(57)【要約】  身体１２内の物理的構造の位置を識別するシステム１０及び方法が提供される。システム１０は、身体１２の部分の第１の画像４０を三次元座標系２６に登録するように構成された電子制御ユニット２２を含む。電子制御ユニット２２は、画像４０に示される流体の流れに応答して、三次元座標系２６での物理的構造の位置を識別するようにさらに構成される。流体は血液を含み得る。一実施形態では、電子制御ユニット２２は、物理的構造の表現を、三次元座標系２６のより大きな物理的環境内に組み込む三次元モデル等の第２の画像を生成するようにさらに構成される。
2013545582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
身体内の物理的構造の位置を識別するシステムであって、
電子制御ユニットを備え、前記電子制御ユニットは、
前記身体の一部分についての第１の画像を三次元座標系に登録し、
前記画像に示される流体の流れに応じて前記三次元座標系での前記物理的構造の前記位置を識別する
ように構成される、システム。
【請求項２】
前記第１の画像は心臓内エコー検査画像である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記物理的構造は肺静脈を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記物理的構造は憎帽弁口を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記物理的構造は心臓内又は血管内スペースを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１の画像は、前記第１の画像での基準マーカーの位置及び前記三次元座標系での第１のセンサの位置に応じて登録され、前記センサには前記基準マーカーが関連付けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記基準マーカーは前記第１のセンサである、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記基準マーカーは、前記第１のセンサから所定のオフセットの位置に登録される、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１のセンサは電極を含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１のセンサはコイルを含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１の画像は、前記第１の画像での基準マーカーの位置及び前記三次元座標系での複数のセンサの位置に応じて登録され、前記複数のセンサには前記基準マーカーが関連付けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記複数のセンサは、３つの軸にそれぞれに沿って前記基準マーカーの位置及び方向を確立し、前記３つの軸の各軸は、前記３つの軸のうちのその他の２つの軸に直交する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記電子制御ユニットは、心臓周期のフェーズに応答して前記物理的構造を識別するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記電子制御ユニットは、前記物理的構造の表現を前記三次元座標系のより大きな物理的環境内に組み込む第２の画像を生成するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記電子制御ユニットは、前記物理的構造の前記位置に対応するポイントを、前記物理的環境に対応するポイントクラウドに追加するようにさらに構成される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記電子制御ユニットは、前記流体の前記流れに対応するポイントを前記物理的環境に対応するポイントクラウドに追加するようにさらに構成される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記ポイントは、前記第１の画像内の前記流体の境界線に対応する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第２の画像は、前記物理的環境の三次元モデルを含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第２の画像は、前記物理的環境の電子解剖学的マップを含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２０】
体内の物理的構造の位置を識別する方法であって、
前記体の部分の第１の画像を三次元座標系に登録するステップと、
前記画像に示される流体の流れに応じて前記三次元座標系での前記物理的構造の前記位置を識別するステップと、
を含む、方法。
【請求項２１】
