本發(fā)明一般涉及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，更具體地涉及用于檢測患者器官中電活動的導(dǎo)管和方法，更具體地用于檢測例如患有心臟纖維性顫動的患者心臟中電活動的導(dǎo)管和方法。

現(xiàn)有技術(shù)

心臟纖維性顫動是一種復(fù)雜的心律失常，其發(fā)作、持續(xù)和中斷機制尚未完全清楚。雖然長時間以來認為纖維性顫動過程是沒有協(xié)調(diào)模式的隨機現(xiàn)象，但最近的研究已經(jīng)證明在一些情況下可能存在定義纖維性顫動過程的分級模式。因此，主要區(qū)域的電隔離可能是對這種類型心律失常的有效治療（見）m?羅德里戈?博特（m.rodrigobort）等人，《因果關(guān)系圖：識別纖維性顫動分級模式的新方法》，西班牙生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會第29屆年度代表大會）。

現(xiàn)有技術(shù)公開了用于檢測治療心律不齊的最佳區(qū)域的方法和系統(tǒng)。這些方法通?；跈z測并向使用者呈現(xiàn)主頻率和心臟信號分離。然而，這些基于主頻率的方法需要使用者（醫(yī)師）在整個心房中移動導(dǎo)管以記錄所有所述心房中的信號，以便檢測用于消融治療的最佳位置。這種方法需要的時間長，增加了有創(chuàng)治療中患者的風(fēng)險。

這些系統(tǒng)還要求執(zhí)行該程序的醫(yī)師受過高度專業(yè)化的訓(xùn)練并且知識非常淵博，以便解釋所獲得的參數(shù)。

例如，專利文獻wo2012092016公開了一種用于診斷心律失常和指導(dǎo)導(dǎo)管治療的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)允許測量、分類、分析和映射體內(nèi)的空間電生理圖。該系統(tǒng)可進一步指導(dǎo)心律失常的治療并在提供治療時更新圖。該系統(tǒng)可以使用醫(yī)療裝置來收集電生理數(shù)據(jù)和定位數(shù)據(jù)，該醫(yī)療裝置具有帶有已知空間配置的高密度傳感器。此外，該系統(tǒng)還可以使用電子控制系統(tǒng)來計算并向使用者提供用于與顯示裝置上顯示的幾何解剖模型相關(guān)聯(lián)的各種度量、導(dǎo)數(shù)度量、高清晰度圖、復(fù)合圖和一般視覺輔助。

然而，盡管專利文獻wo2012092016中公開的方法可以幫助將心律失常導(dǎo)管治療引導(dǎo)到最佳位置，但是對于提供給使用者的數(shù)據(jù)的精度，仍有改進的可能性。

因此，本領(lǐng)域仍然需要檢測人體器官中電活動（例如，心臟中的電活動）的替代方法，這種方法向使用者例如執(zhí)行如心律失常導(dǎo)管消融治療的醫(yī)師提供視覺輔助和精確數(shù)據(jù)。

特別地，用于執(zhí)行心律失常治療的幾種類型的導(dǎo)管在本領(lǐng)域中也是已知的。例如，專利文獻us6,961,602公開了一種用于映射心臟中電活動的導(dǎo)管。該導(dǎo)管包括多個臂，每個臂可獲得電、機械和位置數(shù)據(jù)。該導(dǎo)管包括細長導(dǎo)管主體，具有近端和遠端以及縱向延伸穿過其中的至少一個內(nèi)腔。具有至少兩個臂的映射組件安裝在所述導(dǎo)管主體的遠端，每個臂具有一個附接到所述導(dǎo)管主體的遠端的近端和一個自由遠端。每個臂包括至少一個位置傳感器和至少一個尖端電極和環(huán)形電極。在使用中，每個臂的至少一個電極被放置為與心臟組織接觸以映射心臟的電活動。位置傳感器用于確定監(jiān)測電活動的每個點的位置。

