특징은 일반적으로 상술된 미국 특허 출원 제 09/506,766 호에 기재되어 있다. 그러나 이후에 설명하는 바와 같이, 카테테르 및 시스템(20)을 사용하여서 실행되는 전기 맵핑 함수와 카테테르(30)의 상세한 설계는 본 발명에 대한 특징으로 되는 것이다.
각각의 센서(40 및 42)는 상술된 PCT 특허출원 제 WO96/05768 호에 기재된 것과 같은 3개의 비동심 코일을 포함하는 것이 양호하다. 상기 코일은 구동기 회로(32)(도 1)에 의하여 구동되는 자기장 발생 코일(28)에 의하여 발생된다. 또한, 상기 센서들은 코일(28)에 의하여 검출되는 자기장을 발생시킬 수 있다. 그래서 시스템(20)은 센서(40 및 42) 각각에 대한 위치와 배치 정보의 6개의 크기를 연속적인 발생을 성취하게 된다. 또한, 상기 센서중의 하나 또는 둘다는 배치 정보의2개의 크기와, 위치의 3개의 크기를 발생시키기 위하여 자기장 발생기 코일(28)와 관련하여서 충분하게 되는 단일 코일을 포함할 수 있다. 배치의 제 2의 크기(통상적으로는 카테테르 종방향 축에 대하여 카테테르(30)의 통상적인 회전)는 2개의 센서 좌표 비교와 기계적인 정보로 부터 필요할지라도 간섭될 수 있따. 또한, 상기 센서들은 예를 들면, 상술된 미국 특허 제 5,391,199 호와, 미국 특허 제 5,443,489 호 또는 PCT 특허출원 제 WO94/04938에 기재된 다른 형태의 위치 및/또는 좌표 센서, 또는 본 기술분야에서 공지된 위치/좌표 감지 장치의 적절한 형태를 포함할 수 있다. 또다른 또는 부가의 카테테르(30)는 형광투시법에 사용하기 위한 방사선 불투과 마커와 같은 몸체의 외부로 부터 결정될 수 있는 하나 이상의 마커로 마크된다.
상술된 바와 같이, 카테테르(30)는 사용자가 이 카테테르의 작용을 관찰하고 조절할 수 있도록 하는 컨솔(34)에 연결된다. 컨솔(34)은 처리기, 양호하게는 적절한 신호 처리회로(이것은 통상적으로 컴퓨터의 하우징 내부에 포함된다)를 가지는 컴퓨터를 포함한다. 상기 처리기는 구동 디스플레이(36)를 구동하기 위하여 연결된다. 상기 신호 처리 회로는 통상적으로 위치 센서(40 및 42)와 전극(46)에 의하여 발생되는 신호를 포함하는 카테테르(30)로 부터의 신호를 수신하고, 증폭하며 필터링하며 디지털화한다. 상기 디지털화된 신호는 카테테르의 위치 및 ㅇ배향을 평가하고 전극으로 부터 전기 신호를 분석하기 위하여 컨솔에 의하여 수신되고 사용된다. 상기 분석으로 부터 추출되는 정보는 심장의 전기 박동의 맵(38)을 발생시키기 위하여 사용된다.
통상적으로, 시스템(20)은 간략함을 위하여 도면에 도시되지 않은 다른 요소들을 포함한다. 이러한 요소중의 몇몇은 상술된 미국 특허 출원 제 09/122,137 호에 기재되어 있다. 예를 들면, 시스템(20)은 컨솔(34)로 ECG 동기화 신호를 제공하기 위하여 하나 이상의 몸체 표면의 전극으로 부터 신호를 수신할 수 있도록 연결된 ECG 모니터를 포함할 수 있다. 또한, 상술된 바와 같이, 상기 시스템은 통상적으로 환자의 몸체 외부에 부착되어 있는 외부로 부터 적용되는 기준 패치, 또는 심장(24)내로 삽입되고 심장에 대하여 고정된 위치에서 유지되는 외부에 위치되는 카테테르위에 있게 되는 기준 위치 센서를 포함한다. 기준 카테테르의 위치에 대하여 카테테르(30)의 위치를 비교함으로써, 카테테르(30)의 좌표는 심장 운동에 관계없이 심장에 대하여 정확하게 결정된다. 또한, 어떠한 다른 적절한 방법이 심장 운동을 보상하기 위하여 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 양호한 실시예에 따라서 심장의 좌심실(50)내로 대동맥을 통하여 삽입되는 카테테르(30)의 말단부를 도시하는 심장(24)의 개략적인 단면도이다. 전극(46)은 심장벽을 통과하는 맥동 포텐셜로서 상기 심실의 용적에 발생되는 전기장에 반응하여서 내심막(52)으로 부터 전기 신호를 수신하게 된다.
