ТРЕХМЕРНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ВНУТРИСЕРДЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ Российский патент 2021 года по МПК A61B5/339 A61B5/06 G06T15/00 G16H30/20 

Область техники

Настоящее изобретение относится к медицинским системам и, в частности, но не исключительно, к анализу электрической активности.

Уровень техники

Электрическая активность в определенной точке в сердце может быть измерена путем продвижения многоэлектродного катетера для измерения электрической активности в нескольких точках в камере сердца одновременно. Показатели активности сердца могут представлять и другие способы, такие как использование специального наружного жилета с электродами. Запись, полученная на основании изменяющихся во времени электрических потенциалов, измеренных с помощью одного или более электродов, называется электрограммой. Электрограммы могут быть получены в результате измерения с использованием однополярных или биполярных отведений и использованы, например, для определения возникновения электрического распространения в точке, известной как время локальной активации (LAT).

В патенте США № 5782773 описан способ трехмерного отображения электрокардиограммы для трехмерного представления множества сердечных сигналов. В этом способе трехмерная прямоугольная система координат определяется для отображения трехмерного представления сердечных сигналов. Кроме того, схема отображения амплитуды, предпочтительно таблица отображения амплитуды в цвете, определяется для назначения различных уровней квантования амплитуды для указанных отличительных цветов. Посредством средств графической обработки и отображения можно генерировать и отображать трехмерное представление сердечных сигналов. Врачи могут выбрать просмотр трехмерного графика в различных видах, включая вид в перспективе, вид в разрезе и прямоугольный вид сверху. Это позволяет врачам проводить диагностику сердечных заболеваний, наблюдая только одно или два трехмерных представления сердечных сигналов. Таким образом, врачи могут получить общее единое представление о большом количестве сердечных сигналов и таким образом облегчить диагностику патологических состояний сердца пациента.

В публикации заявки на патент США № 2011/0021936 описано устройство и способ отображения медицинских данных для системы контроля при обследовании под нагрузкой. Компьютеризованный способ и устройство для отображения данных электрических импульсов человеческого сердца для анализа включают получение данных электрических импульсов сердца, полученных во время обследования сердца под нагрузкой с использованием множества отведений электродов, приспособленных для размещения на пациенте, и расчет параметров для множества окон отображения на основании данных и обеспечение главного экрана, на котором расположены множество окон отображения. Трехмерный график цветового отображения отображается в одном из множества окон отображения, а двухмерный график цветового отображения отображается в другом из множества окон отображения. Кроме того, в одном из множества окон отображения отображается график необработанных данных отведений по меньшей мере от одного отведения.

В публикации заявки на патент США № 2012/0130232 описан объем у пациента, который может быть картирован с использованием системы, выполненной с возможностью идентификации множества местоположений и сохранения множества местоположений инструмента картирования. Инструмент для картирования может содержать один или более электродов, которые могут регистрировать напряжение, которое может быть соотнесено с трехмерным местоположением электрода во время регистрации или измерения. Таким образом, карта объема может быть определена на основании регистрации множества точек без использования других устройств визуализации. После этого имплантируемое медицинское устройство может быть перемещено относительно данных картирования.

В международной патентной публикации WO 2017/192769 описана система для локализации и способ локализации, используемые для получения и анализа сердечной информации. Система для локализации и способ локализации могут быть использованы с системами, которые выполняют картирование сердца, диагностику и лечение аномалий сердца, в качестве примеров, а также в процессе извлечения, обработки и интерпретации таких типов информации. В системе для локализации и способе локализации используют входные сигналы с высоким импедансом, улучшенную изоляцию и относительно высокие токи возбуждения для пар электродов, используемых для создания многоосной системы координат. Для улучшения локализации оси могут быть повернуты и масштабированы.

Сущность изобретения

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается медицинская система, содержащая катетер, выполненный с возможностью введения в камеру сердца живого субъекта, и содержащая электроды катетера, выполненные с возможностью контакта с тканями в соответствующих местоположениях внутри камеры сердца, дисплей, и схему обработки, выполненную с возможностью приема сигналов от катетера, и в ответ на дискретизированные значения напряжения сигналов, для сигналов в соответствующие периоды дискретизации, вычисления соответствующих изогнутых трехмерных поверхностей, описывающих электрическую активность тканей на электродах катетера в соответствующие периоды дискретизации, в ответ на (а) соответствующие положения соответствующих электродов катетера и (b) соответствующие дискретизированные значения напряжения, указывающие на электрическую активность тканей, которая регистрируется соответствующими электродами катетера в соответствующих местоположениях в соответствующие периоды дискретизации, и отображения соответствующих трехмерных поверхностей на дисплее в динамике по времени.

Кроме того, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения схема обработки выполнена с возможностью окрашивания соответствующих участков соответствующих трехмерных поверхностей в соответствии с соответствующими дискретизированными значениями напряжения.

Более того, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения соответствующие положения соответствующих электродов катетера представляют собой соответствующие проецируемые положения, проецируемые на плоскость, при этом схема обработки выполнена с возможностью вычисления соответствующих смещений перпендикулярно плоскости соответствующих проецируемых положений соответствующих электродов катетера в ответ на соответствующие дискретизированные значения напряжения в соответствующие периоды дискретизации, и схема обработки выполнена с возможностью соответствия соответствующим изогнутым трехмерным поверхностям, описывающим электрическую активность тканей на электродах катетера в соответствующие периоды дискретизации, в соответствии с соответствующими смещениями, перпендикулярными плоскости соответствующих проецируемых положений.

В дополнение к этому, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения схема обработки выполнена с возможностью окрашивания соответствующих участков соответствующих трехмерных поверхностей согласно соответствующим смещениям.

Более того, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения схема обработки выполнена с возможностью дискретизации значений напряжения сигналов в соответствующие периоды дискретизации со скоростью, превышающей десять раз в секунду, и отображения соответствующих трехмерных поверхностей на дисплее в динамике по времени, причем новая одна из трехмерных поверхностей отображается по меньшей мере каждые десятую часть секунды, в результате чего отображаемые трехмерные поверхности обеспечивают анимацию волны активации, связанной с электрической активностью тканей на электродах катетера.

