CN107485389A - 多通道记录中心脏激活序列的识别和可视化 - Google Patents

多通道记录中心脏激活序列的识别和可视化 Download PDF

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Abstract

本发明题为“多通道记录中心脏激活序列的识别和可视化”。本发明提供了使用多电极导管记录心内电描记图并建立相应的注释。在时间窗口内，检测包括来自相邻电极的一组电描记图的单调增加的局部激活时间序列的模式。所述组被重新排列并显示给操作者。

Description

多通道记录中心脏激活序列的识别和可视化
版权声明
本专利文档的公开内容的一部分包括受版权保护的材料。版权所有者不反对任何人照专利和商标办公室专利文件或记录原样复制本专利文件或专利公开内容，但除此之外版权所有者保留所有相关的版权。
背景技术
1.技术领域：
本发明涉及心脏生理学。更具体地，本发明涉及对心脏中电传播的评估。
2.相关领域描述：
表1中给出了本文使用的某些首字母缩略词和缩写的含义。
表1-首字母缩略词和缩写
ECG 心电图
LAT 局部激活时间
CPM 当前位置标测图
RAP 重复激活模式
心律失常(诸如心房纤颤)是发病和死亡的重要原因。共同转让的美国专利5,546,951和美国专利6,690,963(这两个专利均授予Ben Haim)以及PCT申请WO 96/05768公开了用于感测作为心脏内的精确位置的函数的心脏组织的电性能例如局部激活时间的方法，所述专利均以引用方式并入本文。使用在其远侧末端中具有电传感器和位置传感器的一个或多个导管来获取数据，该一个或多个导管被推进到心脏中。基于这些数据创建心脏的电活动的标测图的方法在共同转让的美国专利6,226,542和美国专利6,301,496(这两个专利均授予Reisfeld)中有所公开，所述专利以引用方式并入本文。如这些专利所指出的那样，通常初始测量约10个点至约20个点的位置和电活动，以生成心脏表面的初步重建或标测图。初步标测图常常与在附加点处获取的数据进行组合，以生成心脏的电活动的更全面的标测图。实际上，在临床环境中，积累100个或更多个位点处的数据以生成心室电活动的详细且全面的标测图并不少见。所生成的详细标测图然后可用作决定治疗行动过程(例如组织消融)的基础，以改变心脏的电活动的传播并恢复正常心律。
包含位置传感器的导管可用于确定心脏表面上的点的轨线。这些轨线可用于推断运动特性，诸如组织的收缩性。如在授予Ben Haim并全文以引用方式并入本文的美国专利5,738,096中所公开的，当在心脏中的足够数量的点处对轨线信息进行采样时，可构建绘示此类运动特性的标测图。
心脏中某个点处的电活动通常通过推进多电极导管来测量，以在心室中的多个点处同时测量电活动。从由一个或多个电极测量的时变电势导出的记录被称为电描记图。电描记图可通过单极性引线或双极性引线测量，并用于例如确定在某点(被称为局部激活时间)处的电传播的开始。
然而，将局部激活时间确定为电传播的指示器在存在传导异常时会成为问题。例如，在持续心房纤颤期间，心房电描记图具有三种不同模式：单电势、双电势和复杂碎裂心房电图。因此，相比正常的窦性节律信号，心房纤颤信号是极其复杂的，以及更为多变。在两种信号上都存在噪音时，因为心房纤颤信号的复杂性和波动而难以对这两种信号进行分析，所以分析相应地更为困难。另一方面，为了克服医学规程中的心房纤颤，建立表示心房纤颤通过心脏行进的激动波的可能路径是有用的。一旦这些路径被识别，则可以(例如)通过心脏区域的适当消融来阻塞。可以通过心内心房纤颤信号的分析来确定该路径，并且本发明的实施方案有利于该分析。
发明内容
典型的多电极导管，诸如NAV导管，在其远侧端部上具有多个电极(约60个或更多)，这些电极能够从心脏中的不同位置处获取相应的ECG信号组。这些电极分布在样条上。这些信号可以通过时变信号电压的各个图形进行表示。通常，这些图形的显示顺序基于样条上电极的位置。在这种多电极导管记录的显示中，很难遵循不同电极中的激活序列。因此，无法轻易识别可重入激活路径的存在或其位置。
本发明的实施方案同时使用在其远侧端部处具有多个电极的导管同时采集心脏中的电极电势信号，每个电极生成相应的单极信号。该信号可被认为是单极信号，或与另一个电极结合时，被认为是双极信号。对ECG信号中的每一个进行注释，以得出局部激活时间(LAT)并以时变电压的形式予以显示。进一步分析图形以检测从心脏中相邻点获得的LAT间的关系，例如LAT的单调增加。如果发现了某种模式，则重新排列图形以包括一个新组，该组的成员将呈现这一模式。通过分析随时间重新排列的图形，可以方便地检测相邻位置处传导模式的突变情况。
