CN101558993A - 绘制活体对象心脏中异常电活动的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供自动地对心腔内复杂碎裂电记录图的区域中找到神经节丛进行监测并对其进行绘图的软件和装置。分析电记录图信号以对其幅度和波峰之间间隔符合某种标准的复合波的数量进行计数。产生用来显示能够指示神经节丛的空间分布以及复杂碎裂电记录图相对数量的功能图。

Description

绘制活体对象心脏中异常电活动的方法和装置

相关申请的交叉引用

[本申请要求于2007年11月29日提交的标题为“Determining Locations ofGanglia Plexus(GP)Areas in the Heart Using CFAE”的美国临时中请NO.60/990,961的优先权，其以引用的方式被结合于此。本申请享有于2007年1月5日提交的标题为“Mapping of Complex Fractionated Atrial Electrogram”共同未决的申请NO.11/620,370的公开内容。

技术领域

本发明涉及心律失常的诊断和治疗。本发明尤其涉及对心脏内的与心律失常区域相关的神经节丛(ganglionated neural plexi)的绘图。

背景技术

表1中给出了在此使用的某些缩写的含义。

表1-缩写

GP	神经节丛
		AF	心房颤动
CFAE	复杂碎裂心房电记录图

诸如心房颤动之类的心律失常是发病和死亡的重要原因。颁发给Ben Haim的两个共同转让的美国专利NO.5,546,951和美国专利NO.6,690,963、以及PCT申请WO 96/05768全部以引用的方式被结合于此，它们公开了用于检测心脏组织的电特性例如局部活动时间以作为心脏内精确地点的函数的方法。利用在其远端具有电传感器和定位传感器的一个或多个导管来采集数据，所述导管被送进心脏中。在颁发给Reisfeld的两个共同转让的美国专利NO.6,226,542和美国专利NO.6,301,496中公开了基于这些数据产生心脏的电活动图的方法，这两个专利以引用的方式被结合于此。如在这些专利中所示，典型地初始测量心脏内表面上大约10到大约20个点的地点和电活动。然后这些数据点通常足以产生心脏表面的初步重建或图。该初步图通常与在附加点上取得的数据相结合以便产生更全面的心脏电活动图。的确，在临床环境中，常见的是在100个或更多地点处积累数据以产生详细全面的心腔电活动图。然后可以将所产生的详细图用作决定活动的治疗过程例如组织消融(tissue ablation)的基础，以改变心脏电活动的传播，并恢复正常的心律。

包含位置传感器的导管可用于确定心脏表面上点的轨迹。这些轨迹可用于推断诸如组织的收缩性之类的运动特征，如在颁发给Ben Haim的美国专利NO.5,738,096中所公开的，当在心脏中足够数量的点上采样所述轨迹信息时，可以构造描绘这种运动特征的图，该专利以引用的方式全部结合于此。

通过将在其远端或其远端附近包含电传感器的导管送到心脏中的该点、将组织与该传感器接触并采集在该点处的数据来典型地测量心脏中该点的电活动。使用仅包含单个远端电极的导管来对心腔进行绘图的一个缺点是，需要长的时期来在作为一个整体的该腔的详细图所需的必要数量的点上逐点地积累数据。因此，已经开发了多电极导管来同时测量心腔中多个点上的电活动。

在过去的十年，在人类心房颤动方面的若干绘图研究已经取得了以下重要经验。在持续心房颤动期间的心房电记录图具有三种不同的模式：单电位、双电位和复杂碎裂心房电记录图(CFAE’s)。CFAE区域表示心房颤动的基底位置，并且变成消融的重要目标位置。通过消融具有持久CFAE的区域，可以消除心房颤动并且甚至使其不可诱发。

