CN106419896B - 匹配并跟踪心脏激活的时间序列 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“匹配并跟踪心脏激活的时间序列。”本发明提供了一种方法，该方法包括，接收来源于单个心跳且在受检者心脏中的导管上的相应的多个电极处生成的第一组心电图(ECG)信号，制定与第一组ECG信号的注释的时间相关的模板，并且将索引分配给模板。方法还包括接收来源于后续的单个心跳且在电极处生成的第二组ECG信号，计算第二组的注释的时间，制定模板和第二组的注释的时间之间的比较；以及当比较指示第二组的注释的时间对应于模板时，将索引分配给第二组ECG信号，并且在显示器上相对于表示来自心脏的心跳的时间线图形地呈现模板的发生。

Description

匹配并跟踪心脏激活的时间序列
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2015年8月11日提交的美国临时专利申请62/203,422的权益，该专利申请以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明整体涉及心电图(ECG)信号的分析，并且明确涉及此信号组的分析。
背景技术
2013年由Pascale等人在《循环：心律失常和电生理》(Circ ArrhythmElectrophysiol)中公布的文章标题“在心房颤动消融之后引导房性心动过速的快速诊断的冠状窦激活的模式和定时(Pattern and Timing of the Coronary Sinus Activationto Guide Rapid Diagnosis of Atrial Tachycardia After Atrial FibrillationAblation)”以引用方式并入本文。在文章中，作者陈述在心房颤动消融期间或在心房颤动消融之后，房性心动过速(AT)经常造成诊断挑战。作者假说冠状窦(CS)激活的模式和定时两者可促进AT标测。
Houben等人的美国专利申请2015/0208938(该专利的公开内容以引用方式并入本文)描述了使用双极性和单极性电描记图检测在心脏中生成的激活波前。
上面的描述呈现为该领域中相关技术的总体概述，并且不应当被解释为承认了其包含的任何信息构成对抗本专利申请的现有技术。
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，不同的是如果在这些并入的文献中定义的任何术语与在本说明书中明确或隐含地给出的定义在某种程度上相冲突，则应只考虑本说明书中的定义。
发明内容
本发明的实施方案提供一种方法，包括：
接收来源于单个心跳且在受检者心脏中的导管上的相应的多个电极处生成的第一组心电图(ECG)信号；
制定与第一组ECG信号的注释的时间相关的模板，并且将标记分配给模板；
接收来源于后续的单个心跳且在多个电极处生成的第二组ECG信号；
计算第二组ECG信号的注释的时间；
制定模板和第二组的注释的时间之间的比较；以及
当比较指示第二组的注释的时间对应于模板时，将标记分配给第二组ECG信号，并且在显示器上相对于表示来自心脏的心跳的时间线图形地呈现模板的发生。
本发明所公开的实施方案包括使用第一组和第二组制定常见的心脏标测图。
本发明所公开的另外的实施方案包括，当比较指示第二组的注释的时间不对应于模板时，制定与第二组ECG信号的注释的时间相关的另外的模板，并且将另外的标记分配给另外的模板，并且在显示器上相对于时间线图形地呈现另外的模板的另外的发生。通常，方法包括使用第一组制定第一心脏标测图，并且使用第二组制定与第一心脏标测图不同的第二标测图。
本发明所公开的另外的实施方案包括包括接收通道注释的流，将流分成对应于相应心跳的片段，将参考注释估计作为流中的片段的通道注释的平均数、加权平均数或中值中的一个，并且将参考注释应用于制定模板中。通常，模板包括第一组的注释与参考注释的时间之间的差值。
在另选的实施方案中，导管位于心脏的冠状窦中。
在另外的另选的实施方案中，多个电极沿着导管是均匀间隔的。
在另外的另选的实施方案中，导管是线性的。
在一些实施方案中，模板被分配给第一类型的心率失常，并且方法还包括接收后续组的ECG信号，并且监测后续组的注释的时间是否不对应于模板，因此指示后续组的ECG信号对应于与第一类型的心率失常不同的第二类型的心律失常。
根据本发明的实施方案，还提供了一种设备，包括：
导管，该导管位于受检者心脏中，并且被配置成：
接收来源于单个心跳且在导管上的相应的多个电极处生成的第一组心电图(ECG)信号，以及
接收来源于后续的单个心跳且在多个电极处生成的第二组ECG信号；
处理器，该处理器被配置成：
制定与第一组ECG信号的注释的时间相关的模板，并且将标记分配给模板，
