(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
心臓の状態を表示する装置において、
（ａ）前記心臓の表面のマップを作成するプロセッサと、
（ｂ）前記心臓の前記表面上で少なくとも３つの標本点における生理学的応答を測定する機能部分を含むカテーテルと、
（ｃ）前記生理学的応答に関連した、前記心臓の表面上の一連のスカラー測定から導き出されたベクトル関数を計算するプロセッサと、
（ｄ）前記ベクトル関数、および前記生理学的応答の表現を前記マップ上に表示する手段と、
を含み、
前記ベクトル関数の前記表現は、前記標本点の各々における矢印を含み、
前記心臓の前記表面は、いくつかのグリッド点を含むグリッドとして表され、前記いくつかのグリッド点は、前記少なくとも３つの標本点と少なくとも同じ数であり、
各グリッド点は、前記少なくとも３つの標本点の対応する１つと実質的に一致し、
前記グリッドは、複数の頂点によって画定された多角形を複数含み、前記多角形の各々の各頂点は、前記グリッド点の１つであり、
前記ベクトル関数を計算する前記手段は、プロセッサであり、当該プロセッサは、
（ｉ）各グリッド点で局所活性化時間（ＬＡＴ）の値を補間し、
（ｉｉ）前記多角形の各々に対して、前記多角形の各々の頂点である前記グリッド点における補間された前記ＬＡＴ値にもとづいて、前記ベクトル関数の値を前記多角形の各々に割り当て、かつ、
（ｉｉｉ）前記グリッド点の各々に対して、前記グリッド点の各々が頂点である少なくとも１つの前記多角形に割り当てられる前記ベクトル関数の前記値にもとづいて、前記グリッド点の各々の前記ベクトル関数の値を決定するように、プログラムされており、
前記ベクトル関数は、矢印として表示され、
前記生理学的応答は、疑似カラーマップとして表示される、
装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
前記ベクトル関数は、前記生理学的応答の勾配に関係している、装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、
前記生理学的応答は、時間の関数である、装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置において、
前記生理学的応答は、前記心臓内で伝播する生理学的信号の局所活性化時間（ＬＡＴ）である、装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置において、
前記ベクトル関数は、前記伝播の速度である、装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の装置において、
前記プロセッサは、
（ｉｖ）前記グリッド点において前記ベクトル関数の前記値を平滑化するように、さらにプログラムされている、装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の装置において、
前記多角形は、三角形である、装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の装置において、
前記矢印は、各標本点における前記ベクトル関数の方向を示している、装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置において、
前記矢印は、長さを有し、その長さが、各標本点における前記ベクトル関数の大きさを示す、装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の装置において、
前記矢印は、各標本点における前記ベクトル関数の大きさを示すグレースケールにしたがって示される、装置。
【請求項１１】
請求項８に記載の装置において、
前記矢印は、各標本点における前記ベクトル関数の大きさを示すカラースキームにしたがって示される、装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般に容積又は空隙をマッピングするためのシステム及び方法、特に生物学的構造物（心臓等）の状態を、マッピングを利用して表示する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
心臓のマッピングは、心臓の活動の機械的及び他の局面と同様に、心臓内での異常な電気的経路及び電流の位置を突き止めるために用いられる。心臓をマッピングするための様々な方法及び装置が開示されている。そのような方法及び装置は、例えば米国特許第５，４７１，９８２号、同第５，３９１，１９９号、及び同第５，７１８，２４１号、さらにＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ９４／０６３４９号、同第ＷＯ  ９６／０５７６８号、及び同第ＷＯ  ９７／２４９８１号に開示されている。例えば、米国特許第５，３９１，１９９号では、心臓の電気的活動を感知するための両電極と、外部から与えた磁場を基準としてカテーテルの位置を決定するための小型コイルとを有するカテーテルを記述している。このカテーテルを用いることによって、心臓病専門医は、複数の部位（location）における電気的活動を求め、また該部位の空間座標を求めることによって、短時間の内に一連の標本点（sampled point)を収集することが可能である。
【０００３】
求めたデータを外科医が正当に評価することが可能となるように、標本点が含まれるマップ、好ましくは３次元マップが作成される。米国特許第５，３９１，１９９号は、心臓の像上にマップを重ね合わせることが示唆されている。部位の位置は像の基準系に対して決定される。しかし、像を得ることがいつも求められるわけではなく、また十分な正確さを持って部位の位置を見い出すことができる像を獲得することが一般に可能であるわけではない。
【０００４】
空隙又は容積の表面上の複数の部位の周知の位置座標を用いて空隙又は容積の３次元マップを再構成する様々な方法が当該技術分野において知られている。いくつかの方法は三角法を含むもので、標本点を結ぶ複数の三角形によってマップが形成される。ある場合においては、標本点の凸包（convex hull）又はアルファ包（alpha-hull）が構築されてメッシュを形成し、続いて構築されたメッシュが縮むことによって凸包又はアルファ包の中の標本点に適合する。三角法は滑らかな表面を提供するものではなく、そのため平滑化（smoothing）の工程をさらに必要とする。
【０００５】
提案されている別の方法は、標本点を包含する結合楕円体を形成するものである。標本点は楕円体上に投影され、該投影された点は三角法によって結ばれる。その後、三角形は標本点とともに移動してもとの部位に戻り、標本点の粗雑な区分線形近似が形成される。しかし、この方法は星形を有する表面のみを再構成する。すなわち、再構成されたメッシュの中心を表面上の任意の点に結ぶ直線が表面と交わらない。ほとんどの場合、心内腔が星形ではない。
【０００６】
さらに、当業者に既知の再構成方法は、適当な再構成マップを達成するために相対的にかなりの数の標本部位を必要とする。そのような方法は、例えば大量の点を与えるＣＴ及びＭＲＩ画像システムを用いて開発され、そのため一般に大量の点が存在する場合にのみ正常に動作する。それとは対照的に、侵襲性のカテーテルを用いて複数の部位においてデータを求めることは時間を浪費するプロセスであり、人の心臓を扱っている時は特に、可能な限り短くしなければならない。したがって、指定された部位を数多く必要とする再構成方法は不適当である。
【０００７】
心臓マッピングの一つの重要な例は、心臓の組織を介した電気信号の伝播の速度及び方向を決定することである。異常な伝播速度又は渦流となった信号の流れは、局所的に処置（例えば切除）すべき罹患部位を有する心臓の症状である。一般に、心臓の信号の伝播速度は、心内腔の内面に接触した複数の電極のところで波面を感知することによって測定される。この分野における従来の代表的な例は、Kadish, et al.,“Vector Mapping of Myocardial Activation”, Circulation, Vol. 74, No. 3,第６０３頁乃至第６１５頁（１９８６年９月）である。この文献では、活性化マップにもとづくベクトルが等色接線（isochrome tangent）に対して垂直に描かれている。Kadishらは、伝播速度を導き出すために電極配列を用いて局所脱分極事像のタイミングを測定することを記述している。この伝播速度導出法は、Gerstenfeld et al.,“Evidence for Transient Linking of Atrial Excitation During Atrial Fibrillation in Humans”, Circulation, Vol. 86, No. 2，第３７５頁乃至第３８２頁（１９９２年８月）及びGerstenfeld et al.,“Detection of Changes in Atrial Endocardial Activation with Use of an Orthogonal Catheter”, J. Am. Coll. Cardiol.１９９１年;18:第１０３４頁乃至第１０４２頁、さらに同様に米国特許第５，４８７，３９１号（前掲）にも記述されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、３次元の容積又は空隙の表面上の点の位置にもとづいて３次元の容積又は空隙をマッピングするための改善された方法を提供することである。
【０００９】
本発明のいくつかの局面の目的は、容積の形状に関わりなく、複数の標本点からヒト体内の容積のマップを生成する方法及び装置を提供することである。
【００１０】
本発明のいくつかの局面の別の目的は、好ましくは従来の方法を用いることで実行可能な場合よりも少ない標本点を用いて、複数の標本点からヒト体内の容積の３次元マップを再構成するための簡単かつ迅速な方法を提供することである。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態の別の目的は、標本点間でいかなる位相幾何学的関係を仮定することなく、複数の標本点からヒト体内の容積の３次元マップを再構成する方法を提供することである。
【００１２】
本発明のいくつかの局面の別の目的は、変動する容積の３次元マップを再構成する簡単な方法を提供することである。
【００１３】
本発明のいくつかの局面の別の目的は、標本化の順番に関わりなく複数の標本点からヒト体内の容積の３次元マップを再構成する簡単な方法を提供することである。
【００１４】
本発明のいくつかの局面の別の目的は、複数の標本点からヒト体内の容積の３次元マップを再構成するためのもので、かつインタラクティブな方法を使用することが可能であるような迅速な方法を提供することである。
【００１５】
本発明のいくつかの局面の別の目的は、複数の標本点からヒト体内の容積の平滑化３次元マップを再構成する方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の好ましい実施の形態では、位置座標が決定された容積上の複数の標本点から患者体内の容積又は空隙（以下、単に容積という）の３次元マップをプロセッサが再構成する。大量の標本点が使用される従来の再構成法とは対照的に、本発明の好ましい実施の形態は限られた数の標本点にもとづいた表面の再構成を目的とする。標本点の数は、一般に２００点未満で、５０点未満とすることができる。好ましくは、満足できる品質を達成するために表面の事前再構成を行う上で標本点の数は１０乃至２０で十分である。
【００１７】
最初の、概ね任意の、閉じた３次元湾曲面（以下、簡潔に言うために湾曲部とも呼ぶ）が標本点の容積内の再構成空間に定められる。閉じた湾曲部は、標本点の再構成に類似した形状に粗調整される。その後、フレキシブルマッチング（以下、順応適合ともいう）工程が好ましくは１回以上反復て行われ、再構成されている実際の容積の形状に閉じた湾曲部を正確に合わせる。好ましくは、３次元表面はビデオディスプレイ又は他のスクリーンに供給されて医師又は他のマップユーザによって観察される。
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態では、最初の閉じた湾曲面は実質的に全ての標本点を包含し、あるいは実施的に全ての標本点の内側にある。しかし、ここで指摘しておくべきことは、標本点の近傍にある任意の湾曲部が適しているということである。好ましくは、閉じた３次元湾曲面は楕円体又は他の任意の単純な閉じた湾曲部を有する。あるいは、閉じていない湾曲部も使用してもよい。例えば、容積全体を再構成するよりも、単一の壁の再構成が求められている場合である。
