DE60030915T2

DE60030915T2 - Vektorabbildung für eine dreidimensionale Rekonstruktion von inneren Organen

Info

Publication number: DE60030915T2
Application number: DE60030915T
Authority: DE
Inventors: Daniel Reisfeld
Original assignee: Biosense Webster Inc
Current assignee: Biosense Webster Inc
Priority date: 1999-07-22
Filing date: 2000-07-21
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2020-07-22
Also published as: CA2314278C; EP1070480A2; ES2273647T3; AU4876000A; JP4597329B2; KR20010066943A; IL137322A; ATE340532T1; CA2314278A1; KR100686477B1; AU763580B2; CY1106268T1; DE60030915D1; PT1070480E; EP1070480B1; IL137322A0; EP1070480A3; US6301496B1; JP2001061789A; DK1070480T3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG UND ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zum Kartieren (Mapping) und im Speziellen für das Kartieren (Mapping) von Organen in einem Körper.
Kardiales Kartieren (Mapping) wird verwendet, um falsche elektrische Signalübertragungswege und Ströme im Herzen sowie mechanische und andere Aspekte der Herzaktivität zu lokalisieren. Für das Kartieren (Mapping) des Herzens sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen beschrieben worden. Solche Verfahren und Vorrichtungen sind beispielsweise beschrieben in US-Patent 5,471,982, 5,391,199 und 5,718,241 und in den PCT-Patentveröffentlichungen WO94/06349, WO96/05768 und WO97/24981. US-Patent 5,391,199 beschreibt beispielsweise einen Katheter, der sowohl Elektroden zum Abtasten der elektrischen Aktivität des Herzens als auch Miniaturspulen zum Bestimmen der Position des Katheters relativ zu einem extern angelegten Magnetfeld umfasst. Mithilfe dieses Katheters kann ein Kardiologe einen Satz von abgetasteten Punkten innerhalb eines kurzen Zeitraums zusammenstellen, indem die elektrische Aktivität an mehreren Stellen bestimmt wird und die räumlichen Koordinaten der Stellen bestimmt werden.
Damit der Chirurg die bestimmten Daten auswerten kann, wird eine Karte, vorzugsweise eine dreidimensionale (3D) Karte, einschließlich der abgetasteten Punkte, erstellt. Das US-Patent 5,391,199 schlägt das Überlagern eines Bildes des Herzens mit der Karte vor. Die Positionen der Stellen werden in Bezug auf einen Referenzrahmen des Bildes bestimmt. Es ist jedoch nicht immer wünschenswert, ein Bild zu erfassen, noch ist es im Allgemeinen möglich, ein Bild zu erfassen, in dem die Positionen der Stellen mit ausreichender Genauigkeit zu finden sind.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zum Rekonstruieren einer 3D-Karte einer Kavität oder eines Volumens unter Verwendung der bekannten Positionskoordinaten mehrerer Stellen auf der Oberfläche der Kavität oder des Volumens bekannt. Manche Verfahren umfassen eine Triangulation, bei der die Karte aus mehreren Dreiecken gebildet wird, welche die abgetasteten Punkte verbinden. In manchen Fällen wird eine konvexe Hülle oder eine Alpha-Hülle der Punkte konstruiert, um das Netz zu bilden, und anschließend wird das konstruierte Netz geschrumpft, um auf die abgetasteten Punkte innerhalb der Hülle zu passen. Triangulationsverfahren liefern keine glatte Fläche und erfordern daher zusätzliche Glättungsstufen.
Ein anderes Verfahren, das vorgeschlagen worden ist, ist das Bilden eines Hüll-Ellipsoids, das die abgetasteten Punkte umschließt. Die abgetasteten Punkte werden auf das Ellipsoid projiziert und die projizierten Punkte werden durch ein Triangulationsverfahren verbunden. Die Dreiecke werden anschließend mit den abgetasteten Punkten zurück an ihre ursprünglichen Positionen bewegt, wodurch eine grobe stückweise lineare Annäherung der abgetasteten Fläche gebildet wird. Dieses Verfahren kann aber nur Flächen rekonstruieren, die sternfömig sind, d. h. eine gerade Linie, welche einen Mittelpunkt des rekonstruierten Netzes mit einem beliebigen Punkt auf der Fläche verbindet, schneidet die Fläche nicht. In den meisten Fällen sind Herzkammern nicht sternförmig.
Darüber hinaus haben aus dem Stand der Technik bekannte Rekonstruktionsverfahren eine relativ große Zahl an abgetasteten Stellen, um eine geeignete rekonstruierte Karte zu erzielen. Diese Verfahren wurden entwickelt, um beispielsweise mit CT- und MRT-Bildgebungssystemen zu arbeiten, die eine große Anzahl an Punkten liefern, und arbeiten deshalb im Allgemeinen nur bei großen Punktmengen korrekt. Das Bestimmen der Daten an den Positionen mithilfe eines invasiven Katheters ist dagegen ein zeitaufwendiger Vorgang, der so kurz wie möglich gehalten werden sollte, vor allem wenn es um ein menschliches Herz geht. Rekonstruktionsverfahren, die eine große Anzahl an festgestellten Positionen erfordern, sind daher ungeeignet.
Ein wichtiges Beispiel einer kardialen Kartierung (Mapping) ist die Bestimmung der Geschwindigkeit und Richtung einer Ausbreitung elektrischer Signale durch das Herzgewebe. Anomale Ausbreitungsgeschwindigkeit bzw. ein wirbelartiger Signalfluss können für lokal erkranktes Herzgewebe diagnostisch sein, das beispielsweise durch Ablation behandelt werden sollte. Die Geschwindigkeit der Ausbreitung von Herzsignalen wird typischerweise gemessen, indem die Wellenfronten an mehreren Elektroden in Kontakt mit der Innenfläche einer Herzkammer abgetastet werden. Ein repräsentatives Beispiel aus dem Stand der Technik in diesem Gebiet ist Kadish et al., „Vector Mapping of Myocardial Activation", Circulation. Band 74, Nr. 3, Seite 603–615 (September 1986), worin Vektoren auf der Basis von Alctivierungskarten senkrecht zur isochromen Tangente gezogen werden. Kadish et al. beschreiben die Messung der zeitlichen Abstimmung lokaler Depolarisierungsereignisse unter Verwen dung einer Elektrodenanordnung, um die Ausbreitungsgeschwindigkeiten zu erhalten. Diese Technik zum Erhalten von Ausbreitungsgeschwindigkeiten ist auch beschrieben in Gerstenfeld et al., „Evidence for Transient Linking of Atrial Excitation During Atrial Fibrillation in Humans", Circulation, Band 86, Nr. 2, Seite 375–382 (August 1992) und Gerstenfeld et al., „Detection of Changes in Atrial Endocardial Activation with Use of an Orthogonal Catheter", J. Am. Coll. Cardiol. 1991; 18: 1034–42 sowie in US-Patent 5,487,391 (Panescu).
ABRISS DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist in Anspruch 1 und in den Unteransprüchen 2–16 definiert. Im Folgenden beschreibt jeder Verweis auf ein Verfahren einen Gegenstand, der keinen Teil der beanspruchten Erfindung bildet.
Hierin ist ein verbessertes Verfahren zum Kartieren eines 3D-Volumens oder einer 3D-Kavität basierend auf den Positionen von Punkten auf einer Oberfläche des Volumens oder der Kavität beschrieben.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Karte eines Volumens im menschlichen Körper aus mehreren abgetasteten Punkten unabhängig von der Form des Volumens bereit zu stellen.
Es ist ferner ein einfaches schnelles Verfahren zum Rekonstruieren einer 3D-Karte eines Volumens im menschlichen Körper aus mehreren abgetasteten Punkten beschrieben, wobei vorzugsweise weniger abgetastete Punkte verwendet werden als bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren möglich ist.
Beschrieben ist auch ein Verfahren zum Rekonstruieren einer 3D-Karte eines Volumens im menschlichen Körper aus mehreren abgetasteten Punkten, ohne eine topologische Beziehung zwischen den Punkten anzunehmen.
Beschrieben ist ferner ein einfaches Verfahren zum Rekonstruieren einer 3D-Karte eines Volumens in Bewegung.
Beschrieben ist ferner ein einfaches Verfahren zum Rekonstruieren einer 3D-Karte eines Volumens im menschlichen Körper aus mehreren abgetasteten Punkten unabhängig von der Abtastreihenfolge.
Beschrieben ist ferner ein schnelles Verfahren zum Rekonstruieren einer 3D-Karte eines Volumens im menschlichen Körper aus mehreren abgetasteten Punkten, sodaß das Verfahren bei interaktiven Prozeduren verwendet werden kann.
Es ist ferner ein Verfahren zum Rekonstruieren einer glatten 3D-Karte eines Volumens im menschlichen Körper aus mehreren abgetasteten Punkten beschrieben.
In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung rekonstruiert ein Prozessor eine 3D-Karte eines Volumens oder einer Kavität im Körper eines Patienten (hiernach als Volumen bezeichnet) aus mehreren abgetasteten Punkten auf dem Volumen, deren Positionskoordinaten ermittelt worden sind. Im Gegensatz zu Rekonstruktionsverfahren aus dem Stand der Technik, bei denen eine große Anzahl von abgetasteten Punkten verwendet wird, richten sich die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf die Rekonstruktion einer Oberfläche ausgehend von einer begrenzten Anzahl von abgetasteten Punkten. Die Anzahl an abgetasteten Punkten umfaßt im Allgemeinen weniger als 200 Punkte und kann sogar weniger als 50 Punkte umfassen. Vorzugsweise sind zehn bis zwanzig abgetastete Punkte ausreichend, um eine vorläufige Rekonstruktion der Oberfläche mit zufriedenstellender Qualität durchzuführen.
Eine initiale, im Allgemeinen beliebige, geschlossene gekrümmte 3D-Oberfläche (auch hierin zum Zweck der Abkürzung als Kurve bezeichnet) ist in einem Rekonstruktionsraum in dem Volumen der abgetasteten Punkte definiert. Die geschlossene Kurve ist ungefähr an eine Form angepasst, welche einer Rekonstruktion der abgetasteten Punkte gleicht. Danach wird vorzugsweise iterativ ein- oder mehrmals eine Stufe einer flexiblen Angleichung durchgeführt, damit die geschlossene Kurve der Form des tatsächlichen rekonstruierten Volumens genau gleicht. Vorzugsweise wird die 3D-Oberfläche auf einer Videoanzeige oder einen anderen Bildschirm wiedergegeben, damit sie von einem Arzt oder einem anderen Anwender der Karte betrachtet werden kann.
In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst die initiale geschlossene gekrümmte Oberfläche im wesentlichen alle abgetasteten Punkte oder befindet sich im Inneren von im wesentlichen allen abgetasteten Punkten. Es ist jedoch jede Kurve in der Nähe der abgetasteten Punkte geeignet. Vorzugsweise umfasst die geschossene gekrümmte 3D-Oberfläche ein Ellipsoid oder eine andere einfache geschlossene Kurve. Alternativ kann eine nicht-geschlossene Kurve verwendet werden, beispielsweise wenn es gewünscht ist, eine einzige Wand anstelle des gesamten Volumens zu rekonstruieren.
Auf der Kurve ist ein Netz mit einer gewünschten Dichte definiert, und es wird eine Kurvenanpassung durchgeführt, indem die Netzpunkte angepasst werden. Das Netz teilt vorzugsweise die gekrümmte Oberfläche derart in Vierecke oder beliebige andere Polygone ein, daß das Netz gleichmäßig Punkte auf der Kurve definiert. Vorzugsweise ist eine Netzdichte ausreichend, bei der es in jeder beliebigen Nachbarschaft im Allgemeinen mehr Netzpunkte als abgetastete Punkte gibt. Des Weiteren ist bevorzugt, daß die Netzdichte in Übereinstimmung mit einem gewünschten Kompromiss zwischen Rekonstruktionsgenauigkeit und -geschwindigkeit einstellbar ist.
In manchen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird externe Information verwendet, um eine geschlossene Anfgangskurve zu wählen, die mit dem rekonstruierten Volumen stärker in Beziehung steht, wie beispielsweise indem, wie oben beschrieben, das Bild des Volumens verwendet wird. Der Rekonstruktionsprozeß kann daher eine genauere Rekonstruktion in kürzerer Zeit produzieren. Alternativ oder zusätzlich ist in einem Speicher eine Datenbank geschlossener Kurven gespeichert, die für verschiedene Volumen des Körpers geeignet sind, und die zu verwendende Kurve wird nach dem spezifischen Verfahren ausgewählt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Karte eines rekonstruierten Volumens in einem Patienten als Ausgangskurve für anschließende Kartierungsverfahren verwendet, die zu einem späteren Zeitpunkt mit demselben Volumen durchgeführt werden.
Vorzugsweise wird die Grobangleichung der geschlossenen Kurve in einer einzigen Wiederholung und am meisten bevorzugt durchgeführt, indem für jeden Netzpunkt ein Angleichungspunkt berechnet wird und der Netzpunkt um einen Bruchteil des Abstands zum Angleichungspunkt verschoben wird. Vorzugsweise wird der Netzpunkt etwa um 50–80% des Abstands zwischen seinem Ursprungspunkt und dem Angleichungspunkt verschoben und bevorzugter um etwa 75%.
Der Angleichungspunkt wird vorzugsweise bestimmt, indem eine gewichtete Summe über im wesentlichen alle abgetasteten Punkte ermittelt wird. Vorzugsweise stehen die Gewichtungen im umgekehrten Verhältnis zu den Abständen von dem angepassten Netzpunkt zu den abgetasteten Punkten, die hierin als Netzabstände bezeichnet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Gewichtung definiert als der Kehrwert der Summe einer kleinen Konstante zuzüglich des Netzabstandes, potenziert mit einem vorbestimmten Wert, sodaß abgetastete Punkte in der Nähe des Netzpunktes eine größere Gewichtung erhalten. Vorzugsweise handelt es sich um eine Potenz von etwa zwischen 4 und 9 und am meisten bevorzugt um eine Potenz von 8. Die kleine Konstante ist vorzugsweise kleiner als die Größe des kleinsten Netzabstandes und entspricht vorzugsweise der Größe der Genauigkeit der Bestimmung der Koordinaten der abgetasteten Punkte. Die kleine Konstante wird verwendet, um eine Division durch Null zu vermeiden, wenn ein Netzpunkt auf einem abgetasteten Punkt liegt.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen die Gewichtungen auch einen Faktor, der die Dichte von Punkten in der Nachbarschaft ihrer entsprechenden Punkte anzeigt. Vorzugsweise wird die Gewichtung mit einem Dichtewert zwischen Null und Eins multipliziert, der für die Dichte kennzeichnend ist, so daß isolierte abgetastete Punkte die Summe mehr beeinflussen als abgetastete Punkte in einem dichten Bereich. Vorzugsweise ist der Einfluss der Punkte im wesentlichen unabhängig von der Dichte der Punkte in ihrer Nachbarschaft.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine flexible Anpassung durchgeführt, indem jeder abgetastete Punkt derart mit einem entsprechenden Netzpunkt assoziiert wird, daß jeder abgetastete Punkt mit dem Netzpunkt assoziiert ist, der ihm am nächsten liegt. Für jeden der assoziierten und nicht-assoziierten Netzpunkte wird ein Verschiebungsvektor berechnet. Vorzugsweise werden die Verschiebungsvektoren ausgehend von Vektoren von den assoziierten Netzpunkten zu ihren jeweiligen abgetasteten Punkten errechnet. Des Weiteren beeinflussen die abgetasteten Punkte vorzugsweise den Wert des Verschiebungsvektors für einen spezifischen Punkt je nach ihrer Nähe zu dem spezifischen Punkt. Darüber hinaus ist die Funktion, nach der die Verschiebungsvektoren errechnet werden, vorzugsweise glatt und umfasst keine komplizierten Berechnungen. Vorzugsweise handelt es sich bei der Funktion um eine gewichtete Summe der Vektoren von den assozuerten Netzpunkten zu ihren jeweiligen abgetasteten Punkten. Die Netzpunkte werden dann gemäß ihren jeweiligen Verschiebungsvektoren verschoben.