在文献Ganglionated Plexi Modulate Extrinsic Cardiac Autonomic Nerve Input，Hou et al.，Journal of the American College of Cardiology Vol.50，No.1，2007中，提出通过消融4个左心房自主神经节丛(GP)可以提高治疗心房颤动的消融过程的成功率。为了这个目的作者使用高频刺激来定位神经节丛，尽管高频刺激麻烦且耗时，需要专门的设备和技能。

发明内容

本发明的实施例提供一种用于绘制活体对象心脏中异常电活动的方法，该方法通过获得来自心脏各个地点的电信号数据，自动分析该信号数据以识别其中的复杂碎裂电记录图，识别具有对应于复杂碎裂电记录图的存在的神经节丛的一个或多个地点，从包括复杂碎裂电记录图以及神经节丛空间分布的信号数据得到心脏电解剖图，并显示该电解剖图来实现。

根据本方法的一方面，识别一个或多个地点包括确定位于一个或多个地点处的多个复杂碎裂电记录图符合预定标准。

根据该方法的另一方面，符合预定标准包括在一个地点识别至少一定阈值数量的复杂碎裂电记录图。

根据该方法的另一方面，符合预定标准包括识别具有局部最大数量的复杂碎裂电记录图的多个地点中的一些。

根据本方法的另一方面，是通过电刺激所选的假定包含神经节丛的地点，然后记录包含下面各项中的至少一项的心血管反应：窦性心率降低、血压降低、以及停搏周期，然后给出在选定地点出现神经节丛的确定报告来实现的。

根据该方法的另一方面，得到电解剖图包括根据在各个地点检测到的复杂碎裂电记录图的数量对电解剖结构图进行编码。

根据本发明的其他实施例提供计算机软件产品和装置以实现上述方法。

附图说明

为了更好地理解本发明，作为例子参考将结合下面的附图进行阅读地本发明的详细描述，其中类似的元件用类似的参考数字给出，并且其中

图1是根据本发明公开的实施例用于在活的对象的心脏上检测异常电活动的区域并执行消融过程的系统的图示；

图2是供在图1所示的系统中使用的导管的实施例的图；

图3是根据本发明公开的实施例描绘了与心脏右心房的心内膜表面接触的导管远端的图；

图4是根据本发明公开的实施例显示CFAE以及神经节丛的前后投影的电解剖结构功能图；以及

图5是根据本发明公开的实施例显示CFAE以及神经节丛的右斜前投影的电解剖结构功能图。

具体实施方式

在下面的描述中陈述了许多特定细节以便提供对本发明各种原理的彻底理解。然而，对于本领域技术人员实施本发明而言，并不是所有的细节总是有必要的。例如，众所周知的电路，控制逻辑，以及用于常规算法和过程的计算机程序指令的细节未详细示出，以免不必要地模糊基本概念。

典型地，实现本发明的多个方面的软件编程代码被保存在永久存储器例如计算机可读介质中。在客户机/服务器环境中，可将多种软件编程代码存储在客户机或服务器上。该软件编程代码可被实现在供数据处理系统使用的各种已知介质的任何一种上。例如，磁盘、硬盘驱动器或光盘。这些代码可以分布在这些介质上，或者可以通过某些类型的网络从一个计算机系统的内存或存储器分布到其他使用者的计算机系统的存储设备中。

系统架构

现在转到附图，一开始参考附图1，图1是根据本发明公开的实施例用在活的对象21的心脏12上检测异常电活动的区域并执行消融过程的系统10的图示。该系统包括通常为导管14的探头，该探头由通常为医生的操作者16穿过患者的血管系统经皮插入到心脏的腔或血管结构中。操作者16将导管的远端18在待评估的目标位置上接触心壁。然后根据在上述的美国专利NO.6,226,542和NO.6,301,496以及共同转让的美国专利NO.6,892,091中所公开的方法制备电活动图，这些专利的公开内容以引用的形式被结合于此。

