JP5883888B2 - 光形状検知を使用して電気的活動マップを提供するシステム - Google Patents

Description

本発明は、生物の外表面上に配置された複数の表面電極によって獲得された心臓からの電気信号によって、当該生物の心臓の電気的活動マップを提供するシステム、方法、及びコンピュータプログラムに関する。本発明は更に、複数の表面電極を含むベストに関する。

Ｐ．Ｓ．Ｃｕｃｕｌｉｃｈ他による論文「Noninvasive Characterization of Epicardial Activation in Humans With Diverse Atrial Fibrillation Patterns」（Circulation、Journal of the American Heart Association、１２２、１３６４−１３７２頁、２０１０年）は、人間の外表面上の電位を測定する表面電極を有する電極ベストを含むシステムについて開示する。このシステムは更に、ｉ）心臓表面と人間の外表面上の表面電極との空間関係と、ｉｉ）測定された電位とに基づいて心外膜電位を再構成する再構成ユニットを含む。心臓表面と人間の外表面上の表面電極との空間関係は、心臓表面と人間の外表面上の表面電極との両方を示すＸ線コンピュータ断層撮影画像を獲得することにより得られる。Ｘ線コンピュータ断層撮影画像を獲得することで、比較的高い放射線量が人に照射される。

本発明は、生物の外表面上に配置された複数の表面電極によって獲得された心臓からの電気信号によって、当該生物の心臓の電気的活動マップを提供するが、人間に照射される放射線量を低減することができ、具体的には、排除することができるシステム、方法、及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。本発明は更に、生物によって着用され、電気的活動マップを提供するために使用されるベストを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様では、生物の外表面上に配置された複数の表面電極によって獲得された心臓からの電気信号によって、当該生物の心臓の電気的活動マップを提供するシステムが提示される。当該システムは、
光形状検知位置特定（optical shape sensing localization）によって、複数の表面電極の位置を決定する表面電極位置決定ユニットと、
生物の心内構造物の位置を決定する心内構造物位置決定ユニットと、
生物の外表面上で測定された電気信号と、複数の電極の決定された位置と、心内構造物の決定された位置とに基づいて、心内構造物における電気的活動マップを決定する電気的活動マップ決定ユニットと、
を含む。

複数の表面電極の位置は、光形状検知位置特定によって決定されるので、これらの位置は、複数の表面電極を示すコンピュータ断層撮影画像を必ずしも獲得しなくとも決定することができる。これにより、心臓の電気的活動マップを生成するために、生物に照射されるＸ線放射量を低減、具体的には排除することができる。

心内構造物は、好ましくは、心臓の心外膜面である。

心内構造物が３次元である場合、具体的には心内構造物が３次元の心外膜面である場合、心内構造物の位置は、好ましくは、電気的活動マップが決定されるべき心内構造物の各点の位置を画定する。したがって、例えば、心内構造物位置決定ユニットが、心外膜面の位置を決定すると、当該心内構造物位置決定ユニットは、少なくとも、電気的活動マップを生成するために電位が測定されるべき心外膜面の点の位置を決定する。

複数の表面電極は、システムの構成要素と見なされても、別個の構成要素と見なされてもよい。この場合、システムは、電気的活動マップを提供するために表面電極の電気信号を使用する。

複数の表面電極は、生物によって着用可能なベスト内に組み込まれてよい。生物は、好ましくは、人間であるが動物であってもよい。

心内構造物位置決定ユニットは、好ましくは、心内構造物の位置を示す超音波信号を生成する超音波ユニットと、超音波信号に基づいて心内構造物の位置を計算する心内構造物位置計算ユニットとを含む。超音波ユニットは、好ましくは、経胸エコープローブ又は経食道エコープローブである。超音波ユニットが、経胸エコープローブ又は経食道エコープローブである場合、心外膜面を示す心臓の超音波画像は高品質で獲得されることが可能であり、これにより、心内構造物位置計算ユニットが、好適な心内構造物である心外膜面の位置を高精度で決定することができる。

一実施形態では、心内構造物位置計算ユニットは、心内構造物を検出するために超音波画像における心内構造物をセグメント化するセグメンテーション手順を行う。別の実施形態では、心内構造物位置計算ユニットは、心内構造物を含む心臓の解剖学的構造モデルである解剖学的心臓モデルを提供し、また、心内構造物を検出するために、この心臓モデルを心臓の超音波画像に適応させるように調節する。この調節は単に回転及び／又は並進であってよく、任意選択的には心臓モデルの拡大縮小である。又は、この調節は心臓モデルの変形を含んでもよい。心臓モデルは、好ましくは、一般化された心臓、即ち、調節前の心臓モデルであり、特定の人又は動物に固有のものではない心臓モデルである。一般化心臓モデルは、例えば、医療用画像においてセグメント化される生物の群のセグメント化された心臓の平均を取ることによって決定することができる。

超音波ユニットには、当該超音波ユニットの位置を示す光形状検知信号を生成する光形状検知センサが具備されることが更に好適であり、この場合、心内構造物位置計算ユニットは、光形状検知信号と超音波信号とに基づいて、心内構造物の位置を決定する。光形状検知センサは、好ましくは、超音波ユニット内に部分的に配置されてもよい光形状検知ファイバである。これは、例えば人間にＸ線を照射することなく、光形状検知によって超音波ユニットの位置を決定することを可能にする。具体的には、超音波信号が心臓の超音波画像を表す場合、超音波画像における心外膜面の位置を決定するために、超音波画像における心外膜面をセグメント化することができ、心外膜面のこの決定された位置は基準位置に関連付けられる。即ち、心外膜面の位置は、光形状検知信号から既知である超音波ユニットの位置に基づいて、基準座標系内で決定される。

