用于使用光学形状感测提供电活动图的系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于借助由多个表面电极（9）采集的电信号提供心脏的电活动图的系统（1）。表面电极位置确定单元（4、6、13）借助光学形状感测定位确定所述多个表面电极的位置。光学形状感测元件可以包括识别笔（4），或备选地嵌入在包括所述表面电极的背心中的光学形状感测纤维。可以使用超声确定心脏结构的位置。电活动图确定单元（16）基于测量的电信号、所确定的所述多个电极的位置和所述心脏结构的所述心脏结构具体而言为心外膜表面位置，确定所述心脏结构处的电活动图，所述心脏结构具体而言为心外膜表面。由于使用光学形状感测而非例如X射线确定所述多个表面电极的位置，因此能够确定所述电活动图而不必施加X射线辐射剂量。
【专利说明】用于使用光学形状感测提供电活动图的系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于借助由布置于生物的外表面上的多个表面电极采集的来自所述生物的心脏的电信号提供所述心脏的电活动图的系统、方法和计算机程序。本发明还涉及一种包括多个表面电极的背心。
【背景技术】
[0002]P.S.Cuculich 等人的文章〈〈Noninvasive Characterization of EpicardialActivationin Humans With Diverse Atrial Fibrillation Patterns)) (Circulation, Journal of theAmerican Heart Association, 122,第 1364 到 1372 页(2010 年))公开了一种包括具有用于测量人夕卜表面上电势的表面电极的电极背心的系统。该系统还包括基于i)心脏表面与人外表面上的表面电极间的空间关系和ii)测量的电势重建心外膜电势的重建单元。通过采集同时显示了心脏表面和人外表面上的表面电极的X射线计算机断层摄影图像来获得心脏表面与人外表面上的表面电极间的空间关系。通过采集X射线计算机断层摄影图像会有相对高的辐射剂量施加于人。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种用于借助由布置于生物的外表面上的多个表面电极采集的来自所述生物的心脏的电信号提供所述心脏的电活动图的系统、方法和计算机程序，其中，能够减少，具体而言能够消除施加到人的辐射剂量。本发明的另一目的是提供一种由生物穿戴并用于提供电活动图的背心。
[0004]在本发明的第一方面中，提出了一种用于借助由布置于生物的外表面上的多个表面电极采集的来自所述生物的心脏的电信号提供所述心脏的电活动图的系统，所述系统包括:
[0005]-表面电极位置确定单元，其用于借助光学形状感测定位确定所述多个表面电极的位置，
[0006]-心脏结构位置确定单元，其用于确定所述生物的心脏结构的位置，
[0007]-电活动图确定单元，其用于基于在所述生物的外表面上测量的所述电信号、所确定的所述多个电极的位置和所确定的所述心脏结构的位置确定所述心脏结构处的所述电活动图。
[0008]由于所述多个表面电极的位置是借助光学形状感测定位确定的，所以能够确定这些位置而不需要采集显示所述多个表面电极的计算机断层摄影图像。这样允许减少具体而言消除为了生成心脏的电活动图而施加到所述生物的X射线辐射剂量。
[0009]所述心脏结构优选是心脏的心外膜表面。
[0010]如果所述心脏结构是三维的，具体而言，如果所述心脏结构是三维心外膜表面，所述心脏结构的位置优选地定义了所述心脏结构的每个点的位置，在所述位置处，应当确定所述电活动图。因此，例如，如果所述心脏结构位置确定单元确定所述心外膜表面的位置，则其至少确定所述心外膜表面上的这样点的位置:应当针对所述点确定电势，以生成所述电活动图。
[0011]所述多个表面电极能够被看作所述系统的元件，或者其能够被看作单独的元件，其中，所述系统适用于使用所述表面电极的所述电信号，以提供所述电活动图。
[0012]所述多个表面电极能够包含在能够由所述生物穿戴的背心中。所述生物优选为人，但所述生物也能够是动物。
[0013]所述心脏结构位置确定单元优选包括用于生成指示所述心脏结构的位置的超声信号的超声单元，以及用于基于所述超声信号计算所述心脏结构的位置的心脏结构位置计算单元。所述超声单元优选是经胸廓回波探头或经食道回波探头。如果所述超声单元是经胸廓回波探头或经食道回波探头，那么能够以高质量采集显示心外膜表面的心脏超声图像，由此允许所述心脏结构位置计算单元以高准确性确定作为优选的心脏结构的心外膜表面的位置。
[0014]在实施例中，所述心脏结构位置计算单元适于执行用于在超声图像中分割所述心脏结构的分割程序，以检测所述心脏结构。在另一实施例中，所述心脏结构位置计算单元适于提供解剖结构心脏模型，所述解剖结构心脏模型为包括所述心脏结构的心脏的解剖结构模型，并适于调整所述心脏模型以适应心脏超声图像，以检测所述心脏结构。所述调整能够仅仅是旋转和/或平移，并且任选地能够是所述心脏模型的缩放，或者其还能够包括所述心脏模型的变形。所述心脏模型优选为通用心脏模型，即在调整之前，所述心脏模型不是特异于某个人或动物的。其能够通过例如对可以在医学图像中分割出的一组生物的已分割心脏求平均得以确定。
