CN108171779A - 更新电解剖图 - Google Patents

Abstract

本发明题为“更新电解剖图”。本发明所描述的实施方案包括用于更新包含多个顶点的网格的系统，该网格表示心脏的表面。系统包括电接口和处理器。处理器被配置成在网格上定义多个采样点，使得采样点的密度大于顶点的密度；通过电接口接收来自导管的多个信号，所述信号指示表面上的多个位置中的每个位置的电特性；以及对于所述位置中的每个位置，根据电特性通过以下步骤来更新网格：识别距位置的最近采样点，随后在网格的最近采样点位于其中的部分中识别距所述位置的最近点，以及随后使最近点与位置的电特性相关联。

Description

更新电解剖图

技术领域

本发明涉及三维表面诸如解剖表面的计算机模型及其可视化。

背景技术

三维表面通常在计算机存储器中由邻接的面片诸如三角形面片的集合来表示。此类表示可被称为“细分曲面”或“网格”。

心脏的特定区域的“局部激活时间”(LAT)为电传导的波前经过该区域时的时间。局部激活时间通常由特定参考时间测得，例如，体表心电图(ECG)记录的QRS波群中的特定时间点。

发明内容

根据本发明的一些实施方案，提供了一种用于更新包含多个顶点的网格的系统，所述网格表示心脏的表面的电解剖图。所述系统包括电接口和处理器。处理器被配置成在网格上定义多个采样点，使得采样点的密度大于顶点的密度，以及通过电接口接收来自体内导管的多个信号，该信号指示心脏的表面上的多个位置中的每个位置的电特性。处理器还被配置成对于所述位置中的每个特定位置，根据电特性通过以下步骤来更新网格：识别采样点中的最近的采样点，该最近的采样点相对于采样点中的其他采样点对应于距所述特定位置最近的位置；随后，在网格的采样点中的最近的采样点位于其中的部分中，识别最近点，该最近点相对于网格的部分中的其他点对应于距所述特定位置最近的位置；以及随后，使最近点与所述特定位置的电特性相关联。

在一些实施方案中，处理器被配置成通过对网格均匀地采样来定义采样点。

在一些实施方案中，处理器被配置成通过对整个网格采样来定义采样点。

在一些实施方案中，处理器还被配置成以空间分割数据结构来组织采样点，并且处理器被配置成通过查询空间分割数据结构来识别采样点中的最近的采样点。

在一些实施方案中，网格的部分由最近采样点位于其中的面片以及围绕最近采样点位于其中的面片的多个相邻面片构成。

在一些实施方案中，相邻面片包含网格中的每个面片，所述每个面片与最近采样点位于其中的面片共享至少一个顶点。

在一些实施方案中，处理器被配置成通过将网格的包含最近点的面片划分成共享位于最近点处的顶点的多个面片来更新所述网格。

在一些实施方案中，处理器被配置成通过根据电特性对网格进行重新着色来更新网格。

在一些实施方案中，处理器被配置成在不改变网格的拓扑结构的情况下更新网格。

在一些实施方案中，处理器被配置成通过计算特定位置与对应于网格的部分中的相应面片的每个平面之间的距离来识别最近点。

根据本发明的一些实施方案，还提供了一种用于更新包含多个顶点的网格的方法，网格表示心脏的表面的电解剖图。该方法包括利用处理器在网格上定义多个采样点，使得采样点的密度大于顶点的密度，以及接收来自体内导管的多个信号，该信号指示心脏的表面上的多个位置中的每个位置的电特性。所述方法还包括对于位置中的每个特定位置，根据电特性通过以下步骤来更新网格：识别采样点中的最近的采样点，该最近的采样点相对于采样点中的其他采样点对应于距所述特定位置最近的位置；随后，在网格的采样点中的最近的采样点位于其中的部分中，识别最近点，该最近点相对于网格的部分中的其他点对应于距特定位置最近的位置；以及随后，使最近点与特定位置的电特性相关联。

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，其中：

附图说明

图1为根据本发明的一些实施方案的用于更新表示电解剖图的网格的系统的示意图；

图2A至图2C共同地示出了根据本发明的一些实施方案的用于更新网格的方法；并且

图3为根据本发明的一些实施方案的用于更新网格的方法的流程图。

具体实施方式

概述

在一些实施方案中，构建了受检者心脏的表面的电解剖图。如单词“电解剖”所指，此类图将与心脏结构相关的解剖信息以及与心脏电活动相关的信息结合在一起。此类图通常在计算机存储器中由三维网格表示，该三维网格根据表面的测得电特性进行着色的或者以其他方式注释。例如，网格可根据测得的LAT或者电势进行着色。此类网格通常由多个点构造，所述多个点分别对应于测量电特性的位置，这些点中的每个点与在对应位置处测量的电特性值相关联。这些点构成网格的面片的顶点，并且因此在下文中被称为“顶点”。