【００１９】
所望の密度のグリッドは湾曲部上に定めらて、該湾曲部の調整はグリッド点を調整することによって行われる。グリッドは、好ましくは湾曲面を四角形又は他の任意の多角形に分割し、グリッドが等しく湾曲部上の点の範囲を定めるようにする。好ましくは、任意の近傍にある標本点よりもグリッド点が一般に多くなるようにグリッド密度が十分に高い。さらに好ましくは、グリッド密度は再構成精度と速度とが望ましい程度に歩み寄うことでグリッド密度が調整可能となる。
【００２０】
本発明のいくつかの好ましい実施の形態では、既に述べたように、例えば容積の像を用いて、再構成された容積により一層関連した最初の閉じた湾曲部を選択するために外部情報が使用される。したがって、再構成方法は、より少ない時間でより正確に再構成させることができる。その代わりに、又はそれに加えて、身体の様々な容積に適した閉じた湾曲部のデータベースがメモリに格納されており、使用する湾曲部が特定の方法にもとづいて選択される。本発明のさらに好ましい実施の形態では、患者の再構成容積のマップは同一容積で後で実行される後のマッピング工程における開始湾曲部として使用される。
【００２１】
好ましくは、閉じた湾曲部の粗調整は一回の反復で、最も好ましくは各グリッド点について調整点を計算し、グリッド点を調整点に向けて何分の一かの距離で動かすことによって実行される。好ましくは、グリッド点はその原点と調整点との間の距離の約５０％乃至８０％、より好ましくは約７５％移動する。
【００２２】
調整点は、好ましくは実質的に全ての標本点の加重和を取ることによって決定される。好ましくは、重みは調整されたグリッド点から標本点までの距離（以下、グリッド距離ともいう）に反比例する。本発明の好ましい実施の形態では、各重みは小定数とグリッド距離との和の逆数として定義され、所定の累乗となるので、グリッド点に近い標本点にはより大きな重みが与えられる。好ましくは累乗が約４乃至９、最も好ましくは８である。小定数は、好ましくは最も小さいグリッド距離の大きさよりも小さく、好ましくは標本点の座標を決定する際の正確さの度合いである。小定数はグリッド点が標本点上にある場合に零によって割られるのを防ぐために使用される。
【００２３】
本発明のいくつかの好ましい実施の形態では、対応する点の近傍にある点の密度を示す因子も重みに含まれる。好ましくは重みに対して密度を表す０と１との間の密度値を掛けることで、単離された標本点が密集した領域の標本点よりも大きく和に対して影響を及ぼす。したがって、好ましくは点の影響は実質的に該点の近傍の点の密度から独立している。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態では、各標本点がそれに最も近いグリッド点と対応付けられるように、各標本点を対応のグリッド点に対応付けることで順応適合工程が行われる。移動ベクトルは対応付けされたグリッド点及び対応付けされていないグリッド点の各々に対して計算される。好ましくは、対応付けられたグリッド点からそれぞれの標本点までのベクトルにもとづいて移動ベクトルが計算される。さらに好ましくは、特定の点に標本点が近接していることで該特定の点に対する移動ベクトルの値に影響を及ぼす。また、移動ベクトルが計算される関数は、好ましくは平滑化されているので複雑な計算を伴わない。好ましくは、関数は対応付けられたグリッド点からそれぞれの標本点までのベクトルの加重和である。グリッド点はそれぞれの移動ベクトルにしたがって移動する。
【００２５】
その代わりに、又はそれに加えて、対応付けされたグリッド点はそれぞれに対応する標本点に向けて、それらの間の距離に対してある割合で移動する。標本点に対応付けられていないグリッド点は、グリッド上の周囲の点が移動する距離間の補間によって求まる距離を移動する。好ましくは、結果として生ずるグリッドは、適当な平滑化変換（smoothing transformation）によって滑らかになる。好ましくは、対応付け及び移動のプロセスを２回以上繰り返すことで閉じた湾曲部のより精細な調整を可能とする。
【００２６】
本発明の好ましい実施の形態では、ユーザは画像品質と速度との所望の折り合いにしたがって順応適合工程を繰り返す回数を調整することができる。その代わりに、又はそれに加えて、ユーザに対して迅速な再構成が最初に提供され、その後により精細な再構成を受けるために計算が繰り返される。好ましくは、順応適合工程で使用される加重和の重みは順応適合が実行される回数にしたがって調整される。その代わりに、又はそれに加えて、重みは各順応適合工程に対して決定され、その際該順応適合工程が複数の順応適合工程に占める順番に応じる。
【００２７】
好ましくは、重みに使用される距離及び／又は補間に使用される距離は、点と点との間のユークリッド幾何学的距離である。ユークリッド幾何学的距離は簡単に計算され、相互に反発するために容積の互いに向き合う壁上に点を生ずるので、それらの壁は交差しない。あるいは、他の距離、例えば元のグリッド又は調整されたグリッドに沿う距離を使用してもよい。本発明の好ましい実施の形態では、最初の順応適合工程の間、使用した距離は元のグリッドに沿った距離で、一方次の順応適合工程はユークリッド幾何学的距離を使用する。
【００２８】
本発明のいくつかの好ましい実施の形態では、再構成された表面に対して平滑化プロセスが適用され、好ましくはガウス様カーネル（Gaussian-like kernel）を持つ表面たたみこみ（surface convolution)に適用することによってなされる。平滑化プロセスは、表面の近似をより良くし、再構成した表面にもとづいた計算の実行を容易にする。しかし、表面たたみこみによって表面がある程度縮むので、アフィン変換が好ましくは平滑化された表面に対して実行される。アフィン変換は、好ましくは再構成された表面に対して外側にある標本点に従って選択される。選択されたアフィン変換は、好ましくは表面に対する外側の標本点の平均平方距離を最小化する。
【００２９】
好ましくは、再構成が終了すると、各標本点は実質的にグリッド点と一致する。本発明の好ましい実施の形態では、正確にマッチングさせる最終工程が実行される。各標本点に対して最も近いグリッド点を対応付け、該対応付けされたグリッド点を標本点上に移動する。対応づけされていない残りのグリッド点は好ましくは動かさない。一般に、標本点のほとんどはこの段階で再構成された表面にかなり近接するので、表面の滑らかさは実質的に影響を受けない。しかし、いくつかのアウトライヤー標本点、すなわち表面に属さない標本点は、表面に対して実質的な変化を生じさせる。好ましくは、ユーザは所定の最大距離よりも大きい距離で表面から離間している標本点上に表面を動かすかどうかを決めることができる。その代わりに、又はそれに加えて、正確なマッチング工程は任意であり、ユーザの要求に応じてのみ適用される。
【００３０】
その代わりに、又はそれに加えて、さらにグリッド点は標本点から一定の距離に置かれる。そのような一定の距離から離れることは、例えばサンプリングされた座標がサンプリングカテーテルの遠位先端部の座標よりはむしろ該遠位先端部近傍の部位の座標である場合に必要となるかもしれない。
【００３１】
本発明の好ましい実施の形態では、標本点に関するデータは、再構成すべき容積、例えば心内腔内にカテーテルを配置することによって得られる。カテーテルはその遠位端部で順番に標本点の各々に接触し、該標本点の座標、及び必要に応じて一つ以上の生理学的パラメータをカテーテルの遠位端部で感知する。好ましくは、カテーテルは遠位端部近傍に設けられた座標センサを有する。この座標センサはカテーテルの先端部の座標を示す信号を出力する。例えばＰＣＴ国際公開第ＧＢ  ９３／０１７３６号、同第ＷＯ  ９４／０４９３８号、同第ＷＯ  ９７／２４９８３号、及び同第ＷＯ  ９６／０５７６８号、又は米国特許第５，３９１，１９９号（これらを本明細書の一部を構成するものとして援用する）に記載されているように、好ましくは座標センサが電磁波を送信及び受信することによって位置を決定する。
【００３２】
本発明のいくつかの好ましい実施の形態では、再構成された容積は、例えば心臓の鼓動によって変動している。そのような実施の形態では、好ましくは心臓に対して標本点が固定された基準系によって位置合わせする。好ましくは、レファレンスカテーテルは心臓内に固定され、例えば米国特許第５，３９１，１９９号（前掲）及びＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ９６／０５７６８号に記載されているように、標本点は該標本点の位置合わせに使用されるレファレンスカテーテルの位置とともに決定される。
【００３３】
その代わりとして、又はそれに加えて、例えば心臓のように、動きの少なくとも一部分が周期的な動きである場合、標本点の獲得は該周期の特定の時点に同調する。好ましくは、サンプリングされた容積が心臓にあるならば、ＥＣＧ信号が受信され、該ＥＣＧ信号を用いて標本点の獲得が行われる。例えば、標本点は拡張末期で獲得することができる。さらに、その代わりとして、又はそれに加えて、標本点の各々の座標は該座標が獲得された周期的な動きに関係した時点の表示とともに決定される。好ましくは、時点の表示は周期の開始からの相対時間と周期的な動きの頻度とを含む。周期数及び相対時間にもとづいて、決定された座標は拡張末期、又は周期的な動きの任意の別の点に訂正される。
【００３４】
本発明のいくつかの好ましい実施の形態では、各標本点に対して、周期的な動きの異なる時点において複数の座標が決定される。そのような実施の形態の一つでは、各標本点は該標本点の移動範囲を規定する２つの座標を持つ。好ましくは、もし異なる標本点の複数の座標が異なる周期数に対応付けされているならば、該座標は単一周期数の周期的な動きにおける一連の座標に対応するように変換される。さらに好ましくは、座標は特定の周期的な動き（心臓の鼓動）以外の動き、例えば呼吸に伴う胸部の動きによって生ずる影響を減少させるか、又は実質的に取り除くように処理される。再構成は、周期的な動きの異なる時点で容積の複数の形状に対して実行される。好ましくは、第１の再構成は既に述べたように基準再構成面を形成するために実行され、周期的な動きの別時点に対する表面の再構成は基準再構成面を基準にして実行される。
【００３５】
好ましくは、上記周期的な動きのさらに別時点の各々に対して、基準再構成面の標本点の座標を基準にしてさらに別時点での標本点の座標にもとづいて調整される。好ましくは、基準再構成面は平均二乗誤差を最小にする二次変換によって調整され、該平均二乗誤差はさらに別時点の標本点と調整された基準再構成面との間の距離を表す。その代わりとして、又はそれに加えて、二次変換の代わりにアフィン変換が用いられる。さらに、その代わりとして、又はそれに加えて、相対的に標本点の数が少ない表面に対して単純な変換が用いられ、一方標本点の数が相対的に多い表面に対しては二次変換が用いられる。単純な変換として、アフィン変換、スケーリング及び回転変換、回転変換、又は他の任意の変換を用いてもよい。
【００３６】
好ましくは、さらに別の時点に対する表面の調整は、変換後、１回以上、好ましくは２回の順応適合工程及び／又は正確なマッチング段階を含む。
【００３７】
その代わりに、又はそれに代わって、再構成はさらに別の時点の各々に対して別々に実行される。さらに、その代わりとして、又はそれに代わって、さらに別の時点に対する表面の最初の再構成は基準構成面を基準にして実行され、その後にさらに正確な再構成が各時点に対して別個に実行される。
【００３８】
本発明のいくつかの好ましい実施の形態では、多角形を操作するように設計された専用グラフィックハードウェアを使用して上記した再構成工程を実行する。
【００３９】
本発明のいくつかの好ましい実施の形態では、各標本点で一つ以上の生理学的パラメータを獲得する。心臓の生理学的パラメータは、例えば心臓の電気的活動の測定が含まれ、ＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ９７／２４９８１号（前掲、本明細書の一部として援用）に記述されたような、さらに／又は心臓に関する任意の別のタイプの局所情報が含まれるものであってもよい。１つ以上の生理学的パラメータは、スカラー又はベクトルのいずれかであってもよく、例えば電圧、温度、圧力、インピーダンス、伝導速度、又は任意の他の所望の値を含むものであってもよい。
【００４０】
ここで注目すべきことは、生理学的応答が生物学的構造物を伝播する生理学的信号の到着時間であり、ベクトル関数はいくつかあるベクトル関数のうちの一つである（図示せず）。例えば、ベクトル関数は電気的活動の伝導速度である。
【００４１】