[0015]进一步优选地，所述超声单元装备有用于生成指示所述超声单元的位置的光学形状感测信号的光学形状感测传感器，其中，所述心脏结构位置计算单元适于基于所述光学形状感测信号和所述超声信号确定所述心脏结构的位置。所述光学形状感测传感器优选是光学形状感测纤维，其可以部 分布置于所述超声单元之内。这样允许通过光学形状感测确定所述超声单元的位置而无需向人施加例如X射线。具体而言，如果所述超声信号表示心脏的超声图像，那么能够分割超声图像中的心外膜表面，以确定所述超声图像之内的心外膜表面的位置，并且基于从所述光学形状感测信号获知的所述超声单元的位置，这种确定的心外膜表面位置能够与参考位置相关，即其能够在参考坐标系之内得以确定。
[0016]在实施例中，所述表面电极位置确定单元包括用于提供所述多个表面电极的位置和参考标记的位置之间的空间关系的空间关系提供单元(12)，其中，所述超声单元适于接触所述参考标记，其中，所述光学形状感测传感器适于在接触相应参考标记的同时生成相应的光学形状感测信号，以生成指示所述相应参考标记的位置的光学形状感测信号，并且其中，所述表面电极位置确定单元包括用于根据所述光学形状感测信号和所述空间关系计算所述表面电极的位置的表面电极位置计算单元。因此，所述超声单元能够用于两个目的，确定所述心脏结构的位置以及确定所述多个表面电极的位置。这减少了确定心脏的电活动图所需要的元件的数量。
[0017]在实施例中，所述表面电极位置确定单元包括:a)空间关系提供单元，其用于提供所述多个表面电极的位置和参考标记的位置之间的空间关系，b)光学形状感测元件，其用于在所述光学形状感测元件的尖端与相应参考标记接触的同时生成指示所述光学形状感测元件的尖端的位置的光学形状感测信号，以便生成指示所述相应参考标记的位置的光学形状感测信号，以及C)表面电极位置计算单元，其用于根据所述光学形状感测信号和所述空间关系计算所述表面电极的位置。所述光学形状感测元件能够包括识别笔(wand)以及连接至所述识别笔的光学形状感测纤维，其中，所述光学形状感测元件的尖端是所述识别笔的尖端。因此，用户能够利用所述识别笔触碰所述参考标记，并且通过确定所述识别笔的尖端的位置确定所述参考标记的位置，在此期间所述尖端接触不同参考标记。所述光学形状感测元件能够适于例如连续生成光学形状感测信号，或仅在用户已经经由诸如待按按钮的输入单元要求光学形状感测信号后才生成光学形状感测信号。能够为所述尖端提供压力敏感传感器，以检测所述尖端是否与元件接触，其中，所述光学形状感测元件能够适于当所述压力敏感传感器检测到所述尖端与参考标记接触时，生成光学形状感测信号。
[0018]所述系统还能够包括用于确定所述生物的移动的移动确定单元，其中，所述表面电极位置确定单元能够适于根据所确定的移动确定所述多个表面电极的位置。所述移动确定单元能够包括光学形状感测传感器和移动计算单元，所述光学形状感测传感器在附着位置附着于所述生物并用于生成指示所述光学形状感测传感器的实际位置的光学形状感测信号，所述移动计算单元用于根据所生成的光学形状感测信号计算所述生物的移动。一个或若干光学形状感测传感器能够用于确定所述生物的移动。所述光学形状感测传感器能够适于直接附着于所述生物或附着于另一附着于所述生物的器件。其他器件能够是例如，包括能够放置在例如人的胸上多个表面电极或片的背心。在确定心脏的电活动图是考虑人的可能移动能够降低电活动图中的对应的可能的不准确性。
[0019]在实施例中，所述表面电极位置确定单元包括a)光学形状感测传感器，其用于生成指示所述光学形状感测传感器的位置的光学形状感测信号，b)空间关系提供单元，其用于提供所述光学形状感测传感器的位置和所述表面电极的位置之间的空间关系，以及c)表面电极位置计算单元，其用于根据所生成的光学形状感测信号和所述空间关系计算所述表面电极的位置。在该实施例中，所述光学形状感测传感器能够包含于背心中，所述背心还包括多个表面电极，其中，所述光学形状感测传感器和所述多个表面电极之间的空间关系是已知的并存储在所述空间关系提供单元中。这样允许确定所述表面电极的位置，而不使用例如接触不同表面电极的光学形状感测识别笔。例如，能够仅使用具有一个或若干光学形状感测传感器的背心以及也装备有光学形状感测传感器的超声单元(从而能够通过光学形状感测确定所述超声单元相对 于所述表面电极的位置)来生成电活动图，优选地不需要其他器件来确定所述表面电极和所述心脏结构的位置。由于需要更少的元件以生成电活动图，所以能够简化由例如医生执行的确定电活动图的过程。
[0020]在本发明的另一方面中，提出了一种由生物穿戴的背心，所述背心适合用于提供电活动图，所述背心包括:
[0021]-多个表面电极，其在所述生物穿戴所述背心时布置于所述生物的外表面上，且用于从所述生物的心脏采集电信号，
[0022]-光学形状感测传感器，其用于生成指示所述光学形状感测传感器的位置的光学形状感测信号并用于向表面电极位置确定单元提供所述光学形状感测信号。
[0023]在本发明的另一方面中，提出了一种用于借助由布置于生物的外表面上的多个表面电极采集的来自所述生物的心脏的电信号提供所述心脏的电活动图的方法，所述方法包括:
