多电极EGM上使用多维信号空间矢量分析的远场对局部激活区别

摘要

重构沿着心腔内的电极阵列的电活动传播。从电极阵列对信号进行采样并且在多维空间中对信号进行描绘，其中每个轴与电极阵列中的通道对应。估计多维空间中的全局激活的偏移方向，并且确定采样信号的矢量随着时间的变化。抑制具有随有在偏移方向上随着时间变化的矢量的信号。

说明书

技术领域

本公开涉及心脏标测系统。更具体的，本公开涉及配置为通过保留局部活 动并且抑制远场活动来重构沿着感兴趣的心腔中的电极阵列的电活动传播的心 脏标测系统。

背景技术

诊断和治疗心律紊乱涉及具有多个传感器/探针的导管通过患者的血管引入 心脏。传感器检测在心脏中传感器位置处的心脏的电活动。一般，电活动被处 理成表示在传感器位置处的心脏的活动的电图信号。

在简单的心律紊乱中，在每个传感器位置处的信号通常从一跳到另一跳定 时中并且经常在形状上与以及在偏转的数量上保持一致，使得在每个传感器位 置处的激活起始的识别成为可能。但是，在复杂的心律紊乱中，从一跳到另一 跳，在每个传感器位置处的信号可以在各种形状中的一个、几个或多个偏转中 转变。例如，当AF中传感器位置的信号包括5个、7个、11个或更多个偏转时， 及时不是不可能也难以识别信号中的哪些偏转是在心脏的传感器位置处或附近 (即，局部激活)而不是仍然由心脏中的传感器感测的进一步远离的位置(即， 远场激活)，或仅仅是来自心脏的另一个部分、其它组织结构、与心脏或外部电 子系统相关的传感器的移动或动作的噪声。

发明内容

本文中公开的是用于在心脏标测系统中的局部激活信号和远场活动之间进 行区别的方法的各种实施方式，以及采用这种方法的心脏标测系统。

在实例1中，重构用于沿着心腔内的电极阵列的电活动传播的方法包括对 来自电极阵列的信号进行采样并且在多维空间中描绘信号，其中每个轴与电极 阵列中的通道对应。该方法还包括估计所述多维空间中全局激活的偏移方向和 确定采样信号的矢量中随着时间的的改变。该方法还包括抑制具有在偏移方向 上随着时间改变的矢量的信号。

在实例2中，根据实例1中的方法，其中描绘信号进一步包括：基于参考 信号，将每个采样信号移位从所述电极阵列采样的对应远场信号的期望延时。

在实例3中，根据实例1或实例2的方法，其中，估计步骤包括对采样信 号进行标准化以匹配比例尺。

在实例4中，根据实例1至3中的任一个的方法，其中，确定步骤包括确 定矢量的绝对时间导数。

在实例5中，根据实例1至4中的任一个的方法，其中，估计步骤包括确 定所描绘的信号的分解的最大特征值。

在实例6中，根据实例1至5中的任一个的方法，其中，确定步骤还包括 消隐沿着每个轴的显著偏移周围的信号(局部激活)。

在实例7中，根据实例1至6中的任一个的方法，其中对信号进行采样包 括朝着拾取在所述多维空间中的全局活动偏置通道的子集，以加强其它通道上 的区别。

在实例8中，根据实例1至7中的任一个的方法，其中，对信号进行采样 包括采用具有电极阵列的扩展双极配置。

在实例9中，根据实例1至8中的任一个的方法，其中，采用扩展双极配 置包括对来自位于所述电极阵列上的最相反电极的信号进行采样。

在实例10中，用于重构沿着心腔内的电极阵列的电活动传播的方法包括对 来自电极阵列的信号进行采样和在多维空间中描绘信号，其中每个轴与电极阵 列中的通道对应。该方法还包括确定采样信号的矢量随着时间的改变以及将所 述采样信号的矢量中的时间改变与沿着所述多维空间中的每个轴的单位矢量进 行比较；该方法还包括抑制具有不与轴中的一个的单位矢量对应的矢量的信号。

