JP6423964B2

JP6423964B2 - 幾何学的構造のパッチ表面モデルを生成するための方法およびシステム

Info

Publication number: JP6423964B2
Application number: JP2017526064A
Authority: JP
Inventors: ジェイ．ボスエリック
Original assignee: セント・ジュード・メディカル，カーディオロジー・ディヴィジョン，インコーポレイテッド
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2015-10-20
Publication date: 2018-11-14
Anticipated expiration: 2035-10-20
Also published as: US20180240282A1; EP3180775B1; US10861246B2; US9947142B2; EP3180775A1; WO2016081130A1; JP2018501549A; US20160140757A1; CN107111891A; CN107111891B

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年１１月１８日に出願された仮出願番号第６２／０８１，０８９号の優先権を主張し、その明細書全体が本明細書に組み込まれている。

本開示は、幾何学的構造の多次元モデルを生成するためのシステムおよび方法に関する。より詳細には、本開示は、心臓内構造などの幾何学的構造のパッチ表面モデルを生成するためのコンピュータで実施されるシステムおよび方法に関する。

解剖学的構造などの幾何学的構造の多次元表面モデルを生成するために、様々なコンピュータ・ベースのシステムおよびコンピュータで実施される方法を使用できることが知られている。より具体的には、心臓および／またはその特定の部位の多次元表面モデルを生成するために種々のシステムおよび方法が使用されている。

１つの従来の方法または技法には、特定の構造の異なる関心領域に対応する複数の個別表面モデルを生成し、個別表面モデル同士を結合して単一の複合多次元表面モデルを形成することが含まれる。それぞれの関心領域の表面および表面に包まれたボリュームから場所データ点を収集し、これらの場所データ点を用いて関心領域ごとに個別表面モデルを生成することにより、個別表面モデルを生成することが知られている。

たとえば凸包、星形ドメイン近似（ｓｔａｒ−ｓｈａｐｅｄｄｏｍａｉｎａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ）、およびアルファ・シェイプの技法を含む任意数の技法を用いて、それぞれの場所データ点から個別表面モデルを生成することができる。しかしながら、少なくともいくつかの既知のモデル化システムは、実際の幾何学的構造にかかわらず、トポロジー的に球に相当する閉曲面を生成する。したがって、幾何学的構造の一部のみがモデル化される場合、その実際の一部が開曲面であっても、少なくともいくつかの既知のモデル化システムは、生成されるモデルを閉曲面とし、その結果、不正確なパンケーキ型のモデルとなる。そのような不正確性は、生成されたモデルを用いて幾何学的構造を分析するユーザの能力に影響し得る。

一実施形態では、本開示は、幾何学的構造のパッチ表面モデルを生成するためのシステムを対象とする。システムは、幾何学的構造の表面上のそれぞれの場所に対応する元の場所データ点のセットを取得するように構成された少なくとも１つのセンサを含む装置に結合されるように構成されたコンピュータ・ベースのモデル構築システムであって、取得された元の場所データ点に基づいて基準面を生成し、基準面を複数の三角形に細分化し、元の場所データ点の少なくとも一部を細分化された基準面上のそれぞれの最近傍点に投影し、投影された場所データ点を元の場所データ点にモーフィングする関数を計算してパッチ表面モデルを生成し、パッチ表面モデルの境界を決定するようにさらに構成されたコンピュータ・ベースのモデル構築システムを含む。

他の実施形態では、本開示は、幾何学的構造のパッチ表面モデルを生成するコンピュータで実施される方法を対象とする。方法は、幾何学的構造の表面上のそれぞれの場所に対応する元の場所データ点のセットを受信することと、取得された元の場所データ点に基づいて基準面を生成することと、基準面を複数の三角形に細分化することと、元の場所データ点の少なくとも一部を細分化された基準面のそれぞれの最近傍点に投影することと、投影された場所データ点を元の場所データ点にモーフィングする関数を計算してパッチ表面モデルを生成することと、パッチ表面モデルの境界を決定することとを含む。

他の実施形態では、本開示は、幾何学的構造のパッチ表面モデルを生成するための処理装置を対象とする。処理装置は、幾何学的構造の表面上のそれぞれの場所に対応する元の場所データ点のセットを受信し、取得された元の場所データ点に基づいて基準面を生成し、基準面を複数の三角形に細分化し、元の場所データ点の少なくとも一部を細分化された基準面のそれぞれの最近傍点に投影し、投影された場所データ点を元の場所データ点にモーフィングする関数を計算してパッチ表面モデルを生成し、パッチ表面モデルの境界を決定するように構成される。

本開示の前述および他の態様、特徴、詳細、効用および利点は、以下の説明および特許請求の範囲を読むことから、および添付の図面を概観することから明らかとなろう。

一実施形態による幾何学的構造の多次元表面モデルを生成するためのシステムの概略図である。

図１に示されたシステムのモデル構築システムの概略的模式図である。

場所データ点の集合を含む点群の模式図である。

図４Ａ−図４Ｄは、図２に示されたモデル構築システムでの使用に適した駆動されるパッチ電極の例示的なダイポール・ペアの模式図である。

一実施形態によるパッチ表面モデルを生成する方法を示すフロー図である。

図３に示された点群について生成された細分化された平面基準面の概略図である。

図３に示された点群について生成された細分化された球面基準面の概略図である。

図６Ａに示された細分化された平面基準面から生成されたパッチ表面モデルの概略図である。

図６Ｂに示された細分化された球面基準面から生成されたパッチ表面モデルの概略図である。

図６Ｂに示された細分化された球面基準面から生成された、比較的高い平滑係数を有するパッチ表面モデルの概略図である。

図面のいくつかの図を通して、対応する参照文字は対応する部分を示す。

本開示は、パッチ表面モデル（たとえば心臓の内部表面）を生成するためのシステムおよび方法を提供する。本明細書に記載の技法は、複数の取得された場所データ点から表面モデルを生成することが可能である。本明細書で使用される場合、「パッチ表面モデル」とは、全表面を含む全面の任意の部分（すなわち、パッチ）を表す開曲面モデルまたは閉曲面モデルを指す。たとえば、表面モデルは、本明細書に記載のように、心臓の内部表面の一部または全部をモデル化した隣接する三角形の集合を含むことができる。

