CN102245091B - 用于自动定位生物节律紊乱的源的机器和过程 - Google Patents

Abstract

用于对生物节律紊乱进行检测、诊断和处理的方法、系统和装置。在与实时检测心律紊乱有关的优选的、特别理想的实施方式中，本发明对包括心房颤动的复杂节律的局部源进行识别，以指导能量的局部应用，从而修复源并且处理节律紊乱。

Description

用于自动定位生物节律紊乱的源的机器和过程

联邦许可

本申请中所描述的研究中的一些内容是由美国国立卫生研究院的许可R01HL83359资助的。因此，美国政府对本发明可具有特定的权利。

发明领域

本发明通常涉及医药领域，更具体地说，涉及用于诊断、找出生物节律的源并且处理生物节律的不规律和其它紊乱的方法、系统和机器。特别地，本发明可以应用于微创技术或者外科手术技术，以检测、诊断和处理紊乱。本发明的一个实施方式涉及心律紊乱，另一个实施方式涉及大脑和神经系统的电紊乱，其它实施方式涉及胃肠系统和泌尿生殖系统的平滑肌的电紊乱或收缩紊乱。

相关技术背景

心律紊乱在美国非常普遍，并且是患病、失去工作能力和死亡的重要原因。心律紊乱具有很多形式，其中，最复杂且最难处理的形式是心房颤动(AF)、室性心动过速(VT)和心室颤动(VF)。其它节律更容易处理，但是在临床上也可能很重要，这些节律包括：房性心动过速(AT)、室上性心动过速(SVT)、心房扑动(AFL)、房性期前复合波/房性早搏(SVE)和室性期前复合波/室性早搏(PVC)。在某些情况下，正常的窦房结的快速激动可能引起不适当的窦性心动过速或窦房结内折返的心律紊乱。

心律紊乱，特别是AF、VF和VT这些复杂的心律紊乱的处理可能特别困难。特别地，药理处理对于AF(Singh等，2005年)和VT或VF(Bardy、Lee等，2005年)不是最理想的，因此，存在对非药理处理的相当大的兴趣。消融是一种用于消除心律紊乱的非常有前途的且越来越多地使用的疗法，该疗法通过在手术时将传感器/探针经过血管或者直接地移动到心脏，随后将能量传送到心律紊乱的致因，来终止心律紊乱。消融最初用于“简单的”紊乱，例如，SVT、AFL、PVC、PAC，但是越来越多地用于AF(Cappato、Calkins等，2005年)、VT(Reddy、Reynolds等，2007年)，以及较少地用于VF(Knecht、Sacher等，2009年)。

然而，消融通常很困难，这是因为用于对心律紊乱的致因进行识别和定位的工具很缺乏，从而阻碍了将能量传送到正确的区域以终止和消除紊乱的尝试。在持续性的AF，即非常普遍形式的AF中，尽管冗长的4-5小时的手术(procedure)和包括死亡(Cappato、Calkins等，2009年)的严重并发症的5-10％的发生率(Ellis、Culler等，2009年)，消融只具有50-60％的手术成功率(Cheema、Vasamreddy等，2006年；Calkins、Brugada等，2007年)。即使对于诸如房性心动过速等“简单的”紊乱，也不存在用于作出诊断并表明可能成功的消融位置的工具。

即使最复杂的已知系统也仅显示医生必须解释的数据，而没有直接识别和定位紊乱的致因以使医生能够对紊乱进行检测、诊断和处理。这包括当前使用的方法，这些方法在Beatty及其同事的美国专利5,662,108、专利5,662,108、专利6,978,168、专利7,289,843以及其它美国专利、Hauck和Schultz的美国专利7,263,397、Tarjan及其同事的美国专利7,043,292、Ben-Haim及其同事的美国专利6,892,091和其它专利、以及Xue及其同事的美国专利6,920,350中被描述。这些方法和仪器通常以复杂的三维解剖表示对电位进行检测、分析和显示，但是仍然不能对心律紊乱，特别是诸如AF等复杂紊乱的致因进行识别和定位。Rudy及其同事的专利(尤其是美国专利6,975,900和7,016,719)也是如此，这些专利使用来自身体表面的信号以便“投射”出心脏上的电位。

用于对心律紊乱的致因进行识别和定位的某些已知方法可以对简单的节律紊乱起作用，但是，不存在已经成功地对诸如AF、VF或多形性VT等复杂紊乱的致因进行识别的已知方法。激动标测(将激动追溯到最初位置)仅对简单的心动过速起作用，对于AFL起较差的作用(连续节律，而没有清晰的“开始”)，对于具有可变的激动通路的AF根本不起作用。拖带标测使用起搏来对刺激电极处于节律致因的位置进行识别，但是由于自动机理的原因，因此起搏不能应用于AF以及甚至诸如房性心动过速等一些“简单的”节律。针对房室结折返、典型的AFL和具有早期(阵发性)AF的患者的致因的典型位置是已知的，但是对于具有持续性AF(Calkins、Brugada等，2007年)、VF和其它复杂的紊乱的大多数患者来说，典型的位置是未知的。因此，还不存在用于对诸如AF等复杂的心律紊乱的致因进行识别和定位的方法(Calkins、Brugada等，2007年)。

Svenson和King在美国专利5,172,699中给出了针对“简单的”节律使用从搏动到搏动的连续激动的系统的实施例。该系统是基于找出心脏舒张间期，其可以在“简单的节律”而不是诸如心房颤动(AF)或者心室颤动(VF)等复杂节律中被定义(Calkins、Brugada等，2007年；Waldo和FeId，2008年)。此外，该系统未对致因进行识别和定位，这是因为该方法检查心脏舒张间期(在激动之间)而不是激动本身。此外，其关注的是室性心动过速而不是AF或VF，这是因为它分析ECG上的QRS复合波之间的时间周期。

另一个实施例是Ciaccio和Wit的美国专利6,236,883。该发明使用同心的电极阵列来对折返环路进行识别和定位。因此，这将不会找到诸如灶性搏动等非折返性致因。此外，这种使用特征和检测定位算法的方法将不对诸如AF和VF等复杂的节律起作用，其中，心脏内的激动随着搏动而改变。它识别“折返环路的峡部内的缓慢传导”，这是诸如室性心动过速等“简单的”心律不齐的特征，但是未针对AF和VF进行定义。

在接下来的美国专利6,847,839中，Ciaccio及其同事描述了用于对正常(窦性)节律中的折返环路进行识别和定位的发明。此外，将不会从激动径向地发散的位置找到不是折返性而是灶性的心律不齐的致因。其次，该专利是基于折返的“峡部”的窦性节律的存在，也即是说，该专利在针对“简单”节律在搏动之间使用连续激动的方面是公认的，例如，VT(参见(Reddy、Reynolds等，2007年))。然而，对于具有变化的激动通路的复杂节律，例如，AF或VF，该专利未被公认。

Desai的美国专利6,522,905是这样的发明，即，其使用找出激动的最初位置并且确定该位置是心律不齐的致因的原理。由于折返，该方法对于简单的心律不齐不起作用，其中，因为激动是连续的“周期”，因此在折返中不存在“最初的”位置。该方法对于其中诸如AF或VF等激动随着搏动而改变的复杂的心律不齐也不起作用。

然而，即使在简单的心律紊乱中，通常也难以使用已知的方法来识别致因。例如，房性心动过速(“简单的”紊乱)的消融成功率可能低至70％。当外科医生执行心律紊乱手术时(Cox，2004年；Abreu Filho，2005年)，由心律紊乱方面的专家(心脏电生理学家)来辅助手术是理想的。因此，对心律紊乱的致因进行消融可能具有挑战性，并且甚至有经验的医生可能需要几个小时来对某些“简单的”节律紊乱(具有一致的搏动到搏动激动形态)进行消融，例如，房性心动过速或者非典型的(左心房)AFL。该情况对于诸如AF和VF等激动顺序随着搏动而改变的复杂的心律紊乱更加困难。

在没有用于对人AF的致因进行识别和定位的方法的情况下，医师通常求助于动物文献。在动物模型中，已经以局限性“电转子”或重复的灶性搏动的形式对(通过人为方式诱发的)复杂且不规律的AF的局部致因进行识别和定位(Skanes、Mandapati等，1998年；Warren、Guha等，2003等)。在动物中，通过显示出高频谱主频(DF)(快速速度)和窄DF(指示规律性)的信号来指示转子(Kalifa、Tanaka，2006等)。在颁布给Berenfeld及其同事的美国专利7,117,030中描述了频谱的主频的这些使用。

不幸的是，这些动物数据还未转化为有效的人治疗。AF和VF的动物模型很可能与人疾病不同。例如，动物AF很少是自发性的，它很少由于肺静脉触发而出现(这在人类的阵发性AF中是常见的)。通常，在不具有多种并存病理的仔畜中研究AF和VF二者(Wijffels、Kirchhof等，1995年；Gaspo、Bosch等，1997年；Allessie、Ausma等，2002年)，所述多种并存病理在通常经历这些病症的老人中可见。

在AF患者中，速度高的位置(或者，高频谱主频DF的位置)不是消融的有效目标。Sanders及其同事的当前研究显示，AF很少因为在具有高DF的位置处进行消融而终止(Sanders、Berenfeld等，2005a)。其它的研究显示，具有高DF的位置通常在心房中，并且这些位置处的消融不会快速地终止AF(如果高DF的位置是致因，则这将是期望的)(Calkins、Brugada等，2007年)。部分地，这可能是因为对于动物来说有效的DF方法可能由于很多原因对于人类AF是不准确的，如很多工作者所示(Ng、Kadish等，2006年；Narayan、Krummen等，2006d；Ng、Kadish等，2007年)。Nademanee及其同事已经建议，具有高频率分量的低幅度信号(复杂碎裂心房电图，CFAE)可以指示AF致因(Nademanee、McKenzie等，2004a)。该诊断方法已经由Johnson和Johnson/Biosense并入商业系统中。然而，该方法还存在问题。Oral及其同事显示出，CFAE的消融不会终止AF或者单独防止AF复发(Oral、Chugh等，2007年)或者何时添加到现有的消融(Oral、Chugh等，2009年)。

现有技术中的几种发明确认了迄今为止认为是正确的内容-AF是“不具有可检测的解剖学靶区的心律失常，即，不定型差异性通路”，例如，Ben-Haim和Zachman的美国专利5,718,241。因此，该专利未对心律紊乱的致因进行识别和定位。相反，该专利通过传送消融线以“中断每个可能的几何形状”，来将处理集中于心脏几何学上。该专利创建了心脏的各个参数的标测。

很多发明使用心律失常的实际致因的替代，而不对所述致因进行识别和定位。例如，Steiner和Lesh的美国专利5,868,680使用心脏内的机化的测量，这些测量是通过将一个激动事件(搏动)的激动顺序与接下来的搏动的激动顺序进行比较来构建，以确定“任何时空顺序是否已经改变”。然而，该发明假设机化在AF的临界位置附近最强，而在其它位置处较弱。然而，该假设可能是不正确的。在动物研究中，机化的指标随着到AF源的间距而下降，然后，实际上，当激动在更远的位置处重组时，机化的指标再次增加(Kalifa、Tanaka等，2006年)。此外，美国专利5,868需要一次以上的搏动。因此，诸如发明5,868,680等方法识别很多位置，其中大多数不是AF的致因。没有对AF的致因进行识别和定位可以解释基于机化的方法为什么还未转化为用于对AF进行明显终止的改善疗法。

