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JP2023518239A - 局所興奮時間をマッピングするためのシステム、方法、および装置 - Google Patents

局所興奮時間をマッピングするためのシステム、方法、および装置 Download PDF

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Abstract

電気解剖学的マッピングシステムは、複数の電気生理学的(EP)データポイントを含むデータセットに含まれる局所興奮時間(LAT)情報をグラフィックで表す。システムは、EPデータポイントを中心とする空間カーネルにわたる空間勾配と、EPデータポイントセットについての複数の時間勾配とを計算する。電気解剖学的マッピングシステムは、各勾配を用いて、空間外れ値EPデータポイントおよび時間外れ値EPデータポイントを検出してもよい。次いで、これらの外れ値EPデータポイントは、LATマップのグラフィック表示を心臓表面のモデル上に出力する前に補正されてもよい。

Description

(関連出願の相互参照)
本出願は、本明細書に完全に記載されているものとして、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、2020年3月16日に出願された米国仮出願第62/990,267号の利益を主張する。
本開示は、一般に、電気生理学的視覚化およびマッピングに関する。より具体的には、本開示は、局所興奮時間の視覚化を生成するためのシステム、方法、および装置に関する。
電気生理学的マッピング、より具体的には心電図マッピングは、数多くの心臓診断および治療処置の一部である。しかしながら、そのような処置の複雑さが増すにつれて、利用される電気生理学的マップは、より高品質、高密度にならなければならず、より迅速にかつより容易にマップを生成できなければならない。
電気生理学的研究は、局所興奮時間(LAT)マップの作成を含んでもよい。LATマップは、例えば、不整脈が心腔全体にわたってどのように移動しているかに関する識見を医師に提供することができる。実際、当業者は、電気解剖学的マッピングシステムにおけるLATマップのグラフィック表示に精通しているであろう。
しかしながら、現存の電気解剖学的マッピングシステムは、時折、LATマップのグラフィック表示において異常なLATスパイクを示すことがある。これらのスパイクは、本明細書では「外れ値」と呼ばれる。
外れ値にはいくつかの原因がある。例えば、左心耳または心室心尖など、解剖学的幾何形状が非常に複雑な凸状の場合、凸部の中央内に電気生理学的データポイントが積み重なることにより、表面上への投影が不正確になり得る。
別の例として、電気生理学的データポイントが互いに非常に近く、群がって重複セットになる場合、重複セットに対する誤ったLATの選択は、外れ値をもたらし得る。
さらに別の例として、低電圧心筋において見られ得るような、振幅が小さく、長く、分画された電位を有する複雑な電位図は、LATを正確に決定することを困難にすることがあり、外れ値につながる。
外れ値はまた、心臓および/もしくは呼吸運動や、または、全てではないが一部の電気生理学的データポイントの収集中にカテーテルスプラインが互いに接触することなどの、機械的アーチファクトからも生じ得る。
本明細書では、局所興奮時間(LAT)をグラフィックで表す方法が開示され、この方法は、電気解剖学的マッピングシステムにおいて、複数の電気生理学的(EP)データポイントを含むLATデータセットを受信することであって、複数のEPデータポイントの各EPデータポイントは、位置特定情報および電位図信号を含む、受信することと、電気解剖学的マッピングシステムが、LATデータセットの複数のEPデータポイントのうちの1つのEPデータポイントを中心とする空間カーネルにわたる空間勾配を計算することと、電気解剖学的マッピングシステムが、LATデータセットの複数のEPデータポイントの各々について時間勾配を計算し、それによって複数の時間勾配を計算することと、電気解剖学的マッピングシステムが、空間勾配を用いて、空間カーネル内の空間外れ値EPデータポイントを検出することと、電気解剖学的マッピングシステムが、複数の時間勾配を用いて、時間外れ値EPデータポイントを検出することと、電気解剖学的マッピングシステムが、空間外れ値EPデータポイントおよび時間外れ値EPデータポイントを補正し、それによって補正LATマップを作成することと、電気解剖学的マッピングシステムが、補正LATマップのグラフィック表示を心臓表面のモデル上に出力することと、を備える。
本開示の実施形態では、電気解剖学的マッピングシステムにおいて、複数の電気生理学的(EP)データポイントを含むLATデータセットを受信することは、各EPデータポイントの位置特定情報を用いて、各EPデータポイントを心臓表面のモデル上に投影することと、各EPデータポイントの電位図信号を用いて、投影された各EPデータポイントにLATを割り当てることと、を備えてもよい。
本開示の態様によれば、電気解剖学的マッピングシステムは、複数のEPデータポイントの各EPデータポイントに対する空間カーネルを定義し、定義された各空間カーネルに対する空間勾配を計算してもよい。代替的に、電気解剖学的マッピングシステムは、複数のEPデータポイントのサブセットを選択するユーザ入力を受け付け、複数のEPデータポイントのサブセットの各EPデータポイントに対する空間カーネルを定義し、定義された各空間カーネルに対する空間勾配を計算してもよい。さらなる実施形態では、電気解剖学的マッピングシステムは、LATデータセット内の高LAT勾配領域を識別し、高LAT勾配領域内の各EPデータポイントに対する空間カーネルを定義し、定義された各空間カーネルに対する空間勾配を計算してもよい。
電気解剖学的マッピングシステムが、空間勾配を空間勾配閾値と比較することによって、空間外れ値EPデータポイントを検出することが企図される。空間勾配閾値は、ユーザによって予め設定された値または計算されスケーリングされた平均絶対偏差値であってもよい。
同様に、電気解剖学的マッピングシステムは、複数の時間勾配を時間勾配閾値と比較することによって、時間外れ値EPデータポイントを検出してもよい。時間勾配閾値は、ユーザによって予め設定された値または計算されスケーリングされた平均絶対偏差値であってもよい。
本開示の実施形態では、電気解剖学的マッピングシステムが、空間外れ値EPデータポイントおよび時間外れ値EPデータポイントを補正し、それによって補正LATマップを作成することは、電気解剖学的マッピングシステムが、LAT値分散アルゴリズムおよびピーク周波数分散アルゴリズムのうちの少なくとも1つを、空間外れ値EPデータポイントおよび時間外れ値EPデータポイントに適用することを備える。