Дополнительно в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения система содержит интерфейс, выполненный с возможностью приема пользовательского ввода для изменения угла обзора одной из трехмерных поверхностей, при этом схема обработки выполнена с возможностью отображения одной из трехмерных поверхностей с другим углом обзора в ответ на принятый пользовательский ввод.

Дополнительно, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения катетер содержит ствол, имеющий дистальный конец, и узел на дистальном конце, на котором расположены электроды катетера, и соответствующие положения соответствующих электродов катетера представляют собой соответствующие положения, полученные из статической компьютерной модели катетера.

Дополнительно, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения соответствующие положения соответствующих электродов катетера представляют собой соответствующие проецируемые положения, проецируемые на плоскость, перпендикулярно оси ствола.

Более того, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения катетер содержит ствол, имеющий дистальный конец, и узел на дистальном конце, на котором расположены электроды катетера, и схема обработки выполнена с возможностью вычисления соответствующих положений соответствующих электродов катетера.

Кроме того, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения соответствующие положения соответствующих электродов катетера представляют собой соответствующие проецируемые положения, проецируемые на плоскость, перпендикулярно оси ствола.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения также предлагается медицинский способ, включающий прием сигналов от катетера, который выполнен с возможностью введения в камеру сердца живого субъекта, и включающий электроды катетера, выполненные с возможностью контакта с тканями в соответствующих местоположениях внутри камеры сердца в ответ на дискретизированные значения напряжения сигналов в соответствующие периоды дискретизации, вычисления соответствующих изогнутых трехмерных поверхностей, описывающих электрическую активность тканей на электродах катетера в соответствующие периоды дискретизации, в ответ на (а) соответствующие положения соответствующих электродов катетера и (b) соответствующие дискретизированные значения напряжения, указывающие на электрическую активность тканей, которая регистрируется соответствующими электродами катетера в соответствующих местоположениях в соответствующие периоды дискретизации, и отображения соответствующих трехмерных поверхностей на дисплее в динамике по времени.

Более того, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения способ включает окрашивание соответствующих участков соответствующих трехмерных поверхностей в соответствии с соответствующими дискретизированными значениями напряжения.

Дополнительно, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения соответствующие положения соответствующих электродов катетера представляют собой соответствующие проецируемые положения, проецируемые на плоскость, при этом способ дополнительно включает вычисление соответствующих смещений перпендикулярно плоскости соответствующих проецируемых положений соответствующих электродов катетера в ответ на соответствующие дискретизированные значения напряжения в соответствующие периоды дискретизации, и приведение соответствующих изогнутых трехмерных поверхностей, описывающих электрическую активность тканей на электродах катетера в соответствующие периоды дискретизации, в соответствие с соответствующими смещениями, перпендикулярно плоскости соответствующих проецируемых положений.

Более того, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения способ включает окрашивание соответствующих участков соответствующих трехмерных поверхностей согласно соответствующим смещениям.

Дополнительно, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения способ включает дискретизацию значений напряжения сигналов в соответствующие периоды дискретизации со скоростью, превышающей десять раз в секунду, при этом отображение включает отображение соответствующих трехмерных поверхностей на дисплее в динамике по времени, причем новая одна из трехмерных поверхностей отображается по меньшей мере каждые десятую часть секунды, в результате чего отображаемые трехмерные поверхности обеспечивают анимацию волны активации, связанной с электрической активностью тканей на электродах катетера.

Дополнительно в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения способ включает пользовательский ввод для изменения угла обзора трехмерных поверхностей и отображение одной из трехмерных поверхностей с другим углом обзора в ответ на принятый пользовательский ввод.

Дополнительно, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения катетер содержит ствол, имеющий дистальный конец, и узел на дистальном конце, на котором расположены электроды катетера, и соответствующие положения соответствующих электродов катетера представляют собой соответствующие положения, полученные из статической компьютерной модели катетера.

Более того, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения соответствующие положения соответствующих электродов катетера представляют собой соответствующие проецируемые положения, проецируемые на плоскость, перпендикулярно оси ствола.

Кроме того, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения катетер содержит ствол, имеющий дистальный конец, и узел на дистальном конце, на котором расположены электроды катетера, и способ дополнительно включает вычисление соответствующих положений соответствующих электродов катетера.

Более того, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения соответствующие положения соответствующих электродов катетера представляют собой соответствующие проецируемые положения, проецируемые на плоскость, перпендикулярно оси ствола.

Также в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается программный продукт, включающий энергонезависимый машиночитаемый носитель, в котором хранятся команды программы, при этом команды при считывании центральным процессором (ЦП) заставляют ЦП принимать сигналы от катетера, который выполнен с возможностью введения в камеру сердца живого субъекта, и содержит электроды катетера, выполненные с возможностью контакта с тканями в соответствующих местоположениях внутри камеры сердца, в ответ на сигналы выполнять дискретизацию соответствующих значений напряжения сигналов в соответствующие периоды дискретизации, выполнять вычисления соответствующих изогнутых трехмерных поверхностей, описывающих электрическую активность тканей на электродах катетера в соответствующие периоды дискретизации, в ответ на (а) соответствующие положения соответствующих электродов катетера, и (b) соответствующие дискретизированные значения напряжения, указывающие на электрическую активность тканей, которая регистрируется соответствующими электродами катетера в соответствующих местоположениях в соответствующие периоды дискретизации, и отображать соответствующие трехмерные поверхности на дисплее в динамике по времени.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение станет понятным на примере следующего подробного описания в сочетании с чертежами, на которых:

Фиг. 1 - частично иллюстрированный вид, частично блок-схема системы для анализа сердца, сконструированной и функционирующей в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 2A-2B - схематический вид, иллюстрирующий проецирование положений электродов на плоскость для применения в системе, показанной на Фиг. 1;

Фиг. 3 - схематический вид внутрисердечного сигнала, дискретизированного в системе, изображенной на Фиг. 1;

Фиг. 4A-4F - схематические виды изогнутых трехмерных поверхностей, описывающих электрическую активность, отображаемых системой, изображенной на Фиг. 1; и

Фиг. 5 - блок-схема, показывающая этапы в способе работы системы, изображенной на Фиг. 1.