[0024]-由表面电极位置确定单元借助光学形状感测定位确定所述多个表面电极的位置，
[0025]-由心脏结构位置确定单元确定所述生物的心脏结构的位置，
[0026]-由电活动图确定单元基于在所述生物的外表面上测量的所述电信号、所确定的所述多个电极的位置和所确定的所述心脏结构的位置确定所述心脏结构处的电活动图。
[0027]在本发明的另一方面中，提出了一种用于借助由布置于生物的外表面上的多个表面电极采集的来自所述生物的心脏的电信号提供所述心脏的电活动图的计算机程序，所述计算机程序包括程序代码模块，所述程序代码模块用于当所述计算机程序在控制根据权利要求I所述的系统的计算机上运行时，令所述系统执行根据权利要求12所述的方法的步骤。
[0028]应当理解，根据权利要求1所述的系统、根据权利要求12所述的方法和根据权利要求13所述的计算机程序具有类似和/或等同的优选实施例，具体而言如从属权利要求中定义的。
[0029]应当理解，本发明的优选实施例也能够是从属权利要求与相应独立权利要求的任
意组合。
[0030]本发明的这些和其他方面将从下文描述的实施例变得显而易见，并参考下文描述的实施例得以阐明。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]在以下附图中:
[0032]图1示意性且示范性地示出了用于提供生物的心脏的电活动图的系统的实施例，
[0033]图2示意性且示范性地示出了用于提供生物的心脏的电活动图的系统的另一实施例，以及
[0034]图3示出了流程图，其示范性地图示了用于提供生物的心脏的电活动图的方法的实施例。
【具体实施方式】
[0035]图1示意性且示范性示出了借助由布置于生物的外表面上的多个表面电极采集的来自所述生物的心脏的电信号提供所述心脏的电活动图的系统的实施例。系统I包括用于生成光学形状感测信号的光学形状感测元件4、6，所述光学形状感测信号指示在与相应的参考标记2接触的同时光学形状感测元件4、6的尖端17的位置，以便于生成指示相应参考标记2的位置的光学形状感测信号。具体而言，在本实施例中，生物30是穿戴着具有表面电极9和参考标记2的背心8的人。诸如医生的用户能够使用光学形状感测元件4、6，以使得光学形状感测元件4、6的尖端连续地触碰背心8不同的参考标记2，以便确定参考标记2的位置。背心8经由电连接25与确定系统11电连接，以便于将表面电极9采集的电信号发送给电活动图确定单元16。
[0036]光学形状感测元件4、6包括具有尖端17的识别笔4以及连接到识别笔4的光学形状感测纤维6，识别笔4能够由用户的手5握住且具有与不同的参考标记2接触的尖端17。光学形状感测元件4、6能够适于，例如，连续地生成光学形状感测信号或仅在用户已经经由诸如待按按钮的输入单元要求光学形状感测信号后才生成光学形状感测信号。也能够为所述尖端提供压力敏感传感器，以检测所述尖端是否与元件接触，其中，所述光学形状感测元件能够适于当所述压力敏感传感器检测到所述尖端与参考标记接触时，生成光学形状感测信号。
[0037]系统I包括另一光学形状感测元件，即光学形状感测传感器7、26，其在附着位置附着到人30并用于生成指示光学形状感测传感器7、26的实际位置的光学形状感测信号。在本实施例中，这种光学形状感测传感器包括连接到光学形状感测纤维26的参考片7，其中，所生成的光学形状感测信号指示参考片7的位置。
[0038]将指示参考片7的位置的来自光学形状感测传感器7、26的光学形状感测信号，和指示光学形状感测元件4、6的尖端17的位置的来自光学形状感测元件4、6的光学形状感测信号提供给确定系统11的表面电极位置计算单元13。表面电极位置计算单元13适于基于所提供的光学形状感测信号确定参考标记2相对于参考片7的三维位置。为了确定参考标记2的位置，能够使用诸如W02011/141830A1中公开的光学形状感测方法的已知光学形状感测定位方法，在此通过引用方式将其并入本文。
[0039]已经确定了参考标记2的位置之后，表面电极位置计算单元13根据所确定的参考标记2的位置以及空间关系提供单元12提供的多个表面电极9的位置与参考标记2的位置之间的已知空间关系确定表面电极9的位置。
[0040]因此，使用具有光学形状感测纤维6的识别笔4来测量参考标记2在三维空间中相对于参考片7的位置。通过从一个参考标记2到另一个参考标记2并记录三维位置，能够重建参考标记2的三维分布，并且由于已知参考标记2和由曲折线3连接的表面电极9之间的空间关系，因此，能够重建背心电极的三维分布。具有光学形状感测纤维6的识别笔
4、空间关系提供单元12和表面电极位置计算单元13因此能够被看作是用于借助光学形状感测定位来确定多个表面电.极的位置的表面电极位置确定单元的部件。
[0041]系统I还包括用于生成指示人30内的心脏结构的位置的超声信号的超声单元22。经由电连接15将所述超声信号提供给确定系统11。在本实施例中，所述超声单元是用于生成表示心脏的三维超声图像的超声信号的经胸廓回波探头22。在另一个实施例中，所述超声单元也能够是诸如经食管回波探头的另一种探头。