同样地，Reisfeld的美国专利6,301,496是基于通过局部激动时间和矢量函数创建的标测生理特征的替代。这被用于在心脏的物像上标测传导速度或者生理特征的另一个梯度函数。然而，该专利未对心律紊乱的致因进行识别或定位。例如，AF中的多个激动通路意味着在用于三角测量的点之间的传导通路并且因此传导速度是未知的。此外，在转子的情况下，绕着核心区旋转的或者从核心区对称地发散的激动顺序实际上可以产生净速度0。

由于这些原因，专家已经声明，在AF中，“未在人心房中获得电转子的直接证明”(Vaquero、Calvo等，2008年)。因此，虽然期望对人AF的局部致因进行识别(并且然后定位)，但是这在目前是不可能的。

对于人AF，特别是持续性AF而言，缺少所识别和定位的致因意味着消融是经验性的，并且通常包括对约30-40％的心房的损害，如果针对微创消融和/或手术处理而对这些致因识别和定位，则所述损害在理论上是可以避免的(Cox，2005年)。

人VT或VF是死亡的主要致因，其难以通过药物来处理(Myerburg和Castellanos，2006年)。当前，处理包括有风险地将植入型心脏复率除颤器(ICD)放置在患者中，但是在使用消融方面仍然存在越来越大的兴趣，以防止由VT/VF造成的反复的ICD电击(Reddy、Reynolds等，2007年)。对VT的致因进行识别和定位可能是困难的，并且消融是在特定的中心处执行的。在VF中，动物数据表明，VF的致因处于接近His-Purkinje组织的固定区域处(Tabereaux、Walcott等，2007年)，但是，这对于人仍然非常不易理解。对VF的致因进行识别和定位的唯一的现有描述需要手术暴露(Nash、Mourad等，2006年)，或者在心脏移植以后在从身体移除的心脏处执行(Masse、Downar等，2007年)。因此，对VF的微创消融在很少的情况中关注于对其触发进行识别(Knecht、Sacher等，2009年)，因而还不能在更广泛的人群中执行。

现有的感测工具对于识别和定位诸如AF等复杂紊乱的致因也不是最优的，其包括现有的单个或多个传感器设计(例如，Triedman等人的美国专利5,848,972)。然而，这些工具通常具有有限的视野，也即是说，不足以识别AF的致因，这些致因可能位于任一心房内的任意位置处并且可能变化(Waldo和FeId，2008年)。可选择地，它们可能需要如此多的放大器来进行广域采样，这对于人使用是不切实际的。广域采样是有利的，并且对于动物而言，是利用手术的方法露出心脏(Ryu，Shroff等，2005年)或者从体内将其进行移除(Skanes、Mandapati等，1998年；Warren、Guha等，2003年)来实现的。对于人而言，即使手术研究仅在任意时候检查局部区域(例如，(Sahadevan、Ryu等，2004年))，并且由于将心脏暴露于空气、麻醉和可能根据临床发生的形式来改变节律紊乱的其它剂而引入问题。

因此，现有方法主要关注解剖标测，以识别患者是否患有心脏紊乱，而不是确定紊乱的致因或源。因此，迫切需要用于直接识别并定位各个患者的心律紊乱的致因，以实现医疗处理的方法和工具。这对于AF和其它复杂的节律紊乱特别重要，对于这些AF和复杂的节律紊乱而言，系统将通过微创手术或其它方法来检测局部致因以进行消融。

发明简述

本发明公开了用于对心律紊乱进行识别、定位和处理的方法、系统和设备。对紊乱的致因进行定位和识别提高了指导、选择和应用治愈性处理的能力。具体地说，本发明提供了一种用于对人AF和其它心律紊乱的电转子、灶性搏动和其它致因进行识别和定位的方法。一旦被识别，就可以应用正确的疗法，以通过如期望地使用本文进一步描述的微创技术来改善并可能消除紊乱。

本发明是在现有技术基础上的重大进步。例如，与美国专利5,718,241不同，本发明在几小时内对可能存在于心脏内的大致相同位置处的AF以及其它节律紊乱的致因(靶区)进行识别和定位(参见本文47岁男子的实施例)。与美国专利6,847,839不同，本发明能够找出瞬时出现的或者可能移动(它们是“功能的”)的源，其可以解释AF的变化。与美国专利5,868,680不同，本发明使用尽量少的激动事件(搏动)来直接对心律紊乱的致因进行识别和定位。与美国专利6,301,496不同，本发明对激动在其中绕核心区旋转的电转子和激动从其径向地发散的灶性搏动进行直接识别和定位。

在本发明的一个方面，提供了一种用于对生物节律紊乱的一个或多个致因进行检测和/或诊断的方法，该方法包括以下步骤：

a)使用一个或多个传感器在多个位置处感测生物激动信号；

b)从一个或多个传感器收集数据，这些数据包括针对每个信号的传感器位置和每个信号的激动时间；以及

c)分析所述数据，以对所述生物节律紊乱的一个或多个致因的存在进行识别和定位。

在本发明的另一个方面，提供了一种用于对生物节律紊乱的一个或多个致因进行检测和/或处理的系统，该系统包括：

a)传感器装置，其用于在多个位置处感测生物激动信号；以及

b)计算机处理器，其与所述传感器装置连接，用于对从传感器装置接收的数据进行收集和处理，所述收集的数据包括针对每个信号的传感器位置和针对每个信号的激动时间或激动持续时间，其中，所述处理的步骤包括对所述传感器位置处的激动开始时间进行排序，以创建指示所述生物节律紊乱的致因的激动轨迹。还可以使用软件用于执行排序，包括算法。

在本发明的又一方面，包括了一种用于对生物节律紊乱进行处理的方法，该方法包括：

a)使用一个或多个传感器在多个位置处感测生物激动信号；

b)从所述一个或多个传感器收集数据，该数据包括针对每个信号的传感器位置和每个信号的激动时间或激动持续时间；

c)分析所述数据，以对所述生物节律紊乱的一个或多个致因的存在进行识别和定位；以及d)选择所述致因中的一个或多个致因，用于指示所述生物节律紊乱的主要致因；以及

e)处理所述主要致因，以改善或消除所述生物节律紊乱。

在本发明的另一个方面，提供了一种用于对心律紊乱的一个或多个致因进行检测和/或诊断的方法，该方法包括以下步骤：

a)使用一个或多个传感器在多个位置处感测心脏激动信号；

b)从一个或多个传感器收集数据，该数据包括针对每个信号的传感器位置和每个信号的激动时间；以及

c)分析所述数据，以对所述心律紊乱的一个或多个致因的存在进行识别和定位。

在本发明的另一方面，提供了一种用于对心律紊乱的一个或多个致因进行检测和/或处理的系统，该系统包括：

a)传感器装置，其用于在多个位置处感测心脏激动信号；以及

b)计算机处理器，其与所述传感器装置连接，以收集并处理从所述传感器装置接收的数据，所述收集的数据包括针对每个信号的所述传感器位置和每个信号的激动时间或激动持续时间，其中，所述处理的步骤包括对所述传感器位置处的激动开始时间进行排序，以创建指示所述心律紊乱的致因的激动轨迹。还可以使用软件用于执行排序，包括算法。

在本发明的又一个方面，包括了一种用于对心律紊乱进行处理的方法，该方法包括：

a)使用一个或多个传感器在多个位置处感测心脏激动信号；

b)从一个或多个传感器收集数据，该数据包括针对每个信号的传感器位置和每个信号的激动时间或激动持续时间；

c)分析所述数据，以对所述心律紊乱的一个或多个致因的存在进行识别和定位；

d)选择所述致因中的一个或多个致因，用以指示所述心律紊乱的主要致因；以及

e)处理所述主要致因，以改善或消除所述心律紊乱。

在本发明的又一个方面，包括了一种用于感测心律紊乱的可调节的传感器设备，该设备包括：

a)管状轴体，其具有第一末端和第二末端；

b)可扩展的传感器配置，其被附接到所述轴体的一个末端，所述传感器配置包括多个相互缠绕的传感器臂，当所述传感器臂扭转移动时，改变了所述传感器臂之间的间距，当所述传感器配置被至少部分地扩展时，所述传感器配置能够接触心室的腔表面；以及

c)回缩护套，其用于保留并传送所述传感器配置。

在本发明的又一个方面，提供了一种用于感测心律紊乱的可调节的传感器设备，该设备包括：

a)管状轴体，其具有第一末端和第二末端；

b)直径地可扩展的螺旋状传感器配置，其包括多个传感器，所述传感器配置能够在至少部分地扩展时接触心室的腔表面；以及

c)回缩护套，其用于保留并传送所述传感器配置。

本文详细描述了感测步骤、收集步骤、分析步骤、选择步骤和处理步骤中的每一个步骤。

附图说明

附图构成了本说明书的一部分，并且包括本发明的示例性实施方式，其可以以各种方式来体现。应当理解的是，在一些例子中，本发明的各个方面被扩大或放大地显示，以便于理解本发明。

图1是示出了本发明的传感器、消融导管和电子处理部件的使用的心脏示意图，这些设备根据本发明对来自心脏的信号进行处理，并对这些信号进行排序。

图2示出了本发明的传感器装置设计，其以较低的分辨率检测心室的广域生物信号，然后以较高的分辨率检测心室的较窄域生物信号。

图3示出了本发明的另一个传感器装置设计，其以较低的分辨率检测心室的广域生物信号，然后以较高的分辨率检测心室的较窄域生物信号。

图4示出了本发明的另一个传感器装置设计，其以较低的分辨率检测心室的广域生物信号，然后以较高的分辨率检测心室的较窄域生物信号。

图5示出了来自将通过本发明被分析的心脏的一些信号类型，并且定义了一些所选项，其包括激动开始、激动偏移和心脏舒张间期。

图6是示出了根据本发明对多个位置处的信号进行分析以对生物节律紊乱的致因进行识别和定位的流程图。

图7示出了本发明的实施方式，其描绘了人信号的速率-行为(复原)曲线的计算，其中，在一些情况下，插入了生理图样。

图8示出当在起搏节律与AF之间测量时，人单相动作电位持续时间的速率-响应(复原)可能是不同的。

图9示出了相位的直接分配。

图10是实施方式的流程图，其示出了数据库中的感测信号和存储数据可用于创建并且使用概率图以改善用于识别和定位生物节律紊乱的致因的清晰度。

图11是对47岁的男子使用本发明的实施例。所示的是从患有心房颤动的患者的左心房和右心房以及冠状窦中选择信号(电图)以用于处理。

图12示出了使用本发明的方法和系统的结果，其识别电转子并且将其定位于右心房。激动轨迹看上去绕着核心区旋转。该患者的核心区也以心房几何学的方式显示为右心房的外侧壁中的红色圆点。