Описание примеров осуществления изобретения

ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ

Представление сигналов электрической активности от сложных многополюсных катетеров (например, катетера PENTARAY® от компании Biosense Webster, Inc., Ирвайн, Калифорния, США или корзинчатого катетера) или множества электродов на линейных катетерах способом, который интуитивно понятен для врача является сложной задачей вследствие геометрического распределения электродов. Представление электрической активности в двухмерном (2D) списке, например, отображение нескольких внутрисердечных электрограмм (IEGM), не отражает геометрию катетера.

В вариантах осуществления изобретения настоящего изобретения указанные выше проблемы решаются путем обеспечения трехмерного (3D) представления, включающего соответствующие изогнутые трехмерные поверхности, которые описывают электрическую активность тканей на электродах катетера в соответствующие периоды дискретизации.

Внутрисердечные (IC) сигналы, которые принимаются от электродов катетера, собираются и дискретизируются в разные периоды дискретизации. Электрическая активность электродов катетера в один из периодов дискретизации представлена на трехмерном изображении в виде изогнутой трехмерной поверхности. Трехмерное представление может быть задано тремя осями (x, y и z) или любой другой подходящей системой координат. Оси x и y обозначают двухмерное положение электродов катетера (например, путем проецирования положения электрода на плоскость, определяемую осями x и y). Ось z указывает напряжение электрической активности, захваченной электродами в дискретное время. Изогнутая трехмерная поверхность вычисляется путем приведения в соответствие трехмерной поверхности с точками данных, определяемым координатами x-y положения электродов катетера и соответствующими z-координатами дискретизированного напряжения. Приведение в соответствие трехмерной поверхности может быть выполнено путем интерполяции (и необязательно экстраполяции) между упомянутыми выше точками данных. Участки трехмерной поверхности могут быть необязательно окрашены в соответствии с уровнем напряжения, связанным с участками.

Трехмерное представление может быть статическим (например, для одного периода дискретизации) или может быть динамическим (например, видео), показывающим, как электрическая активность перемещается в виде волны активации на электродах катетера, обеспечивая врачу полезный диагностический инструмент.

В описанных выше вариантах осуществления изобретения может быть использован любой подходящий катетер, например, многополюсные катетеры (например, катетеры PENTARAY® от компании Biosense Webster, Inc., Ирвайн, Калифорния, США или корзинчатые катетеры) или другие многоэлектродные катетеры (например, баллонный катетер или катетер типа лассо).

Катетер вводят внутрь камеры сердца живого субъекта. Катетер может содержать ствол, имеющий дистальный конец, и узел на дистальном конце, на котором расположены электроды катетера. Электроды катетера контактируют с тканями в соответствующих местоположениях внутри камеры сердца. Схема обработки принимает сигналы от катетера и в ответ на сигналы дискретизирует значения напряжения сигналов в соответствующее периоды дискретизации.

В некоторых вариантах осуществления изобретения схема обработки вычисляет соответствующие положения соответствующих электродов катетера, например, в ответ на сигнал(ы), принимаемый от позиционного датчика (такого как датчик положения или датчики катетера, или снаружи размещенный датчик(и)).

В других вариантах осуществления изобретения положения соответствующих электродов катетера, используемые в описанных ниже вычислениях, получены на основе статической компьютерной модели катетера. Например, если используемый катетер представляет собой многополюсный катетер с отклоняемыми полюсами, положения, используемые в описанных ниже вычислениях, могут быть основаны на положениях отклоняемых полюсов в неотклоненном положении, даже если полюсы фактически отклонены в соответствующие периоды дискретизации.

Независимо от того, вычисляются ли положения по принимаемому сигналу(ам) или получены из статической компьютерной модели, или из любого другого подходящего источника, положения электродов катетера, как правило, представляют собой проекционные положения, проецируемые на плоскость (например, оси x-y, описанные выше). В некоторых вариантах осуществления изобретения плоскость является перпендикулярной оси ствола катетера.

Схема обработки вычисляет соответствующие изогнутые трехмерные поверхности, описывающие электрическую активность тканей на электродах катетера в соответствующие периоды дискретизации. Следует отметить, что любая из трехмерных поверхностей описывает электрическую активность для соответствующего одного из периодов дискретизации, а не множества периодов дискретизации. Дискретизированные значения напряжения различных периодов дискретизации приводят к получению различных трехмерных поверхностей. Трехмерные поверхности вычисляют согласно: (a) соответствующим положениям (например, двухмерным координатам положения) соответствующих электродов катетера; и (b) соответствующим дискретизированным значениям напряжения, указывающим на электрическую активность тканей, которая регистрируется соответствующими электродами катетера в соответствующих местоположениях (на тканях) в соответствующее периоды дискретизации. Например, одну трехмерную поверхность рассчитывают согласно: (a) соответствующим положениям (например, двухмерным координатам положения) соответствующих электродов катетера; и (b) соответствующим дискретизированным значениям напряжения, дискретизированным в один из соответствующих периодов дискретизации.

В некоторых вариантах осуществления изобретения схема обработки окрашивает соответствующие участки соответствующих трехмерных поверхностей в соответствии с соответствующими дискретизированными значениями напряжения.

В некоторых вариантах осуществления изобретения схема обработки вычисляет соответствующие смещения перпендикулярно плоскости (например, вдоль оси z от осей x-y) от соответствующих проецируемых положений соответствующих электродов катетера согласно соответствующим дискретизированным значениям напряжения в соответствующее периоды дискретизации. Каждое смещение обеспечивает координату оси z при использовании декартовой системы координат. Например, смещение z_n рассчитывают в соответствии с дискретизированным напряжением, дискретизированным в момент времени t1, сигнала, зарегистрированного с помощью электрода номера n катетера. Электрод номера n имеет координаты положения x_n, y_n на плоскости, определяемой осями x-y. Таким образом, точка данных электрода номера n в трехмерном представлении для времени t1 имеет координаты x_n, y_n, z_n. Схема обработки приводит в соответствие соответствующие изогнутые трехмерные поверхности, описывающие электрическую активность тканей на электродах катетера в соответствующее периоды дискретизации, согласно соответствующим рассчитанным смещениям, перпендикулярным плоскости, от соответствующих проецируемых положений, например, в соответствие с точками данных, представляющими электрическую активность от каждого из электродов в системе координат. В некоторых вариантах осуществления изобретения схема обработки окрашивает соответствующие участки соответствующих трехмерных поверхностей в соответствии с соответствующими смещениями.

