CN106073763A - 确定与生物节律异常有关的规律性的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开确定与心脏节律异常有关的规律性的实例系统和方法。根据所述方法，针对第二心脏信号在多个第二时间点的导数处理第一心脏信号在多个第一时间点的导数以界定第一心脏信号对第二心脏信号的多个坐标对。然后，确定超过临界值的规律性指数。所述规律性指数指示第一心脏信号与第二心脏信号之间的多个坐标对的近似同余性。

Description

确定与生物节律异常有关的规律性的方法和系统
本申请是申请日为2012年12月08日，申请号为201280069307.6，发明名称为“确定与生物节律异常有关的规律性的方法和系统”的申请的分案申请。
联邦授权
本发明是使用国家卫生研究所(the National Institutes of Health)授予的补助金HL83359和HL103800，在政府支持下完成。政府享有本发明的某些权利。
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年5月14日提交的美国申请第13/470,705号和2011年12月9日提交的美国临时申请第61/569,132号的权益，这些申请的公开内容是以引用其全文的方式并入本文。
背景
技术领域
本申请大体上关于生物节律异常。更具体来说，本申请关于识别生物节律异常(如心脏节律异常)的源的系统和方法。
发明背景
心脏节律异常在全世界十分常见而且是发病和死亡的重要诱因。心脏电系统故障是心脏节律异常的直接原因。心脏节律异常以许多种形式存在，其中以心房纤维性颤动(AF)、心室性心搏过速(VT)和心室纤维性颤动(VF)最为复杂和最难以治疗。虽然其它节律异常治疗起来较为简单，但也可能是临床显著的，其包括房性心动过速(AT)、室上性心动过速(SVT)、心房扑动(AFL)、房性期前收缩/搏动(SVE)和室性期前收缩/搏动(PVC)。虽然在正常情况下，窦结使心脏保持窦性节律，但在某些情况下，正常窦结的快速激动可导致不适当的窦性心搏过速或窦结折返，这两种情况也属于心脏节律异常。
治疗心脏节律异常，尤其是复杂的AF、VF和VT节律异常极其困难。用于复杂节律异常的药物学疗法并非最优。切除术在心脏节律异常中使用得越来越频繁，通过经血管将传感器/探针调遣到心脏，或直接在手术时安装，并将能量传递到心脏的某一位置，便可减轻和在一些情况中消除心脏节律异常。然而，在复杂的节律异常中，切除术往往遇到困难且无效，因为识别并定位心脏节律异常起因(源)的工具不够精良且会阻碍能量传递到正确的心脏区域以消除异常。
已知用于治疗简单心脏节律异常的某些系统和方法。在简单的心脏节律异常(例如，房性心动过速)中，异常的源可以通过回溯激动的最早位置识别，可以通过切除这个位置减轻和在一些情况中消除异常。即使在简单的心脏节律异常中，切除心脏节律异常的起因将遇到挑战且经验丰富的操刀医师经常需要数小时来切除具有一致逐拍心跳激动模式的简单节律异常(如房性心动过速)。
即使有，但已知成功识别复杂节律异常(如AF、VF或多形性VT)的系统和方法甚少。在复杂节律异常中，无法识别激动发起的最早位置，因为激动发起模式逐拍心跳地变化。
诊断并治疗心脏节律异常大体上涉及将具有多个传感器/探针的导管经病患血管导入心脏。传感器检测在传感器所在的心脏位置处的心电活动。电活动大体上被处理成表示传感器位置处的心脏激动的电描记图信号。
在简单的心脏节律异常中，每个传感器位置处的信号大体上是逐拍心跳一致的，从而支持最早激动的识别。然而，在复杂节律异常中，每个传感器位置处的信号可以随着逐拍心跳在各种形状的一种、几种和多种变形之间转变。例如，在AF中当传感器位置的信号包括5、7、11或更多种变形时，那么就难以(虽然并非不可能)识别信号中的哪些变形局限于所述的心脏传感器位置(即，局部激动发起)而非邻近的心脏传感器位置(即，远场激动发起)或简单地是来自病患心脏的另一部分、其它解剖结构或外部电子系统的噪声。以上变形造成难以(虽然并非不可能)识别在传感器位置信号中的心跳的激动发起时间。
还没有已知能够独立于识别激动发起时间并将其指派给连续心跳信号来识别心脏节律异常的源的系统和方法。由于识别激动发起时间存在困难，所以这极大地限制了心脏节律异常源的诊断，尤其是对于复杂节律异常，而且限制了旨在将其消除的治疗。
发明概要
本发明适用于识别各种节律(包括正常和异常心脏节律)，以及其它生物节律及节律异常(如神经癫痫发作、食道痉挛、膀胱不稳定、肠易激综合征和其它生物异常)的源，可记录其生物信号从而允许确定、诊断和/或治疗异常的起因(或源)。本发明不依赖于或计算任何传感器位置处的信号的激动发起，并因此在提供复杂激动模式和复杂变化心跳信号的复杂节律异常中特别有用。尤其可用于识别心脏节律异常的起因以使可以方便地对其加以治疗。
复杂心脏节律异常一般导致一系列激动模式，其极其难以破译，导致至今仍无法确定心跳的准确激动。本发明的优点尤其在于能够从传感器位置处的信号相对于邻近传感器位置处的信号的规律性识别复杂节律异常的源，从而独立于在这些传感器位置处的信号中指派具体激活发起时间(识别心跳)。如此一来，本发明支持确定待治疗的心脏节律异常的源。另一个优点是本发明提供了可以当将感测装置(如其上具有传感器的导管)用在病患上或附近时可以快速执行，和接着治疗心脏组织以改善异常和在许多情况种治愈异常的方法和系统。由于本发明将提供心脏节律异常源的位置，因此治疗可以立即进行。
