用于诊断和治疗纤维性颤动的系统和方法与流程

本公开的实施方案总体上涉及心脏病学，并且更具体地涉及纤维性颤动的检测、治疗和最终终止。

背景技术：

0、发明背景

1、异常或不规则的心律被称为心律失常。这些失调干扰心脏的电信号，并可能导致心脏搏动太快、太慢或以异常方式搏动。心律失常与心脏兴奋波的异常开始，心脏兴奋波的异常传播，或这两者的某种组合有关。心律失常可以以许多不同的方式表现出来，使得难以确定心律失常的机制。

2、心律失常可被分类为折返性心律失常与非折返性心律失常。在折返中，心脏组织被围绕障碍物循环的传播波重复地激发(称为解剖折返)，或者在组织中自由地循环，作为螺旋波或涡旋波功能性折返。

3、心动过速是一种折返性心律失常，其中受试者的心率超过每分钟100次。有许多不同类型的心动过速由引起异常的心脏部分分组，例如心房纤维性颤动，心房扑动，室上性心动过速，室性心动过速和室性纤维性颤动。

4、具体地，心室纤维性颤动或vf被认为是非常严重的心脏心律失常和威胁生命的医疗事件。在vf期间，无序的电活动导致心脏的下腔室或心室颤抖或纤维性颤动，而不是正常收缩(或搏动)。这就阻止了心脏泵血，引起肺不张和心脏骤停。vf可以用心律失常药物和/或可植入的心律转复除颤器(icd)治疗，所述心律失常药物可以帮助控制心律紊乱，所述可植入的心律转复除颤器(icd)可以通过单个高能量冲击来校正异常的心律。心律失常药物可以包括，例如，抗心律失常药物，钙通道阻断剂，β阻断剂和抗凝血剂。

5、icd是置于皮肤下的电池供电设备，其通过将icd连接到心脏的细线来跟踪对象的心率。如果检测到异常快的或混乱的心律，则该设备将传递冲击以恢复正常的心跳。某些icd还可以具有起搏器的双重功能，其中当检测到的心跳太慢时，它向心脏发送小的电信号。

6、最近，icd冲击与死亡率增加之间存在强烈的关联。其中一些毫无疑问是由于icd冲击作为更晚期疾病的标记物。然而，以下任何一种也可导致死亡率增加：不适当的冲击，即冲击对于异常的心律来说过大；具有增加的由休克引起的损伤的生物标志物的心肌损伤；通过来自冲击的电穿孔引起的心肌顿抑和细胞死亡；和/或来自与休克相关的疼痛的心理窘迫。在这方面，已经发现icd编程有助于减少不适当的冲击以减少死亡率。

7、除了高能单冲击疗法之外，正在探索终止正在进行的折返性心动过速和纤维性颤动的其它策略，并且可以包括例如抗心动过速起搏(atp)，多级电疗法，一系列低能双相和多相冲击，随后是组织后的atp，低能抗纤维性颤动起搏(leap)和多部位光刺激。

8、心房纤维性颤动(af)是一种动态的，非平稳的系统，具有多种可能的机制，包括螺旋波折返和多个小波折返。af是临床实践中最常见的快速心律失常类型。除了抗心律失常药物，导管消融目前是患者中的标准疗法。具体地，肺静脉隔离(pvi)是用于阵发性af的主流导管消融技术。对于没有对pvi作出反应的患者，需要用复杂的碎裂电图(cfe)消融对基底进行改性以治疗持续的af。

9、研究表明，局部波阵面方向的动力学(wd)可以为局部动力学和纤颤的形成机理提供重要的信息和洞察。具体地，双极电描记图形态产生关于波前相对于电极传播的方向的重要信息。显示高度周期性或间歇性周期性行为的区域与混沌区域的区分在识别vf或af的源中可能是重要的。

