-
Die
vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine Vorrichtung für invasive
Verfahren für das
Abbilden von Organen im Körper
und im besonderen eine Vorrichtung für Verfahren für das Abbilden der
elektrischen Aktivität
im Herzen.
-
DER ERFINDUNG
ZUGRUNDELIEGENDER ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
-
Das
Abbilden des Herzens wird eingesetzt, um aberrierende elektrische
Pfade und Ströme
innerhalb des Herzens zu lokalisieren sowie dafür, mechanische und andere Aspekte
der Herztätigkeit
zu diagnostizieren. Verschiedene Verfahren und Vorrichtungen sind
für das
Abbilden des Herzens beschrieben worden. Beispielhafte Verfahren
und Vorrichtungen werden beschrieben in den U.S. Patenten 5,471,982 und
5,391,199 und in den PCT Patentveröffentlichungen WO94/06349,
WO96/05768 und WO97/24981. Das U.S. Patent 5,391,199 beschreibt
zum Beispiel einen Katheter, einschließlich von beiden Elektroden für das Sensieren
der elektrischen Aktivität
des Herzens und Miniaturspulen für
das Bestimmen der Position des Katheters relativ zu einem von außen aufgebrachten
Magnetfeld. Wenn er diesen Katheter verwendet, kann ein Kardiologe
innerhalb eines kurzen Zeitraums Daten aus einem Satz von abgetasteten
Punkten erfassen, indem die elektrische Aktivität an einer Vielzahl von Orten
bestimmt wird und die räumlichen
Koordinaten der Orte bestimmt werden.
-
Verfahren
für die
Erzeugung einer dreidimensionalen Abbildung des Herzens auf der
Grundlage dieser Daten werden zum Beispiel offengelegt in der Europäischen Patentanmeldung
EP 0 974 936 und in einem
entsprechenden U.S. Patent
US 6,226,542 ,
welches an den Abtretungsempfänger
der vorliegenden Patentanmeldung abgetreten wird. Wie in diesen
Anmeldungen angegeben ist, werden Positionskoordinaten (und optional
auch die elektrische Aktivität)
anfänglich
an zirka 10 bis 20 Punkten auf der inneren Oberfläche des
Herzens gemessen. Diese Datenpunkte sind im allgemeinen ausreichend
für die
Erzeugung einer vorläufigen
Darstellung oder Abbildung der Herzoberfläche in zufriedenstellender Qualität. Die vorläufige Abbildung
wird vorzugsweise kombiniert mit Daten. die an zusätzlichen
Punkten erfaßt
wurden um eine umfassendere Abbildung zu erzeugen. Im klinischen
Umfeld ist es nicht unge wöhnlich,
Daten an 100 oder mehr Orten zu erfassen, um eine detaillierte,
umfassende Abbildung der elektrischen Aktivität der Herzkammer zu erzeugen.
-
Um
das Verfahren der Datenerfassung zu beschleunigen, sind Mehrfachelektroden-Katheter entwickelt
worden, um gleichzeitig elektrische Aktivität an mehrfachen Punkten in
der Herzkammer zu messen. Diese Katheter werden zum Beispiel beschrieben
in den U.S. Patenten 5,487,391 und 5,848,972. Diese Katheter weisen
Mehrfachelektroden auf einer dreidimensionalen Struktur auf welche sich
innerhalb des Herzen ausdehnt, um die Form eines Korbes anzunehmen.
Die Korb-Struktur ist so gestaltet, daß, wenn sie entfaltet ist,
ihre Elektroden in engem Kontakt gegen die endokardiale Oberfläche gehalten
werden. Ein Problem bei den Kathetern, die in diesen Patenten offengelegt
werden, ist, daß ihre Herstellung
sowohl schwierig als auch teuer ist. Die große Anzahl von Elektroden bei
diesen Kathetern stellt ebenfalls sehr hohe Anforderungen an das
Datenerfassungs- und Datenverarbeitungs-Untersystem. Es gibt zusätzliche
Probleme, die mit der Entfaltung und dem Entfernen dieser Katheter
verbunden sind, sowie eine erhöhte
Gefahr der Koagulation.
-
Das
U.S. Patent 4,649,924 offenbart ein berührungsloses Verfahren für die Feststellung
intrakardialer elektrischer Potentialfelder. Ein Katheter mit einem
aufblasbaren distalen Endabschnitt weist eine Reihe von Sensorelektroden
auf, die über
dessen Oberfläche
verteilt sind und mit isolierten elektrischen Leitern verbunden
sind für
den Anschluß an eine
Signalerkennungs- und -verarbeitungs-vorrichtung. Die Größe und die
Form des Endabschnitts sind dergestalt, daß die Elektroden im wesentlichen weg
von der Wand der Herzkammer beabstandet sind. Die Sensorelektroden
sind vorzugsweise verteilt auf einer Reihe von Umkreisen des distalen
Endabschnitts und liegen auf Ebenen, die voneinander beabstandet
sind. Diese Ebenen sind senkrecht zur Hauptachse des Endabschnitts
des Katheters.
