(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
心臓回復をマッピングするためのシステムの作動方法であって、
信号プロセッサにおいて、複数の電気生理学的（ＥＰ）データポイントを受信する工程であって、前記複数のＥＰデータポイントの各ＥＰデータポイントは、位置データ及び回復データを含む、前記工程と、
前記複数のＥＰデータポイントのアンカーＥＰデータポイントを規定するユーザ入力を受信する工程と、
前記アンカーＥＰデータポイントに関するＥＰデータポイントクラスタを形成する前記複数のＥＰデータポイントのサブセットを特定する工程であって、前記ＥＰデータポイントクラスタは、心臓表面の領域を規定する、前記工程と、
前記アンカーＥＰデータポイントに関する前記ＥＰデータポイントクラスタを形成する前記複数のＥＰデータポイントの前記サブセットの前記回復データに、回復曲線を適合させる工程と、
前記回復曲線から前記心臓表面の前記領域についての少なくとも１つの回復メトリックを特定する工程と、
を含む作動方法。
【請求項２】
前記心臓表面の前記領域の三次元モデル上に、前記少なくとも１つの回復メトリックのグラフ表示を出力する工程をさらに含む、請求項１に記載の作動方法。
【請求項３】
前記回復データは、休止期間データを含み、
前記休止期間データは、ＤＩデータ及びサイクル長データの１つ以上を含む、請求項１又は２に記載の作動方法。
【請求項４】
前記回復データは、心臓再分極活動データを含み、
前記心臓再分極活動データは、ＡＰＤデータ、ＡＲＩデータ及びＥＧＭ幅データの１つ以上を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の作動方法。
【請求項５】
前記アンカーＥＰデータポイントに関する前記ＥＰデータポイントクラスタを形成する前記複数のＥＰデータポイントのサブセットを特定する前記工程は、
前記アンカーＥＰデータポイントを中心とする球の範囲にある前記複数のＥＰデータポイントのサブセットを特定する工程を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の作動方法。
【請求項６】
前記球の半径は、ユーザ定義である、請求項５に記載の作動方法。
【請求項７】
前記球の半径は、９ｍｍである、請求項５に記載の作動方法。
【請求項８】
前記アンカーＥＰデータポイントに関する前記ＥＰデータポイントクラスタを形成する前記複数のＥＰデータポイントの前記サブセットの前記回復データに、回復曲線を適合させる前記工程は、
前記アンカーＥＰデータポイントに関する前記ＥＰデータポイントクラスタを形成する前記複数のＥＰデータポイントの前記サブセットの前記回復データに、指数回復曲線を適合させる工程を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の作動方法。
【請求項９】
前記指数回復曲線は、以下の方程式（１）によって定義される、請求項８に記載の作動方法。
ｙ＝ｆ（ｘ）＝−ａ＊ｅ−λｘ＋ｂ      （１）
（方程式（１）中、ｘは休止期間データであり、ｙは心臓再分極活動データであり、ａ、ｂ及びλは複数の回復パラメータである。）
【請求項１０】
前記複数の回復パラメータａ、ｂ及びλは、コスト関数を最適化することによって決定される、請求項９に記載の作動方法。
【請求項１１】
前記コスト関数は、以下の式（２）として定義される、請求項１０に記載の作動方法。
【数５】
0006620229.tif 000006
（式（２）中、ｉは前記心臓表面の前記領域を示し、ｊは前記心臓表面の前記領域ｉを規定する、合計Ｎ個のＥＰデータポイントのうちのｊ番目のＥＰデータポイントを示し、前記回復パラメータａ、ｂ及びλを併せてθで示し、ａは０．１以上１以下であり、ｂは０以上１以下であり、λは０．１以上１００以下である。）
【請求項１２】
前記コスト関数は、以下の式（３）として定義される、請求項１０に記載の作動方法。
【数６】
0006620229.tif 000007
（式（３）中、ｉは前記心臓表面の前記領域を示し、ｊは前記心臓表面の前記領域ｉを規定するｊ番目のＥＰデータポイントを示し、ｍは前記心臓表面の前記領域ｉを規定する前記ｊ番目のＥＰデータポイントで測定された、合計Ｋ個の拍動のうちのｍ番目の拍動を示し、前記回復パラメータａ、ｂ及びλを併せてθで示し、ａは０．１以上１以下であり、ｂは０以上１以下であり、λは０．１以上１００以下である。）
【請求項１３】
前記心臓表面の前記領域についての前記少なくとも１つの回復メトリックは、最大回復曲線勾配及び回復曲線漸近限界の少なくとも１つを含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の作動方法。
【請求項１４】
前記回復曲線から前記心臓表面の前記領域についての少なくとも１つの回復メトリックを特定する前記工程は、
前記アンカーＥＰデータポイント、及び、前記アンカーＥＰデータポイントに関する前記ＥＰデータポイントクラスタを形成する前記複数のＥＰデータポイントの前記サブセットの各ＥＰデータポイントに、前記心臓表面の前記領域についての同一の回復メトリックを割り当てる工程をさらに含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の作動方法。