前記登録するステップは、前記第１の画像内の基準マーカーの位置及び前記三次元座標系内の第１のセンサの位置を特定するサブステップを含み、前記センサには前記基準マーカーが関連付けられる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記基準マーカーは前記第１のセンサである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の画像を前記体の前記部分の第２の画像に登録するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記物理的構造の表現を、前記三次元座標系内のより大きな物理的環境内に組み込む第２の画像を生成するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１０年１２月２０日に出願された米国特許出願第１２／９７２，７２３号明細書の優先権を主張するものであり、この特許出願は、その全体が、参照により、本明細書に記載されているかのように組み込まれる。
【０００２】
本発明は、身体内の物理的構造を識別するシステム及び方法に関する。特に、本発明は、身体の画像に示される身体内の流体流に基づいて物理的構造の位置を識別するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
身体内の関心領域内の血液等の流体の流れは、検出され、その領域の画像に示されることができる。特に、心臓血管系内に配置された超音波トランスデューサは、血液がトランスデューサに相対して移動する際、血液に関連する波のドップラーシフト（又は周波数及び波長の変化）を検出することができる。トランスデューサからの情報を使用して、電子制御ユニットは、その領域内の血流を示すために使用される画像データを生成することができる。画像内で、血流は多くの場合、血液がトランスデューサに向かって流れているか、それとも離れて流れているかに応じて所定の色を使用して着色される。血液の示される流れ及びその色に基づいて、臨床医は多くの場合、画像内の物理的構造を識別することができる。例えば、心臓の左心房に配置されたトランスデューサを用いて、トランスデューサから離れて流れる血液は、外に向かい憎帽弁を通り左心室内に流れる血液を示す。同様に、トランスデューサに向かって流れる血液は、肺静脈から左心房内に流れる血液を示す。既存の技術では、臨床医は、画像内の血流の方向、タイミング、及び速度を見ることにより血流速度を推定し、物理的構造の識別を確認することができるが、これらの技術では、物理的構造の正確な位置を識別することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
血流は多くの場合、体の血管を通してねじ込まれたカテーテルに配置された超音波トランスデューサを使用して心臓内エコー検査（ＩＣＥ）を通して検出されイメージ化される。いくつかの従来のシステムには、光学式又は磁気式の位置センサ及び方向センサをＩＣＥカテーテルに取り付けて、ＩＣＥカテーテルにより捕捉された画像を三次元座標系内に位置合わせ登録（registration）できるようにしている。登録の正確性は、ＩＣＥカテーテル、位置センサ及び方向センサの製造及び実施操作のバラツキにより影響を受ける。電場に基づく位置・方向感知システムには、ナビゲーションポテンシャル場及び基準電極の不安定性及び多様性もあり得る。したがって、カテーテルの位置センサ及び方向センサの較正が必要である。電場に基づくセンサの較正は現在、他の何らかのセンシング技術、通常は磁気的センシング技術に対する登録を介して達成されている。そのような登録では、磁気センサ及び電場センサの両方を有するカテーテルを製造する必要がある。したがって、超音波データに存在する情報を使用してＩＣＥカテーテル上の電場センサを較正することには有用性がある。
【０００５】
本発明者らは、上述した問題点のうちの１つ又は複数を最小限に抑え及び／又は解消する、身体内の物理的構造の位置を識別するシステム及び方法に対する必要性を認識した。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
身体内の物理的構造の位置を識別するシステム及び方法を提供することが好ましい。特に、身体内の関心領域の画像内に示される流体流に基づいて、物理的構造の位置を正確に識別することができるシステム及び方法を提供することが好ましい。
【０００７】
本発明の一実施形態による身体内の物理的構造の位置を識別するシステムは、前記身体の一部分についての第１の画像を三次元座標系に登録する電子制御ユニットを備えている。さらに、その電子制御ユニットは、前記画像に示される流体の流れに応じて前記三次元座標系での前記物理的構造の前記位置を識別するように構成されている。本開示の一実施形態によれば、さらに、電子制御ユニットは、物理的構造の表現を三次元座標系のより大きな物理的環境内に組み込んだ第２の画像を生成するようにさらに構成されている。例えば、第２の画像は、物理的構造を含む心臓の電子的解剖学的マップのような身体の一部の三次元モデルを含むことができる。
【０００８】
本発明の一実施形態による身体内における構造的特徴の位置を識別する方法は、前記身体の一部分についての第１の画像を三次元座標系に登録する工程を備えている。この方法は、また、前記画像に示される流体の流れに応じて三次元座標系での物理的構造の位置を識別する工程を含んでいる。
【０００９】
本発明のシステム及び方法によれば、流体流に基づいて物理的構造の位置をより正確に識別することができるようになるため有利である。画像において流体流に関連付けられる情報に基づいて、心臓の憎帽弁口や肺静脈などの重要な物理的構造の位置とサイズとが識別される。位置とサイズに関する情報を用いることで、物理的構造の改善された表示が生成され、臨床医により正確な身体の物理的構造を表示することができるとともに、改善された診断評価や治療上のアプローチを提供できる。
【００１０】