图13示出了在图12中识别的核心区处、在小于6分钟的时间内的直接消融，AF被减慢并终止为正常的节律(窦性节律)，从而证明实际上已经对AF的致因进行定位和成功的处理。

图14示出了在AF已经被终止以后，甚至不能通过非常快速地(周期长度230ms，其相当于260次搏动/分钟以上)对心房进行起搏来重新引起AF。现在，更快速的速率起搏被中断(不会刺激心房)。

图15示出了使用本发明检测的人AF的局部致因的其它患者实施例。在两个患者的左心房中示出了电转子。据我们所知，这些是电转子存在于人AF中的最初实际示范。

图16示出了56岁患者的AF的局部灶性搏动致因的另一个实施例。该图示出了左心房中的灶性搏动致因，其中，激动轨迹显示从左心房径向地发散的激动。该位置处的消融也明显地终止AF。本发明的具体描述

定义

为了本发明的目的，将使用下面的定义：

检测/诊断：在本申请中可以互换使用术语检测和诊断节律紊乱。

激动时间：对于给定的心脏信号而言，这是激动开始的时间。

激动持续时间：对于给定的心脏搏动的信号而言，激动开始时间与偏移时间之间的时间段和信号波形。心脏舒张间期是从之前搏动的激动偏移到本搏动的激动开始的时间段(图3)。

激动轨迹：这是对传感器位置处的激动时间开始进行排序，以创建可辨别的特征图样，例如，其包括但不限于：在指示转子的核心区周围的旋转图样，从指示灶性搏动致因的核心区的径向发散图样，或者需要进一步的信号采样并重复上面的分析步骤的分散图样。

识别和定位：辨别心律紊乱的局部致因或分散致因的存在、然后相对于传感器的位置或者相对于心脏中的已知解剖位置对所述致因进行定位的过程。

心律紊乱：反常的节律，通常需要处理。这些包括但不限于：心脏的上室(心房)的快速节律，例如，正常窦房结的快速且异常的激动(不适当的窦性心动过速或窦房结内折返)、房性心动过速(AT)、室上性心动过速(SVT)、心房扑动(AFL)、房性期前复合波/房性早搏(PAC)以及心房颤动(AF)和某些形式的非典型心房扑动等复杂的节律。快速节律还可能发生在心脏的下室(心室)中，其包括例如：室性心动过速(VT)、心室颤动(VF)、穗尖现象和室性期前复合波/室性早搏(PVC)。心律紊乱也可以很慢，其包括：窦性心动过缓、房性异位心动过缓、连接性心动过缓、房室传导阻滞和心室自主心律。

生物节律紊乱或心律紊乱的致因：在本申请中，该术语可以与生物节律紊乱或心律紊乱的“源”互换使用。非限制地，这是指在指示转子的核心区周围的激动顺序的旋转图样，从指示灶性搏动致因的核心区径向发散的图样，或者分散图样。在本发明中，当找到分散的致因时，可以将信号采样延展到额外的多个位置，并且重复本发明的检测步骤和分析步骤。这些致因直接造成永久性心律紊乱。

传感器：在本申请中，该术语与电极互换使用。这是指用于检测并发送来自或去往心脏的信号的装置。

在发现本发明之前，人生物节律紊乱的致因，且特别是心律紊乱的致因还未被识别。本发明表示第一已知例子，在该例子中已经描述了一种用于以精确的且微创的方式对维持、持续或“驱动”人生物紊乱的致因进行检测、诊断并随后进行有效处理的方法。该方法使医师能够对准这些用于修复或消除的源，以消除紊乱。尽管一个优选的实施方式是针对用于心律紊乱的微创手术，但是本发明也可以应用于外科手术处理，并且被应用于器官中的电脉冲生成或传输的紊乱，所述器官例如大脑、中枢神经系统(其中，本发明可以对癫痫病或癫痫发作的致因进行定位)、周围神经系统(其中，本发明可以检测肿瘤)、骨骼肌、以及诸如胃肠道、膀胱和子宫等的平滑肌。

根据本发明的实施方式，公开了一种用于以变化的空间分辨率和视场对信号进行采样的装置，例如，诸如来自人器官内的多个位置处的导管电极等传感器设备，所述人器官是例如人心脏，以及其具有相应地改变感测信道的数量的装置。

根据本发明的实施方式，公开了一种用于识别并定位电转子、灶性搏动和心率节律的其它局部致因的方法，所述心律包括诸如AF、VF和多形性VT等复杂的节律。

本发明的实施方式可以使用诸如对激动顺序进行排序以创建激动轨迹等处理和软件方法，处理诸如希尔伯特变换、其它相位延迟方法、空间相干分析以及其它方法。

在本发明的一个实施方式中，将从传感器收集并且被分析的数据作为自动更新的数据存储在数据库中。该数据库被用于辅助医师对局部致因进行诊断/检测，或者对节律紊乱的致因的图样进行分类。这可以采用具有特定特征的患者的致因的概率分布图的形式。

根据本发明的另一个实施方式，提供了一种用于以可以辅助医师进行处理的方式来显示生物节律的致因的装置。例如，可视显示屏可以连接到处理器，以允许观看激动轨迹，并且允许对转子的核心、灶性源或紊乱的其它致因进行可视定位。音频格式可以单独地使用，或者可以与可视格式结合使用。例如，除了或者代替源的视觉描绘使得可以可视地识别核心，可以通过涉及紊乱的位置和致因的音频指示，来将源及其核心的坐标提供给用户。特别期望可视描绘，这是因为可视描绘给医生提供了致因的清晰表示，并且提供了用于识别致因的核心的参考，这非常有助于选择处理方法。例如，实际的转子和灶性搏动的可视表示允许医生精确地确定指导消融导管或其它处理方法的位置。

根据本发明的另一个实施方式，一旦识别了紊乱的致因，就可以使用用于对所识别和定位的源的位置进行修复或摧毁的处理设备或方法来处理或消除节律紊乱。处理设备和方法的非限制性实施例包括摧毁能量(消融)的使用，例如，通过消融导管、手术消融方法、手术切除或在心脏内使用诸如植入导管或者其它物理设备等设备、刺激能量(起搏)、直接传送药物剂、细胞治疗或其它介入技术。在一个实施方式中，能够感测来自身体的信号特别是来自心脏的信号的导管也可以包括处理的方式，例如，传送消融能量、刺激能量、药物治疗、诸如干细胞或基因治疗等细胞治疗的能力，或者其它处理方式。因此，这种导管可以用于检测和处理紊乱二者。

本发明特别适合于检测、诊断和处理复杂的心律紊乱，例如，VF、多形性VT、穗尖现象和AF，其中，一旦对局部致因进行精确识别和准确定位，就可以实现对局部致因的精确且定向的消融。如上所述，以前，对致因的识别和物理定位是不可能的，并且因此，即使对于有经验的医生来说，非常难以进行成功的处理，更不用说充分改善或消除。

除了找出复杂心律紊乱的致因并且接着处理复杂心律紊乱以外，本发明还可以被应用以通过为医生加紧并简化分析来帮助诊断并处理发源自单个位置的“简单的”节律。对于心律紊乱，这种简单的紊乱包括灶性房性心动过速、多源性房性心动过速(MAT)、窦房结折返或不适当的窦性心动过速、室性心动过速(VT)、房性期前复合波(PAC)和室性期前复合波(PVC)。

本发明包括一种用于收集数据的过程和系统，其包括感测设备和记录系统。所收集的数据至少包括发送一个或多个信号的每个传感器的位置、以及每个激动信号的开始时间或者发生的激动持续时间。处理器接收该信息，并且对激动开始时间进行顺序地排序。该计算的结果是激动轨迹的创建，这创建了紊乱的特征图样，并且指示紊乱致因的位置和类型，即，是转子、灶性源还是分散图样，即，非局部源，从而需要从心脏的不同区域或其它身体区域收集的其它数据。一旦按照这种方式对数据进行排序，就创建激动轨迹，可以将该激动轨迹可视地显示在可视显示器上，以在转子源的情况下，显示转子的实际旋转图样，使得转子的核心在视觉上是明显的，并且可以容易地被识别并从而被处理。这也适用于径向发散源的描绘，例如，灶性搏动。对每个传感器处的激动开始时间进行顺序地排序允许灶性节律紊乱的定位，使得可以在可视显示器上容易地定位灶性核心，以便进行定向的且精确的处理。期望在一段时间内显示节律源或致因，以允许医生充分观察致因点或区域，并且对致因位置处的适当处理进行适当的评估。在一个实施方式中，数据和/或被处理的数据的可视显示(即，激动轨迹的“动画”)说明节律紊乱的致因的特征图样。这种存储信息允许医生参照前面的图样来辅助改善对类似致因的识别、定位和处理。在一些例子中，这些存储的信息允许推断所测量的实时数据，以提供预测模型或者使用类似的已知图样来说明某些测量的图样。

本发明的又一个实施方式提供了一种用于通常通过修复或摧毁致因所处的位置处的组织来处理这些致因的过程和系统。第六个优选的实施方式使本发明能够在“未连线的”、非实时检查模式中被使用，而不是直接在处理患者的手术中被使用。

本发明的过程和系统可以用于使用脑电图或其它指标在大脑或中枢神经系统中对异常电脉冲生成或传输的源进行定位(即，找出致因的物理位置)，从而指导侵入性的处理(手术)或者外部波束照射来对癫痫发作或癫痫病灶或者局灶肿瘤(恶性的或者相反)进行识别和处理。本发明也可以用于识别横纹肌(例如，骨骼肌中的损伤)、胃肠系统(例如，食道痉挛)、泌尿生殖器和呼吸系统中的异常刺激传输的源。本发明还可以用于检测任何身体系统中的肿瘤(恶性的或者相反)。本发明还具有医学以外的应用，例如，用于使用诸如雷达或声波定位仪等方法来对地震波的源进行定位，或者用于同时对能量源进行定位。

本发明具有与过程和用于实施过程的系统有关的几个方面。举例说明而非限制地，在本发明的一个方面，从节律紊乱的器官中的多个位置检测信号，从而改变传感器之间的间距，以使所述感测的清晰度最优化。特别理想的实施方式还在节律紊乱期间对来自心脏或其它身体部分的信号进行记录，并将其存储在数据库中。与特殊信号相关联的每个传感器的位置以及每个传感器处的激动开始时间被发送到处理器以进行分析，所述分析包括顺序地排序以形成激动轨迹，从而识别紊乱的致因及其在身体内的具体位置。创建可以手动地或自动地更新的致因数据库允许存取数据库，以辅助对紊乱致因的识别和定位。这可以在当前患者的数据收集具有有限的质量时使用，以将患者的图样与患者的之前记录节律进行比较，从而确定节律是相同的还是不同的，或者将患者的图样与另一个患者例如具有类似临床特征的患者的图样进行比较。来自前一种情况的预先存储的数据可以用于对当前情况下的节律紊乱的致因进行识别、定位和显示。

