JPH10323335A - Device and method for diagnosis for electrical phenomenon in heart - Google Patents
Device and method for diagnosis for electrical phenomenon in heartInfo
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- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、被検者の心臓内の
電気現象を診断する装置およびその診断方法に係り、と
くに、心臓から発生する電位または磁界を計測して心臓
内の電気現象を推定する心電図逆問題や心磁図逆問題の
新規な解法を実施する診断装置および診断方法に関す
る。心臓内電気現象は、本発明では具体的には、心筋の
興奮到達時刻、心筋電気活動量としての活動電位振幅、
心室内の導電率分布、電流ダイポール密度などで表され
る心臓興奮伝播過程として捉えられる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and method for diagnosing electrical phenomena in a heart of a subject, and more particularly, to measuring an electric potential or a magnetic field generated from the heart to measure the electrical phenomena in the heart. The present invention relates to a diagnostic device and a diagnostic method for implementing a novel solution to an estimated electrocardiogram inverse problem or magnetocardiogram inverse problem. The electrical phenomena in the heart, specifically, in the present invention, the arrival time of myocardial excitation, the action potential amplitude as myocardial electrical activity,
It can be considered as a cardiac excitement propagation process represented by the conductivity distribution in the ventricle, the current dipole density, and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来技術1 この種の従来技術の1つとして、例えば、本発明者が既
に提案している特開平8−289877号に記載の診断
装置が知られている。この診断装置は、図10に処理の
流れを示すように、計算機内にソフトウエア的に心臓モ
デルを構築し、このモデルを基にダイクラスト法やウォ
ーシャルフロイト法を用いて心臓の興奮伝播を効率良く
シミュレートし、このシミュレーション結果から心電図
や心磁図を導出する手法を提案している。2. Description of the Related Art As one of prior arts of this kind, for example, a diagnostic apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-289877, which has been already proposed by the present inventors, is known. This diagnostic apparatus constructs a heart model by software in a computer as shown in FIG. 10 and shows the excitement propagation of the heart using the die crust method or the Warshall Freud method based on this model. We propose a method to simulate efficiently and to derive an electrocardiogram and a magnetocardiogram from the simulation results.
【0003】この手法を用いる場合、心電図または心磁
図を計算するため、心室の形状、心室の位置、心室の向
き、1つ又は複数の初期興奮位置とそれらの位置の興奮
時刻、興奮伝播速度の心室内での分布、導電率の心室内
での分布などの値を心室モデルにパラメータとして与え
る必要がある。When this method is used, the shape of the ventricle, the position of the ventricle, the orientation of the ventricle, one or more initial excitation positions, the excitation time at those positions, and the excitation propagation speed are calculated in order to calculate the electrocardiogram or the magnetocardiogram. It is necessary to give values such as the distribution in the ventricle and the distribution of the conductivity in the ventricle as parameters to the ventricle model.
【0004】さらに、特許公開8−289877号にお
いて、本発明者は上述した興奮伝播シミュレーシヨン方
法に基づく逆問題解法を提案している。具体的には、測
定した心電図または心磁図と上記シミュレーション方法
で計算した心電図や心磁図との差がなるべく小さくなる
ように、心室モデルに与えたバラメー夕のうちのいくつ
か(例えば、初期興奮位置とそれらの位置での興奮時
刻)のパラメータを修正し、その差が一番小さくなった
ときの値(例えば、初期興奮位置とそれらの位置での興
奮時刻)を推定結果として出力する。この際、選択した
以外のパラメータ(例えば、初期興奮位置および興奮時
刻以外のパラメータであり、興奮伝播速度分布や活動電
位振幅分布)には適当な値を与え、推定のときには、こ
れらのパラメータは固定値として扱うようにしている。Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-289877, the present inventor has proposed an inverse problem solving method based on the above-described excitation propagation simulation method. Specifically, some of the parameters (for example, the initial excitation position) given to the ventricle model are set so that the difference between the measured electrocardiogram or electrocardiogram and the electrocardiogram or electrocardiogram calculated by the above-described simulation method becomes as small as possible. And the values of the excitement times at those positions) are corrected, and the value when the difference becomes the smallest (for example, the initial excitement position and the excitement times at those positions) is output as the estimation result. At this time, appropriate values are given to parameters other than the selected parameters (for example, parameters other than the initial excitation position and the excitation time, the excitation propagation velocity distribution and the action potential amplitude distribution), and these parameters are fixed at the time of estimation. It is treated as a value.
【0005】従来技術2 また別の従来技術として、体表面の多チャンネルの心電
図のQRS波形から心室表面での興奮到達時刻分布を推
定する方法が、文献「H.Roozen et al.:Compu-ting the
activation sequence at the ventricular heart surf
ace from bodysurface potentials, Medical & Biologi
cal Engineering & Computing, May ,1987」で報告され
ている。具体的には、この論文には、心筋内の導電率が
一様かつ等方的であり、しかも活動電位振幅が一定であ
るという仮定の下で、心筋内の興奮到達時刻分布と各チ
ャンネルに誘導される心電図QRS波形との関係を記述
する体積積分方程式(積分領域は心室筋内)を境界積分
方程式に変換し、この方程式を解くことで、心電図のQ
RS波形の計測結果から心筋境表面の興奮到達時刻の分
布を解析するという手法が示されている。Prior Art 2 As another prior art, a method of estimating the time of arrival at the ventricular surface from the QRS waveform of a multi-channel electrocardiogram on the body surface is described in the document "H. Roozen et al .: Compu-ting". the
activation sequence at the ventricular heart surf
ace from bodysurface potentials, Medical & Biologi
cal Engineering & Computing, May, 1987 ". Specifically, this paper describes the excitation arrival time distribution in the myocardium and each channel under the assumption that the conductivity in the myocardium is uniform and isotropic, and that the action potential amplitude is constant. The volume integral equation (integration area is in the ventricular muscle) describing the relationship with the induced electrocardiogram QRS waveform is converted into a boundary integral equation, and this equation is solved to obtain the Q of the electrocardiogram.
A method of analyzing the distribution of the excitation arrival time at the myocardial boundary surface from the measurement result of the RS waveform is shown.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術には以下のような種々の解決しなけれがなら
ない課題があった。However, the above-mentioned prior art has the following various problems which must be solved.
【0007】従来技術1の場合 従来技術1による心臓内電気現象の診断装置の場合、心
磁図と推定するパラメータとが非線形関係にあるため、
このパラメータを推定するには非常に多数の反復演算を
行う必要があり、しかも、その反復演算毎に興奮伝播シ
ミュレーシヨンを行う必要がある。興奮伝播シミユレー
シヨンには多くの計算時間が必要であるため、結果とし
て、1回の導出に要する時間が膨大になってしまうとい
う第1の問題があった。In the case of the prior art 1 In the case of the diagnostic device for the electrical phenomena in the heart according to the prior art 1, since the magnetocardiogram and the parameter to be estimated have a non-linear relationship,
To estimate this parameter, it is necessary to perform a large number of iterative operations, and it is necessary to perform an excitation propagation simulation for each of the iterative operations. Excitation propagation simulation requires a lot of calculation time, and as a result, there is a first problem that the time required for one derivation becomes enormous.
【0008】また、従来技術1による心臓内電気現象の
推定法については、初期興奮部位と初期興奮時刻を変数
として推定し、興奮伝播時刻や活動電位振幅分布は固定
値としたときの解析結果が電気学会論文誌A,Vol.
116−Α,No.8,1996,698−704ペー
ジに報告されている。In the method for estimating the electrical phenomena in the heart according to the prior art 1, the analysis results when the initial excitation site and the initial excitation time are estimated as variables and the excitation propagation time and the action potential amplitude distribution are fixed values are obtained. IEICE Transactions A, Vol.
116-, No. 8, 1996, pages 698-704.
【0009】この論文誌報告のものは、興奮伝播時刻や
活動電位振幅分布を固定値として扱っているので、実際
に沿わないことがある。例えば、従来技術1による心臓
内電気現象の推定法を心筋梗塞などの患者に実際に適用
することを想定すると、梗塞部位では興奮伝導の遅延が
あり、しかも活動電位の振幅は低下していると考えられ
る。また、初期興奮部位や興奮時刻は個人差が大きいか
ら、興奮伝播速度分布、活動電位振幅分布、導電率分
布、初期興奮部位、および初期興奮時刻を何らかの固定
値で扱うということは無理がある。すなわち、これらの
パラメータを全て変数として推定する必要がある。[0009] In this report, the excitation propagation time and the action potential amplitude distribution are treated as fixed values, so that they may not actually conform. For example, assuming that the method for estimating intracardiac electrical phenomena according to Prior Art 1 is actually applied to a patient such as myocardial infarction, there is a delay in excitation conduction at the infarct site, and the amplitude of the action potential is reduced. Conceivable. In addition, since the initial excitement site and the excitement time vary greatly between individuals, it is impossible to treat the excitement propagation velocity distribution, the action potential amplitude distribution, the conductivity distribution, the initial excitement site, and the initial excitement time with some fixed values. That is, it is necessary to estimate all these parameters as variables.
【0010】しかし、その一方で、これら全てのパラメ
ータを変数とすると、推定パラメータの数が非常に多く
なり、パラメータの探索空間の大きさが膨大化し、安定
に推定することはきわめて困難になる。従って、従来技
術1を、心筋梗塞などを持つ患者に実際に適用し、その
異常を診断することは極めて困難であるという第2の問
題があった。However, on the other hand, if all these parameters are variables, the number of estimated parameters becomes very large, the size of the search space for parameters becomes enormous, and it becomes extremely difficult to perform stable estimation. Therefore, there is a second problem that it is extremely difficult to apply the prior art 1 to a patient having myocardial infarction or the like and diagnose the abnormality.
【0011】一方、心筋梗塞などの基礎疾患を持たな
い、不整脈などの患者に、従来技術1による心臓内電気
現象の推定法を適用する場合、興奮伝播速度分布や活動
電位振幅分布、導電率分布は既定値として与えておき、
電気学会論文誌Α,Vol.116−Α,No.8,1
996,698−704ページ記載のように初期興奮部
位と初期興奮時刻のみを推定することが考えられる。On the other hand, when the method for estimating an intracardiac electrical phenomenon according to the prior art 1 is applied to a patient such as an arrhythmia who does not have a basic disease such as myocardial infarction, an excitation propagation velocity distribution, an action potential amplitude distribution, and a conductivity distribution. Is given as a default value,
IEICE Transactions II, Vol. 116-, No. 8,1
As described on pages 996, 698-704, it is conceivable to estimate only the initial excitation site and the initial excitation time.
【0012】この場合も、望ましくは、正確に解析を行
うためには心筋中の興奮伝播速度、活動電位振幅、導電
率の心臓内の分布を詳細に与える必要がある。しかし、
現状ではそのような詳細な情報は知られていないため、
大まかな情報を与えざるを得ず、興奮伝播を高精度にシ
ミュレートすることができない。結果として、推定結果
が事前に与えた興奮伝播速度、活動電位振幅、導電率の
曖昧な値に大きく影響され、解析結果が不安定になると
いう第3の問題があった。Also in this case, it is desirable to provide in detail the distribution of the excitation propagation velocity, action potential amplitude, and electrical conductivity in the heart muscle in order to perform an accurate analysis. But,
At this time, such detailed information is not known,
It has to give rough information and cannot simulate excitement propagation with high accuracy. As a result, there is a third problem that the estimation result is greatly influenced by the previously given vague values of the excitation propagation speed, the action potential amplitude, and the conductivity, and the analysis result becomes unstable.
【0013】また、不整脈の患者は現実には心筋梗塞や
虚血などの基礎疾患を持っていることか多い。このた
め、心臓内電気現象の推定装置がこのように基礎疾患を
持たない不整脈患者だけに適用できるものの場合、適用
できる患者が限定されてしまうために汎用性が低いとい
う第4の問題があった。[0013] In addition, patients with arrhythmia often have underlying diseases such as myocardial infarction and ischemia. For this reason, in the case where the device for estimating an intracardiac electrical phenomenon can be applied only to an arrhythmic patient who does not have an underlying disease, there is a fourth problem that versatility is low because applicable patients are limited. .
【0014】これに対して、従来技術2は、興奮伝播シ
ミュレーションを行う必要ないため、解析に膨大な時間
がかかるという問題は緩和されるものの、活動電位振幅
分布、導電率分布が一様であると仮定しており、本方法
の基礎方程式である体積積分方程式を境界積分方程式に
変換する際、この仮定は必須のものであるため、心筋梗
塞などの疾患を持つ患者には適用することができず、従
来技術1と同様に適用患者が限定され、汎用性が低くな
るという第5の問題があった。On the other hand, in the prior art 2, since it is not necessary to perform the excitation propagation simulation, the problem that the analysis takes an enormous amount of time is reduced, but the action potential amplitude distribution and the conductivity distribution are uniform. When converting the volume integral equation, which is the basic equation of this method, to the boundary integral equation, this assumption is essential, so it can be applied to patients with diseases such as myocardial infarction. However, similarly to the prior art 1, there is a fifth problem that the applicable patients are limited and the versatility is reduced.
【0015】さらに従来技術1および2に共通して、心
室モデル胸部導電率分布モデルに関する問題がある。Further, there is a problem related to the ventricle model chest conductivity distribution model common to the prior arts 1 and 2.
【0016】これを詳述すると、従来技術1および2に
おいて、興奮到達時刻分布などの推定精度を向上させる
ためには被験者個々の心室形状に適合させた心室モデル
を用いて正確に解析を行うことが必要である。従来法で
は、被験者のMRΙ画像から心臓のサイズと位置を手作
業で測定し、代表的な心室の形状を持った心室モデルを
測定値に合わせて拡大、縮小して設置していた。In detail, in the prior arts 1 and 2, in order to improve the accuracy of estimating the distribution of the time of arrival of excitement, it is necessary to perform an accurate analysis using a ventricle model adapted to the shape of the ventricle of each subject. is required. In the conventional method, the size and the position of the heart are manually measured from the MR の image of the subject, and a ventricle model having a typical ventricle shape is installed by enlarging or reducing according to the measured value.
【0017】つまり、心臓のサイズを自動的に検出する
ことは難しいことから、被験者個々の心室形状をMRI
やX−CTの3次元画像から心臓の形状を完全に自動的
に抽出することは困難であり、多数の患者全てに対し日
常的に患者個々に適合したモデルを作成するのは実質的
に不可能である。That is, it is difficult to automatically detect the size of the heart.
It is difficult to completely and automatically extract the shape of the heart from the three-dimensional images of X-CT and X-CT, and it is practically impossible to create a model that is individually adapted for each of many patients on a daily basis. It is possible.