根据本发明的实施方案，提供了一种方法，该方法按如下步骤执行：将多电极探头插入到活体受检者的心脏中；记录来自电极的相应心内电描记图；为电描记图建立相应的注释；并在时间窗口内从注释中检测速度模式，该速度模式包括在一组电描记图及其电极中单调增加的局部激活时间序列，其中该组中的每个电极均设置在距离该组中的至少一个其他电极的预定距离内；以及显示该组的电描记图。
根据该方法的另一个方面，同时记录电描记图。
该方法的其他方面还包括根据其电极探头上的位置对该组进行排序。
根据该方法的另一方面，该模式可以是可重入激活电路、微折返模式、局灶性起源模式和宏折返模式。
根据该方法的一个方面，显示该组的电描记图包括根据其局部激活时间对该组进行排序。
该方法的又一个方面在新的时间窗口内如下进行：检测模式的变化并响应于该变化，重复对该组进行排序并显示电描记图。
根据该方法的附加方面，该变化包括电传播方向的改变。
根据该方法的一个方面，该变化包括电传播速度的改变。
根据本发明的实施方案，进一步提供了一种设备，该设备包括：在其远侧部分上具有多个电极的探头，用于在该探头处于活体受检者的心脏中的位置处时记录来自电极的相应时变电描记图的电路，用于存储电描记图的存储器，显示器以及连接到该存储器的处理器。处理器操作用于建立来自相应心内电描记图的局部激活时间的注释；根据包括心脏中电传播速度的注释来定义一种模式；在时间窗口内检测一组电描记图及其电极的注释中单调增加的局部激活时间序列模式，该组中的每个电极均设置在距离该组中的至少一个其他电极的预定距离内；以及在显示器上显示该组的电描记图。
附图说明
为更好地理解本发明，就本发明的详细说明以举例的方式做出参考，该详细说明应结合以下附图来阅读，其中类似的元件用类似的附图标号来表示，并且其中：
图1为根据本发明的实施方案的用于评估活体受检者的心脏中的电活动的系统的图解示意图；
图2是根据本发明的实施方案的用于处理心脏的多通道电子记录的方法的流程图；
图3是根据本发明的实施方案的一组电描记图的演示；
图4为根据本发明的实施方案的用于说明多电极导管上电极彼此之间接近程度的示意图；
图5是根据本发明的实施方案的根据分组算法对电描记图进行分组的屏幕显示；
图6是根据本发明的实施方案的根据分组算法对该电描记图进行分组并按位置排序的屏幕显示；
图7是根据本发明的实施方案的通过样条导管构建电描记图并根据分组算法进行分组以及进行排序的屏幕显示；
图8是根据本发明的实施方案的根据分组算法对该电描记图进行分组并按位置排序的屏幕显示；并且
图9是对图8的修改，其中删除了激活线转换。
具体实施方式
在下文的具体实施方式中，示出了许多具体细节，以便提供对本发明的各种原理的全面理解。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，并非所有这些细节都是实施本发明所必需的。在这种情况下，未详细示出熟知的电路、控制逻辑部件、以及用于常规算法和过程的计算机程序指令的细节，以免不必要地使一般概念模糊不清。
以引用方式并入本文的文献将被视作本申请的整体部分，不同的是，就任何术语在这些并入文件中以与本说明书中明确或隐含地作出的定义矛盾的方式定义而言，应仅考虑本说明书中的定义。
定义：
“注释”或“注释点”是指被认为表示感兴趣事件的在电描记图上的点或候选点。在本公开中，该事件通常是由电极感测的电波的传播的开始(局部激活时间)。
为了本公开的目的，当两个电极在导管上的距离在15mm内，或者它们在导管上的距离相较其他电极在空间或位置上最为接近时，例如，在一条样条导管的射枝或篮形导管的样条上的位置连续，则两个电极视为相互靠近或“接近”。如果两个电极位于没有被中间样条或射枝分隔开的两个样条或射枝的对应位置或连续位置上，则两个电极也可视为彼此“接近”。
综述：
现在转到附图，首先参见图1，其为用于在活体受检者的心脏12上执行消融手术的系统10的立体说明图，该系统是根据本发明的公开实施方案构造和操作的。该系统包括导管14，该导管由操作者16经由皮肤穿过患者的血管系统插入到心脏12的心室或血管结构中。操作者16，通常为医师，将导管的远侧末端18(例如)在消融靶部位处与心脏壁接触。可根据公开于美国专利6,226,542和6,301,496中和公开于共同转让的美国专利6,892,091中的方法来制备电活动标测图，这些专利的公开内容以引用方式并入本文。