现有方法和系统无法确定节律异常的源并因此无法为有意义且有疗效的治疗提供瞄准所述源的方式。另外，现有方法和系统要求大量且复杂的治疗步骤且仍无法提供确定心脏节律异常的源的方式。相对地，本发明用相对少数量步骤来确定心脏节律异常，包括复杂的心房和心室纤维性颤动节律异常的源。
根据实施方案，公开了测量与心脏节律相关的规律性的系统。所述系统包括至少一个计算装置。所述至少一个计算装置被配置以针对第二心脏信号在多个第二时间点的导数处理第一心脏信号在多个第一时间点的导数以界定第一心脏信号对第二心脏信号的多个坐标对。所述至少一个计算装置还被配置以确定超过临界值的规律性指数，所述规律性指数指示所述第一心脏信号和所述第二心脏信号之间的所述多个坐标对的近似同余性。
所述至少一个计算装置还被配置以从多个心脏信号反复选择心脏信号对，每对具有第一心脏信号和不同的第二心脏信号。所述至少一个计算装置还被配置以实施每对反复选择的心脏信号对的处理并确定。所述至少一个计算装置还被配置以构建所述反复选择的心脏信号对的规律性指数矩阵，并利用所述规律性指数矩阵确定节律异常的一个或多个源。为了确定节律异常的所述一个或多个源，所述至少一个计算装置被配置以从所述矩阵识别与相比于邻近心脏区域处的规律性指数的高规律性指数相关的一个或多个心脏区域。
根据另一个实施方案，公开了测量与心脏的节律异常相关的规律性的方法。所述方法包括通过计算装置针对第二心脏信号在多个第二时间点的导数处理第一心脏信号在多个第一时间点的导数以界定第一心脏信号对第二心脏信号的多个坐标对。所述方法还包括通过所述计算装置确定超过临界值的规律性指数，所述规律性指数指示所述第一心脏信号和所述第二心脏信号之间的所述多个坐标对的近似同余性。
所述方法还包括从多个心脏信号反复选择心脏信号对，每对具有第一心脏信号和不同的第二心脏信号。所述方法还包括实施每对反复选择的心脏信号对的处理并确定。所述方法还包括构建所述反复选择的心脏信号对的规律性指数矩阵，并利用所述规律性指数矩阵确定节律异常的一个或多个源。
为了确定节律异常的所述一个或多个源，所述方法还包括从所述矩阵识别与相比于邻近心脏区域的规律性指数的高规律性指数相关的一个或多个心脏区域。
根据又一实施方案，提供治疗心脏节律异常的方法。所述方法包括从多个心脏信号反复选择心脏信号对，每对具有第一心脏信号和不同的第二心脏信号。所述方法还包括针对不同的第二心脏信号在多个第二时间点的导数处理第一心脏信号在多个第一时间点的导数以界定关于每个选择对的所述第一心脏信号对所述不同第二心脏信号的多个坐标对。然后，所述方法包括确定每个选择对的超过临界值的规律性指数，所述规律性指数指示所述第一心脏信号与所述不同的第二心脏信号之间的所述多个坐标对的近似同余性。
所述方法还包括构建所述选择对的规律性指数矩阵并利用所述指数矩阵确定心脏节律异常的一个或多个源。所述方法还包括治疗所述一个或多个源处的心脏组织以抑制或消除所述心脏节律异常。为了治疗心脏组织，所述方法包括将切除、电能、机械能、药物、细胞、基因和生物制剂中的一种或多种传递给所述一个或多个源处的心脏组织。
将通过阅读以下实例实施方案的详细描述并结合附图了解本申请的这些和其它目的、目标和优点。
根据本申请的一种实施方式，一种确定与心脏节律异常相关的规律性的方法，所述方法包括：由计算装置针对第二心脏信号在多个第二时间点的导数处理第一心脏信号在多个第一时间点的导数以界定所述第一心脏信号对所述第二心脏信号的多个坐标对；和由所述计算装置确定超过临界值的规律性指数，所述规律性指数指示所述第一心脏信号和所述第二心脏信号之间的所述多个坐标对的近似同余性。
在一种实施方案中，其中所述近似同余性指示所述多个坐标对的至少一部分在指定置信区间内的再现。在一种实施方案中，其中所述第一心脏信号和所述第二心脏信号分别表示第一电压时间序列和第二电压时间序列。在一种实施方案中，其中所述第一信号的导数和所述第二信号的导数在时间和空间之一中。在一种实施方案中，其中所述方法还包括：描点所述多个坐标对；和连接所述多个坐标对以生成多个闭环。
在一种实施方案中，其中所述规律性指数指示所述多个闭环之间的近似同余性。
在一种实施方案中，其中所述第一信号的导数和所述第二信号的导数是零阶导数和更高阶导数之一。在一种实施方案中，其中所述第一心脏信号和所述第二心脏信号来自所述心脏的不同区域。在一种实施方案中，其中所述多个第一时间点与所述多个第二时间点同期。在一种实施方案中，其中所述多个第一时间点和所述多个第二时间点与所述节律异常的至少一次心跳相关。在一种实施方案中，其中确定在时间域、频率域和空间域之一中的所述规律性指数。在一种实施方案中，其中所述方法还包括：利用与所述多个坐标对相关的被选择参数实施频率分析以生成频谱；和在所述频谱中确定至少一个峰。
在一种实施方案中，其中所述至少一个峰包括基频。
在一种实施方案中，其中所述至少一个峰还包括所述基频的一个或多个谐波。
