(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の体内の体腔面をマッピングする装置であって、
縦の軸線を有すると共に体腔に挿入するように構成された末端部を有する細長いプローブ、
プローブの末端部の一次音響トランスデューサであって、プローブが体腔内に在る間に音波を発射するように構成された一次音響トランスデューサ、
プローブの末端部に軸線に沿って配分された複数の二次音響トランスデューサであって、体腔面で反射した後の音波を受信し、この受信した音波に応じて音波の飛行時間を示す電気信号を生成するように構成された二次音響トランスデューサ、及び
二次音響トランスデューサによって生成された電気信号を受信かつ処理し、体腔面の三次元形状を飛行時間に基づいて再構成するように構成された制御回路を含み、
この制御回路が、体腔面で１回反射した音波に応じて生成された信号と複数回反射した音波に応じて生成された信号とを区別するために、一次音響トランスデューサから他の何れかの二次音響トランスデューサまでの最大飛行時間を設定し、前記最大飛行時間を超えた測定値を捨てることによって複数回反射した音波による信号を拒否する働きをするように構成された、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
患者の心室をマッピングする装置を含み、前記プローブが心臓内カテーテルを含んでいる、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、
前記一次音響トランスデューサが、フェーズドアレー超音波トランスデューサを含んでいる、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、
前記一次音響トランスデューサが、非フェーズドアレー動作用にのみ設計された超音波トランスデューサを含んでいる、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、
前記二次音響トランスデューサが、非フェーズドアレー動作用にのみ設計された超音波トランスデューサを含んでいる、装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置であって、
前記プローブが少なくとも１つの位置センサを含み、この位置センサが体内における前記プローブの位置座標を示す位置信号を生成するように構成されている、装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、
前記二次音響トランスデューサで生成された前記電気信号を前記位置信号に応じて処理し、体腔面の三次元形状を前記飛行時間及び前記位置信号に基づいて再構成するように構成された制御回路を含んでいる、装置。
【請求項８】
請求項６に記載の装置であって、
前記位置センサがコイルを含み、前記位置信号が外部付加の磁界によって前記コイルに誘導された電流を含んでいる、装置。
【請求項９】
請求項６に記載の装置であって、
少なくとも１つの前記位置センサが、複数の位置センサを含んでいる、装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置であって、
前記複数の位置センサのうちの１つが、前記二次音響トランスデューサの第１の部分集合の近傍で前記プローブに設けられ、前記複数の位置センサのうちの別の１つが、前記二次音響トランスデューサの第２の部分集合の近傍で前記プローブに設けられ、そして
前記二次音響トランスデューサによって生成された前記電気信号を第１の位置センサ及び第２の位置センサによって生成された位置信号に応じて処理し、体腔面の三次元形状を飛行時間及び前記位置信号に基づいて再構成するように構成された制御回路を含んでいる、装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の装置であって、
飛行時間に応じて、前記制御回路が前記二次音響トランスデューサから前記体腔面上の個々の点までの距離を決定し、決定した前記距離を組み合わせて前記形状を再構成するように構成されている、装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の装置であって、
前記制御回路が、前記二次音響トランスデューサによって受信された音波のスペクトル偏移を検出し、前記体腔面の運動速度を前記スペクトル偏移に応じて決定するように構成されている、装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の装置であって、
前記制御回路によって駆動されて前記三次元形状の画像を表示するディスプレイを含んでいる、装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の装置であって、
前記一次音響トランスデューサが、前記体腔内の複数の配列のそれぞれから複数の連続音波を発射するように構成され、
前記二次音響トランスデューサが、前記体腔面で反射した後の連続音波を受信し、この受信した連続音波に応じて連続音波の飛行時間を示す電気信号を生成するように構成され、そして
前記制御回路が、前記体腔面の三次元形状を前記連続音波の飛行時間に基づいて再構成するように構成されている、装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の装置であって、
前記一次音響トランスデューサが、使用者によって前記複数の配列の端から端まで動かされるように構成されている、装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の装置であって、
前記体腔が壁を有し、前記体腔面が前記壁の内面と壁の外面を含み、前記制御回路が、前記内面で反射した音波に応じて生成された信号と前記外面で反射した音波に応じて生成された信号とを区別するように構成されている、装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置であって、
前記制御回路が、前記内面で反射した音波と前記外面で反射した音波とによって生成された信号に応じて前記壁の厚さを決定する働きをするようになっている、装置。
【請求項１８】
請求項１に記載の装置であって、
前記プローブの末端部に設けられた１つ又はそれ以上の電極を含み、これらの電極が電気信号を前記体腔内の電気活動に応じて前記制御回路に送るように構成され、前記制御回路が前記電極からの信号に応じて前記電気活動の表示を前記体腔面の三次元形状に重ねるように構成されている、装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の装置であって、
前記電気活動の前記表示が前記体腔面における電位マップを含み、その電位マップが前記体腔面の三次元形状と共に記録されるようになっている、装置。
【請求項２０】
請求項１に記載の装置であって、
音波を体内に発信するように構成された複数の基準トランスデューサを体外に含むことによって、前記プローブ上の前記二次音響トランスデューサが前記音波を受信して、基準電気信号を生成するようになり、前記制御回路が前記基準電気信号を処理して前記プローブの位置座標を決定するように構成されている、装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の装置であって、
決定した前記位置座標に応じて、前記制御回路が体内の三次元形状の位置を画定するように構成されている、装置。
【請求項２２】
請求項１に記載の装置であって、
前記プローブの末端部に設けられた１つまたはそれ以上の電極を含み、これらの電極が前記体腔内の電気活動を検出するように構成されている、装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の装置であって、
前記１つまたはそれ以上の電極が前記体腔面で変化する電位を検出するように構成されている、装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の装置であって、
前記１つまたはそれ以上の電極が一連の非接触電極を含み、これらの非接触電極が前記体腔面において変化する前記電位を、前記体腔面と実質的に接触することなく検出するように構成されている、装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願の引用
この出願は、米国特許第０９／９０２，０８７号の一部継続出願であり、この米国特許は「超音波を用いた三次元再構成（Three-dimensional reconstruction using ultrasound）」という名称で２００１年７月１０日に出願され、この特許出願の譲受人に譲渡され、ここに参照することにより一部をなす。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
この発明は、全体的に三次元マッピングおよび再構成用の装置および方法に関し、特に心臓のような体器官の内部のマッピングおよび再構成に関する。
【０００３】
【従来の技術】
