使用动画可视化心脏定时信息的系统、方法和设备与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年1月7日提交的美国临时申请no.62/100,710的权益，其通过引用并入本文，如同在本文完全阐述一样。

背景技术：

本公开总地涉及电生理可视化和标测。更具体地，本公开涉及用于生成用于在模型的表面上可视化心脏定时信息的动画电生理标测图的系统、方法和设备。

诸如心脏电生理标测的解剖标测用于许多诊断和治疗程序。在某些程序中，例如，通过从诊断导管获得的电描记图信号检测与去极化波相关联的各个成分，并且用于生成标测图，诸如局部激活时间(“lat”)标测图、峰峰(“pp”)电压标测图或复杂碎裂电描记图(“cfe”)标测图。通常，这种标测图是利用颜色和/或阴影表示诸如激活时间、电压和碎裂程度等参数的静态标测图。

在一些情况下，当心脏激活波前穿过心脏时，可能难以了解心脏激活波前的方向性。然而，准确地辨别与某些心律失常相关联的模式，该信息的准确了解往往很重要。在一些情况下，这种信息可能有助于检测更复杂的节律，其以其它方式难以从更传统的静态标测图中辨别出来。

技术实现要素：

本文公开了一种生成动画电生理标测图的方法，包括以下步骤：接收多个数据点，每个数据点包括测量的电生理信息、位置信息和定时信息；使用多个数据点的电生理信息和位置信息生成电生理标测图；以及使用多个数据点的电生理信息、位置信息和定时信息将多个定时标记的动画叠加在电生理标测图上。

根据本公开的方面，将多个定时标记的动画叠加在电生理标测图上的步骤包括生成一系列帧，所述一系列帧中的每个帧包括：在一个时间点处的电生理标测图的静态图像；以及叠加在电生理标测图的静态图像上的一个或多个定时标记，该一个或多个定时标记对应于在该时间点处的激活波前。帧可以以时间序列显示。

可以设想，一个或多个定时标记中的定时标记的可见性(诸如不透明度)与在时间点的电生理标测图上的激活波前的位置和电生理标测图上的定时标记的位置之间的距离相关。例如，定时标记越接近激活波前的位置，则定时标记就可越可见(例如越不透明)。

根据本公开的其它方面，将多个定时标记的动画叠加在电生理标测图上的步骤包括描绘随时间横跨电生理标测图移动的激活波前。

在本公开的另外的方面，将多个定时标记的动画叠加在电生理标测图上的步骤包括：将第一定时标记的可见性从最小可见性增加到最大可见性；将第一定时标记的可见性从最大可见性降低到最小可见性；将第二定时标记的可见性从最小可见性增加到最大可见性；以及将第二定时标记的可见性从最大可见性降低到最小可见性。可选地，降低第一定时标记的可见性和增加第二定时标记的可见性的步骤可以同时发生(例如，当第二定时标记淡入时，第一定时标记可以淡出)。实际上，第一时间段可以比第二时间段更短，增加第一定时标记的可见性的步骤和增加第二定时标记的可见性的步骤中的至少一个在该第一时间段内发生，降低第一定时标记的可见性的步骤和降低第二定时标记的可见性的步骤中的至少一个在该第二时间段内发生。

可设想各种电生理标测图，包括局部激活定时标测图、激活定时传播标测图、峰峰电压标测图和碎裂标测图。同样，多个定时标记可以包括时间标记上的多个最大电压。

本文还公开了一种生成心脏激活波前的动画标测图的方法，包括：接收多个数据点，其中多个数据点中的每个数据点包括位置信息和激活定时信息；显示心脏表面的一部分的模型；以及在回放时间段内顺序显示与多个数据点对应的多个时间标记，其中针对多个时间标记的每个时间标记：时间标记显示位置由多个数据点的相应数据点的位置信息来确定，以及通过多个数据点的相应数据点的激活定时信息来确定时间标记显示序列。心脏表面的一部分的模型可以包括心脏表面的该部分的电生理标测图。

