(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カテーテルに設けられた電極により臓器の内膜面の電圧を測定し、臓器の電気的特性データを臓器の形状に合わせてマッピングする電気生理マッピング手段と、
該臓器の解剖学的特性を示す画像を得る画像作成手段と、
前記電気生理マッピング手段により得られたマッピング像と前記画像作成手段により得られた画像とを位置関係を対応付けて表示する表示手段と、
を具備し、
前記画像作成手段は超音波診断装置であり、
前記カテーテルは第１の位置センサを具備し、
前記超音波診断装置のプローブは第２の位置センサを具備し、
前記表示手段は前記第１、第２の位置センサの出力に基づいて超音波画像とマッピング像との位置関係を求めることを特徴とする電気生理マッピング装置。
【請求項２】
前記第１のセンサは超音波発信器を具備し、
前記第２のセンサは３つ以上の振動子を具備し、
前記表示手段は前記超音波発信器から発信した超音波が前記３つ以上の振動子で受信された時間の差に基づいて超音波画像とマッピング像との位置関係を求めることを特徴とする請求項１に記載の電気生理マッピング装置。
【請求項３】
前記画像作成手段は超音波診断装置であり、
前記第１のセンサは超音波受信器を具備し、
前記第２のセンサは３つ以上の振動子を具備し、
前記表示手段は前記３つ以上の振動子から送信した超音波が前記超音波受信器で受信された時間の差から、超音波画像とマッピング像との位置関係を求めることを特徴とする請求項１に記載の電気生理マッピング装置。
【請求項４】
カテーテルに設けられた電極により臓器の内膜面の電圧を測定し、臓器の電気的特性データを臓器の形状に合わせてマッピングする電気生理マッピング手段と、
該臓器の解剖学的特性を示す画像を得る画像作成手段と、
前記電気生理マッピング手段により得られたマッピング像と前記画像作成手段により得られた画像とを位置関係を対応付けて表示する表示手段と、
を具備し、
前記画像作成手段は超音波診断装置であり、
前記電気生理マッピング手段のカテーテルは一部分に音響特性が残りの部分とは異なる部材を含み、
前記表示手段は前記超音波診断装置で受信した反射信号の中から前記部材からの反射信号を抽出し前記カテーテルの位置を求めることにより超音波画像とマッピング像との位置関係を求めることを特徴とする電気生理マッピング装置。
【請求項５】
カテーテルに設けられた電極により臓器の内膜面の電圧を測定し、臓器の電気的特性データを臓器の形状に合わせてマッピングする電気生理マッピング手段と、
該臓器の解剖学的特性を示す画像を得る画像作成手段と、
前記電気生理マッピング手段により得られたマッピング像と前記画像作成手段により得られた画像とを位置関係を対応付けて表示する表示手段と、
を具備し、
前記カテーテルは複数の電極を有するバスケット型アームであり、
前記画像作成手段は超音波診断装置であり、
前記表示手段は前記超音波診断装置で受信した反射信号から前記バスケット型アームからの反射信号を抽出して前記アームの位置を求めることにより超音波画像とマッピング像との位置関係を求めることを特徴とする電気生理マッピング装置。
【請求項６】
前記電気生理マッピング手段は臓器の内膜面に直接電極をあてて内膜面の活動電位を測定することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５のいずれか一項に記載の電気生理マッピング装置。
【請求項７】
前記電気生理マッピング手段は経皮、経動脈的、あるいは経静動脈的に心臓内腔に挿入することを目的としたカテーテルの先端に配置された電極により測定を行うことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５のいずれか一項に記載の電気生理マッピング装置。
【請求項８】
前記電気生理マッピング手段は経皮、経動脈的、あるいは経静脈的に臓器の内腔に挿入することを目的としたカテーテルの先端に設けられたバスケット形状のアームに設けられた複数個の電極により測定を行うことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５のいずれか一項に記載の電気生理マッピング装置。
【請求項９】
前記電気生理マッピング手段は電気刺激装置をさらに具備し、前記複数個の電極のうちの何れか一つ、または複数の電極から心臓に電気刺激を与え、心臓のペーシングを可能とすることを特徴とする請求項４に記載の電気生理マッピング装置。
【請求項１０】
前記画像作成手段は超音波ビームを２次元的に走査して臓器の２次元断層像を実時間で得る超音波診断装置であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５のいずれか一項に記載の電気生理マッピング装置。
【請求項１１】
前記画像作成手段は超音波ビームを３次元的に走査して臓器の３次元的な形態情報、あるいは運動情報を実時間で得る超音波診断装置であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５のいずれか一項に記載の電気生理マッピング装置。
【請求項１２】
前記電気生理マッピング手段は臓器の内膜面各点の心拍周期内の最大活動電圧、あるいは活動電圧の傾きの最大値をマッピングすることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５のいずれか一項に記載の電気生理マッピング装置。
【請求項１３】
前記電気生理マッピング手段は臓器の内膜面各点について、基準となる時刻から最大活動電圧、あるいは活動電圧の傾きの最大値が出現するまでの時間をマッピングすることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５のいずれか一項に記載の電気生理マッピング装置。
【請求項１４】
前記電気生理マッピング手段は心筋の脱分極している範囲と分極している範囲とを区別し、心筋興奮部位が時間と共に移動する様子をダイナミックに表示することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５のいずれか一項に記載の電気生理マッピング装置。
