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KR101090571B1 - 심장에서 전기생리학 카테터의 적용을 시각적으로 지원하는방법 및 장치 - Google Patents

심장에서 전기생리학 카테터의 적용을 시각적으로 지원하는방법 및 장치 Download PDF

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KR101090571B1
KR101090571B1 KR1020067004227A KR20067004227A KR101090571B1 KR 101090571 B1 KR101090571 B1 KR 101090571B1 KR 1020067004227 A KR1020067004227 A KR 1020067004227A KR 20067004227 A KR20067004227 A KR 20067004227A KR 101090571 B1 KR101090571 B1 KR 101090571B1
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크리스틴 후이마오노
갈 하얌
유발 카르미
레인마르 킬만
아사프 프레이스
노르베르트 란
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바이오센스 웹스터 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 심장에서 전기생리학적 카테터 적용의 시각적 지원 방법 및 장치에 관한 것으로, 이에 의해서 처치될 심장 영역의 전기해부학적인 3D 맵핑 데이터 - 카테터를 적용하는 동안에 제공됨 - 가 시각화된다. 상기 카테터를 적용하기 전에, 처치될 영역의 3D 이미지 데이터는 상기 카테터가 적용되기 전에 단층 촬영의 3D 이미지화 방법(tomographical 3D imaging method)에 의해 기록되고, 처치될 영역에서 객체들의 3D 표면 프로파일(3D surface profile)은 분할에 의한 3D 이미지 데이터와 제공된 전기해부학적인 3D 맵핑 데이터에 의해 추출되고, 3D 이미지를 표시하는 3D 표면 프로파일은 서로 상대적으로 정확한 위치 및 치수에서 서로 관련되며, 그리고 예컨대 상기 카테터를 적용하는 동안 중첩된 방식으로 시각화된다. 본 방법과 대응하는 장치는 심장에서 전기생리학적 카테터 적용을 실행하는 사람에게 향상된 방향설정을 제공한다.

Description

심장에서 전기생리학 카테터의 적용을 시각적으로 지원하는 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR VISUALLY SUPPORTING AN ELECTROPHYSIOLOGY CATHETER APPLICATION IN THE HEART}
본 발명은 심장에서의 전기생리학 카테터의 적용을 시각적으로 지원하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 이에 의해서 카테터를 적용하는 동안에 제공되는 처치될 심장 영역의 전기해부학적인 3D 맵핑 데이터가 시각화된다.
심장의 부정맥 처치는 고주파 전류에 의한 카테터 절제(catheter ablation) 기술의 도입으로 상당히 변해왔다. 이 기술에서, 절제용 카테터는 X-레이 제어하에 정맥 또는 동맥을 통해 심장 챔버들 중 하나로 유입되고, 심장의 부정맥을 일으키는 조직이 상기 고주파 전류에 의해 제거된다. 카테터 절제를 성공적으로 수행되기 위한 필수요건은 심장 부정맥의 원인을 심장 챔버에서 정확히 찾아내는 것이다. 이러한 찾아냄은 전위가 검출되고 심장 챔버로 유입된 맵핑용 카테터를 공간적으로 해석하는 동안에 전기생리학적인 조사를 통해 이루어진다. 따라서, 이러한 전기생리학적인 조사는 - 전기해부학적 맵핑이라고도 함 - 모니터에 표시될 수 있는 3D 맵핑 데이터를 제공한다. 많은 경우에서, 상기 맵핑 기능 및 절제 기능은 하나의 카테터에서 결합되었고, 따라서 상기 맵핑용 카테터는 동시에 절제용 카테터이다.
공지된 전기해부학적 3D 맵핑 방법은 전자기학적 원리를 기반으로 하는 바이오센스 웹스터 주식회사(Biosense Webster Inc. , USA)의 카르토(carto) 시스템에 의해서 수행될 수 있다. 검사용 책상 바로 아래에서, 세 가지로 서로 다른 저밀도 교번 자기장이 형성된다. 맵핑용 카테터의 카테터 지점에서 집적된 전자기 센서를 이용하여, 상기 자기장 내에서 카테터 움직임에 의해 유도된 전압의 변화를 측정하고, 수학적 알고리즘을 통해 언제라도 맵핑용 카테터의 위치를 계산하는 것이 가능하다. 심장 챔버의 심장 내의 윤곽선(contour)을 상기 맵핑용 카테터로 일일이 조사하고 이와 동시에 전기적 신호를 검출하는 것은, 전기적 신호가 컬러로 코딩되어(coded) 재생된 전기해부학적 3차원의 지도를 생성한다.
일반적으로, 카테터를 안내하는데 필요한 오퍼레이터의 방향설정(orientation)은 지금까지는 형광투시적인 시각화를 통해 이루어졌다. 전기해부학적 맵핑에서, 맵핑용 카테터의 위치는 이 기술로서 언제든지 밝혀지므로, 상기 방향설정은, 충분히 많은 수의 측정용 지점이 검출된 후에 전기해부학적인 지도에서 상기 카테터 지점의 연속적인 표시에 의해 발생할 수 있고, 따라서 X-레이 스크리닝을 갖는 형광투시적 이미지화 기술은 이 단계에서 생략될 수 있다.
심장 내에서 카테터 절제를 수행하는 데 있어서의 기초적인 문제는, 지금까지 카테터를 안내하는 동안에 오퍼레이터의 최적의 방향설정을 제공하는 것이 가능하지 않았던 데에 있다. 카테터를 안내하는 동안에 형태학적인 환경의 좀 더 정확한 표시는, 한편으로는 카테터 절제 동안 정확성을 증가시키고, 다른 한편으로는 전기해부학적 맵핑의 실행 시간을 단축시킨다. 더욱이, 많은 경우에 있어서 여전히 상기 전기해부학적 맵핑을 위해 필요한 X-레이 스크리닝은, 적용되었던 X-레이 용량(dose)이 또한 감소될 수 있다는 점에서, 감소되거나 회피될 수 있다.
