具体实施方式

概述

由于电极的几何分布，来自复杂多样条导管(例如，Biosense Webster,Inc.,Irvine,CA USA的导管，或篮形导管)或线性导管上的多电极的电活动信号以对于医生而言直观的方式演示在是具有挑战性的。以二维(2D)列表(诸如示出多个心内电描记图(IEGM))演示电活动并不反映导管的几何形状。

本发明的实施方案通过提供三维(3D)演示来解决上述问题，该3D演示包括描述在相应采样时间在导管电极上的组织的电活动的相应的弯曲三维表面。

在不同的采样时间，收集从导管的电极接收的心内(IC)信号并对其采样。将导管电极在采样时间中的一个采样时间的电活动绘制在3D演示上以作为弯曲3D表面。3D演示可由三个轴(x、y和z)或任何其他合适的坐标系限定。x轴和y轴指示导管的电极的2D位置(例如，通过将电极位置投影到由x轴和y轴限定的平面上)。z轴指示在采样时间由电极捕获的电活动的电压。通过将3D表面拟合到由导管电极的电极位置的x-y坐标和采样电压的相应z坐标限定的数据点来计算该弯曲3D表面。3D表面的拟合可通过在上述数据点之间内插(并且任选地外推)来执行。3D表面的区域可任选地根据与所述区域相关联的电压水平来着色。

3D演示可以是静态的(例如，针对单个采样时间)或者可以是动态的(例如，视频)，示出电活动如何作为激活波在导管的电极上移动，从而为医师提供有用的诊断工具。

在上述实施方案中可使用任何合适的导管，例如，多样条导管(例如，BiosenseWebster,Inc.,Irvine,CA USA的导管或篮形导管)或其他多电极导管(例如，球囊导管或套索导管)。

将导管插入到活体受检者的心脏腔室中。导管可包括具有远侧端部的轴和其上设置导管电极的远侧端部组件。导管电极接触在心脏腔室内的相应位置处的组织。处理电路从导管接收信号，并且响应于所述信号，在相应采样时间对所述信号的电压值进行采样。

在一些实施方案中，处理电路例如响应于从位置换能器(诸如导管的一个或多个位置传感器或外部放置的传感器)接收的信号来计算相应导管电极的相应位置。

在其他实施方案中，在下述计算中使用的相应导管电极的位置从导管的静态计算机模型导出。例如，如果所使用的导管是具有可偏转样条的多样条导管，即使样条实际上在相应采样时间偏转，则在下述计算中使用的位置可基于处于非偏转位置的可偏转样条的位置。

无论位置是从所接收的一个或多个信号计算的还是从静态计算机模型或任何其他合适的来源导出的，导管电极的位置通常是投影到平面(例如，上述x-y轴)上的投影位置。在一些实施方案中，该平面垂直于导管的轴的轴线。

处理电路计算相应的弯曲三维表面，该弯曲三维表面描述在采样时间中的相应采样时间在导管电极上的组织的电活动。应当指出的是，三维表面中的任何一个三维表面描述针对采样时间中的对应一个采样时间而非多个采样时间的电活动。不同采样时间的采样电压产生不同的三维表面。响应于以下项来计算三维表面：(a)相应导管电极的相应位置(例如，二维位置坐标)；以及(b)相应的采样电压值，所述相应的采样电压值指示由相应导管电极在相应位置(在组织上)处在相应采样时间感测的组织的电活动。例如，响应于以下项来计算一个三维表面：(a)相应导管电极的相应位置(例如，二维位置坐标)；以及(b)在相应采样时间中的一个采样时间采样的相应的采样电压值。

在一些实施方案中，处理电路响应于采样电压值中的相应采样电压值来对相应三维表面的相应区域进行着色。

在一些实施方案中，处理电路响应于在相应采样时间中的相应采样电压值来计算垂直于平面(例如，沿着z轴远离x-y轴)的、从相应导管电极的相应投影位置的相应位移。当使用笛卡尔坐标系时，每个位移提供z轴坐标。例如，根据由导管的电极编号n感测的信号的在时间t1处采样的采样电压来计算位移z_n。电极编号n具有在由x-y轴限定的平面上的位置坐标x_n,y_n。因此，3D演示中对于时间t1的电极编号n的数据点具有坐标x_n,y_n,z_n。处理电路响应于垂直于平面的、从投影位置中的相应投影位置的相应计算的位移，例如，根据坐标系中的表示电极中的每个电极的电活动的数据点，拟合相应的弯曲三维表面，该弯曲三维表面描述在相应采样时间在导管电极上的组织的电活动。在一些实施方案中，处理电路响应于位移中的相应位移来对相应三维表面的相应区域进行着色。