好ましくは、座標にもとづいて容積が再構成された後に、生理学的パラメータの値は、周辺の標本点でのパラメータ値の補間にもとづいてグリッド点の各々に対して決定される。好ましくは、生理学的パラメータの補間は、座標の総合補間（aggregate interpolation)に比例するようにして実行される。あるいは、生理学的パラメータはグリッド上の点と点との間の幾何学的距離にもとづいて補間される。その代わりとして、又はそれに加えて、生理学的パラメータは既に述べた順応適合工程に類似した方法で補間される。
【００４２】
再構成された面は動いている間に表示されてもよく、さらに／又は周期的な動きの特定の時点で医師によって表示の要求がなされてもよい。好ましくは、生理学的パラメータは事前に定めたカラースケールにもとづいて再構成面上に表示される。本発明の好ましい実施の形態では、再構成された面の領域の再構成の信頼性は、表示された面上に示される。好ましくは、ユーザが定めた閾値をよりも低い領域がα−ブレンディングを用いて半透明として表示される。好ましくは、任意のグリッド点における信頼性は標本点に対して該グリッド点がどの程度近接しているかによって決定される。最も近い標本点からの所定の距離を越えたグリッド上の点は信頼性が低い。
【００４３】
本発明のいくつかの好ましい実施の形態では、ＬＶ図及び透視像等の獲得した画像を標本点とともに用いて再構成の速度及び／又は精度を高める。好ましくは、プロセッサは画像に対して物体認識方法を実行して閉じた３次元湾曲面の形状を確認して再構成の初期グリッドの構築に用いる。その代わりとして、又はそれに加えて、標本点を受け取ることが最も望まれている領域を選択するために、医師によって画像が使用される。
【００４４】
本発明のいくつかの好ましい実施の形態では、固定したままにすべきで、かつ調整されていないグリッド上の点、線、又は領域を医師が指定してもよい。その代わりとして、又はそれに加えて、いくつかの点が内側の点として獲得されてもよい。内側の点は、容積の表面上にないのでマップ上に置かれない。したがって、再構成方法は閉じた湾曲部が内側の点にさほど近接しないようにして実行される。
【００４５】
本発明のいくつかの好ましい実施の形態では、空隙の容積の正確な推定量を求める際に再構成面を用いる。再構成面は、グリッド点によって複数の四角形に分割され、各四角形はさらに２つの三角形に分割される。そのような三角形にもとづいて、再構成面によって規定された容積が推定される。あるいは、容積は容積測定表現を用いて計算される。他の測定、例えば面に対する測地線面測定（geodesic surface measurements)も再構成面を用いて実行することができる。
【００４６】
ここで注目すべきことは、処理時間の節約及び再構成方法のスピードアップを図るため、上記した工程のいくつかは本発明のいくつかの好ましい実施の形態で無視してもよいことである。
【００４７】
本発明が特に適用できる生理学的パラメータは、心臓組織の局所活性化時間（ＬＡＴ）である。本発明は、心内腔の内面上の複数の標本点において心周期を基準にしてＬＡＴの測定を可能とする。このＬＡＴの測定は、カテーテルの先端に取り付けられた装置を用いて行われ、該装置はカテーテルの先端が心内腔の内面に接触する一つの点のみでの電気的活性を感知する。そのようなＬＡＴの測定は、心周期、特に拡張末期における特定の時間に対応するグリッド上の対応する点に表示され、さらに他のグリッド点に補間される。グリッド点は、多角形、例えば三角形を定め、またベクトルの伝搬速度は多角形の頂点であるグリッド点でのＬＡＴ値から各グリッドの多角形を決定する。次に、各グリッドに対してそれが頂点だる多角形の電波速度の平均値が割り当てられ、さらにグリッドでの伝播速度が平滑化され、好ましくはグリッド点に標示された矢印として表示される。この矢印の方向は伝播の方向を示しており、また矢印の長さは伝播の速度を示している。このような矢印によって、伝播速度及び伝播渦度が視覚化されて表示され、それによって電気生理学者は治療を必要とする罹患した心臓組織の部位を突き止めることが可能となる。ここで注目すべきことは、少なくともはっきりと分かれた点での同時測定を必要とする従来の方法とは異なり、このような伝播速度の測定及び表示が心内腔の内面上の個々の点の連続測定にもとづいているということである。
【００４８】
より一般的には、生物学的構造物の表面上の離散的な点で測定された生理学的応答に関連した任意のベクトル関数に対して、そのような表示を構成することができる。ベクトル関数はいくつかあるベクトル関数のうちの一つである。例えば、ベクトル関数は生理学的応答の伝導速度であってもよい。
【００４９】
ＬＡＴは、例えば体表面ＥＣＧ又は心臓内電位図から求められた基準時間と、局所脱分極事像の時間との間の時間間隔である。生理学パラメータの他の有用なスカラー関数を計算及び表示し、ＬＡＴ（疑似カラーとして）と伝播速度（矢印として）とを組み合わせた表示上に重ね合わせてもよい。そのような有用なスカラー関数の一つは、各標本点（疑似カラーとして表示）で測定され、かつ異常に低い範囲は瘢痕組織と診断される電圧の範囲であり、その上に伝導速度を矢印で表示することができる。
【００５０】
したがって、本発明の好ましい実施の形態にもとづいて、容積のマップを再構成する方法が提供される。この方法は、形状（configuration)を有する容積の表面上の複数の部位の座標を決定する工程と、決定部位に近接した３次元空間に再構成面を規定する点からなるグリッドを生成する工程と、該グリッド上の各々の点に対して、グリッド上の一つ以上の点と一つ以上の部位との置換に依存して各々のベクトルを規定する工程と、各々のベクトルに応答するグリッド上の各々の点を実質的に移動させることで再構成面を調整する工程とを有し、それによって該再構成面を変形させて上記容積の表面に類似させるものである。
【００５１】
好ましくは、該方法は再構成面を表示する工程を有する。
【００５２】
好ましくは、グリッドを生成する工程は再構成面が実質的に全ての決定部位を包囲するか、又は実質的に全ての決定部位に対して内側にあるようなグリッドを生成することを含む。
【００５３】
好ましくは、グリッドを生成する工程は楕円形を規定することを含む。
【００５４】
好ましくは再構成面は、容積のトポロジーに関する任意の仮定とは実質的に無関係に規定され、かつ調整される。
【００５５】
さらに好ましくは、再構成面は容積内の任意の点を実質的に参照することなく規定され、かつ調整される。
【００５６】
その代わりとして、又はそれに加えて、グリッドを生成する工程は容積の像を獲得し、容積の像に似るようにして再構成面を規定することを含む。
【００５７】
さらに、その代わりとして、又はそれに加えて、グリッドを生成する工程は、容積の少なくとも一つの特性にもとづいてメモリライブラリーからグリッドを選択することを含む。
【００５８】
好ましくは、表面を調整する工程は粗調整する工程と順応適合工程とを含む。
【００５９】
好ましくは、粗調整する工程はグリッド上の各点を、それぞれの決定部位の質量の加重中心（weighted center)に向けて移動させることで、グリッド上の点により近い部位に対して、より大きい重みが与えられる。
【００６０】
好ましくは、粗調整する工程で各点を動かす工程は、グリッド上の各々の点に対して、該点から決定部位の各々までのベクトルの加重和を含むそれぞれの粗調整ベクトルを定め、さらに該点をそれぞれのベクトルに比例した距離だけ移動させることを含む。
【００６１】
粗調整ベクトルを定める工程は、総和されたベクトルの各々の重みを計算し、所定の累乗にした総和ベクトルの大きさに対して反比例する総和ベクトルの各々の重みを計算することを含む。
【００６２】
好ましくは、重みは定数と４乗乃至１０乗したベクトルの大きさとの和の逆数を含む。
【００６３】
好ましくは、定数は部位決定の精度よりも小さい。
【００６４】
好ましくは、各点を移動させる工程は、点と標的となる点との距離の５０％乃至９０％移動させることによって、各点をそれぞれの標的となる点に向けて移動させることである。
【００６５】
好ましくは、順応適合工程は、決定部位の各々にそれぞれ対応付けられるグリッド点を選択することを含む。
【００６６】
好ましくは、グリッド点を選択する工程は、決定部位の各々に対して、実質的にそれに最も近いグリッド上の点を見つけることを含む。
【００６７】
さらに好ましくは、順応適合工程は、選択されたグリッド点をそれぞれの決定部位に向けて移動させることを含む。
【００６８】
好ましくは、選択されたグリッド点を動かす工程は、グリット点を実施的にそれぞれの決定部位上へ動かすことを含む。
【００６９】
好ましくは、順応適合工程は、周囲のグリッド点の動きに依存した量によって選択されなかったグリッド点を動かすことを含む。
【００７０】
好ましくは、選択されなかったグリッドを動かす工程は、周囲の選択されたグリッド点の動きのみに実質的に依存した量によってグリッドを動かすことを含む。
【００７１】
好ましくは、グリッド点を移動する工程は、周囲の選択されたグリッド点の移動とそれら周囲の選択されたグリッド点の距離とにもとづいて、選択されなかったグリッド点の移動量を計算することを含む。
【００７２】
好ましくは、グリッド点の移動を計算する工程は、周囲のグリッド点の移動量の間を補間することを含む。
【００７３】
好ましくは、上記距離は幾何学的距離を含む。
【００７４】
それに代わるものとして、又はそれに加えて、上記距離はグリッド点間の再構成面の長さを含む。
【００７５】
好ましくは、順応適合工程は、ベクトルの加重和を含む置換関数を定義することが含まれ、各ベクトルは部位とそれに対応した点とを接続する。
【００７６】
好ましくは、順応適合工程は、表面を滑らかにするために置換関数にもとづいてグリッド点を移動させることを含む。
【００７７】
好ましくは、座標を決定する工程は、カテーテルの先端を複数の部位に位置決めすることを含む。
【００７８】
好ましくは、座標を決定する工程は、カテーテルを心内腔の複数の部位に位置決めすることを含む。
【００７９】
好ましくは、座標を決定する工程は、カテーテルの先端を複数の部位に位置決めすることを含む。
【００８０】
好ましくは、座標を決定する工程は、非電離波を伝送及び受信することを含む。
【００８１】
好ましくは、座標を決定する工程は、装置を複数の部位に位置決めすることが含まれ、該装置は装置の位置を示す信号を生成する。
【００８２】
好ましくは、装置は６度の位置と該装置の配向を示す信号を生成する。
【００８３】
好ましくは、座標を決定する工程は、外部供給源から座標を受けとることを含む。
【００８４】
好ましくは、上記方法は、実質的に複数の部位の各々での生理学的活性の値を示す信号を獲得することを含む。
【００８５】
好ましくは、上記信号を獲得する工程は、上記部位で電気的活性の値を示す信号を獲得することを含む。
【００８６】
好ましくは、上記方法は調整されたグリッド点で生理学的活性の値を推定することを含む。
【００８７】
好ましくは、生理学的活性の値を推定する工程は、調整されたグリッド近傍の部位で獲得された生理学的活性の値にもとづいて推定することを含む。
【００８８】
好ましくは、獲得された生理学的活性の値にもとづく推定の工程は、再構成面の変形に応答する値を補間することを含む。
【００８９】
好ましくは、複数の部位の座標を決定することは、部位の数が２００未満、好ましくは５０未満、最も好ましくは２０未満の座標を決定することを含む。
【００９０】
好ましくは、容積は動いており、また座標を決定する工程はその動きに応じた補正係数を決定することを含む。
【００９１】
好ましくは上記の動きは、周期的な動きを含み、また補正係数を決定する工程は上記動きの周期数に応じて係数を決定することを含む。
【００９２】
好ましくは、係数を決定する工程は、周期数とは実質的に異なる頻度で動きの一部を除去することを含む。
【００９３】
好ましくは、上記の動きは周期的な動きを含み、また座標を決定する工程は、周期的な動きの所定の相で座標を決定することを含む。
【００９４】
好ましくは、所定の相で座標を決定する工程は、複数の時点で座標を決定し、周期的な動きを基準にして座標を調整することを含む。
【００９５】
好ましくは、座標を調整する工程は、実質的に各座標決定に対して、周期的な動きの頻度を座標とともに決定することを含む。
【００９６】
好ましくは、グリッドを生成し、かつ再構成面を調整する工程は、周期的な動きの各相で決定される座標に関連して別々に実行される。
【００９７】
その代わりとして、又はそれに加えて、上記の生成及び調整工程は容積のモーションマップを形成するために、周期的な動きの複数の相の座標に関して実行される。
【００９８】
好ましくは、グリッドを生成し、かつ再構成面を調整する工程は、周期的な動きの第１の相で決定された第１群の座標に関して実行され、また第１の群の再構成面は一つ以上の別の相で再構成面を形成するために調整される。
