ES2278694T3 - Procedimiento y aparato para la caracterizacion de tejido cardiaco a partir de electrogramas locales. - Google Patents
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Abstract
Un aparato para la caracterización de una propiedad del tejido cardiaco en un sitio local de un corazón (29) sobre la base de un electrograma local cuantificado en dicho sitio, comprendiendo dicho aparato: (a) un catéter (21); y (b) un procesador (39) que tiene circuitos (40) de tratamiento de señales, caracterizado porque los circuitos de tratamiento de señales realizan las funciones de: (i) normalización (62) de dicho electrograma; (ii) extracción (64) de un vector característico de dicho electrograma normalizado; (iii) clasificación (68) de dicha propiedad de dicho tejido cardiaco en dicho sitio local basada en dicho vector característico; y (iv) informatización (80) de una representación gráfica de dicha propiedad de dicho tejido de dicho corazón (29), en el que el catéter comprende un electrodo (23) para la cuantificación de dicho electrograma local, comprendiendo además dicho catéter un sensor (28) de posición para la toma de la posición tridimensional de dicho electrodo durante la cuantificación de dicho electrograma, facilitando de esta manera la informatización de una representación gráfica de la propiedad del tejido cardiaco.
Description
Procedimiento y aparato para la caracterización
de tejido cardiaco a partir de electrogramas locales.
La presente invención está dirigida a un aparato
para la caracterización de una propiedad de un tejido cardiaco,
concretamente, el estado isquémico de un tejido cardiaco, a partir
de electrogramas locales.
Los pacientes con isquemia frecuentemente son
asintomáticos en reposo, pero experimentan síntomas en situaciones
de esfuerzo. Actualmente existen varias técnicas para diagnosticar
la isquemia en un tejido cardiaco. Una de dichas técnicas es la
electrocardiografía de esfuerzo (ECG con esfuerzo), en la que se
cuantifica el electrocardiograma mientras el paciente hace
ejercicio. Otras técnicas para la detección de isquemias incluyen la
ecocardiografía y el tratamiento nuclear de imágenes las cuales se
pueden realizar también mientras el paciente se encuentra
realizando un esfuerzo que puede ser bien inducido físicamente o
farmacológicamente con agentes tales como la dubotamina. Hasta
ahora no ha existido técnica alguna para el diagnóstico de una
isquemia crónica en pacientes meramente a partir de electrogramas
locales tomados cuando el paciente está en reposo. Además, mientras
que algunas de las técnicas mencionadas anteriormente se pueden
usar para el diagnóstico de una isquemia a nivel regional, dichas
técnicas no revelan la isquemia con gran precisión.
La patente de EE. UU. 5.967.995 revela un
procedimiento para la predicción de arritmias cardiacas
potencialmente letales recogiendo datos electrocardiográficos,
descomponiendo la señal matemáticamente en varios elementos o
componentes que contienen la información más significativa y
grabando los cambios en los diferentes elementos. El procedimiento
de la patente 5.967.995 no permite la evaluación y el diagnóstico de
un paciente sin datos históricos en función del tiempo. Además,
dicha patente no enseña ni sugiere la posibilidad de diagnosticar
el estado isquémico local de un tejido a partir de electrogramas
locales.
En el documento WO 96/32897, se revela un
aparato de representación gráfica cardiaca.
En el documento WO 99/55226, se revela un
procedimiento y un aparato para la detección de un estado asociado
con una isquemia cardiaca aguda, que requiere la colocación de
electrodos en la superficie exterior del cuerpo de un paciente con
el fin de detectar y obtener datos de un ECG.
Un aspecto revelado está dirigido a un
procedimiento para la caracterización de una propiedad de un tejido
cardiaco en un sitio local de un corazón sobre la base de un
electrograma local cuantificado en ese sitio local. El
procedimiento implica primero la normalización del electrograma
local. Seguidamente, del electrograma normalizado se extrae un
vector característico. La propiedad del tejido cardiaco en el sitio
local se clasifica sobre la base del vector característico
resultante.
Otra realización del procedimiento revelado está
dirigida a la caracterización de una propiedad del tejido cardiaco
en una pluralidad de sitios locales de un corazón basada en una
pluralidad de electrogramas locales. Esta realización implica
primero la normalización de los electrogramas locales. Seguidamente,
se extraen los vectores característicos a partir de los
electrogramas locales normalizados. A continuación, se clasifica la
propiedad del tejido cardiaco en toda la pluralidad de sitios
locales sobre la base de los vectores característicos extraídos.
Otra realización del procedimiento revelado está
dirigida a la caracterización de una propiedad de una región del
tejido cardiaco de un corazón sobre la base de una pluralidad de
electrogramas locales cuantificados en la región. Esta realización
implica primero la normalización de los electrogramas. Seguidamente,
a partir de los electrogramas normalizados, se cuantifica un
electrograma que sea representativo del tejido de la región. A
continuación, del electrograma representativo, se extrae un vector
característico representativo. Seguidamente, se clasifica la
propiedad del tejido cardiaco en la región sobre la base del vector
característico representativo.
La normalización de los electrogramas locales
incluye la acotación de los electrogramas, la selección de un solo
ciclo cardiaco del electrograma y la representación del ciclo
cardiaco del electrograma como un vector de manera tal que la
acotación esté en una posición fija dentro del vector.
En algunas realizaciones, la etapa de
normalización incluye la etapa de de ajuste del electrograma. En
este caso, el electrograma se ajusta de manera que tenga un valor
fijo en una determinada característica del electrograma. La
característica determinada de acuerdo con algunas realizaciones se
corresponde con la acotación.
En algunas realizaciones, la etapa de
normalización incluye además la etapa de centrado del electrograma.
La etapa de normalización puede incluir también el rechazo de
electrogramas descentrados.
En algunas realizaciones, el vector
característico es una proyección del electrograma normalizado sobre
un subespacio precalculado. El subespacio se puede estimar mediante
el análisis del componente principal de un conjunto de
electrogramas de preparación. En esta realización, la etapa de
clasificación del procedimiento de la invención se basa en la
localización del vector característico en el subespacio.
En algunas realizaciones, la propiedad a
caracterizar por el procedimiento revelado es indicativa de la
anatomía del sitio local o región. En otras realizaciones, la
propiedad es indicativa de un estado patológico del tejido cardiaco
tal como el grado de isquemia del tejido del sitio local o
región.
Cuando el procedimiento implica la
caracterización del tejido cardiaco en una pluralidad de sitios o
regiones dentro de una cámara del corazón, el procedimiento puede
incluir además la etapa de construcción de una representación
gráfica de la propiedad de la cámara del corazón.
En algunas realizaciones, el procedimiento
revelado incluye además la etapa de administración de un tratamiento
al tejido en el sitio local o región. En estos casos, el
procedimiento puede incluir además el seguimiento de la
caracterización de la propiedad del tejido para determinar la
efectividad del tratamiento.
En algunas realizaciones, los electrogramas
locales se cuantifican con un electrodo sobre un catéter. El catéter
incluye además un sensor de posición tal como un sensor
electromagnético para cuantificar la posición tridimensional del
electrodo durante la cuantificación del electrograma.
De acuerdo con la invención, se propone un
aparato para la caracterización de una propiedad de un tejido
cardiaco en un sitio local de un corazón basada en un electrograma
local cuantificado en el sitio. El aparato de la invención incluye
un catéter y un procesador. El procesador realiza las funciones de
normalización del electrograma, extracción de un vector
característico del electrograma normalizado, clasificación de la
propiedad del tejido cardiaco en el sitio local sobre la base del
vector característico, y la informatización de una representación
gráfica de la propiedad del tejido cardiaco.
