CN111345804A - 用于感测心波矢量的电极布置方式 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“用于感测心波矢量的电极布置方式”。公开了一种系统，所述系统包括两个或更多个电极对和处理器。所述电极设置在用于到插入患者心脏内的导管的远侧端部上。每对中的所述电极彼此平行，并且所述对彼此不平行。所述处理器被配置成接收由所述电极对采集的电生理(EP)信号，并且基于所接收的EP信号的时间来计算所接收EP信号在所述心脏中传播的局部方向。

Description

用于感测心波矢量的电极布置方式
技术领域
本发明整体涉及电解剖标测，并且具体地涉及心脏电解剖标测。
背景技术
用于生成心脏电解剖标测图的侵入式诊断心脏学技术先前已在专利文献中有所描述。例如，美国专利申请公布2017/0079542描述了用于优化地标测、最大程度的降低和治疗患者的心脏纤颤的导管、系统和相关方法，所述导管、系统和相关方法包括至少一个堆叠电极对的阵列。在一些实施方案中，每个电极对包括第一电极和第二电极，其中每个电极对被配置成与心脏组织基质的表面正交。在一些实施方案中，每个第一电极与表面接触以记录第一信号，并且每个第二电极与第一电极间隔开使第二电极能够记录第二信号的距离。导管被配置成从响应于心脏组织基质中的电活动的至少第一信号和第二信号获得一个或多个测量值，所述一个或多个测量值指示多个电路核以及电路核在一定持续时间内在整个心脏组织基质上的分布。
又如，美国专利申请公布2002/0055674描述了一种用于插入到受检者体内的细长探针设备，该细长探针设备包括：具有基本刚性配置的结构。探针上的多个生理传感器响应于生理活动生成信号，其中传感器在处于所述配置的结构上具有基本固定的位置。一个或多个装置生成指示生理传感器在处于所述配置的结构上的位置的位置信号。双极信号可分解成平行于和垂直于穿过任何电极对的轴线的分量，并且这些电极之间的双极信号的幅值将与平行分量的相对量值成比例。
发明内容
本发明的实施方案提供了一种包括两个或更多个电极对和处理器的系统。电极设置在用于到插入到患者的心脏中的导管的远侧端部上。每对中的电极彼此平行，并且所述对彼此不平行。处理器被配置成接收由电极对采集的电生理(EP)信号，并且基于所接收EP信号的时间来计算所接收EP信号在心脏中传播的局部方向。
在一些实施方案中，条电极对彼此正交。
在一个实施方案中，电极包括线性条。在另一个实施方案中，电极具有椭圆形形状。
在一些实施方案中，处理器被配置成通过检测到EP信号到达至少两个电极对的时间至多等于给定容差来识别出局部方向垂直于心脏的表面。
在一些实施方案中，处理器还被配置成计算所接收EP信号的量值。
根据本发明的实施方案，还提供了一种方法，该方法包括接收由设置在用于插入到患者心脏内的导管的远侧端部上的两个或更多个电极对采集的电生理(EP)信号，其中(i)每对中的电极彼此平行，并且(ii)所述对彼此不平行。基于所接收EP信号的时间，计算所接收EP信号在心脏中传播的方向。
在一些实施方案中，计算局部方向包括通过检测到EP信号到达至少两个电极对的时间至多等于给定容差来识别出局部方向垂直于心脏的表面。
在一些实施方案中，所述方法还包括计算所接收EP信号的量值。
根据本发明的实施方案，还提供了一种制造方法，该方法包括将两个或更多个电极对设置在用于插入到患者的心脏中的导管的远侧端部上，其中(i)每对中的电极彼此平行，并且(ii)所述对彼此不平行。两个或更多个电极对电连接到位于导管的近侧端部中的连接器。
结合附图，通过以下对本发明的实施方案的详细描述，将更全面地理解本发明，其中：
附图说明
图1为根据本发明的实施方案的用于电解剖标测的系统的示意性图解；
图2A和图2B为根据本发明的实施方案的电极对构型的示意性图解，电极对构型被配置成采集指示电生理(EP)波的方向的电信号；
图3为根据本发明的实施方案的在法向方向上传播并且由图2A的电极对构型检测到的行进EP波的示意性图解；
图4为示意性地示出根据本发明的实施方案的用于检测行进EP波的方向的方法和算法的流程图；并且
图5为示意性地示出根据本发明的实施方案的电极对构型的制造方法的流程图，所述电极对构型被配置成采集指示行进EP波的方向的电信号。
具体实施方式
概述