카테터를 안내할 때 오퍼레이터의 방향설정을 향상시키기 위한 다른 기술들이 알려져 있다. 하나의 기술에서는, 예컨대, "Acunav" 라는 제목의 "Siemens AG Medical Solutions" 회사에 의해 제안된 초음파 탐침을 갖는 특별한 카테터가 사용된다. 제거될 목적 조직의 일부는, 카테터와 함께, 주변환경 및 상기 카테터 일부의 2차원 초음파 검출을 통해 실시간으로 시각화될 수 있다. 그러나, 그러한 카테터의 사용은 3차원 이미지 정보를 제공하지 못한다. 따라서, 상기 초음파 표시는 폐정맥의 개구부(opening)로 소위 루프 카테터를 삽입하기 위하여만 사용된다. 루프 카테터가 자리 잡고 난 후, 상기 폐정맥의 개구부 주위의 조직 제거는, X-방사선에 의한 루프 카테터와 절제용 카테터 모두의 시각화를 통해서 수행될 수 있다.
공지된 다른 기술에서는, 루프 카테터는, X-레이 스크리닝 하에서 폐정맥 개구부의 영역에서의 왼편 심방(atrium)에 위치된 카테터를 통해, 조영제(contrast medium)를 적용함으로써 이미지화한 2D 초음파 기술의 지원 없이도, 폐정맥의 개구부에서 그 위치가 설정된다. 이러한 과정 동안에, 상기 조영제는 분산되고 그 작은 비율은 폐정맥을 통해 혈류와 함께 남는다. 이처럼 폐정맥의 짧은 시간(short-time) 시각화는 상기 루프 카테터를 개구부에 위치시킬 수 있다. 그러면, 상기 카테터 절제는 상술한 기술로써 실행될 수 있다.
먼저 폐정맥으로 맵핑용 카테터를 유입시키고 그 다음 심방의 전기적 활동이 검출될 때까지 뒤로 당김으로써(pull back), 폐정맥의 개구부가 왼편 심방 및 상기 폐정맥의 전기해부학적인 맵핑에 의해서 그 위치가 발견되는 기술 또한 공지되어 있다. 이러한 위치는 그 둘레에서 목적 조직이 제거될 폐정맥의 개구부의 위치와 대응한다.
본 발명의 목적은 심장에서 전기생리학 카테터의 적용을 시각적으로 지원하는 방법 및 장치를 제공하는 데 있으며, 상기 전기생리학 카테터의 적용은, 상기 카테터를 적용하는 동안에 - 특히 전기해부학적 맵핑 및/또는 상기 카테터 절제를 위해 - 카테터가 안내되는 동안 개선된 방향설정을 제공한다.
상기 목적은 특허 청구항 제 1항 및 제 16항에 따른 방법 및 장치에 의해 달성된다. 상기 방법 및 장치의 바람직한 실시예는 종속항들의 구성요소(subject-matter)이거나, 이어지는 설명과 대표적인 실시예에서 발견될 수 있다.
심장에서 전기생리학 카테터의 적용을 시각적으로 지원하는 방법에서 - 특히 카테터 절제에서 -, 처치될 영역의 3D 이미지 데이터는 상기 카테터가 적용되기 전에 단층 촬영의 3D 이미지화 방법(tomographical 3D imaging method)에 의해 제일 처음 기록된다. 상기 3D 이미지 데이터로부터, 처치될 영역에서 객체들, 특히 하나 또는 그 이상의 심장 챔버들 또는 조직들의 3D 표면 프로파일(3D surface profile)은 분할(segmentation)에 의해서 추출된다. 상기 3D 표면 프로파일을 나타내는 3D 이미지 데이터 - 이하 선택된 3D 이미지 데이터라 함 - 는, 전기해부학적인 3D 맵핑 데이터와 관련되고, 상기 3D 맵핑 데이터는 정확한 위치 및 치수로 카테터를 적용하는 동안에 제공된다. 그러면, 상기 3D 맵핑 데이터 및 적어도 상기 선택된 3D 이미지 데이터는 시각화되고, 카테터를 적용하는 동안 시각적으로 표시되어 정확한 위치 및 치수에서 서로 중첩된다.
3D 표면 프로파일의 중첩으로 인하여, 카테터를 적용하는 동안에 기록된 전기해부학적 3D 맵핑 데이터와 함께, 처치되고 있거나 처치될 영역의 형태학(morphology)에 의해 좋은 품질로 재생되며, 종래에 알려진 시각적 지원을 위한 방법의 경우에서보다 더 나은 방향설정 및 더 정확한 세부사항들이 상기 카테터를 적용하는 동안 카테터의 오퍼레이터에게 전달된다. 상기 중첩된 이미지는 예컨대 제어실이나 수술실의 모니터상에 나타낼 수 있다. 모니터상에서, 오퍼레이터는 카테터를 적용하는 동안에, 실시간으로 해부학적 조직과 그것의 전기생리학적인 특징들을 인식한다. 이는 작업의 안전하고 정확한 방법을 제공한다.