然而，用這種類型的電極獲得的映射信息不是最佳的，因為在測量中產(chǎn)生了很多誤差，這些誤差源于例如所述臂上電極間的相對位置。

因此，本領(lǐng)域中仍然需要用于檢測人體器官中電活動（例如，心臟中的電活動）的替代導(dǎo)管，這種導(dǎo)管減少測量各種心臟活動參數(shù)時發(fā)生的檢測誤差。

本發(fā)明公開內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明公開了一種用于檢測器官中電活動的導(dǎo)管和方法。

根據(jù)第一方面，本發(fā)明公開了一種用于檢測器官中電活動的導(dǎo)管，其包括近端和遠端，所述近端具有用于連接到信號處理系統(tǒng)的連接裝置，所述遠端用于插入到患者心臟中。所述導(dǎo)管還包括從所述遠端延伸的至少三個臂，每個臂包括至少一個電極。所述導(dǎo)管還包括遠端處的中心電極，所述導(dǎo)管的所述每個臂均是從該中心電極處露出。

根據(jù)本發(fā)明所述的導(dǎo)管，所述每個臂的電極與所述中心電極之間的距離是已知的。因此，所述中心電極被用作由所述臂的所述電極進行的測量的參考電極。基于本發(fā)明的所述導(dǎo)管，可以在各個方向上，即在所述中心電極和所述臂的所述每個電極之間，進行因果關(guān)系測量?？紤]到對于所有測量來說，所述參考電極均是相同的，并且所述參考電極與所述臂的所述電極之間的距離是已知的，所以測量產(chǎn)生的誤差被大幅減小。此外，考慮到所述導(dǎo)管包括至少三個具有電極的臂，所以可以獲得至少三個方向上的所述電活動的因果關(guān)系測量，因此精確度提高，并且使映射器官中的電活動變得更容易。

根據(jù)第二方面，本發(fā)明公開了一種用于檢測器官中電活動的方法。所述方法包括以下步驟：

a)將多電極導(dǎo)管插入患者器官內(nèi)；

b)獲得并調(diào)節(jié)用于將所述導(dǎo)管的電極定位在所述器官內(nèi)部的定位信號；

c)獲得所述導(dǎo)管所在位置的因果關(guān)系信息；

d)將所述因果關(guān)系信息與所述導(dǎo)管在先前位置獲得的因果關(guān)系信息一起處理和匯總；

e)向使用者可視化地呈現(xiàn)到現(xiàn)在為止獲得的所有因果關(guān)系信息的遞歸圖，該遞歸圖以總體的方式匯總所述器官的電活動；以及

f)將所述導(dǎo)管移動到新位置并從上述步驟b）開始重復(fù)所述方法，直到獲得患者器官的完整且令人滿意的遞歸圖。

因此，本發(fā)明的方法以因果關(guān)系活動圖形式向使用者（即，將執(zhí)行如心律失常消融治療的醫(yī)師）提供所述器官中所述電活動的精確且詳細的信息，從而使用者可以將導(dǎo)管定向，例如直接定向在必須進行心律失常治療的最佳區(qū)域。

考慮到由所述導(dǎo)管獲得的所述因果關(guān)系信息與在所述器官中的其他先前位置處獲得的信息一起被處理和匯總，所以呈現(xiàn)給使用者的所述遞歸圖將隨著所述導(dǎo)管在所述器官中移動而更新，因此，其中呈現(xiàn)的信息的精確度得到了完善和改進。

附圖說明

以下附圖舉例說明了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，有助于更好的理解本發(fā)明，但不能被解釋為以任何方式限制了本發(fā)明。

