DE19940049A1 - System für die in vivo Detektion von Herzrhythmusstörungen - Google Patents

Abstract

Ein System zur in vivo Detektion von Herzrhythmusstörungen in einem Patienten weist einen in die Herzkammer (12) einführbaren Fühler (5) zum Abfühlen von Herzaktivität auf, zum Beispiel durch seine Anbringung auf einem Katheter (11). Der Fühler (5) weist einen Ultraschallsonar mit individuell arbeitenden Übertragungselementen (10a...n) auf, die angepaßt sind, eine Herzwand mit einem Ultraschallstrahl anzustrahlen und einen von der angestrahlten Herzwand reflektierten Ultraschallstrahl zu detektieren, um Bewegungsaktivität der angestrahlten Herzwand abzufühlen. Bearbeitungsmittel wie zum Beispiel ein passend programmierter Computer ist ebenfalls zum Analysieren der abgefühlten Aktivität vorgesehen, um das Vorliegen von Herzrhythmusstörungen zu identifizieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Detektieren von Herzrhythmusstörungen und insbesondere eins, das invasiv abgefühlte Information über Herzaktivität ausnützt, um das Vorliegen einer Herzrhythmusstörung zu bestimmen.

Zwei der üblichsten Formen der Herzrhythmusstörungen oder Un­ regelmäßigkeiten in dem Herzrhythmus sind atrielle Fibrilla­ tion (AF) und ventrikuläre Tachykardie (VT). Diese sind durch sehr schnelle und ineffektive Kontraktionen des Herzmuskels­ gekennzeichnet. Bekannte in vivo Systeme, zum Beispiel das eine, das in der US 5,433,198 beschrieben ist und das dazu verwendet wird, das Vorliegen (und zusätzlich den physischen Ort der Ursprungsstellen innerhalb der Herzwand) der Rhyth­ musstörung zu detektieren, enthalten normalerweise einen Ka­ theter, um einen Fühler in Kontakt mit einem Teil der Her­ zwand zu bringen. Der Fühler weist eine Mehrzahl von Elektro­ den zum Abfühlen elektrischer Aktivität von dem Herzen auf. Ein Analysator, der die abgefühlte elektrische Aktivität ana­ lysiert, um das Vorliegen von Herzrhythmusstörungen und aus den Ankunftszeiten eines elektrischen Signals an den Elektro­ den auch den Ort der Ursprungsstelle der Rhythmusstörung zu bestimmen, ist ebenfalls, enthalten.

Ein Problem mit bekannten Systemen besteht darin, daß der Fühler in festem Kontakt mit der Herzwand angeordnet sein muß. Das kann zeitweilige oder dauerhafte Schäden an dem kon­ taktierten Gewebe hervorrufen.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein System zum Detektieren von Herzrhythmusstörungen zu schaffen, bei dem zumindest die vorerwähnten Probleme gelindert werden.

Das wird durch ein System gemäß und charakterisiert durch Pa­ tentanspruch 1 erzielt. Da Herzrhythmusstörungen sich phy­ sisch als unregelmäßige Bewegungen der Herzwand manifestie­ ren, wird die Überwachung dieser Aktivität dann in der Lage sein, eine Indikation des Vorliegens einer solchen Herzrhyth­ musstörung zu schaffen. Darüber hinaus wird durch die Verwen­ dung allgemein bekannter Sonartechniken zur Überwachung der Bewegungen die Notwendigkeit beseitigt, daß der Fühler die Gewebewand berührt.

Nützlicherweise kann der Sonar in dem bekannten Dopplermodus arbeiten, um die Geschwindigkeit der Herzbewegungen zu mes­ sen. Die Herzgeschwindigkeit kann eine direkte Indikation des Vorliegens einer Herzrhythmusstörung ergeben und die Bearbei­ tungsmittel können dann einfach ausgebildet sein, um die ge­ messene Geschwindigkeit mit einer Schwellwertgeschwindigkeit, die für eine normale Herzbewegung indikativ ist, zu verglei­ chen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, um das Vorliegen ei­ ner Rhythmusstörung anzuzeigen, wenn die Schwellwertgeschwin­ digkeit überstiegen wird.

Alternativ können die Bearbeitungsmittel dazu ausgebildet sein, ein komplizierteres Muster, z. B. ein Geschwindigkeits­ spektrum (d. h. zeitliche Variationen der Geschwindigkeit) mit den gemessenen Geschwindigkeiten zu vergleichen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, wenn die Differenz das Vorliegen von Herzrhythmusstörungen anzeigt. Auf diese Weise werden Ge­ schwindigkeitsvariationen über eine ausgedehnte Zeitdauer verglichen, was dazu beiträgt, Fehler bei der Bestimmung, die auftreten können, wenn man sich auf einen einzelnen Vergleich verläßt und die z. B. durch eine Patientenbewegung oder Sy­ stemrauschen verursacht werden können, zu reduzieren.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sonarfühler an­ gepaßt, aufeinander folgende Abschnitte der Herzwand anzu­ strahlen und die Bearbeitungsmittel können zur Erzeugung ei­ ner visuellen Karte angepaßt sein, um die aus den von in je­ dem aufeinander folgenden Abschnitt abgefühlten Bewegung ab­ geleiteten Daten darzustellen.