处理电路被配置成随时间推移将相应三维表面呈现到显示器。在一些实施方案中，处理电路随时间推移将相应三维表面呈现到显示器，其中三维表面中的一个新三维表面被足够频繁地显示(例如，至少每十分之一秒)，使得所呈现的三维表面提供与导管电极上的组织的电活动相关联的激活波的动画。

用户界面可接收用户输入以改变三维表面的视角，然后可响应于所接收的用户输入以不同的视角来呈现这些三维表面。

系统描述

现在参见图1，其为根据本发明的实施方案构造和操作的心脏分析系统10的部分插图、部分框图视图。

现在转到附图，首先参见图1，其为根据本发明的所公开实施方案构造和操作的心脏分析系统10的插图图示，该心脏分析系统用于计算和评估电活动并且任选地用于对活体受检者的心脏12执行消融手术。该系统包括导管14，诸如由操作者16经由皮肤穿过患者的血管系统插入到心脏12的腔室或血管结构内的导管。操作者16(通常为医师)使导管14的远侧末端18接触例如在消融目标部位处的心脏壁，以在心脏12的一个或多个腔室的表面上的多个采样位置处随时间推移而捕获电势。可根据美国专利6,226,542、6,301,496和6,892,091中所公开的方法来制备电活动标测图。体现系统10的元件的一个商用产品是以3系统购得的，可购自Biosense Webster,Inc。该系统可由本领域的技术人员修改，以体现本文所述的本发明的原理。

可通过施加热能对例如通过电活动标测图的评估而确定为异常的区域进行消融，例如，通过将射频电流通过导管中的导线传导到远侧尖端18处的一个或多个电极，这些电极将射频能量施加到心肌。能量被吸收在组织中，从而将组织加热到一温度(通常约50℃)，在该温度下组织会永久性失去其电兴奋性。此手术成功后，会在心脏组织中形成非传导性的消融灶，这些消融灶可中断导致心律失常的异常电通路。本发明的原理可应用于不同的心脏腔室，以诊断并治疗多种不同的心律失常。

导管14通常包括柄部20，该柄部上具有合适的控件，以使操作者16能够按消融所需而对导管14的远侧末端18进行操纵、定位和取向。为了协助操作者16，导管14的远侧部分包括位置传感器(未示出)，这些位置传感器向位于控制台24中的处理电路22提供信号。处理电路22可实现如下所述的若干处理功能。

可使消融能量和电信号经由缆线34穿过位于远侧末端18处或附近的导管电极32，在心脏12和控制台24之间来回传送。以这种方式，电极32被配置成使相应位置处的组织与心脏12的腔室接触，并且在相应位置处随时间推移而捕获电势。除此之外或另选地，其他电极可被配置成在心脏12的一个或多个腔室的表面上的多个采样位置处随时间推移而捕获电势。可通过缆线34和电极32将起搏信号和其他控制信号从控制台24传送到心脏12。导管14可在没有消融能力的情况下被实现为具有电极的探索性装置，该电极被配置成在心脏12的一个或多个腔室的表面上的多个采样位置处随时间推移而捕获电势。

导线连接件35将控制台24与体表电极30和用于测量导管14的位置和取向坐标的定位子系统的其他部件联接在一起。处理电路22或另一处理器(未示出)可为定位子系统的元件。电极32和体表电极30可用于测量消融部位处的组织阻抗，如美国专利7,536,218中所教导。用于生物电信息的传感器(例如，温度传感器(未示出)(通常为热电偶或热敏电阻器))可安装在电极32中的每个电极上或附近。

控制台24通常包含一个或多个消融功率发生器25。导管14可适于使用任何已知的消融技术将消融能量传导到心脏，例如，射频能量、超声能量和激光产生的光能。此类方法公开于美国专利6,814,733、6,997,924和7,156,816中。

在一个实施方案中，定位子系统包括磁定位跟踪布置，该磁定位跟踪布置通过利用磁场生成线圈28在预定工作空间中生成磁场并感测导管14处的这些磁场来确定导管14的位置和取向。该定位子系统描述于美国专利7,756,576和7,536,218中。

如上所述，导管14联接到控制台24，这使得操作者16能够观察并调控导管14的功能。处理电路22可被体现为具有适当信号处理电路的计算机。处理电路22被联接以驱动包括显示屏37的显示器29。信号处理电路可接收、放大、过滤并数字化来自导管14的信号，包括由传感器诸如电传感器、温度传感器和接触力传感器和位于导管14远侧的位置感测电极(未示出)生成的信号。控制台24和定位子系统接收并使用数字化信号，以计算导管14的位置和取向并分析来自电极的电信号。