在另外的实施例中，针对多个时间标记中的每个时间标记，时间标记在由多个数据点的相应数据点的激活定时信息确定的回放时间段期间具有最大可见性时间，起始于在最大可见性时间之前的淡入初始时间，所述时间标记淡入，以及起始于所述最大可见性时间并终止于在所述最大可见性时间之后的淡出完成时间，所述时间标记淡出。淡入初始时间可以以第一时间段先于最大可见性时间，并且淡出完成时间可以以比第一时间段更长的第二时间段后于最大可见性时间。

根据本文公开的另一实施例，用于将动画定时序列叠加到电生理标测图上的系统包括：计算机，其被配置为：接收多个三维数据点，每个三维数据点包括定时激活信息；基于多个三维数据点在显示屏幕上生成电生理标测图；启动回放动画以随时间生成心脏定时激活帧的序列，每个帧包括活动定时标记；以及针对每个帧，将活动定时标记叠加到电生理标测图上；其中计算机被配置为基于回放动画的当前时间来调节显示屏幕上的活动定时标记的不透明度。计算机还可以被配置为基于回放动画的当前时间来调节活动定时标记的不透明度，以淡入至最大不透明度以及从最大不透明度淡出。

通过阅读以下描述和权利要求以及通过参阅附图，本发明的前述以及其它方面、特征、细节、效用和优点将是显而易见的。

附图说明

图1是诸如可用于电生理研究的示例性电解剖标测系统的示意图。

图2示出了可用于电生理研究的示例性导管。

图3a-3f是根据本公开的示例性实施例的用于生成动画电生理标测图的图形用户界面的几个屏幕截图。

图4a-4f是用于通过将定时标记叠加到峰峰电压标测图上来生成动画标测图的图形用户界面的几个屏幕截图。

图5a-5f是用于通过将定时标记叠加到碎裂标测图上来生成动画标测图的图形用户界面的几个屏幕截图。

图6是示出定时标记的不透明状态随时间的变化的曲线图。

图7是示出根据本公开的示例性实施例的用于生成动画标测图的几个示例性步骤的流程图。

具体实施方式

本公开提供用于创建电生理标测图(例如，心电标测图)的系统、方法和设备。为了说明的目的，将在心脏电生理学的情况中详细描述几个示例性实施例。然而，可以想到，这里描述的系统、方法和设备可以在其它情况中使用。

图1示出了用于通过导航心脏导管并测量在患者11的心脏10中发生的电活动并且三维标测电活动和/或与如此测量的电活动相关或代表如此测量的电活动的信息，而用于进行心脏电生理研究的示例性系统8的示意图。例如，系统8可以用于使用一个或多个电极来创建患者心脏10的解剖模型。系统8还可以用于在沿着心脏表面的多个点处测量电生理数据，并且存储与测量电生理数据的每个测量点的位置信息相关联的测量数据，例如以创建患者心脏10的诊断数据标测图。在一些实施例中，并且如本文进一步讨论的，系统8可用于生成动画电生理标测图，其可用于在一段时间内更好地可视化心脏定时信息，允许临床医生更好地可视化和评估横跨心脏10的表面的传导速度模式。在一些实施例中，例如，动画心脏定时信息可以叠加到另一个标测图上，诸如局部激活定时(lat)传播标测图、峰峰电压标测图和/或碎裂电描记图标测图，以帮助临床医生确定心律失常的来源。

如本领域普通技术人员将认识到的，并且如下面将进一步描述的，系统8通常确定对象在三维空间内的位置，并且在一些方面确定对象的定向，并且将那些位置表达为相对于至少一个基准确定的位置信息。

为了简化说明，患者11被示意性地描绘为椭圆形。在图1所示的实施例中，示出了施加到患者11的表面的三组表面电极(例如，贴片电极)，定义三个大致正交的轴，本文称为x轴、y轴和z轴。在其它实施例中，电极可以被定位在其它布置中，例如在特定身体表面上的多个电极。作为另一替代方案，电极不需要在身体表面上，而是可以位于身体的内部。

