KR101061670B1 - 심장에 카테터의 전기생리학적 적용을 시각적 지원을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

심장에 카테터의 전기생리학적 적용을 시각적 지원을 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 카테터 적용의 실행 중에 제공되는, 처치될 심장 영역의 전자해부학적 3D 맵핑 데이터가 시각화될 수 있는, 심장에 카테터의 전기생리학적 적용을 시각적 지원을 위한 방법 그리고 장치에 관한 것이다. 카테터의 적용을 실행하기 전에, 처치될 영역을 포함하는 신체 부위의 3D 이미지 데이터가 단층 촬영 방식의 3D 이미지 형성 방법에 의해서 레코딩된다. 선택된 3D 이미지 데이터를 얻기 위하여, 상기 3D 이미지 데이터로부터 처치될 영역 또는 상기 영역 중에서 적어도 중요한 부분들이 추출된다. 그에 의해 얻어진 선택된 3D 이미지 데이터 및 제공된 전자해부학적 3D 맵핑 데이터는 마지막으로 정확한 위치 및 치수로 상관되고, 예를 들어 카테터 절제를 실행하는 중에 나란히 시각화된다. 상기 방법 그리고 해당 장치는 심장에 카테터의 적용을 실행할 때 사용자의 방위 설정을 개선한다.

Description

심장에 카테터의 전기생리학적 적용을 시각적 지원을 위한 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR VISUALLY ASSISTING THE ELECTROPHYSIOLOGICAL USE OF A CATHETER IN THE HEART}
본 발명은 심장에 전기생리학적(electrophysiology) 카테터(catheter) 적용을 시각적 지원을 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 방법 및 장치에서는 카테터 적용의 실행 중에 제공되는, 처치될 심장 영역의 전자해부학적(electroanatomical) 3D 맵핑 데이터가 시각적으로 나타난다.
심장 부정맥의 처치는, 고주파수 전류에 의한 카테터 절제(catheter ablation) 기술의 도입 이후로 상당히 변모했다. 카테터 절제 기술에서는, X-레이 통제 하에서 절제-카테터가 정맥 또는 동맥을 통해 하나의 심실에 삽입되고, 고주파 전류에 의해 심장 부정맥을 유발하는 조직이 파괴된다. 카테터 절제의 성공적인 실행을 위한 전제 조건은, 심실 내부에서 부정맥의 원인을 정확하게 탐지하는 것이다. 이와 같은 탐지는, 전위(electrical potentials)가 심실 내부에 삽입된 맵핑-카테터에 의해서 공간적으로 분해된 상태로 레코딩되는 전기생리학적 검사를 통해 이루어진다. 따라서, 상기 전기생리학적 조사, 소위 전자해부학적 맵핑으로부터는, 모니터 상에 시각적으로 나타날 수 있는 3D 맵핑 데이터가 얻어진다. 다수의 경우에는 맵핑-기능 및 절제-기능이 하나의 카테터에 통합됨으로써, 맵핑-카테터는 동시에 절제용 카테터이기도 하다.
공지된 전자해부학적 3D-맵핑-방법은, 바이오센스 웹스터 인코포레이티드(Biosense Webster Inc., USA)의 카르토-시스템에 의해서 실행될 수 있는 바와 같이, 전자기적 원리들을 기초로 한다. 검사용 테이블 아래에서는, 강도가 낮은 세 가지의 다양한 교번 자장이 형성된다. 맵핑-카테터의 카테터-첨두(point)에 통합된 전자기 센서에 의해서는, 카테터 동작에 의해 유도되는 전압 변동이 자기장 내부에서 측정될 수 있고, 수학적 알고리즘들에 의해서 각각의 시점에 맵핑-카테터의 위치가 산출될 수 있다. 맵핑-카테터를 사용하여 하나의 심실의 심내막 윤곽(contour)을 점 형태로 탐지(probing)함과 동시에 전기 신호를 레코딩함으로써, 상기 전기 신호가 컬러 코딩된 상태로 재생되는 전자해부학적 3차원 지도가 생성된다.
카테터의 가이드를 위해 필요한 사용자(operator)의 방위 설정(orientation)은 일반적으로 지금까지는 형광투시법적(fluoroscopic) 시각화를 통해 이루어졌다. 전자해부학적 맵핑의 경우에는 맵핑-카테터의 위치가 상기 전자해부학적 맵핑에 의해 언제나 공지되어 있기 때문에, 상기 기술에서는 충분히 많은 수의 측정점을 레코딩한 후에 전자해부학적 지도 안에 카테터 첨두를 연속으로 표시함으로써도 방위 설정이 이루어질 수 있기 때문에, 결과적으로 이 단계에서는 X-레이 투시에 의한 형광투시법적 이미지화 기술이 생략될 수 있다.
심장 내부에서 카테터 절제를 실행할 때의 기본적인 문제점은, 카테터를 가이드 할 때 사용자의 방위 설정이 지금까지는 최적으로 이루어질 수 없었다는 것이다. 카테터를 가이드 하는 동안에 형태학적인 주변 환경을 더욱 정확하게 묘사하는 것은, 한편으로는 카테터 절제시에 정확도를 높여주고, 다른 한편으로는 전자해부학적 맵핑을 실행하기 위한 시간도 단축한다. 또한, 다수의 경우에는 전자해부학적 맵핑을 위하여 여전히 필요한 X-레이 투시가 감소하거나 또는 회피됨으로써, 적용되는 X-레이 용량(dose)도 줄어들 수 있다.
