KR20140114361A - 생체 리듬 장애에 연관된 규칙성을 판정하는 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성을 판정하는 시스템과 방법의 일례를 개시한다. 이 방법에 따르면, 복수의 제1시점에서의 제1심장 신호의 미분값을 복수의 제2시점에서의 제2심장 신호의 미분값에 대하여 처리하여 제2심장 신호에 대한 제1심장 신호의 복수의 좌표 쌍을 규정한다. 이후, 임계값을 초과하는 규칙성의 인덱스를 판정한다. 규칙성의 인덱스는, 제1심장 신호와 제2심장 신호 간의 복수의 좌표 쌍의 근사 합동을 나타낸다.
Description
연방정부 보조금
본 발명은 미국 국립 보건원이 지급한 보조금 HL83359 및 HL103800 하에 정부 지원으로 이루어졌다. 정부는 본 발명에 대하여 소정의 권리를 갖는다.
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은, 2012년 5월 14일에 출원한 미국 특허 출원 제13/470,705호 및 2011년 12월 9일에 출원한 미국 특허 가출원 제61/569,132호인 우선권을 주장하며, 그 전문은 본 명세서에 참고로 원용된다.
발명의 기술분야
본 출원은 일반적으로 생체 리듬 장애에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 출원은 심장 리듬 장애 등의 생체 리듬 장애의 소스(또는 소스들)를 식별하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
심장 리듬 장애는, 흔하며, 전 세계에 걸쳐 사망과 이환율의 주요 원인을 나타낸다. 심장의 전기 시스템의 오동작은 심장 리듬 장애의 근인을 나타낸다. 심장 리듬 장애는, 많은 형태로 존재하며, 그 중 가장 복잡하고 치료하기 어려운 형태는 심방 세동(atrial fibrillation: AF), 심실 빈맥(ventricular tachycardia: VT), 및 심실 세동(ventricular fibrillation: VF)이다. 심방 빈맥(atrial tachycardia: AT), 심실위 빈맥(supraventricular tachycardia: SVT), 심방 조동(atrial flutter: AFL), 조숙 심방 파군/박동(premature atrial complexes/beats: SVE), 및 조숙 심실 파군/박동(premature ventricular complexes/beats: PVC)을 포함하는 다른 리듬 장애들은 치료하기에 더욱 간단하지만, 임상적으로 중요할 수도 있다. 정상적인 상태 하에서는, 동결절이 심장을 동성 리듬(sinus rhythm)으로 유지하지만, 소정의 상태에서는, 정상적인 동결절의 급속한 활성화로 인해, 부적절한 동성 빈맥 또는 동결절 재입이 야기될 수 있고, 부적절한 동성 빈맥과 동결절 재입은 또한 심장 리듬 장애를 나타낸다.
심장 리듬 장애들, 특히, AF, VF, VT인 복잡한 리듬 장애들을 치료하는 것은 매우 어려울 수 있다. 복잡한 리듬 장애를 위한 약학 요법은 최적이 아니다. 센서/프로브를 혈관을 통해 심장으로 이동시키거나 또는 수술시 직접 이동시키고 에너지를 심장 위치에 전달하여 심장 리듬 장애를 완화시키거나 일부 경우엔 제거함으로써, 심장 리듬 장애에 관하여 절제를 점점 더 이용해왔다. 그러나, 복잡한 리듬 장애에서는, 절제가 종종 어려우며 비능률적이며, 그 이유는, 심장 리듬 장애의 원인(소스)을 식별하고 그 위치를 찾아내는 도구들이 불량하고 그리고 에너지를 심장의 정확한 영역에 전달하여 장애를 제거하려는 시도를 방해하기 때문이다.
간단한 심장 리듬 장애를 치료하기 위한 일부 시스템들과 방법들은 알려져 있다. 간단한 심장 리듬 장애(예를 들어, 심방 빈맥)에 있어서, 장애의 소스는, 장애를 완화시키고 일부 경우엔 제거하도록 절제될 수 있는 최초 위치까지의 활성화를 추적함으로써 식별될 수 있다. 간단한 심장 리듬 장애에서도, 심장 리듬 장애의 원인을 절제하는 것은 도전적인 것이며, 경험이 있는 의사라도, 심방 빈맥 등의 일정한 박동간 활성화 패턴이 있는 간단한 리듬 장애를 절제하는 데 종종 여러 시간을 필요로 한다.
AF, VF, 또는 다형 VT 등의 복잡한 리듬 장애들에 대한 소스나 원인을 식별하는 데 성공적이었던 시스템들과 방법들은, (있다하더라도) 거의 알려지지 않았다. 복잡한 리듬 장애에 있어서는, 활성화 시작 패턴들이 박동마다 변하기 때문에 활성화 시작의 최초 위치를 식별할 수 없다.
심장 리듬 장애를 진단하고 치료하는 것은, 일반적으로, 복수의 센서/프로브를 갖는 카테터를 환자의 혈관을 통해 심장 내에 도입하는 것을 포함한다. 센서들은 심장 내의 센서 위치들에서 심장의 전기적 활성화를 검출한다. 전기적 활성화는 일반적으로 센서 위치들에서의 심장의 활성화를 나타내는 일렉트로그램 신호들로 처리된다.
간단한 심장 리듬 장애에서는, 각 센서 위치에서의 신호가 일반적으로 박동마다 일정하여, 최초 활성화의 식별을 가능하게 한다. 그러나, 복잡한 리듬 장애에서는, 박동마다 각 센서 위치에서의 신호가 다양한 형상들의 하나의 편향, 여러 편향, 및 다수의 편향 간에 천이될 수 있다. 예를 들어, AF에서의 센서 위치에 대한 신호가 5개, 7개, 11개, 또는 그 이상의 편향을 포함하는 경우에, 그 신호의 어떤 편향들이 심장의 센서 위치(즉, 국부적 활성화 시작)에 해당하는 것인지, 심장의 근처의 센서 위치(즉, 원거리 활성화 시작)에 해당하는 것인지, 또는 단순히 환자의 심장의 다른 부분, 다른 해부학적 구조 또는 외부 전가 시스템으로부터의 잡음인지를 식별하는 것이 불가능하지는 않지만 어렵다. 전술한 편향들은, 센서 위치에서의 신호의 박동의 활성화 시작 시간을 식별하는 것을 불가능하지는 않지만 어렵게 한다.
활성화 시작 시간을 식별하고 연속 박동들의 신호들에 지정하는 것과는 상관없이 심장 리듬 장애에 대한 소스(또는 소스들)를 식별할 수 있었던 시스템들과 방법들은 알려져 있지 않다. 활성화 시작 시간을 식별하는 데 어려움이 있다고 할 때, 이는 심장 리듬 장애의 소스(또는 소스들)의 진단을 상당히 제한하였으며, 복잡한 리듬 장애들에 대하여 특히 그러하며, 복잡한 리듬 장애들의 제거에 있어서 그 치료 시도를 제한하였다.
본 발명은, 정상적인 심장 리듬과 장애가 있는 심장 리듬, 및 신경 발작, 식도 경련, 방광 불안정, 과민성 대장 증후군, 기타 생체 장애 등의 기타 생체 리듬과 리듬 장애를 포함하는 다양한 리듬들의 소스들을 식별하는 데 적용가능하며, 이를 위해, 장애의 원인(또는 소스)의 판정, 진단, 및/또는 치료를 허용하도록 생체 신호들을 기록할 수 있다. 본 발명은, 어떠한 센서 위치의 신호들에서도 활성화의 시작에 의존하지 않고 또는 이러한 시작을 계산하지 않으며, 따라서, 복잡한 활성화 패턴과 복잡한 가변 박동 신호를 제공하는 복잡한 리듬 장애에 있어서 특히 유용하다. 심장 리듬의 장애의 원인(들)을 편리하게 치료할 수 있도록 그러한 원인(들)을 식별하는 데 특히 유용하다.
복잡한 심장 리듬 장애는 통상적으로 해독이 매우 어려운 활성화 패턴들의 어레이를 야기하며, 이에 따라 심장 박동의 정확한 활성화를 판정하는 능력이 이전에는 가능하지 못했다. 본 발명의 장점들 중에는, 인접하는 센서 위치들에서의 신호들에 대한 센서 위치들에서의 신호들의 규칙성으로부터 복잡한 리듬 장애의 소스를, 이러한 센서 위치들에서의 신호들의 특정한 활성화 시작 시간의 지정(박동 식별)과는 무관하게, 식별하는 능력이 있다. 이러한 방식으로, 본 발명은 치료를 위해 심장 리듬 장애의 소스(또는 소스들)를 판정할 수 있다. 다른 장점은, 본 발명이, 센서들을 표면에 갖는 카테터 등의 감지 장치를 환자 내에 또는 환자 근처에서 사용하고 이어서 심장 조직을 치료하여 장애를 개선하고 많은 경우엔 장애를 치유하면서 빠르게 실행될 수 있는 방법과 시스템을 제공한다는 점이다. 따라서, 본 발명이 심장 리듬 장애의 소스의 위치(들)를 제공하므로, 치료가 즉각적일 수 있다.
