具体实施方式

概述

心内电生理(EP)标测为基于导管的方法，该方法有时用于表征心脏 EP波传播异常，诸如导致心律失常的那些。在典型的基于导管的规程中，将包括多个感测电极的导管的远侧端部插入心脏中，以感测包括心腔的壁组织上的测量位置的数据点集和相应的EP信号集，EP标测系统可从该EP 信号产生心腔的标测图，诸如EP标测图。

具体地，对于诊断而言，还可能需要EP波在壁组织的某个区域处的传播方向。可通过生成心腔的区域的特定EP时序图标测图(称为局部激活时间(LAT)标测图)来获得心波的传播方向。

然而，对于任何给定区域，确定心腔中的EP波的传播矢量为耗时的过程。通常，需要计算该区域周围的多个位置的LAT，并且随后从LAT和位置的方位导出矢量。下文所述的本发明的实施方案提供了用于获取EP数据并针对心腔中的区域实时地自动计算此类传播矢量的有效方法。

除了其他特征之外，本发明所公开的方法可以特定方式使用各种类型的多电极导管，诸如篮形导管或多臂导管(例如，由Biosense-Webster制造的PentaRay^TM或OctaRay^TM)。使多电极导管与心腔的区域处的组织接触 (例如，压靠组织)，以使其“极”(例如，篮形件的脊连接的远侧末端，或多个臂所源于的远侧末端)位于所选择的心脏组织区域上，并且使脊/臂上的电极与心腔的组织区域处的壁组织接触以获取EP信号。

在一个实施方案中，为了计算传播矢量，处理器首先使用包含导管的轴线的虚拟平面将电极位置所处的心脏组织区域分成(例如，任意地分成)两个区段。然后，使用从每个电极获取的EP信号，处理器计算每个区段中的电极位置(即，相应的组织位置)处的LAT值，以找到两个区段中具有较小平均LAT值的第一区段和两个区段中具有较大平均值的第二区段。

然后，处理器确定第一区段中的第一代表性位置和第二区段中的第二代表性位置。处理器在第一代表性位置和第二代表性位置之间计算指示已生成EP信号的EP波的传播的传播矢量，并将传播矢量呈现给用户。

在一个实施方案中，对于具有较低平均LAT值的区段，处理器找到其中具有最小LAT值的位置。对于具有较高平均LAT值的区段，处理器找到其中具有最大LAT值的位置。根据两个位置之间的已知位移(距离和方向)以及LAT值的相应已知时间差，处理器计算EP波的传播(例如，速度)矢量(速率和方向)。处理器可随后将对应于矢量的箭头绘制在心腔的标测图上。箭头的长度、其颜色或图形图案(例如，梯度或阴影图案) 可被设定为对应于速率。

在另一个实施方案中，并非从具有较低平均LAT值的区段处的LAT 值中的最小值到具有较高平均LAT值的区段处的LAT值中的最大值来计算速度矢量，处理器而是在具有较低平均LAT值的质心壁组织位置和具有较高平均LAT值的质心壁组织位置之间计算矢量。为此，处理器在具有较低平均LAT值的第一壁组织位置的第一区段中执行质心计算，并且在具有较高平均LAT值的第二壁组织位置的第二区段中执行质心计算。然后，处理器在可能生成EP信号的EP波的第一质心位置和第二质心位置之间计算质心传播矢量，并且将质心传播矢量呈现给用户。质心计算通常包括使用每个区段的两个或更多个LAT值作为权重来计算每个质心位置的加权平均值。

在一些临床情况下，诸如在折返型心律失常中，当导管处于大致固定位置时，速度矢量沿着方向(向后和向前)振荡。这通常发生在其中导管处于波实际上在方向上交替的接合部处的情况下，例如，由于波遇到异常单向传播阻挡组织。在这种情况下，处理器计算附加矢量，并且可将这两个矢量以两个箭头显示在屏幕上，这两个箭头根据EP波的相对量值而通过不同的亮度/厚度/长度/颜色来加以区分。

通常，处理器被编程在包含特定算法的软件中，该特定算法使得处理器能够执行上述处理器相关步骤和功能中的每一个。

本发明所公开的用于EP波的传播方向的有效推导和清楚呈现的系统和方法可改善基于导管的心律失常诊断和治疗规程。

系统描述

图1为根据本发明的实施方案的包括不同可能的多电极导管的电生理 (EP)标测系统10的示意性图解。系统10可被配置成基本上分析任何生理参数或此类参数的组合。在本文的描述中，以举例的方式，假设所分析的信号为心内心电图电位-时间关系。为了充分表征此类关系，各个位置处的信号需要在时间上彼此参考，诸如在LAT标测图生成期间完成。时间参考是通过相对于参考时间(例如，时刻)(诸如ECG参考信号的每个QRS 复合波的开始(即，每个心跳的开始))进行测量来完成的。用于生成 LAT标测图的方法描述于上述美国专利9,050,011中。