对于医生来说，对紊乱的源进行可视显示是非常有用的，这是因为可视显示用作致因的存在和定位的视觉指导，并且允许随后的定向且精确的处理来改善或消除节律紊乱。

在本发明的其它方面，来自另一种情况的预先存储的数据可以用于对当前情况下的节律紊乱的致因进行识别、定位和显示。然后，这可以用于在将来的手术中计划本发明的使用。

有用的部件(模块)和设备的描述

图1示出了可以在本发明的过程和系统中使用的各种有用的部件(模块)的示意图。这些模块可以相互分离，并且可以协作地连接以提供其功能，或者这些模块中的一个或多个模块可以相互结合或包含在处理器中，使得该系统具有较少的分离的硬件单元。图1描绘了一种实施方式，其允许在微创经皮手术或者其它手术期间，例如，使用通过超声波、电磁辐射、声波、微波或电阻抗改变的表面ECG、心磁图、心回波图和/或多普勒测量来对紊乱的致因进行定位。

在图1中，使用感测电极来记录心脏10中的电事件。这些电极可以是放置在心脏的室或脉管系统中的导管20，其包括图2至图4中举例说明的用户定制设计的记录导管，电极也可以是从植入式起搏器或心脏复率除颤器的引线的延长、用于对通常通过腔静脉20至21或者冠状窦22到达的单相动作电位或其它信号进行记录的导管的延长。因此，虽然在本发明中特别有用，但是本发明的过程和系统不需要使用图2至图4的专用导管，这是因为可以使用在身体内或身体外使用的、能够精确地发送激动时间和其发生的位置的任何导管或感测设备。

电极23可以从心脏的心外膜或心包表面记录，经由冠状窦中的电极21、经由心包腔中的电极23或其它通路进行存取。电极可以位于供应心脏15的神经附近，这些神经可以位于左心房和心室中。电极可以是计算机标测系统的虚拟(计算机化的)电极、程序或高分辨ECG标测电极30、植入皮肤下方或上方的电极、或者通过用于在不直接接触心脏或身体的情况下对信号进行非入侵式检测的方法得到的电极。电极信息还可以根据数据库160中的存储电图来推导。

放置在心脏附近的电极25可以用于对接近或处于节律紊乱的致因处的区域进行修复或摧毁。如果电极是消融导管，则电极连接到能量发生器60。其它电极可以与控制器40和起搏模块50连接，并且所有电极都如愿地与处理控制器70进行通信。可以将消融或起搏应用于供应心脏15的神经，这些神经位于心脏的很多位置处。内部消融电极可以由外部消融系统替代，例如，在针对癌症治疗的手术期间或在外部局灶照射或光子束时由外部探针替代。此外，源的修复，即，紊乱的致因的处理可以通过给予适当的药物成分、基因治疗、细胞治疗或者通过除去组织(在手术室或者通过使用专用设备)来实现。

处理控制器70可以包括各种部件或模块。一个此类部件或模块包括采样模块80，其能够在节律紊乱期间对信号进行记录、在非节律紊乱期间以各个速率进行记录(通过起搏)、和/或在刺激心律紊乱的速率期间进行记录(通过起搏或其它方法)。信号放大器(未示出)可以用于提高信号清晰度和强度，并且处理控制器也可以智能地分配最少数量的记录放大器，以从足量的位置感测，从而对致因进行识别和定位。例如，系统可以仅使用50至60个物理放大器信道，以通过时间分割分时地对这128个传感器进行记录，或者通过激动节律致因附近的单个/多个传感器同时停用其它传感器，来从128个传感器进行记录(例如，从两个商用的多极导管)。该“切换”功能可以由切换部件执行，所述切换部件将传感器设备与电子控制系统进行连接，并且可以实现在一个或多个其它部件中。切换可以是手动的或者自动的，这是由例如心律紊乱所处的位置确定的。模块90与起搏模块连接，以提供用于感测生物信号的额外心脏速率。这对于本文描述的非实时模式(模式6)特别有用，这是因为可以以不同的心脏速率来研究心脏，即使心脏不是处于特殊心律紊乱正在被诊断和处理时。

发明的方法和系统使用可以由分析模块执行的分析方法来处理所收集的数据。例如，在图1中，模块100是“分析引擎”的第一部分。分析引擎的这部分确定了每个感测位置处的生物信号随时间的开始和偏移。这是通过在随时间的节律期间创建一系列的激动时间(开始时序)和恢复时间(偏移时序)来执行的(如图6所示)。信号通常表示为电压随时间的变化(即，电压时间序列)。可以以很多方式来处理激动时间。最简单的方式包括每个位置处的手动分配。可以通过使用一阶导数的零值以限定最大值或最小值，使用二阶导数的零值以指示最大上行冲程或下行冲程，或者使用类似的方法，来实现自动或计算的分配。当电压时间序列与阀值相交时，也可以分配激动开始时间和激动偏移时间。分配激动时间的另一个可能的方法是使用图样匹配。例如，被选择表示激动持续时间的图样可以与随时间的多个时间点处的信号进行相关。所述相关值较高的时间指示所述模板的重现，并且因此被认为是激动时间。用于该分析的模板还可以通过数据库中的存储数据获得，或者通过针对该位置处的节律的速率估计来计算。来自多个传感器的同时记录可以有助于在信号质量可能被噪声污染、具有较差的质量或者在不同的时候显示多个组成时对激动进行分析，特别是针对诸如AF或VF等复杂的节律。通过同时记录，参考信号被选择，优选地在接近正在被分析的信道的位置处。参考信道上的信号被用于在正在被分析的信道上选择信号或信号组成。这可以通过使用保留了随时间过去的类似时序的组成、使用图样匹配或相关函数、矢量分析或其它方法来完成。如果需要很多方法，则可以应用受心房的已知病理生理学约束的、启发式的图样识别方法和所谓的“模糊逻辑”方法。

模块110是分析引擎的第二部分，其实际上对心律紊乱的源(致因)的存在和位置进行计算和定位，即，对其进行确定。

本发明的一些实施方式包括“处理引擎”，其可以包括被设计为协作地执行系统和过程中的不同功能的一个或多个模块。例如，图1中的模块120可以负责识别心脏中的节律紊乱的源的位置和侵移图样。这可以是处理引擎的第一模块，并且被用于对需要被修复以处理或消除节律紊乱的位置和空间区域进行计算。可以通过给予消融能量或本文讨论的其它方式来进行处理，并且如果在消融期间源发生侵移，则处理不是简单的一个点或区域。模块130表示处理引擎的另一个模块，并且如愿地直接与能量发生器相连接，以对可能表示源的位置处的组织进行消融(摧毁)、修复(消融或起搏)或者刺激(起搏)。可选择地，模块130可以用于在没有摧毁性的能量的情况下对组织进行修复，例如，通过给予药剂或者通过组织治疗或细胞治疗。

图1中所示的系统的模块170表示一种工具，其用于可视地或以音频方式显示致因的鉴别或位置，以有助于医师处理或消除节律紊乱。例如，该模块可以包括显示屏，其允许医生清楚地看到转子、局灶或紊乱的其它致因的屏幕上的文本、图案和/或听觉可视化。在一些实施方式中，将在屏幕上呈现紊乱的“动画”剪辑。该剪辑是紊乱的实际致因和位置的实时呈现。例如，一旦已经根据本发明的过程执行了数据的分析，即，已经对信号的位置及其激动开始时间进行顺序地排序，就以激动轨迹的形式将该分析和计算的结果显示在屏幕上。如果激动轨迹的图样表示以中央的核心为中心进行旋转的一系列激动，则转子已经被找到并且实际上是紊乱的致因。同样地，如果激动轨迹的图样表示从中央的核心区径向地发散的一系列激动，则灶性搏动已经被找到并且实际上是紊乱的致因。因此，发明过程允许直接找出紊乱的致因，以及允许针对医生来方便地可视化紊乱的存在、类型和位置。在未找到可辨别的图样的情况下，即，未对激动轨迹进行定位，则通过移动传感器的位置和/或接通已经放置的传感器来进行额外信号采样可能是适当的。然后，可以根据本发明来处理额外的信号采样，并且将其显示在屏幕上。如果通过对数据进行额外采样和处理来找出致因，则可以做出与适当的处理有关的决定。在找到分散的激动轨迹和图样的情况下，可以采用其它额外的采样，直到医生认为这样的时间足够为止。在一些情况下，该过程的结果将重现转子或径向发散的焦点的存在和位置的发现。在其它情况下，如果在重复采样和处理以后分散图样仍然存在，则可以做出诊断，将转子或灶性搏动作为致因进行排除。因此，转子或局灶点(搏动)的发现实际上是同时发生的检测和诊断，而缺少这种发现将是可以排除紊乱的这些致因的存在的诊断。

模式1信号采样(图1，参考文献80)

可以在消融或处理节律紊乱的手术期间、在预先计划该手术时，或者在之后检查紊乱时，实时地完成信号采样。如上所述，可以使用多种传感器类型在一个或多个位置处从器官收集信号。接触式传感器应该与组织保持尽可能良好的接触。在优选的模式中，电极应该在多个位置处同时或几乎同时进行记录。诸如AF等最快速的心律紊乱具有大于100ms的周期长度，使得在基本上小于该时间期间的信号捕获被认为是“几乎同时的”。操作的可选择的模式允许将传感器移动到顺序的位置。本发明可以由任何现有的传感器装置使用。

虽然各种商用电极设备可以用于获得信号采样，但是图2至图4示出了用于信号采样的特别有用的设备实施方式。这些装置使用可以单独地激动或停用、或者可以相对于彼此移动的多个传感器。这实现了自适应空间分辨率，这是因为可以根据需要来增加或减小传感器间隔。相距较远的传感器提供了较宽的视角来“调查”器官的较大部分(例如，心脏的左心房)的节律。一旦对源位置进行近似，就如愿地改变该配置来减小传感器间隔，从而在较窄的视场上得到较高的空间分辨率。相距较近的传感器配置是优选的，以将能量应用于局灶区域，从而对源进行处理。

自适应空间分辨率是本发明的各个实施方式的重要优点。这可以通过物理地移动传感器来实现。图2示出了同心螺旋结构(元件200)，其中，多个传感器元件(电极或探针)用于感测信号，并且在一些情况下，给予能量或其它疗法(元件205)。当导管的部分仍然未部署(元件210)在轴(元件215)内时，则螺旋结构相距较远。对装配的旋转和推进将更多的探针引入室中，并且减小了它们的间距。图3示出了可调节的扇形导管形式的发明的传感器导管的另一个实施方式，其中，多个子午线(元件230)中的每一个包括多个感测元件(电极或探针)(元件240)，其还用于感测并且在一些情况下用于给予能量或其它疗法。通过如图所描绘的沿着轴线(元件245)的扭曲或扭转运动的组合，子午线可以相距地更远(元件230)或者相距地更近(元件235)，即，是空间可调节的。图4示出了可调节的螺丝锥设计形式的发明的传感器导管的另一个实施方式，其中，少量的螺旋子午线(元件260)终止在钝的非创伤的末端(元件270)上。如同图2和图3的设计结构一样，图4的子午线可以包括多个元件(电极或探针)(元件265)。可以通过对轴(元件280)进行操控来将螺丝锥推进到护套中或者从护套中取出，以便增加或减小螺丝锥大小和/或探针间隔。可以使这些设计更大或者更小，以适应更大的或更小的器官(例如，具有变化的大小的心房)或者亚结构，所述亚结构包括可能是诸如AF等节律的源的肺静脉或者上腔静脉。可以由医师手动地或者通过使用机器自动地实现物理移动。考虑到发明人观察到的心律紊乱的源的观察特征，期望传感器从心脏的一个或多个室中的每一个室的至少约25％的表面区域进行感测。这些设计仅是示例性的，而不旨在限制本发明的实际物理设计或应用。