ここで、種々の図における同一の構成要素を識別するために同様の参照番号が使用された図面を参照すると、図１には、１つまたは複数の幾何学的構造の多次元表面モデルを生成するためのシステム１０の一例示的実施形態が示されている。以下で説明されるように、本実施形態では、システム１０により生成されるモデルは３次元モデルである。しかしながら、３次元モデルの生成が以下で説明されるが、本開示がそのように限定されないものとすることは理解されよう。むしろ、他の実施形態において、システム１０は３次元以外の多次元モデルを生成するように構成することができ、そのような実施形態は本開示の趣旨および範囲から逸脱しない。

以下の説明では、解剖学的構造、特に心臓の構造のモデルの生成にシステム１０を使用することに主に焦点を当てているが、本開示がそのように限定されないものとすることにさらに留意されたい。むしろ、システム１０、ならびにそれにより使用される方法および技法は、心臓の構造以外の解剖学的構造を含む任意数の幾何学的構造の３次元モデルの生成に適用することができる。しかしながら、例示および説明を簡単にするために、以下の説明は、心臓の構造の３次元モデルの生成にシステム１０を使用することに焦点が当てられる。

引き続き図１を参照すると、本実施形態では、システム１０は、構成要素の中でもとりわけ、医療装置およびモデル構築システム１４を含む。本実施形態では、医療装置はカテーテル１２であり、モデル構築システム１４はその一部において処理装置１６を含む。処理装置１６は、たとえば、カテーテル１２により収集されたデータを用いて心臓内の構造の３次元モデルを構築するように構成された、電子制御ユニットの形態をとることができる。

図１に示されるように、カテーテル１２は患者の体１８に、より詳細には患者の心臓２０に挿入されるように構成される。カテーテル１２は、ケーブル・コネクタまたはインターフェース２２、ハンドル２４、近位端２８および遠位端３０を有するシャフト２６（本明細書で使用される場合、「近位」は臨床医に近いカテーテル１２の部分へ向かう方向を指し、「遠位」は臨床医から離れた、（概ね）患者の体の内部へ向かう方向を指す）、およびカテーテル１２のシャフト２６の中または上に取り付けられた１つまたは複数のセンサ３２（たとえば３２_１、３２_２、３２_３）を含むことができる。本実施形態では、センサ３２は、シャフト２６の遠位端３０に、またはその近くに配置される。カテーテル１２は、他の従来の構成要素、たとえば、限定はしないが、温度センサ、追加のセンサまたは電極、アブレーション素子（たとえばＲＦアブレーション・エネルギーを供給するためのアブレーション先端電極、高密度焦点式超音波アブレーション素子など）、および対応する導体またはリード線をさらに含むことができる。

コネクタ２２は、モデル構築システム１４および／またはシステム１０の他の構成要素（たとえば可視化、ナビゲーション、および／またはマッピング・システム（モデル構築システム１４とは分離し別個である場合）、アブレーション発生器、潅注源など）に延びるケーブル３４、３６などのケーブルに対する機械的、流体的、および電気的接続を提供する。コネクタ２２は、当技術分野における従来のものであり、カテーテル１２の近位端２８、特にそのハンドル２４に配置される。

シャフト２６の近位端２８に配置されたハンドル２４は、臨床医がカテーテル１２を保持するための場所を提供し、患者の体１８内でシャフト２６を操作または誘導するための手段をさらに提供することができる。たとえば、ハンドル２４は、シャフト２６を操作するために、カテーテル１２の中を通りシャフト２６の遠位端３０まで延びる操作ワイヤの長さを変更するための手段を含むことができる。ハンドル２４もまた当技術分野において従来のものであり、ハンドル２４の構造が異なっていてもよいことは理解されよう。他の実施形態では、カテーテル１２はロボットで駆動または制御することができる。したがって、臨床医がハンドルを操作してカテーテル１２およびそのシャフト２６を操作または誘導するのではなく、そのような実施形態では、ロボットを用いてカテーテル１２が操作される。

シャフト２６は、体１８の中で動かせるように構成された細長い管状の柔軟性のある部材である。シャフト２６は、たとえば、限定はしないが、センサおよび／またはそれに取り付けられた電極、たとえばセンサ３２、関連する導体、および場合により信号処理および調節に使用される追加の電子機器を支持する。また、シャフト２６は、流体（潅注流体、低温アブレーション流体、および体液を含む）、医薬品、および／または手術道具または器具の運搬、供給、および／または除去を可能にしてもよい。シャフト２６は従来の材料、たとえばポリウレタンで作ることができ、導体、流体、または手術道具を収容および／または運搬するように構成された１つまたは複数の管腔を定める。シャフト２６は、血管または体１８内の他の構造の中へ従来の導入器を介して導入することができる。そして、シャフト２６は、体１８の中へ所望の場所、たとえば心臓２０まで、当技術分野でよく知られている手段を用いて操作または誘導することができる。

カテーテル１２のシャフト２６の中または上に取り付けられたセンサ３２は、種々の診断および治療の目的で、一例であって限定はしないが、電気生理学的研究、ペーシング、心臓マッピング、およびアブレーションなどを目的として設けることができる。本実施形態では、センサ３２のうちの１つまたは複数は、場所または位置検知機能を実行するために設けられる。より詳細には、以下でより詳細に説明されるように、センサ３２のうちの１つまたは複数は、特定の時点におけるカテーテル１２、詳細にはそのシャフト２６の遠位端３０の場所（位置および向き）に関する情報を提供する測位センサとなるように構成される。したがって、カテーテル１２は心臓２０の関心のある構造の表面に沿っておよび／またはその構造の内部で動かされるので、センサ３２を用いて、関心のある構造の表面および／またはその中の他の場所に対応する場所データ点を収集することができる。そして、これらの場所データ点は、たとえば、モデル構築システム１４により、関心のある構造の３次元モデルを構築する際に使用することができ、これは以下でより詳細に説明される。見やすくし例示のために、以下の説明では、カテーテル１２の複数のセンサ３２が測位センサを備える実施形態を論じることにする。しかしながら、本開示の趣旨および範囲を逸脱しない他の実施形態では、カテーテル１２は１つまたは複数の測位センサ、ならびに他の診断および／または治療機能を実行するように構成された他のセンサの両方を備えることができることは理解されよう。