【0018】また心磁図逆問題では一般に、磁場計算の
際も被験者個々の胸部形状および導電率分布に適合させ
た胸部導電率分布モデルを用いる必要があることが指摘
されている。しかしながら、従来は、個々の被験者の導
電率分布を考慮するために境界要素法や有限要素法を用
いているため、心室や胸部の組織境界を3角形メッシュ
で構成、または胸部領域を4面体などのメッシュで構成
する必要がある。その際、組織境界をメッシュに適合さ
せる必要があるが、そのような処理の完全自動化は困難
であるため、被験者個々の心室形状や胸部の導電率分布
をMRIやX−CTの3次元画像から完全に自動的に抽
出することができず、結果として、多数の患者全てに対
し日常的に胸部導電率分布モデルを作成することは実質
的に不可能である。In the magnetocardiogram inverse problem, it is generally pointed out that it is necessary to use a chest conductivity distribution model adapted to the chest shape and the conductivity distribution of each subject even when calculating the magnetic field. However, conventionally, since the boundary element method or the finite element method is used in order to consider the conductivity distribution of each subject, the tissue boundary of the ventricle and the chest is constituted by a triangular mesh, or the chest region is a tetrahedron. It must be composed of meshes. At this time, it is necessary to fit the tissue boundary to the mesh, but it is difficult to fully automate such processing. Therefore, the ventricle shape and the conductivity distribution of the chest of each subject can be obtained from three-dimensional MRI and X-CT images. It cannot be extracted completely automatically, and as a result, it is virtually impossible to routinely create a chest conductivity distribution model for a large number of patients.
【0019】これらの状況から、患者に適合した心室形
状や胸部導電率分布を考慮した推定法が実施されておら
ず、興奮到達時刻分布を推定精度が低く、実際の臨床に
は供し難いという第6の問題があった。[0019] Under these circumstances, an estimation method taking into account the shape of the ventricle and the distribution of the thoracic conductivity suitable for the patient has not been implemented, and the estimation accuracy of the excitation arrival time distribution is low, making it difficult to provide practical clinical practice. There were 6 problems.
【0020】本発明の1つの目的は、上述した従来技術
が有する種々の未解決の問題に鑑みてなされたもので、
心臓内の興奮伝播速度の心臓内の分布に関する詳細な情
報を事前に必要とせずに、心臓内の興奮伝播過程(心筋
の興奮到達時刻、活動電位振幅など)を従来よりも高速
に、安定に、且つ精度良く推定できるようにする、こと
である。One object of the present invention has been made in view of the various unresolved problems of the prior art described above.
The excitement propagation process in the heart (heart muscle excitation arrival time, action potential amplitude, etc.) is faster and more stable than before, without needing detailed information on the distribution of the excitation propagation velocity in the heart in the heart in advance. And it is possible to estimate with high accuracy.
【0021】本発明の別の目的は、心臓内の興奮伝播速
度の心臓内の分布に関する詳細な情報を事前に必要とせ
ずに、心臓内の興奮伝播過程を従来よりも高速に、安定
に、且つ精度良く推定するとともに、心筋梗塞などの異
常を持つ患者に対しても適用可能にし、汎用性を持たせ
る、ことである。Another object of the present invention is to make the excitation propagation process in the heart faster and more stable than before, without the need for detailed information on the distribution of the excitation propagation velocity in the heart in the heart in advance. In addition, it is possible to perform estimation with high accuracy, to apply the method to patients having abnormalities such as myocardial infarction, and to provide versatility.
【0022】本発明のさらに別の目的は、患者個々の心
室形状および胸部導電率分布を患者毎に、容易に、かつ
自動的に抽出できるようにし、また、多くの患者を簡単
に診断できるようにして実用性を高める、ことである。Still another object of the present invention is to enable easy and automatic extraction of the patient's ventricular shape and chest conductivity distribution for each patient, and to easily diagnose many patients. To improve practicality.
【0023】本発明のさらに別の目的は、心臓内の興奮
伝播速度の心臓内の分布に関する詳細な情報を事前に必
要とせずに、心臓内の興奮伝播過程を従来よりも高速
に、安定に、且つ精度良く推定し、また、心筋梗塞など
の異常を持つ患者に対しても適用可能にし、汎用性を持
たせ、さらに、患者個々の心室形状および胸部導電率分
布を患者毎に、容易に、かつ自動的に抽出できるように
し、また、多くの患者を簡単に診断できるようにして実
用性を高める、ことである。Still another object of the present invention is to make the excitation propagation process in the heart faster and more stable than in the past without requiring detailed information on the distribution of the excitation propagation velocity in the heart in the heart in advance. , And with high accuracy, and also applicable to patients with abnormalities such as myocardial infarction, to provide versatility, furthermore, the ventricular shape and thoracic conductivity distribution of each patient can be easily determined for each patient. , And automatically extract, and improve the practicality by easily diagnosing many patients.
【0024】[0024]
【課題を解決するための手段】ここで、心筋電気活動量
は、具体的には、心筋の活動電位の立上がりの時相にお
ける活動電位の振幅値、心筋の導電率の分布、それら両
者の積である電流ダイポール密度の絶対値、またはそれ
らの量に関連する量であり、活動電位の瞬時値のような
各時刻での値ではなく、心筋各部位における各心拍の電
気活動の大きさを表す量である。Here, the myocardial electrical activity amount is, specifically, the amplitude value of the action potential in the rising phase of the action potential of the myocardium, the distribution of the electrical conductivity of the myocardium, and the product of both. Is the absolute value of the current dipole density, or a quantity related to those quantities, and represents the magnitude of the electrical activity of each heartbeat in each part of the myocardium, not the value at each time such as the instantaneous value of the action potential Quantity.
【0025】上記種々の目的を達成するため、本発明に
基づく心臓内電気現象の診断装置は、被験者から測定し
た電位および磁場の少なくとも一方に基づき当該被験者
の心臓内の電気現象を推定して表示する装置で、前記心
臓内の興奮到達時刻の分布情報と前記心筋の電気活動の
大きさを表す心筋電気活動量の分布情報とを同時に推定
する分布情報推定手段と、前記興奮到達時刻の分布情報
と前記心筋電気活動量の分布情報とを表示する表示手段
と、を備えたことを特徴とする。In order to achieve the above various objects, a diagnostic apparatus for an intracardiac electrical phenomenon according to the present invention estimates and displays an electrical phenomenon in the heart of a subject based on at least one of a potential and a magnetic field measured from the subject. Distribution information estimating means for simultaneously estimating the distribution information of the excitation arrival time in the heart and the distribution information of the myocardial electric activity amount representing the magnitude of the electrical activity of the myocardium, and the distribution information of the excitation arrival time. And display means for displaying the distribution information of the myocardial electrical activity.
【0026】また、前記被験者の体表の測定点から電位
および磁場の少なくとも一方を計測する計測手段を備え
たことを特徴とする。[0026] The present invention is characterized in that a measuring means for measuring at least one of a potential and a magnetic field from a measurement point on the body surface of the subject is provided.
【0027】好適には、前記分布情報推定手段は、前記
心臓内での前記興奮到達時刻の分布と前記心筋電気活動
量の分布とを有限個の複数のパラメータで表現する表現
手段と、このパラメータにより表現された前記興奮到達
時刻の分布と前記心筋電気活動量の分布とに基づいて前
記電位および磁場の少なくとも一方の各測定点での時間
波形を計算する波形計算手段と、前記測定電位および磁
場の少なくとも一方の波形と前記計算電位および磁場の
少なくとも一方の時間波形とが一致するように非線型最
適化法を用いて前記複数のパラメータを推定するパラメ
ータ推定手段と、を備える。この場合、例えば、分布情
報推定手段は、前記被験者の体内の3次元画像データか
ら前記心臓のモデルを設定する心臓モデル設定手段を備
える。また、前記表現手段は、前記心臓内での前記興奮
到達時刻の分布と前記心筋電気活動量の分布とを前記心
臓モデルの代表点の数よりも少ない数で表現する手段で
あり、前記分布情報推定手段は、この少ない数のパラメ
ータに基づき前記興奮到達時刻の分布と前記心筋電気活
動量の分布とを算出する算出手段を備える、ことも好適
である。Preferably, the distribution information estimating means includes an expression means for expressing the distribution of the time of arrival of excitation and the distribution of the amount of myocardial electrical activity in the heart with a finite number of parameters, and Waveform calculation means for calculating a time waveform at at least one of each measurement point of the potential and the magnetic field based on the distribution of the excitation arrival time and the distribution of the myocardial electric activity amount represented by: And a parameter estimating means for estimating the plurality of parameters by using a nonlinear optimization method so that at least one of the waveforms and the time waveform of at least one of the calculated potential and the magnetic field coincide with each other. In this case, for example, the distribution information estimating unit includes a heart model setting unit that sets the heart model from three-dimensional image data of the inside of the subject. Further, the expression means is means for expressing the distribution of the time of arrival of excitation in the heart and the distribution of the amount of myocardial electrical activity in a number smaller than the number of representative points of the heart model. It is also preferable that the estimating means includes a calculating means for calculating the distribution of the excitation arrival time and the distribution of the myocardial electric activity based on the small number of parameters.
【0028】さらに好適には、前記表現手段は、前記心
臓モデルの各代表点での前記興奮到達時刻、前記心臓内
での前記心筋電気活動量で表された前記興奮到達時刻の
分布、および前記心筋電気活動量の分布を、前記心臓モ
デルの代表点よりも少ない数のパラメータの線形関数で
表現する手段であり、前記分布情報推定手段は、この線
形関数で表現された少ない数のパラメータに基づき前記
興奮到達時刻の分布と前記心筋電気活動量の分布とを算
出する算出手段を備える。このとき、例えば、前記線形
関数はフーリエ変換または逆フーリエ変換による関数で
ある。さらに、例えば、この線形関数は行列演算による
関数である。また一態様として、この行列演算の行列
は、測定した又は仮想した興奮到達時刻の共分散行列か
ら求めた行列である。[0028] More preferably, said expression means comprises: the excitation arrival time at each representative point of the heart model; a distribution of the excitation arrival time represented by the myocardial electrical activity in the heart; Means for expressing the distribution of the amount of myocardial electrical activity by a linear function of a smaller number of parameters than the representative points of the heart model, wherein the distribution information estimating means is based on the small number of parameters represented by the linear function. Calculation means is provided for calculating the distribution of the excitation arrival time and the distribution of the myocardial electrical activity. At this time, for example, the linear function is a function based on Fourier transform or inverse Fourier transform. Further, for example, the linear function is a function based on a matrix operation. In one embodiment, the matrix of the matrix operation is a matrix obtained from a covariance matrix of the measured or virtual excitation arrival times.
【0029】さらに好適には、前記心臓モデル設定手段
は、前記心臓モデルとして心室の形状を多数の多面体の
組み合わせにより設定する手段である。この多面体は、
例えば、6面体、5面体、もしくは4面体、または、そ
れらの多面体の内の少なくとも2種類の組み合わせであ
ることを特徴とする。[0029] More preferably, said heart model setting means is means for setting a shape of a ventricle as said heart model by a combination of a large number of polyhedrons. This polyhedron is
For example, it is characterized in that it is a hexahedron, a pentahedron, or a tetrahedron, or a combination of at least two of these polyhedrons.
【0030】さらに好適な一態様として、医用モダリテ
ィから得た前記被検者の体内の3次元画像データを入力
し転送する画像転送手段を備え、前記分布情報推定手段
は、この画像転送手段から転送されてきた前記3次元画
像データから前記被験者の心臓のモデルを設定する心臓
モデル設定手段を備える。[0030] As a further preferred embodiment, there is provided image transfer means for inputting and transferring the three-dimensional image data of the inside of the subject obtained from a medical modality, and the distribution information estimating means transfers the image data from the image transfer means. A heart model setting unit configured to set a model of the subject's heart from the obtained three-dimensional image data.
【0031】さらに別の好適な一態様として、前記心臓
モデル設定手段は、予め与えられた既定形状の心室モデ
ルを移動、回転、および/または変形させ、非線形最適
化法により前記3次元画像データによる心室表面をフィ
ットさせることで、前記被験者の心室モデルの心室の位
置、向き、形状を設定する手段であることを特徴とす
る。この心臓モデル設定手段は、前記既定形状の心室モ
デルを対話的に移動、回転、および/または変形させる
手段を備えることが望ましい。As still another preferred embodiment, the heart model setting means moves, rotates, and / or deforms a ventricle model having a predetermined shape, and uses the three-dimensional image data by a non-linear optimization method. It is a means for setting the position, orientation and shape of the ventricle of the ventricle model of the subject by fitting the ventricle surface. Preferably, the heart model setting means includes means for interactively moving, rotating, and / or deforming the ventricle model having the predetermined shape.
【0032】また、心臓モデル設定手段は、前記3次元
画像データと前記被験者の前記心室モデルとを重ねて表
示する手段を備える、ことも望ましい。Preferably, the heart model setting means includes means for displaying the three-dimensional image data and the ventricle model of the subject in a superimposed manner.
【0033】さらに別の好適な一態様として、前記心臓
モデル設定手段は、前記心臓モデルとしての心室形状を
複数種類の既定形状の画像を構成するユニットを配列し
て表現する手段を備える。この既定形状は例えば6面体
である。As still another preferred embodiment, the heart model setting means includes means for expressing a ventricle shape as the heart model by arranging units constituting a plurality of types of images having predetermined shapes. The predetermined shape is, for example, a hexahedron.
【0034】さらに別の好適な一態様として、前記分布
情報推定手段は、1種類または複数種類の医用モダリテ
ィから得られた1種類または複数種類の3次元画像デー
タから生体モデルを作成する生体モデル作成手段を備
え、この生体モデル作成手段は、前記3次元画像データ
から3次元の画像領域内の生体の各領域の組織種別を分
別する組織種別分別手段を有することを特徴とする。こ
の場合、前記生体モデル作成手段は、前記組織種別分別
手段の分別結果に基づき前記各領域毎の導電率を設定す
る導電率設定手段を有することもできる。また、この場
合、前記生体モデル作成手段は、前記3次元の画像領域
内の生体を多数のボクセルにより構成するボクセル構成
手段を備え、前記分布情報推定手段は、差分法を用いて
前記多数のボクセルの電位波形および磁場波形の少なく
とも一方を計算する計算手段を有することもできる。As still another preferred embodiment, the distribution information estimating means is configured to generate a biological model from one or more types of three-dimensional image data obtained from one or more types of medical modalities. The biological model creating means includes a tissue type classification means for classifying a tissue type of each region of a living body in a three-dimensional image region from the three-dimensional image data. In this case, the biological model creating means may have conductivity setting means for setting the conductivity for each of the regions based on the classification result of the tissue type separating means. Further, in this case, the biological model creating means includes voxel configuring means for configuring a living body in the three-dimensional image area by a large number of voxels, and the distribution information estimating means uses the difference method to calculate the large number of voxels. Calculation means for calculating at least one of the potential waveform and the magnetic field waveform.
【0035】また、本発明に基づく心臓内電気現象の診
断方法は、被験者から測定した電位および磁場の少なく
とも一方に基づき当該被験者の心臓内の電気現象を推定
して表示する方法であり、前記心臓内の興奮到達時刻の
分布情報と前記心臓の心筋の電気活動の大きさを表す心
筋電気活動量の分布情報とを同時に推定するステップ
と、前記興奮到達時刻の分布情報と前記心筋電気活動量
の分布情報とを表示するステップと、を含むことを特徴
とする。A method for diagnosing an intracardiac electrical phenomenon according to the present invention is a method for estimating and displaying an electrical phenomenon in the heart of a subject based on at least one of a potential and a magnetic field measured from the subject. Simultaneously estimating the distribution information of the excitement arrival time within and the distribution information of the myocardial electric activity amount representing the magnitude of the electrical activity of the myocardium of the heart; and Displaying distribution information.