心内膜面を三次元幾何学的にマッピングおよび再構成する方法は、技術が公知となっている。たとえば、特許文献１は、その開示事項をここに参考までに取り入れるが、プローブを心臓の壁の上の多数の位置に接触させて各位置におけるプローブの位置座標を決定することに基づく心内膜マッピング方法を述べている。位置座標は、心臓の少なくとも一部のマップを形成するために組み合わされている。これらの方法は有用で正確であるが、それらを実施するために相当の時間と技術を必要としている。
【０００４】
ウイリーズ（Willis）らへの特許文献２および特許文献３は、ここに参考までに取り入れるが、基準のカテーテル上の超音波トランスデューサを使用して他のカテーテル上の超音波トランスデューサを配置すること（たとえば、心内膜と接触するマッピング用および除去用カテーテル）を述べている。
【０００５】
心臓内超音波映像法を用いて心内膜面を非接触で再構成する種々の方法が開発されている。これらの方法は、内蔵された小型の超音波映像アレーまたはスキャナを備えたカテーテルを典型的に使用している。たとえば、特許文献４は、その開示事項をここに参考までに取り入れるが、心臓内超音波映像法の操舵可能なトランスデューサアレーを述べている。そのアレーは超音波ビームを形成し、このビームは能動口径によって所望の方向へ操舵されるようになっている。同様に、特許文献５は、その開示事項もここに参考までに取り入れるが、カテーテルに組み込まれた超音波器具に基づく音響映像装置を述べている。その超音波器具は、超音波信号を心臓内の内部構造に向けて超音波画像を作り出すようになっている。
【０００６】
心臓内超音波映像法の更なる例が、特許文献６および特許文献７に公開されており、これらの開示事項をここに参考までに取り入れる。これらの公報は、拡大式映像機構を用いて内部組織の局部を見えるようにする装置および方法を述べている。その構造は心臓内の形状を一度拡大し、これによって関連する映像プローブまたはアレーを安定させている。
【０００７】
特許文献８および特許文献９は、その開示事項もここに参考までに取り入れるが、三次元追跡映像装置を用いて医療手続きを実施する方法を述べている。体内のカテーテルまたは他のプローブの位置が追跡され、医者がそれを精密に位置決めできるように改善するため、カテーテルまたはプローブの隣接周囲に対するカテーテルまたはプローブの位置が表示されるようになっている。これらの公報には、この種のプローブを用いた種々の方法が記載されている。この種の方法の１つは、トランスデューサを体外に保持した超音波映像ヘッドを用い、位置センサ付プローブを配置した体内領域を画像化する超音波映像法である。
【０００８】
超音波画像を強化してこの画像から三次元輪郭などの情報を取り出す種々の方法が、公知の技術となっている。これらの方法は、典型的に多数の二次元画像からの情報を組み合わせて三次元形状を画定するようになっている。たとえば、特許文献１０は、その開示事項をここに参考までに取り入れるが、複数の画像を異なる平面内で用いて患者の心臓の少なくとも一部の三次元的な面を画定する方法を述べている。その画像は、患者の体外の既知の位置および方位に存在する超音波トランスデューサを用いて作られている。解剖用目印がその複数の画像内において手動で確認されるようになっている。
【０００９】
超音波画像を用いる輪郭抽出および三次元造形の他の方法が、特許文献１１および特許文献１２に記載されており、それらの開示事項もここに参考までに取り入れる。もう一つの例としての特許文献１３は、その開示事項をここに参考までに取り入れるが、変調非線形マッピング機能を用い、ドップラー超音波画像信号とＢモード超音波画像信号を組み合わせて単一画像にする方法を述べている。
【００１０】
カーリー（Curley）らへの特許文献１４は、その開示事項をここに参考までに取り入れるが、カテーテルに取り付けたフェーズドアレー超音波トランスデューサのアセンブリを述べている。一端部をトランスデューサアレーの周りのカテーテルに取り付け、その端部に音響窓を画定し、この窓は通過する超音波エネルギに本質的に非合焦となっている。音響窓が非合焦となっているので、比較的小さな半径の曲面をこの窓の径方向の外面に用いることができるようになっている。
【００１１】
スミス（Smith）らへの特許文献１５は、それをここに参考までに取り入れるが、容積測定式管内超音波映像法用の映像プローブおよびカテーテルを述べている。装置は患者の内部に配置するように設計され、基端および末端を有する細長い本体を備え、超音波トランスデューサ・フェーズドアレーが細長い本体の末端に連結配置されている。超音波トランスデューサ・フェーズドアレーは、細長い本体の末端から容積的に前方走査するための超音波エネルギを発射かつ受信するように配置されている。超音波トランスデューサ・フェーズドアレーは、超音波トランスデューサ要素で占めた複数の位置を包含している。少なくとも１つの超音波トランスデューサ要素が少なくとも１つの位置に欠けていることによって、隙間位置を画定している。隙間位置にはツールが配置されている。特に、そのツールは光ファイバー導線、吸引手段、ガイドワイヤ、電気生理学的電極、または除去用電極とすることができるようになっている。
【００１２】
ソワード（Seward）らへの特許文献１６は、それをここに参考までに取り入れるが、少なくとも１つの側面アレーと少なくとも１つの端面アレーを備えて側面および端面を同時に見る超音波映像カテーテル装置を述べている。各アレーは少なくとも１列の超音波トランスデューサ要素を有している。それらの要素は単一の超音波トランスデューサとして働くようになっているが、異なる図を作り出すように調整されている。
【００１３】
スワンソン（Swanson）らへの特許文献１７は、それをここに参考までに取り入れるが、組織を見えるようにする映像要素を備えたカテーテル・チューブを述べている。そのカテーテル・チューブは、映像要素の先に延びて周囲の組織を映像要素から離すように収縮させる支持構造も備えている。映像要素が体内領域の組織を見えるようにしている間、支持構造は映像要素を安定させている。支持構造は、周囲の組織に接触する診断用または治療用の部品も備えている。
【００１４】
イートン（Eaton）らへの特許文献１８は、それをここに参考までに取り入れるが、二次元映像または三次元再構成用の超音波カテーテルを述べている。カテーテルによって得た画像から情報を読み取るのを助けるため、超音波カテーテルは良好な遠近視野解像力を有する少なくとも２つの超音波アレーを備えて心室の輪郭を提供している。
【００１５】
イートン（Eaton）らへの特許文献１９は、それをここに参考までに取り入れるが、超音波トランスデューサ要素のうちのカテーテル搭載フェーズドリニアアレー用の操舵機構および操舵線を述べている。
【００１６】
エバンズ（Evans）らへの特許文献２０は、それをここに参考までに取り入れるが、人体の一部の三次元マップを生成し、その三次元マップからカテーテルの位置を決定するカテーテル配置装置を述べている。複数の音響トランスデューサが、所定の位置に存在するカテーテル・ヘッドの周りに配置されている。音響レシーバとして作動する複数の音響トランスデューサで受信した信号に応じて、信号処理装置が三次元マップを生成し、これによって音響源として作動する少なくとも１つの前記複数の音響トランスデューサが音響信号を生成するようになっている。
【００１７】
ライスフェルド（Reisfeld）らへの特許文献２１は、この特許出願の譲受人に譲渡され、それをここに参考までに取り入れるが、体内器官の三次元再構成方法を述べている。プロセッサは、患者の体内の容積または体腔の三次元マップを、位置座標が決定されている容積の上の複数の抽出点から再構成するようになっている。面の再構成は限られた数の抽出点に基づいている。抽出点の数は２００点よりも概して少なく、５０点よりも少なくてよいとなっている。面を思い通りの品質に仮に再構成するためには、特に１０乃至２０の抽出点で足りるとなっている。
【００１８】
ホサック（Hossack）らへの特許文献２２は、それをここに参考までに取り入れるが、二次元映像または三次元再構成用の超音波プローブを述べている。その特許は少なくとも２つの超音波アレーを備えた超音波プローブを述べており、三次元画像がプローブによって検査された領域で構成されている。
【００１９】
ベン・ハイム（Ben-Haim）らへの特許文献２３は、それをここに参考までに取り入れるが、カテーテルまたは内視鏡などの侵襲的医療器械の位置および方位を決定する装置を述べている。典型的には患者の体外に存在する複数の界磁発生器が、識別可能な公知の磁界、なるべくは連続した交流磁界を駆動信号に応じて生成するようになっている。複数のセンサが侵襲的医療器械内でその末端近傍に配置され、磁界に応じてセンサ信号を発生するようになっている。信号プロセッサがセンサ信号および駆動信号を受信してその情報を処理し、その医療器械上の１点に対して３つの位置座標および３つの方位座標（すなわち、六次元情報）を決定するようになっている。
【００２０】