任意選択的に、本方法は、電気解剖学的マッピングシステムが、LATデータセットを空間的に平滑化することを備えてもよい。例えば、電気解剖学的マッピングシステムは、空間カーネルにガウス分布を適用してもよい。
また、局所興奮時間(LAT)をグラフィックで表す方法も本明細書に開示され、本方法は、電気解剖学的マッピングシステムにおいて、複数の電気生理学的(EP)データポイントを含むLATマップを受信することと、電気解剖学的マッピングシステムが、複数のEPデータポイント内の空間外れ値EPデータポイントおよび時間外れ値データポイントのうちの少なくとも1つを識別することと、電気解剖学的マッピングシステムが、空間外れ値EPデータポイントおよび時間外れ値EPデータポイントのうちの識別された少なくとも1つを補正し、それによって補正LATマップを作成することと、電気解剖学的マッピングシステムが、補正LATマップのグラフィック表示を心臓表面のモデル上に出力することと、を備える。
本開示の態様では、複数のEPデータポイントのうちの1つのEPデータポイントを中心とする空間カーネルにわたる空間勾配を計算することと、複数のEPデータポイントのうちの1つのEPデータポイントについての時間カーネルにわたる時間勾配を計算することと、計算された空間勾配および計算された時間勾配を用いて、空間外れ値EPデータポイントおよび時間外れ値EPデータポイントのうちの少なくとも1つを識別することと、によって、電気解剖学的マッピングシステムが、複数のEPデータポイント内の空間外れ値EPデータポイントおよび時間外れ値EPデータポイントのうちの少なくとも1つを識別する。
電気解剖学的マッピングシステムは、LAT値分散アルゴリズムおよびピーク周波数分散アルゴリズムのうちの少なくとも1つを、空間外れ値EPデータポイントおよび時間外れ値EPデータポイントのうちの少なくとも1つに適用することで、空間外れ値EPデータポイントおよび時間外れ値EPデータポイントのうちの少なくとも1つを補正し、それによって補正LATマップを作成してもよい。
本開示はまた、局所興奮時間(LAT)をグラフィックで表すためのシステムを提供する。システムは、視覚化モジュールを備え、視覚化モジュールは、複数の電気生理学的(EP)データポイントを含むLATデータセットを受信し、ここで複数のEPデータポイントの各EPデータポイントは、位置特定情報および電位図信号を含み、LATデータセットの複数のEPデータポイントのうちの1つのEPデータポイントを中心とする空間カーネルにわたる空間勾配を計算し、LATデータセットの複数のEPデータポイントの各々について時間勾配を計算し、それによって複数の時間勾配を計算し、空間勾配を用いて空間カーネル内の空間外れ値EPデータポイントを検出し、複数の時間勾配を用いて時間外れ値EPデータポイントを検出し、空間外れ値EPデータポイントおよび時間外れ値EPデータポイントを補正し、それによって補正LATマップを作成し、補正LATマップのグラフィック表示を心臓表面のモデル上に出力するように構成される。
視覚化モジュールは、LATデータセット内の高LAT勾配領域を識別し、複数の空間カーネルそれぞれにわたる複数の空間勾配を計算するように構成されてもよく、複数の空間カーネルの各々は、高LAT勾配領域内の各EPデータポイントを中心とする。
視覚化モジュールはまた、LAT値分散アルゴリズムおよびピーク周波数分散アルゴリズムのうちの少なくとも1つを空間外れ値EPデータポイントおよび時間外れ値EPデータポイントに適用することによって、空間外れ値EPデータポイントおよび時間外れ値EPデータポイントを補正するように構成されてもよい。
本発明の前述および他の態様、特徴、詳細、有用性、および利点は、以下の説明および特許請求の範囲を読み、添付の図面を検討することから明らかになるであろう。
例示的な電気解剖学的マッピングシステムの概略図である。 本開示の態様に関連して使用することができる例示的なカテーテルを示す。 多電極カテーテルによって担持される電極およびそれに関連するバイポールのための英数字ラベル付け規則を提供する。 多電極カテーテルによって担持される電極およびそれに関連するバイポールのための英数字ラベル付け規則を提供する。 本明細書に開示される例示的な実施形態による、局所興奮時間のグラフィック表示を生成する際に実行されてよい、代表的なステップのフローチャートである。 本明細書に開示される技術および教示を適用する前の局所興奮時間データの例示的なグラフィック表示である。 本開示の態様による空間カーネルを示す。 本開示の態様による空間カーネルを示す。 外れ値EPデータポイントのウィンドウ処理された電位図を示す。 外れ値EPデータポイントに対する電位図への、ピーク周波数分散アルゴリズムの適用を示す。 本明細書の開示の適用を通して生成されてよい補正LATマップを示す。 本明細書の開示の適用を通して生成されてよい補正LATマップを示す。
複数の実施形態が開示されるが、本開示のさらに他の実施形態は、例示的な実施形態を示し説明する、以下の詳細な説明から当業者に明らかになるであろう。従って、図面および詳細な説明は、本質的に例示的であると見なされ、限定的なものとすべきでない。
本開示は、電気生理学マップ(例えば、心電図マップ)の視覚化のためのシステム、方法、および装置を提供する。例示の目的のために、いくつかの例示的な実施形態が、心臓電気生理学的処置を参照して本明細書で詳細に説明される。より具体的には、本開示の態様は、アボットラボラトリーズ社(イリノイ州アボットパーク)のAdvisor(商標)HDグリッドマッピングカテーテルなどの高密度(HD)グリッドカテーテルを使用して収集された電気生理学的(EP)データポイントを、アボットラボラトリーズ社のEnSite Precision(商標)心臓マッピングシステムなどの電気解剖学的マッピングシステムと併せて使用する、局所興奮時間(LAT)マップの視覚化のコンテキストで説明される。しかしながら、当業者は、本明細書の教示を、他の状況および/または他の装置に関してどのように有利に適用するかを理解するであろう。
図1は、心臓カテーテルをナビゲートし、患者11の心臓10において生じる電気的活動を測定し、そうして測定された電気的活動に関連する、またはそうして測定された電気的活動を表す電気的活動および/または情報を三次元的にマッピングすることによって、心臓電気生理学的研究を実施するための例示的な電気解剖学的マッピングシステム8の概略図を示す。システム8は、例えば、1つまたは複数の電極を使用して患者の心臓10の解剖学的モデルを作成するために使用してもよい。システム8はまた、例えば患者の心臓10の診断データマップを作成するために、心臓表面に沿った複数のポイントにおいて電気生理学的データを測定し、電気生理学的データが測定された各測定ポイントの位置情報と関連付けて測定データを記憶するために使用してもよい。