【請求項１５】
心臓回復をマッピングするためのシステムであって、
心臓回復分析プロセッサを備え、
前記心臓回復分析プロセッサは、
複数のＥＰデータポイントを受信し、前記複数のＥＰデータポイントの各ＥＰデータポイントは位置データ及び回復データを含み、前記回復データは休止期間データ及び心臓再分極活動データを含み、
ＥＰデータポイントクラスタを形成する前記複数のＥＰデータポイントのサブセットを特定し、
前記ＥＰデータポイントクラスタを形成する前記複数のＥＰデータポイントの前記サブセットの前記回復データに回復曲線を適合させ、
前記回復曲線から前記ＥＰデータポイントクラスタについての少なくとも１つの回復メトリックを特定する、ように構成されている、システム。
【請求項１６】
前記ＥＰデータポイントクラスタを含む心臓表面の一部の三次元表示上に、前記ＥＰデータポイントクラスタについての前記少なくとも１つの回復メトリックのグラフ表示を生成して出力するように構成されたマッピングプロセッサをさらに含む、請求項１５に記載のシステム。
【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、２０１５年１０月７日に出願された米国特許仮出願第６２／２３８，４５１号の利益を主張し、この出願は本明細書に完全に記載されているかのように参照により組み込まれる。
【０００２】
本開示は、心臓診断及び治療処置において実施され得るような、電気生理学的マッピングに関する。特に、本開示は、心臓回復をマッピングするためのシステム、装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
「回復」は、心臓活動電位の持続時間とそれに先行する休止期間の長さとの間の関数的関係を指す。多くの場合、この関係は、長い拡張期間隔（ＤＩ）の広範囲にわたる活動電位持続時間（ＡＰＤ）の限定された変化と、より短いＤＩにおけるＡＰＤの短縮を反映する。したがって、ＡＰＤの回復は、心拍数の変化に適応する一形態であると考えることができる。
【０００４】
ＤＩを変化させ、得られたＡＰＤをプロットすることによって、ＡＰＤ回復曲線を構築することができる。まず、ＡＰＤ回復曲線は、定常状態条件の間、システムの基礎となるダイナミクスを反映する。急な勾配（すなわち、１よりも大きい）を有するＡＰＤ回復曲線の場合、ＤＩの小さな変化はＡＰＤの大きな変化をもたらす。一方、緩やかな勾配（すなわち、１未満）を有するＡＰＤ回復曲線の場合、ＤＩの小さな変化は後続の拍動にわたって減衰される。急な回復勾配が、組織内の螺旋波の分裂に繋がり得ることが研究により示されている。
【０００５】
「心臓電位図回復」は、先行する間隔の長さ（例えば、サイクル長又はＤＩ）と継続的な期間（例えば、ＡＰＤ、興奮回復間隔（ＡＲＩ）又はＥＧＭ幅）との間の類似の関数的関係である。この関係は、心拍数の変化に適応する一形態を示し、心臓の動的挙動を制御する組織特性を分析する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電気生理学的（ＥＰ）研究中に、心臓回復をリアルタイムでマッピングすることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書では、以下の工程、すなわち、信号プロセッサにおいて複数の電気生理学的（ＥＰ）データポイントを受信する工程であって、前記複数のＥＰデータポイントの各ＥＰデータポイントは位置データ及び回復データを含む、前記工程と、前記複数のＥＰデータポイントのアンカーＥＰデータポイントを規定するユーザ入力を受信する工程と、前記アンカーＥＰデータポイントに関するＥＰデータポイントクラスタを形成する前記複数のＥＰデータポイントのサブセットを特定する工程であって、前記ＥＰデータポイントクラスタは心臓表面の領域を規定する、前記工程と、前記アンカーＥＰデータポイントに関する前記ＥＰデータポイントクラスタを形成する前記複数のＥＰデータポイントの前記サブセットの前記回復データに回復曲線を適合させる工程と、前記回復曲線から前記心臓表面の前記領域についての少なくとも１つの回復メトリックを特定する工程と、を含む心臓回復をマッピングする方法を開示する。前記少なくとも１つの回復メトリックのグラフ表示は、前記心臓表面の前記領域の三次元モデル上に出力してもよい。
【０００８】
前記回復データは、休止期間データ（例えば、ＤＩデータ及びサイクル長データ）及び／又は心臓再分極活動データ（例えば、ＡＰＤデータ、ＡＲＩデータ及びＥＧＭ幅データ）を含んでもよい。
【０００９】
本開示の態様によれば、前記アンカーＥＰデータポイントに関する前記ＥＰデータポイントクラスタを形成する前記複数のＥＰデータポイントのサブセットを特定する前記工程は、前記アンカーＥＰデータポイントを中心とする球の範囲にある前記複数のＥＰデータポイントのサブセットを特定する工程を含む。前記球の半径はユーザ定義してもよく、適切な半径の１つは９ｍｍである。