【0036】これにより、本発明では例えば、心臓内の
興奮到達時刻分布と心筋電気活動量分布が同時に推定さ
れる。また好適には、興奮到達時刻分布や心筋電気活動
量分布を生成する比較的少数のパラメータが推定対象と
なる。心筋電気活動量分布の代わりに、導電率分布や、
心筋電気活動量と導電率の積(電流ダイポール密度)の
分布を推定してもよい。さらに好適には、心室形状、胸
部形状が多数のボクセルにより構成され、差分法を用い
て電位計算・磁場計算が実行される。Thus, in the present invention, for example, the excitation arrival time distribution in the heart and the myocardial electric activity amount distribution are simultaneously estimated. Also, preferably, a relatively small number of parameters for generating the excitation arrival time distribution and the myocardial electric activity amount distribution are to be estimated. Instead of myocardial electrical activity distribution, conductivity distribution,
The distribution of the product of the myocardial electrical activity and the electrical conductivity (current dipole density) may be estimated. More preferably, the ventricle shape and the chest shape are composed of a large number of voxels, and the potential calculation and the magnetic field calculation are executed using the difference method.
【0037】本発明のそのほかの特徴および効果は、以
下に説明する発明の実施の形態および添付の図面により
明らかになる。Other features and effects of the present invention will become apparent from the embodiments of the present invention described below and the accompanying drawings.
【0038】[0038]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【0039】第1の実施の形態 本発明の第1の実施形態を図1〜図4、図9に基づき説
明する。 First Embodiment A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
【0040】図1に、この実施形態に係る心臓内電気現
象の診断装置の構成の概要を示す。この診断装置は、S
QUID(超伝導量子干渉素子)磁束計11、画像収集
装置12、画像転送装置13、およびコンピュータ装置
14を備える。FIG. 1 shows an outline of the configuration of a diagnostic apparatus for an intracardiac electrical phenomenon according to this embodiment. This diagnostic device is S
It comprises a QUID (superconducting quantum interference device) magnetometer 11, an image collection device 12, an image transfer device 13, and a computer device 14.
【0041】SQUID磁束計11は、SQUIDセン
サ11a、駆動回路11b、および信号収集回路11c
を備え、高感度な磁気センサであるマルチチャネルSQ
UID磁束計に構成されている。このSQUID磁束計
11は、SQUIDセンサを用いて胸面上の数点(測定
点)での心臓磁場波形を計測し、この波形信号を増幅/
フィルタ処理し、Α/D変換によりデジタルデータに変
換する。このデジタル量の磁場波形データはコンピュー
タ装置14に供給される。The SQUID magnetometer 11 includes a SQUID sensor 11a, a driving circuit 11b, and a signal collecting circuit 11c.
Multi-channel SQ which is a highly sensitive magnetic sensor
It is configured as a UID magnetometer. The SQUID magnetometer 11 measures a cardiac magnetic field waveform at several points (measurement points) on the chest using a SQUID sensor, and amplifies / amplifies this waveform signal.
Filter processing and conversion into digital data by Α / D conversion. The digital amount of magnetic field waveform data is supplied to the computer device 14.
【0042】画像収集装置12は例えばMRI(磁気共
鳴イメージング)装置、X線CT(X−CT)、超音波
診断装置などの3次元画像データを取得するモダリティ
の1つまたは複数で構成され、患者の体内の画像データ
(生画像データ)を収集し、画像転送装置13に供給す
る。画像転送装置13は例えばCPUおよびメモリを備
えて構成され、送られてきた画像データを保管するとと
もに、コンピュータ装置14からの指令に応じて画像デ
ータをコンピュータ装置14に供給する。画像転送装置
13は好ましくは、ネットワーク経由または記憶媒体経
由で画像データをコンピュータ装置14に供給するよう
に構成され、また必要に応じて画像フォーマットの変換
や3次元画像データへの再構成も行うように構成されて
いる。The image acquisition device 12 is composed of one or more modalities for acquiring three-dimensional image data, such as an MRI (magnetic resonance imaging) device, an X-ray CT (X-CT), an ultrasonic diagnostic device, etc. The image data (raw image data) inside the body of the user is collected and supplied to the image transfer device 13. The image transfer device 13 includes, for example, a CPU and a memory, stores the sent image data, and supplies the image data to the computer device 14 in response to a command from the computer device 14. The image transfer device 13 is preferably configured to supply image data to the computer device 14 via a network or a storage medium, and also performs image format conversion and reconstruction into three-dimensional image data as necessary. Is configured.
【0043】コンピュータ装置14は、心臓内の興奮伝
播過程を推定するための解析および演算を行うもので、
CPUを要部とする演算処理器14a、メモリ14b、
入力器14c、および表示器14dを備える。メモリ1
4bには、かかる解析/演算用のプログラムが予め内蔵
されており、演算処理器14aがこのプログラムを実行
する。この実行の一例を図2のフローチャートに示す。The computer device 14 performs an analysis and an operation for estimating an excitement propagation process in the heart.
An arithmetic processing unit 14a having a CPU as a main part, a memory 14b,
An input device 14c and a display device 14d are provided. Memory 1
The analysis / arithmetic program is built in 4b in advance, and the arithmetic processor 14a executes this program. An example of this execution is shown in the flowchart of FIG.
【0044】このフローチャートを説明する。まず、演
算処理器14aは、SQUID磁束計11から供給され
た磁場波形データを入力し(ステップS1)、この波形
データの信号処理を実行する(ステップS2)。この信
号処理では、雑音除去などのためにデジタルフィルタや
心拍毎の加算平均処理などが行われる。そして、心磁図
のQRS群に相当する時間が検出され、各チャンネルの
QRS群に相当する磁場波形が抽出される。時刻の基準
点の取り方は任意で良いが、例えば、QRS群の開始点
付近を時刻=0としたり、最大振幅の時刻を0とすれば
よい。This flowchart will be described. First, the arithmetic processing unit 14a receives the magnetic field waveform data supplied from the SQUID magnetometer 11 (step S1), and executes signal processing of the waveform data (step S2). In this signal processing, a digital filter, an averaging process for each heartbeat, and the like are performed for noise removal and the like. Then, a time corresponding to the QRS complex of the magnetocardiogram is detected, and a magnetic field waveform corresponding to the QRS complex of each channel is extracted. The reference point for the time may be set arbitrarily. For example, the time near the start point of the QRS complex may be set to 0, or the time at the maximum amplitude may be set to 0.
【0045】この後、演算処理器14aは、画像転送装
置13から複数枚の断層画像データ(3次元データ)を
入力し(ステップS3)、この画像データを基に心臓形
状の測定および設定を行う(ステップS4)。これによ
り、例えばMRI装置の収集に拠る3次元画像データか
ら心室筋の領域が検出され、心室形状モデルが構築され
る。Thereafter, the arithmetic processing unit 14a inputs a plurality of tomographic image data (three-dimensional data) from the image transfer device 13 (step S3), and performs measurement and setting of the heart shape based on the image data. (Step S4). Thus, for example, a region of a ventricular muscle is detected from three-dimensional image data obtained by acquisition of an MRI apparatus, and a ventricular shape model is constructed.
【0046】図3に、構築する心室モデルの基礎になる
モデルを示す。この例では心室の形状が多数の6面体の
要素(ユニット)の組み合わせで表現されている。この
心室モデルは、長軸方向の長さ、短軸直交方向それぞれ
の左心室外径、左心室壁厚、右心室壁厚、中隔と右心室
壁の間の隙間の長さなどのパラメータを、被験者個々に
合わせて入力器14cを介して操作し、変形させること
が出来る。長軸方向の長さ以外のパラメータは、心尖
部、心基部、およびその間の任意のレベル毎に指定する
ことができる。FIG. 3 shows a model serving as a basis of a ventricular model to be constructed. In this example, the shape of the ventricle is represented by a combination of many hexahedral elements (units). This ventricle model has parameters such as length in the long axis direction, outer diameter of the left ventricle in each direction orthogonal to the short axis, left ventricle wall thickness, right ventricle wall thickness, and length of the gap between the septum and the right ventricle wall. It can be operated and deformed via the input device 14c according to each subject. Parameters other than the length in the long axis direction can be specified for each of the apex, the base, and any level therebetween.
【0047】この心室モデルを被験者個々の心室形状に
フィットさせるフィット処理は、ここでは例えば手作業
による対話的手法で、あるいは非線型最適化手法を用い
て自動的に行われる。いずれの手法においても、被験者
のMRI、X−CT、超音波診断装置などから収集され
た3次元画像の心室の表面と心室モデルの表面とがなる
べく一致するように、心室モデルを変形する各パラメー
タと心室モデルの被験者体内の位置、向きを表現するパ
ラメータとが変更される。The fitting process for fitting the ventricle model to the shape of the ventricle of each subject is automatically performed here, for example, by an interactive method by manual operation or by using a nonlinear optimization method. In each method, each parameter for deforming the ventricle model so that the surface of the ventricle and the surface of the ventricle model of the three-dimensional image collected from the subject's MRI, X-CT, ultrasonic diagnostic apparatus, etc. match as closely as possible. And the parameters representing the position and orientation of the ventricle model in the subject are changed.
【0048】手作業による対話的手法を用いて心室モデ
ルの形状を3次元画像の心室形状にフィットさせる場
合、3次元画像の任意方向の投影図または任意位置での
断面図と心室モデルの形状とを同時に表示器14dに表
示し、操作者が表示画面を確認しながらパラメータを変
更する態様が好ましい。さらに、その変更したパラメー
タにしたがって心室モデルの位置、向き、形状が変化
し、その変化の様子が表示画面上に連動して表示器14
dに表示させる構成も望ましい。When the shape of the ventricle model is fitted to the shape of the ventricle of the three-dimensional image by using a manual interactive method, the shape of the ventricle model and the projected view of the three-dimensional image in any direction or a cross-sectional view at any position. Is displayed on the display 14d at the same time, and the parameter is changed while the operator checks the display screen. Further, the position, orientation, and shape of the ventricle model are changed according to the changed parameters, and the state of the change is displayed on the display 14 in conjunction with the display screen.
It is also desirable to have a configuration in which d is displayed.
【0049】非線形最適化手法を用いて自動的にフィッ
トさせる場合も、フィッティング中の心室位置、向き、
形状や、フィットさせた最終的な心室位置、向き、形状
が3次元画像の心室形状と共に表示器14dに表示させ
る構成が望ましい。さらに、必要に応じて手作業で心室
の形状を変化させ、その結果を初期値としてさらにフィ
ッティング作業を自動的処理で再開できるように構成す
ることが望ましい。In the case of automatically fitting using the non-linear optimization method, the ventricle position, orientation,
It is desirable that the shape, the final fitted ventricular position, orientation, and shape be displayed on the display 14d together with the ventricular shape of the three-dimensional image. Further, it is desirable that the shape of the ventricle be manually changed as required, and the result be used as an initial value so that the fitting operation can be restarted by automatic processing.
【0050】コンピュータ装置14の演算処理器14a
は、この後、設定した心臓形状のデータと測定(入力)
した被験者のQRS期間の心磁図のデータとに基づい
て、心臓の心室内の興奮伝播過程の推定値としての興奮
到達時刻分布および活動電位振幅分布の解析を行う(ス
テップS5〜S12)。Arithmetic processor 14a of computer device 14
After that, set heart shape data and measurement (input)
Based on the subject's magnetocardiogram data during the QRS period, the analysis of the excitation arrival time distribution and the action potential amplitude distribution as the estimated value of the excitation propagation process in the ventricle of the heart is performed (steps S5 to S12).
【0051】興奮到達時刻分布および活動電位振幅分布
を解析するアルゴリズムとしては、各種の非線形最適化
アルゴリズムが使用できる。これらのアルゴリズムとし
ては、準ニュートン法、共役勾配法、コンジュゲートデ
ィレクション法、シミュレーテッドアニーリング法、遺
伝的アルゴリズム法など、多様なものがある。これらの
内、典型的なアルゴリズムには、興奮到達時刻分布・活
動電位振幅分布の初期値設定処理(図2、ステップS
5)、心臓内電流源分布の計算処理(同図、ステップS
6)、磁場計算処理(図2、ステップS7)、誤差算出
処理(図2、ステップS10)、および、興奮到達時刻
分布・活動電位振幅分布の変更処理(図2、ステップS
9)が含まれる。これらの処理ステップのそれぞれをど
のような順序で実行するは、それぞれの非線形最適化ア
ルゴリズムにおいて周知であり、採用するアルゴリズム
にしたがってその順序が決められる。図2には、準ニュ
ートン法など、多くのアルゴリズムに適用される順序を
模式的に示している。As an algorithm for analyzing the excitation arrival time distribution and the action potential amplitude distribution, various nonlinear optimization algorithms can be used. These algorithms include various methods such as a quasi-Newton method, a conjugate gradient method, a conjugate direction method, a simulated annealing method, and a genetic algorithm method. Of these, typical algorithms include initial value setting processing of the excitation arrival time distribution and action potential amplitude distribution (FIG. 2, step S
5), calculation processing of the current source distribution in the heart (FIG.
6), magnetic field calculation processing (FIG. 2, step S7), error calculation processing (FIG. 2, step S10), and change processing of excitation arrival time distribution / action potential amplitude distribution (FIG. 2, step S)
9) is included. The order in which each of these processing steps is performed is well known in each non-linear optimization algorithm, and the order is determined according to the algorithm employed. FIG. 2 schematically shows the order applied to many algorithms such as the quasi-Newton method.
【0052】以下に、上記処理ステップS5〜S10の
処理内容を説明する。The contents of the processing steps S5 to S10 will be described below.
【0053】ステップS5に係る興奮到達時刻分布・活
動電位振幅分布の初期値設定処理では、心内膜・外膜興
奮到達時刻の初期値設定および活動電位振幅の初期値設
定が行われる。In the initial value setting processing of the excitation arrival time distribution and the action potential amplitude distribution in step S5, the initial values of the endocardium and epicardium excitation arrival times and the initial value of the action potential amplitude are set.
【0054】心内膜・外膜興奮到達時刻の初期値設定の
場合、図3の心室モデルの心内膜側、あるいは心外膜側
の全ての頂点に対して興奮到達時刻の初期値を設定す
る。これは予め定められた範囲内、例えばQRS開始時
刻を基準として0から80msの間でランダムに決定して
もよいし、正常心臓の典型的な興奮開始時刻を設定して
もよい。In the case of setting the initial value of the arrival time of the endocardium and epicardium excitation, the initial value of the excitation arrival time is set for all the vertices on the endocardium side or the epicardium side of the ventricle model in FIG. I do. This may be randomly determined within a predetermined range, for example, from 0 to 80 ms based on the QRS start time, or a typical excitation start time of a normal heart may be set.