在一些情况下，可需要利用新采集的测量结果来更新电解剖图。例如，在消融手术之后，医师可利用导管测量经消融组织的区域中的各种位置处的多个LAT。网格随后必须在该区域中被重新着色，以便准确地反映更新的LAT值。然而，为了执行此类更新，需要将位置中的每个位置投影到网格上。换句话讲，对于采集更新的测量结果的每个给定位置，需要在网格上找到对应于距给定位置最近的位置的点，使得该点可与更新的测量结果相关联。(为简单起见，该点可被称为给定位置的最近点。)

一个假设的解决方案是在网格面片的每个网格面片上为每个给定位置找到最近点，以及随后将给定位置投影到这些最近点中的最近点上。然而，该技术虽然精确，但计算密集并且缓慢。另一选择为将位置投影到网格中的最近顶点上。然而，该技术虽然快，但不够精确。此外，一些面片可为相对较大的(即，一些顶点可被相对较宽地间隔开)，使得顶点上的投影不一定构成有用的“初始“投影。换句话讲，甚至后续地、更精确地投影到最近顶点附近的最近点也将不一定足够精确，因为网格上的全部最近点将不一定被包含在最近顶点附近。

因此，本发明的实施方案提供了一种既快速又精确的优异解决方案。首先，通常对网格均匀地采样，例如以产生比顶点的集合更密集的采样点的集合。接下来，找到距该位置的最近采样点，由此获得到网格上的粗略、初始投影。该步骤为相对较快的，特别是在利用空间分割数据结构(诸如k-d树)组织采样点的情况下。随后，通过找到最近采样点附近的最近点来实现精化的、更精确的投影。因为这种更精确的投影不是在整个网格上而是仅在网格的限定部分上操作，所以投影可被快速地执行。

系统描述

首先参见图1，该图为根据本发明的一些实施方案的用于更新表示电解剖图的网格的系统20的示意图。实施系统20的元件的一种商业产品为购自Biosense Webster，Inc.的3系统。该系统可由本领域的技术人员进行修改以实施本文所描述的实施方案的原理。

图1示出了握持体内导管29的医师27，该体内导管的远侧端部31被设置在受检者25的心脏23内。当医师27沿着心脏23的表面(例如，内表面或心外膜表面)移动导管29的远侧端部31时，导管远侧端部处的一个或多个电极从心脏的表面上的多个位置记录心内心电图(ECG)信号。处理器(PROC)28通过电接口35接收来自导管的这些ECG信号，所述电接口可包括例如端口或者其他连接器。这些信号指示由处理器28通过分析ECG信号而识别的位置的一个或多个电特性。例如，处理器28可识别ECG信号所指示的电势，并且/或者可根据ECG信号计算LAT。

在手术期间和/或之后，处理器28可从计算机存储器(MEM)24取出表示受检者心脏的电解剖图的三维网格30，并且将网格30呈现在显示器26上。网格30包含面片32的细分曲面，所述面片通常为三角形形状。可根据在面片的顶点处测得的电特性对网格30进行着色，和/或以其他方式注释。(可使用内推法对位于顶点之间的网格的区域进行着色。)

如下文详细所述，当处理器根基于ECG信号识别心脏的电特性时，处理器根据所识别的特性更新网格30。

一般来讲，处理器28可被实施为单个处理器或一组协作的网络或集群处理器。处理器28通常为编程化数字计算装置，该装置包括中央处理单元(CPU)、随机存取存储器(RAM)、非易失性辅助存储器诸如硬盘驱动器或光盘驱动器、网络接口和/或外围装置。如本领域所公知的，将包括软件程序的程序代码和/或数据加载到RAM中以用于由CPU执行和处理，并且生成结果以用于显示、输出、传输或存储。程序代码和/或数据可以电子形式例如经网络下载到处理器，或者，另选地或除此之外，程序代码和/或数据可提供和/或存储在诸如磁性存储器、光学存储器或电子存储器的非暂态有形介质上。此类程序代码和/或数据在提供给处理器之后，产生被配置成执行本文所述任务的机器或专用计算机。