자기 공명 단층 촬영 또는 3D 초음파 이미지의 3D 이미지 데이터를 기록하기 위하여, 예컨대 X-레이 컴퓨터 단층 촬영 방법들이 사용될 수 있다. 이러한 이미지화 방법들의 조합들 역시 가능하다. 3D 이미지 기록들은 전기해부학적인 3D 맵핑 데이터가 제공됨에 따라 동일한 심장 위상(heart phase)에서 발생하고, 그 결과로 각 경우에서 심장의 동일한 상태가 관찰된다는 사실에만 관심을 둘 필요가 있다. 이는, 이미지 데이터와 전기해부학적인 맵핑 데이터를 기록하는 동안에, ECG 게이팅의 친숙한 기술로 보장될 수 있다.
다른 기술들은 기록된 3D 이미지 데이터를 분할하는데 사용될 수 있다. 따라서, 3D 이미지 데이터, 특히 관(vessel) 및/또는 하나 또는 그 이상의 심장 챔버들의 3D 이미지 데이터에 포함된 객체들의 3D 표면 프로파일을 생성할 수 있으며, 예컨대, 이미지화 방법으로서 담고 있는 모든 2D 계층들을 분할함으로써 가능하다. 또한, 이렇게 계층화된 분할과 달리, 하나 또는 그 이상의 챔버들 및/또는 관(vessel)의 3D 분할은 가능하다. 적절한 분할 기술은 의학적 이미지 데이터의 이미지 처리분야의 숙련자들에 공지되었다.
정확한 치수와 위치에의 전기해부학적인 3D 맵핑 데이터와 선택된 3D 이미지 데이터의 할당은 서로 다른 기술에 의해 수행된다. 하나의 가능성은, 3D 표면 프로파일과 전기해부학적인 3D 맵핑 데이터의 표시를 시각적으로 매칭시켜, 개별 데이터 사이에 등록하는 것을 포함한다. 더욱이, 인위적 마커들 또는 자연적인 구분 지점들이 양(both) 기록에서 인식될 수 있도록 이용될 수 있다. 처치될 영역과 별도로, 이웃하는 영역은 만일 현존하는 데이터에 포함된다면 등록(registration)을 위해 사용될 수 있다. 더욱이, 등록과정을 수행하는 동안에, 제거될 조직 - 이하에서 목적 조직이라 함 - 의 주변 또는 카테터 지점의 주변을 데이터 상의 중심에 두는 것이 가능하다. 상기 방법 및 장치의 바람직한 실시예에서, 등록은, 전기해부학적인 3D 맵핑 데이터의 비교적 작은 부분이 존재하는 제 1단계에서 인위적 마커들 또는 자연적인 구분 지점들에 의해서 발생하고, 다수의 전기해부학적인 3D 맵핑 데이터가 이미 존재하는 하나 또는 그 이상 이어진 단계에서 표면 매칭에 의해서 발생한다. 이러한 방식으로, 상기 등록과정은 카테터를 적용하는 동안에 전기해부학적인 3D 맵핑 데이터의 수를 증가시킴으로써 개선된다.
상기 3D 이미지와 전기해부학적인 3D 맵핑 데이터를 중첩하는 동안, 이러한 3D 이미지 데이터는 볼륨 렌더링 기술(VRT)에 의해 표시될 수 있다. 추가적인 실시예에서, 3D 표면 프로파일은 컴퓨터 그래픽 분야에서 공지된 다각형의 격자눈금에 의해 표시된다. 상기 중첩은 조정가능한 투명도와 조정가능한 혼합 요소(blending factor)에 의해 수행된다. 또한 내시경적 투시(endoscopic perspective)를 계산하고 표시할 수 있다. 상기 전기해부학적인 3D 맵핑 데이터가 카테터 지점의 각 순간적인 위치를 포함하므로, 3D 이미지 데이터 표시에서는 때때로 남아 있는 맵핑 데이터를 표시하지 않고서도 실시간으로 카테터의 위치만을 시각화할 수 있다. 추가로, 3D 이미지 데이터의 임의의 화소에 대한 카테터의 거리는 3D 매핑 데이터와 3D 이미지 데이터 사이의 등록으로 인하여 계산될 수 있다. 이는 본 방법의 바람직한 실시예에 의해서 가능하며, 상기 방법은 카테터 지점이 시각화되어 컬러로 표시되고, 상기 컬러는 미리 설정된 화소 - 특히, 목적하는 조직의 위치 - 로부터의 거리에 따라 변화하다.
상기 방법을 수행하는 장치는, 이미지 단층촬영 방법에 의해서 기록된 전기해부학적인 3D 맵핑 데이터와 상기 3D 이미지 데이터를 위한 하나 또는 그 이상의 입력 인터페이스를 포함한다. 상기 장치는, 3D 이미지 데이터에 의해서 기록된 볼륨 내부에 포함된 객체의 3D 표면 프로파일을 추출하기 위하여, 3D 이미지 데이터를 분할하는 분할 모듈(segmentation module)로 표시된다. 이러한 분할 모듈은 등록 모듈과 연결되고, 상기 등록 모듈은 올바른 위치 및 치수(dimension)의 전기해부학적 3D 맵핑 데이터와 3D 이미지 데이터 - 3D 표면 프로파일 - 를 할당하는 구조이다. 이러한 등록 모듈은, 차례로, 시각화 모듈과 연결되고, 상기 시각화 모듈은 3D 맵핑 데이터와 3D 표면 프로파일을 표시하는 적어도 3D 이미지 데이터를 올바른 위치 및 치수(dimension)에서 서로 중첩시키며, 이는 디스플레이 장치, 특히 모니터나 프로젝터에 의한 시각화를 위함이다.
장치의 개별 모듈은 본 명세서의 이하에서 기재된 방법의 서로 다른 실시예들을 실행에 대응하여 서로 다르게 구성된다.
이하에서 기재된 본 발명의 방법과 관련된 장치는 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명될 것이다. 이를 위하여,
도 1은 본 발명의 방법 및 상기 방법과 관련된 장치의 개별 모듈의 실행을 위한 개별 과정을 각각 나타낸다.