【００９９】
好ましくは、上記方法は再構成面を滑らかに（平滑化）する工程を含む。
【０１００】
好ましくは、上記方法は再構成面に対してアフィン変換を適用する工程を含む。
【０１０１】
好ましくは、上記方法は、決定部位の各々がそれぞれのグリッド点に対応付けられている最終工程を含むもので、対応付けられたグリッド点は決定部位上に動き、一方対応されていないグリッド点は実質的に動かない。
【０１０２】
好ましくは、上記方法は、再構成面に応じた容積の測定を推定する工程を含む。
【０１０３】
好ましくは、容積の測定を推定する工程は、グリッドの内側の任意の点を選択し、該任意の点とグリッド面全体を覆うグリッド上の３つの点からなる群とによって規定される四面体の容積を計算することを含む。
【０１０４】
本発明の好ましい実施の形態にもとづいて、形状を持つ容積の表面上の複数の決定部位の座標から容積のマップを再構成する装置をさらに提供する。この装置はプロセッサを有するもので、該プロセッサは、座標を受信し、かつ決定部位に近接した３次元空間内に再構成面を規定するグリッド点を生成し、またグリッド上の一つ以上の点と一つ以上の部位との間の置換に依存して、グリッド上の点の各々に対してそれぞれのベクトルを定め、さらにそれぞれのベクトルに応じてグリッド上の点を各々移動させることで再構成面を調整し、容積の表面の形状に類似するように該構成面を変形させる。
【０１０５】
好ましくは、上記装置は調整された表面を表示するためのディスプレイスクリーンを有する。
【０１０６】
好ましくは、上記プロセッサは調整された表面を分析して容積の特徴を決定する。
【０１０７】
好ましくは、上記装置は調整された表面を格納するためのメモリを有する。
【０１０８】
好ましくは、グリッドは実質的に決定部位の全てを最初に包囲する。
【０１０９】
好ましくは、上記装置は像を獲得するためのイメージング装置を有するもので、上記プロセッサは最初にグリッドを規定して該グリッドが容積の像に類似するようにする。
【０１１０】
好ましくは、装置は複数の閉じた湾曲部を含むメモリライブラリを有するもので、上記プロセッサは容積の少なくとも一つの特徴にもとづいてメモリライブラリから閉じた湾曲部を選択することによって、最初にグリッドを規定する。
【０１１１】
好ましくは、上記プロセッサは容積のトポロジーに関する任意の仮定から実質的に独立して再構成面を生成及び規定する。
【０１１２】
好ましくは、上記プロセッサは容積内の任意の点を実質的に参照することなく再構成面を生成及び規定する。
【０１１３】
プロセッサは２つの工程、すなわち粗調整工程及び順応適合工程において、調整されたグリッドを形成する。
【０１１４】
好ましくは、粗調整工程において、プロセッサはグリッド上の各点を各決定部位の質量の加重中心に向けて移動させることで、グリッド上の点により近い部位に対してより大きい重みを与える。
【０１１５】
好ましくは、上記プロセッサは重みを用いて質量の中心を計算し、各部位について、該重みは小定数と、点と４乗乃至１０乗した部位との距離との和の逆数に実質的に比例する。
【０１１６】
好ましくは、定数は部位決定の精度よりも小さい。
【０１１７】
好ましくは、順応適合工程において、上記プロセッサは、決定部位の各々にそれぞれ対応付けられるグリッド点を選択することを含む。
【０１１８】
好ましくは、決定された位置の各々に対して選択されたグリッド点は、該部位に最も近いグリッド上の点を含む。
【０１１９】
好ましくは、順応適合工程において、上記プロセッサは選択されたグリッド点をそれぞれの対応付けられた部位に向けて移動させる。
【０１２０】
好ましくは、上記プロセッサは選択されたグリッド点を対応付けられた部位上に移動させる。
【０１２１】
好ましくは、上記プロセッサは周囲のグリッド点の動きに依存した量によって選択されなかったグリッド点を移動させる。
【０１２２】
好ましくは、選択されなかったグリッド点の移動量は周囲の選択されたグリッド点の移動に依存する。
【０１２３】
好ましくは、選択されなかったグリッド点の各々の移動量は、周囲の選択されたグリッド点から選択されなかったグリッド点までの距離にもとづいてプロセッサによって計算される。
【０１２４】
好ましくは、対応付けされなかったグリッド点の移動量は、周囲の選択されたグリッド点の移動の補間にもとづいてプロセッサによって計算される。
【０１２５】
好ましくは、距離は幾何学的距離を含む。
【０１２６】
好ましくは、装置はプローブを有するもので、該プローブは表面上の部位を決定するために該表面と係合される。
【０１２７】
さらに好ましくは、プローブは該プローブの位置を示す位置センサを有する。
【０１２８】
好ましくは、位置センサは少なくとも一つのコイルを有する。
【０１２９】
好ましくは、位置センサは位置及び配向を示す信号を生成する。
【０１３０】
それに代わるものとして、又はそれに加えて、プローブは複数の部位で生理学的活性の値を獲得するための機能部を有する。
【０１３１】
好ましくは、機能部は電極を有する。
【０１３２】
好ましくは、プロセッサは調整されたグリッド点で生理学的活性の値を推定する。
【０１３３】
好ましくは、上記プロセッサは調整されたグリッド近傍の部位で獲得された生理学的活性の値にもとづいて生理学的活性の値を推定する。
【０１３４】
好ましくは、上記プロセッサは、再構成面の変形に応答する獲得された値から補間することによって値を推定する。
【０１３５】
好ましくは、装置は容積に対応付けられた基準系を基準として、決定部位の位置合わせを行うためのレファレンスカテーテルを有する。
【０１３６】
好ましくは、装置は容積の周期的な動きの固定された相で点を決定するためにプローブの動作をゲート制御するＥＣＧモニタを有する。
【０１３７】
さらに、本発明の好ましい実施の形態にもとづいて、表面上で変化するパラメータの値を表示する方法を提供する。この方法は、該表面上の複数の点の各々でパラメータの値を決定する工程と、該表面の異なる領域が該領域の各々で該領域の一つ以上の点でパラメータ値に応じた透明度の違いでディスプレイ上に表面の像をレンダリングする工程とを有する。
【０１３８】
好ましくは、パラメータの値を決定する工程は複数の点をサンプリングし、それに応じた表面のマップを生成することを含み、また像をレンダリングする工程はマップのグラフィック表現をレンダリングすることを含む。
【０１３９】
好ましくは、マップを生成する工程は３次元マップを生成することを含む。
【０１４０】
好ましくは、パラメータの値を決定する工程は各々の領域でマップの信頼性の度合いを決定することを含む。
【０１４１】
好ましくは、像のレンダリングを行う工程は透明度が相対的に大きい別の一つ以上領域を基準にして信頼性の度合いが低い一つ以上の領域をレンダリングすることを含む。
【０１４２】
好ましくは、信頼性の度合いを決定する工程は標本点の密度を決定することを含む。
【０１４３】
好ましくは、像のレンダリングを行う工程はカラースケールを規定し、複数の点の各々で上記値に対応付けされた色を表示することを含む。
【０１４４】
好ましくは、複数の点は標本点と補間された点とを含み、また信頼性の度合いを判断する工程は高い信頼度を標本点に割り当てることを含む。
【０１４５】
好ましくは、信頼性の度合いを決定する工程は、最も近い標本点からのそれぞれの距離にしたがって、信頼性の度合いを補間された点に対して割り当てる。
【０１４６】
さらに、本発明の好ましい実施の形態にもとづいて、生物学的構造物の状態を診断する方法を提供する。この方法は、生物学的構造物の表面上の少なくとも３つの標本点での生理学的応答を測定する工程と、該生理学的応答に関連したベクトル関数を計算する工程と、ベクトル関数の表現を表示する工程とを有する。
【０１４７】
好ましくは、ベクトル関数は生理学的応答の勾配に関係している。
【０１４８】
好ましくは、生理学的応答は時間の関数である。
【０１４９】
より好ましくは、生理学的応答は生物学的構造物の中を伝播する生理学的信号の到着時間であり、ベクトル関数はいくつかあるベクトル関数のうちの一つであり、最も好ましくは伝導ベクトルである。
【０１５０】
好ましくは、ベクトル関数の表現は各標本点での矢印を含み、該矢印の長さは各標本点でのベクトル関数の大きさに関係し、また矢印の方向は各標本点でのベクトル関数の方向に関係する。
【０１５１】
好ましくは、上記方法はさらに表面を標本点に合わせ、該表面を表示することを含み、ベクトル関数の表現は表面の表示の上に重ねられて表示される。ここでも、ベクトル関数の表現は各標本点での矢印を含むもので、該矢印の長さは各標本点でのベクトル関数の大きさに関係し、また矢印の方向は各標本点でのベクトル関数の方向に関係する。
【０１５２】
好ましくは、表面を標本点に合わせる工程は、少なくとも標本点の数と同数のグリッド点を含むグリッドとして表面を表現する。より好ましくは、複数のグリッド点の少なくとも一つが複数の標本点の少なくとも一つと一致する。
【０１５３】
好ましくは、グリッドはグリッド点が頂点となった複数の多角形を含み、各グリッド点が少なくとも一つの多角形の頂点となり、またベクトル関数を計算する工程は以下の工程を有する。すなわち、グリッド点での応答を補間する工程と、各多角形にベクトル関数の値を割り当て、この割り当てられたベクトル関数の値によって各多角形は多角形の頂点であるグリッド点での応答を補間することをベースとする工程と、各グリッド点でのベクトル関数の値を決定することで、各グリッド点でのベクトル関数の値がグリッド点を頂点とする多角形に割り当てられる複数のベクトル関数の値をベースとする工程とを有する。最も好ましくは多角形が三角形である。
【０１５４】
より好ましくは、ベクトル関数を計算する工程はさらにグリッド点でベクトル関数の値を滑らかにすることを含む。最も好ましくは、平滑化のパラメータは特定の心臓についての従来の知識にもとづいて決定される。
【０１５５】
好ましくは、上記方法はさらに生理学的応答に関係したスカラー関数を計算する工程と、該スカラー関数の表現をベクトル関数の表現と一緒に表面の表示上に重ね合わせて表示する工程とを有する。そのようなスカラー関数の好適な例として標本点での生理学的応答測定値の範囲がある。心臓病の診断に有用である好適な他の例としての測定値は、電圧測定値であり、スカラー関数は各標本点での電圧測定値の範囲であり、またベクトル関数は局所活性化時間から推論された伝導速度である。
【０１５６】
好ましくは、生理学的応答はインピーダンスであり、スカラー関数はインピーダンスの範囲であり、ベクトル関数は伝導速度である。
【０１５７】
好ましくは、上記方法はさらにベクトル関数の表現から状態を推論する工程を有する。好ましくは、状態を推論する工程は該状態によって影響されている表面上の少なくとも一つの部位を特定する工程を有し、また上記方法はそのような部位を処置する工程をさらに有する。
【０１５８】
好ましくは、上記処置として、例えば生物学的構造物のそのような部位での切除が挙げられる。
【０１５９】
好ましくは、生理学的応答は複数の標本点で連続的に測定される。
【０１６０】
本発明の好ましい実施の形態にもとづいて、生物学的構造物における状態を診断する方法を提供する。この方法は、生物学的構造物の表面上の少なくとも３つの標本点で生理学的応答を測定する工程と、生理学的応答に関連したベクトル関数を計算する工程と、ベクトル関数から上記状態を推論する工程とを有する。
【０１６１】
好ましくは、ベクトル関数は生理学的応答の勾配に関係している。
【０１６２】
好ましくは、生理学的応答は時間の関数である。
【０１６３】
さらに好ましくは、生理学的応答は生物学的構造物の中を伝播する生理学的信号の到着時間であり、ベクトル関数は該伝播の速度である。
【０１６４】
好ましくは、状態を推論する工程は該状態によって影響される表面上の少なくとも一つの部位を特定する工程を含み、また上記方法はそのような部位を処置する工程をさらに有する。
【０１６５】
好ましくは、上記処置として、例えば生物学的構造物のそのような部位での切除が挙げられる。
【０１６６】
好ましくは、生理学的応答は複数の標本点で連続的に測定される。
【０１６７】
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態を説明するが、あくまでも例としてのみ説明するものであるものであることは言うまでもない。
