CN112971805A - 使用单极性信号和双极性信号检测心室活动 - Google Patents

使用单极性信号和双极性信号检测心室活动 Download PDF

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Abstract

本发明题为“使用单极性信号和双极性信号检测心室活动”。本发明涉及一种方法，该方法包括接收由在患者的心脏中的位置处的一对电极所感测的双极性信号。接收单极性信号，该单极性信号是由在心脏中的该位置处的电极所感测的。计算所接收的双极性信号的导数。计算所接收的单极性信号的导数。评估双极性信号的导数与单极性信号在单极性信号的导数的局部最小值处的导数之间的比率。当该比率小于预设阈值比值时，指示心室活动的发生。

Description

使用单极性信号和双极性信号检测心室活动
技术领域
本发明总体上涉及电生理信号，具体地涉及用于评估心脏内电传播的方法。
背景技术
先前专利文献提出过记录相对于心脏的单极性和双极性电信号。例如，美国专利申请公开2018/0042505描述了一种方法，该方法包括接收来自人类受检者的心肌附近的一对电极的双极性信号，以及接收来自该对电极中的一个电极的单极性信号。方法还包括描绘单极性信号和双极性信号的感兴趣窗口(WOI)，在该WOI内计算单极性信号的局部单极性最小导数和该局部单极性最小导数的发生时间，并且在该WOI内计算双极性信号在发生时间的双极性导数。方法还包括评估双极性导数对局部单极性最小导数的比率，并且当该比率大于预设阈值比值时，将发生时间指定为心肌的激活时间，对激活时间的数量进行计数并根据该数量对单极性信号进行分类。
又如，美国专利申请公开2015/0208938描述了从探头的电极中所记录并相对于时间而微分的双极性电描记图和单极性电描记图。在微分的双极性电描记图中识别峰值。限定包括关于峰值的双极性活动的活动窗口。在活动窗口内的微分的单极性电描记图中的负极值被报告为单极性激活开始。在一个方面，通过排除未能与双极性电描记图中的活动相关联的候选最小值，来从活动窗口内的微分单极性电描记图中的候选最小值中选择注记。
美国专利申请公开2015/0208942描述了诊断性心脏导管插入术，该诊断性心脏导管插入术包括从在心脏中位置处的导管上的电极记录双极性电描记图和单极性电描记图，并且限定其中双极性电描记图的电位变化率超过预先确定的值的感兴趣窗口。注记在单极电描记图中建立，其中该注记表示感兴趣窗口内单极电描记图的电势的最大变化率。将品质值指定至注记，并且生成包括其注记及其品质值的心脏的一部分的3维标测图。
美国专利申请公开2013/0281870描述了一种用于表征心电图的方法，该方法包括接收来自心脏的第一位置的第一单极性信号以及接收来自心脏的第二位置的第二单极性信号。由第一单极性信号和第二单极性信号生成双极性信号，并且对双极性信号进行分析，以描绘在第一位置和第二位置生成双极性复合波期间的时间段。方法还包括对该时间段内的第一单极性信号进行分析以确定第一位置的激活时间。
发明内容
本文所述的本发明的示例性实施方案提供了一种方法，该方法包括接收由在患者的心脏中的位置处的一对电极所感测的双极性信号。接收单极性信号，该单极性信号是由在心脏中的该位置处的电极所感测的。计算所接收的双极性信号的导数。计算所接收的单极性信号的导数。评估双极性信号的导数与单极性信号在单极性信号的导数的局部最小值处的导数之间的比率。当该比率小于预设阈值比值时，指示心室活动的发生。
在一些示例性实施方案中，接收双极性信号包括从多电极导管的多个电极对接收多个双极性信号，并且还包括比较多个双极性信号之间的时间差，并且当时间差小于预定值时，指示心室活动的发生。
在一些示例性实施方案中，接收单极性信号包括从多电极导管的多个电极接收多个单极性信号，并且该方法还包括如果单极性信号之间的时间差小于预定值，则指示心室活动的发生。
在一个示例性实施方案中，接收单极性信号包括从该对电极中的一个电极接收单极性信号。
在另一个示例性实施方案中，计算比率包括限定包括感兴趣窗口的时间间隔以及计算在感兴趣窗口内的比率。
在一些示例性实施方案中，该方法还包括警示用户心室活动的发生的指示。
在一些示例性实施方案中，该方法还包括将双极性信号呈现给用户，在双极性信号上具有指示心室活动的注记。
在其他示例性实施方案中，该方法还包括及时分析连续双极性信号，并且仅当比率保持小于预设阈值比值达至少预定持续时间时，才指示心室活动的发生。
