用于節(jié)律紊亂分析的信號(hào)段的選擇的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2013年9月12日遞交的美國專利申請No.61/877,093和2014年9月11日 遞交的美國專利申請No. 14/483，914的優(yōu)先權(quán)，這兩個(gè)美國專利申請的全部內(nèi)容通過引用 并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本申請總體涉及生物節(jié)律紊亂。更具體地，本申請旨在選擇用于分析生物節(jié)律紊 亂(例如，心臟節(jié)律紊亂)的信號(hào)段的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 生物節(jié)律紊亂，諸如心臟(心臟附近的）節(jié)律紊亂，是常見的且代表在世界各地發(fā) 病和死亡的重要原因。心臟中的電系統(tǒng)的功能失調(diào)代表心臟節(jié)律紊亂的直接原因。心臟節(jié) 律紊亂以許多形式存在，其中最復(fù)雜的且難于治療的形式是心房顫動(dòng)(AF)、室性心動(dòng)過速 (VT)和心室顫動(dòng)(VF)。其它節(jié)律紊亂治療起來較為簡單，但也可能在臨床上是重要的，包括 房性心動(dòng)過速(AT)、室上性心動(dòng)過速(SVT)、心房顫振(AFL)、室上性異位收縮/搏動(dòng)(SVE)和 室性期前收縮/搏動(dòng)(PVC)。
[0005] 以前，對心臟節(jié)律紊亂(尤其是AF、VF和多形性VT的復(fù)合型節(jié)律紊亂）的治療已經(jīng) 很困難，這是因?yàn)椴荒軌蜃R(shí)別心臟節(jié)律紊亂的源在心臟中的位置。對于復(fù)合型節(jié)律紊亂如 何起作用和用于治療這些復(fù)合型節(jié)律紊亂的臨床應(yīng)用，已經(jīng)有各種各樣的理論。然而，沒有 任何應(yīng)用被證實(shí)在治療復(fù)合型節(jié)律紊亂上是卓有成效的。
[0006] 近來，有了突破性發(fā)現(xiàn)，即首次識(shí)別出與復(fù)合型心臟節(jié)律紊亂相關(guān)的源。該技術(shù)突 破成功地分析且重構(gòu)在從導(dǎo)入到患者心臟內(nèi)的導(dǎo)管的電極獲得的信號(hào)中的心臟激活信息 (激活起始時(shí)間）以識(shí)別導(dǎo)致和維持世界范圍內(nèi)大比例的心臟節(jié)律紊亂的旋轉(zhuǎn)激活方式(旋 轉(zhuǎn)源，例如轉(zhuǎn)子）以及病灶源。因此，對心臟節(jié)律紊亂的治療可對準(zhǔn)患者的心臟中的旋轉(zhuǎn)源 和/或病灶源，以消除心臟節(jié)律紊亂。例如，這種治療可通過消融而成功地實(shí)現(xiàn)。
[0007] 如上所述，心臟信號(hào)通常從導(dǎo)入到患者的心臟內(nèi)的導(dǎo)管的電極獲得(例如，感測、 獲取或記錄）。當(dāng)從患者獲得信號(hào)時(shí)，許多噪聲源經(jīng)常嵌入或疊加在這些信號(hào)中。這些源可 包括來自患者心臟的另一部分、患者的其它解剖結(jié)構(gòu)的電活動(dòng);來自電極運(yùn)動(dòng)和/或患者運(yùn) 動(dòng)（例如，呼吸）的運(yùn)動(dòng)偽影;源自彼此接觸的電極的機(jī)械串?dāng)_；電子放大器的飽和;來自外 部系統(tǒng)的射頻(RF)能量；以及其它噪聲源。另外，電極可與患者的心臟具有各種不同層次的 接觸(或非接觸），這可減小信號(hào)的振幅，并且在最糟糕的情況下，甚至可導(dǎo)致信號(hào)中不存在 電活動(dòng)。
[0008] 重構(gòu)心臟激活信息（激活起始時(shí)間）需要分析可以是計(jì)算密集型且時(shí)間密集型的 信號(hào)。由于分析信號(hào)的完整性的這些計(jì)算約束或其它計(jì)算約束，這種方式可能不是有利的。 而且，這些信號(hào)的某些部分(在一些情況下，擴(kuò)展部分)可受到噪聲影響。在這樣的環(huán)境下， 有利的是避免信號(hào)的分析復(fù)雜且受到疊加在信號(hào)中的噪聲限制的部分。
[0009]對這些信號(hào)的整體的分析可負(fù)面地影響在識(shí)別心臟節(jié)律紊亂的源方面的時(shí)間和 精確度、以及在對準(zhǔn)心臟節(jié)律紊亂的源以備治療和消除方面的精確度。
