JP6267695B2 - 空洞決定装置 - Google Patents

Description

本発明は、オブジェクト内の空洞を決定するための空洞決定装置、空洞決定方法および空洞決定コンピュータ・プログラムに関する。

特許文献１は、心臓組織をアブレーションするためのアブレーション・システムを記載している。このシステムはアブレーション・カテーテルを有し、該アブレーション・カテーテルは、該アブレーション・カテーテルの先端近くに位置している電磁定位センサーを備える。カテーテルの先端は、心臓の内壁の種々の位置に動かされ、各位置において、先端の位置が定位センサーを使うことによって決定される。結果として得られる、決定された位置の集合は、心臓の内壁を再構成するために使用される。

受け容れ可能な時間内では、空洞内のアブレーション・カテーテルの先端の少数の異なる位置しか決定できないので、アブレーション・カテーテルの先端のこれらほんの少数の位置に基づいて決定される再構成された空洞は貧弱な品質しかもたない。

米国特許出願公開第2010/0268059号

オブジェクト内の空洞を決定するための空洞決定装置、空洞決定方法および空洞決定コンピュータ・プログラムであって、比較的短時間で改善された品質をもってオブジェクト内の空洞を決定することを許容するものを提供することが本発明の目的である。

本発明の第一の側面では、オブジェクト内の空洞を決定するための空洞決定装置が提示され、当該装置は：
・複数の異なる配置で空洞内に配置されるための屈曲可能なセグメントを有する、空洞中に導入されるための導入要素と；
・前記複数の異なる配置において空洞内の屈曲可能なセグメントによって定義される曲線を判別する曲線判別ユニットと；
・判別された曲線に基づいて空洞を再構成するための空洞再構成ユニットとを有する。

空洞内の単独位置だけが収集されるのではなく、種々の配置において空洞内の屈曲可能なセグメントによって定義される曲線が収集されるので、大量の空間的情報が非常に高速に収集できる。これは、比較的短時間で改善された品質をもって空洞を再構成することを許容する。

それぞれの配置において空洞内の屈曲可能なセグメントによって定義される判別された曲線は、それぞれの配置において空洞内の屈曲可能なセグメントの形、配向および位置を記述する一次元の線と見なすことができる。したがって、判別された曲線は、複数の異なる配置において空洞内の屈曲可能なセグメントの空間的な走行を記述するものと見なすことができる。

導入要素は好ましくはカテーテル、特に空洞の内壁をアブレーションするためのアブレーション・カテーテルである。好ましくは、空洞は生体の心臓の空洞であり、アブレーション・カテーテルは心臓組織をアブレーションするよう適応されている。

ある実施形態では、空洞再構成ユニットは、複数の異なる配置において屈曲可能なセグメントによって定義される判別された曲線が再構成された空洞内にあるよう空洞を再構成するよう適応される。さらに、複数の異なる配置のうち少なくともいくつかでは、屈曲可能なセグメントは空洞の内壁と接触していることができ、それにより前記曲線は接触曲線を定義し、空洞再構成ユニットは前記接触曲線に依存して空洞を再構成するよう適応されることができる。特に、空洞再構成ユニットは、再構成された空洞の壁が前記接触曲線に対応するよう、空洞を再構成するよう適応されることができる。たとえば、空洞再構成ユニットは、再構成された空洞の壁が前記接触曲線を通って走るおよび／または前記接触曲線を囲むよう、空洞を再構成するよう適応されることができる。これは、接触曲線に基づいて信頼できる仕方で空洞を再構成することを許容する。

ある好ましい実施形態では、導入要素は少なくとも二つの電極を有し、その間に前記屈曲可能なセグメントが位置する。当該装置は、前記少なくとも二つの電極に電気的に接続されている接触判別ユニットを有し、前記接触判別ユニットは、前記電極から受領される電気信号に基づいて屈曲可能なセグメントが心臓の内壁と接触しているかどうかを示す接触情報を判別する。空洞再構成ユニットは、判別された曲線が接触曲線であるかどうかを接触情報に依存して判別するよう適応されている。接触判別ユニットは好ましくは、前記電極から受領される電気信号が前記電極が前記内壁と接触していることを示す場合に、屈曲可能なセグメントが空洞の内壁と接触していると判別するよう適応される。これは当該装置が、接触曲線を信頼できる形で判別できるよう、それぞれの前記配置において、屈曲可能なセグメントが空洞の内壁と接触しているか否かを信頼できる形で判別することを許容する。

前記複数の異なる配置のうちいくつかでは、屈曲可能なセグメントは空洞の内壁と接触していなくてもよく、その場合、屈曲可能なセグメントによって定義される曲線は非接触曲線である。空洞再構成ユニットは、接触曲線に依存し、かつ非接触曲線に依存して空洞を再構成するよう適応されることができる。空洞再構成ユニットは、非接触曲線が再構成された空洞内にあるよう、空洞を再構成するよう適応されることができる。空洞を再構成する際に非接触曲線も考慮することは、再構成の品質をさらに改善できる。

空洞再構成ユニットは、接触判別ユニットによって提供される接触情報に依存して、判別された曲線が非接触曲線であるかどうかを判別するよう適応されることもできる。したがって、前記少なくとも二つの電極および接触判別ユニットは、非接触曲線を信頼できる形で判別するためにも使用でき、非接触曲線は空洞を再構成するために接触曲線と一緒に使用されることができる。