在一种实施方案中，其中所述至少一个峰包括基频的一个或多个谐波。在一种实施方案中，其中所述被选择参数是振幅、角度、矢量、面积和导数之一。在一种实施方案中，其中所述频率分析是傅里叶分析。在一种实施方案中，还包括：计算在所述频谱中的所述至少一个峰的面积和；通过用所述至少一个峰的所述面积和除以所述频谱在预定义频率范围内的总面积计算结果；和确定所述结果是否超过所述临界值。
在一种实施方案中，其中所述方法还包括从多个心脏信号反复选择所述第一心脏信号和所述第二心脏信号。在一种实施方案中，其中所述方法还包括：从多个心脏信号反复选择心脏信号对，每对具有第一心脏信号和不同的第二心脏信号；对所述每对反复选择的心脏信号对实施所述处理和确定；构建关于所述反复选择的心脏信号对的规律性指数矩阵；和利用所述规律性指数矩阵确定所述节律异常的一个或多个源。
在一种实施方案中，其中确定所述一个或多个源包括：从所述矩阵识别与相比于邻近心脏区域的规律性指数的高规律性指数相关的一个或多个心脏区域。
根据本申请的另一种实施方式，一种确定与心脏的节律异常相关的规律性的系统，所述系统包括至少一个计算装置，其被配置以：针对第二心脏信号在多个第二时间点的导数处理第一心脏信号在多个第一时间点的导数以界定所述第一心脏信号对所述第二心脏信号的多个坐标对；和确定超过临界值的规律性指数，所述规律性指数指示所述第一心脏信号与所述第二心脏信号之间的所述多个坐标对的近似同余性。
在一种实施方案中，其中所述至少一个计算装置还被配置以：从多个心脏信号反复选择心脏信号对，每对具有第一心脏信号和不同的第二心脏信号；对所述每对反复选择的心脏信号对实施所述处理和确定；构建关于所述反复选择的心脏信号对的规律性指数矩阵；和利用所述规律性指数矩阵确定所述节律异常的一个或多个源。
在一种实施方案中，其中所述至少一个计算装置还被配置以：从所述矩阵识别与相比于邻近心脏区域的规律性指数的高规律性指数相关的一个或多个心脏区域。
在一种实施方案中，还包括被配置以显示所述规律性指数的显示装置。在一种实施方案中，还包括计算机可读介质，其包括当供所述至少一个计算装置执行时促使所述至少一个计算装置处理并确定的指令。在一种实施方案中，其中所述至少一个计算装置还被配置以从多个心脏信号反复选择所述第一心脏信号和所述第二心脏信号。
在一种实施方案中，还包括导管，其包括被配置以检测所述多个心脏信号的多个传感器。
根据本申请的一种实施方式，一种治疗心脏节律异常的方法，所述方法包括：从多个心脏信号反复选择心脏信号对，每对具有第一心脏信号和不同的第二心脏信号；针对所述不同的第二心脏信号在多个第二时间点的导数处理所述第一心脏信号在多个第一时间点的导数以界定每个选择对的所述第一心脏信号对所述不同的第二心脏信号的多个坐标对；确定每个选择对的超过临界值的规律性指数，所述规律性指数指示所述第一心脏信号与所述不同的第二心脏信号之间的所述多个坐标对的近似同余性；构建关于所述选择对的规律性指数矩阵；利用所述指数矩阵确定所述心脏节律异常的一个或多个源；和治疗在所述一个或多个源处的心脏组织以抑制或消除所述心脏节律异常。
在一种实施方案中，其中治疗包括将切除、电能、机械能、药物、细胞、基因和生物制剂中的一种或多种传递到所述一个或多个源处的所述心脏组织。
附图简述
一些实施方案是通过实例的方式阐明且不限制于附图，其中：
图1示出识别心脏节律异常的源的实例系统；
图2示出可用于识别图1中的心脏节律异常源的实例导管；
图3A至图3B示出来自定位于图1中示出的心脏传感器位置的传感器的心脏节律异常的实例简单电描记图信号和心脏节律异常的复杂电描记图信号；
图4A至4E示出基于图1中示出的邻近或遥远传感器位置处的信号的周期性重复活动(空间相位锁)识别心脏节律异常的源的实例方法；
图5是示出确定周期性重复活动(空间相位锁)以识别心脏节律异常的源的实例方法的流程图；
图6A至6E示出心脏节律异常的源(轨迹)的实例迁移和空间相位锁识别这种心脏节律异常源的用途；
图7示出识别心脏节律异常源的周期性重复活动(规律性)指数的实例映射图；和
图8是通用计算机系统的说明性实例的块图。
具体实施方式
本文公开用于识别心脏节律异常的源的系统和方法。在以下描述种，出于解释的目的，描述了大量具体细节以提供对实例实施方案的全面理解。然而，本领域技术人员将明白实例实施方案可以在无需所有公开的具体细节下实践。
图1示出识别心脏节律异常的源的实例系统100。具体来说，所述实例系统100被配置以检测从病患心脏收集/检测到的与心脏节律异常有关的心脏信息(信号)。所述系统100还被配置以处理所述信号从而确定病患心脏中与超过临界值且不同于病患心脏中的多个邻近组织区域的规律度的特定规律度相关的组织区域(或多个区域)。藉此确定的区域(或多个区域)指示了心脏节律异常的源。所述心脏包括右心房122、左心房124、右心室126和左心室128。
所述实例系统100包括导管102、信号处理装置114、计算装置16和分析数据库118。
所述导管102被配置以检测心脏中的心脏激动信息并将检测到的心脏激动信息经无线连接、有线连接或有线连接与无线连接两者的组合传输到所述信号处理装置114。所述导管包括可以经病患血管插入心脏的多个探针/传感器104至探针/传感器112。