在实例11中，包括电极阵列的标测系统配置为根据实例1至9中的任一项 所述的方法对心腔内的电活动传播进行重构。

在实例12中，用于对心腔内的电活动传播进行重构的标测系统包括配置为 对来自兴趣通道的信号进行采样的标测电极阵列，和与多个标测电极相关的处 理设备，所述处理设备配置为对采样信号进行记录并且将多个标测电极中的一 个与每个记录的信号关联，所述标测处理器还配置为对来自标测电极的信号进 行采样，利用与标测电极阵列中的通道对应的每个轴在多维空间中描绘信号， 估计所述多维空间中的全局激活的偏移方向，确定随着时间推移的采样信号的 矢量的改变，并且抑制具有在偏移方向上随着时间改变的矢量的信号。

在实例13中，根据实例12的标测系统，其中，为描绘信号包括基于参考 信号，将每个采样信号移位从所述电极阵列采样的对应远场信号的期望延时。

在实例14中，根据实例12或实例13的标测系统，其中，为估计偏移方向， 处理设备还配置为对所述采样信号进行标准化以匹配比例尺。

在实例15中，根据实例12至14中的任一个的标测系统，其中，为确定矢 量中的改变，处理设备还配置为确定矢量的绝对时间导数。

在实例16中，根据实例12至15中的任一个的标测系统，其中，为估计偏 移方向，所述处理设备确定所描绘的信号的分解的最大特征值。

在实例17中，根据实例12至16中的任一个的标测系统，所述处理设备还 配置为消隐沿着每个轴的显著偏移周围的信号(局部激活)。

在实例18中，根据实例12至17中的任一个的标测系统，其中，为对信号 进行采样，处理系统还配置为朝着拾取在所述多维空间中的全局活动偏置通道 的子集，以加强其它通道上的区别。

在实例19中，根据实例12至18中的任一个的标测系统，其中，为对信号 进行采样，处理设备还配置为在标测电极阵列上采用扩展双极配置。

在实例20中，根据实例12至19中的任一个的标测系统，其中，处理设备 还配置为位于在所述标测电极阵列上的最相反的电极处采用扩展双极配置。

虽然公开多个实施方式，但是从显示和描述本发明的示意性实施方式的以 下详细描述中，本发明的其它实施方式对于本领域技术人员来说仍然是明显的。 因此，附图和详细说明都被认为本质上是示意性的而非限制性的。

附图说明

图1示出根据本公开的心脏激活重构系统的一个实施方式。

图2示出具有篮状功能元件承载结构的标测导管的一个实施方式。

图3示出来自篮状功能元件的标测元件的两个通道根据时间的描绘的一个 实例。

图3B示出在二维空间中使用标测元件的阵列中的两个通道的信号的描绘的 一个实例。

图4示出在时刻t和t+T处的通道的信号的描绘，其中，结果矢量在平行于 全局激活的方向上延伸，该描绘指示通道的远场激活。

图5示出在时刻t和t+T处的通道的信号的描绘，其中，结果矢量在不平行 于全局激活的方向上延伸，该描绘指示通道的具备激活。

虽然本发明可以修改为各种变型和可替选形式，但是特别的实施方式已通 过在附图中的实例的方法进行显示并且在下文中描述。但是，本发明并不限于 将本发明限制为所描述的具体实施方式。相反，本发明想要覆盖落入如所附权 利要求限定的本发明的范围内的所有变型、等同和可替选方案。

具体实施方式

图1示出心脏激活重构系统10的一个实施方式。系统10配置为检测和重 构从与心律紊乱连接的患者心脏11收集/检测的心脏激活信息。心脏包括右心房 12、左心房14、右心室16和左心室18。

系统10包括导管20、信号处理设备22和计算设备24。导管20配置为检 测心脏中的心脏激活信息并且经由无线或有线连接将检测的心脏激活信息发送 至信号处理设备22。导管20的远端包括多个传感器26，传感器可以通过患者 的血管插入心脏中。

在一些实施方式中，一个或多个传感器不插入患者心脏中。例如，一些传 感器可以经由患者表面(例如，心电图)或远程地检测心脏激活而没有接触患 者(例如，磁性心动图)来检测心脏激活。做为另一个实例，一些传感器还可 以从非电气感测设备的心脏活动(例如，超声波心动图)得到心脏激活信息。 在各种实施方式或方案中，这些传感器可以独立地或以不同的组合来使用，而 且这些独立或不同的组合还可以结合插入患者心脏的传感器使用。