ある実施形態では、空洞再構成ユニットは、適応可能な空洞モデルを提供し、空洞を再構成するために、該空洞モデルを、前記複数の異なる配置において屈曲可能なセグメントによって定義される判別された曲線に適合させるよう適応される。空洞モデルは、一般的モデルまたはオブジェクト固有モデル、特に患者固有モデルでありうる。空洞モデルはたとえば、生体の心臓の空洞のモデルであり、これがたとえば接触曲線に適合させられる。空洞モデルの使用は、空洞の再構成の品質をさらに改善できる。

空洞モデルは、前記複数の異なる配置において屈曲可能なセグメントによって定義される判別された曲線が空洞モデル内であるよう、すなわち前記複数の異なる配置において屈曲可能なセグメントによって定義される判別された曲線が適応された空洞モデルによって囲まれるよう、適応されることができる。前記複数の異なる配置において空洞内の屈曲可能なセグメントによって定義される判別された曲線のうち少なくともいくつかが接触曲線をなす場合、空洞モデルは、該接触曲線が空洞モデルの外側表面（outer surface）に対応するようこれらの接触曲線に適合させられることができる。前記複数の異なる配置において空洞内の屈曲可能なセグメントによって定義される判別された曲線のうち少なくともいくつかが接触曲線でない場合、空洞モデルは、これらの判別された曲線を包み込むよう適応されることができる。空洞モデルは正規化（regularization）と見なすことができる。該正規化は、前記複数の異なる配置において空洞内の屈曲可能なセグメントによって定義される曲線の判別された集合に基づいて空洞を再構成するために使用できる。代替的または追加的に、別の正規化を使用できる。たとえば、空洞再構成ユニットは、空洞を再構成するために、前記複数の異なる配置において空洞内の屈曲可能なセグメントによって定義される判別された曲線の形態学的オープニングまたはクロージングを実行するよう適応されることができる。

特に、屈曲可能なセグメントによって定義される判別された曲線が非接触曲線である場合、これらの非接触曲線は空洞内にあり、空洞の表面はこれらの曲線から推定されなければならない。正規化は好ましくは、空洞の表面を決定するために、どの点が空洞内にある可能性が高く、どの点が空洞外にある可能性が高いかを、非接触曲線に基づいて定義する。この正規化はモデルに基づいていてもよい。その場合、正規化は、好ましくは解剖学的モデルである空洞モデルが非接触曲線の集合を包み込むよう、実行される。事前の解剖学的情報、たとえば解剖学的空洞モデルが存在しない場合、均一な数学的正規化が空洞再構成ユニットによって使用されることができる。たとえば、曲線集合の形態学的オープニングおよびクロージングが、どの点が必ず空洞内にあるかを推定するために使用されることができる。

もう一つの実施形態では、空洞再構成ユニットは、空洞を再構成するために、前記複数の異なる配置において屈曲可能なセグメントによって定義される判別された曲線を補間するよう適応される。たとえば、空洞を決定するために接触曲線の間で補間されることができる。補間手順は、たとえば、三角形分割、フーリエ・ベースの補間または別の補間技法を使うことができる。このように、空洞再構成ユニットは、オブジェクト固有モデルのような事前情報を使うことなく、空洞を再構成するよう適応されることができる。

空洞を再構成するために前記複数の異なる配置において屈曲可能なセグメントによって定義される判別された曲線を補間することは、正規化と組み合わされることができる。たとえば、正規化は、補間制約から空洞モデルのエネルギー・ベースの当てはめに切り換えることによって実行されることができる。これは、前記複数の異なる配置において屈曲可能なセグメントによって定義される判別された曲線にノイズがある場合に、再構成された空洞の品質を改善することを許容する。

オブジェクトが生体であることが好ましい。その場合、空洞は、心臓動きおよび呼吸動きの少なくとも一方によって影響される。当該装置は、ａ）異なる心臓位相およびｂ）異なる呼吸位相の少なくとも一方を示す動き信号を提供する動き信号提供ユニットを有する。空洞再構成ユニットは、屈曲可能なセグメントによって定義される判別された曲線に基づき、かつ提供された動き信号に基づいて、空洞を再構成するよう適応される。空洞を再構成する際に動き信号、すなわち心臓信号および／または呼吸信号を考慮することによって、再構成はより少ない動きアーチファクトを含むことがありうる。好ましくは、動き信号に基づいて、屈曲可能なセグメントによって定義される各判別された曲線は、ある動き位相に、すなわちある心臓位相および／またはある呼吸位相に割り当てられることができ、この割り当てられた位相情報が、低下した動きアーチファクトをもって空洞を再構成するために使われることができる。たとえば、空洞再構成ユニットは、ある動き位相に対応する空洞を再構成するために、同じ動き位相に対応する曲線のみを使用するよう適応されることができる。

