用于节律紊乱分析的信号段的选择的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年9月12日递交的美国专利申请No.61/877,093和2014年9月11日 递交的美国专利申请No. 14/483，914的优先权，这两个美国专利申请的全部内容通过引用 并入本文中。
技术领域
[0003] 本申请总体涉及生物节律紊乱。更具体地，本申请旨在选择用于分析生物节律紊 乱(例如，心脏节律紊乱)的信号段的系统和方法。
【背景技术】
[0004] 生物节律紊乱，诸如心脏(心脏附近的）节律紊乱，是常见的且代表在世界各地发 病和死亡的重要原因。心脏中的电系统的功能失调代表心脏节律紊乱的直接原因。心脏节 律紊乱以许多形式存在，其中最复杂的且难于治疗的形式是心房颤动(AF)、室性心动过速 (VT)和心室颤动(VF)。其它节律紊乱治疗起来较为简单，但也可能在临床上是重要的，包括 房性心动过速(AT)、室上性心动过速(SVT)、心房颤振(AFL)、室上性异位收缩/搏动(SVE)和 室性期前收缩/搏动(PVC)。
[0005] 以前，对心脏节律紊乱(尤其是AF、VF和多形性VT的复合型节律紊乱）的治疗已经 很困难，这是因为不能够识别心脏节律紊乱的源在心脏中的位置。对于复合型节律紊乱如 何起作用和用于治疗这些复合型节律紊乱的临床应用，已经有各种各样的理论。然而，没有 任何应用被证实在治疗复合型节律紊乱上是卓有成效的。
[0006] 近来，有了突破性发现，即首次识别出与复合型心脏节律紊乱相关的源。该技术突 破成功地分析且重构在从导入到患者心脏内的导管的电极获得的信号中的心脏激活信息 (激活起始时间）以识别导致和维持世界范围内大比例的心脏节律紊乱的旋转激活方式(旋 转源，例如转子）以及病灶源。因此，对心脏节律紊乱的治疗可对准患者的心脏中的旋转源 和/或病灶源，以消除心脏节律紊乱。例如，这种治疗可通过消融而成功地实现。
[0007] 如上所述，心脏信号通常从导入到患者的心脏内的导管的电极获得(例如，感测、 获取或记录）。当从患者获得信号时，许多噪声源经常嵌入或叠加在这些信号中。这些源可 包括来自患者心脏的另一部分、患者的其它解剖结构的电活动;来自电极运动和/或患者运 动（例如，呼吸）的运动伪影;源自彼此接触的电极的机械串扰；电子放大器的饱和;来自外 部系统的射频(RF)能量；以及其它噪声源。另外，电极可与患者的心脏具有各种不同层次的 接触(或非接触），这可减小信号的振幅，并且在最糟糕的情况下，甚至可导致信号中不存在 电活动。
[0008] 重构心脏激活信息（激活起始时间）需要分析可以是计算密集型且时间密集型的 信号。由于分析信号的完整性的这些计算约束或其它计算约束，这种方式可能不是有利的。 而且，这些信号的某些部分(在一些情况下，扩展部分)可受到噪声影响。在这样的环境下， 有利的是避免信号的分析复杂且受到叠加在信号中的噪声限制的部分。
[0009]对这些信号的整体的分析可负面地影响在识别心脏节律紊乱的源方面的时间和 精确度、以及在对准心脏节律紊乱的源以备治疗和消除方面的精确度。
[0010]因此，期望的是识别这些信号的包括带有少量噪声的周期性心脏信息的部分(例 如，信号段）以备进一步分析，这可改善在识别心脏节律紊乱的源方面的时间和精确度以及 在对准心脏节律紊乱的源以备治疗和消除方面的时间和精确度。
【发明内容】
[0011] 本申请适于在从患者获得的多个信号中选择包括最小噪声和稳定的、定义明确的 生物活动的一组信号段，用于检测和治疗患者内节律紊乱的病因或源。信号段选择适合于 各种节律紊乱，包括心脏节律紊乱、以及其它生物节律紊乱，诸如神经性癫痫发作、食管痉 挛、膀胱不稳定、肠易激综合征和其它生物紊乱，对此，可从多个信号中选择信号段以允许 确定、诊断和/或治疗紊乱的病因或源。然而，在引起复合型激活方式的复合型节律紊乱中 是特别有用的、尤其在心脏的复合型节律紊乱中是有用的，用以改善对紊乱的病因或源的 检测，使得它们可被适宜地治疗。