본 방법의 제 1 단계에서, 처치될 영역, 특히 처치될 심장 챔버의 3D 이미지 데이터가 기록된다. 이러한 3D 이미지 데이터가 기록되는 동안, 심장의 대부분은 나중에 수행될 등록을 위해 포함된다. 예컨대 X-레이 컴퓨터 단층 촬영, 자기 공명 단층촬영 또는 3D 초음파 기술 등과 같은 단층 촬영의 3D 이미지화 방법에 의해서 3D 이미지 데이터가 기록된다. 3D 이미지 데이터를 기록하는 동안, 이러한 이미지 데이터는, 동일한 심장 위상이 기록되는 각 경우에 주의해야 하며, 전기해부학적 3D 맵핑 데이터는 상기 심장 위상을 위해 나중에 제공될 것이다. 이는, 예컨대 RR 간격의 퍼센티지를 참조함으로써 또는 R 피크 이전 또는 이후의 고정된 시간 간격을 참조함으로써, 이미지 기록의 ECG 게이팅과 3D 매핑 데이터의 기록에 의해 보장된다.
상기 방법의 실행 중에, 카테터를 적용하는 동안 전기해부학적으로 측정된 심장 챔버의 고해상도 이미지 데이터를 기록하는 것이 중요하다. 바람직하게는, 테스트용 알약(test bolus) 또는 알약 추적과 관련된 조영제는 3D 이미지 데이터를 기록하는데 사용된다.
제 2 단계에서, 관 및 심장 챔버에 포함된 것들의 3D 표면 프로파일을 추출하는 3D 이미지 데이터의 분할(2)이 발생한다. 한편으로는, 이러한 분할은 중첩된 이미지 표시에서 이러한 객체들의 표면 프로파일을 나중에 표시하기 위해서 필요하고, 그리고 다른 한편으로는, 상기 방법의 바람직한 실시예에서, 정확한 위치 및 치수에서 3D 맵핑 데이터의 할당을 위해서 필요하다.
상기 분할은 본 장치(10)의 분할 모듈(11)에서 발생한다. 이러한 분할 모듈(11)은 기록된 3D 이미지 데이터를 대응 입력 인터페이스를 통해 수신한다. 이와 동일한 방법으로, 3D 맵핑 데이터는 장치(10)에 동일한 또는 다른 인터페이스(15)를 통해 제공되며, 일반적으로 계속하여, 전기생리학 카테터를 적용하는 기간 동안 제공된다.
일반적으로, 전기생리학적인 절차는 단지 심장 챔버들 가운데 하나에서만 수행된다. 심실 및 심방 모두는 이하의 본 명세서에서 심장 챔버들로서 의미된다. 처치될 이러한 챔버들에 대한 추가로, 전기해부학적으로 다른 챔버들과 관(vessel) 예컨대, 왼편 심방에서 폐정맥 상의 카테터 절제를 위한 오른편 심방과 대정맥을 측정하는 것이 가능하다. 이러한 경우에서, 상기 전기해부학적인 3D 맵핑 데이터는 하나 또는 그 이상의 심장 챔버 및/또는 심장 관을 포함한다.
3D 이미지 데이터 분할은, 전기해부학적 3D 맵핑 데이터로 표시되는 모든 표면을 얻기 위해서, 예컨대 대정맥 또는 폐정맥과 같은, 하나 또는 그 이상의 심장 챔버 및/또는 심장 관에 동일한 방식을 적용할 수 있다. 그러나, 표면 매칭에 의한 등록은, 전 표면이나 처치될 심장 챔버의 분할을 개별적으로 필요로 하지 않는다. 이를 위하여, 예컨대 왼편 심방과 관련된 챔버 영역의 표면 표시나 예컨대 폐정맥과 관련된 심장 관 영역의 표면 표시를, 등록을 위해 실행될 수 있는 표면 매칭에 의한 일부 표면 지점들에 의해서, 얻기에 충분하다. 바꾸어 말하면, 그러나, 더 큰 영역, 특히, 등록을 위한 추가 심장 챔버 또는 관을 포함하는 것이 바람직할 수도 있다.
처치될 심장 챔버의 분할 - 또는 다른 챔버들 또는 심장 관 - 은 각 계층에서 2D 분할의 형태로 발생할 수도 있다. 하나의 가능성은, 이미지화 방법에 의해 얻어진 심장 챔버 전 계층을 전적으로 자동 분할하는 것을 포함한다. 택일적으로, 하나 또는 그 이상의 계층들은 오퍼레이터에 의해서 상호 분할될 수 있으며, 상기 계층은 이어지는 각 경우에서 미리 분할된 계층의 선지식을 토대로 자동으로 분할될 수 있다. 개별적 계층의 상호작용적인 분할은 반자동 기술, 예컨대, 능동적 윤곽선(active contours) 기술에 의해 지원될 수 있다. 모든 개별적 계층의 분할 후에, 심장 챔버의 3D 표면 프로파일은 재구성될 수 있다.
분할은, 3D 분할 기술로 알려진 것에 의해, 처치될 심장 챔버 - 또는 심장 챔버나 심장 관 - 의 3D 분할로서 발생할 수 있다. 그러한 3D 분할 기술의 예로는 임계값 기술이나 영역확장 기술이 있다. 만일 이러한 완전 자동 3D 분할 알고리즘이 각 개별적 경우에서 신뢰성 있게 동작하지 않는다면, 오퍼레이터를 위한 상호작용적 입력 능력은, 예컨대, 그레이 스케일 임계치들이나 공간적 블로커들을 특정할 수 있도록 하기 위하여, 제공될 수 있다.