[0010]因此，期望的是識(shí)別這些信號(hào)的包括帶有少量噪聲的周期性心臟信息的部分(例 如，信號(hào)段）以備進(jìn)一步分析，這可改善在識(shí)別心臟節(jié)律紊亂的源方面的時(shí)間和精確度以及 在對準(zhǔn)心臟節(jié)律紊亂的源以備治療和消除方面的時(shí)間和精確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本申請適于在從患者獲得的多個(gè)信號(hào)中選擇包括最小噪聲和穩(wěn)定的、定義明確的 生物活動(dòng)的一組信號(hào)段，用于檢測和治療患者內(nèi)節(jié)律紊亂的病因或源。信號(hào)段選擇適合于 各種節(jié)律紊亂，包括心臟節(jié)律紊亂、以及其它生物節(jié)律紊亂，諸如神經(jīng)性癲癇發(fā)作、食管痙 攣、膀胱不穩(wěn)定、腸易激綜合征和其它生物紊亂，對此，可從多個(gè)信號(hào)中選擇信號(hào)段以允許 確定、診斷和/或治療紊亂的病因或源。然而，在引起復(fù)合型激活方式的復(fù)合型節(jié)律紊亂中 是特別有用的、尤其在心臟的復(fù)合型節(jié)律紊亂中是有用的，用以改善對紊亂的病因或源的 檢測，使得它們可被適宜地治療。
[0012] 復(fù)合型心臟節(jié)律紊亂通常導(dǎo)致極其難于解密的激活方式且用以確定復(fù)合型紊亂 中心跳的精確激活信息的能力先前是不可能的。在本申請的優(yōu)勢中，一個(gè)優(yōu)勢在于從多個(gè) 信號(hào)中選擇具有最小噪聲和穩(wěn)定的、定義明確的生物活動(dòng)的信號(hào)段從而更為快速地且以更 大精度確定和治療節(jié)律紊亂的病因和/或源的能力。另一優(yōu)勢在于本申請?zhí)峁┮环N系統(tǒng)和 方法，該系統(tǒng)和方法能夠在感測設(shè)備(諸如其上具有傳感器的導(dǎo)管)被用在患者中或患者附 近時(shí)得以快速執(zhí)行，并且能夠跟隨有信號(hào)段選擇、基于所選擇的信號(hào)段確定節(jié)律紊亂的源、 和治療心臟組織以減輕節(jié)律紊亂以及在許多情況下治愈紊亂。
[0013] 根據(jù)實(shí)施方式或方面，公開了處理心臟信號(hào)的段的方法。
[0014] 使在至少一個(gè)第一心臟信號(hào)中的信號(hào)段與迀移多個(gè)時(shí)間偏移的該信號(hào)段相關(guān)，以 確定對于該信號(hào)段的最高相關(guān)系數(shù)。
[0015] 使在至少一個(gè)第二心臟信號(hào)中的信號(hào)段與迀移多個(gè)時(shí)間偏移的該信號(hào)段相關(guān)，以 確定對于該信號(hào)段的最高相關(guān)系數(shù)。
[0016] 對于在所述至少一個(gè)第一心臟信號(hào)中和在所述至少一個(gè)第二心臟信號(hào)中的額外 信號(hào)段，重復(fù)所述相關(guān)，以確定對于各個(gè)所述額外信號(hào)段的最高相關(guān)系數(shù)。
[0017] 使用對于所述至少一個(gè)第一心臟信號(hào)的信號(hào)段和所述至少一個(gè)第二心臟信號(hào)的 信號(hào)段的最高相關(guān)系數(shù)，生成多個(gè)復(fù)合相關(guān)系數(shù)。所述至少一個(gè)第一心臟信號(hào)的信號(hào)段與 所述至少一個(gè)第二心臟信號(hào)的信號(hào)段是近似同時(shí)期的。
[0018] 選擇一組信號(hào)段，該組信號(hào)段包括來自所述至少一個(gè)第一心臟信號(hào)的至少一個(gè)信 號(hào)段和來自所述至少一個(gè)第二心臟信號(hào)的至少一個(gè)信號(hào)段。該組信號(hào)段與來自多個(gè)復(fù)合相 關(guān)系數(shù)的最高復(fù)合相關(guān)系數(shù)相關(guān)聯(lián)。
[0019] 根據(jù)所述方法，該組信號(hào)段可用于確定節(jié)律紊亂的源。
[0020] 根據(jù)另一實(shí)施方式或方面，公開了用以處理心臟信號(hào)的段的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括 處理設(shè)備和存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)指令，當(dāng)處理設(shè)備執(zhí)行所述指令時(shí)，所述指令使處理設(shè)備 執(zhí)行下面的操作。