-
Die
PCT Patentveröffentlichung WO99/06112
beschreibt ein elektrophysiologisches System für das Abbilden des Herzens
und ein Verfahren auf der Grundlage eines berührungslosen, nicht entfalteten
Mehrfachelektroden-Katheters. Die Elektroden auf dem Katheter werden
genutzt, um gleichzeitig die elektrischen Potentiale an mehrfachen Punkten
auf der Katheter-Oberfläche innerhalb
des Volumens der Herzkammer zu messen. Um die Abbildung zu erzeugen,
werden diese elektrischen Messungen mit einer Kenntnis der relativen
Geometrie des Fühlers
und des Endokards kombiniert. Diese geometrische Kenntnis muß erworben
werden durch eine unabhängige
Bildgebungsmodalität,
wie zum Beispiel transösophageale
Echokar diographie. Auf der Grundlage der bekannten Geometrie wird
die Laplace-Gleichung gelöst,
um eine Relation zwischen dem Potential auf der endokardialen Oberfläche zu dem
Potential auf dem Katheter zu finden, in der Form einer Matrix von
Koeffizienten. Diese Matrix wird invertiert, um die auf den Elektrodenpotentialen beruhenden
endokardialen Potentiale zu bestimmen. Eine Regularisierungstechnik,
wie zum Beispiel ein Verfahren der Finite Elemente Näherung muß angewandt
werden, um eine ordnungsgemäße Konvergenz
der Lösung
zu gewährleisten.
-
Eine
Vorrichtung für
das Abbilden, welches die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch
1 umfaßt,
der hierzu angefügt
ist, wird offengelegt in WO96/05768.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung
für das
Abbilden elektrischer Potentiale innerhalb eines Volumens und insbesondere
auf einer Oberfläche,
welche das Volumen begrenzt, bereitzustellen.
-
Es
ist eine weitere Aufgabe einiger Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung für das Abbilden endokardialer elektrischer
Potentiale bereitzustellen.
-
Es
ist darüber
hinaus eine weitere Aufgabe einiger Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung eine Vorrichtung bereitzustellen, welche die Geschwindigkeit
erhöht,
mit welcher eine Abbildung endokardialer elektrischer Potentiale
erzeugt werden kann.
-
Es
ist des weiteren eine weitere Aufgabe einiger Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Vorrichtung für das Abbilden
elektrischer Potentiale im Herzen, während der Kontakt mit dem Endokard
minimiert wird, bereitzustellen.
-
Erfindungsgemäß wird,
wie in Anspruch 1 definiert ist, eine Vorrichtung bereitgestellt,
welche einen Fühler
für das
Abbilden umfaßt,
vorzugsweise einen Katheter, der in eine Kammer des Herzens einzubringen
ist. Er kann darin verwendet werden, um eine Abbildung der elektrischen
Aktivität über einer endokardialen
Oberfläche
der Kammer zu erzeugen. Der Katheter umfaßt einen oder mehr Positionssensoren
in einem distalen Abschnitt des Katheters, zu sammen mit einer Vielzahl
von Elektroden, die über der
Oberfläche
des distalen Abschnitts verteilt sind. Ein geometrisches Modell
der endokardialen Oberfläche
wird ausgebildet, vorzugsweise unter Nutzung der Positionssensierfähigkeit
des Katheters selbst, wie dies zum Beispiel beschrieben ist in der
EP-A-0 974 936.
-
Elektrische
Potentiale innerhalb des Volumens der Kammer werden unter Nutzung
der Elektroden auf der Katheter-Oberfläche gemessen, deren Positionen
auf Grund der Positionssensoren im Katheter genau bekannt sind.
Die gemessenen Potentiale werden mit dem geometrischen Modell kombiniert,
um eine Abbildung elektrischer Potentiale an der endokardialen Oberfläche zu erzeugen.