系统10可包括用合适的软件编程以用于实施下文所述功能的通用或嵌入式计算机处理器。因此，尽管本文中的其它附图所示的系统10的部分示出为包括多个单独的功能框，但这些框未必为单独的物理实体，而是可代表例如在可由处理器访问的存储器中存储的不同计算任务或数据对象。这些任务可在运行于单个处理器上或运行于多个处理器上的软件中实施。所述软件可在有形非暂态介质诸如CD-ROM或非易失性存储器上提供给所述一个处理器或多个处理器。另选地或除此之外，系统10可包括数字信号处理器或硬连线逻辑部件。一种采用系统10的元件的商品可以商品名3系统购自Biosense Webster，Inc.，3333Diamond Canyon Road，Diamond Bar，CA 91765。该系统可由本领域的技术人员进行修改以体现本文所述的本发明的原理。
可以通过施加热能对(例如)通过电活动标测图评价确定为异常的区域进行消融，例如通过将射频电流通过导管中的线传导至远侧末端18处的一个或多个电极，这些电极将射频能量施加到心肌。能量在组织中被吸收，从而将组织加热到组织永久性地失去其电兴奋性的点(通常为约50℃)。此手术成功后，在心脏组织中形成非传导性的消融灶，这些消融灶可中断导致心律失常的异常电通路。本发明的原理可应用于不同的心脏腔室，以诊断并治疗多种不同的心律失常。
导管14通常包括柄部20，在柄部上具有合适的控制器，以使操作者16能够按消融手术所需对导管的远侧端部进行操纵、定位和定向。为了帮助操作者16，导管14的远侧部分容纳向位于控制台24中的处理器22提供信号的位置传感器(未示出)。处理器22可履行如下所述的若干处理功能。
导管14为多电极导管，该导管可以是如球囊的右部分中所示的篮形导管或如左部分中所示的样条导管。在存在多个电极32的任何情况下，这些电极用作感测电极，并在篮形或样条上具有已知位置，并且彼此关系已知。因此，一旦导管例如通过构建当前位置标测图定位于心脏中，则心脏中电极32中的每一个的位置为已知的。一种用于生成当前位置标测图的方法描述于授予Bar Tal等人的共同转让美国专利8,478,383中，该专利以引用方式并入本文。
可以使电信号经由缆线34从位于导管14的远侧末端18处或附近的电极32在心脏12和控制台24之间来回传送。可以通过缆线34和电极32将起搏信号和其它控制信号从控制台24传送至心脏12。
线连接件35将控制台24与体表电极30和用于测量导管14的位置和取向坐标的定位子系统的其它部件连接在一起。处理器22或另一个处理器(未示出)可以是定位子系统的元件。电极32和体表电极30可用于如以引用方式并入本文的授予Govari等人的美国专利7,536,218中所提出的在消融位点处测量组织阻抗。温度传感器(未示出)，通常为热电偶或热敏电阻器，可安装在导管14的远侧末端18附近。
控制台24通常包括一个或多个消融功率发生器25。导管14可适于利用任何已知的消融技术将消融能量传导到心脏，例如，射频能量、超声能量和激光产生的光能。共同转让的美国专利6,814,733、6,997,924和7,156,816中公开了此类方法，这些专利引入本文以供参考。
在一个实施方案中，定位子系统包括磁定位跟踪构造，该磁定位跟踪构造利用磁场生成线圈28通过以预定的工作容积生成磁场并感测导管处的这些磁场来测定导管14的位置和取向。在以引用方式并入本文的美国专利7,756,576以及上述美国专利7,536,218中描述了该定位子系统。
如上所述，导管14联接到控制台24，这使得操作者16能够观察并调控导管14的功能。控制台24包括处理器，优选为具有适当信号处理电路的计算机。所述处理器被耦合以驱动监视器29。信号处理电路通常接收、放大、过滤并数字化来自导管14的信号，这些信号包括由上述传感器和位于导管14远侧的多个位置感测电极(未示出)生成的信号。控制台24和定位系统接收并使用数字化信号，以计算导管14的位置和取向，并如下文进一步详细所述分析来自电极的电信号。
通常，系统10包括为简明起见而未示出于附图中的其它元件。例如，系统10可包括心电图(ECG)监视器，其被联接以从一个或多个体表电极接收信号，以便为控制台24提供ECG同步信号。如上所述，系统10通常还包括基准位置传感器，其位于附接在受检者的身体外部的外部施加基准补片上，或者位于插入到心脏12内并相对于心脏12保持在固定位置的内置导管上。系统10可从外部成像模态诸如MRI单元等接收图像数据，并且系统10包括图像处理器，该图像处理器可结合在处理器22中或由处理器22调用以用于生成并显示如下文描述的图像。
现在参见图2，该图是根据本发明的实施方案的用于处理心脏的多通道电子记录的方法的流程图。为清楚起见，在图1和本文的其他流程图中以特定线性序列示出过程步骤。然而，将显而易见的是，这些步骤中的多个可并行地、异步地、或以不同的顺序来执行。本领域的技术人员还应当理解，另选地，过程可被表示为多个相关的状态或事件，例如，在状态图形中。此外，可能不需要所有示出的过程步骤来实施该方法。