【請求項１５】
前記表示手段は前記画像作成手段により得られた画像と前記マッピング像とを並べて表示することを特徴とする請求項１２、請求項１３、請求項１４のいずれか一項に記載の電気生理マッピング装置。
【請求項１６】
前記表示手段は前記画像作成手段により得られた画像と前記マッピング像とを合成して表示することを特徴とする請求項１２、請求項１３、請求項１４のいずれか一項に記載の電気生理マッピング装置。
【請求項１７】
前記電気生理マッピング手段は心内膜面の３次元投影像に電気的特性データを貼り付けマッピング像を生成し、
前記画像作成手段は心内膜面のリアルタイム３次元投影像を生成し、
前記表示手段は前記マッピング像と３次元投影像とを重畳表示することによりマッピング像の後側に心内膜面が収縮／拡張を繰り返している様子をリアルタイムに表示することを特徴とする請求項１６に記載の電気生理マッピング装置。
【請求項１８】
前記電気生理マッピング手段は心内膜面の３次元投影像に電気的特性データを貼り付けマッピング像を生成し、
前記画像作成手段は心臓の任意断面の超音波断層像、あるいは２次元心筋パフュージョン画像を求める超音波診断装置であり、
前記表示手段は前記マッピング画像と超音波断層像、あるいは２次元心筋パフュージョン画像とを合成して表示することを特徴とする請求項１２、請求項１３、請求項１４のいずれか一項に記載の電気生理マッピング装置。
【請求項１９】
前記電気生理マッピング手段は心内膜面の３次元投影像に電気的特性データを貼り付けマッピング像を生成し、
前記画像作成手段は心臓の任意断面の超音波断層像、あるいは２次元心筋パフュージョン画像をリアルタイムで求める超音波診断装置であり、
前記表示手段は前記マッピング画像と超音波断層像、あるいは２次元心筋パフュージョン画像のリアルタイム画像とを合成して表示することを特徴とする請求項１２、請求項１３、請求項１４のいずれか一項に記載の電気生理マッピング装置。
【請求項２０】
前記電気生理マッピング手段は心臓の任意断面の断層像に電気的特性データを貼り付けマッピング像を生成し、
前記画像作成手段は心臓の任意断面の超音波断層像、あるいは２次元心筋パフュージョン画像を求める超音波診断装置であり、
前記表示手段は前記マッピング画像と超音波断層像、あるいは２次元心筋パフュージョン画像とを重畳して表示することを特徴とする請求項１２、請求項１３、請求項１４のいずれか一項に記載の電気生理マッピング装置。
【請求項２１】
前記電気生理マッピング手段は２次元断層像、あるいは３次元投影像に電気的特性データを貼り付け２次元、または３次元マッピング像を生成し、
前記画像作成手段は超音波エコー法、あるいは超音波ドプラ法の超音波診断装置であり、
前記表示手段は超音波エコー法、あるいは超音波ドプラ法により得られる心筋局所の収縮能または拡張能を示すパラメータと前記２次元、または３次元マッピング像とを合成して表示することを特徴とする請求項１２、請求項１３、請求項１４のいずれか一項に記載の電気生理マッピング装置。
【請求項２２】
前記表示手段は前記電気刺激装置により心臓に電気刺激を与えている時に、その刺激位置を示すマーカを画像上に重畳表示することを特徴とする請求項９に記載の電気生理マッピング装置。
【請求項２３】
前記表示手段は前記電気刺激装置により心臓に電気刺激を与える際に、その刺激印加位置を画像上で指定する、あるいは刺激印加用デバイスを画像上からナビゲートすることを特徴とする請求項９に記載の電気生理マッピング装置。
【請求項２４】
前記表示手段は心臓の一部に対して治療を目的とした非薬物治療行為を行う際に、その治療行為を行う位置を示すマーカを画像上に重畳表示することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５のいずれか一項に記載の電気生理マッピング装置。
【請求項２５】
前記表示手段は心臓の一部に対して治療を目的とした非薬物治療行為を行う際に、既に治療行為を行った場所を示すマーカを画像上に重畳表示することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５のいずれか一項に記載の電気生理マッピング装置。
【請求項２６】
前記表示手段は心臓の一部に対して治療を目的とした非薬物治療行為を行う際に、その治療行為を行う場所を画像上で指定する、あるいは治療用のデバイスを画像上からナビゲートすることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５のいずれか一項に記載の電気生理マッピング装置。
【請求項２７】
前記非薬物治療は高周波、レーザー、あるいはマイクロウェーブを用いたアブレーションカテーテルにより不整脈の発生原因となっている部位を焼灼することを特徴とする請求項２４、請求項２５、請求項２６のいずれか一項に記載の電気生理マッピング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は心臓の機能をその電気的特性、および解剖学的な収縮特性の両面から評価し、各種心疾患、特に頻脈性不整脈の診断精度を向上し、ひいては治療成績の向上を目的とする電気生理マッピング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
不整脈診療の最も大きな課題は持続性心室頻拍、あるいは心室細動による突然死である。この致死的な病態は心室拍動数が異常な高値になり、酸素を含んだ血液を全身に送り出すのに極度な障害を受けることがその特徴である。米国では心臓性突然死は年間約３５万人で、その８０〜９０％は心室頻拍、あるいは心室細動によると考えられている。米国においては、心室頻拍の基礎心疾患の殆どが心筋梗塞であり、心筋梗塞で一命を取り留めても、その約３０％は心筋梗塞発症後１年以内に心室頻拍を患うリスクを背負っている。なお、日本では心室頻拍の殆どは非虚血性であり、その罹患率も米国に比べて低いが、生活習慣の欧米化に伴って、虚血性心疾患の罹患率の増加と共に、虚血性の心室頻拍の罹患率も増加するものと予想される。