本発明の、既に説明した及びその他の側面、特徴、細部及び用途及び効果は、以下の説明及びクレームを読むことにより、並びに添付する図面を参照することにより、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本教示によるシステムの線図である。
【図２】心臓の一部分における血流を示す心臓内エコー検査（ＩＣＥ）画像の線図である。
【図３】心臓の一部分における血流を示す心臓内エコー検査（ＩＣＥ）画像の部分の線図である。
【図４】心臓内の血流を示すＩＣＥ画像と対比した心臓の三次元モデルを示す画像の線図である。
【図５Ａ】ポイントクラウド内のポイントへの画像情報の変換の線図である。
【図５Ｂ】ポイントクラウド内のポイントへの画像情報の変換の線図である。
【図６Ａ】流体流に基づく画像内の物理的構造の識別及び作成を示す線図である。
【図６Ｂ】流体流に基づく画像内の物理的構造の識別及び作成を示す線図である。
【図７】本教示によるシステムを使用して得られる心臓の三次元モデル及び追加の物理的構造を示す画像の線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
同様の参照番号が様々な図での同一の構成要素の識別に使用されるとする図面を参照すると、図１は、身体１２内の物理的構造の位置、特に人体の心臓１４内の物理的構造の位置を識別するシステム１０の一実施形態を示す。システム１０は、身体１２に適用される複数のパッチ電極１６、電気生理学的（ＥＰ）カテーテル１８、心臓内エコー検査（ＩＣＥ）カテーテル２０、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２２、及びディスプレイ２４を含むことができる。
【００１３】
パッチ電極１６は、三次元座標系２６内のＥＰカテーテル１８の位置を特定するのに使用されるほか、心臓１４に関するＥＰデータを生成するのに使用される電気信号を生成するように備えられている。電極１６は、また、座標系２６内のＩＣＥカテーテル２０の位置及び関連情報の特定に使用することもできる。電極１６は、身体１２の表面に直交して配置され、身体１２内に軸固有の電場を生成するために使用される。電極１６Ｘ１、１６Ｘ２は、第１の（ｘ）軸に沿って配置されていてもよい。同様に、電極１６Ｙ１、１６Ｙ２は第２の（ｙ）軸に沿って配置し得、電極１６Ｚ１、１６Ｚ２は第３の（ｚ）軸に沿って配置し得る。各電極１６は、多重スイッチ２８に結合されていてもよい。ＥＣＵ２２は、適切なソフトウェアを通して、制御信号をスイッチ２８に提供し、それにより、電極１６の対を信号生成器３０に順次結合するように構成される。電極１６の各対の励起は、身体１２内及び心臓１４等の関心エリア内に電磁場を生成する。非励起電極１６での電圧レベルがフィルタリングされ変換され、ＥＣＵ２２に提供され、基準値として使用される。
【００１４】
ＥＰカテーテル１８は、心臓１４に関連するＥＰデータの収集に使用され、心臓表面の幾何学的形状の画像及び関連するＥＰデータを収集できるように備えられている。カテーテル１８は、体液の除去又は流体及び薬剤の体内への注入を行えるようになっていてもよいし、ペーシング又は組織アブレーション等に使用される外科器具又は機器を体内で輸送する手段をさらに備えていてもよい。カテーテル１８は、ポリウレタン等の従来の材料から形成されていてもよい。カテーテル１８は管状であり、変形可能であり、ガイドワイヤー又は当分野で既知の他の手段により身体内で案内されうる。カテーテル１８は近位端部及び遠位端部を有する。本明細書で使用される場合、「遠位」は、身体１２内の関心領域に進むカテーテル１８の端部を指し、その一方で、「近位」は、体外に配置され、臨床医により手動で、又は例えば、ロボット制御を通して自動的に操作されるカテーテル１８の逆端部を指す。カテーテル１８は、従来のように身体の表面付近に配置された血管（例えば、肺、首、又は腕の動脈又は静脈）内に挿入し、心臓１４等の身体１２の関心領域に誘導し得る。
【００１５】
図２を参照すると、ＥＰカテーテル１８は複数のＥＰマッピング電極３２を含む。電極３２は、パッチ電極１６の励起により身体１２内（例えば、心臓１４内）に生成される電場内に配置される。電極３２は、パッチ電極１６間の位置及び心臓１４の表面に対する電極３２の位置に依存する電圧となる。。電極３２間で行われる電圧測定比較を使用して、心臓１４内の電極３２の位置を特定することができる。心臓１４内（例えば、心腔内）の電極３２の移動は、心臓１４の幾何学的形状に関する情報及びＥＰデータを生成する。例えば、時間の経過に伴う組織表面の電圧レベルは、活性化マップとして心臓の幾何学的形状の画像上に投影し得る。電圧レベルは、様々な色で表すことができ、ＥＰデータをアニメーション化して、組織表面上の電磁波の通過を示すことができる。電極３２から受信した情報を使用して、心臓１４内の電極３２及び／又はＥＰカテーテル１８の先端の位置及び方向を表示することもできる。
【００１６】
ＥＰカテーテル１８は、好ましくは、登録商標「ＥＮＳＩＴＥ  ＡＲＲＡＹ」の下でＳｔ．Ｊｕｄｅ Ｍｅｄｉｃａｌ，Ａｔｒｉａｌ Ｆｉｂｒｉｌｌａｔｉｏｎ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，Ｉｎｃ．により販売されるカテーテル等の非接触マッピングカテーテルである。しかし、本発明が、測定が組織表面との電極接触を通して行われる接触マッピングシステムと併用してもよいことを理解されたい。図２を参照すると、カテーテル１８は、変形可能遠位端部分３６を含む変形可能管状体３４を含む。部分３６は、絶縁ワイヤー３８のブレードとして形成し得、ワイヤー３８の絶縁が除去された場所に電極３２のアレイが形成される。部分３６は、スペースへの導入後、膨脹（例えば、バルーンを使用して）により安定した再現可能な幾何学的形状に変形して、スペース（例えば、心腔の部分）を充填し得る。１つ又は複数の基準電極（図示せず）を、電極３２よりもカテーテル１８の遠位端部の近くに配置し、組織表面に接触させて、電極アレイを較正し、電極アレイの位置を維持し得る。例示的なＥＰカテーテルは、本願の譲受人に譲渡された米国特許第７，２８９，８４３号明細書に示され、この特許の全体が、参照により本明細書に援用される。