종래의 방법과 시스템에서는 리듬 장애의 소스를 판정하는 능력이 없었으며 결과적으로 의미 있고 치유력 있는 치료를 위한 소스를 표적화하는 어떠한 수단도 제공하지 못했다. 또한, 종래의 방법과 시스템에서는 많고 복잡한 치료 단계들을 필요로 했으며, 심장 리듬 장애의 소스(들)를 판정하는 수단을 여전히 제공하지 못한다. 대조적으로, 본 발명은, 심방과 심실 세동의 복잡한 리듬 장애들을 포함한 심장 리듬 장애의 소스(들)를 판정하는 상대적으로 적은 개수의 단계들을 제공한다.
일 실시예에 따르면, 심장 리듬에 연관된 규칙성을 측정하는 시스템을 개시한다. 시스템은 적어도 하나의 연산 장치를 포함한다. 적어도 하나의 연산 장치는, 제2심장 신호에 대한 제1심장 신호의 복수의 좌표 쌍을 규정하도록 복수의 제2시점에서의 제2심장 신호의 미분값에 대한 복수의 제1시점에서의 제1심장 신호의 미분값을 처리하도록 구성된다. 적어도 하나의 연산 장치는, 또한, 임계값을 초과하는 규칙성의 인덱스를 판정하도록 구성되고, 규칙성의 인덱스는 제1심장 신호와 제2심장 신호 간의 복수의 좌표 쌍의 근사 합동(approximate congruence)을 나타낸다.
적어도 하나의 연산 장치는, 또한, 복수의 심장 신호로부터 심장 신호들의 쌍들을 반복적으로 선택하도록 구성되고, 각 쌍은 제1심장 신호 및 다른 제2심장 신호를 갖는다. 적어도 하나의 연산 장치는, 또한, 반복적으로 선택된 심장 신호들의 쌍들의 각 쌍에 대하여 상기한 처리와 판정을 수행하도록 구성된다. 적어도 하나의 연산 장치는, 또한, 반복적으로 선택된 심장 신호들의 쌍들에 대하여 규칙성의 인덱스들의 매트릭스를 구축하고, 규칙성의 인덱스들의 매트릭스를 이용하여 리듬 장애의 하나 이상의 소스를 판정하도록 구성된다. 리듬 장애의 하나 이상의 소스를 판정하기 위해, 적어도 하나의 연산 장치는, 심장의 인접하는 영역들에서의 규칙성의 인덱스들보다 높은 규칙성의 인덱스들에 연관된 심장의 하나 이상의 영역을 매트릭스로부터 식별하도록 구성된다.
다른 일 실시예에 따르면, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성을 측정하는 방법을 개시한다. 이 방법은, 연산 장치에 의해, 복수의 제2시점에서의 제2심장 신호의 미분값에 대한 복수의 제1시점에서의 제1심장 신호의 미분값을 처리하여 제2심장 신호에 대한 제1심장 신호의 복수의 좌표 쌍을 규정하는 처리 단계를 포함한다. 이 방법은, 연산 장치에 의해, 임계값을 초과하는 규칙성의 인덱스를 판정하는 판정 단계를 더 포함하고, 규칙성의 인덱스는 제1심장 신호와 제2심장 신호 간의 복수의 좌표 쌍의 근사 합동을 나타낸다.
이 방법은, 복수의 심장 신호로부터 심장 신호들의 쌍들을 반복적으로 선택하는 단계를 더 포함하고, 각 쌍은 제1심장 신호 및 다른 제2심장 신호를 갖는다. 이 방법은, 또한, 반복적으로 선택된 심장 신호들의 쌍들의 각 쌍마다 상기한 처리 단계와 판정 단계를 포함한다. 이 방법은, 반복적으로 선택된 심장 신호들의 쌍들에 대하여 규칙성의 인덱스들의 매트릭스를 구축하는 단계, 및 규칙성의 인덱스들의 매트릭스를 이용하여 리듬 장애의 하나 이상의 소스를 판정하는 단계를 더 포함한다.
리듬 장애의 하나 이상의 소스를 판정하기 위해, 이 방법은, 심장의 인접하는 영역들에서의 규칙성의 인덱스들보다 높은 규칙성의 인덱스들에 연관된 심장의 하나 이상의 영역을 매트릭스로부터 식별하는 단계를 더 포함한다.
추가 일 실시예에 따르면, 심장 리듬 장애를 치료하는 방법을 제공한다. 이 방법은, 복수의 심장 신호로부터 심장 신호들의 쌍들을 반복적으로 선택하는 단계를 포함하고, 각 쌍은 제1심장 신호 및 다른 제2심장 신호를 갖는다. 이 방법은, 복수의 제2시점에서의 다른 제2심장 신호의 미분값에 대한 복수의 제1시점에서의 제1심장 신호의 미분값을 처리하여 다른 제2심장 신호에 대한 제1심장 신호의 복수의 좌표 쌍을 규정하는 처리 단계를 더 포함한다. 이후, 이 방법은, 선택된 각 쌍마다 임계값을 초과하는 규칙성의 인덱스를 판정하는 판정 단계를 더 포함하고, 규칙성의 인덱스는 제1심장 신호와 그 다른 제2심장 신호 간의 복수의 좌표 쌍의 근사 합동을 나타낸다.
이 방법은, 선택된 쌍들에 대하여 규칙성의 인덱스들의 매트릭스를 구축하는 단계, 및 인덱스들의 매트릭스를 이용하여 심장 리듬 장애의 하나 이상의 소스를 판정하는 단계를 더 포함한다. 이 방법은, 또한, 하나 이상의 소스에서의 심장 조직을 치료하여 심장 리듬 장애를 억제하거나 제거하는 단계를 포함한다. 심장 조직을 치료하기 위해, 이 방법은, 절제, 전기 에너지, 기계적 에너지, 약물, 세포, 유전자, 및 생물학적 작용제 중 하나 이상을 하나 이상의 소스에서의 심장 조직에 전달하는 단계를 포함한다.
본 발명의 이러한 목적, 목표, 장점, 및 다른 목적, 목표, 장점은 첨부 도면과 함께 다음에 따르는 실시예들의 상세한 설명을 읽게 되면 명백해질 것이다.
일부 실시예들은 첨부 도면에서 예를 들어 도시되어 있지만 이에 한정되지 않는다.
도 1은 심장 리듬 장애의 소스(또는 소스들)를 식별하는 시스템의 일례를 도시한 도면;
도 2는 도 1의 심장 리듬 장애의 소스를 식별하는 데 사용될 수 있는 카테터의 일례를 도시한 도면;
도 3A와 도 3B는 도 1에 도시한 심장의 센서 위치에 있는 센서들로부터의 심장 리듬 장애의 간단한 일렉트로그램 신호와 심장 리듬 장애의 복잡한 일렉트로그램 신호의 일례를 도시한 도면;
도 4는 도 1에 도시한 심장의 인접하거나 떨어져 있는 센서 위치들에서의 신호들의 주기적 반복 활동(공간 위상 동기)에 기초하여 심장 리듬 장애의 소스를 식별하는 방법의 일례를 도시한 도면;
도 5는 주기적 반복 활동(공간위상 동기)을 판정하여 심장 리듬 장애의 소스를 식별하는 방법의 일례를 표시한 흐름도;
도 6은 심장 리듬 장애의 소스(로커스)의 마이그레이션, 및 심장 리듬 장애의 이러한 소스를 식별하기 위한 공간 위상 동기의 사용의 일례를 도시한 도면;
도 7은 심장 리듬 장애의 소스를 식별하도록 주기적 반복 활동(규칙성)의 인덱스들의 맵의 일례를 도시한 도면;
도 8은 일반적인 컴퓨터 시스템의 예시적인 일 실시예의 블록도.
도 1은 심장 리듬 장애의 소스(또는 소스들)를 식별하는 시스템의 일례를 도시한 도면;
도 2는 도 1의 심장 리듬 장애의 소스를 식별하는 데 사용될 수 있는 카테터의 일례를 도시한 도면;
도 3A와 도 3B는 도 1에 도시한 심장의 센서 위치에 있는 센서들로부터의 심장 리듬 장애의 간단한 일렉트로그램 신호와 심장 리듬 장애의 복잡한 일렉트로그램 신호의 일례를 도시한 도면;
도 4는 도 1에 도시한 심장의 인접하거나 떨어져 있는 센서 위치들에서의 신호들의 주기적 반복 활동(공간 위상 동기)에 기초하여 심장 리듬 장애의 소스를 식별하는 방법의 일례를 도시한 도면;
도 5는 주기적 반복 활동(공간위상 동기)을 판정하여 심장 리듬 장애의 소스를 식별하는 방법의 일례를 표시한 흐름도;
도 6은 심장 리듬 장애의 소스(로커스)의 마이그레이션, 및 심장 리듬 장애의 이러한 소스를 식별하기 위한 공간 위상 동기의 사용의 일례를 도시한 도면;
도 7은 심장 리듬 장애의 소스를 식별하도록 주기적 반복 활동(규칙성)의 인덱스들의 맵의 일례를 도시한 도면;
도 8은 일반적인 컴퓨터 시스템의 예시적인 일 실시예의 블록도.