ベン・ハイム（Ben-Haim）らへの特許文献２４は、それをここに参考までに取り入れるが、心臓の不整脈の処理方法、特に患者の器官または体構造の一部を除去する方法を述べている。この方法は、マッピングする器官または構造の斜視画像を得ること、および末端を有する１つまたはそれ以上のカテーテルであって、少なくとも１つは除去能力を有するカテーテルを器官または構造の近傍、あるいはその内部の位置まで進めることを包含している。各カテーテルの末端の位置が、非イオン化磁界を用いて検出するようになっている。１つまたはそれ以上のカテーテルの末端において、器官または構造の局部的情報が検出され、その検出された情報が１つまたはそれ以上のデータ点を作り出すために処理されるようになっている。１つまたはそれ以上のデータ点は器官または構造の斜視画像に重ねられ、器官または構造の一部を削除するのが容易化されている。
【００２１】
【特許文献１】
米国特許第５，７３８，０９６号
【特許文献２】
国際公開第ＷＯ  ９９／０５９７１号
【特許文献３】
国際公開第ＷＯ  ００／０７５０１号
【特許文献４】
国際公開第ＷＯ  ００／１９９０８号
【特許文献５】
米国特許第６，００４，２６９号
【特許文献６】
米国特許第５，８４８，９６９号
【特許文献７】
国際公開第ＷＯ  ９８／１８３８８号
【特許文献８】
米国特許第５，７９７，８４９号
【特許文献９】
国際公開第ＷＯ  ９９／５８０５５号
【特許文献１０】
国際公開第ＷＯ  ９９／５５２３３号
【特許文献１１】
欧州特許出願第０９６１１３５号
【特許文献１２】
平成９年特許願第２８５４６５号
【特許文献１３】
国際公開第ＷＯ  ９８／４６１３９号
【特許文献１４】
米国特許第５，８４６，２０５号
【特許文献１５】
米国特許第６，０６６，０９６号
【特許文献１６】
米国特許第６，０５９，７３１号
【特許文献１７】
米国特許第５，９０４，６５１号
【特許文献１８】
米国特許第５，８７６，３４５号
【特許文献１９】
米国特許第６，２２８，０３２号
【特許文献２０】
米国特許第６，２２６，５４６号
【特許文献２１】
米国特許第６，２２６，５４２号
【特許文献２２】
米国特許第６，１７１，２４８号
【特許文献２３】
国際公開第ＷＯ  ９６／０５７６８号
【特許文献２４】
米国特許第５，３９１，１９９号
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の幾つかの実施態様の目的は、体腔、特に心室を三次元的にマッピングして幾何学的に再構成する方法および装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
この発明の好ましい実施の形態において、心臓カテーテルはカテーテルの末端部に縦の軸線方向に配置した１つの一次音響トランスデューサおよび複数の二次音響トランスデューサを備えている。カテーテルが心室内に存在しているとき、一次音響トランスデューサは起動して音波、なるべくは超音波を発射する。音波は体腔の心内膜面で反射し、二次音響トランスデューサによって受信され、典型的には一次トランスデューサによっても受信される。処理回路がトランスデューサに接続され、受信した音波の飛行時間を決定し、各トランスデューサから心内膜面上の点または面積までの距離を測定する。続いて、一次音響トランスデューサが起動して音波を心内膜上の他の位置に向けて発射し、これらの位置から個々のトランスデューサまでの距離を決定できるようにする。その後、距離の測定値は、三次元体腔面形状を再構成するために組み合わされ、その体腔面形状はなるべく幾何学的マップの形で表示される。
【００２４】
一次音響トランスデューサからの超音波を心内膜上の個々の位置に向けるために、カテーテルは使用者が心室内で物理的に移動させるのが好ましい。その代りまたはそれに加えて、一次音響トランスデューサに組み入れたフェーズドアレー超音波トランスデューサが、超音波パルスを心内膜上の一連の位置に向ける。これらの位置で反射したパルスは二次音響トランスデューサが検出し、幾何学的マップを作り出すために用いる飛行時間を算出できるようにする。
【００２５】
用途によっては、二次音響トランスデューサを個々に順次に駆動し、カテーテルが心室内に在る間に音波、なるべくは超音波を発射するものもある。
【００２６】
この発明の好ましい実施の形態によれば、心内膜面の重要な部分を急速に、典型的には心臓の１回の鼓動内でマッピングすることができる。この急速マッピングは、技術が公知の方法のように心臓を画像化してその後にその画像から幾何学的情報を取り出すことを試みるというよりも、音波が三次元距離を直接測定するために使用される故に達成される。距離の測定はカテーテルのユニークな設計によって容易になる。そこでは、二次音響トランスデューサが、フェーズドアレーまたは他の映像形態では一点に集められる代りに、カテーテルに沿って軸方向に分配される。このようにして大部分の飛行時間が得られ、そのカテーテルに対する、あるいは絶対基準系に対する心内膜上の個々の位置を高い正確さで選定することが可能となる。また、この発明の好ましい実施の形態は、測定中にカテーテルと心内膜面を物理的に接触させる必要がない。
【００２７】
この発明の好ましい実施の形態には、カテーテルが１つまたはそれ以上の位置センサを備えているものもあり、これらの位置センサは心臓内でカテーテルの位置および方位座標を決定するために使用される。用途によっては、各位置センサを特別な１つまたは１組の二次音響トランスデューサと関連付けることもある。その代りに、１つまたは数個の位置センサをカテーテル上で離れた位置に配置する。音響測定に関連して位置センサを用いることによって、再構成した三次元体腔面形状を空間に配置かつ指向することができる。それはまた、再構成の精度を向上させるため、カテーテルを移動させる間に多くの測定を心臓内の異なる位置で行うことも可能とする。
【００２８】
好ましくは、位置センサは電磁波を発射または受信することによって位置および方位座標を決定する１つまたはそれ以上の小型のコイルから構成する。これらのコイルは、たとえばここに参考までに取り入れた上述のＰＣＴ特許公報の国際公開第ＷＯ  ９６／０５７６８号または米国特許第５，３９１，１９９号に記載されているように、電磁波を発信かつ受信することによって位置および方位座標を決定するために使用される。その代りに、カテーテル上の音響トランスデューサはまた、体外の固定位置に存在する複数の音響トランスデューサから発射した音波を受信することによって、あるいはこれらの外部のトランスデューサに音波を発射することによって、位置センサとして作用する。これらの音波の飛行時間は、カテーテルの位置および方位を決定するために用いる。更なる代りとして、技術が公知の他の型の位置検出系を用いることができる。
【００２９】
この発明の更に好ましい実施の形態において、カテーテルは音響トランスデューサに加えて複数の電極を備え、心臓を幾何学的にマッピングするばかりでなく電気的にマッピングするためにも用いる。電気的なマッピングは一連の非接触電極を用いて急速に実行するのが好ましく、米国特許出願第０９／５９８８６２号に記載されているように行うのが最も好ましい。この出願は「心臓内電気活動の急速マッピング（Rapid Mapping of Electrical Activity in the Heart）」という名称で２０００年６月２１日（出願人一覧番号ＢＩＯ９７ＵＳ）に出願され、この特許出願の譲受人に譲渡されていて、ここに参考までに取り入れる。電気的および幾何学的マップは、心臓の機械的および電気的特性の統合図を提供するために記録される。
【００３０】
この発明の好ましい実施の形態には、カテーテル上のトランスデューサで受信した音波の他の特徴を、更なる幾何学的および診断用の情報を提供するために分析するものもある。たとえば、このような実施の形態の１つでは、処理回路が反射波を分析し、心内膜面および心外膜面の双方の反射を確認する。このように、両面を同時に再構成し、心臓の壁の厚さをマッピングすることができる。
【００３１】
その他の実施の形態において、処理回路は反射波の飛行時間ばかりでなく周波数も分析してドップラー偏移を検出する。ドップラー測定は心臓の壁の速度を決定するとともに心臓の壁をマッピングするために用いる。このように、この方法は心臓の壁の向かい合う区分、または相互に直交する区分の相対速度を同時に測定できるようにする。これとは対照的に、技術が公知のエコー・ドップラー測定方法は体外に存在するプローブを使用しているので、所定の時間における心臓の一側面のみの壁の速度を測定している。
【００３２】
好ましい実施の形態が、心室をマッピングするための心臓カテーテルに関してここに説明するとしても、この発明を他に応用できることは当業者であれば明らかであろう。これらの応用には、冠状動脈または胃腸系などの他の体腔のマッピングおよび幾何学的再構成が含まれるが、それに限定されるものではない。
【００３３】
したがって、この発明の好ましい実施の形態は、患者の体内の体腔面をマッピングする装置を提供する。この装置は、縦の軸線を有するとともに体腔への挿入に適合された末端部を含む細長いプローブ、このプローブの末端部に在ってプローブが体腔内に在る間に音波を発射するように適合された一次音響トランスデューサ、および、プローブの末端部に軸線に沿って分配され、体腔面で反射した音波を受信し、その受信した音波に応じて音波の飛行時間を示す電気信号を生成するように適合された複数の二次音響トランスデューサを包含している。
【００３４】