【００１０】
本開示のさらなる態様では、前記アンカーＥＰデータポイントに関する前記ＥＰデータポイントクラスタを形成する前記複数のＥＰデータポイントの前記サブセットの前記回復データに回復曲線を適合させる前記工程は、前記アンカーＥＰデータポイントに関する前記ＥＰデータポイントクラスタを形成する前記複数のＥＰデータポイントの前記サブセットの前記回復データに、指数回復曲線を適合させることを含む。前記指数回復曲線は、方程式ｙ＝ｆ（ｘ）＝−ａ＊ｅ−λｘ＋ｂによって定義してもよく、ここで、ｘは休止期間データであり、ｙは心臓再分極活動データであり、ａ、ｂ及びλは、コスト関数を最適化することによって決定することができる回復パラメータである。
【００１１】
定常状態の回復分析に用いるのに特に適したコスト関数の１つは、
【数１】
0006620229.tif 000002
であり、ここで、ｉは心臓表面の領域を示し、ｊは、心臓表面の領域ｉを規定する、合計Ｎ個のＥＰデータポイントのうちのｊ番目のＥＰデータポイントを示し、回復パラメータａ、ｂ及びλを併せてθで示している。ａは０．１以上１以下であり、ｂは０以上１以下であり、λは０．１以上１００以下である。
【００１２】
動的な回復分析に用いるのに特に適した別のコスト関数は、
【数２】
0006620229.tif 000003
であり、ここで、ｉは心臓表面の領域を示し、ｊは、心臓表面の領域ｉを規定するｊ番目のＥＰデータポイントを示し、ｍは、心臓表面の領域ｉを規定するｊ番目のＥＰデータポイントで測定された、合計Ｋ個の拍動のうちのｍ番目の拍動を示し、回復パラメータａ、ｂ及びλを併せてθで示している。ａは０．１以上１以下であり、ｂは０以上１以下であり、λは０．１以上１００以下である。
【００１３】
特に、定常状態の回復分析の場合には、前記回復曲線から前記心臓表面の前記領域についての少なくとも１つの回復メトリックを特定する前記工程は、前記アンカーＥＰデータポイント、及び、前記アンカーＥＰデータポイントに関する前記ＥＰデータポイントクラスタを形成する前記複数のＥＰデータポイントの前記サブセットの各ＥＰデータポイントに、前記心臓表面の前記領域についての同一の回復メトリックを割り当てる工程を含んでもよいと考えられる。
【００１４】
本明細書ではまた、以下の工程、すなわち、複数のＥＰデータポイントを取得する工程であって、前記複数のＥＰデータポイントの各ＥＰデータポイントは、位置データ、休止期間データ及び心臓再分極活動データを含む、前記工程と、前記複数のＥＰデータポイントを信号プロセッサに入力する工程と、前記信号プロセッサを用いて、ＥＰデータポイントクラスタを形成する前記複数のＥＰデータポイントのサブセットを特定する工程と、前記ＥＰデータポイントクラスタを形成する前記複数のＥＰデータポイントの前記サブセットの前記休止期間データ及び前記心臓再分極活動データに回復曲線を適合させる工程と、前記回復曲線を用いて前記ＥＰデータポイントクラスタについての少なくとも１つの回復メトリックを特定する工程と、前記ＥＰデータポイントクラスタを含む心臓表面の領域の三次元モデル上に前記ＥＰデータポイントクラスタについて特定された前記少なくとも１つの回復メトリックのグラフ表示を出力する工程と、を含む心臓回復をマッピングする方法を開示する。
【００１５】
前記ＥＰデータポイントクラスタを形成する前記複数のＥＰデータポイントの前記サブセットの前記休止期間データ及び前記心臓再分極活動データに回復曲線を適合させる前記工程は、休止期間データを独立変数として、さらに心臓再分極活動データを従属変数として用いる指数関数を適合させる工程を含んでもよい。
【００１６】
前記ＥＰデータポイントクラスタを含む心臓表面の領域の三次元モデル上の前記ＥＰデータポイントクラスタについて特定された前記少なくとも１つの回復メトリックのグラフ表示を出力する前記工程は、前記ＥＰデータポイントクラスタを含む前記心臓表面の前記領域の全体にわたる単一のグラフ表示を出力する工程を含んでもよい。これは定常状態の回復分析に特に適している。
【００１７】
前記回復曲線を用いて前記ＥＰデータポイントクラスタについての少なくとも１つの回復メトリックを特定する前記工程は、前記回復曲線の最大勾配及び前記回復曲線の漸近限界のうちの１つ以上を特定する工程を含んでもよい。
【００１８】
本開示の別の態様では、心臓回復をマッピングするためのシステムは心臓回復分析プロセッサを備え、前記心臓回復分析プロセッサは、複数のＥＰデータポイントを受信し、前記複数のＥＰデータポイントの各ＥＰデータポイントは位置データ及び回復データを含み、前記回復データは休止期間データ及び心臓再分極活動データを含み、ＥＰデータポイントクラスタを形成する前記複数のＥＰデータポイントのサブセットを特定し、前記ＥＰデータポイントクラスタを形成する前記複数のＥＰデータポイントの前記サブセットの前記回復データに回復曲線を適合させ、前記回復曲線から前記ＥＰデータポイントクラスタについての少なくとも１つの回復メトリックを特定する、ように構成される。前記システムはまた、前記ＥＰデータポイントクラスタを含む心臓表面の一部の三次元表示上に前記ＥＰデータポイントクラスタについての前記少なくとも１つの回復メトリックのグラフ表示を生成して出力するように構成されたマッピングプロセッサを任意に含んでもよい。