上記で簡単に説明されたように、また、以下でより詳細に説明されるように、モデル構築システム１４は、カテーテル１２により収集された場所データを部分的に用いて、心臓内の構造の３次元モデルを構築するように構成される。より詳細には、モデル構築システム１４の処理装置１６は、センサ３２により収集された場所データ点を取得し、場所データ点が対応する構造のモデルを構築または生成する際にこれらの場所データ点を使用するように構成される。本実施形態では、モデル構築システム１４は、センサ３２と共に機能して場所データ点を収集することで場所データ点を取得する。しかしながら、他の実施形態では、モデル構築システム１４は、センサ３２またはシステム１０の他の構成要素、たとえばモデル構築システム１４の一部であるもしくはそれによりアクセス可能であるメモリもしくは他の記憶装置から、場所データ点の収集に積極的に参加することなく単純に場所データ点を取得することができる。モデル構築システム１４は、収集された場所データ点の一部または全部に基づいて３次元モデルを構築するように構成される。例示および見やすさの目的で、以下の説明は、モデル構築システム１４が、モデルを構築することと、センサ３２と共に機能して場所データ点を収集することで場所データ点を取得することとの両方を行うように構成された実施形態に限定される。しかしながら、モデル構築システム１４が、単に、センサ３２またはシステム１０の他の構成要素からは場所データ点を取得し、これに基づいて３次元モデルを構築する他の実施形態が、本開示の趣旨および範囲から逸脱しないことは理解されよう。

したがって、本実施形態では、構造のモデルを構築するのに加えて、モデル構築システム１４は、センサ３２と共に機能して、３次元モデルの構築に使用される場所データ点を収集するように構成される。モデル構築システム１４は、電場ベースのシステム、たとえばＳｔ．ＪｕｄｅＭｅｄｉｃａｌ社から市販されている、「ＭｅｔｈｏｄａｎｄＡｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒＣａｔｈｅｔｅｒＮａｖｉｇａｔｉｏｎａｎｄＬｏｃａｔｉｏｎａｎｄＭａｐｐｉｎｇｉｎｔｈｅＨｅａｒｔ」と題された、その開示全体が本明細書に引用により組み込まれている、米国特許第７，２６３，３９７号に関して概略的に示された、ＥｎＳｉｔｅ（商標）ＮａｖＸ（商標）システムなどを備えることができる。しかしながら他の実施形態では、モデル構築システム１４は、他のタイプのシステム、たとえば、限定はしないが：磁場ベースのシステム、たとえばＢｉｏｓｅｎｓｅＷｅｂｓｔｅｒから入手可能であって、開示全体が本明細書に引用により組み込まれた、「ＩｎｔｒａｂｏｄｙＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ」と題された米国特許第６，４９８，９４４号、「ＭｅｄｉｃａｌＤｉａｇｎｏｓｉｓ，ＴｒｅａｔｍｅｎｔａｎｄＩｍａｇｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓ」と題された米国特許第６，７８８，９６７号、および「ＳｙｓｔｅｍａｎｄＭｅｔｈｏｄｆｏｒＤｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｅＬｏｃａｔｉｏｎａｎｄＯｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｏｆａｎＩｎｖａｓｉｖｅＭｅｄｉｃａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ」と題された米国特許第６，６９０，９６３号のうちの１つまたは複数を参照して概略的に示されたＣａｒｔｏ（商標）システム、またはＭｅｄｉＧｕｉｄｅ社から入手可能であって、開示全体が本明細書に引用により組み込まれた、「ＭｅｄｉｃａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ」と題された米国特許６，２３３，４７６号、「ＳｙｓｔｅｍｆｏｒＤｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｅＰｏｓｉｔｉｏｎａｎｄＯｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｏｆａＣａｔｈｅｔｅｒ」と題された米国特許７，１９７，３５４号、および「ＭｅｄｉｃａｌＩｍａｇｉｎｇａｎｄＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ」と題された米国特許７，３８６，３３９号のうちの１つまたは複数を参照して概略的に示されたｇＭＰＳシステム；電場ベースおよび磁場ベースの組み合わせのシステム、たとえば同じくＢｉｏｓｅｎｓｅＷｅｂｓｔｅｒから入手可能なＣａｒｔｏ３（商標）システム；ならびに他のインピーダンス・ベースのローカリゼーション・システム、音波または超音波ベースのシステム、一般的に入手可能な透視コンピュータ断層撮影（ＣＴ：ｃｏｍｐｕｔｅｄｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、および磁気共鳴画像（ＭＲＩ：ｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｓｏｎａｎｃｅｉｍａｇｉｎｇ）ベースのシステムを備えることができる。

上記で簡単に説明されたように、カテーテル１２のセンサ３２は測位センサを含む。センサ３２は、カテーテルの場所（位置および／または向き）の情報を示す信号を生成する。モデル構築システム１４が電場ベースのシステムである本実施形態では、センサ３２は１つまたは複数の電極を備えることができる。あるいは、モデル構築システム１４が磁場ベースのシステムである一実施形態では、センサ３２は、低強度の磁場の１つまたは複数の特徴を検出するように構成された１つまたは複数の磁気センサを含むことができる。たとえば、一例示的実施形態では、センサ３２は、カテーテル１２のシャフト２６の上または中に配置された磁気コイルを含むことができる。

見やすくし例示のために、モデル構築システム１４は、電場ベースのシステム、たとえば上記で特定されたＥｎＳｉｔｅ（商標）ＮａｖＸ（商標）システムなどを含むものとして以下説明される。以下の説明はセンサ３２が１つまたは複数の電極を含む一実施形態に主に限定されているが、他の実施形態では、センサ３２が１つまたは複数の磁場センサ（たとえばコイル）を含むことができることが理解されよう。したがって、以下に記載されるセンサまたは電極以外の測位センサを含むモデル構築システムは、本開示の趣旨および範囲から逸脱しない。