분할로부터 얻어진 객체들의 3D 표면 프로파일은 등록 모듈(12)로 제공되고, 상기 등록 모듈에서, 3D 이미지 데이터 또는 상기 3D 이미지 데이터로부터 얻어진 3D 표면 프로파일의 데이터가, 정확한 위치 및 치수에서, 제 3단계에서 제공된 3D 맵핑 데이터와 연관된다. 상기 3D 맵핑 데이터는 맵핑용 카테터를 통해 얻어지고, 상기 맵핑용 카테터는, 상기 카테터의 팁 안으로 집적된 6D 위치 센서를 통해 상기 처치될 심장 챔버의 표면 지점의 3D 좌표를 제공한다. 그러한 카테터들은 카테터 절제를 위한 또는 개별적으로 전기해부학적 맵핑을 위한 종래기술로부터 잘 알려져 있다. 이 과정에서, 카테터는 오퍼레이터에 의해 정맥이나 동맥을 통해 개별 심장 챔버로 유입된다. 카테터의 안내와 3D 맵핑 데이터의 기록은 본 방법의 구성요소는 아니다. 카테터 절제 또는 처치될 심장 챔버의 전기해부학적인 측정 동안에, 개별적으로, 더욱 많이 증가하는 표면 지점들이 맵핑 데이터에 시간 진행에 따라 부가된다. 이러한 표면 지점은 챔버의 형태학적 구조를 재구성하는데, 즉, 시각화하는데 사용된다. 이러한 방법으로, 처치될 심장 챔버의 더욱 상세한 이미지는 시간 진행에 따라 전기해부학적 3D 맵핑 데이터로부터 생성된다.
이러한 맥락에서, 카테터 절제 실행 전에, 전기해부학적으로 기록하는 것이 가능하고, 다른 챔버의 해부학적인 표면을 완전히 재구성하는 것이 가능하며, 여기서 상기 다른 챔버의 예로는, 폐정맥의 개구부에서의 카테터 절제의 경우에, 대정맥의 우심방을 들 수 있다. 이러한 전기해부학적 3D 측정 데이터는 이미 카테터 절제가 수행되기 전에 제공되고 이후 등록에 기여할 수 있다.
등록 모듈(12)의 등록 단계(4)에서, 3D 이미지 데이터와 3D 맵핑 데이터의 치수는 정확한 위치에의 할당으로부터 벗어나서 매칭된다. 이는, 동일한 위치, 배향, 스케일링 및 형태에서, 심장 챔버 또는 상기 심장 챔버 표면의 3D 이미지 데이터와, 3D 맵핑 데이터로부터 상기 심장 챔버의 대응하는 시각화와의 가장 정확한 중첩 가능성을 얻기 위하여 필요하다. 일반적으로, 이러한 필요는 3D 이미지 데이터를 또는 3D 맵핑 데이터를 변환하는 데 있으며, 상기 3D 맵핑 데이터는 3가지의 병진 자유도, 3가지의 회전 자유도, 3가지의 스케일링 자유도 및/또는 변형을 위한 다수의 벡터들을 포함할 수 있다.
제 1 실시예에서, 등록은 시각적 매칭에 의해 발생된다. 이러한 목적을 위하여, 오퍼레이터는, 디스플레이될 심장 챔버의 위치, 배향, 스케일링 및/또는 형태가 양쪽 표현들, 즉, 3D 이미지 데이터에 기초한 표현 및 3D 맵핑 데이터에 기초한 표현에서 일치될 때까지, 시각화된 데이터를 변경한다. 시각적 매칭은 적절한 그래픽의 사용자 인터페이스(9)를 통해 발생한다.
더욱이, 인위적 마커들은 등록을 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 인위적 마커들은, 3D 이미지 데이터 기록 전에 환자의 가슴에 부착될 수 있다. 이러한 마커들은 전체적으로 연이어진 카테터를 적용하는 동안, 동일한 위치에서 고정되어 유지된다. 이러한 마커들 중 적어도 3개는 정확한 등록을 달성하기 위해서 필요하다. 이 과정 동안, 3D 이미지 데이터에서 인식할 수 있고 맵핑 시스템의 위치 센서에 의해 확인할 수 있는 마커들이 사용되어야 한다.
등록을 위한 추가적인 실시예는, 등록을 위한 범용의 해부학적 마커들, 즉 처치될 영역 또는 그 주변환경의 자연적인 구분 지점들의 사용을 제공한다. 이러한 구분 지점들은 3D 이미지 데이터에서 확인될 수 있어야만 하며, 바람직하게는 형광 투시의 이미지화 기술을 사용하여 맵핑용 카테터로 접근된다. 그러한 구분 지점들은 예컨대, 대정맥 상부나 하부의 개구부 또는 관상 정동맥의 개구부이다. 상기 구분 지점들은 자동으로 3D 이미지 데이터와 3D 맵핑 데이터에서 검출될 수 있으며, 그 결과로 이러한 데이터의 정확한 위치 및 치수로의 할당이 계산될 수 있다.
게다가, 맵핑용 카테터 및 3D 이미지 데이터의 위치 사이에서의 등록은, 그러한 마커들이나 구분 지점들을 통해 수행될 수 있다. 이러한 등록은 3D 이미지 데이터 내에서 맵핑용 카테터의 위치를 시각화하는 것이 가능하다.
