CN110025375A - 对心脏表面的计算机化模型进行标记 - Google Patents

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Abstract

所述实施方案包括一种系统，该系统包括电接口和处理器。该处理器被配置成经由电接口接收来自受治疗者的心脏内的电极的心电图信号，以确定电极在心脏的表面的计算机化模型的坐标系中的位置，以响应于所确定的位置选择模型的部分，使得所选择的部分穿插在模型的其他未选择的部分中，并且以显示模型使得所选择的部分而不是未选择的部分被标记以指示信号的特性。还描述了其他实施方案。

Description

对心脏表面的计算机化模型进行标记
技术领域
本发明涉及电解剖信息的显示。
背景技术
在一些电解剖标测规程中，将包括一个或多个电极的导管插入心脏中，并然后将电极用于从心脏的表面采集心内心电图(ECG)信号。
发明内容
根据本发明的一些实施方案，提供了一种包括电接口和处理器的设备。该处理器被配置成经由电接口接收来自受治疗者的心脏内的电极的心电图信号，以确定电极在心脏的表面的计算机化模型的坐标系中的位置，以响应于所确定的位置选择模型的部分，使得所选择的部分穿插在模型的其他未选择的部分中，并且以显示模型使得所选择的部分而不是未选择的部分被标记以指示信号的特性。
在一些实施方案中，处理器被配置成通过以下步骤选择所述模型的所述部分：
从所确定的位置投射多个光线，以及
响应于所述光线与所述模型相交的点来选择所述模型的所述部分。
在一些实施方案中，处理器被配置成在选择模型的部分时，将所选择的部分的密度设定为所确定的位置距模型的距离的递减函数。
在一些实施方案中，处理器被配置成在选择模型的部分时，将所选择的部分的幅度设定为所确定的位置距模型的距离的递增函数。
在一些实施方案中，
信号为第一信号，并且电极为第一电极，
处理器还被配置成接收来自心脏内的第二电极的第二心电图信号，以及
处理器被配置成显示模型，使得模型的其他部分中的至少一些被标记以指示第二信号的特性。
在一些实施方案中，特性是第一特性，并且处理器被配置成显示模型，使得模型的其他部分中的至少一些被标记以指示信号的第二特性。
在一些实施方案中，处理器被配置成显示模型，使得模型的所选择的部分被着色以指示该特性。
在一些实施方案中，信号的特性是信号的主频率。
在一些实施方案中，处理器被配置成在选择模型的部分时，响应于信号在主频率处的频谱的特征来设定所选择的部分的密度。
在一些实施方案中，处理器被配置成在选择模型的部分时，响应于信号在主频率处的频谱的特征来设定所选择的部分的幅度。
在一些实施方案中，信号的特性是信号的循环长度。
在一些实施方案中，处理器被配置成选择模型的部分，使得所选择的部分的密度随着距模型上的最靠近所确定的位置的点的距离而减小。
根据本发明的一些实施方案，还提供了一种方法，该方法包括通过处理器接收来自受治疗者的心脏内的电极的心电图信号，确定电极在心脏表面的计算机化模型的坐标系中的位置，响应于所确定的位置选择模型的部分，使得所选择部分穿插在模型的其他未选择部分中，并且显示模型使得所选择的部分而不是未选择的部分被标记以指示信号的特性。
结合附图，通过以下对本发明的实施方案的详细描述，将更全面地理解本公开，其中：
附图说明
图1是根据本发明的一些实施方案的用于显示受治疗者的心脏的表面的计算机化模型的系统的示意图；
图2是根据本发明的一些实施方案的心脏的表面的计算机化模型的一部分的示意图；并且
图3至图4是根据本发明的一些实施方案的用于显示心脏的表面的计算机化模型的技术的示意图。
具体实施方式
概述
本文所述的实施方案包括用于显示电解剖信息的技术，其中心脏的表面的计算机化解剖模型被“喷涂”有颜色和/或其他标记，从而指示表面的电特性。根据这些技术，对于从表面采集ECG信号的每个电极，处理器确定电极在表面的模型的坐标系中的位置。然后，处理器在该位置附近标记模型的一些部分，以指示ECG信号的特性，诸如主频率。所标记的部分的密度和/或幅度可以是电极的位置距模型的距离、信号的各种特征和/或所述部分的位置的函数。例如：