心内电生理(EP)标测(下文也称为“电解剖标测”)为基于导管的方法，该方法有时适用于表征心脏EP异常，诸如心律失常。在典型的基于导管的规程中，将包括感测电极的导管的远侧端部插入到心脏中以感测EP信号。为了生成EP标测图，医师在心脏内移动远侧端部，并且EP标测系统采集各个心脏位置处的EP信号以及采集相应的位置。
然而，对于诊断而言，还可需要EP波的传播方向。在心脏组织上方获得此类方向传统上需要系统执行费力的计算。例如，可通过生成心脏的区段的局部激活时间(LAT)标测图来获得心波的传播方向。除了相对耗时之外，时序图(例如，LAT标测图)的此类空间分析不能被容易且快速地执行，因为例如其必须首先从多个心脏位置采集数据点。
下文描述的本发明的实施方案提供了设置在导管的远侧端部上的基底上的电极对构型。当与心脏的内表面接触时，电极对构型被配置成采集指示行进EP波的方向的电信号。在一些实施方案中，导管的远侧端部包括两个或更多个电极对，其中(i)每对中的电极彼此平行，并且(ii)所述对彼此不平行。处理器被配置成接收由电极对采集的EP信号，并且基于所接收EP信号的时间来计算所接收EP信号在心脏中传播的局部方向。
在一些实施方案中，电极对构型被配置成测量双极EP信号。在此类实施方案中，每个电极对包括平行条电极，其中一个电极对与另一对正交地排列，如下文进一步所述。
在一些实施方案中，当EP波行进穿过心脏位置时，电极对构型的两个或更多个电极对中的每对采集不同时间的EP电势，并且处理器分析电极之间的电势到达的相对时间(例如，通过比较峰值电势出现的时间)并分析信号强度以便分别提供行进EP波的方向和量值。
在一个实施方案中，处理器另外指示行进EP波在特定位置处是否正在相对于心脏表面的法向方向上(即，垂直于沿基质平面的方向)传播。当由电极对构型的两个或更多个电极对所测量的信号到达的时间基本上相等(即，至多等于给定容差)时，处理器识别出此类EP波，如下所述。此类法向行进波可出现在心脏的某些部分中。例如，此类法向传播可出现在靠近疤痕组织的健康组织的明显端接位置附近。
通常，处理器利用包含特定算法的软件进行编程，所述算法使处理器能够执行上文列出的处理器相关步骤和功能中的每个。
本发明所公开的电极对构型使处理器能够容易地实时估计EP波传播的局部方向，包括检测沿法向方向传播的EP波。这样，本发明所公开的技术可改善心内EP标测规程的诊断价值。
系统描述
图1为根据本发明的实施方案的用于电解剖标测的系统20的示意性图解。图1示出使用电解剖导管29执行患者25的心脏23的电解剖标测的医师27。导管29在其远端处包括可为机械柔性的一个或多个臂20，每个臂与一个或多个电极22耦接。在标测规程期间，电极22从心脏23的组织获取并且/或者向心脏23的组织注入信号。处理器28经由电接口35接收这些信号，并且使用在这些信号中所包含的信息来构造电解剖标测图31。在该规程期间和/或之后，处理器28可在显示器26上显示电解剖标测图31。
在该规程期间，跟踪系统用于跟踪感测电极22的相应位置，使得这些信号中的每种信号可以与信号获取位置相关联。例如，可使用美国专利8,456,182中描述的由Biosense-Webster(Irvine,California)制造的有源电流位置(ACL)系统，所述专利的公开内容以引用方式并入本文。在ACL系统中，处理器基于在每个感测电极22与耦接到患者25的皮肤的多个表面电极24之间测量的阻抗来估计电极的相应位置。例如，三个表面电极24可耦接到患者的胸部，另外三个表面电极可耦接到患者的背部。(为了便于说明，图1中仅示出一个表面电极。)电流在患者的心脏23内的电极22与表面电极24之间传递。处理器28基于以下项来计算患者心脏内所有电极22的估计位置：在表面电极24处测量的所得电流幅值之间(或这些幅值所代表的阻抗之间)的比率，以及患者身体上电极24的已知位置。因此，处理器可将从电极22接收的任何给定阻抗信号与获取信号的位置相关联。
处理器28通常在软件中编程以执行本文所述的功能。该软件可通过网络以电子形式被下载到计算机，例如或者其可另选地或另外地设置和/或存储在非临时性有形介质(诸如磁学、光学或电子存储器)上。具体地，处理器28运行使得处理器28能够执行本发明所公开的步骤的专用算法，如下所述。
图1中所示的示例性例证完全是为了概念清晰而选择的。同样可采用其他类型的感测导管，诸如
Figure BDA0002328590720000051