Darüber hinaus oder alternativ werden die assoziierten Netzpunkte um einen Prozentanteil des zwischen ihnen liegenden Abstandes in Richtung ihrer entsprechenden abgetasteten Punkte verschoben. Solche Netzpunkte, die nicht mit einem abgetasteten Punkt assoziiert sind, werden um einen Abstand verschoben, der durch Interpolation zwischen den Abständen bestimmt wird, um welche umliegende Punkte auf dem Netz verschoben werden. Vorzugsweise wird das resultierende Netz mit einer geeigneten Glättungstransformation geglättet. Vorzugsweise wird der Prozess des Assoziierens und Verschiebens zwei oder mehrere Male wiederholt, um eine feinere Angleichung der geschlossenen Kurve zu ermöglichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Anwender die Anzahl mit der die flexible Anpassung wiederholt wird, gemäß einem gewünschten Kompromiss zwischen Bildqualität und Geschwindigkeit einstellen. Alternativ oder zusätzlich wird dem Anwender zunächst eine schnelle Rekonstruktion geliefert und wird anschließend die Berechnung wiederholt, um eine feinere Rekonstruktion zu erhalten. Vorzugsweise werden die Gewichtungen der in der Stufe der flexiblen Anpassung verwendeten gewichteten Summe gemäß der Anzahl der Wiederholungen, mit der die Anpassung durchgeführt werden soll, angepaßt. Alternativ oder zusätzlich werden die Gewichtungen für jede Stufe der flexiblen Anpassung gemäß ihrem Platz in der Reihenfolge der flexiblen Anpassung bestimmt.
Vorzugsweise handelt es sich bei den für die Gewichtungen und/oder für die Interpolation verwendeten Abständen um euklidische geometrische Abstände zwischen den Punkten. Der euklidische Abstand wird leicht errechnet und bewirkt, daß sich Punkte auf gegenüber liegenden Wänden des Volumens gegenseitig abstoßen, sodaß sich die Wände nicht schneiden. Alternativ können andere Abstände verwendet werden, wie beispielsweise der Abstand entlang dem ursprünglichen oder angeglichenen Netz. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der während der ersten flexiblen Anpassung verwendete Abstand der Abstand entlang dem ursprünglichen Netz, während anschließende flexible Anpassungen den euklidischen Abstand verwenden.
In manchen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird auf die rekonstruierte Oberfläche eine Glättung angewandt und vorzugsweise, indem eine Oberflächenfaltung mit einem Gauss-ähnlichen Kern angewandt wird. Die Glättung liefert eine bessere Näherung der Oberfläche und ermöglicht eine einfachere Durchführung von Berechnungen ausgehend von der rekonstruierten Oberfläche. Das Anwenden der Oberflächenfaltung führt jedoch zu einer gewissen Schrumpfung der Oberfläche und daher wird auf die geglättete Oberfläche vorzugsweise eine affine Transformation angewandt. Die affine Transformation wird vorzugsweise mit Bezug auf die abgetasteten Punkte ausgewählt, die außerhalb der rekonstruierten Oberfläche liegen. Die ausgewählte affine Transformation minimiert vorzugsweise den mittleren quadratischen Abstand der externen Punkte zur Oberfläche.
Wenn die Rekonstruktion beendet ist, fällt jeder abgetastete Punkt vorzugsweise im wesentlichen mit einem Netzpunkt zusammen. In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein abschließender Schritt der genauen Anpassung durchgeführt. Jeder abgetastete Punkt wird mit einem nächstliegenden Netzpunkt assoziiert, und der assoziierte Netzpunkt wird auf den abgetasteten Punkt verschoben. Der Rest der Netzpunkte wird vorzugsweise nicht verschoben. Im Allgemeinen liegen die meisten abgetasteten Punkte durch diesen Schritt sehr nahe an der rekonstruierten Oberfläche und deshalb ist die Glattheit der Oberfläche im wesentlichen unbeeinflusst. Einige abgetastete Ausreißerpunkte, d. h. abgetastete Punkte, die nicht zu der Oberfläche gehören, können aber erhebliche Änderungen der Oberfläche verursachen. Vorzugsweise kann der Anwender bestimmen, ob die Oberfläche auf Punkte verschoben wird, die um mehr als einen vorbestimmten Maximalabstand von der Oberfläche beabstandet sind. Alternativ oder zusätzlich ist die gesamte Stufe der genauen Anpassung optional und wird nur auf Wunsch des Anwenders angewandt.
Darüber hinaus werden alternativ oder zusätzlich die Netzpunkte auf einen festen Abstand von den abgetasteten Punkten gebracht. Das Belassen eines solchen festen Abstandes kann beispielsweise wünschenswert sein, wenn die abgetasteten Koordinaten von Stellen stammen, die nahe an einer distalen Spitze eines Abtastkatheters liegen und nicht an der distalen Spitze selbst.
In der vorliegenden Erfindung werden Daten in Bezug auf die abgetasteten Punkte erfasst, indem ein Katheter im Inneren des zu rekonstruierenden Volumens, beispielsweise in einer Herzkammer, positioniert wird. Der Katheter wird so positioniert, daß ein distales Ende desselben wiederum in Kontakt mit jedem der abgetasteten Punkte ist, und es werden die Koordinaten der Punkte und wahlweise Werte von einem oder mehreren physiologischen Parametern an einem distalen Ende des Katheters gemessen. Vorzugsweise weist der Katheter nahe bei seinem distalen Ende einen Koordinatensensor auf, der Signale ausgibt, welche die Koordinaten der Katheterspitze anzeigen. Vorzugsweise bestimmt der Koordinatensensor die Position durch Übermitteln und Empfangen von elektromagnetischen Wellen, wie beispielsweise in den PCT-Offenlegungsschriften GB93/01736, WO94/04938, WO97/24983 und WO96/05768 oder im US-Patent 5,391,199 beschrieben ist.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist das rekonstruierte Volumen beispielsweise aufgrund des Schlagens des Herzens in Bewegung. Bei solchen Ausführungsformen werden die abgetasteten Punkte vorzugsweise mit einem am Herzen befestigten Bezugsrahmen aufgezeichnet. Vorzugsweise ist am Herzen ein Bezugskatheter befestigt und die abgetasteten Punkte werden zusammen mit der Position des Bezugskatheters bestimmt, der zum Aufzeichnen der Punkte verwendet wird, wie beispielsweise in dem oben erwähnten US-Patent 5,391,199 und der PCT-Offenlegungsschrift WO96/05768 beschrieben ist.
Alternativ oder zusätzlich wird, wenn es sich bei der Bewegung zumindest teilweise um eine zyklische Bewegung handelt, wie es beim Herzen der Fall ist, die Erfassung der abgetasteten Punkte auf einen bestimmten Zeitpunkt des Zyklus synchronisiert. Wenn das abgetastete Volumen im Herz liegt, wird vorzugsweise ein EKG-Signal empfangen und verwendet, um die Erfassung der abgetasteten Punkte zu synchronisieren. Beispielsweise können die abgetasteten Punkte an der Enddiastole erfasst werden. Des Weiteren werden alternativ oder zusätzlich die Koordinaten jedes abgetasteten Punktes zusammen mit einer Anzeige des Zeitpunktes relativ zu der zyklischen Bewegung bestimmt, in der die Koordinaten erfasst wurden. Vorzugsweise umfasst die Anzeige die relative Zeit vom Beginn des Zyklus und die Frequenz der zyklischen Bewegung. Die festgestellten Koordinaten werden gemäß der Frequenz und der relativen Zeit auf die Enddiastole oder einen beliebigen anderen Punkt in der zyklischen Bewegung korrigiert.
In manchen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden für jeden abgetasteten Punkt mehrere Koordinaten an verschiedenen Zeitpunkten der zyklischen Bewegung bestimmt. In einer dieser bevorzugten Ausführungsformen hat jeder abgetastete Punkt zwei Koordinaten, welche den Bereich der Bewegung des Punktes definieren. Vorzugsweise werden die Koordinaten transformiert, wenn die Mehrzahl von Koordinaten verschiedener Punkte mit verschiedenen Zyklusfrequenzen assoziiert ist, damit sie einem Satz von Koordinaten in einer zyklischen Bewegung mit einer einzigen Frequenz entsprechen. Des Weiteren ist bevorzugt, daß die Koordinaten bearbeitet werden, um jeglichen Beitrag aufgrund einer Bewegung, bei der es sich nicht um die spezifische (kardiale) zyklische Bewegung handelt, sondern beispielsweise um die Bewegung der Brust infolge der Atmung, zu reduzieren oder im wesentlichen zu beseitigen. Die Rekonstruktion wird für mehrere Konfigurationen des Volumens zu verschiedenen Zeitpunkten der zyklischen Bewegung durchgeführt. Vorzugsweise wird eine erste Rekonstruktion wie oben beschrieben durchgeführt, um eine Verankerungskonstruktionsoberfläche zu bilden, und es wird eine Rekonstruktion von Oberflächen für andere Zeitpunkte des Zyklus relativ zu der Verankerungskonstruktionsoberfläche durchgeführt.
Vorzugsweise wird die Verankerungsoberfläche für jeden weiteren Zeitpunkt der zyklischen Bewegung gemäß den Koordinaten der abgetasteten Punkte zu dem weiteren Zeitpunkt relativ zu den Koordinaten der abgetasteten Punkte der Verankerungsoberfläche angepasst. Vorzugsweise wird die Verankerungsoberfläche durch eine quadratische Transformation angepasst, die einen mittleren quadratischen Fehler minimiert, wobei der Fehler die Abstände zwischen den abgetasteten Punkten für den weiteren Zeitpunkt und der angepassten Oberfläche darstellt. Alternativ oder zusätzlich wird anstelle der quadratischen Transformation eine affine Transformation verwendet. Des Weiteren wird alternativ oder zusätzlich eine einfache Transformation für Oberflächen mit relativ wenigen abgetasteten Punkten verwendet, während bei Oberflächen mit einer relativ großen Anzahl von abgetasteten Punkten eine quadratische Transformation verwendet wird. Die einfache Transformation kann eine affine Transformation, eine skalierende und drehende Transformation, eine drehende Transformation oder jede andere geeignete Transformation sein.
Vorzugsweise umfasst die Anpassung der Oberfläche für die weiteren Zeitpunkte nach der Transformation einen oder mehrere und vorzugsweise zwei flexible Anpassungsschritte und/oder einen exakten Anpassungschritt.
Alternativ oder zusätzlich wird die Rekonstruktion für jeden der weiteren Zeitpunkte separat durchgeführt. Des Weiteren wird alternativ oder zusätzlich eine erste Rekonstruktion der Oberflächen für die weiteren Zeitpunkte relativ zu der Verankerungsoberfläche durchgeführt und danach wird für jeden Zeitpunkt unabhängig eine genauere Rekonstruktion durchgeführt.
Bei manchen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine spezielle Grafik-Hardware, die zur Bearbeitung von Polygonen konzipiert ist, verwendet, um die oben beschriebenen Rekonstruktionsschritte durchzuführen.
In manchen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden an jedem abgetasteten Punkt einer oder mehrere physiologische Parameter erfasst. Die physiologischen Parameter für das Herz können beispielsweise ein Maß für die kardiale elektrische Aktivität umfassen und/oder können eine beliebige andere Art an lokaler Information in Bezug zum Herzen umfassen, wie in der oben erwähnten PCT-Patentoffenlegungsschrift WO97/24981 beschrieben ist. Der eine bzw. die mehreren physiologischen Parameter können Skalare oder Vektoren sein und können beispielsweise eine Spannung, Temperatur, einen Druck, eine Impedanz, Leitungsgeschwindigkeit oder einen beliebigen anderen gewünschten Wen umfassen.
Die physiologische Reaktion ist eine Ankunftszeit eines physiologischen Signals, das sich in der biologischen Struktur ausbreitet, und die Vektorfunktion kann eine aus einer Reihe von Vektorfunktionen sein (wie oben erwähnt). Die Vektorfunktion kann beispielsweise eine Leitungsgeschwindigkeit der elektrischen Aktivität sein.
Vorzugsweise werden für jeden der Netzpunkte basierend auf einer Interpolation des Parameterwerts an umliegenden abgetasteten Punkten Werte des physiologischen Parameters bestimmt, nachdem das Volumen ausgehend von den Koordinaten rekonstruiert ist. Vorzugsweise wird die Interpolation des physiologischen Parameters proportional zu der kumulierten Interpolation der Koordinaten durchgeführt. Alternativ werden die physiologischen Parameter gemäß dem geometrischen Abstand zwischen den Punkten auf dem Netz interpoliert. Alternativ oder zusätzlich werden die physiologischen Parameter auf ähnliche Weise wie der hierin oben beschriebene flexible Anpassungsschritt interpoliert.
Die rekonstruierte Oberfläche kann in Bewegung angezeigt werden und/oder ein Arzt kann eine Anzeige eines bestimmten Zeitpunktes des Zyklus anfordern. Vorzugsweise wird der physiologische Parameter auf der rekonstruierten Oberfläche auf der Basis einer vordefinierten Farbskala angezeigt. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Zuverlässigkeit der Rekonstruktion von Regionen der rekonstruierten Oberfläche auf der angezeigten Oberfläche angezeigt. Vorzugsweise werden Regionen, die unterhalb eines vom Anwender definierten Schwellenwerts liegen, als halbtransparent angezeigt, wobei α-Blending verwendet wird. Vorzugsweise wird die Zuverlässigkeit an jedem Netzpunkt nach seiner Nähe zu abgetasteten Punkten bestimmt. Solche Punkte auf dem Netz, die jenseits eines vorbestimmten Abstandes vom nächst liegenden abgetasteten Punkt liegen, sind weniger verlässlich.
In manchen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden erfasste Bilder wie beispielsweise LV-Gramme und fluoroskopische Bilder zusammen mit den abgetasteten Punkten verwendet, um die Geschwindigkeit und/oder Genauigkeit der Rekonstruktion zu erhöhen. Vorzugsweise führt der Prozessor einen Objekterkennungsvorgang auf dem Bild durch, um die Form der geschlossenen gekrümmten 3D-Oberfläche zur Verwendung bei der Konstruktion des ersten Netzes der Rekonstruktion festzulegen. Alternativ oder zusätzlich wird das Bild vom Arzt verwendet, um Bereiche auszuwählen, für die besonders gewünscht wird, abgetastete Punkte zu erhalten.
In manchen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Arzt Punkte, Linien oder Bereiche auf dem Netz definieren, die fixiert bleiben müssen und nicht angepasst werden sollen. Alternativ oder zusätzlich können einige Punkte als innen liegende Punkte erfasst werden, die nicht auf der Karte liegen sollen, da sie sich nicht auf einer Oberfläche des Volumens befinden. Die Rekonstruktion wird entsprechend durchgeführt, sodaß die geschlossene Kurve nicht zu nahe an die innen liegenden Punkte verschoben wird.