计算第二组ECG信号的注释的时间，
制定模板和第二组的注释的时间之间的比较，以及
当比较指示第二组的注释的时间对应于模板时，将标记分配给第二组ECG信号；以及
显示器，该显示器被配置成相对于表示来自心脏的心跳的时间线图形地呈现模板的发生。
结合附图，根据下文对本公开的实施方案的详细说明，将更全面地理解本公开，其中：
附图说明
图1为根据本发明的实施方案示出信号分析算法的操作的示意性框图；
图2为根据本发明的实施方案的具有它们的注释和它们的加权平均数的单极性ECG信号的实施例；
图3为根据本发明的实施方案的图2的信号的时间模式的图形呈现；
图4为根据本发明实施方案示出算法的模板跟踪模式的步骤的流程图；
图5为根据本发明的实施方案示出算法的模板匹配模式的步骤的流程图；
图6为根据本发明的实施方案的根据在显示器上呈现的跳动数量或注释组数量的模板数量的示意图；
图7根据本发明的实施方案示出模板和一组注释之间的相关性；以及
图8根据本发明的实施方案示出模板和一组注释之间的反相关性。
具体实施方式
概述
冠状窦(CS)激活的时间模式能够有助于房性心动过速(AT)标测。CS激活的时间模式的分析提供了最可能的大折返AT的快速分层或排序，并且分析还指向病灶AT的可能来源。
本发明人已经研发出分析多通道单极性ECG信号以便匹配并跟踪信号的时间模式的方法。在一个实施方案中，方法找到且保持跟踪特定于不同类型的心脏行为的一定的“活动的时间配置”。本文中还被称为“时间模式”的“活动的时间配置”对应于ECG信号的单极性注释之间的特定的时间相互关系。注释对应于信号的局部活化作用时间(LAT)。
来源于ECG信号的LAT标测图可以被用于分析心脏的功能，并且由加利福尼亚州钻石吧(Diamond Bar CA)的Biosense-Webster生产的
Figure BDA0001075786760000041
系统构造此类标测图。标测图通常示出由在心律失常之下的心脏中电波生成的若干机制产生的结果。本发明的实施方案可以自动地区分并跟踪这些不同的机制，以便构建可以仅包含单一类型的心脏激活的LAT标测图。本发明的实施方案允许LAT标测图的较快的和更准确的产生。
具体描述
1.介绍
图1为根据本发明的实施方案示出信号分析算法的操作的示意框图。由从位于冠状窦(CS)中的参考导管远侧端部14接收多个心电图(ECG)信号的处理器10操作算法，并且可以由处理器在系统的显示器18上呈现算法的操作结果。操作结果可以被并入心脏标测图21中，和/或呈示图24的形式，并且下面描述了这两种类型的结果。在一个实施方案中，导管远侧端部14为近似线性的，并且沿着远侧端部具有均匀间隔的十(10)个电极。在一些实施方案中，电极成对布置。
如下文更加详述，算法分析参考导管的传入的ECG信号，并且从分析识别不同类型的一致的心脏激活。心脏激活被供应给LAT标测过程，并且算法还可以被用作指示在标测过程中何时获取新的点的过滤器。用于实施算法的元件(即，处理器、导管和显示器)可以存在于上面提及的
Figure BDA0001075786760000042
系统中。算法可以被用于ECG信号的实时分析，和/或用于已记录信号的分析。
处理器使用时间模式跟踪器框22，以确定和保持描述ECG信号的注释或LAT之间的特定的时间相互关系的“活动的时间配置”或“时间模式”的跟踪。如图1所示，当跟踪器进行操作时，处理器设置时间间隔、感兴趣窗口、{ref_Anno(ti)-τ1WOI，ref_Anno(ti)+τ2WOI}。(ti是时间间隔的识别时间，τ1WOI是间隔的初始时间，并且τ2WOI是间隔的最终时间。)在该间隔期间，跟踪器接收由处理器对ECG信号执行的波前注释计算的结果。在波前注释框26中执行计算，其中处理器操作波前算法以为每个ECG信号计算注释时间。在上面引用的美国专利申请2015/0208938中描述了合适的算法。
跟踪器估计当前激活与预设模板(Template(n)，其中n(正整数)是模板标记)的相似性。模板是注释的时间模式的描述符。
如下面所描述的，由处理器10和跟踪器框22运行的算法可以以两种模式进行操作，其中从传入的ECG信号计算时间模式且将时间模式与现有的(预设)模板比较的模板跟踪(TT)模式，以及其中可以从信号生成新的模板的模板匹配(TM)模式。
2.时间模式的计算
为了计算多个CS参考通道的时间模式，处理器注释给定心跳的每个通道(在包括心跳的给定时间间隔中)-annUniChn(k，ti)，其中k是形成一组注释的通道的标记。然后，处理器根据公式(1)计算该组注释的加权平均数wAverage(ti)：
Figure BDA0001075786760000051
其中Uni(k，ti)是在时间间隔{ref_Anno(ti)-τ1WOI，ref_Anno(ti)+τ2WOI}中的第k个ECG信号，
