(57)【要約】【課題】  心臓の電気解剖学マップを作成する方法及びシステムを提供する。【解決手段】  この方法及びシステムは、心臓房室に挿入されたプローブを使用して、被験者身体外の外部位置から電気較正信号を放射し、プローブ上の複数の心内電極に較正信号を受信し、放射された較正信号と受信された較正信号との間の関数関係を決定することによって動作する。その後、心臓内のそれぞれの発生源からの電気生理学的信号が、外部位置で検出され、関数関係が、検出された電気生理学的信号に適用されて、それぞれの発生源における心内電位が計算される。【選択図】  図１
2015093201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
生きている被験者の心臓の房室内に挿入するのに適しているプローブであって、前記プローブの遠位部分に複数の心内電極が配置された、プローブと、
前記被験者の身体外にある外部位置から電気較正信号を放射するための信号発生器と、
前記心内電極に接続され、前記較正信号を受信するための第１の電気回路と、
前記第１の電気回路に結合され、前記放射された較正信号と前記受信された較正信号との間の関数関係を決定する働きをするプロセッサと、
前記心臓内のそれぞれの発生源から電気生理学的信号を前記外部位置で検出するための第２の電気回路と、備え、前記プロセッサが、前記関数関係を前記検出された電気生理学的信号に適用して、前記それぞれの発生源における心内電位を計算する働きをする、装置。
【請求項２】
表示装置を更に含み、前記プロセッサが、前記表示装置上で前記それぞれの発生源に前記電気生理学的信号をマッピングする働きをする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
胴ベストを更に含み、前記外部位置が、前記胴ベスト上に配置された複数の皮膚電極を含み、前記皮膚電極を設置するように構成された前記胴ベストが、前記被験者の皮膚表面とガルバニック接触している、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記皮膚電極が、１２５〜２５０個の皮膚電極を含む、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記関数関係を決定することが、前記関数関係を、要素を有する行列として表現することを含み、前記要素の値が、前記外部位置と前記心内電極との間のそれぞれの距離及び導電率に依存する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記関数関係を適用することが、前記行列を反転させることを含む、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記被験者の心周期のフェーズの間にのみ前記電気較正信号をゲーティングするためのゲーティング回路を更に含み、前記関数関係を行列として表現することが、前記心周期の前記フェーズのそれぞれのフェーズに対して複数のゲーティングした行列を構築することを含む、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記電気較正信号をゲーティングすることが、前記被験者の呼吸サイクルのフェーズの間にのみ、前記電気較正信号を生成することを更に含む、請求項７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００８年１１月１３日に出願された米国仮出願第６１／９０３，４８４号の利益を請求し、それを参照することにより本明細書に組み込むものとする。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、不整脈の評価及び治療に関する。より詳細には、本発明は、不整脈の評価及びその切除治療で使用される心臓の電気マッピングの改良に関する。
【０００３】
２．（関連技術の説明）
体表面心電図記録（ＥＣＧ）技術を利用して心臓内の電位を非侵襲的にマッピングする方法が知られている。そのような方法は、三次元イメージングをＥＣＧデータと組み合わせて心外膜面上に加えて心内膜面上の電位の三次元マップを生成する。
【０００４】