导管(由Biosense-Webster制造)。接触传感器可装配在电解剖导管29的远侧端部。如上所述，可以与电极22类似的方式利用其它类型的电极(诸如，用于消融的电极)来采集所需的位置数据。因此，在此情况下，将用于收集位置数据的消融电极视为感测电极。在任选的实施方案中，处理器28还被配置成指示在测量期间在每个电极22与心腔内表面之间物理接触的质量。
系统21的元件和本文所述的方法可通过在ACL贴片电极49或其他皮肤附接电极之间施加电压梯度来执行，并且可利用导管29上的感测电极22来测量诱发体内电势(例如，利用由Biosense-Webster制造的
Figure BDA0002328590720000052
4技术)。因此，本发明的实施方案适用于旨在EP标测的任何位置感测方法，其中感测电极生成指示其在体内的位置的信号。
用于感测心波矢量的电极布置方式
图2A和图2B分别为根据本发明的实施方案的电极对构型30A和30B的示意性图，所述电极对构型30A和30B被配置成采集指示电生理(EP)波50的方向的电信号。
处理器基于所采集的波形导出波到达的相对时间(例如，由每个电极感测到最大电势值的时间之间的差值)。电极测量行进EP波50相对于公共电极(诸如表面体电极、或放置在冠状窦内的冠状窦导管的电极、或利用电极中的一个作为公共电极)的电势。
图2A示出了其中电极对构型30a(被示为正交电极对22a1和22a2)围绕公共中心排列的实施方案。如图所示，区域55由电极对22a1和22a2界定。区域55为有限的(即，电极不超过线进行排列)，使得电极对构型以一对一协议编码(即，“横跨”)EP波50的传播的全部可能的平面内方向。
在一个实施方案中，臂20被设置成具有预定数量的此类电极对构型，所述构型中的两个示于图2A中。
为了示出电极对构型30A如何以一对一协议编码行进EP波在基底40的平面中的传播方向，这四个电极在图2A的插图中被标记为E1、E2、E3和E4。行进波的EP电势的到达时间的所得编码在插图中被示为(1)-(4)-(3)-(2)，即(1432)，其为相应电极E1-E2-E3—E44感测波的时间顺序。
在图2A的插图中，电极被示为圆形物体，但电极的形状可例如为椭圆形的。
在类似传播方向的情况下，上述编码时间的顺序通常保持相同，但电极之间的量化时间差总是有所变化。利用所采集的量化时间差，处理器28确定传播例如相对于导管臂20的纵向轴线44的独特局部方向。因此，如图2A的插图所示，可通过测量相对时间来提取EP波传播的局部方向(即，EP波的局部波矢量)。
在一个实施方案中，为了测量通常间隔开至多几毫米的电极的行进波的不同时间，EP标测系统21以几十MHz的速率采集时间依赖性信号。
又如，图2B示出了其中电极对构型30b包括与相邻对22b2正交排列的电极对22b1的实施方案。构型30自身重复，使得预定数量的构型30设置在附接到导管的臂20的基底40上。这种布置方式利用圆形电极进一步地示于图2B的插图中。
在一些实施方案中，电极对构型30A和30B被配置成检测在法向方向上传播的EP波，如在图3中针对图2A所示的电极对构型实施方案所述。
图2中所示的电极配置仅以举例的方式提供。还可以用其他配置，诸如相对于臂20的纵向轴线以各种角度排列的配置。本发明所公开的基底可由柔性材料制成，从而允许电极对构型以各种角度包裹在臂20上，以确保在相对于组织的任何导管取向下测量足够强的EP信号。在一个实施方案中，臂20被设置成具有两种构型30a和30b。
图3为根据本发明的实施方案的在法向方向57上传播并且由图2A的电极对构型30A检测到的行进EP波的示意性图解。
图3示出了EP传播的独特情况，所述独特情况在存在此类有限信号时导致全部四个时间依赖性电势V1、V2、V3和V4在相关时间窗口为实际上相同的。导致上述情况的EP波必须具有垂直于基底40对准的EP波的局部波矢量，如在区域55处通过通向基底40的方向57所示。因此，本发明所公开的电极对构型能够检测在组织中显著垂直于“平面内”传播的传播。如上所述，此类传播可出现在例如靠近疤痕组织的健康组织的明显端接位置附近。
在一个实施方案中，处理器28基于显著法向定向的波矢量的小但可测量的平面内分量来确定显著法向传播(例如，离开基底或进入基底)的方向。