根据本发明的一个示例性实施方案，另外提供一种包括接口和处理器的装置。接口被配置成从放置在患者的心脏中的位置处的一对电极接收双极性信号，并且从放置在心脏中的该位置处的电极接收单极性信号。处理器被配置成：(a)计算所接收的双极性信号的导数，(b)计算所接收的单极性信号的导数，(c)评估双极性信号的导数与单极性信号在单极性信号的导数的局部最小值处的导数之间的比率，并且(d)当该比率小于预设阈值比值时，指示心室活动的发生。
结合附图，通过以下对本公开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
结合附图，通过以下对本发明实施方案的详细描述，将更全面地理解本发明，其中：
图1是根据本发明的一个示例性实施方案的基于导管的电生理(EP)标测系统的示意性图解；
图2是根据本发明的一个示例性实施方案的使用图1的系统所记录的双极性和单极性心电图(ECG)信号、及单极性ECG信号与双性极ECG信号的相应的计算比率的图；并且
图3是示意性地示出根据本发明的一个示例性实施方案的用于检测远场心室活动的方法和算法的流程图。
具体实施方式
概述
使用导管从心脏采集的电生理(EP)信号通常可以是近场生物电信号与远场生物电信号的组合。然而，在临床上，近场信号通常更加显著。此外，一些远场信号被认为是会损坏近场感测信号的干扰。例如，当从定位在心脏的心房中的导管采集信号时，医生需要知道心室远场活动何时侵扰近场信号。
在本发明的上下文中，近场生物电信号是在诊断电极与组织的局部接触点处从心脏组织所接收的信号。远场生物电信号是来自远离接触到的组织区域的区域的信号。通常，此类远场生物电信号通过经由血液的传导而传播并且被导管的诊断电极所感测，同时该电极通过与组织接触来采集近场信号。
在下文中所描述的本发明的示例性实施方案提供了用于检测瞬时远场心室活动的方法和装置。在一些示例性实施方案中，处理器接收由放置成与被诊断组织(如心脏的左心房的组织)接触的导管的一对电极所感测的双极性信号、以及由相同导管或放置成与心脏组织接触的另一个导管的电极所感测的单极性信号。
心室活动通常由单极性信号中的急剧变化所表示，而在双极性信号中发生较平缓的变化。因此，如果单极性信号的斜率大但同时双极性信号的斜率小，则该行为可能是由瞬时远场心室活动所导致。
在一些示例性实施方案中，处理器首先计算所接收双极性和单极性信号的导数，然后计算双极性信号的导数与单极性信号的导数之间的比率。通过比较所计算的比率与预设阈值，例如当该比率低于预设阈值比值时，处理器识别干扰远场心室活动的发生。然后，处理器向用户指示心室活动的发生。在一个示例性实施方案中，比率是处理器可以基于例如所采集的信号中的噪声水平加以更新的动态比率。
在一些示例性实施方案中，感测单极性信号的电极是上述电极对中的一个电极。在其他示例性实施方案中，使用一个或多个ECG表面引线来接收单极性信号。
在一些示例性实施方案中，处理器限定包括感兴趣窗口的时间间隔，并且计算在该感兴趣窗口内的所接收的单极性信号与双极性信号的比率。另选地或除此之外，处理器计算在感兴趣窗口内的所接收的单极性信号的斜率与双极性信号的斜率的比率。
在一些情况下，局部生物电信号可以示出与远场生物电信号的相似度。在一些示例性实施方案中，为了将局部活动与远场活动区分开，处理器对来自多电极导管(如PentaRayTM导管，由Biosense Webster制造)的多个电极对的生物电信号进行分析。如果信号是由于远场活动而产生，则信号时序应当在不同电极对中是相似的，而如果信号是由于局部活动而产生，则信号将会在时间上分散，例如在时间上彼此独立超过预定值。
在一些示例性实施方案中，处理器进一步被配置成警示或标记医师检测到了心室活动。系统可以进一步利用此过程，以便从采集中选择或排除搏动。
本发明所公开的用于检测心室活动的方法依赖于如下的提议：如果感测到大的单极性信号或者感测到的单极性信号中的大变化，则通常会发生心室活动，而同时如果两对信号中的任一对信号的比率超过给定阈值，则分别地存在小的双极性信号，或者在双极性信号中存在小的变化，或者更定量地存在小的变化。
在一个示例性实施方案中，处理器及时分析连续双极性信号，并且如果双极性信号的导数与相应的单极性信号中的至少一个单极性信号的导数之间的比率保持小于预设阈值比值达至少预定持续时间，则处理器指示心室活动的发生并且仅在此情况下指示。
通常，处理器利用包含特定算法的软件进行编程，该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一者。
本发明所公开的用于检测心室活动的方法可通过使医师能够丢弃被损坏的生物电感测信号来提高诊断性导管插入术的价值。