El catéter incluye un electrodo para la
cuantificación del electrograma local, e incluye además un sensor
de posición tal como un sensor electromagnético para la
cuantificación de la posición tridimensional del electrodo durante
la cuantificación del electrograma, facilitando de esta manera la
informatización de dicha representación gráfica de la propiedad del
tejido cardiaco.
El aparato de la invención puede incluir además
un medio de administración de un tratamiento al tejido.
La presente invención se entenderá más
fácilmente a partir de la descripción detallada de las siguientes
realizaciones preferentes, recibida junto con los siguientes
dibujos, en los que:
La figura 1 es un dibujo esquemático de un
sistema de catéter útil para la obtención de electrogramas locales
en el endocardio;
La figura 2 es un dibujo esquemático que muestra
otros elementos del sistema de catéter de la figura 1;
La figura 3A es un diagrama de flujo por bloques
que representa una realización del procedimiento revelado;
La figura 3B es un diagrama de flujo por bloques
que representa más detalladamente la etapa de normalización del
procedimiento de la figura 3A;
La figura 3C es un diagrama de flujo por bloques
de otra realización del procedimiento revelado;
La figura 3D es un diagrama de flujo por bloques
que representa más detalladamente la etapa de normalización de la
realización de la figura 3C;
La figura 3E es un diagrama de flujo por bloques
de otra realización del procedimiento revelado;
La figura 3F es un diagrama de flujo por bloques
que representa la preparación de un conjunto de electrogramas;
La figura 4A representa dos electrogramas
locales acotados obtenidos en diferentes sitios del corazón de un
animal;
La figura 4B representa el último ciclo de los
electrogramas de la figura 4A en la que los electrogramas están
sincronizados por la característica de la acotación;
La figura 5A muestra un solo electrograma local
sincronizado con el promedio de una pluralidad de electrogramas
locales obtenidos del corazón de un animal;
La figura 5B muestra uno solo de los
electrogramas de la figura 5A ajustado respecto del electrograma
promedio;
La figura 5C muestra el electrograma centrado de
la figura 5B;
La figura 5D muestra los tres primeros elementos
de la base de vectores correspondiente al electrograma centrado,
ajustado y sincronizado de la figura 5C;
La figura 5E es una representación gráfica de
los 15 primeros componentes del vector característico
correspondiente al electrograma ajustado, centrado y sincronizado de
la figura 5C;
La figura 6 es un dibujo esquemático que muestra
las regiones del ventrículo izquierdo de un corazón; y
La figura 7 muestra el error relativo en función
del número de componentes de los electrogramas analizados de acuerdo
con el procedimiento revelado.
La presente invención está dirigida a un aparato
para la caracterización de una propiedad de un tejido cardiaco a
partir de electrogramas cardiacos locales. En sus diferentes
realizaciones, la invención es útil para la caracterización de una
propiedad del tejido en un sitio local, en una región o en una
pluralidad de sitios de un corazón.
De conformidad con su uso en la presente, el
término "propiedad" se refiere a un atributo del tejido
cardiaco. Los atributos o propiedades ilustrativos incluyen, por
ejemplo, propiedades anatómicas y las propiedades fisiológicas. Por
ejemplo, una propiedad anatómica se refiere a la localización del
sitio dentro del corazón, por ejemplo, de un ventrículo o de una
aurícula. También se refiere a otros hitos anatómicos, por ejemplo,
el septo, la cúspide y la base de la cámara del corazón. Una
propiedad fisiológica del sitio se puede caracterizar por la
presencia, ausencia o extensión de una patología, concretamente, el
grado de isquemia del sitio. El procedimiento y el aparato
revelados de la invención están dirigidos concretamente a la
diferenciación de las diferentes fases isquémicas del tejido tales
como la isquemia paralizada, en hibernación, en situación de
esfuerzo y la isquemia en reposo, con el fin de permitir que el
médico diseñe una estrategia de tratamiento adecuada al estado de
la enfermedad del tejido. De conformidad con su uso en la presente,
el término "región" se refiere a un segmento continuo de
tejido cardiaco.
En la práctica del procedimiento revelado, las
propiedades del tejido cardiaco se caracterizan sobre la base de
electrogramas locales. A diferencia con los electrogramas de la
superficie del cuerpo que cuantifican la actividad eléctrica del
corazón usando electrodos colocados en la superficie del cuerpo, los
electrogramas locales usados en el procedimiento son obtenidos por
electrodos que están bien en contacto o en la proximidad inmediata
del tejido cardiaco. Los electrogramas pueden ser obtenidos bien en
el endocardio (interior del corazón) o en el epicardio (superficie
exterior del corazón)
Las figuras 1 y 2 muestran elementos de un
sistema de catéter ilustrativo útil en la obtención de electrogramas
locales en el endocardio para su uso en el procedimiento revelado.
El aparato incluye el catéter 21 para su inserción intravascular en
el cuerpo humano. El extremo 24 distal del catéter 21 incluye el
electrodo 23 contiguo a la punta 22 distal del catéter para grabar
electrogramas intracardiacos, como se describe, por ejemplo, en la
patente de EE. UU. 5.391.199 o en la solicitud de PCT WO97/24983.
Alternativamente o además, el extremo 24 distal del catéter 21
puede incluir también otro aparato de diagnóstico para grabar
valores paramétricos en puntos dentro del cuerpo, y puede incluir
también un aparato terapéutico como los conocidos en la técnica.
El catéter 21, usado en el aparato de la
invención para la obtención de electrogramas para su uso en el
procedimiento revelado, puede tener más de un electrodo 23
contenido en su interior. Se describen catéteres que contienen
múltiples electrodos, por ejemplo, en las patentes de EE. UU.
5.409.000; 5.588.432; 5.931.863; 5.931.835, y 5.921.924, y en la
solicitud de patente de EE. UU. 09/506.766. El uso de catéteres
multielectrodo en la obtención de electrogramas para su uso en el
procedimiento y en el aparato revelados de la invención permite la
cuantificación simultánea de electrogramas en puntos múltiples de la
cámara del corazón, lo cual puede reducir potencialmente el tiempo
necesario para la obtención de electrogramas en una pluralidad de
sitios dentro del corazón.
Como se muestra en la figura 2, un electrograma
local se obtiene avanzando el catéter 21 que tiene el electrodo 23
en su punta 22 distal hasta un punto del corazón, preferiblemente
contactando con el tejido en ese punto con el electrodo 23
contenido en la punta 22 distal del catéter, con lo que se obtiene
el electrograma durante algún periodo de tiempo. Típicamente, los
electrogramas locales en cada punto se obtienen en función del
tiempo durante un periodo de varios ciclos cardiacos. Seguidamente,
los datos se almacenan en la memoria de un ordenador para su uso
futuro, como se describe más adelante.
En la realización ilustrada en la figura 1, el
extremo 22 distal del catéter incluye un sensor 28 de posición que
genera señales usadas para determinar la posición y, en algunas
realizaciones, la orientación del catéter dentro del cuerpo.
Preferiblemente, el sensor 28 de posición es contiguo al electrodo
23, en relación fija con la punta 22. En una realización, el sensor
28 de posición comprende tres bobinas, tal como se describe en la
solicitud de PCT WO96/05768. El sensor 28 de posición permite la
generación continua de hasta seis dimensiones de información de
posición y de información de orientación con respecto a campos
magnéticos aplicados externamente. Alternativamente, el sensor 28
de posición puede comprender otros sensores de posición y/o sensores
de coordenadas como se describe en las patentes de EE. UU.