図２を参照すると、処理装置１６に加えて、モデル構築システム１４は、可能な構成要素の中でもとりわけ、複数のパッチ電極３８、多重化スイッチ４０、信号発生器４２、および表示装置４４を含むことができる。他の実施形態では、これらの構成要素の一部または全部は、モデル構築システム１４とは分離し別個のものであるが、モデル構築システム１４に電気的に接続され、これと通信するように構成される。

処理装置１６は、プログラム可能なマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを含むことができ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｐｅｃｉｆｉｃｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ）を含むことができる。処理装置１６は、中央処理装置（ＣＰＵ：ｃｅｎｔｒａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｕｎｉｔ）と、処理装置１６がパッチ電極３８およびセンサ３２により生成された信号などを含む複数の入力信号を受信することができ、表示装置４４およびスイッチ４０などを制御するおよび／またはこれらにデータを提供するために使用される出力信号などを含む複数の出力信号を生成することができる入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェースとを含むことができる。処理装置１６は、様々な機能、たとえば上記および下記でより詳細に記載された機能などを、適切なプログラミング命令またはコード（すなわちソフトウェア）によって実行するように構成することができる。したがって、処理装置１６は、本明細書に記載の機能を実行するようにコンピュータ記憶媒体に符号化された１つまたは複数のコンピュータ・プログラムによってプログラムされている。

「腹部パッチ（ｂｅｌｌｙｐａｔｃｈ）」と呼ばれるパッチ電極３８_Ｂを除いて、パッチ電極３８は、カテーテル１２の位置および向きを決定する際などに使用される電気信号を生成するために設けられる。一実施形態では、パッチ電極３８は、体１８の表面に直交して配置され、体１８内に軸固有の電場を生成するために使用される。たとえば一実施形態では、パッチ電極３８_Ｘ１、３８_Ｘ２を第１の（ｘ）軸に沿って配置することができる。パッチ電極３８_Ｙ１、３８_Ｙ２を第２の（ｙ）軸に沿って配置することができ、パッチ電極３８_Ｚ１、３８_Ｚ２を第３の（ｚ）軸に沿って配置することができる。パッチ電極３８の各々は、多重化スイッチ４０に接続することができる。本実施形態では、処理装置１６は、適切なソフトウェアによって、制御信号をスイッチ４０に与えて電極３８のペアを信号発生器４２に順次接続するように構成される。電極３８の各ペアが励起すると、体１８の中に、および心臓２０などの関心領域の中に電場が発生する。腹部パッチ３８_Ｂを基準とした非励起電極３８における電圧レベルは、フィルタリングおよび変換され、基準値として使用できるように処理装置１６に与えられる。

本実施形態では、カテーテル１２のセンサ３２は、処理装置１６に電気的に接続され、位置検知機能を果たすように構成される。より詳細には、センサ３２は、パッチ電極３８を励起させることで体１８内に（たとえば心臓内に）生成される電場内に配置される。見やすくし例示だけのために、以下の説明は、単一のセンサ３２が電場内に配置される一実施形態に限定される。しかしながら、本開示の趣旨および範囲から逸脱しない他の実施形態では、複数のセンサ３２を電場内に配置することができ、各センサの位置および向きを後述の技法を用いて決定することができることは理解されよう。

センサ３２は、電場内に配置された場合、パッチ電極３８間での場所と、組織に対するセンサ３２の位置とに依存する電圧を受ける。センサ３２およびパッチ電極３８の間で行われる電圧測定比較を用いて、組織に対するセンサ３２の場所を決定することができる。したがって、特定の関心のある領域または表面の周辺でまたはこれに沿ってカテーテル１２が掃引された場合、処理装置１６は、センサ３２における電圧レベルの変化を反映するセンサ３２から信号（場所情報）、および非導通のパッチ電極３８からの信号（場所情報）を受信する。そして、処理装置１６は、様々な既知のアルゴリズムを用いて、センサ３２の場所（位置および向き）を決定し、センサ３２の場所、したがってモデル化される関心のある構造の表面上または内部の点に対応する場所データ点４６（本明細書では「データ点４６」とも呼ばれ、図３に示されている）として、処理装置１６に関連付けられたまたはこれによりアクセス可能なメモリまたは記憶装置、たとえばメモリ４７に記録することができる。いくつかの実施形態では、場所を場所データ点として記録する前に、処理装置１６により受信された信号により表される生の場所データを処理装置１６により補正して、既知のまたは今後開発される技法を用いて呼吸、心臓活動、およびその他のアーティファクトを説明することができる。さらに、カテーテル１２の他の部分の場所を、内挿または外挿などによりセンサ３２における測定値から推測することで、さらなる場所データ点４６を生成することができる。いずれにしても、経時的に取得された場所データ点４６（４６_１、４６_２、．．．、４６_ｎ）が収集されると、メモリまたは記憶装置に格納される点群４８（図３に最もよく示されている）が形成される。

上記の説明はここまでは概してパッチ電極３８の直交配置に関するものであるが、本開示はそのように限定される意図はない。むしろ、他の実施形態では、非直交配置を用いて、センサ３２の場所座標を決定することができる。たとえば、大まかに言えば、図４Ａ〜図４Ｄに、座標系５０に設定された複数の例示的な非直交ダイポールＤ_０、Ｄ_１、Ｄ_２、およびＤ_３が示されている。図４Ａ〜図４Ｄでは、Ｘ軸パッチ電極はＸ_ＡおよびＸ_Ｂと呼ばれ、Ｙ軸パッチ電極はＹ_ＡおよびＹ_Ｂと呼ばれ、Ｚ軸パッチ電極はＺ_ＡおよびＺ_Ｂと呼ばれる。任意の所望の軸について、所定の駆動（ソース・シンク）構成の組から得られたセンサ３２などの心臓内センサを介して測定された電位を代数的に結合して、直交軸に沿って均一な電流を単に駆動することで得られるのと同じ有効電位を生成することができる。パッチ電極３８_Ｘ１、３８_Ｘ２、３８_Ｙ１、３８_Ｙ２、３８_Ｚ１、および３８_Ｚ２（図２参照）のうちの任意の２つを、腹部パッチ３８Ｂなどの接地基準に対するダイポールのソースおよびドレインとして選択することができ、非励起パッチ電極が接地基準に対する電圧を測定する。また、心臓２０内に配置されたセンサ３２は、電流パルスに関する場にさらされ、接地（たとえば腹部パッチ３８_Ｂ）に対して測定される。