3D 이미지 데이터와 3D 맵핑 데이터의 등록을 위한 추가적으로 바람직한 가능성은, 이러한 데이터를 기초로 하여 보여진 표면의 자동적인 매칭을 포함한다. 처치될 심장 챔버의 분할 후에, 추출된 심장 챔버의 3D 표면 윤곽선은 자동으로 3D 맵핑 데이터에 의해 얻어진 심장 챔버의 표면 윤곽선과 매칭된다. 3D 이미지 데이터와 3D 맵핑 데이터로부터 얻어진 표면 윤곽선의 형태에서 어긋나는 경우에는, 상호 맵핑을 개선하기 위하여, 변형된 매칭 알고리즘이 3D 이미지 데이터로부터의 표면 윤곽선이나 3D 맵핑 데이터로부터의 표면 윤곽선에 적용될 수 있다.
표면 매칭은 예컨대, 맵핑 데이터의 표면 지점과 3D 이미지 데이터로부터 추 출된 3D 표면 윤곽선의 표면 지점 사이에서 지점 공간을 최소화시킴으로써 실행된다(점대점 매칭). 택일적으로, 매칭은 또한 맵핑 데이터의 표면 지점과 3D 이미지 데이터의 삽입된 매칭 지점 사이에서 지점 공간을 최소화시킴으로써 실행된다(점대표면 매칭).
표면 매칭은 처치될 심장 챔버의 3D 맵핑 데이터에 의해 표시된 양호한 표면을 필요로 한다. 그러나, 이러한 데이터가 상대적으로 긴 시간 동안 모이게 되면, 일반적으로, 즉, 단지 몇몇 전기해부학적 3D 맵핑 데이터는 카테터 절제의 시작에서 유용하고, 등록의 다중 단계 과정은 바람직하게 실행된다. 이러한 과정에서, 마커들에 의한 등록은 시작 첫 단계에서 발생한다. 등록의 정확성은 제 2 단계에서 표면 매칭에 의한 처리의 과정에서 개선된다. 본래, 정확성의 추가 증가를 제공하는 표면 매칭의 추가 단계들은 증가하는 맵핑 포인트들의 개수로서 수행될 수 있다. 이러한 다중 단계 등록은, 대응적으로 양호한 표면 표현을 갖는 표면 매칭에 의한 등록이 해부학적 구분 지점 또는 인위적 마커들에 의한 등록보다 더 정확하여 유리하나, 그러나 양호한 표면 표현은 단지 맵핑 데이터에 의한 방법의 차후 과정에서만 얻을 수 있다.
시작의 제 1 단계에서, 마커들에 의한 등록 및 표면 매칭에 의한 등록의 결합이 모두 이루어질 수 있다. 따라서, 예컨대, 관 표면 - 예컨대 폐동맥 -의 표면 매칭에 의한 왼편 심방의 등록 및 추가적으로 오른편 심방의 해부학적 구분 지점, 예컨대, 관상 정동맥 또는 대정맥의 하부나 상부의 개구부에 의한 등록이 이루어질 수 있다.
표면 매칭에 의한 등록의 추가적인 가능성은 처치될 챔버의 표면을 매칭하는 데 사용하는 것에 있는 것이 아니라 다른 챔버의 표면을 매칭하는데 사용하는 것에 있으며, 상기 다른 챔버는,카테터 적용의 시작 전에 전기해부학적으로 이미 측정된다. 예컨대, 이는 왼편 심방의 폐정맥 고립(pulmonary vein isolation, PVI) 전에 측정되었던 오른편 심방이 될 수 있다. 본래, 이러한 경우에서는, 측정은 충분한 횟수로써 표면 지점에서 일어나야 한다. 이러한 챔버를 위한 그 결과적인 매칭 파라미터는 카테터 절제 동안에 얻어진 데이터에 적용될 수 있다.
이어지는 바람직한 실시예에서, 표면 매칭은 점대점 또는 점대표면 매칭으로써 구현된다. 카테터 절제의 절차가, 처치될 챔버의 특정한 상대적으로 작은 영역에서 수행되므로, 관심있는 이 영역에서의 표면 매칭은, 맵핑 지점의 고밀도로 인하여 상기 처치될 챔버의 다른 영역에서보다 더 정확한 결과를 제공한다. 관심있는 영역내에서 위치된 표면 지점의 더 높은 가중치는, 예컨대 PVI인 경우에서 폐정맥 둘레에서, 이 영역에서 심장 챔버의 다른 영역들에서보다 더 나은 공간적 매칭을 얻는다. 관심 영역은, 예컨대 사용자 인터페이스의 그래픽에서 오퍼레이터에 의한 대응 입력에 의해 특정될 수 있다.
이러한 관심 있는 해부학적 영역으로부터 벗어나, 움직이는 카테터의 가까운 근처에서의 표면 지점들 또는 잘 알려진 위치는 국부적인 표면 매칭을 실행하는데 사용될 수 있다. 이러한 지점의 높은 가중치는, 결과적으로 상기 처치될 챔버의 다른 영역에서보다 더 나은, 카테터 지점 주위에서의 국부적 매칭을 얻는다. 그러나, 이러한 방법은, 상기 카테터의 움직임 동안에 표면 매칭을 계속해서 갱신할 수 있도록 하기 위하여, 상기 카테터를 적용하는 동안 실시간 등록이 필요하다.
3D 맵핑 데이터와 3D 이미지 데이터 사이의 등록 후, 상기 중첩된 데이터를 시각화하기 위한 정확한 위치 및 치수로의 중첩은, 시각화 모듈(13)에서 제 5단계에서 실행된다. 도면에서 화살표는, 상술한 바와 같이 다중 단계 처리에 의한 카테터 절제 동안에, 등록 또는 중첩의 정교화(refining) 가능성을 나타낸다.