在一些实施方案种，传感器104至传感器112中的一个或多个可以不插入病患心脏。例如，一些传感器可以经由病患表面(例如，心电图-ECG)或远程而不接触病患(例如，心磁图)地检测心脏激动。作为另一个实例，一些传感器还可以从非电学感测装置的心脏运动推导出心脏激动信息(例如，超声波心动图)。在各个实施方案中，这些传感器可分开或按不同组合使用，且这些分开或不同组合还可以与插入病患心脏的传感器组合使用。
定位在所关注的心脏传感器位置的传感器104至传感器112可以检测在所述传感器位置处的心脏激动信息且还可以传递能量以在所述传感器位置切除心脏。注意传感器104至传感器112还可以从重叠的心脏区域(例如，右心房122和左心房124)检测心脏激动信息。
所述信号处理装置114被配置以将由传感器104至传感器112在传感器位置检测到的心脏激动信息处理(例如，净化和放大)成电描记图信号并将经处理的信号提供给计算装置116用于根据本文公开的方法加以分析。在处理来自传感器104至传感器112的心脏激动信息时，信号处理装置114可以减去来自心脏120的重叠区域的心脏激动信息以将经处理的信号提供给计算装置116用于处理。虽然在一些实施方案中，所述信号处理装置114被配置以提供单极信号，但在其它实施方案中，信号处理装置114可提供双极信号。
所述计算装置116被配置以从所述信号处理装置114接收检测到/经处理的信号且还被配置以根据本文公开的方法分析所述信号以确定病患心脏的邻近区域的规律性，从而可以生成可用于定位心脏节律异常源和消除所述源的规律性映射图(表示)。
分析数据库118被配置以支持或辅助计算装置116的信号分析。在一些实施方案中，分析数据库118可储存与一段时间内在多个邻近传感器位置处的信号相关或基于其产生的规律性映射图，如本文更详细描述。所述分析数据库118还可提供与所述规律性映射图相关的中间数据的储存。
图2示出经由在所关注的心脏120传感器位置处的多个传感器240检测电信号的实例导管200。导管200可类似于或不同于导管102且传感器240可以类似于或不同于图1中的传感器104至传感器112。
导管200包括多个齿槽(或经络)220，每个可以包括多个传感器(或探针)240。通过沿杆轴245转动，齿槽或经络220可以如230所描绘般从空间上更广阔地间隔或分离或如235所描绘般从空间上更贴近地间隔。
传感器240的不同空间排列(经由齿槽220的空间分离)可以具有从空间上延伸所关注的心脏120面积的作用。按照空间排列定位在所关注的心脏120传感器位置的传感器240可以检测在所述传感器位置处的心电信号且还可以传递能量以切除(或按其它治疗方式治疗)在所述传感器位置处的心脏。
可使用具有各种传感器240空间排列的不同导管，如螺旋、径向辐条或其它空间排列。
图3A示出来自定位于心脏120的传感器位置的传感器的心脏节律异常的简单心电图信号的实例。
作为实例，所述心脏节律异常可以是复杂节律异常AF、VF和多形性VT，或另一种心脏节律异常。在这个实例中，信号大体上展示可识别激动发起(例如，对于心跳来说)。心跳可表征为具有尖锐转折点和高斜率去极化的激动发起，接着是一段温和、低偏差斜率再极化期，这一般持续约100ms至250ms之间。
图3A中的简单信号之间的规律性或相位关系大体上易于识别。
图3B示出来自定位于心脏120的传感器位置的传感器的心脏节律异常的复杂心电图信号的实例。作为实例，所述心脏节律异常可以是复杂节律异常AF、VF和多形性VT，或另一种心脏节律异常。
图3B中的信号大体上不展示可识别激动发起(例如，对于心跳来说)。所述信号包括由心脏节律异常导致的多个短时间变形，其造成激动发起的辨别(去极化)过于困难。类似地，图3B中的复杂信号之间的规律或相位关系不容易辨别。
图4示出基于在图1示出的邻近(或遥远)心脏120传感器位置的周期性重复活动(规律)(例如，空间相位锁)识别心脏节律异常的源的实例方法。
图4的版面(A)示出从图1的三个邻近心脏120传感器位置(部位1、部位2和部位3)获得的三(3)个实例信号(例如，ECG信号)，例如经由导管102、导管200中的电极。注意可以从导管102、导管200获得多个信号，例如64个、128个或另一个数目的信号。信号中的每个是电压时间序列。所述三个信号具有如导管102、导管200的传感器所检测般沿信号可变的振幅(例如，电压)。为简明描述根据如下所述的实例方法的信号处理，示出了信号中的四个实例时间点(A、B、C和D)。然而，应注意沿可以根据本文公开的实例方法加以处理的每个实例信号存在大量时间点。
根据实例方法，确定每个信号在多个时间点的导数。所述导数可以是零阶导数或较高阶导数(例如，一阶导数或二阶导数)。例如，确定第一(分析)心脏信号在多个第一时间点(例如，A、B、C和D)的导数。作为另一实例，确定第二(参考)心脏信号在多个第二时间点(例如，A、B、C和D)的导数。类似地，确定第三心脏信号在多个第三时间点(例如，A、B、C和D)的导数。在一些实施方案中，不同信号中的所述多个时间点是同期的。再次注意信号包括可以根据如本文描述的实例方法加以处理的大量时间点。
