匹配并跟蹤心臟激活的時間序列的制作方法

本專利申請要求2015年8月11日提交的美國臨時專利申請62/203,422的權益，該專利申請以引用的方式并入本文。

技術領域

本發明整體涉及心電圖(ECG)信號的分析，并且明確涉及此信號組的分析。

背景技術：

2013年由Pascale等人在《循環：心律失常和電生理》(Circ Arrhythm Electrophysiol)中公布的文章標題“在心房顫動消融之后引導房性心動過速的快速診斷的冠狀竇激活的模式和定時(Pattern and Timing of the Coronary Sinus Activation to Guide Rapid Diagnosis of Atrial Tachycardia After Atrial Fibrillation Ablation)”以引用方式并入本文。在文章中，作者陳述在心房顫動消融期間或在心房顫動消融之后，房性心動過速(AT)經常造成診斷挑戰。作者假說冠狀竇(CS)激活的模式和定時兩者可促進AT標測。

Houben等人的美國專利申請2015/0208938(該專利的公開內容以引用方式并入本文)描述了使用雙極性和單極性電描記圖檢測在心臟中生成的激活波前。

上面的描述呈現為該領域中相關技術的總體概述，并且不應當被解釋為承認了其包含的任何信息構成對抗本專利申請的現有技術。

以引用方式并入本專利申請的文獻將視為本專利申請的整體部分，不同的是如果在這些并入的文獻中定義的任何術語與在本說明書中明確或隱含地給出的定義在某種程度上相沖突，則應只考慮本說明書中的定義。

技術實現要素：

本發明的實施方案提供一種方法，包括：

接收來源于單個心跳且在受檢者心臟中的導管上的相應的多個電極處生成的第一組心電圖(ECG)信號；

制定與第一組ECG信號的注釋的時間相關的模板，并且將標記分配給模板；

接收來源于后續的單個心跳且在多個電極處生成的第二組ECG信號；

計算第二組ECG信號的注釋的時間；

制定模板和第二組的注釋的時間之間的比較；以及

當比較指示第二組的注釋的時間對應于模板時，將標記分配給第二組ECG信號，并且在顯示器上相對于表示來自心臟的心跳的時間線圖形地呈現模板的發生。

本發明所公開的實施方案包括使用第一組和第二組制定常見的心臟標測圖。

本發明所公開的另外的實施方案包括，當比較指示第二組的注釋的時間不對應于模板時，制定與第二組ECG信號的注釋的時間相關的另外的模板，并且將另外的標記分配給另外的模板，并且在顯示器上相對于時間線圖形地呈現另外的模板的另外的發生。通常，方法包括使用第一組制定第一心臟標測圖，并且使用第二組制定與第一心臟標測圖不同的第二標測圖。

本發明所公開的另外的實施方案包括包括接收通道注釋的流，將流分成對應于相應心跳的片段，將參考注釋估計作為流中的片段的通道注釋的平均數、加權平均數或中值中的一個，并且將參考注釋應用于制定模板中。通常，模板包括第一組的注釋與參考注釋的時間之間的差值。

在另選的實施方案中，導管位于心臟的冠狀竇中。

在另外的另選的實施方案中，多個電極沿著導管是均勻間隔的。

在另外的另選的實施方案中，導管是線性的。

在一些實施方案中，模板被分配給第一類型的心率失常，并且方法還包括接收后續組的ECG信號，并且監測后續組的注釋的時間是否不對應于模板，因此指示后續組的ECG信號對應于與第一類型的心率失常不同的第二類型的心律失常。

