CN108498090A - 根据电极信号突出显示电极图像 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“根据电极信号突出显示电极图像”。本发明公开了一种方法，所述方法包括在电极与所述心脏中的某个位置处的组织接触时，将患者的心脏的图形图像呈现在显示屏上，所述图形图像包含表示定位在心脏内的导管和所述导管上的电极的图标。所述方法还包括利用电极采集来自所述位置处的组织的电信号，并且处理所采集的信号以便检测所采集的信号中的预定义信号特征的出现。所述方法还包括在检测到所述预定义信号特征的出现时修改所述显示屏上的表示所述电极的图标和表示所述导管的图标中的至少一者的视觉特征。

Description

根据电极信号突出显示电极图像
技术领域
本发明整体涉及心脏手术，并且具体地讲，涉及与手术期间所采集的信号相关的图像的呈现。
背景技术
在侵入式医疗手术期间，许多参数必须同时由执行手术的专业人员进行监视。对于此类监视，存在多种辅助手段。
例如，授予Callaghan的美国专利申请2009/0171321(其公开内容以引用方式并入本文)描述了一种图像采集装置，该图像采集装置被配置成获取设置在所述图像采集装置的视野内的患者身体的一部分的实时二维图像。工作站被配置成将解剖结构的三维模型与二维图像整合在一起并配准。
授予Wang等人的美国专利申请2010/0168729(其公开内容以引用方式并入本文)描述了如何将电生理(EP)监视器或显示器诸如电描记图信号显示器整合到消融电极组件内。
授予Bojovic等人的美国专利7,266,408(其公开内容以引用方式并入本文)描述了可与下述波形相关的人体心脏的三维呈现，所述波形对于基于心脏电活动的偶极近似的标准ECG或导出的ECG信号是特异性的。三维心脏模型可进行旋转，并且ECG信号交互式地联接到该模型。
授予Severino的美国专利申请2016/0183824(其公开内容以引用方式并入本文)描述了一种用于将由导管上的电极感测的电生理信息可视化的系统。所述系统包括记录电极信号采集的时间以及标明参考电极信号采集。
以引用方式并入本专利申请的文献将被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。
发明内容
本发明的实施方案提供了一种方法，所述方法包括：
在电极与心脏中的某个位置处的组织接触时，将患者的心脏的图形图像呈现在显示屏上，所述图形图像包含表示定位在心脏内的导管和导管上的电极的图标；
利用电极采集来自所述位置处的组织的电信号；
处理所采集的信号以便检测所采集的信号中的预定义信号特征的出现；并且
在检测到预定义信号特征的出现时，修改显示屏上的表示电极的图标和表示导管的图标中的至少一者的视觉特征。
在本发明所公开的实施方案中，预定义信号特征包括信号的形态学特征。
在另一个本发明所公开的实施方案中，预定义信号特征包括信号的时间特征。
通常，修改视觉特征包括仅在检测到预定义信号特征的出现时修改视觉特征。另选地，修改视觉特征包括在自检测到预定义信号特征的出现起的预设时间段内修改视觉特征。
在另选的实施方案中，电信号包括由组织生成的电极电位。
另选地或除此之外，电信号包括由在电极与患者的皮肤之间流动的外部施加的电流生成的信号。预定义信号特征可由接触心脏组织的电极的置信量度(confidencemetric)组成。另选地，预定义信号特征可包括消融指数，所述消融指数表示由对组织进行消融的外部施加的电流在组织中产生的病灶的大小。
根据本发明的实施方案，还提供了一种设备，所述设备包括：
导管；
定位在导管上的电极；
显示屏，在电极与心脏中的某个位置处的组织接触时，在显示屏上呈现患者的心脏的图形图像，所述图形图像包含表示定位在心脏内的导管和电极的图标；以及
处理器，所述处理器被配置成：
利用电极采集来自所述位置处的组织的电信号，
处理所采集的信号以便检测所采集的信号中的预定义信号特征的出现，并且
在检测到预定义信号特征的出现时，修改显示屏上的表示电极的图标和表示导管的图标中的至少一者的视觉特征。
结合附图，通过以下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的侵入式医疗手术的示意图；
图2为根据本发明的实施方案的探针的远侧端部的示意图；
图3为根据本发明的实施方案的显示屏的示意图；
图4示出了根据本发明的实施方案的由处理器进行分类的电生理信号；
图5为根据本发明的实施方案的由处理器执行的步骤的流程图；并且
图6示出了根据本发明的实施方案的流程图的步骤之一。