现在参见图2A-图2C，其共同地示出了根据本发明的一些实施方案的由处理器28执行的用于更新网格30的方法。

图2A示出了其中导管已采集心脏的表面34上的三个位置35a，35b和35c处的ECG信号的情况。如上所述，处理器28接收这些信号，并且随后确定这些位置中的每个位置的至少一个特性，诸如电特性(例如，LAT)。处理器随后根据该特性更新网格30。首先，处理器通常在网格上通过对网格均匀地采样来定义多个采样点36。接下来，针对每个特定位置，处理器识别采样点中的最近采样点，该最近采样点相对于其他采样点对应于距特定位置最近的位置。换句话讲，处理器将位置中的每个位置投影到采样点中的最近采样点上。例如，图2A示出了投影到采样点37a上的位置35a、投影到采样点37b上的位置35b、以及投影到采样点37c上的位置35c。

为了阐明最近采样点的概念，假定位置35c具有坐标(3，4，5)并且采样点37c对应于具有坐标(3.1，3.9，4.95)的位置。(值得注意的是，因为网格仅近似表示表面，所以网格上的每个点不一定对应于表面上的位置。)在这种情况下，位置35c与采样点37c之间的距离为(因为采样点37c仅作为存储于计算机存储器中并且显示于屏幕上的虚拟对象而存在，所以该距离可被更精确地表述为位置35c与对应于采样点37c的“真实”位置之间的距离。然而为简单起见，本具体实施方式将该距离称为位置和采样点之间的距离。)因此，相比于例如对应于具有坐标(3.1，3.8，4.9)的位置的另一采样点，采样点37c更接近位置35c。采样点37c实际上距位置35c最近，前提条件是没有其他采样点距位置35c的距离小于0.15。

因为处理器通常接收来自散布在表面34的大部分上的大量位置的ECG信号，所以处理器通常对整个网格采样，以便有利于将任何给定位置投影到网格的任何部分上。然而，在一些实施方案中，如果将位置约束到表面的特定部分，则处理器可仅对的网格的一部分采样，所述部分大体上对应于表面的所述特定部分。

通常，处理器以空间分割数据结构诸如k维度(k-d)树来组织采样点。处理器随后可通过查询空间分割数据结构快速地识别每个位置的采样点中的最近的采样点。

图2B示出了可随后精化图2A的初始、粗略投影的一种方式。在这种精化中，处理器识别网格上距每个位置最近的相应点。针对位置35c示出这种精化，由此位置35c在其初始地投影到最近采样点37c之后被投影到最近点38上。

首先，处理器识别网格的最近采样点位于其中的部分。通常，该部分由最近采样点位于其中的面片以及围绕最近采样点位于其中的面片的多个相邻面片构成。例如，相邻面片可包含网格中的每个面片，所述每个面片与最近采样点位于其中的面片共享至少一个顶点。图2B通过利用斜线对网格的最近采样点37c位于其中的已识别部分进行阴影化来示出此类情况。该部分包含含有最近采样点37c的面片40以及与面片40共享至少一个顶点的面片中的每个面片。

接下来，处理器在网格的已识别部分中识别最近点38，该最近点相对于网格的已识别部分中的其他点对应于距位置35c最近的位置。换句话讲，处理器将位置35c更精确地投影到网格的已识别部分中的最近点上。通常，为了执行这种投影，处理器利用本领域中已知的用于计算点和平面之间的距离的任何合适的技术来计算位置35c与网格的已识别部分中的(平面)面片中的每个面片之间的距离。(因为面片仅作为存储于计算机存储器中并且显示在屏幕上的虚拟对象而存在，所以可更精确地讲，处理器计算位置35c与对应于网格的已识别部分中的相应面片的每个“真实”的平面之间的距离。然而为简单起见，本具体实施方式将该距离称为位置和面片之间的距离。)在计算这些距离时，处理器考虑每个面片中的每个点，使得处理器找到总体上距位置35c最近的点。

因此，例如，再次假定位置35c具有坐标(3，4，5)，则最近点38可对应于具有坐标(3，4，5.05)的位置，使得位置35c与最近点38之间的距离仅为0.05。另选地，例如，最近点38可精确地对应于位置35c。

如果处理器在没有首先执行图2A的初始投影的情况下执行图2B的更精确投影，则处理器可需要对每个位置考虑网格中的每个面片。然而，因为图2A的初始投影将“感兴趣区域”缩减到较少数量的面片，所以图2B的更精确投影可被相对较快地执行。此外，只要对网格的采样足够密集，最近采样点就将相对接近网格上的总体最近点，使得当执行更精确投影时，考虑最近采样点附近的相对较少数量的面片通常为足够的。

随后，如图2C所示，处理器根据在位置35c处测得的特性更新网格。通常，在更新网格时，处理器将包含最近点38的面片41划分成共享位于最近点38处的顶点的多个面片，并且进一步地使最近点38与特性相关联。