他の例示的実施形態では、複数のパッチ電極３８を、共通の軸に沿って直線的に配列することができる。そのような実施形態では、パッチ電極３８のうちの１つとカテーテル１２に取り付けられた電極とを含む電極ペアを励起させると、電場が発生する。そして、非励起パッチ電極３８は、センサ３２の位置を決定するのに使用可能な電位を測定することができる。したがって、そのような実施形態では、異なるパッチ電極３８とカテーテルに取り付けられた電極とを含む複数の電極ペアの励起を用いて、センサ３２の位置を決定することができる。

パッチ電極３８の各々およびセンサ３２からのデータセットは全て、心臓２０内のセンサ３２の場所を決定するために使用される。電圧測定が行われた後、パッチ電極３８の異なるペアが電流源により励起され、残りのパッチ電極３８およびセンサ３２の電圧測定処理が行われる。センサ３２の場所が決定されると、上記で説明されたように、場所はデータ点４６として上記と同じように記録することができる。いくつかの実施形態では、場所を場所データ点として記録する前に、処理装置１６により受信された信号により表される生の場所データを処理装置１６により補正して、既知のまたは今後開発される技法を用いて呼吸、心臓活動、およびその他のアーティファクトを説明することができる。したがって、センサ３２の場所を決定するために、したがってそれに対応するデータ点を収集するために任意数の技法を用いることができ、その各々は本開示の趣旨および範囲から逸脱しないことは理解されよう。

図３は、モデル化される特定の関心のある構造に対応する場所データ点４６_１、４６_２、．．．４６_ｎを含む点群４８を示す。実際には、点群４８は数百から数十万のデータ点４６を一般的に含むことは理解されよう。しかしながら、例示および説明を簡単にするために、以下の説明は、限られた数の場所データ点を有する点群、たとえば場所データ点４６を含む点群４８に限定される。関心のある構造の異なる領域に対応する場所データ点４６を収集できることも理解されよう。そのような実施形態では、処理装置１６は、それらが収集された関心のある構造の領域に対応するデータ点４６をグループ化するように構成することができる。したがって、関心のある構造の２つの領域が存在する場合、第１の領域に対応する場所データ点の全てが共にグループ化され第１の点群を形成し、第２の領域に対応するデータ点の全てが共に同様にグループ化され第２の点群を形成する。

図５は、パッチ表面モデルを生成するための方法５００のフロー図である。いくつかの実施形態では、たとえば、方法５００は上述の処理装置１６を用いて実施される。方法５００は、（図３に示された）場所データ点４６などの複数の場所データ点を取得する（５０２）ことを含む。場所データ点は、上述のシステムおよび方法を用いるなどして取得する（５０２）ことができる。

基準面が場所データ点に基づいて生成される（５０４）。具体的には、場所データ点により形成される点群を最も近似する基準面が生成される。いくつかの実施形態では、点群の全体形状に応じて、基準面は平面または球となる。代替として、基準面は、方法５００が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の幾何学的形状とすることができる。一実施形態では、点群に最も適合する球が最初に選択される。選択された球の半径が大きすぎて（たとえば２００ミリメートル（ｍｍ）より大きい）（後述の）細分化が非実用的になる場合（たとえば、ジオメトリおよびマップを十分に詳細に表示するのに十分小さい三角形の大きさを得るには、非常に多数の頂点および三角形が必要となるなどの理由で）、点群は代わりに平面に最も適合される。

基準面は複数の三角形に細分化される（５０６）。一実施形態では、基準面は複数の正三角形に細分化され（５０６）、各正三角形は３つの頂点を有する。正三角形の大きさは、ユーザがユーザ入力装置５３（図１に図示）などを操作することによって指定することができる。正三角形が小さいほど頂点が多くなり、正三角形が大きいほど頂点が少なくなる。

基準面が平面である場合、平面を複数の正三角形に分割することは比較的簡単である。基準面が球である場合、球を２０面体（すなわち、２０面を有する多面体）に間引くことができる。２０面体の各面は、３つの頂点を有する正三角形である。さらに、各面は、三角形が所定の大きさに到達するまで、より小さい三角形に再帰的に分割することができる。図６Ａは、（図３に示された）点群４８について生成された細分化された平面基準面６０２を示し、図６Ｂは、点群４８について生成された細分化された球面基準面６０４を示す。

基準面の三角形が識別された状態で、この実施形態では、点群の各場所データ点が基準面上の最近傍点に投影される（５０８）。代替として、いくつかの実施形態では、場所データ点のサブセット（すなわち、全てより少ない）のみが、基準面状の最近傍点に投影される。これにより、方法５００のリアルタイム性能が向上する。たとえば、一実施形態では、所定数の場所データ点（たとえば、８００点）が投影される。点を決定するために、ジオメトリの３Ｄ空間全体を複数のビン（たとえばボクセル）に分割することができ、元の場所データ点のそれぞれは、それを含むビンに関連付けられる。場所データ点を含むビンの数Ｎがカウントされる。Ｎが所定数の半分未満（たとえば４００点未満）である場合、ビンはより小さくされる。Ｎが限度より大きい場合、ビンはより大きくされる。次いで、１つのランダムな場所データ点が各ビンから選択され、選択された点が基準面に投影される。これにより、３Ｄ空間全体にわたって８００点がランダムに選択された場合よりも、より均一な分布が得られる。

