CN103405226B - 复杂碎裂电图的自动化分析 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于标测异常电活动的方法，包括从活体受检者的心脏中的相应位置获取电信号数据，以及自动地分析所述信号数据以识别其中的复杂碎裂电图(CFE)。所述方法还包括分析所述CFE以便识别被包括在相应位置中的折返位置，以及显示来源于与心脏的标测图有关的所述识别的信息。
Description
技术领域
本发明整体涉及心电描记法，并且具体地讲涉及心电图的自动分析。
背景技术
在文献ANew Approach for Catheter Ablation of Atrial Fibrillation：Mapping of the Electrophysiologic Substrate(Nademanee等人，《美国心脏病学会杂志》，2004年，第43卷，第11期，第2044-2053页)中提出，通过消融表现出复杂碎裂心房电图(CFAE)的位点可成功治疗心房纤颤，该文献以引用方式并入本文。作者识别心房纤颤期间表现出CFAE的区域并且随后对这些区域施用射频消融术。由于消融，使得心房纤颤在大多数情况下得以解决。
以引用方式并入本专利申请的文献将视为本专利申请的整体部分，但是，如果这些并入的文献中定义任何术语的方式与本说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突，则应只考虑本说明书中的定义。
发明内容
本发明的实施例提供了用于标测异常电活动的方法，包括：
从活体受检者的心脏中的相应位置获取电信号数据；
自动地分析信号数据以识别其中的复杂碎裂电图(CFE)；
分析CFE以便识别被包括在所述相应位置中的折返位置；以及
显示来源于与心脏的标测图有关的所述识别的信息。
通常，CFE包括复杂碎裂心房电图(CFAE)。
在本发明所公开的实施例中，识别折返位置包括为给定的CFE分配感兴趣窗口(WOI)，以及识别WOI内的合格挠曲，该合格挠曲由位于预定的最小电压与最大电压之间的峰组成。该方法还可包括评估合格挠曲的数量(NOD)，并且识别折返位置包括核实该数量是否位于预定的数值范围内。通常，评估该数量包括调整说明合格挠曲中的噪声的数量。
本发明所公开的实施例还可包括：
识别第一合格挠曲和最后合格挠曲；
测量第一合格挠曲与最后合格挠曲之间的总碎裂时间(TFT)周期；以及
核实该TFT周期是否位于预定的时间周期范围内。
根据本发明的实施例，还提供了用于标测异常电活动的设备，包括：
探针，该探针被配置成接收来自活体受检者的心脏中的相应位置的电信号数据；以及
处理器，该处理器被配置成：
自动地分析信号数据以识别其中的复杂碎裂电图(CFE)，
分析所述CFE以便识别被包括在所述相应位置中的折返位置，以及
显示来源于与心脏的标测图有关的所述识别的信息。
根据本发明的实施例，还提供了用于标测电活动的计算机软件产品，包括其中存储有计算机程序指令的有形计算机可读介质，该指令在被计算机读取时，使计算机：
从活体受检者的心脏中的相应位置接收电信号数据；
自动地分析所述信号数据以识别其中的复杂碎裂电图(CFE)；
分析所述CFE以便识别被包括在所述相应位置中的折返位置；以及
显示来源于与心脏的标测图有关的所述识别的信息。
结合附图，通过以下对本发明的实施例的详细说明，将更全面地理解本发明。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的电图分析系统的示意图；
图2示出了根据本发明的实施例由系统的分析仪模块生成的电图的示意图；
图3是根据本发明的实施例使用分析仪模块的处理器所遵循的步骤的流程图；
图4是根据本发明的实施例示出了心脏断面的示意图；并且
图5是根据本发明的可供选择的实施例示出了该断面的示意图。