5.391.199 y 5.443.489 y en la solicitud de PCT WO94/04938. La
cuantificación de la posición de la punta 22 distal del catéter
durante la cuantificación de electrogramas del electrodo 23
facilita la informatización de una representación gráfica de la
propiedad del tejido cardiaco. A modo de ejemplo, el catéter
NAVI-STAR^{TM}, disponible en
Blosense-Websler, Inc. de Diamond Bar, California,
es un catéter que tiene tanto un electrodo como un sensor de
posición que puede ser útil en el registro de electrogramas para
uso en la práctica de la presente invención. Además, la punta 22
puede estar recubierta con un material de marcado opaco para
visualizar la punta mediante un aparato de tratamiento de imágenes
tal como a fluoroscopio.
Las coordenadas tridimensionales del sensor 28
de posición se determinan típicamente respecto de la posición de un
sensor 124 de referencia (Figura 2). Preferiblemente, el sensor 124
de referencia es también un sensor electromagnético que opera de
acuerdo con los mismos principios que el sensor 28 de posición en el
catéter 21 de representación gráfica. El sensor 124 de referencia
puede estar situado externo al paciente, por ejemplo, como parte de
un parche adhesivo aplicado a la piel del paciente como se muestra
en la figura 2. Alternativamente, el sensor 124 de referencia puede
estar situado interno al paciente, por ejemplo, como un componente
de un catéter de referencia que está situado en un determinado
punto del corazón del paciente durante el procedimiento de
representación gráfica. De esta manera, el sensor 28 de posición del
catéter 21 de representación gráfica facilita las coordenadas
tridimensionales de la punta 22 del catéter de representación
gráfica respecto del sensor 124 de posición de referencia.
Al construir una representación gráfica de la
propiedad del corazón, las coordenadas de la punta 22 del catéter
durante la obtención del electrograma son referidas típicamente a un
punto determinado del ciclo cardiaco, por ejemplo, a la parte de la
diástole final del ciclo cardiaco, que se puede determinar a partir
de electrogramas de la superficie corporal.
Preferiblemente, el catéter 21 incluye un asa
30, que tiene controles 32 usados para dirigir el extremo 24 distal
del catéter 21 en una dirección deseada. Preferiblemente, el catéter
21 comprende un mecanismo de dirección situado en el extremo 24
distal como es sabido en la técnica para facilitar la resituación de
la punta 22.
El catéter 21 se acopla por medio de un cable 25
de extensión a una consola 34 que permite al usuario observar y
regular el funcionamiento del catéter 21. Preferiblemente, la
consola 34 incluye un ordenador 36, un teclado 38, una circuitería
40 de tratamiento de señales, que está típicamente dentro del
ordenador 36, y una pantalla 42. Los circuitos 40 de tratamiento de
señales típicamente reciben, amplifican, filtran y digitalizan las
señales del catéter 21, incluso las señales del sensor 28 de
posición y del electrodo 23, con lo que estas señales digitalizadas
son usadas por el ordenador 36 para tratar los electrogramas y
estimar la posición y/o la orientación de la punta 22 del catéter.
Alternativamente, se puede asociar una circuitería adecuada con el
mismo catéter 21 para que los circuitos 40 reciban señales que estén
ya amplificadas, filtradas y/o digitalizadas. El ordenador 36
contiene también un procesador 39 para la normalización de los
electrogramas locales obtenidos por medio del electrodo 23 del
catéter 21. El procesador 39 realiza también la función de
extracción de un vector característico de los electrogramas
normalizados y también las funciones de clasificación del tejido
cardiaco sobre la base de los vectores característicos.
Preferiblemente, el ordenador 36 incluye una memoria para el
almacenamiento de la información de posición y de electrogramas. El
procesador 39 del ordenador 36 funciona también para informatizar
una representación gráfica de la propiedad del tejido cardiaco. En
algunas realizaciones, el ordenador 36 comprende además una
circuitería gráfica dedicada para la presentación de la
representación gráfica de la propiedad del corazón. El ordenador 36
mostrado en la figura 1 está equipado también para recibir señales
de ECG de la superficie corporal procedentes del monitor 73 de ECG
que está conectado a una pluralidad de conductores 52 de la
superficie corporal de ECG. Alternativamente, la monitorización de
ECG se puede realizar también directamente mediante los circuitos 40
de tratamiento de señales.
Como se muestra en la figura 2, un médico 51
inserta el catéter 21 a través de una incisión en el sistema
vascular, por ejemplo, usando un procedimiento intravascular, hacia
dentro de una cámara de un corazón 29 de un paciente 91, de manera
que el electrodo 23 de la punta 22 del catéter y el sensor 28 de
posición estén dentro de la cámara del corazón. De acuerdo con un
sensor de posición ejemplar descrito en la solicitud de patente PCT
número WO 96/05768, presentada el 24 de enero de 1995, y en la
patente de EE. UU. 5.,391.199, que están asignadas al beneficiario
de la presente solicitud, el sensor 28 genera señales en respuesta a
campos magnéticos aplicados externamente generados por las bobinas
27 generadoras de campos electromagnéticos fijas a la mesa 108 de
operaciones en la proximidad del paciente 91. La magnitud de las
señales generadas por el sensor 28 depende de la posición y de la
orientación del sensor en el campo magnético aplicado. Las bobinas
27 generadoras del campo están conectadas por medio del cable 41 a
circuitos excitadores que son parte de los circuitos 40 de
tratamiento de señales. Los circuitos 40 controlan la operación de
las bobinas 27 generadoras y la totalidad del sistema de
localización del sensor de posición.
Alternativamente, el sistema del catéter para la
obtención de electrogramas locales de uso en la presente invención
puede emplear bobinas generadoras de campo en el catéter y en
sensores externos al paciente.
Aunque el sistema de catéter ha sido descrito en
la presente con referencia a sensores de posición electromagnéticos,
cualquier otro sensor que aporte información de posición
tridimensional y, opcionalmente, información sobre orientación, se
puede emplear para la obtención de electrogramas en la práctica del
procedimiento revelado. Los sensores ilustrativos que son también
útiles incluyen sensores acústicos y sensores magnéticos. Por
ejemplo, los sensores acústicos del tipo revelado en la patente de
EE. UU. 5.409.000 y en la solicitud de PCT WO 99/05971, se pueden
usar en el sistema de catéter para obtener los electrograma de uso
en el procedimiento revelado.
Como se revela en la patente de EE. UU.
5.391.199, la representación gráfica de una propiedad del corazón
se realiza situando la punta 22 distal del catéter 21 a un lado del
corazón, detectando la información de posición y eléctrica del
sitio, y tratando la información de posición y eléctrica del sitio
para crear un punto de datos, y repitiendo estas etapas un número
de veces suficiente para crear una representación gráfica de la
propiedad del corazón. Para obtener una representación gráfica
precisa de la propiedad basada en la actividad eléctrica de la
cámara, los datos de posición y eléctricos son detectados,
preferiblemente, cuando el electrodo 23 de la punta 22 distal del
catéter 21 está en contacto con, o en la proximidad inmediata de, la
pared cardiaca en cada sitio.