当業者が認識するように、システム8は、典型的には3次元空間内のオブジェクトの位置、およびいくつかの態様では向きを決定し、それらの位置を、少なくとも1つの基準に対して決定された位置情報として表す。これは、本明細書では「位置特定」と呼ばれる。
説明を簡単にするために、患者11は、楕円形として概略的に示されている。図1に示される実施形態では、3組の表面電極(例えば、パッチ電極)が、患者11の体表に適用されて示され、本明細書ではx軸、y軸、およびz軸と呼ばれる3つのほぼ直交する軸を画定する。他の実施形態では、電極は、他の配置が可能であり、例えば、特定の身体表面上に複数の電極を配置してもよい。さらなる代替として、電極は、身体表面上にある必要はなく、身体の内部に配置されてもよい。
図1では、x軸表面電極12、14は、患者の胸郭領域の側部などの第1の軸に沿って患者に適用され(例えば、各腕の内側の患者の皮膚に適用され)、左電極および右電極と呼ばれてもよい。y軸電極18、19は、x軸にほぼ直交する第2の軸に沿って、例えば患者の内側大腿部および頸部領域に沿って患者に適用され、左脚電極および頸部電極と呼ばれてもよい。z軸電極16、22は、x軸およびy軸の両方にほぼ直交する第3の軸に沿って、例えば胸部領域における患者の胸骨および脊椎に沿って適用され、胸部電極および背部電極と呼ばれてもよい。心臓10は、これらの表面電極の対12/14、18/19、および16/22の間にある。
追加の表面基準電極(例えば、「腹部パッチ」)21は、システム8のための基準および/またはグランド電極を提供する。腹部パッチ電極21は、以下でさらに詳細に説明される心臓内固定電極31の代替としてもよい。さらに、患者11は、従来の心電図(「ECG」または「EKG」)システムのリードの大部分またはすべてを適所に有してもよいことも理解されたい。特定の実施形態では、例えば、12本のECGリードの標準セットが、患者の心臓10の心電図を感知するために利用されてもよい。このECG情報は、システム8に利用可能である(例えば、コンピュータシステム20への入力として提供してもよい)。ECGリードが十分に理解されている限り、また図面を明瞭にするために、単一のリード6およびコンピュータ20へのその接続のみが図1に示されている。
少なくとも1つの電極17を有する代表的なカテーテル13も示されている。この代表的なカテーテル電極17は、本明細書を通して「ロービング電極」、「移動電極」、または「測定電極」と呼ばれる。典型的には、カテーテル13上の複数の電極17、または複数のそのようなカテーテル上の複数の電極17が使用される。一実施形態では、例えば、システム8は、患者の心臓および/または脈管構造内に配置された12個のカテーテル上に64個の電極を備えてもよい。他の実施形態では、システム8は、複数(例えば、8つ)のスプラインを含む単一のカテーテルを利用してもよく、スプラインの各々は、複数(例えば、8つ)の電極を含む。
前述の実施形態は、単に例示的なものであるが、任意の数の電極および/またはカテーテルが使用されてよい。例えば、本開示の目的のために、例示的な多電極カテーテル、特にHDグリッドカテーテルのセグメントが図2に示されている。HDグリッドカテーテル13は、パドル202に結合されたカテーテル本体200を含む。カテーテル本体200は、第1および第2の本体電極204、206をさらに含んでもよい。パドル202は、第1のスプライン208、第2のスプライン210、第3のスプライン212、および第4のスプライン214を含んでもよく、これらは、近位カプラ216によってカテーテル本体200に連結され、遠位カプラ218によって互いに連結される。一実施形態では、第1のスプライン208および第4のスプライン214は、1つの連続セグメントとしてもよく、第2のスプライン210および第3のスプライン212は、別の連続セグメントとしてもよい。他の実施形態では、様々なスプライン208、210、212、214は、(例えば、それぞれ近位カプラ216および遠位カプラ218によって)互いに結合された別個のセグメントとしてもよい。HDカテーテル13は、任意の数のスプラインを含んでもよく、図2に示される4スプライン構成は、単なる例示であることを理解されたい。
上述のように、スプライン208、210、212、214は、任意の数の電極17を含んでもよく、図2では、16個の電極17が4×4アレイに配列されて示されている。また、電極17は、スプライン208、210、212、214に沿って、およびそれらの間の両方で測定される際、均等に、および/または不均等に離間されてよいことを理解されたい。この説明において容易に参照するために、図3Aは、電極17のための英数字ラベルを提供する。
当業者が認識するように、任意の2つの隣接する電極17がバイポールを画定する。したがって、カテーテル13上の16個の電極17は、スプラインに沿って12個(例えば、電極17aと17bの間、または電極17cと17dの間)、スプライン間で12個(例えば、電極17aと17cの間、または電極17bと17dの間)、およびスプライン間を斜めに18個(例えば、電極17aと17dの間、または電極17bと17cの間)の合計42個のバイポールを画定する。
この説明での参照を容易にするために、図3Bは、スプラインに沿ったバイポールおよびスプライン間のバイポールのための英数字ラベルを提供する。図3Bは、斜めバイポールの英数字ラベルを省略しているが、これは、説明を明確にするためだけである。本明細書の教示は、対角バイポールに関しても適用することができることが明確に考えられる。
任意のバイポールを用いて、当業者によく知られている技術に従ってバイポーラ電位図を生成することができる。さらに、これらのバイポーラ電位図は、電極のクリークの電場ループを計算することによって、カテーテル13の平面の任意の方向に、さらに興奮タイミング情報を含む電位図を生成するために、組み合わせ(例えば、線形的に組み合わせ)てもよい。参照により本明細書に完全に記載されているものとして組み込まれる米国特許出願第15/953,155号は、HDグリッドカテーテル上の電極のクリークの電場ループの計算の詳細を開示している。