(i)所标记的部分的密度可以是电极的位置距模型的距离的递减函数。另选地或除此之外，所标记的部分的幅度-即，模型上的至少部分地被所标记的部分覆盖的表面区域的量-可以是该距离的递增函数。通过作为电极距模型的距离的函数而改变所标记的部分的密度和/或幅度，处理器为医生提供了该距离的直观视觉指示，这继而反映了所采集的ECG信号的质量。(质量随着距离的减小而提高。)
(ii)当对模型进行标记以显示ECG信号的主频率时，所标记的部分的密度和/或幅度可以是主频率处的信号的频谱的幅度和/或宽度的递增函数。因此，为医生提供了在主频率处的振幅和/或宽度的直观指示。
(iii)所标记的部分的密度可随着距模型上最靠近电极的位置的点的距离而减小。
本文所述的技术尤其有助于显示位于两个电极之间的组织的区域。例如，如果两个电极分别记录两个不同的主频率，则模型可在最靠近第一电极的点处以第一颜色着色，在最靠近第二电极的点处以第二颜色着色，并且在两个电极之间相互穿插两种颜色。(在该中间区域中一种颜色相对于另一种颜色的相对优势可为上述因素中的任一种的函数，诸如距最近点中的每个点的距离和/或在各自主频率处的两个频谱的相应振幅。)相对于不在本公开范围内的其他假设技术，这提供了心脏表面的更准确表示。
例如，一种假设技术可内插两种颜色，使得电极之间的区域以不同的内插度示出。例如，如果一个电极记录12Hz并且另一个电极记录18Hz，则可将12Hz映射到红色，18Hz可映射到蓝色，并且两个电极之间的区域可被示出为不同色调的紫色。然而，这种内插可具有误导性，因为它意味着心脏表面呈现出12Hz和18Hz之间的主ECG频率。相比之下，本发明的实施方案可以以红色和蓝色对中间区域着色，但不以紫色着色，表明该区域呈现12Hz和18Hz两者的主ECG频率，而不是介于12Hz和18Hz之间的频率。
虽然本说明书主要涉及电解剖标测应用，但应当指出，本文所述的技术可用于需要在表面上外推在所述表面上的离散点处获得的测量值的任何合适的应用。
系统描述
首先参见图1，其为根据本发明的一些实施方案的用于用于显示受治疗者25的心脏24的表面30的计算机化模型22的系统20的示意图。
图1描绘了电解剖标测规程的执行，其中医生27在心脏24内导航导管29，并且对于导管的各种位置，在导管29的远侧端部处的多个电极32记录来自心脏30的心内ECG信号。通常，导管29配备有一个或多个位置传感器(未示出)，使得每个记录的ECG信号可以与执行记录的电极32的位置相关联。例如，导管29可以包括一个或多个电磁位置传感器，在存在外部磁场的情况下，所述电磁位置传感器生成随着传感器的相应位置而变化的信号。另选地，为跟踪每个电极32的位置，处理器可确定所述电极和在各种不同位置处外部耦合到受治疗者25的多个电极之间的相应阻抗，然后计算这些阻抗之间的比率。另选地，处理器可使用基于电磁跟踪和基于阻抗的跟踪两者，如例如在美国专利8，456，182中所述，所述专利的公开内容以引用方式并入本文。
在一些实施方案中，如图1所示，导管29是篮状导管，该导管在其远侧端部处包括电极32的篮状件31。另选地，导管29可具有任何其他合适的形式，其中电极32被布置成任何合适的构型。
系统20包括处理器(PROC)28和显示器26。当采集ECG信号时，信号通过导管29和电接口35(诸如端口或插座)传送至处理器28。处理器28使用信号连同相关联的电极位置信息来标记模型22，以指示表面30的电特性，如下文详细所述。在标测规程期间和/或之后，处理器28可在显示器26上显示模型22。