Habiendo identificado un estado patológico a
partir de los electrogramas o a partir de la representación gráfica
de la propiedad resultante del tejido del corazón, el estado
fisiológico puede ser tratado administrando un tratamiento al sitio
o sitios afectados fisiológicamente. Un procedimiento de tratamiento
implica la ablación local de la superficie cardiaca. Como se
muestra en la figura 2, la ablación se puede realizar suministrando
energía de RF a un sitio local desde una fuente 53 de energía de
ablación a través de los circuitos 40 y del cable 25 al electrodo
23 contenido en la punta 22 distal del catéter 21. Alternativamente,
agentes terapéuticos se pueden administrar al sitio de una lesión
usando un catéter de administración que tiene capacidad de sensor
de posición como el descrito, por ejemplo, en las solicitudes de
patente de EE. UU. copendientes 09/19.453 y 09/379.540. La
solicitud de patente de EE. UU. 09/19.453 revela tratamientos para
la isquemia que incluyen factores de desarrollo tales como un
factor de desarrollo fibroblástico y un factor de desarrollo del
endotelio así como genes de codificación del factor de desarrollo.
La solicitud de patente de EE. UU. 09/379.540 revela la
administración de células tales como mioblastos o miocitos al
corazón para el tratamiento de la isquemia. Alternativamente, como
se revela en la solicitud de PCT 98/30144 publicada, el tratamiento
puede implicar la exposición del tejido cardiaco a una radiación de
láser para promover la revascularización del tejido cardiaco.
Además, el procedimiento y el aparato de la
invención revelados son útiles para la realización de estudios de
seguimiento de la propiedad del tejido cardiaco y determinar la
eficacia de un determinado protocolo de tratamiento.
En otra realización, el procedimiento revelado
está dirigido a la caracterización de la propiedad del tejido
cardiaco en una pluralidad de sitios. En este caso, después de la
obtención del electrograma local en el primer sitio, se avanza la
punta 24 distal del catéter hasta otro sitio dentro del corazón y,
de nuevo, se obtienen electrogramas como se describió
anteriormente. Este procedimiento se repite hasta que se visitan
todos los sitios deseados con el electrodo 23 de la punta 22 distal
del catéter.
Como se muestra en la figura 3A, el
procedimiento de la invención de caracterización de una propiedad
del tejido cardiaco en un sitio local sobre la base de un
electrograma cuantificado en el sitio local comprende las etapas de
normalización del electrograma 62 local, extracción de un vector
característico del electrograma 64 normalizado, y clasificación de
la propiedad del tejido cardiaco sobre la base del vector 68
característico.
Como se muestra en la figura 3B, la etapa de
normalización del mismo electrograma comprende las siguientes tres
etapas: acotación del electrograma 70, selección de un solo ciclo
cardiaco del electrograma 72, y fijación de la posición de la
acotación dentro del vector 74 del electrograma. Además, la etapa de
normalización del electrograma puede incluir las etapas opcionales
de ajuste del electrograma 76 y centrado del electrograma 78. Estas
etapas se describen más completamente más adelante.
La acotación se refiere a la identificación de
una determinada característica de los electrogramas grabados. La
característica de la acotación puede ser cualquier característica
del electrograma, tal como el valor mínimo, el valor máximo, la
posición de la pendiente mínima o la posición de la pendiente
máxima, etc. La figura 4A muestra dos electrogramas obtenidos en
sitios diferentes de un corazón de perro. Los electrogramas de la
figura 4A están acotados sobre su valor mínimo, como se indica con
los círculos sobre los electrogramas de la figura 4A. La finalidad
de la acotación es el uso de la acotación como punto en torno al
cual se sincronizan todos los electrogramas usados en el
estudio.
Los electrogramas locales se graban típicamente
a cada lado durante un periodo de tiempo mínimo, por ejemplo,
alrededor de tres segundos, a una frecuencia de muestreo de 1 KHz.
De esta manera, en un corazón humano, cada electrograma grabado
contiene varios ciclos cardiacos. Puesto que la morfología de los
electrogramas puede cambiar de ciclo a ciclo por varias razones
(por ejemplo, arritmia, inestabilidad del catéter, ruido), los
electrogramas que no presentan un grado aceptable de periodicidad
son rechazados. Los electrogramas grabados se descomponen en ciclos
de acuerdo con la longitud del ciclo de los electrogramas de la
superficie corporal grabados simultáneamente. Seguidamente, el
último segmento, que corresponde al último ciclo grabado se compara
con todos los ciclos anteriores. Si la correlación de todos los
ciclos de un electrograma es mayor que un valor umbral mínimo, en
ese caso el último ciclo se selecciona, se acepta y se almacena en
una memoria de ordenador para su uso en la siguiente etapa del
procedimiento. Preferiblemente, la correlación mínima entre ciclos
es mayor o igual a aproximadamente 90%, y más preferiblemente, es
mayor o igual a aproximadamente 95%.
\newpage
Como se explicará en la presente, en algunas
realizaciones, el procedimiento revelado requiere el uso de una
pluralidad de electrogramas, es decir, al menos un electrograma de
prueba y varios electrogramas de preparación. La finalidad de la
fijación de la acotación del vector de electrograma es, en parte,
sincronizar el al menos un electrograma de prueba con los
electrogramas de preparación.
En otras realizaciones, el aparato de la
invención se aplica para caracterizar la propiedad del tejido en
una pluralidad de sitios sobre la base de una pluralidad de
electrogramas locales. Puesto que se activan diferentes
localizaciones dentro del corazón en diferentes momentos, es
necesario sincronizar todos los electrogramas usados en el estudio.
Los electrogramas están desplazados en el tiempo para que una
característica determinada de un electrograma, es decir, la
acotación, se haga coincidir en todos los electrogramas.
El índice del vector correspondiente al punto de
sincronización se considera que es cero y se guardan una ventana de
L1 milisegundos (ms) antes (inclusive el cero) y de L2 milisegundos
después del punto de sincronización y se usan en el análisis
posterior. Si x(t) es la representación del vector de la
última pulsación de un electrograma grabado, en ese caso la
representación del vector del electrograma sincronizado
x^{S}(t) viene dada por:
\vskip1.000000\baselineskip
Los valores recomendados de L1 y L2 en corazones
humanos son 50 ms y 150 ms, respectivamente si la acotación se
elige con el valor mínimo del electrograma.
La figura 4B muestra el último ciclo cardiaco
del electrograma de la figura 4A sincronizado alrededor de la
característica de la acotación, el valor mínimo del
electrograma.
Con el fin de acentuar la distinción entre
electrogramas debida a diferencias en la morfología de las señales,
las diferencias en amplitud se pueden compensar ajustando todos los
electrogramas de manera que sus valores respecto de una determinada
característica de los electrogramas sean todos iguales. Los
electrogramas se pueden ajustar sobre la característica de la
acotación descrita anteriormente. Alternativamente, los
electrogramas se pueden ajustar respecto de alguna característica
que no sea la característica de la acotación.
Asumiendo que los electrogramas están ajustados
respecto de la característica de la acotación, si xn^{s}(t)
representa un electrograma sincronizado de N electrogramas, en ese
caso el electrograma ajustado xn^{sc}(t) puede venir dado
por la expresión:
\vskip1.000000\baselineskip
donde a_{n}, un factor de ajuste,
y, \overline{x}^{s}(t), el valor promedio de todos los N
electrogramas en la característica de ajuste, están dados por las
expresiones:
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 5A muestra un solo electrograma local
(curva de trazo continuo) comparado con el promedio de una
pluralidad de electrogramas locales (curva de trazo discontinuo)
tomados en un corazón de perro. La figura 5B muestra el único
electrograma local (curva de trazo continuo) de la figura 5A
ajustado con el electrograma promedio (curva de trazos
discontinuos) de la figura 5A alrededor de la característica de la
acotación, el voltaje mínimo.