一実施形態において、表面電極位置決定ユニットは、複数の表面電極の位置と基準マークの位置との空間関係を提供する空間関係提供ユニットを含み、超音波ユニットは、基準マークに接触させられ、光形状検知センサは、各基準マークの位置を示す光形状検知信号を生成するために、各基準マークに接触している間に各光形状検知信号を生成し、表面電極位置決定ユニットは、光形状検知信号と空間関係とに依存して、複数の表面電極の位置を計算する表面電極位置計算ユニットを含む。したがって、超音波ユニットは、２つの目的、即ち、心内構造物の位置の決定と、複数の表面電極の位置の決定とに使用される。これにより、心臓の電気活動マップを決定するために必要な構成要素の数が減少する。

一実施形態では、表面電極位置決定ユニットは、ａ）複数の表面電極の位置と基準マークの位置との空間関係を提供する空間関係提供ユニットと、ｂ）各基準マークの位置を示す光形状検知信号を生成するために、各基準マークに接触している間に光形状検知素子の先端の位置を示す光形状検知信号を生成する、当該光形状検知素子と、ｃ）光形状検知信号と空間関係とに依存して、複数の表面電極の位置を計算する表面電極位置計算ユニットとを含む。光形状検知素子は、棒と、棒に接続された光形状検知ファイバとを含んでよく、光形状検知素子の先端が棒の先端である。したがって、ユーザは、棒で基準マークに接触して、棒の先端が様々な基準マークと接触させられている間に当該先端の位置を決定することによって、基準マークの位置を決定することができる。光形状検知素子は、例えば、光形状検知信号を連続的に生成するか、又は、押下されるべきボタンといった入力ユニットを介して光形状検知信号をユーザが要求した後にのみ光形状検知信号を生成してもよい。先端には、先端が素子と接触しているか否かを検出する感圧センサが設けられていてもよい。この場合、光形状検知素子は、先端が基準マークに接触していると感圧センサが検出する場合に、光形状検知信号を生成する。

システムは更に、生物の動きを決定する動き決定ユニットを含む。この場合、表面電極位置決定ユニットは、決定された動きに依存して、複数の表面電極の位置を決定する。動き決定ユニットは、取付け位置において生物に取付けられ、光形状検知センサの実際の位置を示す光形状検知信号を生成する、当該光形状検知センサと、生成された光形状検知信号に依存して、生物の動きを計算する動き計算ユニットとを含む。生物の動きを決定するために、１つ又は幾つかの光形状検知センサを使用してもよい。光形状検知センサは、生物に直接取り付けられても、生物に取付けられた別の手段に取付けられてもよい。他の手段とは、例えば人間の胸部に置かれる複数の表面電極又はパッチを含むベストであってよい。心臓の電気的活動マップを決定する際の人間の可能な動きを考慮することによって、電気的活動マップにおいて対応して生じうる誤差を減少できる。

一実施形態では、表面電極位置決定ユニットは、ａ）光形状検知センサの位置を示す光形状検知信号を生成する、当該光形状検知センサと、ｂ）光形状検知センサの位置と表面電極の位置との空間関係を提供する空間関係提供ユニットと、ｃ）生成された光形状検知信号と空間関係とに依存して、表面電極の位置を計算する表面電極位置計算ユニットとを含む。本実施形態では、光形状検知センサは、複数の表面電極も含むベストに組み込まれてよい。この場合、光形状検知センサと複数の表面電極との空間関係は既知であり、空間関係提供ユニット内に記憶される。これにより、例えば光形状検知棒が様々な表面電極に接触することなく、表面電極の位置を決定することが可能になる。例えば電気的活動マップは、１つ又は幾つかの光形状検知センサを有するベストと、光形状検知によって、好ましくは表面電極及び心内構造物の位置を決定するための更なる手段を必要とすることなく、表面電極に対する超音波ユニットの位置が決定できるように光形状検知センサが具備された超音波ユニットとを使用するだけで生成される。電気的活動マップを生成するために必要となる構成要素が少ないので、例えば医師によって行われる電気的活動マップを決定するためのプロセスを簡易化することができる。

本発明の更なる態様では、生物によって着用されるベストが提示される。当該ベストは、電気的活動マップを提供するために使用される。当該ベストは、
生物によってベストが着用される場合に、生物の外表面上に配置され、生物の心臓から電気信号を獲得する複数の表面電極と、
光形状検知センサの位置を示す光形状検知信号を生成し、当該光形状検知信号を表面電極位置決定ユニットに提供する、当該光形状検知センサと、
を含む。

本発明の更なる態様では、生物の外表面上に配置された複数の表面電極によって獲得された心臓からの電気信号によって、当該生物の心臓の電気的活動マップを提供する方法が提示される。当該方法は、
表面電極位置決定ユニットによって、光形状検知位置特定を利用して複数の表面電極の位置を決定するステップと、
心内構造物位置決定ユニットによって、生物の心内構造物の位置を決定するステップと、
電気的活動マップ決定ユニットによって、生物の外表面上で測定された電気信号と、複数の電極の決定された位置と、心内構造物の決定された位置とに基づいて、心内構造物における電気的活動マップを決定するステップと、
を含む。

本発明の更なる態様では、生物の外表面上に配置された複数の表面電極によって獲得された心臓からの電気信号によって、当該生物の心臓の電気的活動マップを提供するコンピュータプログラムが提示される。当該コンピュータプログラムは、当該コンピュータプログラムが請求項１に記載されるシステムを制御するコンピュータ上で実行される場合、当該システムに、請求項１２に記載される方法のステップを行わせるプログラムコード手段を含む。