曲線判別ユニットは、時間とともに心臓サイクルおよび呼吸サイクルの少なくとも一方に従って動く生体の部分と接触している導入要素の少なくとも一部の位置を判別し、それにより導入要素の前記一部の動きを判別するよう適応されることができる。動き信号提供ユニットは、判別された動きに依存して動き信号を決定するよう適応されることができる。たとえば、曲線判別ユニットは、時間を追って、電極が心臓の内壁と接触している間に、導入要素の電極の位置を判別し、それにより電極の動きを決定するよう適応されることができる。電極は心臓の内壁と接触しているので、電極の動きは心臓サイクルに従って周期的である可能性が高く、よって電極の動きに依存して心臓信号が決定できる。導入要素の別の部分の位置も、この部分がたとえば心臓サイクルまたは呼吸サイクルに従って動いている人の一部と接触している間に、時間を追って決定されてもよい。導入要素のこの部分の動きに依存して動き信号を決定するためである。純粋な呼吸動きを経験している、または呼吸動きが推定できるもとになる、人の解剖学的構造の一部にカテーテルの一部が当接している間に、カテーテルの形状を使って呼吸動きが推定されてもよい。また、同じようにして呼吸動きを決定するために、さらなる形状感知カテーテルが使用されることができる。さらに、動き信号を提供するために他の手段が使用されることができる。たとえば、心臓信号を提供するために心電計が使用でき、呼吸信号を提供するために呼吸ベルトが使用でき、人の動いている胸郭を示すビデオの解析に基づいて呼吸信号が決定できる、など。

導入要素および曲線判別ユニットは好ましくは、光学式形状感知によって空洞内の屈曲可能なセグメントによって定義される曲線を判別するよう適応される。これは、当該装置が、必ずしも電磁定位ユニットまたはX線定位ユニットのようなさらなる定位ユニットを必要とすることなく、空洞内の屈曲可能なセグメントによって定義される種々の曲線を信頼できる形で決定することを許容する。

本発明のさらなる側面では、オブジェクト内の空洞を決定するための空洞決定方法が提示され、当該方法は：
・曲線判別ユニットによって、空洞内の複数の異なる配置で空洞内に導入された導入要素の屈曲可能なセグメントによって定義される複数の曲線を判別する段階と；
・空洞再構成ユニットによって、判別された曲線に基づいて空洞を再構成する段階とを含む。

本発明のもう一つの側面では、オブジェクト内の空洞を決定するための空洞決定コンピュータ・プログラムが提示され、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記載の空洞決定装置を制御するコンピュータ上で実行されるときに、請求項１記載の前記空洞決定装置に請求項１４記載の空洞決定方法の段階を実行させるためのプログラム・コード手段を有する。

請求項１記載の空洞決定装置、請求項１４記載の空洞決定方法および請求項１５記載の空洞決定コンピュータ・プログラムは同様のおよび／または同一の好ましい実施形態、特に従属請求項において定義される実施形態をもつことが理解される。

本発明の好ましい実施形態は、従属請求項の各独立請求項との任意の組み合わせでもあることができることが理解される。

本発明のこれらおよびその他の側面は、以下に記載される実施形態を参照することで明白となり、明快にされるであろう。

オブジェクト内の空洞を決定するための空洞決定装置のある実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。 前記空洞決定装置のカテーテルの先端を概略的かつ例示的に示す図である。 オブジェクト内の空洞を決定するための空洞決定方法のある実施形態を例示的に示すフローチャートである。

図１は、オブジェクト内の空洞を決定するための空洞決定装置のある実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。装置１は、空洞３に導入されるための導入要素５を有する。導入要素５は、種々の配置で空洞３内に配置されるための屈曲可能なセグメントを有する。この実施形態では、オブジェクトはテーブル４上に横たわる人２であり、空洞３は人２の心臓の心腔である。さらに、この実施形態において、導入要素５はアブレーション・カテーテルであり、アブレーション・カテーテル５の先端６は空洞３内に導入されている。アブレーション・カテーテル５の屈曲可能なセグメントはアブレーション・カテーテル５の先端６に位置しており、屈曲可能なセグメントを内壁と接触させるために、空洞３の内壁に合致するよう、空洞３内でポジショニングされる、すなわち屈曲される、配向されるおよび／または位置されることができる。

空洞決定装置１はさらに、前記複数の異なる配置において空洞３内の屈曲可能なセグメントによって定義される曲線を判別する曲線判別ユニット７と、判別された曲線に基づいて空洞を再構成するための空洞再構成ユニット８とを有する。

好ましくは、アブレーション・カテーテル５の屈曲可能なセグメントは、空洞３内で複数の異なる配置で配置され、これらの配置の少なくともいくつかでは、屈曲可能なセグメントは空洞３の内壁の形に合致し、よって空洞３の内壁と接触する。この場合、判別された曲線は接触曲線を定義する。空洞再構成ユニット８は、これらの接触曲線に依存して、すなわちそれぞれの接触曲線のそれぞれの形状、配向および位置に依存して、空洞を再構成するよう適応される。特に、空洞再構成ユニット８は、再構成された空洞の壁が接触曲線によって定義されるよう、空洞を再構成するよう適応されることができる。

空洞再構成ユニット８は、適応可能な空洞モデルを提供し、空洞を決定するために、該空洞モデルを、前記接触曲線に適合させるよう適応されることができる。このように、空洞モデルは、空洞の既存のテンプレートであると見なすこともでき、一般的モデルまたは人固有でありうるが、接触曲線に当てはめ〔フィッティング〕されることができる。空洞モデルは、該空洞モデルの壁が接触曲線によって定義されるよう、配置および／または変形されることができる。