通过评估电活动图而确定为异常的区域可以通过施加热能来消融，例如通过射频电流穿过导管中的导线到达位于远端18的一个或多个电极，所述电极对心肌施加射频能量。该能量在组织中被吸收，从而将组织加热到它永久失去其电应激性的一点(通常大约为50℃)。当成功时，这个过程在心脏组织中产生非传导损伤，该损伤破坏了引起心律失常的异常电通路。可选择地，可以使用施加消融能量的其他已知方法，例如在美国专利申请公布NO.2004/0102769中所公开的超声能量，其公开内容以引用的方式被结合于此。本发明的原理关于心房碎裂电记录图进行公开，但是该原理可以应用于所有的心腔，可以应用于心外膜以及心内膜的方法，以及可以应用于窦性心律中的绘图，以及存在许多不同的心律失常时。

导管14典型地包括手柄20，其在手柄上具有合适的控制器以使操作者16能够对于消融按照期望来操纵、定位和定向导管的远端。为了帮助操作者16，导管14的远端部分包含给位于控制台24中的定位处理器22提供信号的位置传感器(未示出)。在共同转让的美国专利NO.6,669,692中所描述的消融导管在作必要的修改后可适用于导管14，该专利的公开内容以引用的方式被结合于此。控制台24典型地包含消融功率发生器43。

定位处理器22是测量导管14的地点和取向坐标的定位子系统26的元件。在整个本专利申请中，术语“地点”是指导管的空间坐标，而术语“取向”是指它的角坐标。术语“位置”是指导管的全部位置信息，包括地点和取向坐标。

在一个实施例中，定位子系统26包括确定导管14的位置和取向的磁位置跟踪系统。定位子系统26在预定的工作体积附近产生磁场，并且在导管处检测这些场。定位子系统26典型地包括一组外部辐射器，例如场产生线圈28，该线圈位于患者之外固定的已知位置。线圈28在心脏12的附近产生通常为电磁场的场。

在可选实施例中，导管14中的辐射器例如线圈产生电磁场，该电磁场由患者体外的传感器(未示出)接收。

例如，在上述的美国专利6,690,963和共同转让的美国专利Nos.6,618,612和6,332,089以及美国专利申请公布2004/0147920和2004/0068178中描述了可用于这一目的的一些位置跟踪系统，这些专利的公开内容被全部以引用的方式结合于此。虽然图1中所示的定位子系统26使用磁场，但是使用任何其他合适的定位子系统例如基于电磁场、声或超声测量的系统也可实施下面所述的方法。

现在参考图2，图2是供系统10(图1)中使用的导管14的实施例的图。导管14是用于插入人体中以及插入心脏12的腔(图1)中的绘图和治疗传送导管。所示的导管是示例性的；许多其他类型的导管可用作导管14。导管14包括主体30。电极32被布置在远端部分34以用于测量心脏组织的电特性。电极32还可用于给心脏发送电信号，以用于诊断目的例如用于电绘图、和/或用于治疗目的例如用于消融有缺陷的心脏组织。远端部分34进一步包括用于测量心腔中远场电信号的非接触电极38的阵列36。阵列36是线性阵列，因为非接触电极38沿远端部分34的纵轴线性排列。远端部分34进一步包括至少一个位置传感器40，该位置传感器产生用来确定远端18在身体内的位置和取向的信号。位置传感器40优选地邻近远端18。位置传感器40、远端18和电极32存在固定的位置和取向关系。

响应于由定位子系统26(图1)所产生的场，位置传感器40经由穿过导管14的电缆42将有关位置的电信号传送给控制台24。可选择地，导管14中的位置传感器40可以经由无线链路将信号传送到控制台24，如在美国专利申请公布Nos.2003/0120150和2005/0099290中所述，这些专利申请的公开内容以引用的方式被结合于此。然后定位处理器22基于由位置传感器40所发送的信号来计算导管14的远端部分34的地点和取向。定位处理器22通常将来自导管14的信号进行接收、放大、滤波、数字化以及其他处理。定位处理器22还给显示器44提供信号输出，该显示器为导管14的远端部分34和/或远端18相对于消融所选地点的位置提供可见指示。

