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【発明の名称】 臓器活動の視覚的表示のためのシステム及び方法
【発明者】 【氏名】ガイステルト ヴォルフガング
【要約】 【課題】臓器の正確かつ信頼度の高い視覚的表示を可能にする。

【解決手段】臓器の活動を表示するためのシステムは、第１の信号を発生させるための画像形成超音波装置２と、第１の信号から臓器１０または臓器の一部の画像表現を得るための再構成ユニット７と、臓器１０の活動を表す第２の信号、特に電気信号を空間的に解析して測定するための測定装置３と、第２の信号によって活動が表される臓器１０の部位を第２の信号に対して位置情報として関連付ける関連付けユニット６と、画像表現、第２の信号、及び関連付けされた位置情報から臓器または臓器の一部の画像を形成し、該画像は互いに空間的に関連付けられた画像表現と臓器の活動とを含む視覚表示ユニット８とを備える。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 臓器、特に心臓の活動を視覚的に表示するためのシステムであって、第１の信号を発生させるための画像形成超音波装置（２）と、前記第１の信号から臓器（１０）または臓器の一部の画像表現を得るための再構成ユニット（７）と、臓器（１０）の活動を表す第２の信号、特に電気信号を空間的に解析して測定するための測定装置（３）と、前記第２の信号に対して第２の信号によって活動が表される臓器（１０）の部位を位置情報として関連付ける関連付けユニット（６）と、前記画像表現、前記第２の信号、及び前記関連付けされた位置情報から前記臓器（１０）または臓器の一部の画像を形成する視覚表示ユニット（８）であって前記画像は互いに空間的に関連付けられた前記画像表現と前記臓器（１０）の活動とを含む前記視覚表示ユニット（８）と、を備えるシステム。
【請求項２】 前記臓器（１０）または臓器（１０）の一部の３次元的画像表現が可能であるように前記超音波装置（２）と前記再構成ユニット（７）とが構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】 前記第２の信号を測定するための前記測定装置（３）は、前記臓器（１０）の活動を局所的に測定するための少なくとも１個の電極（４１ａ、４１ｃ）を有することを特徴とする請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】前記測定装置（３）は、少なくとも１個の接触電極（４１ａ、４１ｃ）または、前記臓器（１０）の電気的活動を非接触的に測定するための電極（４１ａ、４１ｃ）を有するカテーテル（４）を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】前記カテーテル（４）は超音波信号を受信または発信するための少なくとも１個の超音波トランスデューサ（４４）を備えることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】前記カテーテル（４）は２次元的または３次元的に配置された複数の電極（４１ａ、４１ｃ）を備えることを特徴とする請求項４または５に記載のシステム。
【請求項７】 前記カテーテル（４）に対して動かすことが可能であるように配置される超音波トランスデューサ（４４）を備えることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項８】 前記超音波装置（２）または前記関連付けユニット（６）は前記関連付けされた位置情報が前記超音波トランスデューサ（４４）からの信号の補助によって自動的に第２の信号に関連付けられるように構成されることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項９】 