【０００３】
現在は抗不整脈薬、埋め込み型除細動器といった治療法が主流になっているが、何れも心室頻拍の根治療法では無い上に、重大な副作用の問題も抱えている。
そのため、今後はカテーテルベースで心内膜面の電気活性化をマッピングして心室頻拍の発生源を特定してやり、その部位をカテーテルベースの高周波アブレーションで焼灼するという、低侵襲性の根治療法への期待が高まっている。この治療法で使われるのが、電気生理マッピング装置である。マッピング表示としては、外周が左室基部、内周が心尖部に相当する極座標表示が用いられることが多い。体表心電図のＲ波を基準時刻（ゼロ）として、各点の活動電位が最大となる時刻（Ｒ波からの時間差）を色分けして表示する。
【０００４】
カテーテルベースの心臓の電気生理マッピング法は同じくカテーテルベースの高周波アブレーション治療法と共に発展しつつあるが、現在のところ、両手法は独自に開発されており、マッピングデータと心臓の解剖学的な形態との位置関係（対応付け）を把握することは非常に難しく、アブレーション治療のターゲット部位を正確に特定し、その場所に正確に治療用のカテーテルをナビゲートすることは容易ではない。
【０００５】
また、心筋の電気的な活性化態様と機械的な収縮態様の関係について病態生理学的な理解を深めることは新しい診断法及び治療法へと発展する可能性があるが、現在のところこれを実現させた心臓の機能診断装置は存在していない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の電気生理マッピング法には、カテーテルベースの高周波アブレーション治療法と共に使用する際、アブレーション治療のターゲット部位を正確に特定することが困難である欠点がある。
【０００７】
本発明の目的は臓器の電気生理マッピング像と、解剖学的な形態を示す画像との位置関係の把握が容易になり、その結果、臓器の電気的特性と解剖学的な収縮特性の双方を、同時にかつ空間的な位置関係を持って、３次元的に評価することが可能になり、各種疾患、特に頻脈性不整脈の診断精度向上を実現し、さらには治療成績の向上を実現させる電気生理マッピング装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明は以下に示す手段を用いている。
【０００９】
本発明の一態様による電気生理マッピング装置は、
カテーテルに設けられた電極により臓器の内膜面の電圧を測定し、臓器の電気的特性データを臓器の形状に合わせてマッピングする電気生理マッピング手段と、
該臓器の解剖学的特性を示す画像を得る画像作成手段と、
前記電気生理マッピング手段により得られたマッピング像と前記画像作成手段により得られた画像とを位置関係を対応付けて表示する表示手段と、
を具備し、
前記画像作成手段は超音波診断装置であり、
前記カテーテルは第１の位置センサを具備し、
前記超音波診断装置のプローブは第２の位置センサを具備し、
前記表示手段は前記第１、第２の位置センサの出力に基づいて超音波画像とマッピング像との位置関係を求めるものである。
【００１０】
本発明の他の態様による電気生理マッピング装置は、
カテーテルに設けられた電極により臓器の内膜面の電圧を測定し、臓器の電気的特性データを臓器の形状に合わせてマッピングする電気生理マッピング手段と、
該臓器の解剖学的特性を示す画像を得る画像作成手段と、
前記電気生理マッピング手段により得られたマッピング像と前記画像作成手段により得られた画像とを位置関係を対応付けて表示する表示手段と、
を具備し、
前記画像作成手段は超音波診断装置であり、
前記電気生理マッピング手段のカテーテルは一部分に音響特性が残りの部分とは異なる部材を含み、
前記表示手段は前記超音波診断装置で受信した反射信号の中から前記部材からの反射信号を抽出し前記カテーテルの位置を求めることにより超音波画像とマッピング像との位置関係を求めるものである。
【００１１】
本発明の他の態様による電気生理マッピング装置は、
カテーテルに設けられた電極により臓器の内膜面の電圧を測定し、臓器の電気的特性データを臓器の形状に合わせてマッピングする電気生理マッピング手段と、
該臓器の解剖学的特性を示す画像を得る画像作成手段と、
前記電気生理マッピング手段により得られたマッピング像と前記画像作成手段により得られた画像とを位置関係を対応付けて表示する表示手段と、
を具備し、
前記カテーテルは複数の電極を有するバスケット型アームであり、
前記画像作成手段は超音波診断装置であり、
前記表示手段は前記超音波診断装置で受信した反射信号から前記バスケット型アームからの反射信号を抽出して前記アームの位置を求めることにより超音波画像とマッピング像との位置関係を求めるものである。
【００３７】
本発明によれば、臓器の電気生理マッピング像と、解剖学的な形態を示す画像との位置関係の把握が容易になり、その結果、臓器の電気的特性と解剖学的な収縮特性の双方を、同時にかつ空間的な位置関係を持って、３次元的に評価することが可能となる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明による電気生理マッピング装置の実施形態を説明する。
【００３９】
図１は本発明の第１実施形態に係る電気生理マッピング装置の概略構成を示すブロック図である。カテーテル電極、または電気生理電極（以下、ＥＰ電極と称する）５を有する電気生理マッピング（ＥＰマッピング）装置本体４と、２次元アレイプローブからなる超音波プローブ１を有する超音波診断装置本体２とが接続され、表示部３にて心臓のＥＰマッピング像と超音波画像とが互いの位置関係が対応付けられて表示される。
【００４０】