【００１９】
本発明の前述及び他の態様、特徴、詳細、有用性及び利点は、以下の説明及び請求項を読み、添付の図面を検討することによって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】例示的な回復曲線を示す図。
【００２１】
【図２】電気生理学的研究において使用され得るような電気生理学システムの概略図。
【００２２】
【図３】電気生理学的研究において使用される例示的な多電極カテーテルを示す図。
【００２３】
【図４】本開示の実施形態による、心臓回復をマッピングするために従い得る例示的な工程のフローチャート。
【００２４】
【図５】本開示の実施形態によるＥＰデータポイントクラスタの特定を示す図。
【００２５】
【図６Ａ】定常状態の回復プロトコルから生じる本明細書の教示による例示的な回復マップを示す図。
【００２６】
【図６Ｂ】動的な回復プロトコルから生じる本明細書の教示による例示的な回復マップを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本開示は、心臓回復データを含む電気生理学的（ＥＰ）マップ（例えば、心電図マップ）を生成するための方法、装置及びシステムを提供する。当業者は、一般にＥＰマッピングに精通しているため、その態様は、本明細書に開示される心臓回復マップを理解するために必要な程度までしか記載されない。
【００２８】
したがって、説明のみのために、ＤＩの関数としてＡＰＤに基づく心臓回復分析及び心臓回復マップを参照して、本明細書に開示される心臓回復マッピング技術の態様が説明される。しかしながら、これらの教示は、他のメトリックの例によって拡張されてもよいことを理解されたい。例えば、ＤＩに代えてサイクル長（ＣＬ）を独立変数として用いてもよいし、ＡＰＤに代えてＡＲＩ及び／又はＥＧＭ幅を従属変数として用いてもよい。
【００２９】
本明細書では、「休止期間データ」という用語は、ＤＩ及び／又はＣＬのような心臓回復分析における独立変数を指すために使用される。本明細書では、「心臓再分極活動データ」という用語は、ＡＰＤ、ＡＲＩ及び／又はＥＧＭ幅などの心臓回復分析における従属変数を指すために使用される。ＤＩ、ＡＰＤ及び／又はＡＲＩを測定及びマッピングするための例示的な方法、システム及び装置は、２０１５年１０月７日に出願された米国特許仮出願第６２／２３８，３２３号に記載されており、この出願は本明細書に完全に記載されているかのように参照により組み込まれる。本明細書では、「回復データ」（又は「心臓回復データ」）という用語は、休止期間データ及び心臓再分極活動データを併せて指すために使用される。
【００３０】
心臓回復を測定するための様々な臨床プロトコルが知られている。例えば、動的な回復プロトコルでは、定常状態に達するまで心臓を所与のＣＬにペーシングし、その期間、ＡＰＤ及びＤＩを記録する。 このプロセスは、他のＣＬで繰り返される。
【００３１】
別の既知の臨床プロトコルは、定常状態（Ｓ１−Ｓ２）の回復プロトコルである。このプロトコルでは、定常状態に達するまで、心臓は固定されたＣＬ（Ｓ１）にペーシングされる。定常状態に達すると、ペーシングは、可変長間隔を待ってから刺激（Ｓ２）によって乱される。その後、心臓は、再度定常状態に達するまで固定されたＣＬ（Ｓ１）に再びペーシングされ、そして、ペーシングが異なる刺激（Ｓ２）によって乱される。これにより、様々な刺激（Ｓ２）の適用から生じるＤＩ及びＡＰＤを記録することができる。
【００３２】
前述のプロトコル又は任意の他の適切なプロトコルの適用によって、ＤＩを変化させ、得られたＡＰＤをプロットすることによって、回復曲線を構築してもよい。より具体的には、先行する休止期間の長さを変化させ、継続的な心臓再分極活動の持続時間をプロットすることによって、心臓回復曲線を構築してもよい。その後、指数曲線又は他の適切な曲線を得られたデータポイントに適合させることによって、回復曲線を構築してもよい。
【００３３】
例示的な回復曲線１００が図１に示されている。回復曲線１００の形態は、最大勾配１０２及び漸近限界１０４を含む特定の有益な情報を示す。本明細書では、これらを「回復メトリック」と称する。本開示は、有利には、リアルタイムで（すなわち、ＥＰ研究の過程において）回復メトリックをマッピングするための方法、システム及び装置を提供する。
【００３４】
図２は、心臓カテーテルをナビゲートし、患者１１の心臓１０内で生じる電気活動を測定し、電気活動、及び／又は、測定された電気活動に関連する又は測定された電気活動を表す情報を三次元的にマッピングすることによって、心臓電気生理学的研究を行う電気生理学システム８の概略図を示す。システム８は、例えば、１つ以上の電極を用いて患者の心臓１０の解剖学的モデルを生成するために用いられてもよい。システム８は、心臓表面に沿った複数の点における電気生理学データを測定するために用いてもよく、例えば患者の心臓１０の診断データマップを生成するために、その測定データを電気生理学データが測定された各測定点の位置情報に関連付けて格納するために用いてもよい。