카테터를 가이드 할 때 사용자의 방위 설정을 개선하기 위하여 상이한 기술들이 공지되어 있다. 한 가지 기술에서는, 예를 들어 “Acunav”라는 명칭으로 “Siemens AG Medical Solutions 社”에 의해서 제공되는 것과 같은 초음파-탐침을 구비하는 특별한 카테터가 사용된다. 주변 환경의 그리고 카테터 일부분의 2차원적인 초음파 레코딩을 통해서는, 파괴될 목표 조직의 부분들이 카테터와 함께 실시간으로 시각화될 수 있다. 그러나, 이와 같은 유형의 카테터의 사용은 물론 3차원적인 이미지 정보를 제공하지는 않는다. 그렇기 때문에, 초음파 표현은 예를 들어 소위 루프(loop)-카테터를 폐정맥의 개구부에 삽입하기 위해서만 사용될 수 있다. 루프-카테터의 위치를 결정한 후에는, X-레이에 의하여 루프-카테터 뿐만 아니라 절제-카테터까지도 시각화함으로써 폐정맥 개구부 주변의 조직 파괴가 실행될 수 있다.
다른 한 가지 공지된 기술에서는, 조영제(contrast medium)가 폐정맥 개구부 영역의 좌측 심방에서 가이드 되는 카테터를 통해 X-레이 투시 하에 적용됨으로써, 루프-카테터는 이미지를 형성하는 2D-초음파 기술의 지원 없이 폐정맥의 개구부에 배치된다. 이 경우에는 조영제가 분산되며, 크기가 작은 부분은 혈류와 함께 폐정맥을 통해 배출된다. 이와 같은 폐정맥의 단시간-시각화는 개구부 내에서의 루프-카테터의 위치 설정을 가능케 한다. 그 다음에 카테터-절제는 전술한 바와 같은 방식으로 실행될 수 있다.
또한, 맵핑-카테터가 우선 폐정맥에 삽입된 다음에 심방의 전기적인 움직임이 레코딩될 때까지 뒤로 당겨짐으로써, 좌측 심방 및 폐정맥의 전자해부학적 맵핑에 의하여 폐정맥 개구부의 위치가 설정되는 기술도 공지되어 있다. 상기 위치는, 그 주변의 목적 조직이 파괴되어야 하는 폐정맥 개구부의 위치에 상응한다.
본 발명의 목적은, 카테터 적용시에, 특히 전자해부학적 맵핑시에 및/또는 카테터 절제시에 카테터를 가이드 하는 동안 방위 설정을 개선할 수 있는, 심장에 카테터의 전기생리학적 적용을 시각적 지원을 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1 및 15에 따른 방법 및 장치에 의해서 달성된다. 상기 방법 및 장치의 바람직한 실시예들은 종속항의 대상이거나 또는 아래의 설명부 그리고 실시예에서 인용될 수 있다.
심장에 카테터의 전기생리학적 적용, 특히 카테터 절제를 시각적으로 지원하기 위한 본 발명에 따른 방법에서는, 카테터의 적용을 실행하기 전에 먼저 처치될 영역을 포함하는 신체 부위의 3D 이미지 데이터가 단층 촬영 방식의 3D 이미지 형성 방법(tomographical 3D-imaging method)에 의해서 레코딩된다. 그 다음에 상기 3D 이미지 데이터로부터 처치될 영역 또는 상기 영역 중에서 적어도 중요한 부분들이 추출된다. 그에 의해 얻어진 선택된 3D 이미지 데이터 및 제공된 전자해부학적 3D 맵핑 데이터는 마지막으로 바람직하게는 카테터 적용을 실행하는 중에 정확한 위치 및 치수로 상관되는 동시에 나란히 위치 및 치수로 정확하게 시각화된다.
따라서, 본 발명에 따른 방법 및 해당 장치에 의해서는, 해부학적인 3D 이미지 데이터 및 3D 맵핑 데이터가 나란히 동일한 방위 및 스케일링으로 하나 이상의 디스플레이 패널 또는 모니터상에 나타남으로써, 심장 내부에서의 방위 설정시 사용자에게 도움이 제공된다. 그럼으로써, 조직의 전기생리학적인 특성들뿐만 아니라 관련된 해부학적인 주변 환경도 카테터 적용 중에 실시간으로 레코딩될 수 있다. 이 경우 시각화는 통제실 내에서뿐만 아니라 심장 카테터 실험실의 작업 공간 내에서도 이루어질 수 있다.