前記複数の異なる配置において空洞内の屈曲可能なセグメントによって定義される判別された曲線のうち少なくともいくつかが接触曲線でない場合、あるいは、ある実施形態において、前記判別された曲線が接触曲線であるか非接触曲線であるかがわからない場合、空洞モデルは、前記複数の異なる配置において空洞内の屈曲可能なセグメントによって定義される前記判別された曲線を包み込むよう適応されることができる。空洞モデルは正規化（regularization）の一種と見なすことができる。該正規化は、前記複数の異なる配置において空洞内の屈曲可能なセグメントによって定義される曲線の判別された集合に基づいて空洞を再構成するために使用できる。代替的または追加的に、別の正規化を使用できる。特に、すべての判別された曲線が非接触曲線である場合、または前記判別された曲線が接触曲線であるか非接触曲線であるかがわからない場合にそうである。たとえば、空洞再構成ユニットは、空洞を再構成するために、前記複数の異なる配置において空洞内の屈曲可能なセグメントによって定義される判別された曲線の形態学的オープニングまたはクロージングを実行するよう適応されることができる。

空洞再構成ユニット８は、前記判別された接触曲線を補間することによって空洞を再構成するよう適応されることもできる。補間はたとえば、三角形分割、フーリエ・ベースの補間または別の補間技法を含むことができる。このように、空洞は、「ゼロから」、すなわち何らの事前データもなしに、サンプル形状、すなわちサンプリングされた接触曲線を使って、再構成されてもよい。この種の再構成は、空洞の容積をなすもの、すなわち空洞の内部が接触曲線から推定されることができるという推定に依拠している。

空洞を再構成するために前記複数の異なる配置において屈曲可能なセグメントによって定義される判別された曲線を補間することは、特に前記複数の異なる配置において屈曲可能なセグメントによって定義される判別された曲線にノイズがある場合に、再構成される空洞の品質を改善するために、正規化と組み合わされることができる。

図２は、導入要素５の先端６を概略的かつ例示的に詳細に示している。導入要素５の先端６はいくつかのリング電極１４およびキャップ電極１３を有する。これらの電極１３、１４は屈曲可能なセグメント１５に沿って配置される。ここで、屈曲可能なセグメントは図２に示されるより大きいこともできる。装置１はさらに、電極１３、１４に電気的に接続されている接触判別ユニット９を有する。該接触判別ユニット９は、電極１３、１４から受領される電気信号に基づいて屈曲可能なセグメント１５が空洞の壁と接触しているかどうかを示す接触情報を判別する。空洞再構成ユニット８は、判別された曲線が接触曲線であるかどうかを接触情報に依存して判別するよう適応されている。特に、接触判別ユニット９は、電極１３、１４から受領される電気信号が電極１３、１４が前記内壁と接触していることを示す場合に、屈曲可能なセグメントが空洞の内壁と接触している、すなわち空洞の内壁に合致していると判別するよう適応される。

電極１３、１４が空洞の内壁の心臓組織と接触していなければ、実質的にいかなる電気信号も受信しない。すなわち、電極の出力はほとんど平坦である。電極が心臓組織と接触していれば、周期的な電気信号を検出する。電気的検出におけるこれらの差に基づいて、接触判別ユニット９はすべての電極１３、１４が、よって屈曲可能なセグメント１５が空洞の内壁と接触しているかどうか、すなわち屈曲可能なセグメント１５が空洞の内壁と合致しているかどうかを決定できる。

前記複数の異なる配置のいくつかでは、屈曲可能なセグメントは空洞３の内壁に合致しないことがあり、したがって、内壁と接触していないことがあり、よって、前記判別された曲線は非接触曲線であり空洞再構成ユニット８は、それらの非接触曲線にも依存して空洞を再構成するよう適応される。特に、空洞再構成ユニット８は、非接触曲線の位置が再構成された空洞内にあるよう、空洞を再構成するよう適応されることができる。非接触曲線を判別するために、接触曲線を判別するためにも使われる電極１３、１４が使用できる。特に、空洞再構成ユニットは、電極１３、１４によって提供される接触情報に依存して判別された曲線が非接触曲線であるかどうかを決定するよう適応されることができる。ここで、屈曲可能なセグメントに沿って配置されている電極１３、１４のすべてが空洞３の内壁と接触しているのでない場合に、屈曲可能なセグメント１５はそれぞれの配置において空洞の内壁と接触していないと想定される。二つの相続く電極が空洞の内壁と接触していれば、これら二つの相続く電極の間のカテーテルのセグメントは内壁と接触している、すなわち、この中間セグメントは接触曲線をなすと想定される。

非接触曲線が空洞を再構成するために使われる場合、電極によって与えられる電気信号は無視されてもよい。たとえば、第一の近位電極の前の導入要素の屈曲可能なセグメントが、非接触曲線を定義するために使われてもよい。一般に、接触電極の間に位置されていない前記導入要素のすべての部分は、非接触曲線を定義すると見なすことができる。

装置１は、好ましくは、医師のようなユーザーが、空洞内で種々の配置において、カテーテル５の先端６にある屈曲可能なセグメントを配置することを許容するよう適応される。ユーザーが屈曲可能なセグメントを所望される配置に配置したのち、曲線判別ユニット７は、この種の配置における空洞３内の屈曲可能なセグメントによって定義される曲線を決定できる。このようにして、種々の配置における空洞内の屈曲可能なセグメントによって定義される種々の曲線が決定されることができ、種々の配置においてこれら種々の曲線が決定されたのち、空洞再構成ユニット８は、これらの決定された曲線に基づいて空洞を再構成するために使用されることができる。