예컨대, 모니터(6)에서 발생한 중첩된 시각화를 위하여, 다른 기술이 사용될 수 있다. 따라서, 일 실시예에서는, 3D 이미지 데이터의 시각화 또는 처치될 심장 챔버의 시각화는, 개별적으로 볼륨 렌더링 기법(VRT)에 의해 이루어질 수 있다. 상기 볼륨 렌더링 기법에 의해서 시각화된 이미지 데이터 상에서, 공간해상도로 카테너의 전기적 활동과 순간적인 위치 모두를 보여주는 완전한 3D 맵핑 데이터가 중첩될 수 있다. 둘 모두 부분적 이미지 - 즉 3D 이미지 데이터로부터의 부분적 이미지와 3D 맵핑 데이터로부터의 부분적 이미지 - 의 투명도는, 해부, 전기생리학적 또는 동시에 양자의 특성을 모두 지닌 적절한 시각화를 얻기 위해서, 상기 오퍼레이터에 의해 변화될 수 있다. 3D 맵핑 데이터의 시각화는 맵핑용 카테터의 위치 및 배향(orientation)의 시각화를 포함하므로, 때때로 3D 이미지 데이터 상에서 맵핑용 카테터의 위치 표시와 배향을 중첩하는 것만이 가능하다.
추가적인 실시예에서, 3D 이미지 데이터로부터 추출된 표면은 흐린 표면 표시 또는 삼각 측량 후 다각형 격자눈금에 따라 시각화된다. 상기 다각형 격자눈금은, 상기 다각형 격자눈금에 의해서 표시된 해부 및 3D 맵핑 데이터에 의해서 표시된 전기생리학을 동시에 시각화하기 위하여 3D 맵핑 데이터와 함께 디스플레이된다. 이러한 경우에도 때때로 표면을 표시하는 다각형 격자눈금과 함께 맵핑용 카테터의 위치와 배향만을 디스플레이하는 것이 가능하다.
추가적인 실시예에서, 상기 내시경적 투시는 기록된 데이터로부터 계산될 수 있고, 해부학적 3D 이미지 데이터와 전기생리학적인 3D 맵핑 데이터를 중첩함으로써 시각화될 수 있다. 이러한 내시경적 투시에 의해서, 카테터 팁의 관점으로부터, 상기 카테터는 상기 오퍼레이터에 의해 대응하는 해부학적 또는 전기생리학적 위치 - 예컨대, 폐정맥의 개구부 - 로 안내될 수 있다.
추가적으로, 상기 기록된 데이터는 미리 설정된 영역으로부터 카테터 지점의 거리를 시각화하는데 사용될 수 있다. 3D 맵핑 데이터와 3D 이미지 데이터 사이에서의 등록 동안 또는 맵핑용 카테터의 위치와 3D 이미지 데이터 사이에서 등록과정을 수행하는 동안, 공간적 관계는 상기 맵핑용 카테터와 3D 이미지 데이터 사이에서 얻을 수 있으므로, 3D 이미지의 미리 설정가능한 화소로부터 카테터 팁의 거리는 항상 계산될 수 있다. 이러한 등록은, 전기생리학적인 데이터가 없어도, 맵핑용 카테터를 3D 이미지 데이터의 표시 내에서 디스플레이하는 것을 가능하게 하고, 동시에 상기 거리를 정교하게 하는 것이 가능하다. 따라서, 예컨대 목적 조직으로부터 카테터 지점의 거리는 표시에서 실시간으로 시각화될 수 있다. 상기 시각화는 예컨대, 거리의 컬러 코딩으로서 상기 카테터의 컬러 표시에 의해 이루어진다. 이러한 카테터 표시 가능성은 계획하고 제어하는 절제 처리를 위해 사용될 수 있다. 더욱이, 맵핑용 카테터와 3D 이미지 데이터 사이에서의 등록으로 인하여, 이미지 데이터와 함께 제거된 영역들의 위치를 저장할 수 있다. 저장된 위치는 문서작업 목적을 위해서나 이어지는 절제 처리를 계획하고 제어하는데 처리될 수 있다.

Claims (16)

  1. 심장에서 전기생리학적 카테터의 적용을 시각적으로 지원하기 위한 장치로서,
    상기 카테터의 적용을 수행하는 동안 제공되는, 처치될 상기 심장의 영역의 전기해부학적 3D 맵핑 데이터를 시각화하기 위한 수단;
    상기 카테터의 적용이 수행되기 이전에, 상기 처치될 영역의 3D 이미지 데이터를 단층 촬영(tomographical) 3D 이미지화 방법을 이용해 기록하기 위한 수단;
    상기 처치될 영역에 있는 객체들의 3D 표면 프로파일을 상기 3D 이미지 데이터로부터 분할(segmentation)에 의해 추출하기 위한 수단; 및
    적어도 상기 3D 표면 프로파일을 표현하는 상기 3D 이미지 데이터 및 상기 전기해부학적 3D 맵핑 데이터를 등록에 의해 위치 및 치수(dimension)에 정확히 할당하여 상기 전기해부학적 3D 맵핑 데이터와 3D 이미지 데이터를 서로 중첩된 상태로 시각화하기 위한 수단
    을 포함하고,
    상기 3D 이미지 데이터로부터의 상기 3D 표면 프로파일은 상기 3D 맵핑 데이터로부터의 3D 표면 프로파일에 매칭됨으로써, 상기 정확한 위치 및 치수에의 할당이 적어도 하나의 등록 단계에서 표면 매칭에 의해 자동으로 이루어지는,
    심장에서 전기생리학적 카테터의 적용을 시각적으로 지원하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처치될 영역의 상기 3D 이미지 데이터는 X-레이 컴퓨터 단층 촬영 방식 또는 자기 공명 단층 촬영 방식을 이용해 기록되는,
    심장에서 전기생리학적 카테터의 적용을 시각적으로 지원하기 위한 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 처치될 영역의 상기 3D 이미지 데이터는 3D 초음파 방식에 의해서 기록되는,
    심장에서 전기생리학적 카테터의 적용을 시각적으로 지원하기 위한 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정확한 위치 및 치수로의 할당은 해부학적 구분 지점들 또는 인위적인 마커들에 의해 상기 카테터의 적용을 수행하는 동안 제1 단계에서 자동으로 이루어지고, 이후의 제2 단계에서 상기 표면 매칭에 의해서 정교하게 되는,