[0042]将所述超声信号提供给用于基于所述超声信号来计算所述心脏结构的位置的心脏结构位置计算单元14。具体而言，心脏结构计算单元14适于检测超声图像中的心脏结构并基于超声图像中检测到的心脏结构计算所述心脏结构的位置。例如，心脏结构位置计算单元14能够适于在超声图像中执行分割程序，以分割出在本实施例中为心外膜表面的心脏结构，从而检测所述心脏结构。所述心脏结构位置计算单元也能够适于提供解剖结构心脏模型，所述解剖结构心脏模型是包括所述心脏结构，即在本实施例中包括心外膜表面的心脏的解剖结构模型，并且适于调整所述心脏模型以适应心脏的超声图像，以检测所述心脏结构。所述心脏模型优选是通用心脏模型，即在被调整之前，所述心脏模型不是特异于某个人或动物的。其能够通过例如对可以在医学图像中分割出的一组生物的已分割心脏求平均得以确定。为了允许所述心脏结构位置计算单元计算出检测到的心脏结构的位置，心脏结构位置计算单元14还从超声单元22接收光学形状感测信号。超声单元22装备有用于生成指示超声单元22的位置的光学形状感测信号的光学形状感测传感器10，其中，心脏结构位置计算单元14适于基于从超声单元22的为光学形状感测纤维的光学形状感测传感器10，及从包括参考片7和连接到片7的光学形状感测纤维26的光学形状感测传感器接收到的光学感测信号，确定超声单元22相对于参考片7位置的位置。之后基于所确定的超声单元22的三维位置和所确定的在由超声单元22采集的超声图像内的所述心脏结构的位置，确定所述心脏结构的位置，即在本实施例中确定心外膜表面的位置。
[0043]因此，具有光学形状感测纤维10的超声探头22用于对心脏解剖结构进行成像，其中，使用优先嵌入超声探头22的光学形状感测纤维10用于测量超声探头22相对于参考片7的位置，因此确保了三维空间中如超声探头22所成像的心脏解剖结构的位置和表面电极9的位置相对于彼此是已知的。换言之，由于在本实施例中，表面电极9和心外膜表面的位置是相对于作为参考片7的相同参考确定的，所以表面电极9与心外膜表面之间的空间关系是已知的。在其他实施例中，表面电极的位置和，例如，心外膜表面的位置能够相对于另一参考来确定。光学形状感测传感器10、心脏结构位置计算单元14和具有用于传输超声信号的电连接15的超声单元22能够被看作是用于确定诸如人30的心外膜表面的心脏结构的位置的心脏结构位置 确定单元的元件。
[0044]所述系统还包括用于确定人30移动的移动确定单元，其中，表面电极位置计算单元13适于根据所确定的移动确定多个表面电极9的位置。所述移动确定单元包括另一个片24，附着到片24的另一光学形状感测纤维23和移动计算单元18。移动计算单元18接收指示附着到背心8的另一个片24的位置的光学形状感测信号，其中，为了提供这种光学形状感测信号，片24与光学形状感测纤维23相连接。移动计算单元18从接收到的光学形状感测信号计算出在不同时间片24的位置，以便确定人30的移动。
[0045]一个或若干光学形状感测传感器，例如，一个或若干具有光学形状感测纤维的片，能够用于确定人30的移动。用于确定人的移动的光学形状感测传感器能够适于直接附着到人。例如，光学形状感测传感器，具体而言，连接到光学形状感测纤维的片，能够放置到人的胸上。备选地或另外地，所述光学形状感测传感器能够附着于另一附着于人的器件。其他器件能够是，如图1所示，包括多个表面电极的背心。
[0046]系统I还包括用于基于在人30外表面上测量的电信号、所确定的多个电极9的位置和所确定的所述心脏结构的位置，确定在所述心脏结构处，即在本实施例中在心外膜表面上的电活动图的电活动图确定单元16。为了确定所述电活动图，能够使用诸如在Ramanathan等人的文章《Electrocardiographic Imaging (ECGI):A Noninvasive ImagingModality for Cardiac Electrophysiology and Arrhythmia》(Nature MedicinelO,第422-428页(2004年))中或在US7471971中公开的方法的公知方法，在此通过引用方式将其并入本文。而且，来自CardioInsight Technologies和Amycard公司的已知产品能够用于基于在人外表面上测量的电信号、所确定的所述多个电极的位置和所确定的所述心脏结构的位置，确定在所述心脏结构处，即在本实施例中在心外膜表面上的电活动图。
[0047]确定系统11还包括用于分析电活动图的分析单元21，以确定特定心律失常的电生理机制。而却，另外地或备选地，分析单元21可以适于分析心力衰竭患者中心脏不同步(dyssnychrony)的电活动行为，如在P.S.Cuculich等人的《NoninvasiveCharacterization of Epicardial Activation in Humans withDiverse AtrialFibrillation Pattern)) (Circulationl22,第 1364-1372 也(2010 年))、Y.Wang 等人的((Electrocardiographic Imaging of Ventricular Bigeminy ina Human Subject))(Circulation Arrhythmia and Electrophysiologyl,第 74-75 页(2008 年))及 P.Jia 等人的《Electrocardiographic Imaging of CardiacResynchronization Therapy in HeartFailure !Observations of VariableElectrophysiological Responses)) (Heart RhythmJournal3，第296-310页(2006年))文章中公开的，在此通过弓I用方式将其并入本文。