annUniChn(k，ti)是第k个ECG信号的注释，
Figure BDA0001075786760000052
是在注释annUniChn(k，ti)的邻域中的第k个ECG信号的导数，
并且
k是通道的总数量，即，在CS导管远侧端部上的电极的总数量。
图2中呈现了具有它们的注释(实心圆)和它们的加权平均数(黑色竖线)的单极性ECG信号的实施例。然后，处理器计算该组中每个注释与加权平均数之间的差值(dT(k，ti))。我们将差值的k维矢量称为该组的“时间模式”。图3中示出时间模式的图形呈现。
3.算法描述
处理器10使用跟踪器框22(图1)操作以上面提到的两种模式：模板跟踪(TT)模式和模板匹配(TM)模式中的一种工作的算法。初始通常实施TT模式。
图4为根据本发明的实施方案示出TT模式的步骤的流程图。在初始步骤30中，处理器初始提供具有参考注释(ref_Anno(ti))、感兴趣窗口({τ1WOI，τ2WOI})和时间模式的模板(Template(n))的框22。Template(n)在下面描述的TM模式中产生，并且可以由算法的用户选择。另选地，可以通过用户从所选择的单个心跳中选择一组ECG信号，并且使用TM模式生成时间模式(然后时间模式变成Template(n))，来生成Template(n)。
在一些实施方案中，由处理器提供的ref_Anno(ti)的值来源于由算法的用户提供的外部输入。在另选的实施方案中，处理器自动地估计ref_Anno(ti)的值。自动的估计通常通过处理器从波前注释框26接收通道注释的流，将流分成组(每组对应于心跳)，并且将ref_Anno(ti)估计作为流中的组的通道注释的平均数、加权平均数或中值中的一个。
在初始步骤中，处理器还提供具有CS单极性注释的值的框22。使用框26的波前算法连续地计算注释，并且处理器根据时间间隔({ref_Anno(ti)-τ1WOI，ref_Anno(ti)+τ2WOI})从注释响流中为单个心跳选择一组。
在相似性步骤34中，处理器为当前组计算时间模式，如上面在节段2中所描述的。计算为时间模式给出k维矢量。然后，处理器估计当前组与在步骤30中所接收到的预设模板(Template(n))的相似性。由以下公式确定相似性：
Figure BDA0001075786760000071
其中sn(ti)是所计算的时间模式{dT(k，ti)}与对应于Template(n)的矢量{dT(k，n)}之间的相似性的值，并且
M是在步骤30中所接收到的注释组中的通道的数量。在一些实施方案中，不是所有的通道都提供注释，所以M≤K。
在决定步骤38中，处理器检查sn(ti)是否小于预设阈值(通常在大约0.5-大约1.2的范围内)，但是预设阈值可以大于或小于该范围。在该情况下，决定返回真，并且处理器辨识出该组属于Template(n)，并且前进到缓冲存储步骤42。如下面参考图6所描述的，然后，处理器将所识别的模板的结果呈现在显示器18上。然后，流程图返回到步骤30，为后续的心跳接收一组注释。
如果决定步骤38返回假，则流程图返回到步骤30，并且处理器处理CS单极性注释的新的一组值。
图5为根据本发明的实施方案示出TM模式的步骤的流程图。不同于模板跟踪模式，模板匹配模式不会得到模板作为输入参数。如图5中所示，在TM模式中，处理器重复TT模式的步骤30和步骤34，如上所述。在决定步骤68中，TM模式寻求当前时间模式与之前已经找到的所有的模板之间的匹配。如果步骤68返回假，即，如果处理器不能将模板与当前模式相匹配，则在新的模板步骤76中，其使用当前时间模式打开新的模板，并且可以在显示器18上呈现新的模板(下面参考图6所描述的)。
如果辨识出匹配，即，如果处理器能够将模板与当前模式相匹配，则在重新计算步骤72中，可以重新计算所选择的模板，以反映用于生成模板的时间模式的集群的新成员。重新计算通常包括通过为集群中的许多组求dT(k，n)的值的平均数，将在步骤72中找到的值并入时间模式的计算中。在一些实施方案中，仅为集群中的第一q个成员执行重新计算，其中q可以大约是10。
图6为根据本发明的实施方案的在显示器18上呈现的示意图。如上面参考步骤42所论述的，所识别的模板可以在显示器18上呈现为示图24(图1)。示图24绘制模板数量对注释组数量，并且注释组数量对应于所接收到的心跳的时间线。如示图所示，已经分析了对应于相同数量的心跳的大约430组。还如示图中所示，时间线的大多数心跳被分类为模板2，而一些心跳被分类为模板1，并且一些被分类为模板3。
图7根据本发明的实施方案示出模板和一组注释之间的相关性。该图是基于心跳412的模板(实线)和来自心跳463的一组注释(虚线)的通道数量对dT的示图，并且示出模板和被分析的该组注释之间的密切相似性。