定位在关注的心脏中的传感器位置处(例如，在示出的实施方式中的左心 房)的传感器26可以检测在传感器位置处的心脏激活信息。在一些实施方式中， 整体消融电极或独立消融导管可以用于传送能量以在传感器位置处或附近消融 心脏。

信号处理设备22配置为将由在传感器位置处的传感器26检测的心脏激活 信息处理(净化和放大)成心电图信号并且将处理的心脏信号提供至计算设备 24以用于根据各种方法如本文公开的这些方法进行分析或处理。

图2示出标测导管20的实施方式，其在远端处包括适合在图1显示的系统 10中使用的传感器。具有柔性导管本体30的标测导管20的远端承载三维结构 32，三维结构32配置为承载多个标测元件或传感器26的。在一些实施方式中， 近距元件34优选地位于每个标测元件26附近。可替选地，标测元件26可以用 作近距元件34。如下文中将进一步详细描述的，标测元件26感测心脏组织中的 电活动，其感测的活动然后由信号处理设备22和计算设备24来处理以帮助医 生识别具有心律紊乱的一个或多个点。这个过程通常称为标测(mapping)。这 个信息之后可以用于确定应用合适治疗(例如，消融)到识别的点的合适位置。

示出的三维结构32包括基座部件40和端帽42，在其之间柔性样条44一般 以圆周间隔的关系延伸。如所示出的，三维结构32采用限定开口内部空间46 的篮状的形式。在一些实施方式中，样条44由弹性惰性材料，诸如，例如镍钛 金属或硅胶制成，并且在弹性预拉紧条件下连接在端帽42和基座部件40之间 以弯曲并且符合它们接触的组织表面。在示出的实施方式中，八个样条44形成 三维结构32。在其它实施方式中可以用附加的或更少的样条44。如所示出的， 每个样条44承载八个标测元件26。在三维结构32的其它实施方式中，附加的 或更少的标测元件26可以设置在每个样条44上。在示出的实施方式中，三维 结构32是相对小的(例如，直径40mm或更小)。在可替选的实施方式中，三 维结构32更大(例如，直径40mm或更大)。

可滑动护套50沿着导管主体30的主轴可移动。向前(即，朝着远端)移 动护套50引起护套50在三维结构32上移动，从而使结构32塌陷成适合于引 入内部空间诸如例如心脏12中的紧密的、低轮廓条件。相反，护套19向后(即， 朝着近端)的移动释放三维结构32，允许结构32弹开并且采取在图2中示出的 预拉紧位置。三维结构20的实施方式的进一步细节公开在名称为“多电极支撑 结构(Multiple Electrode Support Structures)”的美国专利No.5,647,870中，其公 开内容以参考方式清楚地并且完全地并入。

信号电线(未示出)电耦合至每个标测元件26。电线通过标测导管20的主 体30延伸至手柄54中，在手柄中，线耦合至外部连接器56，外部连接器可以 为多销钉连接器。连接器56将标测元件26电耦合至信号处理设备22和计算设 备24。在名称为“用于引导多电极结构内可移动电极元件的系统和方法(Systems  and Methods for Guiding Movable Electrode Elements within Multipe-Electrode  Structure)”的美国专利号6,070,094，名称为“心脏标测和消融系统(Cardiac  Mapping and Ablation Systems)”的美国专利号6,233,491和名称为“用于对主体 腔的注册图进行改善的系统和过程(System and Processes for Refining a  Registered Map of a Body Cavity)”的美国专利号6,735,465中讨论用于对标测导 管生成的信号进行处理的方法和标测系统上的进一步细节，这些美国专利的公 开通过参考方式清楚地并且完全地并入本文中。类似地，信号电线将每个近距 元件34电耦合至信号处理设备22和计算设备24。

要注意，可以在远端上配置其它三维结构。还要注意，多个标测元件26可 以设置在多于一个的结构上而不是例如图2中示出的单个标测短管20。例如， 如果利用多个标测结构在左心房14进行标测，那么可以使用这样一种设置，该 设置包括承载多个标测元件的冠状静脉窦导管和承载位于左心房14中的多个标 测元件的篮状导管。作为另一个实例，如果利用多个标测结构在右心房12内进 行标测，那么可以使用这样一种设置，该设置包括承载用于在冠状静脉窦中定 位的多个标测元件的十极性导管和承载用于在三尖瓣环形物周围定位的多个标 测元件的环形导管。