如上所述，系统10包括多电极导管，在若干可能的选项中，该多电极导管可为篮形导管14或多臂导管114(例如，PentaRay^TM导管)，这两者均在插图37中示出。下文的描述将上述导管选项统称为“导管14/114”，这意味着下文所述的实施方案适用于这些多电极导管类型中的任一类型。每个导管末端14、114沿着纵向轴线L-L延伸。

多电极导管14/114由医师32穿过患者的血管系统插入心脏12的腔室或血管结构中。医师32使导管的远侧末端18/118在EP标测靶组织部位处与心腔21的壁组织19接触(例如，朝远侧抵靠壁组织按压末端)。导管通常包括柄部20，该柄部具有合适的控制装置，使得医师32能够根据EP 标测的需要对导管的远侧端部进行操纵、定位和取向。

多电极导管14/114联接到控制台24，使得医师32能够观察和调节导管的功能。为了辅助医师32，导管的远侧部分可包含各种传感器，诸如接触力传感器(未示出)和向位于控制台24中的处理器22提供位置信号、方向信号和取向信号的磁性传感器33/133。处理器22可履行如下所述的若干处理功能。具体地，可使电信号经由缆线34从位于导管14/114的远侧末端18处或附近的电极16/116，在心脏12和控制台24之间来回传送。可通过缆线34和电极16/116将起搏信号和其他控制信号从控制台24传送到心脏12。

控制台24包括由处理器22驱动的监视器29。电接口34中的信号处理电路通常接收、放大、滤波并数字化来自导管14/114的信号，包括由上述传感器和多个感测电极16生成的信号。由控制台24和定位系统接收并使用数字化信号，以计算导管14/114的位置和取向并分析来自电极16/116 的EP信号，如下文进一步详细描述的。

在本发明所公开的规程期间，跟踪电极16/116的相应位置。跟踪可例如使用由Biosense-Webster生产的3系统来执行。此类系统测量电极16/116与联接到患者的身体的多个外部电极30之间的阻抗。例如，三个外部电极30可联接到患者的胸部，并且另外三个外部电极可联接到患者的背部。(为了便于说明，图1中仅示出一个胸部电极。)线连接件35将控制台24与体表电极30和用于测量导管14/114的位置和取向坐标的定位子系统的其他部件连接在一起。基于电信号跟踪电极16位置的方法(称为有源电流位置(ACL))在各种医疗应用中实现，例如在上述3 系统中实现。ACL子系统和方法的细节在美国专利8,456,182中有所提供，该专利申请被转让给本专利申请的受让人并且其公开内容以引用方式并入本文且副本提供在附录中。

在一些实施方案中，除了ACL跟踪子系统之外或代替ACL跟踪子系统，系统10包括磁定位跟踪子系统，该磁定位跟踪子系统通过使用场生成线圈28在预定义工作空间中生成磁场并感测导管处的这些场来确定磁性传感器33在导管14/114的远侧端部处的位置和取向。由于电极16/116在臂 15/115上具有已知位置并且彼此之间具有已知关系，因此一旦导管14/114 在心脏中被磁性跟踪，电极16/116中的每个电极在心脏中的位置就变得已知。合适的磁定位跟踪子系统在美国专利7,756,576和7,536,218中有所描述，该专利被转让给本专利申请的受让人并且其公开内容以引用方式并入本文且副本提供在附录中。

基于来自具有跟踪位置的电极16/116的EP信号，可根据美国专利 6,226,542、6,301,496和6,892,091中公开的方法准备电激活标测图，该专利被转让给本专利申请的受让人并且其公开内容以引用方式并入本文且副本提供在附录中。

处理器22利用存储于存储器25中的软件来操作系统10。该软件可例如以电子形式通过网络下载到处理器22，或者另选地或除此之外，该软件可被提供和/或存储在非临时性有形介质(诸如磁存储器、光学存储器或电子存储器)上。具体地，处理器22运行如本文所公开的包括在图4中的专用算法，该专用算法使得处理器22能够执行所公开的步骤，如下文进一步所述。

图1所示的示例性例证完全是为了概念清晰而选择的。也可采用其他类型的EP感测几何形状，诸如描述于2019年12月9日提交的标题为“Catheter with Plurality ofSensing Electrodes Used as Ablation Electrodes”的美国专利申请16/708285(代理人案卷号BIO6163USNP)中的包括电极区段的球囊导管，该专利申请的公开内容以引用方式并入本文(副本提供在附录中)。

系统20通常包括附加模块和元件，该附加模块和元件与本发明所公开的技术不直接相关，并且因此该附加模块和元件从图1和对应的描述中被有意地省略。系统20的元件以及本文所述的方法可进一步应用于例如控制心脏12的组织的消融。

分析多电极导管信号以确定EP波传播矢量

图2A和图2B为根据本发明的实施方案的与组织接触并测量电生理 (EP)信号的图1的导管中的一个导管的电极16/116的示意性远侧视图。这些附图进一步示出了当从导管的轴线L-L上的脊或臂的近侧位置沿远侧方向观察时的组织50以及压靠组织50的导管14/114的脊或臂15/115的远侧部分40。脊或臂15/115在导管的远侧末端18/118处联接在一起。