[0021] 使在至少一個(gè)第一心臟信號(hào)中的信號(hào)段與迀移多個(gè)時(shí)間偏移的該信號(hào)段相關(guān)，以 確定對于該信號(hào)段的最高相關(guān)系數(shù)。
[0022] 使在至少一個(gè)第二心臟信號(hào)中的信號(hào)段與迀移多個(gè)時(shí)間偏移的該信號(hào)段相關(guān)，以 確定對于該信號(hào)段的最高相關(guān)系數(shù)。
[0023] 對于在所述至少一個(gè)第一心臟信號(hào)中和在所述至少一個(gè)第二心臟信號(hào)中的額外 信號(hào)段，重復(fù)所述相關(guān)，以確定對于各個(gè)所述額外信號(hào)段的最高相關(guān)系數(shù)。
[0024] 使用對于所述至少一個(gè)第一心臟信號(hào)的信號(hào)段和所述至少一個(gè)第二心臟信號(hào)的 信號(hào)段的最高相關(guān)系數(shù)，生成多個(gè)復(fù)合相關(guān)系數(shù)。所述至少一個(gè)第一心臟信號(hào)的信號(hào)段與 所述至少一個(gè)第二心臟信號(hào)的信號(hào)段是近似同時(shí)期的。
[0025] 選擇一組信號(hào)段，該組信號(hào)段包括來自所述至少一個(gè)第一心臟信號(hào)的至少一個(gè)信 號(hào)段和來自所述至少一個(gè)第二心臟信號(hào)的至少一個(gè)信號(hào)段。該組信號(hào)段與來自多個(gè)復(fù)合相 關(guān)系數(shù)的最高復(fù)合相關(guān)系數(shù)相關(guān)聯(lián)。
[0026] 這些操作還可包括使用該組信號(hào)段來確定節(jié)律紊亂的源。
[0027]根據(jù)又一實(shí)施方式或方面，公開了處理心臟信號(hào)的段的方法。
[0028] 根據(jù)第一偏移范圍使在多個(gè)信號(hào)中近似同時(shí)期的信號(hào)段自相關(guān)，以確定最高相關(guān) 系數(shù)。使用最高相關(guān)系數(shù)生成復(fù)合相關(guān)系數(shù)。
[0029] 確定復(fù)合相關(guān)系數(shù)中低于閾值的一個(gè)或多個(gè)復(fù)合相關(guān)系數(shù)。根據(jù)第二偏移范圍使 與所確定的一個(gè)或多個(gè)復(fù)合相關(guān)系數(shù)相關(guān)聯(lián)的近似同時(shí)期的信號(hào)段自相關(guān)，以確定對于所 述近似同時(shí)期的信號(hào)段的最高相關(guān)系數(shù)。第二偏移范圍與第一偏移范圍不同。
[0030] 選擇與對于所選擇的偏移范圍的最高相關(guān)系數(shù)相關(guān)聯(lián)的一組近似同時(shí)期的信號(hào) 段。
[0031] 根據(jù)又一實(shí)施方式或方面，公開了處理心臟信號(hào)的段的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括處理 設(shè)備和存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)指令，當(dāng)處理設(shè)備執(zhí)行所述指令時(shí)，所述指令使處理設(shè)備執(zhí)行 下面的操作。
[0032] 根據(jù)第一偏移范圍使在多個(gè)信號(hào)中近似同時(shí)期的信號(hào)段自相關(guān)，以確定最高相關(guān) 系數(shù)。使用最高相關(guān)系數(shù)生成復(fù)合相關(guān)系數(shù)。
[0033]確定復(fù)合相關(guān)系數(shù)中低于閾值的一個(gè)或多個(gè)復(fù)合相關(guān)系數(shù)。根據(jù)第二偏移范圍使 與所確定的一個(gè)或多個(gè)復(fù)合相關(guān)系數(shù)相關(guān)聯(lián)的近似同時(shí)期的信號(hào)段自相關(guān)，以確定對于所 述近似同時(shí)期的信號(hào)段的最高相關(guān)系數(shù)。第二偏移范圍與第一偏移范圍不同。
[0034] 選擇與對于所選擇的偏移范圍的最高相關(guān)系數(shù)相關(guān)聯(lián)的一組近似同時(shí)期的信號(hào) 段。
[0035] 從下面的結(jié)合附圖閱讀的詳細(xì)描述中，本申請的這些和其它目的、目標(biāo)和優(yōu)勢將 變得明顯。
【附圖說明】
[0036] 在附圖的多個(gè)圖中以示例而非限制的方式示出了一些實(shí)施方式或方面，附圖中： [0037]圖1示出示例性信號(hào)處理系統(tǒng)；