En algunas realizaciones del procedimiento
revelado, se extrae un vector característico de los electrogramas
en los que el vector característico es una proyección del
electrograma normalizado sobre un subespacio precalculado. El
subespacio, en algunas realizaciones, se calcula mediante el
análisis del componente principal de un conjunto de electrogramas
de preparación. Cuando se usa el análisis del componente principal,
el promedio de todos los electrogramas sincronizados se resta
deseablemente de cada electrograma.
Este procedimiento se denomina "centrado"
del electrograma. Por lo tanto, si x_{n}^{s}(t)
representa un electrograma sincronizado de N electrogramas, el
electrograma centrado (restado el promedio) x_{n}^{c}(t)
viene dado por:
donde
\overline{x}^{s}(t) ha sido definido
anteriormente.
En el procedimiento de la invención, los
electrogramas pueden estar tanto ajustados como centrados. En este
caso, el electrograma ajustado y centrado, x^{scc}_{n}(t),
viene dado por la expresión:
Donde, x^{s}_{n}, (t), a_{n}, y
\overline{x}^{s}(t) han sido definidos anteriormente.
La figura 5C muestra los electrogramas
centrados, ajustados y sincronizados de la figuras 5A y 5B.
Como se muestra en la figura 3A, la siguiente
etapa del procedimiento revelado es la extracción de un vector
característico del electrograma 64 normalizado. El procedimiento se
basa en el supuesto de que los electrogramas individuales se pueden
representar como compuestos de elementos básicos (denominados
u_{m}, m =1,...,M, a continuación). Habiendo identificado estos
elementos (como se describe en "Preparación" más adelante), se
pueden estimar los componentes, es decir, los coeficientes, que
representan el grado en que cada uno de los elementos básicos
contribuye a un electrograma dado.
Sea X_{LxN} = [x_{1} . . . .x_{N}] un
conjunto de N electrogramas sincronizados, ajustados y centrados
grabados en una pluralidad de sitios de un corazón, que tiene cada
uno un vector columna L dimensional:
Una base de vectores de tamaño M U_{LxM} =
[U_{1},...,U_{M}] es una matriz unitaria que es un conjunto de
M vectores columna fijos donde U_{m} = [U_{m}(t)], t =
-L1....,L2. Esta base de vectores se usa como matriz de
transformación aplicada a la matriz de datos X_{LxN} como
sigue:
En la matriz Y_{MxN} =
[y_{1}...,y_{N}]obtenida de la operación anterior, la
columna Y_{n}= [y_{1,n}.....y_{M,n}]^{T} es un
vector característico que es la representación de un componente del
electrograma x_{n}. Cada uno de los M componentes, Y_{m,n}' de
cada uno de los electrogramas se calcula dentro de la matriz de
transformación, como:
Los componentes Y_{m,n} representan la
contribución de los vectores u_{m} del conjunto de bases a cada
uno de los electrogramas x_{n}.
Si la matriz U es unitaria (todos los u_{m}
son ortogonales mutuamente), los componentes Y_{m,n} que
pertenecen a un determinado electrograma x_{n} no están en
correlación. Esto significa que cada componente contiene
información que no se puede obtener en los demás componentes.
La figura 5D representa los tres primeros
elementos, u_{m}, de la base de vectores correspondientes al
electrograma centrado, ajustado y sincronizado de la figura 5C. Los
elementos de la matriz de la figura 5D están ajustados de acuerdo
con sus componentes, y fueron calculados como se describe en la
presente. La figura 5E es una representación gráfica de los 15
primeros componentes del vector característico correspondiente al
electrograma ajustado, centrado y sincronizado de la figura 5C. Como
se puede ver en la figura 5E, la mayor parte de la variación del
electrograma se puede atribuir a los primeros pocos componentes del
vector característico.
La siguiente etapa del procedimiento revelado es
la clasificación de la propiedad del tejido en el sitio local
basada en el vector 68 característico. El tejido en el que se
muestrea un electrograma se puede clasificar de acuerdo con
cualquier número de propiedades. Estas propiedades pueden reflejar,
por ejemplo, la patología del tejido en el que se obtuvo el
electrograma. Alternativamente, la propiedad puede ser el reflejo de
la localización en el corazón del tejido en la que se obtuvo el
electrograma. Dada la propiedad concreta por la que se va a
clasificar el tejido, existe un conjunto de coeficientes fijados
\alpha_{m}, m = 1, ..., M, determinados como se describió en
"Preparación", más adelante, que determina la contribución de
cada componente a esta propiedad concreta. Los componentes
Y_{m,n} se pueden combinar linealmente usando los coeficientes
\alpha_{m}, para formar un parámetro \phi característico
definido como sigue:
Los electrogramas se clasifican comparando el
valor de \phi con un umbral predeterminado que depende de la
propiedad caracterizada.
Los coeficientes \alpha_{m} se pueden
interpretar como componentes de un vector de clasificación \alpha
= [\alpha_{1},...\alpha_{\rho}]^{T} en el
subespacio determinado por U. El parámetro \phi característico
es, por consiguiente, proporcional a la proyección del vector
característico sobre el vector de clasificación. El ajuste de un
umbral de clasificación para el valor de \phi es equivalente a
dividir el subespacio U en dos regiones: una en la que la
proyección de vector característico sobre el vector de clasificación
es mayor que el umbral, y otra en la que la proyección es menor que
el umbral. Por lo tanto, los vectores característicos se clasifican
esencialmente de acuerdo con su posición en el subespacio U.
Alternativamente, el parámetro \phi
característico se puede definir como una combinación no lineal de
los componentes Y_{m,n} donde, en la expresión anterior, los
componentes están elevados a potencias. Además, es posible definir
la función característica como un producto o relación de componentes
específicos y potencias de los mismos.
Como se indicó anteriormente, el procedimiento
revelado de caracterización de tejido cardiaco utiliza una base de
matrices de elementos y coeficientes determinados en la preparación.
La finalidad de la preparación es (1) obtener la base de vectores
U_{LxM} = [u_{1},...,u_{M}] definida anteriormente como una
matriz unitaria que consta de un grupo de M vectores columna fijos
u_{m} = [u_{m}(t)], t = -L1,., L2, y (2) obtener el
conjunto de coeficientes característicos que correlacionan la base
de vectores con una propiedad específica del tejido cardiaco a
determinar.
La preparación se efectúa como se muestra en la
figura 3F. Primero se acota 70 un conjunto de electrogramas de
preparación. Se selecciona un sólo ciclo cardiaco de cada uno de los
electrogramas 72 acotados. Seguidamente, se fija la posición de la
acotación con respecto a cada uno de los vectores 74 de electrograma
74 del conjunto de preparación. A continuación los electrogramas se
ajustan 76 y se centran 78. Seguidamente se realiza el análisis 88
del componente principal sobre los vectores de electrograma para
extraer una base 90 de vectores y un vector característico de los
componentes 92. Se selecciona una base 90 de vectores limitada entre
las bases 90 de vectores con el fin de representar los
electrogramas dentro de un error 94 deseado. Seguidamente, la
propiedad a determinar por el procedimiento revelado se coteja con
una función 96 característica con el fin de de determinar los
coeficientes característicos que se usan como se describió
anteriormente.