Схема обработки выполнена с возможностью отображения на дисплее соответствующих трехмерных поверхностей в динамике по времени. В некоторых вариантах осуществления изобретения схема обработки отображает соответствующие трехмерные поверхности на дисплее в динамике по времени, при этом новая одна из трехмерных поверхностей отображается достаточно часто (например, по меньшей мере каждые две десятые секунды), в результате чего отображаемые трехмерные поверхности обеспечивают анимацию волны активации, связанной с электрической активностью тканей на электродах катетера.

Пользовательский интерфейс может принимать пользовательский ввод для изменения угла обзора трехмерных поверхностей, который затем может быть отображен с другим углом обзора в ответ на принятый пользовательский ввод.

ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ

Обратимся теперь к графическим материалам, прежде всего к Фиг. 1, на которой представлены частично иллюстрированный вид, частично блок-схема системы 10 для анализа сердца, сконструированной и функционирующей в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Обратимся теперь к графическим материалам, сначала к Фиг. 1, на которой представлено графическое изображение системы 10 для анализа сердца, сконструированной и функционирующей в соответствии с описанным вариантом осуществления изобретения, для вычисления и оценки электрической активности, и при необходимости выполнения процедур абляции на сердце 12 живого субъекта. Система содержит катетер 14, такой как катетер, который хирург 16 вводит чрескожно через сердечно-сосудистую систему пациента в камеру или сосудистую структуру сердца 12. Хирург 16, который, как правило, является врачом, приводит дистальный наконечник 18 катетера 14 в контакт со стенкой сердца, например, на намеченном участке абляции или для захвата электрических потенциалов в динамике по времени во множестве мест выборки на поверхности одной или более камер сердца 12. Карты электрической активации могут быть получены в соответствии со способами, описанными в патентах США № 6226542, 6301496 и 6892091. Один коммерческий продукт, воплощающий в себе элементы системы 10, доступен в продаже в виде системы CARTO® 3, поставляемой компанией Biosense Webster, Inc. Специалисты в данной области могут модифицировать эту систему для реализации принципов изобретения, описанных в настоящем документе.

Области, определенные в качестве аномальных, например, путем оценки карт электрической активации, могут быть подвержены абляции путем приложения тепловой энергии, например, путем прохождения радиочастотного электрического тока, подаваемого по проводам в катетере к одному или более электродам на дистальном наконечнике 18, которые обеспечивают доставку радиочастотной энергии к миокарду. Энергия поглощается в ткани, нагревая ее до температуры (как правило, около 50°C), при которой она навсегда теряет электрическую возбудимость. При успешном выполнении этой процедуры в сердечной ткани создаются непроводящие повреждения, которые разрушают аномальный электрический путь, вызывающий аритмию. Принципы изобретения можно применять к различным камерам сердца для диагностики и лечения множества различных видов сердечной аритмии.

Катетер 14, как правило, содержит рукоятку 20, имеющую приемлемые устройства управления, которые позволяют хирургу 16 управлять дистальным наконечником 18 катетера 14, позиционировать и ориентировать его желательным для абляции образом. Для облегчения работы хирурга 16 дистальная часть катетера 14 содержит датчики положения (не показаны), которые подают сигналы схеме 22 обработки, размещенной в пульте 24 управления. Схема 22 обработки может выполнять несколько функций по обработке данных, как описано ниже.

Энергия абляции и электрические сигналы могут быть переданы к сердцу 12 и от него через электроды 32 катетера, расположенные на дистальном наконечнике 18 или вблизи от него, посредством кабеля 34 к пульту 24 управления. Таким образом, электроды 32 выполнены с возможностью контакта с тканями в соответствующих местоположениях камеры сердца 12 и захвата электрических потенциалов в динамике по времени в соответствующих местоположениях. Дополнительно или альтернативно другие электроды могут быть выполнены с возможностью захвата электрических потенциалов в динамике по времени во множестве мест выборки на поверхности одной или более камер сердца 12. Сигналы электростимуляции и другие сигналы управления могут быть переданы от пульта 24 управления по кабелю 34 и электродам 32 к сердцу 12. Катетер 14 может быть выполнен без возможности выполнения абляции, в качестве только диагностического устройства, имеющего электроды, выполненные с возможностью захвата электрических потенциалов в динамике по времени во множестве мест выборки на поверхности одной или более камер сердца 12.

Проводные соединения 35 связывают пульт 24 управления с электродами 30 на поверхности тела и другими компонентами подсистемы позиционирования для измерения координат местонахождения и ориентации катетера 14. Схема 22 обработки или другой процессор (не показан) может представлять собой элемент подсистемы позиционирования. Электроды 32 и электроды 30 на поверхности тела могут быть применены для измерения импеданса тканей в области абляции, как указано в патенте США № 7536218. Датчик для биоэлектрической информации, например, температурный датчик (не показан), как правило, термопара или терморезистор, может быть установлен на каждом из электродов 32 или поблизости.

Пульт 24 управления, как правило, содержит один или более генераторов 25 энергии для абляции. Катетер 14 может быть выполнен с возможностью подведения абляционной энергии к сердцу с использованием любой известной методики абляции, например, радиочастотной энергии, ультразвуковой энергии и световой энергии, формируемой лазером. Такие способы описаны в патентах США № 6814733, 6997924 и 7156816.

В одном варианте осуществления изобретения подсистема позиционирования содержит конструкцию для магнитного отслеживания положения, которая определяет положение и ориентацию катетера 14 путем возбуждения магнитных полей в заданном рабочем объеме и измерения этих полей на катетере 14 с использованием генерирующих поле катушек 28. Подсистема позиционирования описана в патентах США № 7756576 и 7536218.