在图1中，x轴表面电极12、14沿着第一轴线，诸如在患者的胸部区域的侧面上施加至患者(例如，施加到患者的每个手臂下面的皮肤)，并且可以称为左和右电极。y轴电极18、19沿着与x轴通常正交的第二轴线(诸如沿着患者的大腿内侧和颈部区域)施加至患者，并且可以称为左腿和颈部电极。z轴电极16、22沿着通常正交于x轴和y轴二者的第三轴线施加，诸如沿着患者的胸部区域中的胸骨和脊柱，并且可以被称为胸部和背部电极。心脏10位于这些表面电极对12/14、18/19和16/22之间。

额外的表面参考电极(例如，“腹部贴片”)21为系统8提供参考和/或接地电极。腹部贴片电极21可以是对固定的心脏内电极31的替代，下面将进一步详细描述。还应当理解，此外，患者11可以使大部分或全部传统心电图(“ecg”或“ekg”)系统引线到位。在某些实施例中，例如，标准组的12个ecg引线可用于感测患者心脏10上的心电图。该ecg信息可用于系统8(例如，其可以作为计算机系统20的输入提供)。只要ecg引线被很好地了解，并且为了图中清楚起见，引线及其与计算机20的连接在图1中未示出。

还示出了具有至少一个电极17(例如，远侧电极)的代表性导管13。该代表性导管电极17在整个说明书中被称为“巡回电极(rovingelectrode)”、“移动电极”或“测量电极”。通常，将使用导管13上或多个这种导管上的多个电极。在一个实施例中，例如，定位系统8可以在设置在患者的心脏和/或脉管系统内的十二个导管上包括六十四个电极。当然，该实施例仅仅是示例性的，并且在本发明的范围内可以使用任何数量的电极和导管。同样地，应当理解，导管13(或多个这种导管)通常经由一个或多个导引器(图1中未示出，但是由普通技术人员容易理解)引入患者的心脏和/或脉管系统中。

为了本公开的目的，图2中示出了示例性导管13的一部分。导管13通过导引器35延伸到患者心脏10的左心室50，其最远侧部分在图2中示出。诸如导引器35的导引器的构造是众所周知的，并且是本领域普通技术人员所熟悉的，并且本文不需要进一步描述。当然，导管13也可以在不使用导引器35的情况下被引入到心脏10中。

导管13在其远侧末端包括电极17，以及在所示实施例中沿其长度间隔开的多个附加测量电极52、54、56。通常，相邻电极之间的间距将是已知的，但是应当理解，电极可以不沿着导管13均匀地间隔开或者彼此具有相等的大小。由于这些电极17、52、54、56中的每一个位于患者体内，所以可以通过定位系统8同时对于电极中的每一个电极收集位置数据。

现在回到图1，在第二导管29上示出了可选的固定参考电极31(例如，附接到心脏10的壁)。为了校准目的，该电极31可以是静止的(例如，附接到或靠近心脏壁)或以与巡回电极(例如，电极17、52、54、56)固定的空间关系设置，并且因此可以被称为“导航参考”或“局部参考”。固定参考电极31可以对上述表面参考电极21补充或可替代地使用。在许多情况下，心脏10中的冠状窦电极或其它固定电极可用作测量电压和位移的参考；也就是说，如下所述，固定参考电极31可以定义坐标系的原点。

每个表面电极耦合到多路复用开关24，并且表面电极对通过在计算机20上运行的软件来选择，该计算机20将表面电极耦合到信号发生器25。可替代地，可以省略开关24，并且可以提供信号发生器25的多个(例如，三个)实例，一个实例用于每个测量轴(即，每个表面电极对)。

计算机20例如可以包括传统通用计算机、专用计算机、分布式计算机或任何其它类型的计算机。计算机20可以包括一个或多个处理器28，诸如单个中央处理单元(cpu)或通常称为并行处理环境的多个处理单元，其可以执行指令以实践本文描述的本发明的各个方面。