【００１７】
再び図１を参照すると、ＩＣＥカテーテル２０を使用して、心臓１４等の身体１２内の関心領域の画像を生成する。カテーテル２０は、例えば、登録商標「ＶＩＥＷＦＬＥＸ」の下でＳｔ．Ｊｕｄｅ Ｍｅｄｉｃａｌ，Ａｔｒｉａｌ Ｆｉｂｒｉｌｌａｔｉｏｎ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，Ｉｎｃ．により販売されるカテーテルのうちの１つを含み得る。カテーテル１８と同様に、カテーテル２０もポリウレタン等の従来の材料から形成し得る。カテーテル２０は管状であり、変形可能であり、ガイドワイヤー又は当分野で既知の他の手段により身体内で案内されうる。カテーテル２０は近位端部及び遠位端部を有する。本明細書で使用される場合、「遠位」は、身体１２内の関心領域に進むカテーテル２０の端部を指し、その一方で、「近位」は、体外に配置され、臨床医により手動で、又は例えば、ロボット制御を通して自動的に操作されるカテーテル２０の逆端部を指す。カテーテル２０は、従来のように身体の表面付近に配置された血管（例えば、肺、首、又は腕の動脈又は静脈）内に挿入し、心臓１４等の身体１２の関心領域に誘導し得る。カテーテル２０は、心臓１４内で超音波信号を発し、及び／又は腔壁、血管壁、及び心臓１４内を流れる流体等の心臓１４内の物理的構造から反射された超音波信号を受信するために使用される１つ又は複数の超音波トランスデューサを含む。カテーテル２０は、ＥＣＵ２２の制御下でトランスデューサから超音波信号を生成するとともに、反射超音波信号に応答して、ＥＣＵ２２へのリターン信号を生成し得、リターン信号は、図２に示されるように、心臓１４の内部幾何学的形状の画像４０の作成に使用される。カテーテル２０は、座標系２６等の座標系内のカテーテル２０の位置及び方向を特定する１つ又は複数の位置センサ等の手段を含み得る。ＥＰカテーテル１８内の電極３２と同様に機能する−パッチ電極１６の励起に応答して信号を生成し、ＥＣＵ２２がカテーテル２０の位置を特定できるようにする−電極を含め、様々な従来の位置センサを使用することができる。しかし、Ｍｅｄｉｇｕｉｄｅ，Ｌｔｄにより商標「ＧＭＰＳ」の下で販売されるシステム又はＢｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ，Ｉｎｃ．により商標「ＣＡＲＴＯ」の下で販売されるシステム等の磁気位置決めシステムを含め、他の従来の位置感知システムを使用してもよく、この場合、位置センサがコイル等の磁気センサを含むことも理解されたい。
【００１８】
再び図２を参照して、ＩＣＥカテーテル２０により得られるデータから生成される画像４０が示されている。画像４０は、ＥＣＵ２２からの信号に応答して、ディスプレイ２４に生成されるものであってもよい。画像４０は、心臓１４の一部分等の身体１２の一部分の二次元画像を含み得る。開示される実施形態では、画像４０は、心臓の左心房の部分を示す。特定の実施形態によれば、画像４０は、心臓１４内の血流等の身体１２内の流体の流れを示す。ＩＣＥカテーテル２０のトランスデューサは、血液がトランスデューサに相対して移動する際に血液に関連する波のドップラーシフト（又は周波数及び波長の変化）を検出する。トランスデューサからの情報を使用して、ＥＣＵ２２は、画像４０が心臓１４内の血流を示すような画像データを生成する。示される実施形態においては、血流は、心臓１４の左心房内の肺静脈等の流体源から出るプルーム４２として示される。従来の実施によれば、プルーム４２は、好ましくは、所定の配色を使用して着色されて、血液がトランスデューサに向かって流れているか、それともトランスデューサから離れて流れているかを示す（例えば、血液が心腔に入っている場合等、トランスデューサに向かって移動している場合は赤、血液が心腔から出ている場合等、トランスデューサから離れて移動している場合には青）。
【００１９】
本発明の実施形態によれば、画像４０は、１つ又は複数の基準マーカー４４も捕捉し、基準マーカー４４は、後述するように、座標系２６内に画像を登録するために使用される。マーカー４４は、１つ若しくは複数の位置センサを備えるか、又は１つ若しくは複数の位置センサから所定のオフセットの位置に配置さる。座標系２６内の位置センサの位置及び方向は、パッチ電極１６の励起に応答して位置センサにより生成される信号に応答して、ＥＣＵ２２により特定される。示される実施形態では、マーカー４４は、ＥＰカテーテル１８上の位置センサ、特に電極３２を備え、ＥＰカテーテル１８の遠位端部３６は、従来の経中隔手法を使用して心臓１４の左心房内に登録し得る。マーカー４４は、ＥＰカテーテル１８以外の装置に搭載された位置センサを備えてもよい。例えば、マーカー４４は、従来のアブレーションカテーテル等の診断装置又は治療装置に配置された従来の先端又はリング電極等の位置センサを含むことができる。。マーカー４４は、唯一又は主な目的が、座標系２６内に画像４０の登録する基準点としてマーカー４４を提供することであるカテーテル又は別の装置に配置された位置センサー（ここでも、例えば、電極を含む）を含むことがもできる。