Sea X_{LxN} = [x_{1}....x_{N}] un conjunto
de preparación que es un grupo de N electrogramas sincronizados,
ajustados y centrados, siendo cada uno un vector columna L
dimensional:
El conjunto de electrogramas X_{LxN} sobre el
que se realiza la preparación, es decir, el conjunto de
preparación, es diferente al conjunto de electrogramas dispuestos
para la clasificación.
Como se reveló, por ejemplo, en Lay D,
"Álgebra Lineal y sus Aplicaciones " (2ª edición),
Addison-Wesley, 1997, Capítulo 7 y en Press W.,
Teukolsky W, Vettering W y Flannery 8, "Recetas Numéricas en C
" (2ª edición), Cambridge University Press, Capítulo 26, la base
U_{lxM} de vectores se puede determinar por medio de una técnica
denominada Análisis del Componente Principal (PCA). De acuerdo con
esta técnica, la matriz unitaria U deseada se determina por medio
de la descomposición en valores singulares (SVD) de la matriz X.
Este procedimiento proporciona matrices ortogonales U y V y una
matriz S casi diagonal que satisface la relación:
Además de la base U de vectores, se obtiene una
matriz Y_{MxN} = [y_{1}...y_{N}], en la que la columna y_{n}
= [y_{1,n}...y_{M,n}]^{T} es la representación de un
componente de los electrogramas xn (como se define en "Extracción
de un Vector Característico del Electrograma Normalizado,"
anterior). Los componentes obtenidos y_{m,n} no están
correlacionados y están en el orden de decrecimiento de la
varianza. La propiedad de varianza decreciente implica que, por
término medio, cuanto menor es el índice m del componente mayor es
su contribución promedio a los electrogramas. Este hecho permite
limitar el número de componentes hasta un número M que es mucho
menor que la dimensionalidad L original de los electrogramas.
El número M se determina como el entero inferior
para el cual la estimación promedio del error es menor que un
umbral dado. Conociendo el conjunto de bases de vectores U_{lxM} y
cada uno de los componentes, y_{m,n} de los electrogramas del
conjunto de preparación, se pueden reconstruir los electrogramas
originales como sigue:
Se puede obtener una estimación, valor estimado
de x^{scc}_{n}(t) del electrograma ajustado y centrado
x^{scc}_{n}(t) a partir de sus componentes como sigue:
y, de esta manera, el valor
estimado de x^{s}_{n}(t) del electrograma original
sincronizado no ajustado y no centrado x^{s}_{n}(t) viene
dada
por:
en la que \alpha_{n} y
\overline{x}^{s}(t) se han definido anteriormente. Los
electrogramas estimados, representados por valor estimado de
x^{s}_{n}(t), se pueden comparar con los electrogramas
sincronizados originales x^{s}_{n}(t) con el fin de obtener
una estimación del error en que exprese la calidad de la estimación
dada
por:
La estimación del error promedio se puede
definir como la media aritmética de los errores estimados, e_{n},
es decir:
El umbral recomendado para la estimación del
error promedio es 10% de la amplitud de pico a pico del electrograma
promedio \overline{x}^{s}(t)
Con el fin de obtener una base de vectores
adecuada, el número de electrogramas N del conjunto de preparación
debe ser grande. Este número de pacientes en los que se muestrean
los electrogramas debe ser de al menos 30, aproximadamente, aunque
es preferente que sea mayor que 100. Preferiblemente, se graban
entre aproximadamente 50 y aproximadamente 150 electrogramas de
cada paciente. Es más preferente que la base de datos sea tan grande
como sea posible. Es posible obtener dicho número de electrogramas
del conjunto de preparación a partir de una base de datos preparada
previamente, en la que los datos hayan sido tomados de un solo
paciente o de muchos pacientes en condiciones similares (las mismas
regiones cardiacas y una patología similar a la que se va a
caracterizar). También es posible actualizar constantemente la base
de vectores añadiendo nuevos electrogramas al conjunto de
preparación a medida que se caracteriza el tejido de nuevos
pacientes de acuerdo con el procedimiento revelado.
Dada una propiedad determinada de acuerdo con la
cual se desea clasificar los electrogramas, es necesario tener una
definición independiente de esa propiedad determinada por cada punto
cardiaco en el cual fueron grabados los electrogramas del conjunto
de preparación. Por ejemplo, si la propiedad es la región cardiaca
a la que pertenece el electrograma, la información de su
localización se puede hacer disponible con ayuda de un
fluoroscopio. Si la propiedad es un estado patológico, en ese caso
el estado patológico del tejido se puede obtener de otras
modalidades médicas. Por ejemplo, a isquemia puede ser detectada
independientemente con ecocardiografía, tomografía informatizada
(CT), tratamiento de imágenes de resonancia magnética (MAl) o una
técnica de tratamiento de imágenes nuclear, tal como la tomografía
informatizada de emisión de fotones simple (SPECT) o tomografía de
emisión de positrones (PET). Los coeficientes característicos,
\alpham, para la propiedad dada se determinan realizando una
búsqueda entre los coeficientes comprendidos dentro de un conjunto
limitado de valores. Los coeficientes seleccionados son los que
conducen a la mayor correlación entre los valores del parámetro,
\phi, característico, y los valores de la propiedad definidos por
la modalidad adicional.
Otra realización del procedimiento revelado está
dirigida a la caracterización de la propiedad del tejido cardiaco
en una pluralidad de sitios del corazón sobre la base de una
pluralidad de electrogramas locales. Como se muestra en la figura
3C, esta realización es similar a la realización revelada en la que
la propiedad se caracteriza en un solo sitio sobre la base de un
solo electrograma local. En la realización multisitio, las etapas
definidas anteriormente para el electrograma local único se repiten
para cada uno de de la pluralidad de electrogramas locales. La
caracterización resultante de las propiedades en una pluralidad de
sitios se puede usar para construir una representación gráfica de
la propiedad 80 del tejido 82 basada en la propiedad representada
gráficamente
Como se muestra en la figura 3D, la etapa de
normalización en la realización multisitio puede comprender la
etapa opcional de rechazo de los electrogramas 84 descentrados. La
presencia de una pluralidad de electrogramas cuantificados en una
pluralidad de sitios permite la evaluación de los electrogramas y el
rechazo de los que se consideren descentrados de acuerdo con uno o
más criterios. Por ejemplo, los electrogramas normales obtenidos
con el catéter de la figura 1 se prestan a presentar los valores
mínimos correspondientes a la máxima despolarización del tejido
subyacente: Si se aplica una presión excesiva al tejido por medio de
la punta del catéter, los electrogramas resultantes tienden a
presentar valores mínimos que están trasladados a momentos más
anteriores respecto de los electrogramas obtenidos normalmente. Por
lo tanto, cuando se realiza la sincronización de acuerdo con el
criterio del valor mínimo, en los electrogramas normales, el punto
de sincronización se corresponde con el punto de máxima
despolarización de la región cardiaca correspondiente. Los
electrogramas con distorsión inducida por presión se sincronizan
erróneamente en un punto mucho más retrasado que el punto de
despolarización máxima normal. De esta manera, los electrogramas
anormales se pueden identificar como electrogramas que, con el fin
de que sean sincronizados, tienen que ser trasladados en el tiempo
en más de un umbral específico. El valor recomendado de este umbral
en corazones humanos es aproximadamente 100 ms.