In manchen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Rekonstruktionsoberfläche verwendet, um eine genaue Schätzung des Volumens der Kavität zu bestimmen. Die Oberfläche wird durch die Netzpunkte in Vierecke eingeteilt und jedes Viereck wird weiter in zwei Dreiecke geteilt. Das von der Oberfläche definierte Volumen wird ausgehend von diesen Dreiecken geschätzt. Alternativ wird das Volumen mithilfe einer volumetrischen Darstellung berechnet. Es können auch andere Messungen, wie beispielsweise geodesische Oberflächenmessungen auf der Oberfläche unter Verwendung der rekonstruierten Oberfläche durchgeführt werden.
Einige der oben beschriebenen Schritte können in manchen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ignoriert werden, um Bearbeitungszeit zu sparen und die Rekonstruktion zu beschleunigen.
Ein Beispiel eines physiologischen Parameters, auf den die vorliegende Erfindung besonders anwendbar ist, ist die lokale Aktivierungszeit (LAT) von Herzgewebe. Die vorliegende Erfindung erlaubt die Messung der LAT relativ zum Herzzyklus an mehreren abgetasteten Punkten auf der Innenoberfläche einer Herzkammer mithilfe einer Vorrichtung an der Spitze eines Katheters, der elektrische Aktivität nur an einem einzelnen Punkt des Kontakts der Katheterspitze mit der Innenoberfläche der Herzkammer misst. Diese LAT-Messungen werden auf entsprechende Punkte auf einem Netz übertragen, das einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb des Herzzyklus, vorzugsweise der Enddiastole, entspricht, und auf die anderen Netzpunkte interpoliert. Die Netzpunkte definieren Polygone, wie beispielsweise Dreiecke; und für jedes Netzpolygon wird von den LAT-Werten an den Netzpunkten, welche die Eckpunkte des Polygons sind, eine vektorielle Ausbreitungsgeschwindigkeit bestimmt. Jedem Netz wird anschließend der Mittelwert der Ausbreitungsgeschwindigkeiten des Polygons zugeordnet, von dem sie einen Scheitelpunkt darstellt, und die Ausbreitungsgeschwindigkeiten an den Netzen werden geglättet und vorzugsweise als Pfeile an den Netzpunkten angezeigt, wobei die Richtungen der Pfeile die Richtung der Ausbreitung darstellen und die Längen der Pfeile die Ausbreitungsgeschwindigkeit darstellen. Diese Pfeile liefern eine visuelle Anzeige der Ausbreitungsgeschwindigkeit und Ausbreitungswirbelbewegung, die es einem Elektrophysiologen ermöglichen, die Stelle des zu behandelnden erkrankten Herzgewebes zu identifizieren. Diese Messung und Anzeige der Ausbreitungsgeschwindigkeit beruht anders als bei den Verfahren aus dem Stand der Technik, welche gleichzeitige Messungen an mindestens zwei merklich von einander getrennten Punkten erfordern, auf konsekutiven Messungen an einzelnen Punkten auf der Innenfläche der Herzkammer.
Allgemeiner kann solch eine Anzeige für jede Vektorfunktion konstruiert werden, die mit einer physiologischen Reaktion verbunden ist, die an diskreten Punkten auf der Oberfläche einer biologischen Struktur gemessen wird. Die Vektorfunktion kann eine aus einer Reihe von Vektorfunktionen sein. Beispielsweise kann die Vektorfunktion eine Leitungsgeschwindigkeit der physiologischen Reaktion sein.
LAT ist das Zeitintervall zwischen einer Bezugszeit, die beispielsweise aus dem Körperoberflächen-EKG oder intrakardialen Elektrogramm bestimmt wird, und dem Zeitpunkt des lokalen Depolarisierungsereignisses. Andere geeignete Skalarfunktionen der physiologischen Parameter können berechnet und angezeigt werden, wobei sie einer kombinierten Anzeige aus der LAT (als Pseudofarben) und Leitungsgeschwindigkeit (als Pfeile) überlagert werden. Eine solche geeignete Skalarfunktion ist der Bereich von Spannungen, die an jedem abgetasteten Punkt gemessen werden (als Pseudofarbe angezeigt); ein anomal niedriger Bereich ist diagnostisch für Narbengewebe, woraufhin die Leitungsgeschwindigkeit als Pfeile angezeigt werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist daher eine Vorrichtung zum Rekonstruieren einer Karte eines Volumens bereit gestellt, die Mittel zum Bestimmen von Koordinaten mehrerer Stellen auf einer Oberfläche des Volumens, das eine Konfiguration aufweist, zum Erzeugen eines Netzes von Punkten, welche eine Rekonstruktionsoberfläche im 3D-Raum in der Nähe der bestimmten Stellen definieren, zum Definieren eines entsprechenden Vektors für jeden der Punkte auf dem Netz, abhängig von einer Verschiebung zwischen einem oder mehreren der Punkte auf dem Netz und einer oder mehrerer der Stellen, und zum Angleichen der Rekonstruktionsoberfläche durch Verschieben im wesentlichen aller Punkte auf dem Netz in Reaktion auf den entsprechenden Vektor, sodaß die Rekonstruktionsfläche verformt wird, um der Konfiguration der Oberfläche zu gleichen.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung ein Mittel zum Anzeigen der Rekonstruktionsoberfläche.
Vorzugsweise umfasst das Erzeugen des Netzes ein derartiges Erzeugen des Netzes, daß die Rekonstruktionsoberfläche im wesentlichen alle bestimmten Stellen umfasst oder im Inneren im wesentlichen aller bestimmten Stellen liegt.
Vorzugsweise umfasst das Erzeugen des Netzes das Definieren eines Ellipsoids.
Vorzugsweise ist die Rekonstruktionsoberfläche im wesentlichen unabhängig von etwaigen Annahmen in Bezug auf die Topologie des Volumens definiert und angeglichen.
Des Weiteren ist die Rekonstruktionsoberfläche bevorzugt im wesentlichen ohne Bezug zu einem beliebigen Punkt innerhalb des Volumens definiert und angeglichen.
Alternativ oder zusätzlich umfasst das Erzeugen des Netzes das Erfassen eines Bilds des Volumens und das Definieren der Rekonstruktionsoberfläche in der Weise, daß sie dem Bild des Volumens gleicht.
Des Weiteren umfasst das Erzeugen des Netzes alternativ oder zusätzlich das Auswählen eines Netzes von einer Speicherbibliothek gemäß mindestens einem Kennzeichen des Volumens.
Vorzugsweise umfasst das Angleichen der Oberfläche eine Stufe der Grobangleichung und eine Stufe der flexiblen Anpassung.
Vorzugsweise umfasst die Stufe der Grobangleichung das Verschieben jedes Punktes auf dem Netz zu einem entsprechenden gewichteten Massezentrum der bestimmten Stellen und Stellen, die näher bei dem Punkt auf dem Netz liegen, erhalten eine höhere Gewichtung.
Vorzugsweise umfasst das Bewegen jedes Punktes in der Stufe der Grobangleichung das Definieren eines entsprechenden Grobangleichungsvektors für jeden der Punkte auf dem Netz, welcher eine gewichtete Summe von Vektoren von dem Punkt zu jeder der bestimmten Stellen umfasst, und das Verschieben der Punkte um einen zu dem entsprechenden Vektor proportionalen Abstand.
Vorzugsweise umfasst das Definieren des Grobangleichungsvektors das Berechnen einer Gewichtung für jeden der summierten Vektoren, die im Allgemeinen umgekehrt proportional zu einer Größe des summierten Vektors einer vorbestimmten Potenz ist.
Vorzugsweise umfasst die Gewichtung einen Kehrwert einer Summe einer Konstanten und die Größe des um 4 oder 10 potenzierten Vektors.
Vorzugsweise ist die Konstante kleiner als eine Präzision der Positionsbestimmung.
Vorzugsweise umfasst das Verschieben jedes Punktes das Bewegen jedes Punktes in Richtung auf einen entsprechenden Zielpunkt um einen Abstand zwischen 50 und 90% des Abstands zwischen dem Punkt und dem Zielpunkt.
Vorzugsweise umfasst die Stufe der flexiblen Anpassung das Auswählen eines Netzpunktes, der im Verhältnis zu jeder der festgestellten Positionen assoziiert werden soll.
Vorzugsweise umfasst das Auswählen des Netzpunktes das Finden eines Punktes auf dem Netz für jede festgestellte Stelle, der ihr im wesentlichen am nächsten ist.
Des Weiteren umfasst die Stufe der flexiblen Anpassung vorzugsweise das Verschieben der ausgewählten Netzpunkte zu ihren entsprechenden bestimmten Stellen.
Vorzugsweise umfasst das Verschieben der ausgewählten Netzpunkte das Verschieben der Netzpunkte im wesentlichen auf ihre entsprechenden bestimmten Stellen.
Vorzugsweise umfasst die Stufe der flexiblen Anpassung das Verschieben von Netzpunkten, die nicht ausgewählt wurden, um einen Betrag, der von den Verschiebungen umliegender Netzpunkte abhängt.
Vorzugsweise umfasst das Verschieben von Netzpunkten, die nicht ausgewählt wurden, das Verschieben der Netzpunkte um einen Betrag, der im wesentlichen nur von den Verschiebungen umliegender Netzpunkte abhängt.
Vorzugsweise umfasst das Verschieben der Netzpunkte das Berechnen einer Bewegung eines Netzpunktes, der nicht ausgewählt wurde, ausgehend von den Verschiebungen der umliegenden ausgewählten Netzpunkte und Abständen von diesen umliegenden Netzpunkten.
Vorzugsweise umfasst das Berechnen der Bewegung der Netzpunkte das Interpolieren zwischen den Verschiebungen der umliegenden Netzpunkte.
Vorzugsweise umfassen die Abstände geometrische Abstände.
Alternativ oder zusätzlich umfassen die Abstände eine Länge der Rekonstruktionsoberfläche zwischen den Netzpunkten.
Vorzugsweise umfasst die Stufe der flexiblen Anpassung das Definieren einer Verschiebungsfunktion, die eine gewichtete Vektorsumme umfasst, wobei jeder Vektor eine Stelle und deren assoziierten Punkt verbindet.
Vorzugsweise umfasst die Stufe der flexiblen Anpassung das Verschieben der Netzpunkte gemäß der Verschiebungsfunktion, um die Oberfläche zu glätten.
Vorzugsweise umfasst das Bestimmen der Koordinaten das Positionieren einer Katheterspitze an der Mehrzahl von Positionen.
Vorzugsweise umfasst das Positionieren der Katheterspitze das Positionieren des Katheters an mehreren Positionen in einer Herzkammer.
Vorzugsweise umfasst das Bestimmen der Koordinaten das Positionieren einer Katheterspitze an der Mehrzahl der Positionen.
Vorzugsweise umfasst das Bestimmen der Koordinaten das Übertragen und Empfangen nicht-ionisierender Wellen.
Vorzugsweise umfasst das Bestimmen der Koordinaten das Positionieren einer Vorrichtung an der Mehrzahl von Stellen einer Vorrichtung, die Signale erzeugt, welche die Position der Vorrichtung anzeigen.
Vorzugsweise erzeugt die Vorrichtung Signale, welche die sechs Grade der Position und Ausrichtung der Vorrichtung anzeigen.
Vorzugsweise umfasst das Bestimmen der Koordinaten das Empfangen der Koordinaten von einer externen Quelle.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung Mittel zum Erfassen eines Signals, das einen Wert einer physiologischen Aktivität an im wesentlichen jeder der Mehrzahl von Stellen anzeigt.
Vorzugsweise umfasst das Erfassen des Signals das Erfassen eines Signals, welches einen Wert einer elektrischen Aktivität an der Position anzeigt.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung Mittel zum Schätzen eines Wertes der physiologischen Aktivität an den angepassten Netzpunkten.
Vorzugsweise umfasst das Schätzen des Wertes der physiologischen Aktivität das Schätzen auf der Basis eines erfassten Wertes der physiologischen Aktivität an einer Stelle in der Nähe der angepassten Netzpunkte.
Vorzugsweise umfasst das Schätzen auf der Basis des erfassten Wertes eine Interpolation des Wertes gemäß der Verformung der Rekonstruktionsoberfläche.
Vorzugsweise umfasst das Bestimmen von Koordinaten mehrerer Stellen das Bestimmen von Koordinaten von weniger als 200 Stellen, mehr bevorzugt von weniger als 50 Stellen und am meisten bevorzugt von weniger als 20 Stellen.
Vorzugsweise ist das Volumen in Bewegung und das Bestimmen der Koordinaten umfasst das Bestimmen eines Korrekturfaktors in Reaktion auf die Bewegung.
Vorzugsweise umfasst die Bewegung eine zyklische Bewegung und das Bestimmen des Korrekturfaktors das Bestimmen eines Faktors in Reaktion auf eine Zyklusfrequenz der Bewegung.
Vorzugsweise umfasst das Bestimmen des Faktors das Ausfiltern einer Bewegung mit einer Frequenz, die sich wesentlich von der Zyklusfrequenz unterscheidet.
Vorzugsweise umfasst die Bewegung eine zyklischen Bewegung und das Bestimmen der Koordinaten ein Bestimmen der Koordinaten in einer vorbestimmten Phase der zyklischen Bewegung.
Vorzugsweise umfasst das Bestimmen der Koordinaten in der vorbestimmten Phase das Bestimmen der Koordinaten zu mehreren Zeitpunkten und das Angleichen der Koordinaten relativ zu der zyklischen Bewegung.
Vorzugsweise umfasst das Angleichen der Koordinaten das Bestimmten einer Rate der zyklischen Bewegung zusammen mit den Koordinaten für im wesentlichen jede Koordinatenbestimmung.
Vorzugsweise werden das Erzeugen des Netzes und das Angleichen der Rekonstruktionsoberfläche bezüglich der in jeder Phase der zyklischen Bewegung bestimmten Koordinaten separat durchgeführt.
Alternativ oder zusätzlich werden das Erzeugen und Angleichen für die Koordinaten mehrerer Phasen der zyklischen Bewegung zur Bildung einer Bewegungskarte des Volumens ausgeführt.
Vorzugsweise werden das Erzeugen des Netzes und das Angleichen der Rekonstruktionsoberfläche für eine erste Gruppe von Koordinaten durchgeführt, die in einer ersten Phase der zyklischen Bewegung bestimmt werden, und die rekonstruierte Oberfläche der ersten Gruppe wird angeglichen, um eine rekonstruierte Oberfläche in einer oder mehreren weiteren Phasen zu bilden.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung Mittel zum Glätten der rekonstruierten Oberfläche.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung Mittel zum Anwenden einer affinen Transformation auf die rekonstruierte Oberfläche.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung Mittel in einer Endstufe, in der jede festgestellte Stelle mit einem entsprechenden Netzpunkt assoziiert ist und die assoziierten Netzpunkte auf die festgestellten Positionen verschoben werden, während nicht-assoziierte Netzpunkte im wesentlichen nicht verschoben werden.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren Mittel zum Schätzen eines Maßes des Volumens in Reaktion auf die rekonstruierte Oberfläche.
Vorzugsweise umfasst das Schätzen des Volumenmaßes das Auswählen eines willkürlichen Punktes in dem Netz und das Berechnen der Volumina von Tetraedern, die durch den willkürlichen Punkt und Gruppen von drei Punkten auf dem Netz definiert sind, welche die gesamte Netzoberfläche abdecken.