具体实施方式
综述
在本发明的一个实施例中，处理器自动地分析来自心脏通常为人类心脏的相应区域的电图，以便识别生成复杂碎裂电图(CFE)的区域。电图通常但不一定来源于心房中的区域，在这种情况下电图为复杂碎裂心房电图(CFAE)。
处理器还自动地分析所识别的CFE，以描绘电图的预定周期(感兴趣窗口(WOI))中的合格挠曲，以及列举合格挠曲作为挠曲的数量(NOD)。合格挠曲包括信号的转折点，即信号的局部最大值或局部最小值，其位于预定的最大电压界限与最小电压界限之间。除了描绘合格挠曲之外，处理器还自动地分析合格挠曲，以确定第一合格挠曲与最后合格挠曲之间的总碎裂时间(TFT)。
通常，处理器将相应区域中的NOD的值结合到向执行心脏手术的医疗专业人员显示的心脏标测图中。作为另外一种选择或除此之外，可将TFT值的标测图结合到所述标测图中。
医疗专业人员可为处理器提供限定心脏中的折返区域的NOD值和TFT值的预定范围。处理器能够将该预定范围结合到上述标测图的显示内容中。通过该显示内容，专业人员能够识别折返区域，并且通常消融该区域以移除折返。与上述分析相似的分析可用于确定经消融的区域中是否不再发生折返。
系统说明
现在参考图1，其为根据本发明的实施例的电图分析系统10的示意图。为了简洁和清楚起见，除非另外指明，否则以下说明均假设其中系统10使用探针14对心脏12(本文假设包括人类心脏)进行测量的研究过程。除了具有用于执行电图分析的工具外，系统10通常还包括用于跟踪探针14以及用于消融心脏12的一个或多个区域的工具。以下说明假设这些在后的工具存在于系统10中，并且它们可在研究过程中使用。
通常，探针14包括导管，该导管在研究过程中插入受检者16体内。探针的远侧末端18包括接收来自受检者的心脏的心电图(ECG)信号以及由系统10分析的信号的电极20，如本文所述。研究过程由系统10的用户22执行，并且在本文的说明书中，以举例的方式假设用户22为医疗专业人员。
通常，在该过程中可使用其它电极。该其它电极可连接到探针14、连接到类似于探针14并位于心脏内的另一探针、和/或连接到受检者16的皮肤。该其它电极可用作参考电极，例如为来自电极20的信号的定时提供参考，和/或为来自电极20的信号提供参考接地(在这种情况下，信号为单极信号)。作为另外一种选择或除此之外，该其它电极中的至少一个可用于确定与电极20之间的电压差，在这种情况下，电极20生成的信号为双极信号。为了简洁起见，该过程中使用的其它电极未在图1中示出，但根据需要假设存在于系统10中。
系统10通常由系统处理器24控制，该系统处理器可被实现为通用计算机。系统处理器包括与存储器28通信的处理单元26。处理器24可安装在控制台30中，控制台包括操作控制器32，操作控制器通常包括专业人员22用于与处理器互动的小键盘和定位装置，例如鼠标或轨迹球。处理器24所执行的操作的结果在屏幕34上提供给专业人员，该屏幕显示了系统所执行的分析的结果的图36。在研究心脏的同时，屏幕通常显示与心脏有关的其它辅助信息的项目38，例如远侧末端18的位置以及专业人员22所使用的其它导管的位置。屏幕34通常还为专业人员呈现图形用户界面。在系统10的操作中，专业人员22能够使用控制器32来输入处理器24所使用的参数的值。
处理器24使用计算机软件(包括存储在存储器28中的探针跟踪器模块40、消融模块42和复杂碎裂电图(CFE)分析仪模块44)来操作系统10。软件可以电子形式通过网络下载至处理器24，例如，作为另外一种选择或除此之外，软件可以提供于和/或存储在非临时性有形计算机可读介质(例如，磁存储器、光学存储器或电子存储器)上。