附圖1a、1b和1c展示了根據(jù)本發(fā)明的所述導(dǎo)管的三個實施例；

附圖2a、2b和2c展示了根據(jù)本發(fā)明的所述導(dǎo)管的其它三個實施例；

附圖3展示了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的方法流程圖；

附圖4展示了通過根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的所述方法獲得的心房的遞歸圖。

優(yōu)選實施例具體說明

下面將對本發(fā)明的導(dǎo)管和方法的優(yōu)選實施例進行詳細描述，具體而言，其應(yīng)用于檢測心臟中的電活動以確定治療最佳位置，如確定心律失常治療的最佳位置。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，上述應(yīng)用并不是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明公開的所述導(dǎo)管和所述方法可以應(yīng)用于檢測患者身體中其他器官的電活動，患者可以是人或其他動物。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明的所述導(dǎo)管包括近端和遠端。所述近端具有用于連接到信號處理系統(tǒng)的連接裝置。這些連接裝置可以是本領(lǐng)域中已知且常用的任何裝置，例如用于連接到計算機或任何信號處理計算機系統(tǒng)的連接裝置。所獲得的信號優(yōu)選通過根據(jù)本發(fā)明的方法進行處理，如下文所述。

所述導(dǎo)管的遠端包括從其延伸的至少三個臂，每個臂包括至少一個測量電極。附圖1a至1c展示了本發(fā)明所述導(dǎo)管的遠端的三個優(yōu)選實施例，分別具有三個、四個和五個臂（10）。在這種情況下，如圖所示，每個臂（10）的端部處具有拉普拉斯電極（12）。所述導(dǎo)管還包括在其遠端處的中心電極（14），所述導(dǎo)管的每個所述臂（10）從該遠端露出。

根據(jù)這些優(yōu)選實施例，不管有幾個臂（10），所述臂（10）的電極（12）相對于所述中心電極（14）均是等距的，且所述電極相對于其鄰近的臂（10）的電極（12）也均是等距的。

附圖2a至2c展示了根據(jù)本發(fā)明所述導(dǎo)管的其它三個實施例。附圖2a至2c的實施例分別類似于附圖1a至1c的實施例，不同之處在于所述臂的拉普拉斯電極（12）被替換為雙極電極（16）。盡管附圖2a至2c中的所述中心電極（14）仍然是拉普拉斯電極，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，還可以設(shè)想將根據(jù)本發(fā)明的實施例所述的中心電極被替換為雙極型電極。

然而，根據(jù)本發(fā)明，通常優(yōu)選的在所述導(dǎo)管遠端的所述臂和所述中心中均使用拉普拉斯電極，因為它們可以更有效地消除所記錄的心臟電信號的遠場分量，從而減少測量中的誤差。因此能夠始終正確分析所述導(dǎo)管的電極所處的心臟壁的位置的局部活動，而不受心肌其他部分的電活動的影響。

根據(jù)本發(fā)明附圖中未示出的附加實施例，所述導(dǎo)管還包括位于每個臂中靠近其相應(yīng)電極的一個三線圈組。該線圈組的存在可以使得所述電極在患者心臟內(nèi)部的空間定位更容易，如下文所述。

附圖3描述了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的用于檢測心臟電活動的方法。所述方法包括以下步驟：

a)將多電極導(dǎo)管，例如根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)管，插入患者的心臟；

b)獲得并調(diào)節(jié)用于將所述導(dǎo)管的電極定位在所述心臟內(nèi)部的定位信號；

c)獲得所述導(dǎo)管所在位置的因果關(guān)系信息；

c2)向使用者可視化地呈現(xiàn)到現(xiàn)在為止獲得的因果關(guān)系信息；

d)將所述因果關(guān)系信息與所述導(dǎo)管在先前位置獲得的因果關(guān)系信息一起處理和匯總；

e)向使用者可視化地呈現(xiàn)到現(xiàn)在為止獲得的所有因果關(guān)系信息的遞歸圖，該遞歸圖以總體的方式匯總所述心臟的電活動；以及

f)將所述導(dǎo)管移動到新位置并從上述步驟b）開始重復(fù)所述方法，直到獲得患者心臟的完整且令人滿意的遞歸圖。

根據(jù)本發(fā)明該優(yōu)選實施例的方法可以應(yīng)用于如檢測必須通過消融治療的纖維性顫動源區(qū)域。

將所述導(dǎo)管插入患者心臟的步驟a）類似于使用現(xiàn)有技術(shù)中已知的導(dǎo)管所進行的步驟，因此不需要進一步描述。

在步驟b）之后，本發(fā)明的所述方法是一種迭代方法。在步驟b），所述導(dǎo)管的所述電極在空間上定位，即，能確定患者心臟內(nèi)的每個所述電極的確切位置。該步驟可以以多種方式實現(xiàn)。