Des Weiteren wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Rekonstruieren einer Karte eines Volumens aus Koordinaten mehrerer bestimmter Stellen auf einer Oberfläche des Volumens, das eine Konfiguration aufweist, bereitgestellt, die einen Prozessor umfaßt, der die Koordinaten empfängt und ein Netz von Punkten erzeugt, welches eine Rekonstruktionsoberfläche im 3D-Raum in der Nähe der festgestellten Stellen definiert, und der für jeden der Punkte auf dem Netz einen entsprechenden Vektor definiert, der von einer Verschiebung zwischen einem oder mehreren der Punkte auf dem Netz und einer oder mehrerer der Stellen abhängt, und der die Rekonstruktionsoberfläche angleicht, indem jeder der Punkte auf dem Netz in Reaktion auf den jeweiligen Vektor derart verschoben wird, daß die Rekonstruktionsoberfläche verformt wird, um der Konfiguration der Oberfläche des Volumens zu gleichen.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung einen Anzeigebildschirm zum Anzeigen der angeglichenen Oberfläche.
Vorzugsweise analysiert der Prozessor die angeglichene Oberfläche, um ein Kennzeichen des Volumens zu bestimmen.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung einen Speicher zum Speichern der angeglichenen Oberfläche.
Vorzugsweise umfasst das Netz anfangs im wesentlichen alle der bestimmten Positionen.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine Bildgebungsvorrichtung zum Erfassen eines Bildes des Volumens und definiert der Prozessor das Netz anfangs derart, daß es dem Bild des Volumens gleicht.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine Speicherbibliothek, die mehrere geschlossene Kurven enthält, und definiert der Prozessor das Netz anfangs, indem er aus der Speicherbibliothek gemäß mindestens einem Kennzeichen des Volumens eine geschlossene Kurve auswählt.
Vorzugsweise erzeugt und definiert der Prozessor die Rekonstruktionsoberfläche im wesentlichen unabhängig von etwaigen Annahmen in Bezug auf eine Topologie des Volumens.
Vorzugsweise erzeugt und definiert der Prozessor die Rekonstruktionsoberfläche im wesentlichen ohne Bezug zu einem Punkt in dem Volumen.
Vorzugsweise bildet der Prozessor das angeglichene Netz in zwei Stufen: einer Stufe der Grobangleichung und einer Stufe zur flexiblen Anpassung.
Vorzugsweise verschiebt der Prozessor in der Grobangleichungsstufe jeden Punkt auf dem Netz in Richtung eines entsprechenden gewichteten Massezentrums der bestimmten Positionen und erhalten Positionen, die dem Punkt auf dem Netz näher sind, eine größere Gewichtung.
Vorzugsweise berechnet der Prozessor das Massezentrum mithilfe einer Gewichtung, die für jede Position im wesentlichen proportional zum Kehrwert der Summe einer kleinen Konstante ist, und wird der Abstand zwischen dem Punkt und der Position mit einem Wert zwischen 4 und 10 potenziert.
Vorzugsweise ist die Konstante kleiner als eine Präzision der Positionsbestimmung.
Vorzugsweise wählt der Prozessor bei der Stufe der flexiblen Anpassung einen entsprechenden Netzpunkt zur Assoziierung mit den bestimmten Stellen.
Vorzugsweise umfasst der ausgewählte Netzpunkt für jede bestimmte Stelle einen Punkt auf dem Netz, welcher der Stelle am nächsten ist.
Vorzugsweise verschiebt der Prozessor bei der Stufe der flexiblen Anpassung die ausgewählten Netzpunkte zu ihren jeweiligen assoziierten Stellen.
Vorzugsweise verschiebt der Prozessor die ausgewählten Netzpunkte an die assoziierten Stellen.
Vorzugsweise verschiebt der Prozessor nicht ausgewählte Netzpunkte um einen Betrag, der von den Verschiebungen umliegender Netzpunkte abhängt.
Vorzugsweise hängt der Betrag der Verschiebung der nicht ausgewählten Netzpunkte von den Verschiebungen umliegender ausgewählter Netzpunkte ab.
Vorzugsweise wird der Betrag der Verschiebung jedes der nicht ausgewählten Netzpunkte von dem Prozessor ausgehend von den Abständen von den umliegenden ausgewählten Netzpunkten zu dem nicht ausgewählten Netzpunkt berechnet.
Vorzugsweise wird der Betrag der Verschiebung der nicht assoziierten Netzpunkte von dem Prozessor auf Basis einer Interpolation der Verschiebungen umliegender ausgewählter Netzpunkte berechnet.
Vorzugsweise umfassen die Abstände geometrische Abstände.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine Sonde, die in Eingriff mit der Oberfläche gebracht wird, um die Stellen darauf zu bestimmen.
Des Weiteren umfasst die Sonde vorzugsweise einen Positionssensor, der die Position einer Spitze der Sonde anzeigt.
Vorzugsweise umfasst der Sensor mindestens eine Spule.
Vorzugsweise erzeugt der Sensor Signale, die Position und Ausrichtung des Sensors anzeigen.
Alternativ oder zusätzlich umfasst die Sonde einen funktionalen Teil zum Erfassen eines Wertes einer physiologischen Aktivität an der Mehrzahl der Positionen.
Vorzugsweise umfasst der funktionale Teil eine Elektrode.
Vorzugsweise schätzt der Prozessor einen Wert der physiologischen Aktivität an den angeglichenen Netzpunkten.
Vorzugsweise schätzt der Prozessor den Wert der physiologischen Aktivität auf der Basis der erfassten Werte der physiologischen Aktivität an Punkten, welche die angeglichenen Netzpunkte umgeben.
Vorzugsweise schätzt der Prozessor den Wert durch Interpolation ausgehend von den erfassten Werten in Reaktion auf eine Verformung der Rekonstruktionsoberfläche.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung einen Bezugskatheter zur Registrierung der bestimmten Positionen relativ zu einem Bezugsrahmen, der mit dem Volumen assoziiert ist.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung einen EKG-Monitor zum Ausblenden des Betriebs der Sonde, um die Punkte in einer fixierten Phase einer zyklischen Bewegung des Volumens zu bestimmen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird des Weiteren eine Vorrichtung zum Anzeigen von Werten eines Parameters bereitgestellt, der über eine Oberfläche variiert, die ein Bestimmen eines Wertes des Parameters an jedem von mehreren Punkten auf der Oberfläche, und ein Wiedergeben eines Bildes der Oberfläche auf einer Anzeige mit einem unterschiedlichen Transparenzgrad in verschiedenen Bereichen der Oberfläche in jedem der Bereiche in Reaktion auf den Wert des Parameters an einem oder mehreren Punkten in dem Bereich umfaßt.
Vorzugsweise umfasst das Bestimmen des Wertes das Abtasten mehrerer Punkte und das Erzeugen einer Karte der Oberfläche in Reaktion darauf und umfasst ein Wiedergeben des Bildes das Wiedergeben einer grafischen Darstellung der Karte.
Vorzugsweise umfasst das Erstellen der Karte das Erstellen einer dreidimensionalen Karte.
Vorzugsweise umfaßt das Bestimmen des Wertes das Bestimmen eines Zuverlässigkeitsmaßes der Karte in jedem der Bereiche.
Vorzugsweise umfasst das Wiedergeben des Bildes das Wiedergeben eines oder mehrerer der Bereiche mit einem niedrigen Zuverlässigkeitsmaß relativ zu einem anderen oder mehreren anderen der Bereiche mit einem relativ größeren Transparenzgrad.
Vorzugsweise umfasst das Bestimmen des Zuverlässigkeitsmaßes das Bestimmen einer Dichte der abgetasteten Punkte.
Vorzugsweise umfasst das Wiedergeben des Bildes das Definieren einer Farbskala und das Anzeigen einer mit dem Wert assoziierten Farbe an jedem der Mehrzahl von Punkten.
Vorzugsweise umfasst die Mehrzahl an Punkten abgetastete Punkte und interpolierte Punkte und umfasst das Bestimmen des Zuverlässigkeitsmaßes das Zuordnen eines hohen Zuverlässigkeitsmaßes zu den abgetasteten Punkten.
Vorzugsweise umfasst das Bestimmen des Zuverlässigkeitsmaßes das Zuordnen von Zuverlässigkeitsmaßen zu den interpolierten Punkten gemäß deren jeweiligem Abstand von einem nächst gelegenen abgetasteten Punkt.
Des Weiteren wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Diagnostizieren eines Zustandes in einer biologischen Struktur bereit gestellt, die das Messen einer physiologischen Reaktion an mindestens drei abgetasteten Punkten auf einer Oberfläche der biologischen Struktur, Berechnen einer Vektorfunktion in Bezug auf die Reaktion und Anzeigen einer Darstellung der Vektorfunktion umfasst.
Vorzugsweise steht die Vektorfunktion in Bezug zu einem Gradienten der physiologischen Reaktion.
Vorzugsweise ist die physiologische Reaktion eine Funktion der Zeit.
Bevorzugter ist die physiologische Reaktion eine Ankunftszeit eines physiologischen Signals, das sich in der biologischen Struktur ausbreitet, und kann die Vektorfunktion eine aus einer Anzahl von Vektorfunktionen sein, wobei es sich am meisten bevorzugt um eine Leitungsgeschwindigkeit handelt.
Vorzugsweise umfasst die Darstellung einen Pfeil an jedem abgetasteten Punkt, wobei die Länge des Pfeils in Bezug zu der Größe der Vektorfunktion an jedem abgetasteten Punkt steht und die Richtung des Pfeils in Bezug zu der Richtung der Vektorfunktion an jedem abgetasteten Punkt steht.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung des Weiteren Mittel zum Anpassen einer Oberfläche an die abgetasteten Punkte und zum Anzeigen der Oberfläche, wobei die Anzeige der Darstellung der Anzeige der Oberfläche überlagert wird. Auch hier ist bevorzugt, daß die Darstellung an jedem abgetasteten Punkt einen Pfeil aufweist, wobei die Länge des Pfeils in Bezug zu der Größe der Vektorfunktion an jedem abgetasteten Punkt steht und die Richtung des Pfeils in Bezug zu der Richtung der Vektorfunktion an jedem abgetasteten Punkt steht.
Die Anpassung der Oberfläche an die abgetasteten Punkte umfasst vorzugsweise das Darstellen der Oberfläche als ein Netz, welches mindestens so viele Netzpunkte aufweist wie es abgetastete Punkte gibt. Mehr bevorzugt fällt mindestens einer der Netzpunkte mit einem der abgetasteten Punkte zusammen.
Vorzugsweise umfasst das Netz mehrere Polygone, wobei die Netzpunkte die Eckpunkte der Polygone darstellen, wobei jeder Netzpunkt einen Eckpunkt mindestens eines Polygons darstellt, und die Berechnung der Vektorfunktion die Schritte des Interpolierens der Reaktion an den Netzpunkten, das Zuordnen eines Wertes der Vektorfunktion zu jedem Polygon, wobei der jedem Polygon zugeordnete Wert der Vektorfunktion auf der interpolierten Reaktion an den Netzpunkten beruht, welche die Eckpunkte dieses Polygons darstellen, und Bestimmen eines Wertes der Vektorfunktion an jedem Netzpunkt umfasst, wobei der Wert der Vektorfunktion an jedem Netzpunkt auf den Werten der Vektorfunktion beruht, die den Polygonen zugeordnet sind, von denen der Netzpunkt ein Eckpunkt ist. Besonders bevorzugt sind die Polygone Dreiecke.
Mehr bevorzugt umfasst das Berechnen der Vektorfunktion des Weiteren das Glätten der Werte der Vektorfunktion an den Netzpunkten. Am meisten bevorzugt können die Glättungsparameter auf Basis einer a-priori-Kenntnis des speziellen Herzens bestimmt werden.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung des Weiteren Mittel zum Berechnen von Skalarfunktionen in Bezug zu der physiologischen Reaktion und das Anzeigen von Darstellungen dieser Skalarfunktionen, die der Anzeige der Oberfläche zusammen mit der Darstellung der Vektorfunktion überlagert werden. Ein wichtiges Beispiel einer solchen Skalarfunktion ist ein Bereich der physiologischen Reaktionsmessungen an den abgetasteten Punkten. In einem anderen wichtigen Beispiel, das zur Diagnose von Herzerkrankungen geeignet ist, sind die Messungen Spannungsmessungen, liegt eine Skalarfunktion im Bereich von Spannungsmessungen an jedem abgetasteten Punkt und ist die Vektorfunktion eine Leitungsgeschwindigkeit, die aus der lokalen Aktivierungszeit abgeleitet wird.
Vorzugsweise handelt es sich bei der physiologischen Reaktion um eine Impedanz, wobei die Skalarfunktion ein Bereich der Impedanzen und die Vektorfunktion eine Leitungsgeschwindigkeit ist.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung des Weiteren Mittel zum Ableiten des Zustandes aus der Darstellung der Vektorfunktion. Vorzugsweise umfasst das Ableiten des Zustandes das Identifizieren mindestens einer Position auf der Oberfläche, die von dem Zustand betroffen ist, und umfasst die Vorrichtung des Weiteren Mittel zum Behandeln solcher Positionen.
Vorzugsweise umfasst die Behandlung die Ablation der biologischen Struktur an solchen Positionen.
Vorzugsweise wird die physiologische Reaktion konsekutiv an den abgetasteten Punkten gemessen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird des Weiteren eine Vorrichtung mit Mitteln zum Diagnostizieren eines Zustandes in einer biologischen Struktur bereit gestellt, die das Messen einer physiologischen Reaktion an mindestens drei abgetasteten Punkten auf einer Oberfläche der biologischen Struktur, Berechnen einer Vektorfunktion in Bezug zu der Reaktion und Ableiten des Zustands aus der Vektorfunktion umfasst.
Vorzugsweise steht die Vektorfunktion in Bezug zu einem Gradienten der physiologischen Reaktion.
Vorzugsweise ist die physiologische Reaktion eine Funktion der Zeit.
Mehr bevorzugt ist die physiologische Reaktion eine Ankunftszeit eines physiologischen Signals, das sich in der biologischen Struktur ausbreitet, und die Vektorfunktion eine Geschwindigkeit der Ausbreitung.
Vorzugsweise umfasst das Ableiten des Zustandes das Identifizieren mindestens einer Stelle auf der Oberfläche, die von dem Zustand betroffen ist, und umfasst die Vorrichtung des Weiteren Mittel zum Behandeln solcher Stellen.
Vorzugsweise umfasst die Behandlung eine Ablation der biologischen Struktur an solchen Stellen.
Vorzugsweise wird die physiologische Reaktion konsekutiv an den abgetasteten Punkten gemessen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung ist hierin nur als Beispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen Folgendes dargestellt ist:
1 ist eine perspektivische Schemaansicht eines Herzkartierungssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt einen Kartierungskatheter im Herzen eines Patienten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Flussdiagramm, welches die Punktabtastung und die Kartenrekonstruktion gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
4 ist ein Flussdiagramm, welches einen Rekonstruktionsvorgang gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
5A–5E sind vereinfachte zweidimensionale Schaubilder, welche die Rekonstruktion einer Karte aus abgetasteten Punkten in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
6 ist eine schematische Veranschaulichung eines angezeigten rekonstruierten Herzvolumens in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine Veranschaulichung einer Volumenschätzung in Übereinstimmung mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Veranschaulichung der Rekonstruktion in Übereinstimmung mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt eine ebene Wellenform, welche ein Netzdreieck durchquert.
10 zeigt eine kombinierte Darstellung von LAT und der Leitungsgeschwindigkeit für einen normalen menschlichen Vorhof.