Bei einer Ausführungsform sind die Bearbeitungsmittel ange­ paßt, die frühste mit Herzrhythmusstörungen verbundene Bewe­ gung der Herzwand zu bestimmen und die Karte kann dann Isochrone aufweisen, die Konturen gleicher Ankunftszeiten sind. Diese Isochrone können durch lineare Lnterpolation der von dem System gemessenen Ankunftszeiten konstruiert werden.

Bei einer anderen Ausführungsform kann die Karte zusätzlich oder alternativ Geschwindigkeitsvektoren anzeigen.

Vorteilhafterweise können die Bearbeitungsmittel die visuelle Karte mit einem physischen Bild des Herzens in Verbindung bringen und diesem überlagern. Dieses Bild kann ein vorher gespeichertes sein oder das System gemäß der vorliegenden Er­ findung kann ein physisches Bildgebungsgerät, zum Beispiel ein Röntgen- oder Ultraschallbildgebungsgerät enthalten, das angepasst ist, Bilder verschiedener physischer Ansichten des Herzens zu schaffen und vorzugsweise ein Bild des Fühlers zur Hilfe bei der Korrelation hinzuzufügen.

Eine Ausführungsform des Systems gemäß der vorliegenden Er­ findung wird nun als Beispiel und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen der beiliegenden Figuren beschrieben, von denen:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Systems für die in vivo Detektion von Herzrhythmusstörungen gemäß der vorlie­ genden Erfindung zeigt.

Fig. 2 zeigt eine schematische in situ Darstellung des in dem System der Fig. 1 verwendbaren Fühlers.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer von dem Sy­ stem der Fig. 1 erzeugten visuellen Wiedergabe.

Betrachtet man nun Fig. 1, so zeigt diese ein System 1 zur in vivo Detektion von Herzrhythmusstörungen. Ein Computer 2 ist zur Steuerung der Wirkungsweise anderer Komponenten des Systems und zum Empfangen und Analysieren von Information vorgesehen, wie später beschrieben werden wird. Der Computer 2 ist mit einer Anwendereingabevorrichtung 3, wie z. B. einer Tastatur, Maus oder einem dafür vorgesehenen Steuerpult und mit einem visuellen Datensichtgerät (VDU) 4 zur Wiedergabe der Ausgangssignale des Computers verbunden. Der Computer 2 ist auch angepaßt, um die Betätigung des Fühlers 5 über eine Schnittstelleneinheit 6 und bei dieser Ausführungsform ein physisches Bildgebungssystem 7 zu steuern. Der Computer emp­ fängt auch über die Schnittstelleneinheit 6 die Ausgangs­ signale des Fühlers 5, des physischen Bildgebungssystems 7 und, bei dieser Ausführungsform, von Elektroden 8 eines Ober­ flächenelektrokardiogramm-(EKG) Monitors 9.

Im Betrieb wird, ein Steuersignal von dem Computer 2 zu der Schnittstelleneinheit 6 übertragen, um die Betätigung des Fühlers 5 als ein gepulstes Dopplermodussonar zu starten. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, weist der Fühler 5 eine Mehrzahl individuell arbeitender Ultraschallmeßwandlerelemente 10a . . n auf, die auf einem Katheter 11 zur Einführung in eine Herz­ kammer 12 montiert sind. Die Schnittstelleneinheit 6 ist aus­ gebildet, jedes der Elemente 10a . . n individuell in einem zeitlichen Verhältnis anzuregen, so daß ein gepulster, steu­ erbarer Ultraschallstrahl von der Gruppe der Elemente 10a . . n erzeugt wird. Daher arbeiten die Elemente 10a . . n zusammen, um als ein wie allgemein bekannter "phasengesteuerter" Sonar zu arbeiten. Auf diese Weise können verschiedene Stellen der Herzwand 14 eines Patienten 15 nacheinander angestrahlt wer­ den, ohne den Fühler 5 innerhalb der Herzkammer 12 neu orien­ tieren zu müssen.