請求項１のシステム、請求項１２の方法、及び請求項１３のコンピュータプログラムは、同様及び／又は同一の好適な実施形態、具体的には、従属請求項に記載されるような実施形態を有することは理解されるべきである。

本発明の好適な実施形態は、従属請求項の各独立請求項との任意の組み合わせであってもよいことは理解されるべきである。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明する実施形態を参照することにより明らかとなろう。

図面には、以下が示される。

図１は、生物の心臓の電気的活動マップを提供するシステムの一実施形態を概略的かつ例示的に示す。 図２は、生物の心臓の電気的活動マップを提供するシステムの更なる実施形態を概略的かつ例示的に示す。 図３は、生物の心臓の電気的活動マップを提供する方法の一実施形態を例示的に説明するフローチャートを示す。

図１は、生物の外表面上に配置された複数の表面電極によって獲得された心臓からの電気信号によって、当該生物の心臓の電気的活動マップを提供するシステムの一実施形態を概略的かつ例示的に示す。システム１は、各基準マーク２の位置を示す光形状検知信号を生成するために、各基準マーク２に接触している際の光形状検知素子４、６の先端１７の位置を示す光形状検知信号を生成する光形状検知素子４、６を含む。具体的には、本実施形態では人間である生物３０は、表面電極９及び基準マーク２を有するベスト８を着用する。基準マーク２の位置を決定するために、医師といったユーザは、光形状検知素子４、６の先端がベスト８の様々な基準マーク２を連続的に接触するように光形状検知素子４、６を使用することができる。ベスト８は、表面電極９によって獲得された電気信号を、電気的活動マップ決定ユニット１６に送信するように電気的接続２５を介して決定システム１１に電気的に接続される。

光形状検知素子４、６は、ユーザの手５によって持つことができる棒４を含み、先端１７は、様々な基準マーク２に接触させるためのものであり、光形状検知ファイバ６が棒４に接続されている。光形状検知素子４、６は、例えば、光形状検知信号を連続的に生成するか、又は、押下されるべきボタンといった入力ユニットを介して光形状検知信号をユーザが要求した後にのみ光形状検知信号を生成してもよい。先端には、先端が素子と接触しているか否かを検出する感圧センサが設けられていてもよい。この場合、光形状検知素子は、先端が基準マークに接触していると感圧センサが検出する場合に、光形状検知信号を生成する。

システム１は更に、取付け位置において人間３０に取付けられ、光形状検知センサ７、２６の実際の位置を示す光形状検知信号を生成する更なる光形状検知素子、即ち、当該光形状検知センサ７、２６を含む。本実施形態では、この光形状検知センサは、光形状検知ファイバ２６に接続された基準パッチ７を含む。この場合、生成された光形状検知信号は、基準パッチ７の位置を示す。

基準パッチ７の位置を示す光形状検知センサ７、２６からの光形状検知信号と、光形状検知素子４、６の先端１７の位置を示す光形状検知素子４、６からの光形状検知信号とは、決定システム１１の表面電極位置計算ユニット１３に提供される。表面電極位置計算ユニット１３は、提供された光形状検知信号に基づいて、基準パッチ７に対する基準マーク２の３次元位置を決定する。基準マーク２の位置を決定するためには、参照することにより本明細書に組み込まれる国際特許公開公報ＷＯ２０１１／１４１８３０Ａ１に開示される光形状検知方法のような既知の光形状検知位置特定（localization）方法を使用することができる。

基準マーク２の位置が決定された後、表面電極位置計算ユニット１３は、基準マーク２の決定された位置と、空間関係提供ユニット１２によって提供される複数の表面電極９の位置と基準マーク２の位置との既知の空間関係とに依存して、表面電極９の位置を決定する。

したがって、光形状検知ファイバ６を有する棒４は、基準パッチ７に対する３次元空間における基準マーク２の位置を測定するために使用される。１つの基準マーク２から別の基準マーク２に移り、３次元位置を記録することによって、基準マーク２の３次元分布、したがって、基準マーク２と蛇行線３によって接続された表面電極９との空間関係は既知であるため、ベスト電極の３次元分布が再構成される。光形状検知ファイバ６を有する棒４、空間関係提供ユニット１２、及び表面電極位置計算ユニット１３は、したがって、光形状検知位置特定によって複数の表面電極の位置を決定する表面電極位置決定ユニットの構成要素と見なされてもよい。

システム１は更に、人間３０の体内の心内構造物の位置を示す超音波信号を生成する超音波ユニット２２を含む。超音波信号は、電気的接続１５を介して決定システム１１に提供される。本実施形態では、超音波ユニットは、心臓の３次元超音波画像を表す超音波信号を生成する経胸エコープローブ２２である。別の実施形態では、超音波ユニットは、経食道エコープローブといった別のプローブであってもよい。

