CN107835656A - 心肌兴奋补充/可视装置和心肌兴奋检测装置 - Google Patents

心肌兴奋补充/可视装置和心肌兴奋检测装置 Download PDF

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Abstract

提供一种心肌兴奋补充/可视装置，利用该装置将心肌兴奋实时地可视化，以及一种心肌兴奋检测装置，利用该装置能够更准确地检测心肌兴奋的位点。该装置配置有：获取部(2)，该获取部用于获取受试者的心腔内心电图，所述心腔内心电图通过具有多个电极的记录单元记录；处理部(3)，该处理单元用于基于所述心腔内心电图进行用于补充和可视化所述受试者的心肌的兴奋状态的计算；以及显示部(4)，该显示部用于心肌的兴奋状态。处理部(3)具有：第一生成部(11)，该第一生成部(11)用于生成多个心腔内心电图中的每个心腔内心电图生成伪动作电位波形；校正部(13)，该校正部进行用于使包含在动作电位波形中的单位波形的振幅相等的校正；第二生成部(14)，该第二生成部用于由校正的动作电位波形生成时间相位与动作电位波形不同的移位波形；以及第三生成部(16)，该第三生成部用于基于校正的动作电位波形和移位波形制作相图，并且基于相图生成指示受试者的心肌的兴奋状态的可视化数据。显示部(4)基于可视化数据显示受试者的心肌的兴奋状态的变化。

Description

心肌兴奋补充/可视装置和心肌兴奋检测装置
技术领域
本发明涉及一种用于可视化心肌的兴奋状态的心肌兴奋补充/可视装置，并且也涉及一种检测心肌兴奋的心肌兴奋检测装置。
背景技术
一般地，心房纤颤是指心脏的心房痉挛发作并且心脏不能以原始正确方式运作的心律失常。当发生心房纤颤时，血液阻滞在心房中，并且倾向于形成血栓，从而增加脑梗等发生的可能性。
传统地，已知的是，当发生诸如心房纤颤的心律失常时，通过使用心脏导管在导致心律失常的异常部位选择性地应用消融而进行治疗。在治疗中，重要的是正确地识别待进行消融的位置。
例如，JP-T-2013-523344和US 2014/0088395 A1提出一种技术，其中对由心脏导管的电极测量的心腔内心电图进行计算处理，从而制作指示心肌的兴奋状态的可视化数据，并且由可视化数据识别待进行消融的位置。
在现有技术中，在可视化心肌的兴奋状态的计算处理中，对心腔内心电图进行希尔伯特转换。其后，基于希尔伯特转换前的心腔内心电图和希尔伯特转换后的心腔内心电图制作相图(phase portrait)，并且由相图生成可视化数据(phase map)。
然而，在希尔伯特转换中，在一次计算中进行快速傅里叶变换(FFT)和快速傅里叶逆变换(IFFT)，并且因此计算处理的量巨大。此外，为了可视化心肌的兴奋状态的变化，对由附接至心脏导管的多个电极记录的多个心腔内心电图中的每个心腔内心电图的希尔伯特转换的计算处理必须重复进行。因为巨大的计算量，在当前情况下，使用希尔伯特转换的现有技术的应用限于在脱机模式中使用。
在现有技术中，如上所述，对于心脏导管记录的心腔内心电图，难以实时制作可视化数据并且显示这些数据。
因此，本发明的目的是提供一种能够实时补充、可视化和显示心肌的兴奋状态的心肌兴奋补充/可视装置，以及一种能够提高检测心肌的兴奋部位的准确性的心肌兴奋检测装置。
发明内容
为了达到上述目标，本发明的心肌兴奋补充/可视装置包括：获取部，该获取部获取受试者的心腔内心电图，所述心腔内心电图通过具有多个电极的记录单元记录；处理部，该处理部基于所述心腔内心电图进行用于补充和可视化所述受试者的心肌的兴奋状态的计算；以及显示部，该显示部基于所述处理部的输出显示所述受试者的心肌的兴奋状态。在所述心肌兴奋补充/可视装置中，所述处理部包括：第一生成部，该第一生成部相对于所述记录单元的多个电极记录的所述多个心腔内心电图中的每个心腔内心电图生成伪(pseudo)动作电位波形；校正部，该校正部进行用于使包含在所述动作电位波形中的单位波形的振幅相等的校正；第二生成部，该第二生成部相对于所述校正部校正的每个所述动作电位波形生成时间相位与所述动作电位波形不同的移位波形；以及第三生成部，该第三生成部基于所述校正部校正的每个所述动作电位波形和对应于所述动作电位波形的所述移位波形制作相图，并且基于所述相图生成指示所述受试者的心肌的兴奋状态的可视化数据。显示部基于所述可视化数据显示所述受试者的心肌的兴奋状态的变化。
根据该构造，代替希尔伯特转换，由心腔内心电图制作伪动作电位波形和对应的移位波形，由这些波形生成相图，并且生成可视化数据。根据该构造，能够显著地减少用于生成可视化数据的计算量。在制作移位波形之前，对伪动作电位波形进行使单位波形的振幅相等的校正。因此，能够使相图中数据的中心的位置互相对准，并且，即使在不使用希尔伯特转换时，心肌的兴奋状态也能够反映在可视化数据中。根据该构造，如上所述，相比于现有技术，显著地减少了用于生成指示心肌的兴奋状态的可视化数据的计算量。因此，能够相对于由记录单元的记录的心腔内心电图持续地制作可视化数据，并且能够实时显示心肌的兴奋状态。
此外，本发明的心肌兴奋补充/可视化装置包括：获取部，该获取部获取受试者的心腔内心电图，所述心腔内心电图通过具有多个电极的记录单元记录；处理部，该处理部基于所述心腔内心电图进行用于补充和可视化所述受试者的心肌的兴奋状态的计算；显示部，该显示部基于所述处理部的输出显示所述受试者的心肌的兴奋状态；以及储存部，该储存部储存通过计算机模拟预先生成的多个动作电位单位波形。在所述心肌兴奋补充/可视化装置中，所述处理部包括：第一生成部，该第一生成部通过使用所述动作电位单位波形相对于所述记录单元的多个电极记录的所述多个心腔内心电图中的每个心腔内心电图生成伪动作电位波形；第二生成部，该第二生成部相对于每个所述动作电位波形生成时间相位与所述动作电位波形不同的移位波形；以及第三生成部，该第三生成部基于每个所述动作电位波形和对应于所述动作电位波形的所述移位波形制作相图，并且基于所述相图生成指示所述受试者的心肌的兴奋状态的可视化数据。显示部基于可视化数据显示所述受试者的心肌的兴奋状态的变化。