いずれにしても、カテーテル13は、その上の電極17によって画定される様々なバイポールについて複数の電気生理学的データポイントを同時に収集するために使用してよく、そのような電気生理学的データポイントのそれぞれは、位置特定情報(例えば、選択されたバイポールの位置および向き)および選択されたバイポールのための電気生理学的信号の両方を含む。説明のために、本開示による方法は、カテーテル13によって収集された個々の電気生理学的データポイントを参照して説明される。しかしながら、本明細書の教示は、カテーテル13によって収集された複数の電気生理学的データポイントに、連続しておよび/または平行して適用されてよいことを理解されたい。
カテーテル13(または複数のそのようなカテーテル)は、典型的には、1つまたは複数の導入器を介して、よく知られている手順を使用して、患者の心臓および/または血管系に導入される。実際、経中隔アプローチなどの、カテーテル13を患者の心臓に導入するための様々なアプローチは、当業者にはよく知られており、したがって、本明細書でさらに説明する必要はない。
各電極17は患者の内部にあるので、位置データは、システム8によって各電極17について同時に収集されてよい。同様に、各電極17は、心臓表面(例えば、表面電位図)から電気生理学的データを収集するために使用してもよい。当業者は、(例えば、接触および非接触電気生理学的マッピングの両方を含む)電気生理学的データポイントの取得および処理のための様々な様式に精通しており、そのため、そのさらなる議論は、本明細書に開示される技術の理解に必要ではない。同様に、当技術分野でよく知られている様々な技法を使用して、複数の電気生理学的データポイントから心臓の幾何学的形状および/または心臓の電気的活動のグラフィック表示を生成してもよい。さらに、当業者が電気生理学的データポイントから電気生理学的マップをどのように作成するかを理解する限りにおいて、その態様は、本開示を理解するために必要な程度にのみ本明細書で説明される。
ここで図1に戻ると、いくつかの実施形態では、(例えば、心臓10の壁に取り付けられた)任意の固定基準電極31が、第2のカテーテル29上に示されている。較正の目的のために、この電極31は、(例えば、心臓の壁に、またはその近くに取り付けられて)静止しているか、またはロービング電極(例えば、電極17)と一定の空間的関係に配置されてもよく、したがって、「ナビゲーション基準」または「位置基準」と呼ばれてもよい。固定基準電極31は、上述の表面基準電極21に加えて、またはその代わりに使用されてもよい。多くの場合、心臓10内の冠状静脈洞電極または他の固定電極は、電圧および変位を測定するための基準として使用してもよく、すなわち、後述するように、固定基準電極31は、座標系の原点を定義してもよい。
各表面電極は、多重スイッチ24に結合され、表面電極の対は、表面電極を信号発生器25に結合するコンピュータ20上で動作するソフトウェアによって選択される。代替的に、スイッチ24は取り除かれてもよく、信号発生器25の複数の(例えば、3つの)インスタンスが、各測定軸(すなわち、各表面電極の対)に対して1つずつ提供されてもよい。
コンピュータ20は、例えば、従来の汎用コンピュータ、専用コンピュータ、分散コンピュータ、または任意の他のタイプのコンピュータを含んでもよい。コンピュータ20は、単一の中央処理ユニット(「CPU」)などの1つまたは複数のプロセッサ28、または本明細書で説明する様々な態様を実施するための命令を実行し得る、一般に並列処理環境と呼ばれる複数の処理ユニットを備えてもよい。
一般に、3つの名目上の直交電場は、生体導体内でのカテーテルのナビゲーションを実現するために駆動され感知された、一連の電気双極子(例えば、表面電極対12/14、18/19、および16/22)によって生成される。あるいは、これらの直交場を分解してもよく、任意の対の表面電極が双極子として駆動して、有効な電極三角測量を提供してもよい。同様に、電極12、14、18、19、16、および22(または任意の数の電極)は、心臓内の電極へ電流を駆動するか、または心臓内の電極からの電流を感知するための任意の他の有効な配置で位置付けられてもよい。例えば、複数の電極を患者11の背部、側部、および/または腹部に配置してもよい。さらに、そのような非直交方法は、システムの柔軟性を増す。任意の所望の軸について、駆動(ソースシンク)構成の所定のセットから得られるロービング電極にわたって測定される電位は、直交軸に沿って均一な電流を単に駆動することによって得られるものと同じ有効電位を得るために、代数的に結合されてもよい。
したがって、表面電極12、14、16、18、19、22のうちの任意の2つは、腹部パッチ21などのグランド基準に対する双極子ソースおよびドレインとして選択されてよく、一方、励起されていない電極は、グランド基準に対する電圧を測定する。心臓10内に配置されたロービング電極17は、電流パルスから場に曝され、腹部パッチ21などのグランドに対して測定される。実際には、心臓10内のカテーテルは、図示された16個よりも多い又は少ない電極を含んでもよく、各電極電位を測定してもよい。前述のように、少なくとも1つの電極は、固定基準電極31を形成するように心臓の内面に固定されてもよく、これはまた、腹部パッチ21などのグランドに対して測定され、システム8が位置を測定する座標系の原点として定義されてもよい。表面電極、内部電極、および仮想電極の各々からのデータセットは、全て、心臓10内のロービング電極17の位置を決定するために使用されてよい。
測定された電圧は、システム8によって、基準電極31などの基準位置に対する、ロービング電極17などの心臓の内部の電極の3次元空間内の位置を決定するために使用されてよい。すなわち、基準電極31で測定された電圧は、座標系の原点を定義するために使用されてもよく、一方、ロービング電極17で測定された電圧は、原点に対するロービング電極17の位置を表すために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、座標系は3次元(x、y、z)デカルト座標系であるが、極座標系、球座標系、および円筒座標系などの他の座標系が想定される。
前述の議論から明らかなように、心臓内の電極の位置を決定するために使用されるデータは、表面電極対が心臓に電場を印加している間に測定される。電極データはまた、例えば、その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第7,263,397号に記載されているように、電極位置の生の位置データを改善するために使用される呼吸補償値を作成するために使用されてもよい。電極データはまた、例えば、その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第7,885,707号に記載されているように、患者の身体のインピーダンスの変化を補償するために使用されてもよい。