図２、図３を参照して、超音波診断装置本体２、電気生理マッピング装置本体４の詳細を説明する。超音波診断装置本体２は通常の３次元スキャン対応の超音波診断装置本体と同じであり、図２に示すように、３次元スキャンコントローラ１０、パルサ／プリアンプスイッチ１１、ビームフォーマー１２、各種プロセッサ（エコープロセッサ１４，ドプラプロセッサ１５，３Ｄプロセッサ１６，アプリケーションプロセッサ１７）、ホストＣＰＵ１９、ディスプレイユニット２０からなり、アプリケーションプロセッサ１７が電気生理マッピング装置本体４に接続される。パルサ／プリアンプスイッチ１１はトランスミッター１１ｂ、送／受信スイッチ１１ａ、プリアンプ１１ｃからなる。なお、超音波診断装置本体２は２次元スキャン対応のものでもよい。
【００４１】
電気生理マッピング装置本体４は図３に示すように、ＥＰ電極５１〜５Ｎが接続されるスイッチング回路２５と、スイッチング回路２５で選択されたＥＰ電極からの活動電位信号が活動電位信号増幅部２６、Ａ／Ｄ変換部２７を介してマイクロコンピュータ２８に供給される。マイクロコンピュータ２８には、フィルタ処理部２９、活動電位解析部３０、レコーダ部３１、表示部３２、外部入出力部３３も接続され、外部入出力部３３が超音波診断装置本体２に接続される。外部入出力部３３からはＥＰ電極毎に電極番号とその活動電位が対になって３次元電気生理マッピング像として超音波診断装置本体２へ供給される。
【００４２】
ＥＰ電極５１〜５Ｎは電気生理マッピング装置のカテーテルの先端に折り畳み式でバスケット形状のアームのそれぞれに複数個の電極が配置されてなる。しかし、カテーテル先端を順次内膜面に沿って走査すれば、１本のカテーテルの先端に単一の電極を設ける構成でもよい。バスケット型カテーテルは図４に示すように、大腿動脈より挿入し、腹部大動脈、下行大動脈、上行大動脈、大動脈弁を経由して、カテーテル先端が左心室に挿入される。そこで、図５に示すように、カテーテル先端に折り畳まれているバスケット型アームを押出し、左心室心内膜面にＥＰ電極（図５では図示せず）を密着させる。そして、各ＥＰ電極５１〜５Ｎで計測された活動電位に基づいて心内膜面の電気生理マッピングを行う。なお、カテーテルは経皮、経動脈的、あるいは経静脈的のいずれにより臓器の内腔に挿入してもよい。このマッピングと並行して、体表に当てられた超音波プローブ１により心臓（左心室）のスキャンを行う。
【００４３】
バスケット型カテーテルの具体例としては次の文献に記載のものを利用することができる。
【００４４】
Schalji M J，van Rugge F P，Siezenga M，van der Velde E T, "Endocardial activation mapping of ventricular tachycardia in patients: first application of a 32-site bipolar mapping electrode catheter", Circulation, 1998, 98:2168-2179.
ＥＰマッピング像の一例を図６に示す。ここでは、カテーテルは等長の８本の金属アームを有し、各アームには１〜１．５ｃｍ間隔で４つのバイポーラ電極が設けられているとし、マッピング像は極座標表示により八角形として表示される。外周が左室基部、内周が心尖部に相当する。体表心電図のＲ波を基準時刻（ゼロ）として、各点の活動電位が最大となる時刻（Ｒ波からの時間差）を色分けして表示している。この図は洞調律（洞房結果から電気刺激が伝達される正常心リズム）の例で、心内膜の活性化は中心付近の電極（心室中隔の近く）より始まり左室心内膜を放射状に広がっていく様子と、周辺付近の電極周辺の領域の活性化が遅れている様子がわかる。
【００４５】
なお、電気生理マッピング装置本体４には、電気刺激装置３４も含まれ、ＥＰ電極５１〜５Ｎを利用して、心臓に電気刺激を与え、心臓のペーシングもできるようになっている。一般に、心室頻拍の電気生理学検査では、心室より頻回刺激または３連発までの期外刺激を行い、心室頻拍を誘発させる方法がとられる。図７の（ａ）〜（ｄ）にバスケット電極を介して刺激を与えた例を示す。星印の電極から刺激を与えた場合を示す。図７の（ｅ）は（ａ）〜（ｄ）の表示画像に対応する電極の配置を示すものであり、これから、電極Ｃ１〜Ｃ３は梗塞領域に対応し、図７の（ａ）〜（ｄ）の何れの場合もこの領域の活性化は遅いことがわかる。
【００４６】
次に、超音波診断装置本体２のホストＣＰＵ１９による電気生理マッピング像と超音波断層像との位置合わせ表示の種々の例を説明する。
【００４７】
第１の例はカテーテル（電極の近傍）に超音波発信器を設け、超音波プローブ１の複数（３以上）の異なる振動子（振動子グループ）で受信した信号の時間差から超音波プローブ１の振動子表面と電極との位置関係を求める。このため、図８に示すように、カテーテル（ここでは、バスケット型アームカテーテルを簡略的に１本のカテーテルとして示す）５０の先端（または途中でもよい）のＥＰ電極５の近傍に超音波発信器５２を設ける。ＥＰ電極５に対する発信器５２の位置関係は既知である。この発信器５２の位置座標をＰ（ｘ，ｙ，ｚ）とする。発信器５２から送信された超音波は、超音波プローブ１の２次元アレイ振動子の３つ以上（ここでは、３つ）の振動子（あるいは振動子グループでもよい）Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３において、図９に示すように振動子の位置Ｅ１（ｘ１，ｙ１，０）、Ｅ２（ｘ２，ｙ２，０）、Ｅ３（ｘ３，ｙ３，０）に応じて異なる時間ｔ１、ｔ２、ｔ３で受信される。ＥＰ電極５に対する発信器５２の位置関係が既知であるので、これらの受信時間ｔ１、ｔ２、ｔ３に基づいて電極により得られたＥＰマッピング像と、超音波プローブ１により得られる超音波断層像との位置関係が分かり、両者を位置関係を対応付けて表示することができる。
【００４８】
図１０は発信器５２がＥＰ電極５と同一位置にあると見なせる場合の、ＥＰ電極５の位置を求める動作を示すフローチャートである。ステップＳ１１で、２次元アレイプローブ１内の位置の異なる３つの振動子を設定し、それらの位置座標Ｅ１（ｘ１，ｙ１，０）、Ｅ２（ｘ２，ｙ２，０）、Ｅ３（ｘ３，ｙ３，０）を入力する。ステップＳ１２で、ＥＰ電極５（の近傍）にある発信器５２から送信された超音波の３つの振動子への到達時間ｔ１、ｔ２、ｔ３を測定する。ステップＳ１３で次の連立方程式を解いて、ＥＰ電極５の位置Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める。