Ｍｏｄｒｅら、Ａｔｒｉａｌ  Ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ  Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ  Ｍａｐｐｉｎｇ  ｏｆ  Ｐａｃｅｄ  Ｒｈｙｔｈｍ  Ｄａｔａ，Ｊ．Ｃａｒｄｉｏｖａｓｃ．Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ  １４：７１２〜７１９（Ｊｕｌｙ  ２００３）は、核磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）とＥＣＧマッピングデータとを利用する表面心臓モデル活動化時間（ＡＴ）イメージング手法について述べている。心内膜面と心外膜面は両方ともこのようにマッピングされうる。ＡＴパターンは、心房電位のＣＡＲＴＯ（商標）マップと比較された。内部マッピング後にカテーテル先端を体表面にあるマーカ位置まで移動させることによってＣＡＲＴＯデータをＭＲＩ座標系に結合するために、外部解剖学的マーカが使用された。心房内のＡＴイメージングは、局所不整脈の患者の心房活動の非侵襲的イメージングに役立つことがあると提案される。
【０００５】
Ｒｕｄｙらの米国特許第７，９８３，７４３号は、参照により本明細書に組み込まれ、生きている心臓の電気的活動を決定する非侵襲的システム及び方法を提案している。プロセッサは、非侵襲的に測定された１組の体表面電位から、心臓の電気的活動を表わすデータをメッシュレス法で計算するように構成される。これは、体表面電位が測定された場所に対応する複数の位置と心臓との間の幾何学的関係を示すデータを使用して達成される。
【０００６】
参照により本明細書に組み込まれるＳｃｈｗａｒｔｚらによる本願と同一出願人による米国特許出願公開第２００８／００５８６５７号は、多電極胸部パネルを使用して少数の心内膜点と多数の外部受信点との間の行列関係の構築を示している。行列の反転によって、心内膜マップを構築できる情報が得られる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の開示された実施形態によれば、弱い刺激信号が皮膚パッチに印加され、心臓内の様々な位置のカテーテルに受信された信号を測定して、放射された電気信号と受信された電気信号との間の関数関係を較正する。関係は、可逆的であり、したがって、同じ較正関係が逆にも適用され、心臓内の様々な位置で起こる活動が、皮膚表面で検出され、心臓内のその発生源に逆にマッピングされうる。較正に使用される刺激信号は、心臓の電気活動に影響を及ぼさず、被験者に危険ではない。
【０００８】
本発明の実施形態によれば、生きている被験者の心臓の房室にプローブを挿入し、被験者の身体外にある外部位置から電気較正信号を放射し、プローブ心内電極の遠位部分に配置された複数の心内電極に較正信号を受信し、放射された較正信号と受信された較正信号との間の関数関係を決定することによって実行される方法が提供される。その後、方法は、更に、心臓内のそれぞれの発生源からの電気生理学的信号を外部位置で検出し、検出された電気生理学的信号に関数関係を適用して、それぞれの発生源における心内電位を計算することにより実行される。
【０００９】
方法の一態様は、被験者からプローブを除去した後、外部位置で電気生理学的信号を検出することを含む。
【００１０】
方法のその他の態様は、電気生理学的信号をそれぞれの発生源にマッピングすることを含む。
【００１１】
方法の更に別の態様によれば、外部位置は、胴ベスト内に配置された複数の皮膚電極を含み、皮膚電極は、被験者の皮膚表面とガルバニック接触している。
【００１２】
更に方法の別の態様によれば、皮膚電極は１２５〜２５０個である。
【００１３】
方法の追加の態様によれば、較正信号を受信することは、較正信号をフィルタリングして心臓の電気的活動によって生成された電位を除外することを含む。
【００１４】
方法の別の態様によれば、関数関係を決定することは、要素を有する行列として関数関係を表現することを含み、要素の値は、外部位置と心内電極との間のそれぞれの距離と導電率に依存している。
【００１５】
方法の一態様によれば、検出された電気生理学的信号に関数関係を適用することは、行列を反転させることを含む。
【００１６】