好ましくは、この装置は患者の心室をマッピングする装置を包含し、プローブは心臓内カテーテルを包含している。
【００３５】
好ましい実施の形態において、一次音響トランスデューサはフェーズドアレー超音波トランスデューサを包含している。その代りに、一次音響トランスデューサは非フェーズドアレー動作用にのみ配列された超音波トランスデューサを包含している。さらに、その代りまたはそれに追加して、二次音響トランスデューサは非フェーズドアレー動作用にのみ配列された超音波トランスデューサを包含している。
【００３６】
好ましくは、プローブは少なくとも１つの位置センサを包含し、その位置センサは体内におけるプローブの位置座標を示す位置信号を生成するように適合されている。なるべくは、装置は二次音響トランスデューサが生成した電気信号を位置信号に応じて処理し、体腔面の三次元形状を飛行時間と位置信号に基づいて再構成するように適合された制御回路を更に包含している。典型的に、位置センサはコイルを包含し、位置信号は外部付加の磁界によってコイル内に誘導される電流を包含している。
【００３７】
その上またはその代りに、少なくとも１つの位置センサは複数の位置センサを包含している。なるべくは、複数の位置センサのうちの１つは二次音響トランスデューサの第一の部分集合の近くでプローブに配置され、複数の位置センサのうちのもう１つは二次音響トランスデューサの第２の部分集合の近くでプローブに配置されている。なるべくは、装置は二次音響トランスデューサが生成した電気信号を、第１の位置センサおよび第２の位置センサが生成した位置信号に応じて処理し、体腔面の三次元形状を飛行時間と位置信号に基づいて再構成するように適合された制御回路を包含している。
【００３８】
好ましくは、装置は二次音響トランスデューサが生成した電気信号を受信かつ処理し、体腔面の三次元形状を飛行時間に基づいて再構成するように適合された制御回路を包含している。制御回路は、飛行時間に応じて二次音響トランスデューサから体腔面上の個々の点までの距離を決定し、その決定した距離を組み合わせて形状を再構成するように適合させるのが最も好ましい。その上またはその代りに、制御回路は体腔面で一度反射した音波に応じて発生した信号と多反射した音波に応じて発生した信号とを区別し、多反射した音波に応じた信号を拒否する働きをするようになっている。さらにその上またはその代りに、装置は二次音響トランスデューサで受信した音波のスペクトル偏移を検出し、面の運動速度をスペクトル偏移に応じて決定するように適合されている。
【００３９】
典型的に、装置は制御回路で駆動されて三次元形状の画像を表示するディスプレイを包含している。
【００４０】
好ましい実施の形態において、一次音響トランスデューサは体腔内の複数の配置からそれぞれ複数の連続音波を発射するように適合されている。そこでは、二次音響トランスデューサは体腔面で反射した後の連続音波を受信し、その受信した連続音波に応じて、連続音波の飛行時間を示す電気信号を生成するように適合されている。そして、制御回路は体腔面の三次元形状を連続音波の飛行時間に基づいて再構成するように適合されている。むしろ、一次音響トランスデューサは装置の使用者によって複数の配置の端から端まで動かされるように適合されている。
【００４１】
典型的に、体腔は壁を有し、その体腔面は壁の内面と壁の外面を包含している。そして、制御回路は内面で反射した音波に応じて発生した信号と外面で反射した音波に応じて発生した信号とを区別するように適合されている。むしろ、制御回路は内面で反射した音波と外面で反射した音波によって発生した信号に応じて壁の厚さを決定する働きをするようになっている。
【００４２】
好ましい実施の形態において、装置はプローブの末端に配置した１つまたはそれ以上の電極を包含し、この電極は体腔内の電気活動に応じて信号を制御回路に送るように適合されている。そこでは制御回路が、電極からの信号に応じて、電気活動の指示を体腔面の三次元形状に重ねるように適合されている。なるべくは、電気活動の指示は体腔面における電位マップを包含し、その電位マップは体腔面の三次元形状と共に記録されるようになっている。
【００４３】
その他の実施の形態において、装置は体外に複数の基準トランスデューサを備え、そのトランスデューサは音波を体内に発射するように適合されている。その結果、音波はプローブ上の二次音響トランスデューサが受信し、二次音響トランスデューサは基準信号を発生するようになっている。そこでは、制御回路が基準信号を処理してプローブの位置座標を決定するように適合されている。なるべくは、回路は決定した位置座標に応じて体内の三次元形状の一位置を画定するように適合されている。
【００４４】
好ましい実施の形態において、装置はプローブの末端に配置した１つまたはそれ以上の電極を備え、これらの電極は体腔内の電気活動を検出するように適合されている。なるべくは、１つまたはそれ以上の電極は、体腔面で変化する電位を検出するように適合されている。そこでは、１つまたはそれ以上の電極が一連の非接触電極を包含し、これらの非接触電極は体腔面で変化する電位を実質的に体腔面と接触することなく検出するように適合されている。
【００４５】
この発明の好ましい実施の形態は、患者の体内の体腔面をマッピングする方法も提供する。この方法は、縦の軸線を有するプローブを体腔内に挿入すること、プローブ上の主点から体腔内に音波を発射すること、体腔面で反射した後の音波をプローブの軸線に沿って配分した複数の副点のそれぞれで受信すること、受信した音波を分析して音波の飛行時間を決定すること、および決定した飛行時間に基づいて体腔面の三次元形状を再構成することを包含している。
【００４６】
好ましくは、音波を発射かつ受信することが、プローブを体腔内の一位置にほぼ静止状態に保持している間に音波を発射かつ受信することを包含している。そして、三次元形状を再構成することが、一位置で受信した音波のみに実質的に基づいてその形状を再構成することを包含している。
【００４７】
好ましくは、その方法が体内のプローブの位置座標を決定することを包含し、三次元形状を再構成することが、座標に応じて形状を決定することを包含している。形状を再構成することが、座標を用いて体内形状の位置を画定することを包含しているのが更に好ましい。音波を発射かつ受信することが、体腔内におけるプローブの複数の異なる位置で音波を発射かつ受信することを包含しているのが最も好ましい。そして、形状を再構成することが、異なる位置で決定したプローブの座標を用い、異なる位置で受信した音波に基づいて形状を再構成することを包含しているのも最も好ましい。
【００４８】
その上またはその代りに、位置座標を決定することが、体外の基準点とプローブ上の点との間の基準音波を発射かつ受信すること、および受信した基準音波を分析して基準点とプローブ上の点との間の距離を算出することによって位置座標を決定することを包含している。
【００４９】
好ましくは、形状を再構成することが、副点からその副点とほぼ対向する体腔面上の対応点までの距離を飛行時間に応じて決定すること、および決定した位置を組み合わせて形状を再構成することを包含している。距離を決定することが、体腔面で１回反射した後に副点で受信した音波と多反射した後に受信した音波とを区別すること、および多反射した後に受信した音波を拒否することを包含しているのが最も好ましい。
【００５０】
典型的に、体腔は壁を有し、体腔面は壁の内面および壁の外面を包含している。そして、距離を決定することが、内面で反射した後に副点で受信した音波と外面で反射した後に受信した音波とを区別することを包含している。なるべくは、形状を再構成することが、内面で反射した後に受信した音波の飛行時間と外面で反射した後に受信した音波の飛行時間とを比較することによって壁の厚さを決定することを包含している。
【００５１】
好ましい実施の形態において、その方法は、受信した音波を分析してそのスペクトル偏移を検出し、体腔面の運動速度をスペクトル偏移に応じて決定することを包含している。なるべくは、形状を再構成することが、体腔面の異なる領域の運動速度を指示する体腔マップを生成することを包含している。
【００５２】
その他の好ましい実施の形態において、その方法は体腔内の電気活動をプローブ上の電気センサを用いて検出することを包含している。なるべくは、電気活動を検出することが、体腔面で変化する電位を、プローブ上の電気センサと体腔面とを実質的に接触させずに検出することを包含している。その上またはその代りに、形状を再構成することが、再構成した体腔面の三次元形状に電気活動の指示を重ねることを包含している。なるべくは、電気活動の指示を重ねることが、体腔面の電位マップを生成すること、およびその電位マップを体腔面の三次元形状と共に記録することを包含している。
【００５３】
この発明は、次に図面と共に詳細に説明する好ましい実施の形態から十分に理解されるであろう。
【００５４】
【発明の実施の形態】
図１は、患者２６の心臓２４を三次元幾何学形状にマッピングするためのこの発明の好ましい実施の形態によるマッピング装置２０の略絵画図である。マッピング装置２０は細長いプローブ、なるべくはカテーテル３０を備えており、このカテーテル３０は使用者２２によって患者２６の静脈または動脈から心室に挿入されるようになっている。
【００５５】