【０１６８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の好ましい実施の形態にもとづく患者の身体の容積をマッピングするためのマッピングシステム１８を示す図である。マッピングシステム１８は、ヒトの体内に挿入される細長いプローブ、好ましくはカテーテル２０を有する。カテーテル２０の遠位端部２２は診断及び／又は治療機能を実行する機能部２４を有し、この機能部２４は遠位端部２２の先端部２６近傍に設けられている。機能部２４は、米国特許第５，３９１，１９９号及びＰＣＴ国際公開第  ＷＯ９７／２４９８３号（これらの文献の内容を本明細書の一部として援用する）に開示されているように、好ましくは電気生理学的測定を実行するための電極（図示せず）を有する。機能部２４は体内のいくつかの点でパラメータ値を記録する別の診断装置を電極の代わりに、あるいは電極に加えて有するものであってもよい。そのような装置は、化学センサ、温度センサ、圧力センサ、及び／又は他の所望のセンサを有するものであってもよい。機能部２４は、パラメータの値を収集する時間に応じて、該パラメータのたった一つの値、又は複数の値を各点について定めることができる。また、機能部２４は当業者に既知の治療機器を含むものであってもよい。
【０１６９】
カテーテル２０の遠位端部２２は、体内におけるカテーテル２０の位置、好ましくは配向の決定に使用される信号を発生する装置２８をさらに有する。装置２８は、好ましくは機能部２４に隣接し、かつ先端部２６に固定されている。装置２８は、好ましくは３本の非同心的コイル（例えばＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ９６／０５７６８号に記載されたもので、この文献の内容を本明細書の一部として援用する）を有する。この装置は、外部から印加した磁場に関して位置及び配向情報の６つの次元を連続生成することを可能とする。あるいは、装置２８は、米国特許第５，３９１，１９９号、同第５，４４３，４８９号、及びＰＣＴ国際公開第第ＷＯ  ９４／０４９３８号（これらの文献を本明細書の一部として援用）に記載されたような別の位置及び／又は座標検出器を有する。さらに、そのような検出器の代わりに、あるいはさらに加えて先端部２６を体外から位置決定することが可能なマーカー、例えば蛍光透視装置を用いる放射線不透過性のマーカーで標識する。
【０１７０】
カテーテル２０は操縦装置３２が設けられたハンドル３０を有する。外科医は、この操縦装置３２を操作することによってカテーテル２０の遠位端部２２を所望の方向に向けることで、希望通りに該遠位端部２２を配置及び／又は配向させる。カテーテル２０は、好ましくは当業者に既知のステアリング機構を遠位端部２２に備えており、このステアリング機構によって遠位先端部２６の再配置が容易となる。
【０１７１】
カテーテル２０は、延長ケーブル２１を介してコンソール３４に接続されており、ユーザがカテーテル２０の機能を監視及び調節することが可能となっている。コンソール３４は、好ましくはコンピュータ３６、キーボード３８、通常はコンピュータ３４に内蔵されている単一の処理回路４０、及びディスプレイ４２を有する。単一の処理回路４０は、一般にカテーテル２０からの信号を受信、増幅、濾過、及びディジタル化する。この信号としては、例えば位置信号生成装置２８によって生成された信号が挙げられる。コンピュータ３６は、デジタル化した信号を受信してカテーテル２０の位置及び配向を計算する。あるいは、適当な回路をカテーテル自体に取り付けて、それによって既に増幅、濾過、及び／又はデジタル化した信号を処理回路４０が受信するようにしてもよい。好ましくは、コンピュータ３６は点の位置及び決定されたパラメータを格納するための有する。コンピュータ３６は、ポリゴン操作専用のグラフィックハードウェアも有し、これによって迅速なグラフィック技術を用いて以下に説明する再構成工程を実行することが可能となる。
【０１７２】
好ましくは、システム１８は心電図（ＥＣＧ）モニタ７３も備えている。このＥＣＧモニタ７３に接続することで、該システム１８は１つ以上の体表面電極５２から信号を受信したり、コンピュータ３６へ信号を送信することができる。あるいは、このようなＥＣＧモニタリング機能を回路４０によって行うように構成することも可能である。
【０１７３】
図２は、本発明の好ましい実施の形態にもとづいて、患者の心臓７０に挿入されたマッピングカテーテル２０の遠位端部を示す図である。マッピングカテーテル２０を心臓７０に挿入し、その先端部２６を複数の部位、例えば心臓７０の内面７２上の部位７５及び部位７７に接触させる。内面７２は、再建すべき容積を規定するもので、該内面７２上の部位がサンプリングされる。複数の部位の各々において、先端部２６の座標が装置２８によって決定される。好ましくは、先端部２６の座標決定は、機能部２４による生理学的情報の決定とともに行われる。決定された座標、及び必要に応じて決定された生理学的情報は、部位データ点を形成する。複数の部位から得られた部位データ点は、心臓７０のマップ、又は心臓７０の一部分のマップの作成に使用される。
【０１７４】
好ましくは少なくとも一本のレファレンスカテーテル７８を心臓７０に挿入し、該心臓７０に対して定位置に置く。カテーテル２０の位置とカテーテル７８との位置を比較することで、心臓７０の動きに関係なく心臓７０に対するカテーテル２０の先端部２６の位置を正確に決定する。あるいは、心臓７０の動きを補償するために他の適当な方法のいずれかを用いてもよい。
【０１７５】
好ましくは、複数の部位での先端部２６の座標は、心周期の共通時点、好ましくは拡張末期で決定される。それに代わって、又は追加して、決定された位置の各々は時点とともに、好ましくは心周期の所定の時点に対応して、また現在の心拍数の表示とともに記録される。心周期の相対的時点及び速度を用いて心臓７０の動きの補償を行う。したがって、限られた時間内で簡単に数多くの点の位置を決定することが可能である。
【０１７６】
さらに、それに代わるものとして、又はさらに追加して、心周期の２つ以上の時点で各部位において先端部２６の位置が決定され、それによって各部位について位置の範囲が定まる。したがって、複数の部位の幾何学的マップは、心臓７０の複数の「スナップショット」を含むものであってもよく、各スナップショットは心周期の異なる相に対応付けられている。心周期は、機能部２４からの生理学的読み取りにもとづいて、又はレファレンスカテーテル７８の動きに応じて、好ましくはＥＣＧモニタ７３を用いて決定される。好ましくは、各位置を決定する際、該決定時の心拍数の測定も行われる。各部位の複数の位置に対して、好ましくは周波数及び相シフト変換（frequency and phase shift transformation）を適用することで、複数の位置が共通の心拍数を基準にした共通の時間点で決定されるような状態となる。
【０１７７】
位置に対して適用された変換は、心周期とは関係のない心臓の任意の動き、特に呼吸による胸部の動きや患者が行う他の動作による影響を少なくしたり、又は取り除いたりする役割も担う。そのような影響は、各部位に関連した点の周期的な軌跡を定め、続いて心拍数に関連した周期以外の動きの周期が描く軌跡を除去することによって取り除かれる。好ましくは、ＥＣＧによって決定されるように、対応する波長が等しく心周期の長さを均一に分割しない周期はいずれも除去される。各部位の結果は、修飾された軌跡であり、訂正された収縮期末期点を含むもので、以下に述べるように心臓のマップを再構成する際に使用される。
【０１７８】
好ましくは、ＰＣＴ国際公開第ＷＯ  ９７／２４９８１号（本明細書の記載の一部をなすものとして援用する）に記載されているような任意の方法を用いて、先端部２６が位置している各部位においてカテーテル２０が表面に接していることが確認される。
【０１７９】
図３は、本発明の好ましい実施の形態にもとづく点サンプリング及びマップの再構成のプロセスを説明するためのフローチャートである。既に述べたように、カテーテル２０を心臓７０の表面７２に接触させ、該カテーテル２０からの信号を受信することで先端部２６の部位の局所データ点特性を形成する。局所データ点は、好ましくは複数の時点での点の座標と、該点に関連して少なくとも一つの生理学的パラメータの一つ以上の値の座標とを有する。好ましくは、既に指摘したように、局所データ点は各決定された座標についての心拍数及び時点の指示を含む。パラメータの値は、特定の時点に対応しているか、又は一般に点に対応したものであってもよい。
【０１８０】
好ましくは、先端部２６と表面７２との間の接触を確認し、先端部２６と表面７２とが十分に接触している場合のみマップに点が加えられる。本発明の好ましい実施の形態では、適当な接触がなされていない点は内部の点のデータベースに加えられる。それらの点は、再構成された面に対して内側であり、再構成された面の一部を構成しないマップの領域を示す。その代わりとして、又はそれに加えて、例えば、ユーザは再構成された面の一部としては使用されないサンプリングした点を示してもよい。なぜなら、それらは他の標本点の領域から著しく外側にあるからである。次に先端部２６を表面７２の別の部位に移動させ、別の点に関してデータを同様にして決定する。マップを作成するのに十分な数の点に対してデータが決定されるまで複数の標本点について、又は所定の時間にわたって、この手順を繰り返す。好ましくは、コンピュータ３６は標本点の数を数え、点の所定必要最小数と比較する。好ましくは、そのような点の所定必要最小数は、急速処理の場合は約１０点から２０点、長時間の処理では最大で１００点である。あるいは、又はそれに加えて、十分な数の点がサンプリングされると医師がそのことをコンピュータ３６に知らせる。
【０１８１】
以下に示すように、心臓７０又は該心臓７０の容積のマップが再構成され、またマップが十分なディテールを有するもので正確に見えるかどうかを判断する。もし、マップが不十分であるならば、より多くの点を取得することでマップの更新が行われ、又はマップの再構成が再び行われる。再構成されたマップは、その後に心臓７０の機能分析に用いられ、それによって医師は必要な治療を判断することができる。
【０１８２】
図４は、本発明の好ましい実施の形態にもとづくマップの再構成の手順を説明するためのフローチャートである。再構成は、まず最初に心周期の基準時点（ｔ０）、例えば拡張末期において決定された位置に対して実行される。初期再構成の第１工程では、標本点を囲むグリッドが構築される。その後、模範的歪みを加える工程をグリッドに対して適用することで、標本点によって規定される形状にグリッドを大まかに合わせる。続いて、好ましくは柔軟に適合させる反復工程を実行することで標本点の座標にもとづいてグリッドの点を最終的に適合させる。好ましくはグリッドに適用される最終的な適合として、例えばスムージング、アフィン変換、及び／又は完全整合工程が挙げられ、該完全整合工程によってグリッドは標本点のすべてを実質的に含むものとなる。標本点に関連したパラメータ値は、好ましくはすべてのグリッド点に対して補間され、続いて該グリッドが表示される。このような手順は後に続く図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【０１８３】
図５乃至図９は、本発明の好ましい実施の形態にもとづくもので、単一の時点に対する再構成手順を説明するための単純化した２次元グラフである。説明を容易にするために、図及び以下の説明は単純化された２次元の例について言及する。ここで説明される原則が３次元での再構成に対しても拡大適用可能であることは、当業者ならば容易に理解することができよう。点Ｓｉは再構成すべき容積の表面上の標本点であり、該点の座標は上記したサンプリングプロセスの過程で座標が与えられる。
【０１８４】
図５に示すように、第１工程では、初期グリッド９０は標本点の近傍、好ましくは標本点を囲むように定められる。あるいは、初期グリッド９０は標本点の内側か、もしくは該点間を通過するものであってもよい。点の密度は、好ましくは必要とされる医学的処置のいずれにとっても十分に正確なマップを作成するのに十分な密度である。本発明の好ましい実施の形態では、医師は再構成の速度と精度とを望み通りに折り合わせ、それにもとづいてグリッド上の点の密度を調整することができる。好ましくは、グリッド９０は楕円形又は任意の他の単純な閉じた形状を有する。
【０１８５】