したがって、1つの代表的な実施形態では、システム8は、まず、表面電極のセットを選択し、次いで、それらを電流パルスで駆動する。電流パルスが送られている間、残りの表面電極および生体内の電極のうちの少なくとも1つで測定された電圧などの電気的活動が測定され、記憶される。呼吸および/またはインピーダンスシフトなどのアーチファクトの補償は、上述のように実行されてよい。
本開示の態様では、システム8は、(たとえば、上記で説明したように)インピーダンスベースの位置特定能力と磁気ベースの位置特定能力との両方を組み込むハイブリッドシステムであってよい。したがって、例えば、システム8はまた、1つまたは複数の磁場発生器に結合される磁気源30を含んでもよい。明確にするために、図1には2つの磁場発生器32および33のみが示されているが、本教示の範囲から逸脱することなく、追加の磁場発生器(例えば、パッチ電極12、14、16、18、19、および22によって画定されるものに類似するほぼ直交する3つの軸を画定する合計6つの磁場発生器)を使用してもよいことを理解されたい。同様に、当業者は、そのように生成された磁場内でカテーテル13を位置特定する目的のために、1つまたは複数の磁気位置特定センサ(例えば、コイル)を含んでもよいことを理解するであろう。
いくつかの実施形態では、システム8は、アボットラボラトリーズ社のEnsite(商標)Velocity(商標)またはEnSite Precision(商標)心臓マッピングおよび視覚化システムである。しかしながら、例えば、ボストンサイエンティフィック社(マサチューセッツ州マルボロ)のRHYTHMIA HDX(商標)マッピングシステム、バイオセンスウェブスター社(カリフォルニア州アーバイン)のCARTOナビゲーション及び位置システム、ノーザンデジタル社(オンタリオ州ウォータールー)のAURORA(登録商標)システム、ステロタキシング社(ミズーリ州セントルイス)のNIOBE(登録商標)磁気ナビゲーションシステム、並びにアボットラボラトリーズ社のMediGuide(商標)Technologyを含む他の位置特定システムを、本教示に関連して使用してもよい。
以下の(その全てが参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)特許に記載されている位置特定およびマッピングシステムも、本発明と共に使用してもよい。米国特許第6,990,370号、第6,978,168号、第6,947,785号、第6,939,309号、第6,728,562号、第6,640,119号、第5,983,126号および第5,697,377号。
本開示の態様は、電気生理学的マッピングに関し、特に、LATマップの視覚化(すなわち、グラフィック表示)を生成することに関する。そのような視覚化は、例えば、ディスプレイ23上に出力することができる。したがって、システム8は、LATマップを生成し、それを(例えば、ディスプレイ23上に)出力するために使用することができる視覚化モジュール58を含んでもよい。
本教示による1つの例示的な方法は、図4に提示される代表的なステップのフローチャート400を参照して説明される。いくつかの実施形態では、例えば、フローチャート400は、図1の電気解剖学的マッピングシステム8によって(例えば、プロセッサ28および/または視覚化モジュール58によって)実行され得るいくつかの例示的なステップを表してもよい。以下で説明する代表的なステップは、ハードウェアまたはソフトウェアのいずれで実行されてもよいことを理解されたい。説明のために、「信号プロセッサ」という用語は、本明細書に教示のハードウェアベースの実行とソフトウェアベースの実行の両方を説明するために本明細書で使用されてよい。
ブロック402において、システム8は、LATデータセット(「LATマップ」とも呼ばれる)を受信する。当業者が理解するように、LATデータセットは、複数の電気生理学的(EP)データポイントを含み、その各々は、位置特定情報および電位図信号の両方を含む。例えば、本開示の実施形態では、位置特定情報は、対応する心電図信号を収集中のカテーテル13の中央位置に対応する。
当業者であれば、LATデータセットを、心臓表面のモデル上にグラフィックで(例えば、ディスプレイ23上に)表示してもよいことも理解するであろう。例えば、本明細書に完全に記載されているものとして参照により本明細書に組み込まれる、米国特許出願公開第2007/0073179号は、EPデータポイントからの(LAT情報を含むが、これに限定されない)電気生理学的情報を心臓表面モデルへ投影することを記載する。同様に、心臓表面モデルの予め設定された閾値距離内に位置特定情報を有するEPデータポイントからの電気生理学的情報のみを投影し、冗長性およびマップ変動性を低減するために、他のすべてのEPデータポイントを破棄することが知られている。例えば、本明細書に完全に記載されているものとして参照により本明細書に組み込まれる、米国特許出願公開第2019/0038165号の教示に従って、EPデータポイントが心臓表面モデル上に投影されると、LAT情報を用いてEPデータポイントに注釈を付けることができる。
図5は、当業者によく知られている技術を使用して作成されたLATマップのグラフィック表示500を示す。図5はまた、外れ値の領域502を示す。
図4のフローチャート400に戻ると、ブロック404において、システム8は、1つまたは複数の空間カーネル(SK)を定義する。本発明の態様によれば、それぞれの空間カーネル(iで示す)は、所与のEPデータポイント(DxLi,0で示す)を中心とする半径rの球として定義される。各空間カーネルiは、(例えば、DxLi,0とDxLi,jとの間の3次元測地距離dを使用して測定される)DxLi,0の半径r内にあるN個の追加のEPデータポイント(それぞれDxLi,jと示され、jは1とNとの間である)を含むようにさらに定義される。半径rは、ユーザによって予め設定されてよい。本開示の特定の実施形態では、rは約5mmである。
ブロック406において、システム8は、定義された各空間カーネルに対する空間勾配を計算する。本開示のある実施形態では、EPデータポイントごとに空間カーネルが定義され、空間カーネルが計算されてもよい。これは、例えば、図6Aに空間カーネル600として示されている。
本開示の他の実施形態では、EPデータポイントのサブセットについて、空間カーネルのみが定義され、空間勾配のみが計算される。例えば、システム8は、空間カーネルの定義及び空間勾配の計算のために、EPデータポイントのサブセットを選択するユーザ入力を受け付けてもよい。