为了生成电解剖标测图，处理电路22通常包括电解剖标测图发生器、图像配准程序、图像或数据分析程序和被配置成在显示器29上呈现图形信息的图形用户界面。

在实施过程中，处理电路22的这些功能中的一些或全部功能可组合在单个物理部件中，或者另选地，使用多个物理部件来实现。这些物理部件可包括硬连线或可编程装置，或这两者的组合。在一些实施方案中，处理电路的功能中的至少一些功能可由可编程处理器在合适软件的控制下实施。该软件可以通过(例如)网络以电子形式下载到装置中。另选地或除此之外，该软件可以储存在有形的非暂态计算机可读存储介质中，诸如光学、磁或电子存储器。

控制台24还可包括用于经由任何合适的用户输入装置接收来自操作者16的输入命令的接口39，该用户输入装置例如但不限于指向装置(诸如触笔的鼠标)、键盘和/或在显示屏37中实现的触敏屏幕。

通常，系统10包括其他元件，但为简明起见未示出于附图中。例如，系统10可包括心电图(ECG)监测器，该ECG监测器被联接以接收来自体表电极30的信号，以便向控制台24提供ECG同步信号。如上文提及，系统10通常还包括基准位置传感器，其位于附接到受检者身体外部的外加基准贴片上，或者位于插入到心脏12中并相对于心脏12保持在固定位置的内置导管上。可以提供用于使液体循环流过导管14以冷却消融部位的常规泵和管路。系统10可接收来自外部成像模态诸如MRI单元等的图像数据并且包括图像处理器，该图像处理器可结合在处理电路22中或由处理电路22调用以用于生成并显示图像。

现在参见图2A至图2B，其为示出用于图1的系统10中的电极32向平面40的投影位置的示意图。图2A所示的导管14包括具有远侧端部62的轴44，以及远侧端部组件64，该远侧端部组件包括其上设置电极32的多个样条。可使用任何合适的远侧端部组件，例如但不限于篮形远侧端部组件、球囊远侧端部组件或套索远侧端部组件。

图2A示出了通过在垂直于平面40且平行于导管14的轴44的轴线45的方向上投影而分别将电极32-1和32-2投影到平面40上的42-1、42-2。电极32可以任何合适的方向投影到平面40上。图2B示出了导管14的所有电极32的投影位置42(为了简单起见，仅标记了一些)。电极32-1的位置42-1在平面40中具有坐标x1,y1，该坐标被定义为位于x轴和y轴上。

现在参见图3，其为在图1的系统20中采样的心内(IC)信号46的示意图。从相应的电极32(图1)接收相应的IC信号46。图3示出了从电极32-1(图2A)接收的示例性信号46。图3示出了在与大约-0.1毫伏的电压对应的1200毫秒时被采样的信号46。类似地，在该示例中，从其他电极32接收的信号也在1200毫秒时被采样，以找到其他电极32的电压。

现在参见图4A，其为描述由图1的系统10呈现的电活动的弯曲三维表面48的示意图。图4A示出了电极32(图2A)投影在平面40上的一些位置42，其位于x-y轴58上。例如，示出了电极32-1(图2A)在平面40上的位置42-1。电极32-1在时间1200毫秒时的采样电压为-0.1毫伏，如图3所示。三维表面48的数据点50-1从位置42-1和-0.1伏的相关联采样电压导出。基于电极32-1在时间1200毫秒时的采样电压来计算数据点50-1在垂直于平面40的方向上(例如，沿着z轴60)从平面40的位移52-1。类似地，基于相应的投影位置42和所计算的相应位移52来计算相应的数据点50(为了简单起见，仅示出了一些)。使用任何合适的表面拟合方法将三维表面48拟合到数据点50，该方法可包括基于数据点50的内插以及任选地外推。图4A示出了分别用合适的位移单位和电压单位标记的x-y轴58和z轴60。

三维表面48的区域54已根据与区域54相关联的电压值用不同的颜色着色。例如，区域54-1可为红色，而区域54-2可为黄色。图4A包括图例56，其提供颜色和电压值之间的标测。

现在参见4B至图4F，其为描述由图1的系统10呈现的电活动的弯曲三维表面48的示意图。图4B所示的三维表面48表示在另一个采样时间(例如，在1250毫秒的采样时间)电极32(图2A)上的电活动。图4C示出了三维表面48中的一个三维表面的更多顶部。图4D示出了在正上方的三维表面48中的一个三维表面，使得z轴甚至不可见。图4E和图4F是三维表面48的另外的示例。

现在参见图5，其为包括图1的系统10的操作方法中的各步骤的流程图70。

将导管插入(框72)到活体受检者的心脏12(图1)的腔室中。相应导管电极32(图2A)接触在心脏12的腔室内的相应位置处的组织。导管电极32中的一些导管电极可与组织接触，而其他电极32不与组织接触。在一些情况下，所有电极32可与组织接触。

处理电路22(图1)被配置成从导管14(图1)接收信号46(图3)(框74)，并且响应于信号46，在相应采样时间对信号46的电压值进行采样(框76)，计算相应的弯曲三维表面48(图4A至图4F)，并且将三维表面48呈现到显示器29。这些步骤在下文中更详细地描述。