方法の更に別の態様は、被験者の心周期のフェーズの間にのみ電気較正信号をゲーティングすることを含み、関数関係を行列として表現することは、心周期のフェーズのそれぞれに対して複数のゲーティングした行列を構築することを含む。
【００１７】
方法の更に他の態様によれば、電気較正信号をゲーティングすることは、被験者の呼吸サイクルのフェーズの間にのみ電気較正信号を生成することを含む。
【００１８】
更に、本発明の実施形態により、方法を実行するための装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
本発明をよりよく理解するため、発明を実施するための形態を実例として参照するが、発明を実施するための形態は、同様の要素に同様の参照番号を付した以下の図面と併せ読むべきものである。
【図１】本発明の実施形態により構築され動作するシステムの絵図である。
【図２】本発明の一実施形態による反転ＥＣＧマッピングに使用される計装設備を較正し操作する手順のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下の説明では、本発明の様々な原理の深い理解を与えるため、多数の具体的な詳細について記載する。しかしながら、これらの詳細は、必ずしも、本発明の実施のために常にすべてが必要とされるものではない点は当業者には明らかであろう。この場合、一般的な概念を不要に曖昧にすることのないよう、周知の回路、制御論理、並びに従来のアルゴリズム及び処理に対するコンピュータプログラム命令の詳細については詳しく示していない。
【００２１】
本発明の態様は、典型的には、コンピュータ可読媒体などの永続的記録装置内に維持される、ソフトウェアプログラミングコードの形態で具体化することができる。クライアント／サーバー環境において、このようなソフトウェアプログラミングコードは、クライアント又はサーバーに記憶される。ソフトウェアプログラミングコードは、ＵＳＢメモリ、ハードドライブ、電子媒体、又はＣＤ−ＲＯＭなどの、データ処理システムと共に使用するための様々な既知の非一時的媒体のうちの任意もので具現化され得る。コードはこのような媒体上で配布でき、又は１つのコンピューターシステムのメモリ又は記憶装置から、ある種のネットワークを介して、別のコンピューターシステムのユーザーが使用するために、別のシステム上の記憶装置に配布され得る。
【００２２】
心臓の電極電位をマッピング（即ち、心臓内ＥＣＧ信号を測定する）する従来の方法は、電極を備えたカテーテルを心臓に挿入し、電極が心臓内の様々な位置に移動されたときの電位を測定することを含む。
【００２３】
反転ＥＣＧマッピングは、その一例が前述の米国特許第７，９８３，７４３号に示され、患者の皮膚上の多数の位置で体表面電位を測定することによって心臓内ＥＣＧマップを生成するものである。方法は、心臓内ＥＣＧ
【数１】
2015093201.tif 000003
が、体表面電位
【数２】
2015093201.tif 000004
を生成し、２組の電位が次の形の式によって関連付けられると仮定する。
【数３】
2015093201.tif 000005
ここで、Ｍは、要素ｍｉｊを有する行列である。
【００２４】
行列Ｍの要素の値は、とりわけ、心臓表面上の位置と患者の皮膚上の位置との距離、及びこれらの位置間の材料の導電率とに依存する。７４３’特許は、非侵襲的手法を使用して行列Ｍを評価する（ＭＲＩやＣＴなどのシステムを使用して心臓をイメージングし、それにより心臓表面と皮膚の距離を求める）。７４３’特許によれば、ベクトル
【数４】
2015093201.tif 000006
は、ベクトル
【数５】
2015093201.tif 000007
の測定値から推定される。
【００２５】
これと対照的に、本発明の実施形態は、侵襲的手法をとって行列Ｍを決定する。患者のマッピング手順の初期段階で、電極アレイは、電極が既知の位置にある状態で、患者の皮膚に取り付けられる。この手順が実行されると仮定すると、位置追跡機能を有するシステムが使用される。例えば、アレイ内の電極と心臓カテーテルの電極の位置は、Ｂｉｏｓｅｎｓｅ  Ｗｅｂｓｔｅｒ，Ｉｎｃ．，３３３３  Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｃａｎｙｏｎ  Ｒｏａｄ，Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｂａｒ，ＣＡ  ９１７６５から入手可能なＣＡＲＴＯ（登録商標）３  Ｓｙｓｔｅｍによって決定されうる。電極位置を求める他の任意の方法が使用されてもよい。