可以在各种方式中由处理控制器70来控制每个传感器的最佳接触，以用于准确性。例如，处理控制器70可以经由所感测的信号的幅度的稳定性来检验接触。或者，处理控制器70可以调节起搏模块50，以通过电极20-30来发射信号，并使用所引发的响应的幅度来检验接触。作为第三种选择，处理模块70可以通过证实稳定的组织阻抗来确定接触(例如在AF中，其中起搏是不可能的)。作为其它选择，可以使用被设计为检查轻度伤害图样的导管或者被设计为直接测量接触力的导管。此外，可以以半自动或自动的方式机械地以及手动地控制导管操纵。

还可以用电子的手段来实现自适应空间分辨率。可调节的传感器设备中的传感器被连接到电子控制系统，该电子控制系统可以是激动的或停用的各个传感器。例如，如果医师仅希望聚焦在器官的一个区域上，则这可以手动地执行，或者，这可以通过图1中的处理控制器以聚焦到被确定为是心律源所处的位置的区域上来自动地执行。电子切换装置控制传感器与电子控制系统之间的连接的独立切换，以便使放大器信道的实际数量的使用最大化。这些电子部件可以通过以下各项的各种组合来体现，即，传统的(有线的)电极、光纤、经蚀刻的晶圆电路设计、生物传感器、化学传感器、药物传感器、压电传感器、红外线传感器、病人兼容的光学成像、光极、远程传感器和其它设计。

还可以通过时间分割来实现电子切换。可能需要感测大量位置，但是感测信道的数量可能是有限的。信号的时间分割可以通过较少量的信道来记录大量感测信道。例如，虽然每隔大约10毫秒(ms)获得的数据通常对于AF或VF源分析是足够的，但是通常每隔1ms(以1kHz)对信号进行采样。因此，系统可以在位置1处感测3ms，在位置2和3处分别感测3ms，然后返回到传感器1，以在10ms的时间点处重复该周期。通过这种方式，可以使用30个信道来感测90个位置。根据硬件或软件中的切换时间，并且考虑到当在信道之间切换时的噪声因数，可以使用任何适当的配置。可以使用很多其它的方法来增加信道的有效数量，其包括沿着光纤或其它设备来发送经复用的信号，或者在随机存取存储器中存储信号，然后使用离线分析来依次放大并分析每个信号。

还可以使用处于与不同的心脏平面接触的传感器的组合来增加所感测的位置的数量。例如，可以通过心外膜的(外部)表面上的电极和心脏肌肉自身中的那些可能的电极(经由植入的电极)，来补充心脏的心脏内的(内部)表面上的电极，以增加整个空间分辨率。这在心房中具有特殊的价值，其中，心房的壁很薄，并且心外膜和心脏内的电极可以针对类似的区域。在心室中或者在心房的厚壁区域中，不同的平面可以提供不同的信息。

在某些优选的实施方式中，可以在心律紊乱期间使用在组织内顺序地移动的一个或多个传感器(探针)，来执行感测。当使用单个探针时，来自每个位置的信号可以与基准的时序信号对准。当节律在心脏内是相对正常的时，例如，灶性房性心动过速或者心房扑动的“简单”紊乱，很容易应用该方法。然而，如果节律在心脏内是不正常的，例如，AF或VF的复杂紊乱，则该方法还可以用作适当的指导。这具有需要更少的传感器的优点，并且如果源在空间中显示出一定的稳定性，则将起作用。例如，当AF是不正常的时，在局部源处，激动可能是规律的，例如，在例如接近肺静脉的某些位置处。

现在示出一种用于在多个位置处使用顺序感测以移动具有两个传感器(例如，临床四极导管的两个偶极子)的探针的特别有用的实施方式，虽然在可能时，可使用更多的传感器。在每个位置处，将一个传感器视为参考，并且连续周期(搏动)的开始时间是基准。第二传感器处的激动时间的差别被用于指示相对时序。现在移动探针，使得一个传感器覆盖于前面感测到的位置上。现在第二传感器感测新的位置，并且可以针对在此处的多次搏动来记录相对时序开始。针对所关注的整个区域重复该过程。因为该过程为位置之间的相对时序提供了稳定性，因此使用在每个位置处观察到的搏动到搏动的时序变化来随机地重新提供可变性。

与来自针对该节律(包括AF或VF)的数据库的存储数据相比，可选择的方法是使用速率梯度和/或室内的组织。在感测到连续位置之后，将两个室中的激动速率与存储图样进行比较，所述存储图样描述了各个源(转子或灶性搏动)和周围的位置处的这种关系。误差最小化方法(例如，最小平方误差)可以用于估计源的位置。可以根据与存储的图样的子集的类似性，并且通过使用算法、启发式的模糊逻辑或者其它图样识别方案，来自适应地改进估计。对该过程进行重复迭代。对于空间一致的源，第二或接下来的迭代将为原始估计增加精度，并且可以被聚焦在最接近所估计的源的位置处。

处理的实施可以是传感器设备的另一个特征，稍后在本文中对其进行详细地描述。

模式2计算心律紊乱的致因

分析的第一步是使用图5所示的查询表(参考数字400-460)来确定信号类型。该步骤确定来自心(心脏)、大脑、呼吸系统、胃肠道、泌尿生殖系统等的信号是否出现。如果信号来自心脏，则信号可以是表面ECG、心脏内的信号、心电图信号或者其它信号。如果信号来自心脏内，则进一步将信号分类为动作电位(单相的动作电位)、双极电图、单极电图或其它。这些信号中的一些信号提供了高质量的信息(例如，心脏中的单相的动作电位记录)，而其它信号未提供高质量的信息。较差质量的信号更可能需要在不同的时候针对该患者进行预处理、滤波、平均、与数据库中的存储信号进行比较以及其它计算步骤，以实现源定位。

在图6中，在步骤800-840之间对信号进行分析，以在(图5中的)查询表中识别其类型。这包括分配激动的开始和偏移，以及搏动之间的间隔(心脏舒张间期)，其取决于图5中的查询表中所示的信号类型。查询表可以是综合的生物信号详细目录，其具有与每个成分的不同生理作用有关的数据，以用于计算的目的。成分可以随着速率而改变，并且可以随着搏动而波动。每个信号成分可以反映正常或异常的生理的不同方面，并且因此指示节律紊乱可能出现的可能性。实施例旨在限制查询表的范围，该查询表可以包括来自其它肌肉(例如，骨骼肌、膀胱和胃肠道)、大脑和神经系统的信号。

分析的下一步是针对每个感测位置来定义将要分析的生理信号。其目的是，由此产生的信号最佳地表示在心律紊乱期间在每个位置处发生的实际生理激动和恢复。当记录的信号是“干净的”(具有较高的信噪比)时，该信号将是生理信号。如果信号是带噪声的，则可能需要滤波、噪声降低和其它方案来显示生理信号。所述的噪声方案可以要求当患者在几秒内屏住他/她的呼吸时进行记录。对于心房节律紊乱的分析而言，在心室激动之间(在R-R间隔中)最佳地记录生理信号，如果使用化学剂来减缓心室速率，或者通过使用这些设备减小患者的起搏器速率来降低心脏搏动(R-R间隔被延长)，则可以促进对生理信号的记录。

图7的面板600-670示出了用于使用计算方法来构造生理信号以对由于有噪声的数据或低质量数据引起的限制进行补偿的一种特别有用的实施方式。首先，确定对每个信号类型的速率的响应(面板600、620、640中所示的单相的动作电位、MAP)。这可以通过当处于节律紊乱时或者当未处于节律紊乱时以变化的速率来对信号进行感测(例如，通过起搏，参见模式6)来完成。在面板610、630和650中示出了(针对MAP所示的)信号持续时间对速率的响应，并且示出了MAP以增长的速率缩短(也即是说，当心脏舒张间期缩短时)。应当注意的是，对相同速率集合的响应可能在患者处于或未处于心律紊乱时发生改变。图8的面板700至740示出了这种改变。AF一开始，就通过实施面板700中的单个额外搏动的发出来产生图6中所示的复原图，710。然而，在几分钟以后，复原曲线改变，如面板720-740所示。

本发明中实现的一种方法是通过在每个激动时间开始的时候插入生理图样来创建“混合”信号(面板660-670)。可以通过随时间对记录信号进行平均(代数地通过中值搏动平均或者其它方法)、对相邻位置处的信号进行平均(空间平均)、通过各个位置处的单向动作电位(面板660-670)、通过在频域或时频域中对现有的单极信号或双极信号进行滤波、或者通过使用数据库中(图1中的160)的存储图样来获得生理图样。当使用存储的信号时，可以使用速率-响应(复原)行为针对速率来调节包括这些生理图样的持续时间的特征。可以通过该患者、具有类似特征或者另一个存储关系的另一个患者来获得存储信号。可以将这些过程应用于各个激动，或者应用于整个信号。

该方法导致随着时间在每个位置处的活动的生理表示，该生理表示可能难以用其他方式在微创手术期间在起搏患者的心脏时获得。它具有在心律紊乱之外的应用。例如，所述的生理图样可以是细胞离子功能的模型。这使每个传感器处的这些离子电流的功能能够成为与每个观测激动同步的模拟细胞，用于对钙离子流的动态、钾电流或在起搏该患者的心脏时的其它过程进行研究。通过另一个实施例，该生理图样可以是药物配体的模型，允许对与具体的药物制剂有关的起搏心脏的行为进行研究。在胃肠道中，可以针对每个蠕动的“搏动”来研究细胞激素释放模型。在大脑中，离散的脑电波(通过头皮脑电图非入侵的，或者入侵的，例如，手术)的神经传递素或内啡肽释放的已知动力学可以有助于理解并处理各种情况。使用本发明处理癫痫症的情况是本发明的一个实施方式。本发明还包括一种用于通过将另一个身体部分的搏动心脏或节律的行为与制剂在身体中的释放、结合力或速率、或者其它动作相关联，来确定药物或生物作用剂对身体的影响的方法。

然后，通过多个位置处的生理信号的一系列激动来确定激动轨迹。该分析的最简单的形式是及时、顺序地对每个位置处的激动进行排序。在其它实施方式中，分析可以使用频域方法、时域方法或空间-相位方法来对节律紊乱的致因进行识别和定位。频域方法包括希尔伯特变换、小波变换或者相位延迟方法。空间相位方法涉及分析在某个位置处显示出激动的地点之间的空间相互关系，以便对激动轨迹进行定义。

