CN107049298B - 动态三维标测图的内插 - Google Patents

Abstract

本发明题为“动态三维标测图的内插”。本发明提供了一种方法，所述方法包括：采集来自心脏中所选位置的初始信号，计算所述所选位置处信号传播度量的相应初始局部值，以及将所述初始局部值内插在所述所选位置之间，以计算所述所选位置之间的中间位置处所述信号传播度量的初始内插值。所述方法还包括：采集来自所述位置的后续信号，计算所述所选位置处所述信号传播度量的相应后续局部值，以及将所述信号传播度量的所述后续局部值空间内插在所述所选位置之间，以计算所述中间位置处所述信号传播度量的后续内插值。显示所述信号传播度量的标测图，并且当所述后续内插值超出相对于所述初始内插值限定的边界时，在所述标测图上提供超出所述边界的指示。

Description

动态三维标测图的内插

技术领域

本发明整体涉及以图形方式表示数据，并且具体地涉及标测随时间变化的三维参数。

背景技术

心内ECG(心电图)信号可用来跟踪心脏手术诸如消融手术的进程。通常，信号是通过在经历手术的过程中将具有一个或多个电极的导管插入心脏来采集的。电极采集在心脏中电极接触心脏的位置处生成的电极电位，作为心跳。可以随后分析信号，并且分析的结果可被用来通知医疗专业人员执行手术进程。

以上描述给出了本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。

发明内容

本发明的实施方案提供了一种方法，包括：

采集来自受检者的心脏中所选位置的电信号的初始集；

基于初始集中的电信号来计算所选位置处信号传播度量的相应初始局部值；

将信号传播度量的初始局部值空间内插到所选位置之间，以计算所选位置之间的中间位置处信号传播度量的初始内插值；

采集来自所选位置的电信号的后续集；

基于后续集中的电信号来计算所选位置处信号传播度量的相应后续局部值；

将信号传播度量的后续局部值空间内插到所选位置之间，以计算中间位置处信号传播度量的后续内插值；

生成并显示信号传播度量的标测图，该标测图包括中间位置处的后续内插值；以及

当后续内插值超出相对于初始内插值限定的边界时，在标测图上提供超出边界的指示。

在本发明所公开的实施方案中，信号传播度量包括心脏的局部激动时间。

在本发明所公开的另一个实施方案中，后续集与初始集之间不存在电信号的居间集。

在本发明所公开的另一个实施方案中，所述方法包括：

采集来自初始集之前的所选位置的电信号先前集；

基于先前集中的电信号来计算所选位置处信号传播度量的相应先前局部值；

将信号传播度量的先前局部值空间内插到所选位置之间，以计算中间位置处信号传播度量的先前内插值，并且其中边界相对于初始内插值和先前内插值限定。

通常，先前集与初始集之间不存在电信号的居间集。

在另选的实施方案中，信号传播度量包括所选位置的局部激动时间(LAT)。如果初始集与后续集之间存在时间ΔT，则当初始集的指定所选位置处的LAT与后续集的指定所选位置处的LAT之间的差值超过ΔT时，可能会超出边界。