根据该构造，代替希尔伯特转换，由心腔内心电图生成伪动作电位波形和对应的移位波形，由这些波形制作相图，并且生成可视化数据。根据该构造，能够显著地减少用于生成可视化数据的计算量。此外，通过使用计算机模拟预先生成的动作电位单位波形而生成伪动作电位波形。因此，能够抑制由于可能包含在心腔内心电图波形中的远场电位(由于远离所述电极的部分的影响产生的电位)和噪音导致的影响，并且心肌的兴奋状态能够精确地反映在可视化数据中。因此，根据该构造，能够从由记录单元记录的心腔内心电图持续地制作可视化数据，并且能够实时显示心肌的兴奋状态。
此外，本发明的心肌兴奋检测装置包括：获取部，该获取部获取受试者的心腔内心电图，所述心腔内心电图通过具有多个电极的记录单元记录；以及处理部，该处理部基于所述心腔内心电图进行用于补充和可视化所述受试者的心肌的兴奋状态的计算。在心肌兴奋检测装置中，包括：第一生成部，该第一生成部相对于所述记录单元的多个电极记录的所述多个心腔内心电图中的每个心腔内心电图生成伪动作电位波形；第二生成部，该第二生成部相对于每个所述动作电位波形生成时间相位与所述动作电位波形不同的移位波形；第三生成部，该第三生成部基于每个所述动作电位波形和对应于所述动作电位波形的所述移位波形制作相图，并且基于所述相图生成指示所述受试者的心肌的兴奋状态的可视化数据；以及检测部，该检测部从所述可视化数据提取由预定数量的网格构成的第一网格集合，并且，在所述第一网格集合中邻近的网格之间的总色差等于或大于预定值、并且所有预定的颜色包含在中心为第一网格集合并且由数量大于所述第一网格集合中网格数量的网格构造的第二网格集合中的情况下，将所述第一网格集合的中心检测为相位奇点。
根据该构造，代替希尔伯特转换，由心腔内心电图制作伪动作电位波形和对应的移位波形，由这些波形生成相图，并且生成可视化数据。因此，相比于现有技术，能够显著地减少用于生成可视化数据的计算量，并且能够相对于记录单元记录的心腔内心电图持续地制作可视化数据。根据该构造，能够提高指示慢性心房纤颤原因部位(rotor)的中心的相位奇点的检测准确性。
根据本发明的心肌兴奋补充/可视装置，能够可视化并实时显示心肌的兴奋状态，并且根据心肌兴奋检测装置，能够提高心肌的兴奋部位的检测准确性。
附图说明
图1是本发明实施例1的心肌兴奋补充/可视装置的简图。
图2是示出放置在心房中的导管的简图。
图3A是示出电极获取的心腔内心电图波形的实例的模式图，并且图3B是获取的心腔内心电图在网格上的布置的模式图。
图4A是示出生成伪动作电位波形的步骤的视图，并且图4B是示出检测心跳的步骤的视图。
图5A是示出舒张间期和动作电位时程的视图，图5B是示出舒张间期和动作电位时程之间的关系的图表，并且图5C是示出检测心跳的条件的视图。
图6A是示出检测初始心跳的步骤的视图，并且图6B是示出检测第二次和随后的心跳的步骤的视图。
图7是伪动作电位波形在网格上的配置的模式图。
图8A和8B是计算虚拟电极的视图，并且图8C是从周围的电极补充的虚拟电极的动作电位波形的配置的模式图。
图9A是示出校正心跳高度的步骤的视图，并且图9B是动作电位波形在网格上的配置的模式图。
图10A是示出其中相位相对于动作电位波形移位的移位波形的视图，并且图10B是动作电位波形和移位波形在网格上的配置的模式图。
图11A是示出在使用空间内插技术的其他网格上的补充波形的计算的视图，并且图11B是补充动作电位波形和移位波形在网格上的配置的模式图。
图12是示出每个网格中描绘的相图的模式图。
图13A至13C是示出网格中描绘的颜色的视图，图13A是示出描绘中使用的颜色的视图，图13B是其中对每个样本用颜色限定了动作电位波形的部分的视图，并且图13C是示出样本的角度信息的视图。
图14A是其中在每个网格中着色每个样本的模式图，图14B是一个网格中第一至第X个样本已着色的视图，并且图14C是示出第一至第X样本的可视化数据的视图。
图15是示出检测相位奇点的方法的视图。
图16是示出监控屏上显示的可视化数据的实例的视图。
图17A是示出使用希尔伯特转换绘制相图的现有技术方法的视图，并且图17B是示出其中使用移位波形和动作电位波形描绘相图的本发明的方法的视图。
图18是示出可视化数据的比较实例的视图。
图19是示出可视化数据的比较实例的视图。
图20是本发明实施例2的心肌兴奋补充/可视装置的简图。
图21是示出用于生成动作电位波形的动作电位单位波形的视图。
图22是示出由心腔内心电图波形检测心肌兴奋的波形的流程的视图。
图23是示出动作电位单位波形的舒张间期和动作电位时程之间的关系的图表。
图24是示出动作电位单位波形所应用的心腔内心电图波形的视图。
图25是示出动作电位单位波形相对于心腔内心电图波形的显示位置的视图。
图26是基于动作电位单位波形绘制的相图。
附图标记说明
1、100：心肌兴奋补充/可视装置
2：获取部
3、3A：处理部
4：显示部
11、111：第一生成部
12：第一补充部
13：校正部
14：第二生成部
15：第二补充部
16：第三生成部
17：检测部
21：心腔内心电图波形
25：伪动作电位波形
30、35：动作电位波形
40、45：移位波形
50：相图
52：可视化数据
60：第一网格集合
61：第二网格集合
62：相位奇点
110：储存部
120：动作电位单位波形
121：起始点
122：顶点
具体实施方式