Otra realización del procedimiento revelado está
dirigida a la caracterización de la propiedad de una región del
tejido cardiaco sobre una pluralidad de electrogramas locales
obtenidos en la región. Esta realización está representada
esquemáticamente en la figura 3E. En esta realización, los
electrogramas, obtenidos como se enumeró anteriormente, primero se
normalizan. Seguidamente, se estima un electrograma representativo
de los electrogramas 86 normalizados. El electrograma
representativo se puede estimar, por ejemplo, como el promedio o la
mediana de todos los electrogramas de la región. Seguidamente, como
se describió anteriormente, el procedimiento se completa usando el
electrograma representativo, es decir, se extrae del electrograma
representativo un vector característico representativo, que es
representativo de todos los del tejido de la región. A continuación
se realiza la clasificación de la propiedad del tejido sobre la base
del vector característico representativo.
Algunas realizaciones del procedimiento revelado
incluyen la etapa de de construcción de una representación gráfica
de la propiedad del corazón o de la cámara del corazón caracterizada
de acuerdo con el procedimiento de la invención. Una representación
gráfica del corazón basada en la información de posición obtenida
con un sensor de posición del catéter y en la información de la
propiedad basada en electrogramas locales como se describe en la
presente, se puede construir como se describe en la solicitud de
patente de EE. UU. 09/122.137, asignada comúnmente y copendiente,
presentada el 24 de julio de 1998 y en su correspondiente solicitud
de patente europea 974.936 publicada el 26 de enero de 2000.
Brevemente, un procesador reconstruye una representación gráfica,
preferiblemente una representación gráfica en 3-D,
de la cámara cardiaca a partir de una pluralidad de puntos
muestreados en la cámara cuyas coordenadas de posición han sido
determinadas. Entre aproximadamente cinco y quince punto
muestreados son generalmente suficientes para realizar una
reconstrucción preliminar de la superficie con una calidad
satisfactoria.
En el volumen de los puntos muestreados, en un
espacio de la reconstrucción, se define una superficie curva
cerrada en 3-D, inicial, generalmente arbitraria
(también denominada curva en la presente por brevedad). La curva
cerrada se ajusta aproximadamente a una forma que se parece a una
reconstrucción de los puntos muestreados. Seguidamente, se realiza
repetidamente una fase de adaptación flexible una o más veces para
llevar la curva cerrada a parecerse con precisión a la forma del
volumen actual en reconstrucción. La superficie en
3-D se puede convertir en una pantalla de vídeo u
otra pantalla para su visualización por el médico o por otro usuario
de la representación gráfica.
Preferiblemente, la superficie curva cerrada
inicial abarca sustancialmente todos los puntos muestreados o es
sustancialmente interior a todos los puntos muestreados. Sin
embargo, se debe observar que es adecuada cualquier curva en la
proximidad de los puntos muestreados. Preferiblemente, la superficie
curva en 3-D cerrada comprende un elipsoide o
cualquier otra curva cerrada simple. Alternativamente, se puede usar
una curva no cerrada, por ejemplo, cuando se desea reconstruir una
pared simple en vez de un volumen entero.
Sobre la curva se define una rejilla de una
densidad deseada. Por cada uno de los puntos situados sobre la
rejilla, se define un vector que es dependiente del desplazamiento
entre uno o más de los puntos de la rejilla y una o más de las
localizaciones cuantificadas sobre la superficie cardiaca. La
superficie se ajusta desplazando cada uno de los puntos de la
rejilla en respuesta al vector respectivo, de manera que la
superficie reconstruida se deforme para parecerse a la
configuración actual de la cámara cardiaca. Preferiblemente, la
rejilla divide la superficie curva en cuadriláteros o cualesquiera
otros polígonos de manera tal que la rejilla defina uniformemente
puntos sobre la curva. Preferiblemente, la densidad de la rejilla es
suficiente de manera tal que hay generalmente más puntos en la
rejilla que puntos muestreados en cualquier vecindad arbitraria. Más
preferiblemente, la densidad de la rejilla es ajustable de acuerdo
con un compromiso deseado entre reconstrucción, precisión y
rapidez.
En realizaciones preferentes, se usa hardware
gráfico, diseñado para el control de polígonos para realizar las
fases de la reconstrucción descritas anteriormente.
Preferiblemente, una vez construida la
representación gráfica geométrica de la cámara como se describió
anteriormente, se determinan los valores de la propiedad
determinados de acuerdo con el procedimiento revelado en cada uno
de los puntos de la rejilla sobre la base de la interpolación de la
propiedad a los puntos circundantes muestreados por el electrodo
del catéter. De esta manera, el procedimiento da lugar a la
generación de una representación gráfica de una propiedad de la
cámara del corazón en función de la geometría de la cámara.
Preferiblemente, la propiedad se presenta sobre
la superficie reconstruida sobre la base de una escala de colores
predefinida.
La representación gráfica generada se transmite
a un dispositivo de presentación tal como un apantalla de ordenador
o una impresora de ordenador.
Ejemplo
Los electrogramas fueron grabados en los
ventrículos izquierdos de 8 perros en fases sucesivas de isquemia e
infarto producidas por medio del ligado de la arteria coronaria
Descendente Anterior Izquierda (LAD) usando un catéter y el sistema
mostrados en las figuras 1 y 2. Por cada perro, se realizó una
representación gráfica en cuatro fases como sigue:
- 1.
- Punto de partida (control, antes del ligado)
- 2.
- Inmediatamente después del ligado (y terminado dentro de la primera hora)
- 3.
- 5 horas después del ligado
- 4.
- 3 días después del ligado
La representación gráfica consta de puntos de
muestreo sobre la superficie del endocardio del ventrículo
izquierdo, de manera tal que tanto la ubicación de los puntos en el
espacio como los correspondientes electrogramas fueron grabados
simultáneamente. Los electrogramas fueron grabados en cada ubicación
durante un periodo de tiempo de 3 segundos a una frecuencia de
muestreo de 1 KHz. Todos los electrogramas grabados fueron acotados
y alineados de manera tal que todas las acotaciones coinciden en la
2500ª muestra dentro del vector muestreado. En la base de datos se
tuvo en cuenta una ventana entre las muestras 2301ª y 2699ª, es
decir, una ventana de +200 y -200 ms alrededor de la acotación, que
incluye la última pulsación. En la Tabla 1 se muestra el número de
puntos en los que se obtuvieron electrogramas de cada perro en cada
fase.
La información de localización de cada punto del
endocardio se usó para agrupar los electrogramas de acuerdo con 13
regiones estándar. Las regiones se corresponden con 6 zonas
circunferenciales (anterior, anteroseptal, inferior, inferoseptal,
lateral y posterior) tanto de la sección basal como de la intermedia
del ventrículo izquierdo, más una región que representa la cúspide.
Las localizaciones que fueron muestreadas se muestran
esquemáticamente en la figura 6. Los significados de los códigos de
la figura 6 figuran en la Tabla 2.
Cada región de cada representación gráfica fue
puntuada por un ecocardiógrafo experto de acuerdo con el grado de
contractilidad. Las puntuaciones van de 1 a 4, en las que, 1 indica
la mejor contractilidad y 4 indica la peor contractilidad.
Puesto que las diferentes localizaciones dentro
del corazón llegaron a activarse en diferentes momentos, los
electrogramas fueron acotados y sincronizados de acuerdo con el
valor mínimo. Se tomó una ventana de L=124 ms a cada lado del punto
de sincronización. Esto dio lugar a que cada electrograma tenga una
longitud de 2L+1=249 muestras.