具体实施方式
概述
本发明的实施方案为执行侵入式心脏手术的专业人员提供辅助手段，以便改善对手术期间出现的事件的跟踪。
将正进行手术的患者的心脏的图形图像呈现在显示屏上。图像包含表示导管和相关联电极的图标，所述导管和相关联电极已由专业人员定位在患者的心脏中，使得电极通常接触心脏中的相应位置处的组织。
电极采集来自所述位置处的组织的电信号，并且处理器处理所述信号以便检测所采集的信号中的预定义信号特征的出现。典型的预定义信号特征为多个电位最大值在可由专业人员定义的感兴趣时间窗内的出现。
当在来自其中一个电极的信号中检测到预定义信号特征的出现时，处理器可修改表示该电极的图标的视觉特征。典型的修改包括改变电极图标的颜色。另选地或除此之外，例如，如果在两个相邻电极中出现预定义信号特征，则表示这两个电极之间的导管的图标可例如通过改变导管图标的该部分的颜色来进行视觉上的修改。
通过对电极和/或导管图标提供视觉修改，专业人员不必几乎同时地观察电信号以及导管和电极图标。
系统描述
在以下的描述中，附图中的类似元件由类似数字来标识，并且类似元件可根据需要通过在标识数字后附加字母来进行区分。
图1是根据本发明的实施方案的使用设备12的侵入式医疗手术的示意图。该手术由医疗专业人员14执行，并且以举例的方式，假设下文的说明中的手术包括消融人类患者18的心脏的心肌16的一部分。然而，应当理解，本发明的实施例并非仅适用于该特定手术，还可以包括基本上任何针对生物组织或非生物材料的手术。
为了执行消融，专业人员14将探针20插入已经预先定位在患者的内腔中的护套21中。护套21被定位成使得探针的远侧端部22在离开护套的远侧端部23之后可进入患者的心脏并接触心脏的组织。
探针20可包括任何类型的导管，该导管可插入患者的心脏中，并且可使用磁跟踪系统和/或阻抗测量系统(这两种系统在下文中进一步描述)跟踪。例如，探针20可包括由Biosense Webster(Diamond Bar，CA)生产的套索导管、轴状导管或pentarray导管，或者与这些导管大致相似的导管。为了能被磁跟踪系统跟踪，探针具有至少一个磁传感器，并且为了能被阻抗测量系统跟踪，探针具有至少一个电极。
为清楚和简单起见，在下述说明中，探针20被假定为包括套索导管，所述套索导管具有位于其远侧端部22处的多个电极以及一个或多个磁传感器，如下文参考图2所述。本领域中的普通技术人员应当能够调整本说明书，以对只具有磁传感器的探针、只具有电极的探针以及具有除本文所例示之外的磁传感器和电极的组合的探针进行必要的变更，并且所有此类探针均被假设包括在本发明的范围内。
图2为根据本发明的实施方案的远侧端部22的示意图。远侧端部22包括通常在远侧端部上成对地分组的多个电极26。如下文所说明，电极可用于采集来自心肌16的电极电位(EP)信号、用于起搏，即，将信号注入到心肌内、用于对心肌进行消融，并且也可用作用于确定电极位置的电流的传输电极。应当理解，这些功能中的全部可被连续地实现或同时实现，并且如果它们被同时实现，则不同的信号可通过适当的滤波来分开，因为这些信号位于不同的频带中。
远侧端部22还包括一个或多个磁场传感器24。传感器24通常为单轴传感器(SAS)或三轴传感器(TAS)，这两种传感器均是本领域中所熟知的。
返回图1，设备12由系统处理器46控制，所述系统处理器46包括通常配置成现场可编程门阵列(FPGA)的实时降噪电路45，之后是模/数(A/D)ECG(心电图)信号转换集成电路47。处理器可将信号从A/DECG电路47传递到另一个处理器，并且/或者可被编程以执行本文所公开的至少一个算法，所述算法包括下文所述的步骤。处理器使用电路45和电路47以及下文更详细描述的模块的特征，以便执行所述算法。
处理器46位于设备的操作控制台48中。控制台48包括由专业人员14使用以与处理器通信的控件49。在手术过程中，处理器46与模块库50中的磁跟踪模块52和电流跟踪模块54通信，以便跟踪探针的元件的位置和取向。
模块52使得处理器能够使用磁跟踪方法，其中患者18外部的磁发射器在传感器24中生成信号。由传感器响应于来自发射器的穿过传感器的磁场而生成的信号允许传感器充当用于探针元件(在这种情况下，位于传感器所处的远侧端部中)的位置和取向检测器。由加利福尼亚州钻石吧市的韦伯斯特生物传感公司(Biosense Webster，Diamond Bar，CA)生产的系统使用此类跟踪方法。