前記少なくとも１個の超音波トランスデューサ（４４）は前記電気的活動の局所的測定のための電極（４１）としても機能することを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１０】前記画像中に前記カテーテル（４）の空間的位置が含まれることを特徴とする請求項４乃至９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１１】前記少なくとも１個の電極（４１ａ、４１ｃ）は更に組織の切除を行うための高周波エネルギー源として構成されることを特徴とする請求項４乃至１０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１２】前記第２の信号は心電図（ECG）データを含むことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１３】臓器、特に心臓の活動を視覚的に表示するための方法であって、超音波測定によって臓器（１０）または臓器（１０）の一部の画像表現、好ましくは３次元的画像表現を得ることと、臓器（１０）の活動を表す第２の信号、特に電気信号を前記画像表現と組み合わせて臓器（１０）または臓器（１０）の一部の画像を形成し、該画像は互いに空間的に関連付けられた前記画像表現と前記臓器（１０）の活動とを含むこととを含む方法。
【請求項１４】特定時刻における第２の信号が前記画像表現と新たに組み合わされることにより前記画像は連続的にまたは一定の時間間隔をおいて更新されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】前記画像表現またはその一部が更新されることにより前記画像は連続的にまたは一定の時間間隔をおいて更新されることを特徴とする請求項１３または１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、臓器の活動の視覚的表示のためのシステム及び方法に関する。本発明は特に心臓の活動の視覚的表示のためのシステム及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】今日心臓の不整脈の診断及び治療において、カテーテルがしばしば使用される。カテーテルは心臓内に導入され、電気生理学的な信号の測定や不整脈の原因となる心組織の切除を行う。カテーテルを使用して心臓の異なる部位における電気的な活動を電極によって局所的に測定する方法が公知である。カテーテルは更に、電磁場などによって心臓内におけるカテーテルの位置の検出を可能にする特殊なセンサを有するように構成される場合もある。このようにして測定されたデータを利用して心臓の電気的活動は３次元的に表現され、医師による分析などが行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような装置においては、空間的情報がカテーテルが一旦置かれた位置においてのみしか得られないため、比較的不正確で不完全な情報しか得られなかった。更に、局所的な位置関係が心拍によって変化したりすることなどにより、カテーテルの特定の位置の再現には困難が伴う。また、心臓内の重要な位置において信号が全く記録されない場合もあり、これにより空間的に表現される心電図において深刻な誤差が生じる。
【０００４】したがって本発明の目的は、臓器、特に心臓の活動の視覚的表示のためのシステム及び方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため、本発明に基づく臓器の活動を視覚的に表示するためのシステムは、第１の信号を発生させるための画像形成超音波装置と、第１の信号から臓器または臓器の一部の画像表現を得るための再構成ユニットと、臓器の活動を表す第２の信号、特に電気信号を空間的に解析して測定するための測定装置と、第２の信号に対して該第２の信号によって活動が表される臓器の部位を位置情報として関連付ける関連付けユニットと、画像表現、第２の信号、及び関連付けされた位置情報から臓器または臓器の一部の画像を形成し、該画像は互いに空間的に関連付けられた画像表現と臓器の活動とを含む視覚表示ユニットとを備える。
【０００６】また、本発明に基づく臓器、特に心臓の活動を視覚的に表示するための方法は、超音波測定によって臓器または臓器の一部の画像表現、好ましくは３次元的画像表現を得ることと、臓器の活動を表す第２の信号、特に電気信号を画像表現と組み合わせて臓器または臓器の一部の画像を形成し、該画像は互いに空間的に関連付けられた画像表現と臓器の活動とを含む。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明をその方法と装置について、図１〜図２に基づき以下に詳細に説明する。図１には本発明に基づくシステムの一実施例の基本的な構成要素が概略的に示されており、全体は参照符号１として示されている。臓器１０の活動を視覚的に表示するための本発明に基づくシステム１は、第１の信号を発生するための画像形成超音波装置２、第１の信号から臓器１０または臓器の一部の画像表現を形成する再構成ユニット７、臓器１０の活動を示す第２の信号を空間的に解析し、測定するための測定装置３、第２の信号によってその活動が表される臓器１０の各部分と第２の信号とを位置情報として関連付けるための関連付けユニット６を備える。システム１は更に、画像表現、第２の信号、及び関連付けされた位置情報から臓器１０または臓器１０の一部の画像を形成するための視覚表示ユニット８を備える。形成される画像は、互いに空間的に関連付けられた画像表現と臓器１０の活動とを含む。