図２は、心臓２４に挿入されるカテーテル３０の末端部を示す略絵画図である。カテーテル３０は一次超音波トランスデューサ４７および二次超音波トランスデューサ４６列を備え、二次超音波トランスデューサ４６列はカテーテル３０の外面に配置してある。これらの二次超音波トランスデューサ４６は、５個乃至２０個をそれぞれ約０．５ｍｍの大きさとし、カテーテル３０の末端４４の近くにカテーテル３０の長手方向に沿って配置するのが好ましい。典型的に、二次超音波トランスデューサ４６はカテーテル３０に沿って相互に数ｃｍまでの間隔をあけて配置してある。任意であるが、カテーテル３０は後述するような電極や、技術が公知のその他の診断および治療上の特徴（図示せず）を備えることができる。
【００５６】
カテーテル３０は少なくとも１つの位置センサ４０を備えているのが好ましく、それを末端４４の近傍に配置するのが最も好ましい。複数の位置センサ４０はカテーテル３０の内部、なるべくは二次超音波トランスデューサ４６列の基部の近傍に配置してある。その代りに、各位置センサ４０は単一の二次超音波トランスデューサ４６の近傍または一連の二次超音波トランスデューサ４６の近傍に存在している。位置センサ４０は電磁センサで構成し、カテーテル３０の内部に適切な方法、例えばポリウレタン接着剤などを使用して取り付けるのが好ましい。位置センサ４０は電磁センサ・ケーブル（図示せず）に電気的に接続してあり、このケーブルはカテーテル３０の本体部を通ってカテーテル３０の制御ハンドルに延びている。電磁センサ・ケーブルは、プラスチック製の保護シースで包んだ多数の電線で構成してある。望みであれば、カテーテル３０の本体部内において、電磁センサ・ケーブルは超音波トランスデューサのリード線と一緒に保護シースの内部に包むことができる。制御ハンドル内において、電磁センサ・ケーブルの電線は回路基板（図示せず）に接続してあり、この回路基板は電磁センサから受信した信号を増幅し、コンソール３４（図１）に収容してあるコンピュータにその信号をそのコンピュータに対応する形で送信するようになっている。また、カテーテル３０は専ら単体で使用するように設計してあるので、回路基板はカテーテル３０の使用後に回路基板を遮断するＥＰＲＯＭチップを備えているのが好ましい。これにより、カテーテル３０または少なくとも電磁センサを二度使用するのを防止するようになっている。
【００５７】
適切な電磁センサは、たとえば米国特許第５，３９１，１９９号に記載されており、この米国特許はここに参考として取り入れてある。好ましい電磁マッピングセンサは、バイオセンス（Biosense）社（イスラエルのティラト・ハカルメル（Tirat Hacarmel）によって製造され、商標名ノガ（NOGA）の下で市販されている。
【００５８】
電磁センサを使用するためには患者を磁界内に位置付ける。この磁界は、たとえば、磁界を生成するための磁界生成コイル２８（図１）を含むパッドを患者の下に配置することによって生成する。基準の電磁センサ（図示せず）は患者に対して固定、たとえば、患者の背中にテープでくくり、位置センサ４０を備えたカテーテル３０を患者の心臓２４内に進めるのが好ましい。位置センサは典型的に、磁界内で弱い電気信号を生成して磁界内での信号の位置を示す３つの小さなコイル（好ましくは互に直交するコイル）から成る。固定した基準の電磁センサおよび心臓２４内の位置センサ４０の双方によって発生した信号を、増幅してコンソール３４に送り、これによって信号を分析してモニタ３６に表示する。この方法は、基準の電磁センサに対するカテーテル３０内の位置センサ４０の精密な位置を突き止め、目に見えるように表示する。それらの位置センサ４０は、心筋の収縮によって生じるカテーテル３０の変位も検出することができる。
【００５９】
カテーテル３０およびマッピング装置２０の特徴の幾つかは、バイオセンス（Biosense）・ウェブスター（Webster）社によって市販されているノガ・スター（NOGA-STAR）カテーテル、およびバイオセンス・ウェブスター社によって市販されている上述のバイオセンス・ノガ装置によって実施する。カテーテル３０およびマッピング装置２０の設計の更なる特徴は、全体的に米国特許出願第０９／５０６，７６６号に記載されており、この特許出願は本特許出願の譲受人に譲渡され、ここに参考までに取り入れる。しかし、カテーテル３０の詳細な設計と、そのカテーテル３０およびマッピング装置２０を使用して実施する幾何学的および電気的なマッピング機能は、後述するように本発明にとって独特である。
【００６０】
前述したように、位置センサ４０は、上記ＰＣＴ特許公報の国際公開第ＷＯ  ９６／０５７６８号に記載されているもののように、３つの非同軸コイルで構成するのが好ましい。非同軸コイルは磁界生成コイル２８が発生した磁界を検出し、この磁界生成コイル２８は駆動回路３２（図１）によって駆動する。その代り、位置センサ４０は磁界生成コイル２８が検出する磁界を生成することもできる。このようにマッピング装置２０は、位置センサ４０に対する六次元の位置および方位の情報を連続して生成する。代りに、位置センサ４０（およびカテーテル３０内に任意に追加した位置センサ）は、磁界生成コイル２８と十分に連係する唯一のコイルで構成し、三次元の位置情報および二次元の方位情報を生成することもできる。方位の第３の次元（典型的にはカテーテル３０の軸線まわりの回転）は、必要であれば、カテーテル３０内に互に間隔をあけて配置した２つの位置センサ４０の座標の比較から、および／またはカテーテル３０自体に属する機械的情報、たとえばカテーテル３０の曲げモーメントから推測することができる。
【００６１】
更なる代りとして、位置センサ４０は、たとえばここに参考までに取り入れる米国特許第５，３９１，１９９号、または同第５，４４３，４８９号、またはＰＣＴ特許公報の国際公開第ＷＯ  ９４／０４９３８号に記載されている別のタイプの位置および／または座標センサ、あるいは技術が公知で実質的に異なる適当なタイプの位置／座標検出装置で構成することができる。更なる代りまたは追加として、カテーテル３０は、蛍光透視鏡と共用する放射線不透過性の印など、位置を体の外部から決定する１つまたはそれ以上の印が付けられる。
【００６２】
上記したように、カテーテル３０はコンソール３４に接続してあり、これにより使用者はカテーテル３０の機能を観察かつ調整することができる。コンソール３４はプロセッサ、なるべくは適切な信号処理回路を備えたコンピュータを備えている（処理回路は典型的にコンピュータのハウジングの内部に含めてある）。プロセッサはドライブ・モニタ３６に接続してある。信号処理回路は、一次超音波トランスデューサ４７が超音波パルスを発射するようにする駆動信号を典型的に生成する。信号処理回路は更に、位置センサ４０、二次超音波トランスデューサ４６、および任意の一次超音波トランスデューサ４７が発生した信号を含むカテーテル３０からの信号を増幅、濾過、そしてデジタル化する。デジタル化した信号はコンソール３４で受信し、カテーテル３０の位置および方位を算出するとともに心臓２４内の音波の飛行時間を得るために利用する。この分析から引き出した情報は、心臓２４の膜面の三次元幾何マップ３８を再構成するために利用する。
【００６３】
典型的に、マッピング装置２０は他の要素を含むが、これらの要素は簡略化のために図示しない。これらの要素の幾つかは、たとえば、この特許出願の譲受人に譲渡されている米国特許出願第０９／１２２，１３７号に記載されており、その米国特許の開示事項は参考までにここに取り入れる。たとえば、マッピング装置２０には心電図モニタを含めることができ、このモニタは１つまたはそれ以上の体面電極から信号を受信して心電図の同期信号をコンソール３４に与えるように接続する。上記したように、マッピング装置２０はまた、基準の位置センサを、患者の体の外部に取り付けてある外部付加の基準片、あるいは心臓２４内に挿入して心臓２４に対して固定位置に保持してある内部配置のカテーテルのどちらかに典型的に備えている。カテーテル３０の位置を基準カテーテルの位置と比較することにより、カテーテル３０の座標が心臓２４の動きに関係なく、心臓２４に対して正確に決定される。その代り、心臓２４の動きを平衡させるため、他の適当などんな方法でも利用することができる。
【００６４】
図３は心臓２４の略断面図であり、この発明の好ましい実施の形態に従って心臓２４の左心室５０に大動脈を通して挿入したカテーテル３０の末端部を示している。一次超音波トランスデューサ４７はコンソール３４によって駆動され、心内膜５２に向けて超音波を発射する。二次超音波トランスデューサ４６は、心内膜５２で反射した超音波を受信して電気信号を生成し、処理および分析のためにコンソール３４に送る。超音波測定中に、カテーテル３０の端部４４またはその他の部分が心内膜５２に接触する必要はない。
【００６５】
さて、図４および図５を参照すると、これらの図はこの発明の好ましい実施の形態に従って心室５０を三次元的に幾何マッピングして再構成する方法を略図で示している。図４は心室５０内のカテーテル３０の詳細を示し、幾つかの超音波トランスデューサ４６は以下の記載のために４６ａ，４６ｂ，４６ｃおよび４６ｄと名付けてある。（簡略化のため、残りの超音波トランスデューサ４６は図示していない。）図５は方法のステップを詳細に述べるフローチャートである。この方法は左心室５０のマッピングに関して説明するが、心臓２４の他室のマッピングばかりでなく、他の体腔のマッピングにも同様に適用できることは分かるであろう。