【００４９】
（ｘ−ｘ１）２＋（ｙ−ｙ１）２＋（ｚ−ｚ１）２＝（ｃ・ｔ１）２
（ｘ−ｘ２）２＋（ｙ−ｙ２）２＋（ｚ−ｚ２）２＝（ｃ・ｔ２）２
（ｘ−ｘ３）２＋（ｙ−ｙ３）２＋（ｚ−ｚ３）２＝（ｃ・ｔ３）２
ここで、ｃは生体内の超音波の音速である。
【００５０】
第２の例は第１の例の変形に関し、カテーテル５０に複数の電極が配置される場合の例である。図１１に示すように、各電極の近傍に超音波発信器Ｐ１（ｘｐ１，ｙｐ１，ｚｐ１）、Ｐ２（ｘｐ２，ｙｐ２，ｚｐ２）、Ｐ３（ｘｐ３，ｙｐ３，ｚｐ３）、…を設ける。図１２のように、各発信器を順次駆動すれば、各回の駆動時においては、１個の発信器を設けた第１の例と同じである。
【００５１】
第３の例は第１の例とは逆に、カテーテル（電極の近傍）に超音波受信器を設け、超音波プローブ１の複数（３以上）の異なる振動子（振動子グループ）から送信した信号の到達時間差から超音波プローブ１の振動子表面と電極との位置関係を求めるものである。このため、図１３に示すように、カテーテル（ここでは、バスケット型アームカテーテルを簡略的に１本のカテーテルとして示す）５０の先端（または途中でもよい）のＥＰ電極５の近傍に超音波受信器５４を設ける。ＥＰ電極５に対する受信器５４の位置関係は既知である。この受信器５５の位置座標をＱ（ｘ，ｙ，ｚ）とする。超音波プローブ１の２次元アレイ振動子の３つ以上（ここでは、３つ）の振動子（あるいは振動子グループでもよい）Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３を順次駆動して超音波を発信すると、図１４に示すように、この超音波は、振動子の位置Ｅ１（ｘ１，ｙ１，０）、Ｅ２（ｘ２，ｙ２，０）、Ｅ３（ｘ３，ｙ３，０）に応じて異なる時間ｔ１、ｔ２、ｔ３で受信器５４に到達する。ＥＰ電極５に対する受信器５４の位置関係が既知であるので、これらの受信時間ｔ１、ｔ２、ｔ３に基づいて電極により得られたＥＰマッピング像と、超音波プローブ１により得られる超音波断層像との位置関係が分かり、両者を位置関係を対応付けて表示することができる。
【００５２】
図１５は受信器５４がＥＰ電極５と同一位置にあると見なせる場合の、ＥＰ電極５の位置を求める動作を示すフローチャートである。ステップＳ２１で、２次元アレイプローブ１内の位置の異なる３つの振動子を設定し、それらの位置座標Ｅ１（ｘ１，ｙ１，０）、Ｅ２（ｘ２，ｙ２，０）、Ｅ３（ｘ３，ｙ３，０）を入力する。ステップＳ２２で、各振動子Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３から順次超音波を送信し、ＥＰ電極５（の近傍）にある受信器５４への到達時間ｔ１、ｔ２、ｔ３を測定する。ステップＳ２３で第１の例と同様な連立方程式（図１０のステップＳ１３に記載）を解いて、ＥＰ電極５の位置Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める。
【００５３】
第４の例は第３の例の変形に関し、カテーテル５０に複数の電極が配置される場合の例である。図１６に示すように、各電極の近傍に超音波受信器Ｑ１（ｘｐ１，ｙｐ１，ｚｐ１）、Ｑ２（ｘｐ２，ｙｐ２，ｚｐ２）、Ｑ３（ｘｐ３，ｙｐ３，ｚｐ３）、…を設ける。図１７のように、各振動子Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３を順次駆動して、超音波を送信することは第３例と同様である。ただし、この場合は、解くべき連立方程式が受信器Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３の分だけ３組に増えた点が第３の例と異なる。
【００５４】
第５の例は超音波の性質を利用して電極の位置を求めるものである。周知のように、超音波は異なる媒質の境界面で反射を起こす。超音波断層像法はこの超音波が反射する特性を利用している。図１８に示すように、異なる媒質の境界面に垂直に超音波が入射すると、超音波の一部は反射し、エコー信号となり、残りは透過してさらに伝播していくが、その反射率Ｒは次のように求められる。
【００５５】
Ｒ＝（ｚ２‐ｚ１）／（ｚ１＋ｚ２）
ここで、ｚ１、ｚ２は媒質１、２の音響インピーダンスで次のように与えられる。
【００５６】
ｚ１＝ρ１・ｃ１
ｚ２＝ρ２・ｃ２
ρ１、ρ２は媒質１、２の密度、ｃ１、ｃ２は媒質１、２の音速である。
【００５７】
したがって、音響インピーダンスｚ１とｚ２の差が大きい程、反射率Ｒが大きくなり、エコー信号の強度が増加する。これは、超音波断層像上では高輝度な境界線（面）として表示されることを意味する。媒質１を心臓の壁（心筋）、あるいは心腔内血液、媒質２をカテーテルとし、さらに媒質２の一部分を音響特性インピーダンスｚ３＝ρ３・ｃ３の媒質３で置き換えるとする。図１９にカテーテル５０（音響インピーダンスＺ２の媒質２）のＥＰ電極の近傍、あるいは電極そのものを音響インピーダンスＺ３の媒質３で構成する場合を示す。
【００５８】
媒質１と媒質２との反射率：Ｒ１２＝（ｚ２‐ｚ１）／（ｚ１＋ｚ２）
媒質１と媒質３との反射率：Ｒ１３＝（ｚ３‐ｚ１）／（ｚ１＋ｚ３）
媒質３は電気生理マッピング用電極、あるいはその近傍に配置された部材であるとする。カテーテルアームの材料（媒質２）はできるだけ音響特性インピーダンスが心筋、血液等の生体軟部組織の音響特性インピーダンスに近いものを選び、反射率を下げ、透過率を上げてやることが望ましい。反射率が高く、透過率が低いと、その先に超音波が透過せず、音響陰影の問題が起こる。一方、電気生理電極、あるいはその近傍に点状の生体軟部組織とは音響特性インピーダンスが十分異なる材料（媒質３）を用いることで、図２０に示すように、その点からの超音波の反射が周囲に比べて十分大きくなり、画像上ではそれが輝点となって表示される。
【００５９】