【０００８】以下、実際的な重要な例として、活動が視覚的に表示される臓器が心臓である場合を例にとって説明する。ここで臓器の活動を表す第２の信号は、カテーテル４を用いて心臓内にて測定される心臓１０の電気活動信号（ECG信号）である。
【０００９】画像形成超音波装置２は、超音波信号を発信し、画像化される身体の部分から反射されるエコー信号を受信するための測定ヘッド２２を備える。測定ヘッド２２は超音波モジュール２１により制御される。測定ヘッド２２は受信したエコー信号を超音波モジュール２１に送信する。超音波モジュール２１によりエコー信号に増幅、または濾過といったプロセシングが行われ、信号は第１の信号として再構成ユニット７に伝送される。再構成ユニット７は、公知の２次元または３次元画像形成の手順により、第１の信号を臓器１０の画像表現を可能にするフォーマットに変換する。
【００１０】超音波装置２及び再構成ユニット７は臓器１０または臓器１０の一部の３次元的（３D）な画像表現が可能であるように構成されることが好ましい。ここで云う「３次元的」な表現とは、画像表現が実際に３次元的であるか、許容可能な程度に平面的であるが空間的、立体視的な表現方法または投射法によって３次元的な印象を与えることを意味する。
【００１１】欧州特許出願第９７８１１０２１．１号には、非常に短時間、すなわちほぼリアルタイムにて心臓の３次元的画像表現を可能にする特徴を有する超音波装置が開示されている。超音波による心臓のこうした３次元的な画像形成は経食道的に行われることが好ましい。常に最新の３次元画像によって心臓のほぼ連続的な画像が形成されることにより、こうした形式の超音波システムは本発明に基づくシステムまたは方法において特に好適であり、また心臓内における器具の案内及び位置の特定を行ううえでも好適である。このような高速画像形成３D超音波装置の実施形態の詳細な説明については欧州特許出願第９７８１１０２１．１号を参照されたい。
【００１２】本発明に基づくシステムまたは方法において、上述の超音波装置に加え、他の公知の画像形成超音波装置の使用も可能であることは自明である。ここで、超音波装置は必ずしも３次元画像形成用のものである必要はなく、本発明に基づくシステムまたは装置において２次元的な超音波画像用の超音波装置を使用することも可能である。
【００１３】関連付けユニット６は超音波装置２に組み込むことも可能である。更に、再構成ユニット７、超音波モジュール２１、視覚表示ユニット８、または関連付けユニット６を、超音波装置２の一部を構成するユニットとして構成することも可能である。
【００１４】ここでは心臓１０の電気活動信号である、第２の信号の測定のための測定装置３は、本実施例においては、活動信号の局所的な測定のために心臓内に導入されるカテーテル４、カテーテルからの信号を受信する制御測定ユニット５を含む。カテーテル４は心臓内において公知の手段により案内される。理解を容易にするため、図２にカテーテル４の可能な実施形態を概略断面図にて示した。この構成は心臓１０の電気活動信号を局所的に測定するための少なくとも１個の電極４１ａ、４１ｃを備える。図２では一例として、活動信号を測定するための３個の電極４１ａ、４１ｃが示されており、２個の環状電極４１ａがカテーテル４のジャケットの表面に配置され、１個の電極４１ｃがカテーテル４の末端部に配置されている。電極４１ａ、４１ｃは活動信号を測定するため、接触電極または非接触電極として構成することが可能である。電極４１ａ、４１ｃは、電極によって測定された活動信号を制御測定ユニット５に送信するため、接続線４２ａ、４２ｃを介して制御測定ユニット５に接続される。活動信号は電極４１ａ、４１ｃにより単極または双極式に測定される。