【００２６】
次に、図１を参照し、図１は、本発明の一実施形態により構築され動作するシステム１０の絵図である。被験者１２が、胴ベスト１４を着ている。典型的には約１２５〜２５０個の電極の複数の電極１６が、被験者１２の皮膚とガルバニック接触して胴ベスト１４内に配置され、被験者１２の胴の前側面、後側面及び横側面の電位を送受信することができる。電極１６は、リード１８とケーブル２０によって、典型的にはコンソール２４内に配置された制御プロセッサ２２に接続される。コンソール２４は、信号発生器２６、ＥＫＧプロセッサ２８、及び画像処理プロセッサ３０を含むことができる。
【００２７】
カテーテル３２は、オペレータ３６によって心臓３４に導入された。カテーテル３２から得たデータに関する情報、胴ベスト１４の電極１６、信号発生器２６、ＥＫＧプロセッサ２８及び画像プロセッサ３０の状態が、モニタ３８に表示されうる。
【００２８】
Ｇｏｖａｒｉに譲渡された米国特許第７，８６９，８６５号は、本特許出願の譲受人に譲渡され、その開示が参照により本明細書に組み込まれており、米国特許出願公報第２００７／０１０６１４７号に記載され、同時係属出願第１４／０８６，２６５号に記載されたような、インピーダンス検出に使用することができる電気回路を含む制御プロセッサ２２の一実施形態を開示しており、これらの両出願は、参照により本明細書に組み込まれる。システムは、少数の心臓内ポイントと電極１６との間のインピーダンス測定に基づいて、本明細書で磁場導出行列と呼ばれる係数の多次元行列を生成する。次に、行列の反転が、例えばＹｏｒａｍ  Ｒｕｄｙらによる米国特許出願公報第２００３／０１２０１６３号に示されたように推定され、この開示は、参照により本明細書に組み込まれる。Ｒｕｄｙらの開示では、逆行列は、心外膜電位に対応する。しかしながら、システム１０では、行列の反転は、心臓内コンダクタンスのマップに対応する。磁場導出行列の反転の実践的な技術と最適化は、前述の米国特許出願公報第２００８／００５８６５７号から既知である。
【００２９】
以下の考察から分かるように、本発明の実施形態によれば、システム１０の較正操作において、胴ベスト１４の電極１６は、既知のソース信号を被験者１２の身体に注入することがある。そのような信号は、心臓内に配置されたカテーテル３２の電極によって検出される。制御プロセッサ２２は、信号発生器２６と協力して、電極１６を選択し、注入された信号を構成し送信し、被験者１２内の受信要素からデータを受け取って処理して、行列Ｍの要素を確立するようにプログラムされる。
【００３０】
次に図２を参照すると、図２は、本発明の一実施形態による反転ＥＣＧマッピングに使用される機器を較正し操作する手順のフローチャートである。プロセスステップは、分かりやくするために、本明細書の図２や他の図面では特定の線形的順序で示されている。しかしながら、それらのプロセスステップの多くは、並列的に、非同期的に、又は異なる順序で実行し得ることが明白であろう。当業者であれば、プロセスは、別の方法としては、例えば、状態図において、相互関連状態又は事象の数として表現され得ることが理解されるであろう。更には、図示される全てのプロセスステップが、この方法を実施するために必要とされるとは限らない場合がある。
【００３１】
最初のステップ４０Ａで、電極を有するカテーテルが、患者の心臓に挿入され、電極の位置が、プロセッサによって追跡される。カテーテルが心臓内にある間、ステップ４２で、プロセッサは、患者の心臓に影響を及ぼさずかつ生成されたＥＣＧ電位を妨げないそれぞれの既知のソース信号を、胴ベスト１４の電極１６に注入する。例えば、注入ソース信号は、２ｍＶの振幅と３００Ｈｚの周波数を有することができる。注入は、心臓内の複数の既知の電極位置で繰り返される。フィルタリング又は多重化を使用して、様々な周波数の多重信号を複数の電極１６に注入することができる。
【００３２】
信号の注入中に、ステップ４４で、システムプロセッサは、カテーテル３２の遠位部分にある電極によって取得された信号を記録する。ステップ４６で、カテーテル電極の生信号をフィルタリングして、注入信号の既知の特性を使用して、心臓の電気的活動によって生成された電位を除外する。適切なフィルタは、前述のＣＡＲＴＯシステムで提供される。較正段階の終わりに、ステップ４８で、プロセッサは、記録した信号を、信号を注入し受信する電極の既知の位置と共に使用して、Ｍ｛ｍｉｊ｝の要素を評価する。ステップ４８は、以下のステップを含む。