여기서는, 심장 리듬 장애의 소스를 식별하는 시스템과 방법을 개시한다. 이하의 설명에서는, 설명을 위해, 실시예들을 완전히 이해하도록 많은 특정 상세를 개시한다. 그러나, 당업자에게는 개시된 특정 상세들 모두 없이도 실시예를 실시할 수도 있다는 점이 명백하다.
도 1은 심장 리듬 장애의 소스(또는 소스들)를 식별하는 시스템(100)의 일례를 도시한다. 구체적으로, 일례인 시스템(100)은 심장 리듬 장애와 관련하여 환자의 심장으로부터 수집된/검출된 심장 정보(신호들)를 검출하도록 구성된다. 시스템(100)은, 또한, 임계값을 초과하며 환자 심장의 조직의 인접하는 복수의 영역의 규칙성의 정도와는 다른 규칙성의 특정 정도에 연관된 환자 심장의 조직의 영역(또는 다수의 영역들)을 판정하기 위해 신호들을 처리하도록 구성된다. 따라서, 판정된 영역(또는 다수의 영역들)은 심장 리듬 장애의 소스(들)를 나타낸다. 심장은 우심방(122), 좌심방(124), 우심실(126), 및 좌심실(128)을 포함한다.
일례인 시스템(100)은, 카테터(102), 신호 처리 장치(114), 연산 장치(16), 및 분석 데이터베이스(118)를 포함한다.
카테터(102)는, 심장에서 심장 활성화 정보를 검출하고 검출된 심장 활성화 정보를 무선 접속, 유선 접속, 또는 무선 접속과 유선 접속의 조합을 통해 신호 처리 장치(114)에 송신하도록 구성된다. 카테터는, 환자의 혈관을 통해 심장 내에 삽입될 수 있는 복수의 프로브/센서(104 내지 112)를 포함한다.
일부 실시예들에서, 센서들(104 내지 112) 중 하나 이상은 환자의 심장 내로 삽입되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 일부 센서들은 환자의 표면(예를 들어, 심전도(ECG))을 통해 또는 환자와 접촉하지 않고서 원격으로(예를 들어, 자기 심전도) 심장 활성화를 검출할 수 있다. 다른 일례로, 일부 센서들은, 또한, 비전기 감지 장치(예를 들어, 초음파 심장 진단도)의 심장 운동으로부터 심장 활성화 정보를 도출할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 이러한 센서들은 개별적으로 또는 서로 다른 조합으로 사용될 수 있고, 또한, 이러한 개별적인 또는 서로 다른 조합들을 환자의 심장 내에 삽입된 센서들과 조합하여 사용할 수도 있다.
고려 중인 심장 내의 센서 위치들에 위치하는 센서들(104 내지 112)은 그 센서 위치들에서 심장 활성화 정보를 검출할 수 있고, 또한, 그 센서 위치들에서 심장을 절제하기 위한 에너지를 전달할 수 있다. 센서들(104 내지 112)은 심장의 중첩되는 영역들(예를 들어, 우심방(122)과 좌심방(124))로부터 심장 활성화 정보를 검출할 수도 있다는 점에 주목한다.
신호 처리 장치(114)는, 센서 위치들에서 센서들(104 내지 112)에 의해 검출되는 심장 활성화 정보를 일렉트로그램 신호들로 처리하고(예를 들어, 명확하게 하고 증폭하고) 처리된 신호들을 본 명세서에서 개시하는 방법들에 따라 분석을 위해 연산 장치(116)에 제공하도록 구성된다. 센서들(104 내지 112)로부터의 심장 활성화 정보를 처리할 때, 신호 처리 장치(114)는, 심장 활성화 정보를 심장(120)의 중첩 영역들로부터 빼서, 처리된 신호들을 분석을 위해 연산 장치(116)에 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서는 신호 처리 장치(114)가 단극 신호들을 제공하도록 구성되지만, 다른 실시예들에서는 신호 처리 장치(114)가 쌍극 신호들을 제공할 수 있다.
연산 장치(116)는, 신호 처리 장치(114)로부터 검출된/처리된 신호들을 수신하도록 구성되고, 또한, 본 명세서에서 개시하는 방법들에 따라 신호들을 분석하여 환자 심장의 인접하는 영역들에서의 규칙성을 판정하도록 구성되고, 심장 리듬 장애의 소스(들)를 위치 파악하고 소스(들)를 제거하는 데 사용될 수 있는 규칙성의 맵(들)(표현(들))을 생성할 수 있다.
분석 데이터베이스(118)는 연산 장치(116)에 의한 신호들의 분석을 지지하거나 보조하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 분석 데이터베이스(118)는 시간 경과에 따라 복수의 인접하는 센서 위치에서의 신호들에 기초하여 생성되거나 연관된 규칙성의 맵을 저장할 수 있고, 이에 대해서는 여기서 더욱 상세히 설명한다. 분석 데이터베이스(118)는, 또한, 규칙성의 맵에 연관된 중간 데이터를 저장할 수 있다.
도 2는 고려 중인 심장(120)의 센서 위치들에 있는 복수의 센서(240)를 통해 전기 신호를 검출하는 카테터(200)의 일례를 도시한다. 카테터(200)는 카테터(102)와 유사하거나 다를 수 있으며, 센서들(240)은 도 1의 센서들(104 내지 112)과 유사하거나 다를 수 있다.
카테터(200)는 다수의 스플라인(또는 경선; 220)을 포함하고, 각 스플라인은 다수의 센서(또는 프로브; 240)를 포함할 수 있다. 스플라인들 또는 경선들(220)은, 샤프트 축(245)을 따라 회전함으로써, 참조번호 (230)으로 도시한 바와 같이 공간적으로 더욱 넓게 이격되거나 분리될 수 있고 또는 참조번호 (235)로 도시한 바와 같이 공간적으로 더욱 가깝게 이격될 수 있다.
(스플라인들(220)의 공간적 분리를 통해) 센서들(240)을 공간적으로 서로 다르게 배치함으로써, 고려 중인 심장(120)의 면적을 공간적으로 연장하는 효과를 가질 수 있다. 고려 중인 심장(120)의 센서 위치들에서 공간적으로 배치된 센서들(240)은 센서 위치들에서 심장 전기 신호들을 검출할 수 있고, 또한, 센서 위치들에서 심장을 절제하기 위한(또는 치료하기 위한 기타 치료) 에너지를 전달할 수 있다.
센서들(240)의 공간적 배치가 다양한 다른 카테터들을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 나선형, 방사상 스포크, 또는 기타 공간적 배치를 이용할 수 있다.
도 3A는 심장(120)의 센서 위치들에 있는 센서들로부터의 심장 리듬 장애의 간단한 심전도 신호들의 일례를 도시한다.
일례로, 심장 리듬 장애는 복잡한 리듬 장애 AF, VF, 및 다형 VT, 또는 다른 심장 리듬 장애일 수 있다. 이 예에서, 신호들은 일반적으로 (예를 들어, 심장 박동에 대한) 식별가능 활성화 시작을 나타낸다. 심장 박동은, 탈분극을 나타내는 높은 기울기와 급격한 변곡점을 갖고 이어서 통상적으로 약 100ms 내지 250ms 동안 지속되며 재분극을 나타내는 완만하며 낮은 편차 기울기를 갖는 활성화 시작에 의해 특징지어질 수 있다.
도 3A에서의 간단한 신호들 간의 규칙성 또는 위상 관계는 일반적으로 쉽게 식별 가능하다.
도 3B는 심장(120)의 센서 위치들에 있는 센서들로부터의 심장 리듬 장애의 복잡한 심전도 신호들의 일례를 도시한다. 일례로, 심장 리듬 장애는 복잡한 리듬 장애 AF, VF, 및 다형 VT, 또는 다른 심장 리듬 장애일 수 있다.
도 3B의 신호들은 일반적으로 (예를 들어, 심방 박동에 대하여) 식별 가능한 활성화 시작을 나타내지 않는다. 이 신호들은, 활성화 시작의 판별을 매우 어렵게 하는 심장 리듬 장애에 의해 야기되는 짧은 지속 기간의 다수의 편향을 포함한다. 마찬가지로, 도 3B의 복잡한 신호들 간의 규칙성 또는 위상은 쉽게 구별되지 않는다.