【００３５】
当業者であれば理解するであろうが、以下にさらに説明するように、システム８は、典型的には三次元空間内の物体の位置及びある態様においては向きを決定することができ、少なくとも１つの参照に対して決定された位置情報としてそれらの位置を表すことができる。
【００３６】
説明を簡単にするために、患者１１は楕円形として概略的に示されている。図２に示す実施形態では、３組の表面電極（例えば、パッチ電極）が患者１１の表面に取付けられて示されており、ここではｘ軸、ｙ軸及びｚ軸と称される３つの略直交する軸を規定する。他の実施形態では、電極は、他の態様、例えば、特定の体表面上の複数の電極の態様で配置してもよい。さらなる代替として、電極は体表面上にある必要はなく、身体の内部又は外部フレーム上に配置してもよい。
【００３７】
図２において、ｘ軸表面電極１２，１４は、患者の胸郭領域の側部などの第１の軸に沿って患者に取付けられ（例えば、各腕の下の患者の皮膚に取付けられる）、左電極及び右電極と称してもよい。ｙ軸電極１８，１９は、患者の内側大腿部及び頸部領域に沿うなど、ｘ軸に略直交する第２の軸に沿って患者に取付けられ、左脚電極及び首電極と称してもよい。ｚ軸電極１６，２２は、胸郭領域における患者の胸骨及び脊椎に沿うなど、ｘ軸及びｙ軸の両方に略直交する第３の軸に沿って取付けられ、胸部電極及び背部電極と称してもよい。心臓１０は、これらの表面電極の対１２／１４，１８／１９及び１６／２２の間に位置する。
【００３８】
追加の表面基準電極（例えば、腹部パッチ）２１は、システム８用の基準電極及び／又は接地電極として設けられる。腹部パッチ電極２１は、以下にさらに詳細に説明する固定された心臓内電極３１の代替であってもよい。また、患者１１は、従来の心電図（ＥＣＧ又はＥＫＧ）システムのリードの大部分又はすべてを適所に有してもよいことも理解されたい。例えば、特定の実施形態では、患者の心臓１０上の心電図を検出するために、１２個のＥＣＧリードの標準セットを用いてもよい。このＥＣＧ情報は、システム８で利用可能である（例えば、コンピュータシステム２０への入力として提供されてもよい）。ＥＣＧリードが十分に理解されている限り、及び図面の明瞭化のために、１つのリード６及びコンピュータシステム２０へのその接続のみが図２に示されている。
【００３９】
少なくとも１つの電極１７（例えば、遠位電極）を有する例示的なカテーテル１３もまた、図２に概略的に図示されている。この例示的なカテーテル電極１７は、「測定電極」又は「ロービング電極」と称してもよい。典型的には、カテーテル１３又は複数のこのようなカテーテル上の複数の電極が用いられる。一実施形態では、例えば、システム８は、患者の心臓及び／又は脈管構造内に配置された１２個のカテーテル上の６４個の電極を利用してもよい。
【００４０】
他の実施形態では、システム８は、複数の（例えば、８つの）スプラインを含む単一のカテーテルを利用してもよく、各々のスプラインは複数の（例えば、８つの）電極を含む。もちろん、これらの実施形態は単なる例示であり、任意の数の電極及びカテーテルを用いてもよい。実際、いくつかの実施形態では、St. Jude Medical, Inc.のEnSite（商標）Array（商標）非接触マッピングカテーテルなどの高密度マッピングカテーテルを利用することができる。
【００４１】
同様に、カテーテル１３（又は複数のそのようなカテーテル）は、典型的には、１つ以上の導入器を介して、よく知られている手順により患者の心臓及び／又は脈管構造内に導入されることを理解されたい。本開示の目的のために、例示的な多電極カテーテル１３のセグメントが図３に示されている。図３において、カテーテル１３は、経中隔シース３５を通って患者の心臓１０の左心室５０内に延びている。左心室への経中隔アプローチは周知であり、当業者によく知られているので、本明細書でさらに説明する必要はない。もちろん、カテーテル１３は、他の適切な方法で心臓１０に導入されてもよい。
【００４２】
カテーテル１３は、その遠位先端に電極１７を含み、図示の実施形態では、その長さに沿って間隔を置いて配置された複数の追加の測定電極５２，５４，５６を含む。典型的には、隣接する電極間の間隔は既知であるが、電極はカテーテル１３に沿って等間隔を空けて配置されていなくてもよく、また、互いに等しい大きさでなくてもよいことを理解されたい。これらの電極１７，５２，５４，５６の各々は患者の内部にあるので、システム８によって各電極についての位置データを同時に収集してもよい。
【００４３】
同様に、電極１７，５２，５４及び５６の各々は、心臓表面から電気生理学的データを収集するために用いられてもよい。当業者は、（例えば、接触及び非接触電気生理学的マッピングを含む）電気生理学的データポイントの取得及び処理のための様々な様式に精通しているので、本明細書で開示される伝導速度マッピング技術の理解のためにその様式についてのさらなる議論を要さない。同様に、当技術分野でよく知られている様々な技術を用いて、複数の電気生理学データポイントからグラフ表示を生成することができる。当業者が電気生理学的データポイントから電気生理学的マップを生成する方法を理解する限り、本明細書に開示されたマップを理解するのに必要な範囲でのみ、その態様を本明細書で説明する。