投影（５０８）に続いて、投影された場所データ点を元の場所データ点へモーフィングする薄板スプライン関数を計算する（５１０）。薄板スプライン関数は、たとえば、基準面上の頂点ごとに高さ値を指定する高さ関数とすることができる。この関数を基準面に適用して、パッチ表面モデルを生成する。図７Ａは、（図６Ａに示された）平面基準面６０２から生成されたパッチ表面モデル７０２を示し、図７Ｂは、（図６Ｂに示された）球面基準面６０４から生成されたパッチ表面モデル７０４を示す。この実施形態では、薄板スプライン関数が使用される。代替として、任意の適切な数学関数を利用して、基準面からパッチ表面モデルを生成することができる。

一実施形態では、薄板スプライン関数は、投影された場所点および元の場所点が基準対として使用される３次元放射基底関数である。投影された点を元の場所点に最良にモーフィングする薄板スプライン関数が計算され、基準面の頂点ごとに変換を評価してパッチ表面モデルを生成する。

最終的なパッチ表面モデルを生成するために、境界が決定される（５１２）。境界は、様々な技法を用いて決定する（５１２）ことができる。たとえば、基準面が平面または球である場合、投影された場所データ点を含むあらゆる三角形を含めることによって境界を決定する（５１２）ことができる。他の例では、基準面が平面または球である場合、投影された場所データ点の全てを含むバウンディング・ボックスが定義され、三角形がバウンディング・ボックスのエッジからエロードされ、これは、投影された場所データ点を含む三角形はエロードできず、エロードが６０°の角度（すなわち、突き出たまたは窪んだ、孤立した三角形）を生成できないという条件で行われる。これらの条件によって、比較的滑らかな境界を決定する（５１２）ことが容易になる。代替として、任意の適切なエロードアルゴリズムを用いて、境界を決定する（５１２）ことができる。

さらに他の例では、基準面が平面である場合、正三角形の辺に平行な線を生成し（これにより６つの異なる向きの線が生成される）、投影された場所データ点の全てを含む線によって形成される最小の六角形として境界を決定する（５１２）ことによって、境界を決定する（５１２）ことができる。

他の例では、基準面の外側境界を一回りし、外側境界の頂点ごとに、最も近い元の場所データ点を発見することによって境界が決定される（５１２）。２つの後続の外側境界の頂点についての最も近い元の場所データ点が異なる場合、これらを接続してエッジを形成する。外側境界全体が一回りされると、（単一の閉曲線を形成する）エッジがパッチ表面モデルに投影され、単一の閉曲線の外側の全ての三角形および部分三角形がトリミングされる。この方法は比較的頑健であるが、面が空洞または分離した構成要素を含む場合に失敗することがある。

他の例では、「ボール・ピボット（ｂａｌｌｐｉｖｏｔｉｎｇ）」（たとえば、Ｂｅｒｎａｒｄｉｎｉ，Ｆ．ら、１９９９年、「Ｔｈｅｂａｌｌ−ｐｉｖｏｔｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｓｕｒｆａｃｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ」、ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＶｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄＣｏｍｐｕｔｅｒＧｒａｐｈｉｃｓ５（４）、３４９−３５９頁を参照されたい）と類似した方法を用いて表面境界が決定される（５１２）。この例では、既知の外部の場所データ点から開始して、所定の半径と、パッチ表面モデルに垂直な（または、外部の点および外部境界の間のベクトル、もしくは２つのベクトルの何らかの線形結合などに垂直な）軸とを有する、データ点に接する円筒が作成される。半径は、境界の決定の粗さまたは細かさを決定する。次いで、円筒は表面の周りを反時計回りの方向に「回転」され、接触した連続する各場所データ点を表面に投影し、前の例と同様に、これをトリミングされる閉境界曲線の一部とする。この方法は、空洞および複数の構成要素を扱うことができるが、前の例ほど頑健ではなく、表面が滑らかでない（法線ベクトルをあまりに急激に変化させる）場合に失敗することがある。

さらに他の例では、ユーザは、トリミングされるパッチ・ジオメトリ表面の周辺に残留するための所定の「ボーダー距離」を指定することができる。「ボーダー距離」は、グラフィカル・ユーザ・インターフェース（ＧＵＩ）に表示されたスライダを用いるなどして調整することができる。デフォルトでは、上記の手順は、元の場所データ点の周辺にボーダーを残さない（すなわち、ゼロ距離）。しかしながら、境界エッジリスト内の各点は、ユーザ指定されたボーダー距離だけパッチ・ジオメトリ表面に沿って外側に、その近傍のエッジの平均法線の方向に単純に移動させることができる。次いで、移動された点は、トリミング用の新たな境界エッジリストとして使用することができる。なお、三角形の元の「基準面」は、少なくともボーダー距離で元の場所データ点を含むのに十分大きくなければならない。この技法は、本明細書に記載の表面境界決定方法のいずれとも併用することができる。

境界が決定される（５１２）と、最終的なパッチ表面モデルが完成する。最終的なパッチ表面モデルは、（図１に示された）表示装置４４などに表示することができる。当業者には理解されるように、診断ランドマーク・マップ（ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｌａｎｄｍａｒｋｍａｐ）（すなわち、異なる色での所与の特性についての異なるスカラー値を示すマップ）、テープ・メジャー、ラベル、傷（ｌｅｓｉｏｎ）、カットアウト、および／または他のマーカを、最終的なパッチ表面モデル上に配置し描画することができる。もちろん、最終的なパッチ表面モデルは必ずしも閉じていないので、いくつかのオブジェクト（たとえば、マーカおよびカットアウト）を適宜修正する必要がある場合がある。

いくつかの実施形態では、最終的なパッチ表面モデルの「平滑性」を選択的に調整することができる。具体的には、ユーザは、（たとえば表示装置４４に表示されたスライダを操作することによって）平滑係数を調整することができる。最大平滑係数について、計算された薄板スプライン係数は、曲がりまたは反りなしで基準面を生成する。対照的に、最小平滑係数について、計算された薄板スプライン係数は、場所データ点の全てを通過するパッチ表面モデルを生成し、その結果、パッチ表面モデルが比較的急峻でギザギザになり得る。例示のために、図７Ｂに、比較的低い平滑係数を選択して生成したパッチ表面モデル７０４を示し、図８に、比較的高い平滑係数を選択して生成したパッチ表面モデル８０２を示す。図７Ｂおよび図８に示されるように、パッチ表面モデル８０２に比べて、パッチ表面モデル７０４上により多くの表面特徴が定義されている。さらに、図７Ｂおよび図８に示されるように、パッチ表面モデル７０４および８０２の両方は開曲面モデルである。他の実施形態では、生成されるパッチ表面モデルは閉曲面とすることができる。