模块54使得处理器能够使用电流跟踪方法，所述电流跟踪方法测量在探针的电极26与患者18的皮肤上的电极之间流过的外部施加的电流。处理器和模块54使用所测量的电流或对应阻抗来产生电极所处的探针的元件的位置坐标。授予Bar-Tal等人的以引用方式并入本文的美国专利8,456,182描述了此类电流跟踪方法。(系统也使用此类电流跟踪方法。)
模块库50还包括消融模块56、ECG(心电图)模块58和力模块59。消融模块56使得处理器46能够将射频(RF)电流经由探针的选定电极26和患者的皮肤上的返回电极注入到心肌16内，以便对接触选定电极的心肌区域进行消融。消融模块还使得处理器能够设定注入电流的参数，诸如其频率、耗散功率、以及注入的持续时间。
ECG模块58使得处理器46能够采集和分析由电极26接收的EP信号。如下文所详述，信号通常以实时更新的电压-时间曲线图呈现给专业人员14。又如下文所详述，ECG模块对EP信号进行分析以便使得处理器46能够识别所采集的信号的特征。
力模块59使得处理器46能够测量远侧端部22上的接触力。
用于处理器46和模块库50的软件可例如通过网络以电子形式下载到处理器。另选地或除此之外，软件可通过非临时性有形介质诸如光学、磁性或电子存储介质提供。
为了操作设备12，模块库50通常包括除上述那些之外的模块，诸如允许处理器控制被提供给远侧端部的冲洗的冲洗模块。为简明起见，图1未示出此类其他模块。所有模块可包括硬件以及软件元件。
可将手术的结果呈现在显示屏60上，如下文参考图3所述。
图3为根据本发明的实施方案的显示屏60的示意图。在手术过程中，将图形图像62(通常为患者18的心脏的一部分的三维(3D)图像)呈现在屏幕60的第一部分上。通常，通过利用跟踪导管标测心脏中的点并且将标测点转换成3D表面来生成3D图像，这些方法是本领域中所熟知的。
将套索导管的远侧端部22的图标64叠加在图像62上，并且电极26的相应表征图标66位于图标64上。
如上所述，ECG模块58使得处理器46能够采集来自电极26的EP信号，并且在手术过程中，处理器将信号呈现在屏幕60的第二部分上。信号以电压-时间曲线图68呈现。通常，如果信号以单极信号呈现，则存在用于每个电极26的曲线图68。另选地，如果信号以双极信号呈现，则存在用于每对电极26的曲线图68。为清楚和简单起见，仅四个曲线图68示于图3中。
在手术过程中，处理器46的算法利用电流跟踪模块54将电流经由电极26注入到患者18体内。基于提供给注入电流的阻抗，处理器能够估计传送电流的电极26中的每一个电极的位置。另选地或除此之外，处理器利用磁跟踪模块52来分析从传感器24接收的信号，以便确定传感器的取向和位置。
尽管心脏部分图像62的位置可在屏幕60上保持固定，但叠加在图像62上的远侧端部图标64和电极图标66的位置和取向通常在屏幕60上被实时地更新。此外，由ECG模块58从电极26采集的EP信号的曲线图68通常也被实时地更新。
图4示出了根据本发明的实施方案的由处理器46的算法利用ECG模块58进行分类的EP信号。模块58实时地分析从每个电极26采集的输入信号。分析包括测量时间t时的电位幅值V(t)，并且通常在对信号滤波以去除噪声和基线漂移之后估计一阶导数和二阶导数的值。基于电位的时间和所测量的值以及一阶导数和二阶导数，处理器46能够识别信号中的一个或多个特征，所述一个或多个特征在形态学上(即，以信号形状形式)表征从每个电极26采集的信号。另选地或除此之外，处理器能够识别信号中的一个或多个特征，所述一个或多个特征在时间上(即，以信号的相应定义方面的出现的一个或多个时间形式)表征从每个电极26采集的信号。所识别的特征使得处理器能够将信号指定为特定类型或分类。
下表I提供了处理器能够在形态学上和/或在时间上分类的EP信号的不同信号类型的示例、以及可供处理器使用以产生分类的相应识别特征。该表列出了阐释信号类型的示意性曲线图。
表I
就由曲线图76显示的时间相关信号而言，信号的出现时间80通常对应于信号的局部激活时间(LAT)。出现时间80通常是相对于参考时间82测量的，所述参考时间82通常为由从参考电极采集的参考信号生成的时间。
显示心房和心室激活的信号的情况由曲线图90示出。信号92对应于心房激活，并且信号94对应于心室激活。这两个信号之间的时间依赖于检测心脏内的激活的电极26的位置，并且通常位于100-600ms的范围内。
除了分析来自每个电极26的EP信号，处理器46能够分析来自电极的其他非EP信号，诸如由电流跟踪模块54和/或消融模块56测得的通过电极耗散的电流和功率。另外基于此分析，处理器46能够识别表征非EP信号的一个或多个特征。
下表II提供了与电极相关联的非EP信号的示例以及可供处理器使用以表征信号的相应识别特征。