空洞３は、心臓動きによって影響される。したがって、当該装置はさらに、人３の心臓の種々の心臓位相を示す動き信号を提供する動き信号提供ユニット１０を有する。空洞再構成ユニット８は、前記複数の異なる配置において屈曲可能なセグメントによって定義される判別された曲線に基づき、特に判別された接触曲線に、任意的には非接触曲線にも基づき、かつ提供された動き信号に基づいて、空洞を再構成するよう適応される。この実施形態では、曲線判別ユニット７は、時間とともに心臓サイクルに従って動く人２の部分と接触しているカテーテル５の一部の位置を判別し、それによりカテーテル５のこの一部の動きを判別するよう適応される。動き信号提供ユニット１０は、判別された動きに依存して動き信号を決定するよう適応される。たとえば、曲線判別ユニット７は、接触電極のうちの一つの電極の位置を決定するよう適応されることができ、該位置は、接触電極が空洞の内壁と接触している間に、屈曲可能なセグメントが空洞の内壁と接触しているか否かを判別するために使用できる。ここで、この実施形態では人の心臓である空洞の内壁は心臓サイクルに従って動くことが想定されている。空洞３の内壁と接触している、好ましくは接触電極であるカテーテル５の前記一部の巡回的な動きが、心臓サイクルの心臓位相を定義し、決定するためにいくつかの部分に細分されることができる。前記複数の異なる配置において屈曲可能なセグメントによって定義される判別された曲線は、これらの心臓位相に割り当てられることができ、空洞再構成ユニット８は、単独の心臓位相に割り当てられている判別された曲線のみに基づいて空洞を再構成するよう適応されることができる。特に、各心臓位相について、それぞれの空洞が再構成されることができる。異なる心臓位相に対応する異なる再構成された空洞は、空洞の四次元像を提供するために、表示ユニット１２上で時間的に連続して示されることができる。

前記複数の異なる配置において空洞３内の屈曲可能なセグメントによって定義される曲線は、呼吸動きが空洞の再構成に悪影響を与えないよう、息を止めた状態で決定されることができる。しかしながら、動き信号提供ユニットは、種々の呼吸位相を示す呼吸信号であるさらなる動き信号を追加的に提供するよう適応されることもできる。空洞再構成ユニットは、心臓位相を示す心臓信号である第一の動き信号および前記呼吸信号に基づいて空洞を再構成するよう適応されることができる。呼吸信号は、呼吸サイクルに従ってのみ動く人２の解剖学的部分と接触しているカテーテル５の一部の判別された位置に基づいて、動き信号提供ユニットによって決定されてもよい。この動きは、時間を追ってこの一部の位置を決定しうる曲線判別ユニット７によって決定されることができる。すると、空洞再構成ユニット８は、ある心臓位相およびある呼吸位相についての空洞を、この心臓位相およびこの呼吸位相に割り当てられている判別された諸曲線に基づいて、再構成するよう適応されることができる。この場合にも、空洞は、種々の心臓位相および種々の呼吸位相について再構成されることができ、結果として得られる再構成された空洞は、四次元の再構成された空洞を提供するために、表示ユニット１２上で時間的に連続して示されることができる。

カテーテル５および曲線判別ユニット７は好ましくは、空洞３内の屈曲可能なセグメントによって定義される曲線を、またカテーテル５のさらなる諸部分の位置を、光学式形状感知（optical shape sensing）によって決定するよう適応される。

装置１はさらに、カテーテル５の先端６に位置されるカテーテル５のキャップ電極１３に電力を提供するためのRF電源１１を有する。これは、医師が、表示ユニット１２に示される空洞の再構成に依存して、空洞３内の所望される位置において心臓組織をアブレーションすることを許容する。

したがって、キャップ電極１３は屈曲可能なセグメント１５が空洞の内壁と接触しているか否かを判別するために使われるのみならず、アブレーション手順を実行するためにも使われる。他の実施形態では、屈曲可能なセグメントが空洞の内壁と接触しているかどうかを判別するための接触電極と、一つまたは複数のアブレーション電極は異なる電極であることができる。すなわち、アブレーション電極は、接触情報を提供するために使われなくてもよい。

以下では、オブジェクト内の空洞を決定するための空洞決定方法の実施形態について、図３に示されるフローチャートを参照して例示的に記述する。

ステップ１０１では、導入要素の屈曲可能なセグメントが空洞内で複数の異なる配置で配置される。各配置において、屈曲可能なセグメントによって定義される曲線が曲線判別ユニットによって判別される。こうして、屈曲可能なセグメントの形状、配向および位置が各配置において決定される。さらに、好ましくは、特に屈曲可能なセグメントに沿って配置されている、屈曲可能なセグメントを囲む電極が、屈曲可能なセグメントがそれぞれの配置において空洞の内壁と合致するかどうか、すなわち空洞の内壁と接触しているかどうかを判別するための接触判別ユニットと一緒に使用される。これは、屈曲可能なセグメントが空洞の内壁と接触している配置において屈曲可能なセグメントによって定義される接触曲線と、屈曲可能なセグメントが空洞の内壁と接触していない配置において屈曲可能なセグメントによって定義される非接触曲線とを決定することを許容する。

ステップ１０２では、空洞再構成ユニットによって、判別された曲線から空洞が再構成される。特に、空洞を再構成するために、適応可能なモデルが接触曲線に適合させられてもよく、あるいは接触曲線が補間されてもよい。