【００３３】
行列Ｍの要素の要素ｍｉｊは、電極１６とカテーテル電極との間の距離が変化するときに、心臓及び呼吸サイクルと供に変化する。要素ｍｉｊの平均値を求めることによってこれらを無視できるが、ある期間にわたって信号を収集することによって、生理学サイクルのすべてのフェーズにおいて信頼できる較正情報を所望する分解能で提供することが望ましい。ステップ５０は、これを達成する１つの方法を提供し、呼吸サイクルの段階は、既知の方法（例えば、胸腔内圧又は圧容量関係の測定）によって検出される。ステップ５２で、これらの関係が、ステップ５４でＥＫＧプロセッサ２８から得た情報と共に、制御プロセッサ２２によって使用されて、信号発生器２６がゲーティングされてもよい。ゲーティングした行列Ｍｋのアレイが生成され、次に評価されて、それぞれの要素ｍｉｊが決定される。行列ごとに、較正段階の終わりに、制御プロセッサ２２は、カテーテル電極からの記録信号を、信号を注入した電極１６の既知の位置（及び、したがってカテーテル電極までの距離）と共に使用して、ステップ５６で各行列Ｍの要素ｍｉｊを生成し、ステップ５８で行列Ｍを評価する。
【００３４】
必要に応じて、開閉された多数の行列Ｍｋが、複数のマッピング電極を有するカテーテルを使用するか、カテーテルを既知の目標に対する位置まで導くことによって、心臓内の様々な位置で生成され得る。
【００３５】
次に、手順の操作段階で、（その段階でカテーテルがあってもなくてもよい）、ステップ６０で、プロセッサは、皮膚電極によって示された信号
【数６】
2015093201.tif 000008
を監視する。次に、ステップ６２で、プロセッサは、式（１）を再構成することによって行列Ｍとして特定の行列Ｍｋを使用して、心肺サイクルの様々なフェーズにおける心内電位
【数７】
2015093201.tif 000009
を次のように計算する。
【数８】
2015093201.tif 000010
【００３６】
典型的には、図に示されたように、最終ステップ６４で、プロセッサは、心臓のマップ上に電位
【数９】
2015093201.tif 000011
を表示するが、電位時間グラフなどの他のタイプの表示も使用することができる。
【００３７】
式（１）は、
【数１０】
2015093201.tif 000012
の係数として、
【数１１】
2015093201.tif 000013
の所定の要素と行列要素ｍｉｊを有する
【数１２】
2015093201.tif 000014
の要素との一般線形関係を仮定する。式（２）には類似の関係がある。例えば、患者呼吸と心臓鼓動は、関係する距離を変化させ、これにより、前述のように要素ｍｉｊの値が変化する。
【００３８】
複合電極を有する１つ以上のカテーテルを使用する従来の侵襲的マッピング手順は、カテーテルが心臓にある間だけ電極電位マッピングを提供することができ、マッピングは、電極の位置でのみ有効である。これと対照的に、行列Ｍが、本明細書に示されたような反転ＥＣＧマッピングによって得られた後で、正確な電気解剖学マッピングが得られる。実際には、この手順は、カテーテルが心臓内にある必要なしに、心臓表面全体にわたる実時間の患者固有の電極電位マッピングを提供することができる。追加又は代替として、本明細書で述べたマッピング手順は、アブレーションなどの別の侵襲的手順と一緒に実行されてもよい。
【００３９】
当業者であれば、本発明は、上記に具体的に示し、説明したものに限定されない点は認識されるところであろう。むしろ、本発明の範囲は、上記に述べた異なる特性の組み合わせ及び一部の組み合わせの両方、並びに上記の説明文を読むことで当業者には想到されるであろう、従来技術ではない変形及び改変をも含むものである。
【００４０】
〔実施の態様〕
（１）  方法であって、
生きている被験者の心臓の房室にプローブを挿入することであって、前記プローブの遠位部分に複数の心内電極が配置されている、プローブを挿入することと、
前記被験者の身体外にある外部位置から電気較正信号を放射することと、
前記心内電極に前記較正信号を受信することと、