系统描述
图1是根据本发明的一个示例性实施方案的基于导管的电生理(EP)标测系统21的示意性图解。图1示出了内科医生27使用电解剖标测导管29来执行患者25的心脏23的电解剖标测。标测导管29在其远侧端部包括一个或多个臂20，这些臂中的每个臂耦接到包括相邻电极22a和22b的双极性电极22。
在标测规程期间，当电极22位于患者的心脏23内时，跟踪电极22的位置。为此，电信号在电极22和外部电极24之间传递。例如，三个外部电极24可耦接到患者的胸部，并且另外三个外部电极可耦接到患者的背部。(为了便于说明，图1中仅示出一个外部电极。)
基于信号，并且给定在患者的身体上的电极24的已知位置，处理器28计算每个电极22在患者心脏23内的估计位置。通过使用电极22另外从心脏23的组织采集相应的电生理数据，诸如心内ECG迹线。因此，处理器可将从电极22接收的任何给定信号(诸如电生理信号)与采集信号的位置相关联。处理器28经由电接口35接收所形成的信号，并且使用包含于这些信号中的信息来构造电生理标测图31和ECG迹线40，并且将这些信号呈现于显示器26上。
处理器28通常包括通用计算机，该通用计算机具有经编程以执行本文中所述功能的软件。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(诸如磁存储器、光存储器或电子存储器)上。具体地，处理器28运行如本文中所公开的专用算法(包括在图3中示出的方法)，该专用算法使得处理器28能够执行所公开的步骤，如下文进一步所述。
图1所示的示例性图示完全是为了概念清晰而选择的。也可采用其他类型的电生理感测导管几何结构，诸如
Figure BDA0002831706110000061
导管(由加利福尼亚州尔湾的Biosense-Webster公司(Biosense-Webster Inc.,Irvine,California)制造)。另外，接触传感器可装配在标测导管29的远侧端部处，并且传输指示电极与组织接触的物理质量的数据。在一个示例性实施方案中，如果一个或多个电极22的物理接触质量被指示为差，则它们的测量值会被丢弃，并且如果其他电极的接触质量被指示为足够，则它们的测量值会被认为是有效的。
使用单极性信号和双极性信号检测心室活动
图2是根据本发明的一个示例性实施方案的使用图1的系统21所记录的双极性心电图信号(60)和单极性心电图信号(62)的图，及单极性ECG信号与双极性ECG信号的相应的计算比率(64)的图。从导管29的一对电极22接收双极性信号60，并且从来自该电极对的选定电极接收单极性信号62。在时间间隔50中接收所示出的信号，其中在时间间隔50中示出了两个感兴趣窗口(WOI)55，所有感兴趣窗口均由处理器28所限定。处理器28计算在WOI 55内的双极性导数信号与双极性导数信号的比率64，并且比较计算的比率64与预设阈值(或动态阈值)67，以便识别远场心室活动。在示出的示例性实施方案中，处理器28通过覆盖于比率图(64)上的注记61、63和65来指示远场心室活动的发生(即，当比率64低于阈值67时)。然而，由处理器28所采用的附加图形方法和动作(诸如标记WOI内的信号以供将来处理)是可能的。
图3是示意性地示出根据本发明的一个示例性实施方案的用于检测远场心室活动的方法和算法的流程图。根据所呈现的示例性实施方案，算法执行一个过程，该过程开始于在数据接收步骤70处利用处理器28接收导管29的双极性信号和单极性信号。接着，在数据选择步骤72处，处理器28限定包括WOI 55的时间间隔50。然后，在多电极对的比率计算步骤74处，处理器28计算双极性导数信号与单极性导数信号的比率64。在检查步骤76处，处理器28对每个电极对进行检查，以确定比率64是否低于预设阈值67。当至少给定部分的所考虑电极对的答案为“否”，则过程返回到步骤70以获取新信号。当足够部分的电极对的答案为“是”，则该过程继续。
为了将局部生物电活动与远场生物电活动区分开，处理器比较生物电信号的有效分数的时序。如果在检查步骤78处，分析显示信号时序在不同电极对中是相异的，并且处理器断定信号是由于局部活动而产生并且过程返回到步骤70以收集新信号。
如果信号之间的时间差小于预定值，则处理器28断定信号是由于瞬时远场活动而产生，并且例如通过在心室活动指示步骤80执行注记61、63和65来指示检测到的心室活动。最后，利用各种可能的视听装置，处理器28向医师82警示检测到的心室活动。在一些实施方案中，处理器比较所接收的不同单极性信号，并且如果处理器发现不同单极性信号之间的时间差小于预定持续时间，则处理器指示心室活动的发生。