根據本發明的實施方案，還提供了一種設備，包括：

導管，該導管位于受檢者心臟中，并且被配置成：

接收來源于單個心跳且在導管上的相應的多個電極處生成的第一組心電圖(ECG)信號，以及

接收來源于后續的單個心跳且在多個電極處生成的第二組ECG信號；

處理器，該處理器被配置成：

制定與第一組ECG信號的注釋的時間相關的模板，并且將標記分配給模板，

計算第二組ECG信號的注釋的時間，

制定模板和第二組的注釋的時間之間的比較，以及

當比較指示第二組的注釋的時間對應于模板時，將標記分配給第二組ECG信號；以及

顯示器，該顯示器被配置成相對于表示來自心臟的心跳的時間線圖形地呈現模板的發生。

結合附圖，根據下文對本公開的實施方案的詳細說明，將更全面地理解本公開，其中：

附圖說明

圖1為根據本發明的實施方案示出信號分析算法的操作的示意性框圖；

圖2為根據本發明的實施方案的具有它們的注釋和它們的加權平均數的單極性ECG信號的實施例；

圖3為根據本發明的實施方案的圖2的信號的時間模式的圖形呈現；

圖4為根據本發明實施方案示出算法的模板跟蹤模式的步驟的流程圖；

圖5為根據本發明的實施方案示出算法的模板匹配模式的步驟的流程圖；

圖6為根據本發明的實施方案的根據在顯示器上呈現的跳動數量或注釋組數量的模板數量的示意圖；

圖7根據本發明的實施方案示出模板和一組注釋之間的相關性；以及

圖8根據本發明的實施方案示出模板和一組注釋之間的反相關性。

具體實施方式

概述

冠狀竇(CS)激活的時間模式能夠有助于房性心動過速(AT)標測。CS激活的時間模式的分析提供了最可能的大折返AT的快速分層或排序，并且分析還指向病灶AT的可能來源。

本發明人已經研發出分析多通道單極性ECG信號以便匹配并跟蹤信號的時間模式的方法。在一個實施方案中，方法找到且保持跟蹤特定于不同類型的心臟行為的一定的“活動的時間配置”。本文中還被稱為“時間模式”的“活動的時間配置”對應于ECG信號的單極性注釋之間的特定的時間相互關系。注釋對應于信號的局部活化作用時間(LAT)。

來源于ECG信號的LAT標測圖可以被用于分析心臟的功能，并且由加利福尼亞州鉆石吧(Diamond Bar CA)的Biosense-Webster生產的系統構造此類標測圖。標測圖通常示出由在心律失常之下的心臟中電波生成的若干機制產生的結果。本發明的實施方案可以自動地區分并跟蹤這些不同的機制，以便構建可以僅包含單一類型的心臟激活的LAT標測圖。本發明的實施方案允許LAT標測圖的較快的和更準確的產生。

具體描述

1.介紹

圖1為根據本發明的實施方案示出信號分析算法的操作的示意框圖。由從位于冠狀竇(CS)中的參考導管遠側端部14接收多個心電圖(ECG)信號的處理器10操作算法，并且可以由處理器在系統的顯示器18上呈現算法的操作結果。操作結果可以被并入心臟標測圖21中，和/或呈示圖24的形式，并且下面描述了這兩種類型的結果。在一個實施方案中，導管遠側端部14為近似線性的，并且沿著遠側端部具有均勻間隔的十(10)個電極。在一些實施方案中，電極成對布置。

如下文更加詳述，算法分析參考導管的傳入的ECG信號，并且從分析識別不同類型的一致的心臟激活。心臟激活被供應給LAT標測過程，并且算法還可以被用作指示在標測過程中何時獲取新的點的過濾器。用于實施算法的元件(即，處理器、導管和顯示器)可以存在于上面提及的系統中。算法可以被用于ECG信號的實時分析，和/或用于已記錄信號的分析。

處理器使用時間模式跟蹤器框22，以確定和保持描述ECG信號的注釋或LAT之間的特定的時間相互關系的“活動的時間配置”或“時間模式”的跟蹤。如圖1所示，當跟蹤器進行操作時，處理器設置時間間隔、感興趣窗口、{ref_Anno(t_i)-τ1WOI，ref_Anno(t_i)+τ2WOI}。(t_i是時間間隔的識別時間，τ1WOI是間隔的初始時間，并且τ2WOI是間隔的最終時間。)在該間隔期間，跟蹤器接收由處理器對ECG信號執行的波前注釋計算的結果。在波前注釋框26中執行計算，其中處理器操作波前算法以為每個ECG信號計算注釋時間。在上面引用的美國專利申請2015/0208938中描述了合適的算法。