[0048]具体而言，所述分析单元能够适用于基于所述电活动图执行以下分析中的至少一种:异位病灶的解剖结构位置的确定、心室折返的解剖结构位置的确定、区分折返或病灶性室性心搏过速及其定位的评估、评估肺静脉传导的恢复和问题肺静脉的定位、以及抗心律失常药物的效果的评估。
[0049]能够在显示单元19上显示心脏的电活动图并且任选地显示分析结果。
[0050]图2示意性且示范性示出了用于借助由布置于生物的外表面上的多个表面电极采集的来自所述生物的心脏的电信号提供所述心脏的电活动图的系统的另一实施例。同样在本实施例中，所述生物是穿戴着具有由曲折线103连接的多个电极109的背心108的人130。表面电极109用于采集人130外表面的电信号，其中，经由电连接125将所采集的电信号提供给确定系统111。
[0051]背心108包括用于提供指示背心108内光学形状感测纤维107各部分位置的光学形状感测信号的光学形状感测纤维107。具有光学形状感测纤维110和用于将超声信号提供给确定系统111的电连接115的超声单元122用于生成人130的心脏的三维超声图像。具有光学形状感测纤维110和电连接115的超声单元122与以上参考图1描述的具有光学形状感测纤维10和电连接15的超声单元22相似。
[0052]确定系统11 1包括用于提供背心108内光学形状感测纤维107与表面电极109之间的空间关系的空间关系提供单元112。这种空间关系与由光学形状感测纤维107提供并指示背心108内光学形状感测纤维107各部分位置的光学形状感测信号一起使用，以确定包含在背心108中的表面电极109的位置。因此，能够测量以特定模式嵌入到背心108中的至少一个光学形状感测纤维107的形状，以确定背心108内光学形状感测纤维107各部分的位置。从空间关系提供单元112提供的空间关系获知表面电极109相对于光学形状感测纤维107的位置。因此，表面电极位置计算单元113通过测量光学纤维107的三维形状能够计算出表面电极109的三维分布。光学形状感测纤维107、空间关系提供单元112和表面电极位置计算单元113因此能够被看作是用于借助光学形状感测定位确定多个表面电极109的位置的表面电极位置确定单元的元件。
[0053]确定系统111还包括用于基于从背心光学形状感测纤维107接收到的光学形状感测信号、从超声光学形状感测纤维HO接收到的光学形状感测信号和由超声单元122采集的超声信号，计算所述心脏结构的位置，即在本实施例中计算心外膜表面的位置的心脏结构位置计算单元114。具体而言，所述超声信号是人130心脏的三维超声图像，其中，心脏结构位置计算单元114适于在三维超声图像中分割心外膜表面，以确定本图像内心外膜表面的位置。之后通过确定超声单元122相对于光学形状感测纤维107位置的位置，确定了这种心外膜表面相对于表面电极109位置的位置。因此，能够被看作是超声探头识别笔的超声单元122用于对心脏解剖结构进行成像，其中，嵌入到超声单元122中的光学形状感测纤维110用于测量超声单元122相对于嵌入到背心108中的光学形状感测纤维107的位置，由此确保了在三维空间中如超声单元122所成像的心脏解剖结构的位置，即在本实施例中的心外膜表面的位置和表面电极109的位置是已知的。光学形状感测纤维110、心脏结构计算确定单元114和具有用于传输超声信号的电连接115的超声单元122能够被看作是用于确定人130的心脏结构的位置的心脏结构位置确定单元的元件。
[0054]确定系统111还包括电活动图确定单元116和分析单元121，其分别与以上参考图1描述的电活动图确定单元16和分析单元21类似。显示单元119也与以上参考图1描述的显示单元19类似。
[0055]下面将参考图3所示的流程图对用于借助由生物的外表面上的多个表面电极采集的来自所述生物的心脏的电信号提供所述心脏的电活动图的方法的实施例进行示范性描述。
[0056]在步骤101中，由表面电极位置确定单元借助光学形状感测定位来确定所述多个表面电极的位置。例如，以上参考图1描述的具有连接的光学形状感测纤维6的识别笔4用于通过使用光学形状感测来确定人穿戴的背心的参考标记的三维位置。表面电极位置计算单元之后能够基于所确定的参考标记的三维位置和所提供的参考标记与包含于背心中的表面电极之间的空间关系，计算出背心电极的三维位置。或者，嵌入人穿戴的背心中的光学形状感测纤维107能够用于确定以上参考图2描述的表面电极的三维位置。具体而言，能够通过光学形状感测来确定背心108内光学形状感测纤维107各部分的三维位置，其中，表面电极位置计算单元能够基于所确定的背心108内光学形状感测纤维107各部分的三维位置和所提供的背心内光学形状感测纤维与嵌入背心中的表面电极之间的空间关系，计算出所述表面电极的三维位置。