하나 이상의 전극(46)은 물론 팁 전극(48)(도 2)은 맵되는 심장 심실의 해부 및 카테테르(30)의 말단부의 형상에 따라서 내심막(52)과 실질적으로 접촉(또는 부분적인 접촉 또는 완전한 접촉)하게 된다.
그러나, 도 2의 실시예에서, 내심막에서 하나 이상의 특정 포인트에서 상기 카테테르(30)의 팁(44)의 팁 전극(48)을 "가까운 전기장"으로서 전극(46)에 의하여이루어지는 "먼 자기장" 측정을 보상할 수 있도록 내심막과 접촉하게 하는 것이 가능하다. 또한, 이러한 방법으로 상기 팁 전극(48)을 사용하는 것은 내심막의 말단팁(44)의 접촉을 확인시키고 또한 심실에서 공지된 위치 또는 포인트를 설치하는 것을 가능하게 만든다. 또한, 상기 카테테르(30)의 위치 감지 능력은 이하에 설명되는 바와 같이 심실의 기하학적인 맵을 발생시키기 위하여 사용될 수 있도록 한다.
도 4는 내심막(52)의 부분과 함께 카테테르(30)을 상세하게 도시하는 도면이다. 이러한 상세한 도면은 본 발명의 양호한 실시예에 따라서 내심막에서의 전기적인 박동을 맵핑하기 위한 방법을 설명하는데에 도움이 된다. 박동 포텐셜은 심실(50)에서 전기장()을 발생시키며 화살표 60으로 도시된 내심막을 통하여 이동하게 된다. 상기 자기장은 카테테르 표면위에서 이웃하는 전극의 각 쌍(i,j)사이에 존재하기 위하여 포텐셜 차이(Vij)를 발생시킨다. 본 발명의 분석 목적을 위하여, 내심막(52)의 표면은 전기장()의 각 요소를 각각 발생시키는 임의의 크기(δS)의 다각형 타일(62)로 나누어진다. 벡터 거리()에 의하여 분리되는 각각의 위치 좌표(XiXj)를 가지는 전극(46)의 각 쌍을 위하여, 상기 포텐셜 차이(Vij)는 모든 타일(62)을 합함으로서 주어진다.
각각의 타일(62)는 박동파가 전진하게 될 때에 내심막(52)에서 충전 변위에 대응되는 다이폴()로서 도시될 수 있다. 특히, 상기 다이폴의 피크 진폭은 내심막에서의 박동 포텐셜의 피크 크기에 비례하게 된다. 상기 다이폴로 인한 전기장()은 다음의 수학식 2로 주어진다.
[잭션 클래식 일렉트로다이나믹(제 2 권, 존 윌리 앤드 선, 1975), 138 페이지에 따라서]. 도 4에 도시된 바와 같이, Xik는 카테테르(30)의 현재 위치에서 타일(k)로 부터 전극(i)까지의 거리이며,는 전극으로 부터 타일까지 점형상으로 되는 유닛 벡터이다.