一般来讲，处理器28可被实施为单个处理器或一组协作式联网或集群处理器。处理器28通常是编程化数字计算设备，该设备包括中央处理单元(CPU)、随机存取存储器(RAM)、非易失辅助存储装置诸如硬盘驱动器或CD ROM驱动器、网络接口和/或外围设备。如本领域所熟知的，将数据和/或包括软件程序的程序代码加载到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通过网络而被下载到计算机，或者另选地或除此之外，其可被提供和/或存储在非临时性有形介质诸如磁性存储器、光学存储器、或电子存储器上。此类程序代码和/或数据在被提供给处理器之后，产生被配置成执行本文所述的任务的机器或专用计算机。
现在参见图2，其为根据本发明的一些实施方案的由处理器28显示的表面30的模型22的一部分的示意图。通常，模型22通过具有任何合适的形状(诸如三角形形状)的图块40的图案镶嵌来模拟表面30的解剖特征，图块40沿边缘41和顶点38彼此邻接。(在实践中，边缘41和顶点38在屏幕上未显示。)
如上文参考图1所述，处理器28在电解剖标测规程期间接收来自电极32的ECG信号。除接收这些信号之外，处理器28还计算这些信号的相应光谱，并且/或者以任何其他合适的方式处理信号，以确定信号的特性(以及由此确定从中采集信号的组织的特性)。例如，处理器可确定信号的相应主频率和/或信号的相应循环长度。然后，处理器指定不同的相应颜色或其他标记，以表示信号中的每个的特性。随后，如下面参考图3和图4详细描述的那样，处理器响应于采集信号的电极的位置选择模型的部分，并且然后显示模型22使得模型的所选择的部分(但不是所有未选择的部分)被标记，以指示特性。
例如，图2示出来源于从第一电极接收的第一ECG信号的第一频谱34a和来源于从第二电极接收的第二ECG信号的第二频谱34b。从频谱34a，处理器28确定第一信号具有主频率F1，并且从频谱34b，处理器确定第二信号具有主频率F2。(在本专利申请的上下文中(包括权利要求)，“主频率”可以是相关频谱达到局部最大值的任何频率。)因此，处理器选择第一指示符36a以表示频率F1，并且选择第二指示符36b以表示频率F2。随后，处理器通过在所选择的部分中的每个上叠加第一指示符36a或第二指示符36b来标记模型22的所选择的部分。
用于标记模型的指示符中的每个可包括任何合适的(一个或多个)符号，诸如图2所示的符号和/或任何合适的(一个或多个)字符。例如，作为使用图2中所示的符号的另外一种选择，处理器可用F1或F2的值叠加模型的每个所选择的部分，例如，通过叠加“12”来指示12Hz的主频率。作为另一种选择，处理器可指定第一颜色以表示频率F1，并且指定第二颜色以表示频率F2，然后显示模型，使得模型的所选择的部分中的每个以第一颜色或第二颜色着色，以指示频率F1或频率F2。(处理器还可显示密钥，所述密匙指示颜色或指示符中的每个的含义。)
在一些实施方案中，如图2所示，模型22的所选择的部分中的每个包括相应的图块40。即，处理器在每个所选择的图块40上着色，和/或在其上叠加适当的指示符。另选地或除此之外，处理器可以通过对每个所选择的顶点着色和/或在其上叠加适当的指示符来标记所选择的顶点38。
如上文概述中所指出的，一般来讲，使用本文所述的技术，模型被“喷涂”颜色和/或其他标记，使得标记有第一类型标记的模型的部分可穿插在标记有第二类型标记的模型的其他部分中，或者根本没有被标记。例如，图2示出其中两种标记彼此穿插的模型的区域33。如上文概述中所指出的，相对于使用内插的其他技术，以这种方式散布标记提供了组织的电特性的更准确的视觉表示。
应注意，本公开的范围包括处理来自电极的信号，以及响应于此在收集数据时实时地(即，在规程期间)标记模型22，并且/或者在规程之后进行离线标记。
现在参见图3，其为根据本发明的一些实施方案的用于显示模型22的技术的示意图。