-
Vorzugsweise
wird die Abbildung erzeugt durch das Modellieren des elektrischen
Feldes in der Herzkammer als eine Superposition von Feldern, die durch
einzelne, über
die endokardiale Oberfläche verteilte
elektrische Dipole erzeugt werden. Auf diese Weise wird ein Satz
von Gleichungen erzeugt, welche das Potential an jedem der Punkte
auf dem Katheter als Summe der Dipolfelder an jenem Punkt ausdrücken. Der
Satz Gleichungen wird invertiert, um die Stärken der Dipole auf der endokardialen Oberfläche zu finden,
aus denen dann die Aktivierungspotentiale bestimmt werden. Es ist
festgestellt worden, daß das
Dipol-Modell genaue Ergebnisse liefert, während die große Berechnungslast
der Finite Elemente Näherungen
und andere Regularisierungstechniken vermieden werden. Alternativ
können
jedoch andere Verfahren der Berechnung verwendet werden, wie zum
Beispiel diejenigen, die in der oben erwähnten PCT Veröffentlichung
WO99/06112 beschrieben werden.
-
Vorzugsweise
sind die Elektroden über
den distalen Abschnitt des Katheters in einer Anordnung verteilt,
vorzugsweise in einer Gitteranordnung, wie beschrieben wird in der
Europäischen
Patentanmeldung Nr. 01301387.5.
-
Des
weiteren umfaßt
der Katheter vorzugsweise zwei Positionssensoren, einen in der Nähe der distalen
Spitze des Katheters, und den anderen in der Nähe des proximalen Endes der
Elektrodenanordnung, wie im U.S. Patent 6,063,022 beschrieben ist,
welches ebenfalls an den Abtretungsempfänger der vorliegenden Patentanmeldung
abgetreten ist.
-
Am
bevorzugtesten umfassen die Positionssensoren Miniaturspulen, die
dazu benutzt werden, die Positions- und Ausrichtungskoordinaten
durch die Übertragung
oder den Empfang von elektromagnetischen Wellen zu bestimmen, wie
zum Beispiel in der oben erwähnten
PCT Veröffentlichung WO96/05768
oder im U.S. Patent 5,391,199 beschrieben ist.
-
Alternativ
können
andere Arten von Positionssensiersystemen, wie sie auf dem Fachgebiet
bekannt sind, genutzt werden.
-
Die
vorliegende Erfindung erzielt damit die kombinierten Vorteile des
berührungslosen
elektrischen Messens und des schnellen Abbildens. Aus diesem Grunde
ist sie besonders gut geeignet für
das Abbilden des linken Ventrikels, das im allgemeinen schnell und
mit einem minimalen Trauma für
das Herz ausgeführt
werden muß.
-
Andererseits
ist die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ebenfalls für das Abbilden
der anderen Herzkammern sowie für
das elektrische Abbilden im Inneren anderer Hohlräume geeignet.
Zum Beispiel ist die vorliegende Erfindung besonders nützlich bei
Fällen
vorübergehender
Ereignisse, wie sie gemeinhin im Vorhof des Herzens auftreten. Ein derartiges
Ereignis ist eine Herzvorhof-Tachykardie, welche ein temporärer, nicht
nachhaltiger paroxysmaler Rhythmus ist. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung
kann verwendet werden, um die Wirksamkeit der angewandten Therapie
bei der Behandlung einer solchen Störung festzustellen. Die Vorrichtung
kam auf ähnliche
Weise verwendet werden für
die schnelle Bestätigung
der Wirksamkeit der Behandlung von Vorhofflattern, zum Beispiel,
um zu verifizieren, daß eine
Abtragungslinie oder eine Verschlußlinie vollständig ist
und keine Lücken
aufweist.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung für das Abbilden elektrischer
Aktivität
eines Herzens bereit, umfassend:
einen Fühler, der ein distales Ende
aufweist, das für die
Einbringung in eine Herzkammer konfiguriert ist, wobei der Fühler in
Proximität
zu dem distalen Ende zumindest eine Positionssensiervorrichtung
und eine Vielzahl von berührungslosen
Elektroden einschließt;
einen
Prozessor, der mit dem Fühler
gekoppelt ist, um die Positionskoordinaten der Elektroden relativ
zu einer endokardialen Oberfläche
der Kammer zu bestimmen unter Verwendung der zumindest einen Positionssensiervorrichtung,
und um elektrische Potentiale an den bestimmten Positionskoordinaten
unter Verwendung der Elektroden zu messen, um so elektri sche Potentiale
an einer Vielzahl von Punkten auf der endokardialen Oberfläche unter
Verwendung der gemessenen Potentiale und Positionskoordinaten zu berechnen;
und
eine Anzeige, die mit dem Prozessor gekoppelt ist, um von
diesem gesteuert zu werden, um eine Abbildung der elektrischen Aktivität über der
endokardialen Oberfläche
basierend auf den berechneten Potentialen anzuzeigen.