11 zeigt eine kombinierte Anzeige von LAT und Leitungsgeschwindigkeit für einen menschlichen Vorhof, der an Vorhofflimmern leidet.
12 zeigt ein Diagnosemuster einer ventrikulären Tachykardie eines menschlichen Ventrikels in einem Diagramm, in dem der Spannungsbereich und die Leitungsgeschwindigkeit kombiniert sind.
13 zeigt eine Darstellung der Leitungsgeschwindigkeit im linken Ventrikel eines Hundes, wobei das Herz in einem Sinusrhythmus von der Spitze des rechten Ventrikels mitgenommen wird; und
14 zeigt eine Anzeige der Leitungsgeschwindigkeit des rechten Vorhofs eines menschlichen Herzens, das an Vorhofflimmern leidet.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt ein Kartierungssystem 18 zum Kartieren eines Volumens im Körper eines Patienten in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System 18 umfasst eine längliche Sonde, vorzugsweise einen Katheter 20, zum Einführen in den menschlichen Körper. Ein distales Ende 22 des Katheters 20 weist neben einer distalen Spitze 26 einen funktionalen Teil 24 auf, um diagnostische und/oder therapeutische Funktionen auszuführen. Der funktionale Teil 24 umfasst vorzugsweise Elektroden (in der Figur nicht gezeigt) zum Durchführen elektrophysiologischer Messungen, wie beispielsweise im US-Patent 5,391,199 oder in der PCT-Offenlegungsschrift WO97/24983 beschrieben ist. Alternativ oder zusätzlich kann der funktionale Teil eine weitere diagnostische Vorrichtung zum Aufzeichnen von Parameterwerten an Punkten im Körper aufweisen. Eine solche Vorrichtung kann einen chemischen Sensor, einen Temperatursensor, einen Drucksensor und/oder einen anderen gewünschten Sensor aufweisen. Der funktionale Teil 24 kann für jeden Punkt einen einzelnen Wert des Parameters oder alternativ eine Mehrzahl von Werten in Abhängigkeit vom Zeitpunkt ihrer Erfassung bestimmen. Der funktionale Teil 24 kann auch eine therapeutische Vorrichtung aufweisen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Das distale Ende 22 des Katheters 20 umfasst des Weiteren eine Vorrichtung 28, die Signale erzeugt, welche verwendet werden, um die Position und vorzugsweise die Ausrichtung des Katheters im Körper zu bestimmen. Die Vorrichtung 28 befindet sich vorzugsweise neben dem funktionalen Teil 24 in einer festen Beziehung mit der Spitze 26. Die Vorrichtung 28 umfasst vorzugsweise drei nicht-konzentrische Spulen, wie beispielsweise in der PCT-Patentoffenlegungsschrift WO96/05768 beschrieben ist. Diese Vorrichtung ermöglicht die kontinuierliche Erzeugung von sechs Dimensionen an Positions- und Ausrichtungsinformation in Bezug auf ein extern angelegtes Magnetfeld. Alternativ umfasst die Vorrichtung 28 sonstige Positions- und/oder Koordinatensensoren, wie im US-Patent 5,391,199, US-Patent 5,443,489 und in der PCT-Offenlegungsschrift WO94/04938 beschrieben ist. Des Weiteren ist die Spitze 26 alternativ oder zusätzlich mit einem Marker markiert, dessen Position sich von außerhalb des Körpers bestimmen lässt, wie beispielsweise mit einem röntgendichten Marker zur Verwendung mit einem Fluoroskop.
Der Katheter 20 umfasst vorzugsweise einen Griff 30 mit Steuerungen 32, die von einem Chirurgen verwendet werden, um das distale Ende 22 des Katheters in eine gewünschte Richtung zu steuern, um es wie gewünscht zu positionieren und/oder auszurichten. Der Katheter 20 umfasst vorzugsweise einen Steuerungsmechanismus im distalen Ende 22, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, um eine Neupositionierung der Spitze 26 zu erleichtern.
Der Katheter 20 ist über ein Verlängerungskabel 21 mit einer Konsole 34 gekoppelt, welche es dem Anwender ermöglicht, die Funktionen des Katheters 20 zu beobachten und zu regulieren. Die Konsole 34 umfasst vorzugsweise einen Rechner 36, eine Tastatur 38, Signalverarbeitungsschaltkreise 40, die sich typischerweise im Inneren des Rechners befinden, und eine Anzeige 42. Typischerweise empfangen, verstärken, filtern und digitalisieren die Signalverarbeitungsschaltkreise 40 Signale von dem Katheter 20, einschließlich von Signalen, die von einer Positionssignalerzeugungsvorrichtung 28 erzeugt werden, woraufhin diese digitalisierten Signale vom Rechner 36 empfangen und verwendet werden, um die Position und Ausrichtung des Katheters zu berechnen. Alternativ können geeignete Schaltkreise mit dem Katheter selbst assoziiert sein, damit die Schaltkreise 40 Signale empfangen, die bereits verstärkt, gefiltert und/oder digitalisiert sind. Vorzugsweise umfasst der Rechner 36 einen Speicher zum Speichern von Positionen und bestimmter Parameter der Punkte. Der Rechner 36 umfasst vorzugsweise auch spezielle Grafikhardware für die Polygonmanipulation, welche das Durchführen von Rekonstruktionsschritten, die hiernach im Folgenden beschrieben sind, mithilfe schneller Rechnergrafiktechniken ermöglicht.
Vorzugsweise weist das System 18 auch einen EKG-Monitor 73 auf, der angeschlossen ist, um Signale von einer oder mehreren Elektroden 52 auf der Körperoberfläche zu empfangen und die Signale zum Rechner 36 zu leiten. Alternativ kann die EKG-Überwachungsfunktion von den Schaltkreisen 40 durchgeführt werden.
2 zeigt einen distalen Teil des Kartierungskatheters 20 im Herzen 70 eines Patienten in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Katheter 20 wird in das Herz 70 eingeführt, und die Spitze 26 wird in Kontakt mit mehreren Stellen gebracht, wie beispielsweise den Stellen 75 und 77 auf einer Innenfläche 72 des Herzens 70. Die Oberfläche 72 begrenzt das zu rekonstruierende Volumen, und es sind Stellen auf dieser Oberfläche, die abgetastet werden müssen. An jeder der mehreren Stellen werden die Koordinaten der Spitze 26 von der Vorrichtung 28 vorzugsweise zusammen mit physiologischer Information, die von dem funktionalen Teil 24 bestimmt wird, bestimmt. Die festgestellten Koordinaten und wahlweise die physiologische Information bilden einen lokalen Datenpunkt. Die lokalen Datenpunkte mehrerer Stellen werden zur Erstellung einer Karte des Herzens 70 oder eines Teils des Herzens verwendet.
In das Herz 70 wird vorzugsweise mindestens ein Bezugskatheter 78 eingeführt und in einer festen Position relativ zum Herzen platziert. Durch Vergleichen der Positionen der Katheter 20 und 78 wird die Position der Spitze 26 relativ zum Herzen, unabhängig von der Bewegung des Herzens, genau bestimmt. Alternativ kann jedes andere geeignete Verfahren verwendet werden, um die Bewegung des Herzens 70 zu kompensieren.
Vorzugsweise werden die Koordinaten der Spitze 26 an mehreren Stellen zu einem gemeinsamen Zeitpunkt im Herzzyklus, vorzugsweise an der Enddiastole bestimmt. Alternativ oder zusätzlich wird jede festgestellte Stelle zusammen mit einem Zeitpunkt, vorzugsweise relativ zu einem vorbestimmten Zeitpunkt im Herzzyklus, und zusammen mit einer Anzeige der aktuellen Herzfrequenz aufgezeichnet. Der relative Zeitpunkt und die Frequenz des Zyklus werden verwendet, um die Bewegung des Herzens zu kompensieren. Es ist daher möglich, Stellen einer großen Anzahl von Punkten einfach in einem begrenzten Zeitraum zu bestimmen.
Des Weiteren wird die Position der Spitze 26 alternativ oder zusätzlich an jeder Stelle an zwei oder mehreren Zeitpunkten im Herzzyklus bestimmt, sodaß für jede Stelle ein Bereich von Positionen bestimmt wird. Somit kann eine geometrische Karte der Mehrzahl von Stellen eine Mehrzahl von „Schnappschüssen" des Herzens 70 umfassen, wobei jeder Schnappschuss mit einer anderen Phase des Herzzyklus assoziiert ist. Der Herzzyklus wird vorzugsweise mit einem EKG-Monitor 73 nach physiologischen Messungen vom funktionalen Teil 24 oder nach Bewegungen des Bezugskatheters 78 bestimmt. Vorzugsweise wird jede Position zusammen mit der Herzfrequenz zum Zeitpunkt der Bestimmung bestimmt. Auf die Mehrzahl an Positionen an jeder Stelle wird vorzugsweise eine Frequenz- und Phasenverschiebungstransformation angewandt, um die Positionen in einen Zustand zu bringen, als ob sie an gemeinsamen Zeitpunkten in Bezug auf eine gemeinsam vorbestimmte Herzfrequenz bestimmt worden wären.
Vorzugsweise dient die auf die Positionen angewandte Transformation auch dazu, die Effekte etwaiger Bewegungen des Herzens zu reduzieren oder zu beseitigen, die keine Folge des Herzzyklus sind, wie insbesondere Brustbewegungen infolge der Atmung oder andere Bewegungen des Patienten. Diese Effekte werden entfernt, indem eine zyklische Trajektorie der mit jeder Stelle assoziierten Punkte definiert wird und anschließend die Trajektorienfrequenzen von Bewegungen herausgefiltert werden, deren Frequenzen nicht mit der Herzfrequenz assoziiert sind. Vorzugsweise werden alle Frequenzen herausgefiltert, deren jeweilige Wellenlängen die Länge des Herzzyklus nicht gleichmäßig teilen, wie beispielsweise aus dem EKG bestimmt wird. Das Ergebnis für jede Stelle ist eine modifizierte Trajektorie, einschließlich eines korrigierten enddiastolischen Punktes, der dann bei der Rekonstruktion der Karte des Herzens, wie hiernach im Folgenden beschrieben ist, verwendet wird.
Vorzugsweise wird an jeder Stelle, an der die Spitze 26 positioniert wird, verifiziert, daß der Katheter 20 die Oberfläche berührt, wobei jedes geeignete Verfahren verwendet wird, wie beispielsweise das in der PCT-Offenlegungsschrift WO97/24981 beschriebene.
3 ist ein Flussdiagramm, das den Prozess der Punkteabtastung und Rekonstruktion einer Karte in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wie oben beschrieben, wird der Katheter 20 in Kontakt mit Oberfläche 72 des Herzens 70 gebracht, und werden Signale von dem Katheter empfangen, um einen lokalen Datenpunkt zu bilden, der für die Position der Spitze 26 kennzeichnend ist. Der lokale Datenpunkt umfasst vorzugsweise Koordinaten des Punktes zu mehreren Zeitpunkten und einen oder mehrere mit dem Punkt assoziierte Werte mindestens eines physiologischen Parameters. Vorzugsweise umfasst der lokale Datenpunkt, wie oben erwähnt, eine Anzeige der Herzfrequenz und des Zeitpunktes innerhalb des Herzzyklus für jede festgestellte Koordinate. Die Parameterwerte können mit bestimmten Zeitpunkten oder allgemein mit dem Punkt assoziiert sein.
Vorzugsweise wird der Kontakt zwischen der Spitze 26 und der Oberfläche 72 verifiziert, und der Punkt wird der Karte nur darin hinzugefügt, wenn ein ausreichender Kontakt zwischen der Spitze und der Oberfläche vorhanden ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorlie genden Erfindung werden einer Datenbank innerer Punkte Punkte hinzugefügt, bei denen kein richtiger Kontakt vorhanden ist. Diese Punkte liegen im Inneren der rekonstruierten Oberfläche und zeigen Bereiche auf der Karte, die nicht Teil der rekonstruierten Oberfläche sind. Alternativ oder zusätzlich kann der Anwender abgetastete Punkte anzeigen, die nicht als Teil der rekonstruierten Oberfläche verwendet werden sollen, beispielsweise weil sie auffallend außerhalb des Bereichs der anderen abgetasteten Punkte liegen. Die Spitze 26 wird dann zu einer weiteren Stelle auf der Oberfläche 72 verschoben und Daten in Bezug auf den zusätzlichen Punkt werden auf die gleiche Weise bestimmt. Diese Vorgehensweise wird für eine Mehrzahl von abgetasteten Punkten für eine vorbestimmte Zeit wiederholt oder solange bis Daten für eine ausreichende Anzahl von Punkten bestimmt sind, um die Karte herzustellen. Vorzugsweise zählt der Rechner 36 die Anzahl an abgetasteten Punkten und vergleicht die Zahl an Punkten mit einer im Voraus bestimmten erforderlichen Mindestanzahl an Punkten. Vorzugsweise liegt die im Voraus bestimmte Anzahl an Punkten zwischen etwa zehn bis zwanzig Punkten bei schnellen Verfahren und bei bis zu 100 Punkten bei längeren Verfahren. Alternativ oder zusätzlich informiert der Arzt den Rechner 36, wenn eine ausreichende Anzahl von Punkten abgetastet worden ist.
Eine Karte des Herzens 70 oder eines Volumens innerhalb des Herzens wird wie unten beschrieben rekonstruiert, und der Arzt entscheidet, ob die Karte ausreichende Details aufweist und genau zu sein scheint. Wem die Karte nicht ausreichend ist, werden mehr Punkte erfasst und die Karte wird entsprechend aktualisiert oder nochmals rekonstruiert. Die rekonstruierte Karte wird anschließend für die Analyse der Funktion des Herzens 70 verwendet und der Arzt kann entsprechend über eine erforderliche Behandlung entscheiden.
4 ist ein Flussdiagramm, das eine Rekonstruktion in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die Rekonstruktion wird anfangs für Positionen durchgeführt, die an einem Verankerungszeitpunkt (t₀) des Herzzyklus bestimmt werden, wie beispielsweise an der Enddiastole. In einem ersten Schritt der anfänglichen Rekonstruktion wird ein Netz konstruiert, das die abgetasteten Punkte umschließt. Danach wird ein Schritt der Modellverzerrung auf das Netz angewandt, bei dem das Netz grob an die von den abgetasteten Punkten definierte Form angeglichen wird. Anschließend wird ein vorzugsweise iterativer Schritt der flexiblen Anpassung durchgeführt, in dem die Netzpunkte gemäß den Koordinaten der abgetasteten Punkte fein angeglichen werden. Vorzugsweise wird auf das Netz eine Endangleichung angewandt, einschließlich Glätten, einer affinen Transformation und/oder einer Stufe der exakten Anpassung, damit das Netz im wesentlichen alle abgetasteten Punkte aufweist. Die mit den abgetasteten Punkten assoziierten Parameterwerte werden vorzugsweise auf alle Netzpunkte interpoliert, und das Netz wird anschließend angezeigt. Dieses Verfahren wird hiernach genauer unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben.
5A–5E sind vereinfachte zweidimensionale Schaubilder, welche die Rekonstruktionsprozedur für einen einzelnen Zeitpunkt in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Um eine klare Veranschaulichung zu erhalten, beziehen sich die Figuren und die folgende Beschreibung auf ein vereinfachtes, zweidimensionales Beispiel. Die Übertragung der hierin veranschaulichten Prinzipien auf eine 3D-Rekonstruktion ist einem Fachmann klar. Die Punkte S_i sind abgetastete Punkte auf der Oberfläche des zu rekonstruierenden Volumens, deren Koordinaten während des oben beschriebenen Abtastprozesses empfangen worden sind.