通常，通过一系列被驱动和感测的电偶极(例如，表面电极对12/14、18/19和16/22)生成三个标称正交的电场，以便在生物导体中实现导管导航。可替代地，这些正交场可以被分解，并且任何表面电极对可以被驱动为偶极以提供有效的电极三角测量。类似地，电极12、14、18、19、16和22(或任何数量的电极)可以以用于将电流驱动到心脏中的电极或感测来自心脏中的电极的电流的任何其它有效布置来定位。例如，多个电极可以放置在患者11的背部、侧面和/或腹部。另外，这种非正交方法增加了系统的灵活性。对于任何期望的轴线，由预定组的驱动(源-汇)配置导致的横跨巡回电极测量的电位可以代数地组合，以产生与通过简单地沿着正交轴驱动均匀电流而获得的相同的有效电位。

因此，表面电极12、14、16、18、19、22中的任何两个可以相对于诸如腹部贴片21的接地参考选择为偶极源和漏极，而未激励的电极测量相对于接地参考的电压。放置在心脏10中的巡回电极17、52、54、56暴露于来自电流脉冲的场，并且相对于诸如腹部贴片21的地电位被测量。实际上，心脏10内的导管可以包含比所示的四个更多或更少的电极，并且可以测量每个电极电位。如前所述，至少一个电极可以固定到心脏的内表面以形成固定的参考电极31，该固定的参考电极31也相对于诸如腹部贴片21的地电位测量，并且可以被定义为坐标系的原点，定位系统8相对于该坐标系测量位置。来自表面电极、内部电极和虚拟电极中的每一个电极的数据集可全部用于确定心脏10内的巡回电极17、52、54、56的位置。

测量的电压可以用于确定心脏内的电极(诸如巡回电极17、52、54、56)在三维空间中的相对于诸如参考电极31的参考位置的位置。也就是说，在参考电极31处测量的电压可以用于定义坐标系的原点，而在巡回电极17、52、54、56处测量的电压可以用于表达巡回电极17、52、54、56相对于原点的位置。在一些实施例中，坐标系是三维(x，y，z)笛卡尔坐标系，但是也可以考虑诸如极坐标系、球面坐标系和圆柱坐标系的其它坐标系。

从前面的讨论可以清楚地看到，测量用于确定心脏内的电极的位置的数据，同时表面电极对在心脏上施加电场。电极数据也可以用于创建用于改善电极位置的原始位置数据的呼吸补偿值，如美国专利no.7,263,397所述，其全部内容通过引用并入本文。电极数据还可以用于补偿患者身体的阻抗中的变化，例如在美国专利no.7,885,707中所述，其全部内容也通过引用并入本文。

因此，在一个代表性实施例中，系统8首先选择一组表面电极，并且然后用电流脉冲驱动它们。在传送电流脉冲的同时，测量和存储诸如用其余表面电极和体内电极中的至少一个电极测量的电压的电活动。可以如上所述执行伪影的补偿，诸如呼吸和/或阻抗偏移。

在一些实施例中，系统8是生成如上所述电场的圣犹达医疗公司(st.judemedical,inc.,)的ensite^tmvelocity^tm心脏标测系统，或依赖于电场的另一定位系统。然而，其它定位系统可以结合本教导使用，包括例如利用磁场来代替或补充用于定位的电场的系统。这种系统的示例包括但不限于biosensewebster公司的carto导航和定位系统、northerndigital公司的系统、sterotaxis’磁导航系统以及来自圣犹达医疗公司的mediguide^tm技术。

以下专利(其全部内容通过引用并入本文)中描述的定位和标测系统也可以用于本发明：美国专利no.6,990,370；6,978,168；6,947,785；6,939,309；6,728,562；6,640,119；5,983,126；以及5,697,377。

图3a-3f是图形用户界面(gui)100的几个屏幕截图，其可以与图1的系统8结合使用，用于根据本公开的示例性实施例生成动画电生理学标测图。图3a-3f中的屏幕截图可以表示例如由计算机20生成的几个示例性视图，当在一段时间(例如，一个或多个心动周期)内显示为序列时，该几个示例性视图描绘示出横跨心脏10的表面的心脏激活的定时的动画。