-
Vorzugsweise
schließt
die Vielzahl der berührungslosen
Elektroden eine Anordnung von Elektroden ein, welche über einer
Oberfläche
des Fühlers in
Proximität
zum distalen Ende angeordnet ist, um die elektrischen Potentiale
im wesentlichen ohne physischen Kontakt mit der endokardialen Oberfläche zu messen.
-
Zusätzlich oder
alternativ schließt
die zumindest eine Positionssensiervorrichtung eine erste Positionssensiervoreinrichtung
angrenzend an das distale Ende des Fühlers ein und eine zweite Positionssensiervorrichtung
in einer Position proximal zu der ersten Positionssensiervorrichtung
und in Proximität zu
der Anordnung von Elektroden.
-
Die
vorliegende Erfindung wird umfassender verstanden werden aus der
nachfolgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
derselben zusammen mit den Zeichnungen:
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine schematische, bildhafte Veranschaulichung eines Systems für das Abbilden elektrischer
Aktivität
im Herzen, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
2 ist
eine schematische, bildhafte Veranschaulichung eines distalen Abschnitts
eines Katheters, welcher im System von 1 verwendet wird,
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
3 ist
eine schematische Schnittansicht eines Herzens, in welches der Katheter
von 2 eingebracht worden ist, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
4 ist
eine schematische, bildhafte Veranschaulichung, welche ein Detail
des Katheters und eine endokardiale Oberfläche im Herzen von 3 zeigt,
die nützlich
ist für
das Verstehen eines Verfahrens für
das Abbilden der elektrischen Aktivität im Herzen, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
-
5 ist
ein Flußdiagramm,
welches schematisch ein Verfahren für das Abbilden elektrischer Aktivität im Herzen
darstellt, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
6 ist
eine schematische, bildhafte Veranschaulichung eines distalen Abschnitts
eines Katheters, welcher im System von 1 verwendet wird,
gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
-
7 ist
eine schematische, bildhafte Veranschaulichung eines Katheters,
welcher im System von 1 verwendet wird, gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
1 ist
eine schematische, bildhafte Veranschaulichung eines Abbildungssystems 20 für das Abbilden
elektrischer Aktivität
in einem Herzen 24 einer Person 26, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das System 20 umfaßt einen
länglichen
Fühler,
vorzugsweise einen Katheter 30, welcher durch einen Anwender 22 über eine
Vene oder Arterie der Person in eine Kammer des Herzens eingebracht
wird.
-
2 und 7 sind
schematische, bildhafte Veranschaulichungen, welche einen distalen
Abschnitt des Katheters 30 zeigen, der in das Herz 24 eingebracht
wird. Der Katheter 30 weist eine Anordnung von berührungslosen
Elektroden 46 auf seiner äußeren Oberfläche auf,
am besten in einer Gitteranordnung, wie sie in den Abbildungen gezeigt
wird. Alternativ können
die Elektroden Ring-Elektroden umfassen oder im wesentlichen jeden
anderen geeigneten Typ von Oberflächen-Elektroden, wie in 6 gezeigt
wird. Darüber
hinaus hat der Katheter optional eine oder mehr Kontaktelektroden 48,
typischerweise am distalen Ende 44 des Katheters oder in
seiner Nähe,
wie in 2 gezeigt wird.
-
Der
Katheter 30 umfaßt
ebenfalls Positionssensoren 40 und 42, vorzugsweise
einen von ihnen in der Nähe
der distalen Spitze 44 und den anderen in der Nähe eines
proximalen Endes der Anordnung von Elektroden. Die Sensoren umfassen
vorzugsweise elektromagnetische Sensoren, die innerhalb des Katheters
mit Hilfe eines geeigneten Verfahrens angebracht werden, zum Beispiel
unter Verwendung von Polyurethanklebstoff oder dergleichen.
-
Die
Sensoren sind elektrisch gekoppelt an ein elektromagnetisches Sensorkabel
(nicht gezeigt), welches sich durch den Katheterkörper hindurch
und in einen Steuergriff des Katheters hinein erstreckt. Das elektromagnetische
Sensorkabel umfaßt
mehrfache Drähte,
die in einer mit Kunststoff bedeckten Hülle eingeschlossen sind. Innerhalb
des Katheterkörpers
kann das Sensorkabel innerhalb einer Schutzhülle zusammen mit Ableitungsdrähten der Elektroden 46 und 48 umhüllt werden,
falls dies gewünscht
wird. Im Steuergriff sind die Drähte
des Sensorkabels mit einer Leiterplatte (nicht gezeigt) verbunden,
welche die vom elektromagnetischen Sensor empfangenen Signale verstärkt und
diese an einen Computer übermittelt,
der in einem Steuerpult 34 (1) untergebracht
ist, in einer Form, die für
den Computer verständlich
ist. Da der Katheter auch nur für
den Einmalgebrauch ausgelegt ist, enthält die Leiterplatte ebenfalls
einen EPROM-Chip, welcher die Leiterplatte abschaltet, nachdem der
Katheter benutzt worden ist. Dies verhindert, daß der Katheter oder zumindest
der elektromagnetische Sensor zweimal benutzt wird.