10、递归量化分析(rqa)是一种非线性的工具，它可以很容易地将周期与混沌区分开来，并且可以量化动态系统的稳定性，确定性等特性，从而有助于将周期行为与混沌行为区分开来。例如，最近在james p.hummel等人的标题为“a method for quantizationrecursing pattern of local wavefront direction during atrial fibrillation”的出版物(computers in biology and medicine 89(2017)497-504，作为附录a)中描述了用于区分心房纤维性颤动期间的螺旋波折返区域和小波分裂区域的rqa的细节；以及jamesp.hummel等人的“new skip parameter to facilitate recurrence quantification ofsignals comprised of multiple components”(chaos 28,085718(2018):https://doi.org./10.1063/1.5024845，作为附录b)；以及baher等人的“recurrencequantification analysis of complex-fractionated electrograms differentiatesactive and passive sites during atrial fibrillation”(j.cardiovascelectrophysiol.2019；30:2229-2238)2019；30：2229-2238,作为附录c)，上述全部内容通过引用整体并入本文。迄今为止，这些方法已经被用于优化af患者的消融策略的个体化。

11、仍然需要使用这类策略来开发更好地预测心律失常动态的算法和装置，以优化治疗策略和所选治疗的时机。

技术实现思路

0、发明概述

1、本公开的实施方案涉及用于检测心律失常或纤维性颤动的稳定性，确定是否需要除颤或起搏来中断纤维性颤动，以及如果需要的话，优化低能量疗法的时机以提高用于除颤的低能量疗法的功效的方法和系统。通过将电描记图信号转换为电描记图构象的离散序列，可以确定电描记图信号的重复变量，其高度指示心律失常的来源，预测心律失常的自发终止的可能性，并检测低能量治疗的最佳时机以终止心律失常。

2、更具体地，整个电介质的波前传播可以被描述为在某些条件下产生非线性动力学和混沌解的多变量微分方程的系统。在正常的临床情况下，我们不知道许多变量随时间的状态。然而，通过将离散数量的传感器放置在心脏的一个或多个腔室内，并将这些变量的时间序列嵌入多维相位空间中，仍然可以由单个或有限数量的变量的知识来确定关于系统的动态的信息。该庞加莱图又可以被用于生成递归图。然后，使用递归图(或几个变量之间的交叉递归图)来检测具有高组织周期的组织的变化范围，其中存在低波折断、低数量的相位奇异性，以及心肌组织的不同区域之间的高耦合，以及低组织。还将使用包括但不限于区域相位映射的技术来确定系统的动力学和组织范围，所述区域相位映射经由放置在心脏的一个或多个腔室内的多个离散感测电极，以及区域之间的同步和相干性的测量。在实施方案中，相位同步的分析被用于检测随着时间发生的周期相位同步，间歇相位同步，或相位同步的重复事件，这可以预测其自发终止原纤化的概率，而不需要低或高能量冲击。为了效率，本文中的术语“周期性”是指以规则间隔重复的相位同步，以不规则间隔重复的相位同步，以及间歇的相位同步。

3、在实施方案中，相位同步的检测还可以允许优化低能量疗法或其它疗法的递送时机，否则，如果系统不能同步感兴趣的心腔中的足够的心肌，则所述低能量治疗或其它治疗将失败。在该实施方案中，如果治疗被定时到已经存在显著同步的时期，则其可以具有实现除颤的较高概率，即较高的功效。在其它实施方案中，如果检测到最小相位同步或没有检测到相位同步，则可能需要更高的能量冲击来实现除颤。

4、所述系统和方法可用于例如诊断和分类受试者中的心律失常或纤维性颤动的来源，检测相位同步以确定和预测用于实现受试者中的除颤的最佳方法和时机，例如通过自发终止(无能量)，低能量治疗例如起搏或低能量冲击，或高能量冲击。

5、本公开的系统和方法可以与本领域普通技术人员已知的心房除颤器组合使用，以检测具有高概率的自行终止的a-fib发作，其中截留治疗；以检测类似于扑动的a-fib发作，其中预测抗心动过速起搏(atp)是高效的；以及检测其中需要低能量冲击的a-fib的发作并且优化低能量冲击的时机，从而提高低能量疗法的功效。在一些实施方案中，确定不给予治疗可以在几秒至一天或更长的范围内，这取决于特定受试者的症状的严重程度和/或自终止的概率。