在另一个另选实施方案中，信号传播度量在预设时间方向上循环，并且在后续内插值相对于初始内插值在与预设时间方向相反方向上循环时超出边界。

根据本发明的实施方案，还提供了一种设备，该设备包括：

屏幕，其构造成能够显示信号传播度量的标测图；以及

处理单元，其构造成能够：

采集来自受检者的心脏中所选位置的电信号的初始集，

基于初始集中的电信号来计算所选位置处信号传播度量的相应初始局部值，

将信号传播度量的初始局部值空间内插到所选位置之间，以计算所选位置之间的中间位置处信号传播度量的初始内插值，

采集来自所选位置的电信号的后续集，

基于后续集中的电信号来计算所选位置处信号传播度量的相应后续局部值，

将信号传播度量的后续局部值空间内插到所选位置之间，以计算中间位置处信号传播度量的后续内插值；

在屏幕上生成并显示信号传播度量的标测图，该标测图包括中间位置处的后续内插值，以及

当后续内插值超出相对于初始内插值限定的边界时，在标测图上提供超出边界的指示。

结合附图阅读本发明实施方案的以下详细说明，将更全面地理解本发明，在附图中：

附图说明

图1为根据本发明实施方案的数据采集系统的示意性图解；

图2为根据本发明实施方案的显示器上所呈现数据的标测图的示意图；

图3A为根据本发明实施方案在分析所采集的数据时所执行的步骤的流程图；

图3B为根据本发明实施方案的示意性数据时序图；

图4图示说明了根据本发明实施方案的静态数据帧序列；并且

图5图示说明了根据本发明实施方案的动态数据帧序列。

具体实施方式

概述

为了跟踪受检者心脏的行为，可以通过定位心脏中不同所选位置处的电极来采集来自这些位置的时变电信号集。利用电信号，可针对任意指定时间瞬间处所选位置计算信号传播度量，诸如局部激动时间，并且可使用集中每个信号的度量来评估心脏行为。为了改善评估，可通过在所关注时间瞬间的所选位置之间进行空间插值，为这些位置的中间位置计算度量值。然而，此类空间插值可能导致错误的结果，尤其是当心脏不以窦性节律跳动时。

本发明的实施方案通过将不同时间实例之间度量的空间内插进行比较克服了该问题。对于初始实例，参见上述在所选位置处采集信号的初始集，基于信号计算信号传播度量，然后通过在所选位置之间进行空间内插来计算所选位置的中间位置的度量的初始内插值。

针对后续实例重复该过程，以便衍生出中间位置的度量的后续内插值。

生成并显示信号传播度量的标测图，该标测图包括衍生自在所选位置处所采集信号的度量值以及中间位置处的后续内插值。值通常用预定义色谱内的不同颜色指示。

后续内插值可能超出相对于初始内插值限定的边界。例如，如果度量包括局部激动时间(LAT)并且初始值的LAT为-100ms，则后续值不可为-50ms，除非以下两个条件为真：存在为0ms的中间值，以及发生LAT变化的初始实例与后续实例之间有足够的时间。当超出此类边界时，通常会在标测图上超出边界的中间位置处提供视觉指示。视觉指示可为不在参见上述的预定义色谱内的颜色，诸如黑色或白色。

上述分析通常在回放上述电信号的先前记录集期间使用，以使医生对心脏状况进行总体评估，这通常在执行心脏手术诸如心脏的一部分的局部消融之前执行。然而，也可在几乎实时的情况下执行分析，诸如在消融手术期间(虽然在此期间通常有一个或多个心跳延迟)以使得分析能够被执行。

详细描述

现在参见图1，其为根据本发明实施方案的数据采集和回放系统20的示意性图解。如将在下文中说明的那样，可使用系统20在数据序列之间进行插值，所述数据于各自的时间序列处被采集，并随后“回放”给系统操作人员。尽管应当理解系统20可用于基本上任何此类数据序列，但在如下描述中，为了清楚和简单起见，假设将系统20应用于在对受检者心脏执行医疗过程期间采集的心电图(ECG)数据。

在系统20中，导管22插入管腔内，诸如受检者26的心脏24的腔室，在该腔室中待执行医疗过程，诸如心脏组织的消融。在导管的远端28处，通常有多个电极，并且图中以举例的方式示出了两个电极30、32。通常，远端包括多个电极，但为了清楚和简单起见，图中并未示出如此大的数量。如将在下文中说明的那样，系统20使用远端处的至少一个电极，本文中假设为远端尖部处的电极30。在手术期间执业医生34操纵导管，以便将电极30、32定位到所需位置。

通常，远端处的电极(包括电极30和32)可执行多项功能。例如，电极可构造成能够执行心脏组织的消融，和/或充当通过测量来自电极的电流来操作的远端跟踪系统的源电极。在下文的描述中，除非另有指明，否则假设电极30和32采集电信号，在本文中也称为心脏24的ECG电位。根据正在执行的过程，远端可包括其它元件。例如，远端28包括位置传感器36，其响应于来自患者26外部的辐射体(图中未示出)的磁场生成信号，可分析该信号以指出远端的位置和取向。授予Bar-Tal等人的美国专利8,456,182描述了使用来自导管电极的磁场测量值和电流来跟踪导管的系统，该专利以引用方式并入本文。