도 4는, 도 1에 도시한 심장(120)의 인접하는 (또는 떨어져 있는) 센서 위치들(예를 들어, 공간 위상 동기)에서의 신호들의 주기적 반복 활동(규칙성)에 기초하여 심장 리듬 장애의 소스를 식별하는 방법의 일례를 도시한다.
도 4의 패널 (A)는 예를 들어 카테터(102, 200)의 전극들을 통해 도 1의 심장(120)의 3개의 인접하는 센서 위치(사이트 1, 2, 3)로부터 얻은 세(3)개의 신호(예를 들어, ECG 신호)를 예시한다. 카테터(102, 200)로부터의 다수의 신호들, 예를 들어, 64개, 128개, 또는 다른 개수의 신호들을 고려할 수도 있음에 주목한다. 신호들의 각각은 전압 시계열이다. 3개의 신호는 카테터(102, 200)의 센서들에 의해 검출될 때 신호들을 따라 가변되는 진폭(예를 들어, 전압)을 갖는다. 신호들에는, 후술하는 바와 같은 방법에 따른 신호들의 처리를 설명하는 데 있어서 명료성과 간결성을 위해 4개의 시점(A, B, C, D)이 예시되어 있다. 그러나, 본 명세서에서 설명하는 방법들에 따라 처리될 수 있는 신호들의 각각을 따라 다양한 시점들이 존재한다는 점에 주목한다.
방법의 일례에 따르면, 각 신호의 미분값을 복수의 시점에서 판정한다. 미분값은 0차 미분값 또는 고차 미분값(예를 들어, 1차 미분값 또는 2차 미분값)일 수 있다. 예를 들어, 제1(분석) 심장 신호의 미분값은 복수의 제1시점(예를 들어, A, B, C 및 D)에서 판정된다. 다른 일례로, 제2(기준) 심장 신호의 미분값은 복수의 제2시점(예를 들어, A, B, C 및 D)에서 판정된다. 마찬가지로, 제3심장 신호의 미분값은 복수의 제3시점(예를 들어, A, B, C 및 D)에서 판정된다. 일부 실시예들에서, 서로 다른 신호들의 복수의 시점은 동시에 발생한다. 신호들은 본 명세서에서 설명하는 바와 같은 예시적인 방법들에 따라 처리될 수 있는 다수의 시점들을 포함한다는 점을 다시 주목한다.
도 4의 패널 (B)에서는, 복수의 제1시점에서의 제1(분석) 심장 신호의 미분값을 복수의 제2시점에서의 제2(참조) 심장 신호의 미분값에 대하여 처리하여 제2심장 신호에 대한 제1심장 신호의 복수의 좌표 쌍을 규정한다. 이러한 좌표 쌍들은 메모리에 유지될 수 있고 및/또는 데이터베이스(118)에 세이브될 수 있다. 일부 실시예들에서는, 제2심장 신호에 대한 제1심장 신호의 처리에 연관된 복수의 좌표 쌍을 플롯팅(plot)하고 연결하여 복수의 루프를 생성할 수 있다. 예를 들어, 도 4의 패널 (B)의 좌측에 도시한 바와 같이, 예시적인 시점들 A 내지 D에 연관된 좌표 쌍들을 플롯팅하고 연결하여 제1루프를 생성할 수 있다.
도 4의 패널 (B)를 더 참조하면, 복수의 제1및 제2시점에 대하여 플롯팅과 연결을 반복하여 도 4의 패널 (B)의 우측에 도시한 바와 같이 다수의 루프를 생성할 수 있다. 이 예에서, 단일 루프는 예시를 위해 시점들 A 내지 D에 기초하여 도 4의 패널 (B)의 좌측에 도시된다. 단일 루프는 심장 리듬의 단일 사이클을 나타낼 수 있는 한편, 다수의 루프는 심장 리듬의 다수의 사이클을 나타낼 수 있다. 예시한 바와 같이, 도 4의 패널 (B)의 우측에서 루프들 간에 높은 규칙성(또는 위상 관계)의 정도가 관찰된다. 동일한 처리를, 서로 다른 제2(기준) 심장 신호들, 즉, 인접하는 64개 또는 128개 신호들인 다른 신호들에 대한 제1(분석) 심장 신호를 위해 반복할 수 있다는 점에 주목한다.
도 4의 패널 (C)에서는, 복수의 제1시점에서의 제2(분석) 심장 신호의 미분값을 복수의 제3시점에서의 제3(기준) 심장 신호의 미분값에 대하여 처리하여 제3심장 신호에 대한 제2심장 신호의 복수의 좌표 쌍을 규정한다. 이러한 좌표 쌍들은 메모리에 유지될 수 있고 및/또는 데이터베이스(118)에 세이브될 수 있다. 일부 실시예들에서는, 제3심장 신호에 대한 제2심장 신호의 처리에 연관된 복수의 좌표 쌍을 플롯팅하고 연결하여 복수의 루프를 생성할 수 있다. 동일한 처리를, 서로 다른 제3(기준) 심장 신호들, 즉, 인접하는 64개 또는 128개 신호들인 다른 신호들에 대하여 제2(분석) 심장 신호를 위해 반복할 수 있다는 점에 주목한다.
도 4의 패널 (C)를 더 참조해 보면, 복수의 제2및 제3시점에 대하여 플롯팅과 연결을 반복하여 도 4의 패널 (C)의 우측에 도시한 바와 같이 다수의 루프를 생성할 수 있다. 이 예에서, 단일 루프는 예시를 위해 시점들 A 내지 D에 기초하여 패널 (C)의 좌측에 도시된다. 단일 루프는 심장 리듬의 단일 사이클을 나타낼 수 있는 한편, 다수의 루프는 심장 리듬의 다수의 사이클을 나타낼 수 있다. 예시한 바와 같이, 패널 (C)의 우측에서 루프들 간에 낮은 규칙성(또는 위상 관계)의 정도가 관찰된다.
도 4의 패널 (D)에서는, 규칙성의 인덱스는 제2(기준) 심장 신호에 대한 제1심장 신호(분석 신호)에 관하여 판정된다. 규칙성의 인덱스는, 제1심장 신호와 제2심장 신호 간의 복수의 좌표 쌍의 근사 합동(예를 들어, 수학적 합동)을 나타낸다. 규칙성의 인덱스는 시간 도메인, 주파수 도메인, 및 공간 도메인 중 하나에서 판정될 수 있다. 도 4의 패널 (D)의 규칙성의 인덱스가 임계값을 초과하는지 여부를 추가로 판정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 임계값은, 제2(기준) 심장 신호들, 즉, 64개 또는 128개의 센서 위치로부터의 신호들에 대하여 반복되는 인접하는 8개의 신호에 대한 제1(분석) 심장 신호의 규칙성의 모든 인덱스들 중 상위 백분위수(예를 들어, 상위 제5백분위수)를 가리키도록 규정될 수 있다. 다른 백분위수를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 제10백분위수, 또는 다른 백분위수를 사용할 수 있다.
주파수 도메인에 관하여, 복수의 좌표 쌍(또는 루프)에 연관된 선택된 파라미터를 이용하여 주파수 분석(예를 들어, 푸리에 분석)을 수행하여, 도 4의 패널 (D)에 도시한 바와 같이 주파수 스펙트럼을 생성할 수 있다. 선택된 파라미터는, 진폭(예를 들어, 전압), 각도, 벡터, 면적 및 미분값일 수 있다. 이후, 패널 (D)의 주파수 스펙트럼에서 적어도 하나의 피크가 판정된다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 피크는 기본 주파수를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 적어도 하나의 피크는 기본 주파수를 포함할 수 있고 기본 주파수의 하나 이상의 고조파도 포함할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 적어도 하나의 피크는 기본 주파수의 고조파들 중 하나 이상만을 포함할 수 있고, 다시 말해, 기본 주파수를 배제할 수 있다.
주파수 분석을 수행할 때, 도 4의 패널 (D)에서의 주파수 스펙트럼의 적어도 하나의 피크의 면적의 합을 계산한다. 결과(즉, 규칙성의 인덱스)는, 적어도 하나의 피크의 합을 약 4Hz 내지 약 12Hz 등의 미리 규정된 주파수 범위 내의 주파수 스펙트럼의 총 면적으로 나눔으로써 계산된다. 일부 실시예들에서는, 다른 주파수 범위를 규정할 수 있다. 이후, 제2(기준) 심장 신호들, 즉, 64개 또는 128개의 센서 위치로부터의 신호들에 대하여 반복되는 인접하는 여덟(8)개의 신호에 대한 제1(분석) 심장 신호의 모든 규칙성의 인덱스들 중 상위 백분위수(예를 들어, 상위 제5백분위수) 등의 임계값을 결과값(규칙성의 인덱스)이 초과하는지 여부를 판정할 수 있다. 예를 들어, 도 4의 패널 (D)에 도시한 바와 같이, 도 4의 패널 (B)의 루프들에 대한 규칙성의 인덱스는 0.178이며, 이는 제2심장 신호에 대한 제1심장 신호의 높은 규칙성(또는 위상 관계)의 정도를 나타낸다. 주파수 분석에서, 규칙성의 인덱스는 약 0.0 내지 약 1.0의 범위에 있다.