したがって、この媒体３からの特徴的なエコー信号（図２０の輝点）を抽出して画像処理することにより、ＥＰ電極の位置を知ることができ、結果として、ＥＰマッピング像と超音波断層像との位置関係を対応づけることができる。
【００６０】
第６の例は，図２１に示すように、カテーテル（電極の近傍）５０と超音波プローブ１の振動子面に位置センサ（磁気センサ）Ｓ１、Ｓ２を配置し、これとは別に、空間的に異なる位置に３個の磁場発生コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３を配置する。コイルの配置例を図２２に示す。図２２はコイルＬ１、Ｌ２を寝台の天板内に埋め込んだ場合を示している。コイルＬ３は図示を省略しているが、同様に天板内に設けられる。コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３から発生された磁場を磁気センサＳ１、Ｓ２により計測し、その減衰の度合いからセンサＳ１とコイルＬ１〜Ｌ３との各距離Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、及びセンサＳ２とコイルＬ１〜Ｌ３の各距離Ｄ２１、Ｄ２２、Ｄ２３を求める。これから、ＥＰ電極と超音波プローブの振動子面との位置関係が分かるので、ＥＰマッピング像と超音波断層像との位置関係を対応づけることができる。
【００６１】
磁気センサーを用いた心内膜マッピング・カテーテルとしては、次の文献に記載ものを利用することができる。
【００６２】
(1) Gepstein L, Hayam G, Ben-Haim S A, "A novel method for nonfluoroscopic catheter-based electroanatomical mapping of the heart: in vitro and in vivoaccuracy results", Circulation, 1997, 95:1611-1622.
(2) Kornowski R, Hong M K, Gepstein L, Goldstein S, Ellahham S, Ben-Haim S A, Leon M B, "Preliminary animal and clinical experiences using an electromechanical endocardial mapping procedure to distinguish infarcted from healthy myocardium", Circulation, 1998, 98:1116-1124.
(3) Kornowski R, Hong M K, Leon M B, "Comparison between left ventricular electromechanical mapping and radionuclide perfusion imaging for detection of myocardial viability", Circulation, 1998, 98:1837-1841.
第７の例はバスケット型アームを有するカテーテルの場合、図２３に示すように、超音波断層像からバスケット型アームからの反射信号を抽出し、その形状から各電極の位置を求めるものである。
【００６３】
次に、電気生理マッピングの例を説明する。
【００６４】
図２４は心房頻拍のactivation mapと呼ばれるもので、電気的興奮の早い部位を赤、遅い部位を紫、その中間は黄、黄緑、青の順で表示する。持続する頻拍中にＥＰ電極を心腔内で移動させながら３次元マッピングを行うと、立体心臓画像（２次元投影像）上に不整脈中の興奮伝播過程が表示され、最早期興奮部は赤で示される。これにより、頻拍の最早期興奮やリエントリー回路が認識される。
【００６５】
図２５は心房頻拍のsubstrate (voltage) mapと呼ばれるもので、マッピングにより各部位で記録された心内電位の大きさを測定し、立体画像上に表示する方法である。伝導途絶部位やリエントリー回路の緩除伝導部位などでは心筋細胞が傷害されており、このような場所では心内心電図が低電位になる。したがって、低電位組織の心臓内分布を求めることにより、不整脈発生機除として重要な傷害心筋、緩除伝導部位、伝導途絶部位、さらに心臓手術による瘢痕組織、上下大動脈などの局在を正確に把握することが出来る。瘢痕組織、手術時の心房切開線痕などが低電位であり、立体心臓画像上では赤で表示される。
【００６６】
図２６はdynamic propagation mapと呼ばれるもので、心筋の脱分極（興奮）している範囲を赤、分極（静止）している範囲を青で示し、心筋興奮部位が時間と共に移動する様子（矢印が興奮が伝播する方向を示す）をダイナミックに表示する画像である。
【００６７】
上述のマッピングは心内膜面の活動電位そのものを表示したが、図２７に示すように、内膜面各点の心拍周期内の最大活動電圧max V、あるいは活動電圧の傾きの最大値max dV/dtをマッピングしたり、基準となる時刻（Ｒ波のタイミング）から最大活動電圧が出現するまでの時間、あるいは活動電圧の傾きの最大値が出現するまでの時間をマッピングしてもよい。
【００６８】
次に、ＥＰマッピング像と超音波画像とを位置関係を対応付けて表示する具体例を説明する。
【００６９】
図２８は極座標表示のＥＰマッピング像と臓器の形態情報、あるいは運動情報を示す超音波２次元断層像を並べて表示するものであり、図２９は図２８のＥＰマッピング像と超音波２次元断層像との位置関係を示すものであり、超音波画像にはＥＰ電極の位置を示すマークを、ＥＰマッピング像には超音波を走査している断面を示すマークを示す。ここでは、超音波は電極Ｂ１〜Ｂ４、Ｆ４〜Ｆ１を含む断面に沿って走査している。図３０は３次元投影像表示のＥＰマッピング像と臓器の形態情報、あるいは運動情報を示す超音波３次元投影像を並べて表示するものであり、図３１は図３０のＥＰマッピング像と超音波３次元投影像との位置関係を示すものである。なお、超音波３次元投影像とともに、任意断面の断層像（ここでは、心臓の左室短軸像）も表示される。超音波３次元投影像とＥＰマッピング像には、左室短軸像に対応する断面を示すマークが表示される。