도 5는 본 발명의 양호한 실시예에 따라서 상술된 원리를 사용하여 심장(24)의 전기 박동을 맵핑하기 위한 방법을 개략적으로 도시하는 그래프이다. 기하학적인 모델링 단계(70)에서, 심실(50)의 기하학적인 모델 또는 맵이 얻어진다. 양호하게는, 카테테르(30)의 팁(44)은 심실(50)의 내심막(52)에서 다수의 위치에 접촉하게 된다. 각각의 접촉 위치에서, 센서(40)는 대응되는 위치 좌표를 기록하는데 사용된다. 선택적으로는, 상기 표면의 전기 박동은 이후의 참고를 위하여 상기 포인트 각각에서 측정된다. 상기 다수의 위치에서 취해진 좌표는 상술된 미국 특허 제 09/122,137 호에 기재된 바와 같이 심장(24)의 기하학적인 맵을 발생하기 위하여 사용된다. 또한, 초음파 영상과 같은 심장의 이미지 또는 다른 맵핑의 방법이 카테테르(30)를 사용할 필요가 없이 기하학적인 맵을 제조하기 위하여 사용될 수 있다.
상기 내심막의 표면은 타일링 단계(tiling step; 72)에서 타일(62)로 분할된다. 측정 단계(74)에서, 카테테르(30)의 이웃하는 전극(46)의 모든 쌍사이의 포텐셜 차이는 센서(40 및 42)를 사용하여서 결정된다. 상기 위치 및 포텐셜 측정의 공지된 시간, 가장 양호하게는 심장(24)의 심박 사이클에 대하여 소정의 고정된 시간에서 동일하게 모두 이루어진다. 또한, 양호하게는, 위치 및 포텐셜 측정은 심실(50)의 서로 다른 위치에서 몇번 반복된다. 선택적으로는, 심박 사이클에서 다수의 서로 다른 횟수 각각에서 측정이 이루어짐으로써, 내심막에서의 전기적인 박동은 서로 다른 상태의 사이클에서 맵될 수 있다. 이러한 경우에, 양호하게는 상기 단계(70)에서 얻어지는 기하학적인 모델은 심장 사이클동안에 내심막(52)의 운동을 위하여 조정되는 다이나믹 모델이다.
이러한 위치 측정은 중첩 단계(76)에서 모든 전극(46)과 타일(62)을 위하여 수학식 1 및 2에서 Xi, Xj,, Xik및의 값을 결정하기 위하여 직선진행 기하학적 방법에 사용된다. 결과적으로, 각 전극의 측정 위치에서의 필드(또는 포텐셜)은 알려지지 않은 다이폴 강성()의 함수로서 표현된다. 다시 말하면, 단계 74에서 이루어지는 측정은 각각의 다이폴 강성()을 제외하고는 수학식 1 및 2에서 모든 변수의 값을 제공한다. 또한, 각각의 타일(62)은 수학식 2에 대한 적절한 변화와 함께 동일 포텐셜 표면으로서 성립될 수 있다.
상기 다이폴 강성을 계산하기 위하여, 단계 76에서의 수학식은 다이폴 결정 단계(78)에서 역전된다. 상기 다수의 타일이 다수의 측정 포인트보다 더 작게 되는한, 상기 모든 타일의 다이폴 강성이 완전하게 결정된다. 본 기술분야에서 공지된 바와 같이, 통계적인 평균 방법이 아우트라이어(outlier)를 제거하고 에러를 감소시키기 위하여 상기 측정 결과에 적용된다. 그래서, 상기 다수의 측정 포인트가 크게되면 될수록, 다이폴의 강성이 더 정확하게 결정된다. 상기 결정된 다이폴 강성(또는 포텐셜)이 심실(50)의 전체 내심막(52)위에 작용 포텐셜을 도시하는 맵(38)을 발생시키기 위하여 맵핑 단계(80)에 사용된다. 상기 맵은 동일 포텐셜 라인, 등시성 라인 또는 피크 포텐셜의 3차원 그래프, 또는 전기 박동의 이러한 특징 또는 다른 특징을 도시하는 심장벽의 2차원 돌출부와 같은 공지된 기술에서 알려진 어떠한 포텐셜로도 존재할 수 있다. 맵핑 및 데이터 가시화의 방법에 대한 변화는 당업자에게 잘 알려져 있다.
도 6은 본 발명의 다른 양호한 실시예에 따라서 카테테르(130)의 말단부를 도시하는 개략적인 도면이다. 카테테르(130)는 포인트 전극(46)을 제외하고 카테테르(130)가 링 전극(132)의 어레이를 가진다는 것을 제외하고는 위에서 상세하게 설명한 바와 같이 카테테르(30)을 사용하고 구성에서 유사하다. 하나의 전형적인 실시예에서, 상기 카테테르는 대략 0.5 mm 이격되게 있는 32개의 링 전극을 가진다.