[0057]在步骤102中，确定人30的心脏结构的位置。在本实施例中确定心外膜表面的位置。例如，以上参考图1和图2描述的具有光学形状感测传感器的超声单元用于生成显示心外膜表面的三维超声图像，其中，所述心脏结构位置计算单元能够基于，例如，三维超声图像中心外膜表面的分割和由光学形状感测定位确定的超声单元的位置，计算出心外膜表面的三维位置。能够以任意顺序 执行步骤101和102，即它们能够连续或同时执行。
[0058]在步骤103中，电活动图确定单元基于在人外表面上测量的电信号、步骤101中确定的多个表面电极的位置和步骤102中确定的心脏结构的位置，确定在所述心脏结构处，即在本实施例中在心外膜表面上的电活动图。在步骤104中，分析单元分析电活动图，以便于确定，例如，特定心律失常的电生理机制。在步骤105中，在显示单元上显示所述电活动图，并且任选地还显示分析结果。
[0059]在以上参考图3描述的用于提供心脏的电活动图的方法的实施例中，假定人的外表面上的电信号已经被测量并且被提供给所述电活动图确定单元，以允许所述电活动图确定单元确定所述电活动图。在另一实施例中，在人的外表面上的电信号的测量还能够是用于提供所述电活动图的所述方法的部分，其中，在这种情况下，在步骤103之前执行对应的电信号测量步骤。
[0060]心电图标测(ECM)是一种这样的方法:在该方法中，由覆盖在整个人体胸上的许多电极测量的人体表面信号(即，在人的外表面上测量的诸如电势的电信号)用于计算心脏的心外膜的激动。所述电极为表面电极，即，测量人的表面处的电信号的电极，并且它们包含在通过粘合剂紧紧地附着在胸的皮肤上的背心中。备选地或另外地，所述背心能够包括用于使背心紧紧地贴合胸皮肤的弹性织物。由于已经确定了心外膜心脏表面的位置和表面电极的位置，因此心外膜心脏表面与表面电极之间的三维空间关系是已知的。这使得电活动图确定单元能够计算出在心外膜心脏表面上的准确的单次心跳电激动模式，作为所述电活动图。以上参考图1所描述的系统因此能够提供用于心脏电激动的快速的，即，在几秒到实时内的评估的无创方法。例如，在对应的实验室中的电生理程序期间或介入性心脏病学程序期间，能够执行这种心电图标测。然而，还能够针对介入前或介入后紧跟的诊断程序，执行所述心电图标测。具体而言，所述心电图标测能够用于在药物使用过程期间的某些点评估抗心律失常药物的效果，并且可以用于执行高分辨率的心电图分析。
[0061]以上参考图1和图2描述的系统允许借助光学形状感测定位对背心电极，即表面电极的三维位置的快速评估，以及借助经胸廓或经食管回波探头对三维心脏解剖关于背心电极的三维位置的评估，所述经胸廓或经食管回波探头借助光学形状感测定位定位于三维空间中。所述系统能够用作具有心外膜激动诊断能力的先进的心电图工具。
[0062]优先地，电极在背心织物内心电图标测背心中的配置是已知的。在实施例中，具体而言在以上参考图1描述的实施例中，背心内有多个标志点，即参考标记，其能够，例如，通过具有特定的颜色和/或形状而在视觉上识别出来。电极相对于标志点的位置也是已知的。给人穿上背心后，通过借助装备有光学形状感测传感器的识别笔触碰标志，能够确定标志点的三维位置。标志点的数目和分布优先使得所有电极相对于标志以及相对于参考系的相对位置能够基于电极在织物内的且相对于标志的已知位置得以计算。为了避免人的移动失真，能够将一个或多个额外的光学形状感测传感器暂时添加到背心上或附着于放置在患者胸上某处的片，以补偿人的移动。
[0063]优先地，超声单元用于重建人的心脏解剖结构的经胸廓或经食管三维表示。这种重建能够基于心脏的三维成像和随后的心脏结构的分割，或者通过使通用三维心脏模型与三维超声图像匹配，其中，能够任选地对通用三维心脏模型进行变形。超声探头也装备有光学形状感测定位，因此允许使三维心脏解剖结构与背心电极位置相关。在实施例中，在背心电极位置评估之前或之后执行基于超声的心脏解剖结构评估。在这两种情况下都能够使用暂时添加到背心或附着 于放置在患者胸上某处的片的光学形状感测传感器，以使超声探头位置与背心电极位置相关，并因此使三维心脏解剖结构与背心电极位置相关。
[0064]在实施例中，具体而言在以上参考图2描述的实施例中，电极背心能够装备有一个或多个光学形状感测纤维，其中，背心电极的位置得以识别，因此其相对于所述一个或多个光学形状感测纤维是已知的。通过评估所述一个或多个光学形状感测纤维的三维形状，能够计算出背心电极的三维位置。同样在本实施例中如上描述的通过使用超声探头来确定心脏解剖结构的位置，其中，在本实施例中，通过使用来自背心内一个或多个光学形状感测纤维和来自超声探头的光学形状感测传感器的光学形状感测信号，将超声探头的位置与背心电极的位置配准。
[0065]尽管在以上参考图1描述的实施例中，装备有光学形状感测纤维6的额外的识别笔4用于确定参考标记2的三维位置，在另一个实施例中，不需要这种具有光学形状感测纤维6的额外的识别笔4。作为替代，超声探头22能够用于确定参考标记2的三维位置。因此，诸如医生的用户能够将超声探头22从一个参考标记移动到另一个参考标记，以便于通过光学形状感测定位确定这些参考标记的三维位置。之后表面电极位置计算单元使用参考标记的这些三维位置，如上描述地确定表面电极的三维位置。相同的超声探头22之后能够用于提供指示心脏结构，具体而言，指示心外膜表面的超声信号，以便于确定心外膜表面的位置。