通过包括与存储器54通信的处理单元52的系统控制器(SC)50来管理系统20的功能，在所述存储器54中存储了用于操作系统20的软件。可通过与导管跟踪模块56通信的处理单元52对自传感器36的信号进行分析。控制器50通常为包括通用计算机处理器的工业标准个人计算机(PC)。然而,在一些实施例中，控制器的至少一些功能是使用定制设计的硬件和软件来执行的，诸如专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)。控制器50通常由医生34使用指向装置58和屏幕60进行操作，以使医生能够设置系统20的参数。屏幕60通常还向执业医生呈现手术的结果。

存储器54中的软件可通过例如网络以电子形式下载到控制器。另选地或除此之外，软件可设置在非临时性有形介质，诸如光学存储介质、磁性存储介质或电子存储介质上。

图2为根据本发明实施方案的屏幕60上所呈现数据的标测图100的示意图。在如下描述中，为了清楚起见并且以举例的方式，假设标测图100中所呈现的数据包括心脏24的腔室的局部激动时间(LAT)的值，该值结合到腔室的三维(3D)图中。然而，一般来讲，标测图100中所呈现的数据可包括衍生自所采集信号的任何信号传播度量，诸如信号局部转变点的值和/或时间，或者此类值或时间的函数。

可在测量LAT之前确定图表的测量值，即腔室壁上点的3D值。另选地，腔室壁的3D测量值可在测量LAT的大致相同时间进行确定。

LAT值通常用结合到腔室3D图表的不同颜色代表，以制成标测图100。在图2中，不同颜色显示为不同的灰度水平。

腔室壁上任意点的LAT值根据心脏24的跳动而变化。对于任何具体实例，LAT值通常相对于基准进行测量，基准为例如由在心脏的冠状窦(CS)中放置的导管检测到的ORS波群的预定义部分的时间。

要为标测图100采集LAT数据，可将多个电极(诸如电极30、32以及图1中未示出的其它电极)放置成在已知位置处与腔室的壁接触。记录来自电极的ECG信号，并且对所记录的ECG信号的分析为任何指定实例提供每个已知位置的LAT值。因此，对于任何指定实例，在已知位置处都存在LAT集。图2示出记录ECG信号的已知位置102的示例。通常，存在大约10-100个或甚至更多个已知位置102，这对应于记录信号的电极数量。

要确定腔室壁的其它位置的LAT值，即不由电极直接测量以及处于已知位置的中间的壁位置处的LAT值，本发明的实施方案使用内插法。通常假设在系统20的操作回放阶段期间实施内插法，并使用内插法的两个阶段，将结合图3和图4对此进行描述。

图3A为控制器50在分析所采集数据时所执行步骤的流程图，图3B为数据的示意性时序图，并且图4为根据本发明的实施方案由控制器生成的数据集的示意图。流程图的步骤被布置成：内插法的第一阶段，之后是内插的第二阶段。尽管在如下描述中假设对衍生自在实施流程图之前的一些时间内记录的ECG信号集序列的测量值执行流程图步骤，但应当理解该流程图也可以在基本上实时的情况下执行，但是在顺序上有一个心跳的延迟。

如上所述，每个ECG信号集由心脏24中的电极采集，并且分析集中的每个ECG信号以为其采集电极的位置提供信号传播度量，本文假设为LAT数据值。因此，每个ECG信号集针对信号的指定时间实例生成相应的所测得的LAT值的集。对从对应时间实例序列生成的LAT值的此类集的序列执行流程图步骤。