超音波信号は、超音波信号に基づいて心内構造物の位置を計算する心内構造位置計算ユニット１４に提供される。具体的には、心内構造物位置計算ユニット１４は、超音波画像における心内構造物を検出し、超音波画像において検出された心内構造物に基づいて心内構造物の位置を計算する。例えば、心内構造物位置計算ユニット１４は、本実施形態では心外膜面である心内構造物を検出するために、超音波画像における心内構造物をセグメント化するセグメンテーション手順を行う。心内構造物位置計算ユニットは更に、心内構造物、即ち、本実施形態では、心外膜面を含む心臓の解剖学的構造モデルである解剖心臓モデルを提供し、また、心内構造物を検出するために、この心臓モデルを心臓の超音波画像に適応させるように調節する。心臓モデルは、好ましくは、一般化された心臓モデル、即ち、調節前の心臓モデルであり、特定の人又は動物に固有のものではない心臓モデルである。一般化心臓モデルは、例えば、医療用画像においてセグメント化される生物の群のセグメント化された心臓の平均を取ることによって決定することができる。心内構造物位置計算ユニットが検出された心内構造物の位置を計算できるようにするために、心内構造物位置計算ユニット１４は更に、超音波ユニット２２から光形状検知信号を受け取る。超音波ユニット２２には、超音波ユニット２２の位置を示す光形状検知信号を生成する光形状検知センサ１０が具備される。この場合、心内構造物位置計算ユニット１４は、光形状検知ファイバである超音波ユニット２２の光形状検知センサ１０と、基準パッチ７及びパッチ７に接続された光形状検知ファイバ２６を含む光形状検知センサとから受け取った光形状検知信号に基づいて、基準パッチ７の位置に対する超音波ユニット２２の位置を決定する。心内構造物、即ち、本実施形態では、心外膜面の位置は、超音波ユニット２２の決定された３次元位置と、超音波ユニット２２によって獲得された超音波画像における心内構造物の決定された位置とに基づいて決定される。

したがって、光形状検知ファイバ１０を有する超音波プローブ２２は、心臓の解剖学的構造を撮像するように使用される。好ましくは超音波プローブ２２に内蔵される光形状検知ファイバ１０は、基準パッチ７に対する超音波プローブ２２の位置を測定するように使用され、これにより、心臓の解剖学的構造が超音波プローブ２２によって確実に撮像され、３次元空間における表面電極９の位置が互いに対して既知となる。つまり、本実施形態では、表面電極９及び心外膜面の位置が、基準パッチ７である同じ基準に対して決定されるため、表面電極９と心外膜面との空間関係が既知である。別の実施形態では、表面電極の位置と、例えば心外膜面の位置とは、別の基準に対して決定される。光形状検知センサ１０、心内構造物位置計算ユニット１４、及び超音波信号を転送する電気的接続１５を有する超音波ユニット２２は、人間３０の心外膜面のような心内構造物の位置を決定する心内構造物位置決定ユニットの構成要素と見なされてもよい。

システムは更に、人間３０の動きを決定する動き決定ユニットを含む。この場合、表面電極位置計算ユニット１３は、決定された動きにも依存して複数の表面電極９の位置を決定する。動き決定ユニットは、更なるパッチ２４、パッチ２４に取付けられた更なる光形状検知ファイバ２３、及び動き計算ユニット１８を含む。動き計算ユニット１８は、ベスト８に取付けられた更なるパッチ２４の位置を示す光形状検知信号を受け取り、この場合、この光形状検知信号を提供するために、パッチ２４には光形状検知ファイバ２３が接続されている。動き計算ユニット１８は、人間３０の動きを決定するために、受け取った光形状検出信号から様々な時間におけるパッチ２４の位置を計算する。

１つ又は幾つかの光形状検知センサ、例えば光形状検知ファイバを有する１つ又は幾つかのパッチを、人間３０の動きを決定するために使用することができる。人間の動きを決定する光形状検知センサは、人間に直接取り付けられる。例えば、光形状検知センサ、具体的には光形状検知ファイバに接続されたパッチは、人間の胸部に置かれてもよい。これに代えて又はこれに加えて、光形状検知センサは、人間に取付けられた別の手段に取付けられてもよい。他の手段は、図１に示されるように、複数の表面電極を含むベストであってよい。

システム１は更に、人間３０の外表面上で測定された電気信号と、複数の電極９の決定された位置と、心内構造物、即ち、本実施形態では心外膜面の決定された位置とに基づいて、心内構造物における電気的活動マップを決定する電気的活動マップ決定ユニット１６を含む。電気的活動マップを決定するために、Ｒａｍａｎａｔｈａｎ他による論文「Electrocardiographic Imaging (ECGI): A Noninvasive Imaging Modality for Cardiac Electrophysiology and Arrhythmia」（Nature Medicine１０、４２２−４２８（２００４年））又は米国特許第７，４７１，９７１号（共に参照することにより本明細書に組み込まれる）に開示される方法のような良く知られた方法を使用することができる。更に、人間の外表面上で測定された電気信号と、複数の電極の決定された位置と、心内構造物、即ち、本実施形態では心外膜面の決定された位置とに基づいて、心内構造物における電気的活動マップを決定するために、ＣａｒｄｉｏＩｎｓｉｇｈｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社及びＡｍｙｃａｒｄ社からの既知の製品を使用することができる。

決定システム１１は更に、特定の心不整脈の電気生理学的メカニズムを決定するために電気的活動マップを解析する解析ユニット２１を含む。更に、これに加えて又はこれに代えて、解析ユニット２１は、Ｐ．Ｓ．Ｃｕｃｕｌｉｃｈ他による論文「Noninvasive Characterization of Epicardial Activation in Humans With Diverse Atrial Fibrillation Patterns」（Circulation１２２、１３６４−１３７２（２０１０年））、Ｙ．Ｗａｎｇ他による論文「Electrocardiographic Imaging of Ventricular Bigeminy in a Human Subject」（Circulation Arrhythmia and Electrophysiology１、７４−７５（２００８年））、及びＰ．Ｊｉａ他による論文「Electrocardiographic Imaging of Cardiac Resynchronization Therapy in Heart Failure: Observations of Variable Electrophysiological Responses」（Heart Rhythm Journal３、２９６−３１０（２００６年））（これらは参照することにより本明細書に組み込まれる）に開示されるように心不全患者における心室同期不全（cardiac dyssynchrony）の電気的活動挙動を解析してもよい。