【0055】活動電位振幅も同様に心室モデルの心内膜
側、あるいは心外膜側の全ての頂点に対して活動電位振
幅の初期値を設定する。その範囲は、ランダムでもよ
く、あるいは、心筋電気活動量として具体的には活動電
位振幅の量を採用する場合には、正常の活動電位振幅で
ある約−90mVを全ての頂点に与えてもよい。さらに、
図3の心室モデルにおいて心外膜と心内膜以外の点にも
代表点を設け、心内膜、心外膜の頂点とそれ以外の点を
含む代表点全ての興奮到達時刻と活動電位振幅の値を初
期値として設定してもよい。Similarly, for the action potential amplitude, an initial value of the action potential amplitude is set for all apexes on the endocardium side or epicardium side of the ventricle model. The range may be random, or when a specific action potential amplitude is used as the amount of myocardial electrical activity, a normal action potential amplitude of about −90 mV may be applied to all vertices. . further,
In the ventricle model of FIG. 3, representative points are also provided at points other than the epicardium and the endocardium, and the excitation arrival time and action potential amplitude of all representative points including the endocardium, the apex of the epicardium and other points are included. May be set as the initial value.
【0056】ステップS6に係る心臓内電流原分布の計
算処理では、心臓モデルの各6面体の内部の興奮到達時
刻や活動電位振幅を補間演算し、それら補間によって求
めた興奮到達時刻と活動電位振幅の値を用いてQRS期
間中のいくつかの時刻の興奮波面の形状と興奮波面上の
電流源分布が計算される。補間方法としては有限要素法
で頻繁に用いられる例えば次式で表される補間多項式を
用いればよい。なお、この補間方法は興奮到達時刻分布
を例に説明するが、活動電位振幅に対しても同様の方法
がとられる。In the calculation process of the original cardiac current distribution in step S6, the excitation arrival time and the action potential amplitude inside each hexahedron of the heart model are interpolated, and the excitation arrival time and the action potential amplitude obtained by the interpolation are calculated. Is used to calculate the shape of the excitation wavefront at several times during the QRS period and the current source distribution on the excitation wavefront. As an interpolation method, for example, an interpolation polynomial frequently used in the finite element method and represented by the following equation may be used. Although this interpolation method will be described using the excitation arrival time distribution as an example, the same method is used for the action potential amplitude.
【0057】[0057]
【数1】 (Equation 1)
【外1】 [Outside 1]
【0058】[0058]
【数2】 (Equation 2)
【外2】 [Outside 2]
【0059】さらにステップS7における磁場計算処理
では、計算された多数の電流ダイポールの位置・向き・
大きさに基づき、胸面上に設置された各SQUIDセン
サで計測されるべき磁場を、QRS期間中の各時刻毎に
計算する。この計算は、胴体の導電率分布を無限一様媒
質または半無限平板と仮定してビオーサバールの法則に
基づいて行ってもよいし、同心球状導電率球と仮定して
サーバスの式を用いて行ってもよい。あるいは、境界要
素法や有限要素法を用いて心筋、血液、肺、脂肪層、皮
膚などの実形状を考慮した磁場計算を行うこともでき
る。Further, in the magnetic field calculation processing in step S7, the positions, orientations,
Based on the magnitude, a magnetic field to be measured by each SQUID sensor installed on the chest is calculated for each time during the QRS period. This calculation may be performed based on Biosavar's law assuming that the conductivity distribution of the fuselage is an infinite uniform medium or a semi-infinite flat plate, or may be performed using Servas's formula assuming a concentric spherical conductivity sphere. You may. Alternatively, a magnetic field calculation taking into account the actual shape of the myocardium, blood, lung, fat layer, skin, and the like can be performed using the boundary element method or the finite element method.
【0060】このステップS6およびS7の処理は、必
要回数だけ反復される(ステップS8)。The processes in steps S6 and S7 are repeated a required number of times (step S8).
【0061】さらにステップS9の興奮到達時刻分布・
活動電位振幅分布の変更処理では、心臓モデルに設定さ
れている興奮到達時刻分布と活動電位振幅分布が最終的
に、ステップS1,S2で計測した心磁図とステップS
7で計算した心磁図の差が小さくなるように、ステップ
S8で反復計算した値を基に変更される。具体的にどの
ように変更するかは各種非線形最適化アルゴリズムによ
り異なる。Furthermore, the distribution of the arrival time of the excitement in step S9
In the process of changing the action potential amplitude distribution, the excitation arrival time distribution and the action potential amplitude distribution set in the heart model are finally determined by the magnetocardiogram measured in steps S1 and S2 and the step S2.
The value is changed based on the values repeatedly calculated in step S8 so that the difference between the magnetocardiograms calculated in step 7 is reduced. How to change specifically depends on various nonlinear optimization algorithms.
【0062】さらにステップS10の誤差算出処理で
は、ステップS7で計算したQRS期間の心磁図と、ス
テップS1,S2の処理を介して得たQRS期間の心磁
図とがどれ位異なるのかを示す誤差eが計算される。例
えば、チャネルiが測定したj番目の時刻の心磁図をB
ij、同様に、計算により求めた心磁図をCijとしたと
き、Further, in the error calculation process in step S10, an error e indicating how much the magnetocardiogram in the QRS period obtained through the processes in steps S1 and S2 differs from the magnetocardiogram in the QRS period calculated in step S7. Is calculated. For example, the magnetocardiogram at the j-th time measured by channel i is B
ij , and similarly, when the magnetocardiogram obtained by calculation is C ij ,
【数3】 に式により誤差eを求める。bはBijの2乗平均平方
根、cはCijの2乗平均平方根である。(Equation 3) The error e is obtained by the following equation. b is the root mean square of B ij , and c is the root mean square of C ij .
【0063】そして、この興奮到達時刻分布・活動電位
振幅分布の解析処理においては、上述した各処理ステッ
プS6〜S10が、採用した非線形最適化アルゴリズム
で要請されるように反復的に実行される(ステップS1
1)。これにより、誤差eがなるべく小さくなるような
興奮到達時刻と活動電位振幅の心室内の分布が求められ
る。In the analysis processing of the excitation arrival time distribution and the action potential amplitude distribution, the above-described processing steps S6 to S10 are repeatedly executed as required by the adopted nonlinear optimization algorithm ( Step S1
1). As a result, a distribution in the ventricle of the excitation arrival time and the action potential amplitude that minimizes the error e is obtained.
【0064】このようにして推定した興奮到達時刻分布
および活動電位振幅分布のデータは、その後、表示器1
4dに表示される(ステップS12)。The data of the excitation arrival time distribution and the action potential amplitude distribution estimated in this way are then displayed on the display 1.
4d is displayed (step S12).
【0065】この表示結果の例を図4に示す。この例
は、心内膜・外膜の展開図の上に興奮到達時刻の等時線
図を表示したものである。等時線図は同時刻に興奮を開
始する点を線で結ぶ表示方法である。また、図のよう
に、色の濃淡あるいは色相の違いにより活動電位振幅の
分布を重ねて表示している。FIG. 4 shows an example of the display result. In this example, an isochronogram of the arrival time of the excitement is displayed on the developed views of the endocardium and the epicardium. The isochronous diagram is a display method in which points at which excitement starts at the same time are connected by a line. Further, as shown in the figure, the distribution of the action potential amplitude is displayed in a superimposed manner depending on the shade of the color or the difference in the hue.
【0066】この例は心室を長軸方向に沿って切り込み
を入れ、切り開いた展開図で示しているが、心外膜、左
心室内膜、右心室内膜をそれそれ円状に展開した図の上
に等時線図や活動電位振幅分布を表示してもよい。ま
た、心室の断面上に興奮到達時刻分布と活動電位振幅分
布を表示してもよい。また、心臓モデルの透視投影図上
に重ねて表示してもよい。さらに、等時線図と活動電位
振幅を重ねるものではなく、別々に表示してもよい。さ
らに興奮開始時刻や活動電位振幅の数値を図中に示しよ
うにしてもよい。In this example, the ventricle is cut along the longitudinal direction and is shown in a developed view in which the epicardium, the left ventricle, and the right ventricle are developed in a circular shape. An isochronogram or an action potential amplitude distribution may be displayed above. Alternatively, the excitation arrival time distribution and the action potential amplitude distribution may be displayed on the cross section of the ventricle. Further, the heart model may be superimposed and displayed on the perspective projection view. Furthermore, the isochronogram and the action potential amplitude may not be superimposed but displayed separately. Further, numerical values of the excitation start time and the action potential amplitude may be shown in the figure.
【0067】さらに、推定した興奮到達時刻分布および
活動電位振幅分布のデータの表示例を図11〜図14に
示す。これれらの表示を行う処理は演算処理器14aに
より実行される。Further, FIGS. 11 to 14 show display examples of data of the estimated excitation arrival time distribution and the action potential amplitude distribution. The processing for performing these displays is executed by the arithmetic processing unit 14a.
【0068】図11は、心筋の2枚の同一長軸断面図そ
れぞれの上に興奮到達時刻分布の等時線図と活動電位振
幅分布の濃淡画像を個別に重ね、それらを同時に表示す
る例である。同図に示すように、左心室心尖部に活動電
位振幅が低下している領域が存在することから、この部
位に何らかの心筋異常が在ることを容易に判別すること
が可能になる。つまり、興奮到達時刻分布および活動電
位振幅分布の双方を同時に表示していることから、興奮
伝導異常を伴う各種の不整脈、活動電位の異常を伴う心
筋虚血や心筋梗塞など、様々な心疾患の診断表示に優れ
ている。また、従来の電流源密度分布表示に比べ、各種
の心疾患を判別するのに必要な画像枚数も大幅に低減で
き、読影に要する手間も低減できる。FIG. 11 shows an example in which the isochronous diagram of the excitation arrival time distribution and the gray-scale image of the action potential amplitude distribution are individually superimposed on each of two identical long-axis sectional views of the myocardium, and they are simultaneously displayed. is there. As shown in the figure, since there is a region where the action potential amplitude is reduced in the apex of the left ventricle, it is possible to easily determine that there is some kind of myocardial abnormality in this region. In other words, since both the excitation arrival time distribution and the action potential amplitude distribution are displayed at the same time, various arrhythmias with abnormal conduction conduction, myocardial ischemia and myocardial infarction with abnormal action potentials, and various heart diseases are shown. Excellent diagnostic display. Further, the number of images required for discriminating various heart diseases can be greatly reduced as compared with the conventional current source density distribution display, and the labor required for image interpretation can be reduced.
【0069】図12は、心筋の同一の長軸断面図上に興
奮到達時刻分布の等時線図と活動電位振幅分布の濃淡画
像とを重ねて表示する例である。これにより、図11で
説明した利点に加え、1枚の画像で済むので、画面上の
表示スペースが節約できる。このため、相異なる複数枚
の心室断面上の解析結果(興奮到達時刻分布および活動
電位振幅分布)を1枚の表示画面や紙に並べて提示でき
る。一方、興奮到達時刻分布と活動電位振幅が重ねられ
て表示されているので、例えば、活動電位振幅の異常領
域内の興奮到達時刻や、異常領域中の興奮波面形状の対
応関係の読取りを容易化させることができ、診断能向上
や診断能率向上に寄与可能になる。なお、図13には図
12と同様の表示を心室の短軸断面上に行った例を示
す。FIG. 12 shows an example in which the isochronous diagram of the excitation arrival time distribution and the grayscale image of the action potential amplitude distribution are superimposed and displayed on the same long-axis sectional view of the myocardium. As a result, in addition to the advantages described with reference to FIG. 11, only one image is required, and the display space on the screen can be saved. Therefore, analysis results (excitation arrival time distribution and action potential amplitude distribution) on a plurality of different ventricular cross sections can be arranged and presented on one display screen or paper. On the other hand, since the excitation arrival time distribution and the action potential amplitude are superimposed and displayed, for example, it is easy to read the correspondence between the excitation arrival time in the abnormal region of the action potential amplitude and the excitation wavefront shape in the abnormal region. It is possible to contribute to improvement of diagnostic performance and diagnostic efficiency. FIG. 13 shows an example in which the same display as in FIG. 12 is performed on the short-axis cross section of the ventricle.
【0070】さらに図14(a)、(b)は、心室形状
モデルの透視投影図上に、心室表面での興奮到達時刻分
布を重ねて表示する例に関する。同図(b)は透視投影
図の視線方向の指定方法を説明する図である。同図
(b)の画面左下および画面左上の断面は前述したと同
様に表示するものであり(図11〜13参照)、画面右
は任意方向からの透視投影図あるいは平行投影図上に興
奮到達時刻分布または活動電位振幅分布、またはその両
方を表示するものである。画面左下の矢印は視線方向を
示す。この矢印は操作者が入力器14cから断面上で対
話的に動かすことができる。この矢印をさらに画面左上
の断面上に移動させることもできる。操作者は、心室の
回転と矢印の移動により、視線方向を任意方向に設定で
きる。同図(a)は同図(b)の画面右側で表示される
一例である、投影図上に興奮到達時刻分布を重ねて表示
する例を具体的に示している。このように表示すること
で、上述した各種の利点に加え、心筋虚血を観察する場
合、心外膜上の虚血領域が容易に見つけ易くなるという
利点もある。FIGS. 14 (a) and 14 (b) relate to an example in which an excitation arrival time distribution on the surface of the ventricle is superimposed and displayed on the perspective projection view of the ventricular shape model. FIG. 2B is a diagram for explaining a method of designating the viewing direction of the perspective projection view. The lower left and upper cross sections of the screen in FIG. 11B are displayed in the same manner as described above (see FIGS. 11 to 13), and the right side of the screen is excited on a perspective projection view or a parallel projection view from an arbitrary direction. The time distribution, the action potential amplitude distribution, or both are displayed. The arrow at the lower left of the screen indicates the line of sight. This arrow can be interactively moved by the operator on the cross section from the input device 14c. This arrow can be further moved on the cross section at the upper left of the screen. The operator can set the viewing direction to an arbitrary direction by rotating the ventricle and moving the arrow. FIG. 7A specifically shows an example in which the excitation arrival time distribution is superimposed and displayed on the projection view, which is an example displayed on the right side of the screen in FIG. By displaying in this manner, in addition to the various advantages described above, when observing myocardial ischemia, there is an advantage that an ischemic region on the epicardium can be easily found.
【0071】なお、第1の実施形態の上述した処理にお
いて、ステップS1,S2の処理が信号処理手段を、ス
テップS3,S4の処理が心臓形状設定手段を、ステッ
プS5の処理が初期値設定手段を、ステップS6,S
8,S11の処理が電流原分布計算手段を、ステップS
7,S8,S11の処理が磁場計算手段を、ステップS
9,S11の処理が変更手段を、ステップS10,S1
1の処理が誤差算出手段を、ステップS12の処理が表
示指令手段にそれぞれ対応している。この各手段の機能
的な繋がり具合を図9に示す。In the above-described processing of the first embodiment, the processing in steps S1 and S2 is the signal processing means, the processing in steps S3 and S4 is the heart shape setting means, and the processing in step S5 is the initial value setting means. In steps S6 and S
The processing of steps S8 and S11 executes the current source distribution calculation means in step S11.