Как указано выше, катетер 14 соединен с пультом 24 управления, который позволяет оператору 16 наблюдать за функциями катетера 14 и регулировать их. Схема 22 обработки может быть реализована в виде компьютера с соответствующими цепями обработки сигналов. Схема 22 обработки соединена для управления с дисплеем 29, включающим экран 37 дисплея. Схемы обработки сигналов, как правило, могут принимать, усиливать, фильтровать и оцифровывать сигналы от катетера 14, включая сигналы, генерируемые датчиками, такими как электрические, температурные датчики и датчики контактного усилия, и множеством индикаторных электродов местоположения (не показаны), размещенных дистально в катетере 14. Пульт 24 управления и подсистема позиционирования принимают и используют оцифрованные сигналы для вычисления положения и ориентации катетера 14 и анализа электрических сигналов от электродов.

Чтобы генерировать электроанатомические карты, схема 22 обработки, как правило, содержит генератор электроанатомических карт, программу регистрации изображения, программу анализа изображения или данных и графический пользовательский интерфейс, выполненный с возможностью представления графической информации на дисплее 29.

На практике некоторые или все из этих функций схемы 22 обработки могут быть объединены в один физический компонент или в альтернативном варианте осуществления изобретения могут быть реализованы с использованием множества физических компонентов. Эти физические компоненты могут содержать аппаратно реализованные или программируемые устройства или их комбинацию. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере некоторые функции схемы обработки может выполнять программируемый процессор под управлением приемлемого программного обеспечения. Данное программное обеспечение можно загружать в устройство в электронной форме, например, через сеть. В альтернативном или дополнительном варианте осуществления программное обеспечение может храниться на материальных энергонезависимых машиночитаемых носителях данных, таких как оптическое, магнитное или электронное запоминающее устройство.

Пульт 24 управления может также содержать интерфейс 39 для приема входных команд от хирурга 16 через любое приемлемое пользовательское устройство ввода, например, без ограничений, указывающее устройство (такое как мышь или стилус), клавиатуру и/или сенсорный экран, реализованный на экране 37 дисплея.

Как правило, система 10 содержит другие элементы, которые для простоты не показаны на фигурах. Например, система 10 может содержать монитор электрокардиограмм (ЭКГ), соединенный для приема сигналов от электродов 30 на поверхности тела, чтобы подавать синхронизирующий сигнал ЭКГ на пульт 24 управления. Как указано выше, система 10, как правило, также содержит эталонный датчик положения либо на расположенной снаружи эталонной накладке, прикрепленной к наружной части тела субъекта, либо на размещенном внутри катетере, который вводят в сердце 12 и поддерживают в фиксированном положении относительно сердца 12. Предусмотрены традиционные насосы и линии для циркуляции жидкостей через катетер 14 для охлаждения области абляции. Система 10 может принимать данные изображения от внешнего устройства визуализации, например, установки МРТ или т.п., и содержит устройства обработки изображений, которые могут быть встроены в схему 22 обработки или могут быть запущены ей для создания и отображения изображений.

Обратимся теперь к Фиг. 2A-B, на которых представлен схематический вид, иллюстрирующий проецирование положений электродов 32 на плоскость 40 для применения в системе 10, показанной на Фиг. 1. Катетер 14, показанный на Фиг. 2A, содержит ствол 44, имеющий дистальный конец 62, и узел на дистальном конце 64, который содержит множество полюсов с расположенными на них электродами 32. Может быть использован любой подходящий узел на дистальном конце, например, но не ограничиваясь этим, узел на дистальном конце в виде корзины, узел на дистальном конце в виде баллона или же узел на дистальном конце типа лассо.

На Фиг. 2A показано проецирование электродов 32-1 и 32-2 в положения 42-1, 42-2, соответственно, на плоскость 40, путем проецирования в направлении, которое перпендикулярно плоскости 40 и параллельно оси 45 ствола 44 катетера 14. Электроды 32 могут проецироваться в любом подходящем направлении на плоскость 40. На Фиг. 2B показаны проецируемые положения 42 (только некоторые из которых помечены для простоты) всех электродов 32 катетера 14. Положение 42-1 электродов 32-1 имеет координаты x1, y1 в плоскости 40, которая определяется как лежащая на осях x и y.

Обратимся теперь к Фиг. 3, на которой представлено схематическое изображение внутрисердечного (IC) сигнала 46, дискретизированного в системе 20, показанной на Фиг. 1. Соответствующие сигналы IC 46 принимаются от соответствующих электродов 32 (Фиг. 1). На Фиг. 3 показан пример сигнала 46, принятого от электрода 32-1 (Фиг. 2A). На Фиг. 3 показан сигнал 46, дискретизированный при 1200 миллисекунд, что соответствует напряжению около -0,1 милливольт. Аналогичным образом, в этом примере сигналы, полученные от других электродов 32, также дискретизируются через 1200 миллисекунд для нахождения напряжения для других электродов 32.

Обратимся теперь к Фиг. 4A, на которой представлен схематический вид изогнутой трехмерной поверхности 48, описывающей электрическую активность, отражаемую системой 10, изображенной на Фиг. 1. На Фиг. 4A показаны некоторые положения 42 электродов 32 (Фиг. 2A), спроецированные на плоскость 40, которая расположена на осях 58 x-y. Например, на плоскости 40 показано положение 42-1 электрода 32-1 (Фиг. 2A). Дискретизированное значение напряжения электрода 32-1 в момент времени 1200 миллисекунд составляет -0,1 милливольт, как показано на Фиг. 3. Точка данных 50-1 трехмерной поверхности 48 получена из положения 42-1 и связанного с ним дискретного напряжения -0,1 вольт. Смещение 52-1 точки данных 50-1 от плоскости 40 в направлении, перпендикулярном плоскости 40 (например, вдоль оси 60 z), вычисляют на основании дискретизированного значения напряжения электрода 32-1 в момент времени 1200 миллисекунд. Аналогичным образом, соответствующие точки 50 данных (только некоторые из которых показаны для простоты) вычисляют на основании соответствующих проецируемых положений 42 и рассчитанных соответствующих смещений 52. Трехмерную поверхность 48 приводят в соответствие с точками данных 50 с использованием любого подходящего способа для приведения в соответствие поверхности, который может включать интерполяцию и необязательно экстраполяцию на основе точек данных 50. На Фиг. 4A показаны оси 58 x-y и ось 60 z, отмеченные подходящими единицами смещения и напряжения соответственно.