【００１５】カテーテル４は更に、超音波信号の受信または発信のための少なくとも１個の超音波トランスデューサ４４を備え、これにより心臓１０内におけるカテーテル４の位置、すなわち電極４１ａ、４１ｃの位置を超音波によって容易かつ確実に特定することが可能である。この位置の特定に関し以下に更に詳細に説明する。各超音波トランスデューサ４４は２個の電極４１ａ、４１ｂの間に配置される圧電材料にて形成されたトランスデューサ層４３を有する。図２に示された実施例においては各超音波トランスデューサ４４は環状に形成され、カテーテル４の外周を取り巻くように配置される。図２において、電極４１ａ、４１ｂの厚さは誇張されているが通常、電極４１ａ、４１ｂはトランスデューサ層４３の表面に施される導電性コーティングである。トランスデューサ層４３によって発生せられる電気信号は電極４１ａ、４１ｂによってピックアップされ、接続線４２ａ、４２ｂを介して制御測定ユニット５に供給される。これに対し、制御測定ユニット５から接続線４２ａ、４２ｂ及び電極４１ａ、４２ｂを介してトランスデューサ層４３に伝送される電気的なインパルスによってトランスデューサ層４３を励起して超音波信号を発生させることも可能である。
【００１６】上記の記載において既に述べたように、電極４１ａは２重の機能を有する。すなわち、電極４１ａは心臓１０の活動信号の局所的な測定を行う一方で、超音波トランスデューサ４４の一部を形成する。超音波トランスデューサ４４が電気的活動の局所的な測定を行ううえでも機能することにより小型かつ経済的なカテーテル４を構成することが可能なため有利である。
【００１７】超音波トランスデューサ４４を環状に形成する代りにプレート状に形成することも可能であり、この場合、超音波トランスデューサ４４はカテーテル４を全周にわたって取り巻くことはない。更に、カテーテル４がプレート状超音波トランスデューサ４４及び環状トランスデューサ４４の両方を備えることも可能である。超音波トランスデューサ４４は他の形状を有するように構成したり、カテーテルの内部に配置することも可能である。
【００１８】活動を測定するための超音波トランスデューサ４４と電極４１ａとを互いに構造的に分離することも可能であることは自明である。できるだけ効率的かつ迅速な局所的活動信号の測定を行ううえで、図２に示されるようにカテーテル４が複数の電極４１ａ、４１ｃを含むことにより、心臓の異なる領域からの複数の活動信号を同時に測定することが可能であるため有利である。電極４１ａ、４１ｃは直線に沿って１次元的に配置することも可能であるが、表面上において２次元的に配置することも可能であり、末端部領域が空間的に広がっているカテーテルの場合におけるように３次元的に配置することも可能である。超音波トランスデューサ４４の電極４１ａとして機能するトランスデューサ層４３の導電性コーティングを互いに電気絶縁された複数の部分に分割し、活動信号の測定のための複数の電極を形成することも可能である。
【００１９】複数の電極４１ａ、４１ｃを有する場合、カテーテルの空間的位置、ひいては個々の電極４１ａ、４１ｃの位置をより容易かつ確実に決定するうえで、複数の超音波トランスデューサ４４を更に備えることが特に有利である。また、超音波トランスデューサ４４をカテーテル４に対して動くことが可能であるように配置することも可能である。これにより超音波トランスデューサ４４をカテーテル４に対して動かし、各電極の空間的位置を決定することが可能である。
【００２０】システムを使用する際にはまず、超音波装置２の測定ヘッド２２が、この場合心臓１０である画像化されるべき身体の部分の付近に配置される。この際、測定ヘッド２２は食道内に導入されることが好ましいが、これは食道から特に良好な心臓の画像が得られることによる。測定ヘッド２２により受信された超音波エコー信号を利用して、超音波モジュール２１及び再構成ユニット７により、好ましくは３次元の心臓の画像表現が得られる。先に引用した欧州特許出願第９７８１１０２１．１号に開示されるような画像形成超音波装置２を使用した場合、こうした画像化はほぼリアルタイムにて行われるため、心臓の最新の視覚表示が可能である。
【００２１】カテーテル４は公知の方法を用いて心臓１０内に導入される。カテーテル４が電気的活動信号の測定のための電極４１ａ、４１ｃを何個有するかに応じて、例として非接触式に局所的な電気的活動を連続測定するためにカテーテル４を心臓１０内の別の位置に案内するか、あるいは、局所的な電気的活動を心臓１０の異なる部位において同時に測定する。この後、測定信号は接続ライン４２ａ、４２ｃを介して制御測定ユニット５に送信される。