具体的には、解析ユニットは、電気的活動マップに基づいて次の解析のうち少なくとも１つを実行できる：変位点の解剖学的位置の決定、心室リエントリの解剖学的位置の決定、リエントリ又は限局性心室性頻拍症間の区別及びその位置特定の評価、肺静脈伝導の再接続の評価、責任肺静脈の位置特定、及び、抗不整脈薬の効果の評価。

心臓の電気的活動マップと、任意選択的に解析結果とは、ディスプレイユニット１９上に表示される。

図２は、生物の外表面上に配置された複数の表面電極によって獲得された心臓からの電気信号によって、当該生物の心臓の電気的活動マップを提供するシステムの更なる実施形態を概略的かつ例示的に示す。本実施形態においても、生物は、蛇行線１０３によって接続される複数の電極１０９を有するベスト１０８を着用している人間１３０である。表面電極１０９は、人間１３０の外表面における電気信号を獲得するために使用され、獲得された電気信号は、電気的接続１２５を介して決定システム１１１に提供される。

ベスト１０８は、ベスト１０８内の光形状検知ファイバ１０７の各部分の位置を示す光形状検知信号を提供する光形状検知ファイバ１０７を含む。光形状検知ファイバ１１０と決定システム１１１に超音波信号を提供する電気的接続１１５とを有する超音波ユニット１２２が、人間１３０の心臓の３次元超音波画像を生成するために使用される。光形状検知ファイバ１１０と電気的接続１１５とを有する超音波ユニット１２２は、図１を参照して上で説明した光形状検知ファイバ１０と電気的接続１５とを有する超音波ユニット２２と同様である。

決定システム１１は、ベスト１０８内の光形状検知ファイバ１０７と表面電極１０９との空間関係を提供する空間関係提供ユニット１１２を含む。この空間関係は、光形状検知ファイバ１０７によって提供され、ベスト１０８内の光形状検知ファイバ１０７の各部分の位置を示す光形状検知信号と共に、ベスト１０８に組み込まれた表面電極１０９の位置を決定するために使用される。したがって、ベスト１０８内に特定のパターンで埋め込まれる少なくとも１つの光形状検知ファイバ１０７の形状は、ベスト１０８内の光形状検知ファイバ１０７の各部分の位置を決定するために測定される。光形状検知ファイバ１０７に対する表面電極１０９の位置は、空間関係提供ユニット１１２によって提供される空間関係から既知である。したがって、表面電極位置計算ユニット１１３は、光ファイバ１０７の３次元形状を測定することによって表面電極１０９の３次元分布を計算することができる。光形状検知ファイバ１０７、空間関係提供ユニット１１２、及び表面電極位置計算ユニット１１３は、したがって、光形状検知位置特定によって複数の表面電極１０９の位置を決定する表面電極位置決定ユニットの構成要素と見なされてもよい。

決定システム１１１は、ベスト光形状検知ファイバ１０７から受け取られる光形状検知信号、超音波光形状検知ファイバ１１０から受け取られる光形状検知信号、及び、超音波ユニット１２２によって獲得される超音波信号に基づいて、心内構造物、即ち、本実施形態では心外膜面の位置を計算する心内構造物位置計算ユニット１１４を更に含む。特に、超音波信号は、人間１３０の心臓の３次元超音波画像であり、心内構造物位置計算ユニット１１４は、当該画像における心外膜面の位置を決定するために３次元超音波画像における心外膜面をセグメント化する。次に、表面電極１０９の位置に対する心外膜面の位置が、光形状検知ファイバ１０７の位置に対する超音波ユニット１２２の位置を決定することによって、決定される。したがって、超音波プローブ棒と見なされる超音波ユニット１２２は、心臓の解剖学的構造を撮像するように使用され、この場合、超音波ユニット１２２に内蔵された光形状検知ファイバ１１０を、ベスト１０８に内蔵された光形状検知ファイバ１０７に対する超音波ユニット１２２の位置を測定するために使用し、これにより、心臓の解剖学的構造、即ち、本実施形態では心外膜面の位置が、超音波ユニット１２２によって撮像された通りであり、表面電極１０９の位置が３次元空間において既知であることを確実にする。光形状検知ファイバ１１０と、心内構造物位置計算ユニット１１４と、超音波信号を転送する電気的接続１１５を有する超音波ユニット１２２とは、人間１３０の心内構造物の位置を決定する心内構造物位置決定ユニットの構成要素と見なされてもよい。

決定システム１１１は更に、図１を参照してそれぞれ上で説明した電気的活動マップ決定ユニット１６及び解析ユニット２１と同様の電気的活動マップ決定ユニット１１６及び解析ユニット１２１を含む。更に、ディスプレイユニット１１９も、図１を参照して上で説明したディスプレイユニット１９と同様である。

以下において、図３に示されるフローチャートを参照して、生物の外表面における複数の表面電極によって獲得された心臓からの電気信号によって、当該生物の心臓の電気的活動マップを提供する方法の一実施形態が例示的に説明される。