图3中所示的示例性流程图完全是为了概念清晰而选择的。本实施方案也可包括算法的附加步骤，诸如接收多个双极ECG信号和单极ECG信号，以及从接触力传感器接收电极与被诊断组织的物理接触程度的指示。为了提供更简化的流程图，故意从本文的公开中省略了此步骤和其他可能步骤。
虽然本文中所述的示例性实施方案主要涉及心脏诊断应用，但本文所述的方法和系统也可用于其他医疗应用，诸如在除颤器和起搏器中。
应当理解，上述的示例性实施方案是以举例的方式被引用，并且本发明并不限于上文中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应当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 (16)

1.一种用于使用单极性信号和双极性信号检测心室活动的方法，所述方法包括：
接收由在患者心脏中的位置处的一对电极所感测的双极性信号；
接收由在所述心脏中的所述位置处的电极所感测的单极性信号；
计算所接收的双极性信号的导数；
计算所接收的单极性信号的导数；
评估所述双极性信号的所述导数与所述单极性信号在所述单极性信号的所述导数的局部最小值处的所述导数之间的比率；并且
当所述比率小于预设阈值比值时，指示心室活动的发生。
2.根据权利要求1所述的方法，其中接收所述双极性信号包括从多电极导管的多个电极对接收多个双极性信号，并且包括比较所述多个双极性信号之间的时间差，并且当所述时间差小于预定值时，指示心室活动的发生。
3.根据权利要求1所述的方法，其中接收所述单极性信号包括从多电极导管的多个电极接收多个单极性信号，并且包括如果所述单极性信号之间的时间差小于预定值，则指示心室活动的发生。
4.根据权利要求1所述的方法，其中接收所述单极性信号包括从所述一对电极中的一个电极接收所述单极性信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其中计算所述比率包括限定包括感兴趣窗口的时间间隔以及计算在所述感兴趣窗口内的所述比率。
6.根据权利要求1所述的方法，并且包括警示用户所述心室活动的发生的指示。
7.根据权利要求1所述的方法，并且包括将所述双极性信号呈现给用户，所述双极性信号上具有指示所述心室活动的注记。
8.根据权利要求1所述的方法，并且包括及时分析连续双极性信号，并且仅当所述比率保持小于预设阈值比值达至少预定持续时间时，指示所述心室活动的发生。
9.一种用于使用单极性信号和双极性信号来检测心室活动的装置，所述装置包括：
接口，所述接口被配置成接收来自放置在患者的心脏中的位置处的一对电极的双极性信号，并且接收来自放置在所述心脏中的所述位置处的电极的单极性信号；以及
处理器，所述处理器被配置成：
计算所接收的双极性信号的导数；
计算所接收的单极性信号的导数；
评估所述双极性信号的所述导数与所述单极性信号在所述单极性信号的所述导数的局部最小值处的所述导数之间的比率；并且
当所述比率小于预设阈值比值时，指示心室活动的发生。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述处理器被配置成通过从多电极导管的多个电极对接收多个双极性信号来接收所述双极性信号，比较所述多个双极性信号之间的时间差，并且当所述时间差小于预定值时，指示心室活动的发生。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述处理器被配置成通过从多电极导管的多个电极接收多个单极性信号来接收所述单极性信号，并且如果所述单极性信号之间的时间差小于预定值，则指示心室活动的发生。
12.根据权利要求9所述的装置，其中所述处理器被配置成从所述一对电极中的一个电极接收单极性信号。
13.根据权利要求9所述的装置，其中所述处理器被配置成限定包括感兴趣窗口的时间间隔，并且计算在所述感兴趣窗口内所述单极性信号与所述双极性信号的比率。
14.根据权利要求9所述的装置，其中所述处理器还被配置成警示用户所述心室活动的发生的指示。
15.根据权利要求9所述的装置，其中所述处理器还被配置成将所述双极性信号呈现给用户，所述双极性信号上具有指示所述心室活动的注记。
16.根据权利要求9所述的装置，其中所述处理器还被配置成及时分析连续双极性信号，并且仅当所述比率保持小于预设阈值比值达至少预定持续时间时，指示所述心室活动的发生。
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