【００４４】
ここで図２に戻ると、いくつかの実施形態では、（例えば、心臓１０の壁に取り付けられた）固定基準電極３１が、第２カテーテル２９上に示されている。較正の目的のため、この電極３１は、静止している（例えば、心臓の壁に取り付けられているか又は心臓の壁の近くに取り付けられている）か、又は、ロービング電極（例えば、電極１７，５２，５４，５６）と固定された空間関係に配置されてもよく、したがって、電極３１は、「ナビゲーション基準」又は「ローカル基準」と称してもよい。固定基準電極３１は、上述した表面基準電極２１に加えて、又はこれに代えて用いてもよい。多くの場合、心臓１０内の冠状静脈洞電極又は他の固定電極は、電圧及び変位を測定するための基準として用いることができる。すなわち、以下に説明するように、固定基準電極３１は、座標系の原点を規定してもよい。
【００４５】
各表面電極は、多重スイッチ２４に結合され、表面電極の対は、表面電極を信号生成器２５に結合するコンピュータ２０で動作するソフトウェアによって選択される。あるいは、スイッチ２４は省略されてもよく、信号生成器２５の複数（例えば、３つ）のインスタンスが、各測定軸（すなわち、各表面電極対）に対して１つずつ設けられてもよい。
【００４６】
コンピュータ２０は、例えば、従来の汎用コンピュータ、専用コンピュータ、分散コンピュータ、又は任意の他のタイプのコンピュータを含んでもよい。コンピュータ２０は、単一の中央処理装置（ＣＰＵ）、又は、本明細書で開示される様々な態様を実施するための命令を実行可能な、一般に並列処理環境と称される複数の処理装置などの１つ以上のプロセッサ２８を備えてもよい。
【００４７】
一般に、生物学的導体におけるカテーテルのナビゲーションを実現するために、名目上直交する３つの電界が、一連の駆動及び検知電気双極子（例えば、表面電極対１２／１４，１８／１９及び１６／２２）によって生成される。あるいは、これらの直交する電界は分解されてもよく、表面電極の任意の対を双極子として駆動して、効果的な電極三角測量を提供してもよい。同様に、電極１２，１４，１８，１９，１６及び２２（又は任意の他の数の電極）を、心臓内の電極に電流を流したり、心臓内の電極から電流を検出するための他の有効な配置に位置させてもよい。例えば、複数の電極を患者１１の背中、側部及び／又は腹部に配置してもよい。任意の所望の軸について、駆動（ソース−シンク）構成の所定のセットに起因するロービング電極にわたって測定された電位は、直交軸に沿って均一な電流を単に流すことによって得られるのと同じ有効電位をもたらすために代数的に組み合わされてもよい。
【００４８】
このように、表面電極１２，１４，１６，１８，１９，２２のうちの任意の２つは、腹部パッチ２１などの接地基準に対して双極子ソース及びドレインとして選択され、非励起電極は接地基準に対して電圧を測定する。心臓１０内に配置されたロービング電極１７，５２，５４，５６は、電流パルスからの電界に曝され、腹部パッチ２１などの接地に対して測定される。実際に、心臓１０内のカテーテルは、図示された４つの電極よりも多い又は少ない電極を有してもよく、各電極の電位が測定されてもよい。上述したように、少なくとも１つの電極を心臓の内面に固定して、固定基準電極３１を形成してもよく、固定基準電極３１は、腹パッチ２１などの接地に対しても測定され、位置特定システム８が位置を測定する際の座標系の原点として規定されてもよい。心臓１０内のロービング電極１７，５２，５４，５６の位置を決定するために、各表面電極、内部電極、及び仮想電極からのデータセットのすべてを用いてもよい。
【００４９】
測定された電圧は、基準電極３１などの基準位置に対して、ロービング電極１７，５２，５４，５６のような心臓内の電極の三次元空間内の位置を決定するためにシステム８によって用いられてもよい。すなわち、基準電極３１で測定された電圧は、座標系の原点を規定するために用いられてもよく、一方、ロービング電極１７，５２，５４，５６で測定された電圧は、その原点に対するロービング電極１７，５２，５４，５６の位置を表すために用いられてもよい。いくつかの実施形態では、座標系は三次元（ｘ，ｙ，ｚ）デカルト座標系であるが、極座標系、球座標系、円柱座標系などの他の座標系も考えられる。
【００５０】
前述の説明から明らかなように、心臓内の電極の位置を決定するために用いられるデータは、表面電極対により心臓に電界を印加しながら測定される。また、電極データは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，２６３，３９７号に記載されているように、電極位置の生の位置データを改善するために使用される呼吸補償値（respiration compensation value）を生成するために使用されてもよい。電極データはまた、例えば、その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，８８５，７０７号に記載されているように、患者の身体のインピーダンスの変化を補償するために使用されてもよい。