在图4的版面(B)中，针对第二(参考)心脏信号在多个第二时间点的导数处理第一(分析)心脏信号在多个时间点的导数以界定第一心脏信号对第二心脏信号的多个坐标对。这些坐标对可以维持在存储器中和/或保存到数据库118。在一些实施方案中，与针对第二心脏信号处理第一心脏信号相关的所述多个坐标对可加以描点并连接以生成多个闭环。例如，与实例时间点A至时间点D相关的坐标对可加以描点并连接以生成第一闭环，如图4的版面(B)的左部所示。
再参考图4的版面(B)，可以对多个第一时间点和第二时间点重复所述描点并连接以生成如版面(B)右部所示的多个闭环。在这个实例中，出于说明目的，在版面(B)的左部示出基于时间点A至时间点D的单个闭环。所述单个闭环可以表示心脏节律的单个循环，而多个闭环可以表示心脏节律的多个循环。如图示，在版面(B)右部的闭环观察到高规律(或相位关系)度。注意可以针对不同的第二(参考)心脏信号(即邻近64或128个信号中的其它信号)对第一(分析)心脏信号重复相同处理。
在图4的版面(C)中，针对第三(参考)心脏信号在多个第三时间点的导数处理第二(分析)心脏信号在多个第一时间点的导数以界定第二心脏信号对第三心脏信号的多个坐标对。这些坐标对可以维持在存储器中和/或保存到数据库118。在一些实施方案中，与针对第三心脏信号处理第二心脏信号相关的所述多个坐标对可加以描点并连接以生成多个闭环。注意可以针对不同的第三(参考)心脏信号(即邻近64或128个信号中的其它信号)对第二(分析)心脏信号重复相同处理。
再参考图4的版面(C)，可以对多个第二时间点和第三时间点重复描点并连接以生成如版面(C)右部所示的多个闭环。在这个实例中，出于说明目的，在版面(C)的左部示出基于时间点A至时间点D的单个闭环。所述单个闭环可以表示心脏节律的单个循环，而多个闭环可以表示心脏节律的多个循环。如图示，在版面(C)右部的闭环观察到低规律(或相位关系)度。
在图4的版面(D)中，针对第二(参考)心脏信号确定关于第一心脏信号(分析信号)的规律性指数。所述规律性指数指示所述第一心脏信号与所述第二心脏信号之间的所述多个坐标对的近似同余性(例如，数学同余性)。可以确定在时间域、频率域和空间域之一中的规律性指数。可以进一步确定图4的版面(D)的规律性指数是否超过临界值。在一些实施方案中，所述临界值被定义以指示第一(分析)心脏信号对第二(参考)心脏信号(即，对于来自64或128个传感器位置的信号重复的邻近八(8)个信号)的所有规律性指数的顺数某一百分位(例如，顺数第5个百分位)。可使用不同百分位，例如，第10个百分位，或另一个百分位数。
参考频率域，可利用与所述多个坐标对(或闭环)相关的被选择参数实施频率分析(例如，傅里叶分析)以生成频谱，如图4的版面(D)所示。所述被选择参数可以是振幅(例如，电压)、角度、矢量、面积和导数。然后，在版面(D)的频谱中确定至少一个峰。在一些实施方案中，所述至少一个峰可包括基频。在其它实施方案中，所述至少一个峰可包括所述基频且还有基频的一个或多个谐波。在还有其它实施方案中，所述至少一个峰可只包括基频的谐波中的一个或多个，即，可排除所述基频。
在实施频率分析时，计算在图4的版面(D)的频谱中的所述至少一个峰的面积和。结果(即，规律性指数)是通过用所述至少一个峰的所述面积和除以在预定义频率范围内(如约4Hz与约12Hz之间)的频谱总面积计得。在一些实施方案中，可以定义其它频率范围。然后，可确定所述结果(规则性指数)是否超过临界值，如第一(分析)心脏信号对第二(参考)心脏信号(即，对于来自64或128个传感器位置的信号重复的邻近八(8)个信号)的所有规律性指数的顺数某一百分位(例如，顺数第5个百分位)。例如，如图4的版面(D)所示的图4版面(B)的闭环的规律性指数为0.178，指示第一心脏信号对第二心脏信号的高规律(或相位关系)度。在频率分析中，规律性指数将在约0.0与约1.0之间的范围内。
在图4的版面(E)中，确定第二(分析)心脏信号对第三(参考)心脏信号的规律性指数。所述规律性指数指示所述第二心脏信号与所述第三心脏信号之间的所述多个坐标对的近似同余性(例如，数学同余性)。如上所述，可以确定时间域、频率域和空间域之一中的规律性指数。可以进一步确定图4的版面(E)的规律性指数是否超过临界值。在一些实施方案中，所述临界值被定义以指示第二(分析)心脏信号相对第三(参考)心脏信号(即，对于来自64或128个传感器位置的信号重复的邻近八(8)个信号)的所有规律性指数的顺数某一百分位(例如，顺数第5个百分位)。类似地，可使用不同百分位，例如，第10个百分位，或另一个百分位数。
此外，可利用与所述多个坐标对(或闭环)相关的被选择参数实施频率分析(例如，傅里叶分析)以生成频谱，如图4的版面(E)所示。所述被选择参数可以是振幅(例如，电压)、角度、矢量、面积和导数。然后，可以在版面(E)的频谱中确定至少一个峰。在一些实施方案中，所述至少一个峰可包括基频。在其它实施方案中，所述至少一个峰可包括所述基频且还有基频的一个或多个谐波。在还有其它实施方案中，所述至少一个峰可只包括基频的谐波中的一个或多个，即，可排除所述基频。