每个电极32的信号46通常在每个相应采样时间进行采样。在一些实施方案中，处理电路被配置成在相应采样时间以超过每秒十次的速率对信号46的电压值进行采样。在其他实施方案中，采样速率小于或等于每秒十次。

在一些实施方案中，处理电路22被配置成例如响应于从位置换能器(未示出)接收的至少一个信号而计算相应导管电极32的相应位置42(图2A至图2B)(框78)，该位置换能器可以是导管的一部分和/或外部设备(诸如身体贴片或外部位置传感器)的一部分。在其他实施方案中，在下述计算中使用的相应导管电极32的相应位置42是从导管14的静态计算机模型导出的相应位置42。

相应导管电极32的相应位置42可以是投影到平面40(图2A至图2B)上的相应投影位置42。在一些实施方案中，相应导管电极32的相应位置42是投影到平面40上的相应投影位置42，该平面垂直于轴44的轴线45(图2A至图2B)。

处理电路22被配置成计算相应的弯曲三维表面48(图4A-图4F)(框80)，该弯曲三维表面描述在采样时间中的相应采样时间在导管电极32上的组织的电活动。应当指出的是，三维表面48中的任何一个三维表面描述针对采样时间中的一个采样时间而非多个采样时间的电活动。不同采样时间的采样电压产生不同的三维表面48。响应于以下项来计算三维表面48：(a)相应导管电极32的相应位置42(例如，由二维坐标表示)；以及(b)相应的采样电压值，所述相应的采样电压值指示由相应导管电极32在相应位置(在组织上)处在相应采样时间感测的组织的电活动。

在一些实施方案中，处理电路22被配置成响应于在采样时间中的相应采样时间的采样电压值中的相应采样电压值，计算垂直于平面40(图4A)的从导管电极32中的相应导管电极的投影位置42中的相应投影位置42的相应位移52(图4A)(框82)。从位置42(在x-y轴58(图4A)中)的位移52(在z轴60(图4A)中)限定具有x,y,z坐标的数据点50(图4A)。处理电路22被配置成响应于垂直于平面40的从投影位置42中的相应投影位置的位移52中的相应位移，拟合相应的弯曲三维表面48(框84)，该弯曲三维表面描述在采样时间中的相应采样时间在导管电极32上的组织的电活动。换句话讲，处理电路22被配置成响应于数据点50中的相应数据点(例如，具有x,y,z坐标)，拟合相应的弯曲三维表面48，该弯曲三维表面描述在采样时间中的相应采样时间在导管电极32上的组织的电活动。例如，对于一个三维表面48，处理电路22被配置成响应于在一个采样时间的采样电压值中的相应采样电压值，计算垂直于平面40(图4A)的从导管电极32中的相应导管电极的投影位置42中的相应投影位置的相应位移52(图4A)，从而产生相应的数据点50，并且响应于位移52中的相应位移(即，数据点50)，拟合弯曲三维表面48，该弯曲三维表面描述在该采样时间在导管电极32上的组织的电活动。

处理电路22被配置成随时间推移将相应三维表面48呈现到显示器29(图1)(框86)。在一些实施方案中，处理电路22被配置成随时间推移将相应三维表面48呈现到显示器29，其中三维表面48中的一个新三维表面(例如，对应于下一个采样时间)至少每十分之一秒被显示，使得所呈现的三维表面48提供与在导管电极32上的组织的电活动相关联的激活波的动画。在一些实施方案中，处理电路22被配置成随时间推移将相应三维表面48呈现到显示器29，其中三维表面48中的一个新三维表面以不到每十分之一秒的速率被显示。

在一些实施方案中，处理电路被配置成响应于采样电压值中的相应采样电压值或位移52(图4A)中的相应位移来对相应三维表面48的相应区域54(图4A)进行着色(框88)。

接口39(图1)被配置成接收用户输入(框90)以改变三维表面48中的一些三维表面的视角。处理电路22被配置成响应于所接收的用户输入而以不同的视角呈现三维表面48中的一些三维表面(框92)。

如本文所用，针对任何数值或范围的术语“约”或“大约”指示允许部件或元件的集合实现如本文所述的其预期要达到的目的的合适的尺寸公差。更具体地，“约”或“大约”可以指列举值的值±20％的范围，例如“约90％”可以指71％至99％的值范围。

为清晰起见，在独立实施方案的上下文中描述的本发明的各种特征部也可在单个实施方案中组合提供。相反地，为简明起见，本发明的各种特征部在单个实施方案的上下文中进行描述，也可单独地或以任何合适的子组合形式提供。

上述实施方案以举例的方式被引用，并且本发明不受上文具体示出和描述的内容的限制。相反，本发明的范围包括上述各种特征部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该变型和修改，并且该变型和修改并未在现有技术中公开。