跟蹤器估計當前激活與預設模板(Template(n)，其中n(正整數)是模板標記)的相似性。模板是注釋的時間模式的描述符。

如下面所描述的，由處理器10和跟蹤器框22運行的算法可以以兩種模式進行操作，其中從傳入的ECG信號計算時間模式且將時間模式與現有的(預設)模板比較的模板跟蹤(TT)模式，以及其中可以從信號生成新的模板的模板匹配(TM)模式。

2.時間模式的計算

為了計算多個CS參考通道的時間模式，處理器注釋給定心跳的每個通道(在包括心跳的給定時間間隔中)-annUniChn(k，ti)，其中k是形成一組注釋的通道的標記。然后，處理器根據公式(1)計算該組注釋的加權平均數wAverage(ti)：

其中Uni(k，ti)是在時間間隔{ref_Anno(t_i)-τ1WOI，ref_Anno(t_i)+τ2WOI}中的第k個ECG信號，

annUniChn(k，ti)是第k個ECG信號的注釋，

是在注釋annUniChn(k，ti)的鄰域中的第k個ECG信號的導數，

并且

k是通道的總數量，即，在CS導管遠側端部上的電極的總數量。

圖2中呈現了具有它們的注釋(實心圓)和它們的加權平均數(黑色豎線)的單極性ECG信號的實施例。然后，處理器計算該組中每個注釋與加權平均數之間的差值(dT(k，ti))。我們將差值的k維矢量稱為該組的“時間模式”。圖3中示出時間模式的圖形呈現。

3.算法描述

處理器10使用跟蹤器框22(圖1)操作以上面提到的兩種模式：模板跟蹤(TT)模式和模板匹配(TM)模式中的一種工作的算法。初始通常實施TT模式。

圖4為根據本發明的實施方案示出TT模式的步驟的流程圖。在初始步驟30中，處理器初始提供具有參考注釋(ref_Anno(ti))、感興趣窗口({τ1WOI，τ2WOI})和時間模式的模板(Template(n))的框22。Template(n)在下面描述的TM模式中產生，并且可以由算法的用戶選擇。另選地，可以通過用戶從所選擇的單個心跳中選擇一組ECG信號，并且使用TM模式生成時間模式(然后時間模式變成Template(n))，來生成Template(n)。

在一些實施方案中，由處理器提供的ref_Anno(t_i)的值來源于由算法的用戶提供的外部輸入。在另選的實施方案中，處理器自動地估計ref_Anno(t_i)的值。自動的估計通常通過處理器從波前注釋框26接收通道注釋的流，將流分成組(每組對應于心跳)，并且將ref_Anno(t_i)估計作為流中的組的通道注釋的平均數、加權平均數或中值中的一個。

在初始步驟中，處理器還提供具有CS單極性注釋的值的框22。使用框26的波前算法連續地計算注釋，并且處理器根據時間間隔({ref_Anno(ti)-τ1WOI，ref_Anno(ti)+τ2WOI})從注釋響流中為單個心跳選擇一組。

在相似性步驟34中，處理器為當前組計算時間模式，如上面在節段2中所描述的。計算為時間模式給出k維矢量。然后，處理器估計當前組與在步驟30中所接收到的預設模板(Template(n))的相似性。由以下公式確定相似性：

其中s_n(t_i)是所計算的時間模式{dT(k，ti)}與對應于Template(n)的矢量{dT(k，n)}之間的相似性的值，并且

M是在步驟30中所接收到的注釋組中的通道的數量。在一些實施方案中，不是所有的通道都提供注釋，所以M≤K。

在決定步驟38中，處理器檢查s_n(t_i)是否小于預設閾值(通常在大約0.5-大約1.2的范圍內)，但是預設閾值可以大于或小于該范圍。在該情況下，決定返回真，并且處理器辨識出該組屬于Template(n)，并且前進到緩沖存儲步驟42。如下面參考圖6所描述的，然后，處理器將所識別的模板的結果呈現在顯示器18上。然后，流程圖返回到步驟30，為后續的心跳接收一組注釋。