その代わりとして、又はそれに加えて、グリッド９０は、標本点が位置している表面を持つ容積の既知の特徴にもとづいた形状、例えばＬＶグラム、あるいは他の蛍光又は超音波による心臓の像によって決定される形状を有する。本発明の好ましい実施の形態では、コンピュータ３６は、共通にサンプリングされた容積にもとづく初期グリッドのデータベースを含む。医者は、好ましくはキーボード３８を介して、どの容積がサンプリングされているか、またそれによってどの初期グリッド９０が選択されたかを示す。選択されたグリッド９０は、当業者に既知の方法を用いて最初にサンプル点に位置合わせしてもよい。当業者に既知の方法としては、例えばPaul J. Besl and Neil D. McKay,“A method for registration of 3-D shapes” IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 14 (2):第２３９頁乃至第２５８頁，１９９２年２月に記述された方法が挙げられる。なお、本明細書ではこの文献を発明の詳細な説明の記述の一部として援用する。上記初期グリッドは、もう一つの選択肢として、例えばHaim J. Wolfson,“Model-based object recognition by geometric hasing”in: O. Faugeras. ed., Computer Vision-ECCV90 (First European Conference on Computer Vision, Antibes,フランス,４月、第２３頁乃至第２７頁，１９９０年), Springer，ベルリン,１９９０年，第５２６頁乃至第５３６頁、又はP. Huttenlocher and S. Ullman,“Recognizing solid objects by alignment with an image,”International Journal of Computer Vision, 5:第１９５頁乃至第２１２頁，１９９０年に記述されているように、幾何学的ハッシング又はアライメントを用いてグリッドライブラリから選択してもよい。なお、本明細書ではこの文献を発明の詳細な説明の記述の一部として援用する。初期のアライメントを行った後、本発明の方法は、好ましくは図４に示すように、また以下にさらに詳しく説明されるように進行する。
【０１８６】
図６に示すように、グリッド９０は点Ｇ’のグリッド９２に変換される。このグリッド９２はサンプリングされた容積の構造に対して大雑把に調整されたものである。グリッド９０上の各点Ｇｊについて、調整ベクトルＶｊが構成され、また点Ｇｊはグリッド９２上の点Ｇｊ’と置き換わる。この点Ｇｊ’はグリッド９０上の点ＧｊからベクトルＶｊによって移動されたものである。図５に示すように、調整ベクトルＶｊは好ましくはＧｊから標本点ＳｉまでのベクトルＶｊｉの重みつき総和である。好ましくは、総和に含まれるベクトルＶｊｉの重みは、ベクトルの大きさに強く反比例する。好ましくは、ベクトルの大きさの累乗（ｋ）に反比例する。ここで、ｋの値は、好ましくは４乃至１０，最も好ましくは６乃至８である。本発明の好ましい実施の形態では、調整ベクトルＶｊは式（１）によって求められる。
【０１８７】
【数１】
0004597329.tif 000002
【０１８８】
式（１）中、εは小さなスカラーであり、好ましくはゼロではない最も小さなベクトルの大きさよりも小さく、好ましくは標本点の決定が正確になされるほどの大きさ、例えば約１０−６である。εは、グリッド点が標本点上にある場合にゼロによる除算を防ぐことに用いられ、したがってベクトルの大きさはゼロである。Ｃｆは定数であり、０．１乃至１、好ましくは０．５乃至０．９、最も好ましくは約０．７５の値をとる。このＣｆの値は、粗調整においてどれぐらい点Ｇｊ’が点Ｓｉに近接しているかを決定するために調整される。
【０１８９】
好ましい実施の形態では、グリッド点Ｇｊに対する標本点Ｓｉの影響は、標本点Ｓｉとグリッド点Ｇｊとの間の距離のみならず、上記の式（１）に示されるように、標本点Ｓｉ近傍の標本点Ｓの密度も考慮に入れられる。したがって、サンプリングされた各点に与えられた重み係数、１／（ｒｊｋ＋ε）は密度値σｉによって乗算される。密度値σｉは、好ましくは０から１の範囲である。また、好ましくは密度値σｉは以下の式（２）によって定められる。
【０１９０】
【数２】
0004597329.tif 000003
【０１９１】
標本点Ｓの近傍により多くの点があり、各点の密度値σはより小さい値を取り、また影響も少ない。好ましくは、近接した複数の点による影響の総和は、単一の隔離された点の影響と同様であり、好ましくは密度値σが約１である。
【０１９２】
図７は、順応適合ステップの第１の部分を説明するための模式図であり、標本点Ｓｉの各々は、粗調整されたグリッド９２のグリッド点Ｇｊに対応付けられている。対応づけられたグリッド点Ｇｊは各々の標本点に向かって移動する。一方、粗調整されたグリッド９２上のＧ’点の残りは、さらに以下に説明されるように、グリッド９２上にある周囲の点の移動の補間にもとづいて移動する。好ましくは、サンプリングされた各点Ｓｉは、最も近いグリッド点Ｓｉに対応する。例えば、標本点Ｓ１に対して最も近いグリッド点はＧ１’であり、したがってこれらの点は対応している。好ましくは、コンピュータ３６はそのような点の対がリストされたメモリリストを生成する。この説明を明確にするために、図７において対応付けられた点は破線で表された楕円９６によってマークされている。
【０１９３】
好ましくは、対応付けられたグリッド点をそれぞれの標本点に向けて移動させる変換関数ｆが生成する。関連付けされていないグリッド点もまた変換関数ｆにもとづいて移動する。変換関数ｆは好ましくは容易に計算され、グリッドをスムーズ型に変換する。好ましくは関数ｆは標本点とグリッドの点とからなる対応付けられた対間の距離の加重和であり、グリッド点に近接した対応付けられた点の対はグリッド点から離れた対応付けられた点の対よりもそれ自身の変位に影響を及ぼす。関数ｆは好ましくは以下の式（３）によって与えられるものであり、式中、Ｗｉ（Ｇｊ）グリッド点Ｇｊと対応付けられたグリッド点Ｇｉとの間の距離に依存するもので、好ましくは以下の式（４）によって定まる。あるいは、以下の式（３）において、既に記した式（１）に示されるように、ｗｉ（Ｇｊ）はグリッド点Ｇｊと標本点Ｓｉとの間の距離に依存する。順応適合工程では、ｋの値はよりスムーズなグリッド面を生成するために粗調整工程における指数法則よりも小さい。好ましくは、順応適合工程におけるｋの値は２乃至６であり、最も好ましくは４である。好ましくは、ｋは計算を簡単にするために偶数である。スカラー表示法のための便宜上、式（３）及び式（４）を示したが、上記した式（１）と同様にＳｉ、Ｇｉ、及びｆ（Ｇｊ）はベクトル成分である。
【０１９４】
【数３】
0004597329.tif 000004
【０１９５】
【数４】
0004597329.tif 000005
【０１９６】
定数Ｃは、対応付けられたグリッド点が各々の対応付けられた標本点に向けてどれだけ近接するかを定める。Ｃの値が非常に小さい場合、対応付けられたグリッド点Ｇｉは実質的に標本点Ｓｉ上に移動する。好ましくはＣは０．３乃至０．７、より好ましくは０．５である。その代わりに、あるいはそれに加えて、順応適合が実行される回数にもとづいてＣが変更される。さらに、その代わりに、あるいはそれに加えて、第１の順応適合工程においてＣは相対的に大きく、一方その後の順応適合工程ではＣは徐々に減少する。
【０１９７】
式（２），式（３），及び式（４）で使用される距離の定義は、計算が簡単であること、及び再構成した容積の対向する壁面上の点を互いに反発させ合うという事実から、好ましくはＲ３のユークリッド距離である。
【０１９８】
本発明の別の好ましい実施の形態では、対応付けられた標本点を持つグリッド点は、それらの間の距離の一部分によってそれらの対応づけられた標本点に向けて移動する。好ましくは、点は対応付けられた対間の距離の割合で移動する。例えば、図７では点が距離の約２／３移動する。あるいは、グリッド点は対応付けられた対間の距離に依存した任意の別の量によって移動する。
【０１９９】
図８に示すように、抽出点Ｓｉに対応付けられていないグリッド点Ｇ’ｋは該点を囲むグリッド点Ｇ’ｌの動きに依存する移動ベクトルＶｋにもとづいて移動する。好ましくは、取り囲む点Ｇ’ｌの移動の直線補間である距離だけ非対応付け点Ｇ’ｋが移動する。好ましくは、現在調整されたグリッド上にあるままで、点間の幾何学的距離としてグリッド間の距離が決定される。例えば、Ｇ’１５とＧ’１６との幾何学的距離はＸ２によって表され、２つの点の座標にもとづいて求めることが可能である。その代わりに、あるいはそれに加えて、使用した距離は現在調整されたグリッドに沿う距離バーＸ２、元のグリッドに沿うグリッド距離バーＬ２、又は元のグリッド上の幾何学的距離Ｌ２である。本発明の好ましい実施の形態では、第１の順応適合工程において、使用した距離はｌ２又はバーＸ２のいずれかのグリッド距離であり、それに続く順応適合工程では幾何学的距離Ｘ２である。
【０２００】
例えば、図８に示すように、点Ｇ’１５は、グリッド点Ｇ’１４及びＧ’１６のそれぞれのベクトルＶ１４及びＶ１６の加重和であるベクトルによって定められた距離を移動する。好ましくは、ベクトルＶ１５は以下の式（５）によって表されるものである。式（５）において、ｄｌはＧ１５とＧ１４との間の距離の選択されたタイプであり、Ｘ１，バーＸ１，ｌ１又は任意の他の適当な距離定義を含むものであってもよい。同様に、ｄ２はＧ１５とＧ１６との間の距離の選択されたタイプであり、Ｘ１，バーＸ１，ｌ２又は任意の他の適当な距離定義を含むものであってもよい。好ましくは図８に示す第１の順応適合工程では、ｄ１及びｄ２はそれぞれＸ１及びＸ２とする。
【０２０１】
【数５】
0004597329.tif 000006
【０２０２】
式（５）は一次直線補間を説明するためのものではあるが、高次及び非直線補間法も使用することができる。
【０２０３】
好ましくは、順応適合工程中、順応適合工程を数回繰り返す（Ｎ０回、図４参照）。各回において、グリッド点は標本点に対応付けられ、したがって対応付けされたグリッド点及び対応付けされていないグリッド点が移動する。
【０２０４】
粗調整及び順応適合は、グリッドを不均一なものにする傾向がある。したがって、最終調整工程の間、例えばガウス様零空間（Gaussian-like kernel）による表面回旋（surface convolution)を適用することで、グリッドを好ましくはスムーズ化させる。好ましくは、零空間は３ｘ３ガウス零空間であり、グリッドに対して複数回、好ましくは５回乃至１０回適用される。あるいは、より大きな零空間を使用してもよく、この場合はグリッドに対してより少ない回数、最も好ましくは一回だけ適用することができる。しかし、表面回旋は、一般に表面の収縮によって生じるので、一次変換、好ましくはアフィン変換がグリッドに適用され、表面の収縮をなくし、グリッドと標本点との適合を改善させる。アフィン変換は、グリッドの外側にある標本点とグリッドによって定められた面との間の平均平方距離を最小限にする変換として選択される。このように変換を選択することで、グリッドによって表面上又は表面内側となる標本点の実質的に全てを生ずる。このような変換の選択は、心臓の解剖学的構造にもとづくもので、アウトライアー、すなわちサンプリングされた表面上にない点は、一般にサンプリングされた表面の内側にある。すなわち、心筋壁上ではなくむしろ心室腔内にある。したがって、再構成グリッドは、さもなければグリッドを変形させる可能性のあるアウトライアーを無視することによって、適当に再構成される。
【０２０５】
最終調整工程を終えるために、ユーザは正確な適合工程を任意に要求してもよい。この正確な適合工程では、実質的に標本点の実質的全てが含まれるようにグリッド面が変形する。先行する工程の結果としてグリッド面上に乗っていない標本点の各々について、最も近接したグリッド点が選択され、標本点の位置まで移動する。グリッド点の残りは、好ましくは移動しない。好ましくは、グリッド面から一定の距離だけ離れている内部の点はこの工程では移動されず、アウトライナーとして見なされる。上記したアフィン変換にもとづいて外部点は一般にグリッド面から離れていないことに注目すべきである。
【０２０６】
その代わりに、あるいはそれに加えて、最終の順応適合工程が実行される。この工程では、図９に示すように、対応付けられたグリッド点が標本点上に移動する。図９の曲線１００は、最終的なグリッド構成を示すもので、サンプリングされた容積の正確な近似が含まれる。
【０２０７】
あるいは、順応適合を一工程で実行し、粗調整されたグリッドの対応付けされた点を標本点上に素早く移動させる。本発明の好ましい実施の形態では、コンピュータ３６は最初に近似のマップを作成し、このマップで順応適合が一工程で実行される。医師は近似マップを用いて、より多くの標本点が必要かどうかを決定する。より多くの点を必要としないと医師がいったん決定を下すと、コンピュータ３６はより一層正確にマップを再構成し、順応適合が複数回実行される。その間、医師は時間を節約するために近似マップを使用してもよい。さらに好ましい実施の形態では、グリッド上の点の密度が相対的に低い再構成マップが最初に作られ、後の再構成では点の密度がより一層高いグリッドが使用される。
【０２０８】