6、在其它实施方案中，本公开的系统和方法可与本领域普通技术人员已知的icd组合使用以检测vf或室性心动过速发作，其中如果发作非常不稳定，则确定在短时间(例如8-10秒或更短)内不给予治疗以确定其是否将自我终止；鉴定哪些发作可能用atp或其它疗法而不是高能冲击响应；以及鉴定哪些发作可能对低能量治疗作出响应并且优化这种治疗的时机。

7、按照实施方案，用于治疗对象中的心律紊乱的除颤优化控制系统通常包括：传感器，其可操作地连接到所述对象并被配置为从所述对象收集数据；以及治疗控制子系统，其被配置为从所述传感器接收数据，其中所述数据包括所述对象的心脏活动信号。治疗控制子系统被配置为分析心脏活动信号以检测心律失常，并且当存在心律失常时，治疗控制子系统被配置为检测周期性相位同步以确定心律失常在一段时间内自行终止的概率，并且基于自行终止的概率来确定除颤治疗。治疗控制子系统还被配置为发送信息以在对象内实现除颤治疗或者在一段时间内不给予除颤治疗。在实施方案中，治疗控制子系统被配置为当概率高于第一阈值时发送信息以不给予除颤治疗。在一个实施方案中，心律紊乱是心房纤维性颤动，并且第一阈值在约10％至约90％的范围，并且所述一段时间在约10秒至240分钟的范围。在另一个实施方案中，心律紊乱是心室纤维性颤动，并且第一阈值是约90％或更高，并且所述一段时间在约1至约10秒的范围。

8、在实施方案中，当概率处于或低于第一阈值时，子系统被配置为确定组织的程度，并且取决于组织的程度发送信息以实现第一治疗的递送或实现第二治疗的递送。第一治疗包括以第一能量水平的能量递送，并且第二治疗包括以大于第一能量水平的第二能量水平递送第二治疗。在实施方案中，当选择第一治疗时，系统被配置为在第一能量水平优化第一治疗的递送时间。递送时间可以是组织同步的时段。

9、在可选实施方案中，第一治疗包括通过一系列电脉冲传递到对象的心肌以恢复对象的正常心率和心律的抗心动过速起搏。在另一个实施方案中，第一治疗包括通过一系列双相和/或多相冲击的多级电疗法，随后通过一系列递送至对象的心肌的电脉冲的抗心动过速起搏，以恢复对象的正常心率和心律。在另一个实施方案中，第一治疗包括低能量抗纤颤起搏，并且在又一个实施方案中，第一治疗包括多部位光刺激。

10、在实施方案中，心脏活动信号包括心内电描记图信号，并且子系统被配置为使用实时递归定量分析来分析信号。分析这些信号以确定随时间推移在心脏组织的不同区域之间存在的信号耦合的程度。信号耦合和/或相位同步的程度是使用选自以下的一个或多个工具来测量的：相位映射、交叉递归、递归网络、同步化、相干性及上述的组合；和/或信号耦合的程度是使用从递归网络、多变量递归图或联合递归图(包括从这些图导出的同步测量，包括递归概率和联合递归概率的相关性)获得的参数来测量的。在其它实施方案中，使用从包括kuramoto次序参数、相互依存性指数、网络传递性和交叉传递性的同步测量中选择的一个或多个工具来测量信号耦合的程度。由一个或多个工具测量的变量选自确定性、％再现性、熵，对角线和垂直线长度的分布和趋势、俘获时间、lyapunov指数、相干性、相位匹配以及它们的组合。

11、在实施方案中，子系统包括可植入装置内的电路，其中可植入装置被配置为递送除颤治疗。在其它实施方案中，子系统包括可无线连接到传感器的外部设备。

12、在实施方案中，传感器被配置成从对象收集数据并传送信息以在对象内实现除颤治疗，而在其它实施方案中，效应器与传感器分离，该效应器被配置成在对象内实现除颤治疗。在实施方案中，传感器包括至少两个电极，并且效应器包括至少两个电极。在实施方案中，传感器、效应器或两者的至少两个电极包括引线。在实施方案中，传感器和子系统包括单个可植入装置，而在其它实施方案中，传感器和子系统包括两个分开的装置，并且两个分开的装置中的至少一个可植入对象体内。在一些实施方案中，传感器、效应器和子系统包括单个可植入装置，而在其它实施方案中，传感器、效应器和子系统包括至少两个分开的装置。两个分离装置中的至少一个可植入对象体内。