상술된 양호한 실시예가 좌심실(50)의 맵핑과 관련될지라도, 다른 심실에 대한 본 발명의 방법의 연장은 직선 전방으로 된다. 당업자는 또한 본 발명의 원리가 다른 신경 및 캐비티의 맵핑에 관련될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 그래서, 상기 설명된 양호한 실시예를 예로서 인용되었고, 본 발명은 상술된 바와 같이 특별히 도시되고 설명된 것에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 범위는, 상술된 설명을 읽을 때에 당업자에게 일어날 수 있고 또한 종래 기술에 기재되지 않은 변경 및 수정은 물론 상술된 다양한 특징의 조합 및 보조 조합을 포함한다.
이상과 같이, 본 발명에 따라서, 체적 내부 특히 체적을 경계짓는 표면에서 전기적인 포텐셜을 맵핑하기 위한 향상된 방법이 제공되며, 또한 내심막의 전기적인 포텐셜을 맵핑하기 위한 향상된 방법이 제공된다.
그리고, 본 발명에 따라서, 내심막의 전기적인 포텐셜의 맵이 발생될 수 있는 속도를 향상시키며, 또한 내심막과의 접촉을 최소로 하면서 심장내에서의 전기적인 포텐셜을 맵핑하기 위한 향상된 방법 및 장치를 제공하게 되는 것이다.

Claims (17)

  1. 심장의 전기 박동을 맵핑하기 위한 방법에 있어서,
    적어도 하나의 위치 감지 장치와 다수의 비접촉 전극을 포함하는 탐침을 심장의 심실내로 삽입하는 단계와;
    적어도 하나의 위치 감지 장치를 사용하여서 상기 심실의 내심막 표면에 대하여 전극의 위치 좌표를 결정하는 단계와;
    전극을 사용하여 상기 결정된 위치 좌표에서 전기적인 포텐셜을 측정하는 단계와;
    상기 내심막 표면위의 다수의 포인트 각각에서 전기적인 다이폴(dipole) 강성을 찾음으로써 상기 측정된 포텐셜과 위치 좌표를 사용하여서, 상기 측정된 포텐셜에 반응하는 내심막 표면위의 다수의 포인트에서 전기적인 포텐셜을 평가하는 단계 및;
    상기 평가된 포텐셜을 기초로 하여서 상기 내심막 표면위의 전기적인 박동의 맵을 발생시키는 단계를 포함하는 심장의 전기 박동을 맵핑하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 탐침을 삽입하는 단계는 상기 비접촉 전극이 내심막 표면과 물리적인 접촉을 거의 하지 않도록 상기 탐침을 위치시키는 단계를 포함하는 심장의 전기 박동을 맵핑하기 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전기적인 다이폴 강성을 찾는 단계는 내심막 표면위의 다수의 포인트의 상대적인 위치 좌표에 대하여 전극의 결정된 위치 좌표에 반응하는 상기 내심막의 다수의 포인트에서 발생되는 각각의 전기적인 다이폴 필드의 중첩으로 인한 것으로 될 때 상기 측정된 전기 포텐셜을 모델링하는 단계를 포함하는 심장의 전기 박동을 맵핑하기 위한 방법.
  4. 상기 다수의 포인트 각각에서 상기 전기적인 다이폴을 찾는 단계는 상기 다이폴 필드의 중첩 작용으로서 측정된 포텐셜을 표현하는 등식 시스템을 운반하는 단계와, 상기 등식을 역으로 하는 단계를 포함하는 심장의 전기 박동을 맵핑하기 위한 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전기적인 포텐셜을 평가하는 단계는 상기 내심막 표면의 기하학적인 모델을 습득하는 단계와, 상기 기하학적인 모델에 반응하는 내심막 표면위의 다수의 포인트 각각에 대하여 상기 전극의 각각의 위치를 찾는 단계를 포함하는 심장의 전기 박동을 맵핑하기 위한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 기하학적인 모델을 습득하는 단계는 상기 기하학적인 모델을 발생시키기 위하여 탐침을 사용하는 단계를 포함하는 심장의 전기 박동을 맵핑하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 기하학적인 모델을 발생시키기 위하여 탐침을 사용하는 단계는, 위치 감지 장치를 사용하여서 위치의 위치좌표를 결정할 수 있도록 상기 탐침의 말단 팁을 내심막 표면위에 다수의 위치와 접촉하도록 하는 단계와, 상기 위치의 위치좌표를 사용하여서 모델을 발생시키는 단계를 포함하는 심장의 전기 박동을 맵핑하기 위한 방법.