例如，一種獲得用于在患者心臟中定位所述電極的定位信號的方法包括，在患者皮膚上放置三個參考電極，并且在每個參考電極和導(dǎo)管上每個需獲取信號的所述電極之間產(chǎn)生循環(huán)電流。以這種方式，通過測量每個所述電極和每個所述參考電極之間的阻抗，可以獲得所述電極相對于所述參考電極的位置的三維坐標(biāo)。通過所述電極間電流循環(huán)獲得的以達到定位目的的信號切不可與正在被測量的相關(guān)信號的頻譜重疊，因為在這種情況下獲得的心內(nèi)信號不會是正確的。

獲得所述導(dǎo)管的電極的位置信息的另一種方式為使用一種導(dǎo)管，該導(dǎo)管包括位于靠近每個臂的每個電極處的如上文所述的三線圈組。這些線圈允許測量由放置在患者背部的其他線圈產(chǎn)生的電磁場的強度。這些其它較大尺寸的線圈被附著到患者的背部或放置在手術(shù)臺上，并且它們產(chǎn)生磁場，該磁場使放置在所述導(dǎo)管的每個電極旁的較小線圈中產(chǎn)生電流。測量放置在所述導(dǎo)管中的所述線圈所產(chǎn)生的電流，就能獲得其相對于較大線圈的位置。

如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解，優(yōu)選地對所獲得的位置信號進行調(diào)節(jié)（通過上述方法中的任一種或通過本領(lǐng)域中已知的其他方法），包括能去除電子噪聲的臨時過濾和例如能增加信號質(zhì)量的任何其它類型的信號處理。

一旦由此確定了所述導(dǎo)管的臂的每個電極的位置，并且考慮到每個臂的每個電極與所述中心電極之間的距離是已知的（優(yōu)選地，所述臂的每個電極與所述中心電極之間的距離是不變的），那么患者心臟內(nèi)部的所有電極的位置就能完全確定。

在使用具有三個以上臂的導(dǎo)管的情況下，每個臂中可以包括一個三線圈組，或者可以僅在所述導(dǎo)管的三個臂中包括一個三線圈組。實際上，如果所述導(dǎo)管的臂的所述電極和所述中心電極的相對位置是不變的，則在確定其中三個電極的空間位置后，就能立即推導(dǎo)出所述導(dǎo)管的剩余電極的位置。

步驟c）獲得某時刻所述導(dǎo)管所在位置的因果關(guān)系信息。為此，醫(yī)師將具有記錄點的所述導(dǎo)管的遠端放置在心臟（例如，心房）表面上的特定點上，并且在確定所述電極的位置之后（上述步驟b）），記錄一小段時間（例如1秒到10秒）的心肌信號。記錄和處理該信號，首先獲得所述導(dǎo)管的遠端所在的心房的特定區(qū)域的因果關(guān)系信息。該因果信息優(yōu)選包括主要傳播方向、纖維性顫動活動組織指數(shù)和從這些測量值導(dǎo)出的其他參數(shù)。