Steps S7, S8 and S11 execute the magnetic field calculation means.
Steps S9 and S1 correspond to the changing means.
The process 1 corresponds to the error calculation unit, and the process of step S12 corresponds to the display command unit. FIG. 9 shows the functional connection of these units.
【0072】以上のように、本実施形態およびその変形
例によれば、活動電位振幅分布と興奮到達時刻分布を同
時に推定できる。心室の電気的活動は、心拍が一定のレ
ート以下であるどのような正常及び異常の心室に対して
も、活動電位振幅分布と興奮到達時刻分布によって近似
的に表現することができる。例えば、心筋虚血あるいは
心筋梗塞は、虚血および梗塞部位の興奮伝播が正常部位
よりも遅れ、活動電位振幅が小さいというように表現す
ることが可能である。さらに、心室頻拍などの不整脈
は、心室細動時のように心拍数が極端に小さくならなけ
れば正常と異なる興奮到達時刻分布として表現すること
ができる。したがって、本実施形態による心臓内電気現
象の診断装置は、心筋梗塞や不整脈などの様々な疾患を
持つ患者に対して適用でき、臨床の場での汎用性が非常
に高いという利点がある。As described above, according to the present embodiment and its modification, the action potential amplitude distribution and the excitation arrival time distribution can be simultaneously estimated. The ventricular electrical activity can be approximately represented by an action potential amplitude distribution and an excitation arrival time distribution for any normal and abnormal ventricles whose heart rate is below a certain rate. For example, myocardial ischemia or myocardial infarction can be expressed as if the ischemic and infarcted sites have a slower propagation of excitation than a normal site and have a smaller action potential amplitude. Furthermore, an arrhythmia such as ventricular tachycardia can be expressed as an excitation arrival time distribution different from normal if the heart rate does not become extremely low, such as during ventricular fibrillation. Therefore, the diagnostic device for intracardiac electrical phenomena according to the present embodiment can be applied to patients having various diseases such as myocardial infarction and arrhythmia, and has an advantage that versatility in a clinical setting is extremely high.
【0073】また、本実施形態の診断装置の場合、従来
法のように計算時間がかかる興奮伝播シミュレーシヨン
の過程が反復中に含まれていないという特徴がある。上
述した診断装置の解析の反復処理中に含まれる演算の
内、計算量が最も多いのは磁場計算処理であるが、これ
は四則演算の繰り返しの多い線形演算であるので、べク
トル化、並列化、バイプライン処理化、および/または
キャッシュメモリなどの採用により現在使用されている
計算機で高速に演算することができる。したがって、従
来法よりも解析に要する時間を大幅に短縮することがで
きる。Further, the diagnostic apparatus of the present embodiment is characterized in that the process of the excitation propagation simulation, which requires a long calculation time as in the conventional method, is not included in the repetition. Of the operations included in the iterative processing of the analysis of the diagnostic device described above, the magnetic field calculation processing has the largest amount of calculation, but since this is a linear operation with many repetitions of the four arithmetic operations, it is vectorized and parallelized. The use of computerization, bi-line processing, and / or the use of a cache memory makes it possible to perform high-speed operations with a computer currently used. Therefore, the time required for analysis can be significantly reduced as compared with the conventional method.
【0074】さらに、従来法のように、推定演算中に興
奮伝播速度の心筋内の詳細な情報を事前に必要とする構
成ではないので、不正確な興奮伝播速度分布を推定に使
用することに因る推定結果の不安定性を回避することが
できる。Further, unlike the conventional method, since the configuration does not require detailed information on the excitation propagation velocity in the myocardium in advance during the estimation calculation, an incorrect excitation propagation velocity distribution is used for estimation. It is possible to avoid the instability of the estimation result due to this.
【0075】第2の実施の形態 本発明の第2の実施形態を図5に基づき説明する。な
お、この実施形態に係る心臓内電気現象の診断装置の構
成は上述したものと同一または同等である。 Second Embodiment A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The configuration of the diagnostic device for intracardiac electrical phenomena according to this embodiment is the same as or similar to that described above.
【0076】この実施形態は、心臓形状の表現方法の他
の例を説明するものである。This embodiment describes another example of a method of expressing a heart shape.
【0077】図5に本実施形態で用いる心室モデルを示
す。第1の実施形態の図3との違いは、図3のものが6
面体を用いて心臓形状を表現するのに対して、図5のも
のは5面体(三角柱状の形状)を用いて心室形状を表現
する点にある。FIG. 5 shows a ventricle model used in this embodiment. The difference between FIG. 3 of the first embodiment and FIG.
While the shape of the heart is expressed using a facepiece, the shape shown in FIG. 5 is that the shape of the ventricle is expressed using a pentahedron (triangular prism shape).
【0078】この比較を詳述する。第1の実施形態では
心臓を6面体で分割しているので、心尖部の6面体の大
きさよりも心基部の6面体の大きさの方が小さくなって
しまう。このため、計算量が同一の場合、均一な大きさ
の6面体を用いる場合に比べて、磁場計算の精度が劣
る。しかし、この第2の実施形態はその点も改善できる
ものであり、心臓を5面体で分割することにより、心臓
全体を均一な大きさに分割できる。したがって、同一の
計算量の場合でも、高い磁場計算の精度を維持できる。This comparison will be described in detail. In the first embodiment, since the heart is divided by a hexahedron, the size of the hexahedron at the base of the heart is smaller than the size of the hexahedron at the apex. Therefore, when the calculation amount is the same, the accuracy of the magnetic field calculation is inferior to the case where a hexahedron having a uniform size is used. However, the second embodiment can improve that point, and the entire heart can be divided into a uniform size by dividing the heart into pentahedra. Therefore, even in the case of the same calculation amount, high magnetic field calculation accuracy can be maintained.
【0079】具体的には、前述した図2のステップS
3、S4の処理において、この5面体による心室モデル
が使用され、この心室モデルが被検者個々の心臓に形状
に合わせたモデルが設定される。この設定した5面体に
よる心室モデルを使って、図2のステップS6の処理に
て、第1の実施形態のときと同様に電流原分布が計算さ
れる。More specifically, step S in FIG.
3. In the processing of S4, the ventricle model using the pentahedron is used, and a model that matches the shape of the ventricle model to the heart of each subject is set. Using the set pentahedron ventricle model, the current source distribution is calculated in the process of step S6 in FIG. 2 in the same manner as in the first embodiment.
【0080】したがって、前述したように、この5面体
による心室モデルは6面体のものよりも、同じ計算量で
比較して、磁場計算の精度、すなわち推定解析結果の精
度をさらに向上させることができるという効果がある。Therefore, as described above, the pentahedron ventricle model can be compared with the hexahedron model with the same amount of calculation, and the accuracy of the magnetic field calculation, that is, the accuracy of the estimated analysis result can be further improved. This has the effect.
【0081】なお、前述した図3では6面体により心室
形状を表現し、上記図5では5面体により心室形状を表
現したが、4面体など他の多面体により心室形状を設定
するように、図2のステップS4に係るソフトウエアを
構成してもよい。さらに、それら数種類の多面体を適宜
に組み合わせて心室形状を設定するように構成してもよ
い。In FIG. 3 described above, the shape of the ventricle is expressed by a hexahedron, and in FIG. 5 described above, the shape of the ventricle is expressed by a pentahedron. The software according to step S4 may be configured. Further, the ventricle shape may be configured by appropriately combining these several types of polyhedrons.
【0082】第3の実施の形態 本発明の第3の実施形態を図6に基づき説明する。 Third Embodiment A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【0083】本実施形態は、興奮到達時刻や活動電位振
幅の分布を、心内膜・外膜上の全ての頂点での値を用い
て表現するのではなく、もっと少数のパラメータで表現
することを目的とする。なお、以下の説明では、興奮到
達時刻を例示するが、活動電位振幅に対しても同様の方
法で処理することができる。In the present embodiment, the distribution of the arrival time of the excitation and the amplitude of the action potential are expressed not by using the values at all the apexes on the endocardium and epicardium but by a smaller number of parameters. With the goal. In the following description, the excitation arrival time is exemplified, but the same method can be applied to the action potential amplitude.
【0084】[0084]
【外3】 [Outside 3]
【数4】 と表される。(Equation 4) It is expressed as
【0085】[0085]
【外4】 [Outside 4]
【数5】 のように表される。P1 ,P2 はPの部分行列で、P1
はN×M,P2 はN×(N−M)である。また、MはN
より小さい。この行列P1 を用いて(Equation 5) It is represented as P 1 and P 2 are sub-matrices of P, and P 1
Is N × M, and P 2 is N × (NM). M is N
Less than. Using this matrix P 1
【数6】 (Equation 6)
【外5】 [Outside 5]
【数7】 によりその近似値を得ることはできる。(Equation 7) Can obtain the approximate value.
【0086】本実施形態に係る心臓内電気現象の診断装
置は上述した原理に基づくものであり、そのハード的構
成は前述した第1の実施形態のものと同一または同等に
形成されている。この構成において、コンピュータ装置
14の演算処理器14aは図6に示す一連の処理を行う
ようになっている。The diagnostic device for electrical phenomena in the heart according to the present embodiment is based on the principle described above, and its hardware configuration is the same as or equivalent to that of the first embodiment. In this configuration, the arithmetic processing unit 14a of the computer device 14 performs a series of processes shown in FIG.
【0087】この図6の処理は、前述した図2のものと
比較して、ステップS5とS6との間に新しくステップ
S5a,S5bが挿入され、ステップS9がステップS
9aに置換され、ステップS11で反復判断がなされた
ときの戻るフロー上の位置はステッププS5aとS5b
の間になっていることである。In the process of FIG. 6, steps S5a and S5b are newly inserted between steps S5 and S6, and step S9 is replaced with step S9 in comparison with the process of FIG.
9a, and the positions on the return flow when the repetitive determination is made in step S11 are steps S5a and S5b.
It is between.
【0088】[0088]
【外6】 ステップS5aでは、演算処理器14aによって、変数
x,yの初期値が設定される。具体的には、前述したス
テップS5で設定した興奮到達時刻と活動電位振幅の初
期値を元に式(7)を用いて変数x,yの初期値が設定
される。[Outside 6] In step S5a, the arithmetic processor 14a sets initial values of the variables x and y. More specifically, the initial values of the variables x and y are set using Expression (7) based on the excitation arrival time and the initial value of the action potential amplitude set in step S5 described above.
【0089】次いで、ステップS5bでは、興奮到達時
刻および活動電位振幅が計算される。すなわち、式
(6)を用いて変数x,yから心室内の各代表点での興
奮到達時刻と活動電位振幅が算出される。Next, in step S5b, the excitation arrival time and the action potential amplitude are calculated. That is, the excitation arrival time and the action potential amplitude at each representative point in the ventricle are calculated from the variables x and y using the equation (6).
【0090】次いで、ステップS6,S7の処理を介し
て(ステップS5b,S6,S7の反復処理を含む)ス
テップS9aの変数x,yの変更処理が実施される。こ
の変更処理では、第1の実施形態における心興奮到達時
刻分布・活動電位振幅分布の変更処理と同様に変数x,
yが変更される。Next, through the processing of steps S6 and S7 (including the repetition processing of steps S5b, S6 and S7), the processing of changing the variables x and y of step S9a is performed. In this changing process, the variables x and x are changed in the same manner as in the changing process of the cardiac excitement arrival time distribution and the action potential amplitude distribution in the first embodiment.
y is changed.
【0091】この後、さらにステップS10、S11の
処理が同様に実行される。Thereafter, the processes of steps S10 and S11 are similarly executed.
【0092】このため、本実施形態の解析法によれば、
第1、第2の実施形態のときより少ない数の変数を推定
すればよいので、推定が安定し、しかも,より短時間に
推定することができる。Therefore, according to the analysis method of this embodiment,
Since it is sufficient to estimate a smaller number of variables than in the first and second embodiments, the estimation is stable, and the estimation can be performed in a shorter time.
【0093】しかし、この第3の実施形態の解析法で
は、Mにあまり小さな値を用いると、心内膜・外膜興奮
到達時刻分布の自由度か小さくなるため、推定した心内
膜・外膜興奮到達時刻分布の空間分解能が低下すること
がある。また、推定した心内膜・外膜興奮到達時刻に基
づいて計算された心磁図か実測の心磁図と一致し難くな
り、推定誤差が大きくなることがある。However, in the analysis method of the third embodiment, if an excessively small value is used for M, the degree of freedom of the arrival time distribution of the endocardium / adventitia excitation becomes small, so that the estimated endocardium / The spatial resolution of the membrane excitation arrival time distribution may decrease. Further, it may be difficult to match the magnetocardiogram calculated based on the estimated arrival times of the endocardium and epicardium or the measured electrocardiogram, and the estimation error may increase.
【0094】これを避けるためには、非線型最適化アル
ゴリズム実行中の反復初期においては、Mに小さい値を
用い、収束か進むにつれてMを大きくしてNに近づける
ように構成することが望ましい。このとき、Mを増やす
ことに伴って新たに増える変数には初期値0を与えてお
けばよい。このように構成することで、Mを小さくとっ
たために興奮到達時刻分布の推定値の推定誤差が大きく
なったり、空間分解能が低下する問題を回避することが
できる。To avoid this, it is desirable to use a small value for M at the beginning of the iteration during the execution of the non-linear optimization algorithm, and increase M as the convergence progresses to approach N. At this time, an initial value of 0 may be given to a variable newly increasing as M is increased. With this configuration, it is possible to avoid the problem that the estimation error of the estimated value of the excitation arrival time distribution becomes large and the spatial resolution is reduced due to the small M.
【0095】また、興奮到達時刻分布のパラメータ数M
と活動電位振幅分布のパラメータ数は互いに異なる値を
用いてもよい。これにより、例えば、興奮到達時刻分布
の空間分解能が活動電位振幅分布の空間分解能より低く
ても済む場合、興奮到達時刻分布パラメータ数を少なく
することができ、推定の安定性をさらに向上させること
ができる。Also, the number M of parameters of the excitation arrival time distribution
Different values may be used for the parameter numbers of the and the action potential amplitude distribution. Thus, for example, when the spatial resolution of the excitation arrival time distribution can be lower than the spatial resolution of the action potential amplitude distribution, the number of excitation arrival time distribution parameters can be reduced, and the stability of estimation can be further improved. it can.
【0096】なお、上述した図6の処理において、初め
から変数x,yに限定した処理を行う場合、ステップS
5の初期値設定処理は省略することもできる。In the processing of FIG. 6 described above, if processing limited to variables x and y is performed from the beginning, step S
5 can be omitted.
【0097】第4の実施の形態 本発明の第4の実施形態を図7、図8に基づき説明す
る。この実施形態による心臓内電気現象の診断装置は、
多数のボクセルにより構成された心室モデルを使用する
ものである。ハード的構成は第1の実施形態のものと同
一または同等に形成されている。 Fourth Embodiment A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The diagnostic device for intracardiac electrical phenomena according to this embodiment includes:
It uses a ventricular model composed of a large number of voxels. The hardware configuration is the same as or equivalent to that of the first embodiment.