上述のモデル構築システム１４、特に処理装置１６は、全てが本明細書に記載の機能に従って作動する、関連付けられたメモリに格納された事前にプログラムされた命令を実行可能な、当技術分野で知られている従来の処理装置を含むことができることは理解されたい。本発明の実施形態の方法ステップを限定なしで含む、本明細書に記載の方法が、いくつかの実施形態でプログラムされ、結果のソフトウェアが関連付けられたメモリに格納され、またそのように記載された場合、そのような方法を実行するための手段を構成することもできることが企図されている。前述の実施可能な程度の記載を考慮したソフトウェアでの本発明の実装は、当業者によるプログラミング技術の日常的な使用を求めるにすぎない。さらにそのようなシステムは、ソフトウェアを格納することができ、なおかつ動的に生成されたデータおよび／または信号を格納および処理できるように、ＲＯＭ、ＲＡＭの両方、不揮発性および揮発性（修正可能）メモリの組み合わせを有する種類のものとすることができる。

本開示の特定の実施形態がある程度詳細に上記で説明されているが、当業者であれば、本開示の趣旨または範囲から逸脱することなく、開示の実施形態の多数の変形を行うことができる。全ての方向に関する言及（たとえば、上部、下部、上方、下方、左、右、左方、右方、頂部、底部、上、下、垂直、水平、時計回り、および反時計回り）は、読者が本開示を理解するのを支援するための識別のためのものにすぎず、特に本開示の位置、向き、または使用について限定するものではない。結合に関する言及（たとえば、添付される、結合される、接続される、など）は、広く解釈されるべきであり、要素の接続間の中間部材、および要素間の相対移動を含むことができる。したがって、結合に関する言及は必ずしも、２つの要素が直接接続されており、互いに固定された関係にあることを暗示するものではない。上記の記載に含まれたまたは添付の図面に示された全ての事項が、単なる例示として解釈され、限定として解釈されないものであることが意図されている。細部または構造の変更は、添付の特許請求の範囲で定義された本開示の趣旨から逸脱することなく行うことができる。

本開示またはその好適な実施形態の要素を紹介する際に、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「ｓａｉｄ」は、その要素の１つまたは複数が存在することを意味するものとする。「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、および「ｈａｖｉｎｇ（有する）」という用語は、包括的であるものとし、列挙された要素以外の追加要素が存在し得ることを意味する。

本開示の範囲から逸脱することなく上記の構成に様々な変更を行うことができるので、上記の説明に含まれるまたは添付の図面に示された全ての事項が、例示的なものとして限定的な意味でなく解釈されるべきであることが意図されている。
以下の項目は、国際出願時の特許請求の範囲に記載の要素である。
［項目１］
幾何学的構造のパッチ表面モデルを生成するためのシステムであって、
前記幾何学的構造の表面上のそれぞれの場所に対応する元の場所データ点のセットを取得するように構成された少なくとも１つのセンサを含む装置に結合されるように構成されたコンピュータ・ベースのモデル構築システムを備え、前記コンピュータ・ベースのモデル構築システムは、
取得された前記元の場所データ点に基づいて基準面を生成し、
前記基準面を複数の三角形に細分化し、
前記元の場所データ点の少なくとも一部を細分化された前記基準面上のそれぞれの最近傍点に投影し、
投影された前記場所データ点を前記元の場所データ点にモーフィングする関数を計算してパッチ表面モデルを生成し、
前記パッチ表面モデルの境界を決定する
ようにさらに構成された、システム。
［項目２］
前記基準面は平面および球のうち１つである、項目１に記載のシステム。
［項目３］
関数を計算するために、前記コンピュータ・ベースのモデル構築システムは、薄板スプライン関数を計算するように構成された、項目１に記載のシステム。
［項目４］
前記パッチ表面モデルの境界を決定するために、前記コンピュータ・ベースのモデル構築システムは、
前記パッチ表面モデル上の外側境界の頂点ごとに、最も近い元の場所データ点を決定し、
連続する最も近い元の場所データ点の間にエッジを描いて閉曲線を形成し、
前記閉曲線を前記パッチ表面モデルに投影し、
投影された前記閉曲線の外側の三角形および部分三角形をトリミングする
ように構成された、項目３に記載のシステム。
［項目５］
前記パッチ表面モデルの境界を決定するために、前記コンピュータ・ベースのモデル構築システムは、
バウンディング・ボックスを定義し、
前記バウンディング・ボックスのエッジから複数の正三角形の一部をエロードする
ように構成された、項目３に記載のシステム。
［項目６］
関数を計算するために、前記コンピュータ・ベースのモデル構築システムは、開曲面モデルであるパッチ表面モデルを生成する関数を計算するように構成された、項目１に記載のシステム。
［項目７］
関数を計算するために、前記コンピュータ・ベースのモデル構築システムは、ユーザにより選択される平滑係数に基づいて関数を計算するように構成された、項目１に記載のシステム。
［項目８］
幾何学的構造のパッチ表面モデルを生成する、コンピュータで実施される方法であって、
前記幾何学的構造の表面上のそれぞれの場所に対応する元の場所データ点のセットを受信することと、
取得された前記元の場所データ点に基づいて基準面を生成することと、
前記基準面を複数の三角形に細分化することと、
前記元の場所データ点の少なくとも一部を細分化された前記基準面上のそれぞれの最近傍点に投影することと、
投影された前記場所データ点を前記元の場所データ点にモーフィングする関数を計算してパッチ表面モデルを生成することと、
前記パッチ表面モデルの境界を決定することと、
を備える方法。
［項目９］
基準面を生成することは、平面および球のうち１つを生成することを備える、項目８に記載の方法。
［項目１０］
前記基準面を複数の三角形に細分化することは、前記基準面を複数の正三角形に細分化することを備える、項目８に記載の方法。
［項目１１］
前記パッチ表面モデルの境界を決定することは、
前記パッチ表面モデル上の外側境界の頂点ごとに、最も近い元の場所データ点を決定することと、
連続する最も近い元の場所データ点の間にエッジを描いて閉曲線を形成することと、
前記閉曲線を前記パッチ表面モデルに投影することと、
投影された前記閉曲線の外側の三角形および部分三角形をトリミングすることとを備える、項目１０に記載の方法。
［項目１２］
前記パッチ表面モデルの境界を決定することは、
バウンディング・ボックスを定義することと、
前記バウンディング・ボックスのエッジから前記複数の正三角形の一部をエロードすることと
を備える、項目１０に記載の方法。
［項目１３］
前記パッチ表面モデルの境界を決定することは、ユーザ指定されたボーダー距離に基づいて境界を決定することを備える、項目８に記載の方法。
［項目１４］
関数を計算することは、ユーザにより選択される平滑係数に基づいて計算することを備える、項目８に記載の方法。
［項目１５］
幾何学的構造のパッチ表面モデルを生成するための処理装置であって、
前記幾何学的構造の表面上のそれぞれの場所に対応する元の場所データ点のセットを受信し、
取得された前記元の場所データ点に基づいて基準面を生成し、
前記基準面を複数の三角形に細分化し、
前記元の場所データ点の少なくとも一部を細分化された前記基準面上のそれぞれの最近傍点に投影し、
投影された前記場所データ点を前記元の場所データ点にモーフィングする関数を計算してパッチ表面モデルを生成し、
前記パッチ表面モデルの境界を決定する
ように構成された処理装置。