도 4의 패널 (E)에서, 규칙성의 인덱스는 제3(기준) 심장 신호에 대한 제2(분석) 심장 신호에 관하여 판정된다. 규칙성의 인덱스는, 제2심장 신호와 제3심장 신호 간의 복수의 좌표 쌍의 근사 합동(예를 들어, 수학적 합동)을 나타낸다. 전술한 바와 같이, 규칙성의 인덱스는 시간 도메인, 주파수 도메인, 및 공간 도메인 중 하나에서 판정될 수 있다. 도 4의 패널 (E)의 규칙성의 인덱스가 임계값을 초과하는지 여부에 대하여 추가 판정을 행할 수 있다. 일부 실시예들에서, 임계값은, 제3(기준) 심장 신호들, 즉, 64개 또는 128개의 센서 위치로부터의 신호들에 대하여 반복되는 인접하는 여덟(8)개의 신호에 대한 제2(분석) 심장 신호의 모든 규칙성의 인덱스들 중 상위 백분위수(예를 들어, 상위 제5백분위수)를 가리키도록 규정될 수 있다. 마찬가지로, 제10백분위수 등의 다른 백분위수를 사용할 수 있으며, 또는 다른 백분위수를 사용할 수 있다.
또한, 복수의 좌표 쌍(또는 루프)에 연관된 선택된 파라미터를 이용하여 주파수 분석(예를 들어, 푸리에 분석)을 수행하여, 도 4의 패널 (E)에 도시한 바와 같이 주파수 스펙트럼을 생성할 수 있다. 선택된 파라미터는, 진폭(예를 들어, 전압), 각도, 벡터, 면적 및 미분값일 수 있다. 이후, 패널 (E)의 주파수 스펙트럼에서 적어도 하나의 피크를 판정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 피크는 기본 주파수를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 적어도 하나의 피크는 기본 주파수를 포함할 수 있고 기본 주파수의 하나 이상의 고조파도 포함할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 적어도 하나의 피크는 기본 주파수의 고조파들 중 하나 이상만을 포함할 수 있고, 다시 말해, 기본 주파수를 배제할 수 있다.
주파수 분석을 수행할 때, 도 4의 패널 (E)에서의 주파수 스펙트럼의 적어도 하나의 피크의 면적의 합을 계산한다. 결과(즉, 규칙성의 인덱스)는, 적어도 하나의 피크의 합을 약 4Hz 내지 약 12Hz 등의 미리 규정된 주파수 범위 내의 주파수 스펙트럼의 총 면적로 나눔으로써 계산된다. 일부 실시예들에서는, 다른 주파수 범위를 규정할 수 있다. 이후, 제2(기준) 심장 신호들, 즉, 64개 또는 128개의 센서 위치로부터의 신호들에 대하여 반복되는 인접하는 여덟(8)개의 신호에 대한 제1(분석) 심장 신호의 모든 규칙성의 인덱스들 중 상위 백분위수(예를 들어, 상위 제5백분위수)인 임계값을 결과값(규칙성의 인덱스)이 초과하는지 여부를 판정할 수 있다. 예를 들어, 도 4의 패널 (E)에 도시한 바와 같은 도 4의 패널 (C)의 루프들에 대한 규칙성의 인덱스는 0.073이며, 이는 제3심장 신호에 대한 제2심장 신호의 낮은 규칙성(또는 위상 관계)의 정도를 나타낸다.
신호들의 합동(규칙성 또는 위상 관계)은, 선택된 파라미터(들) 또는 특성(들)(예를 들어, 각도, 벡터, 진폭, 면적, 미분값, 및/또는 다른 특성(들))를 사용하고 임계값을 초과하는 경우에 FFT(푸리에 변환)를 이용하여 선택된 파라미터(들)에 연관된 규칙성을 정량화함으로써, 시간 경과에 따라 정량화될 수 있다. 도 4의 패널 (B)는 제1심장 신호와 제2심장 신호 간의 합동(규칙성 또는 위상 관계)을 도시한다. 패널 (D)에서, FFT의 이산 피크들은 임계값을 초과하는 규칙성을 반영한다. 도 4의 패널 (C)는 제2심장 신호와 제3심장 신호 간의 합동(규칙성 또는 위상 관계)이 없음을 도시한다. 도 4의 패널 (E)에서, FFT는 임계값을 초과하는 이산 피크들을 나타내지 않으며, 제2심장 산호와 제3심장 신호 간의 상당한 가변성을 반영한다.
도 5는 주기적 반복 활동(공간 위상 동기)을 판정하여 심장 리듬 장애의 소스를 식별하는 방법(500)의 일례를 표시한 흐름도이다. 이 방법은, 단계(502)에서 시작한다. 단계(504, 506)에서는, 복수의 심장 신호로부터 한 쌍의 심장 신호를 선택한다. 구체적으로, 단계(504)에서 제1(분석) 신호를 복수의 신호로부터 선택하고, 단계(506)에서 제2(기준) 신호를 복수의 신호로부터 선택한다. 본 명세서에서 설명하는 바와 같이, 64개, 128개, 또는 다른 개수의 신호들이 존재할 수 있다. 신호들은 도 1의 신호 처리 장치(114)를 통해 처리된 ECG 신호들일 수 있다.
단계(508)에서는, 제2심장 신호에 대한 제1심장 신호의 처리를 참조하여 시점을 선택한다. 단계(510)에서는, 시점을 이용하여 관계 특성(들)을 계산한다. 이 특성(들)은 예를 들어 데이터베이스(118)에 저장될 수 있다. 특성(들)은 시점들 간의 관계를 식별할 수 있다. 예를 들어, 각 신호의 미분값은 선택된 시점에서 판정될 수 있다. 구체적으로, 제1심장 신호의 미분값을 선택된 시점에서의 제2심장 신호의 미분값에 대하여 처리하여 제2심장 신호에 대한 제1심장 신호의 좌표 쌍을 규정할 수 있다.
단계(512)에서는, 모든 시점들이 처리되었는지 여부를 판정한다. 모든 시점들이 처리되지 않았다고 판정되면, 방법은 모든 시점들이 처리될 때까지 단계들(508 내지 512)을 계속 수행한다. 모든 시점들이 처리되었다고 판정되면, 방법(500)은 단계(514)로 계속 진행된다.
단계(514)에서는, 관계 특성(들)을 이용하여, 선택된 신호들 간의 규칙성의 인덱스를 연산한다. 단계(516)에서는, 원하는 모든 제2(기준) 신호들이 선택된 제1(분석) 신호에 관하여 사용되었는지 여부를 판정한다. 원하는 모든 제2신호들이 사용되지 않았다고 판정되면, 방법(500)은, 원하는 모든 제2신호들이 선택된 제1신호에 관하여 사용될 때까지 단계들(506 내지 516)을 반복한다. 일부 실시예들에서는, 복수의 시점에서의 모든 제2(기준) 심장 신호들에 대한 제1(분석) 심장 신호의 처리에 연관된 좌표 쌍들을 플롯팅하고 연결하여 도 4의 패널 (B)에 도시한 바와 같은 복수의 루프를 생성할 수 있다.
원하는 모든 제2신호들이 처리되었다고 판정되면, 방법(500)은 원하는 모든 제1(분석) 신호들이 사용되었는지 여부를 판정하는 단계(518)로 진행한다. 원하는 모든 제1신호들이 사용되지 않았다고 판정되면, 방법(500)은 원하는 모든 제1신호들이 사용될 때까지 단계들(504 내지 516)을 반복한다.
단계(520)에서는, 다수의 제1신호와 다수의 제2신호가 사용되었는지 여부를 판정한다. 다수의 신호들이 사용되지 않았다고 판정되면, 단계(522)에서, 선택된 제1및 제2신호들에 대한 규칙성의 인덱스를 리턴할 수 있다. 그러나, 다수의 제1신호와 다수의 제2신호가 사용되었다고 판정되면, 단계(524)에서, 제1및 제2신호들의 각 쌍에 대하여 규칙성의 인덱스들의 그래프(맵)를 생성할 수 있다(도 7 의 맵 참조). 일부 실시예들에서는, 규칙성의 인덱스들이 메모리에 유지될 수 있고 및/또는 데이터베이스(118)에 저장될 수 있다. 임계값을 초과하는 규칙성의 하나 이상의 인덱스를 식별하기 위한(또는 가리키기 위한) 판정을 내릴 수 있다. 전술한 바와 같이, 임계값은, 제2(기준) 심장 신호들, 즉, 인접하는 64개 또는 128개 신호에 대한 제1(분석) 심장 신호의 모든 규칙성의 인덱스들의 상위 백분위수(예를 들어, 상위 제5백분위수)를 가리키도록 규정될 수 있다. 마찬가지로, 다른 백분위수를 사용할 수 있는데, 예를 들어, 제10백분위수, 또는 다른 백분위수를 사용할 수 있다. 신호들을 위한 인접하는 규칙성의 인덱스들을 둘러싸는 그러한 임계값을 초과하는 신호들에 대한 규칙성의 인덱스들(예를 들어, 상위 제5백분위수 내에 있는 것)은, 심장 리듬 장애의 소스를 가리키는 데 사용될 수 있다. 방법은 단계(526)에서 종료된다.