内插法的第一阶段包括数据调用步骤120和内插步骤122。在步骤120中，控制器针对指定实例调用在已知电极位置处存储并采集的LAT值。在内插步骤122中，控制器在已知位置之间进行空间内插，以确定已知位置中间位置的估计LAT值。内插通常为线性空间内插，但可包括本领域已知的任何形式的空间内插。在一些实施方案中，内插可使用电极位置处以及电极中间位置处的已知传导速度。在一些实施方案中，已知位置的LAT值可分配有相应指数，该指数指示值的准确度和/或可靠性，并且指数在实施内插时可用作权重。对于指定实例，已知位置LAT值和内插LAT值的组合在本文中被称为静态数据帧。

如箭头124所示，控制器对正在分析的序列中的所有实例重复步骤120和122的过程，以生成LAT数据的相应静态帧。

图4图示说明了在完成步骤122之后生成的静态帧的序列。以举例的方式，五个静态帧150、152、154、156和158示于图4中，但由内插的第一阶段生成的静态帧的序列通常包括成百上千个帧。在一个实施方案中，每1ms生成一个静态帧。在另选的实施方案中，每5ms生成一个静态帧。序列已相对于时间轴进行定位，因为连续的静态帧针对连续的实例，在本文中假设在连续时间T₁、T₂、T₃、T₄、T₅处发生。虽然每个静态帧包括一组LAT值，但组可通常用于生成图像，诸如标测图100。因此，在图4中，每个静态帧被表示为屏幕60上所呈现的图像。然而，应当理解，除了如图4所示来呈现静态帧，本发明的实施方案还在屏幕60上呈现在本文中被称为动态帧的其它帧，如将在下文中对此进行说明。

返回流程图，在为内插第二阶段的第一个步骤的比较步骤130中，控制器从在步骤122中生成的那些帧中选择静态帧以进行进一步分析。在用于分析的所选帧(FFA)内，通常存在具有空间内插LAT值的多个区域。对于每个这些区域，控制器将所选静态FFA的内插LAT值与该所选FFA后续的静态帧的对应区域的LAT值进行比较。所选的FFA在本文中也被称为初始静态帧。

在比较中，对于其中存在内插数据的每个区域，控制器评估后续静态FFA的内插值是否在边界内，该边界构造成能够消除初始静态帧的内插数据与后续静态帧的内插数据之间的不一致，通常为时序不一致。

图3B为使用LAT值的区域的数据的示意性时序图。该图示出这一事实，即该区域的LAT值通常从0ms(红色)依次循环至-50ms(黄色)、-100ms(绿色)和-200ms(蓝色)。在-200ms的时间点，存在新的心跳，使得LAT值在0ms(红色)处再次开始。当数据以顺序数据帧之间的较短时间段重播时，数据的循环性质是明显的。

符号ΔT表示帧之间的时间段，并且可在帧的回放过程中选择该值。对于帧之间的较短时间段，ΔT的典型值为1ms或5ms，并且在这些情况下，任何具体区域的着色进展显然为红色到黄色、绿色，再到蓝色，然后再到红色。如果不能维持顺序帧之间的循环方面，例如，如果区域从绿色变为黄色，则参见上述的边界会被打破。相似地，即使维持循环方面，但LAT值的变化过快或过慢，那么边界也会被打破。例如，对于ΔT为1ms的情况，连续帧之间的LAT变化10ms可视为过大，从而打破边界。又如，对于ΔT为10ms的情况，连续帧之间的LAT变化0ms可视为过小，从而打破边界。10ms和0ms的变化值为示例性的，可以由医生34设置。

虽然通常选择较小的ΔT值(诸如上面例示的1ms和10ms)，但本发明的实施方案涵盖较大的ΔT值。超出参见上述的边界的通用表达式由下面的表达式(1)给出。

假设对于指定区域，初始帧的内插LAT值为LAT(T1)，并且后续静态帧的内插LAT值为LAT(T2)。在这种情况下，如果如下表达式适用，则内插值无效，即，超出边界：

|LAT(T1)-LAT(T2)|＜ΔT (1)