Puesto que las diferentes fases isquémicas
pueden estar caracterizadas por diferentes características de señal,
los conjuntos de datos de cada fase isquémica fueron tratados cada
uno separadamente. En cada fase isquémica, el conjunto de datos de
prueba consta del grupo completo de electrogramas grabados en todos
los animales que fueron objeto de representación gráfica en esa
fase, excepto los que no se pudieron sincronizar dentro de una
ventana de 50 ms. Esta condición eliminó electrogramas que
presentaban una elevación del segmento ST grave como consecuencia
de la presión del catéter sobre el endocardio en el momento del
registro. La elevación del segmento ST grave inducida por presión
se ha observado que normalmente está acompañada por una depresión
del segmento T lo que hace que el electrograma se sincronice
erróneamente en este punto en vez de en el punto de polarización
máxima normal.
El conjunto de preparación fue definido como el
subconjunto del conjunto de prueba que incluye solamente
electrogramas con una amplitud de pico a pico normal, definida como
mayor o igual que 15 mV. Obteniéndose mediante esta opción
autorizada conjuntos de preparación y bases de vector comparables a
lo largo de las diferentes fases isquémicas.
Con el fin de resaltar la distinción entre
electrogramas debida a diferencias en morfología, las diferencias
en amplitud fueron compensadas ajustando todos los electrogramas de
manera que su valor en el punto de sincronización fuera igual al
valor del electrograma promedio. Además, se eliminó el promedio de
todos los electrogramas sincronizados de cada electrograma (los
electrogramas fueron centrados).
La base U de vectores fue hallada por medio de
la descomposición en valores singulares (SVD) de la matriz X, la
matriz de vectores de electrograma. Los componentes y_{m,n}
obtenidos no son correlativos y están en orden de decrecimiento de
la varianza. Dado que los signos de los vectores de la base de
vectores son arbitrarios, el signo se eligió de manera que el valor
correspondiente al valor absoluto máximo del vector pudiera ser
positivo. Esto hace que las representaciones gráficas se visualicen
más fácilmente. Dicho de otro modo, si \overline{U}_{n}(t)
representa un elemento de la base de vectores obtenido del algoritmo
de SVD, en ese caso la versión corregida, u_{n}(t), viene
dada por:
La descomposición en valores singulares produce
una base de vectores que contiene M=2L+1 vectores. Puesto que los
componentes están en orden de varianzas decrecientes, es necesaria
una base de vectores mucho menor para representar X con un cierto
grado de error. Se descubrió que el número de componentes requerido
para representar electrogramas con precisión es relativamente
pequeño. La figura 7 muestra la estimación del error relativo
promedio respecto de la amplitud de pico a pico promedio en una fase
isquémica representativa. Se puede observar que, para obtener un
error relativo promedio de 10% o menos son necesarios no más de 5
componentes.
Seguidamente se aplicó la transformación U del
conjunto de prueba X'_{LxN'} que es el conjunto de electrogramas
sincronizados y normalizados completo:
Se promedió el espectro de componentes
principales de todos los electrogramas del conjunto de datos que
pertenecían a cada una de las 13 regiones del miocardio, con lo que
se obtuvo un espectro de componente principal representativo por
región. Dicho de otro modo, los componentes principales simples
Y_{m,n} fueron sustituidos por promedios Y_{m,r} regionales.
Las puntuaciones con ECHO fueron promediadas entre los perros
igualmente, obteniéndose de esta manera una puntuación con ECHO
representativa por región. El promediado por regiones está
justificado por la suposición de homogeneidad entre los perros.
Puesto que se ligó la misma arteria coronaria en todos los perros,
se prevé que la patología se sitúe en las mismas regiones
aproximadamente: cúspide, media anterior y media anteroseptal.
Los componentes principales promedio simples y
las combinaciones lineales de los mismos fueron representados
frente a las puntuaciones con ECHO promedio buscando correlaciones.
Con el fin de reducir la extensión de la búsqueda, las
combinaciones lineales de componentes principales se limitaron a los
primeros 5 componentes y a los coeficientes, \alpha, de valores
-1, 0 o 1. Los resultados están sumariados en la Tabla 3. El error
relativamente grande en la correlación se debe al número
relativamente pequeño de regiones tenidas en cuanta.
Los parámetros \phi descritos anteriormente
fueron estimados de nuevo con los datos grabados en el punto de
partida antes del ligado como control. Los valores promedio
obtenidos por región fueron comparados con las puntuaciones con
ECHO de dichas regiones en la correspondiente fase isquémica. Así,
si los parámetros \phi están relacionados efectivamente solamente
con una patología, en ese caso no se debe esperar correlación
alguna con los valores obtenidos con los datos del punto de partida.
Aunque se encontró un cierto grado de correlación en el punto de
partida de los parámetros \phi de las fases isquémicas inmediata y
de 5 horas, en todos los casos los valores de los parámetros \phi
eran significativamente superiores en las regiones patológicas
cuando la patología estaba realmente presente. Incluso si había un
incremento (con respecto al punto de partida) en los valores
correspondientes a las regiones sanas, el incremento no era tan
significativo como en las regiones patológicas.
En cada fase isquémica de cada perro individual,
el valor promedio de \phi en puntos con una puntuación de ECHO de
1 (normal) se comparó con el valor promedio de \phi en puntos con
una puntuación de ECHO superior o igual a 3 (cicatriz) por medio de
una prueba de muestras unilateral. Los valores P resultantes de las
pruebas de muestras evaluados sobre parámetros \phi entre puntos
con puntuación de ECHO = 1 y puntos con puntuación de ECHO \geq 3
están sumariados en la Tabla 4. En algunos casos, la prueba no se
pudo realizar por falta de datos (ni eléctricos ni con ECHO). En la
mayoría de los casos en los que los datos estuvieron disponibles,
la caracterización de la propiedad del tejido (isquemia) a partir de
electrogramas locales de acuerdo con el procedimiento revelado se
observó que era estadísticamente significativa.
Se debe considerar que las realizaciones
descritas anteriormente solamente se citan a modo de ejemplo y que
el ámbito total de la invención está limitado solamente por las
siguientes reivindicaciones.
Claims (3)
1. Un aparato para la caracterización de
una propiedad del tejido cardiaco en un sitio local de un corazón
(29) sobre la base de un electrograma local cuantificado en dicho
sitio, comprendiendo dicho aparato:
- (a)
- un catéter (21); y
- (b)
- un procesador (39) que tiene circuitos (40) de tratamiento de señales, caracterizado porque los circuitos de tratamiento de señales realizan las funciones de:
- (i)
- normalización (62) de dicho electrograma;
- (ii)
- extracción (64) de un vector característico de dicho electrograma normalizado;
- (iii)
- clasificación (68) de dicha propiedad de dicho tejido cardiaco en dicho sitio local basada en dicho vector característico; y
- (iv)
- informatización (80) de una representación gráfica de dicha propiedad de dicho tejido de dicho corazón (29), en el que el catéter comprende un electrodo (23) para la cuantificación de dicho electrograma local, comprendiendo además dicho catéter un sensor (28) de posición para la toma de la posición tridimensional de dicho electrodo durante la cuantificación de dicho electrograma, facilitando de esta manera la informatización de una representación gráfica de la propiedad del tejido cardiaco.
2. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
1, en el que dicho sensor (28) tridimensional es un sensor
electromagnético.
3. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1
ó 2 que comprende además medios (53) para la administración de un
tratamiento a dicho tejido.
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