上述したように、マーカー４４は位置センサを備える必要はなく、位置センサから所定のオフセットの位置に配置し得、それにより、ＥＣＵは、位置センサの座標に基づいて座標系２６内のマーカー４４の位置を特定することができる。座標系２６及び画像４０内の単一の位置センサの位置に応答して、画像４０を座標系に登録することができるが、複数の位置センサの位置に応答して画像４０を登録することにより、正確性を向上させることができる。例えば、３つの位置センサの使用（基準マーカー４４として、又は１つ若しくは複数のマーカー４４の基準として）により、自由度６度の位置感知が提供され、３つの直交する軸の各軸に沿ったマーカー４４の位置及び方向が分かるような方向及びスケーリングの調整が可能である。最後に、上述した実施形態は、概して、パッチ電極１６を通して生成される電磁場に基づいてマーカー４４の位置を特定することを説明しているが、適切な形態の位置センサ及び位置検出システムを選択することにより、様々な位置感知システムを使用して、マーカー４４の数及び位置を特定可能なことを理解されたい。例えば、Ｍｅｄｉｇｕｉｄｅ Ｌｔｄ．により「ＧＭＰＳ」という商標の下で販売に提供されているシステム等の磁気位置決めシステムに磁気位置センサを使用して、磁気位置感知システムの座標系内のマーカー４４の位置を識別することができる。
【００２０】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）２２は、ＥＰカテーテル１８、ＩＣＥカテーテル２０、及びスイッチ２８を含むシステム１０の様々な構成要素の動作を制御する手段を備えている。ＥＣＵ２２は、組織１２の幾何学的形状、組織１２のＥＰ特徴、並びにＥＰカテーテル１８及びＩＣＥカテーテル２０及び基準マーカー４４の位置及び向きを特定する手段も備えている。ＥＣＵ２２は、ディスプレイ２４の制御に使用されるディスプレイ信号を生成する手段も備えている。ＥＣＵ２２は、プログラマブルマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラを備え得、又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含むことができる。ＥＣＵ２２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及び入／出力インタフェースを含んでいてもよい。入／出力インタフェースを通して、ＥＣＵ２２は、パッチ電極１６、ＥＰカテーテル１８（及びマッピング電極３２）、ＩＣＥカテーテル２０、及びＥＰカテーテル１８、ＩＣＥカテーテル２０、又は他の装置に配置された位置センサにより生成される信号を含む複数の入力信号を受信し、ＥＰカテーテル１８、ＩＣＥカテーテル２０、ディスプレイ２４、及びスイッチ２８の制御及び／又はデータ提供に使用される信号を含む複数の出力信号を生成してもよい。
【００２１】
動作に際して、ＥＣＵ２２は、スイッチ２６を制御し、それにより、パッチ電極１６に選択的にエネルギー付与する信号を生成する。ＥＣＵ２２は、マッピング電極３２の電圧レベルの変化を反映する位置信号をＥＰカテーテル１８（特にマッピング電極３２）から受信するとともに、エネルギー付与されないパッチ電極１６から位置信号を受信する。ＥＣＵ２２は、電極１６、３２により生成される未処理の位置データを使用し、呼吸及び他のアーチファクトを考慮するようにデータを補正する。次に、ＥＣＵ２２はディスプレイ信号を生成して、心臓１４の電気生理学的マップを作成する。ＥＣＵ２２は、ＩＣＥカテーテル２０のトランスデューサにより生成される信号も受信し、これらの信号に含まれる情報を使用して、画像４０を生成する。
【００２２】
本教示によれば、ＥＣＵ２２は、身体１２内の物理的構造の位置を識別する方法のいくつかのステップを実行するように構成される。ＥＣＵは、画像４０内の１つ又は複数の基準マーカー４４の位置及び基準マーカーを座標系２６に関連付けるために用いられる位置センサの位置に応答して、座標系２６等の三次元座標系内で画像４０を登録するように構成されていてもよい。座標系２６内の位置センサの位置は分かっており、マーカー４４はセンサに対して既知の位置関係を有するため、ＥＣＵ２２は、マーカー４４を参照することにより座標系２６内で画像４０を登録することができる。画像４０内のマーカー４４から得られる位置情報を単独で使用して、画像４０を登録することもでき、又は例えば、ＩＣＥカテーテル２０の位置センサから導出される情報を含め、画像４０の登録を可能にする他の情報と組み合わせて使用して登録することもできる。例えば、これらの２つのセンサから導出される情報を様々な程度に加重することができ、ベイズ確率技法及びプロクラステス最小二乗手法を使用して特定される座標を使用し、変換及び回転を通して、２つのソースから導出された情報を組み合わせることができる。画像４０の登録が画像４０内のマーカー４４からの情報及びＩＣＥカテーテル３０の位置センサとしての別のソースからの情報を使用して達成される場合、結果として生成される登録座標が座標系２６と組み合わされることを保証するステップを実行し得る。例えば、ＥＣＵ２２は、身体１２内の既知の解剖学的歪みを補正し得る。位置センサは、関心領域の可能な限り近傍に配置することもできる。例えば、同時係属中で本願と同じ譲受人に譲渡された米国特許出願第１２／３４６，５９２号明細書に開示される複数電極カテーテルを含む複数の電極を使用して、場の歪みを補償することもでき、この特許出願の全ての内容が参照により本明細書に組み込まれる。画像４０は、座標系２６内で登録してもよく、又は代替として、別の座標系内で登録してもよいことを理解されたい。こうした登録は、画像４０及び位置センサのうちの一方又は両方の位置座標の変換及びスケーリングにより行われうる。ＥＣＵ２２は、例えば、各画像内の同じマーカー４４を使用して、心臓１４等の身体１２の部分の別の画像とともに画像４０を登録するようにさらに構成されていてもよい。し得る。