以下，将参考附图详细描述实施例的示例。
(实施例1)
如图1所示，实施例1的心肌兴奋补充/可视装置1包括获取部2、处理部3、以及显示部4。例如，心肌兴奋补充/可视装置1作为用于进行导管检查装置的一个功能的装置而使用。
获取部2获取通过具有多个电极的记录单元A(例如心脏导管)记录的受试者的心腔内心电图。
处理部3在通过获取部2获取的心腔内心电图上进行受试者的心肌兴奋状态的可视化的计算。处理部3包括第一生成部11、第一补充部12、校正部13、第二生成部14、第二补充部15、第三生成部16、以及检测部17。
第一生成部11相对于获取部2获取的多个心腔内心电图分别地生成伪动作电位波形。
第一补充部12在心房的心肌中的、插入的心脏导管的电极未放置的位置，即相对于放置的电极中的周围的电极距离大的位置处定义虚拟电极。第一补充部12基于相对于围绕虚拟电极的电极生成的伪动作电位波形，而相对于虚拟电极补充伪动作电位波形。
校正部13进行消除从第一生成部11和第一补充部12输出的伪动作电位波形中包含的噪音成分并且使每次心跳的振幅相等的校正。在下列实施例1的说明中，校正的动作电位波形简称为动作电位波形。
相对于从校正部13输出的每个动作电位波形，第二生成部14生成从动作电位波形在时间相位位移预定时间的移位波形。
相对于其中心脏导管和虚拟电极的电极未放置的位置，即其中每个电极和周围的电极之间的距离大的位置，第二补充部15基于相对于周围的电极生成的动作电位波形和移位波形补充动作电位波形和移位波形。
第三生成部16基于从校正部13输出的动作电位波形、从第二生成部14输出的移位波形、以及从第二补充部15输出的动作电位波形和移位波形制作相图。另外，第三生成部16基于相图计算相位，并且生成指示心肌的兴奋状态的可视化数据。可视化数据是指其中心肌的兴奋电位可视化的地图(map)。在心肌细胞的膜电位中发生电兴奋以导致心脏收缩。兴奋-收缩现象由动作电位激发。动作电位是由流入细胞的Na+产生的除极化和流入或流出的Ca2+或者K+产生的复极化导致的心肌细胞的兴奋反应。
检测部17检测第三生成部16生成的可视化数据中的相位奇点，即房壁纤颤的原因部位。
显示部4基于从处理部3的第三生成部16输出的可视化数据显示受试者的心肌的兴奋状态。显示部4由例如触摸面板型的液晶监控屏构成。
接着，将参考图2至16描述心肌兴奋补充/可视装置1的操作。
如图2所示，首先，具有多个电极B的心脏导管A插入并放置在受试者的心房中。
如图3A所示，通过心脏导管A的电极B记录多个(在实例中，十个)心腔内心电图波形21a至21j(以下，在一般地指代心腔内心电图波形时使用“心腔内心电图波形21”)。通过获取部2获取记录的心腔内心电图波形21。
如图3B所示，第一生成部11示出其中心脏导管A放置的心房中的预定区域作为矩形地图22等，并且将地图22划分为多个网格23。在图3B的模式图中，为了便于描述，示出7×7＝49个网格，但实际上地图分隔为数万个以上的网格。根据心脏导管A放置在心房中的位置，电极B的位置在地图中对应的网格上示出，并且心腔内心电图波形21a至21j分别配置于网格23上。
如图4A所示，第一生成部11对每个心腔内心电图波形21进行整流以制作整流波形24。另外，第一生成部11进行整流波形24的移动平均以制作伪动作电位波形25。
此外，如图4B所示，第一生成部11基于伪动作电位波形25和心腔内心电图波形21检测伪动作电位波形25中指示心肌舒张的心跳的候选项(候选心跳)28。具体地，第一生成部11首先在伪动作电位波形25中检测凸部26，在各个凸部26中，在每个凸部26前后37msec(稍后参考图5A和5B描述)的时间段内不存在更大部分。然后，第一生成部11在心腔内心电图波形21中检测心跳27，心跳27与各个凸部26中同相位，并且满足预定条件(稍后参考图5C描述)。在凸部26包含满足预定条件心跳27的情况下，第一生成部11将凸部26检测为指示心肌的舒张的候选心跳28。在图4B中，检测到四个候选心跳28。
图5A示出心肌的动作电位波形中包含的单位波形的理想模型。在图5A中，术语动作电位时程(APD)是指从心肌的动作电位的除极相开始到复极相结束的时间段，并且对应于心肌的不应期。术语舒张间期(DI)是指从APD结束至下一个APD开始的时间段，并且对应于心肌兴奋时的静止期。APD和DI的总时间段称为周期长度(CL)。通过如图5B的图表所示的计算机模拟预先获得单位波形的理想模型中DI和APD之间的关系。如图表所示，上述37msec的时间段是参考最短的APD而确定的。如图5C所示，心跳27的上述预定条件设定为心跳27的横向宽度w等于或小于预设值，并且纵向宽度h等于或大于预设值。
然后，如图6A所示，第一生成部11互相比较从初始候选心跳28a起最短的CL中存在的所有候选心跳(候选心跳28a、28b)的峰高度。第一生成部11将具有最高峰的候选心跳28a检测为第一心跳(单位波形的示例)29A。根据图5B的图表，最短的CL是通过用最短的APD的37msec加上最短的DI的80msec而获得的117msec。
然后，如图6B所示，第一生成部11互相比较从图6A中互相比较的候选心跳28a、28b之后的候选心跳28c起最短的CL中存在的所有候选心跳(在实施例中，候选心跳28c、28d)的峰高度。第一生成部11将具有最高峰的候选心跳28d检测为第二心跳(单位波形的示例)29B。相同或相似地，第一生成部11从基于心腔内心电图波形21a至21j制作的伪动作电位波形25a至25j中分别地检测心跳。
将检测出心跳29A、29B等的伪动作电位波形25a至25j放置于网格23上(见图7)。