步驟c）包括獲得和處理某時刻所述導(dǎo)管所在位置的因果關(guān)系信息。為了進行所述因果關(guān)系測量，將信號分割為瞬時窗口并進行分析。最終結(jié)果是將這些每個瞬時窗口所獲得的結(jié)果組合起來。有幾種方法來分割信號。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，以等于主要心臟激活頻率的倒數(shù)的間隔執(zhí)行分割。為此，所記錄的每個心臟信號的主要頻率必須使用本領(lǐng)域中已知的方法例如welch周期圖法來計算。一旦該主要頻率值已知，則將信號切分成具有等于所有心臟信號中最高主要頻率的倒數(shù)的瞬時長度的互相重疊的段（重疊間隔是使用者必須引入的一個因子，具體取決于信號持續(xù)時間和預(yù)期的魯棒性）。信號被分割后，計算每個瞬時窗口中每對信號之間的因果關(guān)系影響，即，所述導(dǎo)管中心的心臟信號和所述導(dǎo)管的臂的電極的心臟信號之間的因果關(guān)系影響。這種影響與應(yīng)用自回歸模型預(yù)測產(chǎn)生的誤差方差的值成正比，所述自回歸模型是直接從格蘭杰因果關(guān)系的定義導(dǎo)出的。直接取決于電極之間的距離的參數(shù)包括在該自回歸模型中，因此優(yōu)選使用其中每個所述臂的電極總是彼此等距且相對于所述中心電極也等距的導(dǎo)管。各個電極獲得的心臟信號間的因果關(guān)系影響的計算值將用于獲得主要傳播方向和纖維性顫動活動組織指數(shù)參數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，接下來執(zhí)行步驟c2），將到現(xiàn)在為止獲得的因果關(guān)系信息，即在前述步驟中針對心房中的該位置計算出的傳播方向和組織指標(biāo)參數(shù)，直觀呈現(xiàn)給使用者。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，該步驟對于所述方法的正確使用不是強制性的，因此在本發(fā)明的替代實施例中，所述方法直接從步驟c）進行到下述步驟d）。為執(zhí)行步驟c2），將使用到所述導(dǎo)管在心房內(nèi)的位置，在心房虛擬圖上顯示所提及的參數(shù)及組織值，其中所提及的參數(shù)以能指示方向的一組箭頭或單個箭頭的形式顯示，所述組織值用如顏色圖表示或直接用顯示器上的其值來表示。另外，該步驟還可以示出一些其他的心臟信號參數(shù)，所述心臟信號參數(shù)不是從因果關(guān)系分析得到的，而是所述導(dǎo)管位于的心房區(qū)域的參數(shù)特征，所述參數(shù)特征可以是如心臟信號本身、獲得的心臟信號的幅度、其主頻率、所述信號的分離程度、所述導(dǎo)管相對于心房的相對位置等。

接下來在步驟d）中，將所述因果關(guān)系信息與所述導(dǎo)管在先前的心房壁位置獲得的因果關(guān)系信息一起處理和匯總。為此，使用三維網(wǎng)格模型，該模型詳細描述心房壁形態(tài)并由其空間節(jié)點或點定義。從所述導(dǎo)管整個介入的空間位置信息獲得該模型?；趯λ鰧?dǎo)管的每個位置的因果關(guān)系的分析獲取主要傳播方向的信息，基于主要傳播方向的信息獲得心房網(wǎng)格每個節(jié)點的主要傳播方向值。使用該信息建立基于馬爾可夫鏈的模型，其中心房網(wǎng)格的每個空間節(jié)點等于馬爾可夫鏈的一個狀態(tài)，并且從所述模型的空間信息以及每個節(jié)點計算出的主要傳播方向獲得與狀態(tài)變化相關(guān)聯(lián)的概率。然后針對馬爾可夫鏈的穩(wěn)定階段計算不同節(jié)點之間的最終概率分布，將不同節(jié)點之間的均勻分布定義為初始概率。節(jié)點之間的最終概率分布被稱為遞歸圖，并且心房表面的網(wǎng)格的每個節(jié)點的值在0和1之間。

在步驟e），將到現(xiàn)在為止獲得的所有因果關(guān)系信息的遞歸圖可視化地呈現(xiàn)給使用者，該遞歸圖以總體的方式匯總所述心臟的電活動。該圖顯示了心房的虛擬模型，每個節(jié)點的主要傳播方向用箭頭示出，并且還可以在心房的最表面上使用顏色代碼以展示遞歸圖的值（參見附圖4）。此外，像上文所述的步驟c2）一樣，也可以向顯示器添加其他信息，例如記錄的心臟信號、主要頻率等。