【0098】本実施形態では、心室興奮到達時刻分布を
以下のように表現する。活動電位振幅分布も同様に表現
可能であるので説明を省略する。In the present embodiment, the distribution of the arrival time of the ventricle excitation is expressed as follows. The action potential amplitude distribution can also be expressed in the same manner, and a description thereof will be omitted.
【0099】まず、各ボクセルのx,y,z方向の各方
向の配列の順番i,j,kにより各ボクセルを表す。
i,j,k方向のボクセル数をNi,Nj,Nkとす
る。ボクセル(i,j,k)の興奮到達時刻をt(i,
j,k)と表す。t(i,j,k)の3次元離散的フー
リエ変換をT(l,m,n)と表す。T(l,m,n)
は複素数である。t(i,j,k)は実数なのでl,
m,nの個数は、それぞれ、Ni,Nj,Nkの半分で
ある。First, each voxel is represented by the order i, j, k of the arrangement of each voxel in the x, y, z directions.
Let the numbers of voxels in the i, j, and k directions be N i , N j , and N k . The excitement arrival time of voxel (i, j, k) is represented by t (i,
j, k). The three-dimensional discrete Fourier transform of t (i, j, k) is represented as T (l, m, n). T (l, m, n)
Is a complex number. Since t (i, j, k) is a real number, l,
The numbers of m and n are half of N i , N j and N k , respectively.
【0100】ここで小さいl,m,nの成分以外はT
(l,m,n)=0であると仮定する。これはt(i,
j,k)に高周波成分が含まれないと仮定することに相
当する。心室に相当しないボクセルの興奮到達時刻も表
現されることになるが、そのような値は無視することに
する。この手法を用いると、l,m,nの小さい成分の
み、すなわち少数のパラメータにより心室内の興奮到達
時刻t(i,j,k)を表現することができる。Here, except for the small components of l, m, and n, T
Assume that (l, m, n) = 0. This is t (i,
This corresponds to assuming that high frequency components are not included in (j, k). The excitement arrival time of the voxel which does not correspond to the ventricle will also be expressed, but such a value will be ignored. By using this method, the excitation arrival time t (i, j, k) in the ventricle can be expressed by only small components of l, m, and n, that is, a small number of parameters.
【0101】図7および図8に、コンピュータ装置14
の演算処理器14aによって実行される、ボクセル状の
心室モデルと、本実施形態特有の興奮到達時刻分布・活
動電位振幅分布の表現法を用いた興奮到達時刻分布・活
動電位振幅分布の解析の概要をフローチャートで示す。FIG. 7 and FIG.
Of the voxel-shaped ventricle model and the analysis of the excitation arrival time distribution / action potential amplitude distribution using the expression method of the excitation arrival time distribution / action potential amplitude distribution peculiar to the present embodiment, executed by the arithmetic processor 14a of FIG. Is shown in a flowchart.
【0102】演算処理器14aは、かかる解析を行うた
めに、図7に示すステップS21〜S33までの処理を
行う。この内、ステップS21〜S23までの処理は前
記図2のステップS1〜S3までの処理と同様に実行さ
れる。その後、ステップS24に移行すると、ボクセル
状の心室モデルが構成される。この構成に関わる、より
詳細な処理の流れを図8に示す。The arithmetic processing unit 14a performs the processing of steps S21 to S33 shown in FIG. 7 in order to perform such an analysis. Among them, the processing of steps S21 to S23 is executed in the same manner as the processing of steps S1 to S3 in FIG. Thereafter, when the process proceeds to step S24, a voxel-shaped ventricular model is formed. FIG. 8 shows a more detailed processing flow relating to this configuration.
【0103】図8の処理を説明する。演算処理器14a
がここで行う処理は、以下に詳述する位置合わせ処理
(ステップS24−1)、画像処理(ステップS24−
2)、組織種別分別処理(ステップS24−3)、ボク
セル再作成処理(ステップS24−4)、および導電率
分布設定処理(ステップS24−5)である。The processing in FIG. 8 will be described. Arithmetic processing unit 14a
Here, the processing performed here is positioning processing (step S24-1) and image processing (step S24-
2) tissue type classification processing (step S24-3), voxel re-creation processing (step S24-4), and conductivity distribution setting processing (step S24-5).
【0104】まず、位置合わせ処理(ステップS24−
1)では、MRI,X−CTで測定した胸部の各種3次
元画像とSQUIDセンサの各チャネルのそれぞれの座
標系の位置関係を求める。各3次元画像間の位置合わせ
には、各種画像上に複数のマーカを予め写し込んでお
き、それぞれのマーカーが物理的に同じ位置にあるとし
て位置関係を求めることが好適な一例である。SQUI
Dセンサと各画像間の位置合わせにも上記マーカと同じ
位置から磁場を発生させ、その計測値からマーカの位置
を求め、3次元画像上のマーカーと同じ位置にあるとし
て両者の位置関係を求める。First, the positioning process (step S24-
In 1), the positional relationship between the various three-dimensional images of the chest measured by MRI and X-CT and the coordinate system of each channel of the SQUID sensor is obtained. For positioning between the three-dimensional images, it is a preferable example that a plurality of markers are printed on various images in advance, and the respective markers are physically located at the same position to obtain a positional relationship. SQUI
A magnetic field is also generated from the same position as the above marker in the alignment between the D sensor and each image, the position of the marker is obtained from the measured value, and the positional relationship between the two is determined assuming that it is at the same position as the marker on the three-dimensional image. .
【0105】3次元画像間の他の位置合わせ法として、
各画像に撮影された被験者の胸部の表皮面を一致させる
ように位置合わせを行ってもよい。この場合、SQUI
Dセンサとの位置合わせは、胸面上に付けた磁場発生器
の位置をSQUID磁束計を用いて計測し、それらの位
置と3次元画像土の胸部の表皮面とを一致させるように
位置合わせを行えばよい。As another alignment method between three-dimensional images,
Positioning may be performed so that the epidermis surface of the chest of the subject captured in each image is made to coincide. In this case, the SQUI
The alignment with the D sensor is performed by measuring the position of the magnetic field generator attached on the chest using a SQUID magnetometer, and aligning the positions with the skin surface of the chest of the three-dimensional image soil. Should be performed.
【0106】画像処理(ステップS24−2)では、こ
の後の組織種別分別処理を行い易くするための前処理が
行われる。例えば、画像の低階調化、雑音の除去、平滑
化、画像サイズの変換、微分処理、エッジ検出などが行
われる。In the image processing (step S24-2), preprocessing is performed to facilitate subsequent tissue type classification processing. For example, image gradation reduction, noise removal, smoothing, image size conversion, differentiation processing, edge detection, and the like are performed.
【0107】なお、組織種別データーベースTDBが設
けられている。このデータベースはMRIのT1,T2
強調像、X−CT画像の各ボクセルの信号強度と組織種
別の間の関連を記述している。この記述において、心室
筋、心房筋、血管、弁、その他筋組織など同じような信
号強度を示すものは、同じカテゴリー(筋肉など)とし
て分類されている。An organization type database TDB is provided. This database is MRI T1, T2
The relationship between the signal intensity of each voxel of the enhanced image and the X-CT image and the tissue type is described. In this description, ventricular muscles, atrial muscles, blood vessels, valves, and other muscle tissues showing similar signal intensities are classified into the same category (muscle, etc.).
【0108】さらに、組織種別分別処理(ステップS2
4−3)により、信号処理を施した各種画像の信号強度
から組織種別データーベースを参照して、組織種別をボ
クセル毎に各カテゴリーに分別される。このようにして
得られたカテゴリーの画像を元に、心室など各組織の形
状や位置などの既知の情報を用いて、各ボクセルが、例
えば、心室筋、心房筋、心臓弁、心臓以外の筋組織、血
液、肺、脂肪、皮膚、空気、外気に分類される。とく
に、同じカテゴリに含まれる心室筋、心房筋、心臓弁、
心臓以外の筋組織の間の分類には、筋組織の厚さ、外気
からの距離を用いて分類が行われる。Further, the organization type classification processing (step S2)
According to 4-3), the tissue type is classified into each category for each voxel by referring to the tissue type database from the signal intensities of the various images subjected to the signal processing. Based on the category images obtained in this way, using known information such as the shape and position of each tissue such as the ventricle, each voxel can be converted into, for example, a ventricular muscle, an atrial muscle, a heart valve, or a muscle other than the heart. Classified into tissue, blood, lung, fat, skin, air, and open air. In particular, ventricular muscle, atrial muscle, heart valves,
The classification between muscle tissues other than the heart is performed using the thickness of the muscle tissue and the distance from outside air.
【0109】またボクセル再作成処理(ステップS24
−4)では、無駄な外気領域や首、下腹部を除去し、胸
部だけが画像に収まるように画像サイズが変換され、な
るべく少数のボクセルで胴体部分の導電率分布や心室形
状を表現できるようにボクセルサイズの変換が行われ
る。このとき、全てのボクセルを同じサイズに処理する
のではなく、所定の最小単位の大きさのボクセルの整数
倍の大きさとなるようにしても処理してもよい。The voxel re-creating process (step S24)
In -4), the unnecessary air region, the neck, and the lower abdomen are removed, and the image size is converted so that only the chest fits in the image. The voxel size conversion is performed. At this time, instead of processing all the voxels to the same size, the processing may be performed so that the size becomes an integral multiple of the voxel of a predetermined minimum unit size.
【0110】最後に、導電率分布設定処理(ステップS
24−5)では、分類した組織種別の代表的な導電率の
値が記述された導電率データーベースCDBを参照する
ことにより、各ボクセルの導電率が設定される。Finally, the conductivity distribution setting process (Step S)
In 24-5), the conductivity of each voxel is set by referring to the conductivity database CDB in which representative values of the conductivity of the classified tissue type are described.
【0111】次いで、興奮到達時刻分布・活動電位振幅
分布の初期値設定処理が行われる(ステップS25)。
この処理では、具体的には、正常心臓の典型的な興奮到
達時刻分布の3次元離散的フーリエ変換の小さいl,
m,n以外の値を0と置いたT(l,m,n)を変数T
の初期値として設定する。あるいは、T(l,m,n)
の小さいl,m,nの成分をランダムに設定し、それ以
外の成分を0と置いて、これを変数Tの初期値として設
定するようにしてもよい。なお、活動電位振幅分布に対
しても同様の初期設定処理が行われる。Next, initial value setting processing of the excitation arrival time distribution / action potential amplitude distribution is performed (step S25).
In this processing, specifically, a small l, 1 of a three-dimensional discrete Fourier transform of a typical excitation arrival time distribution of a normal heart is used.
T (l, m, n), in which values other than m and n are set to 0, is a variable T
Set as the initial value of. Or T (l, m, n)
May be set at random, and the other components may be set to 0 and set as the initial value of the variable T. The same initial setting process is performed on the action potential amplitude distribution.
【0112】次いで、興奮到達時刻分布・活動電位振幅
分布の算出処理が行われる(ステップS26)。具体的
には、T(l,m,n)が3次元離散的逆フーリエ変換
され、興奮到達時刻の分布が求められる。活動電位振幅
分布に対しても同様の算出処理を行われる。Next, a calculation process of the excitation arrival time distribution and the action potential amplitude distribution is performed (step S26). Specifically, T (l, m, n) is subjected to a three-dimensional discrete inverse Fourier transform, and the distribution of the excitation arrival times is obtained. Similar calculation processing is performed on the action potential amplitude distribution.
【0113】[0113]
【外7】 [Outside 7]
【数8】 のように求める。これにより、(Equation 8) Ask like. This allows
【数9】 と表される。ここで、σ(i,j,k)はボクセル
(i,j,k)での細胞内導電率、Ax(i,j,
k),Αy(i,j,k),Αz(i,j,k)はボク
セル(i,j,k)のi,j,k方向にそれそれ直角な
面でのボクセルの断面積、Φ(i,j,k)はボクセル
(i,j,k)での活動電位振幅である。(Equation 9) It is expressed as Where σ (i, j, k) is the intracellular conductivity at voxel (i, j, k), Ax (i, j, k)
k), Αy (i, j, k) and Αz (i, j, k) are the cross-sectional area of the voxel in a plane perpendicular to the i, j, k directions of the voxel (i, j, k), Φ (I, j, k) is the action potential amplitude at voxel (i, j, k).
【0114】次いで、磁場計算処理が実行される(ステ
ップS28)。この磁場計算処理は、第1の実施形態の
ときと同様に、ビオサバールの法則やサーバスの式など
を用いて、SQUIDセンサで計測される磁場の大きさ
が計算される。なお、心臓形状測定・設定処理(ステッ
プS24)で設定した組織の導電率分布を利用し、差分
法を用いて磁場を計算するようにしてもよい。差分法は
格子状の代表点を用いて偏微分方程式を解く手法であ
り、境界要素法や有限要素法に比べて、アルゴリズムが
簡単であるという特徴を有している。Next, a magnetic field calculation process is executed (step S28). In the magnetic field calculation process, as in the first embodiment, the magnitude of the magnetic field measured by the SQUID sensor is calculated using Biot-Savart's law, Servas's equation, and the like. The magnetic field may be calculated using a difference method using the conductivity distribution of the tissue set in the heart shape measurement / setting process (step S24). The difference method is a method of solving a partial differential equation using grid-like representative points, and has a feature that the algorithm is simpler than the boundary element method or the finite element method.
【0115】ステップS26〜S28の処理は必要回数
だけ反復して実行される(ステップS29)。The processes of steps S26 to S28 are repeatedly executed a required number of times (step S29).
【0116】次いで、興奮到達時刻分布・活動電位振幅
分布の変更処理、および誤差算出処理が、第1の実施形
態のときと基本的に同様に必要回数だけ繰り返して実行
される(ステップS30〜32)。さらに、興奮到達時
刻分布・活動電位振幅分布の解析結果の表示処理が、第
1の実施形態のときと基本的に同様に実行される(ステ
ップS33)。Next, the process of changing the excitation arrival time distribution / action potential amplitude distribution and the error calculation process are repeatedly executed a required number of times basically in the same manner as in the first embodiment (steps S30 to S32). ). Further, the display processing of the analysis result of the excitation arrival time distribution and the action potential amplitude distribution is executed basically in the same manner as in the first embodiment (step S33).