另外，尽管已经描述由标测专用探针例如标测导管20来承载标测元件26， 但是标测元件可以承载在非标测专用探针上。例如，消融导管可以配置为包括 一个或多个设置在导管主体的远端上的标测元件，并且耦合至信号处理设备22 和计算设备24。作为另一个实例，消融导管的远端处的消融电极可以耦合至信 号处理设备22和计算设备24，还可以操作为标测电极。

在各种实施方式中，由标测元件26感测的信号可以被描绘以生成来自多个 元件或通道的信号的多维表示。图3A示出来自标测元件26的两个通道(S1， S2)依据时间的描绘的实例。例如，在图2中示出的实施方式中，通道S1和 S2可以为来自六十四个标测元件26中的所选两个标测元件26的信号。图3B 示出在二维空间中使用来自标测元件26的阵列中的两个通道的信号的描绘的实 例，其中，沿着竖直轴描绘对于通道S1在各时间点处的信号样本，沿着水平轴 描绘对于通道S2在各时间点处的信号样本。在图3A中显示的时间点A、B和 C处来自通道S1的信号在图3B中被显示为沿着竖直轴描绘，在图3A中显示的 时间点D和E处来自通道S2的信号在图3B中被显示为沿着水平轴描绘。虽然 显示了两条通道，但是可以描绘任意数量的通道以生成来自对应数量通道的信 号的多维(或，N维)表示。

根据本公开，信号的N维表示可以由信号处理设备22和/或计算设备24来 处理以抑制由于全局激活(即，远场活动)造成的信号，以加强与局部激活关 联的信号。在N维表示中，全局激活可以特征在于沿着N维空间中的特定方向 上的偏移。为了助于这些信号的抑制，可以估计在全局激活偏移方向上的单位 矢量U_CM的方向。然后，在时间t处在三维结构32的通道S上的信号的矢量表 示可以限定为：

V(t)＝[S1(t)，S2(t)，S3(t)，...，SN(t)]^T  (方程1)

全局激活将会引起沿着(平行于)U_CM的的信号偏移，使得V(t)会在N维空 间中沿着U_CM改变。因此，信号处理设备22和/或计算设备24可以取V(t)的 时间导数以对信号的时间变量进行特征化。这个结果可以投射在U_CM上并且与 预定阈值进行比较：

$\frac{\frac{\mathrm{dV}{\left(t\right)}^T}{\mathrm{dt}}*U_{\mathrm{CM}}}{\left|\right|\frac{\mathrm{dV}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}\left|\right|}>\mathrm{TH}$

换句话说，如果V(t)的导数大致上与斜率/方向U_CM相似，那么信号中的 改变可能由于全局激活造成，并且上文的不等式是真的。上文提到的方程表示 一种将多维空间中的信号矢量改变的偏移的方向与全局激活的方向(U_CM)比较 的方法。其它比较方法可以包括使用信号矢量改变(ΔV(t))，而不是对N维空 间中的两个矢量之间的角度进行求导或计算。图4示出连接在时刻t和时刻t+T 处在两条通道S1和S2之间的信号改变的矢量60，其中矢量60大致上与单位矢 量U_CM平行。因此，时刻t和时刻t+T之间的信号改变可以归因于全局激活。在 处理期间，信号处理设备22和/或计算设备24可以配置为抑制这些信号。

如果V(t)的导数不等于斜率/方向U_CM，那么信号中的改变很有可能由于 局部激活造成，并且上文的不等式不是真的。图5示出连接在时刻t和时刻t+T 处在两条通道S1和S2之间的信号改变的矢量62，其中矢量62不与单位矢量 U_CM平行。矢量62而是大致上与轴S1平行，指示由于在通道S1处或附近的局 部激活造成的改变。

在一些实例中，远场信号可能不立即出现在所有通道上，而是可能展示与 通过组织传播的远场组件的体积传播特征关联的特征延迟或延时。在识别和/或 期望延时的情况中，方程1和方程2两者都可以被修改以说明与各种电极关联 的延时。例如，如果远场信号在N个相邻电极上关于远场参考信号例如表面ECG 以ω₁，ω₂，…，ω_N的延时出现，那么方程2可以表达为：