如果決定步驟38返回假，則流程圖返回到步驟30，并且處理器處理CS單極性注釋的新的一組值。

圖5為根據本發明的實施方案示出TM模式的步驟的流程圖。不同于模板跟蹤模式，模板匹配模式不會得到模板作為輸入參數。如圖5中所示，在TM模式中，處理器重復TT模式的步驟30和步驟34，如上所述。在決定步驟68中，TM模式尋求當前時間模式與之前已經找到的所有的模板之間的匹配。如果步驟68返回假，即，如果處理器不能將模板與當前模式相匹配，則在新的模板步驟76中，其使用當前時間模式打開新的模板，并且可以在顯示器18上呈現新的模板(下面參考圖6所描述的)。

如果辨識出匹配，即，如果處理器能夠將模板與當前模式相匹配，則在重新計算步驟72中，可以重新計算所選擇的模板，以反映用于生成模板的時間模式的集群的新成員。重新計算通常包括通過為集群中的許多組求dT(k，n)的值的平均數，將在步驟72中找到的值并入時間模式的計算中。在一些實施方案中，僅為集群中的第一q個成員執行重新計算，其中q可以大約是10。

圖6為根據本發明的實施方案的在顯示器18上呈現的示意圖。如上面參考步驟42所論述的，所識別的模板可以在顯示器18上呈現為示圖24(圖1)。示圖24繪制模板數量對注釋組數量，并且注釋組數量對應于所接收到的心跳的時間線。如示圖所示，已經分析了對應于相同數量的心跳的大約430組。還如示圖中所示，時間線的大多數心跳被分類為模板2，而一些心跳被分類為模板1，并且一些被分類為模板3。

圖7根據本發明的實施方案示出模板和一組注釋之間的相關性。該圖是基于心跳412的模板(實線)和來自心跳463的一組注釋(虛線)的通道數量對dT的示圖，并且示出模板和被分析的該組注釋之間的密切相似性。

成對的示圖諸如圖7中所示的那些示圖通常描繪其中兩個心跳源于心臟中的相同區域的情況。

圖8根據本發明的實施方案示出模板和一組注釋之間的反相關性。該圖示出來自心跳123的一組注釋(虛線)如何不與基于心跳412的模板(實線)相關聯。相反，由于兩個示圖的斜率具有相反的符號，所以在模板和被分析的該組注釋之間有反相關性。

成對的示圖諸如圖8中所示的那些示圖通常發生在其中兩個心跳源于心臟中的彼此分開的兩個區域。例如，當一個區域在右心房中，并且另一個區域在左心房中時可以發生此情況。

通常通過獲取ECG信號集，并且將信號的結果(即，所測量的LAT)并入標測圖中，來產生心臟電生理學標測圖諸如心室中的LAT的標測圖。然而，ECG信號集通常包括具有多于一個模板的信號，并且這導致所產生的標測圖中的不準確。

本發明的實施方案允許不同的信號集被分為子集，每個子集對應于不同的模板。每個子集可以被用于構造心臟的相應的LAT標測圖。因此，返回圖6，對于示圖中所示的三個不同的模板，所獲取的信號可以被分為三個不同的子集，并且為每個子集產生標測圖。通常，不同的子集(每個用于不同的模板)對應于不同類型的心律失常。

還應理解，如上面已經描述的，由于心律失常改變對應于模板中的改變，所以通過分析ECG信號集作為模板，本發明的實施方案可以被用于監測心律失常中的改變。

應當理解，上述實施方案以舉例的方式引用，并且本發明并不限于上文已具體示出和描述的內容。相反，本發明的范圍包括上文所述各種特征的組合和子組合以及它們的變型和修改，本領域的技術人員在閱讀上述描述時將會想到所述變型和修改，并且所述變型和修改并未在現有技術中公開。