本装置は、好ましくは、低侵襲の経カテーテル手順を実行するよう適応される。そうした手順の間、医師、たとえば外科医または心臓病医は、肉眼ではツールや解剖学的構造を観察できない。X線モダリティまたは超音波モダリティのようなリアルタイム撮像モダリティはこの問題に対する部分的な解決策を提供するが、独自の制限がある。心房細動アブレーションのようないくつかの介入手順では、そのような撮像モダリティは、従来技術ではスキップされることがあり、代わりに、たとえば左心房の空洞を再構成するために、アブレーション・カテーテルに取り付けられた磁気ベースのポジショニング・デバイスのようなポジショニング・デバイスが使用されることがある。しかしながら、そのようなポジショニング・デバイスの使用は少なくとも二つの主要な問題をもつ。空洞を再構成するために単一の位置を使うことは、またさらには若干数の位置を使うことも、乏しいデータを与え、収集時間はかなり長くなり、モデル化品質は比較的低い。

したがって、図１および図２を参照して上記した装置は好ましくは、該ポジショニング・デバイスが形状感知デバイスによって置き換えられることができるよう、適応される。これは、再構成が、ずっと高速な仕方で、点ではなく曲線に基づくことを可能にする。特に、空洞の形状を非常に迅速に再現するために、形状感知技術が好ましくは使用される。好ましくは、デバイスの形状、すなわち屈曲可能なセグメントの形状が、デバイスが目標空洞内で動かされる間に収集される。デバイスは空洞内にあるので、空洞表面は、収集された形状の「外側表面」として復元できる。特に、カテーテルは素速く、多少なりともランダムな仕方で動かされてもよく、それによりたとえば人の心臓の左心房の空洞のバルクを迅速に得ることができる。次いで、対応するアルゴリズムの帰結が、カテーテルを諸領域に案内するための粗いマップとして使われることができ、該諸領域においては、この領域における特に高い関心のためおよび／または該領域がより大きな曲率のためにアクセスするのがより困難であり、初期掃引の際に正しい収集を妨げたことがありうるために、収集が洗練されるべきである。より大きな曲率は例えば肺静脈において存在することがある。

収集された形状の外部、すなわち前記複数の異なる配置において屈曲可能なセグメントによって定義される判別された曲線の集合の外部にある点が空洞に属するか否かを判別するために、本装置は、規則性（regularity）想定を使うよう適応されることができる。この規則性想定は、たとえば、単一の数学的オープニングまたはクロージング演算として表現されることができ、あるいは規則性想定は、たとえば目標とされる空洞のメッシュ・テンプレートに基づく、より複雑な、知識に基づくものであることができる。

本装置は好ましくは、たとえ空洞が移動および／または変形しても一貫した出力を生成するよう適応される。特に、本装置が心臓用途で使われる場合、本装置は、心臓サイクルの間の該変形を扱い、呼吸動きも考慮するよう適応されることができる。心腔の形状は心臓サイクルの間に変形するので、異なる心臓位相に対応する判別された曲線は混合されないことが好ましい。本装置は、特定の心臓位相における、あるいはモデルが時間的平均に基づくならば不定の心臓位相における三次元モデルを再構成するよう適応されることができる。本装置は、空洞の、四次元モデル、すなわち時間依存の空間的に三次元のモデルを再構成するよう適応されることもできる。

心臓位相を同定するためおよび同定された心臓位相をそれぞれの判別された曲線に割り当てるために、たとえば心腔の内壁と接触しているために心臓サイクルに従って動く前記導入要素の一部の動きの決定に基づく上記の方法が使用されることができる。しかしながら、心臓信号は他の手段によって提供されることもできる。さらに、心臓位相を心電図信号からおよびたとえば心腔の内壁に接触している前記導入要素の前記一部の判別された動きから決定することも可能である。

空洞の再構成の品質に対する呼吸動きの可能な効果を緩和するために、収集、すなわち複数の異なる配向にある屈曲可能なセグメントによって定義される曲線の判別は、所与の息止めの間に実行されることができる。あるいはまた、呼吸動きは、導入要素の一部が呼吸動きが推定できるもとになる、特に純粋な呼吸動きを経験する生体の解剖学的構造の一部に当たっている間に、導入要素の、特にカテーテルの形状を使って推定されることができる。

また、第二の形状感知導入要素、特に第二の形状感知カテーテルが、呼吸動きを決定するために同様の仕方で使用されることができる。この場合、第一の導入要素はたとえば純粋な呼吸動きを経験している領域を通じて案内される必要はない。第二の形状感知導入要素が呼吸動きをすでに提供しており、それが呼吸信号を生成するために使用できるからである。たとえば、心房細動アブレーション手順においては、冠状静脈洞カテーテルが、心臓動き打ち消し技法と組み合わせて、第二の形状感知導入要素として使用されることができる。

呼吸動きは、呼吸ベルト、人の呼吸動きを実行している一部、たとえば胸郭を示すビデオの解析などのような他の技法を使って決定されることもできる。

上記の実施形態では、呼吸動きに起因する空洞の再構成に対する可能性としては悪い影響は、息止め状態において前記複数の異なる配置において屈曲可能なセグメントによって定義される曲線を判別することによって、あるいはある呼吸位相についての空洞を、この呼吸位相に対応する前記複数の異なる配置において屈曲可能なセグメントによって定義される曲線に基づいて再構成することによって、軽減されるものの、呼吸動きの悪影響は、別の仕方でも軽減できる。たとえば、前記複数の異なる配置において屈曲可能なセグメントによって定義される判別された曲線は、判別された呼吸動きに基づく並進動作によって補正でき、空洞は、補正された曲線に基づいて再構成できる。