在一些实施方案中，处理器22使用包含导管的轴线L-L的虚拟平面 55将脊/臂分成两个区段。处理器22可任意地或根据某个选择标准来选择区段，即，选择平面55。例如，虚拟平面55被配置成与导管的中心纵向轴线L-L相交，并且可不与导管14或114的脊或臂中的任一个脊或臂相交。然后，使用从每个电极16/116获取的EP信号，处理器计算每个区段中的电极位置处的LAT值。处理器22随后找到两个区段(S1或S2)中的哪个区段由较低平均LAT值表征(例如，在两个区段中具有较低平均LAT 值)，并且哪个区段由较高平均LAT值表征(例如，在两个区段中具有较高平均值)。

在图2A所示的实施方案中，虚拟平面55将脊或臂分成两个区段：具有较低平均LAT值的第一区段S1和具有较高平均LAT值的另一个区段或第二区段S2。第一区段S1由处理器确定以找到最小LAT值，并且其位置被确定为位于点60(其可为导管14或114的脊或臂上的感测电极的位置) 处。对于具有较高平均LAT值的另一个区段或第二区段S2，处理器找到最大LAT值及其位置66(其可为导管14或114的脊或臂上的感测电极的位置)。位置60和66在本文中被称为“代表性位置”，因为它们中的每个位置通过单个数据点来表示其整个相应区段。

根据两个代表性位置之间的已知位移(距离和方向)以及已知时间 (LAT值的差值)，处理器计算EP波100的速度矢量(速率和方向)，该EP波在其在导管下面的组织中传播时生成信号。处理器可随后将对应于矢量的箭头65绘制在心腔的标测图上，并且将其提供在显示屏29中。箭头65的长度和/或其颜色可被设定为对应于速率。

在图2B所示的实施方案中，并非从具有较低平均LAT值的区段处的 LAT值中的最小值到具有较高平均LAT值的区段处的LAT值中的最大值来计算速度矢量，而是在较低平均LAT值和较高平均LAT值的质心位置之间计算矢量，其中使用以下公式找到质心位置：

公式1

在图2B中，以举例的方式，对于每个质心位置，i＝1,2。即，质心壁组织位置70由公式1使用LAT值以及相应位置68和72来计算，并且质心壁组织位置80使用LAT值以及相应位置78和82来计算。处理器可随后绘制对应于位置70和80之间的矢量的箭头75。因此，在图2B的示例中，两个区段的质心(位置70和80)用作代表性位置。在另选的实施方案中，处理器22可以任何其他合适的方式选择两个区段中的代表性位置。

图2A和图2B中的图解为概念性的，并且以举例的方式给出。实际的导管结构可有所变化。例如，脊或臂的数量可大于所示数量。

图3为根据本发明的另一个实施方案的与组织接触并测量电生理 (EP)信号的图1的导管中的一个导管的电极16/116的示意性远侧视图。导管14/114布局与图2A和图2B相同，但导管放置在发生EP波折返的不同组织位置处。

如上所述，在折返型心律失常的情况下，该区域处的速度矢量可沿方向(向后和向前)振荡。这通常发生在其中导管处于EP波100实际上在方向上交替的接合部处的情况下，例如，由于波遇到异常单向传播阻挡组织 52。在这种情况下，可将两个EP波矢量(一个为入射EP波100并且另一个为折返EP波102)以两个相应的箭头95和97显示在屏幕上，每个箭头根据EP波的相对量值而具有不同的亮度/厚度/长度/颜色。在图3中，使用图2B的质心计算方法计算矢量。一个相应矢量从质心位置90指向质心位置99，并且另一个矢量从质心位置91指向质心位置97。

图4为示意性地示出根据本发明的实施方案的用于估计和呈现电生理 (EP)波100的传播矢量的方法和算法的流程图。根据所呈现的实施方案，该算法执行以下过程，该过程开始于在导管放置步骤400处，医师30 抵靠心脏组织区域按压导管14/114以使电极16/116的部分与组织接触。

然后，在测量步骤402处，系统10测量心腔21的壁组织19上的电极位置和由EP波100生成的该位置处的相应EP信号集。

接下来，在区域划分步骤404处，处理器22将该区域任意地分成两个区段。

接下来，在LAT计算步骤406处，处理器22计算每个电极位置处的 LAT值。

接下来，在平均LAT计算步骤408处，处理器22计算每个区段的平均LAT值。通常，一个区段的平均LAT值低于另一个区段。

接下来，在平均LAT位置计算步骤410处，处理器22使用图2B所述的方法计算较低平均LAT值和较高平均LAT值的质心位置。

在矢量计算步骤414处，使用质心位置，处理器22计算EP波100的质心EP波传播矢量。

最后，在传播矢量呈现步骤410处，处理器22将对应于矢量的箭头叠加(例如，绘制)在心腔的标测图上，如图1中的显示器29所示。箭头65 或75的长度和/或其颜色可被设定成对应于速率。

图4中所示的示例性流程图完全是为了概念清晰的目的而选择。本实施方案还包括算法的附加步骤，诸如操作安装在导管上的其他传感器(诸如接触力传感器)，这些附加步骤已被有意地从本文的公开内容中省略以便提供较简化的流程图。

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。