导管14的手柄20包括控制器46以操纵或偏转远端部分34，或者按照期望对其定向。

电缆42包括连接到手柄20的容器48。容器48优选被配置成接收特定样式的导管，并且优选包括该特定样式且用户明白的标识。使用电缆42的优点之一是，能够将不同样式和类型的导管例如具有不同手柄构造的那些导管连接到同一控制台24(图1)。具有分离电缆42的另一优点事实上在于，它不与患者接触，使得有可能在无需消毒的情况下再次使用电缆42。电缆42进一步包含一个或多个隔离互感器(未示出)，所述互感器将导管14与控制台24电隔离。可将隔离互感器包含在容器48中。可选择地，可将隔离互感器包含在控制台24的电子系统中。

再次参考图1，系统10可由CARTO XP EP导航和消融系统实现，其可以从位于333 Diamond Canyon Road，Diamond Bar，CA 91765的Biosense Webster有限公司获得，其被适当地修改以执行在此所述的过程。

电绘图

使用系统10(图1)，利用在上述的美国专利NO.6,892,091中所述的方法可以产生心脏12的腔的电活动图。根据本发明的多个方面所修改的这些方法之一的概要将便于理解本发明。现在参考图3，图3是根据本发明公开的实施例描绘了与心脏12的右心房52的心内膜表面50接触的导管14的远端的图。在遍及至少一个完整心动周期的当前接触点54处保持电极32与心内膜面50接触。在这一时间期间，通过位置传感器40(图2)持续地测量地点信息，同时通过电极32和阵列36中每个非接触电极38(图2)测量优选是电压(作为时间的函数)的电信息。

在接触点54上收集上述电和地点信息之后，将电极32与另一接触点例如在右心房52的心内膜表面上别处的接触点56接触。示出为星号的点58表示非接触电极38的地点，同时电极32接触接触点54。

将电极32前进通过心腔的心内膜表面上的多个接触点。当接触电极接触每个接触点时，采集地点和电信息。典型地，上述的接触和信息采集步骤在5-15个这样的接触点上实施。由于存在多个非接触电极38，所以用于采集腔中的数据的点的总数可能是160个点或更多。在每个采集步骤从电极32和非接触电极38采集的所得到的地点和电信息为产生心腔的电记录图提供基础。

在每个接触点处接触电极的地点可以用于限定心腔的几何图。虽然没有实际接触心脏表面，但是非接触电极地点的总体限定了“云状”空间，该空间表示最小腔体积。可选择地，可以使用这些非接触地点或者连同在每个接触点处电极32的地点以限定腔的几何形状。

优选的是，使用参考地点传感器来校正在该过程期间的患者移动或者由于患者呼吸所导致的心脏运动。获得地点参考的一种方法是通过使用在心脏的别处包括参考地点传感器的参考导管(未示出)。可选择地，可将参考地点传感器包含在可以从外部附于患者例如在患者的背部上的垫子中。在任一情况下，由在绘图导管中包含的传感器所确定的地点可以利用参考传感器来对患者移动进行校正。

在上述的美国专利NO.6,226,542中描述了用于从所采集的地点和电信息中产生心脏电记录图的优选方法。简单地说，在采样点的体积中的重建空间中限定了一个初始的、通常为任意的封闭3维曲面(为了简短起见，这里也被称为曲线)。将该封闭的曲线粗略地调整到类似于采样点的重建的形状。之后，优选地重复执行灵活匹配阶段一次或多次，以便将封闭的曲线变成与所重建的实际体积的形状精确地类似。可以将该3维表面呈现到视频显示器或其他屏幕上，以供医生或该图的其他用户观看。