ステップ１０１において、複数の表面電極の位置が、光形状検知位置特定を利用して表面電極位置決定ユニットによって決定される。例えば、図１を参照して上で説明した光形状検知ファイバ６が接続された棒４が、光形状検知を利用して人間が着用しているベストの基準マークの３次元位置を決定するために使用される。次に、表面電極位置計算ユニットは、基準マークの決定された３次元位置と基準マークとベストに組み込まれた表面電極との提供された空間関係とに基づいて、ベストの電極の３次元位置を計算する。これに代えて、人間が着用しているベストに内蔵された光形状検知ファイバ１０７が、図２を参照して上で説明したように、表面電極の３次元位置を決定するために使用されてもよい。具体的には、ベスト１０８内の光形状検知ファイバ１０７の各部分の３次元位置は、光形状検知によって決定され、表面電極位置計算ユニットは、ベスト１０８内の光形状検知ファイバ１０７の各部分の決定された３次元位置と、ベスト内の光形状検知ファイバとベストに内蔵された表面電極との提供された空間関係とに基づいて、表面電極の３次元位置を計算することができる。

ステップ１０２において、人間３０の心内構造物の位置が決定される。本実施形態では、心外膜面の位置が決定される。例えば図１及び図２を参照して上で説明された光形状検知センサを有する超音波ユニットが、心外膜面を示す３次元超音波画像を生成するために使用され、心内構造物位置計算ユニットが、例えば３次元超音波画像における心外膜面のセグメンテーションと、光形状検知位置特定によって決定された超音波ユニットの位置とに基づいて、心外膜面の３次元位置を計算することができる。ステップ１０１及び１０２は、任意の順番で行うことができる。即ち、ステップ１０１及び１０２は、連続的に又は同時に行われてもよい。

ステップ１０３において、電気的活動マップ決定ユニットが、人間の外表面上で測定された電気信号と、ステップ１０１において決定された複数の表面電極の位置と、ステップ１０２において決定された心内構造物、即ち、本実施形態では、心外膜面の位置とに基づいて、当該心内構造物における電気的活動マップを決定する。ステップ１０４において、解析ユニットが、例えば特定の心不整脈の電気生理学的メカニズムを決定するために、電気的活動マップを解析する。ステップ１０５において、電気的活動マップと、任意選択的に解析結果とが、ディスプレイユニット上に表示される。

図３を参照して上で説明した心臓の電気的活動マップを提供する方法の実施形態では、人間の外表面上の電気信号は既に測定されており、電気的活動マップ決定ユニットが電気的活動マップを決定することができるように電気的活動マップ決定ユニットに提供されていることを前提とする。別の実施形態では、人間の外表面上の電気信号の測定も、電気的活動マップを提供する方法の一部であってよく、この場合、対応する電気信号測定ステップは、ステップ１０３の前に行われる。

マッピング心電図（ＥＣＭ）とは、人間の胸部全体を覆う複数の電極によって測定される体表面信号、即ち、人間の外表面において測定される電位のような電気信号が、心臓の心外膜面の活性化を計算するために使用される方法である。電極は、表面電極、即ち、人間の表面における電気信号を測定する電極であり、これらは、接着剤によって胸部の皮膚にしっかりと取り付けられるベスト内に含まれる。これに代えて又はこれに加えて、ベストは、ベストを胸部の皮膚にしっかりと取付けるための弾性布地を含んでもよい。心外膜心臓面の位置と、表面電極の位置とが決定されているので、心外膜心臓面と表面電極との３次元空間関係は既知である。これにより、電気的活動マップ決定ユニットは、電気的活動マップである心外膜心臓面状の正確な単一の心拍電気的活性化パターンを計算することができる。図１を参照して上で説明されたシステムは、したがって、迅速評価、即ち、数秒からリアルタイムで、心臓の電気的活性化を評価する非侵襲的な方法を提供することができる。この心電図マッピングは、例えば対応する研究室における電気生理学的処置時、又は、介入心臓学的処置時に行うことができる。しかし、心電図マッピングは、介入前又は介入後のフォローアップ診断手順についても行われることが可能である。具体的には、心電図マッピングは、ある薬の使用の過程の特定の時点における抗不整脈薬の効果を評価するために使用されてもよく、また、高分解能の心電図解析を行うために使用されてもよい。

図１及び図２を参照して上で説明したシステムは、光形状検知位置特定によるベスト電極、即ち、表面電極の３次元位置の迅速評価と、光形状検知位置特定によって３次元空間において位置が特定された経胸壁心又は経食道心エコープローブによるベスト電極の３次元位置に関する３次元の心臓の解剖学的構造の評価とを可能にする。これらのシステムは、心外膜活性化診断機能を有する高性能心電図記録ツールとして使用できる。

好ましくは、ベスト布地内の心電図記録マッピングベストにおける電極の構成は既知である。一実施形態では、特に図１を参照して上で説明した実施形態では、ベスト内には、例えば特定の色及び／又は形状を有することによって視覚的に特定可能な複数のランドマーク点、即ち、基準点がある。ランドマーク点に対する電極の位置も既知である。人間にベストを着用させた後、ランドマーク点の３次元位置を、光形状検知センサを備えた棒によってランドマークに接触することによって、決定することができる。ランドマーク点の数及び分布は、好ましくは、布地内の電極の既知の位置に基づいてかつランドマークに関連して、ランドマーク、したがって、基準系に関連して全ての電極の相対位置が計算できるような数及び分布である。人間の動作による歪みを回避するために、１つ以上の追加の光形状検知センサを一時的にベストに取付けるか、又は、患者の胸部のどこかに付けられるパッチに取付けて、人間の動作を相殺することができる。