Die Schnittstelleneinheit 6 dient auch dazu, um das in den Intervallen zwischen der Emission der Ultraschallimpulse durch den Fühler 5 erzeugte elektrische Signal zu empfangen, wenn die Meßwandlerelemente 10a . . n Ultraschall detektieren, der von den angestrahlten Stellen der Herzwand 14 reflektiert wird; um aus diesem Signal Frequenzinformation zu extrahie­ ren, die für eine durch Bewegung der Herzwand 14 erzeugte Dopplerverschiebung zwischen anstrahlenden und reflektierten Ultraschallstrahlen indikativ ist (alternativ kann eine der­ artige Analyse in dem Computer 2 durchgeführt werden); und um die Information zu dem Computer 2 zur Bearbeitung zu übertra­ gen.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Computer auch dazu ausgebildet, ein Steuersignal zu dem physischen Bildge­ bungssystem 7 zu senden, um die Erzeugung eines physischen Bildes der Herzwand 14 und des Fühlers 5 auszulösen. Eine di­ gitale Darstellung des so erzeugten Bildes wird dann von dem Bildgebungssystem 7 zur anschließenden Wiedergabe auf dem VDU 4 an den Computer 2 gesendet (auch hier kann der Computer 2 dazu ausgebildet sein, diese Digitalisierung durchzuführen, aber die Verwendung der externen Einheit 7, um das zu errei­ chen, reduziert die Anforderungen an den Computerprozessor).

Der Computer 2 ist in dieser Ausführungsform dazu program­ miert, die von dem Fühler 5 erhaltene Frequenzinformation zu analysieren und die Geschwindigkeit der Bewegung der ange­ strahlten Stelle der Herzwand 14 zu bestimmen und aus dieser zu bestimmen, ob Herzrhythmusstörungen vorliegen. Die Bewe­ gungsinformation von einer Mehrzahl verschiedener angestrahl­ ter Stellen der Herzwand 14 können in dem Computer 2 gespei­ chert und dazu verwendet werden, um eine isochrone Karte zu erzeugen, die die Konturen gleicher, frühester Aktivierungs­ zeit der mit einer Herzrhythmusstörüngsbedingung assoziierten Bewegung der Herzwand 14 zeigt. Der Computer kann dann diese isochrone Karte 16, die in Beziehung steht mit dem physischen Bild 17 des Herzens, das durch das Bildgebungssystem 7 erhal­ ten wurde, und diesem überlagert wird, an das VDU 4 weiter­ leiten, um ein zusammengesetztes Bild 18 zu erzeugen, das den physischen Ort der Isochronen 16 zeigt, wie in Fig. 3 illu­ striert ist. Der Computer 2 kann auch dazu angepaßt sein, ei­ ne Indikation des Ursprungsortes 0 der Rhythmusstörung von dieser frühesten Aktivierungszeitinformation zu erzeugen (es ist offensichtlich, daß die detektierte Ankunftszeit je frü­ her liegt, desto näher die angestrahlte Stelle an dem Ur­ sprungsort 0 der Rhythmusstörung liegt), was auch in dem zu­ sammengesetzten Bild 18 dargestellt werden oder das die isochrone Karte 16 ersetzen kann.

Generell wird, wenn sich ein Patientenherz in einem Zustand der Rhythmusstörung befindet, der Ursprungsort 0 der Rhyth­ musstörungsfunktion die Quelle der Herzaktivierung, von der elektrische Aktivierungswellenfronten ausgehen. Daher werden Regionen der Herzwand, die am nächsten an dem Ursprungsort der Aktivität 0 liegen, früher in Rhytmusstörungen versetzt als solche, die von diesem Ursprung weiter entfernt liegen. Daher ist eine isochrone Karte 16 nützlich bei der Bestimmung des Ursprungsortes 0 der Herzrhythmusstörung.

Wie von dem Fachmann auf diesem Gebiet anerkannt, ist die Be­ wegung von Herzgewebe davon abhängig, wie die Elektrizität durch das Gewebe geleitet wird. Daher kann, da sich die Wel­ lenfronten durch verschiedene Herzgewebe mit verschiedenen Zellenstrukturen (zum Beispiel ischämisches oder von einem Infarkt befallenes Gewebe) bewegen, die Geschwindigkeit, mit der sich das verschiedene Gewebe bewegt, mit dem Typ der Zellstruktur verbunden sein. Daher kann der Computer 2 alter­ nativ oder zusätzlich auch Geschwindigkeitsvektorinformation, die für verschiedene Zelltypen indikativ ist, an das VDU 4 zur graphischen Darstellung senden.

Eine einem physischen Bild 17 der Herzwand überlagerte Anzei­ ge der isochronen Karte 16 (mit oder ohne die Geschwindig­ keitsvektorinformation) wird einem Arzt helfen, schneller den Ursprung 0 physisch zu orten. Das ist besonders nützlich, wenn der Arzt zum Beispiel die Aktivierungsinformation von dem System der vorliegenden Erfindung dazu ausnutzt, eine auf einem Katheter befestigte Ablationselektrode 13 zu dem Ur­ sprung der Rhythmusstörung zu führen, wie in der Fig. 2 dar­ gestellt ist, um eine Ablation in der für den Fachmann be­ kannten Art durchzuführen.