Участки 54 трехмерной поверхности 48 были окрашены различными цветами в соответствии со значениями напряжения, связанными с участками 54. Например, участок 54-1 может быть красным, а участок 54-2 может быть желтым. На Фиг. 4A представлены условные обозначения 56, которые обеспечивают сопоставление между значениями цвета и напряжения.

Обратимся теперь к Фиг. 4B-F, на которых представлены схематические виды изогнутых трехмерных поверхностей 48, описывающих электрическую активность, отражаемую системой 10, показанной на Фиг. 1. Трехмерная поверхность 48, показанная на Фиг. 4B, представляет электрическую активность на электродах 32 (Фиг. 2A) в другой период дискретизации, например, в период дискретизации 1250 миллисекунд. На Фиг. 4C показана верхняя часть одной из трехмерных поверхностей 48. На Фиг. 4D показана одна из трехмерных поверхностей 48, непосредственно сверху, так что ось z даже не видна. На Фиг. 4E и 4F представлены дополнительные примеры трехмерных поверхностей 48.

Обратимся теперь к Фиг. 5, представляющей блок-схему 70, на которой изображены этапы способа работы системы 10, показанной на Фиг. 1.

Катетер вводят (блок 72) в камеру сердца 12 (Фиг. 1) живого субъекта. Соответствующие электроды 32 катетера (Фиг. 2A) контактируют с тканями в соответствующих местоположениях внутри камеры сердца 12. Некоторые электроды 32 катетера могут находиться в контакте с тканями, тогда как другие электроды 32 не контактируют с тканями. В некоторых случаях все электроды 32 могут контактировать с тканями.

Схема 22 обработки (Фиг. 1) выполнена с возможностью приема (блок 74) сигналов 46 (Фиг. 3) от катетера 14 (Фиг. 1) и в ответ на сигналы 46, дискретизации (блок 76) значений напряжения сигналов 46 в соответствующее периоды дискретизации, вычисления соответствующих изогнутых трехмерных поверхностей 48 (Фиг. 4A-F) и отображения трехмерных поверхностей 48 на дисплее 29. Эти этапы более подробно описаны ниже.

Сигнал 46 от каждого электрода 32, как правило, является дискретизированным в каждом из соответствующих периодов дискретизации. В некоторых вариантах осуществления изобретения схема обработки выполнена с возможностью дискретизации значений напряжения сигналов 46 в соответствующее периоды дискретизации со скоростью, превышающей десять раз в секунду. В других вариантах осуществления изобретения частота дискретизации является меньшей или равной десяти раз в секунду.

В некоторых вариантах осуществления изобретения схема 22 обработки выполнена с возможностью вычисления (блок 78) соответствующих положений 42 (Фиг. 2A-B) соответствующих электродов 32 катетера, например, в ответ на по меньшей мере один сигнал, полученный от позиционного датчика (не показан), который может представлять собой часть катетера и/или часть внешнего устройства, такого как накладка для тела или внешний датчик положения. В других вариантах осуществления изобретения соответствующие положения 42 соответствующих электродов 32 катетера, используемые в описанных ниже вычислениях, представляют собой соответствующие положения 42, полученные на основе статической компьютерной модели катетера 14.

Соответствующие положения 42 соответствующих электродов 32 катетера могут представлять собой соответствующие проецируемые положения 42, проецируемые на плоскость 40 (Фиг. 2A-B). В некоторых вариантах осуществления изобретения соответствующие положения 42 соответствующих электродов 32 катетера представляют собой соответствующие проецируемые положения 42, проецируемые на плоскость 40, которая перпендикулярна оси 45 ствола 44 (Фиг. 2A-B).

Схема 22 обработки выполнена с возможностью вычисления (блок 80) соответствующих изогнутых трехмерных поверхностей 48 (Фиг. 4A-F), описывающих электрическую активность ткани на электродах 32 катетера в соответствующие периоды дискретизации. Следует отметить, что любая из трехмерных поверхностей 48 описывает электрическую активность в течение одного из периодов дискретизации, а не множества периодов дискретизации. Дискретизированные значения напряжения различных периодов дискретизации приводят к получению различных трехмерных поверхностей 48. Трехмерные поверхности 48 вычисляют согласно: (a) соответствующим положениям 42 (например, представленным двухмерными координатами) соответствующих электродов 32 катетера; и (b) соответствующим дискретизированным значениям напряжения, указывающим на электрическую активность тканей, которая регистрируется соответствующими электродами 32 катетера в соответствующих местоположениях (на тканях) в соответствующее периоды дискретизации.

В некоторых вариантах осуществления изобретения схема 22 обработки выполнена с возможностью вычисления (блок 82) соответствующих смещений 52 (Фиг. 4A), перпендикулярно плоскости 40 (Фиг. 4A), от соответствующих проецируемых положений 42 соответствующих электродов 32 катетера согласно соответствующим дискретизированным значениям напряжения в соответствующие периоды дискретизации. Смещение 52 (в оси 60 z (Фиг. 4A)) от положений 42 (в осях 58 x-y (Фиг. 4A)) определяет точки данных 50 (Фиг. 4A), имеющие координаты x, y, z. Схема 22 обработки выполнена с возможностью приведения в соответствие (блок 84) соответствующих изогнутых трехмерных поверхностей 48, описывающих электрическую активность тканей на электродах 32 катетера в соответствующие периоды дискретизации, согласно соответствующим смещениям 52 перпендикулярно плоскости 40 от соответствующих проецируемых положений 42. Другими словами, схема 22 обработки выполнена с возможностью приведения в соответствие соответствующих изогнутых трехмерных поверхностей 48, описывающих электрическую активность ткани на электродах 32 катетера в соответствующие периоды дискретизации, согласно соответствующим точкам 50 данных (например, имеющим координаты x, y, z). Например, для одной трехмерной поверхности 48 схема 22 обработки выполнена с возможностью вычисления соответствующих смещений 52 (Фиг. 4A), перпендикулярно плоскости 40 (Фиг. 4A), от соответствующих проецируемых положений 42 соответствующих электродов 32 катетера согласно соответствующим дискретизированным значениям напряжения в один период дискретизации с получением соответствующих точек 50 данных, и приведения данной изогнутой трехмерной поверхности 48, описывающей электрическую активность тканей на электродах 32 катетера в этот период дискретизации, в соответствие с соответствующими смещениями 52 (то есть точками 50 данных).