在实施频率分析时，计算在图4的版面(E)的频谱中的所述至少一个峰的面积和。结果(即，规律性指数)是通过用所述至少一个峰的所述面积和除以在预定义频率范围内(如约4Hz与约12Hz之间)的频谱总面积计得。在一些实施方案中，可以定义其它频率范围。然后，可确定所述结果(规则性指数)是否超过临界值，如第一(分析)心脏信号对第二(参考)心脏信号(即，对于来自64或128个传感器位置的信号重复的邻近八(8)个信号)的所有规律性指数的顺数某一百分位(例如，顺数第5个百分位)。例如，如图4的版面(E)所示的图4版面(C)的闭环的规律性指数为0.073，指示第二心脏信号对第三心脏信号的低规律(或相位关系)度。
可使用被选择参数或特性(例如，角度、矢量、振幅、面积、导数和/或其它特性)并利用FFT(傅里叶转变)量化与所述被选择参数相关的超过临界值的规律性，从而随时间量化信号的同余性(规律或相位关系)。图4的版面(B)示出第一心脏信号与第二心脏信号之间的同余性(规律性或相位关系)。在版面(D)中，FFT的离散峰反映了规律性超过临界值。图4的版面(C)示出第二心脏信号与第三心脏信号之间缺少同余性(规律或相位关系)。在图4的版面(E)中，FFT不示出超过临界值的离散峰，反映了第二心脏信号与第三心脏信号之间的显著变异性。
图5是示出确定周期性重复活动(空间相位锁)以识别心脏节律异常的源的实例方法500的流程图。所述方法开始于操作502。在操作504、操作506中，从多个心脏信号选择一对心脏信号。具体来说，在操作504中从所述多个信号选择第一(分析)信号并在操作506中从所述多个信号选择第二(参考)信号。如本文所述，可以存在64个、128个或另一个数目的信号。所述信号可以是经由图1的信号处理装置114处理的ECG信号。
在操作508，参考第一心脏信号相对于第二心脏信号的处理选择时间点。在操作510，利用所述时间点计算关系特性。可以将这个特性储存在(如)数据库118中。所述特性可以识别时间点之间的关系。例如，可以确定每个信号在选择时间点的导数。具体来说，可以针对第二心脏信号在选择时间点的导数处理第一心脏信号的导数以界定第一心脏信号对第二心脏信号的坐标对。
在操作512，确定是否已处理所有时间点。如果确定未处理所有时间点，那么所述方法继续实施操作508至操作512直至已处理所有时间点。如果确定已处理所有时间点，那么所述方法500继而进行操作514。
在操作514，利用所述关系特性计算选择信号之间的规律性指数。在操作516，确定是否已使用与选择的第一(分析)信号有关的所有所需第二(参考)信号。如果确定未使用所有所需的第二信号，那么方法500继续操作506至操作516直至已使用与第一选择信号有关的所有所需第二信号。在一些实施方案中，与第一(分析)心脏信号相对所有第二(参考)心脏信号在所述多个时间点的处理相关的坐标对可加以描点并连接以生成多个闭环，如图4的实例版面(B)所示。
如果确定已处理所有所需的第二信号，那么方法500继而进行操作518，确定是否已使用所有所需的第一(分析)信号。如果确定未使用所有所需的第一信号，那么方法500继续操作504至516直至已使用所有所需的第一信号。
在操作520，确定是否使用了多个第一信号和多个第二信号。如果确定未使用多个信号，那么在操作522可以返回关于选择的第一信号和第二信号的规律性指数。然而，如果确定使用了多个第一信号和多个第二信号，那么在操作524可以生成关于每对第一信号与第二信号的规律性指数图(映射图)。(见图7中的映射图)。在一些实施方案中，规律性指数可以维持在存储器中和/或储存在数据库118中。可加以确定以识别超过临界值的一个或多个规律性指数。如上所述，所述临界值被定义以指示第一(分析)心脏信号相对第二(参考)心脏信号(即，邻近64或128个信号中的信号)的所有规律性指数的顺数某一百分位(例如，顺数第5个百分位)。类似地，可使用不同百分位，例如，第10个百分位，或另一个百分位数。可使用包围未超过临界值的邻近信号的规律性指数的超过临界值(例如，在顺数第5个百分位内)的那些信号规律性指数指示心脏节律异常的源。所述方法结束于操作526。
图6示出心脏节律异常的源(轨迹)的实例迁移和规律性指数(例如，空间相位锁)识别病患中的这种心脏节律异常源的用途。具体来说，图6示出通过切除被规律性指数(例如，空间相位锁)识别的人心房纤维性颤动的源终止AF。在版面(A)中，利用激动时间的等高线(例如，等时线)将AF期间的左心房转动源可视化。版面(B)示出版面(A)中的源的迁移轨迹。在版面(C)中，规律性指数(例如，空间相位锁)阐明相对于周围邻近的高规律区域(较暖色)的低规律区域(冷色，由箭矢指示)。这个区域是心脏节律异常的源且与版面(A)中的转动源准确吻合。如版面(C)中的病患特异几何形状所示，AF的源在左心房下部。在版面(D)中，示出AF期间的电极信号，在切除低规律区域周围的高规律区域(即版面(A)中的转动源)后的<1分钟内，AF终止，变为窦性节律(ECG导联aVF和在切除导管、冠状窦上的电极)。在版面(E)中，示出参考病患的窦性节律的等时线映射图。这个病患在植入式心脏监测器上保持无AF。(比例尺：1cm)。
图7示出识别心脏节律异常的源的规律性指数的实例映射图。
可以将关于每个处理信号的规律性指数的映射图生成为子映射图网格，每个子映射图示出使用不同第一(分析)信号与针对第一信号处理的每一个第二(参考)信号的规律性指数。