あるいは、システム8は、空間カーネルの定義および空間勾配の計算のためのEPデータポイントのサブセットを解析的に決定してもよい。例えば、システム8は、vtkGradientFilter (https://vtk.org/doc/nightly/html/classvtkGradientFilter.html)などのフィルタを適用して、1つまたは複数の高LAT勾配領域を識別してもよい。もちろん、空間カーネルを定義し、これらの識別された高LAT勾配領域内のみで空間勾配を計算することによって、計算効率を改善してもよい。これは、例えば、図6Bに空間カーネル602として示され、これはまた、心臓表面モデル上の真っ黒のパッチとして高LAT勾配領域を示す。
空間カーネルを定義するアプローチ(例えば、すべてのEPデータポイント、EPデータポイントのユーザ選択サブセット、EPデータポイントの解析的に決定されたサブセット、または任意の他の適切なアプローチ)にかかわらず、空間カーネルiの空間勾配は、
Figure 2023518239000002
として計算されてよく、ここで、median(A)はセットA={LAT at DxLi,j,j=1~N}の中央値である。セットAの平均および/または標準偏差も計算してよいことに留意されたい。
ブロック408では、システム8は、それぞれの(DxLl,0で示される)EPデータポイントについて、時間勾配を計算する。時間勾配は、約20秒などのいくつかの拍動にわたって計算される。したがって、DxLl,0についての時間カーネルは、(例えば、ECGおよび/または心電図信号に関して)DxLl,0についての心電図信号と形態的に類似するNT個の追加の拍動(それぞれDxLl,mと示され、mは1とNTとの間である)を含むように定義されてよい。当業者は、(例えば、相互相関を使用して)信号間の形態的類似性を計算するための様々なアプローチに精通しているであろう。しかしながら、形態的類似性の尺度として、以下でより詳細に議論される信号のピーク周波数関数を使用することも企図される。
近接基準(例えば、DxLl,0から約5mmの範囲内の位置で拍動が測定された)も、時間カーネルを定義するときに使用してもよい。
各時間カーネルについて(つまり、各EPデータポイントについて)、時間勾配は、
Figure 2023518239000003
として計算されてよく、ここで、median(B)がセットB={LAT at DxLl,m,m=1~NT}の中央値である。セットBの平均および/または標準偏差も計算してよいことに留意されたい。
システム8は、ブロック410において、外れ値を検出する。より詳細には、システム8は、ブロック406で計算された空間勾配を使用して空間外れ値を検出し、ブロック408で計算された時間勾配を使用して時間外れ値を検出する。いずれのケースでも、システム8は、計算された空間勾配(例えば、SK_Grad)または時間勾配(例えば、TK_Grad)を対応する空間勾配閾値または時間勾配閾値と比較することによって、空間カーネル(例えば、DxLi,0)または時間カーネル(例えば、DxLl,0)を定めるEPデータポイントが外れ値であることを検出することができる。計算された空間勾配または時間勾配が対応する閾値を超える場合、定められたEPデータポイントは外れ値として識別されてよい。
本開示のいくつかの態様では、空間勾配閾値および/または時間勾配閾値は、約50msなど、ユーザによって予め設定された値である。本開示の他の態様では、空間勾配閾値および/または時間勾配閾値は、それぞれ、セットAおよびセットBのスケーリングされた中央絶対偏差(MAD)として計算される。本開示の特定の実施形態では、j=1~Nについて、
Figure 2023518239000004
であり、m=1~NTについて、
Figure 2023518239000005
であり、ここで、c=1.4826である。
システム8は、ブロック412において、外れ値を補正する。いくつかの実施形態では、システム8は、LAT値分散アルゴリズムを適用して、外れ値を補正する。空間外れ値EPデータポイントDxLi,0の電位図信号は、
Figure 2023518239000006
を使用してウィンドウ処理され、時間外れ値EPデータポイントDxLl,0の電位図信号は、
Figure 2023518239000007
を使用してウィンドウ処理される。図7は、上述のようにウィンドウ処理された外れ値EPデータポイント702の電位図信号700を示す。
他の実施形態では、システム8は、ピーク周波数分散アルゴリズムを適用して、外れ値を補正する。図8にピーク周波数分散アルゴリズムを示す。まず、例えば米国特許出願公開第2019/0038165号に開示されているように、外れ値EPデータポイントの空間カーネルおよび/または時間カーネルに対する電位図802の一次元エネルギー関数L(t)800が計算される。各エネルギー関数800は、ステップ関数804
Figure 2023518239000008
に変換される。全てのステップ関数LPulse(t)が特定のカーネルについて計算されると、重複関数806 LPulse(t)_overlapが計算される。
次に、ステップ関数LPulse(t)および重複関数LPulse(t)_overlapは、ブール演算を使用して組み合わされて、関数LPulse(t)_commonの共通サブセットを識別する(例えば、808)。LPulse(t)_common808は、対象ウィンドウ812として外れ値EPデータポイントの電位図信号810に適用される。
いずれのアプローチにおいても、例えば、米国特許出願公開第2019/0038165号明細書の教示を用いて、ウィンドウ処理された電位図信号上で、外れ値EPデータポイントの補正LATを計算してもよい。
LAT値分散もピーク周波数分散も有効な補正LATをもたらさない場合、median(A)が空間外れ値EPデータポイントの補正LATとして使用されてよく、median(B)が時間外れ値EPデータポイントの補正LATとして使用されてよい。
空間外れ値EPデータポイントLATは、ブロック414において平滑化してもよい。本明細書に開示される実施形態によれば、空間外れ値EPデータポイントにおけるLATは、対応する空間カーネルにガウス分布を適用することによって平滑化される。例えば、空間外れ値EPデータポイントDxLi,0における平滑化されたLATは、
Figure 2023518239000009
として計算され、ここで、
Figure 2023518239000010
であり、expは指数であり、μ及びσはガウス分布の形状を制御するためのユーザによって予め設定されるパラメータである。本開示の実施形態において、μおよびσは、それぞれ約1.0および約2.0である。
図9Aおよび図9Bに示されるように、システム8は、ブロック416において、補正LATマップのグラフィック表示を出力する。特に、図9Aは、補正LATマップのグラフィック表示900を示し、図9Bは、補正及び平滑化LATマップのグラフィック表示902を示す。