对于相位-空间方法而言，众所周知的技术在每个电极处并且在每个时间点处将相位分配给信号。转子的顶端的精确位置处的相位是未限定的，并且对相邻电极的相位进行求和导致2π的“相位跳变”。因此，转子位置与相位奇点相对应。在数学上，可以通过计算在封闭曲线上的线积分来找出这些相位奇点，为：

$\∫\stackrel{\→}{\▿}\mathrm{\φ}\·d\stackrel{\→}{l}=\±2\mathrm{\π}$

其中，线积分是在路径l上绕着相位奇点获得的。因为来自电极的信号是单个观察，因此需要特别注意相位的确定。根据电极信号的质量，将使用几种不同的方法。

如果来自电极的信号是有噪声的和/或具有较小的幅度，则将使用第一相位-空间方法。在该情况下，将确定每个电极的激动时间，随后对波前动态进行新的分析。第一步，可以使用双线性插入方案来提高探针的空间分辨率及其激动时间，所述双线性插入方案使用在表面上创建的精细规则网格来插入激动。在包含激动、恢复和心脏舒张间期信息的高质量生理信号中，这产生针对精确网格的每个点的时间迹线V(t)。

因为在搏动之间动作电位的形状可以是稳定的，因此该方法接下来定义了从膜电位V到相位的标测。该标测将独特的值分配给每个V值，使得相位变量的最大值与最小值相差2π。该标测的具体形式是任意的，并且使用来计算相位。相位变量的相应时间迹线即时地产生该信号及其相位的构造，如图8所示(面板710至730)。

一旦构造了相位标测，则该方法每次将对形成方形的、由网格间距分离的精细规则的网格的所有四个点的相位进行求和(拓扑荷方法)。结果不等于0指示转子和相位奇点的存在。将通过跟踪波前来进一步辅助该分析。通过使用正导数dV/dt确定V何地何时与阀值相交，来使用规则精细的网格计算这些波前的位置。沿着精细规则的网格的x和y方向并且在网格点之间使用线性插值来执行该计算，将产生位于波前上的点的集合。

然后，通过连接这些点来构造波前。将针对相位执行类似的分析，其中，等相线被追踪。然后，构造二维直观表示，其针对每个时间点，使用灰度或彩色刻度、表示波前的线、表示类似相位的线(等相线)和对相位奇点进行定位的符号，来绘制膜电位的值。该视觉辅助将显著地帮助医生解释发明过程和系统的结果。注意，表示波前的线和等相线的交叉点表示相位奇点。相位奇点指示核心区，并且因此可被用于对转子进行定位。

相位变换能够表示AF的灶性搏动—通常是从局部区域发散的离心源。灶性搏动的特点是实现三个标准的位置：1)该位置的激动时间早于周围的位置的激动时间；2)该区域在先前在特定的时间段内是不活动的(在心脏舒张中)；3)激动的接下来的传播从核心区径向地发散。通过认识这三个标准，本发明自动地找出了这些源。该算法将首先确定这样的位置，即，其呈现出提前于其四个最近的相邻位置和四个次近的相邻位置的激动时间，并且将这些位置标记为可能的灶性源。接下来，确定可能的灶性源周围的位置处的激动时间。如果这些位置的激动时间早于其周围的电极，则可能的灶性源被确认并且相应地被标记。使用上面所描述的我们的绘制技术来绘制这些位置，非常有助于医生对这些源进行定位和解释。

可选择地，可以使用频域方法。对于心律紊乱期间的生理信号，可使用几种方法，所述生理信号可以是被记录的信号或者在滤波、噪声降低和上面所描述的其它策略以后推导出的信号。

一种此类方法是希尔伯特变换。希尔伯特变换将信号的负频率的相位移动π/2，并将正频率的相位移动-π/2。在该方法中，通过绘制电压对电压的希尔伯特变换，来实现对信号的相位的确定。特别有用的实施方式应用消除趋势算法，以将激动时间处的电压(最大值dV/dt)设置为0。希尔伯特变换被用于构造消除趋势信号的相位平面。在生物表面上创建的精细规则网格上，在所有位置处插入希尔伯特变换。然后，通过电压对其希尔伯特变换的状态空间图来计算相位。此外，将使用上面所描述的拓扑荷技术来分析相位的空间分布，以对与例如折返波的顶端处的相位奇点(波前的末端)相关联的相位奇点进行定位。使用上面所描述的相同技术来构造激动波前，同时还将追踪零相位的等值线。图12的元件1030和1040示出了人心房内的这些方法的实施例，单元1030和1040显示出使用频域方法计算的左心房中的转子。

另一个有用的方法是使用时间延迟嵌入技术来确定信号的相位。该技术是由针对固定的时间延迟τ和偏移V^*对V(t+τ)-V^*对V(t)-V^*进行绘制构成，从而产生针对每个时间点和每个位置的相位的值。实际上，时间延迟和偏移将由医生在使用不同的τ值和V^*值来检查几个位置处的这些图形以后被确定。最佳值导致不相交(将导致相位的非唯一值)且围绕原点(保证最小相位和最大相位相差2π)的轨线。在生物表面创建的精细规则网格上插入信号和相位二者。然后，将针对相位奇点来检查由此产生的相位标测，并且如前面所描述的，将跟踪波前。

用于确定信号的相位的又一种有用的方法是小波变换。该小波的精确形式是可变的，并且实施例包括哈尔小波。将针对每个位置计算小波变换。小波允许我们以多个频率分辨率来观察信号。这将使我们能够在特定的频率(或者频带)处对不希望的噪声进行滤波。在该方法中，通过绘制电压对电压的相移小波变换，来实现相位变换。一旦已经计算出相位则我们将如以前一样进行处理，包括通过双线性插值对网格进行改进，找出相位奇点，并且跟踪波前。

其它信息也有助于对源进行识别和定位，所述信息例如，在节律紊乱期间具有快速速率的位置的器官内的位置、由较不正常的位置围绕的非常正常的位置的存在、与变化的信号配置相反的针对连续信号的稳定的搏动到搏动的配置(形状)的存在、与已知与特殊的节律紊乱(例如，AF中的肺静脉、VF中的His-Purkinje系统)相关联的解剖特征的接近、或者其组合。

几种类型的激动轨迹可以针对节律紊乱的各种类型的致因产生相应的可辨别的特征图样。激动的顺序绕着中央的“核心”区域旋转的激动轨迹被称作转子。从核心区径向地发散的激动轨迹称作灶性搏动(或者重复灶性激动或搏动的位置)。另一种激动轨迹类型是分散图样，其中，局部源未被清楚地识别。在特别有用的实施方式中，在这些情况下，在额外的位置处或者在额外的时间段期间，对信号感测进行重复。根据核心区的位置和来自该区域的额外激动来对心律紊乱的致因进行定位。一些实施方式对核心区进行直接识别。例如，希尔伯特变换和直接相位分配方法将核心区识别为分析的实部和虚部交叉的位置。与之相反，本发明的直接顺序排序方法可视地或解析地指示核心区。

由面板1400至1495参照的图10描述了对最可能指示节律紊乱的主要致因的那些致因进行最佳地识别、定位和选择。在一个特别期望的实施方式中，构造了紊乱的源的概率图1480。这指示每个感测位置相对于其它感测位置具有节律紊乱的致因的可能性。将较高的相对似然性分配给核心区持续较长时间段(或者，更多的旋转或搏动)的位置，其中，激动的速率更快，激动的速率更有条理，其以1∶1的形式激动周围的组织(因此，存在电图链接)并且同相地激动组织的较大区域(并且因此具有大的空间常数)，当识别较少的并发源时，用于位于具有诸如人AF内的肺静脉等节律紊乱的高似然的已知区域附近的源，用于具有随时间较少迁移的源，并且用于与源的灶性搏动类型相对的转子。在一个特别有用的实施方式中，在与数据库中的存储的实施例进行比较之后，对概率进行分配；该比较可以采用逐步多元比较的形式。在极限情况下，根据定义，直接激动整个器官的并且是孤立的电子转子的空间固定的源是该心律紊乱的主要致因。

激动轨迹的替代也存在。这些是这样的数据，即，其对于由本发明使用来自较少位置的数据、较不冗长的或详细的记录、或者使用来自诸如ECG等其它源而不是心脏内的信息来提供的识别和定位进行近似。因此，与直接测量激动轨迹的分析相比，替代能够通过使用减少数量的传感器位置来实现对激动轨迹的近似。这些独立使用或组合使用的替代包括在节律紊乱期间的快速速率的位置、由较不正常的位置围绕的非常正常的位置的存在、与变化的信号配置相反的针对连续信号的稳定的搏动到搏动配置(形状)的存在、幅度特别低的信号、针对每个激动都非常长的非常长的信号、与已知与特殊的节律紊乱(例如，AF中的肺静脉、VF中的His-Purkinje系统)相关联的解剖特征的接近，或者其组合也可以辅助对源进行识别和定位。

可以通过ECG来检测替代，并且因此替代可以用于对患者计划手术或指导疗法。针对具有规律性和较高速率的区域的ECG的矢量分析，特别是如果由具有较低规律性和速率的区域包围，指示了源在心脏中所处的位置。

图10的面板1400至1495概述了对源进行识别和定位的方法。面板1400至1450判断是否呈现充足的传感器分辨率来对致因进行识别。效率的标准包括在波前计算中不存在中断，并且在核心区的定位中不存在跳变，以及不应该超出约1cm的绝对传感器间隔。这是基于关于在人心房中折返波形的最小环境＞2cm并且在人心室中更大的计算。然后，面板1460至1490使用最佳感测数据与存储数据的组合，来计算随后在面板1495中被处理的源。本发明包括滤波的或未滤波的临床数据、来自包括该患者和其它患者的数据库的数据或者用于表示将要分析的信号以及分析的结果的计算估计的广泛使用。此外，现有的患者获得的数据、信号处理方法、数值方法和来自数据库的存储信号的混合使用是发明过程和系统的主要优点，这主要是因为在临床电生理研究时在没有开心手术的情况下，可能非常难以获得来自人心房或心室的高分辨率生理数据，虽然不是不可能。

所有上述方法可以应用于包括VF的任何复杂的节律。当然，这些方法也可以应用于“简单的节律”，例如，在解剖的障碍物周围的折返或者疤痕组织处锚定的转子(例如，心房扑动)。

使用例如在植入式设备中找到的那些小尺寸部件、便携式门诊机器、手表大小的设备以及在电生理实验室中找到的较大计算机，这些发明过程可以实现在软件中，被非常快速地操作，并且适合于实时以及离线的分析。

模式3在数据库中存储心律源的数据

节律紊乱的源的数据可以如期望地存储在数据库160中。这对于在不同的患者中对源进行分类以帮助在单个患者中识别源、或者判断患者是否已经返回有相同的或不同的源是有用的。因此，数据库中的数据将包括上面所描述的特征，其包括：并发源的数量、速率、速率随时间的变化性、持续时间、激动是由源直接引起的生物器官的大小(空间常数)、位置、该位置随时间是否迁移、源被检测时心脏的多个区域内的速率(例如，在AF期间，左心房速率和右心房速率)、以及每个源对消融的响应。