【0117】従来法では、推定精度を向上させるために
は、心臓や肺、胴体などの実形状を表現することが必要
で、このために境界要素法や有限要素法を使用してい
た。例えば境界要素法では3角形の組み合わせで心臓や
肺、体表の表面を構成する。このようなモデルを作成す
るためにはMRI、X−CΤからの3次元画像における
組織の境界を抽出し、境界面を近似する三角形メッシュ
を作成する必要がある。しかし、この作成を全て自動的
に行うのは困難であるのが実状であり、検査を行う全て
の患者に対して患者個々に合わせた組織境界の3角形メ
ッシュモデルを作成するのは実際上不可能であった。有
限要素法の場合、3次元領域を4面体や6面体のメッシ
ュで分割するが、4面体や6面体の境界を組織の境界と
一致させる必要があり、境界要素法と同様の困難な状況
にあった。In the conventional method, in order to improve the estimation accuracy, it is necessary to represent the actual shape of the heart, lung, torso, etc. For this purpose, the boundary element method or the finite element method has been used. For example, in the boundary element method, the surface of the heart, lungs, or body surface is formed by a combination of triangles. In order to create such a model, it is necessary to extract a tissue boundary in a three-dimensional image from MRI and X-C− and create a triangular mesh approximating the boundary surface. However, in practice, it is difficult to perform all of this automatically, and it is practically impossible to create a triangular mesh model of a tissue boundary tailored to each patient for all patients to be examined. It was possible. In the case of the finite element method, the three-dimensional area is divided by a tetrahedral or hexahedral mesh, but it is necessary to match the boundaries of the tetrahedron and hexahedron with the boundaries of the tissue. there were.
【0118】これに対して、本実施形態では、心臓や胸
部の形状あるいは導電率分布を表現するため、三角形メ
ッシュや4面体、6面体メッシュなどを組織境界に一致
させたモデルを作成する必要が無く、格子状に規則的に
並んだ6面体それぞれの組織を分類するのみでよい。こ
のため、MRΙやX−CTの3次元画像から容易に心室
・胴体モデルを作成できるので、検査を行う全ての患者
に対して患者個々に合わせた心室モデルを容易に作成
し、その心室モデルを用いて興奮到達時刻分布と活動電
位振幅分布を同時に解析できる。その上、患者個々の導
電率分布モデルを容易に作成し、電位計算および磁場計
算に利用することができるので、興奮到達時刻と活動電
位振幅の分布の解析を従来法よりも高精度に行うことが
できる。とくに、この実施形態の解析は、前述した各実
施形態のものと比べても、解析の手間が少なくて済むか
ら、多数の患者に対して容易に且つスループット良く、
興奮到達時刻と活動電位振幅の分布の解析を行うことが
でき、実用性の面で高い価値を有する診断装置が提供さ
れる。On the other hand, in the present embodiment, in order to express the shape or conductivity distribution of the heart or the chest, it is necessary to create a model in which a triangular mesh, a tetrahedral mesh, a hexahedral mesh, or the like is matched with the tissue boundary. Instead, it is only necessary to classify the tissue of each hexahedron regularly arranged in a lattice. For this reason, a ventricle and a torso model can be easily created from three-dimensional images of MRΙ and X-CT, so that a ventricle model tailored to each patient can be easily created for all patients to be examined, and the ventricle model can be created. It can be used to simultaneously analyze the time of arrival distribution and the amplitude of action potential amplitude. In addition, since it is possible to easily create a conductivity distribution model for each patient and use it for potential calculation and magnetic field calculation, it is possible to analyze the distribution of the arrival time of the excitation and the action potential amplitude with higher accuracy than the conventional method. Can be. In particular, the analysis of this embodiment requires less time and effort for analysis than those of the above-described embodiments, so that it can be easily performed with a large number of patients and has good throughput.
It is possible to analyze the distribution of the excitation arrival time and the action potential amplitude, and a diagnostic device having high value in practicality is provided.
【0119】その他の実施の形態 上述した各実施形態では、心臓から発生する磁場の計測
値から心臓内の興奮到達時刻の分布を測定する方法を具
体的に説明したが、心電計装置(図示せず)で得られる
心電図データからも同様の方法に沿って心臓内の興奮到
達時刻を推定することができる。 Other Embodiments In each of the above-described embodiments, a method of measuring the distribution of the time of excitation at the heart from the measured value of the magnetic field generated from the heart has been specifically described. Excitation arrival time in the heart can be estimated from the electrocardiogram data obtained in step (not shown) according to a similar method.
【0120】また、上述した各実施形態における解析対
象は、その一例として、興奮到達時刻と活動電位振幅の
分布であるとして説明したが(活動電位振幅は心筋電気
活動量の一態様として採用されたもの)、これも種々の
変形が可能である。例えば、活動電位振幅の代わりに、
心筋電気活動量として、心室内の導電率の分布、活動電
位振幅と導電率の積である電流ダイポール密度の絶対値
の心室内の分布、または、それらの量に関連または変形
した量を推定対象としてもよい。その場合の実施方法お
よびその効果は興奮到達時刻分布と活動電位振幅分布を
解析対象としたときと同等のものが得られる。Also, the analysis target in each of the above-described embodiments has been described as an example of the distribution of the excitation arrival time and the action potential amplitude. (The action potential amplitude was adopted as one mode of the myocardial electrical activity.) ), And various modifications are also possible. For example, instead of the action potential amplitude,
Estimate the distribution of electrical conductivity in the ventricle, the distribution in the ventricle of the absolute value of the current dipole density, which is the product of the action potential amplitude and the electrical conductivity, or the amount related or deformed to those amounts. It may be. The implementation method and the effect in that case are the same as those when the excitation arrival time distribution and the action potential amplitude distribution are analyzed.
【0121】[0121]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被
験者の心臓内の興奮到達時刻の分布情報とその心臓の心
筋の電気活動の大きさを表す心筋電気活動量の分布情報
とを同時に推定し、興奮到達時刻の分布情報と心筋電気
活動量の分布情報とを表示するようにしたため、従来法
のように膨大な演算時間が掛かる興奮伝播シミュレーシ
ョンを行う必要がないことなどに因って、従来法よりも
著しく高速に、高精度に、かつ安定して心臓内の電気生
理活動を推定でき、心筋梗塞などの疾患を持つ患者な
ど、不特定多数の患者の診断に容易に供することができ
る実用性および汎用性に非常に優れた心臓内電気現象の
診断装置およびその診断方法を提供することができる。As described above, according to the present invention, the distribution information of the excitation arrival time in the heart of the subject and the distribution information of the myocardial electric activity amount representing the magnitude of the electric activity of the myocardium of the heart are simultaneously obtained. Estimation and display of the distribution information of the arrival time of excitement and the distribution information of myocardial electrical activity, so that it is not necessary to perform the excitement propagation simulation that requires a huge amount of calculation time unlike the conventional method. It is possible to estimate the electrophysiological activity in the heart remarkably faster, more accurately and more stably than the conventional method, and it can be easily used for diagnosis of an unspecified number of patients such as patients having a disease such as myocardial infarction. It is possible to provide a diagnostic device and a diagnostic method for intracardiac electrical phenomena which are very practical and versatile.
【0122】また、本発明の別の側面によれば、患者個
々の心室形状および胸部導電率分布を患者毎に、容易
に、かつ自動的に抽出できるようにし、これにより、多
くの患者を簡単に診断でき、実用性を一層高めることが
できる。Further, according to another aspect of the present invention, it is possible to easily and automatically extract the ventricular shape and the thoracic conductivity distribution of each patient, so that many patients can be easily extracted. Diagnosis can be made more practically.
【図1】本発明の実施形態に係る心臓内電気現象の診断
装置の概略構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a diagnostic apparatus for an intracardiac electrical phenomenon according to an embodiment of the present invention.
【図2】第1の実施形態において実行される興奮到達時
刻および活動電位振幅の分布情報の推定解析を示す概略
フローチャート。FIG. 2 is a schematic flowchart showing an estimation analysis of distribution information of an excitation arrival time and an action potential amplitude executed in the first embodiment.
【図3】心室モデル(心室形状)の例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an example of a ventricle model (ventricular shape).
【図4】興奮到達時刻および活動電位振幅の分布の表示
法の例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an example of a display method of an excitation arrival time and an action potential amplitude distribution.
【図5】第2の実施形態における心室モデル(心室形
状)のほかの例を示す図。FIG. 5 is a diagram showing another example of a ventricle model (ventricular shape) according to the second embodiment.
【図6】第3の実施形態において実行される興奮到達時
刻および活動電位振幅の分布情報の推定解析を示す概略
フローチャート。FIG. 6 is a schematic flowchart showing an estimation analysis of distribution information of an excitation arrival time and an action potential amplitude executed in a third embodiment.
【図7】第4の実施形態において実行される興奮到達時
刻および活動電位振幅の分布情報の推定解析を示す概略
フローチャート。FIG. 7 is a schematic flowchart showing an estimation analysis of distribution information of an excitation arrival time and an action potential amplitude executed in a fourth embodiment.
【図8】第4の実施形態での心臓モデル設定の処理の概
要を示すフローチャート。FIG. 8 is a flowchart illustrating an outline of a heart model setting process according to a fourth embodiment.
【図9】第1の実施形態に係る図2の処理における推定
解析部分を機能的に表す図。FIG. 9 is a diagram functionally illustrating an estimation analysis part in the processing of FIG. 2 according to the first embodiment.
【図10】従来の推定法の一例における演算の流れを示
す説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a flow of calculation in an example of a conventional estimation method.
【図11】解析結果である興奮到達時刻分布および活動
電位振幅分布の表示の別の例を示す図。FIG. 11 is a diagram showing another example of display of an excitation arrival time distribution and an action potential amplitude distribution which are analysis results.
【図12】解析結果である興奮到達時刻分布および活動
電位振幅分布の表示のさらに別の例を示す図。FIG. 12 is a diagram showing still another example of the display of the excitation arrival time distribution and the action potential amplitude distribution which are the analysis results.
【図13】解析結果である興奮到達時刻分布および活動
電位振幅分布の表示のさらに別の例を示す図。FIG. 13 is a view showing still another example of the display of the excitation arrival time distribution and the action potential amplitude distribution which are the analysis results.
【図14】解析結果である興奮到達時刻分布および活動
電位振幅分布の表示のさらに別の例を示す図。FIG. 14 is a diagram showing still another example of the display of the excitation arrival time distribution and the action potential amplitude distribution which are the analysis results.
11 SQUID磁束計 12 画像収集装置 13 画像転送装置 14 コンピュータ装置 14a 演算処理器 14b メモリ 14c 入力器 14d 表示器 11 SQUID magnetometer 12 Image collection device 13 Image transfer device 14 Computer device 14a Arithmetic processor 14b Memory 14c Input device 14d Display
Claims (32)
なくとも一方に基づき当該被験者の心臓内の電気現象を
推定して表示する心臓内電気現象の診断装置において、 前記心臓内の興奮到達時刻の分布情報と前記心臓の心筋
の電気活動の大きさを表す心筋電気活動量の分布情報と
を同時に推定する分布情報推定手段と、 前記興奮到達時刻の分布情報と前記心筋電気活動量の分
布情報とを表示する表示手段と、を備えたことを特徴と
する心臓内電気現象の診断装置。1. An intracardiac electrical phenomenon diagnostic apparatus for estimating and displaying an electrical phenomenon in a heart of a subject based on at least one of a potential and a magnetic field measured from the subject. Distribution information estimating means for simultaneously estimating the distribution information of the myocardial electrical activity of the myocardium of the heart, and the distribution information of the myocardial electrical activity of the myocardium of the myocardium. A diagnostic device for intracardiac electrical phenomena, comprising:
置において、 前記被験者の体表の測定点から電位および磁場の少なく
とも一方を計測する計測手段を備えたことを特徴とする
心臓内電気現象の診断装置。2. The diagnostic apparatus according to claim 1, further comprising a measuring unit configured to measure at least one of a potential and a magnetic field from a measurement point on a body surface of the subject. Phenomenon diagnostic device.
置において、 前記分布情報推定手段は、前記心臓内での前記興奮到達
時刻の分布と前記心筋電気活動量の分布とを有限個の複
数のパラメータで表現する表現手段と、このパラメータ
により表現された前記興奮到達時刻の分布と前記心筋電
気活動量の分布とに基づいて前記電位および磁場の少な
くとも一方の各測定点での時間波形を計算する波形計算
手段と、前記測定電位および磁場の少なくとも一方の波
形と前記計算電位および磁場の少なくとも一方の時間波
形とが一致するように非線型最適化法を用いて前記複数
のパラメータを推定するパラメータ推定手段と、を備え
ることを特徴とした心臓内電気現象の診断装置。3. The diagnostic device for intracardiac electrical phenomena according to claim 2, wherein the distribution information estimating means divides the distribution of the excitation arrival time and the distribution of the myocardial electric activity in the heart into a finite number. A time waveform at each measurement point of at least one of the potential and the magnetic field based on the distribution of the excitation arrival time and the distribution of the myocardial electrical activity expressed by the parameters. Waveform calculating means for calculating, and estimating the plurality of parameters using a non-linear optimization method such that at least one of the waveform of the measured potential and the magnetic field matches the time waveform of at least one of the calculated potential and the magnetic field A diagnostic device for intracardiac electrical phenomena, comprising: parameter estimation means.
置において、 前記分布情報推定手段は、前記被験者の体内の3次元画
像データから前記心臓のモデルを設定する心臓モデル設
定手段を備えたことを特徴とする心臓内電気現象の診断
装置。4. The apparatus for diagnosing an intracardiac electrical phenomenon according to claim 3, wherein the distribution information estimating means includes a heart model setting means for setting the heart model from three-dimensional image data of the inside of the subject. A diagnostic device for intracardiac electrical phenomena, characterized in that:
置において、 前記表現手段は、前記心臓内での前記興奮到達時刻の分
布と前記心筋電気活動量の分布とを前記心臓モデルの代
表点の数よりも少ない数で表現する手段であり、 前記分布情報推定手段は、この少ない数のパラメータに
基づき前記興奮到達時刻の分布と前記心筋電気活動量の
分布とを算出する算出手段を備えることを特徴とした心
臓内電気現象の診断装置。5. The diagnostic apparatus for electrical phenomena in the heart according to claim 4, wherein the expression means represents the distribution of the excitation arrival time and the distribution of the myocardial electrical activity in the heart as a representative of the heart model. The distribution information estimating unit includes a calculating unit that calculates the distribution of the excitation arrival time and the distribution of the myocardial electric activity based on the small number of parameters. A diagnostic device for intracardiac electrical phenomena characterized by the following.
置において、 前記表現手段は、前記心臓モデルの各代表点での前記興
奮到達時刻、前記心臓内での前記心筋電気活動量で表さ
れた前記興奮到達時刻の分布、および前記心筋電気活動
量の分布を、前記心臓モデルの代表点よりも少ない数の
パラメータの線形関数で表現する手段であり、 前記分布情報推定手段は、この線形関数で表現された少
ない数のパラメータに基づき前記興奮到達時刻の分布と
前記心筋電気活動量の分布とを算出する算出手段を備え
ることを特徴とした心臓内電気現象の診断装置。6. The diagnostic device for intracardiac electrical phenomena according to claim 4, wherein the expression means represents the excitation arrival time at each representative point of the heart model and the myocardial electrical activity in the heart. Means for expressing the obtained distribution of the excitation arrival time and the distribution of the amount of myocardial electric activity by a linear function of a smaller number of parameters than the representative points of the heart model. An apparatus for diagnosing intracardiac electrical phenomena, comprising: calculation means for calculating the distribution of the time of arrival of excitation and the distribution of the amount of myocardial electrical activity based on a small number of parameters represented by functions.