【００５１】
１つの例示的な実施形態では、システム８は、まず一組の表面電極を選択し、次いでそれらを電流パルスで駆動する。電流パルスが伝送されている間、残りの表面電極及び生体内電極の少なくとも１つで測定された電圧などの電気活動が測定され、格納される。上記のように、呼吸及び／又はインピーダンス変位などのアーチファクトの補償が実行されてもよい。
【００５２】
いくつかの実施形態では、システム８は、上記のような電界を生成するSt. Jude MeＤＩcal, Inc.のEnSite（商標）Velocity（商標）心臓マッピング及び可視化システム、又は電界に依拠する他のこのようなシステムである。しかしながら、例えば、Biosense Webster, Inc.のＣＡＲＴＯナビゲーション及び位置特定システム、Northern ＤＩgital Inc.のＡＵＲＯＲＡ（登録商標）システム、又はSterotaxisのＮＩＯＢＥ（登録商標）磁気ナビゲーションシステムを含む他のシステムは、本教示に関連して使用してもよく、これらのすべては、電界ではなく磁界を利用する。以下の特許（これらはすべて、その全体が参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている位置特定システム及びマッピングシステムもまた、本発明において用いることができる：米国特許第６，９９０，３７０号；６，９７８，１６８号；６，９４７，７８５号；６，９３９，３０９号；６，７２８，５６２号；６，６４０，１１９号；５，９８３，１２６号；５，６９７，３７７号。
【００５３】
図４に示す例示的な工程のフローチャート４００を参照して、心臓回復をマッピングする１つの方法について説明する。いくつかの実施形態では、例えば、フローチャート４００は、本明細書に開示される心臓回復を特定及びマッピングするために、図２のコンピュータ２０によって（例えば、１つ以上のプロセッサ２８によって）実行され得るいくつかの例示的な工程を表してもよい。以下で説明される例示的な工程は、ハードウェア実装又はソフトウェア実装のいずれであってもよいことを理解されたい。説明のために、本明細書では、「信号プロセッサ」という用語は、本明細書の教示のハードウェアベース及びソフトウェアベースの実装の両方を説明するために使用される。
【００５４】
ステップ４０２では、複数の電気生理学的（ＥＰ）データポイントが、例えば上述した多電極カテーテルを用いて取得される。上述したように、各ＥＰデータポイントは、位置情報と、関連する位置におけるＡＰＤ（又は他の心臓再分極活動データ）及びＤＩ（又は他の休止期間データ）に関する情報を含むがこれに限定されないＥＰ情報と、を含む。
【００５５】
ブロック４０４では、ユーザは、心臓表面の領域を規定するための基準として機能させるために、収集されたＥＰデータポイントの１つを選択する。本明細書では、このポイントを「アンカーＥＰデータポイント」又は「固有ＥＰデータポイント」と称する。ユーザは、収集されたＥＰデータポイントのうち任意のものをアンカーＥＰデータポイントとして選択することができるが、洞調律ポイントをアンカーＥＰデータポイントとして選択することが有利である。測定カテーテル（例えば、カテーテル１３）が心臓表面上のポイントと安定して接触しているときに、アンカーＥＰデータポイントが選択されることも望ましい。
【００５６】
ブロック４０６では、アンカーＥＰデータポイントを囲むＥＰデータポイントのクラスタが特定される。本開示の態様によれば、このＥＰデータポイントクラスタは、例えば、アンカーＥＰデータポイントに対する三次元ユークリッド距離に基づいて、アンカーＥＰデータポイントを囲む球の範囲にある全てのＥＰデータポイントを含む。球の半径は、ユーザ定義又は予め選択してもよく、本開示の実施形態では、半径は９ｍｍである。他の実施形態では、球の半径は９ｍｍより大きくても小さくてもよい。
【００５７】
ＥＰデータポイントクラスタは、アンカーＥＰデータポイントについて心臓表面の領域ｉを規定する。これを図５に二次元で示す。図５に示すように、記号ＤｘＬｉ，０は、心臓表面のｉ番目の領域についてのアンカーＥＰデータポイントを表わすために用いられ、記号ＤｘＬｉ，jは、心臓表面のｉ番目の領域内のｊ番目のＥＰデータポイント（すなわち、ＥＰデータポイントクラスタのｊ番目の要素）を表わすために用いられる。ＥＰデータポイントクラスタは合計でＮ個のＥＰデータポイントを含み、したがって、心臓表面のｉ番目の領域は合計でＮ個のＥＰデータポイントによって定義されることも理解されるべきであり、図５では、Ｎ＝５である。
【００５８】
もちろん、複数のアンカーＥＰデータポイントを選択してもよく、それにより、対応する数のＥＰデータポイントクラスタ及び心臓表面の領域を規定することができると考えられる。これは、複数のアンカーＥＰデータポイントの球の範囲にあるＥＰデータポイントを検出する結果ともなり得るが、この矛盾は様々な方法により解決可能である。例えば、いくつかの実施形態では、重複するＥＰデータポイントは、アンカーＥＰデータポイントまでの距離が最も小さい領域に追加してもよい。他の実施形態では、重複するＥＰデータポイントを両方の領域においてカウントしてもよい。さらに他の実施形態では、重複するＥＰデータポイントをどの領域が含むのかをユーザが選択してもよい。