3D 이미지 데이터의 레코딩을 위해서는, 예를 들어 X-레이 컴퓨터 단층 촬영법, 자기 공명 단층 촬영법 또는 3D 초음파 이미지 형성법이 사용될 수 있다. 상기 이미지 형성 방법들의 조합들도 물론 가능하다. 다만 유의할 점은, 각각 동일한 심장 상태를 관찰하기 위하여, 제공된 전자해부학적 3D 맵핑 데이터와 동일한 심장 위상(heart phase)에서 3D 이미지 촬영이 이루어지도록 해야 한다는 것이다. 이와 같은 내용은 공지된 EKG-게이팅(Gating) 기술에 의하여, 이미지 데이터 그리고 전자해부학적 맵핑-데이터를 레코딩할 때 보장될 수 있다.
전자해부학적 3D 맵핑 데이터 및 선택된 3D 이미지 데이터를 치수 및 위치로 정확하게 상관하는 것은 상이한 기술에 의해서 이루어질 수 있다. 한 가지 가능성은, 분할에 의해 추출된 3D 표면 프로파일의 시각적인 매칭에 의한 개별 데이터 간의 레지스트레이션이다. 또한, 두 가지 데이터 레코드에서 확인될 수 있는 인위적인 위치 표시(marker) 또는 자연적인 구분점들도 이용될 수 있다. 레지스트레이션을 위해서는, 이웃하는 영역이 기존의 데이터에 포함되어 있다면, 처치될 영역 외에 이웃하는 영역도 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 방법 및 장치의 한 바람직한 실시예에서는 레지스트레이션이 한 단계의 제 1 단계 그리고 하나 이상의 후속하는 단계들에서 이루어지는데, 상기 제 1 단계에서는 인위적인 위치 표시 또는 구분점들에 의하여 전자해부학적 3D 맵핑 데이터 중에서 다만 크기가 작은 부분만이 존재하게 되고, 후속하는 단계들에서는 표면 매칭에 의하여 이미 다수의 전자해부학적 3D 맵핑 데이터가 존재하게 된다. 이와 같은 방식으로, 카테터 적용 중에 이루어지는 레지스트레이션은 전자해부학적 3D 맵핑 데이터의 개수가 증가함에 따라 개선된다.
선택된 3D 이미지 데이터는 볼륨 렌더링 기술(volume-rendering-technique)에 의해서 표현될 수 있다. 추가의 한 개선예에서는, 추출된 3D 표면 프로파일이 컴퓨터 그래픽 분야에서 공지된 바와 같은 다각형 그리드(polygonal grid)에 의해서 표현된다. 이와 같은 표현은 조절 가능한 볼륨 렌더링 전이 기능(volume-rendering transfer function)에 의해서 이루어질 수 있다.
상기 방법을 실행하기 위한 본 발명에 따른 장치는 전자해부학적 3D 맵핑 데이터를 위한 하나 이상의 입력 인터페이스 그리고 이미지를 형성하는 단층 촬영법에 의하여 레코딩된 3D 이미지 데이터를 포함한다. 이 장치는 처치될 한 영역 또는 그 영역의 중요 부분들을 상기 3D 이미지 데이터로부터 추출하기 위한 추출 모듈을 포함하며, 상기 모듈은 선택된 3D 이미지 데이터를 제공한다. 상기 전자해부학적 3D 맵핑 데이터 및 상기 선택된 3D 이미지 데이터를 정확한 위치 및 치수로 상관하기 위하여 형성된 레지스트레이션 모듈이 상기 추출 모듈과 연결되어 있다. 상기 레지스트레이션 모듈과는 재차 시각화 모듈이 연결되어 있는데, 상기 시각화 모듈은 3D 맵핑 데이터 및 선택된 3D 이미지 데이터가 정확한 위치 및 치수로 나란히, 하나 이상의 디스플레이 장치에 의하여 표현될 수 있도록, 상기 3D 맵핑 데이터 및 상기 선택된 3D 이미지 데이터를 시각화하기 위하여 제공된다.
상기 장치의 각각의 모듈들은 아래에 도시된 본 발명에 따른 방법의 상이한 실시예들을 실행하기 위하여 그에 상응하게 상이한 형상으로 구성되었다.
본 발명에 따른 방법 그리고 해당 장치는 아래에서 도면과 함께 재차 상세하게 설명될 것이다. 이 목적을 위해, 도면은 본 발명에 따른 방법을 실행할 때의 개별 단계들 또는 해당 장치의 개별 모듈들을 보여준다.
제 1 단계(1)에서는, 본 발명에 따른 방법에 따라 특히 처치될 심실을 포함하는 신체 부위의 3D 이미지 데이터가 레코딩된다. 상기 3D 이미지 데이터를 레코딩하는 경우에는, 나중의 레지스트레이션을 위하여 심장의 더 큰 부분이 포함될 수도 있다. 3D 이미지 데이터의 레코딩은 예를 들어 X-레이 컴퓨터 단층 촬영법, 자기 공명 단층 촬영법 또는 3D-초음파-기술과 같은 단층 촬영법적인 3D 이미지 형성 방법에 의해서 이루어진다. 3D 이미지 데이터를 레코딩하는 경우에는, 상기 이미지 데이터가 각각 동일한 심장 위상에 대하여 레코딩됨으로써 나중에 전자해부학적 3D 맵핑 데이터를 위해서도 제공될 수 있도록 주의를 기울여야만 한다. 이와 같은 내용은 이미지 레코딩의 그리고 3D 맵핑 데이터 레코딩의 EKG-게이팅에 의해서, 예를 들면 PR-인터벌의 백분율값 또는 R-피크 전 혹은 후의 고정된 시간격을 참조함으로써 보장된다.