然后，可以生成作为子映射图的组合的映射图。所述映射图将每个信号与其它信号按照大致的空间关系加以排列。将表示关于所述信号对的规律性指数值的颜色(例如，较高值被编码为红色，较低值为蓝色)指派给每个传感器位置处的像素。随后可以将每个第一(分析)信号的子映射图放置到表示第一信号的空间位置的较大映射图中，与其它经处理的第一(分析)信号一起创建如图7中所示的8x 8映射图。
如图7中所示，可以确定包围邻近低规律区域(冷色)的高规律区域(暖色)。黑色箭矢指示了在高规律区域上或内的成功切除部位。类似地，还可以确定被高规律区域包围的低规律区域供切除以消除心脏节律异常的源。
图8是通用计算机系统800的说明性实施方案的块图。计算机系统800可以是图1的信号处理装置114和计算装置116。计算机系统800可以包括一组指令，其可被执行以促使计算机系统800实施本文公开的方法或计算机功能中的一个或多个。计算机系统800或其任何部分可以作为独立式装置操作或可以(例如)利用网络或其它连接方式连接到其它计算机系统或周边装置。例如，计算机系统800可以可操作连接到信号处理装置114和分析数据库118。
在如图1至图7所示的操作中，可利用如本文所描述的心脏节律异常源的识别方法识别疗法有效的病患并辅助引导这种疗法，这可以包括将切除、电能、机械能、药物、细胞、基因和生物制剂传递到识别的心脏源的至少一部分。
计算机系统800还可以实现为或合并到各种装置，如个人计算机(PC)、平板PC、个人数字助理(PDA)、移动装置、掌上计算机、膝上型计算机、台式计算机、通信装置、控制系统、网页设备或能够(按顺序或其它方式)执行指定计划由那台机器采取的行动的一组指令的任何其它机器。此外，虽然示出了单个计算机系统800，但术语“系统”应视为包括任何个别或共同执行一组或多组指令以实施一种或多种计算机功能的任何系统集或子系统集。
如图8中示出，计算机系统800可以包括处理器802，例如，中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)或两者。此外，计算机系统800可以包括可经由总线826相互通信的主存储器804和静态存储器806。如图所示，计算机系统800还可以包括视频显示单元810，如液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)、平板显示器、固态显示器或阴极射线管(CRT)。另外，计算机系统800可以包括输入装置812，如键盘，和光标控制装置814，如鼠标。计算机系统800还可以包括磁盘驱动单元816、信号产生装置822(如扬声器或远程控制)和网络接口装置808。
在如图8中描绘的特定实施方案中，磁盘驱动单元816可以包括计算机可读介质818，其中可嵌入一组或多组指令820，例如，软件。此外，指令820可以体现如本文所描述的方法或逻辑中的一个或多个。在特定实施方案中，指令820在供计算机系统800执行期间可以完全或至少部分驻留在主存储器804、静态存储器806和/或处理器802内。主存储器804和处理器802还可以包括计算机可读介质。在替代实施方案中，可以构建专用硬件实现，如专用集成电路、可编程逻辑阵列和其它硬件装置以实现本文描述的方法中的一个或多个。可以包括各个实施方案的设备和系统的应用程序可以从广义上包括各种不同的电子和计算机系统。本文描述的一个或多个实施方案可以利用两个或更多个特殊的互连硬件模块或装置连同可在模块之间和经模块通信的有关控制和数据信号实现功能，或实现为专用集成电路的一部分。因此，本系统涵盖软件、固件和硬件实现。根据各个实施方案，本文描述的方法可以通过有形体现在处理器可读介质中的软件程序实现且可以供处理器执行。此外，在例示、非限制性实施方案中，实现可以包括分布式处理、组件/对象分布式处理和平行处理。或者，可以构建虚拟计算机系统处理以实现如本文描述的方法或功能中的一个或多个。还预期计算可读介质包括指令820或响应传播信号接收并执行指令820，以使连接到网络824的装置可以经网络824通信音频、视频或数据。此外，指令820可以在网络824上经由网络接口装置808传输或接收。虽然将计算机可读介质示出为单个介质，但术语“计算机可读介质”包括单个介质或多个介质，如集中或分布式数据库，和/或储存一组或多组指令的相关缓存器和服务器。术语“计算机可读介质”应还包括能够储存、编码或承载供处理器执行或促使计算机系统实施本文公开的方法或操作中的任何一个或多个的一组指令的任何介质。
在特定非限制性实例实施方案中，计算机可读介质可以包括容置一个或多个非易失性只读存储器的固态存储器，如记忆卡或其它包装。此外，计算机可读介质可以是随机访问存储器或其它易失性可重写存储器。另外，计算机可读介质可以包括磁光或光学介质，如捕捉载波信号(如在传输介质上通信的信号)的磁盘或磁带或其它储存装置。可以将电子邮件的数字文件附件或其它自含式信息存档或存档集合视为等效于有形储存介质的分布介质。因此，本文包括其中可以储存数据或指令的计算机可读介质或分布介质和其它等效物和后继介质。