例如，以举例说明的方式，将假定面片41包含具有坐标(x0，y0，z0)的第一顶点42a、具有坐标(x1，y1，z1)的第二顶点42b和具有坐标(x2，y2，z2)的第三顶点42c，并且最近点38具有坐标(x3，y3，z3)。还将假定第一顶点42a与LAT值T0相关联，第二顶点42b与LAT值T1相关联，并且第三顶点42c与LAT值T2相关联，使得面片41可由数据点的以下集合定义：{(x0，y0，z0，T0)，(x1，y1，z1，T1)，(x2，y2，z2，T2)}。

处理器在识别最近点38时使最近点38与在位置35c处测得的LAT值T3相关联，并且细分(retile)网格以合并最近点38，使得面片41被以下三个新面片取代：

(i)新面片44a：{(x0，y0，z0，T0)，(x1，y1，z1，T1)，(x3，y3，z3，T3)}

(ii)新面片44b：{(x1，y1，z1，T1)，(x2，y2，z2，T2)，(x3，y3，z3，T3)}

(iii)新面片44c：{(x0，y0，z0，T0)，(x2，y2，z2，T2)，(x3，y3，z3，T3)}

在更新网格时，处理器通常还根据测得的特性对网格进行重新着色。例如，再次参见图2C所示的特定示例，可能的是T0＝T1＝T2，使得在网格的更新之前，面片41根据这些LAT的值被均匀地着色。然而，如果T3不同于T0、T1和T2，则新面片44a-44c中的每个新面片将根据面片之间的LAT梯度被不均匀地着色。网格的新着色将因此不同于网格的先前着色。

通常，处理器还在最近点38上显示标记，所述标记向医师指示已采集最近点38的数据。(这种标记可与显示在网格的其他顶点上的其他标记相同。)随后，通过点击标记，医师可观察采集的数据。

值得注意的是，如图2A-2C所示，网格的更新未改变网格的拓扑结构，因为采集测量结果的位置被投影到网格上。甚至图2C所示的网格细分也未改变网格的拓扑结构，因为新面片44a-44c中的每个新面片与原始面片41共面。

现在参见图3，其为根据本发明的一些实施方案的用于更新网格30的方法45的流程图。处理器28大体按照上述方式来执行方法45。

首先，在采样步骤46处，处理器对网格采样，使得采样点的密度大于顶点的密度。接下来，处理器在接收步骤48处接收来自体内导管的从心脏的表面上的各个位置采集的ECG信号。(接收步骤48和特性识别步骤49可在采样步骤46之前执行。)处理器在特性识别步骤49处通过处理信号来识别位置中的每个位置的特性(诸如LAT)。处理器随后在选择步骤50处选择位置中的每个位置，并且在最近采样点识别步骤52处对于所选择位置识别最近采样点。如上所述，这构建了所选择位置到网格上的粗略投影。

接下来，在网格部分识别步骤54处，处理器识别网格的包含最近采样点的部分，诸如若干面片的邻域。随后，在最近点识别步骤56处，处理器对于所选择位置识别网格上的最近点；如上所述，这构建了网格上的更精确投影。随后，在细分步骤58中，处理器将新顶点在最近点处添加到网格，并且因此细分网格，如图2C所示。接下来，或者结合细分步骤58，处理器在关联步骤60处使新顶点与所选择位置的已识别特性相关联。

随后，在检查步骤62处，处理器检查任何更多位置是否等待投影到网格上。如果是，则处理器返回到选择步骤50，并且然后按照上述方式处理下一个所选择位置。否则，处理器根据新添加顶点的特性对网格进行重新着色。

在一些实施方案中，选择步骤50、最近采样点识别步骤52、网格部分识别步骤54和最近点识别步骤56在从心脏的表面采集ECG信号期间被实时地执行。换句话讲，这些步骤可与接收步骤48以及特性识别步骤49并行地执行，使得处理器可将第一组位置投影到网格上，同时继续接收和处理来自下一组位置的信号。

在一些实施方案中，处理器利用本文所述的投影技术将标记物(诸如图标)精确地放置到网格上，而不必更新网格自身。例如，如果在心脏的表面上的特定位置处给定电极，则处理器可按照本文所述的方式将特定位置投影到网格上的最近点上，并且随后将表示电极的图标显示在该最近点上。另选地或除此之外，利用本文所述的投影技术，处理器可将表示导管29(图1)的图标显示在网格的距导管位置最近的部分上。将此类图标精确地设置到网格上可有助于引导医师从正确位置采集ECG读数。