도 6은, 심장 리듬 장애의 소스(로커스)의 마이그레이션 및 환자의 심장 리듬 장애의 이러한 소스를 식별하기 위한 규칙성의 인덱스들(예를 들어, 공간 위상 동기)의 사용의 일례를 도시한다. 구체적으로, 도 6은 규칙성의 인덱스들(예를 들어, 공간 위상 동기)에 의해 식별되는 인간의 심방 세동의 소스를 절제함으로써 AF 종결을 도시한다. 패널 (a)에서는, 활성화 시간의 윤곽(예를 들어, 등시선)을 이용하여, AF 동안의 좌심방 회전 소스가 가시화되어 있다. 패널 (b)는 패널 (a)의 소스의 마이그레이션의 로커스를 도시한다. 패널 (c)에서, 규칙성의 인덱스들(예를 들어, 공간 위상 동기)은, 높은 규칙성의 인접하는 영역들(따뜻한 색)에 비해 낮고 이러한 영역들에 의해 둘러싸인 규칙성의 영역(화살표로 표시된 시원한 색)을 도시한다. 이 영역은, 심장 리듬 장애의 소스이며, 패널 (a)의 회전 소스와 정확하게 일치한다. 패널 (c)에서의 특정 환자 기하학으로 도시한 바와 같이, AF를 위한 소스는 낮은 좌심방에 있다. 패널 (d)에서, 전극 신호들은 낮은 규칙성의 영역(즉, 패널 (a)의 회전 소스(ECG 리드(lead) aVF, 및 절제 카테터에서의 전극, 관상정맥동)) 주위의 높은 규칙성의 영역에서 절제 후 1분 미만으로 AF 동안 동성 리듬으로 종결된 것으로 도시된다. 패널 (e)에는, 참조 환자를 위한 동성 리듬의 등시성 맵이 도시되어 있다. 이 환자에게는 임플란트형 심장 모니터 상에 AF가 없다(스케일 바: 1㎝).
도 7은 심장 리듬 장애의 소스를 식별하기 위한 규칙성의 인덱스들의 맵의 일례를 도시한다.
처리된 각 신호에 대한 규칙성의 인덱스들의 맵은 서브 맵들의 그리드로서 생성될 수 있고, 각 서브 맵은 다른 제1(분석) 신호 및 제1신호에 대하여 처리된 모든 제2(기준) 신호를 이용하여 규칙성의 인덱스를 나타낸다.
이후, 맵은 서브 맵들의 조합으로서 생성될 수 있다. 맵은 각 신호를 다른 신호들과의 적절한 공간적 관계로 배열한다. 신호 쌍에 대한 규칙성의 인덱스의 값을 나타내는 색을 각 센서 위치에서의 화소에 지정한다(예를 들어, 높은 값들은 적색으로 코딩하고, 낮은 값들은 청색으로 코딩한다). 이어서, 각 제1(분석) 신호의 서브 맵은, 제1신호의 처리된 다른 제1(분석) 신호들과의 공간적 위치를 나타내는 더욱 큰 맵에 배치될 수 있으며, 이에 따라 도 7에 도시한 바와 같이 8 × 8 맵을 생성한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 낮은 규칙성의 인접하는 영역(시원한 색들)을 둘러싸는 높은 규칙성의 영역(따뜻한 색들)을 판정할 수 있다. 검정색 화살표는 높은 규칙성의 영역 상의 또는 높은 규칙성의 영역 내의 성공적인 절제의 사이트를 나타낸다. 마찬가지로, 심장 리듬 장애의 소스를 제거하기 위한 절제를 위해, 높은 규칙성의 영역에 의해 둘러싸인 낮은 규칙성의 영역도 판정할 수 있다.
도 8은 일반적인 컴퓨터 시스템(800)의 예시적인 일 실시예의 블록도이다. 컴퓨터 시스템(800)은 도 1의 신호 처리 장치(114) 및 연산 장치(116)일 수 있다. 컴퓨터 시스템(800)은, 본 명세서에서 설명하는 방법들 또는 컴퓨터 기반 기능들 중 임의의 하나 이상을 컴퓨터 시스템(800)이 수행하게 하도록 실행될 수 있는 명령어들의 세트를 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(800) 또는 컴퓨터 시스템의 임의의 일부는 독립형 장치로서 동작할 수 있고, 또는 예를 들어 네트워크나 기타 연결을 이용하여 다른 컴퓨터 시스템 또는 주변 장치에 연결될 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템(800)은 신호 처리 장치(114)와 분석 데이터베이스(118)에 동작가능하게 연결될 수 있다.
도 1 내지 도 7에서 설명한 바와 같은 단계들에서는, 본 명세서에서 설명하는 바와 같은 심장 리듬 장애의 소스(들)의 식별을 이용하여, 치료가 효과적일 수 있는 환자들을 식별할 수 있고 이러한 치료를 유도하는 것을 보조할 수 있고, 이러한 치료는, 절제, 전기 에너지, 기계적 에너지, 약물, 세포, 유전자, 및 생물학적 작용제 중 하나 이상을 심장의 식별된 소스(들)의 적어도 일부에 전달하는 것을 포함할 수 있다.
컴퓨터 시스템(800)은, 또한, 퍼스널 컴퓨터(PC), 태블릿 PC, 휴대 정보 단말기(PDA), 모바일 장치, 팜톱 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 데스크톱 컴퓨터, 통신 장치, 제어 시스템, 웹 어플라이언스, 또는 다른 임의의 기계가 취해야 할 액션들을 특정하는 명령어들의 세트를 (순차적으로 또는 다른 방식으로) 실행할 수 있는 그 기계 등의 다양한 장치들로서 구현될 수 있고 또는 이러한 다양한 장치들 내에 통합될 수 있다. 또한, 단일 컴퓨터 시스템(800)이 도시되어 있지만, "시스템"이라는 용어는, 또한, 하나 이상의 컴퓨터 기능을 수행하기 위한 명령어들의 한 세트 또는 다수의 세트들을 개별적으로 또는 함께 실행하는 시스템들 또는 서브 시스템들의 임의의 집합을 포함하는 것이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 컴퓨터 시스템(800)은, 프로세서(802), 예를 들어, 중앙 처리 유닛(CPU), 그래픽 처리 유닛(GPU), 또는 중앙 처리 유닛과 그래픽 처리 유닛 모두를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템(800)은, 버스(826)를 통해 서로 통신할 수 있는, 메인 메모리(804)와 스태틱 메모리(806)를 포함할 수 있다. 도시한 바와 같이, 컴퓨터 시스템(800)은, 액정 디스플레이(LCD), 유기 발광 다이오드(OLED), 평판 디스플레이, 고체 디스플레이, 또는 음극선관(CRT) 등의 비디오 디스플레이 유닛(810)을 더 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템(800)은, 키보드 등의 입력 장치(812), 및 마우스 등의 커서 제어 장치(814)를 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(800)은, 또한, 디스크 구동 유닛(816), 스피커나 리모콘 등의 신호 생성 장치(822), 및 네트워크 인터페이스 장치(808)를 포함할 수 있다.
특정한 실시예에서, 도 8에 도시한 바와 같이, 디스크 구동 유닛(816)은, 명령어들(820)의 하나 이상의 세트, 예를 들어, 소프트웨어가 임베딩될 수 있는 컴퓨터 판독가능 매체(818)를 포함할 수 있다. 또한, 명령어들(820)은 본 명세서에서 설명하는 바와 같은 로직이나 방법들 중 하나 이상을 구체화할 수 있다. 특정한 실시예에서, 명령어들(820)은, 컴퓨터 시스템(800)에 의한 실행 동안 메인 메모리(804), 스태틱 메모리(806) 내에 및/또는 프로세서(802) 내에 완전히 또는 적어도 부분적으로 상주할 수 있다. 메인 메모리(804)와 프로세서(802)도 컴퓨터 판독가능 매체를 포함할 수 있다. 대체 실시예에서, 주문형 집적 회로, 프로그래밍가능 로직 어레이, 및 기타 하드웨어 장치 등의 전용 하드웨어 구현예들은 본 명세서에서 설명하는 방법들 중 하나 이상을 구현하도록 구축될 수 있다. 다양한 실시예들의 장치와 시스템들을 포함할 수 있는 애플리케이션들은 다양한 전자 시스템과 컴퓨터 시스템을 넓게 포함할 수 있다. 본 명세서에서 설명하는 하나 이상의 실시예는, 모듈들 간에 그리고 모듈들을 통해 통신될 수 있는 관련된 제어 및 데이터 신호들을 이용하는 2개 이상의 특정 상호접속 하드웨어 모듈 또는 장치를 사용하여, 또는 주문형 집적 회로의 일부들을 사용하여, 기능들을 구현할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 시스템은 소프트웨어, 펌웨어, 및 하드웨어 구현예들을 포함한다.