13、根据实施方案，一种用于优化对象中与心律疾病发作相关的除颤的方法可以包括：从可操作地连接到所述对象的传感器接收与心律疾病发作相关的传感器数据；通过优化引擎评估传感器数据的周期性相位同步；基于所述评估步骤，确定心律失常在一段时间内自行终止的概率；基于自行终止的概率，如果概率高于第一阈值则选择不给予除颤治疗一段时间，如果概率处于或低于第一阈值则递送第一除颤治疗，或者递送第二除颤治疗；以及当不给予除颤治疗时，则不选择递送第一除颤治疗或第二除颤治疗。在实施方案中，传感器数据包括心内电描记图信号。

14、在实施方案中，第一除颤治疗包括以第一能量水平递送能量，并且第二除颤治疗包括以高于第一能量水平的第二能量水平递送能量，并且该方法包括当选择第一除颤治疗时优化第一能量水平的递送时间。递送时间可以在组织同步的时段。

15、在实施方案中，第一除颤治疗包括通过传递到对象的心肌的一系列电脉冲进行的抗心动过速起搏，以恢复对象的正常心率和心律。在其它实施方案中，第一除颤治疗包括通过一系列双相和/或多相冲击进行的多级电治疗，随后通过传递到对象的心肌的一系列电脉冲进行抗心动过速起搏，以恢复对象的正常心率和心律。在另一个实施方案中，第一除颤治疗包括低能量抗纤颤起搏或多部位光刺激。在实施方案中，分析信号以确定随时间推移在心脏组织的不同区域之间存在的信号耦合的程度。

16、在一个实施方案中，心律疾病发作是心房纤维性颤动发作，并且第一阈值是在1至240分钟的近期窗口内大于10％的纤维性颤动自行终止的概率。在一个实施方案中，概率和近期窗口持续时间是可编程的，作为输入的患者症状严重性分数的函数，使得较低的患者症状严重性分数将导致较低的概率阈值和较长的近期窗口。输入的患者症状严重性分数可以是从1至5的标度，其中1表示最轻症状，5表示严重症状。在实施方案中，当概率处于或低于第一阈值时，选择步骤还包括确定心房颤动是否类似于扑动；以及当心房颤动类似于扑动时以第一能量水平递送能量，或者当心房颤动不类似于颤动时以高于第一能量水平的第二能量水平递送能量。

17、在另一个实施方案中，心律疾病发作是室性心动过速或心室纤维性颤动发作。当概率处于或低于第一阈值时，选择步骤还包括确定通过以第一能量水平传递能量来终止发作的可能性。如果分析在约4至约15秒的范围内的短期窗口内产生约80％至约95％的纤维性颤动自行终止的高概率，则治疗将在心室纤维性颤动期间推迟。

18、在实施方案中，当概率高于第一阈值时，选择不给予能量递送，该方法还包括等待一段时间以确定发作是否自行终止；分析所述传感器数据以确定随时间推移在心脏组织的不同区域之间存在的信号耦合的程度；以及如果所述发作在所述时间段内不自行终止，根据耦合的程度，选择第一除颤治疗或第二除颤治疗。

19、在实施方案中，用于治疗对象的心动过速的除颤优化控制系统可以包括传感器，该传感器在心房、心室或两者的不同区域可操作地连接到受试者；以及治疗控制子系统，其被配置为从所述传感器接收数据并向所述传感器发送指令，其中所述数据包括心内电描记图信号；其中所述治疗控制子系统被配置为分析所述信号以检测心律失常，并且当存在时，被配置为确定所述信号之间的耦合程度，并且基于所述耦合程度，确定是递送还是不给予包括能量递送的除颤治疗。

20、在其它实施方案中，本公开的系统和方法可用于已知的深部脑刺激疗法中以调节身体的其它纤维性颤动，例如在脑中，用于治疗神经病症，例如癫痫和/或运动障碍，例如帕金森氏病。

21、上述
技术实现要素：
不意欲描述本发明的每一个所示实施方案或每一个实现方式。下面的详细描述更具体地例示了这些实施方案。