  8. 심장의 심실내로 삽입하도록 형성되어 있는 말단 단부를 가지며, 상기 말단 단부에 근접하여서 적어도 하나의 위치 감지 장치와 다수의 비접촉 전극을 포함하는 탐침과,
    상기 적어도 하나의 위치 감지 장치를 사용하여서 심실의 내심막 표면에 대하여 전극의 위치 좌표를 결정하고, 또한 측정된 포텐셜과 위치좌표를 사용하여서 내심막 표면위의 다수의 포인트에서 전기적인 포텐셜을 평가할 수 있도록 상기 전극을 사용하여서 결정된 위치 좌표에서 전기적인 포텐셜을 측정하게 상기 탐침에 연결된 프로세서와,
    상기 평가된 포텐셜을 기초로 하여서 상기 내심막 표면우위에서 전기적인 박동의 맵을 디스플레이할 수 있도록 상기 프로세서에 의하여 구동되게 연결되는 디스플레이를 포함하는 심장의 전기 박동을 맵핑하기 위한 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 다수의 비접촉 전극은 거의 내심막 표면과 물리적인 접촉이 없이 전기적인 포텐셜을 측정할 수 있도록 말단 단부에 근접된 탐침의 표면위에 배치된 전극 어레이를 포함하는 심장의 전기 박동을 맵핑하기 위한 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 위치 감지 장치는 탐침의 말단 단부에 인접된 제 1의 위치 감지 장치와, 상기 제 1 위치 감지 장치에 대하여 위치적으로 근접되고 또한 전극 어레이에 근접된 제 2 위치 감지 장치를 포함하는 심장의 전기 박동을 맵핑하기 위한 장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 다수의 포인트에서 발생되는 각각의 전기적인 다이폴 필드의 중첩으로 인하여 상기 포인트의 각각의 위치 좌표에 대하여 전극의 결정된 위치좌표에 반응하게 될 때에 상기 측정된 전기적인 포텐셜을 모델하도록 채택되는 심장의 전기 박동을 맵핑하기 위한 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 프로세서는 다이폴 필드의 중첩의 함수로서 상기 측정된 포텐셜을 표현하는 등식 시스템을 찾고, 또한 상기 등식을 역으로 함으로써 상기 전기적인 다이폴 강도를 평가하기 위하여 채택되는 심장의 전기 박동을 맵핑하기 위한 장치.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 프로세서는 내심막 표면의 기하학적인 모델을 습득하고, 또한 상기 기하학적인 모델에 반응하는 내심막 표면위의 다수의 포인트 각각에 대하여 전극 각각의 위치를 찾기 위하여 채택되는 심장의 전기 박동을 맵핑하기위한 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 프로세서는 탐침을 사용하여서 상기 기하학적인 모델을 발생시키도록 채택되는 심장의 전기 박동을 맵핑하기 위한 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 기하학적인 모델을 발생시키기 위하여, 상기 탐침의 말단부는 위치 감지 장치를 사용하여서 위치의 위치좌표를 결정하도록 내심막 표면위의 다수의 위치와 접촉하게 되고, 상기 프로세서는 위치의 위치좌표를 사용하여서 모델을 발생시키도록 채택되는 심장의 전기 박동을 맵핑하기 위한 장치.
  16. 제 8 항에 있어서, 상기 카테테르의 말단부위에 적어도 하나의 접촉 전극을 포함하는 심장의 전기 박동을 맵핑하기 위한 장치.
  17. 제 9 항에 있어서, 상기 비접촉 전극은 링 전극인 심장의 전기 박동을 맵핑하기 위한 장치.
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