【００７０】
図３２は臓器の形態、あるいは動きを示す３次元画像と、ＥＰマッピング像を合成して１枚の３次元画像として表示する例である。ここでは、ＥＰマッピング像としては、Ｒ波のタイミングから最大活動電圧が出現するまでの時間のactivation mapを使う。一方、超音波画像としては心臓の投影像を用いる。そして、超音波画像から心臓の左心室内膜面を自動抽出し、拡張末期の心内膜面の投影像にＥＰマッピング像を透明度を持った色で貼り付ける。この投影像は所定心拍毎に更新するのが好ましい。その結果、ＥＰマッピング像の後側に心内膜面が収縮／拡張を繰り返している様子が投影像としてリアルタイム表示される。
【００７１】
図３３は図３２のＥＰマッピング像に、心臓の任意断面の超音波断層像（あるいは超音波造影剤と超音波断層像との組み合わせで得られる２次元心筋パフュージョン画像）を合成して表示する例を示す。超音波断層像、あるいは２次元心筋パフュージョン画像はある時点での画像の表示ではなく、リアルタイム表示することが好ましい。また、断面の位置は任意に可変である。
【００７２】
図３４は２次元の合成表示例である。そのため、心臓の任意断面の超音波断層像（あるいは超音波造影剤と超音波断層像との組み合わせで得られる２次元心筋パフュージョン画像）と、Ｒ波のタイミングから最大活動電圧が出現するまでの時間のactivation map表示をこの断面に投影した画像を合成して表示する。
【００７３】
図３５は図３２のようなactivation mapからなるＥＰマッピング像に超音波エコー法、あるいは超音波ドプラ法により得られる心筋局所の収縮または拡張異常の領域（壁運動異常領域）を重畳して合成表示する例である。
【００７４】
図３６は電気刺激装置３４を電気生理マッピング装置と併用する場合の表示例である。マッピングのための電位測定中に、ＥＰ電極の１つから心臓に電気刺激を与えるが、その際、その刺激印加電極を示すマーカ（黒星印）を図３２のようなactivation mapと超音波３次元投影像との合成画像上に重畳表示することにより、刺激の印加と興奮の伝播の因果関係を把握することができ、診断に有用である。この位置表示も、図８〜図２３に示したような電極の位置測定により実現する。
【００７５】
図３７は、図３６とは逆に、画面上で電気刺激印加位置を指定、あるいは刺激印加電極を適切な位置へナビゲートする機能を示す。すなわち、図３２のようなactivation mapと超音波３次元投影像との合成画像上である点を指定すると、指定場所に最も近い位置にあるＥＰ電極から電気刺激が印加されるように、電気生理マッピング装置本体４のスイッチング回路２５は制御される。あるいは、刺激印加用デバイスの挿入位置を画像上からナビゲートしてもよい。すなわち、マウス等で超音波画像上に軌跡を描くと，その通り、ＥＰカテーテル５０が自動挿入されてもよい。
【００７６】
次に、電気生理マッピング装置によりＥＰマッピングの後、非薬物治療、例えばは高周波、レーザー、あるいはマイクロウェーブを用いたアブレーションカテーテルにより不整脈の発生原因となっている部位を焼灼する治療を行う場合に、その治療行為を行う位置を示すマーカを画像上に重畳表示する例を説明する。
【００７７】
図３８は治療用デバイス（アブレーションカテーテル）の先端位置を図８〜図２３に示したような電極の位置測定と同様な測定により求め、治療行為を行う位置を示すマーカ（黒星）を図３２のようなＥＰマッピング像と超音波３次元投影像との合成画像上に重畳表示する例である。
【００７８】
図３９は既に治療を行った場所を示すマーカ（黒丸）と、治療用デバイスの先端位置である治療行為を行う位置を示すマーカ（黒星）を図３２のようなＥＰマッピング像と超音波３次元投影像との合成画像上に重畳表示する例である。
【００７９】
図４０は治療用デバイスの先端位置である治療行為を行う位置を示すマーカ（黒星）を図３２のようなＥＰマッピング像と超音波３次元投影像との合成画像上に重畳表示するとともに、画面上で治療用デバイスの移動先を指定、あるいは刺激印加電極を適切な位置へナビゲートする例を示す。すなわち、治療用デバイスは画面上で二重丸のマーカで指定された場所に自動的に移動する。
【００８０】
以上説明したように本実施形態によれば、被検体の臓器の電気的特性データのマッピング像を得る電気生理マッピング装置のカテーテル（そのＥＰ電極）と、臓器の解剖学的データを示す画像を得る超音波診断装置の超音波プローブとの相対的な位置関係を知ることができるので、マッピング像と超音波画像を両者の位置関係を対応づけて表示することができる。このため、カテーテルベースの高周波アブレーション治療において、ターゲット部位を正確に特定し、その場所に正確に治療用のカテーテルをナビゲートすることができる。さらに、心筋の電気的な活性化態様と機械的な収縮態様の関係について病態生理学的な理解を深めることができ、新しい診断法及び治療法の開発、研究に有用である。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、臓器の電気生理マッピング像と、解剖学的な形態を示す画像との位置関係の把握が容易になり、その結果、臓器の電気的特性と解剖学的な収縮特性の双方を、同時にかつ空間的な位置関係を持って、３次元的に評価することが可能になり、各種疾患、特に頻脈性不整脈の診断精度向上を実現し、さらには治療成績の向上を実現させる電気生理マッピング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電気生理マッピング装置の第１の実施形態の概略構成を示すブロック図。
【図２】図１の超音波診断装置本体の詳細構成を示すブロック図。
【図３】図１の電気生理マッピング装置本体の詳細構成を示すブロック図。
【図４】ＥＰカテーテルによる電気生理マッピングの手技を説明するための図。
【図５】超音波スキャンの概略を説明するための図。
【図６】ディスプレイ上に表示した中間画像（ＥＰマッピング像の一例）を示す写真。