探针跟踪器模块40在探针位于受检者16体内时跟踪探针14的部分。跟踪器模块通常在受检者16的心脏内跟踪探针的远侧末端的位置和取向两者。在一些实施例中，模块40跟踪探针的其它部分。跟踪器模块可使用本领域已知的用于跟踪探针的任何方法。例如，模块40可在受检者附近操作磁场发射器，以使得来自发射器的磁场与位于被跟踪的探针部分中的跟踪线圈相互作用。与磁场相互作用的线圈生成信号，所述信号被传输到模块，而所述模块对信号进行分析，以确定线圈的位置和取向。(为简洁起见，图1中并未示出此类线圈和发射器。)Biosense Webster(Diamond Bar，CA)所生产的系统使用这种跟踪方法。作为另外一种选择或除此之外，跟踪器模块40可通过测量电极20与受检者16皮肤上的电极之间的阻抗来跟踪探针14的远侧末端。(在这种情况下，电极20可用于ECG检测和跟踪两者。)Biosense Webster所生产的系统采用磁场发射器以及阻抗测量两者以用于跟踪。
处理器24使用跟踪器模块40能够测量远侧末端18的位置，并且形成用于图36中的位置的位置定位坐标。
消融模块42允许专业人员22使用系统10以用于消融心脏12中的组织。消融模块通常通过向电极20或向末端18上的另一个电极提供射频(RF)能量来实施消融。此类RF消融系统在本领域中是熟知的，并且能够以上文所提及的系统获得。(在一些情况下，电极20可用于消融，以及提供ECG和跟踪信号两者。)作为另外一种选择，消融模块42可执行本领域已知的任何其它形式的组织消融，例如超声消融或低温消融。
上文所提及的文献A New Approach for Catheter Ablation of AtrialFibrillation：Mapping of the Electrophysiologic Substrate(Nademanee等人)提出，通过消融表现出复杂碎裂心房电图(CFAE)的位点可成功治疗心房纤颤。CFAE可被定义为具有碎裂电图的心房电图，该碎裂电图由10s记录周期内的两个或更多个挠曲和/或具有延长激活复合波的连续挠曲的基线的扰动组成；或被定义为在10s记录周期内平均具有极短周期长度(例如≤120ms)的心房电图。记录周期不是关键性的，并且可使用其它长度的记录间隔。
本发明的原理可应用于所有心室的复杂碎裂电图(CFE)，而不只是CFAE。此外，该原理可应用于心外膜以及心内膜方法，以及应用于标测窦性节律以及应用于存在许多不同的心律失常时。
电图分析仪模块44分析从电极20接收到的信号，以确定是否可将该信号归类为复杂碎裂电图(CFE)。为了进行这种确定而进行的ECG信号处理大致描述于授予Porath等人的美国专利申请2007/0197929，该专利以引用方式并入本文。
首先通常使用模数转换器对来自电极20的模拟信号数据进行自动处理，并通常通过施加过滤而进行调制。分析所得的信号以识别振幅在预定电压范围内的电压最大值或最小值，本文也称为电压峰值。通过识别在预定时间范围内出现的识别电压峰值之间的峰峰时间间隔来继续进行分析。然后使用下文结合图3的流程图所提供的CFE定义应用分析结果，以确定是否可将电图归类为CFE。每个识别的CFE对应于心脏12内的相应区域，而区域的位置可使用跟踪器模块40进行测量。
模块44进一步分析和表征CFE，以识别可能包含折返的心脏区域。虽然对电图的进一步分析和表征可离线进行，但发明人发现也可实时在线进行。
使用模块44进行的分析在下文结合图3的流程图进行了更详细的描述。
图2示出了根据本发明的实施例的由模块44生成的电图的示意图。图形100是由与用作参考的另一电极一起的电极20生成的第一双极电图。图形100在电极20与心房中的一个的给定区域接触时产生。图形102是两个参考电极之间的在与图形100相同的时间生成的第二双极电图。图中的参数和其它要素在下表I中以及还在图3流程图的说明中进行了解释。
图3是根据本发明的实施例的使用分析仪44的处理器24所遵循的步骤的流程图150。对步骤的以下说明假定电图由接触心房中的一个的区域的电极20生成，并且为了清楚起见，假定图形100(图2)对应于电图的一部分。