【００６６】
位置付けステップ６０において、使用者２２はカテーテル３０を心室５０に挿入するかそこへ移動させ、所望の位置および方位に位置付ける。上述したように、二次超音波トランスデューサ４６および／または心臓２４内におけるカテーテル３０の末端４４の位置および方位の座標を決定するためには、２つ以上の位置センサ４０を使用するのが好ましい。しかし、その代りに位置の検出を省略し、特定の絶対位置を参照することなく心内膜５２を幾何学的に再構成してもよい。このように位置と無関係に再構成することは、心臓２４が測定中に静止していると見做すことのできるような十分短い周期内、すなわち、１回の心臓の鼓動よりも相当短い時間間隔で必要な全ての信号を二次超音波トランスデューサ４６で集める限り可能である。このような迅速な測定は、以下に詳細に説明するように、マッピング装置２０を使用することによって実行可能となる。
【００６７】
トランスデューサ発射ステップ６２では、カテーテル３０上の一次超音波トランスデューサ４７をコンソール３４からの信号によって動作させる。この動作によって、一次超音波トランスデューサ４７が超音波パルスを好ましくは約５ＭＨｚ乃至９ＭＨｚの周波数および約１μｓの持続時間で発射する。発射する超音波は狭い発散角度を有するビームとするのが好ましい。発散角度は２０°よりも小さいのが好ましく、約３°が最も好ましい。そのビームは、心室５０内のカテーテル３０の配置によって決まる心内膜５２上の位置で、典型的に直径が心内膜５２上で約４ｍｍとなる領域に当たる。心内膜５２上のビームの大きさは、心内膜５２から一次超音波トランスデューサ４７への距離によって決まる。この距離は、心臓２４の容積しだいであるが、典型的には約２ｃｍ乃至３ｃｍとなるであろう。
【００６８】
超音波トランスデューサ４７が発射した超音波は心内膜５２の内面で跳ね返り、最初に心内膜５２上の目標位置に典型的に最も近い二次超音波トランスデューサ４６ａ，４６ｂ，４６ｃに反射して戻り、その後にカテーテル３０上の二次超音波トランスデューサ４６ｄおよび他の二次超音波トランスデューサ４６に反射して戻る。その反射が拡散成分および反射成分の双方を包含していると仮定すると、反射エネルギは主に幾つかの二次超音波トランスデューサ４６のみに集中する。二次超音波トランスデューサ４６はこれらの反射波を反射波受信ステップ６４において受信し、コンソール３４で処理する電気信号を生成する。コンソール３４は、二次超音波トランスデューサ４６のそれぞれが受信した反射波の飛行時間を、電気信号の到着時刻と一次超音波トランスデューサ４７の起動時刻を比較することによって算出する。この飛行時間は、一次超音波トランスデューサ４７から心内膜５２まで横断して二次超音波トランスデューサ４６まで戻る経路の長さに比例する。このように飛行時間の情報から決まる経路の長さは、上述したように心室５０の幾何学形状を再構成するために用いる。典型的な心臓２４の大きさに基づけば、飛行時間は概ね５０μｓよりも少ない。
【００６９】
一次超音波トランスデューサ４７が発射した超音波は心内膜５２、すなわち心室５０の内面で最も強く反射する。しかし、心室５０の心外膜からの反射や心室５０に近接する他の構造からの反射も存在する。したがって、ステップ６４で飛行時間を決定するために、なるべくならコンソール３４は二次超音波トランスデューサ４６が生成した信号の中の最初の強いピークの到着時刻を、反射波を受信したら直ぐに二次超音波トランスデューサ４６毎に測定する。このピークは心内膜５２からの反射に対応する。任意であるが、コンソール３４は、典型的に心外膜からの反射に対応する各信号の中の二番目のピークの到着時刻を検出かつ測定することもできる。最初と二番目のピークの到着時刻の差は、心臓の壁の局部的厚さの量となる。
【００７０】
更なる任意事項として、コンソール３４は二次超音波トランスデューサ４６における反射波の到着時刻を決定するばかりでなく、反射波の周波数スペクトルを公知の技術で算出する。超音波が心内膜５２に当たるときに、心臓の壁が何れか１つの二次超音波トランスデューサ４６の方へ動くかそれから離れる場合には、反射波はドップラー偏移の影響を受ける。したがって、周波数スペクトルはカテーテル３０に対する心臓の壁の速度を示す。心臓の壁の速度を測定するためには、コンソール３４がスペクトル情報を飛行時間から得た距離情報と連係して分析するのが好ましい。
【００７１】
心室５０内での多反射は、たとえば図４に示すように、一次超音波トランスデューサ４７から二次超音波トランスデューサ４６ｄまで２段跳ね返り経路によっても発生する。したがって、これらの超音波トランスデューサ４６ｄで受信した反射波についてこの場合に測定した経路の長さは、心室５０に関して紛らわしい幾何学的情報をもたらすので、無視する必要がある。多段跳ね返り信号による紛らわしさを回避するため、コンソール３４は多反射濾過ステップ６６において、二次超音波トランスデューサ４６ｄから受信した信号を拒否する。この種の信号は、一次超音波トランスデューサ４７から他の何れかの二次超音波トランスデューサ４６までの最大飛行時間を設定し、この最大値を超えた測定値を捨てることによって見つけ出すのが好ましい。その代りまたはそれに追加して、少数の二次超音波トランスデューサ４６で受信した超音波パルスだけを処理する。たとえば、超音波パルスを受信する最初の３個または最初の６個の二次超音波トランスデューサ４６のデータを分析し、残りのデータは処理しない。
【００７２】
好ましい実施の形態において、一次超音波トランスデューサ４７はフェーズドアレー超音波トランスデューサから成り、ステップ６２は一次超音波トランスデューサ４７から心内膜５２内の一連の位置にパルスを発射することを含む。このように、二次超音波トランスデューサ４６のそれぞれから心内膜５２の全体またはかなりの部分に分布する多数の点までの距離を、好ましくは心臓の１回の鼓動よりも相当短い時間内で測定できる。しかし、二次超音波トランスデューサ４６はフェーズドアレー超音波トランスデューサで構成しないほうが好ましい。
【００７３】
形状再構成ステップ６８において、コンソール３４は測定飛行時間から抽出した距離データを組み合わせ、心内膜５２の三次元幾何マップを漸増的に作り上げる。一次超音波トランスデューサ４７がフェーズドアレー超音波トランスデューサを包含しない実施の形態では、（たとえばカテーテル再移動ステップ７０における）カテーテル３０の一様でないあるいは計画された動きによって、典型的に一次超音波トランスデューサ４７から発射したパルスが、心室５０の形状の再構成を十分可能とするように心内膜壁上の代表的な部分集合点で反射して離れる。この場合には（任意であるがフェーズドアレー超音波トランスデューサの場合にも）、心内膜面の個々の位置の絶対座標の決定を容易にするため、図示するように１つまたはそれ以上の位置センサ４０を用いるのが好ましい。
【００７４】
好ましくは、いろいろな量の点を三次元空間に配置し、その点に面を合わせてマップ３８を生成する。その再構成は、欧州特許出願第０９７４９３６号または上記米国特許出願第０９／１２２，１３７号に記載されている方法を用いて実施するのが一層好ましい。その代り、技術が公知となっている他の幾何学的再構成方法を用いてもよい。
【００７５】
一次超音波トランスデューサ４７がフェーズドアレー超音波トランスデューサから成る実施の形態の場合には、心室５０の心内膜５２のほぼ完全な再構成をカテーテル３０の運動に応じて典型的に生成するので、カテーテル３０に位置センサ４０を含める必要がない。この場合に、心内膜５２上の点の座標は、カテーテル３０の（未知の）位置によって恣意的に決定される座標系で算出する。しかし、フェーズドアレー超音波トランスデューサを使用するかどうかに関係なく、二次超音波トランスデューサ４６の位置を位置センサ４０で決定すれば、再移動ステップ７０でカテーテル３０の位置を動かすこと、およびステップ６０乃至ステップ６８を繰り返すことによって、再構成の精度を向上させることができる。このステップで算出した心内膜面上の追加位置は、前記反復で生成したマップ３８を改善かつ訂正するために使用するのが好ましい。カテーテル３０の多数の異なる位置における測定量は、このようにして実施かつ結合することができる。
【００７６】
コンソール３４が飛行時間の算出と連係してそれ以外の情報を集めるので、この情報もマップ３８に示すのが好ましい。たとえば、マップ３８が心内膜面および心外膜面の双方を示してもよく、心臓２４を通る所望の平面内の断面図で壁の厚さが見えるように任意に示すのが好ましい。ドップラー測定を行う場合には、マップ３８は壁の速度を位置の関数として、たとえば色分けで示すのが好ましい。速度情報は、心臓２４の収縮強度または効率の程度を計算するために用いることができる。幾何マップ３８は後述するように電気情報も表示できる。
【００７７】
図６はこの発明のもう一つの好ましい実施の形態による心臓２４の幾何マッピング装置７５の略絵画図である。マッピング装置７５は、心臓２４内でカテーテル３０の位置を決定する方式を除いて、図１に図示かつ上述したマッピング装置２０と実質的に同様である。カテーテル３０内の位置センサ４０を使用して位置を磁気的に決定する代りに、マッピング装置７５はカテーテル３０上の超音波トランスデューサ４６および／または４７をカテーテル３０の位置を超音波で決定するために用いている。