好ましくは、超音波ユニットは、人間の心臓の解剖学的構造の径胸腔又は経食道の３次元表現を再構成するために使用される。この再構成は、心臓の３次元撮像と、それに続く心内構造物のセグメンテーションに基づくか、又は、一般化された３次元心臓モデルを３次元超音波画像にマッチングすることによるものであってよい。任意選択的に、一般化された３次元心臓モデルは変形されてもよい。超音波プローブにも光形状検知位置特定が具備されているため、３次元の心臓の解剖学的構造を、ベストの電極位置に相関させることができる。一実施形態では、超音波に基づいた心臓の解剖学的構造評価は、ベストの電極位置評価の前又は後に行われる。いずれの場合においても、一時的にベストに追加された又は患者の胸部のどこかに付けられたパッチに取付けられた光形状検知センサを使用して、超音波プローブ位置、したがって、３次元の心臓の解剖学的構造をベストの電極位置に関連付けることができる。

一実施形態、特に図２を参照して上で説明した実施形態では、電極ベストには、１つ以上の光形状検知ファイバが具備されていてよい。この場合、ベストの電極の位置は特定され、したがって、１つ以上の光形状検知ファイバとの関連において既知である。１つ以上の光形状検知ファイバの３次元形状の評価を介して、ベストの電極の３次元位置を計算することができる。本実施形態では更に、心臓の解剖学的構造の位置が、超音波プローブを使用して上述されたように決定される。本実施形態では、超音波プローブの位置は、ベスト内の１つ以上の光形状検知ファイバ及び超音波プローブの光形状検知センサからの光形状検知信号を使用することによって、ベストの電極の位置と合わされる。

図１を参照して上で説明した実施形態では、光形状検知ファイバ６が具備されている追加の棒４が、基準マーク２の３次元位置を決定するために使用されるが、別の実施形態では、この光形状検知ファイバ６が具備されている追加の棒４は不要である。代わりに、超音波プローブ２２が基準マーク２の３次元位置を決定するために使用される。したがって、医者といったユーザは、光形状検知位置特定によって基準マークの３次元位置を決定するために、超音波プローブ２２を、基準マークから基準マークに移動させる。基準マークの３次元位置は、次に、上述したように、表面電極の３次元位置を決定する表面電極位置計算ユニットによって使用される。心内構造物、特に心外膜面の位置を決定するために、心外膜面を示す超音波信号を提供する同じ超音波プローブ２２が使用できる。

超音波プローブは、好ましくは、ベストの開口を通して、胸部の皮膚に直接使用されるか、又は、ベストが人間によって着用される前に使用される。図１を参照して上で説明された実施形態では、超音波プローブ２２は、ベストが人間によって着用される前に、心臓の超音波画像を獲得するために胸部の皮膚に使用されるが、基準パッチの位置を決定するための光形状検知ファイバに接続される基準パッチが胸部の皮膚に貼られた後に使用される。

ベストの表面電極の位置は、例えば、ファイバブラッグ格子に基づいて、光ファイバ形状検知及び位置特定（Fiber Optic Shape Sensing and Localization（ＦＯＳＳＬ））技術を使用して決定される。ベストは、ファイバの完全な３次元形状及び位置を決定できるようにするこのような格子を有する１つ以上のファイバを含んでよい。表面電極のそれぞれと関連ファイバとの空間関係を知ることにより、各電極の位置が決定される。これは、表面電極のＸ線又は磁気共鳴に基づいた位置特定を使用することなく実現される。更に、超音波プローブは、心臓を再構成するために使用できる、３次元の経食道又は超小型径胸腔超音波プローブであってよい。更に、ＦＯＳＳＬ技術は、特にカテーテル内のそのようなファイバを使用してプローブの位置を特定するために使用される。ＦＯＳＳＬ技術は、上述したように表面電極の位置を特定するために使用される。

図１及び図２を参照して上で説明されたシステムは、光形状検知により位置が特定されたベストの電極によるベストの電極位置の３次元評価と、光形状検知により位置が特定された超音波撮像による３次元の心臓の解剖学的構造評価とに基づくマッピング心電図を提供する。したがって、システムは、例えば既知の心電図記録システムでは入手可能ではない介入前及び介入後の情報を入手するために使用できる心電図記録診断ツールを提供する。例えば変位点のかなり正確な位置、心室リエントリのかなり正確な位置、リエントリ又は限局性心室性頻拍症間を区別する情報及びその位置特定、肺静脈伝導の再接続及び責任肺静脈の位置特定に関する（少なくとも左右の肺静脈を区別できるようにする）情報、及び、抗不整脈薬の効果に関する情報（特に抗不整脈薬の使用における変化の情報）といった情報が提供される。

上記実施形態、特に図１及び２における実施形態では、ベストは電極の特定の分布を有するが、ベスト内の電極は、図１及び図２では概略的かつ例示的に示されたに過ぎない。即ち、例えば電極はベスト内で異なるように分布されてよいことに留意するべきである。ベストは、好ましくは、人間の胸部全体を覆うように数百個の電極を含む。

当業者であれば、図面、開示内容、及び添付の特許請求の範囲を検討することにより、クレームされた発明を実施する際に、開示された実施形態に対する他の変更を理解しまた行うことができるであろう。

請求項において、「含む」との単語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、また、「ａ」又は「ａｎ」との不定冠詞も複数形を排除するものではない。

単一のユニット又はデバイスが、請求項に記載される幾つかの項目の機能を実現してもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項において記載されるからといって、これらの手段を有利に組み合わせて使用することができないことを示すものではない。