前記放射された較正信号と前記心内電極内の前記受信された較正信号との間の関数関係を決定することと、
前記心臓内のそれぞれの発生源からの電気生理学的信号を前記外部位置で検出することと、
前記関数関係を前記検出された電気生理学的信号に適用して前記それぞれの発生源における心内電位を計算することと、を含む、方法。
（２）  前記外部位置において電気生理学的信号を検出する前に前記被験者から前記プローブを除去することを更に含む、実施態様１に記載の方法。
（３）  前記電気生理学的信号を前記それぞれの発生源にマッピングすることを更に含む、実施態様１に記載の方法。
（４）  前記外部位置は胴ベスト内に配置された複数の皮膚電極を含み、前記皮膚電極が前記被験者の皮膚表面とガルバニック接触している、実施態様１に記載の方法。
（５）  前記皮膚電極が、１２５〜２５０個の皮膚電極を含む、実施態様４に記載の方法。
【００４１】
（６）  前記較正信号を受信することが、前記較正信号をフィルタリングして前記心臓の電気的活動によって生成された電位を除外することを含む、実施態様１に記載の方法。
（７）  関数関係を決定することが、前記関数関係を、要素を有する行列として表現することを含み、前記要素の値が、前記外部位置と前記心内電極との間のそれぞれの距離及び導電率に依存している、実施態様１に記載の方法。
（８）  前記関数関係を適用することが、前記行列を反転させることを含む、実施態様７に記載の方法。
（９）  前記被験者の心周期のフェーズの間にのみ前記電気較正信号をゲーティングすることを更に含み、前記関数関係を行列として表現することが、前記心周期の前記フェーズのそれぞれのフェーズに対して複数のゲーティングした行列を構築することを含む、実施態様７に記載の方法。
（１０）  前記電気較正信号をゲーティングすることが、更に、前記被験者の呼吸サイクルのフェーズの間にのみ前記電気較正信号を生成することを含む、実施態様９に記載の方法。
【００４２】
（１１）  装置であって、
生きている被験者の心臓の房室内に挿入するのに適しているプローブであって、前記プローブの遠位部分に複数の心内電極が配置された、プローブと、
前記被験者の身体外にある外部位置から電気較正信号を放射するための信号発生器と、
前記心内電極に接続され、前記較正信号を受信するための第１の電気回路と、
前記第１の電気回路に結合され、前記放射された較正信号と前記受信された較正信号との間の関数関係を決定する働きをするプロセッサと、
前記心臓内のそれぞれの発生源から電気生理学的信号を前記外部位置で検出するための第２の電気回路と、備え、前記プロセッサが、前記関数関係を前記検出された電気生理学的信号に適用して、前記それぞれの発生源における心内電位を計算する働きをする、装置。
（１２）  表示装置を更に含み、前記プロセッサが、前記表示装置上で前記それぞれの発生源に前記電気生理学的信号をマッピングする働きをする、実施態様１１に記載の装置。
（１３）  胴ベストを更に含み、前記外部位置が、前記胴ベスト上に配置された複数の皮膚電極を含み、前記皮膚電極を設置するように構成された前記胴ベストが、前記被験者の皮膚表面とガルバニック接触している、実施態様１１に記載の装置。
（１４）  前記皮膚電極が、１２５〜２５０個の皮膚電極を含む、実施態様１３に記載の装置。
（１５）  前記関数関係を決定することが、前記関数関係を、要素を有する行列として表現することを含み、前記要素の値が、前記外部位置と前記心内電極との間のそれぞれの距離及び導電率に依存する、実施態様１１に記載の装置。
【００４３】
（１６）  前記関数関係を適用することが、前記行列を反転させることを含む、実施態様１５に記載の装置。
（１７）  前記被験者の心周期のフェーズの間にのみ前記電気較正信号をゲーティングするためのゲーティング回路を更に含み、前記関数関係を行列として表現することが、前記心周期の前記フェーズのそれぞれのフェーズに対して複数のゲーティングした行列を構築することを含む、実施態様１５に記載の装置。
（１８）  前記電気較正信号をゲーティングすることが、前記被験者の呼吸サイクルのフェーズの間にのみ、前記電気較正信号を生成することを更に含む、実施態様１７に記載の装置。
【図１】
2015093201.tif 000015
【図２】
2015093201.tif 000016
【外国語明細書】
2015093201000001.pdf