将要存储在数据库中的额外信息包括来自由以下各项组成的组中的一个或多个临床因数：性别(男/女)、年龄、体重、身高、患有糖尿病、血压、心房大小、心室大小、心房或心室疤痕的区域，左心室的射血分数。

在特别有用的实施方式中，将根据来自额外情况的新的源定位，来不断地更新AF源的数据库160。通过将使新的患者与已经存储的图样进行匹配的软件专家系统，这将用于帮助研究新患者的医生进行源定位。

将针对与通过前面的变量被匹配的现有数据的一致性，来对将要存储的源数据进行分析。仅并入满足数据完整性的严格标准的原始数据，而其它的数据将被拒绝。在保证数据完整性之后，数据将被添加到数据库中，以改善为将来的患者的定位。

本发明和数据库接口可以包括将当前数据与存储数据进行比较的专家系统。根据最接近的一个或多个匹配，本发明中的逻辑判断是否应该研究额外的心律源或者额外的特征，并且它们是否取决于所存储的信息。这使用相对于各个存储的参数的“适合度”。该功能可以被包含，这是因为实际上，感测位置的数量受到时间约束的限制，实际上，很多传感器位置可以提供次优的数据，从而限制实际感测的分辨率，并且因为发明人已经观察到很多患者显示出类似的源位置和特性。

根据包含上面的信息的中央位置安全数据库，数据库更新将可由医生正常的使用。将不包含患者的姓名信息、地理位置、研究日期或由健康资讯流通与责任法案(HIPAA)禁止的其它选项。该数据库将被维持在远程位置处，但是通过包括有线和无线通信、诸如CD、DVD和固态存储设备等的电子介质的方式是电子可用的。

模式4显示生物节律紊乱的源

本发明包括用于向医生通信地发送生物节律紊乱的源的鉴别、位置和上述特征的方法和装置。这包括通常是计算机监控器上的图形显示形式的、或者显示与心脏解剖有关的源的打印输出的形式的、或者源所处的位置和/或传感器位置的基本文本行概述形式的可视显示方式。

还可以使用听觉显示，其以声音形式向医生发送生物节律紊乱的源的鉴别、位置和上述特征。在一个实施方式中，这将包括分析的结论或概述，而不是其本身的分析结果。

模式5对生物节律紊乱的致因的处理

除了本发明用于对节律紊乱的致因进行检测和诊断的过程和系统以外，本发明还包括用于对生物节律紊乱的源进行处理以便对所述节律紊乱进行修复、改善或消除的设备和方法。

源的处理可以使用任何有用的技术，包括使用射频、冰冻能量、微波或其它源进行消融。修复还可以包括细胞治疗(例如利用肝细胞)、基因治疗、药物给予、由心脏内或外的设备提供的电离或非电离辐射，或者其它干预。

提供处理以对致因进行修复。在诸如房性心动过速或心房扑动等简单的心律紊乱中，可以直接应用能量以对该致因进行消除。在诸如AF等复杂的节律紊乱中，可以应用能量以切除(摧毁)源，以通过摧毁源与可变心室的其余部分之间的组织来隔离源，或者调节不同源之间的相互作用。后面的处理形式非常新颖，并且已经由发明人在试验中证明是非常高效的。可以用随机的方式来进行调节。

在特别理想的实施方式中，针对节律紊乱的所识别或定位的致因的核心区进行处理，其目的是消除该致因以治疗心律紊乱。这可以被顺序地应用，以对所述紊乱的一个以上的致因进行识别、定位和处理。

可选择地，可以针对与源的核心区相邻的位置进行处理，其目的是将源与周围的组织分离。

可选择地，可以针对与源的核心区相邻的位置进行处理，其目的是使源向更容易实现确定的处理的组织进行移动。例如，如果由于解剖、组织厚度或其它因素，使得源位于消融很困难的位置处，则由于更薄的组织或解剖因素，源的一侧上的消融可以使源向更容易消融的位置进行移动。

可选择地，可以针对与源的核心区相邻的位置进行处理，其目的是防止源的移动，并且因此对其进行划分。

可选择地，可以针对与源的核心区相邻的位置处进行处理，其目的是减小该源维持可用的组织的量，并且因此使其终止。

处理可以采用消融的形式，以热的形式经由导管传递(图1中的单元25)在心外膜的表面上，或者出现在本文所包括的多电极导管设计中的一个上的电极，例如，参见图2至图4。

当观察到分散激动轨迹时，首先对准难以识别的源可能所处的位置。在具有AF的患者中，这些位置包括肺静脉和其它胸静脉以及心耳。因此，首先执行肺静脉隔离，然后如果临床怀疑，则在其它位置处进行处理。然后，重复信号感测以对致因进行识别和定位。

在优选的、特别理想的实施方式中，多传感器导管(图2至图4)包括可以以消融形式给予处理的装配。在该实施方式中，源所处的位置处的传感器被激动，以给予消融能量，从而修复或消除该源。

该系统可以在空间地点中以及固定位置处给予处理。在该系统中，在整个处理期间，对源的核心区的位置不断地进行分析。针对变化的位置和可能的多个位置进行诸如消融能量等的处理，以限制源的移动。类推将用于在移动源的周围构造消融组织的“保护”，以使其位于一个位置处。这可以要求在所述装配的所述极点的多个传感器处的并发的处理给予(例如，消融)。持续该过程，直到节律终止或者远程源成为主导为止。

本发明特别适合于在手术室中通过直接暴露心脏用外科方法执行的目标处理。这可以是通过微创方法或传统的开胸心脏暴露。记录电极、软的防护套、牌或其它设备的选择取决于外科医生的自行决定，并且不会改变处理的原则。

可选择地，可以通过刺激(起搏)组织来应用所述调节。针对起搏而言，处理控制器70调节起搏模块50，以通过在心脏20-25中使用电极、在身体表面30上使用电极或者在诸如来自食道150等的其它位置处使用电极，来刺激心脏。电极控制器40在起搏之前、在起搏期间和在起搏之后从电极接收信号。起搏被用于提高心脏速率并引入额外的搏动。

在可选择的实施方式中，本发明可以消融或刺激颈中心神经，以修复或消除源。因此，如果源位于心脏神经节丛的位置处，则这些位置的消融或起搏可以用于修复源。

如果异常节律在修复或消除源以后终止，则可以试图重新启动节律。在心律紊乱的情况下，这可以包括非常快速的起搏、异丙肾上腺素的服用或者其它干预。然后，重复本发明的整个应用。

在不再发起异常节律的情况下，医师可以自行决定修复可能是潜在源的额外区域。该信息可以从数据库中的存储数据直接得到，将具有类似分类的患者与当前患者进行匹配。

模式6非实时检查模式

在重要的操作模式中，本发明可以以非实时的、离线分析方式被使用。该检查模式可以在例如先前的电理学研究等的另一时间应用于来自该个体的数据、来自不同设备(例如，植入的起搏器或者除颤器)或者甚至先前失败的消融的数据。这可以用于检查来自先前手术的结果、在规划本发明的应用之前检查来自患者的数据、或者如果相同的患者现在具有其节律紊乱的相同的或不同的源则进行评估。

首先，信号从数据库160中的存储电图更新至处理控制器70。该数据库可以是存储与多个患者有关的数据的主数据库，或者患者专有数据库。可以针对任意信号类型来执行数据存储与检索。可以从另一个源、编目的源或者诸如来自St Jude Medical的Ensite 3000或NavX或者Biosense-Webster的Carto等的计算信号或虚拟信号来推导存储信号。也可以根据不同的个体来推导信号，针对具有类似的人口特征和心律紊乱的患者来查询数据库。

在分离的非实时模式中，当患者未处于心律紊乱时获得的数据可以由本发明使用，以对节律紊乱的源进行识别和定位。例如，如果在手术时未观察到心律紊乱，并且不能使用传统的方法来开始，则这可能是有用的。该模式使用室的生物特征，以预测当处于心律紊乱时源/致因可能所处的位置。这些位置包括动作电位持续时间复原的最大斜率＞1的位置、观察复极化信号形状或持续时间中的搏动到搏动的振动的位置、或者传导速率复原很宽以指示在临界速率下降低的传导的位置。

在优选的实施方式中，为了测量复原，必须在每个位置处针对广泛的速率来感测信号，如图1中的单元90所示。这可以通过使用起搏来实现。在该情况下，处理控制器(图1的单元70)对起搏模块50进行调节，以使用电极在心脏20-25中、在身体表面30上、在食道150中或者在其它位置处进行刺激。速率，特别是快速速率的范围越宽，用于分析复原的信号的数据范围越全面。当起搏不是选项时，本发明将提示用户使用其它选项来提高心律，或者提示用户使用来自数据库的存储信息。

在该实施方式中，针对图5所示的信号的每个部分以每个速率创建速率-响应(“复原”)曲线。例如，该步骤可以计算单相动作电位持续时间(从相位0到相位3的时间)如何随速率变化(APD速率复原)。图5和图6(项目600至720)示出了心房APD复原的实施例。使用起搏以增加所采样的心律的范围为每个生物信号的速率响应提供了综合评估。

图7的参考600、620和640示出了有用的实施方式，借此发明人对左心房420中的人动作电位进行记录，这些人动作电位中的每一个提供了高质量的信息，其包括：去极化(相位0)、复极化(相位1至3)、相位2幅度和动作电位持续时间(从相位0到相位3的时间间隔)。相位4指示一个搏动与下一个搏动之间的间隔。本发明可以确定多个部件的速率响应(复原)，关注AP持续时间(从相位0到相位3的时间)的速率-响应以及AP相位II的幅度。

参考400(图5)是ECG。这包括心房内的部件(P波形和PR间隔)以及心室部件，其包括去极化(QRS复合波)和复极化(T波形)。对于心房而言，本发明通过使用稍后在图7的600至650中所示的分析，记录了P波形持续时间随速率如何变化。对于心室而言，本发明记录了QT间隔随速率的变化方式，其作为心室的APD速率-行为(复原)的测量。使用几个柱状技术中的一个来将各个QRS复合波进行对准，这些技术包括关于最大正斜率或负斜率的点、其峰值来对准电图，或者根据所推导的信号来最小化均方差或度量。以类似的方式来识别并对准T波形。心房活动被认为位于干预间隔中。

如果信号是单极电图，则也以类似的方式进行分析。每次针对波形形状以及持续时间进行分析。图5的选项430至440分别示出了人左心房430和左心室440的单极电图，其中，去极化和复极化是在激动恢复间隔、单相动作电位持续时间的替代时被共同地测量的。本发明针对速率确定各个部件的调节。

信号还可以是双极电图(选项450、460)，并且本发明确定每个部件的速率响应。

在可选择的实施方式中，根据数据库160来更新ECG和电图数据，从而以与所描述的实时操作模式类似的方式来进行分析。来自数据库的数据可以是来自相同的或不同的患者、在任意时间被记录，并且使用任何捕获系统。