-
Ein
geeigneter elektromagnetischer Sensor wird zum Beispiel beschrieben
im U.S. Patent Nr. 4,391,199. Ein bevorzugter elektromagnetischer Sensor
für das
Abbilden wird hergestellt von Biosense Webster (Israel) Ltd., (Tirat
Hacarmel, Israel) und wird vermarktet unter dem Handelsnamen NOGATM.
-
Beim
Verwenden des elektromagnetischen Sensors wird der Patient in einem
Magnetfeld plaziert, das zum Beispiel dadurch erzeugt wird, daß man unter
dem Patienten ein Kissen plaziert, welches Feldgeneratorspulen 28 für die Erzeugung
eines Magnetfeldes enthält.
Ein elektromagnetischer Referenzsensor (nicht gezeigt) wird vorzugsweise
relativ zum Patienten befestigt, zum Beispiel wird er auf dem Rücken des
Patienten angeklebt, und der Katheter 30, welcher die Sensoren 40 und 42 enthält, wird
in das Herz des Patienten vorgeschoben. Jeder Sensor umfaßt vorzugsweise
drei kleine Spulen, die im Magnetfeld schwache elektrische Signale
erzeugen, welche ihre Position im Magnetfeld angeben. Die sowohl
vom befestigten Referenzsensor als auch von den Sensoren 40 und 42 im
Herzen erzeugten Signale werden verstärkt und an das Steuerpult 34 übermittelt,
welches die Signale analysiert und danach die Signale auf einem
Monitor 36 anzeigt. Mit Hilfe dieses Verfahrens kann der
genaue Ort der Sensoren im Katheter relativ zum Bezugssensor festgestellt
und visuell angezeigt werden. Die Sensoren können ebenfalls eine Verschiebung
jenes Katheters feststellen, die durch die Kontraktion des Herzmuskels
verursacht wird.
-
Einige
der Merkmale des Katheters 30 und des Systems 20 sind
implementiert in dem NOGA-STARTM Katheter,
der von Biosense Webster, Inc. vermarktet wird und im oben erwähnten Biosense-NOGA
System, welches ebenfalls von Biosense Webster, Inc. vermarktet
wird.
-
Weitere
Ausführungsformen
der Gestaltung des Katheters 30 und des Systems 20 im
allgemeinen werden beschrieben in der oben erwähnten Europäischen Patentanmeldung Nr.
01301387.5. Die detaillierte Gestaltung des Katheters 30 und
die elektrischen Funktionen des Abbildens, die unter Nutzung des
Katheters und des Systems 20 ausgeführt werden, sind jedoch, wie
hier nachstehend beschrieben wird, einmalig für die vorliegende Erfindung.
-
Jeder
der Sensoren 40 und 42 umfaßt vorzugsweise drei nicht
konzentrische Spulen, wie zum Beispiel diejenigen, die in der oben
erwähnten
PCT Patentveröffentlichung
WO96/05768 beschrieben werden. Die Spulen erfassen Magnetfelder,
die durch Feldgeneratorspulen 28 erzeugt werden, welche durch
die Ansteuerschaltkreise 32 (1) gesteuert werden.
Alternativ können
die Sensoren Felder erzeugen, die durch die Spulen 28 festgestellt
werden. Das System 20 erzielt somit eine kontinuierliche
Erzeugung von sechs Dimensionen von Positions- und Ausrichtungsinformationen in Bezug
auf jeden der Sensoren 40 und 42. Alternativ können einer
der Sensoren oder beide Sensoren eine einzige Spule umfassen, welche
ausreicht, in Verbindung mit Feldgeneratorspulen 28, um
drei Dimensionen von Positionsinformationen und zwei Dimensionen
von Ausrichtungsinformationen zu erzeugen. Die dritte Ausrichtungsdimension
(typischerweise die Drehung des Katheters 30 um seine Längsachse)
kann, falls erforderlich, abgeleitet werden aus einem Vergleich
der Koordinaten der zwei Sensoren und von mechanischen Informationen.