V(t)＝[S₀(t)-S₁(t+ω₁)，S₀(t)-S₂(t+ω₂)，...，S₀(t)-S_N(t+ω_N)]^T  (方程3)

可以通过关于表面ECG感测的对应R波的尖峰或其它特有特征而追踪每条通道 上的远场信号的尖峰或其它特有特征来估计延时。估计的延时可以基于多个局 部心脏跳动来求平均。

可以采用各种用于估计单位矢量U_CM并且随后抑制全局激活的方法。例如， 假设全局激活的单位矢量U_CM可以表示为N为空间中的单位斜线：

$U_{\mathrm{CM}}={[\frac{1}{\sqrt{N}},\frac{1}{\sqrt{N}},...,\frac{1}{\sqrt{N}}]}^T$  (方程2)

方程2假设全局激活在来自标测元件26的所有通道上具有相似比例尺。之后每 个通道的比例可以关于彼此被标准化：

$V\left(t\right)={[\frac{S1\left(t\right)}{\left|\right|S1\left|\right|},\frac{S2\left(t\right)}{\left|\right|S2\left|\right|},...,\frac{\mathrm{SN}\left(t\right)}{\left|\right|\mathrm{SN}\left|\right|}]}^T$  (方程3)

偏移在所有通道S1-SN上是同相的。在一些实施方式中，可以考虑V(t)的绝 对导数以代替上文的不等式：

$\frac{\mathrm{abs}{\left(\frac{\mathrm{dV}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}\right)}^T*U_{\mathrm{CM}}}{\left|\right|\frac{\mathrm{dV}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}\left|\right|}>\mathrm{TH}$

作为另一个实例，U_CM可以通过首先消隐沿着每个轴的显著偏移(即，局部 激活)周围的信号来估计。然后信号处理设备和/或计算设备24可以处理与剩余 数据集合关联的数据以抑制相关的数据。在一些实施方式中，信号处理设备22 和/或计算设备24执行剩余数据集合的协方差矩阵的特征矢量/特征值分解，其 对二维空间中的数据的变化/展开进行特征化。与最大特征值对应的特征矢量指 向剩余数据集合中的最大延长线的方向，该方向本质上为U_CM。

在一些实施方式中，采样通道(例如，通道S1和S2)可以被选择为朝着拾 取N维空间中的全局活动偏置，以加强与其它通道的区别。例如，组织远端的 标测元件26可以是指生成远场干扰以帮助在远场和局部激活之间进行区别的其 它元件。在一些实施方式中，所选择的通道可以为位于三维结构32上最相反的 电极，以评估全局心房活动(即，扩展双极配置)。

抑制由于全局激活造成的偏移的可替选方法为将V(t)的导数与沿着N维 空间中的每个轴的单位矢量进行比较。因为局部激活预期将引起沿着与局部激 活的通道对应的轴的信号偏移，所以平行于这些矢量中的一个而延伸的信号矢 量指示局部激活。因此，如果E_si是沿着通道S_i的单位矢量并且E_sj是沿着通道 S_j的单位矢量，那么可以使用以下公式来确定信号矢量是否由局部或全局激活造 成：

在这个数学表述中，单位矢量E_si和E_sj关于V(t)的时间导数而被标准化并且 与阈值TH1和TH2进行比较。如果满足该数学表述，那么这指示沿着与通道 S_i有关的轴的偏移，其为通道S_i上的局部激活的指示。可以生成推论数学表述 以指示沿着与通道S_j关联的轴的偏移和由于全局激活造成的偏移。

如描述的方法和系统提供柔性数学架构，该柔性数学架构可以与标测导管 上的任意数量的通道(例如相邻的8个、相邻的16个，一下两组局部的和远场 的)一起工作。与用于区别远场和局部活动的常规成对通道比较相比，处理来 自任意数量通道的信息的能力提供感兴趣心室中的电活动传播的更可靠的重 构。

对于讨论的示例性实施方式可以得出各种变型和添加而没有超出本发明的 范围。例如，虽然上文描述的实施方式涉及具体特征，但是本发明的范围还包 括具有不同特征结合的实施方式，并且实施方式不包括所有描述的特征。因此， 本发明的范围想要包括落入权利要求范围内的所有这种可替选项、变形和改变 及其所有等同。