Схема 22 обработки выполнена с возможностью отображения (блок 86) соответствующих трехмерных поверхностей 48 на дисплее 29 (Фиг. 1) в динамике по времени. В некоторых вариантах осуществления изобретения схема 22 обработки выполнена с возможностью отображения соответствующих трехмерных поверхностей 48 на дисплее 29 в динамике по времени, причем новая одна из трехмерных поверхностей 48 (например, соответствующая следующему периоду дискретизации) отображается по меньшей мере каждые десятую часть секунды, в результате чего отображаемые трехмерные поверхности 48 обеспечивают анимацию волны активации, связанной с электрической активностью тканей на электродах 32 катетера. В некоторых вариантах осуществления изобретения схема 22 обработки выполнена с возможностью отображения соответствующих трехмерных поверхностей 48 на дисплее 29 в динамике по времени, причем новая одна из трехмерных поверхностей 48 отображается со скоростью меньшей, чем каждая десятая часть секунды.

В некоторых вариантах осуществления изобретения схема обработки выполнена с возможностью окрашивания (блок 88) соответствующих участков 54 (Фиг. 4A) соответствующих трехмерных поверхностей 48 согласно соответствующим дискретизированным значениям напряжения или соответствующим смещениям 52 (Фиг. 4A).

Интерфейс 39 (Фиг. 1) выполнен с возможностью приема (блок 90) пользовательского ввода для изменения угла обзора одной из трехмерных поверхностей 48. Схема 22 обработки выполнена с возможностью отображения (блок 92) одной из трехмерных поверхностей 48 с другим углом обзора в ответ на принятый пользовательский ввод.

В настоящем документе термины «около» или «приблизительно» в отношении любых числовых значений или диапазонов указывают на приемлемый допуск на размер, который позволяет детали или совокупности компонентов выполнять функцию, предусмотренную для них в настоящем документе. Более конкретно, термин «около» или «приблизительно» может означать диапазон значений ±20% от представленного значения, например, фраза «около 90%» может означать диапазон значений от 71% до 99%.

Различные признаки настоящего изобретения, которые для ясности описаны в контекстах разных примеров осуществления, также могут быть обеспечены в комбинации в одном варианте осуществления. С другой стороны, различные характеристики настоящего изобретения, которые для краткости описаны в тексте единственного варианта осуществления настоящего изобретения, могут также быть представлены отдельно или в любой приемлемой подкомбинации.

Описанные выше варианты осуществления приведены лишь в качестве примера, и настоящее изобретение не ограничено вариантами, показанными и подробно описанными выше в настоящем документе. Напротив, объем настоящего изобретения включает в себя как комбинации, так и подкомбинации различных элементов, описанных выше в настоящем документе, а также их варианты и модификации, которые могут быть доступны специалистам в данной области после прочтения приведенного выше описания и которые не были описаны на предшествующем уровне техники.

Группа изобретений относится к медицине, а именно к медицинскому способу трехмерного представления электрической внутрисердечной активности и системе для его реализации. При этом осуществляют прием сигналов от катетера, который выполнен с возможностью введения в камеру сердца живого субъекта и содержит электроды для контакта с тканями в местоположениях внутри камеры сердца. Осуществляют дискретизацию значений напряжения сигналов. Вычисляют изогнутые трехмерные поверхности, описывающие электрическую активность ткани на электродах в периоды дискретизации в ответ на положения электродов и дискретизированные значения напряжения. Положения электродов представляют собой положения, проецируемые на плоскость. Вычисляют смещения перпендикулярно плоскости от проецируемых положений электродов. Приводят в соответствие изогнутые трехмерные поверхности в ответ на смещения перпендикулярно плоскости от проецируемых положений. Отображают трехмерные поверхности на дисплее в динамике по времени. Обеспечивается трехмерное представление сигналов электрической внутрисердечной активности от сложных многополюсных катетеров или множества электродов на линейных катетерах интуитивно понятным для врача способом так, чтобы обеспечить анимацию волны активации, связанной с электрической активностью тканей на электродах катетера в режиме реального времени. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Медицинская система для трехмерного представления электрической внутрисердечной активности, содержащая:

катетер, выполненный с возможностью введения внутрь камеры сердца живого субъекта и содержащий электроды катетера, выполненные с возможностью контакта с тканями в местоположениях внутри камеры сердца;

дисплей и

схему обработки, выполненную с возможностью приема сигналов от катетера и в ответ на сигналы:

- дискретизации значений напряжения сигналов в периоды дискретизации;

- вычисления изогнутых трехмерных поверхностей, описывающих электрическую активность ткани на электродах катетера в периоды дискретизации в ответ на: (a) положения электродов катетера и (b) дискретизированные значения напряжения, указывающие на электрическую активность тканей, которая регистрируется электродами катетера в местоположениях в периоды дискретизации; причем положения электродов катетера представляют собой проецируемые положения, проецируемые на плоскость; причем

схема обработки выполнена с возможностью вычисления смещений перпендикулярно плоскости от проецируемых положений электродов катетера в ответ на дискретизированные значения напряжения в периоды дискретизации и

схема обработки выполнена с возможностью приведения в соответствие изогнутых трехмерных поверхностей, описывающих электрическую активность тканей на электродах катетера в периоды дискретизации, в ответ на смещения перпендикулярно плоскости от проецируемых положений; и

- отображения трехмерных поверхностей на дисплее в динамике по времени.