Alternativ können
die Sensoren weiterhin andere Arten von Positions- und/oder Koordinatensensoren
umfassen, wie sie zum Beispiel beschrieben werden im oben erwähnten U.S.
Patent 5,391,199, im U.S. Patent 5,443,489 oder in der PCT Veröf fentlichung
WO94/04938, oder im wesentlichen jede andere geeignete Art von Positions-/Koordinaten-Sensiervorrichtungen,
die auf dem Fachgebiet bekannt sind. Weiterhin ist der Katheter 30 alternativ oder
zusätzlich
markiert mit einem oder mehr Markierungszeichen, deren Positionen
von außerhalb
des Körpers
festgestellt werden können,
wie zum Beispiel strahlenundurchlässige Markierungszeichen für den Einsatz
mit einem Fluoroskop.
-
Wie
oben angemerkt, ist der Katheter 30 mit dem Steuerpult 34 verbunden,
was es dem Nutzer möglich
macht, die Funktionen des Katheters zu beobachten und zu regulieren.
Das Steuerpult 34 schließt einen Prozessor ein, vorzugsweise
einen Computer mit entsprechenden Signalverarbeitungskreisen (die
typischerweise in einem Gehäuse
des Computers untergebracht sind). Der Prozessor ist gekoppelt,
um die Anzeige 36 zu steuern. Typischerweise empfangen
die Signalverarbeitungskreise Signale vom Katheter 30,
verstärken
diese, filtern diese und digitalisieren sie, einschließlich von
Signalen, die durch die Positionssensoren 40 und 42 und
durch die Elektroden 46 erzeugt werden. Die digitalisierten
Signale werden vom Steuerpult empfangen und genutzt, um die Position
und die Ausrichtung des Katheters zu berechnen und um die elektrischen
Signale von den Elektroden zu analysieren. Die aus dieser Analyse
abgeleiteten Informationen werden genutzt, um eine Abbildung 38 elektrischer
Aktivität
des Herzens zu generieren.
-
Typischerweise
schließt
das System 20 andere Elemente ein, die aus Gründen der
Einfachheit in den Abbildungen nicht gezeigt werden. Einige dieser
Elemente werden in der oben erwähnten
EP-A-0 974,936 beschrieben.
-
Das
System 20 kann zum Beispiel einen EKG-Monitor einschließen, der
angeschlossen ist, um Signale von einer oder mehr Elektroden an
der Körperoberfläche zu empfangen,
um an das Steuerpult 34 ein EKG-Synchronisationssignal
zu übermitteln.
Wie oben erwähnt,
schließt
das System typischerweise ebenfalls einen Positions-Bezugssensor ein,
entweder auf einem von außen
angebrachten Bezugs-Patch, das außen am Körper des Patienten befestigt
ist, oder auf einem innen plazierten Katheter, der in das Herz 24 eingebracht
wird und in einer festen Position relativ zum Herzen gehalten wird. Durch
den Vergleich der Position des Katheters 30 mit der des
Bezugskatheters werden die Koordinaten des Katheters 30 relativ
zum Herzen exakt bestimmt, unabhängig
von der Bewegung des Herzens. Alternativ kann jedes andere geeignete
Verfahren genutzt werden, um die Bewegung des Herzens auszugleichen.
-
3 ist
ein schematisches Schnittbild des Herzens 24, welches den
distalen Abschnitt des Katheters 30 zeigt, eingebracht über die
Aorta in die linke Herzkammer 50 des Herzens, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Elektroden 46 empfangen elektrische
Signale vom Endokard 52, reagierend auf das im Volumen
des Ventrikels erzeugte elektrische Feld, wenn Aktivierungspotentiale
durch die Herzwand hindurchgehen.
-
Die
Spitzenelektrode 48 (2) sowie
eine oder mehr Elektroden 46 können tatsächlich in Kontakt (entweder
teilweiser oder voller Kontakt) mit dem Endokard 52 kommen,
abhängig
von der einmaligen Anatomie der abgebildeten Herzkammer und der Konfiguration
des distalen Endes des Katheters 30.
-
Bei
der Ausführungsform
von 2 ist es jedoch möglich, die Spitzenelektrode 48 an
der Spitze 44 des Katheters 30 in Kontakt mit
dem Endokard zu bringen, um die "Fernfeld" elektrischen Messungen, die
von den Elektroden 46 vorgenommen werden, mit "Nahfeld"-Messungen an einem oder mehr speziellen
Punkten auf dem Endokard zu ergänzen.