다양한 실시예들에 따르면, 본 명세서에서 설명하는 방법들은 프로세서 판독가능 매체 내에 유형으로(tangibly) 구체화된 소프트웨어 프로그램들에 의해 구현될 수 있고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 또한, 예시적이며 비제한적인 실시예에서, 구현예들은 분산형 처리, 컴포넌트/오브젝트 분산형 처리, 및 병렬 처리를 포함할 수 있다. 대안으로, 가상 컴퓨터 시스템 처리를 구축하여 본 명세서에서 설명하는 바와 같은 기능 또는 방법들 중 하나 이상을 구현할 수 있다.
또한, 컴퓨터 판독가능 매체가, 명령어들(820)을 포함하거나 또는 전파 신호에 응답하여 명령어들(820)을 수신하여 실행하고, 이에 따라 네트워크(824)에 연결된 장치가 음성, 비디오, 또는 데이터를 네트워크(824)를 통해 통신할 수 있는 것을 고려할 수 있다.
또한, 명령어들(820)은 네트워크 인터페이스 장치(808)를 거쳐 네트워크(824)를 통해 송신 또는 수신될 수 있다.
컴퓨터 판독가능 매체는 단일 매체로 도시되어 있지만, "컴퓨터 판독가능 매체"라는 용어는, 단일 매체 또는 다수의 매체를 포함하며, 예를 들어, 집중형 또는 분산형 데이터베이스, 및/또는 명령어들의 하나 이상의 세트를 저장하는 연관된 캐시와 서버를 포함한다. "컴퓨터 판독가능 매체"라는 용어는, 또한, 프로세서에 의해 실행될 명령어들의 세트를 저장, 인코딩, 또는 반송할 수 있거나 또는 본 명세서에서 설명하는 단계들이나 방법들 중 임의의 하나 이상을 컴퓨터 시스템이 수행하게 하는 임의의 매체를 포함한다.
구체적이며 비제한적인 일 실시예에서, 컴퓨터 판독가능 매체는, 하나 이상의 비휘발성 판독 전용 메모리를 수용하는 메모리 카드나 기타 패키지 등의 고체 메모리를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 랜덤 액세스 메모리 또는 다른 휘발성 재기입가능 메모리일 수 있다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는, 디스크나 테이프 또는 송신 매체를 통해 통신되는 신호 등의 반송파 신호를 캡처하기 위한 기타 저장 장치 등의 자기 광학 매체 또는 광학 매체를 포함할 수 있다. 이메일 또는 다른 자족형 정보 아카이브 또는 아카이브들의 세트에 대한 디지털 파일 부착을, 유형의 저장 매체와 균등한 분산형 매체로 고려할 수도 있다. 이에 따라, 데이터나 명령어들이 저장될 수 있는, 컴퓨터 판독가능 매체 또는 분산형 매체 및 기타 균등물들과 후속 매체들 중 임의의 하나 이상이 본 명세서에 포함된다.
다양한 실시예들에 따르면, 본 명세서에서 설명하는 방법들은 컴퓨터 프로세서에서 실행되는 하나 이상의 소프트웨어 프로그램으로서 구현될 수 있다. 주문형 집적 회로, 프로그래밍가능 로직 어레이, 및 기타 하드웨어 장치를 포함하는 전용 하드웨어 구현예들도 마찬가지로 구축하여 본 명세서에서 설명하는 방법들을 구현할 수 있지만, 이러한 구현예들로 한정되지는 않는다. 또한, 분산형 처리 또는 컴포넌트/오브젝트 분산형 처리, 병렬 처리, 또는 가상 기계 처리를 포함하는 대체 소프트웨어 구현예들을 구축하여 본 명세서에서 설명하는 방법들을 구현할 수 있지만, 이러한 구현예들로 한정되지는 않는다.
또한, 개시된 방법들을 구현하는 소프트웨어는, 선택 사항으로, 디스크나 테이프 등의 자기 매체 등의 유형의 저장 매체, 디스크 등의 자기 광학 매체 또는 광학 매체, 또는 하나 이상의 판독 전용 (비휘발성) 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 또는 기타 재기입가능 (휘발성) 메모리를 수용하는 메모리 카드나 기타 패키지 등의 고체 매체에 저장될 수 있다는 점에 주목하기 바란다. 소프트웨어는, 또한, 컴퓨터 명령어들을 포함하는 신호를 활용할 수 있다. 이메일 또는 다른 자족형 정보 아카이브 또는 아카이브들의 세트에 대한 디지털 파일 부착을, 유형의 저장 매체와 균등한 분산형 매체로 고려한다. 이에 따라, 본 명세서의 소프트웨어 구현예들이 저장될 수 있는, 여기서 열거한 바와 같은 유형의 저장 매체 또는 분산형 매체, 및 기타 균등물들과 후속 매체들이 본 명세서에 포함된다.
따라서, 심장 활성화 정보를 재구축하는 시스템과 방법을 설명하였다. 특정한 실시예들을 설명하였지만, 본 발명의 더욱 넓은 범위로부터 벗어나지 않고서 이러한 실시예들에 다양한 수정과 변경을 행할 수 있음은 명백하다. 이에 따라, 명세서와 도면은 제한적인 의미라기보다는 예시적인 의미로 간주되어야 한다. 본 발명의 일부를 형성하는 첨부 도면은, 개시 내용이 실시될 수 있는 특정한 실시예들을 제한적이지 않게 예시적으로 도시한다. 예시한 실시예들은 당업자가 본 명세서에 개시된 교시를 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 설명되어 있다. 다른 실시예들을 활용 및 도출할 수 있으며, 예를 들어, 본 개시 내용의 범위로부터 벗어나지 않고서 구조적 대체와 논리적 대체 및 변경을 행할 수 있다. 따라서, 이러한 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 제한적인 의미로 취급해서는 안 되며, 다양한 실시예들의 범위는, 청구범위에 해당하는 균등물들의 전체 범위와 함께 이러한 청구범위에 의해서만 정해진다.
본 발명의 개시 내용의 이러한 실시예들은, 본 출원의 범위를 임의의 단일 발명 또는 하나보다 많은 발명이 실제로 개시된 경우엔 발명 사상으로 자발적으로 제한하려 하지 않고서 단지 편의를 위해 본 명세서에서 개별적으로 및/또는 집합적으로 "발명"이라는 용어로 칭할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 특정한 실시예들을 예시하고 설명하였지만, 동일한 목적을 달성하도록 계산된 임의의 구성이 예시한 특정 실시예들을 대체할 수도 있다는 점을 인식해야 한다. 이러한 개시 내용은 다양한 실시예들의 임의의 모든 적응 또는 변동을 커버하려는 것이다. 전술한 실시예들 중 임의의 것과 본 명세서에서 구체적으로 설명하지 않은 기타 실시예들의 조합은, 이용될 수 있으며 본 명세서에서 충분히 고려된다.
요약서는 특허법 37 C.F.R. § 1.72(b)에 따라 제공되며, 독자가 기술적 개시 내용의 성질과 요지를 빠르게 파악할 수 있게 한다. 제출되는 요약서는 청구항들의 의미나 범위를 제한하거나 해석하는 데 사용되지 않는 것으로 이해되는 것이다.
전술한 실시예들에 있어서, 개시 내용을 간소화하도록 다양한 특징부들을 단일 실시예에 함께 그룹화하고 있다. 이러한 개시 내용의 방법은, 청구항에 관한 실시예들이 각 청구항에 명백하게 기재되어 있는 것보다 많은 특징부들을 갖고 있음을 반영하는 것으로서 해석해서는 안 된다. 오히려, 이하의 청구범위에서 반영하고 있듯이, 본 발명의 개시 내용은 개시된 단일 실시예의 모든 특징부들보다 적은 특징부들 내에 존재한다. 따라서, 이하의 청구범위는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 포함되는 것이며, 각 청구항은 자체적으로 별도의 일 실시예로서 존재한다.