在初始步骤39中，心脏的腔室传统上用多电极导管进行导管插入。多样条导管或篮形导管均适合。根据具体情况，在此类导管中，每个电极在篮形或样条上均有已知位置。一旦导管就位，如果需要，可使用导管中的位置传感器(例如磁性位置传感器)或上述阻抗测量装置来构造当前位置标测图。在当前位置标测图中电极中的每一个在心脏中的位置均为已知，或者可以使用成像技术确定。与CARTO 3系统一起使用的典型多样条导管在其远侧端部上具有60个电极，这些电极能够从心脏中的60个点处获取60组ECG信号。电极分布在样条上，本文假定有八个样条。信号可以表示为电压随时间变化的60个图形。通常，这60个图形的显示顺序基于样条上电极的位置。虽然通过图2的论述进行了举例说明，其他合适导管可具有相对较多或较少的电极。
接下来，在步骤41中，从相应通道的电极同时记录心内电描记图。例如，通过确定电压变化最大(即|dv/dt|的最大值)的时间窗口来对记录进行注释。在电传播更复杂的传导异常情况中，可以使用共同转让的Bar-Tal等人的标题为“Double BipolarConfiguration for Atrial Fibrillation Annotation”的美国专利申请公开20150208942的教导完成注释，该专利的公开内容以引用方式并入本文。
为了更好地说明通过应用本发明的原理可以解决的难题，现在参见图3，该图展示了一组电描记图43，其顺序最初可在步骤41完成时获得，并根据本发明的原理进行修改。电描记图记录至少一个完整的心动周期，并通过执行步骤41进行注释。电描记图中的注释45被代表性地指示。将电描记图编号为2至64，对应于使用任意位置方案在导管上标识的单极电极的读数。显然存在各种模式，但均没有任何方便观察人员的顺序。因此，在图3所示的异常电描记图中，各描记线之间的关系在视觉上并不明显。
继续参见图2和图3，在步骤47中，例如，通过参考标准ECG在电描记图43的组中识别完整的心动周期。或者，可以按照共同转让的标题为“Hybrid Bipolar/UnipolarDetection of Activation Wavefront”的美国专利申请公开20150208938中的教导，通过检测R波并区分R波检测时间来自动执行步骤47并完成，该专利以引用方式并入本文。当微分被应用到电描记图时，所产生的数据系列表明电压的变化(每单位时间)而非绝对电压。因此，微分的电描记图形示在任何给定的时间点的原始电描记图的斜率。再或者，电描记图的其他特性可用于限定心动周期，如在本领域中所公知的。在图3中，心动周期表示为感兴趣窗口49。
在图2中，接下来在步骤51中，电描记图根据其注释的激活时间自动排序。例子在图5中示出。
接下来，在步骤52中，根据电极的位置再次对电描记图的组进行排序。可以根据导管上电极的位置进行排序，首先沿样条进行，然后在相邻样条之间进行。或者，电极可根据心脏中的位置分组，然后再按接近程度对组进行排序。
现参见图4，该图为根据本发明的实施方案的用于说明多电极导管上电极彼此之间接近程度的示意图。篮形导管53具有设置在标记为55，57，59的样条上的多个电极。所有电极A3至A5、B3、B5和C3至C5距离电极B4通过圆61划分的预定距离内，该圆是“靠近”电极B4的球体二维投影。电极A2位于圆61外侧，并距离电极B4比预定距离更远。电极A2不靠近电极B4。
以下参照图6至图9描述对各组电描记图排序的益处，其均具有相同格式，右侧用于标识电描记图的数字对应于左窗格中经编号的位置。
回到图2，在最终步骤54中，对经过排序的电描记图进行分析。这可自动完成，也可在操作者的帮助下进行。在任何情况下，电描记图的重新排列使得操作者能够快速地了解传导速度模式，包括感兴趣的电传播的速度和方向，从而用于诊断目的和消融考虑。该方法提供对各种传导模式或激活模式存在与否的直观指示，例如折返周期、多条分散通路等。此外，该方法还能直观地指示激活模式覆盖心动周期的整个持续时间还是只覆盖其一部分。它能够识别和定位局部可重入激活电路，诸如心房纤颤、微折返、局灶性起源和宏折返模式中的转子。
现在参见图5，其为根据本发明的实施方案的分组算法对电描记图进行分组的屏幕显示。一种算法搜索从彼此接近的点获取到的电描记图序列，并且其在LAT中表现为单调增加，在此称为局部激活时间序列模式。当发现这种序列时，电描记图以LAT递增顺序进行关联，例如组65。如果发现了这一模式，则按照LAT的顺序重新排列图形以显示该模式，例如，如窗口67所示。
现在参见图6，在该图中，按电描记图位置进行的排序已识别出了旋转重复激活模式(RAP)，如线69、71所示。