[0012] 复合型心脏节律紊乱通常导致极其难于解密的激活方式且用以确定复合型紊乱 中心跳的精确激活信息的能力先前是不可能的。在本申请的优势中，一个优势在于从多个 信号中选择具有最小噪声和稳定的、定义明确的生物活动的信号段从而更为快速地且以更 大精度确定和治疗节律紊乱的病因和/或源的能力。另一优势在于本申请提供一种系统和 方法，该系统和方法能够在感测设备(诸如其上具有传感器的导管)被用在患者中或患者附 近时得以快速执行，并且能够跟随有信号段选择、基于所选择的信号段确定节律紊乱的源、 和治疗心脏组织以减轻节律紊乱以及在许多情况下治愈紊乱。
[0013] 根据实施方式或方面，公开了处理心脏信号的段的方法。
[0014] 使在至少一个第一心脏信号中的信号段与迀移多个时间偏移的该信号段相关，以 确定对于该信号段的最高相关系数。
[0015] 使在至少一个第二心脏信号中的信号段与迀移多个时间偏移的该信号段相关，以 确定对于该信号段的最高相关系数。
[0016] 对于在所述至少一个第一心脏信号中和在所述至少一个第二心脏信号中的额外 信号段，重复所述相关，以确定对于各个所述额外信号段的最高相关系数。
[0017] 使用对于所述至少一个第一心脏信号的信号段和所述至少一个第二心脏信号的 信号段的最高相关系数，生成多个复合相关系数。所述至少一个第一心脏信号的信号段与 所述至少一个第二心脏信号的信号段是近似同时期的。
[0018] 选择一组信号段，该组信号段包括来自所述至少一个第一心脏信号的至少一个信 号段和来自所述至少一个第二心脏信号的至少一个信号段。该组信号段与来自多个复合相 关系数的最高复合相关系数相关联。
[0019] 根据所述方法，该组信号段可用于确定节律紊乱的源。
[0020] 根据另一实施方式或方面，公开了用以处理心脏信号的段的系统。所述系统包括 处理设备和存储器。存储设备存储指令，当处理设备执行所述指令时，所述指令使处理设备 执行下面的操作。
[0021] 使在至少一个第一心脏信号中的信号段与迀移多个时间偏移的该信号段相关，以 确定对于该信号段的最高相关系数。
[0022] 使在至少一个第二心脏信号中的信号段与迀移多个时间偏移的该信号段相关，以 确定对于该信号段的最高相关系数。
[0023] 对于在所述至少一个第一心脏信号中和在所述至少一个第二心脏信号中的额外 信号段，重复所述相关，以确定对于各个所述额外信号段的最高相关系数。
[0024] 使用对于所述至少一个第一心脏信号的信号段和所述至少一个第二心脏信号的 信号段的最高相关系数，生成多个复合相关系数。所述至少一个第一心脏信号的信号段与 所述至少一个第二心脏信号的信号段是近似同时期的。
[0025] 选择一组信号段，该组信号段包括来自所述至少一个第一心脏信号的至少一个信 号段和来自所述至少一个第二心脏信号的至少一个信号段。该组信号段与来自多个复合相 关系数的最高复合相关系数相关联。
[0026] 这些操作还可包括使用该组信号段来确定节律紊乱的源。
[0027]根据又一实施方式或方面，公开了处理心脏信号的段的方法。
[0028] 根据第一偏移范围使在多个信号中近似同时期的信号段自相关，以确定最高相关 系数。使用最高相关系数生成复合相关系数。
[0029] 确定复合相关系数中低于阈值的一个或多个复合相关系数。根据第二偏移范围使 与所确定的一个或多个复合相关系数相关联的近似同时期的信号段自相关，以确定对于所 述近似同时期的信号段的最高相关系数。第二偏移范围与第一偏移范围不同。
[0030] 选择与对于所选择的偏移范围的最高相关系数相关联的一组近似同时期的信号 段。
[0031] 根据又一实施方式或方面，公开了处理心脏信号的段的系统。所述系统包括处理 设备和存储器。存储设备存储指令，当处理设备执行所述指令时，所述指令使处理设备执行 下面的操作。
[0032] 根据第一偏移范围使在多个信号中近似同时期的信号段自相关，以确定最高相关 系数。使用最高相关系数生成复合相关系数。