如从图3a的第一视图可以看出，gui100包括可用于在显示屏幕106上生成电生理标测图104的一系列控件102。在某些程序中，例如gui100可以用于在模型表面上显示局部激活定时(lat)传播标测图104，如图所示。lat标测图108的使用在电生理学程序中通常是已知的，并且因此为了简明起见，这里不详细描述。如从图3a可以看出，lat标测图104在模型的表面上使用不同颜色来描绘心脏激活的定时，其中相对较早的激活时间表示为白色、红色或橙色，并且相对较晚的激活时间在标测图104上表示为蓝色、靛蓝色和紫色。

如在图3a中可以进一步看到的，gui100进一步被配置为显示可以单独使用或与lat标测图104结合使用的定时标记108的序列，以向临床医生提供心脏激活的定时序列的更好理解。在一些实施例中，定时标记108可以各自包括可以通过lat标测图104叠加到显示屏幕106上的大斑、点或其它合适的图形表示，如图所示。定时标记108中的每一个可以使用诸如本文结合图1-2所述的导管13所示的导管来表示例如在心脏上的特定三维位置处测量的电压。在一些实施例中，例如，定时标记108表示在单个心动周期或横跨多个心动周期期间由一个或多个导管电极17、52、54、56测量的最大电压。与用于生成lat标测图104的测量一样，系统8跟踪每个离散定时标记108的位置，并将标记108叠加在标测图104之上。为了确保定时标记104可视地从由lat标测图104使用的颜色突出，系统8可以向每个定时标记108分配不同的颜色(例如，氖绿色)。

图3b-3f描绘了使用定时标记108示出激活序列动画的可视化的几个附加视图或框架。如关于图3b-3f可以进一步理解的，系统8被配置为通过在回放时间内调节每个定时标记108的不透明度来显示激活序列的动画。在动画回放期间，在屏幕106上选择性地显示代表特定时间的激活波前的定时标记108，而从屏幕106移除不在当前回放时间或不接近当前回放时间的定时值。通过例如可以表示大约20ms的心动周期中的时间差的图3b-3c的比较，定时标记108的位置可以被看作已经从标测图104上的第一位置偏移到其上的第二位置。当被视为时间序列时，定时标记108看起来横跨标测图104的表面移动，提供标记108处于运动的错觉；该现象类似于运动图片的各个帧中包含的对象的现象。

以该方式选择性地显示和移除定时标记108的该过程允许临床医生更好地辨别模式和/或方向性，模式和/或方向性通过在静态标测图(诸如传统的lat标测图)上的色带之间解释则不明显。例如，与传统的lat标测图不同，回放定时标记108的动画的能力为临床医生提供了对波前的方向性(以及在某些情况下也是来源)的改进理解。在一些情况下，这可能有助于检测以其它方式难以从静态标测图中辨别的更复杂的节律。

在一些实施例中，系统8被配置为根据相对于当前回放时间的测量的定时来调节定时标记108中的每一个定时标记的不透明度水平。在某些实施例中，并且如图6中进一步所示，系统8可以被配置为基于与该标记108相关联的lat定时值来调节定时标记108在第一不可见状态到第二明亮状态之间的不透明度。定时标记108中的每一个标记的随着时间(t)的不透明状态可以被图形化地表示为曲线110，从时间t＝0开始，并在稍后的点t结束，这可以代表整个心动周期或多个这种周期的结束。从曲线110上的初始点112到其上的点114，当当前回放时间(t)处于或接近与标测点相关联的lat时间时，系统8可以被配置为逐渐增加定时标记108的不透明度。当定时标记108与当前回放时间一致时，沿曲线110的点114处，标记108处于其最大的不透明度(即，处于其最大可见性)。以类似的方式，系统8可以被配置为当定时标记108从屏幕完全消失(或者以其它方式处于其最小可见性)时，淡出或减小定时标记108沿着曲线110直到点116的不透明度。在一些实施例中，淡出时间段(即，当前回放时间到点116之间的时间)大于淡入时间段(即，点112和当前回放时间114之间的时间段)。例如，淡入时间段可以包括6ms，而淡出时间段可以包括44ms。