【００５９】
ブロック４０８では、回復曲線をＥＰデータポイントクラスタの回復データに適合させる。上述したように、回復曲線は指数曲線であり、ｙ＝ｆ（ｘ）＝−ａ＊ｅ−λｘ＋ｂの形式を採ることができる。さらに上述したように、休止期間データ（例えば、ＤＩデータ）が独立変数ｘとして用いられ、心臓再分極活動データ（例えば、ＡＰＤ）が従属変数ｙとして用いられる。ａ、ｂ及びλは「回復パラメータ」と称され、コスト関数を最適化することによって決定してもよい。特に、最適化されるコスト関数は、適用される臨床プロトコルのタイプ（例えば、定常状態又は動的）に基づいてもよい。
【００６０】
例えば、定常状態のプロトコルの場合、コスト関数は以下の形式を採ることができる。
【数３】
0006620229.tif 000004
【００６１】
別の例として、動的なプロトコルの場合、コスト関数は、以下の形式を採ることができる。
【数４】
0006620229.tif 000005
この場合、ｍは、ＥＰデータポイントクラスタのｊ番目のＥＰデータポイントで測定された、合計Ｋ個の拍動のうちのｍ番目の拍動を示す。
【００６２】
上述した双方のコスト関数において、ａ、ｂ及びλを併せてパラメータセットθとして示す。有界勾配のない最適化アルゴリズムを適用して、［０．１，１］のａ、［０，１］のｂ及び［０．１，１００］のλの範囲で、パラメータセットθを最適化してもよい。
【００６３】
一旦回復曲線が適合すると、１つ以上の回復メトリック（例えば、回復曲線の最大勾配、回復曲線の漸近限界）を特定することができる。定常状態のプロトコルの場合、領域ｉ内の全てのＥＰデータポイントに同一の回復メトリックが適用される（ブロック４１０）。すなわち、定常状態の回復プロトコルでは、所与のＥＰデータポイントクラスタ内の各ＥＰデータポイントには、心臓回復をマッピングする目的で同一の回復メトリックが割り当てられる。
【００６４】
一方、動的なプロトコルの場合、所与の領域ｉについてのＥＰデータポイントクラスタ内の様々なＥＰデータポイントには、異なる回復メトリックを割り当てることができる（ブロック４１２）。特に、一連の拍動にわたって各ＥＰデータポイントに個々に回復曲線を適合させることができる。
【００６５】
ブロック４１４では、例えば、心臓表面の領域の三次元モデル上に、回復メトリックのグラフ表示を表示してもよい。
【００６６】
図６Ａは、定常状態のプロトコルの例示的な回復マップ６０２を示している。図６Ａに示すように、特定の領域（例えば、領域６０６）内の各ＥＰデータポイント６０４には、同一の回復メトリックが割り当てられる。心臓表面のモデル６０８上の回復メトリックの様々な値を表すために、グレースケールまたは偽色を用いてもよい。
【００６７】
図６Ｂは、動的なプロトコルの例示的な回復マップ６１０を示している。図６Ｂに示すように、ＥＰデータポイント６０４は、個別化された回復メトリックを有することができる。図６Ａと同様に、心臓表面のモデル６０８の回復メトリックの様々な値を表すために、グレースケールまたは偽色を用いてもよい。
【００６８】
本発明のいくつかの実施形態を、ある程度の詳細さで上記に説明したが、当業者は、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、開示された実施形態に多数の変更を加えることができる。
【００６９】
例えば、心臓回復を分析しマッピングする方法は、主に心臓表面の単一の領域を参照して説明されたが、本明細書に記載される（例えば、図４に示されるような）工程は、心臓表面の複数の領域に対して繰り返されてもよいことが理解されるべきである。
【００７０】
指向性のある全ての言及（例えば、上側、下側、上方、下方、左、右、左方、右方、上部、底部、上、下、垂直、水平、時計回り、反時計回り）は、本発明の読み手の理解を助けるための識別目的のためにのみ使用され、特に本発明の位置、方向、又は使用に関する制限を創造するものではない。接合に関する言及（例えば、取り付けられる、結合される、接続されるなど）は広く解釈されるべきであり、要素間の接続及び要素間の相対的な移動との間に中間部材を含んでもよい。このように、接合に関する言及は、必ずしも２つの要素が直接接続され、互いに固定された関係にあることを暗示するものではない。
【００７１】
上記の説明に含まれるか、又は添付の図面に示されるすべての事項は、例示的なものとして解釈されるものであり、限定的なものではないと解釈されることが意図される。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、詳細又は構造の変更を行ってもよい。
【図１】
0006620229.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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