在AF中，MAP复原可能不同于当未在AF中时的MAP。图8中的单元700示出了在起搏之后AF的开始。单元710用黑色示出了起搏期间的MAP复原。在AF开始之后(红色的点)，APD立即跟踪先前推导的MAP复原。然而，这对于更持久的AF未必如此。单元720、730和740示出了具有更持久AF的患者，在该患者中，APD复原不同于在AF之前在起搏时获得的APD复原。

因此，使用此时或先前时间通过AF中的患者获得的APD复原、通过该患者或其它患者中的存储APD获得的APD复原、或者滤波的或计算的数据来进行信号处理和分析，可能是有利的。

现在，可以根据这些分析来对源在下一个心脏节律紊乱期间可能出现的位置进行预测。对于单相动作电位而言，MAPD速率-行为(复原)的最大斜率＞1所处的位置可以紧邻VF或AF的致因。具有针对心律紊乱开始的较高可能性的其它指标包括传导的宽速率-响应(复原)，这是因为动态传导减慢的这些位置可以指示心律紊乱致因所处的位置。

能量发生器70可以被激动，以通过消融电极25来应用摧毁的能量(射频、冷冻消融或者微波辐射)。可以通过操作员在心脏内手动地移动该电极，这是传统的方法，或者远程地使用机器或计算机辅助指导来移动该电极。

本文所描述的系统的实现可以主要基于数字信号处理技术。然而，应当清楚的是，本领域普通技术人员可以容易地改变这些数字技术以适应模拟信号处理。

在下面的权利要求中将阐述本发明的各个特征。

虽然已经结合特别理想的实施方式来对本发明进行描述，但是不意味着将本发明的范围限制于所阐述的特殊形式，相反，其意味着涵盖包含在由所附的权利要求定义的本发明的精神和范围中的这些替换、修复和等价形式。

实施例

针对47岁男子，对AF的致因进行识别和定位

图11的面板900至910示出了代表性的患者，即，患有5年以上的持续性心房颤动(AF)的47岁男子。患者一直有心脏的症状性起搏，这要求患者前往医院急症室以进行治疗，而不论使用胺碘达隆的各种疗法和其它适当的疗法如何，也不管先前针对AF的消融手术如何。考虑到患者症状的严重性，因此患者被选择返回电生理室以进行进一步的评估和消融。

图11的面板900至910示出了当开始电生理研究时，在AF期间来自右心房和左心房的信号。可以看出，对于AF而言典型的是，AF周期长度(连续激动开始时间之间的时间)是非常短的，针对右心房中的前两个周期显示为172ms和165ms(面板910)，并且是变化的。值得注意的是，通常，在左心房(“后部LA”)和冠状窦(“CSP”最接近的冠状窦；“CSD”末端的冠状窦)中而不是在右心房(“HRA ”较高的右心房；“Lat RA”侧面的右心房；“post RA”后部的右心房)中，信号在形状上更为碎裂和无序。

这些发现通常将指导对左心房的消融。在该情况下，典型的手术将通过在肺静脉附近进行消融并证实隔离开始，然后在包括以下各项的位置处进行额外的消融选择：(a)碎裂电图的左心房位置、顶部处的线性消融、二尖瓣环处的线性消融、其它线性消融，然后(b)包括碎裂位置和峡部位置处的右心房消融。所提出的手术将耗时约2至3个小时，其中终止AF的可能性小于50％，这意味着将需要电复律以在手术的最后恢复正常节律(Calkins、Brugada等，2007年)。

应用本发明的方法和处理的实施方式，而不是使用这种已知的方法。经由股静脉将包含64个传感器(电极)的导管装配插入右心房，并且通过经中隔的小孔插入患者的左心房。这些经由有线电缆被连接到记录系统，以在AF期间在每个传感器处收集信号。这些信号被转换为数字形式，并被输入到计算机程序中。在每个传感器处，对AF的激动开始时间进行持续2秒的记录。虽然针对该患者使用了2秒，但是更长或者更短的时间段可能是有用的。期望的是，可以使用一秒或者更少。可选择地，可以使用毫秒。在时间上对每个传感器位置处的激动开始时间进行顺序地排序。通过在每个传感器的激动时间开始位置处插入所存储的动作电位轨迹，所存储的动作电位轨迹被用于创建电图(电压-时间顺序)。最后，使用直接相位分配技术来识别核心区。激动轨迹直接由这些激动顺序与核心区之间的关系来指示—如果它们以核心为中心旋转，则对电转子进行检测，并将其视为致因，但是如果它们从核心区径向地分散，则检测灶性搏动并且将其视为致因。将结果作为动画显示在计算机监控器上，以供医生检查。

激动轨迹(图12中的面板1035)说明电转子是该男子的AF的致因。在图12的面板1000中，可以看出，激动开始时间有时围绕右心房中的核心区旋转(面板1010)，其从10ms(蓝色)到200ms(红色)被彩色编码。未在左心房中找到局部致因(面板1020)。面板1040以不同的形式显示该相同的转子，如被去极化(激动的；红色)和再极化(未激动的；蓝色)的组织的三个及时的快照。按时间顺序来看(从左至右)，这些快照也对围绕核心区(转子)旋转的激动顺序进行描绘。该核心区很可能是致因，这是因为该核心区是对几乎所有周围心房(较大的空间常数)的电激动进行控制的单个源。

在临床上，令人惊讶的是，该电极位于右心房中。右心房的转子位置既未显示出较高的频谱主频，也未显示出较低幅度的碎裂的信号，并且通常将被识别或定位以进行消融。

在由图12中的面板1060中的红点指示的位置处，在右心房中的转子核心处直接开始消融(面板1050)。值得注意的是，在30秒的能量传送内，AF被减缓至227ms的周期长度。接下来的消融位于紧邻的位置处，由图10中的面板1050中的白色点指示，其被进一步减慢AF直到它在6分钟的消融期间终止于窦性心律为止，如图13所示。在图13中的面板1100至1120，可以看到AF停止(面板1110)，之后正常窦性心律恢复(由1120标记)。此时，不能使用图14所示的典型的快速起搏技术来重新启动AF，其中，面板1210示出了捕捉心房的快速起搏，面板1220示出没有AF感应，面板1230示出了在起搏结束以后的窦性心律。

这导致与当前的技术发展水平相比的范式转换，其中，AF的减慢通常发生在被广泛地且经验性地应用的冗长的消融以后(达到心房的30-40％)，但是持续性AF的终止仍然罕见。相反地，用小于心房的约2-3％的消融来明显地减慢并明显地终止AF。仅在持续性AF中的先验识别的一个位置处进行消融并且看到AF的立即减慢以及AF的终止不知道已经在先前完成。

对AF的致因进行识别和定位的其它实施例

介绍了需要对心房颤动(AF)进行消融的77岁男子。患者历史记录由于阵发性AF而值得注意，而不论几种抗心律失常药、缓慢扩大的左心房(直径45mm)和正常的左心室射血分数(58％)。在侵入式电生理研究时，导管被插入心房中，如上所述。本发明被应用于多个传感器。在图15的面板900中，以左下肺静脉附近的电转子的形式示出了局部源。从左至右(在时间上向前)的面板的检查示出了暖色(红色)的去极化(激动)组织绕着左下肺静脉的内侧唇上的核心区顺时针地旋转(参见黑色沙漏状的略图)。在该位置处的消融明显地终止了AF。

介绍了需要对持续性AF进行消融的40岁患者。AF抵抗氟卡胺和其它抗心律失常药，其左心房的直径为52mm，左心室射血分数为69％。在侵入式电生理研究时，导管被插入心房中，如上所述。本发明被应用于多个传感器。图15的面板910以左心房的后壁中的电转子形式示出了局部源。此外，从左至右观察面板显示出激动(去极化)的组织绕着肺静脉之间的左心房的后壁上的核心区逆时针地旋转。当在该位置处进行消融以后，患者保持摆脱AF。

介绍了需要对阵发性AF和严重症状进行消融的56岁患者。尽管存在几种抗心律失常药，但是AF持续。患者的左心房被适当地扩大。在入侵性电生理研究时，导管被插入心房中，如上所述的。本发明被应用于多个传感器。图16的面板1610示出了在肺静脉之间的左心房中的局部源，但是其不位于这些静脉处。源是重复性的(面板1620)。在面板1630中，激动轨迹(1630)示出了从该位置径向地发散的激动。在面板1640中，可以看出，左心房激动是颤动的(紊乱的)。将消融应用于该灶性搏动致因，并且AF被明显地终止。这是范式转换，这是因为围绕肺静脉的患者的正常消融损毁将错过该源。因此，如果使用用于处理AF的现有技术中的已知技术，则该患者将可能是在消融以后复发的人。

参考文献

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Claims (12)

1.一种用于检测和/或处理心律紊乱的一个或多个致因的系统，包括：

传感器装置，其用于使用多个传感器在多个位置处感测心脏激动信号；以及

计算机处理器，其与所述传感器装置连接，用于对从所述传感器装置接收的数据进行收集和处理，所收集的数据包括每个传感器的传感器位置和在每个传感器位置处的每个心脏激动信号的激动开始时间，以便收集在多个传感器位置处的多个激动开始时间，其中，所述处理包括对所述多个传感器位置处的所述激动开始时间进行排序以创建激动轨迹，以及确定关系到指示所述心律紊乱的致因的所述激动轨迹的至少一个近似的核心区。

2.根据权利要求1所述的系统，还包括消融部件，用于对造成所述心律紊乱的致因的心脏的区域进行修复或摧毁。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感器装置包括消融部件，用于对造成所述心律紊乱的致因的心脏的区域进行修复或摧毁。

4.根据权利要求1所述的系统，还包括用于处理所述数据的软件。

5.根据权利要求1所述的系统，还包括确定致因是否是所述心律紊乱的主要致因。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，用于确定致因是否是主要致因的标准从由以下各项组成的组中选择：激动轨迹重复的次数、激动轨迹重复率、局部致因的数量、致因是局部的还是分散的、心脏内的所述致因的位置、及其组合。

7.根据权利要求1所述的系统，还包括用于对所述数据进行可视化的显示器。

8.根据权利要求1所述的系统，还包括电子控制系统，用于连接到所述多个传感器。

9.根据权利要求8所述的系统，还包括电子连接切换部件，用于独立地切换所述传感器与所述电子控制系统之间的连接。

10.根据权利要求8所述的系统，还包括信号处理部件，用于改变所述信号的强度和清晰度。

11.根据权利要求8所述的系统，还包括传感器设备，用于感测心律紊乱。

12.一种用于对生物节律紊乱的一个或多个致因进行检测和/或处理的系统，所述系统包括：

传感器装置，其用于使用多个传感器在多个位置处感测生物激动信号；以及

计算机处理器，其与所述传感器装置连接，用于对从所述传感器装置接收的数据进行收集和处理，所收集的数据包括每个传感器的传感器位置和在每个传感器位置处的每个激动信号的激动开始时间，以便收集在多个传感器位置处的多个激动开始时间，其中，所述处理包括对所述多个传感器位置处的所述激动开始时间进行排序，以创建激动轨迹，以及确定关系到指示所述生物节律紊乱的致因的所述激动轨迹的至少一个近似的核心区。