然后，第一补充部12基于图7所示的放置在地图22中的伪动作电位波形25a至25j的位置在未放置伪动作电位波形25的位点定义虚拟电极。如图8A和8B所示，基于多个(在实例中，四个)周围的电极限定各个虚拟电极。在图8A中，基于电极8a至8d的位置数据设定虚拟电极8e的位置。在图8B中，基于虚拟电极8e和电极8a、8b、8f设定另一个虚拟电极8g的位置。第一补充部12通过使用相同或者相似的技术设定虚拟电极8i、8k、8m的位置。
第一补充部12基于相对于周围的电极生成的伪动作电位波形，相对于限定的虚拟电极8e、8g、8i、8k、8m等补充伪动作电位波形25。例如，补充的伪动作电位波形25k在布置虚拟电极的位置处放置于网格23上(见图8C)。
然后，如图9A所示，校正部13根据伪动作电位波形25制作动作电位波形30。具体地，校正部13首先将最短的APD(37msec)施加于伪动作电位波形25的第一心跳29A。然后，获得第一心跳29A的峰与第二心跳29B的峰之间的CL。从CL减去最短的APD以获得DI的值(DI＝CL-最短的APD)。然后，由图5B的图表获得对应于所获得的DI的值的APD的值。获得的APD的值是第二心跳29B的APD2的值。类似地，获得第三和随后的心跳29的APD的值。
然后，校正部13将心跳29A、29B等乘以校正系数，从而校正心跳的高度(振幅)以使高度相等。用常数除以心跳29A、29B等的高度而获得校正系数(校正系数＝常数/心跳29的峰高度)。校正部13通过校正去除伪动作电位波形25中心跳29A、29B等之外的其他候选心跳，诸如候选心跳28b、28c等。结果，相对于伪动作电位波形25分别地制作具有相等的高度H的心跳31A、31B等的动作电位波形30。校正的动作电位波形30a至30k在电极和虚拟电极布置的位点处放置于网格23上(见图9B)。
然后，第二生成部14计算动作电位波形30中心跳31A、31B等的平均APD，并且生成如图10A所示的从动作电位波形30在时间相位位移平均APD的1/4的移位波形40。动作电位波形30a至30k和移位波形40a至40k在电极和虚拟电极布置的位点处放置于网格23上(见图10B)。时间相位的移位可以为N+(1/4)(N为0或者正整数)。
然后，第二补充部15向其中动作电位波形30和移位波形40未放置于地图22的网格23(见图10B)中补充虚拟动作电位波形35和虚拟移位波形45。第二补充部15通过使用图11A所示的空间内插技术根据周围的动作电位波形30和移位波形40的数据计算动作电位波形35和移位波形45的数据。在图11A中，V1至V3指示在电极和虚拟电极的网格23中动作电位波形30和移位波形40的数据，并且V4至V7指示动作电位波形35和移位波形45的数据。箭头指示放置或待放置数据V1至V7的网格中相邻网格之间的距离。作为示例，网格之间的距离被指定为1。根据与待放置动作电位波形35和移位波形45的网格相邻的两个网格的动作电位波形30和移位波形40的数据，通过使用空间内插技术、两个网格的数据、以及两个网格之间的距离，根据预定的计算式计算动作电位波形35和移位波形45的数据。例如，由V1和V2的数据、V1和V4之间的距离m、和V2和V4之间的距离1-m计算V4的动作电位波形35和移位波形45。由如上所述计算的V6以及其中放置动作电位波形30和移位波形40的网格的数据V1计算V7。如上所述计算的动作电位波形35和移位波形45置于其中进行补充(interpolation)的网格23中(见图11B)。
然后，为了获得其中放置了动作电位波形30、35和移位波形40、45的网格23中动作电位的状态，第三生成部16基于各个动作电位波形30、35和移位波形40、45制作如图12所示的相图50。能够通过将动作电位波形和移位波形的电位改写为二维的来制作相图。
为了用颜色表示动作电位的状态，第三生成部16用颜色着色网格23。针对各个制作的相图的样本确定网格23的颜色。第三生成部16使用图13A所示的多种颜色(在实例中，16种颜色)描绘网格23。例如，第三生成部16定义颜色，使得在动作电位波形30、35的单位波形中，用暖色绘制动作电位部分，并且用冷色绘制静息膜部分(见图13B)。颜色限定为使得，在动作电位的时间变化快的区域C中，邻近的样本51之间的颜色变化小，并且，在时间变化慢的区域D中，颜色变化大。如图13C所示，第三生成部16获得各个样本51的从用二维形式替代地显示的相图的中心部分的角度信息，并且用16种颜色中的一种表示动作电位的状态。
如图14A和14B所示，第三生成部16用针对网格23中各个样本确定的颜色持续地着色网格23。当在各个网格23持续地涂绘第一至第X样本的颜色时，生成如图14C所示的连续的可视化数据52。
然后，如图15所示，检测部17从地图22提取由预定数量(在实例中，3×3)的网格23构成的第一网格集合60。检测部17进一步提取中心为第一网格集合60并且由数量(在实例中，9×9)比第一网格集合60的数量大的网格23构成的第二网格集合61。检测部17计算第一网格集合60中邻近的网格(网格A至网格H)之间的总色差是否等于或大于预定值。具体地，计算(A和B之间的色差)+(B和C之间的色差)+……+(H和A之间的色差)。检测部17进一步计算是否所有16种颜色都包括在第二网格集合61中。当两种条件都满足时，检测部17将第一网格集合60的中心检测为相位奇点62。
在显示部4的屏幕上，可视化数据以时序方式持续地显示，从而作为活动图像示出，由此实时显示受试者的心肌的兴奋状态的变化方式，如图16所示。
在未从心脏导管A的电极B中的一个获得具有足以用于分析的心跳信息的波形的情况下，可以在可视化数据绘制中省略与电极B关联的网格23，以保持可视化数据的准确性。在此情况下，可以基于周期长度值确定心跳信息是否充分。