图3的左部示出导管29的臂，所述臂包括放置在心脏的表面30附近的第一电极32a和第二电极32b。第一电极32a在距表面第一距离D1处，而第二电极32b在距表面第二距离D2处，其中D2大于D1。在这些位置处，电极32a和32b从表面30采集ECG信号。
如上文参考图1所述，处理器28确定电极中的每个在模型22的坐标系中的位置。因此，图3的中间部分示出由处理器确定的模型22的坐标系中的第一电极32a的位置L1和第二电极32b的位置L2。
在确定电极的位置之后，处理器从确定的位置中的每个投射多个光线42，如图3的中间部分中进一步所示。例如，考虑到电极的位置作为球体的中心，处理器可针对每对角度投射不同的相应光线42，其中θ(球面坐标中的极角)以给定的步长(例如，5度或10度)处在0度和180度之间，并且(球面坐标中的方位角)以另一个给定的步长(例如，5度或10度)处在0度和360度之间，使得光线42被投射成球形。
对于每组投射光线，处理器响应于光线与模型相交的点44选择模型的部分。例如，处理器可选择由光线中的至少一个击中的每个图块。(如果给定的图块被从不同的相应电极位置投射的两条光线击中，则处理器可以随机选择其中一条光线作为碰撞的“赢家”。)另选地，对于交点44中的每个，处理器可选择最靠近该交点的顶点。
在选择模型22的相关部分之后，处理器显示模型22，使得对于电极中的每个，标记针对电极选择的模型的部分以指示从电极接收的信号的特性，诸如主频率。例如，如图3的右部所示，处理器可以渲染模型22，使得针对电极32a选择的所选择的部分中的每个用指示符36a标记，以指示来自电极32a的ECG信号的特性，并且针对电极32b选择的所选择的部分中的每个用指示符36b标记，以指示来自电极32b的信号的特性。(为简单起见，图3或图4中未示出模型22的解剖细节。)
使用上述光线投射技术的结果是，对于电极中的每个而言，所选择的(和标记的)部分的密度是电极的所确定的位置距模型的距离的递减函数。(该“密度”可被量化，例如，作为模型22的每单位表面积，或显示器26上的每单位面积的所选择的部分的数量)。光线投射技术的另一个结果是所选择的(和标记的)部分的幅度是电极的所确定的位置距模型的距离的递增函数。(该“幅度”可被量化，例如，作为从模型上最靠近电极位置的点至距该最近点最远的所选择的部分沿模型表面的测地距离，或沿显示器26的距离)。
例如，在图3中，由于电极32a相对于电极32b与表面30的距离较小，因此指示符36a的密度大于指示符36b的密度。同样，在指示符36a由具有较小半径R1的圆圈包围的情况下，指示符36b仅由具有较大半径R2的圆圈包围。
尽管有上述特定示例技术，但应注意，本公开的范围包括用于将密度设定为电极的位置距模型的距离的递减函数，和/或将幅度设定为该距离的递增函数的任何合适的技术。
现在参见图4，其为根据本发明的另一实施方案的用于显示模型22的另一技术的示意图。
图4示出了一种场景，其中单个电极捕获其频谱34c表现出两个主频率的ECG信号：第一主频率F3，和第二主频率F4。响应于识别这两个主频率，处理器选择两个指示符(或颜色)，一个指示符(或颜色)针对频率中的每个。在所示的特定情况下，处理器为F3选择指示符36a，并且为F4选择指示符36b。然后，处理器显示模型22，使得被标记以指示频率F3的模型的部分穿插在被标记以指示频率F4的模型的其他部分中。这为医生提供了两种不同主频率的直观视觉指示。
一般来讲，可将上述技术应用于其中确定ECG信号的两种不同特性—诸如两个不同的循环长度的任何场景。换句话讲，在电极附近的模型的一些部分可被标记以指示第一特性，而穿插在前述部分中的模型的其他部分可被标记以指示第二特性。在确定信号的两个以上特性的情况下，可类似地应用该技术。