Um die Konstruktion einer Karte 16 unter Verwendung der Bewe­ gungsinformation von verschiedenen Stellen der Herzwand 14 zu vereinfachen und dann diese Karte mit physischen Bildern 17 in Beziehung zu setzten, ist es sehr nützlich, wenn die Bilder 17 und die Bewegungsinformation immer an derselben Stelle in dem Herzzyklus des Patienten aufgenommen und erfaßt wer­ den. Zu diesem Zweck ist der EKG-Monitor 9 dazu ausgebildet, von den Elektroden 8 aufgenommene Oberflächen-EKG's zu dem Computer 2 zu senden. Der Computer 2 ist dann derart program­ miert, daß er die EKG-Signale überwacht und die obenbe­ schriebenen Steuersignale zu der Schnittstelleneinheit 6 und dem Bildgebungssystem 7 sendet, um deren Betätigung immer bei derselben Position innerhalb der EKG-Aufzeichnung auszulösen.

Bei einer alternativen Ausführungform kann das physische Bildgebungssystem 7 entfernt werden. In diesem Fall kann, an­ stelle ein physisches Bild während der Periode aufzunehmen, in der die Bewegungsinformation eingesammelt wird, ein "Mu­ sterbild" in dem Computer 2 gespeichert sein und bei der oben beschriebenen Anwendung das physische Bild ersetzten. Dieses Muster bild kann von dem, Patienten stammen, wo, wenn die Be­ wegungsinformation immer an derselben Stelle in dem Herzzy­ klus eingesammelt wird, das physische Bild vorzugsweise zu diesem Zeitpunkt in dem Zyklus aufgenommen wird, oder das Mu­ sterbild kann ein typisches Bild sein, das für alle Patienten verwendet wird.

Claims (9)

1. Ein System (1) für die in vivo Detektion von Herzrhyth­ musstörungen in einem Patenten (15) mit einem in das Herz (12) einführbaren Fühler (5) zum Abfühlen von Herzaktivität und Bearbeitungsmitteln (2) zum Analysieren der abgefühlten Aktivität, um das Vorliegen von Herzrhythmusstörungen zu identifizieren, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (5) einen Ultraschallsonar (6, 10a . . n) aufweist, das angepaßt ist, die gesamte oder Teile der Herzwand (14) mit einem Ultraschallstrahl anzustrahlen und einen von der ange­ strahlten Herzwand reflektierten Ultraschallstrahl zu detek­ tieren, um Bewegungsaktivität dieser angestrahlten Herzwand abzufühlen.

2. Ein System nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sonar (6, 10a . . n) angepaßt ist, in ei­ nem Dopplermodus zu arbeiten, um aus Änderungen in der Fre­ quenz zwischen den ausgesendeten und detektierten Sonarstrah­ len die Geschwindigkeit der Bewegung der angestrahlten Herz­ wand zu ermitteln.

3. Ein System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ultraschallsonar eine Mehrzahl von Sender/Detektor-Elementen (10a . . n) aufweist, die unabhängig voneinander in einer zeitlichen Beziehung zueinander arbeiten können, um einen steuerbaren Ultraschallstrahl zum Anstrahlen eines wählbaren Abschnittes der Herzwand (14) zu erzeugen.

4. Ein System nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bearbeitungsmittel (2) angepaßt sind, eine visuelle Karte zu erzeugen, die aus der abgefühlten Be­ wegungsaktivität von einer Mehrzahl ausgewählter Abschnitte abgeleitet ist.

5. Ein System nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die visuelle Karte Isochrone (16) der frü­ hesten, Rhythmusstörungen anzeigende Bewegungen der Herzwand (14) aufweist.

6. Ein System nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bearbeitungsmittel (2) angepaßt sind, um aus der frühesten Bewegungsaktivität den Ursprung (0) der Aktivität zu berechnen und auf der visuellen Karte den Ort des Ursprunges anzuzeigen.

7. Ein System nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bearbeitungsmittel (2) angepaßt sind, die visuelle Karte mit einem physischen Bild (17) des Herzens in Beziehung zu bringen und die Karte dem physischen Bild (17) zu überlagern, um eine zusammengesetzte visuelle Wiedergabe (18) zu schaffen.

8. Ein System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsmittel (2) angepaßt sind, die abgefühlte Bewegungsaktivität mit einer Musterbewe­ gungsaktivität, die für rhythmische Herzaktivität repräsenta­ tiv ist, zu vergleichen, um das Vorliegen von Herzrhythmus­ störungen aus Unterschieden zwischen diesen zu detektieren.

9. Ein System nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Musterbewegungsaktivität ein Geschwin­ digkeitsspektrum über der Zeit einer normalen Herzbewegung darstellt.