【００２３】
ＥＣＵ２２は、画像４０に示される流体の流れに応答して、座標系２６内の物理的構造の位置を識別するようにさらに構成されている。基準マーカー４４の位置に基づいて座標系２６内で画像４０を登録すると、ＥＣＵ２２は、座標系２６内の画像４０に示される他の構造又は特徴の位置を特定することができる。上述したように、超音波画像内の流体流に関連付けられた特徴を使用して、体内の物理的構造を識別することができる。例えば、心臓の左心房内で、超音波トランスデューサから離れて流れる血液は、画像４０である１色を有することができ、外に向かって流れ憎帽弁を通って左心室に入る血液を示す。同様に、トランスデューサに向かって流れる血液は、画像４０で別の一色を有することができ、憎帽弁から左心房内に流れる血液を示す。したがって、ＥＣＵ２２は、画像４０内のプルーム４２の色及び／又は流体流速度及び心臓周期のフェーズ等の色の割り当てのベースとなったデータを使用して、物理的構造を識別することができ、且つ座標系２６内での画像４０の先行する登録に基づいて、座標系２６内の構造の特定の位置を識別することができる。例えば、左心房内の超音波トランスデューサでは、拡張早期及び拡張末期での毎秒０．２ｍ〜毎秒２．０ｍのトランスデューサから離れる流体流速度が、憎帽弁を通って左心房から出る流体流を示す。トランスデューサに向かうより低い流体流速度は、憎帽弁から左心房内への流体流を示す。図３を参照すると、ＥＣＵ２２は、画像４０内のプルーム４２の形状も使用して、身体１２内の物理的構造を識別し、ひいては位置を特定する。特に、ＥＣＵ２２はプルーム４２の形状を使用して、血流の速度ベクトル４４を近似することができる。この情報及び従来のエッジ検出技法を使用して、画像４０内の心房壁を位置特定して、ＥＣＵ２２は、肺静脈口又は憎帽弁口の直径及び肺静脈口又は憎帽弁口のエッジの位置を含め、肺静脈口又は憎帽弁口の位置を識別することができる。上述した実施形態では、単一の画像４０が座標系２６内で登録され、座標系２６内の物理的構造の位置が、画像４０に関連する情報を使用して識別される。ＥＣＵ２２が、座標系２６内で複数の画像（例えば、異なる視点からの）を登録し、複数の画像に関連する情報を使用して物理的構造の位置を識別するようにさらに構成可能なことを理解されたい。
【００２４】
本発明の様々な実施形態によれば、ＥＣＵ２２は、識別された物理的構造の表現を座標系２６のより大きな物理的環境内に組み込む画像を生成するようにも構成される。本発明の一実施形態では、画像は、物理的環境の三次元モデル及び／又は物理的環境の電磁マップを含み得る。特定の一実施形態では、物理的環境は心臓又は心臓の部分を含み、環境で表される物理的構造は肺静脈及び／又は肺静脈口或いは憎帽弁及び／又は憎帽弁口である。図４を参照すると、ＥＣＵ２２は、従来のマッピング及び画像生成技法に従って物理的環境の画像を生成する。例えば、カテーテル１８の一端部における電極３２は、心臓が拍動している間、臨床医により心腔内で移動し得る。カテーテル電極３２の位置は、例えば、パッチ電極１６又は別のセンサ（例えば、磁気センサ（図示せず））を使用して測定され、ＥＣＵ２２によりポイント「クラウド」として記憶される。凸包アルゴリズム等の従来のアルゴリズムを使用して、クラウドの周囲に表面を構築する。最外ポイントを使用して、心臓の形状を表す「シェル」を作成する。次に、追加のサンプリング及び平滑化演算を実行して、図４に示されるような解剖学的マップを生成する。マッピングプロセスのより詳細な説明が、「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｃａｔｈｅｔｅｒ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ Ｈｅａｒｔ」という名称の上記参照した米国特許第７，２６３，３９７号明細書に記載されており、この特許の内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【００２５】
マップ又はモデルの作成に使用されるプロセスにより、マップ又はモデルに示される物理的環境内の各ポイントは、座標系２６内で位置特定される。画像４０の登録及び流体流情報の使用に基づいて物理的構造を識別し位置特定すると、ＥＣＵ２２は、物理的環境の画像内の、環境内の他の構造に対して正確な位置に構造を表すことが可能である。図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、本発明の一実施形態によれば、ＥＣＵ２２は、部分的に、物理的構造の位置に対応するポイント４８を、物理的環境に対応するポイントクラウド５０に追加することにより、この画像を生成する。特に、ＥＣＵ２２は、画像４０内の流体流に対応するポイント４８を、物理的環境に対応するポイントクラウド５０に追加し得る。追加されたポイントは、画像４０に示される流体の境界のみに対応し得るが、画像４０における境界内のポイントに対応するポイントを含むこともできる。いずれの場合でも、図５Ａ及び図５Ｂに示されるように、これらのポイントの追加は、心臓内スペース５２又は血管内スペース５４（血流が定義により示される場所がどこであれ、スペースを含むはずである）及び心房壁５８の肺静脈口５６又は憎帽弁口等の物理的構造の位置の識別に役立ち得る。