表II
根据本发明的算法使用消融指数，所述消融指数为具有随着消融进行而变化的值的函数，所述函数提供通过对已知类型的组织进行消融所产生的病灶的大小的估计值。由该指数提供的估计值取决于在消融期间测得的接触力CF和功率P的值、以及消融的时段段。消融指数描述于Hussein等人在2016Heart Rhythm Congress提供的标题为“AblationIndex-guided Pulmonary Vein Isolation for Atrial Fibrillation may ImproveClinical Outcomes in Comparison to Contact Force-guided Ablation”的文章以及Bar-Tal等人的美国专利申请2017/0014181中。这两个文献均以引用方式并入本文。
下述公式(1)给出了消融指数的表达式：
其中C为具有依赖于被消融组织的类型的值的常数；在一个实施方案中，C具有0.002的近似值，
α为具有通常在0.6-0.8范围内的值的指数，
β为具有通常在1.4-1.8范围内的值的指数，
δ为具有0.35的近似值的指数，并且
D为利用瞬时接触力CF(τ)和瞬时功率P(τ)消融时间t所实现的病灶的深度的估计值，并且其中τ表示时间变量。瞬时接触力CF(τ)由力模块59测量；瞬时功率P(τ)由消融模块56测量。
图5为由处理器46和专业人员14在操作设备12中执行的算法的步骤流程图，并且图6示出了根据本发明的实施方案的流程图的步骤之一。流程图中所示的算法的步骤描述了用于在设备12正在操作时修改屏幕60上的远侧端部图标64和/或一个或多个电极图标66的条件。为清楚和简单起见，除非另外指明，否则流程图的描述均假定由处理器46分析的信号为EP信号。本领域的普通技术人员将能够加以必要的变更来更改该描述以用于非EP信号的采集。
在初始设置步骤100中，专业人员14选择待研究的如表I和表II举例说明的信号类型，并且处理器46寄存所选择信号类型的一个或多个识别特征。另选地，专业人员14可将一个或多个识别特征直接提供给处理器。典型识别特征的示例提供于表I和II中，并且本领域的普通技术人员将能够制定其他识别特征。
信号类型的选择或识别特征的选择和提供通常在屏幕60上经由选择菜单而提供给专业人员14，并且专业人员利用控件49从菜单选择所需的类型或特征。
在一些实施方案中，可在步骤100中选择多个信号类型；例如，所选择的信号类型可包括复合信号和减小信号。在本发明所公开的实施方案中，信号类型可排除一个或多个信号类型；例如，所选择的信号类型可包括除正常窦性心律类型之外的全部类型。
在信号采集步骤102中，处理器采集来自每个电极26的相应适当信号并且对于EP信号处理这些信号中的每一个以去除噪声和基线漂移。对于EP信号的采集，处理器通常测量和存储每个信号在时间t时的值V(t)、以及每个信号的第一和第二导数。当信号持续被电极26采集时，采集和处理通常被连续地、实时地执行。
处理器通过操作所处理的信号的有窗部分来分析典型EP信号的处理的信号，以便识别步骤100中所定义的一个或多个信号特征。
在决策步骤104中，处理器针对从电极26采集的相应信号中的每一个信号来检测设置步骤100中所定义的一个或多个信号特征。如果在所采集的信号中的任一个信号内未发现所述一个或多个特征，则流程图返回到步骤102，如由箭头106所示。
如果在所采集的信号中的一个或多个信号内发现所述一个或多个特征，则在屏幕修改步骤108中，修改图标64和/或66(即，表示远侧端部22和电极26的图标)的视觉特征。修改可包括任何方便的修改，诸如改变图标的颜色或色调、增大或减小图标的大小、和/或由另一个图标包围和/或覆盖该图标。
当在步骤108中执行的修改完成之后，流程图返回到步骤102。
步骤104中所识别的特征可通常为瞬态特征，使得它们不会连续地重复。在这种情况下，在步骤108中执行的视觉特征修改通常也为瞬态的，使得在屏幕60上实现的修改看起来“闪现”大约一秒的瞬态时段，其后屏幕显示返回到其未修改状态。然而，在一些实施方案中，在初始设置步骤100中，由专业人员14选择的大于瞬态时段的预设时间段可适用于步骤108的修改，使得修改持续预设时间段，随后屏幕显示返回到其未修改状态。
图6示出了步骤108，其中以举例的方式，在图5的流程图的初始设置中，信号类型被选择为上文在表I中描述的减小信号，例如，处理器在决策步骤104中确定的信号特征通常对应于消融期心内信号的那些特征，但具有与正常消融前心内信号相比减小的幅值。