상기 방법을 실행하는 경우에는, 카테터 적용 중에 전자해부학적으로 측정되는 고해상도의 심실 이미지 데이터를 레코딩하는 것이 중요하다. 그렇기 때문에 바람직하게는, 3D 이미지 데이터의 레코딩을 위하여 조영제가 테스트 볼루스(test bolus) 또는 볼루스 트랙킹(bolus tracking)과 함께 사용된다.
전기생리학적인 방법이 일반적으로는 하나의 심실에서 실행됨으로써, 처치될 심실의 3D 맵핑 데이터가 제공된다. 본 출원서에서 심실은 심실(ventricle)뿐만 아니라 심방(atria)으로도 이해된다. 본 발명의 방법에 따른 시각화를 위해서는, 레코딩된 3D 이미지 데이터로부터 심실의 이미지 데이터 또는 적어도 상기 심실의 중요 부분들의 이미지 데이터가 추출된다. 추출 단계(2)를 위해서는, 아래의 기술들 또는 상기 기술들의 조합도 사용될 수 있다.
상기 방법의 한 실시예에서는, 추출(2)이 소위 볼륨-클립핑(volume-clipping)에 의해서 이루어질 수 있다. 이 경우에는, 다수의 클립-레벨(clip-level)에 대한 세팅이 입력 인터페이스(8)를 통한 상호 작용 방식으로 연속적으로 실행되며, 이와 같은 세팅에 의하여 상기 3D 이미지 데이터에 의해 얻어질 수 있는 3D 이미지는 처치될 심실을 포함하는 부분 부피에 한정된다.
추출(2)을 위해 가능한 추가의 기술은 소위 볼륨-펀칭(volume-punching)으로서, 상기 기술에서는 3D 이미지 데이터에 의해 얻어질 수 있는 3D 이미지의 관련 없는 부분들을 드러내기 위하여 펀칭-작업이 나란히 상호 작용 방식으로 실행된다. 이것은 또한 나중의 표현과 관련이 없는 심장의 부분들과도 관련될 수 있다.
추가의 기술은, 문제가 되는 심실의 3D 표면 프로파일 그리고 상기 심실에 선택적으로 인접하는 혈관의 3D 표면 프로파일을 얻기 위한 3D 이미지 데이터의 분할 기술이다. 이와 같은 분할 기술은, 상기 대상물의 표면 프로파일을 나중에 재생하기 위하여서 그리고 상기 방법의 한 바람직한 실시예에서는 상기 3D 맵핑 데이터에 대하여 정확한 위치 및 치수로 상관하기 위해서도 이용될 수 있다.
처치될 심실의 분할 ― 또는 추가의 심실 혹은 심장 혈관의 분할 ― 은 2D-분할의 형태로 개별 층 내에서 이루어질 수 있다. 한 가지 가능성은, 이미지를 형성 방법에 의해 얻어진 심실의 모든 층들을 전자동으로 분할하는 것이다. 이에 대한 대안으로서, 하나 이상의 층들도 사용자 및 각각 그 다음에 이어지는 층들에 의해서 상호 작용 방식으로 자동으로, 이미 분할된 층들의 예비지식을 토대로 하여 분할될 수 있다. 개별 층들의 상호 작용적인 분할은 예를 들어 액티브 윤곽선의 기술과 마찬가지로 반자동 기술에 의해서도 지원될 수 있다. 모든 개별 층들의 분할 후에는 심실의 3D 표면 프로파일이 재구성될 수 있다.
분할은 공지된 3D-분할 기술에 의하여, 처치될 심실의 분할로서 ― 또는 추가의 심실 혹은 심장 혈관의 분할로서 ― 이루어질 수도 있다. 이와 같은 3D-분할 기술을 위한 예들은 임계값(threshold) 기술 또는 구역-그로잉(region-growing) 기술이다. 상기와 같은 전자동 3D-분할-알고리즘이 각각의 경우에 신뢰할만하게 작동하지 않으면, 예를 들어 그레이 스케일 값-임계값 또는 공간적인 블록커(blocker)를 사전에 결정하기 위하여, 한 사람의 사용자를 위하여 상호 작용하는 입력 가능성이 제공될 수 있다.
추출(2)은 본 발명에 따른 장치(10)의 추출 모듈(11) 내에서 이루어진다. 상기 추출 모듈(11)은 상응하는 입력 인터페이스(14)를 통해 레코딩된 3D 이미지 데이터를 수신한다. 이와 동일한 방식으로, 상기 장치(10)에는 동일한 인터페이스 혹은 추가의 인터페이스(15)를 통해 3D 맵핑 데이터가 일반적으로는 연속으로, 전기생리학적 카테터를 적용하는 기간 동안에 제공된다.