図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、例えば、手動又は自動のプロセスを使用して、流体流表現の重心及び主軸６０を識別し、流れに方向を割り当てることができる。流れの最遠位部分を使用し、軸６２に対して配置され、適宜先細りする流れのエッジ６２を作成することができる。エッジ６２は、肺静脈口等の血管の表面を近似する。画像は、例えば、エッジ６２間の心房壁６４を中断することにより、エッジ６２を説明するように調整することができる。異なる色を使用して、エッジ６２及び壁６４を表現して、構造の視覚化に際して臨床医を支援する。図７を参照すると、ＥＣＵ２２は、上記技法を使用して、図４において先に示されたより大きな物理的環境内に、識別された物理的構造の表現を組み込む画像を生成することができる。
【００２６】
本発明の別の態様によれば、ＥＣＵ２２は、セグメント化された磁気共鳴（ＭＲ）又はコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像等の事前取得された画像を有するマップ又はモデルを登録するようにさらに構成されていてもよい。マップ／モデルに示される肺静脈口等の別個の物理的構造と予め取得された画像とを合わせることにより、ＥＣＵ２２は、マップ／モデルと事前取得画像とを登録することが可能である。同様に、ＥＣＵ２２は、マップ／モデルに示される特徴及び位置及び／又は流体流の方向等の画像に基づいて、登録を実行することができる。
【００２７】
ディスプレイ２４は、医師に診察と治療の役に立つ情報を伝えて助けるために設けられている。ディスプレイ２４は、従来のコンピュータモニタ又は他の表示装置を含み得る。ディスプレイ２４は、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を医師に提示する。ＧＵＩは、例えば、心臓１４の幾何学的形状の画像、心臓１４に関連するＥＰデータ、様々な電極の時間の経過に伴う電圧レベルを示すグラフ、並びにＥＰカテーテル１８及びマッピング電極３２の画像を含む様々な情報を含み得る。表示し得る情報の種類の例は、本願と同じ譲受人に譲渡された米国特許第７，２６３，３９７号明細書に示されており、この特許の内容が参照により本明細書に組み込まれる。
【００２８】
実際には、本発明による診断又は処置方法はいくつかのステップを含み得る。まず、身体１２の部分の画像４０が、画像４０内の基準マーカー４４の位置及び座標系２６内のマーカー４４に関連する位置センサの位置に応答して、座標系２６等の三次元座標系内で登録される。このステップは、座標系２６内のセンサの位置を特定するサブステップを含み得る。本発明の一実施形態では、センサの位置は、ＥＣＵ２２の制御下で電極１６を励起させて、身体１２内に電磁場を生成し、センサとして機能する電極３２に存在する電圧レベルを検出することにより特定し得る。基準マーカー４４にはセンサが関連付けられ、基準マーカー４４は、センサに対して既知の位置関係を有するため、且つ座標系２６内のセンサの位置が分かっているため、画像４０を座標系２６内で登録し得る。本方法は、画像４０に示される流体流に応答して、座標系２６内の物理的構造の位置を識別するステップをさらに含む。上述したように、画像４０に示される流体流（例えば、色を含む）及び／又は示される流体流の生成に使用されるデータ（例えば、速度フローデータ、心臓周期のフェーズ）を使用して、特定の物理的構造の識別及び位置特定の両方を行うことができる。方法は、座標系２６のより大きな物理的環境内に物理的構造の表現を組み込む画像を生成するステップをさらに含み得る。上述したように、構造に関連する位置情報により、ＥＣＵ２２は、例えば、ＥＰカテーテル１８により得られるより広い物理的環境に構造を統合することができる。
【００２９】
本発明による体内の物理的構造の位置を識別するシステム及び方法は、流体流に基づいて物理的構造の位置を厳密に識別可能であるため、有利である。画像内の流体流に関連する情報に基づいて、憎帽弁及び肺静脈等の主要な物理的構造の位置及びサイズを識別することができる。この位置及びサイズ情報を使用して、物理的構造の改良された表現を生成することができ、それにより、臨床医は、体の物理的な幾何学的形状をより正確に示し、診断査定及び治療手法を向上させることができる。例えば、心臓アブレーション処置を実行中の医師は、アブレーションカテーテル又は他の血管内器具を従来のシステムよりも正確に、特に肺静脈の近傍に、案内し配置することができる。別の例では、血流及び心拍出量への各肺静脈の寄与は、本発明により特定される流量測定及び肺静脈口のサイズを使用して特定することができる。
【００３０】
本開示のいくつかの実施形態をある程度の具体性を持って上記のとおり記載したが、当業者であれば添付されたクレームで規定される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく開示された実施形態に対して種々の変更を加えることができる。すべての方向の参照（例えば、時計回りに、水平方向、垂直方向、上、下、下、上、右方向、左方向、右、左、下方向、上方向、下側、上側、および反時計回り）は、読者の本発明についての理解を助けるべく、識別目的で使用されているに過ぎず、特に本発明の位置、方向又は使用に関して制限を与えるものではない。結合に関する参照（例えば、取り付けられる、結合される、接続されるなど）は、広義に解釈されるべきであり、要素の接続部の中間部材や、要素間の相対運動の中間部材を包含している。このように、結合に関する参照は、必ずしも直接的に結合される２つの要素や互いに固定された２つの要素を必ずしも推論するものではない。なお、上記の説明に含まれるまたは添付図面に示されるすべての事項は例示にすぎず、限定するものとして解釈されるべきでないことが意図される。細部又は構造の変更は、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の精神から逸脱することなく行うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年6月19日(2013.6.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