作为心肌兴奋状态可视化的计算过程，存在希尔伯特转换。如图17A所示，传统上，基于从受试者记录的心腔内心电图(希尔伯特转换前的波形)和希尔伯特转换后的波形制作相图，并且由所述相图制作可视化数据。然而，在希尔伯特转换中，进行了FFT和IFFT，并且因此计算处理的量巨大。因此，计算处理花费很长时间，并且难以实时显示心肌的兴奋状态。在希尔伯特转换中，进行了FFT和IFFT，并且因此待分析的数据量被限制为数据量的2次幂。因此，数据分析范围指定的自由度低，并且存在分析范围不能确实地指定的情况。此外，在希尔伯特转换中，希尔伯特转换后的波形中心肌兴奋平静的部分不能表达(见图17A中左下的图片)。即，不能适当地指示波形的后表面，并且波形的后表面不同于实际的心脏电生理现象。因此，在基于希尔伯特转换可视化的数据重制为活动图像的情况下，不能进行正确的表达。
相比之下，根据实施例的心肌兴奋补充/可视装置1，如上所述地，基于动作电位波形30、35和移位波形40、45制作相图50(见图17B)。能够通过对心腔内心电图波形21进行计算量小的诸如相图位移的处理，生成动作电位波形30、35和移位波形40、45。因此，与希尔伯特转换不的，不需要进行FFT和IFFT，并且能够显著地抑制用于生成可视化数据52的计算的量。
此外，由于如上所述地基于动作电位波形30、35和移位波形40、45制作了可视化数据，与希尔伯特转换不同，不需要进行FFT和IFFT。因此，待分析的数据量不受限制，数据分析范围指定的自由度高，并且分析范围能够确实地指定。
在各个动作电位波形30、35和移位波形40、45中，兴奋静止的部分在波形的后表面指示，并且基于两种波形制作相图50(见图17B)，并且由相图制作可视化数据。因此，在将可视化数据重制为活动图像的情况下，正确地表现兴奋平静的过程。
在基于动作电位波形30、35生成移位波形40、45之前，对伪动作电位波形25进行使心跳29A、29B振幅相等的校正。因此，能够使相图50中样本51中心的位置互相对准，并且即使在不使用希尔伯特转换时，心肌的兴奋状态也能够反映在可视化数据中。
此外，在待提取包含伪动作电位波形25中的单位波形(心跳29A、29B)的情况下，使用单位波形的理想模型中的最短的CL，并且因此能够正确地提取单位波形。
此外，基于单位波形的理想模型在DI和APD的关系设定动作电位波形30的DI和APD。因此，能够消除由于可能包含在心腔内心电图波形21中的远场电位(由于远离电极的部分的兴奋产生的电位)和噪音的影响。
对于虚拟电极的伪动作电位波形25k，与常用电极的伪动作电位波形25相似地进行心跳高度的校正以及时间相位移位的处理。相比之下，相对于其中未放置电极和虚拟电极的位置，通过空间内插技术补充虚拟动作电位波形35和虚拟移位波形45。与在其中补充的数量小的虚拟电极的各个位置处进行处理的计算量相比，在未放置电极和虚拟电极每个位置处进行的处理的计算量能够减少，由此能够平衡两个处理的计算量和补充数据的准确性，并且即使在未放置电极和虚拟电极两者的位置的数量增加时，也能够抑制总的计算量。
在动作电位波形30、35中相对于经过的时间的相位变化大的区域C中，使样本51之间的颜色变化小。因此，即使在电极之间的距离大的部分中通过使用空间内插技术显示可视化数据时，也能够平顺地绘制等时线。
在动作电位波形30、35中，用暖色动作电位限定超过相图的中心的部分，并且动作电位低于中心的部分用冷色限定。因此，观看监控屏4的观察者能够容易地观察心肌的兴奋状态的变化。
除了第一网格集合60，还使用第二网格集合61。因此，能够提高检测指示心房纤颤的原因部位的相位奇点62的准确性。
这样，在将心肌的兴奋状态反映至可视化数据的同时，相比于现有技术，能够显著地减少用于生成可视化数据的计算量。因此，能够相对于由心脏导管A记录的心腔内心电图21持续地制作可视化数据，并且能够实时显示心肌的兴奋状态。此外，由于不使用希尔伯特转换，能够确实地指定分析范围。
接着，图18和19示出可视化数据的比较样本1至6。
在样本1中，当相比于模型数据，在靠近模型数据旋转中心的位置处正确地表示本发明中可视化数据的旋转中心(由相位奇点指示的原因部位)的位置(星形符号71)。相比之下，在其中使用希尔伯特转换的现有技术中的可视化数据中，出现噪音的影响，并且旋转中心的位置不正确。
在样本2中，本发明中的可视化数据和通过希尔伯特转换获得的可视化数据两者正确地指示各个旋转中心(星形符号73、74)。
在样本3中，在通过希尔伯特转换获得的可视化数据中强烈地出现噪音的影响，并且未正确指示旋转中心(星形符号75)。相比之下，本发明的可视化数据在靠近模型数据的位置的位置处指示旋转中心。
在样本4中，本发明的可视化数据比希尔伯特转换的示例更清楚地指示冷色和暖色之间的边界(在图中，边界由虚线包围)。
在样本5中，本发明的可视化数据比希尔伯特转换的示例更正确地指示冷色和暖色之间的边界。在希尔伯特转换获得的可视化数据中，噪音的影响出现在整个区域中，并且也不能认为清楚地指示了兴奋间隔的宽度。
在样本6中，由于通过希尔伯特转换获得的可视化数据中噪音的影响导致出现来不存在的旋转中心(星形符号76)，然而该噪音的影响在本发明中没有特别地出现。
(实施例2)
接着，将描述实施例2。以下，用相同的附图标记标识与实施例1的构件相同的构件，并且省略其描述。
如图20所示，实施例2的心肌兴奋补充/可视装置100包括获取部2、处理部3A、储存部110、以及显示部4。处理部3A包括第一生成部111、第一补充部12、第二生成部14、第二补充部15、第三生成部16、以及检测部17。
储存部110储存例如如图21所示的预先生成的多个动作电位单位波形120。动作电位单位波形120是在计算机模拟导出的结构重构下对人心房肌的动作电位波形应用时间的移动平均处理而获得的。结构重构是指在心房肌的病理条件中出现的解剖组织学变化。与心肌的动作电位波形中包含的单位波形的理想模型(见图5A)相比，在每个动作电位单位波形120中，从起始点121向顶点122的上升是更温和的(上升角θ更小)。储存部110连接至第一生成部111。