在沿着曲线110的点118处，系统8然后可以循环回到时间t＝0并且根据需要对回放动画过程重复附加的一次或多次。在使用中，以该方式，定时标记108的淡入和随后的淡出向临床医生提供关于激活模式的视觉提示。这允许临床医生更好地了解标测图上可能存在的复杂导电模式。

通过图3a-3f的比较，可以图形化地看出在时间和序列上调节定时标记108的不透明度的过程。从可以表示心动周期的开始的图3a中的初始状态开始，例如，系统8可以在标测图上显示定时标记108a。在第二时间段，如图3b所示，通过屏幕上所描绘的不透明度的差异，系统8被配置为淡出定时标记108a，并且相反地淡入定时标记108b。该过程可以重复一次或多次(即，如图3c-3f所示)以在标测图104上生成附加的帧序列。以该方式生成帧序列提供了以下视觉效果，即事实上当序列中的不同帧实际上是静态时定时标记110横跨标测图行进。

从图3a-3f中的示例动画序列，临床医生可以推断心脏激活遵循围绕一行块的路径。然后以该方式可视化的激活模式可以被分析以确定异常传导的机制，并且根据需要治疗该病症。用于诊断心律失常并引导导管治疗的示例系统和方法在美国专利no.9,186,081中公开，其全部内容通过引用并入本文以用于所有目的。

系统8可以被配置为将定时标记108叠加到其它电生理标测图上以进一步促进多种心律失常的诊断和治疗。在图4a-4f中所示的另一动画序列中，例如系统8被配置为将定时标记108叠加到峰峰电压标测图120上。在图5a-5f中所示的另一示例性动画序列中，系统8被配置为将定时标记108叠加到碎裂标测图122上，该碎裂标测图122示出在心脏表面上的多个位置处感测的电描记图中的碎裂的水平或程度。系统8可以被配置为将定时标记108叠加到其它类型的标测图上和/或多个复合标测图类型上。在一个实施例中，例如，系统8可用于在包含lat标测图和碎裂图的标测图上生成定时标记。其它变化也是可能的。

图7是示出可用于将定时标记的动画序列叠加到电生理标测图上的示例性方法124的几个步骤的流程图。方法124可以通常在块126处开始，其中标测系统和导管用于测量心脏表面上的三维数据点，其中数据点包括相关联的激活定时数据。块126可以表示例如使用上面关于图1-2所述的示例性系统8和导管13而在心脏模型上的不同位置处收集激活时间和电压信息的过程。

在块128处，可以启动回放动画(例如，由用户经由gui上的图标按钮的选择)以生成各自包含用于由系统8收集的每个三维数据点的相关联定时点的激活帧的序列。在每个回放动画期间，系统8被配置为仅选择性地显示与当前回放时间处或附近的时间相关联的定时标记108。随着与数据点相关联的时间变得与当前回放时间更加对准，系统增加了标记的不透明度，导致标记在显示屏幕上最初被显示为阴影或轮廓，如块130处通常所示。当测量的激活时间与当前回放时间对准时，定时标记以最亮(块132)显示，向用户提供激活波前的位置的指示。之后，系统8降低不透明度的水平，直到该特定时间标记在屏幕上不再可见，如块134处所示。然后重复该过程一次或多次以创建叠加在标测图上的帧的动画序列，如判定块136处所示。临床医生然后可以确定用于潜在治疗的一个或多个候选部位，如块138处所示。

所有方向性参考(例如，上、下、向上、向下、左、右、向左、向右、顶部、底部、上方、下方、竖直、水平、顺时针和逆时针)仅用于识别目的以帮助读者对本发明的理解，并且不产生特别是对本发明的位置、定向或使用的限制。接合参考(例如，附接、耦合、连接等)应被宽泛地解释，并且可以包括元件的连接之间的中间构件和元件之间的相对运动。因此，接合参考不一定推断出两个元件直接相连并且彼此处于固定关系。

意图是包含在上述描述中或附图中所示的所有内容应被解释为仅是说明性的而不是限制性的。在不脱离如所附权利要求所定义的本发明的精神的情况下，可以进行细节或结构的改变。