初始封闭曲线优选地基本上包含所有的采样点，或者基本上是在所有采样点之内。然而注意，在采样点附近的任何曲线都是合适的。优选地，封闭三维曲面包括椭球或任何其他简单的封闭曲线。可选择地，当期望重建单壁而非整个体积时，可以使用非封闭曲线。

在曲线上限定期望密度的栅格。对栅格上的每个点，定义一个矢量，该矢量取决于一个或多个栅格点与一个或多个心脏表面上所测量地点之间的位移。通过移动每个相应于各自矢量的栅格点来调整该表面，使得将重建表面变形成与心腔的实际构造类似。该栅格优选地将曲面分成四边形或任何其他多边形，使得栅格均匀地限定曲线上的点。优选地，栅格密度是足够的，使得通常存在比任何任意相邻区域中的采样点更多的栅格点。进一步优选地，栅格密度可以根据重建精度和速度之间期望的折衷进行调整。

CFAE识别

在前面提到的同时另案待审的美国申请NO.11/620,370中详细描述了CFAE的自动监测。尽管如此，在这里进行简短的讨论将更便于本发明某些方面的理解。CFAE通常定义为呈现下述特征之一的区域。实际上，使用者或操作者可能会根据自己的经验和关于特定患者的判断改变这些特征：

(1)具有碎裂电记录图的心房区域，该碎裂电记录图包括两个或多个偏转和/或具有在10秒记录周期上长期活动复合波的持续偏转的基线扰动；或

(2)其中电记录图具有在10秒记录周期上进行平均的很短周期长度(例如120ms)的心房区域。该记录周期不是关键，并且可以使用其他长度的记录间隔。

在当前实施例的多个方面中，表示了复合波之间的间隔的数量。然而，这不是限制性的，并且源自数据操作的其他类型的信息可以形成用于表示复合波的数量和特征的基础。

为了识别CFAE，将碎裂复合波持续时间绘图工具构造为上述的CARTO XPEP导航和消融系统的系统软件的改进。虽然参考这一特定系统描述了该软件，但是本发明并不限于CARTO XP EP导航和消融系统，而是可以由本领域技术人员应用于许多其他电绘图系统。

下面的参数用来产生心脏电解剖功能图，优选地用于显示CFAE的区域。

1.ICL(Interval Confidence Level间隔置信水平)图具有10-40色阶。

2.最小电压阈值0.04mV。

3.最大电压阈值0.2mV。

4.最小持续时间15ms。

5.最大持续时间80ms。

识别神经节丛

神经节丛在心脏中的正常地点是已知的；但是不同个体解剖位置有差异。而且，包含神经节丛的心脏区域以连续的或间断的CFAE区域表征。如果在间断区域中的CFAE区的数量超过了一预定阈值，通常在一条通路上为40，就推测识别了神经节丛。可选择地，神经节丛可被认为存在于具有局部最大数量的CFAE片段的感兴趣区域中，而此时与CFAE区域实际数量无关。

可选择地，虽然使用上述的CFAE绘图识别神经节丛，此外，可以使用双极电极探针对假定包含神经节丛的区域施加高频电刺激来确定这种神经节丛的存在。适当的刺激频率为20Hz、12v、以10ms的脉冲宽度。如果这种区域的确是神经节丛的地点，模仿对迷走神经的刺激，该区域对刺激的反应应该是如下心血管效应中的一种或多种：血压降低；窦性心率减缓；或停搏持续几个心动周期。出现任何一种反应都可以确定在当前刺激的地点存在神经节丛。如果没有观察到上述现象，就不能确定有神经节丛存在。