[0033]确定复合相关系数中低于阈值的一个或多个复合相关系数。根据第二偏移范围使 与所确定的一个或多个复合相关系数相关联的近似同时期的信号段自相关，以确定对于所 述近似同时期的信号段的最高相关系数。第二偏移范围与第一偏移范围不同。
[0034] 选择与对于所选择的偏移范围的最高相关系数相关联的一组近似同时期的信号 段。
[0035] 从下面的结合附图阅读的详细描述中，本申请的这些和其它目的、目标和优势将 变得明显。
【附图说明】
[0036] 在附图的多个图中以示例而非限制的方式示出了一些实施方式或方面，附图中： [0037]图1示出示例性信号处理系统；
[0038] 图2示出从图1的定位在患者心脏内的感测位置的示例性传感器近似同时期获得 的复合型心脏节律紊乱的示例性心电图信号；
[0039] 图3示出分割成示例性的三个段的图2的示例性第一信号；
[0040]图4示出分割成示例性的三个段的图2的示例性第二信号；
[0041]图5示出分割成示例性的三个段的图2的示例性第三信号；
[0042]图6示出图2中的第一信号的在图3中的第一示例性信号段中的三个示例性时间迀 移(或偏移）；
[0043]图7示出显示针对图2中第一信号的在图3中的第一信号段中的在100毫秒至350毫 秒范围内的时间迀移而确定的相关系数(r)的曲线的示例图；
[0044] 图8为示出根据第一实施方式的选择用于分析生物节律紊乱(诸如心脏节律紊乱） 的信号段的示例性方法的流程图；
[0045] 图9示出对于给定的时间偏移(诸如100毫秒)的示例性相关计算；
[0046] 图10示出汇总了用于在图2中的各个信号中的信号段的最高相关系数(r)的示例 性表格；
[0047] 图11示出对于最高相关系数(r)的均方根的示例性计算；
[0048] 图12示出结合图1的定位在心脏中感测位置处的示例性传感器得到的复合型心脏 节律紊乱的示例性信号；
[0049]图13示出在图12中所示信号的信号段中的根据所选择的第一偏移范围的示例性 时间迀移(或偏移）；
[0050] 图14示出显示针对在图12中所示信号的信号段中的根据所选择的第一偏移范围 的时间偏移而确定的相关系数(r)的曲线的示例图；
[0051] 图15示出在图12中所示信号的信号段中的根据所选择的第二偏移范围的示例性 时间迀移(或偏移）；
[0052]图16示出显示针对在图12中所示信号的信号段中的根据所选择的第二偏移范围 的时间偏移而确定的相关系数(r)的曲线的示例图；
[0053]图17示出在图12中所示信号的信号段中的根据所选择的第三偏移范围的示例性 时间迀移(或偏移）；
[0054]图18示出显示针对在图12中所示信号的信号段中的根据所选择的第三偏移范围 的时间偏移而确定的相关系数(r)的曲线的示例图；
[0055] 图19为示出根据第二实施方式的选择用于分析生物节律紊乱(诸如心脏节律紊 乱)的信号段的示例性方法的流程图；
[0056] 图20示出结合图1的定位在心脏中感测位置处的示例性传感器得到的复合型心脏 节律紊乱的示例性信号；
[0057] 图21示出与包括图20中所示信号的多个信号的段相关联的复合相关系数的示例 性曲线；
[0058] 图22示出与心脏节律紊乱的周期长度(CL)相关联的复合偏移的示例性曲线，该复 合偏移导致包括图20中所示信号的多个信号的同时期的段;以及
[0059] 图23为通用计算机系统的说明性实施方式的框图。
【具体实施方式】
[0060] 文中公开了选择用于分析生物节律紊乱(例如心脏节律紊乱）的信号段的系统和 方法。在下文描述中，出于说明的目的，陈述了许多具体细节以便透彻地理解示例性实施方 式或方面。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，示例性实施方式可在不具有全部所公 开的具体细节的情况下来实践。
[0061] 图1示出示例性的信号处理系统100。该示例性系统100被配置成检测来自患