[0066]优先通过背心上的开口或在人穿戴上背心之前直接在胸皮肤上使用超声探头。在以上参考图1描述的实施例中，可以在胸皮肤上使用超声探头22，以在人穿戴上背心之前但将参考片施加于胸皮肤之后采集心脏的超声图像，所述参考片被连接到用于确定所述参考片位置的光学形状感测纤维。
[0067]能够借助纤维光学形状感测与定位(FOSSL)技术，例如，基于纤维布拉格光栅，来确定背心的表面电极的位置。所述背心可以包含一个或多个具有这种光栅的纤维，所述纤维允许确定所述纤维的完整三维形状与位置。通过获知表面电极中每一个与相关纤维之间的空间关系，能够确定电极中每一个的位置。之后这能够在不具有基于任何X射线或核磁共振的表面电极定位的情况下实现。而且，超声探头能够是能够用于重建心脏的三维经食管或微型经胸廓超声探头。而且，能够使用FOSSL技术借助这种纤维，具体而言，在导管中对探头进行定位。如上描述地，FOSSL技术能够用于对表面电极进行定位。
[0068]以上参考图1和图2描述的系统，基于借助光学形状感测定位的背心电极的对背心电极位置的三维评估，并且基于光学形状感测定位的超声图像的三维心脏解剖结构评估，提供了心电图标测。所述系统因此能够提供能够用于获得例如无法由已知心电图系统获得的介入前和介入后信息的心电图诊断工具。例如，能够提供这样的信息:例如异位病灶的合理准确位置、心室折返的合理准确位置、区分折返或病灶性室性心搏过速及其定位的信息、以便至少能够区分左侧肺静脉和右侧肺静脉的关于肺静脉传导的恢复和问题肺静脉的定位的信息、以及关于抗心律失常药物的效果，具体而言，抗心律失常药物的用量变化的效果的信息。
[0069]尽管在上述实施例中，具体而言在图1和图2中，所述背心具有电极的特定分布，应当注意，所述背心中的电极在图1和图2中仅被示意性且示范性地指示出，即，例如，它们能够以不同方式分布在所述背心内。所述背心优先地包括几百个覆盖人整个胸的电极。
[0070]通过研究附图、说明书和权利要求书，本领域技术人员在实施所要求保护的发明中能够理解并且实现对所公开的实施例的其它变型。
[0071]在权利要求中，词语“包括”并不排除其他元件或步骤，并且，不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。
[0072]单个单元或设备可以实现权利要求中记载的若干项目的功能。在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施不指示使用这些措施的组合不是有利的。
[0073]诸如表面电极位置的计算、心脏结构位置的计算、电活动图的计算的各计算以及由一个或若干单元或设备执行的电活动图的分析能够由任何其他数量的单元或设备来执行。电活动图的计算和/或分析，和/或对根据用于提供电活动图的方法提供电活动图的系统的控制能够实施为计算机程序的程序代码模块和/或专用硬件。
[0074]计算机程序可以储存/分布在与其它硬件一起提供或作为其它硬件的部分提供的诸如光学存储介质或固态介质的适当介质上，或者还可以以其他形式分布，例如经由因特网或其他有线或无线的远程通信系统。[0075]权利要求中的任何附图标记不得解释为对范围的限制。
[0076]本发明涉及一种用于借助由布置于生物的外表面上的多个表面电极采集的来自所述生物的心脏的电信号提供所述心脏的电活动图的系统。表面电极位置确定单元借助光学形状感测定位确定所述多个表面电极的位置并且电活动图确定单元基于测量的电信号、所确定的所述多个电极的位置和心脏结构的位置，确定所述心脏结构处的电活动图，所述心脏结构具体而言为心外膜表面。由于使用光学形状感测而非例如X射线确定所述多个表面电极的位置，因此能够确.定所述电活动图而不必施加X射线辐射剂量。
【权利要求】
1.一种用于借助由布置于生物的外表面上的多个表面电极采集的来自所述生物的心脏的电信号提供所述心脏的电活动图的系统，所述系统包括: -表面电极位置确定单元(4、6、12、13 ;107、112、113)，其用于借助光学形状感测定位确定所述多个表面电极(9 ；109)的位置， -心脏结构位置确定单元(10、14、15、22 ;110、114、115、122)，其用于确定所述生物(30)的心脏结构的位置， -电活动图确定单元(16 ;116)，其用于基于在所述生物(30)的外表面上测量的所述电信号、所确定的所述多个电极(9 ；109)的位置和所确定的所述心脏结构的位置确定所述心脏结构处的所述电活动图。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述心脏结构位置确定单元包括用于生成指示所述心脏结构的位置的超声信号的超声单元(22 ;122)，以及用于基于所述超声信号计算所述心脏结构的位置的心脏结构位置计算单元(14 ;114)。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述超声单元(22;122)是经胸廓回波探头或经食道回波探头。