身体内の物理的構造の位置を識別するシステムであって、
電子制御ユニットを備え、前記電子制御ユニットは、
心臓内エコー検査カテーテルから前記身体についての第１の画像を取得し、
前記カテーテルの位置に関連付けた位置情報を取得し、
前記第１の画像を前記位置情報に基づいて三次元座標系に登録し、
前記画像に示される流体の流れに応じて前記三次元座標系での前記物理的構造の前記位置を識別する
ように構成される、システム。
【請求項２】
前記第１の画像は、前記第１の画像での基準マーカーの位置及び前記三次元座標系での第１のセンサの位置に応じて登録され、前記センサには前記基準マーカーが関連付けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記基準マーカーは前記第１のセンサである、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記基準マーカーは、前記第１のセンサから所定のオフセットの位置に登録される、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１のセンサは電極を含む、請求項２〜４のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
前記第１の画像は、前記第１の画像での基準マーカーの位置及び前記三次元座標系での複数のセンサの位置に応じて登録され、前記複数のセンサには前記基準マーカーが関連付けられる、請求項１〜５のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】
前記複数のセンサは、３つの軸にそれぞれに沿って前記基準マーカーの位置及び方向を確立し、前記３つの軸の各軸は、前記３つの軸のうちのその他の２つの軸に直交する、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記電子制御ユニットは、心臓周期のフェーズに応答して前記物理的構造を識別するようにさらに構成される、請求項１〜７のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
前記電子制御ユニットは、前記物理的構造の表現を前記三次元座標系のより大きな物理的環境内に組み込む第２の画像を生成するようにさらに構成される、請求項１〜８のいずれかに記載のシステム。
【請求項１０】
前記電子制御ユニットは、前記物理的構造の前記位置に対応するポイントを、前記物理的環境に対応するポイントクラウドに追加するようにさらに構成される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記電子制御ユニットは、前記流体の前記流れに対応するポイントを前記物理的環境に対応するポイントクラウドに追加するようにさらに構成される、請求項９又は１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記ポイントは、前記第１の画像内の前記流体の境界線に対応する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第２の画像は、前記物理的環境の三次元モデルを含む、請求項９〜１２のいずれかに記載のシステム。
【請求項１４】
前記第２の画像は、前記物理的環境の電子解剖学的マップを含む、請求項９〜１３の記載のシステム。
【請求項１５】
体内の物理的構造の位置を識別する方法であって、
心臓内エコー検査カテーテルから前記身体についての第１の画像を取得するステップと、
前記カテーテルの位置に関連付けた位置情報を取得するステップと、
前記第１の画像を前記位置情報に基づいて三次元座標系に登録するステップと、
前記画像に示される流体の流れに応じて前記三次元座標系での前記物理的構造の前記位置を識別するステップと、
を含む、方法。
【請求項１６】
前記登録するステップは、前記第１の画像内の基準マーカーの位置及び前記三次元座標系内の第１のセンサの位置を特定するサブステップを含み、前記センサには前記基準マーカーが関連付けられる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記基準マーカーは前記第１のセンサである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の画像を前記体の前記部分の第２の画像に登録するステップをさらに含む、請求項１５〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記物理的構造の表現を、前記三次元座標系内のより大きな物理的環境内に組み込む第２の画像を生成するステップをさらに含む、請求項１５〜１８のいずれかに記載の方法。
【国際調査報告】
2013545582.tif 000012