Der Einsatz der Spitzenelektrode 48 auf diese Weise macht es
ebenfalls möglich,
den Kontakt der distalen Spitze 44 mit dem Endokard zu
bestätigen
und eine bekannte Position oder einen bekannten Punkt in der Herzkammer
festzulegen. Weiterhin macht es die Positionssensierfähigkeit
des Katheters 30 ebenfalls möglich, daß er genutzt wird, um eine
geometrische Abbildung der Herzkammer 50 zu erzeugen, wie
nachstehend beschrieben wird.
-
4 ist
eine schematische, bildhafte Veranschaulichung, welche ein Detail
des Katheters 30 zeigt, zusammen mit einem Abschnitt des
Endokards 52. Das Detail wird hier gezeigt als Hilfe bei
der Beschreibung eines Verfahrens für das Abbilden elektrischer
Aktivität
im Endokard, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Aktivierungspotentiale, die sich durch
das Endokard bewegen, wie durch einen Pfeil 60 angegeben
wird, erzeugen ein elektrisches Feld E in der Herzkammer 50.
Das Feld bewirkt; daß ein
Potentialunterschied Vij zwischen jedem
Paar (i, j) benachbarter Elektroden 46 auf der Katheteroberfläche existiert.
Zum Zwecke der vorliegenden Analyse wird die Oberfläche des Endokards 52 in
polygone Felder 62 von willkürlicher Größe ∂S unterteilt, wobei jedes ein
entsprechendes Element des elektrischen Feldes Ēk generiert.
Für jedes
Paar Elektroden 46, die jeweilige Positionskoordinaten
Xi und Xj haben,
die durch einen Vektorabstand ΔX getrennt werden, ist der
Potentialunterschied Vij gegeben durch die
Summierung aller Felder 62:
-
-
Jedes
der Felder
62 kann angesehen werden als ein Dipol
p k welcher
der Verschiebung von Ladung im Endokard
52 entspricht,
wenn die Aktivierungswelle sich voranbewegt. Insbesondere ist die Spitzenamplitude
des Dipols proportional zur Spitzenamplitude des Aktivierungspotentials
im Endokard. Das elektrische Feld Ē
k(X
i) auf Grund des Dipols ist gegeben durch:
[nach Jackson, Classical
Electrodynamics (Zweite Auflage, John Wiley & Sons, 1975) Seite 138]. Wie in
4 veranschaulicht
wird, ist X
ik der Abstand vom Feld k zur
Elektrode i in der aktuellen Position auf dem Katheter
30,
und
n i ist
der Einheitsvektor, der von der Elektrode auf das Feld zeigt.
-
5 ist
ein Flußschema,
welches schematisch ein Verfahren für das Abbilden elektrischer
Aktivität
im Herzen 24 unter Nutzung der oben beschriebenen Grundgedanken
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Bei einem geometrischen
Modellierungsschritt 70 wird ein geometrisches Modell oder
eine Abbildung des Ventrikels 50 erhalten. Vorzugsweise wird
die Spitze 44 des Katheters 30 in Kontakt mit
einer Vielzahl von Orten auf dem Endokard 52 des Ventrikels 50 gebracht.
An jedem Kontaktort wird der Sensor 40 genutzt, um die
entsprechenden Positionskoordinaten aufzuzeichnen. Optional wird
die elektrische Oberflächenaktivität an jedem
dieser Punkte gemessen sowie für
einen späteren
Bezug. Die an der Vielzahl von Orten erfaßten Koordinaten werden genutzt,
um eine geometrische Abbildung des Herzens 24 zu erzeugen,
wie dies in der oben erwähnten
EP-A-0 974 936 beschrieben wird.
-
Alternativ
kann ein Bild des Herzens, wie zum Beispiel ein Ultraschallbild,
oder ein anderes Verfahren des Abbildens genutzt werden, um die
geometrische Abbildung zu erhalten, ohne unbedingt den Katheter 30 zu
verwenden.
-
Die
Oberfläche
des Endokards 52 wird in Felder 62 bei einem Feldeinteilungsschritt 72 eingeteilt.
Bei einem Meßschritt 74 werden
die Potentialunterschiede zwischen allen Paaren benachbarter Elektroden 46 auf
dem Katheter 30 bestimmt. Zur gleichen Zeit werden unter
Einsatz der Sensoren 40 und 42 die Positionen
aller Elektroden bestimmt. Die Positions- und die Potentialmessungen
werden vorzugsweise alle zum gleichen, bekannten Zeitpunkt vorge nommen,
am besten zu einem gegebenen, festgelegten Zeitpunkt relativ zum
Herzzyklus des Herzens 24. Weiterhin werden vorzugsweise
die Positions- und Potentialmessungen mehrmals wiederholt, an verschiedenen
Orten in der Herzkammer 50. Optional werden Messungen zu
jedem von mehreren unterschiedlichen Zeitpunkten im Herzzyklus vorgenommen,
damit die elektrische Aktivität
im Endokard in verschiedenen Phasen des Zyklus abgebildet werden
kann. In diesem Fall ist das bei Schritt 70 erhaltene geometrische
Modell vorzugsweise ein dynamisches Modell, welches hinsichtlich
der Bewegung des Endokards 52 während des Herzzyklus angepaßt wird.