    심장에서 전기생리학적 카테터의 적용을 시각적으로 지원하기 위한 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3D 이미지 데이터는 볼륨 렌더링 기술(VRT; volume rendering technique)을 통해 시각화되는,
    심장에서 전기생리학적 카테터의 적용을 시각적으로 지원하기 위한 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3D 이미지 데이터로부터의 상기 3D 표면 프로파일은 다각형 격자눈금에 의해 시각화되는,
    심장에서 전기생리학적 카테터의 적용을 시각적으로 지원하기 위한 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중첩은 조정가능한 투명성과 조정가능한 혼합 요소(blending factor)에 의해서 달성되는,
    심장에서 전기생리학적 카테터의 적용을 시각적으로 지원하기 위한 장치.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    등록은 상기 카테터의 적용 동안에 사용된 카테터와 상기 3D 이미지 데이터 사이에서 달성되고, 상기 카테터의 적어도 일부는 적어도 상기 3D 표면 프로파일을 표현하는 상기 3D 이미지 데이터의 표현으로 실시간으로 시각화되는,
    심장에서 전기생리학적 카테터의 적용을 시각적으로 지원하기 위한 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 카테터의 상기 적어도 일부는 때때로 상기 3D 맵핑 데이터의 중첩 없이 시각화되는,
    심장에서 전기생리학적 카테터의 적용을 시각적으로 지원하기 위한 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    각각의 경우에, 상기 3D 이미지 데이터의 미리결정가능한 화소로부터 상기 카테터의 팁(tip)의 순간적인 거리가 계산되고 그리고 상기 거리는 상기 시각화 시에 코딩되어 표현되는,
    심장에서 전기생리학적 카테터의 적용을 시각적으로 지원하기 위한 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 거리는 상기 카테터의 상기 시각화의 컬러 코딩에 의해서 표현되는,
    심장에서 전기생리학적 카테터의 적용을 시각적으로 지원하기 위한 장치.
  12. 심장에서 전기생리학적 카테터의 적용을 시각적으로 지원하기 위한 장치로서,
    전기해부학적 3D 맵핑 데이터와 3D 이미지 데이터를 위한 하나 또는 그 이상의 입력 인터페이스(14, 15);
    상기 3D 이미지 데이터에 의해서 기록된 볼륨 내에 포함된 객체들의 3D 표면 프로파일을 추출하기 위하여, 상기 3D 이미지 데이터를 분할하도록 구성되는 분할 모듈(segmentation module)(11);
    상기 분할 모듈(11)과 연결되고, 적어도 하나의 등록 단계에서 상기 3D 이미지 데이터로부터의 상기 3D 표면 프로파일을 상기 3D 맵핑 데이터로부터의 상기 3D 표면 프로파일로의 표면 매칭함으로써, 상기 전기해부학적 3D 맵핑 데이터와 상기 3D 이미지 데이터의 상기 정확한 위치 및 치수로 자동 할당하도록 구성되는 등록 모듈(12);
    상기 등록 모듈(12)과 연결되고, 상기 3D 표면 프로파일을 표시하는 적어도 상기 3D 이미지 데이터 및 상기 3D 맵핑 데이터를 정확한 치수를 가진 정확한 위치에서 서로 중첩시키고, 디스플레이 장치(6)에 의한 시각화를 위하여 상기 3D 이미지 데이터 및 상기 3D 맵핑 데이터를 제공하는 시각화 모듈(13);
    을 포함하는,
    심장에서 전기생리학적 카테터의 적용을 시각적으로 지원하기 위한 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 등록 모듈(12)은 다중 단계 프로세스로 정확한 치수를 갖는 정확한 위치에의 자동 할당을 위해 구성되고, 상기 정확한 위치 및 상기 정확한 치수에의 할당은 제1 단계에서 해부학적 구분 지점들 또는 인위적인 마커들에 의해 달성되고, 이후의 제2 단계에서 상기 3D 이미지 데이터로부터의 상기 3D 표면 프로파일을 상기 3D 맵핑 데이터로부터의 3D 표면 프로파일로 표면 매칭함으로써 정교하게 되는,
    심장에서 전기생리학적 카테터의 적용을 시각적으로 지원하기 위한 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 등록 모듈(12)은 상기 3D 이미지 데이터의 표현 내에서 사용된 카테터 일부를 시각화하기 위해 구성되고, 실시간으로 적어도 상기 3D 표면 프로파일을 형성하는,
    심장에서 전기생리학적 카테터의 적용을 시각적으로 지원하기 위한 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 3D 이미지 데이터의 미리 결정가능한 화소로부터 카테터 팁의 순간적인 거리를 계산하는 계산 모듈(16)이 제공되고, 상기 시각화 모듈(13)은 실시간으로 상기 계산된 거리의 코딩된 표현을 위해 구성되는,
    심장에서 전기생리학적 카테터의 적용을 시각적으로 지원하기 위한 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 시각화 모듈(13)은 상기 카테터 일부의 컬러화된 시각화를 위해 구성되고, 상기 컬러는 상기 계산된 거리에 따라 가변되는,
    심장에서 전기생리학적 카테터의 적용을 시각적으로 지원하기 위한 장치.
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