图4进一步示出可响应于信号的各个主频率处的频谱34c的特征设定模型的所选择的(和标记的)部分的密度和幅度。例如，对于主频率中的每个，所选择的部分的密度可以是主频率处的频谱的振幅的递增函数。图4通过示出频率F3的标记密度大于频率F4的标记密度来说明这样的实施方案，其中频率F3具有较大的振幅A3，频率F4具有较小的振幅A4。另选地或除此之外，幅度可以是主频率处的频谱宽度的递增函数“f”。图4通过示出由于F4处的频谱宽度W4相对于F3处的频谱宽度W3较大，所以由半径R4量化的频率F4的幅度大于由半径R3量化的频率F3的幅度来说明这样的实施方案。(宽度可被量化为例如半极大处全宽度。)
尽管有上述特定实施方案，但应注意，当标记以指示主频率时，标记的密度和幅度中的每个可以是主频率处的幅度、主频率处的宽度和/或信号在时间域或频域中的任何其他合适的特征的任何合适的递增函数或递减函数。同样，当标记以指示信号的任何其他特性(诸如循环长度)时，可通过将任何合适的函数应用于信号在时间域或频域中的任何合适的特征来设定密度和幅度中的每个。
在一些实施方案中，为执行上文参考图4所述的技术，处理器首先找到模型上的最靠近电极的位置的点。然后，处理器计算距模型的一部分可潜在地被标记的最近点处的最大测地距离。(该距离对应于标记幅度。)然后处理器在最近点的计算距离内迭代所有相关部分(例如，迭代所有图块或定点)，并基于所需的标记密度决定是否标记所述部分。例如，处理器可生成随机数，然后将该随机数与作为所需标记密度的函数的阈值进行比较。响应于该比较，处理器可决定是否标记该部分。(作为所需标记密度的函数的阈值的替代或补充，生成随机数的分布可以是所需标记密度的函数。)
例如，对于最近点的计算距离内的模型的每个相关部分，处理器可从0和1之间的均匀分布生成随机数。然后处理器可确定该数字是否小于特定阈值。如果是，处理器可以标记该部分；否则，处理器可避免标记该部分。阈值可更接近1以获得更高的标记密度，并且更接近0以获得较低的标记密度。另选地，可使用更复杂的算法来决定模型的标记部分的分布。
作为响应于信号的特征设定密度的替代或补充，密度可随着距模型上最靠近电极的位置的点的距离而减小。
本领域技术人员应当理解，本发明不限于上文具体示出和描述的内容。相反，本发明的实施方案的范围包括上文所述的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被视为本申请的整体部分，不同的是如果这些并入的文献中限定的任何术语与本说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突，则应仅考虑本说明书中的定义。

Claims (24)

1.一种系统，包括：
电接口；以及
处理器，所述处理器被配置成：
经由所述电接口接收来自受治疗者的心脏内的电极的心电图信号，
确定所述电极在所述心脏的表面的计算机化模型的坐标系中的位置，
响应于所确定的位置来选择所述模型的部分，使得所选择的部分穿插在所述模型的其他未选择的部分中，以及
显示所述模型使得所选择的部分而不是未选择的部分被标记以指示所述信号的特性。
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以下步骤选择所述模型的所述部分：
从所确定的位置投射多个光线，以及
响应于所述光线与所述模型相交所处的点来选择所述模型的所述部分。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成在选择所述模型的所述部分时，将所选择的部分的密度设定为所确定的位置距所述模型的距离的递减函数。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成在选择所述模型的所述部分时，将所选择的部分的幅度设定为所确定的位置距所述模型的距离的递增函数。
5.根据权利要求1所述的系统，
其中所述信号为第一信号，并且所述电极为第一电极，
其中所述处理器被进一步配置成接收来自所述心脏内的第二电极的第二心电图信号，以及