本装置は、好ましくは、形状感知を可能にされたカテーテルに基づいて、好ましくはさらなる要求なしに、解剖学的部分、すなわち生体内の解剖学的空洞をモデル化または当てはめするよう適応される。さらに、本装置はカテーテルの大きな諸セグメントを、生体内の空洞の決定のために使用することが好ましい。すなわち、本装置は好ましくは、既知の電磁追跡技法の場合におけるように点位置を使うのみならず、本装置は、たとえばカテーテル上の点よりも大きい、より大きなセグメントを使う。

本装置は好ましくは、形状感知技術および複数接触電極を同時に使うよう適応される。導入要素の電極の前記空洞との接触は、それぞれの電極によって測定される電気信号に基づいて推定される。

ある実施形態では、二つの電極が接触しているとき、両者の間にある前記導入要素の部分、すなわち屈曲可能なセグメントも空洞と接触していると想定される。それにより、形状感知によって与えられる二つの電極の間の導入要素の形状は、それぞれの接触曲線を定義でき、空洞を再構成するために使用できる。空洞曲率がいくつかの領域において非常に高い場合には、この想定は破られることがあり、それにより空洞のセグメンテーション不足（under segmentation）を生じることがある。空洞のこのセグメンテーション不足は、導入要素を空洞内に挿入することによって補正できる。たとえば、カテーテル先端がこれらの領域までナビゲートされることができ、カテーテル先端がこれらの領域にある間に、カテーテル先端の位置が決定できる。これらの位置は、空洞を再構成するために、前記複数の異なる配置において屈曲可能なセグメントによって定義される判別された曲線と一緒に使用されることができる。空洞は、前記複数の異なる配置において屈曲可能なセグメントによって定義される判別された曲線および比較的高い曲率をもつ領域内のカテーテル先端の決定された位置が空洞内にあるよう、再構成されることができる。たとえば、空洞モデルは、該空洞モデルが屈曲可能なセグメントによって定義される前記複数の異なる曲線およびカテーテル先端の前記位置を囲むよう、かつ適応された空洞モデルがそれらの位置にできるだけよく合致するよう、それらの位置に適合されることができる。

上記の諸実施形態では、導入要素は、屈曲可能なセグメントが空洞の内壁と接触しているかどうかを判別するための電極を有するが、他の実施形態では、導入要素はこの接触情報を判別するための電極を有さなくてもよく、特に、導入要素は、いかなる電極も有さなくてもよく、他の目的のための電極のみを有していてもよい。この場合、一般に、屈曲可能なセグメントによって定義される判別された曲線が接触曲線であるか非接触曲線であるかはわからない。しかしながら、この接触情報なしでも、空洞再構成ユニットは空洞を再構成することができる。これはたとえば、空洞モデル、特に解剖学的空洞モデルを、判別された曲線の集合に適応させて、適応された空洞モデルが判別された曲線の外側曲線にできるだけよく合致するようにすることによる、あるいはたとえば、曲線の前記集合の形態学的オープニングまたはクロージングを実行することによる。

本装置はまた、何が空洞の内部をなすかの指標を提供するために、空洞と接触していない曲線の座標を記録するよう、すなわち非接触曲線を記録するよう適応されることもできる。これは、傷痕またはアブレーションされた領域のような非応答組織に起因する再構成された空洞における穴を閉じるための最終ステップにおいても使用されることができる。

本装置は、形状感知ファイバー（shape sensing fiber）および複数電極の両方をもつ導入要素に基づいて解剖学的部分をモデル化または当てはめするよう適応されることができる。空洞の形状は、導入要素の諸曲線全体に基づいて再構成されることができる。本装置は好ましくは、心房細動アブレーション手順において、術前および術後の両方における患者の放射に対する暴露を減らすために、使用されるよう適応される。

図面、本開示および付属の請求項の吟味から、開示された実施形態に対する他の変形が、特許請求される発明を実施する際に当業者によって理解され、実施されることができる。

請求項において、「有する／含む」の語は他の要素やステップを排除するものではなく、単数形は複数を排除するものではない。

単一のユニットまたは装置が請求項に記載されるいくつかの項目の機能を充足してもよい。ある種の施策が互いに異なる従属請求項において記載されているというだけの事実がそれらの施策の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。

一つまたは複数のユニットまたは装置によって実行される、空洞の決定、すなわち空洞の再構成、複数の異なる配置において空洞内の屈曲可能なセグメントによって定義される種々の曲線の判別、動き信号の決定などのような決定／判別は、他の任意の数のユニットまたは装置によって実行されることもできる。前記空洞決定方法に基づく前記空洞決定装置の決定／判別および／または制御は、コンピュータ・プログラムのプログラム・コード手段としておよび／または専用のハードウェアとして実装されることができる。

コンピュータ・プログラムは、光記憶媒体または固体媒体のような、他のハードウェアと一緒にまたは他のハードウェアの一部として供給される好適な媒体上で記憶／頒布されてもよいが、インターネットまたは他の有線もしくは無線の遠隔通信システムを介してといった他の形で頒布されてもよい。

請求項に参照符号があったとしても、それは範囲を限定するものと解釈すべきではない。

本発明は、オブジェクト内の空洞を決定するための、特に人の内部の心腔の位置および寸法を決定するための空洞決定装置に関する。導入要素の屈曲可能なセグメントが、複数の異なる配置で空洞内に配置され、前記複数の異なる配置において屈曲可能なセグメントによって定義される曲線が曲線判別ユニットによって判別される。空洞再構成ユニットは、判別された曲線に基づいて空洞を再構成する。このように、空洞内の単独の小さな位置だけではなく、より大きな曲線が収集されて空洞を再構成するために使われる。したがって、大量の空間的情報が、非常に高速に収集され、使用されることができる。これは、比較的短い時間で改善された品質をもって空洞を再構成することを許容する。