いくつかの実施形態をある程度具体的に記載したが、当業者は、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、開示された実施形態に多くの変更を加えることができる。
例えば、本明細書の教示は、リアルタイムで(例えば、電気生理学的研究中に)、または後処理中に(例えば、より早期に行われた電気生理学的研究中に収集された電気生理学的データポイントに)適用してもよい。
全ての方向についての言及(例えば、上方、下方、上向き、下向き、左、右、左向き、右向き、頂部、底部、上部、下部、垂直、水平、時計回り、および反時計回り)は、本発明の読者の理解を助けるための識別目的のためにのみ使用され、特に、本発明の位置、向き、または使用に関して、限定を作り出すものでない。結合についての言及(例えば、取り付けられた、結合された、接続された、など)は、広く解釈されるべきであり、要素の接続の中間部材および要素間の相対運動を含んでもよい。したがって、結合についての言及は、2つの要素が直接接続され、互いに固定された関係にあることを必ずしも暗示するものではない。
上記の説明に含まれる、または添付の図面に示されるすべての事項は、例示としてのみ解釈されるべきであり、限定として解釈されるべきではないことが意図される。詳細または構造の変更は、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の趣旨から逸脱することなく行ってよい。

Claims (20)

  1. 局所興奮時間(LAT)をグラフィックで表す方法であって、
    電気解剖学的マッピングシステムにおいて、複数の電気生理学的(EP)データポイントを含むLATデータセットを受信することであって、前記複数のEPデータポイントの各EPデータポイントは、位置特定情報および電位図信号を含む、前記受信することと、
    前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記LATデータセットの前記複数のEPデータポイントのうちの1つのEPデータポイントを中心とする空間カーネルにわたる空間勾配を計算することと、
    前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記LATデータセットの前記複数のEPデータポイントの各々について時間勾配を計算し、それによって複数の時間勾配を計算することと、
    前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記空間勾配を用いて、前記空間カーネル内の空間外れ値EPデータポイントを検出することと、
    前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記複数の時間勾配を用いて、時間外れ値EPデータポイントを検出することと、
    前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記空間外れ値EPデータポイントおよび前記時間外れ値EPデータポイントを補正し、それによって補正LATマップを作成することと、
    前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記補正LATマップのグラフィック表示を心臓表面のモデル上に出力することと、
    を備える、方法。
  2. 前記電気解剖学的マッピングシステムにおいて、前記複数の電気生理学的(EP)データポイントを含む前記LATデータセットを受信することは、
    前記各EPデータポイントの前記位置特定情報を用いて、前記各EPデータポイントを前記心臓表面の前記モデル上に投影することと、
    前記各EPデータポイントの前記電位図信号を用いて、投影された前記各EPデータポイントにLATを割り当てることと、を備える、請求項1に記載の方法。
  3. 前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記LATデータセットの前記複数のEPデータポイントのうちの前記1つのEPデータポイントを中心とする前記空間カーネルにわたる前記空間勾配を計算することは、
    前記複数のEPデータポイントの前記各EPデータポイントに対する空間カーネルを定義することと、
    定義された前記各空間カーネルに対する空間勾配を計算することと、を備える、請求項1に記載の方法。
  4. 前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記LATデータセットの前記複数のEPデータポイントのうちの前記1つのEPデータポイントを中心とする前記空間カーネルにわたる前記空間勾配を計算することは、
    前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記複数のEPデータポイントのサブセットを選択するユーザ入力を受け付けることと、
    前記複数のEPデータポイントの前記サブセットの各EPデータポイントに対する空間カーネルを定義することと、
    定義された前記各空間カーネルに対する空間勾配を計算することと、を備える、請求項1に記載の方法。
  5. 前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記LATデータセットの前記複数のEPデータポイントのうちの前記1つのEPデータポイントを中心とする前記空間カーネルにわたる前記空間勾配を計算することは、
    前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記LATデータセット内の高LAT勾配領域を識別することと、
    前記高LAT勾配領域内の各EPデータポイントに対する空間カーネルを定義することと、
    定義された前記各空間カーネルに対する空間勾配を計算することと、を備える、請求項1に記載の方法。
  6. 前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記空間勾配を用いて、前記空間カーネル内の前記空間外れ値EPデータポイントを検出することは、
    前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記空間勾配を空間勾配閾値と比較することによって、前記空間外れ値EPデータポイントを検出することを備える、請求項1に記載の方法。
  7. 前記空間勾配閾値は、ユーザによって予め設定された値を含む、請求項6に記載の方法。
  8. 前記空間勾配閾値は、計算されスケーリングされた平均絶対偏差値を含む、請求項6に記載の方法。