从电极26A、26B(图2)采集信号68A，并且在步骤104中，处理器返回肯定值，因为信号对应于减小幅值正常窦性信号。在这种情况下，在步骤108中，处理器通过利用部分透明的阴影矩形120叠加电极26A、26B的图标(即电极图标68A、68B)来修改屏幕显示，所述矩形指示电极26A和26B为减小幅值窦性信号68A的来源。
应当理解，上述实施方案以举例的方式被引用，并且本发明不限于上文具体示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上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说明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 (18)

1.一种方法，包括：
在电极与所述心脏中的某个位置处的组织接触时，将患者的心脏的图形图像呈现在显示屏上，所述图形图像包含表示定位在所述心脏内的导管和所述导管上的所述电极的图标；
利用所述电极采集来自所述位置处的所述组织的电信号；
处理所采集的信号以便检测所采集的信号中的预定义信号特征的出现；并且
在检测到所述预定义信号特征的所述出现时，修改所述显示屏上的表示所述电极的所述图标和表示所述导管的所述图标中的至少一者的视觉特征。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定义信号特征包括信号的形态学特征。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定义信号特征包括信号的时间特征。
4.根据权利要求1所述的方法，其中修改所述视觉特征包括仅在检测到所述预定义信号特征的所述出现时修改所述视觉特征。
5.根据权利要求1所述的方法，其中修改所述视觉特征包括在自检测到所述预定义信号特征的所述出现起的预设时间段内修改所述视觉特征。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述电信号包括由所述组织生成的电极电位。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述电信号包括由在所述电极与所述患者的皮肤之间流动的外部施加的电流生成的信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述预定义信号特征包括用于接触所述心脏的所述组织的所述电极的置信量度。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述预定义信号特征包括消融指数，所述消融指数表示由对所述组织进行消融的所述外部施加的电流在所述组织中产生的病灶的大小。
10.一种设备，包括：
导管；
定位在所述导管上的电极；
显示屏，在所述电极与所述心脏中的某个位置处的组织接触时，在所述显示屏上呈现患者的心脏的图形图像，所述图形图像包含表示定位在所述心脏内的所述导管和表示所述电极的图标；以及
处理器，所述处理器被配置成：
利用所述电极采集来自所述位置处的所述组织的电信号，
处理所采集的信号以便检测所采集的信号中的预定义信号特征的出现，并且
在检测到所述预定义信号特征的所述出现时，修改所述显示屏上的表示所述电极的所述图标和表示所述导管的所述图标中的至少一者的视觉特征。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述预定义信号特征包括信号的形态学特征。
12.根据权利要求10所述的设备，其中所述预定义信号特征包括信号的时间特征。
13.根据权利要求10所述的设备，其中修改所述视觉特征包括仅在检测到所述预定义信号特征的所述出现时修改所述视觉特征。
14.根据权利要求10所述的设备，其中修改所述视觉特征包括在自检测到所述预定义信号特征的所述出现起的预设时间段内修改所述视觉特征。
15.根据权利要求10所述的设备，其中所述电信号包括由所述组织生成的电极电位。
16.根据权利要求10所述的设备，其中所述电信号包括由在所述电极与所述患者的皮肤之间流动的外部施加的电流生成的信号。
17.根据权利要求16所述的设备，其中所述预定义信号特征包括用于接触所述心脏的组织的所述电极的置信量度。
18.根据权利要求16所述的设备，其中所述预定义信号特征包括消融指数的值，所述消融指数表示由对所述组织进行消融的所述外部施加的电流在所述组织中产生的病灶的大小。
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