电绘图神经节丛和CFAE区

例如使用上述的CARTO XP EP导航和消融系统，可以用来产生电解剖结构功能图，以在电解剖结构功能图上显示神经节丛和CFAE复合波。现在参见图4和图5，根据本发明公开的实施例，分别显示了前后和右斜前投影的电解剖结构功能图，显示了CFAE区以及神经节丛。图4区域61、63、65代表包含神经节丛的区域(如圆圈66所示)，并且位于更大区域67、69中，其具有相对更大数量的CFAE区。更大区域67、69通过虚线划分开。区域67是具有大数量CFAE区的在下面和前面的区域。区域67包含区域63和区域61中的左下和右下神经节丛。区域69，在左上部分，具有大数量的CFAE区，并包括左上神经节丛。在图5中，区域71是在右前部分的大区域，并包括区域73中的右前神经节丛。区域75，在心房的左外侧中包括区域77，在这里有左上神经节丛。为了帮助定位，显示下面的结构：左上肺静脉79、左下肺静脉81、右下肺静脉83，以及右上肺静脉85。二尖瓣环位于区域89。在任何给定的区域用键87编码CFAE区域的数量。

一旦确定了CFAE区域以及神经节丛，如果得到指示，就可以执行消融治疗。

本领域技术人员将会认识到：本发明并不局限于上文已经特别示出的和描述的内容。而是，本发明的范围包括上文的各种特征的组合和再组合、以及其不在现有技术中的、本领域技术人员在阅读前面的描述后将会想到的变化和修正。

Claims (12)

1.一种用来绘制活体对象心脏中异常电活动方法，包括以下步骤：

从心脏的各个地点获得电信号数据；

自动分析电信号数据以识别其中的复杂碎裂电记录图；

识别一个或多个具有神经节丛的地点，该神经节丛对应于在所述一个或多个地点处被识别的多个复杂碎裂电记录图中的一些；

从包含复杂碎裂电记录图以及神经节丛空间分布的信号数据得到心脏的电解剖图；以及

显示所述电解剖图。

2.根据权利要求1所述的方法，其中识别一个或多个地点包括确定位于一个或多个地点处的多个复杂碎裂电记录图符合预定标准。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，符合预定标准包括识别多个地点中的一些，在该地点的复杂碎裂电记录图超过阈值。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，符合预定标准包括识别具有局部最大数量复杂碎裂电记录图的多个地点中的一些。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：

对选定的假设包含神经节丛的地点之一进行电刺激；

记录对应于电刺激步骤的心血管反应，该心血管反应包括以下各项中的至少一项：窦性心率降低、血压降低以及停搏周期；以及

此后对选定的地点之一中的神经节丛的存在给出确定报告。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，得到电解剖图包括根据在各个地点检测到的复杂碎裂电记录图的数量对电解剖图进行编码。

7.一种用来绘制活体对象心脏中异常电活动的设备，包括：

用来存储来自心脏各个地点的电信号数据的存储器；

处理器，可操作用来访问存储器并自动地分析该信号数据来识别该地点的复杂碎裂电记录图，识别具有神经节丛的一个或多个地点，该神经节丛对应于在该一个或多个地点处被识别的多个复杂碎裂电记录图中的一些，从包括复杂碎裂电记录图和神经节丛空间分布的信号数据获得心脏电解剖图；以及

用来向操作者展示电解剖图的显示器。

8.根据权利要求7所述的设备，其中所述处理器可操作地通过确定在一个或多个地点处符合预定标准的多个复杂碎裂电记录图来识别一个或多个地点。

9.根据权利要求8所述的设备，其中符合所述预定标准包括对地点中复杂碎裂电记录图超过阈值的多个地点中的一些的识别。

10.根据权利要求8所述的设备，其中符合预定标准包括对具有局部最大数量复杂碎裂电记录图的多个地点中的一些的识别。

11.根据权利要求7所述的设备，其中处理器可操作用来记录对应于选定的多个地点中的一些的电刺激的心血管反应，该心血管反应包括：窦性心率的降低、血压的降低、停搏周期中的至少一项；以及此后对所述选定的多个地点中的一些的神经节丛的存在给出确定报告。

12.根据权利要求7所述的设备，其中处理器可操作地根据在各个地点中检测到的复杂碎裂电记录图的数量对电解剖图进行编码。

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