상기 추출 과정으로부터 얻어진 선택된 3D 이미지 데이터는 레지스트레이션 모듈(12)에 제공되며, 상기 레지스트레이션 모듈 내에서는 상기 선택된 3D 이미지 데이터가 정확한 위치 및 치수로 상기 단계(3)에서 제공되는 3D 맵핑 데이터와 상관된다. 상기 3D 맵핑 데이터는 맵핑 카테터를 통해 얻어질 수 있으며, 상기 맵핑-카테터는 카테터 첨두에 통합된 6D-위치 센서를 통해 표면점들의 3D-좌표를 처치될 심실에 제공한다. 이와 같은 유형의 카테터는 카테터 절제 또는 전자해부학적 맵핑을 위한 선행 기술에 공지되어 있다. 이 경우 카테터는 사용자에 의하여 정맥 또는 동맥을 통해 각각의 심실로 삽입된다. 카테터의 가이드 그리고 3D 맵핑 데이터의 레코딩은 본 발명에 따른 방법을 구성하는 부분이 아니다. 카테터 절제 또는 처치될 심실의 전자해부학적 측정 중에는, 시간이 경과함에 따라 점점 더 많은 표면점들이 맵핑-데이터에 부가된다. 상기 표면점들은 심실의 형태학적인 재구성을 위해서, 즉 심실의 시각화를 위해서 사용된다. 이와 같은 방식에 의해서는, 시간이 경과함에 따라, 전자해부학적 3D 맵핑 데이터로부터 점점 더 상세한 이미지가 형성된다.
레지스트레이션 모듈(12)에 레지스트레이션하는 단계(4)에서는, 정확한 위치로의 상관 이외에 상기 선택된 3D 이미지 데이터 및 3D 맵핑 데이터의 치수들도 매칭된다. 이와 같은 매칭 과정은 동일한 방위, 스케일링 및 형태를 갖는 심실 또는 상기 심실 표면의 3D 이미지 데이터를 3D 맵핑 데이터로부터 얻어진 심실의 상응하는 시각화와 가급적 우수하게 매칭시키기 위해서 필요하다. 이를 위해서는 일반적으로 상기 선택된 3D 이미지 데이터 또는 3D 맵핑 데이터의 변환(transformation)이 필요한데, 상기 변환은 세 가지 번역 자유도(degree of freedom of translation), 세 가지 회전 자유도, 세 가지 스케일링 자유도 및/또는 변형(deformation)을 위한 다수의 벡터를 포함할 수 있다.
제 1 실시예에서는, 시각적인 매칭에 의하여 레지스트레이션이 이루어질 수 있다. 이를 위해 사용자는, 도시된 심실들의 방위, 스케일링 및/또는 형태가 두 가지 표현 측면에서, 즉 3D 이미지 데이터를 토대로 한 표현 및 3D 맵핑 데이터를 토대로 한 표현 측면에서 매칭할 때까지 상기 시각화된 데이터를 변경시킨다. 시각적인 매칭은 적합한 그래픽 사용자 인터페이스(9)를 통해 이루어질 수 있다.
또한, 레지스트레이션을 위하여 인위적인 위치 표시가 부여될 수도 있다. 따라서, 한 실시예에서는 3D 이미지 데이터의 레코딩 전에 상기 인위적인 위치 표시가 환자의 흉부에 고정될 수 있다. 상기 위치 표시는 후속하는 전체 카테터 적용 동안 계속해서 동일한 위치에 고정될 수 있다. 정확한 레지스트레이션, 즉 이미지 데이터를 맵핑-데이터에 정확하게 상관하기 위해서는, 적어도 3개의 상기와 같은 위치 표시가 필요하다. 이 경우에는, 3D 이미지 데이터에서 인식될 수 있을 뿐만 아니라 상기 맵핑-시스템의 위치 센서에 의해서도 식별될 수 있는 위치 표시들이 사용되어야 한다.
레지스트레이션을 위한 추가의 실시예에서는, 글로벌한(global) 해부학적 위치 표시, 즉 처치될 영역 또는 상기 영역 주변의 자연적인 구별점들을 레지스트레이션을 위하여 이용하는 것이 제안된다. 상기 구별점들은 3D 이미지 데이터에서 식별될 수 있어야만 하고, 바람직하게는 형광투시법적인 이미지 형성 기술을 사용하여 맵핑-카테터에 의해서 접근 가능하다. 이와 같은 유형의 구별점들은 예를 들어 상위 및 하위 대정맥의 개구부 또는 관상 공동부(coronary sinus)의 개구부이다. 그 경우에는 구별점들이 자동으로 3D 이미지 데이터 및 3D 맵핑 데이터 내에서 레코딩될 수 있음으로써, 상기 데이터의 정확한 위치 및 치수의 상관이 예상될 수 있다.
3D 이미지 데이터 및 3D 맵핑 데이터를 레지스트레이션하기 위한 추가의 바람직한 가능성은, 상기 데이터를 토대로 하여 나타난 표면이 자동으로 매칭되는 것이다. 분할에 의하여 처치될 심실을 추출하는 경우에는, 추출된 3D 표면 윤곽선이 3D 맵핑 데이터에 의해 얻어진 심실의 표면 윤곽선에 자동으로 매칭될 수 있다. 3D 이미지 데이터 및 3D 맵핑 데이터로부터 얻어진 표면윤곽선의 형태에서 벗어나는 경우에는, 상호 매칭을 개선하기 위하여, 변형을 야기하는 매칭 알고리즘이 3D 이미지 데이터로부터 얻어진 표면 윤곽선에 적용되거나 또는 3D 맵핑 데이터로부터 얻어진 표면 윤곽선에 적용될 수 있다.