Claims (15)

1. オブジェクト内の空洞を決定するための空洞決定装置であって：
   ・複数の異なる配置で前記空洞内に配置されるための屈曲可能なセグメントを有する、前記空洞中に導入されるための導入要素と；
   ・前記複数の異なる配置において前記空洞内の前記屈曲可能なセグメントによって定義される曲線を判別する曲線判別ユニットと；
   ・判別された曲線に基づいて前記空洞を再構成するための空洞再構成ユニットとを有する、
   装置。
2. 前記空洞再構成ユニットは、前記複数の異なる配置において前記屈曲可能なセグメントによって定義される前記判別された曲線が再構成された空洞内にあるよう前記空洞を再構成するよう適応されている、請求項１記載の装置。
3. 前記複数の異なる配置のうち少なくともいくつかでは、前記屈曲可能なセグメントは前記空洞の内壁と接触していて前記曲線は接触曲線であり、前記空洞再構成ユニットは前記接触曲線に依存して前記空洞を再構成するよう適応されている、請求項２記載の装置。
4. 前記空洞再構成ユニットは、再構成された空洞の壁が前記接触曲線に対応するよう、前記空洞を再構成するよう適応されている、請求項３記載の装置。
5. 前記導入要素は少なくとも二つの電極を有し、その間に前記屈曲可能なセグメントが位置し、当該装置は、前記少なくとも二つの電極に電気的に接続されている接触判別ユニットを有し、前記接触判別ユニットは、前記電極から受領される電気信号に基づいて前記屈曲可能なセグメントが前記空洞の内壁と接触しているかどうかを示す接触情報を決定するものであり、前記空洞再構成ユニットは、判別された曲線が接触曲線であるかどうかを前記接触情報に依存して判別するよう適応されている、請求項３記載の装置。
6. 前記複数の異なる配置のうちいくつかでは、前記屈曲可能なセグメントは前記空洞の内壁と接触しておらず前記屈曲可能なセグメントによって定義される曲線は非接触曲線であり、前記空洞再構成ユニットは、前記接触曲線に依存し、かつ前記非接触曲線に依存して前記空洞を再構成するよう適応されている、請求項３記載の装置。
7. 前記空洞再構成ユニットは、前記非接触曲線が再構成された空洞内にあるよう前記空洞を再構成するよう適応されている、請求項６記載の装置。
8. 前記導入要素は少なくとも二つの電極を有し、その間に前記屈曲可能なセグメントが位置し、当該装置は、前記少なくとも二つの電極に電気的に接続されている接触判別ユニットを有し、前記接触判別ユニットは、前記電極から受領される電気信号に基づいて前記屈曲可能なセグメントが前記空洞の内壁と接触しているかどうかを示す接触情報を決定するものであり、前記空洞再構成ユニットは、判別された曲線が非接触曲線であるかどうかを前記接触情報に依存して判別するよう適応されている、請求項６記載の装置。
9. 前記空洞再構成ユニットが、前記複数の異なる配置において前記空洞内の前記屈曲可能なセグメントによって定義される前記判別された曲線から前記空洞を再構成するための正規化を使うよう適応されている、請求項１記載の装置。
10. 前記空洞再構成ユニットは、適応可能な空洞モデルを提供し、前記空洞を再構成するために、該空洞モデルを、前記複数の異なる配置において前記屈曲可能なセグメントによって定義される前記判別された曲線に適合させるよう適応されている、請求項１記載の装置。
11. 前記空洞再構成ユニットは、前記空洞を再構成するために、前記複数の異なる配置において前記屈曲可能なセグメントによって定義される前記判別された曲線を補間するよう適応されている、請求項１記載の装置。
12. 前記オブジェクトが生体であり、前記空洞は、心臓動きおよび呼吸動きの少なくとも一方によって影響され、当該装置は、ａ）種々の心臓位相およびｂ）種々の呼吸位相の少なくとも一方を示す動き信号を提供する動き信号提供ユニットを有し、前記空洞再構成ユニットは、前記屈曲可能なセグメントによって定義される前記判別された曲線に基づき、かつ提供された動き信号に基づいて、前記空洞を再構成するよう適応されている、請求項１記載の装置。
13. 前記導入要素および前記曲線判別ユニットが、前記空洞内の前記屈曲可能なセグメントによって定義される曲線を、光学式形状感知によって判別するよう適応されている、請求項１記載の装置。
14. オブジェクト内の空洞を決定するための空洞決定装置の作動方法であって：
    ・曲線判別ユニットによって、前記空洞内の複数の異なる配置で前記空洞内に導入された導入要素の屈曲可能なセグメントによって定義される複数の曲線を判別する段階と；
    ・空洞再構成ユニットによって、判別された曲線に基づいて空洞を再構成する段階とを含む、
    方法。
15. オブジェクト内の空洞を決定するための空洞決定コンピュータ・プログラムであって、当該コンピュータ・プログラムが請求項１記載の空洞決定装置を制御するコンピュータ上で実行されるときに、前記空洞決定装置に請求項１４記載の空洞決定方法の段階を実行させるためのプログラム・コード手段を有する、コンピュータ・プログラム。

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