成对的示图诸如图7中所示的那些示图通常描绘其中两个心跳源于心脏中的相同区域的情况。
图8根据本发明的实施方案示出模板和一组注释之间的反相关性。该图示出来自心跳123的一组注释(虚线)如何不与基于心跳412的模板(实线)相关联。相反，由于两个示图的斜率具有相反的符号，所以在模板和被分析的该组注释之间有反相关性。
成对的示图诸如图8中所示的那些示图通常发生在其中两个心跳源于心脏中的彼此分开的两个区域。例如，当一个区域在右心房中，并且另一个区域在左心房中时可以发生此情况。
通常通过获取ECG信号集，并且将信号的结果(即，所测量的LAT)并入标测图中，来产生心脏电生理学标测图诸如心室中的LAT的标测图。然而，ECG信号集通常包括具有多于一个模板的信号，并且这导致所产生的标测图中的不准确。
本发明的实施方案允许不同的信号集被分为子集，每个子集对应于不同的模板。每个子集可以被用于构造心脏的相应的LAT标测图。因此，返回图6，对于示图中所示的三个不同的模板，所获取的信号可以被分为三个不同的子集，并且为每个子集产生标测图。通常，不同的子集(每个用于不同的模板)对应于不同类型的心律失常。
还应理解，如上面已经描述的，由于心律失常改变对应于模板中的改变，所以通过分析ECG信号集作为模板，本发明的实施方案可以被用于监测心律失常中的改变。
应当理解，上述实施方案以举例的方式引用，并且本发明并不限于上文已具体示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上文所述各种特征的组合和子组合以及它们的变型和修改，本领域的技术人员在阅读上述描述时将会想到所述变型和修改，并且所述变型和修改并未在现有技术中公开。

Claims (10)

1.一种用于匹配并跟踪心脏激活的时间序列的设备，包括：
导管，所述导管位于受检者心脏中，并且被配置成：
接收来源于单个心跳且在所述导管上的相应的多个电极处生成的第一组心电图ECG信号，以及
接收来源于后续的单个心跳且在所述多个电极处生成的第二组ECG信号；
处理器，所述处理器被配置成：
制定与所述第一组ECG信号的注释的时间相关的模板，并且将索引分配给所述模板，
计算所述第二组ECG信号的注释的时间，
制定所述模板和与所述第二组的注释的所述时间相关的第二时间模式之间相似性的比较，所述第二时间模式基于所述第二组中的每个ECG信号的注释的所述时间的加权平均数，以及
当所述比较指示所述第二组的注释的所述时间在预设阈值内对应于所述模板时，将所述索引分配给所述第二组ECG信号；和
显示器，所述显示器被配置成相对于表示来自所述心脏的心跳的时间线图形地呈现所述模板的发生。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器被配置成使用所述第一组和所述第二组制定常见的心脏标测图。
3.根据权利要求1所述的设备，并且还包括，当所述比较指示所述第二组的注释的所述时间不对应于所述模板时，所述处理器被配置成制定与所述第二组ECG信号的注释的所述时间相关的另外的模板，并且将另外的索引分配给所述另外的模板，并且在所述显示器上相对于所述时间线图形地呈现所述另外的模板的另外的发生。
4.根据权利要求3所述的设备，并且包括使用所述第一组制定第一心脏标测图，并且使用所述第二组制定与所述第一心脏标测图不同的第二标测图。
5.根据权利要求1所述的设备，并且包括配置所述处理器接收通道注释的流，将所述流分成对应于相应的心跳的片段，将参考注释估计作为所述流中的所述片段的所述通道注释的平均数、加权平均数或中值中的一个，并且将所述参考注释应用于制定所述模板中。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述模板包括所述第一组的注释与所述参考注释的所述时间之间的差值。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述导管位于所述心脏的冠状窦中。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个电极沿着所述导管是均匀间隔的。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述导管是线性的。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述模板被分配给第一类型的心率失常，并且其中所述处理器被配置成接收后续组的ECG信号，并且监测所述后续组的注释的所述时间是否不对应于所述模板，因此指示所述后续组的ECG信号对应于与所述第一类型的心率失常不同的第二类型的心律失常。
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