根据各个实施方案，本文描述的方法可以实现为运行在计算机处理器上的一个或多个软件程序。可以类似地构建专用硬件实现，包括，但不限制于，专用集成电路、可编程逻辑阵列和其它硬件装置以实现本文描述的方法。此外，还可以构建备选软件实现，包括，但不限制于，分布式处理或组件/对象分布式处理、平行处理或虚拟机处理，以实现本文描述的方法。
还应注意实现公开方法的软件可以任选储存在有形储存介质上，如：磁性介质，如磁盘或磁带；磁光或光学介质，如磁盘；或固态介质，如容置一个或多个只读(非易失性)存储器、随机访问存储器或其它可重写(易失性)存储器的记忆卡或其它包装。软件还可以利用含计算机指令的信号。可以将电子邮件的数字文件附件或其它自含式信息存档或存档集视为等效于有形储存介质的分布介质。因此，本文包括其中可以储存本文软件实现的如本文列出的有形储存介质或分布介质，和其它等效物和后继介质。
因此，已描述重建心脏激动信息的系统和方法。虽然已描述具体实例实施方案，但将明白可以在不脱离本发明的广义范围下对这些实施方案采取各种修改和变化。因此，说明书和图示应按说明性而非限制性观念看待。构成本文一部分的附图按说明和非限制的方式示出了可以实践主题的具体实施方案。充分详细地描述了图示的实施方案以使本领域技术人员能够实践本文公开的教义。其它实施方案可加以利用和推导，使得可以在不脱离公开内容的范围下实施结构和逻辑取代和变化。因此，具体实施方式不应按限制性理念对待，且各个实施方案的范围只由随附权利要求书以及有权享有这些权利要求的等价内容的完全范围界定。为求方便且不希望自愿将本申请的范围限制于任何单个发明或发明概念(如果实际上公开超过一个)，发明主题的这些实施方案在本文可以个别和/或共同地用术语“本发明”指称。因此，虽然本文已示出和描述具体实施方案，但应明白可以用经过计算以实现相同目的的任何排列取代示出的具体实施方案。本公开内容希望覆盖各个实施方案的任何和所有改编和变化。本文可以使用并充分考虑了任何上述实施方案与本文未具体描述的其它实施方案的组合。
摘要是依照37C.F.R.§1.72(b)提供且将允许读者快速确定技术公开内容的属性和主旨。应理解提交的摘要并非用于解释或限制权利要求书的范围或含义。
在实施方案的以上描述中，出于精简公开内容的目的将各种特征一起归集在单个实施方案中。公开内容的这个方法不应理解为反映要求的实施方案具有比每个权利要求明确引述更多的特征。相对地，如以下权利要求所反映，发明主题并非依赖于单个公开的实施方式的所有特征。因此，特此将以下权利要求书并入实施方案的描述中，每个权利要求本身作为不同的实例实施方案。

Claims (10)

1.一种确定与心脏节律异常的源相关的规律性的方法，所述方法包括：
由计算装置针对与第二位置相关的第二心脏信号在多个第二时间点的导数处理与第一位置相关的第一心脏信号在多个第一时间点的导数以界定所述第一心脏信号对所述第二心脏信号的多个坐标对，其中所述第一心脏信号的导数是零阶导数和更高阶导数之一，且所述第二心脏信号的导数是零阶导数和更高阶导数之一；和
由所述计算装置确定超过临界值的规律性指数，所述规律性指数指示所述第一心脏信号和所述第二心脏信号之间的所述多个坐标对的近似同余性，所述规律性指数确定所述心脏节律异常的源。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述近似同余性指示所述多个坐标对的至少一部分在指定置信区间内的再现。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一心脏信号和所述第二心脏信号分别表示第一电压时间序列和第二电压时间序列。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一心脏信号的导数和所述第二心脏信号的导数在时间和空间之一中。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括：
描点所述多个坐标对；和
连接所述多个坐标对以生成多个闭环。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述规律性指数指示所述多个闭环之间的近似同余性。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一心脏信号的导数和所述第二心脏信号的导数是一阶导数和更高阶导数之一。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一心脏信号的导数和所述第二心脏信号的导数是零阶导数。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一心脏信号和所述第二心脏信号来自所述心脏的不同区域。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个第一时间点与所述多个第二时间点同期。
CN201610394673.9A 2011-12-09 2012-12-08 确定与生物节律异常有关的规律性的方法和系统 Pending CN106073763A (zh)

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