【００７８】
このため、概して球状または半球状であるのが好ましい幾つかの超音波トランスデューサ７８を患者２６の体の外部に配置し、心臓２４の近傍を超音波で照射する。この実施の形態では、超音波トランスデューサ７８を患者２６の背中に配置する。超音波トランスデューサ７８は、超音波ドライバ７６によって順次に駆動して超音波を発射するのが好ましい。超音波をカテーテル３０上の超音波トランスデューサ４６および／または４７によって受信し、超音波の飛行時間を測定し、カテーテル３０上の選択点と超音波トランスデューサ４６および／または４７の既知位置との間の距離を決定する。（その代りに、超音波トランスデューサ４６および／または４７が信号を発信し、超音波トランスデューサ７８の代りに体の外部に固定した受信器によって検波することができる。）距離は心臓２４内のカテーテル３０の位置座標を算出するために三角形に分けられる。
【００７９】
このように、図６の実施の形態では、超音波トランスデューサ４６および／または４７が位置センサおよびマッピング検波器の双方の働きをする。この結果、マッピング装置７５のコストがマッピング装置２０よりも概して低くなる。磁気による位置検出が超音波による位置検出よりも典型的に正確であっても、カテーテル３０と心臓２４の相対位置のみを決定することが典型的に必要であって絶対位置を決定することは必要ないので、この実施の形態の超音波位置検出方式はマッピング装置の殆どの応用に適格する。
【００８０】
図７はこの発明の更に異なる好ましい実施の形態によるマッピング装置２０またはマッピング装置７５用のカテーテル８０の略絵画図である。カテーテル８０はカテーテル３０に大部分類似しているが、以上詳細に説明した幾何マッピング機能と関連して電気生理学的な測定を行うようにも適合させてある。このため、カテーテル８０は超音波トランスデューサ４６に加えて、カテーテル８０の末端４４の近くに配置した非接触電極８２の列を備えている。これらの電極８２は心内膜５２を急速に電気マッピングするために使用するのが好ましく、「心臓内電気活動の急速マッピング（Rapid Mapping of Electrical Activity in the Heart）」という名称の上記米国特許出願に記載されているように使用するのが最も好ましい。その代りまたはそれに加えて、カテーテル８０は１つまたはそれ以上の接触電極８８を備えることができる。全ての非接触電極８２の位置を正確に決定できるように、位置センサ８４を加えるのが好ましい。
【００８１】
作動時に、コンソール３４は二次超音波トランスデューサ４６からの音響信号と非接触電極８２からの電気信号との双方を受信し、その音響信号を上述したように心室５０の三次元幾何形状を再構成するために用いる。コンソール３４はこの幾何学的情報を電気信号と共に用い、心室５０の心内膜５２における電位の三次元マップを生成する。この電気マップは輪郭線または色分けの形で幾何マップ３８に重ね、たとえば電気的かつ機械的に統合した心室５０の絵を提供するのが好ましい。
【００８２】
二次超音波トランスデューサ４６および非接触電極８２を用いた音響学的および電気的な急速マッピングは、特定点における精度を向上させるための接触測定で補うことができる。たとえば、カテーテル８０の末端４４の任意の電極８８を心内膜５２上の点に接触させ、これらの点の電位を測定することができる。他方、位置センサ４０は電極８８の位置座標を正確に表示する。このように集めたデータの追加点はマップ３８に記録するのが好ましい。その代りに、たとえばマッピングの初期段階で検出した不整脈を処置するため、電極８８は心内膜面の領域を除去するように駆動することができる。技術が公知の他の治療方法も、この発明のこれらの実施の形態によって提供したマッピングおよび再構成機能と関連させて、適切な設計のカテーテルによって行うことができる。
【００８３】
心臓２４の室をマッピングするための心臓カテーテル３０，７５に関して好ましい実施の形態を説明してきたが、この発明の原則を他に応用できることは当業者であれば直ぐに分かるであろう。これらの応用には、冠状動脈または胃腸系などの他の体腔のマッピングおよび幾何学的再構成が含まれるが、それに限定されるものではない。
【００８４】
このように、上述の好ましい実施の形態は例として引用し、この発明が特に今まで図示および説明してきたものに限定されるものでないことは分かるであろう。どちらかといえば、この発明の範囲には上述した種々の特徴の変更や修正ばかりでなくそれらのコンビネーションやサブコンビネーションの双方が含まれる。それらの変更や修正は当業者が上記記載を読めば直ぐに思い浮かび、従来の技術には開示されていないものである。
【００８５】
本発明の具体的な実施態様は以下の通りである。
（Ａ）  患者の体内の体腔面をマッピングする装置であって、
縦の軸線を有すると共に体腔に挿入するように構成された末端部を有する細長いプローブ、
プローブの末端部の一次音響トランスデューサであって、プローブが体腔内に在る間に音波を発射するように構成された一次音響トランスデューサ、
プローブの末端部の軸線に沿って配分された複数の二次音響トランスデューサであって、体腔面で反射した後の音波を受信し、この受信した音波に応じて音波の飛行時間を示す電気信号を生成するように構成された二次音響トランスデューサ、及び
二次音響トランスデューサによって生成された電気信号を受信かつ処理し、体腔面の三次元形状を飛行時間に基づいて再構成するように構成された制御回路を含み、
この制御回路が、体腔面で１回反射した音波に応じて生成された信号と複数回反射した音波に応じて生成された信号とを区別し、複数回反射した音波による信号を拒否する働きをするように構成された、装置。
（１）装置が患者の心室をマッピングする装置を包含し、プローブが心臓内カテーテルを包含している実施態様（Ａ）に記載の装置。
（２）一次音響トランスデューサが、フェーズドアレー超音波トランスデューサを包含している実施態様（Ａ）に記載の装置。
（３）一次音響トランスデューサが、非フェーズドアレー動作用にのみ設計された超音波トランスデューサを包含している実施態様（Ａ）に記載の装置。
（４）二次音響トランスデューサが、非フェーズドアレー動作用にのみ設計された超音波トランスデューサを包含している実施態様（Ａ）に記載の装置。
（５）プローブが少なくとも１つの位置センサを包含し、この位置センサが体内におけるプローブの位置座標を示す位置信号を生成するように適合されている実施態様（Ａ）に記載の装置。
【００８６】
（６）制御回路を包含し、この制御回路が二次音響トランスデューサで生成された電気信号を位置信号に応じて処理し、体腔面の三次元形状を飛行時間および位置信号に基づいて再構成するように適合されている実施態様（５）に記載の装置。
（７）位置センサがコイルを包含し、位置信号が外部付加の磁界によってコイルに誘導された電流を包含している実施態様（５）に記載の装置。
（８）少なくとも１つの位置センサが複数の位置センサを包含している実施態様（５）に記載の装置。
（９）複数の位置センサのうちの１つが二次音響トランスデューサの第１の部分集合の近傍でプローブに設けられ、複数の位置センサのうちの別の１つが二次音響トランスデューサの第２の部分集合の近傍でプローブに設けられ、そして装置が制御回路を包含し、この制御回路が二次音響トランスデューサによって生成された電気信号を第１の位置センサおよび第２の位置センサによって生成された位置信号に応じて処理し、体腔面の三次元形状を飛行時間および位置信号に基づいて再構成するように適合されている実施態様（８）に記載の装置。
（１０）制御回路を包含し、この制御回路が二次音響トランスデューサによって生成された電気信号を受信かつ処理し、体腔面の三次元形状を飛行時間に基づいて再構成するように適合されている実施態様（Ａ）に記載の装置。
【００８７】
（１１）飛行時間に応じて、制御回路が二次音響トランスデューサから体腔面上の個々の点までの距離を決定し、決定した距離を組み合わせて形状を再構成するように適合されている実施態様（１０）に記載の装置。
（１２）制御回路が、体腔面で１回反射した音波に応じて生成された信号と多反射した音波に応じて生成された信号とを区別し、多反射した音波による信号を拒否する働きをするようになっている実施態様（１０）に記載の装置。
（１３）制御回路が、二次音響トランスデューサによって受信された音波のスペクトル偏移を検出し、体腔面の運動速度をスペクトル偏移に応じて決定するように適合されている実施態様（１０）に記載の装置。
（１４）制御回路によって駆動されて三次元形状の画像を表示するディスプレイを包含している実施態様（１０）に記載の装置。
（１５）一次音響トランスデューサが体腔内の複数の配列のそれぞれから複数の連続音波を発射するように適合され、二次音響トランスデューサが体腔面で反射した後の連続音波を受信し、この受信した連続音波に応じて連続音波の飛行時間を示す電気信号を生成するように適合され、そして制御回路が体腔面の三次元形状を連続音波の飛行時間に基づいて再構成するように適合されている実施態様（１０）に記載の装置。