第一生成部111通过使用动作电位单位波形120相对于获取部2获取的多个心腔内心电图中的每个心腔内心电图生成伪动作电位波形25。在下列实施例2的说明中，伪动作电位波形25简称为动作电位波形25。
相对于从第一生成部111和第一补充部12输出的每个动作电位波形，第二生成部14生成从动作电位波形在时间相位位移预定时间的移位波形。
第三生成部16基于从第一生成部111和第一补充部12输出的动作电位波形、从第二生成部14输出的移位波形、以及从第二补充部15输出的动作电位波形和移位波形制作相图。另外，第三生成部16基于相图计算相位，并且生成指示心肌的兴奋状态的可视化数据(相位地图)。
以与上述实施例1中各个部相同或者相似的方式构造获取部2、第一补充部12、第二补充部15、检测部17、以及显示部4。
接着，将描述心肌兴奋补充/可视装置100的操作。
与上述实施例1中图3B之前及包括在图3B的描述中相似地进行操作，直到将由心脏导管A记录的心腔内心电图波形21a至21j分别地放置于网格23上。
其后，相对于记录的心腔内心电图波形21a至21j，第一生成部11通过使用动作电位单位波形120生成动作电位波形25。
为了产生动作电位波形25，例如，如图22所示，第一生成部11首先从记录的心腔内心电图波形21检测满足预定条件的心跳作为心肌兴奋的候选波形。具体地，检测满足例如横向宽度w为10msec以下并且纵向宽度h为0.1mV以上的条件的心跳(对于横向宽度w和纵向宽度h，见图5C)。在图22所示的心腔内心电图波形21的情况下，作为满足条件的心跳，将虚线矩形131至137中包含的七个心跳检测为心肌兴奋的候选波形。
然后，第一生成部11从检测的心肌兴奋的候选波形进一步检测满足预定条件的心跳作为心肌兴奋的波形。特别地，参考心肌兴奋的候选波形，第一生成部11将检索到另一个心肌兴奋的候选波形的时间设定为检索时间段，并且将未检索到另一个心肌兴奋的候选波形的时间设定为检索排除时间段。在此情况下，检索时间段(例如，49msec)设定为比检索排除时间段(例如，50msec)短的时间段。
如图22所示，第一生成部11首先在心腔内心电图波形21中将包含在虚线矩形131中的心跳检测为心肌兴奋的候选波形。第一生成部11检索所检测的心肌兴奋的候选波形的峰(圆形符号131a)和检索时间段(49msec)过后的正方形符号131b之间是否存在另一个心肌兴奋的候选波形(虚线矩形中包含的波形)。在实例中，检索时间段中不存在另一个心肌兴奋的候选波形。因此，在实例中，将包含在虚线矩形131中的心跳检测为初始心肌兴奋的波形。第一生成部11将所检测的心肌兴奋的波形的峰(圆形符号131a)和50msec过后的三角符号131c之间的时间段设定为未检测到另一个心肌兴奋的候选波形的检测排除时间段。
检测排除时间段之后(三角符号131c之后且包括三角符号131c)，第一生成部11将包含在虚线矩形132中的心跳检测为下一个心肌兴奋的候选波形。与上述检索相似地，第一生成部11检索所检测的心肌兴奋的候选波形的峰(圆形符号132a)和检索时间段过后的正方形符号132b之间是否存在另一个心肌兴奋的候选波形。在实例的情况下，将包含在虚线矩形133中的心跳检测为另一个心肌兴奋的候选波形。第一生成部11互相比较两个检测的心肌兴奋的候选波形(虚线矩形132、133中包含的心跳)的振幅(P-P值)，并且将具有较大振幅的候选波形检测为心肌兴奋的波形。在实例中，将包含在虚线矩形133中的心跳检测为心肌兴奋的波形。以与上文相似的方式，第一生成部11将所检测的心肌兴奋的波形的峰(圆形符号133a)和50msec过后的三角符号133c之间的时间段设定检测排除时间段。从用于生成动作电位波形25的波形中去除未检测为心肌兴奋的波形的虚线矩形132中的心跳。
当重复上述检测过程时，在图22所示的心腔内心电图波形21中，将包含在虚线矩形131、133、134、136、137中的心跳检测为心肌兴奋的波形。
然后，第一生成部11检测所检测的心肌兴奋的波形之间(单位波形之间)的时间间隔。具体地，检测虚线矩形131中包含的心跳的峰(圆形符号131a)与虚线矩形133中包含的心跳的峰(圆形符号133a)之间的时间间隔T1。类似地，检测圆形符号133a和圆形符号134a之间的时间间隔T2、圆形符号134a和圆形符号136a之间的时间间隔T3、以及圆形符号136a和圆形符号137a之间的时间间隔T4。
当待通过使用动作电位单位波形120生成动作电位波形25时，在所检测的心肌兴奋的波形之间的时间间隔T1至T4分别对应于待生成的动作电位波形25中包含的单位波形(以下称作单位动作电位波形)CL1至CL4的假设下进行计算。
第一生成部11将图23的图表所示的最短的APD(41msec)应用为相对于初始心肌兴奋的波形(虚线矩形131中包含的心跳)生成的单位动作电位波形的APD值。第一生成部11从CL1减去最短的APD以获得DI1的值(DI1＝CL1-最短的APD)，并且相对于获得的DI1的值从图23的图表获得APD的值。获得的APD的值是相对于第二心肌兴奋的波形(虚线矩形133中包含的心跳)生成的单位动作电位波形的APD2的值。
类似地，获得相对于第三和随后的心肌兴奋的波形生成的单位动作电位波形的APD(APD3、APD4等)的值。
然后，基于获得的APD的值，第一生成部11从图21所示的动作电位单位波形120中选择待使用于制作动作电位波形25的动作电位单位波形。具体地，在图21的每个动作电位单位波形120中，将指示-53mV两点之间(例如，t1和t2之间)的时间间隔设定为动作电位单位波形120的APD的值，并且依次选择具有接近如此获得的APD(APD1、APD2)的值的APD的值的动作电位单位波形120。