【図７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はディスプレイ上に表示した中間画像（ＥＰマッピング像の他の例）を示す写真、（ｅ）はＥＰマッピング像と電極の関係を示す図。
【図８】ＥＰ電極の位置を求めてＥＰマッピング像と超音波画像との位置合わせの一例の原理を示す図。
【図９】位置合わせの一例における超音波の発信／受信タイミングを示す図。
【図１０】位置合わせの一例の手順を示すフローチャート。
【図１１】ＥＰ電極の位置を求めてＥＰマッピング像と超音波画像との位置合わせの第２例の原理を示す図。
【図１２】位置合わせの第２例における超音波の発信／受信タイミングを示す図。
【図１３】ＥＰ電極の位置を求めてＥＰマッピング像と超音波画像との位置合わせの第３例の原理を示す図。
【図１４】位置合わせの第３例における超音波の発信／受信タイミングを示す図。
【図１５】位置合わせの第３例の手順を示すフローチャート。
【図１６】ＥＰ電極の位置を求めてＥＰマッピング像と超音波画像との位置合わせの第４例の原理を示す図。
【図１７】位置合わせの第４例における超音波の発信／受信タイミングを示す図。
【図１８】ＥＰマッピング像と超音波画像との位置合わせの第５例の原理を示す図。
【図１９】位置合わせの第５例に用いられるカテーテルを示す図。
【図２０】位置合わせの第５例の表示画像を示す図。
【図２１】ＥＰマッピング像と超音波画像との位置合わせの第６例の原理を示す図。
【図２２】位置合わせの第５例における磁場発生コイルの配置を示す図。
【図２３】ＥＰマッピング像と超音波画像との位置合わせの第７例の原理を示す図。
【図２４】ディスプレイ上に表示した中間画像（ＥＰマッピング像の一例としてのactivation map画像）を示す写真。
【図２５】ディスプレイ上に表示した中間画像（ＥＰマッピング像の第２例としてのsubstrate map画像）を示す写真。
【図２６】ディスプレイ上に表示した中間画像（ＥＰマッピング像の第３例としてのdynamic propagation map画像）を示す写真。
【図２７】ＥＰマッピングするパラメータの他の例としての最大活動電位、活動電位の微分値、およびそれらが出現する時間を示す図。
【図２８】ディスプレイ上に表示した中間画像（並べて表示されるＥＰマッピング像（極座標表示）と超音波２次元断層像）を示す写真。
【図２９】図２８のＥＰマッピング像と超音波２次元断層像との位置関係を示す図。
【図３０】ディスプレイ上に表示した中間画像（並べて表示されるＥＰマッピング像（３次元投影像）と超音波３次元断層像）を示す写真。
【図３１】図３０のＥＰマッピング像と超音波２次元断層像との位置関係を示す図。
【図３２】ＥＰマッピング像と超音波画像の合成表示の第１例を示す図。
【図３３】ＥＰマッピング像と超音波画像の合成表示の第２例を示す図。
【図３４】ＥＰマッピング像と超音波画像の合成表示の第３例を示す図。
【図３５】ＥＰマッピング像と超音波画像の合成表示の第４例を示す図。
【図３６】ＥＰマッピング像と超音波画像の合成表示の第５例を示す図。
【図３７】ＥＰマッピング像と超音波画像の合成表示の第６例を示す図。
【図３８】ＥＰマッピング像と超音波画像の合成表示の第７例を示す図。
【図３９】ＥＰマッピング像と超音波画像の合成表示の第８例を示す図。
【図４０】ＥＰマッピング像と超音波画像の合成表示の第９例を示す図。
【符号の説明】
１…２次元アレイプローブ
２…超音波診断装置本体
３…表示部
４…電気生理マッピング装置本体
５…ＥＰ電極
３４…電気刺激装置
【図１】
0004550186.tif 000002
【図２】
0004550186.tif 000003
【図３】
0004550186.tif 000004
【図４】
0004550186.tif 000005
【図５】
0004550186.tif 000006
【図６】
0004550186.tif 000007
【図７】
0004550186.tif 000008
【図８】
0004550186.tif 000009
【図９】
0004550186.tif 000010
【図１０】
0004550186.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0004550186.tif 000013
【図１３】
0004550186.tif 000014
【図１４】
0004550186.tif 000015
【図１５】
0004550186.tif 000016
【図１６】
0004550186.tif 000017
【図１７】
0004550186.tif 000018
【図１８】
0004550186.tif 000019
【図１９】
0004550186.tif 000020
【図２０】
0004550186.tif 000021
【図２１】
0004550186.tif 000022
【図２２】
0004550186.tif 000023
【図２３】
0004550186.tif 000024
【図２４】
0004550186.tif 000025
【図２５】
0004550186.tif 000026
【図２６】
0004550186.tif 000027
【図２７】
0004550186.tif 000028
【図２８】
0004550186.tif 000029
【図２９】
0004550186.tif 000030
【図３０】
0004550186.tif 000031
【図３１】
0004550186.tif 000032
【図３２】
0004550186.tif 000033
【図３３】
0004550186.tif 000034
【図３４】
0004550186.tif 000035
【図３５】
0004550186.tif 000036
【図３６】
0004550186.tif 000037
【図３７】
0004550186.tif 000038
【図３８】
0004550186.tif 000039
【図３９】
0004550186.tif 000040
【図４０】
0004550186.tif 000041