Wie in 5A gezeigt, wird im ersten Schritt ein erstes Netz 90 in einer Nähe der abgetasteten Punkte definiert, das vorzugsweise die abgetasteten Punkte umschließt. Alternativ kann das Netz 90 im Inneren der abgetasteten Punkte liegen oder zwischen den Punkten hindurchgehen. Vorzugsweise umfasst das Netz 90 eine Anzahl von Punkten, die wesentlich größer als die Anzahl der abgetasteten Punkte ist. Die Dichte der Punkte ist vorzugsweise ausreichend, um eine Karte mit ausreichender Genauigkeit für jedes erforderliche medizinische Verfahren zu produzieren. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Arzt die Dichte der Punkte auf dem Netz in Übereinstimmung mit einem gewünschten Kompromiss zwischen der Geschwindigkeit und Genauigkeit der Rekonstruktion angleichen. Vorzugsweise hat das Netz 90 eine ellipsoide Form oder eine andere einfache geschlossene Form.
Alternativ oder zusätzlich hat das Netz 90 eine Form, die auf bekannten Kennzeichen des Volumens beruht, auf dessen Oberfläche sich die abgetasteten Punkte befinden, wie beispielsweise eine Form, die durch Verarbeiten eines LV-Gramms oder eines anderen fluoroskopischen Bildes oder Ultraschallbildes des Herzens bestimmt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der Rechner 36 eine Datenbank von anfänglichen Netzen in Übereinstimmung mit allgemein abgetasteten Volumen. Der Arzt zeigt an, vorzugsweise über die Tastatur 38, welches Volumen abgetastet wird, und das anfängliche Netz 90 wird entsprechend ausgewählt. Das gewählte Netz kann anfangs mittels einem beliebigen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zu den abgetasteten Punkten ausgerichtet werden, beispielsweise wie beschrieben in Paul J. Besl and Neil D. McKay, „A method for registration of 3-D shapes." IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 14(2): 239–258, Februar 1992. Das anfängliche Netz kann alternativ aus der Netzbibliothek gewählt werden, indem geometrische Zerlegung (Hashing) oder geometrische Ausrichtung angewandt werden, wie beispielsweise beschrieben in Haim J. Wolfson, „Model-based object recognition by geometric hashing." in: O. Faugeras, Hrsg., Computer Vision-ECCV90 (First European Conference on Computer Vision. Antibes, Frankreich. 23.–27. April 1990), Springer, Berlin, 1990, 526–536, oder in P. Huttenlocher and S. Ullman, „Recognizing solid objects by alignment with an image", International Journal of Computer Vision. 5: 195–212, 1990. Nach der anfänglichen Ausrichtung fährt das Verfahren der vorliegenden Erfindung vorzugsweise fort, wie in 4 gezeigt und wie hierin im Folgenden beschrieben ist.
Wie in 5B gezeigt, wird das Netz 90 zu einem Netz 92 von Punkten G' transformiert, welches eine grobe Angleichung in Richtung der Struktur des abgetasteten Volumens darstellt. Für jeden Punkt Gj auf dem Netz 90 wird ein Angleichungsvektor V →_j konstruiert, und der Punkt Gj wird durch einen entsprechenden Punkt Gj' auf dem Netz 92 ersetzt, welcher um V →_j vom Punkt Gj auf dem Netz 90 versetzt ist. Bei dem Angleichungsvektor V →_j handelt es sich vorzugsweise um eine gewichtete Summe von Vektoren V →_ji von G_j zu den abgetasteten Punkten S_i, wie in 5A gezeigt ist. Die Gewichtungen der Vektoren V →_ji in der Summe sind stark umgekehrt abhängig von der Größe der Vektoren. Vorzugsweise sind die Gewichtungen umgekehrt abhängig von der um (k) potenzierten Größe, wobei k vorzugsweise im Bereich zwischen 4 und 10 liegt und am meisten bevorzugt zwischen 6 und 8. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Angleichungsvektoren V →_j nach folgender Gleichung (1) berechnet:
In Gleichung (1) ist Epsilon ein kleiner Skalarwert, der vorzugsweise kleiner ist als die Größe des kleinsten Vektors, der nicht null ist, und vorzugsweise von der Größe der Genauigkeit der Bestimmung der abgetasteten Punkte, wie beispielsweise etwa 10^–6. Epsilon wird verwendet, um die Division durch Null zu vermeiden, wenn der Netzpunkt auf einem abgetasteten Punkt liegt und die Größe des Vektors daher null ist. C_f ist ein konstanter Faktor zwischen 0,1 und 1, vorzugsweise zwischen 0,5 und 0,9, am meisten bevorzugt etwa 0,75, der angepasst ist, um zu bestimmen, wie nahe sich die Punkte Gj' den Punkten S_i in der Grobangleichung nähern.
In einer bevorzugten Ausführungsform berücksichtigt der Einfluss eines abgetasteten Punktes Si auf den Netzpunkt Gj nicht nur den Abstand zwischen dem abgetasteten Punkt Si und Gj, wie oben in Gleichung (1) gezeigt, sondern auch die Dichte abgetasteter Punkte S in der Nähe von Si. Der auf jeden abgetasteten Punkt angewandte Gewichtungsfaktor
wird somit mit einem Dichtewert δ_i multipliziert, der vorzugsweise Werte zwischen 0 und 1 annimmt. Vorzugsweise ist δ_i wie in Gleichung (2) definiert:
Je mehr Punkte es in der Nähe von S gibt, desto kleiner wird der Wert, den δ annimmt und desto kleiner ist der Einfluss, den jeder Punkt hat. Vorzugsweise entspricht die Summe an Einflüssen mehrerer Punkte in nächster Nähe dem Einfluss eines einzelnen isolierten Punktes, der vorzugsweise einen Dichtewert δ von etwa 1 hat.
5C veranschaulicht einen ersten Teil eins Schritts einer flexiblen Anpassung, bei dem jeder abgetastete Punkt S_i mit einem Netzpunkt G_j des grob angeglichenen Netzes 92 assoziiert wird.
Die assoziierten Netzpunkte werden in Richtung ihrer jeweiligen abgetasteten Punkte verschoben, während der Rest der Punkte G' auf dem grob angeglichenen Netz je nach Interpolation der Verschiebung benachbarter Punkte auf dem Netz 92 verschoben wird, wie hierin im Folgenden weiter beschrieben ist. Vorzugsweise ist jeder abgetastete Punkt Si mit dem nächstliegenden Netzpunkt assoziiert. Beispielsweise ist der am nächsten zu S₁ liegende Netzpunkt G₁' und diese Punkte werden daher assoziiert. Vorzugsweise erstellt der Rechner 36 eine Speicherliste, in der diese Punktepaare gelistet sind. Zur Verdeutlichung dieser Erklärung sind die assoziierten Punkte in 5C durch schraffierte Ovale 96 markiert.
Vorzugsweise wird eine Transformationsfunktion f erstellt, welche die assoziierten Netzpunkte zu ihren jeweiligen abgetasteten Punkten verschiebt. Auch die nicht assoziierten Netzpunkte werden gemäß der Funktion f verschoben. Die Funktion f wird vorzugsweise einfach berechnet und transformiert das Netz zu einer glatten Form. Vorzugsweise ist die Funktion f eine gewichtete Summe der Abstände zwischen den assoziierten Paaren aus abgetasteten Punkten und Netzpunkten, sodaß Paare von assoziierten Punkten nahe am Netzpunkt dessen Verschiebung mehr beeinflussen, als Paare von assoziierten Netzpunkten, die von dem Netzpunkt weit entfernt sind. Die Funktion f ist vorzugsweise wie in Gleichung (3) unten dargestellt, wobei w_j(G_j) vorzugsweise wie in Gleichung (4) definiert ist und von den Abständen zwischen dem Netzpunkt Gj und den assoziierten Netzpunkten Gi abhängt. Alternativ hängt w_j(G_j) von den Abständen zwischen dem Netzpunkt Gj und den abgetasteten Punkten Si ab, wie in Gleichung (1). Im Schritt der flexiblen Anpassung ist k vorzugsweise kleiner als das Potenzgesetz in dem Schritt der Grobangleichung, um eine glattere Netzoberfläche zu erzeugen. Vorzugsweise ist k in dem Schritt der flexiblen Anpassung zwischen 2 und 6 und am meisten bevorzugt 4. Vorzugsweise ist k eine gerade Zahl, um die Berechnungen zu vereinfachen. Obgleich die nachfolgenden Gleichungen der Einfachheit halber in skalarer Schreibweise angegeben sind, versteht sich, daß S_i, G_i und f(G_j) wie oben in Gleichung (1) Vektorgrößen sind:
Die Konstante C bestimmt, wie nahe die assoziierten Netzpunkte zu ihren assoziierten abgetasteten Punkten verschoben werden. Bei sehr kleinen C-Werten werden die assoziierten Netzpunkte Gi im wesentlichen auf die abgetasteten Punkte Si verschoben. Vorzugsweise ist C zwischen 0,3 und 0,7, mehr bevorzugt etwa 0,5. Alternativ oder zusätzlich wird C gemäß der Anzahl an Wiederholungen der flexiblen Anpassung verändert. Des Weiteren ist C alternativ oder zusätzlich in dem ersten Schritt der flexiblen Anpassung relativ groß, während C in anschließenden Schritten der flexiblen Anpassung allmählich verkleinert wird.
Die in den Gleichungen (2), (3) und (4) verwendete Abstandsdefinition ist aufgrund der Einfachheit ihrer Berechnung und aufgrund der Tatsache, daß sie bewirkt, daß sich Punkte auf gegenüber liegenden Wänden des rekonstruierten Volumens abstoßen, vorzugsweise der euklidische Abstand in R³.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Netzpunkte, die einen assoziierten abgetasteten Punkt aufweisen, zu ihren assoziierten abgetasteten Punkten um einen Anteil des zwischen ihnen liegenden Abstandes verschoben. Vorzugsweise werden die Punkte um einen Prozentanteil des Abstandes zwischen dem assoziierten Paar verschoben. In 5C werden die Punkte beispielsweise um etwa 2/3 des Abstandes verschoben. Alternativ werden die Netzpunkte um einen anderen beliebigen Betrag verschoben, der sich nach dem Abstand zwischen assoziierten Paaren richtet.
Wie in 5D gezeigt, werden solche Netzpunkte G'_k, die nicht mit abgetasteten Punkten Si assoziiert sind, gemäß einem Verschiebungsvektor V →_k verschoben, der von den Verschiebungen der den Punkt umgebenden Netzpunkte G'₁ abhängt. Vorzugsweise werden die nicht assoziierten Punkte G'_k um einen Abstand verschoben, der eine lineare Interpolation der Bewegungen der umliegenden Punkte G'₁ darstellt. Vorzugsweise wird der Abstand zwischen den Netzpunkten als der geometrische Abstand zwischen den Punkten bestimmt, wie sie auf dem vorliegenden angeglichenen Netz liegen. Beispielsweise ist der geometrische Abstand zwischen G'₁₅ und G'₁₆ durch X₂ angegeben und kann gemäß den Koordinaten der beiden Punkte berechnet werden. Alternativ oder zusätzlich ist der verwendete Abstand der Netzabstand X ~₂ entlang dem vorliegenden angeglichenen Netz, der Netzabstand L ~₂ entlang dem ursprünglichen Netz oder der geometrische Abstand L₂ auf dem ursprünglichen Netz. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der in einem ersten Schritt der flexiblen Anpassung verwendete Abstand der Netzabstand – entweder L₂ oder X ~₂ –, während in anschließenden Schritten der flexiblen Anpassung der verwendete Abstand der geometrische Abstand X₂ ist.
Wie beispielsweise in 5D gezeigt, wird der Punkt G'₁₅ um einen von einem Vektor definierten Abstand verschoben, welcher eine gewichtete Summe der Vektoren
und
der Netzpunkte G'₁₄ bzw. G'₁₆ darstellt. Vorzugsweise ist V₁₅ wie in Gleichung (2) unten beschrieben, in der d₁ eine ausgewählte Art von Abstand zwischen G₁₅ und G₁₄ ist und X₁, X ~₁, L₁ oder eine andere geeignete Abstandsdefinition umfassen kann. Entsprechend ist d₂ eine ausgewählte Art von Abstand zwischen G₁₅ und G₁₆ und kann X₂, X ~₂, L₂ oder eine andere geeignete Abstandsdefinition umfassen. Vorzugsweise werden in dem in 5D veranschaulichten ersten Schritt der flexiblen Anpassung d₁ und d₂ als X₁ bzw. X₂ verwendet.
Obgleich Gleichung (8) eine lineare Interpolation erster Ordnung veranschaulicht, versteht sich, daß auch Interpolationsverfahren höherer Ordnung und nicht lineare Interpolationsverfahren verwendet werden können.
Während der Stufe der flexiblen Anpassung werden die Schritte der flexiblen Anpassung einige Male wiederholt (N₀-mal, wie in 4 gezeigt). Jedes Mal werden Netzpunkte mit den abgetasteten Punkten assoziiert, und die assoziierten und nicht-assoziierten Netzpunkte werden entsprechend verschoben.
Die Grobangleichung und die flexible Anpassung neigen dazu zu bewirken, daß das Netz uneinheitlich wird. Während einer letzten Angleichungsstufe wird daher das Netz vorzugsweise durch Anwendung einer Oberflächenfaltung mit einem Gauss-ähnlichem Kern geglättet. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kern um einen 3 × 3-Gaussschen Kern, der mehrere Male und vorzugsweise zwischen fünf und zehn Mal auf das Netz angewandt wird. Alternativ kann ein größerer Kern verwendet werden, wobei er in diesem Fall weniger oft und am meisten bevorzugt nur einmal auf das Netz angewandt werden kann. Die Oberflächenfaltung verursacht jedoch im Allgemeinen eine Schrumpfung der Oberfläche, und daher wird auf das Netz eine einfache Transformation, wie vorzugsweise eine affine Transformation angewandt, um die Schrumpfung zu beseitigen und die Anpassung des Netzes an die abgetasteten Punkte zu verbessern. Die affine Transformation wird vorzugsweise als die Transformation gewählt, die den mittleren quadratischen Abstand zwischen abgetasteten Punkten außerhalb des Netzes und einer von dem Netz definierten Oberfläche minimiert. Diese Wahl der Transformation bewirkt, daß im wesentlichen alle abgetasteten Punkte auf oder innerhalb der von dem Netz definierten Oberfläche liegen. Diese Wahl entspricht der anatomischen Struktur des Herzens, bei der Ausreißer, d. h. Punkte, die nicht auf der abgetasteten Oberfläche liegen, im Allgemeinen im Inneren der abgetasteten Oberfläche liegen, d. h. in einer Herzkammer und nicht auf der Herzwand. Daher wird das rekonstruierte Netz ordnungsgemäß rekonstruiert, indem Ausreißer ignoriert werden, die sonst das Netz unrichtig verformen können.
Zum Abschluß der letzten Angleichungsstufe kann der Anwender wahlweise eine Stufe der exakten Anpassung anfordern, bei der die Netzoberfläche verformt wird, so daß sie im wesentlichen alle abgetasteten Punkte aufweist. Vorzugsweise wird für jeden abgetasteten Punkt, der als Ergebnis vorheriger Stufen nicht auf der Netzoberfläche liegt, ein nächstliegender Netzpunkt gewählt und auf die Position des abgetasteten Punktes verschoben. Der Rest der Netzpunkte wird vorzugsweise nicht verschoben. Vorzugsweise werden in dieser Stufe innen liegende Punkte, die jenseits eines bestimmten Abstandes von der Netzoberfläche liegen, nicht verschoben und als Ausreißer betrachtet. Wegen der oben beschriebenen affinen Transformation befinden sich externe Punkte nicht allgemein in einem Abstand von der Netzoberfläche.