选择的动作电位单位波形120对应于图24所示的心腔内心电图波形21显示为用于生成动作电位波形25的波形。每个动作电位单位波形120相对于心腔内心电图波形21的显示位置如图25所示。当例如对心腔内心电图波形21进行整流以制作整流波形24，并且对整流波形24应用移动平均处理以制作动作电位波形25时，动作电位波形25的峰25P的时间相位是动作电位单位波形120的起始点121的位置。
类似地，第一生成部11相对于心腔内心电图波形21a至21j生成动作电位波形25a至25j。
然后，以与上述实施例1相似的方式，第一补充部12设定虚拟电极的位置，并且相对于设定的虚拟电极补充动作电位波形25k等。
在实施例2中，使用动作电位单位波形，并且因此不进行如实施例1中的通过校正部使动作电位波形的振幅相等的校正。
然后，第二生成部14计算单位动作电位波形的APD(APD3、APD4等)的值的平均APD，并且，与上述实施例1相似地，生成移位波形40a至40k。在布置电极和虚拟电极的位置处将动作电位波形25a至25k和移位波形40a至40k分别放置于网格23上(见图10B)。
在下列步骤中，在第二补充部15、第三生成部16、检测部17、以及显示部4中进行的处理操作与上述实施例1中的相似。
与实施例1相似地，根据上述心肌兴奋补充/可视装置100，基于动作电位波形和移位波形制作相图50A(见图26)和可视化数据，并且因此能够显著地抑制计算量。通过使用由计算机模拟预先生成的动作电位单位波形120而生成伪动作电位波形25。因此，能够抑制由于可能包含在心腔内心电图波形21中的远场电位和噪音导致的影响，并且心肌的兴奋状态能够精确地反映在可视化数据中。根据该构造，能够从由心脏导管A记录的心腔内心电图21持续地制作可视化数据，并且能够精确地实时显示心肌的兴奋状态。
此外，基于包含在心肌的动作电位波形中的单位波形的理想模型中DI和APD的关系选择用于生成动作电位波形25的动作电位单位波形120。因此，能够进一步抑制由于可能包含在心腔内心电图波形21中的远场电位和噪音导致的影响，并且心肌的兴奋状态能够精确地反映在可视化数据中。
此外，预先制作的动作电位单位波形120的峰的位置的时间相位互相一致。因此，即使在不进行使动作电位单位波形的高度相等的校正处理时，在制作相图50A的情况下也能够容易地确定中心的位置。由此，能够使相图50A中样本51的中心的位置互相对准，并且，即使在不使用希尔伯特转换时，心肌的兴奋状态也能够精确地反映在可视化数据中。
此外，通过在计算机模拟导出的结构重构下对人心房肌的动作电位波形应用移动平均处理而获得的波形的使用，能够防止来自相图50A的中心部分的各个样本51的角度信息偏移。因此，在连续地制作可视化数据并且实时显示心肌的兴奋状态时，能够防止兴奋状态立即变化，并且能够平顺并持续地转变，使得能够容易地观察心肌的兴奋状态的变化。
此外，对于诸如不需要进行FFT和IFFT的优点、动作电位波形的后表面中兴奋静止的部分的指示、等时线的绘制、相图颜色的限定以及相位奇点的检测，该实施例实现了与实施例1相似的效果。
本发明不限于上述实施例，并且可以适当地进行修改、改进等。此外，只要能够实现本发明，上述实施例的构件的材料、形状、尺寸、数值、形式、数量、放置位置等是任意的并且不受限制。
虽然上述实施例具有使得能够基于可视化数据观察兴奋状态的变化的显示部4，但是可以采用例如具有不具有显示部(显示功能)并且仅具有检测相位奇点的检测部(检测功能)的构造的装置，诸如心肌兴奋检测装置。
虽然已经参考其具体实施例详细地描述了本发明，但对本领域技术人员显而易见的是能够在不背离本发明的精神和范围的情况下进行各种变化或修改。
本申请基于2015年3月30日提交的日本专利申请No.2015-70249，该公开通过引用并入本申请。

Claims (15)

1.一种心肌兴奋补充/可视装置，包括：
获取部，该获取部获取受试者的心腔内心电图，所述心腔内心电图通过具有多个电极的记录单元记录；
处理部，该处理部基于所述心腔内心电图进行用于补充和可视化所述受试者的心肌的兴奋状态的计算；以及
显示部，该显示部基于所述处理部的输出显示所述受试者的心肌的兴奋状态，
其中所述处理部包括：
第一生成部，该第一生成部相对于所述记录单元的多个电极记录的所述多个心腔内心电图中的每个心腔内心电图生成伪动作电位波形；
校正部，该校正部进行用于使包含在所述动作电位波形中的单位波形的振幅相等的校正；
第二生成部，该第二生成部相对于所述校正部校正的每个所述动作电位波形生成时间相位与所述动作电位波形不同的移位波形；以及
第三生成部，该第三生成部基于所述校正部校正的每个所述动作电位波形和对应于所述动作电位波形的所述移位波形制作相图，并且基于所述相图生成指示所述受试者的心肌的兴奋状态的可视化数据，并且
所述显示部基于所述可视化数据显示所述受试者的心肌的兴奋状态的变化。
2.根据权利要求1所述的心肌兴奋补充/可视装置，其中所述移位波形是时间相位与所述动作电位波形相差平均动作电位时程(APD)的N+(1/4)的波形，并且
N为0或者正整数。
3.根据权利要求1或2所述的心肌兴奋补充/可视装置，其中，当待生成所述伪动作电位波形时，所述第一生成部通过使用最短的周期长度(CL)检测所述伪动作电位波形中的单位波形，所述最短的周期长度(CL)是所述心肌的动作电位波形中包含的单位波形的理想模型中的最短的舒张间期(DI)和最短的动作电位时程(APD)相加获得的。