【００２２】心臓１０のリアルタイムの３次元画像表現により、補助的な手段を用いることなく、心臓１０内のカテーテル４の現在位置を３D表現にて確認することが可能である。したがって、例として操作者は操作の際、手動にて活動信号を位置情報に関連付けることが可能である。位置情報は、測定される活動信号によって表される心臓１０の特定部位の位置を示し、カテーテル４の現在位置は関連付けユニット６に入力される。
【００２３】しかし、心臓１０内におけるカテーテル４の位置の特定は好ましくは超音波にて行われる。この場合、カテーテル４は上述したように少なくとも１個の超音波トランスデューサ４４を備える。以下の記述において理解を助けるため、カテーテル４は超音波トランスデューサ４４を１個だけ備えるものと仮定する。以下の説明はカテーテル４が複数の超音波トランスデューサ４４を備える場合にも敷衍され得ることは自明である。
【００２４】超音波トランスデューサ４４において受動作動または能動作動のいずれかを指定することが可能である。ここで「受動」とは超音波トランスデューサ４４が超音波信号の受信にのみ使用されることを意味し、「能動」とは超音波トランスデューサ自体が超音波信号を発信可能であることを意味する。
【００２５】３次元画像を形成する際、超音波装置２の測定ヘッド２２は超音波信号を発信する。超音波信号は他の物体と共にカテーテルの超音波トランスデューサ４４に対しても入射する。超音波トランスデューサ４４の受動作動においては、トランスデューサに超音波が入射すると、トランスデューサはこれに応じた情報を関連付けユニット６あるいは超音波モジュール２１に向けて発信する。測定ヘッド２２から超音波またはパルスが発信される時刻及び方向は既知であるため、超音波の伝播する速さ、超音波エコー信号が測定ヘッド２２によって受信される時刻、カテーテル４の超音波トランスデューサ４４に超音波が到達する時刻は超音波トランスデューサ４４の位置、ひいては電極４１ａ、４１ｃの空間的位置に関連付けることが可能である。このようにして、信号によりその活動が表される心臓１０の部位の位置情報を活動信号に対して関連付けることが可能である。
【００２６】超音波トランスデューサ４４が能動作動される場合、トランスデューサは測定ヘッド２２からの超音波パルスを電気信号に変換し、この電気信号をトランスポンダに送信する。このトランスポンダは例として制御測定ユニット５に組み込むか、または別の構成要素として設置することが可能である。ここでトランスポンダより信号が発信され超音波トランスデューサ４４に送られると超音波トランスデューサ４４から超音波信号が発信される。この超音波信号は測定ヘッド２２によって受信され、更に超音波モジュール２１に送信される。超音波トランスデューサ４４により発信される超音波信号は、画像化されるべき身体部分からのエコー信号と容易に区別され得るよう、変調、特定の長さや強度といった特性を有することが好ましい。このようにして超音波装置２により超音波トランスデューサ４４の位置、すなわち電極４１ａ、４１ｃの空間的位置が決定される。またこれにより個々の活動信号と固有の位置情報とが関連付けられる。
【００２７】したがって超音波トランスデューサ４４により受動作動、能動作動の両方において心臓１０内のカテーテル４の位置は自動的に決定され得る。これは、関連付けユニット６が超音波装置２に対して適当に配置されている場合、関連付けユニット６によって第２の信号のそれぞれ、すなわち特定部位における活動信号のそれぞれに対し、超音波トランスデューサ４４からの信号の補助により、その活動信号が心臓１０のどの部位に対応するかを特定する位置情報が自動的に関連付けられ得ることによる。
【００２８】複数の電極４１ａ、４１ｃが用いられている場合、心臓１０内におけるカテーテル４の空間的位置及び向きを検出するため、カテーテル４の表面または内部に複数のトランスデューサ４４が配置されることが特に有利である。これにより極めて容易かつ確実に心臓１０の形態と電気的活動信号とが自動的に関連付けられる。
【００２９】関連付けユニット６により各活動信号に対して位置情報が関連付けられた後、活動信号は位置情報と共に視覚表示ユニット８に送信される。視覚表示ユニット８は幾何学的な形状から心臓１０の画像を形成する。この形状は画像表現のための再構成ユニット７により与えられるデータ及び位置情報が関連付けられた活動信号によって与えられ、画像は画像表現と活動信号とが互いに空間的に関連付けられることにより形成される。このことは心臓の電気的活動が３次元的な画像表現に重ね合わせられることを意味する。好ましい別例においては心臓１０内のカテーテル４の空間的位置は画像内に含まれる。