最后，步驟f）包括將所述導(dǎo)管的遠端移動到新位置，然后從上述步驟b）開始重復(fù)所述方法，直到獲得患者心臟的完整且令人滿意的遞歸圖。根據(jù)本發(fā)明所述方法的優(yōu)選實施例，在該步驟中，將電解剖記錄系統(tǒng)向使用者進行典型的瀏覽顯示，其中示出了心房的虛擬模型以及所述導(dǎo)管的相對位置。

如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的，相對于如前所述的通常基于主頻率和心臟信號分離的現(xiàn)有技術(shù)方法，本方法向前飛躍了一大步。實際上，一方面，本方法允許獲得主要傳播方向，并且向使用者可視化地呈現(xiàn)主要傳播方向，即在心房壁的一個區(qū)域中心房纖維性顫動期間的現(xiàn)有傳播模式，這是心律失常治療中高度相關(guān)的信息?；谠撔畔⑺@認識，醫(yī)生有效地將消融導(dǎo)管正確且快速地引導(dǎo)到最佳操作區(qū)域，并且因此能夠避免如現(xiàn)有技術(shù)方法般，在心房的整個表面上移動以記錄來自所有所述表面的信號。

另一方面，本發(fā)明的方法能夠使醫(yī)師對傳播模式進行更直觀的分析，相比現(xiàn)有技術(shù)方法，本方法可使得介入更便利，并減少介入的持續(xù)時間，而且相對于現(xiàn)有技術(shù)的方法，對主治醫(yī)師的培訓(xùn)和專門知識的水平要求較低。

此外，如上所述，本發(fā)明的方法匯總了記錄在單個圖（遞歸圖）中的活動。主治醫(yī)師可以容易且快速地理解該遞歸圖，這有助于治療并且還能額外減少介入時間。在單個視圖中，該圖展示了在心房的表面和分層主要區(qū)域上檢測到的傳播模式，因此可以以簡單的方式觀察纖維性顫動期間的心房活動以及進行消融治療的相關(guān)區(qū)域。

本發(fā)明上述導(dǎo)管和方法可以用作例如在電生理學(xué)實驗室中診斷和治療患者的工具。如上所述，本發(fā)明所述導(dǎo)管和方法的可能應(yīng)用之一（盡管也可以有其它類似的應(yīng)用）是檢測導(dǎo)致心律不齊發(fā)作和/或持續(xù)、并因此應(yīng)用于被灼燒以達到結(jié)束心律失常的目的的心臟區(qū)域?？梢酝ㄟ^本發(fā)明所述導(dǎo)管和方法檢測和/或治療的那些病狀包括例如心房纖維性顫動、心房撲動、局灶房性和/或室性心動過速，以及室性心動過速。

雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，但是在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以應(yīng)用對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的修改和變化。例如，盡管已經(jīng)描述了應(yīng)用于檢測心臟中的電活動以確定例如最佳心律不齊治療區(qū)域的導(dǎo)管和方法，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，本發(fā)明也可以應(yīng)用于檢測其它器官例如肌肉或神經(jīng)組織中的電活動。

同樣，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，已經(jīng)描述了所述導(dǎo)管的臂中的所述電極彼此等距且相對于所述中心電極也等距。然而，在本發(fā)明的替代實施例中，可以設(shè)計導(dǎo)一種導(dǎo)管，其中所述臂的所述電極僅彼此等距、僅相對于所述中心電極等距，或者相對于所述導(dǎo)管的任何其它電極不等距。然而，在所述臂的所述電極相對于所述中心電極不等距的情況下，根據(jù)本發(fā)明，每個臂的所述電極與所述中心電極之間的所述距離必須是已知的。

另外，已經(jīng)描述了包括具有電極的三個臂、四個臂和五個臂的導(dǎo)管。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以設(shè)計具有更多臂的導(dǎo)管。同樣地，所述臂的每一個可以包括一個以上的電極。