在初始设置步骤152中，专业人员22为将要由处理器和分析仪44在分析来自电极20的信号时使用的参数分配值。可在此步骤中分配的参数和参数的典型用户定义值在表I中示出。(表中的附注在对流程图步骤的说明中有进一步解释。)
表I
在CFE识别步骤154中，处理器24识别心脏12的产生CFE的区域。所述识别概述于上文提及的美国专利申请2007/0197929，并涉及使用如步骤152和表I中所述的参数初步分析该区域的电图。为清楚起见，假定该初步分析在10s时间周期内获取的电图上进行，但是如上所述，该周期可以更长或更短。对电图中包括的每个心动周期进行分析，一个周期通常为参考电极接收到的参考信号中的连续R峰之间的时间周期，如图102中所示(图2)。
CFE识别步骤包括使用分析仪44的处理器，以描绘来自电极20的每个周期中的合格峰。合格峰具有转折点，在+Vmin与+Vmax之间具有其最大值。此类具有正电压值的合格峰也称为正合格峰。作为另外一种选择，合格峰具有转折点，在-Vmin与-Vmax之间具有其最小值，而此类具有负电压值的合格峰也称为负合格峰。所述识别也包括测量峰之间的时间间隔，并将处于由最短持续时间和最长持续时间即Tmin和Tmax界定的时间内的那些间隔列举为合格间隔。
被假定为具有CFE的典型区域具有四个或更多个合格间隔，该合格间隔的数量的存在即可定义CFE。然而，用于确定某一区域是否具有CFE的合格间隔的数量可根据专业人员22所需的置信度选择为大于或小于此数量。合格间隔的数量越大，则电图包含CFE的置信度就越高。
在第一分析步骤156中，对于具有CFE的每个给定区域，分析仪44考虑处于感兴趣窗口(WOI)内的信号数据。WOI可为用户定义的时间周期，并在本文以举例的方式假定为如上所定义的一个周期的时间周期。WOI从由开始时间周期WOIST定义的WOI开始时间TST应用于信号。开始时间通常为处于相邻R峰中途的时间瞬间。然而，至于WOI本身，WOI的开始时间TST可由用户定义。
在初始挠曲列举步骤158中，处理器识别WOI内的合格峰，本文也称为合格挠曲。如图2所示，存在一组共八个合格挠曲：104、106、108、110、112、114、116和118。在这些当中，挠曲104、108、114和118为正合格峰，而挠曲106、110、112和116为负合格峰。处理器在存储器28中存储挠曲的数量(NOD)，即识别的正合格峰和负合格峰的总数。
在调整步骤160中，使用在设置步骤152中定义的电压和持续时间阈值即Vth和Tth的值对可能由噪声导致的峰进行调整。处理器分别分析正峰和负峰。如果在Vth的两个峰之间存在最小电压差以及在Tth的两个峰之间存在最小时间差，则将两个正合格峰假定为分离的，以使得在NOD内对这两个峰计为两个分离的峰。如果两个条件均不符合，则将这两个峰在NOD中计为一个。处理器应用相似的条件以决定是否将两个负合格峰假定为分离的。
例如，假定Vth和Tth的值为表I中所示的典型值，则峰110的电压为-0.12mV，峰112的电压为-0.06mV，以及峰之间的分离时间为30ms。在这种情况下，即使两个峰之间的分离度大于Vth，也将它们计为一个峰，因为它们的分离时间小于Tth，而NOD的调整值变为七，以取代步骤158中确定的“原始”NOD值。
在碎裂时间步骤162中，处理器以毫秒为单位对包括NOD的一组峰中的第一个与最后一个峰之间的时间周期定量。该时间周期被称为电图的总碎裂时间(TFT)。图2示出了图形100的TFT是峰104与118之间的时间(ms)。
在结果步骤164中，向专业人员22显示分配给每个CFE区域的NOD值或分配给每个CFE区域的TFT值。显示内容通常为图像，但作为另外一种选择或除此之外也可为数字。图像格式的显示内容的实例示出于图4和图5中。