Alternativ oder zusätzlich wird ein letzter flexibler Anpassungsschritt durchgeführt, bei der die assoziierten Netzpunkte auf die abgetasteten Punkte verschoben werden, wie in 5E gezeigt ist. Die gekrümmte Linie 100 in 5E gibt die endgültige Netzkonfiguration wieder und weist eine genaue Näherung des abgetasteten Volumens auf.
Alternativ wird die flexible Anpassung in einem Schritt durchgeführt und die assoziierten Punkte von dem grob angeglichenen Netz werden sofort auf die abgetasteten Punkte verschoben. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung produziert der Rechner 36 zunächst eine Näherungskarte, in der die flexible Anpassung in einem Schritt durchgeführt wird. Die Näherungskarte wird von dem Arzt verwendet um zu entscheiden, ob mehr abgetastete Punkte erforderlich sind. Wenn der Arzt entscheidet, daß keine weiteren Punkte gebraucht werden, rekonstruiert der Rechner 36 eine genauere Karte, in welcher die flexible Anpassung mehrere Male durchgeführt wird. Inzwischen kann der Arzt die Näherungskarte verwenden, um Zeit zu sparen. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen wird die erste rekonstruierte Karte mit einer relativ niedrigen Dichte von Punkten auf dem Netz produziert, während spätere Rekonstruktionen ein dichteres Netz verwenden.
Wiederum mit Bezug auf 4, wird vorzugsweise das rekonstruierte Netz am Verankerungszeitpunkt (hiernach als Verankerungsnetz bezeichnet) verwendet, um das Netz für andere Zeitpunkte t_i zu rekonstruieren, wenn die abgetasteten Punkte Daten von mehr als einem Zeitpunkt aufweisen. Für jeden der anderen Zeitpunkte wird auf dem Verankerungsnetz eine einfache Transformation durchgeführt, um das Netz der Form der abgetasteten Punkte am Zeitpunkt T_i nahe zu bringen. Bei der einfachen Transformation handelt es sich vorzugsweise um eine quadratische Transformation oder um eine affine Transformation. Alternativ umfasst die Transformation eine Rotation und/oder eine skalierende Transformation. In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Transformation gemäß der Anzahl an abgetasteten Punkten gewählt. Wenn es sich um eine relativ große Zahl an abgetasteten Punkten handelt, wird vorzugsweise eine quadratische Transformation angewandt, während für weniger abgetastete Punkte einfachere Transformationen verwendet werden.
Auf dem transformierten Netz wird vorzugsweise ein oder mehrere Male (N_T) und vorzugsweise weniger oft als es bei der Rekonstruktion des Verankerungszeitpunktnetzes (N_T < N₀) erforderlich wäre und am meisten bevorzugt zweimal eine flexible Anpassung durchgeführt. Anschließend wird das Netz vorzugsweise einer Endangleichung unterzogen und das resultierende Netz zum Zeitpunkt t_t kann angezeigt werden. Der Parameterwert kann auch separat für den Zeitpunkt t_t und im wesentlichen wie oben in Bezug auf das Verankerungsnetz beschrieben ist, interpoliert werden. Wenn die Rekonstruktion für alle Zeitpunkte beendet ist, können die rekonstruierten Netze nacheinander als Funktion der Zeit oder auf andere Weise angezeigt werden. Vorzugsweise geht das Rekonstruktionsverfahren weiter, während das Verankerungsnetz angezeigt wird, sodaß ein Arzt die rekonstruierten Daten ohne Verzögerung verwenden kann.
Wie hierin oben erwähnt, umfasst jeder Datenpunkt vorzugsweise mindestens einen physiologischen Parameter, wie beispielsweise einen Indikator der elektrischen Aktivität im Herzen, der mit dem funktionalen Teil 24 des Katheters 20 gemessen wird. Nachdem die Karte aufgebaut wurde, wie oben beschrieben wurde, wird den Punkten auf dem Netz, G₁, G'₄, G'₇ etc. die mit abgetasteten Punkten S₁, S₂, S₆, etc. assoziiert sind, der physiologische Parameterwert ihrer jeweiligen abgetasteten Punkte zugeordnet. Die nicht assoziierten Netzpunkte erhalten Parameterwerte durch Interpolation zwischen den Werten der Parameter benachbarter assoziierter Netzpunkte in einer Weise, die der oben beschriebenen gleicht. Alternativ oder zusätzlich erhalten die nicht assoziierten Netzpunkte Parameterwerte auf eine ähnliche Weise, wie beim Erhalt ihrer Koordinaten bei der flexiblen Anpassung.
Die nicht assoziierten Netzpunkte erhalten Parameterwerte des Weiteren alternativ oder zusätzlich unter Verwendung eines „Zero-Order-Hold"-Auffüllverfahrens. Ausgehend von den abgetasteten Punkten erhalten alle umliegenden Netzpunkte denselben Parameterwert wie der abgetastete Punkt, was sich nach außen fortsetzt, bis auf einen anderen Netzpunkt mit einem anderen Parameterwert getroffen wird. Anschließend wird vorzugsweise eine Gaussche Glättung auf die Parameterwerte angewandt. So erhalten alle Netzpunkte auf sehr einfache Weise Parameterwerte im wesentlichen ohne die visuelle Klarheit zu kompromittieren.
So wird eine 3D-Karte rekonstruiert, die sowohl die geometrische Form der Herzkammer als auch lokale elektrische Parameter oder andere physiologische Parameter als eine Funktion der Position im Herzen zeigt. Die lokalen Parameter können die Elektrogrammamplitude, Aktivierungszeit, Richtung und/oder Amplitude des elektrischen Leitfähigkeitsvektors oder andere Parameter umfassen und mit Pseudofarben oder anderen Mitteln der grafischen Darstellung angezeigt werden, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Vorzugsweise ist eine vordefinierte Farbskala mit dem Parameter assoziiert, wobei eine erste Farbe, z. B. Blau, für hohe Werte des Parameters und eine zweite Farbe, z. B. Rot, für niedrige Werte des Parameters festgelegt werden.
6 ist eine schematische Veranschaulichung eines angezeigten rekonstruierten Herzvolumens 130 in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Mehrzahl von abgetasteten Punkten 134 wird zur Rekonstruktion einer Oberfläche 132 des Volumens 130 verwendet. Ein Netz (nicht gezeigt) wird wie oben beschrieben angeglichen, um die Oberfläche 312 zu bilden. Vorzugsweise erhält jeder Punkt auf dem Netz einen Zuverlässigkeitswert, der die Genauigkeit der Bestimmung anzeigt. Des Weiteren ist der Zuverlässigkeitswert vorzugsweise eine Funktion des Abstandes von dem Netzpunkt zum nächsten abgetasteten Punkt auf der Oberfläche 132 und/oder einer Dichte von abgetasteten Punkten 134 in einer Nähe des Netzpunktes. Vorzugsweise werden Bereiche der Oberfläche 132, die von weniger zuverlässigen Netzpunkten bedeckt sind, beispielsweise ein Bereich 140, als halbtransparent angezeigt, vorzugsweise unter Verwendung von α-Blending. Aufgrund der Transparenz werden Punkte 136 auf einer Innenoberfläche eines Volumens 130 angezeigt, wobei sie durch das Volumen 130 gesehen werden. Vorzugsweise kann der Anwender den vorbestimmten Abstand und/oder die Probendichte definieren, die weniger zuverlässige Punkte definieren. Alternativ oder zusätzlich werden verschiedene Stufen einer Halbtransparenz gemeinsam mit einer Zuverlässigkeitsskala mit mehreren Stufen verwendet.
7 ist eine schematische Veranschaulichung einer Volumenschätzung in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In manchen Fällen ist es gewünscht, das Volumen zu schätzen, das von einer oder mehreren rekonstruierten Oberflächen umfasst wird, um beispielsweise das Volumen einer Herzkammer zu verschiedenen Zeitpunkten des Herzzyklus zu vergleichen.
In 7 ist die rekonstruierte Netzoberfläche der Deutlichkeit halber als Kugel 150 dargestellt. Die Oberfläche der Kugel 150 wird von den Netzpunkten in Vierecke eingeteilt, und diese Vierecke werden zur Volumenschätzung verwendet. Es wird ein willkürlicher Punkt O in einer Nähe der Oberfläche, vorzugsweise innerhalb des Volumens und am meisten bevorzugt in der Nähe des Massezentrums der Kugel 150 gewählt, wobei für jedes Viereck auf der Oberfläche der Kugel 150 eine Pyramide 152 definiert wird. Eine Schätzung der Summe der Volumina der Pyramiden 152 gibt das Volumen der Kugel 150 genau wieder.
Vorzugsweise wird jedes Viereck in zwei Dreiecke aufgeteilt, und das Volumen wird geschätzt, indem die Volumina der von diesen Dreiecken als Basen und der Spitze O als Scheitelpunkt definierten Tetraeder summiert werden. A_m, B_m, C_m bezeichnen die Spitzen des m-ten Dreiecks in einer Anordnung im Uhrzeigersinn, sodaß die Normalen der Dreiecke von der Oberfläche der Kugel 150 nach außen zeigen. Das Volumen V der Kugel 150 wird durch Gleichung (6) geschätzt:
8 ist eine Veranschaulichung einer Rekonstruktion in Übereinstimmung mit einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser bevorzugten Ausführungsform liegen die abgetasteten Punkte bekannterweise auf einer einzigen offenen Oberfläche, anstatt ein 3D-Volumen zu umgeben, und das Netz kann daher zu Anfang eine offene Fläche anstatt eine geschlossene Krümmung umfassen. Der Katheter 20 wird mit mehreren Stellen auf einer Innenwand 76 des Herzens 70 in Kontakt gebracht und die Koordinaten dieser Stellen werden bestimmt, um abgetastete Punkte 120 zu ergeben. Vorzugsweise gibt der Arzt der Konsole 34 die Richtung an, von der aus der Katheter 20 die Oberfläche 76 berührt. Der Rechner 36 erzeugt entsprechend ein Anfangsnetz 122, welches mehrere Netzpunkte 124 aufweist, sodaß alle Netzpunkte vorzugsweise auf einer Seite der abgetasteten Punkte liegen. Die Angleichungsprozedur wird im wesentlichen wie oben beschrieben durchgeführt, wobei die Netzpunkte 124 dazu gebracht werden, der Oberfläche 76 maximal zu ähneln.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Angleichungsprozedur auf der Anzeige 42 Schritt für Schritt ausgeführt werden, wodurch der Arzt die Möglichkeit erhält, einzugreifen und den Prozess gegebenenfalls zu steuern.
Die obige Beschreibung geht zwar davon aus, daß die Daten in Bezug auf die abgetasteten Punkte von dem System erfasst werden, das die Rekonstruktion durchführt, aber die Rekonstruktion kann auch mit Punkten durchgeführt werden, die von jeder beliebigen Quelle erhalten werden, wie beispielsweise von einem anderen Rechner, einer Bibliotheksdatenbank oder einem Bildgebungssystem. Obgleich des Weiteren hierin bevorzugte Ausführungsformen beschrieben sind, was die Kartierung des Herzens anbelangt, können die Prinzipien und Verfahren der vorliegenden Erfindung gleichermaßen auf eine 3D-Rekonstruktion anderer physiologischer Strukturen und Kavitäten sowie in nicht-medizinischen Bereichen einer 3D-Bildrekonstruktion angewandt werden.
Wie oben erwähnt, ist die lokale Aktivierungszeit (LAT) des Herzgewebes ein wichtiges Beispiel eines physiologischen Parameters des Herzens, der mithilfe des funktionalen Teils 24 des Katheters 20 gemessen und den Netzpunkten zugeordnet wird, die mit den abgetasteten Punkten assoziiert sind. Diese Zeit wird bestimmt, indem der Zeitpunkt eines Merkmals des Signals (spezieller einer Spannung), der von dem funktionalen Teil 24 an jedem abgetasteten Punkt gemessen wird, beispielsweise der Zeitpunkt im Herzzyklus, bei dem das Signal erstmals einen bestimmten Schwellenwert übersteigt, zum Zeitpunkt im Herzzyklus eines Bezugsmerkmals des EKG-Signals, wie beispielsweise mit einem EKG-Monitor 73 gemessen, in Bezug gesetzt wird. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Netz, dem die LAT zugeordnet ist, um das der Enddiastole entsprechende Netz, da das Herz an diesem Zeitpunkt im Herzzyklus am meisten erweitert ist und daher die Innenoberflächen der Herzkammer zu diesem Zeitpunkt während des Herzzyklus die höchste Glättung aufweisen.
Die LAT-Werte, die den mit den abgetasteten Punkten assoziierten Netzpunkten zugeordnet werden, werden wie oben beschrieben auf die anderen Netzpunkte interpoliert. Vorzugsweise erfolgt diese Interpolation mit einer Variante des „Zero-Order-Hold"-Auffüllverfahrens ausgehend von dem Abstand d(V) von jedem Netzpunkt V zu den nächstgelegenen abgetasteten Punkten, gemessen entlang dem Netz.
Anfangs erhalten die Netzpunkte, die mit abgetasteten Punkten zusammenfallen, d(V)-Werte von Null, und alle anderen Rasterpunkte erhalten unendliche d(V)-Werte. Dann wird in jeder eine Reihe von Wiederholungen jeder Netzpunkt V wiederum aufgesucht und erhält einen neuen Wert von d(V) basierend auf dem Abstand d(V, N_i) zwischen dem Netzpunkt V und seinen m benachbarten Netzpunkten N_i ∊ {N₁, ... N_m}. Insbesondere wird d(V) ersetzt durch min[d(V), min d(N_i) + d(V, N_i))]. Da jeder Netzpunkt V einen neuen Wert von d(V) erhält, erhält der Netzpunkt V auch den LAT-Wert, der mit dem Nachbar N_i assoziiert ist, auf dem der neue Wert von d(V) basiert. Diese Wiederholungen werden so lange fortgesetzt, bis sich mindestens ein d(V) im Verlauf einer Wiederholung ändert. Schließlich werden die zugeordneten LAT-Werte durch eine Faltung geglättet, wie oben im Zusammenhang mit der Endangleichung der Netzgeometrie beschrieben ist.