图7显示了按照位置对电描记图进行排列的另一个效果，其中通过样条导管获取电描记图。检测到的沿第一个样条的传播通过朝上箭头73指示，并且沿第二个样条的传播通过朝下箭头75指示。图7显示了局灶性激活曲线。
图8显示了按位置对电描记图进行排列的另一种模式。在电极35的点77处显示从表示局灶性电活动的局灶性重复激活模式(RAP)到表示可重入活动的旋转重复激活模式的转换。图9是图8的修改型式，其中删除了转换期间的激活线。点77现在指示了新激活模式的建立。
本领域技术人员应当理解，本发明并不限于上文中特别示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上文所述各种特征的组合与子组合两者，以及本领域的技术人员在阅读上述说明时可能想到的未在现有技术范围内的变型和修改。

Claims (19)

1.一种方法，包括以下步骤：
将探头插入到活体受检者的心脏中，所述探头具有多个电极；
记录来自所述电极的相应心内电描记图；
为所述电描记图中的每一个建立注释；
在时间窗口内从所述注释中检测速度模式，所述速度模式包括一组所述电描记图及其所述电极的所述注释中单调增加的局部激活时间序列模式，所述组中的每个电极均设置在距离所述组中的至少一个其他电极的预定距离内；以及
显示所述组的所述电描记图。
2.根据权利要求1所述的方法，其中同时记录所述电描记图。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括根据其所述电极的所述探头上的位置对所述组进行排序的步骤。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述模式为可重入激活电路。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述模式为微折返模式。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述模式为局灶性起源模式。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述模式为宏折返模式。
8.根据权利要求1所述的方法，其中显示所述组的所述电描记图包括根据其局部激活时间对所述组进行排序。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤：
在新的时间窗口中检测所述模式的变化；以及
作为对所述变化的响应，重复对所述组进行排序并显示所述电描记图的步骤。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述变化包括电传播方向的变化。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述变化包括电传播速度的变化。
12.一种设备，包括：
探头，所述探头在其远侧部分上具有多个电极；
电路系统，所述电路系统用于在所述探头处于活体受检者的心脏中的位置处时从所述电极记录相应的时变电描记图；
存储器，所述存储器用于存储所述电描记图；
显示器；和
处理器，所述处理器连接到所述存储器并且操作用于执行以下步骤：
从相应的心内电描记图中建立局部激活时间的注释，所述注释定义包括心脏中电传播速度的模式；
在时间窗口内检测速度模式，所述速度模式包括一组所述电描记图及其所述电极的所述注释中单调增加的局部激活时间序列模式，所述组中的每个电极均设置在距离所述组中的至少一个其他电极的预定距离内；以及
在所述显示器上显示所述组的所述电描记图。
13.根据权利要求12所述的设备，其中同时记录所述电描记图。
14.根据权利要求12所述的设备，还包括根据其所述电极的所述探头上的位置对所述组进行排序的步骤。
15.根据权利要求12所述的设备，其中所述模式选自由以下各项组成的组：可重入激活电路、微折返模式、局灶性起源模式和宏折返模式。
16.根据权利要求12所述的设备，其中显示所述组的所述电描记图包括根据其局部激活时间对所述组进行排序。
17.根据权利要求16所述的设备，还包括以下步骤：
在新的时间窗口中检测所述模式的变化；以及
作为对所述变化的响应，重复对所述组进行排序并显示所述电描记图的步骤。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述变化包括电传播方向的变化。
19.根据权利要求17所述的设备，其中所述变化包括电传播速度的变化。
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