图4是示出了心脏12的断面180的图36(图1)的示意图，其显示了根据本发明的实施例按照其相应空间位置标测的NOD值。NOD值根据比色刻度尺进行颜色编码，并且合适的颜色被结合到断面180的标测图中。作为另外一种选择或除此之外，NOD值可按数字显示。以举例的方式假定NOD的值具有4至12的总体范围。专业人员22通常基于其经验以及其它因素例如历史NOD数据选择一组识别并核实潜在折返位点的NOD的值。例如，专业人员可选择NOD值在6与8之间的位点作为潜在折返位点，在此情况下，区域182即是一个这样的位点，并通常是用于消融的候选位点。
应当理解，上面给出的NOD值总体范围和潜在折返位点NOD值是以举例的方式给出的，而本发明的范围包括对本领域普通技术人员来讲将显而易见的其它总体NOD范围和潜在折返位点NOD值。
图5是示出了断面180的图36的示意图，其显示了根据本发明的实施例按照其在心脏12中的相应位置标测的TFT值。TFT值根据比色刻度尺进行颜色编码，合适的颜色被结合到断面180的标测图中。作为另外一种选择或除此之外，TFT值可按数字显示。
以举例的方式假定TFT的值具有35ms至90ms的总体范围。专业人员22通常按照与用于选择NOD值的方法相似的方式选择一组识别并核实潜在折返位点的TFT的值。例如，专业人员可选择TFT值在48ms与69ms之间的位点作为潜在折返位点，在此情况下，区域184为折返位点。至于NOD值，上面给出的TFT值总体范围和潜在折返位点TFT值是以举例的方式给出的，而本发明的范围包括对本领域普通技术人员来讲将显而易见的其它总体TFT范围和潜在折返位点TFT值。
通常，专业人员22能够在屏幕34上切换显示内容，以便查看NOD值的标测图或TFT值的标测图。采用一种或两种标测图，专业人员通常使用跟踪器模块40和消融模块42对通过所述标测图中的一者或两者指示的折返位点进行消融。一旦已执行消融，专业人员22就能够使用系统10来核实根据上文给出的NOD或TFT标准确定为折返位点的位点按相同的标准不再是折返位点。通常，经消融的位点不表现出复杂碎裂行为。
应当理解，上述实施例仅以举例的方式进行引用，且本发明并不限于上面具体示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上述各种结构的组合和子组合以及它们的变化形式和修改形式，本领域的技术人员在阅读上述说明时将想到所述变化形式和修改形式，并且所述变化形式和修改形式并未在现有技术中公开。
Claims (6)
1.一种用于标测异常电活动的设备，包括：
探针，所述探针被配置成接收来自活体受检者的心脏中的相应位置的电信号数据；以及
处理器，所述处理器被配置成：
自动地分析所述信号数据以识别其中的复杂碎裂电图CFE，
分析所述CFE以便识别被包括在所述相应位置中的折返位置，以及
显示来源于与所述心脏的标测图有关的所识别的折返位置的信息。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述CFE包括复杂碎裂心房电图CFAE。
3.根据权利要求2所述的设备，其中识别所述折返位置包括为给定的CFE分配感兴趣窗口WOI，以及识别所述WOI内的合格挠曲，所述合格挠曲包括位于预定的最小电压与最大电压之间的峰。
4.根据权利要求3所述的设备，其中识别所述折返位置包括评估所述合格挠曲的数量NOD并且核实所述数量是否位于预定的数值范围内。
5.根据权利要求4所述的设备，其中评估所述数量包括调整说明所述合格挠曲中的噪声的所述数量。
6.根据权利要求3所述的设备，其中所述处理器还被配置成：
识别第一合格挠曲和最后合格挠曲，
测量所述第一合格挠曲与所述最后合格挠曲之间的总碎裂时间TFT周期，以及
核实所述TFT周期是否位于预定的时间周期范围内。
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