【００３０】画像は様々な異なる方法によって表現される。例として、ECGの時間的な伝播は関連付けられた位置において数字や記号にて表現することが可能である。空間的、時間的に解析されたECGを、フォルスカラーを用いてデフィニットカラーが予め設定可能な初期の時刻に対する時間の遅れのそれぞれに対して指定されるようにして表すことも可能である。更に、活動の伝播を、移動する波面として表すことも可能である。
【００３１】モニター、ヘッドマウントディスプレイ（HMD）や陰極線管などの様々な視覚表示手段を用い、３D眼鏡を適宜組み合わせて使用することにより３次元的に好ましく表現された画像及び活動信号を得ることが可能である。
【００３２】連続的または一定の時間間隔をおいた非連続的な画像の更新については多くの別例が可能である。例として好ましい３次元画像表現を１回だけ形成し、対応する第２の信号をこの画像表現に繰返し組み合わせるか新たに画像表現を形成することも可能である。画像表現は必要に応じてその都度、あるいは設定可能な一定の時間間隔をおいて更新することも可能である。更に、先に引用した欧州特許出願第９７８１１０２１．１号に開示されるような高速超音波システム２を使用することにより、好ましい３次元画像表現をほぼリアルタイムにて連続的に更新することも可能である。更に、画像表現の一部のみを連続的、あるいは一定の時間間隔をおいて不連続的に更新することも可能である。例としてカテーテルが一時的に置かれている部位などの、対象となる心臓の領域が示されるように画像表現の一部を更新することが可能である。
【００３３】本発明に基づくシステムは経食道的心臓画像化及びECG測定のために好適に構成されているが、他の実施形態も可能である。例として画像表現のための超音波信号の測定は、体内に測定ヘッド２２を導入することなく、体外にて行うことも可能である。更に、例えば表面ECGのように、体外から第２の信号（活動信号）を測定することが可能であるように測定装置３を構成することも可能である。この場合、例として、測定装置３は心臓または臓器１０の電気的活動を局所的に測定するための少なくとも１個の電極を備え、この電極を体表において使用する。
【００３４】心臓１０の電気生理学的な検査に加え、本発明に基づくシステムまたは方法は組織の切除に有利に用いることが可能である。組織を変性させるために高周波のエネルギーがしばしば利用される。本発明に基づくシステムの上述の実施例において、カテーテル４の電極４１ａ、４１ｃの少なくともいずれか一方を組織を切除するための高周波エネルギー源として構成することも可能である。したがって診断に加え、心臓の不整脈などの治療を行うことも可能である。こうした実施形態においては高周波用の制御、供給装置が配置されなければならないことは自明である。特に組織の切除においては、カテーテルを含む心臓の３次元画像化をほぼリアルタイムにて提供することが可能な高速超音波装置が有利である。これは、心臓１０内におけるカテーテル４の位置の特定、案内、及び必要に応じ病変の発生の観察を確実かつ容易に行うことが可能であることによる。
【００３５】本発明に基づくシステムまたは装置は心臓の検査や治療にその用途が限定されるものではなく、他の臓器または他の第２の信号に対しても用いることが可能である。これにより例として、圧力、温度、化学的パラメータなどの臓器の機能に関連する他のパラメータを求めることが可能である。
【００３６】
【発明の効果】本発明に基づくシステム及び方法によれば、臓器の活動の正確かつ信頼度の高い視覚的表示が可能となり、臓器の活動の空間的及び時間的な変化が視覚的に理解しやすい形で表示される。
【出願人】 【識別番号】５９７１１１０１７
【氏名又は名称】ズルツァー・オシィプカ・ゲーエムベーハー
【氏名又は名称原語表記】Ｓｕｌｚｅｒ Ｏｓｙｐｋａ ＧｍｂＨ
【出願日】 平成１１年２月１６日（１９９９．２．１６）
【代理人】 【識別番号】１０００６８７５５
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
【公開番号】 特開２０００−２４２（Ｐ２０００−２４２Ａ）
【公開日】 平成１２年１月７日（２０００．１．７）
【出願番号】 特願平１１−３６９１６