Das bevorzugte 3D-Netz ist eines, bei dem die Netzpunkte durch Linien derart verbunden sind, daß das Netz als eine Ansammlung von Polygonen, beispielsweise Dreiecken, definiert wird, wobei die Netzpunkte die Spitzen der Dreiecke darstellen und wobei die Linien, welche die Kanten der Dreiecke bilden, die Netzpunkte verbinden. In einem solchen Netz wird eine vorläufige Version der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Aktivierungssignals, d. h. die Leitungsgeschwindigkeit des Herzgewebes, erhalten, indem jedem Dreieck auf Basis der LAT-Werte an den Spitzen des Dreiecks ein Geschwindigkeitsvektor zugeordnet wird. Es wird angenommen, daß das Netz ausreichend fein ist, daß sich das Aktivierungssignal in jedem Dreieck als planare Welle ausbreitet. 9 zeigt ein Dreieck 200 mit Spitzen a →, b → und c → und mit einer planaren Wellenfront 202, die sich durch ein Dreieck 200 nach oben rechts mit einer Geschwindigkeit v → ausbreitet. Die Wellenfront 202 befindet sich senkrecht zur Richtung der Ausbreitung. Die Wellenfront 202 ist zum Zeitpunkt t_b gezeigt, an dem die Wellenfront 202 die Spitze b → erreicht. Dieser Zeitpunkt ist mindestens so groß wie der Zeitpunkt t_a, an dem die Wellenfront 202 die Spitze a → erreicht und nicht größer als die Zeit t_c, an dem die Wellenfront 202 die Spitze c → erreicht: t_a ≤ t_b ≤ t_c. Die Wellenfront 202 schneidet die Seite ac des Dreiecks 200 gegenüber der Spitze b → an einem Punkt d →. Der Punkt d → wird durch lineare Interpolation gefunden:
Der Einheitsvektor in Richtung von v → wird gefunden, indem das Kreuzprodukt von d → – b → mit dem Einheitsvektor N →, der senkrecht zum Dreieck 200 ist, genommen und normalisiert wird:
Schließlich wird die Größe von v → ermittelt, indem die scheinbare Geschwindigkeit von a → nach c → auf diesen Einheitsvektor projiziert wird:
Indem so jedem Dreieck des Netzes ein Geschwindigkeitsvektor zugeordnet wird, erhält jeder Netzpunkt einen Grobgeschwindigkeitsvektor, indem die Geschwindigkeiten aller Dreiecke, bei denen der Netzpunkt eine Spitze ist, gemittelt werden. Schließlich werden die Grobgeschwindigkeiten folgenderweise iterativ geglättet:

1. Jedem Dreieck wird der Mittelwert der Geschwindigkeiten, die den Netzpunkten zugeordnet sind, welche die Spitzen des Dreiecks sind, als eine neue Geschwindigkeit zugeordnet.
2. Jedem Netzpunkt wird der Mittelwert der Geschwindigkeiten, die den Dreiecken zugeordnet sind, von denen der Netzpunkt eine Spitze ist, als eine neue Geschwindigkeit zugeordnet.

Vorzugsweise wird die so erhaltene Leitungsgeschwindigkeitsvektorfunktion entweder als Karte in Pseudofarben, wie oben beschrieben, oder als Pfeile ausgehend von den Netzpunkten als Überlagerung auf einer Anzeige der Oberfläche angezeigt, die von dem Netz dargestellt wird. In einer Variante dieser Anzeige entspricht die Richtung des Pfeils an jedem Netzpunkt der Richtung von v → wie zugeordnet und an diesem Netzpunkt geglättet; und die Länge des Pfeils entspricht der Größe von v → wie zugeordnet und an diesem Netzpunkt geglättet. Alternativ haben alle Pfeile die gleiche Länge und die Pfeile werden monochrom oder achromatisch angezeigt, wobei eine Grautonskala verwendet wird, welche die Größen von v → kodiert. Alternativ können die Pfeile nach einem bestimmten Farbschema angezeigt werden. Die Parameter der iterativen Glättung lassen sich durch a-priori-Kenntnis des jeweiligen Herzens bestimmen.
Jede Vektorfunktion, die von einem Satz skalarer Messungen auf der Oberfläche einer biologischen Struktur abgeleitet werden kann, kann auf diese Weise angezeigt werden. Des Weiteren kann die Vektorfunktion zusammen mit den skalaren Messungen angezeigt werden, von denen sie geleitet wurde oder zusammen mit einer skalaren Funktion der skalaren Messungen, von denen die Vektorfunktion abgeleitet wurde. Beispielsweise kann die LAT als Pseudofarbenkarte angezeigt werden und die entsprechende Leitungsgeschwindigkeitsvektorfunktion kann als Pfeile dargestellt werden, die der Pseudofarbenkarte überlagert sind, wie oben beschrieben.
10 zeigt eine Darstellung eines normalen menschlichen Atriums. Die LAT wird normalerweise als Skala in Pseudofarben dargestellt, ist aber hierin mit einer numerischen Skala gezeigt. Die numerische Skala in Bezug auf die LAT reicht von einem Minimum (1), d.h. der frühesten Aktivierungszeit, bis zu einem Maximum (10), d.h. der spätesten Aktivierungszeit. Die Richtung des entsprechenden Leitungsgeschwindigkeitsvektorfeldes wird durch die Pfeile angezeigt. Die Pfeile sind monochrom dargestellt, wobei der Grauskalaton jedes Pfeils der Größe des assoziierten Leitungsgeschwindigkeitsvektors entspricht. Wie im linken unteren Teil der Figur gezeigt, reicht die Skala der Geschwindigkeitsgröße von einem Minimum (durchgehender schwarzer Pfeil) bis zu einem Maximum (Pfeil mit offener Spitze). Der mittlere Bereich ist durch einen gepunkteten Pfeil dargestellt. Der Signalfluss verläuft überwiegend radial weg von der mit Eins (1) bezeichneten Region, in der die Aktivierung beginnt.
11 ist eine ähnliche Anzeige der LAT und der Leitungsgeschwindigkeit in einem menschlichen Vorhof, der an Vorhofflimmern leidet. Der Signalfluss neigt zu einem wirbelar tigen Verlauf, anstatt radial nach außen. Dieser wirbelartige Fluss wird durch die typischen und separaten Muster der gezeigten Leitungsgeschwindigkeitsvektorpfeile belegt.
12 zeigt ein Muster auf einer solchen Anzeige, das für eine ventrikuläre Tachykardie diagnostisch ist: eine Region von Narbengewebe assoziiert mit einem wirbelartigen Leitungsgeschwindigkeitsfeld, das durch kreisförmige Pfeilmuster dargestellt ist. Die LAT ist mit einer numerischen Skala von 1 bis 10 gezeigt. Ein Arzt behandelt eine so diagnostizierte ventrikuläre Tachykardie durch Ablation des Herzgewebes in der Region des in 12 gezeigten Musters. Eine solche Anzeige bietet auch insofern eine Qualitätskontrolldiagnose, als die Größe der Leitungsgeschwindigkeit in Narbengewebe anomal niedrig sein sollte.
13 zeigt den Leitungsgeschwindigkeitsvektor alleine (ohne Anzeige der LAT-Regionen) im linken Ventrikel eines Hundes. Das Herz schlägt in einem Sinusrhythmus ausgehend von der rechten Ventrikelspitze. Die Geschwindigkeitsvektorpfeile sind gemäß der Dichte des unterstrichenen Netzes verteilt. Jeder Pfeil stellt die lokale Leitungsgeschwindigkeit dar. Die Richtung der Pfeile ist die berechnete Richtung der Weiterleitung und ihr Grauton stellt die Größe der Leitungsgeschwindigkeit dar (Pfeile in schwarz zeigen eine geringe Leitungsgeschwindigkeit, graue Pfeile zeigen eine Leitungsgeschwindigkeit im mittleren Bereich und weiße Pfeile zeigen eine hohe Leitungsgeschwindigkeit).
14 ist das rechte Atrium eines menschlichen Herzens, das an Vorhofflimmern leidet. Die Leitungsgeschwindigkeitsvektoren sind auch hier alleine dargestellt, z. B. ohne Anzeige der LAT-Regionen oder sonstiger Parameter. Anstatt einen gut definierten Fokus zu haben, der die Aktivierung im Herzen startet, wie beispielsweise den in dem in 10 dargestellten Beispielherz vorgefundenen, bewegt sich die kardiale Welle, wie von den Leitungsgeschwindigkeitsvektoren dargestellt, in ausgeprägten kreisförmigen Mustern. Diese kreisförmigen Muster bewirken eine Konvergenz der kardialen Welle, wie entlang dem unteren mittleren Teil des Atriums gezeigt ist. Eine Art von Behandlung umfasst Ablationen entlang dieses Bereiches des Atriums, um den anomalen Kreislauf zu deaktivieren. Nach der Ablation kann die Kammer erneut kartiert werden um sicherzustellen, daß das Verfahren erfolgreich durchgeführt worden ist.
Es sind auch andere Skalarfunktionen der EKG-Messungen geeignet, die zur Ableitung der LAT verwendet werden. Eine solche Skalarfunktion ist die Amplitude (Maximum-Minimum) von Spannungen, die an jedem abgetasteten Punkte über dem Verlauf des Herzzyklus gemessen werden. Eine niedrige Amplitude ist diagnostisch für Narbengewebe. Am meisten bevorzugt werden die Spannungsamplitude, LAT und Leitungsgeschwindigkeit zusammen angezeigt. Die Spannungsamplitude ist in einer herkömmlichen Pseudofarbenkarte kodiert. Die LAT ist kodiert als farbige Punkte auf den abgetasteten Punkten. Die Leitungsgeschwindigkeit wird als Pfeile dargestellt, wie oben beschrieben.
Wenn die Leitungsgeschwindigkeitsvektoren (durch Pfeile angezeigt) der 3D-Karte der Herzoberfläche überlagert dargestellt werden, kann, wie zuvor erwähnt, die Behandlung auf solche Bereiche des Herzens angewandt werden, die ausgehend von den gezeigten Geschwindigkeitsvektoren als problematisch dargestellt werden. Beispielsweise wird die Ablationsbehandlung auf solche Bereiche angewandt, die eine Geschwindigkeitsvektorrichtung aufweisen, z. B. mit konvergierenden Pfeilen, wie in 11 und 14 gezeigt. Es liegt im Umfang der vorliegenden Erfindung, jegliche Art von Behandlungsmodalität einzuschließen, wie beispielsweise die Anwendung von Energie, wie beispielsweise eines Lasers, von therapeutischem Ultraschall, Hochfrequenz, etc. sowie eine pharmazeutische oder biologische Therapie. Darüber hinaus kann die therapeutische Behandlung auf Basis der Größe der Geschwindigkeitsvektoren verabreicht werden. Beispielsweise zeigen in der Ausführungsform mit der Grautonskala solche Geschwindigkeitsvektorpfeile eine niedrige Leitungsgeschwindigkeit an, die durch die Farbe schwarz gekennzeichnet sind. Da sich die Ausbreitungswelle augenscheinlich langsam durch diesen Anteil des Herzens bewegt, kann dies auf erkranktes Gewebe oder Narbengewebe hindeuten.
Eine weitere geeignete Qualitätskontrolldiagnostik wird erhalten, indem noch ein drittes Skalarfeld angezeigt wird. Dieses Skalarfeld wird erhalten, indem Berechnungen der Leitungsgeschwindigkeit, wie oben beschrieben, durchgeführt werden, wobei aber bei jeder Berechnung einer der abgetasteten Punkte ausgeschlossen wird, wobei bei jeder Berechnung ein anderer abgetasteter Punkt ausgeschlossen wird. Dies wird für jeden abgetasteten Punkt durchgeführt, wodurch so viele Berechnungen des Leitungsgeschwindigkeitsfeldes produziert werden, wie es abgetastete Punkte gibt. Das assoziierte Skalarfeld ist an jedem Netzpunkt der Bereich (Maximum-Minimum) der an diesem Netzpunkt erhaltenen Leitungsgeschwindigkeitsgrößen. Dieses Skalarfeld, angezeigt in Pseudofarben, liefert ein Maß für die Zuverlässigkeit des berechneten Leitungsgeschwindigkeitsfelds an jedem Netzpunkt.
Es ist ferner möglich, die Leitungsgeschwindigkeit mit anderen physiologischen Karten anzuzeigen, wie beispielsweise der Spannungskarte oder der Impedanzkarte, die für dieselben Aufzeichnungen des Organs erstellt worden sind.
Obige Darstellungen lassen sich auf mindestens zwei Arten anzeigen: durch eine Farbe aus der Pseudofarbskala, wenn der Wert einen Wert mit festgelegtem Vertrauensniveau darstellt und als solcher direkt auf der Pseudofarbkarte platziert werden kann; und durch eine andere unterschiedliche Farbe oder Transparenz, wenn der Wert von geringer Konfidenz ist und als solcher so auf der Karte dargestellt ist. In letzterem Fall wird der Arzt angewiesen, mehr Proben abzutasten.
Die bevorzugten Ausführungsformen der oben beschriebenen Erfindung werden beispielhaft genannt, und der volle Umfang der Erfindung wird nur durch die folgenden Ansprüche eingeschränkt.

Claims

Vorrichtung zur Anzeige eines Zustands in einem Herzen, umfassend: (a) einen Prozessor zur Erzeugung einer Karte einer Oberfläche des Herzens; (b) einen Katheter mit einem funktionalen Abschnitt zum Messen einer physiologischen Reaktion an zumindest drei abgetasteten Punkten auf der Oberfläche des Herzens; (c) einen Prozessor zur Berechnung einer aus einer Gruppe skalarer Messungen auf einer Oberfläche des Herzens abgeleiteten Vektorfunktion, die in einer Beziehung zur Reaktion steht; und (d) Mittel zur Anzeige einer Darstellung der Vektorfunktion und der physiologischen Reaktion auf der Karte, dadurch gekennzeichnet, daß die Vektorfunktion als ein Pfeil und die physiologische Reaktion als eine Pseudo-Farbenkarte angezeigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vektorfunktion zu einem Gradienten der physiologischen Reaktion in Beziehung steht.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die physiologische Reaktion von der Zeit abhängt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die physiologische Reaktion eine lokale Aktivierungszeit (LAT) eines sich im Herzen ausbreitenden physiologischen Signals ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Vektorfunktion eine Geschwindigkeit der Ausbreitung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Darstellung der Vektorfunktion einen Pfeil an jedem der abgetasteten Punkte umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Oberfläche des Herzens als ein Netz einschließlich einer Anzahl von Netzpunkten dargestellt ist, wobei die Anzahl der Netzpunkte zumindest so groß ist wie zumindest drei abgetastete Punkte.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei jeder Netzpunkt im wesentlichen mit einem entsprechenden der zumindest drei abgetasteten Punkte übereinstimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Netz mehrere durch eine Mehrzahl von Scheitelpunkten definierte Polygone umfaßt, wobei jeder Scheitelpunkt jedes Polygons einer der Netzpunkte ist, und wobei das Mittel zur Berechnung der Vektorfunktion ein Prozessor ist, der programmiert ist, um: (i) einen Wert einer lokalen Aktivierungszeit (LAT) an jedem Netzpunkt zu interpolieren; (ii) für jedes der Polygone, basierend auf dem interpolierten LAT-Wert an den Netzpunkten, welche die Scheitelpunkte jedes Polygons sind, einen Wert der Vektorfunktion zu jedem Polygon zuzuordnen; und (iii) für jeden der Netzpunkte, basierend auf den Werten der Vektorfunktion, die dem zumindest einen Polygon zugeordnet sind, wovon jeder Netzpunkt ein Scheitelpunkt ist, einen Wert der Vektorfunktion für jeden Netzpunkt zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Prozessor des weiteren dazu programmiert ist: (iv) die Werte der Vektorfunktion an den Netzpunkten zu glätten.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei ein Umfang des Glättens auf einer a priori Information über den Zustand basiert.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Polygone Dreiecke sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Pfeil eine Richtung der Vektorfunktion an jedem abgetasteten Punkt angibt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Pfeil eine Länge aufweist, die eine Größe der Vektorfunktion an jedem abgetasteten Punkt anzeigt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Pfeil gemäß einer Grauskala dargestellt ist, die eine Größe der Vektorfunktion an jedem abgetasteten Punkt angibt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Pfeil gemäß einem Farbschema dargestellt ist, das eine Größe der Vektorfunktion an jedem abgetasteten Punkt angibt.