１つ又は幾つかのユニット又はデバイスによって行われる表面電極位置の計算、心内構造物の位置の計算、電気的活動マップの計算、及び／又は、電気的活動マップの解析といった計算は、任意の他の数のユニット又はデバイスによって行われてもよい。電気的活動マップの計算並びに／若しくは解析、及び／又は、電気的活動マップを提供する方法に従って電気的活動マップを提供するシステムの制御は、コンピュータプログラム及び／又は専用ハードウェアのプログラムコード手段として実施される。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアの一部と共に又はその一部として供給される光記憶媒体又は固体媒体といった適切な媒体に記憶／分散配置されるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介して他の形態で分散配置されてもよい。

請求項における任意の参照符号は、範囲を限定しているものと解釈すべきではない。

本発明は、生物の外表面上に配置された複数の表面電極によって獲得された心臓からの電気信号によって、当該生物の心臓の電気的活動マップを提供するシステムに関する。表面電極位置決定ユニットが、光形状検知位置特定によって複数の表面電極の位置を決定し、電気的活動マップ決定ユニットが、測定された電気信号と、複数の電極の決定された位置と、心内構造物、特に心外膜面の位置とに基づいて、心内構造物における電気的活動マップを決定する。複数の表面電極の位置を決定するために光形状検知が使用され、例えばＸ線は使用されないので、電気的活動マップは、必ずしもＸ線放射線量を照射しなくても決定される。

Claims (7)

1. 生物によって着用され、電気的活動マップを提供するために使用されるベストであって、
   前記生物によって前記ベストが着用される場合に、前記生物の外表面上に配置され、前記生物の心臓から電気信号を獲得する複数の表面電極と、
   光形状検知ファイバの３次元形状を示す光形状検知信号を生成し、前記光形状検知信号を表面電極位置計算ユニットに提供する、当該光形状検知ファイバと、
   を含む、ベスト。
2. 生物の外表面上に配置された複数の表面電極によって獲得された心臓からの電気信号によって、前記生物の前記心臓の電気的活動マップを提供するシステムであって、請求項１に記載のベストが、前記生物によって着用され、前記複数の表面電極を含み、前記システムは、
   前記ベストの光形状検知ファイバと前記表面電極との空間関係を提供する空間関係提供ユニットと、
   前記光形状検知ファイバによって提供される光形状検知信号によって示される前記光形状検知ファイバの３次元形状と、提供された前記空間関係とに依存して、前記表面電極の位置を計算する表面電極位置計算ユニットと、
   ａ）光形状検知センサを具備する超音波ユニットから受け取られる、心内構造物の位置を示す超音波信号と、ｂ）前記超音波ユニットの前記光形状検知センサから受け取られる、前記超音波ユニットの位置を示す光形状検知信号とに基づいて、前記心内構造物の前記位置を計算する心内構造物位置計算ユニットを含む、前記生物の前記心内構造物の前記位置を決定する心内構造物位置決定ユニットと、
   前記生物の前記外表面上で測定された前記電気信号と、前記複数の表面電極の決定された前記位置と、前記心内構造物の決定された前記位置とに基づいて、前記心内構造物における前記電気的活動マップを決定する電気的活動マップ決定ユニットと、
   を含む、システム。
3. 前記心内構造物位置決定ユニットは、前記心内構造物の前記位置を示す前記超音波信号を生成し、前記超音波ユニットの位置を示す前記光形状検知信号を生成する前記光形状検知センサを具備する、前記超音波ユニットを含む、請求項２に記載のシステム。
4. 前記超音波ユニットは、経胸エコープローブ又は経食道エコープローブである、請求項２に記載のシステム。
5. 前記超音波信号は、超音波画像を表し、前記心内構造物計算ユニットは、前記超音波画像における前記心内構造物を検出し、前記超音波画像において検出された前記心内構造物に基づいて、前記心内構造物の前記位置を計算する、請求項２に記載のシステム。
6. 生物の外表面上に配置された複数の表面電極によって獲得された心臓からの電気信号によって前記生物の前記心臓の電気的活動マップを提供する方法であって、
   請求項１に記載のベストが、前記生物によって着用され、前記複数の表面電極を有し、前記ベストの光形状検知ファイバと前記表面電極との空間関係は、空間関係提供ユニットによって提供され、前記表面電極の位置は、前記光形状検知ファイバによって提供される光形状検知信号によって示される前記光形状検知ファイバの３次元形状と、提供された前記空間関係とに依存して、表面電極位置計算ユニットによって計算される、前記複数の表面電極の位置を決定するステップと、
   心内構造物の位置が、ａ）光形状検知センサを具備する超音波ユニットから受け取られる、前記心内構造物の前記位置を示す超音波信号と、ｂ）前記超音波ユニットの前記光形状検知センサから受け取られる、前記超音波ユニットの位置を示す光形状検知信号とに基づいて、心内構造物位置計算ユニットによって決定される、前記生物の前記心内構造物の前記位置を決定するステップと、
   電気的活動マップ決定ユニットによって、前記生物の前記外表面上で測定された前記電気信号と、前記複数の表面電極の決定された前記位置と、前記心内構造物の決定された前記位置とに基づいて、前記心内構造物における前記電気的活動マップを決定するステップと、
   を含む、方法。
7. 生物の外表面上に配置された複数の表面電極によって獲得された心臓からの電気信号によって前記生物の前記心臓の電気的活動マップを提供するコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムが請求項２に記載されるシステムを制御するコンピュータ上で実行される場合、前記システムに、請求項６に記載される前記方法のステップを行わせるプログラムコード手段を含む、コンピュータプログラム。
   

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