2. Система по п. 1, в которой схема обработки выполнена с возможностью окрашивания участков трехмерных поверхностей согласно дискретизированным значениям напряжения.

3. Система по п. 1, в которой схема обработки выполнена с возможностью окрашивания участков трехмерных поверхностей согласно смещениям.

4. Система по п. 1, в которой схема обработки выполнена с возможностью:

дискретизации значений напряжения сигналов в периоды дискретизации со скоростью, превышающей десять раз в секунду; и

отображения трехмерных поверхностей на дисплее в динамике по времени, при этом новая одна из трехмерных поверхностей отображается по меньшей мере каждую десятую часть секунды, в результате чего отображаемые трехмерные поверхности обеспечивают анимацию волны активации, связанной с электрической активностью ткани на электродах катетера.

5. Система по п. 1, дополнительно содержащая интерфейс, выполненный с возможностью приема пользовательского ввода для изменения угла обзора одной из трехмерных поверхностей, причем схема обработки выполнена с возможностью отображения одной из трехмерных поверхностей с другим углом обзора в ответ на принятый пользовательский ввод.

6. Система по п. 1, в которой:

катетер содержит: ствол, имеющий дистальный конец; и узел на дистальном конце, на котором расположены электроды катетера; и

положения электродов катетера представляют собой положения, полученные на основе статической компьютерной модели катетера.

7. Система по п. 6, в которой положения электродов катетера представляют собой проецируемые положения, проецируемые на плоскость перпендикулярно оси ствола.

8. Система по п. 1, в которой:

катетер содержит: ствол, имеющий дистальный конец; и узел на дистальном конце, на котором расположены электроды катетера; и

схема обработки выполнена с возможностью вычисления положений электродов катетера.

9. Система по п. 8, в которой положения электродов катетера представляют собой проецируемые положения, проецируемые на плоскость перпендикулярно оси ствола.

10. Медицинский способ трехмерного представления электрической внутрисердечной активности, включающий:

прием сигналов от катетера, который выполнен с возможностью введения в камеру сердца живого субъекта и содержит электроды катетера, выполненные с возможностью контакта с тканями в местоположениях внутри камеры сердца;

в ответ на указанные сигналы дискретизирование значений напряжения сигналов в периоды дискретизации;

вычисление изогнутых трехмерных поверхностей, описывающих электрическую активность ткани на электродах катетера в периоды дискретизации в ответ на: (a) положения электродов катетера и (b) дискретизированные значения напряжения, указывающие на электрическую активность тканей, которая регистрируется электродами катетера в местоположениях в периоды дискретизации; причем положения электродов катетера представляют собой проецируемые положения, проецируемые на плоскость, при этом способ дополнительно включает:

вычисление смещений перпендикулярно плоскости от проецируемых положений электродов катетера в ответ на дискретизированные значения напряжения в периоды дискретизации; и

приведение в соответствие изогнутых трехмерных поверхностей, описывающих электрическую активность тканей на электродах катетера в периоды дискретизации, в ответ на смещения перпендикулярно плоскости от проецируемых положений и

отображение трехмерных поверхностей на дисплее в динамике по времени.

11. Способ по п. 10, дополнительно включающий окрашивание участков трехмерных поверхностей в соответствии с дискретизированными значениями напряжения.

12. Способ по п. 10, дополнительно включающий окрашивание участков трехмерных поверхностей согласно смещениям.

13. Способ по п. 10, дополнительно включающий дискретизацию значений напряжения сигналов в периоды дискретизации со скоростью, превышающей десять раз в секунду, при этом отображение включает отображение трехмерных поверхностей на дисплее в динамике по времени, причем новая одна из трехмерных поверхностей отображается по меньшей мере каждую десятую часть секунды, в результате чего отображаемые трехмерные поверхности обеспечивают анимацию волны активации, связанной с электрической активностью тканей на электродах катетера.

14. Способ по п. 10, дополнительно включающий:

прием пользовательского ввода для изменения угла обзора одной из трехмерных поверхностей и

отображение трехмерных поверхностей с различным углом обзора в ответ на принятый пользовательский ввод.

15. Способ по п. 10, при котором:

катетер содержит: ствол, имеющий дистальный конец; и узел на дистальном конце, на котором расположены электроды катетера; и

положения электродов катетера представляют собой положения, полученные на основе статической компьютерной модели катетера.

16. Способ по п. 15, при котором положения электродов катетера представляют собой проецируемые положения, проецируемые на плоскость перпендикулярно оси ствола.

17. Способ по п. 10, при котором катетер содержит: ствол, имеющий дистальный конец; и узел на дистальном конце, на котором расположены электроды катетера, причем способ дополнительно включает вычисление положений электродов катетера.

18. Способ по п. 17, при котором положения электродов катетера представляют собой проецируемые положения, проецируемые на плоскость перпендикулярно оси ствола.

19. Постоянный машиночитаемый носитель, в котором хранятся команды программы, причем команды при считывании центральным процессором (ЦП) обеспечивают выполнение с помощью ЦП:

приема сигналов от катетера, который выполнен с возможностью введения в камеру сердца живого субъекта и содержит электроды катетера, выполненные с возможностью контакта с тканями в местоположениях внутри камеры сердца;

в ответ на указанные сигналы дискретизирования значений напряжения сигналов в периоды дискретизации;

вычисления изогнутых трехмерных поверхностей, описывающих электрическую активность ткани на электродах катетера в периоды дискретизации в ответ на: (a) положения электродов катетера и (b) дискретизированные значения напряжения, указывающие на электрическую активность тканей, которая регистрируется электродами катетера в местоположениях в периоды дискретизации; причем положения электродов катетера представляют собой проецируемые положения, проецируемые на плоскость, при этом способ дополнительно включает:

вычисление смещений перпендикулярно плоскости от проецируемых положений электродов катетера в ответ на дискретизированные значения напряжения в периоды дискретизации; и

приведение в соответствие изогнутых трехмерных поверхностей, описывающих электрическую активность тканей на электродах катетера в периоды дискретизации, согласно смещениям перпендикулярно плоскости от проецируемых положений; и

отображение трехмерных поверхностей на дисплее в динамике по времени.