其中所述处理器被配置成显示所述模型，使得所述模型的所述其他部分中的至少一些被标记以指示所述第二信号的特性。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述特性为第一特性，并且其中所述处理器被配置成显示所述模型，使得所述模型的所述其他部分中的至少一些被标记以指示所述信号的第二特性。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成显示所述模型，使得所述模型的所选择的部分被着色以指示所述特性。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述信号的特性是所述信号的主频率。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述处理器被配置成在选择所述模型的所述部分时，响应于所述信号在所述主频率处的频谱的特征来设定所选择的部分的密度。
10.根据权利要求8所述的系统，其中所述处理器被配置成在选择所述模型的所述部分时，响应于所述信号在所述主频率处的频谱的特征来设定所选择的部分的幅度。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述信号的特性是所述信号的循环长度。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成选择所述模型的所述部分，使得所选择的部分的密度随着距所述模型上的最靠近所确定的位置的点的距离而减小。
13.一种方法，包括：
通过处理器接收来自受治疗者的心脏内的电极的心电图信号；
确定所述电极在所述心脏的表面的计算机化模型的坐标系中的位置；
响应于所确定的位置来选择所述模型的部分，使得所选择的部分穿插在所述模型的其他未选择的部分中；以及
显示所述模型使得所选择的部分而不是未选择的部分被标记以指示所述信号的特性。
14.根据权利要求13所述的方法，其中选择所述模型的所述部分包括：
从所确定的位置投射多个光线；以及
响应于所述光线与所述模型相交所处的点来选择所述模型的所述部分。
15.根据权利要求13所述的方法，其中选择所述模型的所述部分包括将所选择的部分的密度设定为所确定的位置距所述模型的距离的递减函数。
16.根据权利要求13所述的方法，其中选择所述模型的所述部分包括将所选择的部分的幅度设定为所确定的位置距所述模型的距离的递增函数。
17.根据权利要求13所述的方法，
其中所述信号为第一信号，并且所述电极为第一电极，
其中所述方法还包括接收来自所述心脏内的第二电极的第二心电图信号，以及
其中显示所述模型包括显示所述模型，使得所述模型的所述其他部分中的至少一些被标记以指示所述第二信号的特性。
18.根据权利要求13所述的方法，其中所述特性为第一特性，并且其中显示所述模型包括显示所述模型，使得所述模型的所述其他部分中的至少一些被标记以指示所述信号的第二特性。
19.根据权利要求13所述的方法，其中显示所述模型包括显示所述模型，使得所述模型的所选择的部分被着色以指示所述特性。
20.根据权利要求13所述的方法，其中所述信号的特性是所述信号的主频率。
21.根据权利要求20所述的方法，其中选择所述模型的所述部分包括响应于所述信号在所述主频率处的频谱的特征来设定所选择的部分的密度。
22.根据权利要求20所述的方法，其中选择所述模型的所述部分包括响应于所述信号在所述主频率处的频谱的特征设定所选择的部分的幅度。
23.根据权利要求13所述的方法，其中所述信号的特性是所述信号的循环长度。
24.根据权利要求13所述的方法，其中选择所述模型的所述部分包括选择所述模型的所述部分，使得所选择的部分的密度随着距所述模型上的最靠近所确定的位置的点的距离而减小。
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