4.根据权利要求1到3任一项所述的心肌兴奋补充/可视装置，其中所述校正部基于所述心肌的动作电位波形中包含的单位波形的理想模型中的舒张间期(DI)和动作电位时程(APD)之间的关系进行所述校正。
5.根据权利要求1到4任一项所述的心肌兴奋补充/可视装置，其中
所述处理部包括：
第一补充部，该第一补充部在所述受试者的心肌中的未放置所述记录单元的电极的位置处限定虚拟电极，并且基于相对于围绕所述虚拟电极的电极生成的动作电位波形而相对于所述虚拟电极补充伪动作电位波形；以及
第二补充部，该第二补充部通过相对于所述受试者的心肌中的所述记录单元的电极和所述虚拟电极未放置的位置使用空间内插技术而补充所述伪动作电位波形和所述移位波形。
6.根据权利要求1到5任一项所述的心肌兴奋补充/可视装置，其中，在基于所述相图生成指示所述受试者的心肌的兴奋状态的可视化数据时，在所述动作电位波形中包含的单位波形中，所述第三生成部用暖色限定所述动作电位超过所述相图中心的部分，并且用冷色限定所述动作电位低于所述中心的部分。
7.根据权利要求1到6任一项所述的心肌兴奋补充/可视装置，其中所述处理部具有检测部，该检测部从所述可视化数据提取由预定数量的网格构成的第一网格集合，并且，在所述第一网格集合中邻近的网格之间的总色差等于或大于预定值、并且所有预定的颜色包含在中心为第一网格集合并且由数量大于所述第一网格集合中网格数量的网格构造的第二网格集合中的情况下，将所述第一网格集合的中心检测为相位奇点。
8.一种心肌兴奋补充/可视装置，包括：
获取部，该获取部获取受试者的心腔内心电图，所述心腔内心电图通过具有多个电极的记录单元记录；
处理部，该处理部基于所述心腔内心电图进行用于补充和可视化所述受试者的心肌的兴奋状态的计算；
显示部，该显示部基于所述处理部的输出显示所述受试者的心肌的兴奋状态；以及
储存部，该储存部储存通过计算机模拟预先生成的多个动作电位单位波形，
其中所述处理部包括：
第一生成部，该第一生成部通过使用所述动作电位单位波形相对于所述记录单元的多个电极记录的所述多个心腔内心电图中的每个心腔内心电图生成伪动作电位波形；
第二生成部，该第二生成部相对于每个所述动作电位波形生成时间相位与所述动作电位波形不同的移位波形；以及
第三生成部，该第三生成部基于每个所述动作电位波形和对应于所述动作电位波形的所述移位波形制作相图，并且基于所述相图生成指示所述受试者的心肌的兴奋状态的可视化数据，并且
所述显示部基于所述可视化数据显示所述受试者的心肌的兴奋状态的变化。
9.根据权利要求8所述的心肌兴奋补充/可视装置，其中所述移位波形是时间相位与所述动作电位波形相差平均动作电位时程(APD)的N+(1/4)的波形，并且
N为0或者正整数。
10.根据权利要求8或9所述的心肌兴奋补充/可视装置，其中所述第一生成部检测心腔内心电图中包含的所述单位波形之间的时间间隔，并且基于所述心肌的动作电位波形中包含的单位波形的理想模型中的舒张间期(DI)和动作电位时程(APD)之间的关系，依次选择用于所述伪动作电位波形的制作的动作电位单位波形。
11.根据权利要求8到10任一项所述的心肌兴奋补充/可视装置，其中
所述处理部包括：
第一补充部，该第一补充部在所述受试者的心肌中的未放置所述记录单元的电极的位置处限定虚拟电极，并且基于相对于围绕所述虚拟电极的电极生成的动作电位波形而相对于所述虚拟电极补充伪动作电位波形；以及
第二补充部，该第二补充部通过相对于所述受试者的心肌中的所述记录单元的电极和所述虚拟电极未放置的位置使用空间内插技术而补充所述伪动作电位波形和所述移位波形。
12.根据权利要求8到11任一项所述的心肌兴奋补充/可视装置，其中，在基于所述相图生成指示所述受试者的心肌的兴奋状态的可视化数据时，在所述动作电位波形中包含的动作电位单位波形中，所述第三生成部用暖色限定所述动作电位超过所述相图中心的部分，并且用冷色限定所述动作电位低于所述中心的部分。
13.根据权利要求8到12任一项所述的心肌兴奋补充/可视装置，其中所述处理部具有检测部，该检测部从所述可视化数据提取由预定数量的网格构成的第一网格集合，并且，在所述第一网格集合中邻近的网格之间的总色差等于或大于预定值、并且所有预定的颜色包含在中心为第一网格集合并且由数量大于所述第一网格集合中网格数量的网格构造的第二网格集合中的情况下，将所述第一网格集合的中心检测为相位奇点。
14.根据权利要求8到13任一项所述的心肌兴奋补充/可视装置，其中，与所述心肌的所述动作电位波形中包含的单位波形的理想模型相比，在每个所述动作电位单位波形中，从起始点向顶点的上升是更温和的。
15.一种心肌兴奋检测装置，包括：
获取部，该获取部获取受试者的心腔内心电图，所述心腔内心电图通过具有多个电极的记录单元记录；以及
处理部，该处理部基于所述心腔内心电图进行用于补充和可视化所述受试者的心肌的兴奋状态的计算，
其中所述处理部包括：
第一生成部，该第一生成部相对于所述记录单元的多个电极记录的所述多个心腔内心电图中的每个心腔内心电图生成伪动作电位波形；
第二生成部，该第二生成部相对于每个所述动作电位波形生成时间相位与所述动作电位波形不同的移位波形；
第三生成部，该第三生成部基于每个所述动作电位波形和对应于所述动作电位波形的所述移位波形制作相图，并且基于所述相图生成指示所述受试者的心肌的兴奋状态的可视化数据；以及
检测部，该检测部从所述可视化数据提取由预定数量的网格构成的第一网格集合，并且，在所述第一网格集合中邻近的网格之间的总色差等于或大于预定值、并且所有预定的颜色包含在中心为第一网格集合并且由数量大于所述第一网格集合中网格数量的网格构造的第二网格集合中的情况下，将所述第一网格集合的中心检测为相位奇点。
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