Claims

幾何学的構造のパッチ表面モデルを生成するためのシステムであって、
前記幾何学的構造の表面上のそれぞれの場所に対応する元の場所データ点のセットを取得するように構成された少なくとも１つのセンサを含む装置に結合されるように構成されたコンピュータ・ベースのモデル構築システムを備え、前記コンピュータ・ベースのモデル構築システムは、
取得された前記元の場所データ点に基づいて基準面を生成し、
前記基準面を複数の三角形に細分化し、
前記元の場所データ点の少なくとも一部を細分化された前記基準面上のそれぞれの最近傍点に投影し、
投影された前記場所データ点を前記元の場所データ点にモーフィングする関数を計算してパッチ表面モデルを生成し、
前記パッチ表面モデルの境界を決定する
ようにさらに構成された、システム。
前記基準面は平面および球のうち１つである、請求項１に記載のシステム。
関数を計算するために、前記コンピュータ・ベースのモデル構築システムは、薄板スプライン関数を計算するように構成された、請求項１に記載のシステム。
前記パッチ表面モデルの境界を決定するために、前記コンピュータ・ベースのモデル構築システムは、
前記パッチ表面モデル上の外側境界の頂点ごとに、最も近い元の場所データ点を決定し、
連続する最も近い元の場所データ点の間にエッジを描いて閉曲線を形成し、
前記閉曲線を前記パッチ表面モデルに投影し、
投影された前記閉曲線の外側の三角形および部分三角形をトリミングする
ように構成された、請求項３に記載のシステム。
前記パッチ表面モデルの境界を決定するために、前記コンピュータ・ベースのモデル構築システムは、
バウンディング・ボックスを定義し、
前記バウンディング・ボックスのエッジから複数の正三角形の一部をエロードする
ように構成された、請求項３に記載のシステム。
関数を計算するために、前記コンピュータ・ベースのモデル構築システムは、開曲面モデルであるパッチ表面モデルを生成する関数を計算するように構成された、請求項１に記載のシステム。
関数を計算するために、前記コンピュータ・ベースのモデル構築システムは、ユーザにより選択される平滑係数に基づいて関数を計算するように構成された、請求項１に記載のシステム。
幾何学的構造のパッチ表面モデルを生成する、コンピュータで実施される方法であって、
前記幾何学的構造の表面上のそれぞれの場所に対応する元の場所データ点のセットを受信することと、
取得された前記元の場所データ点に基づいて基準面を生成することと、
前記基準面を複数の三角形に細分化することと、
前記元の場所データ点の少なくとも一部を細分化された前記基準面上のそれぞれの最近傍点に投影することと、
投影された前記場所データ点を前記元の場所データ点にモーフィングする関数を計算してパッチ表面モデルを生成することと、
前記パッチ表面モデルの境界を決定することと、
を備える方法。
基準面を生成することは、平面および球のうち１つを生成することを備える、請求項８に記載の方法。
前記基準面を複数の三角形に細分化することは、前記基準面を複数の正三角形に細分化することを備える、請求項８に記載の方法。
前記パッチ表面モデルの境界を決定することは、
前記パッチ表面モデル上の外側境界の頂点ごとに、最も近い元の場所データ点を決定することと、
連続する最も近い元の場所データ点の間にエッジを描いて閉曲線を形成することと、
前記閉曲線を前記パッチ表面モデルに投影することと、
投影された前記閉曲線の外側の三角形および部分三角形をトリミングすることとを備える、請求項１０に記載の方法。
前記パッチ表面モデルの境界を決定することは、
バウンディング・ボックスを定義することと、
前記バウンディング・ボックスのエッジから前記複数の正三角形の一部をエロードすることと
を備える、請求項１０に記載の方法。
前記パッチ表面モデルの境界を決定することは、ユーザ指定されたボーダー距離に基づいて境界を決定することを備える、請求項８に記載の方法。
関数を計算することは、ユーザにより選択される平滑係数に基づいて計算することを備える、請求項８に記載の方法。
幾何学的構造のパッチ表面モデルを生成するための処理装置であって、
前記幾何学的構造の表面上のそれぞれの場所に対応する元の場所データ点のセットを受信し、
取得された前記元の場所データ点に基づいて基準面を生成し、
前記基準面を複数の三角形に細分化し、
前記元の場所データ点の少なくとも一部を細分化された前記基準面上のそれぞれの最近傍点に投影し、
投影された前記場所データ点を前記元の場所データ点にモーフィングする関数を計算してパッチ表面モデルを生成し、
前記パッチ表面モデルの境界を決定する
ように構成された処理装置。