置において、 前記線形関数はフーリエ変換または逆フーリエ変換によ
る関数であることを特徴とする心臓内電気現象の診断装
置。7. The diagnostic apparatus for an intracardiac electrical phenomenon according to claim 6, wherein the linear function is a function based on Fourier transform or inverse Fourier transform.
置において、 前記線形関数は行列演算による関数であることを特徴と
する心臓内電気現象の診断装置。8. The diagnostic device for an intracardiac electrical phenomenon according to claim 7, wherein the linear function is a function based on a matrix operation.
置において、 前記行列演算の行列は、測定した又は仮想した興奮到達
時刻の共分散行列から求めた行列であることを特徴とす
る心臓内電気現象の診断装置。9. The diagnostic apparatus according to claim 8, wherein the matrix of the matrix operation is a matrix obtained from a covariance matrix of measured or virtual excitation arrival times. Diagnosis device for internal electrical phenomena.
装置において、 前記心臓モデル設定手段は、前記心臓モデルとして心室
の形状を多数の多面体の組み合わせにより設定する手段
であることを特徴とする心臓内電気現象の診断装置。10. The diagnostic apparatus for electrical phenomena in a heart according to claim 4, wherein the heart model setting means is means for setting a shape of a ventricle as a combination of a plurality of polyhedrons as the heart model. Diagnostic device for electrical phenomena in the heart.
断装置において、 前記多面体は、6面体、5面体、もしくは4面体、また
は、それらの多面体の内の少なくとも2種類の組み合わ
せであることを特徴とする心臓内電気現象の診断装置。11. The diagnostic apparatus according to claim 10, wherein the polyhedron is a hexahedron, a pentahedron, or a tetrahedron, or a combination of at least two of these polyhedrons. A diagnostic device for electrical phenomena in the heart.
装置において、 医用モダリティから得た前記被検者の体内の3次元画像
データを入力し転送する画像転送手段を備え、 前記分布情報推定手段は、この画像転送手段から転送さ
れてきた前記3次元画像データから前記被験者の心臓の
モデルを設定する心臓モデル設定手段を備えたことを特
徴とする心臓内電気現象の診断装置。12. The apparatus according to claim 1, further comprising: image transfer means for inputting and transferring three-dimensional image data of the inside of the subject obtained from a medical modality, wherein the distribution information estimation is performed. The means for diagnosing an intracardiac electrical phenomenon comprises a heart model setting means for setting a model of the subject's heart from the three-dimensional image data transferred from the image transfer means.
現象の診断装置において、 前記心臓モデル設定手段は、予め与えられた既定形状の
心室モデルを移動、回転、および/または変形させ、非
線形最適化法により前記3次元画像データによる心室表
面をフィットさせることで、前記被験者の心室モデルの
心室の位置、向き、形状を設定する手段であることを特
徴とする心臓内電気現象の診断装置。13. The apparatus for diagnosing an intracardiac electrical phenomenon according to claim 4 or 11, wherein the heart model setting means moves, rotates and / or deforms a ventricle model having a predetermined shape, and performs nonlinear optimization. A diagnostic device for an intracardiac electrical phenomenon, which is means for setting the position, orientation, and shape of the ventricle of the ventricle model of the subject by fitting the surface of the ventricle based on the three-dimensional image data by a conversion method.
断装置において、 前記心臓モデル設定手段は、前記既定形状の心室モデル
を対話的に移動、回転、および/または変形させる手段
を備えたことを特徴とする心臓内電気現象の診断装置。14. The apparatus for diagnosing an intracardiac electrical phenomenon according to claim 13, wherein the heart model setting means includes means for interactively moving, rotating, and / or deforming the ventricle model having the predetermined shape. A diagnostic device for intracardiac electrical phenomena, characterized in that:
気現象の診断装置において、 前記心臓モデル設定手段は、前記3次元画像データと前
記被験者の前記心室モデルとを重ねて表示する手段を備
えたことを特徴とする心臓内電気現象の診断装置。15. The apparatus for diagnosing an intracardiac electrical phenomenon according to claim 13 or 14, wherein the heart model setting means includes means for superimposing and displaying the three-dimensional image data and the ventricle model of the subject. A diagnostic device for intracardiac electrical phenomena, characterized in that:
現象の診断装置において、 前記心臓モデル設定手段は、前記心臓モデルとしての心
室形状を複数種類の既定形状の画像を構成するユニット
を配列して表現する手段を備えたことを特徴とする心臓
内電気現象の診断装置。16. The apparatus for diagnosing an intracardiac electrical phenomenon according to claim 4 or 12, wherein the heart model setting means arranges units forming a plurality of types of predetermined shape images of a ventricle shape as the heart model. A diagnostic device for intracardiac electrical phenomena, characterized by comprising means for expressing.
断装置において、 前記既定形状は6面体であることを特徴とする心臓内電
気現象の診断装置。17. The diagnostic apparatus for an intracardiac electrical phenomenon according to claim 16, wherein the predetermined shape is a hexahedron.
装置において、 前記分布情報推定手段は、1種類または複数種類の医用
モダリティから得られた1種類または複数種類の3次元
画像データから生体モデルを作成する生体モデル作成手
段を備え、 この生体モデル作成手段は、前記3次元画像データから
3次元の画像領域内の生体の各領域の組織種別を分別す
る組織種別分別手段を有することを特徴とする心臓内電
気現象の診断装置。18. The apparatus for diagnosing an intracardiac electrical phenomenon according to claim 1, wherein the distribution information estimating means is configured to detect a living body from one or more kinds of three-dimensional image data obtained from one or more kinds of medical modalities. A biological model creation unit for creating a model, wherein the biological model creation unit includes a tissue type classification unit for classifying a tissue type of each region of a living body in a three-dimensional image region from the three-dimensional image data. Diagnostic device for electrical phenomena in the heart.
断装置において、 前記生体モデル作成手段は、前記組織種別分別手段の分
別結果に基づき前記各領域毎の導電率を設定する導電率
設定手段を有することを特徴とした心臓内電気現象の診
断装置。19. The apparatus for diagnosing intracardiac electrical phenomena according to claim 18, wherein the biological model creating means sets the electrical conductivity for each of the regions based on the classification result of the tissue type sorting means. A diagnostic device for intracardiac electrical phenomena, comprising:
断装置において、 前記生体モデル作成手段は、前記3次元の画像領域内の
生体を多数のボクセルにより構成するボクセル構成手段
を備え、 前記分布情報推定手段は、差分法を用いて前記多数のボ
クセルの電位波形および磁場波形の少なくとも一方を計
算する計算手段を有することを特徴とした心臓内電気現
象の診断装置。20. The apparatus for diagnosing an intracardiac electrical phenomenon according to claim 19, wherein the living body model creating means comprises voxel constituting means for constituting a living body in the three-dimensional image region by a large number of voxels, and the distribution The information estimating means includes a calculating means for calculating at least one of the potential waveforms and the magnetic field waveforms of the plurality of voxels using a difference method.
装置において、 前記表示手段は、前記興奮到達時刻の分布情報を等時
線、色の濃淡、あるいは色相の相違、または、それらの
要素の少なくとも2つの組合わせにより表示する手段で
あることを特徴とした心臓内電気現象の診断装置。21. The diagnostic device for intracardiac electrical phenomena according to claim 1, wherein the display unit displays the distribution information of the attainment time of the excitation at the same time as an isochronous line, a shade of color, a difference in hue, or an element thereof. A diagnostic device for an intracardiac electrical phenomenon, characterized in that it is means for displaying by a combination of at least two of the following.
装置において、 前記表示手段は、前記心筋電気活動量の分布情報を等高
線、色の濃淡、あるいは色相の相違、または、それらの
要素の少なくとも2つの組合わせにより表示する手段で
あることを特徴とした心臓内電気現象の診断装置。22. The apparatus for diagnosing intracardiac electrical phenomena according to claim 1, wherein the display means displays the distribution information of the myocardial electrical activity in terms of contour lines, shades of color, or differences in hues, or elements of those elements. An apparatus for diagnosing intracardiac electrical phenomena, which is means for displaying by a combination of at least two.
装置において、 前記表示手段は、前記興奮到達時刻の分布情報を等時線
で表示し、かつ、前記心筋電気活動量の分布情報を色の
濃淡あるいは色相の相違で表示する手段であることを特
徴とした心臓内電気現象の診断装置。23. The apparatus for diagnosing intracardiac electrical phenomena according to claim 1, wherein the display means displays the distribution information of the time of arrival of the excitation in an isochronous line, and displays the distribution information of the myocardial electrical activity. A diagnostic device for intracardiac electrical phenomena, characterized in that it is means for displaying a color shade or a difference in hue.
断装置において、 前記表示手段は、前記興奮到達時刻の分布情報と前記心
筋電気活動量の分布情報とを重畳して表示する手段であ
ることを特徴とした心臓内電気現象の診断装置。24. The apparatus for diagnosing intracardiac electrical phenomena according to claim 23, wherein the display means is a means for superimposing and displaying the distribution information of the excitation arrival time and the distribution information of the myocardial electrical activity. A diagnostic device for intracardiac electrical phenomena characterized by the following.
装置において、 前記表示手段は、前記心臓の心臓表面の展開図上に、前
記興奮到達時刻の分布情報、前記心筋電気活動量の分布
情報、またはその両方の分布情報を表示する手段である
ことを特徴とした心臓内電気現象の診断装置。25. The diagnostic apparatus for electrical phenomena in the heart according to claim 1, wherein the display means displays distribution information of the excitation arrival time and distribution of the myocardial electrical activity on a developed view of the heart surface of the heart. An apparatus for diagnosing intracardiac electrical phenomena, which is a means for displaying information or both distribution information.
装置において、 前記表示手段は、前記心臓の1つまたは複数の断面図上
に、前記興奮到達時刻の分布情報、前記心筋電気活動量
の分布情報、またはその両方の分布情報を表示する手段
であることを特徴とした心臓内電気現象の診断装置。26. The apparatus for diagnosing intracardiac electrical phenomena according to claim 1, wherein the display means displays distribution information of the time of arrival of excitation and the amount of myocardial electrical activity on one or more sectional views of the heart. A diagnostic device for intracardiac electrical phenomena, characterized in that the diagnostic device is a means for displaying distribution information of both or both.
装置において、 前記表示手段は、前記心臓を任意の方向から透視したと
きの透視投影図上に、前記興奮到達時刻の分布情報、前
記心筋電気活動量の分布情報、またはその両方の分布情
報を表示する手段であることを特徴とした心臓内電気現
象の診断装置。27. The diagnostic apparatus for an intracardiac electrical phenomenon according to claim 1, wherein the display means displays distribution information of the excitation arrival time on a perspective projection view when the heart is viewed from an arbitrary direction. An apparatus for diagnosing intracardiac electrical phenomena, which is means for displaying distribution information of myocardial electrical activity or distribution information of both.
装置において、 前記表示手段は、前記心臓の任意方向の投影図と心臓表
面の展開図との一方または両方に、前記興奮到達時刻の
分布情報、前記心筋電気活動量の分布情報、またはその
両方の分布情報を表示する手段であることを特徴とした
心臓内電気現象の診断装置。28. The diagnostic apparatus for an intracardiac electrical phenomenon according to claim 1, wherein the display means displays the excitation arrival time on one or both of a projection view of the heart in an arbitrary direction and a development view of the heart surface. An apparatus for diagnosing intracardiac electrical phenomena, which is means for displaying distribution information, distribution information of the amount of myocardial electrical activity, or both.
装置において、 前記計測手段は、前記磁場を計測するマルチチャンネル
型SQUID磁束計および前記電位を計測する心電計装
置のいずれかまたは両方であることを特徴とした心臓内
電気現象の診断装置。29. The apparatus for diagnosing an intracardiac electrical phenomenon according to claim 2, wherein the measuring means is one or both of a multi-channel SQUID magnetometer for measuring the magnetic field and an electrocardiograph for measuring the electric potential. A diagnostic device for intracardiac electrical phenomena, characterized in that:
載の心臓内電気現象の診断装置において、 前記心筋電気活動量は、前記心筋の活動電位の立上がり
の時相における活動電位の振幅値、前記心筋の導電率の
分布、それら活動電位の振幅値および導電率の分布の積
である電流ダイポール密度の絶対値、またはそれらの量
に関連する量であることを特徴とした心臓内電気現象の
診断装置。30. The diagnostic apparatus for an intracardiac electrical phenomenon according to claim 1, wherein the myocardial electrical activity is an amplitude value of an action potential in a rising phase of the action potential of the myocardium. A distribution of the electrical conductivity of the myocardium, an absolute value of a current dipole density which is a product of an amplitude value of the action potential and a distribution of the electrical conductivity, or an amount related to the amount thereof. Diagnostic device.
少なくとも一方に基づき当該被験者の心臓内の電気現象
を推定して表示する心臓内電気現象の診断方法におい
て、 前記心臓内の興奮到達時刻の分布情報と前記心臓の心筋
の電気活動の大きさを表す心筋電気活動量の分布情報と
を同時に推定するステップと、 前記興奮到達時刻の分布情報と前記心筋電気活動量の分
布情報とを表示するステップと、を含むことを特徴とす
る心臓内電気現象の診断方法。31. A method for diagnosing an intracardiac electrical phenomenon which estimates and displays an electrical phenomenon in the heart of a subject based on at least one of a potential and a magnetic field measured from the subject, wherein the distribution information of the time of arrival of excitation in the heart is provided. Estimating the distribution information of the myocardial electrical activity amount representing the magnitude of the electrical activity of the myocardium of the heart, and displaying the distribution information of the excitation arrival time and the distribution information of the myocardial electrical activity amount. A method for diagnosing intracardiac electrical phenomena, comprising:
断方法において、 前記分布情報の同時推定ステップは、前記被験者の体内
の3次元画像データから前記心臓のモデルを設定し、こ
の心臓モデル内での前記興奮到達時刻の分布と前記心筋
電気活動量の分布とを有限個の複数のパラメータで表現
し、このパラメータにより表現された前記興奮到達時刻
の分布と前記心筋電気活動量の分布とに基づいて前記電
位および磁場の少なくとも一方の各測定点での時間波形
を計算し、前記被験者から測定された電位および磁場の
少なくとも一方の波形と前記計算電位および磁場の少な
くとも一方の時間波形とが一致するように非線型最適化
法を用いて前記複数のパラメータを推定するステップで
あることを特徴とした心臓内電気現象の診断方法。32. The method for diagnosing electrical phenomena in a heart according to claim 31, wherein the step of simultaneously estimating the distribution information sets the heart model from three-dimensional image data in the body of the subject. The distribution of the excitation arrival time and the distribution of the myocardial electrical activity in the above are expressed by a finite number of parameters, and the distribution of the excitation arrival time and the distribution of the myocardial electrical activity expressed by these parameters are Calculating a time waveform at each measurement point of at least one of the electric potential and the magnetic field based on the waveform, and at least one of the waveform of the electric potential and the magnetic field measured from the subject matches the time waveform of at least one of the calculated electric potential and the magnetic field Estimating the plurality of parameters using a non-linear optimization method.
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