-
Die
Positionsmessungen werden in einer direkten geometrischen Weise
genutzt, um die Werte von Xi, Xj, ΔX, Xjk und n i in
den Gleichungen (1) und (2) für
alle Elektroden 46 und Felder 62 in einem Superpositionsschritt 76 zu,
bestimmen. Als Ergebnis wird das Feld (oder das Potential) an jeder
Elektrodenmeßposition
ausgedrückt
als eine Funktion der unbekannten Dipolfeldstärken p k. Anders ausgedrückt, ergeben
die bei Schritt 74 vorgenommenen Messungen die Werte aller
Variablen in den Gleichungen (1) und (2), mit Ausnahme der individuellen Dipolfeldstärken p k.
Alternativ kann jedes der Felder 62 modelliert werden als
eine äquipotentiale
Oberfläche,
mit entsprechenden Änderungen
bei der Gleichung (2).
-
Um
die Dipolfeldstärken
zu berechnen, werden die bei Schritt 76 gefundenen Gleichungen
umgekehrt, bei einem Dipolbestimmungsschritt 78. Solange
die Anzahl der Felder nicht größer als
die Anzahl von Meßpunkten
ist, werden die Dipolfeldstärken
aller Felder in vollem Umfang bestimmt. Vorzugsweise werden jedoch
Positions- und Potentialmessungen bei einer Anzahl von Punkten vorgenommen, die
im wesentlichen größer ist
als die Anzahl der Felder. Ein Verfahren für die Bildung des statistischen Mittelwertes,
wie es auf dem Fachgebiet bekannt ist, wird auf die Meßergebnisse
angewandt, um Ausreißer
zu entfernen und Irrtümer
zu vermindern. Somit sind die bestimmten Dipolfeldstärken um
so genauer, je größer die
Anzahl von Meßpunkten
ist. Die bestimmten Dipolfeldstärken
(oder alternativ, die Potentiale) werden bei einem Schritt des Abbildens 80 genutzt,
um die Abbildung 38 zu erstellen, welche die Aktivierungspotentiale über das
gesamte Endokard 52 der Herzkammer 50 hinweg zeigt.
Die Abbildung kann die Potentiale in im wesentlichen jeder Form darstellen,
die auf dem Fachgebiet bekannt ist, wie zum Beispiel als eine dreidimensionale
graphische Darstellung von äquipotentialen
Linien, isochronen Linien oder Spitzenpotentialen oder als eine
zweidimensionale Darstellung der Herzwand, welche diese oder andere
Aspekte der elektrischen Aktivität
zei gen. Variationen dieser Verfahren des Abbildens und des Sichtbarmachens
von Daten werden für
die Fachleute offensichtlich sein.
-
6 ist
eine schematische, bildhafte Veranschaulichung, welche einen distalen
Abschnitt eines Katheters 130 gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausführungsfom
der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Katheter 130 ist
im wesentlichen in seiner Gestaltung und Verwendung dem Katheter 30 ähnlich,
der oben im Detail beschrieben worden ist, außer daß der Katheter 130 anstelle
von Punktelektroden 46 eine Anordnung von Ringelektroden 132 aufweist.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist
der Katheter zweiunddreißig
Ringelektroden auf, die zirka 0,5 mm voneinander beabstandet sind.
-
Obwohl
die oben beschriebene bevorzugte Ausführungsform das Abbilden des
linken Ventrikels 50 betrifft, ist die Ausweitung der Verfahren
der vorliegenden Erfindung auf die anderen Kammern des Herzens geradlinig.
Die Fachleute werden ebenfalls erkennen, daß die Grundgedanken der vorliegenden Erfindung
ebenfalls auf das Abbilden anderer Organe und anderer Hohlräume Anwendung
finden können. Es
versteht sich somit, daß die
oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen als Beispiele
angeführt
werden, und daß die
vorliegende Erfindung nicht auf das beschränkt ist, was hierin oben im
besonderen gezeigt und beschrieben worden ist. Vielmehr schließt der Schutzumfang
der vorliegenden Erfindung sowohl Kombinationen als auch Unterkombinationen
der verschiedenen hierin oben beschriebenen Merkmale ein.