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述超声单元(22;122)装备有用于生成指示所述超声单元(22 ；122)的位置的光学形状感测信号的光学形状感测传感器(10 ;110)，其中，所述心脏结构位置计算单元(14 ；114)适于基于所述光学形状感测信号和所述超声信号确定所述心脏结构的位置。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述表面电极位置确定单元包括用于提供所述多个表面电极(9)的位置和参考标记(2)的位置之间的空间关系的空间关系提供单元 (12)，其中，所述超声单元(22)适于接触所述参考标记(2)，其中，所述光学形状感测传感器(10 )适于在接触相应参考标记(2 )的同时生成相应的光学形状感测信号，以生成指示所述相应参考标记(2)的位置的光学形状感测信号，其中，所述表面电极位置确定单元包括用于根据所述光学形状感测信号和所述空间关系计算所述表面电极(9)的位置的表面电极位置计算单元(13)。
6.根据权利要求2所述的系统，其中，所述超声信号表示超声图像，且其中，所述心脏结构计算单元(14)适于在所述超声图像中检测所述心脏结构并基于在所述超声图像中检测到的所述心脏结构计算所述心脏结构的位置。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述表面电极位置确定单元包括: -空间关系提供单元(12)，其用于提供所述多个表面电极(9)的位置和参考标记(2)的位置之间的空间关系， -光学形状感测元件(4、6)，其用于在所述光学形状感测元件(4、6)的尖端(17)与相应参考标记接触的同时生成指示所述光学形状感测元件(4、6)的所述尖端(17)的位置的光学形状感测信号，以便生成指示所述相应参考标记的位置的光学形状感测信号，以及 -表面电极位置计算单元(13)，其用于根据所述光学形状感测信号和所述空间关系计算所述表面电极(9)的位置。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统还包括用于确定所述生物(30)的移动的移动确定单元(18、23、24)，其中，所述表面电极位置确定单元适于根据所确定的移动确定所述多个表面电极的位置。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述移动确定单元包括光学形状感测传感器(23、24)和移动计算单元(18)，所述光学形状感测传感器(23、24)在附着位置附着于所述生物并用于生成指示所述光学形状感测传感器的实际位置的光学形状感测信号，所述移动计算单元(18)用于根据所生成的光学形状感测信号计算所述生物的移动。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述表面电极位置确定单元包括: -光学形状感测传感器(107 )，其用于生成指示所述光学形状感测传感器(107 )的位置的光学形状感测信号， -空间关系提供单元(112)，其用于提供所述光学形状感测传感器(107)的位置和所述表面电极(109)的位置之间的空间关系，以及 -表面电极位置计算单元(113)，其用于根据所生成的光学形状感测信号和所述空间关系计算所述表面电极(109)的位置。
11.一种用于由生物穿戴的背心，所述背心适合用于提供电活动图，所述背心(8 ；108)包括: -多个表面电极(9 ;109)，其用于当所述生物(30)穿戴所述背心(8 ；108)时布置于所述生物(30)的外表面上，并用于从所述生物(30)的心脏采集电信号， -光学形状感测传感器(7 ;107)，其用于生成指示所述光学形状感测传感器(7 ;107)的位置的光学形状感测信号并用于向表面电极位置确定单元提供所述光学形状感测信号。
12.一种用于借助由布置于生物的外表面上的多个表面电极采集的来自所述生物的心脏的电信号提供所述心脏的电活动图的方法，所述方法包括: -由表面电极位置确定单元借助光学形状感测定位确定所述多个表面电极的位置， -由心脏结构位置确定单元确定所述生物的心脏结构的位置， -由电活动图确定单元基于在所述生物的外表面上测量的所述电信号、所确定的所述多个电极的位置和所确定的所述心脏结构的位置确定所述心脏结构处的所述电活动图。
13.—种用于借助由布置于生物外表面上的多个表面电极米集的来自所述生物的心脏的电信号提供所述心脏的电活动图的计算机程序，所述计算机程序包括程序代码模块，所述程序代码模块用于当所述计算机程序在控制根据权利要求1所述的系统的计算机上运行时，令所述系统执行根据权利要求12所述的方法的步骤。
【文档编号】A61B5/0402GK103429148SQ201280009015
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2012年2月14日 优先权日:2011年2月17日
【发明者】G·H·M·海斯贝斯, H·B·范登布林克, S·什莱格特, N·奈霍夫, D·迪贾坎普 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司