尽管本具体实施方式主要涉及电解剖图，但值得注意的是，本文所述的投影技术可用于以下任何合适的应用，其中三维表面的网格模型根据有关表面的新采集信息进行更新，和/或标记被显示在此类网格上以标记表面上的特定位置。

本领域的技术人员应当理解，本发明并不限于已在上文具体示出和描述的内容。相反，本发明实施方案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书时可能想到的未在现有技术范围内的变型和修改。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，但不包括在这些并入的文献中以与本说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突的方式定义的任何术语，而只应考虑本说明书中的定义。

Claims (20)

1.一种用于更新包含多个顶点的网格的系统，所述网格表示心脏的表面的电解剖图，所述系统包括：

电接口；和

处理器，所述处理器被配置成：

在所述网格上定义多个采样点，使得所述采样点的密度大于所述顶点的密度；

通过所述电接口接收来自体内导管的多个信号，所述信号指示所述心脏的所述表面上的多个位置中的每个位置的电特性；以及

对于所述位置中的每个特定位置，根据所述电特性通过以下步骤来更新所述网格：

识别所述采样点中的最近的采样点，所述最近的采样点相对于所述采样点中的其他采样点对应于距所述特定位置最近的位置，

随后，在所述网格的所述采样点中的所述最近的采样点位于其中的部分中，识别最近点，所述最近点相对于所述网格的所述部分中的其他点对应于距所述特定位置最近的位置，以及

随后，使所述最近点与所述特定位置的所述电特性相关联。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成通过对所述网格均匀地采样来定义所述采样点。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成通过对整个网格采样来定义所述采样点。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器还被配置成以空间分割数据结构来组织所述采样点，并且其中所述处理器被配置成通过查询所述空间分割数据结构来识别所述采样点中的所述最近的采样点。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述网格的所述部分由所述最近采样点位于其中的面片以及围绕所述最近采样点位于其中的所述面片的多个相邻面片构成。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述相邻面片包含所述网格中的每个面片，所述每个面片与所述最近采样点位于其中的所述面片共享至少一个顶点。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成通过将所述网格的包含所述最近点的面片划分成共享位于所述最近点处的顶点的多个面片来更新所述网格。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成通过根据所述电特性对所述网格进行重新着色来更新所述网格。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成在不改变所述网格的拓扑结构的情况下更新所述网格。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成通过计算所述特定位置与对应于所述网格的所述部分中的相应面片的每个平面之间的距离来识别所述最近点。

11.一种用于更新包含多个顶点的网格的方法，所述网格表示心脏的表面的电解剖图，所述方法包括：

利用处理器在所述网格上定义多个采样点，使得所述采样点的密度大于所述顶点的密度；

接收来自体内导管的多个信号，所述信号指示所述心脏的所述表面上的多个位置中的每个位置的电特性；以及

对于所述位置中的每个特定位置，根据所述电特性通过以下步骤来更新所述网格：

识别所述采样点中的最近的采样点，所述最近的采样点相对于所述采样点中的其他采样点对应于距所述特定位置最近的位置，

随后，在所述网格的所述采样点中的所述最近的采样点位于其中的部分中，识别最近点，所述最近点相对于所述网格的所述部分中的其他点对应于距所述特定位置最近的位置，以及

随后，使所述最近点与所述特定位置的所述电特性相关联。

12.根据权利要求11所述的方法，其中定义所述采样点包括通过对所述网格均匀地采样来定义所述采样点。

13.根据权利要求11所述的方法，其中定义所述采样点包括通过对整个网格采样来定义所述采样点。

14.根据权利要求11所述的方法，还包括以空间分割数据结构来组织所述采样点，其中识别所述采样点中的所述最近的采样点包括通过查询所述空间分割数据结构来识别所述采样点中的所述最近的采样点。

15.根据权利要求11所述的方法，其中所述网格的所述部分由所述最近采样点位于其中的面片以及围绕所述最近采样点位于其中的所述面片的多个相邻面片构成。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述相邻面片包含所述网格中的每个面片，所述每个面片与所述最近采样点位于其中的所述面片共享至少一个顶点。

17.根据权利要求11所述的方法，其中更新所述网格包括将所述网格的包含所述最近点的面片划分成共享位于所述最近点处的顶点的多个面片。

18.根据权利要求11所述的方法，其中更新所述网格包括通过根据所述电特性对所述网格进行重新着色来更新所述网格。

19.根据权利要求11所述的方法，其中更新所述网格包括在不改变所述网格的拓扑结构的情况下更新所述网格。

20.根据权利要求11所述的方法，其中所述处理器被配置成通过计算所述特定位置与对应于所述网格的所述部分中的相应面片的每个平面之间的距离来识别所述最近点。