표면 매칭은 예를 들어 맵핑-데이터의 표면 점들과 3D 이미지 데이터로부터 추출된 3D 표면 윤곽선의 표면 점들 간의 간격을 최소화함으로써 이루어질 수 있다(점-대-점 매칭). 대안적으로, 매칭은 맵핑-데이터의 표면 점들과 3D 이미지 데이터의 보간된(interpolated) 표면 점들 간의 간격을 최소화함으로써도 실행될 수 있다(점-대-표면 매칭).
표면 매칭의 실행을 위해서는, 3D 맵핑 데이터에 의한 처치될 심실의 우수한 표면 재생이 필요하다. 그러나 상기 데이터가 일반적으로는 보다 오랜 기간에 걸쳐서 수집되기 때문에, 즉 카테터 절제의 처음에는 다만 적은 수의 전자해부학적 3D 맵핑 데이터만이 이용될 수 있기 때문에, 바람직하게는 다단계의 레지스트레이션 프로세스가 실행된다. 이 경우, 처음의 제 1 단계에서는 위치 표시에 의해서 레지스트레이션이 이루어진다. 그 경우에 레지스트레이션의 정확도는 방법이 진행됨에 따라 표면 매칭에 의하여 제 2 단계에서 개선된다. 물론, 맵핑-점들의 개수가 증가함에 따라서도 표면 매칭의 추가 단계들이 실행될 수 있는데, 상기 추가의 표면 매칭 단계들에 의해서는 경우에 따라 정확도가 추가로 상승될 수 있다. 이와 같은 다단계의 레지스트레이션은 장점이 되는데, 그 이유는 표면 재생이 상응하게 우수한 경우에는 표면 매칭에 의한 레지스트레이션이 해부학적인 구별점 또는 인위적인 위치 표시를 이용한 레지스트레이션보다 더 정확하지만, 맵핑-데이터에 의한 우수한 표면 재생은 상기 방법의 추후 진행 과정에서 비로소 얻을 수 있기 때문이다.
처음의 제 1 단계에서는, 위치 표시를 이용한 레지스트레이션 및 표면 매칭을 이용한 레지스트레이션으로 이루어진 조합적인 레지스트레이션도 이루어질 수 있다. 따라서, 예를 들어 좌측 심방의 레지스트레이션은 폐동맥과 같은 혈관 표면의 표면 매칭에 의하여, 그리고 추가적으로는 관상 공동부와 같은 우측 심방의 해부학적인 구별점 또는 하위 대정맥 개구부 혹은 상위 대정맥 개구부의 해부학적인 구별점을 참조하여 이루어질 수 있다.
3D 맵핑 데이터와 선택된 3D 이미지 데이터 간의 레지스트레이션 후에는, 단계(5)에서 데이터가 시각화 모듈(13) 내에 시각화를 위하여 제공됨으로써, 상기 데이터는 정확한 위치 및 치수로 나란히, 하나 이상의 디스플레이 장치(6)에 의해서 나타날 수 있다. 도면에 파선으로 도시된 화살표에 의해서는, 이미 전술된 바와 같이, 다단계 프로세스에 의해 카테터 절제가 진행되면서 이루어질 수 있는 레지스트레이션 또는 중첩의 정밀화(refining) 가능성이 지시된다.
시각화를 위해서는 상이한 기술들이 사용될 수 있다. 따라서, 한 실시예에서는 선택된 3D 이미지 데이터의 시각화가 볼륨 렌더링 기술에 의해서 이루어질 수 있으며, 이 경우 시각화는 볼륨 렌더링 전이 기능(7)에 의한 조절에 의해서 영향을 받을 수 있다. 3D 맵핑 데이터의 시각화가 맵핑-카테터의 위치 및 방위 설정의 시각화를 포함하기 때문에, 상기 선택된 3D 이미지 데이터에 상기 맵핑-카테터의 위치 및 방위 설정과 관련하여 나타난 내용을 중첩하는 것도 가능하다.
다른 실시예에서는, 3D 이미지 데이터의 분할시에 상기 3D 이미지 데이터로부터 추출된 표면은 표면에 명암이 표시된 표현으로서 시각화될 수 있거나 또는 3각 측량(triangulation) 후에는 다각형 그리드로서 시각화될 수도 있다. 이 경우에도, 맵핑-카테터의 위치 및 방위 설정은 표면을 나타내는 다각형 그리드와 함께 디스플레이될 수 있다.
상기 방법 및 연관된 장치의 한 바람직한 실시예에서는, 두 가지 시각화가 서로 연계되어, 상기 두 가지 시각화는 동시에 이동되고, 회전되며, 스케일링 될 수 있다. 추가적으로는 소위 “링크된 커서(linked cursor)”가 사용될 수 있는데, 상기 커서는 3D 이미지 데이터의 시각화에서 및 3D 맵핑 데이터의 시각화에서 각각 상응하는 위치들을 가리킨다. 두 가지 시각화들 중에 한 가지 시각화에서 사용자에 의해 커서가 움직이면, 상기 커서는 상응하게 다른 시각화로 이동된다.