【００８８】
（１６）一次音響トランスデューサが、装置の使用者によって複数の配列の端から端まで動かされるように適合されている実施態様（１５）に記載の装置。
（１７）体腔が壁を有し、体腔面が壁の内面と壁の外面を包含し、制御回路が、内面で反射した音波に応じて生成された信号と外面で反射した音波に応じて生成された信号とを区別するように適合されている実施態様（１０）に記載の装置。
（１８）制御回路が、内面で反射した音波と外面で反射した音波とによって生成された信号に応じて壁の厚さを決定する働きをするようになっている実施態様（１７）に記載の装置。
（１９）プローブの末端部に設けられた１つまたはそれ以上の電極を包含し、これらの電極が電気信号を体腔内の電気活動に応じて制御回路に送るように適合され、制御回路が電極からの信号に応じて電気活動の指示を体腔面の三次元形状に重ねるように適合されている実施態様（１０）に記載の装置。
（２０）電気活動の指示が体腔面における電位マップを包含し、その電位マップが体腔面の三次元形状と共に記録されるようになっている実施態様（１９）に記載の装置。
【００８９】
（２１）音波を体内に発信するように適合された複数の基準トランスデューサを体外に包含することによって、プローブ上の二次音響トランスデューサが音波を受信して電気基準信号を生成するようになり、制御回路が基準信号を処理してプローブの位置座標を決定するように適合されている実施態様（１０）に記載の装置。
（２２）決定した位置座標に応じて、制御回路が体内の三次元形状の位置を画定するように適合されている実施態様（２１）に記載の装置。
（２３）プローブの末端部に設けられた１つまたはそれ以上の電極を包含し、これらの電極が体腔内の電気活動を検出するように適合されている実施態様（Ａ）に記載の装置。
（２４）１つまたはそれ以上の電極が体腔面で変化する電位を検出するように適合されている実施態様（２３）に記載の装置。
（２５）１つまたはそれ以上の電極が一連の非接触電極を包含し、これらの電極が体腔面において変化する電位を体腔面と実質的に接触することなく検出するように適合されている実施態様（２４）に記載の装置。
【００９０】
（Ｂ）  患者の体内の体腔面をマッピングする方法であって、
縦の軸線を有するプローブを体腔に挿入するステップ、
音波を体腔内でプローブ上の第１の点から発射するステップ、
プローブの軸線に沿って配分された複数の第２の点のそれぞれで、発射音波の体腔面で反射した後の音波を受信するステップ、
受信した音波を分析して音波の飛行時間を決定するステップ、及び
決定した飛行時間に基づいて前記体腔面の三次元形状を再構成するステップ、を含み、
前記再構成するステップは、前記第２の点からこの第２の点のほぼ反対側の前記体腔面上の対応点までの距離を飛行時間に応じて決定し、これらの決定した距離を組み合わせて形状を再構成し、前記第２の点において前記体腔面での１反射後に受けた音波と複数の反射後に受けた音波とを区別し、多反射後に受けた音波を拒否することによって行う、方法。
（２６）音波を発射することが、音波をフェーズドアレー方式で発射することを包含している実施態様（Ｂ）に記載の方法。
（２７）音波を発射することが、音波を非フェーズドアレー方式で発射することを包含している実施態様（Ｂ）に記載の方法。
（２８）音波を副点で受信することが、音波を非フェーズドアレー超音波トランスデューサで受信することを包含している実施態様（Ｂ）に記載の方法。
（２９）プローブを体腔に挿入することが、心臓内カテーテルを患者の心室に挿入することを包含している実施態様（Ｂ）に記載の方法。
（３０）音波を発射かつ受信することが、プローブを体腔内の一位置に実質的に静止状態で保持している間に音波を発射かつ受信することを包含し、三次元形状を再構成することが、一位置で受信した音波のみに実質的に基づいて三次元形状を再構成することを包含している実施態様（Ｂ）に記載の方法。
【００９１】
（３１）体内のプローブの位置座標を決定することを包含し、三次元形状を再構成することが、位置座標に応じて三次元形状を再構成することを包含している実施態様（Ｂ）に記載の方法。
（３２）三次元形状を再構成することが、位置座標を用いて体内の三次元形状の位置を画定することを包含している実施態様（３１）に記載の方法。
（３３）音波を発射かつ受信することが、音波を体腔内のプローブの複数の異なる位置で発射かつ受信することを包含し、三次元形状を再構成することが、異なる位置で決定したプローブの位置座標を用いて異なる位置で受信した音波に基づいて三次元形状を再構成することを包含している実施態様（３１）に記載の方法。
（３４）位置座標を決定することが、体外の基準点とプローブ上の点との間で基準音波を発射かつ受信すること、および受信した基準音波を分析して基準点とプローブ上の点との間の距離を算出することによって位置座標を決定することを包含している実施態様（３１）に記載の方法。
（３５）位置座標を決定することが、プローブ内の位置センサを用いて位置座標を決定することを包含している実施態様（３１）に記載の方法。
【００９２】
（３６）位置座標を決定することが、外部に付加した磁界によってプローブのコイルに誘導された電流を検出することを包含している実施態様（３５）に記載の方法。
（３７）三次元形状を再構成することが、副点からこの副点と全体的に対向する体腔面上の対応点までの距離を飛行時間に応じて決定すること、および決定した距離を組み合わせて三次元形状を再構成することを包含している実施態様（Ｂ）に記載の方法。
（３８）距離を決定することが、体腔面で１回反射した後に副点で受信した音波と多反射した後に受信した音波とを区別すること、および多反射した後に受信した音波を拒否することを包含している実施態様（３７）に記載の方法。
（３９）体腔が壁を有し、体腔面が壁の内面と壁の外面を包含し、距離を決定することが、内面で反射した後に副点で受信した音波と外面で反射した後に受信した音波とを区別することを包含している実施態様（３７）に記載の方法。
（４０）三次元形状を再構成することが、内面で反射した後に受信した音波の飛行時間と外面で反射した後に受信した音波の飛行時間とを比較することによって壁の厚さを決定することを包含している実施態様（３９）に記載の方法。
【００９３】
（４１）受信した音波を分析してその中のスペクトル偏移を検出し、スペクトル偏移に応じて体腔面の運動速度を決定すること包含している実施態様（Ｂ）に記載の方法。
（４２）三次元形状を再構成することが、体腔面の異なる領域の運動速度を指示する体腔マップを生成することを包含している実施態様（４１）に記載の方法。
（４３）プローブ上の電気センサを用いて体腔内の電気活動を検出することを包含している実施態様（Ｂ）に記載の方法。
（４４）電気活動を検出することが、体腔面で変化する電位をプローブ上の電気センサと体腔面とを実質的に接触させることなく検出することを包含している実施態様（４３）に記載の方法。
（４５）三次元形状を再構成することが、再構成した体腔面の三次元形状に電気活動の指示を重ねることを包含している実施態様（４３）に記載の方法。
（４６）電気活動の指示を重ねることが、体腔面における電位マップを生成すること、およびその電位マップを体腔面の三次元形状と共に記録することを包含している実施態様（４５）に記載の方法。
【００９４】
【発明の効果】
この発明によれば、体腔に挿入するように適合されたプローブ、このプローブの末端部に在ってプローブが体腔内に在る間に音波を発射するように適合された一次音響トランスデューサ、およびプローブの末端部に配分されて体腔面で反射した後の音波を受信するように適合された複数の二次音響トランスデューサを包含し、この二次音響トランスデューサは受信した音波の飛行時間を示す電気信号を生成するように適合されているので、体腔を三次元的にマッピングして幾何学的に再構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の好ましい実施の形態に従って心臓を幾何学的にマッピングする装置の略絵画図である。
【図２】この発明の実施の形態に従って図１の装置に用いるカテーテルの末端部の略絵画図である。
【図３】この発明の実施の形態に従って図２のカテーテルが挿入されている心臓の一部切欠略図である。
【図４】この発明の実施の形態に従って心室の内面での音波の反射を示す図３の心臓およびカテーテルの細部略図である。
【図５】この発明の実施の形態に従って心臓の内面を三次元的に再構成する方法を図表的に示すフローチャートである。
【図６】この発明の別の好ましい実施の形態に従って心臓を幾何学的にマッピングする装置の略絵画図である。
【図７】この発明の好ましい実施の形態に従って心臓を幾何学的かつ電気的にマッピングするために用いるカテーテルの末端部の略絵画図である。
【図１】
0004689146.tif 000002
【図２】
0004689146.tif 000003
【図３】
0004689146.tif 000004
【図４】
0004689146.tif 000005
【図５】
0004689146.tif 000006
【図６】
0004689146.tif 000007
【図７】
0004689146.tif 000008