其中LAT(T1)、LAT(T2)≤0。

通常，可允许表达式(1)中ΔT的值在误差限度内变化，例如±10％内变化。因此，如果在第一种情况下，LAT(T1)为-70ms，LAT(T2)为-30ms，如图3B所示，并且ΔT为20ms，则表达式(1)不适用并且将超出边界。然而，如果在第二种情况下，LAT(T1)为-70ms，LAT(T2)为-60ms，并且ΔT为20ms，则表达式(1)适用，即有效。

能够被用来确定边界的另一个因素是组织的不应期，即通常在大约60ms-100ms的范围内的时间段，在该时间段内组织不能响应。

在决定步骤132中，控制器根据步骤130中的评估继续进行。如果评估在边界之外，诸如在如上所呈现的第一种情况下，流程图将继续到第一标测图呈现步骤134。在步骤134中，后续静态帧的内插数据可能被内插数据不在可接受限度内的视觉指示替代。例如，边界之外的内插数据可被着色区域替代，对颜色进行选择使得其不在用于代表LAT值的色谱中。例如，颜色可为黑色、灰色或白色。在一些实施方案中，视觉指示可根据超出边界的方式而有所不同。

在决定步骤132中，如果评估在边界内，诸如在如上所述的第二种情况下，流程图将继续到第二标测图呈现步骤136。在步骤136中，后续静态帧的内插数据按原样使用。另选地，控制器可例如通常以加权方式求两个内插数据集的平均值，应用初始静态帧的内插数据以调节后续静态帧的内插数据的值。

步骤134和136的实施导致生成数据动态帧，即其中指定静态帧的数据已与后续所采集静态帧的数据进行过比较的数据帧。根据比较的结果，可以更改后续静态帧的数据以生成动态帧。通常，控制器50存储在步骤134或136中生成的动态帧，以供后续显示。

在流程图的最终步骤138中，在步骤134或步骤136中生成的动态帧显示在屏幕60上。

图3的流程图假设指定数据静态帧的空间内插值与后续数据静态帧的空间内插值进行比较，并假设根据比较的结果，可以更改后续数据帧的值。本发明的实施方案包括在不同时间点处生成的数据帧之间的其它比较类型。

例如，不是指定静态数据帧与一个后续静态数据帧进行比较，步骤130中的比较可包括与多于一种的后续静态数据帧进行比较。另选地或除此之外，步骤130中的比较可包括指定静态数据帧与一个或多个先前的静态数据帧进行比较，以及与一个或多个后续的静态数据帧进行比较。此外，在一些实施方案中，在其中LAT值为0ms的对比静态帧之间可存在一个或多个居间帧。

在所有情况下，本领域的普通技术人员将能够调整在步骤130和132中所用边界的限定(通常通过加权先前数据和/或后续数据的值)，以反映所用比较的不同类型。

图5图示说明了根据本发明实施方案，在步骤134或步骤136完成之后生成的动态帧序列。动态帧250、252、254、256和258分别对应于图4的静态帧150、152、154、156和158，其在图3的流程图中分析完每个静态帧之后生成，并显示在流程图步骤138实施的屏幕60上。

以举例的方式，假设帧250、252和256在步骤136中生成，使得这些帧分别整体类似于帧150、152和156。假设帧254在步骤134中生成，其中在步骤分析之后，发现区域260在步骤130中所限定的边界之外，并且视觉指示262已结合到该区域中。此外，还假设帧258在步骤134中生成。在这种情况下，发现区域264和区域266在所限定的边界之外，并且视觉指示268和270分别结合到这些区域中。

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具体示出与描述的内容。相反，本发明的范围包括上文所述各种特征的组合与子组合，以及本领域技术人员在阅读上述说明时会想到且未在现有技术中公开的其变型和修改。

Claims (16)