  9. 前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記複数の時間勾配を用いて、前記時間外れ値EPデータポイントを検出することは、
    前記複数の時間勾配を時間勾配閾値と比較することによって、前記時間外れ値EPデータポイントを検出することを備える、請求項1に記載の方法。
  10. 前記時間勾配閾値は、ユーザによって予め設定された値を含む、請求項9に記載の方法。
  11. 前記時間勾配閾値は、計算されスケーリングされた平均絶対偏差値を含む、請求項9に記載の方法。
  12. 前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記空間外れ値EPデータポイントおよび前記時間外れ値EPデータポイントを補正し、それによって前記補正LATマップを作成することは、
    前記電気解剖学的マッピングシステムが、LAT値分散アルゴリズムおよびピーク周波数分散アルゴリズムのうちの少なくとも1つを、前記空間外れ値EPデータポイントおよび前記時間外れ値EPデータポイントに適用することを備える、請求項1に記載の方法。
  13. 前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記LATデータセットを空間的に平滑化することをさらに備える、請求項1に記載の方法。
  14. 前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記LATデータセットを空間的に平滑化することは、
    ガウス分布を前記空間カーネルに適用することを備える、請求項13に記載の方法。
  15. 局所興奮時間(LAT)をグラフィックで表す方法であって、
    電気解剖学的マッピングシステムにおいて、複数の電気生理学的(EP)データポイントを含むLATマップを受信することと、
    前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記複数のEPデータポイント内の空間外れ値EPデータポイントおよび時間外れ値データポイントのうちの少なくとも1つを識別することと、
    前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記空間外れ値EPデータポイントおよび前記時間外れ値EPデータポイントのうちの識別された少なくとも1つを補正し、それによって補正LATマップを作成することと、
    前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記補正LATマップのグラフィック表示を心臓表面のモデル上に出力することと、
    を備える、方法。
  16. 前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記複数のEPデータポイント内の前記空間外れ値EPデータポイントおよび前記時間外れ値EPデータポイントのうちの少なくとも1つを識別することは、
    前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記複数のEPデータポイントのうちの1つのEPデータポイントを中心とする空間カーネルにわたる空間勾配を計算することと、
    前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記複数のEPデータポイントのうちの前記1つのEPデータポイントについての時間カーネルにわたる時間勾配を計算することと、
    前記電気解剖学的マッピングシステムが、計算された前記空間勾配および計算された前記時間勾配を用いて、前記空間外れ値EPデータポイントおよび前記時間外れ値EPデータポイントのうちの少なくとも1つを識別することと、を備える、請求項15に記載の方法。
  17. 前記電気解剖学的マッピングシステムが、前記空間外れ値EPデータポイントおよび前記時間外れ値EPデータポイントのうちの識別された少なくとも1つを補正し、それによって前記補正LATマップを作成することは、
    前記電気解剖学的マッピングシステムが、LAT値分散アルゴリズムおよびピーク周波数分散アルゴリズムのうちの少なくとも1つを、前記空間外れ値EPデータポイントおよび前記時間外れ値EPデータポイントのうちの前記少なくとも1つに適用することを備える、請求項15に記載の方法。
  18. 局所興奮時間(LAT)をグラフィックで表すためのシステムであって、
    視覚化モジュールを備え、
    前記視覚化モジュールは、
    複数の電気生理学的(EP)データポイントを含むLATデータセットを受信し、ここで前記複数のEPデータポイントの各EPデータポイントは、位置特定情報および電位図信号を含み、
    前記LATデータセットの前記複数のEPデータポイントのうちの1つのEPデータポイントを中心とする空間カーネルにわたる空間勾配を計算し、
    前記LATデータセットの前記複数のEPデータポイントの各々について時間勾配を計算し、それによって複数の時間勾配を計算し、
    前記空間勾配を用いて前記空間カーネル内の空間外れ値EPデータポイントを検出し、
    前記複数の時間勾配を用いて時間外れ値EPデータポイントを検出し、
    前記空間外れ値EPデータポイントおよび前記時間外れ値EPデータポイントを補正し、それによって補正LATマップを作成し、
    前記補正LATマップのグラフィック表示を心臓表面のモデル上に出力する、ように構成される、システム。
  19. 前記視覚化モジュールは、
    前記LATデータセット内の高LAT勾配領域を識別し、
    複数の空間カーネルそれぞれにわたる複数の空間勾配を計算するように構成され、
    前記複数の空間カーネルの各々は、前記高LAT勾配領域内の各EPデータポイントを中心とする、請求項18に記載のシステム。
  20. 前記視覚化モジュールは、LAT値分散アルゴリズムおよびピーク周波数分散アルゴリズムのうちの少なくとも1つを前記空間外れ値EPデータポイントおよび前記時間外れ値EPデータポイントに適用することによって、前記空間外れ値EPデータポイントおよび前記時間外れ値EPデータポイントを補正するように構成される、請求項18に記載のシステム。
JP2022555880A 2020-03-16 2020-12-22 局所興奮時間をマッピングするためのシステム、方法、および装置 Pending JP2023518239A (ja)

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