또한, 3D 맵핑 데이터에 포함된 재생 내용을 가지며 상기 데이터의 시각화에서 식별될 수 있는 맵핑-카테터는, 이미 지시된 바와 같이, 3D 이미지 데이터와 3D 맵핑 데이터 간의 상응하는 레지스트레이션시에는 상기 선택된 3D 이미지 데이터의 시각화에도 중첩될 수 있다. 이와 같은 방식에 의해, 상기 카테터의 위치 및 방위 설정은 상기 선택된 3D 이미지 데이터의 시각화에서 언제라도 식별될 수 있다.

Claims (23)

  1. 심장에 전기생리학적(electrophysiology) 카테터 적용시 시각적 지원을 위한 방법으로서,
    상기 방법에 의해 카테터 적용의 실행 동안에 제공되는, 처치될 심장 영역의 전자해부학적(electroanatomical) 3D 맵핑 데이터가 시각화되고,
    상기 카테터 적용이 실행되기 전에, 상기 처치될 영역을 포함하는 신체 부위의 3D 이미지 데이터가 단층 촬영 방식의 3D 이미지 형성 방법으로 레코딩되며;
    선택된 3D 이미지 데이터를 얻기 위하여, 상기 3D 이미지 데이터로부터 상기 처치될 영역 또는 상기 영역의 중요 부분들이 추출되며; 그리고
    상기 전자해부학적 3D 맵핑 데이터 및 상기 선택된 3D 이미지 데이터가 정확한 위치 및 치수로 상관되고 나란히 시각화되는,
    심장에 전기생리학적 카테터 적용시 시각적 지원을 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 신체 부위의 3D 이미지 데이터가 X-레이 컴퓨터 단층 촬영법 또는 자기 공명 단층 촬영법으로 레코딩되는,
    심장에 전기생리학적 카테터 적용시 시각적 지원을 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 신체 부위의 3D 이미지 데이터가 3D 초음파 방법에 의해서 레코딩되는,
    심장에 전기생리학적 카테터 적용시 시각적 지원을 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처치될 영역에 있는 대상물들의 3D 표면 프로파일을 얻기 위하여, 상기 처치될 영역의 상기 중요 부분들이 상기 3D 이미지 데이터의 분할(segmenting)에 의해서 추출되는,
    심장에 전기생리학적 카테터 적용시 시각적 지원을 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    적어도 상기 3D 이미지 데이터로부터의 상기 3D 표면 프로파일을 상기 3D 맵핑 데이터로부터의 3D 표면 프로파일과 매칭됨으로써, 표면 매칭을 사용하여 정확한 위치 및 치수의 상관이 자동적으로 이루어지는,
    심장에 전기생리학적 카테터 적용시 시각적 지원을 위한 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 정확한 위치 및 치수를 갖는 상관은 해부학적인 점들 또는 인위적인 표시들에 의하여 카테터 적용의 실행 동안에 제 1 단계에서 자동으로 달성되고, 적어도 상기 3D 이미지 데이터로부터의 상기 3D 표면 프로파일이 상기 3D 맵핑 데이터로부터의 3D 표면 프로파일과 매칭되는 표면 매칭에 의하여 추후의 제 2 단계에서 개선되는,
    심장에 전기생리학적 카테터 적용시 시각적 지원을 위한 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정확한 위치 및 치수의 상관은 그래픽 사용자 인터페이스를 통해 수동으로 이루어지는,
    심장에 전기생리학적 카테터 적용시 시각적 지원을 위한 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정확한 위치 및 치수의 상관은 인위적인 표시들을 참조하여 자동으로 이루어지며, 상기 인위적인 표시들은 3D 이미지 데이터가 레코딩되기 전에 환자의 흉곽에 부착되어 상기 3D 이미지 데이터에서 및 상기 3D 맵핑 데이터에서 모두 식별될 수 있는,
    심장에 전기생리학적 카테터 적용시 시각적 지원을 위한 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정확한 위치 및 치수의 상관은 두드러진 해부학적 점들을 참조하여 자동으로 이루어지며, 상기 해부학적 점들은 3D 이미지 데이터 내에서 및 3D 맵핑 데이터 내에서 모두 식별될 수 있는,
    심장에 전기생리학적 카테터 적용시 시각적 지원을 위한 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선택된 3D 이미지 데이터는 볼륨 렌더링(volume rendering) 기술을 통해 시각화되는,
    심장에 전기생리학적 카테터 적용시 시각적 지원을 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 선택된 3D 이미지 데이터는 조절 가능한 볼륨 렌더링 전달 함수를 사용하여 시각화되는,
    심장에 전기생리학적 카테터 적용시 시각적 지원을 위한 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선택된 3D 이미지 데이터는 다각형 그리드(polygonal grid)로서 시각화되는,