1.一种处理电信号的方法，所述方法包括：

采集来自受检者的心脏中所选位置的电信号的初始集；

基于所述初始集中的电信号来计算所述所选位置处信号传播度量的相应初始局部值；

将所述信号传播度量的所述初始局部值空间内插到所述所选位置之间，以计算所述所选位置之间的中间位置处所述信号传播度量的初始内插值；

采集来自所述所选位置的电信号的后续集；

基于所述后续集中的电信号来计算所述所选位置处所述信号传播度量的相应后续局部值；

将所述信号传播度量的所述后续局部值空间内插到所述所选位置之间，以计算所述中间位置处所述信号传播度量的后续内插值；

生成并显示所述信号传播度量的标测图，所述标测图包括所述中间位置处的所述后续内插值；以及

当所述后续内插值超出相对于所述初始内插值限定的边界时，在所述标测图上提供已超出所述边界的指示。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述信号传播度量包括所述心脏的局部激动时间。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述后续集与所述初始集之间没有电信号的居间集。

4.根据权利要求1所述的方法，并且包括：

采集来自所述初始集之前的所述所选位置的电信号先前集；

基于所述先前集中的电信号来计算所述所选位置处所述信号传播度量的相应先前局部值；

将所述信号传播度量的所述先前局部值空间内插到所述所选位置之间，以计算所述中间位置处所述信号传播度量的先前内插值，并且其中所述边界相对于所述初始内插值和所述先前内插值限定。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述先前集与所述初始集之间不存在电信号的居间集。

6.根据权利要求4所述的方法，其中所述信号传播度量包括所述所选位置的局部激动时间LAT。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述初始集与所述后续集之间存在时间ΔT，并且其中在所述初始集的指定所选位置处的所述LAT与所述后续集的所述指定所选位置处的所述LAT之间的差值超过ΔT时超出所述边界。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述信号传播度量在预设时间方向上循环，并且其中在所述后续内插值相对于所述初始内插值在与所述预设时间方向相反方向上循环时超出所述边界。

9.一种处理电信号的设备，包括：

屏幕，所述屏幕构造成能够显示信号传播度量的标测图；以及

处理单元，所述处理单元构造成能够：

采集来自受检者的心脏中所选位置的电信号的初始集，

基于所述初始集中的电信号来计算所述所选位置处信号传播度量的相应初始局部值，

将所述信号传播度量的所述初始局部值空间内插到所述所选位置之间，以计算所述所选位置之间的中间位置处所述信号传播度量的初始内插值，

采集来自所述所选位置的电信号的后续集，

基于所述后续集中的电信号来计算所述所选位置处所述信号传播度量的相应后续局部值，

将所述信号传播度量的所述后续局部值空间内插到所述所选位置之间，以计算所述中间位置处所述信号传播度量的后续内插值；

在所述屏幕上生成并显示所述信号传播度量的所述标测图，所述标测图包括所述中间位置处的所述后续内插值，以及

当所述后续内插值超出相对于所述初始内插值限定的边界时，在所述标测图上提供已超出所述边界的指示。

10.根据权利要求9所述的设备，其中所述信号传播度量包括所述心脏的局部激动时间。

11.根据权利要求9所述的设备，其中所述后续集与所述初始集之间不存在电信号的居间集。

12.根据权利要求9所述的设备，其中所述处理单元构造成能够：

采集来自所述初始集之前的所述所选位置的电信号先前集；

基于所述先前集中的电信号来计算所述所选位置处所述信号传播度量的相应先前局部值；

将所述信号传播度量的所述先前局部值空间内插到所述所选位置之间，以计算所述中间位置处所述信号传播度量的先前内插值，并且其中所述边界相对于所述初始内插值和所述先前内插值限定。

13.根据权利要求12所述的设备，其中所述先前集与所述初始集之间不存在电信号的居间集。

14.根据权利要求12所述的设备，其中所述信号传播度量包括所述所选位置的局部激动时间LAT。

15.根据权利要求14所述的设备，其中所述初始集与所述后续集之间存在时间ΔT，并且其中在所述初始集的指定所选位置处的所述LAT与所述后续集的所述指定所选位置处的所述LAT之间的差值超过ΔT时超出所述边界。

16.根据权利要求9所述的设备，其中所述信号传播度量在预设时间方向上循环，并且其中在所述后续内插值相对于所述初始内插值在与所述预设时间方向相反方向上循环时超出所述边界。

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