Claims (30)
- 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성을 판정하는 방법으로서,
연산 장치에 의해, 복수의 제2시점에서의 제2심장 신호의 미분값에 대한 복수의 제1시점에서의 제1심장 신호의 미분값을 처리하여 상기 제2심장 신호에 대한 상기 제1심장 신호의 복수의 좌표 쌍을 규정하는 처리 단계; 및
상기 연산 장치에 의해, 임계값을 초과하는 규칙성의 인덱스를 판정하는 판정 단계를 포함하고,
상기 규칙성의 인덱스는, 상기 제1심장 신호와 상기 제2심장 신호 간의 상기 복수의 좌표 쌍의 근사 합동(approximate congruence)을 나타내는 것인, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 방법. - 제1항에 있어서, 상기 근사 합동은 규정된 신뢰 구간 내에서의 상기 복수의 좌표 쌍의 적어도 일부의 반복을 나타내는 것인, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1심장 신호와 상기 제2심장 신호는 각각 제1전압 시계열과 제2전압 시계열을 나타내는 것인, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1심장 신호의 미분값과 상기 제2심장 신호의 미분값은 시간과 공간 중 하나에 속하는 것인, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 복수의 좌표 쌍을 플롯팅(plot)하는 단계; 및
상기 복수의 좌표 쌍을 연결하여 복수의 루프를 생성하는 단계를 더 포함하는, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 방법. - 제5항에 있어서, 상기 규칙성의 인덱스는 상기 복수의 루프 간의 근사 합동을 나타내는 것인, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1심장 신호의 미분값과 상기 제2심장 신호의 미분값은 0차 미분값과 고차 미분값 중 하나인 것인, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1심장 신호와 상기 제2심장 신호는 심장의 서로 다른 영역들로부터 온 것인, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 복수의 제1시점은 상기 복수의 제2시점과 동시에 발생하는 것인, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 복수의 제1시점과 상기 복수의 제2시점은 상기 리듬 장애의 적어도 하나의 박동에 연관된 것인, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 규칙성의 인덱스는 시간 도메인, 주파수 도메인, 및 공간 도메인 중 하나에서 판정되는 것인, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 복수의 좌표 쌍에 연관된 선택된 파라미터를 이용하여 주파수 분석을 수행하여 주파수 스펙트럼을 생성하는 단계; 및
상기 주파수 스펙트럼에서 적어도 하나의 피크를 판정하는 단계를 더 포함하는, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 방법. - 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 피크는 기본 주파수를 포함하는 것인, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 적어도 하나의 피크는 상기 기본 주파수의 하나 이상의 고조파를 더 포함하는 것인, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 피크는 기본 주파수의 하나 이상의 고조파를 포함하는 것인, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 선택된 파라미터는 진폭, 각도, 벡터, 면적(area), 및 미분값 중 하나인 것인, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 주파수 분석은 푸리에 분석인 것인, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 주파수 스펙트럼의 상기 적어도 하나의 피크의 면적의 합을 계산하는 단계;
상기 적어도 하나의 피크의 면적의 합을 미리 규정된 주파수 범위 내의 주파수 스펙트럼의 총 면적으로 나눔으로써 결과값을 계산하는 단계; 및
상기 결과값이 상기 임계값을 초과하는지 여부를 판정하는 단계를 더 포함하는, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 방법. - 제1항에 있어서, 복수의 심장 신호로부터 상기 제1심장 신호와 상기 제2심장 신호를 반복적으로 선택하는 단계를 더 포함하는, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 방법.
- 제1항에 있어서, 복수의 심장 신호로부터 심장 신호들의 쌍들을 반복적으로 선택하는 단계로서, 각 쌍은 제1심장 신호 및 다른 제2심장 신호를 갖는 것인, 상기 반복적으로 선택하는 단계;
반복적으로 선택된 상기 심장 신호들의 쌍들의 각 쌍에 대하여 상기 처리 단계와 상기 판정 단계를 수행하는 단계;
상기 반복적으로 선택된 심장 신호들의 쌍들에 대하여 규칙성의 인덱스들의 매트릭스를 구축하는 단계; 및
상기 규칙성의 인덱스들의 매트릭스를 이용하여 상기 리듬 장애의 하나 이상의 소스를 판정하는 단계를 더 포함하는, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 방법. - 제20항에 있어서, 상기 하나 이상의 소스를 판정하는 단계는, 상기 심장의 인접하는 영역들에서의 규칙성의 인덱스에 비해 높은 규칙성의 인덱스에 연관된 심장의 하나 이상의 영역을 상기 매트릭스로부터 식별하는 단계를 포함하는 것인, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 방법.
- 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성을 판정하는 시스템으로서,
적어도 하나의 연산 장치를 포함하되,
상기 연산 장치는, 제2심장 신호에 대한 제1심장 신호의 복수의 좌표 쌍을 규정하도록 복수의 제2시점에서의 상기 제2심장 신호의 미분값에 대한 복수의 제1시점에서의 상기 제1심장 신호의 미분값을 처리하고, 임계값을 초과하는 규칙성의 인덱스를 판정하도록 구성되고,
상기 규칙성의 인덱스는, 상기 제1심장 신호와 상기 제2심장 신호 간의 상기 복수의 좌표 쌍의 근사 합동을 나타내는 것인, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 시스템. - 제22항에 있어서, 상기 적어도 하나의 연산 장치는, 또한,
복수의 심장 신호로부터 심장 신호들의 쌍들을 반복적으로 선택하고,
반복적으로 선택된 심장 신호들의 쌍들의 각 쌍에 대하여 상기 처리와 상기 판정을 수행하며,
상기 반복적으로 선택된 심장 신호들의 쌍들에 대하여 규칙성의 인덱스들의 매트릭스를 구축하고,
상기 규칙성의 인덱스들의 매트릭스를 이용하여 상기 리듬 장애의 하나 이상의 소스를 판정하도록 구성되며,
상기 각 쌍은 제1심장 신호 및 다른 제2심장 신호를 갖는 것인, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 시스템. - 제23항에 있어서, 상기 적어도 하나의 연산 장치는, 또한, 상기 심장의 인접하는 영역들에서의 규칙성의 인덱스에 비해 높은 규칙성의 인덱스에 연관된 심장의 하나 이상의 영역을 상기 매트릭스로부터 식별하도록 구성된 것인, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 시스템.
- 제22항에 있어서, 상기 규칙성의 인덱스를 표시하도록 구성된 표시 장치를 더 포함하는, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 시스템.
- 제22항에 있어서, 명령어를 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체를 더 포함하되,
상기 명령어는, 상기 적어도 하나의 연산 장치에 의해 실행되는 경우, 상기 적어도 하나의 연산 장치가 상기 처리와 상기 판정을 수행하게 하는 것인, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 시스템. - 제22항에 있어서, 상기 적어도 하나의 연산 장치는, 또한, 복수의 심장 신호로부터 상기 제1심장 신호와 상기 제2심장 신호를 반복적으로 선택하도록 구성된 것인, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 시스템.
- 제27항에 있어서, 상기 복수의 심장 신호를 검출하도록 구성된 복수의 센서를 포함하는 카테터를 더 포함하는, 심장의 리듬 장애에 연관된 규칙성 판정 시스템.
- 심장 리듬 장애를 치료하는 방법으로서,
복수의 심장 신호로부터 심장 신호들의 쌍들을 반복적으로 선택하는 단계로서, 각 쌍은 제1심장 신호 및 다른 제2심장 신호를 갖는 것인, 상기 반복적으로 선택하는 단계;
선택된 각 쌍마다, 복수의 제2시점에서의 상기 다른 제2심장 신호의 미분값에 대한 복수의 제1시점에서의 상기 제1심장 신호의 미분값을 처리하여 상기 다른 제2심장 신호에 대한 상기 제1심장 신호의 복수의 좌표 쌍을 규정하는 단계;
선택된 각 쌍마다 임계값을 초과하는 규칙성의 인덱스를 판정하는 단계로서, 상기 규칙성의 인덱스는 상기 제1심장 신호와 상기 다른 제2심장 신호 간의 복수의 좌표 쌍의 근사 합동을 나타내는 것인, 상기 판정하는 단계;
선택된 쌍들에 대하여 규칙성의 인덱스들의 매트릭스를 구축하는 단계;
상기 인덱스들의 매트릭스를 이용하여 상기 심장 리듬 장애의 하나 이상의 소스를 판정하는 단계; 및
상기 하나 이상의 소스에서의 심장 조직을 치료하여 상기 심장 리듬 장애를 억제하거나 제거하는 단계를 포함하는, 심장 리듬 장애 치료 방법. - 제29항에 있어서, 상기 치료는, 절제, 전기 에너지, 기계적 에너지, 약물, 세포, 유전자, 및 생물학적 작용제 중 하나 이상을 상기 하나 이상의 소스에서의 심장 조직에 전달하는 것을 포함하는 것인, 심장 리듬 장애 치료 방법.
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