    심장에 전기생리학적 카테터 적용시 시각적 지원을 위한 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    사용자가 두 가지 시각화들 중에 하나의 시각화를 회전, 이동 또는 스케일링시킬 때 나머지 시각화가 동시에 동일한 회전, 이동 또는 스케일링 처리되도록, 상기 두 가지 시각화들이 서로 연계(link)되는,
    심장에 전기생리학적 카테터 적용시 시각적 지원을 위한 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3D 이미지 데이터와 상기 3D 맵핑 데이터 간의 레지스트레이션(registration)은 상기 3D 맵핑 데이터에 포함되는, 상기 카테터의 적어도 일부분의 표현이 실시간으로 상기 선택된 3D 이미지 데이터의 시각화에 보여지도록 촉구하는,
    심장에 전기생리학적 카테터 적용시 시각적 지원을 위한 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위한 장치로서,
    전자해부학적 3D 맵핑 데이터 및 3D 이미지 데이터를 위한 하나 이상의 입력 인터페이스들(14, 15);
    상기 3D 이미지 데이터로부터 처치될 영역 또는 상기 영역의 중요 부분들을 추출하도록 설계되고, 선택된 3D 이미지 데이터를 제공하는 추출 모듈(11);
    상기 전자해부학적 3D 맵핑 데이터 및 상기 선택된 3D 이미지 데이터의 정확한 위치 및 치수의 상관을 위하여 설계되고, 상기 추출 모듈(11)과 연결되는 레지스트레이션 모듈(registration module)(12); 및
    상기 3D 맵핑 데이터 및 상기 선택된 3D 이미지 데이터가 정확한 위치 및 치수로 하나 이상의 디스플레이 장치(6)를 사용하여 나란히 보여질 수 있도록 시각화를 위하여 상기 3D 맵핑 데이터 및 상기 선택된 3D 이미지 데이터를 제공하고, 상기 레지스트레이션 모듈(12)과 연결되는 시각화 모듈(13)
    을 포함하는,
    심장에 전기생리학적 카테터 적용시 시각적 지원을 위한 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 레지스트레이션 모듈(12)은 사용자가 수동으로 상기 정확한 위치 및 치수의 상관을 실행할 수 있는 그래픽 사용자 인터페이스(9)를 포함하는,
    심장에 전기생리학적 카테터 적용시 시각적 지원을 위한 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 레지스트레이션 모듈(12)은 인위적인 표시들을 사용하여 상기 정확한 위치 및 치수의 자동 상관을 위해 설계되고, 상기 인위적인 표시들은 상기 3D 이미지 데이터 내에서 및 상기 3D 맵핑 데이터 내에서 모두 식별될 수 있는,
    심장에 전기생리학적 카테터 적용시 시각적 지원을 위한 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 레지스트레이션 모듈(12)은 두드러진(distinctive) 해부학적 점들을 사용하여 상기 정확한 위치 및 치수의 자동 상관을 위해 설계되고, 상기 해부학적 점들은 상기 3D 이미지 데이터 내에서 및 상기 3D 맵핑 데이터 내에서 모두 식별될 수 있는,
    심장에 전기생리학적 카테터 적용시 시각적 지원을 위한 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 추출 모듈(11)은 상기 처치될 영역에 있는 대상물들의 3D 표면 프로파일을 얻기 위하여, 상기 3D 이미지 데이터의 분할에 의해서 상기 처치될 영역의 중요 부분들을 추출하도록 설계되는,
    심장에 전기생리학적 카테터 적용시 시각적 지원을 위한 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 레지스트레이션 모듈(12)은 상기 3D 맵핑 데이터로부터의 상기 3D 표면 프로파일에 대한 상기 3D 이미지 데이터로부터의 3D 표면 프로파일의 표면 매칭에 의하여 상기 정확한 위치 및 치수의 자동 상관을 위해 설계되는,
    심장에 전기생리학적 카테터 적용시 시각적 지원을 위한 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 레지스트레이션 모듈(12)은 상기 정확한 위치 및 치수의 자동 상관을 위해 다단계의 프로세스로 설계되며, 상기 프로세스의 제 1 단계에서는 상기 정확한 위치 및 치수의 상관이 두드러진 해부학적 점들 또는 인위적인 표시들에 의하여 달성되고, 추후의 제 2 단계에서는 상기 3D 이미지 데이터로부터의 상기 3D 표면 프로파일의 상기 3D 맵핑 데이터로부터의 3D 표면 프로파일과의 표면 매칭에 의하여 개선되는,
    심장에 전기생리학적 카테터 적용시 시각적 지원을 위한 방법.
  22. 제 15 항에 있어서,
    상기 시각화 모듈(13)은 상기 선택된 3D 이미지 데이터의 표현 내에서 사용되는 카테터의 일부분을 실시간으로 시각화하기 위하여 설계되는,
    심장에 전기생리학적 카테터 적용시 시각적 지원을 위한 방법.
  23. 제 15 항에 있어서,
    상기 시각화 모듈(13)은 사용자가 두 가지 시각화들 중에 하나의 시각화를 회전, 이동 또는 스케일링시킬 때 나머지 시각화가 동시에 동일한 회전, 이동 또는 스케일링 처리되도록 설계되는,
    심장에 전기생리학적 카테터 적용시 시각적 지원을 위한 방법.
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