[0038] 圖2示出從圖1的定位在患者心臟內(nèi)的感測位置的示例性傳感器近似同時(shí)期獲得 的復(fù)合型心臟節(jié)律紊亂的示例性心電圖信號(hào)；
[0039] 圖3示出分割成示例性的三個(gè)段的圖2的示例性第一信號(hào)；
[0040]圖4示出分割成示例性的三個(gè)段的圖2的示例性第二信號(hào)；
[0041]圖5示出分割成示例性的三個(gè)段的圖2的示例性第三信號(hào)；
[0042]圖6示出圖2中的第一信號(hào)的在圖3中的第一示例性信號(hào)段中的三個(gè)示例性時(shí)間迀 移(或偏移）；
[0043]圖7示出顯示針對圖2中第一信號(hào)的在圖3中的第一信號(hào)段中的在100毫秒至350毫 秒范圍內(nèi)的時(shí)間迀移而確定的相關(guān)系數(shù)(r)的曲線的示例圖；
[0044] 圖8為示出根據(jù)第一實(shí)施方式的選擇用于分析生物節(jié)律紊亂(諸如心臟節(jié)律紊亂） 的信號(hào)段的示例性方法的流程圖；
[0045] 圖9示出對于給定的時(shí)間偏移(諸如100毫秒)的示例性相關(guān)計(jì)算；
[0046] 圖10示出匯總了用于在圖2中的各個(gè)信號(hào)中的信號(hào)段的最高相關(guān)系數(shù)(r)的示例 性表格；
[0047] 圖11示出對于最高相關(guān)系數(shù)(r)的均方根的示例性計(jì)算；
[0048] 圖12示出結(jié)合圖1的定位在心臟中感測位置處的示例性傳感器得到的復(fù)合型心臟 節(jié)律紊亂的示例性信號(hào)；
[0049]圖13示出在圖12中所示信號(hào)的信號(hào)段中的根據(jù)所選擇的第一偏移范圍的示例性 時(shí)間迀移(或偏移）；
[0050] 圖14示出顯示針對在圖12中所示信號(hào)的信號(hào)段中的根據(jù)所選擇的第一偏移范圍 的時(shí)間偏移而確定的相關(guān)系數(shù)(r)的曲線的示例圖；
[0051] 圖15示出在圖12中所示信號(hào)的信號(hào)段中的根據(jù)所選擇的第二偏移范圍的示例性 時(shí)間迀移(或偏移）；
[0052]圖16示出顯示針對在圖12中所示信號(hào)的信號(hào)段中的根據(jù)所選擇的第二偏移范圍 的時(shí)間偏移而確定的相關(guān)系數(shù)(r)的曲線的示例圖；
[0053]圖17示出在圖12中所示信號(hào)的信號(hào)段中的根據(jù)所選擇的第三偏移范圍的示例性 時(shí)間迀移(或偏移）；
[0054]圖18示出顯示針對在圖12中所示信號(hào)的信號(hào)段中的根據(jù)所選擇的第三偏移范圍 的時(shí)間偏移而確定的相關(guān)系數(shù)(r)的曲線的示例圖；
[0055] 圖19為示出根據(jù)第二實(shí)施方式的選擇用于分析生物節(jié)律紊亂(諸如心臟節(jié)律紊 亂)的信號(hào)段的示例性方法的流程圖；
[0056] 圖20示出結(jié)合圖1的定位在心臟中感測位置處的示例性傳感器得到的復(fù)合型心臟 節(jié)律紊亂的示例性信號(hào)；
[0057] 圖21示出與包括圖20中所示信號(hào)的多個(gè)信號(hào)的段相關(guān)聯(lián)的復(fù)合相關(guān)系數(shù)的示例 性曲線；
[0058] 圖22示出與心臟節(jié)律紊亂的周期長度(CL)相關(guān)聯(lián)的復(fù)合偏移的示例性曲線，該復(fù) 合偏移導(dǎo)致包括圖20中所示信號(hào)的多個(gè)信號(hào)的同時(shí)期的段;以及
[0059] 圖23為通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的說明性實(shí)施方式的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0060] 文中公開了選擇用于分析生物節(jié)律紊亂(例如心臟節(jié)律紊亂）的信號(hào)段的系統(tǒng)和 方法。在下文描述中，出于說明的目的，陳述了許多具體細(xì)節(jié)以便透徹地理解示例性實(shí)施方 式或方面。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，示例性實(shí)施方式可在不具有全部所公 開的具體細(xì)節(jié)的情況下來實(shí)踐。
[0061] 圖1示出示例性的信號(hào)處理系統(tǒng)100。該示例性系統(tǒng)100被配置成檢測來自患