再び図４を参照する。標本点が複数の時点でのデータを含む場合、基準時点の再構成グリッド（以下、基準グリッド）は、好ましくは他の時点ｔｉのグリッドをすばやく再構成する際に使用される。他の時点の各々について、簡易変換が基準グリッドに対して実行され、時間ｔｉの標本点の形に該グリッドが近づく。簡易変換は、好ましくは２次変換又はアフィン変換である。あるいは、変換は回転及び／又はスケール変換を含む。本発明のいくつかの好ましい実施の形態では、変換は標本点の数に応じて選択される。好ましくは、標本点の数が相対的に多ければ、２次変換が適用され、一方で標本点の数が少ない場合はより単純な変換が用いられる。
【０２０９】
次に、順応適合が変換されたグリッドに対して１回以上（ＮＴ）、好ましくは基準グリッドの再構成に必要とする数よりも少ない回数（ＮＴ＜Ｎ０）、最も好ましくは２回実行される。続いて最終調整が好ましくはグリッドに適用され、実質的に既に述べたように基準グリッドに対して、時間ｔ１において結果として生ずるグリッドが表示される。全ての時点においての再構成が完了した場合、再構成グリッドは時間の関数として、あるいは任意の他の方法で連続して表示されてもよい。好ましくは、再構成プロセスが継続して行われる一方で基準グリッドが表示されるので、医師は再構成データを即座に使用することが可能である。
【０２１０】
好ましくは、既に述べたように、各データ点はカテーテル２０の機能部２４を用いて測定される少なくとも一つの生理学的パラメータ、例えば心臓の電気的活動の指標を含む。マップが構成された後に、上述したように、標本点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ６等に対応付けられたグリッドＧ１，Ｇ’４，Ｇ’７等のグリッド上の点が各々の標本点Ｓ１，Ｓ２，Ｓ６等の生理学的パラメータ値に割り当てられる。対応付けされていないグリッド点は、既に述べたようにして近傍の対応付けされたグリッド点のパラメータの値間の補間によってパラメータ値を受け取る。その代わりに、あるいはそれに加えて、順応適合で座標が与えられる方法と類似したやり方で、対応付けされていないグリッド点はパラメータ値を受け取る。
【０２１１】
さらに、その代わりに、あるいはそれに加えて、対応付けがなされていないグリッド点に対して、零次保持埋まり法（zero-order-hold filling in method)を用いてパラメータ値が与えられる。標本点からスタートして、包囲しているグリッド点の全てに対して、標本点と同様のパラメータ値が与えられ、異なるパラメータを持つ別のグリッド点に遭遇するまで外側へ伝わる。その後、ガウスの平滑化プロセスを好ましくはパラメータ値に適用する。したがって、大変簡易な方法で、実質的に視覚的鮮明性を失うことなく全てのグリッド点に対して、パラメータ値が与えられる。
【０２１２】
したがって、３次元マップが再構成され、心内腔の幾何学的形状と心臓の一の関数として局所的電気パラメータ又は他の生理学的パラメータとが共に示される。局所パラメータは、電位図振幅、活性時間、導電ベクトルの方向及び／又は振幅、又は他のパラメータを含むものであってもよく、また当業者に周知のように疑似カラー又は他の図表化手段を用いて表示してもよい。好ましくは、所定のカラースケールをパラメータに対応付け、パラメータの高い値をとして、第１の色、例えば青が設定され、パラメータの低い値として、第２の色、例えば赤が設定される。
【０２１３】
図１０は、本発明の好ましい実施の形態にもとづいて表示された再構成心臓容積１３０の模式図である。サンプリングされた複数の点１３４が該容積１３０の表面１３２を再構成するのに使われている。グリッド（図示せず）は既に述べたようにして調整されて表面１３２を形成する。好ましくは、グリッド上の各点は決定の正確さを示す指標である信頼性値を受け取る。さらに好ましくは、信頼性値はグリッド点から表面１３２上の最も近接した標本点までの距離、及び／又はグリッド点近傍の標本点１３４の密度である。好ましくは、信頼性が低いグリッド点に覆われた表面１３２の領域、例えば領域１４０は半透明なものとして、好ましくはα−ブレンディングを用いて表示される。透明性があるために、容積１３０の内面上の点１３６が表示され、容積１３０を通して見られる。好ましくは、ユーザは所定の距離及び／又はサンプル密度が定まった信頼性の低い点を定めてもよい。その代わりに、あるいはそれに加えて、信頼性を工程的に示したスケールとともに、異なる度合いの半透明性を用いる。
【０２１４】
図１１は、本発明の好ましい実施の形態にもとづく容積を評価する方法の模式図である。いくつか例では、例えば心周期の異なる時点での心内腔の容積と比較するために、１つ以上の再構成された表面によって包囲された容積を評価することが要求される。図１１では、理解し易いように球体１５０で表された再構成されたグリッドの表面が示されている。この球体１５０の表面は、グリッド点によって複数の四辺形に区画化されており、また該四辺形は容積の評価に用いられる。好ましくは容積内にあり、最も好ましくは球体１５０の質量の中心に近接した表面近傍の任意の点Ｏが選ばれ、球体１５０の表面上の各四辺形に対してピラミッド１５２が定まる。ピラミッド１５２の容積の合計を見積もりが球体１５０の容積を正確に表す。
【０２１５】
好ましくは、各四辺形は２つの三角形に分割され、容積は底辺及び頂点Ｏとして三角形によって定まる四面体の容積を合計することによって見積もられる。Ａｍ，Ｂｍ，Ｃｍを、時計方向に配置されたｍ番目の三角形の頂点とすると、球体１５０の表面から外側方向に三角形の法線が向く。球体１５０の容積Ｖは式（６によって推定される。
【０２１６】
【数６】
0004597329.tif 000007
【０２１７】
図１２は、本発明の好ましい実施の形態にもとづく再構成方法を説明するための模式図である。この好ましい実施の形態では、標本点は３次元の容積を囲むものとしてよりも単一の開いた表面上にある。カテーテル２０を、心臓７０の内壁７６上の複数の部位に接触させ、標本点１２０を与えるためにそれらの部位の座標が決定される。好ましくは、医師はコンソール３４にカテーテル２０が表面７６に接する方向を指示する。それによって、コンピュータ３６は最初のグリッド１２２を生成する。このグリッド１２２は、複数のグリッド点１２４を含むもので、全てのグリッド点１２４が好ましくは標本点の一方の側にある。調整を行う一連の工程は実質的に既に述べたようにして行い、グリッド点１２４を最大限に類似した表面７６に導く。
【０２１８】
本発明の好ましい実施の形態では、調整を行う一連の工程をディスプレイ４２上で工程的に行うことができるので、医師が必要に応じて一連の工程を中断したり指示したりすることが可能となる。
【０２１９】
ここで注目すべきことは、上述したことが標本点に関するデータが再構成を行うシステムによて獲得されたものと仮定しているが、再構成を行う一連の工程もまた任意の供給源、例えば異なるコンピュータ、ライブラリデータベース、又は画像形成システム等から受け取った点に対して実行することができるということである。さらに、好ましい実施の形態では心臓のマッピングに関して説明されているが、本発明の原理及び方法は他の生理学的構造及び空隙の３次元再構成のみならず非医学的領域における３次元再構成に対しても同様に適用可能であることは容易に理解されよう。
【０２２０】
既に指摘したように、カテーテル２０の機能部２４を用いて測定され、かつ標本点に対応付けられたグリッド点に割り当たられる心臓の生理学的パラメータの重要な例は、心臓組織の局所活性化時間（ＬＡＴ）である。この時間は、標本点の各々において機能部２４によって測定される信号（特に電圧）の特徴が表れる時間、例えば心周期において信号が最初にある閾値を超える時間を、例えばＥＣＧモニタ７３を用いて測定されるＥＣＧ信号の基本的特徴が表される心周期内の時間と参照することによって決定される。好ましくは、ＬＡＴが標示されたグリッドは拡張末期に対応するグリッドである。なぜなら、心臓は心周期におけるその時点で最も完全に拡張し、その結果心内腔の内面が心周期におけるその時点で最も平滑化されるからである。
【０２２１】
標本点に対応付けられたグリッド点に標示されたＬＡＴの値は、上述したように、他のグリッド点に補間される。好ましくは、この補間は、グリッドに沿って測定された各グリッド点Ｖから最も近い標本点までの距離ｄ（Ｖ）にもとづいた零次保持埋まり法の変法を用いて行う。
【０２２２】
最初に、標本点に一致するグリッド点に対してｄ（Ｖ）の値を零とし、さらに他のグリッド点のすべてに対してｄ（Ｖ）の値を無限大とする。次に、一連の反復の各々において、各グリッド点Ｖを順番に巡回し、該グリッド点Ｖとその近傍のグリッド点Ｎｉ∈  ｛Ｎｉ，．．．．，Ｎｍ｝との間の距離ｄ（Ｖ，Ｎｉ）にもとづいたｄ（Ｖ）の新たな値を割り当てる。特に、ｄ（Ｖ）はｍｉｎ［ｄ（Ｖ），ｍｉｎ（ｄ（Ｎｉ）＋ｄ（Ｖ，Ｎｉ））］と置き換わる。各グリッド点Ｖに対してｄ（Ｖ）の新たな値が割り当たられるので、グリッド点Ｖもまたｄ（Ｖ）の新たな値がベースとなる近傍のＮｉに対応付けられたＬＡＴ値が割り当てられる。これらの反復は、一回の反復の過程で少なくとも一つのｄ（Ｖ）が変化する限り続く。最後に、グリッド幾何の最終調整に関する文脈の中で既に述べたように、標示されたＬＡＴ値がたたみこみ（convolution)によって平坦化される。
【０２２３】
好ましい３次元グリッドは、グリッドが多角形、例えば三角形の集まりとして規定されるようにして、グリッド点が直線によって接続されたグリッドである。この場合、三角形の頂点をグリッド点が形成し、グリッド点間を結ぶ直線が三角形の辺を構成する。そのようなグリッドでは、三角形の頂点におけるＬＡＴ値にもとづいて速度ベクトルを各三角形に割り当てることによって活性化信号の伝搬速度、すなわち心臓組織の伝導速度の予備バージョンが得られる。グリッドは十分に細かく調整れ、各三角形において、活性化信号が平面波として伝播する。図１３は頂点ａ，ｂ及びｃを有する三角形と、該三角形２００を横切って速度ｖで図面の右上方向に伝播する平面波面２０２とを示す。ここで注目すべきことは、平面波面２０２が伝播の方向に対して垂直となっていることである。この図では、平面波面２０２が頂点ｂに達する時間ｔｂにおける平面波面２０２が描かれている。この時間ｔｂは、平面波面２０２が頂点ａに達する時間ｔａと少なくとも同じ大きさであり、また平面波面２０２が頂点ｃに達する時間ｔｃを上回ることはない。すなわち、ｔａ≦ｔｂ≦ｔｃの関係にある。平面波面２０２は点ｄで対頂点ｂである三角形２００の辺ａｃと交差する。点ｄは、以下の式（７）で表される一次補間によって見いだされる。
【０２２４】
【数７】
0004597329.tif 000008
【０２２５】
ｖ方向の単位ベクトル（以下、単位ベクトルｖとする）はｄ−ｂと三角形２００に対して垂直な単位ベクトルＮとのクロス乗積を取り、さらに以下の式（８）によって規格化することによって見いだされる。
【０２２６】
【数８】
0004597329.tif 000009
【０２２７】
最後に、以下の式（９）に示すように、単位ベクトルｖの大きさはａからｃへの見かけベクトルをこの単位ベクトルｖ上に投影することによって見いだされる。
【０２２８】
【数９】
0004597329.tif 000010
【０２２９】
グリッドの各三角形に対して速度ベクトルを割り当てることで、グリッド点が頂点である全ての三角形の速度を平均化することで各グリッド点に対して、生（raw)速度ベクトルが割り当てられる。最後に生速度が以下のようにして、繰り返して平滑化される。
【０２３０】
１．各三角形は、該三角形の頂点であるグリッド点に対して割り当てられた速度の平均を、新たな速度として割り当てられる。
【０２３１】
２．各グリッド点は、グリッド点が頂点である三角形に対して割り当てられた速度の平均を、新たな速度として割り当てられる。
【０２３２】
好ましくは、そのようにして得られた伝導速度ベクトル関数は、グリッドによって表される表面からなるディスプレイ上に、上述したような疑似カラーマップとして、又はグリッド点から現れる矢印として、重ね合わせて表示される。この表示の一変形例として、各グリッド点での矢印の方向は、そのグリッド点によって標示及び平滑化されたベクトルｖの方向に一致する。あるいは、全ての矢印は同一の長さからなり、かつ矢印はベクトルｖの大きさを符号化するグレースケールを用いて単色又は無色で表される。あるいは、矢印を特定のカラースキームにもとづいて表示してもよい。反復平滑化パラメータは、特定の心臓に対する従来の知識によって決定することできる。
【０２３３】
生物学的構造物の表面に対する一連のスカラー測定から導き出された任意のベクトル関数をこのようにして表示することが可能であることを容易に理解することができよう。さらに、ベクトル関数は、該ベクトル関数が導き出されたスカラー測定とともに、又はベクター関数が導き出されたスカラー測定のスカラー関数とともに表示することができる。例えば、ＬＡＴは疑似カラーマップとして表示することができ、対応する伝導速度ベクトル関数は、既に述べたように疑似カラーマップ上に重ね合わさった矢印として表示することができる。