图4为示意性地示出根据本发明的实施方案的用于检测行进EP波的方向的方法和算法的流程图。该过程开始于在EP信号采集步骤70处，医师30利用装配在心脏26内的导管的远侧端部处的包括在电极对构型(诸如构型30a和/或30b)中的两个或更多个电极对采集传播的心脏EP电势。接下来，在EP波时间计算步骤72处，利用所采集的EP信号并且利用根据本发明实施方案的由处理器执行的算法，处理器28计算电极对之间的所采集EP信号(即电势)的采集时间的差值。
接下来，在方向计算步骤74处，处理器28计算EP波的传播的局部方向(即，波矢量)。在EP标测图更新步骤76处，处理器28将所计算的方向添加到(在方向为法向的情况下指示给)EP标测图。
图4中所示的示例性流程图完全是为了概念清晰而选择的。在另选的实施方案中，可使用附加步骤，诸如检测电极中的任一个与组织的物理接触程度。
图5为示意性地示出根据本发明的实施方案的电极对构型的制造方法的流程图，所述电极对构型被配置成采集指示行进EP波的方向的电信号。该过程开始于在设置电极构型步骤80处，将界定有限区域的电极对构型设置在导管的远侧端部上。接下来，在电接线步骤82处，将电极对构型电连接到位于导管的近侧端部中的连接器，所述连接器将信号传送到接口35。
虽然本文描述的实施方案主要涉及心脏EP标测，但本文描述的方法和系统也可用于其他应用，诸如神经病学中。
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文描述的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描述时将会想到该变型和修改，并且该变型和修改并未在现有技术中公开。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 (12)

1.一种系统，包括：
两个或更多个电极对，其中(i)每对中的所述电极彼此平行，并且(ii)所述对彼此不平行，所述电极设置在用于插入到患者的心脏中的导管的远侧端部上；以及
处理器，所述处理器被配置成：
接收由所述电极对采集的电生理(EP)信号；以及
基于所接收的所述EP信号的时间，计算所接收的所述EP信号在所述心脏中传播的局部方向。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述条电极对彼此正交。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述电极包括线性条。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述电极具有椭圆形形状。
5.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检测到所述EP信号到达至少两个电极对的时间至多等于给定容差来识别出所述局部方向垂直于所述心脏的表面。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器还被配置成计算所接收的所述EP信号的量值。
7.一种方法，包括：
接收由两个或更多个电极对采集的电生理(EP)信号，其中(i)每对中的所述电极彼此平行，并且(ii)所述对彼此不平行，所述电极设置在用于插入到患者的心脏中的导管的远侧端部上；以及
基于所接收的所述EP信号的时间，计算所接收的所述EP信号在所述心脏中传播的方向。
8.根据权利要求7所述的方法，其中计算局部方向包括通过检测到所述EP信号到达至少两个电极对的时间至多等于给定容差来识别出所述局部方向垂直于所述心脏的表面。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括计算所接收的所述EP信号的量值。
10.一种制造方法，包括：
将两个或更多个电极对设置在用于插入到患者的心脏中的导管的远侧端部上，其中(i)每对中的所述电极彼此平行，并且(ii)所述对彼此不平行；以及
将所述两个或更多个电极对电连接到位于所述导管的近侧端部中的连接器。
11.根据权利要求10所述的制造方法，其中设置所述电极对包括设置彼此正交的条电极对。
12.根据权利要求10所述的制造方法，其中设置所述电极对包括设置具有椭圆形形状的电极。
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