【０２３４】
図１４は、正常ヒト心房に関するそのような表示を示す図である。ＬＡＴは疑似カラーで表されたスケールとして一般に表示される。しかし、ここでは数値スケールとして表される。ＬＡＴに関する数値スケールの範囲は、最も早い活性化時間である最小（１）から最も遅い活性化時間である最大（１０）までである。対応する伝導速度ベクトル場の方向は矢印で示されている。矢印はモノクロームで表示されており、各矢印の階調は対応付けられた伝導速度ベクトルの大きさに一致する。図の左下部分に示すように、速度の大きさを示すスケールは、最小（黒塗り矢印）から最大（白抜きの矢印）までの範囲でありつ中間は点が打たれた矢印によって表される。単一の流れは、優先的に活性化が開始される１が付された中間点から領域へ放射状に広がる。
【０２３５】
図１５は、図１４と同様の図であるが、この図では心房粗動を罹患したヒト心房におけるＬＡＴ及び伝導速度を示す図である。信号の流れは、放射状に外側へ流れるよりはむしろ渦流となる傾向がある。この渦巻き流は、図示された導電性速度ベクトル矢印の独特かつ分離したパターンによって明示される。
【０２３６】
図１６は、図１４及び図１５と同様の表示であるが、ここでは心室性頻拍症と診断されるパターンが示されている図である。矢印が描く円形状の模様で示される渦流伝導速度ベクトル場は瘢痕組織の領域に対応している。ＬＡＴは１から１０までの数値スケールによって示される。医師は、図１６に示すパターンの領域で心臓組織を切除することで、心室性頻拍症を治療する。伝導速度の大きさは瘢痕組織で異常に低いと考えられることから、そのような表示によって品質管理診断もできる。
【０２３７】
図１７は、イヌの左心室における伝導速度ベクトルのみ（ＬＡＴ領域の表示なし）を示す。心臓は右心室尖からの洞律動い同調している。速度ベクトルの矢印は、アンダーラインが施されたグリッドの密度に応じて分布されている。各矢印は、局所伝導速度を表している。矢印の方向は計算によって求められた伝導方向であり、該矢印に施されたグレースケールの配色は伝導速度の大きさを示している（黒色の矢印は伝導速度が遅いことを示し、白抜きの矢印は伝導速度が速いことを示している）。
【０２３８】
図１８は、心房性粗動を罹患したヒト心臓の右心房である。この図も図１７と同様に、伝導速度ベクトルのみ（ＬＡＴ領域又は他パラメータの表示なし）を示す。図１４に図示された心臓の例に見いだされたような心臓における活性化を開始させる十分に範囲が限定された中心を持つよりはむしろ、伝導速度ベクトルによって示される心臓の波が明確な円形パターンで動く。このような円形パターンは、心房の下側中心部分に沿って示される心臓波の収束を生ずる。治療の一種では、異常回路を不能にするために心房のこの領域に沿って切除を行うことが含まれる。切除後、心室腔を再びマッピングして処置がうまく行われたことを確認することができる。
【０２３９】
ＬＡＴを誘導するために使用されるＥＣＧ測定の他のスカラー関数もまた有用である。そのようなスカラー関数の一つは、心周期の経過とともに、標本点の各々で測定された電圧の振幅（最大−最小）である。電圧の振幅が小さいと瘢痕組織と診断される。最も好ましくは、電圧振幅、ＬＡＴ及び伝導速度が一緒に表示される。電圧振幅は従来の疑似カラーマップで符号化される。ＬＡＴは、標本点上に標示された着色ドットとして符号化される。伝導速度は、既に述べたように矢印によって表示される。
【０２４０】
既に述べたように、ひとたび伝導性速度ベクトル（矢印で示す）が心臓表面の３次元マップ上に重ね合わせて標示されると、表示された速度ベクトルにもとづいて問題があると示された心臓の領域に対して治療を施すことが可能となる。例えば、速度ベクトル方向を示している領域、例えば図１５及び図１８に示されるように矢印が収束する領域で切除処置が施される。なお、薬学的及び生物学的治療に加えて、レーザ、治療用超音波、無線周波数等のエネルギーの適用等、任意のタイプの治療方法を含めることは本発明の範囲内である。さらに、治療的処置は速度ベクトルの大きさにもとづいて施すものであってもよい。例えば、グレイスケールを用いる実施の形態では、速度ベクトルの矢印では黒色が低伝導ベクトルを示す。また、伝播波は心臓のこの部分を徐々に通り過ぎるので、このことは罹患組織又は瘢痕組織を表すものと考えられる。
【０２４１】
別の有用な品質管理診断は、さらに第３のスカラー場を表示することによって得られる。このスカラー場は、各計算から標本点の一つを除去し、各計算から除去された異なる標本点によって上記した伝導速度の計算を実行することによって得られる。このことはサンプリングされた各々の点に対して行われるので、標本点の数だけ伝導速度場の計算がなされる。対応付けられたスカラー場は、各グリッド点において、該グリッド点で得られた伝導速度の大きさの範囲（最大−最小）である。このスカラー場は、疑似カラーによって表示されるもので、各グリッド点において計算された伝導速度場の信頼性の基準となる。
【０２４２】
器官の同一記録に対して生成した他の生理学的マップ、例えば電圧マップ又はインピーダンスマップを用いて伝導速度を表示することも可能である。
【０２４３】
ここで、上記表示が少なくとも２つの方法で表示することが可能であることを指摘しておく。すなわち、値が定められた信頼水準の値を表し、そうしたものとして疑似カラーマップ上に直接置かれる場合に、疑似カラースケールの色によって表示する。あるいは、値が信頼性の低いものであり、そうしたものとしてマップに表示される場合、別の異なる色又は透明によって表示する。後者の場合、医師はより多くのサンプルを得るように指示されるであろう。
【０２４４】
以上、本発明の好ましい実施形態を図示し説明したが、当該技術分野における熟練者であれば、これらの実施形態が例示的な目的でのみ用いられていることが明らかに分かる。すなわち、当該技術分野における熟練者によって、本発明を逸脱することなく多数の変形、変更および置換が案出可能である。従って、本発明は特許請求の範囲およびその実施態様によってのみ限定されると解するべきである。
【０２４５】
本発明の具体的な実施態様は以下の通りである。
（Ａ）  マッピングを利用して心臓の状態を表示する方法であって、
（ａ）前記心臓の表面のマップを作成する工程と、
（ｂ）前記心臓の前記表面上で少なくとも３つの標本点における生理学的応答を測定する工程と、
（ｃ）前記生理学的応答に関連したベクトル関数を計算する工程と、
（ｄ）前記マップ上に前記ベクトルの表現を表示する工程と
を有することを特徴とする状態表示方法。  （１）ベクトル関数が生理学的応答の勾配に対応している実施態様（Ａ）に記載の状態表示方法。
（２）生理学的応答が時間の関数である実施態様（１）に記載の状態表示方法。
（３）生理学的応答が心臓内で伝播する生理学的信号の局所活性化時間（ＬＡＴ）である実施態様（２）に記載の状態表示方法。
（４）ベクトル関数は生理学的応答が心臓内で伝播する速度である実施態様（３）に記載の状態表示方法。
（５）ベクトル関数の表現は標本点の各々にある矢印を含む実施態様（Ａ）に記載の状態表示方法。
【０２４６】
（６）心臓の表面をいくつかのグリッド点を有するグリッドとして表し、いくつかのグリッド点は少なくとも３つの標本点と少なくとも同じ大きさである実施態様（５）に記載の状態表示方法。
（７）各グリッド点は少なくとも３つの標本点の対応する一つと実質的に一致する実施態様（６）に記載の状態表示方法。
（８）グリッドは、複数の頂点によって規定された複数の多角形を有し、各多角形の各頂点はグリッド点の一つであり、ベクトル関数の計算は、（ｉ）各グリッド点で局所活性化時間（ＬＡＴ）を補間する工程と、（ｉｉ）多角形の各々に対して、各多角形の頂点であるグリッド点における補間されたＬＡＴ値にもとづいて、ベクトル関数の値を各多角形に割り当てる工程と、（ｉｉｉ）グリッド点の各々に対して、各グリッド点が頂点である少なくとも一つの多角形に割り当てられるベクトル関数の値にもとづいて、各グリッド点のベクトル関数の値を決定する工程とを有する実施態様（７）に記載の状態表示方法。
（９）ベクトル関数の計算は、さらに、（ｉｖ）グリッド点においてベクトル関数の値を平滑化する工程が含まれる実施態様（８）に記載の状態表示方法。
（１０）平滑化の範囲は状態についての先験的（priori）情報にもとづいている実施態様（９）に記載の状態表示方法。
【０２４７】
（１１）多角形が三角形である実施態様（１０）に記載の状態表示方法。
（１２）矢印は、各標本点におけるベクトル関数の方向を示す実施態様（５）に記載の状態表示方法。
（１３）矢印は長さを有し、その長さは各標本点におけるベクトル関数の大きさを示す実施態様（１２）に記載の状態表示方法。
（１４）矢印は、各標本点におけるベクトル関数の大きさを示すグレースケールにもとづいて示される実施態様（１２）に記載の状態表示方法。
（１５）矢印は、各標本点におけるベクトル関数の大きさを示すカラースキームにもとづいて示される実施態様（１２）に記載の状態表示方法。
【０２４８】
（１６）ベクトル関数にもとづいた心臓の領域を処置する工程をさらに有する実施態様（４）に記載の状態表示方法。
（１７）ベクトル関数の値にもとづいた心臓の領域を処置する工程をさらに有する実施態様（８）に記載の状態表示方法。
【０２４９】
【発明の効果】
従って、本発明によれば、生物学的構造物、例えば心臓の異常を診断することが可能なマップを生成するマッピングを用いた状態表示方法が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態にもとづく心臓マッピングシステムの模式図である。
【図２】本発明の好ましい実施の形態にもとづいて、患者の心臓内にマッピング用のカテーテルが挿入されている状態を示す模式図である。
【図３】本発明の好ましい実施の形態にもとづく点のサンプリング及びマップ再構成の方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の好ましい実施の形態にもとづく再構成の方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の好ましい実施の形態にもとづいて、標本点からのマップの再構成を説明するために単純化かつ２次元化した模式図である。
【図６】本発明の好ましい実施の形態にもとづいて、標本点からのマップの再構成を説明するために単純化かつ２次元化した模式図である。
【図７】本発明の好ましい実施の形態にもとづいて、標本点からのマップの再構成を説明するために単純化かつ２次元化した模式図である。
【図８】本発明の好ましい実施の形態にもとづいて、標本点からのマップの再構成を説明するために単純化かつ２次元化した模式図である。
【図９】本発明の好ましい実施の形態にもとづいて、標本点からのマップの再構成を説明するために単純化かつ２次元化した模式図である。
【図１０】本発明の好ましい実施の形態にもとづいて表示された再構成心臓容積を説明するための模式図である。
【図１１】本発明の別の好ましい実施の形態にもとづく容積推定方法を説明するための模式図である。
【図１２】本発明の別の好ましい実施の形態にもとづく再構成方法を説明するための模式図である。
【図１３】グリッドを構成する三角形を横切る平面状波面を説明するための模式図である。
【図１４】ヒト正常心房のＬＡＴ−伝導速度合成表示を示す模式図である。
【図１５】心房粗動を罹患したヒト心房のＬＡＴ−伝導速度合成表示を示す模式図である。
【図１６】ヒト心室に関して心室性頻拍症と診断される電圧範囲−伝導速度合成プロットのパターンを示す模式図である。
【図１７】心臓が右心室尖からの洞性律動に同調しているイヌの左心室における伝導速度の表示を示す模式図である。
【図１８】心房粗動を罹患したヒト心臓の右心房の伝導速度表示を示す模式図である。
【符号の説明】
１８  マッピングシステム
２０  カテーテル（マッピングカテーテル）
２２  遠位端
２４  機能部
２６  遠位先端部
２８  装置
３０  ハンドル
３２  操縦装置
３４  コンソール
３６  コンピュータ
３８  キーボード
４０  処理回路
４２  ディスプレイ
５２  体表面電極
７２，７６，１３２  表面（内面）
７３  ＥＣＧモニタ
７８  レファレンスカテーテル
９０，９２，１２２  グリッド
１００  曲線
１２４  グリッド点
１３０  容積
１３４  標本点
１３６  点
１４０  領域
１５０  球体
１５２  ピラミッド
２０２  平面波面
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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